MỤC LỤC

MỤC LỤC……..1

TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC 2 DẦM…….2

1. Các trường hợp tổ hợp tải trọng………….2

2. Xác định các phần tử trong bảng tổ hợp tải trọng …………...….3

2.1. Trọng lượng bản thân của cầu trục…………….3

2.2. Trọng lượng palăng điện………………3

2.3. Hệ số va đập khi di chuyển…………….3

2.4. Hệ số động khi nâng hạ hàng……………3

2.5. Trọng lượng hàng nâng ………………….4

3. Lực quán tính ngang …………….4

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. …….4

3.2. Lực quán tính do khối lượng xe tời và hàng khi phanh xe con……………………4

4. Tính toán dầm chính………….4

4.1. Tính chọn sơ bộ tiết diện mặt cắt ngang của dầm chính. ………4

4.1.1. Xác định mômen uốn lớn nhất theo phương thẳng đứng. ……4

4.1.2. Xác định chiều cao của dầm……….6

4.1.3. Xác định kích thước thành dầm………….9

4.1.4. Xác định chiều rộng tấm biên……….10

4.2. Xác định nội lực trong dầm chính trong trường hợp trường hợp tải trọng II_a…………….11

4.2.1. Các tải trọng đặt lên dầm chính bao gồm…….11

4.2.2. Kiểm tra bền dầm chính trong trường hợp tổ hợp tải trọng IIa………..……13

4.3. Xác định nội lực trong dầm chính trong trường hợp tổ hợp tải trọng II_b…………15

4.3.1 Tính toán dầm bên (dầm đầu)………….16

4.4. Tải trọng tác dụng lên dầm đầu trong trường hợp trường hợp tải trọng II_C……………....17

4.4.1. Tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng…………………….17

4.4.2. Tải trọng tác dụng theo phương ngang……………………….17

4.4.3. Xác định nội lực trong dầm đầu tương ứng với trường hợp trường hợp tải trọng II_C …………17

4.4.4. Kiểm tra bền dầm đầu…………20

4.5. Tính toán các kết cấu phụ của cầu trục……………….21

4.5.1. Phương pháp bố trí gân tăng cứng thành dầm…………..21

4.5.2. Tính toán ổn định cục bộ của tấm thành…….…….22

4.5.2.1 Ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp do lực cắt ngang Q gây ra………………23

4.5.2.2. Ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp do mômen uốn M gây ra……………24

4.5.2.3. Ổn  định cục bộ của tấm thành khi chịu tác dụng đồng thời của ứng suất tiếp và ứng suất pháp………………24

4.5.3. Tính toán ổn định của tấm biên………………………24

4.5.4. Tính toán kiểm tra bền mối ghép bulông…………….25

4.5.5. Tính toán kiểm tra bền mối ghép hàn……………….27

4.5.6. Tính toán độ võng của dầm………………………29

4.5.6.1. Tính độ võng của dầm khi chỉ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân dầm chính………………29

4.5.6.2. Tính độ võng của dầm khi không chịu tác dụng của trọng lượng bản thân dầm chính………….31

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………34

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 chịu 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 bảng.

2. Xác định 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 bị điện: G_c = 31600 kg

2.2. Trọng lượng palăng điện:

Ta có: 570 (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 Kđ =1. 

2.5. Trọng lượng hàng nâng :

Ta có: Q =20 (T) = 20000 (kG)

3. Lực quán tính ngang :

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.

Ta có:

+ m_c = 31600 (kG):Trọng lượng toàn bộ cầu trục.

+ m_h = 20000 (kG): Trọng lượng hàng nâng định mức.

+ V_dc = 95 (m/ph)=1,58 (m/s)

+ t = 2 (s): Thời gian gia tốc (hoặc phanh hãm) cầu trục.

=> P_qt = 40859 Kg

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 định 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.

4.1.1. Xác định 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 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).

+ 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.

+ 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.

R = 31227,5 (kG)

4.1.2. Xác định chiều cao của dầm.

Chiều cao của dầm ảnh hưởng lớn đến độ bền, độ cứng, độ ổn định 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 của dầm h_max xác định 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.

Song độ mảnh của thành dầm không được vượt quá một giới hạn nhất định khi xét đến độ bền của tấm thành dưới tác dụng của ứng suất tiếp và vấn đề ổn định cục bộ của nó. Vì vậy chiều cao lớn nhất của dầm cần xác định theo công thức (chọn e = 0,6 (cm):

=> Chọn; h = 167 (cm).

4.1.4. Xác định chiều rộng tấm biên.

Để đảm bảo ổn định tổng thể của kết cấu dầm ta nên chọn.

Vậy ta chọn B = 40 (cm).

4.2. Xác định 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 định 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). 

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 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). Áp lực đặt lên các bánh xe là do trọng lượng hàng và palăng gây nên. Do khoảng cách giữa 2 bánh xe tương đối nhỏ (b = 220 (mm)) so với chiều dài cầu trục L = 20 (m), như đã chứng minh ở trên: điểm gây ra mômen uốn cực đại tại x = 10 (m) là gần giữa dầm. 

4.2.2. Kiểm tra bền dầm chính trong trường hợp tổ hợp tải trọng IIa:

- Chiều cao mặt cắt ngang của dầm: h = 1670 (mm)

- Chiều rộng tấm biên : B_t = 500 (mm)

Đặc trưng hình học của tiết diện dầm hộp:

+ Mômen quán tính đối với trục X: J_X = 181308 (cm⁴)

+ Mômen quán tính đối với trục Y: J_Y = 53198 (cm⁴)

+ Mômen chống uốn đối với trục X-X: W_X = 5107.3 (cm³)

+ Mômen chống uốn đối với trục Y-Y: W_Y = 2876 (cm³)

4.4. Tải trọng tác dụng lên dầm đầu trong trường hợp trường hợp tải trọng II_C:

Dầm đầu sẽ chịu các tải trọng theo phương thẳng đứng và theo phương ngang như sau:

4.4.1. Tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng:

- Trọng lượng phần kết cấu thép dầm chính: G_dc = 31600(kG)

- Trọng lượng palăng điện: G_pl = 570 (kG)

- Trọng lượng hàng nâng: Q = 20000 (kG)

4.4.2. Tải trọng tác dụng theo phương ngang:

-  Khi palăng mang hàng di chuyển dọc 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.

4.4.3. Xác định nội lực trong dầm đầu tương ứng với trường hợp trường hợp tải trọng II_C :

Đối với trường hợp này, ta tính toán dầm đầu khi cầu trục đứng yên, palăng nâng làm việc với mã hàng định mức Q = 20 (T). Tiến hành di chuyển palăng với vận tốc cực đại V_X = 95 (m/ph), sau đó phanh hãm palăng một cách đột ngột sao cho vị trí dừng của palăng là sát dầm đầu nhất. 

+ Trọng lượng bản thân của dầm đầu:

G_dđ = 2(0.23*10+0.15*10)*3.32*7.85 = 198 (kG)

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 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.

+ Ở đây ta bố trí khoảng cách giữa các gân cơ bản (tấm kiểm tra) lấy theo kinh nghiệm l = 800 (mm). 

4.5.2. Tính toán ổn định cục bộ của tấm thành.

Để kiểm tra ổn định cục bộ của bản thành dầm cần tiến hành xác định ứng suất tới hạn của tấm kiểm tra (khoang) và hệ số dự trữ ổn định cục bộ.

4.5.2.1 Ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp do lực cắt ngang Q gây ra:

-  Nếu ảnh hưởng của mômen uốn có thể bỏ qua (M_u = 0), tấm kiểm tra chỉ chịu tác dụng của ứng suất tiếp (t_xy)  do lực cắt Q gây ra.

4.5.2.2. Ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp do mômen uốn M gây ra:

- Nếu ảnh hưởng của ứng suất tiếp có thể bỏ qua (t_xy = 0), lực cắt ngang Q = 0, tấm kiểm tra chỉ chịu tác dụng của ứng suất phẳng do mômen uốn M gây ra.

4.5.4. Tính toán kiểm tra bền mối ghép bulông:

Do những thành tựu về hàn mà phương pháp liên kết bằng bulông ngày càng ít được sử dụng. Liên kết bulông được sử dụng trong các cấu kiện lắp ráp. Ngoài ra còn sử dụng cho các liên kết sử dụng trong thời gian ngắn. 

Để đảm bảo khả năng chịu lực và độ tin cậy cao trong suốt quá trình làm việc, ta sử dụng loại bulông có cường độ cao 8.8. Loại bulông này được làm từ thép hợp kim 40X, sau đó được gia công nhiệt. Giống như các loại buông thường (bulông thô), độ chính xác của bulông có cường độ cao không cao, nhưng do bulông được làm từ thép có cường độ cao nên ta có thể vặn đai ốc rất chặt (bằng clê đo lực) làm cho thân bulông chịu kéo và gây lực ép rất lớn lên các chi tiết ghép.

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 chịu lực đồng đều tại mọi vị 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 tấm thép lại với nhau.

-  Hiện nay trong ngành Cơ khí chế tạo máy có nhiều phương pháp liên kết các kết cấu thép lại với nhau, nhưng trong đó phương pháp hàn là ưu việt nhất và được sử dụng phổ biến nhất vì nó có rất nhiều ưu điểm: dễ dàng trong việc gia công chế tạo, giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các phương pháp khác, ...

4.5.6. Tính toán độ võng của dầm.

Để tính độ võng của dầm 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). 

Để giải bài toán ta xem như dầm có hai đoạn, biểu thức uốn cong trong hai đoạn AC và CB khác nhau nên biểu thức góc xoay và độ võng trong hai đoạn cũng khác nhau. Ta viết cho từng đoạn các biểu thức M_x(z), y”(z), y’(z), y(z) .

+ 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. nghĩa là:

z₁ = 0; y₁ = 0.

z₂ = 0; y₂ = 0.

z₁ = z₂ = a; y₁ = y₂; y’₁ = y’₂

-  Độ võng theo phương thẳng đứng của dầm chính khi thử tải với 125% tải tĩnh. Theo (1.4)-03], đối với cầu trục dẫn động điện, ta có: f = 1.163.10^-3 < [f]

=> Vậy dầm thỏa điều kiện độ võng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường:

Tính toán máy trục. NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật - Hà Nội 1975.

[2]. Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa:

Kết cấu thép MXD&XD. NXB GTVT - Hà Nội 1996.

[3]. Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa, Lê Thiện Thành:

Máy trục vận chuyển. NXB GTVT - Hà Nội 2000.

[4]. Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựa, Bùi Đình Nghi:

Sức bền vật liệu. NXB GTVT - Hà Nội 2000.

[5]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển:

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí. NXB Giáo Dục Việt Nam - 2000.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"