Thiết kế cần trục tháp kiểu cột quay sức nâng q=8t, tính kết cấu thép hệ cột

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cần trục tháp kiểu cột quay sức nâng q=8t, tính kết cấu thép hệ cột

Trang 2

A- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ NÂNG HẠ PHỤC VỤ XÂY

 Phần không quay có thể được đặt cố định trên nền hoặc có khả năng dichuyển trên đường ray nhờ cơ cấu di chuyển Tất cả các cơ cấu của cần trụ đượcđiều khiển bởi cabin treo trên cao gần đỉnh tháp phổ biến là loại cabin được treo ởphần liên kết giữa cần tháp và cột tháp

 Do có chiều cao nâng và tầm với lớn, có không gian phục vụ nâng nhờ cácchuyển động nâng hạ vật, thay đổi tầm với, quay toàn vòng và dịch chuyển toànbộ máy mà cần trục tháp được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dândụng, xây dựng công nghiệp hoặc dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng hóa, cấu kiện,vật liệu trên các kho bãi

 Tuy nhiên do kết cấu phức tạp, tháp cao và nặng, tốn kém nhiều chi phítrong quá trình tháo dỡ và lắp ráp, di chuyển, chuẩn bị mặt bằng nếu cần thápđược yêu cần chỉ sử dụng ở nơi có khối lượng xây lắp tương đối lớn và khi sử dụngcần trục tự hành là không đem lại hiệu quả kinh tế cao hoặc khả năng đáp ứng yêucầu về công việc thấp Do tính chất làm việc của cần trục tháp là luôn thay đổi địađiểm nên chúng thường được thiết kế sao cho dễ tháo dỡ, dựng lắp và vận chuyểnhoặc có khả năng tự dựng và được di chuyển trên đường dưới dạng tổ hợp toànmáy Điều này làm giảm đi được chi phí và thời gian dựng lắp cần trục

 Thông thường cần trục tháp được chế tạo có sức nâng từ 1  12 (T) , cá biệtlà có thể đến 75 (T), moment tải của cần trục đạt tới 350 t; m, tầm với từ 8  50,chiều cao nâng đến 100  120(m) do có chiều cao nâng là rất lớn nên tốc độ nângsẽ bị hạn chế lại và nằm trong khoảng 0,32  1m/s và có thể thay đổi tốc độc theocấp hoặc vô cấp

 Tốc độ nâng hạ vật để điều chỉnh hàng thường là  8m/s, tốc độ quay củacần từ 0,3  1v/pt, thời gian thay đổi tầm với từ 25  100 (s), tốc độ di chuyểncủa xe con 0,2  1m/s và di chuyển cần trục 0,2  0,63m/s

Trang 3

Phân loại:

 Cần trục tháp trong thực tế được chế tạo rất nhiều và đa dạng, tuy nhiên để phân loại theo từng nhóm cần trục ta có thể dựa vào các đặc điềm riêng của tường loại cần trục

Phân loại theo công dụng:

Cần trục tháp có công dụng chung dùng trong xây dựng dân dụng và một phầndùng trong xây dựng công nghiệp Loại này có moment tải từ 4  160 t.m, có sứcnâng 0,4  8 (t), chiều cao nâng từ 12  100m tầm với lớn nhất vào khoảng 10

30(m) để xây dựng nhà bằng phương pháp lắp ghép tấm hoặc khối bê tông còn cócác cần trục tháp có sức nâng đến 12 T và moment tải 40  250t.m Ngoài ra loạicần có loại cần trục tháp dùng để xây dựng các công trình lớn, loại này có moment tảikhá lớn từ 30  250t.m có thể lên tới 500 t.m, sức nâng ở tầm với lớn nhất đạt 2  4(t), ở tầm với nhỏ nhất vào khoảng 12 (t), tầm với đạt 20  50m có thể đạt tới 70(m),chiều cao nâng 50  100(m) và có thể lên tới 250m tuy nhiên loại cần trục tháp đặcbiệt chuyên dùng trong xây dựng công nghiệp có moment tải rất lớn đạt tới 600 t.mcá biệt lên tới 1500 t.m Sức nâng lớn từ 2  75 T tầm với lớn nhất 20  40m

 Phân loại theo phương án lắp đặt tại hiện trường có thể chia ra: cần trục tháp dichuyển trên ray, cần trục tháp đặt cố định và cần trục tháp tự nâng Cần trục tháp cốđịnh có chân tháp gắn liền với nền móng hoặc trục cố định Cần trục tháp tự nâng cóthể nằm ngoài hoặc trong công trình, tháp được tự nối độ dài để tăng độ cao nângtheo sự phát triển chiều cao của công trình, khi tháp có độ cao lớn nó được neo vớicông trình để tăng ổn định và tăng khả năng chịu lực ngang Với cần trục tháp tựnâng đặt trên công trình xây dựng, khi làm việc sẽ tự nâng toàn bộ cần trục theochiều cao công trình Toàn bộ tải trọng cần trục được truyền xuống công trình

Phân loại theo đặc điểm làm việc của tháp có cần trục tháp loại quay vòng và loại

tháp không quay.Ở loại tháp quay, toàn bộ tháp và có cơ cấu được đặt trên bàn quay.Bàn quay đặt trên thiết bị tựa quay đặt trên khung di chuyển Khi quay toàn bộ bànquay quay cùng với tháp Ơû tháp không quay, phần quay đặt trên đầu tháp Khi quaychỉ có cần, đầu tháp, đối trọng và các cơ cấu trên đó quay

Phân loại theo phương pháp thay đổi tầm với ta có thể chia ra làm 2 loại: cần trụctháp với cần nâng hạ và cần trục tháp có cần nằm ngang có xe con di chuyển trên cầnđể thay đổi tầm với Cần kiểu nâng hạ có kết cấu nhẹ và chiều cao nâng lớn hơn so

Trang 4

với loại cần nằm ngang Cần nằm ngang có kết cấu nặng hơn nhưng do thay đổi tầmvới bằng xe con nên độ cao nâng và tốc độ di chuyển ngang của vật là ổn định , đặc

biệt là có thể đưa móc treo tiến gần sát thân tháp nên tăng không gian phục vụ củacần trục

Tóm lại cần trục tháp chủ yếu dùng trong các công trình xây dựng là ưu điểm lớn

nhất của nó mà các loại máy trục khác không thể có, khi thiết kế, chế tạo người ta chỉlưu ý đến đặc điểm riêng lớn nhất của nó mà lựa chọn sao cho phù hợp với công việcmà nó thực hiện

B-Tính toán thiết kế kết cấu thép hệ cộ

I-Khái niệm

Trong các máy trục ,kết cấu kim loại chiếm một phần lớn khối lượng kim loại ,kết cấukim loại chiếm 60%-70% khối lượng toàn bộ máy trục, vì thế việc tính toán chonlượng kim loại thích hợp đảm bảo làm việc bình thường và tính kinh tế cao

Kết cấu kim loại của cột là thép ống ,có tiết diên mặt cắt ngang là hình vành khăn

II-Các thông số kỷ thuật

Tên các thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Tốc độ di chuyển của cần trục V 0.8 Vòng/phút

Trang 5

III-Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép kết cấu thép của cần

Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép cần là thép CT3, có cơ tính:

STT Cơ tính vật liệu Kí hiệu Trị số Đơn vị

2 Môđun đàn hồi trượt G 0,84.106 KG/cm 2

IV- Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:

- Khi máy trục làm việc thì nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kếtcấu: tải trọng cố định, tải trọng quán tính, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàngtrên cáp

- Tổng hợp các tải trọng khác nhau tác dụng lên cần trục có thể chia ra 3 trường hợp: + Trường hợp tải trọng I :

Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng tiêu chuẩn ở trạng thái làm việc và ởnhững điều kiện sử dụng tiêu chuẩn Dùng để tính toán kết cấu kim loại theo độ bền và độ bền mỏi Khi tải trọng thay đổi, trong đó có trọng lượng hàng thay đổi thìkhông tính theo trị số tải trọng cực đại mà tính theo trị số tải trọng tương đương

+ Trường hợp tải trọng II :

Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc và ởđiều kiện nặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn Dùng để tínhtoán kết cấu kim loại theo độ bền và độ ổn định

+ Trường hợp tải trọng III :

Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc.Các tải trọng đó gồm có: trọng lượng bản thân cần trục và gió bão tác dụng lên cầntrục ở trạng thái không làm việc Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo điềukiện độ bền, độ ổn định ở trạng thái không làm việc

Trang 6

- Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên cần trụcvà chia thành các tổ hợp tải trọng sau :

+ Tổ hợp Ia, IIa : Tương ứng trạng thái cần trục làm việc, cần trục đứng yên chỉ có một

cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách

từ từ tính cho tổ hợp Ia; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngộttính cho tổ hợp IIa

+ Tổ hợp Ib, IIb : Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm cơ cấu khác hoạt động(quay, thay đổi tầm với, di chuyển…) tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một

cách từ từ tính cho tổ hợp Ib; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tínhcho tổ hợp IIb

Bảng tổ hợp tải trọng.

Đối với từng loại cần trục, căn cứ vào điều kiện khai thác của cần trục và các tảitrọng tác dụng lên nó mà ta có bảng tổng hợp tải trọng sau :

Trọng lượng bản thân các

Trọng lượng hàng( không

Tải trọng lắp rắp và vận

Trang 7

1- Các tổ hợp tải trọng qui ước dùng cho các bộ phận kết cấu thép

như :IIa,IIb,IIc,cho các thanh biên của cần cột,tháp,bệ quay:IIc cho các thanh bụng của cần:IId cho các thanh bụng của tháp

2- Dấu “+”chỉ tải trọng có để ý đến:dấu “-“ chỉ tải trọng không cần để ý đến3- Chiều của áp lực gió Pg lấy tương tự như chiue62 của lực ngang sinh ra do cần

bị nghiêng

V-Các dạng tải trọng tính toán

Các lực trong thành phần của cột và cần được xác định theo tổ hợp tải

trọng :IIa,IIb,IIc Tiến hành tính toán theo trường hợp tải trọng bất lợi nhất.Đoiá với các trường hợp phức tạp và có khả năng làm cong cột và cần thì nên tính theo hệ thống biến dạng

Thường hợp xét đến tổ hợp IIa

1-Trọng lượng của các bộ phận

+Trọng lượng bản thân của cột và cần

Trọng lượng cần trục

G=(0.7-1.3)*Q*R=0.8*5.5*18=79.2(T)

Trọng lượng của kết cấu thép trong cần trục

Gkc=0.55*79.2=43.56(T)

Theo số liệu tính toán hệ cần ở trên ta có

Gbt-cần=10(T) suy ra Gcần=1.1*10=11(T)

+Trọng lượng của cột và chốt cột

Ơû đây : n1=1.1 là hệ số vược tải

Tải trọng tính toán của Cabin

Trang 8

30 P

P P

Tải trọng của tời mang hàng

Gm=0.55(T)

2-Tải trọng quán tính

Tải trọng quán tính sinh ra khi tăng hoặc giảm tốc độ trong thời gian nâng (hạ) hàng và phanh các cơ cấu củng như do sự va đập ở chổ nối ray và cơ cấu truyền động có khe hở của cặp lắp ghép tăng do sự mài mòn khi làm việc.Người ta không áp dụng phương pháp thông thường là xét đến đặc điểm động học của tải trọng thẳng đứng bằng cách nhân tải trọng tính với hệ số động khi tính toán cần trục tháp ở trạng thái làm việc mà người ta đề cập trực tiếp đến tải trọng quán tinh1trong thời gian nâng (hạ) hàng Po

và khi quay cần trục có hàng Pq

Pqt tác dụng lên kết cấu tính bằng

*

P m 

Với m: khối lượng từng phần quy đổi về điểm tính toán

 : gia tốc dài tính toán tại điểm này

Trong tổ hợp IIa ta chỉ quan tâm đến khi nâng hoặc hạ hàng

Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng gồm

Tải trọng nằm ngang do các phần dao động của cần trục và khối lượng của chúng được uy đổi về đuôi cần m1

Với m1=mc*k

m1 :khối lượng quy đổi

mc: khối lượng của cần

k : hệ số quy đổi

m1=11*0.8=8.8(T)

Trong bảng 1.11 sách tính toán máy nâng chuyển(Phạm Đức)

Thời gian khởi động (hảm) các cơ cấu máy trục tiêu chuẩn

Đồi vơi cơ cấu nâng hạ hàng

Trang 9

3-Các lực ngang do nghiêng cần trục

Các thành phần nằm ngang của tất cả các tải trọng sinh ra do sự nghiêng của cần trục và khi đặt đường ray hoặc chế tạo cần trục không chính xác tạo ra do sự biến dạng đàn hồi của mặt đường và kết cấu cần trục

Tất cả các thành phần lực ngang này tạo ra theo công thức ,trong đó không kể tới hệ số vượt tải

P=G*i

G: Trọng lượng bản thân cần tính

i : Độ nghiêng lớn nhất của cần trục

Trọng lượng cột (kG) 410

Trọng lượng cần (kG) 122.2

Trọng lượng hàng và móc treo (kG) 37.4 72.8 112.8

Trọng lượng cabin (kG) 7.78

Trọng lượng chốp cột (kG) 82.03

4-Tải trọng gió

Tải trọng gió tác dụng lên cần trục trong trạng thái làm việc :tải trọng này được đề cập tới khi tính kết cấu thép ,cơ cấu quay ,công suất động cơ và ổn định của cần trục tháp ,hệ số vược tải lấy bằng 1

Chiều của áp lực gió lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra do cần trục bị nghiêng Tải trọng gió tác dụng trog mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo hàng+ Tải trọng gió phân bố lên hàng :

* *

q o c k

 

Trang 10

Trong đó

qo: tải trọng gió phân bố(không phụ thuộc vào khu vực đặc cần trục) qo=15kG/m2

C : hệ số khí động học,trong trường hợp đường bao không tim được C=1.2

KH : Hệ số xét đến sự tăng áp lực gió theo độ cao từ mặt đất

Theo bảng 6-2 trang 308 Sách TTKCT KH = 1.7

Với F là diện tích chắn gió của hàng ,F có thể lấy theo thực tế hay số liệu thống kê,

khi không có số liệu này có thể lấy theo trọng lượng

Theo bảng 4.2 ,KCKLMT thì

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên hàng

*

P IIg n P gh

n : hệ số hiệu chỉnh áp lực gió

Theo bảng 4.5 sách KCKLMT n=1.7

Tải trọng gió tác dụng lên hàng kG 183.8 244.8 275.4Tải trọng gió tính toán tác dụng lên

Tải trọng gió tác dung lên Cần:

+Tải trọng gió phân bố tác dụng lên diện tích chắn gió của kết cấu kim loại cần của cần trục tháp

Trang 11

n : Hệ số hiệu chỉnh áp lực gió tính đến sự tăng áp lực theo chiều cao

Tải trong gió tác dụng lên cần P IIg n P* gh

Với F là diện tích chắn gió của kết cấu

F=kc*Fb ( CT 4.5- KCKLMT)

kc : Hệ số độ kín của kết cấu ; Tra bảng 4.3 KCKLMT kc=0.3

Fb : diện tích hình bao của kết cấu cần

Fb=26*1-4.*1=22(m2)

F=22*0.3=6.6(m2)

PIIg =46.3*6.6=305.58(kG)

Tải trọng gió tác dụng lên cột

Diện tích chắn gió của cột

Vì tiết diện cột thay đổi ( côt + chốt cột ) và tải trọng gió phân bố theo chiều cao ,để đơn giản trong việc tính toán tải trọng gió nên ta lấy chiều cao lớn nhất của cột và lấy tải trọng phân bố trung bình cho cả cột

Trọng lượng tính toán hàng và vật mang

Tải trọng quán tinh khi cơ

cấu làm việc nâng hạ hàng

Trang 12

mt q1

q2 P P

Lực ngang do nghiêng cần

trục (trong mặt phẳng

vuông góc với mp mang

Aùp lực gió tác dụng lên các

bộ phận khi làm việc

Tổ hợp IIb

Căn cứ vào bảng tổ hợp tài trọng ,đối với tổ hợp Iib thì ta chỉ cần tính các dạng tải trọngsau

Trọng lượng bản thân các bộ phận : giống tổ hợpIIa

Trọng lượng hàng ( không kể đến cơ cấu ngoạm hàng): giống tổ hợpIIa

Tải trọng quán tính khi cơ cấu làm việc: cơ cấu nâng (hạ) hàng ;cơ cấu quay

Ta tính tải trọng quán tính khi cớ cấu quay

Pqt tác dụng lên kết cấu tính bằng

qt

P m 

Với m: khối lượng từng phần quy đổi về điểm tính toán

 : gia tốc dài tính toán tại điểm này

Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng gồm :

P10= m1 

Với m1=mc.k

m1 :khối lượng quy đổi

mc: khối lượng của cần

k : hệ số quy đổi

m1=11.0.8=8,8(T)

: gia tốc quán tính của khối lượng được xác định :.R 

Với : gia tốc góc quán tính của cần

Theo bảng 1-11 sách tính toán MNC thời gian khởi động (hãm) các cơ cấu máy trục đối với cơ cấu quay t  3 8( )s chọn t=4s

2 0

Trang 13

Tổ hợp IIc

Căn cứ vào bảng tổ hợp tài trọng ,đối với tổ hợp IIb thì chỉ cần tính các dạng tải trọngsau

Trọng lượng bản thân các bộ phận : giống tổ hợpIIa

Trọng lượng hàng ( không kể đến cơ cấu ngoạm hàng): giống tổ hợpIIa

Tải trọng quán tính khi cơ cấu làm việc: cơ cấu nâng (hạ) hàng ;cơ cấu quay

Lực ngang do nghiêng cần trục : trong trường hợp này ta chỉ quan tâm lực ngang trongmặt phẳng nâng hàng

Các giá trị của lực ngang được xác định như tổ hợp IIa chỉ có mặt phẳng tác dụng là thay đổi so với IIa

Lực ngang do kết cấu cần trục gây ra có chiều như hình vẽ

Có giá trị như trong bảng trong tổ hợp IIa

Tải trọng gió tác dụng lên các bộ phận có giá trị giống tổ hợp IIa ,có phương nằm trong mặt phẳng nâng hàng ,theo quy ước chiều của áp lực gió Pg lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra do cần bị nghiêng

+Xác lực căng dây của cáp treo hàng

z

Trang 14

Do đặc điểm của hệ palang mà lực căng dây của cáp treo hàng chỉ phụ thuộc vào trọng lượng vật nâng và hiệu suất puly

Lực căng dây cáp được xác định

n : hiệu suất của 1 puly

i :=2 số puly dẩn hướng

Ta được bảng số liệu sau

VI-Lực căng dây cáp trên cần

 Tổ hợp IIa

Trong mặt phẳng nâng hàng gồm có

Tải trọng tính toán của hàng :Qh