Theo phương pháp tính truyền thống, thiết kế một kết cấu cổng trục nói chung người ta thực hiện nội dung gồm các bước tính cơ bản như sau:
- Xác định các thông số cơ bản.
- Xác định các đặc trưng tiết diện của các bộ phận kết cấu cổng trục. - Xác định các ngoại lực tác động lên kết cấu thép.
- Xác định các nội lực của kết cấu thép.
- Kiểm tra độ bền, kiểm tra độ võng và độ ổn định của kết cấu thép.
* Xác định các thông số cơ bản.
Từ yêu cầu sử dụng của cổng trục ta có các thông số ban đầu: tải trọng nâng, chiều cao nâng, khẩu độ cổng trục. Từ chế độ làm việc người ta chọn phương án kết cấu cổng trục phù hợp.
Căn cứ vào các thông số ban đầu người ta tra catalog của xe nâng, cơ cấu di chuyển của cổng trục, chọn các thông số cơ bản như: trọng lượng xe nâng, khoảng cách trục các bánh xe nâng, khoảng cách các vết bánh xe của xe nâng, trọng lượng cơ cấu di chuyển, vận tốc di chuyển cổng trục, vận tốc di chuyển xe nâng, vận tốc nâng hạ. Ngoài ra, đối với các thông số kích thước và trọng lượng của dầm chính, khung chân cổng, cơ cấu di chuyển, buồng điều khiển, dàn cáp điện, lan can, sàn, cầu thang,... Phương án thứ nhất: người ta thường lấy các thông số trên từ một cổng trục đang được sử dụng, cùng loại và có chế độ làm việc tương tự; Phương án thứ hai: từ các thông số ban đầu, người ta sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định.
Trang 98 Phương án thứ nhất giúp ta nhanh chóng có ngay các thông số cơ bản nhưng khó khăn trong việc tìm kiếm dữ liệu cổng trục tương tự trong thực tế; phương án thứ hai là phương pháp tính truyền thống, sử dụng các công thức kinh nghiệm tính sơ bộ giá trị của các thông số cơ bản, làm cơ sở cho tính toán ban đầu.
* Xác định các đặc trưng tiết diện của các bộ phận kết cấu cổng trục.
Với tiết diện thép hình người ta không mất thời gian để tính các đặc trưng tiết diện vì đã có ở bảng tra. Kích thước bao của tiết diện thép hình có tiêu chuẩn và có khoảng giới hạn. Nếu chiều cao tính sơ bộ của tiết diện trong cổng trục dầm đơn nằm ngoài bảng tra, thì người ta phải thay đổi phương án kết cấu thép bằng các tổ hợp các thép hình, hoặc tổ hợp thép hình với thép tấm hoặc tổ hợp các thép tấm.
Với tiết diện tổ hợp các thép tấm phi tiêu chuẩn và không bị giới hạn kích thước bao, nhưng mất nhiều thời gian để xác định đầy đủ các đặc trưng hình học cho từng tiết diện bộ phận cổng trục.
* Xác định các ngoại lực tác động lên kết cấu thép.
Các ngoại lực tính toán bao gồm: trọng lượng bản thân kết cấu, trọng lượng hàng, trọng lượng xe nâng, tải trọng quán tính, tải trọng gió, lực sườn và lực xô ngang (đối với cổng trục có 2 chân cứng). Đối với kết cấu thép có công dụng chung người ta đưa ra hai trường hợp phối hợp tải trọng khác nhau. Hai trường hợp trên được chia thành hai nhóm, nhóm thứ nhất tính theo độ bền mỏi, nhóm thứ hai tính theo độ bền và độ ổn định. Để thuận lợi cho việc tính nội lực kết cấu người ta phải chuẩn bị đầy đủ các thông số tải trọng trong bảng 2.1. Phương pháp tính truyền thống đã phân tích và đưa ra đầy đủ các ngoại lực tác động lên kết cấu thép cổng trục.
* Xác định các nội lực của kết cấu thép.
Hiện nay đối với cổng trục nói chung, người ta thường sử dụng sơ đồ tách kết cấu thành các sơ đồ dầm đơn giản tĩnh định. Một phương pháp tính đã và đang được sử dụng phổ biến là phương pháp tính theo ứng suất cho phép; là phương pháp tính nội
lực kết cấu ở trạng thái bất lợi nhất. Điều kiện bất lợi nhất: Đối với dầm chính khi xe nâng nằm ở giữa dầm; Đối với chân đỡ khi xe nâng nằm ở đầu mút khẩu độ; Đối với phần côngxôn dầm chính khi xe nâng nằm ở đầu mút côngxôn. Phương pháp tính toán trên đảm bảo kết cấu an toàn với chế độ và môi trường làm việc theo yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, kết quả tính toán có thể dư bền; Mặt khác do kết cấu là tổ hợp của nhiều
Trang 99 bộ phận cổng trục khác nhau, mà từng bộ phận có tiết diện và chịu tải trọng khác nhau; vì thế sẽ lặp lại các công đoạn tính giống nhau làm tăng khối lượng và thời gian tính toán.
* Kiểm tra độ bền, kiểm tra độ võng và độ ổn định của kết cấu thép.
Điều kiện bền trong phương pháp tính truyền thống được xác định theo công thức
σmax ≤ [σ]. Trị số của ứng suất cho phép [σ] phụ thuộc vào trường hợp phối hợp tải
trọng và chế độ làm việc của cổng trục, tra (bảng 5.2).[4].
Đối với thanh chịu nén chính tâm, có nhiều trường hợp mặc dù ứng suất trong thanh chưa vượt qua giới hạn ứng suất cho phép theo độ bền, nhưng thanh vẫn bị phá huỷ đột ngột do mất ổn định. Trong kết cấu cổng trục, chân cổng cần phải kiểm tra độ ổn định. Điều kiện ổn định được xác định theo công thức σmax ≤ φ[σ]. Trong đó φ là
một hệ số giảm ứng suất cho phép, nó luôn nhỏ hơn bằng 1, nó phụ thuộc vào độ mảnh λ và vật liệu của kết cấu.
Riêng đối với dầm chính ta phải kiểm tra độ võng. Vị trí nguy hiểm nhất đối với dầm chính khi xe nâng và vật nâng đang ở giữa dầm. Điều kiện độ võng được xác định theo công thức f ≤ [f].
Nếu thoả mãn tất cả các điều kiện trên thì đảm bảo kết cấu đủ bền hoặc thừa bền. Để đánh giá kết cấu có thừa bền hay không ta phải tính hệ số an toàn của từng bộ phận kết cấu, điều kiện an toàn được xác định theo công thức n ≈ [n]. Trong đó hệ số an toàn cho phép phụ thuộc vào các trường hợp phối hợp tải trọng và chế độ làm việc của kết cấu kim loại, tra (bảng 5-1).[4].
Với những kết cấu dư bền ta phải tính bài toán ngược để hợp lý kích thước tiết diện kết cấu. Và như thế mới đủ điều kiện kết luận tính toán thiết kế.