›
›

Giáo trình cơ khí Máy nâng chuyển

pdf 77 trang phuongnguyen 4790
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình cơ khí Máy nâng chuyển", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_co_khi_may_nang_chuyen.pdf

Nội dung text: Giáo trình cơ khí Máy nâng chuyển

  1.  Giáo trình cơ khí Máy nâng chuyển
  2. Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN 1.- Các định nghĩa: - Máy nâng chuyển là khoa học nghiên cứu việc cơ giới hóa quá trình nâng chuyển các vật nặng nhằm nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ sức lao động cho con người. - Dựa vào đặc điểm của quá trình vận chuyển vật liệu,người ta phần biệt 2 chủng loại chính: + Máy nâng (còn gọi là máy trục): Đây là loại thiết bị mà quá trình làm việc lặp lại có chu kỳ. Một chu kỳ công tác bao gồm thời gian có tải và thời gian chạy không. + Máy vận chuyển liên tục: ở loại thiết bị nầy, vật liệu được vận chuyển theo từng dòng liên tục. - Với máy nâng người ta còn phân biệt: + Máy nâng đơn giản: Chỉ có một chuyển động công tác là nâng và hạ vật. Ví dụ Các loại kích, Tời, palăng xích, vận thăng xây dựng + Máy trục dạng cầu: Cầu trục, cổng trục. ở các loại thiết bị nầy, ngoài chuyển động nâng hạ vật, còn có các chuyển động tịnh tiến ngang và dọc để di chuyển vật nâng đến vị trí yêu cầu. + Cần trục các loại: Quá trình di chuyển vật nâng được thực hiện nhờ cơ cấu quay cần hoặc thay đổi khẩu độ của cần. 2.- Các thông số cơ bản của máy trục: 2.1.- Trọng tải (Sức nâng) : Là trọng lượng lớn nhất mà máy có thể nâng được theo tính toán thiết kế. Trọng tải có thể phải kể đến trọng lượng của bộ phận mang vật. Trọng tải được kí hiệu là [Q], có đơn vị đo là Tấn hoặc KG hoặc N. Đại lượng nầy thường được tiêu chuẩn hóa. 2.2.- Các thông số động học của các bộ phận công tác: Tốc độ nâng vật (Vn), tốc độ di chuyển (Vdc), tốc độ quay của cần trục (n) 2.3.- Các thông số hình học: Tùy thuộc vào loại thiết bị, ta có: Độ cao nâng, Khẩu độ đối với máy trục dạng cầu; Độ cao nâng, tầm với đối với các loại cần trục. 3.- Chế độ làm việc của máy trục: Có thể xem chế độ làm việc của máy trục như là một thông số tổng hợp căn cứ trên cơ sở phối hợp các tiêu chí về mức độ sử dụng máy theo tải và theo thời gian. Trên cơ sở tiêu chuẩn ISO, ở Việt nam đã có tiêu chuẩn TCVN 5862 -1995 quy định 8 nhóm chế độ làm việc cho máy trục được kí hiệu từ A1 đến A8. Đối với các cơ cấu trong máy nâng tiêu chuẩn quy định 8 nhóm chế độ làm việc được ký hiệu từ M1 đến M8. Các nhóm CĐLV đối với máy trục được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu U0 đến U9 và 4 cấp sử dụng máy theo tải được kí hiệu tử Q1 đến Q4. Tương tự CĐLV đối với các cơ cấu trong máy nâng cũng được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu T0 đến T9 và 4 cấp sử dụng máy theo tải được kí hiệu tử L1 đến L4. Đặc trung cho mức độ sử dụng máy theo tải trọng là hệ số phổ tải được xác định theo công thức: 3 n ⎡ C ⎛ P ⎞ ⎤ k = ⎢ i ⎜ i ⎟ ⎥ p ∑ C ⎜ P ⎟ i=1 ⎣⎢ T ⎝ max ⎠ ⎦⎥ Trong đó: Ci : số chu kì vận hành ứng với các mức tải khác nhau. 1
  3. CT =∑Ci : tổng chu kỳ vận hành với các mức tải khác nhau Pi : mức tải ứng với chu kì Ci Pmax : Mức tải lớn nhất được phép vận hành. Tương tự, đối với các cơ cấu trong máy nâng, hệ số phổ tải được tính theo công thức: 3 n ⎡ t ⎛ P ⎞ ⎤ k = ⎢ i ⎜ i ⎟ ⎥ m ∑ t ⎜ P ⎟ i=1 ⎣⎢ T ⎝ max ⎠ ⎦⎥ Trong đó: ti : thời gian trung bình (h) sử dụng cơ cấu ứng với các mức tải khác nhau. tT =∑ti : tổng thời gian vận hành với các mức tải khác nhau Pi : mức tải ứng với thời gian sử dụng t i Pmax : Mức tải lớn nhất được phép vận hành. Để xác định các hệ số phổ tải, cần thiết phải xây dựng các sơ đồ gia tải. Các sơ đồ gia tải được xây dựng trên cơ sở thực tế hoặc kinh nghiêm tham khảo. Pi/Pma Pi/Pma x x 1 1 0,4 0,4 0.2 0,1 0,5 1 0,5 1 Ci/CT Ci/CT Sơ đồ gia tải CĐLV [Nh] Sơ đồ gia tải CĐLV [N] (kP = 0.1 25) ( kP = 0.5) Đặc trưng cho mức độ sử dụng máy theo thời gian là là tổng chu kỳ vận hành của máy. Một chu kỳ vận hành được xác định từ lúc bắt đầu nâng tải và kết thúc khi máy đã sẵn sàng để nhận tải tiếp theo. Tương tự thời gian sử dụng cơ cấu (được tính bằng giờ) được xác định khi cơ cấu đang trong trạng thái chuyển động. Các bảng 1,2,3,4,5,6 cho ta các số liệu cụ thể. Ngoài tiêu chuẩn để phân CĐLV của máy trục như đã trình bày ở trên, hiện nay vẫn còn tồn tại cách phân loại theo TCVN 4244-86 quy định 4 nhóm CĐLV (Nhẹ [Nh], Trung bình [TB], Nặng [N] và Rất nặng [RN]) dựa trên các tiêu chí sau đây: 1.- Hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng: kQ = Qtb/Q Trong đó: Qtb: trọng lượng trung bình của vật nâng, Q: Trọng tải. 2.- Cường độ làm việc của động cơ: CĐ% = To/T Trong đó: To =∑ tm + ∑ tlv Với: To: thời gian làm việc của động cơ trong một chu kỳ hoạt động của cơ cấu. 2
  4. tm : thời gian một lần mở máy tlv: thời gian chuyển động với tốc độ ổn định. T thời gian một chu kỳ làm việc của cơ cấu. T = To + ∑ tph + ∑ td ∑ tph: Tổng thời gian phanh. ∑ td: tổng thời gian dừng máy. 3.- Hệ số sử dụng cơ cấu trong ngày: So gio lam viec trong ngay kng = 24 4.- Hệ số sử dụng cơ cấu trong năm: So ngay lam viec trong nam kn = 365 5.- Số chu kỳ làm việc trong một giờ. 6.- Số lần mở máy trong 1 chu kỳ 7.- Nhiệt độ môi trường chung quanh. Bảng 9 cho mối tương quan giữa cách phan loại theo cũ và mới. 4.- Tải trọng và các trường hợp tải trọng tính toán: 4.1.- Các loại tải tác dụng lên máy. Trong quá trình làm việc, máy trục có thể chịu các tải trọng sau đây: - Trọng tải - Tải trọng do trọng lượng bản thân máy - Tải trọng do gió. - Tải trọng động Trong bài toán động lực học có thể xem cơ cấu quy dẫn thành một hay nhiều khối lượng. Trường hợp đơn giản nhất là quy dẫn cơ cấu về sơ đồ một khối lượng và liên kết giữa các khối lượng là tuyệt đối cứng. 4.2.- Các trường hợp tải trọng tính toán: Trường hợp 1.- Tải trọng bình thường trong điều kiện làm việc bình thường. Trong trường hợp nầy các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động bình thường. Các chi tiết máy trong trường hợp nầy được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo sức bền mỏi. Động cơ được chọn theo công suất tĩnh và được kiểm nghiệm theo điều kiện phát nhiệt. Trường hợp 2.- Tải trọng lớn nhất trong điều kiện làm việc. Trong trường hợp nầy các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động lớn nhất xuất hiện do phanh đột ngột. Các chi tiết máy trong trường hợp nầy được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo sức bền tĩnh. Trường hợp 3.- Tải trọng lớn nhất trong điều kiện không làm việc. Trong trường hợp nầy các tải trọng phải kể đến là trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện bất bình thường. Các chi tiết máy trong trường hợp nầy được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo độ ổn định. ___ 3
  5. Chương 2 CÁC CƠ PHẬN CỦA THIẾT BỊ MANG TẢI 1. - Cáp thép và các thiết bị cố định đầu cáp. 1.1- Cáp thép Cấu tạo: Được chế tạo từ các sợi thép bằng phương pháp bện. Các sợi thép được chế tạo bằng phương pháp kéo nguội, có độ bền cao (1400-2000 N/mm2). Các sợi thép bên thành tao cáp hoặc cáp bện đơn. Tao cáp có thể có nhiều lớp sợi với đường kính sợi thép có thể khác nhau. Phân loại: - Theo cấu tạo: + Cáp bện đơn, nếu được bện trực tiếp từ các sợi thép. + Cáp bện kép: được hình thành từ những tao cáp (cáp bện đơn) bằng phương pháp bện + Cáp bện ba: được hình thành băng phương pháp bền từ những tao cáp (cáp bện kép) - Theo đặc điểm về tiếp xúc: Nếu các sợi thép trong cáp tiếp xúc nhau theo điểm, ta có cáp tiếp xúc điểm. Tương tự, ta có cáp tiếp xúc đường. - Người ta còn phân biệt cáp bện xuôi khi chiều bện của các lớp sợi và tao cáp là như nhau, cáp bện chéo khi chiều bện của các thành phần nầy là ngược nhau. So với cáp bện chéo cáp bện xuôi mềm và do vậy có tuổi thọ cao hơn. Tuy nhiên cáp dễ bị bung ra khi một đàu cáp tự do. Trong một số trường hợp người ta dùng cáp chống xoay có kết cấu bện hốn hợp. Cáp bện xuôi Cáp bện đơn Cáp bện chéo Cáp bện kép Tính, chọn cáp: Trong quá trình làm việc, các sợi thép trong cáp chịu lực phức tạp, gồm kéo, uốn xoắn, dập trong đó kéo là chủ yếu. Để tính chon cáp người ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau: Smax n ≤ Sđ Trong đó: Smax: lực căng lớn nhất n: hệ số an toàn, được chọn theo CĐLV, Sđ: lực kéo đứt cho phép, thường được xác định bằng thức nghiệm Căn cứ vào lực kéo đứt cho phép, tiến hành chon cáp cho thiết bị. Thực tế, quá trình phá hỏng cáp không xảy ra đột ngột. Các sợi thép trong quá trình chịu lực sẽ bị đứt dần vì mỏi, cho đến khi số sợi thép bị đứt tính trên một bước bện cáp quá nhiều sẽ dẫn đến đứt cáp. Tuổi thọ của dây cáp được quy định trên cơ sở số sợi thép bị đứt tính trên một bước bện cáp. 7
  6. 1.- Hệ số an toàn bền của cáp thép: Công dụng thiết bị n Cáp tải trong các thiết bị dẫn động bằng tay 4 Cáp nâng vật trong Chế độ nhẹ 5 các thiết bị dẫn động Chế độ trung bình 5,5 bằng động cơ Chế độ nặng và rất nặng 6 Cáp neo cần và cột 3,5 Cáp dung trong tời xây dựng có chở người 9 Thang máy Vn < 1m/s 9 Vn = (1 – 2) m/s 12 Vn = (2 – 3) m/s 13 Vn = (3 – 4) m/s 14 Vn = (4 – 5) m/s 15 Để hạn chế sự phá hỏng các sợi thép do mỏi, người ta quy định tỷ số đường kính cáp và đường kính ròng rọc (tang): D o ≥ e d c Hệ số e: Dùng cho các loại cơ cấu nâng vật, nâng cần và Palăng điện. Chế độ làm việc e Loaị máy Nhẹ 18 Cần trục Trung bình 20 Nt Nặng 25 Nt Rất nặng 30 Nt Dẫn động bằng tay 16 Nt 20 Palăng điện Quy định số sợi thép bị đứt tính trên một bước bện cáp: Hệ số an toàn n Kết cấu cáp 6 x 19 6 x 37 Bện xuôi Bện chéo Bện xuôi Bện chéo ≤ 6 6 12 11 12 6 - 7 7 14 13 26 ≥7 8 16 15 30 1.2.- Thiết bị cố định đầu cáp: Dây cáp phải được cố định một đầu trên thân máy (vào chốt, trục), đầu kia cố định trên tang. Để cố định đầu cáp trên thân máy có thể dùng các phương pháp sau: - Phương pháp tết cáp. - Phương pháp dùng bulông kẹp. - Phương pháp dùng ống côn. - Phương pháp dùng khóa chêm. 8
  7. Để tránh sự tiếp xúc trực tiếp giữa dây cáp và chốt người ta thường dùng vòng lót cáp - Trường hợp dùng bulông, tính lực siết theo công thức: n.S P = với: c: hệ số cản chuyển động (c = 0,35 – 0,4) 2.c n: hệ số an toàn kép cáp ( n = 1,25 – 1,5) S: lực căng dây Kiểm tra bền cho bulông: 1,3.P σ = ≤ [σ ] π.d 2 Z. 1 4 - Trường hợp dùng khoá chêm: Góc chêm α/2 < ρ vớI ρ là góc ma sát; α là góc chêm 9
  8. Để cố định cáp trên tang, có thể dùng các phương pháp: - Tấm đệm đặt trong lòng tang kết hợp với bulông. - Chêm đặt trong lòng tang - Tấm kẹp kết hợp với bulông giữ cáp trên bề mặt tang . Tính toán cho trường hợp dùng tấm kẹp giữ cáp trên bề mặt tang bằng bulông: Để giảm tải cho bulông kẹp cáp trên tang thường xuyên phải tồn tại ít nhất 1,5 vòng cáp. Do đó lực căng cáp tại vị trí A có giá trị: S S = S = max A 1 e fβ Trong đó f : hệ số ma sát giữa cáp với mặt tang; β: góc ôm = (4-6)π. Lực S1 được cân bằng bởi các lực: - Ma sát giữa cáp- mặt tang và cáp - tấm kẹp trong đoạn AB,CD. - Ma sát giữa cáp-mặt tang trong đoạn BC. Lực siết bulông P được xác định theo công thức sau: n.S1 P = 0,65. c Trong đó: n: hệ số an toàn kẹp cáp (n = 1,25 - 1,5). c: Hệ số cản chuyển động của cáp trong tấm kẹp (c = 0,35 - 0,4) 0,65 là giá trị kể đến ảnh hưởng của ma sát giữa cáp với bề mặt tang trong đoạn BC. Ngoài ra còn phải kể đến lực gây uốn bulông với Mu = P.f.l. Từ đó tính kiểm tra bền bulông theo công thức: 10
  9. 1,3.P f .P.l σ = + ≤ []σ d 2 Z.0,1.d 3 Z.π. 1 1 4 2.- Ròng rọc: Thường được chế tạo từ vật liệu thép hoặc gang xám bằng phương pháp đúc hoặc gia công cơ. Thường được chế tạo liền khối nếu đường kính không lớn (<600 mm) hoặc chế tạo ghép với may ơ.Phân biệt puly có đường trục cố định (puly cố định) và puly có đường trục di động (puly di động) Công dụng: Hướng cáp (Puly cố định) hoặc thay đổi lực căng dây (Puly di động). Rãnh của ròng rọc cần đảm bảo các tiêu chí sau: - Cáp không bị tuột khỏi rãnh trong quá trình làm việc, - Cáp vào và ra khỏi ròng rọc được dễ dàng - Cáp không bị kẹt trong rãnh. Để đảm bảo các tiêu chí nầy, các kích thước được quy định như sau: r = (0.53 - 0.6)d 2α = (400 - 600) h = (2 - 2.5)d Cáp khi vòng qua puly cần đảm bảo điều kiện: tanα tanγ < D 1+ h Thường γ = 60 Hiệu suất của ròng rọc: Khi cáp vòng qua ròng rọc thì sẽ có các tổn thất do: - Ma sát trong ổ trục - Khắc phục độ cứng của dây Theo định nghĩa, hiệu suất của ròng rọc được xác định: Sv Sr S η = v Sr Trong đó Sv là lực căng cáp trên nhánh cuốn vào ròng rọc Sr là lực căng trên nhánh ra khỏi ròng rọc. 11
  10. Tuỳ thuộc vào ổ trục là ổ lăn hoặc ổ trượt mà ta có hiệu suất: Loại ổ Điều kiện làm việc Hiệu suất Ổ trượt Bôi trơn kém, làm việc ở nhiệt độ cao 0.94 It khi được bôi trơn 0.95 Bôi trơn định kỳ 0.96 Bôi trơn tự động 0.97 Ổ lăn Bôi trơn kém, làm việc ở nhiệt độ cao 0.97 Bôi trơn định kỳ 0.98 3.- Palăng cáp: Đ.n: Là hệ thống gồm các ròng rọc cố định và ròng rọc di động liên kết với nhau qua dây cáp nhằm làm lợi lực hoặc lợi tốc. Trên hình vẽ cho ta một số sơ đồ palăng cáp thường gặp. Thông số cơ bản đặc trưng cho palăng cáp là bội suất, kí hiệu a, được định nghĩa như sau: Bội suất của palăng cáp là số lần lực căng trong các nhánh dây giảm đi so với trường hợp treo vật trực tiếp. Tuỳ thuộc vào số nhánh dây cuốn lên tang , ta phân biệt palăng đơn và palăng kép: Trong trường hợp chỉ có một nhánh dây chạy lên tang, ta có palăng đơn, trương hợp thứ hai là palăng kép. Đối với palăng đơn thì bội suất của palăng đúng bằng số nhánh dây treo vật. Palăng kép có thể được xem như 2 palăng đơn ghép lại, mỗi palăng đơn chịu 1/2 tải. Puly cân bằng 12
  11. Hiệu suất của Palăng, Lực căng cáp lớn nhất: (Xét cho trường hợp palăng đơn) Trong trường hợp vật nâng được treo tĩnh, lực căng trong các nhánh dây là như nhau và bằng Q/a. Khi vật nâng dịch chuyển (chẳng hạn theo hướng đi lên) thì lực căng trong các nhánh dây có sự sai khác. Như ở phần hiệu suất của ròng rọc, lực căng ở hai nhánh của ròng rọc có quan hệ: S η = v S r Giả sử có sơ đồ của palăng cáp như hình vẽ, S Ta có: a S4 S3 S2 S1 S1 =S1 S2 = S1.η 2 S3 =S2.η = S1.η a-1 Sa = = S1.η Tang ___ Q S1 + S2 + S3 + Sa 2 3 a-1 = S1(1 +η +η + η + + η ) = Q 1−η a ⇔ S .1. = Q 1 1−η Do vậy, lực căng dây trong nhánh S1 sẽ là: 1−η S = Q. 1 1−η a Nếu trước khi cuốn lên tang dây cáp còn phải vòng qua m ròng rọc thì tại nhánh cáp cuốn lên tang lực căng dây sẽ là: S 1−η S = 1 = Q. max η m ()1−η a .η m Hiệu suất của palăng: Gọi ηp là hiệu suất của palăng, theo định nghĩa ta có: Q.h (1−η a ).η m η p = = S max .ah a.()1−η Nhận xét: 1.- Khi tăng a thì ηp sẽ giảm, do đó khi chọn a phải cân nhắc để đảm bảo lực căng dây đủ nhỏ mà không làm hiệu suất quá thấp. Mặt khác khi tăng a thì lượng cáp cuốn lên tang sẽ tăng (gấp a lần) dẫn đến kích thước tang lớn, đồng thời tốc độ nâng vật chậm lại (giảm a lần). 2.- Với palăng kép thì việc tính toán được áp dụng công thức của palăng đơn với tải trọng bằng Q/2 và bội suất a/2. 4.- Tang cuốn cáp: Công dụng: Cuốn cáp để di chuyển vật nâng. 13
  12. Hình dạng: Thường có dạng hình trụ. Trong một số trường hợp có thể có dạng nón hoặc đường kính thay đổi. Bề mặt tang có thể cắt rãnh hoặc để trơn. Với tang trơ có thể cuốn nhiều lớp cáp; Với tang cắt rãnh chỉ cuốn một lớp cáp. Vật liệu và phương pháp chế tạo: Có thể chế tạo bằng phương pháp đúc bằng vật liệu gang xám hoặc thép hoặc bằng phương pháp hàn với may ơ từ thép tấm cuốn. Tang được lắp trên trục bằng ổ lăn. Có thể truyền chuyển động quay cho tang từ trục tang hoặc trực tiếp lên tang (qua bánh răng cố định với thành tang, hoặc khớp răng đặc biệt) Các thông số cơ bản: Gồm đường kính, chiều dài, bề dày thành tang. Đường kính danh nghĩa: Đối với tang cắt rãnh, đường kính danh nghĩa (D0) được quy ước tính đến tâm cáp. Đối với tang trơn, đường kính danh nghĩa (D0) được quy ước tính đến tâm lớp cáp thứ nhất. Đường kính tang được chọn theo điều kiện cáp không bị uốn quá nhiều D 2 d o = e c d c D D' Chiều dài phần làm việc: Khi nâng vật với độ cao nâng H, bội suất palăng a thì độ dài cáp cuốn lên tang là L = H.a. Đối với tang cắt rãnh: Một cách gần đúng chiều dài một vòng cáp cuốn là π.D0, như vậy số vòng cáp để cuốn hết chiều dài L là: Z0 = H.a/πD0. Theo quy định về an toàn, trên tang nhất thiết phải tồn tại từ (1,5 - 2) vòng cáp dự trữ, mặt khác số vòng cáp nằm trong tấm kẹp (để cố định cáp trên tang) phải là(1-1,5) vòng. Do đó chiều dài phần tang có cắt rãnh là: L0 = (Z0 + Z dt + Z k).t t: bước rãnh cáp, thường lấy giá trị t = dc + (1-2)mm Đối với tang trơn: Số lớp cáp thường không lớn hơn 6. Gọi đường kính tính đến tâm lớp cáp đầu tiên là D1. Giả sử có n lớp cáp; mỗi lớp có Z vòng cáp, vậy chiều dài lượng cáp có thể cuốn được là: 2 L = π.Z(D1 + D2 + +Dn) = π.Z(n.D +n dc) với Dn = D + (2n-1)dc (D: đường kính ngoài của tang) Mặt khác dung lượng cáp cần cuốn với độ cao nâng H và bội suất của palăng a là : Lc = H.a +(2 - 3 )πDo. Vậy số vòng cáp được rút ra từ điều kiện L = Lc H.a + (2 − 3).π.D Z = 2 π (nD + n .d c ) Chiều dài phần làm việc của tang sẽ là: Lo = Z.t với t = dc. ϕ (với ϕ là hệ số do các vòng cáp không sít nhau, thường chọn ϕ = 1,1) Bề dày thành tang: Tính chọn trên cơ sở đảm bảo sức bền. Trong quá trình làm việc, tang chịu ứng suất nén, uốn, xoắn trong đó ứng suất nén là lớn nhất, do dây cáp cuốn quanh tang gây ra. 14
  13. Xét trường hợp một vành tang cắt rãnh có độ dày một bước cuốn cáp t chịu lực như hình vẽ: y t dN p dF D D' R dϕ x S Smax max Xét phân tố vành tang có tiết diện dF = Rdϕ.t, chịu lực tác dung dN = p.dF. Chiếu tất cả các lực tác dụng trên vành tang lên phương y, ta có: π / 2 π / 2 2.S = 2 dN.cosϕ = 2 p.t.R.cosϕ dϕ = 2.R.p.t max ∫ ∫ S Suy ra: p = max R.t Áp dụng công thức Lame khi xem thành tang như ống dày (có áp suất mặt ngoài là p, áp suất mặt trong = 0), ta được: 2 2 2R 2.R R Smax σ max = p. = p ≈ p = < []σ R 2 − R'2 (R + R').δ δ δ .t Có thể chọn sơ bộ bề dày thành tang theo công thức kimh mghiệm: Với tang làm bằng gang: δ = 0,02 D + (6-10)mm Với tang làm bằng thép: δ = 0,01 D + 3 mm Các phương pháp nối trục tang với trục hộp giảm tốc: Thông thường, tang được truyền mômen xoắn từ trục qua mối ghép then. Trong một số trường hợp, mômen xoắn được truyền trực tiếp cho vành răng ghép trên thành tang. Trục tang được nối với trục ra của hộp giảm tốc qua các phương thức sau: - Bằng khớp nối. - Bằng khớp răng đặc biệt. 5.- Thiết bị mang tải Yêu cầu chung đối với thiết bị mang tải là: - Đảm bảo an toàn 15
  14. - Thời gian xếp dỡ ngắn, nhằm nâng cao năng suất. - Trọng lượng nhỏ - Kết cấu đơn giản, giá thành rẽ 5.1.- Móc treo: Là thiết bị vạn năng, thích ứng với mọi vật liệu vận chuyển. Tuỳ thuộc hình dạng, người ta phân biệt móc đơn và móc kép. Theo phương thức chế tạo, có móc liền khối và móc ghép. Yêu cầu cao về an toàn. Để tránh cáp tuột khỏi móc cần thiết phải trang bị khoá miệng móc. 5.1.1.- Móc đơn: Vật liệu chế tạo: Thép ít Carbon (C20, C25 ) Phương pháp chế tạo: Rèn tự do hoặc rèn khuôn. Hình dạng: Như hình vẽ. Các dạng hỏng của móc đơn: - Đứt cuống móc, - Gãy thân móc ( tại tiết diện A-A) - Dứt thân móc (tại tiết diện B-B) - Mòn , biến dạng thân móc. Tính toán móc: - Kiểm nghiệm bền kéo tại tiết diện cuống móc: 4.Q σ = 2 ≤ []σ πd1 - Kiểm tra bền kéo + uốn tại tiết diện A-A (theo lý thuyết thanh cong). Q M M y σ = + u + u . ≤ []σ F F.Ro F.Ro .k Ro + y Trong đó: - F: diện tích tiết diện mặt cắt, - Mu: momen uốn tiết diện; Mu = - Q. Ro - Ro bán kính cong tính đến lớp trung hoà của tiết diện, - y: tung độ tính từ lớp trung hoà đến điểm xét. - k: hệ số hình dạng hình học của mặt cắt. 1 y2 y k = − dF F ∫ R + y y1 o Áp dụng công thức trên , ta được: Q 2.c σ = . 1 ≤ []σ 1 F.k D Q c σ = − . 2 ≤ []σ 2 F.k D + h 2 Thường chọn tiết diện hình thang để đảm bảo điều kiện sức bền đều cho tiết diện. Trong mọi trường hợp ta cần kiểm tra điều kiện σ1 ≤ [σ] Tương tự, chúng ta có công thức xác định ứng suất pháp tại mặt cắt B-B, với điều kiện lực gây kéo lệch tâm là Q2 = Q/2. Ngoài ra còn phải kể thêm ứng cắt τ = Q/2.F, Ứng suất tương đương theo thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng: σ = σ 2 + 3.τ 2 ≤ [σ ] 16
  15. 5.1.2.- Móc kép: Thường được sử dụng để móc các vật thể có dạng hình trụ, chiều dài lớn, chịu lực đối xứng. Hình dạng và sơ đồ tính toán toán móc kép được trình bày trên hình vẽ. 5.2.- Cụm treo móc: Trong thiết bị nâng thường dùng chủ yếu là cụm treo móc với nhiều nhánh cáp vòng qua một số các ròng rọc. Các ròng rọc được lắp trên các thanh ngang trên bằng ổ bi. Móc treo được lắp trên thanh ngang dưới bằng ổ đỡ có vòng tựa dưới có dạng cầu để có thể tự lựa được. Thanh ngang trên và dưới được liên kết với nhau bằng các tấm chịu lực. Người ta phân biệt cụm treo móc thường và cụm treo móc ngắn. Trong trường hợp cụm treo móc ngắn, trục ròng rọc cũng đồng thời là thanh ngang. Do đó số puly dẫn cáp phải là số chẵn. Trong quá trình làm việc, thanh ngang chịu uốn với Mu lớn nhất tại mặt cắt chính M u giữa thanh. σ u = ≤ []σ Wu Trong đó: Wu là momen chống uốn có tính đến phần lỗ xỏ đầu móc. Ngoài ra còn phải kiểm tra ứng suất dập tại tiết diện nối với tấm treo. p ≤ Q/(2.d1.δ2) < [p] 17
  16. Cụm treo móc thường Cụm móc treo ngắn 5.3.- Các thiết bị cặp vật nâng: Trong trường hợp vật mang có hình dáng kích thước nhất định, để tăng năng suất xếp dỡ, người ta thường dùng các thiết bị cặp chuyên dùng. 5.3.1.- Thiết bị cặp đối xứng: Thường dùng để cặp các vật nặng hình khối nhờma sát giữa 2 má kẹp với bề mặt vật nâng. Để có thể nâng được thì lực ma sát phải đủ lớn: Q T.cosα α F = k.Q/2 trong đó k là hệ số an toàn; k = 1.5 Hoặc: N = k.Q/(2.f) ; f là hệ số ma sát. T.sinα Bỏ qua khối lượng các thanh kẹp, viết phương b b trình cân bằng momen đối với điểm C, ta có: C c T.cosα.b + T.sinα.c + F.a − N.d = 0 Mặt khác: Q T = a d 2.cosα N Do đó: Q Q Q Q kQ/2 .b + .tanα.c + k. .a − k. .d = 0 2 2 2 2. f d Q ⇔ b + tanα.c + k.a − k. = 0 f ⎛ d ⎞ k⎜ − a⎟ − b ⎜ f ⎟ ⇒ tanα = ⎝ ⎠ c Phương trình trên cho ta quan hệ giữa các giá trị a,b,c,d,α. Để có thể cặp được nhiều vật có kích thước khác nhau, má cặp liên kết với tay đòn bằng khớp quay: Ngoài ra có thể dùng thiết bị kẹp đối xứng vạn năng: 18
  17. 2.2.- Thiết bị cặp không đối xứng; Để năng các vật thể mỏng như dầm thép, tấm thép người ta thường dùng thiết bị cặp lệch tâm, có sơ đồ như hình vẽ. Q F2 F1 α N1 N1 Q Để thiết bị làm việc được thì lực tổng hợp N & F phải đi qua tâm khớp quay. Muốn vậy: Tanα ≤ f1 Trong đó f1 là hệ số ma sát giữa bánh lệch tâm và vật kẹp ___ Thông số về ray thông dụng Ray b b1 h B G [KG/m] 30 55 60 120 105 30 24 50 54 110 95 24 19
  18. Chương 3.- THIẾT BỊ DỪNG & PHANH HÃM 1.- GIỚi THIỆU CHUNG Thiết bị dừng là cơ cấu dùng để giữ vật nâng ở trạng thái treo nhờ vào kết cấu của nó. Thiết bị nầy chỉ cho phép máy trục hoạt động theo chiều nâng vật. Thường dùng thiết bị dừng bánh cóc,thiết bị dừng dừng con lăn. Thiết bị phanh hãm dùng để dừng hẳn chuyển động sau một thời gian ngắn hoặc hãm điều hoà tốc độ. Để thực hiện quá trình phanh, hãm, thiết bị phải được tiêu tốn một năng lượng. Người ta phân biệt các thiết bị phanh hãm trên cơ sở: - Theo kết cấu: Phanh má, phanh đai, phanh đĩa, phanh nón, phanh ly tâm, - Theo trạng thái hoạt động: Phanh thường đóng, phanh thường mở, - Theo nguyên tắc điều khiển có phanh tự động, phanh điều khiển bằng tay, chân. Yêu cầu: Các thiết bị phanh hãm phải đảm bảo an toàn, có độ tin cậy cao. Quy phạm về an toàn lao động quy định chặt chẽ các tiêu chí về việc sử dụng và loại bỏ phanh. - Phanh phải có momen phanh đủ lớn. - Đóng mở phanh nhanh, nhạy, độ tin cậy cao - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo - Dễ kiểm tra, điều chỉnh, thay thế - Nhỏ gọn, giá thành rẽ. Thông số cơ bản để tính toán thiết kế phanh là momen phanh (Mph). Momen phanh phải chọn đủ lớn để đảm bảo phanh được. Tuy vậy nếu giá trị Mph quá lớn sẽ dẫn đến tải trọng động lớn ảnh hưởng đến tính bền của các chi tiết máy. Gía trị momen phanh được chon theo công thức: Mph = nph.Mx Trong đó: Mx là momen xoắn do trọng lượng vật nâng gây ra trên trục đặt phanh. Theo nguyên tắc có thể đặt phanh ở bất cứ trục nào của cơ cấu. Tuy nhiên nếu bố trí phanh trên trục động cơ thì kích thước phanh sẽ nhỏ gọn. Với trường hợp bố trí phanh ở trục động cơ thì Mx được xác định theo công thức: QDo .η M x = 2.a.i o . nph là hệ số an toàn phanh, được xác định theo CĐLV. Giá trị nph: CĐLV nph Nh (M3, M4 ) 1,5 TB (M5, M6) 1,75 N (M7) 2 RN (M8) 2,5 Ngoài ra momen phanh có thể được kiểm tra theo điều kiện: Mph = Mt + Mđ1 + Mđ2 Trong đó: Mđ1 là mômen cần thiết để khắc phục lực quán tính của các bộ phận máy có chuyển động tịnh tiến. Mđ2 là mômen cần thiết để khắc phục lực quán tính của các bộ phận máy có chuyển động quay. 2.- Thiết bị dứng bánh cóc: 20
  19. a.- Sơ đồ- nguyên lý làm việc: Gồm bánh cóc ăn khớp với con cóc. Lò xo cóc đảm bảo sự ăn khớp giữa 2 khâu nầy. Bánh cóc chỉ được quay một chiều do dạng răng không đối xứng của nó. Vị trí trục lắp con cóc nên bố trí sao cho phương lực vòng lớn nhất từ bánh cóc tác dụng lên con cóc đi qua tâm của trục. Bánh cóc có thể lắp trên bất cứ trục nào của cơ cấu nâng. Tuy vậy để kích thước cơ cấu cóc không lớn thì nên lắp trên trục nhanh. Trong trường hợp lắp bánh cóc trên trục tang thì độ an toàn cao, nhưng kích thước của cơ cấu cóc lớn. Để đảm bảo cho con cóc vào ăn khớp với răng bánh cóc dễ dàng thì góc trước của răng phải đảm bảo điều kiện Psinα.tanϕ > Pcosϕ hoặc α > ϕ Trong đó ϕ là góc ma sát. Với vật liệu thép ϕ ≈ 200 B δ D e P α h a Q Tính toán cơ cấu cóc: Vị trí chịu lực lớn nhất là khi con cóc chớm vào ăn khớp với răng bánh cóc. Dưới tác dụng của lực vòng P, răng bánh cóc có nguy cơ: - Bị dập bề mặt do áp suất - Bị gãy chân răng do uốn. a.- Theo điều kiện bền dập: P 2.M 2.M p = < []p với P = x = x b D m.Z Trong đó: b là chiều rộng của răng bánh cóc; b = ψB.m Thay vào ta được: 2.Mx. 2.M p = ≤ []p ⇒ m ≥ x 2 p .Z.ψ m .Z.ψB [] B b.- Theo điều kiện bền uốn ta được: M σ = u Wu 2.M x 2.M x trong đó: Mu = P.h = = D m.Z 21
  20. 2 Wu = b.a /6 Với b = ψb.m và a = 1,5 m h = m , ta được: 12.Mx σ = 3 ≤ []σ 2,25.ψ b .Z.m Thiết bị dừng kiểu con lăn: Có sơ đồ hoạt động như hình vẽ, gồm vỏ 1 gắn vào thân máy, lõi 2 lắp cố định với trục, có các rãnh côn để đặt con lăn 3. Khi quay theo chiều nâng ( ngược kim đồng hồ) lõi 2 quay cùng cơ cấu. Theo quán tính, con lăn nằm ở phần khe hở rộng của rãnh côn. Khi quay theo chiều hạ, các con lăn bị đẩy dồn vào phần hẹp của rãnh côn gây tự hãm và vật được giữ ở trạng thái treo. Ν F α F Ν Quan hệ kích thước được xác định trên cơ sở đảm bảo điều kiện tự hãm của con lăn trong mặt chêm. Để đảm bảo điều kiện tự hãm của con lăn: tg α/2 < tgϕ hoặc : α < 2.ϕ Lực nén lên mỗi con lăn được xác định từ điều kiện cân bằng lực của bạc2: D 2.M β M = f.N. .Z hoặc: N = x với β = 1,2 - 1,4 hệ số x 2 f.D.Z an toàn dừng. Trên cơ sở N, xác định độ bền tiếp xúc của con lăn. 3.- Phanh má: Quá trình phanh được thực hiện nhờ sự ma sát giữa các má phanh và bánh phanh. Có thể có phanh 1 má, phanh 2 má. Lực đóng phanh có thể là đối trọng, hoặc lò xo. Lực mở phanh là lực nam chậm điện hoặc bơm thuỷ lực. Phanh má được sử dụng rộng rãi trong các loại tời và cơ cấu náy trục có truyền động điện độc lập. Ở đây chúng tôi giới thiệu phanh 2 má lò xo điện từ. Sơ đồ, nguyên lý làm việc: 4 5 6 7 Nguyên lý làm việc: 9 K 8 Phanh đóng do lực lò xo phanh 5. Phanh mở nhờ nam châm điện 8, kết hợp với là xo phụ 9. Đai ốc phanh 6 có thể điều chỉnh được 3 D lực phanh. Đai ốc 7 để mở phanh, phục vụ L 2 1 sửa chữa. Cử hành trình 10 hạn chế độ mở của các má phanh. N a 10 22
  21. Tính toán lực lò xo: Để phanh được: MF = Mph ⇔ F.D = Mph ⇔ N.f.D = Mph ⇒ N = Mph / f.D M a Lực cần thiết để phanh K = N.a/L = ph f .D. L Lực trên lò xo phanh cần thiết tạo ra phảI khắc phục thêm lực trên lò xo phụ và lực do cần nam châm tác dụng: Plx = K + P phụ + P nc Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo được xác định khi mở phanh. Lúc nầy, lò xo bị nén một đoạn 2.ε.L/a. Có: Plxmax = Plx + c.2.ε.L/a trong đó: c là độ cứng của lò xo. Dùng Plxmax để kiểm tra bền cho lò xo. Kiểm tra áp lực trên bề mặt ma sát theo công thức: N M 1 p = = ph . ≤ []p Trong đó: b là bể rộng má phanh FN f.D b.S S = D/2.sin α ; α = 60 - 900: góc ôm của má phanh trên bánh phanh. 4.- Phanh đai: Thực hiện quá trình phanh nhờ vào ma sát giữa dây đai và bánh phanh. Dây đai thường bằng thép (có thể lót gỗ, da, hoặc amiăng để tang ma sát).Lực ma sát giữa dây đai và bánh phanh bằng hiệu lực căng giữa hai nhánh đai. Quan hệ lực căng trên hai nhánh đai được xác định theo công thức Euler: fβ S2 = S1.e Trong đó b là góc ôm giữa dây đai và bánh phanh. Để phanh được thì: MF = Mph ⇔ F.D/2 = Mph D: Đường kính bánh bánh phanh D D ⇔ ()S − S . = S (e fβ −1) = M 2 1 2 1 2 ph 2.M S = ph 1 D(e fβ −1) ⇒ 2.M .e fβ S = ph 1 D(e fβ −1) dN Áp lực trên bề mặt phanh: p = Trong đó :dN vi phân áp lực; dN = S.dα dA dA: Vi phân diện tích; dA = D.B.dα/2 2.S 2.S Từ đó ta có p = 2 p = 1 max D.B min D.B a.- Phanh đai đơn giản: Sơ đồ nguyên lý làm việc như hình vẽ. S .a Hạ Nâng Có: K = 2 D L Khi bánh phanh đổi chiều quay, S1 và S2 đổi vị trí cho nhau. Do vậy lực K sẽ thay K a 23 L
  22. đổI giá trị. Chỉ thích hợp cho cơ cấu nâng khi mômen phanh khi hạ lớn hơn mômen phanh khi nâng. ha M ph fβ nang = e M ph b.- Phanh đai hai chiều: Trong trường hợp momen phanh không thay đổI thì phảI sử dụng phanh đai hai chiều theo sơ đồ sau: Trong trường hợp nầy, lực phanh K được xác định theo công thức: ()S2 + S1 .a K = , D L a Do đó lực phanh không phụ thuộc vào K chiều Mômen phanh. a L K Áp lực cho phép đốI vớI một số vật liệu dùng làm bánh phanh. Vât liệu Áp lực [p] N/mm2 Tấm lót đai Bánh phanh Phanh dừng Phanh hạn chế tốc độ Thép Gang hoặc thép 15 10 Amiăng Gang hoặc thép 6 3 Gỗ Gang 6 4 5.- Phanh áp trục: Là các loại phanh có lực phanh đồng phương với trục đặt phanh. Thuộc loại phanh nầy có thể kể các loại phanh đĩa, phanh nón. Sơ đồ nguyên lý làm việc của phanh nón β được thể hiện như trên hình vẽ. Ở đây lực phanh do lò xo tác dụng thông qua tay đòn lên trục đặt phanh. Áp lực trên mặt ma sát nón tạo nên mômen ma sát thắng được momen phanh. Để tránh kẹt mặt nón, nên lấy góc nón β/2 lớn hơn góc ma sát ϕ của bề mặt tiếp xúc. Thường lấy β = 16 – 25o. 24
  23. Để phanh được: MF ≥ Mph ⇔ f.N.Dm/2 ≥ Mph ⇔ f.P.Dm/(2.sinβ) ≥ Mph 2.M .sin β ⇔ P = ph f .Dm Kiểm tra bền bề mặt tiếp xúc theo sức bền dập. 4.N.sin β 4.P p = = ≤ []p π (D 2 − D'2 ) π (D 2 − D'2 ) Phanh đĩa được xem là phanh nón vớI góc β = 90o. Để giảm lực phanh người ta thường dùng nhiều đôi mặt đĩa. Trong trường hợp nầy, lực phanh P được xác định: 2.M P = ph với Z là số đôi mặt đĩa ma sát. Z. f .Dm 6.- Phanh tự động: Là những loại phanh mà lực phanh được tạo ra bởi chính trọng lượng của vật nâng. Do vậy phanh nầy còn có tên là phanh trọng vật.Tuỳ theo trạng thái tiếp xúc của các bề mặt ma sát trọng quá trình hạ vật mà người ta phân biệt phanh tự động có mặt ma sát tách rời hay không tách rời. Tính chất tự động của loại phanh nầy thể hiện ở các điểm sau: - Tự động thực hiện quá trình phanh, - Tự động điều chỉnh lực phanh. a.- Phanh tự động có mặt ma sát không tách rời: 4 3 2 1 S max Nguyên lý làm việc: DướI tác dụng của trọng lượng vật nâng, trên trục của bánh vít (1) có Mbv, và do đó trên trục vít (2)có lực chiều trục P. Lực chiều trục P đóng vai trò của lực phanh và luôn 25
  24. luôn tồn tại khi có trọng lượng vật nâng. Cơ cấu cóc (4) chỉ cho phép bánh cóc quay theo chiều nâng vật. Khi nâng vật cả khốI cùng chuyển động nhờ ma sát trên các mặt tiếp xúc (3). Khi ngừng nâng, bánh cóc bị giữ lại, đồng thời do ma sát trên các mặt (3) nên trục vít 2 không quay và dẫn đến vật được giữ ở trạng thái treo. Muốn hạ vật phảI tác dụng một mômen hạ để thắng được ma sát trên các mặt (3). Tính toán các thông số hình học của phanh: Để phanh được thì MF ≥ Mph QDo Dm Momen ma sát do lực phanh P gây ra: M F = . f η p .ηt 2.a.Dbv .sin β Momen phanh: Q.Do M ph = n.M tv = n. .η p .ηt .ηo 2.a.io So sánh ta được: D .i m o . f ≥ 1 n.Dbv .sin β.ηo Nếu điều kiện trên không thoả mãn thì phảI điều chỉnh các thông số phanh, cụ thể là Dm, f. Muốn hạ vật phảI tác dụng một Mômen hạ: Mh = Mph -Mtv = (n - 1)Mtv Như vậy quá trình hạ vật có tiêu hao năng lượng, đồng thời các mặt sát có trượt nên chóng mòn. Đây là nhược điểm cơ bản của loại phanh nầy. a.- Phanh tự động có mặt ma sát không tách rời: 3 2 4 5 3 1 Các mặt ma sát (2-3 ; 3-4) có thể tách rời nhau trong quá trình hạ vật do kết cấu mốI ghép ren giữa bánh răng (5) và trục (1). Đĩa ma sát (3) đồng thời cũng là bánh cóc, được lắp lồng không với trục 1. Cơ cấu cóc (3) chỉ cho phép bánh cóc quay theo chiều nâng vật. Dưới tác dụng của trọng lượng vật nâng, trên bánh răng (5) sẽ có mômen bánh răng (MBR). Do kết cấu của mối ghép ren vít nên MBR nầy đóng vai trò mômen vặn đai ốc, làm cho các bề mặt ma sát hoạt động. Khi nâng vật, cả cơ cấu cùng chuyển động. Khi ngừng nâng, cơ cấu cóc hoạt động và nhờ ma sát trên các mặt ma sát nên vật được giữ ở trạng thái treo. 26
  25. Khi trục (1) quay theo chiều hạ vật, các mặt ma sát tách rờI, vật nâng tự đi xuống. Mặt khác MBR luôn có xu thế làm cho các mặt ma sát hoạt động. Do đó, quá trình hạ vật được thực hiện một cách điều hoà. Tính toán các thông số hình học của phanh: Để phanh được thì MF ≥ Mph 2.PD Momen ma sát do lực phanh P gây ra: M = m . f = PD . f F 2 m Trong đó P là lực dọc trục trên bánh răng (5) (lực siết đai ốc) do trọng lượng vật nâng gây ra. Để xác định P ta xét sự cân bằng lực của bánh răng (5). D d M = P. f . m + P. m .tg(α + ϕ) BR 2 2 M Q.D . Suy ra : P = BR = o .η .η η D d ⎡ D d ⎤ p t o f . m + m .tg(α + ϕ) m m 2.a.io .⎢ f . + .tg(α + ϕ)⎥ 2 2 ⎣ 2 2 ⎦ Thay vào công thức tính MF ta được: Q.Do .Dm M F = .η p .ηtηo . f ⎡ Dm d m ⎤ 2.a.io .⎢ f . + .tg(α + ϕ)⎥ ⎣ 2 2 ⎦ Momen phanh: Q.Do M ph = n.M BR = n. .η p .ηt .ηo 2.a.io So sánh ta được: MF ≥ Mph D . f ⇔ m ≥ n Dm dm f . + .tg(α + ϕ) 2 2 Trong đó: Dm là đường kính trung bình của các mặt đĩa ma sát, dm là đường kính trung bình của ren mối ghép. Nếu điều kiện trên không thoả mãn thì phải điều chỉnh các thông số phanh, cụ thể là Dm, f. 7.- Tay quay an toàn: Theo quy phạm an toàn, tất cả các thiết bị nâng dẫn động bằng tay đều phải được trang bị tay quay an toàn. Tay quay an toàn là tay quay được trang bị phanh cùng với cơ cấu cóc để giữ vật ở trạng thái treo khi ngừng nâng. 27
  26. Các loại phanh trọng vật ở phần trên cũng như tay quay ở hình vẽ bên là các ví dụ về tay quay an toàn. Lß xo phanh Roto Stato Stato B¸nh phanh Bè phanh §Õ phanh H×nh thµnh khèi liªn kÕt cøng 28
  27. Chương 4 CÁC CƠ CẤU CÔNG TÁC CHÍNH TRONG MÁY TRỤC I.- CƠ CẤU NÂNG VẬT: Là cơ cấu có mặt trong tất cả các thiết bị máy trục. TCVN 5862-95 quy định 8 nhóm chế độ làm việc cho cơ cấu nâng, kí hiệu M1 M8. Tuỳ theo nguồn dẫn động, cơ cấu nâng được chia thành cơ cấu nâng dẫn động bằng tay và cơ cấu nâng dẫn động bằng máy. 1.- Đặc điểm: Dẫn động bằng tay Dẫn động bằng máy - Trọng tải không lớn, thường Q≤ 5T - Tải trọng lớn, có thể đạt đến 500T - Có thể có yêu cầu không cao về vật - Yêu cầu cao về vật liệu, công nghệ liệu, công nghệ chế tạo và lắp ráp ở một số chế tạo và lắp ráp các bộ phận máy. bộ phận máy. - Bộ phận truyền động thường được - Bộ phận truyền động thường để hở, bố chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc, che kín bôi trơn định kỳ. và bôi trơn thường xuyên bằng dầu. - Bố trí phanh tự động kiểu bánh răng - Bố trí phanh má hoặc phanh đĩa lò hoặc trục vít. xo điện từ. 2.- Trình tự tính toán cơ cấu nâng dẫn động băng tay: a.- Số liệu cần cho trước: - Trọng tải Q - Độ cao nâng H b.- Yêu cầu tính toán: - Đảm bảo độ an toàn, độ bền các chi tiết, bộ phận máy, - Không yêu cầu đảm bảo năng suất , - Tỷ số truyền bộ truyền được xác định trên cơ sở đảm bảo nâng được vật nặng theo yêu cầu - Các bộ truyền bánh răng được tính kiểm nghiệm theo sức bền uốn. c.- Trình tự: 1.- Chọn loại dây và sơ đồ treo vật. Thường dùng cáp thép hoặc xích hàn. 2.- Tính lực căng dây lớn nhất S max, trên cơ sở đó tính chọn dây. 3.- Tính các kích thước cơ bản của tang (đĩa xích) và ròng rọc. 4.- Tính toán, thiết kế bộ truyền: 29
  28. M tg a.- Xác định tỷ số truyền chung: io = M tq b.- Phân phối tỷ số truyền và thiết kế các bộ truyền. 5.- Quyết định vị trí đặt phanh và tính toán thiết kế phanh. 6.- Thiết kế các bộ phận còn lại (cụm móc treo, cụm tang, khớp nối ) 3.- Trình tự tính toán cơ cấu nâng dẫn động bằng động cơ: a.- Số liệu cần cho trước: - Trọng tải Q - Độ cao nâng H - Vận tốc nâng vật Vn - Chế độ làm việc b.- Yêu cầu tính toán: - Đảm bảo độ an toàn, độ bền các chi tiết, bộ phận máy, - Tỷ số truyền bộ truyền được xác định trên cơ sở đảm bảo vận tốc nâng theo yêu cầu - Các bộ truyền bánh răng được tính kiểm nghiệm theo sức bền tiếp xúc. c.- Trình tự: 1.- Chọn loại dây và sơ đồ treo vật. Thường dùng cáp thép hoặc xích hàn. 2.- Tính lực căng dây lớn nhất S max, trên cơ sở đó tính chọn dây. 3.- Tính các kích thước cơ bản của tang (đĩa xích) và ròng rọc. 4.- Tính toán, thiết kế bộ truyền: ntg a.- Xác định tỷ số truyền chung: io = ndc b.- Phân phối tỷ số truyền và thiết kế các bộ truyền. 5.- Quyết định vị trí đặt phanh và tính toán thiết kế phanh. 6.- Thiết kế các bộ phận còn lại (cụm móc treo, cụm tang, khớp nối ) 4.- Quá trình mở máy cơ cấu nâng: Qua trình mở máy cơ cấu nâng là quá trình chuyển cơ cấu từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động. Do đó ngoài mômen cản tĩnh do trọng lượng vật nâng gây ra, động cơ còn phải khắc phục mômen cản động do quán tính của các bộ phận máy chuyển động có gia tốc gây nên. Phương trình mômen ở trục động cơ trong giai đoạn mở máy: Mm = ± Mt + Mđ1 + Mđ2 Trong đó: - Mt là momen cản tĩnh do trong lượng vật nâng gây ra trên trục động cơ; dấu + ứng với trường hợp nâng vật, dấu - ứng với trường hợp hạ vật. - Mđ1 là momen cản động do các bộ phận máy chuyển động tịnh tiến có gia tốc gây ra trên trục động cơ. - Mđ2 là momen cản động do các bộ phận máy chuyển động quay có gia tốc gây ra trên trục động cơ. Q.Do Có: M t = 2.a.io .η Xác định biểu thức của Mđ1 30
  29. Pq .Do M d1 = 2.a.io .η vớI Pq là lực quán tính do vật nâng gây ra, Q Q Vn Q π.Do .ntg Q π.Do .ndc Pq = . jm = . = . = . g g 60.tm g 60.a.tm g 60.a.io .tm Thay biểu thức Pq ta được: P .D Q π.D .n D 1 Q.D 2 n 1 M = q o = . o dc . o = . o . dc . d1 2 2 2.a.io .η g 60.a.io .tm 2.a.io .η 375 a .io . tm η Xác định biểu thức của Mđ2 Gọi : - Gk là trọng lượng của tiết máy quay thứ k lắp trên trục thứ l. - εl là gia tốc góc của trục thứ l. - Ik là momen quán tính khối lượng của tiết máy quay thứ k. 2 Gk Dk I = . vớI Dk là đường kính quán tính của tiết máy quay k k g 4 Mômen lực quán tính của tiết máy quay k (tính trên trục l): 2 2 2 2 Gk .Dk ωl Gk .Dk 2.π.nl Gk .Dk 2.π.ndc Gk .Dk ndc M q / l = I k .ε l = . = . = . = . 4.g tm 4.g 60.tm 4.g 60.io .tm 375 io .tm Quy dẫn vè trục động cơ, ta được: 2 k Gk .Dk ndc q /1 M = . 2 375 i o .tm .η1−l Vậy m ⎡ n 2 ⎤ n 2 Gk .Dk ndc 1 (Gk .Dk )I ndc M d 2 = ⎢ . . ⎥ = β. . ∑∑ 375 2 t ∑ 375 t l==11⎣⎢ k io .η1−l m ⎦⎥ k =1 m 2 n 2 Q.D 1 Q.D n 1 (Gk .Dk ) n Do đó : M = ± o + . o . dc . + β. I . dc (*) m 2 2 ∑ 2.a.io .η 375 a .io . tm η k =1 375 tm Phương trình (*) được sử dụng để kiểm tra điều kiện mở máy của động cơ điện nếu biết thờI gian mở máy tm. Ngược lại, nếu biết mômen mở máy của động cơ thì tính thời gian mở máy theo công thức: 2 n ndc ⎡Q.Do 1 2 ⎤ 1 tm = ⎢ . + β. ()Gk .D k ⎥. 375 2 2 η ∑ I Q ⎣⎢ a .io k =1 ⎦⎥ M m m 2.a.io .η ndc 2 1 = .(GD ) m . 375. M m m M t Trong đó: (GD)m là momen đà quy dẫn về trục động cơ. 2 n 2 Q.Do 1 2 (GD ) = . + β. G .D k m 2 2 ∑()k I a .io η k =1 5.- Chọn động cơ điện cho thiết bị nâng: Động cơ được chọn phải đảm bảo các tiêu chí sau: 31
  30. - Momen quay đủ lớn để đảm bảo khởi động được với gia tốc cho trước. - Động cơ không bị nóng quá giới hạn cho phép ở điều kiện làm việc. - Công suất động cơ không quá lớn vì sẽ gây gia tốc mở máy lớn, đồng thời không kinh tế. Đặc điểm của thiết bị nâng là làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại. Trong một chu kỳ làm việc, máy thực hiện nhiều mức tảI khác nhau trong những những khoảng thời gian tương ứng khác nhau. Do đó người ta thường sử dụng Momen trung bình Mtb thay cho momen tĩnh để tiến hành xác định công suất của động cơ.Về mặt tiêu hao năng lượng và phát nhiệt của động cơ thì Mtb được xem là tương đương với chế độ gia tải thực tế Một trong các thông số đặc trưng cho chế độ làm việc nầy của động cơ điện là cuờng độ làm việc thực tế của động cơ ký hiệu CĐ%. Các giá trị nầy thường không trùng với cường độ chuẩn (CĐ%ch) là 15,25,40,60 %. Do đó sau khi tiến hành tính toán công suất trung bình của động cơ, phải chuyển sang công suất tương đương với cường độ chuần: CD N td = N tb CDch Trình tự tính chọn động cơ được thực hiện như sau: 1.- Xây dựng biểu đồ gia tải thực tế của cơ cấu trong các chu kỳ làm việc, trên sơ sở đó xác định cường độ chạy thực tế của động cơ: t t + t CD% = ∑ lv = ∑ m ∑ od tck ∑∑tm + tod + ∑t ph + ∑td 2.- Xác định công suất tĩnh yêu cầu khi cơ cấu làm việc ổn định với tải trong danh nghĩa. Sơ bộ tính chọn động cơ theo công suất tĩnh Ntđ. Đối với cơ cấu nâng, do thường ít khi làm việc với mức tải toàn phần nên có thể chọn động cơ có công suất nhỏ hơn giá trị tính một ít. Trên cơ sở đó xác định Mômen mở máy trung bình của động cơ. ( Mm = ψm. Mdn, trong đó ψ m là hệ số quá tải trung bình khi mở máy, Mdn là momen danh nghĩa). 3.- Theo sơ đồ gia tải xác định các mức tải Mi và các khoảng thời gian tương ứng ti, trong đó có cả thời gian mở máy. Từ đó xác định mômen trung bình bình phương và công suất trung bình: n 2 2. M m .∑∑tm + M i ti 1 M td = tck M .n N = tb []Kw tb 9550 Chuyển sang công suất tương đương với cường độ chuẩn trên cơ sở đó chọn động cơ. Động cơ được chọn với Nđc ≥Ntđ sẽ đảm bảo các điều kiện về khởi động và phát nhiệt II.- CƠ CẤU DI CHUYỂN: Thực hiện các chuyển động tịnh tiến ngang hoặc nghiêng cho toàn máy hoặc một bộ phận máy. Sự khác biệt của các cơ cấu di chuyển được căn cứ vào: - Đường ray di chuyển: Kiểu treo hoặc kiểu đặt. - Cách truyền lực: bánh xe dẫn hoặc cáp kéo - Cách truyền momen xoắn cho bánh xe: trực tiếp hoặc qua trục bánh xe 32
  31. - Phương thức dẫn động: chung hoặc riêng 1.- Bánh xe và ray: a.- GiớI thiệu: Số lượng bánh xe bố trí trên mỗi gối tựa có thể là 1,2,3 hoặc 4 bánh. Trong trường hợp số lượng bánh xe trên mỗi gối tựa lớn hơn 1 người ta phải dùng các cầu cân bằng để đảm bảo phân bố đều tải cho các bánh xe. Vật liệu chế tạo bánh xe là thép đúc, hoặc thép rèn, thép cán. Trong trường hợp không yêu cầu cao có thể dùng gang xám. Yêu cầu độ cứng bề mặt của bánh xe phải cao để chống mài mòn : HB = 300-400 (Lưu ý rằng độ cứng bề mặt bánh xe phải nhỏ hơn bề mặt ray). Theo điều kiện truyền chuyển động phân biệt bánh xe chủ động và bánh bị dẫn động. Số bánh xe chủ động có thể là 25%, 50% hoặc 100% tổng số bánh xe. Bánh xe được lắp trên trục theo các phương thức như hình vẽ. - Trường hợp đặt bánh xe trên trục tâm: Ổ trục được bố trí ngay trong lòng bánh xe nên kết cấu cụm bánh xe gọn nhưng lắp ráp điều chỉnh phức tạp. - Trường hợp đặt trên trục truyền , kết cấu tuy có cồng kềnh hơn, song dễ dàng trong lắp đặt, kiểm tra, sửa chữa nên được sử dụng phổ biến trong máy trục. Ổ lăn dùng cho bánh xe là ổ lòng cầu hai dãy để đảm bảo tính tự lựa của trục. Tuỳ theo loại máy, công dụng và đặc điểm làm việc mà bánh xe có thể dạng trụ, côn, trống. Các bánh xe có thể có gờ cả hai bên, một bên hoặc không. 33
  32. Chiều rộng của mặt lăn bánh xe có hai thành bên phải lớn mặt ray từ 15 – 20 mm đốI với trường hợp Palăng; 30-40 mm đốI với bánh xe cần trục. Ray dùng trong máy trục có thể là ray đường sắt hoặc ray chuyên dùng cho máy trục. Có thể dùng thép cán vuông hoặc chữ nhật có nhiệt luyện. Trong trường hợp thiết bị máy trục treo thì dùng ngay cánh dướI của dầm I để là đường chạy của bánh xe. Việc cố định ray trên dầm đỡ được thực hiện theo các phương thức như hình vẽ: b.- Tính toán bánh xe & ray: Trong quá trình làm việc tảI trọng tác dụng lên bánh xe thay đổI, do đó tảI trọng tính toán là giá trị tương đương có tính đến các yếu tố về sự thay đổI tảI, về chế độ làm việc: Pt = γ.kc.Pmax Trong đó: - γ là hệ số phụ thuộc vào sự thay đổI tảI trọng - kc là hệ số phụ thuộc vào chế độ làm việc của thiết bị - Pmax: tảI trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe. Q/Go γ 0.05 0.98 0.3 0.9 0.4 0.88 0.50 0.86 ≥1 0.8 CĐLV Nh TB N RN kc 1.1 1.2 1.4 1.6 Tuỳ theo hình dạng bánh xe và ray, ta có trường hợp tiếp xúc đường và trường hợp tiếp xúc điểm. Áp dụng lý thuyết HEZT, Trường hợp tiếp xúc đường : P .E σ = 0,418. t Trong đó E: môđun đàn hồi tương đương: tx b.R 2.E1.E2 E = Trong đó E1, E2 là môđun đàn hồi của vật liệu bánh xe và E1 + E2 5 2 ray. Trường hợp bánh xe làm bằng thép, có E1= E2 = 2.1*10 N/mm . P Lúc nầy : σ = 190. t ≤ [σ] tx b.R 34
  33. Trường hợp tiếp xúc điểm : P .E 2 3 t σ tx = m. 2 trong đó: rmax = max (r,R), m là hệ số phụ thuộc vào r max tỷ số: rmin/rmax Trường hợp bánh xe làm bằng thép: P 3 t σ tx = 3600.m. 2 r max 2.- Các phương án dẫn động trong cơ cấu di chuyển với bánh xe dẫn: - VớI xe lăn hoặc cầu lăn có khẩu độ không lớn có thể dụng một động cơ để dẫn động chung cho các bánh xe chủ động. - Trong trường hợp khẩu độ của cầu lớn hoặc đối với cổng trục, thường dùng phương án dẫn động riêng. VớI phương án dẫn động chung có thể dùng phương án trục truyền quay nhanh (p.án a) hoặc chậm (p.án b). Trường hợp trục truyền quay chậm, kích thước trục truyền lớn, kéo theo các nốI trục cúng có kích thước lớn. Tuy nhiên do trục truyền quay chậm nên không yêu cầu cao về độ chính xác chế tạo và lắp ráp. Ngược lại, với phương án trục truyền quay nhanh, dù phải dùng 2 hộp giảm tốc nhưng tính kinh tế cao hơn. Tuy nhiên đòi hỏi sự chính xác trong chế tạo và lắp ráp. Trong trường hợp dẫn động riêng, hai cụm dẫn cầu phải tuyệt đối đồng bộ. Mặt khác yêu cầu kết cấu kim loại của cầu trục phải đảm bảo độ cứng vững cao để tránh xiên lệch. Tuy nhiên, vớI trường hợp nầy, việc lắp ráp đơn giản., giá thành không cao. 3.- Tính toán cơ cấu di chuyển bằng bánh xe dẫn: 3.1.- Lực cản chuyển động: Lực cản tĩnh Wt tác động trong các giai đoạn chuyển động ổn định cũng như không ổn định, gồm các lực cản do ma sát, do độ nghiêng của ray và do gió. Wt = WF + Wα + Wg - Lực cản chuyển động do ma sát: Gồm các momen ma sát trong ổ trục P bánh xe và momen cản lăn do ma sát giữa bánh xe vớI đường ray: d Dbx Lực cản chuyển động do ma sát được xác định theo công thức: f.d + 2µ W = P. với : t D bx P: tổng tải trọng tác dụng lên các µ bánh xe: P = Q + G o Go là trọng lương của xe lăn hoặc cầu lăn tuỳ trường hợp tính toán. f: Hệ số ma sát trọng ổ trục µ: Hệ số cản lăn 35
  34. Ngoài ra còn phảI kể đến ảnh hưởng do ma sát thành bên của bánh xe với đường ray. f.d + 2µ Có WF = k.P. D bx Kiểu ray Hệ số cản lăn  [mm] với đường kính bánh xe [mm] 200 - 300 400-500 600-700 800 900 - 1000 Ray đầu bằng 0,3 0,5 0,6 0,7 0,7 Ray đầu vồng 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Hệ số ma sát trong ổ trục Hệ số kể đến ảnh hưởng của ma sát thành bánh xe với ray Loại ổ f Kiểu cơ cấu k Ổ trượt: Cầu trục lăn - Loại hở 0,1 - Bánh xe hình côn 1,2 - Loại kín, có mỡ đặc 0,08 - Bánh xe hình trụ có gờ 1,5 Ổ lăn Xe lăn - Bi, đũa 0,015 - Bánh xe hình côn 2,5 - Côn 0,02 - Bánh xe hình trụ có gờ 2 3.2.- Chọn động cơ dẫn động cơ cấu di chuyển: Trong quá trình khởi động cơ cấu di chuyển, ngoài các lực cản tĩnh như đã trình bày ở trên, còn có các lực cản động. Q + Go Q + Go Vdc Wd = . jm = . g g 60.tm Do vậy công suất của động cơ dẫn động có thể được xác định theo công thức: []W + (1,1−1,3)W V N = t d dc 60.1000.η dc .(0,6 − 0,7)ψ max Động cơ còn có thể tiến hành tính chọn theo công suất tĩnh: Wt.Vdc N t = với Nđc >= Nt 60.1000.η dc Sau đó tiến hành kiểm tra điều kiện mở máy và điều kiện bám. Nếu không có yêu cầu về tm thì chỉ cần kiểm tra theo điều kiện bám là đủ. Trong trường hợp dẫn động riêng, tính đến sự san tải không đều giữa các động cơ, cần chọn công suất của mỗi động cơ bằng 60% công suất tổng. 3.3.- Quá trình mở máy cơ cấu di chuyển: Tương tự như cơ cấu nâng, Quá trình mở máy cơ cấu di chuyển là quá trình chuyển cơ cấu từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động. Do đó ngoài mômen cản tĩnh , động cơ còn phải khắc phục mômen cản động do quán tính của các bộ phận máy chuyển động có gia tốc gây nên. Phương trình mômen ở trục động cơ trong giai đoạn mở máy: Mm = Mt + Mđ1 + Mđ2 Trong đó: - Mt là momen cản tĩnh do lực cản tĩnh gây ra trên trục động cơ; - Mđ1 là momen cản động do các bộ phận máy chuyển động tịnh tiến có gia tốc gây ra trên trục động cơ. - Mđ2 là momen cản động do các bộ phận máy chuyển động quay có gia tốc gây ra trên trục động cơ. 36
  35. Wt Dbx Có: M t = 2 idc .η dc Xác định biểu thức của Mđ1 Wd .Dbx M d1 = 2.idc .η dc vớI Pq là lực quán tính do vật nâng gây ra, ()Q + Go ()Q + Go Vdc (Q + Go ) π.Dbx .nbx (Q + Go ) π.Dbx .ndc Wd = . jm = . = . = . g g 60.tm g 60.tm g 60.idc .tm Thay biểu thức Pq ta được: 2 1 ()Q + Go .Dbx ndc 1 M d1 = . 2 . . 375 idc . tm η dc Xác định biểu thức của Mđ2 Tương tự như trường hợp cơ cấu nâng, ta có: m ⎡ n 2 ⎤ n 2 Gk .Dk ndc 1 (Gk .Dk )I ndc M d 2 = ⎢ . . ⎥ = β. . ∑∑ 375 2 t ∑ 375 t l==11⎣⎢ k io .η1−l m ⎦⎥ k=1 m W .D 1 (Q + G ).D 2 n 1 n (G .D 2 ) n Do đó : M = t bx + . o bx . dc . + β. k k I . dc (*) m 2 ∑ 2.idc .η dc 375 idc . tm η k=1 375 tm Phương trình (*) được sử dụng để kiểm tra điều kiện mở máy của động cơ điện nếu biết thời gian mở máy tm. Ngược lại, nếu biết mômen mở máy của động cơ thì tính thờI gian mở máy theo công thức: 2 n ndc ⎡()Q + Go .Dbx 1 2 ⎤ 1 tm = ⎢ . + β. ()Gk .D k ⎥. 375 2 η ∑ I W .D ⎣⎢ idc k=1 ⎦⎥ t bx M m − 2.idc .η dc n 1 = dc .(GD 2 ). 375. M m − M t Trong đó: (GD2) là momen đà quy dẫn về trục động cơ. 3.4.- Quá trình phanh cơ cấu di chuyển: Không phụ thuộc chiều chuyển động, Phương trình mômen ở trục động cơ trong giai đoạn phanh: Mm = - M*t + M*đ1 + M*đ2 Trong đó: - M*t là momen cản tĩnh do lực cản tĩnh gây ra trên trục động cơ; - M*đ1 là momen cản động do các bộ phận máy chuyển động tịnh tiến có gia tốc gây ra trên trục động cơ. - M*đ2 là momen cản động do các bộ phận máy chuyển động quay có gia tốc gây ra trên trục động cơ. W *t Dbx .η dc Có: M *t = trong đó 2 idc W*t là lực cản tĩnh khi phanh, và lưu ý trong công thức tính lực cản tĩnh lấy k = 1; các thành phần lực cản do độ nghiêng của đường ray và do gió nếu tính phải lấy dấu (- ) 37
  36. 2 1 ()Q + Go .Dbx ndc M *d1 = . 2 . .η dc 375 idc . t ph 2 n 2 W .D 1 (Q + G ).D n (Gk .Dk ) n Do đó : M = t bx .η + . o bx . dc .η + β. I . dc (*) ph dc 2 dc ∑ 2.idc 375 idc . t ph k=1 375 t ph Phương trình (*) được sử dụng để kiểm tra điều kiện phanh nếu biết thời gian phanh tph. Ngược lại, nếu biết mômen phanh thì tính thời gian phanh theo công thức: 2 n ndc ⎡(Q + Go ).Dbx 2 ⎤ 1 t = .η + β. G .D k . ph ⎢ 2 dc ∑()k I ⎥ 375 ⎢ i k=1 ⎥ M ph + M t * ⎣ dc ⎦ n 1 = dc .(GD 2 ). 375. M ph + M *t 3.-5.- Kiểm tra điều kiện bám cơ cấu di chuyển: Trong quá trình khởi động và quá trình phanh, đặc biệt ở trạng thái không tải, xe lăn (cầu lăn) có thể bị trượt trơn do không đảm bảo điều kiện bám dính. Để kiểm tra điều kiện bám ta dùng tiêu chí hệ số an toàn bám và được định nghĩa bằng biểu thức: Luc bam k = ≥ 1,2 b Luc gay truot a.- Khi mở máy xe (cầu) ở trạng thái không tải, hệ số an toàn bám được kiểm tra theo công thức: Gd .ϕ kb = m ≥ 1,2 o d j0 W t - G .f. + G . d D o g Trong đó: - Gd: Tổng áp lực lên các bánh dẫn khi không có vật nâng - ϕ: hệ số bám của bánh xe trên ray. Trường hợp máy làm việc ngoài trờI,ϕ = 0,12; làm việc trong nhà ϕ = 0,2 ; trường hợp có rãi cát trên đường ray, ϕ = 0,5. t - Wo : Tổng lực cản tĩnh khi không có vật nâng. m - Jo : Gia tốc trung trung bình của xe khi mở máy không có vật nâng. m v m jo = m vớI to : thời gian mở máy không có vật nâng. 60.to 2 n 0 ndc ⎡Go Dbx 1 2 ⎤ 1 t m = . + β. G .D k . ⎢ 2 ∑()k I ⎥ 0 375 η t ⎣⎢ idc k =1 ⎦⎥ W .Dbx M m − 2.idc .η dc b.- Khi phanh xe (cầu) ở trạng thái không tải, hệ số an toàn bám được kiểm tra theo công thức: Gd .ϕ kb = ph ≥ 1,2 j0 o G . - W t * o g ph v ph jo = ph với to : thời gian mở máy không có vật nâng. 60.to 38
  37. 2 n 0 ndc ⎡Go Dbx 2 ⎤ 1 t ph = .η + β. G .D k . ⎢ 2 dc ∑()k I ⎥ 0 375 t ⎣⎢ idc k =1 ⎦⎥ W .Dbx .η dc M ph + 2.idc Khi thiết kế, thường xuất phát từ gia tốc cho phép để không xảy ra trượt trơn mà chọn động cơ có mômen mở máy phù hợp. Để đảm bảo điều kiện bám, gia tốc mở máy không tải không được vượt quá giá trị: o o jm ≤ j max với: g ⎛ G .ϕ d ⎞ o ⎜ d t ⎟ j max = ⎜ + Gd. f . − Wo ⎟ Go ⎝ 1,2 Dbx ⎠ 3.6.- Trình tự tính toán cơ cấu di chuyển: 1.- Chọn sơ đồ dẫn động cho các bánh xe dẫn, 2.- Tính toán thiết kế bánh xe và ray, 3.- Tính toán lực cản chuyển động, sơ bộ chọn động cơ theo công suất tĩnh. 4.- Tính toán thiết kế các bộ truyền: - idc = nđc/nbx - Phân phốI tỷ số truyền, tính các bộ truyền. 5.- Kiểm tra động cơ điện về điều kiện mở máy và điều kiện bám. - Từ yêu cầu hệ số an toàn bám, xác định gia tốc mở máy lớn nhất ở trạng thái không g ⎛ G .ϕ d ⎞ o ⎜ d t ⎟ tảI: j max = ⎜ + Gd. f . − Wo ⎟ Go ⎝ 1,2 Dbx ⎠ m v - Tính thờI gian mở máy theo gia tốc to = max 60. jo - Tính mômen mở máy lớn nhất Mom để đảm bảo an toàn bám, so sánh với Mm(đc) o (Mm(đc)<Mm ) 2 n 2 W .D 1 ()Q + G .D n 1 (Gk .Dk ) n M = t bx + . o bx . dc . + β. I . dc m 2 ∑ 2.idc .η dc 375 idc . tm η k =1 375 tm 6.- Tính toán, thiết kế phanh, 7.- Tính các cụm chi tiết còn lại. 4.- Cơ cấu di chuyển bằng dây kéo: Thường được áp dụng đôi với các loại cần trục xây dựng, cổng trục. Với phương thức nầy, các cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển có thể bố trí ngoài xe lăn nên làm giảm lực tác dụng tập trung lên kết cấu kim loại. Lực cản chuyển động trong trường hợp nầy, ngoài các thành phần đã kể trong cơ cấu di chuyển bằng bánh xe dẫn, còn có các thành phần do hiệu lực căng dây ở 2 nhánh cáp của cơ cấu nâng và lực cản do trong lương của dây kéo. W = WF + Wα + Wg + Wh + H Trong đó: Wh là hiệu lực căng trên 2 nhánh dây của palăng nâng vật: ()1−η .(1−η a+1 ) W = Q h η.()1−η a Gc là lực cản do trọng lượng phần dây cáp tự do bị võng: 39
  38. q.l 2 H = với q: trọng lượng 1 mét dây ; h: độ võng cho phép của 8.h dây kéo ; (h = 1/30 - 1/50) l; l: chiều dại phần dây kéo bị võng (W - H.η1.η 4 ).Dtg Mômen cần thiết trên trục tang: M tg = 2. η1.η 4 III.- CƠ CẤU THAY ĐỔI TẦM VỚI: 1.- Đại cương: Tầm với được định nghĩa là khoảng cách giữa trục quay của cần trục và vật nâng. Thay đổi tầm với của cần trục, kết hợp với cơ cấu nâng vật và cơ cấu quay cần nhằm đảm bảo vận chuyển vật nâng đến đúng vị trí yêu cầu. Có thể thực hiện việc thay đổi tầm với cho các loại cần trục theo 2 phương án: - Dùng tời kéo xe lăn di chuyển trên cần : Phương án nầy thường gặp trong cần trục tháp xây dựng hoặc một số các loại cần trục chuyên dùng. Về thực chất đây chỉ là cơ cấu di chuyển xe lăn bằng dây kéo. Uu điểm của phương án nầy là công suất tiêu hao cho việc thay đổi tầm với nhỏ, dễ dàng đạt được tầm với bé nhất, vật nâng ít chao lắc. Tuy nhiên tính cơ động không cao và kích thước của cần lớn. - Thay đổi góc nghiêng của cần: Việc thay đổi góc nghiêng của cần có thể sử dụng các phương án liên kết cứng với cần như trên hình vẽ: Trong các phương án đó phương án (c) dùng xy lanh thuỷ lực được sử dụng phổ biến hơn cả Với các phương án nâng cần liên kết cứng, đòi hỏi tiêu tốn năng lượng lớn khi nâng cần. Sở dĩ như vậy vì nâng cần cũng đồng thời là nâng vật. Ngoài các phương án trên còn có phương án nâng cần thông qua palăng nâng cần như hình vẽ. Trong trường hợp nầy, có thể xem cơ cấu thay đổi tầm với như là cơ cấu nâng cần. Phương án nầy có các đặc điểm: + Trọng lượng của cần nhỏ, + Tính cơ động cao + Công suất tiêu hao cho nâng cần không lớn, 40
  39. + Khó đạt được tầm với nhỏ Về mặt sơ đồ cấu tạo, cơ cấu nâng cần hoàn toàn giống như cơ cấu nâng vật. Tuy nhiên trong quá trình nâng cần, lực căng cáp sẽ có giá trị thay đổi do lực nâng cần Fc thay đổi. Do đó nếu sử dụng tang trụ thì sẽ dẫn đến công suất trên trục tang không ổn định. Để khắc phục dùng tang côn hoặc tang có đường kính thay đổi. Sv F c Wc Wv h e H Gc Q L c L 2.- Tính toán palăng nâng cần: Số liệu cần biết trước gồm: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng cần, kích thước, hình dạng trọng lượng cần và các thiết bị phụ; Trọng tải; Tốc độ quay của cần; Thời gian thay đổi tầm với Chế độ làm việc của cần trục Các tải trọng chính tác dụng lên hệ thống gồm: - Q: trọng lượng vật nâng - Gc: trọng lượng cần - Wv, Wc: tải trọng gió tác dụng lên vật nâng và lên cần - Sv: Lực căng của dây nâng vật - Fc: lực nâng cần - Lực quán tính xuất hiện trong quá trình khởi động nâng cần Pq - Lực quán tính ly tâm nếu quá trình mở máy nâng cần có kết hợp với quay cần. Cần xác định lực nâng cần và xem đại lượng nầy như là trọng lượng vật nâng để tiến hành tính toán thiết kế cơ cấu nâng cần như cơ cấu nâng vật. Bỏ qua các lực cản do gió Wv, Wc, các tải trọng động quán tính, viết phương trình mômen các lực đối với khớp quay cần: Q.L + Gc.Lc - Fc . H - Sv . e = 0 Từ đó ta có lực nâng cần: Q.L + G .L − S .e F = c c v c H Qua công thức nầy ta nhận thấy rằng tải trọng nâng cần sẽ có giá trị thay đổi theo vị trí của cần. Lực căng dây lớn nhất được xác định tương tự như palăng nâng vật. Fc Sc max = a.η p 41
  40. Trong trường hợp dùng tang hình trụ, cần tính lực căng cáp theo công thức lực căng trung bình bình phương: 2 m ∑ Scm i .ti Sc = ∑ti Từ đó công suất động cơ được xác định theo công thức: S m .V N = c c 60.1000.η Trong đó Vc là vận tốc trung bình của cáp cuốn lên tang, được xác định theo công thức: ∆h * a V = c ∆t Với ∆h là lượng thay đổi khoảng cách giữa tâm cụm ròng rọc cố định và ròng rọc di động tương ứng với khoảng thời gian nâng cần ∆t. Với phương án liên kết mềm, có thể có sự liên kết giữa palăng nâng cần và palăng nâng vật. Điều đó có thể thực hiện nâng cần mà không cần nâng vật, điều nầy làm giảm thiểu công suất của động cơ nâng cần. Tang nâng vật Ly hợp Tang nâng cần Tời nâng Tời nâng cần Tời nâng vật Liên kết Palăng nâng cần và nâng vật Liên kết tang nâng cần và nâng vật khi nâng cần Trường hợp liên kết tang nâng cần và tang nâng vật, hai tang được liên kết với nhau bằng ly hợp; Ly hợp nầy đóng khi nâng cần. Chiều cuốn dây lên 2 tang ngược nhau nên khi nâng cần sẽ đồng thời hạ vật và ngược lại. Trong palăng nâng cần chỉ dùng dây là cáp thép. Trong trường hợp có sự liên kết giữa 2 palăng, bội suất của palăng nâng cần được xác định sao cho lực căng dây là gần như nhau để có thể dùng cùng một kích thước dây cho palăng nâng cần và nâng vật. IV.- CƠ CẤU QUAY: Cơ cấu quay dùng để thực hiện chuyển động quay cho phần quay của cần trục. 1.- Đặc điểm chung: - Cơ cấu quay có thể bố trí trên phần quay hoặc không quay của cần trục, nhưng thường bố trí trên phần quay. - Vận tốc quay của cần trục thường rất bé; nq = (1 - 3) vòng /phút. Do đó tỷ số truyền của cơ cấu thường rất lớn (750 - 1000). Cụm truyền chuyển động thường gồm hai phần: Hộp giảm tốc (Trục vít - bánh vít; hoặc bánh răng hành tinh) , và cặp bánh răng hở: iq = i0 . i br. 42
  41. - Quán tính khi khởi động thường rất lớn. Thời gian chuyển động ổn định ngắn. Do đó công suất động cơ thường chọn lớn gấp 3-4 lần công suất tĩnh. 2.- Tính mômen cản quay: Mômen cản quay trong cần trục gồm mômen cản quay do ma sát, mômen cản quay do độ nghiêng của cần trục, mômen cản quay do gió. a.- Mômen cản quay do ma sát: Tuỳ thuộc vào hệ thống tựa quay, xác định các lực cản, từ đó tính các mômen cản quay. A B H B Go Q Q H G G o đt A Trường hợp hệ thống tựa quay kiểu cột như các hình vẽ trên, ta có: Các phản lực tạI A,B: Q.L + ∑Gi .Li XA = XB = và YA = Q + ΣGi H Trong đó Li là khoảng cách từ lực tác dụng đến trục quay. Mômen cản quay do ma sát: d d d' M = X . f . A + X . f . B + Y . f . A cho trường hợp các ổ trục tạI A và B là f A 2 B 2 A 2 các ổ lăn thông thường. VớI trường hợp cần trục cột cố định, vòng tựa quay B có thể được bố trí 2, 4 hoặc nhiều con lăn, vớI trường hợp 2 con lăn, ta có: α XB Kết cấu cụm ổ đỡ + chặn 43
  42. Lực tác dụng lên mỗi con lăn: X N = B , 2.cosα Mômen ma sát tạI vòng tựa B: B Dc + Dcl M f = N( f .d + 2µ). trong đó: Dcl d: đường kính trục con lăn, Dc đường kính cột Dcl đường kính con lăn Trường hợp dùng vòng tựa quay với nhiều con lânt giả thiết tải trọng tác dụng lên mỗi con lăn phân bố theo quy luật : N x = N1.cosα x , chiếu tất cả các lực trên phương của XB, có: 2 XB = N1 + 2.Σ Nx. cosαx = N1 + 2.N1.Σ cos αx X B Từ đó: N1 = 2 1+ 2.∑cos α x Ngoài ra, do kể đến khả năng xô lệch giữa các con lăn, tải trọng tác dụng lên con lăn sẽ không tuân thủ đúng như giả thiết, tải trọng tính toán cho con lăn: N’x = 1,25 NX Công thức xác định mômen ma sát trong trường hợp nầy: 1+ 2. cosα B ∑ x Dc + 2.Dcl M f = 1,25.X B .µ 2 . 1+ 2.∑cos α x Dcl Trường hợp hệ thống tựa quay là vòng tựa quay nằm ngang, hoặc thiết bị tựa quay kiểu bi cầu, hoặc ổ đũa, ta có các sơ đồ như trên hình vẽ. 44
  43. b.- Mômen cản quay do độ nghiêng của mặt nền: Trong quá trình làm việc, mômen uốn do các tải trọng tác dụng lên cột: Mu = Q.L + ΣGi.Li. Để giảm mômen uốn cột, đối với cần trục cột cố định thường dùng đối trọng (Gđt) được xác định theo điều kiện Mu khi đầy tải và khi không tải là bằng nhau. Q.L + 2.Go .Lo Gdt = 2.Ldt Khi mặt nền bị nghiêng góc a thì mômen cản quay sẽ có giá trị lớn nhất khi mặt phẳng tải trọng vuông góc với phương nghiêng. Mα = Mu. Sin α M sin α u c.- Mômen cản quay do gió: Mu sin α Trong trường hợp thiết bị đặt ngoài trời, cần thiết phải tính Mg. Mg = p. Ag.L* Ngoài mômen cản tĩnh, khi khởI động, còn có mômen cản động có giá trị rất lớn vì quán tính của phần quay. Gi 2 2.π.nq nq 2 nq 2 Mđ = Jq.εq = ∑ .Li . = .4.∑Gi .Li = .(GD ) q g 60.tm 375.tm 375.tm 2 (GD )q: tổng mômen đà của phần quay 3.- Quá trình mở máy cơ cấu quay: Tương tự như cơ cấu di chuyển, mômen cản tĩnh Mt không phụ thuộc vào chiều quay của cần trục, luôn cản chuyển động, phương trình mômen ở trục động cơ trong giai đoạn mở máy: Mm = Mt + Mđ1 + Mđ2 Trong đó: - Mt là momen cản tĩnh do lực cản tĩnh gây ra trên trục động cơ; - Mđ1 là momen cản động do quán tính các bộ phận máy lắp trên phần quay. - Mđ2 là momen cản động do các bộ phận máy thuộc cơ cấu quay có gia tốc gây ra trên trục động cơ. 45
  44. 2 n 2 M q 1 ()G.D q n 1 (G .D ) n M = + . . dc . + β. k k I . dc m 2 ∑ iq .η q 375 iq . tm η q k=1 375 tm Từ phương trình trên, có thể tính kiểm tra Mm hoặc tm. 5.- Tính chọn động cơ điện cho cơ cấu quay: Động cơ điện cơ cấu quay được tính chọn theo công suất tĩnh: M q .nq N t = []KW trong đó: Mq [N.m] n [vg/ph] 9550.ηq Do mômen động có giá trị rất lớn trong thờI kỳ mở máy nên động cơ thường được chọn có: Nđc = (3-4) Nt Sau đó tiến hành kiểm tra điều kiện mở máy theo thờI gian mở máy chọn theo kinh nghiệm. ___ 46
  45. Chương 5: MỘT SỐ THIẾT BỊ NÂNG THÔNG DỤNG I.- Các thiết bị nâng đơn giản: Là các thiết bị nâng chỉ thực hiện chuyển động nâng, hạ. Gồm các thiết bị: Kích, Tời, Palăng. 1.- Kích: Thực hiện nâng hạ vật với độ cao nâng không lớn; h< 0.7 mét. Tuỳ thuộc nguyên lý dẫn động bộ phận công tác, phân biệt: Kích thanh răng, kích vít, kích thuỷ lực. a.- Kích thanh răng: Sơ đồ nguyên lý được thể hiện như hình vẽ. Đàu kích được dẫn động bằng bộ truyền bánh răng – thanh răng. Theo quy phạm an toàn, kích được trang bị tay quay an toàn. Quan hệ giữa Q và P được thể hiện qua công thức: P = Q.r/(R.io.η). r: bán kính vòng lăn bánh răng ăn khớp vớI thanh răng b.- Kích vít: Thực hiện độ cao nâng H = 0,2 – 0,4 mét. Ren dùng cho vít là ren hình thang có góc nâng α = 4 – 5o. Đầu kích lắp trên trục vít như là ổ chặn. Quan hệ giữa lực P và tảI trọng Q: d D P.L = Q[tg(α + ϕ). m + f . m ] trong đó: 2 2 dm: đường kính trung bình của ren vít Dm: đường kính trung bình của đầu tựa f: hệ số ma sát ở mặt tựa ϕ: góc ma sát ở mặt ren. Hiệu suất của kích vít: Q.s Q.π.d .tg(α) d .tgα η = = m = m PL.2π ⎡ d m Dm ⎤ tg(α + ϕ).d m + f .Dm Q⎢tg(α + ϕ). + f . ⎥.2π ⎣ 2 2 ⎦ 47
  46. c.- Kích thuỷ lực Đầu kích chuyển động đi lên nhờ bơm thuỷ lực bơm dầu vào đáy đầu nâng. Việc hạ đầu nâng được thực hiện khi mở van xả dầu. Kích vít có thể đạt đến trọng tải 750 tấn và độ cao nâng đến 0,7 mét.Theo nguyên tắc áp suất không đổi trong thành bình kín, ta có: 2 Q P A' ⎛ d ⎞ p = = ⇒ P = Q = Q⎜ ⎟ A A' A ⎝ D ⎠ Lực tác dụng lên tay bơm: 2 P.r 1 ⎛ d ⎞ r 1 Po = . = Q.⎜ ⎟ . . L η ⎝ D ⎠ L η Do tỷ số d/D nên kích vít có thể đạt được trọng tải lớn. 48
  47. 2.- Tời: Tời là thiết bị nâng chỉ có trang bị cơ cấu nâng. Dùng để thực hiện việc nâng hạ vật nặng theo phương thẳng đứng hoặc phương nghiêng. TờiI có thể là thiết bị độc lập hoặc là bộ phận máy của một thiết bị máy trục khác. TờI được lắp đặt cố định trên nền, tường hoặc trên kết cấu kim loại của máy trục. Các bộ phận chính của tời gồm: Bộ phận dẫn động, bộ phận truyền động, tang cuốn cáp và thiết bị phanh hãm. Tuỳ thuộc nguồn dẫn động, phân biệt tời tay và tời máy. Tời có thể dẫn động một tang hoặc nhiều tang. Có thể có tời 1 hoặc hai cấp tốc độ. Tời ma sát với tang có đường kính thay đổi, có thể kéo vật vơi chiều dài cáp lớn. Dạng lõm của tang đảm bảo cáp không chạy dọc theo đường sinh. 49
  48. fα Quan hệ lực kéo : FZ = FH . e 3.- Palăng: Tương tự như tời, palăng là thiết bị nâng thực hiện nâng hạ vật nhưng là thiết bị cơ động và thường được bố trí trên dầm của các máy trục khác như cầu trục, cổng trục .Trong nhiều trường hợp, palăng được trang bị thêm cơ cấu di chuyển và được gọi tên là xe lăn. Tuỳ thuộc nguồn dẫn động có palăng tay và palăng điện. 50
  49. II- Cầu trục lăn: Được sử dụng trong nhà xưởng phục vụ cho việc chế tạo, sửa chữa, lắp ráp. Được bố trí trên cao nên không chiếm diện tích mặt bằng phân xưởng. Cầu trục được trang bị các cơ cấu nâng, cơ cáu di chuyển xe và cơ cấu di chuyển cầu nên có thể vận chuyển vật nâng đến bất cứ một toạ độ nào trong không gian phân xưởng. Tuỳ thuộc vào khẩu độ và tải trọng, có cầu trục 1 dầm hoặc 2 dầm. 1.- Sơ đồ cầu trục lăn: Trên sơ đồ cầu trục lăn 1 dầm, có dầm chính chịu lực (1), dầm cuốI (5), các dàn phụ (4), Palăng điên (3)và cabin (2). Trên các dầm cuối có lắp các bánh xe và được dẫn động bằng cơ cấu di chuyển cầu. 2.- Kết cấu các dầm: 52
  50. Trong kết cấu kim loại của cầu trục, dầm chính là bộ phận chịu lực chủ yếu. Yêu cầu của dầm chính là phải đảm bảo độ bền và độ cứng. ĐốI vớI trường hợp cầu trục 1 dầm, tiết diện dầm phải có dạng chữ I đế treo palăng. Trường hợp đơn giản nhất là dùng dầm đơn không có gia cường. Nếu điều kiện cứng vững cũng như độ bền không được đảm bảo thì phải gia cường. Đối với trường hợp cầu trục 2 dầm, tiết diện dầm thường có dạng hình hộp chữ nhật. Theo quy phạm an toàn, cần phảI bố trí sàn thao tác để tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa Palăng Ngoài việc gia cường cho tiết diện dầm, trong nhiều trường hợp phảI dùng thêm dạng khung, dàn để tăng độ cứng vững. Liên kết giữa dầm chính và dầm cuối có thể bằng mối ghép bulông hoặc mối ghép hàn. Dầm cuối thường có kết cấu tiết diện hình hộp hoặc 2 thép U ghép lại. Việc bố trí hộp trục đỡ các bánh xe có thể tiến hành theo phương thức hộp trục riêng hoặc bố trí ổ bi ngay trong lòng bánh xe. 3.- Đặc điểm tính toán cầu trục: Các bước tính toán: - Xác định thông số cơ bản của cầu trục, Q,H, L, Vn, Vxe, Vcầu, CĐLV. - Sơ bộ xác định trọng lượng của kết cấu kim loạI dầm chính, các bộ phận lắp đặt trên cầu như cabin, xe lăn . - Thiết kế các cơ cấu công tác (cơ cấu nâng vật, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu trục ). Các tính toán nầy đã được trình bày ở các phần trước. - Tính kết cấu kim loại dầm chính. Một cách đơn giản, xét trường hợp dầm chịu lực khi xe lăn có vị trí giữa dầm, sơ đồ lực tác dụng như hình vẽ: q L/2 L Mômen lực lớn nhất do tảI trọng gây ra tạI vị trí giữa dầm : 2 Mumax =1,25*[ (Q + Gxe)*L/8 + q*L /8] Kiểm tra độ bền: Ứng suất lớn nhất tạI vị trí giữa dầm: M σ = u max ≤ []σ Wu Xác đinh độ vóng tạI vị trí giữa dầm: (Q +G ) * L3 5 q * L4 f = xe + 48* E * J x 384 E * J x 53
  51. So sánh vớI độ võng cho phép [f] = L/700 Khoảng cách giữa 2 dầm chính trong trường hợp cầu trục 2 dầm được xác định trên cơ sở đảm bảo lực nén ngang của bánh xe lên thành ray không quá lớn do sự xiên lệch của cầu trục. Sơ đồ tính cho như hình vẽ: Có lực nén phụ giữa thành bánh xe và ray: M W.L N = = E 2.E trong đó W là lực cản phụ do thành bánh xe tiếp xúc vớI đường ray. Để đảm bảo lực dẫn động ở mỗI bên (W/2) thắng được ma sát khi có N, càn thiết: W W.L E ≥ N. f = . f ⇔ ≥ f 2 2.E L Trong tính toán lấy f = 1/5 - 1/7 III.- Cổng trục: Khác vớI cầu trục, cổng trục di chuyển được trên ray bố trí ở mặt đất nhờ cơ cấu di chuyển cổng. Theo kết cấu thép, cổng trục có loại công xôn hoặc không. Tuỳ thuộc khẩu độ và tải trọng có thể có cổng trục một dầm hoặc hai dầm. Kết cấu kim loại của chân cổng cũng như các dầm rất đa dạng. Trong trường hợp khẩu độ nhỏ hơn 25 mét, có thể cả 2 chân cổng đều liên kết cứng với dầm. Trong nhiều trường hợp, để tạo sự tuỳ động của các chân cổng, tránh xô lệch và kết bánh xe trên ray, một trong hai chân cổng được lắp khớp quay với dầm. Xe con của cổng trục có thể là palăng điện treo hoặc chạy trên ray bố trí trên hai dầm chính. Cơ cấu nâng của cổng trục có thể bố trí ngoài xe con để giảm tải. Việc dẫn động xe con có thể được thực hiện bằng cơ cấu dẫn động bánh xe dẫn hoặc tờI kéo. Cơ cấu di chuyển cổng thường dùng phương án dẫn động riêng. Nếu dẫn động chung thì phải bố trí ở trên cao để khỏi vướng thiết bị ở mặt đất. 54
  52. IV.- Thang máy: I.- ĐạI cương: Dùng để vận chuyển người và hàng hoá trong các nhà cao tầng. 55
  53. 1.- Theo công dụng, phân biệt: - Thang chở người công dụng chung, có tốc độ đến 1.4 m/s, trọng tảI đến 1000KG, thang máy chở ngườI tốc độ cao V= 2m/s tảI trọng nâng trên 1000KG. - Thang máy vận chuyển bệnh nhân (có băng ca, xe đẩy ) có ngườI đi kèm - Thang máy chở người và hàng, - Thang máy chở hàng có ngườI đi kèm - Thang máy chở hàng không có ngườI đi kèm. 2.- Theo phương thức dẫn động cabin, phân biệt: - Thang máy dẫn động bằng tời với tang cuốn cáp - Thang máy dẫn động bằng tời với puly ma sát. Thường thang máy với phương thức dẫn động bằng tời với tang cuốn cáp chỉ còn sử dụng cho thang nâng hàng. So với phương thức dẫn động bằng tời với tang cuốn cáp, phương án dẫn động bằng puly ma sát có các ưu điểm sau: - Lực kéo trên puly nhỏ (do tác dụng của đối trọng), dẫn đến kích thước nhỏ gọn, không phụ thuộc vào chiều cao nâng. - An toàn trong làm việc vì cabi được treo bằng nhiều sọi cáp (3-5 sợI). 3.- Các bộ phận chính của thang máy: - Bộ phận dẫn động, truyền động, cáp nâng. - Cabin cùng hệ thống treo, cơ cấu đóng mở cửa cabin - ĐốI trọng - Giếng thang, hệ thống dẫn hướng cabin, đốI trọng - Các bộ phận an toàn: Phanh, cơ cấu hãm tốc độ, hệ thốn giảm chấn - Hệ thống điều khiển cùng các trang bị điện. 4.- Các phương án dẫn động cabin: Phương án a.- Tời – puly ma sát Phương án b.- Tời – tang cuốn cáp Phương án c.- Tời – puly ma sát có puly phụ Phương án d.- Tời – puly ma sát có puly phụ tăng góc ôm Phương án e.- Tời – puly ma sát có puly phụ và có dùng palăng cáp lợi lực Phương án f, g.- Tời – puly ma sát có puly phụ, trạm dẫn động đặt ở dưới 5.- Cabin thang máy: Là bộ phận mang tải của thang máy. Gồm kết cấu khung chịu lực và các vách che tạo buồng cabin. 56
  54. Khung đứng gồm dầm trên và dầm dưới, mỗi dầm được chế tạo từ hai thanh thép hình U ghép lại. Các dầm nầy liên kết với các thanh thép hình L để tạo thành khung đứng. Dầm trên của khung đứng liên kết với hệ thống treo cabin. Dầm dưới của khung đứng đỡ khung nằm của cabin. Khung nằm thường được chế tạo bằng phương pháp ghép hàn các thép hình V hoặc L.Các khung được liên kết với nhau bằng bulông. Tại đầu trên của dầm trên và dầm dưới của khung đứng có lắp các ngàm dẫn hướng. Theo nguyên lý làm việc có ngàm dẫn hướng với ma sát trượt và ma sát lăn. Loại ngàm dẫn hướng với ma sát lăn thường áp dụng cho thang máy có tốc độ cao, tải trọng lớn. Ray dẫn hướng trong trường hợp thang chở hàng có thể là các loại thép hình U,V Trong trường hợp thang máy cở người nên dùng các loại ray chuyên dùng như trên hình vẽ. II.- Tính toán bộ phận dẫn động: 1.- Các thông số cơ bản: - Trọng tảI (không kể trọng lượng cabin): Q [KG] - Tốc độ cabin [m/s] 57
  55. - Chiều cao nâng, các điểm dừng. - Kích thước cabin. - Tính chất điều khiển 2.- Xác định trọng lượng các bộ phận của hệ thống cân bằng Trong trường hợp độ cao nâng không lớn (<45 mét), do trọng lượng của cáp nâng và cáp điện là không đáng kể nên có thể không dùng xích cân bằng. Lúc nầy trọng lượng của đốI trọng được xác định theo công thức: Đ = ψ.Q + K (*) VớI K: Trọng lượng của cabin không tảI Ψ : hệ số cân bằng Để xác định ψ, ta dựa trên nguyên tắc lực kéo khi nâng đầy tải bằng lực kéo khi hạ không tải: Q+ K - Đ = Đ – K Thay giá trị của Đ từ (*), được: ψ = 0.5. Nhận xét rằng trong trường hợp thang máy luôn hoạt động đầy tảI thì ψ = 0.5 là hợp lý. Tuy nhiên, kể đến nhiều trường hợp thang làm việc không đầy tảI, lấy giá trị ψ= 0.4. 3.- Khả năng kéo của Puly ma sát: a.- Định nghĩa hệ số kéo: Theo quy định, số rãnh của puly ma sát trong thang máy chở ngườI là từ 3- 5. Đáy rãnh thường có dạng hình thang, tròn, hoặc tròn có cắt rãnh. Trong trường hợp đáy rãnh có dạng tròn có xẻ rãnh: ⎛ γ α ⎞ 4⎜sin − sin ⎟ 2 2 f = ⎝ ⎠ t γ −α + sin γ − sin γ Trường hợp rãnh cáp bị mòn, góc = , lúc nầy: ⎛ α ⎞ 4⎜1− sin ⎟ 2 f = ⎝ ⎠ và với rãnh tròn không có xẻ rãnh: t γ −α − sinγ 4 f = t π Trường hợp rãnh hình thang, có f f = t β sin 2 Trong các công thức trên ft là hệ số ma sát thay thế Quan hệ lực căng trên 2 nhánh cáp: ft β S max = Smin .e trong đó β là góc ôm của cáp trên Puly Đường kính danh nghĩa của Puly ma sát xác định theo công thức: D ≥ dc.e với e = 30 (thang chở hàng) e = 40 cho thang chở người, e= 45 cho thang chở ngườI có tốc độ cao. Tuỳ theo vị trí và tình trạng làm việc mà có thể có giá trị của S1 hoặc S2 là lớn hơn. Trong mọI trường hợp, ta kí hiệu S2 là lực căng có giá trị lớn và S1 là lực 58S2 S1
  56. căng có giá trị nhỏ; Lúc này lực vòng trên puly ma sát bằng hiệu của 2 giá trị lực căng. P = S2 - S1 Khả năng truyền được lực bằng ma sát có giá trị lớn nhất (để khắc phục lực vòng Pmax) mà không xảy ra sự trượt trơncủa dây cáp trên puly được gọi là khả năng kéo của puly ma sát. Theo công thức Euler, có: S ft β 2 ft β S 2 = S1.e hoặc: = e S1 Trong đó ft: hệ số ma sát thay thế giữa cáp và puly. β: góc ôm của cáp trên puly. S Nhận xét rằng tỷ số ( 2 ) đạt giá trị càng lớn thì khả năng chống trượt càng lớn. S1 Do vậy efβ đặc trưng cho khả năng kéo và được gọi là hệ số kéo của puly ma sát. Để tăng khả năng kéo thì dùng các biện pháp hoặc tăng f hoặc tăng β. b.- Xác định hệ số kéo: S Để xác định hệ số kéo, ta xác định giá trị của tỷ số 2 ứng với các trường hợp S1 sau: S K + 2.Q + G - Trạng thái thử tảI tĩnh: 2 = n (tảI chất khi thử tĩnh là 2Q) S1 D - Trạng thái làm việc, khi cabin ở vị trí thấp nhất và cao nhất, có kể đến tải trọng động phát sinh trong quá trình chuyển động không ổn định (mở máy, phanh) S Xác định tỷ số 2 theo công thức: S1 S K + Q + G Khi cabin đầy tảI, ở vị trí dướI cùng: 2 = n .λ S1 D 59
  57. S D + G Khi cabin không tảI, ở vị trí trên cùng: 2 = n .λ S1 K + Gd g + a λ = hệ số tảI trọng động (a: gia tốc mở máy hoặc phanh) g − a 4.- Tính chọn cáp: Lực căng cáp lớn nhát được xác định theo tải tĩnh khi Cabin đầy tải và năm ở vị trí trên hoặc dưới cùng. Trong trường hợp không dùng xích cân bằng: K + Q + G K + Q + G S = d hoặc S = n max a .Z max a.Z Chọn cáp theo lực kéo đứt Sđ ≥ n.Smax n là hê. số an toàn (n = 9 -15). 5.- Tính chọn động cơ: Động cơ phải khắc phục các lực cản: - Lực vòng trên puly Pmax = (S2 – S1) max - Lực ma sát ở bộ phận dãn hướng. So vớI lực vòng, lực cản do ma sát chiếm một tỷ trọng không đáng kể. Thường lấy tổng lực cản cần khắc phục P = k.(S2 – S1) max vớI k = 1,1 - 1,2. Lúc nầy công suất động cơ được tính chọn theo công thức: P.v N= [Kw] 1000.η III.- Thiết bị an toàn Cơ khí: Để tránh cho cabin rơi trong giếng thang khi bị đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép, cần thiết phải trang bị phanh an toàn. Theo nguyên lý làm việc, phân biệt phanh dừng đột ngột và phanh dừng có độ trượt; theo kết cấu có phanh kiểu nêm và phanh kiểu bánh cam. Theo sơ đồ dẫn động có phanh an toàn mắc với cáp nâng và phanh an toàn mắc với bộ hạn chế tốc độ. Trong trường hợp dùng tời với tang cuốn cáp (thang máy chở hàng) thường dùng phanh an toàn kiểu nêm, mắc với cáp nâng. Trường hợp dùng tời với puly ma sát (thang máy chở người) dùng phanh an toàn nối với cáp của bộ hạn chế tốc độ. Sơ đồ xác định góc tự nêm Phanh an toàn kiểu nêm, mắc với cáp nâng 60
  58. Sơ đồ nguyên lý phanh an toàn kiểu nêm, mắc với bộ hạn chế tốc độ Hệ thống dẫn động phanh an toàn nốI vớI bộ hãm tốc độ Nguyên tắc hoạt động: Đối với trường hợp phanh an toàn mắc với cáp nâng, khi treo cabin, cáp nâng có độ căng kéo các tay đòn làm cho nêm đi xuống, tạo khe hở trong chêm. Khi đứt hoặc chùng cáp nâng, lao xo (5) sẽ kéo đòn (4) làm cho chêm hoạt động, giữ cabin ở trạng thái treo. Tương tự trong trường hợp phanh an toàn nối với cáp của bộ hạn chế tốc độ, nếu cabin vượt tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ dừng lại, kéo theo bộ phanh kiểu nêm hoạt động. ___ 61
  59. Chương 6 MÁY VẬN CHUYỂN LIÊN TỤC I.-Đại cương: 1.- Các thông số cơ bản: Máy chuyển liên tục thực hiện vận chuyển vật liệu ở nhiều dạng khác nhau (thường ở dạng vụn, rời) theo từng tuyến xác định. Các thông số đặc trưng cho máy chuyển liên tục: - Năng suất - Tốc độ vận chuyển v[m/s] - Chiều dài L[m], độ cao vận chuyển H[m], góc nghiêng đặt máy β [o]. a.- Năng suất: Là lượng vật liệu vận chuyển được trong đơn vị thời gian. Năng suất có thể tính theo thể tích [m3/h], khối lượng[Tấn/h] hoặc đơn chiếc [chiếc/h]. Công thức chung để tính năng suất: Q = 0,36 q.v [T/h] Trường hợp vật liệu được vận chuyển trong máng hoặc ống: 3 Q = 3600.A0 .ϕ.ρ.v [T/h] = 3600.A.ϕ.v [m /h] Trường hợp vật liệu rời được vật chuyển theo dòng liên tục: Q = 3600.A.ρ.v [T/h] = 3600.A.v [m3/h] Trong đó: q : trọng lượng vật liệu vận chuyển trên 1 mét chiều dài [N/m]. v: Tốc độ dòng vật liệu [m/s] 2 A0: Diện tích tiết diện ống, máng [m ] A: Diện tích mặt cắt dòng vật liệu [m2] ρ: Khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu [T/m3] ϕ: Hệ số điền đầy máng, ống. Khi vật liệu được vận chuyển trong các gầu tải, có dung tích L [m3], bước đặt gầu L là t thì: Q = 0,36. .ϕ.ρ.v [T/h] t Tương tự trường hợp vận chuyển từng kiện hàng với trọng lượng G [N]: G Q = 0,36. .v [T/h] t b.- Công suất dẫn động: Trường hợp tổng quát, máy vận chuyển vật liệu trên khoảng L [m] và độ cao H [m] với năng suất Q [T/h], thì công suất tiêu hao là: Q 1 N = .()H + c.L [Kw] 360 η Trong đó c: là hệ số cản chuyển động,η là hiệu suất chung của máy Tuỳ theo nguyên lý dẫn động bộ phận công tác, phân biệt: Máy chuyển liên tục có bộ phận kéo: Băng tải, xích tải Máy chuyển liên tục không có bộ phận kéo: Băng chuyền con lăn, máng lắc II.- BĂNG TẢI ĐAI: Băng tải đai là dạng MCLT có bộ phận kéo. Nguyên tắc truyền động thực hiện nhờ ma sát. Bộ phận kéo ở đây là bộ truyền ma sát giữa các tang và băng đai. Tấm băng cũng đồng thời đóng vai trò của bộ phận mang vật liệu. 62
  60. 1.- Nguyên lý truyền lực kéo bằng ma sát: Truyền lực kéo từ tang dẫn động sang tấm băng hoặc puly sang dây cáp được thực hiện theo nguyên tắc truyền động ma sát. Quan hệ giữa lực căng trên hai nhánh đai: fβ S 2 = S1e Trong đó f: hệ số ma sát giữa vật liệu tấm băng và tang. β: góc ôm của tấm băng trên tang. S2: Lực căng trên nhánh băng đi vào tang dẫn. S: Lực căng trên nhánh băng đi ra khỏi tang dẫn. 1 S Để thực hiện truyền động: S2 1 - Tạo lực căng ban đầu. - Tác dụng momen xoán Mx trên tang dẫn. Trên nhánh đi vào tang dẫn lực căng tăng lên, trên nhánh đi ra khỏi tang dẫn, lực căng giảm đi: Trên một phần cung ôm ở phía nhánh đi ra khỏi tang dẫn có sự trượt đàn hồi, được gọi là cung trượt. Một phần cung ở phía nhánh đi vào tang dẫn không có trượt gọi là cung tĩnh. Thực ra: S efβ fαtr 1. S2 = S1.e Do đó: S2 = (kdt: hệ số dự trữ ma sát kdt = 1,15 - 1,2) k dt fβ Khả năng truyền lực kéo lớn nhất được thực hiện khi điều kiện S2 ≤ S1.e được đảm bảo. Hiệu lực căng băng trên hai nhánh băng chính là lực ma sát. Trường hợp tải lớn hơn lực ma sát thì xảy ra sự trượt trơn của băng trên tang. Để tăng khả năng tải: - Tăng góc ôm β - Tăng hệ số ma sát (có thể tăng f đến 0,3 - 0,6) 2.- Các bộ phận chính của băng tải: a.- Tấm băng: Là bộ phận mang tải chủ yếu của băng tải, đắt tiền nhưng có nguy cơ chóng hỏng nhất. Yêu cầu tấm băng phải đảm bảo độ bền kéo và uốn, độ đàn hồi và dãn dài nhỏ, có khả năng chống cháy, khả năng chống mòn tốt. 63
  61. Cấu tạo tấm băng gồm phần lõi chịu lực và lớp bọc bảo vệ. Phần lõi thường là vải hoặc cáp đan thành tấm, phần bọc thường là cao su. Các tấm lõi vải thường làm từ sợi tơ nhân tạo có độ bền cao, chiều dày mỗi lớp từ 0,2 – 0,5 mm. Giới hạn bền của một mm chiều rộng một lớp vải cần đạt đến 600 – 800 N/mm. Lớp cao su một mặt để dính kết các lõi với nhau, mặt khác có tác dụng bảo vệ phần lõi, chống lại các phá hỏng do tác dụng cơ học và môi trường bên ngoài. Sức bền kéo đứt của lớp cao su cần đạt giá trị 20N/mm2. Số lượng các lớp lõi phụ thuộc vào chiều rộng của tấm băng. B 300 400 500 650 800 1000 1200 1400 1600 Z 3-4 3-5 3-6 3-7 4-8 5-10 5-12 7-12 8-12 Chiều dày các lớp cao su bảo vẹ ở 2 mặt băng phụ thuộc vào chủng loại và đặc tính của vật liệu vận chuyển. Bng với lõi cáp, có ộ bền cao hơn và ộ dãn dài cng nhỏ hơn so với bng vải cao su. Tuy nhiên giá thành cao nên hiện nay phổ biến vẫn dùng bng vải cao su. Trong trường hợp vật liệu vận chuyển có cạnh sắc và ở nhiệt ộ cao, người ta có thể dụng bng thép tấm. B Kích thước cơ bản của băng là chiều rộng B. Với băng vải - cao su chiều rộng B lấy các giá trị sau: B= 300, 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400, 1600 Thông số nầy được xác định trên cơ sở đảm bảo năng suất và vận tốc yêu cầu. Hiện nay chiều rộng của tấm băng được chế tạo theo tiêu chuẩn. Số lớp vải trong tấm băng được xác định trên cơ sở sức bền kéo đứt. S .n Z = max trong đó: B.pd Smax : lực căng băng lớn nhất n: hệ số dự trữ bền cho tấm băng,phụ thuộc vào số lớp lõi Z 2-4 4-5 6-8 9-11 12-14 n 9 9,5 10 10,5 11 B chiều rộng tấm băng [pđ]: lực kéo đứt cho phép của một mm chiều rộng một lớp vảI Vật liệu băng Lõi cáp Vải dệt từ sợI bông Vải dệt từ sợI tổng hợp pđ [N/mm] 1500 - 6000 55 150 n 7 – 8,5 9,5 - 10 8,5 – 10,5 b.- Trạm dẫn động: Gồm nguồn dẫn động (thường là động cơ điện), hộp giảm tốc truyền chuyển động quay cho tang dẫn. Để tăng khả năng kéo cho tang dẫn, dùng biện pháp tăng hệ số ma sát (tang chân không, tang nam châm điện từ ), hoặc tăng góc ôm.Việc phủ trên bề mặt tang dẫn động một lớp vật liệu tăng ma sát có thể cho hệ số dính bám đến 0,35 - 0,5. Đường kính tang được xác định theo công thức: D ≥ k.Z với k :hệ số tỷ lệ Với tang dẫn : k = 125 khi Z = 2 - 6; k = 150 khi Z = 7- 12 Với tang căng băng và tang đổi hương k = 50 - 125. Chiều rộng của tang nên lấy lớn hơn chiều rộng băng từ 100 -200 mm c.- Trạm kéo căng: Nhằm tạo lực căng ban đầu cho tấm băng để có thể truyền lực ma sát. Ngoài ra, sau thời gian làm việc băng bị dãn nên cần thiết phải căng băng. 64
  62. Có thể dùng phương pháp căng băng thường xuyên hoặc định kỳ. Với thiết bị căng băng định kỳ, lực căng băng thay đổi theo bước nhảy dẫn đến tuổi thọ của băng giảm. Dùng vít điều khiển cứng Dùng tời kéo Góc chảy của vật liệu vận chuyển Vật liệu vận Khối lượng Góc chảy của vạt liệu [0] Góc nghiêng cho 3 0 chuyển riêng [T/m Khi động (ϕđ) Khi tĩnh (ϕđ) Giá trị Tính toán phép của băng [ ] ] Angtraxit 0.95 - 1 22.5 45 20 17 - 18 Âptit khô 1.5 - 1.7 15 -20 31 -45 20 18 - 22 Đất sét ướt 1.9 - 2 20 - 25 45 25 20 - 26 Sỏi viên tròn 1.6 - 1.7 22.5 45 20 18 Đất nền độ ẩm tự 1.6 20 45 20 18 nhiên Đá vôi cục 1.5 - 2.2 20 40 20 18 Đá cục 1.8 - 2.2 20 40 20 20 Cát khô 1.4 - 1.65 20 45 20 20 Cát ướt 1.5 - 1.7 25 50 25 20 - 22 Than đá 0.83 15 - 22 30 - 45 20 18 Hệ số phụ thuộc hình dạng băng (kb) Số dãy con lăn đỡ băng Góc chảy tính toán của vật liệu 150 200 250 Băng phẳng 1 con lăn 250 330 420 Băng máng 2 con lăn α = 200 500 580 660 α = 450 570 615 660 Băng máng 3 con lăn α = 200 170 550 640 α = 30 550 625 700 α = 35  590 660 730 α = 45  635 690 750 Băng máng con lăn trục mềm 519 570 610 Hệ số góc nghiêng đặt băng (kβ) Khả năng tự chảy của vật liệu Góc nghiêng đặt băng (0) 5 10 15 18 20 22 - 24 Nhiều 0.95 0.90 0.85 0.82 0.80 Trung bình 1 0.98 0.95 0.93 0.90 0.85 Ít 1 1 0.98 0.96 0.95 0.90 d.- Hệ thống con lăn đỡ: 65
  63. Trên nhánh có tải thường dùng 2 hoặc nhiều dãy con lăn để tạo cho băng có hình lòng máng khi vật liệu vận chuyển ở dạng vụn rời. Trên nhánh không tải có thể dùng 1 dãy con lăn. Bước đặt con lăn trên nhánh không tải thường lấy gấp 2 lần so với nhánh có tải, Bước đặt con lăn tại vị trí chất tải thường lấy 1/2 so với nhánh có tải. Bước đặt con lăn được xác định theo chiều rộng băng và chủng loại vật liệu (1 - 1,5 m). Đường kính con lăn đỡ d = 108 mm khi B = 400 - 800 mm d = 159 mm khi B = 800 - 1600 mm Con lăn được lắp trên trục theo phương thức trục quay hoặc không quay (thường gặp hơn). Ngoài ra còn phải kể đến các thiết bị nạp liệu, dỡ liệu, thiết bị làm sạch băng, thiết bị định tâm cho băng 3.- Tính toán băng tải: Số liệu tính toán: Năng suất Q [T/h]; chiều dài vận chuyển L [m]; góc nghiêng đặt băng β[o]; loại vật liệu vận chuyển. a.- Tính chiều rộng tấm băng: (B) Chiều rộng tấm băng được xác định trên cơ sở đảm bảo năng suất yêu cầu. Có: Q = 3600.A.v.ρ [T/h] trong đó: A: diện tích tiết diện dòng vật liệu [m/s] V: vận tốc vận chuyển [m2] ρ: khối lượng riêng của vật liệu [T/m3] Theo kinh nghiệm, chiều rộng dòng vật liệu trên băng (b) được lấy b = 0,8B [ m]. kb 2 Nếu đặt: A = .b , ta có: ϕ 3600 d Q = k .(0,8B)2.v.ρ [Τ/η] b bb Xác định kb trong một số trường hợp: Khi dùng 1 dãy con lăn, có: b.b.tanϕ tanϕ A = d . = d .b 2 4 4 tanϕ Vậy, ta có: k = 3600. d b 4 Khi dùng 3 dãy con lăn, có: b’ ϕd α b2 Giả sử b1 = b2 b1 2 b'+b1 b' A = A1 + A2 = .b .sinα + .tanϕ 2 2 4 d VớI b’ = b1 + 2. b2 . cos α = b1 ( 1 + 2. cos α) Do đó: 66
  64. b (1+ 2.cosα) + b tanϕ A = 1 1 .b .sinα + b 2 .()1+ 2.cosα 2 . 2 1 1 4 2 tanϕ = b 2 ()1+ cosα .sinα + b 2 . (1+ 2.cosα ). 1 1 4 2 b ⎡ 2 tanϕ ⎤ = . ()(1+ cosα .sinα + 1+ 2.cosα ). 9 ⎣⎢ 4 ⎦⎥ Vậy: ⎡ 2 tanϕ ⎤ kb = 400. ()(1+ cosα .sinα + 1+ 2.cosα ). ⎣⎢ 4 ⎦⎥ Ngoài ra khi băng tải đặt nghiêng một góc β so với phương ngang, thì cần đưa thêm vào hệ số kβ. Lúc nầy: 2 Q = kb.kβ(0,8B) .v.ρ [Τ/η] Giá trị của β được chọn nhỏ hơn góc ma sát giữa vật liệu và băng từ 7 - 10 o Từ đó, có thể xác định chiều rộng băng theo công thức: Q B = 1,25. []m ( sau đó chọn lại theo tiêu chuẩn) kb .k β v.ρ Đối với vật liệu dạng đơn chiếc, chiều rộng băng được lấy lớn hơn kích fhước lớn nhất của vật vật chuyển từ 100 - 200mm Vận tốc của băng được xác định trên cơ sở vừa đảm bảo năng suất, lại vừa đảm bảo vật liệu không bị văng ra ngoài (do B nhỏ). Giá trị của vận tốc được chọn phụ thuộc vào tính chất vật liệu vận chuyển và chiều rộng băng (1 - 4 m/s). Ngoài ra giá trị của vận tốc còn phụ thuộc vào phương thức dỡ liệu. b.- Xác định lực kéo băng tải: Lực kéo băng tải phải khắc phục các lực cản chuyển động sau: - Lực cản do ma sát trong ổ trục con lăn đỡ, ma sát lăn giữa tấm băng và con lăn. - Lực cản do trọng lượng của vật liệu và băng trên những đoạn băng nghiêng. - Lực cản do băng vòng qua các đoạn cong. Do đó, lực cản chuyển động được tính toán theo những đoạn băng có đặc điểm khác nhau về hình học cũng như về tình trạng chịu lực: - Trên những đoạn băng thẳng, có tải nằm ngang: Wctng = Σ [ qi + qoi+qcl ].li .c trong đó: qi : trọng lượng một đơn vị dài của vật liệu trên băng qoi : trọng lượng của một đơn vị dài tấm băng qcl: trọng lượng phân bố trên một dơn vị dài của các con lăn trên nhánh có tảI c: hệ số cản chuyển động (xác định bằng thực nghiệm) li: chiều dài các đoạn băng - Trên những đoạn băng thẳng, có tải nằm nghiêng: Wctngh = Σ [ qi + qoi+qcl ].cosβι. li .c ± Σ [ qi + qoi ].sinβι. li trong đó: βi là góc nghiêng của đoạn băng so vớI phương ngang Dấu + khi băng theo hướng chuyển động đi lên Dấu - khi băng theo hướng chuyển động đi xuống Tổng quát: Trên những đoạn băng có tải: Wct = Σ [ qi + qoi+qcl ].cosβι.Li .c ± Σ [ qi + qoi ].sinβι.Li VớI: β = 0 nếu như đoạn băng đặt nằm ngang Tương tự, trên những đoạn băng không tải: Wkt = Σ [ qoi+q’cl ].cosβι. Lli .c ± Σ qoi .sinβι. Li 67
  65. Để kể đến lực cản chuyển động khi băng vòng qua các đoạn cong, người ta đưa thêm vào hệ số k. Vậy: W = k. (Wct + Wkt) Trong các công thức trên: Q q = []N / m với Q{t/h] v [m/s] 0,36v q0 = ρoB(δ.Z +δ1 + δ2) Trong đó: δ,δ1, δ2 là chièu dày của lớp lõi vải và các lớp cao su ở 2 mặt đáy [m], ρ0 là trọng lượng riêng của băng (với băng vải cao su ρo = 1 -1,15) ∑Gcl q = trong đó ΣGcl: tổng trọng lượng phần quay của các con lăn tạI một vị trí cl t đỡ t: bước đặt con lăn trên nhánh có tảI ∑G'cl q' = trong đó ΣG’cl: tổng trọng lượng phần quay của các con lăn tại một vị trí cl t' đỡ. Thường bố trí 1 con lăn. t’: bước đặt con lăn trên nhánh có tảI. Sau khi xác định được lực kéo băng tải ta tiến hành chọn động cơ theo công suất tĩnh: W .v N = o []kw với η là hiệu suất chung của trạm dẫn động t 1000.η c.- Tính lực căng băng Ở trên ta đã tính lực cản chuyển động theo các hệ số cản c và k. Có thể tính lực cản chuyển động một cách chính xác hơn khi xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi băng đi qua các tang đổi hướng, tang căng băng, tang dẫn . cũng như các vị trí chất, dỡ tải, làm sạch băng Lực căng băng ở những vị trí khác nhau được xác định theo nguyên tắc: Si+1 = Si + Wi- i+1 S8 S9 S7 S2 S3 S1 S6 L1 S5 Sr d D S Sr 4 S R v Sv Gần đúng: Wtg = (Sv +Sr).sin (α/2).f .(d/D) Tổng lực cản theo đường băng khép kín được xác định W = ΣWct + ΣWkt + ΣWt + ΣWc + Wcht+ Wdt +Wls + Wct Lực căng băng tại điểm cuốn vào tang dẫn được xác định: Sv (= S9 ) = Sr (= S1) + ∑ Wi (1) Mặt khác ta có quan hệ giữa Sv và Sr theo công thức Euler: 68
  66. fβ Sv.e S r = với kdt = 1,15 - 1,2 (2) kdt Từ 2 phương trình trên ta có thể xác định Sv, Sr và từ đó xác định các Si. Các công thức gần đúng để xác định các lực cản chuyển động: - Khi băng trượt trên thanh dẫn hướng cong: fα Wtr = Sv ( e -1) với α là góc ôm của băng trên thanh dẫn hướng - Khi băng vòng qua các tang đổi hướng, tăng căng băng: Wtg = Sv(kt -1) kt phụ thuộc vào góc ôm của băng trên puly: β[ο] 180 kt 1,02-1,03 1,03-1,04 1,05-1,06 - Khi băng vòng qua tang dẫn động: Wtd = (0,03 - 0,05) (Sv + Sr) Trong các lực căng Si, ta tìm được lực căng băng lớn và nhỏ nhất để kiểm tra sức bền cho băng cũng như độ võng băng theo quy định. - Lực căng băng tối thiểu Cần kiểm tra lực căng nhỏ nhất trên nhánh có tải với điều kiện: (q + qo)t 2 S min = 8.[]f y q.sin β q B Sơ đồ lực trên một bước băng tải q.cosβ được thể hiện như hình vẽ: Sx Ta có: S . sin β' = q.x. cosβ x β' x Và Sx. Cosβ' = S C A Từ đó: tg β' = q.x.cosβ / S β Với tg β' = dy/dx, có: f O x dy/dx = q.x. cosβ/S Smin Tích phân 2 v ế của phương trình, đ ược: q.x q.x 2 y = .cos β.dx = .cos β + C ∫ S 2.S Theo điều kiện biên: x = 0 y = 0 có: C = 0 , Khi β <10o lấy cosβ = 1 Tại x = l/2 y = ymax với y max là độ võng cho phép, lấy giá trị ymax = (0,025 - 0,3)t t: là bước đặt con lăn Vậy Smin = 5.(q + qo). t (lấy y max = 0,025 t) Trường hợp có tải trong tập trung Q, ta có: (vật liệu đơn chiếc hoặc đóng kiện) t ⎛ qo .l ⎞ ymax = ⎜ + Q⎟ 4.S min ⎝ 2 ⎠ Công suất động cơ dẫn động được xác định theo công thức: W .v N = o [Kw] 1000.η Trong đó Wo = ΣWi + Wtd với Wtd lực cản khi băng vòng qua tang dẫn động 69
  67. III XÍCH TẢI: Khác với băng tải, bộ phận kéo và bộ phận mang tải trong xích tải thường là phân biệt. Bộ phận kéo trong xích tải là bộ truyền xích (1 hoặc 2 dãy). Bộ truyền xích có thể là xích ống bản lề, xích hàn hoặc xích dập định hình. Tuỳ theo bộ phận mang vật, người ta phân biệt: - Xích tải tấm: Bộ phận mang tải là các bản thép - Xích tải cào: vật liệu được chứa trong máng và được vận chuyển bởi các tấm cào. - Xích tải treo: vật liệu được chứa trong các thùng treo và được xích kéo vận chuyển. 1.- Bộ phận kéo : Bộ phận kéo trong xích tải là các loại xích kéo. Các thông số của xích kéo được lấy theo TCVN 1583 - 74 đối với xích hàn mắt tròn, TCVN 1585- 74 đối với xích dập và TCVN 1588 - 74 đối với xích tấm bản lề. Ưu điểm của xích kéo là độ dãn dài nhỏ, kích thước của đĩa xích ( đối với xích bản lề, xích dập) hoặc ròng rọc xích ( đối với xích hàn) nhỏ, dễ tháo lắp vận chuyển. Nhược điểm là khối lượng năng, giá thành cao và tốc độ vận chuyển chậm hơn so với băng. Cũng giống như cáp, việc tính toán xích được tiến hành theo lực kéo đứt: Smax. n <Sđ Trong đó: n là hệ số dự trữ bền, với xích hàn lấy n = 8, với xích tấm lấy n = 5-6 nếu các nhánh vận chuyển nằm ngang hoặc có góc nghiêng nhỏ; lấy n = 7-10 nếu nhánh vận chuyển thẳng đứng hoặc có góc nghiêng lớn. Sđ là tải trọng phá hỏng. Đường kính vòng lăn của đĩa xích (tính đến tâm bản lề xích) : t Với xích hàn: D = trong đó: tlà bước xích; Z là số răng của đĩa xích. 90o sin Z t Với xích bản lề: D = 180o sin Z 2.-Xích tải tấm: a.- Sơ đồ cấu tạo: Có sơ đồ như trên hình vẽ, gồm các bộ phận: 70
  68. Bộ truyền xích, gồm xích kéo (3), ược dẫn ộng bằng các ĩa xích dẫn (7) và các bánh cng xích (10). Các bản thép (4) ược liên kết với trục con ln tạo thành bng tải thép. Bng tải ược di chuyển trên ường ray (6) nhờ xích kéo. Các dạng xích bản Các bản thép có thể có thành bên hoặc không. Thành bên có thể ược cố ịnh với bản thép hoặc với khung kết cấu kim loại của xích tải. So với băng tải, xích tải có ưu điểm là vận chuyển được vật liệu ở nhiệt độ cao, có cạnh sắc. Lực kéo ở xích tải ổn định và có giá trị lớn, do vậy xích tải có thể có chiều dài lớn với năng suất cao. Tuy nhiên băng bản có kết cấu phức tạp, trọng lượng năng hơn, giá thành cao, chi phí cho bảo dưỡng lớn. Phân biệt băng bản theo: - Tiết diện ngang, - Theo tiết diện dọc, - Theo cấu tạo xích kéo, - Theo số lượng xích kéo 71
  69. Các dạng bản băng b.- Xác ịnh các thông số hình học của bản bng: Các thông số hình học của bản băng (chièu rộng, chiều cao) được xác định trên cơ sở đảm bảo năng suất yêu cầu khi vận tốc được chọn trước. Thường vận tốc của xích tải được chọn vx < 1,2 m/s Có: Q = 3600.A.v.ρ. kβ ϕ Q h Từ đó: A = B 3600.v.ρ.k β Tuỳ theo kết cấu bản băng, có A = B2. tgϕ/4 hoặc: A = B.h + B2. tgϕ/4 Kích thước h được chọn theo các giá trị 100,125,160,200,250,320 mm tuỳ theo chiều rộng của bản băng: 400,500,650,800,1000,1200,1400,1600 mm c.- Lực cản chuyển động và công suất động cơ dẫn động: Tương tự như băng tải, lực cản chuyển động trong băng bản bao gồm: - Lực cản do ma sát, - Lực cản do trọng lương của xích tải và vật liệu khi xích tải đặt nghiêng, - Lực cản tại các vị trí đĩa xích. Có: Wo = k. (Wct + W kt) với k = 1,1. Trong đó: Wct = Σ [ q + qo ].cosβι. Li .c ± Σ [ q + qo ].sinβι. Li Wkt = Σ qo.cosβι. L .c ± Σ qo .sinβι.Li Trường hợp chỉ có hai nhánh xích tải song song, đặt nghiêng góc β, ta có: Wo = k [ q + 2.qo ].cosβ. L .c + q .sinβ. L] Công suất tĩnh: W .v N = o []kw với η là hiệu suất chung của trạm dẫn động t 1000.η d.- Tính lực căng xích ,tính chính xác lực kéo xích tải : Tương tự như băng tải, để tính lực căng xích Si ta chia xích kéo thành nhiều đoạn có cùng đặc tính chịu tải và tiến hành tính toán cho từng điểm theo chu tuyến. 72
  70. Nguyên tắc: Si+1 = Si + Wi - i+1 Trong đó Wi - i+1 là lực cản chuyển động trên đoạn xích tải (i - i+1) Điểm xuất phát thường chọn là điểm xích ra khỏi đĩa xích dẫn. Giá trị Si chọn ban đầu để tính là Smin nhằm đảm bảo xích tải không bị võng quá giá trị cho phép. Thường chọn Smin giá trị từ (1000 - 3000)N Trong trường hợp xích kéo là 2 dãy thì lực căng xích tính toán là: Stt = (0,55 - 0,6 ).Smax Lực cản khi xích vòng qua các đĩa xích đổi hướng hoặc đĩa căng xích là: Wđx = (0,06 - 0,08).Sv Lực cản ở đĩa xích dẫn: Wđxd = (0,03 - 0,05)(Sv +Sr) 3.- Xích tải cào: a.- Sơ đồ cấu tạo: Có sơ đồ như trên hình vẽ, gồm các bộ phận: Bộ truyền xích, gồm xích kéo (1), ược dẫn ộng bằng các ĩa xích dẫn (3) và các bánh cng xích (7). Các tấm cào (2) ược liên kết với trục con ln tạo thành bng tải tấm cào. Bng tải ược di chuyển trên ường ray (6) nhờ xích kéo. Vật liệu ược chứa trong máng (6) và ược vận chuyển bằng các tấm cào. b.- Xác định các thông số hình học của tấm cào: Kích thước của máng cáo được xác định trên cơ sở đảm bảo năng suất yêu cầu với vận tốc chọn trước. Giống như băng bản, vận tốc của máng cào được chọn với vx = 0,6 - 1,1 m/s Từ công thức xác định năng suất: Q = 3600.A.v.ρ. ϕ.kβ, với ϕ là hệ số làm đầy máng, phụ thuộc vào góc nghiêng và độ tơi vụn của vật liệu( ϕ = 0,9 - 1,1) Máng cào c hệ số sử dụng tiết diện, phụ thuốc góc nghiêng đặt máy. 73
  71. β[o] 0 10 20 30 35 kβ 0,5-0,8 0,42-0,7 0,32-0,65 0,25-0,6 0,2-0,4 Ta có: Q A = 3600.v.ρ.ϕ.k β 2 Đặt kh = B/h , có A = B.h = B /(kh) . Thường chọn kh = 2,4 - 4,5 k .Q Ta có: B = h 3600.k β .v.ρ.ϕ c.- Xác định lực cản chuyển động trong máng cào: Gồm lực cản do ma sát giữa vật liệu với máng, ma sát do xích tải chuyển động, do trọng lượng của vật liệu và xích tải khi máy đặt nghiêng và do lực cản khi xích tải vòng qua các đoạn cong. Trên nhánh không tải: Wkt = qo.L [ f1.cosβ ± sinβ]. Trên nhánh có tải: Wct = qo.L [ f1.cosβ ± sinβ].+ q.L [ f2.cosβ ± sinβ]. Tổng lực cản chuyển động của máng cào trong trường hợp 2 nhánh có tải và không tải bố trí song song nhau: W0 = 1,1 L [2.qo. f1.cosβ + q ( f2.cosβ ± sinβ)]. Công suất động cơ được chọn theo công suất tĩnh, với: Wo .v N = []kw với η là hiệu suất chung của trạm dẫn động t 1000.η Trong đó: f1 là hệ số ma sát giữa xích tải vớI máng cào f2 là hệ số ma sát giữa vật liệu vớI máng cào III.- Vít tải: (Máy chuyển liên tục không có bộ phận kéo) 1.1.- Giới thiệu chung: Vật liệu được vận chuyển theo nguyên tắc truyền động vít – đai ốc. Theo phương đặt máy có thể có vít tảI đặt ngang, đặt nghiêng và đặt đứng. Bộ phận cơ bản của vít tảI là vít xoắn. Vật liệu ược ưa vào ống chứa, che kín và ược vận chuyển theo chuyển ộng của vít xoắn. Trên hinh vẽ là sơ ồ của vít tảι, gồm vít xoắn 3, tựa trên các ổ ỡ cuối và các ổ ỡ treo trung gian 2, ược dẫn ộng bởI ộng cơ 8 qua hộp giảm tốc 7. Vật liệu ược ưa vào của nạp liệu 1 và lấy ra ở cửa thoát liệu 4. 74
  72. Các kích thước cơ bản của vít tảI: - Đường kính cánh xoắn (D), được xác định trên cơ sở đảm bảo năng suất và vận tốc yêu cầu. - Đường kính trục vít xoắn (d) xác định theo công thức kinh nghiệm: d ≈ 0,1 D + 35 mm - Bước xoắn s = (0,8 - 1 ) d Ngoài tác dụng vận chuyển liệu, vít tảI còn sử dụng ể ùn ép. So vớI các thiết bị vận chuyển khác, vít chuyển tránh ược ộc hạI, ô nhiễm cho công nhân nhờ ược che kín. Các cánh vít có thể chế tạo liền trục hoặc được chế tạo rờI và hàn vào trục, theo phương thức liên tục hoặc cách quãng. Đường kính vít xoắn và cánh xoắn được tiêu chuẩn hoá như sau: D 100 125 160 200 250 320 t 100 125 160 200 250 320 80 100 125 160 200 250 Chiều dài mỗI đoạn vít xoắn thường không quá 3 mét. Các đoạn vít được nốI lạI vớI nhau bằng các đoạn trục trung gian. Các ổ treo trung gian thường được lắp đặt trên các đoạn trục nốI vớI các trục cánh vít bằng các mặt bích. Các ổ đỡ hai đầu của vít tảI có chịu lực hướng trục khá lớn nên cần phảI bố trí ổ đỡ chặn. Trong trường hợp vít tảI bố trí thẳng đứng, cánh vít phảI được chế tạo liền trục. Khi vít tảI quay, vật liệu cùng quay; dướI tác dụng của lực ly tâm, vật liệu ép sát vào thành máng, bị vỏ máy hãm chuyển động quay và nhờ cánh xoắn vận chuyển. muốn vật liệu không quay khi đến thành máng thì vận tốc quay phảI lớn. Do đó tốn nhiều năng lượng. 1.2.- Tính toán vít tảI: Các thông số cần cho trước: Năng suất của vít tảI Q: [T/h] Độ dài, độ cao vận chuyển 75
  73. Vật liệu vận chuyển Tốc độ vận chuyển a.- Tính các kích thước hình học: Xuất phát từ công thức tính năng suất của vít tảI: Q = 3600. A. v. ρ π.D 2 Thay A = .ϕ.k 4 β trong đó ϕ là hệ số làm đầy máng, k: hệ số kể đến ánh hưởng góc nghiêng đặt máy. v= s.n/60 trong ó s: bước xoắn của cánh vít. Thay s = ξ.D vớI ξ = 0.8 - 1. 3 Ta được: Q = 15.π.D .ξ.ϕ.ρ.k β .n , từ đó tính đường kính cánh xoắn D, đường kính trục vít, bước vít Giá trị của D được quy tròn theo tiêu chuẩn. b.- Công suất dẫn động: Khi vít tảI làm việc, cần khắc phục các lực cản sau: Lực ma sát giữa vật liệu vớI máng và vớI vít xoắn, Lực ma sát trong các ổ trục Lực ma sát giữa vật liệu vớI nhau. Xác định công suất trên trục vít theo công thức gần đúng: Nvít = QL ( c ±sinβ) /360 [kW] Công suất trên trục động cơ: N đc = N vít / η - Mômen xoắn trên vít tảI: M = 9550.N vít / n [Nm] - Lực dọc trục M P = r.tan(α + ϕ) Trong đó r = (0,35 - 0,4) D bán kính đặt lực. ___ 76