Nghiên cứu lựa chọn phương án dẫn động hợp lý nhà trọng lượng lớn quay 360 độ

Mối liên hệ giữa mực nước trong bể và tải trọng tác dụng lên các bánh xe di chuyển được xác định thông qua trọng lượng ngôi nhà và lượng nước chiếm chỗ của tầng hầm tòa nhà. Từ đó phương án tạo lực ép và phương án dẫn động cho các bánh xe được chỉ ra đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống.

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG HỢP LÝ NHÀ TRỌNG LƯỢNG LỚN QUAY 360 ĐỘ Cao Thành Dũng1, Trần Văn Tuấn1, Nguyễn Văn Chánh2 Tóm tắt: Nhà trọng lượng lớn thường ngơi nhà có độ cao lớn mặt rộng Để ngơi nhà quay 360 độ yêu cầu đặt phải có hệ thống đỡ tạo chuyển động quay hợp lý cho ngơi nhà Một bể nước hình trụ thiết kế đáy tòa nhà để chịu phần lớn tải trọng tòa nhà nhờ lực đẩy Ác si mét nước lên phần chiếm chỗ tòa nhà Tịa nhà quay quanh tâm nhờ dẫn động bánh xe đặt xung quanh tòa nhà Mối liên hệ mực nước bể tải trọng tác dụng lên bánh xe di chuyển xác định thông qua trọng lượng nhà lượng nước chiếm chỗ tầng hầm tịa nhà Từ phương án tạo lực ép phương án dẫn động cho bánh xe đảm bảo an tồn cho tồn hệ thống Từ khóa: Nhà quay 360 độ; Dẫn động nhà quay; Nhà quay trọng lượng lớn GIỚI THIỆU * Trong quy hoạch tổng thể phát triển du lịch Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030 nêu rõ cần phát triển sản phẩm du lịch đặc trưng theo vùng, với tính chất trội để tạo dựng thương hiệu vùng Do vậy, việc xây dựng nhà quay 360 độ tạo điểm nhấn cho vùng du lịch Nhà quay 360 độ giúp khai thác tối đa lợi cảnh quan du lịch đặc trưng địa phương, giúp tạo dựng thương hiệu trội cho vùng du lịch Việt Nam mang đẳng cấp quốc tế theo tinh thần nghị Trung ương Đồng thời, mơ hình nhà quay tạo sản phẩm du lịch hấp dẫn thu hút du khách khu du lịch nghỉ dưỡng, vui chơi giải trí Trên giới xuất số nhà quay 360 độ Những nhà quay thiết kế để tồn trọng lượng ngơi nhà dồn lên trụ đỡ tâm nhà bánh xe di chuyển Do có nhược điểm chế tạo phần khí chịu tải lớn tốn Bên cạnh vận hành nhà quay tạo ma sát lớn nên phải chọn động công suất lớn, cồng kềnh tiêu hao nhiều lượng Thiết kế khó để xây dựng tịa nhà có trọng lượng lớn quay 360 độ Yêu cầu đặt cần nghiên cứu phương án hợp lý để dẫn động nhà trọng lượng lớn quay 360 độ giúp cho nhà vận hành an toàn tiết kiệm chi Khoa Cơ khí Xây Dựng, Trường Đại học Xây Dựng Cơng ty CP nhà quay Việt Nam phí Từ thực tế này, nhà quay 360 độ đặt bể nước định hướng thiết kế Nhà quay đỡ nâng lên theo ngun lý thủy lực chính, điểm khác biệt với cơng trình có nước ngồi Nhà quay 360 độ (Hình 1) có bể nước hình trụ, đáy hình trịn phẳng làm bê tông cốt thép Tầng hầm hình trụ nằm bể nước có đáy đồng dạng với đáy bể nước Tầng hầm liên kết với bể nước thông qua hệ thống định tâm bố trí tâm đáy bể đáy tầng hầm Trục định tâm đồng thời ống kỹ thuật để lắp đặt đường ống điện, nước đưa từ vào tầng hầm Sàn tầng hầm đỡ thành bên trụ cột liên kết với dầm đáy tầng hầm Khi bơm nước vào bể tầng hầm tịa nhà đóng vai trò phao, tác dụng lực đẩy Ác si mét nước tầng hầm lên Khi tầng hầm lên bánh xe dẫn động bánh xe bị động lắp đặt xung quanh chu vi tòa nhà sàn tầng hầm theo số lượng tính tốn Các bánh xe tỳ vào mặt thành bể tỳ vào dầm tịa nhà có nhiệm vụ di chuyển, chịu phần nhỏ trọng lực, giữ thăng ổn định cho tòa nhà Khi động hoạt động bánh xe dẫn động chạy ray xung quang chu vi tòa nhà dẫn động cho tịa nhà quay Do nhà quay 360 độ bể nước dùng lực đẩy Ác si mét để nâng tòa nhà lên cơng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 173 nghệ ưu việt so với cơng nghệ có giới Khi khối lượng tòa nhà lớn hàng nghìn cơng nghệ khác giới khó thực để tạo nhà quay 360 độ A A D Hn i So Sơ đồ dodẫn danđộng dong A-A Hình Nhà quay 360 độ 1- Tòa nhà; 2- Bể nước; 3- Nước; 4- Định tâm; 5- Bể phụ; 6- Động cơ; 7- Bánh xe dẫn động; 8- Bánh xe bị động CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÁC DỤNG LÊN NHÀ QUAY 2.1 Thơng số tịa nhà H Wg (Dn), chiều cao tòa nhà (H), chiều cao cột nước bị đáy nhà chiếm chỗ (Hn) Thông số động học bao gồm tốc độ quay (nq), công suất động Nđc Thông số tải trọng bao gồm trọng lượng thân tòa nhà (Mnh), trọng lượng tăng thêm lớn thêm đồ đạc, người … (Mth), tải trọng gió (Wg) Thơng số khác bao gồmsố lượng bánh xe dẫn động quay tòa nhà (S xq), số lượng bánh xe bị động (S x) 2.1 Các thành phần lực tác dụng lên tòa nhà a Lực đẩy Ac si mét: Diện tích mặt cắt ngang tịa nhà (Sb): Sb  Dn Hn D   D2 (2.1) Thể tích phần móng nhà theo chiều cao cột nước (Vn): Vn  Sb  H n (2.2) - Lực đẩy Ac xi mét để nâng tòa nhà lên (FA): FA   Vn (2.3)  : Trọng lượng riêng nước Hình Các thơng số tịa nhà Thơng số hình học tịa nhà (Hình 2) bao gồm đường kính tịa nhà (D), đường kính bể nước 174 - Diện tích mặt cắt bể nước (Sbn): S bn    D n2 (2.4) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC b Phản lực bánh xe lên tòa nhà (Fx): - Khi có trọng lượng thân tịa nhà: FXr  M nh  FA S xq  S x - Khi trọng lượng tăng thêm lớn nhất: ( M nh  M th )  FA FXM  S xq  S x (2.5) (2.6) c Tải trọng gió (Wg): Tải trọng gió phải tính tốn giá trị cho phép để tòa nhà quay trạng thái ổn định, tịa nhà khơng bị nghiêng phía Do tịa nhà dạng hình trụ bánh xe phân bố xung quanh chu vi nó, nên gió cần tính tốn theo phương để tịa nhà khơng bị ổn định khối lượng tòa nhà nhỏ Điều kiện để tòa nhà làm việc ổn định tính theo trọng lượng thân tịa nhà: D H (M  F )  D (Mnh  FA)   n  Wg   nh A  n (2.7) 2 Wg  H n: hệ số an tồn cho phép tịa nhà làm việc THIẾT LẬP BỘ ĐỊNH TÂM CHO NHÀ QUAY 360 ĐỘ Mục đích định tâm dùng cho nhà quay 360 độ bể nước trục quay tòa nhà đồng thời vừa ống kỹ thuật để bố trí đường dây điện, đường ống cấp nước vào tịa nhà Bộ định tâm cần đạt yêu cầu chống mài mòn, ngăn nước tràn lên hay bể nước tòa nhà bị rung chấn tịa nhà bị nghiêng góc độ định kết cấu định tâm đảm bảo Để đạt mục đích này, kết cấu hệ thống định tâm dùng cho nhà quay 360 độ bể nước Hình Hệ thống định tâm bao gồm trục định tâm cố định (1) ống thép rỗng, đầu ống xuyên qua đáy bể nước gắn liền với ống xun ngồi, phần rỗng ống để bố trí lắp đặt đường dây cấp điện, đường ống cấp nước Đầu ống định tâm (1) có gắn phận nước thải (3) nằm phía định tâm (2) có dạng trụ rỗng, tạo ống trụ ống trụ hai đáy hình vành khun Ống trụ ngồi kht lỗ lắp cút dẫn nước thải thứ nhất, xung quanh ống trụ khoét lỗ thoát nước, ống (1) khoét lỗ lắp cút dẫn nước thứ hai cao độ với lỗ thoát nước thứ Đầu đầu ống trụ ống (1) lắp gioăng chặn nước Ống (1) khơng quay (3) quay tịa nhà, đảm bảo nước thải chảy Hình Hệ thống định tâm nhà quay 1-Trục định tâm; 2- Bộ định tâm; 3- Cụm nước thải; 4- Vành góp điện; 5- Cụm cấp nước sạch; 6Nước; 7- Đáy tầng hầm; 8- Bể nước Phương án cấp nước bao gồm khớp quay cấp nước (5) lắp phía (1) Khớp quay cấp nước bao gồm mặt bích hàn vào đầu (1), tâm mặt bích khoét lỗ để lắp bu lông giữ khớp quay, ống cấp nước gắn phía khớp quay Hệ thống định tâm cịn có phận góp điện (4) bao ngồi (1) bao gồm chổi than quay xung quanh vành góp điện lấy điện phục vụ cho tòa nhà KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 175 Hình Bộ định tâm 1- Trục cố định; 2- Ống dưới; 3- Đệm cao su; 4- Ống trên; 5- Bạc trượt; 6- Gioăng chặn nước; 7- Bu lông liên kết; 8- Nước Bộ định tâm (2) có kết cấu Hình 4, bao gồm ống (2) ống (4) liên kết với mặt bích đệm cao su (3) lồng bên trục định tâm cố định (1), đầu ống (2) gắn cứng vào tâm đáy tầng hầm Ống (4) có đường kính đường kính ống định tâm di động (2) bao trục định tâm cố định (1) Giữa ống (4) trục định tâm cố định (1) bố trí gioăng ngăn nước (6) đầu ống (4) Cũng ống (4) trục cố định (1) phía gioăng ngăn nước (6) bố trí bạc trượt (5) để định tâm quay giảm mài mòn chi tiết Miếng đệm cao su (3)có chiều dày định trước cho đầu ống (4) cách đầu ống (2) khoảng 3÷4 cm Miếng đệm cao su đảm bảo định tâm đàn hồi bảo đảm nhà quay ổn định Nếu bể nước bị rung chấn trục định tâm cố định (1) (4) rung theo có lớp đệm cao su nên rung chấn khơng ảnh hưởng đến (2), nghĩa tịa nhà khơng bị ảnh hưởng Ngược lại, tịa nhà bị nghiêng giới hạn cho phép không ảnh hưởng đến (1), (2) bị nghiêng (4) (1) khơng bị ảnh hưởng Bên cạnh (3) cịn có chức chặn khơng cho nước tràn LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TẠO LỰC ÉP VÀ DẪN ĐỘNG HỢP LÝ CÁC BÁNH XE 4.1 Các trường hợp liên kết bánh xe với hệ khung chịu lực 4.1.1 Sử dụng dầm thép kết hợp với lò xo 2 a a Lực ép gián tiếp; b Lực ép trực tiếp b 1- Đáy tòa nhà; 2- Lò xo nén 3- Dầm ngang; 4- Thành bể; 5- Cụm dẫn động bánh xe; 6- Bánh xe Hình Lị xo tạo lực ép lên trục bánh xe 176 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC a) Lị xo tỳ vào vị trí dầm Phương án bánh xe sử dụng lò xo tỳ vào dầm ngang Hình 5a Lực ép lị xo tác dụng gián tiếp lên trục bánh xe Ưu điểm phương án độ nén lò xo nhỏ dễ bố trí lị xo Nhưng có nhược điểm lực nén lị xo lớn, khó xác định độ nén xác lị xo ngoại lực tác dụng lên tòa nhà thay đổi tịa nhà q tải lị xo phải chịu lực nén lớn (Nguyễn Trọng Hiệp, 2006) b) Lò xo tỳ trực tiếp lên trục bánh xe Phương án bánh xe sử dụng hai lò xo tác dụng trực tiếp lên hai bên trục bánh xe Hình 5b Ưu điểm phương án lực nén lò xo nhỏ dẫn tới kết cấu lò xo nhỏ Nhưng nhược điểm phương án độ nén lị xo lớn; khó xác định độ nén xác lị xo ngoại lực tác dụng lên tòa nhà thay đổi; tòa nhà tải lị xo phải chịu lực nén lớn; bố trí hai lò xo hai bên dẫn tới cồng kềnh (Nguyễn Trọng Hiệp, 2006) 4.1.2 Sử dụng dầm thép xy lanh thủy lực Khi sử dụng xy lanh thủy lực để thay lị xo có nhiều ưu điểm bật tải lệch giới hạn cho phép xy lanh giữ nguyên hành trình nhà khơng bị dao động (do gió, tải trọng di động …); cần sử dụng hành trình nâng nhỏ hành trình nâng khơng thay đổi giống lị xo tải thay đổi Khi trọng tâm tịa nhà khơng thay đổi nhiều làm tăng tính an tồn tịa nhà; dễ dàng điều chỉnh độ cao nâng với độ xác cao; có cố van an tồn làm việc, tịa nhà hạ xuống; rút nước để hạ tòa nhà van điều khiển mở ra, xy lanh co lại không chịu tải (Đỗ Xuân Đinh, 2012), trạng thái lị xo chịu tải lớn phải tháo lò xo Từ ưu điểm bật xy lanh thủy lực so với lò xo, phương án hợp lý để để dẫn động quay tòa nhà thể Hình 6, bao gồm xy lanh thủy lực tỳ trực tiếp lên trục bánh xe cụm bánh xe gắn cố định thành bể, cụm bánh xe quay chỗ Hình Xy lanh thủy lực tạo lực ép trực tiếp lên trục bánh xe 1- Đáy tòa nhà, 2- Xy lanh thủy lực, 3- Dầm ngang; 4- Thành bể; 5- Cụm dẫn động bánh xe; 6- Bánh xe 4.2 Hệ thống dẫn động bánh xe Phương án hợp lý sử dụng để dẫn động bánh xe sử dụng động thủy lực Phương án có nhiều ưu điểm bật so với phương án dẫn động khí đảm bảo xác tốc độ quay; tạo mô men quay lớn với kích thước trọng lượng nhỏ; kết cấu nhỏ gọn dễ bố trí; truyền động êm, độ tin cậy cao; thay đổi tốc độ đầu vô cấp đổi chiều quay cách dễ dàng; bảo vệ tải cho thiết bị máy đơn giản (Đỗ Xuân Đinh, 2012) Cơ cấu an toàn Cơ cấu an toàn sử dụng tòa nhà gặp cố gió q lớn bể nước bị vỡ lực tác dụng lên số xy lanh vượt giới hạn cho phép Khi thơng qua cảm biến hệ điều khiển van an tồn hoạt động làm xy lanh co lại kết hợp nước bể rút đi, tòa nhà hạ xuống chạm đáy bể Nếu có gió bão góc nhà neo sợi cáp bố trí thiết bị kẹp ray đảm bảo an tồn gió lớn (Đỗ Xn Đinh, 2012; Vũ Liêm Chính, 2002) VÍ DỤ ÁP DỤNG VỚI MỘT MƠ HÌNH 5.2 Các thơng số tòa nhà D=36 m, Dn=36.8 m, H=25 m, Mnh=40000 (KN), Mth=2000 (KN), Sxq=10 (bx), Sx=40 (bx) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 177 5.2 Phân bố thành phần tải trọng tòa nhà tác dụng lên bể nước bánh xe Từ công thức xác định mục 2.2, mối liên hệ chiều cao mực nước chiếm chỗ tòa nhà tải trọngcủa tòa nhà tác dụng lên bánh xe xác định Hình Mối liên hệ chiều cao mực nước chiếm chỗ thể tích vùng cột nước xác định Hình Bên cạnh mối liên hệ trọng lượng tòa nhà lực tác dụng lên bánh xe trọng lượng tăng thêm thay đổi xác định Hình Hình Mối liên hệ chiều cao mực nước chiếm chỗ thể tích vùng cột nước Hình Mối liên hệ chiều cao mực nước chiếm chỗ tải trọng tác dụng lên bánh xe Hình Mối liên hệ trọng lượng tòa nhà lực tác dụng lên bánh xe chiều cao cột nước 3.8 m Từ Hình 7, chiều cao cột nước phù hợp để nâng tòa nhà xác định (3.8 m) Ở chiều cao này, lực tác dụng nhà lên bánh xe khơng có tải trọng tăng thêm 26.8 KN có tải trọng tăng thêm lớn 66.8 KN Từ thể tích vùng cột nước yêu cầu xác định theo chiều cao cột nước (Hình 8) lực tác dụng lên bánh xe khối lượng tòa nhà thay đổi (Hình 9) Từ số liệu thơng số bánh xe, truyền động kết cấu thép xác định KẾT LUẬN Từ phân tích ra, định tâm cho tịa nhà thiết lập với mục đích trục quay tòa nhà đồng thời vừa ống kỹ thuật để bố trí đường dây điện, đường ống cấp nước vào tịa nhà Các giá trị tải trọng tác dụng lên tòa nhà xác định, đặc biệt mối liên hệ lực đẩy Ác si mét với trọng lượng tòa nhà tác dụng lên bánh xe thơng qua chiều cao cột nước Sau thể tích vùng cột nước vùng giá trị hợp lý tải trọng tòa nhà tác dụng lên bánh xe lựa chọn Phương án tạo lực ép dẫn động hợp lý bánh xe ra, từ tính tốn lựa chọn kết cấu bánh xe, kết cấu khung, tính tốn thiết kế hệ thủy lực xy lanh thủy lực, xác định công suất bơm động thủy lực dẫn động bánh xe TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trọng Hiệp, (2006), Chi tiết máy, Nhà xuất giáo dục, Huế PGS.TS Đỗ Xuân Đinh, (2012), Truyền động thủy khí, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội PGS.TS Vũ Liêm Chính, TS Phạm Quang Dũng, TS Trương Quốc Thành, (2002), Cơ sở thiết kế máy xây dựng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 178 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Abstract: RESEARCH ON CHOOSING OF LOGICAL DRIVE METHOD OF A 360-DEGREE ROTATING BIG WEIGHT HOUSE Big weight house is a house with a high altitude and a wide ground In order for rotating 360 degrees of this house, a system to support and create a reasonable rotation for the house is estalished A cylindrical water pool is designed at the bottom of the house to withstand the majority of the house load by the Archimedes thrust of the water on the house The house rotates around its center by the driving of the wheels placed around the house The relationship between the water level in the pool and the load on the moving wheels is determined by the weight of the house and the water amount occupied by the basement of the house And then, the plan to create pressure and drive the wheels are shown to ensure safety for the entire system Keywords: House rotates 360 degrees; Big weight rotating house; Driving for rotating house Ngày nhận bài: 22/5/2019 Ngày chấp nhận đăng: 20/8/2019 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 179 ... dẫn động bánh xe Phương án hợp lý sử dụng để dẫn động bánh xe sử dụng động thủy lực Phương án có nhiều ưu điểm bật so với phương án dẫn động khí đảm bảo xác tốc độ quay; tạo mô men quay lớn với... tích vùng cột nước vùng giá trị hợp lý tải trọng tòa nhà tác dụng lên bánh xe lựa chọn Phương án tạo lực ép dẫn động hợp lý bánh xe ra, từ tính tốn lựa chọn kết cấu bánh xe, kết cấu khung, tính tốn... nghệ có giới Khi khối lượng tòa nhà lớn hàng nghìn cơng nghệ khác giới khó thực để tạo nhà quay 360 độ A A D Hn i So Sơ đồ dodẫn danđộng dong A-A Hình Nhà quay 360 độ 1- Tòa nhà; 2- Bể nước; 3-