5.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế kết cấu khung cầu trục.
Kết cấu kim loại cầu trục hai dầm kiểu hộp kích thớc cơ bản nhất của dầm chính là chiều cao và chiều rộng của nó
Hình 2.23: Kích thớc cơ bản của kết cấu thép dầm hộp
Hình trên biểu diễn những kích thớc cơ bản của kết cấu thép dầm hộp trong đó:
H : Chiều cao của dầm chính
B : Khoảng cách giữa hai thành đứng
δ : Bề dày thành đứng
h0 : Khoảng cách giữa hai tâm thanh biên
Để đảm bảo độ bền và độ cứng của dầm trong mặt phẳng đứng chiều cao của dầm chính thờng lấy trong giới hạn[2]:
L ). 18 1 14 1 ( H≥ ữ Trong đó:
L : Khẩu độ của cầu trục
Để giảm nhẹ trọng lợng cầu và để áp dầm chính vào dầm cuối chiều cao của hai đầu dầm chính có thể lấy trong khoảng Hđ = (0,4 ữ 0,6).H.
Chiều dài đoạn nghiêng của dầm chính c = (0,1 ữ 0,2).L
Để đảm bảo độ cứng của dầm khi xoắn, khoảng cách giữa hai thành đứng của hộp lấy trong giới hạn[2]:
L ). 50 1 10 1 ( B= ữ và 3 H B≥
Chiều rộng của thanh biên trên và dới Bb =(0,33ữ0,5).H
Vì trên thanh biên trên có đặt đờng ray chịu tải nên chiều dày của nó lấy lớn hơn chiều dày của thanh biên dới và cần lấy lớn hơn 6 mm.
Chiều dày thành đứng của hộp cần lấy lớn hơn 6 mm và thờng lấy phụ thuộc vào tải trọng của cầu trục[2]:
Q ≤ 20 t : δ = 6 mm Q = 30 ữ 75 t : δ = 8 mm Q = 75 ữ 200 t : δ = 10 mm Q ≥ 200 t : δ = 12 mm
Chiều dày của thành đứng còn đợc chọn theo điều kiện ổn định cục bộ của dầm.
Khi 80≤ h0 <160
δ để tăng độ ổn định cục bộ của dầm cần hàn những đoạn
thép góc trên suốt chiều cao của dầm. Đó là các gân tăng cứng. Khoảng cách lớn nhất giữa các gân không lớn hơn hai lần chiều cao của dầm và cũng không lớn quá 3 m. Trong trờng hợp có dàn đứng phụ thì các gân nên đặt cách nhau một khoảng bằng chiều dài đốt của dàn đứng phụ.
Ngoài các gân tăng cứng trên suốt chiều cao của dầm, giữa chúng còn hàn thêm các đoạn thanh ngắn chiều dài b1 ≥ 0,3.h0 và h1 ≥ 0,4.a1.
Trong trờng hợp 80 h0 ≤160
δ
≤ cần hàn thêm một thanh dọc theo chiều dài của dầm. Ngoài ra để dầm nhẹ hơn ngời ta còn làm các cửa sổ con trên thành đứng dọc theo chiều dài của dầm.
Kinh nghiệm cho thấy rằng chỉ dùng các thanh ngắn trung gian để tăng cứng khi có các thanh dọc, vì nếu không có các thanh dọc sẽ làm xuất hiện các vết nứt rạn do mỏi ở các thanh ngắn đó.
Phân tích ảnh hởng của những trờng hợp căng khác nhau của thành đứng theo độ ổn định cục bộ ta thấy:
1) ở tiết diện, nơi mà ảnh hởng chính là lực cắt, còn ảnh hởng của mômen uốn có thể bỏ qua (đầu dầm), phần thành đững nằm giữa các thanh biên và các gân tăng cứng chịu nén và có thể mất độ ổn định. ứng suất tiếp tới hạn phân bố đều dọc theo tất cả các cạnh của nó và có thể tính gần đúng nh sau[2]: 2 3 2 2 th ) .10 N/mm b .( ) a b .( 760 1020 δ + = τ
Trong đó: δ : chiều dày thành đứng của hộp. Hệ số an toàn ổn định cục bộ: 3 , 1 ] k [ k th ≥ = τ τ = Trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2) ở tiết diện, nơi mà ảnh hởng chính là mômen uốn, còn ảnh hởng của lực cắt có thể bỏ qua đợc (giữa dầm), phần thành đứng nằm giữa hai thanh biên và hai gân tăng cứng có thể xem nh tấm chịu uốn thuần tuý. Trong trờng hợp này tấm có thể mất độ ổn định trong vùng chịu nén của dầm. ứng suất pháp tới hạn của tấm này phân bố theo hai cạnh của tấm và bằng:
23 3 2 1 th .10 N/mm h . 4390 δ = δ
Hệ số an toàn ổn định cục bộ trong trờng hợp phối hợp tải trọng thứ nhất: 3 , 1 ] k [ k 1 1 th 1 ≥ = δ δ =
Trong trờng hợp phối hợp tải trọng thứ hai: 1 , 1 ] k [ k 2 2 th 2 ≥ = δ δ =
Trong đó: δ1 và δ2: ứng suất nén ở biên của phần dàn đang xét.
Gân tăng cứng dọc nên đặt ở vùng bị nén của thành hộp cách mép trên của thành hộp một đoạn ht = (0,2 ữ 0,25). h0 [2].
Đờng ray của xe lăn cần đặt đối xứng với trục thẳng đứng của hộp. Tuy nhiên tốt nhất là nên đặt đờng ray lên trên một trong các thành của hộp. Đặt đờng ray lên trên một trong các thành của hộp có u điểm là kim loại đợc sử dụng hợp lý hơn, vì bề rộng của dầm chỉ cần đủ để đặt và sử dụng các cơ cấu và thiết bị điện. Thiết bị điện trong kết cấu này thờng đặt bên trong dầm. Vì thế kết cấu cầu hai dầm với đờng ray đặt trên thành đứng của hộp có khối lợng t- ơng đối nhỏ nhng độ bền mỏi và tính công nghệ cao.
Khi đặt đờng ray lên trên một trong các thành của hộp áp lực thẳng đứng của các bánh xe lăn sẽ sinh ra mômen xoắn dầm. cánh tay đòn của mômen xoắn là khoảng cách từ tâm uốn của dầm tới tâm đờng ray. Nhng trị số của mômen xoắn này quá nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Tuy nhiên việc đặt đờng ray lên trên một trong các thành của hộp sẽ sinh ra ứng suất tiếp phụ vì thế nếu ta làm chiều dày của hai thành đứng giống nhau thì ứng suất tiếp trong chúng rất
khác nhau. Do đó, trong trờng hợp này hợp lý nhất là nên làm chiều dày thành đứng phía đặt đờng ray lớn hơn chiều dày thành đứng kia.
Trong cầu trục có thể dùng thép hình vuông nhãn hiệu Cτ5 để làm ray hoặc có thể dùng ray chuyên dùng cho ngành máy trục hay là ray chuyên dùng cho ngành xe lửa[2].
Thờng dùng loại thép hình vuông mỗi cạnh 60 mm để làm ray cho các cầu trục có chế độ làm việc nhẹ và chế độ làm việc trung bình. Đối với các cầu trục có chế độ làm việc nặng loại ray này ít đợc sử dụng vì độ chịu mòn của nó kém. Trong trờng hợp này nên dùng loại ray chuyên dùng cho ngành máy trục KP – 50, KP – 60, KP – 70, KP – 80, KP – 100, KP – 120 và KP – 140 theo ΓOCT 4121 – 55. Ray chuyên dùng cho ngành xe lửa yếu hơn ray chuyên dùng cho ngành máy trục. Tuy nhiên chúng có thể đợc sử dụng trong những trờng hợp thích hợp, nh làm ray cho máy trục đặt trên mặt đất và trong những cầu trục có trọng tải nhỏ và trung bình.
Việc đặt đờng ray phải bảo đảm chắc chắn, không cho phép chuyển vị dọc hay chuyển vị ngang khi máy trục làm việc. Vì những chuyển vị này có thể sinh ra khi phanh máy trục do lực ma sát trợt giữa bánh xe và ray, đồng thời do kết quả của những va chạm ngang vào ray của các thành bánh xe. Kết cấu đặt ray phụ thuộc vào kiểu ray và phụ thuộc vào kiểu đặt ray cố định hay kiểu đặt ray tháo đợc. Kiểu đặt ray cố định của loại ray hình vuông ta dùng mối ghép hàn. của loại ray chuyên dùng ta dùng mối ghép đinh tán hay dùng tấm kẹp hàn.
Khi hàn ray có thể dùng mối hàn gián đoạn với tỷ số 1,5 3 a
b
ữ =
Trong đó: b : Chiều dài đoạn không hàn a : Chiều dài mối hàn
Trong kiểu đặt ray tháo đợc ta dùng bulông. Các tấm kẹp cần hàn 1 ữ 2 mm [2] cao hơn nền đờng ray. Nếu các tấm kẹp hàn bằng nền đờng ray thì khi hàn có thể có tấm kẹp nào đó nằm dới bề mặt nền đờng ray. Khi đó dới áp lực của các bánh xe các mối hàn có thể bị cắt đứt. Đối với tiết diện hình hộp
có hai thành, khi khó hay không thể đặt bulông qua thanh biên trên thì tốt nhất là dùng các kiểu đặt ray khác.
ứng suất tiếp xúc (σ, MPa) của bánh xe với ray có đỉnh lồi đợc xác định theo công thức[2]: [ ]d d r . b E . P . 418 , 0 ≤ σ = σ Trong đó:
P : áp lực tơng đơng của bánh xe lên ray b, r : Bề rộng mặt làm việc và bán kính bánh xe E : Môđun đàn hồi của vật liệu làm ray và bánh xe
ứng suất tiếp xúc σd không vợt quá ứng suất cho phép [σ]N 5.2 Thiết kế khung dầm cho cầu trục đập tràn SêSan 4.
Để tính toán kết cấu thép cầu trục trớc tiên ta cần định ra kích thớc các mặt cắt của cầu trục dựa vào một số cơ sở sau đây:
- Để dầm chính đảm bảo độ cứng vững, ổn định thì chiều cao dầm chính phải thoả mãn công thức kinh nghiệm sau đây:
L 14
1 h≥
Trong đó:
h : Chiều cao của dầm chính (mm)
L : Khẩu độ của cầu trục (mm), L = 6000 mm Do đó : .6000 428,6mm
14 1
h≥ = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chọn sơ bộ chiều cao của dầm chính là h =700 mm
- Để dầm chính đảm bảo độ cứng chống xoắn thì bề rộng của dầm chính phải thoả mãn công thức kinh nghiệm sau:
b ≥ (0,33 ữ 0,5).h = (0,33 ữ 0,5).700 = 321 ữ 350 mm Trong đó:
b : Chiều rộng của dầm chính (mm)
h : Chiều cao của dầm chính (mm), h = 700 mm Chọn b = 500 mm
Với yêu cầu về chế độ làm việc và độ ổn định cục bộ cũng nh tổng thể của các thành phần cấu thành kết cấu thép cầu trục, ta sẽ sơ bộ định đợc kích thớc các tiết diện của chúng nh sau:
Mặt cắt dầm chính có dạng hộp: 700x400x16x10 Chân cầu trục: 400x400/800x400x20x20
Giằng dới: 300x300x12x8 Giằng trên: 500x300x12x8
5.3 Các thông số để kiểm nghiệm cầu trục trên phần mềm Cosmos.
Các thông số cần thiết để tính tải trọng tác dụng lên kết cấu thép của cầu trục gồm có:
- Gcầu trục : Tải trọng bản thân cầu trục(kG) có thể tính sơ bộ theo công thức kinh nghiệm hoặc có thể chọn lựa theo Attlát.
- Gxe con : Tải trọng bản thân của xe con (kG) có thể tính sơ bộ theo công thức kinh nghiệm hoặc có thể chọn lựa theo Attlát.
- Qh : Tải trọng hàng nâng và bộ phận nâng hàng (kG)
- p : áp lực gió ở trạng thái làm việc của cầu trục. p = 250 kG/m2 Trọng lợng cầu trục, chọn sơ bộ theo Attlat : Gcầu trục ≈ 68000 (kG). Trọng lợng xe con, chọn sơ bộ theo Attlat : Gxe con = 32000 (kG). Trọng lợng hàng nâng và cụm móc treo: Qh = 52000 (kG).
Tải trọng do gió : Pg = Fc.p
áp lực gió : p = 250 (kG/m2 ).
Tải trọng gió phân bố lên dầm chính cầu trục: qg = 250 . 0,7 = 175(kG/m). Tải trọng quán tính hàng nâng tác dụng lên cầu trục khi khởi động:
Pqth = ahn.Qh = 0,3.52000 = 15600 (kG) Trong đó:
ahn = 0,3 m/s2
Tải trọng quán tính sinh ra khi khởi động của xe con khi mang hàng: Pqtxc = axc.( Qh +Gxe con)
Trong đó:
axc : Gia tốc của bộ máy di chuyển xe con khi khởi động tính đợc trong phần tính toán trên , axc = 0,044 m/s2
Pqtxc = 0,044.( 52000 + 32000) = 3696 (kG). Tải trọng quán tính của cầu trục chân dê khi khởi động
Pqtct = act.( Qcâù trục + Qh) Trong đó:
act : Gia tốc của bộ máy di chuyển cầu trục khi khởi động lấy giá trị lớn nhất tính đợc ở phần trên, act = 0,12 m/s2
Pqtct = 0,12. (68000+ 52000) = 14000(kG).
Vậy tải trọng lớn nhất tác dụng lên khung dầm cầu trục theo phơng thẳng đứng là: Qh + Pth + Qxc= 52000 + 15000 + 32000 = 99000 (kG).
Trên đây là toàn bộ các lực tác dụng lên kết cấu thép của cầu trục trong trờng hợp nâng tải tối đa và làm việc bất lợi nhất. Tất cả các lực này sẽ đợc đặt lên kết cấu cầu trục đợc kiểm nghiệm bằng phần mềm Cosmos ở chơng sau của đồ án.
6. Kết luận.
Trong tính toán thiết kế cầu trục thông thờng không xét đến ảnh hởng của tải trọng động và nếu có xét đến ảnh hởng của tải trọng động thì cũng chỉ đa các hệ số thực nghiệm, hệ số tải trọng động vào các phơng trình để tính toán. Vì vậy để giải quyết đợc những vấn đề đặt ra tôi đã tìm hiểu về lý thuyết tính toán cầu trục theo phơng pháp thông thờng, đặc trng động học của một cơ cấu, xây dựng mô hình chuyển động và đã lập đợc một hệ phơng trình vi phân chuyển động. Kết quả của việc giải phơng trình chuyển động tìm đợc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
các gia tốc từ đó xác định đợc các tải trọng động để kiểm tra sức bền của cáp đảm bảo yêu cầu và kiểm nghiệm cầu trục ổn định khi làm việc.
Trên cơ sở các tính toán kiểm tra trong phần 3, phần 4 của chơng này là đầu bài để thiết kế kết cấu thép cầu trục ở phần 5 và tôi đã thiết kế đợc khung dầm của cầu trục với các bộ phận: dầm chính, chân cầu trục, giằng trên và giằng dới. Kết cấu đợc thiết kế là cơ sở để dựng hình và kiểm tra cầu trục bằng phần mềm Cosmos ở chơng III của đồ án.
Mô phỏng cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San 4