Giải thích các thành phần kết cấu thiết yếu của cần cẩu

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần cấu trúc thiết yếu có trong cần cẩu hiện đại, giải thích cách chúng tương tác như một hệ thống, đồng thời nêu bật các tiêu chuẩn vật liệu và sản xuất giúp phân biệt thiết bị đáng tin cậy với thiết bị không hoạt động dưới áp suất.

Cần: Cánh tay chịu tải chính

Cần cẩu là thành phần kết cấu dễ thấy nhất và chịu ứng suất cơ học trên bất kỳ cần trục nào. Nó kéo dài ra ngoài từ thân cần trục để định vị móc trên tải và nó phải chịu toàn bộ sự kết hợp của tải trọng nâng, trọng lượng bản thân và các lực động được tạo ra bởi sự lắc lư hoặc áp lực gió.

Hầu hết các cần cẩu đều sử dụng một kết cấu mặt hộp —hình dạng hình chữ nhật hoặc hình vuông rỗng — vì hình dạng này mang lại tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tuyệt vời. Độ dày thành và cấp thép được hiệu chỉnh theo công suất định mức của cần trục. Đối với cần cẩu bánh xích hoạt động trong phạm vi 100 đến 500 tấn, các phần cần cẩu thường được chế tạo từ thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) có giới hạn chảy từ 690 MPa đến 960 MPa .

Sự cố của cần trục hầu như luôn bắt nguồn từ một trong ba nguyên nhân: cấp vật liệu không phù hợp, chất lượng mối hàn kém ở các mối nối tiết diện hoặc các vết nứt mỏi phát triển tại các điểm tập trung ứng suất. Đây là lý do tại sao các tấm gia cố được hàn ở các vùng chịu ứng suất cao như mối nối chốt gót và mối nối giữa nhịp.

Bùm lưới so với Boom kính thiên văn

Hai loại cần nổi trội phục vụ các ứng dụng khác nhau:

• Sự bùng nổ lưới - được sử dụng trên cần cẩu bánh xích và cần cẩu chu kỳ làm việc lớn. Mang lại tầm với lớn hơn (lên tới 120 m trên các máy lớn) và khả năng chống mỏi tốt hơn vì ứng suất được phân bổ trên nhiều dây cung và đường chéo.
• Sự bùng nổ của kính thiên văn - được sử dụng trên cần cẩu di động và mọi địa hình. Các phần trượt vào nhau để vận chuyển nhỏ gọn nhưng tạo ra ứng suất cục bộ cao hơn ở bề mặt xi lanh bên trong/bên ngoài, đòi hỏi phải kiểm soát dung sai chính xác trong quá trình sản xuất.

Cột và giàn: Kiểm soát góc nâng và thời điểm tải

Cột buồm (đôi khi được gọi là khung chữ A hoặc cột tựa lưng) hoạt động cùng với các dây treo để điều khiển góc cần trục và chống lại mômen lật được tạo ra khi tải được nâng lên ở một bán kính đáng kể. Trên cần trục bánh xích, chiều cao cột là yếu tố chính quyết định giá trị biểu đồ tải trọng tối đa cho phép.

Cột buồm cao hơn làm tăng thành phần thẳng đứng của lực treo, giảm tải trọng nén lên cần. Chiều cao cột tăng 10% có thể cho phép tăng tải trọng cho phép tương ứng ở bán kính dài hơn , đó là lý do tại sao các nhà sản xuất cầu trục cung cấp nhiều cấu hình cột cho cùng một máy cơ sở.

Về mặt kết cấu, cột buồm phải chịu được cả tải trọng nén (từ lực căng treo) và tải trọng uốn (từ lực gió ngoài mặt phẳng). Các phần hộp thép hàn hoặc các phần ống tròn đều được sử dụng, với phần sau có độ cứng xoắn tốt hơn.

Bàn xoay: Giao diện quay

Bàn xoay (còn gọi là bệ quay hoặc khung công trình phía trên) là bệ kết cấu mà trên đó cần cẩu, cột buồm, đối trọng, máy tời và cabin đều được gắn. Nó kết nối với gầm xe thông qua vòng bi xoay có đường kính lớn, cho phép xoay 360 độ.

Bộ phận này chịu một số tải trọng phức tạp nhất so với bất kỳ bộ phận kết cấu cần trục nào. Trong quá trình vận hành nâng và đu, nó phải đồng thời:

• Truyền tải trọng thẳng đứng từ chốt gót cần trục tới vòng xoay
• Phản ứng với mômen lật cố gắng đẩy máy về phía trước
• Chuyển phản lực đối trọng về phía sau để cân bằng mô men tải
• Hỗ trợ mô-men xoắn ổ xoay mà không bị biến dạng

Với sự phức tạp này, bàn xoay thường được chế tạo dưới dạng kết cấu thép hàn với các lưới tăng cứng bên trong. Độ chính xác về kích thước là rất quan trọng: bề mặt lắp vòng xoay phải phẳng trong phạm vi dung sai chặt chẽ (thường là ±0,5 mm trên toàn bộ đường kính vòng ) để tránh sự phân bố tải trọng ổ trục không đồng đều, làm tăng tốc độ mài mòn và có thể dẫn đến hỏng ổ trục.

Chúng tôi sản xuất Bàn xoay cẩu bánh xích Bộ phận kết cấu thép carbon được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn chính xác này, được thiết kế để tương thích với các nền tảng cần cẩu lớn.

Khung đường ray: Nền tảng của sự ổn định

Đối với cần cẩu bánh xích, khung đường ray (còn gọi là khung thân xe hoặc khung gầm) là cơ sở kết cấu phân phối toàn bộ tải trọng của cần trục—trọng lượng máy cộng với tải trọng nâng—vào mặt đất thông qua đường ray bánh xích. Nó thực sự là nền tảng để mọi thứ khác đứng vững.

Khung đường ray phải xử lý áp lực chịu lực của mặt đất thường dao động từ 60 kPa đến 150 kPa tùy thuộc vào kích thước và cấu hình cần cẩu. Nó kết nối các cụm bánh xích bên trái và bên phải thông qua thân xe trung tâm, bao gồm cấu trúc khung X hoặc khung H giúp truyền tải từ vòng quay sang cả hai rãnh.

Các yêu cầu thiết kế chính trên khung đường ray

• Độ cứng xoắn - khi một đường ray ở trên mặt đất cao hơn đường ray kia, khung sẽ bị xoắn. Độ cứng không đủ gây ra sự lệch trục trong vòng quay và mòn sớm.
• Chống va đập - di chuyển trên địa hình gồ ghề tạo ra tải trọng va đập mà khung phải hấp thụ mà không bị biến dạng vĩnh viễn.
• Cuộc sống mệt mỏi - khung đường ray thường tích lũy hàng chục nghìn giờ hoạt động; Các chi tiết hàn ở nồng độ ứng suất phải được thiết kế cho loại mỏi xác định.

của chúng tôi Khung cần cẩu bánh xích Bộ phận kết cấu thép carbon được sản xuất với quy trình hàn được kiểm soát và xử lý nhiệt sau hàn khi cần thiết để giảm ứng suất dư và kéo dài tuổi thọ.

Hệ thống đối trọng: Quản lý thời điểm tải

Không cần cẩu nào có thể nâng tải ở bán kính mà không tạo ra mô men lật quanh trục lật. Hệ thống đối trọng bù đắp thời điểm này bằng cách đặt khối lượng đáng kể ở phía sau cần trục. Trên cần cẩu bánh xích lớn, các kiện hàng đối trọng có thể nặng 200 tấn trở lên và thường được lắp ráp thành các tấm mô-đun để cho phép thay đổi cấu hình cho các yêu cầu nâng khác nhau.

Các thành phần cấu trúc liên quan đến hệ thống đối trọng bao gồm:

• khay đối trọng - khay thép kết cấu để giữ và định vị các tấm cân trên bàn xoay
• Cột siêu nâng - trên các cần trục lớn, một cột bổ sung kéo dài về phía sau cho phép treo đối trọng thay vì đặt trên bàn xoay, tăng đáng kể khả năng chịu tải ở bán kính dài
• Giá đỡ và chân kết nối - các khớp nối chốt có dung sai cao phải chịu được cả lực cắt và uốn dưới toàn bộ tải trọng đối trọng

So sánh các thành phần kết cấu cốt lõi theo chức năng

Khung máy tời và kết cấu lắp tời

Trong khi trống tời và động cơ tời là các bộ phận cơ khí thì khung kết cấu gắn chúng vào bàn xoay cũng quan trọng không kém. Trong quá trình nâng, dây cáp kéo tang lên trên, tạo ra phản lực truyền qua khung lắp vào cấu trúc bàn xoay. Khung lắp được thiết kế kém hoặc bị mòn cho phép tang trống bị uốn cong khi chịu tải, làm tăng tốc độ mòn của dây và giảm độ chính xác của tời .

Khung tời thường được chế tạo từ tấm thép kết cấu, với các kết nối bắt vít hoặc hàn với bàn xoay. Các tấm đệm tại các điểm kết nối là rất cần thiết để ngăn chặn sự tập trung ứng suất cục bộ bắt đầu tạo ra các vết nứt sau khi hoạt động kéo dài.

Cấp kết cấu thép và chất lượng hàn: Tại sao chúng quan trọng hơn bạn nghĩ

Hai cần cẩu có kích thước giống nhau và công suất định mức giống nhau có thể có tuổi thọ sử dụng khác nhau đáng kể tùy thuộc vào loại thép và chất lượng hàn được sử dụng trong chế tạo kết cấu của chúng. Đây là điểm mà chúng tôi thấy bị đánh giá thấp bởi những người mua chủ yếu tập trung vào giá cả.

Hãy xem xét so sánh thực tế sau đây:

Việc tiết kiệm trọng lượng ở mức cần và cột nâng đặc biệt có giá trị: mỗi kg được lấy ra khỏi cần có thể trực tiếp chuyển thành sức nâng bổ sung bằng cách giảm tĩnh tải ở cuối cánh tay đòn. Đây không phải là một vấn đề cần cân nhắc nhỏ—trên một cần cẩu lưới lớn, việc tối ưu hóa cấp thép cần có thể tăng thêm vài phần trăm vào biểu đồ tải định mức.

Về phía hàn, sự khác biệt giữa quy trình hàn được chứng nhận và quy trình hàn không được chứng nhận không xuất hiện ở lần vận hành ban đầu mà sau 3.000 đến 5.000 giờ hoạt động, khi các vết nứt mỏi bắt đầu xuất hiện ở các chân mối hàn được thực hiện kém. Các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn tại các mối nối quan trọng, kết hợp với kiểm tra trực quan và không phá hủy (NDT), là tiêu chuẩn mà các nhà sản xuất bộ phận kết cấu uy tín tuân theo.

Những điều cần chú ý khi tìm nguồn cung ứng các bộ phận kết cấu của cần cẩu

Nếu bạn đang tìm nguồn cung ứng các bộ phận cấu trúc để xây dựng lại cầu trục, thay thế OEM hoặc chế tạo máy tùy chỉnh, thì đây là những câu hỏi quan trọng cần hỏi bất kỳ nhà cung cấp nào:

1. Chứng nhận vật liệu — Nhà cung cấp có thể cung cấp giấy chứng nhận của nhà máy đối với tấm thép được sử dụng, xác nhận cấp độ, chỉ số nhiệt và kết quả kiểm tra cơ học không?
2. Trình độ hàn — Thợ hàn có được chứng nhận theo tiêu chuẩn quốc tế (ví dụ: ISO 9606, AWS D1.1) không? Các quy trình hàn (WPS/PQR) có được ghi chép và sẵn có không?
3. Dung sai kích thước — Dung sai đã nêu đối với các giao diện quan trọng (lỗ chốt, bề mặt lắp đặt, độ phẳng của mặt bích) là bao nhiêu?
4. Kiểm tra NDT — Các mối hàn có được kiểm tra bằng kiểm tra siêu âm (UT) hoặc kiểm tra hạt từ tính (MPI) không? Báo cáo kiểm tra có được cung cấp kèm theo từng bộ phận không?
5. Xử lý bề mặt — Hệ thống chống ăn mòn nào được áp dụng và nó có đáp ứng các yêu cầu về môi trường tại địa điểm hoạt động của bạn không?

Nhà cung cấp không thể trả lời rõ ràng những câu hỏi này cần phải thận trọng, bất kể giá cả. Những hư hỏng về kết cấu của cần cẩu gây ra những hậu quả về mặt an toàn mà không có tiến độ dự án hoặc tiết kiệm ngân sách nào có thể biện minh được.

Là nhà sản xuất các bộ phận kết cấu máy móc hạng nặng, chúng tôi cung cấp đầy đủ các sản phẩm cần cẩu bộ phận kết cấu thép carbon —bao gồm khung ray, bàn xoay và các bộ phận cần cẩu—được chế tạo theo quy trình được ghi lại với hồ sơ kiểm tra và truy xuất nguồn gốc vật liệu được cung cấp theo tiêu chuẩn.

Cân nhắc bảo trì bắt đầu với thiết kế kết cấu

Thiết kế kết cấu tốt dự đoán được việc bảo trì. Các bộ phận phải được thiết kế để tiếp cận—các cổng kiểm tra trong các phần hộp rỗng, các lỗ thoát nước để ngăn chặn sự tích tụ nước và các bề mặt được sơn cho phép phát hiện vết nứt trong quá trình kiểm tra bằng mắt. Đặc biệt, khung ray phải có nắp kiểm tra tại các mối nối thân xe, nơi thường bắt đầu xuất hiện vết nứt mỏi nhất.

Một chương trình kiểm tra có cấu trúc đối với các bộ phận kết cấu của cần trục thường bao gồm:

• Kiểm tra trực quan sau mỗi 250 giờ hoạt động - kiểm tra các vết nứt, hư hỏng sơn, ăn mòn và biến dạng ở tất cả các mối hàn
• Kiểm tra kích thước chốt và lỗ khoan sau mỗi 1.000 giờ - đo độ mòn ở tất cả các chốt trục và xác nhận đường kính lỗ khoan nằm trong giới hạn sử dụng
• Kiểm tra NDT at known high-stress locations every 2,000 hours - đặc biệt là các mối nối gót chân cần, các mối hàn bản giằng của bàn xoay và các mối nối khung X của khung đường ray
• Khảo sát kết cấu đầy đủ trước khi đại tu lớn hoặc chứng nhận lại - thường là 5 năm một lần hoặc sau bất kỳ sự kiện quá tải nào

Việc phát hiện vết nứt đang phát triển ở giai đoạn kiểm tra trực quan sẽ tốn một phần chi phí sửa chữa khi vết nứt đã lan rộng qua một tấm hoặc mối hàn. Bảo trì kết cấu không phải là chi phí—đó là bảo hiểm tiết kiệm chi phí nhất dành cho thiết bị nâng hạng nặng.