Đồ án Chế tạo một xe kiểm tra cầu

gọn hơn nhiều so với kết cấu kiểu dàn. Thông thường đoạn hộp nối với ca bin thường được thiết kế kiểu hộp lồng, nhờ truyền độnh thuỷ lực, nó được đẩy ra hoặc thu ngắn vào làm cho việc thay đổi vị trí của ca bin phía dưới bề mặt cầu dọc theo thiết diện cầu được dễ dàng. Nhưng kết cấu kiểu hộp chỉ phù hợp với loại thiết bị kiểm tra có dạng ca bin. Do thiết bị kết cấu kiểu ộp có kích thước gọn nên nó cơ động và phù hợp với việc di chuyển trên đường bộ. Tuy nhiên, với thiết bị kết cấu kiểu hộp, trọng lượng toàn thiết bị có trị số lớn. Mặt khác như đã phân tích ở trên, kết cấu kiểu hộp chỉ phù hợp với những thit bị có ca bin, không thể dùng kết cấu kiểu này cho thiết bị có dàn công tác. Mặc dù đã có giải pháp kết cấu của một số hãng sản xuất lớn trên thế giới để cho ra đời thiết bị kết cấu kiểu hộp có dàn công tác, song trường hợp này, kích thước của thiết bị lại mất tính gọn gàng, cơ động do phải kết cấu thêm những bên thanh rằng cần thiết để phù hợp với việc liên kết giữa kết cấu hộp và kết cấu dàn. Thiết bị kết cấu kiểu dàn Thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu kết cấu kiểu dàn được thiết kế với các cơ cấu tương tự nh­ các loại cần trục tháp thường được khai thác ở nước ta hiện nay. Ưu điểm nổi bật của kết cấu kiểu dàn là trọng lượng của thiết bị giảm đi đáng kể so với kết cấu dạng hộp cùng tầm với. Nhược điểm lớn nhất của thiết bị kết cấu dạng dàn là kích thước tổng thể của thiết bị lớn lên, trong khi đó kích thước tối đa cho phép của những loại ô tô tham gia giao thông bị khống chế. Thiết bị kết cấu kiểu dàn đặc biệt phù hợp với thiết bị kiểm tra dạng có dàn công tác. Nh­ vậy, khi đã chọn dạng thiết bị là loại có dàn công tác, theo phân tích trên đây thì phương án kết cấu của thiết bị phải là kết cấu kiểu dàn. Hiện nay, một vài hãng sản xuất lớn trên thế giới đã cho ra đời những loại thiết bị kết cấu kiểu hộp nhưng lại có dàn công tác. Tuy nhiên, việc chế tạo ra những thiết bị này rất phức tạp và đòi hỏi phải có nền công nghệ cao. 2.8.2 Lựa chọn các cơ cấu chính 2.8.2.1. Sơ đồ kết cấu thiết bị Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu có kết cấu kiểu dàn đang ở vị trí kiểm tra được giới thiệu trên hình 2.14 Hình 2.14. Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu. Thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu kiểu dàn bao gồm các bộ phận kết cấu chính sau: Xe cơ sở Khung chính Dàn đứng Dàn công tác (bao qồm dàn công tác và dàn kéi dài) 2.8.2.2 Các thao tác đưa thiết bị vào vị trí kiểm tra. Để đưa thiết bị vào vị trí kiểm tra, cần phải có các thao tác sau đây: Quay toàn bộ phần kết cấu thép với góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh đường tâm thẳng đứng của khung chính. Thao tác này được cơ cấu quay chính thực hiện. Dựng dàn đứng cùng với dàn công tác từ vị trí nằm ngang lên vị trí thẳng đứng. Thao tác này được cơ cấu dựng dàn đứng thực hiện Hạ dàn đứng cùng với dàn công tác đến vị trí yêu cầu. Thao tác này được cơ cấu nâng hạ dàn đứng thực hiện. Hạ dàn công tác từ vị trí theo phương đứng thẳng xuống vị trí theo phương nằm ngang. Thao tác này được cơ cấu nâng hạ dàn công tác thực hiện. Quay dàn công tác xung quanh dàn đứng với một góc 90° vào vị trí dọc theo mặt cắt thiết diện ngang cầu. Thao tác này được cơ cấu quay dàn công tác thực hiện. Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc. Thao tác này được cơ cấu thu đẩy dàn công tác thực hiện. Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu có cùng với các cơ cấu chính được giới thiệu trên hình 2.15 Hình 2.15. Sơ đồ thiết bị kiểm tra cầu cùng với các cơ cấu chính. 2.8.2.3 Cơ cấu quay chính Các giải pháp truyền động cho cơ cấu quay thường được thực hiện theo 2 phương án sau đây Sử dụng hệ vành răng- bánh răng Sử dông xy lanh thuỷ lực Cơ cấu quay sử dụng hệ vành răng- bánh răng có kết cấu phức tạp. Vành răng thông thường có đường kính lớn, có thể kết cấu ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong với báng răng chủ động. Việc gia công vành răng đường kính lớn đòi hỏi có thiết bị chuyên dùng và quá trình công nghệ phức tạp. Hiện tại, nước ta chưa có cơ sở nào có thể chế tạo loại vành răng đường kính lớn đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp chế tạo thiết bị nâng và máy xây dựng. Mặt khác, với kết cấu vành răng- bánh răng, việc làm kín để tránh bụi rất khó thực hiện, do vậy phải thiết kế vành răng và bánh răng với vật liệu vừa đảm bảo độ bền nhưng phải chịu được mài mòn. Tuy nhiên với kết cấu vành răng- bánh răng, cơ cấu quay có thể quay được chọn vòng 360° một cách dễ dàng. Cơ cấu quay sử dụng xi lanh thuỷ lực có kết cấu đơn giản hơn nhiều so với cơ cấu sử dụng hệ vành răng- bánh răng. Sử dụng xi lanh thuỷ lực, cơ cấu quay có kết cấu gọn nhẹ. Nhưng nhược điểm cơ bản của cơ cấu truyền động bằng xi lanh thuỷ lực là góc quay của cơ cấu không lớn ( nhỏ hơn 180° ). Khác với các cơ cấu quay thông dụng trên các loại thiết bị nâng và máy xây dựng, cơ cấu quay chính của thiết bị kiểm tra mặt dưới của cầu có những đặc điểm chính sau đây: Không quay đầy góc 360° mà chỉ quay từ vị trí ban đầu đến một vị trí cố định với góc 90°. Vận tốc quay của cơ cấu quay chính không ảnh hưởng đến năng suất của thiết bị. Với những phân tích trên đây, cơ cấu quay của thiết bị thích hợp nhất là dùng xi lanh để truyền động. Sơ đồ làm việc của cơ cấu quay chính được giới thiệu trên hình 2.16 Hình 2.16. Sơ đồ làm việc của cơ cấu quay chính. 2.8.2.4 Cơ cấu dựng dàn đứng. Cơ cấu dựng dàn đứng của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu có chức năng giống nh­ cơ cấu nâng hạ cần của cần trục hoặc của máy xây dựng. Các giải pháp truyền động của cơ cấu câng hạ cần thông dụng thường gặp các phương án sau đây: Hệ bánh răng- thanh răng Hệ xi lanh thuỷ lực. Phương án truyền động bằng hệ bánh răng- thanh răng được phân tích về ưu, nhược điểm chủ yếu cũng tương tự nh­ phân tích cho cơ cấu quay sử dụng hệ vành răng- bánh răng. Ưu điểm nữa của phương án này là tạo được chuyển động của cơ cấu ổn định. Phương án này đặc biệt phù hợp cho những thiết bị nâng không truyền động thuỷ lực. Nhược điểm chủ yếu của giải pháp này là đòi hỏi gia công với độ chính xác cao. Do kết cấu của cơ cấu truyền động hở, vì vậy truyền động kiểu này không sử dụng được ở những nơi có người điều khiển đi lại. Phương án truyền động bằng xi lanh thuỷ lực có kết cấu gọn, nhẹ. Phương án này dặc biệt phù hợp với thiết bị đã có hệ thống truyền động thuỷ lực. Nhược điểm của phương án này là đòi hỏi phải có công nghệ chế tạo thiết bị thuỷ lực tiên tiến. Tuy nhiên, trong điều kiện hội nhập quốc tế hiện nay, với sự cộng tác của các nhà sản xuất trên thế giới, việc chế tạo các cụm, các chi tiết thuỷ lực ở nước ta không còn là vấn đề nan giải. Bằng những phân tích trên đây, cơ cấu dựng dàn đứng thiết kế theo phương án dùng xi lanh thuỷ lực là thích hợp nhất. Sơ đồ làm việc của cơ cấu dựng dàn đứng được giới thiệu trên hình 2.17 Hình 2.17 . Sơ đồ làm việc của cơ cấu dựng dàn đứng 2.8.2.5. Cơ cấu nâng hạ dàn đứng. Cơ cấu nâng hạ dàn đứng của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu cũng giống nh­ cơ cấu nâng hạ càng của xe hàng. Cơ cấu này được kết cấu theo các phương án sau: Xi lanh thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích Xi lanh thuỷ lực Phương án sử dụng dụng xi lanh thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích có ưu điểm nởi bật là hành trình nâng hạ có thể đạt được lớn hơn hành trình xi lanh thuỷ lực. Tuy nhiên phương án này không thể sử dụng được tại vị trí dàn đứng vì kết cấu hệ truyền động xích là kết cấu hở, trong khi dọc theo dàn đứng là lối lên xuống của người điều khiển. Phương án sử dụng xi lanh thuỷ lực đảm bảo được an toàn cho người kiểm tra. Tuy nhiên khi sử dụng xi lanh thuỷ lực, hành trình của xi lanh phải lớn. Những xi lanh hành trình lớn hơn chiều dài (chiều dài xi lanh ở vị trí hành trình bằnh 0) là những loại xi lanh lồng. Xy lanh loại này đòi hỏi chế tạo với công nghệ đặc biệt. Trong điều kiện công nghệ của nước ta hiện nay, xy lanh này chỉ có thể nhập ngoại. Bằng những phân tích trên đây, cơ cấu nâng hạ dàn đứng của thiết bị dùng phương án xy lanh thuỷ lực để truyền động là thích hợp nhất. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn đứng được giới thiệu trên hình 2.18 Hình 2.18. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn đứng Cơ cấu nâng quay dàn công tác. Cũng như cơ cấu quay chính, cơ cấu quay dàn công tác quay xung quanh tâm dàn đứng với góc có độ lớn 90°. Vận tốc quay của cơ cấu cũng không ảnh hưởng đến năng suất kiểm tra. Phương án kết cấu quay dàn công tác bao gồm: Vành răng- bánh răng truyền động động cơ điện hoặc mô tơ thuỷ lực Xi lanh thuỷ lực Riêng đối với cơ cấu quay dàn công tác, phương án kết cấu dùng xi lanh thuỷ lực để truyền động sẽ không thích hợp bởi việc thay đổi từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển quay đòi hỏi phải có không gian cần thiết, trong khi đó, kết cấu dàn chính không cho phép lắp đặt hệ thống xi lanh trên mặt phẳng vuông góc với trục đối xứng của dàn đứng. Do vậy đối với cơ cấu quay dàn công tác chỉ còn phương án dùng hệ vành răng- bánh răng mới phù hợp. 2.8.2.7 Cơ cấu nâng hạ dàn công tác Cơ cấu nâng hạ dàn công tác thực hiện các giống như cơ cấu dựng dàn đứng. Như phân tích ở phần trên, cơ cấu này cũng có chứ năng giống như cơ cấu nâng hạ cần của cần trục hoặc của máy xây dựng. Các giải pháp truyền động của cơ cấu nâng cần thông dụng đã đề cập ở phần trên bao gồm các phương án sau: Hệ thanh răng- bánh răng Hệ xy lanh thuỷ lực Phương án truyền động bằng hệ bánh răng- thanh răng do kết cấu của nó là kết cấu hở vì vậy truyền động kiểu này không sử dụng được ở những nơi có người điều khiển đi lại. Do phương án truyền động thuỷ lực đặc biệt thích hợp với thiết bị đã có truyền động thuỷ lực nên truyền động cho cơ cấu này dùng phương án truyền động thuỷ lực là thích hợp nhất. Bằng những phân tích trên đây, cơ cấu nâng hạ dàn công tác thiết kế theo phương án dùng xi lanh thuỷ lực. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn công tác được giới thiệu trên hình 2.19. Hình 2.19. Sơ đồ làm việc của cơ cấu nâng hạ dàn công tác. 2.8.2.8.Cơ cấu thu đẩy dàn công tác Cơ cấu thu đẩy dàn công tác thực hiện các thao tác giống như cơ cấu ra vào cần của cần trục kiểu cần hộp. Các phương án truyền động cơ cấu thu đẩy dàn công tác vì vậy có thể chọn giống như đối với cơ câú ra vào cần của cần trục. Các phương án truyền động này bao gồm: Bằng xy lanh thuỷ lực Bằng xy lanh thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích Tuy nhiên tính năng làm việc của 2 cơ cấu này có sự khác nhau cơ bản, đó là: Lực hãm sự di chuyển dàn kéo dài của cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài là nhỏ hơn nhiều so với lực hãm cần lồng của cơ cấu ra vào cần của cần trục. Lực đẩy cũng nh­ lực kéo dàn kéo dài tương đương nhau đối với cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài, trong khi lực đẩy và lực thu cần lồng khác biệt nhau rất lớn Lực kéo dàn kéo dài đối với cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài nhỏ, trong khi lực đẩy cần lồng lớn. Với sự khác nhau đó, phương án truyền động sử dụng cho cơ cấu ra vào cần sẽ không thích hợp với cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài của thiết bị kiểm tra bề mặt dưới cầu. Sau khi nghiên cứu những đặc điểm riêng của cơ cấu thu đẩy này, chọn phương án truyền động cho cơ cấu này là phương án sử dụng mô tơ thuỷ lực kết hợp với hệ truyền động xích. Giải pháp này cho phép sử dụng đối với kết cấu đòi hỏi lực kéo nhỏ nhưng yêu cầu hành trình lớn. Sơ đồ làm việc của cơ cấu thu đẩy dàn công tác được giới thiệu trên hình 2.20. Hình 2.20. Sơ đồ làm việc của cơ cấu thu đẩy dàn công tác. 2.9. MÔ TẢ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ ĐÃ CHỌN. Thiết bị làm việc về cơ bản dựa trên nguyên lí truyền động thuỷ lực với nguồn thuỷ lực gắn trên xe cơ sở. Cơ cấu quay chính được gắn trên xe cơ sở, khi làm việc nhờ xi lanh thuỷ lực dẫn động quay một góc 90° so với phương dọc trục của xe. Tiếp theo, xi lanh nâng dàn đứng làm việc nâng dàn đứng lên một góc 90° so với đường vuông góc với tâm xe trong mặt phẳng thẳng đứng. Khi dàn đứng đạt 90° so với mặt phẳng ngang, nhờ xi lanh thuỷ lực gắn trên dàn đứng cùng với giá trượt trên khung chính đưa dàn đứng xuống độ sâu yêu cầu cần nâng cấp, sửa chữa. Nhờ cơ cấu nâng hạ dàn công tác đưa dàn công tác xuống vị trí nằm ngang (dàn công tác quay một góc 90° so với trục của dàn đứng trong mặt phẳng thẳng đứng ).Nhờ cơ cấu quay dàn công tác được lắp ở cuối dàn đứng, dàn công tác được quay 90° theo mặt phẳng nằm ngang đưa dàn công tác vào vị trí làm viếc sát với bề mặt dưới của cầu. Khi chiều rộng của cầu lớn, nhờ động cơ thuỷ lực được lắp ở đầu dàn công tác có thể đưa dàn kéo dài ra xa so với dàn đứng tới vị trí cần kiểm tra. Trong quá trình kiểm tra, xe cơ sở có thể di chuyển dọc theo trục của xe nhờ các bánh đỡ bằng cao su đặc được dẫn động bằng thuỷ lực giúp xe và thiết bị kiểm tra có thể di chuyển chậm. Dọc theo chiều dài của cầu đảm bảo thiết bị luôn ổn định trong quá trình làm việc. 2.10. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP. 2.10.1. Số liệu ban đầu để thiết kế: Thiết bị tự hành Chiều sâu cần đạt ( Tính từ mặt cầu) > 9 m Chiều ngang cần kiểm tra > 12 m Số người tối đa khi chiều ngang 8 m là 2 2.10.2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán Tổng quan về cầu bê tông ở nước ta Giới thiệu và lựa chọn phương án Tính toán kết cấu thép Tính toán cơ cấu quay dàn chính 2.10.3. Các bản vẽ và đồ thị Bản vẽ tổng quan về cầu A0 Bản vẽ tổng thể A0 Bản vẽ kết cấu thép A0 Bản vẽ cơ cấu quay A0 Các bản vẽ khác A0 hoặc A1 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP 3.1. NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY CÔNG TÁC ĐƯỢC XÁC ĐỊNH THEO 2 TRƯỜNG HỢP SAU: Khi khởi động máy vào vị trí làm việc. Khi máy đang làm việc. a/ - Khi khởi động máy vào vị trí làm việc: Khi khởi động máy vào vị trí làm việc, ngoại lực tác dụng lên máy bao gồm: + Trọng lượng bản thân của các thành phần kết cấu thép (tự trọng ) + Lực quán tính của các thành phần kết cấu thép chuyển động + Lực động + Lực gió Các lực này được coi là tổng hợp lực được áp dụng để tính toán kết cấu thép và tính toán các bộ máy công tác ( các bộ máy quay và nâng hạ kết cấu thép) b/ - Khi máy đang ở vị trí làm việc: Khi máy đang ở vị trí làm việc, ngoại lực tác dụng lên máy bao gồm: + Tự trọng của các thành phần kết cấu thép. + Lực động. + Lực gió. + Trọng lượng công nhân và các thiết bị công tác. Các lực này được áp dụng để tính độ bền kết cấu thép và độ ổn định của kết cấu thép trong quá trình máy làm việc. XÁC ĐỊNH CÁC NGOẠI LỰC KHI KHỞI ĐỘNG MÁY 3.2.1. Tự trọng kết cấu thép: Dựa vào cấu tạo của máy, kí hiệu: Gc – Tự trọng của khung chính, đối trọng và 2 xi lanh dung dàn đứng. Gd – Tự trọng của cơ cấu dung dàn đứng và xi lanh hạ dàn đứng. Gđ - Tự trọng của dàn đứng, bộ máy quay dàn công tác và 2 xi lanh. Gct - Tự trọng của dàn công tác. Gkd - Tự trọng của dàn léo dài. Qua sơ bộ chọn kích thước (Dài – Cao – Rộng ) của các dàn kết cấu thép và chọn tiết diện các thanh, ta xác định sơ bộ trọng lượng các bộ phận kết cấu thép nh­ sau: Gc = 4979 KG Gd = 417 KG Gđ = 1189 KG Gct = 493 KG Gkd = 459 KG Hình 3.1. Sơ đồ của máy sau khi khởi động máy vào vị trí làm việc. I – Cơ cấu quay trụ đỡ cùng với kết cấu thép, II - Cơ cấu dung dàn đứng; III - Cơ cấu nâng hạ dàn đứng; IV - Cơ cấu quay dàn công tác; V - Cơ cấu nâng hạ dàn công tác; VI - Cơ cấu thu đẩy dàn kéo dài. CÁC THAO TÁC CẦN THỰC HIỆN KHI ĐƯA MÁY VÀO VỊ TRÍ LÀM VIỆC. Khi đưa máy vào vị trí làm việc, cần thực hiện 6 thao tác sau đây: Quay toàn bộ kết cấu thép (kể cả đối trọng) một góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh đường tâm thẳng đứng của khung chính (Hình 3.2a). Dựng toàn bộ kết cấu thép (trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90° (Hình 3.2b) Hạ dàn đứng (cùng với dàn công tác và dàn kéo dài) xuống đến độ sâu yêu cầu (Hình 3.2c). Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài một góc 90° đến vị trí nằm ngang (Hình 3.2d). Quay dàn công tác cùng với dàn kéo dài 90° vào vị trí vuông góc với tâm cầu (dưới gầm cầu), (Hình 3.2e) Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc (Hình 3.2f) Hình 3.2.a. Quay toàn bộ kết cấu thép một góc 90° xung quanh đường tâm thẳng đứng của khung chính. Hình 3.2.b. Dựng toàn bộ kết cấu thép (trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90° Hình 3.2.c. Hạ dàn đứng (cùng với dàn công tác và dàn kéo dài) xuống đến độ sâu yêu cầu (Hình 2.2c). Hình 3.2d. Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài một góc 90° đến vị trí nằm ngang Hình 3.2e. Quay dàn công tác cùng với dàn kéo dài 90° vào vị trí vuông góc với tâm cầu Hình 3.2f : Đẩy dàn kéo dài đến vị trí làm việc 3.3. CƠ SỞ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC NGOẠI LỰC. Trong các thao tác kể trên, có 4 thao tác (a,b,c,d,e) có chuyển động quay, hai thao tác còn lại có chuyển động tịnh tiến (c,f). Cách xác định các ngoại lực nh­ sau: a. Lực quán tính: Lực quán tính của các bộ phận có chuyển động quay được xác định nh­ sau [2,trang35]: Qqi = mi x= Gi x (KG ) Trong đó: Qqi – Lực quán tính do chuyển động quay của bộ phận thứ i gây ra (lực này tính theo phương tiếp tuyến của quĩ đạo chuyển động quay). Gi – Trọng lượng của bộ phận thứ i tham gia chuyển động quay, KG n- Số vòng quay của cơ cấu, (n= 2 v/p ) Ri – Bán kính quay của cơ cấu, (m) t – Thời gian phanh hãm cơ cấu, (giây) Lực quán tính do các bộ phận có chuyển động tịnh tiến gây ra [2, trang 34]: Chuyển động thẳng đứng: Qtđi = 0.107 x Gi x (KG ) Chuyển động ngang: Qtni = 0.102 x Gi x (KG ) Gi – Trọng lượng của bộ phận thứ i tham gia chuyển động tịnh tiến, KG. V – Vận tốc chuyển động của cơ cấu, m/s t- Thời gian phanh hãm cơ cấu (t = 1 s) Trên cơ sở các công thức trên, ta sẽ xác định được lực quán tính của các bộ phận kết cấu thép tương ứng cho 6 thao tác kể trên. b. Xác định lực động: Lực động phát sinh do ảnh hưởng chuyển động của các bộ phận cần phải được kể đến trong tính toán kết cấu thép. Với các chuyển động của các thành phần kết cấu thép nhỏ, cho nên lấy hệ số lực động Kđ = 1.1 [3, trang 219]. Hệ số này được nhân với trọng lượng của các thành phần kết cấu thép Giđ = 1.1 x Gi , KG Trong đó: Giđ - Lực động của thành phần kết cấu thép thứ i, KG. Gi – Trọng lượng tĩnh của thành phần kết cấu thép thứ i, KG c. Xác định lực gió: Lực gió tác dụng lên kết cấu thép của máy được xác định theo công thức Qgi = ko x qg x Fc x kh (KG) Trong đó: Qgi – Lực gió tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái thứ i, KG qi – Cường độ gió, KG/m2 ( Để an toàn cho máy làm việc ta tính toán lực gió cấp VII. Với gió cấp này, ta có qg= 25 KG/m2, Vg = 20 m/s [2, trang 38] Fc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép, m2 (Diện tích này bằng diện tích bao của kết cấu thép nhân với hệ số chắn gió Kg = 0.3) ko – Hệ số cản khí động học, ko = 1.2 – 1.4 kh – Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ cao của kết cấu thép, kh = 1.47 – tương ứng h < 50 m. 3.4. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CÁC NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU THÉP TRONG CÁC THAO TÁC ĐƯA MÁY VÀO VỊ TRÍ LÀM VIỆC: a/- Thao tác a: Quay toàn bộ kết cấu thép một góc 90° trong mặt phẳng nằm ngang xung quanh tâm thẳng đứng của khung chính + Lực quán tính (Qaq): Theo công thức 1 ta có: Qaq = (Gc + Gd + Gđ + Gct + Gkd ) x ( KG ) Thay các giá trị vào biểu thức trên: Qaq = ( 4979 + 417 + 1189 + 493 + 459 ) x =376.8 ( KG ) + Lực động (qđ ): Trị số lực động (qđ ) của các thành phần kết cấu thép được xác định như sau: Khung chính và đối trọng: qđc = 1.1 x Gc = 5477 KG Cơ cấu dựng dàn đứng: qđd = 1.1 x Gd = 459 KG Dàn đứng: qđđ = 1.1 x Gđ = 1308 KG Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG + Lực tác dụng của gió: Trong bước thao tác này, lực gió tác dụng bất lợi nhất theo phương dọc với đường tâm xe cơ sở ( Vuông góc với mặt bên của kết cấu thép) Qag = ko x qg x Fca x kh (KG) Trong đó: Qag – Lực của gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái a. qi – Cường độ gió, ( Để an toàn cho máy làm việc ta tính toán lực gió cấp VII. Với gió cấp này, ta có qg= 25 KG/m2, Vg = 20 m/s [2, trang 38] ) Fc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép, m2 (Với kết cấu thép dạng dàn ta lấy hệ số chắn gió Kg = 0.3) ko – Hệ số cản khí động học, ko = 1.2 – 1.4 kh – Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ cao của kết cấu thép, kh = 1.47 Thay các giá trị tính toán vào biểu thức ta có: Qag = 448.93 KG Nếu cho phân bố đều trên chiều dài kết cấu thép thì qag = 43.7 KG/m Như vậy, tổng hợp trạng thái chịu lực của kết cấu thép trong bước thao tác a như sau ( Xét trong 2 mặt phẳng ) Trong mặt phẳng thẳng đứng ( Nhìn từ sau xe) Q1đ = q dđ + q đđ + q ctđ + q kdđ = = 249 Hình 3.3. Lực tác dụng lên kết cấu thép trong mặt phẳng thẳng đứng. Trong mặt phẳng nằm ngang (Hình 3.4) Hình 3.4: Lực tác dụng lên kết cấu thép trong mặt phẳng nằm ngang b/-Thao tác b: Dựng toàn bộ kết cấu thép (Trừ khung chính) đứng thẳng lên một góc 90°. + Lực quán tính: Ở trạng thái này tác dụng theo phương thẳng đứng và có trị số lớn nhất tại mút cao nhất của kết cấu thép (Hình 3.5). Hình 3.5: Lực tác dụng lên kết cấu thép trong mặt phẳng thẳng đứng Thay các giá trị vào công thức ta có: Gbmax = Gd + Gđ + Gct + Gkd = 2558 ( KG ) Qbmax = 128 ( KG ) + Lực động: Trong trường hợp này, lực động cũng chỉ tính cho 4 thành phần kết cấu thép (Trừ khung chính) Cơ cấu dựng dàn đứng: qđd = 1.1 x Gd = 459 KG Dàn đứng: qđđ = 1.1 x Gđ = 1308 KG Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG + Lực tác dụng của gió: Lúc này lực gió tác dụng bất lợi nhất theo phương như hình vẽ ( Đối diện với mặt tựa của khung chính, vì theo phương này diện tích chắn gió của kết cấu thép là lớn nhất) Qbg = ko x qg x Fbc x kh (KG) Trong đó: Fbc – Diện tích chắn gió của kết cấu thép ở trạng thái b, m2. Thay các giá trị ta được: Qbg = 245.6 (KG) Lực gió phân bố theo chiều dài: qbg = 24.8 (KG/m) + Tổng hợp tình trạng chịu lực của kết cấu thép trong thao tác b: Tự trọng của kết cấu thép trong trạng thái này được qui về một lực tập trung, có trị số bằng tổng trọng lượng của 4 thành phần kết cấu thép (Trừ khung chính) GbS = Gd + Gđ + Gct + Gkd = 2558 ( KG ) Hình 3.6.: Lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái b c/- Thao tác c: Hạ dàn đứng cùng với dàn công tác và dàn kéo dài xuống đến độ sâu yêu cầu + Lực quán tính: Ở trạng thái này, lực quán tính được tính cho 3 thành phần kết cấu thép (Dàn đứng, dàn công tác và dàn kéo dài). Vì 3 thành phần này chuyển động theo phương thẳng đứng, do vậy lực quán tính được tính theo công thức (2). Qtđi = 0.107 x Gi x (KG ) Qctđ = 0.107 x ( 1189 + 493 + 459 ) x = 43 (KG) + Lực động: Lực động ở 3 trạng thái này cũng được tính theo 3 lực tập trung Gd , Gct , Gkd tức là: GđS = 1.1 x (Gđ + Gct + Gkd) = 1.1 x (1189 + 493 + 459) = 2355 (KG) + Lực tác dụng của gió: Lực gió ở trạng thái này cũng được xác định giống nh­ trạng thái b Qcg = Qbg = ko x qg x Fbc x kh (KG) = 255 (KG) Nh­ vậy, tình trạng chịu lực tổng hợp của kết cấu thép trong trạng thái c sẽ là (Hình 3.7 ): Hình 3.7. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy trong trạng thái c. d/ - Thao tác d: Hạ dàn công tác cùng với dàn kéo dài xuống một góc 90° đến vị trí nằm ngang. + Lực quán tính: Qdq = ( Gct + Gkd ) x ( KG ) Thay sè ta được: Qdq = ( 493 + 459 ) x = 38.1 (KG) + Lực động: Lực động ở trạng thái này được tính theo 2 lực tập trung là Gct , Gkd tức là: Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG GSđ = 542 + 505 = 1047 KG Nếu phân bố theo chiều dài thì: qđ = = 140 ( ) + Lực tác dụng của gió: Lúc này lực gió tác dụng bất lợi nhất theo phương như hình vẽ ( Đối diện với mặt tựa của khung chính, vì theo phương này diện tích chắn gió của kết cấu thép là lớn nhất). Ta xác định lực này theo 2 thành phần: Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn đứng: Qdg,đ = ko x qg x Fdc,đ x kh = 127.4 (KG) Trong đó: Fdc,đ – Diện tích chắn gió của dàn đứng ở trạng thái d, m2. Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn công tác: Qdg,ct = ko x qg x Fdc,ctx kh = 128 (KG) Trong đó: Fdc,ct – Diện tích chắn gió của dàn công tác ở trạng thái d, m2. Từ đó: Qdg = 127.4 + 128 = 255.4 KG + Trong mặt phẳng thẳng đứng Hình 3.8. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái d. + Trong mặt phẳng song song với đường tâm xe cơ sở Hình 3.9. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái d. e/- Thao tác e: Quay dàn kéo dài cùng với dàn công tác một góc 90 vào vị trí vuông góc với đường tâm cầu. + Lực quán tính: Lực quán tính trong trường hợp này tác dụng theo phương nằm ngang và cũng do 2 thành phần kết cấu thép tạo nên ( Dàn kéo dài và dàn công tác). Trị số lớn nhất của lực quán tính ở tại đầu mút của dàn: Qdq = ( Gct + Gkd ) x ( KG ) = ( 493 + 459 ) x = 76 (KG) + Lực động: Cũng chỉ tính cho àn công tác và dàn kéo dài Dàn công tác: qđct = 1.1 x Gct = 542 KG Dàn kéo dài: qđkd = 1.1 x Gkd = 505 KG + Lực tác dụng của gió: Trong trạng thái này, lực gió tác dụng bất lợi được xác định theo phương dọc với đường tâm cầu. Ta xác định lực này theo 2 thành phần: Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn đứng Qdg,đ =kox qg x Fdc,đ x kh (KG) = 12 (KG) Trong đó: Fdc,đ – Diện tích chắn gió theo mặt bên của dàn đứng ở trạng thái e, m2. Một thành phần tác dụng lên mặt bên của dàn công tác Qdg,ct =kox qg x Fdc,ct x kh (KG) = 130 (KG) Trong đó: Fdc,ct – Diện tích chắn gió theo mặt bên của dàn công tác ở trạng thái e, m2. + Tổng hợp tình trạng chịu lực của kết cấu thép trong trạng thái e: Hình 3.10. Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu thép của máy ở trạng thái