Xác định góc nghiêng cho phép của mặt nền theo điều kiện ổn định chống lật cho cần trục pinguely GC15150S dạng tháp

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 57
XÁC ĐNNH GÓC NGHIÊNG CHO PHÉP CỦA MẶT NỀN THEO ĐIỀU KIỆN 
ỔN ĐNNH CHỐNG LẬT CHO CẦN TRỤC PINGUELY GC15150S DẠNG THÁP 
Nguyễn Thị Hồng CNm (Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp- ĐH Thái Nguyên) 
1. Mở đầu 
Cần trục Pinguly GC15150S được đưa vào Việt nam từ những năm 1990, đó là loại cần 
trục bánh lốp tự hành có ba dạng lắp cần: cần đầu nhọn, cần đầu búa và cần tháp, trong đó cần 
tháp có chiều cao nâng lớn nhất, tuy nhiên thiết bị và cấu kiện kết cấu thép cho dạng cần tháp 
không đưa sang, trong thuyết minh máy cũng không có hướng dẫn sử dụng cần dạng tháp. Vì vậy 
việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cần dạng tháp, lập thuyết minh cho loại cần này là rất cần thiết. 
Trong đó tính ổn định chống lật là một trong những bước tính quan trọng của việc tính thiết kế và 
thiết lập nhiều thông số quan trọng trong thuyết minh hướng dẫn sử dụng. Đây chính là cơ sở để 
tác giả đưa ra bài báo này. 
Cần trục phải đảm bảo điều kiện ổn định chống lật trong cả hai trường hợp: Khi có tải 
(ổn định động, ổn định tĩnh) và khi không tải (đứng vững của bản thân cần trục). Mức độ ổn 
định được xác định bằng tỷ số giữa mômen giữ và mômen lật (gọi là hệ số ổn định K0). Ở mỗi 
trạng thái cần trục được kiểm tra ổn định với vị trí và điều kiện làm việc bất lợi nhất. Trong đó 
ổn định động khi có tải là trạng thái ổn định khó đạt được nhất đó là trạng thái ổn định khi cần 
trục được đặt trên mặt phẳng nghiêng một góc β về phía trước; cần trục làm việc với tầm với lớn 
nhất và tải trọng nâng lớn nhất ứng với tầm với này; cần trục chịu lực gió lớn nhất có phương 
song song với mặt đường và theo chiều gây khả năng lật lớn nhất; cần trục chịu các lực quán 
tính bất lợi nhất cho ổn định khi phanh các chuyển động nâng hạ vật, khi di chuyển và quay. 
Trong khuôn khổ cho phép bài báo chỉ trình bày quá trình tính ổn định động khi có tải. 
2. Tính toán xác định góc nghiêng cho phép 
Dưới tác dụng của các lực trên cần trục có xu hướng lật về phía trước quanh cạnh lật, 
điều kiện ổn định động được xác định theo - [2] 
 15,1W01 ≥
−−−−
=
∑
Q
qtmCG
M
MMMMM
K (1) 
Đây là loại cần trục tự hành có sức nâng lớn nên khi làm việc phải đứng trên các chân 
tựa vì vậy cạnh lật là chân tựa phía trước. 
 GM -Mô men giữ (mô men phục hồi) do trọng lượng của bản thân cần trục( kể cả đối 
trọng và bộ phận quay) : ββ sincos GHGLM GGG −= 
 Theo [1] tổng trọng lượng của bản thân cần trục KNtG 3950395 =≈ ( bao gồm xe mang 
đi kèm giá đỡ chìa, ụ quay, hệ thống khung giá đỡ, đối trọng); mLG 9,4≈ ; mHG 90,1≈ ⇒ 
ββ SinCosM G 750519355 −= (KNm) (2) 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 58 
lw3 = 1400
lG = 4900
H
G
 =
 1
9
0
0
Gc1
Gc2
Qm
W2
Wv
Flt
Q
lv = 56000
lc1 = 17000
lc2 = 43600
H
v 
=
 9
1
0
0
0
h
w
2
 =
 7
8
0
0
0
Gc3
Fqt v
2170
ί G
ί
W3
Flv
h
c
1
 =
 7
2
0
0
0
h
c
2
=
 8
5
4
0
0
α
h
w
3
 =
 3
0
5
0
0
Flc
lw2 = 33000
W1
G
H
G
 =
 1
9
0
0
β
L
G=4900
I
I 
QM
-Mô men lật do trọng lượng vật nâng lớn nhất ứng với tầm với xa nhất và ở chiều 
cao nâng lớn nhất ứng với tầm với này: ββ sincos QHQLM vvQ += 
 Theo [3], trọng lượng vật nâng lớn nhất ứng với tầm với xa nhất KNtQ 21021 == , 
theo [1 ] mLv 56≈ ; mH v 91≈ ⇒ ββ sin19110cos11760 +=QM (KN.m) (3) 
 CM - Mô men lật do trọng lượng của cần, theo khảo sát kết cấu của cần nguyên bản 
cần chia làm hai đoạn có kích thước khác nhau do đó: 
ββββββ SinhGCoslGSinhGCoslGSinhGCoslGM ccccccccccccC 333322221111 +++++= 
Theo [1] mlc 171 ≈ ; mlc 6,432 ≈ ; mlc 4,13 ≈ ; mhc 721 ≈ ; mhc 4,852 ≈ ; mhc 5,303 ≈ ; 
KNmkNmGc 55,46/4,1.25,331 == ; KNmKNmGc 675,26/1,1.25,242 == ; 
KNmkNmGc 2,81/4,1.583 ==
⇒ ββ SinCosM C 81062068 +=
 (KNm) (4) 
 mM -Mô men lật do trọng lượng của bộ phận mang ββ SinhQCosLQM vmvmm += 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 59
Theo [1] trọng lượng của bộ phận mang KNQm 3= ⇒ ββ SinCosM m 273168 += (KNm) (5) 
 WM -Mô men lật do gió: 
ββββ
ββββ
SinlCosHSinlCosh
SinlCoshSinlCoshM
vvW vvW3333
W222W2W111W1W
WWWW
WWWW
−+−
+−+−≈
 (6) 
 W-Lực gió lớn nhất ở trạng thái làm việc: gPF=W 
 −F Diện tích chắn gió ( )2m 
 −gP Áp lực gió trên một 2m diện tích : kcnqPg 0= 
 −0q Áp lực động của gió, theo[4],ở trạng thái làm việc 2/125,0 mKNqo = 
 −k Hệ số phụ thuộc độ cao, lấy theo [4] 
 −c Hệ số cản khí động học, lấy theo [4] c=1,2 
 n- Hệ số vượt tải, lấy theo[4] n=1 
 −1W lực gió lớn nhất ở trạng thái làm việc tác dụng lên cần trục. 
 cnkqFPF ctgct 1011W == 
−ctF Diện tích chắn gió của cần trục theo phương bất lợi nhất, qua khảo sát 
212mFct ≈ 
 64,11 =k , nên KN3W1 ≈ 
−2W lực gió lớn nhất ở trạng thái làm việc tác dụng lên tay cần phụ của cần trục 
 cnkqFPF ocgc 22222W == 
−cF Diện tích chắn gió tính toán của cần cần trục có kể đến độ nghiêng của nó, theo 
[2] αψφ SinFF cc ,= . 
 −ψ Theo [4], với kết cấu kiểu dàn của cần trục Pinguly 4,0=ψ 
 −φ Hệ số tác dụng lên các chi tiết khác trên khung dàn của cần 5,1=φ 
 −2α Góc nghiêng của tay cần, ở vị trí đang khảo sát 
0
2 5,21=α 
 −
,
2cF Diện tích theo đường viền dàn trên của cần, qua khảo sát 
2,
2 4,33 mFc ≈ ; 73,12 =k , nên KNcnkqSinF oc 2.W 22
,
22 == ψφα 
 Tương tự như vậy ta có lực gió lớn nhất tác dụng lên tay cần chính: 
 cnkqSinF oc 33
,
33 .W ψφα= 
 Qua tính toán có 2,3 39mFc ≈ ; 64,13 =k ; 03 90=α ; vậy KN76,5W3 = 
 −VW lực gió lớn nhất ở trạng thái làm việc tác dụng lên vật nâng (qui về đầu cần) 
cnkqFPF vovgvv ==vW 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 60 
 −vF Diện tích chắn gió của vật được xác định theo đường viền thực tế của vật, theo[2], với 
tải trọng nâng 20≈Q tấn thì có thể lấy sơ bộ 215mFv ≈ ; 81,1=vk ; Vậy 
KNcnkqF vov 4Wv == 
 Thay các giá trị trên vào công thức (6) ta có tổng mô men lật do gió là: 
 ββ SinCosM 331701W −= (7) 
 ∑ −qtM Tổng mô men lật do các lực quán tính:∑ ++= ltcltvqtvqt MMMM (8) 
Ở đây, vì cần trục không di chuyển trong quá trình nâng hạ nên không xét đến lực quán 
tính khi phanh cơ cấu di chuyển, do đó tổng mô men lật do các lực quán tính được xác định chỉ 
gồm 3 thành phần trên. 
−qtvM Mô men lật do lực quán tính của vật nâng và bộ phận mang trong quá trình nâng, hạ vật. 
ββββ SinH
t
V
g
QQCosL
t
V
g
QQSinHFCosLFM v
h
hm
v
h
hm
vqtvvqtvqtv
)(
.
)( +
+
+
=+= (9) 
 Trong đó: 
 240)( =+= mo QQQ KN - Trọng lượng của vật nâng và bộ phận mang 
 g – Gia tốc trọng trường ( m/s2 ); 
 Vh - Vận tốc, m/s, theo qui định về an toàn[6], vận tốc hạ vật lấy bằng 1,5 vận tốc nâng 
vật: Vh =1,5. 0,117m/s = 0,1755m/s. 
 ht - Thời gian khởi động hoặc phanh cơ cấu nâng khi hạ vật, theo [ ]2 : 
 22*
1
*
1
2
)(375)(375
)(
otph
oo
tph
Iii
h iaMM
nDQ
MM
nDG
t
−
+
−
=
∑ ηβ
 (10) 
 Trong đó: 
 ∑ −Iii DG )( 2 Tổng mô men vô lăng của các chi tiết máy quay trên trục I 
 β - Hệ số kể đến ảnh hưởng quán tính của các chi tiết máy quay trên các trục sau trục 
I; 2,11,1 ÷=β . Theo[5] Có thể lấy gần đúng : 
 rotoIii DGDG )(2,1)(. 2112∑ ≈β 
 rotoDG )( 211 -Mô men vô lăng của rô to động cơ điện cơ cấu nâng, theo[1] 
=rotoDG )( 211 0,044 (KN 2m ) 
 −1n Số vòng quay của trục I (trục động cơ), theo [1] =1n 735vg/ph 
 −0D Đường kính tang tính đến tâm dây cáp 0165,0400,00 +=+= ct dDD 
 −a Bội suất của pa lăng cơ cấu nâng, theo [3] với cần dạng tháp ở nhóm 
 cần có chiều dài lớn hơn 50m thì bội suất pa lăng tối ưu được xác định 5,2=a 
 −oi tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang. 
 96,54
/ 0
0 === DaV
n
n
ni
n
dc
t
dc
pi
 −phM Mô men phanh của cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện giữ vật treo ở trạng 
thái tĩnh, *tph nMM = , với n là hệ số an toàn phanh, theo [2] n=1,15 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 61
 −
*
tM Mô men tĩnh trên trục động cơ để thắng trọng lượng vật nâng, theo tài liệu [ ]2 
ηo
oo
t
ai
DQM
2
*
= 
 −= otp ηηηη Hiệu suất chung của toàn bộ cơ cấu nâng, theo [ ]2 : hiệu suất của tang 
=tη 0,96, hiệu suất của hệ dẫn động =oη 0,8. Hiệu suất của pa lăng 
được xác định theo [2] 
 )1(
)1(
)1(
)1(
. 0
0
max
0
λ
λλ
λλ
λη
−
−
=
−
−
==
a
m
Q
ma
Q
sma
Q ta
ta
p 
 −λ Hiệu suất của một ròng rọc, theo [2]: 98,0=λ 
 −t Số ròng rọc đổi hướng, vì dây trực tiếp cuốn lên tang không qua các ròng 
rọc đổi hướng nên t=0 ⇒ 97,0=pη Vậy 745,097,0.8,0.96,0 ==η 
 04883,0
2
*
==
ηo
oo
t
ai
DQM ; 05615,0.* == nMM tph (KNm) 
Thay các đại lượng trên vào công thức (10), (9) có sth 2,15= ; 
 ββ SinCosM qtv 258,15 += (KNm) (11) 
 −ltvM Mô men lật do lực quán tính ly tâm của vật nâng và bộ phận mang trong quá trình quay 
cần, theo [2]: 
ββββ SinL
nh
nLQQ
CosH
nh
nLQQ
SinLFCosHFM v
qd
qvm
v
qd
qvm
vltvlvltv 2
2
2
2
900
)(
900
)(
−
+
−
−
+
=−= 
 −qn Tốc độ quay của cơ cấu quay của cần trục, theo[1] phvnq /9,0= 
 −dh Chiều dài của dây treo vật, có thể lấy mhd 40≈ 
 Vậy ββ SinCosM ltv 7021264 −= (KNm) (12) 
−ltcM Mô men lật do lực quán tính ly tâm của cần trong quá trình quay cần, theo [2]: 
ββ
ββββ
Sinl
lnG
Sinl
lnG
Sinl
lnG
Cosh
lnG
Cosh
lnG
Cosh
lnG
M
c
cqc
c
cqc
c
cqc
c
cqc
c
cqc
c
cqc
ltc
3
3
2
3
2
2
2
2
1
1
2
1
3
3
2
3
2
2
2
2
1
1
2
1
900900
900900900900
−
−−++≈
 Trong đó: KNGc 55,461 = ; KNGc 675,262 = ; KNGc 2,813 = là trọng lượng của các đoạn cần, 
vậy ββ SinCosM ltc 58145 −≈ (KNm) (13) 
 Thay (11), (12), (13) vào (8) ta có ββ SinCosM qt 7351425 −=∑ (14) 
 Thay (2), (3), (4), (14) vào (1) và tính toán ta xác định được góc nghiêng tối đa của mặt nền là 
,0
max 342≈β . 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 62 
3. Kết luận 
 1. Các yếu tố động lực học ảnh hưởng đến khả năng ổn định chống lật rất lớn và hết sức 
phức tạp đặc biệt là với những cần trục có tầm với, chiều cao và tải trọng nâng lớn như cần trục 
Pinguly GC15150S. Điều này thể hiện qua giá trị góc nghiêng lớn nhất cho phép rất nhỏ 
(
max
'β ≈ 02 34 ). Vì vậy khi tính toán ổn định chống lật cần phải xác định chính xác, đầy đủ tất 
cả các yếu tố để đảm bảo an toàn một cách tuyệt đối cho cần trục. 
 2. Góc nghiêng lớn nhất cho phép của nền đặt cần trục Pinguly GC15150S khi làm việc 
rất nhỏ nên công tác chuNn bị mặt bằng cho cần trục là rất quan trọng và đòi hỏi đạt độ chính 
xác cao về độ nghiêng. Bên cạnh đó mặt nền phải được gia cố bền vững để độ lún không vượt 
quá tiêu chuNn. 
Tóm tắt 
Bài báo trình bày một phương pháp xác định góc nghiêng tối đa của mặt nền trên cơ sở 
phân tích động lực học khi cần trục Pinguly GC15150S làm việc, một loại cần trục đặc chủng 
dùng trong xây dựng các công trình lớn. 
Summary 
The paper presents a specific method to determine the maximal angle of the platform for 
the crane Pinguly GC15150S, a specific crane used in building large constructions, based on 
dynamic analysis during its working process. 
Tài liệu tham khảo 
[1]. Thuyết minh cần trục PINGUELY GC-15150S 
[2]. Huỳnh Văn Hoàng và Đào Trọng Thường (1975), Tính toán máy trục, Nhà xuất bản Khoa 
học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
[3]. Nguyễn Thị Hồng CNm, Luận văn tốt nghiệp cao học, hướng dẫn PGS.TS Đào Trọng 
Thường. 
[4]. Tiêu chuNn Việt Nam TCVN2737–90, Tải trọng và tác động, Tiêu chuNn thiết kế. 
 [5].Tiêu chuNn Việt Nam TCVN5575–91, Kết cấu thép, Tiêu chu!n thiết kế. 
[6]. Tiêu chuNn Việt Nam TCVN4244 – 86, Quy phạm kỹ thuật an toàn thiết bị nâng. 
[7]. A. H. Дyкeлъcкий (1973), Cпpaвочник Покpaнaм, T1 1971, T2. 
[8]. M.M. Гоҳьеpґ (1998), Cпpaвочнк Покpaнaм, .