thiết kế cổng trục 60 tấn, chiêù cao nâng 12m, khẩu độ 14,5m

Cho nên giá thành của nó phù hợp với việc đầu t thiết bị của các công ty xâydựng, các nhà máy xí nghiệp theo nhu cầu sử dụng của mình.để đáp ứng yêu cầu đó nhà trờng cùng bộ môn Máy Xây

lời nói đầu

Trong sự nghiệp cộng nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nớc ta hiện nay thì vấn

đề xây dung cơ sở hạ tầng trong lĩnh vực xây dung cơ bản và xây dng cáccông trình GTVT đóng vai trò quan trọng Vấn đề này đã và đang đợc đảng

và nhà nớc ta trú trọng và đặt lên hàng đầu

Do đặc điểm địa lý, địa hình, địa chất, khí hậu ở nớc ta rất phức tạp Trêncác tuyến đờng từ Bắc chí Nam có rất nhiều sông ngòi cắt ngang Vậy nênvấn đề xây dng các cây cầu bắc qua là không thể tránh khỏi Ngoài ra ở các

đô thị lớn việc giải quyết các vấn đề ách tắc giao thông tại các nút giao thông

là cần thiết Vì vậy cần phải xây dựng các cầu vợt

ở nớc ta bờ biển chải dài từ Bắc xuống Nam nên việc xây dựng các cảngsông cảng biển để làm cầu nối giao lu buôn bán trong và ngoài nớc cũng làvấn đề đang đợc quan tâm

Vấn đề xây dựng các cơ sở công nghiệp, các nhà máy xí nghiệp dân dụng

và quốc phòng, các khu dân c, khu đô thị hiện đại ở các thành phố lớn

Để đáp ứng các yêu cầu xây dựng các công trình trên đòi hỏi phải có rấtnhiều máy móc thiết bị tham gia thi công Một trong các máy móc thiết bị đó

để phục vụ một số công việc nhất định trong thi công xây dựng kể trên làCổng trục

Cổng trục là loại máy trục có kết cấu thép nh khung cổng Các chc nănglàm việc của nó bao gồm: Nâng hạ hàng, di chuển xe con mang hàng, dichuyển cổng trục Vì vậy nó dợc sử dụng rộng rãi trong thi công xây dựngnh: Xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng thuỷ lợi, thuỷ điện, quốcphòng, xây dng lao lắp dầm cầu , phục vụ tại các phân xởng sản xuất cấukiện bê tông cốt thép, phân xởng cơ khí sửa chữa dóng tàu, làm nhiệm vụxếp dỡ hàng hoá tại các cảng sông, cảng biển, các ga hàng hoá

Là thiết bị sử dụng phổ biến trong thi công xây dựng xếp dỡ và phục vụ ởmột số xí nghiệp cơ khí sửa chữa Cổng trục có nhiều tính năng u việt của nó

là sức nâng từ vài tấn đến hàng trăm tấn Với tải trọng không thay đổi dọctheo cổng trục và khả năng di chuyển đến hàng trăm mét Vấn đề bảo dỡng,sửa chữa và lắp dựng đơn giản, ít chiếm nhiều diện tích Do dó trong quátrình khai thác tính kinh tế mà nó mang lại là khá cao Mặt khác cổng trục làthiết bị mà ở nớc ta có thể thiết kế chế tạo không phải nhập từ nớc ngoaì

Cho nên giá thành của nó phù hợp với việc đầu t thiết bị của các công ty xâydựng, các nhà máy xí nghiệp theo nhu cầu sử dụng của mình.

để đáp ứng yêu cầu đó nhà trờng cùng bộ môn Máy Xây Dựng- Xếp DỡKhoa Cơ Khí giao cho em đề tài “ thiết kế cổng trục 60 tấn, chiêù cao nâng12m, khẩu độ 14,5m “

Với nhiệm vụ cụ thể là : “ Thiết kế kết cấu thép phần chân và bộ di chuyểncổng trục “

Đợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Tiến Sỹ Trần Quang Quý và cácthầy cô trong bộ môn Máy Xây Dựng-Xếp Dỡ cùng toàn thể các bạn tronglớp đã giúp em hoàn thành đề tài này

Song do thơì gian và khả năng còn hạn chế nên đề tài cũng không tránhkhỏi những khiếm khuyết Em rất mong đợc sự giúp đỡ, đóng góp của cácthầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2002 Sinh Viên : Nguyên Huy Bình

Phần I : tính toán Kết cấu thép chân cống trục

chơng I Tính toán chân giá đỡ

Chân giá đỡ liên kết với dầm chính bằng liên kết chốt

Tổng tác trọng P của dầm chính, cụm xe con và các bộ máy, trọng lợng vậtnâng là :

Q G

b Tải trọng di động (tính cho 1 bên chân giá đỡ)

Đây là tải trọng bao gồm tải trọng hàng nâng + trọng lợng xe con và các

bộ máy tính cho trờng hợp bất lợi nhất, tức là xe con và hàng nâng cùng về ở

1 bên chân cổng trục

N G

0

n

n G Q

N P

qt

b

47875 7

335000

335000 4

2 70000 600000







Lực quán tính tác dụng theo phơng song song dầm chủ

Lực quán tính sinh ra khi hãm cá cổng trục, lực này tác dụng theo phơngvuông góc với dầm chủ

tkd g

G G Q v

(công thức 5-50-MTVC)Trong đó :

70000 140000

600000 60

Fg – diện tích chịu gió tính toán

Đối với kết cấu có thành kín diện tích chịu gió tính toán chính là diện tíchgiới hạn bởi đờng viền ngoài

Fg = Fg1 + Fg2

Fg1 – diện tích chịu gió tính toán các bộ phận của cổng trục

Fg1 = 16.1 + 4.14.0,4+9,4.0.36 = 41m2

Lực Fg1 tác dụng theo phơng vuông góc với dầm chính

Fg2 – diện tích chịu gió của vật nâng

Fg2 = 25m, chọn theo bảng 6-6 KCT

Vậy Pg = 14.250 (41 + 25) = 23100N

Lực cản gió có phơng vuông góc với dầm chính

3

a- Xác định nội lực trong kết cấu chân giá đỡ trong mặt phẳng chân cổng

-Khi cha có lực xô ngang theo mặt phẳng chân cổng

803000 740000

63000

2

2 2 1

Khi có lực xô ngang Pqt2 tác dụng lên cổng trục, lực này gây ra mômen uốn

đồng thời gây ra mô men lật tại B, lực cản do gió cũng sẽ làm mất ổn địnhcủa cổng trục

N tkd

g

v G P

N tkd

g

v Q Q

P

c qt

xc qt

56575 1

81 , 9 60

45 740000

60

.

51223 1

81 , 9 60

45 70000 600000

60

Pg1, Pg2 – T¶i träng giã t¸c dông vµo hµng n©ng cïng víi xe con vµ t¶i tränggiã t¸c dông vµo kÕt cÊu thÐp cña cæng trôc theo ph¬ng song song víi dÇmchñ.

Pg1 = K0 q Fg1

Víi Fg1 – diÖn tÝch chÞu giã cña hµng n©ng + xe con

DiÖn tÝch chÞu giã cña xe con

M

M

K

15 , 1

15 , 1









Từ đó ta có :

m a

G G

Q

M a

c xe r

6 , 4 140000 70000

600000

1622947

15 , 1 2

2 115

043 , 3 6 , 4 14

R Q

N R

527768 043

, 3

1606000 72

1688648 72

sin 1606000

0

' 0

0 max

Lực quán tính tác dụng theo phơng song song với dầm chủ

Mômen uốn tác dụng lên chân giá đỡ theo mặt phẳng hàng nâng

Mn = Pqt1.H = 47875 14 = 670250Nm

Biểu đồ mômen uốn tác dụng lên chân giá đỡ:

Rmax – Nội lực tính toán của chân giá đỡ

[] ứng suất nén cho phép của thép dùng làm chân chọn thép làmchân là thép CT3 nên từ bảng 5-2 TTTKM ta có [] = 160N/mm2

 là hệ số uốn dọc đợc tính theo độ mảnh chọn  = 120   = 0,45

với  là độ mảnh

Từ đó tính đợc :

2 23453 160

45

0 = 1 là hệ số tính đổi để xét đến điều kiện liên kết ở đầu mút cột.

l = 14000mm là chiều dài thực tế của cột (chân)

, 0

7 , 116

26 , 486 24

, 0

7 , 116

di chuyển) có diện tích bé nhất kích thớc cụ thể nh hình vẽ

rx – bán kính quán tính đối với trục x-x

ry - bán kính quán tính đối với trục y-y

Độ mảnh của cột

125 96

, 71

125 2 2

2 2

98 , 32 160000

Nh vậy mặt cắt đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định

Tại mặt cắt lớn nhất (trên cùng) của chân cổng, chỗ liên kết cùng dầm chínhchịu mômen uốn lớn nhất nên ta sẽ kiểm tra bền tại mặt cắt này

Khi chân giá đỡ chịu uốn theo mặt phẳng chân cổng (0x)

TÝnh m«men chèng uèn Wx

3 3

1522576 761000

2 500 12

12 1000

.

2

TÝnh theo m«men chèng uèn cña thÐp h×nh

TÝnh momen uèn do Pqt2 g©y ra

Khi chân giá đỡ chịu uốn theo mặt phẳng hàng nâng

Momen uốn do Pqt1 sinh ra

Mt = Pqt1.H = 47875.14000 = 670250000Nmm

Mômen chống uốn của cột đối với trục 2 – 2

Mômen chống uốn của cột đối với trục 2 – 2

2 2

3

2 200 12 1000 2 73400 14873400

12

1000 12 500

06 , 45 14873400

670250000

Ư

2 2

2 Xác định giản đồ tính toán xà ngang.

Từ kết cấu dầm ngang đã chọn ta coi dầm ngang nh một dầm giản đơn đặttrên 2 gối tựa Dầm chịu các lực tập chung do trọng lợng của dầm chính,trọng lợng hàng nâng, cụm xe con di chuyển trọng lợng chân giá đỡ cổngtrục và tải trọng phân bố đều do trọng lợng bản thân gây ra Nh vậy ta cógiản đồ tính toàn của dầm nh sau :

3 Xác định tải trọng tác dụng lên xà ngang.

.Khi tải trọng Pdd cách B một đoạn 1750mm phản lực tại gốc tựa B là.

Lấy mômen đối với điểm A

RB.L – Pdd (L – l) = 0

 

N R

N L

L P

1250 14500

Tơng tự khi Pdd cách A khoảng 1250mm thì phản lực tại gốc A là RA =

67.104N nh vậy tải trọng của xe con và trọng lợng vật nâng tác dụng lên dầm

P

P P

qt xe qt

b xe

qt

47875 7

4 Xác định mặt cần thiết của dầm chân ngang.

Để xác định mặt cắt cần thiết ta phải xác định đợc momen uốn lớn nhất do

các tải trọng trên gây ra theo 2 phơng x,y đối với dầm

Ta coi trọng lợng dầm chính, trọng lợng của xe con + vật nâng + trọng lợng

của 2 chân giá đỡ là P

Nmm Nm

B B q M

m N B

P q

Nmm P

M

N P

w w

48879600 6

, 48879 2

2 , 9 2 , 9 1155 2

/

/ 1155 92

10626

10 43056 2

9200 9360000

936000 63000

2 670000 140000

2 3

5 1

Mômen uốn theo phơng y – y là :

Nmm Nm

B P

Ta có biểu đồ mômen uốn do các tải trọng trên gây ra

Biểu đồ mômen của dầm chân ngang

Ta giả sự mặt cắt đợc chọn nh hình vẽ trớc đây

Kiểm tra bền dầm chân ngang.

Theo điều kiện cờng độ ta có

x n

W

M W

M



Trong đó :

Mx là mômen tính toán của dầm theo phơng x – x

My là mômen tính toán của dầm theo phơng y – y

Wx là mômen chống uốn của dầm theo trục x – x

Wy là mômen chống uốn của dầm theo trục y – y

153N mm N mm W

M W

M

u y

y x

] [ 48

3

f J E

B P f

9200 936000

5 5

700

9200

700

1 ]

ThÐp CT3 cã ch = 200MPa

bmin = 300MPa

-1 = 160MPa

bmax = 490MPaMÆt bÝch gåm 8 bu l«ng M24 cã kÝch thíc nh h×nh vÏ

Các lực ngang tác dụng vuông góc với trục bu lông gồm 3 lực Q1 có phơngsong song với Pqt1 và

Q1 = Pqt1 = 47875N

Nó đợc sinh ra khi phanh xe con + hàng nâng

Lực Q0 tác dụng song song với Pqt2 (nó thuộc mặt phẳng chân cổng)

Q0 = 527768NLực P = 1606000NTổng lực ngang tác dụng vuông góc với trục bu lông là

N Q

Do đó điều kiện bền dập đợc thỏa mãn

Trờng hợp bu lông chịu tải trọng có phơng song song song với trục bu lông

P

Mỗi bu lông chịu một lực là

N Z

|

| 4 / 0

2 0

F

k

a k









Trong đó ch giới hạn cháy của vật liệu làm bu lông

ch = 200MPa

[] hệ số an toàn cho phép[]= 3

ứng suất nhỏ nhất của bu lông

a

MP d

F k

12 4 / 26 14 , 3 2

66241 2 , 0 4 / 2

.

2 2

v

tb

tb

40 12 4 / 26 314 60279

4 /

2

min 2

, 3 4

5 , 4 3 , 3

/ 1 1

K K

b tb a

Phần II : tính toán cơ cấu di chuyển

Chơng I

Giới thiệu chung về bộ di chuyển cổng trục

I

Giới thiệu chung.

Cổng trục là một loại máy trục có dạng kết cấu cổng dợc sử dụng rộng rãitrong xếp dỡ hàng hóa ở các cảng sông, cảng biển, các ga hàng hóa, dùngtrong xây dựng giao thông, thủy lợi, quốc phòng, trong các nhà máy cơ khí,các xởng sản xuất cấu kiến BTCT

Là một trong những loại máy trục đợc sử dụng rộng rãi bởi những đặc tính

u việt của nó Sức nâng của cổng trục có thể từ vài tấn cho đến vài trăm tấnvới chiều cao nâng tới hàng trục mét phạm vi nâng hàng của cổng trục tùytheo khẩu độ của nó từ 7-8m cho tới trên 30m

Cổng trục là loại máy trục làm việc ổn định với tải trọng nâng không đổidọc theo khẩu độ của công

Trong thực tế hiện nay cổng trục cũng có nhiều dạng kết cấu khác nhaunhng chủ yếu có 2 dạng kết cấu đợc sử dụng rộng rãi đó là kết cấu dàng dàn

và dạng dầm Tùy theo tải trọng nâng, khẩu độ và chiều cao nâng mà ngời tacũng có bố trí kiểu di chuyển, cổng trục khác nhau Phần dới đây sẽ trìnhbày một số dang sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng trục đợc sử dụngrộng rãi và phổ biến hiện nay

Sơ đồ dẫn động chung

1-Động cơ

2-Hộp giảm tốc

H×nh -1

H×nh-2

Hình-3

Đối với các cổng trục có khẩu độ lớn ngời ta dùng loại dẫn động cơ cấu dichuyển dạng độc lập (H1, H2, H3) Trong đó mỗi bánh xe chủ động đợc gắnvới một động cơ riêng Để đảm bảo cho 2 bánh xe chủ động cùng đồng thờilàm việc ngời ta chọn các động cơ cho nó với cùng một loại động cơ, cùngchất lợng, tính năng và tốc độ quay nh nhau, đồng thời đấu chung một nguồn

điện

Trong các sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng trục dạng độc lập, mỗisơ đồ đều có những đặc tính u việt của nó song bên cạnh đó nó cũng khôngtránh khỏi những nhợc điểm khi sử dụng

Với sơ đồ dẫn động độc lập H3 có u điểm là lực kéo và lực đẩy khi dichuyển đợc phân bố đều ở 2 bên chân cổng Khi khởi động dễ dàng, khảnẳng thắng lực cán tĩnh lớn Do đó mômen mở máy không yêu cầu cao, độngcơ không yêu cầu công suất lớn so với cổng cùng loại Khi phanh lực quántính di chuyển đợc dập tắt nhanh, khả năng xảy ra trợt trơn ít

Nhợc điểm của sơ đồ dẫn động này là khả năng gây ra lực quán tính theophơng ngang lớn, khi di chuyển dễ gây mất ổn định theo phơng ngang làm

ảnh hởng đến kết cấu di chuyển đòi hỏi đờng di chuyển phải thẳng và phẳngcao Với các cổng trục có khẩu độ lớn và tải trọng nâng lớn ngời ta khôngdùng sơ đồ dẫn động kiểu này

Sơ đồ dẫn động H2 có u điểm là có khả năng di chuyển theo đờng congtheo yêu cầu sử dụng Khi khởi động di chuyển dễ dàng, khả năng thắng lựccản tĩnh lớn khi phanh hãm lực quán tính di chuyển đợc dập tắt nhanh chóngnhng dễ xảy ra hiện tợng trợt trơn

Nhợc điểm của sơ đồ dẫn động này là không thích hợp khi di chuyển trên

đờng ray thẳng, với các cổng trục có khẩu độ lớn và sức nâng lớn khi hàngnâng ở phía chân cổng bên bánh bị dẫn thì việc di chuyển cổng trục lại gặpkhó khăn khả năng gây ra quán tính theo phơng ngang lớn

Do vậy với sơ đồ dẫn động này cũng rất ít khi đợc dùng để di chuyển cổngtrục thông dụng

Sơ đồ dẫn động H1 đợc sử dụng phổ biến hiện nay vì tính u việt của nótrong quá trình sử dụng Dùng để di chuyển các cổng trục có tải trọng từ vàitấn đến hàng trăm tấn với khẩu độ cổng từ nhỏ đến rất lớn trên 30m

Khi sử dụng sơ đồ dẫn động này khi di chuyển cổng trục khả năng gây ra lựcquán tính theo phơng ngang nhỏ, khi di chuyển và nâng chuyển hàng hóa

đảm bảo tính ổn định cao Khi khởi động và phanh hãm cổng trục dễ dàng

Do các đặc tính u việt kê trên mà trong các phơng án thiết kế bộ di chuyểncổng trục ta chọn sơ đồ dẫn động này (H1) làm phơng án thiết kế bộ dichuyển cổng trục tải trọng Q = 60 tấn khẩu độ L = 14,5m

1-B¸nh xe

2-Xe con3-KÕt cÊu tÇng trªn4-KÕt cÊu phÇn ch©n

Từ kết cấu thực ta da về giản đồ tính toán sau:

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên phần chân cổng khi xe lăn mang vậtnâng lớn nhất tại đầu bên trái cổng trục Do taỉ trọng chia đều cho hai nhánhchân cổng ta xác định tải trọng cho mỗi nhánh chân cổng nh sau:

MA = ( Q + G xe +1/2 G c )4700 – 2.4 700 Rd = 0

N

G G

Q

370000 2

70000 700000

600000

4700 2

4700 ).

2

1 (

N

R R

A

351890 11076

18 cos 11076 370000

11076

cos ) 1238 838 (

2

351890 900

450

2 1

Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên bánh xe khi xe lăn không có vật nâng tại

Tải trọng tơng đơng tác dụng lên bánh xe

max K P

P bx   bx < công thức 3-65-TTTKMT>

Trong đó K = 1,2 hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu

Tra bảng 3.12

Pmax= 175 945N tải trọng tác dụng lên bánh xe

 : hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng:

73 , 0 ] ) 203000

600000 1

(

1 1

[ 2 1

] ) 1 (

1 1

[ 2 1

Từ đó Pbx=0,73.1,2.175945=154127,82N

Trong quá trình di chuyển cổng trục, bánh xe phải chịu lực hớng tâm va bềmặt làm việc phải chịu mài mòn Do vậy phải để đảm bảo bánh xe có độ bêncao và làm việc ổn định nên bánh xe đợc chế tạo băng thép dúc 55 đợc giacông nhiệt luyện đạt độ cứng 300 – 400 HB

Khi làm việc bánh xe phải chịu các lực gồm ;

-Lực hớng tâm do trọng lợng cổng trục và vật nâng tác dụng

-Lực chèn ngang gây xô lệch bánh xe do lực quán tính ngang khi khởi

động và phanh hãm xe con mang hang Ngoài ra còn có lực gió theo phơngngang

Dựa vào tải trọng vật nâng và điều kiện làm việc ta chnj đợc bánh xe cần trụcqui chuẩn

Từ bảng 40 - máy trục DA-2AVODSIKOV

Loại bánh xe hình trụ có hai thành biên với kích thớc theo OCT 3569-GO

Đờng kính bánh xe: D bx = 650mm

Đờng kính ngõng trục : d = 100mm

150

82 , 154127

bx

d f Q

<Tra theo bảng 3.6-TTTKMT>

Vậy W 3335 , 54N

650

100 015 , 0 6 , 0 2 ) 600000 203000

Fg diện tích giới hạn đờng viền chịu gió của kết cấu

F1 = 16,5 m2 diện tích chịu gió của kết cấu tầng trên

F2= 16,8 m2 diện tích chịu gió của phần chân cổng

Vậy W3 = 1,4 250 (16,5 + 16,8) = 11655 N

Tổng lực cán tĩnh đợc tính:

Wt = 2,4 3335,54+ 803 + 11655 = 20463,29 N