Điều 3. 1 Quy định chung Điều 3.2 Tải trọng thiết kế Điều 3.3 Độ bền và kết cấu Điều 3.4 Những yêu cầu đặc biệt cho cần trục chạy trên ray
3.1.1 Phạm vi áp dụng Các quy định trong Chương này áp dụng cho các thành phần kết cấu của cần trục.
3.2.1 Các tải trọng Tải trọng dùng để tính toán kích thước các thành phần kết cấu cần trục được nêu từ (1) đến (9) dưới đây: (1) Tải trọng làm việc an toàn của cần trục; (2) Tải trọng động bổ sung; (3) Trọng lượng bản thân của hệ cần trục và các chi tiết gắn cố định trên nó; (4) Trọng lượng bản thân của các chi tiết tháo được; (5) Ma sát của các puli nâng hàng; (6) Các lực ngang; (7) Tải trọng do gió gây ra; (8) Lực giảm chấn; (9) Tải trọng do nghiêng tàu. 3.2.2 Tải trọng động bổ sung 1 Tải trọng động bổ sung phải tính bằng tích của tải trọng nâng hàng và hệ số tải trọng động nêu tại Bảng 3.1 tùy thuộc vào loại cần trục. Nếu ứng suất khi nâng hàng và ứng suất do trọng lượng bản thân phát sinh trong một kết cấu có dấu khác nhau thì 50% trọng lượng động bổ sung phải được thêm vào trọng lượng bản thân có xét đến sự va chạm khi nhả hàng. 2 Mặc dù được quy định ở -1, có thể sử dụng hệ số tải trọng động bổ sung căn cứ vào số liệu đo đạc thực tế có tính đến tốc độ nâng hàng, độ võng của cần, chiều dài cáp v.v... thay cho các giá trị của Bảng 3.1. Bảng 3.1 - Hệ số tải trọng động bổ sung Kiểu cần trục Hệ số tải trọng động bổ sung Cần trục lương thực, đồ dự trữ. Cần trục trong buồng máy. Cần trục để bảo dưỡng và cẩu ống mềm. 0,10 Cần trục quay và cổng trục nâng hàng. 0,25 Cần trục quay và cổng trục nâng hàng có gàu ngoạm hoạt động bằng thủy lực không thường xuyên trên cáp. 0,40 Cần trục quay và cổng trục luôn sử dụng gàu ngoạm, nam châm nâng hàng v.v... để làm hàng. 0,60 3.2.3 Ma sát của các puli nâng hàng Ma sát của các puli nâng hàng được quy định trong 2.2.2. 3.2.4 Lực ngang 1 Đối với cần trục nâng hàng chạy trên ray, ngoài lực quán tính và lực li tâm còn phải tính đến lực ngang do chuyển động khi làm hàng. 2 Lực quán tính được tính bằng tích của tổng trọng lượng các phần di chuyển và tải trọng nâng (trong chuyển động quay, tải trọng này được đặt ở đầu cần) nhân với hệ số sau, tùy thuộc vào điều kiện chuyển động. Trong trường hợp chuyển động bằng các bánh xe, lực quán tính không cần vượt quá 15% tải trọng dẫn động. Chuyển động kiểu ống lồng: 0,01 Chuyển động ngang hoặc tịnh tiến: 0,008 Chuyển động quay: 0,006 Trong đó: V: Tốc độ chuyển động liên quan được xác định khi thiết kế (m/min). 3 Mặc dù được quy định ở -2 các giá trị gia tốc phanh thực tế, thời gian phanh thực tế, v.v... đối với dạng chuyển động liên quan có thể được coi là lực quán tính, nếu biết được các giá trị đó. 4 Đối với hệ thống có các thành phần kết cấu tạo chuyển động quay khi đang chịu tải trọng làm việc an toàn thì cần phải tính đến lực li tâm theo công thức sau: Trong đó: W: Tải trọng làm việc an toàn (t); R: Bán kính quay (m); V: Tốc độ quay (m/s). 5 Lực ngang do chuyển động tịnh tiến được tính theo công thức sau: lD (kN) Trong đó: D: Tải trọng tại bánh xe (kN); l: Hệ số lực ngang phụ thuộc vào trị số của l/a và được tính theo công thức sau, nhưng không cần lớn hơn 0,15. l: Nhịp của đường ray (m); a: Khoảng cách hiệu dụng của bánh xe tính theo Hình 3.1 (m). Hình 3.1 - Đo khoảng cách hiệu dụng của bánh xe 3.2.5 Tải trọng do gió gây ra 1 Tải trọng do gió gây ra được tính theo công thức sau: F = PA x 10-3 (kN) Trong đó: F: Tải trọng do gió (kN); A: Tổng diện tích hình chiếu của các thành phần kết cấu và hàng hóa chịu áp lực gió lên mặt phẳng vuông góc với hướng gió, tương ứng với các điều kiện cụ thể của cơ cấu làm hàng (m2). Khi một dầm được một dầm khác chắn gió toàn bộ hoặc từng phần thì diện tích của phần bị chắn đó phải được nhân với hệ số suy giảm (h) tính theo Hình 3.2. Khoảng cách b giữa các dầm cho trong Hình 3.3; P: Áp lực gió (Pa) được tính theo công thức sau: Trong đó: V: Tốc độ gió tính theo (1) và (2) dưới đây (m/s): (1) Tốc độ gió tác động lên các thành phần kết cấu và hàng hóa ở điều kiện làm việc phải là tốc độ gió tính toán giả định do người thiết kế đưa ra, nhưng không được nhỏ hơn 16 m/s. (2) Tốc độ gió tác động lên các thành phần kết cấu ở trạng thái không làm hàng phải là tốc độ gió tính toán giả định. Tốc độ gió tính toán trong mọi trường hợp không được nhỏ hơn 51,5 m/s. Đối với tàu khai thác ở vùng hạn chế, tốc độ gió tính toán có thể giảm tùy theo mức độ hạn chế vùng hoạt động theo quy định và có thể xuống tới 25,8 m/s. Ch: “Hệ số chiều cao” xác định theo Bảng 3.2 tùy thuộc vào chiều cao của vị trí đang xét so với đường nước không tải. Cs: “Hệ số hình dáng” xác định theo Bảng 3.3 phụ thuộc vào hình dáng các phần khác nhau của thiết bị nâng và hàng hóa. Bảng 3.2 - Hệ số chiều cao Ch Chiều cao thẳng đứng h (m) Ch 76,0 ≤ h 1,00 1,10 1,20 1,30 1,37 Đăng kiểm quy định riêng Bảng 3.3 - Hệ số hình dáng Cs Dạng diện tích chịu tải trọng gió Cs Dầm giàn góc 0,9 ≤ f 2,0 1,8 1,6 2,0 Dầm tấm hoặc dầm hộp 1,2 1,3 1,4 1,6 Dầm hình trụ hoặc dầm giàn hình trụ 1,0 ≤ d q 1,2 0,7 Chú thích: f: Tỷ lệ điền đầy bằng tỉ số giữa diện tích hình chiếu chịu gió và diện tích hình chiếu được bao bởi biên ngoài cùng của diện tích chịu gió; I: Chiều dài của dầm dạng tấm hay dầm hộp (m); h: Chiều cao của dầm nhìn từ mặt chịu gió (m); d: Đường kính ngoài của kết cấu hình trụ (m); q: Trị số tính theo công thức sau: 2 Mặc dù được quy định -1 trên, có thể sử dụng các số liệu về tải trọng gió thu được bằng cách thử khí động học đối với các thành phần kết cấu và hàng hóa để tính toán. 3.2.6 Lực giảm chấn 1 Lực giảm chấn là lực do các tải trọng tác dụng lên hệ cần trục do va chạm, với thiết bị giảm chấn ở tốc độ bằng 70% tốc độ làm việc khi không có hàng treo trên cần. Đối với hệ cần trục dẫn hướng cứng v.v... để hạn chế sự xoay của hàng treo do va chạm thì cần phải tính đến ảnh hưởng do trọng lượng của hàng treo. 2 Mặc dù được quy định ở -1 trên, đối với hệ cần trục được trang bị hệ thống tự động giảm tốc độ trước khi va chạm vào giảm chấn thì tốc độ sau khi đã giảm đi có thể được coi là tốc độ làm việc nêu ở -1 trên. 3.2.7 Tải trọng do nghiêng tàu Góc dùng để tính toán tải trọng do nghiêng tàu gây ra không được nhỏ hơn giá trị sau: Trong điều kiện tải động: 6° nghiêng ngang. Trong điều kiện tải tĩnh: 3,5° nghiêng ngang. 3.2.8 Tổ hợp tải trọng 1 Tải trọng dùng để tính sức bền các thành phần kết cấu phải là tải trọng tổng hợp mà các kết cấu phải chịu ở trạng thái làm việc nặng nề nhất, có tính đến các tải trọng nêu từ -2 đến -5 dưới đây. 2 Nếu không tính đến tải trọng do gió ở trạng thái làm việc thì tổng các tải trọng trong các mục từ (1) đến (7) dưới đây được nhân với hệ số làm việc nêu ở Bảng 3.4 tùy theo dạng cần trục. (1) Tải trọng làm việc an toàn của cần trục; (2) Các tải trọng động bổ sung; (3) Trọng lượng bản thân của hệ cần trục và chi tiết cố định trên nó; (4) Trọng lượng bản thân của các chi tiết tháo được; (5) Ma sát của các puli nâng hàng; (6) Các lực ngang; (7) Tải trọng do tàu nghiêng; Bảng 3.4 - Hệ số làm việc của hệ cần trục Kiểu cần trục Hệ số làm việc Cần trục lương thực, đồ dự trữ Cần trục trong buồng máy Cần trục để bảo dưỡng và cẩu ống mềm 1,00 Cần trục quay và cổng trục nâng hàng 1,05 Cần trục quay và cổng trục nâng hàng có gàu ngoạm hoạt động bằng thủy lực không thường xuyên trên cáp 1,10 Cần trục quay và cổng trục luôn sử dụng gàu ngoạm, nam châm nâng hàng, v.v..., để làm hàng. 1,20 3 Khi tính đến tải trọng do gió ở điều kiện làm việc thì tải trọng do gió phải được bổ sung vào tải trọng thiết kế nêu ở -2 trên. 4 Phải tính lực giảm chấn nêu ở 3.2.6 cho cần trục chạy trên ray. 5 Ở trạng thái không làm việc phải tính đến các tải trọng nêu ở các mục từ (1) đến (4) dưới đây: (1) Trọng lượng bản thân của hệ cần trục và chi tiết cố định gắn trên nó; (2) Tải trọng gió ở trạng thái không làm hàng; (3) Tải trọng do nghiêng tàu ở trạng thái không làm hàng; (4) Tải trọng do điều kiện tàu di chuyển khi không làm hàng;
3.3.1 Quy định chung 1 Độ bền của các thành phần kết cấu phải được phân tích theo các điều kiện tải trọng nêu ở 3.2.8 để xác định kích thước của nó theo yêu cầu ở từ 3.3.2 đến 3.3.9. 2 Đối với các kết cấu có liên kết bu lông và đai ốc thì phải chú ý thỏa đáng đến sự giảm diện tích tiết diện chịu lực. 3 Nếu cần, có thể yêu cầu kiểm tra mẫu chế tạo hoặc các thành phần liên quan để xác định kết quả tính toán độ bền. 3.3.2 Ứng suất cho phép đối với tải trọng tổng hợp Ứng suất cho phép cho trong Bảng 3.5 được dùng cho các kết cấu chịu tải trọng tổng hợp. 3.3.3 Độ bền ổn định Đối với kết cấu chịu nén, giá trị tính theo công thức sau không được vượt quá ứng suất nén cho phép nêu ở Bảng 3.5. ω σc (N/mm2) Trong đó: ω và σc như nêu ở 2.4.3. 3.3.4 Ứng suất nén tổng hợp Nếu ứng suất nén của một kết cấu là tổng của ứng suất nén do lực dọc trục và ứng suất nén do mô men uốn thì nó phải thỏa mãn công thức sau: Trong đó: σb: Ứng suất nén do mô men uốn gây ra (N/mm2); σc: Ứng suất nén do lực nén dọc trục gây ra (N/mm2); σa: Ứng suất uốn cho phép nêu ở Bảng 3.5 (N/mm2). Đối với các cột được cố định tại đế cột thì sử dụng ứng suất cho phép trong Bảng 2.1; σca: Ứng suất nén cho phép nêu ở Bảng 3.5 (N/mm2). Đối với các cột được cố định tại đế cột thì ứng suất cho phép lấy bằng ứng suất cho phép nêu ở Bảng 2.1 chia cho 1,15 (N/mm2). Bảng 3.5 - Ứng suất cho phép σa Điều kiện tải trọng Dạng ứng suất Kéo Uốn Cắt Nén Dập Ứng suất tổng hợp Điều kiện quy định ở 3.2.8-2 0,67 σy 0,67 σy 0,39 σy 0,58 σy 0,94 σy 0,77 σy Điều kiện quy định ở 3.2.8-3 0,77 σy 0,77 σy 0,45 σy 0,67 σy 1,09 σy 0,89 σy Điều kiện quy định ở 3.2.8-4 và -5 0,87 σy 0,87 σy 0,50 σy 0,76 σy 1,23 σy 1,00 σy Chú thích: 3.3.5 Độ bền mỏi Nếu ảnh hưởng của ứng suất chu kỳ là đáng kể thì kết cấu phải có đủ độ bền mỏi có tính đến biên độ và tần suất của ứng suất chu kỳ, hình dạng của kết cấu, v.v... 3.3.6 Chiều dày tối thiểu Chiều dày tối thiểu của các thành phần kết cấu không được nhỏ hơn 6 mm. 3.3.7 Độ bền của bu lông, đai ốc và chốt Các bu lông, đai ốc và chốt phải đủ bền so với độ lớn và hướng của tải trọng tác dụng. 3.3.8 Cột gắn cố định 1 Cột gắn cố định phải được liên kết chắc chắn vào kết cấu vỏ tàu theo yêu cầu 2.3.4-1. 2 Phần trên cột cố định, nơi gắn mặt bích, phải được gia cường thích đáng bằng việc tăng chiều dày tôn hoặc bố trí các mã. 3.3.9 Bu lông liên kết mâm quay 1 Những vật liệu có giới hạn bền lớn hơn 1,18 kN/mm2 và giới hạn chảy lớn hơn 1,06 kN/mm2 thì không được dùng làm bu lông liên kết các mâm quay trừ khi các đặc tính bền của bu lông được xem xét đặc biệt. 2 Phải đặc biệt chú ý đến lực siết chặt bu lông liên kết. 3 Ứng suất sinh ra trong bu lông liên kết không được vượt quá ứng suất cho phép nêu ở Bảng 3.6 tùy theo điều kiện tải trọng nêu ở 3.2.8. Trong đó, ứng suất của bu lông bằng thương của lực nén dọc trục tính theo công thức sau chia cho tiết diện nhỏ nhất của bu lông liên kết: Trong đó: M: Mô men lật (N.mm2); D: Đường kính vòng ren của bu lông liên kết (mm); N: Số bu lông liên kết; W: Lực nén dọc trục lên mâm quay (N). Bảng 3.6 - Ứng suất cho phép của bu lông lắp ghép σa Điều kiện tải trọng σa Điều kiện tải trọng nêu ở 3.2.8 -2 và -3 0,4 σy Điều kiện tải trọng nêu ở 3.2.8-5 0,54 σy Chú thích: σy là giới hạn chảy của vật liệu (N/mm2).
1. σy: Giới hạn chảy hoặc giới hạn giãn dài qui ước của vật liệu (N/mm2);
2. Ứng suất tổng hợp là giá trị tính theo công thức sau: Trong đó: σx: Ứng suất pháp tác dụng theo phương x tại giữa chiều dày tấm thép (N/mm2); σy: ứng suất pháp tác dụng theo phương y tại giữa chiều dày tấm thép (N/mm2); txy: Ứng suất cắt tác dụng theo mặt phẳng x-y (N/mm2).
3.4.1 Tính ổn định Cần trục chạy trên ray phải đủ ổn định trong các điều kiện tải trọng nêu ở 3.2.8. 3.4.2 Chống lật Cần trục chạy trên ray phải được thiết kế thỏa mãn về ổn định chống lật, ngay cả khi trục các bánh xe hoặc các bánh xe bị hỏng. 3.4.3 Tiêu chuẩn độ võng Khi treo tải trọng làm việc an toàn, độ võng của cầu trục chạy trên ray không được vượt quá 1/800 khoảng cách nhịp của các gối đỡ. 3.4.4 Chi tiết chuyển động tịnh tiến Chi tiết chuyển động tịnh tiến phải được cố định chặt vào thân chính của cần trục chạy trên ray bằng bu lông, bằng cách hàn hoặc chốt. Ngoài ra, phải kể đến ảnh hưởng do sự nghiêng của thân tàu ở trạng thái làm hàng và không làm hàng. 3.4.5 Giảm chấn Cần trục chạy trên ray phải được trang bị giảm chấn phù hợp với quy định (1) và (2) dưới đây, trừ trường hợp có hệ thống tự động tránh va: (1) Tại hai đầu đường ray hoặc các vị trí tương đương khác. Những thiết bị giảm chấn này có thể được thay bằng các vật chặn có đường kính không nhỏ hơn 1/2 đường kính bánh xe. (2) Khi có trên hai cần trục đặt trên một đường ray, thiết bị giảm chấn phải đặt giữa hai cần trục này.