Thiết kế tối ưu kết cấu thép cầu trục.

- NGUYỄN HỒNG TIẾN THIẾT KẾ TỐI ƢU KẾT CẤU THẫP CẦU TRỤC Chuyờn ngành: Cơ học kỹ thuật LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC  Hà Nội BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- NGUYỄN HỒNG TIẾN THIẾT KẾ TỐI ƢU KẾT CẤU THẫP CẦU TRỤC CHUYấN NGÀNH: CƠ HỌC KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : 1.
- v CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU TRỤC VÀ KẾT CẤU KIM LOẠI.
- Khỏi niệm chung về cầu trục.
- Cỏc cơ cấu.
- Kết cấu kim loại.
- Kết cấu kim loại cầu trục.
- Dầm chớnh của cầu trục một dầm.
- Dầm chớnh của cầu trục hai dầm.
- 9 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU KIM LOẠI.
- Tải trọng tỏc dụng lờn kết cấu kim loại.
- Tớnh toỏn dầm chớnh.
- Xỏc định nội lực trong cỏc phần tử kết cấu kim loại.
- Tớnh kiểm nghiệm dầm chớnh.
- 54 CHƢƠNG 3: TỐI ƢU HểA THIẾT KẾ DẦM CẦU TRỤC.
- 55 3.1 Xỏc định kớch thƣớc tối ƣu của dầm chớnh cầu trục.
- 55 3.1.1 Với kết cấu giàn.
- 55 3.1.2 Với kết cấu dầm đơn.
- 85 BẢNG THỐNG Kấ CÁC Kí HIỆU Ký hiệu Đơn vị í nghĩa Q t Trọng tải Gq N Trọng lƣơng vật nõng Gx N Trọng lƣợng xe con Gd N Trọng lƣợng dầm L m Khẩu độ, tầm với H m Chiều cao nõng R N Phản lực Mu Nm Momen uốn A m2 Diện tớch mặt cắt , tiết diện Jx ,Jy m4 Momen quỏn tớnh của tiết diện Jyc S Momen quỏn tớnh yờu cầu của tiết diện Wx ,Wy ,Wyc m3 Momen cản uốn l mm Chiều dài thanh h mm Chiều cao tiết diện b mm Chiều rộng tiết diện d mm Chiều dày thành t mm Chiều dày cỏnh λ mm Độ mảnh của tấm [y] mm Độ vừng cho phộp ζ N/cm2 ứng suất uốn 1 CHƢƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU TRỤC VÀ KẾT CẤU KIM LOẠI 1.1.
- Khỏi niệm chung về cầu trục Cầu trục là loại mỏy cầu trục phổ biến nhất, dựng để phục vụ việc cơ giới húa nõng chuyển vật nặng trong phõn xƣởng và trong kho.
- Cầu trục đƣợc sử dụng rộng rói và tiện dụng để nõng hạ vật nặng, hàng húa trong cỏc phõn xƣởng cơ khớ, nhà kho, bến bói.
- Xột về tổng thể cầu trục gồm cú phần kết cấu thộp (dầm chớnh, dầm cuối, sàn cụng tỏc, lan can), cỏc cơ cấu cơ khớ (cơ cấu nõng, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con) và cỏc thiết bị điều khiển.
- Phần kết cấu thộp bao gồm dầm chớnh, một hoặc hai dầm, cú kết cấu hộp hoặc dàn trờn đú cú xe con và cơ cấu nõng di chuyển qua lại.
- hai đầu của dầm chớnh liờn kết hàn hoặc đinh tỏn với hai dầm đõu, trờn mỗi dầm dầu cú hai cụm bỏnh xe, cụm bỏnh xe chủ động và cụm bỏnh xe bị động, cỏc bỏnh xe này di chuyển trờn hai đƣờng ray song song đặt trờn vai cột nhà xƣởng hay trờn dàn kết cấu thộp (Hỡnh 1.1) Hỡnh 1.1 Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 2 Nhờ cơ cấu nõng, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con mà cầu trục cú thể nõng hạ đƣợc hàng ở bất kỳ vị trớ nào trong khụng gian phớa dƣới mà cầu trục bao quỏt.
- Dẫn động cầu trục cú thể bằng tay hay dẫn động điện.
- Theo cụng dụng cầu trục dựng chung, chuyờn dựng - Theo kết cấu kim loại: cầu trục khung dàn, cầu trục dầm hộp - Theo cỏch điều khiển: điều khiển bằng điện, điều khiển bằng tay 1.3.
- Cỏc cơ cấu Cơ cấu nõng: cơ cấu nõng của cầu trục thƣờng cú hai loại chớnh: loại dựng cho cầu trục một dầm là palăng điện (hỡnh 1.2) hoặc palăng tay.
- Palăng điện hoặc palăng tay đều cú khả năng di chuyển dọc theo dầm chớnh để nõng hạ vật.
- Đối với loại hai dầm thụng thƣờng cỏc cơ cấu nõng đƣợc chế tạo và đặt trờn xe con để cú thể di chuyển dọc theo dầm chớnh (hỡnh 1.3) trờn xe con cú thể cú từ một đến ba cơ cấu nõng, trong đú cú một cơ cấu nõng chớnh và cú thể cú một đến hai cơ cấu nõng phụ.
- Cơ cấu di chuyển trong cấu trục cú hai cơ cấu di chuyển: Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 3 - Cơ cấu di chuyển cầu trục thực hiện nhiệm vụ di chuyển toàn cầu trục chạy dọc theo ray đặt trờn vai cột trong nhà xƣởng cơ cấu di chuyển xe con thực hiện Hỡnh 1.2 Cầu trục 1 dầm Hỡnh 1.3 Cầu trục 2 dầm chuyển động dọc dầm chớnh.
- Cơ cấu di chuyển thƣờng đƣợc thực hiện theo hai phƣơng ỏn: dẫn động chung và dẫn động riờng.
- Dẫn động chung dựng cho cầu trục cú khẩu độ nhỏ và cơ cấu di chuyển xe con.
- Đối với cầu trục cú khẩu độ lớn trờn Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 4 15m, ngƣời ta hay sử dụng cơ cấu di chuyển dẫn động riờng.
- Loại này gồm hai cơ cấu di chuyển giống nhau và đặt về hai phớa của cầu để dẫn động cho từng cụm bỏnh xe riờng biệt.
- Kết cấu này gọn nhẹ, dễ lắp đặt sử dụng và bảo dƣỡng.
- Tuy nhiờn, cần chỳ ý tới biện phỏp đồng tốc giữa hai động cơ và lực cản di chuyển khụng đều trờn hai bờn ray để đảm bảo an toàn, chống xụ lệch cầu trục.
- Đối với việc lắp đặt cỏc cơ cấu nõng và cơ cấu di chuyển lờn xe con phải sắp xếp vị trớ lắp đặt cỏc cơ cấu sao cho ỏp lực lờn bốn bỏnh xe tƣơng đối cõn bằng khi cú tải cũng nhƣ khụng cú tải nõng.
- Kết cấu kim loại Trong cầu trục phần kết cấu kim loại chiếm 60-80% khối lƣợng toàn mỏy [1,6].
- Vỡ vậy việc chọn vật liệu và phƣơng phỏp tớnh để kết cấu kim loại đảm bảo đủ bền khi làm việc và đạt đƣợc chỉ tiờu kinh tế là điều rất quan trọng.
- Phần kết cấu kim loại thƣờng cú hai dạng chớnh: dạng hộp và dạng dàn, liờn kết cỏc bộ phận kết cấu với nhau bằng hàn hoặc bằng đinh tỏn.
- Vật liệu sử dụng ở cầu trục cú dạng thộp tấm hoặc dạng thộp hỡnh.
- Đối với cỏc loại cầu trục cú tải trọng lớn trờn 75T, cỏc thanh chịu tải thƣờng chế tạo bằng thộp kết cấu hợp kim thấp, cú độ bền cao.
- Biện phỏp để giảm khối lƣợng kết cấu là dựng hợp kim nhụm, so với thộp cacbon thỡ khối lƣợng hợp kim nhụm nhỏ hơn 2.8-3 lần, cú tớnh chống ăn mũn cao, cơ tớnh tƣơng đƣơng với thộp cacbon, nhƣng modun đàn hồi thấp bằng một nửa thộp cacbon nờn làm tăng biến dạng đàn hồi và chu kỳ dao động của kết cấu.
- Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 5 1.3.3.
- Điện - điều khiển Cỏc cơ cấu trong cầu trục thƣờng dẫn động bằng động cơ điện.
- Việc cấp điện cho cỏc cơ cấu cú thể thực hiện qua 2 phƣơng ỏn: phƣơng ỏn dựng dõy dẫn trực tiếp qua thanh quột.
- Tuy nhiờn, khoảng khụng gian sử dụng để dồn dõy điện sẽ chiếm khỏ nhiều làm giảm vựng phục vụ của cầu trục.
- Cỏc thiết bị điều khiển khụng thể thiếu trong cầu trục bao gồm cỏc điều khiển liờn qua đến an toàn: cỏc cụng tắc cực hạn khống chế hành trỡnh xe con và cầu trục, hạn chế chiều cao nõng, đề phũng quỏ tải [9]… Ngoài ra cũn cần cỏc thiết bị điều khiển đúng mở phanh, điều khiển tốc độ đảm bảo quỏ trỡnh mở mỏy/phanh thực hiện ờm và an toàn hệ thống (chống đảo pha, mất pha.
- Hiện nay, nhiều cầu trục cũn đƣợc thiết kế điều khiển cỏc cơ cấu từ xa, tạo thuận lợi cho quỏ trỡnh vận hành mỏy 1.4.
- Kết cấu kim loại cầu trục Kết cấu kim loại là phần dàn tựa chịu tải chớnh của cầu trục mà trờn đú ta đặt cỏc cơ cấu để thực hiện những chuyển động theo ý muốn.
- cấu tạo của kết cấu kim loại cầu trục gồm dầm chớnh, cỏc dầm đầu và cỏc bộ phận liờn qua khỏc nhƣ sàn thao tỏc, lối đi, lan can… Dựa vào kết cấu dầm chớnh, kết cấu kim loại cầu trục đƣợc chia làm hai loại: cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm.
- Dầm chớnh của cầu trục một dầm Dầm chớnh thƣờng chế tạo từ dầm thộp hỡnh chữ I.
- Kớch thƣớc dầm thộp chữ I đƣợc chọn từ điều kiện đảm bảo độ bền, độ cứng và độ ổn đinh, đƣợc tớnh toỏn theo tải trọng nõng, khẩu độ và khả năng di chuyển của palăng theo gờ dƣới của Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 6 dầm.
- Trong trƣờng hợp khụng đủ bền và khụng đủ ổn định thỡ tăng thờm độ cứng cho dầm bằng cỏch hàn thờm thanh giằng vào cạnh trờn của dầm chớnh.
- Chiều dài thanh giằng đƣợc chọn theo điều kiện ổn định ngang của dầm chớnh [5].
- a) b) c) d) Hỡnh1.4 Dầm cầu trục 1 dầm chớnh thộp chữ I Khi thanh giằng khụng đảm bảo độ cứng vững do khẩu độ lớn thỡ dựng dàn một bờn (Hỡnh 1.4c) hoặc cả hai bờn (hỡnh 1.4d).
- Để tăng khả năng chống uốn cho dầm, tăng khả năng tải mà khụng muốn tăng trọng lƣợng và kớch thƣớc của dầm chớnh thỡ cú thể xử lý dầm chớnh theo hỡnh 1.5a,b a) b) Hỡnh1.5 Phương ỏn giảm khối lượng Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 7 Thụng thƣờng cầu trục một dầm sử dụng dầm chớnh kiểu thộp I chỉ dựng cho loại cầu trục cú khẩu độ đến 15m, tải trọng nõng đến 10T, cú thể dẫn động bằng tay hoặc bằng điện.
- Cầu trục một dầm đƣợc chia thành hai loại: loại cú bỏnh xe trờn dầm đầu di chuyển chạy trờn ray và loại chạy trờn mặt cạnh dƣới của dầm chữ I.
- Loại thứ hai thƣờng gọi là cầu trục treo.
- So với loại thứ nhất thỡ cầu trục treo nhẹ hơn, cú thể thiết kế khẩu độ lớn hơn và nõng đƣợc vật nõng cả ở trong và bờn ngoài đƣờng chạy của ray treo cơ cấu di chuyển cầu và cú thể nối cỏc đƣờng ray giữa cỏc phõn xƣởng với nhau.
- Dầm chớnh của cầu trục hai dầm Đơn giản nhất của kết cấu cầu trục hai dầm là dựng hai dầm thộp I đặt song song và gối đầu lờn hai dầm dầu, trờn dầm chữ I cú đƣờng ray để xe con di chuyển (Hỡnh 1.6).
- Liờn kết dầm chớnh với dầm đầu bằng hàn hoặc bu - lụng.
- Hỡnh 1.6 Cầu trục 2 dầm đơn giản 1.
- Cơ cấu nõng.
- Dầm chớnh.
- Dầm đầu Hỡnh 1.7 Cầu trục 2 dầm chớnh dựng thộp chữ I 1 2 3 Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 8 Đối với loại cú tải trọng lớn hơn thƣờng sử dụng dầm I nhƣng cú gia cố mặt sàn cụng tỏc và cú lan can cả hai phớa (Hỡnh 1.7).
- Kết cấu cơ bản của loại này bao gồm một tấm đứng dọc, một tấm trờn và một tấm dƣới và cỏc gõn tăng cứng đƣợc hàn vuụng gúc và cỏch quóng với tấm đứng dọc.
- Phớa trờn của tấm trờn cú đặt ray cho xe con di chuyển (Hỡnh 1.9) Hỡnh 1.9 Dầm chớnh 3 mặt hở Dạng thƣờng dựng nhất cho dầm chớnh của cầu trục hai dầm là hộp kớn 4 mặt.
- ữ ).L hi h C h Nguyễn Hồng Tiến Thiết kế tối ƣu kết cấu thộp cầu trục 9 Hỡnh 1.10 Dầm hộp kớn 4 mặt Chiều cao phần đầu dầm và chiều dài phần nghiờng thƣờng chọn : h0 = (0,4ữ0,6)h.
- Một kiểu dầm chớnh thƣờng đƣợc sử dụng nữa là kiểu dàn.
- Kiểu dàn cú ƣu điểm là trọng lƣợng nhỏ hơn kiểu dầm hộp nờn đƣợc dựng cho cầu trục hai dầm cú khẩu độ và tải trọng lớn.
- Dầm kiểu dàn khụng gian đƣợc thể hiện trờn hỡnh 1.11.
- Dầm đầu Dầm đầu của kết cấu kim loại cầu trục thƣờng đƣợc chế tạo bằng thộp CT3.
- Kết cấu cú thể theo 1 trong 2 dạng thụng dụng: dạng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt