ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
KẾT CẤU THÉP CẦN TRỤC Ơ TƠ
TẢI TRỌNG Q = 10T
I- Giới thiệu chung
ết cấu thép của máy trục là một nhân tố quan trọng trong hoạt động lâu dài
ở ngoài trời: chụi tải trọng gió, bảo và các tải trọng khác. Kết cấu thép là
phần chụi tải để các cơ cấu maý làm việc bình thường.
K
Trong các máy trục, kết cấu kim loại chiếm 1 phần kim loai rất lớn. Khối lượng
kim loại dùng cho kết cấu cần chiếm 60% - 80% khối lượng toàn bộ máy trục. Vì
thế việc chọn kết cấu cần thích hợp cho kết cấu cần để sử dụng một cách kinh tế
là quan trọng nhất.
Kết cấu cần của máy trục thường sử dụng thép đònh hình như thép ống, thép gốc
hay thép tấm được nối với nhau bằng hàn hay đinh tán. Các loại thép này được
chế tao bằng thép cacbon, thép hợp kim thấp hay bằng hợp kim nhôm.
Giới thiệu về kết cấu thép cần trục thiết kế
Kết cấu cần gồm 1 tay cần cơ bản được liên kết với cần trục qua 2 khớp bản lề.
Tay cần lúc nào cũng nằm trên cần trục ngay cả khi di chuyển. Còn những đoạn
tay cầm còn lại sẽ nằm bên ngoài và khi cần dùng trong những phạm vi khác
nhau thì sẻ dung các đoạn cần đó. Các đoạn tay cần này được nối với tay cần cơ
bản bằng các chốt.
Do kết cấu tay cần như vậy nên cần có thêm một thiết bò để gắn các cụm puly, vò
trí treo cáp nâng cần và đồng thời chòu 1 phần lực tác dụng lên các thanh bụng.
Việc nghiên cứu tính toán ứng dụng kết cấu thép của máy có liên quan đến các
ngành khoa học khác như: sức bền vật liệu, cơ học lý thuyết, công nghệ hàn….
mặt khác kết cấu thép là phần chiếm nhiều kim loại nhất trong toàn bộ máy trục,
vì thế để có khối lượng máy trục hợp lý cần phải thiết kế vả tính toán phần kim
loại của nó.
Ngoài việc đảm bảo độ bền khi làm việc, kết cấu kim loại phải dễ gia công, chế
tạo, đẹp và có giá thành tương đối, dễ bảo quản sửa chữa.
Tuy em đã cố gắng hết sức vận dụng các kiến thức trong quá trính học tập vào

[ ]
σ
: ứng suất cho phép.

c
σ
: ứng suất chảy của vật liệu thép.

n
: hệ số an toàn.
Hiện nay, người ta đề ra phương pháp tính mới về độ bền kết cấu kim loại máy
trục. Có xét sự làm việc thực tế của của vật liệu ở ngoài giới hạn đàn hồi, thường
là phương pháp tính theo trạng thái giới hạn hay tải trọng phá hoại.
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
ST
T
Cơ tính vật liệu Kí hiệu Trò số Đơn vò
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
3 Giới hạn chảy
σ
ch
2400
÷

trong trạng thái giới hạn, tức là trong trạng thái mất khả năng chòu tải, không
thể làm việc bình thường được nữa, hoặc do biến dạng phát sinh các vết nứt quá
mức. Chính vì thế nên kết quả tính theo phương pháp này tiết kiệm hơn phương
pháp ứng suất cho phép. Tuy vậy, đối với 1 số kết cấu tính theo trạng thái giới hạn
đôi khi đưa đến những biến dạng quá lớn, vượt quá mức độ cho phép. Do đó,
trong phương pháp tính này người ta đặt biệt chú trọng đến biến dạng, chưa hoàn
thiện để tính KCKL của tất cả các loại máy trục. Vì thế, chúng ta chủ yếu tính
theo phương pháp ứng suất cho phép vì phương pháp này đã phát triển khá lâu và
hoàn chỉnh.
Các thông số cơ bản của kết cấu thép cần: với chiều dài cần L = 9,6m.
Trong mặt phẳng nâng hàng
 Chiều cao tiết diên ở giữa cần:
( )
mLh 48,032,06.9
30
1
20
1
30
1
20
1
÷=






÷=

10
1
0
÷=






÷=






÷=
. Lấy B
0
= 0,9m.
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
Xác đònh vò trí tính toán :
Căn cứ vào biểu đồ sức nâng của máy mẫu tương ứng ta xác đònh được vò trí
tính toán:
Thông số
Vò trí
Q (T) R (m)

III- Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:
Khi tính thiết kế kết cấu kim loại máy trục của cần trục người ta tính toán theo
3 trường hợp sau:
 Trường hợp tải trọng I:
Các tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên máy trục ở trạng thái làm việc bình
thường 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 tiêu chuẩn. Trên cơ sở
các tải trọng đó có thể tiến hành tính toán theo độ bền và độ bền mỏi.
 Trường hợp tải trọng II:
Các tải trọng lớn nhất phát sinh khi máy trục làm việc ở chế độ chòu tải 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 tónh cực đại, mở máy và hãm
đột ngột có thể tạo nên các lực quán tính cực đại, lực gió cực đại ở trạng thái
làm việc, trạng thái mặt đường bất lợi cho sự di chuyển của cần trục và độ dốc
cực đại. Căn cứ vào các tải trọng đó đẻ tính độ bền của các bộ phận kết cấu.
 Trường hợp tải trọng III:
Máy trục không làm việc nhưng chòu tác dụng của các tải trọng phát sinh lớn
nhất ví dụ: trọng lượng bản thân, trọng lượng gió (bão), trường hợp này dùng
để kiểm tra kết cấu theo độ, bền độ ổn đònh.
Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên
máy trục và chia ra thành các tổ hợp tải trọng sau:
Tổ hợp Ia, IIa: tương ứng với 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
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
nâng hàng, khởi động một cách từ từ tính cho Ia; khởi động (hãm) một cách
đột ngột tính cho tổ hợp IIa.
Tổ hợp Ib, IIb: máy trục di chuyển có mang hàng đồng thời lại có thêm một cơ
cấu khác đang hoạt động (di chuyển xe con, di chuyển xe tời, quay, thay đổi

II
ψ
IIh
Q
ψ
*
dh
kQ *
……
Lực căng trong cáp treo hàng
h
S
h
S
……
Lực quán tính ngang do trong lượng kết
cấu
xuất hiện khi mở máy hoặc phanh cơ cấu
……
h
G
……
Lực quán tính ngang do trọng lượng hàng
cùng thiết bò mang
……
ng
P
……
Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu
I

G
ng
W
gi
R
N
R
ng
R
ng
C
D
q
ng
q
gi
P
ng
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
IV- Các tải trọng tính toán
IV-1: Trường hợp tải trọng IIa
Khi tính kết cấu kim loại cần của cần trục cần biết tất cả các loại tải trọng tác
dụng lên nó như: tải trọng không di động, tải trọng tạm thời, lực quán tính, tải
trọng gió, đồng thời lực trong dây cáp treo vật và dây cáp treo cần.
1-Trong mặt phẳng nâng hạ
Vì đây là loại cần lớn tải trọng do trọng lượng bản thân cần được xem như
phân bố dọc theo chiều dài của cần, theo công thức (8.48) [1]:
G
c
= q

*L

7,192/1927,0
6,9
85,1
====⇒
mT
L
G
q
c
c
kG/m
Tải trọng tạm thời Q gồm trọng lượng vật nâng Q
0
và bộ phận mang vật G
m
,
theo công thức (8.49) [1]: Q = Q
0
+G
m
. Tải trọng này đặt ở điểm nối của các
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
puly (ròng rọc) đầu cần. Khi nâng và hạ sinh ra các tải trọng quán tính, vì thế
tải trọng tạm thời được xác đònh theo công thức (8.50) [1]:
Q =
II

Q = 1,2*(2,5+0,135) = 3,162T=3162 kG
Ở tầm với lớn trung bình R
tb
= 7m tương ứng sức nâng Q = 4T

⇒
Q = 1,2*(4+0,135) = 4,962T=4962 kG
Ở tầm với nhỏ nhất R
min
= 4m tương ứng sức nâng Q = 10T:
⇒ Q = 1,2*(10+0,135) = 12,162T = 12162 kG
Lực căng trong dây cáp nâng hàng xác đònh theo công thức (8.55) [1]:

P
h
a
Q
S
η
*
=
Trong đó:
Q: tải trọng tạm thời tính.
a: bội suất palăng (a = 8).

p
: hiệu suất palăng.
( ) ( )
.9,0
97,018


689
9,0.8
4962
==
h
S
kG
Ở tầm với nhỏ nhất: Q = 12162 kG
⇒

1689
9,0.8
12162
==
h
S
kG
Lực căng trong dây cáp nâng hàng đặt theo phương dây cáp nâng hàng ở
các ròng rọc đầu cần và ròng rọc dẫn hướng.
Các phản lực gối tựa cần xác đònh theo điều kiện cân bằng và đặt ở điểm
nối palăng hay puly treo cần.
Khi đặt các tải trọng tính toán lên cần trong mặt phẳng nâng hạ(mặt phẳng
thẳng đứng) ta phải chia đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho 1 mặt dàn. Vậy các
tải trọng tác dụng lên 1 bên dàn trong mặt phẳng đứng là:
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
7
Q
G
c

1850
=
−+
=
oo
c
S
kG
Ở tầm với trung bình:c=2,69 m
5830
69,2
69,2*
2
689
54cos*6,9*
2
4962
54cos*
2
6,9
*
2
1850
=
−+
=
oo
c
S
kG

h
H
S
S
RX
R
max

8870)8964
2
439
(15cos
0
=+=⇔
H
R
kG
R
tb

4865)5830
2
689
(38cos
0
=+=⇔
H
R
kG
R

C
A
*
2
cos**
2
cos*
2
*
2
0*
2
*cos**
2
cos*
2
*
2
0
−+
=⇔
=++−−⇔=Σ
αα
αα
W
h
G
ng
W
gi

S
c
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
0)
2
(sin
22
0
=+++=⇔=
∑
c
hC
V
S
SG
Q
RY
γ
R
max

4883)8964
2
439
(15sin
2
1850
2
3162
0

V
R
kG
Phản lực ở đuôi cần:
22
VH
RRR
+=

R
max

22
48838870
+=⇔
R
=10125 kG
R
tb

22
72074865
+=⇔
R
=8696 kG
R
min

22
117903227

c
: tải trọng phân bố, theo công thức 5.4 [1]:
q
c
= k
1
*q
q: tải trọng không di động phân bố dọc theo chiều dài của kết cấu.
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
k
1
: hệ số điều chỉnh kể đến các hiện tượng va đập khi di chuyển máy trục. Vì
vận tốc di chuyển của máy v < 60 m/ph nên lấy k
1
= 1.

⇒
G
c
= q
c
*L

mNmT
L
G
q
c

: trọng lượng bộ phận mang vật. Chọn sơ bộ trọng lượng của bộ phận
mang vật . Chọn G
m
= kG
Ở tầm với lớn nhất R
max
= 10m tương ứng sức nâng Q = 2,5T

⇒
Q = 1,2*(2,5+0,135) = 3162kG
Ở tầm với lớn trung bình R
tb
= 7m tương ứng sức nâng Q = 4T

⇒
Q = 1,2*(4+0,135) = 4,962T=4962kG
Ở tầm với nhỏ nhất R
min
= 4m tương ứng sức nâng Q = 10T:
⇒ Q = 1,2*(10 + 0,135) = 12,162T = 12162 kG
Lực căng trong dây cáp nâng hàng xác đònh theo công thức (8.55) [1]:

P
h
a
Q
S
η
*
=

439
9,0.8
3162
==
h
S
kG
Ở tầm với trung bình: Q = 4962 kG
⇒

689
9,0.8
4962
==
h
S
kG
Ở tầm với nhỏ nhất: Q = 12162 kG
⇒

1689
9,0.8
12162
==
h
S
kG
Lực căng trong dây cáp nâng hàng đặt theo phương dây cáp nâng hàng ở
các ròng rọc đầu cần và ròng rọc dẫn hướng.
Các phản lực gối tựa cần xác đònh theo điều kiện cân bằng và đặt ở điểm

2
cos*
2
*
2
0*
2
*cos**
2
cos*
2
*
2
0
−+
=⇔
=++−−⇔=Σ
αα
αα
Với b,c đã được xác đònh trong cơ cấu
thay đổi tầm với (theo phương pháp hình học)
Ở tầm với lớn nhất: c=1,92 m
9379
92,1
92,1*
2
439
26cos*6,9*
2
3162

=
oo
c
S
kG
Ở tầm với nhỏ nhất:c=3m
5008
3
3*
2
1689
74cos*6,9*
2
12162
74cos*
2
6,9
*
2
2220
=
−+
=
oo
c
S
kG

0)
2


50186024
2
689
38cos
=






+=⇔
tb
R
kG
R
min

32725008
2
1689
56cos
min
=






2
3163
=






+++=⇔
V
R
kG
R
tb

751238sin6024
2
689
1110
2
4962
=






+++=⇔


1061751759271
22
=+=⇔
R
kG
R
tb

903475125018
22
=+=⇔
R
kG
R
min

12479120433272
22
=+=⇔
R
kG
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
2-Trong m ặ t ph ẳ ng n ằ m ngang
Tải trọng gió ở trạng thái làm việc và không làm việc đặt phân bố đều ở các
mắt của dàn ngang. Tải trọng gió phân bố đều p
g
, theo công thức (1.11) [9]:


: hệ số quá tải (tính theo phương pháp ứng suất cho phép

= 1).

: hệ số động lực, do đặc tính mạch động của áp suất động của gió. Khi tính
những chi tiết máy trục theo độ bền chắc:

= 1
Ởû trạng thái làm việc:
p
g
= 15*1*1,4*1*1 =21 kG/m
2
.
Ở trạng thái không làm việc:
p
g
=40*1*1,4*1*1 = 56 kG/m
2
.
Toàn bộ tải trọng gió tác dụng lên cần, công thức (1.12) [1]:
P
g
= p
g
*F
c

F

g
P
= 56*0,4*3,84 = 86,02 Kg
Tải trọng gió phân bố đều trên mắt của dàn:
Ở trạng thái làm việc:

36,3
6,9
25,32
15
===
c
g
c
g
P
q
kG/m
Ở trạng thái không làm việc:

96,8
6,9
02,86
15
===
c
g
c
g
P

= p
g
*F
h
Trong đó:
p
g
:tải trọng gió phân bố đều trên hàng bằng tải trọng gió tác dụng cần ở trạng
thái làm việc.
F
h
: diện tích mặt chòu gió của hàng, theo bảng 1.8 [1]:
R
max
: Q = 2,5T
⇒
F
h
= 4m
2

( ) ( )
( ) ( )
0sin5 4s in54si nsin
0cos54cos54coscos
810
0
89
0
87'87

P
= 21*5,6 = 117,6 kG
R
min
: Q = 10T
⇒
F
h
= 10m
2

⇒

h
g
P
= 21*10 = 210 kG
Các tải trọng ngang tác dụng trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng treo
hàng gồm có: tải trọng gió, tải trọng do quán tính ( tiếp tuyến) khi quay cần
trục và các thành phần nằm ngang của tất cả các tải trọng khi cần trục
nghiêng. Tải trọng ngang (gió, quán tính) coi là tải trọng phân bố theo chiều
dài cần (q
g
,q
qt
) hợp thành lực q.
Lực quán tính ngang do trọng lượng của kết cấu xuất hiện khi mở máy hay khi
phanh cơ cấu quay. Các lực này lấy bằng 0,1 của các tải trọng thẳng đứng
(không kể đến hệ số k
1

Ở tầm với lớn nhất R
max
: P
ng
= 0,1*(2,5 + 0,135) = 0,263T = 263 kG
Ở tầm với trung bình R
tb
:P
ng
= 0,1*(4 + 0,135) = 0,413T = 413 kG
Ở tầm với nhỏ nhất R
min
:P
ng
= 0,1*(10 + 0,135) = 1,013T = 1013 kG

Nguyễn Thành Nghĩa Trang
13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguyễn Danh Chấn
Moment uốn theo phương ngang lớn nhất tại gối tựa đuôi cần (M
ng
). Moment
này làm phát sinh phản lực tựa theo phương ngang R
n
là một cặp lực:

( )
LPP
Lq
M

*84263
4
6,9*48,26
2
=++=
ng
M
kGm
Ở tầm với trung bình: P
ng
= 1500 kG ;
h
g
P
= 646,8 kG
L = 15m
⇒

( )
3157
2
15
*6,117413
4
6,9*48,26
2
=++=
ng
M
kGm

.
Với B
0
là khoảng cách giữa 2 gối trong mặt phẳng nằm ngang. B
0
= 1,2m.
R
max
:
7,2843
±=⇒
n
R
kG
R
tb
:
2,3946
±=⇒
n
R
kG
R
min
:
8100
±=⇒
n
R
kG


: góc giữa trục cần và mặt dàn trên (dưới).
α
= 2
0

b
: góc giữa trục cần và mặt dàn bên.
α
b
= 2
0

Ở tầm với lớn nhất:

3,2534
2cos*2cos*4
10125
0
==
o
b
S
kG
Ở tầm với trung bình:

7,2176
2cos*2cos*4
8696
0

kG
R
min

12479
=⇔
R
Kg
Lực nén trong thanh biên dưới tác dụng của tải trọng, được xác đònh theo công
thức :
b
b
R
S
αα
cos*cos*4
=
Ở tầm với lớn nhất:
5,2657
2cos*2cos*4
10617
0
==
o
b
S
kG
Nguyễn Thành Nghĩa Trang
15
1

S
kG
Lực nén trong thanh biên của cần ở gần gối tựa đuôi cần:
b
ng
b
b
R
R
S
αααα
cos*cos*2cos*cos*4
+=
R
max
:
07,4081
2cos*2cos*2
7,2843
2cos*2cos*4
10617
0000
=+=⇒
b
S
kG
R
tb:
8,4236
2cos*2cos*2

0
1312
0
1312
=−+++=∑
=+++=∑
PRNNY
RNNX
V
H
αα
αα

R
max
: R
H
= 14464,3 kG; R
V
= 12569,8 kG

⇒
N
12
= -14874 ; N
13
= -4266,87
R
tb
: R

N
N
N
23
3
N
N
31
35
34
N
N
32
61
4
N
P
42
46
43
45
N
N
N
48
O
29
O
P
54

= 71,63
R
min
;

N
24
= -35024,7 ; N
23
=13,21
Maột 3:
( ) ( )
( ) ( ) ( )
029sin6sincos6sin
0)29cos(6cossin6cos
0
34
0
3532
0
31
0
34
0
3532
0
31
=+++=
=+++++=
PNNNNY

Maột 4:
R
max
:

N
46
=
-15285 ; N
45
=389,32
R
tb
:

N
46
= -18423,7; N
45
=244,1
R
min
:

N
46
= -34985,8 ; N
45
=70,45
Maột 5:

N
57
= -3070,2 ; N
56
= -458,11
R
tb
:

N
57
=-2461,64 ; N
56
= -243,24
R
min
:

N
57
= -935,46 ; N
56
= -60,56
Nguyn Thnh Ngha Trang
17
( ) ( )
0sin)29sin()48sin(sin
0cos29cos48coscos
42
0

N
N
N
42
0
58
0
P
7'8
7'7
N
N
7'6
N
84
0
P
75
76
78
79
77'
N
N
N
N
N
54
0
47

=++++=
=+++=
PNNNNY
NNNNX


R
max
:

N
67
= -15799,3 ; N
67
= 495,7
R
tb
:

N
67
=-18634,2 ; N
67
= 275,2
R
min
:

N
67


N
78
= -18510,6 ; N
77
= 71
R
min
:

N
78
= -34771,8 ; N
77
= 13,34
Maột 7:
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
054sin6sin84sin47sin6sin
054cos6cos84cos47cos6cos
0
78
0
79
0
'77
0
76
0
75

N
79
= -1948,83; N
78
= -385,3
R
min
:

N
79
=-775,12 ; N
78
= -69,73
Maột 8:
( ) ( )
( ) ( )
0sin54sin54sinsin
0cos54cos54coscos
810
0
89
0
87'87
810
0
89
0
87'87
=++++=

810
= -34734,3
Nguyn Thnh Ngha Trang
18