Xác định góc nghiêng cho phép của mặt nền theo điều kiện ổn định chống lật cho cần trục Pinguely GC15150S dạng tháp

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – XÁC ĐNNH GÓC NGHIÊNG CHO PHÉP C ỦA M ẶT N ỀN THEO ĐIỀU KI ỆN ỔN ĐN NH CH ỐNG L ẬT CHO CẦN TR ỤC PINGUELY GC15150S D ẠNG THÁP Nguy ễn Th ị H ồng C Nm (Tr ường Đại học Kỹ thu ật công nghi ệp- ĐH Thái Nguyên) 1. M ở đầ u Cần tr ục Pinguly GC15150S được đưa vào Vi ệt nam t ừ nh ững n ăm 1990, đó là lo ại c ần tr ục bánh l ốp t ự hành có ba d ạng l ắp c ần: c ần đầ u nh ọn, c ần đầ u búa và c ần tháp, trong đó c ần tháp có chi ều cao nâng l ớn nh ất, tuy nhiên thi ết b ị và c ấu ki ện k ết c ấu thép cho d ạng c ần tháp không đư a sang, trong thuy ết minh máy c ũng không có h ướng d ẫn s ử d ụng c ần d ạng tháp. Vì v ậy vi ệc nghiên c ứu, thi ết k ế, ch ế t ạo c ần d ạng tháp, l ập thuy ết minh cho lo ại c ần này là r ất c ần thi ết. Trong đó tính ổn đị nh ch ống l ật là m ột trong nh ững b ước tính quan tr ọng c ủa vi ệc tính thi ết k ế và thi ết l ập nhi ều thông s ố quan tr ọng trong thuy ết minh h ướng d ẫn s ử d ụng. Đây chính là c ơ s ở để tác gi ả đưa ra bài báo này. Cần tr ục ph ải đả m b ảo điều ki ện ổn đị nh ch ống l ật trong c ả hai tr ường h ợp: Khi có t ải (ổn đị nh độ ng, ổn đị nh t ĩnh) và khi không t ải ( đứ ng v ững c ủa b ản thân c ần tr ục). M ức độ ổn định được xác đị nh b ằng t ỷ s ố gi ữa mômen gi ữ và mômen l ật (g ọi là h ệ s ố ổn đị nh K 0). Ở m ỗi tr ạng thái c ần tr ục được ki ểm tra ổn đị nh v ới v ị trí và điều ki ện làm vi ệc b ất l ợi nh ất. Trong đó ổn đị nh độ ng khi có t ải là tr ạng thái ổn đị nh khó đạ t được nh ất đó là tr ạng thái ổn đị nh khi c ần tr ục được đặ t trên m ặt ph ẳng nghiêng m ột góc β về phía tr ước; c ần tr ục làm vi ệc v ới t ầm v ới l ớn nh ất và t ải tr ọng nâng l ớn nh ất ứng v ới t ầm v ới này; c ần tr ục ch ịu l ực gió l ớn nh ất có ph ươ ng song song v ới m ặt đường và theo chi ều gây kh ả năng l ật l ớn nh ất; c ần tr ục ch ịu các l ực quán tính b ất l ợi nh ất cho ổn đị nh khi phanh các chuy ển độ ng nâng h ạ v ật, khi di chuy ển và quay. Trong khuôn kh ổ cho phép bài báo ch ỉ trình bày quá trình tính ổn đị nh độ ng khi có t ải. 2. Tính toán xác định góc nghiêng cho phép Dưới tác d ụng c ủa các l ực trên c ần tr ục có xu h ướng l ật v ề phía tr ước quanh c ạnh l ật, điều ki ện ổn đị nh độ ng được xác đị nh theo - [2] M − M − M − M − M = G C m W ∑ qt ≥ K01 1,15 (1) M Q Đây là lo ại c ần tr ục tự hành có s ức nâng l ớn nên khi làm vi ệc ph ải đứ ng trên các chân tựa vì v ậy c ạnh l ật là chân t ựa phía tr ước. M G -Mô men gi ữ (mô men ph ục h ồi) do tr ọng l ượng c ủa b ản thân c ần tr ục( k ể c ả đố i = β − β tr ọng và b ộ ph ận quay) : M G LGG cos H GG sin Theo [1] t ổng tr ọng l ượng c ủa b ản thân c ần tr ụcG ≈ 395 t = 3950 KN ( bao g ồm xe mang ≈ ≈ đi kèm giá đỡ chìa, ụ quay, h ệ th ống khung giá đỡ , đố i tr ọng); LG 9,4 m ; H G 1,90m ⇒ = β − β M G 19355 Cos 7505 Sin (KNm) (2) 57 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – Wv Flv W2 Flc Qm α Gc2 Gc1 0 0 0 1 9 = v W3 H 0 0 0 8 Gc3 7 0 = 0 0 2 0 0 w 2 4 h 7 5 8 = = 1 2 c c h h 0 0 5 0 3 = 3 w h 0 0 9 1 = W1 G Flt H lG = Fqt v 490 ί G I 0 ί lw3 I = 1400 2170 Q 0 L 0 G=4900 lc1 = 1 9 7000 1 = w2 = G l 33000 H lc2 = 43600 β G lv = 56000 M Q -Mô men l ật do tr ọng l ượng v ật nâng l ớn nh ất ứng v ới t ầm v ới xa nh ất và ở chi ều M = L Q cos β + H Q sin β cao nâng l ớn nh ất ứng v ới t ầm v ới này: Q v v Theo [3], tr ọng l ượng v ật nâng l ớn nh ất ứng v ới t ầm v ới xa nh ất Q = 21 t = 210 KN , ≈ ≈ = β + β theo [1 ] Lv 56 m ; H v 91 m ⇒ M Q 11760 cos 19110 sin (KN.m) (3) M C - Mô men l ật do tr ọng l ượng c ủa c ần, theo kh ảo sát k ết c ấu c ủa c ần nguyên b ản cần chia làm hai đoạn có kích th ước khác nhau do đó: = β + β + β + β + β + β M C Gc1lc1Cos Gc1hc1Sin Gc2lc2Cos Gc2hc2Sin Gc3lc3Cos Gc3hc3Sin l ≈ 17 m l ≈ 43 6, m l ≈ 4,1 m h ≈ 72 m h ≈ 85 4, m h ≈ 30 5, m Theo [1] c1 ; c2 ; c3 ; c1 ; c2 ; c3 ; G = 33 ,25m 4,1. kN / m = 46 ,55KN G = 24 ,25m 1,1. KN / m = 26 ,675 KN c1 ; c2 ; G = 58 m 4,1. kN / m = 81 2, KN M = 2068 Cos β + 8106 Sin β c3 ⇒ C (KNm) (4) = β + β M m -Mô men l ật do tr ọng l ượng c ủa b ộ ph ận mang M m Qm LvCos Qmhv Sin 58 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – = = β + β Theo [1] tr ọng l ượng c ủa b ộ ph ận mang Qm 3KN ⇒ M m 168 Cos 273 Sin (KNm) (5) M W -Mô men l ật do gió: M ≈ W h Cos β − W l Sin β + W h Cos β − W l Sin β + W 1 W1 1 W1 2 W 2 2 W2 (6) β − β + β − β W3hW 3Cos W3lW3 Sin Wv H vCos Wv lv Sin = W-Lực gió l ớn nh ất ở tr ạng thái làm vi ệc: WF Pg F − Di ện tích ch ắn gió (m2 ) − 2 = Pg Áp l ực gió trên m ột m di ện tích : Pg q0kcn − = 2 q 0 Áp l ực độ ng c ủa gió, theo[4], ở tr ạng thái làm vi ệc qo ,0 125 KN / m k − Hệ s ố ph ụ thu ộc độ cao, lấy theo [4] c − Hệ s ố c ản khí độ ng h ọc, l ấy theo [4] c=1,2 n- Hệ s ố v ượt t ải, l ấy theo[4] n=1 − W1 lực gió l ớn nh ất ở tr ạng thái làm vi ệc tác d ụng lên c ần tr ục. = = W1 Fct Pg1 Fct q0k1cn − ≈ 2 Fct Di ện tích ch ắn gió c ủa c ần tr ục theo ph ươ ng b ất l ợi nh ất, qua kh ảo sát Fct 12 m = ≈ k1 1,64 , nên W1 3KN − W2 lực gió l ớn nh ất ở tr ạng thái làm vi ệc tác d ụng lên tay c ần ph ụ c ủa c ần tr ục = = W2 Fc2 Pg 2 Fc2qok2cn − Fc Di ện tích ch ắn gió tính toán c ủa c ần c ần tr ục có k ể đế n độ nghiêng c ủa nó, theo =ψφ , α [2] Fc Fc Sin . ψ − Theo [4], v ới k ết c ấu ki ểu dàn c ủa c ần tr ục Pinguly ψ = 4,0 φ − Hệ s ố tác d ụng lên các chi ti ết khác trên khung dàn c ủa c ần φ = 5,1 α − α = 0 2 Góc nghiêng c ủa tay c ần, ở v ị trí đang kh ảo sát 2 21 5, , − Fc2 Di ện tích theo đường vi ền dàn trên c ủa c ần, qua kh ảo sát , ≈ 2 = = , α ψφ = Fc2 33 4, m ; k2 1,73, nên W2 Fc2Sin 2. qok2cn 2KN Tươ ng t ự nh ư v ậy ta có l ực gió l ớn nh ất tác d ụng lên tay c ần chính: = , α ψφ W3 Fc3Sin 3. qok3cn , ≈ 2 = α = 0 = Qua tính toán có Fc3 39 m ; k3 1,64 ; 3 90 ; v ậy W3 5,76KN − WV lực gió l ớn nh ất ở tr ạng thái làm vi ệc tác d ụng lên v ật nâng (qui v ề đầ u c ần) = = Wv Fv Pgv Fvqokvcn 59 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – − Fv Di ện tích ch ắn gió c ủa v ật được xác đị nh theo đường vi ền th ực t ế c ủa v ật, theo[2], v ới ≈ ≈ 2 = tải tr ọng nâng Q 20 tấn thì có th ể l ấy s ơ b ộ Fv 15 m ; kv 1,81; Vậy = = Wv Fv qo kvcn 4KN Thay các giá tr ị trên vào công th ức (6) ta có t ổng mô men l ật do gió là: = β − β M W 701 Cos 331 Sin (7) − = + + ∑M qt Tổng mô men l ật do các l ực quán tính: ∑M qt M qtv M ltv M ltc (8) Ở đây, vì c ần tr ục không di chuy ển trong quá trình nâng h ạ nên không xét đến l ực quán tính khi phanh c ơ c ấu di chuy ển, do đó t ổng mô men l ật do các l ực quán tính được xác đị nh ch ỉ gồm 3 thành ph ần trên. − M qtv Mô men l ật do l ực quán tính c ủa v ật nâng và b ộ ph ận mang trong quá trình nâng, h ạ v ật. (Q + Q ) V (Q + Q ) V = β + β = m h β + m h β M qtv Fqtv LvCos Fqtv H v Sin . LvCos H v Sin (9) g th g th Trong đó: = + = Qo (Q Qm ) 240 KN - Tr ọng l ượng c ủa v ật nâng và b ộ ph ận mang g – Gia t ốc tr ọng tr ường ( m/s 2 ); Vh - Vận t ốc, m/s, theo qui đị nh v ề an toàn[6], v ận t ốc h ạ v ật l ấy b ằng 1,5 v ận t ốc nâng vật: V =1,5. 0,117m/s = 0,1755m/s. h [ ] th - Th ời gian kh ởi độ ng ho ặc phanh c ơ c ấu nâng khi h ạ v ật, theo 2 : β 2 ∑(Gi Di )I n1 Q D nη t = + o o 1 (10) h − * − * 2 2 375 (M ph M t ) 375 (M ph M t )a io Trong đó: 2 − ∑(Gi Di )I Tổng mô men vô l ăng c ủa các chi ti ết máy quay trên tr ục I β - Hệ s ố k ể đế n ảnh h ưởng quán tính c ủa các chi ti ết máy quay trên các tr ục sau tr ục I; β = 1,1 ÷ 2,1 . Theo[5] Có th ể l ấy g ần đúng : β 2 ≈ 2 .∑(Gi Di ) I (2,1 G1D1 ) roto 2 (G1D1 )roto -Mô men vô l ăng c ủa rô to độ ng c ơ điện c ơ c ấu nâng, theo[1] 2 = 2 (G1D1 )roto 0,044 (KN m ) − = n1 Số vòng quay c ủa tr ục I (tr ục độ ng c ơ), theo [1] n1 735vg/ph − = + = + D0 Đường kính tang tính đế n tâm dây cáp D0 Dt dc ,0 400 ,0 0165 a − Bội su ất c ủa pa l ăng c ơ c ấu nâng, theo [3] v ới c ần d ạng tháp ở nhóm cần có chi ều dài l ớn h ơn 50m thì b ội su ất pa l ăng t ối ưu được xác đị nh a = 5,2 − io tỷ s ố truy ền chung t ừ tr ục độ ng c ơ đến tr ục tang. n n i = dc = dc = 54 ,96 0 π nt Vn a / D0 − M ph Mô men phanh c ủa c ơ c ấu nâng được xác đị nh t ừ điều ki ện gi ữ v ật treo ở tr ạng = * thái t ĩnh, M ph nM t , v ới n là h ệ s ố an toàn phanh, theo [2] n=1,15 60 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – * − [ ] M t Mô men t ĩnh trên tr ục độ ng c ơ để th ắng tr ọng l ượng v ật nâng, theo tài li ệu 2 Q D M * = o o t η 2ai o η =η ηη − [ ] p t o Hi ệu su ất chung c ủa toàn b ộ c ơ c ấu nâng, theo 2 : hi ệu su ất c ủa tang η = η = t 0,96, hi ệu su ất c ủa h ệ d ẫn độ ng o 0,8. Hi ệu su ất c ủa pa l ăng được xác đị nh theo [2] Q Q 1( − λa )λt η = 0 = 0 = p ma .s Q 1( − λ) a 1( − λ) max ma 0 m 1( − λa )λt λ − Hi ệu su ất c ủa m ột ròng r ọc, theo [2]: λ = 0,98 t − Số ròng r ọc đổ i h ướng, vì dây tr ực ti ếp cu ốn lên tang không qua các ròng η = η = = rọc đổ i h ướng nên t=0 ⇒ p 0,97 Vậy 0,96.0,8.0,97 ,0 745 Q D M * = o o = ,0 04883 ; M = M *.n = ,0 05615 (KNm) t η ph t 2ai o = Thay các đại l ượng trên vào công th ức (10), (9) có th 15 2, s ; = β + β M qtv 15 8, Cos 25 Sin (KNm) (11) − M ltv Mô men l ật do l ực quán tính ly tâm c ủa v ật nâng và b ộ ph ận mang trong quá trình quay cần, theo [2]: 2 + 2 (Q + Q )L n (Q Qm )Lv nq M = F H Cos β − F L Sin β = m v q H Cos β − L Sin β ltv lv v lt v − 2 v − 2 v 900 hd nq 900 hd nq − = nq Tốc độ quay c ủa c ơ c ấu quay c ủa c ần tr ục, theo[1] nq 9,0 v / ph − ≈ hd Chi ều dài của dây treo v ật, có th ể l ấy hd 40 m = β − β Vậy M ltv 1264 Cos 702 Sin (KNm) (12) − M ltc Mô men l ật do l ực quán tính ly tâm c ủa c ần trong quá trình quay c ần, theo [2]: G n2l G n2l G n2l G n2l M ≈ c1 q c1 h Cos β + c2 q c2 h Cos β + c3 q c3 h Cos β − c1 q c1 l Sin β − ltc 900 c1 900 c2 900 c3 900 c1 G n2l G n2l c2 q c2 l Sin β − c3 q c3 l Sin β 900 c2 900 c3 = = = Trong đó: Gc1 46 ,55KN ;Gc2 26 ,675 KN ;Gc3 81 2, KN là tr ọng l ượng c ủa các đoạn c ần, ≈ β − β vậy M ltc 145 Cos 58 Sin (KNm) (13) = β − β Thay (11), (12), (13) vào (8) ta có ∑M qt 1425 Cos 735 Sin (14) Thay (2), (3), (4), (14) vào (1) và tính toán ta xác định được góc nghiêng t ối đa c ủa m ặt n ền là β ≈ 0 , max 2 34 . 61 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – 3. K ết luận 1. Các y ếu t ố độ ng l ực h ọc ảnh h ưởng đế n kh ả n ăng ổn đị nh ch ống l ật r ất l ớn và h ết s ức ph ức t ạp đặ c bi ệt là v ới nh ững c ần tr ục có t ầm v ới, chi ều cao và t ải tr ọng nâng l ớn nh ư c ần tr ục Pinguly GC15150S. Điều này th ể hi ện qua giá tr ị góc nghiêng l ớn nh ất cho phép r ất nh ỏ β ≈ 0 ( max 2 34 ' ). Vì v ậy khi tính toán ổn đị nh ch ống l ật c ần ph ải xác đị nh chính xác, đầ y đủ t ất cả các yếu t ố để đả m b ảo an toàn m ột cách tuy ệt đố i cho c ần tr ục. 2. Góc nghiêng l ớn nh ất cho phép c ủa n ền đặ t c ần tr ục Pinguly GC15150S khi làm vi ệc rất nh ỏ nên công tác chu Nn b ị m ặt b ằng cho c ần tr ục là r ất quan tr ọng và đòi h ỏi đạ t độ chính xác cao v ề độ nghiêng. Bên c ạnh đó m ặt n ền ph ải được gia c ố b ền v ững để độ lún không v ượt quá tiêu chu Nn. Tóm t ắt Bài báo trình bày m ột ph ươ ng pháp xác định góc nghiêng t ối đa c ủa m ặt n ền trên c ơ s ở phân tích động l ực h ọc khi c ần tr ục Pinguly GC15150S làm vi ệc, m ột lo ại cần tr ục đặ c ch ủng dùng trong xây d ựng các công trình l ớn. Summary The paper presents a specific method to determine the maximal angle of the platform for the crane Pinguly GC15150S, a specific crane used in building large constructions, based on dynamic analysis during its working process. Tài li ệu tham kh ảo [1]. Thuy ết minh c ần tr ục PINGUELY GC-15150S [2]. Hu ỳnh V ăn Hoàng và Đào Tr ọng Th ường (1975), Tính toán máy tr ục, Nhà xu ất b ản Khoa học và K ỹ thu ật, Hà Nội. [3]. Nguy ễn Th ị H ồng C Nm, Lu ận v ăn t ốt nghi ệp cao h ọc, h ướng d ẫn PGS.TS Đào Tr ọng Th ường. [4]. Tiêu chu Nn Vi ệt Nam TCVN2737–90, Tải tr ọng và tác động , Tiêu chu Nn thi ết k ế. [5].Tiêu chu Nn Vi ệt Nam TCVN5575–91, Kết c ấu thép, Tiêu chu n thi ết k ế. [6]. Tiêu chu Nn Vi ệt Nam TCVN4244 – 86, Quy ph ạm k ỹ thu ật an toàn thi ết b ị nâng. [7]. A. H. Дyкeлъ cкий (1973), Cпpa вочник Пок pa нaм, T1 1971, T2. [8]. M.M. Гоҳье pґ (1998), C пpa вочнк Пок pa нaм, . 62