Giải thích chi tiết: Nâng hạ: cáp, nhánh treo và tai cẩu
Bài toán dùng để làm gì
Khi cẩu phôi, khuôn, cụm máy bằng cầu trục hoặc palăng, cần biết mỗi nhánh cáp chịu bao nhiêu lực, cáp đã đủ cỡ chưa, và tai cẩu (tấm thép có lỗ hàn lên vật) cùng chốt có đủ bền không. Sheet tính theo ISO 4308-1 cho cáp và EN 1993-1-8 cho liên kết chốt.
Hình dung đơn giản
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.3 lực (phân tích lực theo góc) · 0.5 ứng suất cắt, dập · 0.7 hệ số an toàn · 0.8 uốn
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| m | Khối lượng vật nâng (kể cả đồ gá, móc treo) | kg | Bản vẽ, cân thực tế |
| φ | Hệ số động khi nâng (do giật, tăng tốc) | – | Cầu trục chậm 1,1–1,2; nhanh hoặc giật 1,3–1,5 |
| nl | Số nhánh chịu tải | nhánh | 4 nhánh không cân bằng chỉ tính như 3 nhánh (hoặc 2 cho an toàn) |
| β | Góc nhánh so với phương thẳng đứng | ° | Đo hoặc tính; không vượt 60° |
| Nhóm cơ cấu | Mức độ sử dụng: M1 ít dùng … M8 làm việc liên tục nặng | – | Hồ sơ thiết bị nâng; tra Zp trong Du_lieu |
| dr, Rr, K' | Đường kính cáp, cấp bền sợi, hệ số tải phá hủy | mm, MPa, – | Catalogue cáp: 6×36 lõi thép ≈ 0,356; lõi sợi ≈ 0,33 |
| t, fy, d0, a, c | Chiều dày tai, giới hạn chảy, đường kính lỗ, khoảng cách mép lỗ tới mép tấm (phương lực) và mép bên | mm, MPa | Bản vẽ tai cẩu |
| dp, fup, fyp | Đường kính chốt, giới hạn bền và chảy của chốt | mm, MPa | Bản vẽ, vật liệu chốt |
| ns, tc, gp | Số mặt cắt chốt, chiều dày má kẹp, khe hở mỗi bên | –, mm | Ma ní/má kẹp 2 bên → 2 mặt cắt |
| γM0, γM2 | Hệ số an toàn vật liệu | – | EN 1993: 1,0 và 1,25 |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Lực trên mỗi nhánh
Trọng lượng nhân hệ số động chia cho số nhánh; nhánh nghiêng góc β thì chỉ thành phần thẳng đứng S·cosβ giữ vật, nên S lớn hơn:
S = m·g·φ / (nl·cosβ)
Bước 2. Kiểm tra cáp
Tải phá hủy nhỏ nhất của cáp chia lực nhánh phải lớn hơn hệ số chọn cáp Zp của nhóm cơ cấu:
MBL = K'·dr²·Rr ; Zr = MBL/S ≥ Zp ; dmin = √(Zp·S/(K'·Rr))
Bước 3. Hình học tai cẩu
Phần thép quanh lỗ phải đủ rộng để không bị xé (EN 1993-1-8 Bảng 3.9):
a ≥ S·γM0/(2t·fy) + 2d0/3 ; c ≥ S·γM0/(2t·fy) + d0/3
Bước 4. Chốt chịu cắt và tấm chịu dập
Chốt bị cắt ở ns mặt; lỗ tai bị chốt ép dập:
Fv,Rd = ns·0,6·(π·dp²/4)·fup/γM2 ≥ S ; Fb,Rd = 1,5·t·dp·fy/γM0 ≥ S
Bước 5. Chốt chịu uốn
Chốt nằm giữa 2 má kẹp bị uốn như dầm ngắn:
MEd = S·(t + 4·gp + 2·tc)/8 ≤ MRd = 1,5·(π·dp³/32)·fyp/γM0
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Khối lượng nâng | m | 1 000 | kg | |
| 2 | Hệ số động | φ | 1,2 | Cầu trục chậm 1,1–1,2; nhanh/giật 1,3–1,5 | |
| 3 | Số nhánh chịu tải | nl | 2 | 4 nhánh không cân: tính như 3 nhánh | |
| 4 | Góc nhánh so với phương thẳng đứng | β | 30 | ° | ≤ 60° |
| 6 | Nhóm cơ cấu | grp | M5 | M1 ít dùng … M8 làm việc liên tục, nặng | |
| 7 | Đường kính cáp | dr | 10 | mm | |
| 8 | Cấp bền sợi | Rr | 1 770 | MPa | |
| 9 | Hệ số tải phá hủy K' | Kp | 0,33 | 6×36 lõi thép ≈ 0,356; lõi sợi ≈ 0,33 (catalogue) | |
| 15 | Chiều dày tấm tai | t | 15 | mm | |
| 16 | Giới hạn chảy tấm tai | fy | 235 | MPa | |
| 17 | Đường kính lỗ | d0 | 26 | mm | |
| 18 | Đường kính chốt | dp | 24 | mm | |
| 19 | Khoảng cách mép lỗ đến mép tấm (phương lực) | a | 40 | mm | |
| 20 | Khoảng cách mép lỗ đến mép bên | c | 30 | mm | |
| 21 | Giới hạn bền chốt | fup | 600 | MPa | |
| 22 | Giới hạn chảy chốt | fyp | 360 | MPa | |
| 23 | Số mặt cắt chốt | ns | 2 | Má kẹp 2 bên = 2 | |
| 24 | Chiều dày má kẹp | tc | 10 | mm | |
| 25 | Khe hở mỗi bên | gp | 1 | mm | |
| 26 | γM0 | γM0 | 1 | ||
| 27 | γM2 | γM2 | 1,25 |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 | Lực mỗi nhánh | S | 6 797 | N | S = m·g·φ/(n·cosβ) |
| 10 | Hệ số chọn cáp Zp yêu cầu | Zp | 4,5 | ISO 4308-1 theo nhóm cơ cấu | |
| 11 | Tải phá hủy nhỏ nhất của cáp | MBL | 58 410 | N | MBL = K'·d²·Rr |
| 12 | Hệ số an toàn thực tế | Zr | 8,59 | ||
| 13 | MBL/S ≥ Zp | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 14 | Đường kính cáp tối thiểu | dmin | 7,24 | mm | d ≥ √(Zp·S/(K'·Rr)) |
| 28 | Số hạng F·γM0/(2t·fy) | k0 | 0,964 | mm | |
| 29 | a ≥ FγM0/(2t·fy) + 2d0/3 | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 30 | c ≥ FγM0/(2t·fy) + d0/3 | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 31 | Khả năng chịu cắt chốt | FvR | 260 576 | N | Fv,Rd = 0,6·A·fup/γM2 × số mặt cắt |
| 32 | S ≤ Fv,Rd | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 33 | Khả năng chịu dập | FbR | 126 900 | N | Fb,Rd = 1,5·t·d·fy/γM0 |
| 34 | S ≤ Fb,Rd | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 35 | Mô-men uốn chốt | MEd | 33 133 | Nmm | M = F·(b + 4c + 2a)/8 (ký hiệu EN: b tai, c khe hở, a má) |
| 36 | Khả năng chịu uốn chốt | MRd | 732 871 | Nmm | MRd = 1,5·Wel·fyp/γM0 |
| 37 | MEd ≤ MRd | Kiểm tra | ĐẠT |
Áp dụng thực tế và lưu ý
Ví dụ mặc định: 1 tấn, 2 nhánh, góc 30°, φ = 1,2 → mỗi nhánh ≈ 6,8 kN; cáp Ø10 cho hệ số an toàn ≈ 8,6 ≥ 4,5.
Góc nhánh tăng từ 30° lên 60° làm lực mỗi nhánh tăng khoảng 1,7 lần. Dùng xà treo (spreader beam) để giữ nhánh gần thẳng đứng.
Mối hàn tai cẩu vào vật phải kiểm tra riêng bằng CT04; tai cẩu nên hàn ngấu hoàn toàn và kiểm tra bằng siêu âm/thẩm thấu.
Lỗ tai cẩu chỉ lớn hơn chốt 1–2 mm; lỗ quá rộng làm tăng ứng suất tập trung.
Thiết bị nâng phải được kiểm định định kỳ theo quy định; bảng tính không thay thế kiểm định.
Nhóm: Nguyên lý máy
Gồm: CT41 cơ cấu 4 khâu bản lề · CT42 cam – quy luật chuyển động cần · CT43 bánh đà · CT44 cân bằng rotor cứng – mất cân bằng dư cho phép