Bài giảng đồ án kết cấu thép máy và thiết bị công nghiệp

Tính toán sơ bộ kết cấu Trang 5 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀTỔ HỢP TẢI TRỌNG TRONG MÁY NÂNG9CÁC LOẠI TẢI TRỌNG ĐƯỢC XÉT ĐẾN TRONG THIẾT KẾ MÁY NÂNGa Các tải trọng chính tác dụng lên kết cấu củ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

1 Phân tích sơ đồ tính toán

2 Phân tích các loại tải trọng tác dụng

3 Tính toán các tổ hợp tải trọng

4 Tính toán sơ bộ kết cấu

5 Xác định nội lực trong kết cấu thép dùng phần

CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ

TỔ HỢP TẢI TRỌNG TRONG MÁY NÂNG

9

CÁC LOẠI TẢI TRỌNG ĐƯỢC XÉT ĐẾN TRONG THIẾT KẾ MÁY NÂNG

a) Các tải trọng chính tác dụng lên kết cấu của thiết bị nâng, được giả

định là tĩnh ở trạng thái chịu tải bất lợi nhất;

b) Các tải trọng gây ra bởi các chuyển động thẳng đứng;

c) Các tải trọng gây ra bởi các chuyển động ngang;

d) Các tải trọng gây ra bởi ảnh hưởng của thời tiết.

Các tải trọng chính

- Các tải trọng gây ra bởi trọng lượng bản thân của các bộ phận: SG

- Các tải trọng gây ra bởi tải trọng làm việc: SL

 Tất cả các bộ phận chuyển động được giả định là đang ở vị trí

bất lợi nhất.

 Mỗi một bộ phận kết cấu sẽ được thiết kế đối với vị trí của thiết

bị nâng và độ lớn của tải trọng làm việc (giữa 0 và tải trọng làm

việc an toàn), mà với vị trí và tải trọng đó sẽ gây ra ứng suất lớn

nhất trong bộ phận kết cấu đang xét.

Lưu ý: Trong một số trường hợp nhất định, ứng suất lớn nhất có

thể phát sinh khi thiết bị nâng không nâng tải trọng làm việc.

Các tải trọng gây ra bởi các tải trọng thẳng đứng

a Các tải trọng gây ra bởi nâng tải trọng làm việc

Phải xét đến các dao động gây ra khi nâng tải bằng cách nhân tải

trọng do tải trọng làm việc gây ra với một hệ số gọi là “hệ số động

Chú thích: giá trị lấy đối với hệ số ξ này là kết quả của nhiều lần

thực nghiệm được thực hiện trên các kiểu thiết bị nâng khác nhau.

ξ = 0,6 đối với các cầu trục và cổng trục

ξ = 0,3 đối với các cần trục có cần

Các tải trọng gây ra bởi nâng tải trọng làm việc

Giá trị áp dụng đối với hệ số Ψtrong các tính toán sẽ không được

lấy nhỏ hơn 1,15 và không lớn hơn 1,6 trong mọi trường hợp

Các giá trị của hệ số động lực Ψ

Các tải trọng gây ra bởi nâng tải trọng làm việc

Chú thích:

- Hệ số Ψ đề cập ở trên là không như nhau đối với cầu

trục và cổng trục và đối với cần trục có cần.

- Sự khác nhau phát sinh do thực tế là hệ số động lực Ψ

nhỏ hơn khi nâng tải được thực hiện bởi một bộ phận kết

cấu có tính mềm dẻo hơn, chẳng hạn như cần trục có cần

ở đó cần không phải là bộ phận có độ cứng cao.

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang SH

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang sau:

1 Các tác động quán tính gây ra do tăng tốc hoặc giảm

tốc của chuyển động ngang, dọc, quay hoặc thay đổi

tầm với.

2 Các tác động của lực ly tâm.

3 Các phản lực ngang do chuyển động lăn.

4 Các tác động của giảm chấn.

1 Các tác động ngang gây ra do tăng tốc hoặc giảm

tốc

a Chuyển động ngang và dọc

Đối với các chuyển động này việc tính toán được thực

hiện bằng việc khảo sát lực nằm ngang tác động lên các

bánh xe được dẫn động (bánh xe chủ động) song song với

đường ray.

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang SH

Thời gian gia tốc và giá trị gia tốc

Thời gian gia tốc Giá trị gia tốc Thời gian gia tốc Giá trị gia tốc Thời gian gia tốc Giá trị gia tốc

trình di chuyển dài

(b) Tốc độ trung bình và tốc độ cao (sử dụng thông thường)

(c) Tốc độ cao với gia tốc lớn

a Chuyển động ngang và dọc

Lưu ý:

Lực ngang tính toán sẽ không được nhỏ hơn 1/30 và

không được lớn hơn 1/4 tải trọng tác dụng lên các

bánh xe được dẫn động hoặc các bánh xe có bố trí

phanh

a Chuyển động ngang và dọc

1 Các tác động ngang gây ra do tăng tốc hoặc giảm tốc

b Chuyển động quay và thay đổi tầm với

- Đối với chuyển động quay và thay đổi tầm với các tính

toán sẽ dựa trên mô men gia tốc hoặc giảm tốc đặt tại trục

động cơ

- Đối với cần trục thông thường, giá trị gia tốc nằm giữa 0,1

m/s2và 0,6 m/s2có thể được chọn để tính toán đối với gia tốc

tại đầu cần sao cho thời gian gia tốc trong khoảng từ 5 tới 10

giây.

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang S H

Tác động của lực ly tâm

Trong trường hợp cần trục có cần, cần phải tính đến lực

ly tâm do chuyển động quay Trong thực tế, có thể xác

định được lực nằm ngang tác dụng vào đầu cần nhờ độ

nghiêng của cáp treo tải và thông thường bỏ qua các tác

động của lực ly tâm lên các bộ phận khác của cần trục.

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang S H

Các phản lực ngang do chuyển động lăn

Khi hai bánh xe hoặc hai cụm bánh xe lăn dọc trên một

đường ray, một ngẫu lực được tạo bởi các lực nằm ngang

vuông góc với đường ray sẽ phải được xét đến Các lực

thành phần của ngẫu lực này được xác định bằng cách

nhân tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe (hoặc

cụm bánh xe) với một hệ số λ, hệ số này phụ thuộc vào tỷ

số của khẩu độ p với cơ sở bánh xe a

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang S H

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang S H

a Tác động của giảm chấn lên kết cấu

 Trường hợp tải treo có thể lắc

Đối với tốc độ ngang nhỏ hơn 0,7 m/s, không xét đến tác động

của giảm chấn

Đối với tốc độ lớn hơn 0,7 m/s, phải xét đến các phản lực tác

dụng lên kết cấu do va chạm với đệm giảm chấn

Các tải trọng gây ra do các chuyển động ngang S H

Áp lực động của gió được tính theo công thức:

Các tải trọng gây ra bởi thời tiết

Các tải trọng gây ra bởi thời tiết là tác động của gió vàsự thay đổi

nhiệt độ

2

0,613 s

b Trạng thái gió thiết kế

 Trạng thái gió cho phép thiết bị nâng làm việc

Các tải trọng gây ra bởi thời tiết

Kiểu thiết bị nâng Áp lực gió cho phép thiết bị nâng làm việc

N/m 2

Tốc độ gió cho phép thiết bị nâng làm việc m/s

Thiết bị nâng dễ dàng được bảo vệ để

chống lại tác động của gió hoặc được

thiết kế dành riêng cho sử dụng trong

gió nhẹ

Thiết bị nâng dùng trong lắp dựng

125 14

Tất cả các kiểu thiết bị nâng thông

thường hoạt động ngoài trời 250 20

Các thiết bị nâng phải liên tục hoạt

b Trạng thái gió thiết kế

 Trạng thái gió không cho phép thiết bị nâng làm việc

Các tải trọng gây ra bởi thời tiết

Tốc độ gió thiết kế tương ứng không cho phép thiết bị nâng hoạt động m/s

Áp lực gió thiết kế không cho phép thiết bị nâng hoạt động

Tính toán tải trọng gió

Các tải trọng gây ra bởi thời tiết

Tải trọng gió được tính theo công thức: F = A.q.C r

Trong đó:

F: là tải trọng gió, N;

A: là diện tích chắn gió của bộ phận kết cấu đang xét, m2;

q: là áp lực gió tương ứng với điều kiện thiết kế, N/m2;

Crlà hệ số hình dáng của bộ phận kết cấu đang xét theo

hướng gió

Các hệ số hình dạng

Đọc thêm trang 47, mục 4 Các hệ số hình dạng - TCVN 4244-2005

Các ứng suất gây ra do biến đổi nhiệt độ sẽ được xét đến chỉ trong

những trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như khi các bộ phận kết cấu

không được giãn nở tự do

Các tải trọng gây ra bởi thời tiết

Biến đổi nhiệt độ

- 3000 N đối với các lối đi và các tấm sàn dùng để bảo

dưỡng thiết bị, trên đó có thể đặt các nguyên vật liệu;

- 1500 N đối với các lối đi và các tấm sàn dự định chỉ để

Các tải trọng xét đến trong thiết kế kết cấu thép

Các tải trọng khác

Các tải trọng khác xem trong tài liệu:

TCVN 2737-1995 – Tiêu chuẩn gió và tải trọng tác động

- [TH1] Trường hợp thiết bị nâng làm việc không có

gió:

- [TH2] Trường hợp thiết bị nâng làm việc có gió trong

giới hạn cho phép làm việc.

- [TH3] Trường hợp tải trọng bất thường.

Tổ hợp tải trọng trong tính toán KCT Máy nâng

[TH1]: Thiết bị nâng làm việc không có gió

Các tải trọng sau sẽ được xét đến:

- Các tải trọng tĩnh gây ra do trọng lượng bản thân SG;

- Các tải trọng gây ra do tải trọng làm việc SLđược nhân với hệ

số động lực Ψ;

không xét đến lực giảm chấn;

Tất cả các tải trọng này được nhân với một hệ số khuyếch đại γc

và được viết dưới dạng tập hợp sau:

γγγγc (S G + ΨΨΨ S L + S H )

[TH2]: thiết bị nâng làm việc có gió trong giới hạn cho phép

làm việc

Các tải trọng sau sẽ được xét đến:

- Các tải trọng “Trường hợp tải trọng [TH1]”

- Các tải trọng do gió trong giới hạn cho phép làm việc

Sw

(Có thể có thêm tải trọng do biến đổi nhiệt độ)

Các tải trọng được viết dưới dạng tập hợp sau:

γγγγc(SG+ Ψ Ψ Ψ SL+ SH) + Sw

Chú thích: Các ảnh hưởng động lực của việc tăng tốc và giảm tốc sẽ

có giá trị khác nhau trong trường hợp tải trọng II và I, khi có gió thổi

[TH3]: thiết bị nâng chịu các tải trọng bất thường

Các tải trọng bất thường xảy ra trong các trường hợp sau:

- Thiết bị nâng không làm việc chịu tác động của tải trọng gió

mạnh nhất;

- Thiết bị nâng đang làm việc và phải chịu tác dụng của lực giảm

chấn;

- Thiết bị nâng dưới tác dụng của tải trọng thử

Tải trọng kết hợp lớn nhất sau phải được xét đến:

a) Các tải trọng SGdo trọng lượng bản thân, kết hợp với tác dụng

của tải trọng SWmax do tải trọng gió mạnh nhất (bao gồm cả phản

lực của thiết bị chống bão):

S G + S W max b) Các tải trọng SG do trọng Iượng bản thân gây ra và SL do tải

trọng làm việc kết hợp với tác dụng của lực giảm chấn lớn nhất Sr:

S G + S L + S T c) Các tải trọng SGdo trọng lượng bản thân gây ra kết hợp với tải

trọng cao nhất trong hai tải trọng Ψ.ρ1.SLvà ρ2SL:

ρ1 vàρ2 là các hệ số được nhân với tải làm việc an toàn cho phép

tương ứng với điều kiện thử tải động (ρ 1 ) và tải tĩnh (ρ 2):

S G + ΨΨΨ.ρρ1 S L hoặc S G + ρρρρ 2 S L [TH3]: thiết bị nâng chịu các tải trọng bất thường

Lựa chọn các hệ số khuyếch đại γγγγ c

Tổ hợp tải trọng trong tính toán kết cấu thép Máy nâng

Giá trị của hệ số khuyếch đại γcđược xác định dựa trên việc phân

LIÊN KẾT Ở CẦU TRỤC

1 Tính toán dầm chính

B1: Lựa chọn sơ bộ kích thước mặt cắt dầm: theo công thức kinh

nghiệm

B2: Tính toán kiểm tra kích thước mặt cắt đã chọn

a Sơ đồ hóa dầm chính: là dầm giản đơn

b Xác định các loại tải trọng và các trường hợp tải trọng tác dụng

C Lk

Lk

L k /2

6.1 KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC

Tính toán, kiểm tra tiết diện dầm chính

Sơ đồ hóa dầm chính cầu trục và tải

trọng chính tác dụng

1

W

y u

My- Mô men uốn theo phương y

Wx – Mô men chống uốn theo phương x

Kiểm tra về độ bền

P' qt

P'' qt P'' qt

P'' qt

e1 x

y

- Ứng suất dưới tác dụng của lực quán tính khi phanh hãm cầu trục do xe con và

hàng nâng P qt ’, lực do các bộ phận phụ gây ra: lan can, cabin, dây điện (G 2 ), lực

do gió tác dụng gây ra uốn theo phương ngang

2

W

x u y

M

- Ứng suất dưới tác dụng của lực quán

tính khi phanh hãm xe con Pgt’’

'

y u x

Tính toán độ cứng của dầm

Tính toán ứng suất cục bộ của dầm

- Dầm có xe con di chuyển bằng ray đặt mặt trên dầm

- Dầm với xe con di chuyển ở cạnh dưới của dầm

Xem chương 3

a.Xác định mô men uốn và lực cắt.

Dầm cuối của cầu trục được chế tạo bằng thép CT3

và có nhiều dạng khác nhau: Hai thép [ ghép lưng hở

với nhau theo dạng ] [ ở cầu trục một dầm và hai dầm

chính thép hình I, kết cấu hình hộp ở cầu trục một

dầm và hai dầm chính kiểu hộp Tính toán dầm cuối

được đưa về sơ đồ dầm đơn giản.

KẾT CẤU THÉP DẦM BIÊN CẦU TRỤC (DẦM ĐẦU, DẦM CUỐI)

KẾT CẤU THÉP DẦM BIÊN CẦU TRỤC (DẦM ĐẦU, DẦM CUỐI)

Vị trí pa lăng và xe con để tính dầm biên

KẾT CẤU THÉP DẦM BIÊN CẦU TRỤC (DẦM ĐẦU, DẦM CUỐI)

* Xác định vị trí và trường hợp nguy hiểm

-Tính toán dầm ngang (Đối với cổng trục dầm đôi)

- Tính toán dầm biên

-Tính toán ổn định tổng thể của cổng trục

MÔ HÌNH HÓA CỔNG TRỤC PHƯƠNG VUÔNG GÓC VỚI RAY