tính toán kết cấu thép cầu trục một dầm dầm biên kèm bản vẽ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
Bộ môn Máy xây dựng

THUYẾT MINH
ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP
MÁY XÂY DỰNG

Họ và tên sinh viên
Lớp
Chuyên ngành
Giáo viên hướng dẫn

: Nguyễn Ngọc Anh
: 64KM
: Máy xây dựng
: Dương Trường Giang

Hà Nội-2022

MSSV : 9664
Khoa : Cơ khí XD


2

MỤC LỤC

LỜI NĨI ĐẦU
Trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, với sự đầu tư mạnh
của nhà nước, ngành xây dựng đã và đang có bước phát triển nhảy vọt tạo đà cho
sự phát triển kinh tế và xã hội ở nước ta. Trong sự nghiệp phát triển chung đó,

ngành xây dựng đã và đang có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ tiên tiến cũng
như chủng loại sử dụng. Hệ thống máy móc càng trở nên phổ biến và từng bước
thay thế sức lao động của con người, đặc biệt là các loại máy trục đóng vai trị rất
quan trọng.
Trong các chương trình giảng dạy bậc đại học của các khối ngành kỹ thuật,
việc thiết kế đồ án môn học là một nhiệm vụ quan trọng đối với các ngành nghề,
giúp cho sinh viên hiểu sâu, hiểu kỹ và tổng hợp được kiến thức cơ bản của mơn
học. Đối với ngành cơ khí, đây là một việc làm thiết thực giúp cho sinh viên hịa
mình vào thực tế, tích lũy kinh nghiệm, vận dụng kiến thức, rèn luyện tác phong
làm việc. Đồ án môn học Kết cấu thép Máy xây dựng nằm trong chương trình đào
tạo kỹ sư cơ khí trường Đại học Xây dựng Hà Nội, song song với q trình học
mơn Kết cấu thép Máy xây dựng, với mục đích cho sinh viên tìm hiểu, nghiên cứu
một số kết cấu thép của một số loại máy trục thông dụng để nâng cao kiến thức cho
sinh viên.
Nhiệm vụ thiết kế trong đồ án này của em là Tính tốn thiết kế Kết cấu thép
cầu trục một dầm dạng hộp với tải trọng nâng 5 tấn, tính tốn dầm biên của cầu
trục.
Nội dung chủ yếu của đồ án bao gồm: Giới thiệu chung về cầu trục và kết cấu
thép cầu trục, Tải trọng và tổ hợp tải trọng, Tính tốn thiết kế dầm biên.

2


3

3


4

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
KẾT CẤU THÉP MÁY THIẾT KẾ
1.1: Cấu tạo và nguyên lí làm việc
1.1.1:Đặc điểm cấu tạo
-Cầu trục là tên gọi chung của máy trục chuyển động trên đường ray cố định trên
kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vất phẩm trong khoảng
khơng ( khẩu độ ) giữa 2 đường ray.

Hình 1.1:Cấu tạo chung cầu trục 1 dầm
1- Dầm chính 2- Dầm biên 3-Giảm chấn 4-Palang điện
5-Bánh xe di chuyển
6-Cơ cấu di chuyển cầu trục
-Cầu trục 1 dầm gồm : 1 dầm chính được đặt trên 2 dầm biên, trên dầm chính có
Palang điện di chuyển dọc dầm, trên dầm đầu có các cụm cơ cấu di chuyển cầu
dọc hai ray
-Cầu trục được sử dụng rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hóa
trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho, …
-Dầm chính thường có kết cấu dạng hộp hoặc dàn, trên đó có xe con và cơ cấu di
chuyển qua lại dọc dầm chính. Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc bu lơng,
4


5

định tán với hai dầm đầu, trên mỗi dầm đầu có cụm bánh xe chủ động hoặc bị
động. Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con mà cấu trục có thể
nâng hạ ở bất kỳ vị trí nào trong khơng gian nhà xưởng.
-Cầu trục được chế tạo rộng rãi với tải trọng nâng từ 1 đến 500 tấn, khẩu độ đến
32m, chiều cao nâng đến 16m, tốc độ nâng vật từ 2 – 40 m/ph, tốc độ di chuyển
xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph. Cầu trục có tải

trọng nâng lớn thường có them cơ cấu nâng phụ được đặt cạnh cơ cấu nâng
chính.
1.1.2:Nguyên lí làm việc
-Cầu trục 1 dầm di chuyển vật nâng tới các vị trí trong khơng gian làm việc nhờ
các chuyển động :
+ Chuyển động nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, được bố trí trên Palang.
+ Chuyển động của Palang dọc theo dầm chính.
+ Chuyển động di chuyển của cầu trục dọc trên đường ray được đặt dọc theo nhà
xưởng được dẫn động nhờ bộ truyền gồm động cơ-khớp nối – hộp giảm tốcbánh xe.
1.1.3: Đặc tính kỹ thuật cơ bản của máy
+ Tải trọng nâng (Q) = 5 (tấn )
+ Khẩu độ (L) = 16,5m
+ Chiều cao nâng (H) = 8,5 (m)
+Trọng lượng palang 200kg
+Vận tốc nâng vật Vn= 10m/ph
+Vận tốc di chuyển palang V=25m/ph
+Vận tốc di chuyển cầu trục V=20m/ph
+Chế độ làm việc trung bình, CĐ = 25%

5


6

1.2:Phương án cấu tạo kết cấu thép
1.2.1:Mô tả các phương án các cụm chi tiết

Hình 1.2: Cấu tạo chung kết cấu thép
-Chọn phương án cấu tạo dầm chính : Dầm chính được thiết kế dưới dạng
hộp. Palăng điện được treo và di chuyển ở cánh dưới của dầm cầu trục.

+Tiết diện đầu dầm :

6


7

Hình 1.3: Tiết diện đầu dầm chế tạo

-Tiết diện giữa dầm chính A-A:

7


8

Hình 1.4: Tiết diện dầm chính chế tạo
-Chọn phương án cấu tạo dầm biên : Dầm biên có kết cấu theo dạng hộp được
tổ hợp bánh xe, đầm đầu cầu trục, ray được đặt hoặc hàn trên mặt dầm dỡ ray.
+Tiết diện dầm biên B-B:

Hình 1.4: Tiết diện dầm biên chế tạo
8


9

-Chọn phương án liên kết lắp ráp các cụm chính :Dầm chính được lắp đặt trên 2
dầm biên được liên kết bằng bulong
1.2.2:Cấu tạo chung kết cấu thép

a)Cấu tạo dầm chính

Hình 1.6:Sơ đồ chế tạo dầm chính
-Chiều cao tiết diện giữa dầm phụ thuộc vào khẩu độ của cầu trục .Gọi H là
chiều cao tiết diện dầm, cần chọn h1 thỏa mãn điều kiện sau:
h1==(825
=> chọn h1=mm
-Chiều dài đoạn vát dầm chính:
c=(0,10,2).L=(0,10,2).16500=(16503300)
=>chọn c=2000 mm
-Chiều cao đoạn đầu dầm chính:
hd=(0,40,6). h1=(0,40,6).900=(360540)mm
=> hd=470mm
-Khoảng cách giữa 2 bản bụng :
bco===(275:330)mm
bco=300mm
=>chọn bco=320mm
-Chiều rộng cánh trên:
bc1=(0,330,5).h1=(0,330,5).900=(297450)
=>chọn bc1=350mm
-Chiều rộng bản cánh dưới được chọn theo kinh nghiệm:
9


10

=> bc1=450mm
+) Chiều dày bản bụng thường lấy phụ thuộc vào tải trọng của cầu trục, ta có:
-Q ≤ 20 (tấn) => δ = 6 (mm)
-Q = 30 ÷ 70 (tấn) => δ = 8 (mm)

-Q = 75 ÷ 200 (tấn)

=> δ = 10 (mm)

-Q ≥ 250 (tấn)

=> δ = 12 (mm)

Do Q = 5 (tấn) nên ta lấy δ2= 6 (mm)
-Chiều dày bản cánh trên là δ1=8mm
-Chiều dày bản cánh dưới là δ3=14mm
-Kích thước sườn gia cường :
+Khoảng cách giữa 2 sườn :
a2.h1=2.900=1800 mm
=>chọn a=1200 mm
+Chiều dày sườn đứng: t=6mm
-Từ tính tốn trên ta chọn được kích thước dầm chính như sau :
+Kích thước tiết diện giữa dầm chính A-A:

10


11

Hình 1.7:Kích thước tiết diện dầm chính
-Kích thước tiết diện đầu dầm chính :

11

12

Hình 1.8:Kích thước tiết diện đầu dầm chính
Bảng 1.1:Thơng số cơ bản hình học dầm chính
Các thơng số
Chiều cao dầm chính
Chiều cao đầu dầm
Khoảng cách giữa hai thành đứng
Chiều dài đoạn vát dầm chính
Chiều rộng bản cánh trên
Chiều rộng bản cánh dưới
Chiều cao thanh đứng giữa dầm
Chiều cao thanh đứng đầu dầm
Khoảng cách giữa hai sườn đứng
Chiều dày bản cánh trên
Chiều dày bản cánh dưới
Chiều dày thanh đứng
Chiều dày sườn đứng
Khẩu độ
Chiều cao nâng

Kí hiệu
h1
hd
bco
c
bc1
bc3
hw
hw

a
δ1
δ3
δ2
t
L
H

Kích thước (mm)
900
470
320
2000
350
450
878
448
1200
8
14
6
6
16500
8500

b)Cấu tạo dầm biên

12

13
Bo
B

e

Hình 1.8:Kích thước hình học dầm biên
-Khoảng cách giữa 2 tâm bánh xe :
=> chọn
-Chiều cao dầm biên: hb -Chiều dài dầm biên : B0=B+2e=3000mm
-Chiều rộng bản cánh dầm biên: bf= 0,8.hb=0,8.420=336mm=>chọn bf=340mm
-Chiều dày dầm biên được chọn trong (6)mm
=>chiều dày 2 bản cánh tf=10mm
=>chiều dày 2 bản bụng tw=6mm
-Khoảng cách 2 bản bụng :hw=300mm
-Kích thước cấu tạo dầm biên :

Hình 1.9:Kích thước tiết diện dầm biên

13


14

Bảng 1.2:Thơng số cơ bản hình học dầm biên
Các thơng số
Chiều cao dầm
Chiều rộng hai bản cánh
Chiều dày hai bản cánh

Chiều dày hai bản bụng

Kí hiệu
hd
bf
tf
δ2

Kích thước (mm)
420
340
10
6

Chiều cao hai bản bụng
Khoảng cách giữa hai thành đứng
khoảng cách hai tâm bánh xe
Chiều dài dầm

bw
hw
B
Bo

400
300
2600
3000

1.3:Các thông số vật liệu chế tạo

Chọn vật liệu của dầm là thép SS400 theo tiêu chuẩn JISG 3101 có:
+ Modun đàn hồi: E = 2,1.105 N/mm2
+ Giới hạn chảy :
+ Giới hạn bền

:

σch = 240
σb = 240

N/mm2
N/mm2

ρ = 7850
+ Khối lượng riêng:

kg/m3
+

Hệ

số

biến

dạng:

ε = 0,2%

14

15

CHƯƠNG II:TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
2.1: Tải trọng do trọng lượng bản thân máy
-Khối lượng sườn đứng trên dầm chính
Gs=.n.t.bco.(h1- δ1- δ3)=7,85.10-9.14.6.320.(900-14-8)=0,11T=1,1KN
-Khối lượng kết cấu thép dầm chính bao gồm cả sườn :
Gdc=bc1.+ bc3.+2.hw.) +Gs
=7,85.10-9.16500.(350.8+450.14+2.6.878)+0,11=2,65T=26,5KN
=>q1==1,6KN/m
-Khối lượng một dầm biên (chưa tính cụm cơ cấu bánh xe di chuyển ):
Gdc=2.bf.tf +2.hw.tf)
=7,85.10-9.3000.(2.340.10+2.6.400)=0,27T=2,7KN
=> q2==0,9KN/m
-Tổng trọng lượng kết cấu thép cầu trục có thể kể đến hệ số vượt tải 1
Gbt=2.Gdb+Gdc=26,5+2.2,7=31,9 KN=3,19T
2.2: Tải trọng do vật nâng khi làm việc và thử tải
*)Tải trọng nâng tính tốn gồm trọng lượng vật nâng và móc treo
-Khi tính tốn phải xét đến các dao động gây ra khi nâng tải bằng cách nhân tải
trọng làm việc gây ra với một hệ số động lực . Giá trị của hệ số động lực được
áp dụng cho tải trọng phát sinh do tải trọng làm việc xác định theo biểu thức :
Trong đó:
+v:tốc độ nâng tải v=10m/ph=0,167m/s
ξ
ξ = 0,6
+ - Hệ số thực nghiệm,
=> =1+0,6.0,167=1,1,chọn=1,15
-Như vậy tải trọng tính tốn : Qđ= .Qtt=1,15.52,5=60,37KN

-Tổng tải trọng tác dụng vào dầm khi nâng hạ là :
P=Qđ+Gpl=60,37+2=62,37KN

*) Lực nén bánh của palang lên dầm khi có áp lực phân bố đều lên các bánh thì
15


16

lực tác dụng lên 1 cặp bánh xe là:
P B=
-:Trọng lượng palang =200kg=2KN
=> PB==31,2KN
2.3: Tải trọng quán tính
-Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Pqt=m.a= (N)
Trong đó :
+m:khói lượng chuyển động (kg)
+a:gia tốc (m/s2)
+v:vận tốc chuyển động m/s
.Vận tốc nâng vật Vn=10 m/ph
.Vận tốc di chuyển palang V=25m/ph
.Vận tốc di chuyển cầu trục V=20m/ph
+t:thời gian chuyển động không ổn định (s)
+G: trọng lượng bộ phận chuyển động tịnh tiến (N)
+g:gia tốc trọng trường (m/s2)
-Khi cầu trục di chuyển :
Bảng 2.1:Tải trọng qn tính tác dụng lên dầm
Các thơng số tải trọng

Cơng thức

Gía trị (N)

Dầm chính

Pqt1=

246,7

Dầm biên

Pqt2=

25,13

Palang mang tải

Pqt3=

580,62

Palang khơng mang tải

Pqt4=

18,62

Các thơng số

Cơng thức

Gía trị

Palang mang tải

Pqt5=

625,39

Palang khơng mang tải

Pqt6=

21,24

-Khi palang di chuyển :

2.4:Tổ hợp tải trọng
2.4.1. Trường hợp 1: Tải trọng chính, tải gây ra bởi chuyển động theo
16


17

phương thẳng đứng và 2 tải bất lợi nhất gây bởi chuyển động theo phương

[σ] = σch / 1,5

ngang

- Tổ hợp 1: Palang ở giữa dầm
+ Theo phương đứng

+ Theo phương nằm ngang

- Tổ hợp 2: Palang ở đầu dầm
+ Theo phương đứng

+ Theo phương nằm ngang

-Dưới tác dụng của các tải trọng chính do trọng lượng bản thân, vật nâng,
palang điện gây ra và các tải trọng phụ do lực qn tính có thể xảy ra khi phanh
hay mở máy:

17


18

[σ] = σch / 1,1

Trường hợp 2: Chịu tải bất thường
+Khi thử tải tĩnh:P=1,25.Qdn+q=1,25.50+0,05.50=65KN
+Khi thử tải động:P=.(1,1.Qdn+q)=1,15.(1,1.50+0.05.50)=66,13KN
=>Pmax=66,13KN
=>Tải trọng khi thử tải động tác dụng vào 1 cặp bánh xe là :
PB==34KN
-Phương án thiết kế :

-Với Q=5 tấn với phương án thiết kế dầm biên ta chọn dầm biên có tiết hộp.Dầm

biên được liên kết dầm chính bằng liên kết bulong.

18


19

CHƯƠNG III
TÍNH TỐN KẾT CẤU THÉP CỦA DẦM BIÊN
3.1:Tính tốn đặc trưng hình học của tiết diện và phương pháp xác định nội
lực.

-Diện tích tiết diện:
+Diện tích thanh cánh trên và cánh dưới:
F1=F2=10.340=3400mm2
+Diện tích thanh đứng:
F3=2.6.400=4800mm2
=>Tổng diện tích tiết diện A=F1+F2+ F3=2.3400+4800=11600mm2
-Momen tĩnh của tiết diện đối với trục X1-X1:
+Thanh cánh trên : S1= F1.(400+10+5)=1,394.106 mm3
+Thanh cánh dưới: S2= F2.=17000 mm3
+Thanh đứng : S3= F3.(10+200)=1,008.106 mm3
=>Tổng momen tĩnh của tiết diện:
Sx1= S1+S2+S3=2,419.106 mm3
19


20

=>Tọa độ trọng tâm O của tiết diện: Z0==210mm

-Momen quán tính của tiết diện đối xứng đối với trục X-X:
+Thanh cánh :
Jx1= Jx2=+3400.2052 =142,913.106 mm4

+Thanh đứng :
Jx3=2.64.106 mm4
=>Tổng momen quán tính là :
Jx= Jx1+ Jx2+ Jx3=349,826.106 mm4
=>Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X-X:
Wx==1,665.1mm3
-Momen của quán tính của tiết diện đối với trục Y-Y:
+Thanh cánh:
Jy1= Jy2==32,75.106 mm4
+Thanh đứng:
Jy3==224,728.106 mm4
=>Tổng momen quán tính là :
Jy= Jy1+ Jy2+ Jy3=290,228.106 mm4
=>Momen chống uốn của tiết diện đối với trục Y-Y:
Wy==1,707.106mm3
3.2:Xác định nội lực trong các trường hợp tải trọng
-Sơ đồ lực tác dụng lên dầm biên :

Trong đó:
+Gdc=26,5KN :trọng lượng của dầm chính tác dụng lên dầm biên.
=> Một dầm biên sẽ chịu 1 lực là =13,25KN
+PB=31,2KN :lực nén của palang lên dầm chính qua một cặp bánh xe.
+Pqt2=0,03KN:lực quán tính của dầm biên theo phương dọc chiều dài của dầm.
20

21

+q2=0,9KN/m:trọng lượng của bản thân dầm.
+qqt2=0,1q2=0,09KN/m:tải trọng quán tính theo phương ngang từ q2.
+Pqt1=0,25KN :lực quán tính của dầm chính dọc chiều dài dầm chính và vng
góc với dầm biên.
+Pqt5=0,63KN:lực quán tính ngang của palang mang tải khi palang di chuyển
trên dầm chính vng góc với dầm biên.
-TH1:Dầm chịu tất cả tải trọng tĩnh theo phương thẳng đứng.

a)Dầm chịu tải trọng bản thân dầm :q2=0,9KN/m

21


22

b)Dầm chịu tải trọng do dầm chính và các cụm chi tiết tác dụng lên theo phương
thẳng đứng Gdc=13,25KN

22


23

c)Dầm chịu tải trọng của palang với lực nén là : PB=31,2KN
TH1:Trường hợp palang đầu dầm
-Do dầm chính được gắn chắn với dầm biên bằng liên két bulong lên tất cả tải
trọng từ dầm chính và palang được xác định ở giữa dầm.
TH2:Trường hợp palang giữa dầm.

23


24

d):Dầm chịu các tải trọng quán tính theo phương dọc dầm với lực quán tính
Pqt2=25,13 KN

+)Cộng biểu đồ theo cộng tác dụng

24


25

- TH :Tải trọng phương ngang vng góc với dầm.

25