Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Tính toán thiết kế cầu trục hai dầm
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC 2 DẦM Trong ngành máy trục vận chuyển, phần kết cấu thép giữ vai trò quan trọng và nó chiếm một tỷ trọng rất lớn trong khối lượng toàn máy. Riêng đối với các loại cầu trục, kết cấu thép có vai trò còn quan trọng hơn. Nó chẳng những dùng làm giá đỡ cho tất cả các cơ cấu toàn máy mà còn là nơi chòu toàn bộ các loại tải trọng đặt lên. Đối với cầu trục một dầm, đặc biệt là loại cầu trục có khẩu độ rất lớn như trên (L = 20 M) thì việc tính toán và lựa chọn phương án chế tạo phần kết cấu thép đáp ứng đầy đủ tất cả các yêu cầu làm việc là rất quan trọng. 1. Các trường hợp tổ hợp tải trọng: Tải trọng tính toán phần kết cấu thép cầu trục được phân chia thành các trường hợp tổ hợp tải trọng như sau: Tải trọng Tính theo độ bền mỏi Tính theo bền và ổn đònh [ ] Irkrk n c / σσ = [ ] IIc n/ σσ = Các trường hợp tải trọng a I b I a II b II c II Trọng lượng cầu C G có hệ số va đập K đ c G K’ đ * c G c G K đ * c G c G Trọng lượng Palăng G pl có hệ số K đ G pl K’ đ *G pl G pl K đ *G pl G pl Trọng lượng hàng nâng Q có tính đến hệ số K đ , ψ ∋ ψ Q* I K’ đ * ∋ ψ Q* II ψ K đ * ∋ Q Q Lực quán tính ngang khi hãm CCDC cầu trục qt P P qt max qt P x qt P SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 1 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN hoặc palăng điện x qt P Trong đó: Các trường hợp tải trọng quy đònh sự làm việc của các cơ cấu như sau : + a I : Cầu trục đứng yên, tiến hành nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm hàng khi đang hạ với nửa tốc độ. + a II : Cầu trục đứng yên, tiến hành nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm hàng khi đang hạ với toàn bộ tốc độ. + b I : Cầu trục di chuyển có hàng khi phanh từ từ. + b II : Cầu tục di chuyển có hàng khi phanh đột ngột. + c II :Cầu trục không di chuyển, palăng điện có hàng di chuyển và phanh palăng một cách đột ngột (dùng để tính toán kiểm tra dầm đầu của cầu). 2. Xác đònh các phần tử trong bảng tổ hợp tải trọng : 2.1. Trọng lượng bản thân của cầu trục: Trọng lượng bản thân cầu trục bao gồm: trọng lượng phần kết cấu thép, cơ cấu di chuyển cầu và thiết bò điện. 31,6( ) 31600( ) c G T kG= = 2.2. Trọng lượng palăng điện: 570G pl = (kG) 2.3. Hệ số va đập khi di chuyển: Dựa vào tốc dộ di chuyển cầu v =95 (m/ph) tra bảng (4-12)- [03], ta chọn hệ số va đập tính theo độ bền 1K đ = . Hệ số va đập khi tính đến độ bền mỏi K’ đ được tính theo K đ như sau: K’ đ = 1 + 0.5*(K đ -1) = 1 SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 2 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 2.4. Hệ số động khi nâng hạ hàng Hệ số động ψ được xác đònh qua công thức gần đúng như sau: nI V*025.01 +=ψ (1.06.1)-[03] nII V*04.01 +=ψ (1.06.2)-[03] Với Vn = 7,74 (m/ph): tốc độ nâng hàng của palăng điện. 1 0.025* 7.74 1.1935 I ψ ⇒ = + = 1 0.04 * 7.74 1.3096 II ψ ⇒ = + = 2.5. Trọng lượng hàng nâng : Q =20 (T) = 20000 (kG) 3. Lực quán tính ngang qt P : 3.1. Khi cầu trục di chuyển, tiến hành hãm cầu trục làm xuất hiện lực quán tính có phương ngang theo phương di chuyển của cầu trục. t V *)mm(J*mP dc hcdcqt +== (1.09)-[03] Trong đó: + m c = 31600 (kG):Trọng lượng toàn bộ cầu trục. + m h = 20000 (kG): Trọng lượng hàng nâng đònh mức. + V dc = 95 (m/ph)=1,58 (m/s) + t = 2 (s): Thời gian gia tốc (hoặc phanh hãm) cầu trục. 1.58 (31600 20000) * 40850 2 qt P⇒ = + = (kG) Khi gia tốc cầu trục một cách đột ngột, lực quán tính ngang được tính giá trò lớn gấp hai lần giá trò đònh mức. 57542877*2P*2p qt max qt === (kG) (1.10)-[0.3] 3.2. Lực quán tính do khối lượng xe tời và hàng khi phanh xe con. Lực này sẽ tác dụng lên dầm đầu và là tải trọng để tính toán kiểm tra bền và ổn đònh dầm đầu (tổ hợp II c ). 4.Tính toán dầm chính: 4.1. Tính chọn sơ bộ tiết diện mặt cắt ngang của dầm chính. SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 3 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 4.1.1. Xác đònh mômen uốn lớn nhất theo phương thẳng đứng. Trên dầm chính, cụm palăng di chuyển trên 4 bánh xe. Để bài toán được đơn giản ta xem như áp lực của các bánh xe tác dụng lên dầm là N 1 , N 2 và khoảng cách giữa các tải trọng là b =220 (mm) (khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe 2 bên là bằng nhau ). 1 2 20000 570 10285 2 2 pl Q G N N + + = = = = (kG) Hình: + Phản lực tại gối tựa A. SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 4 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN b L N x L NN )NN(qL 2 1 )]bxL(*N)xL(*NqL 2 1 [* L 1 R 221 21 21 2 A − + −++= −−+−+= Với 21000 105( ) 20 c G kG q L m = = = khối lượng dầm phân bố trên một đơn vò chiều dài. + Mômen uốn ở tiết diện dầm dưới tải trọng N 1 nằm cách gối tựa A một khoảng cách x, phương trình M 1 (x) có dạng parabol. 22 212 21 2 221 21 2 Ax1 qx 2 1 x L NN x*)b L N NNqL 2 1 ( qx 2 1 x*]b L N x L NN )NN(qL 2 1 [ qx 2 1 x*R)x(MM − + −−++= −− + −++= −== (01) Để xác đònh vò trí ứng với giá trò mômen uốn dưới bánh xe 1 là lớn nhất ta tìm cực trò của hàm số M 1 (x) và cho 0 dx )x(dM 1 = . 0qxx L NN 2)b L N NNqL 2 1 ( dx )x(dM 212 21 1 =− + −−++= 0x)q L NN 2() L b 1(NNqL 2 1 21 21 =+ + −−++⇔ q L NN 2 ) L b 1(NNqL 2 1 x 21 21 + + −++ =⇒ (02) Thay q L NN 2 ) L b 1(NNqL 2 1 x 21 21 + + −++ = vào (01), ta được: + + −++ =⇒ q L NN 22 ) L b 1(NNqL 2 1 M 21 2 21 max (03) + Lực cắt lớn nhất trên dầm chính xuất hiện tại gối tựa của dầm chính khi xe con di chuyển đến vò trí tận cùng của dầm chính (dầm đầu). qL 2 1 L b 1NNR 21 max A + −+= (04) SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 5 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN Thay các giá trò vào (02), (03) và (04) ta được các giá trò: + Tại x = 10 (m) thì: R A = 31227,5(kG) M max = 187092 (kG.m) =18709200(KG.cm) + Lực cắt lớn nhất xuất hiện tại gối tựa. = max A R 31227,5 (kG) 4.1.2. Xác đònh chiều cao của dầm. Chiều cao của dầm ảnh hưởng lớn đến độ bền, độ cứng, độ ổn đònh và tính kinh tế của nó. Khi chiều cao của dầm tăng thì trọng lượng tấm thành (bản bụng) có tăng, song trọng lượng của tấm biên (bản cánh) lại được giảm đi tương ứng để đảm bảo mômen chống uốn của dầm giữ nguyên. Khi đó dầm sẽ có nhiều ưu điểm hơn dầm có cùng môđun chống uốn nhưng chiều rộng bản cánh lớn. Chiều cao lớn nhất của dầm h max hạn chế bởi điều kiện để nhận được khối lượng dầm nhỏ nhất là G min . Chiều cao nhỏ nhất của dầm h min hạn chế bởi điều kiện độ võng của dầm (f) và thời gian tắt dao động (t). Chiều cao tối ưu của dầm có thể xác đònh bằng tính toán. Để sử dụng hoàng toàn vật liệu của dầm: căn cứ vào mômen chống uốn của dầm do tải trọng gây ra M để xác đònh mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm. max 18709200 11200 [ ] 1667 M W σ ≥ = = (cm 3 ) Trong đó: + ==σ 2 cm kG 1667 5.1 2500 ][ : cường độ tính toán gốc (vật liệu là thép CT3). + M max = 18709200 (kG.cm): Mômen uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm nhất. SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 6 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN – Chiều cao của dầm h max xác đònh theo điều kiện khối lượng của dầm là nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo nhận được mômen chống uốn của tiết diện W cần thiết. Hình: Đặt trọng lượng của một đơn vò chiều dài dầm là g, khi đó: β+= *)gg(g bt m kG Trong đó: + γδ= *h*2g ttt : trọng lượng chiều dài 1 mét chiều dài 2 tấm bản thành dầm. + γ= *F*2g bb : trọng lượng 1 mét chiều dài 2 tấm biên của dầm. + 3 7.83 T cm γ = ÷ : trọng kượng riêng của vật liệu chế tạo dầm. + 3.1 =β : hệ số kết cấu phụ thuộc vào trọng lượng các gân tăng cứng và các bản ngăn tăng cứng của dầm. Mômen quán tính của tiết diện (hình vẽ). SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 7 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 2 t b 3 tt 2 t b 3 tt bt 2 h *F2 6 h* 2 h *F2 12 h* 2JJJ + δ = + δ =+= Công thức trên nhận được khi ta bỏ qua mômen quán tính của tấm biên đối với trục trung hòa của nó và coi chiều cao thành dầm gần bằng chiều cao dầm: h t = h. Vậy mômen chống uốn của dầm được xác đònh như sau: h*F 3 h* 2 h J W b 2 t + δ = = 3 h* h W F t b δ −=⇒ Thay F b vào ta được: +δγβ= δ −+δγβ= h W h* 3 2 ***2 3 h* h W h***2g t t t Để tìm chiều cao dầm tương ứng sao cho trọng lượng dầm là nhỏ nhất ta đạo hàm biểu thức (…) theo h và cho bằng 0 để tìm cực trò. 0 h W 3 2 ***2 dh dg 2 t = −δγβ= Chiều cao tiết diện dầm ứng với trọng lượng dầm nhỏ nhất tức chiều cao kinh tế của dầm được tính theo công thức. t kt 2 W3 h δ =⇒ Song độ mảnh của thành dầm không được vượt quá một giới hạn nhất đònh khi xét đến độ bền của tấm thành dưới tác dụng của ứng suất tiếp và vấn đề ổn đònh cục bộ của nó. Vì vậy chiều cao lớn nhất của dầm cần xác đònh theo công thức (chọn 6.0 t =δ (cm)): max 3 3*11200 71 2 2 * 0.6 t W h δ ≤ = = (cm) Chọn h = 167 (cm). 4.1.3. Xác đònh kích thước thành dầm. Kích thước các bộ phận dầm tổ hợp, chiều dày của các tấm và kích thước của dầm tổ hợp được chọn sơ bộ. Sau khi đã chọn được SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 8 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN tiết diện dầm tổ hợp sẽ tiến hành kiểm tra theo các điều kiện độ bền, độ cứng và độ ổn đònh của dầm. Chiều cao thành dầm h t gần bằng chiều cao của dầm ( hh t ≈ ). Để sử dụng tiết kiệm các thép tấm cán sẵn từ các nhà máy chế tạo, nên lấy chiều cao tấm thành là bội số của 10 (cm). Khi đó mức độ hao phí vật liệu chế tạo sẽ ít. bt 3hh δ−= Trong đó: + b δ : Chiều dày của bản cánh (tấm biên). Do xe con di chuyển ở bản cánh dưới của dầm nên ta chọn chiều dày bản cánh dưới gấp đôi chiều dày bản cánh trên ( bbtbd 22 δ=δ=δ ). Chọn 1 b =δ (cm). 167 3*1 164 t h⇒ = − = (cm) 4.1.4. Xác đònh chiều rộng tấm biên. Để đảm bảo ổn đònh tổng thể của kết cấu dầm ta nên chọn. 105 3.5 30 3.5 3.5 h h B B ≤ ⇒ ≥ = = (cm) Vậy ta chọn B = 40 (cm). Tiết diện dầm được chọn có dạng như sau: SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 9 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN Hình: 4.2. Xác đònh nội lực trong dầm chính trong trường hợp trường hợp tải trọng II a . Đối với trường hợp này, ta tiến hành tính toán khi cầu trục đứng yên, cơ cấu nâng làm việc với mã hàng đònh mức (Q = 20 (T) = 20000 (kG)), tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng một cách đột ngột với toàn bộ tốc độ. 4.2.1. Các tải trọng đặt lên dầm chính bao gồm: – Trọng lượng bản thân dầm chính G c = 21000 (kG). Như vậy phần tải trọng này là loại tải trọng phân bố dọc chiều dài dầm chính và có trò số: 2100 105 20 c G q L = = = m kG – Trọng lượng palăng điện: G pl = 570 (kG). – Trọng lượng hàng nâng có tính đến hệ số động khi nâng hạ hàng II ψ : SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 10 [...]... tính toán di chuyển của cầu trục khi có hàng, tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu di chuyển cầu một cách đột ngột Khi này sẽ xuất hiện tải trọng quán tính tác dụng lên di chuyển, gây ra mômen uốn ngang dầm 4.3.1 Tính toán dầm bên (dầm đầu): 4.3.1.1 Kết cấu dầm đầu: SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 14 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 240 250 10 Tham khảo máy mẫu, ta chọn kết cấu dầm đầu là kết cấu kiểu hộp, được... đối với trục Y-Y WY = 2876 (cm3) Áp dụng phương pháp tính theo ứng suất cho phép, ta kiểm tra độ bền dầm chính theo công thức sau: σ 2500 kG σ ≤ [ σ] = c = = 1667 2 (2.1)-[03] n 1.5 cm Trong đó: + [σ] : Ứng suất cho phép khi tính toán kiểm tra bền cầu trục + kG 2 : cm σ c = 2500 Ứng suất giới hạn chảy của vật liệu (CT3) dùng để chế tạo cầu trục + n: Hệ số an toàn khi tính toán kiểm... 4.4.4 Kiểm tra bền dầm đầu: Áp dụng phương pháp tính theo ứng suất cho phép, ta kiểm tra độ bền dầm chính theo công thức sau: σ 2500 kG σ ≤ [ σ] = c = = 1667 2 (2.1)-[03] n 1.5 cm Trong đó: + [σ] : Ứng suất cho phép khi tính toán kiểm tra bền cầu trục + kG 2 : cm σ c = 2500 Ứng suất giới hạn chảy của vật liệu (CT3) dùng để chế tạo cầu trục + n: Hệ số an toàn khi tính toán kiểm tra,... theo dầm chính với toàn bộ tốc độ và phanh hãm palăng một cách đột ngột, lúc này sẽ xuất hiện lực quán tính tác dụng lên dầm đầu theo phương ngang – Lực quán tính xác đònh theo công thức sau: max Pqtp = 2 * Pqt = 2 * m * J X = 2(m pl + m h ) Vdc t (1.09)-[03] 4.4.3 Xác đònh nội lực trong dầm đầu tương ứng với trường hợp trường hợp tải trọng IIC : Đối với trường hợp này, ta tính toán dầm đầu khi cầu trục. .. dừng của palăng là sát dầm đầu nhất Khi này, vò trí đặt và giá trò của các tải trọng tác dụng lên dầm đầu như sau: Để tính toán lực tác dụng lên dầm đầu ta chỉ cần xét lực tác dụng lên mỗi dầm Trọng lượng hàng nâng đònh mức và trọng lượng palăng điện: hai tải trọng này được đặt tại vò trí gây ra trạng thái nguy hiểm nhất cho dầm đầu là đặt gần sát một bên dầm Khi này có một dầm đầu chòu tải trọng lớn... gây ra mômen uốn cực đại tại x = 10 (m) là gần giữa dầm Để bài toán được đơn giản và tính toán một cách gần đúng ta coi như trọng lượng của palăng và hàng là tải trọng tập trung có điểm đặt là điểm giữa 2 trục bánh xe di chuyển palăng theo chiều dọc dầm chính Sơ đồ tính toán dầm chính khi palăng nâng cùng mã hàng ở vò trí bất lợi nhất là ngay giữa dầm như sau: Gh = ψ II * Q = 1.3096 * 20000 = 20619... Tính toán các kết cấu phụ của cầu trục: 4.5.1 Phương pháp bố trí gân tăng cứng thành dầm Đối với dầm hai thành (tiết diện hình hộp) để tăng cứng cho tấm thành và các tấm biên, đồng thời tăng độ cứng chống xoắn tiết diện ngang của dầm: gân tăng cứng được bố trí là các vách ngăn Các vách ngăn là các tấm thép được bố trí trong lòng của dầm hàn với các tấm thành và tấm biên Các gân tăng cứng thành dầm sẽ... mối ghép bulông đủ bền 4.5.5 Tính toán kiểm tra bền mối ghép hàn: – Để đảm bảo yêu cầu công việc, cầu trục được thiết kế cần phải có khẩu độ là L = 20 (m) Với khẩu độ tương đối lớn như vậy, việc gia công chế tạo dầm cần liền nguyên khối nhằm đảm bảo khả năng chòu lực đồng đều tại mọi vò trí của dầm là điều không thể làm được Vì vậy ta buộc phải lựa chọn phương án gia công dầm chính bằng cách ghép các... một cách gần đúng ta giả thuyết đưa bài toán về dầm liên tục đặt trên hai gối (hai dầm đầu) và tải trọng tác dụng lên dầm chính là tải trọng tập trung đặt ở giữa dầm (khoảng cách giữa hai bánh xe di chuyển ngang tương đối nhỏ l = 220 (mm) nên ta có thể xem áp lực đặt lên các bánh xe của palăng điện là tải trọng tập trung tại một điểm đặt lên dầm chính) Sơ đồ tính như sau: SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang:... kG + q = 217.5 m : Trọng lượng dầm phân bố trên một đơn vò chiều dài – Để bài toán được đơn giản ta tính độ võng của dầm theo hai trường hợp: + Chỉ xét đến trọng lượng bản thân dầm + Không xét đến trọng lượng bản thân dầm SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 29 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 4.5.6.1 Tính độ võng của dầm khi chỉ chòu tác dụng của trọng lượng bản thân dầm chính Hình: – Xác đònh phản lực tại . V* 04. 01 +=ψ (1.06.2)-[03] Với Vn = 7, 74 (m/ph): tốc độ nâng hàng của palăng điện. 1 0.025* 7. 74 1.1935 I ψ ⇒ = + = 1 0. 04 * 7. 74 1.3096 II ψ ⇒ = + = 2.5. Trọng. c ). 4. Tính toán dầm chính: 4. 1. Tính chọn sơ bộ tiết diện mặt cắt ngang của dầm chính. SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 3 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN 4. 1.1.