Đồ án Máy nâng: Tính toán thiết kế bộ máy nâng hạ của cổng trục - SV Ngô Xuân Long

Tài liệu đồ án máy nâng vận chuyển, đề tài tính toán thiết kế bộ máy nâng hạ của cổng trục 15T. Cung cấp đầy đủ thông số và phương án thiết kế.

• Tác giả: Ngô Xuân Long
• Người hướng dẫn: ThS. Đỗ Hữu Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ GTVT
• Chuyên ngành: Máy Nâng Vận Chuyển
• Đề tài: Tính Toán Thiết Kế Bộ Máy Nâng Hạ Của Cổng Trục
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và phạm vi sử dụng Cổng trục

Cổng trục là một loại máy nâng vận chuyển chuyên dụng, được thiết kế để thực hiện các công việc nâng-hạ-di chuyển hàng hóa trong phạm vi rộng như bến bãi, nơi tập kết vật liệu và công trường xây dựng. Đây là thiết bị không thể thiếu trong các ngành kinh tế quốc dân hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải, xây dựng và thủy lợi. Cổng trục có khả năng nâng các tải trọng từ 1 tấn đến 1000 tấn, với hiệu quả cao và linh hoạt trong hoạt động. Hệ thống motor điện bố trí ở dưới hai chân cổng cho phép di chuyển nhanh chóng. Nhờ những đặc tính vượt trội này, cổng trục được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng, lắp ráp máy móc, xếp dỡ hàng hóa tại bến cảng và nhà ga, cũng như lắp ghép các cấu kiện xây dựng và dầm cầu.

1.1. Khái niệm Cổng trục và các thành phần chính

Cổng trục là máy nâng vận chuyển chuyên dụng gồm các thành phần: bộ máy nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển cổng trục, các thiết bị phụ trợ và hệ thống điều khiển. Cơ cấu chủ yếu bao gồm palăng cáp, động cơ điện, hộp giảm tốc, phanh, khớp nối và trục tang. Tải trọng nâng có thể lên đến hàng trăm tấn, chiều cao nâng từ 6-17m, khẩu độ dầm từ 10-40m.

1.2. Phạm vi ứng dụng và phân loại Cổng trục

Cổng trục được phân loại theo công dụng: cổng trục chung dụng (3,5-10 tấn), cổng trục chuyên dùng xây dựng, và cổng trục chuyên dụng (sức nâng lớn). Phân loại theo tải trọng: dầm đơn (5-15 tấn) và dầm đôi (5-500 tấn). Ứng dụng chủ yếu trong xây dựng, vận tải, thủy lợi, giao thông và công nghiệp.

II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Cổng trục

Cấu tạo cổng trục bao gồm hai loại chính: cổng trục một dầm và cổng trục hai dầm. Cổng trục một dầm phù hợp với tải trọng nhỏ, trong khi cổng trục hai dầm được thiết kế cho tải trọng lớn hơn. Nguyên lý hoạt động dựa trên hệ thống motor điện kết hợp với hộp giảm tốc, phanh và khớp nối để truyền động lực từ motor đến trục tang và cuối cùng nâng hạ hàng hóa thông qua palăng cáp. Phanh cổng trục đảm bảo an toàn khi dừng và giữ hàng hóa. Hệ thống di chuyển của cổng trục sử dụng xe con cổng trục chạy trên ray để di chuyển ngang dọc theo khu vực làm việc. Thiết bị mang tải như móc tải hoặc gầu ngoạm được lắp ở cuối để nắm bắt hàng hóa.

2.1. Cấu trúc Cổng trục một dầm và hai dầm

Cổng trục một dầm gồm: một dầm chính, hai chân cổng, hệ thống motor điện di chuyển. Cổng trục hai dầm có cấu trúc phức tạp hơn với hai dầm song song, tăng độ ổn định và khả năng nâng tải lớn. Cả hai loại đều có bộ máy nâng hạ, cơ cấu di chuyển và thiết bị an toàn.

2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ máy nâng hạ

Động lực từ motor điện được truyền qua hộp giảm tốc để giảm tốc độ và tăng momen xoắn. Momen xoắn được truyền lên trục tang thông qua khớp nối. Phanh kiểm soát chuyển động và giữ hàng. Palăng cáp (đơn hoặc kép) nâng/hạ hàng với vận tốc được điều khiển.

III. Tính toán thiết kế Bộ máy nâng hạ Cổng trục

Để thiết kế bộ máy nâng hạ cổng trục, cần xác định các thông số kỹ thuật yêu cầu như: tải trọng nâng Q = 15 tấn = 150.000N, vận tốc nâng vn = 4,6 m/ph, chiều cao nâng H = 12m, chế độ làm việc CD% = 40%. Dựa trên các thông số này, có ba phương án thiết kế bộ truyền: Phương án 1 (Palăng đơn loại 1), Phương án 2 (Palăng đơn loại 2), Phương án 3 (Palăng kép). Mỗi phương án có những ưu nhược điểm riêng về hiệu suất, kích thước và chi phí. Sau khi chọn phương án tối ưu, cần tính chọn các chi tiết: tang, động cơ điện, hộp giảm tốc, phanh, khớp nối và móc treo. Các tính toán phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và đảm bảo an toàn hoạt động.

3.1. Thông số kỹ thuật và các phương án thiết kế

Với tải trọng 15 tấn, vận tốc 4,6 m/ph, chiều cao 12m và chế độ 40%, ba phương án thiết kế được đề xuất: Palăng đơn loại 1 (a=1), Palăng đơn loại 2 (a=2), Palăng kép (a=3). Phương án 1 đơn giản nhất, phương án 2 tăng khả năng nâng, phương án 3 linh hoạt cao nhất.

3.2. Chọn lựa Chi tiết bộ máy nâng hạ

Quy trình chọn lựa: Tính toán Tang dựa trên momen xoắn, Chọn động cơ điện với công suất phù hợp, Chọn hộp giảm tốc với tỷ số giảm tốc tính toán, Chọn phanh an toàn, Chọn khớp nối truyền momen, Kiểm tra móc treo chịu lực.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế của Đồ án thiết kế

Đồ án thiết kế bộ máy nâng hạ cổng trục là công việc học tập quan trọng, giúp sinh viên ngành Máy xây dựng hiểu sâu sắc về nguyên lý hoạt động, cấu tạo chi tiết và quy trình tính toán thiết kế máy nâng vận chuyển. Thông qua đồ án này, sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết và áp dụng vào thực hành kỹ thuật. Đặc biệt, việc phân tích ba phương án thiết kế palăng giúp sinh viên hiểu được cách lựa chọn giải pháp tối ưu trong thiết kế cơ khí. Kỹ năng tính toán chi tiết máy như tang, động cơ, hộp giảm tốc, phanh, khớp nối là nền tảng quan trọng cho sự nghiệp kỹ sư. Những kiến thức này có ứng dụng rộng rãi trong thiết kế máy móc công nghiệp, cơ cấu nâng vận chuyển và hệ thống truyền động trong thực tế sản xuất.

4.1. Giá trị học tập và phát triển Kỹ năng kỹ sư

Đồ án rèn luyện khả năng phân tích, tính toán và thiết kế kỹ thuật. Sinh viên học cách chọn giải pháp tối ưu từ nhiều phương án thiết kế, tính toán chi tiết máy theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Đây là những kỹ năng cơ bản cần thiết cho kỹ sư máy xây dựng.

4.2. Ứng dụng Cổng trục trong các ngành công nghiệp

Cổng trục được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, vận tải, thủy lợi, công nghiệp. Từ xây dựng cầu đường, lắp ráp máy móc, xếp dỡ hàng hóa tại bến cảng đến sản xuất cấu kiện xây dựng. Hiểu rõ thiết kế và tính toán bộ máy nâng hạ giúp tối ưu hóa hiệu suất, đảm bảo an toàn và giảm chi phí trong các dự án thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC 1. Khái niệm, phạm vi sử dụng 1. Khái niệm Máy nâng chuyển là các loại máy dung để cơ giới hóa công tác nâng và vận chuyển nội bộ (phạm vi hẹp như công trường, xí nghiệp, công ty….

Ta dùng các loại máy này để vận chuyển các loại hang hóa như : hang kiện, hang khối, các cơ cấu kiện xây dựng … Cổng trục là loại máy nâng vận chuyển, là một loại thiết bị chuyên dung để nâng-hạ-di chuyển hang hóa ngoài bến bãi, nơi tập kết vật liệu. Nó rất tiện dụng và có hiệu quả cao trong quá trình bốc xếp hang hóa với tải trọng 1 tấn đến 1000 tấn, cổng trục di chuyển được nhờ hệ thống motor điện bố trí ở dưới hai chân cổng. Phạm vi sử dụng Vì khả năng nâng hàng hóa rất nặng, khả năng hoạt động linh hoạt trong phạm vi ray di chuyển và khẩu độ cần cổng trục được sử dụng rộng rãi trên các công trình xây dựng như : xây dựng dân dụng,nhà công nghiệp, xây dựng công trình thủy lợi, giao thông, để lắp ráp máy móc, thiết bị xếp dỡ hang hóa ở các bến cảng nhà ga, phục vụ cho việc sản xuất các cấu kiện xây dựng, lao lắp dầm cầu …. Phân loại - Phân loại theo công dụng cổng trục : - Cổng trục có công dụng chung : là loại thông dụng và thường thấy nhất, chuyên dùng để vận chuyển hàng, vật liệu rời bãi, nhà ga ….Loại này có tải trọng nâng từ 3,5 – 10 tấn.

Khẩu độ dầm từ 10 – 40m, chiều cao từ 6 – 17m. - Cổng trục chuyên dùng để lắp ráp trong xây dựng : như xây dựng cầu đường, xây dựng các cổng trục nhỏ hơn đến các nơi cần thiết một cách thuận lợi. Cổng trục dùng để lắp ráp thiết bị, máy móc và lắp ghép các công trình giao thông … - Cổng trục chuyên dùng : loại này có sức nâng và khẩu độ lớn. - Phân loại theo tải trọng, khẩu độ chia làm 3 loại : + Dầm đơn : 5 tấn, 7,5 tấn, 10 tấn, 15 tấn + Dầm đôi :5 tấn, 10 tấn, 15 tấn, 20 tấn, 30 tấn, 50 tấn, 100 tấn, 120 tấn, …500 tấn Có khẩu độ : 5 mét, 10 mét, 15 mét, 20 mét, 30 mét… - Phận loại theo kết cấu thép : Công xôn là phần được thiết kế dư ra trên dầm của cổng trục.

Trên mỗi dầm của cổng trục có công xôn hay không tùy vào mục đích sử dụng của người dùng mà có thể có cổng trục công xôn 1 đầu hay 2 đầu hoặc cổng trục không công xôn. + Cổng trục không có công xôn : Không có phần rìa phía ngoài mà dầm của cổng trục sẽ bằng với chân chống của nó. Các hàng hóa được di chuyển trong phạm vi bên trong của chân chống cổng trục. Loại này có độ vững cao, tải trọng nâng lớn, được tính toán và chế tạo tương đối đơn giản.

Thường được lắp đặt trong các nhà xưởng có kết cấu đơn giản để tiết kiệm chi phí kết cấu thép. Cổng trục này tốn nhiều khoảng không gian để đặt máy, không phù hợp cho những nơi có không gian làm việc nhỏ. Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Cổng trục không có công xôn + Cổng trục có công xôn : Là trên dầm của cổng trục sẽ có 1 đầu hoặc 2 đầu được thiết kế dư ra.

Ở mỗi phần dư ra này các bánh xò con sẽ di chuyển ra đến phần công xôn vượt ra khỏi hai chân chống của cổng trục để giúp di chuyển sản phẩm ra được phạm vi phía ngoài của chân cổng trục. Loại này có mặt bằng sử dụng ít, có tầm rộng lớn, phù hợp khi có yêu cầu mặt bằng nhỏ hẹp và không gian làm việc rộng. + Cổng trục dầm đôi có 2 đầu công xôn : Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Cổng trục hai đầu có công xôn + Cổng trục có một đầu công xôn : Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC.

Cổng trục có một đầu công xôn + Theo chân chống cũng rất đa dạng: như hai chân cứng, một chân cứng một chân mềm…. + Bán cổng trục : Loại cổng trục chỉ có một đầu là dầm đầu kia đứng yên hoặc di chuyển tịnh tiến trên ray như cầu trục. Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Hình ảnh bán cổng trục 1.

Cấu tạo chung của cổng trục 1. Cổng trục một dầm Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Sơ đồ cấu tạo cổng trục một dầm 1 – Chân mềm; 2 – Ray di chuyển Palăng; 3 – Dầm chủ; 4 – Palăng 5 – Chân cứng; 6 – Bộ di chuyển cổng; 7 – Tủ điện; 8 – Dầm ngang 1. Cổng trục hai dầm Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC.

Sơ đồ cấu tạo cổng trục hai dầm 1. Chân cổng trục; 3. Cơ cấu di chuyển cổng trục; 4. Ca bin cổng trục; 5.

Cơ cấu nâng hạ hàng Dầm chính : Được thiết kế dạng giàn không gian hoặc dạng dầm hộp, dầm I tổ hợp. Dầm chính là bộ phận mang theo pa lăng nâng hạ. Chân cổng trục : được thiết kế, chế tạo dạng thép hình hoặc thép ống tùy theo tải trọng của cổng trục. Chân cổng trục thường có hình dạng kiểu chữ A nên đôi khi người ta còn gọi là cổng trục chữ A hay Chân chữ A… Cơ cấu di chuyển cổng trục : giúp cổng trục có thể di chuyển dọc theo chiều dài sân bãi.

Cabin cổng trục : được sử dụng để điều khiển toàn bộ hệ thống cổng trục. Cơ cấu nâng hạ hàng : bao gồm động cơ, tời, tang cuộn, hộp giảm tốc, phanh, móc. Nguyên lý hoạt động Cổng trục có thể di chuyển vật theo 3 hướng trong không gian : Phương thẳng đứng : nhờ bộ phận nâng gồm : móc treo, dây cáp, tang cuộn, phanh, hộp giảm tốc và động cơ. Chúng được đặt trên xe con.

Phương dọc theo ray dẫn hướng xe con : Cụm xe con được đặt trên 2 thanh ray dẫn hướng, hai ray bố trí trên 2 dầm chính có động cơ để truyền động và 2 đầu có thể bố trí công tắc hành trình để giới hạn vùng làm việc an toàn. Phương dọc theo ray dẫn hướng cổng trục : Được bố trí 2 động cơ mỗi bên truyền động. Ray được bố trí trên mặt đất. Một số bộ máy trên cổng trục 1.

Cơ cấu nâng hạ hàng. Cơ cấu dùng palăng điện Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Palăng cổng trục a) Palăng cầu trục một dầm b) Palăng cầu trục hai dầm Palăng điện là một tời điện có kết cấu nhỏ gọn. Cấu tạo của palăng điện gồm có động cơ, hộp giảm tốc, tang tời, bộ điều khiển, cáp nâng hàng.

 Ưu, nhược điểm của palăng điện: Ưu điểm: kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, hoạt động linh hoạt và có độ bền cao Nhược điểm: tùy từng hãng mà chúng có chất lượng, cũng như độ bền khác nhau và chỉ có thể sử dụng ở nơi có nguồn điện. Cơ cấu dùng xe con Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Xe con cổng trục  Đặc điểm cấu tạo : Xe con cầu trục được cấu tạo từ những bộ phận: Động cơ điện, hộp giảm tốc, cơ cấu phanh, các khớp nối, tang cuốn cáp, và cơ cấu khung bệ đỡ tạo thành một khối vững chắc.  Ưu nhược điểm của xe con : Ưu điểm : có tốc độ nâng hạ di chuyển nhanh, gọn, có thể nâng vật với chiều cao lớn, khả năng làm việc tốt, chịu được điều kiện khắc nghiệt.

Nhược điểm: giá thành cao hơn so với palăng, thiết bị to nặng cồng kềnh, nhiều chi tiết máy móc. Cơ cấu di chuyển cổng trục Để dẫn động cho cầu trục ta có thể sử dụng bộ máy di chuyển bánh thép trên ray. Có thể dẫn động chung hoặc dẫn động riêng. Dẫn động chung: Động cơ là nguồn dẫn động chung, momen xoắn được truyền qua hộp giảm tốc và sau đó đến các bánh xe, nhờ trục truyền động.

Tùy vào khẩu độ mà có thể dùng sơ đồ truyền động với trục quay nhanh hoặc quay chậm. Dẫn động riêng: Gồm các cụm riêng biệt ở một hoặc hai bên đường ray. Mỗi cụm đều có động cơ và hộp giảm tốc riêng. Trong cơ cấu dẫn động riêng, động cơ có thể bố trí dọc hoặc ngang so với trục đường ray…thường được áp dụng cho cầu trục khẩu độ lớn.

Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Bộ máy di chuyển Dẫn động chung  Đặc điểm cấu tạo : + Động cơ điện + Hộp giảm tốc + Hệ thống phanh và khớp nối + Gối đỡ và các gối đỡ trung gian + Các cặp bánh răng truyền động và bánh xe  Ưu nhược điểm : + Ưu điểm : có thể truyền momen xoắn lớn, vận hành dễ dàng. + Nhược điểm : các gối đỡ phải đủ độ cứng vững, có thêm các cặp bánh răng phụ nên lắp đặt sửa chữa khó khăn, hiệu suất giảm vì có thêm các gối đỡ. Dẫn động riêng :  Đặc điểm cấu tạo : + Động cơ điện + Hệ thống khớp nối và phanh + Hộp giảm tốc + Khớp nối + Bánh xe  Ưu nhược điểm : + Ưu điểm : sử dụng được khi khẩu độ lớn, đảm bảo độ cứng vững của máy, kết cấu nhỏ gọn, hiệu suất truyền động cao do không qua nhiều khớp nối và gối đỡ.

+ Nhược điểm : momen xoắn nhỏ, yêu cầu lắp ráp chính xác, vận hành khó khăn. * Thiết bị mang tải + Móc treo: Móc treo chuyên dùng cho các cơ cấu nâng hạ, xe con cầu trục, cổng trục, gồm có loại móc đơn và móc kép phù hợp với nhiều mục đích sử dụng tải trọng nâng của móc cẩu có thể đến 500 tấn, Thông thường được đúc và tôi bằng thép có chất lượng tốt, độ bền cao ít bị ăn mòn. Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Thiết bị mang tải ( móc tải ) + Gầu ngoạm Được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất thép, hoặc nhà máy chế biến vật liệu dời như: Nhà máy sản xuất thép từ quặng, than đá, cát, phế liệu… Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC.

Thiết bị mang tải ( gầu ngoạm ) 1. Một số thiết bị phụ trợ Phanh cổng trục là một bộ phận quan trọng trong cơ cấu hoạt động của cổng trục chúng giúp đảm bảo an toàn cho việc vận hành cổng trục. Hình TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC. Phanh cổng trục Ngoài ra còn có còi và đèn chiếu sáng.

111Equation Chapter 1 Section 1TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN 2. Thông số kỳ thuật yêu cầu của bộ máy nâng hạ hàng + Tải trọng danh nghĩa Q = 15t=150000 N + Vận tốc nâng tải vn = 4,6 m/ph + Chiều cao nâng H = 12m + Chế độ làm việc trung bình CD% = 40% 2. Phương án thiết kế bộ truyền 2.