Thiết kế cần trục tháp kiểu tự nâng Q=1,5T

TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
PHẦN 1:

GIỚI THIỆU CHUNG
Cần trục tháp là một loại cần trục có một thân tháp thường cao từ
30 đến 75m hay cao hơn nữa(đến 100 m).Phía trên cần đỉnh tháp
có gắn một cần dài từ 12 m đến 50 m.
Đôi khi đôi khi đến 70 m,bằng chốt bản lề.Một đầu cần còn lại
được treo bằng cáp,thanh cáp đi qua đỉnh tháp.
Kết cấu chung của cần trục tháp gồm hai phần: phần quay và phần
không quay. Trên phần quay bố trí các bộ phận công tácnhư: tời
nâng vật tời nâng cần,tời kéo xe con,cơ cấu quay ,đối trọng,trang
bò điện và các thiết bò an toàn.
Phần không quay có thể được đặt trên nền hoặc có khả năng di
chuyển trên đường ray nhờ cơ cấu di chuyển.Tất cả các cơ cấu cần
trục được điều khiển từ cabin treo ở trên cao gần đỉnh tháp.
Do chiều cao nâng và tầm với lớn,khoảng không gian hoạt động
rộng nhờ các chuyển động nâng hạ vật ,thay đổi tầm với,quay toàn
vòng và dòch chuyển toàn bộ mà cần trục tháp được sử dụng rộng
rải trong xây lắp 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 trong
việc tháo dỡ,lắp dựng, di chuyển,chuẩn bò mặt bằng nên cần trục
tháp chỉ nên sử dụng ở nơi có khối lượng xây lắp khá lớn,và sử
dụng cần trục tự hành là không kinh tế hoặc không có khả năng
đáp ứng nhu cầu công việc.
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 ,lắp dựng và di
chuyển hoặc có khả năng tự dựng và di chuyển trên đường dưới
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 1

TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
dạng tổ hợp toàn máy.Điều nầy cho phép giảm chi phí và thời gian
lắp dựng cần trục.
PHẦN 2 : TÍNH TỐN KẾT CẤU THÉP PHẦN
CỘT
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
Thơng số cơ bản của cần trục :
Sức nâng: Q = 1,5(T)
Tầm với : Rmin = 2 (m)
Tầm với : Rmax = 22 (m)
Chiều cao nâng : H =14,5(m)
Tốc độ quay của cần : Vq =0,6 (v/ph)
Vận tốc nâng hàng : Vn = 45(m/ph)
Tốc độ thay đổi tầm với : V
tv
=30 (m/ph)
Trọng lượng cần có khối lượng xe con : G
c
= 3 (T)
Trọng lượng xe con và móc treo hàng : Gxe = 0,25(T)
.


SVTK : Trần Duy Khiêm trang 2
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN

Bảng tổ hợp tải trọng
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
- - + + + -
v.góc 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
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 chiều của lực ngang
sinh ra do cần bò nghiêng

SVTK : Trần Duy Khiêm trang 3
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
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:
ST
T
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
II . 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
A . Trọng lượng của cần trục và các bộ phận khi khơng có vật
dằn :
1. Trọng lượng tồn bộ cần trục :
Ta có cơng thức : G = (0.7-1.3)* Q * R
Dựa vào biểu đờ sức nâng tầm với ta lấy : Q = 1.25 (T) , R = 10 (m)
Suy ra : G = 0.8 * 1250 * 10 = 10000 (kg)
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 4
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
Do cần trục có xe con nâng hàng di động trên cần trục nên trọng
lượng cần trục sẽ tăng thêm 15% , nên ta co trọng lượng cần trục sẽ là
: G = 10000 + 10000* 15% = 11500 (kg)

- Trọng lượng của kết cấu thép trong cần trục:
Đới với loại cần trục có cợt khơng quay :
G
kc
= ( 60% - 65%)G
G
kc
= 0.65*11.5 = 7475 (kg)
2 . Trọng lượng cần ( khơng tính đến khối lượng xe con )
Theo số liệu đã cho ở trên ta có :
G
bt-can
= G
c
- Gxe = 3000 - 250 = 2750(kg)
3 . Trong lượng cột :
G
bt-cột
= G - G
cần
= 7475 – 2750 = 4725 (kg)
B . Tải trọng tính tốn
1.Tính cho tổ hợp IIa
a . Do trọng lượng bản thân các bộ phận :
+ Tải trọng tính tốn do trọng lượng kết cấu thép cần
G
c
= n
1
* G

bt-can
= 1.1 * 2750 = 3025 (kg)
n
1
=1,1 : Hệ số vượt tải
+ Tải trọng tính tốn do trọng lượng kết cấu thếp cột :
G
cot
= 1.1* 4.725 = 51975 ( kg)
+ Trọng lượng chốp cột : G
cc
= 82 (kg)
+ Tải trọng tính tốn của cabin:
G
cb
= 0.7 * 1.1 = 0.77 (T) = 700 (kg)
+ Tải trọng tính tốn của xe con :
G
x
= n
1
* G
xe
= 250*1.1= 275 (kg)
b. Tải trọng tính tốn do trọng lượng hàng:

Tính theo cơng thức : Q
tt-h
= n
2

* Q
h
n
2
= 1.25

SVTK : Trần Duy Khiêm trang 5
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
Thông số
Vò trí
Q (kg) R (m)
R
min
1500 2
R
tb
1250 10
R
max
500 22
Ta có bảng giá trị sau :
Thông số
Vò trí
Q
tt-h
(kg)
R (m)
R
min
1875 2

R
tb
1562.
5
10
R
max
625 22
c . Tải trọng qn tính khi nâng hoặc hạ hàng :
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 P
q
. Tải trọng qn tính P
qt
tác dụng lên
kết cấu tính bằng

*
qt
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
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 6
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
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 quy đổi về đuôi cần m
1
Với m
1
=m
c
*k
m
1
:khối lượng quy đổi
m
c
: khối lượng của cần
k = 0.8 : hệ số quy đổi
m
1
= 2750 * 0.8 = 2200(kg)
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)

0
45
2
0
* 0.1875( / )
4*60
v v
t
v v
t
a t a m s
t
= +
−
⇒ = = =
ta có
γ
= a (vận tốc dài tại điểm tính tốn )
Vậy tải trọng qn tính thẳng đứng do dao động của cần qui đổi về
đi cần m
1
: P
10
=0.1875*2200 = 412.5 (kg)
T trọng quán tính thẳng đứng do phần dao động của cần trục quy
đổi về đầu cần m
2
:
P
20

=m
2
*
γ
Với m
2
= 0.8 * 2750 = 2200 (kg)
Suy ra : P
20
= 0.1875*2200 = 412.5 (kg)
+ Dao động của hàng cùng với móc câu quy về m
3
:

P
30
=m
3
*
γ
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 7
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
m1
10
20
30
P
P
P
Thông số

Vò trí
P
20
(kg)
P
30
(kg)
R
(m)
R
min
412.5 225 2
R
tb
412.5 187.5 12
R
max
412.5 75 22
d . Lực ngang do nghiêng cần trục ( vng góc với mặt phẳng
treo hàng ):
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 được tính
theo cơng thức (trong đó không kể tới hệ số vượt tải) :
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 8
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
P=G*i
G: Trọng lượng bản thân cần tính
i : Độ nghiêng lớn nhất có thể của cần trục :

50 50 1
3200 64
i
B
= = =

Trong đó B: chiều rộng của hai ngàm, ngàm vào cơng trình


B=3200
Tầm với
Các thành phần lực ngang
Rmax=22m Rtb=12m Rmin=2m
Trọng lượng cột (kg) 73.8
Trọng lượng cần (kg) 43
Trọng lượng hàng và móc treo
(kg)
11.7 23.5 27.5
Trọng lượng cabin (kg)
11
Trọng lượng chốp cột (kg)
1.5
e . Tải trọng gió :
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 9
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
Ta chỉ xét trường hợp tải trọng gió tác dụng lên cần trục trong trạng
thái đang làm việc : Tải trọng này được đề cập tới khi tính kết cấu
thép , cơ cấu quay, cơng suất động cơ và ổn định của cần trục .trong
trường hợp này ta lấy hệ số vượt tải n = 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 phân bố của gió á 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). Ta lấy tải trọng gió trong trường hợp bất lợi nhất nhất ở độ cao
từ 30 - 40 m , khi đó :
q
o
=25.5 (kG/m
2
)
C : hệ số khí động học,trong trường hợp đường bao không tim được
C=1.2
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
=


ω
:Tải trọng phân bố của gió
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.
*F
ω
n : hệ số hiệu chỉnh áp lực gió
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 10
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
Theo bảng 4.5. sách KCKLMT n=1.7

Các thông số Đơn
vò
Rmax R
tb
R
min
Diện tích chắn gió m
2
2 3 3.5
Tải trọng gió tác dụng lên
hàng
kg 61.2 91.8 107.1
Tải trọng gió tính toán tác
dụng lên hàng
kg 105.57 156.06 182.07
+Tải trọng gió tác dụng lên Cabin:

*P F
hg
ω
=

2
3*30.6 90.9( / )P kG m
gC
= =
+ . 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
=25.5kG/m
2
n : Hệ số hiệu chỉnh áp lực gió tính đến sự tăng áp lực theo chiều
ca . Tra bảng 4.5 –KCKLMT n = 1.7
C : Hệ số khí động học của kết cấu .Tra bảng 4.6 –KCKLMT
C = 0.6
β
: Hệ số kể đến tác dụng động của gió.Trong thực hành kết cấu ,
đối với cần trục tháp ,hệ số
β

phụ thuộc vào chiều cao và chu kỳ
dao động riêng . Tra bảng 4.10 –KCKLMT :
β
=1.61
γ
: Hệ số vược tải ,phụ thuộc vào phương pháp tính toán ,với
phương pháp trạng thái tới hạn :
γ
=1.1
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 11
TKMH:KẾT CẤU THÉP GVHD : NG.DANH CHẤN
2
25.5*1.7*0.6*1.61*1.1 46.3 /kG m
ω
 
 
 
⇒ = =
Với F là diện tích chắn gió của kết cấu
F=k
c
*F
b
( CT 4.5- KCKLMT)
k
c
: Hệ số độ kín của kết cấu ;
Tra bảng 4.3 KCKLMT : k
c
=0.4

F
b
: diện tích hình bao của kết cấu cần
F
b
= 0.65 * 22 = 14.3 (m
2
)
F = 14.3 * 0,4 = 5,72(m
2
)

P
IIg
= 46.3 * 5,72 = 265(kG)
+ Tải trọng gió tác dụng lên cột
Diên tích hình bao của cột : F
b
= 1.7 * 14,5 = 24,65 (m
2
)
k
c
=0.4
Vậy tải trọng gió tác dụng lên cột là :

P
IIg
= 0,4*24,65*46.3 = 456,5 ( kg )
+ Xem tải trọng gió tác dụng lên cột phân bố đều :

P
t
g
= 456,5 : 14,5 = 31,5 ( kg/ m)
SVTK : Trần Duy Khiêm trang 12