Đồ án tốt nghiệp thiết kế của van phẳng, bộ truyền bánh răng côn tại nhà máy phú mỹ- bắc ninh

- tính toán thiết kế cửa van phẳng trượt tại công trình thực tế, và mô phỏng tính toán bộ truyền động vitme đai ốc, bộ giảm tốc bánh răng côn, mô phỏng biên dạng ứng suất bằng phần mềm sap2000. cung cấp bản vẽ 2d của sản phẩm. mail: thuhueck94@gmail.com

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng nền kinh tế quốc dân, nhất là trong lĩnh vực thủy lợi, thủyđiện: Thiết bị thủy công là một trong những thiết bị không thể thiếu Chúng được lắp đặttrên công trình thủy lợi nhằm điều tiết dòng chảy, lưu lượng, dẫn nước, đảm bảo an toàncho các công trình, thiết bị thủy lực chính

Đối với sinh viên khối ngành kỹ thuật nói chung và đối với sinh viên chuyên ngànhThiết Bị Thủy Công nói riêng Cửa van là lĩnh vực chuyên môn của ngành Giúp em làmquen với công việc thiết kế tiếp cận chuyên môn của mình Em được giao nhiệm vụ "Thiết kế cửa van phẳng vận hành bằng mitme đai ốc"

Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, được sự hướng dẫn tận tình củacác thầy cô giáo Em đã tích lũy được những kiến thức cơ bản về các môn học Đồ án tốtnghiệp là mốc quan trọng giúp e kiểm tra lại kiến thức mình đã từng học Giúp em làmquen tiếp cận nhiều vấn đề Em xin cảm ơn thầy Đoàn Yên Thế đã giúp đỡ và chỉ dẫn tậntình cho em trong quá trình thiết kế Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện,nhưng do sự hiểu biết và kiến thức còn hạn chế nên khó tránh khỏi những sai sót trongthiết kế Em mong nhận được những ghi nhận, góp ý của các thầy và các bạn để đồ áncủa em được hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 18 tháng 7 năm 2016 Sinh Viên

Vũ Thị Huế

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỬA VAN VÀ THIẾT BỊ ĐÓNG

MỞ.

1.1 Giới thiệu chung về cửa van.

Nước ta là một nước nông nghiệp, có khí hậu nhiệt đới mưa nhiều, có rất nhiều sôngngòi, kênh mương, hồ chứa , bể chứa, bao gồm tự nhiên và nhân tạo trải dài từ bắc vàonam Các sông ngòi, hồ chứa thường được sử dụng để dự trữ nước vào mùa mưa, điềutiết nước, xả lũ đầu nguồn, sử dụng cho mục đích công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôithủy hải sản, phát triển du lịch… Ngoài ra sông ngòi hồ chứa còn giữ vị trí quan trọngtrong điều hòa sinh thái và bảo vệ môi trường sống của con người

Trong những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu diễn biến thời tiết trở lênphức tạp dự báo thiên tai sảy ra rất nhiều Mùa khô thường có hiện tượng thiếu nước,mùa mưa lượng mưa lớn gây thiệt hại về người và của

Việc đảm bảo nguồn nước cung cấp cho các hoạt động sản suất mùa khô và chốngúng ,sập lở vào mùa mưa là nhiệm vụ cấp bách và cần thiết

Cửa van là một bộ phận rất quan trọng trong công trình thủy lợi Cửa van được lắpđặt vào các khoang của công trình thủy công ở công trình thủy lợi thủy điện Cửa vancũng có thể đặt ở trên mặt, ở dưới sâu Nhiệm vụ của cửa van là đóng để giữ nước và

mở để tháo nước theo yêu cầu đặt ra cho công trình: lấy nước tưới, cấp nước phát điện,thoát lũ, gạn triều, tiêu úng, điều tiết mực nước, lấy nước mặn nuôi trồng thủy sản Hiệu quả của công trình thủy lợi, thủy điện được đảm bảo như thiết kế đặt ra khi cửavan được vận hành đạt độ tin cậy như quy trình vận hành đã đề ra

Nếu việc vận hành cửa van có sự cố thì dẫn đến không những tổn hại lớn cho côngtrình thủy lợi, thủy điện mà còn gây tác hại cho sản xuất đời sống của vùng hạ du

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo chung và chức năng của cửa van.

Cấu tạo chung của cửa van:

- Phần chuyển động gồm bản mặt, các dầm phụ, các dầm chính, các bánh xe lăn, gioăngchống thấm, phần thiết bị nâng gắn với cửa van.

- Phần cố định gồm các kết cấu tựa đặt ở trụ pin, ở đập tràn, kết cấu chống thấm vàphần thiết bị nâng gắn với công trình Việc vận hành cửa van có thể nhờ vào máynâng cơ, điện, xi lanh thủy lực hoặc hoàn toàn lợi dụng sức nước - thường đợc gọi làcửa van tự động thủy lực, hoặc vừa lợi dụng sức nước vừa có hỗ trợ của cơ điện thìđược gọi là cửa van bán tự động thủy lực Ngày nay ở một số công trình việc vận hànhcửa van ở một số nước đã được tự động hóa điện tử, điều khiển từ xa rất hiện đại

Chức năng chính của cửa van:

- Chống lũ lụt

- Bảo vệ các thiết bị cửa lắp đặt phía trước tua bin

- Điều khiển, giữa ổn định mực nước trong hồ chứa

- Làm sạch đáy hồ, xả rác trôi nổi trong hồ

- Điều tiết dòng chảy trong đập

- Bảo dưỡng thiết bị lắp đặt phía sau tua bin phía trước đập tràn

- Cửa van dùng để điều tiết liên tục dòng chảy và mực nước

- Cửa van cấp nước

- Cửa van sự cố

- Cửa van thi công

b Theo nguyên tắc vận hành.

- Cửa tịnh tiến

- Cửa quay

- Cửa vừa quay vừa tịnh tiến

c Theo dòng chảy tương quan với vị trí đặt cửa van

- Cửa chảy tràn qua đỉnh cửa van: cửa viên phân quay, cửa sập kín, cửa van hình quạt

- Nước chảy phía dưới đáy: cửa van phẳng trượt, cửa van xích, cửa van cung, cửa van phẳng bánh xe

- Nước chảy cả trên và dưới: cửa van phẳng hỗn hợp và phẳng kép

d Vị trí đặt cửa

- Cửa van trên mặt

- Cửa van dưới sâu

e theo chiều cao cột nước thượng lưu tính từ ngưỡng cửa van

- Cửa van cột áp thấp

- Cửa van cột áp trung bình

- Cửa van cột áp cao

f Theo kết cấu cửa van

- Cửa van phẳng

- Cửa van cung

- Cửa van trụ đứng

- Cửa van trụ ngang

- Cửa van Clape

- Cửa van giàn quay.

- Cửa van hình quạt

- Cửa van chữ nhân

- Cửa van mái nhà

…

1.1.3 Các loại cửa van phẳng.

Cửa van phẳng bao gồm cửa van đơn, cửa van kép, cửa van nhiều tầng, cửa van cócửa phụ

a Cửa van đơn

Loại cửa van không cho phép có sự cố, van sửa chữa và van dẫn dòng trong cống vàđập tràn Chiều cao cửa có thể 14m, nhịp van có thể lên tới 30-40m

b Cửa van nhiều tầng

Là loại cửa van được phân đoạn theo chiều cao Loại van này có thể đóng mở từngchiếc một hoặc đồng loạt nhiều chiếc Được sử dụng khi chiều cao của cống lớn Nếuđóng từng chiếc một thì thiết bị đóng mở sẽ nhỏ gọn hơn nhiều Nó có ưu điểm đễ chếtạo, chuyên trở và lắp ráp nhưng không thuận tiện trong việc khai thác

c Cửa van kép

Là loại cửa van có 2 cánh Khi hạ cánh trên có thể tháo được một vật trôi nổi màkhông bị mất nhiều nước trong hồ chứa Loại cửa van này thích hợp sử dụng khi cột nướckhông nhỏ hơn 5m

1.1.4 Ưu điểm, nhược điểm của cửa van phẳng.

a Ưu điểm

- Có thể sử dụng trên đập tràn có hình dạng bất kỳ

- Không đòi hỏi kích thước của công trình dọc theo dòng chảy phải lớn như các loạikhác.

- Đóng, mở nhanh

- Đơn giản và an toàn trong vận hành

- Dễ chia nhỏ, tháo dòng xả rác trôi nổi

- Dễ bảo quản kiểm tra và sửa chữa

- Có thể dùng làm cửa van chính

b Nhược điểm

- Chiều cao và chiều dài mố tương đối lớn

- Máy đóng mở phải có công suất lớn

- Đối với cửa van nhiều tầng lực kéo mỗi đoạn van có dòng chảy ở cả trên và dưới cóthể lớn hơn lực tính toán khi không phân đoạn

- Cửa van dưới sâu được đặt trước hoặc sau tường ngực, trong trường hợp thứ nhất áplực nước thẳng đứng có tác dụng hạ cửa van và tăng lực kéo khi nâng van Trong trườnghợp sau thì có tác dụng ngược lại Khi mực nước hạ lưu cao hơn lỗ cống thì trong cả haitrường hợp phải đưa không khí vào sau cửa van

1.2 Giới thiệu chung về thiết bị đóng mở.

Công trình khai thác hoạt động có đạt được mục tiêu thiết kế hay không phụ thuộc vào

sự vận hành cửa van Muốn vận hành cửa van phải dựa vào các thiết bị đóng mở Thiết bịđóng mở phải đảm bảo cho cửa hoàn thành đúng yêu cầu vận hành Các thiết bị này hoạtđộng theo nguyên lý tịnh tiến hoặc quay, phù hợp với loại kết cấu cửa, quỹ đạo chuyểnđộng, tải trọng nâng và các điều kiện cụ thể khác của cửa van trên công trình thủy lợi,thủy điện

1.2.1 Yêu cầu của thiết bị đóng mở cửa van.

- Tùy theo chức năng cửa cửa van, quỹ đạo chuyển động khi đóng mở cửa, mức độ vàquy mô của công trình, điều kiện kinh tế cho phép mà lựa chọn kiểu thiết bị đóng mởthích hợp.

- Khi thiết kế thiết bị đóng mở ngoài tinhd toán tải trọng nâng cố định cần phải tính toánnhiều tải trọng nâng khác tác động lên cửa van có thay đổ trị số

- Đòi hỏi thiết kế thiết bị đóng mở hai chiều

- Môi trường ẩm ướt mưa gió thường xuyên gây khó khăn cho việc bảo quản thiết bị

- Thiết bị đóng mở không hoạt động thường xuyên mà chỉ đóng mở khi cần thiết, do đó

dễ gây han rỉ,hoạt động không trơn tru

- Vị trí đặt thiết bị đóng mở thường không bằng phẳng, gây sai số khi lắp giáp, gây ralặc đóng mở ngoài phạm vi tính toán

Vì vậy cần phải lựa chọn nguyên lý kết cấu thiết bị đóng mở sao cho hợp lý, hoạt động an toàn, nhẹ nhàng, kinh tê cần quá trình ngiên cứu cẩn thận và kỹ lưỡng

1.2.2 Các loại thiết bị đóng mở cửa van phổ biến.

a đóng mở kiểu vit-me đai ốc

Ưu điểm:

- Có kết cấu cứng, có khả năng tăng lực ấn khi đóng cửa van

- Dùng để nâng hạ các cửa van phẳng kéo đứng

- Dễ chế tạo, giá thành rẻ bền dễ thay thế

Nhược điểm:

- Thiết bị có hiệu suất thấp chỉ khoảng 40%

- Đòi hỏi chế tạo chính xác, nếu bước vít không đều, không thẳng góc gây lực ma sát vàlực kẹt lớn

- Cần ngiên cứu ổ đỡ tự lựa

- Vật liệu làm vit-me cần đảm bảo cơ tính để tránh lực xô ngang tác dụng gây cong trục.

- Kết cấu nặng nề, công suất động cơ lớn, quay tay nặng, thời gian đóng mở lâu

Phạm vi ứng dụng:

- Thiết bị đóng mở kiểu vit me đai ốc thường sử dụng cho quá trình nâng hạ cửa vantịnh tiến lên xuống, các loại cửa van nhỏ cửa trung bình Đặc biệt sử dụng nhiều trongnghành nông nghiệp điều tiết nước trên các kênh mương nhỏ

b Máy đóng mở kiểu dây mềm

Ưu điểm:

- Dễ lắp đặt và điều chỉnh

- Có khả năng tăng bội suất palang để giảm lực trong dây cáp

- Không bị hạn chế tốc độ nâng

- Hiệu suất bộ truyền cao

- An toàn khi nâng hạ cửa

c Máy đóng mở kiểu xilanh thủy lực

Ưu điểm:

- Có thể nâng thẳng đứng, nghiên một góc bất kỳ, hoặc đẩy ngang

- Truyền được công suất cao và lặc đẩy lớn, cơ cấu đơn giản

- Độ tin cậy cao, giảm thời gian bảo dưỡng chăm sóc so với những loại hình nâng hạkhác

- Điều chỉnh được vận tốc, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc

- Có khả năng phòng quá tải nhờ đặt van an toàn

- Gọn nhẹ dễ thay thế, vị trí các phần tử độc lập ít phụ thuộc vào nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước khi chọn áp suất thủy lực cao

- Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ quan sát và theo dõi bằng áp kế, kể cả hệ phức tạp nhiều mạch

1.3 Cơ sở lựa chọn cửa van trên công trình điều tiết nước.

1.3.1 Yêu cầu làm việc của cửa van trên công trình cống.

- Hoạt động có độ ti cậy cao trong mọi trường hợp.

- Tối ưu trọng lượng cửa

- Kết cấu cửa đơn giản, rắn chắc, hợp lý

- Dễ bảo dưỡng sửa chữa

- Cường độ áp lực tác dụng nhỏ nhất có thể

- Dễ vận hành và lắp đặt

1.3.2 Lựa chọn cửa van phẳng trượt.

Đất nước ta là một nước công nghiệp, có 3/4 là đồi núi, hệ thống sông suối dày đặc, đểphát triển kinh tế trong những năm gần đây nhà nước ta đang chú trọng việc xây dựng rấtnhiều công trình thủy lợi như hồ chứa, xây đê, đập, cống … nhằm mục đích điều tiếtthoát nước hạnh chế các rủi ro thiên tai đồng thời phát triển sản suất nông nghiệp

Công trình xây đê đập và hệ thống thủy công để điều tiết nước sản suất luôn được chútrọng đầu tư, quản lý và vận hành đáp ứng nhu cầu sản suất cho nhân dân

Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu mưa bão thất thường gây ngập úng Cần

sự can thiệp điều tiết nước của các công trình thủy lợi làm giảm thiệt hại kinh tế và xãhội

Bài toán cấp thiết đặt ra là phải có phương án nhằm đảm bảo an toàn chống ngập lụt,úng cũng như khô hạn trong các mùa Giải pháp hiệu quả đó chính là phải sử dụng vàkhai thác hợp lý nguồn nước nhờ tác động của các loại cửa van trên các công trình

1.3.3 Lựa chọn phù hợp van trên công trình thực tế.

a Giới thiệu công trình

Tiều dự án Trạm bơm Phú Mỹ thuộc địa bàn xã Đình Tổ huyện Thuận Thành Tỉnh Bắc Ninh Khu vực có địa hình sông ngòi, mương máng phức tạp, nơi cung cấp vàđiều tiết nước cho khu vực 2 huyện Gia Bình và Thuận Thành Các công trình mang tínhđịa phương, nhỏ, lẻ, Tổng diện tích đất canh tác khoảng 5,600Ha

Diện tích đất canh tác còn phụ thuộc nhiều vào nguồn nước tự nhiên Cần được cảithiện nguồn nước, đất đai để có thể khia thác đất canh tác hợp lý Phát triển hệ thống thủylợi phục vụ thâm canh tăng vụ, tăng diện tích sản suất, giải qyết nước sinh hoạt sản suấtcho nhân dân.

Tiểu dự án “Đầu tư xây dựng trạm bơm Phú Mỹ” thuộc Hợp phần 2, dự án

"Tăng cường quản lý thủy lợi và cải tạo các hệ thống thủy nông (ADB5)" do ADB tài trợ;được Thứ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hoàng Văn Thắng ký quyếtđịnh phê duyệt số 1400/QĐ-BNN-TCTL ngày 14/06/2012

Cấp công trình: Theo TCXDVN 285 - 2002 Công trình cấp III

b Mục tiêu và nhiệm vụ công trình

Tưới cho 5.600ha diện tích canh tác thuộc tiểu vùng Gia thuận, tỉnh Bắc Ninh kết hợpvới lấy sa góp phần cải tạo đất

Khắc phục sự cố thiên tai, chủ động khi nguồn nước có sự biến đổi do thời tiết

Vì Những lý do đó, em lựa chọn: "Ngiên cứu cửa van phẳng đóng mở bằng vit-mechạy điện" để điều tiết nước trên công trình này.

1.4 Cửa van phẳng trên công trìnhđiều tiết nước tiểu dự án PHÚ MỸ.

1.4.1 Giới thiệu về cửa van phẳng trên công trình.

Cửa van phẳng là hình thức ra đời sớm nhất trong các loại cửa van sử dụng trongcông trình thủy lợi và đến nay còn áp dụng rộng rãi do cửa van phẳng có kết cấu đơngiản, dễ gia công chế tạo, vận hành thuận lợi Cửa có thể là bằng gỗ, vật liệu tổng hợp, bêtông cốt thép và thép Hiện nay phần lớn làm bằng thép

Cửa van phẳng được sử dụng hiện nay có một số trường hợp như : cửa van phẳngtrượt, cửa van phẳng bánh xe, …

Cửa van phẳng trượt là loại cửa van đơn giản nhất Bản mặt gồm có tấm thép bưng đểchắn nước và khung xương bằng thép hình để tăng cứng và ổn định Hai dầm biên đứnggắn gối tựa động trượt, các cạnh đều có gioăng chắn nước Các gối tựa động thường làmbằng kim loại chống ăn mòn liên kết chặt với các bề mặt chịu tải Thường được sử dụngtrên các kênh tưới, công trình sử lý chất thải, cửa xả đáy, cửa tràn hồ chứa loại nhỏ

1.4.2 Nguyên lý hoạt động

Để nâng hạ cửa van ta dùng thiết bị đóng mở:

Khi kéo cửa van lên các gối tựa động trượt dọc theo ray trượt đặt trong khe van liênkết với bê tông Các gối tựa động có thể là kim loại chống mòn (cửa van phẳng trượt).Các gioăng kín nước cũng được tựa trên mặt phẳng gắn trong khe van

Khi cửa van đóng gioăng kín nước không cho nước rò rỉ qua giữa khe cửa và khe van.Khi vận hành các gioăng trượt trên mặt tựa gioăng Khi cửa van chuyển động, bộ phận cữgiúp cho cửa van chuyển động đúng hướng không bị rung động mạnh

1.4.3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng.

a, Ưu điểm

- Có thể làm cửa với kích thước lớn

- Kích thước không gian nó chiếm theo hướng dòng chảy tương đối nhỏ

-Tấm cửa có thể di dời khỏi miệng lỗ, tiện cho việc kiểm tra,

-Dễ sử dụng kiểu đóng mở di động, thiết bị đóng mở đa dạng

b,Nhược điểm

Yêu cầu đặt máy tương đối cao, trụ pin cống tương đối dài và dày

- Rãnh cửa có ảnh hưởng tới dòng chảy, đối với cửa cống có cột nước cao đặc biệt bấtlợi

- Số lượng cấu kiện chôn vào bê tông tương đối nhiều

- Lực đóng mở tương đối lớn, chịu ảnh hưởng nhiều của lực ma sát, do đó cần phải sửdụng thiết bị đóng mở có công suất lớn

c, Phạm vi sử dụng

Hiện nay cửa van phẳng được sử dụng rất rộng rãi trong các công trình lấy nước, tướitiêu, trên đập tràn cần điều tiết lưu lượng, trên các công trình điều tiết kênh Cửa đã ápdụng có chiều rộng từ 0,6m - 80m, thông dụng nhỏ hơn 20m

1.4.4 Thiết bị đóng mở kiểu vít.

a, Nguyên lý cấu tạo thiết bị đóng mở kiểu vít

Máy đóng mở kiểu vít dựa trên nguyên lý làm xoay đai ốc chịu lực xung quanh tâm trụcvít, đai ốc được cố định và truyền lực đến trục vít, làm trục vít tịnh tiến theo hướng tâmtrục kéo theo cửa van lên (mở) hoặc ấn cửa van xuống (đóng) Máy đóng mở kiểu vítthông thường có các bộ phận chủ yếu:

+ Đai ốc chịu lực làm nhiệm vụ truyền lực

+ Trục vít, gắn liền với tai cửa van làm nhiệm vụ nâng hạ cửa

+ Bộ phận truyền động lực (sức người hoặc sức điện) để làm quay đai ốc chịu lực;

I

II

III IV

Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo của vít me vừa quay tay, chạy điệnCấu tạo của thiết bị đóng mở cửa van vừa quay tay vừa chạy điện:

1: Hộp chịu lực; 2: Hộp giảm tốc; 3: Động cơ điện

- Quay tay: Quay tay được gắn vào vị trí trục I Khi quay quay tay chuyển động quay chotrục số II qua khớp nối tác dụng lên cặp bánh răng côn trong hộp chịu lực bánh răng lớntrong hộp chịu lực có trục trùng với trục vít me lắp với đai ốc và đặt trên hai ổ bi đỡ chặn.Khi bánh răng quay làm quay đai ốc, nó ăn khớp với trục vít me Đai ốc quay tạo cho vít

me chuyển động tịnh tiến lên xuống tùy theo chiều quay đai ốc Như vậy cửa van lắp vàotrục vít me cũng được truyền động lên xuống

- Chạy điện: Khi động cơ điện 3 quay nó chuyền chuyển động quay cho trục III, khi trụcIII quay dẫn theo trục II quay nhờ sợ ăn khớp của cặp bánh răng trụ.chuyển động quaytrục II được truyền qua khớp nối tác dụng lên cặp bánh răng côn trong hộp chịu lực bánhrăng lớn trong hộp chịu lực có trục trùng với trục vít me lắp với đai ốc và đặt trên hai ổ bi

đỡ chặn Khi bánh răng quay làm quay đai ốc, nó ăn khớp với trục vít me Đai ốc quaytạo cho vít me chuyển động tịnh tiến lên xuống tùy theo chiều quay đai ốc Như vậy cửavan lắp vào trục vít me cũng được truyền động lên xuống

1.4.5 Ưu nhược điểm của máy đóng mở kiểu vít.

a Ưu điểm

-Giá thành rẻ, chế tạo, bảo dưỡng, quản lý vận hành dễ dàng, thuận lợi

-Có thể áp dụng tốt cả ở những nơi có hoặc không có điện.

- Chịu được rung động cửa van do thủy động của dòng chảy gây nên, mặt bằng bố trí thiết bị hẹp

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

VÀ VẬT LIỆU.

2.1 Mô hình phương pháp tính toán cửa van.

2.1.1 Thông số vận hành ban đầu cửa van.

Cửa van phẳng đóng mở tịnh tiến khi đóng mở kéo theo chiều thẳng đứng, cánhcửa di chuyển dọc theo khe van Khi chuyển động cửa van khắc phục lực ma sátgiữa phần tĩnh và gối tựa của phần động và gioăng kín nước

Khi vận hành dòng chảy tương quan với vị trí đặt cửa là dòng chảy cả phía trên vàphía dưới

Cửa được lắp trên cống lộ thiên, mực nước thượng lưu thấp hơn đỉnh cửa, không

sử sụng gioăng kín nước cạnh trên đỉnh

Là loại cửa van cột áp thấp

Yêu cầu vận hành đảm bảo các thông số

Nhiệm vụ của cửa van trên công trình là phải điều tiết được nước, đảm bảo lưulượng tháo cần thiết.đã tính toán trước Cửa van phải hoạt động ổn định, an toàn đápứng điều kiện thực tế của công trình Trong quá trình làm việc cửa van chịu rất nhiềutải trọng tác dụng lên nó, bao gồm:

2.1.3 Tính toán các lực trong trường hợp bất lợi nhất.

a Áp lực nước tĩnh tác dụng lên cửa van phẳng trên mặt

γ- trọng lượng riêng của nước (kN/m3)

B- khoảng cách hai gioăng chắn nước.(m)

H - chiều cao cột nước lớn nhất bên thượng lưu và hạ lưu (m)

2.2.Tiêu chuẩn thiết kế cửa van.

Quá trình thiết kế dựa theo " TCVN 8299-2009 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế của van khe van bằng thép"

Theo quy định tại khoản 1 điều 69 của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và kiểm tra

Theo khoản 1 điều 7 của Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của chính phủquy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật

Khi tính toán kết cấu cửa van phải căn cứ vào tải trọng bất lợi nhất và điều kiện cụthể công trình có thể phát sinh để tính toán kiểm tra độ bền, độ cứng và tính ổn định củacửa van.

Tính toán thiết kế phải đảm bảo tiết kiệm kim loại, chọn sơ đồ tới ưu cho công trình

và tiết diện của cấu kiện trên cơ sở kinh tế kỹ thuật Có biện pháp chống ăn mòn hợp lý

Sơ đồ tính toán và những giả thiết tính toán cơ bản phải thể hiện được điều kiện làmviệc thực tế của cửa van

Trị số ứng suất lớn nhất của kết cấu khi tính toán không được vượt qua ứng suất chophép của vật liệu

2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo chế tạo các chi tiết trên cửa van.

2.3.1 Vật liệu chế tạo cửa van.

Cửa van làm việc trong môi trường nước, chịu áp lực của nước, chịu va đập, bị oxi hóa Nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ cho toàn bộ các bộ phận của cửa van vì: có

độ bền cơ tính lớn hơn các loại thép các bon kết cấu thông thường, ngoài ra còn có độ daicao hơn

- Chọn vật liệu chế tạo cửa van là thép CT38 có độ bền trung bình và kahr năng hàn tốt,không yêu cầu xử lý có:

R tc- sức kháng tiêu chuẩn của vật liệu R tc = σ ch =2400 (daN /cm2)

C- hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn Với thép không gỉCT38 thì: C = 1, 05 cho trạng thái ứng suất uốn, kéo, nén,

C = 0, 7 cho ứng suất cắt ( tra bảng 6.4- sách TBTC)

k- là hệ số kể đến tính đồng chất của vật liệu: k = 0, 85;

m- là hệ số lấy theo điều kiện làm việc m = 0, 85;

m v- là hệ số tính theo cấp công trình Công trình mà ta đang đi thiết kế cửa van là côngtrình cấp III:m v = 1, 0

→ σ u=R tc ×C × k × m× m v=2400 ×1, 05 ×0, 85 ×0, 85 ×1=1361(daN /cm2)

T

T Trạng thái ứng suất Giá trị ứng suất cho phép Ký hiệu Đơn vị

2.3.2 Vật liệu chế tạo chi tiết cơ khí.

Chọn vật liệu chế tạo là thép các bon thông thường có mác C45tôi cải thiện có giớihạn chảy là σ ch=450 MPa

Ứng suất cho phép của vật liệu

[σ u]= R TC ×C

k1× k2×k3× k4

Trong đó:

RTC = σch - Là ứng suất kháng của vật liệu

C - hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn C= 1,05 cho trạngthái ứng suất uốn kéo nén C= 0,6 cho ứng suất cắt

K1=1 - Hệ số đồng chất của vật liệu

K2=1,3 - Hệ số chức năng chi tiết

K3=1,2 - Hệ số điều kiện làm việc

2.3.3 Vật liệu chế tạo bulong đai ốc.

Chọn mác thép SUS304 theo sách TKCTM tập 2 có σch= 241MPa

Bulong đai ốc làm việc chịu ép mặt và cắt:

[σ ep]=R TC × C × k × m

[τ c]=R TC ×C × k ×m

Trong đó:

RTC = σch - Là ứng suất kháng của vật liệu

C - hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn C= 1,05 cho trạngthái ứng suất uốn kéo nén C= 0,7 cho ứng suất cắt

h g

2.3.5.Gioăng kín nước.

T

T Các chỉ tiêu cơ lý Đơnvị chuẩnTiêu pháp thửPhương

1 Giới hạn bền khi dựt đứt daN/cm2 ≥180 ГOCT 270-OCT 270-75

7 Độ nở khối trong nước 70sau 24h 0C % ≤2 9030-75ГOCT 270-OCT

cm2 ≥ 60 ГOCT 270-OCT

267-751

1

1,3

1,0-ГOCT 270-OCT 75

207-CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN CÔNG

TRÌNH.

3.1 Các thông số tính toán cửa van.

Bảng thông số cửa van phẳng trên mặt

rộng cửavan

cách giữa 2gioăng chắnnước

Thượng

lưu

Hạlưu

Đỉnh

Ngưỡng

30 240

30

275 30

956

50 200 70 200 50 356

Hình ảnh: Sơ đồ lắp đặt cửa van trên công trình thủy lợiCột nước thượng lưu: H t=∇TL−∇ N=6,16−3,0=3,16(m)

Cột nước hạ lưu: H h=∇ HL−∇ N =3,0−3,0=0(m)

3.2 Xác định các thông số tính toán cửa van.

Khi vận hành cửa van phải chịu tác động của nhiều yếu tố như: Áp lực thủy tĩnh, áplực thủy động, áp lực gió, các lực ma sát, lực đẩy acsimet, lực động đất,

3.2.1 Áp lực thủy tĩnh

- Trọng lượng riêng của nước: γ=9,81 kN/m3

- Áp lực nước tác dụng lên cửa van:

- Chiều sâu hk:

3 2]Thay các giá trị vào ta có bảng sau:

+)Chiều dày tấm thép bưng

a(m)

hc là chiều cao cửa van (m)

H là chiều cao cột nước tác dụng vào trọng tâm cửa (m)

Δ là chiều dày tấm thép bưng (mm)

[σu] là ứng suất uốn cho phép (MPa)

Do đóchọn 5 dầm thỏa mãn

3.2.4 Tính toán dầm ngang.

a Biểu đồ nội lực và momen dầm ngang

Vật liệu chế tạo dầm ngang là thép CT38

Dầm ngang được coi như dầm đơn gối lên hai gối tựa chịu tác dụng của áp lực q

Cửa van có kích thước không lớn, nên ta tính toán cho các dầm chịu lực gần bằngnhau:

Giải phương trình ta được: F A=F B=52,41 kN

Dựa vào biểu đồ momen ta có: Q max=52,41 kN

M C=M D=5,24 kNm

M max=117,398 kNm

Momen uốn do tải trọng G gây ra trên dầm ngang:

Để tối giản thời gian tính toán thiết kế thi công và từ những số liệu tính toán sơ bộ ta chọn: thép chữ I16 theo TCVN 1655-75 để làm dầm ngang có thông số như sau:

b

R r

x y

Tiết diện dầm ngang bao gồm:

h - chiều cao r - bán kính lượn chân

b - chiều rộng chân J - momen quán tính

d - chiều dày thân W - Momen cản

t - chiều dày trung bình của chân S - momen tĩnh của nửa mặt cắt

R - bán kính lượn trong i - bán kính quán tính

c Kiểm tra các điều kiện bền

+) Kiểm tra điều kiện bền của dầm

qtc - Tải trọng tiêu chuẩn kN/m

Như vậy dầm có độ cứng phù hợp với bài ra

+) Bản mặt hàn cứng với dầm ngang lên một phần của bản mặt cũng tham gia chịu uốn

Do đó trên thực tế ứng suất của dầm nhỏ hơn

3.2.5 Tính chọn dầm đỉnh và đáy.

a Thông số dầm đỉnh và đáy

+ Chọn dầm làm bằng thép chữ U160 có thông số như sau:

x

y y

Tiết diện dầm bao gồm:

h - chiều cao r - bán kính lượn chân

b - chiều rộng chân J - momen quán tính

d - chiều dày thân W - Momen cản

t - chiều dày trung bình của chân S - momen tĩnh của nửa mặt cắt

R - bán kính lượn trong i - bán kính quán tính

Z0 - tọa độ trọng tâm

b Kiểm tra điều kiện bền.

qtc - Tải trọng tiêu chuẩn kN/m

+) Dầm hàn với bản mặt một phần bản mặt cũng tham gia chịu uốn cùng dầm do đó ứngsuất thực tế của dầm giá trị nhỏ hơn.

34,895

52,891 Z

Dựa vào biểu đồ moment ta có: Q max=57,78 kN

W x= J x

Y xn=

341,338,0 =42,667 c m

3

W y=J y

x xn=

1,330,5 =2,66 c m

3.2.7 Tính chọn dầm biên.

Dầm được chế tạo từ thép CT38 Chịu tải trọng uốn

Dầm biên được coi như một dầm đơn gối lên hai gối tựa thanh trượt chịu tác dụng lựctập trung P=104,82 kN đặt tại Z=1,0533m, là lực thay thế cho lực phân bố q tấm thépbưng bản mặt truyền xuống

Thay số vào phương trình ta có:

F A=68,57 kN ;FB=36,25 kN

P

M Q

L 68,57

+ Lựa chọn dầm biên làm bảng thép chữ U160

+ Dầm biên đứng hàn với bản mặt một phần bản mặt có tham gia chịu uốn cùng dầm

- Đặc trưng hình học

+ Tiết diện mặt cắt ngang của dầm: F=20,1 cm2

+ Tọa độ trọng tâm: Z0=1,8 cm

+ Momen quán tính theo tiết diện mặt cắt ngang: Jx=747 cm4; Jy=68,3 cm4

+ Tọa độ trục trung hòa xa nhất: Yxn= 8cm;Xxn=1,8 cm

- Kiểm tra điều kiện bền