Phạm vi nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục với: - Tải nâng 5 tấn ÷ 60 tấn.
- Khẩu độ của cổng trục nhỏ hơn bằng 20m. - Các loại kết cấu: dầm đơn, dầm đôi.
Trang 10
CHƯƠNG 2:
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp tính toán kết cấu cổng trục truyền thống.
Trong tính toán kết cấu thép, một phương pháp đã và đang được sử dụng phổ biến, đó là phương pháp tính theo ứng suất cho phép. Bằng phương pháp này việc tính toán đơn giản và thuận tiện, nhưng kết quả tính thường không được tiết kiệm.
Ngoài các tải trọng chung tác động lên kết cấu kim loại của máy trục: tải trọng không di động, tải trọng di động, lực quán tính, tải trọng gió, tải trọng xoắn. Ở kết cấu cổng trục còn phải xác định các loại tải trọng khác có ảnh hưởng đến kết cấu dạng cổng khi vận hành như: lực sườn và lực xô ngang.
Để ứng dụng phương pháp tính theo ứng suất cho phép thì ta phải đưa kết cấu vào trường hợp bất lợi nhất. Đối với dầm chính được tính toán khi vị trí với xe nâng nằm ở giữa dầm; đối với côngxôn nằm ở ngoài mút côngxôn; đối với chân đỡ nằm ở đầu mút của khẩu độ. Đối với kết cấu dạng dàn, khi tính toán kết cấu người ta không tính theo dàn không gian mà tính theo phương pháp gần đúng bằng cách phân chia dàn thành những dàn phẳng. Nội lực trong các thanh của những dàn phẳng dưới tác dụng tải trọng được xác định theo phương pháp đường ảnh hưởng.
2.1.1. Các đặc tính kỹ thuật của cổng trục: 2.1.1.1. Các thông số cơ bản: 2.1.1.1. Các thông số cơ bản:
Hình 2.1: Các thông số cơ bản của cổng trục.
* Các thông số cơ bản của cổng trục và thiết bị nâng:
K
L
H
Trang 11
Tên các thông số Ký hiệu Đơn vị
Tải trọng nâng định mức Q tấn
Khẩu độ. m
Chiều cao nâng. H m
Khoảng cách tâm của 2 bánh xe của một bên chân cổng. m
Kích thước bao của chân cổng. m
Khoảng cách từ thiết bị treo hàng đến đầu mút khẩu độ. m
Vận tốc nâng. m/ph
Vận tốc di chuyển xe nâng. m/ph
Vận tốc di chuyển cổng trục. m/ph
Công suất của động cơ nâng. kw
Công suất của động cơ di chuyển xe nâng. kw
Công suất của động cơ di chuyển cổng trục. kw
Trọng lượng xe nâng. kg
Trọng lượng thiết bị treo hàng. kg
Đường kính bánh xe di chuyển của xe nâng. m (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trọng lượng của đường ray xe nâng. kg
Chiều cao của đường ray xe nâng (bảng 1.3).[9]. ℎ mm
Khoảng cách trục các bánh xe của xe nâng. m
Khoảng cách các vết bánh xe của xe nâng. m
Khoảng cách từ mặt ray xuống móc cẩu sau khi cổng
trục nâng hàng ở chiều cao lớn nhất. K m
Chế độ làm việc của cổng trục: Theo TCVN 4244 – 2005 theo (bảng 2.13).[11] dựa vào điều kiện sử dụng thiết bị ta chọn chế độ làm việc cho cơ cấu.
2.1.1.2. Các kích thước cơ bản của kết cấu cổng trục: 2.1.1.2.1. Sơ đồ kết cấu cổng trục: 2.1.1.2.1. Sơ đồ kết cấu cổng trục:
Trang 12
Hình 2.2: Sơ đồ kết cấu thép của cổng trục dầm đôi.
2.1.1.2.2. Kích thước dầm chính:
Kết cấu dầm chính được chế tạo từ các loại thép tấm hoặc thép hình. Nước ta đã ban hành tiêu chuẩn quốc gia về thép cán nóng TCVN 1650 – 75 đến TCVN 1657 – 75, bao gồm thép tròn, thép ray, thép chữ [, thép góc,... Về cơ bản, các loại thép cán của tiêu chuẩn Việt Nam có kích thước giống như các loại thép cán theo tiêu chuẩn Liên Xô ΓOCT năm 1972. Hiện nay Liên Xô đã sử dụng tiêu chuẩn mới loại 72* (ví dụ ΓOCT 8510 – 72*) là sửa đổi của tiêu chuẩn năm 1972. Các qui cách thép hình theo TCVN năm 1975 tương ứng với ΓOCT năm 1972. Đối với các loại thép chưa có trong tiêu chuẩn Việt Nam thì dùng trong tiêu chuẩn mới nhất của Liên Xô.
2.1.1.2.2.1. Kích thước khi dùng dầm thép hình:
Thép hình được sử dụng cho dầm chính thường là các loại thép chữ I, thép chữ [, thép góc đều cạnh, thép góc không đều cạnh... (TCVN 1654 – 75 đến 1657 - 75). Các loại thép này được chế tạo bằng phương pháp cán hoặc phương pháp dập.
Đối với thép chữ I: Theo TCVN 1655-75, thép chữ I gồm có 23 loại tiết diện, chiều cao h = 100 ÷ 600 mm. Ký hiệu, ví dụ: I30, trong đó 30 là chiều cao h, đơn vị tính là cm. Từ các số hiệu 18 đến 30, còn có thêm hai tiết diện phụ, cùng chiều cao h nhưng cánh rộng và dày hơn, ký hiệu thêm chữ “a”, ví dụ: I22a. Chiều dài thép chữ I được sản xuất từ 4 đến 13m.
ℎ
Trang 13 Trong trường hợp dùng thép chữ I làm ray cho thiết bị nâng cho cổng trục thì sử dụng thép chữ I chuyên dùng theo tiêu chuẩn Γ 5157-53* (Bảng 1.3, tr.43).[9].
Hình 2.3: Thép chữ I và ứng dụng.
Đối với thép chữ [: theo TCVN 1654 -75, gồm có 22 loại tiết diện, từ số hiệu [5 đến [40, từ số hiện [14 đến [24 có thêm loại tiết diện phụ “a”. Thép chữ [ thường được ghép thành thanh tiết diện đối xứng như hình 2.4:
Hình 2.4: Thép chữ [ và ứng dụng.
Đối với thép góc, thép góc gồm có hai loại: thép góc đều cạnh và thép góc không đều cạnh.
Thép góc đều cạnh theo TCVN 1656 – 75, gồm 67 loại, từ loại có tiết diện nhỏ nhất với ký hiệu: ∟20x3 đến tiết diện lớn nhất là ∟250x4;
Thép góc không đều cạnh theo TCVN 1657 – 75, gồm 47 loại tiết diện, từ loại có tiết diện nhỏ nhất với ký hiệu: L25x16x3 đến tiết diện lớn nhất là L250x160x20.
Chiều dài của mỗi thanh thép góc từ 4 ÷ 13m. Thép góc là thép cán được sử dụng phần lớn trong kết cấu thép.
Trang 14 Thép góc thường được sử dụng làm thanh chịu lực như hệ thanh bụng, thanh biên của kết cấu dàn; ngoài ra có thể ghép hai thanh thép góc thành chữ T, chữ thập, chữ nhật,...; làm cấu kiện liên kết các kết cấu khác như ghép các thép tấm khác thành tổ hợp chữ I, liên kết dầm với cột.
Chiều cao của dầm được xác định theo công thức kinh nghiệm (8.24).[4]:
ℎ= 141 ÷181 (2.1)
Tra bảng TCVN 1654 – 75 đến 1657 – 75 và chọn chiều cao thép hình tương ứng.
2.1.1.2.2.2. Kích thước khi dùng dầm tổ hợp.
Thép tấm được sử dụng rộng rãi nhất, vì nó có thể ứng dụng tạo ra các loại tiết diện với hình dạng và kích thước phi tiêu chuẩn. Đặc biệt trong kết cấu dạng bản cánh thì hầu như sử dụng thép tấm. Thép tấm có các loại như sau (tr.44).[9]: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thép tấm phổ thông, có bề dày 4 ÷ 60 mm, bề rộng 600 ÷ 2500 mm, dài 2 ÷ 8 m. Thép tấm phổ thông có 4 cạnh phẳng nên sử dụng rất thuận tiện.
- Thép tấm dày, có bề dày 63 ÷ 160 mm, bề rộng 600 ÷ 3000 mm, dài 3,5 ÷ 7 m. - Thép tấm mỏng, có bề dày 0,2 ÷ 4 mm, bề rộng 160 ÷ 1500 mm, dài 1,2 ÷ 6 m. Ngoài ra, còn có loại thép tấm khác như: thép tấm có gân, thép tấm có hình sóng. Dầm tổ hợp là loại dầm được chế tạo từ các loại thép tấm hoặc các thép tấm kết hợp với các thép hình liên kết lại với nhau bằng phương pháp hàn hoặc tán đinh hay bulông. Nếu dùng liên kết hàn để liên kết các cấu kiện của dầm thì gọi dầm đó là dầm tổ hợp hàn. Nếu dùng đinh tán hoặc bulông để liên kết các cấu kiện của dầm thì gọi dầm đó là dầm tổ hợp đinh tán hoặc dầm tổ hợp bulông.
Hình 2.6: Tiết diện dầm tổ hợp a) Dầm tổ hợp 1 thành kết cấu hàn; b) Dầm tổ hợp 2 thành kết cấu hàn. ℎ ℎ ℎ ℎ tấm biên thành đứng
Trang 15 So với dầm đinh tán thì dầm hàn tiết kiệm vật tư, tiết kiệm phụ kiện nên giảm chi phí chế tạo, phương pháp sản xuất đơn giản nên được sử dụng phổ biến hơn. Dầm đinh tán chịu tải trọng động và ảnh hưởng của chấn động tốt hơn dầm hàn nên thường dùng làm dầm của các cần trục loại tải trọng lớn với chế độ làm việc nặng hoặc rất nặng. Ở
hình 2.6 tiết diện dầm tổ hợp điển hình của kết cấu hàn.
Chiều cao của dầm được xác định theo công thức kinh nghiệm (8.24).[4] hoặc (tr.12).[9]:
ℎ = 14 ÷1 181 (2.2)
Để giảm trọng lượng cổng trục và thuận lợi cho lắp ráp dầm chính với chân cổng, chiều cao ở hai đầu dầm chính nhỏ hơn chiều cao giữa dầm và có thể lấy trong khoảng (tr.144).[4]:
ℎ = (0,4 ÷ 0,6)ℎ (2.3)
Và chiều dài đoạn nghiêng của dầm chính (tr.144).[4]:
= (0,1 ÷ 0,2) (2.4)
Hình 2.7: Dầm chính tổ hợp dạng hộp.
* Xác định kích thước thành đứng (h , δ):
Chiều cao của thành đứng (hình 2.6): ℎ =ℎ−2δ (2.5) Chọn sơ bộ chiều dày thành đứng theo công thức kinh nghiệm (5.18).[9]:
δ = 7 +10003ℎ (2.6)
Chiều dày thành đứng tính theo điều kiện về bền cắt (5.19).[9]:
δ ≈32ℎ (2.7)
Trong đó: - Lực cắt tính toán;
[ ] - Ứng suất tính toán cho phép khi chịu cắt.
Chọn chiều dày thành đứng xuất phát từ điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ của tấm thành đứng (5.20).[9]:
Trang 16 δ ℎ = 1 100÷ 1 160 (2.8)
Chiều dày thành đứng xuất phát từ điều kiện công nghệ (5.21).[9]:
δ ≥6mm (2.9)
Với dầm làm việc trong các điều kiện dễ bị gỉ (5.22).[9]:
δ ≥8mm (2.10)
* Xác định kích thước tấm biên (B, δ ):
Hình 2.8: Kích thước tấm biên của dầm tổ hợp 1 thành và 2 thành.
Chọn sơ bộ chiều dày tấm biên theo công thức kinh nghiệm (5.23).[9]:
= (1,5 ÷ 2,0) (2.11)
Chiều dày tấm biên của dầm hàn nên lấy lớn chiều dày thành đứng và thường lấy trong khoảng 12 ÷ 14 mm (tr.106).[9]. Chiều dày thành đứng của dầm dạng hộp cần lớn hơn 6 mm và thường lấy phụ thuộc vào trọng tải của cổng trục (tr.145).[4]: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
≤20 ; = 6
= 30 ÷ 75 ; = 8
= 75 ÷ 200 ; = 10
≥250 ; = 12
Chiều rộng tấm biên B được xác định từ điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ cho tấm biên chịu nén. Chiều rộng B xác định sau khi đã chọn trước chiều dày tấm biên.
+ Đối với dầm 1 thành (tr.106).[9]:
Đối với vật liệu: thép CT3 B≤30 δ (2.12)
Đối với vật liệu: hợp kim nhôm B≤24 δ (2.13) + Đối với dầm 2 thành (hình 2.6b, 2.8b): Khoảng cách giữa hai mặt trong tấm
thành đứng là điều kiện hàn cho các vách ngăn bên trong. Khoảng cách này phụ thuộc vào chiều cao và thường chọn theo công thức kinh nghiệm (tr.144).[4] và (tr.106).[9]:
Trang 17
Đối với dầm hàn: ≤(50 ÷ 60) δ (2.15)
Đối với dầm đinh tán: ≤(60 ÷ 70) δ (2.16) Để đảm bảo độ cứng của dầm khi xoắn, khoảng cách giữa hai mặt trong thành đứng lấy bằng (8.25).[4]:
= 401 ÷501 à ≥ℎ3 (2.17)
Phần nhô ra của tấm biên so với mặt ngoài thành đứng như hình 2.8b (tr.107).[9]:
= (12 ÷ 15) δ (2.18)
Ngoài ra để đảm bảo ổn định tổng thể của kết cấu dầm nên chọn B như sau (tr.107).[9]: Đối với dầm 1 thành (tr.107).[9]: = 12 ÷15 ℎ (2.19) Đối với dầm 2 thành (tr.107).[9] ≥180 ; ≥101 ℎ (2.20) ℎ ≤3,5; ≤60; (2.21) 2.1.1.2.3. Kích thước chân cổng
Hình 2.9: Sơ đồ kết cấu chân cổng.
Cở sở của cổng trục là khoảng cách giữa 2 hàng bánh xe di chuyển cổng trục.
được lựa chọn theo điều kiện độ ổn định kết cấu cổng trục và tránh hiện tượng kẹt bánh xe khi di chuyển trên đường ray cũng như đảm bảo độ ổn định chống lật cổng
Trang 18 trục khi công tác. Thông thường công thức kinh nghiệm chọn sơ bộ kích thước của chân cổng như sau (tr.247).[9]:
≥4 (2.22)
Chiều dài chân cổng xác định như sau:
= + −2 (2.23)
Chiều rộng đỉnh chân cổng phụ thuộc vào chiều rộng của cụm dầm chính. Ở cổng trục dầm đơn chiều rộng cạnh trên chân cổng B bằng chiều rộng của dầm: = .
Hình 2.10: Bố trí đường ray xe nâng ở cổng trục dầm đôi.
Ở cổng trục dầm đôi chiều rộng cạnh trên, bằng khoảng cách hai mặt ngoài của cụm dầm chính như hình 2.10. phụ thuộc vào khoảng cách các vết bánh xe của xe nâng và vị trí của đường ray xe nâng. Cổng trục dầm đôi dạng hộp, đường ray xe nâng thường được đặt trên tấm biên trên giữa 2 thành đứng hoặc trên một thành đứng, và dầm đôi dạng dàn đường ray xe nâng thường đặt ở một bên dàn đứng chính.
+ Khi đường ray xe nâng được đặt ở biên trên giữa 2 thành đứng (hình 2.10a):
= + (2.24) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Khi đường ray xe nâng được đặt ở trên một thành đứng (hình 2.10b):
= + 2 (2.25)
Đối với chân cổng có kết cấu thép là tổ hợp hàn với tiết diện thay đổi đều thì tiết diện ở đỉnh và ở đáy chân cổng được thể hiện ở hình 2.11, 2.12:
ℎ
B
ℎ
Trang 19
Hình 2.11: Tiết diện đỉnh chân cổng dạng hộp. Hình 2.12: Tiết diện đáy chân cổng dạng hộp.
2.1.1.3.Bảng tổ hợp tải trọng: Tải trọng Tính theo độ bền mỏi Tính theo độ bền và độ ổn định [ ] = / [ ] = / Tổ hợp tải trọng
Trọng lượng bản thân của các cấu kiện . . .
Trọng lượng xe nâng có tính đến hệ số va
đập . . .
Trọng lượng hàng nâng (cả thiết bị mang
hàng) có tính đến hệ số , . Ψ . đ . đ Ψ . .
Lực quán tính khi hãm cơ cấu di chuyển cổng
trục , hoặc khi hãm xe nâng --- ---
Lực sườn S khi có sự di chuyển lệch --- S --- S ---
Tải trọng gió --- ---
Lực xô ngang của cổng trục có 2 chân cứng --- ---
Bảng 2.1: Tải trọng và tổ hợp tải trọng tính kết cấu thép cổng trục có công dụng chung (bảng 3.1).[9].
Trang 20 Chú thích:
* Tổ hợp tải trọng qui định sự làm việc của các cơ cấu như sau:
Tổ hợp và : cổng trục đứng yên, nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm khi hạ hàng với nửa tốc độ và toàn bộ tốc độ .
Tổ hợp và : cổng trục di chuyển có mang hàng, khi tiến hành phanh cổng trục từ từ và phanh đột ngột .
Tổ hợp : cổng trục không di chuyển, xe nâng đang mang hàng và di chuyển, khi phanh xe nâng đột ngột, tổ hợp chỉ để tính kết cấu thép của chân đỡ cứng.
2.1.1.3.1. Hệ số va đập khi di chuyển:
Hệ số này phụ thuộc vào loại cổng trục, tình trạng mặt đường ray và tốc độ di chuyển cổng trục. Trong đó k là hệ số va đập khi tính theo độ bền mỏi, là hệ số va đập khi tính theo độ bền và độ ổn định (tr.216).[9].
k là hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập khi di chuyển cổng trục (tr.96).[9]; khi vận tốc di chuyển cổng trục < 60 / ℎ thì lấy k = 1,0 và khi ≥60 / ℎ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thì lấy k = 1,1.
Hệ số phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy trục. Khi chế độ làm nhẹ thì lấy = 1,2; khi chế độ làm việc nặng thì lấy = 1,3.
2.1.1.3.2. Hệ số tải trọng động :
Động học cơ cấu nâng được tính thông qua hệ số động Ψ, tải trọng nâng được nhân với hệ số động. Hệ số động được xác định qua công thức gần đúng (1.06).[9]:
= 1 + 0,025 (2.26)
= 1 + 0,04 (2.27)
Trong đó: : Vận tốc nâng định mức của hệ thống nâng chính.
Hình 2.13: Biểu đồ phụ thuộc hệ số động vào tải trọng đối với cần trục ở chế độ làm việc trung bình. 1,3 1,2 1,1 1,0 50 100 150 200 250
Trang 21 Hệ số động ở hình 2.13 biểu đồ có giá trị đối với cần trục ở chế độ làm việc trung bình, chiều cao trung bình. Như vậy, nếu tải trọng càng tăng thì tốc độ nâng càng giảm. Nếu trọng lượng hàng luôn thay đổi thì khi tính toán sẽ tính theo tải trọng tương đương đ.
2.1.1.4. Các tải trọng tính toán:
2.1.1.4.1. Trọng lượng bản thân cổng trục G:
Trọng lượng sơ bộ của kết cấu kim loại của cổng trục có thể lấy theo trọng lượng của một cổng trục tương tự đã có trong thực tế, sau khi tính toán xong sẽ kiểm nghiệm lại. Tải trọng không di động do trọng lượng bản thân của kết cấu kim loại, cơ cấu di