48110 kct khung do 1 uyer9 20131127092957

Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG ĐỢ PALLET
5.1. Kích thước của hệ khung đỡ.
Khung là nơi chịu toàn bộ tải trọng của pallet và trọng lượng của ô tô. Khung phải có kết
cấu phù hợp với yêu cầu không gian cho phép. Khung là một tổ hợp của các thép hình liên kết với
nhau. Khung gồm các thanh biên lên kết với các thanh giằng ngang cũng đồng thời là ray để cho
pallet di chuyển ở trên.
5.2. Vật liệu chế tạo khung.
Chọn vật liệu chế tạo các thanh biên là thép hình chữ H125 x 125.
Chọn vật liệu chế tạo các thanh ngang là thép chữ U150 x 75.
Phôi thép sử dụng cán là thép CCT38, có giới hạn chảy 2400 daN/cm 2, giới hạn bền 3500
daN/cm2.
5.3. Giả thiết tiết diện của thanh biên.

Kích
thước
danh
nghĩa
H
mm

mm

125x125

125

JIS G3192 -1990

KL1 m
Chiều
dài

Kích thước mặt cắt ngang

B
mm
125

t1

t2

mm
6.5

r

mm
9

mm
10

W
Kg/m
23.8

Mơmen
qn tính

Ix

cm4
847

Bán kính xoay

Iy

ix

cm4
293

Modul tiết diện

iy

cm

Zx

cm

5.29

cm3

3.11

136

Zy
cm3
47.0

Hình 5.1a. Tiết diện thanh biên
JIS G3192 -1990

Kích
thước
danh
nghĩa

H X B
mm
150x75

Kích thước
mặt cắt ngang

t1

t2

r1

r2

mm mm mm mm
6.5

10

10

5

Khoảng
Diện
cách từ
tích KL 1m
trọng
mặt
Chiều
tâm đến
cắt
dài
mép
ngang
cạnh

Mơmen
qn tính

Bán kính xoay

Modul tiết diện

A

W

Cy

Ix

Iy

ix

iy

Zx

Zy

cm2

kg/m

cm

cm4

cm4

cm

cm

cm3

cm3

23.71

18.6

2.28

861 117

6.03

2.22

115

22.4

JIS G3192 -1990

Hình 5.1b. Tiết diện thanh ngang
5.4.Xác định vị trí tính toán - Các tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán

5.4.1. Các tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán
- Nguyên tắc chung về tính bền thang máy:
- Các chi tiết thang máy chia làm 2 nhóm:
Nhóm các chi tiết luôn luôn làm việc trong thời gian thang máy hoạt động.
Nhóm các chi tiết chỉ làm việc khi thang máy xảy ra sự cố.
* Khi tính toán các chi tiết ở nhóm thứ nhất thì phải tính đến khả năng làm việc của chúng

trong các trường hợp sau:
+Trường hợp 1: Tải danh nghóa
69


+Trường hợp 2: Thử tải thang máy để đưa vào sử dụng khi khám nghiệm kỹ thuật (vượt tải
150÷200%)
* Nguyên tắc chung tính bền thang máy dựa vào ứng suất cho phép
 
 max     n
n
Trong đó:
 max - ứng suất lớn nhất tác dụng lên chi tiết

   - ứng suất cho phép.
  n  - ứng suất nguy hiểm của vật liệu lấy theo giới hạn bền, giới hạn mỏi hoặc giới
hạn chảy trong từng trường hợp tính toán.
n- hệ số an toàn nhỏ nhất cho phép.
5.4.2 Các trường hợp tính toán:
Trường hợp 1: Khi có tải trọng danh nghóa tác dụng khi thang máy việc.
Qt= Q.kđ
Gt= Gb. kđ
Trong đó:
Qt - Tải trọng định mức Qt=2200 kg;
Gb – khối lượng pallet Gp =6000 kg;
a - gia tốc chuyển động của cabin a=1,5 m/s2;
g - gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2;
a
1,5
kd 1  1 

1,15 - hệ số động, được xác định theo công thức ;
g
9,81
kd 1 

a
1,5
1 
1,15
g
9,81

Qt = 22000.1,15=25300 N
Gt = 6000.1,15=6900 N
Trường hợp 2: Khi sàn đỡ chịu tải trọng lúc khám nghiệm thang nâng để xin cấp phép sử
dụng
Qt= Q.kqt
Gt= Gb. Kqt
Trong đó:
kqt –hệ số quá tải.
Kqt = 1,5 - đối với thang máy dùng xích làm dây kéo.
Qt=33000 N
Gt=9000 N
5.5.Tính toán kiểm tra bền khung đỡ.
Khung đỡ hệ thống bãi đỗ xe tự động kiểu xoay vòng tầng, là hệ kết cấu thép kiểu khung
không gian. Để tính toán kết cấu thép của thanh biên và thanh ngang của hệ thống người thiết kế
70


chọn một vài vị trí nguy hiểm nhất để thiết kế. Theo cách phân tích lực thì ta tính toán thanh biên ở

chính giữa của hệ thống nơi mà kết cấu vừa chịu lực nén của hàng, thiết bị mang hàng và cũng chịu
trọng lượng của động cơ, hộp giảm tốc của cơ cấu di chuyển
5.5.1. Sơ đồ lực tác dụng lên thanh biên:
y
N

x
z

P

Hình 5.2. Sơ đồ tính cột.

Trong đó
N - lực tác dụng của pallet, và hàng tác dụng lên thanh biên;
Pgt - trọng lực của hộp giảm tốc, và động cơ;
3 * (Qt  Gt ) 3 * (25300  6900)
N

24150 N
+ Trường hợp thứ nhất :
4
4
3 * (Qt  Gt ) 3 * (33000  9000)
N

31500 N
+ Trường hợp thứ hai :
4
4

Pđc = 2500 N
Trên sơ đồ lực nhận thấy đây là cột chịu nén uốn lệch tâm. Các thành phần lực P và N gây
ra uốn và nén lệch tâm cột.
Tiết diện chịu nén lệch tâm.

y

1

Mx
P
z

x
2

Hình 5.3. Cột chịu nén lệch tâm.
71


b, Tính bền các thanh biên :
Thanh biên được tính bền theo công thức, (7-51), [05]:
 

N Mx My


  
Fth Wx Wy

Trong ño:ù

   ch  240 120 N / mm2

 ch

n
2
- giới hạn chảy  ch =240N/mm2;

- ứng suất cho phép;

n- hệ số an toàn n =2÷3;
N – lực nén;
Fth – diện tích thực chịu nén;
Mx – momen uốn theo trục x-x; Wx momen chống uốn theo trục x-x;
My – momen uốn theo trục y-y; Wy momen chống uốn theo trục y-y;
Lực nén tác dụng lên kết caáu :
N = P + N = 31500 + 2500 = 34000 N
Diện tích thực chịu nén, diện tích tiết diện thép chữ H:
Fth = 30 cm2
Momen uốn theo trục x-x:
M x  P * e1  N * e2 =2500 * 28.75 - 34000 * 6.25 = 140625 N.cm

Trong đó:
e1 = 28.75 cm - khoảng cách lệch tâm của P so với tâm;
e1 = 6.5 cm - khoảng cách lệch tâm của N so với tâm;
Momen chống uốn theo trục x-x:
2J
Wx  x

h
Xác định đặc trưng hình học của tiết diện: Tiết diện có 2 trục x-x và y-y là trục đối xứng
nên x, y đồng thời là trục quán tính trung tâm.
Tính JX:
J x 2 J 1x  J x2 2 * 7.28  66.4 80.96cm 4
J y 2 J 1y  J y2 293  0.2448 293.2448cm 4

Wx 

2 J x 2 * 80.96

12.95cm3
h
12.5

 

34000 140625

11992N / cm2 119.92 N / mm 2
30
12.95

So saùnh :      . Vậy tiết diện thép chọn đủ điều kiện bền.
b, Tính thanh biên theo điều kiện ổn định:
Ngoài việc kiểm tra bền của khung cần phải kiểm tra về độ ổn định của khung . Khi chiều
dài của thanh lớn yếu tố quyết định an toàn của nó là độ ổn định .
72

Công thức tính độ ổn định của cột có tiết diện không đổi theo công thức (7.55), [05].
M
N
M
 x  y   
Fng Wx Wy

Trong đó :
 - hệ số khi uốn dọc của các cấu kiện chịu nén;
N – lực nén;
Fng – diện tích nguyên của mặt cắt không kể các giảm yếu;
Mx – momen uốn theo trục x-x; Wx momen chống uốn theo trục x-x;
My – momen uốn theo trục y-y; Wy momen chống uốn theo trục y-y;
Xác định hệ số : Hệ số  phụ thuộc vào độ mảnh  (7-1), [05]
l
l
  tt 
r
r
Trong đó :
ltt – chiều dài tính toán của thanh, l - chiều dài hình học của thanh.
r - bán kính quán tính của tiết diện (7.3), [05]
r

J
Fn

 - hệ số chiều dài tính toán ,  = 2
Độ mảnh của thanh biên ứng với trục x-x :
l.

566.5 * 2
x 

690
Jx
80.96
Fn
30
Độ mảnh của thanh biên ứng với trục y-y :
l.
566.5 * 2
y 

377
Jy
293.2448
30
Fn
Cột gồm có 4 thanh biên và dùng bản giằng , độ mảnh tương đương (7.13), [05] :
td  2max  2x  2y

Trong đó:
max - độ mảnh lớn nhất của các thanh tương ứng với một trong các trục chính, max (
x , y );
td  182  6902  3772 786

Từ độ mảnh tra bảng (7.1), [05] có  = 0.6.
Kiểm tra độ bền ổn định của khung.
N
M

34000 140625

 x 

12705N / cm 2 127.05N / mm2
Fng Wx 0,6 * 30 12.95
73


So sánh :      . Vậy tiết diện thép đã chọn đủ điều kiện bền.
5.5.2. Thiết kế tính thanh giằng ngang.
Chọn vật liệu chế tạo các thanh ngang là thép chữ U150 x 75.
Phôi thép sử dụng cán là thép CCT38, có giới hạn chảy 2400 daN/cm 2, giới hạn bền 3500
daN/cm2.
a, Tính dầm chịu uốn: các tải trọng gây uốn dầm theo phương thẳng đứng gồm.
Trọng lượng bản thân kết cấu thép gay ra tải trọng phân bố với cường độ q = 0.240 N/mm;
p lực lên các bánh xe di chuyển pallet N = N1 = N2 = 10500 N;
Sơ đồ tính dầm đỡ .
q

N1

N2

Mx, Nmm
5409600

10782
126

Q, N

-126
-10782

Hình 5.4. Sơ đồ tính dầm ngang.

Xác định đặc trưng hình học của tiết diện: Tiết diện có 2 trục x-x và y-y là trục đối xứng
nên x, y đồng thời là trục quán tính trung tâm.
Tra bảng thép hình chữ U 150 x 75 theo tiêu chuẩn JIS G3192 – 1990, các thông số hình
học như sau: Jx = 861 cm4; Jy = 117 cm4;
y
B

C
x
z

A
ưs tiế
p

ưs phá
p

Hình 5.5. Tiết diện mặt cắt ngang

b,Kiểm tra bền dầm theo ứng suất pháp:
Kiểm tra bền theo ứng suất pháp dầm tại vị trí mặt cắt có momen uốn lớn nhất, M z =
5409600 Nmm;



M max
  
Wx

Wx 

2 J x 2 * 861

114.8cm3 114800mm3
h
15
74


 max 

M x max 5409600

47.20 N / mm 2 [ ]
Wx
114800

Trong đo:ù

   ch

n ;

 ch - giới hạn chảy  ch =240N/mm2;
n- hệ số an toàn n =2÷3;

   ch  240 80 N / mm2
n

3

Vậy dầm đủ điều kiện bền.
c, Kiểm tra bền theo ứng suất tiếp:
Tại tiết diện của thanh có lực cắt lớn nhất:

Qmax 10782 N

Điều kiện bền ứng suất tiếp theo công thức (6-28), [04]:
max  max  

 max

Q S X
 
J X d

Trong đó:
Jx = 861 cm3 – momen quán tính của tiết diện ngang lấy đối với trục trung hòa;
Sx – là momen tónh của ½ mặt cắt lấy đối với trục trung hòa x, công thức (3-4), [04];
Sx = 2SxF1 + SxF2 = 157.878 cm3
d = 6.5 mm – chiều rộng bản thép chữ U;
10782 * 6.6 * 7.5 * 0.9

max  max 
114 N / cm 2 [ ]
861 * 0.65

Vậy dầm thỏa mãn điều kiện bền.
d, Kiểm tra bền theo ứng suất chính:
Kiểm tra dầm tại vị trí mặt cắt vừa có momen uốn lớn, vừa có lực cắt đồng thời cũng lớn,
Mz = 540960 Ncm, Qy = 10782 N;
ng suất pháp tại một điểm cách đường trung hòa một khoảng y tính toán bằng công thức :
M
540960
  X y
y 628.2 y
JX
861
Ứng suất tiếp cũng tại điểm cách đường trung hòa một khoảng y được tính theo công thức
(6-21), [04]:

75


 

Q Y S Xcat
J X bcat


dy 2 

QY  S X 

2 


J X bcat

ng suất chính tại đó tính bằng công thức (6-31), [04];

1
 1, 3  z 
 z 2  4 zy 2
2

2

Theo điều kiện bền lý thuyết 3 công thức (6-32), [04]:
 t 3   2  4 2   

Từ các công thức trên ta tính cho ba nhân tố A, B, C ở tiết diện mặt cắt ngang
+ Xét nhân tố A: y = 6.6 cm; b = 0.65 cm;
Ta có:
ng suất pháp tại phân tố A:
 628.2 y 628.2 * 6.6 4146 N / cm 2

ng suất tiếp tại phân toá A:
Qy ( S x 

 

y 2d

2
J x * bcat

)

0.65 * 6.62
10782(157.878 
)
2

2768N / cm 2
861* 0.65

ng suất chính taïi A:
 1
1  
 2  4 xy
2 2

 1
3  
 2  4 xy
2 2

2

2



4146 1

41462  4 * 27682 5531.2 N / cm2
2
2



4146 1

41462  4 * 27682  1385.2 N / cm 2
2
2

+ Xét phân toá B: y = 7.5 cm; b = 7.5 cm;
Ta có:
ng suất pháp tại phân tố B:
 628.2 y 628.2 * 7.5 4711.5 N / cm 2

ng suất tiếp tại phân tố B:
y 2d
7.52 * 0.9
) 10782 * (157.878 
)
2
2

221N / cm2
J x * bcat
861 * 7.5

Qy ( S x 

 

ng suất chính tại B:
 1
4711.5 1
2
1  
 2  4 xy 

4711.52  4 * 2212 4710.75 N / cm2
2 2
2
2
 1
4711.5 1
2
3  
 2  4 xy 

4711.52  4 * 4502 0 N / cm2
2 2
2
2

+ Xét nhân tố tại C: y = 0; b = 0.65 cm;
Ta coù:
76

ng suất pháp tại phân tố C:
 628.2 y 628.2 * 0 0 N / cm 2

ng suất tiếp tại phân tố C:
y 2d
02 * 0.65
Qy ( S x 
) 10782 * (157.878 
)
2
2


3041N / cm 2
J x * bcat
861 * 0.65

ng suất chính tại C:
 1
1  
 2  4 xy
2 2

3 

 1

 2  4 xy

2 2

2

2

0 1 2
 
0  4 * 30412 3041N / cm 2
2 2

0 1 2
 
0  4 * 30412  3041N / cm 2
2 2

Từ kết quả ứng suất chính ở trên ta thấy phân tố A là nguy hiểm nhất. Tại phân tố này có:

 1 5531.2 N / cm2
 3  1385.2 N / cm 2

Vaäy theo (lý thuyết bền 3) công thức (3-28), [04] ta có;
 t 3  1   3 5531.2  (  1385.2) 6916.4 N / cm2

 t3 

  8000 N / cm2
3

Điều kiện bền theo ứng suất chính thỏa mãn.

Kết luận: Ta chọn mặt cắt thép hợp kim thép CCT 3 mặt cắt chữ U 150 x 75 chế tạo làm
thanh ngang đồng thời là ray dẫn hướng của bánh xe pallet hệ thống bãi đỗ xe tự động kiểu xoay
vòng tầng.

77