Bài viết này trình bày về tính cần thiết, ý tưởng thiết kế và mục tiêu cần đạt tới để chế tạo ra mô hình thu nhỏ của cần trục tháp kết hợp với vận thăng phục vụ giảng dạy ở Khoa Xây dựng, Trường Đại học Đại học Thủ Dầu Một. Kết quả đạt được là có một phương án hợp lý để chế tạo mô hình thực tế, giúp ích trong giảng dạy và học tập nhiều môn học thuộc chuyên ngành xây dựng, đặc biệt là các môn thực hành.
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 THIẾT KẾ MƠ HÌNH KẾT HỢP CẦN TRỤC THÁP VÀ VẬN THĂNG XÂY DỰNG Ngô Bảo(1) Trường Đại học Thủ Dầu Một Ngày nhận 13/10/2016; Chấp nhận đăng 10/01/2017; Email: ngobaobk@gmail.com (1) Tóm tắt Bài viết trình bày tính cần thiết, ý tưởng thiết kế mục tiêu cần đạt tới để chế tạo mơ hình thu nhỏ cần trục tháp kết hợp với vận thăng phục vụ giảng dạy Khoa Xây dựng, Trường Đại học Đại học Thủ Dầu Một Kết đạt có phương án hợp lý để chế tạo mơ hình thực tế, giúp ích giảng dạy học tập nhiều môn học thuộc chuyên ngành xây dựng, đặc biệt mơn thực hành Từ khóa: mơ hình, cần trục tháp, vận thăng, xây dựng Abstract DESIGN MODEL COMBINES TOWER CRANES AND CONTRUCTION HOISTS This article presents the necessity, design ideas and goals to be reached to produce scale models of the tower crane to hoist combined for teaching at the Faculty of Civil Engineering, University of Thu Dau Mot The result achieved is a real model helpful in teaching and learning many subjects in the specialty construction, especially in the subjects of practice Đặt vấn đề Cần trục tháp vận thăng (hình 1) máy lớn (cao đến 150 m, tầm rộng làm việc đến 30 m), dùng để nâng chuyển vật liệu xây dựng tòa nhà cao tầng Trong thời gian học nhà trường, sinh viên có hội tiếp xúc với cần trục tháp vận thăng, máy giá thành cao, dễ an tồn, người khơng chun mơn, khơng có nhiệm vụ khơng phép đến gần khu vực chúng vận hành Nguyên lý làm việc máy trình bày số giáo trình, chủ yếu nói lý thuyết, phần thực hành hạn chế Các cơng ty máy thiết bị nước ta chủ yếu nhập phụ tùng nguyên cần trục tháp hay vận thăng từ Trung Quốc, Pháp, Đức để phân phối cho nhà sử dụng Hiện tại, ta chưa chế tạo loại máy này, sở có chế tạo theo cách tương tự loại có sẵn Cũng chưa có cơng ty sản xuất mơ hình nhỏ chúng để phân phối cho trường nghiên cứu, học tập Đối với ngành xây dựng, nhu cầu học tập sinh viên máy xây dựng (cần trục tháp vận thăng) thiếu Sinh viên luôn hứng thú học tập, va chạm, thao tác với máy thực tế Thế ta mua lớn cho em thực tập, ta khơng có nhà kho đủ lớn để chứa chúng Vì lý nói trên, tác giả đưa phương án chế tạo máy mơ hình sinh viên thực hành, giúp sinh viên ngành xây dựng học tập, cho giảng viên soạn giảng thực hành cho nhiều người khác muốn quan tâm 211 Thiết kế mô hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng Ngô Bảo a) Cần trục tháp b) Vận thăng Hình Cần trục tháp vận thăng làm việc công trường xây dựng Sự cần thiết mơ hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng Hình Ý tưởng buổi học lắp dựng, vận hành cần trục tháp 212 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 Theo tâm lý chung, hầu hết người học hứng thú với việc học tập có kèm theo sản phẩm minh họa thực tế Đối với sinh viên ngành xây dựng, sau miệt mài học lý thuyết lớp, em cần tự xem, thao tác hay thảo luận sản phẩm ngành nghề mình, ví dụ như: em cần xem vận hành thử thiết bị phục vụ ngành xây dựng Hình cho ta thấy buổi học thú vị Một số sinh viên lắp dựng vận hành cần trục tháp, sinh viên khác đứng quan sát Tuy nhiên, điều kiện Trường, Khoa chưa thể đáp ứng mong đợi sinh viên Vì vậy, chúng tơi đưa ý tưởng chế tạo mơ hình cần trục tháp kết hợp vận thăng xây dựng thu nhỏ để sinh viên lắp dựng, vận hành, thảo luận rút học Hiện nay, chưa có nơi bán mơ hình cần trục tháp, vận thăng thu nhỏ, phù hợp cho sinh viên ngành xây dựng để mua Mơ hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng có liên quan nhiều với môn học: Cơ học lý thuyết, Cơ học kết cấu, Sức bền vật liệu, Kết cấu thép, Máy xây dựng an toàn lao động… Mục tiêu ý tưởng thiết kế chế tạo mơ hình Mơ hình phải đáp ứng yêu cầu: - Phù hợp để giảng viên chia nhóm hướng dẫn từ đến sinh viên học thực hành lắp dựng, khoảng từ 15 tới 30 sinh viên khác đứng xem (hình 2) Ngun lý làm việc mơ hình phải gần máy thực tế, không cần làm việc với tải trọng lớn - Kích thước mơ hình vừa phải; tương xứng với khả sinh viên ngành xây dựng; phù hợp với không gian lắp dựng nhà kho bảo quản Có nơi bán chi tiết máy tiêu chuẩn để thay thế, lắp lẫn chi tiết máy cũ bị hư hỏng - Có thể tháo rời phần nhỏ để cất giữ nhà kho, cần lắp dựng dễ dàng Chi phí nằm mức cho phép nhà trường Dễ sử dụng an toàn Để thực ý tưởng tác giả đặt đạt tới mục tiêu sau: (1) hoàn thành vẽ tổng thể vẽ chi tiết mơ hình, (2) chế tạo mơ hình, (3) hồn thành tập thuyết minh hướng dẫn lắp dựng, vận hành bảo quản mơ hình Thiết kế mơ hình 4.1 Ý tưởng thiết kế Với mục đích làm mơ hình dạy học, đủ sinh viên lắp dựng điều khiển, thể nguyên lý làm việc máy lớn thực tế, mơ hình nhóm tác giả thiết kế theo ý tưởng sau: - Ngun lý làm việc mơ hình phải máy thực tế, không cần chịu tải trọng lớn, việc tính tốn thiết kế bỏ nhiều - Kích thước mơ hình vừa phải, phù hợp khả chế tạo, phù hợp với không gian lắp dựng nhà kho bảo quản - Có nơi bán chi tiết máy tiêu chuẩn để thay thế, lắp lẫn chi tiết máy cũ bị hư hỏng - Phù hợp với khả điều khiển lắp dựng sinh viên, phù hợp để giảng viên chia nhóm hướng dẫn từ đến sinh viên học thực hành tập kỹ thuật, thực hành mơn học Mơ hình tháo rời phần nhỏ để cất giữ nhà kho, cần lắp dựng dễ dàng Chi phí nằm mức cho phép nhà trường, dễ sử dụng an toàn 213 Thiết kế mơ hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng Ngô Bảo 4.2 Thiết kế tổng thể Đây mơ hình thu nhỏ, dạng khung giàn thép, có liên kết hàn lắp bu lông Chiều cao tối đa mơ hình 5,5 mét (tỉ lệ so với máy thực tế khoảng 1/30) Mơ hình lắp ráp theo “mơ đun”, tức lắp thành vận thăng hình 3, lắp thành cần trục tháp lắp kết hợp cần trục tháp lẫn vận thăng hình Chóp Cáp chằng Tời kéo xe Đối trọng Cần đối trọng Động Xe Tay cần Tời nâng vật 10 Lồng nâng tháp 11 Tháp sở 12 Chân đế 13 Tời kéo Ròng rọc Tháp sở Bàn nâng Thanh chống Chân đế Tời kéo Hình Vận thăng Hình Kết hợp cần trục tháp vận thăng Mô tả - Mơ hình chế tạo chủ yếu thép hộp vuông 30 x 30 40 x 40 (mm) - Có thể lắp thành mơ đun vận thăng hình lắp hỗn hợp liên kết cần trục tháp vận thăng hình - Các tời nâng dùng loại có cơng suất nhỏ nhất, có bán thị trường (sức nâng từ 100 tới 200 kg) - Thân tháp nối đoạn tháp sở, liên kết bu lông - Nhờ lồng nâng tháp mà đoạn tháp sở lắp vào hay tháo để tăng giảm độ cao cần trục tháp - Tay cần quay xung quanh thân tháp nhờ hệ thống động cơ, bánh bạc đạn mâm quay - Xe (mang tời nâng vật) di chuyển tay cần nhờ tời kéo đặt gần đối trọng 214 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 - Bàn nâng di chuyển lên xuống nhờ bánh xe có rãnh V lăn ray V, ray hàn vào tháp sở Bàn nâng phận vận thăng, dùng để nâng hạ vật liệu - Chân đế neo chặt vào đất mơ hình làm việc Khi mơ hình nghỉ nhờ bánh xe để di chuyển tồn hệ thống phía - Đối trọng cáp chằng dùng để giữ thăng cho mơ hình - Có tất động điện điều khiển độc lập Các chuyển động có nhờ cáp kéo nhờ truyền bánh Ngun lý làm việc: Mơ hình có chuyển động sau: - Chuyển động tăng, giảm độ cao cần trục: Lồng nâng tháp (10) tời kéo (13) nâng lên thơng qua hệ thống ròng rọc cáp, tạo khe trống để chèn đoạn tháp sở (11) vào Sau đó, lồng nâng tháp hạ xuống liên kết chặt bu lông với đoạn tháp sở đưa vào Kết quả, độ cao cần trục tháp nâng lên Khi muốn hạ độ cao cần trục ta tháo đoạn tháp sở ra, từ từ hạ lồng nâng tháp xuống, lồng nâng tháp lại liên kết chặt bu lơng với đoạn tháp sở phía - Chuyển động quay tay cần: Khi động (6) hoạt động thơng qua truyền bánh bạc đạn mâm quay làm cho tay cần (8), cần đối trọng (5) phận lắp phía chúng quay tồn vòng ngược chiều kim đồng hồ mặt phẳng ngang Ta điều khiển động (6) để tay cần (8) quay góc theo ý muốn - Chuyển động xe con: Tời kéo xe (3) với hệ thống ròng rọc cáp làm cho xe (7) chuyển động vào - tay cần (8) Khi xe chuyển động mang tời nâng vật (9) chuyển động theo Bánh xe xe có dạng rãnh V lăn ray V, ray hàn vào tay cần - Chuyển động nâng hạ vật: Tời nâng vật (9) dùng móc để nâng vật lên hay hạ vật xuống Tời có nhiệm vụ nâng đoạn tháp sở (11) từ mặt đất lên để chèn vào lồng nâng tháp (10), làm tăng độ cao cần trục; hạ đoạn tháp sở xuống muốn giảm độ cao cần trục - Chuyển động nâng hạ bàn nâng vận thăng: Tời kéo (13) có nhiệm vụ nâng lồng tháp (10) hình nâng bàn nâng (3) hình 1, (chú ý: tời kéo (6) tời kéo (13) một) Tùy cách phối hợp ròng rọc cáp mà tời kéo (13) có nhiệm vụ khác nhau, nâng lồng tháp (10) nâng bàn nâng (3) Hệ thống điều khiển: Các nút nhấn tắt, mở điều khiển động dẫn xuống lắp tủ điều khiển, tủ đặt mặt đất Các động loại pha, dùng điện 200V – 50 Hz Lắp dựng, tháo dỡ: Lắp theo trình tự từ thấp lên cao, tháo dỡ theo trình tự ngược lại Các thao tác theo trình tự bảo đảm an tồn “Tài liệu hướng dẫn sử dụng” kèm theo mơ hình 5.3 Ý tưởng thiết kế chi tiết điển hình Thông thường, việc thiết kế chi tiết máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: chịu lực tác dụng, chịu bền theo thời gian, phù hợp với chi tiết máy tiêu chuẩn khác, vật liệu dễ kiếm, có tính cơng nghệ (tính dễ chế tạo), tính thẩm mỹ… Tuy nhiên, mơ hình dùng cho dạy học, trọng nhiều nguyên lý làm việc, vận hành, tháo lắp mà không trọng đến việc nâng tải trọng (có thể nói cần chịu tải trọng thân đủ bền) nên yếu tố tính 215 Thiết kế mơ hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng Ngơ Bảo tốn theo lực tác dụng xem khơng có ý nghĩa Trong trường hợp này, ta dùng thép hộp 40 x 40 (mm), dày 1,4 mm để làm đoạn tháp sở xem đạt yêu cầu 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 Bảng hình dạng vật liệu chế tạo chi tiết cần thiết của“Mơ hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng” Hình dạng chi tiết nhóm tác giả nghĩ ra, kết cấu có khác nhiều so với chi tiết loại nhập nước Bảng Các chi tiết STT Tên gọi Tháp sở Thép hộp vuông 40 x 40 Lồng nâng tháp - Thép hộp vuông 40 x 40 - Thép hộp vuông 10 x 10 Hình Vật liệu Tay cần - Thép hộp vng 30 x 30 - Thép V20 Cần đối trọng Thép hộp vng 30 x 30 Chóp Thép hộp vng 30 x 30 216 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 Giá cấu quay - Thép hộp vuông 40 x 40 - Thép dày mm Chân đế Thép hộp vuông 40 x 40 Giá vận thăng (bàn nâng) Thép hộp vuông 40 x 40 Đối trọng Thép dày 10 mm Hệ thống cáp nâng - Thép hộp vng 40 x 40 - Ròng rọc: mua theo tiêu chuẩn - Cáp Xe - Thép hộp vuông 40 x 40 - Thép dày mm - Bánh xe, bulong: Mua theo tiêu chuẩn Thanh chống - Thép hộp vuông 40 x 40 - Thép dày mm - Bulong: Mua theo tiêu chuẩn 10 11 12 217 Thiết kế mơ hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng Ngô Bảo 13 Các loại bánh xe - Thép dày mm - Bánh xe, bulong: Mua theo tiêu chuẩn 14 Bộ truyền bánh bạc đạn mâm quay Mua theo tiêu chuẩn Chế tạo hồn thiện mơ hình Với ý tưởng thiết kế hình dạng chi tiết nói trên, ta tiến hành lập vẽ có đầy đủ kích thước u cầu kỹ thuật Sau đó, chuyển vẽ cho sở gia cơng khí để thực chế tạo Việc chế tạo hàn, cắt, khoan chủ yếu Thông số kỹ thuật chính: Độ cao tối đa: 5m Khối lượng tổng: ~250kg Khối lượng vật nâng: – 50kg Số lượng động điện: Cơng suất trung bình động điện: 400W Khả tải tời điện: – 300kg Tốc độ nâng vật: 30m/phút Tốc độ kéo xe con: 60 m/ phút Tốc độ nâng giá vận thăng: 30 m/ phút Tốc độ quay cần: 10vòng/ phút Cách thức truyền động: Truyền động cáp bánh Vận chuyển sử dụng: Di chuyển nhờ bánh xe, tiện lợi an toàn Lắp ráp, vận hành tháo dỡ: Lắp ráp mơ hình cần từ đến sinh viên, thời gian lắp khoảng 30 phút Trình tự lắp có trình bày rõ tài liệu hướng dẫn kèm theo Vận hành dạng chuyển động mơ hình điều khiển nút nhấn Tuy nhiên, việc đưa vật vào móc để nâng lên, lấy vật ra, chèn đoạn tháp sở vào thân tháp để tăng độ cao cần trục phải có người can thiệp Tháo dỡ ngược lại với lắp ráp, thời gian lắp khoảng 20 phút Có thể tháo dỡ chi tiết nhỏ tháo dỡ vài phận Cuối bảo quản sản phẩm nhà kho Bảo quản: Mô hình tháo dỡ phận bảo quản nhà kho Các chi tiết nhỏ, dụng cụ kèm theo giữ kín tủ có chốt khóa lại Nên bơi trơn định kỳ mỡ (mỡ bò) cho chỗ liên kết trượt, ròng rọc, dây cáp, ray xe con, bánh Theo thời gian, đứt cáp, tróc mối hàn, hư thiết bị điện, … lúc cần có chi phí để bảo trì tổng thể 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 218 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006), Tính tốn 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] Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai (2003), Máy xây dựng, 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 219 .. .Thiết kế mơ hình kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng Ngô Bảo a) Cần trục tháp b) Vận thăng Hình Cần trục tháp vận thăng làm việc công trường xây dựng Sự cần thiết mơ hình kết hợp cần trục. .. thành vận thăng hình 3, lắp thành cần trục tháp lắp kết hợp cần trục tháp lẫn vận thăng hình Chóp Cáp chằng Tời kéo xe Đối trọng Cần đối trọng Động Xe Tay cần Tời nâng vật 10 Lồng nâng tháp 11 Tháp. .. kết hợp cần trục tháp vận thăng xây dựng có liên quan nhiều với môn học: Cơ học lý thuyết, Cơ học kết cấu, Sức bền vật liệu, Kết cấu thép, Máy xây dựng an toàn lao động… Mục tiêu ý tưởng thiết kế