Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG pps

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 di động, tải trọng quán tính, tải trọng lắc động hàng trên cáp, tải t

Chương 4 TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG

§4.1.CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG

4.1.1.Các trường hợp tính toán tải trọng, [09], [03]

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 di động, tải trọng quán tính, tải trọng lắc động hàng trên cáp, tải trọng gió Tổng hợp các tải trọng khác nhau tác dụng lên máy trục có thể chia ra ba trường hợp tính toán cơ bản sau đây:

1) Trường hợp thứ nhất (I) :

Tải trọng tiêu chuẩn ở trạng thái làm việc Các tải trọng đó tác dụng lên máy trục ở những điều kiện sử dụng tiêu chuẩn như: Trọng lượng hàng đúng tiêu chuẩn, mở máy và hãm êm, áp lực gió trung bình khi máy làm việc, trạng thái mặt đường di chuyển cần trục đúng tiêu chuẩn Trên cơ sở các tải trọng đó có thể tiến hành tính toán theo độ bền và độ bền mỏi Khi tính toán theo độ bền mỏi thì áp lực gió có thể không tính đến 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

2) Trường hợp thứ hai (II) :

Tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc Đó là các tải trọng giới hạn tác dụng lên máy trục khi làm việc ở điều kiện nặng nhất và làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn

Các tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc có thể tạo nên sức cản tĩnh cực đại, mở máy và hãm nhanh sẽ tạo nên các lực quán tính cực đại, lực gió cực đại tác dụng lên cần trục ở trạng thái làm việc, trạng thái mặt đường bất lợi cho di chuyển cần trục và độ dốc cực đại

Căn cứ vào các tải trọng đó để tính toán độ bền của các bộ phận kết cấu và tính ổn định cần trục Khi dùng tải trọng trường hợp thứ hai phải căn cứ trên cơ sở thực tế sử dụng cần trục mà chọn hệ số an toàn tổng hợp Tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc thường được hạn chế bởi những điều kiện ngoài Nó là cơ sở để tính toán sự quay, trượt của bánh xe di chuyển, giả định định mức cho các thiết bị khớp nối mômen giới hạn, các thiết bị bảo vệ điện, thiết bị hãm làm việc và ngắt vành kiểm tra v.v…

3) Trường hợp thứ ba (III) :

Tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc Các tải trọng đó gồm có: trọng lượng bản thân cần trục và gió bão tác dụng lên cần trục ở trạng thái không làm việc Đối với cần trục nổi và cần trục tàu thuỷ cón phải tính đến tải trọng lắc động và sóng tác dụng lên cần trục Căn cứ vào các tải trọng đó để tiến hành kiểm tra độ bền kết cấu và tính ổn định cần trục ở trạng thái không làm việc

4.1.2.Tổ hợp tải trọng, [09], [03]

Ở trạng thái làm việc của máy trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên máy trục và chia thành các tổ hợp tải trọng sau:

- Tổ hợp I a , II a : tương ứng trạng thái cần trục làm việc, 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 (Ia), khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột (IIa)

- Tổ hợp I b , II b : Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm một cơ cấu khác hoạt động (di chuyển xe con, di chuyển cả máy trục, quay, thay đổi tầm với, … ) tiến hành khởi động (hoặc

hãm) cơ cấu một cách cách từ từ – tính cho tổ hợp Ib, đột ngột – tính cho tổ hợp IIb

Đối với từng loại máy trục, căn cứ vào điều kiện khai thác và các tải trọng tác dụng lên máy trục mà người ta xây dựng các bảng tổ hợp tải trọng

§4.2.TÍNH TOÁN CÁC TẢI TRỌNG

4.2.1.Trọng lượng bản thân kết cấu G

Trọng lượng bản thân của kết cấu thép và các cơ cấu máy trục là các tải trọng tĩnh đặt cố định trên kết cấu Trọng lượng bản thân cũng có khi là tải trọng di động trên kết cấu thép (ví dụ như trọng lượng xe tời trên cầu trục, cổng trục; trọng lượng cần khi thay đổi tầm với, trọng lượng toàn bộ phần quay khi quay cần trục) Khi thiết kế KCKLMT ở bước thiết kế sơ bộ trọng lượng bản thân kết cấu là chưa biết vì vậy phải giả định sơ bộ Việc giả định sơ bộ trọng lượng bản thân kết cấu dựa vào các phương pháp sau :

+ Phương pháp 1 : chọn trọng lượng bản thân kết cấu G theo các máy trục đã có sẵn với

các thông số kỹ thuật tương đương (theo máy mẫu)

+ Phương pháp 2 : chọn trọng lượng bản thân kết cấu G theo biểu đồ hoặc các công thức

kinh nghiệm (ví dụ xem chương cầu trục)

Khi thiết kế sơ bộ xong ta đã có kích thước cụ thể của kết cấu, cần thiết phải tính lại trọng lượng thực của kết cấu, từ trọng lượng thực này so sánh với giả thiết ban đầu, nếu sai khác quá 5% cần phải tính lại kết cấu với trọng lượng thực của kết cấu ở bước tính sơ bộ Sự sai khác này làm các biểu đồ nội lực tính toán không sát với biểu đồ nội lực thực tế của kết cấu Việc tính toán có thể phải lặp lại một số lần cho đến khi đạt yêu cầu

4.2.2 Trọng lượng hàng Q:

Sức nâng cho phép Q – theo TCN 239-97, điều 1.2.1: “là trọng lượng hàng lớn nhất được phép nâng, kể cả bộ phận dùng để mang hàng (gầu ngoạm, dây, xà móc hàng, lưới…) ở mã hàng được nâng (S.W.L)” Trọng lượng hàng là loại tải trọng động tác dụng lên kết cấu thép của máy

trục khi làm việc

1) Khi tính kết cấu thép theo độ bền lâu (Tổ hợp I a , I b ) :

Trọng lượng hàng để tính kết cấu thép là loại tải trọng tương đương (1.41).[03]:

trong đó : Q - Trọng lượng tiêu chuẩn của hàng; ϕ – hệ số tương đương phụ thuộc vào qui luật thay đổi tải trọng và chế độ làm việc của máy trục Trong trường hợp tính gần đúng, trị số ϕ chọn theo bảng 4.1

Bảng 4.1 hệ số ϕ, (tr.62 – [09])

Chế độ làm việc của cần trục Trị số của hệ số ϕ

Chế độ làm việc nặng và rất nặng 0,90 ÷ 0,91

Để tính toán hệ số ϕ, ta dùng công thức (1.42).[03]:

ϕ = m

i i m i

Z

Z Q

Q

Σ













ở đây: Q – sức nâng định mức của cần trục; Qi – trọng lượng của hàng ở mã hàng thứ i (thực hiện trong thời gian của số chu kỳ Zi); Zi – số chu kỳ chịu tải trọng Qi; ΣZi – tổng số chu kỳ chịu tải

của cần trục đến khi phá hỏng vì mỏi, ΣZi ≤ No; No – số chu kỳ chịu tải cơ sở trên đường cong mỏi của vật liệu; m là bậc đường cong mỏi Đối với thép : No = 2.106, m = 6

Để xác định ϕ ta dùng đồ thị đặc tính tải tương đối của máy trục, xem hình 4.1, (h.0.1).[12] Tổng số lần (số chu kỳ) chịu tải của kết cấu ΣZi được xác định như sau:

ở đây: L – số năm làm việc (năm) (Lnhẹ, trung bình = 30năm, Lnặng = 25năm, Lrất nặng = 20năm);

tk – số giờ làm việc trong một năm (chế độ làm việc nhẹ và trung bình tk = 2500h/năm, chế độ làm việc nặng tk = 5000h/năm, chế độ làm việc rất nặng tk = 7000h/năm);

nk – số chu kỳ làm việc của cần trục trong một giờ (nk = 60 ÷ 120 – chế độ nhẹ; nk = 120

÷ 240 – chế độ trung bình; nk = 240 ÷ 480 – chế độ nặng; nk > 480 – chế độ rất nặng) Theo một số tài liệu: ϕ = 1 – chế độ rất nặng; ϕ = 0,8 ÷ 0,7 – chế độ nặng; ϕ = 0,7 ÷ 0,6 – chế độ trung bình

2) Khi tính kết cấu thép theo độ bền và ổn định (tổ hợp II a , II b , III ):

Qtính toán = Qđịnh mức = Q 4.2.3 Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép Pg :

1) Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái làm việc ( P g I và P g II ):

Các máy trục làm việc ngoài trời cần phải tính đến tải trọng gió tác dụng lên kết cấu Tải trọng gió có phương song song với mặt đất Tải trọng gió thay đổi một cách ngẫu nhiên, trị số phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu của từng vùng Tải trọng gió được tính theo công thức (14).[03]:

ở đây: Pg – toàn bộ tải trọng gió tác dụng lên máy trục, kG;

FH – diện tích chắn gió tính toán của kết cấu và vật nâng (trong trạng thái làm việc), m2

*) Diện tích chắn gió của vật nâng FH, m2, được xác định theo bảng 4.2

Bảng 4.2 Diện tích chắn gió của vật nâng, (B.1.2.10).[03]

*) Diện tích chắn gió của kết cấu FH, m2, được xác định theo công thức (1.5).[03]:

Hình 4.1 Đặc tính tải tương đối của máy trục

FH = kc.Fb (4.5) trong đó : Fb – diện tích hình bao của kết cấu, m2; kc – hệ số độ kín của kết cấu (hệ số lọt gió), kể đến phần lỗ hổng, xác định theo bảng 4.3

Bảng 4.3 Hệ số độ kín của kết cấu k c , (tr.37).[03]

Kết cấu dàn thép định hình 0,2 ÷ 0,6 Các cơ cấu máy 0,8 ÷ 1,8 Kết cấu dàn thép ống 0,2 ÷ 0,4 Kết cấu có thành kín (cabin, đối trọng …) 1,0

*) Diện tích chắn gió tính toán FH của máy trục có nhiều dầm (dầm kín hoặc dàn) đặt liên tiếp, cùng chiều cao được tính như sau:

+ với b < h lấy bằng diện tích của dầm đứng trước;

+ với h ≤ b ≤ 2h lấy bằng diện tích của dầm đứng trước và 50% diện tích của mỗi dầm đứng sau

+ với b > h lấy bằng diện tích của tất cả các dầm, trong đó b – khoảng cách giữa các dầm,

h – chiều cao của dầm

*) Áp lực của gió pg tác dụng lên kết cấu, kG/m2 xác định theo công thức sau (1.6).[03] :

trong đó: qo – cường độ gió ở độ cao 10 m so với mặt đất, kG/m2, tương ứng với tốc độ gió v (1.6).[03]:

qo = 16

v2

ở đây: v – tốc độ gió m/s, phụ thuộc cấp gió tính ở độ cao 6 m so với mặt nước biển trung bình, quan hệ giữa cấp gió và tốc độ gió theo bảng 4.4

Bảng 4.4 Sự phụ thuộc giữa cấp gió và tốc độ gió

(ở độ cao 6 m so với mặt nước biển trung bình – (B.1.21).[02]

v, m/s 1 3,2 6,2 9,6 13,6 17,8 22,2 23,6 31,6 36,7 42 47,5 53

Hình 4.2 Xác định diện tích chịu gió tính toán, (h.1.3).[16]

Khi tính toán kết cấu thép, trị số đại lượng qo được lấy phụ thuộc vào từng trường hợp tính toán như sau:

+ Áp lực gió trung bình ở trạng thái làm việc qoI được lấy là 15 kG/m2, với cần trục cảng và cần trục nổi là 25 kG/m2 Trường hợp này dùng để tính chọn động cơ và các chi tiết theo độ bền lâu

+ Áp lực gió trung bình ở trạng thái làm việc qoII được lấy là 25 kG/m2, với cần trục cảng và cần trục nổi là 40 kG/m2 Trường hợp này dùng để tính kết cấu kim loại theo độ bền, độ ổn định kết cấu; kiểm tra ổn định máy khi có tải, kiểm tra thời gian mở máy và thời gian phanh các

cơ cấu

*) n – hệ số hiệu chỉnh áp lực gió tính đến sự tăng áp lực theo chiều cao, xem bảng 4.5

Bảng 4.5 hệ số hiệu chỉnh áp lực gió theo chiều cao n, (B.1.17).[03]

H, m ≤ 10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-100 200 ≥ 350

n 1,0 1,32 1,5 1,7 1,8 1,9 2,0 2,12 2,2 2,6 3,1

*) c – hệ số khí động học của kết cấu, phụ thuộc hình dáng của kết cấu, xem bảng 4.6

Bảng 4.6 hệ số khí động học c, (B.1.2.15).[05]

Đối với dầm, dàn thép hình ( 1 Hệ số 1,4 chỉ để tính ổn định cần trục nổi) 1,4 1 -1,6 Đối với kết cấu dầm hộp nhẵn mặt ngoài như: cabin, đối trọng, cáp, hàng, ponton 1,2

q o n.d 2 , kG c

0,5÷0,8 1,0 0,8÷1,5 0,7 1,5÷2,5 0,5 2,5÷10,0 0,6

Kết cấu làm từ thép ống, hệ số c phụ thuộc vào tích số q o n.d 2 , kG, ở

đây d là đường kính ống, m

10÷100 0,7

Trong trường hợp có nhiều dàn phẳng đặt song song nhau (hình 4.2) với chiều cao h và

khoảng cách giữa các dàn là b thì hệ số khí động học của dàn thứ nhất lấy là c, còn các dàn kế tiếp sau đó lấy là c’ = c.η Ở đây hệ số η được xác định phụ thuộc hệ số độ kín kc và tỷ số b/h, bảng 4.7

Bảng 4.7 hệ số η, (bảng 1.2.16) – [05]

Hệ số độ kín kc

h

b

*) ββββ - hệ số kể tới tác dụng động của gió:

Trong tự nhiên tải trọng gió là tải trọng động

Nếu biết tần số dao động riêng của kết cấu và thời

gian phát triển của cơn gió có thể tính được tải trọng

động tác dụng lớn nhất của gió và chỉ tính cho các

công trình thuộc loại tháp cao Đối với các công

trình đó với chu kỳ dao động riêng các tần số thấp

lớn hơn 0,25s thì áp lực gió tính toán q0 phải nhân Hình 4.3 – Biểu đồ hệ số động ξ,, (H.2.25).[01]

với hệ số β xác định theo công thức (2.148).[01]:

ở đây ξ – hệ số động phụ thuộc vào chu kỳ dao động riêng của kết cấu (hình 4.3),

m – hệ số mạch động của áp lực tốc độ gió xác định theo bảng 4.8

Bảng 4.8 – Hệ số mạch động m của áp lực tốc độ gió, (B.2.3).[01]

Khoảng cách từ mặt đất Bộ phận

Đến 20 20 ÷ 40 40 ÷ 60 60 ÷ 80 100 ÷ 200

Từ hình 4.3 và bảng 4.8 cho thấy rằng: đối với kết cấu β ≤ 2,0 Đối với dây cáp chỉ tính tác dụng tĩnh của cơn gió, tức là hệ số ξ trong công thức (4.8) lấy bằng 1 (ξ = 1) Chu kỳ dao động riêng của kết cấu, các tần số thấp của kết cấu có thể xác định theo công thức (2.149).[01]:

1

2 2

2 2 2 1 1

2 2

y g

y P y

P y P C

t

=

ở đây: y1, y2, …, yn: các chuyển vị ngang trọng tâm (điểm đặt) các tải

trọng P1, P2, …, Pn khi tác dụng vào đầu trên của kết cấu một lực đơn vị

nằm ngang (P = 1); g – gia tốc trọng trường

*) Trong thực hành tính kết cấu có thể sử dụng các số liệu thực

nghiệm sau đây để tìm β:

+ Với vật nâng β = 1,25; với các cần trục tự hành kiểu cần do tính

đứng vững của kết cấu cao, hệ số β = 1,2 ÷ 1,5 Với cần trục tháp, hệ số β

phụ thuộc vào chiều cao và chu kỳ dao động riêng và chiều cao cần trục

(tính đến chốt chân cần) của cần trục (bảng 4.10)

Chu kỳ dao động riêng của cần trục tháp (Tr.16) – [12]:

τ = α

c

th

L

H

trong đó : α – hệ số phụ thuộc tải trọng nâng Q và tầm với L được tra

trong bảng 4.9; Hth – Chiều cao tháp tính đến chân cần, m; Lc – chiều dài

cần, m

Bảng 4.9 Giá trị hệ số α (B.0.12).[12] α Tải trọng nâng Q, kN (chỉ số sức nâng trong ngoặc đo bằng tấn) Tầm với L, m 10-20 (1-2T) 40-80 (4-8T) 160-200 (16-20T) 400-500 (40-50T)

Bảng 4.10 – Giá trị hệ số động lực học ββββ, (B.0.13).[12]

Chu kỳ dao động riêng τ, s

Chiều cao cần trục (đến

Hình 4.4 – Sơ đồ xác

định chu kỳ dao động riêng của các kết cấu cao

*) γγγγ - hệ số vượt tải phụ thuộc phương pháp tính toán : với phương pháp ứng suất cho

phép γ = 1; với phương pháp trạng thái giới hạn γ = 1,1

2) Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái không làm việc (PgIII) (2.150).[01]:

trong đó: FH – xác định tương tự như trên (phần a); pg = qo.n.c.β.γ - các hệ số n, c, β và γ xác định tương tự như phần a

Đại lượng qo – là áp lực tính toán khi gió bão: qo = qoIII được tính phụ thuộc vào tốc độ gió và ở độ cao dưới 10m được xác định như sau (bảng 4.11)

Bảng 4.11 – Áp lực gió ở trạng thái không làm việc (ở độ cao dưới 10m), (Tr.15).[12]

4.2.4.Tải trọng do quán tính và sự lắc động hàng treo trên cáp:

Khi cần trục làm việc, trong thời kỳ gia tốc các cơ cấu xuất hiện các lực quán tính: nâng (hạ) có gia tốc; khi cần trục di chuyển có gia tốc (khởi động, hãm, thay đổi tốc độ); khi quay hay thay đổi tầm với; các cần trục nổi, cần trục trên tàu chòng chành trên sóng Từ đó ta thấy tải trọng quán tính có tác dụng động làm tăng tải trọng tác dụng lên kết cấu kim loại máy trục

1) Tải trọng quán tính khi nâng, hạ hàng

Khi tiến hành nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm hàng khi đang hạ: khối lượng hàng chuyển động có gia tốc làm phát sinh lực quán tính Lực quán tính có phương trùng với phương của cáp hàng, thông qua cáp treo hàng tác dụng lên kết cấu kim loại máy trục (KCKLMT) Tải trọng tính toán do trọng lượng hàng và lực quán tính của hàng được tính theo công thức sau (2.66).[01]:

ở đây: m, Q lần lượt là khối lượng và trọng lượng của mã hàng nâng (Q = m.g); v – tốc độ nâng (hạ); c – độ cứng của cáp hàng và KCKLMT

Thông thường để tính đến tác dụng động của trọng lượng hàng chuyển động có gia tốc gây ra lực quán tính người ta tính thông qua hệ số động ψ (1.08).[03]:

ở đây: kH là hệ số tăng tải trọng được xác định khi tính toán động lực học cơ cấu nâng hàng trong

các trường hợp nâng hàng tức thời với vận tốc v và hãm hàng tức thời khi đang hạ với vận tốc v

(1.16).[03]:

ψ =

Q S = 1 +

) (

1

CT

CT y g

v m

c g

v

+ +

=

λCT, yCT lần lượt là độ dãn dài của cáp treo hàng và độ võng tĩnh của đầu cần máy trục Khi tính toán sơ bộ có thể lấy ψ = 1,1 ÷ 1,4

2) Tải trọng quán tính khi di chuyển

a)Tải trọng phát sinh khi cần trục di chuyển trên đường không bằng phẳng:

Khi cần trục di chuyển trên đường không bằng phẳng (chỗ nối ray, ổ gà, đá cục, …) gây ra tải trọng tác dụng động tác dụng lên KCKLMT Người ta tính toán đến tác dụng của tải trọng động này thông qua hệ số va đập kT >1 Lúc đó các tải trọng tính toán của trọng lượng bản thân và trọng lượng hàng Q treo trên cần trục được nhân thêm với hệ số động kT,(tr.43).[03]:

trong đó kT phụ thuộc vào loại mặt đường và tốc độ di chuyển của máy trục Với cần trục di chuyển trên ray kT phụ thuộc tốc độ, xem bảng 4.12

Bảng 4.12 – Hệ số động khi cần trục di chuyển trên ray, (tr.43).[03], (tr.64).[01]

+ Khi tính kết cấu theo độ bền mỏi hệ số động kT được tính theo k’T :

+ Với cần trục di chuyển trên bánh lốp v = 20 ÷ 25 km/h hệ số kT phụ thuộc loại mặt đường : đường nhựa kT = 1,5; đường đá sỏi kT = 2,0

b)Tải trọng quán tính khi cần trục di chuyển có gia tốc:

Khi cần trục (hoặc xe con) di chuyển có gia tốc (khởi động, hãm, thay đổi vận tốc) làm phát sinh lực quán tính (N) ; tải trọng quán tính do di chuyển có gia tốc có phương trùng với phương chuyển động (2.105).[01]:

Pqt = (mc + β.mh).j = (mc + mh)

t

v = Pc

qt + Ph

trong đó: mc, mh lần lượt là khối lượng cần trục và khối lượng hàng (kg); v – vận tốc di chuyển của cần trục hoặc xe con; t – khoảng thời gian phanh hoặc hãm cơ cấu; j – gia tốc chuyển động (m/s2); β - hệ số ảnh hưởng do treo mềm của hàng Thành phần Pc

qt đặt vào trọng tâm cần trục có phương theo phương di chuyển, chiều tùy thuộc vào cần trục khởi động hay hãm Thành phần

Ph

qt đặt vào đầu cần hoặc chỗ kẹp cáp trên xe con có phương ngang, chiều tùy thuộc vào cần trục khởi động hay hãm

Tải trọng quán tính lớn nhất khi gia tốc chuyển động lớn nhất (jmax) Lúc đó (2.109).[01]:

thường lấy Pqtmax = 2 Pqt khi khởi động hoặc hãm đột ngột

Khi khởi động hoặc hãm cơ cấu di chuyển thì cần trục chuyển động có gia tốc, vì vậy để đảm bảo độ bám của bánh xe với mặt đường (tức là đảm cho bánh xe chủ động lăn mà không bị trượt quay) thì lực dẫn tiếp tuyến phải nhỏ hơn hay bằng lực bám, lúc đó giá trị lớn nhất của lực quán tính phải thỏa mãn (2.111).[01]:

Pqtmax = (mc + mh).jmax ≤ µ.Ntđ ⇒

jmax ≤

) (

h c

td

m m

N

+

N

N

trong đó: µ là hệ số bám xác định bằng thực nghiệm, phụ thuộc tính chất của hai bề mặt tiếp xúc Khi bánh xe thép hoặc gang lăn trên đường ray lấy: µ = 0,12 khi máy làm việc ngoài trời; µ = 0,15 khi máy làm việc trong nhà; µ = 0,2 khi máy làm việc trên đường ray có phun cát

Lưu ý rằng công thức trên đã bỏ qua ảnh hưởng của lực cản tĩnh (ví dụ lực cản do gió, lực cản trên bánh bị dẫn.v.v…), trong trường hợp có kể tới lực cản tĩnh thì (dấu + khi hãm, dấu – khi khởi động):

jmax ≤

) (

h c

ct td

m m

F N

+

µ

Theo quy phạm [j] được quy định như sau:

Bảng 4.13 - Quy phạm xác định [j], (tr.63) – [01]

3) Góc nghiêng của cáp treo hàng (do sự lắc động của hàng treo trên dây cáp – hình 4.5):

– Với các cần trục có cần: khi quay và thay đổi tầm với có cả tải trọng gió tác dụng lên

hàng, cáp treo hàng nghiêng một góc α so với phương thẳng đứng Góc nghiêng của cáp treo hàng α có thể nằm trong mặt phẳng bất kỳ Nghiên cứu sự lắc động của hàng treo trên cáp ở các cần trục có cần quay cho thấy:

+ Góc nghiêng của cáp treo hàng α phụ thuộc điểm treo hàng, chuyển động cơ bản gây ra góc nghiêng thường là chuyển động quay

+ Tải trọng lớn nhất phát sinh khi trọng lượng hàng là lớn nhất và chiều dài cáp treo hàng là nhỏ nhất

+ Khi lần lượt khởi động và hãm hay khi đồng thời phối hợp các chuyển động thì sự lắc động của cáp hàng do chuyển động riêng rẽ gây ra có thể trùng cả về phương và pha Biên độ dao động khi đó được cộng đại số

– Có thể tính các lực quán tính theo các công thức sau:

+ Lực quán tính tiếp tuyến của hàng khi quay, (2.121).[01]:

Ttt = mh.ε.R = R

t

n g

Q

kq

30

π (4.22) + Lực quán tính ly tâm của hàng khi quay

(2.122).[01]:

Tlt = mh.ω2.R = n R

g

Q

30

2











+ Lực quán tính của hàng khi thay đổi tầm

với (2.123).[01]:

Ttv = mh.atv =

ktv

tv

t

v g

Q

+ Lực quán tính của hàng khi di chuyển

cần trục (2.124).[01]:

Tn = mh.adc =

kdc

dc

t

v g

Q

ở đây: n – tốc độ quay của cần trục (vg/ph); v tv , v dc – vận tốc thay đổi tầm với và vận tốc di

chuyển của cần trục; t kq , t ktv , t kdc – thời gian khởi động (hoặc hãm) các cơ cấu tương ứng

– Để tính toán sức bền, góc nghiêng lớn nhất có thể chọn (2.125).[01]:

Q

P g

j j

j q tt tv tt q lt g II

+ +

(

trong đó: tt

q

j – gia tốc tiếp tuyến trung bình của hàng khi quay ở tầm với lớn nhất; tt

tv

j – gia tốc tiếp tuyến trung bình của hàng khi thay đổi tầm với ở tầm với lớn nhất; lt

q

j – gia tốc ly tâm của hàng khi quay cần trục; II

g

P – tải trọng gió tác dụng lên hàng (2.126).[01]:

– Để tính theo độ bền mỏi chọn:

– Khi tính toán sơ bộ có thể chọn (1.021).[03]:

tgαII = 2

g

j q tt

trong đó: tt

q

j = 0,25v (m/s 2); khi thời gian khởi động hoặc hãm là 4 giây, (tr.45) – [03]

Hình 4.5 – Góc nghiêng của cáp do lắc động của hàng

treo trên cáp

– Góc nghiêng của cáp treo hàng so với phương thẳng đứng cũng có thể do cần trục nâng

hàng ở những nơi mà dẫn đến cáp treo hàng có phương nghiêng (ví dụ: khi đoạn thẳng nối đầu cần và trọng tâm hàng không theo phương thẳng đứng), trong thực tế tính toán chọn chọn αII =

6o, tgαII = 0,1 Lưu ý rằng các gia tốc nói trên là những đại lượng véc tơ nên phép tính

)

(j q tt+ j tv tt + j q lt là cộng véc tơ rồi tìm môđun của véc tơ đó

4) Tải trọng quán tính khi có chuyển động quay

Khi quay phần quay cần trục với tốc độ góc ω, với gia tốc góc ε sẽ làm phát sinh các lực quán tính ly tâm q

qtlt

P và lực quán tính tiếp tuyến q

qttt

Xét một phần tử của cần trục có khối lượng mi nằm ở khoảng cách ri so với trục quay Khi cần trục quay phần tử đó chịu các lực quán tính:

- Lực quán tính ly tâm (P Ц):

qi qtlt

P = mi.ω2.ri (4.29)

- Lực quán tính tiếp tuyến (P k):

qi qttt

P = mi.ε.ri (4.30) trong đó: ε =

t

ω với t là thời gian gia tốc;

nếu vận tốc góc cho dưới dạng [n] = vg/ph

thì ta có quan hệ:

30 60

2πn πn

ω = = (rad/s) Lực quán tính được coi là lực tập trung hay lực

phân bố là tùy thuộc vào việc tính toán cụ

thể Chẳng hạn lực quán tính khi quay (cả 2

thành phần tiếp tuyến và ly tâm) khi tính

KCKL cần của cần trục sẽ là lực phân bố dọc

theo chiều dài cần, quy luật phân bố sẽ có

dạng hình thang vì qi

qtlt

P và qi

qttt

P đều tỷ lệ bậc nhất với ri (nếu coi khối lượng của cần là phân bố đều) Còn khi tính toán cơ cấu quay thì có thể dùng lực quán tính tập trung ở trọng tâm của cần

Trong trường hợp phần quay có bố trí khớp mômen giới hạn thì ε phần quay phải giới hạn bởi điều kiện truyền mômen của khớp:

ε ≤

qd

c gh

J

M

ở đây: Jqd – mômen quán tính khối lượng quy đổi phần quay; Mgh – mômen giới hạn của khớp;

Mc – mômen cản tĩnh khi quay; dấu (+) khi hãm cơ cấu quay; dấu (–) khi khởi động cơ cấu quay

5) Tải trọng quán tính do thay đổi tầm với

+ Nếu cần trục thay đổi tầm với thực hiện bằng xe con (cầu trục, cổng trục, …) chuyển động thì lực quán tính tác dụng lên xe con được tính như chuyển động di chuyển (chuyển động thẳng) Trên các cần trục có cần, trong thời gian khởi động hay hãm cơ cấu thay đổi tầm với làm xuất hiện lực quán tính của khối lượng cần

Việc tính toán lực quán tính khi thay đổi tầm với về nguyên tắc tương tự như việc tính toán lực quán tính khi quay

Hình 4.6 – Lực quán tính khi quay