Thiết kế cầu trục 1 tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm, chương 17 ppt

CHƯƠNG 17
TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU
TRỤC
Cầu gồm dầm chính kiểu chữ I nối cứng với hai dầm cuối.
Trên dầm cuối đặt các bánh xe để cầu di chuyển dọc phân xưởng.
Xe lăn di chuyển tr
ên cạnh dưới của dầm chữ I.
Kết cấu kim loại của cầu được tính theo các số liệu ban đầu
sau:
- T
ải trọng: Q = 1t = 10000 N
- Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật G
x
= 4000 N
- Tr
ọng lượng cầu với cơ cấu di chuyển G
c
= 20000 N
- Kh
ẩu độ dầm cầu L = 8 m
- Trọng lượng khung giàn thép G
t
= 1500 N
3.1. TÍNH DẦM CHÍNH
3.1.1. Chọn vật liệu
Trong cầu trục kết cấu dầm chính chiếm một phần rất lớn, khối
lượng kim loại d
ùng cho dầm chính chiếm đến 60

80% khối
lượng kim loại máy trục. L

à kế cấu chịu tải chính nên đòi hỏi kết
cấu phải đủ bền trong trường hợp phải chịu tải trọng lớn nhất.
Ngoài việc phải đảm bảo độ bền khi làm việc, kết cấu kim loại cần
dễ dàng ra công, đẹp có giá thành thấp, bề mặt ngoài của kết cấu
cần phẳng để dễ đánh gỉ và dễ sơn. Vì thế việc chọn kim loại thích
hợp cho dầm chính để sứ dụng chúng một cách kinh tế nhất là rất
quan trọng.
Căn cứ v
ào yêu cầu trên ta chọn loại thép cho dầm là: thép
CT3 v
ới lượng lưu huỳnh không chứa quá 0,05%, lượng phốt pho
không quá 0,045%. Đây là loại thép thường dùng cho các dầm chịu
tải của máy trục.
3.1.2. Xác định các tải trọng tác dụng lên dầm chính
Các tải trọng tác dụng lên dầm chính gồm: tải trọng không di
động, tải trọng di động, lực quán tính khi phanh các cơ cấu.
- Tải trọng không di động: là tải trọng của khung giàn thép và
cơ cấu di chuyển cầu, tải trọng này coi như phân bố đều dọc theo
chiều dài kết cấu, được tính như sau:
q = 325
8
11001500
0,1
1




L
GG

k
dt
N/m
Trong đó: k
1
= 1,0 – hệ số đề chỉnh kể đến các hiện tượng va
đập khi di ch
uyển
máy trục, ứng với vận tốc di chuyển v < 60
m/ph.
G
t
, G
d
– trọng lượng của khung giàn thép và cơ cấu di
chuyển, sơ bộ
chọn G
t
= 1500 N; G
d
= 1100 N.
L = 8 m – kh
ẩu độ dầm cầu.
- Tải trọng di động: là tải trọng do áp lực thẳng đứng của các
bánh xe của xe lăn tạo ra khi di chuyển dọc theo két cấu kim loại
đặt ở điểm tiếp xúc của bánh xe với đường ray. Tải trọng này sinh
ra do tr
ọng lượng vật nâng và trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận
mang vật, trị số của các tải trọng này bằng:
P = k

2
4
Q
+
4
x
G
= 1,1
4
10000
+
4
4000
= 3750 N
Trong đó: k
2
= 1,1 – hệ số điều chỉnh ứng với chế độ làm việc
nhẹ.
Tải trọng tác dụng lên các bánh xe không kể đến hệ số điều
chỉnh:
3500
4
4000
4
10000
4
4
'

x

G
Q
P
N
- L
ực quán tính khi phanh xe con và cơ cấu di chuyển cầu:
Lực quán tính khi phanh xe con với vật nâng di chuyển dọc
cầu:
5003500
7
1
7
1
'
1
 Pp
qt
N
L
ực quán tính khi phanh cơ cấu di chuyển cầu:
3400
10
20000400010000
10
2






cx
qt
GGQ
P
N
3.1.3. Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra
bền
3.1.3.1. Chọn kích thước tiết diện dầm
chính
d
x
R
h
b
d
r
y
x
y
Phần chịu tải của cầu trục một dầm là thép hình kiểu chữ I,
dầm được chọn theo điều kiện đảm bảo độ cứng và khả năng di
chuyển của palăng theo gờ dưới của nó.
Với tải trọng như đã tính ở trên, theo tiêu chuẩn TOCT 8239-
56, sơ bộ ta chọn loại thép có kí hiệu là N
0
70 với thông số được gi
trên bảng 3-1.
Bảng (3-1). Các thông số của thép N
0
70.

Kích thước (mm) Các trị số đối với trục
x - x y - y
Số
hi
ệu
th
ép
hì
nh
Tr
ọn
g
lượ
ng
1m
dài
(N)
h b d t R r
Di
ện
tíc
h
m
ặt
cắ
t
c
m
2
J

x
cm
4
W
x
c
m
3
I
x
c
m
S
x
c
m
3
I
y
c
m
4
W
y
c
m
4
J
y
c

m
4
N
0
70
18
40
7
0
0
2
1
0
17
,5
28
,5
2
4
1
0
23
4
175
370
50
10
27
,4
29

40
39
10
3
7
3
4,
09
3.1.3.2. Kiểm tra bền tiết diện đã chọn
Hình 3.1. Mặt cắt thép I.
Kết cấu kim loại được tính theo phương pháp ứng suất cho
phép dựa trên hai trường hợp phối hợp tải trọng:
Trường hợp 1: dưới tác dụng của to
àn bộ các tải trọng không
di động v
à tải trọng di động, ứng suất cho phép


160
1


N/mm
2
.
Trường hợp 2: ngoài các tải trọng chính trên còn tính đến các
tải trọng do lực quán tính lớn nhất có thể xảy ra khi phanh hay mở
cổng trục và xe lăn, ứng suất cho phép là



180
2


N/mm
2
.
a. kiểm tra độ võng
Độ võng của thanh thép chữ I được xác định theo công thức:
 
f
EJ
LP
f
x


48
3
Trong đó:

P = Q + G
x
– tải trọng di động.
= 10000 + 4000 = 14000 N
L = 8 m – chi
ều dài của dầm.
E = 2,1.10
5
N/mm

2
– môđun đàn hồi kéo của thép.
J
x
= 175370cm
4
– mômen quán tính của tiết diện dầm
đối với trục ngang.
[f] = L/700 = 8000/700 = 11,43 mm – độ võng cho
phép c
ủa dầm.
Vậy: 4,0
10.175370.10.1,2.48
8000.14000
45
3
f mm < [f] = 11,43
mm
V
ậy dầm đảm bảo an toàn.
b. Kiểm tra bền
Khi kiểm tra dầm chữ I chịu tải theo độ bền ta cần tính đến khả
năng làm việc của gờ dưới. Ở đây, ngo
ài ứng suất chung của toàn
k
ết cấu, dưới áp lực của bánh xe P, xuất hiện ứng suất cục bộ, gờ
dưới chịu uốn dọc theo dầm ở đoạn aa v
à uốn theo hướng ngang
trên chiều rộng gờ b. Vị trí kiểm tra là vị trí khi xe con mang vật
với tải trọng Q ở chính giữa dầm chính.

Tùy theo vị trí của lực P trên gờ, ứng suất uốn lớn nhất có thể
xuất hiện hoặc ở thớ trên tại điểm bắt đầu của bán kính nối gờ với
thành đứng hoặc ở thớ dưới ở bi
ên tự do của gờ.
Ứng suất uốn cục bộ của gờ được xác định theo các công thức
sau:
-
Ở tiết diện sát thành đứng do uốn trong mặt phẳng xz
6,17
2,28
7000.0,2
.
22
1

t
Pk
x

N/mm
2
- Ở tiết diện sát thành đứng do uốn trong mặt phẳng yz
3,5
2,28
7000.6,0
.
22
2

t

Pk
y

N/mm
2
- Ở biên tự do của gờ do uốn trong mặt phẳng yz
4,5
5,25
7000.5,0
.
22
3

tb
b
y
t
Pk

N/mm
2
Trong đó: k
1
, k
2
, k
3
– hệ số, phụ thuộc vào tỷ số
62,0
105

65

b
c

t = 28,2 mm – chiều dày của gờ theo đường cắt mặt
phẳng trên của.
gờ với thành đứng dầm chữ I.
t
tb
= 25.5 mm – chiều dầy trung bình ở tiết diện giữa.
P = 7000
2
14000
2


P
N – tải trọng tập trung.
Trong các công thức đã tính ở trên, dấu (+) dùng cho các thớ
kim loại ở trên, dấu (-) dùng cho thớ dưới.
Ứng suất uốn to
àn toàn phần ở mặt phẳng yz được tính theo
công thức:
x
u
W
M



Trong đó: M – mômen uốn của dầm trong mặt phẳng đang xét
do tải trọng tập trung

P và tải trọng phân bố đều của q gây ra.

6
22
10.664
8
4000.325
4
4000.14000
8
4


qL
LP
M N.mm
W
x
= 5010 cm
3
mômen chống uốn đối với thớ tương
ứng của gờ dưới.
Vậy: 132
10
.
5010
10.664

3
6

u

N/mm
2
Ứng suất uốn tổng ở gờ bằng:
- Ở tiết diện sát thành đứng:





 
1
2
2


xyuyuxt

   
1296,173,51323,51326,17
2
2
 N/mm
2
<



1

- Ở biên tự do của gờ:
z
z
y
x
0,5
0,5
0,9
1,3
1,7
2,1
2,5
2,9
0,6 0,7 0,8 0,9
c/ b
k1
k3
k2
k
P
p
p
cc
bb
t
t
tb

d
4,1374,5132 
b
yu

N/mm
2
<


2

Trong đó:


1

= 160 N/mm
2
;


2

= 180 N/mm
2
.
V
ậy thép chữ I đã chọn là đủ bền.
a a

Hình 3.2. Biên dạng gờ dưới của dầm Hình 3.3. Đồ
thị hệ số k
1
,k
2
,k
3
.
do
ảnh hưởng của uốn cục bộ.