Tài liệu THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP MÁY TRỤC ppt

Chân mềm có liên kết khớp với dầm cầu để đảm bảo cho kết cấu là một hệ tĩnh định, nó có thể lắc quanh trục thẳng đứng đến 50 để bù trừ các sai lệch của kết cấu và đường ray do chế tạo và

Khoa………

………… o0o…………

THIẾT KẾ MÔN HỌC

KẾT CẤU THÉP MÁY TRỤC

MỤC LỤC

1, Giới thiệu chung 1

PHẦN I : LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH 3

TOÁN KẾT CẤU THÉP 3

PHẦN II : XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC VÀ DẠNG LIÊN KẾT KẾT CẤU THÉP 5

PHẦN IV: LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO 8

KẾT CẤU THÉP 8

GIỚI THIỆU CHUNG

1, Giới thiệu chung

- Trong công cuộc xây dựng và pháy triển của nền kinh tế quốc dân, các ngành công nghiệp mũi nhọn luôn được nhà nước đầu tư đúng mức cả về công sức, ngân sách và chính sách pháp luật Các ngành này góp phần giúp cho nền kinh tế phát triển

- Ngành máy xếp dỡ là một ngành mới nhưng rất quan trọng vì nó phục vụ trực tiếp vào công cuộc phát triển và hiện đại hoá đất nước

- Việt nam là nước có vị trí địa lý thuận lợi ở đông nam á, có bờ biển dài, khí hậu nhiệt đới do vậy rất phù hợp với ngành hàng hải và các ngành liên quan, là điều kiện thuận lợi cho việc tạo mối quan hệ ngoại giao, buôn bán đường biển

- Trong công cuộc xây dựng nền kinh tế đòi hỏi phải có một cơ sở hạ tầng vững chắc do vậy mà ngành máy xếp dỡ rất quan trọng, các công trình xây dựng vững chắc, cầu cảng bến bãi, nhà cửa đòi hỏi phải có máy móc vận chuyển vật liệu do đó máy xếp dỡ có vai trò quan trọng để nâng cao năng xuất lao động, và thay thế phần lớn sức lao động của con người

- Cảng sông, cảng biển của Việt nam được mở rộng rất nhiều tạo điều kiện cho viếc xếp dỡ hàng hoá chính vì vậy nhà nước đã đầu tư phát triển hàng hải

- Ngành đóng mới tàu hàng đã được chú trọng, đã đủ khả năng đóng mới những con tàu có trọng tải hàng ngàn tấn do vậy việc ứng dụng máy xếp dỡ vào ngành này rất phù hợp, thông thường phải sử dụng máy trục để nâng những loại hàng khối, hàng nặng

Cổng trục là một loại cần trục kiểu cầu có dầm cầu đặt trên các chân cổng với các bánh xe di chuyển trên ray đặt ở dưới đất

Theo công dụng có thể phân cổng thành : Cổng trục có công dụng chung hay còn gọi là cổng trục dùng để xếp dỡ , cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng và cổng trục chuyên dùng

Cổng trục có công dụng chung có tải trọng nâng từ 3,2 đến 10 tấn , khẩu độ dầm cầu từ 10 đến 40 m , chiều cao nâng từ 7 đến 16m Cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng có tải trọng nâng từ 50 đến 400 tấn , khẩu độ dầm cầu đến 80 m và chiều cao nâng đến 30 m Cổng trục dùng để lắp ráp có tốc độ nâng , di chuyển xe con và di chuyển cổng trục nhỏ hơn so với cổng trục có công dụng chung Đặc biệt

có tốc độ chậm dùng khi lắp ghép, nâng, hạ vật từ 0,05 đến 1m/ph

Cổng trục có công dụng chung dùng để bốc xếp, vận chuyển hàng thể khối, vật liệu dời trong các kho bãi , bến cảng, nhà ga, đường sắt Cổng trục dùng để lắp ráp được dùng trong lắp ráp thiết bị, trong nhiều lĩnh vực đặc biệt trong các công trình năng lượng và lắp ghép các công trình giao thông

Thiết bị mang vật của cổng trục thường là móc treo, gầu ngoạm hoặc nam châm điện

Theo kết cấu thép có : Cổng trục không có công xol, cổng trục có một đầu công xol và cổng trục có hai dầu cong xol Kết cấu dầm cầu và chân cổng cũng rất đa dạng Dầm cầu có thể được chế tạo dưới dạng dầm hộp hàn, dầm ống, dầm hàn không gian và có thể là một dầm hoặc hai dầm Ray di chyển xe con trên dầm cầu có thể được đặt ớ phía trên hoặc treo phía dưới dầm cầu Chân cổng thường có : một chân cứng, một chân mềm Chân mềm có liên kết khớp với dầm cầu để đảm bảo cho kết cấu là một hệ tĩnh định, nó có thể lắc quanh trục thẳng đứng đến 50 để bù trừ các sai lệch của kết cấu và đường ray do chế tạo và lắp đặt , ảnh hưởng của biến dạng do nhiệt độ Như vậy chân mềm của cổng trục có tác dụng giảm ma sát thành bánh xe với đường ray, giảm tải trọng xô lệch và tránh khả năng kẹt bánh xe di chuyển trên ray Các cổng trục có khấu độ dầm dưới 25 m có thể chế tạo cả hai chân cùng có liên kết cứng với dầm và như vậy sẽ giảm nhẹ công chế tạo và lắp dựng cổng trục

PHẦN I : LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP

Kết cấu thép của cần trục được tính chủ yếu theo 2 phương pháp lầ trang thái giới hạn và tính theo ứng suất cho phép Ngoài ra còn co phướng pháp tính theo xác suất hư hỏng của kết cấu

- Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn : Là phương pháp tính đảm bảo cho kết cấu không vượt quá trạng thái giới hạn khiến con cho kết các không sử dụng được nữa

- Phương pháp tính theo ứng suất cho phép : Dựa trên cơ sở xác định hệ số dự trữ độ bền của kết cấu

- Phương pháp tính theo xác suất hư hỏng : Dựa trên cơ sở xác suất hư hỏng của kết cấu Phương pháp này cho phép tính tuổi thọ , độ tnh cậy và dự đoán khả năng làm việc cảu kết cấu Tuy nhiện phương pháp này chưa được sử dụng rộng rãi

1.1 Tính theo phương pháp trạng thái giới hạn :

- Trạng thái giới hạn là trạng thái mà kết cấu thép không thảo mãn các điều kiện khai thác theo quy định như không đủ kha năng chịu lực hoặc bi biên dạng quá mức Tính theo phướng pháp này nhằm đảm bảo kết cấu không tiến tới trạng thái giới hạn trong suốt thời gian làm việc Khi tính theo phương pháp này cần dựa trên

cơ sở nghiện cứu điều kiện sử dụng , tình hình tải trọng tronh úa trình sử dụng Kết quả tính của phương pháp này khá chính xác , tiết kiệm vật liệu , nâng cao chất lượng thiết kế , hạ giá thành chế tạo

- Tuy vậy , đối với một số kết cấu khi tính theo trang thái giới hạn đôi khi đưa đến những biến dạng tương đối lớn Ngoài ra phương pháp này cũng còn hạn chế khi tính các cấu kiện chịu ứng suất thay đổi

1.2 Tính theo phương pháp ứng suất cho phép :

- Dựa trên cơ sở xác định hện số dự trữ độ bền của kết cấu Phương pháp này chỉ sử dụng khi chưa có số liệu thông kê đầy đủ các tải trọng tac dụng lên kết cấu Phương pháp này đã phát triển khá hoàn chính tuy nhiên phương pháp này khi tính toán không xét đến sự chảy dẻo của có thể có của kết cấu và coi kết cấu mất khả năng chịu lực khi chỉ có 1 điểm của kết cấu ở trạng thái nguy hiểm , trong khi kết cấu vẫn còn khả năng chịu lực thêm , vì vậy độ chính xác không cao gây lãng phí vật liệu

1.3.Tính toán theo phương pháp xác suất hư hỏng :

- Cơ sở tính toán là dựa trên việc thống kê các hư hỏng của kết cấu Phương pháp náy cho phép tính tuổi thọ , độ tin cậy và dự đoán được khả năng làm việc của kết cấu Tuy nhiên phương pháp này chưa được sử rộng rộng rãi

- Khi tính toán KCT cần đảm bảo độ bền , độ cứng , độ ổn định khi ứng suất không đổi Khi ứng suất thay đổi cần phải đẩm bảo độ bền mỏi

Điều kiện bền : ƯS phải nhỏ hơn ứng suất cho phép hay cường độ chịu lực của kết cấu

Điều kiện ổn định : Kết cấu phải thảo mãn điều kiện ổn định tổng thể và ổn định cục bộ Điều kiện ổn định có thể tính bằng cách đưa vài hệ số giảm cường độ chịu lực

Điều kiện độ bền mỏi : Tính toán cho các kết cấu chịu ứng suất biến đổi Điều kiện cứng :

 

  

Độ cứng động : được đánh giá bằng thời gian tắt dao động t t

PHẦN II : XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC VÀ DẠNG LIÊN KẾT

KẾT CẤU THÉP

2.1.Sử dụng kết cấu dàn

loại máy trục với kết cấu có khẩu độ lớn chịu tải trọng nhỏ Do đó toàn bộ cổng trục

là kết cấu dàn có ưu điểm là : trọng lượng kết cấu nhỏ, diện tích chắn gió nhỏ hơn so với kết cấu dầm nhiều

Như vậy theo đặc tính kỹ thuật của cổng trục có sức nâng trung bình và khẩu

độ không lớn ta chọn phương án thiết kế là kết cấu dầm dàn 2 đầu không công sol

2.2.Kết cấu nối chân với cầu

Kết cấu của cổng trục là kết cấu tầng trên theo dạng cầu như cầu trục Tầng trên được đặt trên hai chân đỡ cao tạo thành dạng cổng Do đó chân đỡ được nối với cầu theo hai phương pháp sau: nối cứng ( chân đỡ cứng ) và nối bằng bản lề với cầu (chân dỡ mềm)

Ưu điểm của chân cứng so với chân mềm là : Kết cấu, cấu tạo đơn giản

Nhược diểm: sinh ra lực đẩy ngang do tải trọng di động trên cầu hoặc do sự thay đổi nhiệt độ gây ra

Thông thường đối với cổng trục có khẩu độ nhỏ ( L < 25 m) có thể chế tạo cả hai chân cổng có liên kết cứng với dầm và như vậy sẽ giảm được công chế tạo và lắp dựng cổng trục

Như vầy với khẩu độ L = 20 m ta chọn cổng trục có 2 chân cứng

3.1 Các tổ hợp tải trọng dùng trong tính toán kết cấu thép

BẢNG TỔNG HỢP TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN

Loại tải trọng

định

n





n



 

Tổ hợp tải trọng

t'.Gc Gc kt Gc Gc

đến kt và kt' Gc

Trọng lượng xe con có tính

kt'.Gx

Trọng lượng thiết bị mang

g

g

g P

Trong đó :

  : ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo kết cấu

c

 : Giới hạn chảy của vật liệu chế tạo kết cấu

1



n : Hệ số dự trữ độ bền

c : Hệ số động Chọn cI = 1,2 ; cII = 1,3

kt , kt' : Hệ số tải trọng động

với cổng trục di chuyển trên ray thì kt phụ thuộc vào tốc độ di chuyển

vận tốc di chuyển : vc = 40 m / ph nên kt = 1 suy ra kt'=1+ 0,5(kt-1) = 1

* Các trường hợp tải trọng tương ứng với sự làm việc của cần trục :

- Ia,IIa : cổng trục đứng yên , nâng hàng với nửa tộc độ Ia và cả tốc độ IIa

- Ib,IIb : cổng trục di chuyển có hàng và tiến hành phanh hãm bình thường Ib và phanh hãm đột ngột IIb

IIc : công trục đứng yên , xe con có hàng di chuyển và tiến hành phanh xe con đột ngột

3.2)Các thông số ban đầu

-Tải trọng nâng 20T

-Chiều cao nâng 11 m

-Khẩu độ 20m

-Chế độ làm việc trung bình

PHẦN IV: LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO

KẾT CẤU THÉP

4.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép máy trục

- Thép phải thỏa mãn điều kiện làm việc của kết cấu : dộ bền , độ cứng , độ ổn định …

- Thỏa mãn các yêu cầu về khối lượng và kích thước kết cấu

- Có tính công nghệ tốt : tính hàn , tính dẻo …

- Có lợi nhất về phương diện giá cả

Từ các yêu cầu trên ta chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép là thép SM 400B có :

- Mômen dàn hồi về kéo , nén E 2,1.10 5N mm/ 2

- Giới hạn chảy  c 24.10 3  28.10 3N cm/ 2

- Giới hạn bền  b 38.10 3  42.10 3N cm/ 2

- Độ dai va đập a k  70 j cm/ 2

- Độ giãn dài khi nứt   21%

- Trọng lượng riêng   7,38T m/ 3

PHẦN V:XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KẾT CẤU

5.1 Kích thước tiết diện dầm chính

Dầ

m chính gồm 2 dầm khoảng cách giữa 2 dầm phụ thuộc khoảng cách ray của cơ cấu

di chuyển xe con và vị trí đặt ray Trong đề tài chỉ đè cập tới phần kết cấu thép của công trục vì vậy ta chọn khoảng cách giữa 2 dầm chính là 2 m

5.1.1 Tính toán sơ bộ kích thước dầm chính

- Chiều cao dầm

H = ( 181 - 141 ) L

với L = 66100 là chiều dài dầm

chọn H = 4500 ( mm )

-Chiều rộng tấm biên trên và biên dưới

B = ( 0,33 ÷ 0,5 ) H

= ( 0,33 ÷ 0,5 ) 4500 = 1501 ÷ 2275

Chọn B = 2220 (mm )

- Khoảng cách giữa hai tấm thành

Bo = ( 301 ÷ 501 ) L

= ( 301 ÷ 501 )6610 = 2203 ÷ 1322 (mm )

-Chiều dày tấm thành

2δt = 7 + 31000.4550 = 20 mm

= 10 mm

chọn δt = 10 mm

- Chiều cao tấm thành

H = H - 2δb = 4450 – 2.25 = 4500

- Diện tích tấm biên trên và biên dưới:

Fb = 2B δb = 2.2220.25 = 111.103 mm2

- Diện tích thành đứng

Ft = 2.h δt = 2.4500.10 = 90.103 mm2

- Diện tích tiết diện dầm

Fd = Fb + Ft = 90.103 + 111.103 = 201.103 mm2

- Mômen quán tính tiết diện với trục X-X

JX = JXb + JX t

với JXb mômen quán tính của các tấm biên với trục X-X

JXb =

2 3

2 2 12

.

.

2















 b b

F

2

25 2

4500 10

111 12

25

2220

.

2















JX t momen quán tính của tấm thành với trục X-X

12

4500 10 2 12

.

2





h

t



(mm4)

- Momen chống uốn của tiết diện với tr ục X-X

2 / 4500

10 1264 2

/  

H

- Mômen quán tính tiết diện dầm với trục Y-Y

Jy = Jyb + Jyt

3

10 46 12

2220 25 2 12

.

.

2





B

b



- Jyb: Momen quán tính của các tấm biên với trục Y-Y

- Jyt: Mômen quán tính của các tấm thành v ới tr ục Y-Y

Jyt = 2

































2

2 2 12

. o t

t

F

= 2

































2 3

3

2

10 2

2097 10

90 12

10 4500

= 196.109 (mm4)

=> Jy = (46 + 196).109 = 242.109 (mm4)

- Momen chống uốn của tiết diện dầm với trục Y-Y

2 / 2220

10 242 2

/  

H

J y

( mm3)

B



Tiết diện dầm chính

5.2 Sơ bộ kích thước tiết diện chân cổng

5.2.1 Chân cứng cổng

Chân chig của cổng chịu tác dụng của lực xii ngang làm uốn chân cổng với cầu do

đó chân cứng được chọn theo dạng kích thước tăng dần theo biểu đồ mômen uốn chân cổng: chiều cao chân cổng phụ thuộc chiều cao nâng:

Kích thước tiết diện chân cổng chọn theo mẫu của cổng trục 2007 ở nhà máy đóng tàu Nam Triệu

- Tiết diện tại đầu dưới chân:

( b × a ) : 1220 × 2010

- Tiết diện tại đầu trên chân:

( b × a ) : 3940 × 2010

Các tấm bao chân được làm bằng thép SM 400B có độ dày 10 mm

Tính cho tiết diện dưới của chân cứng:

- Mômen quán tính của tiết diện với trục X-X: Jx = Jx1 + Jx2

Jx1 m omen qu án t ính ti ết di ện vach theo chi ều d ài a:

12

1220 10 2 12

.

.

2 3 3





b a

( mm4 )

Jx2 mômen quán tính tiết diện vạch theo chiều dài b:

Jx2 = 2.12. 3 2 22













 a F a

12

10 2220

.

2

















= 7,343.1010 (mm4 )

Mômen chống uốn của tiết diện với trục X-X

12

10 15 , 66 2

/ 2220

10 343 , 7





b

J x

( mm3 ) Tính cho tiết diện trên cả dầm cứng:

Jx = Jx1 + Jx2

Jx1 Momen quán tính tiết diện vạch theo chiều dài a:

12

2010 10 2 12

.

2





b a

( mm4 )

2 2 12

.

2















 a F a

12

10 3940

.

2

















=1,52.1011 (mm4 )

=> Jx = 1,52.1011 + 1,53.1010 = 1,67.1011 (mm4 )

mômen chống uốn của tiết diện với trục X-X

2 / 2220

10 67 , 1 2

/  

b

X

X

b

a

X

X

Hình :Mặt cắt đầu, cuối cứng cổng

5.2.2 Với chân mềm

Do kết cấu chân mềm chủ yếu chịu lực nén do đó tiết diện chân mềm không đổi kích tiết diện chân mềm : (a×b) = 1220×1220

Jy = Jy1 + Jy2

Jy1 = 2 3 31 , 02 10 11 4

12

3940 10 2 12

.

mm

a





Jy2 = 2

































2 3

2 2 12



F b

= 2

































2 3

2

10 2

2010 10 2010 12

10 2010

= 4,02.1010 (mm4 )

=> Jy = 1,02.1011 + 4,02.1010 = 1,42.1011 (mm4)

2 / 3940

10 42 , 4 2

a

J y





Jy = Jy1 + Jy2

12

10 20 10 2 12

2

mm

a







Jy2 = 2

































2 3

2 2 12

F b

= 2

































2 3

2

10 2

1220 10 1220 12

10 1220

8,93.107 (mm4)

=> Jy = 135.107 + 8,93.107 = 143,93.107 (mm4)

X

X

1220

10 93 , 143 2 2

a

J y





Hình:Tiết điện mặt cắt dầm chân mền

PHẦN VI:CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI

TRỌNG THỜI GIAN VÀ KẾT CẤU

6.1) Trong mặt phẳng thẳng đứng:

- Trọng lượng bản thân là toàn bộ khối lượng kết cấu thép dầm theo tổ hợp IIb thì trọng lượng bản thân bằng GKđ

G: trọng lượng toàn bộ kết cấu dầm

Kđ: 1,3 hệ số khí động

Trọng lượng bản thân này khi tính toán được khai báo trong kết cấu nhờ phần mềm sáp 2000

Trọng lượng hàng xe con, móc treo hàng Trọng lượng xe con và móc treo được chọn theo sức nâng 200T ta dung 2 xe con tương ứng với mức tải mỗi xe là 100T do

đó ta chọn

Gxe = 13 t

Gmóc = 2.5T

Tổng trọng lượng xe và móc:

Gx = 2(13+2.5)=31T

Trọng lượng của toàn bộ hệ thống trên xe:

G = 200+31 = 231T

Trọng lượng này được phân bổ đều trên các bánh của xe con , trọng tải này cùng tải trọng quán tính của hàng được khai báo là tải trọng di động : tải trọng này có giá trị là:

8

231

8  

G

T Khai bong trong sáp 2000 thì giá trị này được nhận thêm hệ số Kđ

6.2) Trong mặt phẳng nằm ngang

Trong mặt phẳng nằm ngang kết cấu chiu các tải trọng:

bất lợi nhất đối với cổng trục là gió theo phương b với mặt chắn gió của dầm

Áp lực gió tăng lên mặt chắn gió của kết cấu:

Pl = qoncβγ

Trong đó :

qo: cường độ áp lực gió với cổng trục của nhà máy làm việc ở vùng gió mạnh chọn qo = 150 (N/m2)

c: hệ số động lực học của kết cấu c = 1.2

n: hệ số tính đến sự tăng áp lực gió theo chiều cao:

với H = 0÷10m => n=1

H = 10÷20m => n=1.2

H = 20÷30m => n=1.5

H = 30÷40m => n = 1.8

β: hệ số tải trọng gió

β = 1.2÷1.4 với cổng trục cao 40m

γ: hệ số vượt tải phụ thuộc vào phương pháp tính toán với phương pháp ứng xuất cho phép γ = 1