THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY CHO MÔ HÌNH CẦN TRỤC THÁP

Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT MÁY CHO MÔ HÌNH CẦN TRỤC THÁP Ngô Bảo(1) Trường Đại học Thủ Dầu Một Ngày nhận 13/10/2016; Chấp nhận đăng 20/02/2017; Email: ngobaobk@gmail.com (1) Tóm tắt Bài viết trình bày thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp phục vụ giảng dạy Khoa Xây dựng, Trường Đại học Thủ Dầu Một Kết đạt đưa vẽ để chế tạo mô hình cần trục tháp thực tế, giúp ích giảng dạy học tập nhiều môn học thuộc chuyên ngành xây dựng, đặc biệt môn thực hành Từ khóa: cần trục tháp, bàn nâng, bánh răng, đối trọng, động điện, lồng nâng, tời kéo Abstract DESIGNING THE MODEL PARTS OF TOWER CRANES This article presents the design of machine parts for tower crane model for teaching in the Faculty of Civil Engineering, University of Thu Dau Mot The results achieved are given drawings to be able to build a model of the actual tower crane, helpful teaching and learning in many subjects in the specialty construction, especially in the subjects of practice Đặt vấn đề Cần trục tháp vận thăng máy lớn, giá thành cao, dùng đề nâng chuyển vật liệu xây dựng toàn nhà cao tầng Đối với ngành xây dựng, nhu cầu học tập sinh viên máy xây dựng (như cần trục tháp vận thăng) thiếu Sinh cần thực hành, va chạm, thao thao tác với thực tế ta mua lớn cho em thực tập, ta nhà kho đủ lớn để chứa chúng Để khắc phục hạn chế này, đưa phương án chế tạo máy mô hình để sinh viên thực hành, giúp sinh viên hiểu rõ vấn đề đọc sách Mô hình kết hợp cần trục tháp vận thăng thu nhỏ phần trình bày giúp ích nhiều cho sinh viên ngành xây dựng học tập, cho giảng viên soạn giảng thực hành cho nhiều người khác muốn quan tâm Cơ sở lý luận tính toán, thiết kế Việc tính toán, thiết kế kích thước, hình dáng mô hình cần trục tháp phụ thuộc vào yếu tố: (1) Chịu lực tác dụng; (2) Chịu bền theo thời gian, (3) Chi tiết máy dùng cho mô hình phải phù hợp với chi tiết máy tiêu chuẩn khác; (4) Kích thước tương xứng với khả sinh viên ngành xây dựng Đặc thù sinh viên ngành xây dựng nam giới, nên mô hình dạy học ngành xây dựng nên vừa đủ lớn để em trải nghiệm Dự kiến mô hình cao khoảng 5,5 m, nặng khoảng 300 kg; (5) Có phụ tùng thay có hư hỏng xảy ra; (6) Phù hợp kinh phí có; (7) Có tính thẫm mỹ Đây mô hình dùng cho dạy học, trọng nhiều nguyên lý làm việc, vận hành, tháo lắp mà không trọng đến việc nâng tải trọng 142 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 Do đó, yếu tố tính toán theo lực tác dụng (mục 1) tính sức bền phần đế đủ, việc tính bền cho chi tiết khác xem bỏ qua Yếu tố mục 2, buộc ta phải dùng vật liệu khung thép (thép bền nhôm, nhựa, gỗ,…), chi tiết tiêu chuẩn như: động điện, bánh răng, ổ lăn, cáp, ròng rọc… ta phải dùng loại bền, có độ tin cậy cao Yếu tố 3, 4, 5, 6, buộc ta phải chọn trước kích thước giá thành chi tiết máy tiêu chuẩn cho phù hợp kinh phí có Từ đó, ta thiết kế kích thước phận khác tương xứng theo Yếu tố 7, buộc ta phải suy tính cho hình dáng sản phẩm tạo phải hợp mắt dễ chế tạo Ngoài ra, có phận quan trọng làm ảnh hưởng đến kích thước mô hình là: Bộ phận khớp quay: Để khớp quay an toàn, dễ hoạt động, hư hỏng dễ thay thế… có cách dùng ổ lăn kiểu mâm quay (bạc đạn mâm quay hình 1a) Ổ lăn chọn loại nhỏ có đường kính vành cỡ 400 mm Do đó, để bảo đảm tính thẩm mỹ mặt cắt ngang thân cần trục tháp có đường kính trung bình nhỏ 400mm Tời kéo: Hiện thị trường có bán tời kéo nhỏ loại có sức nâng 150kg (hình 1b) Vì vậy, kích thước mô hình, kích thước phận đỡ, đường ray, bánh xe… phải tương xứng với kích thước loại tời kéo a) b) Hình Ổ lăn mâm quay tời kéo Từ yếu tố ảnh hưởng nói đưa ta tới việc tính chọn kích thước hợp lý cho mô hình cần trục tháp là: Mặt cắt ngang phần thân mô hình hình vuông có kích thước 0,4m Độ cao mô hình phụ thuộc vào kích thước ngang phần thân (bảo đảm tính thon gọn thẫm mỹ) Do đó, độ cao trung bình tác giả lấy theo quy tắc: Độ cao = 13 x kích thước ngang phần thân = 13 x 0,4 = 5,2 (m) Để thiết kế mô hình cần trục tháp đạt yêu cầu độ cao phù hợp yêu cầu đặt ta dùng thép hộp 40 x 40 (mm) dày 1,4 mm để làm đoạn tháp sở Các chi tiết khác thiết kế dựa theo tính phù hợp với chi tiết máy tiêu chuẩn, phù hợp thẫm mỹ phù hợp với kinh phí có Kiểm nghiệm độ bền phần đế Phần đế làm thép hộp 40 x 40 dày 1,4mm (hình 2a) Ta cần kiểm tra bền phần Các chân đế làm thép hộp 60 x 40 dày 1,4mm Ta không cần kiểm nghiệm sức bền cho chân đế này, chúng phận kê, chi phí không đáng kể, ta dễ dàng thay đổi chúng cần thiết Phần đế chịu toàn trọng lượng G cần trục Để tính sức bền phần đế, ta coi phần đế gồm thẳng, chiều dài l, xếp song song sát nhau, chịu lực tập trung G trung điểm Mỗi thẳng có tiết diện hộp vuông rỗng, kích thước cạnh a, kích thước cạnh b (hình 2a) Theo ý tưởng thiết kế, ta lấy sơ số liệu sau: 143 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp Khối lượng tổng cần trục tháp m = 300 kg Do đó, trọng lượng G = 3000 N Cạnh phần đế l = 1,2 m Tiết diện thép hộp vuông có đặc trưng hình học: - Kích thước cạnh trong: a = 0,0372 m, kích thước cạnh b = 0,04 m - Diện tích mặt cắt ngang: S = b2 – a2 = 0,042 – 0,03722 = 2,16.10 - (m2) b3  a3 0,043  0,03723   2,087.106 (m3 ) 6 b4  a4 0,044  0,03724 - Mômen quán tính: J x  J y    5,375.108 (m4 ) 12 12 - Ứng suất pháp cho phép thép    1,6.108 N / m2 - Mômen chống uốn: Wx  Wy  - Ứng suất tiếp cho phép thép    0,8.10 N / m a) Hình thiết kế phần đế b) Sơ đồ tính toán Hình Tính toán phần đế cần trục tháp Xét riêng thanh, theo lý thuyết sức bền, ta vẽ biểu đồ lực cắt biểu đồ mômen uốn hình 2b Từ đó, ta thấy tiết diện nguy hiểm có lực cắt Qy = G/2 mômen uốn Mx = Gl/4 Phần đế gồm thẳng, tiết diện vuông trên, nên mômen chống uốn phần đế là: W 'x  W 'y  6.2,087.106  12,522.106 (m3 ) Ta kiểm tra điều kiện bền phần đế theo tiêu chí sau: a) Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất pháp: M G.l 3000.1,2  x    0,72.108 ( N / m2 ) 6 Wx 4.W 'x 4.12,522.10 Ta thấy:   0,72.108 N / m2     1,6.108 N / m2 (1) b) Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tiếp: 3000 4.Qy    1,55.106 ( N / m2 ) (với S’ = 6S) 4 3.S ' 3.6.2,16.10 Ta thấy:   1,55.106 N / m2     0,8.108 N / m2 144 (2) Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 Từ kết (1) (2), ta thấy việc chọn đế thép hộp 40 x 40 dày 1,4 mm đạt yêu cầu, bảo đảm an toàn (dư bền nhiều lần) Thiết kế chi tiết máy Sau đối chiếu tất điều kiện, yếu tố cần đạt tới, bảo đảm sản phẩm chế tạo phải phù hợp yêu cầu thực tế, tức phù hợp cho giảng dạy thực hành môn học Máy xây dựng an toàn lao động, tác giả thiết kế chi tiết máy với đầy đủ kích thước hình sau đây: 145 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp 146 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 147 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp 148 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 149 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp 150 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 Kiểm nghiệm tải trọng cần nâng Đây mô hình, người học biết nguyên lý hoạt động, cách lắp dựng, mà không bàn tới với nâng tải nặng hay nhẹ Nhưng sau chế tạo xong mô hình này, ta cần phải thử nghiệm cách cho nâng thử tải trọng giới hạn cho phép để đánh giá cứng vững mô hình đưa khoảng tải trọng nâng cho người sử dụng Giả sử cần trục tháp có dạng chữ T, kích thước cho hình Theo thiết kế ta có thông số sau: - Khối lượng toàn cần trục m = 300 kg, trọng lượng G  3000 N Hình Sơ đồ tính toán để kiểm tra sức nâng tải - Khối lượng đối trọng m = mô hình cần trục tháp 40 kg, trọng lượng Q  400 N - Khoảng cách từ đối trọng tới tâm cần trục a = 1,34 m - Chiều dài tay cần b = 2,55 m - Tầm với c = 2,3 m - Khoảng cách tối đa từ mặt đất tới điểm treo vật d = 3,5 m - Khoảng cách từ tâm cần trục tới điểm tựa chân đế e = 0,6 m Theo thiết kế khối lượng phía bên trái (gồm tay cần, động điện, xe con, chi tiết khác) cân với khối lượng phía bên phải (gồm khối lượng cần đối trọng, động cơ, đối trọng chi tiết khác), tức trọng tâm toàn cần trục thiết kế xem nằm đường tâm xx’ Khi nâng vật trọng lượng P, điểm treo vật cách tâm cần trục l (chỉ lấy giá trị e  l  c ) Ta cần tìm giá trị P tới rhạnr đểr hệ thống cân bằng, tức không bị ngã quanh điểm B Do đó, tổng mômen hệ lực (G, Q, P) gây quanh đểm B phải thỏa điều kiện: P(l  e)  G.e  Q a  e (3) Thế số liệu vào biểu thức (1), ta có:   P(l  0,6)  0,6.3000  400 1,34  0,6  2576 P (4) l  0,6 Theo công thức (4), ta có bảng vài giá trị liên hệ tải trọng cần nâng P tầm với l bảng 1: Bảng Giá trị liên hệ tải trọng cần nâng P tầm với l 151 STT l (m) 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 P (N) 25760 8586 5152 3680 2862 2342 1982 1717 1515 m (kg) 2576 858,6 515,2 368 286,2 234,2 198,2 171,7 151,5 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp Theo bảng 1, ta thấy khả nâng tải mô hình cần trục tháp nằm khoảng m = (151,5 ÷ 2576)kg Tuy nhiên, số liệu tính cho vật rắn tuyệt đối Thực tế, tời kéo cho phép nâng vật 150kg (khi nâng vật trực tiếp, không dùng ròng rọc động) Để an toàn tuyệt đối cho học viên thực tập, tác giả cho phép nâng tải không 50kg TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Cứ, Nguyễn Quang Cự, Đoàn Như Kim (2009), Vẽ kỹ thuật xây dựng, tập 1, NXB Giáo Dục Việt Nam [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006), Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí, tập 2, NXB Giáo Dục [3] Nguyễn Đăng Cường, Vũ Minh Khương (2010), Máy xây dựng, NXB Xây Dựng [4] Lê Hoàng Tuấn, Bùi công Thành (1998), Sức bền vật liệu, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật [5] Nguyễn Trọng Hữu (2010), Hướng dẫn sử dụng SolidWorks 2010, NXB Giao thông Vận tải [6] Trần Hữu Quế, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Văn Tuấn (2009), Vẽ kỹ thuật khí, NXB Giáo Dục Việt Nam 152 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 BẢN VẼ LẮP CẦN TRỤC THÁP 153 ... 2(33)-2017 147 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp 148 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 149 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp 150 Tạp chí... hợp cho giảng dạy thực hành môn học Máy xây dựng an toàn lao động, tác giả thiết kế chi tiết máy với đầy đủ kích thước hình sau đây: 145 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp. .. 171,7 151,5 Ngô Bảo Thiết kế chi tiết máy cho mô hình cần trục tháp Theo bảng 1, ta thấy khả nâng tải mô hình cần trục tháp nằm khoảng m = (151,5 ÷ 2576)kg Tuy nhiên, số liệu tính cho vật rắn tuyệt