Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Tìm hiểu cấu tạo,nguyên lí hoạt động của máy nghiền. quy trình công nghệ sản xuất ximăng
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGCHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN CHÍNH VÀ CẦN PHỤ §1. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦN PHỤ1. Sơ lược về vật liệu và cấu tạo kết cấu của cần 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.1.2. 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 chọn kim lọai thích hợp cho kết SVTH : LÊ THANH CẢNH 1 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGcấu 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 = 2600 kG/cm2. + Giới hạn bền : σb = 4000 kG/cm2. + Độ giãn dài khi đứt : ε = 21%. + Khối lượng riêng : γ = 7,83 T/m3. + Độ dai va đập : ak = 70 J/cm2. + Độ bền cơ học đảm bảo. + Tính dẻo cao. + Tính hàn tốt (dễ hàn). Cũng như là cần chính thì cần phụ làm nhiệm vụ liên kết cần chính với bộ phận mang tải. Cần phụ cũng được chế tạo bởi các tấm thép hàn lại với nhau thông qua các thanh đỡ. Kết cấu như hình vẻ:SVTH : LÊ THANH CẢNH 2 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGHình 4.1:Cần phụVới kết cấu thép của dầm ta chọn loại thép CT3 như trên.2. Tính toán kết cấu thép:Ta có kích thước cần phụ như hình vẻ:BAAB8500 13169816732Các tiết diện mặt cắt:SVTH : LÊ THANH CẢNH 3 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGB - B5241212463181812524732463A - A696117618X X18X X1 1Z0=362Z1=334122.1 Các kích thước cơ bản của dầm: Tại mặt cắt A – A:–Ta chọn sơ bộ các kích thước sau:Chiều dài dầm: L = 9,816 mChiều cao của dầm lấy trong giới hạn: h = (1/10 ÷ 1/20). L = (1/10 ÷ 1/20). 9816 = 981.6 ÷ 490.6 mmChọn h=732 mmChiều dày tấm thành:δt=18mmChiều dày của thành biên: δb=18 mm.Chiều cao của thành dầm: ht=(h-2.δ)mm = (732 – 2.18) = 696 mmKhoảng cách nhỏ nhất giữa hai tấm thành:Bq ≤ ( 50 ÷ 60 ) δb mm = (( 50 ÷ 60 )18 mmChọn Bq = 463 mmSVTH : LÊ THANH CẢNH 4 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGChiều rộng của tấm biên:B = (1/2– 1/5)h = (1/2– 1/5)732 mmChọn B = 524 mm–Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:Từ các kích thước cơ sởDiện tích tiết diện :Thanh biên trên : F1 = 18.524 = 9432 mm2Thanh biên dưới : F2 = 18.524 = 9432 mm2Tấm thành : F3 = 2.696.18 = 25056 mm2 => Tổng diện tích : F = F1 + F2 + F3 = 43920 mm2–Momen tỉnh đối với trục X1 - X2 :Thanh biên trên : S1 = F1 .18/2 = 9432.18/2 = 84888 mm3 Thanh biên dưới : S2 = F2 .(696 + 18/2) = 9432.(696+ 9) = 6649560 mm3Thành đứng : S3 = 2F3.732/2 = 25056.732/2 = 9170496 mm3Tổng momen tỉnh S = 15904944 mm3. Tọa độ trọng tâm tiết diện đối với truc x1 – x1 : Z0 = S/F = 15904944 / 43920 = 362 mm. – Momen quán tính của tiết diện đối với trục x – x :Thanh biên trên :Jx1 = B.σb3/12 + F1(Z0 +σb/2)2 = 524.183/12 + 9432.(362+18/2)2 = 1298.106 mm4Thanh biên dưới :Jx2 = B.σb3/12 + F2(Z1 + σb/2)2 = 524. 183/12 + 9432.(334 + 18/2)2 = 1109.106 mm4Thành đứng:Jx3=2.σb ht 3/12+F3(Z0 – ht /2)2=2.18.6963/12+25056.(334 – 696/2)2=1016.106 mm4=>Tổng momen quán tính : Jx = Jx1 + Jx2 + Jx3 = 3423.106 mm4 .SVTH : LÊ THANH CẢNH 5 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNG–Momen chống uốn của tiết diện đối với trục x – x:Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên :Wx1 = Jx / Z1 =3423.106 / 334 = 10,25.106 mm3Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên dưới :Wx2 = Jx / Z0 = 3423.106 / 362 = 9,45.106 mm3 Tổng momen chống uốn đối với trục x – x :Wx = Wx1 + Wx2 = 19,7.106 mm3–Momen quán tính của tiết diện đối với trục y – y :Thanh biên trên : Jy1 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4Thanh biên dưới : Jy2 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4Thành đứng: Jy3 = ht .σb3/12 + F3( B/2 – 12 – σb/2) Jy3 = 696.183/12 + 25056(524 – 12 – 18/2) = 12,94.106 mm4=>Tổng momen quán tính : Jy = Jy1 + Jy2 + Jy3 = 444,54.106 mm4 .–Momen chống uốn đối với trục y – y:Wy = 2.Jy/ ht = 2.444,54.106 / 696 = 1,27.106 mm3 Tại mặt cắt B–B–Ta chọn sơ bộ các kích thước sau:Chiều dài dầm: L = 9,816 mChiều cao của dầm lấy trong giới hạn: h = (1/4 ÷ 1/18). L = (1/4 ÷ 1/18). 9816 = 2454 ÷ 545 mmChọn h=1212 mmChiều dày tấm thành:δt=18mmChiều dày của thành biên: δb=18 mm.SVTH : LÊ THANH CẢNH 6 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGChiều cao của thành dầm: ht=(h-2.δ)mm = (1212 – 2.18) = 1176 mmChiều rộng của thanh trên:Bq ≤ ( 50 ÷ 60 ) δb mm = (( 50 ÷ 60 )18 mmChọn Bq = 463 mmChiều rộng của tấm biên:B = (1/2– 1/5)h = (1/2– 1/5)732 mmChọn B = 524 mm–Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:Từ các kích thước cơ sởDiện tích tiết diện :Thanh biên trên : F1 = 18.524 = 9432 mm2Thanh biên dưới : F2 = 18.524 = 9432 mm2Tấm thành : F3 = 2.1176.18 = 42336 mm2 => Tổng diện tích : F = F1 + F2 + F3 = 61200 mm2–Momen tỉnh đối với trục X1 - X2 :Thanh biên trên : S1 = F1 .18/2 = 9432.18/2 = 84888 mm3 Thanh biên dưới : S2 = F2 .(1176 + 18/2) = 9432.(1176+ 9) = 11176920 mm3Thành đứng : S3 = 2F3.h/2 = 2.42336.1212/2 = 51311232 mm3Tổng momen tỉnh S = 62573040 mm3. Tọa độ trọng tâm tiết diện đối với truc x1 – x1 : Z0 = S/F = 62573040 / 61200 = 1022 mm. – Momen quán tính của tiết diện đối với trục x – x :Thanh biên trên :Jx1 = B.σb3/12 + F1(Z0 +σb/2)2 = 524.183/12 + 9432.(1022+18/2)2 = 1.1010 mm4Thanh biên dưới :SVTH : LÊ THANH CẢNH 7 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGJx2 = B.σb3/12 + F2(Z1 + σb/2)2 = 524. 183/12 + 9432.(154 + 18/2)2 = 2,5.108 mm4Thành đứng:Jx3=2.σb ht 3/12+F3(Z0 – ht /2)2=2.18.11763/12+42336.(1022 – 1176/2)2=1,28.1010 mm4=>Tổng momen quán tính : Jx = Jx1 + Jx2 + Jx3 = 2,3.1010 mm4 .–Momen chống uốn của tiết diện đối với trục x – x:Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên :Wx = Jx / Z1 =2,3.1010 / 154 = 1,5.108 mm3Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên dưới :Wx = Jx / Z0 = 2,3.1010/ 1022 = 2,25.107 mm3 = 0,225.108 mm3 –Momen quán tính của tiết diện đối với trục y – y :Thanh biên trên : Jy1 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4Thanh biên dưới : Jy2 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4Thành đứng: Jy3 = ht .σb3/12 + F3( B/2 – 12 – σb/2) Jy3 = 1176.183/12 + 42336(524 – 12 – 18/2) = 1,07.1010 mm4=>Tổng momen quán tính : Jy = Jy1 + Jy2 + Jy3 = 1,1.1010mm4 .–Momen chống uốn đối với trục y – y:Wy = 2.Jy/ ht = 2.1,1.1010 / 1176 = 18,95.106 mm32.1.2. Bảng tổ hợp tải trọng tính toán cho dầm phụ: Loại tải trọng Trường hợp tải trọng I II_ Trọng lượng bản thân kết cấu thép cần có tính đến hệ số n1.GC KT.n1.GCSVTH : LÊ THANH CẢNH 8 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNGđộng kT, kT’, GC_ Trọng lượng hàng Q (kể cả thiết bò mang hàng) có tnhs hệ số động khi mang hàng ψ, kT, kT’_ Lực quán tính khi khởi dộng hoặc khi hãm cơ cấu Pqt._ Tải trọng gió tác dụng lên cơ cấu ψ1.Q KT.Q.n2 Pqt=Pmaxqt.n3 n5.Pg Trong đó :n1 = 1,05 ÷ 1,1 : hệ số quá tải về bản thân kết cấu.n2 = 1,05 ÷ 1,5 : hệ số quá tải của trọng lượng hàng nângn3 = 1,1 ÷ 2 : hệ số quá tải do khởi động hoặc hãm cơ cấu. n5 = 1,1 : hệ số quá tải của tải trọng gió.ψ = 1,1 ÷ 1,4 : hệ số động khi nâng hàng.kT = 1,2 : hệ số va đập n1KT.GC=1,2.6=7,2(T)SVTH : LÊ THANH CẢNH 9 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS. NGUYỄN HỮU QUẢNG=> Trọng lượng cần phân bố trên toàn dầm là: Qdầm = n1KT.GC / LC = 7,92 / 9,816 = 0,8 T/mn2ψ1.Q=1,2.1,2.12,5.=18 ( T )Pqt = N1 + N2( )1 max1*125000*0,651380* 9,81* 6Q vN Ng t= = = = 0,138 ( T )( )1 max1*60000*0.65663* 9,81* 6Q vN Ng t= = = = 0,066 ( T )Pqt=Pmaxqt.n3=( 0,138 +0,066 ). 1,4 = 0,28 ( T )n5.Pg=1,1.253,4 =278,74 kg/ m2=> p lực gió phân bố đều trên toàn dầm là:n5.Pg / Lcần =278,27/ 9,816 = 28,34 kg/ m2 = 0,028 T/ m2*Tổ hợp tải trọng trên quy đònh sự làm việc của cơ cấu :Trường hợp tải trọng I :Tương ứng khi cần trục đứng yên, tiến hành nâng hàng từ mặt nền, hãm hàng khi đang hạ một cách từ từ.Trường hợp tải trọng II :Tương ứng khi cần trục làm việc, có thay đổi tầm với đồng thời tiến hành hãm cơ cấu một cách đôït ngột.Quá trình tính toán :TH1 : Các lực tác dụng lên cần bao gồm:SVTH : LÊ THANH CẢNH 10 [...]... thân kết cấu thép cần có tính đến hệ số động kT, kT’, GC _ Trọng lượng của toàn bộ cần phụ có tnhs hệ số động ψ, kT, kT’ _ Lực quán tính khi khởi dộng hoặc khi Pqt=Pmaxqt.n3 hãm cơ cấu Pqt _ Tải trọng gió tác dụng lên cơ cấu n5.Pg Trong đó : SVTH : LÊ THANH CẢNH 26 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS NGUYỄN HỮU QUẢNG n1 = 1,05 ÷ 1,1 : hệ số quá tải về bản thân kết cấu n2 = 1,05 ÷ 1,5 : hệ số quá tải của trọng... Lực cắt lớn nhất nằm ở gối tựa của dầm, vì thế ta tính mối hàn ở mặt cắt gối tựa Lực cắt tác dụng lên một đơn vò chiều dài mối hàn được xác đònh như sau: P= Q n Sx Jx Trong đó: + Qn = 31,136 T : Lực cắt lớn nhất ở tiết diện gối tựa của dầm + Jx = 6,046.106mm4 : Mômen quán tính của cả tiết diện đối với trục x-x + Sx = 139888,8 cm3 : Mômen tónh của thanh biên đối với trục x-x P= 31,136.139888,8 = 0,72(T... nằm ở gối tựa của dầm, vì thế ta tính mối hàn ở mặt cắt gối tựa Lực cắt tác dụng lên một đơn vò chiều dài mối hàn được xác đònh như sau: P= Q n Sx Jx Trong đó: + Qn = 24,8 T : Lực cắt lớn nhất ở tiết diện gối tựa của dầm SVTH : LÊ THANH CẢNH 18 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS NGUYỄN HỮU QUẢNG + Jx = 2,3.106cm4 : Mômen quán tính của cả tiết diện đối với trục x-x + Sx = 6257,3 cm3 : Mômen tónh của thanh biên... Sx = 6257,3 cm3 : Mômen tónh của thanh biên đối với trục x-x P= 24,8.6257,3 = 0,0674(T / cm) = 67,4(kG / cm) 2,3.10 6 Để đảm bảo độ bền của mối hàn không kém độ bền của các chi tiết hàn bằng thép CT3 có độ bền σb = 380 N/mm2 ta dùng loại que hàn э42 có độ bền σb = 420 N/mm2 và [σ] = 160 N/mm2 Ứng suất cắt cho phép của mối hàn dưới tác dụng của các tải trọng chính : [τ] = 0,6[σ] = 0,6 x 160 = 96 N/mm2... GVHD:ThS NGUYỄN HỮU QUẢNG Chiều cao của dầm lấy trong giới hạn: h = (1/10 ÷ 1/20) L = (1/10 ÷ 1/20) 16400 = 1640 ÷ 820 mm Chọn h=1300 mm Chiều dày tấm thành:δt=30mm Chiều dày của thành biên: δb=30 mm Chiều cao của thành dầm: ht=(h-2.δ)mm = (1300 – 2.30) = 1240 mm Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai tấm thành: Bq ≤ ( 50 ÷ 60 ) δb mm = (( 50 ÷ 60 )30 mm Chọn Bq = 764 mm Chiều rộng của tấm biên:B = (1/2– 1/5)h =... dài dầm: L = 16400 mm Chiều cao của dầm lấy trong giới hạn: h = (1/4 ÷ 1/18) L = (1/4 ÷ 1/18).16400 = 4100 ÷ 911,2 mm Chọn h=2000 mm Chiều dày tấm thành:δt=30mm Chiều dày của thành biên: δb=30 mm Chiều cao của thành dầm: ht=(h-2.δ)mm = (2000 – 2.30) = 1940 mm Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai tấm thành: Bq ≤ ( 50 ÷ 60 ) δb mm = (( 50 ÷ 60 )18 mm Chọn Bq = 764 mm Chiều rộng của tấm biên:B = (1/2– 1/5)h =... thép đó lấy bằng: l=1000mm Sơ đồ kiểm tra ổn đònh của thành dầm: 463 1176 SVTH : LÊ THANH CẢNH 15 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS NGUYỄN HỮU QUẢNG b *) Tại tiết diện có lực cắt Qmax a τ σ Hình Ứng suất tiếp và ứng suất pháp của gân căng cứng - ng suất tiếp tới hạn của tấm chữ nhật ngàm hai phía với tấm biên và ngàm hai phía với các gân chòu tác dụng của ứng suất tiếp phân bố đều tất cả các phía: 2 2... n3 = 1,1 ÷ 2 : hệ số quá tải do khởi động hoặc hãm cơ cấu n5 = 1,1 : hệ số quá tải của tải trọng gió ψ = 1,1 ÷ 1,4 : hệ số động khi nâng hàng kT = 1,2 : hệ số va đập n1.GC=1,1.20=22(T) KT.n1.GC=1,2.1.1.20= 26,4(T) => Trọng lượng cần phân bố trên toàn dầm là: KT.n1.GC / LC = 26,4 / 16,4 = 1,6 T/m Q = RA = 25,85 (T) KT.Q.=1,2.25,85 = 31 (T) Lực quán tính tương ứng của cần: N3 = Q3 * vmax 200000 *1 = =... thép đó lấy bằng: l=1000mm Sơ đồ kiểm tra ổn đònh của thành dầm: 463 1176 b *) Tại tiết diện có lực cắt Qmax a SVTH : LÊ THANH CẢNH τ σ 33 THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD:ThS NGUYỄN HỮU QUẢNG Hình 4.10 Ứng suất tiếp và ứng suất pháp của gân căng cứng - ng suất tiếp tới hạn của tấm chữ nhật ngàm hai phía với tấm biên và ngàm hai phía với các gân chòu tác dụng của ứng suất tiếp phân bố đều tất cả các phía: 2... nhất Ứng suất pháp tới hạn của tấm: σth = k.( б/ h).103 = 4540.(18/1176).103 = 1063,6 N/mm2 k=4540 : hệ số phụ thuộc vào mức độ ngàm của tấm [10] δ,h0:chiều dày và chiều rộng tấm kiểm tra 2.1.b Kiểm tra ổn đònh của tấm biên Tấm biên của dầm hai thành chòu nén được khảo sát như một tấm tỳ bốn phía có hai phía chòu nén phân bố: b a Thành dầm σx Vách ngăn Hình 4.5 Biểu đồ chòu lực của tấm biên b=463 mm; a=1176 . :Jx2 = B.σb3/12 + F2(Z1 + σb/2)2 = 524. 1 83/ 12 + 9 432 . (33 4 + 18/2)2 = 1109.106 mm4Thành đứng:Jx3=2.σb ht 3/ 12+F3(Z0 – ht /2)2=2.18.69 63/ 12+25056. (33 4 – 696/2)2=1016.106. cùng của thanh biên trên :Wx1 = Jx / Z1 =34 23. 106 / 33 4 = 10,25.106 mm3Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên dưới :Wx2 = Jx / Z0 = 34 23. 106 / 36 2
