Đồ án Thiết kế cầu trục 1 tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm

i MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU ...............................................................................................................1 CHƯƠNG I NHIỆM VỤ -YÊU CẦU -PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1. TỔNG QUAN .....................................................................................................3 1.2. NHIỆM VỤ - YÊU CẦU THIẾT KẾ. ................................................................3 1.2.1. Nhiệm vụ thiết kế. ........................................................................................3 1.2.2. Yêu cầu thiết kế ............................................................................................4 1.2.2.1. Yêu cầu chung........................................................................................4 1.2.2.2. Yêu cầu cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục ....................................5 1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ..................................................................................6 1.3.1. Đặc ñiểm, phân lọai cầu trục ........................................................................6 1.3.1.1. Một số ñặc ñiểm về cầu trục ..................................................................6 1.3.1.2. Phân loại cầu trục...................................................................................7 1.3.2. Chọn phương án thiết kế.............................................................................14 1.3.2.1. Phân tích,chọn phương án thiết kế.......................................................14 1.3.2.2. Chọn các thông số cơ bản ....................................................................17 CHƯƠNG II TÍNH CÁC CƠ CẤU CHÍNH 2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG.............................20 2.1.1. Chọn phương án cho cơ cấu nâng ..............................................................20 2.1.2. Tính cơ cấu nâng ........................................................................................21 2.1.2.1. Chọn loại dây .......................................................................................21 2.1.2.2. palăng giảm lực....................................................................................21 2.1.2.3. Kích thước dây.....................................................................................22 2.1.2.4. Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc ................................22 2.1.2.5. Tính chọn ñộng cơ ñiện .......................................................................25 2.1.2.6. Tỷ số truyền chung ..............................................................................26 2.1.2.7. Kiểm tra ñộng cơ ñiện về nhiệt............................................................26 2.1.2.8 .Tính chọn phanh ..................................................................................30 2.1.2.9.Thiết kế bộ truyền .................................................................................32 ii 2.1.2.10. Tính cặp lệch tâm...............................................................................34 2.1.2.11. Các bộ phận khác của cơ cấu nâng ....................................................37 2.2. TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON...........................................................44 2.2.1. Chọn sơ ñồ tính và các thông số cơ bản .....................................................44 2.2.2. Tính cơ cấu di chuyển.................................................................................44 2.2.2.1. Tính bánh xe ........................................................................................44 2.2.2.2. Chọn ñộng cơ ñiện ...............................................................................46 2.2.2.3. Xác ñịnh tỷ số truyền bộ truyền hở......................................................50 2.2.2.4. Thiết kế bộ truyền hớ, bánh răng trụ - thẳng .......................................50 2.3. TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU.................................................................56 2.3.1. Chọn sơ ñồ tính và các thông số cơ bản .....................................................56 2.3.2. Tính cơ cấu di chuyển cầu ..........................................................................57 2.3.2.1. Tính bánh xe và ray .............................................................................57 2.3.2.2. Chọn ñộng cơ ñiện ...............................................................................58 2.3.2.3. Tỷ số truyền chung ..............................................................................59 2.3.2.4. Kiểm tra ñộng cơ ñiện về mômen mở máy..........................................60 2.3.2.5. Tính chọn phanh ..................................................................................61 2.3.2.6. Thiết kế bộ truyền ................................................................................62 2.3.2.7. Tính bánh xe và ray .............................................................................66 2.3.2.8. Tính trục truyền....................................................................................68 CHƯƠNG III TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU TRỤC 3.1. TÍNH DẦM CHÍNH .........................................................................................70 3.1.1. Chọn vật liệu...............................................................................................70 3.1.2. Xác ñịnh các tải trọng tác dụng lên dầm chính ..........................................70 3.1.3. Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền ...................................................71 3.1.3.1. Chọn kích thước tiết diện dầm chính...................................................71 3.1.3.2. Kiểm tra bền tiết diện ñã chọn .............................................................72 3.2. TÍNH DẦM CUỐI ............................................................................................75 3.2.1. Chọn vật liệu cho dầm cuối: .......................................................................75 3.2.2. Xác ñịnh các tải trọng tác dụng lên dầm cuối ............................................75 3.2.3. Chọn kết cấu dầm cuối và kiểm tra bền .....................................................75 iii CHƯƠNG IV TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ VÀ SƠ BỘ TÍNH GIÁ THÀNH 4.1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC CƠ CẤU CÔNG TÁC ...79 4.1.1. Khái niêm chung.........................................................................................79 4.1.2. Hệ thống dây dẫn và các thiết bị bảo vệ .....................................................79 4.1.2.1. Hệ thống dây dẫn cung cấp ñiện cho cầu trục .....................................79 4.1.2.2. Các thiết bị báo vệ ...............................................................................80 4.1.3. Thiết kế mạch ñiều khiển cho các cơ cấu công tác ....................................80 4.2.3.1. Mạch ñiều khiển cơ cấu nâng: .............................................................80 4.2.3.2. Mạch ñiều khiển cơ cấu di chuyển xe con và cơ cấu di chuyển cầu ...81 4.2. THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ AN TOÀN CƠ - ĐIỆN CHO CẦU TRỤC .........85 4.2.1. Thiết bị hạn chế chiều cao nâng .................................................................85 4.2.2. Thiết bị hạn chế tải trọng nâng ...................................................................86 4.2.3. Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển và giảm chấn .................................86 4.3. SƠ BỘ TÍNH GIÁ THÀNH SẢN PHẨM........................................................87 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN KẾT LUẬN ..............................................................................................................90 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ..................................................................................................90 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................91 1 LỜI NÓI ĐẦU Máy nâng chủ yếu dùng ñể nâng vật nặng phục vụ các quá trình xây lắp, xếp dỡ và vận chuyển vật trong các lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, quốc phòng.v.v.. Với vai trò quan trọng trong việc cơ giới hóa tự ñộng hóa, máy nâng là một trong phương tiện vô cùng cần thiết, là ñiều kiện cơ bản ñể phát triển nền kinh tế quốc dân. Vì vậy việc tìm hiểu các máy nâng chuyển là không thể thiếu ñối với các kỹ sư. Nhằm mục ñích tìm hiểu nhiều hơn về vấn ñề trên, do vậy cuối khóa học em ñã nhận ñề tài:”Thiết kế cầu trục 1 tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm”. Nội dung thöïc hiện bao gồm các phần chính sau: Chương I: Nhiệm vụ, yêu cầu và phương án thiết kế. Chương II: Tính toán các cơ cấu chính. Chương III: Tính kết cấu thép. Chương IV: Tính các thiết bị phụ và sơ bộ tính giá thành. Chương V: Kết luận và ñề xuất ý kiến. Qua thời gian tìm hiểu thực tế cùng những tài liệu có liên quan và ñặc biệt ñược sự giúp ñỡ tận tình của thầy Nguyễn Thái Vũ, nay em ñã hoàn thành ñề tài ñược giao; mặc dù ñã cố gắng nhiều, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong ñược sự ñóng góp ý kiến và giúp ñỡ của các thầy cùng bạn ñọc ñể cuốn ñề tài này ñược hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thái Vũ, các thầy trong khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy trường Đại Học Nha Trang cùng toàn thể các bạn ñã nhiệt tình giúp ñỡ em hoàn thành cuốn ñề tài này. Nha Trang, ngày 05 tháng 7 năm 2008 Sinh viên thực hiện: Bùi Mạnh Linh 2 CHƯƠNG I NHIỆM VỤ -YÊU CẦU -PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3 1.1. TỔNG QUAN Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng ñể thay ñổi vị trí của ñối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra ñời và phát triển của nó gắn liền với yêu cầu về kinh tế kĩ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối ña sức người trong lao ñộng. Đặc ñiểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp ñi lặp lại và có thời gian dừng. Chuyển ñộng chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng ñứng, ngoài ra còn một số các chuyển ñộng khác ñể dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển ñộng quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển ñộng lắc quanh trục ngang. Bằng sự phối hợp giữa các chuyển ñộng, máy có thể dịch chuyển vật ñến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó. Để ñáp ứng yêu cầu và ñòi hỏi của các ngành công nghiệp khác nhau, kĩ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận chuyển mới, luôn cải tiến và hợp lí hóa phương pháp phục vụ, nâng cao hơn ñộ tin cậy làm việc, tự ñộng hóa các khâu ñiều khiển, tiện nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng. Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển ñược chia thành các loại: kích, bàn tời, palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục, thang nâng.v.v.. Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu. Loại này di chuyển trên ñường ray ñạt trên cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cầu, cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kì ñiểm nào trong không gian của nhà xưởng. Cầu trục ñược sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất ña dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm ñiện v.v.. Đặc biệt cầu trục ñược sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng. 1.2. NHIỆM VỤ - YÊU CẦU THIẾT KẾ. 1.2.1. Nhiệm vụ thiết kế. Thiết kế là một quá trình sáng tạo, trong quá trình này người thiết kế phải tìm hiểu, ñề cập và giải quyết thoả ñáng hàng loạt các yêu cầu khác nhau về phương pháp tính toán, chỉ tiêu khả năng làm việc, công nghệ chế tạo và quy trình lắp ráp, sử dung, sửa chữa theo nhiều phương pháp khác nhau. Nhiệm vụ chính của thiết kế là tìm ra và 4 cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật ñể từ ñó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp với nhiệm vụ thư thiết kế. Cuôi cùng là ñưa ra những thông tin về ñối tượng thiết kế và từ những thông tin ñó có thể tạo ra một sản phẩm cụ thể. Việc thiết kế phải ñảm bảo khả năng thực hiện ñược các giải pháp kỹ thuật, nghĩa là phải có sự phù hợp giữa các ñặc tính kỹ thuật của các ñối tượng mới với các giải pháp kỹ thuật và mức ñộ phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như thực tế sản xuất. Trong ñề tài này, việc thiết kế ñược giới hạn trong “thiết kế cầu trục 1 tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm” sao cho ñảm bảo ñược các tính năng kỹ thuật và yêu cầu ñặt ra. 1.2.2. Yêu cầu thiết kế 1.2.2.1. Yêu cầu chung Mỗi loại máy nâng ñược cấu thành từ hai bộ phận cơ bản: kết cấu thép và bộ phận cơ khí. Ngoài hai bộ phận trên còn có phần trang bị ñiện, các bộ phận ñiều khiển, các cơ cấu bảo vệ an toàn,… Phần kết cấu thép có hình dạng, kích thước ngoài khác nhau, phù hợp với không gian, tính chất công việc và ñối tượng mà chúng phục vụ cũng như ñiều kiện kinh tế kỹ thuật khác. Kết cấu thép là xương sống, là bộ phận chịu tải của cả máy nâng mà trong quá trình làm việc trọng lượng các cơ cấu cơ khí, tải trọng nâng chuyền ñến. Các cơ cấu cơ khí ñược lắp ñặt trực tiếp trên bộ phận kết cấu thép và thực hiện chức năng nâng hạ, di chuyển hoặc quay máy nâng, thay ñổi tầm vớ. Người ta phối hợp các chức năng của các cơ cấu trên ñể nâng hạ, di chuyển vật trong không gian mà máy nâng có thể thao tác. Bộ phận cơ cấu cơ khí là tập hợp các bộ truyền dẫn ñộng từ ñộng cơ ñến bộ công tác. Các bộ phận này có thể là cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặc hỗn hợp của các loại ñó. Đại ña số các máy nâng sử dụng truyền ñộng cơ khí mà kết cấu của chúng là: ñộng cơ, hộp giảm tốc, trong ñó có các trục, khớp nối, ổ bi, các cặp bánh răng, cáp hoặc xích truyền ñộng, tang cuốn cáp, puli, phanh,… ñược xắp xếp theo một thứ tự và quy luật truyền ñộng nhất ñịnh. Tính toán các cơ cấu truyền ñộng là tính toán chức năng của máy (ñộng học, ñộng lực học như là số vòng, tốc ñộ, phương chiều chuyển 5 ñộng, lực tác ñộng…), sức bền các cơ cấu ñể từ ñó ñịnh ra kích thước hình học, công suất ñộng cơ và các thông số khác nhằm làm cho máy nâng ñặt ñược các yêu cầu kĩ thuật phù hợp với yêu cầu thực tế ñòi hỏi ñặt ra. Đối với tính toán sức bền nhằm tìm ñược kích thước của các cơ cấu ñặt ñộ cứng vững và bền mòn. Tính toán bền thường trải qua hai giai ñoạn: trước tiên là lựa chọn sơ bộ sau ñó là tính chính xác. Lựa chọn sơ bộ là mục ñích xác ñịnh nhanh những kích thước chính theo phương pháp ñơn giản và gần ñúng. Tính toán chi tiết hay tính chính xác nhằm mục ñích kiểm tra và ñiều chỉnh lại kích thước cơ cấu ñã lựa chọn sơ bộ. Cách tính này thường dựa vào tính chất mỏi của vật liệu. Hư hỏng các cơ cấu máy nâng chủ yếu là do gẫy và mòn. Việc tính bền chi tiết là phải xác ñịnh chính xác kích thước ñể có khả năng cứng vững chống lại các tải trọng tác dụng lên chúng, bảo ñảm tuổi thọ của chúng ñồng thời bảo ñảm tính kinh tế không quá lãng phí vật liệu. Mòn của các chi tiết cơ cấu diễn ra từ từ và lâu dài. Để ñảm bảo ñộ mòn cho phép cần quan tâm tới chất lượng vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt các vật liệu ñó phù hợp ñiều kiện làm việc theo yêu cầu của từng chi tiết, bộ phận và ñặt ñược tuổi thọ của cả máy ñã xác ñịnh trước. 1.2.2.2. Yêu cầu cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục Trong tính toán thiết kế “cầu trục 1T phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm “ cần thoả mãn các yêu cầu sau: - Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển tôn tấm trong phân xưởng cơ khí. - Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và không gian nhà xưởng. - Phải ñạt ñược tính kinh tế cao: nghĩa là thiết bị sau khi chế tạo và các chi phí vận chuyển của thiết bị phải là tối ưu nhất. - Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn ñảm bảo ñược các tính năng của nó. - Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp ñặt trong phân xưởng. 6 - Sử dụng ñơn, làm việc phải có ñộ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố ở mỗi chế ñộ nâng chuyển. - Phải ñảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị ñược dễ dàng trong những trừơng hợp cần thiết. - Thiết bị phải ñặt tuổi bền cần thiết. 1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.3.1. Đặc ñiểm, phân lọai cầu trục 1.3.1.1. Một số ñặc ñiểm về cầu trục Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm chính) liên kết với hai dầm ngang (dầm cuối), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe ñể di chuyển trên hai ñường ray song song ñặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép. Cầu trục ñược sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng ñể nâng hạ vật nâng, hàng hoá trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi. Dầm cầu ñược gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, trên ñó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc theo dầm chính. Hai ñầu của dầm chính liên kết hàn hoặc ñinh tán với hai dầm cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ ñộng va cụm bánh xe bị ñộng. Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển xe con (hoặc palăng) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dưới mà cầu trục bao quát. Hình 1.1. Cầu trục dẫn ñộng ñiện. 7 Xét về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép (dầm chính, dầm cuối, sàn công tác, lan can), các cơ cấu cơ khí (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con) và các thiết bị ñiều khiển khác. Dẫn ñộng cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn ñộng ñiện. Dẫn ñộng bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không ñòi hỏi năng suất và tốc ñộ cao. Dẫn ñộng bằng ñiện cho các loại cầu có tải trọng nâng và tốc ñộ nâng lớn sử dụng trong các phân xưởng lắp ráp và sửa chữa lớn. Cầu trục ñược chế tạo với tải trọng nâng từ 1 ñến 500 t; khẩu ñộ dầm cầu ñến 32m; chiều cao nâng ñến 16m; tốc ñộ nâng vật từ 2 ñến 40 m/ph; tốc ñộ di chuyển xe con ñến 60m/ph và tốc ñộ di chuyển cầu trục ñến 125 m/ph. Cầu trục có tải trọng nâng thường ñược trang bị hai hoặc 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 thường ñược ký hiệu bằng một phân số với tải trọng nâng chính và phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t; 150/20/5 t; v.v.. 1.3.1.2. Phân loại cầu trục Cầu trục ñược phân loại theo các trường hợp sau: a. Theo công dụng Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên dùng. - Cầu trục có công dụng chung có kết cấu tương tự như các cầu trục khác, ñiểm khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật ña dạng, có thể nâng ñược nhiều loại hàng hoá khác nhau. Thiết bị mang vật chủ yếu của loại cầu trục này là móc treo ñể 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 ñiện hoặc thiết bị cặp ñể xếp dỡ một loại hàng nhất ñịnh. - Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên ñể nâng một loại hàng nhất ñịnh. Cầu trục chuyên dùng ñược sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế ñộ làm việc rất nặng. 8 b. Theo kế cấu dầm Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm. - Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm chạy chữ I hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheo palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoăc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trên dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên ñường ray chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm ñều dùng palăng ñẵ ñược chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn ñể làm cơ cấu nâng hạ hàng. Nếu nó ñược trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn ñộng bằng tay, nếu ñược trang bị palăng ñiện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn ñộng bằng ñiện. Hình 1.2. Cầu trục một dầm. 1. Bộ phận cấp ñiện lưới ba pha. 6. Palăng ñiện. 2. Trục truyền ñộng. 7. Dầm chính. 3. Cơ cấu di chuyển cầu. 8. Khung giàn thép. 4. Bánh xe di chuyển cầu. 9. Móc câu. 5. Dầm cuối. 10. Cabin ñiều khiển. 9 Cầu trục một dầm dẫn ñộng bằng tay có kết cấu ñơn giả