Thiết kế cần trục chân đế dạng cổng kiểu mâm quay với sức nâng Q = 30Tf

CHÖÔNG 3 : TÍNH TOAÙN CÔ CAÁU DI CHUYEÅN 3.1 SÔ ÑOÀ TRUYEÀN ÑOÄNG CÔ CAÁU DI CHUYEÅN: Ñoäng cô ñieän Khôùp noái Hoäp giaûm toác truïc vít baùnh vít. oå ñôõ Baùnh raêng lôùn chuû ñoäng Baùnh raêng nhoû bò ñoäng Baùnh xe 3.2. CHOÏN BAÙNH XE VAØ RAY: 3.2.1 Choïn kích thöôùc baùnh xe Baùnh xe coù daïng hình truï coù gôø, kích thöôùc cuûa noù choïn theo tieâu chuaån GOCT – 3569 – 60. Choïn ñöôøng kính baùnh xe Db =500 mm Ñöôøng kính ngoõng truïc db =(0,2 ÷ 0,25)Db = 100 mm. Theo caùc taûi troïng naâng cuûa caàn truïc. Vaät lieäu laøm baùnh xe laø 35XG 3.2.2 Taûi troïng taùc duïng leân baùnh xe: Baùnh xe ñöôïc boá trí vôùi khaåu ñoä L =11,5m vaø cô sôû B =10,5m. Baùnh xe chòu taùc duïng cuûa taûi troïng goàm troïng löôïng cuûa caàn truïc Gc =370 T vaø troïng löôïng cuûa haøng Q =30 T. Soá löôïng baùnh xe cuûa caàn truïc goàm 24 baùnh trong ñoù coù 12 baùnh daãn ñoäng vaø 12 baùnh bò ñoäng. Taûi troïng nhoû nhaát taùc duïng leân baùnh xe khi di chuyeån khoâng haøng (N) Gc = 3700000 (N) troïng löôïng caàn truïc Taûi troïng lôùn nhaát xuaát hieän taïi D khi caàn truïc mang haøng ñònh möùc ôû vò trí xa nhaát. = 1256840 (N). Löïc taùc duïng leân moät baùnh xe khi coù haøng (ôû moãi cuïm chaân coù 6 baùnh xe) : Vaäy löïc taùc duïng lôùn nhaát : Pmax = P = 209473 (N). Taûi troïng töông ñöông taùc duïng leân baùnh xe : Pbx = g.kbx.Pmax = 0,98.1,2.209473 = 246340 (N). Vôùi : g = 0,98 vaø kBX =1,2 Baùnh xe ñöôïc cheá taïo baèng vaät lieäu laø theùp ñuùc 35XT ñöôïc toâi ñeå ñaït ñoä cöùng HB=300÷350 Baùnh xe ñöôïc kieåm tra beàn theo coâng thöùc (2-67) [3] Vôùi : b =130mm: chieàu roäng beà maët laøm vieäc cuûa baùnh xe r =250mm : baùnh kính baùnh xe [s] =750 N/mm2 : öùng xuaát cho pheùp Vaäy baùnh xe thoaû maõn ñieàu kieän beàn. 3.2.3 Choïn ray Caên cöù vaøo löïc taùc duïng leân baùnh xe vaø caùc kích thöôùc cô baûn cuûa baùnh xe thì ta choïn ray theo tieâu chuaån GOST 4121 – 96 loaïi ray KP 70. 3.3 TÍNH CHOÏN COÂNG SUAÁT ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN : Toång löïc caûn di chuyeån cuûa caàn truïc do taûi troïng tónh: Wd = Wms +Wng +Wg (2.39) [1] Trong ñoù : + Wms : löïc caûn do ma saùt. + Wng : löïc caûn do ñoä nghieâng cuûa ñöôøng. + Wg : löïc caûn do taûi troïng gioù. Löïc caûn chuyeån ñoäng do ma saùt (2.40) [1] Kg Vôùi : Gc =370000 KG troïng löôïng baûn thaân caàn truïc Db = 50 cm ñöôøng kính baùnh xe d = 10 cm ñöôøng kính ngoõng truïc m = 0,015 heä soá ma saùt trong oå laên f = 0,06 heä soá ma saùt cuûa baùnh xe treân ray ñaàu loài Löïc caûn do ñoä nghieâng cuûa ñöôøng ray : Wng = sina.(Gc +Q)= 0,003 ´ 400000 = 1200 (KG) (2.41) [1] Vôùi: sina= 0,003 tra baûng (3-9) [4] Löïc caûn gioù Wg = q0. n. c. b. (Fh + Fv) (2.41) [1] Þ Wg = 15. 1,8. 1,2. 0,6. (18+60) = 1516,32 (KG) Vôùi : qo =15 KG/m2 : Aùp suaát ñoäng cuûa gioù ôû ñoä cao 10m so vôùi maët ñaát n = 1,8 : Heä soá hieäu chænh taêng aùp löïc phuï thuoäc vaøo ñoä cao so vôùi maët ñaát. Tra baûng (1-6) [1] c = 1,2 :Heä soá khí ñoäng hoïc (baûng 1-7) [I] b = 0,6 : Heä soá ñoäng löïc Fh =60 m2 : Dieän tích chòu gioù tính toaùn cuûa caùc boä phaän cuûa maùy truïc Fv =18 m2 : Dieän tích chòu gioù cuûa vaät naâng Toång hôïp löïc caûn tónh treân caàn truïc chaân ñeá : Wd = Wms +Wng +Wg = 5400 + 1200 + 1516,32 = 8116,32 (KG) Xaùc ñònh coâng xuaát tónh treân ñoäng cô ñieän : [ (3-60),II] Vôùi :h = 0,85 hieäu suaát cuûa cô caáu di chuyeån. Vc = 20 (m/p) vaän toác di chuyeån caàn truïc. Cô caáu di chuyeån coù 6 cuïm ñoäng cô ñieän ôû 4 cuïm baùnh xe Vaäy coâng suaát cuûa 1 ñoäng cô ñieän : Ñoäng cô ñöôïc choïn phaûi coù coâng suaát ñònh möùc baèng hoaëc lôùn hôn coâng suaát tính toaùn moät ít Vaäy choïn ñoäng cô ñieän MTKF roâto loàng soùc soá hieäu 211-6 vôùi caùc thoâng soá sau : Nñc =5,5 KW n = 840 voøng/phuùt Hieäu suaát : 72,5 % Moment lôùn nhaát: 22 KGm Moment ñaø :( GD )2 =0,44 KGm Khoái löôïng : 110 kg Ñieän aùp : 220v/380v, 50 Hz 3.4 TÍNH CHOÏN HOÄP GIAÛM TOÁC. Soá voøng quay cuûa truïc baùnh xe: Tæ soá truyeàn ñoäng chung: Ta coù : i = ihgt . ibrh Vôùi : ihgt - tæ soá truyeàn hoäp giaûm toác ibrh - tæ soá truyeàn cuûa baùnh raêng hôû choïn : ibrh = 1,5 Theo ñoù ta seõ choïn hoäp giaûm toác truïc vít baùnh vít coù tæ soá truyeàn i = 44 + coâng suaát truyeàn ñoäng N = 7 KW + cöôøng ñoä n = 700voøng/phuùt. Kieåm tra khaû naêng taûi : Khaû naêng moment daãn ñeán truïc vaøo : Khaû naêng truyeàn moment ôû truïc ra : Yeâu caàu moment truyeàn ôû truïc vaøo : Yeâu caàu moment truyeàn ôû truïc ra: Myc (ra) = Myc (vao) . iyc =62,5.44= 2750 (Nm) Vaäy hoäp giaûm toác ñaõ choïn ñuû khaû naêng taûi vaø ñaûm baûo yeâu caàu ñoäng hoïc 3.5 CHOÏN KHÔÙP NOÁI Khôùp noái truïc ñöôïc choïn döïa vaøo momen tính toaùn truyeàn qua khôùp: Mk = Mñm .K1.K2 (1.65) [1] K1 = 1,2 heä soá tính ñeán cheá ñoä quan troïng cuûa cô caáu. K1 = 1,2 heä soá tính ñeán cheá ñoä laøm vieäc cuûa cô caáu. Mñm : momen ñònh möùc truyeàn qua khôùp. Vaäy momen tính toaùn truyeàn qua khôùp : Mk = 1,2.1,2.33,58 = 48,36 (Nm) Döïa vaøo momen tính toaùn truyeàn qua khôùp, ta choïn loaïi khôùp kieåu noái truïc voøng ñaøn hoài ñöôïc chon theo baûng 9 – 11 [2] coù caùc thoâng soá sau : Caùc thoâng soá kích thöôùc cuûa khôùp noái truïc voøng ñaøn hoài: Moâmen xoaén (Nm) d (mm) D (mm) d0 (mm) l (mm) c dc 130 25÷28 120 28 ≤62 1 ¸ 5 14 lc Ñöôøng kính ngoaøi Chieàu daøi toaøn boä nmax (vg/ph ) Soá choát Z 33 27 28 4750 4 3.6 KIEÅM TRA ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN Do ñoäng cô ñöôïc choïn coù coâng xuaát ñònh möùc lôùn hôn coâng suaát tính toaùn Nñm = 5,5 (Kw) > Ntt = 5,2 (Kw) Neân khoâng caàn kieåm tra ñoäng cô veà ñieàu kieän quaù noùng. Ta tieán haønh kieåm tra ñoäng cô veà thôøi gian khôûi ñoäng. Momen ñònh möùc cuûa ñoäng cô : Mñm = (KGm) Momen khôûi ñoäng trung bình cuûa ñoäng cô : Mkñtb = (Kgm) Momen caûn tónh treân truïc ñoäng cô ñoái vôùi cô caáu di chueån : Mt = Trong ñoù: W = 8116,32 (KG) – toång löïc caûn di chuyeån cuûa caàn truïc. D = 0,5 (m) – ñöôøng kính baùnh xe i = 66 – tæ soá truyeàn chung cuûa cô caáu. h = 0,85 – hieäu suaát boä truyeàn. Mt = = 19,43 (KGm) Momen dö : Md = Mkñtb – Mt = 23 – 19,43 = 3,57 (KGm). Thôøi gian khôûi ñoäng cô caáu di chuyeån : tkñ = (1.41) [1] Trong ñoù : +G = 370000 (KG) – troïng löôïng caàn truïc. +Q = 30000 (KG) – troïng löôïng haøng naâng ñònh möùc. +V = 20 m/p = 0,33 m/s – toác ñoä di chuyeån cuûa caàn truïc. (GD2)qñ = d.GD2 = d.(GDr2 + GDk2 ) = 1,1.(0,44+0,018) = 0,11 (KGm2) GDr2 = 0,44 (KGm2) – momen ñaø roto ñoäng cô. GDk2 = 0,018 (KGm2) – momen ñaø khôùp noái. d =1,1÷1,25 – heä soá tính tôùi aûnh höôûng nhöõng khoái löôïng boä truyeàn. Ta tính ñöôïc : Þ tkñ = tkñ = 7,52 (s) Vaäy thôøi gian khôûi ñoäng tính toaùn ñöôïc phuø hôïp vôùi giaù trò ñöôïc cho trong baûng (1-11) [1] . Thôøi gian khôûi ñoäng cô caáu di chuyeån: 5 ÷ 8 (s). Kieåm tra theo trò soá gia toác khôûi ñoäng : a = ≤ [a]max =0,2 (m/s2). Trong ñoù V = 0,33 m/s : vaän toác di chuyeån caàn truïc. tkñ = 7,52 (s) : thôøi gian khôûi ñoäng cô caáu di chuyeån. [a]max : gia toác cho pheùp lôùn nhaát. ( baûng 1.15)[1] Vaäy ñoäng cô ñöôïc choïn thoûa maõn veà ñieàu kieän trò soá thôøi gian vaø gia toác khôûi ñoäng. 3.7 KIEÅM TRA ÑOÄ DÖÏ TRÖÕ BAÙM. 3.7.1 Tröôøng hôïp caàn truïc laøm vieäc khoâng mang haøng. Toång aùp löïc leân nhöõng baùnh xe truyeàn ñoäng: Gtr = k. = 203500 (KG). Trong ñoù k = 1,1 heä soá tính ñeán vieäc phaân phoái khoâng ñeàu khoái löôïng cuûa caàn truïc giöõa nhöõng baùnh xe truyeàn ñoäng vaø khoâng truyeàn ñoäng. Löïc caûn di chuyeån caàn truïc khi khoâng coù haøng: Wd = Kms.G. =4995 (KG). Theo coâng thöùc (2.44)[1], kieåm tra ñoä döï tröõ baùm thöïc teá : kb = =4,1 > 1,2 Nhö vaäy laø thoaû maõn. Tröôøng hôïp nguy hieåm laø khi chæ coù moät boä truyeàn laøm vieäc. Toång aùp löïc leân nhöõng baùnh xe truyeàn ñoäng ôû phía boä truyeàn khoâng laøm vieäc: Gtr = k. = 101750 (KG). Ñoä döï tröõ baùm thöïc teá : kb = = 2,75 > 1,1. Vaäy ñieàu kieän veà ñoä döï tröõ baùm thöïc teá ñöôïc thaûo maõn. CHOÏN PHANH : Toång aùp löïc treân nhöõng baùnh xe haõm: Gh = k.G. = 203500 KG Moment phanh cho pheùp lôùn nhaát xaùc ñònh theo coâng thöùc (2-48) [1] xuaát phaùt töø ñieàu kieän ñaûm baûo khi phanh baùnh xe maø khoâng bò tröôït treân ray: Þ Coù 6 phanh neân moãi phanh coù M = 17,5(KGm) Theo baûng choïn phanh maù thuûy löïc ñoùng phanh duøng heä thoáng thuûy löïc kieåu TG 38548 coù moment phanh M = 20 (KGm), ñöôøng kính baùnh phanh D = 200 mm, chieàu roäng maù phanh B =140 mm, haønh trình ma phanh F = 0, ,khoái löôïng m = 15 kg. 3.9 TÍNH TRUÏC BAÙNH XE : Truïc baùnh xe ñöôïc ñaët treân oå laên laép cöùng vôùi baùnh xe baèng then trong quaù trình laøm vieäc truïc quay chòu öùng suaát uoán vaø öùng suaát xoaén.ÖÙng suaát uoán thay ñoåi theo chu kì ñoái xöùng coøn öùng suaát xoaén do tính chaát laøm vieäc hai chieàu cuûa cô caáu di chuyeån cuõng ñöôïc xem nhö thay ñoåi theo chu kì ñoái xöùng. Taûi troïng lôùn nhaát taùc duïng leân baùnh xe: Pmax = 246340 (N) Tính toaùn coù keå ñeán aûnh höôûng cuûa taûi troïng ñoäng : Kñ = 1,2 ¸ 1,5 Taûi troïng tính coù keå ñeán aûnh höôûng cuûa taûi troïng ñoäng : Pt =Pmax ´ Kt = 246340 ´ 1,2 = 253071,3 (N) Moment uoán taïi tieát dieän cuûa truïc baùnh xe : Löïc neùn leân hai ñaàu truïc : Moment xoaén lôùn nhaát truyeàn töø truïc ra cuûa hoäp giaûm toác sang caùc baùnh xe daãn seõ xuaát hieän khi ñoäng cô ñieän phaùt ra moment lôùn nhaát I’ trong thôøi kì môû maùy. Moment ñeå thaéng caùc löïc caûn tónh chuyeån ñoäng : Heä soá taûi troïng lôùn nhaát khi môû maùy, moment môû maùy lôùn nhaát treân truïc ñoäng cô seõ laø : Mmmax= 1,8 ´ Mdm =1,8 ´ 134 =241,2 (Nm) Moment dö ñeå thaéng quaùn tính cuûa heä thoáng : Md = Mmmax – Mdm = 241,2 – 134 = 107,23 (Nm) Moment ñeå thaéng quaùn tính caû heä thoáng : Vôùi + toång moment ñaø cuûa caùc khoái löôïng chuyeån ñoäng tònh tieán : +toång moment ñaø cuûa caùc phaàn töû quay treân truïc ñoäng cô: å(GD)2p = 1,2 ´ 1,13 = 1,36 (KGm2) = 13,6 (Nm2) Toång moment ñaø cuûa caû heä thoáng thu veà truïc ñoäng cô : å(GD)2 = 381,75 + 13,6 = 395,35 (Nm2) Vaäy toång moment lôùnnhaát treân truïc ñoäng cô seõ truyeàn ñeán caùc baùnh daãn: M1 = Mdm + Md’ = 134+ 86,45 = 220,4 (Nm) Moment tính toaùn coù keå ñeán aûnh höôûng cuûa taûi troïng ñoäng : M1’ = M1 ´ kñ =220,45 ´ 1,2 = 264,55 (Nm) Moment xoaén lôùn nhaát treân caùc truïc daãn : Mbd = M1’´ i ´ hdc = 264,55 ´ 66 ´ 0,85 = 5246,17 (Nm) Ôû truïc ra cuûa hoäp giaûm toác moment naøy chæ truyeàn cho truïc baùnh daãn vì laø truyeàn ñoäng rieâng va baùnh daãn chòu taûi troïng naëng nhaát vaø baèng Mbd Truïc chòu taûi troïng xoaén lôùn nhaát : Moment töông ñöông taùc duïng leân truïc Ñeå cheá taïo truïc ta duøng theùp 40 X thöôøng hoùa coù giôùi haïn moûi s-1 = 0,43´ sb = 0,43 ´ 1000 = 430 (N/mm2) vaø T-1 =220 (N/mm2) ÖÙng suaát uoán cho pheùp vôùi chu kì ñoái xöùng xaùc ñònh : Heä soá n vaø k laáy theo baûng (1-5) vaø (1-8) Vaäy ñöôøng kính truïc : Vaäy laáy d = 100 mm Taïi tieát dieän giöõa truïc ta phay raõnh then coù kích thöôùc : b ´ h = 36 ´ 2, vaø t = 10 Moment choáng xoaén xaùc ñònh theo coâng thöùc : Moment choáng uoán xaùc ñònh theo coâng thöùc: 3.9.1 Kieåm tra truïc taïi tieát dieän I – I Ñeå kieåm tra truïc ta duøng coâng thöùc: Trong ñoù : ÖÙng suaát phaùp (uoán) bieán ñoåi theo chu kì ñoái xöùng Caùc öùng suaát lôùn nhaát. Giôùi haïn moûi uoán vaø xoaén vôùi chu kì ñoái xöùng. s-1 = (0,4¸0,5)sb; laáy s-1 = 0,45 ; s-1 = 0,45 ´ 1000 = 450 (N/mm2) T-1 = (0,2¸0,3)Tb; laáy T-1 = 0,25 ; T-1 = 0,25 ´ 1000 = 250 (N/mm2) Heä soá xoaén aûnh höôûng cuûa trò soá öùng suaát trung bình ñeán söùc beàn moûi ys va øyT choïn theo vaät lieäu. Ñoái vôùi theùp 45 thöôøng hoùa choïn ys = 0,1 ; yT = 0,05 Tính heä soá ks, kT, es, eT: Choïn theo baûng (7-4), [2] ñöôïc es = 0,65, eT = 0,53, taäp trung öùng suaát do raõnh then ( baûng 7-8) ks = 2, kT = 2,1 Tyû soá Taäp trung öùng suaát do laép caêng, vôùi kieåu laép T3, aùp suaát treân beà maët laáy = 30 N/mm2, tra baûng (7-10) [2] ta coù Ta thay nT,ns vaøo coâng thöùc : > [n] Laáy [n] = 1,5 ¸ 2,5 Vaäy truïc ñuû beàn. Tính truïc baùnh xe bò ñoäng : ñeå thuaän tieän cho vieäc cheá taïo truïc ta laùy kích thöôùc vaø hình daùng töông töï nhö taïi truïc daãn tuy nhieân truïc baùnh xe bò ñoäng seõ ngaén hôn vaø khoâng coù ñoaïn noái truïc. 3.10 CHOÏN OÅ ÑÔÕ: Ôû caùc truïc baùnh xe ta duøng oå laên noùn theo tieâu chuaån GOCT –333-59 vôùi caùc goùc nghieâng cuûa oå b = 120. Ta tính toaùn choïn oå laên cho baùnh daãn chòu taûi troïng lôùn nhaát. Moãi oå coù theå chòu taùc duïng cuûa caùc taûi troïng sau: Taûi troïng thaúng ñöùng do troïng löôïng caàn truïc vaø haøng : Taûi troïng chieàu truïc khi caàn truïc di chuyeån leäch: Taûi troïng chieàu truïc do troïng löông höôùng kính vaø goùc nghieâng b cuûa oå. Löïc S naøy xuaát hieän ñeàu ôû caû hai oå neân töï trieät tieâu laãn nhau Taûi troïng lôùn nhaát treân oå seõ laø. kn = 1 heä soá nhieät kv = 1 heä soá ñoäng hoïc cuûa oå tra theo (ctm) kt = 1,4 heä soá taûi troïng ñoäng m = 1,5 heä soá chuyeån ñoåi taûi troïng chöùa truïc veà taûi troïng höôùng taâm coù keå ñeán aûnh höôûng khoâng ñoàng nhaát cuûa chuùng ( tra [2]). Thôùi gian phuïc vuï cuûa oå laø : 5 naêm Toång thôøi gian phuïc vuï : T = 14460 (h) Thôøi gian laøm vieäc thöïc teá : h = T ´ (CÑ) = 14460 ´ 0,25 = 3620 h Vaäy heä soá khaû naêng laøm vieäc cuûa oå : C=16976.(114,65.3620)0,3 = 822735 (daN) Vaäy ta choïn oå bi soá hieäu DIN 1224 coù caùc thoâng soá sau: C = 170000 (daN) d = 40 mm D= 215 mm