7.4. CÁC LOẠI MÁY NÂNG
7.4.2 Máy nâng đơn giản
1. Kích: kích là một máy nâng đơn giản dùng để nâng vật lên một chiều cao nhỏ, có thể nâng được tải trọng từ 0,5÷750T, chiều cao nâng đến 0,8m, kích trong ngành đường sắt có chiều cao nâng đến 2m. Kích thường được dùng trong sửa chữa, lắp ráp như kích ô tô, tàu hoả, trong xây dựng v..v. Do đó
Z1
a)
b)
c)
d) e) f) g)
Hình 7-2. Các loại máy trục: a) Cần trục cột, b) Cầu trục, c) Cổng trục, d) Vận thăng, e) ễ tụ cẩu, f) Cần trục tháp, g) Cần trục nổi
A
K
Q'
Z Q
P
b
h
B
L dc
e
Q 1
2 3
4 5 6
z2
z1
z4
z3
R0
7
Hình 7-3. Kích thanh răng
kích phải có kích thước nhỏ gọn, trọng lượng bé, để dễ vận chuyển. Dẫn động kích thường bằng tay. Kích có 3 loại chính: kích thanh răng, kích vít và kích thuỷ lực.
a) Kích thanh răng ( hình 7-3): kích thanh răng có cấu tạo tương đối đơn giản bao gồm thanh răng 2 chỉ chuyển động tịnh tiến lên xuống (do thân thanh răng là hình chữ nhật trượt trong bạc dẫn hướng 3) nhờ hệ thống truyền động từ lực K trên tay quay 6 qua hai cặp bánh răng 5 đến bánh răng cuối 4 ăn khớp với thanh răng 2.
Trên đỉnh thanh răng là mũ kích 1 đặt vật nâng Q. Kích có thể có bàn nâng phụ 7 đặt bên hông của thân kích (do tải đặt bị lệch tâm nên chỉ nâng được tải trọng bằng một nửa tải trọng đặt chính tâm).
Thông thường kích thanh răng có thể nâng được tải trọng đến 30T và chiều cao nâng được đến 0,8m (bảng 7-1). Để có kích thước nhỏ, các bánh răng dẫn có số răng ít nhất thường từ 4 đến 6 răng và phay trực tiếp trên trục. Vật nâng được giữ ở bất cứ vị trí nào, nhờ có hệ thống cóc hãm lắp trên tay quay. Để an toàn trong sử dụng, người ta dùng tay quay an toàn có phanh tự động với mặt ma sát tách rời. Khi hạ vật, ta đổi chiều cóc hãm, chiều quay và tốc độ hạ vật được khống chế bởi hệ thống phanh tự động hoặc cơ cấu an toàn. Từ hình 7-3, có thể xác định tỷ số truyền của truyền động:
3 4 1 2 0
z z z z Ka i QR =
= η ; (7-5) K- lực tác dụng trên tay quay, N;
a- bán kính tay quay (0,25 ÷ 0,3m);
η- hiệu suất của bộ truyền (0,55 ÷ 0,65, giá trị lớn dùng cho kích có tải trọng nâng nhỏ);
Q- tải trọng nâng, N;
R0- bán kính vòng chia của bánh răng cuối ăn khớp với thanh răng, m;
z1 = z3 = 4 số răng của các bánh răng chủ động;
z2= z4 số răng của các bánhrăng bị động.
Khi biết trước tỷ số truyền thì tính được tải trọng nâng Q.
b) Kích vít: kích vít có cấu tạo đơn giản bao gồm một trục vít 3 (chỉ chuyển động tịnh tiến do thân trục vít có rãnh trượt dẫn hướng), đai ốc 4 quay tròn ăn khớp với thân vít, bàn nâng 1, tay quay 2 và vỏ kích 5. Khi làm việc, tác động lực K trên tay quay có cánh tay đòn 2, mô men được truyền qua thân kích 3, nhờ ăn khớp với đai ốc 4 và đai ốc đứng yên nên đẩy thân vít đi lên hoặc hạ xuống, thực hiện nâng hạ (hình 7-5). Trên đỉnh trục vít là bàn nâng 1 có tải trọng Q. Kích vít có thể nâng được tải trọng đến 30T và chiều cao nâng đến 0,4m. Lợi dụng tính tự
hãm của truyền động vít đai ốc để giữ vật nâng khi dừng tay quay. Để không phải quay toàn vòng trong quá trình nâng hạ vật, người ta kết cấu tay quay theo kiểu lắc qua lại nhờ cơ cấu bánh cóc hai chiều. Hiệu suất của kích vít thấp chỉ 0,3 ÷ 0,4.
Kích vít được sử dụng nhiều ở vận chuyển đường sắt, để lắp ráp khi sửa chữa đầu máy toa xe. Trong lĩnh vực này, người ta thường sử dụng một cụm gồm bốn kích vít với tổng tải trọng nâng được 100T, chiều cao nâng đạt từ 1,2÷2,2m. Có hai loại truyền động: quay tay và loại kích vít chạy bằng động cơ điện và cả bốn vít được truyền động từ một động cơ, nếu truyền động bằng nhiều động cơ khác nhau phải có chung khởi động từ, bộ khống chế, kiểm soát để cơ cấu có tốc độ nâng đều, bảo đảm an toàn.
Theo hình 7-4 ta có:
K a = P rm, Nm;
P -lực vòng, N;
P= Q tg(α ± ρ), N; (7-6) trong đó :
rm- bán kính vòng chia của trục vít, m;
a- chiều dài cánh tay đòn 2, m;
K - lực tác dụng lên cánh tay đòn 2;
α - là góc nâng của vít;
ρ - góc ma sát, mang dấu (+) khi nâng, dấu (-) khi hạ.
Mô men trên tay đòn:
M = K.a = Q.rm. tg (α ± ρ)
Điều kiện tự hẫm khi:
f = tgρ = 0,1 hay ρ = 60, ở đây α = 4÷50
Nếu gọi r là bán kính trung bình giữa diện tích ma sát của đầu kích và f1 là hệ số ma sát giữa chúng thì:
M = K a = Q [rm tg (α ± ρ) +r
f1]. (7-7)
Hiệu suất của kích trong thực tế : η
= 0,3÷0,4.
c) Kích thuỷ lực: kích thuỷ lực được sử dụng để dịch chuyển và nâng hạ kết cấu nặng, thường dùng để phục vụ lắp ráp, sửa chữa trong ngành xây dựng, chế
K Q
0
a 1
2 3 4 5
d
2r
Hình 7-4. Kích vít
K 8 Q
d a
D
1 2 3 4
5 6 7
p
L
Hình 7-5. Kích thuỷ lực
tạo máy và nhiều ngành công nghiệp khác.
Nguyên lý hoạt động của kích thuỷ lực được thể hiện trên hình 7-5. Khi lắc tay đòn 8 có tỷ số L/a sẽ làm chuyển động bơm pít tông 6 sang trái và ép chất lỏng qua van một chiều 5 (lúc này van 4 được đóng lại) sang khoang đáy của xi lanh thuỷ lực 3 đẩy pít tông 2 đi lên. Khi pít tông 6 chuyển động sang phải, van 5 được đóng lại và van một chiều ở dưới bơm pít tông mở ra, chất lỏng trong khoang chứa 7 vào bơm do chênh lệch áp suất. Khi muốn hạ vật nâng Q, ta mở van xả 4 và do trọng lượng vật nâng tác dụng lên pít tông 2 nén và đẩy chất lỏng được chảy về khoang chứa. Tốc độ hạ vật phụ thuộc lượng dầu được chảy qua van 4. Thông thường chất lỏng là dầu công nghiệp hoặc hợp chất của 2 phần nước 1 phần glyxêrin. Bơm có thể gắn trực tiếp thành một khối với thân kích hoặc đặt rời và có ống dẫn nối với thân kích. Tải trọng nâng được phụ thuộc vào áp suất p của bơm và diện tích đáy của pít tông 2.
Kích thuỷ lực làm việc êm, chính xác, có độ tin cậy cao, dễ điều khiển. Tải trọng nâng đến 750T; chiều cao nâng đến 0,7 m; khối lượng của kích trong khoản 15÷700kg. Dẫn động cho kích loại nhỏ bằng tay và loại lớn có thể bằng máy.
Từ hình 7-5 có thể tính:
K L=Pb a;
trong đó P là lực trên bơm pít tông. Từ điều kiện cân bằng áp suất ta có:
b b
F P F
p=Q= , N/mm2. (7-8) Bảng 7-1. Kích thuỷ lực
Tải trọng(T) 25 50 100 200
Chiều cao nâng (mm) 145 145 150 155
Đường kính pit tông (mm) 90 130 180 250
Thể tích chất lỏng (l) 2 3,5 5,5 9,5
Khối lượng kích (kg) 46 83 158 310
Hiệu suất thường đạt trên 70%, áp suất chất lỏng p = 4000 ÷ 5000 N/cm2. Lực cần thiết trên tay quay:
1 Qi
L a D Q d 1 L pa 4
K d 2
2 2
= η
= η η
= π , N; (7-9)
4 F D
π 2
= - diện tích tiết diện pít tông nâng vật 2, mm2;
4 F d
2 b
= π - diện tích tiết diện pít tông bơm, mm2; d- đường kính pít tông của bơm (d≈16), mm;
D- đường kính trong xi lanh nâng vật, mm;
L- chiều dài tay quay (thường là nhỏ hơn 700), mm;
a- khoảng cách từ tâm quay của tay quay đến trục bơm pít tông, mm;
p- áp suất bơm pít tông ( p=4000÷5000 N/cm2);
η- hiệu suất bộ truyền khoảng 0,7 i - tỷ số truyền
Kích thuỷ lực thông dụng thường có tải trọng nâng từ 7÷300T; chiều cao nâng đến 0,16m, khối lượng bản thân từ 45÷700 kg. Một số thí dụ ghi trong bảng 7-1.
2. Tời: tời là một thiết bị nâng đơn giản, bộ phận nâng là dây mềm. Tời được đặt cố định và không thay đổi vị trí trong quá trình hoạt động nâng vật. Tời dùng để nâng tải lên cao, kéo tải trên mặt phẳng ngang hoặc xiên. Tời có cấu tạo là một cơ cấu nâng, thường dùng tang trơn để có thể cuốn được nhiều lớp cáp mà kích thước nhỏ gọn hoặc có thể dùng tang ma sát để dung lượng cáp ít mà vẫn bảo đảm chiều dài công tác. Thông thường khi dùng tời không đòi hỏi vận tốc nâng chính xác. Bộ phận dẫn động của tời là động cơ điện, động cơ đốt trong hay lực cơ bắp. Bộ phận truyền động cũng là các cặp bánh răng và bộ phận phanh hãm có thể là phanh tự động, phanh đai kết hợp các thiết bị cóc hãm như đã trình bày ở phần sau; ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển.
Theo nguồn dẫn động có thể chia ra: tời tay và tời máy.
Theo công dụng có: tời nâng, tời kéo và tời cơ cấu quay.
Theo số tang có thể chia ra: một tang và nhiều tang.
a) Tời tay: tời tay thường kéo được lực 0,5÷2T. Vì kích thước và khối lượng nhỏ nên tời được định vị trên tường, trần và trên sàn. Tời dùng để lắp ráp, xếp dỡ Hình 7-6. Sơ đồ tời tay trên nền 1- Tay quay, 2- Cóc hãm, 3- Các cặp bánh răng trung gian, 4- Tang, 5- Thành hộp, 6- Bu lông đế, 7- Cáp
S P
P 1
2
3 4 5 6 7
hàng tại một vị trí nhất định. Vì tải nhỏ nên dẫn động bằng tay. Bộ phận truyền động là bánh răng thẳng hoặc bánh vít trục vít.
Trên hình 7-6 là sơ đồ cơ cấu nâng dẫn động bằng tay đặt trên nền. Trong đó tay quay 1 lắp với trục dẫn có gắn cơ cấu an toàn và có bánh răng ăn khớp với trục thứ hai, trên đó có đĩa ma sát và gắn cơ cấu cóc hãm 2. Mô men được truyền từ trục này đến tang 4 qua các cặp bánh răng trung gian 3, trên tang có cáp 7. Toàn bộ cơ cấu được lắp trên hai thành 5 có các cơ cấu định vị ổn định và được liên kết với nền bằng các bulông 6.
Tỷ số truyền chung của tời tay này có thể tính:
mk Pr
2 .D S M i M
tg
tq tg =
= = i1 i2 i3 ; (7-10) Trong đó:
Mtg- mô men trên trục tang, Nm;
Mtq- mômen trên tay quay, Nm;
i1 i2 i3 -tỷ số truyền của các cặp bắnh răng;
r- bán kính tay quay, m;
k- hệ số không đều;
m- số người quay;
S - lực căng lớn nhất trong dây cáp, N.
b) Tời máy: tời máy là tời mà bộ phận dẫn động bằng động cơ, thường là động cơ điện.
Toàn bộ các bộ phận của tời: động cơ dây cuốn, bộ truyền, các khớp, tang và các thiết bị điều khiển đều được liên kết bằng bu lông trên một bệ thép hàn. Như vậy cả hệ thống luôn được ổn định, chống được lực kéo ngang hoặc nghiêng, đồng thời dễ dàng trong việc vận chuyển, lắp đặt. Tời điện có lượng cáp rất lớn đến 400 m;
có thể kéo hoặc nâng được tải trọng lớn.
Tời điện trên hình 7-7 được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình xây dựng, trên các bến bãi lắp ráp. Thông thường động cơ của tời máy thường dùng loại dây cuốn và khởi động
Hình 7-7. Tời máy : 1- Khung thép hàn, 2- Động cơ điện, 3- Khớp + phanh, 4- Hộp giảm tốc, 5- Bình điện thuỷ lực của phanh, 6- Tang cuốn cáp, 7- Gối đỡ tang, 8- Công tắc hạn chế hành trình.
2150 1010
5 4
3
2
1 6
7
8 φ900
bằng các nấc điện trở. Vì dung lượng cáp lớn, kéo hoặc nâng tải trọng lớn nên đòi hỏi cần nhiều tốc độ để rút ngắn chu kỳ làm việc. Động cơ 2 được liên kết với hộp giảm tốc bằng khớp đàn hồi có bánh phanh 3. Phanh là loại điện thuỷ lực 5 làm việc êm và chắc chắn, khi phanh không bị dừng đột ngột.
Tang cuốn cáp 6 nối với hộp giảm tốc nằm 4 bằng khớp răng và đầu thứ hai đặt trên gối đỡ 7. Phần cuối của trục tang có lắp cơ cấu hạn chế hành trình để kiểm soát lượng cáp có thể nhả và cuốn hết cáp trên tang.
Trên các bến cảng, bến tàu, nhà ga người ta thường sử dụng tời ma sát để kéo tàu, kéo toa xe khi cần thiết.
3. Pa lăng: pa lăng là một loại máy nâng dùng để nâng hạ vật, thường được treo trên cao có thể treo tại chỗ hoặc lắp thêm cơ cấu di chuyển để chạy được trên cạnh dưới của dầm chữ I. Kích thước palăng nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ; có hai loại:
pa lăng tay và pa lăng điện
a) Pa lăng xích: pa lăng xích thường dẫn động bằng tay, được dùng trong các phân xưởng lắp ráp, sửa chữa, nơi không có điện, sử dụng không thường xuyên, không đòi hỏi tốc độ nâng lớn, chiều cao nâng thấp. Thông thường khi làm việc, pa lăng xích được treo tại chỗ ở một độ cao cần thiết. Do vậy để dẫn động phải dùng xích kéo tay vòng qua bánh kéo làm quay trục dẫn của pa lăng. Người điều
B A
M
L2 F L
H L1 h F1
10 4
3 2 1
7 8 9 5 6
a) b)
Hình 7-8. Pa lăng: a) Pa lăng xích kéo tay kiểu bánh răng, b) Pa lăng điện
khiển đứng ngay trên mặt nền. Trên hình 7-8a thể hiện một loại pa lăng xích sử dụng bộ truyền hành tinh. Xích kéo tay 1 ăn khớp với ròng rọc xích 4 để truyền chuyển động sang trục 9 đến các cặp bánh răng hành tinh 7. Các bánh răng 7 ăn khớp với vành răng cố định 5 gắn trên vỏ và làm cần 8 quay và dẫn đến đĩa xích nâng tải 2 quay và kéo theo xích tải 10 chuyển động lên xuống để nâng hoặc hạ tải trên móc treo. Pa lăng có sử dụng phanh tự động 3 với mặt ma sát tách rời. Pa lăng xích cũng có sử dụng bộ truyền bánh vít trục vít. Kết cấu loại này cũng đơn giản, có khả năng tự hãm. Tuy nhiên hiệu suất chỉ trong khoảng từ 0,55÷ 0,7. Palăng dùng bánh răng có hiệu suất cao hơn từ 0,7÷ 0,9. Hiện nay pa lăng xích kéo tay được chế tạo có sức nâng từ 0,5÷20T.
b) Palăng điện: trên hình 7-8b là một loại pa lăng điện hoàn chỉnh, có cơ cấu di chuyển để chạy được trên cạnh dưới của dầm chữ I . Loại này thường sử dụng cho cầu trục, cầu treo, cổng trục một dầm, hoặc dầm I được gắn trên trần nhà xưởng để nâng hạ vật trong phạm vi không gian mà máy bao quát. Là một cơ cấu hoàn chỉnh, được lắp trên cao nên đòi hỏi phải gọn nhẹ, phải có độ tin cậy cao,
phải an toàn trong sử dụng, dễ điều khiển và thay thế phụ tùng.
Do sử dụng động cơ điện nên loại này có tỷ số truyền lớn, phải sử dụng nhiều bộ truyền, số răng và kích thước phải nhỏ nên vật liệu của bánh răng thường chế tạo từ thép hợp kim crôm, crôm nicken.
7.4.3. Cấu tạo của máy trục
1. Khái niệm chung về máy trục: máy trục thường là một máy hoàn chỉnh gồm có phần kết cấu thép và các cơ cấu cơ khí như cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển, có thể có cơ cấu quay, cơ cấu thay đổi tầm vươn cùng các bộ phận điều khiển và các công tắc an toàn. Máy trục thực hiện nâng hạ vật trong toàn bộ không gian mà máy bao quát. Trên hình 7-2 thể hiện một số loại máy trục điển hình.
2. Kết cấu kim loại của máy trục: trong máy trục phần kết cấu kim loại chiếm 60÷80% khối lượng của toàn máy. Vì vậy việc chọn vật liệu và phương pháp tính để kết cấu kim loại bảo đảm đủ bền và đạt được chỉ tiêu kinh tế là điều rất quan trọng. Phần kết cấu kim loại thường có hai dạng chính: dạng hộp và dạng dàn.
Liên kết các bộ phận kết cấu với nhau bằng hàn hoặc đinh tán. Do có nhiều ưu điểm về kinh tế và công nghệ gia công nên thông thường sử dụng hàn là chính.
Dựa vàohình dạng của phần kết cấu kim loại mà ta có tên gọi máy trục khác nhau.
vn
6 5
7
a) 8
5 6
7
b) 8 3
1 2
4
1
3 2
4
8 9
8
9
vn
Hình 7-9. Sơ đồ cơ cấu nâng
a-Kiểu mắc cáp đơn, b- kiểu mắc cáp kép:
1- Động cơ, 2- Khớp nối + phanh, 3- Hộp giảm tốc, 4- Tang cuốn cáp, 5- Các ròng rọc tĩnh, 6- Các ròng rọc động, 7- Móc treo, 8- Cơ cấu mang tải, 9- Tải
3. Cơ cấu nâng: cấu tạo của cơ cấu nâng được mô tả trên hình 7-9. Đây là sơ đồ cơ bản của cơ cấu nâng được sử dụng cho tất cả các loại máy trục. Các bộ phận: động cơ 1, khớp nối trục và phanh 2, hộp giảm tốc 3, tang 4 liên kết với hệ pa lăng cáp (gồm ròng rọc tĩnh 5, ròng rọc động 6 và cáp 8), móc treo tải 7, bộ phận mang tải 8 và vật nâng 9.
Khi đóng điện, đồng thời phanh được nhả ra, động cơ 1 truyền chuyển động quay qua khớp 2 sang trục vào của hộp giảm tốc 3. Nhờ ăn khớp của các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc mà mô men quay của động cơ được truyền đến tang 4.
Tang quay được theo hai chiều nên có thể quấn hoặc nhả cáp 8 thực hiện nâng (hình 7-9a) hoặc hạ tải (hình 7-9b). Để nâng được tải lớn và giảm được lực căng trong từng sợi cáp, người ta phải sử dụng hệ thống pa lăng cáp (5+6+8). Khi cáp được gắn lên tang chỉ một đầu, còn đầu thứ hai được định vị trên trục ròng rọc gọi là pa lăng đơn hay mắc đơn (hình 7-9a). Khi cả hai đầu cáp đều được định vị trên tang thì gọi là pa lăng kép hay mắc cáp kép (hình 7-9b).
a) Động cơ điện 1:thường dùng loại dây cuốn được chế tạo để bảo đảm tính chất làm việc đặc biệt của máy nâng. Động cơ phải làm việc ngắn hạn lặp đi lặp lại
liên tục. Như vậy mới phù hợp điều kiện làm việc đóng mở máy liên tục để nâng, hạ tải và điều chỉnh vị trí đặt tải. Khi cơ cấu nâng đặt một chỗ thì trở thành tời nâng. Trường hợp tải nâng nhỏ và không làm việc thường xuyên, có thể thay động
cơ bằng tay quay và kết cấu có phần đơn giản hơn.
b) Phanh và khớp nối 2: phanh hãm là bộ phận quan trọng trong máy nâng.
Đây là cơ cấu an toàn không thể thiếu. Phanh hãm làm cho cơ cấu hoặc máy đang chuyển động dừng hẳn hoặc chuyển động chậm lại tuỳ theo tính chất và yêu cầu
của công việc. Trong máy trục thường sử dụng phanh hai má điện từ hoặc điện thuỷ lực. Máy nâng dẫn động tay có thể dùng phanh đai có kết hợp cóc hãm,
phanh một má hay phanh tự động có mặt ma sát tách rời.
Các yêu cầu cơ bản của thiết bị phanh hãm:
- Phải có mômen phanh đủ lớn để thắng được mô men xoắn trên trục đặt phanh và được tính theo công thức:
Mp = β Mx , (Nmm) ; (7-11) - Đóng mở nhanh, có độ tin cậy cao.
- Kết cấu phải đơn giản, chắc chắn, dễ chế tao.
- Dễ điều chỉnh, đễ thay thế và kiểm tra.
-Nhỏ gọn, hiệu suất cao, giá thành rẻ.
Trong công thức 7-9 thì β là hệ số an toàn; thường lấy β > 1 để đề phòng quá tải do vật nâng vượt quá tải danh nghĩa và xuất hiện tải trọng động khi làm việc.