Báo cáo khoa học: "LựA CHọN Hệ CầN TRụC - PHAO NổI THI CÔNG TRÊN SÔNG NƯớC THEO ổN ĐịNH TĩNH" ppt

CT 2 LựA CHọN Hệ CầN TRụC - PHAO NổI THI CÔNG TRÊN SÔNG NƯớC THEO ổN ĐịNH TĩNH ths.. nguyễn Hữu CHí Bộ môn Máy xây dựng – Xếp dỡ Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo giới

CT 2

LựA CHọN Hệ CầN TRụC - PHAO NổI THI CÔNG TRÊN SÔNG NƯớC THEO ổN ĐịNH TĩNH

ths nguyễn Hữu CHí

Bộ môn Máy xây dựng – Xếp dỡ Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu tóm tắt kết quả nghiên cứu về ổn định tĩnh của hệ Cần trục – Phao nổi

khi làm việc trên sông Từ đó có thể lựa chọn hệ trên có các thông số kết cấu và thông số làm việc thích

hợp nhằm nâng cao tính năng kinh tế – kỹ thuật của chúng

Summary: The article briefly presents the results of the study on static stabilization of the Cranes -

Barge system when operating on the river, in order to select the system with proper structural and operation parameters to enhance their eco-technical properties

Hiện nay việc khai thác cát, nạo vét kênh mương ở các tỉnh Nam bộ người ta hay dùng một cần trục bốc xếp lắp gầu ngoạm đặt (neo) trên một phao nổi tạo thành một hệ gọi là hệ cần trục - phao nổi (CT-PN) Do cần trục đặt trên phao nổi, khi làm việc phao sẽ bập bềnh, do đó đối với hệ CT-PN phải đặc biệt chú ý đến tính ổn định (đứng vững) trên mặt nước, không bị lật (đổ) Vấn đề này liên quan trực tiếp đến các thông số của cần trục và kích thước của phao Việc lựa chọn hệ CT-PN hợp lý tránh hiện tượng phao quá lớn - cần trục quá nhỏ hoặc ngược lại là việc làm cần thiết Khi hệ CT-PN làm việc trên sông nước hệ chịu tác dụng của nhiều lực như: tải trọng vật nâng, lực quán tính khi nâng hạ, khi quay, tác dụng của sóng nước, gió… Hệ làm việc ổn định là khi làm việc không bị lật và phao và cần trục được lựa chọn tạo thành cặp

“hợp lý”

Nghiên cứu đầy đủ về hệ CT-PN nổi thì phải nghiên cứu ổn định tĩnh và ổn định động Trong khuôn khổ bài báo này người viết trình bầy về lựa chọn hệ cần trục phao nổi theo ổn định tĩnh Còn ổn định động sẽ được đề cập ở phần khác

Thường thì phao nổi được chế tạo ở Việt Nam thường có tỉ số chiều dài /chiều rộng (L/B) bằng 3 nên ổn định hệ theo phương dọc phao lớn còn theo phương vuông góc với chiều dài phao nhỏ hơn khả năng xẩy ra mất ổn định là lớn nhất hay khả năng bị lật nhiều nhất, chính vì thế việc nghiên cứu trường hợp ổn định ngang của hệ là việc cần quan tâm

Để nghiên cứu ổn định của hệ ta dùng công thức xác định tọa độ trọng tâm của một máy hay hệ máy được xác định theo công thức:

Tọa độ trọng tâm theo trục x:







i

i i c

G

X G

CT 2

Tọa độ trọng tâm theo trục y:







i

i i c

G

Y G

Tọa độ trọng tâm theo trục z:







i

i i c

G

Z G

trong đó: Gi : Trọng lượng của các máy thành phần thứ i cấu

thành nên hệ, (kG)

Xi : Tọa độ trọng tâm theo phương x của máy

thành phần thứ i, (m)

Yi : Tọa độ trọng tâm theo phương y của máy thành phần thứ i, (m)

Zi : Tọa độ trọng tâm theo phương z của máy thành phần thứ i, (m)

- Để đảm bảo độ ổn định (đứng vững) của cần trục và đảm bảo hệ CT-PN giữ nguyên vị trí

(không chao lắc thêm) thì tổng mômen của các ngoại lực đối với điểm trọng tâm D của khối

nước bị chiếm chỗ phải bằng 0 Khi đó, ta có các kí hiệu và giả thiết sau:

- Tâm nghiêng M (tâm định khuynh);

- V: Thể tích chiếm nước của phao; J : là mômen quán tính của mặt nổi đối với trục

nghiêng

- Bán kính tâm nghiêng

V

J

M 

 (4)

M mang dấu (+) khi a lớn tức là M ở trên Ch

M mang dấu (-) khi a lớn tức là M ở dưới Ch

- Ch là trọng tâm của hệ cần trục – phao nổi

- A : Lực đẩy Acsimet tác động vào phao

- Theo hình 2 ta có mômen phục hồi

MF = A.ChB : là mômen do lực đẩy Acsimet tác

động vào phao

- Mômen Mn là mômen do tải trọng tác động vào hệ làm nghiêng hệ

Khi MF = Mn : Hệ ổn định

- Khi đó, hệ số ổn định của hệ tính trong trường hợp hệ làm việc được xác định theo công

thức (5) và hệ số ổn định của hệ tính trong trường hợp không làm việc được xác định theo

công thức (5b):

Hình 2 Mặt cắt ngang phao Hình 1 H ệ cần trục – phao nổi đang nạo vét kênh mương

CT 2

M

M k

n

F 

 (5a) 1,4

M

M ' k

n

F 

Hình 3 Xác định các lực trong điều kiện hệ đang làm việc và không làm việc

Bài toán xác định độ ổn định ngang của cần trục đặt trên phao:

Theo hình 4, xét hệ CT-PN khi làm việc bị nghiêng theo phương ngang, khi bị nghiêng tâm nổi D di chuyển tới vị trí D’ Do đó ta cần xác định khoảng cách DD’ Giả thiết khi làm việc hệ CT-PN bị nghiêng một góc Cặp lực Gh và A bằng nhau về giá trị tuyệt đối, có phương song song và hướng tác dụng ngược chiều nhau tạo thành mômen gọi là mômen phục hồi

* Mục đích của bài toán là tìm mômen phục hồi để hệ trở lại trạng thái cân bằng Do đó ta xét tổng thể của hệ theo phương ngang như sau:

Hình 4. Xác định các lực tác dụng vào hệ theo phương ngang

Ta có mômen phục hồi: MF BCh.ABCh.Gh x1.Gh (6) trong đó: A - lực đẩy Acsimet bằng trọng lượng hệ CT - PN ; A = Gh

Gh - Trọng lượng toàn bộ của hệ CT - PN

Với : Gm là trọng lượng của cần trục

GP :Trọng lượng của phao ta có thể xác định theo công thức:

CT 2

Q= Gtải: Trọng lượng vật nâng ( cả cơ cấu mang hàng) (Tấn)

1

h x

BC  : Khoảng cách từ điểm đặt lực A đến trọng tâm Ch của hệ

Ta đặt: DD’ = x; ChD = e

Để xác định khoảng cách DD’ = x ta xét trường hợp hệ nghiêng ngang như sau:

Hình 5 Xác định các thông số khoảng cách theo phương ngang

O : Trọng tâm của phần tam giác ABC; D : Tâm nổi ban đầu;

 : Góc nghiêng ngang.(độ) ;

D’ : Vị trí mới của tâm nổi

H : Chiều cao mớn nước ; và

p p

h

L B

G

với: Bp: Chiều rộng phao (m); Lp: chiều dài phao (m)

Lập phương trình cân bằng mômen so với D’ ta được:

x h.B

2

B B 3

2 B h H (





























 (8)

Từ phương trình (8) ta suy ra :

H 6

B h

x  (9)

Theo hình vẽ 5 ta có :

2 tg B h B h 2

tg    (10)

Thay (10) vào phương trình (9) ta được:





 cos H 12 sin B x

2

(11)

CT 2

Với 6o nên cos1 nên

H 12 sin B x

H 12 sin B x

2

1 (13)



















H 12

B x

2

Công thức (14) dùng để xác định cánh tay đòn ổn định ngang của mômen phục hồi MF Thay công thức (14) vào (6) ta được:

2

F e.sin G

H 12

B



















(15)

Tính Mômen nghiêng M n :

Để đảm bảo ổn định khi làm việc của hệ thì 1,15

M

M K

l

cl

tải trọng gió và quán tính … thì 1,4

M

M K

l

cl

od  

với Mcl - Mômen chống lật T.m ; Ml – Mômen lật T.m ;

2

Bm r Gm

Mômen làm lật hệ được tính theo công thức: Ml = Mgíó + Mtải + Mcần

Mtải = Q.R; trong đó: Q - là tải nâng (kể cả đồ mang hoặc gầu chứa hàng) T; R - tầm với của cần trục m;

Mgíó - tải trọng do gió tác động vào cần trục theo chiều phía sau cần trục (làm cho hệ bị lật

về phía trước)

Mcần - Mômen do trọng lượng cần gây ra; Mcần= Gc.(0,5Lc.cos + b);

Với Gc - trọng lượng cần (T); Lc - chiều dài cần (m); b - khoảng cách từ chốt cần đến tâm quay (m), - góc nghiêng cần (độ)

Ta có Mn = Ml – Mcl

Vậy Mn = (Mgíó + Mtải + Mcần ) – Gm( r +

2

Bm

)

Tính chọn hệ Cần trục – phao nổi: Để tính chọn một hệ CT - PN có thể có 2 cách đó là

dùng bảng tính Excel hoặc viết một phần mềm tính chọn Do khuôn khổ của bài báo nên ở đây người viết chỉ lập các bảng tính với một số ít cần trục và phao nổi (trong thực tế có thể lập bảng với rất nhiều cần trục, phao nổi)

CT 2

a) Chọn hệ CT - PN bằng bảng tính Excel

Bước 1: Lập bảng các thông số kỹ thuật của cần trục hay sử dụng

Các thông số của cần trục

Bước 2: Lập bảng các thông số kỹ thuật của phao nổi

Bước 3: Lập bảng bảng tính theo dạng sau

Viết các hàm để tính Mf, Mn, Kôđ cho từng cần trục với trường hợp góc nghiêng phao là 30

và góc nghiêng cần là 300

Với Mf = (DX7^3 * DW7/12 - (0.4*DP7 + DY7 - EA7) * DS7 - (0.25 * DT7 + 0.3 * DP7 +

DY7 - EA7) * 2.7 * DU7 - (DZ7 - EA7) * EB7) * 0.0523

Với Mn = 0.4 * 2.7 * $DU$7 * (0.866 *$DT$7 + 0.3 * $DQ$7)

với : Kôđ = D4/E4;

K1 = Sức nâng của phao/ Trọng lượng cần trục;

CT 2

K2 = Tầm với cần trục/ Chiều rộng của phao Sau đó copy các công thức trên cho tất cả các phao và các cần trục Excel sẽ tự tính ra kết quả

LS -78J

LS -108BJ

Cần Trục

9

NF - 0306PT -

HC

b) Tính chọn CT - PN bằng phần mềm Bài toán chọn hệ CT - PN có nhiều thông số nên người viết đã lập một chương trình tính toán và chọn Chương trình được viết bằng Microsoft.net

Các giao diện chính của chương trình:

a Các menu chính

CT 2

b Giao diện nhập dữ liệu:

Với cửa sổ này, người dùng dễ dàng nhập thêm dữ liệu khảo sát Phao và Cần trục vào cơ

sở dữ liệu Sau khi phập dữ liệu vào các cửa sổ và nhấn vào nút “Lưu”

c Giao diện kiểm tra dữ liệu:

Với cửa sổ này, người dùng kiểm tra, lựa chọn loại phao và cần trục để khảo sát độ ổn

định của hệ trong cơ sở dữ liệu

CT 2

d Giao diện bảng kết quả:

Sau khi chọn loại phao và cần trục nhấn vào nút “Đồng ý” thì màn hình kết quả hiện ra và kết quả cho biết việc lựa chọn có đảm bảo ổn định hay không Có thể xuất kết quả ra giấy bằng lệnh in

Về chọn hệ Cần trục – phao nổi bằng bảng tính Excel

Qua kết quả tính, thì việc chọn hệ Cần trục- phao nổi theo tĩnh học thì một hệ được chọn

là hợp lý khi có:

Hệ số ổn định Kôđ = 1,15 đến 2,0

K1 = Sức nâng của phao/ Trọng lượng cần trục = 3,28 đến 6,3

K2 = Tầm với cần trục/ Chiều rộng của phao = 2,44 đến 3,0

KếT LUậN

Qua nghiên cứu về ổn định ngang của hệ Cần trục - phao nổi khi làm việc trên sông nước theo quan điểm tĩnh học thì có một số kết luận sau:

Về kết cấu : Lp/Bp = 3

Hệ số ổn định Kôđ = 1,15 đến 2,0

K1 = Sức nâng của phao/ Trọng lượng cần trục = 3,28 đến 6,3

K2 = Tầm với cần trục/ Chiều rộng của phao = 2,44 đến 3,0

CT 2

Tài liệu tham khảo

[3] Trường THGTVT khu vực 2, Nhà XB Giao thông Vận tải Sử dung MXD

[5] Nhà XB Khoa học và kỹ thuật ổn định tầu thuỷ

[7] Microsoft office 2003

[8] Microsoft.net