Tính toán, thiết kế cần trục tháp

Cần trục tháp là một loại cần trục có một thân tháp thường cao từ 30 đến 75 m hay cao hơn nữa (100m)

PHẦN 1:

GIỚI THIỆU CHUNG

Cần trục tháp là một loại cần trục có một thân tháp thường cao từ

30 đến 75m hay cao hơn nữa(đến 100 m).Phía trên cần đỉnh tháp có gắn một cần dài từ 12 m đến 50 m

Đôi khi đôi khi đến 70 m,bằng chốt bản lề.Một đầu cần còn lại được treo bằng cáp,thanh cáp đi qua đỉnh tháp

Kết cấu chung của cần trục tháp gồm hai phần: phần quay vàphần không quay Trên phần quay bố trí các bộ phận côngtácnhư: tời nâng vật tời nâng cần,tời kéo xe con,cơ cấu quay ,đốitrọng,trang bị điện và các thiết bị an toàn

Phần không quay có thể được đặt trên nền hoặc có khả năng dichuyển trên đường ray nhờ cơ cấu di chuyển.Tất cả các cơ cấucần trục được điều khiển từ cabin treo ở trên cao gần đỉnh tháp

Do chiều cao nâng và tầm với lớn,khoảng không gian hoạt độngrộng nhờ các chuyển động nâng hạ vật ,thay đổi tầm với,quaytoàn vòng và dịch chuyển toàn bộ mà cần trục tháp được sử dụngrộng rải trong xây lắp các công trình xây dựng dân dụng xâydựng 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 trongviệc tháo dỡ,lắp dựng, di chuyển,chuẩn bị mặt bằng nên cần trụctháp chỉ nên sử dụng ở nơi có khối lượng xây lắp khá lớn,và sửdụng cần trục tự hành là không kinh tế hoặc không có khả năngđáp ứng nhu cầu công việc

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 ,lắp dựng và

di chuyển hoặc có khả năng tự dựng và di chuyển trên đường

dưới dạng tổ hợp toàn máy.Điều nầy cho phép giảm chi phí và thời gian lắp dựng cần trục.

PHẦN 2 : TÍNH TỐN KẾT CẤU THÉP PHẦN CỘT

I-Khái niệm

Trong các máy trục ,kết cấu kim loại chiếm một phần lớn khối lượng kim loại ,kết cấu kim loại chiếm 60%-70% khối lượng toàn bộ máy trục, vì thế việc tính toán chon lượng kim loại thích hợp đảm bảo làm việc bình thường và tính kinh tế cao

Thơng số cơ bản của cần trục :

Sức nâng: Q = 1,5(T)

Tầm với : Rmin = 2 (m)

Tầm với : Rmax = 22 (m)

Chiều cao nâng : H =14,5(m)

Tốc độ quay của cần : Vq =0,6 (v/ph)

Vận tốc nâng hàng : Vn = 45(m/ph)

Tốc độ thay đổi tầm với : Vtv =30 (m/ph)

Trọng lượng cần cĩ khối lượng xe con : Gc = 3 (T) Trọng lượng xe con và mĩc treo hàng : Gxe = 0,25(T)

Bảng tổ hợp tải trọng

Trọng lượng bản thân các

Trọng lượng hàng( không

gII - nP gII nP gII nP gIII nP gIII

Tải trọng lắp rắp và vận

1- Các tổ hợp tải trọng qui ước dùng cho các bộ phận kết cấu

thép như :

- IIa,IIb,IIc,cho các thanh biên của cần cột,tháp,bệ quay

- IIc cho các 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

cần để ý đến

3 - Chiều của áp lực gió Pg lấy tương tự như chiều của lực ngang

sinh ra do cần bị nghiêng

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:

ST

T Cơ tính vật liệu hiệuKí Trị số Đơn vị

2 Môđun đàn hồi

II Các dạng tải trọng tính toán

Các lực trong thành phần của cột và cần được xác định theo tổ hợp tải trọng :IIa,IIb,IIc Tiến hành tính toán theo trường hợp tải trọng bất lợi nhất.Đoiá với các trường hợp phức tạp và có khả nănglàm cong cột và cần thì nên tính theo hệ thống biến dạng

Thường hợp xét đến tổ hợp IIa

A Trọng lượng của cần trục và các bộ phận khi khơng cĩ vật dằn :

1 Trọng lượng tồn bộ cần trục :

Ta có cơng thức : G = (0.7-1.3)* Q * R

Dựa vào biểu đờ sức nâng tầm với ta lấy : Q = 1.25 (T) , R = 10 (m) Suy ra : G = 0.8 * 1250 * 10 = 10000 (kg)

Do cần trục cĩ xe con nâng hàng di động trên cần trục nên trọng lượng cần trục sẽ tăng thêm 15% , nên ta co trọng lượng cần trục sẽ

là : G = 10000 + 10000* 15% = 11500 (kg)

- Trọng lượng của kết cấu thép trong cần trục:

Đối với loại cần trục cĩ cột khơng quay :

Gkc = ( 60% - 65%)G

Gkc = 0.65*11.5 = 7475 (kg)

2 Trọng lượng cần ( khơng tính đến khối lượng xe con )

Theo số liệu đã cho ở trên ta có :

Vị trí

Qtt-h(kg) R (m)

Rtb 1562

c Tải trọng quán tính khi nâng hoặc hạ hàng :

Tải trọng quán tính sinh ra khi tăng hoặc giảm tốc độ trong thời gian nâng (hạ) hàng và phanh các cơ cấu củng như do sự va đập ởchổ nối ray và cơ cấu truyền động có khe hở của cặp lắp ghép tăng do sự mài mòn khi làm việc.Người ta không áp dụng phương pháp thông thường là xét đến đặc điểm động học của tải trọng thẳng đứng bằng cách nhân tải trọng tính với hệ số động khi tính toán cần trục tháp ở trạng thái làm việc mà người ta đề cập trực tiếp đến tải trọng quán tinh1trong thời gian nâng (hạ) hàng Povà khi quay cần trục có hàng Pq Tải trọng quán tính Pqt tác dụng lên kết cấu tính bằng

P qt m *

Với m: khối lượng từng phần quy đổi về điểm tính toán

: gia tốc dài tính toán tại điểm này

Trong tổ hợp IIa ta chỉ quan tâm đến khi nâng hoặc hạ hàng

Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng gồm :

- Tải trọng nằm ngang do các phần dao động của cần trục và khốilượng của chúng được quy đổi về đuôi cần m1

Với m1=mc*k

m1 :khối lượng quy đổi

mc: khối lượng của cần

k = 0.8 : hệ số quy đổi

ta cĩ  = a (vận tốc dài tại điểm tính tốn )

Vậy tải trọng quán tính thẳng đứng do dao động của cần qui đổi về đuơi cần m1 : P10=0.1875*2200 = 412.5 (kg)

Taỉ trọng quán tính thẳng đứng do phần dao động của cần trục quy đổi về đầu cần m2 :

30 P

P P

Thoângsoá

Vò trí

P20(kg)

P30(kg)

R (m)

P=G*i

G: Trọng lượng bản thân cần tính

i : Độ nghiêng lớn nhất cĩ thể của cần trục :

Trọng lượng cần (kg) 43

Trọng lượng hàng và móc treo

e Tải trọng giĩ :

Ta chỉ xét trường hợp tải trọng giĩ tác dụng lên cần trục trong trạng thái đang làm việc : Tải trọng này được đề cập tới khi tính kết cấu thép , cơ cấu quay, cơng suất động cơ và ổn định của cần trục trong trường hợp này ta lấy hệ số vượt tải n = 1

Chiều của áp lực gió lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra

do cần trục bị nghiêng Tải trọng gió tác dụng trog mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo hàng:

+ Tải trọng phân bố của gió á lên hàng :

 h q o* *c k h

Trong đó

qo: tải trọng gió phân bố(không phụ thuộc vào khu vực đặc cần trục) Ta lấy tải trọng giĩ trong trường hợp bất lợi nhất nhất ở độ cao từ 30 - 40 m , khi đĩ : qo=25.5 (kG/m2 )

C : hệ số khí động học,trong trường hợp đường bao không tim được C=1.2

KH : Hệ số xét đến sự tăng áp lực gió theo độ cao từ mặt đất

Theo bảng 6-2 trang 308 Sách TTKCT KH = 1.7

 :Tải trọng phân bố của giĩ

Với F là diện tích chắn gió của hàng ,F có thể lấy theo thực tế

hay số liệu thống kê, khi không có số liệu này có thể lấy theo trọng lượng

Theo bảng 4.2 ,KCKLMT thì

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên hàng

P IIg n P* gh= n *F

n : hệ số hiệu chỉnh áp lực gió

Theo bảng 4.5 sách KCKLMT n=1.7

Các thông số Đơn

Tải trọng gió tác dụng lên

Tải trọng gió tính toán tác

+Tải trọng gió tác dụng lên Cabin :

P hg *F

P gC 3*30.6 90.9( kG m/ 2)

+ Tải trọng gió tác dung lên cần:

- Tải trọng gió phân bố tác dụng lên diện tích chắn gió của kết cấu kim loại cần của cần trục tháp

 q0* * * *n C   (CT4.6 –KCKLMT)

Trong đó

q0 : Aùp lực gió trung bình ở trạng thái làm việc , q0=25.5kG/m2

n : Hệ số hiệu chỉnh áp lực gió tính đến sự tăng áp lực theo chiều

 : Hệ số vược tải ,phụ thuộc vào phương pháp tính toán ,với phương pháp trạng thái tới hạn : =1.1

225.5*1.7*0.6*1.61*1.1 46.3 kG m/

+ Tải trọng gió tác dụng lên cột

Diên tích hình bao của cột : Fb = 1.7 * 14,5 = 24,65 (m2 ) kc=0.4

Vậy tải trọng giĩ tác dụng lên cột là :

PIIg = 0,4*24,65*46.3 = 456,5 ( kg )

+ Xem tải trọng giĩ tác dụng lên cột phân bố đều :

Ptg = 456,5 : 14,5 = 31,5 ( kg/ m)

Bảng tổ hợp tải trọng IIa

Trọng lượng tính toán hàng và vật

Trọng lượng tính toán chốp cột kG 82

Tải trọng quán tinh khi

cơ cấu làm việc nâng

cần trục (trong mặt

phẳng vuông góc với

Aùp lực gió tác dụng lên

các bộ phận khi làm

Tải trọng quán tính khi quay cần trục :Pqt tính bằng cơng thức :

P qt m.

Với m: khối lượng từng phần quy đổi về điểm tính toán

: gia tốc dài tính toán tại điểm này

Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng gồm :

P10= m1 

Với m1=mc.k

m1 :khối lượng quy đổi

mc: khối lượng của cần

k : hệ số quy đổi

m1=3000*.0.8=2400 (kg)

: gia tốc quán tính của khối lượng được xác định :.R

Theo bảng 1-11 sách tính toán MNC thời gian khởi động (hãm) các cơ cấu máy trục đối với cơ cấu quay t 3 8( )s chọn t=4s

3 Tổ hợp IIc ( ko tính vì IIc chỉ tính cho thanh bụng của cần )

4) Lực quán tính thay đổi tầm với bằng xe tời khi:

+ Khi cần trục đứng yên : Lực có phương nằm ngang đặt tại trọng tâm cần:

Pqttv = G x Qt .Vd/c

với Q: trọng lượng hàng

t = 4(s) : thời gian phanh hãm cơ cấu

GX = 250 (T) : trọng lượng xe tời

Vdc = 30 (m/ph) : vận tốc di chuyển xe con

R =12

Rmin =2

III Tính tốn cột tháp theo sức bền

1 Tính toán theo tổ hợp II a

- Sơ đồ tính

- Tính toán cột trong mặt phẳng nằm ngang chỉ có tải trọng gió phân bố đều trên cần có giá trị rất nhỏ

- Tính toán cột trong mặt phẳng nâng hàng:

+ Các tải trọng

+ Lực quán tính của cơ cấu nâng

+ Aùp lực gió phân bố đều trên cột

+ Trọng lượng cần

+ Trọng lượng đối trọng

+ Trọng lượng hàng mang

- Xác định momen uốn trong mặt phẳng nâng hàng :

Mnd = Q.Ri Gc.xc Gdt.xdt Pqtmax.Ri

2

2 z

(0  z  h =16m )

+Ứng với R = 2 (m)

4 Tính và kiểm tra bền cột:

Dựa vào hình dạng sơ bộ của cột đã chọn và các giá trị momen, lực cắt lực dọc trong cột đã tính toán để đảm bảo điều kiện chịu

-+

+ -

+

2899,07

- Chọn tiết diện cột là 4 thanh biên là 4 thanh thép ống và các thanh bụng cũng là thép ống Hệ các thanh bụng được liên kết vớithanh biên là các mối hàn Tại vị trí liên kết giữa các đoạn cột ta dùng mối liên kết bằng bulong Hệ thanh bụng được kết cấu kiểu tam giác để giảm số nút liên kết và tổng chiều dài: thanh liên kết.

5 Xác định mặt cắt nguy hiểm để tính toán cột

Với các giả thiết:

- Đường trọng tâm thanh trùng đường trục hình học của dàn

- Các giao điểm của thanh là các khớp lí tưởng Bỏ qua ứng lựcphụ do độ cứng giao điểm gây ra

- Các tải trọng tác dụng lên dàn đặt tại mắt của dàn

Ta chọn mặt cắt nguy hiểm ở 2 tiết diện (tính cho tổ hợp IIb và cộtchịu tải lớn nhất)

* Tại vị trí giữa cần (I):

Ta có (I) Muđ = 17296,2 (KG.m)

6 Tính toán tiết diện thanh tại tiết diện nguy hiểm I :

với B = 3200 mm

a = B/2 = 1600 mm

Khi tính toán tiết diện cột ta sử dụng phương pháp dần đúng

- Các lực và các momen sẽ gây ra trong các thanh các lực kéo hoặc nén tùy theo chiều tác dụng của nó

Ta có: Kd: lực kéo dưới tác dụng Muđ

Kn: lực kéo dưới tác dụng Mun

4

2

3 b

(Kg) 6652,3 2.1,3

17296,2 2.aud

17296,2 2

B 2.

un

M n

6652,3 (Kg)

2.aud

M d

6652,3(Kg)

2

B 2.

un

M n

N    

(Kg) 40093,7 4

160375,1 4

N

Nội lực trong các thanh:

+ Nội lực trong thanh 1:

75210,6 2

B 2.

un

M n

K    28927 , 15

2,6

304100,8 2.aud

M d

2

B 2.

un

M n

N     28927 , 15

40093,7 (Kg)

4

N

N'   

Nội lực trong các thanh:

+ Nội lực trong thanh 1:

Vậy: nội lực trong thanh 2 là lớn nhất:

N = 185982,65 (KG) (thanh chịu nén)

Từ nội lực ta tính được từ 2 mặt cắt trên để tính toán cột ta chọn trường hợp nội lực lớn nhất trong thanh là:

N = 185982,65 (KG) (thanh chịu nén)

* Xác định chiều dài tính toán:

Gọi a là khoảng cách giữa 2 mắt kề nhau:

* Xác định tiết diện và chọn thanh biên:

-Diện tích tiết diện yêu cầu đảm bảo đủ điều kiện bền, ổn định

θ  σ

N F





=1: hệ số giảm ứng suất cho phép khi uốn

[]=1800 kg/cm2

Theo tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 6283 - 1 - 1997

Ta chọn thép ống có đường kính 150 (mm)

Bề dày ống = 30 (mm), F177 (cm2)

Có khối lượng một thép dài là: 139 kg/m

* Tính toán tiết diện thanh bụng:

- Xác định tiết diện thanh bụng giàn:

Ta có: Qmax = 2894,7 (KG)

Góc nghiêng thanh bụng so với thanh biên  = 45o

Nội lực trong thanh:

S Qmax 2046,86 (KG)

o2.cos45

Stt

l

với S = 2046,86 (KG)

= 0,96

{6} = 1800 (KG/cm2)

nên F  1,18

0,96.1800

2046,86

 (cm2)Vậy: Chọn thép theo TCVN 6283 - 1 - 1997

có diện tích mặt cắt:

F =33,2 cm2 và đường kính  = 65(mm)

Trọng lượng 1 m dài là 26 (Kg/m)

8 Kiểm tra về ổn định

- Xét tại mặt cắt nguy hiểm giữa cần (I)

-Momen quán tính đối với các trục:

Jx = Jy = (1 η 4)

64

4 D

 = 2635,5 (cm4) trong đó:

0,84 18,0

15,2

D

d

η    hệ số rỗng

Vậy: momen quán tính cực:

a) Kiểm tra ổn định cục bộ thanh biên:

Vậy: thanh đảm bảo đủ điều kiện ổn định cục bộ

b) Kiểm tra ổn định tổng thể cột tại mặt cắt nguy hiểm:

- Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng nâng hàng

F1

K F(

Fbg = 33,2 cm2

3,85

0,478 i

27 708(

Vậy: cột tháp đã tính toán đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể

Tính mối ghép hàn

-mối ghép hàn có nhiều ưu điểm nên ngày càng được sử dụng rộng rãi.Kết cấu thép ghép bằng hàn có khối lượng nhỏ hơn so với các mối ghép khác vì không có mủ đinh không phải ghép chồng hoặc dùng tấm đệm ,kim loại được tận dụng vì không bị lổ đinh làm yếu

-Chọn phương pháp hàn tự động có trợ dung ,chiều dày tính toán của mối hàn

Chọn chiều cao hàn h h=7 (mm)  h7(mm)

Xác định chiều dài đường hàn :

lh :chiều dài đường hàn

 :chiều dày mối hàn

h R k :độ bền tính toán , h

k

R =15(mm kG2) (bảng 3.3)

30640 292( )7.15.

Vậy chiều dài cần hàn : l =lh+2.5=292+10=302(mm), (mỗi đầu

đường hàn lấy thêm 5mm vì khi bắt đầu và kết thúc mối hàn phải có chổ để duy trì vùng lửa hàn )

-Tính cho mối hàn giáp mối ở thanh biên:

+Chiều dày mối hàn :  =7(mm)

+Que hàn :42

+Phương pháp hàn tự động ,có trợ dung

+Chiều dài đường hàn : 36253 246,6( )7.21

Chiều dài cần hàn là : l =lh+2.5=256,6(mm) ,chọn 257(mm)

Các chi tiết khác như bản mã khi hàn trên thanh biên thì chiều dài hàn và các điều kiện hàn khác giống như diều kiện hàn giáp mối ở hai thanh biên

Phần III : Sử dụng và bảo quản

Phải tuân thủ các quy định sau khi vận hành cần trục

+Không dùng cần trục để lôi hàng từ mặt đất nhổ các vật chìm dưới đất hoặc kéo hàng ở góc nghiêng cáp lớn vượt quá góc

nghiêng cho phép

+Không được nâng quá độ cao cho phép

+Không được ngắt các chuyển động một cách đột ngột ,chỉ ngắt đột ngột khi có sự cố

+Không được thay đổi đột ngột các cơ cấu di chuyển cần trục từ chuyển động thuận sang chuyển động nghịch

+Trước khi di chuyển hàng phải báo hiệu còi hoặc đèn tín hiệu cho người xung quanh

+Trong khi làm việc nếu cơ cấu làm việc không bình thường phải dừng làm việc và tìm hiểu nguyên nhân và sữa chữa kịp thời mới cho thiết bị làm việc

+Cấn trục không được nâng quá tải thời gian làm việc tương đối +Trước và sau mỗi ca làm việc phải kiểm tra lại các cơ cấu

truyền động kiểm tra lại lượng dầu mỡ bôi trơn kiểm tra các thiết

bị điều khiển các thiết bị điện

Khi nghỉ làm việc phải đưa cần trục về vị trí quy định và cắt

nguồn điện…

MỤC LỤC