Tiểu luận môn học kết cấu thép tính toán sơ bộ cần của cần trục bánh xích thông số Đề bài q= 20 tấn; l cần = 20 mét; h= 19 mét

Một số cần trục xích được trang bị cả các thiết bị xúc nên còn được gọi là cầntrục- máy xúc hoặc cần trục xích vạn năng.Theo đặc điểm dẫn động các cơ cấu chính, phân thành cần trục tự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH.

*KHOA CƠ KHÍ*

TIỂU LUẬN MÔN HỌC: KẾT CẤU THÉP

GVHD : NGUYỄN VĂN DŨNG SVTH : NGUYỄN HOÀNG NAM MSSV : 6251041052

Lớp : CQ.62.CKĐL

Tp Hồ Chí Minh, 2024

NHẬN XÉT CỦA GVHD

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ khí ngày nay đã ngày càng phổ biến và quan trọng trong công cuộc hiện đại hóa và phát triển như hiện nay Giúp con người tăng năng suất làm việc nhờ vào máy móc hỗ trợ từ đó giảm thiểu sức lao động của con người nhờ vào sự hỗ trợ từ máy móc.

Để được như vậy các máy móc phải được tính toán để đảm bảo làm việc ổn định và bền vững, có độ tin cậy cao.

Môn học kết cấu thép là một phần quan trọng không thể thiếu trong chuyên ngành

cơ khí động lực, đặc biệt về mảng máy móc máy xây dựng Nó giúp chúng ta có cái nhìn tổng thể hơn về cách tính toán các loại kết cấu thép và hiểu rõ hơn về mác thép cần được

sử dụng như thế nào cho hợp lý và thông qua tính toán, ta có thể xác định được các thông

số hợp lý giúp vừa tăng năng suất làm việc và lại có tính kinh tế cao, không gây lãng phí vật liệu và tăng năng suất làm việc.

Em xin cảm ơn các thầy và thầy Nguyễn Văn Dũng đã hướng dẫn để em có thể hoàn thiện phần bài làm của mình tốt nhất.

Sinh viên thực hiện

NGUYỂN HOÀNG NAM

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦN TRỤC BÁNH XÍCH 1

1.1.Khái niệm chung: 1

1.1.1 Cần trục tự hành: 1

1.1.2 Cần trục bánh xích: 3

1.2 Công dụng: 4

1.3 Một số loại cần trục bánh xích: 4

1.4 Cấu tạo cần trục bánh xích: 6

1.5 Ưu điểm, nhược điểm và tầm quan trọng của cần trục bánh xích: 7

1.5.1 Ưu điểm: 7

1.5.2 Nhược điểm: 7

1.5.3 Tầm quan trọng: 8

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SƠ BỘ CẦN CỦA CẦN TRỤC BÁNH XÍCH 9

THÔNG SỐ ĐỀ BÀI: Q= 20 TẤN; L CẦN = 20 MÉT; H= 19 MÉT 9

2.1 Giới thiệu vật liệu chế tạo cần: 9

2.2 Tính toán cần: 10

2.2.1 Xác định các thông số kích thước cơ bản: 10

2.2.2 Tải trọng tác dụng lên cần: 11

CHƯƠNG 3 : TÍNH CHỌN MẶT CẮT VÀ KIỂM NGHIỆM 21

3.1.Tính chọn mặt cắt thanh ống tròn: 21

3.2.Kiểm tra mặt cắt: 22

3.1.1.Kiểm tra theo điều kiện bền: 22

3.1.2 Kiểm tra giới hạn độ mảnh (độ cứng): 23

Cấu tạo chung của cần trục tự hành gồm có tay cần, bàn quay, phần di chuyển, thiết bịtựa quay, các cơ cấu công tác như cơ cấu nâng hạ vật, nâng cần, cơ cấu quay, cabin và hệ thốngđiều khiển.

Theo phần di chuyển có thể phân cần trục tự hành ra các loại sau:

 Cần trục đường sắt: di chuyển trên đường ray xe lửa Nó được dùng để xếp dỡ hàng hóa ở cácnhà ga, trên các công trình xây dựng

Hình 1.2 Cần trục bánh lốp

 Cần trục máy kéo: thiết bị nâng được lắp trên máy kéo xích Loại này được dùng để lắp đặtđường ống

Hình 1.3 Cần trục máy kéo

Cần trục xích là loại cần trục có phần di chuyển bằng bánh xích, do vậy rất cơ động, linhhoạt, có thể di chuyển được cả trên mặt đường xấu và nền đất yếu, quãng đường di chuyểnthường ngắn Một số cần trục xích được trang bị cả các thiết bị xúc nên còn được gọi là cầntrục- máy xúc hoặc cần trục xích vạn năng.

Theo đặc điểm dẫn động các cơ cấu chính, phân thành cần trục tự hành dẫn động riêng

và loại dẫn động chung

Ở những cần trục dẫn động riêng, mỗi cơ cấu do một động cơ dẫn động Thiết bị độnglực thường là một trong số các tổ hợp sau: động cơ diesel-máy phát, động cơ điện-máy phátđiện, động cơ diesel-bơm thủy lực

Ở cần trục tự hành có dẫn động chung, tất cả các cơ cấu do một hay một vài động cơ dẫnđộng Thiết bị động lực là động cơ diesel hay động cơ điện thông qua hệ thống truyền động cơkhí, dẫn động các cơ cấu làm việc Trong hệ thống truyền động ngoài cơ khí còn có thêm cảtruyền động thủy lực cũng như các thiết bị thủy lực khác như khớp nối thủy lực, biến tốc thủylực Nhược điểm dẫn động chung là sơ đồ phức tạp, khó khan trong điều khiển, sửa chữa bảodưỡng máy

1.1.2 Cần trục bánh xích:

Cần trục bánh xích là một loại cần trục bao gồm một toa phía trên được gắn trên mộtphần gầm kiểu bánh xích Toa trên và các phần đính kèm như cần cẩu, đối trọng,  xoay 360º.Cần cẩu bánh xích có thiết kế dạng ống lồng hoặc cần thẳng kiểu xương và nó có thể đượctrang bị một cần phụ tùy chọn (cần phụ cố định hoặc di động)

Mặc dù cần trục có thể được định nghĩa là bất kỳ loại máy nào sử dụng cánh tay dài cóthể được sử dụng để nâng vật nặng, nhưng vẫn có một số loại khác nhau để lựa chọn Một số là

cố định, một số là cấu trúc giống như tháp được xây dựng bên cạnh một tòa nhà, và một số thậmchí có thể nổi trên sà lan hoặc giàn khoan Một số loại cần trục phổ biến nhất bao gồm: cẩutháp, cẩu bánh béo, xe cẩu lốp, cẩu xích,

Không giống như các loại cần trục di động khác, cẩu bánh xích không sử dụng bánh lốp

để di chuyển Thay vào đó, nó sử dụng các dãy xích tương tự như các máy xây dựng khác nhưmáy xúc đào hoặc máy ủi Mặc dù việc không có lốp khiến cần trục bánh xích hơi cồng kềnh hơn so với các loại khác của chúng, nhưng việc sử dụng bánh xích khiến chúng phù hợp

hơn với địa hình hiểm trở thường thấy trên các công trường xây dựng - và cũng mang lại chochúng sự ổn định tốt hơn.

Một đặc điểm chung khác của nhiều cần trục bánh xích là sự hiện diện của cần xươngsắt chéo nhau Trong khi một số cần cẩu sử dụng ống lồng để đạt được độ cao cần thiết, điềunày có thể hạn chế phạm vi chiều cao và khả năng chịu tải tối đa trước khi cần trục có nguy cơlật Cần xương nhẹ hơn và thường dài hơn cần ống lồng, và chúng được sử dụng phổ biến hơnkhi cần độ cao lớn hơn và tải nặng hơn Bởi vì nhiều cẩu xích sử dụng cần trục dạng xương,chúng thường được tìm thấy trên các công trường xây dựng có khả năng chịu tải cao hơn

1.2 Công dụng:

Cần trục bánh xích là phương tiện được sử dụng trong công tác xếp dỡ, vận chuyển, xâylắp Do diện tích bề mặt của dải xích lớn nên cho phép làm việc được cả với nền đất yếu, trênnền đất chưa được đầm chắc và làm phẳng Ở trạng thái di chuyển có thể di chuyển được trênnền có áp suất 15-20 N/cm2 và ở trạng thái làm việc áp lực cho phép không nhỏ hơn 30 N/cm2

1.3 Một số loại cần trục bánh xích:

Cần trục bánh xích nhỏ: Đây là loại cần trục bánh xích nhỏ nhất và được sử dụng để xâydựng các công trình nhỏ Chúng có tải trọng nâng từ 1 đến 10 tấn và thường được sử dụng trongcác công trình xây dựng nhà cửa và công trình cơ sở hạ tầng nhỏ

Cần trục bánh xích trung bình: Loại này có tải trọng nâng từ 10 đến 50 tấn và được sửdụng để xây dựng các công trình lớn hơn như nhà máy sản xuất và cầu đường

Cần trục bánh xích lớn: Đây là loại cần trục bánh xích lớn nhất và được sử dụng để xâydựng các công trình rất lớn như nhà máy điện và nhà máy hóa chất Chúng có tải trọng nâng từ

50 đến 1000 tấn

Cần trục bánh xích hỗ trợ: Loại cần trục này được sử dụng để giúp đỡ các loại cần trụckhác khi nâng vật nặng và được trang bị các thiết bị hỗ trợ như dây cáp và giá đỡ

Dưới đây là một số hình ảnh về cần trục bánh xích:

Hình 1.4 Cần trục bánh xích

Ngoài ra còn có cần trục bánh xích dạng ống lồng dùng xylanh thủy lực nhưng có chiều dài vàkhả năng chịu tải thấp hơn so với cần trục bánh xích kiểu dạng giàn

Hình 1.5 Cần trục bánh xích dùng ống lồng

1.4 Cấu tạo cần trục bánh xích:

Cần trục bánh xích về cơ bản cấu tạo giống như các loại cần trục tự hành khác như ô tô,bánh lốp,… nhưng chỉ khác ở bộ phận di chuyển Phần di chuyển bánh xích gồm có 2 dải xích.Mỗi dải xích được vòng qua hai bánh sao cho trong đó có một bánh là bánh chủ động và ít nhất

có một bánh là bánh căng Để phù hợp với mặt bằng di chuyển không bằng phẳng, các con lăn

tỳ thường bố trí theo từng cặp có chung một trục lắc

Ở cần trục bánh xích có sức nâng nhỏ, mỗi dải xích sẽ có ly hợp và phanh riêng để ngắtchuyển động khi quay vòng xe Cần trục xích có sức nâng trên 16T thường dùng tổ hợp diesel -máy phát Từng cơ cấu công tác sẽ được dẫn động bởi động cơ điện riêng, có thể là xoay chiềuhay một chiều Mỗi một dải xích di chuyển được trang bị một động cơ và một phanh Cần trụcxích có thiết bị động lực là dòng xoay chiều có thể làm việc với nguồn điện bên ngoài

Điểm khác biệt so với cần trục bánh lốp là cần trục bánh xích không cần sử dụng chânchống khi nâng tải, do có kết cấu khung hệ cứng, diện tích mặt tựa của hai dải xích trên nền lớn,đảm bảo áp lực tựa trong giới hạn cho phép cũng như ổn định cho toàn máy

Cần trục bánh xích được chế tạo với sức nâng từ 10 đến 150T, chiều cao nâng đến 100m,tốc độ di chuyển 3-8 km/h Khi di chuyển ở cực ly lớn, cần trục xích thường được đặt trênromooc để kéo đi, lúc này thiết bị cần được tháo rời ra và được lắp lại tại nơi tập kết máy Cầntrục bánh xích không được phép chạy trên đường giao thông đường bộ vì sẽ làm hư hỏng mặtđường

Ta có thể tham khảo cấu tạo chung của cần trục bánh xích thông qua hình sau:

Hình 1.6 Cấu tạo cần trục bánh xích

1.5 Ưu điểm, nhược điểm và tầm quan trọng của cần trục bánh xích:

1.5.1 Ưu điểm:

Cần trục bánh xích có ưu điểm nhất nếu bạn đang làm việc trên địa điểm có điều kiện dichuyển khó khăn vì 2 dãy xích giúp chúng điều hướng trên địa hình khó khăn dễ dàng hơn Vídụ: nếu địa điểm xây dựng của bạn có nền đất yếu có thể khiến các loại cẩu lốp khác bị mắc kẹt,thì cẩu xích sẽ là lựa chọn lý tưởng - các bánh xích của chúng sẽ cho phép chúng di chuyển khicần thiết

Việc sử dụng cần trục dạng xương (hay giàn) khiến cần cần trục bánh xích có cánh tay(cần) nhẹ hơn so với những loại cần trục ống lồng và cho phép chúng vươn cao hơn nhiều loạicần trục khác Trọng lượng cần thấp hơn này cho phép bán kính hoạt động lớn hơn so với cáccần trục khác, làm cho cần trục bánh xích hữu ích cho các dự án mà bạn cần nâng tải nặng hơnlên độ cao cao hơn và vẫn cần khả năng di chuyển

Một lợi ích bổ sung của cần trục bánh xích là diện tích tiếp xúc rộng hơn do các bánhxích cung cấp giúp chúng ổn định hơn và không có chân chóng ra như cẩu bánh lốp Điều nàylàm cho cần trục bánh xích đặc biệt phù hợp với các ứng dụng mà bạn cần độ ổn định đặc biệtcao

Khả năng nâng cao và độ bền của cẩu bánh xích khiến chúng trở thành lựa chọn phổbiến cho nhiều dự án và là lý do chúng được tìm thấy trên rất nhiều công trình Nếu dự án củabạn yêu cầu làm việc lâu dài và phải di chuyển tải trong khi chúng vẫn đang ở trên dây, thì sự

ổn định và tính linh hoạt của cẩu xích có thể làm cho nó trở thành công cụ hoàn hảo cho côngviệc

được lắp lại tại chỗ công trình trước khi sử dụng Nhu cầu lắp ráp này có thể tăng thêm thờigian cho các dự án và khiến chúng ít phù hợp hơn với công việc ngắn hạn, nơi có nhiều cần cẩu

di động hơn

1.5.3 Tầm quan trọng:

Về cơ bản, tính linh hoạt và chắc chắn của cẩu bánh xích khiến chúng trở thành mộtphần thiết yếu của bất kỳ dự án nào Sự phân bổ trọng lượng vượt trội do 2 dãy xích của chúng

mang lại khiến chúng trở nên cơ động hơn so với các xe cần trục bánh lốp và mang lại cho

chúng sự ổn định mà ít cần trục khác có thể cung cấp Trong khi một số cần cẩu bánh xích sửdụng cần ống lồng để di chuyển tải trọng của chúng, hầu hết sử dụng cần trục dạng xươngchéo, giúp chúng có tầm với dài hơn và mạnh hơn Bởi vì chúng mạnh hơn, cao hơn và ổn địnhhơn so với nhiều phương án cần trục khác, một số dự án chỉ đơn giản là không thể hoàn thànhnếu không có sự trợ giúp của cẩu xích

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SƠ BỘ CẦN CỦA CẦN TRỤC BÁNH XÍCH

THÔNG SỐ ĐỀ BÀI: Q= 20 TẤN; L CẦN = 20 MÉT; H= 19 MÉT

2.1 Giới thiệu vật liệu chế tạo cần:

-Kết cấu thép của máy trục (cần trục bánh xích) là một nhân tố quan trọng trong hoạtđộng lâu dài ở ngoài trời: chịu tải trọng gió, bão và các tải trọng khác Kết cấu thép là phần chịutải để cơ cấu máy làm việc bình thường

-Trong máy trục, kết cấu kim loại chiếm một phần rất lớn (60-80% khối lượng toàn bộmáy trục) Vì vậy việc chọn kết cấu thích hợp cho kết cấu cần để sử dụng 1 cách kinh tế là quantrọng nhất

-Vật liệu chế tạo kết cấu thép cho cần cẩu bánh xích thường được chọn dựa trên các yếu

tố như độ bền, độ cứng, độ dẻo và khả năng chịu lực Thép cacbon thấp thường được sử dụngcho các bộ phận không yêu cầu đặc tính cơ học cao, trong khi thép cacbon cao hoặc hợp kimthép được sử dụng cho các bộ phận chịu tải nặng và yêu cầu độ cứng cao Các vật liệu phải cókhả năng chống ăn mòn và bền trong môi trường làm việc khắc nghiệt như môi trường nhiệt độcao hoặc hóa chất

-Thép cacbon thường được sử dụng cho cần trục bánh xích do tính chất bền và dễ giacông Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, các vật liệu hợp kim thép hoặc thép chống gỉcũng có thể được sử dụng để tăng khả năng chống ăn mòn hoặc độ cứng của cần trục Quá trìnhgia công và xử lý nhiệt cũng quan trọng để đảm bảo cần trục đạt được độ chính xác và đáp ứngcác yêu cầu kỹ thuật cụ thể

-Thép ống CT3 là một loại thép cacbon thấp, thường được sử dụng trong nhiều ứngdụng công nghiệp và xây dựng Cụ thể ở đây ta dùng để thiết kế chế tạo cần của cần trục bánhxích

-Kết cấu cần gồm 1 tay cần cơ bản được liên kết với cần trục qua 2 khớp bản lề Đuôi cần

có các cụm puly, vị trí treo cáp để phục vụ cho việc nâng hạ hàng

Hình 2.1 Hình ảnh về thép ống CT

Đặc điểm vật liệu chế tạo :

 Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép cần trục là thép CT3 , có thông số như sau:

STT Cơ tính vật liệu Kí hiệu Trị số Đơn vị

1 Modul đàn hồi E 2,1.106 KG/cm2

2 Modul đàn hồi trượt G 0,84.106 KG/cm2

3 Giới hạn chảy ch 2400  2800 KG/cm2

4 Giới hạn bền b 3800  4200 KG/cm2

5 Độ giãn dài khi đứt  21 %

6 Khối lượng riêng  7,83 T/m3

7 Độ dai va đập a k 50100 J/cm2

2.2 Tính toán cần:

2.2.1 Xác định các thông số kích thước cơ bản:

-Kết cấu kim loại của cần được tính theo ba trường hợp phối hợp tải trọng sau đây:

 Trường hợp thứ nhất: tải trọng không di động + tải trọng tạm thời tính khi treo trọng tảilớn nhất ở tầm với lớn nhất

 Trường hợp thứ hai: tải trọng không di động + tải trọng tạm thời tính khi treo trọng tảilớn nhất ở tầm với lớn nhất + lực quán tính ngang + tải trọng gió ở trạng thái làm việc

 Trường hợp thứ 3: tải trọng không di động (không kể đến hệ số điều chỉnh) + tải trọng

do các thành phần ở đầu cần khi tầm với nhỏ nhất + tải trọng gió ở trạng thái không làmviệc

Với Sn = ¿Qt n = 22,09458.0 , 93 = 2,97 (T) = 29,7 kN

Trong đó: -in: bội suất cáp (chọn bằng 8)

- n: hiệu suất palang = 0,93

b Trường hợp 2:

 Tải trọng gió tác dụng lên cần ở trạng thái làm việc:

Pg = Ko.q.Fg

Trong đó: -Ko = 1,4 lấy đối với dàn- hệ số cản khí động học

-q = 250 (N/m2 ) – áp lực gió ở trạng thái làm việc, tra bảng 6.3 sách KCT/123

Hình 2.4.Bảng tra áp lực gió

-Fg: diện tích chịu gió tính toán (m2 )

Diện tích chịu gió của KCT và các cơ cấu máy trục: Fg1 = .F

 = 0,4 đối với dàn

F: diện tích cần tình như sau:

- F= l.h = 20.1 = 20 (m2) với l là chiều dài cần; h là chiều cao mặt cắt cần

 Fg1= 0,4.20 = 8 (m2)

 Pg1= 1,4.250.8= 2800 (N) = 2,8 (kN)

Diện tích chịu gió tính toán vật nâng:

Fg2 = 10 (m2) – lấy đối với vật 20T – tra bảng 6.6/124 sách KCT

Hình 2.5.Bảng tra diện tích chịu gió vật nâng

 Pg2 = 1,4.250.10 = 3500 (N) = 3,5 (kN)

 Lực quán tính ngang:

-Do trọng lượng bản thân kết cấu:

Hình 2.6 Nội lực thanh cánh

nh 2.7.Nội lực thanh xiên

Hình 2.8.Biều đồ momen uốn trong thanh cánh

Tải trọng gió ở trạng thái không làm việc:

-Chiều cao từ mặt đất đến vị trí giữa cần: sin72.2l = 9,5

 q = 1000 (N/m2) = 1 kN/m2

-Chiều cao từ mặt đất đến vị trí hàng: 19m

 q = 1000 (N/m2) = 1 kN/m2

Với q tra bảng 6.4 sách KCT/123