Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cầu trục hai dầm Q=20T L=18m
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh ChấnTÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP1. Sơ Lược Về Vật Liệu Và Cấu Tạo Kết Cấu Của Cầu Trục1.1 Giới thiệu chung kết cấu thép:Kết cấu thép là các kết cấu chòu lực của công trình làm bằng thép hoặc bằng kim loại khác nói chung. Kết cấu thép ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại . Chính là nhờ kết cấu thép có những ưu điểm nổi bật: bền, gọn nhẹ, năng động dễ lắp ráp hoặc vận chuyển, tính công nghiệp hóa cao, không thấm nước, chất lỏng và không khí. Bên cạnh đó khi làm việc trong không khí ẩm, hay nhiệt độ cao thì cần quét thêm lớp sơn chống rỉ, chống cháy hoặc lớp bêtông bảo vệ bên ngoài.Phạm vi sử dụng của kết cấu thép rất rộng rãi: trong xây dựng nhà cửa, cầu đường, trong các kết cấu khung tháp cao, dùng làm bể chứa… và đặt biệt là dùng trong khung sàn, bệ đỡ của các máy nâng chuyển…Khi sử dụng kết cấu thép phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền, độ cứng khả năng chòu lực. Hình dáng kết cấu phải hợp lí và tính thẩm mỹ cao. Về mặt kinh tế thì kết cấu thép phải đảm bảo tiết kiệm vật liệu, tính công nghệ khi chế tạo và tính lắp ráp cơ động. Chính vì thế ta phải tính toán kết cấu thép để so sánh với máy mẫu và tìm ra kết cấu hợp lí nhất, tiết kiệm nhất.Các thông số kó thuật cơ bản vật liệu chế tạo:- Khẩu độ : L = 28m- Sức nâng : Q = 20T- Chiều cao nâng : H = 10 m- Trọng lượng cầu :G=22T- Vận tốc nâng :Vn=20m/phút- Tốc độ di chuyển cổng : vdc = 60 m/ph- Tốc độ di chuyển xe con : v*dc = 30m/ph1.2.Chọn vật liệu chế tạo:- Kết cấu kim loại của máy trục là phần chiếm nhiều kim lọai nhất trong toàn bộ máy trục. Vì thế để có khối lượng máy trục hợp lý cần phải thiết kế và tính toán đúng phần kết cấu kim lọai của nó.- Khối lượng kim lọai dùng cho kết cấu kim lọai chiếm 60÷80% khối lượng kim loại của toàn bộ máy trục, có khi còn hơn nữa. Vì vậy việc - 1 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấnchọn kim lọai thích hợp cho kết cấu kim lọai để sử dụng chúng một cách tinh tế nhất là rất quan trọng. Ngoài việc phải đảm bảo độ bền khi làm việc, kết cấu kim lọai cần phải dễ gia công, có giá thành thấp, diện tích chòu gió nhỏ, bề mặt ngòai của kết cấu cần phẳng để dể đánh rỉ và dể sơn.- Kết cấu kim lọai cổng trục phần lớn dùng thép tấm, có thể liên kết với nhau bằng hàn hay đinh tán. Vì mối ghép hàn gia công nhanh và rẻ được sử dụng rộng rãi nên ta chọn cách gia công này.Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép rất đa dạng như là thép cácbon (gồm: thép cácbon thấp, trung bình và cácbon cao) hay thép hợp kim… Trong chế tạo kết cấu kim loại máy trục người ta sử dụng chủ yếu thép cácbon trung bình ( CT3 ) có cơ tính như sau:+ Môđun đàn hồi : E = 2,1.106 KG/cm2.+ Môđun đàn hồi trượt : G = 0,81.106 KG/cm2.+ Giới hạn chảy : σch = 2800 KG/cm2.+ Độ giãn dài khi đứt : ε = 21%.+ Khối lượng riêng : γ = 7,83 T/m3.+ Giới hạn bền : σb = 4200 kG/cm2.+ Độ dai va đập : ak = 100 J/cm2.+ Độ bền cơ học đảm bảo.+ Tính dẻo cao.+ Tính hàn tốt ( dễ hàn ).Đối với các thanh phụ không chòu tải, dàn bảo vệ, tay vòn, sàn lát… có thể dùng thép CT0,CT1,CT2.1.3 Cấu tạo.Cầu trục gồm 2 dầm ngang kiểu hộp. Dầm được tựa trên các chân đỡ là các chân của cổng .ƠÛ chân cổng, phía trên có thanh dằng, phía dưới có liên kết với dầm để đặt hệ thống thủy lực và động cơ diezen.2. Các Thông Số Kích Thước Cơ Bản Kết Cấu Thép:- Theo dự kiến thiết kế ban đầu thì cầu sẽ gồm hai dầm hộp. Ray di chuyển cho xe lăn sẽ bố trí ở thành trên của dầm. - Mặt trên của cầu sẽ kết hợp làm sàn kiểm tra. Khoảng cách giữa hai dầm phải tính sao cho cầu đủ ổn đònh trong mặt phẳng ngang do tác dụng của tải trọng lệch, vừa phải phù hợp với kích thước của xe lăn và giằng dầm. - 2 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn- Mục đích cuối cùng là chọn kết cấu nhỏ gọn mà vẫn đủ khả năng làm việc. 2.1.Các kích thước cơ bản của dầm chính.- Do hai dầm giống nhau nên ở phần này ta chỉ trình bày kích thước đặc trưng của một dầm.- Ta chọn sơ bộ các kích thước sau:Chiều dài dầm: L = 28m.Chiều cao của dầm lấy trong giới hạn: h=28201101201101÷=÷ LChọn h=1800mChiều dày tấm thành:δt=6mmChiều dày của thành biên: δb=27mm.Chiều cao của thành dầm: ht=(h-2.δ)=900mm.Bề rộng tấm biên : B= (0,33÷0,5).H=(594÷900)Chọn B = 680mmChiều dài đoạn nghiêng : C= ( 0,1÷0,2).L=2800÷5600Chọn C=4000mm276106006801800Hình 24: Dầm chính.- 3 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn2.2Các kích thước cơ bản của đầu dầm chính:271216460900 Hình 25: Dầm dưới.2.3. Các kích thước cơ bản của dầm đầu.276101800600680 Hình 26: Chân cổng phía trên.- 4 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn3. Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:3.1 Dầm chính- Tấm biên trên và biên dưới được chế tạo từ các tấm thép có chiều dày 16mm, chiều dài 7000mm và chiều rộng 1400mm.- Tấm thành được chế tạo từ các tấm thép có chiều dày 12mm, chiều dài 7000mm và chiều rộng 1800mm.- Momen quán tính của tiết diện:12.1768.2)2680.(.212 22321131δδδ+++= FBJoxJx=( )( )121768.12.2892.16.680.21212.680.2323++Jx=2,84.1010mm4. 12 2)2270.(.212.1768.21322232δδδoyBFJ +++=Jy=( )( )( )12680.16.2303.1768.12.21212.1768.2323++Jy=0,47.1010mm4- Momen chống uốn của tiết diện:Wx =180010.84,2.210=HJxWx=31,56.106 mm3Wy=68010.47,0.210=BJyWy=13,8.106mm3.3.1 Đầu dầm chính và dầm đầu- Dầm đầu có kết cấu hộp giống như dầm chính, chiều dài dầm đầu là 1800mm, chiều cao la 900mm và cũng được chế tạo từ các tấm thép giống như dầm chính.- 5 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn- Momen quán tính của tiết diện:12.868.2)2900.(.212 22321131δδδ+++= FBJoxJx=( )( )12868.12.2442.16.500.21216.500.2323++Jx=0,44.1010mm4.12 2)2270.(.212.868.21322232δδδoyBFJ +++=Jy=( )( )( )12500.16.2236.868.12.21212.868.2323++Jy=0,15.1010mm4- Momen chống uốn của tiết diện:Wx =90010.44,0.210=HJxWx=9,8.106 mm3Wy=50010.15,0.29=BJyWy=6.106mm3.4. Các Tải Trọng Tính:Kết cấu kim lọai của cổng trục chòu các lọai tải trọng: tải trọng không di động, tải trọng di động, lực quán tính, tải trọng lệch do phân bố tải không đều.Bảng 3: Bảng tổ hợp tải trọng.- 6 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh ChấnLoại tải trọngTính theo độ bền mỏi Tính theo bền và ổn đònh.[σ]rk=Irknσ[σ]=IIcnσTổ hợp tải trọngIaIbIIaIIbIIcTải trọng bản thân cấu kiện G G k'T.G G kT.G GTrọng lượng xe con: GxGxk'T.GxGxkT.GxGxTrọng lượng hàng kể cả thiết bò mang hàngψI.Qtđk'T.QtđψII.Q kT.Q QLực quán tính khi hãm cầu trục và xe conPqtPqtmaxPxqtChú thích:- Các trường hợp tải trọng tương ứng sự làm việc của cần trục như sau:•Ia ,IIa : Cầu trục đứng yên, nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm khi đang hạ hàng với nửa tốc độ(Ia) và cả tốc độ(IIa).•Ib ,IIb : Cầu trục mang hàng di chuyển tiến hành phanh cầu trục từ từ(Ib) và phanh đột ngột (IIb).•IIc : Cầu trục đứng yên, khởi động hoặc hãm xe con mang hàng trên cầu. Trường hợp này dùng để tính dầm đầu.- Trong trường hợp này ta sẽ tính kết cấu kim loại cầu trục theo độ bền và ổn đònh.- Với các trường hợp cần phải tính là IIa ,IIb ,IIc4.1. Tải trọng không di động.- Tải này do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát,hàng rào kiểm tra, ray, trục truyền của cơ cấu di chuyển… được xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của kết cấu. Còn tải trọng của cơ cấu di chuyển cầu, buồng lái và các thiết bò điện được xem như tập trung tại điểm đặt của nó.- Vì có hiện tượng va đập trong quá trình di chuyển trên đường ray có mối nối, nên tải trọng do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát, ray phải tính đến ảnh hưởng của hiện tượng va đập. - 7 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn- Tải trọng không di động xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của dầm và được xác đònh như sau:+ Khối lượng biên trên, biên dưới, bản thành:m=2.20.7850.(0,6.0,012+1,3.0,008)=5526,4Kg+ Khối lượng ray: 63,7Kg/m.+ Trọng lượng phân bố của dầm chính:q=k1.+=+ 7,63202,1*4,55261,1202,1*raymmq=434,8 kG/m.Với K1=1,1: hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập khi di chuyển theo trang 96,[1] ứng với Vc=60m/ph.Sơ bộ tính trọng lượng bản thân dầm đầu cầu trục:mc =2.5.7850.(0,3.0,012+0,868.0,008)mc =683,2 kG. =>qc =52,683=136,6 kG/m4.2. Tải trọng di động.- Các hệ số tải trọng:- Hệ số va đập kt : theo [2]kt = 1,2 - Hệ số động khi nâng hàng: theo [2] ψII = 1 + 0,04.vn = 1 + 0,04.20= 1,8- Trọng lượng bản thân:Trọng lượng bản thân của cầu trục (theo kinh nghiệm) G = 31600 kG- Trọng lượng bản thân cầu trục có kể đến hệ số va đập kt kt.G = 1,2 x 31600 = 37920 kG - Trọng lượng xe con: Gx = 0,4 x Q = 0,4 x 25000 = 10000 kGTrọng lượng xe con kể đến hệ số va đập kt : kt.Gx = 1,2 x 10000 = 12000 kG- Trọng lượng hàng nâng có kể đến hệ số động ψII:ψII .Q = 1,48 x 25000 = 37000 kGTrọng lượng hàng nâng có kể đến hệ số va đập kt :- 8 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn => kt.Q = 1,2 x 25000 = 30000 kG - Lực quán tính khi di chuyển cầu trục có gia tốc:Khi cần trục di chuyển có gia tốc ( khởi động , hãm , thay đổi vận tốc ) sẽ làm phát sinh lực quán tính . Tải trọng quán tính lớn nhất có thể xảy ra trong trường hợp này có phương trùng với phương chuyển động của cổng trục, có giá trò được xác đònh bằng Pqtmax .tvGQPccgqt.+=(1)Trong đó :v : vận tốc di chuyển cầu trục : v = 60m/pht : thời gian phanh cổng trục t = (3÷8 )s , ta chọn t = 4 sG : trọng lượng cổng trục : 31600kGQ : trọng lượng hàng: 25000 kGkGPcgqt141504.6060).3160025000( =+=khi gia tốc đột ngột: Pmaxqt = 2.Pcầupt = 2.14150 = 28300 kG- Lực quán tính của xe con mang hàng di chuyển trên dầm chính (tính tương tự):tvQGPxeconqt).( +=(2)Trong đó :v : vận tốc di chuyển xe con: v = 25m/pht: thời gian phanh xe con t = (3÷8 )s , ta chọn t = 4 sG : trọng lượng xe con : 10000 kGQ : trọng lượng hàng: 25000 kG)(36464.6025).1000025000( kGPxeconqt=+=Pxe conqt : có phương dọc theo dầm chính.- Lực sườn R: - Khi cầu trục di chuyển lệch trên đường ray sẽ xuất hiện lực sườn R. Lực này đặt vào gờ bánh xe theo phương vuông góc với phương di chuyển của cổng trục. Giá trò R được xác đònh : theo [5] R=0,15xNN: áp lực của một bánh xe cầu: 21400 kG- 9 - SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh ChấnR=0,15x21400=3210 kG5.Xác Đònh Nội Lực Trong Kết Cấu Thép.5.1.Xác đònh nội lực theo tổ hợp tải trọng IIa. Trường hợp xe con đặt ở giữa dầm là trường hợp nguy hiểm khi tính cho dầm chính:Các tải trọng tác dụng lên dầm:qdầm = 434,8 kG/mQhàng+xe =25000.1,48+ 10000 = 47000 kGR=47000q=434,8Hình 28: Các tải trọng tác dụng lên dầm.Biểu đồ nội lực trong dầm:Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra:2458003087113253595245800308711MXQHình 30: Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra.Biểu đồ momen do các tải trọng tác dụng ngang gây ra5.2. Xác đònh nội lực của cầu trục theo tổ hợp IIb. Trường hợp xe con đặt ở giữa dầm là trường hợp nguy hiểm khi tính cho dầm chính:Sơ đồ tính:- 10 - [...]... Chân Cầu trục Trường hợp nguy hiểm nhất cho chân cầu là khi xe con ở vò trí đầu dầm vì lúc này chân cổng chòu nén và uốn lớn nhất Chân cầu trục được tính kiểm tra theo điều kiện bền và ổn đònh với kích thước kết cấu đã chọn trước A B MX MY N D C Hình 83: Biểu đồ chòu lực của chân cầu trục 7.1.Tổ hợp tải trọng IIa: - 18 - SVTK: Phạm Đức Quốc Chấn GVHD:Nguyễn Danh Xét tiết diện phía trên chân cầu trục: ... ổn đònh của cầu trục được xác đònh theo công thức sau: k2= ( G + Q ) l 2 l2 Pqt h + 2q g 2 = ( 22.10 5 , ) 624 + 4.10 5 6,4 2 78000.17,128 + 2.550 2 Trong đó: G: trọng lượng cầu trục Q: trọng lượng hàng l: chiều rộng của cầu trục trong mặt phẳng ray Pqt:lực quán tính khi phanh cơ cấu di chuyển cổng Pqt= ( G + Q ) v = ( 22.10 5 + 4.10 5 ) 1,5 = 78000 N g t 10 v: vận tốc di chuyển cầu trục t: thời... trọng quán tính do trọng lượng bản thân dầm, tải trọng quán tính do trọng lượng xe con và vật nâng: ∗ Trường hợp tính điều kiện bền cho dầm này do hai đầu dầm chính bò hàn cứng với chân cổng nên để đơn giản ta ta coi dầm chính như bò ngàm hai đầu Còn tải trọng gió tác dụng lên chân ta sẽ xét trong trường hợp nguy hiểm cho chân là trường hợp xe con mang hàng ở đầu dầm P'qt=48750 My Pqtdam=804 Pg=1324 240720,7... uốn trong ray : M u σu= W r = x 18700.200 = 2586,4 KG / cm 2 6.241 Ứng suất uốn cho phép:[σu]r =2700KG/cm2 σu . ChấnTÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP1. Sơ Lược Về Vật Liệu Và Cấu Tạo Kết Cấu Của Cầu Trục1 .1 Giới thiệu chung kết cấu thép:Kết cấu thép là các kết cấu chòu lực. với dầm để đặt hệ thống thủy lực và động cơ diezen.2. Các Thông Số Kích Thước Cơ Bản Kết Cấu Thép:- Theo dự kiến thiết kế ban đầu thì cầu sẽ gồm hai dầm
