Loại này cần có công son đối trọng bắt với kết cấu hình nón – phễu; phễu này tựa trượt trên phần bất động phía trên của tháp và có thể quay tương đối so với trục thẳng đứng của nó.. 6.2.
Trang 1Chương 6
CẦN TRỤC THÁP
§6.1.ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
6.1.1 – Định nghĩa
Loại cần trục có cần mà cần được lắp ở phần trên của cột cao gọi là cần trục tháp
Cần trục tháp xây dựng là những cần trục tự di chuyển hoặc không di chuyển được đặt trên mặt đất hoặc trên sườn các tòa nhà xây dựng; các cần trục tháp này có thể tự nâng lên cao cùng với công trình trong xây dựng phổ biến nhất là các cần trục tháp chạy trên đường ray Các thông số cơ bản của cần trục tháp xây dựng loại di động có sức cẩu từ 0,5 ÷ 25 tấn cho trong các sổ tay cần trục
6.1.2 – Phân loại
Cần trục tháp nói chung thường
có 2 loại:
a) Cần trục có tháp quay: (hình 6.1)
Loại này cần được quay cùng
với cột, còn cột (thường gọi là tháp) thì
nối cứng với bệ quay Bệ quay này đặt
trên khung di chuyển nhờ ổ đỡ cần và
thiết bị quay Tất cả các cơ cấu và đối
trọng của cần trục được bố trí cân bằng
trên bệ quay
b) Cần trục có tháp không quay: (hình
6.2)
Loại này cần có công son đối
trọng bắt với kết cấu hình nón – phễu;
phễu này tựa trượt trên phần bất động
phía trên của tháp và có thể quay tương
đối so với trục thẳng đứng của nó
Ưu điểm cơ bản của cần trục
tháp so với các loại cần trục có cần
khác là có thể đặt và di động dễ dàng
gần với vị trí làm việc khi xây dựng
trên cao, nhờ kết cấu của cần trục tháp
kiểu chữ T Mặt khác với kết cấu kiểu
chữ T cần trục tháp rất thuận lợi khi lắp
ráp các công trình kiểu hình hộp Do
vậy cần trục tháp được dùng rộng rãi
trong các công trình xây dựng nhà cửa,
trong công nghiệp thủy công cũng như
trong ngành đóng tàu
Các thông số cơ bản của cần
trục có cần nói chung và cần trục tháp
Hình 6.1 – Cần trục tháp kiểu tháp quay, có cần nằm ngang thay đổi tầm với nhờ xe con mang hàng
Trang 2nói riêng, bao gồm : tầm với của cần R; chiều cao nâng hàng H, sức nâng Q và mômen hàng M = Q.R
Các trị số R, H,
Q nhận được phụ thuộc
vào điều kiện làm việc
của cần trục và trọng
lượng hàng hoặc của
cấu kiện lắp ghép
Momen hàng M = Q.R
là thông số chủ yếu của
cần trục bởi vì đó là
thông số cơ bản để xác
định các kích thước và
loại tiết diện các bộ
phận của cần trục
Người ta dùng trị số M
làm đại lượng đặc trưng
cho cần trục tháp Thí
dụ: cần trục có sức nâng
Q = 5 tấn khi tầm với R
= 20m thì M = 100T.m
và người ta ký hiệu cần
trục tháp có M =
100T.m là KБ – 100
Để giảm bớt số
lượng cần trục sản xuất
ra, người ta thống nhất
quy chuẩn 8 loại kích
thước cơ bản và 4 loại biến thể của nó khi thiết kế cần trục tháp
Chiều cao nâng của cần trục tháp xây dựng đạt tới 100m, còn mômen hàng M của một vài loại nặng dùng trong công nghiệp đạt tới 1400T.m Có một số cần trục loại nặng, thực hiện điều khiển từ xa bằng vô tuyến điện, sử dụng để tự động hóa việc vận chuyển vật liệu hoặc các cấu kiện xây dựng từ kho bãi đến công trình lắp ghép
Bên cạnh hai loại trên còn có cần trục tháp tự nâng được xếp vào nhóm riêng (tr.306).[12]
Cần trục tháp còn rất nhiều cách phân loại khác nữa, xem hình (6.3a) và hình (6.3b)
§6.2 – TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP CỦA CHÚNG
Khi tính toán cần trục tháp người ta thường tính theo trạng thái giới hạn về độ bền và tính ổn định của chúng, và không tính đến độ bền mỏi bởi vì cần trục tháp thường làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình
6.2.1 – Các tải trọng tính toán:
a) Tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân:
Hình 6.2 – Cần trục tháp kiểu tháp không quay có cần nằm ngang thay đổi tầm với nhờ xe con mang hàng
Trang 3Tải trọng này xác định theo hình vẽ kết cấu, xuất phát từ việc so sánh với các kết cấu tương tự đã có, cũng có thể xác định gần đúng theo các công thức kinh nghiệm hoặc bằng đồ thị
Hình 6.3.a – Phân loại cần trục tháp, (tr.6).[22]
a – theo hình thức kết cấu cần; b – theo hình thức kết cấu tháp; c – theo phương pháp cân bằng trọng lượng hệ cần; d – theo phương pháp gá đặt cần trục; e – theo kiểu thiết bị di chuyển; g – tổ hợp cần trục
Trang 4Hình 6.3.b – Phân loại cần trục tháp (tiếp theo), (tr.7).[22]
Trang 5(đồ thị quan hệ giữa trọng lượng bản thân với sức nâng Q) Một số công thức kinh nghiệm xác định trọng lượng bản thân cần trục:
Trọng lượng của cần trục khi không có vật dằn (balát):
– Đối với cần trục cột có độ cao trung bình khi H = (1 ÷ 1,5)R và M = Q.R = 350T.m thì có thể lấy:
– Đối với cần trục cột kiểu ống xếp chồng lên nhau, khi H = 2R và M = Q.R = (14 ÷ 150) T.m thì có thể lấy:
Trong 2 công thức trên, trị số lớn ứng với cần trục có mômen hàng nhỏ Nếu cần trục có
xe con nâng hàng di động trên cần thì trọng lượng bản thân của nó sẽ tăng thêm 15%
Trọng lượng của kết cấu thép tính theo % trọng lượng toàn bộ cần trục tùy theo loại kết cấu:
– Cần trục cột kiểu ống xếp hoặc là quay ở phía dưới : (70 ÷ 80 )%
Trong đó trọng lượng bản thân của cần tính theo đơn vị chiều dài đối với loại có sức nâng
Q từ (3 ÷ 15) Tấn là (0,2 ÷ 0,4) T/m
b) Tải trọng tính toán do trọng lượng bản thân:
ở đây: n1 = 1,1 là hệ số vượt tải; Gbt; qbt là trọng lượng bình thường của kết cấu thép
c) Tải trọng tính toán thẳng đứng do trọng lượng hàng:
với n2 – hệ số vượt tải xác định theo bảng (6.1), QH – trọng lượng định mức của hàng
Bảng 6.1 – hệ số vượt tải n 2
Sức nâng của cần trục, Tấn Chế độ làm việc của cần trục Đến 1,5 1,5 ÷ 5 > 5
d) Tải trọng động quán tính:
Tải trọng quán tính sinh ra khi tăng hoặc giảm tốc độ trong thời gian hạ hàng hoặc phanh các cơ cấu, cũng như do sự va đập và va chạm lớn ở chỗ nối ray hoặc trong cơ cấu truyền động
do khe hở của các cặp lắp ghép tăng lên vì mài mòn trong quá trình làm việc Các tải trọng này gây ra các bộ phận của cần trục ứng suất biến đổi trong một giới hạn rộng và thường vượt quá trị số ứng suất sinh ra do trọng lượng của hàng Vì vậy khi tính toán cần trục tháp xây dựng, người
ta không áp dụng phương pháp thông thường là xét đến đặc điểm động lực của tải trọng thẳng đứng bằng cách nhân tải trọng tĩnh với hệ số động Khi tính toán cần trục tháp ở trạng thái làm việc người ta đề cập trực tiếp đến tải trọng quán tính sinh ra trong thời gian nâng hoặc hạ hàng
Po và khi quay cần trục có mang hàng Pq (xem hình 6.4) Tải trọng quán tính Pqt tác dụng tại điểm tính toán bằng:
ở đây, m – khối lượng từng phần của cần trục quy về điểm tính toán;
γ – gia tốc dài tính toán tại điểm này
Để đơn giản tính toán, người ta quy đổi khối lượng của từng phần riêng biệt về một hoặc
2 điểm
Trang 6Ta xác định 3 loại tải trọng quán tính sau đây:
*) Tải trọng quán tính khi nâng hoặc hạ hàng xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng, gồm:
– Tải trọng nằm ngang do các phần dao động của cần trục mà khối lượng của chúng được qui đổi về đuôi cần m1 (hình 6.4a, b)
– Tải trọng thẳng đứng do các phần dao động của cần trục qui đổi về đầu cần m2 và do hàng cùng với móc câu m3 (hình 6.4a, b)
Trị số của khối lượng qui đổi xác định theo công thức:
m1 = Σm.k
Ở đây, m =
g
G' – là khối lượng của phần qui đổi về điểm tính toán; k – là hệ số qui đổi
*) Tải trọng quán tính khi quay cần trục có hàng xuất hiện khi tác dụng không cân bằng của khối lượng hàng, cần, đối trọng trong thời gian tăng tốc và hãm cơ cấu quay
Để đơn giản tính toán khối lượng phân bố của cần ta thay thế bằng một khối lượng qui đổi đặt ở đầu cần (hình 6.4.c, d), trong đó trị số của khối lượng qui đổi tính theo công thức: m1 = Σm.k; mà hệ số k xác định từ công thức:
Hình 6.4 Sơ đồ xác định tải trọng động quán tính
a, b – Tải trọng quán tính khi nâng hoặc hạ hàng; c, d - Tải trọng quán tính khi quay
Trang 7với ΣIo: tổng mômen quán tính của cần và tất cả các bộ phận liên kết với nó đối với trục quay
của cần trục; l – chiều dài của cần cần trục
Gia tốc tính toán của khối lượng bất kỳ nào xác định theo công thức:
γ = ε.Ri (6.7)
ở đây, ε là gia tốc góc tính toán
của cần trục, 1/s2; Ri là khoảng
cách từ khối lượng thứ i đang
khảo sát tới trục quay của cần
trục
*) Tải trọng quán tính
khi lắp ráp và vận chuyển
Khi lắp ráp tải trọng
quán tính lấy bằng 30% trọng
lượng các phần được nâng lên
của cần trục Còn khi vận
chuyển thì lấy bằng 40% ÷
50%
e) Các lực ngang
Các thành phần nằm
ngang của tất cả các tải trọng
sinh ra do sự nghiêng của cần
trục vì khi đặt đường ray hoặc
chế tạo cần trục không chính
xác tạo ra cũng như do sự biến
dạng đàn hồi của mặt đường và
kết cấu cần trục Tất cả các
thành phần lực ngang này được
tính theo công thức, trong đó
không tính đến hệ số vượt tải:
Pn = G.i hoặc Pn = Q.i (6.8)
ở đây: i = (50/B) là độ nghiêng
lớn nhất có thể của cần trục
B – chiều rộng bánh xe của cần trục (mm)
f) Tải trọng gió:
*) Tải trọng gió tác dụng lên cần trục khi không làm việc: Tải trọng này phải đề cập tới
khi tính toán kết cấu thép, cơ cấu quay, cơ cấu di chuyển, cơ cấu thay đổi tầm với, thiết bị đối trọng và ổn định bản thân cần trục Khi này áp lực gió q0 xác định phải theo khu vực gió nơi đặt cần trục (q0 tra trong các tài liệu khu vực gió của Nha khí tượng) Nếu ta không biết rõ khu vực đặt cần trục thì có thể lấy q0 = 70 kG/m2
Tải trọng gió phân bố ω tác dụng lên diện tích chắn gió của kết cấu cần trục theo từng khu vực gió ở độ cao 10 mét:
trong đó, kH : Hệ số xét đến sự tăng áp lực gió theo độ cao tính từ mặt đất, xem bảng (6.2)
Hình 6.5 – Aùp lực gió phân bố theo chiều cao
Trang 8C : 0,35 ÷ 2,4 : Hệ số khí động học phụ thuộc vào dạng và kích thước của cần trục và vận tốc của gió
β : 1,1 ÷ 2,05 : Hệ số xét đến ảnh hưởng động lực học gây ra do tác dụng xung lực q Trị số ω nhận được thường không đổi trong giới hạn chiều cao 10m
Bảng 6.2 – Hệ số k H theo khu vực độ cao
*) Tải trọng gió tác dụng lên cần trục trong trạng thái làm việc: tải trọng này được đề cập
tới khi tính kết cấu thép, cơ cấu quay, công suất động cơ và ổn định của cần trục Khi này hệ số vượt tải lấy bằng n =1
+ Tải trọng phân bố của gió lên hàng:
ở đây, q0 = 15 kG/m2 ; q0 không phụ thuộc vào khu vực đặt cần trục;
C = 1,2, nếu đường bao của hàng không tìm được
Tải trọng gió toàn bộ tác dụng lên các bộ phận của cần trục (hoặc hàng) ở khu vực độ cao đã cho:
ở đây : ω : là tải trọng phân bố của gió, kG/m2
F : diện tích chắn gió của các bộ phận cần trục hoặc của hàng (m2)
Đối với hàng thì F lấy theo thực tế hay có thể theo số liệu thống kê, khi không có các số
liệu này thì lấy theo trọng lượng hàng (xem chương 4 – Phần I) Sơ đồ tải trọng gió tác dụng lên
cần trục xem hình (6.5)
6.2.2 – Tổ hợp tải trọng
Các tải trọng tác dụng lên cần trục xác định đối với tất cả các trạng thái có thể diễn ra
của cần trục (xem bảng 6.3) như: trạng thái không làm việc ký hiệu IIIa; trạng thái không làm việc đang tiến hành lắp ráp ký hiệu IIIb; trạng thái làm việc, ký hiệu II
Bảng 6.3 – Tải trọng tính toán và tổ hợp tải trọng khi tính độ bền và ổn định của cần trục tháp xây dựng
Tổ hợp tải trọng
Các dạng tải trọng
Trọng lượng bản thân các bộ phận G 1,1G 1,1G 1,1G 1,1G 1,1G 1,5G Trọng lượng hàng (không kể cơ cấu ngoạm hàng) Q n2Q n2Q n2Q n2Q – –
Tải trọng quán tính khi
các cơ cấu làm việc Quay có hàng – + – + – –
Trong mp treo hàng – – + + + –
Lực ngang do nghiêng
cần trục ⊥ với mp treo hàng + – – – – –
Trang 9Chú thích bảng (6.3)
1 – Các tổ hợp tải trọng qui ước dùng cho các bộ phận của kết cấu thép như sau: IIa, IIb,
IIc, cho thanh biên của cần cột, tháp, bệ quay: IIc cho các thanh bụng của cần; IId cho các thanh bụng của tháp
2 – Dấu “+”chỉ tải trọng có để ý đến; dấu “–”chỉ tải trọng không cần để ý đến
3 – Chiều của áp lực gió Pg lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra do cần trục bị nghiêng
§6.3 – ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
6.3.1 – Phương pháp tính toán:
Tính toán và thiết kế kết cấu thép của cần trục tháp tiến hành theo phương pháp trạng thái giới hạn, hiện nay người ta ít sử dụng phương pháp tính theo ứng suất cho phép
Khả năng chịu đựng của kết cấu thép kiểm tra theo công thức:
ở đây, RH : sức bền định mức hay giới hạn chảy của vật liệu;
m : hệ số điều kiện làm việc xác định theo công thức: m = m1 m2 m3;
với m1: hệ số xét đến mức độ hạn chế do hỏng hóc;
m2: hệ số xét đến ảnh hưởng của sự biến dạng các cấu kiện thành mỏng (do uốn, nén);
m3 : hệ số điều kiện lắp ráp, xét đến ứng suất phụ trong thanh
Bảng 6.4 – Hệ số làm việc m 1 , m 2 , m 3
Tt Tra cứu m 1 theo: đặc điểm trạng thái làm việc các bộ phận m 1
01 Các bộ phận mà sự phá hỏng của chúng có thể dẫn đến sự hư hỏng các bộ phận liên kết hoặc làm cần trục bị lật đổ 0,9
02 Các bộ phận mà sự hư hỏng của chúng không gây hư hỏng cho các bộ phận lân cận 1,0
03 Trong trạng thái không làm việc cũng như khi lắp ráp, vận chuyển đối với tất cả các bộ phận 1,05
Tra cứu m 2 theo: tiết diện của các bộ phận m 2
02 Thép góc đều cạnh tới 63x6 và không đều cạnh 90x56x6 0,9
03 Các bộ phận từ thép ống đường kính tới 40 mm hoặc chiều dày tới 3 mm 1,0
Tra cứu m 3 theo: hình dạng của các bộ phận m 3
01 Hệ thanh giằng không liên kết với khu vực lân cận bằng bản tiếp điểm 0,8
02
Thanh giằng từ thép góc đều cạnh
đơn chiếc cố định ở một cánh Như trên nhưng có liên kết với khu vực lân cận
07
Thép góc không đều cạnh
Đối với các bộ phận còn lại 1,0
Trang 10Thí dụ: sức bền tính toán của thép CT3 (RH = 2400 kG/cm2, k = 0,9 nên R=RH k.m)
– Đối với thanh biên làm bằng thép ống sự phá hủy của nó có thể làm đổ cần trục thì:
m = 0,9.1.1 = 0,9; R = 2400.0,9.0,9 = 1950 kG/cm2
– Đối với thanh chéo của dàn mắt lưới không liên kết với các thanh khác bằng bản tiếp điểm, cố định với thanh khác bằng bản tiếp điểm, cố định với thanh khác chỉ nhờ một cánh, thép góc dày 5 mm:
m = 1.0,9.0,8 = 0,72; R = 2400.0,9.0,72 = 1550 kG/cm2
6.3.2 – Tính ổn định của cần trục tháp:
Tính ổn định của cần trục tháp xây dựng được kiểm tra bằng cách sau đây:
+ Ổn định khi có hàng: xác định ở trạng thái cần trục làm việc, lúc đó có hàng treo trên
móc, hướng gió và cần trục nghiêng về phía hàng (hình 6.6) Trường hợp này còn gọi là ổn định hàng của cần trục Kiểm tra ổn định theo công thức sau:
Gka1 - M g k −M g h ≥Q l1 (6.13)
+ Ổn định bản thân của
cần trục: xác định trong trạng
thái không làm việc, lúc đó
không có hàng treo ở móc,
hướng gió và độ nghiêng về
phía đối trọng của cần trục
(hình 6.6) theo công thức:
Gk.a2 ≥ Mg k (6.14)
ở đây: Gk: trọng lượng cần trục;
a1: khoảng cách nằm
ngang tính từ trọng tâm của cần
trục đến điểm lật, khi xác định
có tính đến sự nghiêng về phía
hàng Ở hình vẽ (6.6) có a1 =
M : momen lật do tải trọng gió tác dụng lên cần trục và hàng;
Q = QHn – tải trọng tính toán do trọng lượng hàng có kể đến hệ số vượt tải n (bảng 6.5)
Bảng 6.5 – Trị số n để kiểm tra ổn định hàng
§6.4 – TÍNH TOÁN CỘT (THÁP)
Các lực trong từng phần của cột và cần được xác định theo tổ hợp tải trọng IIa, IIb, IIc (xem bảng 6.3) Tiến hành tính toán theo các lực của tổ hợp tải trọng bất lợi nhất Đối với các trường hợp phức tạp và có khả năng làm cong cột và cần thì nên tính theo hệ thống biến dạng
Hình 6.6 – Sơ đồ tính toán ổn định cần trục tháp
a – Trạng thái có hàng; b – Trạng thái không có hàng
Trang 116.4.1-Xác định ứng lực trong cột do tải trọng thẳng đứng
a) Đối với cột không quay (xem 6.7)
Các tải trọng ngoài là:
Sn – Lực kéo của palăng giữ cần;
Sn.k – Lực kéo của thanh giằng công son đối trọng;
Y, X – Lực thành phần ở khớp bản lề của cần;
Y’, X’ – Lực thành phần ở khớp nối với công son đối
+ – lực kéo ở nhánh cuối của của palăng hàng; q
là trọng lượng của móc;
Thông thường : m = 6 ÷ 8 và n = 2 ÷ 4 là bội
suất palăng giữ cần và palăng hàng; ηc = ηn = 0,95 (hiệu
suất của palăng)
Hình 6.7 – Sơ đồ tính phản lực ở ổ chặn A và B của cột tại đầu trên của chóp quay (cũng là đầu trên của
tháp) và phản lực A của con lăn giữa phần quay với cột (tháp)
a – Trường hợp nhánh cáp cuối cùng của pa lăng nâng hàng và nâng cần có phương thẳng đứng b – Trường hợp nhánh cáp cuối cùng của pa lăng nâng hàng và nâng cần có phương bất kỳ; c – Xác định tải trọng lên tháp không quay
Hình 6.8 – Sơ đồ xác định mômen uốn trong mặt phẳng treo hàng
Trang 12+ Đối với trường hợp palăng cần nghiêng từ đầu cần xuống phía đầu cột, dùng ba phương trình tĩnh học:
ΣMo = 0; ΣX = 0; ΣY = 0
ΣMo = Sn.h.cosδ + Y.x0 – X.y0 + X’.y0’ – Y’.x0’ – Sn.k.h.cosδ’ – C.h = 0 (6.15)
C = [Sn.h.cosδ + Y.x0 – X.y0 + X’.y0’ – Y’.x0’ – Sn.k.h.cosδ’]/h (6.15’)
η
+ – Sn.sinδ + Sn.k.sinδ’+ Y + Y’ (6.17’)
+ Trong trường hợp khi giằng cần nghiêng từ phía đầu cột xuống phía đầu cần thì trị số
Sn.sinδ sẽ có dấu ngược lại (xem phương trình 6.17)
b) Ở cột không quay của cần trục có xe con di động trên cần nằm ngang (hình 6.7b) thì
có thêm lực của cáp kéo xe con Sx
Tính toán tải trọng tương tự như trên chúng ta xác định được các phản lực A , B và C Biết được các lực truyền từ chóp quay đến chóp không quay ta sẽ xác định được các yếu tố lực tại tiết diện gối đỡ của tháp
η .h.cosε – Y’.b’ + X’.a’ – C.h = 0 (6.18)
C = Sn.cosδ + ST.(cosψ – cosψ’) +
n
n
q Q
Trang 13c) Cột quay chịu nén:
Khi tính toán cột quay chịu nén thì sự giảm tải một phần hay toàn phần do uốn trong mặt phẳng của cần trục (hình 6.9) được giải quyết không tính đến momen biến dạng phụ ở cùng trong
Hình 6.9 – Sơ đồ tính mô men uốn tháp (đối với cần trục tháp có tháp quay)
