Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Nghiên cứu động lực học cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn công trình thuỷ điện Sê San 4 ( Kon Tum_ Gia Lai)
Lời nói đầuCầu trục là loại máy trục kiểu cầu có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đờng ray chuyên dùng nên còn gọi là cầu lăn đợc sử dụng phổ biến trong các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng chuyển vật nặng trong các phân x-ởng, nhà kho cũng có thể dùng để xếp dỡ hàng. Chính khả năng làm việc của cầu trục với các thiết bị có trọng lợng, lu lợng lớn nên đã trở thành nhân tố chính để nâng cao năng suất lao động. Khi nghiên cứu thiết kế, chế tạo cầu trục, trong thực tế thờng sử dụng phơng pháp thông thờng đó là thiết kế cầu trục khi đang làm việc ổn định với gia tốc bằng không. Xét thấy rằng gia tốc trong chuyển động của cầu trục cũng là một nhân tố ảnh hởng đến sự làm việc ổn định cũng nh độ bền, độ cứng của cầu trục, cho nên tôi đã chọn đề tài về nghiên cứu động lực học cầu trục để làm đồ án tốt nghiệp. Những nội dung chính đợc trình bày trong đồ án là: giới thiệu về cầu trục nói chung, cầu trục chân dê đập tràn của công trình thuỷ điện SêSan 4, tính toán động lực học cầu trục, mô phỏng chuyển động của cầu trục bằng OpenGL và mô phỏng trạng thái tĩnh bằng phần mềm Cosmos. Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Chỉ Sáng, PGS.TS Đinh Văn Phong, ThS Phan Đăng Phong cùng các thầy cô thuộc bộ môn Cơ Học ứng Dụng Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội và các anh chị kỹ s phòng Tự Động Hoá Thiết Kế thuộc Viện Nghiên Cứu Cơ Khí đã tận tình chỉ bảo hớng dẫn tôi hoàn thành đồ án này. Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót, tôi mong các thầy cô thông cảm và chỉ bảo nhiều hơn. Hà Nội, Ngày .tháng .năm 2007 Sinh viênVũ Duy Phớc1 Một số kí hiệu dùng trong đồ án : ứng suất tính toán[] : ứng suất cho phép của vật liệuE : Môđun đàn hồi của vật liệuF : Lực tác dụngm : Khối lợngg : Gia tốc trọng trờngR : Bán kính : Vận tốc góc : Hiệu suất k : Hệ số an toàni : Tỉ số truyền độngn : Số vòng quay của vật quay Q : Tải trọngG : Trọng lợngM : MômenJ, j : Mômen quán tínhS : Lực căng (2.1) : Công thức 2.1[10] : Theo tài liệu 10Cosmos : COSMOSDesignSTAR2 Chơng IGiới thiệu về cầu trục chân dê đập tràn và phạm vi của đồ án tốt nghiệp1. Tổng quan về cầu trục.Cầu trục đợc dùng chủ yếu trong các phân xởng, nhà kho, bãi tổ hợp thiết bị để nâng hạ và vận chuyển hàng hoá với lu lợng và trọng lợng lớn. Kết cấu của một cầu trục dạng dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng. Cầu trục đợc sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng nh móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm . Cầu trục đợc chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 tấn, khẩu độ dầm cầu đến 32 m, chiều cao nâng đến 16 m, tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph, tốc độ di chuyển xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph. Cầu trục nâng trên 10 tấn thờng đợc trang bị hai đến ba cơ cấu nâng vật: một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ. Tải trọng nâng của loại cầu trục này thờng đợc ký hiệu bằng một phân số với các tải trọng nâng chính và phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t;150/20/5 t .Theo công dụng đợc phân làm hai loại: cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên dụng. Cầu trục có công dụng chung chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc. Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng với gầu ngoạm, nam châm điện và thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định. Cầu trục chuyên dụng đợc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim, xuất nhập hàng tại cảng với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ làm việc rất nặng.Theo kết cấu dầm có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm. Cầu trục một dầm thờng là dầm chữ I hoặc dầm tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm. Cầu trục một dầm thờng dùng palăng điện chạy dọc theo dầm nhờ cơ 3 cấu di chuyển palăng. Cầu trục hai dầm có các loại dầm hộp và dầm dàn không gian.Ngoài ra theo nguồn dẫn động có các loại dẫn động tay và cầu trục dẫn động máy. Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu và cầu trục điều khiển từ dới nền bằng hộp nút bấm. Điều khiển từ dới nền bằng hộp nút bấm thờng dùng cho loại cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ.2. Giới thiệu về cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San 4. 2.1 ý nghĩa, công dụng của cầu trục chân dê đập tràn.Cầu trục chân dê chuyên dụng, tải trọng nâng 2x25 tấn đợc dùng để nâng hạ cửa van sửa chữa đập tràn, công trình thuỷ điện Sê San 4, ngoài ra nó còn đợc sử dụng để sửa chữa, lắp ráp cho các thiết bị thuộc đập tràn. 2.2 Điều kiện vận hành.Vận tốc gió trong trạng thái làm việc : 20 m/sVận tốc gió lớn nhất : 28 m/sMôi trờng xung quanh : Trong không khíNhiệt độ lớn nhất của môi trờng : + 40,5 CNhiệt độ nhỏ nhất của môi trờng: + 9,2 CĐộ ẩm : 85,7% 2.3 Thành phần cấu tạo.Thành phần chế tạo của cầu trục chân dê bao gồm: kết cấu kim loại của cầu trục, kết cấu kim loại của xe con, cơ cấu di chuyển cầu trục, cabin điều khiển. Trong cabin đợc trang bị điều hoà, các thiết bị điện. Trên xe con lắp cơ cấu nâng với tải trọng nâng danh nghĩa 2x25 tấn, cơ cấu di chuyển xe con. 2.4 Đặc điểm và nguyên lý làm việc.Kết cấu kim loại của cầu trục chân dê là kết cấu hàn tổ hợp, tiết diện các dầm chịu lực hình hộp. Bên trên khung cầu trục có xe con với cơ cấu nâng có tải trọng nâng 2x25 tấn và cơ cấu di chuyển xe con. Cơ cấu nâng gồm 2 tang cuốn cáp đờng kính D = 870 mm với 2 đờng rãnh hình xoắn ốc, 2 hệ thống 4 treo tải trọng 25 tấn và cơ cấu truyền động bao gồm động cơ, phanh, hộp giảm tốc. Dẫn động cho cơ cấu nâng là kiểu dẫn động chung bằng 1 động cơ. Cơ cấu nâng đợc trang bị các thiết bị hạn chế tải trọng nâng ( với chế độ vợt tải cho phép lớn nhất là 110% so với tải trọng nâng danh nghĩa). Cơ cấu di chuyển xe con kiểu dẫn động chung với 2 bánh xe dẫn động và 2 bánh xe bị động đờng kính D = 630 mm. Xe con có hệ thống nhà che bảo vệ các cơ cấu, bộ máy.Cơ cấu di chuyển cầu trục bao gồm 2 cụm chủ động và 2 cụm bị động. Mỗi cụm chủ động đợc lắp trên 1 bánh xe dẫn động D=710 mm. Mỗi cụm bị động đợc lắp trên 1 bánh xe bị động D=710 mm.Đối với cả cơ cấu di chuyển cầu trục và xe con đều sử dụng phanh guốc điện có cần đẩy thuỷ lực đảm bảo sự trơn tru trong quá trình làm việc.Trên cầu trục cũng nh xe con có lắp đặt các cữ hạn vị hành trình nâng, hành trình di chuyển và các cửa lên xuống sàn thao tác có đặt các cầu dao bán tự động đảm bảo an toàn. Trên trục tang cuốn cáp có lắp thiết bị điều khiển đóng mở các hoạt động khi nâng của cửa van sửa chữa đập tràn, và các thiết bị hạn chế vị trí giới hạn hành trình lên và xuống của hệ thống móc treo.Phía trên mái che của xe con có thiết bị đo tốc độ tức thời gió và phát tín hiệu khi vận tốc gió lớn hơn tốc độ gió cho phép. Để hạn chế sự trôi của cầu trục do gió khi không làm việc, tại 2 cụm di chuyển bị động đợc lắp 2 thiết bị chống xô ray. Thiết bị này đợc hoạt động liên động với toàn bộ mọi hoạt động của cầu trục. 2.5 Đặc tính kỹ thuật.Nguồn điện, tần số (Hz), điện áp (V) Xoay chiều; 50Hz; 380/220VĐiều khiển cầu trục Từ ca binCấp điện cho cầu trục Bằng TrolleyCấp điện cho xe con Bằng cáp mềmTải trọng nâng chính, T 2x25Chiều cao nâng lớn nhất của móc nâng, m 28Cao hơn cao trình sàn, m 7,5Thấp hơn cao trình sàn, m 20,5Vận tốc nâng móc chính, m/ph 0,8/4 Vận tốc dịch chuyển cầu trục, m/ph 4,5/155 Đờng kính bánh xe, mm 710Tổng số bánh xe 4Số bánh xe dẫn động 2Loại ray di chuyển cầu trục KP80Vận tốc dịch chuyển xe con, m/ph 4,5Đờng kính bánh xe, mm 630Tổng số bánh xe 4Số bánh xe dẫn động 2Loại ray di chuyển xe con KP703. Phạm vi của đồ án tốt nghiệp. 3.1 Tính toán động lực học cầu trục.Xây dựng mô hình chuyển động của cầu trục với cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu trục. Viết phơng trình chuyển động trong thời gian khởi động của các cơ cấu dới ảnh hởng các lực cản chuyển động. 3.2 Kiểm nghiệm làm việc ổn định của cầu trục.Trong thời gian chuyển động có gia tốc của cầu trục thì cầu trục phải ổn định theo phơng vuông góc với đờng ray, ổn định theo phơng dọc đờng ray và dây cáp đủ vững chắc khi đột ngột nâng vật nặng lên. 3.3 Thiết kế khung dầm cầu trục. Với các điều kiện đầu vào là khẩu độ cầu trục và trọng lợng nâng danh nghĩa để thiết kế sơ bộ bộ khung dầm của cầu trục với các dầm chính, chân cầu trục, giằng trên, giằng dới. 3.4 Kiểm tra khung dầm bằng phần mềm Cosmos.Trên cơ sở những thiết kế trên ta dựng mô hình 3D của cầu trục trong SolidWork và kiểm tra sự làm việc an toàn, ổn định của cẩu trục trên phần mềm Cosmos. 3.5 Mô phỏng chuyển động của cầu trục.Với khả năng đồ hoạ của th viện OpenGL trong môi trờng Visual C++, hình ảnh mô hình của cầu trục sẽ đợc thể hiện trên màn hình và có thể cho chúng chuyển động. Phần này sẽ giới thiệu về khả năng của môi trờng đồ hoạ OpenGL và chơng trình mô phỏng cầu trục.6 Chơng IITính toán động lực học cầu trục chân dê tải trọng nâng 2x25 tấn công trình thuỷ điện Sê San 41. Cơ sở tính toán thiết kế cầu trục theo phơng pháp thông thờng.7 Cầu trục thông thờngđợc tính toán thiết kế theo các bớc tính toán chung sau[1]:a) Xác định các thông số cơ bản của cầu trục nh tải trọng nâng, chiều cao nâng, khẩu độ dầm cầu, các tốc độ nâng hạ vật, di chuyển cầu trục, di chuyển xe con, chế độ làm việc và các điều kiện làm việc cụ thể của cầu trục (môi tr-ờng làm việc, loại hàng cần bốc dỡ v.v ). Từ các thông số cơ bản và điều kiện làm việc cụ thể của cầu trục, ta có thể phân tích và chọn phơng án thiết kế.b) Xác định các kích thớc hình học và các bộ phận trên cầu trục và tải trọng tính toán.- Các kích thớc hình học và trọng lợng bản thân các bộ phận của cầu trục có thể xác định sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm hoặc từ các loại cầu trục đã có tơng đơng. Các thông số này đợc kiểm tra chính xác lại sau khi thiết kế cầu trục.- Ngoài trọng lợng bản thân, các tải trọng tác dụng lên cầu trục cần xác định là: trọng lợng vật nâng cùng thiết bị mang vật, các tải trọng do dốc, quán tính và các tải trọng đặc biệt khác nh tải trọng lắp dựng, động đất v.v Tải trọng gió cần đợc tính toán theo các phơng khác nhau và với áp lực gió trong điều kiện làm việc bình thờng, áp lực gió lớn nhất trong điều kiện làm việc và áp lực gió trong trạng thái không làm việc nếu cầu trục hoạt động ngoài trời.- Xác định lực nén bánh của các bánh xe di chuyển cầu trục và di chuyển xe con.c) Xác định các vị trí tính toán và tổ hợp tải trọng. Các vị trí tính toán và tổ hợp tải trọng phải đợc xây dựng phù hợp với quá trình làm việc của bộ phận hay chi tiết đợc tính.d) Thiết kế các cơ cấu công tác của cầu trục nh cơ cấu nâng cùng thiết bị mang vật, cơ cấu di chuyển xe con và cầu trục.e) Tính toán kết cấu thép của cầu trục và các chi tiết liên kết giữa các bộ phận của cầu trục.8 f) Thiết kế hệ thống điện điều khiển cho các cơ cấu công tác, hệ thống chiếu sáng và thiết kế cabin điều khiển (nếu có). Thiết kế các thiết bị an toàn cơ - điện của cầu trục nh thiết bị hạn chế tải trọng nâng, thiết bị hạn chế chiều cao nâng, các công tắc hạn chế hành trình di chuyển của cầu trục và xe con, các giảm chấn và thiết bị kẹp ray nếu cầu trục làm việc ngoài trời. 1.1. Cơ sở tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển.Cơ cấu di chuyển ở đây là cơ cấu di chuyển cầu trục, cơ cấu di chuyển xe con dẫn động bằng động cơ điện.Những số liệu ban đầu cần có để tính toán cơ cấu di chuyển là:- Sơ đồ hình học của cầu với các kích thớc cơ bản nh khoảng cách vết bánh xe, khoảng cách trục bánh xe- Trọng tải máy trục Q (N)- Trọng lợng bản thân cầu trục kể cả bộ phận mang vật G0 (N)- Sơ đồ cấu tạo di chuyển- Vận tốc di chuyển (m/ph)- Diện tích chịu gió của phần dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng góc với ph-ơng chuyển động F0 (m2)- Chế độ làm việc của cơ cấu.Trình tự tính toán nh sau[4]:1) Xác định các kích thớc bánh xe. Muốn vậy phải:- Chọn loại kích thớc, bánh xe và đờng ray.- Xác định các tải trọng lên bánh xe, gồm: + Tải trọng lớn nhất Pmax (khi có vật nâng, vị trí các bộ phận là bất lợi nhất đối với bánh xe tính toán)+ Tải trọng nhỏ nhất Pmin (khi không có vật nâng, vị trí các bộ phận là có lợi nhất đối với bánh xe tính toán), tải trọng tơng đơng để tính bánh xe Pbx theo công thức[2]:maxbxbxP.k.P =Trong đó: Pmax: áp lực lớn nhất của bánh xe lên ray9 kbx: Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu : Hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng- Kiểm tra bánh xe về sức bền dập. Kiểm tra bánh xe theo ứng suất dập trong trờng hợp bánh xe và ray tiếp xúc đờng theo công thức[2]:[ ]ddr.bE.P.418,0=Trong đó:P : áp lực tơng đơng của bánh xe lên ray b, r : Bề rộng mặt làm việc và bán kính bánh xeE : Môđun đàn hồi của vật liệu làm ray và bánh xe [1]2121EEE.E.2E+=E1, E2: Môđun đàn hồi vật liệu bánh xe và vật liệu rayĐối với bánh xe bằng thép (E = 2,1.105 N/mm2)[1]:[ ]ddr.bP.190=Trong trờng hợp cần thiết thay đổi lại các kích thớc, vật liệu, nhiệt luyệncủa bánh xe và ray cho phù hợp.2) Chọn sơ bộ động cơ điện.Với cùng cờng độ CĐ% tơng ứng với chế độ làm việc của cơ cấu, động cơ đ-ợc chọn có công suất danh nghĩa bằng hoặc lớn hơn công suất tĩnh Nt tính theo công thức:dctt.1000.60v.WN=Trong đó:Wt : Tổng lực cản tĩnh khi chuyển động ổn địnhv : Vận tốc di chuyển của xe lăn10 [...]... trục từ đó có thể kiểm tra hay thiết kế cầu trục 2 Tính toán động lực học cầu trục cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San 2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán động lực học cầu trục 2.1.1 Phơng trình Lagrange loại 2 Phơng trình Lagrange loại hai là phơng trình vi phân chuyển động của các chất điểm và các vật rắn hôlônôm Số phơng trình đúng bằng số bậc tự do của hệ Xét... của trục động cơ, vg/ph và các giá trị Mm, Mp, Mt đều đợc tính là N.m 2.2 Thiết lập phơng trình chuyển động cho cầu trục 2.2.1 Mô hình cơ học của cầu trục Cấu tạo của cầu trục chân dê: gồm có 4 phần chính: - Bộ chạy 34 - Khung dầm - Xe con - Thiết bị nâng chuyên dụng Hình 2.6 : Hình chung của cầu trục Xe con mang hàng 3 di chuyển dọc theo đờng ray ghép trên hai dầm chính theo phơng Oz trong hệ trục. .. thờng các tải trọng đợc sử dụng để tính toán thiết kế hay để kiểm tra là các tải trọng tĩnh Khi xét đến ảnh hởng của tải trọng động thì chỉ xét thông qua các hệ số thực nghiệm cho nên kết quả tính toán tải trọng động không đợc chính xác và thuyết phục Vì vậy tôi đã sử dụng phơng trình Lagrange loại 2 để tính toán đợc chính xác các tải trọng động xuất hiện trong quá trình chuyển động của cầu trục từ đó... máy của động cơ Mm hoặc mômen phanh Mp, xác định đợc gia tốc chuyển động của của cơ cấu nhờ đó tính đợc các tải trọng động quán tính Với bài toán 1 ta có Mômen mở máy của động cơ - Cơ cấu nâng và nâng cần (khi nâng) Mm = Md + Mc - Cơ cấu di chuyển và quay (gió ngợc hớng chuyển động) Mm = Md + Mc + Mg Mômen phanh - Cơ cấu nâng và nâng cần (khi hạ) Mp = M d + M c - Cơ cấu di chuyển và quay (gió theo... chịu lực có thế và lực không thế là: d T T * q q = q + Q i dt i i i (i =1, , f ) Biểu thức lực suy rộng Q có thể viết [7]: Q* = Qc + Qd Trong đó: Qd : Lực suy rộng của lực phát động, nếu động cơ có khấu ra là khâu quay thì : Qd = Md (Md là mômen của động cơ) Qc : Lực suy rộng của các lực tác dụng lên bộ phận cơ gồm các lực cản có ích, lực cản vô ích và các trọng lợng 2.1.2 Đặc trng động học. .. lên trục bánh xe di chuyển cầu trục, mômen tác dụng lên trục bánh xe di chuyển xe con, mômen tác dụng lên tang cuốn cáp Mmsl1, Mmsl2 là mômen cản lăn tác dụng lên bánh xe khi bánh xe chuyển động quay quanh trục dẫn động h1, h2, h3 là độ cao của trọng tâm cầu trục, độ cao của trọng tâm xe con, độ cao của trọng tâm vật nâng và bộ phận nâng vật so với mặt đất Để tạo ra các mômen M1, M2, M3 dẫn động cầu trục, ... bị động sẽ hoạt động phụ thuộc vào hệ thống chủ động Căn cứ vào đặc điểm kết cấu của cầu trục, xe con và bộ phận nâng ta có thể thiết lập mô hình cơ học của cầu trục nh sau: Hình chiếu bằng của cầu trục: 35 y z M3 P 2 Fg1 P P 3 1 M1 Mmsl1 x o Hình 2.7: Hình chiều bằng của cầu trục Hình chiếu cạnh sau không thể hiện cơ cấu nâng trên đó: y Fg2 P M2 2 P Mmsl2 1 z o Hình 2.8: Hình chiều cạnh của cầu trục. .. Trong đó: 2 24 (GD 2 )1 : Tổng mômen đà các khối lợng quay trên trục 1 (rôto động cơ điện, khớp nối, bánh phanh, bánh răng vv) Trong phép tính động lực học để xác định lực trong dây cáp cơ cấu nâng, các khối lợng chuyển động đợc quy dẫn về vật nâng và theo chiều chuyển động tịnh tiến của vật nâng Từ phơng trình cân bằng năng lợng có thể nhận đợc những biểu thức tính khối lợng quy dẫn về vật nâng tơng ứng... liên kết đàn hồi là trục, dây cáp, các thanh dầm vvTrong tr ờng hợp này sẽ xuất hiện dao động đàn hồi tơng đối giữa các khối lợng với nhau, khi này sẽ xuất hiện tải trọng động và ngời ta gọi là tải trọng động đàn hồi Đặc tính dao động và đờng biểu diễn sự thay đổi giữa các tải trọng đàn hồi theo thời gian chịu ảnh hởng rất lớn của ngoại tải cũng nh cách thức điều khiển động cơ dẫn động cơ cấu Trong tính... yêu cầu của tang để đảm bảo tốc độ nâng Vn vg/ph nt = Vn a .d T Trong đó: a : Bội suất palăng dT : Đờng kính của tang 5) Tính chọn động cơ điện và kiểm tra động cơ điện Từ công suất cản tĩnh (kW) ta xác định đợc thời gian mở máy Kiểm tra động cơ phải thoả mãn điều kiện mở máy và điều kiện nhiệt độ của động cơ Công suất cản tĩnh[2]: N t = Q.Vn 60.1000.0 Trong đó: Vn : Vận tốc yêu cầu vg/ph Q : Tải trọng . tra hay thiết kế cầu trục. 2. Tính toán động lực học cầu trục cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San. 2.1.. cho loại cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ.2. Giới thiệu về cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San 4.
