 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
Giới Thiệu Chung Về Cần Trục Tháp Bánh Lốp
1 – Chassi; 2 – Đối trọng; 3 – Sàn quay; 4 – Cáp nâng hàng; 5 – Xilanh thủy lực thay đổi tầm với; 6 – Cụm
puly cố định thuộc palăng cân bằng hàng; 7 – Cabin lái; 8 – Khớp bản lề; 9 – Tháp; 10 – Bộ cảm biến góc
xoay của cần; 11 – Xilanh thủy lực nâng tháp; 12 – Xilanh thủy lực chân chống; 13 – Chân chống; 14 –
Cần; 15 – Tang cuốn cáp điện; 16 – Móc treo; 17 – Bánh xe đỡ cần; 18 – Cụm puly di động của palăng cân
bằng hàng.
Do nhu cầu phát triển của sự nghiệp công nghiệp hóa xã hội chủ nghĩa ở
nước ta, các loại máy nâng chuyển ngày càng được sử dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực giao thông vận tải và xây dựng…nhằm
phục vụ quá trình xây lắp và vận chuyển.
Trong các loại máy nâng thông dụng, cần trục tháp bánh lốp là loại cần
trục có cơ cấu di chuyển bằng bánh lốp nên có tính cơ động cao. Nó thường
được sử dụng ở những nơi có khối lượng công việc không nhiều, tại các địa
điểm phân tán, ở nơi xa và thường thay đổi nơi làm việc.
Tháp và cần được chế tạo từ thép có độ bền cao. Trên tháp có gắn xilanh
thay đổi tầm với, cabin điều khiển, cấu thang dẫn lên cabin, puly dẫn hướng
cho cáp nâng. Bên cạnh đó, tháp còn được trang bị thêm hai xilanh nâng hạ
giúp hạ tháp và cần tạo điều kiện cho việc sửa chữa và bảo dưỡng những
thiết bị gắn trên đó. Do trọng lượng hàng nâng của cần trục thường rất lớn
nên nhà chế tạo trang bị các chân chống để tăng độ ổn định của cần trục,
tránh bị lật khi nâng hàng.
Cần trục tháp bánh lốp là loại cần trục cảng có sức nâng tương đối lớn,
tầm với xa, bán kính quay lớn, do đó nó có thể làm việc trong bãi ở cảng.
Loại cần trục này có sức nâng từ 20 tấn đến 120 tấn, tầm với từ 25 đến 54 m.
Cần trục này sử dụng động cơ diezen và các cơ cấu (bao gồm: cơ cấu di
chuyển, cơ cấu quay, cơ cấu thay đổi tầm với, cơ cấu nâng hạ hàng) được
truyền động chủ yếu bằng phương thức truyền động thủy lực.
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang1
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
I. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN :

10 Bán kính quay vòng phía trong R
tr
8.5 m
11 Bán kính quay vòng phía ngoài R
ng
18.5 m
12 Trọng lượng toàn bộ cần trục G
Σ
480 Tấn (gần
đúng)
13 Tốc độ gió cho phép khi làm
việc
V
g
20 m/s
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang2
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
Giới Thiệu Chung Về Kết Cấu Thép Cần
Kết cấu thép cấn của cấn trục tháp bánh lốp có kết cấu dạng dàn không
gian và tiết diện ngang của dàn là hình chữ nhật. Dàn hình chữ nhật có độ
cứng chống uốn theo hai phương và độ cứng chống xoắn khá lớn, dễ bố trí
các thiết bị trên đó.
Các thanh dàn đươc làm bằng thép ống, linê kết với nhau nhờ các mối
hàn. Cần gồm có bốn thanh biên, giữa các thanh biên có các hệ thanh xiên
không có thanh chống đứng ở giữa. Cần là một dàn có trục thẳng và tiết diện
thay đổi theo chiều dài cần.
Trong mặt phẳng nâng hàng, cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết
tựa: 1 điểm liên kết với bộ phận quay (tháp) thông qua khớp bản lề cố định ở
đuôi cần, 1 điểm liên kết với xilanh thủy lực thay đổi tầm với tương đương
một liên kết thanh. Phương của liên kết thanh có phương của xilanh thủy

xem như một thanh đặt trên 2 bản lề.
Các cần thẳng dùng trong trường hợp khi dây cáp dùng để nâng hạ cần
được nối ở đầu cần. Các cần này có ưu điểm là nhẹ hơn, kết cấu đơn giản
hơn. Tuy nhiên nó không cho phép nâng vật nặng lên cao ở tầm với nhỏ
nhất.
Đối với các cần trục có trọng tải lớn, cần được chế tạo kiểu dàn với tiết
diện ngang tứ giác. Thanh biên của các tứ giác đó được làm bằng thép góc.
Để giảm nhẹ trọng lượng các cần được chế tạo theo kiểu dàn có độ cứng
thay đổi
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang4
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
III. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DÀN :
- Chiều dài cần: L = 55m
- Chiều cao mặt cắt giữa cần:

( )
83.175.255
30
1
20
1
30
1
20
1
÷=∗











÷=∗






÷= LB
o
m
Chọn B
0
= 4m.
IV. ĐẶC ĐIỂM VẬT LIỆU CHẾ TẠO :
Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép cần là thép CT3 có cơ tính như sau:
STT Cơ tính vật liệu Kí hiệu Trị số Đơn vị
1 Môđun đàn hồi E 2.1*10
6
KG/cm
2
2 Môđun đàn hồi trượt G 0.84*10
6
KG/cm
2

kiện làm việc nặng nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn.
dùng để tính toán kết cấu kim loại theo độ bền và độ ổn định.
Trường hợp tải trọng III:
Các tải trọng tác dụng lên máy trục là 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. Trường hợp này dùng để
kiểm tra kết cấu theo điều kiện độ bền, độ ổn định ở trạng thái không làm
việc.
- Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên
cần 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 cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng
hàng một cách từ từ tính cho tổ hợp I
a
; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng
hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp II
a
.
+ Tổ hợp I
b
, II
b
: Máy trục mang hàng đồng thời có thêm cơ cấu khác hoạt
động (quay, thay đổi tầm với, di chuyển…)tiến hành khởi động (hoặc hãm)
cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp I
b

b
III
Trọng lượng bản thân của
cần
G
c
G
c
G
c
G
c
G
c
Trọng lượng hàng (Qh)
và thiết bị mang hàng
(Gm)
Qtđ Qtđ Q Q -
Hệ số động ψ ψ
I
ψ
II
-
Góc nghiêng của cáp treo
hàng
- β
I
- β
II
-

Qua phân tích tình hình chịu lực của cần do tải trọng thẳng đứng, cần là một
thanh tổ hợp (dàn) chịu nén và uốn. Nội lực trong cần phụ thuộc vào góc
nghiêng của cần (α) so với phương ngang.
- Khi cần ở tầm với nhỏ nhất (R
min
): lực nén cần đạt trị số lớn nhất
- Khi cần ở tầm với lớn nhất (R
max
): mômen gây uốn cần đạt trị số lớn nhất
- Trạng thái bất lợi của nội lực có thể là khi cần ở tầm với trung gian (R
tb
).
Do đó ta tính nội lực trong cần ở cả 3 vị trí: tầm với nhỏ nhất R
min
, tầm với
lớn nhất R
max
, tầm với trung gian R
tb
.Căn cú vào biểu đồ tầm với – sức nâng
của cần trục, ta xác định được 3 vị trí tính toán như sau:
Thông số
Vị trí
Q(T) R (m) α (
o
)
R
min
120 12 80
R

- Trọng lượng cần G
c
có thể coi là tải trọng phân bố đều (q
c
) trên các mắt
dàn.
n
G
q
c
c
=
Trong đó : - G
c
: trọng lượng bản thân cần
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang7
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
- n : số mắt dàn
2. Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng : Q (N)
* Trường hợp tổ hợp tải trọng IIa :
( )
mh
GQQ +∗=
ψ
Trong đó : - Q
h
: trọng lượng của hàng
- G
m
= 5 tấn : trọng lượng móc

Q = Q
h
+ G
m
- a = 1 : bội suất palăng
- η
p
: hiệu suất chung của palăng
( )
( )
λ
λλ
η
−∗
∗−
=
1
1
a
ta
p
Trong đó : - t = 4 : số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội
suất a
- λ = 0.98 : hiệu suất từng ròng rọc, được chọn theo điều kiện
làm việc và loại ổ.
( )
92.0
98.01
98.098.01
4

N
* Trường hợp tổ hợp tải trọng IIb :
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang8
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
- Tại vị trí tầm với nhỏ nhất :
1304378
92.0
1200000
≈=
h
S
N
- Tại vị trí tầm với trung bình :
652174
92.0
600000
≈=
h
S
N
- Tại vị trí tầm với lớn nhất :
434782
92.0
400000
≈=
h
S
N
4. Tải trọng quán tính : P
qt

∗
==⇒
t
n
t
q
π
ω
ε
(rad / s
2
)
- r
c
: khoảng cách từ tâm phần quay tới trọng tâm của
cần
- Tại vị trí R
min
: P
qt
= 32000
*
0.016
*
6 = 3072 (N)
- Tại vị trí R
tb
: P
qt
= 32000

γβ
∗∗∗∗= cnqp
g 0
- q
0
: cường độ gió ở độ cao 10m so với mặt đất
- n : hệ số hiệu chỉnh áp lực gió tính đến sự tăng áp
lực theo
chiều cao.
- c : hệ số khí động học của kết cấu
- β : hệ số kể tới tác dụng động của gió
- γ : hệ số vượt tải
+ Áp lực của gió tác dụng lên cần:
γβ
∗∗∗∗= cnqP
gc 0
Chọn : q
o
= 25 KG/m
2
= 250 N / m
2
; n = 1.9 (R
min
); n = 1.7 (R
max
&
Rtb
); c =
1.5 ; β = 1.3 ; γ = 1

- Tại vị trí R
max
: P
gc
= 250
*
1.7
*
1.5
*
1.3
*
1 = 829 N/m
2

+ Áp lực gió tác dụng lên hàng:
γβ
∗∗∗∗= cnqP
gh 0
Chọn : q
o
= 25 KG/m
2
= 250 N / m
2
; n = 1.9 (R
min
); n = 1.7 (R
max
&

2
- Tại vị trí R
max
: P
gh
= 250
*
1.7
*
1.2
*
1.3
*
1 = 663 N/m
2

+ Diện tích chắn gió của cần:
bcHc
FkF ∗=
Trong đó: - k
c
= 0.4 : hệ số kín của kết cấu (hệ số lọt gió)
- F
b
= 65m
2
: diện tích hình bao của kết cấu

26654.0 =∗=
Hc

R
tb
R
max
P
gc
(N/m
2
) 926 829 829
F
Hc
(m
2
) 26 26 26
P
gh
(N/m
2
) 741 663 663
F
Hh
(m
2
) 40 28 22
P
g
(N) 53716 40118 36140
6. Tải trọng do lực ngang tác dụng ở đầu cần: T (N).
(Chỉ tính trong trường hợp tổ hợp tải trọng II
b

: T
n
= 400000
*
tg 12
0
= 85022 N
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang10
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
7. Tải trọng tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang : P
n
(N)
Các tải trọng tác dụng lên cần trong mặt phẳng ngang là : tải trọng quán tính
và tải trọng gió.
P
n
= P
qt
+ P
g
- Tại vị trí R
min
: P
n
= 3072 +53716 = 56788 N
- Tại vị trí R
tb
: P
n
= 10240 + 40118 = 50358 N

5000
312
310000
=
∗
=⇒
c
q
N/mắt
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang11
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
Vị trí
Tải trọng
R
min
R
tb
R
max
2
Q
(N) 840000 420000 280000
2
h
S
(N) 913044 456522 304348
q
c
(N/mắt) 5000 5000 5000
2.xác định các phản lực tại các liên kết tựa:

222
1
Ta xác định cánh tay đòn của các lực dựa vào họa đồ vị trí của cần.
Vị trí
Tay đòn
R
min
R
tb
R
max
a (mm) 9550 37510 51683
b (mm) 4775 18755 25841
c (mm) 11440 29150 29150
d (mm) 2600 7040 7400
Vậy ta có ứng lực trong xilanh thay đổi tầm với cho từng vị trí là:
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang12
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
- Tại vị trí R
min
:
647328
2600
1144091304447751550009550840000
−=
∗−∗+∗
=T
N
- Tại vị trí R
tb

2
cos ∗+∗=⇒
h
A
S
TH
∑
=−−∗−∗+⇔= 0
22
sin
2
sin0
ch
A
Q
Q
S
TVY
γδ
δγ
sinsin
222
∗−∗++=⇒ T
SQ
Q
V
hc
A
Trong đó: δ, γ là góc nghiêng của xilanh thủy lực thay đổi tầm với và cáp
hàng so với phương nằm ngang. Các góc này thay đồi tùy thuộc vào góc


44557719sin76045515sin456522155000420000 =∗−∗++=
A
V
N
- Tại vị trí R
max
:
( )
157993112cos304348)10cos(1297953 =−∗+−∗=
A
H
N
597110)10sin(1297953)12sin(304348155000280000 =−∗−−∗++=
A
V
N
3. xác định nội lực các thanh trong dàn:
Ta quy ước như sau:
- Thanh biên trên : từ 1A ÷ 16A
- Thanh biên dưới: từ 1B ÷ 15B
- Thanh bụng: từ 1 ÷ 28
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang13
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
Tính toán nội lực trong từng thanh bằng phương pháp tách mắt:
Mắt 1:
∑
=+∗+∗= 0coscos
11 ABA
HcNbNX

A
= 445557 N
=> N
1A
= -159136 N
N
1B
= -2946378 N
- Tại vị trí R
min
: b = 91
0
; c = 73
0
; H
A
= 120663 N ; V
A
= 2449849 N
=> N
1A
= -1939745 N
N
1B
= -528492 N
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang14
Y
H
V
A

121
aqNNNX
cAA
∑
=−−= 0sin42sin
0
1
aqNY
c
- Tại vị trí R
max
: a = 58
0
; q
c
= 5000 N ; N
1A
= -622302 N
=> N
1
= -6337 N
N
2A
= -619943 N
- Tại vị trí R
tb
: a = 22
0
; q
c

121
aqNNNNX
cBB
∑
=−+= 0sin45sin24sin
0
2
0
1
aqNNY
c
- Tại vị trí R
max
: a = 76
0
; q
c
= 5000 N ; N
1
= -6337 N ; N
1B
= -1084400 N
=> N
2
= 10506 N
N
2B
= -1096408 N
- Tại vị trí Rtb : a = 40
0

d
a
47°
53°
9°
3A
2A
2
3
4
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
=> N
2
= 6155 N
N
2B
= -2949457 N
- Tại vị trí R
min
: a = 17
0
; q
c
= 5000 N ; N
1
= 130N ; N
1B
= -528492 N
=> N
2

= 176118 N
N
3B
= -1080956 N
- Tại vị trí R
tb
: a = 31
0
; q
c
= 5000 N; N
2B
= -2999457 N
=> N
3
= 471794 N
N
3B
= -2958243 N
- Tại vị trí R
min
: a = 8
0
; q
c
= 5000 N ; N
2B
= -525000 N
=> N
3

=−−−−−= 0sin47sin53cos9sinsin
0
4
0
23
0
2
aqNNNNdTY
cA
- Tại vị trí R
max
: a = 67
0
; d = 37
0
; q
c
= 5000 N ; T = 1297953 N ; N
2
= 10506
N ;
N
2A
= -619943 N ; N
3
= 176118 N
=> N
4
= 944912 N
N

; q
c
= 5000 N ; T = -647328 N ; N
2
= 1993 N
N
2A
= -617400 N ; N
3
= 82824 N
=> N
4
= -516451 N
N
3A
= -768016 N
Mắt 6 :
∑
=−+−= 0cos
43
aqNNX
cAA
∑
=−−= 0sin
5
aqNY
c
- Tại vị trí R
max
: a = 67

0
; q
c
= 5000 N ; N
3A
= -768016 N
=> N
5
= -696 N
N
4A
= -763065 N
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang17
X
Y
N
N
N
N
N
q
c
46°
a
47°
4B
3B
4
5
6

45
NaqNNY
c
- Tại vị trí R
max
: a = 23
0
; q
c
= 5000 N ; N
3B
= -1080956 N ; N
4
= 944912 N
N
5
= -4602 N
=> N
6
= -947897 N
N
4B
= 223890 N
- Tại vị trí R
tb
: a = 82
0
; q
c
= 5000 N ; N

N
4B
= -1226945 N
Mắt 8 :
SVTK: Nguyễn Văn Hùng trang18
a
q
c
X
Y
N
N
N
N
46°
46°
4B
5B
7
8
 Thiết kế môn học KCKLMT GVHD: Nguyễn Danh Chấn
∑
=+−−+−= 046cos46coscos
0
7
0
654
NNaqNNX
cAA
∑

= 5000 N ; N
6
= -1534308 N ; N
4A
= -1100272 N
=> N
7
= 1530728 N
N
5A
= -522513 N
- Tại vị trí R
min
: a = 8
0
; q
c
= 5000 N ; N
6
= 527011 N ; N
4A
= -763065 N
=> N
7
= -527978 N
N
5A
= -25256 N
Mắt 9 :
∑

5B
= 1529439 N
- Tại vị trí R
tb
: a = 31
0
; q
c
= 5000 N ; N
7
= 1530728 N ; N
4B
= -854128 N
=> N
8
= -1527148 N
N
5B
= 1274337 N
- Tại vị trí R
min
: a = 8
0
; q
c
= 5000 N ; N
7
= -527978 N ; N
4B
= -1226945 N