THIẾT KÊ KẾT CẤU THÉP CỦA MÁY TRỤC

Trong các máy trục kết cấu kim loại chiếm một phần kim loại rất lớn. Khối lượng kim loại dùng cho kết cấu kim loại chiếm 60%80% khối lượng kim loại tồn bộ máy trục, có khi còn hơn nữa.

SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP 1. LỜI MỞ ĐẦU: Trong các máy trục kết cấu kim loại chiếm một phần kim loại rất lớn. Khối lượng kim loại dùng cho kết cấu kim loại chiếm 60%480% khối lượng kim loại tồn bộ máy trục, có khi còn hơn nữa. Vì thế việc chọn kim loại thích hợp cho kết cấu kim loại để sử dụng một cách kinh tế nhất là rất quan trọng. Kết cấu kim loại của máy trục gồm các thép tấm và thép góc nối với nhau bằng hàn hay đinh tán. Vì mối ghép hàn gia công nhanh và rẻ nên được dùng rộng rãi hơn. Các loại thép góc và thép tấm dùng cho kết cấu kim loại máy trục có thể được chế tạo bằng thép cácbon, thép kết cấu hợp kim thấp hay hay bằng hợp kim nhôm. 2. VẬT LIỆU: Kết cấu dàn của cần trục bánh lốp sức nâng 100T do Liên Xô cũ chế tạo được làm từ thép cácbon trung bình, loại thép CT3 có các cơ tính cơ bản sau: _ Môđun đàn hồi: E = 2,1.10 6 KG/cm 2 . _ Môđun đàn hồi trượt: G = 0,84.10 6 KG/cm 2 . _ Giới hạn chảy: σ ch = (240042800) KG/cm 2 . _ Giới hạn bền: σ b = (380044700) KG/cm 2 . _ Độ giãn dài khi đứt: ε = 21%. _ Khối lượng riêng: γ = 7,83 T/m 3 . _ Độ dai va đập: a k = 70 J/cm 2 . Trang 1 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 3. HÌNH THỨC KẾT CẤU: Cần trục bánh lốp là loại cần trục quay thay đổi tầm với bằng cách nâng hạ cần. Cần là một dàn có trục thẳng với tiết diện thay đổi theo chiều dài cần. Phần dưới của cần đặt trên bản lề cố định trên phần quay của kết cấu kim loại, đầu trên nối với palăng thay đổi tầm với. Vì thế cần được xem như một thanh đặt trên hai bản lề. Hình:5.1 Các cần thẳng dùng trong trường hợp khi dây cáp dùng để nâng hạ cần nối ở đầu cần. Các cần này có ưu điểm là nhẹ hơn và kết cấu đơn giản hơn. Tuy nhiên nó không cho phép nâng vật nặng lên cao ở tầm với nhỏ nhất như là cần có trục gãy. Đối với các cần trục có trọng tải lớn cần được chế tạo kiểu dàn với tiết diện ngang tứ giác. Thanh biên của các tứ giác đó được làm bằng thép góc. Để giảm nhẹ trọng lượng, các cần được chế tạo theo kiểu dàn có độ cứng thay đổi. Các thông số cơ bản của kết cấu thép cần: _ Chiều dài cần: l = 15m. _ Chiều cao tiết diện cần ở giữa chiều dài chọn phụ thuộc vào chiều dài cần l và thường lấy trong khoảng: mlh 937,025,1) 16 1 12 1 ( ÷=×÷= ta chọn h=1m _ Chiều rộng tiết diện cần ở giữa chiều dài lấy trong khoảng: Trang 2 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN b = (141,5)h = 1- 1,5 m . (Chọn b = 1h). _ Khoảng cách giữa hai điểm tựa ở đầu dưới cần lấy trong khoảng: lb o ×       ÷= 15 1 10 1 Chọn .5,115 10 1 mb o =×=  Chọn loại tiết diện dàn: Chọn tiết diện thanh căn cứ vào điều kiện bền và ổn định của các thanh: _ Ở các thanh chịu kéo thì hình dạng tiết diện không ảnh hưởng đến độ bền của chúng, hình dạng tiết diện đó chọn theo kết cấu thực tế đảm bảo cho sự liên kết của các thanh chịu kéo này với các cấu kiện khác của dàn theo nguyên tắc đã được tiêu chuẩn hóa về hình dạng được sử dụng trong dàn. Ở các thanh chịu nén của dàn, ngồi việc bảo đảm sự phù hợp về kết cấu theo chỉ định thiết kế thì hình dạng của tiết diện còn phải chú ý đến điều kiện ổn định của thanh để chống sự uốn dọc làm mất ổn định của thanh. _ Cần cơ bản của cần trục bánh lốp truyền động Diesel – điện sức nâng100T gồm ba đoạn ghép với nhau, mỗi đoạn dài 5m: giao điểm của các thanh trong dàn gọi là mắt. Khoảng cách giữa các mắt thuộc cùng một đường biên gọi là đốt. Thanh tạo thành chu vi phía trên gọi là thanh biên trên, ở phía dưới gọi là thanh biên dưới. Ngồi ra còn có các thanh giằng chéo. 4. CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG: Khi máy trục làm việc nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu: tải trọng cố định, tải trọng không di động, tải trọng quán tính theo phương thẳng đứng hay nằm ngang, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàng trên cáp,…. Máy trục không làm việc nhưng chịu tác dụng của các tải trọng phát sinh lớn nhất ví dụ: trọng lượng bản thân, trọng lượng gió (bão), trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo độ, bền độ ổn định. Bảng tổ hợp tải trọng. Đối với từng loại cần trục, căn cứ vào điều kiện khai thác của cần trục và các tải trọng tác dụng lên nó mà ta có bảng tổng hợp tải trọng sau : Trang 3 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên máy trục và chia ra thành các tổ hợp tải trọng sau: tải trọng tính theo độ bền mỏi: [ ] I rk n σ σ = tính theo độ bền và độ ổn định: [ ] II c n σ σ = I a I b II a II b III trọng lượng bản thân của cần G c đ k' G c G c đ k G c G c trọng lượng hàng (Q h ) và thiết bị mang hàng(G m ) Q tđ đ k' Q tđ Q đ k Q Q hệ số động ψ I ψ II ψ góc nghiêng của cáp treo hàng I β II β lực căng cáp treo hàng S h S h S h S h lực quán tính 0,5 qt F qt F tải trọng gió II g P II g P III g P _ Tổ hợp Ia, IIa: tương ứng với trạng thái cần trục làm việc, cần trục đứng yên chỉ có một cơ cấu nâng làm việc, tính tốn khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng, khởi động một cách từ từ tính cho Ia; khởi động (hãm) một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIa. Trang 4 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN _ Tổ hợp Ib, IIb: máy trục di chuyển có mang hàng đồng thời lại có thêm một cơ cấu khác đang hoạt động (di chuyển xe con, di chuyển xe tời, quay, thay đổi tầm với), tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp Ib; độ ngột IIb.  Đối với tải trọng III a khi cần trục không làm việc chịu tác dụng của tải trọng là trọng lượng bản thân và tải trọng gió. Tuy rằng gió tác dụng ở cấp cao nhưng vẫn chịu lực nhỏ hơn khi cần trục làm việc nên trong trường hợp này ta không cần xét đến.  Đối với trường hợp tải trọng I a I b thì cần trục làm việc bình thường và chịu tải trọng tác dụng nhỏ hơn đối với trường hợp tải trọng II a II b vì trường hợp tải trọng này chịu tải đột ngột khi bắt đầu nâng hoặc hãm đột cơ cấu nâng hoặc cơ cấu quay nên trường hợp tải trọng này ta không cần tính đến.  Đối với trường hợp tải trọng Iia thì chịu lực nhỏ hơn trường hợp tải trọng Iib nên ta không cần tính đến.  Đối với tải trọng II b ta xét trong cả2 mặt phẳng ngang và mặt phẳng nâng hạ. 5. TẢI TRỌNG TÍNH: Sức nâng T Tầm với R(m) Chiều cao nâng H(m) Có chân chống Không có chân chống 100 63 31 12 45 29 17,5 8,5 4,7 6,5 9 14 12,3 11,8 10,7 6 Khi tính kết cấu kim loại cần của cần trục cần biết tất cả các loại tải trọng tác dụng lên nó như: tải trọng không di động, tải trọng tạm thời, lực quán tính, tải trọng gió, đồng thời lực trong dây cáp treo vật và dây cáp treo cần. _ Tải trọng không di động gồm những phần riêng lẻ của kết cấu kim loại cần. Vì đây là loại cần lớn tải trọng do trọng lượng bản thân cần được xem như phân bố dọc theo chiều dài của cần, theo công thức (8.48) [5]: G 1 = q 1 3l Trang 5 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN Hình:5.2 Trong đó:  G 1 : trọng lượng cần.  l: chiều dài cần (l = 15m).  q 1 : tải trọng phân bố, theo công thức 5.4 [5]: q 1 = k 1 3q + q: tải trọng không di động phân bố dọc theo chiều dài của kết cấu. + k 1 : hệ số điều chỉnh kể đến các hiện tượng va đập khi di chuyển máy trục. Vì vận tốc di chuyển của máy v < 60 m/ph nên lấy k 1 = 1. ⇒ G 1 = q 1 3l Lấy trọng lượng bản thân cần G 1 = 6T=60000N mN l G q /4000 15 60000 1 1 ====⇒ Trang 6 R H S c S h A q 1 P t = Q + G 3 G 1 R V B R ng R ng D R N W gi q gi q ng G ng W h P ng C SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN _ Tải trọng tạm thời gồm trọng lượng vật nâng Q và bộ phận mang vật G 3 , theo công thức (8.49) [5]: P = Q +G 3 . Tải trọng này đặt ở điểm nối của các puli (ròng rọc) đầu cần. Khi nâng và hạ sinh ra các tải trọng quán tính, vì thế tải trọng tạm thời được xác định theo công thức (8.50) [5]: P t = k 2 3(Q + G 3 ) Trong đó:  k 2 : hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy trục. Vì máy trục làm việc ở chế độ làm việc trung bình ⇒ k 2 = 1,2.  Q: trọng lượng vật nâng.  G 3 : trọng lượng bộ phận mang vật (chọn G 3 = 2,45T). Ở tầm với lớn nhất R max = 14m tương ứng sức nâng Q = 12T: ⇒ P t = 1,23(120000 +24500) = = 173400N. Ở tầm với lớn trung bình R tb = 9m tương ứng sức nâng Q = 31T: ⇒ P t = 1,23(310000 +24500) = 401400N. Ở tầm với nhỏ nhất R max = 4,7m tương ứng sức nâng Q = 100T: ⇒ P t = 1,23(1000000 +24500) = 1229400N. _ Lực quán tính ngang do trọng lượng của kết cấu xuất hiện khi mở máy hay khi phanh cơ cấu quay. Các lực này lấy bằng 0,1 của các tải trọng thẳng đứng (không kể đến hệ số k 1 ), công thức (8.53) [5]: G ng = 0,13G 1 = 0,1360000 = 6000N. Vì đây là loại cần lớn nên lực quán tính ngang phân bố dọc theo chiều dài cần hay là đặt vào các mắt của dàn ngang: mN l G q ng ng /400 15 6000 === _ Lực quán tính ngang do trọng lượng của vật nâng và bộ phận mang vật cũng xuất hiện khi mở máy hay khi phanh cơ cấu quay. Lực này bằng 0,1 trọng lượng của vật nâng và bộ phận mang vật và đặt ở điểm nối các ròng rọc đầu cần theo công thức (8.54) [5]: P ng = 0,1(Q + G 3 ) Ở tầm với lớn nhất R max : P ng = 0,13(120000 + 24500) = 14450N. Ở tầm với trung bình R tb :P ng = 0,13(310000 +24500) = 33450N. Ở tầm với nhỏ nhất R min :P ng = 0,13(1000000 +24500) = 102450N. Trang 7 1m SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN _ Tải trọng gió ở trạng thái làm việc và không làm việc đặt phân bố đều ở các mắt của dàn ngang. Tải trọng gió phân bố đều ω trên mặt I của dàn, theo công thức (1.11) [1]: ω = q o 3n3c3K H 3β Trong đó:  q o : áp lực động của gió ở độ cao 10m so với mặt đất, đối với: 5,16 2 v q = + Trạng thái làm việc: q o = 15 KG/m 2 . + Trạng thái không làm việc: q o = 70 KG/m 2 .  n: hệ số điều chỉnh tăng áp lực phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất, tra bảng 1.6 [1] chọn n = 1.  c: hệ số khí động học, tra bảng 4.6/91 tacó c = (0,35:2,4) ta chọn c = 1,4.  K H : hệ số quá tải (tính theo phương pháp ứng suất cho phép K H = 1).  β: hệ số động lực, do đặc tính mạch động của áp suất động của gió. Khi tính những chi tiết máy trục theo độ bền chắc: β = (1,1 ; 2,05)ta chọn β = 1,5 Vậy: + Ởû trạng thái làm việc: ϖ = 153131,43131,5 = 31,5 KG/m 2 . + Ở trạng thái không làm việc: ϖ = 703131,43131,5 = 147 KG/m 2 . • Tồn bộ tải trọng gió tác dụng lên cần, công thức (1.12) [1]: W c = ϖ3F c  F c : diện tích chắn gió của cần. F c = F o 3k + F o : diện tích trong đường viền. 15m Trang 8 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 2 10151 2 5 1 2 5 mF o =×+×+×= + k: hệ số kín, đối với dàn chọn k = 0,4 (theo bảng 4.3/ 90) ⇒ F c = 1030,4 = 4m 2 . Do đó tồn bộ tải trọng gió tác dụng lên cần: + Ở trạng thái làm việc: W c = 31,534 = 126 KG =1260N + Ở trạng thái không làm việc: W c = 14734 = 588 KG =5880N Tải trọng gió phân bố đều trên mặt I của cần : + Ở trạng thái làm việc: mN Wc W g /84 15 1260 15 === + Ở trạng thái không làm việc: mN Wc Wg /392 15 5880 15 === • Tải trọng gió tác dụng lên hàng, theo công thức (1.16) [1]: W h = ω h 3F h Trong đó:  ϖ h : tải trọng gió phân bố đều trên hàng bằng tải trọng gió tác dụng cần ở trạng thái làm việc.  F h : diện tích mặt chịu gió của hàng, theo bảng 1.8 [1]: R max : Q = 12T ⇒ F h = 10m 2 ⇒ W h = 31,5310 = 315 KG = 3150 N. R tb : Q = 31T ⇒ F h = 20m 2 ⇒ W h = 31,5320 = 630 KG = 6300 N. R min : Q = 100T ⇒ F h = 36m 2 ⇒ W h = 31,5336 = 1134 KG = 11340 N. _ Lực căng trong dây cáp nâng hàng xác định theo công thức (8.55) [5]: P t h a P S η × = Trong đó:  P t : tải trọng tạm thời tính. Trang 9 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN  a: bội suất palăng (a = 5).  η p : hiệu suất palăng công thức (2.3) [1]: h a h p a η η η − − ×= 1 1 1 + η h : hiệu suất của những puli chuyển hướng. Tra bảng 2.2 [1] chọn η h = 0,98 912,098,0 98,01 98,01 5 1 2 5 =× − − ×=⇒ p η Vậy: Lực căng trong dây cáp nâng hàng: + Ở tầm với lớn nhất: P t = 173400N ⇒ NS h 3,38026 912,05 173400 = × = + Ở tầm với trung bình: P t = 401400N ⇒ NS h 3,88026 912,05 401400 = × = + Ở tầm với nhỏ nhất: P t = 1229400N ⇒ NS h 3,269605 912,05 1229400 = × = Lực trong dây cáp nâng hàng đặt theo phương dây cáp nâng hàng ở các ròng rọc đầu cần và ròng dẫn hướng. _ Lực trong dây cáp treo cần xác định theo điều kiện cân bằng cần và đặt ở điểm nối palăng hay puli treo cần: hình:5.3 + Trong mặt phẳng nâng cần: Tầm với lớn nhất: R max = 14m : sức nâng Q = 12T và chiều cao nâng H = 6m:  Góc nghiêng của cần nhỏ nhất: Trang 10  h h G 1 R H R V A R h c Y S h  P t S c X B δ γ [...]... = 125590N 6 PHƯƠNG PHÁP TÍNH: Kết cấu cần của cần trục được thiết kế tính tốn theo phương pháp ứng suất cho phép Trong đó ứng suất phát sinh trong kết cấu dưới tác dụng của tải trọng không được vượt quá trị số ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo σ max ≤ [σ ] Trong đó : σmax: ứng suất lớn nhất trong kết cấu kim loại do tác dụng của tải trọng  [σ]: ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo Đối với vật... hạn chảy của vật liệu σch = 2400 ÷2800) kg/cm2 + n : hệ số an tồn (n = 1,4÷1,6) ⇒ [σ] =(1600÷1800) kg/cm2 ⇒ [σ] = (160÷180) N/mm2 _ Ứng suất cắt cho phép : [τ] = 0,6[σ] = (96÷108) N/mm2 Trang 13 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN TKMH: KẾT CẤU THÉP Hiện nay người ta đề ra phương pháp tính mới cách đánh giá mới về độ bền kết cấu kim loại máy trục, có xét đến sự làm việc thực tế của vật... NGUYỄN DANH CHẤN TKMH: KẾT CẤU THÉP ϕ MIN = 25 0  Góc nghiêng của cáp nâng cần so với phương ngang: δ min = 130  Góc nghiêng của cáp nâng hàng so với phương ngang: γ min = 8 0 Tầm với trung bình: Rtb = 9m : sức nâng Q = 31T và chiều cao nâng H=10,7m:  Góc nghiêng của cần trung bình: ϕ tb = 45 0  Góc nghiêng của cáp nâng cần so với phương ngang: δ tb = 18 0  Góc nghiêng của cáp nâng hàng so với... pháp tính này kết cấu kim loại không đặt trong trạng thái làm việc mà đặt trong trạng thái giới hạn, tức là trong trạng thái kết cấu mất khả năng chịu tải, không thể làm việc bình thường được nữa, hoặc có biến dạng quá mức, hoặc do phát sinh ra các vết nứt Chính vì thế nên kết quả tính theo phương pháp này tiết kiệm hơn phương pháp ứng suất cho phép Tuy vậy, đối với yêu cầu của một số kết cấu, tính theo... người ta đặt biệt chú ý tới biến dạng Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn chưa được hồn thiện để tính kết cấu kim loại của tất cả các loại máy trục nên chúng ta chủ yếu tính theo phương pháp ứng suất cho phép vì phương pháp này đã phát triển khá phong phú và hồn chỉnh Kết cấu kim loại của cần được tính theo hai trường hợp phối hợp tải trọng sau đây: Trường hợp thứ nhất: tải trọng không di động... chu vi của dàn ở phía trên gọi là thanh biên trên, ở phía dưới gọi là thanh biên dưới Ngồi ra còn có các thanh giằng chéo: Để tính dàn được đơn giản ta thừa nhận giả thiết sau: _ Mắt của dàn phải nằm tại giao điểm của các trục thanh và được xem là khớp lý tưởng _ Tải trọng chỉ tác dụng tại mắt của dàn _ Trọng lượng bản thân của thanh không đáng kể so với tải trọng tác dụng lên dàn _ Từ các giả thiết. .. NGUYỄN DANH CHẤN TKMH: KẾT CẤU THÉP Dàn là một hệ gồm nhiều thanh thẳng nối với nhau bằng những khớp Để tăng độ chính xác của phép tính, nội lực trong các thanh cần được xác định theo hệ không gian Tuy nhiên để đơn giản hơn trong các phép tính ta có thể chia hệ không gian ra nhiều hệ phẳng và mổi hệ phẳng này đặt dưới tác dụng của các hệ lực trong mặt phẳng tương ứng Giao điểm của các thanh trong dàn... = 932795 N Sc = 588717N Trang 16 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN TKMH: KẾT CẤU THÉP S c S h q1 R H 2 1 R V 3 5 4 6 9 10 13 14 17 18 21 22 7 8 11 12 15 16 19 20 23 25 24 26 27 29 28 30 Hình:5 Pt = 173400 N Pt = 401400 N Pt = 12450 N Trục cần nghiêng so với phương nằm ngang một góc ω Xoay trục cần một góc ϕ theo chiều kim đồng hồ ta có được ba giá trị ứng với ba tầm với khác nhau... cần có thể phân tích thành hai thành phần: Trang 17 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN TKMH: KẾT CẤU THÉP + Thành phần vuông góc với trục cần: q1=4000N/m + ngồi ra còn kể đến các lực : SC , Sh , Pt trong quá trình tách mắt Các góc độ giữa các thanh đo thực tế trên cần đã thiết kế Xác định các nội lực trong mặt phẳng nâng hàng bằng phương pháp tách mắt theo hình:5 Mắt 1: q S1 RH 9... Phản lực tựa ngang dưới tác dụng của mômen tựa tổng do các tải trọng ngang sinh ra Mng là một cặp lực được tính theo công thức (8.63) [5]: Rng = ± M ng bo =± M ng 1,5 139143 = 92762 N 1,5 * Ở tầm với lớn nhất: Rng = ± * Ở tầm với trung bình: Rng = ± 269448 = 179632 N 1,5 Trang 15 SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN * Ở tầm với nhỏ nhất: TKMH: KẾT CẤU THÉP 493998 = 329332 N 1,5 Rng . k t c u kim loại m y tr c có th đư c chế t o bằng th p c cbon, th p k t c u h p kim th p hay hay bằng h p kim nh m. 2. V T LI U: K t c u dàn c a c n tr c. vi c chọn kim loại th ch h p cho k t c u kim loại để sử dụng m t c ch kinh t nh t là r t quan tr ng. K t c u kim loại c a m y tr c g m c c th p t m và th p