CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CHO KHUNG XE PHÀ
3.2 Xác định các kích thước hình học của hệ thống chịu lực a) Kích thước hình học tổng thể
Hình 3. 1. Kích thước hình học tổng thể khung xe phà
Kích thước Kí hiệu Chiều dài Đơn vị
Khoảng cách 2 tâm dầm biên Bc 4145 mm
Khoảng cách 2 tâm bánh xe di chuyển Bbx 2100 mm
Chiều dài dầm biên Lb 2560 mm
Chiều dài dầm ngang chữ U Lu 5080 mm
Chiều dài dầm chính chữ I Lc 5080 mm
Khoảng cách L1 L1 1055 mm
Khoảng cách L2 L2 851 mm
Khoảng cách L3 L3 655 mm
b) Tiết diện dầm biên
Hình 3. 2. Tiết diện dầm chính Chiều rộng bản cánh trên bc = 200 (mm)
Chiều dày bản cánh trên t2 = 20 (mm) Chiều cao bản bụng hc = 300 (mm) Chiều dày bản bụng t1 = 10 (mm) Bán kính góc
Đặc trưng hình học :
Do tiết diện là dạng đối xứng nên theo công thức (5.14 – SBVL – T110) ta có :
3 c 2 2
x 1
I b .t a .A
12 (mm4)
3
1 c 1 2
y 2
t .(h 2t )
I b .A
12
(mm4)
Trong đó :
- Ix : Momen quán tính chính trung tâm với trục x (mm4) - Iy : Momen quán tính chính trung tâm với trục y (mm4) - a : Tọa độ trọng tâm bản cánh so với trục trung tâm (mm) - b : Tọa độ trọng tâm bản bụng so với trục trung tâm (mm) - A1 : Diện tích bản cánh (mm2)
- A2 : Diện tích bản bụng (mm2) Thay có vào ta được :
3 2
6 x
300.20 300 40 20
I .300.20 117,8.10
12 2 2
(mm4)
3 2
6 x
10.(300 2.20) 200 2.10 10
I .(300 2.20).10 38,11.10
12 2 2
(mm4)
c) Tiết diện dầm ngang chữ U
Hình 3. 3. Tiết diện dầm ngang chữ U Chiều cao dầm H = 300 (mm)
Chiều rộng B = 100 (mm)
Chiều dày bản bụng t1 = 10 (mm) Chiều dày thân t2 = 15 (mm) Bánh kính lượn thân r1 = 15 (mm) Bán kính lượn cánh r2 = 8 (mm)
d) Tiết diện dầm chính I đỡ ray nhận xe khuôn
Hình 3. 4. Tiết diện dầm ngang chữ I đỡ ray Chiều cao h = 250 (mm)
Chiều rộng b = 125 (mm) Chiều dày cánh t2 = 12,2 (mm) Chiều dày thân t1 = 7,9 (mm) Bánh kính lượn thân r1 = 12 (mm) Bánh kính lượn cánh r2 = 6 (mm)
e) Tiết diện ray di chuyển và tiếp nhận xe khuôn
Dựa vào kích thước bánh xe di chuyển của xe khuôn ta chọn ray loại GOCT 6368 – 82
Hình 3. 5. Tiết diện ray di chuyển và tiếp nhận xe khuôn 3.3 Xác định trọng lượng kết cấu thép
Để đảm bảo an toàn có thể tính toán sơ bộ về trọng lượng bản thân kết cấu thép của khung chịu lực.
Trọng lượng dầm biên
db 1 2 db
G (A A ).L . (0, 2.0,02.2 0, 26.0,01.2).2,56.7850 265, 26(Kg) = 2652,6 (N)
Trong đó :
- A1 : Diện tích mặt cắt bản cánh của dầm biên (m2) ; - A2 : Diện tích mặt cắt bản bụng của dầm biên (m2) ; - Ldb = 2,56 : Chiều dài dầm biên (mm) ;
- = 7850 :Khối lượng riêng của thép chế tạo dầm (Kg/m3) ; Trọng lượng dầm ngang chữ U
U U U
G L . 5,080.45, 2 229,616(Kg) = 2296,16 (N)
Trong đó :
- U = 45,2 :Khối lượng 1m của dầm (Kg/m) ; - LU = 5,080 : Chiều dài dầm ngang (mm) ; Trọng lượng dầm chính chữ I
c c I
G L . 5,080.38, 4 195,072(Kg) = 1950,72 (N)
Trong đó :
- I = 38,4 :Khối lượng 1m của dầm (Kg/m) ; - Lc = 5,080 : Chiều dài dầm ngang (mm) Trượng lượng ray
ray ray ray
G L . 5,2.22,1 114,92(Kg) = 1149,2 (N)
Trong đó :
- ray = 22,1 :Khối lượng 1m của dầm (Kg/m) ; - Lray = 5,080 : Chiều dài dầm ngang chữ U (mm)
Để đảm bảo an toàn cho kết cấu của của xe phà ta lấy tổng trọng lượng của thiết bị xe phà :
xp ray c U db bmx
G 1,2. 2.(G G G G G )
1, 2. 2. 114,92 195,072 229,616 265, 26 90 2147,68(Kg) 3.4 Tải trọng và tổ hợp tải trọng kết cấu lên xe phà
Các tải trọng và tính toán tổ hợp tải trọng tác dụng lên kết cấu tổng thể của xe phà được tính theo TCVN 4244 – 2005
3.4.1 Tải trọng chính
Tải trọng do trọng lượng bản thân : SG
Với các kết cấu có chiều dài như dầm biên và dầm nối, dầm chính tải trọng do trọng lượng bản thân được coi là tải trọng phân bố trên suốt chiều dài dầm.
Tải trọng phân bố do trọng lượng dầm biên có tính đến hệ số vượt tải 1,1
db db
db
1,1.G N
q ( )
L mm
Thay số vào ta được
db
1,1.2652,6 N
q 1,139( )
2560 mm
Tải trọng phân bố lên dầm ngang chữ U
U U
U
1,1.G N
q ( )
L mm
Thay số vào ta được :
U
1,1.2296,16 N
q 0, 49( )
5080 mm
Tải trọng phân bố lên dầm chính và ray tiếp nhận xe khuôn
c ray
c
c
1,1.(G G ) N
q ( )
L mm
Thay số vào ta được :
c
1,1.(1950,72 1149,92) N
q 0,67( )
5080 mm
Tải trọng gây ra bởi tải trọng làm việc : SL tác dụng lên kết cấu khi có xét đến hệ số động lực trong trường hợp này do đặc tính làm việc của xe phà được phép bỏ qua.
Lực do khối lượng vật đỡ Q1 = Gxe khuôn + GAAC = 7390 (N). (Khối lượng của xe khuôn và bê tông khí) được đưa về vị trí bánh xe di chuyển, tác dụng vào 4 điểm tại 4 vị trí đặt bánh xe di chuyển của xe khuôn.
b
Q 73900
P 18475(N)
4 4
Lực do khối lượng của cụm bánh ma sát Q2 = Gbms = 900 (N) được đưa về vị trí liên kết giữa dầm đỡ với dầm chính
2 bms
Q 900
P 225(N)
4 4
3.4.2 Tải trọng gây ra bởi chuyển động ngang SH
Tải trong ngang là lực quán tính ngang xuất hiện khi mở máy hoặc phanh cơ cấu di chuyển thiết bị xe theo phương ngang.
Lực quán tính ngang được tính là các lực phân bố với kết cấu dầm. Với các cơ cấu hoặc thiết bị đặt trên kết cấu, lực quán tính được coi là lực tập trung tại vị trí đó.
Gia tốc khi mở máy hoặc phanh dừng cơ cấu di chuyển :
c 2 c
a V (m / s )
60.t Trong đó :
- Vc : vận tốc di chuyển của xe phà (m/phút)
- Thời gian mở máy hoặc phanh cơ cấu di chuyển, lất tc = 5(s) Thay số vào ta được :
30 2
a 0,1(m / s )
60.5
a) Xét trường hợp1- SH1 : Xe phà di chuyển mang xe khuôn chứa vật liệu, Vdc
=10 (m/phút)
Các giá trị tính lực quán tính phân bố bao gồm :
Lực quán tính phân bố tác dụng lên dầm chính và ray tiếp nhận xe khuôn :
c ray
qt c
c
G G N
q .a( )
L mm
Thay số vào ta được :
qt c
1950,72 1149, 2 N
q .0,1 0,06( )
5080 mm
Lực quán tính tác dụng lên dầm ngang chữ U :
qt U
U U
G N
q .a( )
L mm
Thay số vào ta được :
qt U
2296,16 N
q .0,1 0,04( )
5080 mm
Lực quán tính tác dụng vào dầm biên : trong trường hợp này bỏ qua
Lực quán tính tập trung của các khối lượng tập trung :
Lực quán tính tác dụng vào cụm bánh ma sát Gbms được đặt chia đều tại 4 điểm trên dầm đỡ được liên kết với dầm chính. Trong trường hợp này để đơn giản ta đưa về 4 điểm tại vị trí liên kết với dầm chính để tính toán
qt bms
bms
P G .a(N)
4
Thay số vào ta được :
bms
q 900.0,1 22,5(N)
4
Lực quán tính tác dụng vào xe khuôn Gxk được đặt chia đều tại 4 điểm trên dầm chính tại 4 vị trí đặt bánh xe di chuyển.
qt1 xk AAC b
G G
P .a(N)
4
Thay số vào ta được :
qt1 b
28900 45000
P .0,1 1847(N)
4
b) Trường hợp 2 – SH2 : xe phà cố định tiếp nhận xe khuôn chứa vật liệu với vận tốc Vxe khuôn = 10 (m/phút)
Lực quán tính ngang tác dụng lên các chi tiết dầm xe phà được tính là các lực phân bố. Với các cơ cấu hoặc thiết bị đặt trên kết cấu, lực quán tính được coi là lực tập trung tại vị trí đó.
Gia tốc khi xe khuôn di chuyển lên xe phà
xk 2 c
a V (m / s )
60.t Trong đó :
- Vxk = 10 : Vận tốc di chuyển của xe khuôn (m/phút)
- tc: Thời gian mở máy hoặc phanh cơ cấu di chuyển, lất tc = 5(s) Thay số vào ta được :
10 1 2
a 0,0333(m / s )
60.5 30
Các giá trị lực quán tính phân bố bao gồm :
Lực quán tính tác dụng lên dầm biên :
qt db
db db
G N
q .a( )
L mm
Thay số vào ta được :
qt 2
db
2652,6 N
q .0,03 3,1.10 ( )
2560 mm
Lực quán tính tập trung của các khối lượng tập trung :
Lực quán tính tác dụng vào xe khuôn Gxk khi xe khuôn phanh tác dụng vào dầm biên được đặt chia đều tại 4 điểm trên dầm chính tại 4 vị trí liên kết với dầm biên.
qt 2 xk AAC
b
G G
P .a(N)
4
Thay số vào ta được :
qt 2 b
28900 45000
P .0,03 554, 25(N)
4
3.4.3 Tổ hợp tải trọng tính toán kết cấu thép xe phà
Kết cấu thép thiết bị xe phà có thể tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép, các tổ hợp tải trọng tính toán theo TCVN 4244 – 2005
Trường hợp tải trọng I : thiết bị làm việc được biểu diễn dưới dạng tập hợp ( làm việc trong nhà không có gió)
c(SG S )H
Trường hợp tải trọng III : xe phà chịu tải trọng bất thường và thử tải động hoặc tĩnh
Do vận tốc di chuyển của xe phà nhỏ nên toàn bộ va đập của xe với ụ va đập được hấp thụ hết, nên trường hợp này được bỏ qua.
Trong đó :
- SG : Tải trọng sinh ra do trọng lượng bản thân
- SH : Tải trọng sinh ra do lực xô ngang khi phanh hoặc dừng đột ngột
- c=1,05 : Hệ số khuyếch đại được xác định dựa theo nhóm thiết bị nâng (Tra theo bảng 2.1.3.4 – TCVN 4244-2005)
3.5 Tính toán kiểm tra các kết cấu bộ phận của thiết bị xe phà