Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC Phần I: Giới thiệu chung I – Giới thiệu: Máy trục (máy nâng chuyển) là những máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ các thiết bị mang hàng trực tiếp hoặc gián tiếp. Phạm vi sử dụng của máy trục rất rộng như: Phục vụ công tác xếp dỡ hàng hóa ở cảng biển, cảng sông, các phân xưởng trong nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, khai khoáng, các công trình xây dựng … Ngoài ra, còn một số máy trục còn phục vụ công tác chở người như: thang máy, cầu treo trong các khu du lịch. Với nền kinh tế phát triển như hiện nay, việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa cần phải tiến sang một bước cao hơn. Vấn đề đưa máy móc vào trong sản xuất thay thế sức người ngày càng được hoàn thiện hơn. Công lao hàng đầu phải kể đến ngành cơ khí, đã cho ra đời những loại máy móc phục vụ cho nền kinh tế trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa không những trong nước mà trên toàn cả thế giới. Những năm trước đây, máy trục còn được chế tạo với sức nâng nhỏ, không lớn lắm mà kích thước thì rất lớn, cồng kềnh. Trong những năm gần đây, ngành cơ khí đã cho ra đời những loại máy trục có sức nâng lớn và rất lớn (lên đến hàng ngàn tấn), nhưng kết cấu bền vững, kích thước lại nhỏ gọn hơn. Vấn đề nào đã giúp cho ngành cơ khí có những bước tiến mạnh mẽ như vậy? Đó chính là quá trình nghiên cứu tính toán độ bền, độ ổn định, độ cứng kết cấu thép của toàn bộ cần trục. bên cạnh đó không thể không có những kinh nghiệm thực tế mà chúng ta đúc rút được từ những cần trục ra đời trước đó. Để giúp cho chúng ta biết được phương pháp tính toán kết cấu kim loại máy trục thì môn học KẾT CẤU THÉP đóng vai trò rất quan trọng. Đặc điểm của kết cấu thép là: Có khả năng chịu lực lớn; độ tin cậy cao; trọng lượng nhẹ; tính công nghiệp hóa cao;tính cơ động trong việc vận chuyển và lắp ráp; tính kín và tính dễ liên kết cao. Mặt khác, kết cấu thép là loại kết cấu đặc trưng trong máy trục. Nhưng vấn đề cần lưu ý khi chúng ta sử dụng kết cấu thép trong máy trục là nó dễ bị gỉ, chịu lửa kém và giá thành cao. II – Giới thiệu về cần trục chân đế: Cần trục chân đế là loại máy trục được sử dụng để phục vụ công việc xếp dỡ hàng hóa trên các bến cảng hoặc kho bãi. Cần trục chân đế có sức nâng từ Q = 3.2 T đến 40 T; chiều cao nâng H = 40 ÷ 60 m; vận tốc di chuyển của cần trục là v dc = 20 ÷ 25 m; tốc độ quay n = 1 ÷ 2 vòng/phút. Để đảm cho mã hàng được di chuyển theo phương ngang khi nâng hạ cần chúng ta có thể sử dụng phương pháp cân bằng bằng hệ palăng cáp hoặc dùng cơ cấu 4 khâu bản lề (cần có vòi). Cân bằng cần trục chân đế bằng đối trọng. Căn cứ vào thiết bị đỡ quay, cần trục chân đế được chia làm 2 loại: 1 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC - Cần trục chân đế kiểu mâm quay - Cần trục chân đế kiểu cột quay. Căn cứ vào kết cấu thép hệ cần chía làm 2 loại: - Cần trục chân đế hệ cần không có vòi - Cần trục chân đế hệ cần – vòi. III – Tổng thể cần trục chân đế kiểu mâm quay hệ cần – vòi: 30000 24 10500 2 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC Chú thích: 1-Cơ cấu di chuyển; 2-Chân đế; 3-Vành răng cố định; 4-Cabin điều khiển; 5-Cụm móc treo; 6-cần; 7-Vòi; 8-Cáp giằng vòi; 9-Cáp nâng hàng; 10-Đối trọng cân bằng hệ cần; 11-Giá đỡ chữ A; 12-Buồng máy; 13-Đối trọng cân bằng cơ cấu quay; 14-Bánh răng hành tinh; 15-Lan can để sửa chữa; 16-Cụm puly đầu vòi; 17-Puly đầu cần; 18-Thanh răng; 19-Cầu thang; 20-Thanh giằng chân đế. Phần II: Tính toán thiết kế hệ cần – vòi I – Lựa chọn kết cấu thép hệ cần – vòi: Cần trục chân đế làm việc ở các bến cảng, kho bãi; khoảng không gian làm việc phải rộng; để dảm bảo cho mã hàng được di chuyển theo phương ngang khi nâng hạ cần thay đổi tầm với đươc thuận lợi, ta dùng giằng vòi là giằng mềm (tức là dùng dây cáp để giằng vòi). Để đảm bảo cho cần và vòi có khả năng chống lại moment xoắn do các tải trọng tác dụng lên hệ cần – vòi khi cần trục làm việc; ta dùng kết cấu thép hệ cần – vòi là kết cấu hộp (được hàn từ các tấm thép lại với nhau hoặc các tấm thép được liên kết với nhau bằng mối ghép bulông). Kết cấu hệ cần – vòi như hình vẽ: Chú thích: 1-Cần; 2-vòi; 3-Cáp giằng vòi. 3 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC Vật liệu để chế tạo cần trục là thép CT3; các đặc trung của thép CT3: - Modun đàn hồi khi kéo: E = 2,1.10 6 kG/cm 2 - Modun đàn hồi trượt: G = 0,81.10 6 kG/cm 2 - Giới hạn chảy: c σ = 2400 – 2800 kG/cm 2 - Giới hạn bền: b σ = 3800 – 4200 kG/cm 2 - Độ dai va đập: a k = 50 – 100 J/ cm 2 - Khối lượng riêng: γ = 7,83 T/ m 3 - Độ dãn dài khi đứt: 0 ε = 21% - Ứng suất cho phép lớn nhất: - [ ] 180 5,1 270 === n c σ σ ( 2 / mmN ) = 18 (KG/mm 2 ) II- Các thông số của cần trục chân đế kiểu mâm quay (kiểu KIROV): - Sức nâng: Q = 16 T - Tầm với: R max = 30 m R min = 8 m - Chiều cao nâng: H = 24 m - Chiều dài cần: L = 27 m - Chiều dài vòi: L v = a+b = 11 m - Trọng lượng cần: G c = 14 T - Trọng lượng vòi: G v = 4 T - Tốc độ quay: n = 1,5 vòng/phút - Vận tốc nâng: v n = 50 m/phút - Vận tốc di chuyển: v dc = 22 m/phút - Chế độ làm việc: Trung Bình CĐ = 25% III- Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng: 1- Bảng tổ hợp tải trọng: Khi cần trục làm việc,cần trục phải chịu tác dụng của nhiều loại tải trọng khác nhau. Bao gồm cả tải trọng động và tải trọng tĩnh. Tải trọng có thể tác dụng thường xuyên hoặc không thường xuyên; tác dụng theo phương ngang hoặc phương thẳng đứng. Từ sự phức tạp đó, để thuận lợi cho việc tính toán, người ta chia ra thành các trường hợp tải trọng. Một trường hợp tải trọng bao gồm nhiều tổ hợp tải trọng. 4 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC Loại tải trọng Trường hợp tải trọng I II III [ ] Irk n/ σσ = [ ] IIc n/ σσ = [ ] IIIc n/ σσ = Tổ hợp tải trọng I a I b II a II b III Trọng lượng bản thân các cấu kiện G G G G G Trọng lượng hàng nâng có tính đến hệ số động ψ . I td Q ψ . Q . II td Q ψ Q - Lực quán tính khi khởi động(hãm) cơ cấu thay đổi tầm với. - - - F qt tv - Góc nghiêng của cáp treo hàng - α I - α II - Tải trọng gió tác dụng len kết cấu - - P g II P g II P g III a- Các trường hợp tải trọng: - Trường hợp tải trọng I: Máy trục làm việc bình thường trong điều kiện tải trọng tiêu chuẩn. Các tải trọng tác dụng lên máy trục là các tải trọng tiêu chuẩn.Tải trọng động được quy về tải trọng tương đương. Trường hợp này để tính toán máy trục theo độ bền và độ bền mỏi. - Trường hợp II: Tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc. Đó là các tải trọng giới hạn tác dụng lên máy trục khi làm việc ở điều kiện nặng nhất với tải trọng nâng đúng tiêu chuẩn.Trường hợp này để tính toán máy trục theo độ bền và độ ổn định. - Trường hợp III: Tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc. Các tải trọng như: Trọng lượng bản thân, tải trọng gió bão, tải trọng lắc động và sóng. Trường hợp này để tiến hành kiểm tra độ bền kết cấu và ổn định cần trục. b- Tổ hợp tải trọng: - Tổ hợp I a , II a : Cần trục đứng yên, chỉ có một cơ cấu nâng làm việc. Khởi động(phanh hãm) cơ cấu nâng một cách từ từ (I a ), hay đột ngột (II a ). 5 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC - Tổ hợp I b , II b : Cần trục dứng yên, chỉ có một cơ cấu thay dổi tầm với làm việc. Khởi động (phanh hãm) cơ cấu thay đổi tầm với một cách từ từ (I b ), hay đột ngột (II b ). - Tổ hợp III: Cần trục không làm việc, chịu tác dụng của gió bão. IV- Tính toán kết cấu thép vòi: 1- Tại tầm với lớn nhất - Tính theo tổ hợp II a: a- Các thông số: β = 75 0 a = 8 m δ = 30 0 b = 3 m γ = 20 0 L v = 11 m b- Các lực tác dụng lên vòi: Q x Q y R By R Cy R Bx R Cx G vx G vy B C - Trọng lượng bản thân: G v = 4 T = 4000 kG Coi trọng lượng bản thân vòi là phân bố đều trên suốt chiều dài của vòi. Và được phân tích thành 2 thành phần G vx và G vy . Ta có: 2 2 4000 364 11 vx vy G G kG + = = - Trọng lượng hàng tương đương: Q td = . II Q ψ = 1,3.16000 = 208000 kG Với 1,3 II ψ = (Tra bảng 4.3; trang 264; sách KCKLMT) chế độ làm việc Trung Bình. - Lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp là: S c = 20800 . 1.0,98 td Q a η = = 21225 kG Ta có sơ đồ tính toán: 6 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC Q x Q y R By R Cy R Bx R Cx G vx G vy B C 1 1 2 2 Theo sơ đồ trên ta có: - 0 .sin 363,6.s in20 124,4 11 v vx G G kG γ = = = - 0 .cos 363,6.cos 20 341, 7 11 v vy G G kG γ = = = - 0 .sin 20800.s in20 7114 x td Q Q kG γ = = = - 0 .cos 20800.cos 20 19546 y td Q Q kG γ = = = c- Xác định các phản lực lên gối tựa: + 2 0 . . . 0 2 v C y v vy By L M Q L G R b = ⇒ + − = ∑ 2 2 11 . . 19546.11 341,7. 2 2 75560 3 v y v vy By L Q L G R kG b + + ⇒ = = = Vì: .cos Bx B R R β = ; .sin By B R R β = ; 0 cot .cot 75560.cot 75 20246 Bx Bx By By R ag R R ag ag kG R β β ⇒ = ⇒ = = = + 2 2 0 . . . . 0 2 2 B y vy Cy vy a b M Q a G R b G = ⇒ + − − = ∑ 2 2 2 2 8 3 . . . 19546.8 341,7. 341,7. 2 2 2 2 56280 3 y vy vy Cy a b Q a G G R kG b + − + − ⇒ = = = 7 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC vì: .cos Cx C R R δ = ; .sin Cy C R R δ = ; 0 cot .cot 56280.cot 30 97480 Cx Cx Cy Cy R ag R R ag ag kG R δ δ ⇒ = ⇒ = = = +Xét tại mặt cắt 1-1, cách A về bên phải một khoảng z: Mx = -(Qy.z + Gvy.z.z/ 2) z=0 ⇒ Mx = 0 z=8 ⇒ Mx = - 167300 kGm Q = -(Qy+Gvy.Z) z=0 ⇒ Q = - 19546 KG z=8 ⇒ Q = - 22280 kG N=Qx+Gvx.z z=0 ⇒ N = 7114kG z=8⇒ N = 8110 kG + Xét tại mặt cắt (2-2); cách C một khoảng z: Mx = - (Rcy.Z+ Gvy.Z.Z/ 2) z=0 ⇒ Mx=0 z=3 ⇒ Mx= - 167300 kGm Q = (Rcy+Gvy.z) Z=0 ⇒ Q = 56280 kG Z=3 ⇒ Q = 57305 kG N = Rcx-Gvx.Z Z=0 ⇒ N = 97480 kG Z=3 ⇒ N = 97107 kG . Ta có biểu đồ nội lực như sau: 8 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC Q x Q y R By R Cy R Bx R Cx G vx G vy B C 1 1 2 2 M x (kGm) Q y (kG) N (kG) 167300 56280 57305 19546 22280 7114 97107 - Tính theo tổ hợp II b : a- Trong mặt phẳng thẳng đứng: Các lực tác dụng len vòi: + Trọng lượng bản thân vòi: G v = 4 T = 4000 kG + Trọng lượng hàng: Q = 16 T = 16000 kG + Lực căng cáp nâng hàng: S c = 16000 . 1.0,98 Q a η = = 16327 kG + Lực quán tính khi thay đổi tầm với: F qt = 0,1.G v = 400 kG + Coi lực quán tính là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi: f qt = 400 36, 4 / 11 qt v F kG m L = = b- Ta có sơ đồ tính: 9 Đồ án môn học: KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC Q x Q y R By R Cy R Bx R Cx G vx G vy B C 1 1 2 2 f qt Dựa vào sơ đồ tính ta có: - 0 .sin 363,6.s in20 124,4 11 v vx G G kG γ = = = - 0 .cos 363, 6.cos 20 341,7 11 v vy G G kG γ = = = - 0 .sin 16000.sin20 5472 x Q Q kG γ = = = - 0 .cos 16000.cos 20 15035 y Q Q kG γ = = = c- Xác định các phản lực lên gối tựa: + 2 2 0 . . . . 0 2 2 v v C y v vy qt By L L M Q L G f R b = ⇒ + + − = ∑ 2 2 2 2 11 11 . . . 15035.11 341,7. 36,4. 2 2 2 2 62753 3 v v y v vy qt By L L Q L G f R kG b + + + + ⇒ = = = Vì: .cos Bx B R R β = ; .sin By B R R β = ; 0 cot .cot 62753.cot 75 16815 Bx Bx By By R ag R R ag ag kG R β β ⇒ = ⇒ = = = + 2 2 2 2 0 . . . . . . 0 2 2 2 2 B y vy qt Cy vy qt a a b b M Q a G f R b G f = ⇒ + + − − − = ∑ 2 2 2 2 . . . 2 2 y vy qt Cy a b a b Q a G f R b − − + + ⇒ = 10 [...]... 15934 - T nh theo t hợp IIb: a- Trong m t phẳng thẳng đứng: Các lực t c dụng lên vòi: + Trọng lượng bản thân vòi: Gv = 4 T = 4000 kG + Trọng lượng hàng: Q = 16 T = 160 00 kG Q 160 00 = + Lực căng cáp nâng hàng: Sc = = 163 27 kG a.η 1.0,98 + Lực qn t nhtiếp tuyến khi thay đổi t m với: Fqt = 0,1.Gv = 400 kG + Coi lực qn t nh là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi: fqt = Fqt Lv = 400 = 36, 4kG / m 11 Ta có... học: K T CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC T HP ΙΙ b 1 Trong m t phẳng thẳng đứng: Các lực t c dụng : SB RB qcx qcy a RFy f qt δ Ro' γ b o Ro''  Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần: Gc 160 0 qc = L = 23 = 608 KG/m c Phân t ch qc thành 2 thành phần : vuông góc với trục cần và dọc theo trục cần + qcx = qc.sinγ = 608.sin 300 =304 KG/m + qcy = qc.cosγ = 608.cos 300 =526 KG/m  Phản lực t i ch t liên... 2 Các lực t c dụng lên cần:  Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần: Gc 160 00 qc = L = 23 = 608 KG/m c Phân t ch qc thành 2 thành phần : vuông góc với trục cần và dọc theo trục cần + qcx = qc.sinγ = 608.sin 500 =465 KG/m + qcy = qc.cosγ = 608.cos 500 =390 KG/m  Phản lực t i ch t liên k t cần và vòi: RB = R 2 Bx + R 2 By = 114172 KG 34 Đồ án mơn học: K T CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC SB =... Trong m t phẳng thẳng đứng: Các lực t c dụng len vòi: + Trọng lượng bản thân vòi: Gv = 4 T = 4000 kG + Trọng lượng hàng: Q = 16 T = 160 00 kG Q 160 00 = + Lực căng cáp nâng hàng: Sc = = 163 27 kG a.η 1.0,98 + Lực qn t nh khi thay đổi t m với: Fqt = 0,1.Gv = 400 kG + Coi lực qn t nh là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi: fqt = Fqt Lv = 400 = 36, 4kG / m 11 b- Ta có sơ đồ t nh: 22 Đồ án mơn học: K T. .. k t cần và vòi: RB = R 2 Bx + R 2 By = 166 936 KG SB= S 2 Bx + S 2 By =32653 KG  Lực quán t nh tiếp tuyến của cần khi thay đổi t m với coi như phân bố đều theo chiều dài cần: Fqt 0,1Gc 0,1 .160 00 fqt = L = 23 = = 608 KG/m 23 c Các phản lực gối t a:  Phản lực trong thanh răng RF  Phản lực gối t a t i ch t đuôi cần Ro’ , Ro’’  ∑ Mo=0 ⇔ RF sin 500.b- qcy.L.L/ 2 – Fqt.L.L/ 2 RF =40526 KG +X t m t c t. .. MÁY TRỤC  Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần: Gc 160 00 qc = L = 23 = 608 KG/m c Phân t ch qc thành 2 thành phần : vuông góc với trục cần và dọc theo trục cần + qcx = qc.sinγ = 608.sin 300 =304 KG/m + qcy = qc.cosγ = 608.cos 300 =526 KG/m  Phản lực t i ch t liên k t cần và vòi: RB = R 2 Bx + R 2 By = 166 931 KG SB = S 2 Bx + S 2 By = 39183 KG 1 Các phản lực gối t a: Phản lực trong... với m t đ t Cần trục làm việc ở độ cao 20 ÷ 30 m Tra bảng 4.5, trang 91, sách KCKLMT Ta lấy n = 1,5 c: là hệ số khí động học của k t cấu Hệ cần vòi có k t cấu là dầm hộp Tra bảng 4.6 trang91, sách KCKLMT Chọn c =1.4 η: là hệ số q t i T nh theo phương pháp ứng su t cho phép lấy η=1 β: là hệ số kể t i t c động của gió Chọn β = 1 ⇒ pv = q0.n.c.η.β = 15.1,5.1,4 = 31,5kG/m2 0 12 Đồ án mơn học: K T CẤU KIM... 41 KG/m2  Khi lực ngang T tác dụng ở đầu vòi sẽ gây ra uốn và xoắn cần cũng như giằng vòi Momen t ơng hỗ t vòi truyền lên cần do lực ngang T gây ra : MB = 63938 (KGm) Các phản lực gối t a: Phản lực t i ch t chân cần Q= qg.L M= MB- qg.L.L/ 2 33 Đồ án mơn học: K T CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC MB qg Q (KG) 945 Mu (KGm) 54765 63938 Mx (KGm) 2- VỊ TRÍ T M VỚI TRUNG BÌNH T HP ΙΙ a 1 Các thông số: δ = 650 γ = 500... LOẠI MÁY TRỤC - Trọng lượng bản thân: Gv = 4 T = 4000 kG Coi trọng lượng bản thân vòi là phân bố đều trên su t chiều dài của vòi Và được phân t ch thành 2 thành phần Gvx và Gvy Ta có: Gvx 2 + Gvy 2 = 4000 = 364kG 11 - Trọng lượng hàng t ơng đương: Qtd = ψ II Q = 1,3 .160 00 = 208000 kG Với ψ II = 1,3 (Tra bảng 4.3; trang 264; sách KCKLMT) chế độ làm việc Trung Bình - Lực căng cáp nâng hàng theo hướng... 213.10 5 Ymax 165 (mm 3 ) Momen chống uốn của ti t diện đối với trục Y WY = JY 576.10 7 = = 82.10 5 X max 700 (mm 3 ) * vậy ta có : Ứng su t pháp lớn nh t sinh ra trên ti t diện: 26 Đồ án mơn học: K T CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC σ max = σ max = N F + MY WY + MX WX 337480 322188 + = 2,72 114000 213.10 5 KG / mm 2 - Ứùng su t tiếp do Q gây ra : τ Qd = c Qd S x c J x bx Q : lực c t lớn nh t tại ti t diện Q = 79825 . kiểu mâm quay - Cần trục chân đế kiểu c t quay. Căn cứ vào k t cấu thép hệ cần chía làm 2 loại: - Cần trục chân đế hệ cần không có vòi - Cần trục chân đế hệ cần – vòi. III – T ng thể cần trục chân. (cần có vòi). Cân bằng cần trục chân đế bằng đối trọng. Căn cứ vào thi t bị đỡ quay, cần trục chân đế được chia làm 2 loại: 1 Đồ án môn học: K T CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC - Cần trục chân đế kiểu. về cần trục chân đế: Cần trục chân đế là loại máy trục được sử dụng để phục vụ công việc xếp dỡ hàng hóa trên các bến cảng hoặc kho bãi. Cần trục chân đế có sức nâng t Q = 3.2 T đến 40 T;