Cơ khí chế tạo máy - Phần: Bài tập lớn

BÀI TẬP LỚN Bài 1: Tính toán các cụm chi tiết, chi tiết trong hệ thống tời nâng của cần trục. 1. Mục đích: - Nghiên cứu cấu tạo của bộ tời đảo chiều có dẫn động bằng điện. - Làm quen với các chi tiết máy công dụng chung và cụm lắp ráp phổ biến nhất của các máy nâng. - Nắm vững phương pháp chọn các phần tử chính và các thông số xác định của các máy nâng qua ví dụ về bộ tời nâng (Hình 1). 2. Các thông số ban đầu: Bài tập được thực hiện theo các số liệu cho từng đề riêng theo số thứ tự (xem bảng 1). Hình 1: Sơ đồ động của bộ tời 1- Tang 2, 5 – Khớp nối 3 – Hộp giảm tốc 4 – Phanh 6 – Động cơ điện Bảng 1 Đề số Tải trọng (Q, KN) Tốc độ nâng (Vn, m/ph) Chiều cao nâng (H, m) CĐ% Số sơ đồ theo hình 2 1 15 40 30 10 1 2 20 35 25 10 1 3 25 20 25 10 2 4 30 25 30 10 2 5 50 40 10 10 3 6 15 35 30 15 3 7 20 20 30 15 4 8 25 25 25 15 4 9 30 40 25 15 1 10 50 35 30 15 1 11 15 20 10 15 2 12 20 25 30 25 2 13 25 40 30 25 3 14 30 35 25 25 3 15 50 20 25 25 4 16 15 25 30 25 4 17 20 40 10 25 1 18 25 35 30 40 1 19 30 20 30 40 2 20 50 25 25 40 2 21 15 40 25 40 3 22 20 35 30 40 3 23 25 20 10 40 4 24 30 25 30 10 4 25 50 40 30 10 1 26 15 35 25 10 1 27 20 20 25 15 2 28 25 25 30 15 2 29 30 40 10 15 3 30 50 35 30 15 3 31 15 20 30 15 4 32 20 25 25 15 4 33 25 40 25 25 1 34 30 35 30 25 1 35 50 20 10 25 2 36 15 25 30 25 2 37 20 40 30 25 3 38 25 35 25 25 3 39 30 20 25 40 4 40 50 25 30 40 4 41 15 40 10 40 1 42 20 35 30 40 1 43 25 20 30 40 2 44 30 25 25 40 2 45 50 40 25 10 3 Hình 2: Sơ đồ palăng Bài 2: Người ta vận chuyển cát ẩm mịn bằng một băng tải có sơ đồ như hình 3. Năng suất: 300 t/h. Tính toán: Xác định loại băng (băng phẳng hay lòng máng), bề rộng băng, chiều dày của băng Xác định vận tốc băng tải. Xác định khoảng cách các con lăn. Tính toán lực căng băng, đối trọng. Xác định lực cản theo chu tuyến. Tính công suất động cơ Bảng 2: Đề số L1(m) L2(m) H(m) 1 15 10 1 2 20 10 1 3 25 10 2 4 30 10 2 5 10 10 3 6 15 15 3 7 20 15 4 8 25 15 4 9 30 15 1 10 10 15 1 11 15 15 2 12 20 25 2 13 25 25 3 14 30 25 3 15 10 25 4 16 15 25 4 17 20 25 1 18 25 40 1 19 30 40 2 20 10 40 2 21 15 40 3 22 20 40 3 23 25 40 4 24 30 10 4 25 10 10 1 26 15 10 1 27 20 15 2 28 25 15 2 29 30 15 3 30 10 15 3 31 15 15 4 32 20 15 4 33 25 25 1 34 30 25 1 35 10 25 2 36 15 25 2 37 20 25 3 38 25 25 3 39 30 40 4 40 10 40 4 41 15 40 1 42 20 40 1 43 25 40 2 44 30 40 2 45 10 10 3 HƯỚNG DẪN XÁC ĐỊNH LỰC TRONG CÁP NÂNG S = KW (1) Trong đó: a – Bội suất Palăng (Số nhánh dây nâng vật/số nhánh dây quấn lên tang) _ Hiệu suất chung của Palăng (phụ thuộc vào số Puli, kết cấu của Palăng và hiệu suất của một Puli ) (n – Số Puli trong Palăng) (2) q – Khối lượng của cụm móc treo q = 0,03.Q KN (3) m – Hệ số bội suất (phụ thuộc vào số nhánh dây quấn lên tang) (m = 1, với Palăng đơn ; m = 2, với Palăng kép) Lực đứt lớn nhất cho phép trong cáp: R = S.K KN (4) Với K – Hệ số dự trữ bền của cáp dùng cho các bộ tời dẫn động bằng máy. CĐ% 10 15 25 40 40 K 4,5 5,0 5,5 6,0 9 Chế độ làm việc Rất nhẹ Nhẹ Trung bình Nặng Đặc biệt nặng Theo lực kéo đứt tìm được, ta chọn cáp theo bảng 1. Lực kéo đứt cáp cần phải . Trong tính toán, cần phải đưa vào các đặc tính cơ bản của cáp như: loại cáp, đường kính (mm), giới hạn bền tính toán của các sợi thép của cáp khi chịu kéo (MPa), lực kéo đứt cáp (KN), vẽ ra tiết diện ngang của cáp và sơ đồ bện cáp. Bảng 1 Cáp thép theo (Nga) Đường kính cáp (mm) Khối lượng của 100 mét cáp (m) Giới hạn bền kéo của các sợi thép của cáp (MPa) 1470 1568 1764 1960 Lực kéo đứt cáp (KN) 1 2 3 4 5 6 4,1 4,8 5,1 5,6 6,9 8,3 9,1 9,9 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,5 18,0 19,5 21,0 64,1 84,4 95,5 116,5 176,6 256,0 305,0 358,6 461,6 527,0 596,6 728,0 844,0 1025,0 1220,0 1405,0 1635,0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 76,19 98,85 107,00 130,00 155,00 179,50 208,00 _ _ _ 15,8 24,0 34,8 41,55 48,85 62,85 71,75 81,25 98,95 114,50 139,00 166,00 191,00 222,00 9,75 12,85 14,60 17,80 26,30 38,15 45,45 53,45 68,80 78,55 89,00 108,00 125,55 152,00 181,50 209,00 243,50 10,85 43,90 15,80 19,35 28,70 41,60 49,60 58,35 75,15 85,75 97,00 118,00 137,00 166,00 198,00 228,00 265,50 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TANG VÀ PULI. ĐƯỜNG KÍNH NHỎ NHẤT CHO PHÉP CỦA TANG XẺ RÃNH ĐO THEO ĐÁY RÃNH mm (5) Trong đó: - Đường kính cáp, mm e – Hệ số phụ thuộc vào chế độ làm việc của cơ cấu CĐ% 10 15 25 40 40 e 15 20 25 30 30 Cũng theo công thức này để xác định đường kính của các Puli. CHIỀU DÀI CÁP QUẤN LÊN TANG l = H.a.m (m) (6) Thường thì ở các tời nâng vật, cáp được quấn một lớp lên tang nên trên bề mặt tang người ta xẻ rãnh quấn cáp. Số vòng cáp cần được quấn lên tang: Z = (7) Người ta thêm vào 5 vòng cáp là xuất phát từ điều kiện sao cho khi cụm móc treo đã xuống hoàn toàn thì ở trên tang còn lại không ít hơn 1,5 vòng cáp dự trữ, 3 đến 4 vòng cáp còn lại cần thiết để kẹp chặt cáp. Chiều dài phần xẻ rãnh của tang: L = Z.t mm (8) Trong đó: t – Bước rãnh, phụ thuộc vào đường kính cáp (mm) t = (9) Tỷ số các kích thước của tang cần được thỏa mãn điều kiện: (10) Khi không thỏa mãn điều kiện này, cần phải tuỳ ý tăng trị số và nhận được các giá trị mới của Z và L để thỏa mãn điều kiện trên. CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRUYỀN ĐỘNG Theo sơ đồ mắc cáp đã cho ở trên, xác định tốc độ cáp quấn lên tang: m/ph (11) Số vòng quay cần thiết của tang xác định theo công thức: v/ph (12) Tỷ số truyền tính toán cần thiết của hộp giảm tốc xác định theo công thức: (13) Trong đó: nđc – Số vòng quay của trục động cơ điện Các động cơ điện được sử dụng trong các bộ tời nâng vật có số vòng quay khác nhau, chẳng hạn như: nđc = 1500 ; 1000 và 750 v/ph. Để chọn chính xác hơn tỷ số truyền của hộp giảm tốc tiêu chuẩn, ta xác định 3 giá trị của tỷ số truyền . Theo bảng 2, lựa chọn giá trị của tỷ số truyền gần đúng nhất so với 1 trong 3 giá trị tính toán và kiểu hộp giảm tốc. Bảng 2 Tỷ số truyền của các hộp giảm tốc kiểu PM Tỷ số truyền 48,56 40,17 31,50 23,34 20,49 15,75 12,64 10,35 8,23 Kiểu thực hiện I II III IV V VI VII VIII IX Số răng của các bánh răng Cấp thứ nhất Cấp thứ hai 11 88 14 85 13 86 14 85 14 85 16 83 18 84 16 83 20 79 16 81 22 77 18 81 26 73 18 81 30 69 18 81 36 64 18 81 Công suất của động cơ điện ở chế độ bình ổn xác định theo công thức: Nđc KW (14) Trong đó: - Hiệu suất chung của cơ cấu nâng vật . Theo số vòng quay của trục động cơ điện ở bảng 3, xác định kiểu động cơ điện có công suất Nđc. Bảng 3 Đặc tính của các động cơ điện Kiểu Công suất (KW) ở số vòng quay (v/ph) Kiểu Công suất (KW) ở số vòng quay (v/ph) 1500 1000 750 1500 1000 750 4AA56A 4AA56B 4AA63A 4AA63B 4A71A 4A71B 4A80A 4A80B 4A90A 4A90B 4A100A 4A100B 0,12 0,18 0,25 0,37 0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 - 3,0 4,0 - - 0,18 0,25 0,37 0,55 0,75 1,1 1,5 - 2 2,2 - - - - - 0,25 0,25 0,55 0,75 1,1 - 1,5 4A112M6 4A132 4A132M 4A160 4A160M 4A180 4A180M 4A200M 4A200 4A220M 4A250 4A250M - 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 75,0 90,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 - 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 - 15,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 Theo bảng 4, chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn phù hợp với số vòng quay của trục ra với công suất của động cơ đã chọn và kiểu của hộp giảm tốc. Chọn nhãn hiệu của hộp giảm tốc thực hiện theo trình tự sau: Ở cột đứng phù hợp với kiểu thực hiện của hộp giảm tốc theo bảng 2, chọn giá trị chuẩn của công suất hộp giảm tốc có trị số Nđc .Sau đó kiểm tra xem số vòng quay của động cơ điện nđc có vượt quá giá trị cho phép của số vòng quay của trục hộp giảm tốc đã chọn hay không (cột 2, bảng 4). Khi vượt quá giá trị cho phép, chọn hộp giảm tốc có các đặc tính được đưa ra ở dòng dưới. Đối với hộp giảm tốc này thì số vòng quay của động cơ nđc không vượt quá giá trị cho phép của số vòng quay trục hộp giảm tốc. Bảng 4 Đặc tính kỹ thuật của các hộp giảm tốc bánh răng trụ Nhãn hiệu hộp giảm tốc Số vòng quay tối đa cho phép của trục chủ động (v/ph) KIỂU THỰC HIỆN I II III IV V VI VII VIII IX CÔNG SUẤT TRÊN TRỤC CHỦ ĐỘNG 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 PM-250 600 750 1000 1250 1500 1 1,3 1,6 1,9 2,1 1,2 1,5 2,1 2,3 2,5 1,6 1,9 2,3 2,6 2,7 2,5 2,7 3,1 3,5 3,7 2,2 3,1 3,5 4 4,4 3,1 3,5 4 4,5 4,8 3,7 4 4,8 5,3 5,5 4,2 4,8 5,4 5,7 6,1 4,9 5,4 5,9 6,4 6,7 PM-350 600 750 1000 1250 1500 2,4 3 4 4,9 5,8 2,9 3,6 4,8 5,8 6,8 4,1 5 6,5 7,8 9,3 5,4 6,5 8,3 9,9 11,3 6 7,1 9,2 11,2 12,9 8,1 9,7 12,1 14 15,7 9,7 11,4 14 15,4 18,2 11,3 13,2 15,7 18,1 21 13,3 15,2 18,6 21,5 23,5 PM-400 600 750 1000 1250 1500 3,9 4,5 5 6,4 7 5,0 5,7 7 8 8,6 5,5 6,6 7,9 8,7 9,4 8,1 9,1 10,6 11,8 13 9,3 10,4 11,7 13,5 14,7 10,4 11,5 13,4 15,2 16,4 12,4 13,6 16,2 17,2 18,6 14,1 15,6 18,3 19,8 20,5 16,6 18,3 19,7 21,5 22,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 PM-500 600 750 1000 1250 1500 8,1 10,1 12,7 14,7 16,3 9,7 12 15,7 18,5 20 12,9 15,1 18,1 20,5 20,5 17,6 21 24,5 27,5 32 19,8 24 27,5 31 34,5 24,5 27 31 35 38 29,5 32 37,5 41,5 43,5 33 37 42,0 44,5 47,5 38 42,5 46,0 49,5 52,5 PM-650 600 750 1000 1250 1500 17,9 20,5 25 28,5 32 22,5 26 31,5 35,5 38,5 25,5 29 35,5 39,5 42 36,5 41 48 53,5 60 42 47,5 56 63,5 70 47,5 53 60 68,5 74 57 62 73 80 - 65 73 83 87 - 75 83 90 - - PM-750 600 750 1000 1250 1500 28 34,5 44 51 56 33,5 41 54 64 69 44 52 63 70 75 61 73 85 95 104 68 83 94 108 118 84 93 106 120 130 100 110 130 142 - 112 128 146 - - 131 146 - - - PM-850 600 750 1000 1250 1500 38,5 47,5 63 78 90 46 57 75 91 106 63 77 100 111 119 82 101 129 150 162 94 114 141 171 - 125 151 168 - - 150 174 205 - - 175 205 - - - 210 230 - - - XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ NÂNG VẬT THỰC TẾ Do trị số của tỷ số truyền của hộp giảm tốc không trùng khớp với trị số tỷ số truyền tính toán nên tốc độ nâng vật thực tế sẽ khác với số liệu cho trước. Tiến hành tính toán theo trình tự sau: Xác định số vòng quay thực tế của tang: v/ph (15) Tốc độ chuyển động thực tế của cáp: m/ph (16) Tốc độ nâng vật thực tế: m/ph (17) XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VÀ CHỌN PHANH Mô men lớn nhất phát sinh trên trục phanh của cơ cấu nâng khi phanh vật đang nâng có thể tính theo công thức: M.m (18) Mô men phanh tính toán: MT M. M.m (19) Trong đó: - Hệ số dự trữ Mômen phanh, phụ thuộc vào chế độ làm việc. CĐ% 10 15 25 40 40 1,25 1,5 1,75 2,0 2,5 Theo trị số của Mômen phanh tính toán và theo bảng 5 hoặc 6, chọn loại phanh, lấy ra các thông số của phanh. Bảng 5 Phanh có nam châm điện hành trình ngắn LOẠI PHANH Mômen phanh (N.m) Chiều dài đòn phanh (mm) Chiều rộng má phanh Bk (mm) Đường kính bánh phanh DT (mm) l1 l2 TKT – 100 TKT – 200 / 100 TKT – 200 TKT 300 / 200 TKT - 300 20 40 160 240 500 100 205 205 430 430 70 135 135 190 190 70 90 90 140 140 100 100 200 200 300 Bảng 6 Phanh có cần đẩy điện – thủy lực LOẠI PHANH Mômen phanh (N.m) Chiều dài đòn phanh (mm) Chiều rộng má phanh Bk (mm) Đường kính bánh phanh DT (mm) l1 l2 -200 -300 -400 -500 -600 300 800 1500 2500 5000 205 330 525 665 800 135 190 250 315 380 90 140 180 200 240 200 300 400 500 600 Số liệu này phù hợp với loại phanh trong bảng 5, cụ thể như sau: Phanh có nam châm điện hành trình ngắn LOẠI PHANH Mômen phanh (N.m) Chiều dài đòn phanh (mm) Chiều rộng má phanh Bk (mm) Đường kính bánh phanh DT (mm) l1 l2 TKT – 200 300 205 135 90 200