Tính toán dầm chịu tải an toàn cho cơ cấu nâng

MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 DẦM 4 1.1.1. Khái niệm. 4 1.1.2. Phân loại. 4 1.1.3 Cách liên kết dầm. 5 1.2 CƠ CẤU NÂNG: 6 1.2.1 Khái niệm: 6 1.2.2 Phân loại: 6 1.2.3 Cấu tạo chung của cầu trục: 7 PHẦN 2: TÍNH DẦM CẦU TRỤC (D) 8 1. Xác định kích thước tiết diện của dầm cầu trục 8 a, Tính toán sơ bộ lần 1 8 b, Tính chọn sơ bộ lần 2 10 PHẦN 3: TÍNH TOÁN DẦM DỌC a, Tính chon sơ bộ lần 1 15 b, Tính chọn Sơ bộ lần 2 17 PHẦN 4: TÍNH TOÁN GỐI ĐỠ 21 PHẦN 5. XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÀN 26 5.1 Phương pháp hàn và chế độ hàn. 27 5.2 Lựa chọn thiết bị, dụng cụ và vật liệu hàn. 27 5.3 Trình tự gá lắp và hàn đính. 28 5.4 Trình tự thực hiện các mối hàn trong kết cấu. 28 5.5 Các khâu kiểm tra, giám sát trong quá trình chế tạo 29 PHẦN 5:TỐI ƯU HÓA SẢN XUẤT 32 PHẦN 6: kẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= 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. Với đề tài: “Tính toán dầm chịu tải an toàn cho cơ cấu nâng” đã giúp ích cho em rất nhiều. Trong quá trình thực hiện đồ án tuy đã cố tìm tòi, nghiên cứu tài liệu và được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong tổ môn đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn trực tiếp Nguyễn Trọng Thông. Nhưng do những hạn chế về mặt kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đồ án có được tính chính xác và hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, tháng 09 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 1 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 DẦM 4 1.1.1. Khái niệm. 4 1.1.2. Phân loại. 4 1.1.3 Cách liên kết dầm. 5 1.2 CƠ CẤU NÂNG: 6 1.2.1 Khái niệm: 6 1.2.2 Phân loại: 6 1.2.3 Cấu tạo chung của cầu trục: 7 PHẦN 2: TÍNH DẦM CẦU TRỤC (D) 8 1. Xác định kích thước tiết diện của dầm cầu trục 8 a, Tính toán sơ bộ lần 1 8 b, Tính chọn sơ bộ lần 2 10 PHẦN 3: TÍNH TOÁN DẦM DỌC a, Tính chon sơ bộ lần 1 15 b, Tính chọn Sơ bộ lần 2 17 PHẦN 4: TÍNH TOÁN GỐI ĐỠ 21 PHẦN 5. XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÀN 26 5.1 Phương pháp hàn và chế độ hàn. 27 5.2 Lựa chọn thiết bị, dụng cụ và vật liệu hàn. 27 5.3 Trình tự gá lắp và hàn đính. 28 5.4 Trình tự thực hiện các mối hàn trong kết cấu. 28 5.5 Các khâu kiểm tra, giám sát trong quá trình chế tạo 29 PHẦN 5:TỐI ƯU HÓA SẢN XUẤT 32 PHẦN 6: kẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 2 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CỦA DẦM CẦU TRỤC Gồm 6 phần Phần 1 : Tổng quan Phần 2 : Tính toán dầm cầu trục (D) Phần 3 : Tính toán dầm nhịp dọc(N) Phần 4 : Tính toán gối đỡ dầm nhịp dọc Phần 5 : Tính toán quy trình hàn Phần 6 : Kết luận Với các thông số như sau: - Tất cả các liên kết đều thực hiện bằng phương pháp hàn. - Vật liệu là thép S235 Tên thép %C %Si %Mn %P %S Độ kéo dài (%) σ ch (kN/cm 2 ) Độ bền kéo (MPa) S235 0.14 - 0.22 ≤ 0. 3 0.3-0.65 ≤0.045 ≤0.05 26 2350 375-500 - Khối lượng riêng 7,85 (tấn/m 3 ) - Hệ số an toàn (n=1,3) - Phân tích thiết kế theo điều kiện trạng thái ứng suất cho phép. - Thông số kích thước cơ bản(tương ứng theo bảng sau). =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 3 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= Q(tấn) M(m) S(m) n(m) 10 16 6 21 Cần tính toán thiết kế kết cấu sao cho đảm bảo những yêu cầu sau: - Đảm bảo các điều kiện chịu cho phép của kết cấu khi làm việc. - Vật liệu thép S235 PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 DẦM: 1.1.1 KHÁI NIỆM: Dầm là kết cấu chịu uốn có bản bung đặc, là kết cấu cơ bản trong xây dựng và công nghiệp. Được dùng làm sàn nhà, dầm cầu, kết cấu chịu lực của các loại máy vận chuyển 1.1.2 PHÂN LOẠI: a. Theo cấu tạo ta có: * Dầm định hình: - Dầm chữ I: Dùng trong 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 liên kết với các chi tiết khác. + Đặc điểm: Dễ chế tạo Liên kết đơn giản Dầm định hình Kích thước hạn chế Tốn kém do δ b lớn hơn yêu cầu thiết kế. Để khắc phục dùng dầm dập từ thép bản mỏng. -Dầm tổ hợp hàn: được cấu tạo gồm ba bản thép ghép lại bằng đường hàn góc. Hai bản nằm ngang – hai cánh dầm. Bản thẳng đứng – bản bụng. So với dầm đinh tán, ít tốn vật liệu và nhẹ hơn, chi phí cấu tạo ít hơn vì vậy chúng được sử dụng niều hơn. -Dầm tổ hợp đinh tán: Gồm 1 bản thép đặt đứng làm bản bụng, hai cánh dầm, mỗi cánh gồm hai thép góc chữ L và có thể them 1 hoặc hai bản thép nằm ngang gọi là bản đạy. =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 4 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= Vì phải khoét lỗ nên tốn công chế tạo và hao phí vật liệu nhưng chịu lực tốt. Chúng được dùng khi chịu tải trọng lớn hoặc chịu tải trọng động.  Đặc điểm dầm tổ hợp: Kích thước lớn. Tiết kiệm thép. Tốn công chế tạo. *Kết luận: - Nên dùng dầm định hình nếu về cấu tạo cho phép và đảm bảo cường độ, độ cứng, độ ổn định. - Dùng dầm tổ 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. 1.1.3 CÁCH LIÊN KẾT DẦM. a. Liên kết chồng: Dầm nọ gác nên dầm kia. -Đơn giản, dễ lắp ghép. -Làm tăng chiều cao công trình. -Độ cứng vững và khả năng chị lực không cao. Sàn làm việc như bản kê 2 cạnh. b. Liên kết cùng bản mặt: Bố trí sao cho cánh trên của dầm có cùng độ cao. -Làm giảm được chiều cao xây dựng của hệ dầm. Có thể tăng chiểu cao dầm chính. - Toàn hệ dầm có độ ổn định lớn. - Sàn có độ cứng vững và khả năng chịu tải lớn nhờ làm việc như bản kê 4 cạnh. - Cấu tạo phức tạp hơn lien kết chồng, được dùng trong hệ dầm phổ thông. c. Liên kết thấp. =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 5 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= Các dầm phụ đặt thấp hơn dầm chính. Dầm sàn đặt cạnh bằng mặt với dầm chính. Có ưu điểm như lien kết bằng mặt nhưng phức tạp hơn nhiều. chỉ dùng cho hệ phức tạp. 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 kiểu treo + Cầu trục hai dầm cũng có kiểu tựa và treo: =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 6 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= Cầu trục hai dầm kiểu tựa. 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 =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 7 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= 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 trục thường 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. PHẦN 2: TÍNH DẦM CẦU TRỤC (D) Do trong xưởng luôn có sự mất ổn định và khi nâng hạ các vật nặng thì gây ra xoắn .Do đó ta chọn dầm cầu trục (D) có dạng hộp.Vì dầm hộp có khả năng chống xoắn tốt nhất . 1. Xác định kích thước tiết diện của dầm cầu trục : * Chiều cao của dầm cầu trục ở tiết diện giữa phụ thuộc vào tầm rộng của cầu và lấy bằng H = =       ÷=       ÷ 15800 18 1 14 1 18 1 14 1 L 1129 ÷ 878 mm * Chiều dài đoạn nghiêng : C = (0,1 ÷ 0,2)L = (0,1 ÷ 0,2)15800 = 1580 ÷ 3160 mm Lấy C = 2000 mm a, Tính chọn sơ bộ lần 1 : Ta chọn H = 900 mm Khi đó : * Chiều cao của dầm ở tiết diện gối tựa : H 1 = 0,5H = 0,5.900 = 450 mm * Chiều rộng thanh biên trên : B o = (0,33 ÷ 0,5)H = (0,33 ÷ 0,5)900=297 ÷ 450 mm =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 8 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= Lấy B o = 400 mm * Để đảm bảo độ cứng của dầm ,thì bề rộng B giữa các thành đứng lấy bằng : B = 31639715800 50 1 40 1 50 1 40 1 ÷=       ÷=       ÷ L mm Lấy B = 360 mm * Thanh biên trên của dầm dùng thép tấm dày mm8 1 = δ , thanh biên dưới mm6 2 = δ , chiều dày thành đứng mm6 3 = δ Từ các kích thước trên ta có thể xác định được sơ bộ kích thước tiết diện ngang của dầm cầu trục như hình vẽ - Gọi hể tích của dầm cầu trục là V thì : V = 2V 1 + 2V 2 + V 3 Trong đó : + Thể tích phần tiết diện lớn nhất dầm cầu trục (D) : V 3 = 400.8.10600 + 400.6.10600 + 2.886.6.10600 =172059200(mm 3 ) + Thể tích phần tiết diện phần vát dầm cầu trục (D) : V 2 = 400.8.2000 + 400.6. 22 2000450 + + + 2(6.436.2000 + 2 1 .450.2000.6) =27184000(mm 3 ) + Thể tích phần đầu dầm cầu trục (D) : =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 9 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ Án Kết Cấu Hàn . Khoa Cơ Khí Lớp HK5 ======================================= V 1 = 400.8.600 + 400.6.600 + 2.436.6.600 =6499200(mm 3 ) Vậy thể tích của dầm cầu trục là : V = 2.6499200 + 2.27184000 + 172059200 =239425600 (mm 3 )  Khối lượng của một dầm : m = 7,85.239425600.10 -9 = 1,8795(tấn)  P =18,795 (KN) - Lực phân bố đều trên một dầm: q = L P = = 8,15 795.18 1,1895(KN/m)  Mômen uốn do lực phân bố đều gây ra: M q = 118,37 8 8,15.1895,1 8 22 == ql (KN/m) * Các chi tiết khác như đường day, cầu thang, lan can, cáp điện… trên cầu trục khoảng 0,2 tấn Vậy tổng khối lượng của cơ cấu di chuyển là : 2 + 0,2 = 2,2 (tấn) = 22 kN - Mô men uốn do lực tập trung gây ra trên một dầm : M p = 5,457 2 15 . 2 22100 . = + =eF (KN) - Mô men lớn nhất ở giữa giầm : M y = M q + M Q = 37,118 + 457,5 = 494,618(KNm) * Kiểm tra bền ở giữa dầm : Ở giữa dầm chịu uốn rất lớn Ta chọn hệ số an toàn là n = 1,3 Khi đó : [ σ ] = 76,180 3,1 235 == n σ (N/mm 2 ). - Ứng suất uốn : y y u I zM max . = σ Trong đó : I y = 2 3 2 3 2 3 468.6.400 12 6.400 425.8.400 12 8.400 22.886.6.2 12 886.6 .2 +++++ =1812317923 (mm 4 ) Z max = 471 (mm) Vậy : )/(5.128471. 1812317923 10.618,494 . 2 6 max mmN I zM y y u === σ Ta thấy : [ ] 2 /76,1805.125 mmN u =<<= σσ Vậy tiết diện của dầm cầu trục như ta đã chọn thừa bền. b, Tính chọn sơ bộ lần 2 : Ta chọn H = 880 mm Khi đó : =========================== Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Hiền 10 [...]... đã cơ bản biết lựa chọn, tính toán và kiểm tra bền cho một kết cấu nói chung và dầm cầu trục nói riêng Ở đây việc lựa chọn các kích thước bản bụng, bản cánh, kích thước đầm hộp,kích thước mối hàn đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật, ngoài ra việc lựa chọn này phải đảm bảo cả tính thẩm mỹ .tính toán bền đẹp ổn định khẳ năng làm việc khả năng chịu tải của kết cấu. đảm bảo tinhd kinh tế và tính kỹ thuật cho kết cấu. .. tổ hợp chữ I sao cho phù hợp với ứng suất cho phép  Đối với gối đỡ dầm nhịp dọc ta cũng chọn sơ bộ kích thước dầm Công Xon sau đó điều chỉnh kích thước của dầm sao cho phù hợp vời ứng suất cho phép  Nguyên lý tính toán mối hàn: Ta tính toán mối hàn theo điều kiện hàn đối với kết cấu thép sau đó điều chỉnh kích thước đó sao cho phù hợp với điều kiện tính toán Những công việc đã thực hiện được: sau... Yên Khoa Cơ Khí Đồ Án Kết Cấu Hàn Lớp HK5 ======================================= Nguyên tắc tính toán xuyên suốt trong đồ án môn kết cấu là theo điều kiện trạng thái ứng suất cho phép Vì vậy các điều kiện tính toán thiết kế sẽ phải thỏa mãn được ứng suất cho phép và phù hợp với thông số đầu vào của bài toán ( như yêu cầu của vật liệu, trạng thái làm việc của dầm cầu trục )  Nguyên lý tính toán kích... Cơ Khí Đồ Án Kết Cấu Hàn Lớp HK5 ======================================= PHẦN 3 : TÍNH TOÁN DẦM DỌC (N) Dầm dọc (N) có chiều dài S = 6m Ta chọn dầm tổ hợp chữ I để chế tạo kết cấu Sử dụng thép S235 để chế tạo Thông số đầu vào: Q=69(KN) cũng chính là lực tập trung( Vz) được tính ở phần 1.Ta có lực ở hai đầu dầm (D) cũng chính là lực tác động lên dầm nhịp dọc (N) a, Tính chọn sơ bộ lần 1 : - Chọn dầm. .. dầm chịu cắt ở giữa dầm: V =  Q S 69 6 + q = + 0,6 = 36,3( KN ) 2 2 2 2 ứng suất cắt lớn nhất giữa dầm sẽ là : σc = V 36,3.10 3 = = 4,65( N / mm 2 ) . L P = = 8,15 795.18 1,1895(KN/m)  Mômen uốn do lực phân bố đều gây ra: M q = 118,37 8 8,15.1895,1 8 22 == ql (KN/m) * Các chi tiết khác như đường day, cầu thang, lan can, cáp điện… trên cầu trục khoảng. L P = = 8,15 83,17 1,13(KN/m)  Mômen uốn do lực phân bố đều gây ra: M q = 3,35 8 8,15.13,1 8 22 == ql (KN/m) * Các chi tiết khác như đường day, cầu thang, lan can, cáp điện… trên cầu trục khoảng. chế Tốn kém do δ b lớn hơn yêu cầu thiết kế. Để khắc phục dùng dầm dập từ thép bản mỏng. -Dầm tổ hợp hàn: được cấu tạo gồm ba bản thép ghép lại bằng đường hàn góc. Hai bản nằm ngang – hai cánh