TÍNH TOÁN CẦN TRỤC THÁP BÁNH LỐP SỨC NÂNG

- Do nhu cầu phát triển của sự nghiệp công nghiệp hóa xã hội chủ nghĩa ở nước ta, các loại máy nâng chuyển ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, dặc biệt là ngành Giao thông vận tải, Xây dựng, Kiến trúc, Công nghiệp …

MỤC LỤC TÍNH TOÁN CẦN TRỤC THÁP BÁNH LỐP SỨC NÂNG 104 (T) Trang I. Giới thiệu chung 1. Giới thiệu về cần trục tháp bánh lốp 1 2. Các thông số cơ bản về cần trục 1 3. Cấu tạo chung của cần trục . 2 . . 4. Kết cấu thép cần trục .2 5. Các kích thước cơ bản của dàn 3 II. Vật liệu chế tạo kết cấu thép của cần 4 III. Tải trọng và tổ hợp tải trọng 1. Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng . 4 2. Bảng tổ hợp tải trọng .5 IV. Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIa 1. Sơ đồ tính .5 2. Xác định vị trí tính .6 3. Các tải trọng tín tốn 6 4. Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng a. Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng 8 b. Xác định các phản lực tại các liên kết 9 5. Xác định nội lực trong dàn a. Trong mặt phẳng nâng hàng .10 b. Trong mặt phẳng nằm ngang .30 V. Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIb 1. Sơ đồ tính .30 2. Xác định vị trí tính tốn 30 3. Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng a.Các tải trọng tính tốn 31 1 b. Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng .32 c. Xác định các phản lực liên kết tựa 33 d. xác định nội lực trong các thanh ở mặt phẳng thẳng đứng 35 4. Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nằm ngang a. các tải trọng tính tốn 55 b. Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang .58 c. Xác định phản lực tại các liên kết .59 d. Xác định nội lực trong các thanh ở mặt phẳng nằm ngang 60 VI. Xác định nội lực lớn nhất trong các thanh của dàn 1. Nội lực lớn nhất trong thanh xiên .81 2. Nội lực lớn nhất trong thanh biên .81 3. xác định giới hạn cho phép của vật liệu 82 VII. Tính chọn tiết diện các thanh trong dàn 1. Tính chọn tiết diện thanh xiên 83 2. Tính chọn tiết diện thanh biên 84 VIII. Kiểm tra ổn định tổng thể của cần 86 IX. Tính tốn mối hàn 88 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦN TRỤC THÁP BÁNH LỐP SỨC NÂNG Q = 104 (T) I. Giới thiệu chung 1.Giới thiệu về cần trục tháp bánh lốp - Do nhu cầu phát triển của sự nghiệp công nghiệp hóa xã hội chủ nghĩa ở nước ta, các loại máy nâng chuyển ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, dặc biệt là ngành Giao thông vận tải, Xây dựng, Kiến trúc, Công nghiệp … - Trong các loại máy nâng thông dụng, cần trục tháp bánh lốp là loại cần trục có phần di chuyển chạy bằng bánh lốp nên có tính cơ động cao. Nó được sử dụng ở những nơi có khối lượng công việc không nhiều, tại các địa diểm phân tán, ở nơi xa và thường phải thay đổi nơi làm việc. Cần trục tháp bánh lốp là loại cần trục cảng có sức nâng tương đối lớn, tầm với xa,bán kính quay lớn do đó co thể làm việc trong bãi cảng - Cần trục tháp bánh lốp bao gồm 4 cơ cấu công tác sau : + Cơ cấu di chuyển + Cơ cấu thay đổi tầm với : gồm 1 xi lanh lực được liên kết giữa tháp và cần. + Cơ cấu nâng + Cơ cấu quay 2. Các thông số cơ bản của cần trục: - Sức nâng định mức : 104 T. 2 - Chiều cao nâng tối đa : 43 m. - Chiều cao nâng tối thiểu : 30 m. - Vận tốc nâng hàng : 13,5 m/phút. - Tầm với lớn nhất : 45 m. - Tầm với nhỏ nhất : 11 m. - Vận tốc quay cần trục : 1,5 vòng/phút. - Tốc độ di chuyển : 6 km/h. 3 4. Kết cấu thép cần: 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 chữ nhật. - Các thanh dàn làm bằng thép ống, liên kết với nhau nhờ các mối hàn. Cần gồm có bốn thanh biên, giữa các thanh biên có các hệ thanh xiên không có thanh chống đứng ở giữa. Cần là một dàn có trục thẳng và tiết diện thay đổi theo chiều dài cần. - Trong mặt phẳng nâng hàng, cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết tựa: 1 điểm liên kết với bộ phận quay (tháp) qua khớp bản lề cố định ở đuôi cần, 1 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. - Trong mặt phẳng ngang, đuôi cần được liên kết với tháp bởi 2 khớp bản lề cố định, còn đầu cần 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 cần tại 2 khớp liên kết với tháp có kích thước lớn nhất. -Để tính tốn dàn đơn giản ta phải thừa nhận các giả thiết theo cơ kết cấu về dàn 4 3. Cấu tạo chung của cần trục tháp bánh lốp: Hình 1: Cần trục tháp bánh lốp. 1- Chassi; 2- Đối trọng; 3- Sàn quay; 4- Cáp treo hàng; 5- Ống khói; 6- Xilanh thuỷ lực thay đổi tầm với; 7- Puly cố định ở đỉnh tháp; 8- Cabin tháp; 9- Tháp; 10- Bộ cảm biến góc xoay cần; 11- Tai liên kết ; 12- Cần; 13- Rulô quấn cáp điện; 14- Bánh xe đỡ cần; 15- Móc treo; 16- Tải trọng nâng(hàng hố); 17- Chân chống; 18- Xilanh thuỷ lực chân chống; 19- Xilanh thuỷ lực nâng tháp. + 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 tính tốn bỏ qua trọng lượng các thanh trong dàn. => Từ giả thiết trên ta có thể đi đến kết luận Các thanh trong dàn chỉ chịu kéo hoặc nén nghĩa là nội lực các thanh trong dàn chỉ tồn tại lực dọc mà không có mômen uốn và lực cắt. 5. Các kích thước cơ bản của dàn : Hình 2: Kết cấu thép cần - Chiều dài của cần : L = 45,4 (m). - Chiều cao mặt cắt giữa cần: Lh . 30 1 20 1       ÷= ( ) )(51,127,24,45 30 1 20 1 mh ÷=×       ÷=⇒ Chọn h = 2,2 (m). - Chiều rộng mặt cắt của cần ở giữa cần: B = (1 ÷ 1,5).h => B = (1 ÷ 1,5) x 2,2 = (2,2 ÷ 3,3) (m) Chọn B = 2,4 (m). - Chiều rộng mặt cắt của cần ở gối tựa: LB o . 20 1 10 1       ÷= ( ) )(27,254,44,45 20 1 10 1 mB o ÷=×       ÷=⇒ Chọn B o = 2,56 (m). II. 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: STT Cơ tính vật liệu Kí hiệu Trị số Đơn vị 1 Môđun đàn hồi E 2,1.10 6 KG/cm 2 2 Môđun đàn hồi trượt G 0,84.10 6 KG/cm 2 3 Giới hạn chảy σ ch 2400 ÷ 2800 KG/cm 2 4 Giới hạn bền σ b 3800 ÷ 4200 KG/cm 2 5 Độ giãn dài khi đứt ε 21 % 5 6 Khối lượng riêng γ 7,83 T/m 3 7 Độ dai va đập a k 50÷100 J/cm 2 III. Tải trọng và tổ hợp tải trọng: 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 điều kiện sử dụng tiêu chuẩn. Dùng để tính tốn kết cấu kim loại theo độ bền và độ bền mỏi. Khi tải trọng 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 kiện nặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn. Dùng để tính tốn kết cấu kim loại 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 tải trọng đó gồm có: trọng lượng bản thân cần trục và gió bão tác dụng lên cần trục ở trạng thái không làm việc. Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo điều kiện độ bền, độ ổn định ở trạng 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 chia thành các tổ hợp tải trọng sau : + Tổ hợp I a , II a : Tương ứng 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 một cách từ từ tính cho tổ hợp I a ; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp II a . + Tổ hợp I b , II b : Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm cơ cấu khác hoạt động (quay, thay đổi tầm với, di chuyển…) tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp I b ; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính cho tổ hợp II b . 2 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 : Bảng tổ hợp tải trọng Tải trọng Tính theo độ bền mỏi: [ ] Irk n/ σσ = Tính theo độ bền vàđộ ổn định: [ ] IIc n/ σσ = I a I b II a II b Trọng lượng bản thân của cần. G c G c G c G c 6 X Z S h B q c T V A H A A Q Trọng lượng hàng (Q h ) và thiết bị mang hàng (G m ). Q tđ Q tđ Q Q Hệ số động ψ . I ψ ' đ k II ψ đ k 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 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 F Tải trọng gió. - - II g P II g P + Tổ hợp I a , II a : Cần trục đứng yên chỉ có một cơ cấu nâng làm việc. Tính tốn khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách từ từ tính cho tổ hợp I a ; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp II a . + Tổ hợp I b , II b : Cần trục đứng yên có mang hàng đồng thời cơ cấu quay hoạt động. Tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp I b ; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính cho tổ hợp II b . IV. Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIa: 1. Sơ đồ tính tốn: Hình.3: Sơ đồ tính cần ở tổ hợp IIa 2. Xác định vị trí tính tốn: Căn cứ vào biểu đồ sức nâng của cần trục, ta xác định ba vị trí tính tốn của hệ cần: Thông số Vị trí Q (T) R (m) α (°) R min 104 11 82 R tb 52 28 59 R max 30 45 23 Trong đó: 7 + Q : Tải trọng nâng bao gồm trọng lượng hàng và thiết bị mang hàng. + R : Tầm với. + α : Góc nghiêng của cần so với phương ngang. + R max : Tầm với lớn nhất của cần. + R tb : Tầm với trung bình của cần. + R min : Tầm với nhỏ nhất của cần. 3. Các tải trọng tính tốn: * Trọng lượng bản thân của cần: G c (N). - Trọng lượng cần G c có: + Điểm đặt: trung điểm chiều dài của cần. + Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z. + Độ lớn: G c = 24,5 (T) = 245.10 3 (N). - Trọng lượng cần G c có thể coi là tải trọng phân bố đều trên các mắt dàn. Tải trọng phân bố q c có: + Điểm đặt: đặt tại mắt dàn.Ž + Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z. + Độ lớn: n G q c c = Trong đó: + G c : Trọng lượng bản thân của cần. + n : Số mắt dàn. * Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng: Q (N). - 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. - Độ lơnù: Q = II ψ .(Q h + G m ) Trong đó: + Q h : Trọng lượng của hàng. + G m : Trọng lượng móc. + II ψ = 1,3 : Hệ số động học khi nâng theo chế độ làm việc trung bình. Tải trọng Vị trí Q h (N) G m (N) Q (N) R min 1000000 40000 1352000 R tb 480000 40000 676000 R max 260000 40000 390000 * Lực căng dây cáp treo hàng: S h (N). P m Q h S η . = Trong đó: + Q : Sức nâng định mức. Q = Q h + G m 8 - Q h : Trọng tải của hàng. - G m : Trọng lượng móc. + m = 1 : Bội suất palăng. + η P : Hiệu suất chung của palăng. ( ) ( ) λ λλ η − − = 1. .1 a ta p Trong đó: + a = 1 : Bội suất của palăng. + t = 4 : Số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội suất a. + λ = 0,98 : Hiệu suất từng ròng rọc, được chọn theo điều kiện làm việc và loại ổ, chọn puly có ổ lăn với điều kiện bôi trơn bình thường bằng mỡ, nhiệt độ môi trường bình thường ( ) ( ) 92,0 98,011 4 98,098,01 ≈ −× ×− =⇒ P η Tải trọng Vị trí Q (N) S h (N) R min 1352000 1469565 R tb 676000 734783 R max 390000 423913 4. Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng: Vì dàn đối xứng nên ta tính tốn 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: S h . + Trọng lượng bản thân cần: G c . - Khi đặt các tải trọng tính tốn lên cần trong mặt phẳng nâng hạ (mặt phẳng đứng) ta phải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của dàn. Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàn trong mặt phẳng đứng ở các vị trí là: Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân của cần: n G q c c × = 2 Trong đó: + G c = 245000 (N): Trọng lượng bản thân của cần. + n = 32 (mắt) : Số mắt của một bên dàn trong mặt phẳng nâng hàng. 3828 322 245000 = × =⇒ c q (N/mắt) 9 b) Xác định các phản lực tại các liên kết tựa: Hình 4: Sơ đồ xác định các phản lực tại các liên kết tựa. * Tính ứng lực xilanh thay đổi tầm với: 0. 2 . 2 . 2 .0 =−−+⇔=∑ a Q b G c S dTM ch A       −+=⇒ c S b G a Q d T hc . 2 . 2 . 2 . 1 - Ta xác định tay đòn của các lực dựa vào hoạ đồ vị trí của cần. Vị trí Tay đòn R min R tb R max a (mm) 6650 23670 41921 10 Vị trí Tải trọng R min R tb R max )( 2 N Q 676000 338000 195000 )( 2 N S h 734783 367391 211956 c q (N/mắt) 3828 3828 3828 [...]... Tầm với lớn nhất của cần : Tầm với trung bình của cần : Tầm với nhỏ nhất của cần 30 3 Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng: a) Các tải trọng tính tốn: * Trọng lượng bản thân của cần: Gc (N) - 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 + Độ lớn: Gc = 24,5 (T) = 245.103 (N) - Trọng lượng cần Gc có thể coi là... P T qt N Hình 5: Sơ đồ tính cần ở tổ hợp IIb Rn q 2 Xác định vị trí tính tốn: X Căn cứ vào biểu đồ sức nâng của cần trục, ta xác định ba vị trí P tốn của hệ cần: tính qt g Thông số Q (T) R (m) α (°) 104 52 30 11 28 45 82 59 23 Vị trí Rmin Rtb Rmax Trong đó: +Q +R +α + Rmax + Rtb + Rmin : Tải trọng nâng bao gồm trọng lượng hàng và thiết bị mang hàng : Tầm với : Góc nghiêng của cần so với phương ngang... Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng: Vì dàn đối xứng nên ta tính tốn cho một bên dàn, còn mặt kia thì tương tự - 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 - Khi đặt các tải trọng tính tốn lên cần trong mặt phẳng nâng hạ (mặt phẳng đứng) ta phải... thanh biên ở mặt phẳng nâng hạ (tổ hợp IIa) b) Trong mặt phẳng nằm ngang: Trong mặt phẳng nằm ngang, cần chỉ chịu tác dụng của tải trọng gió nên nội lực sinh ra trong các thanh của cần ở tổ hợp IIa này không lớn bằng nội lực sinh ra trong tổ hợp IIb Do đó ta không cần xác định nội lực trong các thanh trong trường hợp này V Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIb: 1 Sơ đồ tính tốn: Sh B Q qc... dàn + Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z + Độ lớn: qc = Gc n Trong đó: + Gc : Trọng lượng bản thân của cần + n : Số mắt dàn * Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng: Q (N) - 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 - Độ lớn: Q = k đ (Qh + Gm ) Trong đó: + Qh + Gm + kd =1 :... phẳng đứng) ta phải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của dàn Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàn trong mặt phẳng đứng ở các vị trí là: Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân của cần: qc = Gc 2×n Trong đó: + Gc = 245000 (N): Trọng lượng bản thân của cần + n = 32 (mắt) : Số mắt của một bên dàn trong mặt phẳng nâng hàng ⇒ qc = Vị trí 245000 = 3828 2 × 32 (N/mắt)... lượng móc : Hệ số động Tải trọng Qh (N) Gm (N) Q (N) 40000 40000 40000 1040000 520000 300000 Vị trí Rmin 1000000 Rtb 480000 Rmax 260000 * Lực căng dây cáp treo hàng: Sh (N) Q S = h m.η Trong đó: +Q P : Sức nâng định mức Q = Q h + Gm - Qh - Gm +m=1 + ηP : Trọng tải của hàng : Trọng lượng móc : Bội suất palăng : Hiệu suất chung của palăng ηp = (1 − λa ).λt a.(1 − λ ) 31 Trong đó: +a=1 : Bội suất của palăng... 327415 1040914 1624689 * Tính phản lực tại gối đỡ A: ∑ X = 0 ⇔ H A − T cos δ − ⇒ HA = Sh cos γ = 0 2 Sh cos γ + T cos δ 2 Sh Q G sin γ − − c = 0 2 2 2 S G Q ⇒ V A = h sin γ + T sin δ + c + 2 2 2 ∑ Y = 0 ⇔ V A − T sin δ − - Các góc δ , γ : góc nghiêng của xilanh thuỷ lực thay đổi tầm với và cáp hàng so với phương nằm ngang Các góc này thay đổi tuỳ thuộc vào góc nghiêng của cần so với phương nằm ngang... Rtb Rmax HA(N) 396808 1260068 1786322 VA(N) 1745968 967679 -46049 Phản lực gối 11 5 Xác định nội lực các thanh trong dàn: a) Trong mặt phẳng nâng hàng: - Ta quy ước như sau: + Thanh biên trên: 1A416A + Thanh biên dưới: 1B415B + Thanh bụng đặt theo số thứ tự:1430 - Tính tốn nội lực trong từng thanh: • Mắt 1: Y N1A N1B b qc c X HA VA ΣX = N1A.cosb + N1B.cosc + HA = 0 ΣY = N1A.sinb + N1B.sinc + VA – qc =... Xác định các phản lực tại các liên kết tựa: 32 Hình 6: Sơ đồ xác định các phản lực tại các liên kết tựa * Tính ứng lực xilanh thay đổi tầm với: Sh G Q c − c b − a = 0 2 2 2 G S  1 Q ⇒ T =  a + c b − h c  d 2 2 2  ∑ M A = 0 ⇔ T d + - Ta xác định tay đòn của các lực dựa vào hoạ đồ vị trí của cần Vị trí Rmin Rmax 6650 3159 4369 5107 Tay đòn a (mm) b (mm) c (mm) d (mm) Rtb 23670 11691 9202 5814 41921 . d ng, Ki n tr c, C ng nghi p … - Trong c c loại máy n ng th ng d ng, c n tr c th p b nh l p l loại c n tr c có ph n di chuy n chạy b ng b nh l p n n c . X c đ nh n i l c trong c c thanh ở m t ph ng n m ngang........60 VI. X c đ nh n i l c l n nh t trong c c thanh c a d n 1. N i l c l n nh t trong thanh