Môn máy xếp dỡ nhiệm vụ thư thiết kế kết cấu thép máy nâng chuyển đề tài thiết kế cầu trục 1 dầm, khẩu độ 14,5 m, sức nâng 5t

Đặc điểm chung của cầu trục là hoạt động trong nhà kín, ít chịu ảnh hưởng của tải trọng gió, Kết cấu của cầu trục có dạng khung cứng, được đặt trên hai bờ tường cao và di chuyển dọc theo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

VIỆN CƠ KHÍ

Bộ môn: Máy xếp dỡNHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ

KẾT CẤU THÉP MÁY NÂNG CHUYỂN

SỐ LIỆU BAN ĐẦU Sức nâng : Q=5T Khẩu độ : L=14,5m Các số liệu khác chọn theo máy mẫu

HOÀN THÀNH: ngày 25 tháng 12 năm 2022

SV NHẬN NHIỆM VỤ TKMH GV.HƯỚNG DẪN

Trang 2

ĐỒ ÁN: KẾT CẤU THÉP MÁY NÂNG CHUYỂN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

CẦU TRỤC MỘT DẦM

Phần I: Mở Đầu

1 Giới thiệu chung về cầu trục

2 Giới thiệu về cầu trục hai dầm

Phần II: Nội Dung Thiết Kế

1 Phương pháp tính toán kết cấu thép

2 Xác định kích thước và dạng lien kết kết cấu thép

3 Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép

4 Xác định các tải trọng và các tổ hợp tải trọng

5 Xác định nội lực trong các phần tử kết cấu

6 Kiểm tra độ bền độ ổn định, độ cứng của các phần tử

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC

Cầu trục là loại máy xếp dỡ được dùng chủ yếu trong các phân xưởng cơ khí, các nhà kho, các nhà máy đóng tàu để nâng hạ, vận chuyển hàng với lưu lượng lớn và phục vụ việc đóng mới cũng như sửa chữa tàu Cầu trục còn được sử dụng trong lĩnh vực khác của nghành kinh tế quốc dân với cac thiết bị mang hàng rất đa dạng như : móc treo, mâm cặp, nam châm điện, gầu ngoạm v.v… Đặc biệt cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành chế tạo mấy và luyện kim thiết bị mang hàng chuyên dụng

Đặc điểm chung của cầu trục là hoạt động trong nhà kín, ít chịu ảnh hưởng của tải trọng gió, Kết cấu của cầu trục có dạng khung cứng, được đặt trên hai bờ tường cao và di chuyển dọc theo tường đó, ở trên cầu trục có bố trí xe con hoặc palăng điện để mang hang di chuyển dọc cầu Như vạy chuyển động chuyển động của mã hàng khi cầu trục làm việc gồm: chuyển động dọc và chuyển động ngang nhà xưởng (kho) Vì vậy cầu trục

có thể nâng hạ và vận chuyển hàng tới mọi vị trí trong kho hàng

Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500T, khẩu độ dầm cầu đến 32 m, chiều cao nâng đến 16m/ph, tốc độ nâng vật từ 2 đến 40m/ph, tốc độ di chuyển xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125m/ph Cầu trục có tải trọng nâng trên 10T thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ Tải trọng nâng của loại cầu trục này thường được kí hiệu bằng một phần phân số với tải trọng nâng chính và nâng phụ, ví dụ: 15/3T, 20/5T, 150/20T…

Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên dùng Cầu trục có công dụng chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dung với gầu ngoạm, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định Cầu trục

Trang 4

chuyên dùng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và ó chế độ làm việc rất nặng.

Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm Dầm cầu của cầutrục một dầm thường là chữ I hoặc dầm tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm Cầu trục một dầm thường dùng palang điện chạy dọc theo dầm chữ nhờ cơ cấu di chuyển palang Cầu trục hai dầm có các loại dầm hộp và dầm không gian

Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn động chung và dẫn động riêng

Theo cách tựa của dầm trên đường ray di chuyển cầu trục có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo Loại cầu trục tựa được sử dụng phổ biến hơn

Ngoài ra theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn động máy Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu và trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu và cầu trục điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho loại cầu trục một dầm có tải trọng nhỏ

II GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC MỘT DẦM.

1. Vai trò và chức năng của cầu trục một dầm.

- Cầu trục một dầm: là sản phẩm được làm từ kim loại nặng, các sản phẩm này có nhiều các ứng dụng cho sản xuất, mang đến cho bản thân người dùng nhiều những sự phát triển mạnh mẽ Các loại cầu trục này được sản xuất tương đối đơn giản, nó được cố định bởi hai trụ cao để có thể nâng các vật nặng lên, ròng rọc ở giữa có tác dụng cố định vật nặng để thúc đẩy lực kéo, nhằm kéo các vật nặng lên một cách nhẹ nhàng, đỡ tốn sức và tận dụng tối đa các loại máy móc thay vì sức người Cầu trục loại 1 dầm

Trang 5

có thể nâng cao các vật nặng lên đến 5 tấn, 10 tấn mà không gây nguy hiểm cho con người.

Không chỉ vậy, chúng ta có thể thấy rằng khi cuộc sống của con người ngày càng phát triển, có rất nhiều loại công cụ, các đồ vật nặng như là cột bê tông, các phụ kiện của các loại máy móc hạng nặng Do đó chúng ta cần phải tìm kiếm được các sản phẩm chất lượng, đương nhiên những loại cầu trục dầm đơn giản, có cấu tạo tương đối dễ sử dụng sẽ là sự lựa chọn hàng đầu của con người Ngày nay, bạn có thể sử dụng các loại cầu trục này ở nhiều địa điểm khác nhau, chúng thậm chí còn dễ dàng lắp đặt để giúp cho các công trình thi công hoạt động tốt hơn, nâng các vật nặng lên cao dễ dàng hơn.

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

Cấu tạo

Trang 6

Hình 1.2 Cầu trục một dầm.

1 Bộ phận cấp điện lưới

ba pha 6 Palăng điện

2 Trục truyền động 7 Dầm chính

3 Cơ cấu di chuyển cầu

8 Khung giàn thép

4 Bánh xe di chuyển cầu

9 Móc câu

5 Dầm cuối 10 Cabin điều khiển

3. Các thông số của cầu trục thiết kế:

- Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật:Gx = 8000 N

- Trọng lượng cầu với cơ cấu di chuyển:Gc = 40000 N

- Khẩu độ dầm cầu:L = 10 m

- Trọng lượng khung giàn thép:Gt = 3000 N

Trang 7

PHẦN II : NỘI DUNG

I PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP

Hiện nay, có nhiều phương pháp tính kết cấu thép cần trục như trạng thái tới hạn,ứng suất cho phép, xác suất hư hỏng… Phương pháp tính theo xác suất hư hỏngcủa kết cấu thép dựa trên xác suất hư hỏng của kết cấu, nó cho phép tính tuổi thọ ,

dộ tin cậy và dự đoán được khả năng làm việc của kết cấu, tuy nhiên phương phápnày chưa được sử dụng rộng rãi Vì vậy kết cấu thép cần trục chủ yếu được tínhtheo trạng thái tới hạn và tính theo ứng suất cho phép

1.1 Phương pháp trạng thái tới hạn

Trạng thái tới hạn là trạng thái mà kết cấu không thỏa mãn các điều kiện khaithác theo quy định như không đủ khả năng chịu lực hoặc biến dang qúa mức Tínhthep phương pháp này nhằm đảm bảo cho kết cấu không tiến tới trạng thái tới hạntrong suốt thời gian làm việc kết quả tính cảu phương pháp này khá chính xác, tiếtkiệm vật liệu, nâng cao chất lượng thiết kế, hạ giá thành chế tạo Tuy nhiên, đối vớiyêu cầu của một số kết cấu, tính theo trạng thái tới hạn đôi khi đưa đến những biếndạng tương đối lớn Ngoài ra, cũng còn hạn chế khi tính cấu kiện ứng suất biến đổi.Cần xét tới 2 trạng thái tới hạn:

- Trạng thái mất khả năng chịu lực của kết cấu

- Kết cấu không thỏa mãn điều kiện làm việc bình thường, rung, biến dạng quá mức

- a) Trạng thái tới hạn 1: cần trục mất ổn định chịu tải theo độ bền, độ ổn định hay mỏi

- * Điều kiện độ bền và độ ổn định: Kết cấu phải thỏa mãn điều kiện:

- αi – nội lực do các tải trọng đơn vị P = 1i

- ni – hệ số vượt tải, kể đến sự thay đổi trị số tải trọng và xác định theo thựcnghiệm

- Φ – khả năng chịu lực của vật liệu làm kết cấu

- Φ = F m Rk

- F – đặc trưng hình học của tiết diện của tiết diện kết cấu

- mk - hệ số điều kiện làm việc tính đến mức độ quan trọng của bộ phận kếtcấu, việc chế tạo không chính xác, mức độ không hoàn thiện của phươngpháp tính toán

- R – cường độ chịu lực của kết cấu, phụ thuộc vật liệu của kết cấu

- R =

- Rt – cường độ tiêu chuẩn của kết cấu.Đối với vật liệu dẻo R = σt ch

- kM – hệ số độ tin cậy của vật liệu, với thép C k = 1,05, thép hợp kim thấpM

kM =1

σ ≤ m Rk

- *Điều kiện giới hạn độ bền mỏi:

σ ≤ m Rtd k

- σtd - ứng suất tương đương do các tải trọng tương đương gây ra

- R- cường độ giới hạn mỏi của vật liệu kết cấu

- b)Trạng thái tới hạn 2: Đảm bảo độ cứng tĩnh, độ cứng động

- Trạng thái tới hạn 2 phải thỏa mãn điều kiện: f ≤ fgh

- f: độ cứng của kết cấu

- f : độ cứng giới hạn của kết cấugh

1.2 Phương pháp ứng suất cho phép

- Dựa trên cơ sở xác định hệ số dự trữ độ bền của kết cấu.Phương pháp chỉ sửdụng khi chưa có số liệu thống kê đầy đủ tải trọng tác dụng lên cơ cấu.Khitính toán không xét tới sự chảy dẻo có thể có của kết cấu, và coi kết cấu hết

Trang 9

khả năng chịu lực khi và chỉ khi có 1 điểm của kết cấu ở trạng thái nguyhiểm, trong khi kết cấu còn có thể chịu thêm lực, nên độ chính xác khôngcao, gây lãng phí vật liệu.

- Khi tính kết cấu kim loại theo ứng suất cho phép ta đặt kết cấu vào trạng tháilàm việc dưới tác dụng của tất cả các tải trọng.Điều kiện bên trong trườnghợp này được xác định theo công thức :

- σmax ≤ [σ]

- Trong đó: σ - ứng suất lớn nhất trong kết cấu kim loại;max

[σ] - ứng suất cho phép

- Đối với vật liệu dẻo: [σ] =

Trong đó: σ – giới hạn chảy của vật liệuch

n – hệ số an toàn, phụ thuộc vào trường hợp phân phối tải trọng vàchế độ làm việc của kết cấu kim loại

Trang 10

đến giới hạn chảy, kết cấu vẫn còn khả năng chịu tải Do đó kết quả tính theophương pháp này thường không được tiết kiệm.

Vì những nhược điểm trên, hiện nay người ta đề ra phương pháp tính mới, cáchđánh giá mới về độ bền kết cấu kim loại máy trục, có xét đến sự làm việc thực tếcủa vật liệu ở ngoài giới hạn đàn hồi, thường gọi là phương pháp tính theo trạngthái tới hạn hay tải trọng phá hoại

Theo phương pháp tính này kết cấu kim loại không đặt trong trạng thái làm việc,

mà dặt trong trạng thái tới hạn, tức là trong trạng thái kết cấu mất khả năng chịutải, không thể làm việc bình thường được nữa, hoặc có biến dạng quá mức, hoặc dophát sinh các vết nứt Chính vì thế kết quả tính theo phương pháp này tiết kiệm hơnphương pháp ứng suất cho phép Tuy vậy với yêu cầu của một số kết cấu, tính theophương pháp trạng thái tới hạn đôi khi dưa đến những biến dạng tương đối lớn,vượt quá mức độ cho phép Do đó trong phương pháp này người ta đặc biệt chú ýtới biến dạng Hơn nữa phương pháp tính theo trạng thái tới hạn chưa được hoànthiện để tính kết cấu kim loại của máy trục nên ở đây ta chọn phương pháp tính theoứng suất cho phép

II XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC VÀ DẠNG LIÊN KẾT KẾT CẤU THÉP.

2.1 Xác định kích thước tiết diện của dầm chính, dầm cuối.

Chiều cao của dầm chính ở tiết diện giữa phụ thuộc vào tầm rộng của cầu vàlấy bằng:

Lấy H = 700 mm

Chiều cao của dầm ở tiết diện gối tựa:

Trang 11

Chiều dài đọan nghiêng

Vật liệu của dầm chính: thép C 3 Thanh biên trên của dầm dùng thép tấmT

dày , thanh biên dưới , chiều dày thành đứng

Từ các kích thước trên ta có thể xác định các đặc tính cơ bản của tiết diện

giữa dầm Diện tích tiết diện

 Thanh biên trên F = 1

 Thanh biên dưới F = 2

 Thành đứng F = 3

Tổng diện tích F = 12432 Momen tĩnh của tiết diện đối với trục xxThanh biên trên: S = F 1 1

Thanh biên dưới: S = F 2 2

Thành đứng: S = 3

Tổng momen tĩnh S = 4548768

Tọa độ trọng tâm của tiết diện đối với trục xx

Trang 12

Momen quán tính của tiết diện đối với trục xx

Thanh biên trên:

Thanh biên dưới:

Thành đứng:

Tổng momen quán tính

Momen chống uốn của tiết diện đối với trục xx:

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

Trong đó : Z = H – Z = 700 – 366 = 334 mm 1 o

- Đối với kim loại ngoài cùng của thanh biên dưới

Momen quán tính đối với trục yy

Thanh biên trên:

Thanh biên đưới:

Thành đứng:

Tổng momen quán tính

Momen chống uốn đối với trục yy

Trang 13

Bằng các phép tính tương tự ta xác định

được đặc tính của tiết diện dầm cuối

- Diện tích tiết diện F = 8232

- Trọng tâm của tiết diện Z = 187 mm o

- Momen quán tính đối với trục nằm ngang

- Tải trọng không di động: là tải trọng của khung giàn thép và cơ cấu dichuyển cầu, tải trọng này coi như phân bố đều dọc theo chiều dài kết cấu, được tính như sau:

q = k 1.1

Trong đó: k = 1,0 – hệ số đề chỉnh kể đến các hiện tượng va đập khi 1

di chuyển máy trục, ứng với vận tốc di chuyển v < 60 m/ph

Gt, Gd – trọng lượng của khung giàn thép và cơ cấu di chuyển,

sơ bộ chọn Gt = 3000 N; Gd = 2200 N

L = 10 m – khẩu độ dầm cầu

- Tải trọng di động: là tải trọng do áp lực thẳng đứng của các bánh xe của xe lăn tạo ra khi di chuyển dọc theo két cấu kim loại đặt ở điểm tiếp xúc của bánh xe với đường ray Tải trọng này sinh ra do trọng lượng vật nâng và trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật, trị số của các tải trọng này bằng:

- Lực quán tính khi phanh xe con và cơ cấu di chuyển cầu:

Lực quán tính khi phanh xe con với vật nâng di chuyển dọc cầu :

Pqt1 =

Lực quán tính khi phanh cơ cấu di chuyển cầu:

Pqt2 =

2.2.1 Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền.

2.1.3.1 Chọn kích thước tiết diện dầm chính.

Phần chịu tải của cầu trục một dầm là thép hình kiểu

chữ I, dầm được chọn theo điều kiện đảm bảo độ

cứng và khả năng di chuyển của palăng theo gờ dưới

của nó Với tải trọng đã tính ở trên theo tiêu chuẩn

E = 2,1.10 N/mm – modun đàn hồi kéo của thép.5 2

Jx = 175370 cm – momen quán tính của tiết diện dầm đối với 4

trục ngang

[ =l/400 = 10000/400 = 25 mm – độ võng cho phép của dầm

Trang 16

Vậy đảm bảo an toàn.

- Ứng suất ở thành dầm do uốn bản cánh trong mặt phẳng xz:

-Ứng suất ở thành dầm do uốn bản cánh trong mặt phẳng yz:

-Ứng suất ở vùng tự do khi bản cánh bị uốn trong mặt phẳng yz:

Trong đó: k , k , k – hệ số, phụ thuộc vào tỷ số 1 2 3

t = 28,2 mm – chiều dày bản cánh tiếp giáp với thành

t = 25,5 mm – chiều dày trung bình ở giữa bản cánhtb

Ứng suất tổng do uốn tổng thể và uốn cục bộ sẽ bằng:

xe thứ nhất có thể bỏ qua

2.2 Tính dầm cuối.

Kết cấu dầm cuối gồm hai thanh thép chữ I đặt song song được liên kết với nhau bởi các liên kết thép bằng phương pháp hàn và gối trên hai trục của bánh xe di chuyển Do kết cấu dầm cuối ở hai bên là giống nhau nên khi tính ta chỉ cần tính cho một bên

2.2.1 Chọn vật liệu cho dầm cuối:

Vật liêu cho dầm cuối chọn tương tự như đã chọn cho dầm chính (phần 2.1.1)

2.2.2 Xác định các tải trọng tác dụng lên dầm cuối

Tải trọng tác dụng lên dầm cuối cũng bao gồm các tải trọng không di động, tải trọng di động và lực quán tính khi phanh các cơ cấu, các tải trọng này đã được tính tương tự như ở trên

2.2.3 Chọn kết cấu dầm cuối và kiểm tra bền

Phần chịu tải của cầu trục một dầm là thép hình kiểu chữ I, dầm được chọn theo điều kiện đảm bảo độ cứng vững khi chịu tả trọng tập chung ở chính giữa tâm Với tải trọng như đã tính ở trên, theo tiêu chuẩn ГОСТ 19425-74 sơ bộ ta chọn loại thép có kí hiệu với thông số

Trang 18

m tặcắắt

Xét tại mặt cắt I-I, lực tập chung lớn nhất tác dụng là:

Sơ đồ tính lực tác dụng lên dầm cuối tại tiết diện I – I

Lực quán tính tác dụng tại mặt cắt I-I (tại gối B)

Phản lực tại các gối đỡ tương ứng là:

- Phản lực do lực tập trung gây ra tại hai gối:

- Phản lực do lực quán tính gây ra tại hai gối:

Trang 19

Kiểm tra bền tại tiết diên I-I

- Theo trường hợp1, mômen uốn lớn nhất tại tiết diện I-I là:

TÀI LIỆU THAM KHẢO