Thiết kế cần trục tháp bánh lốp truyền động thủy lực sức nần Q=40 tấn,lấy mẫu ở cảng KHÁNH HỘI

- Kết cấu thép cần của cần trục tháp bánh lốp có kết cấu dạng dàn không gian và tiết diện ngang của dàn là hình tam giác.

9 1

- Trong mặt phẳng nâng hàng, cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết tựa: 1 điểm liên kếtvới bộ phận quay (tháp) qua khớp bản lề cố định ở đuôi cần, 1 điểm liên kết với xilanh thủy lựcthay đổi tầm với tương đương một liên kết thanh Phương của liên kết thanh có phương củaxilanh thủy lực

- Trong mặt phẳng ngang, đuôi cần được liên kết với tháp bởi 2 khớp bản lề cố định, còn đầucần thì tự do.Vì vậy trong mặt phẳng ngang, cần được coi là một thanh ngàm cứng có đầu cần

là tự do Do đó hình dáng bao cần có dạng hình thang, đầu cần có kích thước nhỏ nhất, đuôi cầntại 2 khớp liên kết với tháp có kích thước lớn nhất

- Xét điều kiện làm việc của cần ta nhận thấy rằng: cần được coi là bộ phận chịu lực chủ yếucủa cần trục Cần làm việc ở trạng thái chịu nén và uốn ngang phẳng trong 2 mặt phẳng

- Ở các thanh chịu nén của dàn ngoài việc đảm bảo sự phù hợp của kết cấu: cần dài, mảnh cònchú ý đến điều kiện ổn định của thanh để chống lại sự uốn dọc làm mất ổn định của thanh, dàn

sử dụng thép ống có nhiều ưu điểm đáp ứng điều kiện này

Để tính toán dàn đơn giản ta phải thừa nhận các giả thiết theo cơ kết cấu về dàn [5]:

+ Mắt của dàn phải nằm tại giao điểm của các trục thanh và là khớp lí tưởng, không ma sát + Tải trọng chỉ tác dụng tại các mắt của dàn

+ Trọng lượng các thanh trong dàn nhỏ không đáng kể so với tải trọng tác dụng nên khi tínhtoán bỏ qua trọng lượng các thanh trong dàn

=> Từ giả thiết trên ta có thể đi đến kết luận quan trọng :

Các thanh trong dàn chỉ chịu kéo hoặc nén nghĩa là nội lực các thanh trong dàn chỉ tồn tại lựcdọc mà không có mômen uốn và lực cắt

2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT:

Tên các thông số Kí Hiệu Thông số Đơn vị

- Chiều dài của cần : L = 30 (m)

- Chiều cao mặt cắt giữa cần:

L

30

1 20

1 10

1.2 Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép kết cấu thép của cần

Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép cần là thép CT3, có cơ tính:

-1 , 5 1( ) 30

30

1 20

1 Môđun đàn hồi E 2,1.106 KG/cm 2

1.3 Tải trọng và tổ hợp tải trọng:

1.3.1 Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:

- Khi máy trục làm việc thì nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu: tải trọng

cố định, tải trọng quán tính, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàng trên cáp

- Tổng hợp các tải trọng khác nhau tác dụng lên cần trục có thể chia ra 3 trường hợp:

+ Trường hợp tải trọng I :

Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng tiêu chuẩn ở trạng thái làm việc và ở những điềukiện sử dụng tiêu chuẩn Dùng để tính toán kết cấu kim loại theo độ bền và độ bền mỏi Khi tảitrọng thay đổi, trong đó có trọng lượng hàng thay đổi thì không tính theo trị số tải trọng cực đại

mà tính theo trị số tải trọng tương đương

+ Trường hợp tải trọng II :

Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc và ở điều kiệnnặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn Dùng để tính toán kết cấu kimloại theo độ bền và độ ổn định

+ Trường hợp tải trọng III :

Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc Các tảitrọng đó gồm có: trọng lượng bản thân cần trục và gió bão tác dụng lên cần trục ở trạng tháikhông làm việc Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo điều kiện độ bền, độ ổn định ởtrạng thái không làm việc

- Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên cần trục và chiathành các tổ hợp tải trọng sau :

+ Tổ hợp Ia, IIa : Tương ứng trạng thái cần trục làm việc, cần trục đứng yên chỉ có một cơ cấunâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách từ từ tính cho tổhợp Ia; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIa

+ Tổ hợp Ib, IIb : Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm cơ cấu khác hoạt động (quay, thayđổi tầm với, di chuyển…) tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổhợp Ib; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIb

-Lực căng cáp treo hàng Sh Sh Sh Sh

Lực quán tính tiếp tuyến và

li tâm khi khởi động và hãm

cơ cấu quay

0,5 tt qt

F

0,5 lt qt

F

tt qt

F

lt qt

+ Tổ hợp Ib, IIb : Cần trục đứng yên có mang hàng đồng thời cơ cấu quay hoạt động Tiến hànhkhởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp Ib; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu

+ Khi cần ở tầm với nhỏ nhất (Rmin): lực nén cần đạt trị số lớn nhất

+ Khi cần ở tầm với lớn nhất (Rmax): mômen gây uốn cần đạt trị số lớn nhất

+ Trạng thái bất lợi của nội lực có thể là khi cần ở tầm với trung gian (Rtb)

- Do đó ta tính nội lực trong cần ở cả 3 vị trí: tầm với nhỏ nhất Rmin, tầm với lớn nhất Rmax, tầmvới trung gian Rtb Căn cứ vào biểu đồ sức nâng của cần trục tháp bánh lốp, ta xác định được 3

vị trí tính toán như sau:

1.4.2 Sơ đồ tính toán:

-Sơ đồ tính cần được đưa về dạng sơ đồ một thanh có liên kết tựa như sau:

- Trong mặt phẳng nâng hàng:

Cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết:

+ Đuôi cần có liên kết gối bản lề cố định với bộ phận quay (tháp)

+ Một điểm liên kết với xilanh thủy lực thay đổi tầm với, tương đương một liên kết thanh.Phương của liên kết thanh có phương của xilanh thủy lực

+  : Góc nghiêng của cần so với phương ngang

+ Rmax: Tầm với lớn nhất của cần

+ Rtb : Tầm với trung bình của cần

+ Rmin : Tầm với nhỏ nhất của cần

7.5.3 Các tải trọng tính toán:

* Trọng lượng bản thân của cần: G c (kG)

- Trọng lượng cần Gc có:

+ Điểm đặt: trung điểm chiều dài của cần

+ Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z

1200025

.1

* Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng: Q(kG).

- Điểm đặt: tập trung tại điểm cố định của các ròng rọc trên cần

- Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z



Pi là áp lực gió tác dụng lên bề mặt chiều gió của cầnP i p0*n*c*  * 

Q0=15Kg/m2 cường độ gió ,suất động học ở độ cao 10m

N=1.8 hệ số điều chỉnh có tính đến áp lực gió theo chiều cao

Tải trọng gió tác dụng lên cần trục làW g P I *F i  22 5 * 52 92  1190 7

Tải trọng gó tác dụng lên cần trục trong mặt phẳng nâng hạ cần W  W g* sin 

 góc tạo bởi của cần theo phương ngang

Q h

S

.

+ m = 2 : Bội suất palăng.

+ P : Hiệu suất chung của palăng

.1

a

t a

Trong đó:

+ a = 1 : Bội suất của palăng

+ t = 4 : Số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội suất a

+  = 0,98 : Hiệu suất từng ròng rọc, được chọn theo điều kiện làm việc và loại ổ, chọnpuly có ổ lăn với điều kiện bôi trơn bình thường bằng mỡ, nhiệt độ môi trường bình thườngbảng (2-5) [7]

1 0,98 0,921

498,098,01

 ứng lực trong xi lanh thủy lực nâng cần Sc

 lực căng trong dây cáp nâng vật Sv

Sh

Qo Y

b

L1 A

RV RH

Gc H1

Lc

6

Trườ ng hợp tổ trọng IIb

Tải trọng ko di động gồm trọng lượng những phần riêng lẻ của kết cáu cần

Tải trọng tạm thời gồm trọng lượng vật Q và bộ phận mang hàng vật Gm

Q

S 

a bội số palăng chọn a=2

ip số palang đơn trong hệ thống

Lực này phân bố đều theo các mắt của dàn ngang cần

kG Lc

) (

7.5.4 Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng:

Vì dàn đối xứng nên ta tính toán cho một bên dàn, còn mặt kia thì tương tự

a) Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng:

- Trong mặt phẳng nâng hàng, cần chịu các tải trọng sau :

+ Trọng lượng hàng cùng thiết bị mang hàng: Q

+ Lực căng của nhánh cáp cuối cùng của palăng mang hàng: Sh

+ Trọng lượng bản thân cần: Gc

+tải trọng gió W g

+lực do nghiêng cáp treo hàng T=Qo*tag6 0

- Khi đặt các tải trọng tính toán lên cần trong mặt phẳng nâng hạ (mặt phẳng đứng) ta phải chiađôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của dàn Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàntrong mặt phẳng đứng ở các vị trí là:

Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân cu

Trong đó:

+ Gc = 12000 (kG): Trọng lượng bản thân của cần

+ n = 23 (mắt) : Số mắt của một bên dàn trong mặt phẳng nâng hàng

267 23 2

X

Sh

Qo Y

b

L1 A

RV RH

Gc H1 Lc

6

Hình 7.4: Sơ đồ xác định các phản lực tại các liên kết tựa.

Tính ứng lực xilanh thay đổi tầm với:

0 1

* 6 cos



b Sv H Wg Lc Gc L Qo T

N12

HA

RV q

với sơ dồ tính toán đã nêu

Giả thiết được sủ dụng khi tính toán dàn:

 Mắt của dàn phải nằm tại giao điểm của các trục thanh và đuoẹc xem là khớp lý tưởng(tức là có thể quay tự do không ma sát)

 Tải trọng chỉ tác dụng tại các mắt của dàn

 Trọng lượng bản thân của dàn không đáng kể so với tải trọng tác dụng lên dàn

Từ các giả thiết trên ta thấy các thanh trong dàn hỉ chịu lực kéo hoặc nén nghĩa là chỉ chịu lựcdoc trục chứ không chịu monen uốn

II.5.53 Xác định nội lực các thanh trong dàn cuả tổ hợp IIa:

Y =- N34.sin37o+ N32.sin45o – qc.sina = 0

X = -N31 + N36 + N34 sin53- N32 sin69o– qc.cosa = 0

-N63 N67

N68

N64 q

Y = N46COS49  N43COS20 N45  N24  qcosa 0

X = N46 sin 49  N43 sin 20  qsina  0

Y =  N64COS50  N67COS45  qSINa 0

X =  N63 N68_N67SIN45  N64SIN32  qCOSa 0

N87 q N86

N1315 N1312

q N1113 N1112 N1110

N119

N1213 N1214

N1211 q N1210

-q N1415 N1417 N1412

q

N1516 N1514

-N2021 N2022 N2019

q N1618 N1617

N1614

N1615

q N1820 N1819 N1817

N1816

q N1917 N1920

40 6

N2220

q N2224N2223 N2219

N224

34 40

q N2325 N2324

X =N2224 Cos6- N2220 Cos 45- N2219 – N2223Cos40-qCosa=0

Y =- N2220 Cos45 – N2224Sin6 -qSina - N2223Sin40- N2221 =0

6

N2120 N2123

q

84 24 q N2729 N2728 N2726

N2425

23 38

q N2527 N2526

N2729 N2829 q

Trong mặt phẳng nằm ngang trong trương hợp IIA:

Trong mặt phẳng nằm ngang ,cần chịu tác dụng của tải trọng gió Nên nội lực sinh ra trong cácthanh của cần trong trường hợp này không lớn hơn nọi lực sinh ra trong các trường hợp cònlại Do đó ta không cần xác định nọi lực trong trong trường hợp này:

B ng giá tr n i l c trong tr ng h p IIa: ảng giá trị nội lực trong trương hợp IIa: ị nội lực trong trương hợp IIa: ội lực trong trương hợp IIa: ực trong trương hợp IIa: ương hợp IIa: ợp IIa:

-N13 N12

HA RV

 ứng lực trong xi lanh thủy lực

 tải trọng gió phân bố tác dụng lên cần.

Bằng phương pháp tách mắt ,các góc độ giữa các thanh dựa theo máy mẫu :

- Tính toán nội lực trong từng thanh:

-Y = N23.sin37o– qc.sin37 = 0

-N63 N67N68

N64 q

 Mắt 4:

Y = N46COS49  N43COS20 N45  N24  qcosa 0

X = N46 sin 49  N43 sin 20  qsina  0

Y =  N64COS50  N67COS45  qSINa 0

X =  N63 N68_N67SIN45  N64SIN32  qCOSa 0

N76

q

N89 N810

N87 q N86

N1113 N1112

-N1213 N1214

N1211 q N1210

q

N1315 N1312

N1311

q N1415 N1417 N1412

N1516 N1514

N1513

q N1618 N1617 N1614

N1615

q N1820 N1819

-q N2021 N2022 N2019

N2018

N2122 84

6

N2120 N2123

q

q N1917 N1920N1922

40 6

N2220

q N2224N2223 N2219

N224

34 40 q N2325 N2324 N2322

X =N2224 Cos6- N2220 Cos 45- N2219 – N2223Cos40-qCosa=0

Y =- N2220 Cos45 – N2224Sin6 -qSina - N2223Sin40- N2221 =0

-84 24 q N2729 N2728

N2726

N2725

23 38

q N2527 N2526

N2627

12

N2729 N2829 q

- Nội lực trong mặt phẳng nâng hạ hang trường hợp IIB:

9

12000

kg g

5 , 1 2 60

.

s rad t

V t

Vị tríThơng số

* Tải trọng giĩ: P g (kG).

- Tải trọng giĩ

) ( g H

P   = Pgh + Pi (4-4) [10]

Trong đĩ:

+ Pg : Tồn bộ tải trọng giĩ tác dụng lên máy trục

+ FH : Diện tích chắn giĩ tính tốn của kết cấu và vật nâng

+ pg : Aùp lực của giĩ tác dụng lên kết cấu





q

p i  o (4-6) [10]

Trong đĩ:

+ qo : Cường độ giĩ ở độ cao 10m so với mặt đất

+ n : Hệ số hiệu chỉnh áp lực giĩ tính đến sự tăng áp lực theo chiều cao

+ kc : Hệ số độ kín của kết cấu (hệ số lọt giĩ)

+ Fb : Diện tích hình bao của kết cấu

- Tải trọng giĩ tác dụng lên cần trục:

Fi Pi

+ c = 1,4 : Hệ số khí động học của kết cấu Chọn theo bảng (1-7) [2]

+ = 1,4 : Hệ số kể tới tác dụng động của giĩ

+  = 1 : Hệ số vượt tải (tính theo phương pháp ứng suất cho phép)

+ n = 1.8 : Hệ số hiệu chỉnh áp lực giĩ tính đến sự tăng áp lực theo chiều cao.Chọn theo bảng (1-6) [2]

+ kc = 0,2 : Hệ số độ kín của kết cấu (hệ số lọt giĩ, bảng (4-3) [10].

+ Fb : Diện tích hình bao của cần

) (

45 m2

F b 

) ( 5 ,

Fc 



- Tải trọng giĩ tác dụng lên hàng:

Aùp lực của giĩ:





q

Trong đĩ:

+ qo = 15 (kG/m2) : Cường độ giĩ ở độ cao 10m so với mặt đất

+ c = 1,4 : Hệ số khí động học của kết cấu Chọn theo bảng (1-7) [2]

+ = 1,4 : Hệ số kể tới tác dụng động của giĩ

+  = 1 : Hệ số vượt tải (tính theo phương pháp ứng suất cho phép)

+ n =1.8 : Hệ số hiệu chỉnh áp lực giĩ tính đến sự tăng áp lực theo chiều cao.Chọn theo bảng (1-6) [2]

c) Xác định nội lực trong các thanh ở mặt phẳng nằm ngang:

Lấy mơmen một trong 2 gối đỡ:

22)

ng ng

ng

P

L W G

Bảng 7.6: Nội lực trong thanh ở mặt phẳng ngang (tổ hợp IIb).

7.7 Xác định nội lực lớn nhất trong các thanh của dàn:

7.7.1 Nội lực lớn nhất trong thanh xiên:

Dựa vào bảng nội lực trong các thanh xiên ta xác định được nội lực lớn nhất của thanh xiêntrong mặt phẳng nâng hạ hàng trường hợp IIa là N2627 = -3541569 kG tại vị trí Rmin ,ởmặt phẳng nâng hàng thuộc tổ hợp IIb là N2627=2110663 kG tại vị trí Rmin

Vậy nội lực lớn nhất là tổng của 2 trường hợp: N2627=5652232 kG

7.7.2 Nội lực lớn nhất trong thanh biên:`

- Tính nội lực trong thanh biên của dàn ở tổ hợp IIb bằng cách cộng đại số nội lực của thanhbiên trong mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nâng hàng:

+ Trong mặt phẳng thẳng đứng:

Thanh biên có nội lưc lớn nhất trong trường hợp IIa N2628 = -3877280 kG

Thanh biên có nội lưc lớn nhất trong trường hợp IIb N2729 = -3950598 kG

+ Trong mặt phẳng ngang:

+ Vậy cộng nội lực theo nguyên tắc

Ta có bảng tổng hợp nội lực của thanh biên trong tổ hợp IIb như sau:

+ Dựa vào bảng tổng hợp nội lực trên, thanh biên có nội lực lớn nhất là thanh số N2627 có lưc

N2627 = -5947265 kG ở vị trí tầm với Rmin

+ So sánh nội lực lớn nhất của thanh biên ở hai tổ hợp tải trọng:

Tổ hợp IIa: N2627 = -3877280 kG

Tổ hợp IIb: N2627 = -5947265 kG

Vậy nội lực lớn nhất trong thanh biên là: N2628 = -5947265 kG

7.7.3 Xác định giới hạn cho phép của vật liệu:

Kết cấu thép cần của cần trục được thiết kế tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép.Theo phương pháp ứng suất cho phép điều kiện an toàn về bền của kết cấu là phải đảm bảo ứngsuất do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra trong kết cấu không vượt quá trị số ứng suất cho phép Ứngsuất cho phép này lấy bằng ứng suất giới hạn của vật liệu o chia cho hệ số an toàn n

- Điều kiện giới hạn về độ bền khi tính theo phương pháp ứng suất cho phép:

mm N cm

kG n





7.8 Tính chọn tiết diện các thanh trong dàn:

7.8.1 Tính chọn tiết diện thanh xiên:

- Thanh xiên chịu tải lớn nhất trong cả hai trường hợp tải trọng trong mặt phẳng nâng hạ ở tổhợp IIa và có giá trị nội lực là

* Kiểm tra độ ổn định của thanh xiên:

- Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x và y:

Jx = Jy = 0,05.D4.(1 - 4) (bảng 4-1) [11]

Trong đó:

78 , 0 110

4610813

mm F

J r

1 2200

) / ( 1720 2000

86 , 0 ) / ( 1530 3694

mm kG mm





 Vậy thanh xiên thoả mãn điều kiện ổn định

*Kiểm tra bền của thanh xiên:

Ứng suất lớn nhất trong thanh là:

Vậy thanh xiên thỏa mãn điều kiện bền.

7.8.2 Tính chọn tiết diện thanh biên:

- Thanh biên chịu tải lớn nhất là thanh N2628 trong mặt phẳng nâng hạ ở tổ hợp IIb và có giátrị nội lực là N2628 = -5947265 kG Giá trị nội lực trong thanh chính là tổng nội lực các thanhtương ứng trong mặt phẳng nâng hạ và mặt phẳng ngang

- Tiết diện thanh biên được chọn sơ bộ theo điều kiện bền:

 

F N