3.1.1. Các thông số ban đầu:
* Giả sử cổng trục dầm đôi dạng hộp với chế độ làm việc bình thường, có các thông số ban đầu như sau:
Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Giá trị Đơn vị
Tải trọng nâng định mức: Q 25 Tấn 245250 N
Chiều cao nâng. H 6 m 6000 mm
Khẩu độ. L 20 m 20000 mm Trọng lượng xe nâng. 5 tấn 49050 N Khoảng cách trục các bánh xe của xe nâng. 1,6 m 1600 mm Khoảng cách vết bánh xe của xe nâng. 2,6 m 2600 mm Khoảng cách từ trục các bánh xe
nâng đến đầu mút khẩu độ. 1 m 1000 mm
Bảng 3.1: Các thông số ban đầu của cổng trục.
* Mô hình tính:
Hình 3.1: Mô hình tính theo phương pháp truyền thống.
Để đơn giản cho tính toán, trên mặt phẳng thẳng đứng, vuông góc với đường ray, ta xem khung chân cổng như một phần tử.
Trong phương pháp tính truyền thống sau ta xem dầm chính, gối tựa, dầm biên có tiết diện không đổi, và chân cổng có tiết diện thay đổi đều. Các phần tử của cổng trục là loại phần tử dạng thanh. B A ) ) E A ) E M A B
Trang 58 Với khẩu độ L ≤ 20m, chọn liên kết ở 2 đầu dầm chính là liên kết cứng ở vị trí A, B. Và tại vị trí E, M là 2 vị trí tiếp xúc của cổng trục với đường ray, ta xem E và M là 2 gối cố định. Đây là cổng trục dầm đôi có 2 gối cố định và ta thực hiện tách dầm như hình 3.1.
3.1.2. Vật liệu chế tạo dầm chính:
Vật liệu chế tạo dầm chính là thép CT3 có các đặc trưng cơ tính như sau: Môđun đàn hồi (khi kéo) : E = 2,10.105
N/mm2; Môđun đàn hồi trượt : G = 0,81.106 kG/cm2; Giới hạn chảy : σ = 2400 ÷ 2800 daN/cm2; Giới hạn bền : σ = 3800 ÷ 4200 daN/cm2; Độ dai va đập : A = 50 ÷ 100J/cm2;
Khối lượng riêng : γ = 7,83 T/m3
; Độ dãn dài khi đứt : ε = 21%;
3.1.3. Xác định sơ bộ kích thước cổng trục:
* Dầm chính có tiết diện hình chữ I là tổ hợp hàn từ 3 thép tấm CT3.
Chiều cao dầm chính ở tiết diện giữa phụ thuộc vào khẩu độ của cổng trục:
ℎ = 141 ÷181 = 141 ÷181 20000 = 1111 ÷ 1428,6 Ta chọn h = 1200 mm; Chiều rộng của dầm 1 thành vách: B = (0,33 ÷ 0,5)ℎ = 396 ÷ 600 Với B ≥300 , ta chọn B = 500 mm; = 401 ÷501 = 400 ÷ 500 Với ≥ = 400 , ta chọn B0 = 450 mm; đối với chiều dày thép tấm, ta có:
δ = 100 ÷1 1601 ℎ = 100 ÷1 1601 1176 = 7,35 ÷ 11,76 = = (1,5 ÷ 2,0). = 15 ÷ 20
Ta chọn:
- Chiều dày thành đứng: δ =δ = 10mm; - Chiều dày tấm biên trên: = = 14 ;
Trang 59 - Chiều dày tấm biên dưới: = = 10 .
* Kích thước cơ sở của cổng trục :
≥4=200004 = 5000 Ta chọn kích thước cơ sở Bc = 5000 mm
Chiều dài chân cổng:
= + −2 = 9314.5 * Chiều dài dầm biên Ac = 5500 mm.
* Chiều dài gối tựa:
= − = 2600−500 = 2100
3.1.4. Xác định các đặc trưng tiết diện cổng trục:
Từ các tiết diện sơ bộ hình 3.2, ta tính các đặt trưng tiết diện.
3.1.4.1. Đặc trưng tiết diện dầm chính:
Tính diện tích tiết diện:
Diện tích thanh biên trên: = . = 500.14 = 7000
a) Tiết diện dầm chính. b) Tiết diện dầm biên.
c) Tiết diện đầu chân cổng. d) Tiết diện cuối chân cổng e) Tiết diện gối tựa.
Trang 60 Diện tích thanh biên dưới: = . = 500.10 = 5000
Diện tích thành đứng: = 2.ℎ . = 2.1176.10 = 23520
Chiều cao thành đứng: ℎ =ℎ− − = 1200−14−10 = 1176
Tổng diện tích của tiết diện: = + + = 35520
Trọng lượng dầm chính: = . . = 35520. 10 . 20.7850 = 5577
Mômen tĩnh của tiết diện đối với trục x –x
Thanh biên trên: = . ℎ − 2 = 8,351. 10
Thanh biên dưới: = . 2 = 0,025. 10
Thành đứng: = . + = 14,065. 10
Tổng mômen tĩnh S = + + = 22,44. 10
Toạ độ trọng tâm của tiết
diện đối với trục – = = 631,8
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x –x
Thanh biên trên: = 12. + . ℎ− − 2 = 2204,9. 10
Thanh biên dưới: = 12 +. . − 2 = 1964,3. 10
Thành đứng: =2.ℎ 12 +. . −ℎ 2 − = 2737,5. 10
Tổng mômen quán tính đối
với trục x1 – x1: = + + = 6906,7. 10
Mômen chống uốn của tiết diện đối với trục x – x Đối với lớp kim loại ngoài
cùng của thanh biên trên: = = 12,155. 10
trong đó: Z1 = h – Z0 = 568,2 mm Đối với lớp kim loại ngoài
cùng của thanh biên dưới: = = 10,932. 10
Mômen quán tính đối với trục y–y: Thanh biên trên: = 12. = 145,8. 10 mm
Trang 61 Thanh biên dưới: = 12 = 104,2. 10. mm
Thành đứng: = 2.ℎ12 +. . +2 = 1244,4. 10 mm
Tổng mômen quán tính: = + + = 1494,4. 10 mm Mômen chống uốn đối với
trục y–y: =2. = 5,98. 10 mm
3.1.4.2. Đặc trưng tiết diện chân cổng, gối tựa và dầm biên:
Đặt trưng tiết diện các bộ phận cổng trục
Ký hiệu
Chân cổng
Gối tựa Dầm biên Đơn vị Đầu Đáy
Tính diện tích tiết diện.
Diện tích thanh biên trên. 5000 3500 3000 7000 mm2
Diện tích thanh biên dưới. 5000 3500 3000 5000 mm2
Diện tích thành đứng. 19600 7600 11600 19520 mm2
Chiều cao thành đứng ℎ 980 380 580 982 mm
Tổng diện tích của tiết diện 29600 14600 17600 31520 mm2
Trọng lượng bộ phận G 1616 290,1 1361 kG
Mômen tĩnh của tiết diện đối với trục x –x .
Thanh biên trên 4,975.106 1,383.106 1,785.106 6,951.106 mm3 Thanh biên dưới 0,025.106 0,017.106 0,015.106 0,025.106 mm3
Thành đứng 9,8.106 1,52.106 3,48.106 9,72.106 mm3
Tổng mômen tĩnh S 14,8.106 2,92.106 5,28.106 16,7.106 mm3 Toạ độ trọng tâm của tiết
diện đối với trục – 500 200 300 530 mm
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x –x Thanh biên trên 1225,2.10
6
133,1.106 261,1.106 1502,5.106 mm4 Thanh biên dưới 1225,2.106
133,1.106 261,1.106 1376,7.106 mm4
Thành đứng 1568,7.106
91,45.106 325,19.106 1569,2.106 mm4 Toạ độ trọng tâm của tiết
diện đối với trục – 4019.10
6
357,69.106 847,39.106 4448,4.106 mm4 Mômen chống uốn của tiết diện đối với trục x – x
Trang 62 Đối với lớp kim loại ngoài
cùng của thanh biên trên W 8,04.106 1,79.106 2,82.106 9,46.106 mm3
Trong đó Z1 500 200 300 470 mm
Đối với lớp kim loại ngoài
cùng của thanh biên dưới 8,04.106 1,79.106 2,82.106 8,4.106 mm3
Mômen quán tính đối với trục y–y
Thanh biên trên 104,17.106 35,73.106 22,5.106 145,8.106 mm4
Thanh biên dưới 104,17.106
35,73.106 22,5.106 104,17.106 mm4
Thành đứng 1037.106
182,65.106 196,14.106 1032,8.106 mm4 Tổng mômen quán tính 1245,3.106
254,11.106 241,14.106 1282,8.106 mm4 Mômen chống uốn đối với
trục y–y 4,98.10
6
1,452.106 1, 61.106 5,13.106 mm3
Bảng 3.2: Đặc trưng tiết diện của chân cổng, gối tựa, dầm biên.
3.1.5. Tải trọng tính toán:
Trong cổng trục dầm đôi có hai dầm chính, ta chọn và tính toán dầm chính phía bên có cơ cấu di chuyển; trong cổng trục có hai khung chân cổng, mỗi khung chân cổng có hai chân cổng, một gối tựa và một dầm biên, trong đó ta xét một chân cổng phía bên có cơ cấu di chuyển, gối tựa và dầm biên.
3.1.5.1. Tải trọng tác dụng lên kết cấu cổng trục:
* Tải trọng tĩnh:
- Trọng lượng hàng Q;
- Trọng lượng bản thân cổng trục; - Trọng lượng xe con Gx;
* Tải trọng bên ngoài: tải trọng gió Pg. * Tải trọng sinh ra trong quá trình vận hành:
- Lực quán tính do khối lượng xe nâng có mang hàng khi tiến hành hãm xe nâng đột ngột;
- Lực quán tính do khối lượng xe nâng có mang hàng, khi tiến hành hãm cổng trục đột ngột;
- Lực quán tính do khối lượng dầm chính khi tiến hành hãm cổng trục đột ngột. - Lực sườn S.
- Lực xô ngang R.
Trang 63 Với chế độ làm việc bình thường, theo bảng tổ hợp các tải trọng (bảng 2.1) ta chọn tổ hợp phối hợp tải trọng để tính nội lực kết cấu thép dầm chính như sau: tổ hợp phối hợp tải trọng IIA và IIB.
Dầm chính làm việc bất lợi nhất là khi xe nâng có mang hàng đứng giữa dầm, tiến hành hạ hàng hết tốc độ và hãm phanh đột ngột (tổ hợp tải trọng IIA); hoặc khi cổng trục có mang hàng di chuyển hết tốc độ, tiến hành phanh cổng trục đột ngột (tổ hợp tải trọng IIB)
3.1.5.3. Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu dầm chính: 3.1.5.3.1. Tải trọng gây ra bởi trọng lượng bản thân dầm chính: 3.1.5.3.1. Tải trọng gây ra bởi trọng lượng bản thân dầm chính:
Đối với tổ hợp dầm đơn, trọng lượng dầm chính phân bố đều trên một đơn vị chiều dài dầm phía bên có cơ cấu di chuyển. Trong đó k là hệ số va đập khi tính theo độ bền mỏi, lấy = = 1; và hệ số va đập khi tính theo độ bền và độ ổn định =
= 1,2 (chế độ làm việc nhẹ):
= + = 1,066000 + 3400020 = 5000 /
Căn cứ vào bảng 3.2, ta chọn sơ bộ các trọng lượng bản thân các bộ phận cổng trục như sau:
G1 = 66000 N – là trọng lượng dầm chính và các trọng lượng phụ khác trên dầm chính (đường ray xe nâng, lối đi, lan can, hệ thống điện...);
G2 = 34000 N – là trọng lượng cơ cấu di chuyển (không kể trọng lượng gối tựa); Ggt = 3000 N – Trọng lượng gối tựa;
Gch = 19000 N – Trọng lượng chân cổng; Gdb = 60000 N – Trọng lượng dầm biên;
Gcc = Ggt + 2.Gch + Gdb = 57000 N – Trọng lượng khung chân cổng. Tải trọng phân bố đều bởi trọng lượng dầm chính phía bên dàn cáp điện
= = 1,06600020 = 3300 /
3.1.5.3.2. Tải trọng bánh xe:
Tải trọng lên bánh xe gồm có trọng lượng bản thân xe nâng Gx và trọng lượng vật nâng Q. Trọng lượng xe xem như phân bố đều cho các bánh xe, khi không có vật nâng các bánh xe chịu tải trọng ít nhất:
Trang 64 Tổng tải trọng do trọng lượng vật nâng
tác dụng lên bánh dẫn: = = 153281
Tổng tải trọng do trọng lượng vật nâng tác
dụng lên bánh bị dẫn: = = 91969 Tải trọng tác dụng lên bánh D: = = 82536 = + = 94799 Tải trọng tác dụng lên bánh A: = − = 70745 = + = 83008 Tải trọng tác dụng lên bánh C: = = 49522 = + = 61784 Tải trọng tác dụng lên bánh B: = − = 42447 = + = 54710 Vậy bánh xe chịu tải trọng lớn nhất: = 94799
Chọn loại bánh xe hình trụ có thành hai bên với kích thước theo ΓOCT 3569 – 60. Đường kính bánh xe sơ bộ chọn Dxb = 400mm, với tải trọng nâng Q = 25t, ta chọn đường kính ngỏng trục d = 90mm (bảng 9.4).[4]. Căn cứ kích thước bánh xe theo
ΓOCT 3569 – 60 tương đương với Dxb = 400mm, ta chọn thép vuông 65x65 để làm đường ray cho xe lăn.
Tải trọng tương đương lên bánh xe:
= . . = 91007 Ứng suất dập được tính theo công thức (2.67).[4]:
Hình 3.3: a)Sơ đồ tính tải trọng bánh xe, b) Sơ đồ để tính sức bền bánh xe.
65 80 400 mm 60 = 49522 = 82536 Q=245250N = 42447 = 70745 C D = 1600 = 2600 B A 600 12 00 1000 1 4 00
Trang 65 = 190 .
= 190 60.200 = 52391007 /
Trong đó: b, - chiều rộng bề mặt làm việc và bán kính bánh xe.
Ứng suất dập cho phép theo (bảng 2.19).[4]: [ ] = 750 > 523 /
Vậy kích thước bánh xe đã chọn là an toàn.
Tải trọng của bánh xe là tải trọng do trọng lượng của xe nâng với vật nâng là tải trọng tập trung và đặt ở điểm tiếp xúc của bánh xe với đường ray. Tải trọng của bánh xe khi có hệ số điều chỉnh tính như sau:
Ở bánh xe D: = . + 4 = 111306
Ở bánh xe C: = . + 4 = 71688
Tải trọng của bánh xe C và D lên dầm khi không kể đến hệ số điều chỉnh:
Ở bánh xe D: = + 4 = 94799
Ở bánh xe C: = + 4 = 61784
3.1.5.3.3. Lực quán tính:
Trị số lực quán tính lớn nhất khi phanh xe nâng và cổng trục bằng:
- Lực quán tính do khối lượng xe nâng và vật nâng khi xe nâng di chuyển tiến hành phanh đột ngột; là lực quán tính ngang tập trung được tính theo công thức (2.77):
= =17. = 13543
- Lực quán tính do khối lượng dầm chính khi di chuyển cổng trục có mang hàng tiến hành phanh đột ngột; là lực quán tính ngang phân bố đều được tính theo công thức (2.79):
= =12.10 = 250 /
- Lực quán tính do khối lượng xe nâng và vật nâng khi di chuyển cổng trục tiến hành phanh đột ngột; là lực quán tính ngang tập trung được tính theo công thức (2.78a):
Trang 66 Trong đó, hệ số ½ tính khi nữa số bánh xe di chuyển của cổng trục là bánh dẫn.
3.1.5.3.4. Tải trọng gió:
Tải trọng gió trong trường hợp xấu nhất khi nó cùng chiều với các lực quá tính. Tải trọng gió lên chân cổng: với gió cấp II, qgió = 250N/m2, vậy với bề rộng chân cổng chắn gió 0,5m thì tải trọng gió phân bố đều trên 1m chiều cao chân cổng:
= 0,5.250 = 125 /
Tải trọng gió lên xe nâng và vật nâng với diện tích chắn gió A = 2m2; hệ số cản khí động học Cr = 1,2; hệ số động lực học kể đến xung động của gió β = 1,25; hệ số kể đến sự tăng áp lực theo chiều cao n = 1; được xác định như sau:
= . ó. . . = 2.250.1,25.1,2.1 = 750
3.1.5.4. Tính kết cấu thép:
3.1.5.4.1. Tính nội lực dầm chính:
Ởhình 3.4a, sơ đồ tải trọng tác dụng lên cổng trục dầm đôi, khi hợp lực của tải trọng các bánh xe của xe nâng cách tiết diện giữa dầm một đoạn (trong đó a là khoảng cách từ hợp lực đến bánh xe chịu tải lớn hơn) thì ứng suất sẽ đạt giá trị lớn nhất.
Phản lực gối tựa A dưới tác dụng của trọng lượng xe nâng và vật nâng: = 2+ + (22 − )= 89224
Mômen uốn:
= −2 = 847626
Hình 3.4: Sơ đồ xác định ứng suất cho tiết diện giữa dầm chính.
= 71688 L=20000 = 1600 A D C 10000 = 113306 a = 600 a/2 = 300 A = 5000 / ) ) B B A = 7829 = 250 / ) B ) )
Trang 67 Phản lực tựa gây ra bởi trọng lượng dầm tại điểm A:
= 2 = 50000 Mômen uốn: = −2 − ( −8 ) = 249775 Mômen uốn tổng: = + = 1097401 Ứng suất lớn nhất ở giữa dầm chính: = = 100,4 < [ ]
Trong đó: ứng suất uốn cho phép [ ] = 160N/mm , theo (bảng 5.2).[4]. Mômen uốn do lực quán tính gây ra bởi xe nâng và vật nâng:
= 4. = 39146
Mômen uốn do lực quán tính của trọng lượng bản thân cổng gây ra:
= 8. = 12500
Mômen uốn tổng:
= + = 51646
Ứng suất uốn phụ:
= = 8,6N/mm
Mômen uốn do lực quán tính dọc dầm khi phanh xe nâng gây ra:
= .ℎ = 7695154
Trong trường hợp này ta chỉ xét ảnh hưởng lên dầm chính nên điểm đặt của lực quán tính là trọng tâm của tiết diện dầm hay ℎ = = 631,8 .
Ứng suất uốn phụ do mômen này gây ra:
=
= 0,6N/mm
Ứng suất tổng ở tiết diện đang xét dưới tác dụng của tải trọng chính và phụ trong trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai:
Trang 68 Trong đó: ứng suất uốn cho phép [σ] = 180N/mm , theo (bảng 5.2).[4].
Độ võng của dầm chính cổng trục dưới tác dụng của xe nâng và vật nâng: =( 48+ ) = 18 < [ ]
Trong đó độ võng cho phép: [ ] = = = 28,6 > 18 .
Vậy kích thước tiết diện dầm chính đã chọn là an toàn.
3.1.5.4.2. Tính nội lực gối tựa:
Xét tiết diện dầm chính, tiết diện này được tính theo lực cắt lớn nhất khi xe nâng ở trên gối tựa và mômen uốn do trọng lượng của cơ cấu di động cổng trục gây ra. Lực cắt lớn nhất:
= − + −( + )+ 2 = 218109 Lực cắt nhỏ nhất phía bên không có cơ cấu di chuyển:
= − + −( + )+ 2 = 180282
Mômen tĩnh của nữa tiết diện đối với trục x – x:
= . − 2 + 2. ( − ). .12 − 2 = 1726000
Ứng suất cắt với Jx = 847,4.106mm4 ở bảng 3.2: =2. .. = 22,2 /