Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG ĐỢ PALLET 5.1 Kích thước hệ khung đỡ Khung nơi chịu toàn tải trọng pallet trọng lượng ô tô Khung phải có kết cấu phù hợp với yêu cầu không gian cho phép Khung tổ hợp thép hình liên kết với Khung gồm biên lên kết với giằng ngang đồng thời ray pallet di chuyển 5.2 Vật liệu chế tạo khung Chọn vật liệu chế tạo biên thép hình chữ H125 x 125 Chọn vật liệu chế tạo ngang thép chữ U150 x 75 Phôi thép sử dụng cán thép CCT38, có giới hạn chảy 2400 daN/cm 2, giới hạn bền 3500 daN/cm2 5.3 Giả thiết tiết diện biên Kích thước danh nghĩa H mm mm 125x125 125 JIS G3192 -1990 KL1 m Chiều dài Kích thước mặt cắt ngang B mm 125 t1 t2 mm 6.5 r mm mm 10 W Kg/m 23.8 Mơmen qn tính Ix cm4 847 Bán kính xoay Iy ix cm4 293 Modul tiết diện iy cm Zx cm 5.29 cm3 3.11 136 Zy cm3 47.0 Hình 5.1a Tiết diện biên JIS G3192 -1990 Kích thước danh nghĩa H X B mm 150x75 Kích thước mặt cắt ngang t1 t2 r1 r2 mm mm mm mm 6.5 10 10 Khoảng Diện cách từ tích KL 1m trọng mặt Chiều tâm đến cắt dài mép ngang cạnh Mơmen qn tính Bán kính xoay Modul tiết diện A W Cy Ix Iy ix iy Zx Zy cm2 kg/m cm cm4 cm4 cm cm cm3 cm3 23.71 18.6 2.28 861 117 6.03 2.22 115 22.4 JIS G3192 -1990 Hình 5.1b Tiết diện ngang 5.4.Xác định vị trí tính toán - Các tải trọng tổ hợp tải trọng tính toán 5.4.1 Các tải trọng tổ hợp tải trọng tính toán - Nguyên tắc chung tính bền thang máy: - Các chi tiết thang máy chia làm nhóm: Nhóm chi tiết luôn làm việc thời gian thang máy hoạt động Nhóm chi tiết làm việc thang máy xảy cố * Khi tính toán chi tiết nhóm thứ phải tính đến khả làm việc chúng trường hợp sau: +Trường hợp 1: Tải danh nghóa 69 +Trường hợp 2: Thử tải thang máy để đưa vào sử dụng khám nghiệm kỹ thuật (vượt tải 150÷200%) * Nguyên tắc chung tính bền thang máy dựa vào ứng suất cho phép max n n Trong đó: max - ứng suất lớn tác dụng lên chi tiết - ứng suất cho phép n - ứng suất nguy hiểm vật liệu lấy theo giới hạn bền, giới hạn mỏi giới hạn chảy trường hợp tính toán n- hệ số an toàn nhỏ cho phép 5.4.2 Các trường hợp tính toán: Trường hợp 1: Khi có tải trọng danh nghóa tác dụng thang máy việc Qt= Q.kđ Gt= Gb kđ Trong đó: Qt - Tải trọng định mức Qt=2200 kg; Gb – khối lượng pallet Gp =6000 kg; a - gia tốc chuyển động cabin a=1,5 m/s2; g - gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2; a 1,5 kd 1 1 1,15 - hệ số động, xác định theo công thức ; g 9,81 kd 1 a 1,5 1 1,15 g 9,81 Qt = 22000.1,15=25300 N Gt = 6000.1,15=6900 N Trường hợp 2: Khi sàn đỡ chịu tải trọng lúc khám nghiệm thang nâng để xin cấp phép sử dụng Qt= Q.kqt Gt= Gb Kqt Trong đó: kqt –hệ số tải Kqt = 1,5 - thang máy dùng xích làm dây kéo Qt=33000 N Gt=9000 N 5.5.Tính toán kiểm tra bền khung đỡ Khung đỡ hệ thống bãi đỗ xe tự động kiểu xoay vòng tầng, hệ kết cấu thép kiểu khung không gian Để tính toán kết cấu thép biên ngang hệ thống người thiết kế 70 chọn vài vị trí nguy hiểm để thiết kế Theo cách phân tích lực ta tính toán biên hệ thống nơi mà kết cấu vừa chịu lực nén hàng, thiết bị mang hàng chịu trọng lượng động cơ, hộp giảm tốc cấu di chuyển 5.5.1 Sơ đồ lực tác dụng lên biên: y N x z P Hình 5.2 Sơ đồ tính cột Trong N - lực tác dụng pallet, hàng tác dụng lên biên; Pgt - trọng lực hộp giảm tốc, động cơ; * (Qt Gt ) * (25300 6900) N 24150 N + Trường hợp thứ : 4 * (Qt Gt ) * (33000 9000) N 31500 N + Trường hợp thứ hai : 4 Pđc = 2500 N Trên sơ đồ lực nhận thấy cột chịu nén uốn lệch tâm Các thành phần lực P N gây uốn nén lệch tâm cột Tiết diện chịu nén lệch tâm y Mx P z x Hình 5.3 Cột chịu nén lệch tâm 71 b, Tính bền biên : Thanh biên tính bền theo công thức, (7-51), [05]: N Mx My Fth Wx Wy Trong ño:ù ch 240 120 N / mm2 ch n - giới hạn chảy ch =240N/mm2; - ứng suất cho phép; n- hệ số an toàn n =2÷3; N – lực nén; Fth – diện tích thực chịu nén; Mx – momen uốn theo trục x-x; Wx momen chống uốn theo trục x-x; My – momen uốn theo trục y-y; Wy momen chống uốn theo trục y-y; Lực nén tác dụng lên kết cấu : N = P + N = 31500 + 2500 = 34000 N Diện tích thực chịu nén, diện tích tiết diện thép chữ H: Fth = 30 cm2 Momen uốn theo trục x-x: M x P * e1 N * e2 =2500 * 28.75 - 34000 * 6.25 = 140625 N.cm Trong đó: e1 = 28.75 cm - khoảng cách lệch tâm P so với tâm; e1 = 6.5 cm - khoảng cách lệch tâm N so với tâm; Momen chống uốn theo trục x-x: 2J Wx x h Xác định đặc trưng hình học tiết diện: Tiết diện có trục x-x y-y trục đối xứng nên x, y đồng thời trục quán tính trung tâm Tính JX: J x 2 J 1x J x2 2 * 7.28 66.4 80.96cm J y 2 J 1y J y2 293 0.2448 293.2448cm Wx J x * 80.96 12.95cm3 h 12.5 34000 140625 11992N / cm2 119.92 N / mm 30 12.95 So saùnh : Vậy tiết diện thép chọn đủ điều kiện bền b, Tính biên theo điều kiện ổn định: Ngoài việc kiểm tra bền khung cần phải kiểm tra độ ổn định khung Khi chiều dài lớn yếu tố định an toàn độ ổn định 72 Công thức tính độ ổn định cột có tiết diện không đổi theo công thức (7.55), [05] M N M x y Fng Wx Wy Trong : - hệ số uốn dọc cấu kiện chịu nén; N – lực nén; Fng – diện tích nguyên mặt cắt không kể giảm yếu; Mx – momen uốn theo trục x-x; Wx momen chống uốn theo trục x-x; My – momen uốn theo trục y-y; Wy momen chống uốn theo trục y-y; Xác định hệ số : Hệ số phụ thuộc vào độ mảnh (7-1), [05] l l tt r r Trong : ltt – chiều dài tính toán thanh, l - chiều dài hình học r - bán kính quán tính tiết diện (7.3), [05] r J Fn - hệ số chiều dài tính toán , = Độ mảnh biên ứng với trục x-x : l. 566.5 * x 690 Jx 80.96 Fn 30 Độ mảnh biên ứng với trục y-y : l. 566.5 * y 377 Jy 293.2448 30 Fn Cột gồm có biên dùng giằng , độ mảnh tương đương (7.13), [05] : td 2max 2x 2y Trong đó: max - độ mảnh lớn tương ứng với trục chính, max ( x , y ); td 182 6902 3772 786 Từ độ mảnh tra bảng (7.1), [05] có = 0.6 Kiểm tra độ bền ổn định khung N M 34000 140625 x 12705N / cm 127.05N / mm2 Fng Wx 0,6 * 30 12.95 73 So saùnh : Vậy tiết diện thép chọn đủ điều kiện bền 5.5.2 Thiết kế tính giằng ngang Chọn vật liệu chế tạo ngang thép chữ U150 x 75 Phôi thép sử dụng cán thép CCT38, có giới hạn chảy 2400 daN/cm 2, giới hạn bền 3500 daN/cm2 a, Tính dầm chịu uốn: tải trọng gây uốn dầm theo phương thẳng đứng gồm Trọng lượng thân kết cấu thép gay tải trọng phân bố với cường độ q = 0.240 N/mm; p lực lên bánh xe di chuyeån pallet N = N1 = N2 = 10500 N; Sơ đồ tính dầm đỡ q N1 N2 Mx, Nmm 5409600 10782 126 Q, N -126 -10782 Hình 5.4 Sơ đồ tính dầm ngang Xác định đặc trưng hình học tiết diện: Tiết diện có trục x-x y-y trục đối xứng nên x, y đồng thời trục quán tính trung tâm Tra bảng thép hình chữ U 150 x 75 theo tiêu chuẩn JIS G3192 – 1990, thông số hình học sau: Jx = 861 cm4; Jy = 117 cm4; y B C x z A ưs tiế p ưs phá p Hình 5.5 Tiết diện mặt cắt ngang b,Kiểm tra bền dầm theo ứng suất pháp: Kiểm tra bền theo ứng suất pháp dầm vị trí mặt cắt có momen uốn lớn nhất, M z = 5409600 Nmm; M max Wx Wx J x * 861 114.8cm3 114800mm3 h 15 74 max M x max 5409600 47.20 N / mm [ ] Wx 114800 Trong ño:ù ch n ; ch - giới hạn chảy ch =240N/mm2; n- hệ số an toàn n =2÷3; ch 240 80 N / mm2 n Vậy dầm đủ điều kiện bền c, Kiểm tra bền theo ứng suất tiếp: Tại tiết diện có lực cắt lớn nhất: Qmax 10782 N Điều kiện bền ứng suất công thức (6-28), [04]: max max max Q S X J X d Trong đó: Jx = 861 cm3 – momen quán tính tiết diện ngang lấy trục trung hòa; Sx – momen tónh ½ mặt cắt lấy trục trung hòa x, công thức (3-4), [04]; Sx = 2SxF1 + SxF2 = 157.878 cm3 d = 6.5 mm – chieàu rộng thép chữ U; 10782 * 6.6 * 7.5 * 0.9 max max 114 N / cm [ ] 861 * 0.65 Vậy dầm thỏa mãn điều kiện bền d, Kiểm tra bền theo ứng suất chính: Kiểm tra dầm vị trí mặt cắt vừa có momen uốn lớn, vừa có lực cắt đồng thời lớn, Mz = 540960 Ncm, Qy = 10782 N; ng suất pháp điểm cách đường trung hòa khoảng y tính toán công thức : M 540960 X y y 628.2 y JX 861 Ứng suất tiếp điểm cách đường trung hòa khoảng y tính theo công thức (6-21), [04]: 75 Q Y S Xcat J X bcat dy QY S X J X bcat ng suất tính công thức (6-31), [04]; 1, z z 4 zy 2 Theo điều kiện bền lý thuyết công thức (6-32), [04]: t 4 Từ công thức ta tính cho ba nhân tố A, B, C tiết diện mặt cắt ngang + Xét nhân tố A: y = 6.6 cm; b = 0.65 cm; Ta có: ng suất pháp phân tố A: 628.2 y 628.2 * 6.6 4146 N / cm ng suất tiếp phân tố A: Qy ( S x y 2d J x * bcat ) 0.65 * 6.62 10782(157.878 ) 2768N / cm 861* 0.65 ng suất taïi A: 1 4 xy 2 3 4 xy 2 2 4146 41462 * 27682 5531.2 N / cm2 2 4146 41462 * 27682 1385.2 N / cm 2 + Xét phân tố B: y = 7.5 cm; b = 7.5 cm; Ta có: ng suất pháp phân toá B: 628.2 y 628.2 * 7.5 4711.5 N / cm ng suất tiếp phân tố B: y 2d 7.52 * 0.9 ) 10782 * (157.878 ) 2 221N / cm2 J x * bcat 861 * 7.5 Qy ( S x ng suất B: 4711.5 1 4 xy 4711.52 * 2212 4710.75 N / cm2 2 2 4711.5 3 4 xy 4711.52 * 4502 0 N / cm2 2 2 + Xét nhân tố C: y = 0; b = 0.65 cm; Ta có: 76 ng suất pháp phân tố C: 628.2 y 628.2 * 0 N / cm ng suất tiếp phân tố C: y 2d 02 * 0.65 Qy ( S x ) 10782 * (157.878 ) 2 3041N / cm J x * bcat 861 * 0.65 ng suất C: 1 4 xy 2 3 4 xy 2 2 * 30412 3041N / cm 2 2 * 30412 3041N / cm 2 Từ kết ứng suất ta thấy phân tố A nguy hiểm Tại phân tố có: 5531.2 N / cm2 1385.2 N / cm Vậy theo (lý thuyết bền 3) công thức (3-28), [04] ta có; t 5531.2 ( 1385.2) 6916.4 N / cm2 t3 8000 N / cm2 Điều kiện bền theo ứng suất thỏa mãn Kết luận: Ta chọn mặt cắt thép hợp kim thép CCT mặt cắt chữ U 150 x 75 chế tạo làm ngang đồng thời ray dẫn hướng bánh xe pallet hệ thống bãi đỗ xe tự động kiểu xoay vòng tầng 77