Tìm hiểu cấu tạo,nguyên lí hoạt động của máy nghiền. quy trình công nghệ sản xuất ximăng - P2.3

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

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN CHÍNH VÀ CẦN PHỤ

§1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦN PHỤ

1 Sơ lược về vật liệu và cấu tạo kết cấu của cần trục

1.1: Giới thiệu chung kết cấu thép

Kết cấu thép là các kết cấu chịu 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 chịu 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

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 chịu 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:

Hình 4.1:Cần phụ

Với 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:

B A

2.1 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 m

Chiều cao của dầm lấy trong giới hạn:

h = (1/10 ÷ 1/20) L = (1/10 ÷ 1/20) 9816 = 981.6 ÷ 490.6 mm

Chọn h=732 mm

Chiều dày tấm thành:δt=18mm

Chiều dày của thành biên: δb=18 mm

Chiều cao của thành dầm: ht=(h-2.δ)mm = (732 – 2.18) = 696 mm

Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai tấm thành:

Bq ≤ ( 50 ÷ 60 ) δb mm = (( 50 ÷ 60 )18 mm

Chiều rộng của tấm biên:B = (1/2– 1/5)h = (1/2– 1/5)732 mm

Chọn B = 524 mm

–Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:

Từ các kích thước cơ sở

Diện tích tiết diện :

Thanh biên trên : F1 = 18.524 = 9432 mm2

Thanh biên dưới : F2 = 18.524 = 9432 mm2

Tấm 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 mm3

Thành đứng : S3 = 2F3.732/2 = 25056.732/2 = 9170496 mm3

Tổng 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 :

–Momen chống uốn của tiết diện đối với trục x – x:

Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên :

–Momen quán tính của tiết diện đối với trục y – y :

Thanh biên trên : Jy1 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4

Thanh biên dưới : Jy2 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4

Thành 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 m

Chiều cao của dầm lấy trong giới hạn:

h = (1/4 ÷ 1/18) L = (1/4 ÷ 1/18) 9816 = 2454 ÷ 545 mm

Chọn h=1212 mm

Chiều dày tấm thành:δt=18mm

Chiều cao của thành dầm: ht=(h-2.δ)mm = (1212 – 2.18) = 1176 mm

Chiều rộng của thanh trên:

Bq ≤ ( 50 ÷ 60 ) δb mm = (( 50 ÷ 60 )18 mm

Chọn Bq = 463 mm

Chiều rộng của tấm biên:B = (1/2– 1/5)h = (1/2– 1/5)732 mm

Chọn B = 524 mm

–Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:

Từ các kích thước cơ sở

Diện tích tiết diện :

Thanh biên trên : F1 = 18.524 = 9432 mm2

Thanh biên dưới : F2 = 18.524 = 9432 mm2

Tấm 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 mm3

Thành đứng : S3 = 2F3.h/2 = 2.42336.1212/2 = 51311232 mm3

Tổng 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 mm4

Thanh biên dưới :

–Momen quán tính của tiết diện đối với trục y – y :

Thanh biên trên : Jy1 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4

Thanh biên dưới : Jy2 = B3.σb/12 = 5243.18/12 = 215,8.106 mm4

Thành 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 mm3

2.1.2 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

n1.GC KT.n1.GC

động kT, kT’, GC

_ Trọng lượng hàng Q

(kể cả thiết bị 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

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 nâng

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

n1KT.GC=1,2.6=7,2(T)

=> Trọng lượng cần phân bố trên toàn dầm là:

*Tổ hợp tải trọng trên quy định 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:

− Trọng lượng bản thân kết cấu thép

− Trọng lượng hàng Q (kể cả thiết bị mang hàng)

Cần phụ được tính toán khi cần ở vị trí nằm ngang

 Xác định nội lực trong dầm chính:

Sơ đồ lực tác dụng lên cần trong mặt phẳng đứng:

Mx

Qy

9816

1316 8500

RA A

, 1

2

316 , 1 8 , 0 2

5 , 8 8 , 0 5 , 8 18 2

2

T c

b q

a q a Q

MB = NB c = 131,6.1,376 = 181.3 ( T )

TH2: Các lực tác dụng lên cần:

− Tải trọng quán tính

− Tải trọng gió

Sơ đồ lực tác dụng lên cần trong mặt phẳng ngang:

Mx

Qy

q = 0,028 T/m

0,518 T 0,28 T

R M

5 , 8 028 , 0 5 , 8 28 , 0 2 5 , 8

2 2

T

d q P

Kiểm tra bền cho dầm:

] [

Y

n X

d

W

M W

M

 Kiểm tra dầm trong tổ hợp IIa:

Ứng suất lớn nhất xuất hiện trên tiết diện

( 1067 )

/ ( 067 ,

1 19700

100 2 , 210 max

2

2 2

max

cm kG

cm kG cm

Vậy thỏa điều kiện bền

Kiểm tra tại mặt cắt B-B

[ ] 1600 1800 ( / )

) /

( 140 )

/ ( 14 , 0 150000

100 2 , 210 max

2

2 2

max

cm kG

cm kG cm

Thỏa điều kiện bền

 Kiểm tra dầm trong tổ hợp IIb

Kiểm tra tại mặt cắt A – A

] [

Y

n X

d

W

M W

M

[ ] 1600 1800 ( / )

) /

( 1334 )

/ ( 334 , 1 1270

100 4 ,

3 19700

100 2 , 210

2

2 2

max

cm kG

cm kG cm

=

σ

σ

Thỏa điều kiện bền

Kiểm tra tại mặt cắt B – B

] [

Y

n X

d

W

M W

M

) /

( 1800 1600

] [

) /

( 122 )

/ ( 122 , 0 18950

100 4 ,

3 172500

100 5 , 179

2

2 2

max

cm kG

cm kG cm

=

σ σ

Thỏa điều kiện bền

2 Kiểm tra ổn định

2.1 Ổn định cục bộ các chi tiết dầm chịu uốn

- Như đã nói ở trên để đảm bảo độ ổn định cục bộ của thành đứng ta hàn những vách tăng cứng theo chiều cao dầm

- Khỏang cách giữa các gân này là 1000mm Tiết diện giữa dầm có ảnh hưởng chính là

mômen uốn, còn ảnh hưởng của lực cắt có thể bỏ qua

1000

Hình 4.4 Bố trí các gân căng cứng

*) Phương pháp bố trí gân tăng cứng:

Bố trí các vách ngăn trong thành dầm bao gồm vách ngăn kín, vách ngăn ngắn.Khoảng cách giữa các vách ngăn kín là: 1000mm

Kích thước cơ bản của gân đứng:

Momen quán tính của gân đứng: Jg=3.h0.δt=3.850.15=38250mm

2.1.a Kiểm tra ổn định cục bộ thành dầm:

Để đảm bảo độ ổn định của thành đứng ta hàn những tấm thép theo chiều cao dầm khoảng cách giữa các tấm thép đó lấy bằng: l=1000mm

Sơ đồ kiểm tra ổn định của thành dầm:

1176

*) Tại tiết diện có lực cắt Qmax

a

Hình Ứng suất tiếp và ứng suất pháp của gân căng cứng

- Ưùng suất tiếp tới hạn của tấm chữ nhật ngàm hai phía với tấm biên và ngàm hai phía với các gân chịu tác dụng của ứng suất tiếp phân bố đều tất cả các phía:

2 2

/ 10 950

b a

a=1000mm là khoảng cách giữa các tấm gân đứng

b=1176mm: chiều cao tấm thành dầm

δ=18mm: chiếu dày tấm thành

τth = 600.64 N/mm2

− Ưùng suất tiếp lớn nhất ở trong tấm do tải trọng ngoài:

) /

( 7 , 11 10

18 1176

8 ,

24

, 11

64 ,

⇒ no > n.

Vậy tấm thành thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ về ứng suất tiếp

*) Tại tiết diện có momen lớn 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 định của tấm biên

Tấm biên của dầm hai thành chịu nén được khảo sát như một tấm tỳ bốn phía có hai phía chịu nén phân bố:

δ= 18mm: chiều dày biên dưới

b=B=463mm: khoảng cách giữa 2 thành dầm

σth= 10 1058 ( / )

463

18 700 10

.

2 3

2

mm N

Vậy thỏa điều kiện cục bộ

Ứng suất lớn nhất trong tấm biên do ngoại lực gây ra:

σmax = 476,86N/mm2

Hệ số an toàn về ổn định cục bộ:

2 , 2 83 , 476

2.3 Tính mối ghép hàn:

Các thành biên và thành đứng được ghép lại bằng mối hàn chồng Chiều cao miệng hàn lấy bằng h = 6mm Tính mối ghép hàn giữa thanh biên trên và thành đứng.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 vị chiều dài mối hàn được xác định như sau:

x

x n

J

S.Q

P=

Trong đó:

+ Jx = 2,3.106cm4 : Mômen quán tính của cả tiết diện đối với trục x-x

+ Sx = 6257,3 cm3 : Mômen tĩnh của thanh biên đối với trục x-x

) / ( 4 , 67 ) / ( 0674 , 0 10

3 , 2

3 , 6257 8 , 24

2 × × ×

=

h

P l

4 , 67

Các mối hàn khác được tính tương tự

Cách hàn :Vì hình hộp có tính chất đối xứng và dài nên khi hàn cấn chú ý hàn đối xứng và hàn liên tục suốt chiều dài dầm để mối hàn luôn đủ độ bền

Mối nối thành đứng của dầm đặt cách gối tựa một đoạn l2 = 1760mm Các thanh biên trên và biên dưới của dầm được nối ngoài mối nối thành đứng (mối nối thanh biên trên và thanh biên dưới cách gối tựa một đoạn 5230mm và 5530mm) để tránh các mối nối chồng lên nhau

§2 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦN CHÍNH

− Cần chính là cần liên kết giữa trụ quay và cần phụ Với kết cấu là thép tấm ghép lại thành dạng hộp vì thế cần có kết cấu khá gọn nhưng có trọng lượng khá lớn Các tấm thép được hàn lại với nhau và được đỡ bởi các gân trợ lực là các thép thanh Bề mặt hai bên cần chính và bên trên có các bát cố định để lắp dàn phục vụ cho sửa chữa, đồng thời còn có các dây dầu bố trí.

− 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)

Tính toán kết cấu thép:

Ta có kích thước cần chính như hình vẻ:

6530

3500

4900 16400

2.1 Các kích thước cơ bản của dầm:

 Tại mặt cắt A – A:

–Ta chọn sơ bộ các kích thước sau:

Chiều dài dầm: L = 16400 mm

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 = (1/2– 1/5)1300 mm

Chọn B = 864 mm

–Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:

Từ các kích thước cơ sở

Diện tích tiết diện :

Thanh biên trên : F1 = 30.864 = 25920 mm2

Thanh biên dưới : F2 = 30.864 = 25920 mm2

Tấm thành : F3 = 2.1240.30 = 74400 mm2

=> Tổng diện tích : F = F1 + F2 + F3 = 126240 mm2

–Momen tỉnh đối với trục X1 - X2 :

Thanh biên trên : S1 = F1 δb /2 = 25920.30/2 = 388800 mm3

Thanh biên dưới : S2 = F2 (1240 + δb /2) = 74400.(1240+ 15) = 93372000 mm3

Thành đứng : S3 = 2F3.1240/2 = 74400.1240/2 = 46128000 mm3

Tọa độ trọng tâm tiết diện đối với truc x1 – x1 :

Z0 = S/F = 139888800 / 126240 = 1108 mm

– Momen quán tính của tiết diện đối với trục x – x :

Thanh biên trên :

–Momen quán tính của tiết diện đối với trục y – y :

Thanh biên trên : Jy1 = B3.σb/12 = 8643.30/12 = 16,12.108 mm4

Thanh biên dưới : Jy2 = B3.σb/12 = 8643.30/12 = 16,12.108 mm4

Thành đứng: Jy3 = ht σb3/12 + F3( B/2 – 12 – σb/2)

Jy3 = 1240.303/12 + 74400(864/ 2– 20 – 30/2) = 0,32.108 mm4

=>Tổng momen quán tính : Jy = Jy1 + Jy2 + Jy3 = 32,56.108 mm4 –Momen chống uốn đối với trục y – y:

Wy = 2.Jy/ ht = 2.32,56.108 / 1240 = 0,05.108 mm3

 Tại mặt cắt B–B

–Ta chọn sơ bộ các kích thước sau:

Chiều 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 = (1/2– 1/5)2000 mm

Chọn B = 864 mm

–Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:

Từ các kích thước cơ sở

Diện tích tiết diện :

Thanh biên trên : F1 = 30.864 = 25920 mm2

Thanh biên dưới : F2 = 30.864 = 25920 mm2

Tấm thành : F3 = 2.1940.18 = 31040 mm2

=> Tổng diện tích : F = F1 + F2 + F3 = 82880 mm2

–Momen tỉnh đối với trục X1 - X2 :