Bài giảng Cơ khí luyện kim-Cán thép - Chương 5: Các cơ cấu phối hợp của máy trục

Nội dung text: Bài giảng Cơ khí luyện kim-Cán thép - Chương 5: Các cơ cấu phối hợp của máy trục

1. CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU PHỐI HỢP CỦA MÁY TRỤC * Trongmáy trục, ngồi cơ cấu nâng tuỳ theo điều kiện làm việc cịn được bố trí một số cơ cấu như cơ cấu di chuyển, cơ cấu quay, cơ cấu thay đổi tầm với. Những cơ cấu này cũng rất phong phú đa dạng, một số cơ cấu đặc trưng như: - Cơ cấu di chuyển trên đường rayray;; - Cơ cấu quayquay Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 1
2. §1 Cơ cấu di chuyển chạy trên đường ray 1. Đường ray a. Đường ray đỡ máy - Là loại đường ray thường đặt trên nền đất đá, trên tường hoặc trên các kết cấu kim loại để cho tồn bộ cơ cấu di chuyển chuyển dịch trên đĩ. Gồm các tiết diện: – Hình chữ nhật (hình a); – Hình vuơng (hình b); – Hình chữ I (hình c, d, e), trong đĩ hình c là loại I thơng dụng; d, e là loại hình chứ I đặc chủng. a, b, c, d, e, f, Hình 5–1 Các loại đường ray phân theo tiết diện Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 2
3. §1 Cơ cấu di chuyển chạy trên đường ray b. Đường ray treo máy - Loại đường ray này thường được bố trí ở khoảng trống trong khơng gian nhờ các trụ hoặc treo mĩc, tồn bộ cơ cấu di chuyển đề được treo phía dưới đường ray. Loại ray này thường cĩ các tiết diện chữ I hoặc chữ T. - Tất cả các loại đường ray dùng trong máy trục đều được tiêu chuẩn hố. Hình 5–2 Đường ray treo máy Hình 5–3 Đường ray đỡ máy Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 3
4. §1 Cơ cấu di chuyển chạy trên đường ray 2. Bánh xe a. Cấu tạo và phân loại + Cấu tạo: - Vật liệu chế tạo bánh xe thường là thép, cĩ khi là gang, chất dẻo, vành bánh xe cĩ thể bọc cao su hoặc vải ép. + Phân loại * Theo kết cấu: - Loại cĩ gờ (hình 5 – 4a, b); - Loại khơng cĩ gờ (hình 5 – 4c). a, b, c, Hình 5.4 – Bánh xe tiếp xúc với đường ray Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 4
5. 2. Bánh xe * Theo hình dạng: - Loại hình trụ (hình 5–5: a, c); - Loại hình cơn (hình 5–5: b, d). * Theo dạng tiếp xúc với đường ray: - Loại tiếp xúc đường (hình 5–5 c); - Loại tiếp xúc điểm (hình 5–5 a, b, d). a, b, c, d, Hình 5-5. Bánh xe tiếp xúc với đường ray Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 5
6. 2. Bánh xe + b. Đặc điểm tính tốn - Các kích thước của bánh xe được kiểm nghiệm theo ứng suất dập xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và ray: * Đối với loại bánh xe tiếp xúc đường với ray P.E - Với bánh xe được kẹp chặt trên trục: σ = 0,418. σ  d b.r d P.E σ = 0,342. σ  - Với bánh xe quay tự do trên trục: d r d b.r(0,5 − f. ) Trong đĩ: b b, r: chiều rộng bề mặt làm việc và bán kiánh bánh xe; [σd]: ứng suất dập cục bộ cho phép của vật liệu bánh xe; P: tải trọng tính tốn bánh xe, (N) P = .Kb.Pmax (N); Pmax: tải trọng lớn nhất cĩ thể xuất hiện trên bánh xe; : hệ số tính tốn đến sự thay đổi của tải trọng; Kb: hệ số tính tốn đến chế độ làm việc của cơ cấu; E: mơ đun đàn hồi tương đương của vật liệu bánh xe và ray. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 6
7. 2. Bánh xe * Đối với bánh xe tiếp xúc điểm với ray: P.E 3 d = m. 2 d  max * Đối với bánh xe bọc vải và cao su: P n  = .6 '  d d.b 80 d Trong đĩ: max: bán kính cong tương đương lớn nhất, xác định trong mặt phẳng tiếp xúc nhiều nhất, lấy giá trị lớn hơn trong hai trị số bán kính tiếp xúc; r m: hệ số phụ thuộc bán kính tương đương: max r d: đường kính vành bánh; min b: chiều rộng làm việc của vành bánh; n: số vịng quay của bánh xe trong một phút. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 7
8. 2. Bánh xe + C. Hiện tượng gặm nhấm đường ray Đĩ là hiện tượng ray bị mịn lỗ chỗ khơng đều do ma sát giữa thành bánh xe và đường ray. Đây là hiện tượng hỏng rất phổ biến của đường ray. Nguyên nhân phát sinh rất phức tạp, nhưng chủ yếu do: – Ray khơng song song; – Bánh xe khơng đồng đều vê tốc độ (khơng đồng tốc); – Kích thước bánh xe khơng bằng nhau. Nĩi chung hiện tượng này rất khĩ khắc phục triệt để, song cĩ thể làm giảm bằng cách chế tạo bánh xe cĩ kết cấu mặt trong của thành bánh lớn hơn chiều rộng ray, hoặc dùng con lăn phụ kẹp lăn mặt trong của đường ray. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 8
9. §1 Cơ cấu di chuyển chạy trên đường ray 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển Lực cản chuyển động bao gồm lực cản tĩnh và lực cản động W = Wt + Wđ a. Lực cản tĩnh Wt + Đối với cơ cấu di chuyển đặt trên hai ray lực cản tĩnh xác định theo hệ thức: Wt = k.W1 ± W2 ± W3 Trong đĩ: W1: lực cản do ma sát lăn và ma sát ổ trục, (N); k1: hệ số kể đến ma sát thành bánh xe với ray, k1 = (1,2–1,3); W2: lực cản do độ dốc của ray, (N); W3: lực cản do giĩ gây ra, (N); W2 và W3 chỉ xuất hiện hoặc máy trục làm việc ngồi trời, lấy dầu + khi ngược chiều chuyển động và ngược lại. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 9
10. 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển * Tính lực cản W1 2( + f.d) W1 = (Q + G x ). Dbx Trong đĩ: Q: trọng lượng vật nâng, (N); Gx: trọng lượng cơ cấu di chuyển (xe lăn hoặc cầu lăn), (N); : hệ số ma sát lăn,  phụ thuộc vào đường kính bánh xe và loại ray,  = 0,3 – 1,4, mm; f: hệ số ma sát trượt trong ổ, phụ thuộc và loại ổ, f = 0,015 – 0,1; d: đường kính ngõng ổ trục lắp ổ (mm); Dbx: đường kính bánh xe (mm). Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 10
11. 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển * Tính lực cản W2 W2 = .(Q + Gx) (N) : hệ số ảnh hưởng độ dốc của đường ray, = 0,001 – 0,002 * Tính lực cản W3 W3 = kk.q(Fx + Fv) (N) Trong đĩ: kk: hệ số cản khí động học, - đối với dàn và các dầm kín kk = 1,4 - đối với buồng lái, đối trọng, dây chằng kk = 1,2 q: áp lực giĩ tính tốn, (N/m2); 2 Fx: diện tích chịu giĩ của cơ cấu di chuyển, (m ); 2 Fv: diện tích chịu giĩ của vật nâng, (m ). Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 11
12. 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển + Đối với cơ cấu di chuyển đặt trên mộtray lực cản tĩnh xác định theo hệ thức: Wt = W1 ± W2 ± W3 + W4 +W5 + W6 (N) Trong đĩ: W1, W2, W3: xem phần trên với chú ý: 1, tính tốn W1 khi  = 0,3 – 0,5mm, f = 0,03 – 0,07; 2, tính tốn W2 với = 0,002; 3, Xem W3 = 0 nếu máy trục phục vụ trong nhà; W4: lực cản do ma sát thành bánh xe vào ray (hình 5–5); W5: lực cản do trượt ngang khi xe bị xiên lệch so với đường ray (hình 5–6), được tính trên đoạn ray thẳng và trên đoạn đường cong phân biệt; W6: lực cản do trượt hình học của bánh xe hình cơn. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 12
13. 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển * Tính lực cản W4 h W = (Q + G ).f 2 . 4 x 1 r Trong đĩ: f1 = 0,17: hệ số ma sát khi bánh xe trượt trên đường ray; h: khoảng cách từ điểm tiếp xúc thành bánh xe với ray đến điểm lăn của bánh xe, h = AM (mm); r: bán kính trung bình của bánh xe, h/r = 0,4 – 0,7. Hình 5-6. Tính lực ma sát thành bánh xe Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 13
14. 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển * Tính lực cản W5 + Trên đoạn ray thẳng:  W t = (Q + G ).f . 5 x 1 B + r Trong đĩ: : tổng khe hở hai bên thành và đường ray,  = K – b (mm); B: khoảng cách trục giữa hai bánh xe (mm); r: bán kính trung bình của bánh xe (mm). Hình 5-7. Xe lăn trên dầm chữ I Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 14
15. 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển + Trên đoạn ray cong với bán kính trung bình R(mm): B W c = (Q + G ).f . 5 x 1 2R * Tính lực cản W6 (r1 − r2 ) W6 = (Q + G x ).f1 . 2.(r1 + r2 ) Trong đĩ: r1, r2: bán kính lớn và bán kính nhỏ của bánh xe hình cơn Trong trường hợp tính tốn sơ bộ cĩ thể dùng trị số trung bình cho lực cản chuyển động trên dầm của thép chữ I bằng 4 – 5% trọng lượng xe lăn và vật nâng. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 15
16. 3. Lực cản chuyển động cơ cấu di chuyển b. Lực cản động (lực cản quán tính) Trong thời kỳ mở máy khởi động, trên cơ cấu xuất hiện lực cản chuyển động do quán tính khối lượng vật nâng (Q + G x ) v Wqt = . g t m Trong đĩ: g: gia tốc trọng trường (m/s2); v: vận tốc di chuyển (m/s); tm: thời gian mở máy (s). Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 16
17. §1 Cơ cấu di chuyển chạy trên đường ray 4. Điều kiện bám Cơ cấu phải được kiểm tra về điều kiện bám để tránh hiện tượng trượt trên đường ray của bánh xe. Pmax ≤ F (N) Để đảm bảo an tồn phải kiểm tra cho trường hợp mở máy khi cơ cấu khơng cĩ vật nâng, và thường tính theo hệ số an tồn bằng hệ thức: G d .f ' k b = 0 1,2 0 d a m Wt − G d .f. + G x . D bx g Trong đĩ: Gd: tổng áp lực lên các bánh xe dẫn khi khơng cĩ vật nâng f': hệ số bám của bánh xe vào ray Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 17
18. 4. Điều kiện bám 0 Wt : tổng lực cản chuyển động xe lăn khơng cĩ vật nâng với Q = 0 và lấy dấu +; Gx, f, Dbx, d, g: như ở mục trên; 0 am :gia tốc di chuyển của cơ cấu khi mở máy khơng cĩ vật nâng với giả thiết vận tốc di chuyển biến đổi đều: 0 v am = 0 60.tm v: vận tốc di chuyển xe lăn hay cầu trục (m/s); 0 tm : thời gian mở máy khi khơng cĩ vật nâng (s); Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 18
19. 4. Điều kiện bám Kiểm tra điều kiện bám nếu khi phanh với thời gian phanh vượt quá những quy định cho phép. Lúc đĩ dùng hệ thức: G .f ' k = d 1,2 b a 0 G . ph − W 0* x g t Trong đĩ: 0 v a = 2 ph 0 : gia tốc phanh khi khơng cĩ vật nâng (m/s ); t ph 0* : lực cản tĩnh chuyển động khi khơng cĩ vật nâng (N); Wt 0 tph : thời gian phanh khi khơng cĩ vật nâng (s). Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 19
20. §1 Cơ cấu di chuyển chạy trên đường ray 5. Quá trình mở máy và phanh a. Mơmen mở máy di chuyển của cơ cấu khi cĩ vật nâng Mm = Mt + Mđ1 + Mđ2 (N.mm) W .D M = t bx - Mơmen tĩnh do lực cản tĩnh gây ra t 2i. trên trục động cơ (G + Q).D2 .n - Mơmen động do quán tính khối M = x bx 1 ð1 2 lượng phần di chuyển 375i .t m . . (G .D2 ).n - Mơmen động do quán tính các chi M =  i i 1 ð2 tiết máy quay 375.t m 2 . (G .D2 ).n Wt .Dbx (G x + Q).Dbx.n1  i i 1 Mm = + 2 + 2i. 375i .t m . 375.t m Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 20
21. 5. Quá trình mở máy và phanh a. Mơmen phanh khi cĩ vật nâng Mph = – Mt* + M*đ1 + M*đ2 (N.mm) 2 β. (G .D2 ).n Wt .Dbx.η (G x + Q).Dbx.n1.η  i i 1 Mph = + 2 + 2i 375i .t m. 375.t m Khi phanh khơng cĩ vật nâng thì phương trình tính tốn vẫn như trên, chỉ khác là Q = 0. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 21
22. § 2 Cơ cấu quay 1. Một số cơ cấu quay điển hình a. Cơ cấu cột và dàn cùng quay (cần trục cột quay) + Cấu tạo: Ở phía đỉnh cột phải bố trí một ổ đỡ chịu lực ngang, ở phía chân cột phải bố trí một ổ đỡ chịu lực ngang và một ổ chặn chịu lực dọc. Ổ đỡ và ổ chặn phía dưới bố trí theo 3 phương án: – Ổ trượt đỡ + ổ trượt chặn (ổ chặn hình vành khăn); – Ổ trượt đỡ + ổ lăn chặn (ổ lăn lịng cầu hai dãy); – Ổ lăn đỡ + ổ lăn chặn (ổ lăn lịng cầu hai dãy). Hình 5.4 – Cơ cấu cột và dàn cùng quay (cần trục cột quay) Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 22
23. a. Cơ cấu cột và dàn cùng quay (cần trục cột quay) Hình 5.5 – Cơ cấu cột và dàn cùng quay (cần trục cột quay) Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 23
24. 1. Một số cơ cấu quay điển hình b. Cột cố định dàn quay + Cấu tạo: - Cột cố định, dàn quay; - Trên gồm 1ổ đỡ và dưới gồm 1ổ đỡ và 1 ổ chặn; - Cĩ một số dạng kết cấu sau: Hình 5.6 – Cơ cấu cột cố định dàn quay Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 24
25. 1. Một số cơ cấu quay điển hình c. Bàn quay (hay mâm quay hoặc vịng quay) + Cấu tạo: - Cĩ một số dạng kết cấu sau: G Gc Hình 5.7 – Cơ cấu bàn quay Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 25
26. c. Bàn quay (hay mâm quay hoặc vịng quay) Hình 5.8 – Cơ cấu bàn quay Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 26
27. § 2 Cơ cấu quay 2. Xác định mơmen cản quay + Đối với trục chính, mơmen tĩnh cản quay được xác định theo hệ thức: M = M1 ± M2 ± M3 (N.m) Trong đĩ: M1: mơmen cản quay do ma sát trong hệ thống tựa quay; M2: mơmen cản quay do độ nghiêng của mặt nền; M3: mơmen cản quay của giĩ; M2 và M3 cĩ dấu + khi ngược chiều quay, dấu (–) khi cùng chiều quay và thường xuất hiện khi cơ cấu làm việc ngồi trời. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 27
28. 2. Xác định mơmen cản quay a. Tính M1 * Với cần trục cột và dàn cùng quay d d M = H .f 1 + H .f 2 + M (N.m) 1 1 1 2 2 2 2 V Trong đĩ: H1, H2: phản lực ngang ổ trên và ổ dưới Q.L + G.a H = H = 1 2 h Hình 5–9 Sơ đồ hệ thống tựa quay của cần trục cột quay Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 28
29. 2. Xác định mơmen cản quay V: phản lực ổ đứng dưới V = Q + G (N) Q, G: trọng lượng vật nâng và trọng lượng tồn bộ cơ cấu quay; f1, f2: hệ số ma sát trong ổ trục tựa trên và dưới; Mv: mơmen ma sát tại ổ dưới do phản lực V gây ra; d1, d2: đường kính lắp ổ trục tựa trên và dưới. d M = V.f . 3 + Với ổ lăn: v 3 2 d3 + Với ổ trượt gĩt bằng: M v = V.f 3. 3 d M = V.f . tb + Với ổ trượt gĩt vành khăn: v 3 2 f3: hệ số ma sát trong ổ chặn; d3: đường kính lắp ổ chặn. Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 29
30. 2. Xác định mơmen cản quay a. Tính M1 * Với cần trục cột và dàn cùng quay d d M = H .f 1 + H .f 2 + M (N.m) 1 1 1 2 2 2 2 V a l2 Q G1 a Hình 5–9 Sơ đồ hệ thống tựa quay của cần trục cột quay Bé m«n c¬ khÝ luyƯn kim – c¸n thÐp 30