- Khẩu độ : L = 30m - Sức nâng :
+ Móc chính : Q = 20 tấn + Móc nhỏ : Q = 5 tấn
- Chiều cao nâng : H = 10 mét - Trọng lượng cầu : G=22 tấn - Vận tốc nâng : Vn=20 m/ph - Tốc độ di chuyển cầu : vdc = 60 m/ph - Tốc độ di chuyển xe con : vxc = 30m/ph - Chế độ làm việc : Trung bình 3.5 Xác định giá trị tải trọng :
3.5.1 Xác định các loại tải trọng không di động:
- Tải này do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát,hàng rào kiểm tra, ray, trục truyền của cơ cấu di chuyển… được xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của kết cấu. Còn tải trọng của cơ cấu di chuyển cầu, buồng lái và các thiết bị điện được xem như tập trung tại điểm đặt của nó.
- 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 = 2.0,75.30.12.7,85 + 2.1,5.30.8.7,85 = 10191 kg + Khối lượng ray: Mr = 14,9.30 = 447 kg.
+ Trọng lượng của dầm chính:
G=k1.(1,2.Mc+Mr)=1,1.(1,2.10191 +447)=13943 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.
43 | P a g e GDĐ = 1,1.1,2.2.5.7,85.(10.0,26+10.0,38) = 660 kg + Trọng lượng cầu trục: GC = 2.(GDC + GDĐ) = 29206 kg 3.5.2 Xác định các loại tải trọng di động: - Các hệ số tải trọng: + Hệ số va đập kT, theo [8]: V(m/s) <1 1÷1,5 1,6÷3 >3 kT 1,0 1,1 1,2 1,3
Bảng 3.1: Hệ số động khi Cầu trục di chuyển trên ray
Với VC = 1 (m/s), chọn kT = 1,1. + Hệ số va đập k’T tính theo độ bền mỏi:
k'T=1+0,5.(kT-1)=1+0,5.0,1=1,05 + Hệ số động khi nâng hàng: theo [8]
I = 1 + 0,025.Vn = 1 + 0,025.15 = 1,375 II = 1 + 0,04.Vn = 1 + 0,04.15 = 1,6 - Trọng lượng bản thân:
+ Trọng lượng bản thân cầu trục có kể đến hệ số va đập kt: Gtt = kT.GC = 1,1 x 24684 = 27152 kg
- Trọng lượng xe con:
+ Trọng lượng xe con chọn gần đúng theo [8]: Gx = 0,4 x Q = 0,4 x 20000 = 8000 kg
+ Trọng lượng xe con kể đến hệ số va đập kt: Gxtt = kt.Gx = 1,1 x 8000 = 8800 kg
- Trọng lượng hàng khi tính tốn theo độ bền mỏi: Qtđ = φ.Q = 0,8.20000 = 16000 kg
Với: φ = 0,75÷0,8 khi cầu trục làm việc với chế độ trung bình [9]. - Lực qn tính khi di chuyển cầu trục có gia tốc:
Khi cần trục di chuyển có gia tốc (khởi động, hãm, thay đổi vận tốc ) sẽ làm phát sinh lực qn tính. Tải trọng qn tính lớn nhất có thể xảy ra trong trường hợp
44 | P a g e này có phương trùng với phương chuyển động của cổng trục, có giá trị được xác định bằng Pqt.
Pqt=(Q+Gc).v
t (1)
Trong đó :
v: vận tốc di chuyển cầu trục : v = 60 m/ph = 1 m/s t: thời gian phanh cầu trục t = (38)s, ta chọn t = 4 s GC: trọng lượng cầu trục : 24684 kg
Q: trọng lượng hàng: 20000 kg Pqt=(20000+24684).1
4=11171 N Khi gia tốc đột ngột: Pmaxqt = 2.Ppt = 2.11171 = 22342 N
- Lực quán tính của xe con mang hàng di chuyển trên dầm chính (tính tương tự):
Pqtx=(Q+Gx).vt (2) Trong đó :
v : vận tốc di chuyển xe con: v = 20 m/ph
t: thời gian phanh xe con t = (38 )s , ta chọn t = 4 s G : trọng lượng xe con : 9600 kg
Q : trọng lượng hàng: 20000 kg Pqtx=(20000+9600). 20
60.4=2466 N Pxeqt : có phương dọc theo dầm chính.
- Lực sườn R: Khi cầu trục di chuyển lệch trên đường ray sẽ xuất hiện lực sườn R. Lực này đặt vào gờ bánh xe theo phương vng góc với phương di chuyển của cổng trục. Giá trị R được xác định : theo [9]
R = 0,15 x NMax
NMax : áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục khi mamng tải tại vị trí gần dầm đầu: 19600 kg
R = 0,15 x 19600 = 2940 kg
45 | P a g e
3.6.1 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).
46 | P a g e E: môđun đàn hồi (N/mm2).
J: Mơmen qn tính (mm4
)
3.6.2 Mơ hình hóa kết cấu dầm đầu, gán các điều kiện biên:
- Khởi động phần mềm Inventor.
- Giao diện thiết kế.
47 | P a g e - Khởi động Modun Stress Analysis.
- Xây dựng mơ hình.
- Khởi động Modun Stress Analysis. - Gán vật liệu: Steel – CT3.
48 | P a g e - Gán tải trọng theo trường hợp Ia.
49 | P a g e - Chia lưới phần tử cho kết cấu.
3.6.3 Tính tốn, xuất kết quả kiểm tra bền dầm đầu:
- Chạy chức năng tính tốn.
- Xuất kết quả tính tốn.
50 | P a g e - Sơ đồ ứng suất (Stress):
51 | 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)=(5)/(4) (7) Ia 1,26 10 140 180 1.28 Đạt Ib 1,46 10 167 180 1.08 Đạt IIa 1,53 10 177 200 1.13 Đạt IIb 1,37 10 159 200 1.26 Đạt IIc 1,25 10 144 200 1.39 Đạt
Bảng 3.2: Kết quả tính tốn kết cấu dầm đầu
3.7 Tính tốn, kiểm tra bền kết cấu dầm chính trên phần mềm:
3.7.1 Lưu đồ tính, thuật tốn:
- Sơ đồ tính:
52 | P a g e - 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).
E: môđun đàn hồi (N/mm2). J: Mơmen qn tính (mm4
)
3.7.2 Mơ hình hóa kết cấu dầm chính, gán các điều kiện biên:
53 | P a g e - Khởi động Modun Stress Analysis.
- Gán vật liệu: Steel – CT3.
- Gán gối đỡ cho 2 đầu dầm.
54 | P a g e - Lựa chọn liên kết hàn cho kết cấu thép (Bonded).
- Chia lưới phần tử cho kết cấu.
3.7.3 Tính tốn, xuất kết quả kiểm tra bền dầm chính:
- Chạy chức năng tính tốn. - Xuất kết quả tính tốn.
55 | P a g e - Sơ đồ ứng suất (Stress):
56 | 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 34,79 60 94,08 170 1,8 Đạt Ib 31,38 60 97,8 170 1,74 Đạt IIa 42,03 60 113,7 200 1,76 Đạt IIb 35,57 60 121,8 200 1,64 Đạt IIc - 60 - 200 - - Bảng 3.2: Kết quả tính tốn kết cấu dầm chính
3.8 Kiểm tra ổn định của dầm chịu uốn:
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