Tổng quan về cầu trục
Máy nâng chuyển là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, giúp thay đổi vị trí của vật liệu một cách hiệu quả, giảm thiểu sức lao động Đặc điểm của máy nâng là hoạt động ngắn hạn, lặp đi lặp lại với thời gian dừng, chủ yếu thực hiện chuyển động nâng hạ theo phương thẳng đứng và một số chuyển động khác như quay quanh trục và di chuyển ngang Sự kết hợp linh hoạt giữa các chuyển động này cho phép máy dịch chuyển vật đến bất kỳ vị trí nào trong không gian làm việc, đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ngành công nghiệp Để cải thiện độ tin cậy và tiện nghi, kỹ thuật nâng vận chuyển liên tục phát triển với nhiều loại máy mới, tự động hóa các quy trình điều khiển nhằm phục vụ tốt hơn cho người sử dụng.
Máy nâng chuyển được phân loại thành nhiều loại như kích, bàn tời, palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục và thang nâng Trong số đó, cầu trục là thiết bị di chuyển trên đường ray cao, cho phép nâng hạ và vận chuyển hàng hóa tại bất kỳ vị trí nào trong nhà xưởng Cầu trục được ứng dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, sử dụng nhiều thiết bị mang vật như móc treo, thiết bị cặp và nam châm điện Đặc biệt, cầu trục rất phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị chuyên dụng.
Hình 1.1: Một số thiết bị nâng điển hình
Tình hình ứng dụng và nghiên cứu lĩnh vực liên quan trong và ngoài nước: 13
Các công ty sản xuất cầu trục trên toàn cầu có khả năng thiết kế và chế tạo cầu trục với sức nâng lên đến 550 tấn và khẩu độ tối đa 32 mét, phục vụ chủ yếu cho các ngành công nghiệp như luyện kim và đóng tàu.
Hình 1.4: Cầu trục luyện kim Q = 120/30/70/10 tấn
Trong lĩnh vực xây dựng, sức nâng của cầu trục có thể được thiết kế lên đến hơn 1200 tấn, như trong dự án cầu trục lớn nhất thế giới của Công ty Enerpac, phục vụ nối nhịp cho đường cao tốc ngoài khơi phía đông Madagascar trên đảo Reunion.
Hình 1.5: Cầu trục Enerpac Q = 2400 tấn/ 2 móc (Tải trọng cần xếp dỡ đến 4800 tấn)
Nghiên cứu cho thấy, để phát triển các cầu trục có sức nâng lớn và đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất, các chuyên gia đã thực hiện nhiều công trình nhằm tối ưu hóa kết cấu thép Điều này vì khối lượng kết cấu thép cầu trục tỉ lệ thuận với tải trọng nâng thiết kế Nhiều đề tài nghiên cứu và bài báo đã được công bố về việc tính toán và cải tiến kết cấu thép cho cầu trục, nhằm giảm giá thành và nâng cao hiệu quả sử dụng.
+ 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,
- Nhận xét, liên hệ đề tài:
Công nghiệp chế tạo cầu trục đã phát triển mạnh mẽ, sản xuất các cầu trục với tải trọng và khẩu độ lớn Phần mềm hỗ trợ thiết kế đã được cải tiến đáng kể, mang lại hiệu quả và độ chính xác cao, tạo nền tảng vững chắc cho việc áp dụng tại XNCĐ.
Nghiên cứu 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, đồng thời đánh giá ứng suất trên từng bộ phận kết cấu như vách ngăn trong dầm chính và dầm biên Phần mềm cũng được sử dụng để kiểm tra tần số dao động phát sinh trên kết cấu trong các trường hợp tải trọng khác nhau Việc ứng dụng này có thể cải tiến thiết kế cầu trục sắp triển khai, thay thế các phần mềm hỗ trợ tính toán kết cấu lạc hậu hiện đang sử dụng.
Nghiên cứu này tập trung vào việc so sánh các ưu nhược điểm của phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp giải tích (FEA) trong tính toán kết cấu cầu trục Việc phân tích này là cơ sở quan trọng để lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp cho đề tài nghiên cứu.
Với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp trong nước, thiết bị nâng đã được nghiên cứu và chế tạo để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu Trong vòng 10 năm qua, nhiều nhà sản xuất cầu trục trong nước đã được thành lập, chủ động thiết kế, chế tạo và lắp đặt cầu trục, giảm thiểu việc nhập khẩu thiết bị như trước đây Một số công ty chế tạo cầu trục nổi bật trong nước bao gồm
Công ty cổ phần thiết bị Thành Thái (TEC cranes), được thành lập vào tháng 8 năm 2006, là đại lý độc quyền của hãng Kamuichi (Nhật Bản) và hãng Stalh (CHLB Đức) TEC cranes chuyên chế tạo và lắp đặt các loại cầu trục và cổng trục, với tải trọng lên đến 500 tấn và khẩu độ tối đa 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
Kể từ năm 2009, công ty chúng tôi chuyên chế tạo cầu trục và cổng trục đã thực hiện nhiều dự án chất lượng cao Nổi bật trong số đó là việc chế tạo và lắp đặt cầu trục 20 tấn với khẩu độ 24 mét cho Công ty TNHH Công nghệ cao SINO Việt Nam, cùng với cầu trục 25 tấn cho Công ty Yaban Chain Industrial VN.
Hình 1.7: Một số sản phẩm Cty Hoàng Trung Quân
Konecranes Việt Nam, chi nhánh của tập đoàn hàng đầu thế giới trong lĩnh vực chế tạo cầu trục và thiết bị liên quan, đã có hơn 80 năm kinh nghiệm phát triển Công ty cung cấp đa dạng các loại cầu trục phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cầu trục chuyên dụng, trong môi trường độc hại, đóng tàu và luyện kim, với khả năng nâng lên đến 1000 tấn.
Hình 1.8: Một số sản phẩm Cty Konecranes Việt Nam
Nghiên cứu về tối ưu hóa thiết kế kết cấu thép cầu trục đã được thực hiện bởi các nhà khoa học và chuyên gia trong nước, mang lại ứng dụng cao và hiệu quả cho lĩnh vực này Một số công trình nghiên cứu và tài liệu liên quan trong nước đã được phát triển để hỗ trợ cho việc cải tiến thiết kế và nâng cao hiệu suất của cầu trục.
Tự động hóa thiết kế và tối ưu hóa kết cấu thép cho cầu trục dạng hộp đang trở thành xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp Việc ứng dụng công nghệ hiện đại giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình thiết kế Để tìm hiểu thêm về chủ đề này, bạn có thể truy cập vào bài viết tại http://stieme.com/chi-tiet-tin/tu-dong-hoa-thiet-ke-va-thiet-ke-toi-uu-ket-cau-thep-cau-truc-dang-hop.html, được đăng vào ngày 07/06/2015.
Nguyễn Việt Hùng và Thái Thế Hùng cùng các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu về ứng suất cơ học của kết cấu thép trong cầu trục dầm hộp Nghiên cứu này được trình bày tại Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ X vào năm 2010.
Đề tài nghiên cứu giới thiệu phần mềm chuyên dụng phục vụ tính toán và thiết kế cầu trục, được phát triển bởi Viện Khoa học và Công nghệ Cơ điện Xây dựng thuộc Đại học Xây dựng Phần mềm này hỗ trợ thẩm tra thiết kế, lập thuyết minh kỹ thuật, thiết kế tối ưu và tạo bản vẽ thiết kế chi tiết cho cầu trục Các chương trình như DOC – NUCE (cầu trục 2 dầm dạng hộp) và SOC – NUCE (cầu trục 1 dầm dạng hộp) có thể được nghiên cứu để mua bản quyền và ứng dụng trong thiết kế và sản xuất cầu trục.
Đề tài nghiên cứu [4] đã phát triển các công cụ hỗ trợ cho việc tính toán thiết kế kết cấu cầu trục, nhưng vẫn còn hạn chế trong việc xác định ứng suất trên các phần tử kết cấu Điều này ảnh hưởng đến việc hợp lý hóa thiết kế Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc khắc phục những thiếu sót này.
Tính cấp thiết và nhu cầu thực tiển của đề tài
Cầu trục tại các nhà xưởng của VSP hiện nay chủ yếu được nhập khẩu hoặc do các nhà máy trong nước chế tạo và lắp đặt Trong số đó, cầu trục 20/5 tấn với khẩu độ 30 mét là thiết bị có tải trọng và khẩu độ lớn nhất được lắp đặt tại VIETSOVPETRO Thiết bị này nằm trong “Danh mục đề xuất các sản phẩm cơ khí trọng điểm” giai đoạn 2011-2015 và những năm tiếp theo, theo báo cáo số 3342 của Liên doanh Việt – Nga VIETSOVPETRO gửi Tập đoàn Dầu khí Việt Nam Để thực hiện chủ trương phát huy nội lực và chủ động chế tạo thiết bị thay thế hàng nhập khẩu, XNCĐ đã mạnh dạn thực hiện đề tài thiết kế và chế tạo cầu trục dầm đôi 20/5 tấn với khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ Điện, LD Việt – Nga Vietsovpetro.
XNCĐ đã chủ động thiết kế và chế tạo thành công cầu trục 20/5 tấn với khẩu độ 30 mét, phục vụ cho các xưởng sản xuất và nhà kho trong LD Việt – Nga Vietsovpetro Thành công này sẽ là nền tảng để XNCĐ sản xuất hàng loạt thiết bị nâng khác, đáp ứng nhu cầu nội bộ của VSP và định hướng phát triển sản phẩm chủ lực cho XNCĐ.
Chúng tôi tiến hành thiết kế và chế tạo cầu trục 20/5 tấn với khẩu độ 30 mét, bắt đầu từ khảo sát, thiết kế, lập quy trình chế tạo và lắp đặt Việc chuẩn bị mặt bằng lắp ráp đồng bộ là một nhiệm vụ hoàn toàn mới đối với cán bộ kỹ thuật và công nhân của XNCĐ.
Do thiếu kinh nghiệm, XNCĐ đã tham khảo thiết kế cầu trục 20/5 tấn đã được chế tạo và lắp đặt trước đó để hạn chế sai sót trong quá trình thiết kế và chế tạo Tuy nhiên, cần tiến hành 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, nhằm đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn quy định tại TCVN 4244:2005.
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
Quy trình tính toán, thiết kế cầu trục
Dựa trên yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn áp dụng và khả năng công nghệ, quy trình tính toán và thiết kế cầu trục 20/5 tấn được thực hiện một cách chi tiết và khoa học.
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
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thiết kế cầu trục
Quy phạm, tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế
Hiện nay, trên thế giới tồn tại nhiều hệ thống tiêu chuẩn và quy phạm áp dụng cho thiết kế và chế tạo thiết bị nâng, đặc biệt là cầu trục Những bộ tiêu chuẩn này có thể được xây dựng bởi các quốc gia, hiệp hội hoặc tổ chức chuyên môn.
Khảo sát Đối chiếu tài liệu, tiêu chuẩn
Xây dựng sơ bộ kích thước
Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng
Mô hình hóa kết cấu
Gán tải trọng, điều kiện biên
Việc áp dụng và tuân thủ các tiêu chuẩn trong thiết kế và chế tạo thiết bị thường phụ thuộc vào sự lựa chọn của người sử dụng, dựa trên khu vực hoạt động và đối tượng khách hàng Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ áp dụng các tiêu chuẩn, quy phạm và hướng dẫn kỹ thuật cụ thể cho quá trình thiết kế.
TCVN 4244:2005 quy định tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật cho thiết bị nâng hoạt động trên công trình bờ Tiêu chuẩn này đóng vai trò chính trong việc điều chỉnh các tiêu chuẩn khác và là điều kiện tiên quyết để cấp phép cũng như 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 việc tuân thủ các tiêu chuẩn liên quan đến liên kết bulông và liên kết hàn, cần thực hiện kiểm tra chất lượng mối hàn (NDT) và đảm bảo các yêu cầu về hệ thống điện động lực, điều khiển, chiếu sáng cũng như cấp bảo vệ động cơ (IP).
Xây dựng phương án thiết kế
- 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
Cầu trục là một loại máy trục có cấu trúc thép với dầm chính kết nối hai dầm ngang, trên đó có bánh xe di chuyển trên đường ray Thiết bị này rất phổ biến trong việc nâng hạ vật liệu và hàng hóa tại các nhà xưởng, kho bãi và phân xưởng cơ khí Dầm cầu, thường có dạng hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, với xe con và cơ cấu nâng di chuyển dọc theo dầm chính Hai đầu dầm chính được liên kết với dầm đầu thông qua hàn hoặc bulông, mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe, bao gồm cả bánh xe chủ động và bị động Nhờ vào cơ cấu di chuyển của cầu và xe con (hoặc palăng điện), cầu trục có khả năng nâng hạ vật ở bất kỳ vị trí nào trong không gian mà nó 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 hai hình thức: bằng tay và bằng điện Dẫn động bằng tay thường được áp dụng trong các xưởng sửa chữa và lắp ráp nhỏ, nơi yêu cầu nâng hạ không thường xuyên và không cần năng suất cao Trong khi đó, dẫn động bằng điện thích hợp cho các cầu trục có tải trọng và tốc độ nâng lớn, thường sử dụng trong các phân xưởng lắp ráp và sửa chữa quy mô 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
Cầu trục có khả năng di chuyển xe con với tốc độ lên đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển của cầu trục đạt 125 m/ph Thông thường, cầu trục được trang bị từ hai đến ba cơ cấu nâng, bao gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ Tải trọng nâng của cầu trục thường được biểu thị bằng phân số, trong đó thể hiện tải trọng nâng chính và phụ, ví dụ như 15/3 t, 20/5 t, hoặc 150/20/5 t.
Hình 2.2: Cầu trục dẫn động điện
Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau: a Theo công dụng:
Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên dùng
Cầu trục có công dụng chung có cấu trúc tương tự như các loại cầu trục khác, nhưng nổi bật ở khả năng nâng và vận chuyển nhiều loại hàng hóa đa dạng Thiết bị chính của cầu trục này là móc treo, được sử dụng để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc Mặc dù có tải trọng nâng không lớn, cầu trục có thể kết hợp với gầu ngoạm, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xử lý các loại hàng hóa cụ thể khi cần thiết.
Cầu trục chuyên dùng là thiết bị nâng hạ được thiết kế đặc biệt để vận chuyển một loại hàng hóa nhất định, chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp luyện kim Với các thiết bị mang vật chuyên dụng, cầu trục này có khả năng làm việc trong điều kiện tải trọng nặng và yêu cầu chế độ hoạt động cao.
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 với một dầm chữ I hoặc tổ hợp dàn thép tăng cứng, cho phép xe con và palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm Cầu trục này có khả năng di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dụng ở trên cao Tất cả các cầu trục một dầm đều sử dụng palăng chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để nâng hạ hàng hóa Nếu được trang bị palăng kéo tay, nó được gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng tay; ngược lại, nếu sử dụng palăng điện, nó được gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện.
Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay là loại thiết bị có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, thường được sử dụng cho các công việc sửa chữa và lắp đặt thiết bị với khối lượng công việc ít Loại cầu trục này có sức nâng từ 0,5 đến 5 tấn và tốc độ làm việc chậm Ngược lại, cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palăng điện, có sức nâng tối đa lên tới 10 tấn và khẩu độ lên đến 30 m, đi kèm với 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 có cấu trúc tổng thể bao gồm dầm hoặc giàn chữ L, hai dầm chính kết nối với hai dầm đầu Trên dầm đầu, các cụm bánh xe di chuyển cầu trục được lắp đặt, cùng với bộ máy dẫn động và bộ máy di chuyển, giúp các bánh xe quay và cầu trục di chuyển theo đường ray chuyên dụng đặt trên cao trong nhà xưởng Hướng di chuyển của cầu trục được điều khiển bởi động cơ điện Xe con mang hàng di chuyển dọc theo đường ray gắn trên hai dầm chính, với các bộ máy tời chính, tời phụ và bộ máy di chuyển xe con được lắp đặt trên xe Hệ thống dây cáp điện có thể co dãn, cung cấp điện cho cầu trục thông qua hệ thanh dẫn điện đặt dọc theo tường nhà xưởng, với các quẹt điện pha tiếp xúc sát trên các thanh này, cùng với lồng thép để kiểm tra và 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
Cầu trục 2 dầm có sức nâng phổ biến từ 5 đến 30 tấn, nhưng có thể đạt đến 500 tấn theo yêu cầu đặc biệt Đối với các cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng, bao gồm một tời chính và một tời phụ Tời phụ có sức nâng khoảng 0,25 lần sức nâng của tời chính, nhưng lại có tốc độ nâng cao hơn.
Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dưới dạng hộp hoặc giàn không gian Mặc dù dầm giàn không gian nhẹ hơn, nhưng việc chế tạo khó khăn và thường chỉ áp dụng cho cầu trục có tải trọng nâng lớn và khẩu độ rộng Dầm đầu của cầu trục hai dầm thường được thiết kế dưới dạng hộp và được liên kết với các dầm chính thông qua bulông hoặc hàn.
Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo
Cầu trục tựa là loại cầu trục với hai đầu dầm chính tựa lên các dầm đầu, được liên kết bằng bu lông hoặc hàn, mang lại kết cấu đơn giản nhưng độ tin cậy cao, vì vậy rất phổ biến trong sử dụng Hình 2.5 minh họa cầu trục tựa loại một dầm, trong đó dầm chính có hai đầu tựa lên dầm đầu và bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng Loại cầu trục này thường sử dụng phương án dẫn động riêng, cho phép palăng điện di chuyển dọc theo cánh thép phía dưới dầm I nhờ vào cơ cấu di chuyển palăng.
Cầu trục treo là loại cầu trục có khả năng di chuyển dọc theo nhà xưởng nhờ vào hai hoặc nhiều ray treo, thường được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, phục vụ hiệu quả cho cả phần rìa mép của nhà xưởng và có thể chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song Ngoài ra, kết cấu thép của cầu trục treo nhẹ hơn, mặc dù chiều cao nâng của nó thấp hơn so với 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 hai phương án dẫn động: dẫn động chung và dẫn động riêng Trong phương án dẫn động chung, động cơ được đặt ở giữa dầm cầu, truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ở hai bên ray qua các trục truyền, có thể là trục quay chậm, quay nhanh hoặc quay trung bình Ngược lại, phương án dẫn động riêng trang bị mỗi bánh xe hoặc cụm bánh xe chủ động một cơ cấu dẫn động riêng biệt.
Hình 2.7: Các phương án dẫn động
Cơ cấu dẫn động với trục truyền quay chậm bao gồm động cơ điện, hộp giảm tốc và các đoạn trục truyền được kết nối với nhau, cùng với trục ra của hộp giảm tốc thông qua các khớp nối Trục truyền được hỗ trợ bởi các gối đỡ để đảm bảo hoạt động ổn định.
Trong thiết kế cầu trục, việc sử dụng ổ bi là cần thiết do yêu cầu truyền momen xoắn lớn, dẫn đến việc trục truyền, khớp nối và ổ bi phải có kích thước lớn, đặc biệt với cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn Các trục truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng, trong đó trục rỗng nhẹ hơn 15 – 20% so với trục đặc tương đương Giải pháp này thường được áp dụng cho các cầu trục có công dụng chung với khẩu độ không lớn, đặc biệt là trong các cầu trục có kết cấu dầm không gian, giúp dễ dàng bố trí các bộ phận của cơ cấu.
Chọn vật liệu chế tạo
Kết cấu kim loại là thành phần chiếm tỷ lệ lớn nhất trong máy trục, vì vậy việc thiết kế và tính toán chính xác phần này là rất quan trọng để đảm bảo khối lượng máy trục hợp lý.
Khối lượng kim loại trong kết cấu kim loại chiếm từ 60% đến 80% tổng khối lượng của máy trục, thậm chí có thể hơn Do đó, việc lựa chọn kim loại phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất sử dụng Kết cấu kim loại không chỉ cần đảm bảo độ bền mà còn phải dễ gia công, có chi phí thấp, diện tích chịu gió nhỏ và bề mặt phẳng để thuận tiện cho việc đánh rỉ và sơn.
Kết cấu kim loại cầu trục chủ yếu được làm từ thép tấm, với các phần có thể được liên kết bằng hàn hoặc đinh tán Do phương pháp hàn cho phép gia công nhanh chóng và tiết kiệm chi phí, nên nó được ưa chuộng và sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp.
Kết cấu thép được chế tạo từ nhiều loại vật liệu, bao gồm thép cácbon (thấp, trung bình và cao) và thép hợp kim Đặc biệt, trong sản xuất kết cấu kim loại cho máy trục, thép cácbon trung bình (CT3) thường được sử dụng nhờ vào các đặc tính cơ học ưu việt của nó.
+ Môđun đàn hồi : E = 2,1.10 6 kg/cm 2
+ Môđun đàn hồi trượt : G = 0,81.10 6 kg/cm 2
+ Giới hạn chảy : ch = 2800 kg/cm 2
+ Độ giãn dài khi đứt : (%) = 22 min
+ Giới hạn bền : b = 4200 kg/cm 2
+ Độ dai va đập : ak = 100 J/cm 2
+ Độ bền cơ học đảm bảo
+ Tính hàn tốt (dễ hàn) Đối với các thanh phụ không chịu tải, dàn bảo vệ, tay vịn, sàn lát… có thể dùng thép CT2
Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng
Cầu trục có kết cấu kim loại được thiết kế để chịu đựng nhiều loại tải trọng khác nhau, bao gồm tải trọng không di động, tải trọng di động, lực quán tính và tải trọng lệch do phân bố tải không đều.
Tính theo độ bền mỏi Tính theo bền và ổn định
Tải trọng bản thân cấu kiện G G k ' T G G k T G G
Trọng lượng xe con: Gx G x k ' T G x G x k T G x G x
Trọng lượng hàng kể cả thiết bị mang hàng I Q tđ k ' T Q tđ II Q k T Q Q
Lực quán tính khi hãm cầu trục và xe con P qt P qt max P x qt
Bảng 2.1: Bảng tổ hợp tải trọng Với: 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.
- Các trường hợp tải trọng tương ứng sự làm việc của cần trục như sau:
I a ,II a : Cầu trục đứng yên, nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm khi đang hạ hàng với nửa tốc độ (I a ) và cả tốc độ (II a )
I b ,II b : Cầu trục mang hàng di chuyển tiến hành phanh cầu trục từ từ (I b ) và phanh đột ngột (IIb)
II c : 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 II a ,II b ,II c
Lý thuyết tính toán kết cấu
2.6.1 Công thức kiểm tra bền:
- Thanh chịu uốn thuần túy: Ứng suất:
Với: Mx: Mômen uốn – Đơn vị: N.m
Wx: Môđun chống uốn – Đơn vị: mm 3 n: Hệ số an toàn
- Thanh chịu lực hổn hợp: σ tđ =± N F ± M W x x ± M W y y ≤[σ] (2.4)
Với: σ tđ Ứng suất tương đương (N/mm 2 )
2.6.2 Công thức kiểm tra độ ổn định:
Khi dầm chịu tải trọng, biến dạng xảy ra trong mặt phẳng tác dụng của tải trọng Khi tải trọng đạt đến một giá trị nhất định, ngoài biến dạng trong mặt uốn, còn xuất hiện biến dạng ngoài mặt phẳng uốn, dẫn đến mất khả năng chịu lực Hiện tượng này được gọi là dầm mất ổn định, và lực gây ra tình trạng này được gọi là lực tới hạn, trong khi ứng suất tương ứng là ứng suất tới hạn.
Với: d :hệ số giảm ứng suất cho phép khi kiểm tra ổn định Đối với dầm tổ hợp ta có công thức tính như sau:
J x ,J y : 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 k :momen chống xoắn tự do của tiết diện dầm:
2.6.3 Công thức kiểm tra độ võng dầm: f= P.l 3
Với: l: chiều dài tính toán dầm (mm)
2.6.4 Các giá trị kiểm nghiệm:
- Ứng suất cho phép của cầu trục khi tình toán theo độ bền mỏi (Trường hợp
- Ứng suất cho phép của cầu trục khi tính toán theo độ ổn định (Trường hợp
II a ; II b ; II c ): [σ] II = σ n ch
II = 280 1,4 = 200 (N/mm 2 ) Với: nII = 1,4 tra bảng 2.2 [8]
- Chuyển vị cho phép của dầm chính cầu trục:
- Chuyển vị cho phép của dầm đầu cầu trục:
Mở đầu
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
Chúng tôi đã tiến hành mô phỏng và tính toán độ bền, độ ổn định của cầu trục 20/5 tấn hiện có tại XNCĐ bằng phần mềm tính toán Mục tiêu là đánh giá lại thiết kế và tìm giải pháp tối ưu hóa, phục vụ cho việc chủ động trong thiết kế và chế tạo các cầu trục tương tự trong tương lai.
Kết cấu Cầu trục sử dụng dầm tổ hợp từ tôn tấm có chiều dày tấm thành và tấm biên nhỏ, dẫn đến việc tính toán bằng phương pháp truyền thống và phần mềm thông thường không đảm bảo độ chính xác Để nâng cao hiệu quả tính toán, chúng tôi áp dụng phần mềm mô phỏng và tính toán kết cấu thép dựa trên các lý thuyết tính toán đã được tổng hợp.
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 đã chọn phần mềm Inventor, một sản phẩm thiết kế 3D nổi tiếng của hãng Autodesk, Inc, được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu.
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
Thiết kế tổng thể và xác định các đặc trưng hình học
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
- Môđun chống uốn của tiết diện : Bảng 1.12 [10]
3.3.3 Xác định đặc trưng hình học dầm đầu :
Hình 3.3 : Thiết kế dầm đầu Cầu trục 20/5 tấn – mẫu
- Môđun chống uốn của tiết diện : Bảng 1.2 [10]
Các thông số kỹ thuật cơ bản
- Vận tốc nâng : Vn m/ph
- Tốc độ di chuyển cầu : v dc = 60 m/ph
- Tốc độ di chuyển xe con : vxc = 30m/ph
- Chế độ làm việc : Trung bình
Xác định giá trị tải trọng
3.5.1 Xác định các loại tải trọng không di động:
Tải trọng của kết cấu kim loại, bao gồm sàn lát, hàng rào kiểm tra, ray và trục truyền của cơ cấu di chuyển, được phân bố đều dọc theo chiều dài kết cấu Ngược lại, tải trọng của cơ cấu di chuyển cầu, buồng lái và các thiết bị điện được coi là tập trung tại vị trí lắp đặt của chúng.
Trong quá trình di chuyển trên đường ray có mối nối, hiện tượng va đập xảy ra, do đó, tải trọng từ trọng lượng của kết cấu kim loại, sàn lát và ray cần được tính toán để xem xét ảnh hưởng của hiện tượng này.
- Tải trọng không di động xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của dầm và được xác định như sau:
+ Khối lượng kết cấu thép dầm chính:
M c = 2.0,75.30.12.7,85 + 2.1,5.30.8.7,85 = 10191 kg + Khối lượng ray: M r = 14,9.30 = 447 kg.
+ Trọng lượng của dầm chính:
G=k 1 (1,2.M c +M r )=1,1.(1,2.10191 +447)943 kg Với: K1=1,1: hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập khi di chuyển theo
+ Trọng lượng bản thân dầm đầu cầu trục:
G DĐ = 1,1.1,2.2.5.7,85.(10.0,26+10.0,38) = 660 kg + Trọng lượng cầu trục:
3.5.2 Xác định các loại tải trọng di động:
- Các hệ số tải trọng:
+ Hệ số va đập k T , theo [8]:
Bảng 3.1: Hệ số động khi Cầu trục di chuyển trên ray
+ Hệ số va đập k’ T tính theo độ bền mỏi: k' T =1+0,5.(k T -1)=1+0,5.0,1=1,05 + Hệ số động khi nâng hàng: theo [8]
+ Trọng lượng bản thân cầu trục có kể đến hệ số va đập k t :
+ Trọng lượng xe con chọn gần đúng theo [8]:
+ Trọng lượng xe con kể đến hệ số va đập k t :
- Trọng lượng hàng khi tính toán theo độ bền mỏi:
Q tđ = φ.Q = 0,8.20000 = 16000 kg Với: φ = 0,75÷0,8 khi cầu trục làm việc với chế độ trung bình [9]
- Lực quán tính khi di chuyển cầu trục có gia tốc:
Khi cần trục di chuyển với gia tốc, như trong quá trình khởi động, hãm hoặc thay đổi vận tốc, sẽ phát sinh lực quán tính Tải trọng quán tính lớn nhất thường xảy ra trong những tình huống này.
44 | P a g e này có phương trùng với phương chuyển động của cổng trục, có giá trị được xác định bằng Pqt
P qt =(Q+G c ) v t (1) Trong đó : v: vận tốc di chuyển cầu trục : v = 60 m/ph = 1 m/s t: thời gian phanh cầu trục t = (38)s, ta chọn t = 4 s
G C : trọng lượng cầu trục : 24684 kg Q: trọng lượng hàng: 20000 kg
4171 N Khi gia tốc đột ngột: P max qt = 2.P pt = 2.11171 = 22342 N
- Lực quán tính của xe con mang hàng di chuyển trên dầm chính (tính tương tự):
P qt x =(Q+G x ) v t (2) Trong đó : v : vận tốc di chuyển xe con: v = 20 m/ph t: thời gian phanh xe con t = (38 )s , ta chọn t = 4 s
G : trọng lượng xe con : 9600 kg
P xe qt : có phương dọc theo dầm chính
Lực sườn R xuất hiện khi cầu trục di chuyển lệch trên đường ray, tác động vào gờ bánh xe theo phương vuông góc với hướng di chuyển của cổng trục Giá trị của lực R được xác định theo tiêu chuẩn [9].
N Max : áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục khi mamng tải tại vị trí gần dầm đầu: 19600 kg
Tính toán, kiểm tra bền kết cấu dầm đầu trên phần mềm
3.6.1 Lưu đồ tính, thuật toán:
[σ]=σ ch n Với: Mx: Mômen uốn – Đơn vị: N.m
Wx: Môđun chống uốn – Đơn vị: mm 3 n: Hệ số an toàn
- Kiểm tra độ võng cho phép: f= P.l 3 48.E.J≤[f]
Với: l: chiều dài tính toán dầm (mm)
3.6.2 Mô hình hóa kết cấu dầm đầu, gán các điều kiện biên:
- Khởi động phần mềm Inventor
- Xây dựng mô hình thiết kế dầm đầu
- Khởi động Modun Stress Analysis
- Khởi động Modun Stress Analysis
- Gán vật liệu: Steel – CT3
- Gán gối đỡ cho 2 đầu dầm
- Gán tải trọng theo trường hợp Ia
- Lựa chọn liên kết hàn cho kết cấu thép (Bonded)
- Chia lưới phần tử cho kết cấu
3.6.3 Tính toán, xuất kết quả kiểm tra bền dầm đầu:
- Chạy chức năng tính toán
- Xuất kết quả tính toán
- Sơ đồ chuyển vị (Displacememnt):
- Sơ đồ ứng suất (Stress):
- Hệ số an toàn (Safety Factor):
Lần lượt gán các trường hợp tải trọng vào phần mềm ta nhận được kết quả tính toán, như sau:
Chuyển vị (mm) chuyển vị cho phép (mm) Ứng suất (Mpa) Ứng suất cho phép (Mpa)
Hệ số an toàn Đánh giá
Bảng 3.2: Kết quả tính toán kết cấu dầm đầu
Tính toán, kiểm tra bền kết cấu dầm chính trên phần mềm
3.7.1 Lưu đồ tính, thuật toán:
[σ]=σ ch n Với: Mx: Mômen uốn – Đơn vị: N.m
Wx: Môđun chống uốn – Đơn vị: mm 3 n: Hệ số an toàn
- Kiểm tra độ võng cho phép: f= P.l 3 48.E.J≤[f]
Với: l: chiều dài tính toán dầm (mm)
3.7.2 Mô hình hóa kết cấu dầm chính, gán các điều kiện biên:
- Xây dựng mô hình thiết kế dầm chính
- Khởi động Modun Stress Analysis
- Gán vật liệu: Steel – CT3
- Gán gối đỡ cho 2 đầu dầm
- Gán tải trọng theo trường hợp Ia
- Lựa chọn liên kết hàn cho kết cấu thép (Bonded)
- Chia lưới phần tử cho kết cấu
3.7.3 Tính toán, xuất kết quả kiểm tra bền dầm chính:
- Chạy chức năng tính toán
- Xuất kết quả tính toán
- Sơ đồ chuyển vị (Displacememnt):
- Sơ đồ ứng suất (Stress):
- Hệ số an toàn (Safety Factor):
Lần lượt gán các trường hợp tải trọng vào phần mềm ta nhận được kết quả tính toán, như sau:
Chuyển vị (mm) chuyển vị cho phép (mm) Ứng suất (Mpa) Ứng suất cho phép (Mpa)
Hệ số an toàn Đánh giá
Bảng 3.2: Kết quả tính toán kết cấu dầm chính
Kiểm tra ổn định của dầm chịu uốn
Do ứng suất tại dầm đầu không đáng kể, nên ưu tiên kiểm tra ổn định cho dầm chính Ứng suất tới hạn được xác định theo các công thức đã đề cập, cụ thể là áp dụng công thức 2.8.
6 )`39,355.10 6 (mm 4 ) Áp dụng công thức 2.7:
Tra bảng 3.3 [11], áp dụng nội suy: ψ = 2,78 Áp dụng công thức 2.6: φ d =2,78.2,867.10 9
Kết luận
Với kết quả tính toán theo hai bảng 3.1 và 3.2, ta có thể rút ra kết luận, như sau:
- Kết cẩu cầu trục thỏa mãn điều kiện bền, ổn định
- Hình dáng cầu trục hợp lý.
Mở đầu
Kết quả tính toán và kiểm tra bền kết cấu cho thấy dầm chính đã chọn có hệ số an toàn cao Do đó, để nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất cầu trục tương tự, cần nghiên cứu hợp lý hóa các thông số thiết kế dựa trên thiết kế hiện có.
Dựa trên các ưu điểm của thiết kế hiện có, việc tối ưu hóa thiết kế cầu trục 20/5 tấn của XNCĐ sẽ được thực hiện ngay từ giai đoạn xây dựng kích thước hình học tổng quan và thiết kế gia cường cho toàn bộ kết cấu Đối với thiết kế dầm đầu, chúng ta sẽ giữ nguyên so với thiết kế trước đó vì hệ số an toàn không cao và khối lượng không đáng kể so với dầm chính.
Hợp lý hóa kích thước và tiết diện thiết kế
Do ta đã chọn cầu trục 2 dầm nên chỉ cần chọn sơ bộ kích thước đặc trưng cho 1 dầm, với thông số như sau:
Hình 4.1: Thông số kích thước dầm thép cầu trục
- δ t ≤6 mm [9] theo điều kiện công nghệ Chọn: δ t =6 mm
Phương pháp bố trí gân tăng cứng thành dầm là rất quan trọng để đảm bảo độ ổn định của tấm thành khi h δ t t≥70 (CT3) Theo tài liệu [9], gân tăng cứng cần được bố trí với khoảng cách a ≤ 2h và a ≤ 3 m Trong trường hợp này, chúng ta chọn khoảng cách a là 1250 mm giữa các gân tăng cứng và vách ngăn.
Khi h t δ t ≥160 (CT3), theo [9] phải bố trí thêm cặp gân dọc với h 1 =( 1
Chúng tôi chọn chiều cao h1 là 400 mm, là khoảng cách từ tấm biên chịu nén đến gân dọc Đối với dầm có chiều cao lớn, cần bố trí thêm một cặp gân dọc với chiều cao h2 được tính bằng 0,4 lần chiều cao tổng h t, cụ thể là h2 = 0,4 x 1500 = 600 mm, trong đó h2 là khoảng cách giữa hai gân dọc.
Sơ bộ ta chọn tiết diện dầm chính:
Hình 4.2: Thiết kế dầm chính
- Môđun chống uốn của tiết diện : Bảng 1.12 [10]
Xác định lại các giá trị tải trọng
- Do có sự thay đổi thiết kế dầm chính nên các giá trị tải trọng không di động cần được tính toán lại
Trong quá trình di chuyển trên đường ray có mối nối, hiện tượng va đập ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng do trọng lượng của kết cấu kim loại, sàn lát và ray Do đó, cần tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.
- Tải trọng không di động xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của dầm và được xác định như sau:
+ Khối lượng kết cấu thép dầm chính:
M c = 2.0,7.30.10.7,85 + 2.1,5.30.6.7,85 = 7536 kg + Khối lượng ray: M r = 14,9.30 = 447 kg.
+ Trọng lượng của dầm chính:
G=k 1 (1,2.M c +M r )=1,1.(1,2.7536 +447)439 kg Với: K 1 =1,1: hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập khi di chuyển theo
+ Trọng lượng bản thân dầm đầu cầu trục:
G DĐ = 1,1.1,2.2.5.7,85.(10.0,26+10.0,38) = 660 kg + Trọng lượng kết cấu thép cầu trục:
Tính toán, kiểm tra kết cấu dầm chính (sau hợp lý hóa thông số) trên phần mềm: 60
4.4.1 Lưu đồ tính, thuật toán:
𝒏 Với: Mx: Mômen uốn – Đơn vị: N.m
Wx: Môđun chống uốn – Đơn vị: mm 3 n: Hệ số an toàn
- Kiểm tra độ võng cho phép: f= P.l 3 48.E.J≤[f]
Với: l: chiều dài tính toán dầm (mm)
4.4.2 Mô hình hóa kết cấu dầm chính, gán các điều kiện biên:
(Thực hiện tương tự các bước mục 3.7.2)
- Xây dựng mô hình trên Autodesk Inventor
- Khởi động Modun Stress Analysis
- Gán vật liệu: Steel – CT3
- Gán tải trọng tác động
- Gán gối đỡ cho 2 đầu dầm
- Lựa chọn liên kết hàn cho kết cấu thép (Bonded)
- Chia lưới phần tử cho kết cấu
4.4.3 Tính toán, xuất kết quả kiểm tra bền dầm chính:
- Chạy chức năng tính toán
- Xuất kết quả tính toán
- Sơ đồ chuyển vị (Displacememnt):
- Sơ đồ ứng suất (Stress):
- Hệ số an toàn (Safety Factor):
Lần lượt gán các trường hợp tải trọng vào phần mềm ta nhận được kết quả tính toán, như sau:
Chuyển vị (mm) chuyển vị cho phép (mm) Ứng suất (Mpa) Ứng suất cho phép (Mpa)
Hệ số an toàn Đánh giá
Bảng 4.1: Kết quả tính toán kết cấu dầm chính
Kiểm tra ồn định dầm chính (sau hợp lý hóa thông số)
Ứng suất tới hạn được xác định theo các công thức sau: Áp dụng công thức 2.8:
6 )19,555.10 6 (mm 4 ) Áp dụng công thức 2.7: α=1,6.1319,555.10 6 1880,505.10 6 (1250
=0,779 Tra bảng 3.3 [11], áp dụng nội suy: ψ = 1,8 Áp dụng công thức 2.6:
Kết luận
Với kết quả tính toán theo hai bảng 4.1 ta có thể rút ra kết luận, như sau:
- Kết cẩu cầu trục sau khi hợp lý hóa thông số thiết kế thỏa mãn điều kiện bền, ổn định
- Tiết kiệm được khối lượng thép chế tạo tương đương: G tk = 7 tấn
STT TÊN NỘI DUNG/CHI TIẾT KHỐI LƯỢNG
2 Dầm chính (hợp lý hóa) 10.439 Mục 4.3
4 Chênh lệch (Cầu trục 2 dầm chính) 7.008
Trình tự chế tạo
5.1.1 Chuẩn bị vật tư, thiết bị: Để thực hiện chế tạo cầu trục cần chuẩn bị các vật tư, thiết bị theo bảng sau:
STT TÊN THIẾT BỊ ĐƠN
1 Thiết bị kiểm tra thành phần hóa học của thép Bộ 01
5 Thước kiểm tra độ vuông góc cạnh 500 Cái 02
8 Máy kiểm tra siêu âm Bộ 01
II MẶT BẰNG TỔ HỢP, LẮP RÁP
1 Bãi có nền bê tông phẳng kích thước
1 Cầu trục hoặc cần trục có sức nâng 20 tấn Cái 02
2 Cầu trục hoặc cần trục có sức nâng 5 tấn Cái 01
3 Kích thủy lực 20 tấn Cái 02
5 Xe nâng tay 1,5 tấn Cái 02
1 Máy cắt pha bằng 2 mỏ cắt dài 6 mét, rộng 1,5 mét Bộ 01
2 Máy cắt thép tấm một mỏ cắt Cái 01
3 Máy cắt đá D350 mm Cái 01
4 Máy cắt, đật liên hợp có cơ cấu đột lỗ vuông Cái 01
1 Máy hàn một chiều 300A Cái 02
2 Máy hàn Mic 500A với xe kẹp Cái 03
VI THIẾT BỊ LÀM SẠCH, SƠN
2 Máy mài tay D(100-160) mm Cái 04
3 Máy phun sơn áp suất cao Cái 01
Bảng 5.1: Danh mục vật tư thiết bị phục vụ chế tạo cầu trục 5.1.2 Kiểm soát vật tư chế tạo:
Danh mục vật tư chế tạo căn cứ theo bản vẽ thiết kế:
- Vật liệu hàn: Que hàn, dây hàn, thuốc hàn…
- Sơn chống gỉ, sơn màu
Tiêu chuẩn kiểm tra vật liệu:
- Kiểm tra mác thép: Thép CT3 (SS400); thép 40X (40Cr)
- Kiểm tra quy cách, độ dày thép tấm, thép hình như sau:
Chiều dày thép (5 ≤ S ≤ 16) mm, có dung sai trong khoảng: ± 0.3 mm
Chiều dày thép (16 ≤ S ≤ 30) mm, có dung sai trong khoảng: ± 0.4 mm
Kiểm tra độ cong vênh của thép tấm
Kiểm tra độ cong vênh của thép hình
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C kiểm tra toàn bộ hồ sơ, chứng chỉ vật liệu chế tạo cầu trục
- Pha phôi các tấm thành, đáy và đỉnh dầm chính, dầm đầu
- Phan phôi các tấm gân dọc, khung xương đứng
- Dùng thước dây dài 20 mét kiểm tra các kích thước cơ bản như dài, rộng, cao
- Kiểm tra độ cong vênh, độ không vuông góc
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ
1 Độ không song song giữa các cạnh 1/2000 mm
2 Kích thước hình học Bản vẽ
Các tấm tôn sau khi cắt xong cần phải được mài sạch bavia, cạnh sắc, không được làm mất độ vuông góc, độ phẳng của tấm tôn
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C kiểm tra và giám sát quá trình pha phôi
Các tấm thành, tấm đáy và tấm biên được ghép với nhau thành một tấm
Gá hàn tấm thành, tấm đáy và tấm đỉnh:
- Vát mép các tấm phôi theo kích thước ghi trên bản vẽ thiết kế
- Gá các tấm phôi lại với nhau trên đồ gá phẳng Yêu cầu đảm bảo độ song song và độ vuông góc như các tấm đơn
- Hàn nối các tấm phôi với nhau bằng máy hàn tự động hoặc máy hàn Mag
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ
1 Độ không song song giữa các cạnh 1/2000 mm
2 Kích thước hình học Bản vẽ
Các mối hàn không đảm bảo chất lượng phải được sửa ngay, sau khi sửa tiến hành kiểm tra lại cho đến khi đạt yêu cầu
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C tiến hành giám sát quá trình ghép tôn
Tổ hợp dầm chính được thực hiện trên sàn gá có kích thước dài bằng
LK+1000 mm, có bước thanh đỡ sàn là 1000 mm Quy trình công việc như sau:
1 Trải tấm đỉnh dầm chính số 1 lên sàn gá, tại vị trí tương ứng của điểm uốn của biên dạng độ Camber (độ vòng) của dầm ta sẽ cân chỉnh cao độ của tấm đỉnh cho đúng và cố định tấm đáy lên sàn gá theo đúng biên dạng
Hình 5.1: Tạo độ cong ban đầu cho tấm thành
2 Lấy dấu, xác định vị trí các vách ngăn 4, tấm thành 2A, 2B lên tấm đỉnh
3 Gá các vách ngăn 4 lên tấm đỉnh 1
Hình 5.2: Gá hàn vách ngăn
4 Kiểm tra độ không vuông góc giữa các vách ngăn 4 với tấm đỉnh 1
Stt Tiêu chí kiểm tra Chuẩn đánh giá
1 Độ không vuông góc của phương các vách ngăn 4 và tấm đỉnh ±1˚
2 Độ không vuông góc của mặt các vách ngăn 4 và tấm đỉnh ±1˚
5 Lấy dấu định vị các gân tăng cứng dọc tấm thành 2A, 2B
6 Gá các gân tăng cứng dọc số 5, kiểm tra vị trí tương đối theo bản vẽ, hàn cố định các gân tăng cứng dọc theo tấm thành 2A, 2B
Hình 5.3: Hàn gân tăng cứng
7 Sử dụng Cổng trục cẩu tấm thành 2A, 2B gá lên tấm đỉnh số 1 sử dụng vam ép để ép tấm thành sát vào vách ngăn 4 và hàn đính tấm thành vào tấm đỉnh theo trình tự từ đầu này sang đầu kia
8 Hàn cố định các tấm thành 2A, 2B vào vách ngăn và tấm đỉnh 1, kiểm tra các mối hàn bên trong
9 Dùng Cổng trục cẩu tấm đáy số 3 đặt lên 2 tấm thành 2A và 2B, cân chỉnh, lấy dấu và hàn đính tấm nắp vào tấm thành
Hình 5.4: Hàn tấm nắp với tấm thành
10 Kiểm tra kích thước hình học của dầm hộp rồi chuyển sang công đoạn hàn hoàn thiện bên ngoài bằng hàn bán tự động hồ quang chìm
11 Kiểm tra chất lượng mối hàn
Stt Tiêu chí kiểm tra Chuẩn đánh giá Phương pháp kiểm tra
1 Kích thước hình học dầm hộp Bản vẽ
2 Kiểm tra bên ngoài mối hàn
Hàn đều, không cháy chân, không rỗ khí
3 Kiểm tra bên trong mối hàn ASME V MT, PT
Các mối hàn không đảm bảo chất lượng phải được sửa ngay, sau khi sửa tiến hành kiểm tra lại cho đến khi đạt yêu cầu
12 Kiểm tra khẩu độ thực tế của đường ray so sánh với khẩu độ thiết kế để cắt lượng dư và cắt vát 2 đầu
Hình 5.5: Cắt vát 2 đầu, hàn hoàn thiện
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C tiến hành các mục: 4; 10; 11
Tổ hợp dầm đầu được thực hiện trên sàn gá, quy trình thực hiện như sau:
1 Trải tấm đỉnh dầm đầu số 1 lên sàn gá và định vị lại
2 Lấy dấu, xác định vị trí các vách ngăn 3, tấm thành 2A, 2B lên tấm đỉnh
3 Gá các vách ngăn 3 lên tấm đỉnh 1
4 Kiểm tra độ không vuông góc giữa các vách ngăn 3 với tấm đỉnh 1
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH
1 Độ không vuông góc của phương các vách ngăn 4 và tấm đỉnh ±1˚
2 Độ không vuông góc của mặt các vách ngăn 4 và tấm đỉnh ±1˚
5 Dựng các tấm thành 2A, 2B ốp vào vách ngăn 3, kiểm tra kích thước chính xác theo bản vẽ và hàn gá tấm thành vào tấm đỉnh và các vách ngăn
6 Hàn vách ngăn với tấm thành 2A, 2B cố định vào với nhau
7 Gá tấm đáy số 4 vào các rấm vách số 2, hàn từ đầu này đến đầu kia, sử dụng vam ép để ép sát tấm đáy 4 vào tấm thành 2
Hình 5.6: Gá hàn dầm đầu
8 Kiểm tra kích thước hình học của hộp dầm rồi chuyển sang công đoạn hàn hoàn thiện bằng máy hàn bán tự động hồ quang chìm
9 Kiểm tra chất lượng mối hàn
KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP
1 Kích thước hình học dầm hộp Bản vẽ
2 Kiểm tra bên ngoài mối hàn
Hàn đều, không cháy chân, không rỗ khí
3 Kiểm tra bên trong mối hàn ASME V MT, PT
Các mối hàn không đảm bảo chất lượng phải được sửa ngay, sau khi sửa tiến hành kiểm tra lại cho đến khi đạt yêu cầu
10 Cân chỉnh trục bánh xe:
- Lấy mặt đáy 2 làm chuẩn lần lượt đo và gá trục I, II sao cho vuông góc với mặt chuẩn 2 theo hai phương X và Y
- Lấy mặt 3 làm chuẩn dung thước mét đo kích thước b của 2 trục I và
II sao cho bằng nhau sau đó hàn định vị các vị trí đó thong qua các ổ đỡ trục
- Hàn cố định các ổ đỡ vào các tấm thành 2 của dầm đầu
- Căng dây kiểm tra độ thẳng hàn của 4 cặp điểm A, B, C, D và A’, B’, C’, D’ và cân chỉnh cho đến khi đúng yêu cầu kỹ thuật
- Định vị, lắp giá đỡ Motor di chuyển dọc
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C tiến hành các mục: 4; 8; 9
5.1.7 Tổ hợp dầm chính với dầm đầu: Đặt đồ gá gồm hai dầm gá phẳng (H400 x L5000) mm lên mặt sàn phẳng, hai dầm gá phẳng đặt cách nhau một khoảng bằng Lk – 3000 mm
- Lấy dấu chính xác vị trí đặt dầm chính theo 2 phương dọc và ngang trên dầm gá
- Đặt dầm theo phương thẳng đứng, tấm đáy trên, tấm đỉnh dưới lên 2 dầm gá phẳng theo đúng vạch lấy dấu
- Cắt đầu dầm theo kích thước khẩu độ
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ
1 Đo đồng phẳng hai tấm đỉnh mỗi đầu bằng thước Livo
2 Đo vuông góc mặt cắt tấm thành với tấm đỉnh bằng thước góc
Kích thước dầm chính trước khi gá bằng thước mét hoặc máy đo khảng cách bằng tia hồng ngoại
- Hàn định vị hai dầm chính vào dầm gá và thanh giằng ngang
- Gá 2 dầm đầu với dầm chính
Gá dầm đầu thứ nhất yêu cầu sử dụng mặt bích nối làm chuẩn để kết nối dầm chính với dầm đầu Cần kiểm tra độ phẳng của mặt bích nối và đảm bảo độ vuông góc giữa đường tâm dầm chính và đường tâm dầm đầu.
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH
1 Đo thẳng đứng của mặt phẳng nối dầm TCVN 4244-2005
2 Đo không vuông góc của dầm đầu và dầm chính theo phương dọc dầm chính
3 Đo không vuông góc của dầm đầu và dầm chính theo phương vuông góc với dầm chính
Gá dầm đầu thứ hai cần lấy mặt phẳng bích nối làm chuẩn để thực hiện việc gá dầm chính với dầm đầu Trong quá trình này, cần kiểm tra độ phẳng của mặt bích nối và độ vuông góc giữa đường tâm dầm chính và đường tâm dầm đầu để đảm bảo tính chính xác và an toàn trong kết cấu.
STT TIÊU CHÍ KIỂM TRA CHUẨN ĐÁNH GIÁ
1 Đo không vuông góc của đường tâm dầm chính với đường tâm dầm đầu
2 Đo không song song của hai dầm đầu ± 2 mm/ Lk Đo đường chéo 4 bánh xe
3 Đo không đồng phẳng của
Hình 5.7: Lắp ráp đồng bộ Dầm chính với dầm đầu
- Sau khi kiểm tra đạt các yêu cầu kỹ thuật, tiến hành hàn cố định các bản mã liên kết dầm chính với dầm đầu
- Hàn gá Ray vào dầm chính
Lấy dấu tâm ray bằng dây căng vạch dấu
Trên cơ sở tâm ray lấy dấu một cạnh của ray để làm cơ sở gá ray
Gá ray ngang theo vạch dấu có sẵn
Đại diện đăng kiểm khu vực 2, đại diện công ty giám sát và Q/C tiến hành công việc kiểm tra theo quy trình và TCVN 4244-2005
5.1.8 Lắp ráp ray dọc nhà xưởng:
- Sử dụng máy kinh vĩ đo, xác định tọa độ của 4 điểm đầu cuối của các thanh ray trên chiều dài 72 m, đảm bảo sai số: ∆ = ± 5 mm
- Căng dây đo kiểm để căn chỉnh lại độ thẳng của các dầm đỡ ray
- Tiếp tục xác định sai lệch cao độ của 2 dầm đỡ ray, đảm bảo D = ±6 mm
- Điều chỉnh cao độ dầm đỡ ray
- Căng dây, vạch dấu, gá ray, hàn đính
- Đo kiểm bằng máy kinh vĩ, kết hợp căng dây, thước thủy, thước mét, đảm bảo dung sai lắp đặt
(Tham khảo bản vẽ số: 17.01-575.05Cb)
- Lắp ráp 2 dầm đầu với 1 dầm chính
- Dùng Cẩu bánh lốp 70 tấn nâng từ từ cụm kết cấu đặt lên ray
- Sau khi đặt cụm kết cấu trên lên ray, tiếp tục nâng dầm chính còn lại lên lắp ráp hoàn thiện
- Lắp ráp động cơ di chuyển, Palăng điện 20/5 tấn, lắp đặt hệ thống điện động lực và điều khiển
(Tham khảo Bản vẽ số: 17.01-575 QTLD)
Hình 5.8: Lắp đặt cầu trục lên ray
Quá trình thử nghiệm
Kiểm tra tình trạng kết cấu thép bên ngoài, bao gồm mối hàn và các liên kết Buloon của cầu trục và dầm đỡ ray, là nhiệm vụ quan trọng được thực hiện bởi nhóm giám sát kỹ thuật và kiểm định viên.
- Nâng hạ móc (chính; phụ) ở cả 2 tốc độ
- Kiểm tra chức năng hạn vị chiều cao nâng móc cẩu
- Di chuyển dọc nhà xưởng ở cả 2 tốc độ (Chạy một cầu trục về cuối hành trình để thử cầu trục còn lại và ngược lại)
- Kiểm tra làm việc của cảm biến khoảng cách giữa 2 cầu trục
- Di chuyển xe con ở cả 2 tốc độ
- Kiểm tra làm việc hạn vị hành trình xe con
- Chuẩn bị tải : Q = 0,75 x SWL = 0,75 x 20 = 15 (tấn)
- Nâng tải, di chuyển cầu trục và xe con đồng thời
- Hạ tải, kiểm tra biến dạng dư của kết cấu
- Nâng tải lên cách mặt đất H = 200 mm, giữ tải treo 10 phút
- Hạ tải, kiểm tra biến dạng dư của kết cấu
Khi nâng hạ tải và di chuyển cầu trục cùng xe con, cần thực hiện từng động tác với tốc độ chậm Lưu ý không nên thực hiện đồng thời nhiều động tác và tránh thực hiện các động tác với tốc độ 2.
- Hạ tải, kiểm tra biến dạng dư của kết cấu
- Giảm tải, kiểm tra và cài đặt lại giới hạn tải nâng cho cầu trục
Kiểm tra tình trạng kết cấu thép bên ngoài, các liên kết buloon của cầu trục và dầm đỡ ray, cũng như thực hiện MPI cho các mối hàn chính nếu cần thiết, là nhiệm vụ của nhóm giám sát kỹ thuật và kiểm định viên.
Hình 5.9: Sơ đồ thử tải Cầu trục 20/5 tấn
1- Cầu trục 20/5 tấn, khẩu độ 30 mét 2- Loadcell 50 tấn
4- Cáp chùm 4 nhánh SWL: 25 tấn
5- Tải cứng – Xem bảng kê
7- Giá xếp tải cứng SWL: 50 tấn.
Kết quả thử nghiệm
Stt Nội dung thử nghiệm Thử nghiệm Độ võng
Thử không tải: thử hoạt động không tải tất cả các cơ cấu làm việc, chức năng an
Thực hiện lần lượt: di chuyển xe con, Cầu trục, nâng hạ móc, ngắt chuyển động giới hạn di chuyển xe con, cầu trục và chiều cao nâng
Móc lớn: Q = 25 tấn Móc nhỏ: Q = 6.25 tấn
- Thời gian treo giữ tải: 10 phút
Móc lớn: Q = 22 tấn Móc nhỏ: Q = 5.5 tấn
- Cho cầu trục làm việc lần lượt di chuyển cầu, di chuyển xe con, nâng hạ hàng với tốc độ định mức
Hồ sơ kiểm định thiết bị sau thử nghiệm:
