Đề tài Thiết kế cầu trục hai dầm sức nâng q=20t, khẩu độ l=28m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP Đề tài : THIẾT KẾ CẦU TRỤC HAI DẦM SỨC NÂNG Q=20T, KHẨU ĐỘ L=28M GVHD : Nguyễn Danh Chấn SVTH : Phạm Đức Quốc Lớp : MX05 Khoa : Cơ Khí Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 05/2008 MỤC LỤC 1 Giới thiệu chung kết cấu thép cầu trục 1 2 Các thông số cơ bản kết cấu thép 2 3 Đặc trưng hình học cua tiết diện 5 3.1 Dầm chính 5 3.2 Dầu dầm chính và dầm đầu 5 4 Các Tải Trọng Tính 6 4.1 Tải trọng không di động 7 4.2 Tải trọng di động 8 5 Xác Định Nội Lực Trong Kết Cấu Thép 10 6 Kiểm Tra Bền Cho Dầm Chính 13 7 Kiểm Tra Chân Cầu trục 18 8. Kiểm Tra Ưùng Suất Tiếp…………………………………... …20 9. Kiểm Tra Độ Võng Của Dầm………………………………….21 10. Kiểm Tra Ổn Định…………………………………………….21 11. Tính Mối Ghép Hàn………………………………………….26 12 Tính Độ Bền Của Ray Dưới Xe Lăn………………………….27 13 Thanh Giằng Chân Cầu Trục………………………………….30 14. Tính Ổn Định Của Cầu Trục………………………………….31 TÍNH TỐN KẾT CẤU THÉP 1. Sơ Lược Về Vật Liệu Và Cấu Tạo Kết Cấu Của Cầu 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 ngồi. 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 tốn kết cấu thép để so sánh với máy mẫu và tìm ra kết cấu hợp lí nhất, tiết kiệm nhất. Các thông số kĩ thuật cơ bản vật liệu chế tạo: Khẩu độ : L = 28m Sức nâng : Q = 20T Chiều cao nâng : H = 10 m Trọng lượng cầu :G=22T Vận tốc nâng :Vn=20m/phút Tốc độ di chuyển cổng : vdc = 60 m/ph Tốc độ di chuyển xe con : v*dc = 30m/ph 1.2.Chọn vật liệu chế tạo: - Kết cấu kim loại của máy trục là phần chiếm nhiều kim lọai nhất trong tồn bộ máy trục. Vì thế để có khối lượng máy trục hợp lý cần phải thiết kế và tính tốn 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 tồn 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. Ngồi 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 : sch = 2800 KG/cm2. + Độ giãn dài khi đứt : e = 21%. + Khối lượng riêng : g = 7,83 T/m3. + Giới hạn bền : sb = 4200 kG/cm2. + Độ dai va đập : ak = 100 J/cm2. + Độ bền cơ học đảm bảo. + Tính dẻo cao. + Tính hàn tốt ( dễ hàn ). Đối với các thanh phụ không chịu tải, dàn bảo vệ, tay vịn, sàn lát… có thể dùng thép CT0,CT1,CT2. 1.3 Cấu tạo. Cầu trục gồm 2 dầm ngang kiểu hộp. Dầm được tựa trên các chân đỡ là các chân của cổng .Ở chân cổng, phía trên có thanh dằng, phía dưới có liên kết với dầm để đặt hệ thống thủy lực và động cơ diezen. 2. Các Thông Số Kích Thước Cơ Bản Kết Cấu Thép: Theo dự kiến thiết kế ban đầu thì cầu sẽ gồm hai dầm hộp. Ray di chuyển cho xe lăn sẽ bố trí ở thành trên của dầm. Mặt trên của cầu sẽ kết hợp làm sàn kiểm tra. Khoảng cách giữa hai dầm phải tính sao cho cầu đủ ổn định trong mặt phẳng ngang do tác dụng của tải trọng lệch, vừa phải phù hợp với kích thước của xe lăn và giằng dầm. Mục đích cuối cùng là chọn kết cấu nhỏ gọn mà vẫn đủ khả năng làm việc. 2.1.Các kích thước cơ bản của dầm chính. Do hai dầm giống nhau nên ở phần này ta chỉ trình bày kích thước đặc trưng của một dầm. Ta chọn sơ bộ các kích thước sau: Chiều dài dầm: L = 28m. Chiều cao của dầm lấy trong giới hạn: h= Chọn h=1800m Chiều dày tấm thành:dt=6mm Chiều dày của thành biên: db=27mm. Chiều cao của thành dầm: ht=(h-2.d)=900mm. Bề rộng tấm biên : B= (0,330,5).H=(594900) Chọn B = 680mm Chiều dài đoạn nghiêng : C= ( 0,10,2).L=28005600 Chọn C=4000mm Hình 24: Dầm chính. 2.2Các kích thước cơ bản của đầu dầm chính: Hình 25: Dầm dưới. 2.3. Các kích thước cơ bản của dầm đầu. Hình 26: Chân cổng phía trên. 3. Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện: 3.1 Dầm chính - Tấm biên trên và biên dưới được chế tạo từ các tấm thép có chiều dày 16mm, chiều dài 7000mm và chiều rộng 1400mm. - Tấm thành được chế tạo từ các tấm thép có chiều dày 12mm, chiều dài 7000mm và chiều rộng 1800mm. - Momen quán tính của tiết diện: Jx= Jx=2,84.1010mm4. Jy= Jy=0,47.1010mm4 - Momen chống uốn của tiết diện: Wx = Wx=31,56.106 mm3 Wy= Wy=13,8.106mm3. 3.1 Đầu dầm chính và dầm đầu - Dầm đầu có kết cấu hộp giống như dầm chính, chiều dài dầm đầu là 1800mm, chiều cao la 900mm và cũng được chế tạo từ các tấm thép giống như dầm chính. - Momen quán tính của tiết diện: Jx= Jx=0,44.1010mm4. Jy= Jy=0,15.1010mm4 - Momen chống uốn của tiết diện: Wx = Wx=9,8.106 mm3 Wy= Wy=6.106mm3. 4. Các Tải Trọng Tính: Kết cấu kim lọai của cổng trục chịu các lọai tải trọng: tải trọng không di động, tải trọng di động, lực quán tính, tải trọng lệch do phân bố tải không đều. Bảng 3: Bảng tổ hợp tải trọng. Loại tải trọng Tính theo độ bền mỏi Tính theo bền và ổn định. [s]rk= [s]= Tổ hợp tải trọng Ia Ib IIa IIb IIc Tải trọng bản thân cấu kiện G G k'T.G G kT.G G Trọng lượng xe con: Gx Gx k'T.Gx Gx kT.Gx Gx Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng yI.Qtđ k'T.Qtđ yII.Q kT.Q Q Lực quán tính khi hãm cầu trục và xe con Pqt Pqtmax Pxqt Chú thích: - Các trường hợp tải trọng tương ứng sự làm việc của cần trục như sau: Ia ,IIa : Cầu trục đứng yên, nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm khi đang hạ hàng với nửa tốc độ(Ia) và cả tốc độ(IIa). Ib ,IIb : Cầu trục mang hàng di chuyển tiến hành phanh cầu trục từ từ(Ib) và phanh đột ngột (IIb). IIc : Cầu trục đứng yên, khởi động hoặc hãm xe con mang hàng trên cầu. Trường hợp này dùng để tính dầm đầu. - Trong trường hợp này ta sẽ tính kết cấu kim loại cầu trục theo độ bền và ổn định. - Với các trường hợp cần phải tính là IIa ,IIb ,IIc 4.1. Tải trọng không di động. - Tải này do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát,hàng rào kiểm tra, ray, trục truyền của cơ cấu di chuyển… được xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của kết cấu. Còn tải trọng của cơ cấu di chuyển cầu, buồng lái và các thiết bị điện được xem như tập trung tại điểm đặt của nó. - Vì có hiện tượng va đập trong quá trình di chuyển trên đường ray có mối nối, nên tải trọng do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát, ray phải tính đến ảnh hưởng của hiện tượng va đập. - Tải trọng không di động xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của dầm và được xác định như sau: + Khối lượng biên trên, biên dưới, bản thành: m=2.20.7850.(0,6.0,012+1,3.0,008)=5526,4Kg + Khối lượng ray: 63,7Kg/m. + Trọng lượng phân bố của dầm chính: q=k1. q=434,8 kG/m. Với K1=1,1: hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập khi di chuyển theo trang 96,[1] ứng với Vc=60m/ph. Sơ bộ tính trọng lượng bản thân dầm đầu cầu trục: mc =2.5.7850.(0,3.0,012+0,868.0,008) mc =683,2 kG. =>qc ==136,6 kG/m 4.2. Tải trọng di động. - Các hệ số tải trọng: - Hệ số va đập kt : theo [2] kt = 1,2 - Hệ số động khi nâng hàng: theo [2] yII = 1 + 0,04.vn = 1 + 0,04.20= 1,8 - Trọng lượng bản thân: Trọng lượng bản thân của cầu trục (theo kinh nghiệm) G = 31600 kG - Trọng lượng bản thân cầu trục có kể đến hệ số va đập kt kt.G = 1,2 x 31600 = 37920 kG - Trọng lượng xe con: Gx = 0,4 x Q = 0,4 x 25000 = 10000 kG Trọng lượng xe con kể đến hệ số va đập kt : kt.Gx = 1,2 x 10000 = 12000 kG - Trọng lượng hàng nâng có kể đến hệ số động yII: yII .Q = 1,48 x 25000 = 37000 kG Trọng lượng hàng nâng có kể đến hệ số va đập kt : => kt.Q = 1,2 x 25000 = 30000 kG - Lực quán tính khi di chuyển cầu trục có gia tốc: Khi cần trục di chuyển có gia tốc ( khởi động , hãm , thay đổi vận tốc ) sẽ làm phát sinh lực quán tính . Tải trọng quán tính lớn nhất có thể xảy ra trong trường hợp này có phương trùng với phương chuyển động của cổng trục, có giá trị được xác định bằng Pqtmax . (1) Trong đó : v : vận tốc di chuyển cầu trục : v = 60m/ph t : thời gian phanh cổng trục t = (3¸8 )s , ta chọn t = 4 s G : trọng lượng cổng trục : 31600kG Q : trọng lượng hàng: 25000 kG khi gia tốc đột ngột: Pmaxqt = 2.Pcầupt = 2.14150 = 28300 kG - Lực quán tính của xe con mang hàng di chuyển trên dầm chính (tính tương tự): (2) Trong đó : v : vận tốc di chuyển xe con: v = 25m/ph t: thời gian phanh xe con t = (3¸8 )s , ta chọn t = 4 s G : trọng lượng xe con : 10000 kG Q : trọng lượng hàng: 25000 kG Pxe conqt : có phương dọc theo dầm chính. - Lực sườn R: - Khi cầu trục di chuyển lệch trên đường ray sẽ xuất hiện lực sườn R. Lực này đặt vào gờ bánh xe theo phương vuông góc với phương di chuyển của cổng trục. Giá trị R được xác định : theo [5] R=0,15xN N: áp lực của một bánh xe cầu: 21400 kG R=0,15x21400=3210 kG 5.Xác Định Nội Lực Trong Kết Cấu Thép. 5.1.Xác định nội lực theo tổ hợp tải trọng IIa. Trường hợp xe con đặt ở giữa dầm là trường hợp nguy hiểm khi tính cho dầm chính: Các tải trọng tác dụng lên dầm: qdầm = 434,8 kG/m Qhàng+xe =25000.1,48+ 10000 = 47000 kG Hình 28: Các tải trọng tác dụng lên dầm. Biểu đồ nội lực trong dầm: Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra: Hình 30: Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra. Biểu đồ momen do các tải trọng tác dụng ngang gây ra 5.2. Xác định nội lực của cầu trục theo tổ hợp IIb. Trường hợp xe con đặt ở giữa dầm là trường hợp nguy hiểm khi tính cho dầm chính: Sơ đồ tính: R=561000 q=8042 q=426 Hình 42: Sơ đồ tính do các tải trọng thẳng đứng gây ra Xác định các phản lực liên kết do các tải trọng thẳng đứng gây ra: HA=HB= Hình 43: Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra. Biểu đồ momen do tải trọng tác dụng ngang gây ra trên dầm chính bao gồm tải trọng gió, tải trọng quán tính do trọng lượng bản thân dầm, tải trọng quán tính do trọng lượng xe con và vật nâng: * Trường hợp tính điều kiện bền cho dầm này do hai đầu dầm chính bị hàn cứng với chân cổng nên để đơn giản ta ta coi dầm chính như bị ngàm hai đầu. Còn tải trọng gió tác dụng lên chân ta sẽ xét trong trường hợp nguy hiểm cho chân là trường hợp xe con mang hàng ở đầu dầm. Hình 44: Biểu đồ momen do các tải trọng ngang gây ra. Ngồi ra còn có do lực quán tính dọc khi phanh xe lăn: Hình 45: Lực quán tính dọc Mu=P’’qt.h1=34821.0,855=29772Nm. Trong đó h1= Momen xoắn phụ do lực quán tính P’qt đặt ở đầu ray: Mx=P’qt.h1=24375.0,855=20840,6Nm. 6. Kiểm Tra Bền Cho Dầm Chính 6.1. Tổ hợp tải trọng IIa. 6.1.1.Khi xe con ở vị trí giữa dầm. Tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện giữa dầm: Hình 72: Tiết diện giữa dầm khi xe con ở giữa dầm Phân tố A,C là phân tố nguy hiểm nhất vì chịu nén và kéo lớn nhất. Xét phân tố A: smax=sA= Do phân tố chịu uốn xiên nên smax=½smin½=154,4N/mm2<[s]=180N/mm2. Với [s]=180N/mm2 tr144[5] Xét tiết diện đầu dầm: do momen uốn tại tiết diện này bằng 0 nên ta không cần kiểm tra bền cho ứng suất pháp. Ứng suất tiếp: tmax=. Vậy: tmax<[t]=0,6.[s]=108N/mm2. (8.8a)tr164[6] 6.1.2.Khi xe con ở vị trí đầu dầm tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện giữa dầm và ở đầu dầm: Tiết diện giữa dầm Hình 73: Tiết diện giữa dầm khi xe con ở đầu dầm Các phân tố chịu ứng suất phức tạp, phân tố nguy hiểm nhất là phân tố AvàC. Xét phân tố A: sA= sA <[s]=180N/mm2 Xét phân tố C: sC= sC <[s]=180N/mm2 Tiết diện tại đầu dầm: Hình 74: Tiết diện tại đầu dầm khi xe con ở đầu dầm Các phân tố chịu ứng suất phức tạp, phân tố nguy hiểm nhất là phân tố AvàC. Xét phân tố A: sA= sA <[s]=180N/mm2 Xét phân tố C: sC= sA <[s]=180N/mm2 6.2. Tổ hợp tải trọng IIb 6.2.1khi xe con ở vị trí giữa dầm: Tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện giữa dầm: Hình 75: Tiết diện giữa dầm khi xe con ở giữa dầm Phân tố A,C là phân tố nguy hiểm nhất vì chịu nén và kéo lớn nhất. Xét phân tố A: sA= sA <[s]=180N/mm2 Xét phân tố C: sC= sC <[s]=180N/mm2 Xét tiết diện đầu dầm: Hình 76: Tiết diện đầu dầm khi xe con ở giữa dầm Xét phân tố A: sA= sA <[s]=180N/mm2 Xét phân tố C: sC= sC <[s]=180N/mm2 Khi xe con ở vị trí đầu dầm: Tiết diện tại giữa dầm: Hình 77: Tiết diện giữa dầm khi xe con ở đầu dầm Các phân tố chịu ứng suất phức tạp, phân tố nguy hiểm nhất là phân tố AvàC. Xét phân tố A: sA= sA <[s]=180N/mm2 Xét phân tố C: sC= sC <[s]=180N/mm2 Tiết diện tại đầu dầm: Hình 78: Tiết diện đầu dầm khi xe con ở đầu dầm Xét phân tố A: sA= sA <[s]=180N/mm2 Xét phân tố C: sc = sc <[s]=180N/mm2 6.3.Tổ hợp tải trọng IIc 6.6.3.1.Khi xe con ở vị trí giữa dầm: Tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện giữa dầm: Hình 79: Tiết diện giữa dầm khi xe con ở giữa dầm Phân tố A,C là phân tố nguy hiểm nhất vì chịu nén và kéo lớn nhất. sA = = sA =sC <[s]=180N/mm2 6.6.3.2.Khi xe con ở vị trí đầu dầm: Tiết diện giữa dầm: Hình 80: Tiết diện giữa dầm khi xe con ở đầu dầm Các phân tố chịu ứng suất phức tạp, phân tố nguy hiểm nhất là phân tố AvàC. Xét phân tố A: sA= sA <[s]=180N/mm2 Xét phân tố C: sc = sc <[s]=180N/mm2 7. Kiểm Tra Chân Cầu trục Trường hợp nguy hiểm nhất cho chân cầu là khi xe con ở vị trí đầu dầm vì lúc này chân cổng chịu nén và uốn lớn nhất. Chân cầu trục được tính kiểm tra theo điều kiện bền và ổn định với kích thước kết cấu đã chọn trước. Hình 83: Biểu đồ chịu lực của chân cầu trục 7.1.Tổ hợp tải trọng IIa: Xét tiết diện phía trên chân cầu trục: Phân tố A và C là nguy hiểm nhất: sA= sA <[s]=180N/mm2 sC= sC <[s]=180N/mm2 Xét tiết diện phía dưới chân cầu trục: Phân tố A và C là nguy hiểm nhất: sA= sA <[s]=180N/mm2 sC = sC <[s]=180N/mm2 7.2. Tổ hợp tải trọng IIb: Xét tiết diện phía trên chân cầu trục: Phân tố A và C là nguy hiểm nhất: sA= sA <[s]=180N/mm2 sc= sC <[s]=180N/mm2 Xét tiết diện phía dưới chân cầu trục: Phân tố A và C là nguy hiểm nhất: sA= = sA <[s]=180N/mm2 sC= = sC <[s]=180N/mm2 7.3.Tổ hợp tải trọng IIc: Xét tiết diện phía trên chân cầu trục: Phân tố A và C là nguy hiểm nhất: sA= sA <[s]=180N/mm2 sc= sC <[s]=180N/mm2 Xét tiết diện phía dưới chân cầu trục: Phân tố A và C là nguy hiểm nhất: sA= sA <[s]=180N/mm2 sC = sC <[s]=180N/mm2 Vậy tiết diện đủ bền. 8. Kiểm Tra Ưùng Suất Tiếp Khi xe con ở đầu dầm thì lực cắt lớn nhất ở sát gối tựa. Do vậy ta phải kiểm tra ứng suất tiếp tại những tiết diện này: t= (7-32)[8] Trong đó: bc : Bề rộng của mặt cắt tại điểm tính ứng suất. Scx: Momen tĩnh của phần diện tích mặt cắt lấy từ điểm cần tính ứng suất ra đến mép của mặt cắt. Q: Lực cắt lớn nhất. Jx: Momen quán tính của cả tiết diện đối vớ trục x-x. àtmax= trang 10 [5] h: Chiều cao của dầm chính. 8.1.Tổ hợp tải trọng IIa: Ứng suất tiếp do lực cắt lớn nhất gây ra khi xe con ở đầu dầm. t1= t1 < 8.2.Tổ hợp tải trọng IIb: Ứng suất tiếp do lực cắt lớn nhất gây ra khi xe con ở đầu dầm. t1= Ứng suất tiếp do lực quán tính xe con gây xoắn dầm: tx = tr 105 [5] M: momen xoắn do lực quán tính xe con gây nên (đã tính trong tổ hợp IIb) M=20840,6 Nm. F=33520mm2 di=16mm tx = Ứng suất tiếp tổng:t= t1+tx=10,4+19,4=29,8N/mm2<108N/mm2. tr106[5] Vậy tiết diện đủ bền. 8.3.Tổ hợp tải trọng IIc: Ứng suất tiếp do lực cắt lớn nhất gây ra khi xe con ở đầu dầm. t1= t1 < Vậy tiết diện đủ bền. 9. Kiểm Tra Độ Võng Của Dầm. - Độ võng của dầm dưới tác dụng của xe lăn và vật nâng: f= (6-81)[8] với : P”: Aùp Lực của bánh xe tác dụng lên dầm. L : Khẩu độ của cổng trục. E : Modul đàn hồi của thép CT3 J : Momen quán tính của tiết diện. - Độ võng cho phép của dầm: ïfï=>f. (7-17)[8] Vậy dầm thỏa diều kiện về độ võng. 10. Kiểm Tra Ổn Định 10.1. Ổn định tổng thể của dầm. Điều kiện ổn định: s = (7-73)[8] Trong đó: js :hệ số giảm ứng suất cho phép khi kiểm tra ổn định tổng thể. Đối với dầm tổ hợp ta có công thức tính như sau: js = x. Jx,Jy:momen quán tính lớn nhất và nhỏ nhất của tiết diện dầm với trục quán tính chính trung tâm. h: chiều cao dầm l :khỏang cách giữa các gân tăng cứng. x: là hệ số được tra bảng (7.5)(7.6)[8] phụ thuộc vào a. a=1,6 Jk:momen chống xoắn tự do của tiết diện dầm: Jk=mm4 àa =1,6. js =0,046. M=Mx max=6027100KG.cm: Momen uốn lớn nhất trong các trường hợp tính cho dầm chính xuất hiện tại giữa dầm. W=Wx=11,6.103 cm3: Momen chống uốn tại tiết diện giữa dầm. s= js.[s]=0,44.1714=1508KG/cm2. s < js.[s]. Vậy dầm thoả điều kiện ổn định về uốn. 10.2. 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 2000mm .Tiết diện giữa dầm có ảnh hưởng chính là môment uốn, còn ảnh hưởng của lực cắt có thể bỏ qua. Hình 84: Bố trí các gân tăng cứng 10.2.1.Phương pháp bố trí gân tăng cứng: Bố trí các vách ngăn trong dầm bao gồm vách ngăn kín, vắch ngăn ngắn. Khoảng cách giữa các vách ngăn kín là: 2000mm Khoảng cách giữa các vách ngăn kín và các vách ngăn ngắn là: 1000mm Kích thước cơ bản của gân cứng: Chiều cao: 1418mm. Chiều rộng: 532mm Chiều rộng phần nhô ra của gân đứng: (7-82)[8] bg≥ Chọn bg=90mm. Bề dày: dg/.Chọn dg =7mm. (7-83)[8] Momen quán tính của gân đứng: Jg=3.h0. d3t =3.1418. 123 = 7350912m m4 (7.84)[8] Kích thước cơ bản của gân ngắn: Chiều cao: 484mm. Chiều rộng: 532mm. Bề dày: dg =7mm. 10.2.2. 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 tấn thép đó lấy bằng: l=2000mm Hình 85: Sơ đồ kiểm tra ổn định của thành dầm Tại tiết diện có lực cắt Qmax Hình 86: ứng suất tiếp và ứng suất pháp của găng tăng cứng - Ứng 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: tth= (7.88)[8] Trong đó: a=2000mm là khoảng cách giữa các tấm gân đứng. b=1418mm: chiều cao tấm thành dầm. d=12mm: chiều dày tấm thành. Þ tth= tth= 123,7N/mm2. - Ứng suất tiếp lớn nhất ở trong tấm do tải trọng ngồi: t==36,2N/mm2. (7.90)[8] Q: lực cắt lớn nhất tại tiết diện đầu dầm. h: chiều cao của tấm. - Hệ số an tồn về ổn định cục bộ: no= (7.89)[8] - Hệ số an tồn bền: n=1,4. no > n. (đk 7.89)[8] 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 sth= (7.92)[8] k=4540 : hệ số phụ thuộc vào mức độ ngàm của tấm d, h0 : chiều dày và chiều rộng tấm kiểm tra. 10.3. 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: Hình 87: Biểu đồ chịu lực của tấm biên Ứng suất tới hạn: sth= N/mm2 (7.104)[8] Trong đó: d= 16mm: chiều dày biên dưới. b=B=532mm: khoảng cách giữa 2 thành dầm. sth= Tính đến mức độ ngàm đàn hồi về hai phía đối với tấm thành thì: sth= N/mm2 (7.105)[8] Điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ: B[70.db (tr76)[5] 532[70.16=1120mm. Vậy thỏa điều kiện cục bộ. Ứng suất lớn nhất trong tấm biên do ngoại lực gây ra: smax=178,5N/mm2. Hệ số an tồn về ổn định cục bộ: no= (tr73)[5] no> n. (tr73)[5] Vậy tấm biên đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. 11. Tính Mối Ghép Hàn Các thanh biên và các thanh đứng của dầm chính, dầm phía dưới chân cổng được ghép lại bằng các mối hàn góc. Chiều cao miệng hàn (h) lấy bằng h=8mm Tính mối hàn giữa tấm biên trên và tấm thành đứng. Lực cắt lớn nhất nằm ở tiết diện gối tựa của dầm, vì thế ta tính mối hàn ở mặt cắt gối tựa. Lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài mối hàn như sau : P= Với Sx :môment tĩnh của thanh biên trên đối với x-x. Sx=mm3 Để đảm bảo độ bền của mối hàn không kém bền các chi tiết hàn làm bằng thép CT3 có độ bền sb=380N/mm2, ta dùng lọai que hàn 42 có độ bền sb=420N/mm2. Ứng suất cắt cho phép của mối hàn dưới tác dụng của các tải trọng chính : [t]=0,6.[s]=0,6.180=108 N/mm2 Chiều dài mối hàn cần thiết trên 1 mét chiều dài dầm ở gối tựa : l = Cách hàn : vì dầm hộp có tính chất đối xứng và dài nên khi hàn chú ý hàn đối xứng và hàn phân đọan. Chiều dài mối hàn là 60mm, khỏang cách giữa các mối hàn là 50mm. Mối hàn thành đứng của dầm đặt cách gối tựa một đoạn l2=4500mm.Các thanh biên của dầm được nối ngồi mối nối đó để tránh các mối nối chồng lên nhau. Mối hàn của các thành đứng tính theo uốn khi bánh xe nằm trên mối nối: Hình 88: Sơ đồ tính mối ghép hàn do các tải trọng đứng gây ra. *Momen uốn tại tiết diện có mối nối là: Mu= *Momen uốn do tải trọng quán tính gây ra khi phanh xe con: Mqt=29772Nm *Momen uốn do tải trọng quán tính của dầm gây ra; Mqtd=18464Nm *Momen uốn do tải trọng quán tính khi nâng hàng gây ra; Mqth=231032,8Nm Tổng momen uốn: M=Mu+Mqt=2863282,5Nm. Momen chống uốn của tiết diện: W=21,48.106mm3. Ứng suất uốn trong mối hàn: su=N/mm2. Ứng suất uốn cho phép của mối hàn: [s]h=0,9. [s]=0,9.180=162N/mm2. su<[s]h. Vậy mối hàn thỏa điều kiện bền. 12 . Tính Độ Bền Của Ray Dưới Xe Lăn Ray là một dầm liên tục đặt trên các gối đỡ.Dưới xe lăn ta đặt ray loại KP-80 theo GOCT 4121-62. Hình 89: Mặt cắt ray. Ray được hàn cứng với thanh biên trên của dầm .Để giảm ứng suất trong ray và trong thanh biên trên của dầm chính người ta hàn thêm các thanh thép phụ. Chiều cao các thanh thép phụ: H1=. Chọn H1=484mm. H=1450mm: chiều cao dầm. Các gân tăng cứng ngắn (vách ngăn) có tác dụng làm giảm ứng suất trong ray. khỏang cách lớn nhất giữa hai gân tăng cứng (gân ngắn và gân dài) là a1=993mm. Ta có sơ đồ tính ray: Hình 90: Sơ đồ tính ray Môment uốn khi xe lăn nằm giữa hai vách này có kể đến độ cứng của ray và thanh biên trên : Mu= a=200cm: khoảng cách nhịp. P=18700KG: áp lực của bánh xe lăn. Môment chống uốn của ray đối với trục x-x theo GOCT 4121-62 : Wx=241cm3. Ứng suất uốn trong ray : su= Ứng suất uốn cho phép:[su]r =2700KG/cm2. su<[su]r Vậy ray thỏa điều kiện bền. 13 Thanh Giằng Chân Cầu Trục Hình 91: Thanh giằng cầu trục Đặc tính hình học của thanh giằng cầu trục: Thanh giằng có tiết diện hình vành khăn : F= p/4.(D2-d2) = Wx=Wy=0,1.D3.(1-h4)= 0,1.1603[1-(150/160)4]=93193,8mm3 Khối lượng sơ bộ thanh giằng Gg=7850.10-6.2433,5.4,785=9,14KG=91,4N Theo tính tóan ở phần trên thanh giằng chịu lớn nhất bởi 1 lực là Ng=38023,5N Ứng suất nén trong thanh giằng : sn= Vậy sn<[s1]=160N/mm2 Xem như trọng lượng thanh giằng phân bố đều trên cả chiều dài thanh giằng Thanh giằng chịu tải phân bố đều q : qg= Ứng suất uốn lớn nhất : Mu= Ứng suất uốn lớn nhất theo phương y-y : su= Ứng suất tổng : s=sn+su=15,63+0,61=16,24N/mm2 Vậy s<[s]=180N/mm2 ,thanh giằng làm việc đảm bảo. 14. Tính Ổn Định Của Cầu Trục Cổng trục phải được kiểm tra theo cả hai phương song song và vuông góc với đường ray dưới tác dụng của tải trọng nâng danh nghĩa, tải trọng gió lớn nhất ở trạng thái làm việc và tải trọng quán tính. 14.1. Theo phương vuông góc với đường ray (trong mặt phẳng khẩu độ) Các lực tác dụng lên chân cầu trục là: Phản lực tại các gối tựa: HB=116842,7N. HA=264508,7N. VA=52291,6N. Nhìn vào sơ đồ tính ta thấy các lực gió và lực quán tính có xu hướng làm cần trục bị lật. Còn các lực còn lại có tác dụng giữ cần trục đứng vững. Momen tại điểm A do các lực gió và lực quán tính: M1= Momen tại điểm A do các lực giữ cần trục đứng vững. M2= Hệ số ổn định của cổng trục được xác định: k1= k1>[k]=1,4. Vậy cổng trục làm việc ổn định. 14.2. Theo phương song song với đường ray: Hệ số ổn định của cầu trục được xác định theo công thức sau: k2= Trong đó: G: trọng lượng cầu trục. Q: trọng lượng hàng. l: chiều rộng của cầu trục trong mặt phẳng ray. Pqt:lực quán tính khi phanh cơ cấu di chuyển cổng. Pqt= v: vận tốc di chuyển cầu trục. t: thời gian phanh cầu trục. k2>[k]=1,5. Vậy cầu trục làm việc ổn định.