Đồ án thiết kế cần trục chân đế kiểu mâm quay sức nâng q= 16 t

Phần I: Giới thiệu chungI – Giới thiệu: Máy trục máy nâng chuyển là những máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ các thiết bị mang hàng trực tiếp hoặc gián tiếp.

Phần I: Giới thiệu chung

I – Giới thiệu:

Máy trục (máy nâng chuyển) là những máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ các thiết bị mang hàng trực tiếp hoặc gián tiếp Phạm vi sử dụng của máy trục rất rộng như: Phục vụ công tác xếp dỡ hàng hóa

ở cảng biển, cảng sông, các phân xưởng trong nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, khai khoáng, các công trình xây dựng … Ngoài ra, còn một số máy trục cònphục vụ công tác chở người như: thang máy, cầu treo trong các khu du lịch

Với nền kinh tế phát triển như hiện nay, việc công nghiệp hóa, hiện đại hóacần phải tiến sang một bước cao hơn Vấn đề đưa máy móc vào trong sản xuất thay thế sức người ngày càng được hoàn thiện hơn Công lao hàng đầu phải kể đến ngành cơ khí, đã cho ra đời những loại máy móc phục vụ cho nền kinh tế trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa không những trong nước mà trên toàn cả thế giới

Những năm trước đây, máy trục còn được chế tạo với sức nâng nhỏ, không lớn lắm mà kích thước thì rất lớn, cồng kềnh Trong những năm gần đây, ngành cơ khí đã cho ra đời những loại máy trục có sức nâng lớn và rất lớn (lên đến hàng ngàn tấn), nhưng kết cấu bền vững, kích thước lại nhỏ gọn hơn Vấn

đề nào đã giúp cho ngành cơ khí có những bước tiến mạnh mẽ như vậy? Đó chính là quá trình nghiên cứu tính toán độ bền, độ ổn định, độ cứng kết cấu thép của toàn bộ cần trục bên cạnh đó không thể không có những kinh nghiệm thực

tế mà chúng ta đúc rút được từ những cần trục ra đời trước đó Để giúp cho chúng ta biết được phương pháp tính toán kết cấu kim loại máy trục thì môn học

KẾT CẤU THÉP đóng vai trò rất quan trọng Đặc điểm của kết cấu thép là: Có

khả năng chịu lực lớn; độ tin cậy cao; trọng lượng nhẹ; tính công nghiệp hóa cao;tính cơ động trong việc vận chuyển và lắp ráp; tính kín và tính dễ liên kết

cao Mặt khác, kết cấu thép là loại kết cấu đặc trưng trong máy trục Nhưng vấn

đề cần lưu ý khi chúng ta sử dụng kết cấu thép trong máy trục là nó dễ bị gỉ, chịulửa kém và giá thành cao

II – Giới thiệu về cần trục chân đế:

Cần trục chân đế là loại máy trục được sử dụng để phục vụ công việc xếp

dỡ hàng hóa trên các bến cảng hoặc kho bãi Cần trục chân đế có sức nâng từ

Q = 3.2 T đến 40 T; chiều cao nâng H = 4060 m; vận tốc di chuyển của cần trục là vdc = 2025 m; tốc độ quay n = 12 vòng/phút Để đảm cho mã hàng được di chuyển theo phương ngang khi nâng hạ cần chúng ta có thể sử dụng phương pháp cân bằng bằng hệ palăng cáp hoặc dùng cơ cấu 4 khâu bản lề (cần có vòi) Cân bằng cần trục chân đế bằng đối trọng

Căn cứ vào thiết bị đỡ quay, cần trục chân đế được chia làm 2 loại:

- Cần trục chân đế kiểu mâm quay

- Cần trục chân đế kiểu cột quay

Căn cứ vào kết cấu thép hệ cần chía làm 2 loại:

- Cần trục chân đế hệ cần không có vòi

- Cần trục chân đế hệ cần – vòi

III – Tổng thể cần trục chân đế kiểu mâm quay hệ cần – vòi:

Chú thích: 1-Cơ cấu di chuyển; 2-Chân đế; 3-Vành răng cố định;

4-Cabin điều khiển; 5-Cụm móc treo; 6-cần; 7-Vòi; 8-Cáp giằng vòi; 9-Cáp nâng hàng; 10-Đối trọng cân bằng hệ cần; 11-Giá đỡ chữ A; 12-Buồng máy; 13-Đối trọng cân bằng cơ cấu quay; 14-Bánh răng hành tinh; 15-Lan can để sửa chữa; 16-Cụm puly đầu vòi; 17-Puly đầu cần; 18-Thanh răng; 19-Cầu thang; 20-Thanh giằng chân đế.

Phần II: Tính toán thiết kế hệ cần – vòi

Cần trục chân đế làm việc ở các bến cảng, kho bãi; khoảng không gian làm việc phải rộng; để dảm bảo cho mã hàng được di chuyển theo phương ngang khi nâng hạ cần thay đổi tầm với đươc thuận lợi, ta dùng giằng vòi là giằng mềm (tức là dùng dây cáp để giằng vòi) Để đảm bảo cho cần và vòi có khả năng chống lại moment xoắn do các tải trọng tác dụng lên hệ cần – vòi khi cần trục làm việc; ta dùng kết cấu thép hệ cần – vòi là kết cấu hộp (được hàn từ các tấm thép lại với nhau hoặc các tấm thép được liên kết với nhau bằng mối ghép bulông) Kết cấu hệ cần – vòi như hình vẽ:

Chú thích: 1-Cần; 2-vòi; 3-Cáp giằng vòi.

Vật liệu để chế tạo cần trục là thép CT3; các đặc trung của thép CT3:

- Modun đàn hồi khi kéo: E = 2,1.106 kG/cm2

- Modun đàn hồi trượt: G = 0,81.106 kG/cm2

II- Các thông số của cần trục chân đế kiểu mâm

quay (kiểu KIROV):

ta chia ra thành các trường hợp tải trọng Một trường hợp tải trọng bao gồm nhiều tổ hợp tải trọng.

Trường hợp tải trọng

- Trường hợp II: Tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc Đó là các tải trọng giới hạn tác dụng lên máy trục khi làm việc ở điều kiện nặng nhất với tải trọng nâng đúng tiêu chuẩn.Trường hợp này để tính toán máy trục theo độ bền và độ ổn định.

- Trường hợp III: Tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc Các tải trọng như: Trọng lượng bản thân, tải trọng gió bão, tải trọng lắc động và sóng Trườnghợp này để tiến hành kiểm tra độ bền kết cấu và ổn định cần trục.

b- Tổ hợp tải trọng:

- Tổ hợp Ia, IIa: Cần trục đứng yên, chỉ có một cơ cấu nâng làm việc Khởi

động(phanh hãm) cơ cấu nâng một cách từ từ (Ia), hay đột ngột (IIa)

- Tổ hợp Ib, IIb: Cần trục dứng yên, chỉ có một cơ cấu thay dổi tầm với làm việc Khởi động (phanh hãm) cơ cấu thay đổi tầm với một cách từ từ (Ib), hay đột ngột (IIb)

- Tổ hợp III: Cần trục không làm việc, chịu tác dụng của gió bão

IV- Tính toán kết cấu thép vòi:

1- Tại tầm với lớn nhất - Tính theo tổ hợp IIa:

Qy

RBy RCy RBx

RCx Gvx

vx vy

G G   kG

- Trọng lượng hàng tương đương: Qtd = II Q = 1,3.16000 = 208000 kG

Với  II 1,3 (Tra bảng 4.3; trang 264; sách KCKLMT) chế độ làm việc Trung Bình

- Lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp là:

1 1

2 2

Theo sơ đồ trên ta có:

.sin 363, 6.s in20 124, 411

v vx

G

.cos 363, 6.cos 20 341, 711

v vy

R

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0  Q = - 19546 KGz=8  Q = - 22280 kGN=Qx+Gvx.z

z=0  N = 7114kGz=8 N = 8110 kG

+ Xét tại mặt cắt (2-2); cách C một khoảng z:

Mx = - (Rcy.Z+ Gvy.Z.Z/ 2)

z=0  Mx=0z=3  Mx= - 167300 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0  Q = 56280 kGZ=3  Q = 57305 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0  N = 97480 kG Z=3  N = 97107 kG

Ta có biểu đồ nội lực như sau:

M x (kGm)

Q y (kG)

N (kG)

167300 56280 57305 19546

+ Lực căng cáp nâng hàng: Sc = 16000

1.0, 98

Q

a  = 16327 kG

+ Lực quán tính khi thay đổi tầm với: Fqt = 0,1.Gv = 400 kG

+ Coi lực quán tính là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi:

11

qt v

2 2

G

c - Xác định các phản lực lên gối tựa:

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0  Q = - 15035 KGz=8  Q = - 17770 kGN=Qx+Gvx.z

z=0  N = 5472 kGz=8 N = 6467 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0  N = 75448 kG Z=3  N = 75075 kG

Ta có biểu đồ nội lực như sau:

1 1 2 2

Trong đó: - pv : là áp lực gió lên vòi pv = q0.n.c..

q0: là áp suất động của gió ở độ cao 10m so với mặt đất; ở trạng tháilàm việc lấy q0 = 15 kG/m2

n: là hệ số hiệu chỉnh tăng áp phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất.Cần trục làm việc ở độ cao 20 30 m Tra bảng 4.5, trang 91, sách KCKLMT Talấy n = 1,5.

c: là hệ số khí động học của kết cấu Hệ cần vòi có kết cấu là dầmhộp Tra bảng 4.6 trang91, sách KCKLMT Chọn c =1.4

: là hệ số quá tải Tính theo phương pháp ứng suất cho phép lấy

=1

: là hệ số kể tới tác động của gió Chọn  = 1

 pv = q0.n.c.. = 15.1,5.1,4 = 31,5kG/m2

- Fv : là diện tích chắn gió của vòi Fv = 15 m2

Vậy tải trọng gió tác dụng lên vòi là: Pgv = pv.Fv = 31,5.15 = 472,5 kG

Lực gió tác dụng lên vòi phân bố đều theo chiều dài của vòi:

472,5

11

v g g v

g c

T a b R

M

G G





vx vy

G G   kG

- Trọng lượng hàng tương đương: Qtd = II Q = 1,3.16000 = 208000 kG

Với  II 1,3 (Tra bảng 4.3; trang 264; sách KCKLMT) chế độ làm việc Trung Bình

- Lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp là:

1 1

2 2

Theo sơ đồ trên ta có:

.sin 363, 6.s in50 27911

v vx

G

.cos 363, 6.cos 50 23411

v vy

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0  Q = - 13370 KGz=8  Q = - 15242kGN=Qx+Gvx.z

z=0  N = 15934 kGz=8 N = 18166 kG

+ Xét tại mặt cắt (2-2); cách C một khoảng z:

Mx = - (Rcy.Z+ Gvy.Z.Z/ 2)

z=0  Mx=0z=3  Mx= 114453 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0  Q = 37800 kGZ=3  Q = 38502 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0  N = -307856 kG Z=3  N = - 308693 kG

Ta có biểu đồ nội lực như sau:

M x (kGm)

Q y (kG)

N (kG)

114453 37800 38502

13370 15242

+ Trọng lượng bản thân vòi: Gv = 4 T = 4000 kG

11

qt v

1 1

G

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0  Q = - 10285 KGz=8  Q = - 12157 kGN=Qx+Gvx.z

z=0  N = 12258 kGz=8 N = 14490 kG

+ Xét tại mặt cắt (2-2); cách C một khoảng z:

Mx = - (Rcy.Z+ Gvy.Z.Z/ 2)

z=0  Mx=0z=3  Mx= - 90768 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0  Q = 29905 kGZ=3  Q = 30607 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0  N = -243557 kG

1 1 2 2

vx vy

G G   kG

- Trọng lượng hàng tương đương: Qtd = II Q = 1,3.16000 = 208000 kG

Với  II 1,3 (Tra bảng 4.3; trang 264; sách KCKLMT) chế độ làm việc Trung Bình

- Lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp là:

Qx Qy

RBy RCyRBx

RCx Gvx

Gvy

B C

1 1

v vx

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0  Q = - 1813 KGz=8  Q = - 2067 kGN=Qx+Gvx.z

z=0  N = 2072 kGz=8 N = 4970 kG

+ Xét tại mặt cắt (2-2); cách C một khoảng z:

Mx = - (Rcy.Z+ Gvy.Z.Z/ 2)

z=0  Mx=0

z=3  Mx= - 15518 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0  Q = 5125 kGZ=3  Q = 5220 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0  N = 2841 kG Z=3  N = 1755 kG

Ta có biểu đồ nội lực như sau:

M x (kGm)

Q y (kG)

N (kG)

15519 5125 5220 1813 2067

2072 2841

+ Lực quán tính khi thay đổi tầm với: Fqt = 0,1.Gv = 400 kG

+ Coi lực quán tính là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi:

11

qt v

1 1

G

.cos 363, 6.cos 85 31, 711

v vy

c - Xác định các phản lực lên gối tựa:

z=0  Q = - 1395 KGz=8  Q = - 1649 kGN=Qx+Gvx.z

z=0  N = 15939 kGz=8 N = 18837 kG

+ Xét tại mặt cắt (2-2); cách C một khoảng z:

Mx = - (Rcy.Z+ Gvy.Z.Z/ 2)

z=0  Mx=0z=3  Mx= - 13175 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0  Q = 4344 kGZ=3  Q = 4439 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0  N = 2408 kG Z=3  N = 3495 kG

Ta có biểu đồ nội lực như sau:

V- Kiểm tra điều kiện bền của vòi:

1 Tại mặt cắt B –B

23800

) ( 27600 13800

2

) ( 13800 30

460

2

) ( 23800 11900

2

) ( 11900 10

1190

2

2 2

2 0

2 1

2

2 2

1

mm F

F F F

mm F

mm H

F F F

mm F

mm B

F F F

t b i t

t t

t t

b

b b

b b

10 1190 12

.

) ( 99167 12

10 1190 12

.

4 10

3 3

2 1

4 3

3 2

1

mm

B J

J

mm

B J

J

b y

y

b x

Tịnh tiến hệ trục (X 1 O 1 Y) và (X 2 O 2 Y) về hệ trục OXY với khoảng cách trục

10 460 2

0

0 0

0

mm

H Y

) ( 10 374 11900 235 99167

4 7

2 2 0 2 0

2 0

1

4 7

2 2

2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y

y

b x

460 30 12

.

) ( 10 375 , 3 12

460 30 12

.

4 3

0 3 4 3

4 7

3 3

0 4

3

mm

H J

J

mm

H J

J

t y y

t x

30 1190 2

0

0 0

) ( 49218750 20460

0 99167

4 7

2 2 0 2 0

2 0

1

4 2

2 2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y

y

b x

4 7

0 3 0 1

4 7

0 3 0 1

mm J

J

J

mm J

J

J

y y Y

x x X

10

max

mm Y

10

max

mm X

J

* vậy ta có :

Ứng suất pháp lớn nhất sinh ra trên tiết diện:

2 5

max

max

/ 72

, 2 10 213

322188 114000

337480

mm KG W

M W

M F

N

X

X Y

c x d Qd

b J

S Q

75 330 (

210000

H F H

10 04 , 55

7

6

mm KG

Qd  



- Ứng suất tương đương

2 2

2 2

2 max 3 2 , 72 3 4 , 16 7 , 7 KG/mm

td       

 < [ ] = 18 KG/mm 2

Vậy tiết diện mặt cắt thỏa mãn điều kiện bền VI-

KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH

1- Kiểm tra ổn định dầm chính :

* Ổn định cục bộ dưới tác dụng ứng suất pháp

do momen uốn M gây ra tại mặt cắt nguy hiểm :

- Đặc trưng hình học của dầm tại mặt cắt nguy hiểm :

J

63800

10

352 7

Độ mảnh của thanh :

1 , 61 8 , 234

16000 1

5 , 6 51400

337480

mm N mm





Dầm đủ ổn định

VII-: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN

1- VỊ TRÍ TẦM VỚI LỚN NHẤT.

TỔ HỢP a

1 Các thông số:

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo

chiều dài cần:

1.Các phản lực gối tựa:

Phản lực trong thanh răng R F

Z=18 Mx=-85212KG

Q=- q cy z Z=0 Q=0 Z=18Q=-9468 KG N= R B + q cx z+ S B

Z=0 N=206114KG Z=18N=211586 KG +Xét mặt cắt (2-2) Mx=- q cy (z+18).(z+18/ 2)- R Fy z

Z=0Mx=-85212KG

Z=5Mx=0 Q=- q cy (z+18)+ R Fy

Z=0 Q=-9468 KG Z=5 Q=15727 KG N= R B + q cx (z+18) + S B + R Fx cos

Z=0 N=206114KG

Z =5N=279845 K

TỔ HỢP b

1 Trong mặt phẳng thẳng đứng:

Các lực tác dụng :

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo

chiều dài cần:

 Lực quán tính tiếp tuyến của cần khi thay đổi tầm

với coi như phân bố đều theo chiều dài cần:

f qt =

23

1 ,

c

qt G L

F

23

16000

1 , 0

= 608 KG/m

Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng R F

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần R o’ , R o’’

  Mo=0  R F sin 50 0 b- q cy L.L/ 2 – Fqt.L.L/ 2

R F =40526 KG

+Xét mặt cắt (1-1)

Mx=-( q cy. Z.Z/ 2+ Fqt.Z.Z/ 2)

Z =0  Mx=0 Z=18 Mx=-753523 KG Q=- q cy Z+ Fqt.Z.Z/ 2

Z=0 Q=0 Z=18Q=-8372KG N= R B + q cx Z+ S B

Z=0 N=176547KG Z=18N=186015 KG

+Xét mặt cắt (2-2) Mx=- q cy (Z+18).(Z+18/ 2)- R F sin 50 0 Z+ Fqt.(Z+18).(Z+18)/ 2

Z=0Mx=-75352 KG

Z=5Mx=0 Q=- q cy (Z+18)+ R F sin 50 0 Z+ Fqt.(Z+18).

Z=0 Q=-17677 KG Z=5 Q=29827 KG N= R B + q cx (z+18) + S B + R F cos50

Z=0 N=186015KG

Z =5N=313787 K

2 Trong mặt phẳng ngang:

Các lực tác dụng :

 tải trọng gió phân bố đều theo phương ngang:

c : hệ số khí động học , c = 1,4 ( bảng 1.7 [1] ).

 : hệ số quá tải, tính theo phương pháp ứng

suất cho phép  =1

 : hệ số động lực,  = 1

F c : diện tích chắn gió của cần, F c =30 m 2

P g c = 945 KG

q g =

c

c g

L

P

= 41 KG/m 2

 Khi lực ngang T tác dụng ở đầu vòi sẽ gây ra uốn

và xoắn cần cũng như giằng vòi Momen tương hỗ từ vòi truyền lên cần do lực ngang T gây ra :

M B = 63938 (KGm)

Các phản lực gối tựa:

Phản lực tại chốt chân cần

Q= q g L

M= M B - q g L.L/ 2

2- VỊ TRÍ TẦM VỚI TRUNG BÌNH.

TỔ HỢP a

1 Các thông số:

 = 65 0 a = 18 m

L c = 23 m

2 Các lực tác dụng lên cần:

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo

chiều dài cần:

2 Các phản lực gối tựa:

Phản lực trong thanh răng R F

Q=- q cy z

Z=0 Q=0 Z=18Q=-7020 KG N= R B + q cx z+ S B

Z=0 N=153355KG Z=18N=161725 KG

+Xét mặt cắt (2-2) Mx=- q cy (z+18).(z+18/ 2)- R Fy z

Z=0Mx=-63180KG

Z=5Mx=0 Q=- q cy (z+18)+ R Fy

Z=0 Q=-13609 KG Z=5 Q=11609 KG N= R B + q cx (z+18) + S B + R Fx cos

Z=0 N=171345KG

Z =5N=173670 KG

TỔ HỢP b

1 Trong mặt phẳng thẳng đứng:

Các lực tác dụng :

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo

chiều dài cần:

+ q cx = q c sin  = 608.sin 50 0 =465 KG/m

+ q cy = q c cos  = 608.cos 50 0 =390 KG/m

 Phản lực tại chốt liên kết cần và vòi:

R B = R2Bx R2By = 99001 KG

 Lực quán tính tiếp tuyến của cần khi thay đổi tầm

với coi như phân bố đều theo chiều dài cần:

f qt =

23

1 ,

0 c

c

qt G L

F

23

16000

1 , 0

= 60,86 KG/m

1 Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng R F

Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng R F

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần R o’ , R o’’

Z=0 N=131654KG Z=18N=137234 KG

+Xét mặt cắt (2-2) Mx=- q cy (Z+18).(Z+18/ 2)+ R F sin 65 0 Z- Fqt.(Z+18).(Z+18)/ 2

Z=0Mx=-73029 KG

Z=5Mx=0 Q=- q cy (Z+18)- R F sin 65 0 Z+ Fqt.(Z+18).

Z=0 Q=15371 KG Z=5 Q=13476 KG N= R B + q cx (z+18) + S B + R F cos65

Z=0 N=148353KG

Z =5N=153468 KG

2- VỊ TRÍ TẦM VỚI NHỎ NHẤT.

TỔ HỢP a

1 Các thông số:

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo

chiều dài cần:

3 Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng R F

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần R o’ , R o’’

3 Các phản lực gối tựa:

Phản lực trong thanh răng R F

  Mo=0  R F sin 80 0 b- q cy L.L/ 2=0

R F =5640 KG