Đồ án Cần trục tháp sơn GTVT (Tính toán thiết kế cần trục tháp sức Q= 61,3T Lmax 50m)

đó: t - ứng suất cắt phát sinh trong mối hàn (kN/cm2). [t]* - ứng suất cắt cho phép của mối hàn . [t]*= 47,45(kN/cm2) L-Chiều dài mối hàn. L= 2.Ld + Ln. Ld : Chiều dài mối hàn dọc. Ln : Chiều dài mối hàn ngang. d: Chiều dầy của mối hàn. Ta có: d= h.k . h : Hệ số phụ thuộc vào phương pháp hàn lấy h = 0,7 Khi hàn bằng tay. h = 0,8 Khi hàn nửa tự động. k: Chiều rộng cạnh hàn. Với thanh xiên chính là thép góc L70x70x8 Ta có: k= 8 mm. d = 0,8 .8 =6,4 mm Ln = 70 mm Thay số: Như vậy chiều dài đường hàn dọc tối thiểu là Ld =29,8 mm. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN NÂNG HÀNG 5.1 Đặt lực tác dụng lên kết cấu cần 5.1.1 Mô hình cần nâng hàng trên SAP 5.2 Biểu đồ nội lực cần nâng hàng 5.2.1 Biểu đồ lực dọc trục 5.3 Tính chọn mặt cắt các thanh Hình 3.3 Sơ đồ vị trí các thanh 5.3.1 Tính chọn thanh biên trên Tra bảng phụ lục Excel ta tìm được giá trị lực kéo lớn nhất của thanh biên trên là thanh 143 có Nmax = 308 kN Tiết diện cần thiết của thanh đứng theo điều kiện ổn định: Trong đó: N -Là nội lực lớn nhất trong thanh (kN). [s] - Là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo thanh (kN/cm2). Vật liệu ở đây ta chọn là thép CT3 do đó ta có ứng suất cho phép của vật liệu là: [s] = 16 kN/cm2. j - Là hệ số uốn dọc của thanh xác định theo độ mảnh của thanh l. Chiều dài của thanh là: l= 150 cm. Chiều dài tính toán của thanh l= 1.150 =150 cm Sơ bộ chọn độ mảnh của thanh: Ta chọn được thép ống tròn CT3 có các đặc tính hình học: - Đường kính ngoài D= 10cm. - Bề dày d=0.6 cm. - Diện tích mặt cắt : F = 19,5 cm2 Kiểm tra bền: Do thanh chủ yếu chịu kéo nên điều kiện bền tính theo công thức: 5.3.2 Tính chọn thanh biên dưới Theo bảng phụ lục Excel ta tìm được thanh biên dưới chịu nén lớn nhất là thanh 2 có Nmax= - 449,7 kN. Tiết diện của thanh biên dưới gồm 2 thanh thép góc đều cạnh được hàn với nhau tại mép của thanh . Chiều dài hình học của thanh biên dưới : l = 150cm Chiều dài tính toán của thanh là: ltt= 1.l50 = 150 cm *Tiết diện cần thiết của thanh theo điều kiện ổn định. s = [s] Trong đó: N - Là nội lực lớn nhất trong thanh (kN). s - Là ứng suất trong thanh (kN/cm2). [s]-Là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo thanh (kN/cm2). Vật liệu ở đây ta chọn là thép C80 do đó ta có ứng suất cho phép của vật liệu là [s] =33kN/cm2. j - Là hệ số uốn dọc của thanh xác định theo độ mảnh của thanh l. Sơ bộ chọn độ mảnh của thanh l=100 Tra bảng phụ lục ta có: j = 0,6 Do thanh biên dưới làm từ 2 thanh thép góc cạnh đều hàn với nhau nên ta phải xét đến yếu tố giảm yếu do mối hàn.(5%-10% Fct). Như vậy ta chọn được thép góc: L 90x90x7 mm *Đặc tính hình học của thép góc này gồm : -Diện tích thiết diện: F =12,3 cm2. -Mô men quán tính: - Jx0 = 94,3 cm4 - Jy0 = 38,9 cm4 *Kiểm nghiệm mặt cắt: Momen quán tính của mặt cắt tiết diện: Jx= Jx0 + a2.Ftct = 94,3 +2,472.12,3=169 cm4 Jy= Jy0 + b2. Ftct = 38,9 + 2,472.12,3 = 113,9 cm4 + Kiểm tra điều kiện độ cứng của thanh theo độ mảnh [ l]. Độ mảnh của thanh với trục y – y. Ta có: Với : l – là chiều dài của thanh (cm). [ l] -Độ mảnh cho phép của thanh: [ l] = 120 ry bán kính quán tính đối với trục y– y Ta có: Vậy độ mảnh của thanh: Vậy ta có : = 69,7 < [ l] = 120 thoả mãn Tra bảng ta được hệ số giảm ứng suất cho phép theo phương yo. = 0,81 +Kiểm tra độ ổn định của thanh theo trục yo-yo. Vậy thoả mãn điều kiện ổn định. +Ta chỉ đi kiểm tra theo phương y-y, còn phương x-x chắc chắn thoả mãn vì là thép ống vuông. 5.3.3 Tính chọn thanh xiên và thanh ngang Thanh xiên và thanh ngang có cùng dạng mặt cắt nên ta tính chọn cho thanh có nội lực lớn hơn,thanh còn lại lấy theo thanh đã chọn. Tra bảng phụ lục Excel ta tìm được giá trị lực kéo lớn nhất của thanh ngang là thanh 91 có Nmax = 242,3 kN Tiết diện cần thiết của thanh đứng theo điều kiện ổn định: Trong đó: N -Là nội lực lớn nhất trong thanh (kN). [s] - Là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo thanh (kN/cm2). Vật liệu ở đây ta chọn là thép C80 do đó ta có ứng suất cho phép của vật liệu là: [s] = 33 kN/cm2. Chiều dài của thanh là: l= 150 cm. Chiều dài tính toán của thanh l= 0,8.150 =120 cm Sơ bộ chọn độ mảnh của thanh: Ta chọn được thép ống tròn CT3 có các đặc tính hình học: - Đường kính ngoài D= 7cm. - Bề dày d=0.4 cm. - Diện tích mặt cắt : F = 8,28 cm2 Kiểm tra bền: Do thanh chủ yếu chịu kéo nên điều kiện bền tính theo công thức: Vậy thanh thỏa mãn điều kiện bền. Ta có mặt cắt cần như hình vẽ: CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ MÁY TỰ NÂNG 6.1 Quy trình nâng đẩy tháp 6.1.1 Cấu tạo bộ máy tự nâng Căn cứ vào kết cấu của cần trục ta sử dụng phương pháp nâng chiều cao tháp từ phía trên. Đối với phương pháp này thì thân tháp trên và thân tháp dưới có thể trượt tương đối với nhau. Cấu tạo của phần trên chỗ đặt cơ cấu nâng đẩy tháp bao gồm một thân tháp trên 1 có tiết diện nhỏ có thể trượt trong lòng thân tháp ngoài 2 có tiết diện lớn hơn. Việc thực hiện đẩy phần tháp trên được thực hiện bằng xi lanh thủy lực 4.. Cấu tạo chính: Các bản dẫn hướng được hàn trên khung thép 3, trên khung thép 3 có lắp các vấu bám 5 và dầm ngang của xi lanh. Bánh dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho thân tháp 3 có thể trượt được trong lòng thân tháp ngoài 2, vấu bám 5 có tác dụng truyền lực từ thân tháp trên xuống thân tháp dưới trong quá trình nâng đẩy tháp. Dầm ngang là nơi liên kết với xi lanh thủy lực chịu lực tác dụng của xi lanh để nâng toàn bộ phần trên tháp (hình 6.1). Hình 6.1: Cấu tạo phần đầu tháp Cấu tạo 1- Chân đế; 2- Đốt tháp ngoài; 3- Đốt tháp trong; 4- Xi lanh thủy lực; 5- Vấu bám; 6- Bộ phận dẫn động mâm quay; 7- Vành răng dẫn động; 8- Động cơ điện cơ cấu quay; 9- Dầm đối trọng; 10- Tăng đơ;11- Giá chữ A; 12- Cần; 13- Ca bin; 14- Vành răng bị động; 15- Các chốt liên kết đốt tháp; 16-Móng tháp; 17- Dầm ngang đỡ xi lanh Cấu tạo phần thân tháp trong: Hình 6.2 Cấu tạo đoạn thân tháp trong Cấu tạo: 1- Các chốt liên kết; 2- Thép L160x160x12; 3- Thép L80x80x6; 4- Vấu bám. Cấu tạo đoạn tháp ngoài: Trên thân đoạn tháp ngoài có hàn các vấu tỳ 5, các vấu này có tác dụng giữ các vấu bám, truyền lực tác dụng từ đầu tháp xuống thân tháp dưới trong quá trình nâng đẩy tháp. Hình 6.3 Cấu tạo đoạn tháp ngoài 6.1.2 Quy trình nâng đẩy Quy trình của một hành trình nâng tháp được thực hiện theo các bước sau a. Bắt đầu nâng tháp b.Duỗi xi lanh để nâng khung phụ lên 1 nhịp Hình 5.4 Sơ đồ qui trình nâng đẩy tháp 1. Thân tháp ngoài 4.Xilanhthủylực. 2. Thân tháp trong 5.Dầmngang 6. Vấu bám 3- Vấu tỳ Ban đầu cần trục ở trạng thái tĩnh (không làm việc). Các liên kết bu lông giữa phần thân trong với thân ngoài được giải phóng, phần ngọn tháp được giữ bởi các vấu tỳ, vấu bám và dầm ngang. Tải trọng truyền từ thân tháp trong qua dầm ngang 5, vấu bám 6, vấu tỳ 3 truyền ra thân tháp ngoài (hình 5.4 a). Tiếp theo tiến hành nâng thân tháp trong bằng kích thủy lực 4. Lúc này tải trọng tháp sẽ truyền qua xi lanh thủy lực 4, qua dầm ngang 5, vấu bám 6 qua vấu tỳ sang thân tháp ngoài. Như vậy lúc này chịu lực là dầm ngang, vấu bám, vấu tỳ ở phía dưới còn các vấu và dầm phía trên không chịu lực (Hình 6.4 b). c.Xi lanh ở trạng thái duỗi d.Co xi lanh để nâng đốt tiếp theo Hình 6.5 Sơ đồ qui trình nâng đẩy tháp Sau khi dùng xi lanh thủy lực nâng thân tháp trong lên một đoạn bằng h (khoảng cách giữa hai vấu tỳ), thì xi lanh thủy lực không làm việc nữa. Khi đó dầm ngang, các vấu tỳ, vấu bám phía trên làm việc, truyền tải trọng ra thân tháp ngoài (hình 6.5 c). Sau đó kéo dầm ngang phía dưới lên trên vấu tỳ tiếp theo, cho các vấu bám 6 đặt trên các vấu tỳ chuẩn bị cho hành trình đẩy tiếp theo nếu tăng thêm đốt(hình 4.5 d). Ta thực hiện lại từ đầu các bước như trên đến khi đạt được chiều cao theo yêu cầu. Thông thường với mỗi đốt tháp nối dài thêm thực hiện 2 lần nâng (trên mỗi đốt của đoạn tháp trong có 2 cặp vấu tỳ). Khi nâng đẩy tải trọng tác dụng là tải trọng bản thân của phần thân tháp trên cộng với tải trọng của các cơ cấu bố trí trên cần trục. Cần trục có xu hướng lật về phía sau do tải trọng của đối trọng. Để giảm bớt tải phản lực trên vấu tỳ, khi nâng đẩy ta thường nâng thêm một tải trọng nâng nhỏ để cân bằng với đối trọng. Tải trọng này chính là một đoạn tháp nối thêm và khoảng cách giữa tải trọng này với tâm tháp có thể thay đổi được. 6.2 Xác định lực tác dụng lên xi lanh Từ sơ đồ kết cấu thực khi hệ thống làm việc ta xác định lực tác dụng lên xi lanh. Để tính được ảnh hưởng của kết cấu trên do cần, cần phụ và tháp xuống cột tháp đơn giản trong tính toán ta coi toàn bộ kết cấu tầng trên của cần trục tháp như một dầm giản đơn có mút thừa đặt trên hai gối. Sau khi tìm được phản lực tại hai gốiccccccH thì chia các phản lực đó cho bốn nhánh của cột tháp. C A B D 50 25 G4 G2 G3 12 1,6 G5 0.8 6 G1 Hình6.6 Sơ đồ tính phản lực từ kết cấu tầng trên xuống đốt lắp dựng Để tính toán đơn giản ta xét các lực đặt lên ở trạng thái tĩnh nhưng cần phải tính đến hệ số lực động Y1, do khi nâng kết cấu tầng trên có thể bị chấn động. Tức là lúc này tải trọng tĩnh đặt trên kết cấu nhưng không phải là tác dụng tĩnh mà là tác dụng động. Hệ số lực động y1 được lấy theo bảng (1.6) tài liệu [1] Chế độ làm việc bằng máy y1 = 1,1. +Tải trọng do trọng lượng bản thân của đối trọng và cơ cấu nâng gây ra: G1 = Y1.G1’ Trong đó: G1’-Là trọng bản thân của đối trọng và cơ cấu nâng. G1’= 143,4 kN Y1- là hệ số lực động xác định theo kinh nghiệm. Y1 = 1,1 Vậy: G1 = 1,1.143,4 = 158,8 kN Ta coi tải trọng G1 là tải trọng tập trung có điểm đặt ngay tại vị trí đặt chúng +Tải trọng do trọng lượng bản thân của mâm quay và giá chữ A gây ra: G2 = Y1.G2’ Trong đó : G2’- là trọng lượng bản thân của mâm quay và giá chữ A. G2’ =23 kN Y1- là hệ số lực động xác định theo kinh nghiệm. Y1 = 1,1 Vậy: G2 = 1,1.23 =25,3 kN Tải trọng G2 là tải trọng tập trung có điểm đặt lực ngay tại vị trí đặt chúng. + Tải trọng do trọng lượng bản thân của cần gây ra: G3 = Y1.G3’ Trong đó: G3’- Là trọng lượng bản thân của cần. G3’ = 62 kN Y1- là hệ số lực động xác định theo kinh nghiệm. Y1 = 1,1 Vậy: G3 = 1,1.62 = 66 kN Tải trọng G3 là tải trọng phân bố đều trên suốt chiều dài cần ta coi điểm đặt của nó tại giữa cần. +Tải trọng do trọng lượng bản thân của cần công xon đối trọng và lan can hộp điện gây ra: G4 = Y1.G4’ Trong đó: G4’- Là trọng lượng bản thân của cần công xon đối trọng và lan can hộp điện: G4’ = 45 kN. Y1- là hệ số lực động xác định theo kinh nghiệm. Y1 = 1 ,1 Vậy: G4 = 1,1.45 = 49,5 kN. Tải trọng G4 là tải trọng phân bố đều trên toàn chiều dài cần công xon đối trọng. Ta coi điểm đặt của lực G4 là ở giữa cần công xon đối trọng. +Tải trọng do trọng lượng của xe con trọng lượng cụm pu ly móc câu và tải trọng hàng gây ra: G5 = Y1.G5’ Trong đó: G5’-Là trọng lượng xe con và trọng lượng cụm pu ly móc câu và hàng. G5’= 3,5 kN. Y1- là hệ số lực động xác định theo kinh nghiệm. Y1 = 1,1. Vậy: G5 = 1,1.3,5 = 3,85 kN. Tải trọng G5 là tải trọng tập trung có điểm đặt ngay đầu cần. A B 50 25 49,5 KN 25,3KN 68,2 KN 12 1,6 3,85 KN 0.8 6 158,8 KN Hình 6.7 Sơ đồ tính lực kết cấu tầng trên xuống đốt lắp dựng Hình 6.8 Sơ đồ lực tác dụng lên xi lanh Lập phương trình cân bằng: G1 + G2 + G3 + G4 + G5 = Pxl Thay số ta có: 158,8+25,3+68,2+49,5+3,85= 305,65 kN Vậy Pxl = 305,65 (kN) = 30,565(T) 6.3 Thiết kế mạch thủy lực Sơ đồ mạch thủy lực Hình5.8 Sơ đồ mạch thủy lực 1. Thùng chứa dầu 2. Lọc 3. Động cơ 4.Bơm thủy lực 5. Van một chiều 6. Đồng hồ áp lực. 7. Cơ cấu phân phối 8. Van tiết lưu 9. Xi lanh thủy lực 10. Van an toàn. Thiết kế Xi lanh thủy lực : + Kết cấu xi lanh (hình vẽ): Hình 5.9 Kết cấu xi lanh thủy lực +Lực cần thiết để thắng phụ tải: P=Pxl/hck hck = 0,95: Hiệu suất sơ khí (thể hiện sự tổn thất ma sát). =>P= = 321,7. (N) + Áp suất làm việc của chất lỏng p = 180 KG/cm2 +Diện tích làm việc của pittông: F = = = 175,5 (cm2) + Đường kính xy lanh: D== = 15,08 cm Chọn đường kính Xy lanh D = 220 mm Đường kính cần pittông: Chọn d = 130 mm. + Khoảng chạy của xylanh: Chọn L = 1300 mm + Lưu lượng cần thiết: Q = F.v Trong đó: F = 380 (cm2): Diện tích làm việc của pít tông. v = 150 (cm/p): Vận tốc chuyển động của pittông. Thay số vào ta có: Q = 380.150 = 57.000 (cm3/p) = 950 (cm3/s) + Kiểm tra bền: Chọn xi lanh thành dày Chiều dày thành xylanh: t 0,5.D.() + c Trong đó: [s] = 9 KN/mm2 ứng suất cho phép của thép chế tạo xi lanh. C = 1 mm : hằng số bổ sung cho chiều dày tối thiểu của xylanh.(Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy, tr92). P = 180 KG/cm2 áp suất chất lỏng làm việc. Thay số vào ta có: t 0,5.220.() + 1 = 27 mm Chọn t = 30 mm Chọn hệ dẫn động thủy lực: Chọn bơm thủy lực có áp lực làm việc 200 KG/cm2, Lưu lượng bơm 60 lít/p. Bơm thủy lực phải đảm bảo các yêu cầu trên để cần trục tháp vận hành đáp ứng yêu cầu an toàn. Chọn động cơ thủy lực: Động cơ được chọn là Model M2QA 132M4A do hãng ELECTRONIC MOTOR sản xuất Công suất động cơ: 7,5 kW, số vòng quay n=1440 vg/ph 6.4 Tính dầm ngang Khi nâng đẩy dầm ngang chịu toàn bộ các tải trọng tác dụng. Chọn kết cấu hình hộp chữ nhật. Sơ đồ tính: Hình 5.10 Sơ đồ tính dầm ngang Dầm chịu 1 lực theo phương thẳng đứng gây ứng suất uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm ở giữa dầm. Mô men uốn lớn nhất: M =.PXL.1,2 = .30,565.1,2 = 18,33 (T.m) = 183,3 (KN.m) Ứng suất uốn: su = < [su] Wu : mô men chống uốn của tiết diện. Wu = (cm4) Jx : Mô men quán tính với trục Hình 5.11 Sơ đồ tính mô men quán tính J Jx= 2. JxI + 2. JxII Trong đó: JxI : Mô men quán tính của mặt I với trục x JxI = JI + bI2.FI JI : Mô men quán tính mặt I JI = bI : Khoảng cách từ trọng tâm mặt I đến trục x bI = = FI : Diện tích mặt I. FI = b.t1 JxII : Mô men quán tính của mặt II với trục x JxII = => Jx = 2.( + 2.b.t1) + 2. Chọn các kích thước: Vật liệu: thép CT3 có [s] = 160 (N/mm2) = 16 (KN/cm2) t2 = 30 mm; t1 = 30 mm; b = 200 mm; h=300 mm Thay số vào ta được: Jx = 2.( + 2.20.3) + 2. = 2.(10980) + 2.(3456) = 28872 cm4 Mô men chống uốn: Wu = = = 1924,8 (cm3) ứng suất uốn: su = = < [su] = 16 (KN/cm2) Thỏa mãn điều kiện bền. Độ võng của dầm: Theo công thức tính độ võng tại trung điểm dầm chịu uốn gối tựa ở 2 đầu: Yc = (m) Trong đó: PXL = 30,565.104 (N): Lực tác dụng lên dầm. E = 2,1.1011 (N/m2): Mô đun đàn hồi thép (J = 28872.10-8 (m4): Mô men quán tính L = 1,64 m: Chiều dài dầm Thay số vào ta có: Yc = = 0,00043(m) Như vậy độ võng của dầm ngang là: Y = 0,43mm 6.5 Tính vấu bám, vấu tỳ 6.5.1Vấu tỳ Hình 5.12 Sơ đồ tính vấu tỳ Coi liên kếtgiữa vấu tỳ với thanh biên như một liên kết ngàm. Ta thấy với lực tác dụng lên vấu tỳ là P= KN Mặt cắt nguy hiểm tại điểm giữa của vấu tỳ. Chọn thép C50 có [s] = 33 kN/cm² Ứng suất lớn nhất trên vấu là 15,28 kN/cm² Vậy vấu tỳ theo thiết kế thỏa mãn. -Tính mối hàn của vấu: Hình5.13 Sơ đồ tính đường hàn vấu. Mối hàn là mối hàn dọc chịu kéo nén đúng tâm. Điều kiện bền của mối hàn có dạng: t = .n