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

TKMH: KẾT CẤU THÉP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN CỦA CẦN TRỤCBÁNH XÍCH SỨC NÂNG Q = 160 TẤNI. 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 phận chính 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 thẳng đứng.+ cơ cấu thay đổi tầm với: để lấy hàng ở vò trí xa hoặc gần theo phương nằm ngang khi cần trục không di chuyển.+ cơ cấu quay: để có thể đưa hàng tới nhũng vò trí có cùng vò trí tầm với nhưng ở các phương khác nhau.+ Cơ cấu di chuyển: giúp cần trục di chuyển dọc theo vòtri1 làm việc.+ hệ thống điều khiển: bao gồm người điều khiển cho tới các hệ thống tác dụng lên cơ cấu.2. nguyên lý làm việc:Cần trục sử dụng hệ thống palăng cân bằng để khi thay đổi tầm với của cần hàng ln được đảm bảo gần như di chuyển theo phương nằm ngang.Cần trục có thể di chuyển trên nền đất yếu do diện tích tiếp xúc của phần bánh xích lớn, nên có 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 làm thay 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 n.4. các thông số cơ bản của máy trục và vò trí tính toán:- Qua phân tích tình hình chòu lực của cần do tải trọng thẳng đứng, cần là một thanh tổ hợp (dàn) chòu nén và uốn. Nội lực trong cần phụ thuộc góc nghiêng của cần so với phương nằm ngang α. + Khi cần ở tầm với nhỏ nhất (Rmin): lực nén cần đạt trò số lớn nhất.+ Khi cần ở tầm với lớn nhất (Rmax): mômen gây uốn cần đạt trò số lớn nhất.GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN1 TKMH: KẾT CẤU THÉP+ Trạng thái bất lợi của nội lực có thể là khi cần ở tầm với trung gian (Rtb).- Do đó ta tính nội lực trong cần ở cả 3 vò trí: tầm với nhỏ nhất Rmin, tầm với lớn nhất Rmax, tầm với trung gian Rtb. Căn cứ vào biểu đồ sức nâng của cần trục tháp bánh lốp, ta xác đònh được 3 vò trí tính toán như sau: Thông số Vò trí Q (T) R (m)α (°)Rmin160 6,25 80 Rtb92 19 50Rmax24 28 20Trong đó: + Q : Tải trọng nâng bao gồm trọng lượng hàng và thiết bò mang hàng. + R : Tầm với. + α : 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 vò trí tính toán của cần5. sơ đồ tính toán:GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN2 TKMH: KẾT CẤU THÉPSơ đồ tính cần được đưa về dạng sơ đồ một thanh có liên kết tựa như 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 đònh với bộ phận quay (tháp). + Một điểm liên kết với xilanh thủy lực thay đổi tầm với, tương đương một liên kết thanh. Phương của liên kết thanh có phương của xilanh thủy lực.- Trong mặt phẳng ngang:Cần là một thanh tổ hợp (dàn) có liên kết tựa là 2 gối bản lề cố đònh ở đuôi 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:Lh .301201÷= (bảng 5-1) [10]( )1 130 1,5 1 ( )20 30h m ⇒ = ÷ × = ÷  Chọn h = 1,2 (m).- Chiều rộng mặt cắt của cần ở giữa cần:B = (1 ÷1,5).h (bảng 5-1) [10] => B = (1 ÷1,5) x 1,2 = 1,2(m)Chọn B = 1,2(m).- Chiều rộng mặt cắt của cần ở gối tựa:1 1.10 15oB L = ÷   (bảng 5-1) [10]( )1 130 3 2 ( )10 15oB m ⇒ = ÷ × = ÷  GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN3 TKMH: KẾT CẤU THÉPChọn Bo = 2(m).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 chòu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu: tải trọng cố đònh, tải trọng quán tính, tải trọng gió, tải trọng 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 thái làm việc và ở những 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 thì không tính theo trò số tải trọng cực đại mà tính theo trò 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 ở điều kiện nặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn. Dùng để tính toán kết cấu kim loại theo độ bền và độ ổn đònh. + 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 cần trục ở trạng thái không làm việc. Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo điều kiện độ bền, độ ổn đònh ở trạng thái không làm việc.- ƠÛ trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng 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 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 ngột tính 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 tính cho tổ hợp IIb. 2 Bảng tổ hợp tải trọng.GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN4 TKMH: KẾT CẤU THÉPĐối với từng loại cần trục, căn cứ vào điều kiện khai thác của cần trục và các tải trọng tác dụng lên nó mà ta có bảng tổng hợp tải trọng sau :Bảng tổ hợp tải trọngTải trọngTính theo độ bền mỏi:[ ]Irkn/σσ=Tính theo độ bền vàđộ ổn đònh: [ ]IIcn/σσ=IaIbIIaIIbTrọng lượng bản thân của cần.GcGcGcGcTrọng lượng hàng (Qh) và thiết bò mang hàng (Gm).QtđQtđQ QHệ số động ψ.IψIIψGóc nghiêng của cáp treo hàng.IβIIβLực căng cáp treo hàng ShShShShLực quán tính tiếp tuyến và li tâm khi khởi động và hãm cơ cấu quay.0,5.ttqtF0,5.ltqtFttqtFltqtFTải trọng gió. - -IIgPIIgP + Tổ hợp Ia, IIa : 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 ngột tính cho tổ hợp IIa. + Tổ hợp Ib, IIb : Cần trục đứng yên có mang hàng đồng thời cơ cấu quay hoạt động. 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 tính cho tổ hợp IIb. III. Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIa:1. Các tải trọng tính toán: GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN5 TKMH: KẾT CẤU THÉPa. Trọng lượng bản thân của cần: Gc (N).- Trọng lượng cần Gc có: + Điểm đặt: trung điểm chiều dài của cần. + Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z. + Độ lớn: Gc = 12 (T) = 120000 (N).- Trọng lượng cần Gc có thể coi là tải trọng phân bố đều trên các mắt dàn. Tải trọng phân bố qc có: + Điểm đặt : đặt tại mắt dàn.Ž + Phương, chiều : có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z. + Độ lớn: 120000400030ccGNql m= = = Trong đó: + Gc : Trọng lượng bản thân của cần. + n : Số mắt dàn. b. Trọng lượng hàng kể cả thiết bò mang hàng: Q (N).- Điểm đặt: tập trung tại điểm cố đònh của các ròng rọc trên cần.- Phương, chiều:cóphươngthẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z.- Độ lơnù: Q = IIψ.(Qh + Gm) [10]Trong đó: + Qh : Trọng lượng của hàng. + Gm : Trọng lượng móc. + IIψ = 1,4 : Hệ số động học khi nâng theo chế độ làm việc trung bình. Tải trọngVò tríQh (N) Gm (N) Q (N)Rmin1567000 33000 2240000 Rtb887000 33000 1288000Rmax220700 33000 336000c. Lực căng dây cáp treo hàng: Sh (N). GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN6 TKMH: KẾT CẤU THÉP.QShaPη= [10]Trong đó: + Q : Sức nâng đònh mức.Q = Qh + Gm( )( )λλλη−−=1 1atap (2-20) [7] ηP : 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. + λ = 0,98 : Hiệu suất từng ròng rọc, được chọn theo điều kiện làm việc và loại ổ, chọn puly có ổ lăn với điều kiện bôi trơn bình thường bằng mỡ, nhiệt độ môi trường bình thường bảng (2-5) [7].( )9 1)(1 0,98 0,980,9059 1 0,98Pη− ×⇒ = ≈× − Tải trọng Vò tríQ (N) Sh (N)Rmin2240000 275015 Rtb1288000 158134Rmax336000 41252 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 thì tương tự.a) Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng:- Trong mặt phẳng nâng hàng, cần chòu các tải trọng sau : + Trọng lượng hàng cùng thiết bò 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 (mặt phẳng đứng) ta phải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN7 TKMH: KẾT CẤU THÉPdàn. Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàn trong mặt phẳng đứng ở các vò trí là:Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân của cần:2ccGql=× Trong đó: + Gc = 120000 (N): Trọng lượng bản thân của cần.1200002000( )2 30cNqm⇒ = =× Vò tríTải trọngRminRtbRmax)(2NQ1120000 644000 168000)(2NSh137507 79067 20626cq(N/m)2000 2000 2000b) Xác đònh các phản lực tại các liên kết tựa:Phương trình momen tại gối A:GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN8 TKMH: KẾT CẤU THÉP0 . . .cos . .cos 02 2 2 2h CA CS GQ LM S b aα α∑ = ⇔ + − − =. .cos . .cos .2 2 2 2C hCG SQ LL aSbα α+ −⇒ =- Gócγ,β: góc nghiêng của cáp hàng và cáp thay đổi tầm với so với phương nằm ngang, góc này thay đổi tuỳ thuộc vào góc nghiêng của cần so với phương nằm ngang α và xác đònh bằng phương pháp hoạ đồ vò trí. Vò tríGóc RminRtbRmaxSC536509 229048 113187- Tính phản lực tại gối đỡ A:0 .cos .cos 02hA CSX H Sγ β∑ = ⇔ − − =.cos .cos2hA cSH Sγ β⇒ = +0 .sin .sin 02 2 2h cA CS GQY V Sγ β∑ = ⇔ − − − − = Vậy phản lực tại gối đỡ A:3. Xác đònh nội lực các thanh trong dàn:a) Trong mặt phẳng nâng hàng:- Ta quy ước như sau:GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN Vò tríPhản lực gối RminRtbRmaxHA (N) 562458 259966 110492VA (N) 1228381 731431 2328509.sin .sin2 2 2h cA cS GQV Sγ β⇒ = + + +.sin .sin2 2 2h cA cS GQV Sγ β⇒ = + + + XYHVAAqc1BNN1AbcTKMH: KẾT CẤU THÉP + 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:ΣX = N1A.cosb + N1B.cosc + HA = 0ΣY = N1A.sinb + N1B.sinc + VA – qc = 0ƠÛ tầm với Rmax: b = 27o, c = 13o=> N1A = 1605596 (N) N1B = -3270974 (N) ƠÛ tầm với Rtb : b = 57o, c = 43o=> N1A = 1168032(N) N1B =-2675771 (N) ƠÛ tầm với Rmin : b = 87o, c = 73o=> N1A =-457777 (N) N1B = -1323481 (N) • Mắt 2:ΣY = -N1.sin84o – qc.sina = 0ΣX = -N1A + N2A - N1.cos84o – qc.cosa = 0ƠÛ tầm với Rmax: a = 63o, qc = 2000 (N)=> N2A = 1611190 (N) N1 = -4824N) ƠÛ tầm với Rtb : a = 33o, qc = 2000 (N)=> N2A = 1173159 (N) N1 = -2134 (N) ƠÛ tầm với Rmin : a = 3o, qc = 2000 (N)=> N2A = -454020 (N) N1 = 94(N) • Mắt 3:ΣY = N1.sin83o + N2.sin28o – qc.sina = 0GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN1084°aa97°83°28° [...]... Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N) => N13A = 665866 (N) N24 =1 49071 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc =2 000(N) => N13A = 253797 (N) N24 = 122397 (N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N13A = -732956 (N) N24 = 54057(N) a • Mắt 26: ΣY = – qc.sina – N25 = 0 ΣX = -N13A + N14A – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2 000 (N) => N14A = 466006 (N) N25 = -147700 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => ... a = 10o, qc = 2000 (N) => N11A = -612254 (N) N20 = 45176(N) a • Mắt 22: ΣY = – qc.sina – N21 = 0 ΣX = -N11A + N12A – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2 000 (N) => N12A = 857345 (N) N21 = -133391 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => N12A = 404862 (N) GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN 18 TKMH: KẾT CẤU THÉP N21 =- 106137(N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc =2 000 (N) => N12A = -670039 (N) N21 = -45701(N)... với Rtb : a = 40o, qc =2 000(N) => N17A = 36125 (N) N32 = 102541(N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N17A = -45981 (N) N32 = 39487(N) a • Mắt 34: ΣY = – qc.sina – N33 = 0 ΣX = -N17A + N18A – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2 000 (N) => N18A = 39467 (N) N3 3=- 130015 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => N18A = 102342 (N) N3 3= -124528 (N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc =2 000 (N) GVHD:... TKMH: KẾT CẤU THÉP ΣX = N19A – N18A – N34.cos45o – qc.cosa + N36.cos45o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N) => N19A = 39087 (N) N36 =1 57845 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc =2 000(N) => N19A = 154128 (N) N36 = 132580 (N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N19A = -51940 (N) N36 = 48956(N) a • Mắt 38: ΣY = – qc.sina – N37 = 0 ΣX = -N19A + N20A – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc =2 000... 25 TKMH: KẾT CẤU THÉP Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => N20B = -1168064 (N) N38 =1 38942 (N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N20B = -486340 (N) N38 = 50481 (N) a • Mắt 40: ΣY = – qc.sina + N39 = 0 ΣX = -N20B + N21B – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N) => N21B = -1061396 (N) N39 = -162232 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => N21B = -1015210(N) N39 =- 143105(N)... 2000 (N) => N14B = -1742187 (N) N26 = 131486 (N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N14B = -738540 (N) N26 =5 9086(N) • Mắt 28: a ΣY = – qc.sina + N27 = 0 ΣX = -N14B + N15B – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N) => N15B = -2086414 (N) N27 = -155565 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => N15B =- 1720189(N) N27 = -131914(N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N15B = -665326(N)... a = 10o, qc = 2000 (N) => N8B = -1083450 (N) N14 = 34590 (N) a • Mắt 16: ΣY = – qc.sina + N15 = 0 ΣX = -N8B + N9B – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N) => N9B = -230813 (N) N15 = -115836 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => N9B = -1896137(N) N15 = -86392(N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N9B = -1045919(N) N15 = -35017(N) • Mắt 17: a 45° 45° ΣY = -N16.sin45o – qc.sina... N15 = 0 ΣX = N9A – N8A – N14.cos45o – qc.cosa + N16.cos45o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N) => N9A = 1387556 (N) N16 = 122955(N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc =2 000(N) GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN 16 TKMH: KẾT CẤU THÉP => N9A = 804868 (N) N16 = 92586(N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N9A = -510997 (N) N16 = 37807 (N) a • Mắt 18: ΣY = – qc.sina – N17 = 0 ΣX = -N9A + N10A – qc.cosa =. .. N18 = 128625 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000 (N) => N10B = -1864723 (N) N18 = 98976 (N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 2000 (N) => N10B = -980942 (N) N18 = 41269 (N) a • Mắt :20 GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN 17 TKMH: KẾT CẤU THÉP ΣY = – qc.sina + N19 = 0 ΣX = -N10B + N11B – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 70o, qc = 2000 (N) => N11B = -224398 (N) N19 = -127118 (N) Ở tầm với Rtb : a = 40o, qc = 2000... N4 = 298371(N) Ở tầm với Rtb : a = 33o, qc =2 000 (N) => N3A = 1758828(N) GVHD: TH.S: NGUYỄN DANH CHẤN 11 TKMH: KẾT CẤU THÉP N4 = 213432(N) Ở tầm với Rmin : a = 3o, qc =2 000(N) => N3A = -243648 (N) N4 =6 0310 (N) a • Mắt 6: ΣY = -N5.sin83 o – qc.sina = 0 ΣX = -N3A + N4A – qc.cosa – N5.COS83 o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 63o, qc =2 000 (N) => N4A = 2716956 (N) N5 = -3523 (N) Ở tầm với Rtb : a = 33o, qc =2 000(N) . TKMH: KẾT CẤU THÉP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN CỦA CẦN TRỤCBÁNH XÍCH SỨC NÂNG Q = 160 TẤNI. 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 phận chính của kết cấu kim loại máy trục. -