Thiết kế kết cấu trục 1 tần phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm - Chương 3 pdf

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 trên cạnh dưới
của dầm chữ I.
Kết cấu kim loại của cầu được tính theo các số liệu ban đầu sau:
- Tải trọng: Q = 1t = 10000 N
- Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật G
x
= 4000 N
- Trọng lượng cầu với cơ cấu di chuyển G
c
= 20000 N
- Khẩu 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 dùng cho dầm chính chiếm đến 60

80% khối lượng kim loại máy trục. Là 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.

CHƯƠNG III

TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU TRỤC

Căn cứ vào yêu cầu trên ta chọn loại thép cho dầm là: thép CT3 với 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
chuyển
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 – khẩu 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 trọng 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
- Lực 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

Lực 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
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
hiệu
thép
hình
Trọng
lượng
1m
dài
(N)
h b d t R r
Diện
tích
mặt
cắt
cm
2
J
x
cm
4
W
x
cm
3
I
x
cm
S
x

cm
3

I
y
cm
4
W
y
cm
4
J
y
cm
4
N
0
70 1840 700 210 17,5 28,5 24 10 234 175370 5010 27,4 2940 3910 373 4,09

3.1.3.2. Kiểm tra bền tiết diện đã chọn
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 toàn bộ các tải trọng không di động và tải
trọng di động, ứng suất cho phép


160
1



N/mm
2
.
d

x

R

h

b

d

r

y

x

y

Hình 3.1. Mặt cắt thép I.
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 – chiều 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 của dầm.
Vậy: 4,0
10.175370.10.1,2.48
8000.14000
45
3
f mm < [f] = 11,43 mm
Vậy 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, ngoài ứng suất chung của toàn kết cấu, dưới áp lực của bánh
xe P, xuất hiện ứng suất cục bộ, gờ dưới chịu uốn dọc theo dầm ở đoạn aa và 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
biên 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 toàn 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:
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
pp
cc
bb
t
ttb
d





 
1

2
2


xyuyuxt


   
1296,173,51323,51326,17
2
2
 N/mm
2
<


1


- Ở biên tự do của gờ:
4,1374,5132 
b
yu

N/mm
2
<


2



Trong đó:


1

= 160 N/mm
2
;


2

= 180 N/mm
2
.
Vậy 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.
3.2. TÍNH DẦM CUỐI
Kết cấu dầm cuối gồm hai thanh thép chữ I đặt song song được liên kết với
nhau bởi các liên kết thép bằng phương pháp hàn và gối trên hai trục của bánh xe
di chuyển. Do kết cấu dầm cuối ở hai bên là giống nhau nên khi tính ta chỉ cần
tính cho một bên là đủ.
3.2.1. Chọn vật liệu cho dầm cuối:
Vật liêu cho dầm cuối chọn tương tự như đã chọn cho dầm chính (phần
3.1.1).
3.2.2. Xác định các tải trọng tác dụng lên dầm cuối
q
P
400
4000
Gc
L = 8000
B
Tải trọng tác dụng lên dầm cuối cũng bao gồm các tải trọng không di động,
tải trọng di động và lực quán tính khi phanh các cơ cấu, các tải trọng này đã được
tính tương tự như ở trên.
3.2.3. Chọn kết cấu dầm cuối và kiểm tra bền
Phần chịu tải của cầu trục một dầm là thép hình kiểu chữ I, dầm được chọn
theo điều kiện đảm bảo độ cứng vững khi chịu tả trọng tập chung ở chính giữa
tâm.
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
20 với thông số được gi trên bảng .
Bảng (3-2). Các thông số của thép N
0
20.
Kích thước (mm) Các trị số đối với trục
x - x y - y
Số
hiệu
thép
hình
Trọng
lượng
1m
dài
(N)
h b d t R r
Diện
tích
mặt
cắt
cm
2
J
x
cm
4
W
x

cm
3
I
x
cm
S
x
cm
3

I
y
cm
4
W
y
cm
4
J
y
cm
4
N
0
20 207 200 100 5,2 8,2 9,5 4,0 26,4 1810 181 8,27 102 112 22,4 2,06

Kiểm tra bền tiết diện đã chọn:
Dầm cuối được tính khi xe lăn với vật nâng nằm ở sát nó nhất (vị trí giới hạn
khẩu độ dầm). Kết cấu kim loại được tính theo phương pháp ứng suất cho phép
dựa trên hai trường hợp phối hợp tải trọng. Vị trí được kiểm tra là vị trí nằm tại

chính giữa của dầm cuối (mặt cắt I-I - vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất).
Xét tại mặt cắt I-I, lực tập chung lớn nhất tác dụng là:






Hình 3.4. Sơ đồ tính lực tác dụng lên dầm cuối tại tiết diện I-I.
2555010000
2
8000.325,0
8000
4008000
3750.4
2
2
.400
4 




c
I
G
Lq
L
L
PP N

Lực quán tính tác dụng tại mặt cắt I-I (tại gối B).
3900
21

qtqtqt
PPP N
Phản lực tại các gối đỡ tương ứng là:
- Phản lực do lực tập chung gây ra tại hai gối:
12775
2
25550
2
21

I
P
RR N
- Phản lực do lực quán tính gây ra tại hai gối:
1950
2
3900
2
'
2
'
1

qt
P
RR N

Hình 3.5. Sơ đồ tính dầm cuối.
Kiểm tra bền tại tiế diên I-I.
- Theo trường hợp1, mômen uốn lớn nhất tại tiết diện I-I là:
3
1
1
10.7665
2
1200
12775
2
. 
A
RM
u
N.mm
Vậy:
34,42
10.181
10.7665
3
3
1
1


x
u
W
M

N/mm
2
<


1


Ứng suất cho phép


1

= 160 N/mm
2
, để đảm bảo cho dầm cuối đủ cứng
vững, ứng suất uốn cho phép ở đây không lấy lớn hơn 80

100 N/mm
2
.
- Theo trường hợp 2, mômen uốn lớn nhất tại tiết diện I-I là:



 
3'
11
2
10.8835
2
1200
195012775
2
. 
A
RRM
u
N.mm
R

1

R

1

R

2

R

1

A

I

I

P

I


+ P

qt
Vậy:
81,48
10.181
10.8835
3
3
2
2

x
u
W
M

N/mm
2

<


2


Ứng suất cho phép tương ứng với trường hợp phối hợp tải trọng này là


2

=
180 N/mm
2
.
Qua kết quả vừa tính được ta thấy thép chọn làm dầm cuối là đủ bền: