Thiết kế cần trục bánh lốp sức nâng Q=18T

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cần trục bánh lốp sức nâng Q=18T

PHẦN 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.Cấu tạo:

1- ca bin điều khiển; 2 –cần; 3-cáp nâng cần; 4-cáp nâng hàng ; 5-móc

nâng hàng; 6-puly nâng cần;7-puly nâng hàng

-Cấu tạo phần quay của cần trục bánh lốp giống cần trục ô tô.phần khung bệ

di chuyển là khung bệ chuyên dùng,di chuyển bằng bánh lốp có 4 trục.Tốc độ

di chuyển trên đường thấp hơn so với cần trục ô tô.Hệ thống bánh xe được treo cứng do tốc độ giới hạn không quá 25km/h Khi hệ thống treo nửa cứng,

nửa can bằng tốc độ có thể đạt 60-70km/h.

- Cần trục bánh lốp đuợc trang bị một động cơ diezen bố trí trên phần sử dụng hệ thống truyền động cơ khí ,điện hoặc thuỷ lực để truyền động cần trục và

cả di chuyển xe.trong ca bin bố trí các thiết bị phục vụ cho cả di chuyển trên đường và các thiết bị cần trục.

2.công dụng:

Cần trục bánh lốp dùng để nâng và vận chuyển hàng trên kho bãi.Nhờ có

các thiết bị như gầu, cơ cấu nâng phụ , các đoạn cần nối vv….mà nó được sử dụng rộng rãi.Cần trục bánh lốp được chế tạovới sức nâng 18T,chiều cao nâng 12.3m.Tốc độ nâng hàng 0.3m/ph.Tốc độ quay từ 1-4vg/ph ,tốc độ di chuyển 12-70km/h.

3.Đặc điểm:

Cần trục bánh lốp sử dụng các chan chống để tăng cường sự ổn định của máy.các cần trục không được di chuyển tự do trên đường mà cần được kéo dắt,đồng thời có các biện pháp bảo đảm an toàn.khi ở trạng thái vận

chuyểncần trục co kích thước bao vượt ngoài quy định thì cần chọn lộ trình di chuyển phù hợp vớ chúng.

4.Các thông số cơ bản:

-Sức nâng:Q=18T

-Chiều dài cần: L =22.5m

-Tầm với lớn nhất: R max =21m

-Tầm với nhỏ nhất: R min =6.4m

PHẦN 2TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP

1.1 KHÁI NIỆM:

Trong các máy trục kết cấu kim loại chiếm một phầnkim loại rất lớn Khối lượng kim loại dùng cho kết cấu kimloại chiếm 60%80% khối lượng kim loại toàn bộ máy trục,có khi còn hơn nữa Vì thế việc chọn kim loại thích hợp chokết cấu kim loại để sử dụng một cách kinh tế nhất là rất

quan trọng

Kết cấu kim loại của máy trục gồm các thép tấm vàthép góc nối với nhau bằng hàn hay đinh tán Vì mối ghéphàn gia công nhanh và rẻ nên được dùng rộng rãi hơn

Các loại thép góc và thép tấm dùng cho kết cấu kimloại máy trục có thể được chế tạo bằng thép cácbon, thépkết cấu hợp kim thấp hay hay bằng hợp kim nhôm

1.2 VẬT LIỆU:

Kết cấu dàn của cần trục bánh lốp sức nâng 18T doLiên Xô cũ chế tạo được làm từ thép cácbon trung bình, loạithép CT3 có các cơ tính cơ bản sau:

_ Môđun đàn hồi: E = 2,1.106 KG/cm2.

_ Môđun đàn hồi trượt: G = 0,84.106 KG/cm2

_ Giới hạn chảy: ch = (24002800) KG/cm2

_ Giới hạn bền: b = (38004700) KG/cm2

_ Độ giãn dài khi đứt:  = 21%

_ Khối lượng riêng:  = 7,83 T/m3

_ Giới hạn bền: b = (38004200) KG/cm2

_ Độ dai va đập: ak = 70 J/cm2

1.3 HÌNH THỨC KẾT CẤU:

Cần trục bánh lốp là loại cần trục quay thay đổi tầm vớibằng cách nâng hạ cần Cần là một dàn có trục thẳng vớitiết diện thay đổi theo chiều dài cần Phần dưới của cần đặttrên bản lề cố định trên phần quay của kết cấu kim loại,đầu trên nối với palăng thay đổi tầm với Vì thế cần đượcxem như một thanh đặt trên hai bản lề

Hình:5.1

Các cần thẳng dùng trong trường hợp khi dây cáp dùngđể nâng hạ cần nối ở đầu cần Các cần này có ưu điểm lànhẹ hơn và kết cấu đơn giản hơn Tuy nhiên nó không chophép nâng vật nặng lên cao ở tầm với nhỏ nhất như là cầncó trục gãy.

Đối với các cần trục có trọng tải lớn cần được chế tạokiểu dàn với tiết diện ngang tứ giác Thanh biên của các tứgiác đó được làm bằng thép góc Để giảm nhẹ trọng lượng,các cần được chế tạo theo kiểu dàn có độ cứng thay đổi

Các thông số cơ bản của kết cấu thép cần:

_ Chiều dài cần: l = 22.5m

_ Chiều cao tiết diện cần ở giữa chiều dài chọn phụ thuộcvào chiều dài cần l và thường lấy trong khoảng:

h ) l 1 , 5 0 , 96m

16

1 12

 Chọn loại tiết diện dàn:

Chọn tiết diện thanh căn cứ vào điều kiện bền và ổnđịnh của các thanh:

_ Ở các thanh chịu kéo thì hình dạng tiết diện khôngảnh hưởng đến độ bền của chúng, hình dạng tiết diện đóchọn theo kết cấu thực tế đảm bảo cho sự liên kết của cácthanh chịu kéo này với các cấu kiện khác của dàn theonguyên tắc đã được tiêu chuẩn hóa về hình dạng được sửdụng trong dàn

Ở các thanh chịu nén của dàn, ngoài việc bảo đảm sựphù hợp về kết cấu theo chỉ định thiết kế thì hình dạng củatiết diện còn phải chú ý đến điều kiện ổn định của thanh đểchống sự uốn dọc làm mất ổn định của thanh.

_ Cần cơ bản của cần trục bánh lốp truyền động Diesel– điện sức nâng18T gồm bốn đoạn ghép với nhau, giaođiểm của các thanh trong dàn gọi là mắt Khoảng cách giữacác mắt thuộc cùng một đường biên gọi là đốt Thanh tạothành chu vi phía trên gọi là thanh biên trên, ở phía dưới gọilà thanh biên dưới Ngoài ra còn có các thanh giằng chéo

1.4 CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP

_ Khi tính thiết kế kết cấu kim loại máy trục của cần trụcngười ta tính toán theo 3 trường hợp sau:

1.4.1 Trường hợp tải trọng I:

Các tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên máy trục ở trạngthái làm việc bình thường Dùng để tính toán kết cấu kimloại theo độ bền lâu Các tải trọng thay đổi được tính quyđổi thành tải trọng tương đương.

1.4.2 Trường hợp tải trọng II:

Các tải trọng lớn nhất phát sinh khi máy trục làm việc ởchế độ chịu tải nặng nề Dùng để tính toán kết cấu kim loạitheo điều kiện bền và điều kiện ổn định

1.4.3 Trường hợp tải trọng III:

Máy trục không làm việc nhưng chịu tác dụng của cáctải trọng phát sinh lớn nhất ví dụ: trọng lượng bản thân,trọng lượng gió (bão), trường hợp này dùng để kiểm tra kếtcấu theo độ, bền độ ổn định

Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tảitrọng tác dụng lên máy trục và chia ra thành các tổ hợp tảitrọng sau:

_ Tổ hợp Ia, IIa: tương ứng với trạng thái cần trục làm việc,cần trục đứng yên chỉ có một cơ cấu nâng làm việc, tínhtoán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng, khởi độngmột cách từ từ tính cho Ia; khởi động (hãm) một cách độtngột tính cho tổ hợp IIa

_ Tổ hợp Ib, IIb: máy trục di chuyển có mang hàng đồngthời lại có thêm một cơ cấu khác đang hoạt động (di chuyển

xe con, di chuyển xe tời, quay, thay đổi tầm với), tiến hànhkhởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổhợp Ib; độ ngột IIb

 Kết cấu kim loại của cần chịu tải trọng nặng nề nhấttương đương với tập hợp tải trọng IIa Khi cần trục đứng yêntiến hành nâng hàng từ mặt nền ở vị trí bất lợi nhất và tiếnhành hãm hàng khi nâng phối hợp với chuyển động quay(các tải trọng tính gồm có: tải trọng không di động tính + tảitrọng tạm thời tính khi treo trọng tải lớn nhất ở tầm với lớnnhất + lực quán tính ngang + tải trọng gió ở trạng thái làmviệc) Do đó ta sử dụng trường hợp tải trọng IIa để tính kếtcấu kim loại của cần

1.5BẢNG TỔ HỢP TẢI TRỌNG:

Loại tải trọng Tính theo độ bền mỏi Tính theo độ bền và

độ ổn định I

-K

2.Gc K

_ Tải trọng không di động gồm những phần riêng lẻ của kếtcấu kim loại cần Vì đây là loại cần lớn tải trọng do trọnglượng bản thân cần được xem như phân bố dọc theo chiềudài của cần, theo công thức (8.48) [5]:

G1 = q1l

Trong đó:

 G1: trọng lượng cần

 l: chiều dài cần (l = 22.5m)

 q1: tải trọng phân bố, theo công thức 5.4 [5]:



_ Tải trọng tạm thời gồm trọng lượng vật nâng Q và bộphận mang vật G3, theo công thức (8.49) [5]: P = Q +G3 Tảitrọng này đặt ở điểm nối của các puli (ròng rọc) đầu cần.Khi nâng và hạ sinh ra các tải trọng quán tính, vì thế tảitrọng tạm thời được xác định theo công thức (8.50) [5]:

Pt = k2Q + G3

Trong đó:

 k2: hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chế độ làm việc củamáy trục Vì máy trục làm việc ở chế độ làm việc trungbình  k2 = 1,2.

 Q: trọng lượng vật nâng

 G3: trọng lượng bộ phận mang vật (chọn G3 = 2,45T)

Ở tầm với lớn nhất Rmax = 14m tương ứng sức nâng Q = 12T:  Pt = 1,2120000 +24500 = =168500N

Ở tầm với lớn trung bình Rtb = 9m tương ứng sức nâng Q =31T:

 Pt = 1,2310000 +24500 =396500N

Ở tầm với nhỏ nhất Rmax = 4,7m tương ứng sức nâng Q =100T:

 Pt = 1,21000000 +24500 =1224500N

_ Lực quán tính ngang do trọng lượng của kết cấu xuất hiệnkhi mở máy hay khi phanh cơ cấu quay Các lực này lấybằng 0,1 của các tải trọng thẳng đứng (không kể đến hệ số

k1), công thức (8.53) [5]:

Gng = 0,1G1 = 0,160000 = 6000N

Vì đây là loại cần lớn nên lực quán tính ngang phân bốdọc theo chiều dài cần hay là đặt vào các mắt của dànngang:

 = qonc

Trong đó:

 qo: áp lực động của gió ở độ cao 10m so với mặt đất, đốivới:

+ Trạng thái làm việc: qo = 15 KG/m2

+ Trạng thái không làm việc: qo = 70 KG/m2

 n: hệ số điều chỉnh tăng áp lực phụ thuộc vào độ cao sovới mặt đất, tra bảng 1.6 [1] chọn n = 1

 c: hệ số khí động học, tra bảng 1.7 [1] chọn c = 1,4

 : hệ số quá tải (tính theo phương pháp ứng suất cho phép

 = 1)

 : hệ số động lực, do đặc tính mạch động của áp suấtđộng của gió Khi tính những chi tiết máy trục theo độ bềnchắc:  = 1

5 7

m

+ k: hệ số kín, đối với dàn chọn k = 0,4

 Fc = 150,4 = 6m2

Do đó toàn bộ tải trọng gió tác dụng lên cần:

+ Ở trạng thái làm việc:

Wc = 216 =126 KG.=1260N

+ Ở trạng thái không làm việc:

Wc = 986 = 588 KG.=5800N

Tải trọng gió phân bố đều trên mặt I của cần :

+ Ở trạng thái làm việc:

W g Wc 56N/m

5 22

+ : hệ số phụ thuộc vào độ kín của dàn và tỷ số h b (b:khoảng cách giữa các dàn, h: chiều cao dàn).

1 5

1

5 1





h b

Với h b =1 và hệ số kín k = 0,4 tra bảng trang 37 [7] chọn  =0,6

 c: hệ số khí động học, tra bảng 1.7 [1] chọn c = 1,4

 c’ = 0,61 = 0,6

Vậy tải trọng gió phân bố đều trên mặt II của cần:

+ Ởû trạng thái làm việc:

Do đó toàn bộ tải trọng gió tác dụng lên mặt II của cần

+ Ở trạng thái làm việc:

+ Ở trạng thái làm việc:

w g Wc 2 13KG/m 21 , 3N/m

5 22







Trong đó:

 Pt: tải trọng tạm thời tính

 a: bội suất palăng (a = 5)

 p: hiệu suất palăng công thức (2.3) [1]:

h

a h p

1 1

+ h: hiệu suất của những puli chuyển hướng Tra bảng 2.2[1] chọn

h= 0,98

0 , 98 0 , 912

98 , 0 1

98 , 0 1 5

Vậy: Lực căng trong dây cáp nâng hàng:

+ Ở tầm với lớn nhất: Pt = 52410N  S h 11493N

912 , 0 5

126910







+ Ở tầm với nhỏ nhất: Pt = 220410N  S h 48335N

912 , 0 5

+ Trong mặt phẳng nâng cần:

Tầm với lớn nhất: Rmax = 21m : sức nâng Q = 4T và chiềucao nâng H = 6m:

 Góc nghiêng của cần nhỏ nhất:

MIN  25 0 Góc nghiêng của cápnâng cần so với phương ngang:

 Góc nghiêng của cáp nâng hàng so với phương ngang:

*Ở tầm vớitrung bình:

N S

o o

95 , 6

13 3 7 , 268530 76

cos 15 10 45 , 122 76

cos 25 11

o o

1 9

4 5 7 , 268530 76

cos 15 10 45 , 122 76

cos 25 11

Rmin:  RH = 368560,7cos62o + 697873cos52o

13 3 11493 45

cos 5 22 52410 45

cos 25 11

hình:5.4

Y = 0  RN = Png + Wh + Wgi1 + Wgi2 + Gng

Rmax:  RN = 4410 + 2100 + 5880 + 2552 + 1080 =16021N

Rtb:  RN = 1269 + 4200 + 5880 + 2552+ 1080 =26371N

Rmin:  RN = 18441 + 7350 + 5880+ 2552 + 1080 =35271N

_ Phản lực gối tựa:

Rmax: RH = 231921N.; Rtb: RH = 277601N.; Rmin: RH =12464N

RV = 80081 N RV = 92383N RV =149321N

RN = 7150 N RN = 8801,2N RN =10140N.

 1.6 PHƯƠNG PHÁP TÍNH:

Kết cấu cần của cần trục được thiết kế tính toán theophương pháp ứng suất cho phép Trong đó ứng suất phátsinh trong kết cấu dưới tác dụng của tải trọng không đượcvượt quá trị số ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo

[] = 0,6[] = (96108) N/mm2

Hiện nay người ta đề ra phương pháp tính mới cáchđánh giá mới về độ bền kết cấu kim loại máy trục, có xétđến sự làm việc thực tế của vật liệu ở ngoài giới hạn đànhồi, thường là phương pháp tính theo trạng thái giới hạn haytải trọng phá hoại

Theo phương pháp tính này kết cấu kim loại không đặttrong trạng thái làm việc mà đặt trong trạng thái giới hạn,tức là trong trạng thái kết cấu mất khả năng chịu tải, khôngthể làm việc bình thường được nữa, hoặc có biến dạng quámức, hoặc do phát sinh ra các vết nứt Chính vì thế nên kếtquả tính theo phương pháp này tiết kiệm hơn phương phápứng suất cho phép Tuy vậy, đối với yêu cầu của một số kếtcấu, tính theo trạng thái giới hạn đôi khi đưa đến nhữngbiến dạng tương đối lớn, vượt quá mức độ cho phép Do đótrong phương pháp tính này người ta đặt biệt chú ý tới biếndạng Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn chưa đượchoàn thiện để tính kết cấu kim loại của tất cả các loại máytrục nên chúng ta chủ yếu tính theo phương pháp ứng suấtcho phép vì phương pháp này đã phát triển khá phong phúvà hoàn chỉnh

Kết cấu kim loại của cần được tính theo hai trường hợpphối hợp tải trọng sau đây:

Trường hợp thứ nhất: tải trọng không di động tính + tảitrọng tạm thời tính khi treo trọng tải lớn nhất ở tầm với lớnnhất.

Trường hợp thứ hai: tải trọng di động tính + tải trọngtạm thời tính khi treo trọng tải lớn nhất ở tầm với lớn nhất +lực quán tính ngang + tải trọng gió ở trạng thái làm việc.Tải trọng không di động (không kể đế hệ số điều chỉnh)+ tải trọng do các thành phần ở đầu cần khi tầm với nhỏnhất + tải trọng gió ở trạng thái không làm việc

1.7 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC CÁC THANH TRONG DÀN:1.7.1 Khái niệm:

Dàn là một hệ gồm nhiều thanh thẳng nối với nhaubằng những khớp Để tăng độ chính xác của phép tính, nộilực trong các thanh cần được xác định theo hệ không gian.Tuy nhiên để đơn giản hơn trong các phép tính ta có thểchia hệ không gian ra nhiều hệ phẳng và mổi hệ phẳng nàyđặt dưới tác dụng của các hệ lực trong mặt phẳng tươngứng

Giao điểm của các thanh trong dàn gọi là mắt Khoàngcách giữa các mắt thuộc cùng một đường biên gọi là đốt.Thanh tạo thành chu vi của dàn ở phía trên gọi là thanh biêntrên, ở phía dưới gọi là thanh biên dưới Ngoài ra còn có cácthanh giằng chéo:

Để tính dàn được đơn giản ta thừa nhận giả thiết sau:_ Mắt của dàn phải nằm tại giao điểm của các trục thanh vàđược xem là khớp lý tưởng.

_ Tải trọng chỉ tác dụng tại mắt của dàn

_ Trọng lượng bản thân của thanh không đáng kể so với tảitrọng tác dụng lên dàn

_ Từ các giả thiết trên ta thấy các thanh trong dàn chỉ chịulực kéo hoặc nén nghĩa là chịu lực dọc trục mà không cómômen uốn

1.7.2 Tính nội lực trong dàn đứng chính:

a) Xác định nội lực trong các thanh biên:

_ Phản lực R hay là lực nén N ở đầu cần theo công thức(8.60) [5]:

2 2

V

R R

N   

* Ở tầm với lớn nhất: NR 69428 2  12011 2  47625 , 3N.

* Ở tầm với trung bình: NR 93807 2  23834 2  285441 , 6N.

* Ở tầm với nhỏ hất: 94464 2 993203 2 253618

N R

_ Đây là loại cần không gian kiểu dàn gồm có bốn mặt,đường giao tuyến của các mặt là trục của bốn thanh biên.Lực nén trong mỗi thanh biên dưới tác dụng của tải trọngthẳng đứng, theo công thức (8.62) [5]:

 : góc giữa trục cần và trục mặt trên hay dưới.

 b: góc giữa trục cần và trục mặt bên

_ Phản lực tựa ngang dưới tác dụng của mômen tựa tổng docác tải trọng ngang sinh ra Mng là một cặp lực được tính theocông thức (8.63) [5]:

1,5ng

o

ng ng

M b

M

R    

5 , 1

39143 N

R ng   

5 , 1

R ng   

Trong đó:

 bo: khoảng cách giữa hai tâm bản lề bo = 1,5m

_ Lực nén trong thanh biên của cần ở bản lề tựa bằng tổngcác lực dưới tác dụng của tải trọng đứng và tải trọng ngang,theo công thức (8.65) [5]:

b b

R R

1 5 , 1

124762 9

cos 5 cos 4

3 , 8290171

9 cos 5 cos 2

179632 9

cos 5 cos 4

6 , 1285441

9 cos 5 cos 2

329332 9

cos 5 cos 4

9622 1

2

83 , 6762 4

3 , 90171

5 , 24774 1

2

57 , 6987 4

6 , 285441

5 , 27049 1

2

16 , 2412 4

Nn = 14450 + 2100 = 16550 N.

2

1550 4

6 , 143884

Nn = 3345+ 420 = 3765 N.

2

7650 4

140603

N



+ Ở tầm với nhỏ nhất:  = 24o ;  = 14o ;

Nđ = 97803sin52o + 97803cos52o + 68530,7sin28o

7 , 226868

N



b) Xác định nội lực trong các thanh giằng:

Biểu đồ nội lực dưới tác dụng của trọng lượng bản thân cần:

Rmax: M = 11925 Nm Rtb: M = 7537,5 Nm Rmin: M =2225Nm.

Q = 2180 N Q = 2210N Q = 760N

N = 1690 N N = 2210 N N =2100N

 Xét cần trong mặt phẳng thẳng đứng: qc = 4000N/m

Rmax: Rtb: Rmin:

RH =74827,4N RH =83807N RH =44464N

Hình:1:8

Pt = 68535 N Pt = 96567 N Pt =224539N

Trục cần nghiêng so với phương nằm ngang một góc .Xoay trục cần một góc  theo chiều kim đồng hồ ta có được

ba giá trị ứng với ba tầm với khác nhau : Rmax: 

Rtb:   Rmin  Các tải trọng tác dụng lêncần có thể phân tích thành hai thành phần:

15 14 13 10 9 6

R ng

7 8 11 12

26 25

22 21 18 17

+ Thành phần vuông góc với trục cần: q1=4000N/m

+ ngoài ra còn kể đến các lực : SC , Sh , Pt trongquá trình tách mắt

Các góc độ giữa các thanh đo thực tế trên cần đã thiết kế Hình:1.9

 Y = 0 => S1Cos81 - S2 Cos81 + Rv – qcos29

R

=> Rmax S2 = 75263,09 N ; S1 87504,0 7N

cos

2 q

 X = 0 => S5Cos27 + S6 Cos9 – S2Cos9 = 0

 Y = 0 => S5Cos63 - S6 Cos81 + S2 Cos81 + S3

27 81 9

27 4

63

9

2 2 81 5

2 6

2 6

Cos Cos

Cos Cos Cos

Cos q S

S

Cos

Cos q Cos

S S S

 X = 0 => S10 Cos27 - S6 Cos9 = 0

 Y = 0 => S7 + S6 Cos81 – S10 Cos81 - qcos29

= 0

N Cos

5

 X = 0 => S8 Cos9 – S4 Cos9 + S9 Cos39 – S5 Cos27 = 0

 Y = 0 => S8 Cos81 – S4 Cos81 – S7 – S9 Cos51 – S5

Cos63 - qcos29 = 0

S8 = S4Cos81 + S9 Cos51 + S5 Cos63 + 4q/Cos9

 X = 0 => S12 Cos45+ S13 – S9 Cos39 – S10 Cos9 = 0

 Y = 0 => S12 Cos45+ S57 + S9 Cos51 + S10 Cos81 - cosq9

-q = 0

S13 = S9 Cos39 + S10 Cos9 – S12 Cos45

S12 =

45 Cos

q 9 Cos

q 81 Cos S 51 Cos S