Hệ thống tính toán sử dụng các thiết bị nâng chuyển: Phần 1

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

480
lượt xem 119
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung phần 1 Tài liệu Tính toán sử dụng các thiết bị nâng chuyển do Phạm Huy Chính biên soạn gồmcác chương sau:Chương 1 - Tính toán các thiết bị mang tải, Chương 2 - Tính toán các thiết bị nâng tải đơn giản, Chương 3 - Tính toán cần trục, Chương 4 - Tính toán một số chi tiết của máy nâng tải. Tham khảo nội dung phần 1 Tài liệu để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống tính toán sử dụng các thiết bị nâng chuyển: Phần 1

PHẠM HUY CHÍNH TÍNH TOÁN sử DỤNG CÁC THIẾT BỊm NÂNG CHUYỂN NHÀ XUẤT BẢN XẢY DựNG HÀ NÔI - 2 0 0 8
LỜI NÓI ĐẨU Cuốn "Tính to á n sử d u n g các th iế t bi n ã n g c h u y ê n " trinh bày những tính toán đơn giản thường gặp trong quá trình k h a i thác chúng đê phục vụ thi công các công trìn h xây dựng hoặc trong sán xuất công nghiệp. N ội dung cụ th ế của sách được thế hiện trong các chương sau: Chương 1 Tính toán các thiết bị m ang tải. - Chương 2 - Tính toán các thiết bị nâng tải đơn giản. Chương 3 - Tính toán cần trục. Chương 4 - Tính toán một sô'chi tiết của m áy năng tải. Chương 5 - Tính toán công suất và năng su ấ t của m á y vận chuyến liên tục. Chương 6 - Tính toán kết cấu kim loại của cần trục. Vì trình độ và kinh nghiệm có hạn, nên trong qu á trin h biên soạn khó tránh khỏi có thiếu sót. R ấ t m ong nhận được những ý kiến đóng góp qu ý báu của quý độc giả. Mọi góp ý xin gửi về phòng Biên tập sách K hoa học kỹ th u ậ t N h à xuất bán Xảy dựng 37 Lê Đại H ành, H à Nội. Điện thoại; 04 9741954 T ác giả 3
Chương 1 T ÍN H TOÁN CÁC THIẾT BỊ M A NG TẢI 1.1. M Ó C CẨU 1.1.1. Tính toán kiêm tra móc đơn Móc đơn (hình 1.1) gồm phần thẳng là thanh hình trụ có cắt ren, phần cong có tiết diện ngang hình thang. Việc tính toán, kiểm tra IIIÓC được thực hiện như sau: Phần ren của móc được kiếm tra từ điều kiện cường độ chịu kéo: Trong đó: d, - đường kính trong của ren, cm; | ơ | k - ứng suất chịu kéo cho phép, kG/cm :. Ở phần cong của móc, ứng suất phát sinh ở tiết diên nguy hiểin do tác dụng uốn và kéo đồng thời. Tiết diện của móc chịu tác dụng của ngẫu lực và lực Q. Lực Q gây nên ứng suất kéo, ngẫu lực gây nên ứng Hình 1.1: Móc dơn suất uốn, phân bô' đều trên toàn bộ tiết diện nguy hiểm. ứ i g suất lớn nhất sẽ phát sinh ở điểm tại thớ xa nhất của mép trong của móc: ơ, = ơ k + ơ u Q _M ơị = , kG/cm F 5
ứng suất nhỏ nhất sẽ phát sinh ở điểm nằm tại thớ xa nhất của mép ngoài của móc: ơ 2 - ơ k ơu Q M kG/cm2 F w7 Trong đó: Q - trọng tải của móc. kG; F - diện tích tiết diện ngang của móc, crrr; M - m ôm en uốn, kG.cm. M ôm en kháng uốn: W |= — , cm 3 ; W2 = — , cm 3; e, e2 2 b 7 + b, h ei - — — ■ > 1 b2 +b, 3 Trong đó: e, - khoảng cách từ trục đi qua trọng tâm tiết diện móc đến thớ xa nhất ớ mép trong của nó, cm; e2 - khoảng cách từ trục đi qua trọng tâm tiết diện đến thớ xa nhất ở m ép ngoài của nó (e, = h - e,); Mômen quán tính của tiết diện hình thang: h 3 b ỉ + 4 b 2b |+ b ? 4 J=— ------- — ----- , cm 36 b 2 +b, Việc tính toán quy dổi ở trạng tháỉ ứng suất phức tạp được thực hiện dựa vào tiền để móc là một díìm thẳng (trong thực tế thì móc là một dầm cong). Việc tính toán tiết diện thẳng đứng của móc được tiến hành theo phương pháp đặt tải bất lợi nhất, khi đó vật nặng được treo vào hai dây xiên dưới góc 45" so với phương thẳng đứng, và trọng lượng của vật được truyền dưới dạng hai lực: Q ' = -----, kG; 2cos45 ứng suất tổng cộng: 6
ơ l.c = ơ u + JTC kG /cm ; Trong đó, ứng suất uốn ở tiết diện thắng đứng: QCe^+a) kG /cm 2 ơu = w ứng suất cắt ở tiết diện thẳng đứng: Tc = - ậ - , kG/cm2; 2F' Trong đó: W ’ - mômen kháng uốn của tiết diện thẳng đứne hình thang của móc, cm3; F' - diện tích của tiết diện trên, crtr. ứng suất pháp cho phép ở móc rèn có truyền động máy khi tiết diện ngang và tiết diện thẳng đứng giống nhau là 1500kG/cnr còn khi những tiết diện này khác nhau, là 1200 kG/cnr. Với phuơng pháp tính toán trên, ứng suất cho phép giảm 2,0 - 30%. 1.1.2. Kiểm toán dầm ngang treo móc Trên hình 1.2 chi rõ sơ đồ nguyên V tắc của hệ thống treo móc. Sơ đổ thứ nhất làm tăng kích thước giới hạn V V (kích thước phủ bì) của nút treo theo chiều cao, do đó làm giám chiều cao giới hạn nâng tải. Việc áp dụng sơ đồ thứ hai với palăng kép có tỉ số truyền 2 A Á và 4 sẽ làm giám kích thước phủ bì T ỏ của nút treo. Những dầm ngang đế treo móc dược ỏ chế tạo từ thép CT-4, 15 và 20 và được Iỉìn h 1.2: Sơ đồ treo móc xứ lý nhiệt. Khi tính toán, ứng suất cho phép lấy bằng 700 - 800 kG /crrr do xét đến có khoét lỗ ớ dầm ngang. Bề rộng b của dầm ngang (hình 1.3) được xác định phụ thuộc vào kích thước của ố chặn. 7
/ le| , ị Q Ilìn h 1.3: Sơ đồ tính dầm ngang treo mốc Đường kính dị của lỗ ờ dầm ngang lấy lớn hơn dường kính d; của phần chuôi móc, nhờ vậy loại trừ dược khả năng biến dạng uốn d4 = d; + (5 -ỉ- lOmm) Chiều cao h của dầm ngang được xác định từ phương trình dộ bền uốn: 4 6 Đường kính ngõng trục của dầm ngang xác định từ phương trình: — = 0. lđ3 [ ct]u , kG.cm ; 1.1.3. Tính toán móc đơn dạng tấm Những móc đơn dạng tấm được chế tạo từ những tấm thép riêng biệt bằng thép CT-3 và thép 20, có chiều dày > 20mm, cắt theo dưỡng và tán đinh liên kết chúng với nhau. 8
Khi tính toán móc đơn dạng tấm (hình 1.4), phải xác định ứng suất ờ mép thớ trong do trạng thái chịu lực phức tạp kéo và uốn (mặt cắt A-A): _Q_ ơ, = , kG /cnr; KF Trong đó: Q - trọng tải của móc, kG; F - diện tích tiết diện ngang, cnr; e, - khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện đến mép của thớ trong, cm; a - bán kính của miệng móc treo, cm; K - hộ số, phụ thuộc vào hình dạng tiết diện ngang và đường cong trục trung hoà của móc. Đối với tiết diện chữ nhật: 2 1 1 ÍM K= — — vr 80 \ r ) Trong đó: h - chiều cao của tiết diện, cm; r - bán kính cong của trục đi qua H ình 1.4: Móc đơn dạng tấm trọng tâm tiết diện, cm. h r = —+ a , cin 2 ứng suất cắt ở tiết diện thẳng đứng B-B: Q k G /c m Tc = 2F, Trong đó: Ọ - trọng tải của móc, kG; F, - diện tích tiết diện thẳng đứng, cirr. Tiết diện của mặt cắt đi qua lỗ cần phải kiểm tra vể chịu kéo. 9
ú h g suất cho phép đối với móc dạng tám Ịơ| = 1000 kCi/cnr 1.1.4. Tính toán móc kép Khi tính toán IT1ÓC kép dươc tăng lực kéo dây cáp 1/3, bời vì vật nặng có thể treo không đối xứng. Lúc đó, lực tác dụng ở một mò của móc (hình 1.5) bằng: +- V 3/ Hình 1.5: Móc kép Lực kéo ở dây cáp: Ó cosa 10
Lực vuông góc với tiết diện A-A: Tiếp theo, xác định ứng suất ở tiết diện A-A theo những công thức tính toán móc đơn, trong đó thay lực Q bằng lực P|. 1.2. TÍNH TOÁN Lực TÁC DỰNG VÀO GÀU NGOẠM ớ tư thế xúc (hình 1.6, a), gàu ngoạm chịu tác dựng của những lực: lực kéo của dây cáp đóng gàu và lực cản khi đưa hàm gàu vào vật liệu. Lực kéo ớ cá hai cáp p, và p2 bằng trọng lượng của gàu chất tải: P, + P: = Q Trên hình 1.6, b chỉ rõ tất cả những lực đặt vào gàu ngoạm chứa đầy vật liệu và đóng kín. Những kí hiệu trên hình vẽ: D - lực kéo; H và V - thành phần phản lực nằm ngang và thẳng đứng; s - lực đóng gàu ngoạm; Hình 1.6: Sư đổ tính toán gàu ngoạm a) Klii xúc; b) Khi kéo lên; c) Sơ đổ lực tác dụng vào hàm bên phải.
G| và G, - trọng lượng bản thân của phần dưới và phần trên của gàu ngoạm; G : - trọng lượng của vật liệu chứa trong gàu ngoạm; Q - trọng lượng của gàu ngoạm chất tải. Lực z, tác dụng lên phía trên, đặt vào bộ phận trung tâm của gàu ngoạm: z , = ( n + 1)P, , kG; Lực Z 2 tác dụng xuống phía dưới, đặt vào cấu kiện ngang bên trên: z ; = nP, , kG; Trong đó: n - số puli của palăng. Đế xác định lực xúc, ta xem xét sơ đồ lực của phần bên phái của gàu ngoạm (hình 1.6c), thay tác dụng lực của phần bên trái bằng các phán lực thành phần. Lập phương trình m ôm en đối với điểm A ( I M A = 0): -S (a-c) + — b - + ° 2 m - ( S + H)c = 0; S + H = R; Z| u G| + G 2 s =- — 0 ----- —— - m - H.c . kG a 2 2 Xem xét sự cân bằng của phần trên của gàu ngoạm, chiều các lực lên trên y (E(P)y = 0): P2 + 2 V + 2 D c o s ô - Z 2 - G 3 = 0 ; J _ G 3+ Z2 - P 2 -2 D co s5 V = — ------ - ị ------------------- , kG; 1.3. BỘ GHẤP (CẶP, KẸP) Bộ ghấp có m ũi núng (hình 1.7) được sử đụng để kẹp những thòi thép đú: khi nhấc chứng bằng cần trục kìm hoặc những cần trục bốc dỡ khác. Lực ép vào m ũi núng phụ thuộc vào độ dốc dẫn hướng và vào tỉ lệ kích thước của cái kẹp. Hệ số nén củ a kẹp: p L = — = 2 -r 2,5 Q 12
Trong đó: p - lực ép của hai nửa kẹp vào mũi núng, kG; Q - trọng lượng của thỏi đúc, kG. Nhữno kích thước của bộ ghắp được xác định từ điều kiện cân bằng khi đó lực ma sát tạo nên bởi cái kẹp, giữ vật: 2(J.N = Q Lực tác dụng vào thanh kéo, không tính trọng lượng của cái kẹp: T = — —— 2cosy Khi cân bằng tay đòn: Hình 1.7: Bộ gliắp có mũi núng N .b -T .c - — = 0 2 2 Cho kích thước của một cánh tay đòn là b, ta xác định được kích thước của cánh tay đòn kia: c=p cosy vl-1 Trong đó: JH. = 0 , 1 5 - hệ s ố ma sát; p = 1,3 ^ 1-5 - hệ số an toàn. 13
Chương 2 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ NÂNG TẢI ĐƠN GIẢN 2.1. TANG QUẤN 2.1.1. Tính chiều dày thành tang Với kết cấu của tang quấn, người ta xác định sơ bộ chiều dày thành của nó (hình 2.1) theo công thức kinh nghiệm: Đối với tang đúc bằng gang, công thức này là: a = 0,02D + (6 + 10)mm > 12mm Trong đó: a - chiều dày thành tang, mm; D - đường kính của tang tính theo đường tim cáp, mm. Hình 2.1: cắt (lọc tliành tang a) Có rãnh quăn cáp bìnli thường; b) Có rãnh quấn cáp sáu Theo điều kiện của công nghệ đúc, người ta chọn chiều dày của thành tang > 12mm. Đối với tang quấn chế tạo bằng thép, thì lấy a = d, trong đó d là đường kính của cáp, mm. Kiểm tra những kích thước nhận được theo biến dạng nén bằng công thức: p ơ = — < [ơ ]n , k G / c n r ; a.t 14
Trong đó: p - lực kéo cáp, kG; a - chiều dày của thành tang, cm; t - bước xoắn quấn cáp, cm. ứ n g suất nén cho phép đối với vật liệu chế tạo tang quấn lấy như sau: Tên vật liệu: [ơ]„, kG/cm; G ang đúc mác CH 15-32... 800 Thép đúc m ác 35JI ... 1000 Thép tấm, mác CT3, CT-5 ... 1600 - 1800. Trong thực tế, thành của tang quấn có biến dạng phức tạp do tác dụng đồng thời cua lực nén, xoắn và uốn. Nếu L > 4D (L là chiểu dài tang quấn), thì việc tính toán về sức bển phức lạp được tiến hành theo trình tự sau: Trước tiên xác đinh mômen xoán theo công thức: P.D MX x = —2 . kG.m ; Trong đó: p - lực kéo của nhánh cáp dẫn vào tang, kG; D - đường kính của tang quấn, m. Sau đó, xác định mômen uốn theo cônq thức: - Đối với tang có rãnh quấn cáp một chiều: (hình 2.2a): p ./ M = — . kG.m; 4 -Đối với tang có rãnh quấn cáp bên trái và bên phái (hình 2.2b): Mu = p.a , kGm ; Trong đó: p - lực kéo của cáp, kG; / - nhịp của tang, tính theo tim ổ chặn, m; a - khoảng cách từ trục ổ chặn đến dường tác dụng của tải trọng, m. Xác định m ôm en của hợp lực: M= J m 2 x +M Ỉ , kG.m 15
Hình 2.2: Sơ dồ tái trọng của tưnẹ quấn a) Taiìg có rãnh quấn cáp một chiêu; b) Tưng có rãnh quân trái và phủi ứng suất lớn nhất ở thành tang, tính theo cỏng thức: ơ max = ’ kG/cm2 X Trong đó: W x - m ôm en kháng uốn xích đạo của tiết diện tang quấn, cm'. Khi tính toán tang quấn ớ trạng thái chịu lực phức tạp, do tác dụng đồng thời của uốn và xoắn, thì ứng suất uốn cho phép lấy đối với tang đúc báng thép là 1200 kG /cm 2; còn đối với tang hàn là 1400 kG/crrr. 2.1.2. Tính dung lượng cáp của tang quấn Dung lượng cáp của tang quấn phụ thuộc vào chiều cao nâng tải và chiều dài quân cáp: Lc = H.m, T ron2 đó: H - chiều cao nâng tai lớn nhất, m; m - tí số truyền động cùa palăng; L. - chiều dài cáp, m. Xác định số vòng làm việc đối với tang quấn có rãnh xoắn một chiều: 16
Trong đó: n, - số vòng cáp làm việc; D - đường kính tang quấn, m. Dự tính C Ó 2 - 3 vòng cáp dự trữ, những vòng này không quấn vào tang. Như vậy số vòng cáp của tang sẽ là: n = n, + (2 + 3) Những vòng cáp dự trữ tạo nên lực ma sát,giữa bề mặt tang quấn và cáp, làm giảm lực tác dụng tại chỗ cố kết đầu cáp vàotang quấn. Xác định bước cáp ờ tang: t = d + (1 - 2 ) , mm Trong đó: d - đường kính của cáp, mm; 1 -i- 2mm - độ hở giữa các vòng cáp, không cho phép giữa chúng có ma sát. 2.1.3. Xác định chiều dài của tang quấn Đối với đoạn rãnh xoắn của tang: I = t (n, + 2,5), mm ở những tang có rãnh xoắn hai chiều, chiều dài của tang (hình 2.3) bằng /, = 2t (n, + 2,5) + /,, mm. Trong đó: /ị - khoảng cách (mm) giữa các rãnh xoắn, đảm bảo độ sai lệch của cáp so với đường tim rãnh xoắn khi quấn nổ vào tang vật góc < 6°. /mnx = b + 2Hmin.tgcc, mm; T 7 T t Q L n = b - 0,2 H min.tga , mm; H ình 2.3: Nút treo của cáp Trong đó: H min - khoảng cách tối thiểu giữa trục của puli động của palăng và trục của tang quấn, mm; b - khoảng cách giữa các trục máng (rãnh) của các puli động của palăng, mm. 17
Đối với tang quấn palăng kép, chiều dài đầy đủ của tang được xác định theo công thức sau: mH /= 2 + 5,5 71.D Chiều dài đầy đủ của tang quấn palăng đơn được tính tương tự: / = + 7,5 t , mm; 7T.D / 7,5t = l,5t + 4t + 2t, mm; Trong đó: l,5t - đoạn dỡ tải của nút cố kết, mrn; 4t - đoạn cố kết đầu cáp, mm; 2t - đoạn tang quấn, từ mép đến điểm c ố kết cáp, mm; m - tỉ số truyền đợng của palăng. 2.1.4. Ví dụ tính toán Xác định những kích thước tối thiểu của tang quấn bằng gang của cơ cấu nâng của cần trục điện kiểu cầu, có sức nâng 10T, làm việc ở chế độ trung bình, nếu đường kính cáp là 17,5mm, chiều cao nâng tải là 12m số nhánh của palăng là 4, tang có rãnh xoắn hai chiều, trọng lượng của bộ kẹp móc là 200kG. - Xác định đường kính của tang quấn: D > d.e, mm Trong đó, e là hệ số, phụ thuộc vào loại thiết bị nâng và chế độ sử dụng, ở đây, e = 25 (xem bảng 4.2 trong sách "Máy và thiết bị nâng chuyển” - Phạm Huy Chính - NXBXD-2007). D = 17,5.25 = 440mm - Tính chiều dày thành tang: a = 0 ,0 2D + (6+ 10) mm = 0,02.440 + 8 w 17mm - Tìm bước rãnh xoắn
T ^ _Q+q 10000+200 ^£nnun_ Trong đó: p = —— - = ------ —-------= 2600kG n.TỊ 4.0,98 - Xác định chiều dài cáp quấn vào một nửa tang: Lc = H.m = 12.2 = 24m - Xác định số vòng cáp chịu lực dối với một nửa tang _ —- n,= Lc = ------- 24-----= 17,5 ttD 3,14.0,44 - Xác định chiều dài đoạn rãnh xoắn của tang lấy khoảng cách giữa các rãnh xoắn là 40mm: /, = 2t(n, + 2,5) + /| = 2.19,5 (17,5 + 2,5) + 40 « 820mm. 2.2. PALẢNG Để chọn cáp của palăng và tính toán tới cần phải xác định lực kéo cáp s, đi ra từ puli cuối và dần vào tang của tời. Khi nâng tải lực kéo đó sẽ bằng tải trọng tính toán lớn nhất ở cáp: s * (2.1) Trong đó: i - tỉ số truyền động của palăng ( i_ — , trong đó V, là tốc độ quấn cáp vn ở tang, vn là tốc độ nâng tải); r|p - hệ số hiệu dụng của palăng. Lực kéo trong nhánh cáp của palăng (hình 2.4) xác định theo phương trình: s, = s ,.t |, ; s , = s , . IV = s, n 2 ; s~ = s , . T). = s, . rir- s„ ; (2 .2 ) Trong đó: n - số các nhánh cáp của palăng, bao gổm cả nhánh kéo; r|r - hệ số hiệu dụng của ròng rọc (puli). Để xác định lực kéo S|, người ta cắt cáp bằng mặt cắt I-I và lập phương trình cân bàng của phần dưới. Đối với những palăng mà nhánh kéo đi ra từ ròng rọc chuyển hướng phía trên (hình 2.4, a, b) thì: St + S-Ị + ... + Sn - Q = 0; 19
V' V a, s2 S 3, s 4 rS v„ I T ^ 1 a) b) c) d) H ình 2.4: Sơ dồ palăng đơn CI, b - có nhánh cáp di ra từpali ở bên trên; c, d - có nhánh cáp di ra từpuli ở phía dưới Sị .r |r 4- S ị. r i ^ + . . . + Sị.ri" 1 —Q = 0 ; s,= (2-3) Hr + 11r + - + T)" 1 Đối vói những palăng, mà nhánh kéo đi ra từ ròng rọc động phía dưới (hình 2.4, c, d) thì: Sị 4*S 2 + S 3 + ... + S n —Q = 0; S | + S |Ĩ Ị r + S,.rỊr + ... + S |.r |r 1 —Q — 0 s, = Q (2.4) 1 +Tlr + ĩ l? +... + T)" 1 Giải đồng thời phương trình (2.1) và (2.3) cũng như phương trình (2.1) và (2.4) sẽ được: - Đối với palăng, mà ở nó, nhánh kéo đi ra từ ròng rọc chuyến hướng phía trên: _ n r U I l + -"+Tlr (2.5) TI' - Đối với palãng, m à ở nó nhánh kéo đi ra từ ròng rọc động ở phía dưới: _ l + r lr + r lr + - - - + ì 1r (2.6) 20
2.3. PALẢNG XÍCH 2.3.1. Palăng xích kéo tay kiêu trục vít (hay còn gọi là kiểu trục vít vi sai) a) Cấu tạo Palăng xích kéo tay kiểu trục vít (xem hình 2.5) gồm một ròng rọc cố định và một ròng rọc động. Ròng rọc cố định gồm hai bánh xe R có bán kính khác nhau. Chúng được gắn chặt với nhau và quay quanh trục o ,. Một dây xích vòng được luồn vào rãnh các bánh xe của ròng rọc động và ròng rọc cố định. Khi lực kéo F tác dụng vào nhánh xích 4, bánh xe bán kính R quay về phía trái, kéo nhánh xích 4 nâng ròng rọc động 0 2 lên, đồng thời bánh xe có bán kính r cũng quay ngược chiều kim đồng hồ kéo xích ở nhánh 3 về nhánh 2 để hạ ròng rọc động 0 2 xuống. Vì R > r nên mỗi lần quay ngược chiều kim đồng Hình 2.5: Sơ dồ tính toán hồ, đoạn xích 4 bị kéo về nhánh 1 dài hơn palăng xícli kéo tay đoạn xích ở nhánh 2 xả ra, nên ròng rọc động kiểu trục vít 2 được nâng cao và đoạn xích 1 - 3 dài ra. b) Tính toán Tại trục O, có ba lực tác dụng: lực F và 2 lực Q| = Q 2 = — • Viết phương trình mômen đối với điểm 0 ,: F.R + Q 1r - Q 2R = 0; F.R + — r - — R = 0; 2 2 F.R = | ( R - r ) ; Q r F= R Gọi hệ số hiệu dụng của palăng, xích là r| ta có công thức xác định lực kéo palăng xích như sau: 21