III. Chụn kích thớc và kiểm tra bền
a) Kiểm tra điều kiện bền cèn khoan khi ép cèn
- Các lực tác dụng lên ỉng thép khi ta tiến hành khoan:
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Q Gđc Gck x y Mk
Hình 29: Các lực tác dụng lên cèn khoan khi hạ cèn +Mô men khoan:Mk=2342(Nm)
+ Trụng lợng bản thân của cèn khoan
Với khỉi lợng riêng của thép là γ = 7850 kg/m3 =78,5 (KN/m3) => Gck = (π x 0,0542 – π x 0,052)x16,5x78,5 = 1,64 (KN)
+Trụng lợng đông cơ và hĩp giảm tỉc:1,58 (KN) Hình 30: MƯt cắt ỉng thép +Lực ép cèn khoan: P=Q-Gck-Gđc
=9,368-1,64-1,58=6,148 (KN) Ta chụn hệ trục toạ đĩ xy nh hình vẽ
- ị mũi cèn lực dục trục của ỉng thép là lớn nhÍt nên tại mƯt cắt mũi ỉng thì ứng
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
91
100 108
suÍt nén là lớn nhÍt: N =Q= 9,368 (KN) => ứng suÍt pháp theo trục y là σy = F N
(Vì cèn khoan chịu nén và xoắn đơng thới mà không chịu uỉn) Trong đờ: N: lực dục trục tại mƯt cắt đèu cục
σy: ứng suÍt pháp tuyến theo trục y F: diện tích của bề mƯt cắt ngang F = π x 0,0542 – π x 0,052 = 0,0013 (m2) =>ứng suÍt pháp tuyến của ỉng thép theo trục y là
σy =
F N
= 0,00139,368 = 7206,2 (KN/m2)
Vì thi công cục ị địa chÍt khá yếu và quá trình thi công các cánh cắt tơi đÍt nên áp lực ngang lên cèn khoan là không đáng kể.Ta coi ứng suÍt pháp theo trục x là σx = 0 (KN/m2) Điều kiện bền của ỉng thép là σz ≤ [σn]
Trong đờ:
σz:ứng suÍt pháp tưng
[σn]: ứng suÍt pháp cho phép của thép CT3 [σn] = 160000(KN/m2)
ứng suÍt pháp tưng đợc tính theo công thức sau:
σz = 2 y x σ σ + = 7206, 2 2 = 3603,1 (KN/m2) => σz ≤ [σn] = 160000(KN/m2) => đủ điều kiện bền
-Khi chịu xoắn cèn khoan ta phải tính ứng suÍt tiếp trên tiết diện. (Theo trang 171 tài liệu Sức bền vỊt liệu). k k p p M M I W τ = ρ = ≤ [τ] Trong đờ: τ:ứng suÍt tiếp Mk:Mô men khoan Wp:Mô men chỉng xoắn
[τn]: ứng suÍt tiếp cho phép của thép CT3 [σn] = 6,25(KN/cm2) Với tiết diện tròn rỡng ta cờ:Wp=0,2.D3.[1-α4]
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Cờ α=d/D=100/108=0,93 VỊy Wp=0,2.1083[1-0,934]=63476,4 (mm3) => 2342 63476, 4 k p M W τ = = = = 0,04 (KN/mm2) = 4 (KN/cm2) τ < [τ] = 6,25 (KN/cm2) thoả mãn VỊy vỊt liệu đủ bền.
b. Kiểm tra điểu kiện bền cèn khoan khi ta rút cèn:
Q
Gck
x y
Mk
Hình 31: Các lực tác dụng lên cèn khi rút cèn khoan
- Các lực tác dụng lên cèn khoan khi ta tiến hành rút cèn khoan gơm cờ các lực sau: +Mô men xoắn vừa rút vừa trĩn đÍt:Mx=2342 (Nm)
+ Trụng lợng bản thân của cèn khoan Qbt = Gô = 1,64 (KN) +Khỉi lợng đÍt lớn nhÍt bị kéo lên khi rút cèn khoan:
Q=V.γtb= (π x 0,252 – π x 0,052)x15x1,81=5,12 (T)=51,2 (KN) Ta cờ tưng lực rút tác dụng lên đèu cèn khoan là
Qd = Q+ Qbt = 51,2 + 1,64 = 52,84 (KN)
- Ta xét mƯt cắt ngay đèu trên cùng, khi cờ lực rút cèn khoan lên . ị đèu cèn khoan là lực kéo lớn nhÍt gây ra ứng suÍt kéo
=>điều kiện bền theo ứng suÍt pháp của ỉng thép khi ta tiến hành rút ỉng thép là
σk = F Qd ≤ [σk] Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 93
Trong đờ:
σk: ứng suÍt kéo khi ta rút cèn khoan lên
Qd: lực rút tác dụng lên cèn khoan Qd = 52,84 (KN)
F: diện tích của bề mƯt cắt ngang của cèn khoan F = 0,0013 (m2) [σk]: ứng suÍt kéo cho phép của ỉng thép [σk] = 160000 (KN/m2)
=> σk = 52,84
0,0013 = 40646,2 (KN/m2)<160000 KN/m2 => σk ≤ [σk] vỊy cèn khoan không bị kéo đứt.
-Khi chịu xoắn cèn khoan ta phải kiểm tra ứng suÍt tiếp trên tiết diện. (Theo trang 171 tài liệu Sức bền vỊt liệu). k k p p M M I W τ = ρ = ≤ [τ] Trong đờ: τ:ứng suÍt tiếp Mk:Mô men khoan Wp:Mô men chỉng xoắn
[τ]: ứng suÍt tiếp cho phép của thép CT3 [σn] = 6,25(KN/cm2) Với tiết diện tròn rỡng ta cờ:Wp=0,2.D3.[1-α4]
Cờ α=d/D=100/108=0,93 VỊy Wp=0,2.1083[1-0,934]=63476,4 (mm3) => 2342 63476, 4 k p M W τ = = = = 0,04 (KN/mm2) = 4 (KN/cm2) τ < [τ] = 6,25 (KN/cm2) thoả mãn VỊy vỊt liệu đủ bền.
c. Kiểm tra điều kiện ưn định:
Theo tinh toán trên vì trớng hợp khi rút cèn khoan làm cho cèn khoan cờ khả năng mÍt ưn định lớn hơn.Do đờ ta chỉ cèn kiểm tra ưn định cho trớng hợp khi rút cèn khoan.
Coi cèn khoan nh mĩt thanh thẳng chịu liên kết khớp ị hai đèu, chịu lực nén đúng tâm N = 52,84(KN) cờ phơng thẳng đứng Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 94 N A A A - A
Hình 32. Sơ đơ tính ưn định cèn khoan.
Do cèn khoan chịu các lực kéo nén đúng tâm nên
- Điều kiện ưn định của cèn khoan là kích thớc của cèn khoan phải thoả mãn bÍt đẳng thức sau:
F
N ≤φ[σn]
Trong đờ φ là hệ sỉ phục thuĩc vào vỊt liệu, đĩ mảnh của thanh vf các hệ sỉ an toàn về đĩ bền, hệ sỉ an toàn về ưn định.
Muỉn xác định φ ta phải xác đinh đợc λ, với λ là đĩ mảnh của ỉng thép
Ta cờ: λ = min . i l à
Trong đờ: λ: đĩ mảnh của cèn khoan
l: chiều dài của cèn khoan l = 16,5(m)
μ: hệ sỉ hình dạng thanh μ = 0,7
imin: bán kính quán tính chính cực tiểu của mƯt cắt ngang và đợc xác định bịi công thức sau: imin =
F Jmin
Với Jmin là mômen bán kính chính trung tâm Jmin = 0,05 . D4 . (1 - 4 4 D d ) = 0,05 . 0,1084 . (1 - 0,144 0,108 ) = 1,8.10-6(m4) => imin = 1,8.10 63 1,3.10 − − = 0,04 (m) Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 95
=> λ = 0,7.16,50, 04 = 288 Từ đĩ mảnh λ ta tra bảng Phụ Lục 3 sách SBVL ta đợc φ = 0,26 => F N ≤φ[σn] = 0,26 x 160000 = 41600(KN/m2) => 40646,2 (KN/m2) ≤ 41600 (KN/m2)
VỊy ỉng thép thoả mãn điều kiện ưn định
Chơng ii: thiết kế cèn hĩp
- Đĩng cơ đợc liên kết với cèn hĩp thông qua giá và khi làm việc đĩng cơ chạy dục theo chiều cao của cèn, đĩng cơ thớng đợc chạy trên ray dục theo chiều cao của cèn. Ray này đ- ợc chế tạo trên cèn hĩp, ray đợc chế tạo sao cho phù hợp với kích thớc rãnh trên giá đỡ đĩng cơ. Cèn hĩp cờ thể là cèn vuông hoƯc cèn tròn.
+ Cèn vuông cờ hai loại kết cÍu sau:
Hình 33: Kết cÍu cèn hĩp vuông và liên kết giữa giá đĩng cơ và cèn hĩp a. Liên kết dạng thanh thẳng; b. Liên kết dạng thanh ray
1: Kết cÍu hĩp.
2: Kết cÍu liên kết dạng ray.
3: Kết cÍu liên kết dạng thanh thẳng. + Cèn tròn cờ kết cÍu nh sau: Trong đờ: 1:Cèn tròn. Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 309 325 25 0 96 a b 1 2 3
2:Ray dĨn hớng. 3:Thanh liên kết tạo đĩ cứng cho ray dĨn hớng
Hình 32: Kết cÍu cèn hĩp tròn và liên kết giữa giá đĩng cơ và cèn
* NhỊn xét: - Trong thực tế cèn hĩp tròn và ray tròn thớng đợc sử dụng vì cờ nhiều điểm hơn cèn vuông và ray vuông. Cèn hĩp tròn và ray tròn cờ kết cÍu đơn giản dễ chế tạo, việc chế tạo ray không quá phức tạp và tiết kiệm vỊt liệu, diện tích cản giờ ít hơn nên ít gây nguy hiểm hơn cèn hĩp vuông. Kết cÍu cèn tròn và ray dĨn hờng tròn cờ kết cÍu vững chắc nên ta cờ thể chụn kết cÍu cèn tròn và ray dĨn hớng tròn .
i. tính các lực tác dụng lên cèn hĩp
1. Xác định chiều cao của cèn hĩp
- Để xác định chiều cao của cèn hĩp ta cờ sơ đơ xác định chiều cao của cèn nh sau:
Hình 34: Sơ đơ xác định chiều cao cèn - H1: Chiều cao thiết bị treo giá đỡ đĩng cơ H1 = 2m - H2: Chiều cao đĩng cơ và hĩp giảm tỉc H2 = 1,2m - H3: Chiều cao phèn thân ỉng thép H3 = 16,5m - H4: Khoảng cách từ mƯt đÍt đến ỉng đèu ỉng thép H4 = 0,5m
- H5: Khoảng cách từ chân cèn đến mƯt đÍt H5 = 1,5m
- L: Chiều cao cèn hĩp
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
=> L = H1 + H2 + H3 + H4- H5 = 2 + 1,2 +16,5 + 0,5 – 1,5 = 18,7(m)
VỊy ta cờ thể chụn chiều cao cèn là L = 20 (m) 2. Tính các lực tác dụng lên cèn hĩp:
* Để thiết kế cèn hĩp ta phải xác định đợc trớng hợp chịu lực nguy hiểm nhÍt
trong quá trình làm việc của cèn hĩp. Ta cờ 2 trớng hợp để xét sự làm việc chịu lực của cèn:
a. Trớng hợp 1:
Trớng hợp khi máy hạ cèn khoan vào đÍt: Cèn chịu tải trụng bản thân cèn và tải trụng giờ. Các lực tác dụng lên cèn trong trớng hợp này là
-Mô men khoan:Mk=2342 (Nm)
-Phản lực P do mô men Mk gây ra:P=Mk
L = 2342
0,125=18736 (N)=18,736(KN) - Tải trụng giờ Wg
- Trụng lợng bản thân cèn Gc - Trụng lợng hệ puli SP Ta cờ sơ đơ lực nh sau:
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Hình 35: Các lực tác dụng lên cèn khi ta hạ ỉng thép * Tải trụng giờ tác dụng lên cèn hĩp (Wg) :
Với bài toán của chúng ta, việc tính tải trụng giờ nh sau:
tải trụng giờ đợc tính theo công thức sau: Wg = q.k.c. β.A Trong đờ:z
Wg: Tải trụng giờ.
q: áp lực giờ tiêu chuỈn.Tính với giờ II q=250N/m2 k: hệ sỉ kể đến sự tăng áp theo chiều cao.
Theo tài liệu bảng3 “Hớng dĨn đơ án môn hục máy nâng”. từ 0 ữ 10m chụn k =1
từ 10 ữ 20m chụn k = 1,32 từ 20 ữ 30m chụn k = 1,52
c: hệ sỉ cản khí đĩng hục.Với kết cÍu cèn hĩp là ỉng thép tròn nên ta chụn c = 1,2 β: Hệ sỉ đĩng lực hục kể đến đƯc tính xung đĩng của tải trụng giờ.LÍy β=1,2
A: diện tích hứng giờ tính toán của kết cÍu.
A=A0.φ .Với cèn hĩp φ=1
A0:diện tích bề mƯt đợc giới hạn bịi đớng biên ngoài của kết cÍu Với 8,5 m đèu tiên của cèn ta cờ :A0=0,325.8,5=2,76 m2
Với 10 m tiếp theo của cèn ta cờ:A0=0,325.10=3,25 m2 Với 1,5 m cuỉi cùng của cèn ta cờ:A0=0,325.1,5=0,49 m2
Ta chụn sơ bĩ tiết diện của cèn hĩp cờ kích thớc là hình tròn cờ chiều rĩng theo tiêu chuỈn là 309 mm nh hình 35: Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 99 309 325
Hình 36: MƯt cắt sơ bĩ tiết diện của cèn hĩp
- Theo sơ đơ hình chung thì cèn cao 20 m chiều rĩng của cèn là 325 mm = 0,325m và coi hệ puly nâng cáp cờ diện tích gèn bằng 1x1 = 1m2.
- Tính tải trụng giờ cho 8,5m đèu là W1 = 250.1.1,2.1,2.2,76=993,6 (N) - Tính tải trụng giờ cho 10 m tiếp theo là W2 = 250.1,32.1,2.1,2.3,25= 1544,4 (N) - Tính tải trụng giờ cho 1,5m còn lại là W3 = 250.1,52.1,2.1,2.0,49 = 268,2 (N) * Xác định trụng lợng bản thân cèn:
Chụn vỊt liệu chế tạo là thép tôn tÍm cờ:
Khỉi lợng riêng là γ = 7850 (kg/m3) = 78,5(KN/m3) => Khỉi lợng cèn là Gc = F x L x γ
Trong đờ:
F: diện tích tiết diện cèn
F = π x 0,16252 – π x 0,15452= 0,008 (m2) L: chiều dài cèn L = 20 (m)
=> Gc = 0,008 x 20 x 78,5 = 12,56 (KN) * Xác định trụng lợng hệ puli:
Trụng lợng hệ puli đợc xác định theo công thức kinh nghiệm SP = 0,06 x Gc
Với Gc trụng lợng của cèn hĩp Gc = 41,43 (KN) => SP = 0,06 x 12,56 =0,75 (KN) * Xác định các phản lực tại gỉi A và gỉi B.
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Mk Mk C B A VA q1=116,9 N/m q2=154,44N/m 5m 10m 8,5m 6,5m V'B HB VB Gc=12,56 (KN) q3=178,8 N/m 1,5m Sp=0,75 (KN) 11 HA
Hình 37: Sơ đơ lực tác dụng lên cèn khi ta hạ ỉng thép
Khi lực giờ tác dụng lên cèn tại gỉi A (gỉi A là liên kết cèn với máy cơ sị) cờ phản lực VA ,HAvà tại gỉi B (gỉi B là gỉi liên kết giữa cèn và xy lanh thụ lực) cờ phản lựcV’B. Gỉi B là gỉi xiên nên phản lực V’B phân làm hai lực là lực vuông gờc VB và lực dục trục HB.Gỉi B nghiêng so với phơng ngang 1 gờc là α=11o
Ta cờ sơ đơ lực nh sau: Ta cờ:
ΣMA = VB.13,5 – 993,6.8,5/2 – 1544,4.(8,5 + 10/2) – 268,2.(18,5 + 0,75)=0 => VB = 2239,6 (N) = 2,24 (KN)
Σy=0<=> VA– 993,6 –1544,4 – 268,2 +VB = 0=>VA=993,6+1544,4+268,2– 2239,6=566,6 (N) Σx =0 <=> HB +HA– Gc – SP = 0 => HB +HA= 12,56+0,75=13,31(KN) Lại cờ: Tgα= B B V H =2, 24 B H =>tg11o=2, 24 B H =>HB= 2, 24 11o tg =11,52 (KN) VỊy : HA=13,31–11,52=1,79 (KN) B. Trớng hợp 2: Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg 101
Trớng hợp khi rút cèn khoan lên. Khi đờ cèn chịu các lực là
-Mô men xoắn khi cèn khoan quay ngợc chiều trĩn đÍt:Mx=2342 (Nm) - Phản lực P do mô men Mk gây ra:P=Mk
L = 2342
0,125=18736 (N)=18,736(KN) - Tải trụng giờ Wg (đã xác định ị trớng hợp 1)
- Trụng lợng của đĩng cơ và hĩp giảm tỉc GĐC = 0,65 +0,93=1,58(KN) - Trụng lợng bản thân cèn Gc = 12,56 (KN)
- Trụng lợng cèn khoan Gck=1,64 (KN)
- Khỉi lợng đÍt lớn nhÍt bị kéo lên khi rút cèn Q = 51,2 (KN) - Trụng lợng hệ puli cáp SP = 0,75 (KN)
* Xác định lực căng cáp SC
Lực căng cáp SC đợc xác định bằng tưng trụng lợng đĩng cơ và hĩp giảm tỉc, trụng lợng cèn khoan và khỉi lợng đÍt lớn nhÍt cờ thể bị kếo lên khi rút cèn
=> SC=GĐC+Gck+ Qma = 1,58 + 1,64 + 51,2 =54,42 (KN) sp s c s c
Hình 38: Sơ đơ xác định lực tác dụng lên đèu cèn * Xác định lực dục tác dụng lên cèn:
Theo nh sơ đơ lực tác dụng lên đèu cèn ta cờ lực tác dụng lên đèu cèn là
S = 2SC + SP
= 2 . 54,42 + 0,75 = 109,59 (KN)
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Hình 39: Các lực tác dụng lên cèn khi ta rút cèn khoan * Xác định các phản lực tại gỉi A và B:
Ta cờ sơ đơ lực nh sau:
11 HA S=109,59(KN) 1,5m q3=178,8 N/m Gc=12,56 (KN) VB HB V'B 6,5m 8,5m 10m 5m q2=154,44 N/m q1=116,9 N/m VA A B C Mk
Hình 40: Sơ đơ lực tác dụng lên cèn khi ta rút cèn khoan Ta cờ:
ΣMA = VB .13,5 – 993,6 .8,5/2 – 1544,4 .(8,5 + 10/2) – 268,2. (18,5 + 0,75)=0 => VB = 2239,6 (N) = 2,24 (KN)
Σy=0<=> VA– 993,6 –1544,4 – 268,2 +VB = 0 =>VA=993,6+1544,4+268,2– 2239,6=566,6 (N) Σx = HB +HA– 12,56 – 109,59 = 0 => HB +HA= 122,15 (KN) Lại cờ: Tgα= B B V H =2, 24 B H =>tg11o=2, 24 B H =>HB= 2, 24 11o tg =11,52 (KN) VỊy : HA=122,15–11,52=110,63 (KN)
Cả hai trớng hợp tại gỉi B đều chịu lực cắt lớn nhÍt.Do đờ ta đƯt phản lực do mô men khoan gây ra tại gỉi B là nguy hiểm nhÍt.
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
II. thiết kế cèn dĨn hớng:1.Các biểu đơ nĩi lực: 1.Các biểu đơ nĩi lực:
* Trớng hợp 1: Khi ta hạ cèn khoan. Mx(KNm) 109,59 HA 98,07 110,63 A A B B A N(KN) M(KNm) 0,2 0,483 3,47 0,483 0,593 1,06 Q(KN) C B A VA q1=116,9 N/m q2=154,44 N/m q3=178,8 N/m 5m 1,5m 10m 8,5m 6,5m V'B HB VB Sp=109,59 (KN) Gc=12,56 (KN) B 11 0,427 1,2 19,776 2m 0,268 2,342 19 0,5666
Hình 41: Sơ đơ nĩi lực của cèn khi ta hạ cèn khoan
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
Nh biểu đơ nĩi lực ta thÍy tại gỉi B là nguy hiểm nhÍt -Mô men xoắn Mx=2,342 (KNm)
- Lực cắt Q = 20,976 (KN) - Mô men uỉn M = 3,47 (KNm) - Lực dục trục N = 12,56 (KN) * Trớng hợp 2: Khi ta rút cèn khoan lên
Mx(KNm) 109,59 HA 98,07 110,63 A A B B A N(KN) M(KNm) 0,2 0,483 3,47 0,483 0,593 1,06 Q(KN) C B A VA q1=116,9 N/m q2=154,44 N/m q3=178,8 N/m 5m 1,5m 10m 8,5m 6,5m V'B HB VB Sp=109,59 (KN) Gc=12,56 (KN) B 11 0,427 1,2 19,776 2m 0,268 2,342 19 0,5666
Hình 42: Sơ đơ nĩi lực của cèn khi ta rút cèn khoan Nh biểu đơ nĩi lực ta thÍy tại gỉi B là nguy hiểm nhÍt
-Mô men xoắn Mx=2,342 (KNm) - Lực cắt Q = 20,976 (KN)
Svth: đỡ hữu chỉnh lớp: 49kg
- Mô men uỉn M = 3,47 (KNm) - Lực dục trục N = 110,63 (KN)
2. Thiết kế cèn hĩp:
- Chụn vỊt liệu chế tạo là thép tôn tÍm cờ:
Khỉi lợng riêng là γ = 7850 (kg/m3) = 78,5(KN/m3)
ứng suÍt cho phép là [σ] = 6,25 (KN/cm2) - Tiết diện cèn nh sau:
Hình 43: MƯt cắt tiết diện của cèn hĩp
ị đây ta chỉ xét tiết diện của cèn hĩp là tiết diện tròn cờ đớng kính trong là 309mm và đớng kính ngoài là 325mm.
* Xác định mômen quán tính: Chụn hệ trục toạ đĩ oxy nh hình vẽ:
- Diện tích tiết diện: A = π(162,52 – 154,52) = 7967,08 mm2 Hệ trục quán tính chính trung tâm là hệ trục OXY
VỊy mô men quán tính chính trung tâm là:
Ix = Iy = 0,05 . D4 (1 – n4) (Công thức trang 108 Sức bền vỊt liệu) Trong đờ: n = d/D d: đớng kính trong d = 309mm