Thiết kế kết cấu thép cần của cần trục tháp kiểu tháp quay

Trong những năm qua ngành xây dựng Việt Nam đã co những bước tiến mạnh mẽ . Tổng công ty xây dựng Việt Nam đã tập trung cho việc phát triển cơ sở hạ tầng là tối quan trọng với mục tiêu phấn đấu trở thành nước phát triển về công nghiệp , đồng thời cải tổ lại cơ cấu tổ chức hành chính , kỹ thuật cũng được quan tâm và thực hiện tốt .

LỜI NÓI ĐẦU  Trong những năm qua ngành xây dựng Việt Nam đã co những bước tiến mạnh mẽ . Tổng công ty xây dựng Việt Nam đã tập trung cho việc phát triển cơ sở hạ tầng là tối quan trọng với mục tiêu phấn đấu trở thành nước phát triển về công nghiệp , đồng thời cải tổ lại cơ cấu tổ chức hành chính , kỹ thuật cũng được quan tâm và thực hiện tốt . Mục đích lớn nhất trong công cuộc xây dựng nền kinh tế quốc dân,việc cơ giới hố là tối cần thiết vì nó có đủ khả năng giải phóng gần như hồn tồn sức lao động của nhân dân, nó là cứu cánh để hồn thiện các qui trình sản xuất,tăng năng suất lao động xã hội. Bên cạnh đó ngành xây dựng tăng cường hợp tác quan hệ, trao đổi với các nước công nghiệp phát triển khác trên thế giới để hồ nhập vào xu hướng phát triển chung của ngành xây dựng . Vì lẽ đó mà ngành máy trục hiện nay được sử dụng khá rộng rãi với nhiều loại khác nhau tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta thiết kế các loại máy chuyên dùng khác nhau để phục vụ cho những mục đích khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế trong công cuộc đổi mới trong việc phát triển xây dựng nền công nghiệp của nước nhà . Xuất phát từ những nhu cầu trên , đề tài này đi vào nghiên cứu về một loại máy trục sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng hiện nay đó là cần trục tháp xây dựng . Khi đi vào tính tốn thiết kế cần trục tháp không phải mặc nhiên mà tự thiết kế hồn tồn cho nên từ nhiều tài liệu tham khảo,các loại sách hướng dẫn thiết kế môn học.Nhưng vấn đề cần đưa ra ở đây là việc hữu ích và tầm quan trọng của cần trục tháp trong phục vụ sản xuất và xây dựng công nghiệp. Đây là bản thiết kế kết cấu thép cần của cần trục tháp kiểu tháp quay.Là một sinh viên ,với kiến thức còn hạn chế bản thiết kế này không thể tránh những thiếu sót . Em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để có thể hồn thiện hơn . Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô. Tp.HCM- ngày 30 tháng 5 năm 2008 Sinh viên thực hiện. HỒNG GIA ANH Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN TRỤC .1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ NÂNG HẠ PHỤC VỤ XÂY DỰNG 1.1.1 Giới thiệu chung: − Cần trục tháp là loại cần trục có một thân tháp thường cao từ 30 ÷ 50, hoặc cao hơn nữa (có thể đến 100 ÷ 120 m). Phía trên gần đỉnh tháp có gắn cần dài từ 12 ÷ 50 m đôi khi đến 70m, được kết nối bằng chốt bản lề. Một đầu cần còn lại được treo bằng cáp hoặc thanh kéo đi qua đỉnh tháp. Kết cấu chung của cần trục tháp chủ yếu gồm 2 phần: phần quay và phần không quay). Trên phần quay bố trí các cơ cấu công tác như: tời nâng vật, tời nâng cần, tời kéo xe con, cơ cấu quay, đối trọng, trang thiết bị điện và các thiết bị an tồn. − Phần không quay có thể được đặt cố định trên nền hoặc có khả năng di chuyển trên đường ray nhờ cơ cấu di chuyển. Tất cả các cơ cấu của cần trụ được điều khiển bởi cabin treo trên cao gần đỉnh tháp phổ biến là loại cabin được treo ở phần liên kết giữa cần tháp và cột tháp. − Do có chiều cao nâng và tầm với lớn, có không gian phục vụ nâng nhờ các chuyển động nâng hạ vật, thay đổi tầm với, quay tồn vòng và dịch chuyển tồn bộ máy mà cần trục tháp được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp hoặc dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng hóa, cấu kiện, vật liệu trên các kho bãi. − Tuy nhiên do kết cấu phức tạp, tháp cao và nặng, tốn kém nhiều chi phí trong quá trình tháo dỡ và lắp ráp, di chuyển, chuẩn bị mặt bằng nếu cần tháp được yêu cần chỉ sử dụng ở nơi có khối lượng xây lắp tương đối lớn và khi sử dụng cần trục tự hành là không đem lại hiệu quả kinh tế cao hoặc khả năng đáp ứng yêu cầu về công việc thấp. Do tính chất làm việc của cần trục tháp là luôn thay đổi địa điểm nên chúng thường được thiết kế sao cho dễ tháo dỡ, dựng lắp và vận chuyển hoặc có khả năng tự dựng và được di chuyển trên đường dưới dạng tổ hợp tồn máy. Điều này làm giảm đi được chi phí và thời gian dựng lắp cần trục. − Thông thường cần trục tháp được chế tạo có sức nâng từ 1 ÷ 12 (T) , cá biệt là có thể đến 75 (T), moment tải của cần trục đạt tới 350 t; m, tầm với từ 8 ÷ 50, chiều cao nâng đến 100 ÷ 120(m). do có chiều cao nâng là rất lớn nên tốc độ nâng sẽ bị hạn chế lại và nằm trong khoảng 0,32 ÷ 1m/s và có thể thay đổi tốc độc theo cấp hoặc vô cấp. − Tốc độ nâng hạ vật để điều chỉnh hàng thường là ≤ 8m/s, tốc độ quay của cần từ 0,3 ÷ 1v/pt, thời gian thay đổi tầm với từ 25 ÷ 100 (s), tốc độ di chuyển của xe con 0,2 ÷ 1m/s và di chuyển cần trục 0,2 ÷ 0,63m/s. Chương 2 :KẾT CẤU THÉP CẦN CỦA CẦN TRỤC THÁP 4.1. Giới thiệu: − Trong quá trình tính tốn, thiết kế cần trục tháp, kết cấu tháp là thành phần chịu lực lớn nhất chủ yếu khi thiết kế và cần phải đảm bảo các điều kiện sau:  Kết cấu đủ bền và ổn định.  Hình dáng phân bố hợp lý để giảm nhẹ trọng lượng cần trục. − Cụ thể ở cần trục tháp phục vụ trong các công trình xây dựng, khi thiết kế phải đảm bảo tính bền vững và an tồn. Do cần trục tháp phần lớn làm việc ở ngồi trời và chiều cao nâng rất lớn nên rất cần thiết phải tính tốn hình dáng kết cấu để giảm bớt trọng lượng, giảm moment mất cân bằng do trọng lượng cần giảm khoảng không chắn gió, tính ổn định cao khi hoạt động. Do vậy việc chọn kết cấu dàn là hợp lý. Để liên kết các thanh dàn sử dụng các thép định hình hàn lại với nhau, hàn trực tiếp, dùng bản mã và có thể dùng một số mối ghép đinh tán tại một số vị trí hợp lý. 4.2 . Tính tốn kết cấu tháp cần: − Chiều cao nâng của cần trục đang được thiết kế là H max = 53 (m) và sức nâng lớn nhất cần trục làm việc ở H max là Q max = 10 (T). − Dựa vào máy mẫu đã có kích thước và trọng lượng cần như sau:  Trọng lượng cần: G c = 75500 (N).  Các thông số kích thước cho dưới: 1600 40000 2100 1400 HÌNH 4.1 Xác định các tải trọng tính tốn và tổ hợp của chúng. 4.2.1. Sơ đồ tính: − Cần được liên kết với tháp bằng các liên kết bulong (có thể bằng khớp) cố định và đầu còn lại của cần được treo vào thanh giằng nối đỉnh tháp của cần trục. Như vậy việc tính tốn cần có thể đưa từ sơ đồ thật thành sơ đồ tính tốn. − Xem cần là một thanh đơn trùng với trục cần. − Xem các lực tác dụng đặt trực tiếp vào cần. − Khi tính tốn các tiết diện thanh thì nên dùng sơ đồ tính tốn lý thuyết. − Khi đó xem các thanh được biểu diễn như đường thẳng. Trục thanh và các lực xem như đặt trực tiếp vào trục thanh. − Trong mặt phẳng thẳng đứng, cần là một dầm consol tựa trên 2 gối:  Gối cố định: khớp bản lề ở đuôi cần.  Gối treo: liên kết với thanh giằng ở đầu cần. − Khi tính tốn cần trục tháp thường tính theo phương pháp trạng thái giới hạn về độ bền và tính ổn định của chúng, không tính đến độ bền mỏi bời vì cần trục tháp thường xuyên làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình. − Các thông số kỹ thuật:  Trọng lượng xe con gồm cả móc treo: 0,39 (T).  Trọng lượng cần : G c = 7,55 (T).  Trọng lượng hàng : Q = 10 (T).  Tốc độ quay của cần trục : 0,47 (v/ph).  Vận tốc di chuyển xe con : v x =31.5 (m/ph). 4.2.2. Lập bảng tổ hợp tải trọng : Các tải trọng tác dụng lên cần trục xác định đối với tất cả các trạng thái có thể diễn ra của cần trục như : trạng thái không làm việc kí hiệu IIIa ; trạng thái không làm việc đang tiến hành lắp ráp kí hiệu IIIb ; trạng thái làm việc kí hiệu II. STT Tải trọng tác dụng II III a b c d a b 1 Trọng lượng bản thân các bộ phận G 1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.5G 2 Trọng lượng hàng và thiết bị mang hàng có kể đến hệ số động ϕ ψQ ψQ ψQ ψQ - - 3 Tải trọng quán tính khi cơ cấu làm việc :  Lực quán tính cơ cấu nâng  Quay có hàng + - + + + - - + - - - - 4 Lực ngang do nghiêng cần trục :  Trong mp treo hàng  Vuông góc mp treo hàng - + - - + - + - + - - - 5 Aùp lực gió nPgII - nPgII nPgII nPgIII P gIII 6 Tải trọng lắp ráp và vận chuyển - - - - - + Chú thích: 1. Các tổ hợp tải trọng qui ước dùng cho các bộ phận của kết cấu thép như sau:IIa,IIb,IIc,cho thanh biên của cần cột,tháp bệ quay:IIc chocác thanh bụng của cần ; IId cho các thanh bụng của tháp 2. Dấu + chỉ tải trọng có để ý đến ; dấu – chỉ tải trọng không để ý đến. 3. Chiều của áp lực gió lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra do cần trục bị nghiêng. 4.2.3. Tính tốn các tải trọng: − Trọng lượng cần (phần quay) khi tính tới hệ số động: G = K t . G c = 1,1 . 7550 = 8305 (Kg). Với : K t = 1,1 : hệ số động (hệ số điều chỉnh các hiện tượng va đập khi di chuyển, nâng, quay máy trục. − Trọng lượng hàng khi kể đến hệ số động ϕ. Q = ψ. Q H = 1,1 . Q H (Kg). ψ = 1,1 : hệ số động phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy trục ( chế độ làm việc trung bình). Q H : Trọng lượng hàng. − Trọng lượng xe tời (gồm cả móc treo) khi kể đến hệ số K t . G = K t . G x = 1,1 . 390 = 429 (Kg). K t = 1,1 : hệ số động. − Lực quán tính khi quay cần theo phương tiếp tuyến: P tt qt = m c . ω 2 . R i Trong đó: m c = 7550 (kg) : khối lượng cần. R i : bán kính phần quay (m). ω : vận tốc góc khi quay cần. ω = (m/s) 0,0492 30 0,47 . 14,3 30 n . q == π  P tt qt = (kg) 0,005.R 3600 .R27550.0,049 i i 2 = − Lập bảng: Vị trí Thông số R max = 40m R = 24m R min = 8.5m P tt qt (kg) 0,2 0,12 0,0425 P tt qt max (kg) 0.4 0,24 0,085 − Lực quán tính li tâm: P lt qt = t R m ic ω t = 2 (s) : thời gian hãm cơ cấu.  P tt qt = 360.2 2.R7550.0,049 i = 0.52.R i . Lập bảng cho các thông số: Vị trí Thông số R max = 40m R = 24m R min = 8.5m P lt qt (kg) 20.8 12.48 4.42 P lt qt max (kg) 41.6 24.96 8.84 − Lực quán tính khi thay đổi tầm với bằng xe con (khi cần trục đứng yên có lực nằm ngồi đặt tại tâm cần). P x qt = v . t Q G x + Với: Q : Trọng lượng của hàng (kg). t = 2 (s) : thời gian phanh hãm cơ cấu. G x = 390 (kg) : trọng lượng xe con, v x = 31.5 (m/ph) : vận tốc di chuyển xe con.  P qt = .30 60.2 Q 390 + (kg). Lập bảng: Vị trí Thông số R max = 40m R = 24m R min = 8.5m Q (kg) 5500 10000 10000 P x qt (kg) 1472.5 2597.5 2597.5 P x qt max (kg) 2945 5195 5195 − Lực ngang do cáp lắp động: T = k t . Q. tgα Với: α = 5 o : góc nghiêng của cáp. k t = 1,1 : hệ số động (hệ số điều chỉnh) Q (kg) : trọng lượng hàng mang  T = 0,1Q (kg) Lập bảng các thông số và giá trị của T. Vị trí Thông số R max = 40m R = 24m R min = 8.5m Q (kg) 5500 10000 10000 T (kg) 550 1000 1000 − Xác định áp lực gió: − w 1 = w h . F c . k (CT 1.16 sách tính tốn máy nâng chuyển) Với: w h = q o . n. c. η. β (CT – 1.11 sách tính tốn máy nâng chuyển) w h : tải trọng gió phân bổ đều q o = 15kg/m 2 : áp suất động của gió. n = 2 : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất (Tra bảng 1.6 sách tính tốn máy nâng chuyển). c = 1,4 : hệ số khí động học (Bảng 1.7 sách tính tốn máy nâng chuyển). η = 1 : hệ số quá tải. β = 1 hệ số động lực.  w h = 15. 2. 1. 1,4. 1 = 42 (kg/m 2 ) F c : diện tích bao của cần. F c = F cn + F cd F cn : diện tích bao của cần trong mặt phẳng nằm ngang. F cd : diện tích bao của cần trong mặt phẳng thẳng đứng. F cn = 40 x 1,4 = 56 m 2 . F cd = 40 x 1,6 = 64 m 2 .  w 1 = (64 + 56). 0,3. 42 = 1512 (kg)  Tác dụng lên hàng: w 2 = w h . F h Với: w h = 42 (kg/m 2 ) F h : diện tích bao của hàng. Tra bảng 4.2 của sách KKKLMT với sức nâng định mức: Q đm = 10 (T) cho F h = 10 (m 2 ).  w 2 = 42 . 10 = 420 (kg) − Lực quán tính do cơ cấu nâng gây ra: P n qt max = ψ π . Q Với : ψ π = 1,1 : hệ số động (hệ số điều chỉnh)  P n qt max = 1,1 Q. Lập bảng: Vị trí Thông số R max = 40m R = 24m R min = 8.5m Q (kg) 5500 10000 10000 P n qt max (kg) 6050 11000 11000 4.3. Tính tốn lực tác dụng lên cần: 30000 4.3.1. Tính cần theo tổ hợp IIa: − Theo tổ hợp tải trọng IIa, cần chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng và ngang, do đó làm việc theo trạng thái chịu nén có uốn và có sự biến dạng khi chịu lực. Mặt cắt ngang của cần thường không lớn và thay đổi theo chiều dài của cần và trong mặt phẳng nằm ngang chỉ có tải trọng phân bố đều trên cần có giá trị rất nhỏ. − Trong mặt phẳng nâng hàng gồm có các lực:  Lực quán tính nằm ngang do dao động của cần trục Pq’  Lực quán tính thẳng đứng do các phần dao động của cần trục và do hàng cùng móc treo hàng :Pq & Pq’’  Trọng lượng hàng mang và xe con  Trọng lượng bản thân cần 0 .30Y- Gc.20Gx).R(Q Pqt.R B =+++ − PT cân bằng lực: MA = Pqt’’.R + Pqt.40 +(Q +Gx).R + Gc.20 -Sk .30=0 Y= Pqt + Pqt’’ + Gc + Q + Gx – Sk.sin 20 – YA X = Pqt’ – XA – Sk .cos 20 = 0 Trong đó: Gx :Trọng lượng xe con Q : Trọng lượng hàng mang. G c : Khối lượng cần. P qt ’:lực quán tính ngang do các phần dao động của cần trục Pqt’’ & P qt : lực quán tính thẳng đứng do phần dao động của cần và do hàng cùng móc treo hàng . [...]... thời trên mỗi thiết kế các kết cấu kim loại và các cơ cấu phải thiết kế như thế nào nhằm đảm bảo mức độ an tồn và các yêu cầu về tuổi thọ đối với loại cần trục tháp này để sử dụng cần trục tháp một cách hiệu quả nhất đó chính là yêu cầu của người thiết kế Do vậy khi thiết kế cần trục này tôi đã đưa ra được những ý kiến như sau: + Tổ chức và nhiệm vụ của những người sử dụng cần trục: Nhiệm vụ của nguời... N4243 (kg) 56.2 56.2 56.2 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN MẶT CẮT THANH 1.PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN: Tính tốn và thiết kế kết cấu thép của cần trục tháp tiến hành theo phương pháp trạng thái giới hạn hiện nay người ta ít sử dụng phương pháp tính theo ứng suất cho phép Khả năng chịu đựng của kết cấu thép được kiểm tra: σ < R = Rh k m (6.12 KCKLMT) Ở đây : Rh : Sức bền dịnh mức hay giới hạn chảy của vật liệu m : Hệ số... hoạt động của cần trục tháp lớn, đem lại hiệu quả công việc cao và trên hết đó là khả năng nâng vật đến chiều cao là lớn nhất mà các loại cần trục khác không thể thực hiện được Đối tượng phục vụ của các loại cần trục tháp là không giống nhau, chính vì vậy để thống nhất giữa người thiết kế và người sử dụng máy ở đây là mức độ sử dụng máy theo thời gian và mức độ chất tải của mỗi loại cần trục Đồng thời... hóc m2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự biến dạng các cấu kiện thành mỏng (do uốn nén ) m3 : Hệ số điều kiện lắp ráp ,xét đến ứng suất phụ trong tháo lắp 2.TÍNH CHO CÁC THANH BIÊN CẦN: -Nhận xét : khi tính tốn thiết kế kết cấu thép của cần ta tính theo tổ hợp IIa Bên cạnh đó, nội lực trong các thanh biên của dàn ngang nhỏ hơn dàn đứng.Do đó ,ta tính tốn thanh biên của cần theo tổ hợp IIa tác dụng lên... (kg) 21645.5 14828.8 26287.1 24470.5 18216 27408.1 Thông số Tính cần theo tổ hợp IIc: − Khi tính tốn kết cấu thép của cần theo tổ hợp tải trọng IIc, cần chịu tác dụng của các lực nằm trong mặt phẳng ngang, bao gồm:  Thị trường gió tác dụng lên cần : Pqc (kg)  Thị trường gió tác dụng lên hàng : Pqh (kg)  Lực quán tính tiếp tuyến khi quay cần có treo hàng : Pqt  Lực ngang do cáp lắc động : T (kg) HÌNH... để dịch chuển vât trong mặt phẳng ngang nhu chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang (nâng hạ cần ) Bằng sự phối hợp các chuyển động của máy, máy có thể dịch chuyểnvật đến bất kỳ vị trí nào trong không gian làm việc của nó Với tất cả các ưu điểm đưa ra trên thì cần trục tháp là một trong những loại cần trục có tính năng ưu việt nhất được áp dụng rộng rãi trong... trì cần trục tháp đã được trình bày rất chi tiết mà mỗi người đều có những nhiệm vụ riêng biệt, nhưng vẫn đảm bảo được sự liên kết thống nhất trong các thao tác sử dụng máy Các thiết bị chuyên dụng đi kèm: trong quá trình sửa chữa, lắp ráp và bảo dưỡng lớn, do cần trục tháp có kích thước lớn nên không thể sử dụng bằng tay chân mà phải sử dụng các loại máy móc phụ để tiến hành công việc như : cần trục. .. Trong thực tế đối với kết cấu dàn người ta có thể dùng nhiều kiểu mối ghép khác nhau(bằng bulông, bằng hàn, đinh tán .) Nhưng loại kết cấu mối hàn rất được dùng phổ biến vì các ưu điểm của nó về tính thẩm mỹ, tính kinh tế, đồng thời cũng chịu lực không kém so với bulông và các loại mối ghép khác - Chọn phương pháp hàn tự động, có trợ dung ,que hàn kiểu ∋ 42 , chiều dày tính tốn của mối hàn σh = η.hh... Dựa vào bảng các đặc trưng của mặt cắt ngang thép ống ta chọn được loại thép có kí hiệu: 09r2C F= 42 cm 2 , đ/k ngồi D = 10 cm, chiều dày W = 0.5 cm 3.TÍNH CHO CÁC THANH BỤNG CỦA CẦN: -Tính cho các thanh bụng của cần thì tính theo tổ hợp IIc và dựa vào bảng nội lực các thanh của dàn đứng Căn cứ vào đó ta thấy : nội lực lớn nhất trong các thanh bụng của cần bằng : (kg) => Sức bền tính tốn : Rh = 3807.0,8... biên Chương 3: KẾT LUẬN Cần trục là một loại máy công tác thuộc hệthống máy nâng chuyển dùng để thay đổi vị trí đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo hoặc các thiết bị mang vật gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện … Cần trục chủ yếu phục vụ việc vận chuyển các vật thể khối, có chế độ làm việc ngắn hạn lặp đi lặp lại và có thời gian dừng, chuyển động chính của chúng là nâng . Chương 2 :K T C U TH P C N C A C N TR C TH P 4.1. Giới thi u: − Trong quá tr nh t nh t n, thi t k c n tr c th p, k t c u th p là th nh ph n ch u l c. c n c n lại đư c treo bằng c p ho c thanh k o đi qua đỉnh th p. K t c u chung c a c n tr c th p chủ y u gồm 2 ph n: ph n quay và ph n không quay) . Tr n phần