Thiết kế kết cấu thép phần chân và bộ di chuyển cổng trục

Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình lời nói đầu Trong sự nghiệp cộng nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nớc ta hiện nay thì vấn đề xây dung cơ sở hạ tầng trong lĩnh vực xây dung cơ bản và xây dng các công trình GTVT đóng vai trò quan trọng. Vấn đề này đã và đang đợc đảng và nhà nớc ta trú trọng và đặt lên hàng đầu. Do đặc điểm địa lý, địa hình, địa chất, khí hậu ở nớc ta rất phức tạp. Trên các tuyến đờng từ Bắc chí Nam có rất nhiều sông ngòi cắt ngang. Vậy nên vấn đề xây dng các cây cầu bắc qua là không thể tránh khỏi. Ngoài ra ở các đô thị lớn việc giải quyết các vấn đề ách tắc giao thông tại các nút giao thông là cần thiết. Vì vậy cần phải xây dựng các cầu vợt. ở nớc ta bờ biển chải dài từ Bắc xuống Nam nên việc xây dựng các cảng sông cảng biển để làm cầu nối giao lu buôn bán trong và ngoài nớc cũng là vấn đề đang đợc quan tâm. Vấn đề xây dựng các cơ sở công nghiệp, các nhà máy xí nghiệp dân dụng và quốc phòng, các khu dân c, khu đô thị hiện đại ở các thành phố lớn . Để đáp ứng các yêu cầu xây dựng các công trình trên đòi hỏi phải có rất nhiều máy móc thiết bị tham gia thi công. Một trong các máy móc thiết bị đó để phục vụ một số công việc nhất định trong thi công xây dựng kể trên là Cổng trục. Cổng trục là loại máy trục có kết cấu thép nh khung cổng. Các chc năng làm việc của nó bao gồm: Nâng hạ hàng, di chuển xe con mang hàng, di chuyển cổng trục. Vì vậy nó dợc sử dụng rộng rãi trong thi công xây dựng nh: Xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng thuỷ lợi, thuỷ điện, quốc phòng, xây dng lao lắp dầm cầu , phục vụ tại các phân xởng sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép, phân xởng cơ khí sửa chữa dóng tàu, làm nhiệm vụ xếp dỡ hàng hoá tại các cảng sông, cảng biển, các ga hàng hoá . Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình Là thiết bị sử dụng phổ biến trong thi công xây dựng xếp dỡ và phục vụ ở một số xí nghiệp cơ khí sửa chữa. Cổng trục có nhiều tính năng u việt của nó là sức nâng từ vài tấn đến hàng trăm tấn. Với tải trọng không thay đổi dọc theo cổng trục và khả năng di chuyển đến hàng trăm mét. Vấn đề bảo dỡng, sửa chữa và lắp dựng đơn giản, ít chiếm nhiều diện tích. Do dó trong quá trình khai thác tính kinh tế mà nó mang lại là khá cao. Mặt khác cổng trục là thiết bị mà ở nớc ta có thể thiết kế chế tạo không phải nhập từ nớc ngoaì. Cho nên giá thành của nó phù hợp với việc đầu t thiết bị của các công ty xây dựng, các nhà máy xí nghiệp theo nhu cầu sử dụng của mình. để đáp ứng yêu cầu đó nhà trờng cùng bộ môn Máy Xây Dựng- Xếp Dỡ Khoa Cơ Khí giao cho em đề tài thiết kế cổng trục 60 tấn, chiêù cao nâng 12m, khẩu độ 14,5m . Với nhiệm vụ cụ thể là : Thiết kế kết cấu thép phần chân và bộ di chuyển cổng trục . Đợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Tiến Sỹ Trần Quang Quý và các thầy cô trong bộ môn Máy Xây Dựng-Xếp Dỡ cùng toàn thể các bạn trong lớp đã giúp em hoàn thành đề tài này. Song do thơì gian và khả năng còn hạn chế nên đề tài cũng không tránh khỏi những khiếm khuyết. Em rất mong đợc sự giúp đỡ, đóng góp của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2002 Sinh Viên : Nguyên Huy Bình Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 2 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình Phần I : tính toán Kết cấu thép chân cống trục chơng I Tính toán chân giá đỡ I Tính toán cột chân giá đỡ Về mặt kết cấu chân giá đỡ là kết cấu cột chịu nén lệch tâm và có diện tích mặt cắt thay đổi dọc theo chiều dài của chân. Chân giá đỡ của cổng trục ở 2 bên chịu tác trọng giống nhau nên hình thức kết cấu cũng giống nhau : Sơ bộ chọn hình thức kết cấu : Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 3 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình Chân giá đỡ liên kết với dầm chính bằng liên kết chốt. Tổng tác trọng P của dầm chính, cụm xe con và các bộ máy, trọng lợng vật nâng là : QG P P xc t ++= 2 Tính cho trờng hợp cụm xe con và hàng nâng ở một bên chân cống với : P t = 140000N Trọng lợng dầm chính Q xc = 70000N Trọng lợng xe con các các bộ máy. Q = 600000N Trọng lợng hàng nâng Vậy : NP 74000060000070000 2 140000 =++= 1. Chọn dạng mặt cắt. -Sơ bộ chọn kết cấu chân giá đỡ là kết cấu dạng cột kín có mặt cắt hình chữ nhật do thép hình [460 ghép lại bởi nhau bằng thép bản bởi liên kết hàn. Kết cấu chân giá đỡ có diện tích mặt cắt thay đổi. ở phía trên, phần liên kết với dầm chính có diện tích mặt cắt lớn nhất nhằm tăng sự ổn định của cổng trục. Sơ bộ chọn nh hình vẽ : 2. Các dạng tải trọng tác dụng lên kết cấu chân giá đỡ. Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 4 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình a. Tải trọng tĩnh. -Tải trọng tĩnh tác dụng lên mỗi bên chân giá đỡ cổng trục gồm : Tác trọng của dầm chính : 4 1 t t G P = Trong đó G t = 140000N Trọng lợng dầm chính Vậy NP t 35000 4 140000 1 == P t1 có hớng thẳng đứng Tải trọng bản thân của chân giá đỡ P t2 = 63000N b. Tải trọng di động (tính cho 1 bên chân giá đỡ) Đây là tải trọng bao gồm tải trọng hàng nâng + trọng lợng xe con và các bộ máy tính cho trờng hợp bất lợi nhất, tức là xe con và hàng nâng cùng về ở 1 bên chân cổng trục. N GQ P xc dd 335000 2 70000600000 2 = + = + = c. Tải trọng quán tính. -Tải trọng quán tính phát sinh khi khởi động hoặc phanh hãm cơ cấu di chuyển xe con cổng trục. -Lực quán tính khi khởi động hoặc hãm xe con sinh ra. bqt xPP 7 1 1 = (KCT Trang 146) Trong đó : P b Tổng áp lực của bánh xe chủ động ( ) 0 n n GQP xcb += n Số bánh xe chủ động của xe con : 2 Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 5 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình n 0 Tổng số bánh xe của xe con : 4 Vậy : ( ) NP NP qt b 47875 7 335000 335000 4 2 70000600000 1 == =+= Lực quán tính tác dụng theo phơng song song dầm chủ Lực quán tính sinh ra khi hãm cá cổng trục, lực này tác dụng theo phơng vuông góc với dầm chủ. tkdg GGQ v P xcc qt .60 2 ++ ì= (công thức 5-50-MTVC) Trong đó : g = 9,81m/s 2 Gia tốc trọng trờng v = 45m/s Vận tốc di chuyển cổng trục t kđ - Thời gian khởi động t kđ = (0,5ữ16) cho t kd = 1(s) NP qtz 6,61926 181,9 70000140000600000 60 45 = ì ++ ì= Tải trọng gió. Khi tính toán các máy trục nói chung mà làm việc ngoài trời thì cần phải tính đến tải trọng gió. Theo công thức trang 124 KCT P g = K 0 . q. F g Trong đó : K 0 Hệ số cán khí động học Đối với dầm và dàn K 0 = 1,4 Đối với buồng lái, đối trọng K 0 = 1,2 Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 6 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình q - áp lực gió tính toán Theo bảng 6 3 KCT chọn q = 250N/m 2 F g diện tích chịu gió tính toán Đối với kết cấu có thành kín diện tích chịu gió tính toán chính là diện tích giới hạn bởi đờng viền ngoài. F g = F g1 + F g2 F g1 diện tích chịu gió tính toán các bộ phận của cổng trục. F g1 = 16.1 + 4.14.0,4+9,4.0.36 = 41m 2 Lực F g1 tác dụng theo phơng vuông góc với dầm chính. F g2 diện tích chịu gió của vật nâng F g2 = 25m, chọn theo bảng 6-6 KCT Vậy P g = 14.250 (41 + 25) = 23100N Lực cản gió có phơng vuông góc với dầm chính 3. Xác định nội lực trong kết cấu chân giá đỡ a- Xác định nội lực trong kết cấu chân giá đỡ trong mặt phẳng chân cổng -Khi cha có lực xô ngang theo mặt phẳng chân cổng y = 0 R 1 + R 2 = 2P t + P Trong đó : P tz Tải trọng bản thân của chân giá đỡ P - Tổng áp lực tác dụng lên chân giá đỡ R 1 , R 2 phản lực tại các gốc nằm ở phần liên kết giữa chân giá đỡ và phần chân ngang. Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 7 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình Do hai bên chân giá đỡ đối xứng với nhau qua mặt phẳng hàng nâng nên ta có : R 1 = R 2 Từ đó : N P PRR t 80300074000063000 2 221 =+= +== Khi có lực xô ngang P qt2 tác dụng lên cổng trục, lực này gây ra mômen uốn đồng thời gây ra mô men lật tại B, lực cản do gió cũng sẽ làm mất ổn định của cổng trục. Mô men lật tại B là : M r = P 1 .h 1 + P 2 .h 2 Với P1 = P qt21 + P g1 P2 = P qt22 + P g2 Trong đó : P qt21 ; P qt22 lực quán tính do trọng lợng (Q + Q xc ) gây ra và do trọng lợng kết cấu thép gây ra khi phanh gấp cổng trục. ( ) ( ) N tkdg vG P N tkdg vQQ P c qt xc qt 56575 1.81,9.60 45.740000 60 . 51223 1.81,9.60 4570000600000 60 22 21 === = + = + = P g1 , P g2 Tải trọng gió tác dụng vào hàng nâng cùng với xe con và tải trọng gió tác dụng vào kết cấu thép của cổng trục theo phơng song song với dầm chủ. P g1 = K 0 . q . F g1 Với F g1 diện tích chịu gió của hàng nâng + xe con. Diện tích chịu gió của xe con F xe = K . F K = 0,8 F diện tích đờng viền trong F gxe = 0,8 . 25 . 2 = 4m 2 Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 8 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình F g1 = 25 + 4 = 29m 2 K 0 = 1,2 hệ số cán khí động học P g1 = 1,2 . 250 . 29 = 8700N P gz = K 0 . q . F g2 Với f g2 diện tích chịu gió tính toán của các bộ phận cổng trục F g2 = 42m 2 Vậy P g2 = 1,4 . 250 . 42 = 14700N Từ đó ta tính đợc : P 1 = P qt21 + P g1 = 51223 + 8700 = 59923 N P 2 = P qt22 + P g2 = 56575 + 14700 = 71275N Với h 1 và h 2 là các cánh tay đòn tơng ứng ta có : M r = 59923 . 14 + 71275 . 11 = 1622947 N Mômen chống lật (tính cho 1 chân) a GGQ Mcl cxe . 2 ++ = Theo điều kiện ổn định ta có : rcl r cl MM M M K 15,1 15,1 = Từ đó ta có : ma GGQ M a cxe r 6,4 14000070000600000 1622947.15,1.2 2 115 = ++ ++ Ta chọn a = 4,6m Tính góc nghiêng Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 9 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Huy Bình 0 72043,3 043,3 6,4 14 == === arctg a H Tg Nội lực lớn nhất tác dụng lên chân cổng = Sin R R ' max Trong đó : R là áp lực lớn nhất tại B khi chân cổng chuẩn bị lật khi đó R 1 = 0 Và R = 2R 2 = 2.803000 = 1600000N Vậy N tg R Q NR 527768 043,3 1606000 72 1688648 72sin 1606000 0 ' 0 0 max === == Xác định nội lực chân giá đỡ trong mặt phẳng hàng nâng N = P + 2P t2 . Trong đó : P : Tổng áp lực tác dụng lên chân giá đỡ (N) P t2 : Tải trọng bản thân chân giá đỡ (N) N = 740000 + 2 . 63000 = 866000N Q = P qt1 = 47875N Lực quán tính tác dụng theo phơng song song với dầm chủ Mômen uốn tác dụng lên chân giá đỡ theo mặt phẳng hàng nâng. M n = P qt1 .H = 47875 . 14 = 670250Nm Biểu đồ mômen uốn tác dụng lên chân giá đỡ: Lớp : máy xây dựng-xếp dỡ B-K38 10