Thiết kế cần trục tháp kiểu cột quay sức nâng q=8t, tính kết cấu thép hệ cột

Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang1
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
A- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ NÂNG HẠ PHỤC VỤ XÂY DỰNG
−Cần trục tháp là loại cần trục có một thân tháp thường cao từ 30 ÷ 50, hoặc
cao hơn nữa (có thể đến 100 ÷ 120 m). Phía trên gần đỉnh tháp có gắn cần dài từ
12 ÷ 50 m đôi khi đến 70m, được kết nối bằng chốt bản lề. Một đầu cần còn lại
được treo bằng cáp hoặc thanh kéo đi qua đỉnh tháp. Kết cấu chung của cần trục
tháp chủ yếu gồm 2 phần: phần quay và phần không quay). Trên phần quay bố trí
các cơ cấu công tác như: tời nâng vật, tời nâng cần, tời kéo xe con, cơ cấu quay,
đối trọng, trang thiết bò điện và các thiết bò an toàn.
−Phần không quay có thể được đặt cố đònh trên nền hoặc có khả năng di
chuyển trên đường ray nhờ cơ cấu di chuyển. Tất cả các cơ cấu của cần trụ được
điều khiển bởi cabin treo trên cao gần đỉnh tháp phổ biến là loại cabin được treo ở
phần liên kết giữa cần tháp và cột tháp.
−Do có chiều cao nâng và tầm với lớn, có không gian phục vụ nâng nhờ các
chuyển động nâng hạ vật, thay đổi tầm với, quay toàn vòng và dòch chuyển toàn
bộ máy mà cần trục tháp được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dân
dụng, xây dựng công nghiệp hoặc dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng hóa, cấu kiện,
vật liệu trên các kho bãi.
−Tuy nhiên do kết cấu phức tạp, tháp cao và nặng, tốn kém nhiều chi phí trong
quá trình tháo dỡ và lắp ráp, di chuyển, chuẩn bò mặt bằng nếu cần tháp được yêu
cần chỉ sử dụng ở nơi có khối lượng xây lắp tương đối lớn và khi sử dụng cần trục
tự hành là không đem lại hiệu quả kinh tế cao hoặc khả năng đáp ứng yêu cầu về
công việc thấp. Do tính chất làm việc của cần trục tháp là luôn thay đổi đòa điểm
nên chúng thường được thiết kế sao cho dễ tháo dỡ, dựng lắp và vận chuyển hoặc
có khả năng tự dựng và được di chuyển trên đường dưới dạng tổ hợp toàn máy.
Điều này làm giảm đi được chi phí và thời gian dựng lắp cần trục
−Thông thường cần trục tháp được chế tạo có sức nâng từ 1 ÷ 12 (T) , cá biệt là
có thể đến 75 (T), moment tải của cần trục đạt tới 350 t; m, tầm với từ 8 ÷ 50,
chiều cao nâng đến 100 ÷ 120(m). do có chiều cao nâng là rất lớn nên tốc độ nâng

sẽ bò hạn chế lại và nằm trong khoảng 0,32 ÷ 1m/s và có thể thay đổi tốc độc theo
cấp hoặc vô cấp.
−Tốc độ nâng hạ vật để điều chỉnh hàng thường là ≤ 8m/s, tốc độ quay của cần
từ 0,3 ÷ 1v/pt, thời gian thay đổi tầm với từ 25 ÷ 100 (s), tốc độ di chuyển của xe
con 0,2 ÷ 1m/s và di chuyển cần trục 0,2 ÷ 0,63m/s.
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang2
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
Phân loại:
−Cần trục tháp trong thực tế được chế tạo rất nhiều và đa dạng, tuy nhiên để phân
loại theo từng nhóm cần trục ta có thể dựa vào các đặc điềm riêng của tường loại cần
trục.
Phân loại theo công dụng:
Cần trục tháp có công dụng chung dùng trong xây dựng dân dụng và một phần
dùng trong xây dựng công nghiệp. Loại này có moment tải từ 4 ÷ 160 t.m, có sức nâng
0,4 ÷ 8 (t), chiều cao nâng từ 12 ÷ 100m tầm với lớn nhất vào khoảng 10 ÷30(m). để
xây dựng nhà bằng phương pháp lắp ghép tấm hoặc khối bê tông còn có các cần trục
tháp có sức nâng đến 12 T và moment tải 40 ÷ 250t.m. Ngoài ra loại cần có loại cần
trục tháp dùng để xây dựng các công trình lớn, loại này có moment tải khá lớn từ 30
÷ 250t.m có thể lên tới 500 t.m, sức nâng ở tầm với lớn nhất đạt 2 ÷ 4 (t), ở tầm với
nhỏ nhất vào khoảng 12 (t), tầm với đạt 20 ÷ 50m có thể đạt tới 70(m), chiều cao nâng
50 ÷ 100(m) và có thể lên tới 250m. tuy nhiên loại cần trục tháp đặc biệt chuyên
dùng trong xây dựng công nghiệp có moment tải rất lớn đạt tới 600 t.m cá biệt lên tới
1500 t.m. Sức nâng lớn từ 2 ÷ 75 T tầm với lớn nhất 20 ÷ 40m.
•Phân loại theo phương án lắp đặt tại hiện trường có thể chia ra: cần trục tháp di
chuyển trên ray, cần trục tháp đặt cố đònh và cần trục tháp tự nâng. Cần trục tháp cố
đònh có chân tháp gắn liền với nền móng hoặc trục cố đònh. Cần trục tháp tự nâng có
thể nằm ngoài hoặc trong công trình, tháp được tự nối độ dài để tăng độ cao nâng
theo sự phát triển chiều cao của công trình, khi tháp có độ cao lớn nó được neo với
công trình để tăng ổn đònh và tăng khả năng chòu lực ngang. Với cần trục tháp tự
nâng đặt trên công trình xây dựng, khi làm việc sẽ tự nâng toàn bộ cần trục theo

chiều cao công trình. Toàn bộ tải trọng cần trục được truyền xuống công trình
Phân loại theo đặc điểm làm việc của tháp có cần trục tháp loại quay vòng và loại
tháp không quay.Ở loại tháp quay, toàn bộ tháp và có cơ cấu được đặt trên bàn quay.
Bàn quay đặt trên thiết bò tựa quay đặt trên khung di chuyển. Khi quay toàn bộ bàn
quay quay cùng với tháp. tháp không quay, phần quay đặt trên đầu tháp. Khi quay
chỉ có cần, đầu tháp, đối trọng và các cơ cấu trên đó quay.
Phân loại theo phương pháp thay đổi tầm với ta có thể chia ra làm 2 loại: cần trục
tháp với cần nâng hạ và cần trục tháp có cần nằm ngang có xe con di chuyển trên cần
để thay đổi tầm với. Cần kiểu nâng hạ có kết cấu nhẹ và chiều cao nâng lớn hơn so
với loại cần nằm ngang. Cần nằm ngang có kết cấu nặng hơn nhưng do thay đổi tầm
với bằng xe con nên độ cao nâng và tốc độ di chuyển ngang của vật là ổn đònh , đặc
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang3
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
biệt là có thể đưa móc treo tiến gần sát thân tháp nên tăng không gian phục vụ của
cần trục.
Tóm lại cần trục tháp chủ yếu dùng trong các công trình xây dựng là ưu điểm lớn
nhất của nó mà các loại máy trục khác không thể có, khi thiết kế, chế tạo người ta chỉ
lưu ý đến đặc điểm riêng lớn nhất của nó mà lựa chọn sao cho phù hợp với công việc
mà nó thực hiện.
B-Tính toán thiết kế kết cấu thép hệ cộ
I-Khái niệm
Trong các máy trục ,kết cấu kim loại chiếm một phần lớn khối lượng kim loại ,kết cấu
kim loại chiếm 60%-70% khối lượng toàn bộ máy trục, vì thế việc tính toán chon
lượng kim loại thích hợp đảm bảo làm việc bình thường và tính kinh tế cao
Kết cấu kim loại của cột là thép ống ,có tiết diên mặt cắt ngang là hình vành khăn
II-Các thông số kỷ thuật
Tên các thông số Ký hiệu Giá trò Đơn vò
Sức nâng đònh mức Q
0
8 T

Chiều cao nâng tối đa H
max
33 m
Chiều cao nâng tối thiểu H
min
48 m
Tầm với lớn nhất R
max
25 m
Tầm với nhỏ nhất R
min
12.5 m
Vận tốc nâng hàng V
n
14 m/phút
Tốc độ quay của cần trục N
q
0.7 Vòng/phút
Tốc độ di chuyển của cần trục V 0.8 Vòng/phút
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang4
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
III-Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép kết cấu thép của cần
Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép cần là thép CT3, có cơ tính:
STT Cơ tính vật liệu Kí hiệu Trò số Đơn vò
1 Môđun đàn hồi E 2,1.10
6
KG/cm
2
2 Môđun đàn hồi trượt G 0,84.10
6

KG/cm
2
3 Giới hạn chảy σ
ch
2400 ÷ 2800
KG/cm
2
4 Giới hạn bền σ
b
3800 ÷ 4200
KG/cm
2
5 Độ giãn dài khi đứt
ε
21 %
6 Khối lượng riêng
γ
7,83
T/m
3
7 Độ dai va đập a
k
50÷100
J/cm
2
IV-Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:
- Khi máy trục làm việc thì nó chòu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết
cấu: tải trọng cố đònh, tải trọng quán tính, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàng
trên cáp.
- Tổng hợp các tải trọng khác nhau tác dụng lên cần trục có thể chia ra 3 trường hợp:

+ Trường hợp tải trọng I :
Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng tiêu chuẩn ở trạng thái làm việc và ở
những điều kiện sử dụng tiêu chuẩn. Dùng để tính toán kết cấu kim loại theo độ
bền và độ bền mỏi. Khi tải trọng thay đổi, trong đó có trọng lượng hàng thay đổi thì
không tính theo trò số tải trọng cực đại mà tính theo trò số tải trọng tương đương.
+ Trường hợp tải trọng II :
Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc và ở
điều kiện nặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn. Dùng để tính
toán kết cấu kim loại theo độ bền và độ ổn đònh.
+ Trường hợp tải trọng III :
Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc.
Các tải trọng đó gồm có: trọng lượng bản thân cần trục và gió bão tác dụng lên cần
trục ở trạng thái không làm việc. Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo điều
kiện độ bền, độ ổn đònh ở trạng thái không làm việc.
- Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên cần trục
và chia thành các tổ hợp tải trọng sau :
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang5
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
+ Tổ hợp I
a
, II
a

: Tương ứng trạng thái cần trục làm việc, cần trục đứng yên chỉ có một
cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách
từ từ tính cho tổ hợp I
a
; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột
tính cho tổ hợp II
a

.
+ Tổ hợp I
b
, II
b
: Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm cơ cấu khác hoạt động
(quay, thay đổi tầm với, di chuyển…) tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một
cách từ từ tính cho tổ hợp I
b
; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính
cho tổ hợp II
b
.
Bảng tổ hợp tải trọng.
Đối với từng loại cần trục, căn cứ vào điều kiện khai thác của cần trục và các tải
trọng tác dụng lên nó mà ta có bảng tổng hợp tải trọng sau :
Các dạng tải trọng
IIa IIb IIc IId IIIa IIIb
Trọng lượng bản thân các
bộ phận
1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.5G
Trọng lượng hàng( không
kể móc treo)
n
2
Q n
2
Q n
2
Q n

2
Q - -
Tải trọng
quán tính
khi cơ cấu
làm việc
Nâng hoặc
hạ hàng
+ + + - - -
Quay có
hàng
- + - + - -
Lực ngang
do nghiêng
cần trục
Trong mp
treo hàng
- - + + + -
vgóc với mp
treo hàng
+ - - - - -
p lực gió
nP
gII
- nP
gII
nP
gII
nP
gIII

nP
gIII
Tải trọng lắp rắp và vận
chuyển
- - - - - +
1- Các tổ hợp tải trọng qui ước dùng cho các bộ phận kết cấu thép như
:IIa,IIb,IIc,cho các thanh biên của cần cột,tháp,bệ quay:IIc cho các thanh bụng
của cần:IId cho các thanh bụng của tháp
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang6
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
2- Dấu “+”chỉ tải trọng có để ý đến:dấu “-“ chỉ tải trọng không cần để ý đến
3- Chiều của áp lực gió Pg lấy tương tự như chiue62 của lực ngang sinh ra do cần
bò nghiêng
V-Các dạng tải trọng tính toán
Các lực trong thành phần của cột và cần được xác đònh theo tổ hợp tải trọng
:IIa,IIb,IIc .Tiến hành tính toán theo trường hợp tải trọng bất lợi nhất.Đoiá với các
trường hợp phức tạp và có khả năng làm cong cột và cần thì nên tính theo hệ thống
biến dạng
Thường hợp xét đến tổ hợp IIa
1-Trọng lượng của các bộ phận
+Trọng lượng bản thân của cột và cần
Trọng lượng cần trục
G=(0.7-1.3)*Q*R=0.8*5.5*18=79.2(T)
Trọng lượng của kết cấu thép trong cần trục
G
kc
=0.55*79.2=43.56(T)
Theo số liệu tính toán hệ cần ở trên ta có
G
bt-cần

=10(T) suy ra G
cần
=1.1*10=11(T)
+Trọng lượng của cột và chốt cột
G1=Gkc-Gcần=43.56-10=33.56(T)
+Để đảm bảo chiều cao treo puli phù hợp thì độ dài của chốt cột
l’=0.25L
Tải trọng phân bố
q=33.56/(29+29*0.25)=0.9258(T/m)
Trọng lượng tính toán của cột
Gcột=0.9258*29*1.1=29.533(T)
Gchốt cột=0.9258*0.25*29*1.1=7.383(T)
đây : n1=1.1 là hệ số vược tải
Tải trọng tính toán của Cabin
Gcb=0.7*1.1=0.77(T)
Tải trọng tình toán của hàng(lấy ở phần tính toán hệ cần)
Thông số
Vò trí
Q (T) R (m)
R
min
9.6 12.5
R
tb
6 18
R
max
4.8 25
Tải trọng của tời mang hàng
Gm=0.55(T)

SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang7
mt
10
20
30
P
P
P
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
2-Tải trọng quán tính
Tải trọng quán tính sinh ra khi tăng hoặc giảm tốc độ trong thời gian nâng (hạ) hàng
và phanh các cơ cấu củng như do sự va đập ở chổ nối ray và cơ cấu truyền động có
khe hở của cặp lắp ghép tăng do sự mài mòn khi làm việc.Người ta không áp dụng
phương pháp thông thường là xét đến đặc điểm động học của tải trọng thẳng đứng
bằng cách nhân tải trọng tính với hệ số động khi tính toán cần trục tháp ở trạng thái
làm việc mà người ta đề cập trực tiếp đến tải trọng quán tinh1trong thời gian nâng
(hạ) hàng Po
và khi quay cần trục có hàng Pq
Pqt tác dụng lên kết cấu tính bằng
*P m
γ
=

Với m: khối lượng từng phần quy đổi về điểm tính toán

γ
: gia tốc dài tính toán tại điểm này
Trong tổ hợp IIa ta chỉ quan tâm đến khi nâng hoặc hạ hàng
Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng
gồm

Tải trọng nằm ngang do các phần dao động của cần trục và khối lượng của chúng
được uy đổi về đuôi cần m1
Với m1=mc*k
m1 :khối lượng quy đổi
mc: khối lượng của cần
k : hệ số quy đổi
m1=11*0.8=8.8(T)
Trong bảng 1.11 sách tính toán máy nâng chuyển(Phạm Đức)
Thời gian khởi động (hảm) các cơ cấu máy trục tiêu chuẩn
Đồi vơi cơ cấu nâng hạ hàng
t=3-8(s) ,ta chọn t=4(s)
14
2
0
* 0.0583( / )
0
4*60
v v
t
v v a t a m s
t
t
−
= + ⇒ = = =
P
10
=8800*0.0583=513.3(kG)
T trọng quán tính thẳng đứng do phần dao động của cần trục quy đổi về đầu m2 và
dao động của phần móc cần quy về m3
P

20
=m
2
*
γ
P
30
=m
3
*
γ
Thông số
Vò trí
P
20
(kG)
P
30
(kG)
R
(m)
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang8
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
R
min
513.3 311.9 12.5
R
tb
513.3 381.8 18
R

max
513.3 591.7 25
3-Các lực ngang do nghiêng cần trục
Các thành phần nằm ngang của tất cả các tải trọng sinh ra do sự nghiêng của cần trục
và khi đặt đường ray hoặc chế tạo cần trục không chính xác tạo ra do sự biến dạng
đàn hồi của mặt đường và kết cấu cần trục
Tất cả các thành phần lực ngang này tạo ra theo công thức ,trong đó không kể tới hệ
số vượt tải
P=G*i
G: Trọng lượng bản thân cần tính
i : Độ nghiêng lớn nhất của cần trục
50 50 1
4500 90
i
B
= = =
Trong đó B: chiều rộng của bánh xe
Tầm với
Các thành phần lực ngang
Rmax Rml Rmin
Trọng lượng cột (kG) 410
Trọng lượng cần (kG) 122.2
Trọng lượng hàng và móc treo (kG) 37.4 72.8 112.8
Trọng lượng cabin (kG) 7.78
Trọng lượng chốp cột (kG) 82.03
4-Tải trọng gió
Tải trọng gió tác dụng lên cần trục trong trạng thái làm việc :tải trọng này được đề
cập tới khi tính kết cấu thép ,cơ cấu quay ,công suất động cơ và ổn đònh của cần trục
tháp ,hệ số vược tải lấy bằng 1
Chiều của áp lực gió lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra do cần trục bò

nghiêng. Tải trọng gió tác dụng trog mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo hàng
+ Tải trọng gió phân bố lên hàng :
* *q c k
o
h h
ω
=
Trong đó
q
o
: tải trọng gió phân bố(không phụ thuộc vào khu vực đặc cần trục)
q
o
=15kG/m
2
C : hệ số khí động học,trong trường hợp đường bao không tim được C=1.2
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang9
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
K
H :
Hệ số xét đến sự tăng áp lực gió theo độ cao từ mặt đất
Theo bảng 6-2 trang 308 Sách TTKCT K
H
= 1.7
( )
2
15*1.2*1.7 30.6 /
0
kG m
ω

= =
Tải trọng gió tác dụng lên hàng :
*P F
hg
ω
=

Với F là diện tích chắn gió của hàng ,F có thể lấy theo thực tế hay số liệu thống kê,
khi không có số liệu này có thể lấy theo trọng lượng
Theo bảng 4.2 ,KCKLMT thì
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên hàng
*P n P
IIg
gh
=
n : hệ số hiệu chỉnh áp lực gió
Theo bảng 4.5. sách KCKLMT n=1.7
Các thông số
Đơn vò Rmax Rml Rmin
Diện tích chắn gió m
2
6 8 9
Tải trọng gió tác dụng lên hàng kG 183.8 244.8 275.4
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên
hàng
kG 312.12 416.16 468.18
+Tải trọng gió tác dụng lên Cabin:
*P F
hg
ω

=

2
3*30.6 90.9( / )P kG m
gC
= =
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên hàng:
*P n P
IIg
gh
=
P
IIg
=90.9*1.7=154.53(kG)
Tải trọng gió tác dung lên Cần:
+Tải trọng gió phân bố tác dụng lên diện tích chắn gió của kết cấu kim loại cần của
cần trục tháp
* * * *
0
q n C
ω β γ
=
(CT4.6 –KCKLMT)
Trong đó
q
0
: p lực gió trung bình ở trạng thái làm việc , q
0
=25kG/m
2

n : Hệ số hiệu chỉnh áp lực gió tính đến sự tăng áp lực theo chiều cao
Tra bảng 4.5 –KCKLMT n:=1.7
C : Hệ số khí động học của kết cấu
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang10