Tài liệu KẾT CẤU KIM LOẠI pptx

CHƯƠNG 6 : KẾT CẤU KIM LOẠI
6.1 Giới thiệu chung về kết cấu kim loại trong máy trục
6.1.1 Vật liệu
Không chỉ trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, cầu, bến cảng…
kết cấu thép chiếm phần khối lượng rất lớn. Trong ngành thiết bị nâng, kết cấu
kim loại cũng chiếm đến 60 ÷ 80% khối lượng kim loại của toàn bộ thiết bị nâng.
Vì thế, việc chọn kim loại thích hợp cho kết cấu kim loại để sử dụng chúng một
cách kinh tế nhất là rất quan trọng.
Trong kết cấu kim loại của thiết bị nâng, người ta thường sử dụng thép Cacbon
thường, thép hợp kim và hợp kim nhôm, trong đó thép Cacbon thường được sử
dụng rộng rãi. Trong thép Cacbon, Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết
định chủ yếu đến tổ chức và cơ tính của thép Cacbon và cả thép hợp kim. Quy
luật chung là khi thành phần Cacbon tăng lên thì độ bền, độ cứng của thép tăng
lên, còn độ dẻo, độ dai giảm đi. Tuy nhiên, độ bền chỉ tăng lên theo Cacbon đến
giới hạn 0,8 ÷ 1%C, vượt quá giới hạn này độ bền lại giảm đi.
Hiện nay trong ngành xây dựng ở nước ta đang sử dụng rộng rãi thép Cacbon
thường theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765-75 và thép xây dựng của Nga theo
ГОСТ 380-71. Tiêu chuẩn Việt Nam ký hiệu chữ viết tắt là CT là thép Cacbon
thường, các chữ số đứng sau chỉ giới hạn bền kéo tính bằng daN/mm
2
. Ví dụ:
CT31; CT33; CT35; CT38. Ở Việt Nam, thép Cacbon thường được chia ra ba
nhóm :
• Nhóm A – bảo đảm tính chất cơ học.
• Nhóm B – bảo đảm thành phần hoá học.
• Nhóm C – bảo đảm tính chất cơ học và thành phần hoá học.
Trong đó ký hiệu nhóm A thì không cần ghi chữ “A” lên đầu, còn nhóm B, C
thì phải ghi chữ “B”, “C” phía trước chữ CT. Ví dụ : BCT31; BCT33; BCT34;
CCT34; CCT38; CCT42. Theo ГОСТ 380-71 thép Cacbon thường được ký hiệu
bằng chữ C
T

hay C
m
, với các số thứ tự 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 (số càng lớn độ bền và
lượng Cacbon càng lớn), và được chia ra làm ba nhóm A, Б, B.
Trong kết cấu thép của thiết bị nâng, các thanh chịu tải thường dùng thép C
T
3.
Ưu điểm của thép C
T
3 là bảo đảm tính hàn (sau khi hàn xong không bị nứt) và
đảm bảo tính dẻo. Đối với các thanh phụ, không chịu tải, dàn bảo vệ, cầu thang,
tay vịn, sàn lát, … dùng thép C
T
0; C
T
1; C
T
2. Trong ngành thiết bị nâng, người ta
dùng chủ yếu thép Cacbon thường hay thép hợp kim thấp làm kết cấu dàn và dầm
chịu tải. Trong luận văn này ta sẽ nghiên cứu tính toán, sử dụng kết cấu thép
trong máy cào liệu.
6.1.2 Các kiểu liên kết
Liên kết giữa các thanh kim loại với nhau trong kết cấu thép chủ yếu là liên kết
hàn và liên kết bulông, đinh tán. Trước đây, liên kết đinh tán được sử dụng rất
phổ biến, nay trong kết cấu thép người ta ít sử dụng chúng, đặc biệt là trong
ngành máy xây dựng thì lại ít sử dụng hơn nữa, mà chủ yếu sử dụng mối liên kết
hàn. So với mối liên kết bulông, đinh tán thì liên kết hàn có những ưu điểm sau :
• Gia công nhanh và rẻ. Hàn có năng suất cao so với các phương pháp
khác do giảm được số lượng nguyên công, giảm được cường độ lao
động và tăng độ bền chắc của kết cấu.

• Giảm được khối lượng kim loại từ 10 ÷ 20% so với liên kết đinh tán,
bulông vì không có các phần đầu đinh tán, bulông.
• Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín.
• Giảm được tiếng động khi sản xuất.
• Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo.
Tuy nhiên liên kết hàn cũng có những nhược điểm :
• Kết cấu bị biến hình do sau khi hàn vẫn tồn tại ứng suất dư.
• Vật liệu bị giòn do quá trình nung nóng khi hàn.
• Khó kiểm tra các khuyết tật bên trong mối hàn.
• Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào trình độ công nhân hàn.
• Khả năng chịu tải trọng động kém.
6.1.3 Các loại hình kết cấu
Kết cấu thép được sử dụng trong các máy xếp dỡ – xây dựng chủ yếu gồm hai
loại hình kết cấu: kết cấu dầm và kết cấu dàn.
Kết cấu dầm : là một loại hình kết cấu được sử dụng rất rộng rãi trong chế
tạo kết cấu thép của các loại máy trục. Ví dụ trong các loại cổng trục, cầu trục….
Về mặt chịu lực thì dầm chủ yếu chịu uốn. Theo đặc điểm cấu tạo tiết diện của
dầm người ta chia dầm làm hai loại: dầm hình và dầm tổ hợp.
a. Dầm hình
Dầm hình là dầm làm từ các thép hình, thường là các loại thép chữ I, chữ U
chữ C v.v…, được chế tạo từ cán hay dập. Dầm hình có ưu điểm là cấu tạo đơn
giản, chi phí thấp nên giá thành dầm hình thấp hơn giá thành dầm tổ hợp.
Hình 6.1. Dầm hình.
a, b – thép cán phổ thong.
c – thép cán chữ I cánh rộng.
d, e – thép hình thành mỏng dập.
b. Dầm tổ hợp
Dầm tổ hợp là loại dầm chế tạo từ các loại thép tấm hoặc từ các thép tấm kết
hợp với các thép hình liên kết lại với nhau bằng phương pháp hàn hoặc đinh tán.
Nếu dùng liên kết hàn để liên kết cấu kiện của dầm thì đó là dầm tổ hợp hàn.

Nếu dùng đinh tán hoặc bulông để liên kết các cấu kiện của dầm thì gọi đó là
dầm tổ hợp đinh tán hoặc dầm tổ hợp bulông.
Trong kết cấu kim loại máy trục thường sử dụng hai loại tiết diện dầm tổ hợp:
dầm 1 thành (tiết diện chữ I – kết cấu gồm 1 tấm thành và 2 tấm biên), và dầm 2
thành (tiết diện hộp – kết cấu gồm 2 tấm thành và 2 tấm biên).
Khi kết cấu dàm tổ hợp, ngoài các phần tử kết cấu chính là tấm thành và tấm
biên, người ta còn kết cấu thêm các phần tử phụ: đó là các gân tăng cứng trên
dầm 1 thành và vách ngăn trên dầm 2 thành nhằm mục đích đảm bảo ổn định cục
bộ của các tấm.
Kết cấu dàn : là một loại hình kết cấu được sử dụng trong kết cấu kim loại
máy trục với kết cấu có chiều dài (khẩu độ) lớn, chịu tải trọng nhỏ, khi đó nếu
dùng dầm thì trọng lượng của dầm lớn hơn dàn. Trên thực tế dàn được sử dụng
để chế tạo cần của các cần trục có cần, cầu trên của cần trục cổng, cầu chuyển tải,
cầu trục v.v….
Trong kết cấu kim loại máy trục chủ yếu sử dụng các dàn không gian có tiết
diện ngang của dàn là hình tam giác hay hình chữ nhật. Dàn tam giác có độ cứng
chống xoắn nhỏ, khó bố trí các thiết bị trên dàn, dùng làm cần của các cần trục, ít
khi dùng làm cầu. Dàn hình chữ nhật độ cứng chống uốn theo hai phương và độ
cứng chống xoắn khá lớn, dễ bố trí thiết bị trên đó, và được sử dụng rộng rãi. Ưu
điểm của dàn là đơn giản, dễ chế tạo, đễ bảo quản (sơn chống gỉ). Nhược điểm
của kết cấu dàn là độ bền mỏi thấp, công chế tạo cao do khó sử dụng phương
pháp hàn tự động.
Hình 6.3. Các tiết diện thanh thường dùng
Hình 6.4. Các tiết diện thanh dàn nặng.
Người ta phân loại dàn theo các đặc điểm sau :
a. Theo công dụng :
Bao gồm dàn mái nhà công nghiệp, mái nhà dân dụng; dàn cầu, dàn thép
dùng trong máy trục, tháp trụ, cột điện, tháp khoan v.v….
b. Theo cấu tạo của các thanh trong dàn
• Dàn nhẹ : là dàn có nội lực trong các thanh là nhỏ, các thanh dàn được

cấu tạo từ một thép góc hoặc thép tròn.
• Dàn thường : là loại phổ biến, nội lực trong các thanh biên nhỏ hơn 5000
kN. Các thanh dàn được ghép bởi hai thép góc, tiết diện ngang dạng chữ
T.
• Dàn nặng : dùng cho các công trình chịu tải trọng nặng, như dàn làm cầu,
nội lực lớn nhất trong thanh biên không dưới 5000 kN. Tiết diện thanh
dàn dạng thanh tổ hợp.
c. Theo hình dáng bên ngoài
• Dàn có biên song song (cần của cần trục tháp …).
• Dàn có biên trên dốc một phía thường dùng cho cần trục có xe con di
chuyển ở biên dưới.
• Dàn có đường biên dưới gãy khúc (dùng cho cầu trục, cổng trục, cầu
chuyển tải).
• Dàn có đường bao hình tam giác (làm vi kéo mái nhà dân dụng, công
nghiệp).
d. Theo kết cấu hệ thanh bụng
• Dàn có thanh bụng tam giác: loại có thanh chống đứng (hình 6.5 a, b, c,
d, e) và loại không có thanh chống đứng (hình 6.5 g).
• Dàn có hệ thanh bụng nghiêng về một phía (hình 6.5 i).
a - Đường biên song song; b - Đường biên dốc một phía; c - Đường biên
dưới gãy khúc; d - Đường biên tam giác; e - Hệ thanh bụng kiểu tam giác có
thanh chống đứng; g - Hệ thanh bụng không có thanh chống đứng; h - Hệ
thanh bụng kiểu tam giác có thanh chống đứng chủ yếu cho thanh biên trên.
• Dàn có hệ thanh bụng giao nhau kiểu chéo nhau chữ K (hình 6.5 n).
• Dàn có hệ thanh bụng giao nhau kiểu hình thoi (hình 6.5 l, p).
• Dàn không có thanh xiên (hình 6.5 m).
• Dàn phân nhỏ (hình 6.5 o).
i - Dàn có hệ thanh bụng nghiêng về một phía; k, m - Dàn không có thanh
xiên; l, p - Dàn có hệ thanh bụng giao nhau kiểu hình thoi; n - Dàn có hệ
thanh bụng giao nhau kiểu chữ K; o - Dàn phân nhỏ; q - Các kích thước hình

học của dàn.
Một số kiểu liên kết kết cấu dàn :
Hình 6.6 Mối nối tại mắt dàn.a- dùng tấm ốp thẳng góc; b- dùng tấm ốp cắt xiên.
Hình 6.7. Kết cấu mối hàn trực tiếp (a, b) và mối hàn có bản tiếp điểm (c)
Hình 6.8. Kết cấu mối hàn các thanh xiên có bản mã phụ trợ.
Hình 6.9. Kết cấu các nút của dàn thép ống
Hình 6.10. Kết cấu mắt dàn thép ống.
(1÷4)- Không dùng bản mã; (5÷10)- Dùng bản mã; (11÷13)- Mắt dàn có gia cố.
Hình 6.11 Kết cấu các tai mấu liên kết ở đầu mút của thanh; các biện pháp công
nghệ giảm hiện tượng tập trung ứng suất tại đầu các mối hàn.
Hình 6.12 Kết cấu tai liên kết ở đầu mút thép ống (1÷7), và sơ đồ tính tai.
6.2 Kết cấu kiểu hộp của dầm chính
6.2.1 Tải trọng tính
Kết cấu kim loại của dầm chính máy cào được tính trong trường hợp phối hợp
tải trọng dưới tác dụng của các tải trọng chính do trọng lượng cabin, đối trọng và
cần cào cùng với tải trọng phụ do lực quán tính lớn nhất có thể xảy ra khi phanh
hay mở máy cào hay mở các cơ cấu khác của máy cào như cơ cấu thay đổi tầm với,
cơ cấu dẫn động xích cào …
Hình 6.13 sơ đồ phân bố lực