THIẾT KẾ CẦN TRỤC CHÂN ĐẾ DẠNG CỔNG SỨC NÂNG Q = 36T. TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP : CẦN & VÒI.

Tài liệu tham khảo THIẾT KẾ CẦN TRỤC CHÂN ĐẾ DẠNG CỔNG SỨC NÂNG Q = 36T. TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP : CẦN & VÒI.

Kết cấu thép cần trục trong luận án này chỉ tính cho kết cấu thép cần vàvòi có dạng thép định hình và dạng hộp được cấu tạo từ các tấm thép và cácđoạn dầm liên kết với nhau bằng mối ghép bulông hay hàn.

Các thông số về vật liệu:

Vật liệu kết cấu thép cần trục là thép CT3 có các đặc trưng cơ tính sau:

- Môđun đàn hồi khi kéo: E = 2,1.106 kG/cm2

- Môđun đàn hồi trượt: G = 0,81 106 kG/cm2

- Giới hạn chảy: c= 2400 – 2800 kG/cm2

- Giới hạn bền: b= 3800 – 4200 kG/cm2

- Độ dai va đập: ak = 50 – 100 J/ cm2

- Khối lượng riêng:  = 7,83 T/ m3

- Độ dãn dài khi đứt:  0 = 21%

- Ứng suất cho phép lớn nhất:

5 , 1

1> Trường hợp tải trọng:

Khi cần trục làm việc, nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lênkết cấu Các tải trọng có thể tác động thường xuyên hoặc không thường xuyên,theo qui luật hoặc không theo qui luật, tải trọng tĩnh hoặc động, tải trọng tácđộng theo phương thẳng đứng hoặc phương ngang… Từ sự phối hợp đa dạng củacác loại tải trọng, người ta chia ra các trường hợp tải trọng tính toán như sau:

a Trường hợp tải trọng I:

Tải trọng bình thường ở trạng thái làm việc, phát sinh khi máy làm việc ởđiều kiện bình thường Trường hợp này dùng để tính bền các chi tiết theo mỏi.Các tải trọng thay đổi được qui đổi thành tải trọng tương đương

b Trường hợp tải trọng II:

Tải trọng lớn nhất ở trạng thái làm việc, phát sinh khi cầu trục làm việc ởđiều kiện nặng nhất Các tải trọng này gồm các lực cản tĩnh cực đại, tải trọngđộng cực đại khi mở (hoặc phanh) máy (hoặc cơ cấu) đột ngột… Trường hợpnày dùng để tính các chi tiết theo điều kiện bền tĩnh

c Trường hợp tải trọng III:

Tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc Các tải trọng tác dụng lêncầu chuyển tải gồm có: trọng lượng bản thân cầu chuyển tải, gió bão tác dụnglên cầu chuyển tải ở trạng thái không làm Trường hợp này dùng để tiến hànhkiểm tra độ bền kết cấu và tính ổn định cần trục ở trạng thái không làm việc

2> Bảng tổ hợp các trường hợp tải trọng:

Loại tải trọng

Các trường hợp tải trọng

2 Trọng lượng hàng nâng Q

có tính đến hệ số động  I'.Q td Q II.Q Q _

3 Lực quán tính khi khởi động

và hãm cơ cấu thay đổi tầm

- Tổ hợp Ib, IIb: hai tổ hợp này ứng với trường hợp cần trục đứng yên, khởiđộng (hoặc phanh) từ từ (Ib), hoặc đột ngột (IIb) cơ cấu thay đổi tầm với

- Tổ hợp III: cần trục không làm việc, chịu tác dụng của tải trọng gió bão

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP VÒI

1.1 NỘI LỰC VÒI TẠI TẦM VỚI LỚN NHẤT Rmax

2 Các lực tác dụng lên vòi gồm:

 trọng lượng bản thân vòi: Gv = 10000 KG

Trọng lượng bản thân vòi đặt tại A, B, C :

 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với pulydẫn hướng :

Theo sơ đồ trên ta có:

+ GAx = GA cos 60 = Gv cosθ.cos 60 = 10000.cos 500.cos 60 = 6392KG

+ GAy = GA sin 60 = Gv cosθ.sin 60 = 10000.cos 500.sin 60 = 671 KG

+ GBx = GA cos 220 = Gv cosθ’.cos 220 = 10000.cos 990.cos 220 = -1450KG+ GBy = GA sin220 = Gv cosθ’.sin 220 = 10000.cos 990.sin 220 = -586KG

+ GCx = GA cos 80 = Gv cosθ’’.cos 80 = 10000.cos 1140.cos 80 = -4027 KG

+ GCy = GA sin 80 = Gv cosθ’’.sin 80 = 10000.cos 1140.sin 80 = -556 KG

MC = 0  ( Qy +GAy).Lv + (RBy-GBy).b = 0

 RBy = - By

v Ay

b

L G Q

TỔ HỢP  b

1 trong mặt phẳng đứng:

các lực tác dụng :

 trọng lượng bản thân vòi: Gv = 10000 KG

 trọng lượng hàng Q= 36000 KG

 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với pulydẫn

MC = 0  ( Qy +GAy).Lv – (RBy+GBy).b + fqt.Lv.Lv/2 = 0

 RBy =

By

v qt v Ay y

G b

L f L G Q







2 ).

2 (

2 Trong mặt phẳng ngang

các lực tác dụng :

 lực ngang T = Q.tag= 36000.tag100= 6348 KG

 tải trọng gió phân bồ đều theo phương ngang:

c : hệ số khí động học , c = 1,4 ( bảng 1.7 [1] )

 : hệ số quá tải, tính theo phương pháp ứng suất cho phép  =1

 : hệ số động lực,  = 1

Fv : diện tích chắn gió của vòi, Fv =15 m2

Pgv = 470 KG

qg =

v

v g

L

P

= 28 KG/m2

 lực uốn giằng vòi Rg

 lực ngang T gây ra các momen xoắn Mc, Mg do cần và do giằng chịuGọi độ cứng chống uốn của giằng vòi và của cần lần lượt là Cg và Cc, độ cứngchống xoắn lần lượt là Gg và Gc

g c

c g g

C

C G

G C

b

T G G C

G

G

b R a

 1.2 NỘI LỰC VÒI TẠI TẦM VỚI TRUNG BÌNH Rtb

TỔ HỢP  a

1 Các thông số:

2 Các lực tác dụng lên vòi gồm:

 trọng lượng bản thân vòi: Gv = 10000 KG

 trọng lượng hàng Q* = .Q = 1,2.36000 = 43200 KG

 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với pulydẫn hướng :

Theo sơ đồ trên ta có:

+ GAx = GA cos 60 = Gv cosθ.cos 60 = 10000.cos 300.cos 60 =8612 KG

+ GAy = GA sin 60 = Gv cosθ.sin 60 = 10000.cos 300.sin 60 = 900KG

+ GBx = GA cos 220 = Gv cosθ’.cos 220 = 10000.cos 1210.cos 220 = -7862 KG+ GBy = GA sin220 = Gv cosθ’.sin 220 = 10000.cos 1210.sin 220 = -3176 KG

+ GCx = GA cos 80 = Gv cosθ’’.cos 80 = 10000.cos 1350.cos 80 = -7002 KG

+ GCy = GA sin 80 = Gv cosθ’’.sin 80 = 10000.cos 1350.sin 80 = -983KG

+ Qx = Q sin  = 27976 KG

+ Qy = Q cos  = 22656 KG

+ SCx = Sc cos  = 43752 KG

+ SCy = Sc sin  = 5265 KG

TỔ HỢP  b

1 Trong mặt phẳng đứng:

các lực tác dụng :

 trọng lượng bản thân vòi: Gv = 10000 KG

 trọng lượng hàng Q= 36000 KG

 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với pulydẫn hướng:

 = 850 Lv = 18.2 m

 = 60

’ = 1450

’’ =1590

2 Các lực tác dụng lên vòi gồm:

 trọng lượng bản thân vòi: Gv = 10000 KG

 trọng lượng hàng Q* = .Q = 1,2.36000 = 43200 KG

 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với pulydẫn hướng :

Theo sơ đồ trên ta có:

+ GAx = GA cos 60 = Gv cosθ.cos 60 = 10000.cos 60.cos 60 =9890 KG

+ GAy = GA sin 60 = Gv cosθ.sin 60 = 10000.cos 60.sin 60 = 1039 KG

+ GBx = GA cos 220 = Gv cosθ’.cos 220 = 10000.cos 1450.cos 220 = -7595 KG+ GBy = GA sin220 = Gv cosθ’.sin 220 = 10000.cos 1450.sin 220 = -3068KG

+ GCx = GA cos 80 = Gv cosθ’’.cos 80 = 10000.cos 1590.cos 80 = -9244KG

+ GCy = GA sin 80 = Gv cosθ’’.sin 80 = 10000.cos 1590.sin 80 = -1298 KG

+ Qx = Q sin  = 43035 KG

+ Qy = Q cos  = 3765 KG

+ SCx = Sc sin  = 38553 KG

+ SCy = Sc cos  = 21370 KG

TỔ HỢP  b

1 Trong mặt phẳng đứng:

các lực tác dụng :

 trọng lượng bản thân vòi: Gv = 10000 KG

 trọng lượng hàng Q= 36000 KG

 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với pulydẫn hướng :

 1.4 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN

Tiến hành kiểm tra vòi tại các mặt cắt nguy hiểm

2 Tại mặt cắt E –E:

52000

) ( 72000 36000

2

) ( 36000 80

450

2

) ( 52000 26000

2

) ( 26000 20

1300

2

2 2

2 0

2 1

2

2 2

1

mm F

F F F

mm F

mm H

F F F

mm F

mm B

F F F

t b i t

t t

t t

b

b b

b b

* Xác định momen quán tính của tiết diện đối với trục X và Y

- Xét tấm biên :

) ( 10 37 , 0 12

20 1300 12

.

) ( 866667 12

20 1300 12

.

4 10

3 3

2 1

4 3

3 2

1

mm

B J

J

mm

B J

J

b y

y

b x

20 450 2

0

0 0

) ( 10 374 26000 235 866667

4 7

2 2 0 2 0

2 0

1

4 7

2 2

2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y

y

b x

80 450 12

.

) ( 10 375 , 3 12

80 450 12

.

4

3 0

3 4 3

4 7

3 3

0 4

3

mm

H J

J

mm

H J

J

t y y

t x

80 1300 2

0

0 0

) ( 49218750 20460

0 49218750

4 7

2 2 0 2 0

2 0

1

4 2

2 2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y

y

b x

4 7

0 3

0 1

4 7

0 3

0 1

mm J

J

J

mm J

J

J

y y Y

x x X

10

max

mm Y

10

max

mm X

2 5

max

max

/ 992

, 0 10 82

238269 124000

252686

mm KG W

M W

M F

N

X

X Y

c x d Qd

b J

S Q

75 330 (

210000

H F H

Jx : Momen quán tính của tiết diện đối với trục x, Jx = 352.107 ( mm4 )

bxc : Chiều rộng tiết diện bị cắt

bc

x = 2.t = 2.15 = 30 ( mm )

) / ( 1 , 6 30 10 325

10 04 , 55

7

6

mm KG



- Ứng suất tương đương

2 2

2 2

2 max 3 0 , 992 3 6 , 1 10 , 61 KG/mm

td       

Vậy tiết diện mặt cắt thỏa mãn điều kiện bền

3 Tại mặt cắt G –G

M = -27984085,4 ( Nmm ) , Q = -3185,06 ( N ) , N = 1060505,9 ( N )

*Kích thước mặt cắt :

* Diện tích tiết diện :

2 17044 310

12 ) 19 350 (

2 ) (

F  b  t t   

* Xác định momen quán tính của tiết diện đối với trục X và Y

- Xét 2 tấm biên :

) ( 67885416 12

19 350 12

.

) ( 200054 12

19 350 12

.

4 3

3 2 1

4 3

3 2

1

mm

B J

J

mm

B J

J

b y

y

b x

19 310 2

) ( 10 3 , 182 ) 19 350 (

5 , 165 200054

4 2

2 0 2 0

2 0

1

4 6

2 2

2 0 2 0 2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y y

b x

310 12 12

.

) ( 30371328 12

310 12 12

4 3

3 4 3

4 3

3 3

mm

H J

J

mm

H J

t t y y

t t

2

2

) ( 10 395 10

6 , 30 10 3 , 182 2

2

4 6

3 0 1

4 6

6 6

3 0 1

mm J

J

J

mm J

J J

y y Y

x x X

10 2 ,

max

mm Y

) ( 10 76 , 7 175

10 8 ,

max

mm X

max

max

/ 6

, 74 39 , 12 2 , 62 10

58 , 22

4 , 27984085 17044

9 , 1060205

mm N W

M W

M F

N

X

X Y

4.Tại mặt cắt F -F :

Ta có:

TH1 : N = 886253,85 ( N ) , Q = -2227,84 ( N ) , M = -29098498 ( Nmm )TH2 : N = -616899,9 (N) , Q = - 4313,7 (N) , M = -13483942,3 (Nmm)Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X

) ( 10 258 ,

2 17044 312

12 ) 19 350 (

2 ) (

max

max

/ 8

, 64 8 , 12 52 10 58 , 22

29098498 17044

85 , 886253

mm N W

M W

M F

N

X X Y

Vì Q nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất tiếp trên tiết diện Ta có:

td = max = 64,8 N/mm2 < [] : thỏa mãn điều kiện bền

- Ứng suất pháp lớn nhất trong TH2 sinh ra trên tiết diện:

2 5

max

max

/ 25

, 9 9 , 5 62 , 3 10 58 , 22

3 , 13483942 17044

9 , 61699

mm N W

M W

M F

N

X

X Y

Vì Q nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất tiếp trên tiết diện Ta có:

td = max = 9,25 N/mm2 < [] : thỏa mãn điều kiện bền

 1.5 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH

1.5.1 Kiểm tra ổn định dầm chính :

* Ổn định cục bộ dưới tác dụng ứng suất pháp do momen uốn M gây ratại mặt cắt nguy hiểm :

Ứng suất pháp tới hạn sinh ra đối với dầm 2 thành :

) / ( 29 , 1335

) / ( 133529 10

520

22 7460 10

.

7460

2

2 4

2 4

2

0

mm N

cm kG H

29 , 1335 0





Vậy: dầm đủ ổn định dưới tác dụng momen uốn M

* Ổn định dưới tác dụng lực nén :

- Đặc trưng hình học của dầm tại mặt cắt nguy hiểm :

10

14970 1

38 , 1095577

mm N mm





Dầm đủ ổn định theo nén

1.5.2 Kiểm tra ổn định thanh 1 :

Momen sinh ra trên thanh là nhỏ nên ta có thể bỏ qua bước kiểm tra ổnđịnh cục bộ do momen uốn M gây ra

* Ổn định dưới tác dụng lực nén :

- Đặc trưng hình học của thanh :

J

25680

10 23 ,

Độ mảnh của thanh :

185 58

, 5

2070 5 , 0

5 , 869907

mm N mm





Thanh đủ ổn định theo nén

1.5.3 Kiểm tra ổn định thanh 2 :

* Ổn định dưới tác dụng lực kéo :

Ta có :

/ 6 , 62 17044

9 , 1060205

mm N mm





Vậy thanh 2 đủ ổn định theo kéo

1.5.4 Kiểm tra ổn định thanh 3 :

* Ổn định dưới tác dụng lực kéo :

Ta có :

/ 52 17044

85 , 886253

mm N mm





Vậy thanh 3 đủ ổn định theo kéo

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN

 2.1 VỊ TRÍ TẦM VỚI LỚN NHẤT.

TỔ HỢP a

1 Các thông số:

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần:

+ qcy = qc.cos = 700.cos 300 =606 KG/m

 Phản lực tại chốt liên kết cần và vòi:

RB = R2Bx R2By

 = 47120 KG

3 Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng RF

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần Ro’ , Ro’’

TỔ HỢP b

1 Trong mặt phẳng thẳng đứng:

Các lực tác dụng :

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần:

Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng RF

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần Ro’ , Ro’’

2 Trong mặt phẳng ngang:

Các lực tác dụng :

 tải trọng gió phân bố đều theo phương ngang:

c : hệ số khí động học , c = 1,4 ( bảng 1.7 [1] )

 : hệ số quá tải, tính theo phương pháp ứng suất cho phép  =1

 : hệ số động lực,  = 1

Fc : diện tích chắn gió của cần, Fc =30 m2

Pgc = 945 KG

qg =

c

c g

Các phản lực gối tựa:

Phản lực tại chốt chân cần

 2.2 VỊ TRÍ TẦM VỚI TRUNG BÌNH.

TỔ HỢP a

1 Các thông số:

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần:

+ qcy = qc.cos = 700.cos 500 =450 KG/m

 Phản lực tại chốt liên kết cần và vòi:

RB = R2Bx R2By

 = 104075 KG

3 Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng RF

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần Ro’ , Ro’’

TỔ HỢP b

1 Trong mặt phẳng thẳng đứng:

Các lực tác dụng :

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần:

F

4 Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng RF

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần Ro’ , Ro’’

 2.3 VỊ TRÍ TẦM VỚI NHỎ NHẤT.

TỔ HỢP a

1 Các thông số:

Lc = 23 m

2 Các lực tác dụng lên cần:

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần:

3 Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng RF

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần Ro’ , Ro’’

Ta tính đuợc nội lực của cần thông qua phần mềm tính toán SAP

TỔ HỢP b

1 Trong mặt phẳng thẳng đứng:

Các lực tác dụng :

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần:

+ q = q cos = 700.cos 800 =122 KG/m

 Phản lực tại chốt liên kết cần và vòi:

2 Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng RF

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần Ro’ , Ro’’

Ta tính được nội lực của cần thông qua phần mềm tính toán SAP

2.4 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN VÀ ỔN ĐỊNH CẦN

Để tiến hành kiểm tra bền cần ta thực hiện 3 mặt cắt :

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết cần và thanh kéo dối trọng ( mặt cắt cónội lực sinh ra lớn nhất )

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết cần và vòi

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết đuôi cần

Ta đặt các tấm lát liên tục trên tấm biên chịu nén cản trở sự xoay của tiếtdiện dầm nên có thể bỏ qua bước kiểm tra ổn định tổng thể của cần khi chịuxoắn

1 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết cần và thanh kéo dối trọng

* Kích thước hình học mặt cắt :

) ( 44000 22000

2

) ( 22000 10

2200

2

) ( 87600 43800

2

) ( 43800 1460

30 2

2 2

2 0

2 1

2

2 2

1

mm F

F F F

mm F

mm H

F F F

mm F

mm B

F F F

t b i t

t t

t t

b

b b

b b

- Xeùt 2 taàm bieân :

) ( 2500470000 12

30 1460 12

.

) ( 354375 12

30 1460 12

.

4 3

3 2 1

4 3

3 2

1

mm

B J

J

mm

B J

J

b y

y

b x

110 2200 2

0

0 0

) ( 10 232 , 1 18900 5 , 807 354375

4 9

2 2 0 2 0 2 0

1

4 10

2 2

2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y y

b x

2200 10 12

.

) ( 10 12 , 5 12

2200 10 12

.

4 5

3 0 3 4 3

4 9

3 3

0 4

3

mm

H J

J

mm

H J

J

t y y

t x

10 1460 2

0

0 0

) ( 10 82 , 13 24000 5 , 602 10

12 , 5

4 5

2 2 0 2 0 4 0

3

4 9

2 9

2 2 0 3 0 4 0

3

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y y

t x

x x

4 10

5 5

0 3

0 1

4 10

10 10

0 3

0 1

mm J

J J

mm J

J J

y y Y

x x X

) ( 10 414 , 6 815

10 228 ,

max

mm Y

10

max

mm X

2 1 2 2

1 2 1 2

2 2

.

2 )

.(

4

4

h b h

b h b

h b s

F J

1205

15 15 1615 1205 1

.

.

2 1

2 1 2 2

mm h

b

h b

7 max

max

/ 91 , 4 12 , 1 26 , 2 53 , 1 10 96 , 5

66809344 10

414 , 6

145079659 85800

131452

mm kG W

M W

M F

N

y Y x

c x Y QY

b J

S Q

15 1630 (

37800

H F H

Jx : Momen quán tính của tiết diện đối với trục x, Jx = 5,228.1010 ( mm4 )

bxc : chiều rộng tiết diện bị cắt

x = 2.t = 2.15 = 30 ( mm )

) / ( 25 , 2 30 10 228 , 5

10 6 , 80

10

6

mm kG



- Ứng suất tiếp do Qx gây ra

c y y

c y X QX

b J

S Q

24000 2

1260 37800 2

3 6

0

mm S

B F B F S

c y

t t

b c y

J Y : Momen quán tính của tiết diện đối với trục y : JY =5.1010

byc : chiều rộng tiết diện bị cắt

byc =2b = 2.15 = 30 ( mm )

) / ( 2 , 0 30

10 5

10 73 , 52 9 , 5404

10

6

mm kG b

J

S Q

c y y

c y X



- Ứng suất tiếp do momen xoắn gây ra

) / ( 03 , 0 10 1 , 2

10 kG mm J

2 2

2 2

max

/ 67 , 57 ) / ( 767 , 5

) 03 , 0 2 , 0 25 , 2 (

3 91 , 4 ) (

3

mm N mm

kG

Z QY QX td

td < [] : vậy tiết diện đủ bền

2 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết cần và vòi

- Tại vị trí đầu cần chủ yếu chịu nén và xoắn