Thiết kế cần trục chân đế kiểu cột quay sức nâng q= 10t

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cần trục chân đế kiểu cột quay sức nâng q= 10t

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng nền kinh tế quốc dân,ngành máy xếp dỡ đóng

1 vai trò rất quan trọng bằng việc sử dụng các loại máy trục tham gia vào các quá trình sản xuất giảm nhẹ lao động nặng nhọc,tăng năng suất lao động

Máy trục hiện nay được sử dụng rất rộng rãi với nhiều loại khác nhau theo kết cấu và công dụng,việc tính toán thiết kế phương tiện khôngthể thiếu,để đáp ứng nhu cầu tạo điều kiện áp dụng công nghệ tiên tiến trong sản xuất

Nước ta là một nước ở Đông Nam Á có bờ biển dài thuận lợi cho mối quan hệ ngoại giao,buôn bán bằng đường biển.Nước ta đã có nhiều cảng lớn ra đời cho nên công tác xếp dỡ hàng hoá để giải quyết phương tiện nhanh tại cảng là cực kỳ quan trọng

Cần trục chân đế thường là 5 đến 40 tấn được nhập ở nước

ngoài.Các cần trục chân đế được di chuyển trên ray chạy dọc cảng và cấch mép bờ 2.5m.Cần trục chân đế có nhiều ưu điểm hơn các loại cần trục khác,nó được sử dụng linh hoạt và thuận lợi,có tầm với và sức

nâng,chiều cao nâng và chiều sâu hạ.Nó chủ yếu chiếm phần diện tích trên không,dưới chân cần có ô tô hoặc đường xe lửa chạy qua thường 2-3 đường xe lửa.Nó mang hàng quay đến vị trí cần dỡ hàng.Nó có thể lắp được nhiều laọi thiết bị dỡ hàng khác như dùng móc,gầu ngoạm

Tóm lại cần trục chân đế có rất nhiều ưu điểm trong công tác xếp dỡ vận chuyển ở cảng cũng như ở các bến bãi vừa năng suất vừa đảm bảovà an toàn

Cần trục chân đế có phạm vi sử dụng tương đối lớn.Vùng sử dụng có thể kéo dài dọc cảng bằng đường ray.Nó được sử dụng rộng rãi ở nước

ta cũng như các nước trên thế giới

MỤC LỤC

Trang

Phần 1: Giới Thiệu Chung Về Cần Trục Chân Đế

Phần 2:Các Thông Số Cơ Bản Tính Toán

Phần 4:Tính Toán Kết Cấu thép Cần

+ Tổ hợp tải trọng ΙΙb

TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP HỆ CẦN CỦA CẦN TRỤC CHÂN ĐẾ KIỂU CỘT QUAY,SỨC NÂNG Q = 10T

PHẦN1:Gi ới Thiệu Chung Về Cần Trục Chân Đế Trong Đề Tài

1 Công dụng:

Cần trục chân đế trong đề tài là cần trục chân đế kiểu cột quay KONE được sử dụng để phục vụ công tác xếp dỡ hàng hoá trên các bean cảng hoặc kho bãi.Ví dụ bốc hàng từ tàu biển chuyển sang tàu sông,sang các phương tiện vận tải bộ như xe tải,tàu hoả,lên bến bãi hoặc ngược lại.Hiện nay loại cần trục này đang được sử dụng khá nhiều tại cảng Khánh Hội

2 Cấu tạo:

Cấu tạo chung của cần trục chân đế bao gồm các bộ phận:kếtcấu thép,các cơ cấu và hệ thống điều khiển

+ kết cấu thép

Bao gồm kết cấu thép hệ cần(trong đó bao gồm cả cần của cần trục chân đế và cột quay)và kết cấu thép của hệ chân đỡ

+ các cơ cấu gồm có:

.cơ cấu nâng: giúp cần trục có thể nâng hoặc hạ hàng theo phương thẳng đứng

.cơ cấu thay đổi tầm với: để có thể lấy hàn ở vị trí xa hoặc gần theo yêu cầu và dịch chuyển hàng theo phương ngang

.cơ cấu quay: để có thể đưa hàng tới những vị trí có cùng tầmvới nhưng ở các phương khác nhau

.cơ cấu di chuyển: giúp cần trục di chuyển được theo vị trí làm việc

+ hệ thống điều khiển: Bao gồm từ người điều khiển cho tới các hệ thống tác dụng lên các cơ cấu

3 Các thông số cơ bản của cần trục:

Sức nâng Q= 10TTầm với nhỏ nhất Rmin = 8mTầm với lớn nhất Rmax= 30mChiều cao nâng H= 25mTốc độ quay nq = 1.75vòng/phútTốc độ nâng:Vn = 30m/ph

Tốc độ thay đổi tầm với Vtv= 40m/ph

4 Nguyên lý làm việc:

Cần trục sử dụng hệ palăng cân bằng(phương pháp bổ sung cáp)để khi thay đổi tầm với thì hàng luôn được bảo đảm gần như di

chuyển theo phương ngang

Cần trục có thể di chuyển trên ray nhờ cơ cấu di chuyển cần trục ở phía dưới chân đế

Cơ cấu thay đổi tầm với được sử dụng là cơ cấu thanh răng bánh răng bánh răng.Thanh răng-bánh răng được dẫn động từ động cơ bên trong cabin,khi thanh răng và bánh răng ăn khớp,dịch chuyển sẽ thayđổi tầm với của cần

Toàn bộ hệ cần được gắn trên cột quay (kể cả cabin)cột quayđược đỡ bằng kết cấu thép hệ chân đế và các ổ đỡ.Khi cột quay sẽ làm cho các cơ cấu ở trên cũng quay theo

5 Đặc điểm làm việc:

Cần trục chân đế kiểu cột quay KONE 10T là cần trục có chếđộ làm việc trung bình

Các cần trục chân đế khi làm việc luôn đứng yên.Trong trạngthái di chuyển thì cần trục không mang hàng

PHẦN2: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TÍNH TOÁN

1 Thiết bị cần của cần trục chân đế KONE (10T) là cần thẳng không có vòi Về kết cấu cần thì ta chọn loại cần hộp (dầm tổ hợp)được chế tạo từ các tấm thép CT3 có tiết diện thay đổi tuỳ theo tình hình chịu lực của cần

Về vật liệu thép CT3 là loại thép phổ thông có các số liệu cơ bản sau nay:

Môđun đàn hồi:E=2.1*106 KG/cm2

Ứng suất giới hạn chảy:c= 24002800 KG/cm2

Ứng suất bền đạt : b= 38004200 KG/cm2

Độ giãn dài khi đứt : = 21%

Trọng lượng riêng: = 7.83T/m3

Trong phần tính toán này ta chọn hệ số an toàn của thép là n= 1.4

 Ứng suất cho phép :  = 1800KG/cm2 = 18 KG/mm2

Chiều dài cần:Lc= 32m

Khi tính toán ta xét cần tại 3 vị trí với:

Rmax= 30m

Rtrung bình = 19m

Rmin = 8m

2> Bảng tổ hợp các trường hợp tải trọng:

Loại tải trọng

Các trường hợp tải trọng

2 Trọng lượng hàng nâng Q

có tính đến hệ số động  I'.Q td Q Q Q

3 Lực do nghiêng cáp treo

hàng T . :góc nghiêng

cáp treo hàng so với phương

4 Lực quán tính khi khởi động

và hãm cơ cấu thay đổi tầm

5 Lực quán tính tiếp tuyến và

ly tâm khi khởi động và hãm cơ

6.Lực quán tính khi khởi động

7 Tải trọng gió tác dụng lên kết

Trong bảng tổ hợp tải trọng đã nêu ở trên thì:

- Tổ hợp tải trọng IIa: tổ hợp này tương ứng với trường hợp cần trụcnâng hạ hàng từ mặt nền.Trong trạng thái cần trục đứng yên

- Tổ hợp tải trọng IIb 1 , IIb 2 : Cần trục trong trạng thái đứng yên chỉcó một cơ cấu thay đổi tầm với hoạt động.Khi bắt đầu khởi động hoặchãm với toàn bộ tốc độ

- Tổ hợp tải trọng IIc:Cần trục trong trạng thái đứng yên chỉ có một

cơ cấu quay làm việc Bắt đầu khởi động quay hoặc hãm với toàn bộ tốcđộ

Theo yêu cầu thiết kế cần trục về độ bền và độ ổn định nên ta sẽ tínhtoán cần trong hai trương hợp tải trọng IIa và IIbvà việc tính toán kếtcấu thép theo phương pháp ứng suất cho phép.

PHẦN 3:TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN

1.Lực ngang do góc nghiêng của cáp treo hàng so với phương thẳng đứng sinh ra.Lực này có thể phát sinh về mọi phía nên khi tính toán thì ta phải xét đến hai mặt phẳng và nó được đặt tại vị trí đầu cần

2.Lực do hàng treo ở đầu cần có kể tới hệ số động.

S  = Q* 2 Với cần trục chân đế:  2 = 1.2

Rmax= 30 m S  = 1200 KG

Rmin= 8m S  = 1200 KG

RTB= 19m S  = 1200 KG3.Lực căng trong cáp treo

Sh = m Q*Với m: Bối suất balăng cáp treo hàng,m=1

: Hiệu suất các puly , = 0.96

Ta có ở các vị trí của tầm với tương ứng:

Rmax= 30 m Sh= 10416.67 KG

Rmin= 8m Sh= 10416.67 KG

RTB= 19m Sh= 10416.67 KG4.Lực do trọng lượng bản thân kết cấu thép

Trọng lượng bản thân cần

Chọn theo máy mẫu với Gc= 14T và được coi phân bố đều dọc chiều dài cần

-Lực quán tính ly tâm:Lực này chỉ xét trong mặt phẳng nâng hạ cần

Trong đó:mikhối lượng kết cấu thứ i

ri :bán kính quay( so với trục quay )của khối lượng thứ i

:vận tốc góc của cơ cấu quay

 =30*n q

nq = 1.2 vòng/phút ứng với R< 19m  1=0.1256 rad/s

nq = 1.6 vòng/phút ứng với 19m<R<30m  2=0.1676 rad/s

-Đối với cần thì lực này phân bố dọc chiều dài cần :

qltmax

qt =2qlt

qt = 2*q g c * *r

Trong đó ta có:

- : vận tốc góc của cần trục-r:Bán kính quay của vị trí trọng tâm cần

r= 1.5+10.433*cos

 = 1 2 2

=0.125620.1676= 0.1468(rad/s)Với* Rmax= 30m cos=3230  r=11.28(m)

 qltmax

qt = 2*437.5*0.1468/10*11.28= 144.9KG *RTB= 19m cos= 1932

 r= 1.5+10.433*1932= 7.7

 qltmax

qt =2*437.5*0.1468/10*7.7= 98.9KG *Rmin=8m cos= 328  r= 1.5+10.433*328 = 4.1

 qltmax

qt =2*437.5*0.1468/10*4.1= 52.66KG-Lực quán tính tiếp tuyến :

Lực này phụ thuộc vào tốc độ,thời gian khởi động hoặc hãm cơ cấu.Nó được xem là lực phân bố và chỉ được xét trong mặt phẳng nằm ngang,trong tính toán sơ bộ ta coi ở mọi tầm với như nhau:

Đối với cần ta có:

qltmax

qt =2*0.1*qc =2*0.1*437.5=87.5(kg)6.Lực quán tính do phần thay đổi cơ cấu tầm với gây ra

Ptvtt =G g c *V t t

Ta coi lực này tập trung ở đầu cần

Vt:vận tốc di chuyển của cần trục tại các vị trí cuả tầm với

t thời gian gia tốc(Với cần trục chân đế chọn t=4s)

*Tải trọng gió:

Tải trọng này coi là phân bố đều lên kết cấu thép theo phương song song với mặt đất và tuỳ thuộc vào chiều cao của kết cấu được xét:

n:Hệ số kể đến sự tăng áp lực theo chiều cao

n=1.32(H=510m)

n=1.5(H=1020m)

n=1.7(H=2025m)

c:hệ số cản khí động học(c=1.2 dầm)

 :Hệ số động lực học kể đến xung động của tải trọng gió

:Hệ số kể đến phương pháp tính,với phương pháp tính theo ứng suất cho phép =1

*Xét tải trọng gió tác dụng lên cần

-Trong mặt phẳng nằm ngang

Xét cần với độ cao 1020m n=1.5

Diện tích chắn gió ngang lấy gần đúng theo máy mẫu.Fcg =30m2

Diện tích chắn gió của cần:Fc =25*1.2*sin

P

G = 1867.5* sin (KG/m)+Rmax= 30m sin=1630.58

USc

M D N

Dy

Gc

12

M

-Giả thiết

+Tải trọng gió phân bố dọc cần

+Trọng lượng bản thân cũng là lực phân bố đều

+Lực quán tính tiếp tuyến phần quay cũng phân bố đều

2 Phân tích tình hình chịu lực và xác định nội lực tác dụng lên cầnTỔ HỢP TẢI TRỌNG a

a Xét trong mặt phẳng nâng hạ cần:

-Trong trường hợp này ta chỉ xét trong mặt phẳng nâng hạ vì cần trục đứng yên tiến hành nâng hạ hàng

-Các lực tác dụng gồm có:

+Lực do trọng lượng hàng kể đến hệ số động  

+Trọng lượng bản thân cần:cần phân bố qc

+Tải trọng gió :q

g

+Phản lực tại A

+Lực kéo trong thanh răng U

+Lực kéo của cáp nâng hàng tham gia cân bằng cần và cáp cân bằng

1 c q

U

c S

D

D D

A

-Xác định lực trong thanh răng U

Lấy mômen tại A:M A= 0

 D1*Lc*cos+D2 * Lc*sin +qc * Lc 2

/2=0

-Xác định phản lực tại gối

+Chiếu các lực lên phương của cần:

Xác định các giá trị nội lực:

Lấy chốt đuôi cần làm gốc và ta chia cần ra thành 3 mặt cắt để ta xá địnhnội lực ở trong cần.Khoảng cách từ chốt đuôi cần tới các mặt cắt l1,l2 ,l

Pg2 1

Lực dọc trục:N=A1+qc * l1* sin- l1*q

g *cos(1)Lực cắt: Q=A2+ qc * l1* sin- l1*q

g *cos(2)Mômen uốn:M= A2 * l1-( qc* cos+ q

g * sin)*

2

2 1

l

(3)

*Xét mặt cắt 2-2:

Lực dọc trục:N=A1+ qc *l2 * sin- l2* q

g *cos(4)Lực cắt: Q=-A2+ qc *l2 * cos- l2 * q

g *sin-U*sin( +)(5)Mômen uốn:M= A2 * l2 -( qc* cos+ q

g *sin)*

2

2 2

l

+U(l2-5.8)* sin(+)(6)

*Xét mặt cắt 3-3:

Lực dọc trục:N= A1+ qc*l3* sin- l3* q

Tại đây ta tìm được các phản lực và mômen tác dụng lên cần trục

Giải các phương trình ta tìm được:

D1=42261.04(KG)

D2 =-47793.3(KG)U=-54663.36(KG)

43581.67 70235.32

Tại tầm với nhỏ nhất:RMIN =8(m)

* l3=30m

 N=-27136.42(KG),Q=4619.07(KG),M=0

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC TẠI TẦM VỚI NHỎ NHẤT

* TỔ HỢP TẢI TRỌNG b

-Các lực tác dụng gồm có:

+Các lực phân bố:tải trọng gió q

g ,trọng lượng bản thân cần

qc,lực quán tính do cơ cấu thay đổi tầm với gây ra Ptt

max.+Lực trong thanh răng U

-Phản lực tại gối tựa A

-Lực trong cáp treo đối trọng

*Xác định lực trong thanh răng U

KG m ( )

( )

2

1

1 c q

U

c S

A A A

D

D D

8 5

) sin(

* 3 6

*

* ) sin )

* 2

1 (

cos

* )

* 2

1

2 1

Xác định phản lực tại chốt đuôi cần:

Chiếu các lực lên phương dọc cần

Chiếu các lực lên phương vuông góc với trục cần:

 A2=- Sc*sin(180-  )-U*sin(   )+(D2 + Pmax

tvtt +( q

g + qmax

tvtt )* Lc

)* sin+( D1+qc* Lc)*cos

Xác định các giá trị nội lực trong cần:

Ta sử dụng 3 mặt cắt giống ở trường hợp trên

Với Rmax=30m ta có:

D1=46323(KG)

D2 =-43324.78(KG)U=50727.02(KG)

A1= 86521.12(KG)

A2 =49036.65(KG)

*Xét tại l1=0:thay vào các phương trình từ (1) (9)ta tìm được các giá trị:

Với RTB= 19m ta có:

D1=25075.5(KG)

D2 =-1032.099(KG)U=67025.05(KG)

+

 N=-37658.98(KG),Q=-32622.6(KG),M=36276.56(KG.m)

* l3=30m

 N=-47123.42(KG),Q=56190.7(KG),M=0

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC TẠI TẦM VỚI TRUNG BÌNH

Với RMIN = 8m ta có:

D1=22430(KG)

D2 =-6218.9(KG)U=-8746.67(KG)

KG m

( )

( )

( ) 37658.9825694.8

+

13906.47

58942.7

+

KG KG

KG m

( ) ( )

( )

21760.5 30217.8

+Trong mặt phẳng nằm ngang ở trường hợp tải trọng a cần chỉ chịu lực gió tác dụng còn trong trường hợp tải trọng b có thêm các lực quán tính nên sẽ nguy hiểm hơn.Vậy ta chỉ cần xét cần trong trường hợp tải trọng b.

+Trong trường hợp này cần sẽ chịu tác dụng các lực tác dụng:từ hàng treo,cáp,lực gió và chịu lực quán tính tiếp tuyến quay phân bố đều dọc chiều dài cần

Trong mặt phẳng này thì cần được coi là một dầm bị ngàm chặt ở một đầu,sơ đồ tính toán có dạng:

Xác định phản lực tại ngàm A:

A M

Ta sử dụng mặt cắt như sơ đồ tính trên

li

R

-Với Rmax= 30m ta có:ND=16904.98KG

D Y

M

 = 0; M A

Y =475202.6KG.m

D Y

M

 = 0; M A

Y =592729.6KG.m

D Y

MYD

a Hình dáng cần:

Dựa vào biểu đồ nội lực ta sẽ có hình dáng cần như sau:-Trong mặt phẳng nâng hạ:

-Trong mặt phẳng nằm ngang:

b Kích thước,đặc trưng hình học của tiết diện:

KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN VÀ ỔN ĐỊNH CẦN

Để tiến hành kiểm tra bền cần ta thực hiện 3 mặt cắt :

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết đầu cần

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết thanh răng và cần

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết đuôi cần

Ta đặt các tấm lát liên tục trên tấm biên chịu nén cản trở sự xoaycủa tiết diện dầm nên có thể bỏ qua bước kiểm tra ổn định tổng thể củacần khi chịu xoắn

1 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết đầu cần.

* Kích thước hình học mặt cắt :

Diện tích tiết diện :

) ( 131600 44000

87600

) ( 44000 22000

2

) ( 22000 10

2200

2

) ( 87600 43800

2

) ( 43800 1460

30 2

2 2

2 0

2 1

2

2 2

1

mm F

F F F

mm F

mm H

F F F

mm F

mm B

F F F

t b i t

t t

t t

b

b b

b b

* xác định momen quán tính của tiết diện đối với các trục X và Y

- Xét 2 tầm biên :

) ( 2500470000 12

30 1460 12

.

) ( 354375 12

30 1460 12

.

4 3

3 2 1

4 3

3 2

1

mm

B J

J

mm

B J

J

b y

y

b x

110 2200 2

0

0 0

) ( 10 5 , 2

) ( 10 232 , 1 18900 5 , 807 354375

4 9

2 2 0 2 0 2 0

1

4 10

2 2

2 0 2 0 2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y y

b x

2200 10 12

.

) ( 10 12 , 5 12

2200 10 12

4 5

3 0 3 4 3

4 9

3 3

0 4

3

mm

H J

J

mm

H J

J

t y y

t x

10 1460 2

0

0 0

) ( 10 82 , 13 24000 5 , 602 10

12 , 5

4 5

2 2 0 2 0

4 0

3

4 9

2 9

2 2 0 3 0 4 0

3

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y y

t x

x x

4 10

5 5

0 3

0 1

4 10

10 10

0 3

0 1

mm J

J J

mm J

J J

y y Y

x x X

10 228 ,

max

mm Y

10

max

mm X

2 1 2 2

1 2 1 2

2 2

.

2 )

.(

4

4

h b h

b h b

h b s

F J

1205

15 15 1615 1205 1

.

.

2 1

2 1 2 2

mm h

b

h b

7 max

max

/ 91 , 4 12 , 1 26 , 2 53 , 1 10 96 , 5

66809344 10

414 , 6

145079659 85800

131452

mm kG W

M W

M F

N

y Y x

c x Y QY

b J

S Q

15 1630 (

37800

H F H

10 6 , 80

10

6

mm kG



- Ứng suất tiếp do Qx gây ra

c y y

c y X QX

b J

S Q

24000 2

1260 37800 2

3 6

0

mm S

B F

B F S

c y

t t

b c y

J Y : Momen quán tính của tiết diện đối với trục y : JY =5.1010

byc : chiều rộng tiết diện bị cắt

byc =2b = 2.15 = 30 ( mm )

) / ( 2 , 0 30

10 5

10 73 , 52 9 , 5404

10

6

mm kG b

J

S Q c y y

c y X



- Ứng suất tiếp do momen xoắn gây ra

) / ( 03 , 0 10 1 , 2

2 2

2 2

max

/ 67 , 57 ) / ( 767 , 5

) 03 , 0 2 , 0 25 , 2 (

3 91 , 4 ) (

3

mm N mm

kG

Z QY QX td

td < [] : vậy tiết diện đủ bền

2 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết đuôi cần.

- Tại vị trí đầu cần chủ yếu chịu nén và xoắn

Ta có : N Z = 90555.46 kG ; M Z = 144084.03 kGmm

* Diện tích tiết diện :

) ( 95600 21600

74000

) ( 74000 37000

.

2

) ( 37000 50

740

2

) ( 21600 10800

.

2

) ( 10800 10

1080

2

2 2

2 0

2 1

2

2 2

1

mm F

F F

F

mm F

mm H

F F

F

mm F

mm B

F F

F

t b i

t

t t

t

t

b

b b

2 1 2 2

1 2 1 2

2 2

.

2 )

.(

4

4

h b h

b h b

h b s

F J

50 15 750 1130 2 1

.

.

2 1

2 1 2 2

mm h

b

h b

mm kG F

03

2 2

2 max 3 Z 1 , 45 3 0 , 0072 1 , 2 (kG/mm ) 12N/mm