3.1. Ngoại lực tác dụng lên máy công tác đợc xác định theo 2 trờng hợp sau:
1.1. Khi khởi động máy vào vị trí làm việc. 1.2. Khi máy đang làm việc.
a/ - Khi khởi động máy vào vị trí làm việc:
Khi khởi động máy vào vị trí làm việc, ngoại lực tác dụng lên máy bao gồm:
+ Trọng lợng bản thân của các thành phần kết cấu thép (tự trọng ) + Lực quán tính của các thành phần kết cấu thép chuyển động + Lực động
+ Lực gió
Các lực này đợc coi là tổng hợp lực đợc áp dụng để tính toán kết cấu thép và tính toán các bộ máy công tác ( các bộ máy quay và nâng hạ kết cấu thép)
b/ - Khi máy đang ở vị trí làm việc:
Khi máy đang ở vị trí làm việc, ngoại lực tác dụng lên máy bao gồm: + Tự trọng của các thành phần kết cấu thép.
+ Lực động. + Lực gió.
+ Trọng lợng công nhân và các thiết bị công tác.
Các lực này đợc áp dụng để tính độ bền kết cấu thép và độ ổn định của kết cấu thép trong quá trình máy làm việc.
3.2. Xác định các ngoại lực khi khởi động máy
3.2.1. Tự trọng kết cấu thép:
Dựa vào cấu tạo của máy, kí hiệu:
Gc – Tự trọng của khung chính, đối trọng và 2 xi lanh dung dàn đứng. Gd – Tự trọng của cơ cấu dung dàn đứng và xi lanh hạ dàn đứng. Gđ - Tự trọng của dàn đứng, bộ máy quay dàn công tác và 2 xi lanh. Gct - Tự trọng của dàn công tác.
Gkd - Tự trọng của dàn léo dài.
Qua sơ bộ chọn kích thớc (Dài – Cao – Rộng ) của các dàn kết cấu thép và chọn tiết diện các thanh, ta xác định sơ bộ trọng lợng các bộ phận kết cấu thép nh sau:
Gd = 417 KG Gđ = 1189 KG Gct = 493 KG Gkd = 459 KG G = 300 KG kd II G = 459 KGkd G = 600 KG ct I G = 493 KG ct I II III VI V VI
Hình 3.1. Sơ đồ của máy sau khi khởi động máy vào vị trí làm việc. I – Cơ cấu quay trụ đỡ cùng với kết cấu thép, II - Cơ cấu dung dàn đứng; III - Cơ cấu nâng hạ dàn đứng; IV - Cơ cấu quay dàn công tác; V - Cơ cấu nâng hạ dàn công tác; VI - Cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài.
3.2. Các thao tác cần thực hiện khi đa máy vào vị trí làm việc.
Khi đa máy vào vị trí làm việc, cần thực hiện 6 thao tác sau đây:
3.2.1 Quay toàn bộ kết cấu thép (kể cả đối trọng) một góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh đờng tâm thẳng đứng của khung chính (Hình 3.2a).
3.2.2 Dựng toàn bộ kết cấu thép (trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90°
(Hình 3.2b)
3.2.3 Hạ dàn đứng (cùng với dàn công tác và dàn kéo dài) xuống đến độ sâu yêu cầu (Hình 3.2c).
3.2.4 Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài một góc 90° đến vị trí nằm ngang (Hình 3.2d).
3.2.5 Quay dàn công tác cùng với dàn kéo dài 90° vào vị trí vuông góc với tâm cầu (dới gầm cầu), (Hình 3.2e)
3.2.6 Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc (Hình 3.2f)
Hình 3.2.a. Quay toàn bộ kết cấu thép một góc 90° xung quanh đờng tâm thẳng đứng của khung chính.
Hình 3.2.b. Dựng toàn bộ kết cấu thép (trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90°
Hình 3.2.c. Hạ dàn đứng (cùng với dàn công tác và dàn kéo dài) xuống đến độ sâu yêu cầu (Hình 2.2c).
Hình 3.2d. Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài một góc 90° đến vị trí nằm ngang
Hình 3.2e. Quay dàn công tác cùng với dàn kéo dài 90° vào vị trí vuông góc với tâm cầu
Hình 3.2f : Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc
3.3. Cơ sở để xác định các ngoại lực.
Trong các thao tác kể trên, có 4 thao tác (a,b,c,d,e) có chuyển động quay, hai thao tác còn lại có chuyển động tịnh tiến (c,f). Cách xác định các ngoại lực nh sau:
a. Lực quán tính:
Lực quán tính của các bộ phận có chuyển động quay đợc xác định nh sau [2,trang35]: Qqi = mi x t R n i . 30 . . Π = G i x t g R n i . . 30 . . Π (KG ) Trong đó:
Qqi – Lực quán tính do chuyển động quay của bộ phận thứ i gây ra (lực này tính theo phơng tiếp tuyến của quĩ đạo chuyển động quay).
Gi – Trọng lợng của bộ phận thứ i tham gia chuyển động quay, KG n- Số vòng quay của cơ cấu, (n= 2 v/p )
Ri – Bán kính quay của cơ cấu, (m) t – Thời gian phanh hãm cơ cấu, (giây)
Lực quán tính do các bộ phận có chuyển động tịnh tiến gây ra [2, trang 34]: Chuyển động thẳng đứng:
Qtđi = 0.107 x Gi x
t
Chuyển động ngang:
Qtni = 0.102 x Gi x
t
V (KG )
Gi – Trọng lợng của bộ phận thứ i tham gia chuyển động tịnh tiến, KG. V – Vận tốc chuyển động của cơ cấu, m/s
t- Thời gian phanh hãm cơ cấu (t = 1 s)
Trên cơ sở các công thức trên, ta sẽ xác định đợc lực quán tính của các bộ phận kết cấu thép tơng ứng cho 6 thao tác kể trên.
b. Xác định lực động:
Lực động phát sinh do ảnh hởng chuyển động của các bộ phận cần phải đợc kể đến trong tính toán kết cấu thép. Với các chuyển động của các thành phần kết cấu thép nhỏ, cho nên lấy hệ số lực động Kđ = 1.1 [3, trang 219]. Hệ số này đợc nhân với trọng lợng của các thành phần kết cấu thép
Giđ = 1.1 x Gi , KG Trong đó:
Giđ - Lực động của thành phần kết cấu thép thứ i, KG.
Gi – Trọng lợng tĩnh của thành phần kết cấu thép thứ i, KG c. Xác định lực gió:
Lực gió tác dụng lên kết cấu thép của máy đợc xác định theo công thức Qgi = ko x qg x Fc x kh (KG)
Trong đó:
Qgi – Lực gió tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái thứ i, KG qi – Cờng độ gió, KG/m2
( Để an toàn cho máy làm việc ta tính toán lực gió cấp VII. Với gió cấp này, ta có qg= 25 KG/m2, Vg = 20 m/s [2, trang 38]
Fc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép, m2
(Diện tích này bằng diện tích bao của kết cấu thép nhân với hệ số chắn gió Kg = 0.3)
ko – Hệ số cản khí động học, ko = 1.2 – 1.4
kh – Hệ số kể đến ảnh hởng của độ cao của kết cấu thép, kh = 1.47 – tơng ứng h < 50 m.
3.4. Xác định giá trị các ngoại lực tác dụng lên kết cấu thép trong các thao tác đa máy vào vị trí làm việc:
a/- Thao tác a:
Quay toàn bộ kết cấu thép một góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh tâm thẳng đứng của khung chính
+ Lực quán tính (Qa q): Theo công thức 1 ta có: Qa q = (Gc + Gd + Gđ + Gct + Gkd ) x t g R n i . . 30 . . Π ( KG ) Thay các giá trị vào biểu thức trên:
Qa q = ( 4979 + 417 + 1189 + 493 + 459 ) x 81 . 9 30 5 . 4 2 14 . 3 x x x =376.8 ( KG ) + Lực động (qđ ):
Trị số lực động (qđ ) của các thành phần kết cấu thép đợc xác định nh sau:
- Khung chính và đối trọng: qđ c = 1.1 x Gc = 5477 KG - Cơ cấu dựng dàn đứng: qđ d = 1.1 x Gd = 459 KG - Dàn đứng: qđ đ = 1.1 x Gđ = 1308 KG - Dàn công tác: qđ ct = 1.1 x Gct = 542 KG - Dàn kéo dài: qđ kd = 1.1 x Gkd = 505 KG + Lực tác dụng của gió:
Trong bớc thao tác này, lực gió tác dụng bất lợi nhất theo phơng dọc với đờng tâm xe cơ sở ( Vuông góc với mặt bên của kết cấu thép)
Qa
g = ko x qg x Fca x kh (KG) Trong đó:
Qa
g – Lực của gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái a.
qi – Cờng độ gió, ( Để an toàn cho máy làm việc ta tính toán lực gió cấp VII. Với gió cấp này, ta có qg= 25 KG/m2, Vg = 20 m/s [2, trang 38] )
Fc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép, m2
(Với kết cấu thép dạng dàn ta lấy hệ số chắn gió Kg = 0.3) ko – Hệ số cản khí động học, ko = 1.2 – 1.4
kh – Hệ số kể đến ảnh hởng của độ cao của kết cấu thép, kh = 1.47 Thay các giá trị tính toán vào biểu thức ta có:
Qa
g = 448.93 KG
Nếu cho phân bố đều trên chiều dài kết cấu thép thì qa
g = 43.7 KG/m
Nh vậy, tổng hợp trạng thái chịu lực của kết cấu thép trong bớc thao tác a nh sau ( Xét trong 2 mặt phẳng )
Trong mặt phẳng thẳng đứng ( Nhìn từ sau xe) Q1đ = q dđ + q đđ + q ctđ + q kdđ = 10.27 2558 = 249 m KG q = 249 KG/m 1 đ G = 2496.3 KGđt G =193.1 KGtđ 2 q = 262 KG/mđ
Hình 3.3. Lực tác dụng lên kết cấu thép trong mặt phẳng thẳng đứng. Trong mặt phẳng nằm ngang (Hình 3.4)