CÁC CHI TIẾT VÀ THIẾT BỊ MÁY NÂNG
Các đặc tính cơ bản của máy nâng
Trọng tải của máy trục là trọng lƣợng danh nghĩa lớn nhất của tải (vật nâng) mà máy có thể nâng đƣợc theo tính toán thiết kế
Dãy tải trọng (tính bằng Tấn) đƣợc tiêu chuẩn hóa trong dãy tải trọng sau: - - - 0,05 - -
1.1.2 Vùng phục vụ a Chiều cao nâng H
Chiều cao nâng H là khoảng cách từ mặt bằng máy đứng đến tâm thiết bị mang vật ở vị trí cao nhất Đối với các cần trục có tay cần, chiều cao nâng sẽ thay đổi tùy thuộc vào tầm với của cần trục Khẩu độ L cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình nâng hạ.
Khẩu độ L là khoảng cách theo phương nang giữa đường trục của hai đường ray mà trên đó máy di chuyển c Hành trình S
Hành trình là quãng đường cần di chuyển theo phương dọc ray (với cần trục là góc xoay)
Hình 1.1: Sơ đồ cầu trục Hình 1.2: Sơ đồ cần trục
1.1.3 Các vận tốc chuyển động
Vận tốc làm việc của các cơ cấu máy trục phụ thuộc vào tính chất công việc, công dụng của máy và chế độ làm việc Các cầu trục công dụng chung hiện nay có nhiều mức vận tốc khác nhau.
+ Vận tốc nâng không vƣợt quá 25 ÷ 30 m/ph + Vận tốc di chuyển của xe con trên cầu 35 ÷ 50 m/ph + Vận tốc di chuyển của cầu 100 ÷ 120 m/ph
+ Vận tốc quay(đối với cần trục): n q = 0,5 ÷ 3,0 v/ph
1.1.4 Chế độ làm việc Đặc điểm của máy trục là làm việc theo chế độ ngắt đoạn, lặp đi lặp lại, có tính chất chu kỳ Ngoài ra mỗi máy sử dụng với nhiều tải trọng khác nhau, tỷ lệ thời gian sử dụng và cường độ làm việc khác nhau… Do vậy chúng được phân loại theo nhóm chế độ làm việc khác nhau Chế độ làm việc là đặc tính rất quan trọng của máy trục
Thiết kế và tính toán các cơ cấu cùng kết cấu kim loại là yếu tố quan trọng để đảm bảo máy trục hoạt động hiệu quả và an toàn Việc chế tạo và sử dụng máy trục theo đúng chế độ làm việc không chỉ nâng cao tính an toàn mà còn tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.
Mỗi cơ cấu của máy trục có thể hoạt động theo nhiều chế độ khác nhau, và chế độ chung của máy trục được xác định dựa trên cách sử dụng của cơ cấu nâng Việc phân loại chế độ làm việc dựa trên các chỉ tiêu cụ thể là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và tính năng của máy trục.
Các cơ cấu máy trục đƣợc phân thành hai nhóm:
Nhóm 1: dẫn động bằng tay quay có chế độ sử dụng quay tay Nhóm 2: dẫn động bằng động cơ có 4 chế độ: nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng Để phân loại chế độ làm việc dùng các chỉ tiêu sau:
1 Hệ số sử dụng theo trọng tải tb Q
Q tb _ trọng lƣợng trung bình của vật nâng trong 1 ca làm việc
Q _ trọng tải danh nghĩa của máy
2 Hệ số sử dụng trong năm
3 Hệ số sử dụng trong ngày kn
Số ngày làm việc trong năm
Ngoài ra có các chỉ tiêu để đánh giá chế độ sử dụng của động cơ điện
4 Thời gian đóng động cơ
T 0 _ thời gian đóng động cơ trong một chu kỳ hoạt động của máy
T _ thời gian hoạt động của chu kỳ
Trong đó: Σt m _ tổng thời gian mở máy Σt v _ tổng thời gian chuyển động với vận tốc ổn định Σt p _ tổng thời gian phanh Σt d _ tổng thời gian dừng máy
5 Số lần mở máy trong 1 giờ (m)
6 Số chu kỳ trong 1 giờ (a ck )
7 Nhiệt độ môi trường xung quanh (t 0 )
Số liệu chỉ tiêu đặc trƣng chế độ làm việc cho ở bảng 2
Cách phân loại này phức tạp, dựa trên quá nhiều chỉ tiêu và khó phản ánh hết tính đa dạng về sử dụng máy trục
Bảng 2: Các chỉ tiêu đặc trưng chế độ sử dụng
Các chỉ tiêu Chế độ sử dụng
Nhẹ Trung bình Nặng Rất nặng
TĐ % 15 25 40 40-60 m lần/h 60 120 240 360 a ck /h 10-15 20-25 30-35 40 t 0 C 25 25 25 45 b Phân loại cơ cấu theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO)
Căn cứ 2 chỉ tiêu sau đây:
1 Cấp sử dụng: đặc trƣng bằng tổng số giờ sử dụng cơ cấu Trong cả đời máy
Có 10 cấp sử dụng (bảng 3) từ T0 đến T 9 kng
Số giờ làm việc trong ngày
Bảng 3 Cấp sử dụng cơ cấu
Cấp sử dụng Tổng thời gian sử dụng (h) Ghi chú
Sử dụng ít, bất thường
T 4 3200 Sử dụng nhẹ, đều đặn
T 5 6300 Sử dụng gián đoạn, đều đặn
T 6 12500 Sử dụng căng, bất thường
2 Trạng thái tải của cơ cấu: đặc trƣng bằng hệ số gia tải max i i m i t P
P i _ các mức tải trọng, t i _ thời gian chịu tải (bảng 3) ký hiệu từ L 1 đến L 4
Bảng 4: Hệ số gia tải danh nghĩa đối với cơ cấu
Trạng thái tải K m Ghi chú
L 1 – nhẹ 0,125 Cơ cấu ít khi chịu tải tối đa, thong thường chịu tải nhẹ
L 2 – vừa 0,25 Cơ cấu chịu tải tối đa tương đối nhiều, thông thường chịu tải vừa
L 3 – nặng 0,5 Cơ cấu nhiều khi chịu tải tối đa, thông thường chịu tải nặng
L4 có trọng lượng nặng 1,0 và là cơ cấu thường xuyên chịu tải tối đa Nhóm chế độ sử dụng được phân loại dựa trên sự kết hợp của hai chỉ tiêu, dẫn đến việc xác định 8 chế độ làm việc của cơ cấu, được ký hiệu từ M1 đến M8.
Bảng 5: Nhóm chế độ làm việc của cơ cấu
Sự tương ứng gần đúng giữa 2 cách phân loại nhóm chế độ làm việc: M1 – quay tay; M 2 , M 3 – nhẹ; M 4 , M 5 – trung bình; M 6 , M 7 – nặng và M 8 – rất nặng.
Cấu tạo và các bộ phận cơ cấu nâng
1.2.1 Sơ đồ cơ cấu nâng
Cơ cấu nâng của tất cả các loại máy trục hiện có đều cấu tạo theo cùng một sơ đồ nguyên tắc (hình 1.3a)
Theo sơ đồ, cơ cấu nâng bao gồm tang quay hình trụ với dây (cáp hoặc xích) cuốn quanh, vật treo ở đầu dây và một trục có tay quay Lực căng dây T0 tương đương với trọng lượng Q của vật, tạo ra mô men trên trục tang.
Q d) Hình 1.3: Sơ đồ cơ cấu nâng
M v do vật gây ra phải đƣợc cân bằng bởi mô men tay quay M p
M v = M p (chƣa tính đến lực cản trong cơ cấu)
P_ Lực của người đặt trên tay quay, là một trị số có hạn, trong điều kiện làm việc trong thời gian ngắn tối đa P max = 300N
R_ Bán kính tay quay, cũng giới hạn bởi chiều dài cánh tay con người
D 0 _ Đường kính tang, không thể làm nhỏ quá vì dây cuống trên nó có độ cứng nhất định
Xem thế, ta thấy trọng lƣợng Q của vật do hệ thống này nâng đƣợc cũng là trị số có hạn, không lớn lắm
Khi cần nâng những vật rất nặng, việc nối trực tiếp tay quay với trục tang vỡ Mp và Mv là không khả thi Do đó, cần sử dụng một bộ truyền trung gian để tăng Mp lên Mv Tỷ số truyền cần thiết sẽ được thể hiện trong hình 1.3b.
Nếu tính cả mất mát trong bộ truyền, ở trục tang, mất mát do độ cứng của dây thì:
Với η _ hiệu suất chung của cơ cấu
Bộ phận trung gian thường phức tạp và tốn kém, vì vậy cần tìm cách giảm thiểu chi phí Một giải pháp hiệu quả là sử dụng hệ thống ròng rọc, hay còn gọi là Pa lăng, để tối ưu hóa quy trình.
Nếu đƣa vào 1 ròng rọc di động hình 1.3c thì lực căng nhánh dây cuốn lên tang sẽ bằng:
Mô men do vật nâng:
Tức là giảm đi khoảng hai lần, nếu cùng M p thì tỉ số truyền i’ 0 cũng giảm khoảng hai lần
Nếu treo vật trên nhán 4 dây (hình 1.3d), lực căng dây
Do đó M” v và i" 0 sẽ giảm đi khoảng 4 lần
Việc sử dụng quá nhiều ròng rọc sẽ làm cho cơ cấu trở nên phức tạp và cồng kềnh, đồng thời tăng lực cản phụ và làm giảm tuổi thọ của dây Do đó, trong quá trình thiết kế, cần kết hợp hợp lý giữa bộ truyền trung gian và pa lăng để tối ưu hóa hiệu suất.
Cơ cấu nâng cần phải được trang bị bộ phận bảo đảm giữ vật ở trạng thái treo và điều chỉnh vận tốc hạ khi cần thiết, bao gồm các thiết bị phanh hãm.
Nhƣ vậy trong cơ cấu nâng có các bộ phận sau đây:
1 Bộ phận mang tải 5 Bộ truyền trung gian
3 Pa lăng 7 Thiết bị phanh hãm
1.2.2 Những quan hệ tĩnh học và động học
Để tính toán các bộ phận và tiết máy trong cơ cấu nâng, cần xác định trị số của các lực và mô men tác động lên chúng, cũng như các thông số động học như vận tốc và số vòng quay.
Hãy xét một cơ cấu nâng (hình 1.4) có Pa lăng với bội suất là a, hiệu suất η p bộ truyền trung gian có tỷ số truyền là i 0 và hiệu suất là η 0
Hình 1.4: Sơ đồ cơ cấu nâng
Khi động cơ quay theo chiều tương ứng, vật được nâng lên với vận tốc v n Lực căng các nhánh dây nếu bỏ qua ma sát:
Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong nhánh dây cuốn lên tang lúc nâng vật sẽ lớn hơn:
Mô men do vật nâng gây ra trên tang:
Mô men trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III)
Để nâng vật lên, cần phải đặt vào trục III (trục tang) một mô men lớn hơn mô men M v trên tang, nhằm vượt qua lực cản do độ cứng của dây và ma sát ổ trục Do đó, chúng ta phải chia cho η t Tương tự, mô men trên trục II cũng cần được tính toán theo cách này.
Trong đó: i 0 = i 1 i 2 _ tỷ số truyền chung của bộ truyền η 0 = η 1 η 2 _ hiệu suất chung của bộ truyền η = η 0 η 1 η 2 _ hiệu suất chung của cơ cấu
Vậy muốn nâng đƣợc vật lên động cơ phải phát ra một mô men M p bằng mô men trên trục I:
Vận tốc: giả thiết trong thời gian t phút vật đƣợc nâng lên chiều cao h (m), ta sẽ có vận tốc nâng là: n v h
Trong thời gian đó, chúng ta cần cuốn lên tang một đoạn dây dài hơn gấp a lần (a là bội suất của Pa lăng) Do vậy, vận tốc cuốn dây lên tang sẽ được xác định dựa trên thông số này.
Số vòng quay của tang:
D 0 _ đường kính tang, đo bằng m
Số vòng quay của trục trung gian:
n đc _ số vòng quay của động cơ
Tỷ số truyền cần thiết của bộ truyền trung gian:
Thời gian hạ vật là giai đoạn mà vật thực hiện công dương, trong đó năng lượng được chuyển từ điểm treo đến trục dẫn động Công của vật hạ sẽ vượt qua các lực cản của cơ cấu, trong khi mô men trên các trục vẫn giữ hướng như khi nâng, nhưng có trị số nhỏ hơn.
Công suất động cơ: công suất cần thiết để nâng vật nặng Q(N) lên với vận tốc v n (m/ph) nếu không kể lực cản:
Nếu kể cả lực cản, động cơ cần có công suất:
Bộ phận mang tải
Bộ phận mang tải là thiết bị quan trọng dùng để treo vật vận chuyển trên dây của hệ thống nâng Tùy thuộc vào loại vật cần vận chuyển, có thể sử dụng các bộ phận mang khác nhau như móc, vòng treo, kìm, cặp chuyên dụng, gầu, thùng, hoặc nam châm điện.
Sơ đồ quan hệ giữa dây và thiết bị treo Yêu cầu chung:
- Phải mắc đƣợc vật nâng trong bất kỳ điều kiện nào, an toàn khi làm việc
Để tối ưu hóa khả năng sử dụng tải trọng của máy nâng, thiết bị mắc vật cần có trọng lượng bản thân nhỏ và có khả năng treo được số lượng vật tương ứng.
- Có khả năng cơ khí hoá quá trình mắc và đỡ vật để làm giảm thời gian và sức lao động cho khâu công việc đó
- Có cấu tạo đơn giản, chi phí kim loại ít, giá thành không cao
Nhóm 1: Thiết bị mắc vật thông dụng
Thiết bị treo là những công cụ quan trọng dùng để nâng đỡ và treo các vật khác nhau, bao gồm các loại như móc câu, vòng treo, dây móc và lưới treo hàng Chúng có khả năng mắc và hỗ trợ các vật nâng phổ biến, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Nhóm 2: Thiết bị mắc vật đặc biệt
Các thiết bị chuyên dụng để mắc các vật nâng có những đặc điểm riêng biệt về hình dáng, kích thước và tính chất Những thiết bị này bao gồm túi lưới, gầu ngoạm, thùng, các loại kìm mắc vật, gầu xúc và bộ điện từ.
Móc cẩu là thiết bị quan trọng trong việc nâng hạ vật liệu, được chia thành hai loại chính: móc đơn cho tải trọng dưới 20 tấn và móc kép cho tải trọng từ 5 đến 75 tấn, thường được sử dụng để treo các vật dài Ngoài ra, còn có các loại móc đuôi ren (đuôi dài, đuôi ngắn) và móc đuôi vòng dành cho tải trọng nhỏ hơn.
Móc cẩu thường được sản xuất từ thép ít cacbon như CT4, CT5 và C20, với phương pháp rèn hoặc dập Đối với tải trọng lớn, móc tấm được sử dụng, được chế tạo bằng cách cắt thép tấm thành hình móc và ghép lại bằng bulon hoặc đinh tán Mặc dù loại móc này dễ chế tạo, nhưng nó có trọng lượng nặng do tiết diện hình chữ nhật và cần được bù bền tại lỗ đinh.
Các móc treo đã tiêu chuẩn hoá, việc tính chọn móc sẽ đơn giản, căn cứ vào tải trọng mà chọn móc có kích thước phù hợp
Hình 1.5: Các loại móc cẩu a Tính toán móc đơn
Móc nâng được tiêu chuẩn hóa, với việc lựa chọn móc dựa trên tải trọng Sau đó, cần kiểm tra đuôi móc để đảm bảo khả năng chịu kéo và ứng suất uốn tại các tiết diện nguy hiểm.
Khi thực hiện tính toán gần đúng, cần coi móc như một dầm thẳng mà không xem xét độ cong của nó Để bù đắp cho độ cong này, ứng suất cho phép phải được hạ thấp Sau khi xác định các kích thước chính, tiến hành tính toán chính xác hơn và xem xét đến độ cong của móc.
Khi tính toán móc, bước đầu tiên là xác định hình dạng tiết diện móc sao cho phù hợp với điều kiện chịu tải trọng thực tế Tiếp theo, cần xem xét mối quan hệ giữa các kích thước của tiết diện.
Bước 1: Xác định hình dạng tiết diện móc
Không xét đến độ cong móc:
Tại tiết diện 1-2 (mặt cắt A-A) hình 1.6 Ta có:
Hình 1.6: Tính toán móc đơn
Và ứng suất lớn nhất sẽ phát sinh ở lớp ngoài cùng:
Bước 2: Tìm quan hệ các cạnh của tiết diện: Để ứng suất ζ
2 thì tiết diện phải không đối xứng Nếu chọn tiết diện hình thang:
Các giá trị trong quan hệ hình học của hình thang có chiều cao h, đáy lớn B, đáy nhỏ b là:
Với móc câu tiêu chuẩn thì: h = a
Lúc này, quan hệ tỷ lệ giữa các cạnh hình thang là: B = 3b Nhƣ vậy:
Khi tính chính xác móc có kể đến độ cong móc, ứng suất ở phần cong có thể xác định theo công thức:
- r là bán kính cong trục trung hòa của móc ở tiết diện đang xét Đối với các móc tiêu chuẩn r = Ro = a/2 + c
Khoảng cách y được xác định từ lớp vật liệu của tiết diện đến trục trung hòa Tọa độ y sẽ dương cho các lớp nằm ngoài trục cong trung hòa và trọng tâm tiết diện, trong khi đó, các lớp nằm giữa sẽ có tọa độ y âm.
Phương trình gần đúng để tính ứng suất ở tiết diện 1-2 của các móc tiêu chuẩn có xét đến độ cong của chúng nhƣ sau:
Những ứng suất lớn nhất ở các điểm ngoài cùng của tiết diện khi : ymax1 = – c
Khi tính toán ứng suất tại điểm 1, nếu xem xét độ cong của móc, giá trị này sẽ tăng hơn 40% so với khi không tính đến độ cong Điều này cho thấy, ngay cả khi tiết diện là hình thang và có mối quan hệ B = 3b, ứng suất tại điểm 1 và điểm 2 vẫn không bằng nhau.
Kích thước miệng móc a = h có thể tính gần đúng theo Q tính bằng tấn:
Tóm lại: Kiểm tra móc đơn tại các tiết diện sau:
Tại tiết diện 1-2 kiểm tra theo công thức:
Khi tính móc không kể đến độ cong thì [ζ] k = (100 ÷ 110)N/mm 2 (Thép C20) Tiết diện đuôi móc kiểm tra theo kéo khi có ren:
Nếu đuôi móc làm vòng thì xét tại tiết diện nhỏ nhất Xét khả năng xuất hiện thêm ứng suất uốn khi vật bị lắc ta nhận [ζ] k = (50 ÷ 60)N/mm 2 (Thép C20)
Chiều cao của đai ốc gắn vào đuôi móc H được xác định dựa trên ứng suất dập hoặc áp lực riêng cho phép trên ren Để đảm bảo an toàn và hiệu quả, giá trị H phải lớn hơn 0,8 lần đường kính trung bình của ren.
Tại tiết diện 3-4 khi treo vật trên một dây kiểm tra theo cắt:
Khi treo vật trên hai nhánh dây nghiêng một góc γ so với đường thẳng đứng, đặc biệt là với γ = 45 độ, nguy hiểm gia tăng đáng kể Trong trường hợp này, trọng lực của vật sẽ được truyền vào móc thông qua hai lực, mỗi lực có độ lớn bằng nhau.
1 thành hai thành phần nằm ngang Q
2 đến tiết diện 3-4 giống nhƣ tác dụng của Q ở tiết diện 1-2
Vì vậy ứng suất ở các điểm 3 và 4 khi tính gần đúng không xét đến độ cong móc có thể xác định:
Khi xét đến độ cong móc, ứng suất ở điểm bất kỳ của tiết diện 3-4 có thể xác định theo công thức (1.2)
Khi bán kính độ cong r = a/2 + c
3, a = h và những giới hạn khác nhƣ trên đối với tiết diện móc tiêu chuẩn, ta có: Ứng suất lớn nhất ở điểm 3 khi y max1 = – (5/12).h đƣợc xác định theo công thức:
3 gây ra ứng suất cắt:
Cuối cùng ứng suất quy đổi ở điểm 3:
Tính toán móc câu đôi cũng theo các công thức móc câu đơn Các tiết diện nguy hiểm cần kiểm tra là : 1-2 ; 3-4 ; 5-6
Hình 1.7: Móc kép khi chịu tải đều Hình 1.8: Móc kép khi chịu tải không đều
Trị số tính toán trên mỗi ngạnh là:
Xét đến khả năng treo lệch dây tải trọng không đều ta có thể nhận lực tính toán là: Để tính tiết diện 1-2, ta phân lực Q
2 gây ra uốn và kéo
3 gây ra cắt Còn để tính tiết diện 3-4, ta phân lực Q
4 gây ra uốn và kéo
Nguy hiểm nhất là khi chỉ treo vật trên một ngạnh, lực Q
2 chia thành hai thành phần Q
7 Các lực này gây nên ứng suất kéo và cắt cho tiết diện 5-6
Ngoài ra tại tiết diện 5-6 còn chịu ứng suất uốn: Ứng suất tổng tại tiết diện này là: c Vòng treo
Vòng treo là thiết bị chuyên dụng để treo vật nặng trên 100 tấn, được chế tạo từ thép CT3 qua phương pháp rèn dập So với móc có cùng tải trọng, vòng treo nhẹ hơn nhưng không tiện lợi bằng vì cần phải luồn dây vào vòng.
Có hai loại vòng treo chính: vòng treo liền và vòng treo chắp Vòng treo liền là hệ thống tĩnh không xác định, có khả năng chịu tải trọng lên đến 200 tấn Khi tải trọng vượt quá mức này, cần xem xét các giải pháp thay thế phù hợp.
500 tấn) thì dùng vòng treo chắp
Hình 1.9: Vòng treo liền và vòng treo chắp
Các thanh bên đƣợc tính theo kéo với lực kéo:
Thanh ngang chịu nén do lực:
Và chịu uốn do mômen
20 Ở tiết diện giữa thanh ngang:
Chốt giữa các thanh đƣợc tính theo cắt: Ứng suất lớn nhất ở tiết diện giữa thanh ngang của dầm khi có kể đến độ cong:
Dây trong cơ cấu nâng
Dây được định nghĩa là những phần tử có tiết diện mặt cắt ngang nhỏ so với chiều dài, trong khi "mềm" ám chỉ khả năng uốn dẻo theo nhiều hướng, không chỉ đơn thuần là độ cứng hay mềm như trong vật liệu học (được đo bằng đơn vị HB) Dây mềm là những phần tử không chỉ có tính linh hoạt mà còn có độ cứng nhất định.
Máy nâng dây mềm được sử dụng để liên kết vật nâng với cơ cấu nâng hạ, kết nối các vật thể với nhau và thực hiện chức năng chằng buộc Phân loại máy nâng dây mềm rất quan trọng để hiểu rõ ứng dụng và tính năng của từng loại trong các công việc nâng hạ.
Cáp tổng hợp là nguồn nguyên liệu dồi dào, nổi bật với độ bền kéo cao và khả năng chống chịu tốt trước tác động của môi trường Chúng có khả năng co dãn tốt và không cần phải chống ẩm, tuy nhiên, giá thành của cáp tổng hợp thường cao và có xu hướng hao mòn theo thời gian.
- Cáp thép: Độ bền kéo lớn, chịu ma sát, trọng lượng riêng tương đối nhỏ, dễ bị ăn mòn
- Cáp thực vật: Mềm, nhẹ, dai, độ bền kéo nhỏ, nhƣng chịu cọ xát kém, hút ẩm cao, nở to khi ngâm nước, lâu khô
- Xích hàn: Trọng lƣợng riêng lớn nhạy cảm với các va chạm
- Xích bản lề: Thường dùng trong truyền động
Trong máy nâng thường sử dụng cáp thép và xích hàn làm phần tử kéo và buộc vật
Sơ đồ phân loại dây
1.4.1 Cáp thép bện a Cấu tạo
Cáp thép được tạo thành từ các sợi dây thép có độ bền kéo lên đến 1800N/mm² và đường kính từ 0,2 đến 1 mm Quá trình chế tạo cáp thép bao gồm việc bện các sợi dây thép con thành các "tao", sau đó bện các "tao" này lại với nhau để tạo thành cáp Ngoài ra, trong cáp thép còn có một lõi làm bằng xơ sợi tổng hợp hoặc thực vật được tẩm dầu bôi trơn nhằm làm mềm cáp.
Hình 1.17: Cấu tạo cáp thép
1 Sợi thép con ; 2, Tao ; 3 Lõi cáp ; Cáp Thép
Số lượng sợi thép con và số lượng tao cũng ảnh hưởng đến đặc điểm của cáp thép:
• Nếu cáp có nhiều sợi thép con thì:
- Cáp sẽ mềm (nhƣng độ bền lâu tăng không đáng kể vì các sợi mặt ngoài có ứng suất tiếp lớn)
- Chống mòn kém, dễ bị phá huỷ khi va chạm
- Chi phí thời gian chế tạo lớn, giá thành cao
• Nếu cáp có nhiều “tao” thì:
- Bề mặt cáp bằng phẳng
- Khả năng chịu nén kém b Phân loại
• Theo phương pháp chế tạo: Có cáp tiếp xúc điểm, đường và cáp tiếp xúc hỗn hợp
Hình 1.18: Hình vẽ minh hoạ Cáp tiếp xúc điểm và tiếp xúc đường a, Cáp tiếp xúc điểm ; b, Cáp tiếp xúc đường
Hình 1.19 mô tả các loại cáp tiếp xúc đường với các đặc điểm khác nhau: a Cáp có đường kính các sợi giống nhau; b Đường kính sợi giống nhau ở từng lớp; c Đường kính sợi khác nhau ở lớp ngoài; d Cáp có lớp sợi thép con làm nền giữa các lớp; e Đường kính sợi lớp ngoài khác với lớp trong; f Chỉ có sợi lớp ngoài cùng là khác nhau.
• Theo dạng xoắn: Có cáp thường và cáp không tở
Cáp thường là loại cáp mà các sợi và các cháu không bị biến dạng, trong khi cáp không tở là loại cáp có sự biến dạng của sợi và cháu Cáp không tở có những đặc điểm riêng biệt, giúp phân biệt với cáp thường.
- Độ bền mòn lớn hơn cáp thường
- Lực căng đƣợc phân bố đều đặn
- Có khả năng chống uốn tốt hơn, cứng
- Giảm đƣợc sự mài mòn tang và ròng rọc
• Theo hướng xoắn: Có cáp S và cáp Z
- Cáp xoắn phải còn gọi là cáp Z
- Cáp xoắn trái: Còn gọi là cáp S
Chú ý: Độ bền và tuổi thọ của cáp chịu ảnh hưởng của mối quan hệ giữa hướng xoắn cáp với chiều quay tang cuốn cáp
Hình 1.21: Hướng xoắn cáp và chiều quay tang
• Theo cách bện: Có cáp bện ngƣợc chiều và cáp bện cùng chiều
- Cáp bện ngược chiều là loại cáp mà hướng xoắn của sợi trong tao và của tao trong cáp là trái chiều nhau
Cáp bện cùng chiều là loại cáp mà hướng xoắn của sợi trong tao và của tao trong cáp là cùng chiều nhau So với cáp bện ngược chiều, cáp bện cùng chiều có những đặc điểm riêng biệt, tạo nên sự khác biệt trong cấu trúc và ứng dụng của chúng.
- Các sợi thép con luôn luôn bị căng, độ mòn tăng và độ bền lâu giảm
- Khi không mang tải không bị mở đường xoắn
- Bề mặt bằng phẳng và diện tích tiết diện đầy hơn
- Mềm dễ uốn và bền hơn
- Bị mài mòn ít hơn do chỗ bề mặt tiếp xúc tăng
- Dễ bị mở đường xoắn khi không mang tải c Chế độ, điều kiện làm việc và phương pháp tính toán cáp
- Điều kiện làm việc: Chịu ăn mòn, ma sát và mài mòn
Chế độ làm việc của vật liệu bao gồm các tác động kéo, uốn, nén và xoắn dưới ảnh hưởng của lực căng và tốc độ quay Độ lớn của các ứng suất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
- Độ lớn tải trọng tác dụng,
- Kết cấu và đường kính cáp,
- Độ lớn ma sát giữa các sợi và các cháu,
- Kích thước và kết cấu của tang hay ròng rọc
- Mối quan hệ giữa hướng xoắn của cáp và chiều quay của tang
Trạng thái ứng suất trong cáp rất phức tạp và khó xác định mối quan hệ chính xác Do đó, việc tính toán cáp thường chỉ có thể thực hiện một cách gần đúng thông qua ba phương pháp tính toán khác nhau.
• Phương pháp tính toán theo độ bền mỏi:
Dưới tác động của các ứng lực kết hợp và quá trình uốn cong, duỗi thẳng liên tục trong khi làm việc, cáp sẽ bị mỏi và cuối cùng dẫn đến sự phá huỷ.
Do đó, người ta đưa về việc xác định giới hạn số lần uốn cáp
Giá trị giới hạn số lần uốn cáp phụ thuộc vào lực căng và tỷ số giữa đường kính tang (hay ròng rọc) và đường kính cáp, được biểu thị bằng công thức D0 = C.d c Theo nghiên cứu của S.S Torban, tỷ số này có vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng uốn cong của cáp.
C sẽ nhỏ hơn 10 đối với cáp thực vật và C ÷ 20 đối với cáp thép
D.C Dutscop đã tiến hành thí nghiệm và cho thấy với cùng một giá trị tải trọng, nếu C = 6,8 thì cáp chịu đƣợc khoảng 10.10 3 lần uốn sẽ đứt, khi C = 8,6 thì giới hạn số lần uốn là 45.10 3 , khi C = 10,8 thì giới hạn số lần uốn là 100.10 3 , khi C = 12,9 thì giới hạn số lần uốn là 180.10 3 và khi C = 20,4 thì sau 600.10 3 lần uốn cáp sẽ bị phá huỷ
Nhƣ vậy nếu tăng C từ 6,8 lên 20,4, nghĩa là tăng 3 lần thì sẽ tăng giới hạn số lần uốn lên 60 lần với cùng một giá trị tải trọng
Số lần uốn giới hạn của cáp khó có thể xác định chính xác do ảnh hưởng của nhiều yếu tố không rõ ràng Do đó, việc lựa chọn cáp chủ yếu dựa vào các biểu đồ thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa lực căng và giới hạn số lần uốn U gh.
• Phương pháp tính toán theo độ bền kéo và uốn:
Trong thực tế, việc tính toán đồng thời tất cả các loại ứng suất như kéo, uốn, nén và xoắn là không khả thi Do đó, chỉ có thể tính toán cáp dựa trên ứng suất uốn và kéo, trong khi các ứng suất xoắn và nén sẽ được bổ sung bằng một hệ số dự trữ dựa trên kinh nghiệm thực tế.
Khi cáp chịu lực căng S được uốn quanh ròng rọc có đường kính D, cáp thép bao gồm z sợi dây thép con, mỗi sợi có đường kính d s Để tính toán và lựa chọn cáp thép phù hợp, bạn có thể tham khảo công thức sau.
• Phương pháp tính toán theo độ bền đứt:
Bộ phận cuốn và hướng dẫn dây
Ròng rọc, Palăng và Tang là những thành phần thiết yếu trong các máy nâng, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc cơ bản của hệ thống nâng Sự kết hợp của những thiết bị này giúp nâng cao hiệu suất và khả năng hoạt động của máy nâng.
Trong các loại máy tời và máy nâng, tang là bộ phận quan trọng giúp chuyển đổi chuyển động quay của trục tải thành chuyển động tịnh tiến của các phần tử mềm, đồng thời thực hiện chức năng kéo hoặc thu chứa cáp.
Tang xẻ rãnh (hình 1.31) c Các thông số cơ bản của tang
- Đường kính trống tang: D 0 = (18 ÷ 20)d c (mm)
L t = Z.t Với : t - Bước tang, thường chọn t = 1,1.dc với tang xẻ rãnh và t = d c với tang trơn
Z = Z 3 + Z 2 +Z 1 - Số vòng cuốn cáp trên tang
Z 3 - số vòng cáp cố định cáp
Z 1 - số vòng làm việc của tang
Z 2 = Z 3 = 1,5 ÷ 2 vòng Khi cuốn n lớp cáp trên tang có thể lấy :
- Bề dày tang: δ Đƣợc xác định khi tính bền trống tang Với tang đúc có thể xác định sơ bộ theo: δ = 0,02D + (6 ÷ 10) mm; hoặc δ = 1,2dc
• Tính toán bền tang thu chứa cáp
Trống tang luôn phải chịu ứng suất phức tạp bao gồm nén, uốn và xoắn Đối với các trống có chiều dài nhỏ hơn 3 lần đường kính, ứng suất uốn và xoắn không vượt quá 15% so với ứng suất nén Vì vậy, việc tính toán độ bền của trống tang chủ yếu dựa vào ứng suất nén để xác định bề dày δ của trống.
Hình 1.32: Sơ đồ tính bền tang
Dây cáp được quấn đều trên trống tang, tạo ra sức căng liên tục, khiến trống tang hoạt động như một ống chịu áp lực bên ngoài với bề dày δ Việc tính toán độ bền của trống tang được thực hiện theo phương pháp Lame Để xác định giá trị ứng suất nén, cần lấy các thông số đầu vào như d c, t, S, D c để tính toán áp lực tác dụng lên bề mặt trống tang p.
Hình 1.33: Sơ đồ tính bề dày trống tang
Tách một phân tố bề mặt tang dF với độ dày δ, chiều rộng bằng bước xếp đặt cáp t trên tang, và chiều dài tương ứng với góc dϕ Đường kính trong của trống tang được ký hiệu là D t.
(Hình 1.33) Do lực căng cáp cho nên trên bề mặt tang xuất hiện áp lực p Lực tác dụng lên phân tố diện tích dF sẽ là: dP = p.dF
Hệ thống đạt trạng thái cân bằng khi tổng hình chiếu của tất cả các lực phân tố trên bề mặt bằng với lực căng 2S.
- Áp lực tác dụng lên mặt ngoài của trống tang là p
- Áp lực tác dụng lên mặt trong của trống tang là p 0
- Đường kính ngoài của trống tang là D 0
Đường kính trong của trống tang được ký hiệu là D t Theo ứng dụng của bài toán Lame, ứng suất tối đa xuất hiện trên bề mặt phía trong của trống tang là max, trong khi ứng suất trên bề mặt phía ngoài của trống tang cũng được xác định.
Vì trống tang chỉ chịu lực mặt ngoài, nên p 0 = 0 ; D t = D 0 - 2ω
Nhƣ vậy ứng suất nén cực đại xuất hiện trên bề mặt trống tang sẽ là:
Vì δ rất nhỏ so với D
S max - Lực căng lớn nhất trên dây cáp; t = d c + a - Bước quấn cáp trên tang
Ứng suất nén cho phép được xác định với hệ số an toàn n, trong đó n = 1,4 ÷ 1,5 cho tang thép và n = 4 ÷ 4,25 cho tang gang Đối với các tang có chiều dài lớn hơn 3 lần đường kính trống, cần tính đến ứng suất uốn và xoắn do mô men tạo ra từ lực căng của dây cáp.
Với tang đơn mô men uốn lớn nhất khi dây cáp ở vị trí giữa tang và có mang tải (Hình 1.34)
Hình 1.34: Tang đơn Ứng suất uốn và xoắn trong tang sẽ là:
Mô men chống uốn (W u) và chống xoắn (W x) của mặt cắt tang được xác định dựa trên đường kính trong (D tr) và đường kính ngoài (D ng) đã biết Ứng suất pháp do mô men uốn và xoắn gây ra có thể được tính toán theo công thức cụ thể.
39 Ứng suất tương đương được kiểm tra như sau: ζtd = ζ
Đối với vật liệu dẻo có hệ số α = 1, việc gắn cáp lên tang là cần thiết, đặc biệt với tang thành cao, khi toàn bộ chiều dài cáp được chứa trên tang Để đảm bảo một đầu dây cáp được cố định, cần tạo ra lực ma sát đủ lớn giữa cáp và tang Yêu cầu cơ bản cho mối gắn cáp là phải tin cậy, đơn giản và dễ gia công cũng như tháo lắp.
• Các phương pháp gắn cáp lên tang:
- Gắn cáp bằng Bulông - Thanh đè (hình 1.35)
- Gắn cáp bằng vít và tấm đệm (hình 1.36)
- Gắn cáp bằng Nêm (hình 1.37)
Hình 1.35: Gắn cáp bằng Bulông - Thanh đè
Hình 1.36: Gắn cáp bằng vít và tấm đệm Hình 1.37: Gắn cáp bằng Nêm
Gắn cáp bằng Bulông - Thanh đè là phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn cả và đã đƣợc tiêu chuẩn hóa.
1.5.2 Ròng rọc và đĩa xích a Khái niệm
Những chi tiết dạng đĩa quay dùng để truyền lực (hoặc đổi hướng chuyển động) của phần tử mềm gọi là puly (Ròng rọc)
- Ròng rọc dùng cho cáp thép, cáp tổng hợp và ròng rọc dùng cho xích hàn:
Hình 1.38: Ròng rọc dùng cho cáp thép h = (2 ÷ 2,5)d c ; r = (0,53 ÷ 0,6)d c
Hình 1.39: Ròng rọc dùng cho xích hàn a,b Xích đơn ; c,d Xích đôi
Khi làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình, ròng rọc thường được chế tạo từ gang xám, trong khi ở chế độ nặng, vật liệu chính là thép đúc Đối với ròng rọc có đường kính lớn hơn 600mm, phương pháp hàn được áp dụng để sản xuất Vật liệu bề mặt rảnh đóng vai trò quan trọng trong việc chống mòn cho phần tử mềm, và việc phủ nhôm sẽ mang lại hiệu quả tốt cho các loại ròng rọc.
- Ròng rọc dùng trên tàu cá; Ròng rọc dùng cho máy nâng
Hình 1.40: Ròng rọc dùng trên tàu cá Hình 1.41: Ròng rọc dùng trên máy nâng
- Ròng rọc dùng ổ lăn; Ròng rọc dùng ổ trƣợt:
- Ròng rọc có trục cố định; Ròng rọc có trục quay
- Ròng rọc cố định; Ròng rọc di động
Hình 1.42: Ròng rọc cố định và
Hình 1.43: Ròng rọc dùng ổ lăn và Ròng rọc dùng ổ trượt c Các thông số cơ bản của ròng rọc
- Đường kính đĩa ròng rọc D:
- Đường kính trục ròng rọc d được tính theo uốn:
- Chiều dài bạc trục lp đƣợc tính theo áp lực riêng cho phép:
Trong đó: d c , d x - Đường kính cáp, xích
P - Tải trọng đặt lên trục ròng rọc (N) l - Khoảng cách giữa các điểm ổ tựa trên trục ròng rọc
[ζ u ] - ứng suất uốn cho phép (MN/m 2 ) q - áp lực riêng cho phép trên bề mặt bạc lót (MN/m 2 )
S 1 , S 2 : Lực căng trên nhánh vào và nhánh ra d Xác định hiệu suất ròng rọc
Hiệu suất ròng rọc η đo lường mức độ tổn thất năng lượng trong quá trình truyền lực hoặc thay đổi hướng của dây mềm Công thức tính toán hiệu suất này giúp xác định hiệu quả hoạt động của ròng rọc trong các ứng dụng thực tiễn.
Ròng rọc cố định chỉ có thể quay khi lực kéo trên nhánh ra lớn hơn lực căng trên nhánh vào, vượt qua lực cản ma sát trong ổ đỡ và lực cản do độ cứng của cáp hoặc xích khi đi qua ròng rọc.
Hình 1.44: Sơ đồ tính toán lực cản
W - Lực cản do độ cứng của phần tử mềm gây ra
F ms - Lực cản do ma sát gây ra trong ổ đỡ trục e Xác định W Độ cứng của cáp phụ thuộc vào đường kính, kết cấu, số sợi trong “tao”, số
Trong cáp, "tao" đóng vai trò quan trọng liên quan đến loại lõi và cấu trúc của nó, cùng với tính chất cơ học của sợi và lực ma sát giữa các sợi và "tao" Độ cứng của xích chủ yếu phụ thuộc vào lực cản ma sát trong bản lề và lực ma sát giữa các mắt của xích hàn.
Dây cáp có độ cứng nhất định, do đó khi đi qua ròng rọc, nó sẽ bị uốn cong và không thể duỗi thẳng ngay lập tức Để uốn cong và duỗi thẳng cáp, cần một lực phụ W, chính là lực cản trở chuyển động của ròng rọc.
Lực W được xác định từ mômen lực đối với trục ròng rọc, không tính đến ảnh hưởng của lực ma sát đối với ổ đỡ của ròng rọc
Thiết bị hãm
a Công dụng và yêu cầu chung của thiết bị dừng và phanh
Tất cả máy nâng cần được trang bị thiết bị dừng và phanh để đảm bảo an toàn Thiết bị này giúp giữ vật ở trạng thái treo và cho phép điều chỉnh tốc độ nâng hạ một cách chủ động.
Yêu cầu chung của thiết bị dừng và phanh là:
- Phải giữ đƣợc vật treo ở đúng vị trí mong muốn
- Phải thay đổi đƣợc tốc độ nâng hạ vật trong phạm vi cho phép
- Thiết bị dừng làm việc tuyệt đối an toàn và tin cậy
- Phải có kích thước, vị trí lắp đặt phù hợp với mục đích sử dụng
- Dễ kiểm tra, điều chỉnh, bảo quản và sửa chữa b Phân loại
Về tính năng sử dụng có thể phân làm hai nhóm chính: nhóm thiết bị dừng và nhóm thiết bị phanh
Về mặt kết cấu có thể phân loại:
Nhóm thiết bị dừng bao gồm ba loại chính: thiết bị dừng kiểu bánh răng (Cóc răng), thiết bị dừng kiểu ma sát (Cóc ma sát) và thiết bị dừng kiểu con lăn (Cóc con lăn) Mỗi loại thiết bị này có cơ cấu hoạt động riêng, giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Nhóm thiết bị phanh bao gồm nhiều loại như phanh má, phanh băng (đai), phanh đĩa, phanh nón, phanh lò xo - điện từ, phanh lò xo - thủy lực, phanh thủy lực, phanh tự động giữ vật treo, phanh không tự động, phanh thường đóng và phanh thường mở Mỗi loại phanh có chức năng và ứng dụng riêng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của các phương tiện.
Thiết bị dừng kiểu bánh răng còn gọi là thiết bị dừng bánh răng cóc – chốt cóc
Cơ cấu này là loại thường sử dụng vì có cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn
Hình 1.47: Bánh cóc ăn khớp ngoài
Bánh cóc có hai loại chính: bánh cóc ăn khớp trong và bánh cóc ăn khớp ngoài, trong đó bánh cóc ăn khớp ngoài được sử dụng phổ biến hơn.
Bánh răng cóc 2 được lắp trên trục của cơ cấu và quay cùng với nó, trong khi chốt cóc 1 có trục quay 4 Bánh răng 2 có răng xuôi một chiều, cho phép cơ cấu chỉ quay theo chiều nâng và ngăn cản chiều hạ Để hạ vật, cần phải lấy chốt cóc ra khỏi bánh răng bằng tay thông qua đòn bẩy hoặc hệ thống truyền động hơi, thủy lực Để giảm tải trọng cho chốt, góc kết cấu thường được thiết kế bằng 90 độ, giúp chốt chỉ chịu lực vòng Răng của bánh răng thường được phay ở mặt ngoài, mặc dù phay ở mặt trong cũng có thể thực hiện nhưng khó hơn Chốt cóc 1 quay tự do trên trục 4 và ăn khớp với răng của bánh răng nhờ trọng lượng bản thân hoặc lò xo nén vào 3.
Khi làm việc, chốt cóc tiếp xúc gần với răng bánh răng sẽ gây ra va chạm đột ngột, đặc biệt là khi bước răng lớn, dẫn đến tiếng ồn mạnh Để giảm thiểu va chạm, người ta thường sử dụng từ 2 đến 4 chốt cóc, mỗi chốt cách nhau một phần của bước răng, giúp giảm khả năng va chạm từ 2 đến 4 lần.
Bánh răng thường được chế tạo từ các loại thép như 35ĐII, 45ĐII, CT3, CT4, CT5 qua phương pháp đúc hoặc rèn Đối với cơ cấu nâng truyền động tay có tải trọng dưới 1 tấn, bánh răng thường được đúc bằng gang Chốt cóc được sản xuất bằng phương pháp rèn hoặc rèn dập từ thép C45.
Số răng của bánh răng cóc thường nằm trong khoảng từ 8 đến 20, với z = 8 ÷ 48 hoặc lớn hơn Khi số răng z tăng lên, đường kính bánh răng D cũng sẽ lớn hơn, dẫn đến tốc độ vòng v và tải trọng va chạm tăng theo Do đó, việc tính toán bánh cóc cần chú ý đến các yếu tố này để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Hình dạng và kích thước răng được tiêu chuẩn hóa dựa trên môđun m, mà môđun này phụ thuộc vào độ bền của các phần tử trong thiết bị dừng Vị trí nguy hiểm nhất xảy ra khi bắt đầu ăn khớp, khi đầu chốt tiếp xúc với đỉnh răng, dẫn đến tình trạng dập răng và đầu chốt.
Hình 1.48 Sơ đồ tính toán
- z – Số răng của bánh răng
- D – Đường kính ngoài bánh răng
- b (mm) – Chiều dày biên răng
- c – Hệ số chiều dày biên răng
- a (mm) – Chiều rộng chân răng
- ψ – Hệ số chiều rộng chân răng
Chiều dày biên răng đƣợc xác định theo áp lực riêng cho phép trên một đơn vị chiều dài [p]:
- [p] – Áp lực riêng cho phép, thường lấy (15 ÷ 30) N/mm cho gang và thép đúc, bằng (35 ÷ 40) N/mm cho thép rèn dập
48 vào công thức (1.4) ta đƣợc:
Trong đó: M x – Mômen xoắn trên trục bánh răng 5
Từ đó môdun bánh răng là:
Hoặc nếu biết đường kính bánh răng thì:
Bánh răng đúc bằng thép hoặc gang có hệ số c từ 1,5 đến 4, trong khi bánh răng rèn dập có hệ số c là 1,2 Hệ số c nên được chọn cao hơn khi làm việc trong điều kiện nặng và có va đập lớn Việc lắp ráp chính xác rất quan trọng để đảm bảo răng bánh răng tiếp xúc tối đa dọc theo chiều dài Đối với chiều dày của chốt cóc B, thường được tính lớn hơn chiều dày răng từ 2 đến 4 mm, theo công thức B = b + (2 ÷ 4) mm.
Răng của bánh răng được tính toán dựa trên sức bền uốn, đặc biệt trong tình huống nguy hiểm nhất khi bắt đầu ăn khớp Giả thiết rằng tiết diện nguy hiểm nằm cách đầu răng một đoạn h = m.
Mômen uốn ở tiết diện đó:
Trong đó: a = ψ.m – Chiều dày răng tại tiết diện bị gãy
49 Để ăn khớp ngoài (ψ = 1,5), ta có: Để ăn khớp trong: Ứng suất uốn cho phép:
- ζc – Giới hạn chảy của vật liệu làm bánh răng
- Với thép đúc n = 5; Với thép dập và cán n = 4; Với gang [ζ] u = 30 N/mm 2 Trị số môđun tính toán nhận theo tiêu chuẩn, thông thường m = 6 ÷ 60
Khi thay đổi chiều quay về phía hạ vật, chốt cóc cần phải tỳ vào đỉnh biên răng của bánh răng, trượt vào rãnh chân răng và ăn khớp chắc chắn Để đạt được điều này, phía làm việc của răng phải tựa vào chốt cóc và lệch so với bán kính bánh răng vẽ từ tâm đến đỉnh răng một góc α.
Phân lực vòng bao gồm hai thành phần: phân lực thẳng góc với mặt răng (P.cosα) và phân lực tiếp tuyến (P.sinα) Dưới tác dụng của lực này, chốt cóc sẽ chuyển dịch về đáy răng Tại các mặt tiếp xúc, lực ma sát được sinh ra và được tính theo công thức: F = f.N = f.Pcosα.
Từ đó: tgα > f = tgρ với ρ là góc ma sát thay thế
Trị số trung bình f = 0,20 tương ứng với α = 11 độ Tuy nhiên, khi xem xét khả năng bề mặt làm việc bị hư hỏng, có bụi bẩn và lực ma sát tại trục chốt cóc, thường áp dụng α = 20 độ.
Thân chốt cóc đƣợc tính theo sức bền nén và uốn Ứng suất lớn nhất phát sinh khi chốt bắt đầu vào ăn khớp ở tiết diện nguy hiểm:
- δ: Chiều cao của tiết diện đang xét
- e: Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đang xét tới đường tác dụng của lực vòng P qua tâm trục chốt e = (0.4 ÷ 0,5)h
- [ζ] u = (60 ÷ 65) N/mm 2 : ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm chốt cóc Đường kính trục chốt cóc d tính theo điều kiện bền uốn:
- [ζu]: ứng xuất uốn cho phép của trục chốt cóc
- c: khoảng cách từ tâm tiết diện chốt cóc đến bệ đỡ chốt
Hình 1.51: Chốt trong cơ cấu bánh cóc – con cóc
1.6.2 Mô men phanh trong cơ cấu nâng
Tất cả các cơ cấu máy nâng đều được trang bị phanh, thường là loại điện từ hoặc điện thủy lực và là phanh thường đóng Điều này có nghĩa là phanh sẽ tự động đóng khi trục cơ cấu không quay và chỉ mở ra khi trục bắt đầu quay.
Cơ cấu nâng
Tùy thuộc vào kiểu dáng, công dụng và tính chất công việc của máy trục, các cơ cấu có thể được dẫn động bằng nhiều phương pháp như tay, động cơ điện, máy hơi nước, động cơ đốt trong, máy thủy lực và khí nén Tuy nhiên, việc sử dụng động cơ điện được ưu tiên hơn cả vì nhiều lý do.
- Có thể đặt động cơ cho từng cơ cấu riêng nhau do đó kết cấu và điều khiển các cơ cấu đƣợc đơn giản
- Kinh tế hơn nhiều so với các động cơ khác
- Dễ điều chỉnh vận tốc, tiện lợi khi cần cho chạy ngƣợc chiều
Điều khiển động cơ điện một cách an toàn và dễ dàng với các thiết bị an toàn có cấu trúc đơn giản Những thiết bị này hoạt động hiệu quả và không yêu cầu các thao tác chuẩn bị phức tạp trước khi khởi động máy.
- Có khả năng làm việc quá tải nhiều trong thời gian ngắn
Các loại động cơ như hơi nước và đốt trong thường được sử dụng ở những khu vực không có điều kiện thuận lợi để dẫn điện hoặc khi có sẵn nhiên liệu giá rẻ Tuy nhiên, trong những tình huống này, xu hướng hiện nay là tìm kiếm các phương pháp chuyển đổi năng lượng thành điện để phục vụ cho máy trục, thông qua hệ thống máy phát động cơ.
Trong động cơ điện, động cơ điện một chiều được ưa chuộng hơn cả vì khả năng điều chỉnh vận tốc linh hoạt trong giới hạn lớn Động cơ một chiều, thường là kiểu MN, cần thiết bị đặc biệt để chuyển đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều Do đó, động cơ điện xoay chiều trở thành lựa chọn phổ biến trong máy trục, với nhiều kiểu khác nhau được sử dụng.
- MT - Động cơ điện xoay chiều kiểu dây cuốn
- M - Động cơ điện xoay chiều kiểu lồng sóc
Trong đó chủ yếu dùng loại MT
Trong máy trục, bên cạnh các loại động cơ điện chuyên dụng, còn sử dụng các loại động cơ điện không đồng bộ công dụng chung như AO, AOC, AK và AOK.
1.7.1 Cơ cấu dẫn động bằng tay Đối với những máy trục tải trọng nhỏ, làm việc không căng thẳng và với vận tốc chậm thường dùng cơ cấu dẫn động bằng tay
Để dẫn động bằng tay cho cơ cấu đặt trên cao, có thể sử dụng tay quay (hình 1.69) và bánh kéo qua xích hàn (hình 1.70).
Trên hình 1.71 là sơ đồ cơ cấu nâng quay tay Khi thiết kế cơ cấu nâng quay tay cần tiến hành tính toán theo trình tự sau đây:
1 Chọn dây cáp (hoặc dây xích)
2 Chọn sơ đồ treo vật (đơn giản trên một nhánh dây, hay có palăng, bội suất palăng) Thường đối với các tải trọng dưới 1 tấn dùng bội suất palăng a = 2
3 Xác định lực căng dây lớn nhất S max
4 Tính và chọn dây, căn cứ vào Smax
5 Xác định các kích thước cơ bản của ròng rọc, tang hoặc đĩa xích dẫn (tùy thuộc vào đường kính dây, chiều cao nâng…)
6 Xác định momen do vật nâng gây ra trên trục tang M tg (hoặc M đ.xích )
D o – đường kính tang tính đến tâm cáp, mm ηp, ηt – hiệu suất của palăng và của tang
7 Xác định mô men M p trên trục dẫn (trục tay quay)
Gọi P – lực của một công nhân trên tay quay; m – số công nhân;
M p = θmPl θ là công thức tính toán hệ số làm việc không đều, phụ thuộc vào số lượng người tham gia, với các giá trị m lần lượt là 1, 2 và 4 tương ứng với θ là 1, 0,8 và 0,7 Chiều dài tay quay (l) được xác định trong khoảng từ 250 đến 350 mm; nếu sử dụng bánh kéo, đường kính bánh xe nên nằm trong khoảng từ 300 đến 1000 mm.
Lực P của mỗi công nhân phải lấy thận trọng, tùy thuộc vào tính chất làm việc, theo bảng 7
Bảng 7: Lực và vận tốc trung bình của tay công nhân
Trên tay quay Trên bánh kéo
Trong khoảng thời gian 6-8 giờ, lực và vận tốc được phân chia thành hai loại: liên tục (hoặc có nghỉ ngắn) với lực từ 80 đến 100 N và vận tốc từ 0,9 đến 1,2 m/s; và ngắt quãng, có chu kỳ với lực từ 120 đến 160 N và vận tốc từ 0,6 đến 0,8 m/s Thời gian nghỉ trong phương pháp ngắt quãng luôn ngắn, kéo dài dưới 5 phút.
150 ÷ 160 0,7 ÷ 0,8 180 ÷ 200 0,5 ÷ 0,6 Thời gian rất ngắn (dật) Dưới 300 0,3 ÷ 0,4 Dưới 550 0,1 ÷ 0,2
8 Tính tỷ số truyền cần thiết của bộ truyền động từ trục dẫn (trục quay tay) đến trục tang (hay đĩa xích) tg(dx) o p o i = M
M η η o là hiệu suất của bộ truyền, được xác định ban đầu và điều chỉnh nếu cần thiết Đây là bước cơ bản trong tính toán cơ cấu, phân biệt giữa cơ cấu nâng quay tay và cơ cấu nâng dẫn động bằng động cơ Trong cơ cấu nâng quay tay, tỷ số truyền được tính dựa trên mối quan hệ giữa mômen trên trục tang và mômen trên tay quay Tỷ số truyền cần đạt được để đảm bảo khả năng nhân lực (m.P) có thể thắng được mômen do vật nâng gây ra và các lực cản trong cơ cấu nâng Lưu ý rằng không cần quan tâm đến vận tốc nâng vật đã cho, vì vận tốc nâng v n có thể được tính dựa trên luật bảo toàn năng lượng.
81 v tq – vận tốc tay quay m/s η – hiệu suất của cơ cấu với tải trọng < 3t η = 0,85 ÷ 0,9
9 Theo tỷ số truyền io đã tính đƣợc, chọn loại truyền động và tính bộ truyền động đó Trong cơ cấu nâng tay quay thường dùng truyền động bánh răng hình trụ để hở hoặc bộ truyền trục vít để hở
10 Quyết định chỗ đặt phanh, tính mô men phanh, chọn và tính phanh Nếu dùng tay quay an toàn thì tính tay quay an toàn theo mômen phanh yêu cầu
1.7.2 Cơ cấu dẫn động bằng điện
Các số liệu cho trước để thiết kế cơ cấu nâng dẫn động bằng điện (hoặc bằng máy nói chung) là:
- Trọng lƣợng vật nâng (trọng tải) Q (N hay t)
- Chế độ, điều kiện làm việc của cơ cấu
Trình tự tính toán cơ cấu nâng dẫn động bằng điện tương tự như đối với cơ cấu tay quay, bắt đầu từ phần định mô men trên tang hoặc đĩa xích M tg(dx) Tuy nhiên, trong cơ cấu này, việc chọn động cơ có công suất đủ lớn là rất quan trọng, đảm bảo hoạt động ổn định trong quá trình làm việc và khi khởi động Đồng thời, cần chú ý đến việc đảm bảo tốc độ nâng theo yêu cầu v n.
Công suất yêu cầu đối với động cơ điện là: n dc
Trong công thức 60.1000.η, Q được đo bằng Newton (N) và vn có đơn vị là mét trên phút (m/ph) Hiệu suất tổng thể η được tính bằng công thức η = η m η t η o, trong đó bao gồm hiệu suất của pa lăng, tang và bộ truyền.
Theo trị số N dc tìm đƣợc tra bàng mà chọn loại động cơ thích hợp
Trong ngành máy cần trục Liên Xô, động cơ điện chuyên dụng MT và MTK nổi bật với mô men mở máy cao, thích hợp cho việc đóng mở liên tục Các bảng tra cung cấp đặc tính kỹ thuật của động cơ này theo từng chế độ làm việc: nhẹ (TĐ 15%), trung bình (TĐ 25%) và nặng (TĐ 40%) Nếu không có các loại động cơ MT và MTK, có thể sử dụng tạm các động cơ dùng chung như AO.