Nghiên cứu thiết kế hợp lý hóa các thông số kết cấu làm việc của thiết bị san dầm trục lăn thi công bê tông mái kênh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Y Z NGUYỄN XUÂN CHIẾN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ HĨA CÁC THƠNG SỐ KẾT CẤU & LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ SAN ĐẦM TRỤC LĂN THI CÔNG BÊ TÔNG MÁI KÊNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY & THIẾT BỊ XÂY DỰNG, NÂNG CHUYỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 01/2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NGÂN Chữ ký: Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Họ tên Cán chấm nhận xét 1: .Chữ ký: Học hàm: Học vị: Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Họ tên Cán chấm nhận xét 2: .Chữ ký: Học hàm: Học vị: Luận văn thạc sỹ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày… tháng… năm 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN XUÂN CHIẾN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/12/1985 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị xây dựng, nâng chuyển MSHV: 10300434 Khóa (năm trúng tuyển): 2010 I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ HĨA CÁC THƠNG SỐ KẾT CẤU & LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ SAN ĐẦM TRỤC LĂN THI CÔNG BÊ TÔNG MÁI KÊNH II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : − Phân tích tình hình thi cơng bê tông mái kênh mặt đường nước giới − Phân tích lựa chọn phương án thiết kế máy − Thiết kế hợp lý thông số kết cấu làm việc cụm san đầm trục lăn − Tính tốn mơ q trình làm việc cụm san đầm trục lăn − Tính kiểm nghiệm bền khung III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 20 tháng 06 năm 2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 04 tháng 01 năm 2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Phó giáo sư, Tiến sĩ NGUYỄN HỒNG NGÂN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Người Cơ tận tình giúp đỡ, bảo, hướng dẫn em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn đến Thầy Cô thuộc mơn Cơ giới hóa Xí nghiệp Xây dựng, Thầy Cơ thuộc khoa Cơ khí Thầy Cơ Trường Đại học Bách khoa Tp HCM nói chung, giảng dạy dạy, truyền đạt cho em kiến thức hữu ích năm qua Kế đến, em xin cảm ơn Bố Mẹ ủng hộ, động viên em em theo đuổi đường học vấn Cuối cùng, em xin cảm ơn đến anh em, bạn bè nhiệt tình đóng góp ý kiến xây dựng, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt q trình học tập Em ln cố gắng để hồn thành tốt luận văn này, kiến thức thời gian có hạn nên q trình thực khơng tránh khỏi thiếu xót Rất mong dẫn thêm Thầy Cơ bạn, để em có thêm kiến thức kinh nghiệm cho trình làm việc học tập sau Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh Ngày 04 tháng 01 năm 2012 Nguyễn Xuân Chiến Lời cảm ơn TÓM TẮT Nội dung luận văn tính tốn thiết kế hợp lý thông số kết cấu làm việc thiết bị san đầm trục lăn, mô mô hình làm việc phận đầm lèn Nội dung bao gồm: Chương 1: Trình bày tổng quan tình hình thi cơng bê tơng mái kênh mặt đường nước Nhu cầu thị trường nước thiết bị Giới thiệu số mẫu máy hãng giới Mục tiêu đề tài Chương 2: Tham khảo thiết kế có ngồi nước, so sánh chọn phương án thiết kế thiết bị Chương 3: Tính tốn thiết kế cấu, sử dụng phần mềm Solid Edge tự động thiết kế truyền động Xây dựng mơ hình lý thuyết mơ q trình làm việc cụm rung thông qua phần mềm Simulink Chương 4: Thiết kế kiểm nghiệm bền, chuyển vị khung kết cấu thép phần mềm Ansys Kết luận kiến nghị Lời cảm ơn MỤC LỤC Lời nói đầu Chương I 1.1 Tình hình thi cơng nước 1.2 Tình hình thi cơng giới 1.3 Mục tiêu đề tài luận văn .10 1.4 Kết luận .10 Chương II .11 2.1 Tham khảo thiết kế có 11 2.1.1 Patten 4993869 11 2.1.2 Tổ hợp máy thi công bêtông mái kênh 13 2.1.3 Máy C 450 hãng Gomaco .14 2.2 Giới thiệu thiết bị thiết kế 17 Chương III .20 3.1 Thiết kế thông số kết cấu làm việc cụm san đầm trục lăn .20 3.1.1 Lý thuyết làm chặt cấu kiện bê tông rung động 21 3.1.2 Thiết kế cấu rung 32 3.1.3 Thiết kế cấu di chuyển công tác .42 3.1.4 Thiết kế cấu san .60 3.2 Xây dựng mơ hình .76 3.2.1 Lý thuyết dao động hệ hai bậc tự .76 3.2.2 Mơ hình lý cụm rung 81 3.2.3 Mơ hình tốn cụm rung 82 3.3 Tính tốn thơng số phương trình chuyển động mô 83 3.4 Kết luận 87 Chương 88 4.1 Thiết kế kết cấu khung 88 4.2 Tính tốn kiểm nghiệm bền khung 90 4.3 Kết luận 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 Tài liệu tham khảo 94 Phụ lục 96 Phụ lục .96 Phụ lục .101 Phụ lục .106 Phụ lục .111 Phụ lục .118 Lý lịch trích ngang 123 LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đà phát triển, nên nhu cầu xây dựng sở hạ tầng ngày lớn Cơ giới hóa nghành xây dựng giải nhu cầu to lớn Vì việc giới hóa làm tăng suất lao động, tăng chất lượng cơng trình giảm thiểu thời gian thi công Trước nhu cầu thực tế đó, hướng dẫn PGS TS Nguyễn Hồng Ngân, chọn đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hợp lý hóa thơng số kết cấu làm việc thiết bị san đầm trục lăn thi công bê tông mái kênh” Đây đề tài xuất phát thực tế từ yêu cầu báo giá thiết bị Công ty cổ phần LICOGI 16 mơn Cơ giới hóa Xí nghiệp Xây dựng, khoa Cơ khí, đại học bách khoa Tp HCM Tuy thiết bị sản xuất nhiều nước phát triển giới Mỹ, Ý…, giá thành q cao khơng phù hợp với điều kiện thi công Việt Nam Mong đề tài tơi đóng góp phần vào sở lý thuyết dựa vào để chế tạo thành công thiết bị Thúc đẩy trình giới hóa nghành xây dựng Việt Nam phát triển ρCHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH THI CƠNG BÊ TƠNG MẶT ĐƯỜNG VÀ MÁI KÊNH 1.1 Tình hình thi cơng nước 1.2 Tình hình thi công giới 1.3 Mục tiêu đề tài luận văn 1.4 Kết luận 1.1 Tình hình thi cơng bê tơng nước Ở nước ta, tính đến hết năm 2008 nước có gần 2.000km đường bê tông xi măng, chiếm khoảng 2,5% tổng chiều dài tuyến đường giao thông nước (Trang thông tin chuyên ngành kiến trúc xây dựng Việt Nam) Phát biểu Hội thảo “Sử dụng xi măng xây dựng kết cấu hạ tầng GTVT” vừa tổ chức ngày 20/12 Bộ GTVT, Bộ trưởng Đinh La Thăng nhấn mạnh: Trong xây dựng phát triển kết cấu hạ tầng, ngành GTVT ngành có nhu cầu tiêu thụ xi măng lớn đất nước Hầu hết cơng trình giao thơng quan trọng cầu, cống, sân bay, bến cảng sử dụng vật liệu bê tông xi măng, bê tông cốt thép, bê tơng cốt thép dự ứng lực Do mà thấy nhu cầu thiết bị thi cơng mặt đường bê tông ximăng lớn Tuy nhiên, việc thi công bê tông mặt đường bê tông mái dốc nước ta, từ khâu cấp, rải, san, đầm, lèn, hồn thiện bề mặt bêtơng thực chủ yếu lao động thủ công bán giới Điều khiến suất lao động thấp, công nhân phải lao động nặng nhọc, chất lượng cơng trình khơng cao thời gian thi cơng dài HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Chương I Hình 1.1 Cơng trình kiên cố hóa kênh Bắc, Tp Phan Rang−Tháp chàm Hình 1.2 Thi cơng xây dựng hệ thống giao thông cụm dân cư Núi Tháp Năm 2009 nhà khoa học Việt Nam (TS Nguyễn Hồng Ngân, TS Nguyễn Danh Sơn nhóm cộng sự) chế tạo thành công tổ hợp thiết bị thi công bê tông mái kênh đưa vào ứng dụng thực tế HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Chương I 109 Multiple Strand Factor: Tooth Correction Factor: 1.128 CHAIN DIMENSIONS (P) Chain Pitch: 25.40 mm (dr) Maximum Roller Diameter: 15.88 mm (b1) Minimum Width Over Inner Plate: 15.75 mm (dpin) Maximum Bearing Pin Body Diameter: 7.94 mm (dbore) Minimum Bush Bore: 7.96 mm Minimum Chain Path Depth: 24.39 mm Maximum Inner Plate depth: 24.13 mm (b2) Maximum Width Over Inner Link: 22.60 mm (b3) Minimum Width Between Outer Plate: 22.66 mm SPROCKET DIMENSIONS - MAXIMUM Sprocket 1: (da) Tip Diameter: 154.10 mm (alpha) Roller Seating Angle: 134.71 deg (ri) Roller Seating Radius: 70.16 mm (re) Tooth Flank Radius: 59.58 mm (df) Root Diameter: (dg) Absolute Maximum Shroud Diameter: 110.02 mm Sprocket 2: (da) Tip Diameter: 154.10 mm (alpha) Roller Seating Angle: 134.71 deg (ri) Roller Seating Radius: 69.81 mm (re) Tooth Flank Radius: 59.58 mm (df) Root Diameter: (dg) Absolute Maximum Shroud Diameter: 110.02 mm HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 110 SPROCKET DIMENSIONS - MINIMUM Sprocket 1: (da) Tip Diameter: 145.36 mm (alpha) Roller Seating Angle: 114.71 deg (ri) Roller Seating Radius: 69.81 mm (re) Tooth Flank Radius: 36.21 mm (df) Root Diameter: 122.35 mm (dg) Absolute Maximum Shroud Diameter: - Sprocket 2: (da) Tip Diameter: 145.36 mm (alpha) Roller Seating Angle: 114.71 deg (ri) Roller Seating Radius: 0.00 mm (re) Tooth Flank Radius: 36.21 mm (df) Root Diameter: 122.35 mm (dg) Absolute Maximum Shroud Diameter: - SPROCKET TOOTH DIMENSIONS (bf1) Tooth Width: 14.96 mm (ba) Tooth Side Relief: 3.30 mm (bf2) Width Over Teeth: 14.96 mm (Pt) Transverse Pitch: 29.29 mm (rx) Tooth Side Radius: 25.40 mm END OF REPORT HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 111 Phụ lục Solid Edge Engineering Reference Design And Calculation Report Spur Gear GENERAL INFORMATION _ Date Created: 12/29/2011 1:17:19 AM Generated by: Xuan Chien Author: Filename: Title: Document number: Revision number: Project name: STRENGTH VALIDATION: Pass Standard: ISO INPUT DESIGN CONDITIONS _ DESIGN INPUT PARAMETERS GEAR PARAMETERS Desired Gear Ratio: (al) Pressure Angle: 20.00 deg (bt) Helix Angle: 0.00 deg (CD) Center Distance: 125.00 mm HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 112 Helix Angle Direction: Left (r) Root Fillet: 0.20 mm Gear Accuracy: Application Factor: 1.2 Pinion Mounting Constant: 0.8 Roughness Factor: CALCULATION PARAMETERS Efficiency: 0.92 Pinion: (DM) Mounting Hole Diameter: 38.00 mm (b) Face Width: 25.00 mm Power: 1190.00 W Speed: 1740.000 deg/s Size Factor For Contact: Size Factor For Bending: Gear: (DM) Mounting Hole Diameter: 35.00 mm (b) Face Width: 25.00 mm Size Factor For Contact: Size Factor For Bending: PINION MOUNTING CONSTANT Pinion: Pitch of Bearing: 80.00 mm Move from Shaft Center: 8.00 mm Medium Shaft Diameter: 25.00 mm Gear: Pitch of Bearing: 80.00 mm HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 113 Move from Shaft Center: 8.00 mm Medium Shaft Diameter: 25.00 mm MATERIAL PROPERTIES USED FOR CALCULATIONS Pinion Material: User Contact Stress [ MPa ]: 1140 Bending Stress [ MPa ]: 605 Gear Material: User Contact Stress [ MPa ]: 1140 Bending Stress [ MPa ]: 390 MATERIAL PROPERTIES APPLIED TO THE MODEL DESIGN INPUT OPTIONS Type of Gearing: External Gearing Output Geometrical Parameters: Find No of Teeth and Module Strength Calculation Method: Based on Bending and Contact Stress Correction Method: Correct the Tooth Profile Load Calculation: Find Torque Correction Applied: To Gear Ratio Strength Calculation Type: Based on given Material Strength Face Width Values: User Specified Place with full Assembly Relation: Yes CALCULATE RESULTS _ OUTPUT DESIGN PARAMETERS GENERAL RESULTS Actual Gear Ratio: 1.046 Module: 5.50 mm HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 114 Total Unit Correction: 0.236 Contact Ratio: 1.514 Tangential Pressure Angle: 20.00 deg Operating Pressure Angle: 21.52 deg Tan Operating Pressure Angle: 21.52 deg Base Helix Angle: 0.00 deg Product Center Distance: 123.75 mm Tangential Module: 5.50 mm (Pc) Circular Pitch: 17.28 mm Tangential Circular Pitch: 17.28 mm (Pb) Base Circular Pitch: 16.24 mm Corrected Root Fillet: 1.65 mm Pinion: No of Teeth: 22 Face Width Ratio: 0.2066 Unit Correction: 0.1194 Power: 1190.00 W Speed: 1740.000 deg/s Torque: 39.185 N-m Gear: No of Teeth: 23 Face Width Ratio: 0.1976 Unit Correction: 0.1166 Power: 1094.80 W Speed: 1664.348 deg/s Torque: 40.966 N-m STRENGTH VALIDATION Pinion: Allowable Bending Stress: 515.640 MegaPa HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 115 Safety Factor in Bending: 18.4 Allowable Pitting Stress: 1020.500 MegaPa Safety Factor in Pitting: 2.94 Gear: Allowable Bending Stress: 332.370 MegaPa Safety Factor in Bending: 11.8 Allowable Pitting Stress: 1020.500 MegaPa Safety Factor in Pitting: 3.2 FORCES Tangential Force: 647686.688 mN Radial Force: 255378.711 mN Normal Force: 696215.936 mN Circumferential Velocity: 1.837 m/s Resonance Speed: 60613.604 deg/s Axial Force: 0.000 mN BASIC DIMENSIONS Pinion: (db) Base Diameter: 113.70 mm (da) Outside Diameter: 133.22 mm (d) Pitch Diameter: 121.00 mm (dr) Root Diameter: 108.56 mm Work Pitch Diameter: 122.22 mm (T) Chordal Thickness: 8.05 mm (ht) Chordal Thickness Height: 4.64 mm (M) Chordal Dimension: 41.04 mm (S) Tooth Thickness: 11.18 mm Gear: HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 116 (db) Base Diameter: 118.87 mm (da) Outside Diameter: 138.69 mm (d) Pitch Diameter: 126.50 mm (dr) Root Diameter: 114.03 mm Work Pitch Diameter: 127.78 mm (T) Chordal Thickness: 8.04 mm (ht) Chordal Thickness Height: 4.63 mm (M) Chordal Dimension: 41.03 mm (S) Tooth Thickness: 11.18 mm FACTORS OF ADDITIONAL LOAD Pinion: Dynamic Factor: 1.005 Face Load Factor: 1.191 Transverse Load Factor: Gear: Dynamic Factor: 1.005 Face Load Factor: 1.119 Transverse Load Factor: FACTORS FOR CONTACT Elasticity Factor: 189.81 Zone Factor: 2.397 Contact Ratio Factor: 0.9051 Lubricant Factor: 0.9368 Velocity Factor: 0.9555 Helix Angle Factor: Work Hardening Factor: Pinion: HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 117 Life Factor: Gear: Life Factor: FACTORS FOR BENDING Helix Angle Factor: Contact Ratio Factor: 0.7363 Pinion: Form Factor: 2.555 Stress Correction Factor: 2.347 Life Factor: Notch Sensitivity Factor: 1.421 Gear: Form Factor: 2.556 Stress Correction Factor: 2.347 Life Factor: Notch Sensitivity Factor: 1.42 GEARING PARAMETERS Limit Deviation of Helix Angle: 0.00 mm Limit Deviation of Helix Axis Parallelity (Fx): 0.00 mm Limit Deviation of Helix Axis Parallelity (Fy): 0.00 mm GEAR PARAMETERS Pinion: Limit Deviation of Axial Pitch: 0.00 mm Limit Deviation of Basic Pitch: 0.00 mm Gear: Limit Deviation of Axial Pitch: 0.00 mm Limit Deviation of Basic Pitch: 0.00 mm END OF REPORT HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 118 Phụ lục 2000 (vg/ph) HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 119 2500 (vg/ph) HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 120 2840 (vg/ph) HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 121 3500 vg/ph 4000 vg/ph HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 122 HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục 123 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN XUÂN CHIẾN Ngày sinh: 11 - 12 - 1985 Quê quán: Tiến thủy, Quỳnh lưu, Nghệ an Điện thoại: 0988.816.675 Email: xuanchienck@gmail.com Chỗ nay: 43, Tổ 9, Kp 5, F Trảng dài, Tp Biên hòa, tỉnh Đồng nai Cơ quan: Bộ mơn Máy xếp dỡ xây dựng, Khoa Cơ khí, ĐH GTVT TP HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: + Năm 2003 - 2008: Sinh viên Khoa Cơ khí, Trường ĐH GTVT TP HCM + Năm 2008 - 2010: Cán tập Khoa Cơ khí, Trường ĐH GTVT TP HCM + Năm 2010 - 2012: Học viên cao học, cán giảng dạy Khoa Cơ khí, Trường ĐH GTVT TP HCM HVTH: Nguyễn Xuân Chiến GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân Phụ lục ... III NGHIÊN CỨU THI? ??T KẾ HỢP LÝ HÓA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ LÀM VIỆC CỦA THI? ??T BỊ SAN ĐẦM TRỤC LĂN 3.1 Thi? ??t kế thông số kết cấu làm việc cụm san đầm trục lăn 3.1.1 Lý thuyết làm chặt cấu kiện bê. .. máy thi? ??t bị xây dựng, nâng chuyển MSHV: 10300434 Khóa (năm trúng tuyển): 2010 I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THI? ??T KẾ HỢP LÝ HĨA CÁC THƠNG SỐ KẾT CẤU & LÀM VIỆC CỦA THI? ??T BỊ SAN ĐẦM TRỤC LĂN THI CÔNG... khảo thi? ??t kế có, em đưa thi? ??t bị san − đầm b? ?tông mặt đường sau: 2.2 Giới thi? ??u thi? ??t bị thi? ??t kế: Chức năng: thi? ??t bị dùng để san, đầm lèn hoàn thi? ??n bề mặt bêtơng mặt đường Hình 2.6 Thi? ??t bị san