Tính toán và thiết kế cổng trục gầu ngoạm trọng tải 7 tấn, khẩu độ 40 m

55P, độ cứng HB = 350 ¸ 450, bánh xe trụ có ứng suất tiếp xúc [stx] = 75000 (N/cm) stx £ [stx] 3.1.3.2 Lực cản chuyển động của xe lăn di chuyển. Xe lăn di chuyển phải thắng các lực cản do ma sát, do độ dốc của đường ray và do sức cản của gió. Wt = W1 + W2 + W3 (N) Lực cản do ma sát. (N) Trong đó : Q0 - Trọng tải toàn bộ xe lăn và bộ phận mang tải khi có tải Q0 = 160000 N d - Đường kính ngõng trục d = 70 mm f - Hệ số ma sát tại ổ lăn của bánh xe f = 0,02 m - Hệ số ma sát lăn của bánh xe với đường ray m = 0,1 Dbx - Đường kính bánh xe Dbx = 300 mm N Khi kể đến ma sát của hai gờ bánh xe với mép đường ray W1 = k. Wms k - Hệ số ma sát gờ bánh xe với mép đường ray k =2 W1 = 2. 853 = 1706 N Lực cản do độ dốc của đường ray W2 Độ dốc đường ray cho phép lắp đặt a = 0,2 % W2 = Q0 . a = 160000. 0,002 = 320 N Do đặc thù của cổng trục là làm việc ngoài bến cảng áp lực của dó lớn. áp lực gió bằng hệ số cản gió nhân với khối lượng cản gió. W3 = 100N/tấn = 100. 16 = 1600 N Tổng cản : Wt = W1 +W2 + W3 = 1706 + 320 +1600 = 3626 N 3.1.3.3 Lựa chọn động cơ cho cơ cấu di chuyển xe lăn. Công suất động cơ di chuyển xe lăn. (KW) Trong đó : W - Tổng lực cản W = 3620 N vx - Tốc độ di chuyển xe lăn vx = 90m/ph h0 - Hiệu suất bộ truyền động h0 = 0,85 KW Tần số quay của bánh xe dẫn xe lăn. (v/ph) Trong đó : vx - Tốc độ di chuyển của xe lăn vx = 90 m/ph Dbx - Đường kính của bánh xe Dbx = 0,3 m v/ph Căn cứ và công suất tính toán lựa chọn động cơ điện có các thông số kỹ thuật : Động cơ kiểu M T - 31 - 6 Công suất danh nghĩa N = 8,8 KW Số vòng quay n = 962 v/ph Mô men cực đại Mmzx = 31 Nm Mô men đà (GiDi2)roto = 10,5 Nm Trọng lượng m = 2180 N Tỷ số bộ truyền động. 3.1.3.4 Kiểm tra động cơ theo mô men mở máy. Trong thời kỳ mở máy động cơ phải khắc phục Mt do ma sát, ngoài ra phải khắc phục quán tính các khối lượng chuyển động thẳng Mđ’ và quán tính khối lượng chuyển động quay M’đ. Mô men mở máy cơ cấu di chuyển xe lăn. Mm = Mt + M’đ + M’’đ , Nm Mô men cản tĩnh để khắc phục sức cản của xe lăn Mt. Trong đó : W1 - Lực cản do ma sát W1 = 1706 N Dbx - Đường kính của bánh xe Dbx = 0,3 m i0 - Tỷ số bộ truyền động i0 = 10,07 h0 - Hiệu suất bộ truyền h0 = 0,85 Nm Mô men cản động của khối lượng quán tính các bộ phận tham gia chuyển động tịnh tiến (khối lượng vật nâng, khối lượng cơ cấu di chuyển) M’đ Trong đó : tm - Thời gian mở máy của động cơ thường tm = 1¸2 s Q1-Trọng lượng của xe hàng khi không có hàng Q1=90000 N Nm Mô men cản động do khối lượng quán tính tham gia chuyển động quay gây ra và được hoán vị về trục động cơ M’’đ. Trong đó : nđc - Số vòng quay của động cơ. b = 1,2 (GiD2i)1 = (GiD2i)roto + (GiD2i)kn (GiD2i)roto - Mô men đà do ro to của động cơ (GiD2i)roto = 10,5 Nm2 (GiD2i)kn - Mô men đà do khớp nối của động cơ (GiD2i)kn = 5,78 Nm2 (GiD2i)1 = 10,5 + 5,78 = 16,28 Nm2 Nm Mô men mở máy : Mm = Mt + M’đ + M’’đ = 29,89 + 241 +50 = 320,89 Nm Mô men danh nghĩa của động cơ. Nm Mô men mở máy của động cơ. Nm Nm Nm Mmđcmax > Mmđcmin > Mmđcdn 3.1.3.5 Phanh cơ cấu di chuyển xe lăn. Trong cơ cấu di chuyển xe lăn phanh thường được đặt ở trục thứ nhất (trục động cơ). khi tắt động cơ lực quán tính tiếp tục làm xe lăn di chuyển, còn lực cản do ma sát sẽ cản trở chuyển động của nó tức là giúp phanh làm việc. Do đó mô men phanh sẽ được tính. Mp = -Mt + M’đ + M’’đ Tính toán kiểm tra cơ cấu di chuyển xe lăn là xác định mô men phanh trong trường hợp xe không mang tải. Xác định thời gian phanh khi không mang tải và khi có tải sau đó tiến hành kiểm tra quãng đường phanh. Có thể lựa chọn thời gian phanh khi xe không mang tải phụ thuộc vào tỷ số bánh xe được trang bị phanh trên tổng số bánh xe trên cơ cấu lăn và hệ số dính bám giữa ray với bánh xe dẫn, thì gia tốc phanh a0p = 0,75 m/s2. Số bánh xe có trang bị phanh chiếm 50% và hệ số dính bám j = 0,2 thì thời gian phanh khi không có tải s Trên xe lăn có trang bị phanh trên 2 bánh xe dẫn của trục thứ nhất chiếm 50% tổng số bánh xe của xe lăn. Mô men phanh Mp = - Mt + M’đ + M’’đ Tức là : Q1 - Trọng lượng xe lăn khi không có hàng Q1 = 90000 N N Mô men phanh : Nm Chọn phanh có [Mp] = 300 Nm > [Mp tt] = 104 Nm Kiểu phanh điện thủy lực TKG - 200 Mô men phanh 300 mm Đường kính bánh phanh 200 mm Khối lượng phanh 34,2 kg Kiểm tra thời gian phanh khi xe lăn mang trọng tải vật nâng. Nm s Gia tốc phanh xe lăn khi mang tải vật nâng. m/s2 Kiểm tra quãng đường phanh khi biết tốc độ xe lăn và thời gian phanh khi có hàng. Quãng đường phanh Sp khi phanh một nửa số bánh xe. m mà vx - Tốc độ di chuyển xe lăn m/s, vx = 1,5 m/s tp - Thời gian phanh khi xe có tải, tp = 3 s m Chọn khớp nối : Hình 3-5. Khớp nối trục Kiểu : Khớp nối trục đàn hồi ;Mô men xoắn 8700 Ncm. Mxđh > Mmđc max > Mp max Û 8700 Nm > 157 Nm > 104 Nm 3.1.3.6 Các thông số kỹ thuật của cơ cấu di chuyển xe lăn. (Bảng 3-1) Tốc độ di chuyển xe lăn m/ph 90 m/ph Đường kính bánh xe mm 300 mm Động cơ Công suất Tốc độ Kiểu MT-31-6 Kw v/ph 8,8 kw 962 v/ph Hộp giảm tốc Kiểu Tỷ số truyền Bánh răng trụ 10,07 Phanh Mô men phanh Đường kính bánh phanh TKG-200 300 Nm 200 mm 3.2 Cơ cấu di chuyển cầu lăn. Hình 3-6. Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu lăn 7 tấn Cơ cấu di chuyển cổng trục gồm 4 cụm chân bánh xe, trong đó có hai cụm chủ động và hai cụm bị động. Các cụm di chuyển liên kết với chân cổng trục thông qua các khớp bản lề nhằm tạo cho bánh xe luôn tiếp xúc với đường ray. Trên 4 cụm bánh xe chân cổng trục được lắp 02 bộ kẹp ray để giữ cổng trục khỏi bị trôi do gió giật và 02 thiết bị neo giữ cẩu khi có gió bão. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu di chuyển cầu lăn. Cấu tạo (cụm chủ động) Động cơ điện Phanh Khớp nối. Hộp giảm tốc. Cặp bánh răng hở Đường ray. Bánh xe di chuyển Hình 3-7. Sơ đồ cơ cấu dẫn động cầu lăn Nguyên lý làm việc. Đóng điện cho cơ cấu di chuyển cầu lăn hoạt động, phanh thủy lực mở ra động cơ quay, thông qua bộ khớp nối chuyển động quay được truyền sang hộp giảm tốc, trục ra của hộp giảm tốc quay kéo theo bánh răng và vành răng quay. Cổng trục sẽ di chuyển sang phải và sang trái tùy người điều khiển. Tính toán cơ cấu di chuyển cầu lăn. Sức nâng Q = 7 tấn = 70000 N Trọng lượng xe lăn khi không mang tải Q1 = 9 tấn = 90000N Trọng lượng cổng trục khi di chuyển Q2 = 126 tấn = 1260000 N Tốc độ di chuyển của cổng trục vc = 20 m/ph Khẩu độ ray L = 40 m Chế độ làm việc CĐ = 40 % 3.2.2.1 Bánh xe và ray cầu lăn. Bánh xe. Chọn bánh xe hình trụ có ha gờ, vật liệu làm bánh xe là thép đã được nhiệt luyện đạt độ cứng bề mặt HRC = 35 ¸ 40 Ray. Ray dùng cho cơ cấu di chuyển cầu lăn là ray vuông chuyên dùng Cổng trục sức nâng 7 tấn, tốc độ di chuyển vc =20 m/ph, CĐ = 40%, lựa chọn bánh xe có 2 gờ với các thông số : Hình 3-5. Bộ bánh xe di chuyển cầu lăn. Đường kính bánh xe D = 500mm. Đường kính gờ bánh xe D1 = 550 mm Bề rộng bánh xe Br = 60 mm Đường kính ngõng trục d = 100 mm Kiểm tra ứng suất tiếp xúc giữu bánh xe với mặt đường ray. Đối với bánh xe hình trụ, ray phẳng. Bánh xe được chế tạo bằng thép. Trong đó : Kmax - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe, N C1 - Hệ số ảnh hưởng đến chế độ làm việc của cơ cấu. Chế độ làm việc nặng C1 =1,4 C2 - Hệ số phụ thuộc vào tốc độ di chuyển C2 = 1 + 0,02 vc vc vận tốc di chuyển của cầu lăn, m/s C2 = 1+ 0,02.0,33 = 1,006 R - Bán kính bánh xe, cm b0 - Bề rộng sử dụng của đường ray, cm [stx] - ứng suất tiếp xúc cho phép Tải trọng lớn nhất tác dụng lên 01 bánh xe. N ứng suất tiếp xúc giữu bánh xe với mặt đường ray. N/cm2 Với ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh xe, thép đúc 55P, độ cứng HB = 350 ¸ 450, [stx] = 75000 N/cm2 stx £ [stx] 3.2.2.2 Sức cản chuyển động của cơ cấu di chuyển cầu lăn. Đặc tính của cổng trục là làm việc ở bến cảng, do đó suất hiện những sức cản chủ yếu. Sức cản tĩnh suất hiện trong suốt thời kỳ chuyển động bao gồm : Thành phần sức cản do ma sát W1, thành phần sức cản do độ dốc của đường ray W2, sức cản do gió W3. Tổng cản tĩnh. Wt= W1 + W2 + W3 Thành phần sức cản do ma sát W1. N Trong đó : Q2- Trọng lượng toàn bộ cổng trục khi di chuyển. N m - Hệ số ma sát lăn m = 0,1 f – Hệ số ma sát lăn tại bánh xe f = 0,02 Dbx - Đường kính bánh xe. mm d - Đường kính ngõng trục. mm N W1 = k Wms k – Hệ số tính đến ma sát tại vành xe và ray k = 3,2 W1 = 3,2. 5544 = 17741 N Thành phần sức cản do độ dốc của ray W2. W2= a. Q2 Với a = 0,3 % W2= 0,003. 1260000 = 3780 N Thành phần sức cản do gió. W3 = 100N/tấn = 100. 126 = 12600 N Tổng cản tĩnh. Wt = W1+ W2 + W3 = 17741 + 3780 + 12600 = 34121 N 3.2.2.3 Lực chọn động cơ. Công suất động cơ điện cho cơ cấu di chuyển cầu lăn. KW Trong đó : Wt – Tổng sức cản tĩnh. N vc – Tốc độ di chuyển cầu lăn. m/ph h - Hiệu suất bộ truyền động. Công suất cần thiết của động cơ. KW Với chế độ làm việc nặng và công suất tính toán, lựa chọn động cơ điện cho cầu lăn với các đặc tính kỹ thuật. Công suất danh nghĩa của động cơ Nđc = 17,5 KW Tốc độ động cơ n = 728 v/ph Mô men đà (GiDi2)roto = 44 Nm2 Khối lượng của động cơ. m = 435 kg Do cơ cấu di chuyển cổng trục cơ 4 cụm chân (2 cụm chủ động, 2 cụm bị động) với công suất danh nghĩa 17,5 KW, chọn 2 động cơ cho cơ cấu di chuyển cổng trục, mỗi động cơ có công suất 8,8 KW. 3.2.2.4 Tỷ số bộ truyền động. Tần số quay bánh xe dẫn cầu lăn. v/ph Tỷ số bộ truyền động của cơ cấu di chuyển cầu lăn. Tỷ số truyền của hộp giảm tốc iHGT = 48,57 Tỷ số của bộ truyền hở. 3.2.2.5 Kiểm tra động cơ điện theo mô men mở máy. Mô men mở máy của cầu lăn. Mm = Mt + M ‘đ + M’’đ Nm Mô men cản tĩnh khắc phục sức cản cầu lăn. Nm Trong đó : Wms – Lực cản do ma sát Wms = 5544 N Dbx - Đường kính bánh xe Dbx = 0,5 m i0 – Tỷ số bộ truyền động i0 = 57 h0 – Hiệu suất bộ truyền động h0 = 0,85 Nm Mô men cản động của khối lượng quán tính các bộ truyền tham gia chuyển động tịnh tiến. Nm Thời gian mở máy tm thường lấy tm = 1 ¸ 5 s Nm Gia tốc thời kỳ mở máy cầu lăn. m/s2 Mô men cản động do khối lượng quán tính tham gia chuyển động quay gây ra và được hoán vị về trục động cơ. (GiD2i)1 = (GiD2i)kn + (GiD2i)roto (GiD2i)roto – Mô men đà do rô to của động cơ (GiD2i)roto = 44 Nm2 (GiD2i)kn – Mô men đà do khớp nối của động cơ (GiD2i)kn = 5,78 Nm2 (GiD2i)1 = 5,78 + 44 = 49,78 Nm2 b = 1,2 Nm Mô men mở máy . Mm = Mt + M’đ + M’’đ =57,2 + 211 + 116 = 394 Nm Mô men danh nghĩa của động cơ. Nm Mô men mở máy của động cơ. Nm Nm 3.2.2.6 Phanh cơ cấu di chuyển cầu lăn. Trong cơ cấu di chuyển cầu lăn số bánh xe dẫn động chiếm 50% tổng số bánh xe cầu lăn, với hệ số bám dính giữa bánh xe dẫn với mặt đường ray = 0,2, gia tốc phanh a0p = 0,75 m/s Thời gian phanh của cơ cấu di chuyển cầu lăn. s Phanh được lắp trong trục động cơ và mô men phanh được tính cho trường hợp cầu lăn không mang. N N Mô men phanh. Nm Mp =459 Nm Chọn phanh điện thuỷ lực cho mỗi động cơ di chuyển cầu lăn. kiểu phanh TKG – 200 Mô men phanh 300 Nm Đường kính bánh phanh 200 mm Khối lượng phanh 34 kg Kiểm tra thời gian phanh cơ cấu di chuyển cầu lăn khi có tải. Nm Thời gian phanh khi có tải s tp =0,56 s Gia tốc phanh khi có tải. m/s2 Kiểm tra quãng đường phanh cầu lăn khi phanh 50 % số bánh xe di chuyển. m mà vc – Tốc độ di chuyển cầu lăn m/s vc = 0,33 m/s m Chọn khớp nối. Kiểu khớp nối trục đàn hồi Mô men xoắn max 8700 N/cm 3.2.2.7 Tính cặp bánh răng hở. Công suất động cơ Nđc = 8,8 Kw Tốc độ vòng quay nđc = 728 v/ph Tỷ số truyền của HGT iHGT = 48,17 Tỷ số bộ truyền hở ih = 1,17 Hiệu suất HGT h0 = 0,85 Thời gian làm việc tối đa T = 6500 (h) Tốc độ trục nhanh (cặp bánh răng hở) (v/ph) Tốc độ trục chậm (cặp bánh răng hở) (v/ph) a. Chọn vật liệu Bánh nhỏ (trục nhanh) Thép 40X tôi cải thiện HB = 260 ¸ 280 ; sb = 950 Mpa; sch = 700 MPa Bánh lớn (trục chậm) Thép 40X tôi cải thiện HB = 230 ¸ 260 ; sb = 850 Mpa; sch = 550 MPa b. Xác định ứng suất cho phép Bảng (6 - 2) [2] với thép 40X, tôi cải thiện độ rắn trong khoảng HB = 180 ¸ 350 thì s0Hlim = 2.HB + 70 MPa ; SH = 1,1; SF = 1,75; s0Flim = 1,8.HB; Chọn báng răng nhỏ HB1 = 260; bánh răng lớn HB2 = 250 Mpa + ứng suất tiếp xúc cho phép [sH] NHO = 30.HB2,4 ; [sH] = Bánh nhỏ : [sH]1 = = 2.HB1 + 70 = 2.260 + 70 = 590 MPa NHO1 = 30.= 30.2602,4 = 1,8.107 Do NHO1 < NHE1 nên KHL1 = 1 [sH]1 = Mpa Bánh lớn : [sH]2 = = 2.HB2 + 70 = 2.250 + 70 = 570 MPa NHO2 = 30.= 30.2502,4 = 1,7.107 Do NHO2 < NHE2 nên KHL2 = 1 [sH]2 = Mpa Với cấp chậm răng thẳng [sH] = [sH]2 = 518,2 Mpa + ứng suất uốn cho phép [sF] = NFO < NFE nên KHL1 = 1; KHL2 = 1 Bộ truyền quay một chiều ® KFC = 1; = 1,8.HB Bánh nhỏ : = 1,8.HB1 = 1,8.260 = 468 MPa [sF]1 = Mpa Bánh lớn : = 1,8.HB2 = 1,8.250 = 450 MPa [sF]2 = Mpa + ứng suất quá tải cho phép [sHmax] = 2,8.sch2 = 2,8.550 = 1540 MPa [sF1max] = 0,8.sch1 = 0,8.700 = 560 MPa [sF2max] = 0,8.sch2 = 0,8.550 = 440 Mpa c. Xác định các thông số ăn khớp + Môđun ăn khớp Do bộ truyền bánh răng để hở nên m được xác định (mm) Trong đó T1: Mômen xoắn T1 = Nmm Chọn jba = 0,2 ; jbd = 0,5.jba .(u+1) = 0,5.0,2.(1,17+1) = 0,217 Tra bảng (6 - 7) ® KFb = 1,180 Chọn z1 = 40; z2 = u.z1 = 1,17.40 = 47; zv = zv1 = tra bảng (6-18) ® YF1 = 3,7 zv2 = tra bảng (6-18) ® YF2 = 3,65 Chọn [sF] = [sF1] = 267,4 MPa YF = YF1 = 3,7 (mm) Tiêu chuẩn hóa chọn m = 3 +Xác định khoảng cách trục aw = mm Chọn aw = 135 mm ® cần dịch chỉnh để tăng khoảng cách trục aw = 130,5 đến 135 mm Hệ số dịch chỉnh tâm y = y = Ky = Tra bảng (6-10a) được Kx = 1,97 Hệ số dịch chỉnh Dy = Tổng dịch chỉnh xt = y + Dy = 1,5 + 0,17 = 1,67 Hệ số dịch chỉnh bánh 1 x1 = 0,5.[xt - = 0,77 Hệ số dịch chỉnh bánh 2 x2 = xt – x1 = 1,67 – 0,77 = 0,9 Góc ăn khớp cosatw = a = 200 ; cosatw = ; nên atw = 24,70 Đường kính vòng lăn bánh nhỏ dw = (mm) Chiều rộng của răng bw = aw2.jbd = 135.0,217 = 29,3 mm d. Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc sH = zM.zH.ze. [sH] Tra bảng (6-5) bánh răng làm bằng thép zM = 274 Mpa1/3 ZH = = 1,62 Ze = ea = [1,88 – 3,2.(1/z1 + 1/z2) ].cosb = [[1,88-3,2(1/40 + 1/47)] = 1,73 Ze = KH = KHb.KHV.KHa KHb = 1,08 KHV = 1+ vH = SH.g0.v. v = v = 4,7 m/s ; cấp chính xác 8 Bánh răng thẳng KHa = 1; Tra bảng (6-15); (6-16) SH = 0,004 ; SF = 0,011 ; g = 56 vH = 0,004.56.4,7. KHV = 1+ KH = KHb.KHV.KHa = 1,08.1,16.1 = 1,25 sH = 274.1,62.0,689. <[sH] = 518,2 MPa e. Kiểm nghiệm về độ bền uốn sF1 = KF = KFb.KFa.KFV Bảng (6-7) KFb = 1,18; bánh răng thẳng KFa = 1; KFV = 1 + vF = dF.g0.v. Bảng (6-15) dF = 0,011 vF = 0,011.56.4,7. KFV = 1 + KF = KFb.KFa.KFV = 1,18.1,41.1 = 1,66 Với răng thẳng b = 0; Yb = 1; Ye = YF1 = 3,7 sF1 = Mpa £ [sF1] sF2 = Mpa £ [sF2] f. Kiểm nghiệm về răng quá tải Để tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt thì sHmax = sH. [sHmax] Kqt = sFmax = 419. = 546 £ [sHmax] = 1540 Mpa Đồng thời để phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng tĩnh mặt lượn chân răng thì sFmax = sF.Kqt = [sFmax] sF1max = sF1.Kqt = 79,95.1,8 = 143,9 £ [sF1max] = 560 MPa sF2max = sF2.Kqt = 73,9.1,8 = 133 £ [sF2max] = 440 Mpa Kết luận : Bộ truyền đủ bền Các thông số kích thước của bộ truyền Khoảng cách trục aw = 135 mm Môđun m = 3 mm Chiều rộng vành răng bw = 29,3 mm Tỷ số truyền ih = 1,17 Số răng z1 = 40 ; z2 = 47. 3.2.2.8 Các thông số kĩ thuật của cơ cấu di chuyển cầu lăn (Bảng 3-2) Tốc độ di chuyển của cầu trục 20 m/ph Đường kính bánh xe 500 mm Động cơ điện Công suất (kw) Tốc độ (v/ph) 8,8 kw x 2 cái 728 v/ph Hộp giảm tốc Kiểu Tỷ số truyền PM – 350 48,57 Bộ truyền hở Tỷ số truyền Số răng Môđun Chiều rộng vành răng 1,17 z1 =40 ; z2 = 47 3 mm 29,3 mm Phanh Điện thủy lực Mômen phanh Đường kính bánh phanh TKG – 200 300 Nm 200 mm Kết luận. Với các số liệu tính toán trên đảm bảo cho cơ cấu di chuyển cầu lăn và xe lăn vận hành tin cậy. Trong trường hợp mặt đường ray ẩm ướt và điều kiện môi trường xấu thì xe lăn và cầu lăn vẫn có thể làm việc bình thường. Những vấn đề tính toán đã tường minh. CHƯƠNG 4 KẾT CẤU KIM LOẠI CỔNG TRỤC Mô tả kết cấu kim loại cổng trục gầu ngoạm 7 tấn và các kích thước hình học. 4.1.1 Mô tả kết cấu kim loại của cổng trục gầu ngoạm 7 tấn. Hình 4-1. Sơ đồ kết cấu một dàn phẳng tĩnh định I của dàn ngang chính Mặt chiếu đứng; b. Mặt cắt qua dàn ngang chính Kết cấu kim loại cổng trục chiếm một tỷ lệ trọng lượng lớn so với các bộ phận khác khi lắp ráp cấu thành máy nâng. Để có được khối lượng máy nâng hợp lý so với tải trọng hữu ích vật nâng, cần phải tính toán thiết kế lựa chọn kết cấu kim loại hợp lý và tính đúng phần trọng lượng theo khả năng chịu lực. Kết cấu kim loại đảm bảo độ bền lâu cho quá trình làm việc, dễ dàng gia công chế tạo, diện tích chắn gió nhỏ, mặt ngoài kết cấu phẳng đảm bảo an toàn, dễ dàng sửa chữa, dễ bảo quản và giá thành có thể chấp nhận. Cổng trục gầu ngoạm có sức nâng 7 tấn khẩu độ L = 40m, công sôn hai đầu 11m và 9m, chọn kết cấu kim loại cầu trục 2 dầm kiểu dàn với các ưu điểm: khả năng chịu tải tốt, trọng lượng phân bố hợp lý theo tải trọng, dễ chế tạo, khối lượng kim loại sẽ nhỏ so với dạng hộp. Vì đặc thù của cổng trục là làm việc ngoài trời ở bến cảng nên cổng trục chịu mưa nắng, độ ẩm cao, nhiệt độ thay đổi đột biến do đó chọn kết cấu kim loại kiểu dàn rất phù hợp. Nếu phủ ngoài kết cấu kim loại dàn bằng các tấm thép mỏng che khuất các lỗ hổng của dàn thì chân đế kết cấu phải rộng thì cổng trục làm việc mới ổn định, khử được rung và chống lật. Kết cấu kim loại kiểu dàn cho cầu trục hai dầm là một hệ thống không gian phức tạp. Hai dàn không gian bao gồm: Hai dàn đứng chính I , Hai dàn đứng phụ II, hai tấm phủ ngang III, Hai tấm phủ ngang dưới IV và mặt phẳng dàn nghiêng không gian V và VI 4.1.2 Các kích thước hình học của cần trục 7 tấn Cổng trục sức nâng 7 tấn, khẩu độ L = 40m Công sôn 1 = 9 m ; công sôn 2 = 11 m Chiều cao nâng hàng H = 12,5 m Chiều dài phần vát nghiêng dàn C C = (0,1¸0,2).L = 0,1.40 = 4 m Chiều cao của dàn đứng chính H = 1,6 m Chiều cao cuối đoạn vát của dàn đứng chính Hình 4-2. Kết cấu tổng thể cổng trục gầu ngoạm 7 tấn a. Chiếu đứng qua khẩu độ 40 m; b. Chiếu cạnh, chân đế mở rộng B = 14m H1 = (0,4¸0,5).H = 0,5.1,6 = 0,8 m Chiều dài mỗi đốt của thanh biên : a = H = 1,6 m Số đốt của thanh biên giữa nhịp = 25 đốt Bề rộng của dàn ngang trên và dàn ngang dưới = 0,8m 4.2 Tính toán kết cấu kim loại dàn đứng chính. 4.2.1 Phân tích lực tác dụng lên dàn. Tải trọng tác động lên dàn có hai loại Tự trọng : Trọng lượng bản thân dàn Tải trọng di động : áp lực của vật nâng, trọng lượng trang thiết bị trên xe lăn di động xuống hai dàn không gian có một dàn phẳng cố định Để tính toán dàn được đơn giản ta thừa nhận các giả thiết : - Mắt của dàn là giao điểm của các thanh giằng và được xem là khớp lý tưởng - Tải trọng chỉ tác dụng tại các mắt của dàn - Tải trọng tác dụng lên dàn là lớn đáng kể so với trọng lượng bản thân các thanh giằng quá nhỏ bé. Từ các giả thiết ta có kết luận : “Các thanh trong dàn chỉ chịu kéo hoặc nén, nghĩa là trong dàn chỉ tồn tại lực dọc N mà không có mômen uốn M và lực cắt khi chỉ có tự trọng” Trọng lượng của hai dàn đứng chính G0 = 42,5 tấn Trọng lượng của một dàn đứng chính G = G0/2 = 21,25 tấn Trọng lượng của một dàn phẳng tĩnh định G1 = 8,9 tấn Trọng lượng của một dàn phẳng tĩnh định phân bố suốt chiều dài của dàn G’1 = Trong đó : a - Chiều dài mỗi đốt a = 1,6 m L0- Chiều dài toàn bộ dàn L0 = 60 m G’1 = tấn = 1,2 kN Phản lực tại các gối tựa YA = YB = tấn = 44,5 KN Lực tác dụng lên dàn: Hình 4-3. Kích thước hình học của dàn Số đốt trong nhịp = 25 đốt Số đốt công sôn 1 = 6 đốt Số đốt công sôn 2 = 7 đốt 4.2.2 Xác định nội lực trong các thanh dằng. a. Phương pháp đồ thị Vẽ giản đồ nội lực cho một nửa dàn, nửa còn lại lấy đối xứng + Phản lực tựa YA = YB = 44,5 kN Hình 4-4. Kết cấu đốt mắt của dàn phẳng tĩnh định ngang đứng chính I và tải trọng phân bố + Chia và ký hiệu các miền ngoài chu vi dàn bằng các chữ cái a, a1, b, b1, c, c1, d, d1.. u, u1 theo chiều kim đồng hồ. Mỗi miền được giới hạn trong phạm vi hai ngoại lực (kể cả phản lực) + Vẽ đa giác lực cho các ngoại lực và phản lực theo tỷ lệ xích (trên hình) và ghi hai chỉ số tương ứng biểu thị lực. Chỉ số đầu biểu thị gốc, chỉ số thứ 2 biểu thị ngọn của vectơ lực tương ứng. Lực YA được biểu thị bằng đoạn aa1 trên đa giác, vì lực YA hướng lên nên điểm gốc nằm dưới a, điểm ngọn a1. Đa giác lực của ngoại lực và phản lực với dàn là một đường khép kín + Đánh số các miền trong dàn bằng các con số theo số thứ tự 1,2,3… lúc này nội lực trong mỗi thanh được đọc bằng hai con số biểu thị hai miền ở hai bên thanh + Khi cắt một thanh nào đó ta phải thay thế tác dụng của nó bằng hai lực ngược chiều có giá trị bằng nhau đặt tại hai mắt mà thanh đó nối. + Lần lượt vẽ đa giác lực theo từng mắt theo thứ tự sao cho tại mỗi mắt chỉ có hai thanh chưa biết nội lực. Xét mắt đầu tiên từ trái sang phải đoạn a1b biểu thị lực G’1 đã biết từ a1 và b lần lượt vẽ các đường thẳng song song với các lực chưa biết 1-a1 và b-1. Giao điểm của hai đường này xác định vị trí điểm 1. Đoạn 1-a2 và b-1 trên đa giác lực biểu thị giá trị của lực 1-a1 và b-1, tiếp tục với các mắt tiếp theo, từ b và 1 vẽ các đường thẳng song song với đoạn a1-2 và 2-1 giao điểm của hai đường này xác định được vị trí của điểm 2. Các đoạn a1-2 và 2-1 trên hình biểu thị giá trị của các lực a1-2 và 2-1. Lần lượt xét các mắt tiếp theo cho đến khi xác định được vị trí của điểm 57 sẽ được giản đồ nội lực như hình vẽ. Ta thấy mỗi mắt của dàn tương ứng một đa giác lực khép kín, mỗi miền của dàn tương ứng với một điểm của giản đồ nội lực. 4.2.4 Đường ảnh hưởng của phản lực tựa Đường ảnh hưởng của các phản lực tựa YA, YB trong dầm A, B là đồ thị biểu diễn sự biến thiên của phản lực A, B khi tải trọng di động P trên dầm. Lực P hướng từ trên xuống và di động vuông góc với dầm - giả thiết tải trọng P đặt tại mắt nào đó cách A một đoạn x - Xác định đại lượng nghiên cứu đường ảnh hưởng tương ứng với vị trí của lực P có tọa độ x sẽ được biểu thức S(x) - Cho tọa độ x biến thiên tức P di động trên dầm, căn cứ vào biểu thức S(x) tức là phương trình của đường ảnh hưỏng S vẽ đồ thị hàm S(x) nghĩa là vẽ được đường ảnh hưởng S. + Xác định phản lực tựa A với P = 160 kN, trong đó P là tổng trọng lượng của xe hàng ( có hàng) di động trên dầm. Viết phương trình cân bằng tĩnh học của dầm dưới tác dụng của P, tổng mômen đối với điểm B : åMB = 0 YA.l - P.(l-x) = 0 YA = Phản lực tựa YA là một hàm bậc nhất của biến x , khi x thay đổi thì đường ảnh hưởng A được xác định bởi hai tọa độ x = 0; YA = P = 160 kN x = l; YA = 0; Đường ảnh hưởng B ta xét điều kiện cân bằng tĩnh học dưới dạng tổng mômen đối với điểm A : åMA = 0 YB.l - P.x = 0 YB = Khi x = 0; YB = 0 Khi x = l; YB = P = 160 kN; Đường ảnh hưởng của mômen uốn và lực cắt tại tiết diện + Khi tiết diện a đặt trong nhịp Tải trọng di động có thể đặt bên trái tiết diện a hoặc bên phải tiết diện a ứng với mỗi vị trí đó đường ảnh hưởng sẽ khác nhau. Khi P di động sang trái tiết diện a Khảo sát sự cân bằng của phần bên trái Ma = YB.(l-x0) = Qa = - YB = Ta sẽ được đường thẳng biểu thị hai phương trình trên ứng với vị trí P = 160 kN ở bên trái tiết diện gọi là đường trái, mỗi đường thẳng đó biểu thị bằng 2 điểm Khi x = 0 ; Ma = 0 ; Qa = 0; Khi x = l ; Ma = P.(l-x0) ; Qa = -P = 160 kN; - Khi P di động sang phần bên phải tiết diện a Mômen uốn và lực cắt tại tiết diện a như sau : Ma = YA.x0 = Qa = YA = Khi x = 0 ; Ma = P.x0 ; Qa = P = 160 kN; Khi x = l ; Ma = 0 ; Qa = 0 + Khi tiết diện b đặt ở đầu công sôn. - Khi tải trọng di động P di chuyển sang trái tiết diện b Xét sự cân bằng của phần dầm có ít lực : Mb = -P.x Qb = -P khi x = 0 ; Mb = 0 ; Qb = -P = 160 kN khi x = x1 ; Mb = -P.x1 ; Qb = -P = 160 kN Mb = -160.6,4 = -1024 kN Qb = -160 kN - Khi P di chuyển sang phải tiết diện b. Ta vẫn xét sự cân bằng phần đầu thừa Mb = 0 Qb = 0 Như vậy đường ảnh hưởng của Mb, Qb bên phải hoàn toàn trùng với đường chuẩn. + Tiết diện c đặt ở đầu công sôn. Khi tải trọng di động đặt ở bên trái tiết diện c : khảo sát sự cân bằng của phần dầm chịu ít lực Mc = 0 Qc = 0 Khi tải trọng di động đặt ở bên phải tiết diện c: khảo sát sự cân bằng Mc = -P.x Qc = P Khi x = 0 ; Mc = 0 ; Qc = P = 160 kN; Khi x = x2 ; Mc = - P.x2 ; Qc = P = 160 kN; Mc = -160.8 = -1280 kN Qc = 160 kN Kết luận Nội lực trong các thanh dằng biên trên luôn chịu nén. Nội lực trong các thanh dằng biên dưới luôn chịu kéo. Nội lực trong các thanh dằng đứng luôn chịu nén. Nội lực trong các thanh dằng xiên phải luôn chịu kéo. Nội lực trong các thanh dằng xiên trái luôn chịu kéo. Dưới tác dụng của tải trọng di động các thanh biên dưới, thanh xiên còn chịu thêm ứng suất uốn và ứng suất cắt. CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRỤC TANG CUỐN CÁP 5.1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trục tang. 5.1.1 Chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết . Trục tang được lắp trong cơ cấu nâng của cổng trục 7 tấn. Trục tang có chức năng truyền chuyển động quay của động cơ sang tang cuốn cáp, khi tang quay dây cáp sẽ chuyển động lên (xuống) kéo theo gầu ngoạm sẽ được nâng (hạ) Điều kiện làm việc : Cường độ làm việc 40% và sức nâng tối đa 7 tấn vì vậy trong quá trình làm việc trục tang chịu chế độ tải trọng uốn và xoắn lớn. Với cường độ làm việc và chế độ tải trọng trên có thể chế tạo trục tang cuốn cáp bằng phương pháp đúc. 5.1.2 Tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết Kết cấu của trục có thể cho phép gia công bằng dao tiện thường. Trục tang có kết cấu trục bậc đường kính giảm dần từ trong ra ngoài nên tạo điều kiện gia công dễ dàng, trục có đủ độ cứng cao vì đường kính trục lớn. Trục tang không yêu cầu độ cứng bề mặt cao do đó không phải nhiệt luyện. Các bề mặt của trục có sai lệch chế tạo và độ nhám phù hợp với các thiết bị máy và trang bị công nghệ, có thể đạt được dễ dàng. 5.1.3 Xác định dạng hình sản xuất Số máy của cơ sở sản xuất cần có là 3 chiếc vì vậy số trục phải chế tạo là 6 chiếc. Ngoài ra cần phải có trục dự phòng để đảm bảo sản xuất liên tục là 6 vì vậy số trục phải chế tạo là 12 chiếc. Trọng lượng của chi tiết được xác định : Q1 = V.g Trong đó : Q1 : Trọng lượng của chi tiết V : Thể tích của chi tiết ; V = 10,8 dm3 g : Trọng lượng riêng của vật liệu, với chi tiết đúc bằng thép g = 7,852 Kg/dm3 Q1 = V.g = 10,8.7,852 = 85 kg Với trọng lượng 85 kg, số chi tiết sản xuất 1 năm là 12 chiếc tra (bảng 2) tài liệu “Hướng dẫn thiết kế công nghệ chế tạo máy” ta xác định được dạng sản suất là đơn chiếc. 5.1.4 Thiết kế quy trình công nghệ. Nhìn chung chi tiết với dạng hình sản xuất đơn chiếc, có thể phân ra các nguyên công và bước chế tạo sau : Tất cả các bề mặt của trục có thể gia công bằng hai nguyên công tiện và 1 nguyên công mài. Để thực hiện các nguyên công này ta lấy 2 lỗ tâm làm chuẩn hạn chế 4 bậc tự do, bề mặt đầu trục làm chuẩn hạn chế 1 bậc tự do. Như vậy để gia công tất cả các bề mặt trụ của trục ta cần hạn chế 5 bậc tự do. Nguyên công mài bề mặt trụ f 95 được gá đặt như nguyên công tiện. Nguyên công phay rãnh có chiều rộng b = 16 mm đối xứng qua bề mặt chứa trục, chi tiết được định vị trên khối V dài hạn chế 4 bậc tự do, bề mặt đầu được tỳ lên phiến tỳ hạn chế 1 bậc tự do. Thư tự các nguyên công và bước của quy trình công nghệ gia công được được trình bầy ở bảng trang 92 và 93. 5.1.5 Chọn máy gia công chi tiết a. Máy tiện 1K62 Chiều cao tâm 200 mm Khoảng cách giữa 2 tâm đến 1400 mm Công suất động cơ N = 10 KW Hiệu suất máy h = 0,75 Đường kính lỗ suốt trục chính 45 mm - côn móc số 5 Số vòng quay của trục chính (v/ph) : 12,5 ; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000. Lượng tiến dọc (mm/v) : 0,07; 0,014; 0,084; 0,097; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,17; 0,195; 0,21; 0,23; 0,26; 0,28; 0,30; 0,34; 0,39; 0,43; 0,47; 0,52; 0,57; 0,61; 0,7; 0,78; 0,87; 0,95; 1,04; 1,14; 1,21; 1,4; 1,56; 1,74; 1,9; 2,08; 2,28; 2,42; 2,8; 3,12; 3,48; 3,8; 4,16; Lượng tiến dao ngang (mm/v) : 0,035; 0,037; 0,042; 0,048; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07; 0,074; 0,084; 0,097; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,17; 0,195; 0,21; 0,23; 0,26; 0,28; 0,30; 0,34; 0,39; 0,43; 0,47; 0,52; 0,57; 0,6; 0,7; 0,78; 0,87; 0,95; 1,04; 1,14; 1,21; 1,4; 1,56; 1,74; 1,9; 2,08; Lực cho phép của cơ cấu chạy dao Px = 360 kg b. Máy mài tròn ngoài 3164A Đường kính và chiều dài lớn nhất có thể gia công 400x2000 mm Côn móc ụ trước N6 Đường kính đá mài 500, 700 mm Số vòng quay của trục chính (v/ph) : 920 ; 1240 Tốc độ bàn máy (mm/ph) : 0,1¸5 Chạy dao ngang sau hành trình kép của bàn máy : 0,01 ¸ 0,03 Giới hạn số vòng quay : 30 ¸ 180 (v/ph) Công suất của động cơ : 13 KW Kích thước máy : 1550x6040 c. Máy phay 6H13 Bề mặt làm việc của bàn máy ; 400x1600 (mm2) Công suất động cơ : 10 KW Hiệu suất máy : h = 0,75 Số vòng quay trục chính (v/ph) : 30-37; 5-4; 75-60-75-95-118-150-190-235-300-375-475-600-753-950-1180-1500 Bước tiến của bàn (mm/ph) : 23-30-37-47-60-75-95-120-150-190-240-300-370-470-600-750-1200 Lực lớn nhất cho phép theo cơ cấu tiến của máy : 2000 kg 5.1.6. Chọn dao. Dao tiện mặt đầu, gắn mảnh thép hợp kim dụng cụ. j = 450; j1 = 450; g = -100; a = 1200; l = 00 Dao tiện ngoài. h B L n l R 25 16 140 6 20 1,0 j = 900; j1 = 300; g = 100; a = 1200; c. Đá mài bề mặt tròn ngoài f D = 150 mm; d = 20 mm; H = 20 mm e. Dao phay cắt rãnh. D = 100 mm; B = 16 mm; d = 32; số răng = 16 g = 200; a = 140 5.1.7. Tính toán lượng dư gia công bề mặt f Phôi đúc độ chính xác cấp III, khối lượng 85 kg, vật liệu là thép 45. Các bước công nghệ: Tiện thô, tiện tinh, mài thô, mài tinh Sai lệch vị trí không gian của phôi khi gia công trục bậc gá trên 2 mũi tâm. Trong đó : rcv : sai lệch cong vênh rlt : Sai số do độ không đồng tâm giữa các bậc của trục. rcv = DK.L DK: độ cong giới hạn của phôi trên một mm chiều dài, tra (bảng 15) [CN] DK = 1,2 L: chiều dài chi tiết đúc L = 1330 mm rcv = 1,2.1330 = 1,596 mm rlt = 0,25 Dung sai của phôi đúc với đường kính lớn nhất f110, chiều dài lớn nhất 1330mm, d = 2 mm rlt = 0,25 mm = 1,69 mm = 1690 mm Sai lệch không gian còn lại : Sau tiện thô. rt thô = 0,06.1690 = 101,4 mm Sau tiện tinh. rt tinh = 0,04.1690 = 67,6 mm Sau mài thô. rm thô = 0,02.1690 =33,8 mm Lượng dư nhỏ nhất được xác định như sau : 2.zmin = 2.( Rz i-1 + Ti-1 + ri-1 ) Ta có : Phôi đúc :dung sai dP = 2 mm ; Rz = 250 mm ; Ti = 350 mm Tiện thô : dung sai dt thô = 0,46 mm ; Rz = 50 mm ; Ti = 50 mm Tiện tinh : dung sai dt tinh = 0,14 mm ; Rz = 20 mm ; Ti = 30 mm Mài thô : dung sai dm thô = 0,07 mm ; Rz = 10 mm ; Ti = 20 mm Mài tinh : dung sai dm tinh = 0,035 mm ; Rz = 5 mm ; Ti = 15 mm - Tiện thô : 2.zmin = 2.(250 +350 +1690) = 2.2290 mm = 4,580 mm - Tiện tinh : 2.zmin = 2.(50 +50 +101,4) = 2.201,4 mm = 0,4028 mm - Mài thô : 2.zmin = 2.(20 +30 + 67,6) = 2.117,6 mm = 0,235 mm - Mài tinh : 2.zmin = 2.(10 +20 +33,8) = 2.63,8 mm = 0,127 mm Cột “ kích thước tính toán” được xác định như sau : Lấy kích thước chi tiết lần lượt cộng với lượng dư nhỏ nhất Mài thô : d3 = 95,003 + 0,127 = 95,13 mm Tiện tinh : d2 = 95,13 + 0,235 = 95,365 mm Tiện thô : d1 = 95,365+ 0,4028 = 95,767 mm Phôi : dP = 95,767 + 4,58 = 100,347 mm Cột “ kích thước giới hạn “ được xác định như sau : Làm tròn số kích thước tính toán tới giá trị có nghĩa của dung sai ta được kích thước giới hạn nhỏ nhất, sau đó lấy kích thước giới hạn cộng với dung sai ta được kích thước giới hạn lớn nhất : Mài tinh : dmax4 = 95,003 + 0,035 = 95,038 mm Mài thô : dmax3 = 95,13 + 0,07 = 95,2 mm Tiện tinh : dmax2 = 95,365 + 0,14 = 95,505 mm Tiện thô : dmax1 = 95,767 + 0,46 = 96,227 mm Phôi : dmaxP = 100,347 + 2 = 102,347 mm Cột lượng dư giới hạn được xác định như sau : zmax là kích thước giới hạn lớn nhất còn zmin là kích thước giới hạn nhỏ nhất : Mài tinh : 2.zmax 4 = 95,2 - 95,038 = 0,162 mm = 162 mm 2.zmin 4 = 95,13 - 95,003 = 0,127 mm = 127 mm Mài thô : 2.zmax 3 = 95,505 - 95,2 = 0,305 mm = 305 mm 2.zmin 3 = 95,365 - 95,13 = 0,235 mm = 235 mm Tiện tinh : 2.zmax 2 = 96,227 - 95,505 = 0,722 mm = 722 mm 2.zmin 2 = 95,767 - 95,365 = 0,402 mm = 402 mm Tiện thô : 2.zmax 1 = 102,347 – 96,227 = 6,12 mm = 6120 mm 2.zmin 1 = 100,347 – 95,767 = 4,58 mm = 4580 mm Kiểm tra : 2.z0max - 2.z0 min = dphôi - dchi tiết 2.z0 max = 162 + 305 + 722 + 6120 = 7309 mm 2.z0 min = 127 + 235 + 402 + 4580 = 5344 mm 2.z0max - 2.z0 min = dphôi - dchi tiết 7309 – 5344 = 2000 - 35 1965 = 1965 Lập bảng (Bảng 5-1) Bước Rz T r 2zmin tính d tính d dmin dmax 2zmin 2zmax Phôi 250 350 1690 100,347 2000 100,35 102,347 Tiện thô 50 50 101,4 2.2290 95,767 460 95,77 96,227 4580 6120 Tiện tinh 20 30 67,6 2.201,4 95,365 140 95,37 95,505 402 722 Mài thô 10 20 33,8 2.117,6 95,13 70 95,13 95,2 235 305 Mài tinh 5 15 2.63,8 90,003 35 95,003 95,038 127 162 5.1.8 Xác định lượng dư các bề mặt còn lại Lượng dư gia công các bề mặt còn lại tra bảng (sổ tay công nghệ chế tạo) được xác định : kích thước bề mặt + lượng dư + dung sai Bề mặt f 110 = f110 + 7 ± 1 = f 117 ± 1 Bề mặt f 105 = f105 + 7 ± 1 = f 112 ± 1 Bề mặt f 100 = f100 + 7 ± 1 = f 107 ± 1 Bề mặt f 91,5 = f91,5 + 7 ± 1 = f 98,5 ± 1 Bề mặt f 70 = f70 + 7 ± 0,8 = f 77 ± 0,8 Bề mặt 1330 = 1330 + 11 ± 6 = 1341 ± 6 Bề mặt 1180 = 1180 + 10 ± 5 = 1190 ± 5 Bề mặt 120 = 120 + 7 ± 1 = 127 ± 1 Bề mặt 110 = 110 + 7 ± 1 = 117 ± 1 Bề mặt 50 = 50 + 7 ± 0,6 = 57 ± 0,6 Bề mặt 42 = 42 + 7 ± 0,5 = 49 ± 0,5 Bề mặt 80 = 80 + 7 ± 1 = 87 ± 1 Bề mặt 65 = 65 +7 ± 1 = 72 ± 1 5.1.9 Tính chế độ cắt khi tiện bề mặt f + Chế độ cắt khi gia công bề mặt f bước tiện thô. a. Chiều sâu cắt t = = 3,5 mm Tiện thô t = 3 mm Tiện tinh t = 0,5 mm b. Lượng chạy dao + Theo sức bền cán dao : S1 = mm/v Dựa vào sức bền vật liệu làm dao, vật liệu gia công chọn vận tốc sơ bộ vsb =190 m/ph B x H = 16 x 25; [su] = 20 kG/mm2 ; l = 140 mm Theo bảng (11-1) tài liệu [CN] : CPz = 300; Xpz = 1; YPz = 0,75; Rz = 0,75; Bảng (12-1) : Kmp = . Với j = 900 bảng (15-1) : KjPz = 0,89; KgPz = 1,1; KlPz = 1; vậy KPz = 0,979 Thay vào công thức : S1 = = 0,499 mm/vòng + Tính theo sức bền cơ cấu chạy dao : S2 = Theo máy Pm = 350 kG Theo bảng (11-1) : CPx = 339 ; YPx = 0,5; XPx = 1; nx = 0,4 Theo bảng (12-1) : Kmp = 1 Theo bảng (15-1) : KjPx = 1,17; KgPx = 1,4; KlPx = 1; vậy KPx =1,64 Thay vào công thức : S2 = = 1,4 mm/vòng + Theo độ chính xác gia công S3 = K = 48; E = 2,1.104 ; J = 0,05.954; f = 0,01; S3 = = 4,2 mm/vòng Chọn S = Smin và theo máy đã chọn S = 0,52 mm/v c. vận tốc cắt v = m/ph Theo bảng (1-1) : Cv = 292; xv = 0,15; Yv =0,3; m = 0,18; T = 45; Theo bảng (2-1) : Kmv = 1,0 Theo bảng (7-1) : Knv = 1,0 Theo bảng (8-1) : Kuv = 1,0 Theo bảng (9-1) : Kjv = 0,7; Kj1v = 1,0; Kyv = 1,0; Theo bảng (10-1) : Kov = 1 Vậy KV = 0,7. v = = 107 m/ph Số vòng quay trong 1 phút n = = 359 v/ph Theo thuyết minh chọn máy n = 400 v/ph Vận tốc thực khi cắt v = = 119 m/ph d. Tính lực cắt Lực tiếp tuyến Pz = CPz.txpz.Sypz.vnz.KPz = 300.31,0.0,520,75.0,979.119-0,15 = 262 kG Lực hướng kính Py = CPy.txpy.Sypy.vny.Kpy Theo bảng (11-1) : Cpy = 243; Xpy = 0,9; Ypy =0,6; ny = - 0,3 Theo bảng (12-1) : Kmp = 1 Theo bảng (15-1) : Kjpy = 0,5; Kgpy = 1,4; Klpy = 1; Vậy KPy = 0,7 Py = 243.30,9.0,520,6.119-0,3.0,7 = 73 kG Lực dọc trục Px = CPx.txPx.SyPx.vnx.KPx = 339.31,0.0,520,5.119-0,4.1,64 = 168 kG e. Công suất tiêu thụ N = = 5,1 KW Công suất máy đã chọn Nm = 10 KW Ta có N < Nm.h (h = 0,75) Máy đảm bảo an toàn. Thời gian khi tiện T = 1,72 phút + Tính chế độ cắt khi gia công bề mặt f bước tiện tinh a. Lượng chạy dao và chiều sâu cắt Chiều sâu cắt khi tiện tinh t = 0,5 mm Lượng chay dao khi tiện tinh Rz = 20 mm = 0,02 mm; r = 2,0 mm ; Lượng chạy dao S = = 0,066 (mm/vòng) Chọn theo máy S = 0,07 (mm/vòng) vận tốc cắt v = = = 254 v/ph Số vòng quay trong 1 phút n = = 851 v/ph theo máy đã chọn ta lấy n = 1000 v/ph Vận tốc cắt thực v = = 298 v/ph c. tính lực cắt Lực pháp tuyến Pz = Cpz.txpz.Sypz.vnz.Kpz = 300.0,51,0.0,070,75.298-0,15.0,979 = 8,5 kG Lực hướng kính Py = Cpy.txpy.Sypy.vny.Kpy = 243.0,50,9.0,070,6.298-0,3.0,7 = 3,3 kG Lực dọc trục Px = Cpx.txpx.Sypx.vnx.Kpx =339.0,51,0.0,070,5.298-0,4.1,64 = 7,2 kG d. Công suất động cơ N = = 0,4 KW Thời gian gia công T = 1 phút 5.1.10 Tính chế độ cắt khi mài bề mặt Vận tốc đá mài v = 50 m/s Vận tốc phôi : Mài thô vphôi = 25 m/ph Mài tinh vphôi = 55 m/ph Chiều sâu cắt: Mài thô : t = 0,025 mm Mài tinh : t = 0,005 mm Lượng chạy dao : Mài thô : S = (0,3¸0,7).B (mm/vòng) Mài tinh : S = (0,2¸0,4).B (mm/vòng) Với B = 20 mm (chiều dày của đá) Mài thô : S = 0,3.20 = 6 mm/vòng Mài tinh : S = 0,2.20 = 4 mm/vòng Bảng (5-56) theo tài liệu [sổ tay công nghệ] CN = 2,2 ; r = 0,5; x = 0,5; y = 0,55 Công suất có ích dùng mặt chu vi đá mài với bước tiến dao dọc. N = CN . vrct. tx. Sy. dq KW mài thô. vCT = 25 m/ph ; S = 6 mm/vòng; t = 0,025 mm N = 2,2. 250,5. 0,0250,5. 60,55 = 4,7 KW Theo máy đã chọn N = 13 KW, hệ số sử dụng máy h = = 36 % Thời gian gia công T = 0,7 phút Mài tinh. vCT = 55 m/ph ; S = 4 mm/vòng; t = 0,005 mm N = 2,2. 550,5. 0,0050,5. 40,55 = 2,4 KW Hệ số sử dụng máy h = = 19 % Thời gian gia công khi mài tinh : T = 0,5 phút 5.1.11 Xác định chế độ cắt các bề mặt cìn lại. Tra chế độ cắt cho bề mặt f100 bước tiện thô t = 3,5 mm; tra bảng (5-60) [sổ tay công nghệ]; S = 0,8 mm/vòng; Theo máy chọn S = 0,87 mm/vòng bảng (5-64) [sổ tay công nghệ] v = 144 m/ph; Số vòng quay n = = 459 v/ph Chọn theo máy n = 500 v/ph Vận tốc cắt thực : = 157 v/ph Tra bảng (5-68) [sổ tay công nghệ] Công suất N = 8,3 KW < Nmáy.h Thời gian gia công T = 16 phút Bề mặt , + Bước tiện thô t = 3 mm; tra bảng (5-60) [STCN] S = 0,8 mm/vòng chọn theo máy S = 0,87 mm/vòng; bảng (5-64) v = 144 m/ph Số vòng quay n = = 416 (v/ph) Chọn theo máy n = 500 (v/ph) Vận tốc cắt thực v = = 173 (m/ph) Bảng (5-68) công suất N = 7,3 KW <Nmáy Thời gian gia công T = 2,2 phút +Bước tiện tinh t = 0,5 mm ; bảng (5-62) [STCN] S = 0,4 mm/vòng ; chọn theo máy S = 0,43 mm/vòng Bảng (5-64) vận tốc cắt v = 330 m/ph Số vòng quay n = = 955 v/ph chọn theo máy n = 1000 v/ph Vận tốc cắt thực v = = 345 (m/ph) Bảng (5-68) công suất động cơ N = 5,8 KW Thời gian gia công T = 1,3 phút Tiện bề mặt f 70. + Bước tiện thô t = 3,5 mm; bảng (5-60) S = 0,7 mm/vòng chọn theo máy S = 0,7mm/vòng Bảng (5-64) v = 144 m/ph Số vòng quay n = = 655 v/ph Chọn theo máy n = 630 v/ph Vận tốc thực v = = 138 m/ph bảng (5-68) công suất động cơ N = 4,9 KW Thời gian gia công T = 0,4 phút d. Tện rãnh 3,5 mm t = 1,75 mm; bảng (5-72) [STCN] S = 0,2 mm/vòng chọn theo máy S = 0,21mm/vòng Bảng (5-74) tốc độ cắt khi tiện rãnh v = 75 m/ph Số vòng quay n = = 251 v/ph Chọn theo máy n = 250 v/ph Vận tốc cắt thực v = = 75 m/ph Thời gian tiện T = 0,5 phút e. Tiện rãnh R8 t = 8 mm; bảng (5-72) [STCN] S = 0,25 mm/vòng chọn theo máy S = 0,26mm/vòng Tốc độ cắt v = 67 m/ph Số vòng quay n = = 194 v/ph Chọn theo máy n = 200 v/ph Vận tốc cắt thực : = 69 m/ph Thời gian gia công T = 0,7 phút f. Phay cắt rãnh 16 Bảng (5-177) [STCN] Sz = 0,1 mm/răng Tốc độ cắt bảng (5-179) v = 46 m/ph Số vòng quay của dao n = = 209 v/ph Chọn theo máy n = 235 v/ph; t = 12 mm Vận tốc cắt thực : = 52 m/ph Lượng chạy dao phút : S ph = Sz. Z. n Lượng chạy dao vòng S = Sz. Z Trong đó : Sz – Lượng chạy dao răng, Sz = 0,1 mm/răng Z – Số răng dao phay Z = 16 n – Số vòng quay của dao phay n = 235v/ph Sph = 0,1. 16. 235 = 376 v/ph Sz = 0,1.16 = 1.6 mm/vòng Công suất động cơ N = 5,4 KW < Nmáy Thời gian gia công T = 0,3 phút 5.2 Tính toán và thiết kế đồ gá 5.2.1 Phân tích phương án định vị và kẹp chặt. Phương án định vị : Yêu cầu kích thước để gia công rãnh có chiều rộng 16 mm, chiều sâu 12 mm, rãnh này nằm trong mặt phẳng đối xứng của trục vì vậy khi gia công cần phải hạn chế 5 bậc tự do, như vậy ta có phương án định vị như sau: + chọn mặt f95 làm chuẩn định vị hạn chế 4 bậc tự do + Mặt phẳng đầu hạn chế 1 bậc tự do (xem bản vẽ) Phương án kẹp chặt. Ta dùng bề mặt f105 làm bề mặt kẹp chặt. Cơ cấu định vị : Nhằm xác định vị trí tương đối của chi tiết so với máy phay, cơ cấu này bao gồm phiến tỳ và 2 khối V. d. Cơ cấu kẹp chặt Cơ cấu kẹp chặt giữ cho chi tiết không bị xê dịch khi gia công, Chi tiết này được kẹp chặt bằng 2 khối V, như vậy 2 khôi V này vừa đóng vai trò định vị vừa đóng vai trò kẹp chặt (đây là cơ cấu tự định tâm) e. Cơ cấu so dao Dùng để điều chỉnh dụng cụ cắt có vị trí tương đối so với bề mặt gia công, cơ cấu so dao được dùng để gia công rãnh như hình vẽ. f. Yêu cầu với đồ gá phay. Khi phay, lực cắt lớn, cắt gián đoạn nên rung động lớn, vì thế đồ gá phay phải đủ cứng vững. Cơ cấu kẹp chặt phải đảm bảo đủ lực kẹp và đủ độ cứng vững. Kết cấu đồ gá phay gồm : Cơ cấu định vị, cơ cấu kẹp chặt, cơ cấu so dao, cơ cấu chép hình, cơ cấu đặt đồ gá với bàn máy. Tính toán lực kẹp chặt. lực cắt của dao phay Trong đó : Z – số răng của dao phay đĩa Z = 16 (Bảng 5-39) [ST] Cp = 261; x = 0,1; y = 0,8; r = 1,1; q = 1,1; w = 0,1 (Bảng 5-1) và (Bảng 5-4) KMV = 1 N Với sơ đồ kẹp chặt như hình vẽ ta có : 2P1 = Pc Dưới tác dụng của lực cắt thì bề mặt 2 khối V sẽ có các phản lực P1 chống lại lực cắt Pc, P1 này do lực kẹp chặt P gây ra 2 P1 = Pc ® N Mặt khác lực kẹp chặt P = P2 = N 5.2.3 Sơ đồ gá đặt. Chi tiết gia công 4 có các đường kính ở cá mặt khác nhau. Do đó ta phải dùng 2 khối V 3 và 5 có kích thước khác nhau hoạt động độc lập với nhau. Như vậy chi tiết 4 được định vị và kẹp chặt bằng 2 khôi V 3 và 5, cữ so dao 6 được định vị trên thân đồ gá bằng chốt định vị 7. Các khối V dịch chuyển trong máng trượt (do 2 chi tiết 8 và 9 tạo thành) khi ta quay vít 13, vít 13 được lắp với bạc ren 12 và được chặn mặt đầu bằng bạc 11, chi tiết 14 là gối đỡ đầu trục vít 13 , chi tiết 15 là căn chỉnh dao Với đồ gá này có thể gia công các rãnh đầu trục một cách dễ dàng. Sơ đồ gá đặt xem trang 114. KẾT LUẬN Được giao đề tài “Tính toán và thiết kế cổng trục gầu ngoạm trọng tải 7 tấn, khẩu độ 40 m” đang được lắp đặt và thử nghiệm tại Công ty tuyển than Cửa Ông. Nhận thức được tầm quan trọng của nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế, tôi đã tiến hành tìm hiểu thực tế sản xuất để tính toán các hệ thống của máy tường minh trên cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe lăn, cầu lăn là phù hợp với thực tế đang lắp đặt. Được sư giúp đỡ tận tình của thầy PGS.TS Võ Quang Phiên và các thầy cô trong Bộ môn Máy và Thiết bị mỏ, Bộ môn Kỹ thuật cơ khí cùng với sự nỗ lực của bản thân. Bên cạnh đó tôi còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các cô chú phòng kỹ thuật Công ty CKTT Cẩm Phả, Công ty tuyển than Cửa Ông, cùng với sự động viên khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của gia đình và bạn bè, đồ án của tôi đã được hoàn thành đúng thời hạn. Do trình độ còn hạn chế về lý thuyết và thực tiễn nên sẽ còn những thiếu sót. Kính mong thầy cô chỉ bảo và các bạn góp ý để đồ án của tôi thêm hoàn chỉnh. Em xin bầy tỏ lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến các thầy cô giáo đã dìu dắt, dậy dỗ em trong 4 năm học tập tại trường. Đặc biệt xin được bầy tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô đã giúp đỡ, hướng dẫn em thực hiện thành công đồ án tốt nghiệp này. Em hứa khi ra trường sẽ cố gắng đưa những hiểu biết đã được học để từng bước góp phần ứng dụng vào sản xuất có hiệu quả. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 17 thánh 01 năm 2003 Sinh viên Nguyên Chân Phương. TÀI LIỆU THAM KHẢO. Võ Quang Phiên, Giáo trình Máy nâng Nhà xuất bản giao thông vận tải, Hà Nội 2001. Võ Quang Phiên và nhiều tác giả, năm 2002 Atlát Máy nâng chuyển. Bản vẽ thiết kế cổng trục Tổng công ty than Việt Nam, năm 2002 MP. Alếch - xaH – drốp Giáo trình Máy nâng. M2000 Võ Quang Phiên và nhiều tác giả khác. Máy nâng chuyển (tập I và II) Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, năm 1986 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập I và II) Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2000 Liều Đình Thọ, Cơ học kết cấu (tập I và II) Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1999 Trần Văn Địch Hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy. Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt. Sổ tay công nghệ chế tạo máy. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1999 Trần Văn Địch. Sổ tay và Atlát đồ gá Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội 2000 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu ………………………………………………………….. 1 Chương 1. Nhiệm vụ hoạt động sản xuất và kinh doanh của Công ty tuyển than Cửa Ông. Vai trò quan trọng của ngành than cung cấp nguyên nhiên liệu thị trường trong nước và quốc tế. Trình độ cơ giới hóa quá trình sàng tuyển và suất khẩu ……………………. 1.1. Nhiệm vụ hoạt động sản xuất và kinh doanh của Công ty tuyển than Của Ông…………………………………………………………. 2 1.1.1 Vị trí địa lý…………………………………………………. 2 1.1.2 Dân cư ………………………………………………………. 2 1.1.3 Khí hậu ……………………………………………………… 2 1.1.4 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển của Công ty tuyển than Cửa Ông…………….………………………………….. 3 1.1.5 Năng lực thiết bị hiện có của Công ty tuyển than Cửa Ông………………………………………………………………… 5 1.1.6 Nhiệm vụ hoạt động sản xuất và kinh doang của Công ty tuyển than Cửa Ông………………………………………………... 7 1.2 Vai trò trong kinh tế thị trường, ngành than cung cấp nguyên nhiên liệu trong nước và quốc tế……………………………………… 8 1.2.1 Thị trường trong nước ……………………………………….. 8 1.2.2 Thị trường quốc tế……………………………………………. 8 1.3 Trình độ cơ giới hóa quá trình sản xuất sàng tuyển và suất khẩu của Công ty tuyển than Cửa Ông……………………………………... 8 1.3.1 Trình độ cơ giới hóa quá trình sản xuất sàng tuyển………….. 9 1.3.2 Trình độ cơ giới hóa quá trình suất khẩu…………………….. 12 Chương 2. Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng cổng trục…………... 2.1 Mô tả cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán gầu ngoạm……… 14 2.1.1 Cấu tạo gầu ngoạm…………………………………………… 14 2.1.2 Nguyên lý làm việc của gầu ngoạm………………………….. 15 2.1.3 Sơ đồ động học gầu ngoạm…………………………………... 15 2.1.4 Kết cấu gầu ngoạm…………………………………………... 15 2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán cơ cấu nâng cổng trục 7 tấn ……………………………………………………………………. 22 2.2.1 Sơ đồ động học cơ cấu nâng cổng trục 7 tấn…………………. 23 2.2.2 Kết cấu cơ cấu nâng và tính toán các thông số kỹ thuật…….. 24 2.2.2.1 Bội suất pa lăng cơ cấu, chế độ làm việc cơ cấu nâng…... 24 2.2.2.2 Tính chọn cáp…………………………………………… 25 2.2.2.3 Tính toán tang cuốn cáp…………………………………. 27 2.2.2.4 Tính toán và lựa chọn động cơ điện cho cơ cấu nâng…… 31 2.2.2.5 Kiểm tra mô men phanh cơ cấu nâng…………………… 33 2.2.2.6 Bộ truyền động…………………………………………... 37 2.2.2.7 Kiểm tra mô men khởi động cơ cấu nâng……………… 38 2.2.2.8 Hệ thống điều khiển…………………………………….. 41 2.2.2.9 Các thông số kỹ thuật của cơ cấu nâng…………………. 44 Chương 3. Cơ cấu di chuyển xe lăn và cầu lăn…………………….. 3.1 Cơ cấu di chuyển xe lăn………………………………………….. 45 3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu di chuyển xe lăn… 45 3.1.2 Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe lăn……………………... 45 3.1.3 Tính toán cơ cấu di chuyển xe lăn…………………………… 46 3.1.3.1 Bánh xe và ray xe lăn……………………………………. 46 3.1.3.2 Lực cản chuyển động của xe lăn di chuyển…………… 48 3.1.3.3 Lựa chọn động cơ điện………………………………….. 49 3.1.3.4 Kiểm tra động cơ theo mô men mở máy………………… 51 3.1.3.5 Phanh cơ cấu di chuyển xe lăn…………………………... 52 3.1.3.6 Các thông số kỹ thuật của cơ cấu di chuyển xe lăn…… 55 3.2 Cơ cấu di chuyển cầu lăn…………………………………………. 56 3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu di chuyển cầu lăn.. 56 3.2.2 Tính toán cơ cấu di chuyển cầu lăn………………………….. 57 3.2.2.1 Bánh xe và ray cầu lăn…………………………………... 57 3.2.2.2 Sức cản chuyển động của cơ cấu di chuyển cầu lăn…….. 59 3.2.2.3 Lựa chọn động cơ……………………………………….. 60 3.2.2.4 Tỷ số bộ truyền động……………………………………. 61 3.2.2.5 Kiểm tra động cơ điện theo mô men mở máy…………… 61 3.2.2.6 Phanh cơ cấu di chuyển cầu lăn…………………………. 63 3.2.2.7 Tính cặp bánh răng hở………………………………… 65 3.2.2.8 Các thông số kỹ thuật của cơ cấu di chuyển cầu lăn……. 73 Chương 4. Kết cấu kim loại cổng trục …………………………….. 4.1 Mô tả kết cấu kim loại cổng trục 7 tấn và các kích thước hình học. 74 4.1.1 Mô tả kết cấu kim loại của cổng trục gầu ngoạm 7 tấn……… 74 4.1.2 Các kính thước hình học…………………………………….. 75 4.2 Tinh toán kết cấu kim loại dàn đứng chính………………………. 76 4.2.1 Phân tích lực tác dụng lên dàn……………………………….. 76 4.2.2 Xác định nội lực trong các thanh dằng………………………. 78 4.2.3 Đường ảnh hưởng của phản lực tựa………………………….. 84 Chương 5. Tính toán và thiết kế trục tang cuốn cáp……………. 5.1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trục tang…………. 89 5.1.1 Chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết………………… 89 5.1.2 Tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết……………………. 89 5.1.3 Xác định dang hình sản xuất…………………………………. 89 5.1.4 Thiết kế quy trình công nghệ………………………………… 91 5.1.5 Chọn máy gia công chi tiết…………………………………... 94 5.1.6 Chọn dao……………………………………………………... 95 5.1.7 Tính toán lượng dư gia công bề mặt ……………….. 97 5.1.8 Xác định lượng dư các bề mặt còn lại………………………... 100 5.1.9 Tính chế độ cắt khi tiện …………………………… 103 5.1.10 Tính chế độ cắt khi mài bề mặt ………………….. 107 5.1.11 Xác định chế độ cắt các bề mặt còn lại…………………….. 108 5.2 Tính toán và thiết kế đồ gá……………………………………….. 111 5.2.1 Phân tích phương án định vị và kẹp chặt…………………….. 111 5.2.2 Tính toán lực kẹp chặt……………………………………….. 112 5.2.3 Sơ đồ gá đặt………………………………………………….. 113 Kết luận ……………………………………………………………… 115 Tài liệu tham khảo…………………………………………………. 116 Mục lục…………………………………………………………….. .. 117