4.1. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 4.1.1. Các số liệu ban đầu
Các số liệu cơ bản ta chọn theo cổng trục đã chế tạo - Trọng tải Q = 25T = 250000 N.
- Trọng lượng xe con kể cả bộ phận mang vật nâng :G0 = 50000 N.
- Khẩu độ của cổng trục: L = 30 m
Chế độ làm việc của cổng trục: Theo TCVN 5862 – 1995 dựa vào cấp tải và cấp sử dụng ( theo bảng 2.13 [7] ) ta chọn chế độ làm việc của cơ cấu là M4 tức là máy sử dụng ở phân xưởng và sử dụng gián đoạn, đều đặn.
4.1.2. Phân tích chung
Trong máy trục phần kết cấu kim loại chiếm 60 ÷ 80% khối lượng của toàn máy.
Vì vậy việc chọn vật liệu và phương pháp tính để kết cấu kim loại bảo đảm đủ bền khi làm việc và đạt được chỉ tiêu kinh tế là điều rất quan trọng. Phần kết cấu kim loại thường có hai dạng chính: dạng hộp và dạng dàn, liên kết các bộ phận kết cấu với nhau bằng hàn hoặc đinh tán. Do có nhiều ưu điểm về kinh tế và công nghệ gia công nên thông thường sử dụng phương pháp hàn là chính.
4.1.2.1. Vật liệu: Vật liệu sủ dụng có dạng thép tấm hoặc thép hình. Để bảo đảm bảo tính hàn cao nên thường dùng thép cacbon, thép kết cấu hợp kim thấp hay hợp kim nhôm. Tuy nhiên khi dùng thép hợp kim cần chú ý sử dụng biện pháp công nghệ hợp lý để giảm ứng suất tập trung vì loại này có độ nhạy cao đối với sự tập trung ứng suất khi tải thay đổi, một nhược điểm nữa khi dùng thép hợp kim là giá thành cao.
Biện pháp để giảm khối lượng kết cấu là dùng hợp kim nhôm. So với thép cacbon thì khối lượng hợp kim nhôm nhỏ hơn 2,8 ÷ 3 lần, có tính chống ăn mòn cao, cơ tính tương đương thép cacbon, nhưng có môđun đàn hồi thấp, bằng một nửa thép cacbon nên làm tăng biến dạng đàn hồi và chu kỳ dao động của kết cấu. Do vậy sử dụng dạng hộp hay dạng ống thì chiều cao dầm phải cao hơn loại thép cacbon 20 ÷ 30%.
4.1.2.2. Tải trọng tính: Khi tính toán kết cấu thép máy trục, cần biết đầy đủ các loại tải trọng và vị trí đặt tải. Các tải trọng bao gồm:
- Tải cố định hay không di động: bao gồm trọng lượng phần kết cấu thép, cơ cấu di chuyển, buồng điều khiển và những phần cố định khác
- Tải trọng di động: là tải của bánh xe tác động dọc theo kết cấu trong quá trình di chuyển.
DUT.LRCC
Sinh viên thực hiện: Lê Công Vũ Hướng dẫn: Th.S.Nguyễn Thế Tranh 84
- Lực quán tính ngang: là lực xuất hiện khi phanh hoặc mở máy, có hướng tác dụng thẳng góc với hướng di chuyển của máy trục.
- Tải trọng xoắn: thường do momen xoắn gây ra trong trường hợp sau đây:
+ Khi tải trọng thẳng đứng được đặt công xôn so với dầm chính.
+ Khi tải trọng thẳng đứng đặt công xôn do trục đường ray đặt lệch so với trục đứng của dầm chính.
+ Khi lực quán tính ngang đặt công xôn đối với trục ngang của tiết diện dầm cuối trong trường hợp không có hệ thống liên kết kín.
- Tải trọng gió: xuất hiện khi máy làm việc ngoài trời.
4.1.2.3. Các phương pháp tính kết cấu thép
a) Tính theo ứng suất cho phép: Xét điều kiện bền ở mặt cắt nguy hiểm nhất:
max ; ;
n
ch
0,6. . b) Tính theo trạng thái giới hạn.
Nhược điểm cơ bản của phương pháp tính theo ứng suất cho phép là không kể đến biến dạng dẻo của vật liệu. Do tính tại mặt cắt nguy hiểm nên đã coi kết cấu mất hết khả năng chịu tải trong khi chỉ một điểm của kết cấu ở trạng thái nguy hiểm. Chính vì vậy kết quả tính theo phương pháp này có khối lượng vật liệu lớn, không kinh tế.
Tính theo phương pháp giới hạn là xét đến sự làm việc thực tế của vật liệu ở ngoài giới hạn đàn hồi. Như vậy kết cấu kim loại không đặt trong trạng thái làm việc mà đặt trong trạng thái giới hạn, hay trạng thái kết cấu mất khả năng chịu tải, không làm việc bình thường, có biến dạng quá mức và sinh ra các vết nứt. Do vậy tính theo phương pháp này tiết kiệm vật liệu.
Ngày nay do sự phát triển của kỹ thuật máy tính, người ta đã có các phần mềm tính toán kết cấu thép để chọn được kết cấu hợp lý, tiết kiệm vật liệu, bảo đảm an toàn và ổn định cho máy trục làm việc.
4.1.3. Chọn phương án thiết kế
Với cổng trục lăn có các thông số ban đầu như trên ta có nhiều phương án thiết kế khác nhau.
4.1.3.1. Phương án thiết kế cho dầm chính
Phương án 1:Cổng trục hai dầm có kết cấu dạng hộp.
Gồm hai dầm có kết cấu dạng hộp và được liên kết với chân cổng trục bằng bu lông và hàn.Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn chuyển trên đó và thực hiện việc nâng hạ, di chuyển vật nâng.
DUT.LRCC
Sinh viên thực hiện: Lê Công Vũ Hướng dẫn: Th.S.Nguyễn Thế Tranh 85
Loại cổng trục này có kết cấu toàn bộ là dạng hộp nên việc tính toán thiết kế cho toàn bộ cổng trục cũng đơn giản, giảm thời gian chế tạo và lắp ghép do có thể sử dụng phương pháp hàn tự động. Việc bảo dưỡng cổng trục cũng đơn giản. Vì vậy giá thành của loại cổng trục này không cao.
Phương án 2: Cổng trục hai dầm kiểu giàn.
Gồm một hệ khung giàn từ các hệ thanh liên kết cùng với nhau bằng các mối hàn. Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn chuyển trên đó và thực hiện việc nâng hạ, di chuyển vật nâng.
Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp.
Nhưng trọng lượng của cổng trục loại này nhỏ. Tuy nhiên, vì có nhiều thanh xiên và thanh đứng phức tạp trong chế tạo và giá thành cao hơn các loại khác,chất lượng các mối ghép hàn không cao, phụ thuộc vào tay nghề của công nhân, không áp dụng được phương pháp hàn tự động, việc bảo trì, kiểm tra không thuận lợi.
Phương án 3: Cổng trục loại một dầm.
Chỉ có một dầm với hai bản má gá dầm và giá đỡ dầm. Dầm chính có dạng chữ I phía trên dầm chữ I là giàn thép đặt trong mặt phẳng ngang, palăng điện chạy dọc theo các cánh thép phía dưới của dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển của palăng để thực hiện việc nâng hạ, hạ di chuyển vật nâng.
Với phương án này, cổng trục thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, không gian hoạt động lớn. Tuy nhiên loại cổng trục này chỉ thích hợp với chế độ làm việc nhẹ.
Ngoài ba phương án trên, trong thực tế còn nhiều phương án nữa nhưng không phổ biến ít sử dụng.
Qua việc phân tích kết cấu cũng như ưu nhược điểm của từng phương án nhận thấy phương án 1 (cổng trục hai dầm kiểu hộp) là phù hợp với yêu cầu thiết kế hơn cả bởi vì ngoài những ưu nhược điểm nổi bật đã nêu cổng trục hai dầm dạng hộp còn có thể làm việc ở chế độ trung bình và nặng. Nhược điểm chủ yếu của cổng trục dạng này là khối lượng toàn cổng trục nhiều hơn một ít so với các loại cổng trục khác, nhưng bù lại giá thành của nó không cao, kiểm tra bảo dưỡng dể dàng.
Sau đây là kết cấu một số loại cổng trục thông dụng.
DUT.LRCC
Sinh viên thực hiện: Lê Công Vũ Hướng dẫn: Th.S.Nguyễn Thế Tranh 86
4.1.3.2. Phương án chọn liên kết giữa chân cổng trục với dầm chính
Phương án 1:
L
Hình 4.1. Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm dạng hộp
.
Hình 4.2. Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm kiểu dàn.
l