MỤC LỤC

Mục lục.......................................................................................................................1

Lời nói đầu................................................................................................................... 2

Chương 1: Tổng quan về cần trục tháp.................................................................. 4

Chương 2: Chọn phương án thiết kế...................................................................... 12

Chương 3: Tính toán cơ cấu nâng vật................................................................... 18

3.1 Tính cáp................................................................................................................. 18

3.2 Tính tang và chiều dài cáp nâng vật.................................................................. 18

3.3 Chọn động cơ điện cho cơ cấu nâng vật........................................................... 22

3.4 Tỉ số truyền chung............................................................................................... 23

3.5 Tính phanh............................................................................................................ 23

3.6 Tính thời gian mở máy và thời gian phanh của cơ cấu nâng vật................... 24

3.7 Bộ truyền............................................................................................................... 25

Chương 4: Tính toán cơ cấu nâng cần .................................................................. 26

4.1 Tính cáp................................................................................................................. 26

4.2 Tính các kích thước cơ bản của tang và chiều dài cáp................................... 26

4.3 Chọn động cơ........................................................................................................ 30

4.3.1 Xác định lực trong hệ thống nâng cần........................................................... 30

4.3.2 Động cơ điện...................................................................................................... 33

4.4 Tính phanh............................................................................................................ 39

4.5 Bộ truyền............................................................................................................... 40

Chương 5: Tính toán cơ cấu quay.......................................................................... 43

Chương 6: Tính toán cơ cấu di chuyển.................................................................. 52

6.1 Tính áp lực lên trên bánh xe............................................................................... 52

6.2 Chọn động cơ........................................................................................................ 58

6.3 Kiểm tra về lực bám............................................................................................. 61

6.4 Quá trình mở máy và phanh............................................................................... 63

Chương 7: Tính toán kết cấu kim loại.................................................................. 67

1. Tính kết cấu cần..................................................................................................... 67

1.1 Kiểm tra ổn định của cần.................................................................................... 67

1.2 Kiểm tra độ bền của cần...................................................................................... 70

2. Tính kết cấu tháp.................................................................................................... 84

2.1 Tính độ mảnh của tháp........................................................................................ 85

2.2 Kiểm tra độ bền của tháp.................................................................................... 88

Chương 8: Tính ổn định cần trục tháp................................................................. 101

8.1 Tính đứng vững khi có vật nâng........................................................................ 101

8.2 Tính đứng vững khi không có vật nâng............................................................ 105

8.3 Tính đứng vững dưới tác dụng của các lực quán tính tiếp tuyến................. 107

Chương 9: Hệ thống điện........................................................................................ 110

9.1 Giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống điện......................................... 110

9.2 Các thiết bị phụ................................................................................................... 112

Chương 10: Phương pháp lắp đặt cần trục......................................................... 120

10.1 Lắp đặt tại nơi làm việc.................................................................................... 120

10.2 Phương pháp tháo dỡ cần trục......................................................................... 120

Chương 11: Sử dụng và bảo dưỡng cần trục....................................................... 122

Kết luận...................................................................................................................... 152

Tài liệu tham khảo................................................................................................... 153

LỜI NÓI ĐẦU

Phát triển nền công nghiệp và quy hoạch hoá đô thị là hai vấn đề được quan tâm lớn của nước ta hiện nay, trong đó công việc đầu tiên cần giải quyết là xây dựng các khu công nghiệp và khu dân cư tập trung phù hợp với mục tiêu sản xuất và điều kiện sinh hoạt của người dân. Muốn công việc xây dựng này nhanh chóng và hiệu quả cao cần phải trang bị các loại cần trục tháp tự hành để nâng hạ và lắp ráp các loại thiết bị, vật tư khi thi công tập trung cùng một lúc. Thiết kế cần trục tháp đáp ứng yêu cầu trên là đề tài tốt nghiệp mà em được giao. Để hoàn thành đề tài này, em đã tìm hiểu các tài liệu, bản vẽ, các thiết bị có liên quan và tham khảo một vài kết cấu cụ thể các cần trục tháp hiện có trong thành phố.

Đây là công trình đầu tay của em nên chắc chắn có nhiều sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè.

                                                                                                                              TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                        Sinh viên thực hiện

                                                                                                                          …………………

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦN TRỤC THÁP

Cần trục tháp loại có một thân tháp thường cao từ 30 đến 75m hoặc cao hơn nữa ( đến 100m ). Phía trên gần đỉnh tháp có gắn cần dài từ 12m đến 50m, đôi khi lên đến 70m, 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 gồm hai 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 bị điện và các thiết bị an toàn.

Phần không quay có thể đặt cố định 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.

* Ưu điểm:

- So với các loại cần trục khác, cần trục tháp được bố trí tầm với trên một độ cao lớn do đó không bị vướng các kết cấu của công trình lắp đặt

- Khi dừng một chỗ có khả năng phục vụ cho vài công trình lắp đặt.

- Việc di chuyển cần trục theo đường ray thực hiện đơn giản, người lái có tầm nhìn tốt với vùng lắp đặt.

- Cần trục tháp sử dụng đơn giản và tin cậy.

* Nhược điểm:

- Thời gian lắp đặt và khối lượng lắp đặt, tháo dỡ nhiều.

- Phải xây dựng đường chạy, chi phí cho các nguyên công này chiếm khoảng 30% ÷ 40% tổng giá trị sử dụng cần trục.

Trong một số mẫu cần trục mới có xét đến một loạt giải pháp về kết cấu như sau: việc lắp đặt theo từng khối, tự nâng lắp… nhằm giảm giá thành và thời gian đưa máy vào sử dụng.

* Phân loại cần trục tháp:

Xuất phát từ quan điểm các giải pháp kết cấu và khả năng công nghệ sử dụng cần trục trong xây dựng, tất cả các kiểu cần trục tháp được đặc trưng bởi 4 nhóm yếu tố chính sau:

1. Theo công dụng có các loại sau:

- Cần trục tháp có công dụng chung dùng trong xây dựng dân dụng và một phần trong xây dựng công nghiệp. Loại này có mômen tải từ 4 đến 160Tm sức nâng 0,4 - 8t. Chiều cao nâng 12 - 100m, tầm với lớn nhất 10 - 30m. Để xây dựng nhà bằng phương pháp lắp ghép tấm hoặc khối bêtông, còn có các cần trục tháp có sức nâng đến 12t và mômen tải 40 - 250tm.

3. Theo đặc điểm làm việc của tháp có cần trục tháp loại tháp quay và loại tháp không quay. Ở loại tháp quay, toàn bộ tháp và cơ cấu được đặt trên bàn quay. Bàn quay tựa trên thiết bị tựa quay đặt trên khung di chuyển. Khi quay, toàn bộ bàn quay quay cùng với tháp. Ở loại tháp không quay, phần quay đặt trên đầu tháp. Khi quay chỉ có cần, đầu tháp, đối trọng và các cơ cấu đặt trên đó quay.

4. Theo phương pháp thay đổi tầm với chia ra: cần trục tháp với cần nâng hạ và cần trục tháp với 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 định, đặc biệt là có thể đưa móc treo tiến gần sát thân tháp nên tăng được không gian phục vụ của cần trục.

CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

a. Loại 1:

* Ưu điểm: Có kết cấu đơn giản nhỏ gọn, dễ lắp đặt và tháo gỡ, phạm vi thay đổi tầm với lớn. Loại này khi làm việc được lắp đặt tại một vị trí cố định dùng để xây dựng các nhà cao tầng.

* Nhược điểm: Do lắp đặt tại một vị trí cố định nên phạm vi hoạt động của cần trục hẹp chỉ giới hạn trong vòng bán kính quay của cần, cùng một lúc không thể phục vụ cho nhiều công trình. Sức nâng thấp phụ thuộc vào xe lăn chạy trên cần và không thay đổi trên suốt chiều dài cần. 

c. Loại cabin đặt dưới thấp:

* Ưu: Lên xuống dễ dàng, trong quá trình làm việc cabin ít bị lắc lư, người lái đỡ mệt.

* Nhược: Vì cabin đặt dưới thấp nên tầm quan sát của người lái bị hạn chế, điều khiển nâng hạ vật thiếu chính xác.

d. Loại cabin đặt bên trên:

* Ưu: Người lái cần trục ngồi trên cao nên tầm quan sát rộng, khả năng điều khiển nâng hạ vật được chính xác.

* Nhược: Cabin đặt trên cao nên việc lên xuống khó khăn, trong quá trình làm việc cabin bị lắc lư nhiều, người lái mau mệt.

=> Với việc phân tích ưu nhược điểm của hai cách đặt cabin như trên ta chọn cách đặt cabin trên cao ngay dưới đuôi cần, với loại này người làm việc tuy mệt một chút, nhưng điều khiển cần trục chính xác và tầm nhìn rộng bao quát nhất.

2.1. Giới thiệu can trục tháp thiết 100 T.M:

Đây là loại cần trục tháp thay đổi sức nâng và chiều cao nâng theo tầm với của cần, cần và tháp có kết cấu kiểu dàn, loại cần trục này có bàn quay và đối trọng đặt ở dưới, loại cần trục này tự di chuyển trên 4 cụm bánh xe chạy trên hai đường ray song song.

1. Đặc tính kỹ thuật của cần trục:

- Sức nâng: 5 tấn

- Tầm với:

max: 20 mét

min: 10 mét

- Chiều cao nâng :

max : 33,8 mét

min : 23,2 mét

- Khoảng cách tâm hai ray: 4,5 mét

- Khoảng cách trục bánh xe: 4,5 mét

- Số bánh xe di chuyển: 8

1. Cần : Có kết cấu kiểu dàn gồm 4 đoạn : đuôi cần, hai đoạn cần trung gian và đoạn đầu cần ghép lại với nhau nhờ bulông. Đoạn đuôi cần và đầu cần có dạng hình chóp cụt, 2 đoạn thân cần có dạng hình hộp chữ nhật, ở đầu cần có lắp cụm puli dẫn hướng, ở đuôi cần có lắp một giá đỡ phụ để làm giá đỡ đầu tháp và căng cáp khi lắp ráp. Cần được nối vào thân tháp nhờ hai chốt và cần quay trong mặt phẳng đứng quanh hai chốt này.

8. Bộ tời nâng vật : Bao gồm động cơ nâng vật, khớp nối + phanh, hộp giảm tốc, tang cuốn cáp nâng vật

 9. Bộ tời nâng cần : Bao gồm động cơ nâng cần, khớp nối + phanh, hộp giảm tốc và tang quấn cáp. Tang quấn cáp này là một tang bậc gồm hai phần : Phần lớn quấn cáp nâng cần, phần nhỏ quấn cáp nâng vật, hai sợi cáp này quấn ngược chiều

10. Puli : Các puli dùng để chuyển hướng cho cáp nâng vật và cáp nâng cần.

11. Cáp : Sơ đồ mắc cáp được biểu diễn ở hình 2.

12. Thanh giằng : Các thanh giằng làm giá đỡ cho các puli chuyển hướng.

13. Cụm móc câu : Là thiết bị mang vật vạn năng.

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG VẬT

Các số liệu ban đầu:

+ Trọng lượng vật nâng: 50000 N

+ Trọng lượng bộ phận mang: 2400 N

+  Chiều cao nâng tối đa khi cần ở vị trí cao nhất 33,8 mét _ tầm với 10m

+ Chiều cao nâng tối đa khi cần ở vị trí thấp nhất 23,2 mét _ tầm với 20m

+ Tốc độ nâng: 20 m/ph

3.1. Tính cáp:

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở cáp cuốn lên tang trong quá trình nâng vật:

=> Thay số được:  S_max = 28692N

Theo qui định an toàn cáp được tính theo kéo và chọn cáp theo lực kéo đứt:

S_đ = S_max . n ≤ [S_đ]

Với: n = 5,5: Hệ số an toàn lấy với chế độ làm việc trung bình .

S_đ = 28692 . 5,5 = 157806N

Ta chọn loại cáp nâng vật có đường kính d = 16,5mm

Với giới hạn bền của sợi s_b = 1600N/mm² và đường kính cáp d= 16,5mm lực kéo đưt cho phép của cáp là:

[S_đ]  =  164500N

S_đ  <  [S_đ] vậy cáp đủ bền

3.2. Tính tang và chiều dài cáp nâng vật :

- Đường kính tang: đường kính tang nhỏ nhất cho phép phải đảm bảo độ bền lâu của cáp được xác định theo công thức [2-12-1]:

D_t ³ d_c (e-1) = 16,5.(20-1) = 313,5mm

e = 20 hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào máy và chế độ làm việc; bảng 2-4-1

Ơ đây chọn D_t = 400mm.

Chiều dài phần cáp làm việc quấn vào tang nâng vật : l = H . a= 33,8. 2 = 67,6m

Số vòng cáp dự trữ trên tang Z₂ = 2

Chiều dài phần xẻ rãnh trên tang:

L₀ = t .(Z₁ + Z₂) = 20. (52+2) = 1080mm

Với t = 20mm là bước rãnh của tang

Chiều dài phần tang để kẹp cáp :

L₁ = 3 . 20 = 60mm

Bề dày thành tang L₂ = 20mm

Chiều dài toàn bộ tang:

L = L₁ +L₀ +2L₂ = 60 + 1080 + 2.20 = 1180mm

Bề dày tang được xác định theo công thức kinh nghiệm :

d = 0,02D_t + (6÷10) = 0,02 . 400 + 8 = 16mm

+ Tính chiều dài cáp nâng vật trong trường hợp cần ở tầm với gần nhất và móc câu chạm đất.

Khi cần ở vị trí cao nhất đầu của cần cách đất một đoạn :

H = H_max + l_{móc câu} + l₀ = 33800 +1000 +1000= 35800mm

Với : l₀ = 1m : là khoảng cách tối thiểu không cho cụm móc câu chạm vào đầu cần, đối với loại cần trục này l₀  được giới hạn bởi bộ phận hạn chế chiều cao nâng .

Đường kính của các puli hẫn hướng được chọn sao cho đảm bảo điều kiện bền lâu của  cáp. Ở đây ta chọn đường kính các puli có kích thước ghi trên sơ đồ đi cáp.

Các cụm puli 10,11,12,13 có cùng đường kính f = 300mm(H.2)

Chiều dài phần cáp quấn qua mỗi puli này :

l₁ =f . p/2 = 300 .3,14/2 = 471mm

(Ở đây ta xem như dây cáp quấn được nửa chu vi của mỗi puli)

Chiều dài phần cáp quấn qua cụm móc câu :

 l₂ = 400.p/2 = 628mm

Chiều dài phần cáp treo cụm móc câu kể từ đầu cần đến mặt đất

l^’₂ = a.h+ l₂ = 2. 35800 + 628 = 72228mm

3.3. Chọn động cơ điện cho cơ cấu nâng vật :

Tương ứng với công suất tĩnh và chế độ làm việc trung bình ta chọn động cơ điện loại MTB 411-6 có các thông số sau :

- Công suất danh nghĩa : 22Kw

- Số vòng quay : 960v/ph

- Cường độ làm việc : CĐ= 25%

-  Hệ số quá tải : y= 2,5

- Moment vô lăng : (G_iD_i²)_roto= 20N.m²

- Khối lượng : 280Kg

- Hệ số cosj= 0,74

Với công suất danh nghĩa của động cơ lớn hơn công suất tĩnh nên động cơ đã chọn thoả mãn yêu cầu làm việc và ta không phải kiểm tra về nhiệt động cơ .

3.7. Bộ truyền :

Bộ truyền được thực hiện dưới dạng hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp. Để tiện lợi mua sẵn hộp giảm tốc tiêu chuẩn căn cứ vào yêu cầu công suất phải truyền với CĐ25%, và tỉ số truyền cần thiết i_o = 31,35 ta chọn hộp giảm tốc PM_650 III-3M có các đặc tính sau :

- Kiểu hộp : hai cấp bánh răng trụ răng nghiêng.

- Tổng khoảng cách trục A = A_n + A_c = 250 + 400 = 650mm

- Tỉ số truyền i = 31,5

- Khớp nối trục dùng khớp nối răng

Các bộ phận khác của cơ cấu nâng vật lấy theo tiêu chuẩn.

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG CẦN

Các thông số ban đầu :

+ Chiều dài cần : 18,5m

+ Trọng tải nâng :

Q = Q_cần + Q_vật + Q_mang + Q_giáphụ + Q_{puli đầu cần}

Trong đó:

- Q_cần = 12800N              

- Q_mang = 2400N                   

 - Q_{puli đầu cần} = 1000N

- Q_vật = 50000N            

- Q_giáphụ = 1050N 

Q = 12800 + 50000 + 2400 + 1050 + 1000 = 67250N

+ Góc quay của cần thay đổi từ : 20⁰ ÷ 66⁰

+ Thời gian thay đổi tầm với t = 40s

4.1. Tính cáp :

Tương tự như phần tính toán cơ cấu nâng vật

Lực căng cáp lớn nhất : S_max = 9771N

Lực kéo đứt :

S_đ = S_max . n = 9771 . 5,5 = 53740,5N

Ta chọn cáp nâng cần có đường kính d_c = 18mm

Với giới hạn bền của sợi thép s_b = 1600 N/mm² đường kính cáp d=18mm lực kéo đứt cho phép của cáp là

[S_đ] = 195500N

Ta thấy : S_đ < [S_đ] Vậy cáp đủ bền.

4.2. Tính các kích thước cơ bản của tang và chiều dài cáp :

Đường kính tang được xác định theo công thức :

D_t ³ d_c .(e-1) = 18 . (20-1) = 342mm

Số vòng cáp dự trữ và dùng để kẹp cáp Z₄ = 5

Chiều dài phần tang quấn cáp nâng vật

L₂ = l^’₁ + l^’₂ + l^’_o = 20.(24+5) + 20 = 600mm

Tổng chiều dài của tang vật

L = L₁ + L₂ = 678 + 600 = 1278mm

Bề dày tang : ta chọn bề dày của hai phần tang giống nhau :

d = 0,02 . D_t + (6÷10) = 16mm

Tang bậc này vừa chịu nén vừa chịu xoắn, moment xoắn sinh ra do hai sợi cáp ở hai phần ngược chiều nhau

Dựa vào sơ đồ đi cáp và các kích thước cơ bản của cần trục ta tính chiều dài cáp nâng cần.

Chiều dài phần cáp quấn lên tang nâng cần kể cả phần cáp dự trữ :

l₁ = a_c.H + 5pD_tg = 8 .(18808 - 13168) + 5 . 3,14 . 490 = 52813mm

Ta chọn đường kính các puli của cụm 6, cụm 7 và puli nhỏ của cụm 8 (Hình 2) là d = 350mm

Chiều dài phần cáp quấn qua mỗi puli này :

l₂ = 350 . p/2 = 550mm

Chiều dài cáp đi từ cụm puli 6 đến cụm puli 8

l₅ = 16940 – 2920 = 14020mm

(2920mm : khoảng cách từ bàn quay đến cụm puli 6)

Tổng chiều dài của cáp nâng cần :

L = l₁ + 9l₂ + 6l₃ + l₁ + 3l₅ = 52813 + 9.550 + 6.6500 + 17995 + 3.14020 = 156818mm

4.5. Bộ truyền:

Bộ truyền của cơ cấu nâng cần dưới dạng hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp răng nghiêng có các thông số như sau:

Tỉ số truyền: i₀ = i_n  . i_c = 22,5

Ơ đây ta không đi sâu vào thiết kế bộ truyền mà chỉ nêu các thông số cơ bản của các bộ truyền bánh răng trong HGT:

Bánh răng m₁= 4; Z₄= 81 (4) theo sơ đồ động

Bánh răng m₁= 4; Z₉= 18 (9)

Bánh răng m₂= 6; Z₅= 16 (5)

Bánh răng m₂= 6; Z₆= 80 (6)

* Tính cáp giằng cần:

Dựa vào sơ đồ mắc cáp (hình 2) ta thấy lực tác dụng lên cáp giằng cần (3) gồm: trọng lượng vật, trọng lượng thiết bị mang, trọng lượng cần, trọng lượng gió phụ, trọng lượng puli đầu cần và trọng lượng cụm puli động (7)

Q = Q_v + Q_m + Q_c +  Q_gp + Q_puli + Q_{puli động} = 67250 + 3000 = 70250N

Q_{puli động} = 3000N

CHƯƠNG5 : TÍNH TOÁN CƠ CẤU QUAY

- Các số liệu ban đầu:

- Trọng lượng vật nâng và bộ phận mang : Q = 53400N.

- Trọng lượng cần và gía phụ : Q_c = 13850N.

- Trọng lượng tháp : Q_t = 39360N.

- Trọng lượng cabin : Q_cb = 3800N.

-Trọng lượng đối trọng : Q_đt = 240000N.

- Trọng lượng bàn quay : Q_bq = 22000N.

-Trọng lượng cáp : Q_cáp = 8000N.

- Trọng lượng các cơ cấu nâng cần, nâng vật và quay : Q_CC = 7000N.

- Vận tốc quay của cần trục : n_q = 0,7 Vòng/phút.

- Chế độ làm việc của cơ cấu trung bình.

(Ở đây trọng lượng bàn quay, trọng lượng đối trọng, trọng lượng cáp và trọng lượng các cơ cấu ta lấy theo số liệu của cần trục tháp KB 100 do Nga sản xuất).

Khi xác định tải trọng các con lăn lên các cơ cấu tựa quay ta xét toàn cộ hệ thống là hệ siêu tĩnh và sự phân bố tải trọng của các con lăn riêng biệt phụ thuộc vào độ cứng của hệ và độ chính xác chế tạo các phần tử của chúng. Khi thiết kế cố gắng tạo ra cơ cấu có độ cứng cao.

Trong đó: l_o = 20m là khoảng cách từ vật nâng đến tâm quay (xem hình 10).

l_c = 1,2 +1,4 + 9,25.cos20^o = 11,308m là khoảng cách từ trọng tâm của cần đến tâm quay.

l_cb =1,46 m : là khoảng cách từ trọng tâm cabin đến tâm quay.

l_t = 1,2m là khoảng cách từ tâm tháp đến tâm quay.

l_bq = l_cáp = l_cc = 0 là khoảng cách từ trọng tâm bàn quay, trọng tâm các cơ cấu và trọng tâm cáp đến tâm quay (Ở đây để đơn giản ta xem các trọng tâm của các cơ cấu này đặt tại tâm quay)

l_đt = 2,75m : là khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay.

M_kp = 53400.20 + 13850.11.308 +3800.1,46 + 39360.1,2 + (77000 + 22000 + 8000).0 – 240000.2,75 = 619040 Nm

=> N = 25105N

Diện tích chắn gió của cabin : Fcb = 1,92 x 2,85 = 5,472 m²

Diện tích chắn gió của đối trọng : F_đt = 0,6 x 0,6 x 8 = 2,88 m²

Mômen tĩnh cản quay đối với cơ cấu quay của cần trục:

M_q = M₁ + M₂ + M₃    (3-75-1)

-> M_q = 6947 + 101395 + 46856 = 155198 Nm 

Dựa vào N_tb ta chọn đọng cơ loại MTF 311-6 có các đặc tính:

- Công suất danh nghĩa : 13Kw

- Số vòng quay : 935v/ph

- Cường độ làm việc : CĐ= 25%

- Hệ số quá tải : y = 2,8

- Moment vô lăng : (G_iD_i²)_roto = 9N/m²

- Khối lượng : m= 170kg

- Hệ số sosj = 0,74

* Tính phanh :

 Để mômen phanh được nhỏ gọn ta đặt phanh ở trục thứ nhất. Thời gian phanh có thể lấy bằng thời gian mở máy đã tính ỏ trên : t_ph = t_m = 2,1s.

Mặt khác theo số liệu của bảng ( 3-16-1) tương ứng với trường hợp tầm với lớn nhất L_max  = 20m. Không tính lực gió và độ nghiêng của nền thì t_ph = 6s. Ta xuất phát từ thời gian này để tính moment quán tính khi phanh theo công thứ (3-85-1).

Dựa vào mômen phanh yêu cầu ta chọn loại phanh má điện từ ký hiệu TKT_200/100 có mômen phanh lớn nhất : M_ph = 40 Nm, đường kính bánh phanh D = 200 mm.

* Bộ truyền : (xem hình 13)

Bộ truyền cơ cấu quay được thiết kế thành hai phần : Bộ truyền kín là hộp giảm tốc bánh răng trụ 3 cấp có tỉ số truyền i₁ = 133,78 và bộ truyền hở bánh răng trụ 1 cấp i₂ = 10.

CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦN TRỤC

6.1. Tính áp lực lên trên bánh xe:

Các thông số ban đầu :

Khối lượng các bộ phận của cần trục :

- Khối luợng vật nâng + bộ phận mang + puli đầu cần : 5,34 tấn

- Khối lượng cáp : 0.8 tấn

- Khối lượng tháp : 3.936 tấn

- Khối lượng cabin  : 0,38 tấn

- Khối lượng đối trọng : 24 tấn

- Khối lượng bàn quay : 2,2 tấn

- Khối lượng các cơ cấu nâng cần, nâng vật,quay : 7,7 tấn.

- Khối lượng khung di chuyển : 5 tấn

Vận tốc di chuyển của cần trục : 30m/ph

Ta xét tải trọng tác dụng lên bánh xe khi cần trục làm việc với tải trọng lớn nhất và tầm với xa nhất. Như trên đã nói tải trọng tác dụng lên bánh xe phụ thuộc góc quay của cần, việc khảo sát để tìm góc quay làm cho tải trọng tác dụng lên bánh xe là lớn nhất rất phức tạp,ở đây ta chỉ xét trường hợp đặc biệt khi mặt phẳng treo cần vuông góc với cạnh CD của khung di chuyển và khi mặt phẳng treo cần chứa đường chéo BD của khung di chuyển.

+ Trường hợp 1 : trường hợp mặt phẳng treo cần vuông góc vơi cạnh CD

Muốn xác định được lực tác dụng lên các cụm bánh xe trước tiên ta phải xác định được vị trí trọng tâm của cần trục.

Sơ đồ tính toán toạ độ trọng tâm ( xem hình 15)

Chọn trục Ox nằm trong mặt phẳng chứa hai ray, đi qua tâm quay của cần trục và song song với hai ray. Trục Oy nằm trong mặt phẳng chứa Ox vuông góc với Ox tại tâm quay O của cần trục. Trục Oz nằm trong mặt phẳng treo cần, đi qua tâm quay O và vuông góc với mặt phẳng (Ox;Oy).

Gọi c là hoành độ trọng tâm cần trục.

x₁ = 20m : Là hoành độ trọng tâm của vật mang và vật nâng.

x₂ = 11,308m : Là hoành độ trọng tâm của cần.

x₁ = 1,2m : Là hoành độ trọng tâm của tháp.

x₁ = 1,46m : Là hoành độ trọng tâm của cabin.

x₁ = -2,75m : Là hoành độ trọng tâm của đối trọng.

x₁ = 0m : Là hoành độ trọng tâm của các cơ cấu nâng cần, nâng vật quay, bàn quay và khung di chuyển.

+ Trường hợp 2:

Xét trườn hợp mặt phẳng treo cần chứa đường chéo BD và vật nâng nằm về phía D.

Chọn trục Ox là đường chéo BD, trục Oy là đường chéo AC và trục Oz giữ nguyên như trường hợp 1.

Tương tự như trường hợp trên ta tìm được hoành độ trọng tâm cần trục c^’ = c = 1,22m .

Ta chọn bánh xe di chuyển cần trục có dạng hình trụ có hai thành bên có các kích thước theo OCT 3569_60. Chọn đường kính bánh xe D_bx = 500mm với đường kính này tra bảng (9-4-1) ta được ngỗng trục lắp ổ d= 90mm. Tương ứng với D_bx = 500mm chiều rộng vành bánh xe kể cả hai gờ bên 15mm, chiều rộng phần trong giữa hai gờ 140mm. Với kích thước bánh xe như thế ta chọn ray xe lửa P80 làm ray cho cần trục tháp.

Bánh xe được chế tạo bằng thép 50T có độ cứng HB = 300¸320. Ứng suất dập cho phép của bánh xe tra theo bảng (2-19-1) là [s_d] = 750N/mm².

Ta thấy s_d < [s_d] Vậy bánh xe đủ bền.

6.2. Chọn động cơ:

* Lực cản do độ dốc đường ray tính theo công thức (3-41-1) :

W₂ = a . (G_o + Q)

a = 0,002 : độ dốc đường ray lấy theo bảng (3-9-1) :

=> W₂ = 0,002 . (457410 + 50000) = 1015N

Với kết cấu cụ thể của cần ta lấy lực cản gió lớn nhất nằm trong mặt phẳng vuông góc mặt phẳng treo cần xảy ra khi cần trục làm việc với tải trọng lớn nhất và tầm với nhỏ nhất, chiều gió thổi song song với mặt phẳng treo cần.

* Lực cản gió (1-2-1) :

W₃ = k_k . q . F

Trong đó :

- k_k = 1,2 : Hệ số cản khí động học.

- q = 150N/m² : áp lực gió tra theo bảng (1-2-1).

- F : diện tích chắn gió của cần trục :

F = F_vật + F_cần + F_tháp + F_cabin + F_{đối trọng}

Phần bàn quay và khung di chuyển nằm ở dưới thấp ta xem như không có tải trọng gió tác dụng lên hai phần này. Các diện tích này đều tính trong mặt phẳng thẳng đứng.

Diện tích chắn gió của vật nâng : F_vật = 7m².

Diện tích chắn gió của cần :

F_c = F₀ . sinb = 4,98 . sin66⁰ = 4,55m².

Với F₀ = 4,98m² là diện tích chịu gió tính toán của cần xem phần tính toán cơ cấu nâng cần.

Sơ đồ kích thước của thân tháp trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo cần (hình 18).

Diện tích chắn gió của cabin

F_cabin = 2,08 . 1,35 = 2,808m²

Đối trọng gồm 8 khối bê tông ghép lại với nhau có kích thước trên hình 19. Diện tích chắn gió của đối trọng: F_{đối trọng} = 4,1 . 0,6 . 4= 9,84m²

Đối với loại cần trục này ta dùng phương pháp dẫn động của cơ cấu di chuyển là dẫn động riêng do đó công suất tĩnh yêu cầu đối với mỗi cụm bánh xe là:

N_t1 = N_t2 = 0,6. N_t = 0,6 . 5,5= 3,3Kw

0,6 là hệ số tính đến sự phân bố tải trọng không đều giữa các cụm bánh xe chủ động.

Với công tĩnh yêu cầu đã tính ứng với chế độ làm việc trung bình ta chọn động cơ điện loại MTF 111_6 có các thông số sau:

- Công suất danh nghĩa : 3,5Kw.

- Số vòng quay : 895v/ph.

- Cường độ làm việc : CĐ = 25%.

- Hệ số quá tải : y = 2,5.

6.3. Kiểm tra về lực bám:

Cơ cấu di chuyển cần phải được kiểm tra về lực bám sao cho đảm bảo hệ số an toàn bám nhất định để tránh hiện tượng trượt trơn của bánh xe trên đường ray. Quá trình trượt trơn xảy ra khi mở máy cơ cấu di chuyển. Muốn kiểm tra về lực bám trước hết ta phải xác định áp lực nhỏ nhất tác dụng lên cụm bánh xe trong quá trình lám việc của cần trục.

Ta tính tải trọng tác dụng lên các cụm bánh xe khi cần trục không mang tải và có tầm với nhỏ nhất. Sơ đồ hình học để tính trọng tâm cần trục trong trường hợp này như hình bên.

6.4. Quá trình mở máy và phanh:

 Ta thấy mômen mở máy trung bình của động cơ lớn hơn mômen mở yêu cầu. Vậy động cơ đã chọn là hợp lí.

Phanh : Moment phanh phải xác định xuất phát từ yêu cầu khi cần trục di chuyển trên đường ray trong mọi trường hợp sẽ không xảy ra trượt trơn trong thời kỳ phanh.

Gia tốc hãm khi không có vật nâng tương ứng với tỉ lệ số bánh dẫn với tổng số bánh xe là 4/8 và hệ số bám j = 0,12 tra theo bảng (3-10-1) ta chọn j⁰_phanh = 0,45m/s².

Với mômen phanh này ta chọn loại phanh má điện từ xoay chiều loại TKT 200 có moment phanh M⁰_ph = 157N đảm bảo các yêu cầu trên.

Bộ truyền: ta chọn bộ truyền cho cơ cấu di chuyển dựa trên hai yêu cầu đảm bảo công suất truyền 3,3Kw và tỉ số truyền chung i_đc = 46,86. Từ đó ta chọn bộ truyền gồm hai phần: bộ truyền kín hai cấp và bộ truyền hở một cấp.

Bộ truyền hở là bộ truyền bánh răng trụ một cấp gồm một cặp bánh răng ăn khớp có m = 10mm; Z₁ = 53; Z₂ = 21.

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN KẾT CẤU KIM LOẠI

7.1. Tính kết cấu cần:

Các thông số cơ bản của cần:

Chiều dài tổng cộng 18,5m gồm 4 đoạn lắp lại.

- Đuôi cần dài 4,195m

- Hai đoạn trung gian 4,91m.

- Đầu cần 4,485m

Vật liệu làm các thanh biên trên, biên dưới là thép góc đều cạnh L70x70x7. Vật liệu làm các thanh giằng ngang, giằng chéo là thép góc đều cạnh L50x50x5 có [s_b] = 3923Kg/cm².

Hệ palăng nâng cần a= 8; cáp Æ 18

Hệ palăng nâng vật a= 2; cáp Æ  16,5

Khối lượng cần + giá phụ = 1385Kg

Khối lượng vật nâng lớn nhất 5000Kg

Khối lượng móc câu và puli đầu cần 340Kg

7.1.1. Kiểm tra ổn định của cần:

Theo sơ đồ mắc cáp vào đầu cần và cách lắp cần vào thân tháp ta có sơ đồ tính toán cần theo hình 24.

Chiều dài tương đương tính toán lấy bằng chiều dài cần = 18500mm

Tính độ mảnh của cần:

Với thép góc đều cạnh của các thanh biên có các thông số (theo “sức bền vật liệu” [2]) diện tích mặt cắt ngang F = 9,42cm², moment quán tính J_x= J_y= 43cm⁴ khoảng cách từ trọng tâm đến mép ngoài của cánh Z = 1,99cm.

7.1.2.1 Kiểm tra độ bền của cần trong trường hợp 1: (góc nghiêng cần b = 20⁰)

Các thông số ban đầu:

- Chiều dài cần 18,5m

- Trọng lượng bản thân cần 14850N (Tính luôn khối lượng giá phụ và puli đầu cần).

- Góc nghiêng nhỏ nhất b_min= 20⁰

a. Tải trọng tạm thời tính theo công thức (8-50-1):

P_T = k₂.Q + G₃ = 1,2.50000 + 2400 = 62400N

b. Lực quán tính ngang do trọng lượng của vật nâng và bộ phận mang xuất hiện khi mở máy hay cơ cấu quay, lực này tập trung ở đầu cần (8-53-1).

P_ng = 0,1.(Q + G_móc) = 0,1.(50000 + 2400) = 5240N

c. Lực quán tính ngang do trọng lượng của cần xuất hiện khi mở máy hoặc phanh cơ cấu quay, lực này phân bố dọc theo chiều dài cần.

G_1ng = 0,1G_cần = 0,1.14850 = 1485N               

d. Tải trọng gió ở trạng thái làm việc và không làm việc:

Tải trọng gió của cần phân bố đều trên toàn bộ chiều dài cần, tải trọng gió của vật: (tải trọng gió tính trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo cần)

P_g/ng = 1,2.400 . 3,25 = 1560N

Xem phần tính toán cơ cấu quay. Lực này tập trung tại trọng tâm vật.

P_gc = K_k.q.F_c = 1,2 . 400 . 1,7 = 818N

P_gv = K_k.q.F_v = 1,2 . 400 . 7 = 3360N

7.1.2.2 Trường hợp 2: khi cần trục làm việc với tải trọng lớn nhất, tầm với nhỏ nhất. (góc nghiêng cần b = 66⁰)

a. Tải trọng tạm thời

P_t = k₂Q + G_mang = 1,2 . 50000 + 2400 = 62400N

b. Lực quán tính ngang do trọng lượng của cần trục xuất hiện khi mở máy và phanh cơ cấu quay:

G_c/ng = 0,1G_c = 0,1 . 14850 = 1485N

c. Lực quán tính ngang do trọng lượng của vật nâng và bộ phận mang gây ra khi mở máy hoặc phanh cơ cấu quay:

P_ng = 0,1(Q + G_m) = 0,1.(50000 + 2400) = 5240N

d. Tải trọng gió.

Ở trạng thái làm việc và không làm việc tải trọng gió phân bố đều trên toàn chiều dài của cần.

Tải trọng gió ta tính trong 2 mặt phẳng : mặt phẳng treo cần và mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo cần.

- Trong mặt phẳng treo cần: tải trọng gió của cần

P_g/c = K_k . q. F₀₁ = 1,2 . 400 . 4,55 = 2184N

Theo phương ngang cần bị ngàm ở đuôi cần.

Mômen uốn ngang gây ra bởi:

- Lực quán tính ngang do trọng lượng của kết cấu cần (M₁).

- Lực quán tính do trọng lượng vật nâng và má câu và lực do tải trọng gió ngang của vật nâng M₂.

- Lực gió của cần M₂.

Sơ đồ lực tác dụng lên cần (xem hình 27).

M_1max = G_c/ng.L_c/2.cos66 = 1485.9,25.cos66 = 5587Nm

M_2max = P_ng.L_c.cos66 = (5240+3360).18,5.cos66 = 64712Nm

M_3max = P_g/ng.L_c/2.cos66 = 1560.9,25.cos66 = 5869Nm

M_u/ng = åM_i = 5587+ 64712 + 5869 = 76159Nm

Vậy tổng lực nên lên thanh biên dưới là:

S_bå = S_b + S_b^’ = 36481 + 27274 = 63755N

7.2. Tính toán kết cấu tháp:

Tháp gồm 3 đoạn lắp lại : Đầu tháp, thân tháp, đuôi tháp. Có các kích thước như hình vẽ. Vật liệu làm các thanh biên là góc đều cạnh 100x100x10 có [s] = 39230n/cm². Vật liệu làm các thanh giằng xiên và thanh giằng đứng là thép góc đều cạnh 70x70x10 có [s] = 39230N/cm².

Kiểm tra ổn định:

Theo sơ đồ bố trí tháp trên cần trục và cách liên kết tháp vào bàn quay ta có sơ đồ xác định chiều dài tự do của tháp chịu nén như sau: (hình 30).

Ơ đây ta xét trong mặt phẳng treo cần thì tháp bị ngàm tại B. Còn trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo cần thì tháp bị ngàm ở A.

Sơ đồ với chiều dài tương đương tính toán lấy bằng hai lần chiều dài tháp (hình 30).

L = 24,160 x 2 = 48,32m

7.2.1. Tính độ mảnh của tháp:

Với vật liệu là thép góc đều cạnh L100x100x10 có các thông số cơ bản như sau:

Diện tích mặt cắt ngang F = 19,2cm²

Moment quán tính J_x = J_y = 179cm⁴

Bán tính quán tính i_x = i_y = 3,05cm

Khoảng cách từ trọng tâm đến mép ngoài của cánh Z = 2,83cm

Dựa vào kết cấu cụ thể của tháp ta tính các diện tích F_b1 và F_b2.

F_b1 = {[21,96x0,01x2] + [(0,9+1,1+1,27+1,48+1,6+1,45+2.1,4).0,007] + [1,5x10x0,07] + [(0,9+0,52+0,7+1,02+0,95+1,5+1,42+1,22+1,35.3).0,007]}.2 = 1,445m²

F_b2 = {[21,96x0,01x2] + [(1+1,67+1,6+1,5+1,4+1,4+1,48+1,6+1,45).0,007] + [1,5x10x0,07] + [(0,65+0,82+1+1,4+1,22+1,4+1,35.3).0,007]}.2 = 1,43m²

7.2.2. Kiểm tra độ bền của tháp :

Ta kiểm tra độ bền cho hai trường hợp.

- Trường hợp 1 : Khi cần làm việc với tải trọng lớn nhất ở tầm với lớn nhất và có cả tải trọng phụ tác dụng lên cần và tháp. Khi tính toán ta xem như tháp không bị biến dạng trong mặt cắt ngang.

- Trường hợp 2 : Khi cần làm việc với tải trọng lớn nhất ở tầm với nhỏ nhất có cả các tải trọng phụ tác dụng lên cần và tháp.

* Trường hợp 1 :

Xét trong mặt phẳng treo cần lực tác dụng lên tháp bao gồm : Phản lực N do cần gây ra ở đuôi cần, lực căng cáp, S_c, S_v trọng lượng bản thân tháp và cabin. Tải trọng gió tác dụng lên tháp và cabin. Các số liệu ban đầu : các kích thước và số đo các góc cho trên hình 32.

Lực nén do cần gây ra :

N = 194438N

S_v = 32500N

S_c = 146249N

Trọng lượng tháp và cabin: G_t = 39360 + 3800 = 43160N

* Trường hợp thứ 2: Khi cần làm việc với tải trọng lớn nhất ở tầm với nhỏ nhất có cả các tải trọng phụ.

Các thông số ban đầu:

Lực nén do cần gây ra: N = 145525N

Lực căng cáp nâng vật: S_v = 32500N

Lực căng cáp nâng cần: S_c = 49167N

Góc nghiêng cần: b = 66⁰

Mômen uốn do gió gây ra:

M_1max = P_g.l/ 2 = 4920 . 20,61/2 = 50700Nm

Mômen uốn do phản lực ở đuôi cần gây ra:

M_2max = N.l_rd.cos66 = 145525.13,39.cos66 = 792559Nm

Moment uốn do S_å gây ra:

M_3max = S_å .l = 39482 . 20,61 = 813724Nm

Moment tác dụng lên mặt cắt BC:

M_u = M_1max + M_3max – M_2max = 50700 + 813724 – 792559 = 71865Nm

CHƯƠNG 8: TÍNH ỔN ĐỊNH CẦN TRỤC THÁP

Theo quy định về an toàn tất cả các loại cần trục di động đều phải được thiết kế và chế tạo để đảm bảo đứng vững không bị lật.

8.1. Tính đứng vững khi có vật nâng:

Hệ số đứng vững khi có vật nâng tức là tỉ số giữa moment trọng lượng tất cả các bộ phận của cần trục với moment do vật nâng gây ra đối với cạnh lật có tính đến tất cả các tải trọng phụ (gió, lực quán tính và ảnh hưởng do độ nghiêng lớn nhất cho phép của mặt đường) phải không được nhỏ hơn 1,15.

Tải trọng tác dụng lên cần trục gồm:

Trọng lượng vật nâng Q = 50000N

Trọng lượng bộ phận mang Q_m = 2400N

Trọng lượng cần bế các thiết bị phụ lắp lên nó G = 14850N

Trọng lượng thân tháp Q_t = 39360N

Trọng lượng cabin Q_cb = 3800N

Trọng lượng các cơ cấu quay, nâng cần, nâng vật Q_cơcấu = 77000N

Trọng lượng khung di chuyển Q_dc = 50000N

Trọng lượng bàn quay Q_quay = 22000N

Trọng lượng đối trọng Q_đt = 240000N

Lực li tâm của các bộ phận xuất hiện khi mở máy hoặc phanh cơ cấu nâng vật.

Lực gió tác dụng lên các diện tích chịu gió của vật nâng, cần, tháp, cabin, và đối trọng.

Khoảng cách từ trọng tâm đến các bộ phận của cần trục đến tâm lật được xác định trên hình vẽ. Và bộ phận mang moment lật nâng vật xảy ra.

M_u = Q.(L - l) = 52400.(20 – 2,25) = 930100Nm

Trong đo: l = 2,25m : khoảng cách từ tâm lật đến tâm quay cần trục.

Moment lật do trọng lượng cần gây ra

M_c = G_c(l_c - l) = 14850(11,308 – 2,25) = 134511Nm

Moment phục hồi do trọng lượng các cơ cấu nâng cần, nâng vật, quay, bàn quay, khung di chuyển (các trọng lượng này ta xem như đặt tại tâm quay của cần trục).

M_CC = (Q_CC + Q_DC + Q_BQ).2,25 = (77000 + 22000 + 50000). 2,25 = 335250Nm

Vậy tổng moment lật do lực li tâm gây ra tại tâm lật

M_1å = M^v₁ + M^c₁ + M^t₁ - M^đt₁ = 13456 + 2244 + 324 – 1004 = 15020Nm

Ta tính áp lực gió tác dụng lên cần trục, áp lực này ta tính mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo cần.

Ap lực gió tác dụng lên vật mang

P^v_g = 1,2 . 250 . 7 = 2100N

Moment lật do tải trọng gió của vật mang gây ra

M^v_g = P^v_g .(H - H_v) = 2100.(23,3 – 3,3) = 42000Nm

Ap lực gió tác dụng lên cần

P^c_g = 1,2 . 250 . 4,98sin20⁰ = 511N

Moment lật do tải trọng gió của cần

M^c_g = P^c_g .H₁ = 511 . 22 = 11242Nm

Ap lực gió tác dụng lên tháp

P^t_g = 1,2 . 250 . 7,442 = 2233N

Tổng moment lật do tải trọng gió tác dụng lên các bộ phận của cần trục

M_2å = M^v₂ + M^c₂ + M^t₂ + M^cb₂ + M^đt₂ = 42000 + 11242 + 31217 + 16734 + 9151 = 110344Nm

Tổng moment phục hồi do trọng lượng các bộ phận của cần trục gây ra

M_f = M_cc + M_cb + M_t + M_tđ = 335250 + 3002 + 41328 + 1200000 = 1579580Nm

* Tính hệ số đưng vững của cần trục ở vị trí bất lợi nhất, đầu cần có treo vật nâng, cần ở tầm với xa nhất và các cơ cấu không làm việc. Trong trường hợp này các tải trọng phụ do lực quán tính và lực li tâm sinh ra bằng 0.  

8.2. Tính đứng vững bản thân khi không có vật nâng:

 Khi không có vật nâng cần trục mất ổn định nhất khi cần ở vị trí cao nhất với góc nghiêng lớn nhất (b_max = 66⁰), vị trí của nó bất lợi nhất trên mặt nghiêng của nền. Lúc này cạnh AB của cụm bánh xe di chuyển là tâm lật của cần trục (hình bên).

Trong trường hợp này moment lật gây ra bởi trọng lượng đối trọng và tải trọng gió.

Tải trọng gió tác dụng lên cần

 P^c_g = K_k.q.F_c = 1,2 . 1000 . 4,98sin66⁰ = 5460N

Moment lật gây ra bởi gió tác dụng lên cần

M^c_g = P^c_g .h = 5460.(1,9 + 16,94 + 9,25sin66⁰) = 149005Nm

Tải trọng gió tác dụng lên tháp

P^t_g = 1,2 .1000 . 7,442 = 8930N

Moment lật gây ra bởi gió tác dụng lên tháp

M^t_g = 8930 . 13,98 = 124847Nm

Tổng moment lật do các tải trọng gió gây ra

M_gå = M^c_g + M^t_g + M^cb_g + M^đt_g = 149005 + 124847 + 66988 + 36605 = 377445Nm

Moment lật do trọng lượng đối trọng gây ra

M^đt₁ = 240000.(2,75 – 2,25) = 120000Nm

Moment phục hồi do trọng lượng các cơ cấu nâng cần, nâng vật, quay, trọng lượng bàn quay và trọng lượng khung di chuyển.

M_cc = (77000 + 22000 + 50000). 2,25 = 335250Nm

Moment phục hồi do trọng lượng tháp

M^t  = 39360.(2,25 + 1,2) = 135792Nm

Moment phục hồi do trọng lượng cabin

M^cb = 3800.(1,46 + 2,25) = 14098Nm

Moment phục hồi do trọng lượng cần

M_c = 14850.(2,25 + 2,6 + 9,25cos66⁰) = 14850 . 8,612 = 127893Nm

Toång moment phuïc hoài

M⁰_f = M_cc + M_t + M_cb + M_c= 335250 + 135792 + 14098 + 127893 = 613033Nm

8.3. Tính đứng vững dưới tác dụng các lực quán tính tiếp tuyến:

Để tránh khả năng lật dưới tác dụng của các lực quán tính tiếp tuyến xuất hiện trong quá trình mở máy và phanh cơ cấu quay cần phải tiến hành kiểm tra đứng vững khi cần trục ở vị trí bất lợi nhất tức là lúc cần mang vật nâng ở tầm với xa nhất. Trong trường hợp này cạnh BC của khung di chuyển là cạnh lật.

Tải trọng gió tác dụng lên cần

P^c_g = 1,2 . 250 . 3,46 = 1038N

Moment lật do tải trọng gió tác dụng lên cần gây ra

M^c_g  = 1038 . 22 = 22836Nm

Moment lật do tải trọng gió tác dụng lên vật

M^v_g = 42000Nm

Moment do tải trọng gió tác dụng lên tháp

M^t_g = 2044 . 13,98 = 28570Nm

Tải trọng gió tác dụng lên cabin

P^c_g = 1,2 . 250 . 5,472 = 1642N

Tổng moment lật do gió gây ra.

M_gå = M^c_g + M^v_g + M^t_g + M^cb_g + M^đr_g = 22836 + 42000 + 28570 + 32643 + 2678 = 128727Nm

CHƯƠNG 9: HỆ THỐNG ĐIỆN

Hệ thống điện của cần trục tháp gồm hai phần: mạch động lực và mạch điều khiển. Mạch động lực bao gồm các động cơ nâng vật, động cơ nâng cần, động cơ của cơ cấu quay, động cơ cơ cấu di chuyển cần trục, và động cơ điều khiển các phanh cần đẩy thuỷ lực của tời nâng cần. Các động cơ này đều là động cơ kiểu roto dâu quấn lấy điện từ mạng lưới điện của công trình với hiệu điện thế 220 ¸ 380V.

Mạch điều khiển cần trục là dòng điện một chiều lấy điện qua bộ chỉnh lưu BC  4. Sự điều chỉnh tốc độ các động cơ điện khi mở máy thực hiện bằng cách thay đổi trị số điện trở mở máy của các biến trở trong mạch roto. Để giảm tải trọng động khi mở máy ở động cơ điện dùng các cấp điện trở của biến trở trong mạch roto. Sự mở máy và phanh các động cơ điện được tự động hoá, để làm việc đó trong các bộ khống chế từ người ta dùng các rơle tăng tốc và phanh.

9.1. Giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống điện:

Mạch điều khiển của hệ thống điện cần trục gồm hai phần: phần cố định đặt tại cabin bao gồm điều khiển cơ cấu nâng vật, cơ cấu nâng cần, cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển. Phần điều khiển đặt trong cabin dùng để điểu khiển cần trục trong quá trình làm việc. Phần lưu động đặt bên ngoài cabin bao gồm các bộ phận điều khiển cơ cấu nâng vật, và cơ cấu nâng cần dùng để điều khiển trong quá trình lắp đặt và tháo dỡ cần trục.

* Điều khiển cơ cấu nâng vật:

Nâng vật có 3 tốc độ 1,2,3. Khi ấn nút nâng vật trong cabin cuộn dây KM1 đóng lại làm động cơ nâng vật quay theo chiều thuận nâng vật lên, đồng thời lúc này phanh cơ cấu nâng vật YB5 có điện phanh mở ra. Khi cụm móc câu chạm vào bộ hạn chế chiều cao nâng SQ6 làm tiếp điểm này mở ra cuộn dây KM1 mất điện, tiếp điểm KM1 mở ra động cơ M1 đứng lại và phanh YB5 phanh lại giữ vật ở tư thế treo. Khi ấn nút hạ vật cuộn dây YB5 nhả ra hạ vật xuống. Khi cuộn dây KM2 có điện thì tiếp điểm KM2 ở cụm C đóng lại làm cuộn dây KM10 có điện làm tiếp điểm KM10 ở cụm B đóng máy phát hãm dòng xoáy G₁ bắt đầu hoạt động làm giảm vận tốc rơi xuống của vật nâng để cho vật hạ được êm.

* Điều khiển cơ cấu quay cần trục:

Cơ cấu quay cần trục có ba tốc độ quay 1, 2 và 3. Khi ta gạt tay điều khiển về phía tay phải thì cuộn dây KM3 ở cụm D có điện, các tiếp điểm KM3 ở mạch động lực đóng lại động cơ M2 quay theo chiều thuận, cần trục quay về phía phải lúc này phanh YB2 mở ra. Khi quay đến góc quay giới hạn thông qua bộ hạn chế góc quay mở tiếp điểm SQ7 làm cuộn dây KM3 mất điện ngắt mạch động cơ M2, động cơ đứng lại và phanh YB1, YB2 đóng lại. 

9.2. Các thiết bị phụ:

 Để cần trục làm việc bảo đảm yêu cầu kỹ thuật và an toàn, trên cần trục người ta lắp các thiết bị phụ như bộ hạn chế chiều cao nâng vật, hạn chế góc quay cần, hạn chế sức nâng vật, hạn chế góc quay cần trục, hạn chế cơ cấu di chuyển, máy phát hãm dòng xoáy các rơle dòng cực đại, rơle thời gian, rơle trung gian…

1. Bộ hạn chế chiều cao nâng vật:

Để hạn chế chiều cao nâng vật không cho cụm móc câu vượt quá giới hạn cho phép người ta dùng bộ hạn chế chiều cao nâng (hình vẽ).

2. Bộ hạn chế moment nâng kiểu điện rất thuận tiện để lắp trên tất cả các cần trục và nó gồm có 3 bộ phận:

- Bộ phận cảm biến lực.

- Bộ phận cảm biến góc quay cần (Bộ phận hiệu chỉnh).

- Khối rơle.

Khi sử dụng bộ hạn chế moment nâng trên các cần trục có cần với thì bộ cảm biến lực (1) lắp giữa các dây chằng nối đầu cần với vành puli động của cáp nâng vật.

4. Máy phát hãm dòng xoáy: (hình 43)

 Để giảm vận tốc khi hạ vật và để cho vật đặt vào vị trí tập kết được êm không dừng lại đột ngột gây ra va đập do tải trọng động người ta gắn trên trục với động cơ nâng vật một máy phát hãm dòng xoáy.

6. Rơ-le trung gian :

Dùng làm khí cụ phụ nếu như khí cụ chính không có đủ tiếp điểm cần thiết để làm việc, hoặc công suất của các khí cụ chính không đủ để đóng ngắt mạch điều khiển thì dùng đến rơ-le trung gian.

7. Rơ-le thời gian :

Dùng trong các bộ khống chế từ để tự đóng mạch và ngắt mạch điều khiển với một thời gian duy trì nào đó.

CHƯƠNG 10: PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐẶT

Tại nơi chế tạo trước hết ta phải lắp các thiết bị tạo thành 5 cụm riêng biệt như trên. Sau đó thực hiện các bước lắp đặt theo thứ tự như sau :

- Bước 1 : Đặt  cụm bánh xe di chuyển trên 2 ray có sẵn, nâng bộ khung di chuyển lên lắp vào 4 cụm bánh xe này, điều chỉnh sao cho khoảng cách trục giữa các cụm bánh xe là 4,5m.

- Bước 2 : Nâng bàn quay và vành tựa quay (trên bàn quay đã có các cơ cấu nâng vật, nâng cần và quay) đặt lên khung di chuyển điều chỉnh cho đúng các vị trí và xiết các bulông lại.

- Bước 5 : Nâng phần đầu tháp lên đặt trên rơ_móc của xe kéo, buộc dây giữ chặt đầu tháp và chuyển cần trục đến nơi cần lắp đặt.

10.1. Lắp đặt tại nơi làm việc:

Khi xe kéo chở cần trục đến nơi làm việc, ta kéo cần trục vào giữa hai đường chạy, điều chỉnh sao cho các cụm bánh xe di chuyển nằm trên 2 ray chạy của cần trục ; Sau đó, tiến hành các bước dựng lắp như sau :

- Bước 1 : Dùng cần trục nâng phần sau của bàn quay lên để rút cụm bánh xe chuyên dùng ra (hình V), ở bước này phải điều chỉnh sao cho các cụm bánh xe đặt ngay trên 2 ray.

- Bước 3 : Quay đoạn đầu cần đã bị xếp lúc đầu lại cho đúng vị trí, dùng cáp nâng cần, kéo cần lên đến vị trí góc quay nhỏ nhất của cần (hình II và I).

Sau khi lắp xong phải kiểm tra lại toàn bộ các mối lắp bulông hoặc chốt, sau đó tiến hành thử tải cho cần trục. Nếu cần trục đạt các yêu cầu kỹ thuật thiết kế thì mới cho sử dụng.

10.2. Phương pháp tháo dỡ cần trục:   

Quá trình tháo dỡ tiến hành ngược lại với quá trình lắp đặt. Trước tiên hạ cần xuống vị trí cuối cùng (hình II). Sau đó tháo đoạn đầu cần và xếp vào bên hông cần (hình III), tiếp theo tháo phần liên kết giữa đuôi tháp và bàn quay và hạ tháp xuống vị trí nằm ngang (hình IV), tiếp tục tháo dỡ đối trọng trên bàn quay xuống, nâng một phần bàn quay của cần trục lên và đặt vào dưới đáy nó cụm bánh xe chuyên dùng của phương tiện vận chuyển (hình Vvà VI). 

CHƯƠNG 11: SỬ DỤNG VÀ BẢO DƯỠNG CẦN TRỤC

11.1. Các biện pháp an toàn sử dụng can trục 100TM

1. Khi điều khiển cần trục người lái phải chấp hành nghiêm ngặt các qui  tắc sử dụng và an toàn máy trục.

2. Phải có máy đàm thoại hoặc loa điện để liên hệ giữa người lái và người chằng buộc hàng.

3. Cấm người lạ (không có nhiệm vụ) làm công tác phát tín hiệu ngoại trừ tín hiệu « STOP » là phải thực hiện, bất kỳ người phát tín hiệu là ai.

4. Khi thực hiện công tác sửa chữa trên cần trục,người lái chỉ thực hiện các nguyên công theo tín hiệu của người điều khiển công việc.

11. Bộ điều khiển rời chỉ dùng lắp đặt và thử tải cần trục. Khi điều khiển từ bộ điều khiển này thì các thiết bị an toàn không làm việc.

12. Cấm điều khiển các cơ cấu từ bộ điều khiển rời để làm việc lâu dài.

13. Khoảng không gian giữa các càng của khung di chuyển cần phải được rào lại và treo bảng « Qui tắc an toàn sử dụng máy trục ».

14. Trước khi sử dụng cần trục phải được thử tải.

11.2. Nhiệm vụ của người lái trước khi làm việc :

1. Trước khi bắt đầu làm việc, người lái phải tiếp nhận ca và xác nhận sự hoàn hảo của cần trục và các tài sản của cần trục.

2. Cẩn thận xem đường ray, bệ chắn ở hai đầu đường, nối đất (tiếp địa), đường cáp lấy điện vào cần trục, cầu dao đưa điện vào cần trục trên khung di chuyển, bộ hạn chế di chuyển, phanh cơ cấu di chuyển,

3. Xem xét các cơ cấu, đặc biệt chú ý trạng thái các phanh của các cơ cấu nâng vật và thay đổi tầm với của cần.

9. Xem xét móc câu, kẹp chặt móc trên trục móc treo và thiết bị khoá cùng với người làm công tác chằng buộc, xem xét cáp chằng buộc, thiết bị mang vật và thanh treo vật.

10. Đứng trên thang và trên các sân để xem xét kết cấu thép của cần trục (tháp, cần, khung di chuyển...) và trạng thái các chi tiết ở các mối nối.

11. Kiểm tra che chắn của các cơ cấu và thiết bị điện xem còn tốt hay không, xem trên thân tháp cách điện có còn không.

12. Kiểm tra hệ thống chiếu sáng, cầu dao (công tắc) sự cố và hoạt động của các thiết bị báo hiệu.

11.3. Nhiệm vụ cảu người lái khi làm việc trên cần trục :

1. Phải tiến hành điều khiển theo hướng dẫn sử dụng.

2. Người lái có quyền kết hợp 2 nguyên công bất kỳ của cần trục.

3. Tiến hành nâng và hạ vật một cách nhẹ nhàng, tránh lắc giật.

16. Nếu trong khi cần trục làm việc có xảy ra sự cố hoặc tai nạn, người lái nhất thiết phải lập tức ngừng làm việc và báo cho người có trách nhiệm biết.

17. Khi nâng và di chuyển vật người lái phải chấp hành các qui tắc sau :

- Móc cần phải đặt chính xác lên trên vật nâng.

- Trước khi nâng vật cần phải báo hiệu cho người làm công tác chằng buộc và những người khác tránh xa vật nâng.

- Trước khi nâng hoặc hạ vật ở gần tường, hố móng, giá hàng... người lái cần phải sơ bộ ướm thử lối đi của vật để tránh bị kẹt vật.

22.Phaûi ñaûm baûo an toaøn laøm vieäc cuûa caàn truïc gaàn ñöôøng daây ñieän, phaûi ngöøng laøm vieäc khi löïc gioù vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp vaø khi coù gioâng. Khi ñoù, ngöôøi laùi caàn phaûi ñöa caàn truïc veà baõi ñöùng, haï caàn xuoáng ôû vò trí xa nhaát vaø ñaët caàn theo chieàu gioù thoåi nhö phanh, cô caáu quay vaø cheøn baùnh caàn truïc.

23.Khi coù ñaùm chaùy trong thieát bò caàn truïc phaûi ngay laäp töùc ngaét caàu dao an toaøn.

11.6. Nhiệm vụ của người lái sau khi ngừng làm việc :

1. Khi kết thúc công việc người lái phải hạ vật xuống đất.

2. Đưa cần trục về chỗ đứng.

3. Nâng móc câu lên đến vị trí trên cùng.

4. Đưa các tay điều khiển về vị trí 0 và cắt cầu dao sự cố.

5. Đóng cửa sổ trên cabin và khoá cửa ra vào.

11.7. Chuẩn bị cần trục vào làm việc :

Sau mỗi lần lắp đặt lại cần trục phải tiến hành kiểm tra kỹ thuật và đưa cần trục vào sử dụng (Theo nội dung BDKT).

Trình tự công việc điều khiển cần trục :

a. Mở máy cần trục :

Để mở máy cần trục cần thực hiện các nguyên công theo trình tự sau :

1. Đóng cầu dao trên trạm.

2. Đóng cầu dao trên khung di chuyển (ấn xuống).

3. Đóng cầu dao tự động trong tủ điều khiển (số 2).

11.8. Bảo dưỡng kỹ thuật cần trục tháp :

Để duy trì khả năng làm việc của cần trục tháp, tăng tuổi thọ và độ tin cậy sử dụng cần trục cần phải tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa kịp thời theo hệ thống sửa chữa dự phòng. Cần phải lập kế hoạch tiến hành sửa chữa dự phòng.

Đối với cần trục 100TM bảo dưỡng kỹ thuật theo định kỳ (TO) cần phải tiến hành sau 200 giờ máy (mỗi lần). Cho nên để tiến hành bảo dưỡng kịp thời khi sử dụng phải tính cẩn thận thời gian làm việc của cần trục.

Hệ thống dự phòng sửa chữa bao gồm cả việc bảo dưỡng kỹ thuật hàng tháng (EO) trong đó bao gồm cả công việc do người lái thực hiện điều độ trước khi làm việc, trong lúc nghỉ giữa giờ và khi kết thúc công việc.

11.9. Bảo dưỡng kỹ thuật ca máy

Bảng kê các công việc bảo dưỡng kỹ thuật ca máy (EO) như bảng 11.1.

KẾT LUẬN

Trải qua thời gian gần bốn tháng tìm hiểu và thiết kế em đã hoàn thành luận án tốt nghiệp được giao.

Thiết kế cần trục tháp có moment nâng 100 tấn mét, tầm với tối đa 20m, vận tốc nâng vật 20m/ph, chiều cao nâng lớn nhất 34m, vận tốc quay 0,7 vòng phút, vận tốc di chuyển 30m/ph, thời gian thay đổi tầm với 40 giây. Cần trục này được tiến hành thiết kế với phương án khả thi phù hợp với điều kiện vật tư có ở trong nước vừa đáp ứng được các thông số kỹ thuật của cần trục.

Trong thời gian làm luận án với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy : TS…………………….. cùng các thầy cô khác trong bộ môn và sự giúp đỡ của bạn bè em đã hoàn thành công việc thiết kế cần trục.

Tuy còn nhiều hạn chế nhưng đây có thể là một tài liệu tham khảo cho việc thiết kế và sử dụng cần trục tháp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Huỳnh Văn Hoàng & Đào Trọng Thường “Tính toán máy trục”  

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1975.

2. Bùi Công Thành & Lê Hoàng Tuấn “Sức bền vật liệu”

Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh.

3. Đoàn Định Kiến; Nguyễn Văn Tấn; Phạm Văn Hội; Phạm Văn Tư ; Lưu  Văn Tường “Kết cấu thép” 

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1990.

4. Huỳnh Văn Hoàng ; Trần Thị Hồng & Lê Hồng Sơn

“Kết cấu thép của thiết bị nâng”                                

Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh.

5. Trần Hữu Quế “Vẽ kỹ thuật cơ khí”

Nhà xuất bản giáo dục đại học và giáo dục chuyên nghiệp.

6. Nguyễn Ngọc Cẩn “Trang bị điện trong máy cắt kim loại”

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"