1. Ưu điểm:
−Cơ cấu cần gọn nhẹ.
−Việc nõng hạ cơ cấu quay đẫn động cần kelly dễ dàng. −Dễ dàng di chuyển từ vị trớ này sang vị trớ khỏc.
−Nhờ hệ thống xilanh thuỷ lực mà cần cú thể đưa ra phớa trước dễ dàng khi đưa lồng cốt thộp vào hố khoan.
−Cần cú thể gập lại khi di chuyển.
−Dễ dàng thay thế cỏc thiết bị hỏng trờn mỏy.
2. Nhược điểm:
−Việc chế tạo cần hộp khú khăn. −Giỏ thành sản xuất cao.
−Chịu ảnh hưởng của giú lớn khi thi cụng do cần được chế tạo thành từng hộp.
−ổn định của mỏy kộm khi cần dài.
−Khụng thay đổi được tầm với, nờn trong quỏ trỡnh tiến hành khoan cọc phải di chuyển mỏy ( điều này rất phức tạp khi thi cụng trong điều kiện trờn nước , đặt mỏy trờn hệ phao nổi).
5 6 7 8 1 9 4 3 2
Hỡnh 3.2:Mỏy khoan kiểu cần hộp
Trong đú: 1 - Mỏy cơ sở. 2 - Cơ cấu nõng.
3 - Cơ cấu khung dẫn động. 4 - Cơ cấu giỏ treo cần.
5 - Hệ puli. 6 - Cần kelly.
7 - Cần hộp. 8 - Cơ cấu quay.
9 - Gầu.
Từ cỏc phương ỏn lựa chọn trờn, để thớch hợp với điều kiện thi cụng cọc khoan nhồi phục vụ cho xõy cầu vượt sụng, cỏch tốt nhất là ta lựa chọn mỏy khoan kiểu cần giàn để tiến hành thi cụng. Đõy là loại mỏy thớch hợp, đảm bảo mọi điều kiện thuận lợi cho việc thi cụng múng cầu vượt sụng một cỏch hiệu quả nhất, kinh tế nhất.
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THẫP CẦN 4.1. Khỏi niệm về kết cấu thộp
Trong cỏc mỏy trục kết cấu kim loại chiếm một phần kim loại rất lớn. Khối lượng kim loại dựng cho kết cấu kim loại chiếm 60%480% khối lượng kim loại toàn bộ mỏy trục, cú khi cũn hơn nữa. Vỡ thế việc chọn kim loại thớch hợp cho kết cấu kim loại để sử dụng một cỏch kinh tế nhất là rất quan trọng.Kết cấu kim loại của mỏy trục gồm cỏc thộp tấm và thộp gúc nối với nhau bằng hàn hay đinh tỏn. Vỡ mối ghộp hàn gia cụng nhanh và rẻ nờn được dựng rộng rói hơn.Cỏc loại thộp gúc và thộp tấm dựng cho kết cấu kim loại mỏy trục cú thể được chế tạo bằng thộp cỏcbon, thộp kết cấu hợp kim thấp hay hay bằng hợp kim nhụm.
4.2. Vật liệu chế tạo
Kết cấu dàn của cần trục bỏnh lốp sức nõng 35T được làm từ thộp cỏcbon trung bỡnh, loại thộp CT3 cú cỏc cơ tớnh cơ bản sau:
_ Mụđun đàn hồi: E = 2,1.106 KG/cm2.
_ Mụđun đàn hồi trượt: G = 0,84.106 KG/cm2. _ Giới hạn chảy: σch = (240042800) KG/cm2. _ Giới hạn bền: σb = (380044700) KG/cm2. _ Độ gión dài khi đứt: ε = 21%.
_ Khối lượng riờng: γ = 7,83 T/m3.
_ Giới hạn bền: σb = (380044200) KG/cm2. _ Độ dai va đập: ak = 70 J/cm2.
4.3. Hỡnh thức kết cấu
Cần trục bỏnh xớch là loại cần trục quay thay đổi tầm với bằng cỏch nõng hạ cần. Cần là một dàn cú trục thẳng với tiết diện thay đổi theo chiều dài cần. Tiết diện giữa cần H là lớn nhất và giảm dần về hai đầu cần.
Trong mặt phẳng nằm ngang, tiết diện thay đổi và chiều rộng lớn nhất tại đuụi cần B0. Đuụi cần được liờn kết với bệ mỏy bởi 2 khớp.Vỡ vậy trong mặt phẳng nằm ngang, cần được coi là một thanh ngàm cứng, cú đầu cần là tự do. Do đú cần cú kết cấu dạng hỡnh thang, đuụi cần cú chiều rộng lớn nhất cũn đầu cần cú chiều rộng nhỏ nhất.
Trong mặt phẳng nõng hàng cần được tớnh là một thanh cú liờn kết khớp ở hai đầu:một khớp bản lề ở đuụi cần và một khớp di động là cỏp nõng cần ở đầu cần.Vỡ vậy hỡnh dỏng cần trong mặt phẳng nõng hàng thường cú dạng hỡnh thoi. Hai đầu cần cú tiết diện nhỏ, chiều cao lớn nhất của tiết diện là ở đoạn giữa và giảm dần về hai phớa đầu cần.
Đoạn giữa cần thường khụng thay đổi tiết diện, cú chiều rộng B=(1ữ1,5).H
Hỡnh 4.1
Cỏc cần thẳng dựng trong trường hợp khi dõy cỏp dựng để nõng hạ cần nối ở đầu cần. Cỏc cần này cú ưu điểm là nhẹ hơn và kết cấu đơn giản hơn. Tuy nhiờn nú khụng cho phộp nõng vật nặng lờn cao ở tầm với nhỏ nhất như là cần cú trục góy.
Đối với cỏc cần trục cú trọng tải lớn cần được chế tạo kiểu dàn với tiết diện ngang tứ giỏc. Thanh biờn của cỏc tứ giỏc đú được làm bằng thộp gúc. Để giảm nhẹ trọng lượng, cỏc cần được chế tạo theo kiểu dàn cú độ cứng thay đổi.
7.3.1. Cỏc thụng số cơ bản của kết cấu thộp cần:
_ Chiều dài cần: L = 22m.
_ Chiều cao tiết diện cần ở giữa chiều dài chọn phụ thuộc vào chiều dài cần L và thường lấy trong khoảng:
H ).L 0,75m 1,2m 30 1 20 1 ( ữ = ữ = Ta chọn H=1 m
_ Chiều rộng tiết diện cần ở giữa chiều dài lấy trong khoảng B= (141,5).H .Chọn B=H=1m
_Chiều rộng đoạn đuụi cần
m L B . 1 1,5 15 1 10 1 0 = ữ ữ = .Chọn B0=1m Hỡnh 4.2 7.3.2. Kết cầu dàn:
Chọn tiết diện thanh căn cứ vào điều kiện bền và ổn định của cỏc thanh: ở cỏc thanh chịu kộo thỡ hỡnh dạng tiết diện khụng ảnh hưởng đến độ bền của chỳng, hỡnh dạng tiết diện đú chọn theo kết cấu thực tế đảm bảo cho sự liờn kết của cỏc thanh chịu kộo này với cỏc cấu kiện khỏc của dàn theo nguyờn tắc đó được tiờu chuẩn húa về hỡnh dạng được sử dụng trong dàn. ở cỏc thanh chịu nộn của dàn, ngoài việc bảo đảm sự phự hợp về kết cấu theo chỉ định thiết kế thỡ hỡnh dạng của tiết diện cũn phải chỳ ý đến điều kiện ổn định của thanh để chống sự uốn dọc làm mất ổn định của thanh. Cần cơ bản của cần trục bỏnh xớch truyền động Diesel – thuỷ lực gồm cần dài 22m gồm năm đoạn ghộp với nhau, đoạn đuụi cần dài 5.5m,đoạn đầu cần dài 4,5m và ba đoạn giữa hai đoạn dài 3m và một đoạn dài 6m .Giao điểm của cỏc thanh trong dàn
gọi là mắt. Khoảng cỏch giữa cỏc mắt thuộc cựng một đường biờn gọi là đốt. Thanh tạo thành chu vi phớa trờn gọi là thanh biờn trờn, ở phớa dưới gọi là thanh biờn dưới. Ngoài ra cũn cú cỏc thanh giằng chộo.
4.4. cỏc trường hợp tảI trọng và tổ hợp tảI trọng
Khi mỏy trục làm việc nú chịu nhiều loại tải trọng khỏc nhau tỏc dụng lờn kết cấu: tải trọng cố định, tải trọng khụng di động, tải trọng quỏn tớnh theo phương thẳng đứng hay nằm ngang, tải trọng giú, tải trọng do lắc động hàng trờn cỏp
Khi tớnh thiết kế kết cấu kim loại mỏy trục của cần trục người ta tớnh toỏn theo 3 trường hợp sau:
4.4.1. Trường hợp tải trọng I:
Cỏc tải trọng tiờu chuẩn tỏc dụng lờn mỏy trục ở trạng thỏi làm việc bỡnh thường. Dựng để tớnh toỏn kết cấu kim loại theo độ bền lõu. Cỏc tải trọng thay đổi được tớnh quy đổi thành tải trọng tương đương.
4.4.2. Trường hợp tải trọng II:
Cỏc tải trọng lớn nhất phỏt sinh khi mỏy trục làm việc ở chế độ chịu tải nặng nề. Dựng để tớnh toỏn kết cấu kim loại theo điều kiện bền và điều kiện ổn định.
Mỏy trục khụng làm việc nhưng chịu tỏc dụng của cỏc tải trọng phỏt sinh lớn nhất vớ dụ: trọng lượng bản thõn, trọng lượng giú (bóo), trường hợp này dựng để kiểm tra kết cấu theo độ, bền độ ổn định.
ở trạng thỏi làm việc của cần trục người ta tổ hợp cỏc tải trọng tỏc dụng lờn mỏy trục và chia ra thành cỏc tổ hợp tải trọng sau:
_ Tổ hợp Ia, IIa: tương ứng với trạng thỏi cần trục làm việc, cần trục đứng yờn chỉ cú một cơ cấu nõng làm việc, tớnh toỏn khi khởi động (hoặc hóm) cơ cấu nõng hàng, khởi động một cỏch từ từ tớnh cho Ia; khởi động (hóm) một cỏch đột ngột tớnh cho tổ hợp IIa.
_ Tổ hợp Ib, IIb: mỏy trục di chuyển cú mang hàng đồng thời lại cú thờm một cơ cấu khỏc đang hoạt động (di chuyển xe con, di chuyển xe tời, quay, thay đổi tầm với), tiến hành khởi động (hoặc hóm) cơ cấu đú một cỏch từ từ tớnh cho tổ hợp Ib; độ ngột IIb.
*Kết cấu kim loại của cần chịu tải trọng nặng nề nhất tương đương với tập hợp tải trọng IIa. Khi cần trục đứng yờn tiến hành nõng hàng từ mặt nền ở vị trớ bất lợi nhất và tiến hành hóm hàng khi nõng phối hợp với chuyển động quay. Do đú ta sử dụng trường hợp tải trọng IIa để tớnh kết cấu kim loại của cần.
4.5. TảI trọng tớnh
Khi tớnh kết cấu kim loại cần của cần trục cần biết tất cả cỏc loại tải trọng tỏc dụng lờn nú như: tải trọng khụng di động, tải trọng tạm thời, lực quỏn tớnh, tải trọng giú, đồng thời lực trong dõy cỏp treo vật và dõy cỏp treo cần.
Tải trọng khụng di động gồm những phần riờng lẻ của kết cấu kim loại cần. Vỡ đõy là
loại cần lớn tải trọng do trọng lượng bản thõn cần được xem như phõn bố dọc theo chiều dài của cần, theo cụng thức (8-48) [1]:
Trong đú:
Gc: trọng lượng cần.
L: chiều dài cần (L = 22m).
q1: tải trọng phõn bố, theo cụng thức 5-1 [1]: q1 = k1.q
+ q: tải trọng khụng di động phõn bố dọc theo chiều dài của kết cấu.
+ k1: hệ số điều chỉnh kể đến cỏc hiện tượng va đập khi di chuyển mỏy trục. Vỡ vận tốc di chuyển của mỏy nhỏ nờn lấy k1 =1.
⇒ Gc = k1.q.Lc Lấy trọng lượng bản thõn cần Gc = 4T=4000KG m KG L G q c c 182 / 22 . 1 4000 1 = = = ⇒ Hỡnh 4.3
Tải trọng tạm thời gồm trọng lượng vật nõng Q và bộ phận mang vật Qm , theo cụng thức (8-49) [1] thỡ:
Khi nõng và hạ sinh ra cỏc tải trọng quỏn tớnh, vỡ thế tải trọng tạm thời được xỏc định theo cụng thức (8-50) [1]:
Pt = k2. Q + Qm
Trong đú:
k2: hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chế độ làm việc của mỏy trục. Vỡ mỏy trục làm việc ở chế độ làm việc trung bỡnh ⇒ k2 = 1,2.
Q: trọng lượng vật nõng.
Qm trọng lượng bộ phận mang vật (chọn Qm = 520KG). ở tầm với lớn nhất Rmax = 20m tương ứng sức nõng Q = 6T: ⇒ Pt = 1,236000 +520 = 7720 KG.
ở tầm với lớn trung bỡnh Rtb = 10m tương ứng sức nõng Q = 14T: ⇒ Pt = 1,2314000 +520 =17320 KG. ở tầm với nhỏ nhất Rmin = 5,1m tương ứng sức nõng Q = 35T:
⇒ Pt = 1,2335000 +520 = 42520KG.
Tổ hợp tải trọng IIb:
P=Q0 = Q +Qm
Q: trọng lượng vật nõng.
Qm trọng lượng bộ phận mang vật (chọn Qm = 520KG). ở tầm với lớn nhất Rmax = 20m tương ứng sức nõng Q = 6T: ⇒ Q0 = 6000 +520 = 6520 KG.
ở tầm với lớn trung bỡnh Rtb = 9m tương ứng sức nõng Q = 14T: ⇒ Q0 = 14000 +520 =14520 KG.
ở tầm với nhỏ nhất Rmin = 5,1m tương ứng sức nõng Q = 35T:
⇒ Q0 = 35000 +520 = 35520 KG.
Lực quỏn tớnh ngang do trọng lượng của kết cấuxuất hiện khi mở mỏy hay phanh cơ cấu quay.Lực này lấy bằng 0,1 của cỏc tải trọng thẳng đứng tương ứng (khụng kể đến hệ số k1).
Vỡ đõy là cần lớn nờn lực quỏn tớnh ngang phõn bố đều theo chiều dài cần hay là đặt vào cỏc mắt của dàn ngang.
qng=Gng/Lc=400/22=18 KG
Lực quỏn tớnh ngang do trọng lượng của vật nõng và bộ phận mang cũng suất hiện
khi mở mỏy hay phanh cơ cấu quay.Lực này lấy bằng 0,1 trọng lượng của vật nõng và bộ phận mang vật và đặt tập trung ở cỏc điểm nối cỏc rũng rọc đầu cần
Png=0,1.(Q+Qm)
ở tầm với lớn nhất Rmax = 20m tương ứng sức nõng Q = 6T: ⇒ Png = 0,1.( 6000 +520) = 652 KG. ở tầm với lớn trung bỡnh Rtb = 10m tương ứng sức nõng Q = 14T: ⇒ Png = 0,1.(14000 +520) =1452 KG. ở tầm với nhỏ nhất Rmin = 5,1m tương ứng sức nõng Q = 25T:
⇒ Png = 0,1.( 35000 +520)= 3552 KG
Tải trọng giú ở trạng thỏi làm việc tỏc dụng lờn cần đặt phõn bố đều ở cỏc mắt của
dàn.
*Trong mặt phẳng nõng cần
Tải trọng giú phõn bố đều ω trờn mặt đứng của dàn, theo cụng thức (1.11) [2]: ω = qo.n.c.γ.β
Trong đú:
qo: ỏp lực động của giú ở độ cao 10m so với mặt đất, đối với: + Trạng thỏi làm việc: qo = 15 KG/m2.
n: hệ số điều chỉnh tăng ỏp lực phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất, tra bảng 1.6 [2] chọn n = 1.
c: hệ số khớ động học, tra bảng 1.7 [2] chọn c = 1,4.
γ: hệ số quỏ tải (tớnh theo phương phỏp ứng suất cho phộp γ = 1).
β: hệ số động lực, do đặc tớnh mạch động của ỏp suất động của giú. Khi tớnh những chi tiết mỏy trục theo độ bền chắc: β = 1.
ở trạng thỏi làm việc: ϖ = 15.1.1,4.1.1 = 21 KG/m2
Toàn bộ tải trọng giú tỏc dụng lờn cần, cụng thức (1.12) [2]: Wc = ϖ.Fc
Fc: diện tớch chắn giú của cần khi cần thẳng đứng Fc=6,9m2
Do đú toàn bộ tải trọng giú tỏc dụng lờn cần: ở trạng thỏi làm việc:
Wc = 21.6,9 = 144,9KG ≈145 KG
Tải trọng giú tỏc dụng lờn hàng, theo cụng thức (1.16) [2]:
Wh = ωh.Fh
Trong đú:
ϖh: tải trọng giú phõn bố đều trờn hàng bằng tải trọng giú tỏc dụng cần ở trạng thỏi làm việc,ωh=21 KG/m2
Fh: diện tớch mặt chịu giú của hàng, theo bảng 1.8 [2]: Rmax : Q = 6T ⇒ Fh = 7,1m2 ⇒ Wh = 21.7,1 = 149 KG Rtb : Q = 14T ⇒ Fh = 13m2⇒ Wh = 21.13 = 273 KG Rmin : Q = 35T ⇒ Fh = 18m2 ⇒ Wh = 21.18 = 378 KG Tải trọng giú phõn bố đều trờn mặt phẳng nõng cần là:
+ ở trạng thỏi làm việc:
W WcLWh g
+ = ở tầm với lớn nhất Rmax (vị trớ I),β=300
⇒ WI= Wg.sin300= . 15 149 145 + .sin300≈10 KG ở tầm với lớn trung bỡnh Rtb (vị trớ II),β=550
⇒ WII= Wg.sin600= . 15 273 145 + .sin600≈23 KG ở tầm với nhỏ nhất Rmin = 4m (vị trớ III),β=800
⇒WII= Wg.sin800=. . 15 378 145 + sin800≈34 KG *Trong mặt phẳng ngang
ω = qo.n.c’.γ.β Trong đú:
c’: hằng số: c’ = c3η
+ η: hệ số phụ thuộc vào độ kớn của dàn và tỷ số hb (b: khoảng cỏch giữa cỏc dàn, h: chiều cao dàn). 1 1 1 = = h b
Với bh =1 và hệ số kớn k = 0,4 tra bảng trang 37 [6] chọn η = 0,5 c: hệ số khớ động học, tra bảng 1.7 [2] chọn c = 1,4.
⇒ c’ = 0,6.1,4 = 0,84
Vậy tải trọng giú phõn bố đều trờn mặt phẳng ngang của cần: + ở trạng thỏi làm việc:
ϖ = 15.1.0,84.1.1 = 12,6 KG/m2.
Toàn bộ tải trọng giú tỏc dụng lờn mặt phẳng ngang của cần, (1.12) [1]: Wc = ϖ.Fc
Với Fc là diện tớch chắn giú của cần.Với Fc được tớnh như sau:
Hỡnh 4.4 Fc=(F+0,5.F).k F= 18,5 2 2 5 , 4 ). 1 3 , 0 ( 12 . 1 2 5 . 5 ). 1 3 , 0 ( m = + + + + Với k là hệ số lọt giú,k=0,4
+ ở trạng thỏi làm việc:
Wc = 12,6.11,04 = 139,104 KG
Tải trọng giú tỏc dụng lờn hàng, theo cụng thức (1.16) [2]
Wh = ωh.Fh
Trong đú:
ϖh: tải trọng giú phõn bố đều trờn hàng bằng tải trọng giú tỏc dụng cần ở trạng thỏi làm việc,ωh=12,6 KG/m2
Fh: diện tớch mặt chịu giú của hàng, theo bảng 1.8 [2]:
Rmax : Q = 6T ⇒ Fh = 7,1m2 ⇒ Wh = 12,6.7,1 ≈ 89 KG Rtb : Q = 14T ⇒ Fh = 13m2⇒ Wh = 12,6.13 ≈ 164 KG Rmin : Q = 35T ⇒ Fh = 18m2 ⇒ Wh = 12,6.18 ≈ 227 KG ở trạng thỏI làm việc: W WcLWh g + = ở tầm với lớn nhất:(vị trớ I) ⇒ WI= . 15 89 67 + ≈10 KG
ở tầm với lớn trung bỡnh Rtb (vị trớ II),β=550: ⇒ WII= . 15 164 67 + ≈15 kG ở tầm với nhỏ nhất Rmin = 5,1m (vị trớ III),β=800 : ⇒ WII= .