Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cầu trục hai dầm q = 20t, l=20m
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤNTÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC 2 DẦMTrong 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 trọngTính theo độ bền mỏiTính theo bền và ổn đònh[ ]Irkrknc/σσ=[ ]IIcn/σσ=Các trường hợp tải trọngaIbIaIIbIIcIITrọng lượng cầu CG có hệ số va đập KđcGK’đ*cGcGKđ*cGcGTrọng lượng Palăng Gpl có hệ số KđGplK’đ*GplGplKđ*GplGplTrọng lượng hàng nâng Q có tính đến hệ số Kđ ,ψ∋ψ Q*IK’đ*∋ψQ*IIψKđ *∋QQLực quán tính ngang khi hãm CCDC cầu trục qtPPqtmaxqtPxqtPSVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 1 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤNhoặc palăng điện xqtPTrong đó: Các trường hợp tải trọng quy đònh sự làm việc của các cơ cấu như sau :+ aI: Cầu trục đứng yên, tiến hành nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm hàng khi đang hạ với nửa tốc độ.+ aII: Cầu trục đứng yên, tiến hành nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm hàng khi đang hạ với toàn bộ tốc độ.+ bI: Cầu trục di chuyển có hàng khi phanh từ từ.+ bII: Cầu tục di chuyển có hàng khi phanh đột ngột.+ cII: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( )cG T kG= =2.2. Trọng lượng palăng điện:570Gpl=(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 1Kđ=. Hệ số va đập khi tính đến độ bền mỏi K’đ được tính theo Kđ như sau:K’đ = 1 + 0.5*(Kđ -1) = 1SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 2 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN2.4. Hệ số động khi nâng hạ hàngHệ số động ψ được xác đònh qua công thức gần đúng như sau:nIV*025.01+=ψ(1.06.1)-[03]nIIV*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 1.1935Iψ⇒ = + =1 0.04 * 7.74 1.3096IIψ⇒ = + =2.5. Trọng lượng hàng nâng :Q =20 (T) = 20000 (kG) 3. Lực quán tính ngang qtP: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.tV*)mm(J*mPdchcdcqt+==(1.09)-[03]Trong đó:+ mc = 31600 (kG):Trọng lượng toàn bộ cầu trục.+ mh = 20000 (kG): Trọng lượng hàng nâng đònh mức.+ Vdc = 95 (m/ph)=1,58 (m/s) + t = 2 (s): Thời gian gia tốc (hoặc phanh hãm) cầu trục.1.58(31600 20000) * 408502qtP⇒ = + = (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*2pqtmaxqt===(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 IIc).4.Tính toán dầm chính:4.1. Tính chọn sơ bộ tiết diện mặt cắt ngang của dầm chính.4.1.1. Xác đònh mômen uốn lớn nhất theo phương thẳng đứng.SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 3 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤNTrên 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 N1, N2 và khoảng cách giữa các tải trọng là b =220 (mm) (khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe 2 bên là bằng nhau ).1 220000 570102852 2plQ GN N++= = = =(kG)Hình:+ Phản lực tại gối tựa A.SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 4 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤNbLNxLNN)NN(qL21)]bxL(*N)xL(*NqL21[*L1R22121212A−+−++=−−+−+=Với 21000105( )20cGkGqL m= = = khối lượng dầm phân bố trên một đơn vò chiều dài.+ Mômen uốn ở tiết diện dầm dưới tải trọng N1 nằm cách gối tựa A một khoảng cách x, phương trình M1(x) có dạng parabol.22212212221212Ax1qx21xLNNx*)bLNNNqL21(qx21x*]bLNxLNN)NN(qL21[qx21x*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 M1(x) và cho 0dx)x(dM1=.0qxxLNN2)bLNNNqL21(dx)x(dM212211=−+−−++=0x)qLNN2()Lb1(NNqL212121=++−−++⇔qLNN2)Lb1(NNqL21x2121++−++=⇒(02)Thay qLNN2)Lb1(NNqL21x2121++−++= vào (01), ta được:++−++=⇒qLNN22)Lb1(NNqL21M21221max(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).SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 5 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤNqL21Lb1NNR21maxA+−+=(04)Thay các giá trò vào (02), (03) và (04) ta được các giá trò:+ Tại x = 10 (m) thì:RA = 31227,5(kG)Mmax = 187092 (kG.m) =18709200(KG.cm)+ Lực cắt lớn nhất xuất hiện tại gối tựa.=maxAR 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 hmax hạn chế bởi điều kiện để nhận được khối lượng dầm nhỏ nhất là Gmin. Chiều cao nhỏ nhất của dầm hmin 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.max1870920011200[ ] 1667MWσ≥ = = (cm3)Trong đó:+ ==σ2cmkG16675.12500][: cường độ tính toán gốc (vật liệu là thép CT3).+ Mmax = 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 hmax 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(gbtmkGTrong đó:+ γδ= *h*2gttt: trọng lượng chiều dài 1 mét chiều dài 2 tấm bản thành dầm.+ γ=*F*2gbb: trọng lượng 1 mét chiều dài 2 tấm biên của dầm.+37.83Tcmγ = : 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 CHẤN2tb3tt2tb3ttbt2h*F26h*2h*F212h*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: ht = h.Vậy mômen chống uốn của dầm được xác đònh như sau:h*F3h*2hJWb2t+δ==3h*hWFtbδ−=⇒Thay Fb vào ta được:+δγβ=δ−+δγβ=hWh*32***23h*hWh***2gtttĐể 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.0hW32***2dhdg2t=−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.tkt2W3hδ=⇒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 6.0t=δ (cm)):max3 3*11200712 2 * 0.6tWhδ≤ = = (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 CHẤNtiết 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 ht gần bằng chiều cao của dầm (hht≈). 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.bt3hh δ−=Trong đó:+ bδ: 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 (bbtbd22 δ=δ=δ). Chọn 1b=δ (cm).167 3*1 164th⇒ = − = (cm)4.1.4. Xác đònh chiều rộng tấm biên.Để đảm bảo ổn đònh tổng thể của kết cấu dầm ta nên chọn.1053.5 303.5 3.5h hBB≤ ⇒ ≥ = = (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 CHẤNHình:4.2. Xác đònh nội lực trong dầm chính trong trường hợp trường hợp tải trọng IIa. 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 Gc = 21000 (kG). Như vậy phần tải trọng này là loại tải trọng phân bố dọc chiều dài dầm chính và có trò số:210010520cGqL= = =mkG– Trọng lượng palăng điện: Gpl = 570 (kG).– Trọng lượng hàng nâng có tính đến hệ số động khi nâng hạ hàng IIψ:SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 10 [...]... R B 2 2 1 1 ⇒ RB = (q * L + Gh + G pl ) = (1580 * 20 + 6340 + 570) = 19255 2 2 ∑ MA = 0 ↔ q (kG) – Ta lại có: R A + R B − q * L − G h − G pl = 0 ⇒ R A= 1 1 (q * L + Gh + G pl ) = (1580 * 20 + 6340 + 570) = 19255 (kG) 2 2 – Giá trò lực cắt tại C: QC = RA − q L 20 = 31227,5 − 1580 * = 15427,5 2 2 (kG) – Giá trò momen uốn tại C: M C = RB * L 1 20 1 − q * L2 = 31227,5 * − *1580 * 202 = 233275 2 8 2 8 (kG.m)... các gối tựa: max = 0 ⇔ R YB * L − Pqtp * 1 max Pqtp = 186.595 2 = R YE = 186.595 (kG.m) L =0 2 ⇒ R YB = (kG) ⇒ R YD (kG) – Giá trò mômen uốn tại F: M YF = R YE * L 1 3.1 1 − q * L2 = 186.595 * − * 59.6 * 3.12 = 217.6 2 8 2 8 (kG.m) 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 (2.1)-[03]... vò chiều dài + P = Gh + Gpl = 20000 + 570 = 5570 (kG) + Gh = 20000 (kG): Trọng lượng của hàng nâng + Gpl = 570 (kG): Trọng lượng của palăng điện + L = 20 (m) = 20*102 (cm): Khẩu độ của cầu trục + E = 2.1*106 kG 2 cm : Môđun đàn hồi trượt + JX = 181308.3 (cm4): Mômen quán tính ⇒ y = y1 + y2 = + 5 * 2.175 (20 *102 ) 4 384 * 2.1*106 *181308.3 5570 (20 *102 )3 = 0.55 + 1.369 = 1.919(cm) 48 *... hình học của mặt cắt ngang của dầm chính Hình: – Chiều cao mặt cắt ngang của dầm: h = 1670 (mm) – Chiều rộng tấm biên : Bt = 500 (mm) – Bề dày tấm biên : δ bt = 10 (mm) – Bề dày tấm thành: δ bt = 6 (mm) – Đặc trưng hình học của tiết diện dầm hộp: + Mômen quán tính đối với trục X JX = 181308 (cm4) + Mômen quán tính đối với trục Y JY = 53198 (cm4) + Mômen chống uốn đối với trục X-X SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH... + Vì bền WX = 416.33 (cm3) M Y = 217.6 (kG.m) = 21760 (kG.cm) WY = 289.67 (cm3) kG σ = 1412.9 < [ σ] = 1667 2 , cm nên dầm đầu thỏa mãn điều kiện 4.5 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... lượng bản thân dầm chính Hình: – Xác đònh phản lực tại các gối tựa: ∑ MB = 0 ↔ q ⇒ RA = 1 q* L 2 L2 − RA * L = 0 2 (kG) – Phương trình mômen uốn tại mặt cắt ngang có hoành độ z là: q* l q * z2 q M x (z) = *z − = (L * z − z 2 ) 2 2 2 – Theo phương trình vi phân của đường đàn hồi SVTK: NGUYỄN THẾ THẠCH Trang: 30 GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN M x (z ) EJ x q ⇔ y" (z) = − (L * z − z 2 ) 2E * J x y" (z) = − (1) – Tích... ≤ L ): y 2 = L * EJ X (z 2 − a) 3 z3 L2 − b 2 L+ z2 − 2 6b 6 6 – Như vậy, khi tải trọng P đặt ở giữa nhòp dầm (tại điểm C) thì độ võng ở giữa dầm có giá trò là: y (L / 2) = y C = y 2 = P*b P (3L2 − 4 b 2 ) = L3 48EJ X 48EJ X (2) – Cộng (1) và (2) ta được: y = y1 + y 2 = Trong đó: 5q P L4 + L3 384EJ X 48EJ X kG m = + q = 217.5 2.175 kG : cm Trọng lượng dầm phân bố... tác dụng lên dầm đầu RA = 31227,5 (kG) Ngoài ra dầm đầu còn chòu tác dụng của các tải trọng khác như: + Trọng lượng bản thân của dầm đầu: Gdđ = 2(0.23*10+0.15*10)*3.32*7.85 = 198 (kG) Tải trọng này phân bố theo phương thẳng đứng dọc suốt chiều dài dầm đầu với cường độ (q) và được xác đònh như sau: q= G dđ 198 kG = = 59.6 L dđ 3.32 m + Tải trọng tác dụng theo phương ngang max Pqtp = 373.19 (kG)... y2 = − z3 + (z 2 − a) 3 + C 2 * z 2 + D 2 2 6 * L * EJ X 6 * EJ X y ,2 = − (h) (i) – Để xác đònh các hằng số tích phân C1, D1, C2, D2 ta dựa vào các điều kiện biên sau: + Ở gối tựa A và B độ võng bằng không + Ở mặt cắt ngang C nối tiếp hai đoạn, độ võng và góc xoay của hai đoạn phải bằng nhau Nghóa là: z1 = 0; y1 = 0 z2 = 0; y2 = 0 z1 = z2 = a; y1 = y2; y’1 = y’2 – Từ bốn điều kiện trên ta có: D 1 =. .. toán kiểm tra, tra bảng (2.2)-[03], ta có n=1.5 – Ứng suất xuất hiện trong dầm chính do tải trọng tác dụng, xác đònh như sau: = max MX 18709200 kG = = 366, 2 2 WX 5107.3 cm Trong đó: max + M X = 18709200 (kG.m) = 18709200 (kG.cm) + WX = 5107.3 (cm3) kG ⇒ σ = 366, 2 < [ σ ] = 1667 2 cm Vậy dầm thỏa điều kiện bền 4.3 Xác đònh nội lực trong dầm chính trong trường hợp tổ hợp tải trọng . 0dx)x(dM 1=. 0qxxLNN2)bLNNNqL21(dx)x(dM21221 1= +−−+ +=0 x)qLNN2()Lb1(NNqL21212 1=+ +−−++⇔qLNN2)Lb1(NNqL21x2121++−+ += (02)Thay qLNN2)Lb1(NNqL21x2121++−+ += vào (01),. 408502qtP⇒ = + = (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*2pqtmaxqt == = (kG)
![+ n: Hệ số an toàn khi tính toán kiểm tra, tra bảng (2.2)-[03], ta có n=1.5. - Thiết kế cầu trục hai dầm q = 20t, l=20m](https://media.store123doc.com/figures/000/078/he-toan-tinh-toan-kiem-tra-tra-bang-78241.png)
