Tính toán kết cấu thép cần của cần trục bánh xích sức nâng q = 160 tấn

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Tính toán kết cấu thép cần của cần trục bánh xích sức nâng q = 160 tấn

TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN CỦA CẦN TRỤC

BÁNH XÍCH SỨC NÂNG Q = 160 TẤN

I Giới thiệu chung về cần trục bánh xích:

1 cấu tạo:

Cấu tạo chung của cần trục bánh xích bao gồm các bộ phận:

- Kết cấu thép:đối với cần trục có cần kết cấu thép cần là bộ phậnchính của kết cấu kim loại máy trục

- Các cơ cấu gồm có:

+ cơ cấu nâng: giúp cần trục có thể nâng hạ hàng theo phương thẳngđứng

+ cơ cấu thay đổi tầm với: để lấy hàng ở vị trí xa hoặc gần theophương nằm ngang khi cần trục không di chuyển

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

+ Cơ cấu di chuyển: giúp cần trục di chuyển dọc theo vịtri1 làm việc.+ hệ thống điều khiển: bao gồm người điều khiển cho tới các hệthống tác dụng lên cơ cấu

2 nguyên lý làm việc:

Cần trục sử dụng hệ thống palăng cân bằng để khi thay đổi tầm vớicủa cần hàng luơn được đảm bảo gần như di chuyển theo phương nằmngang

Cần trục cĩ thể di chuyển trên nền đất yếu do diện tích tiếp xúc củaphần bánh xích lớn, nên cĩ thể làm việc ở những địa hình chưa vững chắc

Cơ cấ thay đổi tầm với được sử dụng bằng cáp, với thay đổi cáp làmthay đổi tầm với của cần trục từ lớn nhất đến nhỏ nhất

3 Đặc điểm làm vi ệ c:

Làm việc ở chế độ trung bình, khi làm việc đứng yên

4 các thông số cơ bản của máy trục và vị trí tính toán:

- Qua phân tích tình hình chịu lực của cần do tải trọng thẳng đứng,cần là một thanh tổ hợp (dàn) chịu nén và uốn Nội lực trong cần phụthuộc góc nghiêng của cần so với phương nằm ngang 

+ Khi cần ở tầm với nhỏ nhất (Rmin): lực nén cần đạt trị số lớn nhất.+ Khi cần ở tầm với lớn nhất (Rmax): mômen gây uốn cần đạt trị sốlớn nhất

+ Trạng thái bất lợi của nội lực có thể là khi cần ở tầm với trunggian (Rtb).

- Do đó ta tính nội lực trong cần ở cả 3 vị trí: tầm với nhỏ nhất Rmin,tầm với lớn nhất Rmax, tầm với trung gian Rtb Căn cứ vào biểu đồ sứcnâng của cần trục tháp bánh lốp, ta xác định được 3 vị trí tính toán nhưsau:

+  : Góc nghiêng của cần so với phương ngang

+ Rmax : Tầm với lớn nhất của cần

+ Rtb : Tầm với trung bình của cần

+ Rmin : Tầm với nhỏ nhất của cần

Hình 7.2: Các vị trí tính toán của cần

5 sơ đồ tính toán:

Sơ đồ tính cần được đưa về dạng sơ đồ một thanh có liên kết tựanhư sau:

- Trong mặt phẳng nâng hàng:

Cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết:

+ Đuôi cần có liên kết gối bản lề cố định với bộ phận quay (tháp).+ Một điểm liên kết với xilanh thủy lực thay đổi tầm với, tươngđương một liên kết thanh Phương của liên kết thanh có phương củaxilanh thủy lực

- Trong mặt phẳng ngang:

Cần là một thanh tổ hợp (dàn) có liên kết tựa là 2 gối bản lề cố định ởđuôi cần, còn đầu cần tự do

6 Các kích thước cơ bản của dàn

- Chiều dài của cần : L = 30 (m)

- Chiều cao mặt cắt giữa cần:

L

30

1 20

II Tải trọng và tổ hợp tải trọng:

1 Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:

- Khi máy trục làm việc thì nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tácdụng lên kết cấu: tải trọng cố định, tải trọng quán tính, tải trọng gió, tảitrọng do lắc động hàng trên 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 tháilàm việc và ở những điều kiện sử dụng tiêu chuẩn Dùng để tính toán kếtcấu kim loại theo độ bền và độ bền mỏi Khi tải trọng thay đổi, trong đócó trọng lượng hàng thay đổi thì không tính theo trị số tải trọng cực đạimà 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 làmviệc và ở điều kiện nặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúngtiêu chuẩn Dùng để tính toán 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 khônglàm việc Các tải trọng đó gồm có: trọng lượng bản thân cần trục và gióbão tác dụng lên cần trục ở trạng thái không làm việc Trường hợp nàydùng để kiểm tra kết cấu theo điều kiện độ bền, độ ổn định ở trạng tháikhông làm việc

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

+ Tổ hợp Ia, IIa : Tương ứng trạng thái cần trục làm việc, cần trụcđứng yên chỉ có một cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặchãm) cơ cấu nâng hàng một cách từ từ tính cho tổ hợp Ia; khởi động (hoặchãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIa

+ Tổ hợp Ib, IIb : Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm cơ cấukhác 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 (hoặchãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIb

2 Bảng tổ hợp tải trọng.

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

Bảng tổ hợp tải trọng

Trọng lượng hàng (Qh)

và thiết bị mang hàng

Góc nghiêng của cáp

tuyến và li tâm khi khởi

động và hãm cơ cấu

quay

0,5 tt qt

F

0,5 lt qt

F

tt qt

F

lt qt

+ Tổ hợp Ib, IIb : Cần trục đứng yên có mang hàng đồng thời cơ cấuquay hoạt động Tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từtừ tính cho tổ hợp Ib; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngộttính cho tổ hợp IIb

III Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIa:

1 Các tải trọng tính toán:

- Trọng lượng cần Gc có:

+ Điểm đặt: trung điểm chiều dài của cần

+ Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dươngtrục Z

+ Độ lớn: Gc = 12 (T) = 120000(N)

- Trọng lượng cần Gc có thể coi là tải trọng phân bố đều trên các mắtdàn Tải trọng phân bố qc có:

+ Điểm đặt : đặt tại mắt dàn.Ž

+ Phương, chiều : có phương thẳng đứng, chiều ngược chiềudương trục Z

+ Độ lớn:

120000

4000 30

c c

+ Gc : Trọng lượng bản thân của cần

+ n : Số mắt dàn

b Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng: Q (N).

- Điểm đặt: tập trung tại điểm cố định của các ròng rọc trên cần

- Phương, chiều:cóphươngthẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z

- Độ lơnù:

Q = II (Qh + Gm) [10]

Trong đó:

+ Qh : Trọng lượng của hàng

+ Gm : Trọng lượng móc

+ II = 1,4 : Hệ số động học khi nâng theo chế độ làm việc trungbình

c Lực căng dây cáp treo hàng: Sh (N)

1

a

t a

P : Hiệu suất chung của palăng

Trong đó:

+ a = 9 : Bội suất của palăng

+ t = 1 : Số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội suất a +  = 0,98 : Hiệu suất từng ròng rọc, được chọn theo điều kiệnlàm việc và loại ổ, chọn puly có ổ lăn với điều kiện bôi trơn bình thườngbằng mỡ, nhiệt độ môi trường bình thường bảng (2-5) [7]

2 Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng:

Vì dàn đối xứng nên ta tính toán cho một bên dàn, còn mặt kia thìtương tự

a) Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng:

- Trong mặt phẳng nâng hàng, cần chịu các tải trọng sau :

+ Trọng lượng hàng cùng thiết bị mang hàng: Q

+ Lực căng của nhánh cáp cuối cùng của palăng mang hàng: Sh.+ Trọng lượng bản thân cần: Gc

- Khi đặt các tải trọng tính toán lên cần trong mặt phẳng nâng hạ (mặtphẳng đứng) ta phải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của

dàn Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàn trong mặt phẳng đứng ởcác vị trí là:

Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân của cần:

2

c c

G q

l



 Trong đó:

+ Gc = 120000 (N): Trọng lượng bản thân của cần

2 N

) (

c

b) Xác định các phản lực tại các liên kết tựa:

Phương trình momen tại gối A:

3 Xác định nội lực các thanh trong dàn:

a) Trong mặt phẳng nâng hàng:

- Ta quy ước như sau:

+ Thanh biên trên: 1A25A

+ Thanh biên dưới: 1B25B

+ Thanh bụng đặt theo số thứ tự:149

- Tính toán nội lực trong từng thanh:

 Mắt 1:

X = N1A.cosb+ N1B.cosc + HA = 0

Y = N1A.sinb+ N1B.sinc + VA – qc = 0

Ở tầm với Rmax: b = 27o, c = 13o

Y = N1.sin83o+ N2.sin28o – qc.sina = 0

X = -N1B+ N2B – N1.cos83o+ N2.cos28o – qc.cosa = 0

Ở tầm với Rmax: a = 77o, qc = 2000 (N)

Y = – N2.sin23o – N3.sin83 o – N4.sin47o – qc.sina = 0

X = – N2A – N2.cos23o – N3.cos83 o + N4.cos47o– qc.cosa + N3A = 0

Ở tầm với Rmax: a = 63o, qc = 2000 (N)

Y = N4.sin32o + N5.sin83 o – qc.cosa + N6.sin52o = 0

X = -N3B + N4B – qc.sina – N5.cos83 o + N6.cos52o – N4.cos32o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 77o, qc = 2000 (N)

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Y = N7– qc.sina - N8.sin45o – N6.cos49 o - N4A.sin7 o = 0

X = N5A – qc.cosa – N6.sin49 o - N4A.cos7o + N8.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

49°

7°

a

Y = N9– qc.sina + N10.sin45o + N8.sin45 o = 0

X = -N5B + N6B – qc.cosa – N8.cos45o + N10.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

45°

Y = -N12.sin45o – qc.sina - N10.sin45o – N11 = 0

X = N7A – N6A – N10.cos45o– qc.cosa + N12.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Y = N13– qc.sina + N14.sin45o + N12.sin45 o = 0

X = -N7B + N8B – qc.cosa – N12.cos45o + N14.cos45o = 0

Ở tầm với R : a = 70o, q = 2000 (N)

a

45°

45°

a

Y = -N16.sin45o – qc.sina - N14.sin45o – N15 = 0

X = N9A – N8A – N14.cos45o– qc.cosa + N16.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N)

a

a 45°

45°

Y = N17– qc.sina + N18.sin45o + N16.sin45 o = 0

X = -N9B + N10B – qc.cosa – N16.cos45o + N18.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

a

Y = -N20.sin45o – qc.sina - N18.sin45o – N19 = 0

X = N11A – N10A – N18.cos45o– qc.cosa + N20.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

X = -N11A + N12A – qc.cosa = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2000 (N)

N21 = -45701(N)

 Mắt 23:

Y = N21– qc.sina + N20.sin45o + N22.sin45 o = 0

X = -N11B + N12B – qc.cosa – N20.cos45o + N22.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Y = -N22.sin45o – qc.sina – N24.sin45o – N23 = 0

X = N13A – N12A – N22.cos45o– qc.cosa + N24.cos45o = 0

Ở tầm với R : a = 70o, q = 2000 (N)

a

a

45°

45°

X = -N13A + N14A – qc.cosa = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2000 (N)

Y = N25– qc.sina + N124.sin45o + N26.sin45 o = 0

X = -N13B + N14B – qc.cosa – N24.cos45o + N26.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N)

Y = -N26.sin45o – qc.sina – N28.sin45o – N27 = 0

X = N15A – N14A – N26.cos45o– qc.cosa + N28.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Y = – qc.sina – N29 = 0

X = -N15A + N16A – qc.cosa = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2000 (N)

Y = N29– qc.sina + N28.sin45o + N30.sin45 o = 0

X = -N15B + N16B – qc.cosa – N28.cos45o + N30.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N)

Y = -N32.sin45o – qc.sina – N30.sin45o – N31 = 0

X = N16A – N17A – N30.cos45o– qc.cosa + N32.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

X = -N17A + N18A – qc.cosa = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2000 (N)

 Mắt 35:

Y = N33– qc.sina + N34.sin45o + N32.sin45 o = 0

X = -N17B + N18B – qc.cosa – N32.cos45o + N34.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Y = -N34.sin45o – qc.sina – N36.sin45o – N35 = 0

X = N19A – N18A – N34.cos45o– qc.cosa + N36.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

=> N19A = 39087 (N)

a

a45°

45°

X = -N19A + N20A – qc.cosa = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2000 (N)

Y = N37– qc.sina + N36.sin45o + N38.sin45 o = 0

X = -N19B + N20B – qc.cosa – N36.cos45o + N38.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N)

Y = -N38.sin45o – qc.sina – N40.sin45o – N39 = 0

X = N21A – N20A – N38.cos45o– qc.cosa + N40.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

45°

83°

a 82°

Y = - N41.sin82 o – qc.sina – N21A.sin83 o = 0

X = N22A -N21A.cos83 o + N41.cos82 o– qc.cosa = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

Y = N40.sin45o + N41 - qc.sina + N42.sin45o + N22B.sin7 o= 0

X = N22B.cos7 o – N21B – N40.cos45o– qc.cosa + N42.cos45o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N)

a

Y = -N44.sin31 o – qc.sina - N43.sin82o- N42.cos35 o = 0

X = -N22A + N23A – qc.cosa + N43.cos82o – N42.sin35 o + N44.cos31o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 77o, qc = 2000 (N)

Y = – qc.sina – N45.sin83 o = 0

X = -N23A + N24A – qc.cosa + N45.cos83 o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 77o, qc = 2000 (N)

Ở tầm với Rmin : a = 17o, qc = 2000 (N)

a

31°

a 83°

=> N24A = -78431 (N)

N45 = 63951(N)

 Mắt 47:

Y = N45.cos7o – qc.sina + N46.sin23o + N44.sin47 o = 0

X = N24B – N23B – N44.cos47o– qc.cosa + N45.sin7o + N46.cos23 o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 63o, qc = 2000 (N)

Y = -N47.sin83 o – qc.sina – N46.sin37o = 0

X = -N24A + N25A – qc.cosa – N46.cos37o + N47.cos83o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 77o, qc = 2000 (N)

b) Trong mặt phẳng nằm ngang:

Trong mặt phẳng nằm ngang, cần chỉ chịu tác dụng của tải trọng giónên nội lực sinh ra trong các thanh của cần ở tổ hợp IIa này không lớnbằng nội lực sinh ra trong tổ hợp IIb Do đó ta không cần xác định nội lựctrong các thanh trong trường hợp này

IV Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIb:

1 Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng:

a Các tải trọng tính toán:

* Trọng lượng bản thân của cần: G c (N).

- Trọng lượng cần G có:

+ Điểm đặt: trung điểm chiều dài của cần.

+ Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dươngtrục Z

+ Độ lớn: Gc = 12 (T) = 120000(N)

- Trọng lượng cần Gc có thể coi là tải trọng phân bố đều trên các mắtdàn Tải trọng phân bố qc có:

+ Điểm đặt: đặt tại mắt dàn

+ Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dươngtrục Z

+ Độ lớn:

120000

4000( ) 30

c c

q

* Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng: Q (N).

- Điểm đặt: tập trung tại điểm cố định của các ròng rọc trên cần

- Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trụcZ

- Độ lớn:

Q = Qh + Gm [10]

Trong đó:

+ Qh : Trọng lượng của hàng

+ Gm : Trọng lượng móc

1

a

t a

Trong đó:

+ a = 9 : Bội suất của palăng.

+ t = 1 : Số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội suất a +  = 0,98 : Hiệu suất từng ròng rọc, được chọn theo điều kiện làmviệc và loại ổ, chọn puly có ổ lăn với điều kiện bôi trơn bình thường bằngmỡ, nhiệt độ môi trường bình thường bảng (2-5) [7]

b Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng:

Vì dàn đối xứng nên ta tính toán cho một bên dàn, còn mặt kia thì tương tự

- Trong mặt phẳng nâng hàng, cần chịu các tải trọng sau :

+ Trọng lượng hàng cùng thiết bị mang hàng: Q

+ Lực căng của nhánh cáp cuối cùng của palăng mang hàng: Sh.+ Trọng lượng bản thân cần: Gc

- Khi đặt các tải trọng tính toán lên cần trong mặt phẳng nâng hạ (mặtphẳng đứng) ta phải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt củadàn Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàn trong mặt phẳng đứng ởcác vị trí là:

Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân của cần:

120000

2000( )

2 2.30

c c

2 N

) (N

c Xác định các phản lực tại các liên kết tựa:

Phương trình momen tại gối A:

d) Xác định nội lực trong các thanh ở mặt phẳng đứng:

Cách tính toán nội lực trong các thanh của dàn tương tự như ở tổ hợpIIa, ta có các bảng giá trị sau:

* Nội lực trong thanh xiên: (N)

2 Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nằm ngang:

a) Các tải trọng tính toán:

- Lực quán tính ngang do trọng lượng của kết cấu xuất hiện khi mởmáy hay khi phanh cơ cấu quay Các lực này lấy bằng 0,1 của các tảitrọng thẳng đứng (không kể đến hệ số k1), công thức (8.53) [5]:

Gng = 0,1G1 = 0,1120000 = 12000N

Với G1 = 12(T): Trọng lượng bản thân cần