Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế tàu hút bùn
22 Chương 2: Tính Toán Thiết Kế Cơ Cấu Nâng 2.1 Sơ đồ truyền động cơ cấu nâng: Hình 2.1: Sơ đồ động cơ cấu nâng 1-Tang cuốn cáp; 2-Hộp giảm tốc hành tinh; 3-Khớp nối; 4-Phanh đóa; 5-Động cơ điện; 6-Trục cácđăng đồng tốc 2.1.1 Cấu tạo: 1. Tang cuốn cáp 2. Hộp giảm tốc hành tinh 3. Khớp nối 4. Phanh đóa 5. Động cơ điện 6. Trục cácđăng đồng tốc 2.1.2 Nguyên lý hoạt động: Đây là loại sơ đồ động có kết cấu hiện đại. Các liên kết đều được tối ưu hóa nhằm nâng cao khả năng hoạt động của cơ cấu và giảm kích thước, khối lượng của cơ cấu. Động cơ 6 có vai trò dẫn động cơ cấu, truyền chuyển động đến hộp giảm tốc hành tinh 2 thông qua một khớp nối đặc biệt, nối đồng thời với trục đồng tốc 6. Hộp giảm tốc 2 được liên kết trong hệ thống nhờ trục đầu vào được nối với khớp nối 3, truyền chuyển động và mômen xoắn cho tời nâng 1 thông qua liên kết giữa vỏ của hộp giảm tốc 2 và thành trong của tời nâng 1. 2.2 Các dữ liệu ban đầu để tính toán cơ cấu nâng: - Sức nâng : Q = 65Tf - Trọng lượng bộ phận mang hàng (ngáng nâng): Qm = 9,6T - Chiều cao nâng : Hn = 33m 23 - Chiều sâu hạ : Hh = 17m - Tốc độ nâng khung chụp và tải đònh mức: Vn = 50m/phút - Tốc độ nâng khung chụp và container rỗng : Vn = 120m/phút - Gia/giảm tốc với tải đònh mức là: 2s - Gia/giảm tốc với container rỗng là: 4s 2.3 Xác đònh chế độ làm việc của cơ cấu nâng: Đối tượng phục vụ của máy nâng rất đa dạng, điều kiện sử dụng và yêu cầu công việc không giống nhau. Để thống nhất về điều kiện sử dụng mà chủ yếu ở đây là mức độ sử dụng máy theo thời gian và mức độ chất tải, người ta phân loại các cơ cấu và máy nâng theo các nhóm chế độ làm việc tiêu chuẩn. Theo tiêu chuẩn 5862-1995, các cơ cấu của máy nâng được phân ra 8 nhóm chế độ làm việc ký hiệu từ M1 ÷M8 ứng với 10 cấp sử dụng T0÷T9 và 4 cấp tải của L1 ÷ L4. Hình 2.2: Các nhóm chế độ làm việc của cơ cấu nâng Theo các bảng(0.5) ;(0.6) ;(0.8)[03] ta chọn chế độ làm việc của cơ cấu nâng như sau: - T6: tổng thời gian sử dụng cơ cấu 6300 ÷12500h, sử dụng căng và thất thường. Cấp sử dụng cơ cấu Cấp tải của cơ cấu T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 L1 - - M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L2 - M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8 L3 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8 - L4 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8 - - 24 - L2 : trạng thái tải vừa, hệ số phổ tải danh nghóa mk=0,125÷0,25, cơ cấu nhiều khi chòu tải tối đa, thông thường chòu tải vừa. Theo bảng (2.2) thì chế độ làm việc của cơ cấu nâng của cầu chuyển tải Kock ứng với chế độ làm việc M6. Theo bảng 0.8 [03] thì M6 cho thấy cơ cấu làm việc với chế độ sử dụng gián đoạn, đều đặn hay ứng với cách phân loại cũ thì cơ cấu làm việc với chế độ trung bình. Những chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá chế độ làm việc của máy nâng là: - Hệ số sử dụng theo tải trọng: 75,0==QQktbQ Trong đó: Qtb: trọng lượng trung bình của vật nâng Q: tải trọng danh nghóa của cơ cấu - Hệ số sử dụng cơ cấu trong ngày: 67,0241624===ngnghk (hng: Số giờ làm việc trong ngày) - Hệ số sử dụng cơ cấu trong năm: 50365182365,hknn=== (hn: số ngày làm việc trong năm) - Cường độ làm việc của động cơ: CĐ% =100.TTo Trong đó: + To: Thời gian làm việc của động cơ trong 1 chu kì hoạt động của máy nâng: ∑ ∑+= tvtmTo + T: Toàn bộ (t) hoạt động của cơ cấu trong môt chu kỳ ∑ ∑ ∑ ∑+++= tdtptvtmT + tm: tổng thời gian mở máy + tv : tổng thời gian chuyển động với tốc độ ổn đònh + tp : tổng thời gian phanh 25 + td : tổng thời gian dừng máy + Nhiệt độ môi trường xung quanh: 0 ÷450C Tức cơ cấu làm việc với các tải trọng nâng khác nhau, hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng đạt khoảng 75%, tốc độ làm việc trung bình, cường độ làm việc của động cơ khoảng 25% , số lần mở máy trong 1 giờ đến 120 lần. 2.4 Tính chọn cáp nâng hàng: 2.4.1 Palăng nâng hàng: Palăng cáp là một hệ thống bao gồm các puly cố đònh và di động nối với nhau bằng cáp nhằm giảm lực căng cáp so với lực kéo của hệ thống hoặc tăng tốc độ kéo của hệ thống so với tốc độ cáp. Hình 2.3: Sơ Đồ Mắc Cáp Với sức nâng danh nghóa 65T là sức nâng tương đối lớn nên để giảm lực căng trong mỗi nhánh cáp nâng hàng, tăng tuổi thọ cho cáp nâng, tang nâng, ta chọn hệ palăng là loại palăng lực(hệ palăng thuận ) lợi về lực. Đại lượng đặc trưng cho palăng cáp là bội suất palăng i. Bội suất palăng thể hiện số lần giảm đi của lực căng cáp đi so với tải trọng nâng Q được xác đònh bằng công thức: kmi ==2 (1.7)[03] + m = 8 : là số nhánh cáp treo vật + k = 4 : là số nhánh cáp cuốn lên tang 26 2.4.2 Cáp nâng hàng: - Trong máy trục cáp thép được sử dụng rất phổ biến rộng rãi đặc biệt là trong cơ cấu nâng. Có nhiều loại cáp thép như cáp bện kép, cáp bện ba lớp, cáp bện xuôi, cáp bện chéo, cáp bện hỗn hợp . - Để chọn được cáp thép cho cơ cấu ta phải dựa vào giá trò lực kéo đứt của sợi cáp: -Lực trong dây cáp cuộn vào tang: St = 00η.i.aQp (2.1)[01] Trong đó: + Qo = Q + Qm + Qb=80T + Q = 65T: Tải trọng nâng danh nghóa + Qm = 9,6T: Trọng lượng ngáng nâng + Qb = 5,4T: Trọng lượng headblock + a = 4: Số palăng đơn trong hệ thống + ηo: Hiệu suất chung của palăng và puly chuyển hướng ηo= ηp .ηh=0,99.0,96=0,95 (2.2)[01] + ηp = pi1rirpη−η−11 = 21 980198012,,−−= 0,99 (2.3)[01] +ηh = ηpn =0,994 =0,96 (n là số puly chuyển hướng) Thay vào: 32,1052695.0.2.410.803==tS (KG) -Lực đứt tính toán trong cáp: P ≥ S.k (2.6)[01] Trong đó: + S = St = 10526,32 KG: Lực căng lớn nhất trong dây cáp (không tính tải trọng động) + k=7: Hệ số an toàn lấy theo yêu cầu thiết kế của chủ đầu tư Thay vào: P ≥ 10526,32.7 = 73684,24 KG Tra bảng III.6 [01], ta chọn loại cáp có các thông số kỹ thuật như sau: - Đường kính cáp: dc = 36 mm - Giới hạn bền: 2/200 mmKGb=σ 27 - Lực đứt cho phép: P = 77950 KG Đây là loại cáp bện kép loại POk −π cấu tạo: 6×36(1+7+7)7+14)+1 lõi theo ΓΓΟC7665-69. - Độ bền dự trữ thực tế của cáp: kt = 32,1052677950 = 7,41 > k = 7 2.5 Tính chọn puly cáp: Trong máy nâng puly dùng để thay đổi hướng cáp hoặc để thay đổi lực căng cáp. Trong palăng, puly được phân thành puly cố đònh để đổi hướng cáp, puly di động để thay đổi lực căng cáp và puly cân bằng. Theo [03]: - Bán kính rãnh puly: r = (0,53÷0,6). cd= 21,6 (mm) => chọn r = 22 (mm) - Góc nghiêng của hai thành puly: 2α= 400 ÷ 600 - Chiều sâu rãnh puly: h= (2÷2,5) cd=90 (mm) - Đường kính puly tính đến tâm cáp D phải thỏa mãn điều kiện (1.2)[03] để đảm bảo để đảm bảo độ bền lâu của cáp, hay: ( ) ( )mmdeDcp864.1 =−≥ Trong đó: + e=25: Hệ số tra theo tiêu chuẩn (bảng (1.2)[03]) Theo [01]: + Đối với puly hạn chế độ võng cáp, ta lấy: )(4806,0 mmDDPp== => chọn pD=500 (mm) + Đối với puly trên headblock, ta lấy: )(2,6918,0 mmDDPb== => chọn bD=700 (mm) 28 Hình 2.4: Mặt Cắt Puly 2.6 Tính toán các kích thước cơ bản của tang: Tang là chi tiết dùng để cuốn cáp biến chuyển động quay thành chuyển động tònh tiến và truyền lực tời cáp và các bộ phận khác. 2.6.1 Tính toán các kích thước cơ bản của tang: - Đường kính tang được tính dựa vào điều kiện (1.2)[03]: D≥ cd.e=36.25=900 (mm) (2.9)[01] => chọn đường kính tang D=1300 (mm) Thiết bò làm việc với tải trọng danh nghóa Q=65T và kích thước danh nghóa của tang D=1300mm cũng tương đối lớn nên nếu chế tạo bằng phương pháp đúc thông thường thì kích thước sẽ rất cồng kềnh và tải trọng bản thân lớn. Do đó, tang sẽ được chế tạo bằng phương pháp hàn, là loại tang một lớp cáp, có xẻ rảnh; phương pháp này sẽ làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân của tang, rãnh cáp trên tang có tác dụng cuốn đều cáp lên tang, các vòng cáp không tiếp xúc nhau và diện tích tiếp xúc giữa cáp và tang lớn làm giảm ứng suất tiếp xúc, tang độ bền của cáp. Hình 2.5: Mặt Cắt Rãnh Cáp hδdctR 29 - Bán kính rãnh tang R: R = 0,6 dC = 0,6 . 36 = 21,6 (mm) => chọn R=22 mm - Chiều sâu rãnh cáp: h ≥ 0,5 dC = 18 (mm) - Chiều dày thành tang: δ= 0,02 Dt + (6÷10) mm=31,64 (mm) Với: Dt=D - 21 dC= 1282 mm => Chọn δ=32 (mm) - Chiều dài làm việc của tang: Lt = 2(L1 + L2) + L3 Trong đó: + L1= 3t = 3.39,6 = 118 (mm): Dùng để kẹp đầu cáp trên tang + t=1,1. dC=39,6 (mm) => chọn L1=120 (mm) + L2 = Z.t = (D.H.aπ+ 1,5)t = 6,39).5,11300.10.50.2(3+π=929,02 (mm) + 1,5: vòng cáp để giảm tải trọng trên đầu kẹp cáp + a=2: Bội suất palăng + H=50: Chiều cao nâng hàng => Chọn L2 = 950 (mm) +L3: phần tang không xẻ rãnh, phần giới hạn để phân chia vùng xẻ rãnh của 2 dây cáp khác nhau. => Chọn L3 = 60 (mm) Thay vào: Lt=2.(120+950)+60=2200 (mm) 2.6.2 Kiểm tra bền thành tang: Do đây là loại tang quấn một lớp cáp, có chiều dài tang không lớn hơn 3 lần đường kính của nó (Lt≤3.Dt) nên thành phần ứng suất uốn và xoắn rất nhỏ, chỉ bằng 10 ÷15% ứng suất nén. Trường hợp này cho phép kiểm tra bền thành tang theo ứng suất nén còn ứng suất uốn và xoắn được tính đến bằng cách tăng hệ số an toàn bền khi tính ứng suất cho phép. - Xác đònh ứng suất nén: 30 [ ]ntntDSσδδσ≤−= 1max (1.23)[03] Thay vào: 03,856,39.32.1300301105263=−=nσ (N/mm2 ) Chọn vật liệu chế tạo tang là loại thép 40X thường hoá có các đặc tính sau: + bkσ= 750 N/mm2 + chσ= 500 N/mm2 + Chọn hệ số an toàn khi tính toán ứng suất là k=2 [ ])(37527502mmNkn===σσ Vậy thành tang đảm bảo điều kiện bền do [ ]σσ≤n. 2.6.3 Tính chọn và kiểm tra lực kẹp đầu cáp trên tang: - Ta áp dụng phương pháp cố đònh đầu cáp lên tang thông dụng nhất là dùng tấm đệm bên ngoài ép cáp lên bề mặt tang bằng bu lông . Do đường kính cáp d=36mm nên ta sử dụng 3 tấm đệm 2 bu lông. Hình 2.6: Bu-lông Kẹp Cáp - Lực tại điểm kẹp đầu cáp lên tang: Sg = µαeSt ( 2.19)[01] Trong đó: +µ= 0,13 ÷ 0,16: Hệ số ma sát giữa dây cáp và tang 31 + α= π3 ÷ π4 : Góc ôm tang bằng những vòng cáp dự trữ Thay vào: Sg = π.3.15,0105263e=25604 (N) - Lực kéo một bu lông khi kẹp đầu cáp vào tang bằng tấm kẹp: N =)1)((11++µαµµezSg (2.20)[01] Trong đó: + z=2: số bu lông ở tấm kẹp + βµµsin1= =040sin15,0= 0,23: hệ số ma sát qui đổi giữa dây cáp và tấm kẹp có tiết diện rãnh hình thang + =β 40O: Góc nghiêng mặt bên của rãnh + π=α 21: góc ôm tang bằng vòng cáp kẹp Thay vào: N = )1)(23,015,0.(2256042.15,0++πe= 9446,53 (N) - Lực uốn bu lông: T= 1µ . N = 0,23 . 9446,53 = 2172,7 (N) ( 2.21)[01] - Ứng suất uốn tổng ở mỗi bu lông: ddlTkdNk][.1,0 4 3,131211σπσ≤+= (2.25)[01] Trong đó: + k ≥ 1,5: Hệ số an toàn kẹp cáp + d1= 30 mm: Đường kính chân ren của bu lông + l = 20 mm: Khoảng cách từ đầu bu lông đến tang + d][σ= 90 N/mm2: Ứng suất cho phép kéo đứt của vật liệu làm bulông. + Chọn vật liệu là thép 35, d][σ=90 N/mm2 Thay vào: 32130.1,020.7,2172.5,1430.53,9446.5,1.3,1+=πσ= 50,2 N/mm2 Vậy bu lông đã chọn đảm bảo an toàn khi làm việc do [ ]dσσ≤1 [...]... Q1=Q có Qi1= 12 631 5,6 (N) + Khi làm việc với Q2=.0,75Q có Qi2=0,75.Qt1 + Khi làm việc với Q3=0,2Q có Qi3=0,2.Qt2 + Khi làm việc với Q4=0 Thay vào (8.8)[04]: 35 10 3 10 10 Qtđ= 12 631 5,6 0,2.1 + 0,5.1.0,75 3 + 0 ,3. 1.0,2 3 =954 53, 6 (N) Hình 2.9: Sơ Đồ Gia Tải + Theo bảng (1-1)[02], thời gian phục vụ của ổ lăn là A=5năm tương ứng với số giờ làm việc là: T=24 .36 5.A.Kn.Kng=24 .36 5.5.0,5.0,67=146 73 (h) + Thời... tính chọn kích thước ổ bi: 34 R=2S RB RA Hình 2.8: Sơ Đồ Tính Ổ Bi - Hệ số khả năng làm việc của ổ C: C = Q td (n.h) 0 ,3 (8.1)[04] Trong đó: + n: số vòng quay của ổ n = nt = Vh i p π D = 50.2 =24,5 (v/p) π 1 ,3 2 .35 )[01] + Q td : Tải trọng tương đương do cơ cấu chòu tải trọng thay đổi: 10 Qtđ= Qi 3 α 1 β1 + α 2 β 2 ( 10 10 10 Qi 2 3 Q Q ) + α 3 β 3 ( i 3 ) 3 + α 4 β 4 ( i 4 ) 3 Qi Qi Qi (8.8)[04] + Q... (1.70)[01] Trong đó: + µ =0 ,35 : hệ số ma sát, tra bảng (1. 23) [01] + D=600 (mm): đường kính bánh phanh + F: diện tích bề mặt làm việc của một má phanh F= π D 36 0 B.β = π 0,6 36 0 0 ,3. 70 =0,1099 ( m 2 )=1099 (c m 2 ) + β = 70 : góc ôm má phanh trên bánh phanh + B = 30 0 mm: chiều rộng má phanh + [ p] =3( KG/cm 2 ): tra bảng (1. 23) [01] Thay vào: o o p= 66816 = 2,89( KG / cm 2 ) ≤ [ p] 0 ,35 .60.1099 Vậy phanh đã... h=T.CĐ= 146 73 0,4 = 5869,2 (h) Thay vào (8.1)[04]: C = 954 53, 6 (24,5 5869,2)0 ,3= 336 601 ,32 Dựa vào giá trò hệ số khả năng làm việc của ổ và tải trọng tương đương tác dụng lên ổ, ta chọn được loại ổ có các thông số cơ bản sau: Hình 2.10: Mặt Cắt Ổ Bi 36 2.8 Tính chọn động cơ dẫn động cho cơ cấu nâng: 2.8.1 Tính chọn động cơ: - Công suất tónh của động cơ của cơ cấu nâng hàng: N= Q0 Vn 102.η (2 .31 )[01] Trong... trên trục động cơ khi khởi động tính cho tang cuộn hai nhánh cáp bằng: Mt = S t a.D 10526 ,32 .4.1 ,3 = 490 ,33 (KG.m) = 2.60.0, 93 2.i p η (2 .32 )[01] Trong đó: + a=4: số nhánh cáp kẹp trên tang + i o =60: tỉ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang => M t = i Mt = 245,17 (KG.m) 2 - Mô men đònh mức trên trục động cơ: 36 0 N Mđm = 975 = 975 = 250,71 (KG.m) (1.62)[01] 1400 n - Mô men khởi động trung bình... đó: σ td = σ u = M u max 4 736 835 0 = = 140 ,35 ( N / mm 2 ) ≤ [σ ] 3 3 0,1.d 0,1.(150) Vậy trục tang thoả mãn điều kiện làm việc khi bò quá tải - Hệ số an toàn: (theo điều kiện bền mỏi) σ −1 n = nσ = ≥ [n] kσ σ a + ψ σ σ m ε σ β (7.9)[04] (7.6)[04] Trong đó: + σ −1 = 450 N/mm2: giới hạn mỏi ứng với chu kỳ đối xứng + σ a : biên độ ứng suất pháp sinh ra trong tiết diện của trục 33 + σ m : trò số trung bình... Công suất tónh của động cơ của cơ cấu nâng hàng: N= Q0 Vn 102.η (2 .31 )[01] Trong đó: + Q 0 =80.10 3 (KG): Sức nâng đònh mức + Vn =50m/phút =5/6 m/s: Vận tốc nâng hàng + η =0, 93: Hiệu suất cơ cấu Thay vào: N= 80.10 3. 5 / 6 102.0, 93 = 702,8 Kw - Công suất tónh của từng động cơ trong cơ cấu nâng hàng: Ni = N =35 1,4 Kw 2 Để dẫn động cho các cơ cấu máy trục thường sử dụng phổ biến các loại động cơ không đồng... thể bỏ qua RA = RB = 1052 63 (N) - Xét mặt cắt 1-1: 0 ≤ z1≤ 450 (mm) Mx Qy Z1 Hình 2.7: Sơ Đồ Tính Trục Ta có: ∑Y = QY - RA = 0 ⇒ QY = 1052 63 (N) MX = RA z1 + z1 = 0 ⇒ MX = 0 + z1 = 450 ⇒ MX = 4 736 835 0 (Nmm) 32 b Xác đònh kích thước sơ bộ của trục: - Ứng suất cho phép với chu kỳ đối xứng trong phép tính sơ bộ: [σ ] = ' σ −1 [n].k ' = 450 = 140,625( N / mm 2 ) 2.1,6 (1.12)[ 03] Trong đó: + [n] =1,6: Hệ... = 450 = 140,625( N / mm 2 ) 2.1,6 (1.12)[ 03] Trong đó: + [n] =1,6: Hệ số an toàn, tra bảng (1.8)[ 03] + k’= 2: Hệ số tính đến sự tập trung ứng suất + σ '−1 = 0,5σ bk =0,5 900 = 450 N/mm2 - Xác đònh đường kính trục: d= 3 M td 4 736 835 0 =3 =149,9(mm) 4 140,625.0,1.1 [σ ].0,1 1 − β Trong đó: + Mtđ = ( ) (7 .3) [04] M 2 + 0,75M 2 : mômen tương đương tác dụng lên trục Do u x trục chỉ chòu uốn mà không chòu... nhất tác dụng lên ổ Q i = R.K v K n K t =1052 63. 1.1.1,2=12 631 5,6 (N) (8 .3) [04] + k v = 1: hệ số ứng với vòng trong của ổ quay, tra bảng (8.5)[04] + k t = 1,2: hệ số tải trọng, tra bảng (8 .3) [04] + k n = 1: hệ số nhiệt, tra bảng (8.4)[04] - Thời gian làm việc ứng với các tải trọng này như phân tích ở kiểm tra độ bền mỏi của trục bánh xe, phân bố theo tỉ lệ 2:5 :3: 10 với giả thuyết cứ một chuyến đi lại có . Xác đònh ứng suất nén: 30 [ ]ntntDSσδδσ≤−=..1max (1. 23) [ 03] Thay vào: 03, 856 ,39 .32 . 130 030 11052 63= −=nσ (N/mm2 ) Chọn. = DiVnpht..π= =3, 1.2.50π=24,5 (v/p) 2 .35 )[01] + Qtd: Tải trọng tương đương do cơ cấu chòu tải trọng thay đổi: Qtđ =31 031 044 431 033 331 02221.1).(.)(.).(..iiiiiiiQQQQQQQβαβαβαβα+++
![+ Theo bảng (1-1)[02], thời gian phục vụ của ổ lăn là A=5năm tương ứng với số giờ làm việc là: - Thiết kế tàu hút bùn 3](https://media.store123doc.com/figures/000/060/bang-phuc-vu-lan-nam-tuong-ung-gio-60877.png)
