Giáo trình kết cấu kim loại máy trục -Phần II KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CÁC MÁY TRỤC - Chương 2 pps

235
Chương 2
CỔNG VÀ BÁN CỔNG
§2.1.CÁC LOẠI KẾT CẤU CỔNG VÀ BÁN CỔNG.

Cổng và bán cổng dùng làm giá đỡ cho nhiều loại cần trục khác nhau.
Ở cần trục cổng (hình 2.1a) và cầu chuyển tải (hình 2.1b): kết cấu cổng và bán cổng
dùng làm kết cấu thép chính của máy trục, trong đó cấu trúc phía trên là cầu, trên cầu là xe con
hoặc là 1 cần trục quay di chuyển trên đường ray (hình 2.1.b) đặt dọc cầu, cầu trên cùng với chân
đỡ tạo thành kết cấu cổng. Ở cần trục chân đế (hình 2.2) và cần trục tháp (hình 2.3): tuỳ thuộc
vào kết cấu của phần quay mà cấu trúc phía trên của cổng được thực hiện ở dạng 1 tầng (hình
2.2a) hoặc 2 tầng (hình 2.2b).

Hình 2.1. Sơ đồ kết cấu cổng.
a – Kết cấu cổng dùng cho cần trục cổng; b – Kết cấu cổng dùng cho cầu chuyển tải.

Hình 2.2 – Kết cấu cổng dùng làm chân đỡ cần trục chân đế :
a) loại một tầng- dùng cho cần trục có mâm quay; b) loại 2 tầng dùng cho cần trục có cột quay.

236
§2.2.ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỔNG VÀ BÁN CỔNG.

Các tải trọng tính toán kết cấu cổng và bán cổng tùy thuộc vào kiểu cần trục mà chúng
làm giá đỡõ. Đối với kết cấu cổng và bán cổng tải trọng đặc biệt của chúng là lực xô ngang.Trò số
của lực xô ngang tùy thuộc vào thời điểm tính toán kết cấu : kết cấu ở trạng thái chuyển động
hay không chuyển động.

2.2.1.Lực xô ngang ở chân cổng do tác dụng của trọng lượng bản thân.

1) Khi cần trục không chuyển động :

Giá trò lớn nhất của lực xô ngang H sẽ không vượt quá lực ma sát trượt giữa các trục (chốt
bản lề) và các chân đỡ hoặc giữa các bánh xe và đường ray ở phía chân đỡ chòu tải nhỏ nhất. Gọi
N
min
– áp lực lên chân đỡ chòu tải trọng nhỏ nhất thì , (tr.348).[01]:
H ≤ µ.N
min
(2.1)
ở đây : µ = 0,1 – hệ số ma sát giữa chốt bản lề với chân đỡ; µ = 0,1 – hệ số ma sát giữa bánh xe
với đường ray.
Nếu lực xô ngang H có khuynh hướng tăng cao bắt đầu có sự trượt ngang của bánh xe
theo phương vuông góc với ray trong giới hạn khe hở đã có. Do vậy mặc dù trong trường hợp kể
trên độ lớn của lực xô ngang là có giới hạn, nhưng nó thường có thể đạt tới trò số tính toán lớn

Hình 2.3 – Chân đỡ kiểu cổng của một số cần trục tháp.
a – Cần trục tháp БКСМ-8-5; b – Cần trục tháp БКСМ-14ПМ2


237
nhất. Nó là nguyên nhân gây ra khả năng các gờ bánh xe chạm vào đầu ray. Các chân đỡ của
cổng được tính toán khi đó coi là cổng không di chuyển và liên kết chân đỡ với bánh xe qua các
khớp bản lề; vì rằng khi này coi bánh xe có thể xoay tự do trên đầu ray (hình 2.4).

2) Khi cần trục trong trạng thái chuyển động :
Khi đó lực cản do dòch chuyển bánh xe
theo hướng vuông góc với ray có thể giảm xuống
rất nhiều, đến mức : độ lớn của lực xô ngang thực
tế có thể giảm đến trò số không. Nghiên cứu thực
nghiệm chuyển động của một con lăn hình trụ trên
một mặt phẳng dưới tác dụng đồng thời của một

tải trọng hướng kính Q và một lực hướng trục H
(hình 2.5) dưới sự chỉ đạo của P.B.
CKOMOPOBCKИЙ. Khi tỷ số giữa các lực này
nhỏ hơn hệ số ma sát trượt giữa con lăn và mặt
phẳng (H < µQ) thì : sự dòch chuyển theo phương
hướng trục của con lăn diễn ra khi tỷ số H/Q bất
kỳ, khác giá trò 0, con lăn chuyển động theo đường
OB dưới 1 góc γ tuỳ thuộc vào tỷ số H/Q. Do vậy
lực xô ngang do trọng lượng bản thân của cần trục
khi tính toán là không cần kể đến, vì rằng nó sẽ
được triệt tiêu trong quá trình lắp ráp cần trục ở
lần chuyển động đầu tiên của nó. Những tính toán
chỉ ra rằng : khi chế tạo cần trục khẩu độ của cần
trục được thực hiện nhỏ hơn khi thiết kế 1 đại
lượng δ của chân đỡ dưới tác dụng của trọng lượng
cần trục.
Đối với kết cấu cổng (10.1).[01]:
δ = 2θh =
EJ
hqL
12
.
3
(2.02)
Đối với kết cấu bán cổng (10.2).[01]:
δ = θh =
EJ
hqL
24
.

3
(2.03)
ở đây: q – tải trọng phân bố do trọng lượng
bản thân cầu gây nên; L,h,J : chiều dài, chiều cao
chân và mômen quán tính tiết diện cầu trên; θ – góc xoay của kết cấu cầu trên so với chân đỡ.

2.2.2.Lực xô ngang ở chân cổng do tác dụng của sự thay đổi nhiệt độ.
Khi xác đònh lực xô ngang do sự thay đổi nhiệt độ chỉ đề cập khi khoảng nhiệt độ giữa 2
lần chuyển động của cần trục là khoảng 10 ÷ 20
o
C. Khi nhiệt độ tăng lực xô ngang có hướng vào
trong khẩu độ, khi nhiệt độ giảm lực xô ngang có hướng ra ngoài khẩu độ. nh hưởng của nhiệt
độ chỉ được tính đến với cấu trúc khẩu độ lớn hơn 20 m. Khi nhiệt độ thay đổi ∆t
o
C cấu trúc phía
trên cổng sẽ thay đổi chiều dài một lượng là (10.8).[01]:
δ
t
= α.L.∆t (2.4)
ở đây : α - hệ số dãn nở dài vì nhiệt, α = 12.10
-6
; L – chiều dài khẩu độ m.

Hình 2.4.Sự xoay của bánh xe quanh đầu ray

Hình 2.5. Chuyển động của con lăn hình trụ
dưới tác dụng của lực bên.

238
Với kết cấu cổng là khung cứng kết cấu siêu tónh :

+ Nếu đặt 1 lực ngang bằng 1 đơn vòH = 1 vào đầu mút chân cổng thì nó sẽ gây ra
chuyển vò đầu mút chân cổng chuyển vò đơn vò:
δ
1
=
∑
∫ ∫ ∫
+=+=
h L
k
EJ
Lh
EJ
dxh
EJ
dxx
EJ
dxM
0
2/
0
22
1
2
2
1
)32(
3
22 (2.5a)
+ Nếu đặt 1 lực ngang bằng 1 đơn vòH = 1 vào đầu mút chân bán cổng thì nó sẽ gây ra

chuyển vò đầu mút chân bán cổng chuyển vò đơn vò:
δ
1
=
∑
∫ ∫ ∫
+=






−
+=
h L
k
EJ
Lh
EJ
dxhx
L
h
EJ
dxx
EJ
dxM
0 0
2
2

1
2
2
1
)1(
3
(2.5b)
Ở đây : M
1
– mômen uốn do lực ngang đơn vò H = 1 gây ra; k =
1
.
J
J
L
h
. Như vậy sự thay đổi
nhiệt độ ∆t
o
C ở kết cấu cổng sẽ làm phát sinh lực xô ngang (10.9).[01], (10.10).[01]:
+ Với cổng : H
t
=
1
δ
δ
t
=
)32(
.3

2
+
∆
kh
EJt
α
(2.6)
+ Với bán cổng : H
t
=
1
δ
δ
t
=
)1(
.3
2
+
∆
kh
EJt
α
(2.7)

2.2.3.Lực xô ngang ở chân cổng do tải trọng di động ở cầu trên.
Khảo sát trường hợp khi có tải trọng di động dọc kết cấu của cầu trên (do xe tời hoặc cần
trục quay di chuyển trên kết cấu của cần trục cổng , bán cổng, cầu chuyển tải). Tải trọng di động
ở cầu trên gây lực xô ngang ở kết cấu chân cổng. Lực xô ngang ở chân cổng do tải trọng di động
gây ra được xác đònh bằng cách vẽ đường ảnh hưởng của lực xô ngang do tải trọng bằng

đơn vò P = 1 di chuyển ở cầu trên. Đường ảnh hưởng của lực xô ngang (đah.H) do tải trọng đơn
vò gây ra trên kết cấu cổng và bán cổng có dạng như hình vẽ.
1)Với kết cấu cổng có công son :
+ Khi xe con di chuyển trong khu vực khẩu độ L, phương trình đường ảnh hưởng của lực
xô ngang phụ thuộc toạ độ x
1
(10.3).[01]:
)32(.2
)(3
11
1
+
−
=
kLh
xLx
H
X
(2.8)
Giá trò lớn nhất của lực xô ngang khi xe con ở vò trí x
1
= L/2, tức là : khiP = 1 đặt tại x
1
=
L/2 thì H đạt giá trò lớn nhất, trò số này được tính (10.4).[01]:
H
max
= H
L/2
=

)32(8
3
+kh
L
(2.9)
+ Khi xe con di chuyển ra ngoài đầu công son, phương trình đường ảnh hưởng của lực xô
ngang phụ thuộc toạ độ x
2
(10.5).[01]:
)32.(2
3
2
2
+
=
kh
x
H
X
(2.8)
đah.H
x2
có dấu (-) ngược với trường hợp ở trên. Khi đó lực xô ngang H có chiều ngược với chiều
khi xe con chạy trong khu vực khẩu độ x
1
⊂ [0, L]. Chiều của lực xô ngang được qui ước như sau:
+ Chiều dương (+) khi lực xô ngang hướng từ bên ngoài vào bên trong của khẩu độ.
+ Chiều âm (-) khi lực xô ngang hướng từ bên trong ra bên ngoài của khẩu độ (trên hình
vẽ biểu diễn bằng mũi tên nét đứt).

239
2)Với kết cấu bán cổng :
Đường ảnh hưởng của lực xô ngang H (đah.H) khi có tải trọng đơn vòP = 1 di động dọc
cầu trên (phụ thuộc toạ độ x) có phương trình (10.6).[01]:
H =
)1(2
)(
2
22
+
−
khL
xLx
(2.09)
Giá trò lớn nhất của lực xô ngang khi xe con ở vò trí x =
3
L
, khi đó (10.7).[01]:
H
max
=
3/L
H =
)1(33 +kh
L
(2.10)
Trong các phương trình trên: k =
L
h
J

J
.
1
là hệ số độ cứng tương đối giữa cầu trên và chân;
J – mômen quán tính tiết diện cầu trên; J
1
– mômen quán tính tiết diện chân đỡ; h – chiều cao
kết cấu cổng; L – khẩu độ kết cấu cổng.
2.2.4.Lực xô ngang ở chân cổng do tác dụng của lực dọc cầu trên.
Khảo sát kết cấu cổng và bán cổng chòu tác dụng của 1 lực dọc cầu trên T (lực T này do
lực quán tính của xe con khi phanh trên cầu cùng với tải trọng gió tác dụng lên xe con và hàng
Hình
2.6. Đường ảnh hưởng lực xô ngang H do tải trọng dọc cầu trên : a) Đối với kết cấu cổng có công son; b) Đối
với kết cấu bán cổng.

Hình 2.7. (a, b, c) – sơ đồ xác đònh lực xô ngang H ở kết cấu cổng; d – chuyển vò
δ
của cổng theo phương
ngang khi 2 gối cố đònh; e-chuyển vò
δ

của cổng theo phương ngang khi một gối cố đònh và gối kia di động;


240
cùng theo chiều của lực quán tính – hình 2.7). Do lực T tác dụng dọc cầu trên làm xuất hiện lực
xô ngang ở chân kết cấu cổng và bán cổng. Khảo sát sự xuất hiện lực xô ngang ở chân kết cấu
cổng trong các trường hợp :
1) Cổng có 2 gối cố đònh (sơ đồ tính là kết cấu siêu tónh) :
Mômen quán tính của chân đỡ J

1
, lực dọc cầu trên sẽ gây ra lực xô ngang H ở cả 2 chân
đỡ cổng H = T/2. Lực xô ngang H sẽ gây ra uốn chân cổng và uốn kết cấu cầu trên (h.2.6a).
2) Cổng có kết cấu 1 gối cố đònh, 1 gối di động (sơ đồ tính là kết cấu cổng là hệ tónh đònh):
Lực tác dụng dọc cầu trên T sẽ làm phát sinh lực xô ngang H ở chân có kết cấu gối cố
đònh : H = T; lực xô ngang H ở chân cổng có gối cố đònh sẽ gây ra uốn kết cấu chân đỡ và uốn
kết cấu cầu trên (hình 2.6.b).
3) Kết cấu bán cổng :
Sơ đồ tính kết cấu bán cổng gối đỡ dưới (phía có chân cổng) là gối cố đònh, gối đỡ trên là
gối di động. Sơ đồ tính kết cấu bán cổng là hệ tónh đònh. Lực tác dụng dọc cầu trên sẽ làm phát
sinh lực xô ngang H ở phần bán cổng : H = T. Lực xô ngang ở chân bán cổng gây ra uốn chân
bán cổng và uốn kết cấu cầu trên (hình 2.6.c).

2.2.5.Sơ đồ tính và biểu đồ mômen uốn kết cấu cổng khi cổng đứng yên.
Khảo sát kết cấu cổng khi cổng đứng yên, sơ đồ tính kết cấu cổng khi đứng yên là sơ đồ
hệ siêu tónh (hình 2.8).

1) Cấu trúc phía trên (cầu trên) :
– Cấu trúc phía trên trong khoảng chiều
dài l được tính toán trong trường hợp khi cần trục ở
trạng thái chuyển động – lúc này hệ khung là tónh
đònh. Khi này lực xô ngang H không đóng vai trò
giảm tải cho cầu trên. Biểu đồ mômen uốn kết cấu
cầu trên trong chiều dài l được ký hiệu bởi các
điểm 3-4-5-6 (thể hiện bằng đường nét đứt).
– Cấu trúc cầu trên trong khu vực từ chỗ
liên kết cầu trên với chân đỡ đến tiết diện cầu có
mô men uốn ở điểm 2 và điểm 7 được tính toán
trong trường hợp cần trục không chuyển động – lúc
này hệ khung là siêu tónh bậc 1, khi đó lực xô ngang H gây uốn chân cổng và uốn kết cấu cầu

trên.
Như vậy biểu đồ mômen uốn tính toán để tính kiểm tra bền kết cấu cầu trên sẽ được ký
hiệu bằng các số : 1-2-3-4-5-6-7-8.

2) Cấu trúc chân đỡ của cổng được tính toán khi cần trục ở trạng thái không chuyển động.
Chân đỡ của cổng sẽ chòu lực nén chân và lực xô ngang ở chân cổng gây uốn kết cấu
chân. Giá trò lớn nhất của lực nén chân và giá trò lớn nhất của lực xô ngang H gây nén chân sẽ
xuất hiện khi xe con ở các vò trí khác nhau trên cầu. Ví dụ : đối với cổng không có công son : lực
lớn nhất gây nén chân khi xe con ở vò trí tận cùng của cầu; lực xô ngang có giá trò lớn nhất khi xe
con nằm ở vò trí giữa khẩu độ. Khi tính toán chân phải khảo sát cả hai trường hợp này. Đối với
kết cấu cần trục cổng có công son: khi xe con di chuyển ra ngoài đầu mút công son: lực xô ngang
H ở chân cổng sẽ đổi dấu (đổi chiều).

Hình 2.8. Sơ đồ tính và biểu đ
ồ mômen uốn kết
cấu cổng
: đường nét đứt khi cổng chuyển động,
đường nét liền khi cổng đứng yên.
This document was created with Win2PDF available at .
The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.
This page will not be added after purchasing Win2PDF.