Thiết kế cầu trục 1 tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm, chương 17 ppt

CHƯƠNG 17 TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU TRỤC Cầu gồm dầm chính kiểu chữ I nối cứng với hai dầm cuối. Trên dầm cuối đặt các bánh xe để cầu di chuyển dọc phân xưởng. Xe lăn di chuyển tr ên cạnh dưới của dầm chữ I. Kết cấu kim loại của cầu được tính theo các số liệu ban đầu sau: - T ải trọng: Q = 1t = 10000 N - Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật G x = 4000 N - Tr ọng lượng cầu với cơ cấu di chuyển G c = 20000 N - Kh ẩu độ dầm cầu L = 8 m - Trọng lượng khung giàn thép G t = 1500 N 3.1. TÍNH DẦM CHÍNH 3.1.1. Chọn vật liệu Trong cầu trục kết cấu dầm chính chiếm một phần rất lớn, khối lượng kim loại d ùng cho dầm chính chiếm đến 60  80% khối lượng kim loại máy trục. L à kế cấu chịu tải chính nên đòi hỏi kết cấu phải đủ bền trong trường hợp phải chịu tải trọng lớn nhất. Ngoài việc phải đảm bảo độ bền khi làm việc, kết cấu kim loại cần dễ dàng ra công, đẹp có giá thành thấp, bề mặt ngoài của kết cấu cần phẳng để dễ đánh gỉ và dễ sơn. Vì thế việc chọn kim loại thích hợp cho dầm chính để sứ dụng chúng một cách kinh tế nhất là rất quan trọng. Căn cứ v ào yêu cầu trên ta chọn loại thép cho dầm là: thép CT3 v ới lượng lưu huỳnh không chứa quá 0,05%, lượng phốt pho không quá 0,045%. Đây là loại thép thường dùng cho các dầm chịu tải của máy trục. 3.1.2. Xác định các tải trọng tác dụng lên dầm chính Các tải trọng tác dụng lên dầm chính gồm: tải trọng không di động, tải trọng di động, lực quán tính khi phanh các cơ cấu. - Tải trọng không di động: là tải trọng của khung giàn thép và cơ cấu di chuyển cầu, tải trọng này coi như phân bố đều dọc theo chiều dài kết cấu, được tính như sau: q = 325 8 11001500 0,1 1     L GG k dt N/m Trong đó: k 1 = 1,0 – hệ số đề chỉnh kể đến các hiện tượng va đập khi di ch uyển máy trục, ứng với vận tốc di chuyển v < 60 m/ph. G t , G d – trọng lượng của khung giàn thép và cơ cấu di chuyển, sơ bộ chọn G t = 1500 N; G d = 1100 N. L = 8 m – kh ẩu độ dầm cầu. - Tải trọng di động: là tải trọng do áp lực thẳng đứng của các bánh xe của xe lăn tạo ra khi di chuyển dọc theo két cấu kim loại đặt ở điểm tiếp xúc của bánh xe với đường ray. Tải trọng này sinh ra do tr ọng lượng vật nâng và trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật, trị số của các tải trọng này bằng: P = k 2 4 Q + 4 x G = 1,1 4 10000 + 4 4000 = 3750 N Trong đó: k 2 = 1,1 – hệ số điều chỉnh ứng với chế độ làm việc nhẹ. Tải trọng tác dụng lên các bánh xe không kể đến hệ số điều chỉnh: 3500 4 4000 4 10000 4 4 '  x G Q P N - L ực quán tính khi phanh xe con và cơ cấu di chuyển cầu: Lực quán tính khi phanh xe con với vật nâng di chuyển dọc cầu: 5003500 7 1 7 1 ' 1  Pp qt N L ực quán tính khi phanh cơ cấu di chuyển cầu: 3400 10 20000400010000 10 2      cx qt GGQ P N 3.1.3. Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền 3.1.3.1. Chọn kích thước tiết diện dầm chính d x R h b d r y x y Phần chịu tải của cầu trục một dầm là thép hình kiểu chữ I, dầm được chọn theo điều kiện đảm bảo độ cứng và khả năng di chuyển của palăng theo gờ dưới của nó. Với tải trọng như đã tính ở trên, theo tiêu chuẩn TOCT 8239- 56, sơ bộ ta chọn loại thép có kí hiệu là N 0 70 với thông số được gi trên bảng 3-1. Bảng (3-1). Các thông số của thép N 0 70. Kích thước (mm) Các trị số đối với trục x - x y - y Số hi ệu th ép hì nh Tr ọn g lượ ng 1m dài (N) h b d t R r Di ện tíc h m ặt cắ t c m 2 J x cm 4 W x c m 3 I x c m S x c m 3 I y c m 4 W y c m 4 J y c m 4 N 0 70 18 40 7 0 0 2 1 0 17 ,5 28 ,5 2 4 1 0 23 4 175 370 50 10 27 ,4 29 40 39 10 3 7 3 4, 09 3.1.3.2. Kiểm tra bền tiết diện đã chọn Hình 3.1. Mặt cắt thép I. Kết cấu kim loại được tính theo phương pháp ứng suất cho phép dựa trên hai trường hợp phối hợp tải trọng: Trường hợp 1: dưới tác dụng của to àn bộ các tải trọng không di động v à tải trọng di động, ứng suất cho phép   160 1   N/mm 2 . Trường hợp 2: ngoài các tải trọng chính trên còn tính đến các tải trọng do lực quán tính lớn nhất có thể xảy ra khi phanh hay mở cổng trục và xe lăn, ứng suất cho phép là   180 2   N/mm 2 . a. kiểm tra độ võng Độ võng của thanh thép chữ I được xác định theo công thức:   f EJ LP f x   48 3 Trong đó:  P = Q + G x – tải trọng di động. = 10000 + 4000 = 14000 N L = 8 m – chi ều dài của dầm. E = 2,1.10 5 N/mm 2 – môđun đàn hồi kéo của thép. J x = 175370cm 4 – mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục ngang. [f] = L/700 = 8000/700 = 11,43 mm – độ võng cho phép c ủa dầm. Vậy: 4,0 10.175370.10.1,2.48 8000.14000 45 3 f mm < [f] = 11,43 mm V ậy dầm đảm bảo an toàn. b. Kiểm tra bền Khi kiểm tra dầm chữ I chịu tải theo độ bền ta cần tính đến khả năng làm việc của gờ dưới. Ở đây, ngo ài ứng suất chung của toàn k ết cấu, dưới áp lực của bánh xe P, xuất hiện ứng suất cục bộ, gờ dưới chịu uốn dọc theo dầm ở đoạn aa v à uốn theo hướng ngang trên chiều rộng gờ b. Vị trí kiểm tra là vị trí khi xe con mang vật với tải trọng Q ở chính giữa dầm chính. Tùy theo vị trí của lực P trên gờ, ứng suất uốn lớn nhất có thể xuất hiện hoặc ở thớ trên tại điểm bắt đầu của bán kính nối gờ với thành đứng hoặc ở thớ dưới ở bi ên tự do của gờ. Ứng suất uốn cục bộ của gờ được xác định theo các công thức sau: - Ở tiết diện sát thành đứng do uốn trong mặt phẳng xz 6,17 2,28 7000.0,2 . 22 1  t Pk x  N/mm 2 - Ở tiết diện sát thành đứng do uốn trong mặt phẳng yz 3,5 2,28 7000.6,0 . 22 2  t Pk y  N/mm 2 - Ở biên tự do của gờ do uốn trong mặt phẳng yz 4,5 5,25 7000.5,0 . 22 3  tb b y t Pk  N/mm 2 Trong đó: k 1 , k 2 , k 3 – hệ số, phụ thuộc vào tỷ số 62,0 105 65  b c  t = 28,2 mm – chiều dày của gờ theo đường cắt mặt phẳng trên của. gờ với thành đứng dầm chữ I. t tb = 25.5 mm – chiều dầy trung bình ở tiết diện giữa. P = 7000 2 14000 2   P N – tải trọng tập trung. Trong các công thức đã tính ở trên, dấu (+) dùng cho các thớ kim loại ở trên, dấu (-) dùng cho thớ dưới. Ứng suất uốn to àn toàn phần ở mặt phẳng yz được tính theo công thức: x u W M   Trong đó: M – mômen uốn của dầm trong mặt phẳng đang xét do tải trọng tập trung  P và tải trọng phân bố đều của q gây ra. 6 22 10.664 8 4000.325 4 4000.14000 8 4   qL LP M N.mm W x = 5010 cm 3 mômen chống uốn đối với thớ tương ứng của gờ dưới. Vậy: 132 10 . 5010 10.664 3 6  u  N/mm 2 Ứng suất uốn tổng ở gờ bằng: - Ở tiết diện sát thành đứng:       1 2 2   xyuyuxt     1296,173,51323,51326,17 2 2  N/mm 2 <   1  - Ở biên tự do của gờ: z z y x 0,5 0,5 0,9 1,3 1,7 2,1 2,5 2,9 0,6 0,7 0,8 0,9 c/ b k1 k3 k2 k P p p cc bb t t tb d 4,1374,5132  b yu  N/mm 2 <   2  Trong đó:   1  = 160 N/mm 2 ;   2  = 180 N/mm 2 . V ậy thép chữ I đã chọn là đủ bền. a a Hình 3.2. Biên dạng gờ dưới của dầm Hình 3.3. Đồ thị hệ số k 1 ,k 2 ,k 3 . do ảnh hưởng của uốn cục bộ. . cấu di chuyển cầu: Lực quán tính khi phanh xe con với vật nâng di chuyển dọc cầu: 5003500 7 1 7 1 ' 1  Pp qt N L ực quán tính khi phanh cơ cấu di chuyển cầu: 3400 10 20000400 010 000 10 2      cx qt GGQ P N 3 .1. 3 cắ t c m 2 J x cm 4 W x c m 3 I x c m S x c m 3 I y c m 4 W y c m 4 J y c m 4 N 0 70 18 40 7 0 0 2 1 0 17 ,5 28 ,5 2 4 1 0 23 4 17 5 370 50 10 27 ,4 29 40 39 10 3 7 3 4, 09 3 .1. 3.2. Kiểm tra bền tiết di n đã chọn Hình 3 .1. Mặt cắt thép I. Kết cấu kim loại được. tiết di n sát thành đứng:       1 2 2   xyuyuxt     12 96 ,17 3, 513 23, 513 26 ,17 2 2  N/mm 2 <   1  - Ở biên tự do của gờ: z z y x 0,5 0,5 0,9 1, 3 1, 7 2 ,1 2,5 2,9 0,6