Thiết kế tối ưu kết cấu thép cầu trục

Bộ GIáO DụC ĐàO TạO Tr-ờng đại học BáCH KHOA Hà NộI ============ NGUYN HNG TIN THIT K TI U KT CU THẫP CU TRC Chuyờn ngnh: C hc k thut LUN VN THC S KHOA HC Hà Nội 12/ 2013 B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - NGUYN HNG TIN THIT K TI U KT CU THẫP CU TRC CHUYấN NGNH: C HC K THUT LUN VN THC S KHOA HC NGI HNG DN KHOA HC : TS Trnh ng Tớnh H Ni, Thỏng 12 nm 2013 LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun ny hon ton tụi thc hin Cỏc on trớch dn v s liu s dng lun u c dn ngun v cú chớnh xỏc cao nht theo hiu bit ca tụi Cỏc s liu, kt qu nờu lun l trung thc v cha tng c cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc H Ni ngy 21 thỏng 12 nm 2013 Tỏc gi Nguyn Hng Tin LI CM N Em xin trõn trng cm n thy TS Trnh ng Tớnh B mụn C s Thit k mỏy v Robot Vin C khớ i hc Bỏch Khoa H Ni ó to iu kin, hng dn v giỳp rt tn tỡnh sut quỏ trỡnh nghiờn cu v vit lun cng nh hon tt cỏc th tc bo v lun ca mỡnh Em xin trõn trng cm n cỏc thy cụ Vin C khớ, trng i hc Bỏch Khoa H Ni ó cung cp nhng kin thc cn thit sut thi gian hc v quỏ trỡnh thc hin lun Xin cm n cỏc thy cụ trng i hc Cụng Nghip H Ni v cỏc bn ng nghip ó to iu kin giỳp , úng gúp ý kin hon thnh lun Tỏc gi lun Nguyn Hng Tin MC LC LI CAM OAN i LI CM Nii MC LC.iii BNG THNG Kấ CC Kí HIU v CHNG 1: KHI NIM CHUNG V CU TRC V KT CU KIM LOI 1.1 Khỏi nim chung v cu trc 1.2 Cụng dng chung, phõn loi 1.3 Cỏc b phn chớnh 1.3.1 Cỏc c cu 1.3.2 Kt cu kim loi 1.3.3 in - iu khin 1.4 Kt cu kim loi cu trc 1.4.1 Dm chớnh ca cu trc mt dm 1.4.2 Dm chớnh ca cu trc hai dm 1.4.3 Dm u CHNG 2: C S TNH TON KT CU KIM LOI 11 2.1 Ti trng tỏc dng lờn kt cu kim loi 11 2.2 Cỏc t hp ti trng 15 2.3 Tớnh toỏn dm chớnh 17 2.4 Xỏc nh ni lc cỏc phn t kt cu kim loi 23 2.4.1 Ti khụng di ng 23 2.4.2 Ti di ng 26 2.5 ng nh hng 27 2.5.1 Cỏch dựng ng nh hng xỏc nh v trớ nghuy him ca xe ln 28 2.5.2 Xỏc nh i lng cn tỡm cc i dm 31 2.6 Tớnh kim nghim dm chớnh 36 2.6.1 Kim nghim v bn tnh 36 2.6.2 Kim nghim bn un 37 2.6.3 ng cong mi 39 2.6.4 Kim nghim v n nh 43 2.6.5 Kim nghim v cng 47 2.7 Dm u 49 2.7.1 Xỏc nh mụmen un v lc ct 49 2.7.2 Kt hp ti trng 54 CHNG 3: TI U HểA THIT K DM CU TRC 55 3.1 Xỏc nh kớch thc ti u ca dm chớnh cu trc 55 3.1.1 Vi kt cu gin 55 3.1.2 Vi kt cu dm n 56 CHNG 4: MT S KT QU TNH TON 74 KT LUN 85 BNG THNG Kấ CC Kí HIU Ký hiu n v í ngha Q t Trng ti Gq N Trng lng vt nõng Gx N Trng lng xe Gd N Trng lng dm L m Khu , tm vi H m Chiu cao nõng R N Phn lc Mu Nm Momen un A m2 Din tớch mt ct , tit din Jx ,Jy m4 Momen quỏn tớnh ca tit din Jyc S Wx ,Wy ,Wyc m3 Momen cn un l mm Chiu di h mm Chiu cao tit din b mm Chiu rng tit din d mm Chiu dy thnh t mm Chiu dy cỏnh mm mnh ca tm [y] mm vừng cho phộp N/cm2 Momen quỏn tớnh yờu cu ca tit din ng sut un CHNG KHI NIM CHUNG V CU TRC V KT CU KIM LOI 1.1 Khỏi nim chung v cu trc Cu trc l loi mỏy cu trc ph bin nht, dựng phc v vic c gii húa nõng chuyn vt nng phõn xng v kho Cu trc c s dng rng rói v tin dng nõng h vt nng, hng húa cỏc phõn xng c khớ, nh kho, bn bói Xột v tng th cu trc gm cú phn kt cu thộp (dm chớnh, dm cui, sn cụng tỏc, lan can), cỏc c cu c khớ (c cu nõng, c cu di chuyn cu v c cu di chuyn xe con) v cỏc thit b iu khin Phn kt cu thộp bao gm dm chớnh, mt hoc hai dm, cú kt cu hp hoc dn trờn ú cú xe v c cu nõng di chuyn qua li hai u ca dm chớnh liờn kt hn hoc inh tỏn vi hai dm õu, trờn mi dm du cú hai cm bỏnh xe, cm bỏnh xe ch ng v cm bỏnh xe b ng, cỏc bỏnh xe ny di chuyn trờn hai ng ray song song t trờn vai ct nh xng hay trờn dn kt cu thộp (Hỡnh 1.1) Hỡnh 1.1 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Nh c cu nõng, c cu di chuyn cu v c cu di chuyn xe m cu trc cú th nõng h c hng bt k v trớ no khụng gian phớa di m cu trc bao quỏt Dn ng cu trc cú th bng tay hay dn ng in Dn ng bng tay ch yu dựng cỏc phõn xng sa cha, lp rỏp nh, nõng h khụng thng xuyờn, khụng ũi hi nng sut v tc cao 1.2 Cụng dng chung, phõn loi Cú nhiu cỏch phõn loi cu trc, sau õy l mt s cỏch phõn loi: - Theo cụng dng cu trc dựng chung, chuyờn dựng - Theo kt cu kim loi: cu trc khung dn, cu trc dm hp - Theo cỏch iu khin: iu khin bng in, iu khin bng tay 1.3 Cỏc b phn chớnh 1.3.1 Cỏc c cu C cu nõng: c cu nõng ca cu trc thng cú hai loi chớnh: loi dựng cho cu trc mt dm l palng in (hỡnh 1.2) hoc palng tay Palng in hoc palng tay u cú kh nng di chuyn dc theo dm chớnh nõng h vt Cỏc loi palng ny l b phn mỏy c ch to hon chnh theo ti trng, tc nõng v ch lm vic khỏc i vi loi hai dm thụng thng cỏc c cu nõng c ch to v t trờn xe cú th di chuyn dc theo dm chớnh (hỡnh 1.3) trờn xe cú th cú t mt n ba c cu nõng, ú cú mt c cu nõng chớnh v cú th cú mt n hai c cu nõng ph C cu di chuyn cu trc cú hai c cu di chuyn: Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc - C cu di chuyn cu trc thc hin nhim v di chuyn ton cu trc chy dc theo ray t trờn vai ct nh xng c cu di chuyn xe thc hin Hỡnh 1.2 Cu trc dm Hỡnh 1.3 Cu trc dm chuyn ng dc dm chớnh C cu di chuyn thng c thc hin theo hai phng ỏn: dn ng chung v dn ng riờng Dn ng chung dựng cho cu trc cú khu nh v c cu di chuyn xe i vi cu trc cú khu ln trờn Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc CHNG MT S KT QU TNH TON Vi vic ỏp dng cỏc cụng thc ó trỡnh by v iu kin ging so sỏnh, sau õy l mt s kt qu Chỳ thớch : A1- din tớch tit din c tớnh theo [10] ti u (mm2) A2 - din tớch tit din c tớnh theo [11] ti u (mm2) : h s an ton tớnh theo phng phỏp ti u : h s an ton tớnh theo phng phỏp kinh nghim : vừng tớnh theo phng phỏp ti u : vừng tớnh theo phng phỏp kinh nghim Bng 4.1 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [10] vi Q = tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A1 (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 170 510 8174 133.84 5.87 13.22 74 12.5m 200 590 9524 121.90 5.05 16.42 Q=5t 16m 230 700 11234 111.69 4.25 20.82 20m 270 800 12954 104.09 3.71 26.73 25m 310 930 15034 96.25 3.18 33.30 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Bng 4.2 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [10] vi Q = 10 tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A1 (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 210 640 10254 168.31 9.30 13.35 12.5m 250 740 11974 152.72 8.02 16.53 Q=10t 16m 290 870 14054 141.28 6.81 21.37 20m 290 1000 18140 125.19 5.08 25.42 25m 360 1120 20870 116.18 4.52 33.46 Bng 4.3 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [10] vi Q = 16 tn Khu L Q = 16t 10m 12.5m 16m 20m 25m Chiu rng B (mm) 250 290 300 370 410 Chiu cao H (mm) 770 870 1020 1130 1270 Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) 6 7 Chiu dy thnh trờn tt (mm) 7 8 Chiu dy thnh di td (mm) 6 7 Din tớch tit din A1 (mm2) 12334 14054 18570 21160 27018 ng sut un gia dm (MPa) 189.80 181.34 156.56 148.19 129.51 ng sut ct u dm (MPa) 12.66 11.18 8.17 7.37 5.74 vừng (mm) 12.58 16.74 20.00 27.13 33.05 75 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Bng 4.4 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [10] vi Q = 20 tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A1 (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 290 860 13934 185.91 14.27 11.12 12.5m 320 960 15524 186.81 12.76 15.67 Q = 20t 16m 340 1070 19870 170.37 9.82 20.98 20m 370 1200 25218 151.03 7.66 25.93 25m 410 1340 10 31568 135.18 6.10 32.56 Bng 4.5 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [10] vi Q = 32 tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A1 (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 380 980 16544 183.55 17.666 9.8122 76 12.5m 550 980 18754 178.06 17.666 15.31 Q = 32t 16m 370 1160 24578 179.24 11.21 20.445 20m 390 1310 10 30648 162.91 8.8218 25.587 25m 480 1460 10 35058 153.32 7.9035 34.235 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Bng 4.6 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [11] s dng modun solver vi Q = tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A2 (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 140 530 6 7896 147.32 5.63 13.65 12.5m 160 610 6 9096 137.31 4.88 17.44 Q = 5t 16m 180 720 6 10656 127.98 4.12 22.57 20m 210 830 6 12336 117.96 3.57 28.49 25m 250 960 6 14376 107.11 3.08 35.35 Bng 4.7 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [11] vi Q = 10 tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A2 (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 260 610 6 10296 158.41 9.75 13.93 77 12.5m 250 730 6 11616 158.38 8.12 17.77 Q = 10t 16m 230 900 6 13416 158.53 6.57 22.72 20m 250 980 12 16520 142.68 6.08 27.14 25m 290 1110 10 20508 126.96 4.58 35.04 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Bng 4.8 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [11] vi Q = 16 tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 380 720 6 13056 159.5 13.54 12.19 12.5m 350 840 7 14812 158.8 11.6 15.76 Q = 16t 16m 420 970 6 16536 159.2 10 22.79 20m 360 1130 7 20664 153 7.36 28.43 25m 340 1290 8 25824 143.9 5.642 35.71 Bng 4.9 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [11] vi Q = 20 tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 430 810 6 14736 157.46 15.14 10.72 78 12.5m 460 860 7 16592 159.08 14.28 15.81 Q = 20t 16m 530 970 7 18892 156.85 12.64 22.71 20m 407 1189 7 23102 160.00 8.41 28.57 25m 370 1300 12 11 28942 148.32 7.10 35.64 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Bng 4.10 Kt qu tớnh toỏn ti u theo [11] vi Q = 32 tn Khu L Chiu rng B (mm) Chiu cao H (mm) Chiu dy thnh bờn t1,2 (mm) Chiu dy thnh trờn tt (mm) Chiu dy thnh di td (mm) Din tớch tit din A (mm2) ng sut un gia dm (MPa) ng sut ct u dm (MPa) vừng (mm) 10m 570 970 6 18336 159.25 19.79 9.14 12.5m 700 950 7 21032 159.33 20.25 14.70 Q = 32t 16m 630 980 11 11 25356 158.64 19.79 22.37 20m 670 1140 11 11 30392 150.04 14.53 28.53 25m 480 1440 12 11 36546 159.18 8.92 35.63 T cỏc bng s liu tớnh toỏn trờn ta a so sỏnh din tớch tit din A gia hai phng phỏp: Bng 4.11 So sỏnh kt qu gia hai phng phỏp trờn T l (%) A1/A2 Q= 5t Q= 10t Q= 16t Q= 20t Q= 32t Khu L (m) 10m 103.52 99.59 94.47 94.56 90.23 12.5m 104.71 103.08 94.88 93.56 89.17 16m 105.42 104.76 112.30 105.18 96.93 20m 105.01 109.81 102.40 109.16 100.84 25m 104.58 101.77 104.62 109.07 95.93 T cỏc s liu ta cú biu so sỏnh cỏc tit din mt ct tớnh toỏn ti u theo phng ỏn [10] vi [11]: Q = tn 79 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc 16000 14000 12000 L 10000 A1 theo [10] 8000 6000 A2 theo [11] 4000 2000 10 12.5 16 20 25 Q = 10 tn 25000 20000 15000 L A1 theo [10] 10000 A2 theo [11] 5000 10 12.5 16 20 80 25 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Q = 16 tn 30000 25000 20000 L 15000 A1 theo [10] A2 theo [11] 10000 5000 10 12.5 16 20 25 Q = 20 tn 35000 30000 25000 20000 L A1 theo [10] 15000 A2 theo [11] 10000 5000 10 12.5 16 20 81 25 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Q = 32 tn 40000 35000 30000 25000 L 20000 A1 theo [10] A2 theo [11] 15000 10000 5000 10 12.5 16 20 25 T cỏc s liu ta cú biu so sỏnh h s KA tớnh toỏn ti u theo phng ỏn [10] vi [11]: 82 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Q = tn 0.9 0.8 0.7 0.6 L 0.5 KA theo [10] 0.4 KA theo [11] 0.3 0.2 0.1 10 12.5 16 20 25 Q = 10 tn 1.2 0.8 L 0.6 KA theo [10] KA theo [11] 0.4 0.2 10 12.5 16 20 83 25 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Q = 16 tn 1.4 1.2 0.8 L KA theo [10] 0.6 KA theo [11] 0.4 0.2 10 12.5 16 20 25 Q = 20 tn 1.4 1.2 0.8 L KA theo [10] 0.6 KA theo [11] 0.4 0.2 10 12.5 16 20 84 25 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc Q = 32 tn 1.4 1.2 0.8 L KA theo [10] 0.6 KA theo [11] 0.4 0.2 10 12.5 16 20 25 Nhn xột: Qua cỏc th trờn cho ta thy, din tớch c tớnh theo phng phỏp ti u [11] nh hn so vi din tớch c tớnh theo [10] nhng m bo iu kin lm vic, iu ny s lm gim lng ca kt cu kim loi ng ngha vi vic gim giỏ thnh ca cu trc Tớnh theo phng phỏp kinh nghim cú nhc im, cỏc thụng s tớnh mt khong rt rng, iu ny d dn n vic kt cu tha nguyờn vt liu, gõy lóng phớ Vi vic tớnh theo phng phỏp ti u s cho ta kt qu chớnh xỏc hn 85 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc KT LUN I LUN VN T C NHNG KT QU Vi vic a kt qu tớnh toỏn theo phng phỏp ti u, hc viờn nhn thy rng, din tớch gim i khong 10%, iu ny cho thy lng ca cu trc gim i ỏng k Vic tớnh toỏn theo phng phỏp ti u giỳp ngi thit k xỏc nh c chớnh xỏc din tớch tit din cn thit nhng cỏc yờu cu lm vic, ngi thit k khụng cn phi la chn cỏc thụng s mt khong rng nh phng phỏp kinh nghim trc õy Tớnh toỏn theo phng phỏp kinh nghim d dn n lng ca kt cu ln, gõy lóng phớ nguyờn liu v cụng lp t Bng cỏc bng s liu v th cho thy din tớch tit din ó gim so vi phng phỏp ti u ó c cụng b [10] Da vo cỏc bng s liu ta cú th thy i vi ti trng Q = tn phng ỏn tớnh toỏn ti u [11] cú tit din nh hn phng ỏn [10] i vi ti trng Q t 16 tn n 32 tn nhng khu t 10m n 12,5m thỡ phng ỏn [10] li t c tit din nh hn [11] Cũn li ta u thy ti trng ca phng ỏn [11] cho kt qu ỏng la chn hn II KH NNG NG DNG ng dng thit k dm cu trc (tng tớnh kinh t, tit kim vt liu m m bo iu kin lm vic) ng dng vic tip tc nghiờn cu v phỏt trin ti u húa kt cu thộp cu trc III HNG PHT TRIN nghiờn cu c hon thin v phỏt trin: Bi toỏn xột cỏc im c bit, cha kim soỏt c thi gian tt giao ng cng nh cỏc giao ng riờng khỏc Cn ý tớnh toỏn cỏc thụng s ny tớnh ti u t kt qu chớnh xỏc hn 86 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc t kt qu chớnh xỏc hn cn ng dng cỏc phn mm chuyờn nghip hn 87 Nguyn Hng Tin Thit k ti u kt cu thộp cu trc TI LIU THAM KHO Hunh Vn Hong, o Trng Thng Tớnh toỏn mỏy trc Nxb Khoa hc v K thut, H Ni, 1975 TCVN 2737:1995 Ti trng v tỏc ng Tiờu chun thit k NXB Xõy dng H Ni TCXD 299:1999 Ch dn tớnh toỏn thnh phn ng ca ti trng giú theo TCVN 2737:1995 NXB Xõy Dng H Ni 1999 Nguyn Trng Hip Chi tit mỏy NXB Giỏo dc Vit Nam o Trng Thng Mỏy nõng chuyn Hunh Vn Hong, Trn Th Hng, Lờ Hng Sn Kt cu thộp ca thit b nõng NXB i hc Quc gia TP HCM TCVN 4244:2005 Thit b nõng: Thit k ch to v kim tra k thut, H Ni 2006 Kolarov I Metal structure of material handling machines, Technica, Sofia 1988 Verschoof J Cranes - Design, Practice, and Maintenance, 2nd Ed., Professional Engineering Publishing Limited, London and Bury St Edmunds, UK, 2002 10 Trn Vn Chin Kt cu thộp mỏy nõng chuyn NXB Hi Phũng 11 Trnh ng Tớnh (2011), nh hng ca ti trng tớnh toỏn v thụng s kt cu lờn kớch thc ti u ca dm chớnh cu trc hai dm dng hp, bỏo cỏo khoa hc nhõn dp 55 nm thnh lp i hc Bỏch Khoa H Ni 88 ... đầu Dầm đầu kết cấu kim loại cầu trục thƣờng đƣợc chế tạo thép CT3 Kết cấu theo dạng thông dụng: dạng ] [ chế tạo từ thép hình U ghép Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thép cầu trục lƣng... Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thép cầu trục Nhờ cấu nâng, cấu di chuyển cầu cấu di chuyển xe mà cầu trục nâng hạ đƣợc hàng vị trí không gian phía dƣới mà cầu trục bao quát Dẫn động cầu trục.. . gây nhầm lẫn, với kết cấu nhiều thành phần nhƣ kết cấu giàn không gian Vì vậy, tùy theo yêu cầu toán đặt ra, nhiều phƣơng pháp 14 Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thép cầu trục tính gần