Do ứng suất phát sinh tại dầm đầu không đáng kể nên ta chỉ ưu tiên kiểm tra ổn định cho dầm chính.
Ứng suất tới hạn được xác định theo các công thức sau: Áp dụng công thức 2.8: Jk=γ.4.(646.1491) 2 2.(646 11 +1491 6 )=6039,355.106(mm4) Áp dụng công thức 2.7:
57 | P a g e α=1,6.6039,355.10 6 2867,104.106.( 1000 1500) 2 =1,497 Tra bảng 3.3 [11], áp dụng nội suy: ψ = 2,78
Áp dụng công thức 2.6: φd=2,78.2,867.10 9 10,181. e9.(1491 30000) 2 .103=1,9 Áp dụng công thức 2.5: Vậy: σth=MMax φd.Wx≤[σ]=1,9.136575602022787500 =77,95 ( N mm⁄ 2) 3.9 Kết luận:
Với kết quả tính tốn theo hai bảng 3.1 và 3.2, ta có thể rút ra kết luận, như sau:
- Kết cẩu cầu trục thỏa mãn điều kiện bền, ổn định. - Hình dáng cầu trục hợp lý.
58 | P a g e
Chương 4
HỢP LÝ HĨA CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ 4.1 Mở đầu:
Theo kết quả tính tốn, kiểm tra bền kết cấu ở Chương 3, ta thấy kết cấu dầm chính đã chọn có Hệ số an tồn khá cao. Vì vậy, để tăng cao hiệu quả kinh tế trong chế tạo Cầu trục tương tự cần nghiên cứu hợp lý hóa các thơng số thiết kế kết cấu trên cơ sở thiết kế có sẵn.
Trên cơ sở các ưu điểm của thiết kế có sẵn, việc hợp lý hóa để đạt được hiệu quả kinh tế cao hơn cho thiết kế cầu trục 20/5 tấn của XNCĐ sẽ được áp dụng từ giai đoạn xây dựng kích thước hình học tổng quan của cầu trục và thiết kế gia cường trên toàn bộ kết cấu của Cầu trục.
Đối với thiết kế dầm đầu, ta giữ nguyên so với thiết kế có sẵn do hệ số an tồn khơng cao và khối lượng khơng lớn so với dầm chính.
4.2 Hợp lý hóa kích thước và tiết diện thiết kế:
Do ta đã chọn cầu trục 2 dầm nên chỉ cần chọn sơ bộ kích thước đặc trưng cho 1 dầm, với thơng số như sau:
Hình 4.1: Thơng số kích thước dầm thép cầu trục
- Khẩu độ: Lk = 30 m. - H = (1/10 ÷ 1/20) L [9] = (3÷1,5) m. Chọn: H = 1500 mm. - H1 = (0,4 ÷ 0,6) H [9] = (0,6÷0,9) m. Chọn: H1 = 600 mm. - C = (0,1 ÷ 0,2) Lk [9] = (3÷6) m. Chọn: C = 5000 mm. - L/Bo < 50. Chọn: Bo = 600 mm. - B = 700 mm.
59 | P a g e
- δt ≤6 mm [9] theo điều kiện công nghệ. Chọn: δt=6 mm
- δb=(1,5÷2,0).δt [9]. Chọn: δb=10 mm
- Phương pháp bố trí gân tăng cứng thành dầm:
Để đảm bảo độ ổn định của tấm thành khi ht
δt≥70 (CT3), theo [9] phải bố trí gân tăng cứng với a ≤ 2h; a ≤ 3 m. Ta chọn: a = 1250 mm (a – Khoảng cách giữa các gân tăng cứng/vách ngăn).
Khi ht
δt≥160 (CT3), theo [9] phải bố trí thêm cặp gân dọc với h1=(1 4÷1
5).ht. Ta chọn: h1 = 400 mm (h1 – khoảng cách từ tấm biên chịu nén đến gân dọc).
Với dầm có chiều cao thành dầm lớn cần bố trí thêm một cặp gân dọc với h2 = 0,4.ht = 0,4.1500 = 600 mm (h2 – khoảng cách giữa 2 gân dọc).
Sơ bộ ta chọn tiết diện dầm chính:
Hình 4.2: Thiết kế dầm chính
60 | P a g e JX=δt.H 3 6 .(3. Bo H +1)= 6.(1500-10)3 6 .(3. 594 (1500-10)+1)=7.273.917.760 (mm4) Jy=δt.B 3 6 .(3. H Bo+1)= 6.6063 6 .(3. (1500-10) 600 +1)=1.880.505.385,2 (mm4)
- Môđun chống uốn của tiết diện : Bảng 1.12 [10] WX=S.H 2 3 .(3. B H+1)= 6.(1500-10)2 3 .(3. 606 (1500-10)+1)=9.857.244 (mm3) WY=S.B 2 3 .(3. H B+1)= 6.6062 3 .(3. (1500-10) 606 +1)=6.152.112 (mm3)
4.3 Xác định lại các giá trị tải trọng :
- Do có sự thay đổi thiết kế dầm chính nên các giá trị tải trọng khơng di động cần được tính tốn lại.
- Vì có hiện tượng va đập trong q trình di chuyển trên đường ray có mối nối, nên tải trọng do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát, ray phải tính đến ảnh hưởng của hiện tượng va đập.
- Tải trọng không di động xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của dầm và được xác định như sau:
+ Khối lượng kết cấu thép dầm chính:
Mc = 2.0,7.30.10.7,85 + 2.1,5.30.6.7,85 = 7536 kg + Khối lượng ray: Mr = 14,9.30 = 447 kg.
+ Trọng lượng của dầm chính:
G=k1.(1,2.Mc+Mr)=1,1.(1,2.7536 +447)=10439 kg
Với: K1=1,1: hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập khi di chuyển theo [9] ứng với Vc=60 m/ph.
+ Trọng lượng bản thân dầm đầu cầu trục:
GDĐ = 1,1.1,2.2.5.7,85.(10.0,26+10.0,38) = 660 kg + Trọng lượng kết cấu thép cầu trục:
GC = 2.(GDC + GDĐ) = 22198 kg
4.4 Tính tốn, kiểm tra kết cấu dầm chính (sau hợp lý hóa thơng số) trên phần mềm: phần mềm:
61 | P a g e
4.4.1 Lưu đồ tính, thuật tốn:
- Sơ đồ tính:
- Biểu đồ lực cắt:
- Biểu đồ Mômen:
- Kiểm tra bền uốn:
[𝛔]𝐦𝐚𝐱 = 𝐌𝐱
𝐖𝐱 ≤ [𝛔]
[𝝈] =𝝈𝒄𝒉 𝒏
Với: Mx: Mômen uốn – Đơn vị: N.m.
Wx: Môđun chống uốn – Đơn vị: mm3.
n: Hệ số an toàn.
- Kiểm tra độ võng cho phép: f= P.l
3
48.E.J≤[f] Với: l: chiều dài tính tốn dầm (mm). P: Lực tác động (N).
62 | P a g e E: môđun đàn hồi (N/mm2).
J: Mơmen qn tính (mm4
)
4.4.2 Mơ hình hóa kết cấu dầm chính, gán các điều kiện biên:
(Thực hiện tương tự các bước mục 3.7.2) - Xây dựng mơ hình trên Autodesk Inventor. - Khởi động Modun Stress Analysis.
- Gán vật liệu: Steel – CT3. - Gán tải trọng tác động.
63 | P a g e - Lựa chọn liên kết hàn cho kết cấu thép (Bonded).
- Chia lưới phần tử cho kết cấu.
4.4.3 Tính tốn, xuất kết quả kiểm tra bền dầm chính:
- Chạy chức năng tính tốn. - Xuất kết quả tính tốn.
- Sơ đồ chuyển vị (Displacememnt):
- Sơ đồ ứng suất (Stress):
64 | P a g e Lần lượt gán các trường hợp tải trọng vào phần mềm ta nhận được kết quả tính tốn, như sau:
Trường hợp tải trọng Chuyển vị (mm) chuyển vị cho phép (mm) Ứng suất (Mpa) Ứng suất cho phép (Mpa) Hệ số an toàn Đánh giá (1) (2) (3) (4) (5) (6)=(4)/(5) (7) Ia 37,93 60 105,1 170 1,61 Đạt Ib 33,98 60 110,3 170 1,54 Đạt IIa 46,4 60 129,1 200 1,55 Đạt IIb 39 60 139,8 200 1,43 Đạt IIc - 60 - 200 - - Bảng 4.1: Kết quả tính tốn kết cấu dầm chính
4.5 Kiểm tra ồn định dầm chính (sau hợp lý hóa thơng số):
Ứng suất tới hạn được xác định theo các công thức sau: Áp dụng công thức 2.8: Jk=γ.4.(606.1490) 2 2.(606 10 +1490 6 )=1319,555.106(mm4) Áp dụng công thức 2.7: α=1,6.1319,555.10 6 1880,505.106.( 1250 1500) 2 =0,779 Tra bảng 3.3 [11], áp dụng nội suy: ψ = 1,8
65 | P a g e φd=1,8.1,88.10 9 7,273. e9.(1490 30000) 2 .103=1,14 Áp dụng công thức 2.5: Vậy: σth=MMax φd.Wx≤[σ]=1,14.98572441891387500 =168,31 ( N mm⁄ 2) 4.6 Kết luận:
Với kết quả tính tốn theo hai bảng 4.1 ta có thể rút ra kết luận, như sau: - Kết cẩu cầu trục sau khi hợp lý hóa thơng số thiết kế thỏa mãn điều kiện bền, ổn định.
- Tiết kiệm được khối lượng thép chế tạo tương đương: Gtk = 7 tấn STT TÊN NỘI DUNG/CHI TIẾT KHỐI LƯỢNG
(KG) CƠ SỞ 1 Dầm chính (mẫu) 13.943 Mục 3.5 2 Dầm chính (hợp lý hóa) 10.439 Mục 4.3 3 Chênh lệch 3.504 4 Chênh lệch (Cầu trục 2 dầm chính) 7.008
66 | P a g e
Chương 5
CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM 5.1 Trình tự chế tạo:
5.1.1 Chuẩn bị vật tư, thiết bị:
Để thực hiện chế tạo cầu trục cần chuẩn bị các vật tư, thiết bị theo bảng sau:
STT TÊN THIẾT BỊ ĐƠN
VỊ
SỐ LƯỢNG
I THIẾT BỊ KIỂM TRA
1 Thiết bị kiểm tra thành phần hóa học của
thép Bộ 01
2 Thước cặp Cái 01
3 Thước dài 20 mét Cái 01
4 Thước dài 5 mét Cái 04
5 Thước kiểm tra độ vng góc cạnh 500 Cái 02
6 Thước thủy nivo Cái 04
7 Máy kinh vĩ Cái 01
8 Máy kiểm tra siêu âm Bộ 01
9 Yoke từ Cái 01
II MẶT BẰNG TỔ HỢP, LẮP RÁP 1 Bãi có nền bê tơng phẳng kích thước
36000x12000 mm (Bản vẽ: 30-507Cb)
III THIẾT BỊ NÂNG
1 Cầu trục hoặc cần trục có sức nâng 20
tấn Cái 02
2 Cầu trục hoặc cần trục có sức nâng 5 tấn Cái 01
3 Kích thủy lực 20 tấn Cái 02
4 Xe nâng 3 tấn Cái 01
5 Xe nâng tay 1,5 tấn Cái 02
IV THIẾT BỊ CẮT
1 Máy cắt pha bằng 2 mỏ cắt dài 6 mét,
67 | P a g e
2 Máy cắt thép tấm một mỏ cắt Cái 01
3 Máy cắt đá D350 mm Cái 01
4 Máy cắt, đật liên hợp có cơ cấu đột lỗ
vuông Cái 01
V THIẾT BỊ HÀN
1 Máy hàn một chiều 300A Cái 02
2 Máy hàn Mic 500A với xe kẹp Cái 03
VI THIẾT BỊ LÀM SẠCH, SƠN
1 Máy phun cát Bộ 01
2 Máy mài tay D(100-160) mm Cái 04
3 Máy phun sơn áp suất cao Cái 01
Bảng 5.1: Danh mục vật tư thiết bị phục vụ chế tạo cầu trục 5.1.2 Kiểm soát vật tư chế tạo:
Danh mục vật tư chế tạo căn cứ theo bản vẽ thiết kế: - Thép tấm các loại.
- Thép hình các loại.
- Vật liệu hàn: Que hàn, dây hàn, thuốc hàn… - Sơn chống gỉ, sơn màu.
Tiêu chuẩn kiểm tra vật liệu:
- Kiểm tra mác thép: Thép CT3 (SS400); thép 40X (40Cr). - Kiểm tra quy cách, độ dày thép tấm, thép hình như sau:
Chiều dày thép (5 ≤ S ≤ 16) mm, có dung sai trong khoảng: ± 0.3 mm. Chiều dày thép (16 ≤ S ≤ 30) mm, có dung sai trong khoảng: ± 0.4 mm. Kiểm tra độ cong vênh của thép tấm.
Kiểm tra độ cong vênh của thép hình.
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện cơng ty giám sát và Q/C kiểm tra tồn bộ hồ sơ, chứng chỉ vật liệu chế tạo cầu trục.
5.1.3 Pha phôi:
Pha phôi:
68 | P a g e - Phan phôi các tấm gân dọc, khung xương đứng.
Kiểm tra:
- Dùng thước dây dài 20 mét kiểm tra các kích thước cơ bản như dài, rộng, cao.
- Kiểm tra độ cong vênh, độ khơng vng góc. Tiêu chuẩn kiểm tra:
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ 1 Độ không song song giữa
các cạnh 1/2000 mm
2 Kích thước hình học Bản vẽ
Các tấm tôn sau khi cắt xong cần phải được mài sạch bavia, cạnh sắc, khơng được làm mất độ vng góc, độ phẳng của tấm tơn.
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C kiểm tra và giám sát q trình pha phơi.
5.1.4 Ghép nối tơn:
Các tấm thành, tấm đáy và tấm biên được ghép với nhau thành một tấm. Gá hàn tấm thành, tấm đáy và tấm đỉnh:
- Vát mép các tấm phơi theo kích thước ghi trên bản vẽ thiết kế.
- Gá các tấm phôi lại với nhau trên đồ gá phẳng. Yêu cầu đảm bảo độ song song và độ vng góc như các tấm đơn.
- Hàn nối các tấm phôi với nhau bằng máy hàn tự động hoặc máy hàn Mag.
Kiểm tra:
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ 1 Độ không song song giữa
các cạnh 1/2000 mm
2 Kích thước hình học Bản vẽ
3 Mối hàn AWS D1.1:2008
Các mối hàn không đảm bảo chất lượng phải được sửa ngay, sau khi sửa tiến hành kiểm tra lại cho đến khi đạt yêu cầu.
69 | P a g e
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C tiến hành giám sát q trình ghép tơn.
5.1.5 Tổ hợp dầm chính:
Tổ hợp dầm chính được thực hiện trên sàn gá có kích thước dài bằng LK+1000 mm, có bước thanh đỡ sàn là 1000 mm. Quy trình cơng việc như sau:
1. Trải tấm đỉnh dầm chính số 1 lên sàn gá, tại vị trí tương ứng của điểm uốn của biên dạng độ Camber (độ vòng) của dầm ta sẽ cân chỉnh cao độ của tấm đỉnh cho đúng và cố định tấm đáy lên sàn gá theo đúng biên dạng Camber.
Hình 5.1: Tạo độ cong ban đầu cho tấm thành
2. Lấy dấu, xác định vị trí các vách ngăn 4, tấm thành 2A, 2B lên tấm đỉnh 1.
70 | P a g e
Hình 5.2: Gá hàn vách ngăn
4. Kiểm tra độ khơng vng góc giữa các vách ngăn 4 với tấm đỉnh 1.
Stt Tiêu chí kiểm tra Chuẩn đánh giá
1 Độ khơng vng góc của phương
các vách ngăn 4 và tấm đỉnh. ±1˚ 2 Độ khơng vng góc của mặt các
vách ngăn 4 và tấm đỉnh. ±1˚
5. Lấy dấu định vị các gân tăng cứng dọc tấm thành 2A, 2B.
6. Gá các gân tăng cứng dọc số 5, kiểm tra vị trí tương đối theo bản vẽ, hàn cố định các gân tăng cứng dọc theo tấm thành 2A, 2B.
71 | P a g e
Hình 5.3: Hàn gân tăng cứng
7. Sử dụng Cổng trục cẩu tấm thành 2A, 2B gá lên tấm đỉnh số 1 sử dụng vam ép để ép tấm thành sát vào vách ngăn 4 và hàn đính tấm thành vào tấm đỉnh theo trình tự từ đầu này sang đầu kia.
8. Hàn cố định các tấm thành 2A, 2B vào vách ngăn và tấm đỉnh 1, kiểm tra các mối hàn bên trong.
9. Dùng Cổng trục cẩu tấm đáy số 3 đặt lên 2 tấm thành 2A và 2B, cân chỉnh, lấy dấu và hàn đính tấm nắp vào tấm thành.
72 | P a g e 10. Kiểm tra kích thước hình học của dầm hộp rồi chuyển sang cơng đoạn hàn hồn thiện bên ngồi bằng hàn bán tự động hồ quang chìm.
11. Kiểm tra chất lượng mối hàn.
Stt Tiêu chí kiểm tra Chuẩn đánh giá Phương pháp kiểm tra
1 Kích thước hình học dầm
hộp Bản vẽ
2 Kiểm tra bên ngoài mối hàn
Hàn đều, khơng cháy chân, khơng rỗ khí 3 Kiểm tra bên trong mối
hàn ASME V MT, PT
Các mối hàn không đảm bảo chất lượng phải được sửa ngay, sau khi sửa tiến hành kiểm tra lại cho đến khi đạt yêu cầu.
12. Kiểm tra khẩu độ thực tế của đường ray so sánh với khẩu độ thiết kế để cắt lượng dư và cắt vát 2 đầu.
73 | P a g e
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C tiến hành các mục: 4; 10; 11.
5.1.6 Tổ hợp dầm đầu:
Tổ hợp dầm đầu được thực hiện trên sàn gá, quy trình thực hiện như sau: 1. Trải tấm đỉnh dầm đầu số 1 lên sàn gá và định vị lại.
2. Lấy dấu, xác định vị trí các vách ngăn 3, tấm thành 2A, 2B lên tấm đỉnh 1.
3. Gá các vách ngăn 3 lên tấm đỉnh 1.
4. Kiểm tra độ khơng vng góc giữa các vách ngăn 3 với tấm đỉnh 1.
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH
GIÁ 1 Độ khơng vng góc của phương các vách ngăn 4 và tấm đỉnh. ±1˚ 2 Độ không vng góc của mặt các vách ngăn 4 và tấm đỉnh. ±1˚
5. Dựng các tấm thành 2A, 2B ốp vào vách ngăn 3, kiểm tra kích thước chính xác theo bản vẽ và hàn gá tấm thành vào tấm đỉnh và các vách ngăn. 6. Hàn vách ngăn với tấm thành 2A, 2B cố định vào với nhau.
7. Gá tấm đáy số 4 vào các rấm vách số 2, hàn từ đầu này đến đầu kia, sử dụng vam ép để ép sát tấm đáy 4 vào tấm thành 2.
74 | P a g e
Hình 5.6: Gá hàn dầm đầu.
8. Kiểm tra kích thước hình học của hộp dầm rồi chuyển sang cơng đoạn hàn hồn thiện bằng máy hàn bán tự động hồ quang chìm.
9. Kiểm tra chất lượng mối hàn.
STT TIÊU CHÍ
KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ
PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA 1 Kích thước hình
học dầm hộp Bản vẽ 2 Kiểm tra bên
ngồi mối hàn
Hàn đều, khơng cháy chân, khơng rỗ khí 3 Kiểm tra bên
trong mối hàn ASME V MT, PT
Các mối hàn không đảm bảo chất lượng phải được sửa ngay, sau khi sửa tiến hành kiểm tra lại cho đến khi đạt yêu cầu.
10. Cân chỉnh trục bánh xe:
- Lấy mặt đáy 2 làm chuẩn lần lượt đo và gá trục I, II sao cho vuông