Sơ đồ tính cơ cấu quay
Khi thiết kế cần trục tháp có đầu tháp quay, việc lựa chọn sơ đồ cơ cấu quay cần phải đảm bảo nằm trong diện tích bố trí hạn chế và thuận tiện cho quá trình vận hành cũng như lắp đặt.
Trong trường hợp này, sơ đồ truyền động được chọn gồm động cơ điện truyền mômen quay qua khớp nối với vòng đàn hồi và khớp nối dạng bánh phanh để lắp phanh điện thủy lực, giúp kết cấu gọn nhẹ hơn Khớp nối được kết nối với trục vào của hộp giảm tốc trục vít bánh vít, trong khi trục ra của hộp giảm tốc được lắp bánh răng trụ răng thẳng, ăn khớp trực tiếp với vành răng gắn cố định với cột tháp.
Hình 1 Sơ đồ tính cơ cấu quay
1: Động cơ điện 2: Vành răng cố định của vòng tựa quay 3: Khớp nối và phanh
4: Hộp giảm tốc trục vít bánh vít
Chế độ làm việc của cơ cấu quay
Chế độ làm việc của cần trục tháp Kb674 bao gồm các thông số quan trọng để đánh giá điều kiện sử dụng và khả năng chịu tải theo thời gian Hệ số sử dụng trong ngày (kng) được tính bằng số giờ làm việc trong ngày chia cho 24, với thiết kế 1 ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 4 giờ, tức là cần trục hoạt động 8 giờ mỗi ngày, cho kng = 8/24 = 0,333 Ngoài ra, hệ số sử dụng trong năm (kn) được xác định bằng số ngày làm việc trong năm chia cho 365.
Cần trục tháp hoạt động trung bình khoảng 210 ngày mỗi năm, tương đương với 57% thời gian sử dụng trong năm Thời gian còn lại bao gồm hai tháng nghỉ để bảo trì, một tháng nghỉ lễ và một tháng di chuyển giữa các công trình Hệ số sử dụng theo tải trọng kq được tính dựa trên trọng tải trung bình Q tb.
+ Qtb: Tải trọng trung bình trong một năm hoạt động (T), Qtb
+ Q:Tải trọng định mức của cần trục (T), Q = 25(T)
Vậy kQ = 12,5 25 = 0,5 d Cường độ làm việc của cơ cấu:
Tổng thời gian làm việc trong một chu kỳ hoạt động của cơ cấu bao gồm tổng thời gian mở máy và thời gian làm việc với tốc độ ổn định.
T: Thời gian 1 chu kì hoạt động của cần trục, gồm tổng thời gian làm việc T0, tổng thời gian phanh ∑ t p , và tổng thời gian dùng máy ∑ t d
100 % % e Số lần mở máy trong 1 giờ tính (tính trung bình cho 1 ca làm việc) m = 3600 T m 0
+ m 0: Số lần đóng mở máy trong 1 chu kì làm việc
+ T: thời gian 1 chu kì hoạt động của cần trục
T m 0 = 80 (lần ) f Nhiệt độ môi trường xung quanh.
Cần trục tháp đang thiết kế làm việc ngoài trời, chọn nhiệt độ môi trường xung quanh trung bình là 25°C.
Kết luận: tra [1], ta có cơ cấu làm việc ở chế độ nhẹ.
Xác định trọng lượng đối trọng cân bằng phần quay
Hình 2: Sơ đồ các trọng lượng và điểm đặt của chúng a.Trường hợp 1: làm việc với hàng 252500(N), kể cả thiết bị mang hàng ở tầm với lớn nhất.
Khối lượng đối trọng được xác định dựa trên điều kiện cân bằng mômen uốn M1 và M2 tác động lên vòng tựa quay, với trường hợp có hàng treo trên móc và không có hàng, đảm bảo rằng M1 = M2.
M 1 = R max 1 Q h + L c G c + G dcxc L dcxc +G xc L xc −G cs L cs −G ccn L ccn −G dt L dt
+ M1: mô men tác dụng lên thiết bị tựa quay (Nm)
+ Rmax1: tầm với lớn nhất với tải trọng 252500 (N) có Rmax1
+ Qh: trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng, (N), có
+ Lc: khoảng cách trọng tâm cần đến tâm quay, (m), có Lc
+ Gc: trọng lượng cần, N, có Gc = 107600(N)
+ Gdcxc: Trọng lượng cơ cấu di chuyển xe con (N) có Gdcxc 5000(N)
+Ldcxc: khoảng cách trọng tâm cơ cấu di chuyển xe con đến tâm quay (m) có Ldcxc = 6,5(m)
+ Gxc : trọng lượng xe con (N) có Gxc = 4600(N)
+ Lxc: khoảng cách trọng tâm xe con đến tâm quay (m) có
+ Gcs: trọng lượng công son, N, có Gcs = 119000(N)
+ Lcs: khoảng cách trọng tâm công son đến tâm quay,(m) có Lcs = 10(m)
+ Gccn: trọng lượng cơ cấu nâng (N) có Gccn = 8000(N)
+ Lccn: khoảng cách trọng tâm cơ cấu nâng đến tâm quay (m) có
+ Gdt: trọng lượng đối trọng (N)
+ Ldt: khoảng cách trọng tâm đối trọng đến tâm quay (m) có Ldt = 18(m)
Khi không có hàng ở tầm với min:
M 2 =L c G c + G dcxc L dcxc +G xc R min 1 −G cs L cs −G ccn L ccn −G dt L dt
+ M2: mô men tác dụng lên thiết bị tựa quay (Nm)
+ Rmin: tầm với nhỏ nhất không mang hàng có Rmin1 = 4 (m)
+ Lc: khoảng cách trọng tâm cần đến tâm quay, (m), có Lc
+ Gc: trọng lượng cần, N, có Gc = 107600(N)
+ Gdcxc: Trọng lượng cơ cấu di chuyển xe con (N) có Gdcxc 5000(N)
+ Ldcxc: khoảng cách trọng tâm cơ cấu di chuyển xe con đến tâm quay (m) có Ldcxc = 6,5(m)
+ Gxc : trọng lượng xe con (N) có Gxc = 4600(N)
+ Gcs: trọng lượng công son, N, có Gcs = 119000(N)
+ Lcs: khoảng cách trọng tâm công son đến tâm quay,(m) có Lcs = 10(m)
+ Gccn: trọng lượng cơ cấu nâng (N) có Gccn = 8000(N)
+ Lccn: khoảng cách trọng tâm cơ cấu nâng đến tâm quay
+ Gdt: trọng lượng đối trọng (N)
+ Ldt: khoảng cách trọng tâm đối trọng đến tâm quay (m) có Ldt = 18(m)
R max 1 Q h + L c G c + G dcxc L dcxc +G xc L xc −G cs L cs −G ccn L ccn −G dt L dt =−( L c G c +G dcxc L cdxc + G xc R min1 −G cs L cs −G ccn L ccn −G dt L dt )
Vậy Gdt = 148325 (N) b.Trường hợp 2 : làm việc với tải trọng 100000N
Tải trọng của cần trục với tầm với từ 4-35m cho thấy momen tải giảm từ 400000 Nm xuống 350000 Nm, do đó trọng lượng đối trọng sẽ thấp hơn một chút so với phần (a) Vì vậy, chúng ta chọn trọng lượng đối trọng dựa trên kết quả của phần (a).
Xác định toạ độ trọng tâm phần quay không kể hàng
Gọi x là toạ độ trọng tâm phần quay không kể hàng ta có: x= ∑ G i x i
+ G i : trong lượng bộ phận thứ I của phần quay (N)
+ x i : Toạ độ tính đến bộ phận thứ i
+ ∑ G i : Tổng trọng lượng bộ phận thứ i (N)
Vậy trọng tâm phần quay là: x= L c G c + G dcxc L cxccxc +G xc L xc +G cb L cb + G ccp L ccq + G d L d −G ccn L ccn −G cs L cs −G dt L dt
G c +G dcxc +G xc +G cb +G ccp + G d +G ccn +G cs + G dt
Trong đó các kí hiệu đã giải thích ở phần trên: thay các giá trị ta có x= 17,86.1076+6,5.5000 +35.7100+ 13000.1+ 4000.1+5000.1− 20.8000−119000.10−148325.18
= 4,304(m) (ta thấy khi cần trục không làm việc trọng tâm phần quay ngả về phía đối trọng và cách tâm quay 4,304(m) về phía đối trọng).
2 TÍNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN PHẦN QUAY
Trọng lượng phần quay của thiết bị bao gồm trọng lượng cần, trọng lượng congson, trọng lượng ca bin, trọng lượng đối trọng, và các cơ cấu được lắp đặt trên phần quay, không bao gồm trọng lượng hàng hóa.
G q =G c +G dcxc +G xcvm +G ccn +G cs + G dt +G cb +G ccq +G d 7600+5000+ 7100+8000+119000+ 148325+ 13000+ 4000 +5000A7025( N )
Trọng lượng này đặt tại trọng tâm phần quay cách tâm quay
Trọng lượng hàng
Tầm với lớn nhất: Rmax = 35 (m) : Q= 10000 (N), tải trọng này thực hiện ở mọi tầm với.
Tầm với nhỏ nhất : Rmin = 4 (m) : Q= 250000 (N), tải trọng này chỉ cho phép vươn xa tới 16 (m)
Lực ngang tác dụng vào đầu cần khi cáp lắc động
+ Tc: Lực ngang tác dung lên đầu cần (N)
+ Q: Tải trọng định mức,(N) có Q %2500(N)
+ α: góc ngiêng của cáp có α = 3°
Lực quán tính tiếp tuyến khi phanh cơ cấu quay của khối lượng phần quay không kể hàng
khối lượng phần quay không kể hàng
Lực quán tính tiếp tuyến đặt tại trọng tâm phần quay: [1]
+ G q : khối lượng phần quay, (N), có G q = 417025 (N)
+ n: Tốc độ quay của cần (v/ph), có chọn sơ bộ n = 1 (v/ph)
+ t: thời gian phanh cơ cấu, (s), có t = 5,64 (s)
+ R q : bán kính trọng tâm phần quay: có R q = 4,304 (m)
Lực quán ly tâm khi quay cần trục đặt tại trọng tâm phần quay của trọng lượng phần quay
Được xác định theo công thức:
+ G q : khối lượng phần quay, (N), có G q = 417025(N)
+ n: Tốc độ quay của cần (v/ph), có chọn sơ bộ n = 0,1(v/ph) + R q : bán kính trọng tâm phần quay: có R q = 4,304 (m)
Áp lực gió tác dụng lên phần quay có hàng khi làm việc
Các máy trục làm việc ngoài trời cần phải tính đến tải trọng gió tác dụng lên kết cấu Tải trọng này có phương nằm ngang
(song song với mặt đất) phân bố trên toàn bộ kết cấu.
Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép ở trang thái làm việc: P gII
- P i : Áp lực gió tác dụng lên bề mặt chịu gió của phần quay ở độ cao đã cho
+ q 0: Cường độ của gió ở điều kiện làm việc bình thường q 0 150(N/m 2 )
+ n: Hệ số hiệu chỉnh tính đến sự tăng áp lực gió theo chiều cao Với chiều cao 60m ta có n= 1,9.
+ c: Hệ số khí động học của kết cấu, phụ thuộc vào hình dáng của kết cấu
+ β : hệ số kể tới tác dụng động của áp lực β=1+m đ ξ sơ bộ β = 1,4 ÷ 1,8 β=1,6
+ γ : Hệ số vượt tải, phụ thuộc phương pháp tính toán: γ = 1,1
- F: Diện tích chắn gió của kết cấu.
+ K c : Hệ số độ kín của kết cấu (hệ số lọt gió)
Với kết cấu dàn K c = 0,4 ÷ 0,6 Chọn K c = 0,5
+ F b : Diện tích hình bao của kết cấu
Vậy ta có tổng áp lực gió tác dụng lên phần quay là:
Lực ngang do đường ray bị nghiêng của trọng lượng phần quay
+ P q : lực ngang do đường ray bị ngiêng (N)
+ G q : trọng lượng phần quay, (N) có G q = 417025(N)
+ α: độ nghiêng đường ray, có α = 3°
Lực ngang xuất hiện khi khởi động, phanh cơ cấu di chuyển
+ P ph : Lực ngang xuất hiện khi khởi động, phanh cơ cấu di chuyển, (N)
+ G q : trọng lượng phần quay, (N) có G q = 417025(N)
+ a: gia tốc khi phanh hãm cơ cấu di chuyển cần trục, sơ bộ chọn a = 0.2 (m/s 2 )
3 TÍNH TOÁN KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐỠ QUAY:
Cần trục Kb 674 thường sử dụng thiết bị đỡ quay là vòng tựa quay kiểu con lăn, với một dãy ăn khớp trong được tiêu chuẩn hóa Vòng tựa quay này có khả năng chịu được mômen lật, tải trọng ngang và tải trọng thẳng đứng.
Hình 3: Sơ đồ tìm phản lực tác dụng lên vòng tựa quay
3.1 Sơ bộ chọn vòng quay tựa quay:
Sơ bộ chọn vòng tựa quay [7]
Hình 4: Vòng tựa quay kiểu con lăn a Các đặc tính hình học:
+ Đường kính vòng con lăn: d = 2875 (mm)
+ Đường kính vòng ngoài: D = 3150 (mm)
+ Đường kính cố định vào kết cấu thép cột D5 2680(mm)
+ Đường kính vòng trong bằng bu lông cố định sàn: D3
+ Số bu lông bắt vào bệ: 120
+ Đường kính vòng lăn vành răng: dw = 2441,5 (mm) + Bề rộng vòng răng: b = 160 (mm)
+ Đường con lăn: db = 70 (mm) b Các đặc tính chịu tải:
Tải trọng thẳng đứng: Vd = 1400 (kN)
Tải trọng ngang: Vn = 600 (kN)
Tính kiểm tra thiết bị đỡ quay
a.Kiểm tra về khả năng chịu tải trọng thẳng đứng
Tải trọng lớn nhất tác động lên thiết bị đỡ quay của cần trục khi nâng hàng với tải định mức Q = 252500(N) sẽ được truyền xuống vòng tựa quay Vòng tựa quay phải chịu toàn bộ trọng lượng của phần quay và trọng lượng hàng hóa đang được nâng.
Khi đó tải trọng tác dụng thẳng đứng là:
+ V d : tải trọng thẳng đứng tác dụng lên vòng tựa quay, (N)
+ G q : trọng lượng phần quay, (N), có G q = 417025(N)
+ Q: trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng, (N), có Q 252500(N)
Vậy vòng tựa quay đã chọn thoả mãn điều kiện chịu tải thẳng đứng b Kiểm tra về khả năng chịu tải trọng ngang
- Tất cả các tải trọng theo phương ngang có thể tác dụng lên phần quay gồm:
+ lực ngang tác dụng vào đầu cần khi cáp lắc động
+ lực quán tính tiếp tuyến khi phanh cơ cấu quay của khối lượng phần quay không kể hàng
+ lực quán ly tâm khi quay cần trục đặt tại trọng tâm phần quay của trọng lượng phần quay
+ áp lực gió tác dụng lên phần quay khi không làm việc + lực ngang do đường ray bị nghiêng của trọng lượng phần quay
+ lực ngang xuất hiện khi khởi động, phanh cơ cấu di chuyển
Ta xét trường hợp bất lợi nhất là tất cả các tải trọng ngang đều tác dụng đồng thời lên phần quay
Các tải trọng trên đã được tính ở phần tính toán tải trọng tác dụng lên phần quay, thay số ta có:
Ta thấy V n
