Kết cấu thép của vận thăng
Kết cấu thép hiện vẫn là loại kết cấu chủ yếu dùng trong xây dựng hiện đại: dân dụng công nghiệp, cầu, công trình thuỷ công, đóng tàu,…
Kết cấu thép hiện tại cũng đang là kết cấu phổ biến dùng làm giá đỡ cho kết cấu của các loại máy xếp dỡ và xây dựng. Trên các máy xếp dỡ và xây dựng, khối lượng kết cấu thép chiếm một tỉ trọng rất lớn trong khối lượng toàn bộ của máy.
Định nghĩa kết cấu thép: các thanh thép định hình hoặc các tấm thép liên kết vđi nhau ( bằng liên kết hàn, liên kết đinh tán hay liên kết bu lông) tạo nên những kết cấu cơ bản, sau đó các kết cấu cơ bản lại được liên kết với nhau tạo thành một kết cấu chịu lực hoàn chỉnh gọi là kết cấu thép.
Đặc điểm kết cấu thép của vận thăng
Ưu điểm:
– Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao: kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn do vật liệu thép có cường độ lớn. Độ tin cậy cao do cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn hồi và dẻo của vật liệu gần sát với các giả thiết tính toán. Sự làm việc thực tế của kết cấu thép phù hợp với lí thuyết tính toán.
– Trọng lượng nhẹ, kết cấu thép nhẹ nhất so với các kết cấu chịu lực khác như bê tông cốt thép, gạch, đá, gỗ…
– Tính công nghiệp hoá cao do sự sản xuất vật liệu được thực hiện hoàn toàn trong nhà máy.
– Tính cơ động trong vận chuyển lắp ráp: do trọng lượng nhẹ nên việc vận chuyển và lắp ráp kết cấu thép dễ dàng và nhanh chóng.
– Tính kín, vật liệu và liên kết kết cấu thép có tính kín khong thấm nước, không thấm dầu, không thấm khí nên thích hợp nhất trong các công trình bể chứa chất lỏng, chất khí.
– Tính dễ liên kết, kết cấu thép dễ dàng liên kết bằng các mối liên kết như: liên kết hàn, khi cần tháo rời thì dùng liên kết bu lông, thuận tiện chế tạo, vận chuyển láp ráp.
Nhược điểm:
– Dễ bị gỉ: trong môi trường không khí ẩm, nhất là trong các môi trường xâm thực, kết cấu thép bị ăn mòn hoá học và điện hoá nhanh chóng. Do vậy tránh dùng thép ở nơi ẩm ướt, luôn có lớp bảo vệ cho thép.
– Chịu lửa kém: ở nhiệt độ 500°c đến 600°c thép chuyển sang dẻo, mất khả năng chịu lực.
– Giá thành thép cao hơn các vật liệu khác.
Phương hướng phát triển kết cấu thép:
– Tìm ra và hoàn thiện phương pháp tính toán mới.
– Nghiên cứu cải tiến và sáng tạo ra hình thức kết cấu mới.
– Sử dụng rộng rãi liên kết hàn đặc biệt là hàn tự động.
– Sử dụng kim loại nhẹ (hợp kim nhôm) hoặc thép có cường độ cao.
– Sử dụng kĩ thuật mới.
– Qui cách hóa, tiêu chuẩn hóa và điển hình hóa kết cấu.
Các phương pháp tính toán kết cấu thép:
Mục đích của việc tính toán kết cấu thép là đảm bảo cho kết cấu không bị vượt quá trạng thái giới hạn khiến cho không thể sử dụng được nữa, trong khi vẫn đảm bảo ít tốn kém nhất về vật liệu cũng như công chế tạo, dựng lắp. Các phương pháp tính toán kết cấu thép thường dùng:
– Tính kết cấu thép theo phương pháp ứng suất cho phép.
– Tính kết cấu thép theo phương pháp trạng thái giới hạn.
– Tính kết cấu thép theo độ bền mỏi.
Các giai đoạn tính kết cấu thép:
– Bước 1: căn cứ vào nhiệm vụ thư đề ra tức là căn cứ vào nhu cầu của sản xuất.
– Bước 2: căn cứ vào nhiệm vụ thư, khảo sát địa điểm làm việc của thiết bị cần thiết kế để xác định các thông sô” cần thiết phục vụ cho việc thiết kế, đó cũng chính là những thông số của thiết bị để thoả mãn các yêu cầu làm việc đề ra.
– Bước 3: căn cứ vào các thiết bị nâng chuyển đã có sẩn, căn cứ vào bước 2 đã khảo sát, lập các phương án khả thi. Phân tích và tính toán các phương án để tìm ra phương án tối ưu nhất.
– Bước 4: căn cứ vào bước 2 và 3 để chỉ ra các thông số cơ bản của thiết bị sẽ thiết kế. Đồng thời giả thiết trước các thông số chưa biết như: mặt cắt, đặc trứng hình học của mặt cắt, khối lượng các cấu kiện, vật liệu chế tạo, các chế độ tốc độ và gia tốc, các thông số này có thể dựa vào cần trục mẫu hay các bảng tra… để xác định.
– Bước 5: kết thúc bước 4 ta đã có đối tượng nghiên cứu tương đôi đầy đủ các thông số, các thông số khai thác tạm coi là đã thoả mãn; các thông sô” về kết cấu thép chỉ là giả thiết. Dựa vào dữ liệu ở các bước trên để xây dựng bảng tổ hợp tải trọng đầy đủ cho máy trục đang thiết kế, sau đó căn cứ vào bảng tổ hợp tải trọng và các thông số ở trên tiến hành tính toán các tải trọng có mặt trong từng tổ hợp tải trọng có trong bảng.
– Bước 6: khi đã có tải trọng cũng như kết cấu, ta hoàn toàn có thể lập được sơ đồ tính của cấu kiện bằng cách: đặt các tải trọng lên máy trục theo từng tổ hợp tải tính toán rồi tách riêng rẽ từng cấu kiện ra khỏi cần trục, xây dựng sơ đồ tính cho cấu kiện đó, sau đó kiểm tra kết cấu theo các phương pháp tính. Nếu kết quả không thõa mãn ta cần quay lại giả thiết lại kết cấu hoặc lựa chọn lại chủng loại thiết bị.
Hình dáng chung của vận thăng
Trong quá trình tính toán thiết kế máy vận thăng, kết cấu cột tháp của máy vận thăng là phần quan trọng nhất và là thành phần chịu lực nhiều nhất nên khi thiết kế cần phải đảm bảo các điều kiện sau:
+ Kết cấu đủ bền và ổn định.
+ Hình dáng, tiết diện phân bố hợp lí, đảm bảo tính kinh tế và khối lượng của toàn bộ kết cấu máy.
Do máy vận thăng phần lớn làm việc ngoài trời và chiều cao nâng tương đối lớn nên rất cần thiết phải tính toán thiết kế hình dáng kết cấu hợp lí để giảm bớt trọng lượng, giảm momen mất cân bằng do trọng lượng bản thân, giảm diện tích chắn gió, ổn định cao khi hoạt động, do đó việc chọn kết cấu dàn cho kết cấu cột tháp là hợp lí nhất.
Trong kết cấu kim loại máy trục chủ yếu sử dụng các dàn không gian có tiết diện ngang của dàn là hình tam giác hay hình chữ nhật. Dàn tam giác có độ cứng chống xoắn nhỏ, khó bố trí các thiết bị trên dàn, dùng làm cần của cần trục, ít khi dùng làm cầu. Dàn hình chữ nhật có độ cứng chống uốn theo hai phương và độ cứng chống xoắn khá lớn, dễ bô” trí các thiết bị trên đó và được sử dụng rộng rãi.
Ưu nhược điểm của dàn:
+ Ưu điểm: dễ chế tạo, đơn giản, dễ bảo quản
+ Nhược điểm: độ bền mỏi thấp, công chế tạo cao do khó sử dụng phương pháp hàn tự động.
Máy vận thăng có kết cấu bao gồm 1 cột thẳng đứng làm nhiệm vụ dẫn hướng cho bàn nâng được nâng lên nhờ các tời nâng. Cột có kết cấu dàn không gian 4 mặt được đặt cố định và nối cứng với bệ đỡ. Trên bệ đỡ có các đối trọng đễ đảm bảo cho cột làm việc ổn định. Trên đỉnh cột có bố trí các puly chuyển hướng của cơ cấu nâng máy vận thăng.
Cột của máy vận thăng có kết cấu là một dàn không gian tiết diện không đổi, tiết diện ngang là một tứ giác. Các thanh biến được làm bằng thép góc, các thanh giằng ngang và giằng chéo cũng sử dụng thép góc Chọn tiết diện thanh căn cứ vào điều kiện bền và ổn định của các thanh:
+ Ở các thanh chịu kéo thì hình dạng tiết diện không ảnh hưởng đến đô bền của chúng, hình dang tiết diên đó chon theo kết cấu thưc tế đảm bảo cho sự liên kết của các thanh chịu kéo này với các cấu kiện khác của dàn theo nguyên tắc đã được tiêu chuẩn hóa về hình dạng được sử dụng trong dàn.
+ Ở các thanh chịu nén của dàn, ngoài việc bảo đảm sự phù hợp về kết cấu theo chỉ định thiết kế thì hình dạng của tiết diện còn phải chú ý đến điều kiện ổn định của thanh để chông sự uốn dọc làm mất ổn định của thanh.
+ Cột gồm các đoạn ngắn ghép lại với nhau, mễỉ đoạn dài 2m giao điểm của các thanh trong dàn gọi ỉà mắt. Khoảng cách giữa các mắt thuộc cùng một đường biên gọi là đết. Thanh tạo thành chu vi phía trên gọi là thanh biên trên, ở phía dưới gọi là thanh biên dưới. Ngoài ra còn có các thanh giằng chéo và giằng ngang.
