ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN Tính toán dầm chịu tải an toàn cho cơ cấu nâng ( có bản vẽ cad)

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghệ hàn cũng phát triển không ngừng, đóng góp tích cực vào quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Với hơn 130 phương pháp hàn khác nhau, công nghệ hàn cho phép kết nối nhiều loại vật liệu từ đơn giản đến phức tạp, các vật liệu cùng bản chất đến các kim loại có bản chất khác nhau... Việc ứng dụng hàn đã trở nên phổ biến trong nhiều mặt của đời sống, đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Cũng chính vì vậy, công việc của các kỹ sư hàn ngày càng trở nên quan trọng hơn, đòi hỏi các sản phẩm không những đủ yêu cầu về mặt kỹ thuật như độ cứng vững, độ bền... mà còn đòi hỏi cao về mặt kinh tế, thẩm mỹ như: kết cấu đơn giản nhỏ gọn, lắp đặt nhanh chóng, chất lượng cao và giá thành hạ nhất... Nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng các kiến thức đã học vào trong thực tế, đồ án môn học “kết cấu hàn” ban đầu cho sinh viên có được những cái nhìn cơ bản về công việc tính toán, thiết kế, có khả năng làm chủ tư duy đã ghóp phần phục vụ đắc lực cho công việc sau này. Sau một thời gian tìm hiểu, em đã hoàn thành bản đồ án với những nội dung chính như sau: Phần I: Tổng quan. Phần II: Phân tích kết cấu. Phần III:Tính toán Phần IV:Xây dựng quy trình hàn Với đề tài: “Tính toán dầm chịu tải an toàn cho cơ cấu nâng” đã giúp ích cho em rất nhiều. Sau một thời gian tìm hiểu, em đã hoàn thành đồ án này. Do bước đầu thiết kế còn bỡ ngỡ đồ án chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy để bản đồ án được hoàn chỉnh hơn, em xin cám ơn

ĐH SPKT HƯNG YÊN - KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN: KẾT CẤU HÀN

Bộ môn: Hàn và công nghệ kim loại Nhóm 13.

Sinh viên TH: Trịnh Văn Tĩnh.

Lớp: HK5 – Khoa cơ khí.

-Chiều dài làm việc: 5 m.

- Trọng tải cần nâng tối đa: 3.5 tấn.

- Khoảng cách hai dầm: 10 m.

- Chiều cao làm việc: 8 m.

* Yêu cầu: Tính toán, thiết kế dầm chịu tải an toàn.

* Nội dung: - 01 thuyết minh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghệ

hàn cũng phát triển không ngừng, đóng góp tích cực vào quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Với hơn 130 phương pháp hàn khác nhau, công nghệ hàn cho phépkết nối nhiều loại vật liệu từ đơn giản đến phức tạp, các vật liệu cùng bản chất đến các kim loại có bản chất khác nhau Việc ứng dụng hàn đã trở nên phổ biến trong nhiều mặt của đời sống, đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao Cũng chính vì vậy, công việc của các

kỹ sư hàn ngày càng trở nên quan trọng hơn, đòi hỏi các sản phẩm không những đủ yêu cầu về mặt kỹ thuật như độ cứng vững, độ bền mà còn đòi hỏi cao về mặt kinh tế, thẩm

mỹ như: kết cấu đơn giản nhỏ gọn, lắp đặt nhanh chóng, chất lượng cao và giá thành hạ nhất

Nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng các kiến thức đã học vào trong thực tế, đồ

án môn học “kết cấu hàn” ban đầu cho sinh viên có được những cái nhìn cơ bản về công việc tính toán, thiết kế, có khả năng làm chủ tư duy đã ghóp phần phục vụ đắc lực cho công việc sau này

Sau một thời gian tìm hiểu, em đã hoàn thành bản đồ án với những nội dung chính như sau:

Phần I: Tổng quan

Phần II: Phân tích kết cấu

Phần III:Tính toán

Phần IV:Xây dựng quy trình hàn

Với đề tài: “Tính toán dầm chịu tải an toàn cho cơ cấu nâng” đã giúp ích cho em

rất nhiều Sau một thời gian tìm hiểu, em đã hoàn thành đồ án này Do bước đầu thiết kế còn bỡ ngỡ đồ án chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy để bản đồ án được hoàn chỉnh hơn, em xin cám ơn!

Hưng Yên, tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện:

Trịnh Văn Tĩnh

1.1.2 Phân loại:

a Theo cấu tạo ta có:

* Dầm định hình:

- Dầm chữ I: Dùng trog uốn phẳng như sàn nhà, dầm cầu, dầm máy nâng chuyển

- Dầm chữ U: Tiết diện không đối xứng được dùng trong uốn xiên như xà gồ, dầm sườn tường, có 1 má phẳng nên dễ lien kết với các chi tiết khác

- Dùng dầm tỏ hợp khi không thể dùng dầm hình như tải trọng lớn hoặc nhịp lớn.

b Theo sơ đồ kết cấu

*Dầm đơn giản: Tốn vật liệu, chế tạo và dựng lắp đơn giản, chịu lực chính xác, không

ảnh hưởng do nhiệt hay lún lệch Được dùng nhiều trong xây dựng

*Dầm liên tục: Độ cứng lớn, tiết kiệm vật liệu, dựng lắp khó, nội lực thay đổi do nhiệt

hay lún lệch Được dùng khi dầm cần độ cứng lớn

*Dầm mút thừa: Tiết kiệm vật liệu.

1.2 CƠ CẤU NÂNG:

1.2.1 Khái niệm:

Cầu trục là một loại máy nâng dùng sử dụng chủ yếu để nâng và di chuyển các vật nặng, xếp dỡ hàng hóa Trong công nghiệp nó được sử dụng ở các nhà máy lắp ráp chế tạo, trong các lò luyện kim

1.2.2 Phân loại:

Cầu trục được phân làm hai loại chính: cầu trục 1 dầm và cầu trục hai dầm:

+ Cầu trục 1 dầm: bao gồm có kiểu treo và kiểu tựa

+ Cầu trục hai dầm cũng có kiểu tựa và treo:

1.2.3 Cấu tạo chung của cầu trục:

Cầu trục có nhiều dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận chính sau:

- Động cơ: Trong máy trục sử dụng ba loại động cơ như động cơ đốt trong, động cơ khí nén, động cơ điện

+ Đông cơ đốt trong thích hợp với những máy di động nhiều, hoạt động độc lập, không theo quy luật nhất định và xa nguồn điện

+ Động cơ khí nén thường được sử dụng trong những máy cố định hay máy công cụ như máy đóng cọc, máy khoan, máy phun vôi

+ Động cơ điện là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong cầu trục vì phù hợp với tính chất làm việc của cầu trục (cố định, di chuyển ngắn theo một quỹ đạo nhất định) và có công suất cao, gọn nhẹ, chịu tải tốt, thay đổi tốc độ nhanh và dễ tự động hóa

- Hệ thống truyền động; Có rất nhiều kiểu chuyển động như truyền động dầu ép khí nén, truyền động điện, truyền động hỗn hợp, truyền động cơ khí Tuy nhiên trong cầu trụcthường sử dụng cầu trục cơ khí vì dễ chế tạo và an toàn cao

- Cơ cấu công tác

- Cơ cấu quay

- Cơ cấu di chuyển: Thường di chuyển bằng bánh xe và ray

- Hệ thống điều khiển: Sử dụng để tắt mở hoạt động của các cơ cấu

- Khung bệ

- Các thiết bị phụ

Để dễ dàng trong thiết kế, người ta chia cầu trục ra làm ba cơ cấu chính: Cơ cấu nâng vật, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu

Cầu trục trong phân xưởng

Cẩu trục ngoài bến cảng Cẩu trục áp tường.

1.3.1Đặc điểm chung:

Cột và thanh nén đúng tâm là kết cấu thường dùng trong kết cấu thép như: cột nhà, cột

sàn công tác, thanh nén trong giàn

* Theo sơ đồ chịu lực:

Cột chịu kéo nén đúng tâm

Cột chịu kéo nén lệch tâm

PHẦN II: PHÂN TÍCH DẠNG KẾT CẤU.

- Mặc dù các chi tiết có kích thước và hình dạng khác nhau song đều được chế tạo

từ vật liệu kim loại thanh thép Qua gia công cơ khí sau đó đem hàn lại thành “Kết cấu cầu dẫn” Là kết cấu tấm được chết tạo sao cho đảm bảo chỉ tiêu về cơ tính , độ tin cậy cao khi làm việc

- Vì vậy để vừa đảm bảo độ bền vừa đảm bảo tính hàn , giá thành lại phù hợp ta chọnvật liệu là thép CT38 (TCVN 1695-75) tương đương với thép CT3 (TC Nga ГOG380-71)OG380-71) Bởi vì loại vật liệu này được sử dụng phổ biến trên thị trường , nó vừa đảm bảo tính kính tế cũng như đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của kết cấu khi làm việc (mềm dẻo, độ cứng thấp , hiệu quả tôi và ram không cao Được dùng để chế tạo các chi tiết trong kết cấu nhưng qua gia công nóng Do đó nó tình hàn tốt Khi hàn không cầu phải dùng các công nghệ đặc biệt)

Giới hạn bền

(kG/cm2)

Giới hạn chảy (kG/cm2)

Mô đun đàn hồi(kG/cm2)

Khối lượng riêng (kG/cm3)

- Dùng dầm tổ hợp hàn chữ I do khả năng chịu uốn tốt, ít tốn vật liệu nên nhẹ hơn, chi phí cấu tạo ít hơn.

- Chọn dầm liền 1 nhịp để dảm bảo khả năng làm việc cho cơ cấu nâng

=> Vậy: chọn tất cả các dầm là dầm tổ hợp hàn chữ I do tính kinh tế và công nghệ của nó

2.3 Chọn xe con và cơ cấu nâng:

Chọn cơ cấu này theo tiêu chuẩn:

Khối lượng xe = 300 kg

Khoảng cách bánh xe = 400 mm

Xe con và cơ cấu nâng được bám trên dầm chữ I

PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU.

3.1 DẦM NGANG.

3.1.1 Xác định lực và mômen.

a Xác định lực tác dụng lên kết cấu.

* Khối lượng bên ngoài : (tải trọng) tác động lên kết cấu: Qtt = Qxe + Qvn

- Tổng khối lượng tác dụng lên kết cấu:

Q = khối lượng vật nâng + khối lượng cơ xe + trọng lượng bản thân dầm Trong đó:

- Khối lượng vật nâng: = 3,5 tấn = 3 500 (kg)

- Trọng lượng cơ cấu nâng: chọn = 300 (kg)

- Khoảng cách giữa 2 bánh xe: 400 (mm) = 40 (cm)

* Khối lượng bản thân dầm:

- Chọn sơ bộ chiều cao dầm: h = ( 1/20 – 1/15)L

Với L = chiều dài phần làm việc + chiều dài đoạn vát mép = 10 (m)

a chiều cao: - Chiều cao là thông số cơ bản khi thiết kế dầm Chiều cao phải đảm

bảo yêu cầu sử dụng: dầm phải không võng quá độ võng giới hạn, nhưng cao độ mặt trên,dưới sàn lại bị khống chế bởi yêu cầu công nghệ, đồng thời phải thỏa mãn yêu cầu kinh tế

- Gọi h là chiều cao dầm, khi đó: h ≥ hmin và h càng gần hkt càng tốt, trong đó:

hmin là chiều cao nhỏ nhất để cho dầm đủ cứng trong suốt quá trình làm việc, nghĩa là độ võng của dầm không vượt quá đọ võng giới hạn

hkt là chiều cao tương ứng của dầm với lượng thép làm ít nhất

hmin = 245 E f [∆ l ] γ l

tb ( 3.3 – 115 – kcthep va kccb)Trong đó:

f; Cường độ tính toán, đối với thép CT38, f = 2300 kg.cm (Bảng 1.1 – kct và kccb)

[∆ l ] Là chiều dài trên độ võng cho phép Đối với chế độ làm viêc nhẹ, [∆ l ] = 400 (Bảng

γ c : điều kiện làm việc= 1;

f: cường độ tính toán Tra bảng I.1/285 ta có f= 2300(đơn vị tính toán là kg/cm^2)

M max: momen lớn nhất sinh ra tại giữa dầm = 1 037 000 (kg.cm);

δb = chiều dày bản bụng = 8 (mm) = 0,8 (cm;)

Giả thiết chọn chiều dày bản cánh là 10 (mm)= 1,0 (cm)

h b = Chiều cao bản bụng = h- 2.δc = 31 (cm)

h f: Chiều cao dầm tính đến đường trung hòa của hai bản cánh;

h f= h- δc = 32 cm.

Từ 1, 2 suy ra: bc = F c

Do δ b ≤ δ c ≤ 3δ b nên chọn δ c = 10 mm (Trang 62 –kct) => bc = 150 mm

3.1.3 Thay đổi tiết diện dầm.

*Lý do: Kích thước của dầm chế tạo theo momen và tải trọng max, do vậy nếu toàn bộ

chiều dài cùng kích thước sẽ rất lãng phí Cần thay đổi tiết diện dầm tại các phần có momen khác nhau Thay đổi tiết diện tiết kiệm được kim loại song chi phí sản xuất lại cao, vậy chỉ thay đổi tiết diện cho dầm có chiều dài lớn (≥ 10m)

* Phương pháp: đối với dầm cầu chạy thường thay đổi chiều cao dầm.

* Tiến hành: Chiều dài đoạn thay đổi (hai đầu dầm): c = l/10 = 1 (m)

Bề cao cần thay đổi: h’ = 0,5 h = 16,5 (cm)

Chiều dài đoạn không vát: = chiều rộng dầm công xôn: 30 (cm)

(trang 262 – máy nâng chuyển và thiết bị cửa van)

3.1.4 Kiểm tra bền dầm.

a.Lực và mômen tác dụng lên kết cấu.

Khối lượng xe: 300 kg, Khối lượng dầm: 430 (kg) => q = 0,43 (kg/cm)

Khối lượng vật nâng: 3 500 (kg) => Vậy tổng khối lượng: M = 4.2 tấn = 4 230 (kg)

=> Dầm chịu momen nguy hiểm nhất khi tải trọng đặt ở giữa dầm, chịu ứng suất cắt lớn nhất khi tải trọng nằm ở 1 đầu dầm

Phải xác định lực và mômen lớn nhất theo hai trường hợp sau:

* Giữa dầm:

[τ] = 0,4 σ c = 0,4 2500 = 1000 (kg/cm) (chi tiết máy)chi tiết máy)

Vậy τ /¿ < [τ] => thỏa mãn điều kiện bền theo ứng suất tiếp

3.1.6 Tính toán Tk mối hàn trên dầm ngang:

- Trong các loại mối hàn, mối hàn lõm là tốt nhất do tránh được tập trung ứng suất, đồng thời tiết kiệm được kim loại, que hàn song để đạt được mối hàn như vậy cần phải có yêu cầu tay nghề cao

- Mối hàn lồi có chất lượng kém nhất do tập trung ứng suất lớn, đồng thời loại mối hàn kiếu này không tiết kiệm được que hàn, đây cũng là dạng hàn hay thu được nhất trong quá trình hàn

- Mối hàn thẳng là loại có đặc điểm nằm trong giữa hai loại trên, chúng thường được sử dụng trong thục tế => chọn mối hàn thẳng

a Tính a:

Min a ≥√max t - 0,5 = √1,0 - 0,5 = 0,5 (cm)

Max a ≤0,7 t = 0,7 1 = 0,7 (cm) => Vậy chọn a = 8 (mm)

b Ứng suất tiếp song song:

- Diện tích mối hàn chịu kéo: 2.a = 2.0,8 = 1,6 (cm2)

- Lực cắt lớn nhất tại A khi xe chạm vào đầu dầm, Vz = q+ P(xe+vn)/2= 1901 (kg)

- Sy = Af z = 12 1 17,5 = 210 (cm2)

- => τ /¿ = V I z S y

y. 2a = (1901*210)/(9668*1,6) = 300 < (2400/1,4) (kg/cm) => Đủ bền

3.2 TÍNH TOÁN CHO CÔNG XÔN.

Do dầm AC và BD có tính chất chịu tải đối xứng, vậy ta chi cần tính toán cho một dầm (dầm AC)

a chiều cao: - Chiều cao là thông số cơ bản khi thiết kế dầm Chiều cao phải đảm

bảo yêu cầu sử dụng: dầm phải không võng quá độ võng giới hạn, nhưng cao độ mặt trên,dưới sàn lại bị khống chế bởi yêu cầu công nghệ, đồng thời phải thỏa mãn yêu cầu kinh tế

- Gọi h là chiều cao dầm, khi đó: h ≥ hmin và h càng gần hkt càng tốt, trong đó:

hmin là chiều cao nhỏ nhất để cho dầm đủ cứng trong suốt quá trình làm việc, nghĩa là độ võng của dầm không vượt quá đọ võng giới hạn

hkt là chiều cao tương ứng của dầm với lượng thép làm ít nhất

hmin = 245 E f [∆ l ] γ l

tb ( 3.3 – 115 – kcthep va kccb)Trong đó:

f; Cường độ tính toán, đối với thép CT38, f = 2300 kg.cm (Bảng 1.1 – kct và kccb)

[∆ l ] Là chiều dài trên độ võng cho phép Đối với chế độ làm viêc nhẹ, [∆ l ] = 500 (Bảng

γ c : điều kiện làm việc= 1;

f: cường độ tính toán Tra bảng I.1/285 ta có f= 2300(đơn vị tính toán là kg/cm^2)

M max: momen lớn nhất sinh ra tại giữa dầm = 965 750 (kg.cm);

δb = chiều dày bản bụng = 10 (mm) = 1 (cm;)

Giả thiết chọn chiều dày bản cánh là 15 (mm)= 1,5 (cm)

h = Chiều cao bản bụng = h- 2.δc = 31 (cm)

h f: Chiều cao dầm tính đến đường trung hòa của hai bản cánh;

- Tải trọng phân bố đều lên dầm: q = Q/l = 380/500 = 0,76 (kg/cm)

a.Mômen lớn nhất: (chi tiết máy)uốn)

Mômen tại điểm C là lớn nhất, giá trị này do lực tại đầu công xôn (A) gây nên:

Mc max = Ra lcong xon + q.l l/2 = 3 939 500 + 380 250 = 2 064 500 (kg.cm)

b.Lực:

- Lực lớn nhất tại C R = R + Q = 4 319 (kg)

3.2.4 Kiểm tra ổn định tổng thể

Trong thiết kế dầm, nhằm thỏa mãn điều kiện cường độ khi uốn quanh trục x-x nên

chiều cao h của dầm thường được chọn khá lớn hơn so với chiều rộng bf của bản cánh dầm Với các dầm như vậy, khi tải trọng tác dụng còn bé, dầm chỉ chịu uốn và phát sinh biến dạng võng trong mặt phẳng uốn (ΔY≠0) Nhưng khi tải trọng đạt đến một giá trị nào

đó thì ngoài biến dạng võngtrong mặt phẳng uốn ( ΔY≠0 ) , còn phát sinh biến dạng ở ngoài mặt phẳng uốn ( ΔX≠0) Hình dạng tiết diện dầm không đổi, nhưng các tiết diện bị

xoay tương đối với nhau, và xoay góc Δ≠0 so với vị tư ban đầu Hiện tượng như vậy gọi

là sự mất ổn đình tổng thể hoặc là sự oằn ngang do xoắn (gọi tắt là oằn ngang) của dầm

15

3.2.5 Thiết kế và kiểm tra mối hàn trên dầm công xôn:

a Cho mối hàn liên kết dầm:

* Mối hàn dầm:

Min a ≥√max t - 0,5 = √1,5 - 0,5 = 7,2 (mm)

Max a ≤0,7 t = 0,7 15 = 10,5 (mm) => Vậy chọn a = 8 (mm)

* Kiểm tra mối hàn:

- Ứng suất tiếp song song: τ /¿ = F A = 4 31997 = 44,5

Mômen lớn nhất: (chi tiết máy)uốn)

Mômen tại điểm C là lớn nhất do lực tại đầu công xôn gây nên:

Mc = Ra lcong xon + q.l l/2 = 2 064 500 (kg.cm)

Lực:

3.3 TÍNH TOÁN CỘT (CE HOẶC DF)

- Khối lượng dầm: Md = V.γ = 609 (kg).

- Tải trọng phân bố đều lên dầm:

a.Mômen lớn nhất: (chi tiết máy)uốn)

M max = Mc max = Ra lcong xon + q.l l/2 = 3 939 500 + 380 250 = 2 064 500 (kg.cm)

3.3.4 Thiết kế và kiểm tra mối hàn trên dầm dọc:

- Khối lượng dầm: Md = V.γ = 590 kg.

- Khối lượng toàn bộ nén tại C: R = Rc + 590 = 4 878

Mômen lớn nhất: (chi tiết máy)uốn)

Mômen tại tại mọi điểm trên dầm như nhau do lực tại đầu công xôn gây nên:

- Mối hàn chịu ứng suất pháp vuông góc và ứng suất tiếp song song

* Tính toán ứng suất tiếp song song:

- Diện tích mối hàn chịu kéo: 2.a = 2.0,8 800 = 1 280 cm2

3.4 THIẾT KẾ TẤM ĐỠ PHÍA ĐẦU CÔNGXON.

3.4.1 Chọn vật liệu + kích thước tấm đỡ phía đầu côngxon.

PHẦN IV: THIẾT KẾ - XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÀN.

Giảm tiêu hao kim loại điện cực và điện năng

Biến dạng của liên kết sau khi hàn nhỏ

Điều kiện làm việc của thợ hàn tốt, ít phát sinh khí độc so với hàn hồ quangtay

Dễ cơ khí hóa và tự đông hóa quá trình hàn

b/Lựa chọn thiết bị hàn

 Lựa chọn thiết bị hàn tự động

c/Chuẩn bị liên kết trước khi hàn

Chuẩn bị vát mép và gá lắp vật hàn cho hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ yêucầu cẩn thận hơn nhiều so sói hàn hồ quang tay Mép hàn phải phẳng, khe hở hànđều để cho mối hàn đều đặn, khônh bị cong vênh , rỗ

Với hàn hồ quang dưới lớp thuốc, liên kết hàn có chiều dày nhỏ hơn 20 mm

Trước khi hàn phai làm sạch mép trên một chiều rộng 50 – 60 mm về cả hai phíacủa mối hàn, sau đó hàn đính bằng que hàn chất lượng cao.

4.1.2 Tính toán chế độ hàn

Do chiều dài mối hàn lớn nên chọn phương pháp hàn là hàn tự động dưới lớpthuốc Khi hàn dưới lớp thuốc có thể dung dòng một chiều cực dương hoặc âm vàdòng xoay chiều Hàn với cực dương (ngược cực) cho độ ngấu lớn nhất Độ ngấuthấp nhất khi hàn với cực âm (thuận cực) và trung bình khi hàn với dòng xoaychiều Ta nên chọn hàn dưới lớp thuốc với dòng xoay chiều do tính thuận tiện,thích hợp với sản xuất và kinh tế hơn