THIẾT KẾ THI CÔNG LẮP GHÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG SỬ DỤNG PHƯƠNG ÁN MC_ CẦN TRỤC THÁP

Cần trục tháp hay còn gọi là cần cẩu tháp (gọi tắt là cần cẩu) giữ vị trí số một trong các thiết bị nâng dùng trong xây dựng. Cần trục tháp là thiết bị nâng chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu và láp ráp trong các công trình xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp, các công trình thủy điện…. Cần trục tháp có vị trí rất quan trọng trong các thiết bị nâng dùng trong xây dựng. Nó được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà cao tầng, xây dựng công nghiệp, lắp ráp thiết bị trên cao…

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN TRỤC THÁP LOẠI THÂN QUAY DI CHUYỂN TRÊN RAY KB-160.2

A Thuyết minh

I.1 Các thông số cho trước:

Đầu đề thiết kế: PHƯƠNG ÁN: MC_ CẦN TRỤC THÁP

Các số liệu ban đầu để làm thiết kế:

Mômen tải (kNm) 1250Tầm với (m) - Lớn nhất

- Khi nâng tải cực đại

- Nhỏ nhất

251513

Sức nâng (tấn) - Lớn nhất

- Khi tầm với lớn nhất

8

5Chiều cao nâng (m) - Khi tầm với lớn nhất

- Khi tầm với nhỏ nhất

41

55Tốc độ: - Nâng (m/ph)

- Di chuyển cần trục (m/ph)

- Quay (vòng/ph)

20200,6

- Thời gian thay đổi tầm với (s) 72Kích thước khung di chuyển (vết bánh xe) AxB (m) 6x6Khối lượng cần trục (tấn) - Kết cấu thép

- Đối trọng

- khối lượng chung

- chế độ làm việc

49,243079,2TB

1.1 Khái niệm

Là loại cần trục tháp thay đổi tầm với bằng cách nầng hạ cần

1.2 Đặc điểm cấu tạo

Gồm hai phần chính:

Phần bệ di chuyển và phần khung quay

Bàn quay có tháp, cần, các cơ cấu công tác và đối trọng Khi làm việc tháp quay cùng với bàn quay Liên kết giữa phần quay và phần không quay bằng thiết bị tựa quay

1.3 Công dụng

Cần trục tháp hay còn gọi là cần cẩu tháp (gọi tắt là cần cẩu) giữ vị trí số một trong các thiết bị nâng dùng trong xây dựng Cần trục tháp là thiết bị nâng chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu và láp ráp trong các công trình xây dựng dân dụng, xâydựng công nghiệp, các công trình thủy điện…

Cần trục tháp có vị trí rất quan trọng trong các thiết bị nâng dùng trong xây dựng

Nó được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà cao tầng, xây dựng công nghiệp, lắp ráp thiết bị trên cao…

Cần trục tháp có đủ các cơ cấu nâng hạ vật, thay đổi tầm quay với, quay và di chuyển.Cần trục tháp là loại máy trục có cột tháp cao, đỉnh tháp lắp cần dài, quay được toàn vòng, dẫn động điện độc lập, nguồn điện sử dụng từ mạng điện công nghiệp

Cần trục tháp có thể vận chuyển hàng trong khoảng không gian phục vụ lớn, kết cầu hợp lí, dễ tháo lắp, tính cơ động cao

1.4 Cấu tạo

1 2 3 4 5 9 10

11

12

13

14 15

16

6

7

8

Hình 1:Cấu tạo cần trục tháp loại tháp quay

5- Cụm tang nâng vật 13- Móc treo vật

6- Cụm tang nâng cần 14- Puly đầu cần

Sơ đồ mắc cáp của các cơ cấu làm việc:

Cơ cấu nâng hạ cần: (Hình 2).

Cơ cấu nâng vật: (Hình 3).

Cơ cấu dựng tháp: (Hình 4).

1.5 Nguyên lý làm việc:

- Phần trên của cần trục tháp có thể quay đi mọi hướng nhờ được đặt trên mâm quay (15) và được dẫn động bằng động cơ riêng và được đặt trên bộ di chuyển bánhthép cũng được dẫn động bởi động cơ riêng biệt

- Thay đổi tầm với bằng thay góc nghiêng của cần và nâng hạ cần

nhờ cụm tời nâng hạ cần (5)

- Cụm tời (4) được nối với puly đầu cần và puly móc câu (12) để nâng hạ hàng

- Phần trên của cần trục tháp được giữ cân bằng nhờ đối trọng (6)

1.6 Thông số làm việc cơ bản của cần trục tháp là:

Sức nâng Q=(5-8) tấn, phụ thuộc vào tầm với

Momen tải M=1250 kNm

Tầm với L= (13-25) m, phụ thuộc vào tải trọng

Chiều cao nâng H=(41-55) m, phụ thuộc vào tầm với

Tốc độ quay n=0.6 vòng/ph

Tốc độ nâng hạ v=20 m/ph

Tốc độ di chuyển cần trục v=20 m/ph

Thời gian thay đổi tầm với t=72 s

Chế độ làm việc của các cơ cấu: chế độ TB => CĐ= 25%

I.2 Tính toán chung

1.1 Các thành phần tải trọng chính

a, Tải trọng nâng Q (N ).

Tải trọng nâng danh nghĩa máy trục là trọng lượng lớn nhất của vật nâng mà máy

có thể nâng được.Trong các loại máy trục kiểu cần, phần lớn tản trọng nâng sẽ thayđổi theo tầm với, song tải trọng nâng danh nghĩa vẫn lấy theo trị số nâng lớn nhất tương ứng tầm với nhỏ nhất Rmin

R (m) 25 21 18 15 13

b, Tải trọng do bản thân máy:

Trọng lượng bản thân máy trục bao gồm trọng lượng của các chi tiết, cụm chitiết, các cụm máy và kết cấu thép của máy Thương tính toán sơ bộ dựa vào côngthức kinh nghiệm và theo đề bài

Ta có bảng thống kê:

Cabin điều khiển 1600

c, Tải trọng gió:

Cần trục thiết kế làm việc ngoài trời nên khi thiết kế phải tính đến tải trọng gió Tải trọng gió thay đổi một cách ngẫu nhiên, trị số phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu của từng vùng va theo chiều cao tháp

Tải trọng gió được xem là tác dụng theo phương ngang và được xác định theo công thức:

dùng để tính toán kết cấu kim loại.

+ áp lực gió ở trạng thái không làm việc

qgIII = 450 (N/m2)

- c : Hệ số cản khí động

+ c = 0,8–1,2 cho tháp và cần

+ c = 1,2 cho cabin, đối trọng, cáp, vật nâng

- n: Hệ số kể đến sự tăng áp lực theo chiều cao

- β : Hệ số động lực kể đến đặc tính xung động của tải trọng gió.

Với kết cấu dàn lấy: ϕ = 0,2–0,4=> ϕ = 0,3.

Với kết cấu có thành kín, đối trọng: ϕ = 1

Với các cơ cấu: ϕ = 1

c.1 Khi gió tác dụng theo phương vuông góc

+ WIg = 150.1,9.1,2.1,25.10 = 4275 (N).

+ WIIg = 250.1,9.1,2.1,25.10 =7125 (N)

Bảng thống kê tải trọng tác dụng của gió vào các cơ cấu máy.

v.góc s.song v.góc s.song v.góc s.song

m, G= 79,2.104 (N) khối lượng vật nâng và phần chuyển động tịnh tiến

V=20 (m/ph)=2060 (m/s): Vận tốc chuyển động tịnh tiến

t = 6 (s) thời gian mở máy

+ Cho cả cần trục di chuyển:

– Lực quán tính tiếp tuyến khi phần quay cần trục chuyển động không ổn định.

Hình 8: Sơ đồ tải trọng tác dụng trên máy.

1.2 Cơ cấu nâng vật.

a, Chọn sơ đồ dẫn động (Hình 9).

1 2

3 4

b, Sơ đồ mắc cáp

c, Tính lực căng cáp lớn nhất

Ta sử dụng palang đơn có bội suất a=2

Lực căng cáp lớn nhất trong palang khi nâng vật:

Smax =

Q a.η p η r

Q= 8.104 (N) Tải trọng nâng lớn nhất bỏ qua móc treo

η : Hiệu suất puly chọn η = 0,97 cho ổ lăn.

Đường kính cáp: dc =21(mm)

Diện tích tính toán của tất cả các sợi cáp: Acắt = 167,03 (mm2)

Khối lượng của 1000m cáp đã bôi trơn: M1000m = 1635 (kg)

Độ bền giới hạn thép: 180 (daN/mm2)

Lực kéo đứt không nhỏ hơn: Sd= 248,5 (kN) > 244,721 (kN)=Smax.n

d, Tính công suất và chọn động cơ

Công suất động cơ được tính tải trọng nâng danh nghĩa:

Tên động cơ Công suất N

J(Kg.m2)

1.3 Cơ cấu di chuyển cần trục.

a, Chọn sơ đồ dẫn động (Hình 10).

1

2 3

+ Lực tác dụng gồm:

Trọng lượng không quay:

G1 = Gccdc + Gbe = 3,2.104 + 11,5.104 = 14,7.104(N)

Trọng lượng phần quay kể cả vật nâng: Go=64,5.104 (N)

Tải trọng ngang do gió Wg

+ Dời tất cả các lực về tâm đế tựa O1

Mx-x = (Wg.h + G0.e).sin ϕ

My-y = (Wg.h + Go.e).cos ϕ

ϕ : Góc hợp bởi phương của cần trục và trục dọc máy

Khi cần trục quay ở góc phần tư thứ nhất ND có giá trị lớn nhất ứng

tg ϕ = 1 tức là khi phương của cần vuông góc đường chéo AC

 ϕ =450

Q Wvn

Gc Wc

Gcb Wcb

G Gd

Wd

C B

d, Tính công suất động cơ và chọn động cơ.

Công suất động cơ: Ntt =

W0.V dc

(với a: gia tốc của cơ cấu di chuyển a = 0,15( m/s2) (bảng 27)).

Ψ tb : hệ số quá tải trung bình của động cơ

Ψ tb = 1,7 động cơ xoay chiều roto dây cuốn

Vdc= 13 (m/s)

μ c : hiệu suất truyền động của cơ cấu di chuyển μ c =0,8

Ntt =

58500.201000.1,7.0,8.60 = 14,34 (kw)

J(Kgm2)

1.4 Cơ cấu quay.

a, Chọn sơ đồ dẫn động (Hình 12).

1

2 3

4 5

1 Động cơ 4 Hộp giảm tốc

2 Khớp nối 5 Thiết bị tựa quay

3 Phanh

b, Tải trọng tác dụng lên thiết bị tựa quay

– Mômen tác dụng lên thiết bị tựa quay (mômen nằm trong mặt phẳng chứa cần

và trục quay của máy)

M = (Q + Pgt)(rQ.cos γ + hQ.sin γ )–G(rGcos γ + hG.cos γ ) + Wg.hw

(N.m)

Hình 13: Tải trọng tác dụng lên thiết bi tự quay.

Tính chọn thiết bị tựa quay: Q = 8.104(N).

Tính cho trạng thái 0,6(gió I): 0,6.150 = 90 (N/m2)

-Khi cần ở trạng thái tầm với xa nhất:

Wg.hw = Σ Wi.hi= Wđt.3,4+ Wth.17,8+ Wc.40+ Wcb.36,7+ Wv.41(N)

=456 3,4+5950.17,8+2858.40+1102 36,7+2565.41

=367371 (N.m) => Tính cần ở trạng thái tải trọng nâng lớn nhất: Wg.hw=367371 (N.m)

= 1,034 (m) = 1034 (mm)

c, Chọn thiết bị tựa quay.

– Phụ thuộc vào Momen lật, Lực thẳng đứng, Lực tác dụng ngang ta chọn thiết bị tự quay kiểu bi hai dẫy

Số lượng

tựa quay

Lực làmviệc theophươngđứng (kN)

Momen lật(kN.m)

Lực tácdụng theophươngngang(kN)

Số lượng

Bi 1dãy n

Đườngkính trungbình D(mm)

m v

4,5.793500

2,065.126.cos 450+

2,5.265890126.sin 450 = 26869

(N)

với α=450 góc nghiêng mặt côn

Hình 15: Sơ đồ lực tác dụng lên dãy bi

d, Xác định momen cản quay.( thiết bị quay kiểu bi)

- Mômen cản masát:

b =1,2 (m) khoảng cách từ trọng tâm phần quay tới trục quaycủa máy.

⇒ Mg = Mgmax.cos β = 110565.cos450 = 78181 (N.m)

Với β = 450 góc quay của phần quay cần trục ở trạng thái nguy hiểm nhất

+ Mômen cản quay cần trục từ lực quán tính khối lượng vật nâng và phần quay cần trục

Mqt =

π n q 30.g.t .ΣG i R

Với ψ tb = 1,7 động cơ xoay chiều rôto dây cuốn

J(Kgm2)

1.5 Cơ cấu thay đổi tầm với.

a, Chọn sơ đồ dẫn động (Hình 16).

1 2

3 4

V IV

r: Koảng cáh từ chốt chân cần đến trục quay của máy

a: Khoảng cách từ chốt chân cần đến trọng tâm cần

+ Xác định các thông số hình học

Trong tính toán thay đổi tầm với bằng nâng hạ cần, lực tác dụng nên palăng nâng cần là luôn luôn thay đổi theo các vị trị của cần

Ta xét cho 6 vị trí tương ứng một hành trình nâng hạ cần (Hình 18).

c, Tính lực căng cáp lớn nhất trong palang nâng cần S p và nâng vật S v và chọn cáp.

SVi =

Q i a.η

Giá trị ứng suất với các vị trí

178950

184136

179778

SPII(N) 9148

6

116386

145487

191512

201058

202607

SP(N) 8245

7

100758

121477

157563

155326

140913

c, Chọn bội suất palang nâng cần, xác định lực căng cáp cuốn lên tang nâng cần.

Bội suất palăng nâng cần ac = 6

Lực căng cáp cuốn lên tang nâng cần (Wg = 0);

Có dc = 17,5 (mm).

d, Tính công suất và chọn động cơ.

Tính công suất động cơ theo tải trọng trung bình, bình phương

Với VP tốc độ co lại palăng nâng cần:

VP =

ΔL P

Δa .V tb

ΔL P = ΔLmax - ΔLmin = 23,9 – 18,5= 5,4 (m)

Δa = Amax – Amin = 25 – 13 = 12 (m).

Vtb vận tốc thay đổi tầm với vật nâng trong mặt phẳng ngang

J(Kgm2)

1.6 Tính ổn định cho cần trục.

a, Vị trí tính toán (Hình 19).

b, Kiểm tra ổn định cho cần trục khi di chuyển.

– Kiểm tra ổn định khi có tải:

Hình 20: Sơ đồ khi kiểm tra ổn định khi có tải.

- Trục lật của máy đi qua A

+ MG’: Mômen lật được tạo nên do trọng lượng cần.

+ Mltv Mômen lật được tạo ra bởi lực li tâm của vật

Mg = 1021335 (N.m).

=> K = 3042930−304537−88000−9900−24865−70401100000 = 1,44 ≥ 1,15

Vậy đảm bảo điều kiện ổn định

–Kiểm tra ổn định tĩnh khi có tải: góc dốc α =00

Vậy đảm bảo điều kiện ổn định tính khi có tải

– Kiểm tra ổn định cần trục khi không có tải.

Khi không có tải cần trục có xu hướng lật quanh điểm B

Vị trí của cần lúc này ở tầm với nhỏ nhất cần trục có xu hướng lật về phía sau.

I.3 Tính toán riêng.

Sơ đồ dẫn động (Hình 22).

1

2 3

4 5

1 Động cơ 4 Hộp giảm tốc

2 Khớp nối 5 Thiết bị tựa quay

3 Phanh

1 Tải trọng tác dụng lên thiết bị tựa quay

– Mômen tác dụng lên thiết bị tựa quay (mômen nằm trong mặt phẳng chứa cần và

trục quay của máy)

M = (Q + Pgt)(rQ.cos γ + hQ.sin γ )–G(rGcos γ + hG.cos γ ) + Wg.hw

(N.m)

Hình 23: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thiết bị tự quay.

Tính chọn thiết bị tựa quay: Q = 8.104(N)

Tính cho trạng thái 0,6(gió I)=0,6.150=90 (N/m2)

– Khi cần ở trạng thái tầm với xa nhất:

Wg.hw = Σ Wi.hi= Wđt.3,4+ Wth.17,8+ Wc.40+ Wcb.36,7+ Wv.41(N)

=456 3,4+5950.17,8+2858.40+1102 36,7+2565.41= 367371 (N.m) => Tính cần ở trạng thái tải trọng nâng lớn nhất: Wg.hw= 367371 (N.m)

= 1,034 (m) = 1034 (mm)

=> Chọn sơ bộ đường kính thiết bị tựa quay: D= 2,45 (mm).

– Lực hướng tâm tác dụng lên thiết bị:

R= V.tgγ +Wg=69,5.104+12931=265890 (N)

2 Chọn thiết bị tựa quay và xác định ứng suất tác dụng lên viên bi.

– Phụ thuộc vào Momen lật, Lực thẳng đứng, Lực tác dụng ngang ta chọn thiết bị

tự quay kiểu bi hai dẫy

Momenlật(kN.m)

Lực tácdụng theophươngngang(kN)

Sốlượng

Bi 1dãy n

Đườngkínhtrungbình D

Đườn

g kínhbi(mm)

2,5.265890126.sin 450 = 26869

(N)

với α=450 góc nghiêng mặt côn

-Trị số ứng suất tác xúc trong vòng quay kiểu bi:

m v

d

Hình 24: Sơ đồ lực tác dụng lên vòng tựa quay của kiểu bi

3 Xác định momen cản quay.( thiết bị quay kiểu bi).

-Tổng mômen cản quay cần trục đối với trục quay của máy:

Σ M = Mms + Md + Mqt + Mg (N.m)

+ Md mômen cản quay do dốc

Mdmax= (Q’.R + G’.c) – Gq.b) sin α

G’=2,8.104 (N) trọng lượng cần

c=13,8 (m) khoảng cách từ trọng tâm cần đến trục quay của máy.

Q’ = Q + qmt trọng lượng thiết bị nâng qmt=0 và vật nâng Q=5.104 tập trung tại điểm đầu cần

Với β = 450 góc quay của phần quay cần trục ở trạng thái nguy hiểm nhất

+ Mômen cản quay cần trục từ lực quán tính khối lượng vật nâng và phần quay cần trục

Mqt =

π n q 30.g.t .ΣG i R

i2 =

3,14.0,6

30.10.6 (2,8.104.13,82+5 104.252+61,7.1,22)

Với ψ tb = 1,7 động cơ xoay chiều rôto dây cuốn.

⇒ Tra bảng chọn động cơ và hộp giảm tốc: SK 73-132 S/4

Tên động

cơ

Công suấtN

(KW)

Số vòng quay

n2 của đầu ra hộp giảm tốc (vòng/ph)

Tỷ số truyềnhộp giảm tốc i

Số vòng quay ncủa động cơ(vòng/ph)

fb

SK

73-132 S/4

5 Tính chọn bộ truyền ngoài.

Tỉ số truyền chung của cơ cấu: io= 1660,30,6 = 2767,7

Tỉ số chuyền của bộ truyền ngoài: ing =

i0

i gt =

2767,7

Ta có cơ cấu quay kiểu bi hai dãy có các thông số sau:

Vành răng trụ răng thẳng ăn khớp trong (bánh răng lớn):

Modun m (mm) Số răng Z2 Đường kính trung bình dw(mm)

Chọn khớp nối theo mô men giới hạn trên trục động cơ:

Dạng khớp Mô men xoắn

kép) KG/cm2

7 Kiểm tra động cơ.

-Kiểm tra phát nhiệt cho động cơ:

Momen tương đương được xác định theo:

Sè lÇn më m¸y trong mét giê:

Thỏa mãn điều kiện về phát nhiệt

-Kiểm tra động cơ theo momen mở máy:

ψ=❑❑= +❑¿¿≤ [ ψ]

[ ψ]=1,9 Hệ số quá tải đã chọn.

Mqt – Momen quán tính của khối lượng chuyển động quay của các cơ cấu vàcần trục đối với trục quay của máy quy về trục động cơ

=> ψ =2,006+5731,6 = 1,87 < 1,9.

Vậy thỏa mãn điều kiện

8 Xác định momen phanh và chọn phanh.

Chọn thời gian phanh (bảng 37) => tph= 6 (s)

Momen phanh: Mph= M g ph + M d ph + M qt ph - M ms ph

Trong đó:

η ph = η c =0,8 hiệu suất truyền động từ trục quay máy đến trục đặt phanh

(đặt phanh trên trục động cơ)

- mômen quán tính khi phanh:

Chọn phanh theo động cơ và hộp giảm tốc.

PHẦN 2 : THIẾT KẾ THI CÔNG LẮP GHÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

B THUYẾT MINH

I ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TRÌNH

Công trình là loại nhà công nghiệp một tầng loại lớn với 3 nhịp (L 1 = 12m,

L 2 =36 m), 10 bước cột (khẩu độ 6m;chiều cao cột ngoài 13m, cột trong 14,5m) Thi công bằng phương pháp lắp ghép các cấu kiện khác nhau: cột, dầm mái, dầm cầu chạy, dàn vì kèo và cửa trời bằng bêtông cốt thép Các cấu kiện này được sản xuất tại nhà máy và vận chuyển bằng các phương tiện vận chuyển chuyên dụng đến công trường để tiến hành lắp ghép Chiều dài công trình là: 10x6= 60 m < 90

m vì vậy không cần phải bố trí khe lún Công trình được thi công trên mặt đất bằng phẳng, không bị hạn chế mặt bằng, các cấu kiện cho thi công là thuận lợi, các phương tiện, nhân công phục vụ cho thi công đầy đủ.

Các thông số tính toán cho trước của công trình.

Cột bê tông trong H (m) 14,5

Hình 1.1a: Mặt cắt sơ đồ lắp ghép công trình

EL 1 x m

10 PA

EL 1 x m

10 PA

EL 1.2 6

10 PA

EL 1.2 6

10 PA

EL 1 x m

10 PA

EL 1 x m

p = 1,2 Tấn.

3 Thống kê cấu kiện lắp ghép

Từ các số liệu kích thước công trình nêu trên ta có bảng thống kê số lượng

và khối lượng và hình dáng sơ bộ các cấu kiện lắp ghép như sau:

Kích thước

Đơnvị

Sốlượng

Khốilượng Qi

(Tấn)

Tổngkhối lượng

II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG

1 Chọn và tính toán thiết bị treo buộc

1.1 Thiết bị treo buộc cột

Do cột có trọng lượng nhẹ,có vai cột và muốn tăng năng suất ta chọn thiết bị

treo buộc làm sao cho không mất công nhiều cho tháo lắp nên ta sử dụng đai ma

sát làm thiết bị treo buộc cột có cấu tạo như hình vẽ:

1