MỤC LỤC
MỤC LỤC
TÍNH TỐN KẾT CẤU THP
Đề tài: Thiết kế cần trục tháp bánh lốp truyền động thủy lực sức nầng Q=40 tấn.
1. Giới thiệu và các kích thước cơ bản của cần:
1.1. Giới thiệu:
1.2. Các thông số kỹ thuật:
1.3. Các kích thước cơ bản của dàn :
2. Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép kết cấu thép của can:
3. Tải trọng và tổ hợp tải trọng:
3.1. Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:
3.2. Bảng tổ hợp tải trọng:
4. Vị trí tính toán và sơ đồ tính cần thẳng của cần trục tháp bánh lốp:
4.1. Vị trí tính toán của cần:
4.2. Sơ đồ tính toán:
5. Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIa:
5.1. Sơ đồ tính toán:
5.2. Xác định vị trí tính toán:
5.3. Các tải trọng tính toán:
5.4. Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nâng hàng:
5.5. Xác định nội lực các thanh trong dàn cuả tổ hợp IIa:
5.6. Xác định nội lực các thanh trong dàn cuả tổ hợp IIb:
5.7. Tính kết cấu cần trong mặt phẳng nằm ngang:
6. Xác định nội lực lớn nhất trong các thanh của dàn:
6.1. Nội lực lớn nhất trong thanh xiên:
6.2. Nội lực lớn nhất trong thanh biên:`
6.3. Xác định giới hạn cho phép của vật liệu:
7. Tính chọn tiết diện các thanh trong dàn:
7.1. Tính chọn tiết diện thanh xiên:
7.2. Tính chọn tiết diện thanh biên:
8. Kiểm tra ổn định tổng thể cần:
9. Tính toán mối hàn:
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÍNH TỐN KẾT CẤU THP
Đề tài: Thiết kế cần trục tháp bánh lốp truyền động thủy lực sức nầng Q=40 tấn.
1. Giới thiệu và các kích thước cơ bản của cần:
1.1. Giới thiệu:
- 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 tam gic.
- Các thanh dàn làm bằng thép ống, liên kết với nhau nhờ các mối hàn. Cần gồm có ba 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 định 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.
=> Từ giả thiết trên ta có thể đi đến kết luận quan trọng :
Các thanh trong dàn chỉ chịu kéo hoặc nén nghĩa là nội lực các thanh trong dàn chỉ tồn tại lực dọc mà không có mômen uốn và lực cắt.
1.2. Các thông số kỹ thuật:
Tên các thông số Kí hiệu Thông số Đơn vị
- Sức nâng định mức Q0 40 Tấn
- Chiều cao nâng tối đa Hmax 20 Mét
- Chiều cao nâng tối thiểu Hmin 10 Mét
- Vận tốc nâng hàng Vn 13,5 Mét/phút
- Tầm với lớn nhất Rmax 25 Mét
- Tầm với nhỏ nhất Rmin 5 Mét
- Tốc độ quay của cần trục nq 1,5 Vòng/phút
2. 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 như bảng 1.1.
3. Tải trọng và tổ hợp tải trọng:
3.1. Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:
- Khi máy trục làm việc thì nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu: tải trọng cố định, 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 trị số tải trọng cực đại mà tính theo trị 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 định.
3.2. 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.
+ 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.
4. Vị trí tính toán và sơ đồ tính cần thẳng của cần trục tháp bánh lốp:
4.1. Vị trí tính toán của cần:
- Qua phân tích tình hình chịu lực của cần do tải trọng thẳng đứng, cần là một thanh tổ hợp (dàn) chịu nén và uốn. Nội lực trong cần phụ thuộc góc nghiêng của cần so với phương nằm ngang 
.
+ Khi cần ở tầm với nhỏ nhất (Rmin): Lực nén cần đạt trị số lớn nhất.
+ Khi cần ở tầm với lớn nhất (Rmax): Mômen gây uốn cần đạt trị số lớn nhất.
+ Trạng thái bất lợi của nội lực có thể là khi cần ở tầm với trung gian (Rtb).
4.2. Sơ đồ tính toán:
Sơ đồ tính cần được đưa về dạng sơ đồ một thanh có liên kết tựa như sau:
- Trong mặt phẳng nâng hàng:
Cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết:
+ Đuôi cần có liên kết gối bản lề cố định với bộ phận quay (tháp).
+ Một 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:
Cần là một thanh tổ hợp (dàn) có liên kết tựa là 2 gối bản lề cố định ở đuôi cần, còn đầu cần tự do.
5. Tính kết cấu thép của cần với tổ hợp tải trọng IIa:
5.1. Sơ đồ tính toán:
Sơ đồ tính cần ở tổ hợp IIa.như hình 1.19.
5.3. Các tải trọng tính toán:
* Trọng lượng bản thân của cần: Gc (kG)
- 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 = 12 (T) =12.103( (Kg).
- 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.
* Lực căng dây cáp treo hàng: Sh (kG).
- Xác định RH:
Tsin6 + Wg + RH- Sc * cos(c) – Sv* cos(d)=0
- Xác định Rv:
Qo+Gc+Tcos6+Sc*sin(c) + Sv*sin (d)=0
- Trường hợp tổ trọng IIb:
Tải trọng ko di động gồm trọng lượng những phần riêng lẻ của kết cáu cần
Tải trọng tạm thời gồm trọng lượng vật Q và bộ phận mang hàng vật Gm
P=Qo=Q+Gm
Chọn sơ bộ Gm=1530
Rmax=25m , Q=15000Kg , Qo=15000+1530=16530(kG)
Rtb=25m , Q=30000Kg , Qo=30000+1530=31530(kG)
Rmin=25m , Q=40000Kg , Qo=45000+1530=41530(kG)
5.4. 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 chịu các tải trọng sau :
+ Trọng lượng hàng cùng thiết bị mang hàng: Q.
+ Lực căng của nhánh cáp cuối cùng của palăng mang hàng: Sh.
+ Trọng lượng bản thân cần: Gc.
Rmax=25m Qo=16530 (kG) T=1737
Rtb=15m Qo=31530 (kG) T=3313
Rmax=5m Qo=41530 (kG) T=4365
b) Xác định các phản lực tại các liên kết tựa:
* Kết cấu thp cần
Với sơ dồ tính toán đ nu:
Giả thiết được sủ dụng khi tính toán dàn:
- Mắt của dàn phải nằm tại giao điểm của các trục thanh và đuoẹc xem là khớp lý tưởng (tức là có thể quay tự do không ma sát)
- Tải trọng chỉ tc dụng tại cc mắt của dn.
- Trọng lượng bản thân của dàn không đáng kể so với tải trọng tác dụng lên dàn.
Từ cc giả thiết trn ta thấy cc thanh trong dn hỉ chịu lực ko hoặc nn nghĩa l chỉ chịu lực doc trục chứ khơng chịu monen uốn.
* Mắt 1:
SX = N13.cosb + N12.cosc + HA = 0
SY = N13.sinb + N12sinc + RV – qc = 0
Ở tầm với Rmax: b = 33o, c = 16o,
Rv = 68034 (N), HA =149019 (N).
=> N12 = 83736 (kG)
N13 = 82121(kG)
Ở tầm với Rtb : b = 60o, c = 43o,
Rv =273333 (N), HA =283785 (N).
=> N12 = 373707 (kG)
N13 = 20945 (kG)
Ở tầm với Rmin : b = 80o, c = 63o,
Rv = 61541 (N), HA = 222710 (N).
=> N12 = 919527 (kG)
* Mắt 7:
SY = N78.C0S45+N76.C0S45-qSINa=0
SX = -N75+N79- N76.SN45+N78.SIN45-qCOSa=0
Ở tầm với Rmax:
=> N78=21206(kG)
N79=59140(kG)
Ở tầm với Rtb
N78=93414(kG)
N79=244989(kG)
Ở tầm với Rmin
N78=152880(kG)
N79=596866(kG)
* Mắt 11:
SX =-N119 + N1113 - N1110.C0S45+ N1112.C0S45-qCOSa=0
SY = N1110. C0S45+ N1112COS45 -qSINa=0
Ở tầm với Rmax:
=> N1112=14010 (kG)
N1113=35640(kG)
Ở tầm với Rtb
=> N1112=102839(kG)
N1113=32787(kG)
Ở tầm với Rmin
=> N1112=156080(kG)
N1113=384418(kG)
* Mắt 17:
SX =N1719 - N1714 - N1617.Cos45+ N1718.Cos45-qCosa=0
SY = -N1617. Cos45- N1718Cos45 -qSina=0
Ở tầm với Rmax:
=> N1718=-7514 (kG)
N1719=115382(kG)
Ở tầm với Rtb
=> N1718=-6898(kG)
N1719=183195(kG)
Ở tầm với Rmin
=> N1718=-2395 (kG)
N1719=-788554(kG)
* Mắt 22:
SX =N2224 Cos6- N2220 Cos 45- N2219 – N2223Cos40-qCosa=0
SY =- N2220. Cos45 – N2224Sin6 -qSina - N2223Sin40- N2221 =0
Ở tầm với Rmax:
=> N2223=14061 (kG)
N2224=-119631 (kG)
Ở tầm với Rtb
=> N2223=24483 (kG)
N2224=-179115 (kG)
Ở tầm với Rmin
=> N2223=-429836 (kG)
N2224=452511(kG)
* Trong mặt phẳng nằm ngang trong trương hợp IIA:
Trong mặt phẳng nằm ngang ,cần chịu tc dụng của tải trọng giĩ .Nn nội lực sinh ra trong cc thanh của cần trong trường hợp này không lớn hơn nọi lực sinh ra trong các trường hợp cịn lại .
5.6. Xác định nội lực các thanh trong dàn cuả tổ hợp IIb:
a) Trong mặt phẳng nâng hàng:
Trong trường hợp này ta chỉ xét trong mặt phẳng nâng hạ cần vì theo quy phạm thiết kế l cần trục đứng yên để nâng hạ hàng .
Cc lực tc dụng gồm cĩ:
- Tải trọng cảu hng v cơng cụ mang hng.
- Tải trọng bản thn cần.
- Ứng lực trong xi lanh thủy lực
- Tải trọng giĩ phn bố tc dụng ln cần.
Bằng phương pháp tách mắt ,các góc độ giữa các thanh dựa theo máy mẫu :
b) Tính toán nội lực trong từng thanh:
* Mắt 1:
SX = N13.cosb + N12.cosc + HA = 0
SY = N13.sinb + N12sinc + VA – qc = 0
Ở tầm với Rmax: b = 33o, c = 16o, RA = 61021 (kG), HA =133536 (kG).
=> N12 = 69964 (kG)
N13 = 81366
Ở tầm với Rtb : b = 60o, c = 43o, RA = 92743 (kG), HA =82599 (kG)
=> N12 = 118231 (kG)
N13 = -80269 (kG)
Ở tầm với Rmin : b = 80o, c = 63o, RA = 184824 (kG), HA = 49360 (kG)
=> N12 = -316341 (kG)
N13 = 415136(kG)
* Mắt 5:
Ở tầm với Rmax:
=> N56 =14340(kG)
N57 =84621(kG)
Ở tầm với Rtb :
=> N56 =1980(kG)
N57 =1092(kG)
Ở tầm với Rmin :
=> N56 =1124(kG)
N57 =6800(kG)
* Mắt 8:
SX =N86 – N810 + N89.C0S45- N87.C0S45-qCOSa=0
SY = -N87. C0S45- N89COS45 -qSINa=0
Ở tầm với Rmax:
=> N89=-31816(kG)
N810=13089(kG)
Ở tầm với Rtb
N89=-10581(kG)
N810=90477(kG)
Ở tầm với Rmin
N89=-388236(kG)
N810=363936(kG)
* Mắt 17:
SX =N1719 - N1714 - N1617.Cos45+ N1718.Cos45-qCosa=0
SY = -N1617. Cos45- N1718Cos45 -qSina=0
Ở tầm với Rmax:
=> N1718=-8217 (kG)
N1719=32771(kG)
Ở tầm với Rtb
=> N1718=-7714 (kG)
N1719=101690(kG)
Ở tầm với Rmin
=> N1718=4018 (kG)
N1719=986471(kG)
* Mắt 22:
SX =N2224 Cos6- N2220 Cos 45- N2219 – N2223Cos40-qCosa=0
SY =- N2220. Cos45 – N2224Sin6 -qSina - N2223Sin40- N2221 =0
Ở tầm với Rmax:
=> N2223=9089 (kG)
N2224=-39211 (kG)
Ở tầm với Rtb
=> N2223=21460 (kG)
N2224=-98530 (kG)
Ở tầm với Rmin
=> N2223=232477 (kG)
N2224=-816187(kG)
* Mắt 29:
SX =-N2829 – N2927.Cos12 -qCosa=0
Ở tầm với Rmax:
=> N2928=54597 (kG)
Ở tầm với Rtb
=> N2928=-145467(kG)
Ở tầm với Rmin
=> N2928=-1618925 (kG)
6. Xác định nội lực lớn nhất trong các thanh của dàn:
6.1. Nội lực lớn nhất trong thanh xiên:
Dựa vào bảng nội lực trong các thanh xiên ta xác định được nội lực lớn nhất của thanh xiên trong mặt phẳng nâng hạ hàng trường hợp IIa la: N = -3541569 kG tại vị trí Rmin ,ở mặt phẳng nâng hàng thuộc tổ hợp IIb l N=2110663 kG tại vị trí Rmin.
Vậy nội lực lớn nhất là tổng của 2 trường hợp: N=5652232 kG
6.2. Nội lực lớn nhất trong thanh biên:`
- Tính nội lực trong thanh biên của dàn ở tổ hợp IIb bằng cách cộng đại số nội lực của thanh biên trong mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nâng hàng:
+ Trong mặt phẳng thẳng đứng:
Thanh biên có nội lưc lớn nhất trong trường hợp IIa N2628 = -3877280 kG
Thanh biên có nội lưc lớn nhất trong trường hợp IIb N2729 = -3950598 kG
+ Trong mặt phẳng ngang:
+ Vậy cộng nội lực theo nguyên tắc
6.3. Xác định giới hạn cho phép của vật liệu:
Kết cấu thép cần của cần trục được thiết kế tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép. Theo phương pháp ứng suất cho phép điều kiện an toàn về bền của kết cấu là phải đảm bảo ứng suất do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra trong kết cấu không vượt quá trị số ứng suất cho phép. Ứng suất cho phép này lấy bằng ứng suất giới hạn của vật liệu so chia cho hệ số an toàn n.
7. Tính chọn tiết diện các thanh trong dàn:
7.1. Tính chọn tiết diện thanh xiên:
- Thanh xiên chịu tải lớn nhất trong cả hai trường hợp tải trọng trong mặt phẳng nâng hạ ở tổ hợp IIa và có giá trị nội lực là: N2627 = 5652232 kG
Tiết diện của thanh xiên có các thông số sau:
+ Diện tích : F = 3694 (mm2).
+ Đuờng kính ngoài : D = 110 (mm).
+ Đường kính trong : d = 86 (mm).
* Kiểm tra độ ổn định của thanh xiên:
- Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x và y:
Jx = Jy = 0,05.D4.(1 - h4) (bảng 4-1) [11]
=> Jx = Jy = 0,05 x 1104 x (1 – 0,784) = 4610813 (mm4)
7.2. Tính chọn tiết diện thanh biên:
- Thanh biên chịu tải lớn nhất là thanh N2628 trong mặt phẳng nâng hạ ở tổ hợp IIb và có giá trị nội lực là N2628 = -5947265 kG. Giá trị nội lực trong thanh chính là tổng nội lực các thanh tương ứng trong mặt phẳng nâng hạ và mặt phẳng ngang.
Tiết diện của thanh biên có các thông số sau:
+ Diện tích : F = 3694 (mm2).
+ Đuờng kính ngoài : D = 110 (mm).
+ Đường kính trong : d = 86 (mm).
8. Kiểm tra ổn định tổng thể cần:
* Đặc trưng hình học của các mặt cắt:
- Mômen quán tính đối với trục X – X:
JX = 4.(Jx + b2.F)
Trong đó:
+ Jx: Mômen quán tính.
+ b: Khoảng cách từ trục X-X đến x-x.
+ F: Diện tích tiết diện thanh biên.
- Mômen quán tính đối với trục Y – Y:
JY = 4.(Jy + a2.F)
* Cần là thanh tổ hợp, dùng phương pháp biến đổi tương đương từ đó ta có thể xác định chiều dài tính toán của cần trong mặt phẳng nâng và mặt phẳng ngang.
=> lX = 45400 x 1 x 1,01 = 45854 (mm)
- Trong mặt phẳng ngang:
Do không kể đến ảnh hưởng của cáp nâng hàng đến độ ổn định tổng thể của cần nên coi cần là một thanh có đầu công son m = 2.
Căn cứ vào hình dạng biến đổi của cần trong mặt phẳng ngang kết hợp với tra bảng (7-5) [10], ta có hệ số qui đổi tương đương là m1 = 1,45.
Chiều dài tính toán của cần trong mặt phẳng nâng:
lY = m.m1.l
Trong đó:
+ m = 2 : Hệ số phụ thuộc vào liên kết cần.
+ l = 45400 (mm) : Chiều dài cần.
=> lY = 45400 x 2 x 1,45 = 131660 (mm)
9. Tính toán mối hàn:
- Mối ghép bằng hàn có nhiều ưu điểm nên ngày càng sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Kết cấu ghép bằng hàn có khối lượng nhỏ so với ghép bằng đinh tán vì không có mũ đinh, không phải ghép chồng hoặc dùng tấm đệm, kim loại được tận dụng vì không bị lỗ đinh làm yếu.
- Ta tính mối hàn của thanh xiên, thanh biên trong mặt phẳng có nội lực 2 thanh liên kết hàn lớn nhất.
- Chọn phương pháp hàn hồ quang bằng tay, dùng que hàn 42 .
- Các thanh xiên cùng đường kính nên mối hàn thanh xiên với thanh biên, ta chọn thanh xiên có nội lực lớn nhất để hàn với thanh biên để tính mối hàn được đảm bảo độ bền khi hàn các thanh xiên còn lại.
KẾT LUẬN
Sau hơn một tháng làm việc tập trung, khẩn trương dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo: TS……...……. đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.
Qua quá trình làm đồ án đã giúp tôi làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu để phụ vụ cho quá trình làm các đồ án sau này.
Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo:TS……...….… cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án môn học này.
Em xin chân thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa(1991),Kết cấu thép Máy Xây Dựng-Xếp Dỡ, NXB Giao thông Vận tải.
2. Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu,Bùi Đình Nghi (1999), Sức bền vật liệu ,NXB Giao Thông Vận Tải
3. Lê Văn Quý, Cơ học kết cấu, Trường đại học giao thông vận tải-Hà Nội
4. Nguyễn Trọng Hiệp,Chi tiết máy, NXB Giáo Dục
5. Vũ Thanh Bình - Nguyễn Đăng Điệm, Truyền động máy xây dựng và xếp dỡ, NXB Giao Thông Vận Tải
6. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy - NXB Giáo Dục
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"