Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Tính toán thiết kế cần trục tháp bánh lốp sức nâng q = 104 (t)
TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦN TRỤC THÁP BÁNH LỐP SỨC NÂNG Q = 104 (T)I. Giới thiệu chung 1.Giới thiệu về cần trục tháp bánh lốp- Do nhu cầu phát triển của sự nghiệp công nghiệp hóa xã hội chủ nghóa ở nước ta, các loại máy nâng chuyển ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, dặc biệt là ngành Giao thông vận tải, Xây dựng, Kiến trúc, Công nghiệp …- Trong các loại máy nâng thông dụng, cần trục tháp bánh lốp là loại cần trục có phần di chuyển chạy bằng bánh lốp nên có tính cơ động cao. Nó được sử dụng ở những nơi có khối lượng công việc không nhiều, tại các đòa diểm phân tán, ở nơi xa và thường phải thay đổi nơi làm việc. Cần trục tháp bánh lốp là loại cần trục cảng có sức nâng tương đối lớn, tầm với xa,bán kính quay lớn do đó co thể làm việc trong bãi cảng- Cần trục tháp bánh lốp bao gồm 4 cơ cấu công tác sau : + Cơ cấu di chuyển + Cơ cấu thay đổi tầm với : gồm 1 xi lanh lực được liên kết giữa tháp và cần. + Cơ cấu nâng + Cơ cấu quay 2. Các thơng số cơ bản của cần trục:- Sức nâng đònh mức : 104 T.- Chiều cao nâng tối đa : 43 m.- Chiều cao nâng tối thiểu : 30 m.- Vận tốc nâng hàng : 13,5 m/phút.- Tầm với lớn nhất : 45 m.- Tầm với nhỏ nhất : 11 m.- Vận tốc quay cần trục : 1,5 vòng/phút.- Tốc độ di chuyển : 6 km/h.1 4. Kết cấu thép cần:Kết cấu thép cần của cần trục tháp bánh lốp có kết cấu dạng dàn không gian và tiết diện ngang của dàn là hình chữ nhật. - Các thanh dàn làm bằng thép ống, liên kết với nhau nhờ các mối hàn. Cần gồm có bốn thanh biên, giữa các thanh biên có các hệ thanh xiên không có thanh chống đứng ở giữa. Cần là một dàn có trục thẳng và tiết diện thay đổi theo chiều dài cần. - Trong mặt phẳng nâng hàng, cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết tựa: 1 điểm liên kết với bộ phận quay (tháp) qua khớp bản lề cố đònh ở đuôi cần, 1 điểm liên kết với xilanh thủy lực thay đổi tầm với tương đương một liên kết thanh. Phương của liên kết thanh có phương của xilanh thủy lực.- Trong mặt phẳng ngang, đuôi cần được liên kết với tháp bởi 2 khớp bản lề cố đònh, còn đầu cần thì tự do.Vì vậy trong mặt phẳng ngang, cần được coi là một thanh ngàm cứng có đầu cần là tự do. Do đó hình dáng bao cần có dạng hình 23. Cấu tạo chung của cần trục tháp bánh lốp:Hình 1: Cần trục tháp bánh lốp.1- Chassi; 2- Đối trọng; 3- Sàn quay; 4- Cáp treo hàng; 5- Ống khói; 6- Xilanh thuỷ lực thay đổi tầm với; 7- Puly cố đònh ở đỉnh tháp; 8- Cabin tháp; 9- Tháp; 10- Bộ cảm biến góc xoay cần; 11- Tai liên kết ; 12- Cần; 13- Rulô quấn cáp điện; 14- Bánh xe đỡ cần; 15- Móc treo; 16- Tải trọng nâng(hàng hoá); 17- Chân chống; 18- Xilanh thuỷ lực chân chống; 19- Xilanh thuỷ lực nâng tháp. thang, đầu cần có kích thước nhỏ nhất, đuôi cần tại 2 khớp liên kết với tháp có kích thước lớn nhất.-Để tính toán dàn đơn giản ta phải thừa nhận các giả thiết theo cơ kết cấu về dàn + Mắt của dàn phải nằm tại giao điểm của các trục thanh và là khớp lí tưởng, không ma sát. + Tải trọng chỉ tác dụng tại các mắt của dàn. + Trọng lượng các thanh trong dàn nhỏ không đáng kể so với tải trọng tác dụng nên khi tính toán bỏ qua trọng lượng các thanh trong dàn.=> Từ giả thiết trên ta có thể đi đến kết luận Các thanh trong dàn chỉ chòu kéo hoặc nén nghóa là nội lực các thanh trong dàn chỉ tồn tại lực dọc mà không có mômen uốn và lực cắt. 5. Các kích thước cơ bản của dàn : Hình 2: Kết cấu thép cần- Chiều dài của cần : L = 45,4 (m).- Chiều cao mặt cắt giữa cần: Lh .301201÷=( ))(51,127,24,45301201mh÷=×÷=⇒Chọn h = 2,2 (m).- Chiều rộng mặt cắt của cần ở giữa cần: B = (1 ÷1,5).h => B = (1 ÷1,5) x 2,2 = (2,2 ÷ 3,3) (m)Chọn B = 2,4 (m).- Chiều rộng mặt cắt của cần ở gối tựa: LBo.201101÷= ( ))(27,254,44,45201101mB=×÷=⇒Chọn Bo = 2,56 (m).3 II. 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 vò1 Môđun đàn hồi E 2,1.106KG/cm22 Môđun đàn hồi trượt G 0,84.106KG/cm23 Giới hạn chảy σch2400 ÷ 2800KG/cm24 Giới hạn bền σb3800 ÷ 4200KG/cm25 Độ giãn dài khi đứtε21 %6 Khối lượng riêngγ7,83T/m37 Độ dai va đập ak50÷100J/cm2III. Tải trọng và tổ hợp tải trọng: 1. 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.- ƠÛ 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 : + Tổ hợp Ia, IIa : 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 Ia; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIa.4 + Tổ hợp Ib, IIb : 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 Ib; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIb. 2 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 :Bảng tổ hợp tải trọngTải trọngTính theo độ bền mỏi:[ ]Irkn/σσ=Tính theo độ bền vàđộ ổn đònh: [ ]IIcn/σσ=IaIbIIaIIbTrọng lượng bản thân của cần.GcGcGcGcTrọng lượng hàng (Qh) và thiết bò mang hàng (Gm).QtđQtđQ QHệ số động ψ.Iψ'đkIIψđkGóc nghiêng của cáp treo hàng.IβIIβLực căng cáp treo hàng ShShShShLực quán tính tiếp tuyến và li tâm khi khởi động và hãm cơ cấu quay.0,5.ttqtF0,5.ltqtFttqtFltqtFTải trọng gió. - -IIgPIIgP + Tổ hợp Ia, IIa : 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 Ia; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIa. + Tổ hợp Ib, IIb : Cần trục đứng yên có mang hàng đồng thời cơ cấu quay hoạt động. Tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp Ib; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIb. IV. Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIa: 1. Sơ đồ tính toán:5 XZShBqcTVAHAAQ Hình.3: Sơ đồ tính cần ở tổ hợp IIa2. Xác đònh vò trí tính toán:Căn cứ vào biểu đồ sức nâng của cần trục, ta xác đònh ba vò trí tính toán của hệ cần: Thông số Vò trí Q (T) R (m)α (°)Rmin104 11 82 Rtb 52 28 59Rmax30 45 23Trong đó: + Q : Tải trọng nâng bao gồm trọng lượng hàng và thiết bò mang hàng. + R : Tầm với. + α : Góc nghiêng của cần so với phương ngang. + Rmax: Tầm với lớn nhất của cần. + Rtb: Tầm với trung bình của cần. + Rmin: Tầm với nhỏ nhất của cần. 3. Các tải trọng tính toán: * Trọng lượng bản thân của cần: Gc (N).- Trọng lượng cần Gc có: + Điểm đặt: trung điểm chiều dài của cần. + Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z. + Độ lớn: Gc = 24,5 (T) = 245.103 (N).- Trọng lượng cần Gc có thể coi là tải trọng phân bố đều trên các mắt dàn. Tải trọng phân bố qc có: + Điểm đặt: đặt tại mắt dàn.Ž + Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z.6 + Độ lớn: nGqcc= Trong đó: + Gc : Trọng lượng bản thân của cần. + n : Số mắt dàn. * Trọng lượng hàng kể cả thiết bò mang hàng: Q (N).- Điểm đặt: tập trung tại điểm cố đònh của các ròng rọc trên cần.- Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z.- Độ lơnù: Q = IIψ.(Qh + Gm) Trong đó: + Qh : Trọng lượng của hàng. + Gm : Trọng lượng móc. + IIψ = 1,3 : Hệ số động học khi nâng theo chế độ làm việc trung bình. Tải trọngVò tríQh (N) Gm (N) Q (N)Rmin1000000 40000 1352000 Rtb 480000 40000 676000Rmax 260000 40000 390000* Lực căng dây cáp treo hàng: Sh (N). PmQhSη.= Trong đó: + Q : Sức nâng đònh mức.Q = Qh + Gm - Qh : Trọng tải của hàng. - Gm : Trọng lượng móc. + m = 1 : Bội suất palăng. + ηP : Hiệu suất chung của palăng. ( )( )λλλη−−=1 1atap Trong đó: + a = 1 : Bội suất của palăng. + t = 4 : Số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội suất a.7 + λ = 0,98 : Hiệu suất từng ròng rọc, được chọn theo điều kiện làm việc và loại ổ, chọn puly có ổ lăn với điều kiện bôi trơn bình thường bằng mỡ, nhiệt độ môi trường bình thường ( )( )92,098,011498,098,01≈−××−=⇒Pη Tải trọng Vò tríQ (N) Sh (N)Rmin1352000 1469565 Rtb 676000 734783Rmax 390000 423913 4. Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng:Vì dàn đối xứng nên ta tính toán cho một bên dàn, còn mặt kia thì tương tự.a) Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nâng hàng:- Trong mặt phẳng nâng hàng, cần chòu các tải trọng sau : + Trọng lượng hàng cùng thiết bò mang hàng: Q. + Lực căng của nhánh cáp cuối cùng của palăng mang hàng: Sh. + Trọng lượng bản thân cần: Gc.- Khi đặt các tải trọng tính toán lên cần trong mặt phẳng nâng hạ (mặt phẳng đứng) ta phải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của dàn. Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàn trong mặt phẳng đứng ở các vò trí là:Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân của cần:nGqcc×=2 Trong đó: + Gc = 245000 (N): Trọng lượng bản thân của cần. + n = 32 (mắt) : Số mắt của một bên dàn trong mặt phẳng nâng hàng.3828322245000=×=⇒cq (N/mắt)8 Vò tríTải trọngRminRtbRmax)(2NQ676000 338000 195000)(2NSh734783 367391 211956cq(N/mắt)3828 3828 3828 b) Xác đònh các phản lực tại các liên kết tựa: Hình 4: Sơ đồ xác đònh các phản lực tại các liên kết tựa.* Tính ứng lực xilanh thay đổi tầm với:0.2.2.2.0=−−+⇔=∑aQbGcSdTMchA−+=⇒ cSbGaQdThc.2.2.2.1- Ta xác đònh tay đòn của các lực dựa vào hoạ đồ vò trí của cần. Vò tríTay đòn RminRtbRmaxa (mm) 6650 23670 41921b (mm) 3159 11691 20895c (mm) 4369 9202 11873d (mm) 5107 5814 5058- Vậy ta có ứng lực trong xilanh thay đổi tầm với cho từng trường hợp là: + Trường hợp Rmin:)(3274155107436973478331591225006650676000NT=×−×+×= + Trường hợp Rtb:)(1040914581492023673911169112250023670338000NT=×−×+×=9 + Trường hợp Rmax:)(16246895058118732119562089512250041921195000NT=×−×+×= Vò tríLực xilanhRminRtbRmaxT (N) 327415 1040914 1624689* Tính phản lực tại gối đỡ A: 0cos.2cos.0=−−⇔=∑γδhASTHXδγcos.cos.2TSHhA+=⇒022sin.2sin.0=−−−−⇔=∑chAGQSTVYγδ22sin.sin.2QGTSVchA+++=⇒δγ- Các góc δ,γ: góc nghiêng của xilanh thuỷ lực thay đổi tầm với và cáp hàng so với phương nằm ngang. Các góc này thay đổi tuỳ thuộc vào góc nghiêng của cần so với phương nằm ngang α và xác đònh bằng phương pháp hoạ đồ vò trí. Vò tríGóc RminRtbRmaxγ(o) 77 48 8δ(o) 45 13 -14- Vậy phản lực tại gối đỡ A: Vị tríPhản lực gốiRminRtbRmaxHA(N) 396808 1260068 1786322VA(N) 1745968 967679 -46049 5. Xác đònh nội lực các thanh trong dàn:a) Trong mặt phẳng nâng hàng:- Ta quy ước như sau: + Thanh biên trên: 1A 16A. + Thanh biên dưới: 1B 15B.10 [...]... N4 = 300361 (N) Ở tầm với Rtb : a = 31o, d = 46o, qc = 3828 (N), T = 1040 914 (N) N2A = 1123904 (N), N2 = 4712 (N), N3 = 410996 (N) => N3A = 1693646 (N) N4 = 214876 (N) Ở tầm với Rmin : a = 8o, d = 37o, qc = 3828 (N), T = 327415 (N) N2A = -416556 (N), N2 = 1526 (N), N3 = 216353 (N) => N3A = -186339 (N) N4 = 60713 (N) • Mắt 6: 13 Y qc X a N4A N3A ΣY = -N5 – qc.sina = 0 N5 ΣX = -N3A + N4A – qc.cosa = 0... với Rmin : a = 17o, qc = 3828 (N), N1 = 99 (N), N1B = -1382293 (N) => N2B = -1379621 (N) N2 = 1526 (N) • Mắt 5: Y N3 X a N3B 81° qc N2B 12 ΣY = N2B.cos81o + N3 – qc.sina = 0 ΣX = -N2B.sin81o + N3B – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 67o, qc = 3828 (N), N2B = -3209356 (N) => N3B = -3168348 (N) N3 = 505578 (N) Ở tầm với Rtb : a = 31o, qc = 3828 (N), N2B = -2614672 (N) => N3B = -2579199 (N) N3 = 410996 (N)... HA = 396808 (N) => N1A = -420310 (N) N1B = -1382293 (N) • Mắt 2: X Y qc N2A a 42° N1 N1A ΣY = -N1.sin42o – qc.sina = 0 ΣX = -N1A + N2A + N1.cos42o – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 58o, qc = 3828 (N), N1A = 1555079 (N) => N2A = 1560713 (N) N1 = -4852 (N) 11 Ở tầm với Rtb : a = 22o, qc = 3828 (N), N1A = 1118762 (N) => N2A = 1123904 (N) N1 = -2143 (N) Ở tầm với Rmin : a = -1o, qc = 3828 (N), N1A = -420310... N4.cos47o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 23o, qc = 3828 (N), N3B = -3168348 (N) N4 = 300361 (N), N5 = -3524 (N) => N4B = -2756679 (N) N6 = -295580 (N) Ở tầm với Rtb : a = 59o, qc = 3828 (N), N3B = -2579199 (N) N5 = -1972 (N), N4 = 214876 (N) => N4B = -2281423 (N) 14 N6 = -212982 (N) Ở tầm với Rmin : a = 82o, qc = 3828 (N), N3B = -1359103 (N) N4 = 60713 (N), N5 = -533 (N) => N4B = -1272056 (N) N6 = -60245 (N)... 46° qc 46 ° N7 N4A N6 ΣY = -N7.sin46 – qc.sina – N6.sin46 = 0 ΣX = -N4A + N5A – qc.cosa – N6.cos46o + N7.cos46o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 67o, qc = 3828 (N), N6 = -295580 (N), N4A = 2643603(N) => N5A = 2237848 (N) N7 = 290681 (N) Ở tầm với Rtb : a = 31o, qc = 3828 (N), N6 = -212982 (N), N4A = 1696927 (N) => N5A = 1406213 (N) N7 = 210241 (N) Ở tầm với Rmin : a = 8o, qc = 3828 (N), N6 = -60245 (N), N4A =. .. – qc.sina + N17.sin44o = 0 ΣX = N9B – N8B – qc.cosa - N16.cos45o + N17.cos44o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 65o, qc = 3828 (N), N8B = -1531755 (N), N16 = 123488 (N) => N9B = -1355989 (N) N17 = -120707 (N) Ở tầm với Rtb : a = 29o, qc = 3828 (N), N8B = -1375269 (N), N16 = 94340 (N) o 20 => N9B = -1238056 (N) N17 = -93359 (N) Ở tầm với Rmin : a = 6o, qc = 3828 (N), N8B = -999713 (N), N16 = 29190 (N) => N9B =. .. với Rtb : b = 68o, c = 50o, VA = 785425 (N), HA =1 024672 (N) => N1A = 914329 (N) N1B = -2126964 (N) Ở tầm với Rmin : b = 91o, c = 73o, VA = 1383686 (N), HA = 317602 (N) => N1A = -322659 (N) N1B = -1105555 (N) Mắt 2: X Y qc N2A a 42° N1 N1A ΣY = -N1.sin42o – qc.sina = 0 ΣX = -N1A + N2A + N1.cos42o – qc.cosa = 0 Ở tầm với Rmax: a = 58o, qc = 3828 (N), N1A = 1287648 (N) => N2A = 1293282 (N) N1 = -4852 (N)... Rmax: a = 67o, qc = 3828 (N), N6A = 1845705 (N), N10 = -275984 (N) => N7A = 1467175 (N) N11 = 271085 (N) Ở tầm với Rtb : a = 31o, qc = 3828 (N), N6A = 1123115 (N), N10 = -202018 (N) => N7A = 847633 (N) N11 = 199277 (N) Ở tầm với Rmin : a = 8o, qc = 3828 (N), N6A = -339277 (N), N10 = -57281 (N) => N7A = -414553 (N) ; N11 = 56540 (N) • Mắt 14: o Y 2° X a N8A 88° qc N7A N12 17 ΣY = -N7A.sin2o – qc.sina... N12.sin88o = 0 ΣX = N8A – N7A.cos2o – qc.cosa + N12.cos88o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 69o, qc = 3828 (N), N7A = 1467175 (N) => N8A = 1469566 (N) N12 = -54811 (N) Ở tầm với Rtb : a = 33o, qc = 3828 (N), N7A = 847633 (N) => N8A = 851433 (N) N12 = -31686 (N) Ở tầm với Rmin : a = 10o, qc = 3828 (N), N7A = -414553 (N) => N8A = -411013 (N) N12 = 13811 (N) • Mắt 13: Y N13 N12 88° qc N11 X N7B 48° 2° a 43 ° N6B Y = N6B.sin2o... = 6o, qc = 3828 (N), N6B = -1102223 (N) N11 = 56540 (N), N12 = 13811 (N) => N7B = -1042 214 (N) ; N13 = -24858 (N) • Mắt 15: 18 Y X qc N9A a 41° ° 47 N14 N8A N13 ΣY = -N13.sin47o – qc.sina - N14.sin41o = 0 ΣX = N9A – N8A – qc.cosa - N13.cos47o + N14.cos41o = 0 Ở tầm với Rmax: a = 69o, qc = 3828 (N), N8A = 1469566 (N), N13 = -109357 (N) => N9A = 1308463 (N) N14 = 116460 (N) Ở tầm với Rtb : a = 33o, qc . TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦN TRỤC THÁP BÁNH LỐP SỨC NÂNG Q = 104 (T)I. Giới thiệu chung 1.Giới thiệu về cần trục tháp. việc. Cần trục tháp bánh lốp là loại cần trục cảng có sức nâng tương đối lớn, tầm với xa,bán kính quay lớn do đó co thể làm việc trong bãi cảng- Cần trục tháp
