KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC

Máy trục (máy nâng chuyển) là những máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ các thiết bị mang hàng trực tiếp hoặc gián tiếp.

Trang 1

Phần I: Giới thiệu chung

I – Giới thiệu :

Máy trục (máy nâng chuyển) là những máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ các thiết bị mang hàng trực tiếp hoặc gián tiếp Phạm vi sử dụng của máy trục rất rộng như: Phục vụ công tác xếp dỡ hàng hóa ở cảng biển, cảng sông, các phân xưởng trong nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, khai khoáng, các công trình xây dựng … Ngoài ra, còn một số máy trục còn phục vụ công tác chở người như: thang máy, cầu treo trong các khu du lịch

Với nền kinh tế phát triển như hiện nay, việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa cần phải tiến sang một bước cao hơn Vấn đề đưa máy móc vào trong sản xuất thay thế sức người ngày càng được hoàn thiện hơn Công lao hàng đầu phải kể đến ngành cơ khí, đã cho ra đời những loại máy móc phục vụ cho nền kinh tế trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa không những trong nước mà trên toàn cả thế giới

Những năm trước đây, máy trục còn được chế tạo với sức nâng nhỏ, không lớn lắm

mà kích thước thì rất lớn, cồng kềnh Trong những năm gần đây, ngành cơ khí đã cho ra đời những loại máy trục có sức nâng lớn và rất lớn (lên đến hàng ngàn tấn), nhưng kết cấu bền vững, kích thước lại nhỏ gọn hơn Vấn đề nào đã giúp cho ngành cơ khí có

những bước tiến mạnh mẽ như vậy? Đó chính là quá trình nghiên cứu tính toán độ bền,

độ ổn định, độ cứng kết cấu thép của toàn bộ cần trục bên cạnh đó không thể không có những kinh nghiệm thực tế mà chúng ta đúc rút được từ những cần trục ra đời trước đó

Để giúp cho chúng ta biết được phương pháp tính toán kết cấu kim loại máy trục thì môn

học KẾT CẤU THÉP đóng vai trò rất quan trọng Đặc điểm của kết cấu thép là: Có khả

năng chịu lực lớn; độ tin cậy cao; trọng lượng nhẹ; tính công nghiệp hóa cao;tính cơ động trong việc vận chuyển và lắp ráp; tính kín và tính dễ liên kết cao Mặt khác, kết cấu thép

là loại kết cấu đặc trưng trong máy trục Nhưng vấn đề cần lưu ý khi chúng ta sử dụng kết cấu thép trong máy trục là nó dễ bị gỉ, chịu lửa kém và giá thành cao

II – Giới thiệu về cần trục chân đế:

Cần trục chân đế là loại máy trục được sử dụng để phục vụ công việc xếp dỡ hàng hóa trên các bến cảng hoặc kho bãi Cần trục chân đế có sức nâng từ Q = 3.2 T đến 40 T; chiều cao nâng H = 40÷ 60 m; vận tốc di chuyển của cần trục là vdc = 20÷ 25 m; tốc độ quay n = 1÷ 2 vòng/phút Để đảm cho mã hàng được di chuyển theo phương ngang khi nâng hạ cần chúng ta có thể sử dụng phương pháp cân bằng bằng hệ palăng cáp hoặc dùng cơ cấu 4 khâu bản lề (cần có vòi) Cân bằng cần trục chân đế bằng đối trọng

Căn cứ vào thiết bị đỡ quay, cần trục chân đế được chia làm 2 loại:

- Cần trục chân đế kiểu mâm quay

- Cần trục chân đế kiểu cột quay

Căn cứ vào kết cấu thép hệ cần chía làm 2 loại:

Trang 2

- Cần trục chân đế hệ cần không có vòi

Chú thích: 1-Cơ cấu di chuyển; 2-Chân đế; 3-Vành răng cố định; 4-Cabin

điều khiển; 5-Cụm móc treo; 6-cần; 7-Vòi; 8-Cáp giằng vòi; 9-Cáp nâng hàng; 10-Đối trọng cân bằng hệ cần; 11-Giá đỡ chữ A; 12-Buồng máy; 13- Đối trọng cân bằng cơ cấu quay; 14-Bánh răng hành tinh; 15-Lan can để sửa

Trang 3

chữa; 16-Cụm puly đầu vòi; 17-Puly đầu cần; 18-Thanh răng; 19-Cầu thang; 20-Thanh giằng chân đế.

Phần II: Tính toán thiết kế hệ cần – vòi

Cần trục chân đế làm việc ở các bến cảng, kho bãi; khoảng không gian làm việc phải rộng; để dảm bảo cho mã hàng được di chuyển theo phương ngang khi nâng hạ cần thay đổi tầm với đươc thuận lợi, ta dùng giằng vòi là giằng mềm (tức là dùng dây cáp để giằng vòi) Để đảm bảo cho cần và vòi có khả năng chống lại moment xoắn do các tải trọng tác dụng lên hệ cần – vòi khi cần trục làm việc; ta dùng kết cấu thép hệ cần – vòi là kết cấu hộp (được hàn từ các tấm thép lại với nhau hoặc các tấm thép được liên kết với nhau bằng mối ghép bulông) Kết cấu hệ cần – vòi như hình vẽ:

Chú thích: 1-Cần; 2-vòi; 3-Cáp giằng vòi.

Vật liệu để chế tạo cần trục là thép CT3; các đặc trung của thép CT3:

- Modun đàn hồi khi kéo: E = 2,1.106 kG/cm2

- Modun đàn hồi trượt: G = 0,81.106 kG/cm2

- Giới hạn chảy: σc= 2400 – 2800 kG/cm2

- Giới hạn bền: σb= 3800 – 4200 kG/cm2

Trang 4

- Khối lượng riêng: γ = 7,83 T/ m3

- Độ dãn dài khi đứt: ε 0 = 21%

- Ứng suất cho phép lớn nhất:

5 , 1

Trang 5

-Lực quán tính khi khởi

động(hãm) cơ cấu thay

- Trường hợp II: Tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc Đó là các tải trọng giới hạn tác dụng lên máy trục khi làm việc ở điều kiện nặng nhất với tải trọng nâng đúng tiêu

chuẩn.Trường hợp này để tính toán máy trục theo độ bền và độ ổn định

- Trường hợp III: Tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc Các tải trọng như: Trọng lượng bản thân, tải trọng gió bão, tải trọng lắc động và sóng Trường hợp này để tiến hành kiểm tra độ bền kết cấu và ổn định cần trục

- Tổ hợp III: Cần trục không làm việc, chịu tác dụng của gió bão

IV- Tính toán kết cấu thép vòi:

1- Tại tầm với lớn nhất - Tính theo tổ hợp IIa:

a- Các thông số:

δ

Trang 6

- Trọng lượng hàng tương đương: Qtd = ψII Q = 1,3.16000 = 208000 kG

Với ψ =II 1,3 (Tra bảng 4.3; trang 264; sách KCKLMT) chế độ làm việc Trung Bình

- Lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp là:

1 1

2 2

Theo sơ đồ trên ta có:

Trang 7

- sin 363, 6.s in200 124, 4

11

v vx

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0 ⇒ Q = - 19546 KGz=8 ⇒ Q = - 22280 kGN=Qx+Gvx.z

z=0 ⇒ N = 7114kGz=8⇒ N = 8110 kG

Trang 8

+ Xét tại mặt cắt (2-2); cách C một khoảng z:

Mx = - (Rcy.Z+ Gvy.Z.Z/ 2)

z=0 ⇒ Mx=0z=3 ⇒ Mx= - 167300 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0 ⇒ Q = 56280 kGZ=3 ⇒ Q = 57305 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0 ⇒ N = 97480 kG Z=3 ⇒ N = 97107 kG

Ta có biểu đồ nội lực như sau:

1 1 2 2

M x (kGm)

Q y (kG)

N (kG)

167300 56280 57305 19546

Trang 9

+ Lực căng cáp nâng hàng: Sc = a Q.η =1.0,9816000 = 16327 kG

+ Lực quán tính khi thay đổi tầm với: Fqt = 0,1.Gv = 400 kG

+ Coi lực quán tính là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi:

fqt = 400

11

qt v

Trang 10

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0 ⇒ N = 5472 kGz=8⇒ N = 6467 kG

Trang 11

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0 ⇒ N = 75448 kG Z=3 ⇒ N = 75075 kG

1 1 2 2

Trong đó: - pv : là áp lực gió lên vòi pv = q0.n.c.η.β

q0: là áp suất động của gió ở độ cao 10m so với mặt đất; ở trạng thái làm việc lấy q0 = 15 kG/m2

n: là hệ số hiệu chỉnh tăng áp phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất Cần trục làm việc ở độ cao 20 ÷30 m Tra bảng 4.5, trang 91, sách KCKLMT Ta lấy n = 1,5.

c: là hệ số khí động học của kết cấu Hệ cần vòi có kết cấu là dầm hộp Tra bảng 4.6 trang91, sách KCKLMT Chọn c =1.4

η: là hệ số quá tải Tính theo phương pháp ứng suất cho phép lấy η=1

Trang 12

β: là hệ số kể tới tác động của gió Chọn β = 1.

⇒ pv = q0.n.c.η.β = 15.1,5.1,4 = 31,5kG/m2

- Fv : là diện tích chắn gió của vòi Fv = 15 m2

Vậy tải trọng gió tác dụng lên vòi là: Pgv = pv.Fv = 31,5.15 = 472,5 kG

Lực gió tác dụng lên vòi phân bố đều theo chiều dài của vòi:

472,5

11

v g g v

+ Các moment xoắn Mc và Mg tác dụng lên vòi và giằng do lực ngang T gây ra

Dựa vào sơ đồ tính ta có: Mc + Mg = T a R b − g.

Gọi độ cứng của cần và giằng vòi lần lượt là Cc và Cg ; độ cứng chống xoắn của vòi và giằng lần lượt là Gc và Gg

Trang 13

1 1

Trang 14

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0 ⇒ Q = - 13370 KGz=8 ⇒ Q = - 15242kGN=Qx+Gvx.z

z=0 ⇒ N = 15934 kGz=8⇒ N = 18166 kG

z=0 ⇒ Mx=0

Trang 15

z=3 ⇒ Mx= 114453 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0 ⇒ Q = 37800 kGZ=3 ⇒ Q = 38502 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0 ⇒ N = -307856 kG Z=3 ⇒ N = - 308693 kG

1 1 2 2

M x (kGm)

Q y (kG)

N (kG)

114453 37800 38502

13370 15242

Trang 16

+ Lực quán tínhtiếp tuyến khi thay đổi tầm với:

Fqt = 0,1.Gv = 400 kG + Coi lực quán tính là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi:

fqt = 400

11

qt v

1 1

Trang 17

δ δ

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0 ⇒ N = 12258 kGz=8⇒ N = 14490 kG

z=0 ⇒ Mx=0z=3 ⇒ Mx= - 90768 kGm

Trang 18

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0 ⇒ Q = 29905 kGZ=3 ⇒ Q = 30607 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0 ⇒ N = -243557 kG Z=3 ⇒ N = -244394 kG

1 1 2 2

Trang 19

1 1

2

Theo sơ đồ trên ta có:

Trang 20

- sin 363, 6.s in850 362, 2

11

v vx

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0 ⇒ Q = - 1813 KG

Trang 21

z=8 ⇒ Q = - 2067 kGN=Qx+Gvx.z

z=0 ⇒ N = 2072 kGz=8⇒ N = 4970 kG

z=0 ⇒ Mx=0z=3 ⇒ Mx= - 15518 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0 ⇒ Q = 5125 kGZ=3 ⇒ Q = 5220 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0 ⇒ N = 2841 kG Z=3 ⇒ N = 1755 kG

M x (kGm)

Q y (kG)

N (kG)

15519 5125 5220 1813 2067 2072 2841

Trang 22

+ Lực căng cáp nâng hàng: Sc = a Q.η =1.0,9816000 = 16327 kG

+ Lực quán tính khi thay đổi tầm với: Fqt = 0,1.Gv = 400 kG

+ Coi lực quán tính là lực phân bố đều trên chiều dài của vòi:

fqt = 400

11

qt v

1 1

R

Trang 23

Q = -(Qy+Gvy.Z)

z=0 ⇒ N = 15939 kGz=8⇒ N = 18837 kG

z=0 ⇒ Mx=0z=3 ⇒ Mx= - 13175 kGm

Q = (Rcy+Gvy.z)

Z=0 ⇒ Q = 4344 kGZ=3 ⇒ Q = 4439 kG

N = Rcx-Gvx.Z

Z=0 ⇒ N = 2408 kG Z=3 ⇒ N = 3495 kG

Trang 24

V- Kiểm tra điều kiện bền của vịi:

1 Tại mặt cắt B –B

Trang 25

) ( 51400 27600

23800

) ( 27600 13800

2

) ( 13800 30

460

2

) ( 23800 11900

2

) ( 11900 10

1190

2

2 2

2 0

2 1

2

2 2

1

mm F

F F F

mm F

mm H

F F F

mm F

mm B

F F F

t b i t

t t

b

b b

= +

* Xác định momen quán tính của tiết diện đối với trục X và Y

- Xét tấm biên :

) ( 10 14 , 0 12

10 1190 12

.

) ( 99167 12

10 1190 12

.

4 10

3 3

2 1

4 3

3 2

1

mm

B J

J

mm

B J

J

b y

y

b x

Tịnh tiến hệ trục (X 1 O 1 Y) và (X 2 O 2 Y) về hệ trục OXY với khoảng cách trục

10 460 2

0

0 0

0

mm

H Y

X b

δ

Ta được :

) ( 10 147

) ( 10 374 11900 235 99167

4 7

2 2 0 2 0

2 0

1

4 7

2 2

2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y

b x

x

= +

=

= +

=

- Xét 2 tấm thành :

) ( 84375 12

460 30 12

.

) ( 10 375 , 3 12

460 30 12

.

4

3 0 3 4 3

4 7

3 3

0 4

3

mm

H J

J

mm

H J

J

t y y

t x

Tịnh tiến hệ trục (XO 3 Y 3 ) và (XO 4 Y 4 ) về hệ trục OXY với khoảng cách trục:

30 1190 2

0

0 0

) ( 49218750 20460

0 99167

4 7

2 0

0

4 2

2 2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

= +

=

= +

=

Trang 26

- Xét toàn bộ mặt cắt tiết diện :

( ) 576 10 ( )

2

) ( 10 352 2

4 7

0 3

0 1

4 7

0 3

0 1

mm J

J

mm J

J

y y Y

x x X

= +

=

= +

=

Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X

) ( 10 213 165

10

max

mm Y

10

max

mm X

max

/ 72

, 2 10 213

322188 114000

337480

mm KG W

M W

M F

N

X

X Y

Y

= +

=

+ +

c x d Qd

b J

S Q

75 330 (

210000

H F H

−

J x : Momen quán tính của tiết diện đối với trục x, J x = 352.10 7 ( mm 4 )

b x c : Chiều rộng tiết diện bị cắt

b c

x = 2.δt = 2.15 = 30 ( mm )

) / ( 16 , 4 30 10 352

10 04 , 55

7

6

mm KG

Qd = =

τ

- Ứng suất tương đương

2 2

2 max 3 2 , 72 3 4 , 16 7 , 7 KG/mm

Trang 27

KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH

1- Kiểm tra ổn định dầm chính :

* Ổn định cục bộ dưới tác dụng ứng suất pháp do momen uốn M gây ra tại mặt cắt nguy hiểm :

- Đặc trưng hình học của dầm tại mặt cắt nguy hiểm :

J

63800

10

352 7

Độ mảnh của thanh :

1 , 61 8 , 234

16000 1

337480

mm N mm

=

σ

Dầm đủ ổn định

VII-: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN

1- VỊ TRÍ TẦM VỚI LỚN NHẤT.

Trang 28

 Trọng lượng bản thân cần phân bố đều theo chiều dài cần:

1 Các phản lực gối tựa:

Trang 29

1 Trong mặt phẳng thẳng đứng:

Các lực tác dụng :

 Lực quán tính tiếp tuyến của cần khi thay đổi tầm với coi như phân

bố đều theo chiều dài cần:

f qt = 0,231 c

c

qt G L

F

= = 0,1.1600023 = 608 KG/m

Các phản lực gối tựa:

 Phản lực trong thanh răng R F

 Phản lực gối tựa tại chốt đuôi cần R o’ , R o’’

 ∑Mo=0 ⇔ R F sin 50 0 b- q cy L.L/ 2 – Fqt.L.L/ 2

R F =40526 KG

Trang 30

17677 8372

29827 75352

f qt

176547

221064 186015

Trang 31

2 Trong mặt phẳng ngang:

 tải trọng gió phân bố đều theo phương ngang:

Trang 32

c : hệ số khí động học , c = 1,4 ( bảng 1.7 [1] ).

β : hệ số động lực, β = 1

F c : diện tích chắn gió của cần, F c =30 m 2

P g c = 945 KG

q g =

c

c g

L

P

= 41 KG/m 2

 Khi lực ngang T tác dụng ở đầu vòi sẽ gây ra uốn và xoắn cần

cũng như giằng vòi Momen tương hỗ từ vòi truyền lên cần do lực ngang T gây ra :

Phản lực tại chốt chân cần

Q= q g L

M= M B - q g L.L/ 2

Trang 33

2- VỊ TRÍ TẦM VỚI TRUNG BÌNH.

2 Các lực tác dụng lên cần:

2 Các phản lực gối tựa:

Trang 34

161725 171345

Trang 35

SB

f qt = 0,231 c

c

qt G L

F

= = 0,1.1600023 = 60,86 KG/m

1 Các phản lực gối tựa:

Trang 36

137234 148353

13476 8115

15371 73029

N (KG) Q(KG)

M x (KGm)

R o'' a

Trang 38

Trang 39

65314 66293

Trang 40

RB

SB

f qt = 0,231 c

c

qt G L

F

= = 0,1.1600023 = 60.86 KG/m

2 Các phản lực gối tựa:

 ∑Mo=0 ⇔ R F sin 72 0 b- q cy L.L/ 2 – Fqt.L.L/ 2

Trang 41

64979 66526

Trang 42

VIII- KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN VÀ ỔN

ĐỊNH CẦN

Để tiến hành kiểm tra bền cần ta thực hiện 3 mặt cắt :

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết cần và thanh kéo dối trọng ( mặt

cắt có nội lực sinh ra lớn nhất )

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết cần và vòi

 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết đuôi cần

Ta đặt các tấm lát liên tục trên tấm biên chịu nén cản trở sự xoay của tiết diện dầm nên có thể bỏ qua bước kiểm tra ổn định tổng thể của cần khi chịu xoắn

1 Mặt cắt đi qua vị trí chốt kiên kết cần và thanh kéo dối trọng

* Kích thước hình học mặt cắt :

Trang 43

) ( 44000 22000

2

) ( 22000 10

2200

2

) ( 87600 43800

2

) ( 43800 1460

30 2

2 2

2 0

2 1

2

2 2

1

mm F

F F F

mm F

mm H

F F F

mm F

mm B

F F F

t b i t

t t

b

b b

= +

* xác định momen quán tính của tiết diện đối với các trục X và Y

- Xét 2 tầm biên :

Trang 44

) ( 2500470000 12

30 1460 12

.

) ( 354375 12

30 1460 12

.

4 3

3 2 1

4 3

3 2

1

mm

B J

J

mm

B J

J

b y

y

b x

Tịnh tiến hệ trục (X 1 O 1 Y) và (X 2 O 2 Y) về hệ trục OXY với khoảng cách trục

110 2200 2

0

0 0

δ

Ta được

) ( 10 5 , 2

) ( 10 232 , 1 18900 5 , 807 354375

4 9

2 2 0 2 0 2 0

1

4 10

2 2

2 0 2 0

2 0

1

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y y

b x

x

= +

=

= +

=

- Xét 2 tấm thành :

) ( 10 5 , 4 12

2200 10 12

.

) ( 10 12 , 5 12

2200 10 12

4 5

3 0 3 4 3

4 9

3 3

0 4

3

mm

H J

J

mm

H J

J

t y y

t x

Tịnh tiến hệ trục (XO 3 Y 3 ) va ø(XO 4 Y 4 ) về hệ trục OXY với khoảng cách trục

10 1460 2

0

0 0

) ( 10 82 , 13 24000 5 , 602 10

12 , 5

4 5

2 2 0 2 0 4 0

3

4 9

2 9

2 2 0 3 0 4 0

3

mm F

X J J

J

mm F

Y J J

J

b y

y y

t x

x x

= +

=

= +

4 10

5 5

0 3

0 1

4 10

10 10

0 3

0 1

mm J

J J

mm J

J J

y y Y

x x X

= +

=

= +

=

Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X

) ( 10 414 , 6 815

10 228 ,

max

mm Y

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	1,96 MB