Mô phỏng và tính toán, kiểm tra độ bền của cầu trục dầm đôi tải trọng 20 tấn

Chân cổng liên kết cứng với dầm.. Chân cổng một bên liên kết dầm cứng.. Chân cổng một bên liên kết dầm bằng gối trượt.. Liên kết giữa dầm chính với khung chân... Liên

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA: CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MÔ HÌNH HÓA VÀ TÍNH TOÁN, KIỂM TRA CẦU TRỤC DẦM

ĐÔI TẢI TRỌNG 20 TẤN

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đặng Xuân Phương

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hận

Mã số sinh viên: 56130492

Khánh hòa - 2018

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA: CƠ KHÍ

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

………

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MÔ HÌNH HÓA VÀ TÍNH TOÁN, KIỂM TRA CẦU TRỤC DẦM

ĐÔI TẢI TRỌNG 20 TẤN

GVDH: PGS.TS Đặng Xuân Phương

SVTH: Lê Văn Hận MSSV: 56130492

Khánh hòa, tháng 8/2018

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan: Khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Mô hình hóa và tính toán, kiểm tra độ bền của cầu trục dầm đôi tải trọng 20 tấn” là quá trình nghiên cứu của cá nhân em, không sao chép của bất cứ ai

Em xin chịu mọi trách nhiệm về đề tài của mình!

Người cam đoan

LÊ VĂN HẬN

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Đặng Xuân Phương đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đề tài tốt nghiệp lần này Em chúc Thầy thật nhiều sức khỏe để tiếp tục trên con đường giảng dạy của mình và tìm được cuộc sống đích thực của mình!

Trang 5

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Để tổng kết những gì đã được học trong suốt những năm vừa qua, được sự phân công

của nhà trường, em đã nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Mô hình hóa và tính toán,

kiểm tra độ bền của cầu trục dầm đôi tải trọng 20 tấn ” dưới sự hướng dẫn của

thầy PGS.TS Đặng Xuân Phương, với các nội dung:

1 Tổng quan về cầu trục

2 Phương pháp thiết kế cầu trục

3 Mô hình hóa 3D cầu trục theo một thiết kế đã có sẵn

4 Tính toán độ bền cầu trục bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng công nghệ CAE

Đây là đề tài thường thấy trong thực tế, xuất hiện rất nhiều ở các nhà máy, kho bãi, các cơ sở sản xuất và lắp ráp cơ khí Cổng trục 20 tấn là thiết bị nâng hạ rất quan trọng, giảm được sức nặng của người công nhân khi làm việc, qua đó, nâng cao năng suất lao động của công nhân Thiết bị nâng hạ thường nâng các vật nặng, di chuyển trên cao nên yêu cầu về tính an toàn cho người và vật là rất cao

Trang 6

MỤC LỤC Đề mục Trang

Trang bìa

Quyết định giao ĐA/KLTN

Phiếu theo dõi tiến độ và đánh giá ĐA/KLTN của CBHD

Lời cam đoan 3

Lời cảm ơn 4

Tóm tắt đề tài 5

Mục lục 6

Danh mục bảng 9

Danh sách hình vẽ, đồ thị 10

Danh sách các từ viết tắt 13

PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 16

1.1 Tổng quan về cổng trục 16

1.1.1 Giới thiệu chung 16

1.1.2 Xu thế sử dụng cổng trục hiện nay 16

1.1.3 Phân loại cổng trục 17

1.2 Kết cấu thép của cổng trục 17

1.3 Liên kết giữa các thành phần cổng trục 20

1.3.1 Liên kết giữa dầm chính với chân cổng trục 20

1.3.2 Liên kết giữa chân cổng trục với dầm biên 21

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CỔNG TRỤC 22

2.1 Các phương án lựa chọn thiết kế kết cấu dầm chính 22

2.1.1 Cổng trục hai dầm có kết cấu dạng hộp 22

2.1.2 Cổng trục hai dầm kết cấu dạng giàn 22

Trang 7

2.2 Các phương án lựa chọn liên kết giữa chân cổng trục với dầm chính 23

2.2.1 Chân cổng liên kết cứng với dầm chính 23

2.2.2 Một chân cổng liên kết cứng với dầm chính 24

2.2.3 Một chân cổng liên kết với dầm bằng gối trượt 24

2.2.4 Lựa chọn phương án hợp lý chân cổng với dầm chính 24

2.3 Phương pháp tính toán kết cấu cổng trục truyền thống 24

2.3.1 Sơ đồ kết cấu và các thông số của cổng trục 24

2.3.2 Các loại thép dùng cho dầm 26

2.3.2.1 Các loại thép hình và ứng dụng 26

2.3.2.2 Thép dùng cho dầm tổ hợp 28

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CỔNG TRỤC 30

3.1 Tính toán kết cấu cổng trục bằng phương pháp truyền thống 30

3.1.1 Thông số ban đầu 30

3.1.2 Vật liệu chế tạo dầm chính 31

3.1.3 Xác định sơ bộ kích thước cổng trục 31

3.1.3.1 Xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính 31

3.1.3.2 Xác định sơ bộ kích thước chân cổng trục 33

3.1.3.3 Đặc trưng tiết diện dầm chính 35

3.1.3.4 Xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm biên, chân cổng, gối tựa 38

3.1.3.5 Đặc trưng tiết diện chân cổng, dầm biên và gối tựa 38

3.1.4 Tính toán tải trọng 40

3.1.4.1 Tải trọng tác dụng lên dầm chính 40

3.1.4.1.1 Tải trọng gây ra bởi trọng lượng bản thân của dầm chính 40

3.1.4.1.2 Tải trọng bánh xe 41

3.1.4.1.3 Tính lực quán tính 44

3.1.4.1.4 Tải trọng gió 45

3.1.5 Tính toán kết cấu thép 45

3.1.5.1 Tính nội lực dầm chính 45

3.1.5.1.1 Xác định vị trí nguy hiểm của xe con trên dầm chính 48

3.1.5.2 Tính nội lực gối tựa 49

3.1.5.3 Tính nội lực dầm biên 51

3.1.5.4 Tính nội lực chân cổng 54

Trang 8

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH VÀ MÔ PHỎNG 3D CỔNG TRỤC TRÊN PHẦN

MỀM CHUYÊN DỤNG 57

4.1 Tính toán kết cấu cổng trục bằng phần mềm SolidWorks 57

4.1.1 Các thông số đầu vào 57

4.1.2 Phương pháp tính và xây dựng mô hình 59

4.1.2.1 Dầm chính 59

4.1.2.2 Khung chân cổng 60

4.1.2.3 Vật liệu chế tạo 61

4.1.3 Xác định những nội lực trong dầm chính 61

4.1.3.1 Điều kiện biên 61

4.1.3.2 Đặt tải trọng 61

4.1.3.3 Kết quả nội lực của dầm chính 66

4.1.4 Xác định nội lực khung chân cổng 70

4.1.4.1 Điều kiện biên 70

4.1.4.2 Đặt tải trọng 71

4.1.6.3 Kết quả nội lực của khung chân cổng 72

4.2 So sánh kết quả của hai phương pháp 74

4.2.1 Phương pháp tính truyền thống 74

4.2.2 Phương pháp tính bằng phần mềm SolidWorks 75

4.2.3 Kết luận 76

Tài liệu tham khảo 77

Trang 9

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Các thông số ban đầu của cổng trục

Bảng 2 Đặc trưng tiết diện của chân cổng, dầm biên và gối tựa

Bảng 3 Các thông số đầu vào

Bảng 4 Các tải trọng tính toán

Bảng 5 Bảng so sánh đặc trưng cơ tính vật liệu thép CT3 và thép A36

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 Cổng trục dầm đơn

Hình 2 Cổng trục dầm đôi

Hình 3 Bán cổng trục

Hình 4 Cổng trục dầm đôi 2 đầu công xôn

Hình 5 Sơ đồ kết cấu cổng trục

Hình 6 Cổng trục có một bên liên kết mềm và một bên liên kết cứng Hình 7 Cổng trục có một bên liên kết mềm và một bên liên kết khớp cầu Hình 8 Dầm biên lắp song song

Hình 9 Dầm biên lắp nối tiếp

Hình 10 Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm dạng hộp

Hình 11 Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm dạng giàn

Hình 12 Chân cổng liên kết cứng với dầm

Hình 13 Chân cổng một bên liên kết dầm cứng

Hình 14 Chân cổng một bên liên kết dầm bằng gối trượt

Hình 15 Sơ đồ kết cấu thép của cổng trục dầm đôi 2 đầu công xôn Hình 16 Thép chữ I

Hình 17 Thép chữ [

Hình 18 Thép góc đều cạnh và ứng dụng

Hình 19 Thép góc không đều cạnh và ứng dụng

Hình 20 Dầm tổ hợp 1 thanh kết cấu hàn

Hình 21 Dầm tổ hợp 2 thanh kết cấu hàn

Hình 22 Mô hình tính theo phương pháp truyền thống

Hình 23 Dầm chính tổ hợp dạng hộp

Hình 24 Tiết diện dầm tổ hợp hai thanh kết cấu hàn

Trang 11

Hình 25 Sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính

Hình 26 Sơ đồ kết cấu chân cổng trục

Hình 27 Bố trí đường ray xe nâng trên dầm chính

Hình 28 Sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính

Hình 29 Sơ đồ kích thước tiết diện dầm biên

Hình 30 Sơ đồ kích thước tiết diện đầu chân cổng

Hình 31 Sơ đồ kích thước tiết diện cuối chân cổng

Hình 32 Sơ đồ kích thước tiết diện gối tựa

Hình 33 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bánh xe

Hình 34 Kết quả tính tải trọng lên bánh xe

Hình 35 Sơ đồ tính sức bền bánh xe

Hình 36 Sơ đồ xác định ứng suất ở giữa của dầm chính

Hình 37 Phân bố thanh dầm trên thanh chính

Hình 38 Sơ đồ xác định vị trí nguy hiểm của xe con trên dầm chính Hình 39 Sơ đồ xác định nội lực gối tựa

Hình 40 Sơ đồ tính tải trọng dần biên

Hình 41 Sơ đồ xác định nội lực dầm biên

Hình 42 Sơ đồ xác định nội lực khung chân cổng

Hình 43 Sơ đồ xác định nội lực chân cổng

Hình 44 Mô hình cổng trục dầm đôi 2 đầu công xôn

Hình 45 Mô hình tính dầm chính

Hình 46 Mô hình tính khung chân cổng

Hình 47 Điều kiện biên của dầm chính

Hình 48 Đặt tải trọng cho Simulation Studies 1

Trang 12

Hình 52 Kết quả tổng ứng suất và hệ số an toàn của Simulation Studies 1 Hình 53 Kết quả tổng ứng suất và hệ số an toàn của Simulation Studies 2 Hình 54 Kết quả áp lực dầm chính của Simulation Studies 3

Hình 55 Kết quả áp lực dầm chính của Simulation Studies 4

Hình 56 Đặt điều kiện biên cho khung chân cổng

Hình 57 Đặt các tải trọng cho khung chân cổng

Hình 58 Kết quả nội lực của khung chân cổng và hệ số an toàn

Hình 59 Kết quả nội lực của 1 bên chân cổng và hệ số an toàn

Hình 60 Kết quả nội lực của gối tựa và hệ số an toàn

Hình 61 Kết quả nội lực của dầm biên và hệ số an toàn

Trang 13

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

* Các ký hiệu thông số ban đầu:

Q Tải trọng nâng định mức

H Chiều cao nâng

L Khẩu độ

vn Vận tốc nâng

vx Vận tốc di chuyển xe nâng

vc Vận tốc di chuyển cổng trục

t Thời gian phanh cổng

Gx Trọng lượng xe nâng

Gd Trọng lượng cơ cấu di chuyển cổng trục

l1 Khoảng cách từ trục các bánh xe nâng đến đầu mút khẩu độ

Lx Khoảng cách trục các bánh xe của xe nâng

Bx Khoảng cách các vết bánh xe của xe nâng

Ac Kích thước bao của dầm biên, chiều rộng cạnh dưới của chân cổng

Bc Cơ sở của cổng trục

Hc Chiều cao chân cổng

Bd Chiều rộng cạnh trên của chân cổng

Dx Đường kính bánh xe di chuyển của xe nâng

* Ký hiệu các đặc trưng hình học:

h Chiều cao dầm

h1 Chiều cao đầu dầm chính

C Chiều dài đoạn nghiêng của dầm chính

B Chiều rộng tâm biên

B0 Khoảng cách nhỏ nhất của hai thành đứng

Trang 14

b’ Chiều dài phần nhô ra của tấm biên so với tấm đứng

ht Chiều cao thanh đứng

𝛿𝑏 Chiều dày tấm biên trên

𝛿𝑡 Chiều dày thành đứng

Fi Diện tích tiết diện tấm thép

F, A Tổng diện tích tiết diện

Jx, Jy Momen quán tính của tiết diện đối với trục x và y

Wx, Wy Momen cản của tiết diện đối với trục x và y

Sx, Sy Momen tĩnh của tiết diện đối với trục x và y

Z0 Khoảng cách từ trọng tâm xuốn cạnh đáy của tiết diện

* Ký hiệu lực:

kT Hệ số va đập khi tính theo độ bền và độ ổn định

k’T Hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập

Gc Trọng lượng cổng trục

Gdc Trọng lượng dầm chính

Gdch Trọng lượng dầm giàn chính

Gdf Trọng lượng dầm giàn phụ

Gdng Trọng lượng dầm giàn ngang

Gcc Trọng lượng chân cổng

𝛾 Khối lượng riêng của thép

q Tải trọng phân bố đều bởi trọng lượng bản thân dầm chính

Q0 Trọng lượng hàng

Gm Trọng lượng bộ phận mang vật

Qtđ Tải trọng tương đương

Qtt Tải trọng tính toán

Trang 15

P1, P2 Áp lực của bánh xe lên dầm chính của cổng trục dầm đơn

Pmin Tải trọng ít nhất của bánh xe lên dầm chính

Bx1, Bx2 Khoảng cách các vết bánh xe nâng đến cáp treo

Lx1, Lx2 Khoảng cách trục bánh xe nâng đến cáp treo

Pd Tổng tải trọng do trọng lượng vật nâng tác dụng lên bánh dẫn

Pbd Tổng tải trọng do trọng lượng vật nâng tác dụng lên bánh bị dẫn

PA, PB, PC, PD Tải trọng tác dụng lên các bánh xe A, B, C, D

PAmax, PBmax, PCmax, PDmax Tải trọng tác dụng lớn nhất lên các bánh xe A, B, C, D

𝑃𝐴′ , 𝑃𝐵′ , 𝑃𝐶′ , 𝑃𝐷′ Áp lực của bánh xe lên dầm khi có hệ số điều chỉnh

𝑃𝐴′′ , 𝑃′𝐵′ , 𝑃𝐶′′ , 𝑃′𝐷′ Áp lực của bánh xe lên dầm khi không có hệ số điều chỉnh

𝑃𝑞𝑡′ Lực quán tính do khối lượng cổng trục gây ra

𝑃𝑞𝑡′′ Lực quán tính do khối lượng hàng gây ra

Pqt Lực quán tính do khối lượng xe nâng gây ra

Pg Tải trọng gió tác động lên xe nâng và vật nâng

RA, RB Phản lực tại các điểm A, B

Qx, Qy Lực cắt theo trục x và trục y

Qn , Q’n Áp lực của dầm chính lên khung chân cổng

Nx, Ny, Nz Áp lực của dầm chính lên khung chân cổng theo phương x, y, z

𝜎 Ứng suất

[𝜎] Ứng suất cho phép

f Độ võng

[f] Độ võng cho phép

n Hệ số an toàn

[n] Hệ số an toàn cho phép

Trang 16

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về cổng trục

1.1.1 Giới thiệu chung

Cổng trục là 1 loại máy trục có kết cấu dạng cổng có khả năng di chuyển nhờ các hệ thống bánh xe chạy trên đường ray cố định Chiều cao công trục phụ thuôc vào yêu cầu chiều cao nâng hàng Thiết bị máy nâng bao gồm palăng hoặc xe nâng và thiết bị mang vật, thiết bị nâng có khả năng di chuyển dọc theo dầm chính Vì thế cổng trục có thể vận chuyển hàng đến bất kỳ điểm nào trong một không gian nhất định của cổng trục

Cổng trục là công cụ dùng để cơ giới hóa công tác xếp dỡ, vận chuyển hàng hóa, tăng năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm Cổng trục được sử dụng trong nhà xưởng hoặc ngoài trời Cổng trục có ở hầu hết các cảng biển, nhà máy đóng tàu, trên tàu thủy, công ty xây lắp, nhà máy thủy điện, đường sắt, xưởng cơ khí lớn, kho bãi container, bãi tập kết,…

Các thông số kỹ thuật cơ bản của kết cấu cổng trục : khẩu độ ( L ), tải trọng nâng (

Q ), chiều cao nâng ( H ) Khẩu độ của cổng trục là khoảng cách giữa hai hàng bánh xe

di chuyển cổng trục Tải trọng nâng là khả năng nâng lớn nhất do nhà chế tạo cổng trục quy định Chiều cao nâng tính từ mặt đất tới thiết bị mang hàng đang ở vị trí cao nhất

1.1.2 Xu thế sử dụng cổng trục hiện nay

Xu thế sử dụng công trục hiện nay là dễ vận hành, dễ sửa chữa, tải trọng nâng lớn, không gian hoạt động cho phép của cổng trục lớn hay khẩu độ và chiều cao lớn, có thể làm việc trong mọi điều kiện khí hậu, có đầy đủ các hệ thống an toàn, chế độ bảo dưỡng đơn giản và tuổi thọ lâu dài

Hiện nay các công ty đang tiến hành cải tiến cổng trục để làm sao đạt được chất lượng tốt nhất

Trang 17

1.1.3 Phân loại cổng trục

Theo kết cấu:

+) Cổng trục một dầm

+) Cổng trục hai dầm

+) cổng trục một dầm có công xôn

+) cổng trục hai dầm có công xôn

Theo công dụng có thể phân loại như sau:

+) Cổng trục cảng – bốc xếp congtainer

+) Cổng trục chân dê – nhà máy thủy điện

+) cổng trục công dụng chung – nhà xưởng sản xuất

+) cổng trục bốc xếp kho bãi…

Hình 1 Cổng trục dầm đơn

Trang 18

Hình 2 Cổng trục dầm đôi

Hình 3 Bán cổng trục

Hình 4 Cổng trục dầm đôi 2 đầu công xôn

1.2 Kết cấu thép của cổng trục

Các bộ phận của kết cấu cổng trục:

1 Bánh xe 2.Nối trục 3 Động cơ 4.Gối đỡ trục

5 Tang 6 Nối trục và phanh 7 Ray di chuyển xe con

8 Xe con 9 Dầm chính 10.Hạn chế hành trình xe con

11 Dầm biên 12 Móc treo 13 Hộp điều khiển

14 Chân cổng 15 Đường ray

Trang 19

Hình 5 Sơ đồ kết cấu cổng trục

Kết cấu thép của cổng trục bao gồm dầm chính, khung chân và dầm biên Có hệ thống đường ray đặt cố định trên mặt nền và có thêm bộ phận chân cổng để đảm bảo cho dầm chính có chiều cao xác định so với mặt nền Dầm biên là một loại dầm giằng ngang giúp chân cống đứng vững Dầm biên có bánh xe và mang theo động cơ di chuyển cổng trục Ở một số cổng trục không có dầm biên thì chân cổng trực tiếp có bánh xe và mang động cơ di chuyển khi đó chân cổng có hình chữ A Dầm biên ngoài chịu tải trọng tĩnh là tải trọng nâng, trọng lượng hệ thống nâng, trọng lượng dầm chính và trọng lượng phụ khác như thiết bị mang hàng, cabin điều khiển… mà còn chịu tải trọng của khung chân

Trang 20

Kết cấu của chân cổng trục phụ thuộc vào kết cấu của dầm chính và loại liên kết giữa dầm chính với chân cổng

Cổng trục dầm đôi (hình 4) có kết cấu của hai dầm đơn đặt song song Cổng trục là loại cổng trục thường sử dụng ngoài trời, có khẩu độ và chiều cao nâng lớn, tải trọng nâng thay đổi từ 5 đến 1500 tấn, được thiết kế chạy trên đường ray cố định trên mặt đất

Kết cấu kim loại cổng trục dầm đôi gồm có kiểu dầm chính có tiết diện hình hộp và kiểu dàn không gian Kiểu dầm chính có tiết diện hình hộp tuy nặng hơn kiểu dàn không gian nhưng vì đơn giản hơn trong chế tạo, có độ cứng trong mặt phẳng đứng tốt hơn, độ bền khi chịu tải trọng thay đổi tốt hơn nên nó được sử dụng rộng rãi hơn

1.3 Liên kết giữa các thành phần cổng trục

1.3.1 Liên kết giữa dầm chính với khung chân

Liên kết giữa dầm chính với khung chân có các kiểu sau: liên kết cứng, liên kết

mềm, liên kết khớp cầu

Đối với cổng trục có khẩu độ nhỏ hơn hoặc bằng 20m có thể chế tạo cả hai chân cổng có liên kết cứng với dầm chính và như vậy sẽ giảm thời gian chế tạo và lắp cổng trục Với phương án này, cổng trục có kết cấu đơn giản, không gian hoạt động lớn, giá thành chế tạo cũng rẻ

Những cổng trục có khẩu độ lớn hơn 25m thì cổng trục thường có một chân cổng liên kết cứng với dầm chính, thường được gọi là “ chân cứng “ và một “ chân mềm “, nhờ khớp xoay hình trụ (nút A, hình 6) với trục xoay nằm trong mặt phẳng nằm ngang Chân mềm có liên kết khớp với dầm chính để đảm bảo cho kết cấu là một hệ tĩnh định, chân mềm có thể xoay lắc quanh theo trục thẳng đứng của nó đến 5˚ để bù trừ các sai lệch của kết cấu với đường ray Liên kết này giảm ma sát giữa bánh xe với đường ray, giảm tải trọng xô lệch và tránh khả năng kẹt bánh xe di chuyển trên đường ray

Trang 21

Hình 6 Cổng trục có một bên liên kết mềm và một bên liên kết cứng

Ngoài ra, người ta thay chế chân liên kết cứng bằng một gối trượt ( nút B, hình 7), điều này cho phép dầm chính có thể xoay tương đối quanh vấu cố định ( nút C), chân mềm bên phải liên kết với dầm bằng khớp cầu ( nút D) cho phép xoay theo hướng bất kỳ Do đó mếu cổng trục bị xô lệch thì dầm chính cũng không bị uốn và hoàn toàn tránh khả năng bị kẹt của bánh xe

Hình 7 Cổng trục có một bên liên kết mềm và một bên liên kết khớp cầu

1.3.2 Liên kết giữa chân cổng trục với dầm biên

Liên kết giữa chân cổng với dầm biên là liên kết cứng Cụm dầm biên là bộ phận có

bánh xe với nhiệm vụ vận chuyển cổng trục dọc theo đường ray, được dẫn động bằng động cơ giảm tốc Dầm biên có kết cấu dạng hộp hàn để tăng khả năng chịu tải, người

ta sử dụng dầm biên lắp song song ( hình 8) hoặc dầm biên lắp nối tiếp(hình 9)

Hình 8 Dầm biên lắp song song Hình 9 Dầm biên lắp nối tiếp

Trang 22

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CỔNG TRỤC 2.1 Các phương án lựa chọn thiết kế kết cấu dầm chính

2.1.1 Cổng trục hai dầm có kết cấu dạng hộp

+ Dầm chính: gồm hai dầm có kết cấu dạng hộp và được liên kết với chân cổng trục bằng đinh tán Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn chuyển trên đó và thực hiện việc nâng hạ, di chuyển vật nâng

+ Bản má gá dầm và giá đỡ dầm: loại cổng trục này có kết cấu toàn bộ là dạng hộp nên việc tính toán thiết kế cho toàn bộ cổng trục cũng đơn giản, giảm thời gian chế tạo và lắp ghép do có thể sử dụng phương pháp hàn tự động Việc bảo dưỡng cổng trục cũng đơn giản Vì vậy giá thành của loại cổng trục này không cao

Hình 10 Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm dạng hộp

2.1.2 Cổng trục hai dầm kết cấu dạng giàn

+ Dầm chính: gồm một hệ khung dàn từ các hệ thanh liên kết cùng với nhau bằng

các mối hàn Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn chuyển trên đó và thực hiện việc nâng hạ, di chuyển vật nâng

+ Bản má gá dầm và giá đỡ dầm: kết cấu kim loại cổng trục hai dầm kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp Nhưng trọng lượng của cổng trục loại này nhỏ Tuy nhiên, vì có nhiều thanh xiên và thanh đứng phức tạp trong chế tạo và giá thành cao hơn các loại khác Chất lượng các mối ghép hàn không cao phụ thuộc vào tay nghề của

Trang 23

công nhân, không áp dụng được phương pháp hàn tự động, việc bảo trì, kiểm tra

không thuận lợi

Hình 11 Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm dạng giàn

2.1.3 Lựa chọn phương án hợp lý kết cấu dầm chính

Qua việc phân tích kết cấu cũng như ưu nhược điểm của từng phương án nhận thấy

phương án 1 (cổng trục hai dầm kiểu hộp) là phù hợp với yêu cầu thiết kế hơn cả, bởi vì ngoài những ưu nhược điểm nổi bật đã nêu cổng trục hai dầm dạng hộp còn có thể làm việc ở chế độ trung bình và nặng Nhược điểm chủ yếu của cổng trục dạng này là khối lượng toàn cổng trục nhiều hơn một ít so với các loại cổng trục khác, nhưng bù lại giá thành của nó không cao, kiểm tra bảo dưỡng dể dàng

2.2 Các phương án lựa chọn liên kết giữa chân cổng trục với dầm chính

2.2.1 Chân cổng liên kết cứng với dầm chính

Cổng trục có khẩu độ nhỏ thua hoặc bằng 30m có thể chế tạo cả hai chân cổng có liên kết cứng với dầm và như vậy để giảm thời gian chế tạo và lắp dựng cổng trục Với phương án này, cổng trục thiết kế có kết cấu đơn giản, không gian hoạt động lớn, giá thành chế tạo cũng rẻ

Trang 24

Hình 12 Chân cổng liên kết cứng với dầm

2.2.2 Một chân cổng liên kết cứng với dầm chính

Cổng trục có chân cổng bên trái liên kết cứng với dầm còn chân cổng bên phải liên kêt với dầm nhờ khớp xoay hình trụ (nút A ) với trục xoay nằm trong mặt phẳng nằm ngang Với sơ đồ này chân mềm có thể lắc quanh trục thẳng đứng tới 50 về cả hai phía trên Phương án này kết cấu cũng hơi phức tạp hơn so với phương án 1 nhưng cũng chưa khắc phục được hết, trong trường hợp này, khi cổng trục bị xô lệch do hai bên có tốc độ không đều nhau thì dầm cầu bị uốn trong mặt phẳng ngang

Hình 13 Chân cổng một bên liên kết dầm cứng

2.2.3 Một chân cổng liên kết với dầm bằng gối trượt

Ở phương án này thì chân cứng bên trái liên kết với dầm bằng gối trượt (nút B) cho phép dầm có thể xoay tương đối quanh vấu định thẳng đứng (nút C) chân mềm bên phải liên kết với dầm bằng khớp cầu (nút D) cho phép xoay theo hướng bất kỳ Do

A

Trang 25

đó khi cổng trục bị xô lệch thì dầm cầu không bị uốn và hoàn toàn tránh được khả năng kẹt

Hình 14 Chân cổng một bên liên kết dầm bằng gối trượt

2.2.4 Lựa chọn phương án hợp lý chân cổng với dầm chính

Qua việc phân tích kết cấu cũng như ưu nhược điểm của từng phương án nhận thấy

phương án 1 (chân cổng trục liên kết cứng với dầm) là phù hợp với yêu cầu thiết kế hơn cả Bởi vì ngoài những ưu điểm nổi bật đã được nêu ở trên, làm việc được chế độ trung bình và nặng, việc bảo dưỡng cũng đơn giản, dễ chế tạo, giá thành sẻ hơn so với hai phương án trên nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu làm việc

2.3 Phương pháp tính toán kết cấu cổng trục truyền thống

2.3.1 Sơ đồ kết cấu và các thông số của cổng trục

D C

B

Trang 26

Hình 15 Sơ đồ kết cấu thép của cổng trục dầm đôi 2 đầu công xôn

Lx : Khoảng cách trục giữa hai bánh xe của xe nâng (mm)

h : Chiều cao giữa của dầm chính (mm)

h1 : Chiều cao đầu dầm chính công xôn(mm)

Hc : Chiều cao của chân cổng (mm)

L : Chiều dài của dầm chính (mm)

C : Chiều dài đoạn vát của dầm chính (mm)

Bx : Khoảng cách các vết bánh xe của xe nâng (mm)

Bd : Chiều rộng cạnh trên của chân cổng(mm)

Bc : Khoảng cách giữa hai bánh xe ray (mm)

Ac : Kích thước bao của dầm biên, chiều rộng cạnh dưới của chân cổng(mm)

2.3.2 Các loại thép dùng cho dầm

2.3.2.1 Các loại thép hình và ứng dụng

Dầm chính sử dụng thép hình I, [, thép góc đều cạnh và không đều cạnh…(TCVN

1654 – 75 đến 1657 – 75) được chế tạo bằng phương pháp cán hoặc dập

- Thép chữ I:

+ Theo TCVN 1655 – 75 , có 23 tiết diện, chiều cao từ 100 đến 600 mm Ví dụ ta có ký hiệu là I30 thì I là ký hiệu của thép chữ I và 30 là chiều cao, tính cm Ngoài ra, từ số hiệu 18 đến 30 còn có thêm 2 tiết diện phụ “a” là cánh rộng và dày hơn,nhưng cùng chiều cao,ví dụ ký hiệu I25a Chiều dài từ 4 đến 13m

+ Sử dụng thép chữ I chuyên dùng theo tiêu chuẩn ΓOCT 5157 – 53 ( bảng 1.3,trang 43), [9] để làm ray cho thiết bị nâng

Trang 27

- Thép góc: 2 loại

+ Đều cạnh: theo TCVN 1656 – 75 , gồm 67 loại, loại nhỏ nhất ký hiệu ∟20x3 đến tiết diện lớn nhất là ∟250x4

Hình 18 Thép góc đều cạnh và ứng dụng

Trang 28

+ Không đều cạnh: theo TCVN 1657 – 75 gồm 47 loại tiết diện, loại nhỏ nhất có ký hiệu L25x16x3 đến tiết diện lớn nhất là L250x160x20

Hình 19 Thép góc không đều cạnh và ứng dụng

-> Chiều dài mỗi thanh thép góc từ 4 đến 13 mét Thép góc là thép cán được sử dụng phần lớn trong kết cấu thép, sử dụng làm thanh chịu lực như thanh biên của kết cấu dàn, liên kết dầm với cột…

2.3.2.2 Thép dùng cho dầm tổ hợp

- Thép tấm được sử dụng rất phổ biến vì nó không theo một tiêu chuẩn nào, mà nó

có thể tạo ra các tiết diện khác nhau theo người thiết kế Đặc biệt trong kết cấu dạng bản cánh thì rất hay dùng

- Dầm tổ hợp được tạo ra do sự kết hợp của các loại thép tấm hoặc kết hợp thép tấm với thép hình bằng phương pháp hàn ( gọi là dầm tổ hợp hàn), bằng đinh tán (gọi là dầm tổ hợp đinh tán), hay bulong (gọi là dầm tổ hợp bulong)

Hình 20 Dầm tổ hợp 1 thanh kết cấu hàn Hình 21 Dầm tổ hợp 2 thanh kết cấu hàn

Trang 29

-> So với các liên kết bằng đinh tán hay bulong thì liên kết bằng hàn tiết kiệm vật liệu hơn, đơn giản,dễ chế tạo nên giảm giá thành sản phẩm.Còn mối ghép bằng đinh tán hay bulong thì thường dùng trong kết cấu chịu tải trọng động nặng hoặc rất nặng như ở cầu trục

Trang 30

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CỔNG TRỤC 3.1 Tính toán kết cấu cổng trục bằng phương pháp truyền thống

3.1.1 Thông số ban đầu

Cổng trục dầm đôi dạng hộp làm việc với chế độ bình thường, có các thông số ban đầu như sau:

Bảng 1 Các thông số ban đầu của cổng trục

Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Giá trị Đơn vị

Khoảng cách trục các bánh xe

của xe nâng

Khoảng cách tù trục các bánh xe

nâng đến đầu mút khẩu độ

Khoảng cách vết bánh xe của xe

nâng

+ Mô hình tính:

Hình 22 Mô hình tính theo phương pháp truyền thống

Để đơn giản trong việc tính toán thì người ta coi như cổng với chân cổng vuông góc

với đường ray Dầm chính, dầm biên, gối tựa tiết diện không đổi còn chân cổng với

tiết diện thay đổi Các phần tử của cổng trục có dạng thanh

Trang 31

- Với các chọn trên, có khẩu độ L=23m thì chọn liên kết ở 2 đầu dầm chính,tức là tại A và B sẽ là liên kết cứng.Tại E và M là chỗ tiếp xúc của chân cổng với đường ray nên ta chọn nó cố định

3.1.2 Vật liệu chế tạo dầm chính

Vật liệu chế tạo dầm chính là thép CT3 có các đặc tính sau:

Môđun đàn hồi khi kéo : E = 2,10.105 N/mm2

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

Giới hạn chảy : 𝜎𝑐 = 2400 ÷ 2800 daN/cm2

Giới hạn bền : 𝜎𝑏 = 3800 ÷ 4200 daN/cm2

Độ dai va đập : Ak = 50 ÷ 100 J/cm2

Khối lượng riêng : 𝛾 = 7,83 T/m3 = 7830 kg/m3

Độ dãn dài khi đứt : 𝜀0 = 21%

3.1.3 Xác định sơ bộ kích thước cổng trục

3.1.3.1 Xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính

Hình 23 Dầm chính tổ hợp dạng hộp

+ Chiều cao dầm được xác định bằng công thức thực nghiệm (8.24) của [4]

Trang 32

+ Chiều cao ở 2 đầu dầm chính nhỏ hơn chiều cao giữa dầm để giảm trọng lượng

và dễ dàng lắp ráp hơn, (trang 144) của [4]

* Xác định kích thước sơ bộ thành đứng:

Hình 24 Tiết diện dầm tổ hợp hai thanh kết cấu hàn

+ Chiều dày thành đứng 𝛿𝑡 của dầm dạng hộp phụ thuộc vào tải trọng nâng Q,

-> Với Q = 20 Tấn chọn sơ bộ 𝛿𝑡 = 6 mm

+ Chiều dày tấm biên 𝛿𝑏 của dầm hàn nên lấy lớn hơn chiều dày thành đứng 𝛿𝑡

Trang 33

Chọn sơ bộ chiều dày tấm biên 𝛿𝑏 theo công thức kinh nghiệm (5.23) của [9]

𝛿𝑏 = (1,5 ÷ 2,0) 𝛿𝑡 = (1,5 ÷ 2,0).6 = 9 ÷ 12 mm

-> Chọn 𝛿𝑏 = 12 mm

+ Chiều cao thành đứng :

ht = h - 2𝛿𝑏 = 1400 – 2.12 = 1376 mm

* Xác định sơ bộ bề rộng của tiết diện hộp 2 thành :

+ Khoảng cách giữa hai mặt bên trong hai tấm thành đứng chọn theo công thức kinh nghiệm và yêu cầu phải lớn hơn, B0 ≥ 300 mm (trang 144) của [4] :

Hình 25 Sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính

3.1.3.2 Xác định sơ bộ kích thước chân cổng trục

Trang 34

Hình 26 Sơ đồ kết cấu chân cổng trục

- Bc là khoảng cách giữa hai hàng bánh xe di chuyển cổng trục.Để đảm bảo độ ổn định kết cấu cổng trục và tránh hiện tượng kẹt bánh xe khi di chuyển trên đường ray thì Bc được xác định theo công thức thực nghiệm (trang 247) của [9]:

Trang 35

Bd = Bx + B = 2600 + 600 = 3200 mm

Hình 27 Bố trí đường ray xe nâng trên dầm chính

- Lgt là chiều dài gối tựa được xác định theo công thức :

Lgt = Bx – B = 2600 – 600 = 2000 mm

3.1.3.3 Đặc trưng tiết diện dầm chính

Hình 28 Sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính

- Diện tích thanh biên trên : F1 = B.𝛿𝑏 = 600.12 = 7200 mm2

Trang 36

- Diện tích thanh biên dưới : F2 = B.𝛿𝑡 = 600.6 = 3600 mm2

- Diện tích thành đứng : F3 = 2.ht.𝛿𝑡 = 2.1376.6 = 16512 mm2

- Chiều cao thành đứng : ht = h-(𝛿𝑏 + 𝛿𝑡) = 1400 – (12+6) = 1376 mm

- Tổng diện tích tiết diện của dầm chính : F = F1 + F2 + F3 = 27312 mm2

- Trọng lượng dầm chính : Gdc = F.L.𝛾 = 27312.10-6.23.7830 = 4919 kg + Momen tĩnh của tiết diện đối với trục x-x :

- Thanh biên trên : S1 = F1.(ℎ𝑡 − 𝛿𝑏

- Thanh biên trên : Jx1 = 𝐵.𝛿𝑏

Trang 37

Jx = Jx1 + Jx2 + Jx3 = 7869,61.106 mm4

+ Momen quán tính đối với tiết diện y-y:

- Thanh biên trên : Jy1 = 𝛿𝑏.𝐵

- Tổng momen quán tính : Jy = Jy1 + Jy2 + Jy3 = 1840.106 mm4

+ Momen chống uốn của tiết diện đối với trục x-x:

- Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên:

Wx1 = 𝐽𝑥

𝑍1 = 7869,61.106

709,33 = 11,09.106 mm3 Trong đó: Z1 = h – Z0 = 1400 – 690,67 = 709,33 mm

- Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên dưới:

Wx2 = 𝐽𝑥

𝑍0 =

7869,61.106690,67 = 11,39.106 mm3

- Momen chống uốn đối với tiết diện y – y:

Wy = 2.𝐽𝑦

𝐵 = 2.1840.106

600 = 6,13.106 mm3

Trang 38

3.1.3.4 Xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm biên, chân cổng, gối tựa

Hình 29 Sơ đồ kích thước tiết diện dầm biên Hình 30 Sơ đồ kích thước tiết diện

đầu chân cổng

Hình 31 Sơ đồ kích thước tiết diện

cuối chân cổng Hình 32 Sơ đồ kích thước tiết diện gối tựa

3.1.3.5 Đặc trưng tiết diện chân cổng, dầm biên và gối tựa

Dựa vào các công thức tính toán ở trên, ta tiến hành tính toán tương tự, có được các

kết quả về tiết diện chân cổng, dầm biên và gối tựa :

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	1,81 MB