Các tải trọng xét đến trong thiết kế kết cấu của thiết bị xếp dỡ
Các tải trọng xét đến trong thiết kế kết cấu của thiết bị xếp dỡ theo QCVN 22:2018/BGTVT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chế tạo và kiểm tra phương tiện, thiết bị xếp dỡ:
Phân nhóm và tải trọng tác dụng lên các kết cấu, cơ cấu của thiết bị xếp dỡ- quy định về thiết kế
Các tải trọng xét đến trong thiết kế kết cấu của thiết bị xếp dỡ
Các tính toán kết cấu sẽ được thực hiện bằng việc xác định các ứng suất phát sinh trong các kết cấu của thiết bị xếp dỡ khi nó đang làm việc. Những ứng suất này sẽ được tính toán dựa trên các tải trọng được xác định dưới đây:
a) Các tải trọng chính tác dụng lên kết cấu của thiết bị xếp dỡ, được giả định là tĩnh ở trạng thái chịu tải bất lợi nhất;
b) Các tải trọng gây ra bởi các chuyển động thẳng đứng;
c) Các tải trọng gây ra bởi các chuyển động ngang;
d) Các tải trọng gây ra bởi ảnh hưởng của thời tiết.
Các tải trọng biến đổi, các hệ số áp dụng và phương pháp thực hiện các tính toán được kiểm tra như dưới đây.
1 Các tải trọng chính
Các tải trọng chính bao gồm:
– Các tải trọng gây ra bởi trọng lượng bản thân của các bộ phận: SG
– Các tải trọng gây ra bởi tải trọng làm việc: SL
Tất cả các bộ phận chuyển động được giả định là đang ở vị trí bất lợi nhất.
Mỗi một bộ phận kết cấu sẽ được thiết kế đối với vị trí của thiết bị xếp dỡ và độ lớn của tải trọng làm việc (giữa 0 và tải trọng làm việc an toàn), mà với vị trí và tải trọng đó sẽ gây ra ứng suất lớn nhất trong bộ phận kết cấu đang xét.
Chú thích: Trong một số trường hợp nhất định, ứng suất lớn nhất có thể phát sinh khi thiết bị xếp dỡ không nâng tải trọng làm việc.
2 Các tải trọng gây ra bởi các chuyển động thẳng đứng
Các tải trọng này phát sinh do nâng tải trọng làm việc đột ngột, tăng tốc hoặc giảm tốc của chuyển động nâng tải, và các tải trọng xóc nảy thẳng đứng do di chuyển dọc theo đường ray.
(1) Các tải trọng gây ra khi nâng tải trọng làm việc
Phải xét đến các dao động gây ra khi nâng tải bằng cách nhân tải trọng do tải trọng làm việc gây ra với một hệ số gọi là “hệ số động lực Ψ”.
(a) Giá trị của các hệ số động lực Ψ
Giá trị lấy đối với hệ số ξ này là kết quả của nhiều lần thực nghiệm được thực hiện trên các kiểu thiết bị xếp dỡ khác nhau.
Các giá trị sau sẽ được chấp nhận:
ξ = 0,6 đối với các cầu trục và cổng trục.
ξ = 0,3 đối với các cần trục có cần.
Giá trị lớn nhất được lấy đối với tốc độ nâng tải là 1 m/s khi áp dụng công thức này. Còn đối với các tốc độ nâng lớn hơn, hệ số động lực Ψ sẽ không được lấy lớn hơn thêm.
Giá trị áp dụng đối với hệ số Ψ trong các tính toán sẽ không được lấy nhỏ hơn 1,15 trong mọi trường hợp.
Chú thích:
Hệ số ξ đề cập ở trên là không như nhau đối với cầu trục và cổng trục và đối với cần trục có cần.
Sự khác nhau phát sinh do thực tế là hệ số động lực Ψ nhỏ hơn khi nâng tải được thực hiện bởi một bộ phận kết cấu có tính mềm dẻo hơn, chẳng hạn như cần trục có cần ở đó cần không phải là bộ phận có độ cứng cao.
Theo cách tương tự, sử dụng hệ số động lực Ψ như đã chỉ ra đối với các cần trục có cần cũng có thể áp dụng đối với các thiết bị khác, thí dụ như các băng tải đối với trường hợp thiết kế tương ứng với tải trên thanh cần; Giá trị hệ số động lực Ψ đã chỉ ra đối với các cầu trục sẽ được sử dụng cho các trường hợp thiết kế mà ở đó tải trọng được đặt giữa các chân máy, vì độ cứng của kết cấu tại điểm đó thì tương ứng với độ cứng của dầm chính của cầu trục.
(2) Các tải trọng gây ra bởi tăng tốc hoặc giảm tốc của chuyển động nâng và các tải trọng xóc nảy thẳng đứng khi di chuyển dọc theo ray.
Vì hệ số Ψ tính đến mức độ giật tác động lên tải trọng làm việc là tải trọng giật lớn nhất, nên các tải trọng do sự tăng tốc hoặc giảm tốc của chuyển động nâng và các phản lực thẳng đứng do di chuyển dọc theo đường ray được giả định không xảy ra đồng thời và được bỏ qua.
Chú thích:
Điều này giả định rằng các mối nối ray ở trong tình trạng tốt. Các ảnh hưởng bất lợi của tình trạng không tốt của đường ray lên kết cấu và cơ cấu của thiết bị xếp dỡ là rất lớn, do đó cần thiết phải quy định các mối nối ray phải được bảo đảm ở trong tình trạng tốt: không cho phép hư hỏng gây ra bởi các mối nối ray không tốt. Đối với các thiết bị xếp dỡ có tốc độ cao thì biện pháp tốt nhất là hàn giáp mối các đầu ray để loại hoàn toàn tải trọng giật xảy ra khi thiết bị xếp dỡ chạy qua các mối nối ray.
(3) Trường hợp đặc biệt
Đối với một số các thiết bị xếp dỡ, tải trọng do trọng lượng bản thân gây ra lại trái dấu với tải trọng do tải làm việc gây ra
3 Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang SH
Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang sau:
– Các tác động quán tính gây ra do tăng tốc hoặc giảm tốc của chuyển động ngang, dọc, quay hoặc thay đổi tầm với. Các lực quán tính này có thể được tính toán theo giá trị của tăng tốc hoặc giảm tốc.
– Các tác động của lực ly tâm.
– Các phản lực ngang do chuyển động lăn.
– Các tác động của giảm chấn.
(1) Các tác động ngang gây ra do tăng tốc hoặc giảm tốc
Các tải trọng do tăng tốc hoặc giảm tốc được truyền đến các bộ phận chuyển động khi khởi động hoặc phanh được tính toán đối với các bộ phận kết cấu khác nhau.
(a) Chuyển động ngang và dọc
Đối với các chuyển động này việc tính toán được thực hiện bằng việc khảo sát lực nằm ngang tác động lên các bánh xe được dẫn động (bánh xe chủ động) song song với đường ray.
Các tải trọng sẽ được tính toán theo thời gian tăng tốc hoặc giảm tốc theo các điều kiện làm việc và tốc độ hoạt động.
Từ đó suy ra giá trị của gia tốc (m/s2) được dùng để tính toán lực nằm ngang theo các khối lượng tham gia vào chuyển động.
Nếu không biết giá trị của tốc độ và gia tốc, thì thời gian gia tốc tương ứng với các tốc độ đạt được có thể được chọn theo ba điều kiện làm việc sau đây:
– Các thiết bị xếp dỡ hoạt động ở tốc độ thấp và trung bình với hành trình di chuyển dài
– Các thiết bị xếp dỡ hoạt động ở tốc độ trung bình và tốc độ cao đối với sử dụng thông thường;
– Các thiết bị xếp dỡ hoạt động ở tốc độ cao với gia tốc lớn.
Lực ngang tính toán sẽ không được nhỏ hơn 1/30 và không được lớn hơn 1/4 tải trọng tác dụng lên các bánh xe chủ động hoặc các bánh xe có bố trí phanh.
(b) Chuyển động quay và thay đổi tầm với
Đối với chuyển động quay và thay đổi tầm với các tính toán sẽ dựa trên mômen gia tốc hoặc giảm tốc đặt tại trục động cơ của cơ cấu thiết bị xếp dỡ.
Mức độ gia tốc sẽ phụ thuộc vào thiết bị; đối với cần trục thông thường, theo tốc độ và tầm với giá trị gia tốc nằm giữa 0,1 m/s2 và 0,6 m/s2 có thể được chọn để tính toán đối với gia tốc tại đầu cần sao cho thời gian gia tốc trong khoảng từ 5 tới 10 giây.
(2) Tác động của lực ly tâm
Trong trường hợp cần trục có cần, cần phải tính đến lực ly tâm do chuyển động quay. Trong thực tế, có thể xác định được lực nằm ngang tác dụng vào đầu cần qua độ xiên của cáp treo tải và thông thường bỏ qua các tác động của lực ly tâm lên các bộ phận khác của cần trục.
(3) Các phản lực ngang do chuyển động lăn
Khi hai bánh xe hoặc hai cụm bánh xe lăn dọc trên một đường ray, một ngẫu lực được tạo bởi các lực nằm ngang vuông góc với đường ray phải được xét đến. Các lực thành phần của ngẫu lực này được xác định bằng cách nhân tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe (hoặc cụm bánh xe) với một hệ số l, hệ số này phụ thuộc vào tỷ số của khẩu độ p với cơ sở bánh xe a.
Chú thích:
“Cơ sở bánh xe” là khoảng cách tâm giữa cặp bánh xe ngoài cùng, hoặc trong trường hợp cụm bánh xe là khoảng cách tâm giữa chốt quay trên kết cấu của hai cụm bánh xe hoặc hệ thống cụm bánh xe của cần trục. Trong trường hợp có bố trí các bánh xe dẫn hướng nằm ngang, “cơ sở bánh xe” là khoảng cách giữa các điểm tiếp xúc với ray của hai bánh xe dẫn hướng nằm ngang.
(4) Tác động của giảm chấn ST
Cần phải xét đến trong trường hợp khi có sự va đập do đâm va với đệm giảm chấn tác động vào kết cấu và trường hợp khi va đập vào tải treo.
(a) Tác động của giảm chấn lên kết cấu
Cần phải chú ý phân biệt giữa:
– Trường hợp tải treo có thể lắc.
– Trường hợp có cơ cấu dẫn hướng cứng ngăn cản sự lắc của tải treo.
Trong trường hợp thứ nhất các quy định sau phải được áp dụng:
Đối với tốc độ ngang nhỏ hơn 0,7 m/s, không xét đến tác động của giảm chấn.
Đối với tốc độ lớn hơn 0,7 m/s, phải xét đến các phản lực tác dụng lên kết cấu do va chạm với đệm giảm chấn.
Giả thiết rằng đệm giảm chấn có khả năng hấp thụ động năng của thiết bị xếp dỡ (không mang tải làm việc) tại tốc độ bằng 0,7Vt (Vt là tốc độ định mức).
Các tải trọng tác động lên kết cấu sẽ được tính toán trên cơ sở hoãn xung truyền tới thiết bị xếp dỡ do sử dụng đệm giảm chấn.
Tuy nhiên, đối với các tốc độ cao (lớn hơn 1 m/s) được phép sử dụng các thiết bị giảm tốc hoạt động ngay khi chạm đến các đầu cuối của đường ray với điều kiện hoạt động của các thiết bị này là tự động và chúng làm cho thiết bị xếp dỡ giảm tốc đáng kể đạt tới giá trị tốc độ thấp được xác định trước, trước khi thiết bị xếp dỡ va vào đệm giảm chấn.
Trong trường hợp này tốc độ giảm đạt được sau khi giảm tốc được lấy làm giá trị của Vt khi tính toán tác động của giảm chấn.
Chú thích:
Phải nhấn mạnh rằng cần phải lắp đặt một thiết bị hoạt động có hiệu quả và tin cậy. Chỉ một công tắc giới hạn hành trình di chuyển để cắt điện cấp cho động cơ là không đủ để giả định tốc độ giảm đối với tác động của giảm chấn.
Trong trường hợp thứ hai mà ở đó tải không thể lắc, tác động của giảm chấn được tính toán theo cách tương tự nhưng cần xét đến giá trị của tải trọng làm việc.
(b) Tác động của giảm chấn lên tải treo
Các va đập do va chạm giữa tải nâng và các vật cố định phải được xét đến chỉ đối với các thiết bị xếp dỡ mà ở đó tải nâng được dẫn hướng cứng. Trong trường hợp như vậy, các tải trọng phát sinh do va chạm cần phải được xem xét.
Các tải trọng có thể được tính bằng việc xét một lực nằm ngang tương ứng với mức tải có thể nhấc hai trong số các bánh xe lên.
4 Các tải trọng gây ra bởi thời tiết
Các tải trọng gây ra bởi thời tiết là tác động của gió và sự thay đổi nhiệt độ.
(1) Tác động của gió
Các quy định này liên quan tới các tải trọng gió tác dụng lên kết cấu của thiết bị xếp dỡ.
Trong phần này sẽ đưa ra một phương pháp tính toán đơn giản và giả thiết rằng gió có thể thổi theo phương ngang từ hướng bất kỳ, gió thổi với tốc độ không đổi và có một phản lực tĩnh với các tải trọng tác dụng lên kết cấu của thiết bị xếp dỡ.
(a) Áp lực gió
(b) Trạng thái gió thiết kế
Hai trạng thái gió thiết kế được xét đến trong tính toán tải trọng gió tác dụng lên thiết bị xếp dỡ.
– Trạng thái gió cho phép thiết bị xếp dỡ làm việc
Đây là trạng thái gió lớn nhất mà thiết bị xếp dỡ được thiết kế để hoạt động. Các tải trọng gió được giả định tác dụng theo hướng bất lợi kết hợp với các tải trọng khác trong điều kiện làm việc. Gió được giả định là không đổi trên cùng độ cao của thiết bị xếp dỡ.
Chú thích:
Thông thường chỗ lắp thiết bị đo tốc độ gió trên thiết bị xếp dỡ phải là chỗ cao nhất. Trong trường hợp tốc độ gió tại các độ cao khác nhau đáng kể đối với sự an toàn của thiết bị xếp dỡ, thì Nhà chế tạo phải định rõ độ cao lắp đặt thiết bị đo gió.
Giả thiết rằng các tốc độ hoạt động và các gia tốc định mức không cần thiết phải đạt đến khi có gió thổi mạnh.
Tác dụng của gió lên tải trọng nâng:
Nếu thiết bị xếp dỡ được thiết kế chỉ để cẩu các loại hàng có kích cỡ và hình dáng đặc biệt, tải trọng gió sẽ được tính toán đối với các kích cỡ và hình dáng thích ứng.
– Trạng thái gió không cho phép thiết bị xếp dỡ làm việc
Đây là gió mạnh nhất (bão) mà thiết bị xếp dỡ được thiết kế vẫn giữ được độ ổn định trong điều kiện không hoạt động, được Nhà thiết kế chỉ ra. Tốc độ gió biến đổi theo chiều cao của thiết bị xếp dỡ so với mặt đất, theo vị trí địa lý và mức độ chắn gió.
Khi tính toán tải trọng gió trong điều kiện thiết bị xếp dỡ không được phép hoạt động, áp lực gió có thể lấy giá trị không đổi trong mỗi khoảng độ cao thẳng đứng như được cho trong Bảng 2.16. Nói cách khác, áp lực gió thiết kế tại điểm cao nhất của thiết bị xếp dỡ có thể được giả định là không đổi trên toàn độ cao của nó.
Nếu thiết bị xếp dỡ được lắp đặt cố định hoặc được sử dụng trong thời gian dài ở vùng mà có tốc độ gió đặc biệt lớn, thì các giá trị trên có thể được thay đổi bằng việc thỏa thuận giữa Đăng kiểm và Nhà thiết kế theo các dữ liệu khí tượng tại vùng đó.
Đối với một số kiểu thiết bị xếp dỡ có cần mà cần của nó có thể hạ xuống một cách nhanh chóng (ví dụ như cần trục tháp có thể hạ xuống một cách dễ dàng bằng một cơ cấu được lắp trên nó), thì trạng thái gió thiết bị xếp dỡ không được phép hoạt động không cần xét đến với điều kiện thiết bị xếp dỡ phải được thiết kế để hạ cần sau mỗi ngày làm việc.
(c) Tính toán tải trọng gió
Tổng tải trọng gió tác dụng lên kết cấu được lấy bằng tổng của các tải trọng gió tác dụng lên các bộ phận cấu thành của nó.
Tổng tải trọng gió sẽ phải xét đến trong tính toán độ bền và độ ổn định của thiết bị xếp dỡ.
Độ lớn của tải trọng gió cho phép trong thiết kế cơ cấu thiết bị xếp dỡ, đối với việc xác định các yêu cầu về động cơ và phanh của cơ cấu và phải bảo đảm độ an toàn của thiết bị trong khi hoạt động được cho trong phần thiết kế các cơ cấu.
(d) Các hệ số hình dạng
– Các bộ phận riêng biệt, khung,….
Nếu khung dàn được chế tạo từ các kết cấu có tiết diện phẳng và tròn, hoặc các tiết diện tròn cho cả hai chế độ gió thổi, thì các hệ số hình dạng thích hợp được áp dụng cho các mặt chắn gió tương ứng.
Nếu khung dàn sử dụng các tấm bản mã liên kết hàn có kích thước tiêu chuẩn thì không cần thiết phải xét đến phần diện tích này, với điều kiện chiều dài của các bộ phận riêng biệt được lấy giữa các tâm điểm của nút liên kết.
– Các khung dàn phức tạp, hệ số chắn gió
Sẽ có sự che chắn khi các khung hoặc bộ phận kết cấu được bố trí song song, các tải trọng gió tác dụng lên khung hoặc bộ phận phía có gió thổi và lên các bộ phận không bị chắn gió phía sau sẽ được tính toán bằng cách sử dụng các hệ số hình dáng thích hợp.
Tải trọng gió lớn nhất tác dụng lên tháp dàn vuông xảy ra khi gió thổi vào góc tháp. Khi không thể tính toán cụ thể thì tải trọng này có thể được lấy bằng 1,2 lần tải trọng tác dụng lên một mặt tháp.
-Các bộ phận kết cấu xiên so với hướng gió
Các bộ phận riêng biệt, các khung,…
Dàn và Tháp dàn
Giá trị của K2 được giả định có giới hạn dưới và giới hạn trên tương ứng là 0,35 và 1,0.
K2 được lấy bằng 0,35 khi giá trị tính toán < 0,35 và bằng 1,0 khi giá trị tính toán > 1,0.
(b) Biến đổi nhiệt độ
Các ứng suất gây ra do biến đổi nhiệt độ sẽ được xét đến chỉ trong những trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như khi các bộ phận kết cấu không được giãn nở tự do.
5 Các tải trọng khác
Các lối đi, các cabin điều khiển và các tấm sàn phải được thiết kế để chịu được các tải trọng tập trung sau đây:
-3000 N đối với các lối đi và các tấm sàn dùng để bảo dưỡng thiết bị, trên đó có thể đặt các nguyên vật liệu;
-1500 N đối với các lối đi và các tấm sàn dự định chỉ để người đi;
-300 N coi như lực nằm ngang tác dụng lên lan can và tấm bao chân.
Các tải trọng này không được dùng trong tính toán dầm chính.
Mong rằng sự tư vấn của bộ phận tư vấn an toàn sẽ giúp bạn lựa chọn phương án thích hợp nhất để giải quyết những vướng mắc của mình. Vui lòng liên hệ Tổng đài tư vấn pháp luật miễn phí 1900 0340 để nhận được ý kiến tư vấn chính xác nhất.
–
Nếu quý vị cần thêm thông tin thì vui lòng liên hệ Trung tâm ứng phó sự cố an toàn môi trường
Hotline: 1900 0340 | Tel: 0903 063 599 (Ms Vân)
Email: trungtam@ungphosuco.vn
Bình luận