CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN CHUNG
3.2. Tính toán kiểm tra kết cấu thép
3.2.1. Tính toán kiểm tra kết cấu thép cần phụ
Chọn vật liệu chế tạo là thép
B = 740 (mm) Bo = 682 (mm) H = 880 (mm) h = 836 (mm)
dt
b
B0
B
Hình 3. 7. Tiết diện cần phụ
+ Diện tích mặt cắt tiết diện: F = B.H - (B0.h+2h.b)
= 740.880 - (682.836+2.836.12) = 60984 (mm2) = 60984.10-6 (m2) + Momen tĩnh của tiết diện:
- Momen tĩnh của nưa tiết diện đối với trục X – X Sx0 =
= .740.18.( + ) + = 7636244 (mm3)
- Momen tĩnh của nưa tiết diện đối với trục Y – Y Sy0 =
= .880.11.+
= 5534298 (mm3)
+ Momen quán tính của tiết diện đối với trục X – X Jx =
= -
db
+ Momen quán tính của tiết diện đối với trục Y – Y Jy =
= -
= 7616.106 (mm4)
+ Momen chống uốn của tiết diện:
- Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X – X Wx =
= -
= 132.105 (mm4)
- Momen chống uốn của tiết diện đối với trục Y – Y Wy = = - = 154.105 (mm4) + Ứng suất pháp: = = = 0 = Vậy = + + + Ứng suất tiếp: = = = 0 (N/mm2) = Vậy = + +
➔ Ứng suất tương đương là =
+ Điều kiện bền có dạng: ≤ [] và ≤ []
Trong đó:
+ [] - Ứng suất pháp cho phép của vật liệu [] =
- Giới hạn chảy của thép C45, = 353 MPa
n - Hệ số dự trữ bền
➔
Vậy ≤ []
+ [] - Ứng suất tiếp cho phép của vật liệu [] = Vậy ≤ []
3.2.2. Tính toán kiểm tra kết cấu thép cần chính
Chọn vật liệu chế tạo là thép
B = 850 (mm) Bo = 764 (mm) H = 950 (mm) h = 900 (mm)
dt
b
B0
B
Hình 3. 8. Tiết diện cần chính
+ Diện tích mặt cắt tiết diện: F = B.H - (B0.h+2h.b)
= 850.950 - (764.900+2.900.22) = 80300 (mm2) + Momen tĩnh của tiết diện:
- Momen tĩnh của nưa tiết diện đối với trục X – X Sx0 =
= .850.22.( + ) + = 116,8.105 (mm3)
- Momen tĩnh của nưa tiết diện đối với trục Y – Y Sy0 =
= .950.15.( + ) + = 896,0.105 (mm3)
+ Momen quán tính của tiết diện đối với trục X – X Jx =
= -
db
+ Momen quán tính của tiết diện đối với trục Y – Y Jy =
= -
= 126119.105 (mm4)
+ Momen chống uốn của tiết diện:
- Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X – X Wx =
= -
= 187,7.105 (mm3)
- Momen chống uốn của tiết diện đối với trục Y – Y Wy = = - = 266,9.105 (mm3) + Ứng suất pháp: = = = 0 = Vậy = + + + Ứng suất tiếp: = = = 0 (N/mm2) = Vậy = + +
➔ Ứng suất tương đương là =
+ Điều kiện bền có dạng: ≤ [] và ≤ []
Trong đó:
+ [] - Ứng suất pháp cho phép của vật liệu [] = - Giới hạn chảy n - Hệ số dự trữ bền ST T Đại lượng Kí hiệu Bảng tra Kết quả Đơn vị
1 Giới hạn chảy của thép C45 353 MPa
2 Hệ số dự trữ bền n 5 kN
3 Ứng suất pháp cho phép của vật liệu []
Vậy ≤ []
+ [] - Ứng suất tiếp cho phép của vật liệu [] = Vậy ≤ []
3.2.3. Kiểm tra khối lượng của cần
+ Trọng lượng của cần được xác định theo công thức: G = .F.Lc
Trong đó:
- Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo cần F - Diện tích mặt cắt ngang của cần
ST T Đại lượng Kí hiệ u Bảng tra Cách tính Kết quả Đơn vị 1 Trọng lượng riêng của vật
liệu chế tạo cần 7,83 T/m 3 2 Diện tích mặt cắt ngang của cần phụ Fp 60984.10 -6 m2
3 Chiều dài của cần Lc 9 m
4 Trọng lượng của cần phụ G 4,29 T 5 Trọng lượng của cần phụ Gp 4,5 T 6 G 4,89 % 4,89 % < 5 % 7 Diện tích mặt cắt ngang của cần phụ Fc 80300.10 -6 8 Trọng lượng của cần chính Gc 5,5 T 9 G 2,65 % 2,65 % < 5 % 3.3. Tính liên kết hàn
3.3.1. Thống kê các loại mối hàn* Hàn góc * Hàn góc
Mối hàn góc là mối hàn có tiết diện ngang hình tam giác (hoặc gần như tam giác), nối 2 bề mặt vuông góc (hoặc gần vuông góc) với nhau trong liên kết chồng, liên kết chữ T hoặc liên kết góc.
- Ưu điểm: Vì mối hàn năm ơ góc vuông bơi 2 tấm thép nên không phải xư lý các tấm thép liên kết, kim loại hàn dễ điềm đầy vào góc vuông
- Nhược điểm: Ứng suất đường hàn phân bố phức tạp nên gây trạng thái ứng suất phức, có tập trung ứng suất lớn do đó mối hàn chịu mỏi kém
- Ứng dụng: Loại liên kết này được sư dụng rộng rãi trong chế tạo các kết cấu mới. Tùy theo chiều dày của chi tiết mà có thể vát mép thành đứng hoặc không vát mép.
* Hàn đối đầu
Hình 3. 10. Mặt cắt mối hàn đối đầu
- Ưu điểm: Các kim loại điền đầy là phần kéo dài của tấm cơ bản nên chịu lực tốt, ứng suất phân bố tương đối đều gần giống như thép cơ bản. Gảm tập trung ứng suất, kết cấu đơn giảm và chịu được tải trọng động
- Nhược điểm: Với chiều dày tấm nối lớn thì cần phải vát mép, làm tăng thời gian gia công
- Ứng dụng:
3.3.2. Tính toán chiều dài đường hàn cho các mối hàn đặc trưng
Độ bền đường hàn đối đầu thẳng góc được tính theo công thức: = ≤ mk.Rh (Trang 76 - KCT)
Trong đó:
N - Lực tính toán
lh - Chiều dài tính toán của đường hàn
- Ứng suất tiếp của đường hàn đối đầu mk - Hệ số điều kiện làm việc
Rhk - Cường độ tín toán của đường hàn đối đầu chịu kéo hoặc nén
3.3.2.1. Tính toán mối hàn cần phụ = 18 (mm); = 11 (mm) ST T Đại lượng Kí hiệ u Bảng tra Cách tính Kết quả Đơn vị 1 Lực tính toán N Q = N kN 2 Chiều dài cần phụ Lp 900 0 mm
3 Chiều dài tính toán của đường
hàn lh Tr. 76 [1] lh = Lp - 10
899
0 mm
4 Chiều dày đường hàn bằng chiều
dày tấm nối 11 mm
5
Hệ số tính đến tính chất quan trọng của bộ phận tính toán - Hậu quả gây ra khi bị phá hủy
m1 Tr. 76 [1] 1
6
Hệ số tính đến khả năng hư hỏng bộ phận kết cấu trong quá trình khai thác, vận chuyển, lắp ráp, nó phụ thuộc vào loại cần trục
m2 Tr. 76 [1] 1
7
Hệ số tính đến mức độ chưa hoàn thiện tính toán do xác định ngoại lực hoặc lập sơ đồ tính không chính xác
m3 Tr. 76 [1] 1
8 Hệ số điều kiện làm việc mk Tr. 76 [1] mk = m1m2m3 1
9 Cường độ tín toán của đường hàn
đối đầu chịu kéo hoặc nén Rhc = 0,85.f
3.3.2.2. Tính toán mối hàn cần chính
= 22 (mm); = 15 (mm)
* Trường hợp tải trọng IIa ST T Đại lượng Kí hiệ u Bảng tra Cách tính Kết quả Đơn vị 1 Lực tính toán N Q = N kN 2 Chiều dài cần chính Lc 900 0 mm
3 Chiều dài tính toán của đường
hàn lh Tr. 76 [1] lh = Lc - 10
899
0 mm
4 Chiều dày đường hàn bằng
chiều dày tấm nối 15 mm
5
Hệ số tính đến tính chất quan trọng của bộ phận tính toán - Hậu quả gây ra khi bị phá hủy
m1 Tr. 76 [1] 1
6
Hệ số tính đến khả năng hư hỏng bộ phận kết cấu trong quá trình khai thác, vận chuyển, lắp ráp, nó phụ thuộc vào loại cần trục
m2 Tr. 76 [1] 1
7
Hệ số tính đến mức độ chưa hoàn thiện tính toán do xác định ngoại lực hoặc lập sơ đồ tính không chính xác
m3 Tr. 76 [1] 1
8 Hệ số điều kiện làm việc mk Tr. 76 [1] mk = m1m2m3 1
9 Cường độ tín toán của đường
hàn đối đầu chịu kéo hoặc nén Rhc = 0,85.f
10 = kN/mm2
* Trường hợp tải trọng IIb
T hiệ u quả 1 Lực tính toán N Q = N kN 2 Chiều dài cần chính Lc 900 0 mm
3 Chiều dài tính toán của đường
hàn lh Tr. 76 [1] lh = Lc - 10
899
0 mm
4 Chiều dày đường hàn bằng
chiều dày tấm nối 11 mm
5
Hệ số tính đến tính chất quan trọng của bộ phận tính toán - Hậu quả gây ra khi bị phá hủy
m1 Tr. 76 [1] 1
6
Hệ số tính đến khả năng hư hỏng bộ phận kết cấu trong quá trình khai thác, vận chuyển, lắp ráp, nó phụ thuộc vào loại cần trục
m2 Tr. 76 [1] 1
7
Hệ số tính đến mức độ chưa hoàn thiện tính toán do xác định ngoại lực hoặc lập sơ đồ tính không chính xác
m3 Tr. 76 [1] 1
8 Hệ số điều kiện làm việc mk Tr. 76 [1] mk = m1m2m3 1
9 Cường độ tín toán của đường
hàn đối đầu chịu kéo hoặc nén Rhc Rhc = 0,85.f
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CƠ CẤU CO GIÃN CẦN
Cơ cấu co giãn cần của xe được trang bị một xy lanh thủy lực tác dđộng kép đặt trong lòng kết cấu thép cần. Cơ cấu này hoạt động khi người vận hành xe muốn thay đổi tầm với của xe.
4.1. Xác định hành trình xy lanh thủy lực ST T Đại lượng Kí hiệ u Cách tính Kết quả Đơn vị
1 Chiều dài của cần khi duỗi hết cỡ l1
1606
0 mm
2 Chiều dài của cần khi co hết cỡ l2 9060 mm
3 Hành trình của xy lanh thủy lực bằng độ dài cần phụ S S = l1 – l2 7000 mm
Xác định các lực tác dụng lên cơ cấu
Bỏ qua tác dụng của tải trọng gió (do quá nhỏ), bỏ qua lực quán tính (do cơ cấu chỉ hoạt động khi xe nâng không di chuyển), ta tiến hành tính toán cơ cấu trong trường hợp tổ hợp tải trọng .
4.2. Các tải trọng tác dụng lên cơ cấu
– Tải trọng tính toán do khối lượng của hàng thiết bị mang hàng, mỏ cần, = 308 / 418 / 561 (kN)
– Tải trọng di khối lượng cần phụ có thể kể đến hệ số động, = 40.1,1 = 44 (kN) – Phán lực theo phương x tại khối A.
– Lực ma sát trượt.
Lực ma sát trượt sinh ra tại vị trí các tấm trượt trên bề mặt của khung. Lực ma sát phụ thuốc vào phản lực tại vị trí tiếp xúc và hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo nên vật. Do bề mặt trượt của tấm trượt được làm bằng thép có độ cứng nhỏ hơn độ cứng của thép khung, nên từ bảng 4.1 ta chọn hệ số ma sát trượt
0,2.
Bảng 4. 1. Hệ số ma sát trượt ( gần đúng) của một số vất liệu
Vật liệu Hệ số ma sát trượt Gỗ rắn trên gỗ rắn 0,25 Da trên gỗ 0,4 Da trên gang 0,28 Thép trên đất cứng 0,20,8 Lốp cao su trên đất cứng 0,40,6 Thép trên thép 0,2 ➔ (+. = (+.0,2 (kN)
4.3. Xác định lực đẩy của xy lanh thủy lực (*)
Lực đẩy của xilanh co giãn cần phải thắng được tất cả các lực tác dụng lên cơ cấu.
Hình 4. 1. Sơ đồ tính cơ cấu khi giãn cần
≥ ( + ).0,2 + ( + ).sinα -
+ : ≥ (829,58 + 1121,86).0,2 + (308 + 44).sin – 144,68 = 405,41 kN + : ≥ (1068,49 + 1418,4).0,2 + (418 + 44).sin – 266,52 = 533,96 kN + : ≥ (918,89 + 1268,02).0,2 + ( 528 + 44).sin – 494,16 = 417,43 kN
Vậy lực đẩy cần thiết: = 533,96 (kN)
Hình 4. 2. Sơ đồ tính cơ cấu khi thu cần
≥ ( + ).0,2 - ( + ).sinα +
+ : ≥ (829,58 + 1121,86).0,2 - (308 + 44).sin + 144,68 = 375,16 kN + : ≥ (1068,49 + 1418,4).0,2 - (418 + 44).sin + 266,52 = 460,79 kN + : ≥ (918,89 + 1268,02).0,2 - ( 528 + 44).sin + 494,16 = 457,33 kN
Vậy lực đẩy cần thiết: = 460,79 (kN)
Xác định các kích thước của xylanh: Đường kính trong của xy lanh:
* Trường hợp 1: khi giãn cần
Dt = 1,13. Trong đó :
Z - số xilanh thuỷ lực, Z = 1
Pk - áp suất định mức của bơm , Pk = 260 kG/cm2
P - tổng tổn hao áp suất của chất lỏng từ bơm đến xilanh thuỷ lực
P = Ph + Pc + Ps
Trong đó :
Ph - tổng tổn hao trên đường ống cao áp
� - 1 �
1,6 - 1 1,6
Thông thường có P = 0,12Pk = 0,12.260 = 31,2 kG/cm2 ;
- hiệu suất cơ khí của xylanh , = 0,96 ;
c - hiệu suất cặp bản lề hai đầu cần piston , c = 0,98.
⟶Dt = 1,13. = 17,8 cm . Chọn Dtl = 18 cm
* Trường hợp 2: khi thu cần
Thông thường chọn ω = = 0,6 ÷ 0,8 Chọn ω = 0,6 => = 1,13. = 1,13. = 19,69 cm Do < nên ta chọn = = 20 (cm) Tính đường kính piston - Đường kính piston: d Dt.
: Hệ số tỉ lệ giữa đường kính piston và cần piston, = 1,6.
d 20. Chọn d = 13 cm.
= 12,25 cm.
Tính các thông số còn lại của xilanh thủy lực Chiều dày thành xilanh.
- Chọn xilanh thuỷ lực thành mỏng, tứclà chịu nén.
Dn
Dt < 1,18 , khi đó thành xilanh
- Chiều dày thành xilanh được xác định theo công thức : pk .Dt
2.[] , Trong đó :
[ ] – ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo xylanh ,với vật liệu chế tạo xilanh là thép 45 có = 450 (MPa)
[ ]= = = 225 (MPa) = 225 (N/mm2) = 2250 (kN/cm2)
– Áp suất làm việc an toàn của xilanh =
= (260 – 31,2).0,96.0,98 = 215,25 (kN/cm2)
⟶ � = 1,0045 (cm)
⟶ chọn � = 1,1 (cm).
Đường kính ngoài của xilanh.
Dn = Dt + 2.� = 20 + 2.1,1 = 22,2 cm
⟶ chọn Dn = 23 cm
Kiểm nghiệm lại điều kiện = = 1,15 < 1,18 Vậy thoả mãn.
1 2 3 4 5 6 7
8 910 111213 14 15
Hình 4. 3. Sơ đồ kết cấu xy lanh thuỷ lực co dãn cần
1-Vòng lắp xy lanh với giá; 2-Nắp trên; 3,4,5,10,11-Phớt chắn dầu; 6-Đường dẫn dầu vào; 7-Vỏ xy lanh; 8-Cần pistôn; 9-Vòng chắn phớt;
12-Quả piston; 13,14-Đai ốc; 15-Nắp dưới.
Chiều dài cần xilanh
L = S + e = 700 + 60 =760 (cm) Trong đó:
S – Hành trình xilanh, S = 700 (cm)
e – Khoảng cách từ điểm chết trên của piston đến đầu mép của vòng móc trên cần piston, e = 60 (cm)
Kiểm tra bền cần piston:
Jx F �.d4.4 64 .d2.� d2 16 + Chiều dài cần: l = 700 cm l ⟶ Ta có tỉ số d = = 53,85 > 25.
Vậy cần piston được kiểm tra theo điều kiện ổn định: σ = ≤ [σ]
Trong đó :
F - diện tích tiết diện cần piston, F = = = 132,66 cm 2 ;
Sxl - Lực tác động nên cần piston, = 533,96 (kN) = 53396 (kG)
[σ] - Ứng suất cho phép của vật liệu làm cần piston, [σ] = 2250 (kG/) φ – Hệ số chiết giảm ứng suất cho phép, phụ thuộc vào độ mảnh của cần, [5]
λ = ; i
min - bán kính quán tính cực tiểu, imin = ix = iy =
Jx - mômen chống uốn của tiết diện theo phương x, Jx =
.d4
64
⟶ imin = = = 0,25.d = 0,25.13 = 3,25 (cm)
Tra bảng hệ số � với thép CT45, tài liệu [5]
Hình 4. 4. Sơ đồ tính cần piston cơ cấu co giãn cần
= 150 ⟶ = 0,32 = 160 ⟶ = 0,29
= - .(λ - ) = 0,32 - .(156,92 – 150) = 0,3
Kiểm tra lực phát động của cơ cấu:
+ Lực phát động của cơ cấu phải thắng được lực cản chuyển động chuyển động của cơ cấu tác dụng lên cần piston khi giãn cần.
.D 2 .D2 ∣ - .d 2 ∣ Trong đó: Ppd = z.[(Pb - Ph ). 4 - Pc . 4 4 � ],
Ph - Tổng tổn hao trên đường ống cao áp, Ph = 0,12.Pb ;
Pc - Tổng tổn thất trên đường ống thấp áp , Pc = 0,2.Pb ; ⟶ Ppd = 1.( 260 – 0,12.260). – 0,2.260..( – ) = 62413,78 (kG) = 624,137 (kN). Ta có: = 533,96 kN, Vậy Ppd > (thỏa mãn) t
+ Lực phát động của cơ cấu phải thắng được lực cản chuyển động chuyển động của cơ cấu tác dụng lên cần piston khi co cần.
Ppd = z.[(Pb - Ph )..( - ) - Pc . ],
⟶ Ppd = 1.[(260 – 0,12.260)..( – ) - 0,2.260. = 52516,14 (kG) = 525,16 (kN).
Ta có: = 460,79 (kN), Vậy Ppd > (thỏa mãn)
Xác định lưu lượng cần thiết để cho xylanh co giãn cần hoạt động:
.D2
Trong đó:
Q = F.v = 4 .v,
v - Vận tốc của xilanh co giãn cần, có v = (0,1 - 0,2) m/s, chọn v = 0,15m/s. Q = .0,15 = 0,0047 (m 3 /s) = 282 (l/ph) .
Xác định lưu lượng riêng của bơm:
+ Lưu lượng riêng của bơm được xác định theo công thức: Q
q = n.tb
Trong đó :
Q - lưu lượng cần thiết để cho một xilanh nâng cần hoạt động, Q = 282 (l/ph) = 282.10 3 (cm3 /ph)
n - tốc độ quay của bơm , chọn n = 2000 (v/ph)
tb - hiệu suất trung bình của bơm, tb = 0,95 .