THIẾT KẾ CẦN TRUC CHÂN ĐẾ KIROP TẠI VIỆT NAM

Máy trục (máy nâng chuyển) là những máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ các thiết bị mang hàng trực tiếp hoặc gián tiếp. Phạm vi sử dụng của máy trục rất rộng như: Phục vụ công tác xếp dỡ hàng hóa ở cảng biển, cảng sông, các phân xưởng trong nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, khai khoáng, các công trình xây dựng Ngoài ra, còn một số máy trục còn phục vụ công tác chở người như: thang máy, cầu treo trong các khu du lịch. Với nền kinh tế phát triển như hiện nay, việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa cần phải tiến sang một bước cao hơn. Vấn đề đưa máy móc vào trong sản xuất thay thế sức người ngày càng được hoàn thiện hơn. Công lao hàng đầu phải kể đến ngành cơ khí, đã cho ra đời những loại máy móc phục vụ cho nền kinh tế trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa không những trong nước mà trên toàn cả thế giới. Những năm trước đây, máy trục còn được chế tạo với sức nâng nhỏ, không lớn lắm mà kích thước thì rất lớn, cồng kềnh. Trong những năm gần đây, ngành cơ khí đã cho ra đời những loại máy trục có sức nâng lớn và rất lớn (lên đến hàng ngàn tấn), nhưng kết cấu bền vững, kích thước lại nhỏ gọn hơn. Vấn đề nào đã giúp cho ngành cơ khí có những bước tiến mạnh mẽ như vậy? Đó chính là quá trình nghiên cứu tính toán độ bền, độ ổn định, độ cứng kết cấu thép của toàn bộ cần trục. bên cạnh đó không thể không có những kinh nghiệm thực tế mà chúng ta đúc rút được từ những cần trục ra đời trước đó.

THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni MC LC PHN A: M U 1. GII THIU CHUNG V CN TRC CHN KIROP Cần trục Kirop là một loại cần trục chân đế có cần quay toàn vòng và di chuyển trên đờng ray, phục vụ cho các quá trình xếp dỡ chủ yếu ở cảng sông và cảng biển. Cần trục chân đế Kirop thờng đợc sử dụng để xếp dỡ các loại hàng nh : hàng rời, hàng bao, hàng kiện, hàng cơ khí, hàng quặng,Nó có thể sử dụng các công cụ mang hàng nh :gầu ngoạm, móc đơn, móc kép và các loại công cụ khác để xếp dỡ hàng hoá. Mặt khác, cần trục Kirop có nhiệm vụ bốc xếp hàng phục vụ cho tuyến tiền và tuyến hậu trong nội bộ cảng. Cần trục Kirop có đặc điểm và chiều cao nâng khá lớn, khi thay đổi tầm với có mang hàng thì hàng di chuyển trong mặt phẳng ngang rất thích hợp cho việc xếp dỡ hàng từ Tàu lên bờ và ngợc lại. Đây là loại cần trục bờ kiểu cột quay hoặc mâm quay, di chuyển trên đờng ray khổ 10,5m. Cần trục Kirop kiểu mâm quay thì kết cấu kim loại gồm có Cần (hệ cần), vòi, giá chữ A và chân đế. Hệ cần có vòi cấu tạo gồm : cần, vòi, thanh giằng vòi. Theo kết cấu của vòi có hai loại : - Vòi thẳng - Vòi cong (dùng thiết bị giằng mềm): Có u điểm là hàng đợc vận chuyển gần nh tuyệt đối theo phơng nằm ngang nên giảm đợc mômen uốn cầndo momen 1 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni mất cân bằng của hàng gây ra.Nhng có nhợc điểm : chế tạo phần đuôi vòi phức tạp, bắt buộc phải dùng giằng mềm nên mômen xoắn cần lớn. Cần trục hoạt động đợc là nhờ nguồn năng lợng điện của lới điện quốc gia. Làm việc trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm,có gió bão, ảnh hởng của nớc mặn, nhiệt độ môi trờng và độ ẩm của Hải Phòng - miền Bắc Việt Nam. Cần trục ta thiết kế có thể xếp dỡ hàng với trọng tải tối đa là 10T với mọi tầm với từ 8-30m, do vậy cần trục khi làm việc phải đảm bảo một số yêu cầu sau: + Cẩu và thiết bị chịu tải phải đợc chế tạo chắc chắn chịu đợc điều kiện công việc nặng nhọc và khi có gió bão. + Độ cứng của các bộ phận phải chịu đợc những điều kiện hoạt động mà không bị cong vênh,làm ảnh hởng đến quy trình chính xác xếp dỡ hàng hoá. Tất cả các điều kiện làm việc, các thao tác chuyển động của cần trục phải thực hiện một cách trơn tru,không giật hay rung lắc. Các bộ phận truyền động cơ khí,bộ phận thiết bị điện,kết cấu thép phải đảm bảo làm việc tốt. Cần trục chân đế là loại thiết bị chính, quan trọng nhất trong công tác làm hàng tại cảng.Nó đảm nhiệm khoảng 70% tổng số lần xếp dỡ của xí nghiệp.Hiện nay cảng Hoàng Diệu có 16 chiếc cần trục trong đó có 12 chiếc Kirop của Nga, 2 chiếc Sokol và 2 chiếc Tukan của Đức.Mỗi loại cần trục đều có những u nhợc điểm riêng. Cần trục Kirop do Liên Xô cũ chế tạo thờng sử dụng thiết bị đỡ quay là mâm quay và cột quay, đối trọng thờng đặt thấp hơn. Do đó độ ổn định khi có lực xô ngang cao. Ngoài ra cơ cấu di chuyển có kết cấu khớp động nên cần trục có thể di chuyển trên cả đờng cong. Ngày nay cần trục Tukan, Sokoldo có nhiều tính năng mới và các thiết bị an toàn và tiện dụng hơn nên đợc sử dụng nhiều cho các Cảng biển hiện đại .Các loại này thờng sử dụng cột quay làm thiết bị đỡ quay. 2. CC THễNG S C BN CA CN TRC 2 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni Dựa vào yêu cầu đề bài đa ra ta xác định cần phải tính toán Kết cấu thép hệ cần - vòi của cần trục chân đế có mâm quay sức nâng 10 T với các thông số kỹ thuật kỹ thuật của Cần trục mẫu nh sau : 1. Sức nâng cho phép Q = 10T 2. Trọng lợng cần G c = 10 T 3.Tầm với R = 8-30m 4.Chiều cao nâng H = 25m 5. Khẩu độ L = 10,5 m 7.Tốc độ nâng hàng v n = 36(m/ph) 8.Thi gian TĐTV t tv = 50s 12.Trọng lợng các bộ phận chính Cn:10T Vòi :2,5 T 3. CU TO CN TRC CHN KIROP 3 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni H1.Cn trc chõn sc nõng 10T. 1- Cụm móc treo, 2- Puly đầu vòi, 3- Vòi, 4- Puly đầu cần, 5- Cần, 6- Cáp nâng, 7- Cáp giằng, 8- Thanh giằng đối trọng, 9- Thanh răng, 10- Đối trọng, 11- Tang nâng, 12- Chân, 13- Tang quấn cáp điện, 14- Cabin, 15- Phần quay, 16- Thanh giằng chân, 17- Cụm bánh xe di chuyển PHN B : NI DUNG TNH TON 1. PHNG PHP TNH TON KT CU THẫP Để tính toán kết cấu Thép của cần trục chân đế ta có 3 phơng pháp tính toán chung đó là :Phơng pháp ứng suất cho phép, phơng pháp trạng thái tới hạn, và phơng pháp xác suất. 1.1 Phơng pháp xác suất : Ta đi nghiên cứu xuất hiện h hỏng trong các kết cấu bộ phận Thép từ đó có những biện pháp kiểm tra tính toán kết cấu thép. Phơng pháp này cho phép tính tuổi thọ, độ tin cậy và dự đoán đợc khả năng làm việc của kết cấu.Trên thực tế phơng pháp này rất khó thực hiện, tốn rất nhiều thời gian nên ít dùng. 1.2 Phơng pháp trạng thái tới hạn: Là phơng pháp tính toán đảm bảo cho kết cấu không vợt quá trạng thái giới hạn, là nguyên nhân khiến cho kết cấu không sử dụng đợc nữa. - Trạng thái tới hạn I : Là trạng thái tới hạn về khả năng chịu lực, giới hạn về độ cứng, ổn định, bền mỏi,tức là trạng thái mất khả năng chịu lực của kết cấu. - Trạng thái tới hạn II : là trạng thái tới hạn về chuyển vị, biến dạng tức là kết cấu không thỏa mãn điều kiện làm việc bình thờng nh rung, biến dạng quá mức 4 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni A,Tính toán theo trạng thái tới hạn I tức là : -Điều kiện độ bền và độ ổn định: N Trong đó : + N : Nội lực lớn nhất phát sinh trong kết cấu iii nPN = + i : Nội lực trong kết cấu do tải trọng bằng 1 gõy ra + P i : Tải trọng thực tế tác dụng thứ i(tải trọng lớn nhất ở trạng thái làm việc) + n i : Hệ số quá tải của tải trọng thứ i + : Khả năng chịu lực của vật liệu làm kết cấu. = F.m k .R Với : + F - Đặc trng hình học của tiết diện kết cấu(S, J x , J w ) + m k - Hệ số điều kiện làm việc m k = m 1 .m 2 .m 3 + m 1 : Hệ số tính đến mức độ quan trọng của bộ phận kết cấu. m 1 = 0,75 - 1 + m 2 : Hệ số kể đến việc chế tạo không chính xác các cấu kiện. m 2 = 0,9 - 0,95 5 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni + m 3 :Hệ số phụ thuộc vào mức độ không hoàn thiện của phơng pháp tính toán.Tính bằng cách chia ra các mặt phẳng: mặt phẳng tĩnh định :m 3 = 0,9.Hệ siêu tĩnh m 3 = 1.Hệ không gian m 3 = 1,1. Đối với thanh xiên chịu nén của các thép góc thì m 3 = 0,75. + R :Cờng độ chịu lực của kết cấu, phụ thuộc vào vật liệu kết cấu. + R t : Cờng độ chịu lực củakết cấu tiêu chuẩn (vật liệu thì R t = ch ) + k M :Hệ số độ tin cậy của vật liệu với thép C, thép hợp kim thấp thì R.k M Thực tế ta thờng kiểm tra theo công thức : Rm ktd . + Trong đó : + R là cờng độ giới hạn mỏi + td :ứng suất tơng đơng của vật liệu kết cấu. a, Tính toán theo trạng thái tới hạn II tức là :Đảm bảo độ cứng tĩnh và động. + Trạng thái giới hạn thứ 2 phải thoả mãn: f f gh B i .P i .n i f gh Với B i là biến dạng hay chuyển vị của kết cấu do P i = 1 gây ra. 1.3 Phơng pháp ứng suất cho phép:Dựa trên cơ sở xác định hệ số dự trữ độ bền của kết cấu. + Khi tính toán theo độ bền ta kiểm tra : 6 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni Trong đó: + : là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo kết cấu kim loại do tải trọng sinh ra. + : là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo kết cấu thép cần trục. = + : Giới hạn chảy của vật liệu dẻo (Vật liệu giòn thì tính theo giới hạn bền ) + n : Hệ số an toàn phụ thuộc vào chế độ làm việc. Điều kiện độ cứng cũng đợc tính toán tơng tự nh trạng thái tới hạn. +Nếu kết cấu chịu ứng suất phức tạp, ta kiểm tra theo thuyết bền: = Trong đó: + : ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên tiết diện của kết cấu. =>Khi tính toán kết cấu thép cần đảm bảo độ bền, độ cứng và độ ổn định khi ứng suất không đổi. Trờng hợp ứng suất biến đổi cần phải đảm bảo độ bền mỏi. - Điều kiện bền: ứng suất tính toán phải nhỏ hơn ứng suất cho phép, hay c- ờng độ chịu lực của kết cấu. - Điều kiên ổn định: Kết cấu phải thoả mãn ổn định tổng thể và ổn định cục bộ. Điều kiên ổn định có thể tính bằng cách dựa vào hệ số giảm cờng độ chịu lực. - Độ bền mỏi: Tính toán cho kết cấu chịu ứng suất biến đổi. *) Điều kiện cứng: 7 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni + Độ cứng tĩnh: + f,l - độ võng tĩnh và chiều dài tính toán của kết cấu. + , [] - độ võng tĩnh tơng đối tính toán và độ võng tĩnhtơng đối cho phép. + Độ cứng động: Đánh giá qua thời gian tắt dao động t: t + :Thời gian tắt dao động tính toán và thời gian tắt dao động cho phép. 2. LA CHN PHNG PHP TNH TON KT CU THẫP Qua kinh nghiệm đợc tích luỹ khi sử dụng và tính toán kết cấu kim loại của máy trục, ngời ta thấy tuy phơng pháp tính theo ứng suất cho phép đã phát triển khá phong phú và hoàn chỉnh, nhng nó có nhợc điểm cơ bản là không xét đến biến dạng dẻo có thể có ở kết cấu. Trong khi đó thực tế vật liệu dùng trong kết cấu của máy trục đều là vật liệu dẻo nên trong nhiều trờng hợp, tuy tất cả các điểm trên một hay nhiều mặt cắt đã đến giới hạn chảy, kết cấu vẫn còn khả năng chịu tải. Do đó kết quả tính toán theo phơng pháp này thờng không đợc tiết kiệm. => Chọn phơng pháp tính theo ứng suất cho phép. 3. XC éNH CC KCH THíC V DNG LIấN KT KT CU THẫP 3.1 Lựa chọn dạng cần, kiểu kết cấu và kích thớc cơ bản của kết cấu Theo kinh nghiệm thực tế, Cần của cần trục Kirop kiểu mâm quay thờng có kết cấu dạng dầm hộp có vòi thẳng, chúng đợc liên kết bởi các tấm thépthông qua mối hàn góc. Các kích thớc cơ bản của kết cấu Cần - vòi nh hình vẽ a) Kt cu thộp cn 8 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP Đại học Bách Khoa Hà Nội b) KÕt cÊu ThÐp Vßi 3.2 X¸c ®Þnh chiÒu dµi CÇn, chiÒu dµi vßi, chiÒu dµi gi»ng 9 L b a Hv Lv THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni 1 Vòi 2 Cần 3 Giằng 4 Chốt liên kết +) Để xác định chiều dài cần và chiều dài đầu vòi, ta sẽ vẽ cần ở 2 vị trí tơng ứng với góc nghiêng và Dựa vào phơng pháp họa đồ ta có đợc : Tỷlệ : 1/500 10 [...]... Ni Kích thớc của hệ cần khi thiết kế cần thoả mãn : Từ các giá + Với trị kinh nghiệm ta lấy , vòi hợp với phơng ngang 1 góc Chọn + Với , Vòi hợp với phơng thẳng đứng 1 góc , đối với cần là Chọn , và + Tỷ lệ chiều dài cần và vòi : +) Khi cần ở vị trí = 550 (1) (2) +) Khi cần ở vị trí = 800 (3) 11 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni ) (4) Do loại cần trục Kirop là loại cần trục cân bằng, nên... nhất + Kết cấu thép còn phải đạt đợc yêu cầu về dễ dàng áp dụng thành tựu khoa học hiện đại trong thiết kế, chế tạo , lắp ráp và sửa chữa Có tính điển hình, tính lắp lẫn + Giá thành thấp nhất, dễ tìm Trên thực tế, thép Cacbon và thép hợp kim thấp là 2 loại thép thờng đợc sử dụng nhiều nhất trong kết cấu thép máy trục Trên cơ sở đó ta chọn vật liệu dễ chế tạo kết cấu thép cần của cần trục chân đế có... trọng Gđ có tác dụng cân bằng cần, đối trọng - cần này đợc bố trí thông qua hệ tay đòn + Gc - Trọng lợng thiết bị Cần + Gx - Trọng lợng thiết bị vòi + 2G0 - Trọng lợng thiết bị giằng + Gđ - Trọng lợng đối trọng + Để xác định các thành phần lực tác dụng, ta dời lực 2G 0, Gx về các vị trí đầu + Trọng lợng vòi : Gx = Gx+ Gx + Gx - Trọng lợng đặt tại đầu Cần + Gx - Trọng lợng đặt tại đầu vòi + Trọng lợng giằng... CU THẫP 6.1 Kết cấu thép Vòi + Ta tính vòi trong tổ hợp IIa, và tiến hành tính vòi trong 2 mặt phẳng : mp thẳng đứng(mặt phẳng nâng) và mặt phẳng ngang + Trong mặt phẳng nâng vòi đợc tính nh 1 dầm tựa trên 2 gối AB A - Chốt liên kết Vòi với đầu Cần B - Chốt liên kết vòi với đầu giằng + Trong mặt phẳng ngang, Với cần có vòi thì coi vòi nh một dầm cụng son với ngàm tại liên kết giữa đầu cần và vòi a)... Gx+ Gx + Gx - Trọng lợng đặt tại đầu Cần + Gx - Trọng lợng đặt tại đầu vòi + Trọng lợng giằng 2G0 = G01 + G02 + G01 - Đặt tại đầu vòi G0 = G0 + G0 16 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni + G02 - Đặt tại chốt đuôi giằng + G0 - Đặt tại điểm đầu cuối vòi + G0 - Đặt tại đầu Cần + Trọng lợng vòi : Gx = 2,5 T = 25000 N + Trọng lợng giằng : G0 = 0,15 T = 1500 N + Ta xét lần lợt tải trọng tác dụng... + Fc - Diện tích chắn gió Cần, Fc = 27,94 m2 + Pc - áp lực gió của Cần Pc = q0.c.n. 17 THIT K MễN HC KT CU THẫP i hc Bỏch Khoa H Ni + q0 - Cờng độ gió ở độ cao 10 m so với mặt đất ở trạng thái làm việc, q0 = 150 (N/m2) + n - Hệ số điều chỉnh kể đến sự tăng áp lực, và phụ thuộc vào chiều cao kết cấu,n = 1,5 + c - Hệ số an toàn, c = 1,4 + - Hệ số quá tải, =1 + - Hệ số tính đến ảnh hởng động của gió gây... gây ra khi khởi động (hãm) cơ cấu quay 5 Tải trọng gió tác dụng lên cần trục 6 Lực quán tính tiếp tuyến gây ra khi hãm cơ cấu TĐTV 7 Lực quán tính ly tâm khi quay cần trục Các tổ hợp tải trọng quy định cho kết cấu : + Tổ hợp Ia ,IIa : Cần trục đứng yên tiến hành nâng hàng một cách từ từ (I a) hoặc đột ngột (IIa) + Tổ hợp Ib ,IIb : Cần trục tiến hành phanh hãm hay khởi động cơ cấu một cách từ từ (Ib)... này có độ cứng, dẻo, độ dai va đập lớn và tính hàn khá tốt thoả mãn điều kiên làm việc của kết cấu = 22 (N/m2) 5 XC éNH TI TRNG V T HP TI TRNG Khi máy trục làm việc nó chịu nhiều tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu.Ngoài ra nội lực trong cần và vòi phụ thuộc vào các lực tác dụng lên nó Vì vậy ta tính toán cần và vòi theo tổ hợp tải trọng cụ thể có : 14 THIT K MễN HC KT CU THẫP Theo độ bền Theo... là góc hợp bởi phơng cần với phơng thanh giằng ở vị trí 1 : = 500 ở vị trí 2 : = 520 ở vị trí 3 : =60 0 + Gọi là góc hợp bởi phơng thanh giằng đối trọng với phơng của cần ở vị trí 1 : ở vị trí 2 : = 700 ở vị trí 3 : + Gọi = 550 = 870 là góc hợp bởi phơng của cần với phơng của lực N ở vị trí 1 : = 150 ở vị trí 2 : = 170 ở vị trí 3 : = 70 + Gọi là góc hợp bởi phơng ngang của cần đối với phơng của... dài giằng b, ngời ta vẽ cần ở 3 vị trí , , + đợc chọn sao cho C1C2 = (0,2 - 0,3)C1C3 + Từ 3 vị trí đầu cần D1, D2, D3 ta kéo dài đầu vòi về phía sau một đoạn là a Điểm cuối của vòi là E 1, E2,E3 tơng ứng Các điểm nàysẽ nằm trên đờng tròn có tâm là đuôi giằng và có bán kính là chiều dài giằng b + Để xác định đợc chốt đuôi giằng B, ta lấy trung trực của E1E2, E2E3sẽ giao nhau tại B Dựa vào phơngpháp . CHN KIROP Cần trục Kirop là một loại cần trục chân đế có cần quay toàn vòng và di chuyển trên đờng ray, phục vụ cho các quá trình xếp dỡ chủ yếu ở cảng sông và cảng biển. Cần trục chân đế Kirop. loại cần trục bờ kiểu cột quay hoặc mâm quay, di chuyển trên đờng ray khổ 10,5m. Cần trục Kirop kiểu mâm quay thì kết cấu kim loại gồm có Cần (hệ cần) , vòi, giá chữ A và chân đế. Hệ cần có. chiếc cần trục trong đó có 12 chiếc Kirop của Nga, 2 chiếc Sokol và 2 chiếc Tukan của Đức.Mỗi loại cần trục đều có những u nhợc điểm riêng. Cần trục Kirop do Liên Xô cũ chế tạo thờng sử dụng thiết