Thuật ngữ thiết kế cần cẩu: Hướng dẫn cơ bản về các thuật ngữ thiết yếu dành cho người mới bắt đầu

Thuật ngữ thiết kế cần cẩu là nền tảng để đọc bản vẽ kỹ thuật, thực hiện các phép tính thiết kế và truyền đạt các đề xuất kỹ thuật. Hướng dẫn này giới thiệu các thuật ngữ thông dụng bao gồm các thông số cần cẩu, cấp độ tải, kết cấu kim loại, tải trọng và các chỉ số hiệu suất.

Thuật ngữ thiết kế cần cẩu quan trọng: Thông số và cấp tải

Các thông số cơ cấu cần cẩu mô tả hiệu suất hoạt động của máy nâng và cung cấp cơ sở cho việc thiết kế và lựa chọn thiết bị. Cấp độ làm việc của cần cẩu xem xét mức độ sử dụng công suất nâng và thời gian, cũng như số chu kỳ làm việc.

1. Khả năng nâng định mức Gn

Khả năng nâng định mức là tổng trọng lượng của tải trọng hoặc vật liệu mà cần cẩu có thể nâng, cùng với các thiết bị nâng có thể tháo rời (không bao gồm bộ phận nâng container) hoặc các phụ kiện như gầu xúc, thiết bị nâng điện từ và dầm nâng. Đối với các loại cần cẩu có bán kính thay đổi, chẳng hạn như cần cẩu tháp, cần cẩu xe tải và cần cẩu cổng, khả năng nâng định mức thay đổi theo bán kính làm việc. Khả năng nâng định mức danh nghĩa là khả năng nâng định mức tối đa cho phép trong điều kiện làm việc an toàn ở bán kính tối thiểu.

Trong cách sử dụng thông thường, "khả năng nâng" thường có nghĩa là khả năng nâng định mức.

Để hỗ trợ sản xuất hàng loạt và tiêu chuẩn hóa, một tiêu chuẩn dòng sản phẩm về công suất định mức đã được thiết lập (Bảng 1-1). Nguồn tham khảo dẫn chứng tiêu chuẩn GB783-87 và đưa ra đơn vị là t. Đối với máy móc nâng hạ được thiết kế mới, công suất nâng định mức của cần cẩu và cơ cấu nâng phụ trợ phải phù hợp với các giá trị tiêu chuẩn của dòng sản phẩm. Thiết bị có hiệu suất đặc biệt cũng phải phù hợp hoặc càng gần với các giá trị tiêu chuẩn của dòng sản phẩm càng tốt.

2. Khoảng S

Đối với cần cẩu cầu trục, nhịp là khoảng cách ngang giữa tâm của các ray di chuyển cầu trục. Nó được ký hiệu là S, mặc dù L thường được sử dụng trong quá khứ, và được đo bằng mét (m). Nhịp của cần cẩu cầu trục điện có một loạt tiêu chuẩn quốc gia (nguồn Bảng 1-2). Hình 1-1 minh họa nhịp cần cẩu. Nhịp của cần cẩu cầu trục phụ thuộc vào nhịp của tòa nhà Sc; trong dãy nhịp, bước tăng thường là 3 m.

Hình 1-1 bao gồm (a) khẩu độ cần cẩu và (b) khẩu độ của cần cẩu có hai đường ray.

3. Thước đo K

Khổ đường ray, hay còn gọi là khoảng cách giữa hai bánh xe, được định nghĩa như sau:

• Đối với xe điện, đó là khoảng cách giữa tâm của các đường ray xe điện.
• Đối với cần cẩu cần trục, đó là khoảng cách giữa tâm các đường ray hoặc giữa tâm các rãnh bánh xe.

4. Chiều dài cơ sở B

Khoảng cách giữa hai trục bánh xe, hay còn gọi là khoảng cách giữa các trục, là khoảng cách giữa các đường tâm đỡ của cần cẩu hoặc xe đẩy dọc theo hướng di chuyển theo chiều dọc. Việc đo khoảng cách giữa hai trục bánh xe (B) phụ thuộc vào cách bố trí các bánh xe đỡ.

5. Chiều cao nâng H, độ sâu hạ h và phạm vi nâng D

Nguồn thông tin xác định khoảng cách thẳng đứng cần thiết bằng cách sử dụng vị trí làm việc cao nhất và thấp nhất của thiết bị nâng và cung cấp:

D = H + h

Trong trường hợp không có độ sâu hạ xuống, phạm vi nâng D bằng chiều cao nâng H. Chiều cao nâng và độ sâu hạ xuống được đo bằng cách sử dụng tâm của bát móc làm điểm tham chiếu. Đối với các phụ kiện nâng khác, chẳng hạn như gắp, điểm thấp nhất ở vị trí đóng được sử dụng làm điểm tham chiếu.

6. Tốc độ hoạt động của cơ cấu

Tốc độ vận hành của cơ cấu thay đổi tùy thuộc vào loại cơ cấu cần cẩu:

• Tốc độ nâng và hạ Vn: Tốc độ dịch chuyển thẳng đứng của tải định mức trong trạng thái hoạt động ổn định, được đo bằng m/phút.
• Tốc độ di chuyển của cần cẩu hoặc cầu trục VR': Tốc độ di chuyển của cần cẩu khi mang tải trọng định mức trên bề mặt nằm ngang hoặc đường ray trong trạng thái hoạt động ổn định, được đo bằng m/phút.
• Tốc độ di chuyển của xe đẩy Vt': Tốc độ của xe đẩy mang tải trọng định mức dọc theo đường ray nằm ngang trong trạng thái hoạt động ổn định, được đo bằng m/phút.

7. Tải trọng bánh xe

Tải trọng bánh xe là áp lực thẳng đứng tối đa tác dụng lên bánh xe cần cẩu do trọng lượng bản thân của cầu trục, cùng với trọng lượng bản thân của xe đẩy và khả năng nâng định mức khi xe đẩy ở vị trí giới hạn. Đây là cơ sở quan trọng cho việc thiết kế cơ cấu di chuyển và đường ray.

8. Lớp nhiệm vụ

Phân loại nhiệm vụ của cần cẩu được chia theo cấp độ sử dụng—tổng số chu kỳ làm việc trong suốt vòng đời thiết kế—và trạng thái tải. Nó cho biết mức độ đòi hỏi của công việc cần cẩu, bao gồm cả mức độ bận rộn theo thời gian và tần suất cần cẩu xử lý tải trọng tối đa.

Nguồn tài liệu chia các cấp độ tải trọng thành A1–A8. So sánh gần đúng như sau: A1–A4 cho tải nhẹ, A5–A6 cho tải trung bình, A7 cho tải nặng và A8 cho tải cực nặng. Bảng 1-4 trong nguồn tài liệu liệt kê các ví dụ về cấp độ tải trọng của cần cẩu.

Các thuật ngữ thông dụng cho kết cấu và linh kiện kim loại của cần cẩu

1. Kết cấu kim loại cần cẩu

Khung kết cấu thép của cần cẩu, còn được gọi là kết cấu thép cầu trục, là một cấu trúc có khả năng chịu được các tải trọng khác nhau của cần cẩu. Nó bao gồm các tấm và thanh thép được tạo hình từ vật liệu kim loại và được lắp ráp theo một bố cục kết cấu xác định bằng cách sử dụng phương pháp hàn, tán đinh, bắt bu lông và các phương pháp kết nối khác.

Kết cấu kim loại của cần cẩu bao gồm các cấu kiện chịu lực, các cấu kiện không chịu lực và các đoạn nối. Dầm chính, dầm cuối và chân cần cẩu là các cấu kiện chịu lực và cần được tính toán về độ bền, độ cứng và độ ổn định. Lối đi, lan can và thang là các cấu kiện không chịu lực; nguồn tài liệu cho biết chúng không cần tính toán về độ bền, độ cứng và độ ổn định, nhưng cần xem xét đến an toàn, dễ sử dụng và tính tiện dụng. Các mối nối chủ yếu sử dụng hàn và bắt bu lông, trong khi tán đinh hiện nay ít được sử dụng.

2. Các loại kết cấu kim loại điển hình

Các loại kết cấu điển hình bao gồm cầu trục, giàn trục, tháp và cần cẩu. Kết cấu kim loại của cần cẩu được làm từ các cấu kiện, tấm và thanh tạo thành các cấu kiện cơ bản như dầm chính, dầm đầu và chân đỡ. Các cấu kiện khác nhau tạo thành các kết cấu cần cẩu cơ bản như cầu trục, giàn trục, tháp và cần cẩu.

3. Các thuật ngữ cấu trúc và thành phần thông dụng

• Dầm chính: Bộ phận chịu lực chính của cần cẩu trên cao hoặc cần cẩu giàn, có chức năng nâng tải trọng.
• Chân: Một bộ phận hỗ trợ của cần cẩu giàn hoặc cần cẩu xe tải, giúp duy trì sự ổn định hoạt động tổng thể.
• Cần cẩu: Cần trục cố định hoặc dạng ống lồng được sử dụng trên cần cẩu kiểu cần trục để nâng vật nặng và điều chỉnh bán kính làm việc.
• Cơ cấu nâng hạ: Cơ cấu nâng hạ vật nặng theo phương thẳng đứng, bao gồm động cơ, hộp số, tang trống, phanh, móc và các bộ phận khác.
• Cơ chế di chuyển: Cơ cấu di chuyển toàn bộ cần cẩu hoặc xe đẩy; nó có thể được gắn trên ray hoặc không gắn trên ray.
• Cơ cấu quay: Cơ cấu xoay cần cẩu quanh trục thẳng đứng, thường được sử dụng trên cần cẩu xe tải, cần cẩu bánh xích và cần cẩu tháp.
• Phanh: Thiết bị phanh được sử dụng để dừng xe, giới hạn tốc độ và giữ xe an toàn.
• Công tắc giới hạn: Thiết bị an toàn giới hạn chiều cao nâng, khoảng cách di chuyển hoặc góc xoay để ngăn ngừa việc vượt quá giới hạn.
• Bộ giới hạn quá tải: Thiết bị an toàn tự động ngắt nguồn điện nâng khi tải trọng nâng vượt quá giá trị định mức.

Các thuật ngữ về tải trọng và lực

1. Tải trọng thông thường

Các tải trọng thường xuyên xuất hiện trong quá trình vận hành cần cẩu bình thường. Chúng bao gồm tải trọng trọng lực, tải trọng quán tính sinh ra khi lái hoặc phanh làm tăng tốc hoặc giảm tốc cần cẩu, và tải trọng do sự dịch chuyển hoặc biến dạng của kết cấu thép cần cẩu. Cần phải xem xét các tải trọng này khi tính toán và kiểm tra khả năng chịu lực, sự mất ổn định đàn hồi và sự hỏng hóc do mỏi.

Các lô hàng thông thường bao gồm:

• Tải trọng bản thân PG: Lực hấp dẫn của kết cấu thép, cơ cấu, thiết bị điện và các khối lượng khác của cần cẩu.
• Tải trọng nâng định mức PQ: Lực hấp dẫn của tổng khối lượng được nâng khi nâng tải trọng định mức. Khi tải trọng nâng lớn, cần tính cả trọng lượng của thiết bị nâng và dây cáp.
• Tải trọng quán tính chuyển động ngang PH: Lực quán tính theo phương ngang được tạo ra bởi khối lượng riêng của cần cẩu hoặc xe đẩy và khối lượng vật được nâng khi di chuyển theo chiều dọc hoặc chiều ngang và tăng tốc hoặc giảm tốc trong mặt phẳng ngang.

2. Hàng hóa bất ngờ

Tải trọng ngẫu nhiên là những tải trọng không thường xuyên xảy ra trong quá trình vận hành bình thường nhưng có thể phát sinh bất thường. Chúng chủ yếu bao gồm các loại sau:

• Tải trọng ngang do độ lệch Ps: Tải trọng gây ra bởi phản lực dẫn hướng tại thiết bị dẫn hướng, chẳng hạn như vành bánh xe hoặc bánh xe dẫn hướng ngang, khi cần cẩu hoặc xe đẩy bị lệch hướng trong quá trình di chuyển dọc hoặc ngang.
• Tải trọng cấp Pp: Lực cản gặp phải khi cần cẩu hoặc xe đẩy di chuyển lên dốc dọc theo đường ray của nó. Cụm từ gốc “dọc theo đường ray của nó” dường như chứa lỗi chính tả và cần được xem xét kỹ thuật.
• Tải trọng gió trong quá trình vận hành Pw: Lực gió tối đa mà cần cẩu ngoài trời phải chịu được trong quá trình hoạt động. Nguồn thông tin cũng đề cập đến tải trọng do băng, tuyết và nhiệt độ gây ra.

3. Hàng hóa đặc biệt

Tải trọng đặc biệt là tải trọng phát sinh trong điều kiện bất thường khi cần cẩu không hoạt động bình thường hoặc bị hỏng. Chúng chủ yếu bao gồm các loại sau:

• Tải va chạm Pc: Tải trọng phát sinh khi hai cần cẩu liền kề trên cùng một đường ray va chạm, hoặc khi một cần cẩu va chạm với thanh chắn cuối đường ray.
• Tải trọng lật ngang Psl: Ví dụ, trong cần cẩu xếp dỡ, một vật thể hoặc thiết bị nâng hạ di chuyển bên trong khung dẫn hướng nâng cứng, hoặc phần dưới của khung dẫn hướng cứng, có thể va chạm với chướng ngại vật và tạo ra một lực ngang có xu hướng làm lật cần cẩu hoặc xe đẩy.
• Tải trọng động đất PE: Tải trọng do động đất gây ra và tác động lên cần cẩu kiểu tời.
• Tải trọng gió khi thiết bị ngừng hoạt động: Lực gió tối đa mà cần cẩu có thể chịu được khi ngừng hoạt động, được đo bằng N.

Các loại tải khác có thể phát sinh trong những tình huống cụ thể, chẳng hạn như tải của quy trình sản xuất. Tải trọng mỏi Đây là tải trọng thay đổi theo chu kỳ mà kết cấu phải chịu trong quá trình vận hành cần cẩu lặp đi lặp lại và ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị.

Thuật ngữ chỉ số hiệu suất

• Độ bền, bao gồm cả việc kiểm tra độ bền mỏi: Khả năng của một chi tiết không bị hư hỏng dưới tác động của các lực bên ngoài. Độ bền bao gồm độ bền kéo và nén, độ bền uốn, độ bền cắt và độ bền chịu lực hoặc chịu nén.
• Độ cứng: Khả năng hạn chế biến dạng của cấu kiện dưới tác động của lực bên ngoài. Nó bao gồm độ cứng tĩnh theo phương thẳng đứng và phương ngang, cũng như độ cứng động liên quan đến việc sử dụng.
• Sự ổn định: Khả năng chống lại sự mất ổn định dưới tác động của các yếu tố bên ngoài. Khả năng này bao gồm năng lực chống lật đổ tổng thể, sự ổn định toàn cầu của các thành viên và sự ổn định cục bộ.
• Hệ số an toàn: Mức an toàn dự phòng trong thiết kế, được định nghĩa ở đây là tỷ lệ giữa khả năng chịu tải của kết cấu và tải trọng thực tế. Mức này phải đáp ứng các yêu cầu của quy chuẩn hiện hành.
• Ứng suất cho phép: Giá trị ứng suất tối đa mà tiêu chuẩn hiện hành cho phép vật liệu kết cấu chịu được.

Bản tóm tắt

Các thuật ngữ này là cơ bản và thường được sử dụng trong thiết kế cần cẩu. Chúng hỗ trợ việc chuẩn bị bản vẽ, tính toán thông số, thảo luận đề xuất kỹ thuật và nghiên cứu sâu hơn về thiết kế kết cấu và ứng dụng tiêu chuẩn.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Tôi là Cindy, với 10 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành cần cẩu và tích lũy được nhiều kiến thức chuyên môn. Tôi đã lựa chọn những chiếc cần cẩu thỏa mãn cho hơn 500 khách hàng. Nếu bạn có bất kỳ nhu cầu hoặc câu hỏi nào về cần cẩu, vui lòng liên hệ với tôi, tôi sẽ sử dụng chuyên môn và kinh nghiệm thực tế của mình để giúp bạn giải quyết vấn đề!