Thiết kế môn học dầm chính và dầm cuối của cầu trục

đề bài : Thiết kế dầm chính dầm cuối của cầu trục, Vẽ cụm bánh xe bị động và chi tiết dầm cuối.. Kết cấu chính gồm có hai dầm chính, liên kết với hai dầm cuối, trên dầm cuối lắp cụm bánh

đề bài : Thiết kế dầm chính dầm cuối của cầu trục, (Vẽ cụm bánh xe bị động và chi tiết dầm cuối)

Cho biết: Chế độ làm việc trung bình

-Tải trọng nâng Q = 12(T)

- Khẩu độ L = 10(m)

- Vận tốc nâng vn = 15(m/ph)

- Vận tốc xe con vxe = 25(m/ph)

- Vận tốc di chuyển vdc = 60(m/ph)

- Trọng lợng xe Gxe = 4800 (KG)

- Trọng lợng cầu với cơ cấu di chuyển Gc = 14000(KG)

tính toán thiết kế dầm chính - dầm cuối.

I cấu tạo chính, công dụng, ý nghĩa:

- Với mục tiêu làm việc của cầu trục kà chế độ làm việc trung bình với sức nâng tải là 12 tấn, khẩu độ l = 10 m Vì vậy ta chọn phơng án loại cấu trục hai dầm đợc dùng để lắp ráp thiết

bị công nghiệp thiết bị thuỷ điện lớn

Kết cấu chính gồm có hai dầm chính, liên kết với hai dầm cuối, trên dầm cuối lắp cụm bánh xe di chuyển cầu trục, một

bộ máy di chuyển hoạt động làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đờng ray chuyên dùng đặt trên cao dọc nhà xởng, hớng chuyển động của cầu trục phụ thuộc vào chiều quay của động cơ điện

Xe co mang hàng di chuyển dọc theo đờng ray ghép trên hai dầm chính Trên xe đặt các bộ máy của tời chính và một tời phụ, khi máy di chuyển xe con các dây cáp điện có thể co dãn phù hợp với vị trí của xe con và cấp điện cho các động cơ

điện đặt trên xe con Các thiết bị điều khiển đặt trong ca bin Cầu trục đợc cấp điện nhờ hệ thống thanh dẫn điện đặt dọc theo tờng nhà xởng

II.tính kết cấu kim loại dầm chính:

- Ta có số liệu ban đầu sau đây:

Trọng tải: Q = 12t = 120.000 N

Trọng lơng xe lăn kể cả bộ phận mang GX = 48.000 N

Trọng lợng cầu với cơ cấu di chuyển GC = 140.000 N

Tầm rộng của cầu L = 10 m Khoảng cách trục các bánh xe của xe lăn b = 1,25 m Khoảng cách vết các bánh xe của xe lăn: 1,6 m

Phơng án : Cầu gồm hai dầm kiểu hộp nối cớng với nhau bằng hai dầm cuối Trên dầm cuối ta đặt các bánh xe để cầu di

chuyển dọc phân xởng Xe lăn di chuyển trên đờng ray ở thanh biên trên của hộp

Cầu trục hai dầm kiểu hộp đảm bảo đợc độ cứng theo

ph-ơng thẳng đứng và theo phph-ơng nằm ngang, đồng thời cả ở tiết diện ngang dới tác dụng của của mômen xoắn do trọng lợng cơ cấu di chuyển, buồng lái, gây ra

Loại cầu hai dầm kiểu hộp đợc sử dụng rất rộng rãi vì dễ chế tạo, cho phép dùng hàn tự động Tuy nhiên đối với các cầu trục

có tầm rộng lớn muốn đảm bảo đủ độ cứng cần thiết, phải tăng chiều cao của dầm Điều đó làm cho cầu nặng hơn và tải trọng tác dụng lên nhà cũng lớn hơn

1 Tải trọng tĩnh:

Kết cấu cầu đợc tính theo hai trờng hợp phối hợp tải trọng:

- Trờng hợp phối hợp tải trọng thứ nhất: dới tác dung của các tải trọng chính do trọng lợng vật nâng, trọng lợng xe lăn và trọng l-ợng của bản thân cầu gây ra

- Trờng hợp phối hợp tải trọng thứ hai: dới tác dụng của các tải trọng chính đã kể trên và các tải trọng phụ do lực quán tính lớn nhất có thể xảy ra khi phanh hay mở máy cầu trục và xe lăn Tải trọng do trọng lợng của xe lăn với vật nâng là tải trọng tập trung và đặt ở hai điểm tiếp xúc của bánh xe với đờng ray Trị số của tải trọng này bằng:

ở bánh xe D:

P'D = k2.PD +

4

GX

Trong đó: k2 = 1,2 _ hệ số điều chỉnh đối với chế độ làm

việc rung bình

Mặt khác ta có:

Tổng tải trọng do trọng lợng vật nâng tác dụng lên bánh dẫn:

1250

770 120000

= 1250

770

Tải trọng do trọng lợng vật nâng tác dụng lên bánh D:

1600

840 73920

= 1600

840

Vậy: P'D = k2.PD +

4

GX =1,2.38820 +

4

48000

= 58584 (N)

ở bánh C:

P'C = k2.PC +

4

GX =1,2.24190 +

4

48000

= 41028 (N)

Sơ bộ lấy trọng lợng của dầm chính G1 = 35.000 N, trọng lợng của cơ cấu dịch chuyển (không kể gối tựa) G2 = 26.000 N Tính dầm phía bên cơ cấu di chuyển, tức là dầm chịu tải lớn hơn Tải trọng phân bố đều theo chiều dài dầm đặt bên phía dầm có cơ cấu di chuyển:

q = k1.

6100

= 10

26000 +

35000

0 , 1

= L

G +

G1 2

(N/m)

P D = 38820

l 1 = 480

l 6 = 1250 D

P C = 24190

l 2 = 770 C

P A = 35100

A

P B = 21890

Q = 1200

B

Hì nh 1: Sơ đồ để xác định tải trọng lên các bánh xe.

Trong đó: k1 _ Hệ số điều chỉnh, lấy k1 = 1,0.

Dầm đồng thời chịu mômem do trọng lợng cơ cấu di chuyển gây ra

MX = G2.e = 26000.0,42 = 10920 (N.m)

Trong đó: e = 0,42 m _ khoảng cách từ trọng tâm của cơ cấu di chuyển đến trọng tâm của tiết diện dầm

Tải trọng trên các bánh xe C và D khi không kể đến hệ số

điều chỉnh:

ở bánh xe C:

36190

= 4

48000 +

24190

= 4

G + P

=

C

''

ở bánh xe D:

50820

= 4

48000 +

38820

= 4

G + P

=

D

''

Trị số lực lớn nhất khi phanh xe lăn và cầu trục bằng:

- Khi phanh xe lăn với vật nâng chuyển động dọc cầu:

7260

= 50820

7

1

= P 7

1

=

D

''

- Do trọng lợng của dầm chính khi phanh cầu:

pqt = =305

2 10

6100

= 2 10

q

(N/m)

- Do trọng lợng xe lăn với vật nâng khi phanh cầu:

5 , 4350

= 2

10

50820 +

36190

= 2 10

P + P

= P

'' D

'' C '

Lực P'qt đặt tập trung ở giữa dầm

Hệ số

2

1

tính khi nửa số bánh xe của cầu là dẫn

Lực P'qt đặt ở đầu ray đặt xe lăn và hớng dọc theo trục dầm

đang tính, lực pqt và P'qt hớng thẳng góc với dầm

2 Xác định kích thớc tiết diện của dầm chính:

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

18

1 14

1











 

18

1 14

1











 

= 715  556 (mm)

Lấy H = 700 mm

Chiều cao của dầm ở tiết diện gối tựa:

H1 = 0,5H = 0,5.700 = 350 (mm)

Chiều dài đoạn nghiêng:

C = (0,1  0,2)L = (0,1  0,2).10000 = 1000  2000 (mm)

Lấy C = 1800 mm

Chiều rộng của thanh biên trên và dới:

BO = (0,33  0,5)H = (0,33  0,5).700 = 231  350 (mm)

Lấy BO = 250 mm

Để đảm bảo độ cứng của dầm khi xoắn, bề rộng B giữa các thành đứng lấy bằng:

50

1 40

1 L

50

1 40

1





























B  =233

3

700

= 3

H

mm

Lấy B = 240 mm

Vật liệu của dầm chính: thép CT3 Thanh biên trên của dầm dùng thép tấm dày 1 = 8 mm, thanh biên dới 2 = 6 mm, chiều dày thành đứng 3 = 6 mm

Hình vẽ mặt cắt ngang của dầm đợc thể hiện ở hình dới:

Từ các kích thớc trên ta có thể xác định các đặc tính cơ bản của tiết diện giữa dầm Hình vẽ a)

Diện tích tiết diện:

thanh biên trên: F1 = BO.1 = 250.8 = 2000 (mm2)

Hình 2: Tiết diện ngang của dầm chính cầu

y

x

6

x

6

y

B = 210

240

y

210

x

6

6

x

thanh biên dới: F2 = B1.2 = 240.6 = 1440 (mm2)

thành đứng: F3 = 2.h1.3 = 2.686.6 = 8232 (mm2) Trong đó: h1 = H - (1 + 2) = 700 - (8 + 6) = 686 (mm)

Tổng diện tích: F = F1 + F2 + F3 = 11672 (mm2)

Mômen tĩnh của tiết diện đối với trục x1 - x1:

thanh biên trên: S1 = F1 









 2

H 1

= 2000 











 2

8

1392000 (mm3)

thanh biên dới: S2 = F2

2 2



= 1440

2

6 = 4320 (mm3)

thành đứng: S3 = F3 













 3

1 2

h











6 2

686

=

2872968 (mm3)

Tổng momen tĩnh: S = S1 + S2 + S3 = 4269288 (mm3)

Toạ độ trọng tâm của tiết diện đối với trục x1 - x1:

ZO =

11672

4269288 F

S

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x - x:

thanh biên trên:

12

B

=

Jx

3 1 O

1  + F1

2 1 O 2 Z











12

8

250 3

+ 2000 2

2

8 366













= 218.106 (mm4)

thanh biên dới:

12

B

=

Jx

3 2 O

2  + F2

2 2 O 2









12

6

250 3

+ 1440

2

2

6

366 











 = = 190.106 (mm4)

thành đứng:

12

h 2

= Jx

3 1 3 3



+ F3

2

3

1 O 2

h















12

686 6 2

3 + 8232 2

6 2

686















= 325.106 (mm4)

Tổng mômen quán tính: Jx = 733.106 (mm4)

Mômen chống uốn của tiết diện đối với trục x - x:

- Đối với lớp ngoài cùng của thanh biên trên:

Wx =

1

x Z

J =

334

10

733 6

=2,2.106 (mm3)

Trong đó: Z1 = H - ZO = 700 - 366 = 334 (mm)

- Đối với lớp ngoài cùng của thanh biên dới:

Wx =

O

x Z

J =

366

10

733 6

=2.106 (mm3)

Mômen quán tính đối với trục y - y:

thanh biên trên:

Jy1 =

12

250 8

= 12

B

O 1



= 10,4.106 (mm4)

thanh biên dới:

Jy2 =

12

250 6

= 12

B

O 2



= 7,8.106 (mm4)

thành đứng:

Jy3 =

12

h 2

3 3

1 + F3

2 3 O 2

B











 

=

12

6 686 2

3 + 8232

2

2

6 250











=

= 135.106 (mm4)

Tổng mômen quán tính Jy = 153,2.106 (mm4)

Mômen chống uốn đối với trục y - y:

Wy =

250

10 2 , 153 2 B

J

O

y

 = 1,2.106 (mm4)

Từ các kích thớc trên ta có thể xác định các đặc tính cơ bản của tiết diện dầm cuối Hình vẽ b)

Diện tích tiết diện:

thanh biên trên: F’1 = BO.1 = 250.8 = 2000 (mm2)

thanh biên dới: F’2 = B1.2 = 240.6 = 1440 (mm2)

thành đứng: F’3 = 2.h1.3 = 2.336.6 = 4032 (mm2) Trong đó: h’1 = H1 - (1 + 2) = 350 - (8 + 6) = 336 (mm) Tổng diện tích: F’ = F’1 + F’2 + F’3 = 7472 (mm2)

Mômen tĩnh của tiết diện đối với trục x1 - x1:

thanh biên trên: S’1 = F’1 









 2

1 = 2000 









 

2

8

350 =

692000 (mm3)

thanh biên dới: S’2 = F’2

2 2



= 1440

2

6 = 4320 (mm3)

thành đứng: S’3 = F’3 













 3

' 1 2

h

= 4032 











6 2

336

=

701568 (mm3)

Tổng momen tĩnh: S’ = S’1 + S’2 + S’3 = 1397888 (mm3) Toạ độ trọng tâm của tiết diện đối với trục x1 - x1:

Z’O =

7472

1397888 F

S '

'

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x - x:

thanh biên trên:

12

B Jx

3 1 O ' 1



 + F’1

2 1 ' O 1

2 Z











12

8

250 3

+ 2000 2

2

8 190















= 49.106 (mm4)

thanh biên dới:

12

B Jx

3 2 O '

2



 + F’2

2 2 ' O 2









12

6

250 3

+ 1440

2

2

6

190 











 =

= 50,4.106 (mm4)

thành đứng:

12

' h 2 Jx

3 1 3 '

3



 + F’3

2

3 1 ' O 2

h















12

336 6 2

3 + 4032 2

6 2

336















= 39.106 (mm4)

Tổng mômen quán tính: J’x = 138,4.106 (mm4)

Mômen chống uốn của tiết diện đối với trục x - x:

- Đối với lớp ngoài cùng của thanh biên trên:

W’x =

1

x ' Z

' =

160

10 4 ,

138 6

=0,87.106 (mm3)

Trong đó: Z’1 = H’1 – Z’O = 350 - 190 = 160 (mm)

- Đối với lớp ngoài cùng của thanh biên dới:

W’x =

O

x ' Z

' =

190

10 4 ,

138 6

=0,73.106 (mm3)

Mômen quán tính đối với trục y - y:

thanh biên trên:

Jy’1 =

12

250 8

= 12

B

O 1



= 10,4.106 (mm4)

thanh biên dới:

Jy’2 =

12

250 6

= 12

B

O 2



= 7,8.106 (mm4)

thành đứng:

Jy’3 =

12

' h 2

3 3

1 + F’3

2 3 O 2

B











 

=

12

6 336 2

3 + 4032

2

2

6 250











=

= 66.106 (mm4)

Tổng mômen quán tính Jy’ = 84,2.106 (mm4)

Mômen chống uốn đối với trục y - y:

W’y =

250

10 2 , 84 2 B

'

O

y

 = 0,7.106 (mm4)

3 ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính:

Sơ đồ hình dới xác định ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính do trọng lơng của xe lăn có vật nâng tác dụng

Khi hợp lực của áp lực các bánh xe của xe lăn cách tiết diện giữa của dầm một đoạn

2

a (trong đó a là khoảng cách từ hợp lực

đến bánh xe chịu tải lớn nằm phía bên trái) ta có trị số ứng suất lớn nhất

Phản lực tựa A dới tác dụng của trọng lợng xe lăn và vật nâng hình a) trong trờng hợp này bằng:

10 2

48 , 0 25 , 1 2 10 41028 +

10 2

48 , 0 + 10 58584

= L 2

a b 2 L P + L 2

a +

C

-=

= 72136 (N)

Mômen uốn:

M'1u = RA

2

48 , 0 10 72136

= 2

a

= 343367 (Nm)

1250 770

a = 480 a/2 = 240

R

L = 10000

10000

q(L - a)

q = 6100

a )

b )

c )

Hình 3: Sơ đồ xác định ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính

Phản lực tựa A dới tác dụng của trọng lợng dầm và các cơ cấu Hình b)

R'A =

2

10 6100

= 2

qL

= 30500 (N)

Mômen uốn:

8

48 , 0 10 6100 2

48 , 0 10 30500

= 8

a L q 2

a

= 76074 (Nm)

Mômen uốn tổng:

M1u = M'1u + M''1u = 30500 + 76074 = 106574 (Nm)

ứng suất dới tác dụng của tải trọng chính:

6

X

u

10 2

10 6 , 106 W

M

 = 65 (N/mm 2) ứng suất uốn cho phép đối với chế độ làm việc trung bình lấy theo bảng 5-2: []1 = 160 N/mm2

Sơ đồ tính dầm dới tác dụng của tải trọng phụ cho trên hình 3- c) và hình 4:

Mômen uốn do lực quán tính của xe lăn và vật nâng hình3-c):

G2

e = 420

Hình 4: Sơ đồ xác định tải trọng phụ do lực quán tính tác

dụng lên dầm chính của cầu

G2

P'qt

a)

P'qt

G2

P'qt

P''qt P''qt

P''qt

b)

M'2u =

4

10 5 , 4350

= 4

L

P'

qt = 10876,3 (Nm)

Lực quán tính này đặt ở đầu ray hình trên và tạo thành mômen xoắn phụ MX = P'qt.h1 Vì mômen xoắn phụ này nhỏ nên trong thực tế ta có thể bỏ qua

Mômen uốn do lực quán tính của trọng lợng bản thân dầm gây ra:

M''2u =

8

10 305

= 8

L

qt = 3812,5 (Nm)

Mômen uốn tổng:

M2u = M'2u + M''2u = 10876,3 + 3812,5 = 14688,8 (Nm) ứng suất uốn phụ:

6

y

u

10 2 , 1

10 689 , 14 W

M

 = 13 (N/mm2)

Mômen uốn do lực quán tính dọc khi phanh xe lăn:

M3u = ''

qt

P h1 = 7260.0.450 = 3267 (Nm)

ứng suất uốn phụ do mômen này sinh ra:

6

x

u

10 2

10 27 , 3 W

M

 = 1,7 (N/mm2)

ứng suất tổng ở tiết diện đang xét dới tác dung của các tải trọng chính và phụ (trờng hợp phối hợp tải trọng thứ hai):

u = 1u + 2u + 3u = 65 + 13 + 1,7 = 80 (N/mm2)

ứng suất uốn cho phép []2 = 180 N/mm2

Độ võng của dầm dới tác dụng của xe lăn và vật nâng:

6 5

3

X

3 '' C

'' D

10 733 10 1 , 2 48

10000

36190 50820

EJ 48

L P





= 12 (mm)

Trong đó:

E = 2,1.105 N/mm2 - mô đun đàn hồi của thép CT3

Độ võng cho phép:

[f] =

700

10000

= 700

L

= 14,3 (mm) > 12 mm

Để đảm bảo độ ổn định cục bộ của thành đứng dầm ta hàn những tấm thép theo chiều cao dầm hình dới Khoảng cách giữa các tấm thép đó lấy bằng l = 1500 mm

ứng suất tới hạn của tấm hình vẽ dới:

2 3

1

2

686

6 4390 10



= 170 (N/mm2)

Hệ số an toàn của thành

- Đối với trờng hợp phối hợp tải trọng thứ nhất:

k1 =  





65

170 u

th

2,6

- Đối với trờng hợp phối hợp tải trọng thứ hai:

k1 =  





80

170 u

th

2

Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất cho phép:

[k1] = 1,3 và [k2] = 1,1

1500

230

A - A

800 1000

A A

230

B - B

750

1500 B

B

750

Hình 5: Phân bố thanh giằng trên dầm chính

4 Tính tiết diện gối tựa của dầm chính:

Tiết diện này đợc tính theo lực cắt lớn nhất khi xe lăn ở sát gối tựa (hình 7 a) và mômen uốn do trong lợng của cơ cấu di

động cầu trục gây ra

Lực cắt lớn nhất:

2

qL L

l b L P L

L L

C 1 '

2

10 6100 10

62 , 0 25 , 1 10 41028 10

62 , 0 10

= 118808 (N)

Mômen tĩnh của nửa tiết diện đối với trục x – x: Hình 2 b)

SO = 250.8.184 + 2.180.6.95 = 573200 (mm3)

ứng suất cắt khi J = JX

a = 1500

1 = 6

1000

Hình 6: Sơ đồ kiểm tra độ ổn định của thành dầm chính

Hình 7: Sơ đồ tính tiết diện gối tựa và mối ghép của dầm chính

L = 10000

L = 10000

b=1250

b )

l2 = 3000

l1 = 620

A

a )

q = 6100

q = 6100

B

1250

’ =

6 10 4 , 138 2

573200

118808 J

2

S Q

6 '

x

p n



Mômen xoắn do cơ cấu di động gây ra, hình 4 a)

MX =

2

42 , 0 26000 2

e

G2

 = 5460 (Nm)

ứng suất tiếp:

’’ =

6 86240

2

5460000 F

2

MX



 = 5,27 (N/mm2)

Trong đó:

F = 245.352 = 86240 (mm2)

F: diện tích hình chữ nhật đợc giới hạn bằng các trục đi qua

đờng tâm của các thanh biên và thanh đứng

Tổng ứng suất cắt:

 = ’ + ’’ = 15 + 5,27 = 20,27 (N/mm2)

ứng suất do lực quán tính gây ra quá nhỏ nên ở đây ta có thể bỏ qua

Độ ổn định của thành dầm chính ở đoạn cuối đợc kiểm tra theo ứng suất tiếp Kích thớc của đầu dầm chính hình 5 và hình 6 b) Khoảng cách giữa hai thanh giằng a = 1000 mm Trị số của ứng suất tiếp tới hạn xác định theo công thức:

2

2 2

2

h

a

h 760









 































2 2

10 500

6 1000

500 760







































Hệ số an toàn ổn định:

k1 =

27 , 20

154 = 7.5

Hệ số an toàn ổn định cho phép theo trờng hợp phối hợp tải trọng thứ nhất [k1] = 1,3

Vì trị số của các tải trọng phụ nhỏ nên ở đây ta không cần kiểm tra độ ổn định của thành theo trờng hợp phối hợp tải trọng thứ hai

5 Tính độ bền của ray dới xe lăn:

Dới xe lăn ta đặt ray loại KP – 70 theo OCT 4121 – 62 Ray

đợc kẹp chặt trên thanh biên trên của dầm nhờ các tấm kẹp, do

đó ta có thể thay ray dễ dàng khi sửa chữa

Để giảm ứng suất trong ray và trong thanh biên trên của dầm chính ta hàn thêm các thanh thép phụ hình 5, chiều cao của các thanh thép phụ bằng