Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển I.Tính toán cơ cấu nâng với các số liệu -Tải trọng nâng: Q=10(T) =100.000 (N); -Vận tốc nâng : v n =6(m/ph); -Chế độ làm việc :trung bình (CĐ%=25%); -Chiều cao nâng :H=6(m); 2 6 3 1 4 5 Theo sơ đồ này cơ cấu nâng gồm có: 1.Động cơ điện. 2.Hộp giảm tốc. 3.Khớp nối vòng đàn hồi,trong đó nửa khớp phía bên hộp giảm tốc đợc sử dụng làm bánh phanh; 4.Tang cuốn cáp. 5.Khớp răng đặc biệt nối tang với trục ra của hộp giảm tốc. 6.Phanh. Dùng sơ đồ này với kiểu nối tang với trục ra của hộp giảm tốc bằng khớp răng đặc biệt,ta sẽ đợc kích thớc của cơ cấu nhỏ gọn ,đồng thời đảm bảo việc chế tạo từng cụm riêng,thuận tiện trong công tác tháo lắp ,bảo dỡng và sửa chữa. Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 1 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển II. Tính toán các cụm chi tiết 1- Móc treo ở đây ta dùng loại móc treo có phôi chế tạo theo phơng rèn,vật liệu là thép 20. Ta chọn loại móc treo đã đợc thiết kế ,chế tạo theo tiêu chuẩn .Do đó ,ta sẽ không cần kiểm tra lại các điều kiện về sức bền khi móc câu làm việc. Chọn loại móc treo đơn theo tiêu chuẩn OCT 6627-66 dùng cho cơ cấu dẫn động bằng máy. Với tải trọng nâng Q=10(t),theo tài liệu số (2) ta chọn loại móc treo đơn có: - Kí hiệu số N 0 = 16 ( kiểu B). -Khối lợng của móc treo m=43 kg. -Các số liệu ,kích thớc khi cần có thể tra bảng. 2-Tính chọn cáp ở đây ta chọn dây cáp làm dây nâng hạ vật ,vì nó có khả năng làm việc với động cơ có tốc độ cao và nó có u điểm hơn so với các loại dây khác nh xích hàn,xích tấm và nó đợc sử dụng phổ biến hiện nay trong các loại máy trục. Theo điều kiện bền về an toàn S d n.S max Trong đó: Sd_ Lực cắt đứt dây (tra theo bảng tiêu chuẩn). Smax_ Lực căng lón nhất trong một nhánh cáp. n_ Hệ số an toàn(tra bảng 2-2 ,TL[1]). Chế độ làm việc của cơ cấu là trung bình ,tra bảng chọn n=6 Tải trọng nâng Q=10(t)=100.000 (N) Trọng lợng của phần mang tra bảng tài liệu [2] có Qm=2100 (N) Sơ đồ dùng cho các thiết bị nâng gồm có: Tang kép có hai nhánh dây đồng thời chạy trên tang. Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 2 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển Với tải trọng nâng Q=10(t) ,tra bảng (2-6)TL[1] tơng ứng với bội suất của palăng cáp a=2 . Palăng gồm có hai ròng rọc di động và một ròng rọc cố định có chức năng làm cân bằng tải trọng khi nâng hạ,cũng nh khi di chuyển. Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cuốn lên tang khi nâng vật(xác định theo công thức (2-19),TL[1]) s max = ).1.( )1.( 0 a m Q {N}. (3-1) Qo=Q+Qm=100.000 + 2100 =102.100 (N). = 0.98_hiệu suất một ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn ,bôi trơn bằng mỡ. a=2 _bội suất của palăng di động . m=2 _số nhánh cáp cuốn lên tang. t=0 _vì dây trực tiếp cuốn lên tang không qua ròng rọc đổi hớng . S max = 1).98,01.(2 )98,01.(102100 2 =25780(N). Hiệu suất của palăng = max 0 Sam Q = 25780.2.2 102100 =0,99 Sđ Smax .n =25783 . 6 = 154700 (N). Dựa vào tài liệu [2] ,tra bảng về các loại cáp đã đợc tiêu chuẩn hoá ,ta chọn loại cáp bện đôi K_P kết cấu 6ì9(1+6 +6/6) +7 ì 7(1+6) OCT 14954-69. Độ bền giới hạn của một sợi b =1600 N/mm , chọn đờng kính cáp d c =16,5 (mm) ,có lực kéo đứt S d =164500 (N) . 3- Tính các kích thớc cơ bản của tang và ròng rọc. Đờng kính tang nhỏ nhất cho phép phải đảm bảo độ bền lâu của cáp ,đợc xác định theo công thức (2-12),TL[1]: D t d c .(e 1) (mm). (3-2) Trong đó: D t _Đờng kính tang tới đáy rãnh cắt (ở đây, ta chọn loại tang có Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 3 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển cắt rãnh vì chiều dài của cáp cuốn lên tang ngắn ,cáp cuốn lên tang đều nhau ,không bị chồng chéo và tránh kẹt rối cáp trong lúc làm việc ,dây cáp ít mòn hơn vì các vòng tang không cọ sát vào nhau ,áp suất trên tang cũng nhỏ hơn ). d c _Đờng kính dây cáp cuốn lên tang, d c =16,5 mm. e _Hệ số thực nghiệm,tra bảng (2-4) ,TL[1]. Với loại dẫn động bằng máy ,chế độ làm việc trung bình chọn e=25. D t 16,5.(25-1) = 396 (mm). Chọn đờng kính tang D t =400 (mm). ở đây ta chọn đờng kính tang và ròng rọc giống nhau D t = D r = 400 (mm). Ròng rọc cố định không phải làm việc ,có thể chọn đờng kính nhỏ hơn 20% so với ròng rọc làm việc. D c = 0,8.D t = 0,8.400 = 320 (mm). Tính chiều dài tang Chiều dài tang phải đảm bảo sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất ,trên tang vẫn còn 1,5 đến 2 vòng dây. Chiều dài có ích của cáp là: l= H.a (m) Trong đó: H_chiều cao nâng danh nghĩa (m), H= 7 (m). a_Bội suất của palăng cáp ,a=2. l= 7.2 = 14 (m). Chiều dài của toàn bộ tang sẽ là: L = L ' 0 + 2.L 1 + 2.L 2 + L 3 Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 4 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển l 2 l'o L2 - Tính L ' 0 : Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh là: Z = ).( c dD l t + + Z ' 0 = )0165,04,0.( 14 + +2 = 12,4 (vòng) Trong đó: Z ' 0 =2 _Số vòng không sử dụng đến. Chiều dài làm việc của tang L ' 0 = 2.Z.t t _là bớc cáp (mm),xác định theo công thức kinh nghiệm: t = d c + (3 ữ 4) mm =16,5 + 3,5 =20 (mm) L ' 0 = 2.20.12,4 500 (mm) -Tính L 1 : L 1 _chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp vào.ở đây ta dùng phơng pháp kẹp thông thờng và phải cắt thêm 3 vòng rãnh trên tang nữa L 1 = 3.20 = 60 (mm) -Tính L 2 : Vì tang đợc chọn cắt rãnh ,cáp cuốn lên có một lớp ,nên không cần làm thành bên ,nhng ở 2 đầu tang trớc khi vào phần cắt rãnh ta để trừ một khoảng: L 2 = 20 (mm) -Tính L 3 : Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 5 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển L 3 _Khoảng ngăn cách giữa hai nửa cắt rãnh L 3 =L 4 - 2.h min .tg Lấy sơ bộ L 4 =300 (mm) _Khoảng cách giữa hai ròng rọc ở ổ treo móc . h min = 800 (mm)_khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục ròng rọc của ổ treo móc. tg = 10 1 =0,1 _Góc nghiêng cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với phơng thẳng đứng. L 3 = 300 2.0,1.800 =140 (mm) Vậy chiều dài toàn bộ tang sẽ là: L=500 + 2.60 + 2.20 + 140 = 800 (mm) Bề dày thành tang đợc xác định theo công thức kinh nghiệm sau: =0,02 .D t + ( 6 ữ 10) mm =0,02.400 +6 =14 (mm) Kiểm tra sức bền của tang theo công thức b = t Sk . max (N/m 2 ) (3-3) Trong đó: k_hệ số phụ thuộc vào lớp cáp cuốn trên tang,k=1. _hệ số giảm ứng suất ,tang chế tạo bằng gang =0,8. _bề dày của tang,=14 (mm) t_bớc cuốn cáp (mm). b = 20.14 25780.8,0.1 =73,7 (N/m 2 ) Tang đợc chế tạo bằng cách đúc gang Cy 15_32 là vật liệu thông dụng ,phổ biến nhất có giới hạn bền là bn =565 N/m 2 .ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền với k =6: [] = k bn = 6 565 =91,2 (N/m 2 ) b < [] Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 6 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển 4-chọn động cơ điện Động cơ điện chọn cho cơ cấu máy trục phải thoả mãn hai yêu cầu: 1. Khi làm việc với chế độ ngắt đoạn lặp đi lặp lại và với thời gian dài, với c- ờng độ cho trớc, động cơ không đợc nóng quá giới hạn cho phép, để không làm hỏng vật liệu cách điện trong động cơ. 2. Công suất động cơ điện phải đủ để đảm bảo mở máy với gia tốc cho trớc, song công suất động cơ cũng không đợc chọn quá lớn, sẽ gây gia tốc lớn ảnh hởng không tốt đến hoạt động trong bộ máy. - Trong máy trục có thể dùng các loại động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều. + Động cơ điện một chiều có u điểm cơ bản là có khả năng điều chỉnh vận tốc trong phạm vi rộng, dễ tạo đờng đặc tính cơ học phù hợp với yêu cầu làm việc của máy trục, có khả năng quá tải cao, nhng đòi hỏi phải có nguồn điện một chiều, thờng là phải thông qua các bộ phận chỉnh lu đắt tiền. Vì mạng điện công nghiệp là điện xoay chiều ba pha vì nó có rất nhiều u điểm trong sử dụng. + Động cơ điện xoay chiều ba pha so với động cơ điện một chiều thì kích th- ớc và trọng lợng nhỏ hơn, cần dùng ít đồng hơn, cấu tạo đơn giản hơn, làm việc bảo đảm hơn và có hiệu suất cao hơn. Chính vì vậy ngời ta hay dùng động cơ điện xoay chiều, bao gồm: Động cơ điện chuyên dùng cho máy trục và cả động cơ điện công dụng chung. Trong đó động cơ điện chuyên dùng với dòng điện xoay chiều đợc sử dụng phổ biến hơn cả. Có hai loại: Động cơ máy trục kiểu dây cuốn (MT) và động cơ máy trục kiểu dây cuốin (MT) và động cơ máy trục kiểu lồng sóc (MTK). ở các động cơ này đờng đặc tính ở phần làm việc rất cứng, do đó dù tải trọng, thay đổi nhiều thì vận tốc chuyển động cũng sẽ thay đổi rất ít và trong các phép tính thực tế ,có thể xem nh vận tốc động cơ điện xoay chiều không phụ thuộc vào tải trọng. 4.1- Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 7 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển Xác định theo công thức (2-78),TL[1] N = 1000.60 . n vQ (kW) (3-4) Trong đó: Q - trọng lợng vật nâng Q = 100000 (N) v n - vận tốc nâng hàng v n = 15 (m/phút) - hiệu suất của cơ cấu = p . t . o Trong đó: p _ Hiệu suất pa lăng: p = 0,99 t _Hiệu suất của tang: t = 0,96 (bảng 1.9.TTMT) o _ Hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối.Ta giả thiết bộ truyền đợc chế tạo thành lập giảm tốc hai cấp bánh răng trụ.Tra bảng (1.9) ,TL[1] o = 0,99 2 . 0,97 2 0,92 Vậy hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối: = 0,99 . 0,96 . 0,92 0,87 Vậy công suất tĩnh cần thiết khi nâng vật bằng trọng tải là: N = 87,0 1000.60 15.100000 = 28,7 (kW) 4.2- Chọn động cơ. Tơng ứng với chế độ làm việc trung bình (CĐ%=25%), sơ bộ chọn động cơ điện MT 51-8 (theo TL[3]),có đặc tính kỹ thuật: - Công suất danh nghĩa N đc = 22 kW - Số vòng quay danh nghĩa: n đc = 723 vg/ph - Hệ số quá tải 0,3 max = dn M M - Mô men vô lăng: (G; D 2 i ) tor ô = 44 Nm 2 - Khối lợng động cơ m đc = 435 kg. Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 8 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển ở đây ta chọn động cơ có công suất nhỏ hơn công suất tĩnh do đặc điểm làm việc của cơ cấu và khả năng quá tải của động cơ và phải kiểm tra quá tải cho động cơ. 4.3. Kiểm nghiệm động cơ điện về nhiệt. Đồ thị gia tải thực của cầu trục với trọng tải nh hình vẽ. Q t Theo sơ đồ gia tải thực thì cơ cấu nâng sẽ làm việc với các trọng lợng vật nâng: Q 1 = Q; Q 2 = 0,5Q; Q 3 = 0,3Q và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lợng này tơng ứng là 3:1:1. - 0 trên, ta đã chọn động cơ điện có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu khi làm việc với vật nâng có trọng lợng bằng trọng tải. Do đó,ta phải kiểm nghiệm động cơ đã chọn về nhiệt theo công suất trung bình bình phơng. Muốn vậy cần xác định: Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 9 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển + Mô men động cơ phát ra khi chuyển động ổn định với những vật trọng lợng khác nhau. - Khi nâng vật,xác định theo công thức (2-79),TL[1] M n = '.2 io mDS on (Nm) (3-5) - Khi hạ vật,xác định theo công thức (2-80),TL[1] M h = 0 .2 ' . i mDS oh (Nm) (3-6) + Mô men mở máy trung bình của động cơ điện. + Thời gian mở máy trong các thời kỳ làm việc khác nhau của cơ cấu, nâng hạ móc không, nâng hạ móc có vật trọng lợng nhất định. Thời gian khở động khi nâng vật trọng lợng danh nghĩa sao cho gia tốc trung bình không vợt quá trị số gia tốc nền dùng. + Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định: t v = v H + Mô men trung bình bình phơng tơng đơng với tải trọng thực thay đổi và sau đó xác định công suất trung bình bình phơng. Nếu công suất danh nghĩa trong động cơ đã chọn bằng hoặc lớn hơn công suất trung bình bình phơng tính đợc (với cùng chế độ làm việc CĐ%), thì xem nh đã chọn xong động cơ. Nếu nhỏ hơn thì phải chọn lại động cơ khác có công suất danh nghĩa cao hơn một bậc. Các thông số cần xác định là: +>. Trờng hợp Q 1 = Q. * Trọng lợng vật nâng cùng bộ phận mang. Q o = Q + Q m = 102100 (N) * Lực căng dây trên tang khi nâng vật,xác định theo công thức (3-1) S n = ta o m Q ).1.( )1.( = 25780(N) Hiệu suất của cơ cấu không tính hiệu suất pa lăng khi làm việc với vật nâng Sinh viên :Hồ Sỹ Hng - 10 - Lớp Máy Xây Dựng- B-khoá 42 . 42 Thiết kế môn học Máy nâng vân chuyển thức2.22.TL[1] S h = S min = a o m Q 1 )1( . . 1 + ta (3- 7) S h = )102 ( 2 98,0. )98,01( )98,01( . 2 102 100. 0,3Q + Q m = 0,3 .100 000 + 2100 =3 2100 N + Lực căng cáp trên tang. -Khi nâng vật: S n = )98,01(2 )98,01(3 2100 )1( )1( 2 0 = a m Q = 8106 N -Khi hạ vật: