Lựa chọn phương pháp tính toán kết cấu thép của máy trục

1, Giới thiệu chung Trong công cuộc xây dựng và pháy triển của nền kinh tế quốc dân, các ngành công nghiệp mũi nhọn luôn được nhà nước đầu tư đúng mức cả về công sức, ngân sách và chính sách pháp luật. Các ngành này góp phần giúp cho nền kinh tế phát triển. Ngành máy xếp dỡ là một ngành mới nhưng rất quan trọng vì nó phục vụ trực tiếp vào công cuộc phát triển và hiện đại hoá đất nước. Việt nam là nước có vị trí địa lý thuận lợi ở đông nam á, có bờ biển dài, khí hậu nhiệt đới do vậy rất phù hợp với ngành hàng hải và các ngành liên quan, là điều kiện thuận lợi cho việc tạo mối quan hệ ngoại giao, buôn bán đường biển. Trong công cuộc xây dựng nền kinh tế đòi hỏi phải có một cơ sở hạ tầng vững chắc do vậy mà ngành máy xếp dỡ rất quan trọng, các công trình xây dựng vững chắc, cầu cảng bến bãi, nhà cửa đòi hỏi phải có máy móc vận chuyển vật liệu do đó máy xếp dỡ có vai trò quan trọng để nâng cao năng xuất lao động, và thay thế phần lớn sức lao động của con người. Cảng sông, cảng biển của Việt nam được mở rộng rất nhiều tạo điều kiện cho viếc xếp dỡ hàng hoá chính vì vậy nhà nước đã đầu tư phát triển hàng hải. Ngành đóng mới tàu hàng đã được chú trọng, đã đủ khả năng đóng mới những con tàu có trọng tải hàng ngàn tấn do vậy việc ứng dụng máy xếp dỡ vào ngành này rất phù hợp, thông thường phải sử dụng máy trục để nâng những loại hàng khối, hàng nặng. Cổng trục là một loại cần trục kiểu cầu có dầm cầu đặt trên các chân cổng với các bánh xe di chuyển trên ray đặt ở dưới đất .Theo công dụng có thể phân cổng thành : Cổng trục có công dụng chung hay còn gọi là cổng trục dùng để xếp dỡ , cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng và cổng trục chuyên dùng .Cổng trục có công dụng chung có tải trọng nâng từ 3,2 đến 10 tấn , khẩu độ dầm cầu từ 10 đến 40 m , chiều cao nâng từ 7 đến 16m. Cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng có tải trọng nâng từ 50 đến 400 tấn , khẩu độ dầm cầu đến 80 m và chiều cao nâng đến 30 m . Cổng trục dùng để lắp ráp có tốc độ nâng , di chuyển xe con và di chuyển cổng trục nhỏ hơn so với cổng trục có công dụng chung. Đặc biệt có tốc độ chậm dùng khi lắp ghép, nâng, hạ vật từ 0,05 đến 1mph.Cổng trục có công dụng chung dùng để bốc xếp, vận chuyển hàng thể khối, vật liệu dời trong các kho bãi , bến cảng, nhà ga, đường sắt. Cổng trục dùng để lắp ráp được dùng trong lắp ráp thiết bị, trong nhiều lĩnh vực đặc biệt trong các công trình năng lượng và lắp ghép các công trình giao thông . Thiết bị mang vật của cổng trục thường là móc treo, gầu ngoạm hoặc nam châm điện . Theo kết cấu thép có : Cổng trục không có công xol, cổng trục có một đầu công xol và cổng trục có hai dầu cong xol. Kết cấu dầm cầu và chân cổng cũng rất đa dạng. Dầm cầu có thể được chế tạo dưới dạng dầm hộp hàn, dầm ống, dầm hàn không gian và có thể là một dầm hoặc hai dầm. Ray di chyển xe con trên dầm cầu có thể được đặt ớ phía trên hoặc treo phía dưới dầm cầu. Chân cổng thường có : một chân cứng, một chân mềm. Chân mềm có liên kết khớp với dầm cầu để đảm bảo cho kết cấu là một hệ tĩnh định, nó có thể lắc quanh trục thẳng đứng đến 50 để bù trừ các sai lệch của kết cấu và đường ray do chế tạo và lắp đặt , ảnh hưởng của biến dạng do nhiệt độ . Như vậy chân mềm của cổng trục có tác dụng giảm ma sát thành bánh xe với đường ray, giảm tải trọng xô lệch và tránh khả năng kẹt bánh xe di chuyển trên ray. Các cổng trục có khấu độ dầm dưới 25 m có thể chế tạo cả hai chân cùng có liên kết cứng với dầm và như vậy sẽ giảm nhẹ công chế tạo và lắp dựng cổng trục

GIỚI THIỆU CHUNG

1, Giới thiệu chung

- Trong công cuộc xây dựng và pháy triển của nền kinh tế quốc dân, cácngành công nghiệp mũi nhọn luôn được nhà nước đầu tư đúng mức cả vềcông sức, ngân sách và chính sách pháp luật Các ngành này góp phầngiúp cho nền kinh tế phát triển

- Ngành máy xếp dỡ là một ngành mới nhưng rất quan trọng vì nó phục

vụ trực tiếp vào công cuộc phát triển và hiện đại hoá đất nước

- Việt nam là nước có vị trí địa lý thuận lợi ở đông nam á, có bờ biểndài, khí hậu nhiệt đới do vậy rất phù hợp với ngành hàng hải và cácngành liên quan, là điều kiện thuận lợi cho việc tạo mối quan hệ ngoạigiao, buôn bán đường biển

- Trong công cuộc xây dựng nền kinh tế đòi hỏi phải có một cơ sở hạtầng vững chắc do vậy mà ngành máy xếp dỡ rất quan trọng, các côngtrình xây dựng vững chắc, cầu cảng bến bãi, nhà cửa đòi hỏi phải có máymóc vận chuyển vật liệu do đó máy xếp dỡ có vai trò quan trọng để nângcao năng xuất lao động, và thay thế phần lớn sức lao động của con người

- Cảng sông, cảng biển của Việt nam được mở rộng rất nhiều tạo điềukiện cho viếc xếp dỡ hàng hoá chính vì vậy nhà nước đã đầu tư phát triểnhàng hải

- Ngành đóng mới tàu hàng đã được chú trọng, đã đủ khả năng đóng mới những con tàu có trọng tải hàng ngàn tấn do vậy việc ứng dụng máy

xếp dỡ vào ngành này rất phù hợp, thông thường phải sử dụng máy trục

để nâng những loại hàng khối, hàng nặng

Cổng trục là một loại cần trục kiểu cầu có dầm cầu đặt trên các chân

cổng với các bánh xe di chuyển trên ray đặt ở dưới đất

Theo công dụng có thể phân cổng thành : Cổng trục có công dụngchung hay còn gọi là cổng trục dùng để xếp dỡ , cổng trục dùng để lắpráp trong xây dựng và cổng trục chuyên dùng

Cổng trục có công dụng chung có tải trọng nâng từ 3,2 đến 10 tấn ,khẩu độ dầm cầu từ 10 đến 40 m , chiều cao nâng từ 7 đến 16m Cổngtrục dùng để lắp ráp trong xây dựng có tải trọng nâng từ 50 đến 400 tấn ,khẩu độ dầm cầu đến 80 m và chiều cao nâng đến 30 m Cổng trục dùng

để lắp ráp có tốc độ nâng , di chuyển xe con và di chuyển cổng trục nhỏhơn so với cổng trục có công dụng chung Đặc biệt có tốc độ chậm dùngkhi lắp ghép, nâng, hạ vật từ 0,05 đến 1m/ph

Cổng trục có công dụng chung dùng để bốc xếp, vận chuyển hàngthể khối, vật liệu dời trong các kho bãi , bến cảng, nhà ga, đường sắt.Cổng trục dùng để lắp ráp được dùng trong lắp ráp thiết bị, trong nhiềulĩnh vực đặc biệt trong các công trình năng lượng và lắp ghép các côngtrình giao thông

Thiết bị mang vật của cổng trục thường là móc treo, gầu ngoạm hoặc namchâm điện

Theo kết cấu thép có : Cổng trục không có công xol, cổng trục có mộtđầu công xol và cổng trục có hai dầu cong xol Kết cấu dầm cầu và châncổng cũng rất đa dạng Dầm cầu có thể được chế tạo dưới dạng dầm hộphàn, dầm ống, dầm hàn không gian và có thể là một dầm hoặc hai dầm.Ray di chyển xe con trên dầm cầu có thể được đặt ớ phía trên hoặc treophía dưới dầm cầu Chân cổng thường có : một chân cứng, một chânmềm Chân mềm có liên kết khớp với dầm cầu để đảm bảo cho kết cấu làmột hệ tĩnh định, nó có thể lắc quanh trục thẳng đứng đến 50 để bù trừ cácsai lệch của kết cấu và đường ray do chế tạo và lắp đặt , ảnh hưởng củabiến dạng do nhiệt độ Như vậy chân mềm của cổng trục có tác dụnggiảm ma sát thành bánh xe với đường ray, giảm tải trọng xô lệch và tránhkhả năng kẹt bánh xe di chuyển trên ray Các cổng trục có khấu độ dầmdưới 25 m có thể chế tạo cả hai chân cùng có liên kết cứng với dầm vànhư vậy sẽ giảm nhẹ công chế tạo và lắp dựng cổng trục

PHẦN I : LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH

TOÁN KẾT CẤU THÉP

Kết cấu thép của cần trục được tính chủ yếu theo 2 phương pháp

lầ trang thái giới hạn và tính theo ứng suất cho phép Ngoài ra còn cophướng pháp tính theo xác suất hư hỏng của kết cấu

- Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn : Là phương pháp tínhđảm bảo cho kết cấu không vượt quá trạng thái giới hạn khiến con chokết các không sử dụng được nữa

- Phương pháp tính theo ứng suất cho phép : Dựa trên cơ sở xác định

hệ số dự trữ độ bền của kết cấu

- Phương pháp tính theo xác suất hư hỏng : Dựa trên cơ sở xác suất

hư hỏng của kết cấu Phương pháp này cho phép tính tuổi thọ , độ tnhcậy và dự đoán khả năng làm việc cảu kết cấu Tuy nhiện phương phápnày chưa được sử dụng rộng rãi

1.1 Tính theo phương pháp trạng thái giới hạn :

- Trạng thái giới hạn là trạng thái mà kết cấu thép không thảo mãncác điều kiện khai thác theo quy định như không đủ kha năng chịu lựchoặc bi biên dạng quá mức Tính theo phướng pháp này nhằm đảm bảokết cấu không tiến tới trạng thái giới hạn trong suốt thời gian làm việc Khi tính theo phương pháp này cần dựa trên cơ sở nghiện cứu điều kiện

sử dụng , tình hình tải trọng tronh úa trình sử dụng Kết quả tính của

phương pháp này khá chính xác , tiết kiệm vật liệu , nâng cao chất lượngthiết kế , hạ giá thành chế tạo.

- Tuy vậy , đối với một số kết cấu khi tính theo trang thái giới hạn đôi khi đưa đến những biến dạng tương đối lớn Ngoài ra phương pháp này cũng còn hạn chế khi tính các cấu kiện chịu ứng suất thay đổi

1.2 Tính theo phương pháp ứng suất cho phép :

- Dựa trên cơ sở xác định hện số dự trữ độ bền của kết cấu Phương pháp này chỉ sử dụng khi chưa có số liệu thông kê đầy đủ các tải trọng tacdụng lên kết cấu Phương pháp này đã phát triển khá hoàn chính tuy nhiên phương pháp này khi tính toán không xét đến sự chảy dẻo của có thể có của kết cấu và coi kết cấu mất khả năng chịu lực khi chỉ có 1 điểm của kết cấu ở trạng thái nguy hiểm , trong khi kết cấu vẫn còn khả năng chịu lực thêm , vì vậy độ chính xác không cao gây lãng phí vật liệu

1.3.Tính toán theo phương pháp xác suất hư hỏng :

- Cơ sở tính toán là dựa trên việc thống kê các hư hỏng của kết cấu Phương pháp náy cho phép tính tuổi thọ , độ tin cậy và dự đoán được khả năng làm việc của kết cấu Tuy nhiên phương pháp này chưa được sử rộng rộng rãi

- Khi tính toán KCT cần đảm bảo độ bền , độ cứng , độ ổn định khi ứng suất không đổi Khi ứng suất thay đổi cần phải đẩm bảo độ bền mỏi Điều kiện bền : ƯS phải nhỏ hơn ứng suất cho phép hay cường độ chịu lực của kết cấu

Điều kiện ổn định : Kết cấu phải thảo mãn điều kiện ổn định tổng thể và ổn định cục bộ Điều kiện ổn định có thể tính bằng cách đưa vài hệ

số giảm cường độ chịu lực

Điều kiện độ bền mỏi : Tính toán cho các kết cấu chịu ứng suất biến đổi

Dàn dược sử dụng trong kết cấu kim loại máy trục với kết cấu có khẩu

độ lớn chịu tải trọng nhỏ Do đó toàn bộ cổng trục là kết cấu dàn có ưuđiểm là : trọng lượng kết cấu nhỏ, diện tích chắn gió nhỏ hơn so với kếtcấu dầm nhiều

Như vậy theo đặc tính kỹ thuật của cổng trục có sức nâng trungbình và khẩu độ không lớn ta chọn phương án thiết kế là kết cấu dầm dàn

2 đầu không công sol

2.2.Kết cấu nối chân với cầu

Kết cấu của cổng trục là kết cấu tầng trên theo dạng cầu như cầutrục Tầng trên được đặt trên hai chân đỡ cao tạo thành dạng cổng Do đóchân đỡ được nối với cầu theo hai phương pháp sau: nối cứng ( chân đỡcứng ) và nối bằng bản lề với cầu (chân dỡ mềm)

Ưu điểm của chân cứng so với chân mềm là : Kết cấu, cấu tạo đơngiản

Nhược diểm: sinh ra lực đẩy ngang do tải trọng di động trên cầuhoặc do sự thay đổi nhiệt độ gây ra

Thông thường đối với cổng trục có khẩu độ nhỏ ( L < 25 m) có thểchế tạo cả hai chân cổng có liên kết cứng với dầm và như vậy sẽ giảmđược công chế tạo và lắp dựng cổng trục

Như vầy với khẩu độ L = 20 m ta chọn cổng trục có 2 chân cứng

PHẦN III : XÁC ĐỊNH TỔ HỢP TẢI TRỌNG VÀ CÁC TẢI TRỌNG

3.1 Các tổ hợp tải trọng dùng trong tính toán kết cấu thép

c : Hệ số động Chọn cI = 1,2 ; cII = 1,3

kt , kt' : Hệ số tải trọng động

với cổng trục di chuyển trên ray thì kt phụ thuộc vào tốc độ di

chuyển

vận tốc di chuyển : vc = 40 m / ph nên kt = 1 suy ra kt'=1+ 0,5(kt-1) = 1

* Các trường hợp tải trọng tương ứng với sự làm việc của cần trục :

- Ia,IIa : cổng trục đứng yên , nâng hàng với nửa tộc độ Ia và cả tốc độIIa

- Ib,IIb : cổng trục di chuyển có hàng và tiến hành phanh hãm bình thường Ib và phanh hãm đột ngột IIb

IIc : công trục đứng yên , xe con có hàng di chuyển và tiến hành

KẾT CẤU THÉP

4.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép máy trục

- Thép phải thỏa mãn điều kiện làm việc của kết cấu : dộ bền , độ cứng, độ ổn định …

- Thỏa mãn các yêu cầu về khối lượng và kích thước kết cấu

- Có tính công nghệ tốt : tính hàn , tính dẻo …

- Có lợi nhất về phương diện giá cả

Từ các yêu cầu trên ta chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép là thép SM 400B có :

- Mômen dàn hồi về kéo , nén E 2,1.10 5N mm/ 2

5.1 Kích thước tiết diện dầm chính

Dầm chính gồm 2 dầm khoảng cách giữa 2 dầm phụ thuộc khoảng cáchray của cơ cấu di chuyển xe con và vị trí đặt ray Trong đề tài chỉ đè cậptới phần kết cấu thép của công trục vì vậy ta chọn khoảng cách giữa 2dầm chính là 2 m

5.1.1 Tính toán sơ bộ kích thước dầm chính

-Chiều dày tấm thành

2δt = 7 +

1000

4550 3

= 20 mm = 10 mm

2 2 12

4500 10

111 12

25

10 1264 2

- Jyb: Momen quán tính của các tấm biên với trục Y-Y

- Jyt: Mômen quán tính của các tấm thành v ới tr ục Y-Y

2

10 2

2097 10

90 12

10 4500

10 242 2

Kích thước tiết diện chân cổng chọn theo mẫu của cổng trục 2007 ở nhà máy đóng tàu Nam Triệu

- Tiết diện tại đầu dưới chân:

( b × a ) : 1220 × 2010

- Tiết diện tại đầu trên chân:

( b × a ) : 3940 × 2010

Các tấm bao chân được làm bằng thép SM 400B có độ dày 10 mm

Tính cho tiết diện dưới của chân cứng:

- Mômen quán tính của tiết diện với trục X-X: Jx = Jx1 + Jx2

Jx1 m omen qu án t ính ti ết di ện vach theo chi ều d ài a:

12

1220 10 2 12

( mm4 )

Jx2 mômen quán tính tiết diện vạch theo chiều dài b:

Jx2 = 3 2

2 2 12

= 3 2 2220 10 22202 102 2

12

10 2220

/ 2220

10 343 , 7

Jx1 Momen quán tính tiết diện vạch theo chiều dài a:

Jx1 = 3 3 1 , 53 10 10

12

2010 10 2 12

.

2





b a

10 67 , 1 2

Do kết cấu chân mềm chủ yếu chịu lực nén do đó tiết diện chân mềm

không đổi kích tiết diện chân mềm : (a×b) = 1220×1220

- Mômen quán tính của tiế diện với trục y-y

Jy = Jy1 + Jy2

Jy1 = 2 3 31 , 02 10 11 4

12

3940 10 2 12

2 2 12



F b

2

10 2

2010 10 2010 12

10 2010

10 42 , 4 2

2

2 2 12

F b

2

10 2

1220 10 1220 12

10 1220

8,93.107 (mm4)

=> Jy = 135.107 + 8,93.107 = 143,93.107 (mm4)

- Mômen chống uôn của tiết diện với trục xx

Hình:Tiết điện mặt cắt dầm chân mền

PHẦN VI:CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI

TRỌNG THỜI GIAN VÀ KẾT CẤU 6.1) Trong mặt phẳng thẳng đứng:

- Trọng lượng bản thân là toàn bộ khối lượng kết cấu thép dầm theo tổ hợp IIb thì trọng lượng bản thân bằng GKđ

G: trọng lượng toàn bộ kết cấu dầm

Gxe = 13 t

Gmóc = 2.5T

6.2) Trong mặt phẳng nằm ngang

Trong mặt phẳng nằm ngang kết cấu chiu các tải trọng:

- Tải trọng quán tính khi khởi động hay phát đột ngột

- Tải trọng gió được phân bổ trên toàn bộ KCT

- Tải trọng gió tăng lên kết cấu thép áp lực gió này được chọn trong điều kiện bất lợi nhất đối với cổng trục là gió theo phương b với mặt chắn gió của dầm chính và ngược chiều chuyển động c1 cổng trục

Áp lực gió tăng lên mặt chắn gió của kết cấu:

Pl = qoncβγ

Trong đó :

qo: cường độ áp lực gió với cổng trục của nhà máy làm việc ở vùng giómạnh

- Phương dặt tải song song phương chuyển động

- chiều theo chiều chuyển động

V = 20 ( m/phút) vận tôc di chuyển cổng tg thời gian quá độ

tq = 3 (s) tính ở phần cơ cấu di chuyển

Jmax = 0 , 11 / 2

300

20

s m