Thiết kế cần trục tháp kiểu tháp quay sức nâng Q=10T

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cần trục tháp kiểu tháp quay sức nâng Q=10T

LỜI NÓI ĐẦU



Trong những năm qua ngành xây dựng Việt Nam đã co những bước tiến mạnh mẽ Tổng công ty xây dựng Việt Nam đã tập trung cho việc phát triển cơ sở hạ tầng là tối quan trọng với mục tiêu phấn đấu trở thành nước phát triển về công nghiệp , đồng thời cải tổ lại cơ cấu tổ chức hành chính , kỹ thuật cũng được quan tâm và thực hiện tốt Mục đích lớn nhất trong công cuộc xây dựng nền kinh tế quốc dân,việc cơ giới hoá là tối cần thiết vì nó có đủ khả năng giải phóng gần như hoàn toàn sức lao động của nhân dân, nó là cứu cánh để hoàn thiện các qui trình sản xuất,tăng năng suất lao động xã hội Bên cạnh đó ngành xây dựng tăng cường hợp tác quan hệ, trao đổi với các nước công nghiệp phát triển khác trên thế giới để hoà nhập vào xu hướng phát triển chung của ngành xây dựng

Vì lẽ đó mà ngành máy trục hiện nay được sử dụng khá rộng rãi với nhiều loại khác nhau tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta thiết kế các loại máy chuyên dùng khác nhau để phục vụ cho những mục đích khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế trong công cuộc đổi mới trong việc phát triển xây dựng nền công nghiệp của nước nhà

Xuất phát từ những nhu cầu trên , đề tài này đi vào nghiên cứu về một loại máy trục sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng hiện nay đó là cần trục tháp xây dựng

Khi đi vào tính toán thiết kế cần trục tháp không phải mặc nhiên mà tự thiết kế hoàn toàn cho nên từ nhiều tài liệu tham khảo,các loại sách hướng dẫn thiết kế môn học.Nhưng vấn đề cần đưa ra ở đây là việc hữu ích và tầm quan trọng của cần trục tháp trong phục vụ sản xuất và xây dựng công nghiệp.

Đây là bản thiết kế kết cấu thép cần của cần trục tháp kiểu tháp quay.Là một sinh viên ,với kiến thức còn hạn chế bản thiết kế này không thể tránh những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để có thể hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô.

Tp.HCM- ngày 30 tháng 5 năm 2008

Sinh viên thực hiện.

HOÀNG GIA ANH

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN

TRỤC

 .1 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ NÂNG

HẠ PHỤC VỤ XÂY DỰNG

1.1.1 Giới thiệu chung:

 Cần trục tháp là loại cần trục có một thân tháp thường cao từ 30 

50, hoặc cao hơn nữa (có thể đến 100  120 m) Phía trên gần đỉnh thápcó gắn cần dài từ 12  50 m đôi khi đến 70m, được kết nối bằng chốtbản lề Một đầu cần còn lại được treo bằng cáp hoặc thanh kéo đi quađỉnh tháp Kết cấu chung của cần trục tháp chủ yếu gồm 2 phần: phầnquay và phần không quay) Trên phần quay bố trí các cơ cấu công tácnhư: tời nâng vật, tời nâng cần, tời kéo xe con, cơ cấu quay, đối trọng,trang thiết bị điện và các thiết bị an toàn

 Phần không quay có thể được đặt cố định trên nền hoặc có khảnăng di chuyển trên đường ray nhờ cơ cấu di chuyển Tất cả các cơ cấucủa cần trụ được điều khiển bởi cabin treo trên cao gần đỉnh tháp phổbiến là loại cabin được treo ở phần liên kết giữa cần tháp và cột tháp

 Do có chiều cao nâng và tầm với lớn, có không gian phục vụ nângnhờ các chuyển động nâng hạ vật, thay đổi tầm với, quay toàn vòng vàdịch chuyển toàn bộ máy mà cần trục tháp được sử dụng rộng rãi trongcác công trình xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp hoặc dùng đểbốc 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 nhiềuchi phí trong quá trình tháo dỡ và lắp ráp, di chuyển, chuẩn bị mặt bằngnếu cần tháp được yêu cần chỉ sử dụng ở nơi có khối lượng xây lắp tươngđối lớn và khi sử dụng cần trục tự hành là không đem lại hiệu quả kinh tếcao hoặc khả năng đáp ứng yêu cầu về công việc thấp Do tính chất làmviệc của cần trục tháp là luôn thay đổi địa điểm nên chúng thường đượcthiết kế sao cho dễ tháo dỡ, dựng lắp và vận chuyển hoặc có khả năng tựdựng và được di chuyển trên đường dưới dạng tổ hợp toàn máy Điều nàylàm 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 biệt là 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 caonâng là rất lớn nên tốc độ nâng sẽ bị hạn chế lại và nằm trong khoảng0,32  1m/s và có thể thay đổi tốc độc theo cấp hoặc vô cấp.

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

Chương 2 :KẾT CẤU THÉP CẦN CỦA CẦN

TRỤC THÁP

4.1 Giới thiệu:

 Trong quá trình tính toán, thiết kế cần trục tháp, kết cấu tháp là thànhphần chịu lực lớn nhất chủ yếu khi thiết kế và cần phải đảm bảo các điềukiện sau:

 Kết cấu đủ bền và ổn định

 Hình dáng phân bố hợp lý để giảm nhẹ trọng lượng cần trục

 Cụ thể ở cần trục tháp phục vụ trong các công trình xây dựng, khi thiếtkế phải đảm bảo tính bền vững và an toàn Do cần trục tháp phần lớn làmviệc ở ngoài trời và chiều cao nâng rất lớn nên rất cần thiết phải tính toánhình dáng kết cấu để giảm bớt trọng lượng, giảm moment mất cân bằng dotrọng lượng cần giảm khoảng không chắn gió, tính ổn định cao khi hoạtđộng Do vậy việc chọn kết cấu dàn là hợp lý Để liên kết các thanh dàn sửdụng các thép định hình hàn lại với nhau, hàn trực tiếp, dùng bản mã và cóthể dùng một số mối ghép đinh tán tại một số vị trí hợp lý

4.2 Tính toán kết cấu tháp cần:

 Chiều cao nâng của cần trục đang được thiết kế là Hmax = 53 (m) vàsức nâng lớn nhất cần trục làm việc ở Hmax là Qmax = 10 (T)

 Dựa vào máy mẫu đã có kích thước và trọng lượng cần như sau:

 Trọng lượng cần: Gc = 75500 (N)

 Các thông số kích thước cho dưới:

4.2.1 Sơ đồ tính:

 Cần được liên kết với tháp bằng các liên kết bulong (có thể bằngkhớp) cố định và đầu còn lại của cần được treo vào thanh giằng nối đỉnhtháp của cần trục Như vậy việc tính toán cần có thể đưa từ sơ đồ thật thành

sơ đồ tính toán

 Xem cần là một thanh đơn trùng với trục cần

 Xem các lực tác dụng đặt trực tiếp vào cần

 Khi tính toán các tiết diện thanh thì nên dùng sơ đồ tính toán lý thuyết

 Khi đó xem các thanh được biểu diễn như đường thẳng Trục thanh vàcác lực xem như đặt trực tiếp vào trục thanh

 Trong mặt phẳng thẳng đứng, cần là một dầm consol tựa trên 2 gối:

 Gối cố định: khớp bản lề ở đuôi cần

 Gối treo: liên kết với thanh giằng ở đầu cần

 Khi tính toán cần trục tháp thường tính theo phương pháp trạng tháigiới hạn về độ bền và tính ổn định của chúng, không tính đến độ bền mỏibời vì cần trục tháp thường xuyên làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình

 Các thông số kỹ thuật:

 Trọng lượng xe con gồm cả móc treo: 0,39 (T)

 Trọng lượng cần : Gc = 7,55 (T)

 Trọng lượng hàng : Q = 10 (T)

 Tốc độ quay của cần trục : 0,47 (v/ph)

 Vận tốc di chuyển xe con : vx =31.5 (m/ph)

4.2.2 Lập bảng tổ hợp tải trọng :

Các tải trọng tác dụng lên cần trục xác định đối với tất cả các trạng thái cóthể diễn ra của cần trục như : trạng thái không làm việc kí hiệu IIIa ; trạngthái không làm việc đang tiến hành lắp ráp kí hiệu IIIb ; trạng thái làm việc

2 Trọng lượng hàng và

thiết bị mang hàng có kể

đến hệ số động 

-3 Tải trọng quán tính khi cơ

cấu làm việc :

 Lực quán tính cơcấu nâng

 Quay có hàng

+-

++

+-

+

-

-4 Lực ngang do nghiêng

cần trục :

 Trong mp treo hàng

 Vuông góc mp treohàng

+

-

-+-

+-

+-

-

6 Tải trọng lắp ráp và vận

2 Dấu + chỉ tải trọng có để ý đến ; dấu – chỉ tải trọng không để ý đến

3 Chiều của áp lực gió lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra do cầntrục bị nghiêng.

4.2.3 Tính toán các tải trọng:

 Trọng lượng cần (phần quay) khi tính tới hệ số động:

QH : Trọng lượng hàng

 Trọng lượng xe tời (gồm cả móc treo) khi kể đến hệ số Kt

G = Kt Gx = 1,1 390 = 429 (Kg)

Kt = 1,1 : hệ số động

 Lực quán tính khi quay cần theo phương tiếp tuyến:

Ptt

qt = mc 2 Ri

Trong đó:

mc = 7550 (kg) : khối lượng cần

Ri : bán kính phần quay (m)

 : vận tốc góc khi quay cần

 = 0,0492 (m/s)

30

0,47 14 , 3 30

n q

i i

2



 Lập bảng:

Vị trí Thông số

Ptt

Q : Trọng lượng của hàng (kg).

t = 2 (s) : thời gian phanh hãm cơ cấu

Gx = 390 (kg) : trọng lượng xe con,

vx = 31.5 (m/ph) : vận tốc di chuyển xe con

 Lực ngang do cáp lắp động:

T = kt Q tg

Với:

 = 5o: góc nghiêng của cáp

kt = 1,1 : hệ số động (hệ số điều chỉnh)

Q (kg) : trọng lượng hàng mang

 T = 0,1Q (kg)

Lập bảng các thông số và giá trị của T.

Vị trí Thông số

 Xác định áp lực gió:

 w1 = wh Fc k (CT 1.16 sách tính toán máy nâng chuyển)

Với:

wh = qo n c   (CT – 1.11 sách tính toán máy nâng chuyển)

wh : tải trọng gió phân bổ đều

qo = 15kg/m2 : áp suất động của gió

n = 2 : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất (Tra bảng 1.6 sách tính toán máy nâng chuyển)

c = 1,4 : hệ số khí động học (Bảng 1.7 sách tính toán máy nângchuyển)

 = 1 : hệ số quá tải

 = 1 hệ số động lực

 wh = 15 2 1 1,4 1 = 42 (kg/m2)

Fc : diện tích bao của cần

Fc = Fcn + Fcd

Fcn : diện tích bao của cần trong mặt phẳng nằm ngang

Fcd : diện tích bao của cần trong mặt phẳng thẳng đứng

Fh : diện tích bao của hàng.

Tra bảng 4.2 của sách KKKLMT với sức nâng định mức:

 = 1,1 : hệ số động (hệ số điều chỉnh)

 Pn

qt max = 1,1 Q

Lập bảng:

Vị trí Thông số

30000

4.3.1 Tính cần theo tổ hợp IIa:

 Theo tổ hợp tải trọng IIa, cần chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứngvà ngang, do đó làm việc theo trạng thái chịu nén có uốn và có sự biến dạngkhi chịu lực Mặt cắt ngang của cần thường không lớn và thay đổi theo chiềudài của cần và trong mặt phẳng nằm ngang chỉ có tải trọng phân bố đều trêncần có giá trị rất nhỏ

 Trong mặt phẳng nâng hàng gồm có các lực:

 Lực quán tính nằm ngang do dao động của cần trục Pq’

 Lực quán tính thẳng đứng do các phần dao động của cần trục và dohàng cùng móc treo hàng :Pq & Pq’’

 Trọng lượng hàng mang và xe con

 Trọng lượng bản thân cần Pqt.R  (Q  Gx).R  Gc.20 - YB.30  0

 PT cân bằng lực:

MA = Pqt’’.R + Pqt.40 +(Q +Gx).R + Gc.20 -Sk 30=0Y= Pqt + Pqt’’ + Gc + Q + Gx – Sk.sin 20 – YA

X = Pqt’ – XA – Sk cos 20 = 0

Trong đó: Gx :Trọng lượng xe con

Q : Trọng lượng hàng mang

Gc : Khối lượng cần

Pqt’:lực quán tính ngang do các phần dao động của cầntrục

Pqt’’ & Pqt : lực quán tính thẳng đứng do phần dao độngcủa cần và do hàng cùng móc treo hàng

Vị trí Thông số

Tính cần theo tổ hợp IIc:

 Khi tính toán kết cấu thép của cần theo tổ hợp tải trọng IIc, cần chịutác dụng của các lực nằm trong mặt phẳng ngang, bao gồm:

 Thị trường gió tác dụng lên cần : Pqc (kg)

 Thị trường gió tác dụng lên hàng : Pqh (kg)

 Lực quán tính tiếp tuyến khi quay cần có treo hàng : Pqt

 Lực ngang do cáp lắc động : T (kg)

Xác định nội lực cho các thanh trong dàn:

a)Tổ hợp IIa:

* Tính cho dàn đứng:

-Tách mắt 1:

Các lực tác dụng lên mắt 1 gồm: phản lực gối XA &YA ,lực phân bố q & q’ Tải trọg phân bố tại mỗi mắt : . q = 43.2G cos23.63 ; q’ = 43.2G sin 23.63 Phản lực gối : YA ,XA

Tách mắt 1:

Các mắt còn lại ta tiến hành tương tự, bằng phương pháp tách mắt,ta xácđịnh được các lực dọc trong các thanh con` lại.

- Ta có bảng thống kê sau :

Vị trí Thông số

PT cân bằng lực:

Y = N13 + Y- q + N15.cos81 = 0

X = N15.sin81 = 0

.THIẾT KẾ TIẾT DIỆN MẶT CẮT THANH

1.PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN:

Tính toán và thiết kế kết cấu thép của cần trục tháp tiến hành theo phươngpháp trạng thái giới hạn hiện nay người ta ít sử dụng phương pháp tính theoứng suất cho phép

Khả năng chịu đựng của kết cấu thép được kiểm tra:

 < R = Rh k m (6.12 KCKLMT)

Ở đây : Rh : Sức bền dịnh mức hay giới hạn chảy của vật liệu

m : Hệ số diều kiện làm việc, được xác định như sau:

m = m1.m2.m3

m1 : Hệ số xét đến mức độ hạn chế do hỏng hóc

m2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự biến dạng các cấu kiện thànhmỏng (do uốn nén )

m3 : Hệ số điều kiện lắp ráp ,xét đến ứng suất phụ trong tháo lắp

2.TÍNH CHO CÁC THANH BIÊN CẦN:

-Nhận xét : khi tính toán thiết kế kết cấu thép của cần ta tính theo tổ hợpIIa Bên cạnh đó, nội lực trong các thanh biên của dàn ngang nhỏ hơn dànđứng.Do đó ,ta tính toán thanh biên của cần theo tổ hợp IIa tác dụng lên dànđứng

Dựa vào bảng các đặc trưng của mặt cắt ngang thép ống ta chọn được loạithép có kí hiệu: 09r2C

F = 42 cm2 , đ/k ngoài D = 10 cm, chiều dày W = 0.5 cm

3.TÍNH CHO CÁC THANH BỤNG CỦA CẦN:

-Tính cho các thanh bụng của cần thì tính theo tổ hợp IIc và dựa vào bảngnội lực các thanh của dàn đứng

Căn cứ vào đó ta thấy : nội lực lớn nhất trong các thanh bụng của cần bằng :(kg)

4.Kiểm tra các thanh theo đô cứng và tính ổn định:

a.Kiểm tra về độ cứng:   [ gh ]

-Thanh biên :  = l / r ,với :

 : độ mảnh của thanh

l : chiều dài hình học thanh

r : bán kính quán tính của thanh

r =

ng

F

J

, với : J : momen quán tính của tiết diện

F ng : diện tích tietá diện

 : hệ số phụ thuộc liên kết của 2 đầuthanh

-Với m o.R được xác định theo từng tổ hợp tải trọng:

+ Đối với thanh biên : m o.R = 3807 Kg/cm 2

=> 148564.2 /(0,94.42) = 3763 < 3807

+ Đối với thanh bụng: m o.R = 3045.6 Kg/cm 2

=> 52611,2/(0,93.19) = 2977.4 < 3045.6

Vậy thanh biên và thanh bụng đảm bảo điều kiện về ổn định

TÍNH TOÁN CÁC MỐI GHÉP:

1.TÍNH MỐI GHÉP HÀN:

Trong thực tế đối với kết cấu dàn người ta có thể dùng nhiều kiểu mốighép khác nhau(bằng bulông, bằng hàn, đinh tán .) Nhưng loại kết cấumối hàn rất được dùng phổ biến vì các ưu điểm của nó về tính thẩm mỹ, tínhkinh tế, đồng thời cũng chịu lực không kém so với bulông và các loại mốighép khác.

- Chọn phương pháp hàn tự động, có trợ dung ,que hàn kiểu  42 , chiềudày tính toán của mối hàn

-Xác định chiều dài đường hàn:

h h

gh

R l

N

 ( bảng 3.1 _ KCKLMT )

Ở đây : N gh: Lực tính toán theo hệ số quá tải và hệ số điều kiện làm việc

h

l : Chiều dài đường hàn

 : Chiều dày mối hàn

Vậy chiều dài cần hàn là : l = l h + 2.5 = 701.5 + 10 = 711.5 mm

=> Chọn l = 712 mm ( mỗi đầu đường hàn lấy thêm 5 mm ,vì khi bắt đầuvà kết thúc mối hàn phải có chỗ để duy trì vùng lửa hàn )

-Tính cho mối hàn giáp cuối ở thanh biên:

+ Chiều dày mối hàn :  = 5 mm

+ Que hàn :  42

+ Phương pháp hàn tự động,có trợ dung

+ Chiều dài đường hàn

=> chiều dài cần thiết của mối hàn: l = 1425 (mm)

- Các chi tiết như bản mã khi hàn trên thanh biên thì chiều dài hàn và cácđiều kiện hàn khác giống như mối hàn giáp mối ở hai thanh biên

Chương 3: KẾT LUẬN

Cần trục là một loại máy công tác thuộc hệthống máy nâng chuyển dùng để thay đổi vị trí đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo hoặc các thiết bị mang vật gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện … Cần trục chủ yếu phục vụ việc vận chuyển các vật thể khối, có chế độ làm việc ngắn hạn lặp đi lặp lại và có thời gian dừng, chuyển động chính của chúng là nâng hạ vật theo phương đứng, bên canh đó còn có một số chuyển động khác để dịch chuển vât trong mặt phẳng ngang nhu chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang (nâng hạ cần ) Bằng sự phối hợp các chuyển động của máy, máy có thể dịch chuyểnvật đến bất kỳ vị trí nào trong không gian làm việc của nó.

Với tất cả các ưu điểm đưa ra trên thì cần trục tháp là một trong những loại cần trục có tính năng ưu việt nhất được áp dụng rộng rãi trong thực tế đặc biệt là trong xây dựng vì phạm vi hoạt động của cần trục tháp lớn, đem lại hiệu quả công việc cao và trên hết đó là khả năng nâng vật đến chiều cao là lớn nhất mà các loại cần trục khác không thể thực hiện được

Đối tượng phục vụ của các loại cần trục tháp là không giống nhau, chính vì vậy để thống nhất giữa người thiết kế và người sử dụng máy ở đây là mức độ sử dụng máy theo thời gian và mức độ chất tải của mỗi loại cần trục Đồng thời trên mỗi thiết kế các kết cấu kim loại và các cơ cấu phải thiết kế như thế nào nhằm đảm bảo mức độ an toàn và các yêu cầu về tuổi thọ đối với loại cần trục tháp này