(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu và hợp lý hóa các thông số thiết kế cho cầu trục 20 5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ điện LD Việt Nga Vietsovpetro

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày _ tháng _ năm 2016

Học viên

TRẦN CÔNG THIỆN

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể lãnh đạo, cán bộ, giảng viên

trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, đặc biệt là Bộ phận sau đại

học, Khoa cơ khí chế tạo máy đã chịu trách nhiệm trực tiếp tổ chức và đào tạo lớp

cao học chuyên nghành Kỹ thuật cơ khí

Để có được kết quả luận văn cao học này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc

tới TS Văn Hữu Thịnh, người đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ tôi trong

quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cám ơn lãnh đạo Phòng Thiết kế công nghệ, lãnh đạo Xí

nghiệp Cơ Điện – Vietsovpetro, nơi tôi đang công tác đã ủng hộ và tạo mọi điều

kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học, cũng như luận văn cao học

Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình thân yêu đã giúp đỡ,

động viên, khích lệ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn, trong đó đặc

biệt là sự hổ trợ, góp ý của các đồng nghiệp ThS Thân Hữu Trường, ThS Nguyễn

Quốc Phượng, KS Vũ Văn Hiệu

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

Vũng Tàu, ngày _ tháng _ năm 2016

Học viên

TRẦN CÔNG THIỆN

TÓM TẮT

Cầu trục đang được sử dụng phổ biến, phục vụ công tác nâng hạ, xếp dỡ hàng hóa trong các nhà xưởng sản xuất tại Xí nghiệp Cơ điện - Vietsovpetro Trước đây, các Cầu trục thường được mua sắm trong nước với giá thành cao, chất lượng không ổn định, thường xuyên hư hỏng

Trên cơ sở nhu cầu tự chế tạo Cầu trục 20/5 tấn khẩu độ 30 mét phục vụ sản xuất của đơn vị, căn cứ thiết kế của cầu trục tương tự, đã được mua sắm và lắp đặt trước đây, đề tài đã nghiên cứu tính toán lại kết cấu thép của cầu trục này, để làm cơ

sở tính toán, hợp lý hóa các thông số thiết kế nhằm giảm khối lượng sắt thép sử dụng, tăng hiệu quả chế tạo nhưng vẫn đảm bảo độ bền, độ ổn định

Dựa trên kết quả nghiên cứu, tính toán, thiết kế, đơn vị đã thực hiện chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm và đưa vào sử dụng cầu trục đảm bảo an toàn, phục vụ tốt nhu cầu sản xuất đề ra

ABSTRACT

Bridge crane is being used widely, serves the work of lifting, loading and unloading goods in the production factory in Vietsovpetro Previously, the Bridge Crane is usually purchased indigenously with high cost, quality is not stable, often damaged

Based on the demand for double girder bridge crane with 20/5 tons, 30 meters aperture self-fabrication, based on the design of the bridge crane has been previously purchased and installed To recalculate the steel structure of this bridge crane, to make the basis for calculation and rationalization of design parameters in order to reduce the iron content of steel used, increase the efficiency of manufacture but still ensure durability and stability regulations

Based on the results of research, calculations, design, Vietsovpetro has made, installed, tested and put into use crane to ensure safety, serve the production needs

MỤC LỤC

TRANG TỰA………

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI………

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN………

BIÊN BẢN XÁC NHẬN SỬ DỤNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI NCKH TRONG LVTN…

LÝ LỊCH KHOA HỌC 1

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

TÓM TẮT 4

ABSTRACT 5

MỤC LỤC 6

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8

DANH SÁCH CÁC HÌNH 9

DANH SÁCH CÁC BẢNG 10

CHƯƠNG 1: 11

TỔNG QUAN 11

1.1 Tổng quan về cầu trục: 11

1.2 Tình hình ứng dụng và nghiên cứu lĩnh vực liên quan trong và ngoài nước: 13 1.3 Tính cấp thiết và nhu cầu thực tiển của đề tài: 17

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 18

CHƯƠNG 2: 20

CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CẦU TRỤC 20

2.1 Quy trình tính toán, thiết kế cầu trục: 20

2.2 Quy phạm, tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế: 21

2.3 Xây dựng phương án thiết kế: 22

2.4 Chọn vật liệu chế tạo: 34

2.5 Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng: 35

2.6 Lý thuyết tính toán kết cấu: 36

CHƯƠNG 3: 37

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, KIỂM TRA BỀN KẾT CẤU CẦU TRỤC 20/5 TẤN (MẪU) 38

3.2 Phần mềm ứng dụng: 38

3.3 Thiết kế tổng thể và xác định các đặc trưng hình học : 39

3.4 Các thông số kỹ thuật cơ bản : 42

3.5 Xác định giá trị tải trọng : 42

3.6 Tính toán, kiểm tra bền kết cấu dầm đầu trên phần mềm: 44

3.7 Tính toán, kiểm tra bền kết cấu dầm chính trên phần mềm: 51

3.8 Kiểm tra ổn định của dầm chịu uốn: 56

3.9 Kết luận: 57

CHƯƠNG 4 58

HỢP LÝ HÓA CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ 58

4.1 Mở đầu: 58

4.2 Hợp lý hóa kích thước và tiết diện thiết kế: 58

4.3 Xác định lại các giá trị tải trọng : 60

4.4 Tính toán, kiểm tra kết cấu dầm chính (sau hợp lý hóa thông số) trên phần mềm: 60 4.5 Kiểm tra ồn định dầm chính (sau hợp lý hóa thông số): 64

4.6 Kết luận: 65

CHƯƠNG 5 66

CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM 66

5.1 Trình tự chế tạo: 66

5.2 Quá trình thử nghiệm: 81

5.3 Kết quả thử nghiệm: 83

CHƯƠNG 6 90

KẾT LUẬN 90

6.1 Các kết quả đạt được: 90

6.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo: 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC: TẬP BẢN VẼ CHẾ TẠO CẦU TRỤC 20/5 TẤN, KHẨU ĐỘ 30

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MED (XNCĐ) Xí nghiệp Cơ điện

Hình 1.7: Một số sản phẩm Cty Hoàng Trung Quân 15

Hình 1.8: Một số sản phẩm Cty Konecranes Việt Nam 15

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thiết kế kết cấu thép cầu trục 19

Hình 3.1: Thiết kế cầu trục 20/5 tấn – mẫu 38

Hình 3.2: Thiết kế dầm chính cầu trục 20/5 tấn – mẫu 39

Hình 3.3: Thiết kế dầm đầu cầu trục 20/5 tấn – mẫu 40

Hình 4.1: Thông số kích thước chủ yếu của dầm chính 57

Hình 5.1: Tạo độ cong ban đầu cho tấm thành 70

Hình 5.8: Lắp đặt cầu trục lên ray 82

Hình 5.9: Sơ đồ thử tải Cầu trục 20/5 tấn; khẩu độ 30 mét 84

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Hệ số động khi Cầu trục di chuyển trên ray 42

Bảng 4.1: Kết quả tính toán kết cấu đã hợp lý hóa thông số dầm chính 64

Chương 1:

TỔNG QUAN

Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra đời và phát triển của nó gắn liền với yêu cầu về kinh tế kỹ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối

đa sức người trong lao động Đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thời gian dừng Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, ngoài ra còn một số các chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang Bằng sự phối hợp giữa các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó, để đáp ứng yêu cầu và đòi hỏi của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, kỹ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận chuyển mới, luôn cải tiến và hợp lý hóa phương pháp phục

vụ, nâng cao hơn độ tin cậy làm việc, tự động hóa các khâu điều khiển, tiện nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng

Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển được chia thành các loại: kích, bàn tời, Palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục, thang nâng.v.v Cầu trục

là loại máy trục kiểu cầu, loại này di chuyển trên đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cầu, cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kì điểm nào trong không gian của nhà xưởng Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện v.v… Đặc biệt cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

Hình 1.1: Một số thiết bị nâng điển hình

Hình 1.2: Cầu trục 2 dầm

1.2 Tình hình ứng dụng và nghiên cứu lĩnh vực liên quan trong và ngoài nước:

1.2.2 Ngoài nước:

- Ứng dụng: Tùy theo nhu cầu sản xuất mà các Công ty chuyên sản xuất Cầu trục trên thế giới có thể tính toán thiết kế và chế tạo ra các Cầu trục có sức nâng đến 550 tấn, khẩu độ đến 32 mét (chủ yếu ứng dụng trong các nhà máy luyện kim, đóng tàu)

Hình 1.3: Cầu trục Q = 550/200/50 tấn

Hình 1.4: Cầu trục luyện kim Q = 120/30/70/10 tấn

Với các ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng thậm chí sức nâng cầu trục còn được thiết kế lên đến trên 1200 tấn (Dự án Cầu trục sức nâng lớn nhất thế giới phục vụ nối nhịp cho Reunion Island offshore highway east of Madagascar in the Indian Ocean của Công ty Enerpac)

+ Tomasz Haniszewski [1] Strength Analysis of Overhead Traveling

Crane use of Finite Element Method Silesian University of Technology, Faculty of Transport, Vol 9, Issue 1, February 2014

+ Pratik R Patel, V.K.Patel [2] A Review on Structural Analysis of

Overhead Crane Girder Using FEA Technique International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT), Vol 2, Issue 4,

July 2013

- Nhận xét, liên hệ đề tài:

+ Công nghiệp chế tạo cầu trục đã chế tạo được các cầu trục có tải trọng

và khẩu độ rất lớn, phần mềm hổ trợ thiết kế đã được cải tiến rất hiệu quả

và chuẩn xác, là cơ sở áp dụng tại XNCĐ

+ Đề tài nghiên cứu [1]: đã ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor để xây

dựng mô hình Cầu trục và tính toán kết cấu thép bằng phương pháp phần

tử hữu hạn tích hợp trên phần mềm, có đánh giá ứng suất phát sinh trên từng bộ phận kết cấu (vách ngăn trong dầm chính, dầm biên, v.vv ), ứng dụng phần mềm kiểm tra tần số dao động phát sính trên kết cấu theo từng trường hợp tải trọng XNCĐ có thể nghiên cứu, áp dụng vào thiết kế cầu trục sắp triển khai, thay thế các phần mềm hổ trợ tính toán kết cấu lạc hậu đang sử dụng

+ Đề tài nghiên cứa [2]: nghiên cứu, so sánh ưu nhược điểm của phương pháp FEM (phương pháp phần tử hữu hạn) và FEA (phương pháp giải tích) trong tính toán kết cấu cầu trục, là cơ sở lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp cho đề tài

1.2.2 Trong nước:

- Ứng dụng: Cùng với sự phát triển mạnh của các nghành công nghiệp trong

nước, thiết bị nâng cũng được nghiên cứu, chế tạo nhằm phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu Trong vòng 10 năm trở lại, nhiều nhà sản xuất cầu trục trong nước đã được thành lập và phát triển đã chủ động thiết kế, chế tạo và lắp đặt cầu trục, thay thế cho việc nhập khẩu toàn bộ thiết bị như trước đây Ví dụ một số Công ty chế tạo cầu trục trong nước, như sau:

+ Công ty cổ phần thiết bị Thành Thái (TEC cranes) được thành lập từ

tháng 8 năm 2006 là Đại lý độc quyền cho hãng Kamuichi – Nhật Bản; hãng Stalh – CHLB Đức, chuyên chế tạo và lắp đặt các loại cầu trục, cổng trục với tải trọng đến 500 tấn, khẩu độ đến 32 mét

Hình 1.6: Một số sản phẩm Cty Thành Thái

+ Công ty CP cơ khí xây dựng Hoàng Trung Quân được thành lập từ năm

2009 với chuyên môn chế tạo các loại cầu trục, cổng trục đã thực hiện nhiều dự án với chất lượng được đánh giá cao như: Chế tạo và lắp đặt cầu trục 20 tấn, khẩu độ 24 mét cho Cty TNHH công nghệ cao SINO Việt Nam; Chế tạo và lắp đặt cầu trục 25 tấn cho Cty Yaban Chain Industrial VN;…

Hình 1.7: Một số sản phẩm Cty Hoàng Trung Quân

+ Konecranes Việt Nam là chi nhánh của tập đoàn chuyên chế tạo cầu trục

và các thiết bị liên quan lớn trên thế giới với lịch sử hình thành và phát triển trên 80 năm, có khả năng cung cấp các loại cầu trục phục vụ nhiều ứng dụng khác nhau (chuyên dụng, môi trường độc hại, đóng tàu, luyện kim,…) với sức nâng đến 1000 tấn

Hình 1.8: Một số sản phẩm Cty Konecranes Việt Nam

- Nghiên cứu: Để tối ưu hóa thiết kế kết cấu thép cầu trục, các nhà khoa học

và chuyên gia trong nước đã có các công trình nghiên cứu mang tính ứng dụng cao và hiệu quả cho lĩnh vực liên quan Một số ví dụ về các nghiên cứu, tài liệu liên quan trong nước, như sau:

+ [3] Tự động hóa thiết kế và thiết kế tối ưu kết cấu thép cầu trục dạng

hộp Internet: ke-toi-uu-ket-cau-thep-cau-truc-dang-hop.html, 07/06/2015

http://stieme.com/chi-tiet-tin/tu-dong-hoa-thiet-ke-va-thiet-+ [4] Nguyễn Việt Hùng, Thái Thế Hùng cùng cộng sự Đánh giá ứng suất

cơ học của kết cấu thép cầu trục dầm hộp Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ X, 2010

- Liên hệ đề tài:

+ Đề tài nghiên cứu [3] : giới thiệu phần mềm chuyên dụng phục vụ tính toán, thiết kế cầu trục do Viện khoa hoc và Công nghệ Cơ điện Xây dựng của Đại học xây dựng viết phục vụ thẩm tra thiết kế, lập thuyết minh kỹ thuật, thiết kế tối ưu, lập bản vẽ thiết kế chi tiết… Chương trình DOC – NUCE (cầu trục 2 dầm dạng hộp) SOC- NUCE (cầu trục 1 dầm dạng hộp), XNCĐ có thể nghiên cứu mua bản quyền để ứng dụng trong thiết kế

và sản xuất cầu trục

+ Đề tài nghiên cứu [4] : đã cung cấp các công cụ hổ trợ cho việc tính toán thiết kế kết cấu cầu trục Tuy nhiên, còn hạn chế trong việc xác định ứng suất phát sinh trên các phần tử kết cấu, là cơ sở nghiên cứu hợp lý hóa thiết kế Đề tài này sẽ nghiên cứu thêm về thiếu sót này

1.3 Tính cấp thiết và nhu cầu thực tiển của đề tài:

Hiện nay cầu trục được trang bị cho các nhà xưởng của VSP đều nhập khẩu hoặc do các nhà máy chuyên về chế tạo thiết bị nâng trong nước chế tạo và lắp đặt Cầu trục 20/5 tấn với khẩu độ 30 mét là cầu trục có tải trọng và khẩu độ lớn nhất hiện lắp đặt trong các nhà xưởng thuộc VIETSOVPETRO, thiết bị này là một trong những sản phẩm cơ khí trong “Danh mục đề xuất các sản phẩm cơ khí trọng điểm trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015 và những năm tiếp theo” trong báo cáo số: 3342, ngày 26/09/2011 của Liên doanh Việt – Nga VIETSOVPETRO gửi Tập đoàn Dầu khí Việt nam, để thực hiện chủ trương phát huy nội lực, chủ động chế tạo thiết bị thay thế hàng ngoại nhập, XNCĐ đã mạnh dạn nhận thực hiện đề tài: Thiết

kế, chế tạo cầu trục dầm đôi 20/5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ Điện, LD Việt – Nga Vietsovpetro

Việc chủ động thiết kế, chế tạo thành công cầu trục 20/5 tấn, khẩu độ: 30 mét cho các xưởng sản xuất, nhà kho trong LD Việt – Nga Vietsovpetro sẽ là cơ sở để XNCĐ chế tạo hàng loạt thiết bị nâng khác phục vụ nhu cầu nội bộ VSP cũng như định hướng cho việc hình thành và xây dựng sản phẩn chủ lực của XNCĐ

Thực hiện nhiệm vụ thiết kế, chế tạo cầu trục 20/5 tấn khẩu độ 30 mét, bắt đầu từ khâu khảo sát, thiết kế, lập quy trình chế tạo, quy trình lắp đặt, chuẩn bị mặt bằng lắp ráp đồng bộ, đây là những công việc hoàn toàn mới mà cán bộ kỹ thuật, công nhân của XNCĐ

Do chưa có kinh nghiệm và để hạn chế những sai sót có thể gặp trong quá trình thiết kế, chế tạo XNCĐ đã tham khảo thiết kế có sẵn của Cầu trục 20/5 tấn tương tự đã được chế tạo và lắp đặt trước đây tại XNCĐ Tuy nhiên, cần nghiên cứu hợp lý hóa các thông số thiết kế, trước khi lập Hồ sơ thiết kế, chế tạo và lắp đặt toàn

bộ Cầu trục, đáp ứng các Tiêu chuẩn quy định tại TCVN 4244:2005

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

1 Căn cứ thiết kế của Cầu trục 20/5 tấn tương tự đã được lắp đặt tại XNCĐ

để làm cơ sở nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm theo điều kiện bền và ổn định

2 Xây dựng được bảng tổ hợp tải trọng, quy trình thiết kế chung cầu trục và các dạng thiết bị nâng kiểu cầu tương tự với nhiều cấp tải trọng, chế độ làm việc và ứng dụng làm việc khác nhau

3 Trên cơ sở kết quả nghiên cứu thiết kế kể trên, tiếp tục nghiên cứu hợp lý hóa các thông số thiết kế kết cấu thép của cầu trục 20/5 tấn để áp dụng chế tạo tại

XNCĐ nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao hơn nhưng vẫn đảm bảo độ bền, độ ổn định

4 Thành công của đề tài sẽ là cơ sở để XNCĐ chủ động phát triển chế tạo thiết bị nâng phục vụ nhu cầu nội bộ Vietsovpetro và từng bước tiếp cận thị trường trong nước

Chương 2:

CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CẦU TRỤC

2.1 Quy trình tính toán, thiết kế cầu trục:

Trên cơ sở yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn áp dụng và khả năng công nghệ Quy trình tính toán, thiết kế cầu trục 20/5 tấn được thực hiện, như sau:

Bước 1: Khảo sát, thu thập số liệu đầu vào, xác định yêu cầu kỹ thuật chính

của cầu trục

Bước 2: Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn liên quan, áp dụng vào thiết kế Bước 3: Xây dựng phương án thiết kế

Bước 4: Lựa chọn vật liệu chế tạo

Bước 5: Xây dựng sơ bộ kích thước hình học cầu trục

Bước 6: Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng, tính toán tải trọng tác động

Bước 7: Mô hình hóa kết cấu

Bước 8: Gán điều kiện biên và các tổ hợp tải trọng cho mô hình tính toán Bước 9: Chạy phần mềm tính toán, xuất kết quả

Bước 10: Đánh giá kết quả (kiểm tra bền thiết kế)

Bước 11: Kiểm tra ổn định tổng thể kết cấu

Bước 12: Triển khai chế tạo Cầu trục

(Tham khảo Hình 2.1)

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thiết kế cầu trục

2.2 Quy phạm, tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế:

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm đang được

áp dụng cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị nâng nói chung và cầu trục nói riêng Các

bộ tiêu chuẩn, quy phạm có thể được xây dựng bởi quốc gia, các hiệp hội hoặc các

Khảo sát

Đối chiếu tài liệu, tiêu chuẩn

Xây dựng phương án

Lựa chọn vật liệu

Gán tải trọng, điều kiện biên

Chạy phần mềm, xuất

KQ Đánh giá KQ

Chế tạo cầu trục Không

tổ chức độc lập Việc áp dụng, tuân thủ tiêu chuẩn nào trong quá trình thiết kế, chế tạo thường do người sử dụng lựa chọn dựa vào khu vực, lãnh thổ hoạt động của thiết bị, đối tượng khách hàng vận hành thiết bị Trong đề tài nghiên cứu này, các tiêu chuẩn, quy phạm, hướng dẫn kỹ thuật cho thiết kế được áp dụng, như sau:

TCVN 4244:2005 [5] (Thiết bị nâng: thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật): Tiêu chuẩn được xây dựng để áp dụng cho thiết bị nâng làm việc trên công trình bờ nói chung Đây là tiêu chuẩn chính chi phối các tiêu chuẩn áp dụng khác, là điều kiện tiên quyết để cấp phép và duy trì hiệu lực các giấy phép làm việc đã cấp cho thiết bị nâng

QTKĐ: 01- 2014/BLĐTBXH [6] (Quy trình kiểm định kỹ thuật an toàn

Thiêt bị nâng kiểu cầu): cung cấp quy trình thử nghiểm cầu trục trước khi cấp phép

và gia hạn giấy phép làm việc định kỳ

TCVN 5575:2012 [7] (Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế): Tiêu chuẩn áp dụng thiết kế công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp

Ngoài ra còn phải tuân theo một số tiêu chuẩn áp dụng cho liên kết bulông, liên kết hàn, kiểm tra chất lượng mối hàn (NDT), hệ thống điện động lực, điều khiển, chiếu sáng, cấp bảo vệ động cơ (IP)

2.3 Xây dựng phương án thiết kế:

2.3.1 Yêu cầu chung:

- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển các cụm máy phát điện, máy động lực

có tải trọng lớn trong Xưởng sửa chữa thiết bị năng lượng

- Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và không gian nhà xưởng

- Phải đạt được tính kinh tế cao: thiết bị được thiết kế, chế tạo và lắp đặt với chi phí tối ưu nhất

- Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo được các tính năng của nó

- Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp đặt trong nhà xưởng

- Sử dụng đơn giản, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố

ở mỗi chế độ nâng chuyển

- Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễ dàng trong những trường hợp cần thiết

- Thiết bị phải đạt tuổi thọ cần thiết

2.3.2 Đặc điểm chung:

Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép dầm chính liên kết với hai dầm ngang (dầm đầu), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di chuyển trên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hoá trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi Dầm cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc theo dầm chính Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc bulông với hai dầm đầu, trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động va cụm bánh

xe bị động Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển xe con (hoặc palăng điện) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dưới mà cầu trục bao quát

Xét về tổng thể cầu trục gồm có:

- Phần kết cấu thép: dầm chính, dầm đầu, sàn công tác, lan can

- Các cơ cấu cơ khí: cơ cấu nâng hạ tải, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con

- Các thiết bị điều khiển khác

Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao Dẫn động bằng điện cho các loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các phân xưởng lắp ráp và sửa chữa lớn

Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 t; khẩu độ dầm cầu đến

32 m; chiều cao nâng đến 16 m; tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph; tốc độ di

chuyển xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph Cầu trục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một

cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ.Tải trọng nâng của loại cầu trục này thường được ký hiệu bằng một phân số với tải trọng nâng chính

và phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t; 150/20/5 t; v.v

Hình 2.2: Cầu trục dẫn động điện

2.3.3 Phân loại cầu trục:

Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:

- Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên

để nâng một loại hàng nhất định Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và

có chế độ làm việc rất nặng

b Theo kết cấu dầm:

Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm

- Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm chạy chữ I hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheo palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoăc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trên dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng palăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nếu nó được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện

- Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất, chúng được sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượng công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5

÷ 5 tấn, tốc độ làm việc chậm Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palăng điện, sức nâng có thể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm

có bộ phận cấp điện lưới ba pha

Hình 2.3: Cầu trục một dầm

Hình 2.4: Cầu trục 2 dầm sử dụng móc đôi

- Cầu trục hai dầm kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có: dầm hoặc giàn chữ L, hai dầm chính liên kết với hai dầm đầu, trên dầm đầu lắp các cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục, bộ máy dẫn động, bộ máy di chuyển hoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trục chiều quay của động cơ điện Xe con mang hàng di chuyển dọc theo đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chính; trên xe con đặt các bộ máy của tời chính, tời phụ và bộ máy di chuyển xe con, các dây cáp điện có thể co dãn phù hợp vói vị chí của xe con và cấp điện cho cầu trục nhờ hệ thanh dẫn điện đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện pha tỳ sát trên các thanh này, lồng thép làm công tác kiểm tra treo dưới dầm cầu trục

Các cơ cấu của cầu trục thực hiện 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầu trục

Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường trong khoảng 5÷30 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể đến 500 tấn Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móc cẩu chính và phụ, tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25%) sức nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn

Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dưới dạng hộp hoặc giàn không gian Dầm giàn không gian tuy có nhẹ hơn dầm hộp song khó chế tạo

và thường chỉ dùng cho cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ lớn Dầm đầu của cầu trục hai dầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng Bulông hoặc hàn

c Theo cách tựa của dầm chính:

Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo

- Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lên các dầm đầu, chúng được liên kết với nhau bằng bu lông hoặc hàn Loại cầu trục này có kết cấu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sử dung rất phổ biến Trên hình 2.5 là hình chung của cầu trục tựa loại một dầm phần kết cấu thép của gồm dầm chính có hai đầu tựa lên các dầm đầu với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng Loại cầu trục này thường dùng phương án dẫn động riêng Palăng điện có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng

Hình 2.5 Cầu trục tựa

- Cầu trục treo là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể chạy dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo Do liên kết treo của các ray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trong các trường hợp đặc biệt cần thiết So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là

có thể làm dầm cầu dài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn cầu trục tựa

Hình 2.6: Cầu trục treo

d Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển:

Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn động chung và cầu trục dẫn động riêng

- Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương àn dẫn động chung và dẫn động riêng Trong phương án dẫn động chung, động cơ dẫn động được đặt ở giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ở hai bên ray nhờ các trục truyền Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trung bình (hình 2.7, a, b, c) Ở phương án dẫn động riêng (hình 2.7, d) mỗi bánh xe hoặc cụm bánh xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động

Hình 2.7: Các phương án dẫn động

- Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 2.7, a) gồm động

cơ điện 1, hộp giảm tốc 2 và các đoạn trục truyền 3 nối với nhau và nối với trục ra của hộp giảm tốc bằng các khớp nối 4 Trục truyền tựa trên các gối đỡ

5 bằng ổ bi Do phải truyền momen xoắn lớn nên trục truyền, khớp nối và ổ

bi có kích thước rất lớn, đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn Các đoạn trục truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng So với trục đặc tương đương, trục rỗng có trọng lượng nhỏ hơn 15 – 20% Phương án này được sử dụng tương đối phổ biến trong các cầu trục có công dụng chung

có khẩu độ không lớn, đặc biệt là các cầu trục có kết cấu dầm không gian có thể bố trí dễ dàng các bộ phận của cơ cấu -

Cơ cấu dẫn đông chung với trục truyền quay trung bình (hình 2.7, b) có trục truyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở 4 Vì vậy mà mômen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền chậm

và kích thước của chúng cũng nhỏ hơn

- Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hinh 2.7, c)

có trục truyền 2 được nối trực tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đường kính nhỏ hơn 2 ÷ 3 lần và trọng lượng nhỏ hơn 4 ÷ 6 lần so với trục chuyền quay chậm Tuy nhiên, do quay nhanh mà nó đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác

- Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 2.7, d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt Công suất mỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu Phương án này tuy có

sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray không đều song

do gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt là trong những cầu trục có khẩu độ trên 15m

- Cầu trục dẫn động bằng động cơ, (hình 2.2) đươc dùng chủ trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp lớn và công việc nâng chuyển hàng yêu cầu có tốc

độ và khối lớn Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện Cơ cấu di chuyển palăng điện, xe con và cầu cũng được dẫn động từ động cơ điện Loại cầu trục này được dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu điểm nổi bật là khả năng tự đông hoá, thuận tiện cho người sử dung và có thể sử dung trong việc vận chuyển các loại hàng có khối lương lớn

Hình 2.8: Cầu trục dẫn động bằng tay a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm

f Theo vị trí điều khiển:

Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu (hình 2.5) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm (hình 2.3) Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ

2.3.4 Phân tích chọn phương án:

Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới cầu trục, trước tiên ta phải phân tích chọn sơ đồ kết cấu cầu trục sao cho phù hợp với mục đích và đặc điểm sản xuất của của xưởng sau đó tiến hành chọn phương án thiết kế cho phù hợp, chính xác và đạt hiệu quả cao nhất

a Chọn mô hình thiết kế:

Từ các lọai cầu trục trên, nhu cầu thiết kế và qua tìm hiểu thực tế về đặc điểm kết cấu, tính năng kỹ thuật của cầu trục phục vụ trong các nhà xưởng tôi thấy loại cầu trục lăn hai dầm dạng hộp là phù hợp nhất Loại cầu này có

ưu điểm hơn cả vì có kết cấu đơn giản, chắc chắn và ổn định, thích hợp cho việc di chuyển các cụm máy phát, máy động lực có tải trọng lớn trong nhà xưởng cũng như yêu cầu về độ tin cậy, sử dụng đơn giản, thuận tiện cho việc bảo dưỡng thiết bị nếu xảy ra sự cố và đặt hiệu quả kinh tế cao Chính vì vậy tôi chọn loại cầu này để thiết kế

Kết cấu Cầu trục dạng dầm hộp gồm hai dầm chính, được liên kết với hai dầm đầu bằng liên kết bulông Dầm đầu được bố trí hai bánh xe chủ động (dẫn động bằng động cơ điện) và hai bánh xe bị động, lăn trên dầm – ray dọc nhà xưởng

Palăng điện là loại hai móc (móc chính Q = 20 tấn; móc phụ Q = 5 tấn) được bố trí di chuyển lăn trên hai dầm chính

Phương án dẫn động: Mỗi cơ cấu (nâng chính – phụ; di chuyển ngang; di chuyển dọc) đều được dẫn động bằng động cơ riêng

Điều khiển bằng Remote từ sàn nhà

Hình 2.9: Cầu trục thiết kế

b Chọn phương án thiết kế:

Để thiết kế bất cứ một vấn đề gì việc đầu tiên chúng ta phải xác định ta đi thiết kế cái gì, nó phục vụ mục đích gì và cái ta thiết kế ra có những tính ưu việt hơn so với cái hiện đang có hay không Một vấn đề vô cùng quan trọng

đó là ta thiết kế theo phương pháp nào, vấn đề này cần phải được xác định ngay từ đầu trước khi đi thiết kế bất cứ một vấn đề gì Vì nếu không xác định được thiết kế theo phương pháp nào thì có thể thiết kế đó không có tính khả thi và đôi khi là không thể thực hiện được

Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề nào đó chúng ta có 4 phương pháp cơ bản, đó là:

- Thiết kế theo mẫu

- Thiết kế theo Quy Phạm

- Thiết kế theo số liệu thống kê

- Thiết kế theo tính toán

Đặc điểm của mỗi phương án thiết kế:

Thiết kế theo mẫu: Ưu điểm của phương pháp này đó là cho phép ta đi thiết

kế một cách nhanh chóng, chúng ta chỉ cần dựa vào mẫu cầu trục có sẵn hoặc thiết kế mẫu để đi thiết kế cái gần giống với cái ta cần thiết kế Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm của nó đó là chúng ta khó có thể tìm được mẫu cầu trục thích hợp hay thiết kế mẫu gần nhất với cái ta cần thiết kế Mặt khác khi đi thiết kế một vấn đề hoàn toàn mới thì không thể áp dụng phương pháp này được

Thiết kế theo Quy Phạm: Đây là một trong những phương pháp thiết kế cho

ta đi thiết kế nhanh nhất đảm bảo dư bền vì các Quy Phạm đặt ra được dựa vào các kinh nghiệm và cách tính dư bền Tuy nhiên phương pháp này không thể áp dụng cho các trường hợp đặc biệt được và các chi tiết thiết kế ra cho ta

dư bền

Thiết kế theo số liệu thống kê: Chúng ta thống kê các chi tiết sản phẩm phân

tích lựa chọn xem chi tiết nào hoạt động hiệu quả và gần với thiết kế mình nhất Từ đó cho ta thiết kế chi tiết dựa vào kết quả vừa mới thống kê được

Thiết kế theo tính toán: Đây là một trong bốn phương pháp cho ta kết quả

chính xác nhất và có tính kinh tế cao, tuy nhiên nó có nhược điểm là khó khăn trong các phương pháp tính toán và đi thiết lập các công thức tính toán 2.3.5 Kết luận:

Mỗi phương án thiết kế đều có những ưu nhược điểm khác nhau, do đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn phương án nào cho phù hợp nhất theo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần giải quyết để đạt hiệu quả cao nhất Vậy với yêu cầu và mục đích cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục tôi chọn phương

án thiết kế theo mẫu vì đây là phương án cho ta hiệu quả cao nhất về thời gian thiết kế dựa trên thiết kế tương đương có sẵn tại XNCĐ

2.4 Chọn vật liệu chế tạo:

Kết cấu kim loại của máy trục là phần chiếm nhiều kim lọai nhất trong toàn

bộ máy trục Vì thế để có khối lượng máy trục hợp lý cần phải thiết kế và tính toán đúng phần kết cấu kim lọai của nó

Khối lượng kim lọai dùng cho kết cấu kim lọai chiếm 6080% khối lượng kim loại của toàn bộ máy trục, có khi còn hơn nữa Vì vậy việc chọn kim lọai thích hợp cho kết cấu kim lọai để sử dụng chúng một cách tinh tế nhất là rất quan trọng Ngoài việc phải đảm bảo độ bền khi làm việc, kết cấu kim lọai cần phải dễ gia công,

có giá thành thấp, diện tích chịu gió nhỏ, bề mặt ngòai của kết cấu cần phẳng để dể đánh rỉ và dể sơn

Kết cấu kim lọai cầu trục phần lớn dùng thép tấm, có thể liên kết với nhau bằng hàn hay đinh tán Vì mối ghép hàn gia công nhanh và rẻ được sử dụng rộng rãi nên ta chọn cách gia công này

Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép rất đa dạng như là thép cácbon (gồm: thép cácbon thấp, trung bình và cácbon cao) hay thép hợp kim… Trong chế tạo kết cấu kim loại máy trục người ta sử dụng chủ yếu thép cácbon trung bình (CT3) có cơ tính như sau:

+ Môđun đàn hồi : E = 2,1.106 kg/cm2

+ Môđun đàn hồi trượt : G = 0,81.106

kg/cm2 + Giới hạn chảy : ch = 2800 kg/cm2

+ Độ giãn dài khi đứt :  (%) = 22 min

+ Khối lượng riêng :  = 7,83 T/m3

kT : Hệ số va đập tính theo độ bền và độ ổn định

k'T : Hệ số va đập tính theo độ bền mỏi

I ; II : Hệ số động khi nâng hàng

Chú thích:

- Các trường hợp tải trọng tương ứng sự làm việc của cần trục như sau:

 Ia ,IIa : Cầu trục đứng yên, nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm khi đang hạ hàng với nửa tốc độ (Ia) và cả tốc độ (IIa)

 Ib ,IIb : Cầu trục mang hàng di chuyển tiến hành phanh cầu trục từ từ (Ib) và phanh đột ngột (IIb)

 IIc : Cầu trục đứng yên, khởi động hoặc hãm xe con mang hàng trên cầu Trường hợp này dùng để tính dầm đầu

- Trong trường hợp này ta sẽ tính kết cấu kim loại cầu trục theo độ bền và ổn định

- Với các trường hợp cần phải tính là IIa ,IIb ,IIc

2.6 Lý thuyết tính toán kết cấu:

2.6.1 Công thức kiểm tra bền:

- Thanh chịu uốn thuần túy:

2.6.2 Công thức kiểm tra độ ổn định:

Khi dầm chịu tác động tải trọng (chịu uốn) sẽ phát sinh biến dạng trong mặt phẳng tác dụng của tải trọng Khi tải trọng này đạt đến 1 giá trị nào đó, ngoài biến dạng trong mặt uốn còn phát sinh biến dạng ngoài mặt phẳng uốn, mất khả năng chịu lực Hiện tượng này gọi là dầm mất ổn định, lực gây ra tình trạng mất ổn định

gọi là lực tới hạn, ứng suất gây ra bởi lực này, ứng suất tới hạn

J

Y

Jx,Jy: momen quán tính lớn nhất và nhỏ nhất của tiết diện dầm với trục quán tính chính trung tâm

h: chiều cao dầm

l :khỏang cách giữa các gân tăng cứng

: là hệ số được tra bảng 3.3 [11] phụ thuộc vào 

J

y k

2.6.4 Các giá trị kiểm nghiệm:

- Ứng suất cho phép của cầu trục khi tình toán theo độ bền mỏi (Trường hợp Ia; Ib): [σ]I=σrk

nI =280.0,91,4 = 180 (N/mm2) Với: nI = 1,4 tra bảng 2.2 [8]

- Ứng suất cho phép của cầu trục khi tính toán theo độ ổn định (Trường hợp

IIa; IIb; IIc): [σ]II=σch

nII =2801,4= 200 (N/mm2

) Với: nII = 1,4 tra bảng 2.2 [8]

- Chuyển vị cho phép của dầm chính cầu trục:

[f] = L/500 = 30000/500 = 60 mm, trang 52 [8]

- Chuyển vị cho phép của dầm đầu cầu trục:

[f] = L/500 = 5000/500 = 10 mm, trang 52 [8]

Chương 3:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, KIỂM TRA BỀN KẾT CẤU

CẦU TRỤC 20/5 TẤN (MẪU)

Chương 2 đã tổng hợp về cơ sở lý thuyết, yêu cầu về tiêu chuẩn, quy phạm

và xây dựng được bảng tổ hợp tải trọng tác động cho việc tính toán kết cấu và kiểm nghiệm cầu trục 20/5 tấn

Trên cơ sở cầu trục 20/5 tấn hiện có, đang được sử dụng tại XNCĐ, chúng tôi đã tiến hành mô phỏng, tính toán, kiểm tra lại độ bền và độ ổn định của Cầu trục 20/5 tấn kể trên bằng phần mềm tính toán, để đánh giá lại thiết kế và tìm giải pháp tối ưu hóa, phục vụ cho việc chủ động, thiết kế chế tạo các cầu trục tương tự tiếp theo

Do kết cấu Cầu trục sử dụng thiết kế dầm tổ hợp từ tôn tấm có chiều dày tấm thành, tấm biên rất nhỏ so với khẩu độ dầm Vì vậy, việc tính toán theo các phương pháp truyền thống và phần mềm thông thường sẽ không cho được kết quả tính toán chuẩn xác, để tăng hiệu quả tính toán, chúng tôi đã sử dụng phần mềm mô phỏng, tính toán kết cấu thép trên cơ sở các lý thuyết tính toán đã tổng hợp

3.2 Phần mềm ứng dụng:

Trong lĩnh vực thiết kế kết cấu thép có rất nhiều phần mềm đã được lập trình

và ứng dụng rộng rãi, như: Sap 2000; Stad pro; Solidwork; Ansys; …

Tác giả lựa chọn phần mềm Inventor một sản phẩm thiết kế trên nền 3D của hãng Autodesk, Inc nổi tiếng và được sử dụng rất phổ biến trên thế giới

Chức năng chỉnh của phần mềm Inventor:

- Mô hình và hổ trợ thiết kế chi tiết

- Phân tích các tải trọng động và tĩnh trên kết cấu

- Các phân tích, tính toán dựa trên phương trình phần tử hữu hạn

- Cùng một giao diện có thể thực hiện các công việc như: Mô hình hóa, phân tích phần tử hữu hạn và đánh giá kết quả

- Mô hình được xây dựng dễ dàng, thuận tiện cho việc thay đổi, sửa chữa và

cải tiến thiết kế

3.3 Thiết kế tổng thể và xác định các đặc trưng hình học :

3.3.1 Thiết kế tổng thể :

Hình 3.1 : Thiết kế tổng thể Cầu trục 20/5 tấn – mẫu 3.3.2 Xác định đặc trưng hình học dầm chính :

Hình 3.2 : Thiết kế dầm chính Cầu trục 20/5 tấn – mẫu