Thiết kế kết cấu thép

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
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang9
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
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
=

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
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang10
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
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
=1.65
γ
: Hệ số vược tải ,phụ thuộc vào phương pháp tính toán ,với phương pháp trạng thái
tới hạn
γ
=1.1
( )
2
25*1.7*0.6*1.65*1.1 46.3 /kG m
ω
⇒ = =
Tải trong gió tác dụng lên cần
*P n P
IIg
gh
=
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
=0.3
F
b
: diện tích hình bao của kết cấu cần
F
b
=26*1-4.*1=22(m2)
F=22*0.3=6.6(m2)
P
IIg
=46.3*6.6=305.58(kG)
Tải trọng gió tác dụng lên cột
Diện tích chắn gió của cột
Vì tiết diện cột thay đổi ( côt + chốt cột ) và tải trọng gió phân bố theo chiều cao ,để
đơn giản trong việc tính toán tải trọng gió nên ta lấy chiều cao lớn nhất của cột và
lấy tải trọng phân bố trung bình cho cả cột
2 * *36.25 2*3.14*0.46*36.25
2
53.36( )
2 2
R
F m
π
= = =
q
o
= 25kG/m
2
P
IIg
=F*
ω
=53.36*46.3=2470.5(kG)
Đại lượng Đơn vò Rmax Rml Rmin
Trọng lượng tính toán cột kG 29533
Trọng lượng tính toán cần kG 11000
Trọng lượng tính toán hàng và vật mang
hàng
kG 4800 6000 9600
Trọng lượng tính toán Cabin kG 770
Trọng lượng tính toán chốp cột kG 7383
Tải trọng quán tinh khi cơ
cấu làm việc nâng hạ hàng
P
10
kG 513.3
P
20
kG 513.3
P
30
kG 311.9 381.8 519.7
Lực ngang do nghiêng cần P
ng-cột
kG 410
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang11
1
26
4
4
mt
q1
q2
P
P
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
trục (trong mặt phẳng
vuông góc với mp mang
hàng)
P
ng-cần
kG 122.2
P
ng-chốt cột
kG 82.03
P
ng-cabin
kG 7.78
P
vật
kG 37.4 72.8 112.8
p lực gió tác dụng lên các
bộ phận khi làm việc
P
g-côt
kG 2470.5
P
g-cần
kG 305.58
P
g-vật
kG 312.12 416.16 468.18
P
g-cabin
kG 154.53

Tổ hợp IIb
Căn cứ vào bảng tổ hợp tài trọng ,đối với tổ hợp Iib thì ta chỉ cần tính các dạng tải
trọngsau
Trọng lượng bản thân các bộ phận : giống tổ hợpIIa
Trọng lượng hàng ( không kể đến cơ cấu ngoạm hàng): giống tổ hợpIIa
Tải trọng quán tính khi cơ cấu làm việc: cơ cấu nâng (hạ) hàng ;cơ cấu quay
Ta tính tải trọng quán tính khi cớ cấu quay
Pqt 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
Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng
gồm :
P
10
= m
1.

γ
Với m
1
=m
c
.k
m
1
:khối lượng quy đổi
m
c
: khối lượng của cần
k : hệ số quy đổi
m
1
=11.0.8=8,8(T)
γ
: gia tốc quán tính của khối lượng được xác đònh :
.R
ε γ
=
Với
ε
: gia tốc góc quán tính của cần
Theo bảng 1-11 sách tính toán MNC thời gian khởi động (hãm) các cơ cấu máy trục
đối với cơ cấu quay
3 8( )t s= ÷
chọn t=4s
2
0
0
0.7
. 0.00291( / )
4.60
t
t
v v
v v a t a vong s
t
−
= + ⇒ = = =
2
2 .0,00291 0,0183( )
rad
s
ε π
→ = =
R=1,2m: khoảng cách từ m
1
đến

trục quay
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang12
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
* R
γ ε
=
Thông số
Vò trí
R
γ
P
q1
(kG)
P
q2
(kG)
R
min
12.5 0.3045 2679.6 2603.5
R
tb
18 0.42 3639 2541
R
max
25 0.567 4989.6 2579.85
Tổ hợp IIc
Căn cứ vào bảng tổ hợp tài trọng ,đối với tổ hợp IIb thì chỉ cần tính các dạng tải
trọngsau
Trọng lượng bản thân các bộ phận : giống tổ hợpIIa
Trọng lượng hàng ( không kể đến cơ cấu ngoạm hàng): giống tổ hợpIIa
Tải trọng quán tính khi cơ cấu làm việc: cơ cấu nâng (hạ) hàng ;cơ cấu quay
Lực ngang do nghiêng cần trục : trong trường hợp này ta chỉ quan tâm lực ngang trong
mặt phẳng nâng hàng
Các giá trò của lực ngang được xác đònh như tổ hợp IIa chỉ có mặt phẳng tác dụng là
thay đổi so với IIa
Lực ngang do kết cấu cần trục gây ra có chiều như hình vẽ
Có giá trò như trong bảng trong tổ hợp IIa
Tải trọng gió tác dụng lên các bộ phận có giá trò giống tổ hợp IIa ,có phương nằm
trong mặt phẳng nâng hàng ,theo quy ước chiều của áp lực gió P
g
lấy tương tự như
chiều của lực ngang sinh ra do cần bò nghiêng
+Xác lực căng dây của cáp treo hàng
Do đặc điểm của hệ palang mà lực căng dây của cáp treo hàng chỉ phụ thuộc vào
trọng lượng vật nâng và hiệu suất puly
Lực căng dây cáp được xác đònh
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang13
q
P
g
q
g
Q
h
m
Q
y
z
q
P
ng
q
ng
Q
h
m
Q
x
y
z
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
P
h
S
v
i
n
=
Với P
h
: tải trọng quán tính của hàng và bộ phận mang hàng
P
h
= G
v
+G
m
n : hiệu suất của 1 puly
i :=2 số puly dẩn hướng
Ta được bảng số liệu sau
VI-Lực căng dây cáp trên cần
• Tổ hợp IIa
Trong mặt phẳng nâng hàng gồm có
Tải trọng tính toán của hàng :Q
h
Tải trọng tình toán của vật mang hàng Q
m
Lực căng dây cáp nâng vật S
v
Lực căng dây cáp nâng cần S
c
Trọng lượng cần G
c
Các lực quán tính quy đổi P
10
,P
20
,P
30
.
(
)
(
)
(
)
0 * *sin * *cos * *cos 0
20 30
2
* *cos * *cos * *sin
20 30
2
*sin
l
M S S l G P P Q Q l
v c m
B
C
h
l
G P P Q Q l S l
c m v
h
S
v
l
α β β
β β α
α
∑ = ⇔ + − − + + + =
+ + + + −
=
Các thông
số
β
α
Q
h
Sv P
20
P
30
Sc
Đơn vò độ độ kG kG kG kG kG
Rmax 15 25 4800 5570.6 513.
3
311.
9
21114.5
Rml 40 15 6000 6820 513.
3
381.
8
31494.5
Rmin 60 10 9600 10568 513.
3
591.
7
37675.6
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang14
Đại lượng
Đơn
vò
Rmax Rml Rmin
P
h
kG 5350 6550 10150
S
v
kG 5570.6 6820 10568.5
Q
S
A
c
m
a
ß
+
Q
h
S
v
c
Y
B
B
G
x
y
z
l
Q
S
A
c
m
a
ß
+
Q
h
S
v
c
P
20
10
P
X
Y
B
B
B
G
x
y
z
l
P

Xem chi tiết: Thiết kế kết cấu thép