Cần trục tháp

Nguyên Trong sự nghiệp công nghiệp hóa , hiện đại hóa ở nước ta hiện nay ngành công nghiệp nặng nói chung và công nghệ vận chuyển nói riêng đóng góp một vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp công nghiệp hóa đất nước . Hiện nay nhu cầu sử dụng trang thiết bị công nghiệp như MÁY NÂNG để tối ưu thời gian vận chuyển , giảm chi phí và an toàn trong lao động ngày càng một được nâng cao. Tại Việt Nam trong những năm gần đây việc sử dụng các loại MÁY NÂNG ngày càng phổ biến, từ đó ta thấy được tầm quan trọng trong công nghiệp và việc lựa chọn loại máy phù hợp với tính chất công việc mà tiết kiệm chi phí đầu tư nhất là những vấn đề người kĩ sư cần quan tâm . Ngành công nghệ vận chuyển có rất nhiều vấn đề đòi hỏi người kỹ sư tương lai như chúng em phải học tập nghiên cứu để nắm bắt những yêu cầu cơ bản nhằm phục vụ cho học tập cũng như công tác phục vụ cho đất nước sau này . Nhờ có môn MÁY NÂNG – MÁY XẾP DỠ đã cho chúng em có cái nhìn khách quan và thực tế nhất về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của những máy và thiệt bị công nghiệp hiện hành; ứng dụng một phần không nhỏ trong ngành công nghệ chế tạo máy nói chung . Dưới đây là Bài Tập Lớn về “TÌM HIỂU VỀ MÁY TRỤC THÁP CẨU” của nhóm sinh viên chúng em : Nguyễn Ngọc Linh ( 2121060143 ) và Vũ Văn Nguyên ( 2121060429 ) thực hiện . Trong quá trình làm Bài Tập Lớn này , do vốn kiến thức còn hạn hẹp và thiếu kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi có những thiếu sót . Nhóm em mong được thầy (cô) góp ý và sửa chữa để bài làm hoàn thiện và đạt hiệu quả hơn !

KHOA CƠ – ĐIỆN

BỘ MÔN KĨ THUẬT CƠ KHÍ



Đề

tài: Giới thiệu cần trục tháp

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

Họ và tên Mã sinh viên

Nguyễn Văn Nhã

Đoàn Minh Hưng 2121060690 2121060383 TS.Đoàn Công Luận

Hà Nội, 2023

Mục lục

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU VỀ CẦN TRỤC THÁP 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Cấu tạo 3

1.3 Phân loại 3

1.4 Nguyên lý làm việc 4

1.5 Phạm vi sử dụng 5

1.6 Thông số cơ bản của cần trục tháp 5

1.7 Đặc điểm các cơ cấu của cần trục tháp 5

CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU CẦN TRỤC THÁP 8

2.1 Lựa chọn thông số cần trục 8

2.2 Tính chọn các thông số cơ bản 9

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG 16

3.1 Mô tả cơ cấu nâng 16

3.2 Nguyên lý hoạt động 17

3.3 Tính toán cơ cấu nâng 17

3.4 Tính chọn cáp và pa lăng 17

3.5 Tính chọn tang 20

3.6 Tính chọn động cơ 21

3.7 Chọn khớp nối và phanh 22

Tài liệu tham khảo 23

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU VỀ CẦN TRỤC THÁP 1.1 Khái niệm

- Cần trục tháp là loại cần trục tiêu biểu được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhàcao tầng, xây dựng công nghiệp và lắp ráp các thiết bị trên cao Chúng có đặc điểm

là cột tháp cao, đỉnh tháp lắp cần dài quay được toàn vòng, các bộ máy thường đượcdẫn động điện độc lập dùng mạng điện công nghiệp

- Cần trục tháp thường có đủ các bộ máy như nâng hạ hàng, thay đổi tầm với, bộmáy quay, bộ máy di chuyển vì vậy chúng có thể vận chuyển hàng hóa trong mộtkhông gian rộng lớn Mặt khác kết cấu của cần trục tháp hợp lý nên có thể vậnchuyển hàng hóa trong một không gian rộng lớn, tính cơ động cao

1.2 Cấu tạo

Trong đó:

3 Cabin điều khiển 4 Cần

5 Xe con mang hàng 6.Cụm puli móc câu

7 Đoạn ống để nâng cột

1.3 Phân loại

 Theo phương pháp lắp đặt tại hiện trường có thể chia ra:

- Cần trục tháp di chuyển trên ray: phục vụ trong các kho bãi, trong các nhàmáy, ở những vị trị có không gian rộng

- Cần trục tháp cố định : chân tháp gắn liền với nền hoặc tựa trên nền thôngqua bệ đỡ hoặc các gối tựa cố định,thường dùng trên các công trường xây dựng nhàdân dụng và nhà công nghiệp

Hình 1 1:Cấu tạo cần trục tháp

- Cần trục tháp tự nâng: có thể nằm ngoài hoặc trong công trình,tháp được tựnối dài để tăng độ cao nâng theo sự phát triển chiều cao của công trình Khi tháp có

độ cao lớn,nó được neo với công trình để tăng độ ổn định của cần trục và tăng khảnăng chịu lực ngang Trên công trình xây dựng, khi làm việc nó tự nâng toàn bộ cầntrục theo chiều cao công trình và toàn bộ tải trọng được truyền xuống công trình(cần trục neo tường)

 Theo đặc điểm làm việc của cần trục:

- Cần trục loại tháp quay : Toàn bộ tháp và cơ cấu được đặt trên bàn quay.Bàn quay tựa trên các thiết bị tựa quay đặt trên khung di chuyển

quay thì

- Cần trục tháp không quay: Phần quay đặt trên đầu tháp khi chỉ có cần, đỉnhtháp, đối trọng và các cơ cấu đặt trên đó quay

 Theo phương pháp thay đổi tầm với

- Cần trục tháp thay đổi tầm với bằng cách thay đổi góc nghiêng của cân

- Cần trục tháp thay đổi tầm với bằng cách di chuyển xe con trên ray của cần.Loại này có kết cấu nặng hơn loại cần trục thay đổi tầm với bằng thay đổi gócnghiêng của cần nhưng có độ cao nâng và tốc độ dịch ngang của vật nâng là ổn

trí thích hợp Toàn bộ tải khi nâng được cân bằng và truyền lực xuống dưới đế cẩu.

Người lái trong cabin sẽ điều khiển các bộ máy nâng hạ hàng, quay cần và dichuyển xe con một cách độc lập hoặc đồng thời theo một quy trinh cụ thể

1.5 Phạm vi sử dụng

Thường được sử dụng trong xây lắp các công trình xây dựng dân dụng,xây dựngcông nghiệp hoặc dùng để bốc dỡ,vận chuyển hàng hoá,cẩu kiện vật liệu trên cáckho bãi do có chiều cao nâng và tầm với lớn ,khoảng không gian phục vụ rộng nhờcác chuyển động nâng hạ vật,thay đổi tầm với,quay toàn vòng và dịch chuyển toàn

bộ máy

Tuy nhiên do kết cấu phức tạp,tháp cao và nặng tốn kém trong việc tháo dỡ

và lắp dựng,di chuyển,chuẩn bị mặt bằng nên chỉ dùng cần trục tháp ở những nơi cókhối lượng xây lắp tương đối lớn ,thời gian phục vụ cho công việc trong mộtkhoảng thời gian dài hoặc khi sử dụng những loại cần trục tự hành không kinh tếhoặc không có khả năng đáp ứng yêu cầu của công việc

Do tính chất luôn đổi địa điểm nên chúng được thiết kế sao cho dễ tháo dỡ,lắp dựng và vận chuyển hoặc có khả năng tự dựng bằng các thiết bị cơ khí hay thuỷlực và được di chuyển trên đường dưới dạng tổ hợp toàn máy Điều này cho phépgiảm chi phí và thời gian lắp dựng cần trục

1.6 Thông số cơ bản của cần trục tháp

-Sức nâng (Qdn): là trọng lượng lớn nhất mà cần

nâng có thể an toàn tại một vị trí nhất định

-Tầm với: là khoảng cách lớn nhất theo phương

ngang từ tâm trục quay đến tâm thiết trị mang vật

-Chiều cao nâng: là khoảng cách lớn nhất từ

chân cần trục đến tâm thiết bị mang vật theo phương

dọc Chiều cao nâng thay đổi theo tầm với của cần

trục

-Trọng lượng cần trục: là trọng lượng toàn máy

khi không mang tải

-Các thông số động học bao gồm vật tốc quay của cần

và các cơ cấu:

+ Vận tốc nâng, hạ vật (m/phút)

+ Vận tốc di chuyển của bộ phận mang thiết bị nâng hạ (m/phút)

+Thời gian thay đổi tầm với (Vòng/ phút)

1.7 Đặc điểm các cơ cấu của cần trục tháp

a) Cơ cấu nâng: Cơ cấu nâng dùng để nâng, hạ vật theo phương thẳng đứng, nó

có thể là một bộ phận của máy hoặc là một máy hoạt động độc lập

Hình 1 3:Thông số cơ bản của cần trục

 Các loại cơ cấu nâng thường dùng

-Cơ cấu nâng dùng vít đai ốc (hình a)

-Cơ cấu nâng dùng bánh răng- thanh răng

(hình b)

-Cơ cấu nâng dùng xi lanh thủy lực hoặc khí

nén (hình c)

Các loại cơ cấu nâng hình a,b,c có

nhược điểm lớn là tốc độ nâng thường khá nhỏ, tải

trọng nâng không lớn, chiều cao nâng bị hạn chế, hiệu suất không cao Chúngthường được sử dụng trong các máy nâng đơn giản như: kích thanh răng, kích trụcvít, kích thủy lực, kích khí nén

Cơ cấu nâng dùng tang quấn dây cáp( hoặc xích) khắc phục được hầu hết cácnhược điểm trên nên nó được sử dụng phổ biến trong các máy trục

 Các bộ phận chủ yếu của cơ cấu nâng

Cơ cấu nâng thông thường bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:

- Bộ phận dẫn động

- Bộ phận truyền động

- Tang quấn ( cáp hoặc xích)

- Bộ phận mang giữ tải: thiết bị nhận vật nâng (móc, gầu ngoạm );dây ( cáp hoặc xích); Puly

-Thiết bị giữ vật treo và điều chỉnh vận tốc

-Ngoài ra còn có thiết bi an toàn, thiết bị điều khiển

Hình 1 4:Các cơ cấu nâng

Hình 1 5:Cấu tạo cơ cấu nâng tang quấn dây cáp

b) Cơ cấu quay: Cơ cấu dùng để thưc hiện chuyển động quay cho phần quay của trục

- Cơ cấu quay có thể đặt trên phần không quay hoặc phần quay, dẫn động bằng tay hoặc điện

Hình 1 6: Cơ cấu dẫn động bằng điện đặt trên phần quay

- Vận tốc quay của cần trục thường rất bé

- Quán tính khi khởi động thường rất lớn, thời gian chuyển động ổn định ngắn

CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU CẦN TRỤC THÁP

2.1 Lựa chọn thông số cần trục

Việc lựa chọn thông số của cần trục tháp còn phụ thuộc vào điều kiện làmviệc cụ thể Nhưng để thuận lợi cho quá trình tính toán và vẫn đảm bảo điều kiệnlàm việc tốt ta có thể chọn thêm các thông số sau :

- Sức nâng (Qdn): là trọng lượng lớn nhất mà thiết bị nâng có thể an toàn tại

1 vị trí nhất định Qdn = 5 (Tấn)

- Tầm với: là khoảng cách 2 đường thẳng đứng đi qua tâm móc ( hay tâm

xe con) và tâm cơ cấu quay

Rmax = 20(m)

- Chiều cao nâng: là khoảng cách từ tâm mooc tới mặt nền

H = 21(m)Chọn kiểu cần trục tháp thay đổi tầm với bằng cách di chuyển xe con bởi vìviệc tính toán kết cấu đối với loại trục cần tháp đổi tầm với bằng cách di chuyển xecon là dễ dàng hơn so với loại cần trục tháp thay đổi tầm với bằng cách thay đổi gócnghiêng của cần Đồng thời loại cần trục này có độ ổn định cao hơn so với loại thayđổi góc nghiêng cần

Chọn loại cần trục di chuyển trên ray Với loại cần trục này thì các tải trọng

do gió gây ra và các tải trọng quán tính khi phanh hãm cần trục, phanh hãm xe con

là không lớn

Hình thức kết cấu của cần trục tháp phải trọn sao cho đơn giản nhẹ nhàng dễchế tạo, đảm bảo độ ổn định và các yêu cầu về năng suất Chọn cần trục tháp kiểuquay trên, nâng bằng thiết bị thủy lực do những ưu điểm của thiết bị thủy lực là làmviệc an toàn, ổn định, tạo ra lực nâng lớn, kết cấu gọn nhẹ và thao tác trong quátrình lắp dựng đơn giản hơn

Nhược điểm của loại này là phải có thiết bị an toàn do quá tình lắp dựng ở trên cao và chỉ di chuyển trên ray cố định trong một khoảng không gian nhất định

Từ đây ta có thể chọn các thông số của cần trục cần thiết kế theo một loại cần trục tháp đã có sẵn của Trung Quốc như sau :

Bảng 2.1: Thông số máy cần trục tháp

5 Năm xuất xưởng 2008

6 Chất lượng mới chuẩn xuất khẩu100% đạt tiêu

9 Hệ thống điều khiển PLC, Biến tần SX tại Nhật Bản, Pháp

13 Tải trọng tối đa đầu cần với 50M 2.3 tấn

14 Tải trọng tại tầm với 44M (4 nhánh cáp) 2.72 tấn

15 Tải trọng tối đa ở tầm với từ2,5m-17,9m 8 tấn

17 Vận tốc nâng tải ở tải trọng 8 tấn( 4 nhánh cáp) 0~25 m/phút

18 Vận tốc nâng tải ở tải trọng 4 tấn( 4 nhánh cáp) 0~50 m/phút

19 Vận tốc nâng tải ở tải trọng 4 tấn( 2 nhánh cáp) 0~50 m/phút

20 Vận tốc nâng tải ở tải trọng 2 tấn( 2 nhánh cáp) 0~100m/phút

a. C

ần

- Kích thước mặt cắt ngang của các kết cấu

- Chiều dài cần

- Chiều cao của giá chữ A

- Chiều cao của cột

- Chiều dài của cần đối trọng

- Chiều dài của một khoang của cần và của cột

- Góc nghiêng của các thanh xiên trong dàn

- Cần, cột chia làm mấy đoạn và chiều dài mỗi đoạn

 Chọn kết cấu của cần:

- Đặc điểm :

+ Cần chịu tải trọng di động do xe con mang hàng gây ra

+ Cần chủ yếu chịu uốn và xoắn

+ Chiều cao nâng và tầm với lớn

+ Phải có đường ray để di chuyển xe con

+ Diện tích chắn gió của cần sao cho nhỏ nhất

+ Trọng lượng của cần nhỏ nhất

- Để định kích thước mặt cắt ngang của cần dựa trên hai cơ sở:

+ Dựa theo những cần trục tháp đã được chế tạo và sử dụng ngoài thực tế có tải trọng nâng và tầm với gần sát cần trục thiết kế

+ Dựa theo công thức kinh nghiệm trong tính toán mặt cắt ngang cần của cần trục

- Từ đó ta chọn dạng mặt cắt :

+ Cần dạng dàn không gian

+ Mặt cắt ngang dạng tam giác

+ Xe con di chuyển trên gờ của hai thanh biên ở dưới cần

+ Cần có cấu tạo bởi hai thanh biên dưới là thép ống vuông và thanh biên trên là thép ống tròn và các thanh xiên, thanh ngang và thép ống tròn

+ Góc nghiêng của các thanh xiên với thanh biên bên trong dàn là 450

- Ưu điểm của mặt cắt dạng này là kết cấu và tính toán đơn giản, có khả năngchế tạo trong nước, trọng lượng của cần nhẹ , kết cấu làm việc ổn định, nhẹ nhàng,gọn nhẹ, việc liên kết các thanh xiên, thanh ngang dễ dàng Việc bố trí các bộ phậnkhác như cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con và sơ đồ mắc cáp cũng đơn giản.

- Nhược điểm là mặt cắt và công chế tạo lớn

 Xác định kích thước mặt cắt ngang của cần

- Chiều rộng b và chiều cao h của mặt

cắt ngang tạo nên đặc trưng hình học

và khả năng chịu lực của kết cấu cần

- Dựa vào công thức kinh nghiệm

trong việc tính toán chiều cao h của

Theo công thức kinh nghiệm tính chiều cao h của mặt cắt lớn nhất giữa cần của cần trục thường chọn trong khoảng:

ℎ = ( 1

20÷ 1 ) ∗ 𝐿 (2-2)

30

Trong đó: L- chiều dài của cần

h- là chiều cao mặt cắt giữa cần của loại cần trục thay đổi tầm với bằng cách

nâng hạ cần

ℎ = (1,1 ÷ 0,73)103(𝑚𝑚) Chọn h = 0,8(m) =

800(mm)

Theo công thức kinh nghiệm để tính toán

chiều rộng b của mặt cắt ngang giữa cần của

cần trục thay đổi tầm với bằng nâng hạ cần

thường trong khoảng:

b = (11,5) x h = (11,5) x 800 = (0,8 ÷

Để giảm cácbất lợi về mặt kết cấukéo theo những yếu

tố khác thay đổi theonhư về không gian,trọng lượng của kếtcấu tăng theo và tốnkém vật liệu, đồngthời tham khảo cáccần trục đã được chếtạo và sử dụng ngoàithực tế thì ta chọnh=500mm

Hình 2 1:Thông số mặt căt ngang

b =(1÷1,5).500=(0,5÷7,5).10 (mm) ta chọn b =600 mm

 Xác định chiều dài một khoang

Toàn bộ chiều dài cần là 22m để đơn giản và

thuận tiện trong việc chế tạo cũng như trong quá

trình vận chuyển ta chia cần thành 2 đoạn, mỗi đoạn

dài 11m Các đoạn được nối với nhau bằng chốt chẻ

tạo thành mối ghép

Vì vậy ta có chiều dài một khoang là : a=1m

 Hình thức kết cấu của cột

- Ta thấy cột tháp chủ yếu là chịu uốn và chịu nén đồng thời

- Chiều cao của cột tháp tương đối lớn nên mức độ chịu tải trọng gió làtương đối lớn

- Cột tháp cần phải có độ ổn định và độ cứng cao để thỏa mãn chế độ làmviệc của cần trục trong mọi trường hợp tải trọng tác dụng

- Ta chọn cột tháp có diện tích mặt cắt không đổi cấu tạo bởi bốn thép góccánh đều chạy suốt chiều dài của tháp và các thanh giằng ngang, giằngxiên cũng là thép góc đều cạnh Mặt cắt

dạnghình vuông Liên kết giữa các nhánhbằng thanh giằng Góc nghiêng của cácthanh biên với thanh xiên trong giàn là

450

*Ưu điểm:

- Độ ổn định kết cấu cao

- Việc liên kết với các cấu kiện khác dễ dàng

- Có độ cứng theo các phương là như nhau

Toàn bộ chiều dài của cột tháp là 21m, để thuận tiện trong quá trình chế tạo, vậnchuyển và lắp dựng ta chia như sau:

 Đốt thứ hai liên kế với đốt chân đế có chiều

dài 3m

 Còn lại 9 đốt, mỗi đốt có chiều dài 2m để phù

hợp cho quá trình lắp dựng tự nâng độ cao củacần trục tháp Các đốt nối với nhau bằng 8 chốtchẻ theo dạng chữ thập

 Xác định thông số cơ bản mặt cắt ngang của cột tháp

Định kích thước mặt cắt ngang của cột tháp dựa theo mặt cắt ngang củanhững cần trục đã được tạo ra và sử dụng ngoài thực tế có tầm với và tải trọng nânggần sát cần trục thiết kế

Chọn a=1000mm

- Khi tính toán kết cấu thép của thân thép, ta coi

như tính cho cột chịu uốn và chịu nén đồng thời

- Việc tính toán kết cấu thép của thân tháp phải

kiểm tra về điều kiện độ cứng, độ ổn định và độ

bền cho kết cấu trong quá trình làm việc

- Chọn kết cấu của cột tháp là dạng giàn không gian

Hình 2 4:Cấu tạo chốt nối

Vai trò của cần công son đối trọng là làm giá treo đối trọng, tạo ổn định chokết cấu và trên đó có bố trí các cơ cấu nâng, hộp điện.

Trên cần treo đối trọng có bố trí các bộ phận như cơ cấu nâng, hộp điện và sẽđặt các tấm bê tông đúc sẵn làm đối trọng để giữ ổn định cho cần trục trong quátrình sử dụng Cần được liên kết với mâm quay bằng chốt bản lề và liên kết với giáchữ A thông qua thanh kéo ở vị trí gần cuối cần

Hình thức mặt cắt là dầm tổ hợp cấu tạo bởi hai thép chữ C chạy suốt trêntoàn bộ chiều dài Dạng dầm có kết cấu đơn giản, việc tính toán dễ hơn và bố trí các

cơ cấu trên đó thuận tiện hơn, có khả năng chế tạo trong nước nhưng trọng lượngnặng hơn Về ổn định không cao bằng dạng giàn, việc nối thép hình phức tạp

Xác định các kích thước của cần treo đối trọng dựa trên cơ sở cần trục tháp

có trọng tải gần sát với cần trục thiết kế:

Chiều dài : L1=8,4m

Hình 2 5:Mặt cắt ngang hộp tháp

Mặt cắt giá chữ A có dạng hình vuông có cấu tạo bởi bốn thép góc cánh đều

có mặt cắt như nhau chạy suốt trên toàn bộ chiều dài giá chữ A và các thanh giằngxiên giằng ngang là thép góc

Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản dễ tính toán+ Liên kết giữa các thanh không phức tạp+ Mức độ chịu lực của kết cấu lớn và ổn định+ Tạo liên kết với mâm quay thuận lợi Nhược điểm

+ Trọng lượng lớn+ Chế tạo tốn công

 Xác định thông số cơ bản của giá chữ A

Chiều dài của giá chữ A : h=3m

Chia ra làm 4 khoang: 3 khoang đầu mỗi khoang dài 0,8m còn khoang cuốidài 0,6m

Giá chữ A có mặt cắt thay đổi: lớn nhất ở vị trí liên kết với mâm quay và nhỏ nhất ở vị trí đinh gá

Hình 2 6:Giá chữ A lệch và đều