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 …

Trang 1

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

Trang 2

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:

Trang 3

- Chiều cao nâng tối đa : 43 m.

Trang 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 cóbốn 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 điểmliên kết với bộ phận quay (tháp) qua khớp bản lề cố định ở đuôi cần, 1 điểm liên kếtvới xilanh thủy lực thay đổi tầm với tương đương một liên kết thanh Phương của liênkết 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 ngàmcứng có đầu cần là tự do Do đó hình dáng bao cần có dạng hình thang, đầu cần cókích 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

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

Trang 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 nênkhi 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 tồntại 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:

h .L

30

1 20

, 45 30

1 20

- Chiều rộng mặt cắt của cần ở giữa cần:

, 45 20

1 10

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:

Trang 6

7 Độ dai va đập ak 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 kếtcấu: tải trọng cố định, tải trọng quán tính, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàng trêncáp

- 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 ởnhững 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 khôngtính 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 điềukiện nặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn Dùng để tính tốnkết 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 cầntrục ở trạng thái không làm việc Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo điềukiện 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 Ia, IIa : 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 Ia; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngộttính cho tổ hợp IIa

+ Tổ hợp Ib, IIb : 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 mộtcách từ từ tính cho tổ hợp Ib; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tínhcho tổ hợp IIb

Trang 7

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 hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp Ib; khởiđộng (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIb

Trang 8

+ R : Tầm với.

+  : 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

3 Các tải trọng tính tốn:

* Trọng lượng bản thân của cần: G c (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

+ 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 lơnù:

Q = II (Qh + Gm) Trong đó:

Q h

Trang 9

- Gm : Trọng lượng móc.

+ m = 1 : 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,chọn puly có ổ lăn với điều kiện bôi trơn bình thường bằng mỡ, nhiệt độ môi trườngbình thường

1 0 , 98 0,92

1

4 98 , 0 98 , 0 1

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

- 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) taphải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của dàn Vậy các tải trọng tácdụng 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:

+ Gc = 245000 (N): Trọng lượng bản thân của cần

+ n = 32 (mắt) : Số mắt của một bên dàn trong mặt phẳng nâng hàng

3828 32

) (

2 N

) (

c

Trang 10

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 1

- Ta xác định tay đòn của các lực dựa vào hoạ đồ vị trí của cần

Vị tríTay đòn

4369 734783

3159 122500

6650 676000

N

+ Trường hợp Rtb:

) ( 1040914 5814

9202 367391

11691 122500

23670 338000

N

+ Trường hợp Rmax:

) ( 1624689 5058

11873 211956

20895 122500

41921 195000

N

Trang 11

Vị tríLực xilanh

* Tính phản lực tại gối đỡ A:

0 cos 2 cos



T H X



 cos cos



T V

2 2 sin sin 2

Q G T

Vị tríGóc

- Ta quy ước như sau:

+ Thanh biên trên: 1A16A

+ Thanh biên dưới: 1B15B

+ Thanh bụng đặt theo số thứ tự:130

- Tính tốn nội lực trong từng thanh:

 Mắt 1:

Trang 13

Y = N1.sin24o+ N2.sin45o – qc.sina = 0

X = -N1B+ N2B – N1.cos24o+ N2.cos45o – qc.cosa = 0

Trang 14

Y = T.sind – N2A.sin9o – N2.cos53o – N3 – N4.sin47o – qc.sina = 0

X = -T.cosd – N2A.cos9o – N2.sin53o + N4.cos47o– qc.cosa + N3A = 0

Trang 15

Y = N4.sin47o + N5 – qc.cosa + N6.sin46o = 0

X = -N3B + N4B – qc.sina + N6.cos46o – N4.cos47o = 0

N6 = -60245 (N)

 Mắt 8:

Y = -N7.sin46o – qc.sina – N6.sin46o = 0

X = -N4A + N5A – qc.cosa – N6.cos46o + N7.cos46o = 0

Trang 16

Y = N7.sin46o – qc.sina + N8.sin46o = 0

X = -N4B + N5B – qc.cosa – N7.cos46o + N8.cos46o = 0

Ở tầm với Rmax: a = 67o, qc = 3828 (N), N7 = 290681 (N), N4B = -2756679 (N)

=> N5B = -2354738 (N)

N8 = -285782 (N)

Ở tầm với Rtb : a = 31o, qc = 3828 (N), N7 = 210241 (N), N4B = -2281423 (N) => N5B = -1987954 (N)

Ở tầm với Rmax: a = 67o, qc = 3828 (N), N5A = 2237848 (N), N8 = -285782 (N) => N6A = 1845705 (N)

Trang 17

Trang 18

Y = -N7A.sin2o – qc.sina - N12.sin88o = 0

X = N8A – N7A.cos2o– qc.cosa + N12.cos88o = 0

Y = N6B.sin2o – qc.sina + N12.sin88o + N13.sin43o + N11.sin48o = 0

X = N7B – N6B.cos2o– qc.cosa + N12.cos88o + N13.cos43o – N11.cos48o = 0

Trang 19

Y = -N13.sin47o – qc.sina - N14.sin41o = 0

X = N9A – N8A – qc.cosa - N13.cos47o + N14.cos41o = 0

X = N8B – N7B – qc.cosa - N14.cos45o + N15.cos43o = 0

Trang 20

Y = -N15.sin47o – qc.sina - N16.sin41o = 0

X = N9B – N8B – qc.cosa - N16.cos45o + N17.cos44o = 0

Trang 21

Ở tầm với Rmax: a = 69o, qc = 3828 (N), N10A = 1137757 (N), N17 = -120707 (N)

X = N10B – N9B – qc.cosa – N18.cos46o + N19.cos44o = 0

X = N12A – N11A – qc.cosa – N19.cos48o + N20.cos42o = 0

=> N12A = 779627 (N)

Trang 22

X = N13A – N12A – qc.cosa – N21.cos48o + N22.cos43o = 0

=> N13A = 591129 (N)

N22 = 138731 (N)

Ở tầm với R : a = 33o, q = 3828 (N), N = 328620 (N), N = -106926 (N)

Trang 23

Trang 24

 Y = N24sin47 + N25sin46 – q.sina = 0

 X = N25.cos46 + N13B –N12B – N24.cos47 – q.cosa = 0

 X = N15A + N26.cos44 – qc.cosa – N25.cos49 – N14A = 0

 Y = N sin44 + q.sina + N sin49 = 0

Trang 25

Tầm với lớn nhất Rmax: a = 65, q = 3828 (N), N14A = 396485 (N), N25 = -143272 (N)

 Y = N26.sin48 + N27.sin46 – q.sina = 0

 X = N14B + N27.cos46 – q.cosa – N26.cos48 – N13B = 0

Trang 26

 Y = N27.sin + N28.sịn + q.sina = 0

 X = N16A + N28.cos45 – q.cosa – N27.cos50 – N15A = 0

Tầm với lớn nhất Rmax: a = 65o, q = 3828 (N), N15A = 196090 (N), N27 = -150826 (N)

 Y = N28.sin48 + q.sina + N29.sin49 = 0

 X = N15B +N29.cos44 – q.cosa – N28.cos48 – N14B = 0

Trang 28

Bảng 1: Nội lực trong thanh xiên ở mặt phẳng nâng hạ (tổ hợp IIa).

* Nội lực trong thanh biên: (N)

Trang 29

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 tổhợp 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:

Trang 30

+  : Góc nghiêng của cần so với phương ngang.