Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG pps

87
Chương 4
TẢI TRỌNG VÀ TỔ HP TẢI TRỌNG
§4.1.CÁC TRƯỜNG HP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HP TẢI TRỌNG.

4.1.1.Các trường hợp tính toán tải trọng, [09], [03].
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 di động, tải trọng quán tính, tải trọng lắc động hàng trên cáp, tải trọng
gió. Tổng hợp các tải trọng khác nhau tác dụng lên máy trục có thể chia ra ba trường hợp tính
toán cơ bản sau đây:
1) Trường hợp thứ nhất (I) :
Tải trọng tiêu chuẩn ở trạng thái làm việc. Các tải trọng đó tác dụng lên máy trục ở
những điều kiện sử dụng tiêu chuẩn như: Trọng lượng hàng đúng tiêu chuẩn, mở máy và hãm
êm, áp lực gió trung bình khi máy làm việc, trạng thái mặt đường di chuyển cần trục đúng tiêu
chuẩn. Trên cơ sở các tải trọng đó có thể tiến hành tính toán theo độ bền và độ bền mỏi. Khi tính
toán theo độ bền mỏi thì áp lực gió có thể không tính đến. 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.
2) Trường hợp thứ hai (II) :
Tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc. Đó là các tải trọng giới hạn tác dụng lên máy trục
khi làm việc ở điều kiện nặng nhất và làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn.
Các tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc có thể tạo nên sức cản tónh cực đại, mở máy và
hãm nhanh sẽ tạo nên các lực quán tính cực đại, lực gió cực đại tác dụng lên cần trục ở trạng thái
làm việc, trạng thái mặt đường bất lợi cho di chuyển cần trục và độ dốc cực đại.
Căn cứ vào các tải trọng đó để tính toán độ bền của các bộ phận kết cấu và tính ổn đònh
cần trục. Khi dùng tải trọng trường hợp thứ hai phải căn cứ trên cơ sở thực tế sử dụng cần trục mà
chọn hệ số an toàn tổng hợp. Tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc thường được hạn chế bởi
những điều kiện ngoài. Nó là cơ sở để tính toán sự quay, trượt của bánh xe di chuyển, giả đònh
đònh mức cho các thiết bò khớp nối mômen giới hạn, các thiết bò bảo vệ điện, thiết bò hãm làm
việc và ngắt vành kiểm tra v.v…

3) Trường hợp thứ ba (III) :
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. Đối với cần trục nổi
và cần trục tàu thuỷ cón phải tính đến tải trọng lắc động và sóng tác dụng lên cần trục. Căn cứ
vào các tải trọng đó để tiến hành kiểm tra độ bền kết cấu và tính ổn đònh cần trục ở trạng thái
không làm việc.
4.1.2.Tổ hợp tải trọng, [09], [03].
Ở trạng thái làm việc của máy trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên máy trục và
chia thành các tổ hợp tải trọng sau:
- 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 (I
a
), khởi
động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột (II
a
).
- Tổ hợp I
b
, II
b
: Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm một cơ cấu khác hoạt động (di
chuyển xe con, di chuyển cả máy trục, quay, thay đổi tầm với, … ) tiến hành khởi động (hoặc

88

hãm) cơ cấu một cách cách từ từ – tính cho tổ hợp I

b
, đột ngột – tính cho tổ hợp II
b
.
Đối với từng loại máy trục, căn cứ vào điều kiện khai thác và các tải trọng tác dụng lên
máy trục mà người ta xây dựng các bảng tổ hợp tải trọng.

§4.2.TÍNH TOÁN CÁC TẢI TRỌNG.
4.2.1.Trọng lượng bản thân kết cấu G
Trọng lượng bản thân của kết cấu thép và các cơ cấu máy trục là các tải trọng tónh đặt cố
đònh trên kết cấu. Trọng lượng bản thân cũng có khi là tải trọng di động trên kết cấu thép (ví dụ
như trọng lượng xe tời trên cầu trục, cổng trục; trọng lượng cần khi thay đổi tầm với, trọng lượng
toàn bộ phần quay khi quay cần trục). Khi thiết kế KCKLMT ở bước thiết kế sơ bộ trọng lượng
bản thân kết cấu là chưa biết vì vậy phải giả đònh sơ bộ. Việc giả đònh sơ bộ trọng lượng bản
thân kết cấu dựa vào các phương pháp sau :
+ Phương pháp 1 : chọn trọng lượng bản thân kết cấu G theo các máy trục đã có sẵn với
các thông số kỹ thuật tương đương (theo máy mẫu)
+ Phương pháp 2 : chọn trọng lượng bản thân kết cấu G theo biểu đồ hoặc các công thức
kinh nghiệm (ví dụ xem chương cầu trục).
Khi thiết kế sơ bộ xong ta đã có kích thước cụ thể của kết cấu, cần thiết phải tính lại trọng
lượng thực của kết cấu, từ trọng lượng thực này so sánh với giả thiết ban đầu, nếu sai khác quá
5% cần phải tính lại kết cấu với trọng lượng thực của kết cấu ở bước tính sơ bộ. Sự sai khác này
làm các biểu đồ nội lực tính toán không sát với biểu đồ nội lực thực tế của kết cấu. Việc tính
toán có thể phải lặp lại một số lần cho đến khi đạt yêu cầu.
4.2.2. Trọng lượng hàng Q:
Sức nâng cho phép Q – theo TCN 239-97, điều 1.2.1: “là trọng lượng hàng lớn nhất được
phép nâng, kể cả bộ phận dùng để mang hàng (gầu ngoạm, dây, xà móc hàng, lưới…) ở mã hàng
được nâng (S.W.L)”. Trọng lượng hàng là loại tải trọng động tác dụng lên kết cấu thép của máy
trục khi làm việc.
1) Khi tính kết cấu thép theo độ bền lâu (Tổ hợp I

a
, I
b
) :
Trọng lượng hàng để tính kết cấu thép là loại tải trọng tương đương (1.41).[03]:
Q
tđ
= ϕ.Q (4.1)
trong đó : Q - Trọng lượng tiêu chuẩn của hàng; ϕ – hệ số tương đương phụ thuộc vào qui luật
thay đổi tải trọng và chế độ làm việc của máy trục. Trong trường hợp tính gần đúng, trò số ϕ chọn
theo bảng 4.1.
Bảng 4.1 hệ số ϕ, (tr.62 – [09]).


Chế độ làm việc của cần trục Trò số của hệ số ϕ
Chế độ làm việc nhẹ 0,57 ÷ 0,67
Chế độ làm việc trung bình 0,75 ÷ 0,80
Chế độ làm việc nặng và rất nặng 0,90 ÷ 0,91

Để tính toán hệ số ϕ, ta dùng công thức (1.42).[03]:
ϕ =
m
i
i
m
i
Z
Z
.
Q

Q
Σ








Σ (4.2)
ở đây: Q – sức nâng đònh mức của cần trục; Q
i
– trọng lượng của hàng ở mã hàng thứ i (thực hiện
trong thời gian của số chu kỳ Z
i
); Z
i
– số chu kỳ chòu tải trọng Q
i
; ΣZ
i
– tổng số chu kỳ chòu tải

89
của cần trục đến khi phá hỏng vì mỏi, ΣZ
i
≤ N
o
; N

o
– số chu kỳ chòu tải cơ sở trên đường cong
mỏi của vật liệu; m là bậc đường cong mỏi. Đối với thép : N
o
= 2.10
6
, m = 6.
Để xác đònh ϕ ta dùng đồ thò đặc tính tải tương đối của máy trục, xem hình 4.1,
(h.0.1).[12]. Tổng số lần (số chu kỳ) chòu tải của kết cấu ΣZ
i
được xác đònh như sau:
ΣZ
i
= L.t
k
.n
k
(4.3)
ở đây: L – số năm làm việc (năm) (L
nhẹ, trung bình
= 30năm, L
nặng
= 25năm, L
rất nặng
= 20năm);
t
k
– số giờ làm việc trong một năm (chế độ làm việc nhẹ và trung bình t
k
= 2500h/năm,

chế độ làm việc nặng t
k
= 5000h/năm, chế độ làm việc rất nặng t
k
= 7000h/năm);
n
k
– số chu kỳ làm việc của cần trục trong một giờ (n
k
= 60 ÷ 120 – chế độ nhẹ; n
k
= 120
÷ 240 – chế độ trung bình; n
k
= 240 ÷ 480 – chế độ nặng; n
k
> 480 – chế độ rất nặng).
Theo một số tài liệu: ϕ = 1 – chế độ rất nặng; ϕ = 0,8 ÷ 0,7 – chế độ nặng; ϕ = 0,7 ÷ 0,6 –
chế độ trung bình.
2) Khi tính kết cấu thép theo độ bền và ổn đònh (tổ hợp II
a
, II
b
, III

):
Q
tính toán
= Q
đònh mức

= Q

4.2.3. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép P
g
:
1) Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái làm việc ( P
g
I
và P
g
II
):
Các máy trục làm việc ngoài trời cần phải tính đến tải trọng gió tác dụng lên kết cấu. Tải
trọng gió có phương song song với mặt đất. Tải trọng gió thay đổi một cách ngẫu nhiên, trò số
phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu của từng vùng. Tải trọng gió được tính theo công thức (14).[03]:
P
g
= Σ(p
g
.F
H
) (4.4)
ở đây: P
g
– toàn bộ tải trọng gió tác dụng lên máy trục, kG;
F
H
– diện tích chắn gió tính toán của kết cấu và vật nâng (trong trạng thái làm việc), m
2
.

*) Diện tích chắn gió của vật nâng F
H
, m
2
, được xác đònh theo bảng 4.2.

Bảng 4.2. Diện tích chắn gió của vật nâng, (B.1.2.10).[03].

Q, T F
H
, m
2
Q, T F
H
, m
2
Q, T F
H
, m
2
Q, T F
H
, m
2
0,20 1,0 3,20 5,60 25,0 18,0 100,0 36,0
0,50 2,0 5,00 7,10 32,0 20,0 150,0 45,0
1,00 2,8 10,0 10,0 50,0 25,0 200,0 55,0
1,60 3,6 16,0 14,0 63,0 28,0 250,0 65,0
2,00 4,00 20,0 16,0 75,0 30,0 300,0 75,0
*) Diện tích chắn gió của kết cấu F

H
, m
2
, được xác đònh theo công thức (1.5).[03]:
Hình 4.1. Đặc tính tải tương đối của máy trục

90

F
H
= k
c
.F
b
(4.5)
trong đó : F
b
– diện tích hình bao của kết cấu, m
2
; k
c
– hệ số độ kín của kết cấu (hệ số lọt gió),
kể đến phần lỗ hổng, xác đònh theo bảng 4.3.

Bảng 4.3. Hệ số độ kín của kết cấu k
c
, (tr.37).[03].

Dạng kết cấu k
c

Dạng kết cấu k
c

Kết cấu dàn thép đònh hình 0,2 ÷ 0,6

Các cơ cấu máy 0,8 ÷ 1,8

Kết cấu dàn thép ống 0,2 ÷ 0,4

Kết cấu có thành kín (cabin, đối trọng …) 1,0

*) Diện tích chắn gió tính toán F
H
của máy trục có nhiều dầm (dầm kín hoặc dàn) đặt liên tiếp,
cùng chiều cao được tính như sau:
+ với b < h lấy bằng diện tích của dầm đứng trước;
+ với h ≤ b ≤ 2h lấy bằng diện tích của dầm đứng trước và 50% diện tích của mỗi dầm
đứng sau.
+ với b > h lấy bằng diện tích của tất cả các dầm, trong đó b – khoảng cách giữa các dầm,
h – chiều cao của dầm.
*) Áp lực của gió p
g
tác dụng lên kết cấu, kG/m
2
xác đònh theo công thức sau (1.6).[03] :
p
g
= q
o
.n.c.β.γ (4.6)

trong đó: q
o
– cường độ gió ở độ cao 10 m so với mặt đất, kG/m
2
, tương ứng với tốc độ gió v
(1.6).[03]:
q
o
=
16
v
2
(4.7)
ở đây: v – tốc độ gió m/s, phụ thuộc cấp gió tính ở độ cao 6 m so với mặt nước biển trung bình,
quan hệ giữa cấp gió và tốc độ gió theo bảng 4.4.

Bảng 4.4. Sự phụ thuộc giữa cấp gió và tốc độ gió.
(ở độ cao 6 m so với mặt nước biển trung bình – (B.1.21).[02].
Cấp gió

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
v, m/s 1 3,2 6,2 9,6 13,6

17,8

22,2

23,6

31,6

36,7

42 47,5

53
Hình 4.2. Xác đònh diện tích chòu gió tính toán, (h.1.3).[16].

91
Khi tính toán kết cấu thép, trò số đại lượng q
o
được lấy phụ thuộc vào từng trường hợp tính
toán như sau:
+ Áp lực gió trung bình ở trạng thái làm việc q
oI
được lấy là 15 kG/m
2
, với cần trục cảng
và cần trục nổi là 25 kG/m
2
. Trường hợp này dùng để tính chọn động cơ và các chi tiết theo độ
bền lâu.
+ Áp lực gió trung bình ở trạng thái làm việc q
oII
được lấy là 25 kG/m
2
, với cần trục cảng
và cần trục nổi là 40 kG/m
2
. Trường hợp này dùng để tính kết cấu kim loại theo độ bền, độ ổn

đònh kết cấu; kiểm tra ổn đònh máy khi có tải, kiểm tra thời gian mở máy và thời gian phanh các
cơ cấu.
*) n – hệ số hiệu chỉnh áp lực gió tính đến sự tăng áp lực theo chiều cao, xem bảng 4.5
Bảng 4.5. hệ số hiệu chỉnh áp lực gió theo chiều cao n, (B.1.17).[03].

H, m

≤ 10 10-20 20-30

30-40

40-50

50-60 60-70

70-80 80-100 200 ≥ 350
n 1,0 1,32 1,5 1,7 1,8 1,9 2,0 2,12 2,2 2,6 3,1

*) c – hệ số khí động học của kết cấu, phụ thuộc hình dáng của kết cấu, xem bảng 4.6.
Bảng 4.6. hệ số khí động học c, (B.1.2.15).[05].

Dạng kết cấu c
Đối với dầm, dàn thép hình (
1
Hệ số 1,4 chỉ để tính ổn đònh cần trục nổi) 1,4
1
-1,6

Đối với kết cấu dầm hộp nhẵn mặt ngoài như: cabin, đối trọng, cáp, hàng, ponton. 1,2
q

o
.n.d
2
, kG c
≤ 0,5 1,2
0,5÷0,8 1,0
0,8÷1,5 0,7
1,5÷2,5 0,5
2,5÷10,0 0,6
Kết cấu làm từ thép ống, hệ số c phụ thuộc vào tích số q
o
.n.d
2
, kG, ở
đây d là đường kính ống, m.
10÷100 0,7
Trong trường hợp có nhiều dàn phẳng đặt song song nhau (hình 4.2) với chiều cao h và
khoảng cách giữa các dàn là b thì hệ số khí động học của dàn thứ nhất lấy là c, còn các dàn kế
tiếp sau đó lấy là c’ = c.η. Ở đây hệ số η được xác đònh phụ thuộc hệ số độ kín k
c
và tỷ số b/h,
bảng 4.7
Bảng 4.7. hệ số η, (bảng 1.2.16) – [05].
Hệ số độ kín k
c
h
b

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ≥ 0,6
1/2 0,93 0,75 0,56 0,38 0,19 0

1 0,99 0,81 0,65 0,48 0,32 0,15
2 1,0 0,87 0,73 0,59 0,44 0,30
6 1,0 0,93 0,83 0,72 0,61 0,50
*)
β
ββ
β
- hệ số kể tới tác dụng động của gió:
Trong tự nhiên tải trọng gió là tải trọng động.
Nếu biết tần số dao động riêng của kết cấu và thời
gian phát triển của cơn gió có thể tính được tải trọng
động tác dụng lớn nhất của gió và chỉ tính cho các
công trình thuộc loại tháp cao. Đối với các công
trình đó với chu kỳ dao động riêng các tần số thấp
lớn hơn 0,25s thì áp lực gió tính toán q
0
phải nhân

Hình 4.3 – Biểu đồ hệ số động
ξ
,, (H.2.25).[01].



92

với hệ số β xác đònh theo công thức (2.148).[01]:
β = 1 + ξ.m (4.8)
ở đây ξ – hệ số động phụ thuộc vào chu kỳ dao động riêng của kết cấu (hình 4.3),
m – hệ số mạch động của áp lực tốc độ gió xác đònh theo bảng 4.8

Bảng 4.8 – Hệ số mạch động m của áp lực tốc độ gió, (B.2.3).[01].

Khoảng cách từ mặt đất
Bộ phận
Đến 20 20 ÷ 40 40 ÷ 60 60 ÷ 80 100 ÷ 200

Kết cấu 0,35 0,32 0,28 0,25 0,21
Thanh kéo, dây cáp 0,25 0,22 0,20 0,18 0,15
Từ hình 4.3 và bảng 4.8 cho thấy rằng: đối với kết cấu β ≤ 2,0. Đối với dây cáp chỉ tính
tác dụng tónh của cơn gió, tức là hệ số ξ trong công thức (4.8) lấy bằng 1 (ξ = 1). Chu kỳ dao
động riêng của kết cấu, các tần số thấp của kết cấu có thể xác đònh theo công thức (2.149).[01]:

1
22
22
2
11
.

22
yg
yPyPyP
C
m
nn
t
t
+++
==
ππτ

; (4.9)
ở đây: y
1
, y
2
, …, y
n
: các chuyển vò ngang trọng tâm (điểm đặt) các tải
trọng P
1
, P
2
, …, P
n
khi tác dụng vào đầu trên của kết cấu một lực đơn vò
nằm ngang (P = 1); g – gia tốc trọng trường.

*) Trong thực hành tính kết cấu có thể sử dụng các số liệu thực
nghiệm sau đây để tìm β:
+ Với vật nâng β = 1,25; với các cần trục tự hành kiểu cần do tính
đứng vững của kết cấu cao, hệ số β = 1,2 ÷ 1,5. Với cần trục tháp, hệ số β
phụ thuộc vào chiều cao và chu kỳ dao động riêng và chiều cao cần trục
(tính đến chốt chân cần) của cần trục (bảng 4.10).
Chu kỳ dao động riêng của cần trục tháp (Tr.16) – [12]:
τ = α.
c
th
L
H
, s (4.10)

trong đó : α – hệ số phụ thuộc tải trọng nâng Q và tầm với L được tra
trong bảng 4.9; H
th
– Chiều cao tháp tính đến chân cần, m; L
c
– chiều dài
cần, m.
Bảng 4.9. Giá trò hệ số α
αα
α. (B.0.12).[12].
Tải trọng nâng Q, kN (chỉ số sức nâng trong ngoặc đo bằng tấn)
Tầm với L, m
10-20 (1-2T) 40-80 (4-8T) 160-200 (16-20T) 400-500 (40-50T)

16 1,4 1,7 2,0 2,4
20 1,6 1,8 2,1 2,6
30 1,7 1,9 2,2 2,8
40 1,8 2,0 2,4 3,0

Bảng 4.10 – Giá trò hệ số động lực học β
ββ
β, (B.0.13).[12].

Chu kỳ dao động riêng τ, s
Chiều cao cần trục (đến
chốt chân cần), m
1 2 3 5 8
Đến 20 1,61 1,79 1,93 2,11 2,16
20-60 1,51 1,65 1,77 1,91 1,96
60-200 1,37 1,56 1,56 1,66 1,69

Hình 4.4 –
Sơ đồ xác
đònh chu kỳ dao động
r
iêng của các kết cấu
cao.


93
*) γ
γγ
γ - hệ số vượt tải phụ thuộc phương pháp tính toán : với phương pháp ứng suất cho
phép γ = 1; với phương pháp trạng thái giới hạn γ = 1,1.
2) Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái không làm việc (P
g
III
) (2.150).[01]:
P
g
III
= ∑p
g
.F
H
(4.11)
trong đó: F
H
– xác đònh tương tự như trên (phần a); p
g

= q
o
.n.c.β.γ - các hệ số n, c, β và γ xác đònh
tương tự như phần a.
Đại lượng q
o
– là áp lực tính toán khi gió bão: q
o
= q
o
III
được tính phụ thuộc vào tốc độ gió
và ở độ cao dưới 10m được xác đònh như sau (bảng 4.11)

Bảng 4.11 – Áp lực gió ở trạng thái không làm việc (ở độ cao dưới 10m), (Tr.15).[12].
Tốc độ gió, m/s 21 24 27 30 33 37 40
Áp lực gió kG/m
2
28 35 45 56 70 85 100

4.2.4.Tải trọng do quán tính và sự lắc động hàng treo trên cáp:
Khi cần trục làm việc, trong thời kỳ gia tốc các cơ cấu xuất hiện các lực quán tính: nâng
(hạ) có gia tốc; khi cần trục di chuyển có gia tốc (khởi động, hãm, thay đổi tốc độ); khi quay hay
thay đổi tầm với; các cần trục nổi, cần trục trên tàu chòng chành trên sóng. Từ đó ta thấy tải
trọng quán tính có tác dụng động làm tăng tải trọng tác dụng lên kết cấu kim loại máy trục.

1) Tải trọng quán tính khi nâng, hạ hàng.
Khi tiến hành nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm hàng khi đang hạ: khối lượng hàng chuyển
động có gia tốc làm phát sinh lực quán tính. Lực quán tính có phương trùng với phương của cáp
hàng, thông qua cáp treo hàng tác dụng lên kết cấu kim loại máy trục (KCKLMT). Tải trọng tính

toán do trọng lượng hàng và lực quán tính của hàng được tính theo công thức sau (2.66).[01]:
S = Q + v
mc (4.12)
ở đây: m, Q lần lượt là khối lượng và trọng lượng của mã hàng nâng (Q = m.g); v – tốc độ nâng
(hạ); c – độ cứng của cáp hàng và KCKLMT.
Thông thường để tính đến tác dụng động của trọng lượng hàng chuyển động có gia tốc
gây ra lực quán tính người ta tính thông qua hệ số động ψ (1.08).[03]:
S = ψ.Q (4.13)
ψ = (1 + k
H
) = 1 + av (4.14)
ở đây: k
H
là hệ số tăng tải trọng được xác đònh khi tính toán động lực học cơ cấu nâng hàng trong
các trường hợp nâng hàng tức thời với vận tốc v và hãm hàng tức thời khi đang hạ với vận tốc v
(1.16).[03]:
ψ =
Q
S
= 1 +
)(
1.
CTCT
yg
v
m
c
g
v
+

+=
λ
(4.15)
λ
CT
, y
CT
lần lượt là độ dãn dài của cáp treo hàng và độ võng tónh của đầu cần máy trục. Khi tính
toán sơ bộ có thể lấy ψ = 1,1 ÷ 1,4.
2) Tải trọng quán tính khi di chuyển.
a)Tải trọng phát sinh khi cần trục di chuyển trên đường không bằng phẳng:
Khi cần trục di chuyển trên đường không bằng phẳng (chỗ nối ray, ổ gà, đá cục, …) gây ra
tải trọng tác dụng động tác dụng lên KCKLMT. Người ta tính toán đến tác dụng của tải trọng
động này thông qua hệ số va đập k
T
>1. Lúc đó các tải trọng tính toán của trọng lượng bản thân
và trọng lượng hàng Q treo trên cần trục được nhân thêm với hệ số động k
T
,

(tr.43).[03]:
G
H
= k
T
.G; Q
H
= k
T
.Q. (4.16)

94

trong đó k
T
phụ thuộc vào loại mặt đường và tốc độ di chuyển của máy trục. Với cần trục di
chuyển trên ray k
T
phụ thuộc tốc độ, xem bảng 4.12.
Bảng 4.12 – Hệ số động khi cần trục di chuyển trên ray, (tr.43).[03], (tr.64).[01].
v (m/s) Đến 1 1 ÷ 1,5 1,6 ÷ 3 > 3
k
T
1,0 1,1 1,2 1,3
+ Khi tính kết cấu theo độ bền mỏi hệ số động k
T
được tính theo k’
T
:
k’
T
= 1 + 0,5(k
T
– 1) < k
T
(4.17)
+ Với cần trục di chuyển trên bánh lốp v = 20 ÷ 25 km/h hệ số k
T
phụ thuộc loại mặt
đường : đường nhựa k

T
= 1,5; đường đá sỏi k
T
= 2,0.
b)Tải trọng quán tính khi cần trục di chuyển có gia tốc:
Khi cần trục (hoặc xe con) di chuyển có gia tốc (khởi động, hãm, thay đổi vận tốc) làm
phát sinh lực quán tính (N) ; tải trọng quán tính do di chuyển có gia tốc có phương trùng với
phương chuyển động (2.105).[01]:
P
qt
= (m
c
+ β.m
h
).j = (m
c
+ m
h
)
t
v
= P
c
qt
+ P
h
qt
(4.18)
trong đó: m
c

, m
h
lần lượt là khối lượng cần trục và khối lượng hàng (kg); v – vận tốc di chuyển
của cần trục hoặc xe con; t – khoảng thời gian phanh hoặc hãm cơ cấu; j – gia tốc chuyển động
(m/s
2
); β - hệ số ảnh hưởng do treo mềm của hàng. Thành phần P
c
qt
đặt vào trọng tâm cần trục có
phương theo phương di chuyển, chiều tùy thuộc vào cần trục khởi động hay hãm. Thành phần
P
h
qt
đặt vào đầu cần hoặc chỗ kẹp cáp trên xe con có phương ngang, chiều tùy thuộc vào cần trục
khởi động hay hãm.
Tải trọng quán tính lớn nhất khi gia tốc chuyển động lớn nhất (j
max
). Lúc đó (2.109).[01]:
P
qt
max
= (m
c
+ m
h
).j
max
(4.19)
thường lấy P

qt
max
= 2 P
qt
khi khởi động hoặc hãm đột ngột.
Khi khởi động hoặc hãm cơ cấu di chuyển thì cần trục chuyển động có gia tốc, vì vậy để
đảm bảo độ bám của bánh xe với mặt đường (tức là đảm cho bánh xe chủ động lăn mà không bò
trượt quay) thì lực dẫn tiếp tuyến phải nhỏ hơn hay bằng lực bám, lúc đó giá trò lớn nhất của lực
quán tính phải thỏa mãn (2.111).[01]:
P
qt
max
= (m
c
+ m
h
).j
max
≤ µ.N
tđ
⇒
j
max
≤
)(
.
hc
td
mm
N

+
µ
=
N
N
g
td
.
µ
= [J] (4.20)
trong đó: µ là hệ số bám xác đònh bằng thực nghiệm, phụ thuộc tính chất của hai bề mặt tiếp xúc.
Khi bánh xe thép hoặc gang lăn trên đường ray lấy: µ = 0,12 khi máy làm việc ngoài trời; µ =
0,15 khi máy làm việc trong nhà; µ = 0,2 khi máy làm việc trên đường ray có phun cát.
Lưu ý rằng công thức trên đã bỏ qua ảnh hưởng của lực cản tónh (ví dụ lực cản do gió, lực
cản trên bánh bò dẫn.v.v…), trong trường hợp có kể tới lực cản tónh thì (dấu + khi hãm, dấu – khi
khởi động):
j
max
≤
)(
.
hc
cttd
mm
FN
+
µ
µ
(4.21)
Theo quy phạm [j] được quy đònh như sau:

Bảng 4.13 - Quy phạm xác đònh [j], (tr.63) – [01].

v(m/s) 1 2 4
[j] (m/s
2
) 0,33 0,47 0,67
3) Góc nghiêng của cáp treo hàng (do sự lắc động của hàng treo trên dây cáp – hình 4.5):

95
– Với các cần trục có cần: khi quay và thay đổi tầm với có cả tải trọng gió tác dụng lên
hàng, cáp treo hàng nghiêng một góc α so với phương thẳng đứng. Góc nghiêng của cáp treo
hàng α có thể nằm trong mặt phẳng bất kỳ. Nghiên cứu sự lắc động của hàng treo trên cáp ở các
cần trục có cần quay cho thấy:
+ Góc nghiêng của cáp treo hàng α phụ thuộc điểm treo hàng, chuyển động cơ bản gây ra
góc nghiêng thường là chuyển động quay.
+ Tải trọng lớn nhất phát sinh khi trọng lượng hàng là lớn nhất và chiều dài cáp treo hàng
là nhỏ nhất.
+ Khi lần lượt khởi động và hãm hay khi đồng thời phối hợp các chuyển động thì sự lắc
động của cáp hàng do chuyển động riêng rẽ gây ra có thể trùng cả về phương và pha. Biên độ
dao động khi đó được cộng đại số.
– Có thể tính các lực quán tính theo các công thức sau:
+ Lực quán tính tiếp tuyến của hàng khi quay, (2.121).[01]:
T
tt
= m
h
.ε.R =
R
t

n
g
Q
kq
.
30
.
.
π
(4.22)
+ Lực quán tính ly tâm của hàng khi quay
(2.122).[01]:
T
lt
= m
h
.ω
2
.R =
R
n
g
Q
.
30
.
.
2







π
(4.23)
+ Lực quán tính của hàng khi thay đổi tầm
với (2.123).[01]:
T
tv
= m
h
.a
tv
=
ktv
tv
t
v
g
Q
. (4.24)
+ Lực quán tính của hàng khi di chuyển
cần trục (2.124).[01]:
T
n
= m
h
.a
dc

=
kdc
dc
t
v
g
Q
. (4.25)
ở đây: n – tốc độ quay của cần trục (vg/ph); v
tv
, v
dc
– vận tốc thay đổi tầm với và vận tốc di
chuyển của cần trục; t
kq
, t
ktv
, t
kdc
– thời gian khởi động (hoặc hãm) các cơ cấu tương ứng.
– Để tính toán sức bền, góc nghiêng lớn nhất có thể chọn (2.125).[01]:
tgα
II
=
Q
P
g
jjj
II
g

lt
q
tt
tv
tt
q
+
++ )(
(4.26)
trong đó:
tt
q
j – gia tốc tiếp tuyến trung bình của hàng khi quay ở tầm với lớn nhất;
tt
tv
j – gia tốc
tiếp tuyến trung bình của hàng khi thay đổi tầm với ở tầm với lớn nhất;
lt
q
j – gia tốc ly tâm của
hàng khi quay cần trục;
II
g
P – tải trọng gió tác dụng lên hàng (2.126).[01]:
– Để tính theo độ bền mỏi chọn:
α
I
= (0,3 ÷ 0,5)α
II
(4.27)

– Khi tính toán sơ bộ có thể chọn (1.021).[03]:
tgα
II
= 2 .
g
j
tt
q
≈ 0,05v (4.28)
trong đó:
tt
q
j = 0,25v (m/s
2
); khi thời gian khởi động hoặc hãm là 4 giây, (tr.45) – [03].

Hình 4.5 – Góc nghiêng của cáp do lắc động của hàng
treo trên cáp.

96

– Góc nghiêng của cáp treo hàng so với phương thẳng đứng cũng có thể do cần trục nâng
hàng ở những nơi mà dẫn đến cáp treo hàng có phương nghiêng (ví dụ: khi đoạn thẳng nối đầu
cần và trọng tâm hàng không theo phương thẳng đứng), trong thực tế tính toán chọn chọn α
II
=
6
o
, tgα
II

= 0,1. Lưu ý rằng các gia tốc nói trên là những đại lượng véc tơ nên phép tính
)(
lt
q
tt
tv
tt
q
jjj ++ là cộng véc tơ rồi tìm môđun của véc tơ đó.

4) Tải trọng quán tính khi có chuyển động quay.
Khi quay phần quay cần trục với tốc độ góc ω, với gia tốc góc ε sẽ làm phát sinh các lực
quán tính ly tâm
q
qtlt
P và lực quán tính tiếp tuyến
q
qttt
P .
Xét một phần tử của cần trục có khối lượng m
i
nằm ở khoảng cách r
i
so với trục quay. Khi
cần trục quay phần tử đó chòu các lực quán tính:
- Lực quán tính ly tâm (P
Ц
):
qi
qtlt

P = m
i
.ω
2
.r
i
. (4.29)
- Lực quán tính tiếp tuyến (P
k
):
qi
qttt
P = m
i
.ε.r
i
. (4.30)
trong đó: ε =
t
ω
với t là thời gian gia tốc;
nếu vận tốc góc cho dưới dạng [n] = vg/ph
thì ta có quan hệ:
30
60
2 nn
π
π
ω
== (rad/s). Lực

quán tính được coi là lực tập trung hay lực
phân bố là tùy thuộc vào việc tính toán cụ
thể. Chẳng hạn lực quán tính khi quay (cả 2
thành phần tiếp tuyến và ly tâm) khi tính
KCKL cần của cần trục sẽ là lực phân bố dọc
theo chiều dài cần, quy luật phân bố sẽ có
dạng hình thang vì
qi
qtlt
P và
qi
qttt
P đều tỷ lệ bậc nhất với r
i
(nếu coi khối lượng của cần là phân bố
đều). Còn khi tính toán cơ cấu quay thì có thể dùng lực quán tính tập trung ở trọng tâm của cần.
Trong trường hợp phần quay có bố trí khớp mômen giới hạn thì ε phần quay phải giới hạn
bởi điều kiện truyền mômen của khớp:
ε ≤
qd
cgh
J
MM
±
(4.31)
ở đây: J
qd
– mômen quán tính khối lượng quy đổi phần quay; M
gh
– mômen giới hạn của khớp;

M
c
– mômen cản tónh khi quay; dấu (+) khi hãm cơ cấu quay; dấu (–) khi khởi động cơ cấu quay.

5) Tải trọng quán tính do thay đổi tầm với.
+ Nếu cần trục thay đổi tầm với thực hiện bằng xe con (cầu trục, cổng trục, …) chuyển
động thì lực quán tính tác dụng lên xe con được tính như chuyển động di chuyển (chuyển động
thẳng). Trên các cần trục có cần, trong thời gian khởi động hay hãm cơ cấu thay đổi tầm với làm
xuất hiện lực quán tính của khối lượng cần.
Việc tính toán lực quán tính khi thay đổi tầm với về nguyên tắc tương tự như việc tính
toán lực quán tính khi quay.
Hình 4.6 – Lực quán tính khi quay.


97
+ Lực quán tính trọng lượng hàng Q khi quay đã được tính đến trong ảnh hưởng của sự
nghiêng của cáp treo hàng α.
Tuy nhiên việc tính toán lực quán tính khi thay đổi tầm với và khi quay cần lưu ý:
+ Tốc độ quay của cần quanh chốt đuôi cần hầu như là không đều (cho dù có coi động cơ
của cơ cấu thay đổi tầm với có tốc độ không đổi).
+ Đối với hệ cần có vòi cần phải giải bài toán động lực học của hệ khâu khớp trong đó
vòi là khâu có chuyển động song phẳng.
+ Trong trường hợp có phối hợp các chuyển động như: quay và thay đổi tầm với; quay và
nâng hạ hàng, .v.v… thì sẽ xuất hiện các gia tốc Côriôlít kèm theo đó là các lực quán tính
Côriôlít.
+ Lực quán tính của khối lượng hàng khi quay và khi thay đổi tầm với đã được tính đến
để gây ra góc nghiêng của cáp treo hàng với góc nghiêng α.
Việc nghiên cứu lực quán tính khi quay và khi thay
đổi tầm với độc giả cần tham khảo thêm: chương 10 và
chương 11 – [12].

4.2.5.Tải trọng do va đập vào bộ giảm chấn,
(tr.80).[01]:
Tải trọng do va đập bộ giảm chấn xuất hiện trong
các trường hợp thiết bò bảo vệ (bộ ngắt giới hạn) vận hành
xe con của các loại cần trục, cần trục cổng, cầu chuyển tải
bò trục trặc khi làm việc, cũng như các loại cần trục chạy
trên ray.
Xác đònh chính xác trò số lực va đập tới bộ giảm
chấn P rất khó, vì trò số đó phụ thuộc vào tính chất đàn hồi
của KCKL. Trò số lớn nhất của lực P
max
có thể xác đònh
được nếu có thể bỏ qua tính chất đàn hồi của kết cấu và sự
đu đưa của vật treo trên cáp. Khi đó toàn bộ động năng
chuyển động của xe con (hoặc cần trục) với tốc độ v
o
sẽ
cân bằng với công của các lực cản di chuyển và lực nén
ép bộ giảm chấn biến dạng, di chuyển một quãng đường s
sau khi va đập:

∫
+=
+
s
o
o
PdssW
vmm

.
2
).(
2
21
(4.32)
m
1
– khối lượng chuyển động của xe con (hoặc cần trục),
m
2
– khối lượng của vật, m
2
= Q/g, kg.
W – lực cản di chuyển của xe con (hoặc cần trục).
Đối với bộ giảm chấn bằng lò so có:

2
.
max
sP
Pds
s
o
=
∫
(4.33)
và P
max
=

W
s
vmm
o
2
).(
2
21
−
+
(4.34)
Đối với bộ giảm chấn bằng thủy lực thì:

Hình 4.7. Sơ đồ tính toán khi xe
con va đập vào bộ giảm chấn.


98


sPPds
s
o
.=
∫
(4.35)
và lực trong bộ giảm chấn có trò số không đổi:
P = P
max
=

W
s
vmm
o
−
+
2
).(
2
21
(4.36)
Nếu GD
2
– mômen đà của các khối lượng quay (kG.m
2
) quy đổi tới trục động cơ có số
vòng quay trong một phút n thì từ phương trình:
2'
1
2
2
.
2
1
)2(
4
.
2
1
o

vmn
g
GD
=
π
(4.37)
gần đúng ta có:

22'
1
)(
o
v
n
GDm ≈ kG.s
2
/m (4.38)
và:
g
G
v
n
GDmmm
x
+=+=
2
0
2"
1
'

11
)( kG.s
2
/m (4.39)
trong đó: G
x
– trọng lượng xe con không kể hàng (kG) và
g
G
m
x
=
"
1
.
Hàng treo trên dây cáp (dây mềm) có chiều dài l khi va đập vào bộ giảm chấn thì một
phần động năng của xe con sẽ truyền tới hàng làm cáp treo hàng nghiêng một góc α so với
phương thẳng đứng; khi đó theo biểu thức (4.32) được viết thành:

∫
+=
+
s
o
o
PdssW
vmm
.
2
).(

2
21
θ
(4.40)
ở đây: θ – hệ số ảnh hưởng của vật treo.
Trò số θ có thể xác đònh từ phương trình
chuyển động va đập của xe con vào bộ giảm chấn.
Ta tính cho trường hợp va vào bộ giảm chấn thủy
lực (cũng tương tự như tính cho bộ giảm chấn lò
so, chỉ khác nhau trò số P). Lực trong quá trình nén
ép bộ giảm chấn coi như không đổi. Ta có:

sPW
vmm
o
).(
2
).(
2
21
+=
+
θ
(4.41)
Giả thiết rằng góc lắc bé, phương trình
chuyển động của xe con và lắc động của vật sẽ có
dạng sau:
m
2
(l.α” + x”) = – m

2
.g.α (4.42)
m
1
.x” = m
2
.g. α –P – W (4.43)
từ (4.43) ta rút ra x”:
x” =
1
2

m
WPgm −−
α
(4.44)
thay giá trò x” vào (4.42) rồi biến đổi ta có:
α” + p
2
.α =
1
.ml
WP
+
(4.45)


Hình 4.8 –
Biểu đồ xác đònh thời gian dừng
của xe con t

o



99
ở đây: p
2
= )1(
1
2
m
m
l
g
+ (4.46)
Giải các phương trình (4.44) và
(4.45) khi t = 0, α = α
’
= 0 và x’ = v
o
ta có:
α =
)cos1( pt
g
j
− (4.47)
và : x’ = v
o
– j(t +
)

sin
.
1
2
p
pt
m
m
(4.48)
trong đó j (gia tốc) được tính: j =
21
mm
WP
+
+
(*). Để xác đònh thời gian dừng
lại của xe con (hay cần trục) t
o
sau khi va
vào bộ giảm chấn, trong phương trình
(4.48) giả sử x’ = 0; t = t
o
ta có:
oo
o
pt
pm
m
t
j

v
sin.
1
2
+= (4.49)
Phương trình trên có thể giải hoặc xác đònh t
o
theo đồ thò hình 4.8. Từ phương trình (4.49)
ta rút ra j:
o
o
o
o
pt
pt
m
m
t
v
j
sin
.1
1
.
1
2
+
=
(4.50)
như vậy theo (*) khi hàng được treo mềm (dây cáp):

P + W = (m
1
+ m
2
)j =
o
o
o
o
pt
pt
m
m
mm
t
v
sin
.1
)(
.
1
2
21
+
+
(4.51)
Mặt khác ta có trò số gia tốc trung bình là v
o
/t
o

và hệ số ảnh hưởng của hàng θ ≤ 1 và lưu
ý rằng s = v
o
.t
o
, từ phương trình (4.41) ta có:
o
o
t
v
mmWP ).(
21
θ
+=+ (4.52)
Cân bằng 2 vế phải của (4.51) và (4.52) và đặt τ = (2π/p) ta rút ra:
θ =
o
o
o
o
pt
pt
m
m
pt
pt
sin
.1
sin
1

1
2
+
−
=
τ
π
τ
π
τ
π
τ
π
o
o
o
o
t
t
m
m
t
t
.2
2sin
.1
.2
2sin
1
1

2
+
−
(4.53)
ở đây τ = (2π/p) và theo (4.46) ta có:
τ =
1
2
1
2
1
2
)1(
22
m
m
l
m
m
l
g
p
+
≈
+
=
ππ
(4.54)

Hình 4.9 – Biểu đồ hệ số ảnh hưởng của hàng treo

mềm
θ
đối với trường hợp l = 5m,
(hình 2.24) – [01].


100
Ở hình 4.9 cho biểu đồ xác đònh hệ số ảnh hưởng của hàng θ theo công thức (4.53) khi
chiều dài đoạn cáp treo hàng l = 5m. Lực P không được quá lớn vì nó sẽ làm tăng gia tốc j vượt
quá trò số cho phép, ảnh hưởng rất xấu đến độ bền của kết cấu kim loại. Dấu của giá trò θ trong
công thức (4.41) có thể xác đònh theo hành trình s hoặc lực va đập bộ giảm chấn P.
4.2.6.Tải trọng do lắp ráp:
Các tải trọng xuất hiện trong quá trình lắp ráp cần trục gọi là tải trọng lắp ráp. Các tải
trọng đó tác dụng lên kết cấu của cần trục và giá trò của nó được xác đònh trên cơ sở thiết kế quy
trình lắp ráp cần trục. Thông thường cần phải chọn áp lực gió cực đại để tính toán khi tiến hành
lắp ráp cần trục. Áp lực đó thường lấy p
o
= 15 kG/m
2
(tương ứng với gió cấp 5).
4.2.7.Tải trọng vận chuyển:
Khi vận chuyển các kết cấu của cần trục sẽ sinh ra các tải trọng gọi là tải trọng vận
chuyển. Các tải trọng đó xuất hiện (tải trọng theo phương đứng và theo phương ngang) do các
thiết bò vận tải chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng (chỗ nối ray, đường ổ gà, đá cục),
khi hãm gây nên sự xô đẩy và khi qua các đoạn đường cong sinh ra các lực quán tính ly tâm v.v…
Để tính toán độ bền của kết cấu và các thiết bò kẹp kết cấu trên thiết bò vận tải khi vận
chuyển ta khảo sát 2 trường hợp tải trọng tính toán như sau:
1) Trường hợp thứ nhất của các tải trọng: các tải trọng quán tính cực đại khi chuyển động
qua các đoạn đường cong với tốc độ 5,4 km/h và các tải trọng gió thổi từ phía trong đường cong.
2) Trường hợp thứ hai của các tải trọng: các tải trọng quán tính ngang cực đại do toa xe

chuyển động qua những chỗ bẻ ghi của đường sắt với tốc độ 80km/h có tính đến chỗ đặt kết cấu
theo chiều dài của toa xe và các tải trọng gió thổi từ phía trong đường cong; các tải trọng quán
tính dọc khi hãm và các tải trọng quán tính thẳng đứng khi chuyển động trên mặt đường không
bằng phẳng với tốc độ 60km/h. Các tải trọng quán tính thẳng đứng và nằm ngang khi tính toán
nếu kết cấu áp sát vào sàn xe (trọng lượng bản thân) thì coi như tải trọng phân bố, nếu tỳ tại một
số điểm sẽ coi như các tải trọng tập trung đặt tại các điểm đó.
Áp lực gió cực đại khi vận chuyển trên mặt đất lấy p
o
= 40kG/m
2
; khi vận chuyển dưới
nước có thể lấy bé hơn. Khi vận chuyển bằng ôtô, trọng lượng bản thân của kết cấu nhân với hệ
số k
T
= 2,0 tính đến ảnh hưởng của sự xô đẩy va chạm.
Khi vận chuyển dưới nước phải tính đến tác dụng đồng thời của trọng lượng, áp lực gió và
các lực quán tính do tàu chòng chành trên sóng nước.
4.2.8.Các tải trọng khác:
Ngoài các tải trọng cơ bản trên còn có các tải trọng khác tác dụng lên KCKL: sự thay đổi
nhiệt độ, động đất, tuyết, sương. Các loại tải trọng đó cần căn cứ vào điều kiện khai thác cụ thể
của từng loại cần trục mà tính toán.

This document was created with Win2PDF available at .
The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.
This page will not be added after purchasing Win2PDF.