CÁC THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN m. NHÀ XUẤT BẢN XẢY DựNG.[r]
(1)PHẠM HUY CHÍNH
TÍNH TỐN sử DỤNG
CÁC THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂNm
(2)LỜI NĨI ĐẨU
Cuốn "Tính t o n sử d u n g t h i ế t b i n ã n g c h u y ê n "
trin h bày tính tốn đơn giản thường gặp q u trình k h a i thác chúng đê phục vụ thi cơng cơng trìn h xâ y dự ng hoặc sán xuất công nghiệp.
N ội d u n g cụ th ế sách chương sau:
Chương 1 - Tính tốn thiết bị m a n g tải.
Chương - Tính tốn thiết bị nâng tải đơn giản.
Chương 3 - Tính tốn cần trục.
Chương 4 - Tính tốn sô'chi tiết m áy n ă n g tải.
C hương 5 - T ính tốn cơng suất s u ấ t m y vận
chuyến liên tục.
Chương - Tính tốn kết cấu kim loại cần trục.
Vì trìn h độ k in h nghiệm có hạn, nên q u tr in h biên soạn khó tránh khỏi có thiếu sót.
R ấ t m ong nhận ý kiến đóng góp q u ý báu q u ý độc giả Mọi góp ý xin gửi phịng B iên tập sách K hoa học kỹ th u ậ t N h xuất bán Xảy dựng 37 Lê Đ ại H n h , H Nội. Điện th o i; 04 9741954
T c giả
(3)(4)Chương 1
T ÍN H TOÁN CÁC THIẾT BỊ M A N G TẢI
1.1 M Ó C CẨU
1.1.1 T ính tốn kiêm tra móc đơn
Móc đơn (hình 1.1) gồm phần thẳng hình trụ có cắt ren, phần cong có tiết diện ngang hình thang
Việc tính tốn, kiểm tra IIIĨC được thực sau:
Phần ren móc kiếm tra từ điều kiện cường độ chịu kéo:
Trong đó:
d, - đường kính ren, cm; | | k - ứng suất chịu kéo cho phép,
kG /cm :
Ở phần cong móc, ứng suất phát sinh tiết diên nguy hiểin tác dụng uốn kéo đồng thời Tiết diện móc chịu tác dụng ngẫu lực lực Q Lực Q gây nên ứng suất kéo, ngẫu lực gây nên ứng suất uốn, phân bơ' tồn tiết diện nguy hiểm
ứ i g suất lớn phát sinh ở điểm thớ xa mép móc:
H ình 1.1: Móc dơn
ơ, = k + u ơị = Q _M
F
, kG/cm
(5)ứng suất nhỏ phát sinh điểm nằm thớ xa mép móc:
ơ - k u
Q M
kG/cm2 F w
Trong đó:
Q - trọng tải móc kG;
F - diện tích tiết diện ngang móc, crrr; M - m ôm en uốn, kG.cm
M ôm en kháng uốn:
W |= — , c m ; W2 = — , c m 3;
e, e2
2 b + b, h e i - — — ■ >
1 b + b , Trong đó:
e, - khoảng cách từ trục qua trọng tâm tiết diện móc đến thớ xa mép nó, cm;
e - khoảng cách từ trục qua trọng tâm tiết diện đến thớ xa m ép ngồi (e, = h - e,);
M ơm en qn tính tiết diện hình thang:
h b ỉ + b 2b | + b ? J = — - — - , cm
36 b +b,
Việc tính tốn quy dổi trạng tháỉ ứng suất phức tạp thực dựa vào tiền để móc díìm thẳng (trong thực tế móc dầm cong)
Việc tính tốn tiết diện thẳng đứng móc tiến hành theo phương pháp đặt tải bất lợi nhất, vật nặng treo vào hai dây xiên góc 45" so với phương thẳng đứng, trọng lượng vật truyền dạng hai lực:
(6)ơ l.c = u + JTC kG /cm ; Trong đó, ứng suất uốn tiết diện thắng đứng:
QCe^+a) kG /cm u =
w ứ ng suất cắt tiết diện thẳng đứng:
Tc = - ậ - , kG/cm2; 2F' V V T Á V Trong đó:
W ’ - mơmen kháng uốn tiết diện thẳng đứne hình thang móc, cm 3; F' - diện tích tiết diện trên, crtr
ứ ng suất pháp cho phép móc rèn có truyền động máy tiết diện ngang tiết diện thẳng đứng giống 1500kG/cnr tiết diện khác nhau, 1200 kG /cnr Với phuơng pháp tính tốn trên, ứng suất cho phép giảm 2,0 - 30%
1.1.2 Kiểm tốn dầm ngang treo móc
Trên hình 1.2 chi rõ sơ đồ nguyên tắc hệ thống treo móc Sơ đổ thứ làm tăng kích thước giới hạn (kích thước phủ bì) nút treo theo chiều cao, làm giám chiều cao giới hạn nâng tải Việc áp dụng sơ đồ thứ hai với palăng kép có tỉ số truyền làm giám kích thước phủ bì nút treo
Những dầm ngang đế treo móc dược c h ế tạo từ thép CT-4, 15 20 xứ lý nhiệt
Khi tính tốn, ứng suất cho phép lấy 700 - 800 kG /crrr xét đến có khoét lỗ dầm ngang
Bề rộng b dầm ngang (hình 1.3) xác định phụ thuộc vào kích thước ố chặn
A ỏ
ỏ
Iỉìn h 1.2: Sơ đồ treo móc
(7)/
le| , ị Q
Ilìn h 1.3: Sơ đồ tính dầm ngang treo mốc
Đường kính dị lỗ ờ dầm ngang lấy lớn dường kính d ; phần chi m óc, nhờ loại trừ dược khả biến dạng uốn
d4 = d; + (5 -ỉ- lOmm)
Chiều cao h dầm ngang xác định từ phương trình dộ bền uốn:
1.1.3 T ính tốn móc đơn dạng tấm
Những m óc đơn dạng chế tạo từ thép riêng biệt thép CT-3 thép 20, có chiều dày > 20mm, cắt theo dưỡng tán đinh liên kết chúng với
4
(8)Khi tính tốn móc đơn dạng (hình 1.4), phải xác định ứng suất mép thớ trạng thái chịu lực phức tạp kéo uốn (mặt cắt A-A):
ơ, = _ Q _
KF , kG /cnr;
Trong đó:
Q - trọng tải móc, kG;
F - diện tích tiết diện ngang, cn r; e, - khoảng cách từ trọng tâm tiết
diện đến mép thớ trong, cm; a - bán kính miệng móc treo, cm; K - hộ số, phụ thuộc vào hình dạng
tiết diện ngang đường cong trục trung hoà móc
Đối với tiết diện chữ nhật:
K =
2
1 Í M
— —
v r 80 \ r )
Trong đó:
h - chiều cao tiết diện, cm;
r - bán kính cong trục qua trọng tâm tiết diện, cm
h
r = —+ a , cin
2
ứ n g suất cắt tiết diện thẳng đứng B-B:
Q
H ình 1.4: Móc đơn dạng tấm
Tc = 2F,
k G / c m Trong đó:
Ọ - trọng tải móc, kG;
F, - diện tích tiết diện thẳng đứng, cirr
Tiết diện mặt cắt qua lỗ cần phải kiểm tra vể chịu kéo
(9)ú h g suất cho phép móc dạng tám Ịơ| = 1000 kCi/cnr
1.1.4 Tính tốn m óc kép
Khi tính tốn IT1ĨC kép dươc tăng lực kéo dây cáp 1/3, bời vật nặng treo khơng đối xứng Lúc đó, lực tác dụng mị móc (hình 1.5) bằng:
+ -V /
Lực kéo dây cáp:
Hình 1.5: Móc kép
(10)Lực vng góc với tiết diện A-A:
Tiếp theo, xác định ứng suất tiết diện A-A theo cơng thức tính tốn móc đơn, thay lực Q lực P|
1.2 TÍNH TỐN L ực TÁC DỰNG VÀO GÀU NGOẠM
ớ tư th ế xúc (hình 1.6, a), gàu ngoạm chịu tác dựng lực: lực kéo dây cáp đóng gàu lực cản đưa hàm gàu vào vật liệu Lực kéo cá hai cáp p, p2 trọng lượng gàu chất tải:
Trên hình 1.6, b rõ tất lực đặt vào gàu ngoạm chứa đầy vật liệu đóng kín Những kí hiệu hình vẽ:
D - lực kéo;
H V - thành phần phản lực nằm ngang thẳng đứng; s - lực đóng gàu ngoạm;
P, + P: = Q
Hình 1.6: Sư đổ tính tốn gàu ngoạm
(11)G| G, - trọng lượng thân phần phần gàu ngoạm; G : - trọng lượng vật liệu chứa gàu ngoạm;
Q - trọng lượng gàu ngoạm chất tải
Lực z, tác dụn g lên phía trên, đặt vào phận trung tâm gàu ngoạm: z , = ( n + 1)P, , kG;
Lực Z tác dụng xuống phía dưới, đặt vào cấu kiện ngang bên trên: z ; = nP, , kG;
Trong đó: n - số puli palăng
Đế xác định lực xúc, ta xem xét sơ đồ lực phần bên phái của gàu ngoạm (hình 1.6c), thay tác dụng lực phần bên trái phán lực thành phần
Lập phương trình m ơm en điểm A ( I M A = 0):
- S ( a - c ) + — b - + ° m - ( S + H)c = 0;
s =
-a
S + H = R;
kG Z| u G| + G
— 0 - —— - m - H.c
2 2
Xem xét cân phần gàu ngoạm, chiều lực lên y (E(P)y = 0):
P2 + V + D c o s ô - Z - G = ; J _ G + Z - P - D c o s V = — -- ị - , kG;
1.3 BỘ GHẤP (CẶP, KẸP)
Bộ ghấp có m ũi núng (hình 1.7) sử đụng để kẹp thịi thép đú: nhấc chứng cần trục kìm cần trục bốc dỡ khác
Lực ép vào m ũi núng phụ thuộc vào độ dốc dẫn hướng vào tỉ lệ kích thước kẹp
Hệ số nén c ủ a kẹp:
p
L = — = -r 2,5
(12)T rong đó:
p - lực ép hai nửa kẹp vào mũi núng, kG;
Q - trọng lượng thỏi đúc, kG Nhữno kích thước ghắp xác định từ điều kiện cân lực m a sát tạo nên kẹp, giữ vật:
2(J.N = Q
Lực tác dụng vào kéo, khơng tính trọng lượng kẹp:
T = — —— c o sy Khi cân tay đòn:
N b - T c - — =
2 2
Hình 1.7: Bộ gliắp có mũi núng
Cho kích thước cánh tay địn b, ta xác định kích thước cánh tay địn kia:
c = p Trong đó:
JH = , - h ệ s ố ma sát; p = 1,3 ^ 1-5 - hệ số an toàn
vl-1
cosy
(13)Chương 2
TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ NÂNG TẢI ĐƠN GIẢN
2.1 TANG QUẤN
2.1.1 Tính chiều dày thành tang
Với kết cấu tang quấn, người ta xác định sơ chiều dày thành (hình 2.1) theo công thức kinh nghiệm: Đối với tang đúc gang, công thức là:
a = 0,02D + (6 + 10)mm > 12mm Trong đó:
a - chiều dày thành tang, mm;
D - đường kính tang tính theo đường tim cáp, mm
Hình 2.1: cắ t (lọc tliành tang
a) Có rãnh quăn cáp bìnli thường; b) Có rãnh quấn cáp sáu
Theo điều kiện công nghệ đúc, người ta chọn chiều dày thành tang > 12mm
Đối với tang quấn c h ế tạo thép, lấy a = d, d đường kính cáp, mm
Kiểm tra kích thước nhận theo biến dạng nén công thức: p
(14)T rong đó:
p - lực kéo cáp, kG;
a - chiều dày thành tang, cm; t - bước xoắn quấn cáp, cm
ứ n g suất nén cho phép vật liệu chế tạo tang quấn lấy sau:
Tên vật liệu: [ơ]„, kG/cm;
G ang đúc mác CH 15-32 800
T hép đúc m ác 35JI 1000
Thép tấm, mác CT3, CT-5 1600 - 1800
Trong thực tế, thành tang quấn có biến dạng phức tạp tác dụng đồng thời cua lực nén, xoắn uốn
Nếu L > D (L chiểu dài tang quấn), việc tính tốn sức phức lạp tiến hành theo trình tự sau:
Trước tiên xác đinh m ơmen xốn theo cơng thức: P.D
M x = —X 2 kG.m ; Trong đó:
p - lực kéo nhánh cáp dẫn vào tang, kG; D - đường kính tang quấn, m
Sau đó, xác định mơmen uốn theo cơnq thức:
- Đối với tang có rãnh quấn cáp chiều: (hình 2.2a): p /
M = — kG.m;
-Đối với tang có rãnh quấn cáp bên trái bên phái (hình 2.2 b ): Mu = p.a , kGm ;
Trong đó:
p - lực kéo cáp, kG;
/ - nhịp tang, tính theo tim ổ chặn, m;
a - khoảng cách từ trục ổ chặn đến dường tác dụng tải trọng, m. Xác định m ôm en hợp lực:
M = J m 2x + M Ỉ , kG m
(15)Hình 2.2: Sơ dồ tái trọng tưnẹ quấn
a) Taiìg có rãnh quấn cáp chiêu; b) Tưng có rãnh quân trái phủi
ứ n g suất lớn thành tang, tính theo cỏng thức: max = ’ kG/cm
X
Trong đó: W x - m m e n kháng uốn xích đạo tiết diện tang quấn, cm' Khi tính tốn tang quấn trạng thái chịu lực phức tạp, tác dụng đồng thời uốn xoắn, ứng suất uốn cho phép lấy tang đúc báng thép 1200 kG /cm 2; tang hàn 1400 kG/crrr
2.1.2 Tính du ng lượng cáp tang quấn
Dung lượng cáp củ a tang quấn phụ thuộc vào chiều cao nâng tải chiều dài quân cáp:
Lc = H.m, T ro n2 đó:
H - chiều cao nâng tai lớn nhất, m; m - tí số truyền động cùa palăng; L - chiều dài cáp, m
(16)Trong đó:
n, - số vịng cáp làm việc; D - đường kính tang quấn, m
Dự tính C Ĩ - vịng cáp dự trữ, vịng khơng quấn vào tang Như số vịng cáp tang là:
n = n, + (2 + 3)
Những vòng cáp dự trữ tạo nên lực ma sát, bề mặt tang quấn cáp, làm giảm lực tác dụng chỗ cố kết đầu cáp vào tang quấn
Xác định bước cáp ờ tang:
t = d + (1 - ) , mm Trong đó:
d - đường kính cáp, mm;
1 -i- 2mm - độ hở vịng cáp, khơng cho phép chúng có ma sát.
2.1.3 Xác định chiều dài tang quấn
Đối với đoạn rãnh xoắn tang:
I = t (n, + 2,5), mm
ở tang có rãnh xoắn hai chiều, chiều dài tang (hình 2.3)
/, = 2t (n, + 2,5) + /,, mm Trong đó:
/ị - khoảng cách (mm) rãnh xoắn, đảm bảo độ sai lệch cáp so với đường tim rãnh xoắn quấn nổ vào tang vật góc < 6°
/mnx = b + 2Hmin.tgcc, mm; L n = b - 0,2 H min.tga , mm; Trong đó:
H - khoảng cách tối thiểu trục puli động palăng trục tang quấn, mm;
b - khoảng cách trục máng (rãnh) puli động palăng, mm
T 7 T
t QQ
H ình 2.3: Nút treo cáp
(17)Đối với tang quấn palăng kép, chiều dài đầy đủ tang xác định theo công thức sau:
/ = mH + 5,5 71.D
Chiều dài đầy đủ tang quấn palăng đơn tính tương tự:
/ = + 7,5 t , mm;
/
7T.D
7,5t = l,5t + 4t + 2t, mm; Trong đó:
l,5t - đoạn dỡ tải củ a nút cố kết, mrn; 4t - đoạn cố kết đầu cáp, mm;
2t - đoạn tang quấn, từ mép đến điểm c ố kết cáp, mm; m - tỉ số truyền đợng palăng
2.1.4 Ví dụ tính tốn
Xác định kích thước tối thiểu tang quấn gang cấu nâng cần trục điện kiểu cầu, có sức nâng 10T, làm việc ch ế độ trung bình, đường kính cáp 17,5mm, chiều cao nâng tải 12m số nhánh palăng 4, tang có rãnh xoắn hai chiều, trọng lượng kẹp móc 200kG
- Xác định đường kính tang quấn: D > d.e, mm
Trong đó, e hệ số, phụ thuộc vào loại thiết bị nâng chế độ sử dụng, đây, e = 25 (xem bảng 4.2 sách "Máy thiết bị nâng chuyển” - Phạm Huy Chính - NXBXD-2007)
D = 17,5.25 = 440mm - Tính chiều dày thành tang:
a = ,0 2D + (6 + 10) mm = 0,02.440 + w 17mm - Tìm bước rãnh xoắn <củ a tang:
t = d + = , + = ,5 m m
- Kiểm tra ứng suất ném thành tang:
CT = — < 2600 - = 800 kG/crrr
(18)T ^ _Q+q 10000+200 ^£nnun_
Trong đó: p = — — - = - — -= 2600kG
n.TỊ 4.0,98
- Xác định chiều dài cáp quấn vào nửa tang: Lc = H.m = 12.2 = 24m - Xác định số vòng cáp chịu lực dối với nửa tang
_ L c 24
n,= —- = - - = 17,5
ttD 3,14.0,44
- Xác định chiều dài đoạn rãnh xoắn tang lấy khoảng cách rãnh xoắn 40mm: /, = 2t(n, + 2,5) + /| = 2.19,5 (17,5 + 2,5) + 40 « 820mm
2.2 PALẢNG
Để chọn cáp palăng tính tốn tới cần phải xác định lực kéo cáp s, từ puli cuối dần vào tang tời Khi nâng tải lực kéo tải trọng tính tốn lớn cáp:
s * (2.1)
Trong đó:
i - tỉ số truyền động palăng ( i_ — , V, tốc độ quấn cáp
v n
ở tang, tốc độ nâng tải); r|p - hệ số hiệu dụng palăng
Lực kéo nhánh cáp palăng (hình 2.4) xác định theo phương trình: s , = s , t | , ; s , = s , IV = s, n ;
s~ = s , T) = s, r ir- s„ ; (2.2) Trong đó:
n - số nhánh cáp palăng, bao gổm nhánh kéo; r |r - hệ số hiệu dụng ròng rọc (puli)
Đ ể xác định lực kéo S|, người ta cắt cáp mặt cắt I-I lập phương trình cân bàng phần Đối với palăng m nhánh kéo từ ròng rọc chuyển hướng phía (hình 2.4, a, b) thì:
St + S-Ị + + Sn - Q = 0;
(19)V ' V a , s 2S 3, s 4
r S
v„ I T ^
a) b) c) d)
H ình 2.4: Sơ dồ palăng đơn
CI, b - có nhánh cáp di từpali bên trên;
c, d - có nhánh cáp di từpuli phía dưới
S ị r | r 4- S ị r i ^ + + Sị.ri" 1 — Q = 0 ;
s,=
Hr + 11r + - + T)"
(2-3)
Đối vói palăng, m nhánh kéo từ ròng rọc động phía (hình 2.4, c, d) thì:
Sị 4*S2 + S3 + + S n — Q = 0;
S | + S |Ĩ Ị r + S,.rỊr + + S |.r |r — Q —
s, = Q
1 +Tlr + ĩ l? + + T)"
(2.4)
Giải đồng thời phương trình (2.1) (2.3) phương trình (2.1) (2.4) được:
- Đối với palăng, m nó, nhánh kéo từ rịng rọc chuyến hướng phía trên:
_ n r U I l + -" +Tlr
TI' (2.5)
- Đối với palãng, m nhánh kéo từ rịng rọc động phía dưới:
(20)2.3 PALẢNG XÍCH
R 2.3.1 Palăng xích kéo tay kiêu trục vít (hay cịn gọi kiểu trục vít vi sai)
a) Cấu tạo
Palăng xích kéo tay kiểu trục vít (xem hình 2.5) gồm rịng rọc cố định ròng rọc động R òng rọc cố định gồm hai bánh xe có bán kính khác Chúng gắn chặt với quay quanh trục o , Một dây xích vịng luồn vào rãnh bánh xe của ròng rọc động ròng rọc cố định
Khi lực kéo F tác dụng vào nhánh xích 4, bánh xe bán kính R quay phía trái, kéo nhánh xích nâng rịng rọc động lên, đồng thời bánh xe có bán kính r quay ngược chiều kim đồng hồ kéo xích nhánh nhánh để hạ ròng rọc động xuống Vì R > r nên lần quay ngược chiều kim đồng hồ, đoạn xích bị kéo nhánh dài đoạn xích nhánh xả ra, nên ròng rọc động nâng cao đoạn xích - dài
b) Tính tốn
Hình 2.5: Sơ dồ tính tốn palăng xícli kéo tay
kiểu trục vít
Tại trục O, có ba lực tác dụng: lực F lực Q| = Q = — • Viết phương trình m ơm en điểm ,:
F.R + Q 1r - Q 2R = 0; F.R + — r - — R = 0;
2
F.R = | ( R - r ) ;
F = Q r
R
Gọi hệ số hiệu dụng palăng, xích r| ta có cơng thức xác định lực kéo palăng xích sau: