Một số giải pháp thiết kế chống biến dạng kết cấu máy nâng chuyển

Nghịch đảo độ biến dạng của kết cấu là độ cứng. Độ cứng- là khả năng của hệ thống kết cấu chống lại tác động của tải trọng ngoài với các biến dạng cho phép không làm hỏng khả năng làm việc của hệ thống. Khái niệm ngược lại độ cứng là tính dễ biến dạng, tức là tính chất tiếp nhận các biến dạng khá lớn dưới tác động của các tải trọng bên ngoài. Bài viết trình bày các giải pháp thiết kế ngăn ngừa sự biến dạng kết cấu của máy nâng chuyển, giải pháp khống tăng khối lượng vật liệu giảm chi phí trong chế tạo và khai thác.

CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 [2] J.Pasupathy, V.Ravisankar, “Parametric optimization of TIG welding parameters using Taguchi method for dissimilar joint, low carbon steel with AA1050” International journal of scientific and engineering research, Volume 4, Issue 11, 11/2013 [3] Akash Sharma, Atul Raj, Rakesh Kumar Phanden and Nitin Gehlot Optimization of depositon rate of weld bead for gas arc welding of stainless steel (SS316) using Taguchi methods” International journal for technological resrearch in engineering, volume 2, issue 7, March-2015 [4] N.Bensaid, N.Tala-Ighil, R.Badji, M.Hadji , “Optimization of TIG welding paramelters in ferritic rd stainless steel (AISI 430)” Conference international sur le Soudage, 26-28 November 2012 [5] Susheel Kumar Sharma, Syed Hasan Mehdi, “Influences of the welding process parameters on the weldability of material” International journal of engineering and advanced technology Volume 2, issue 5, June 2013 MỘT SỐ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CHỐNG BIẾN DẠNG KẾT CẤU MÁY NÂNG CHUYỂN DESIGN SOLUTIONS FOR DEFORMING PREVENTION OF THE LIFTING MACHINE STRUCTURES TH.S BÙI THỨC ĐỨC Viện Cơ Khí- Trường ĐHHHVN Tóm tắt: Bài báo trình bày giải pháp thiết kế ngăn ngừa biến dạng kết cấu máy n ng chuyển, giải pháp khống tăng khối lượng vật liệu giảm chi phí chế tạo khai thác Abstract: This article presents design solusions for deforming prevention of the lifting machine structures, however the solutions reduce manufacturing material and operational costs Đặt vấn đề Nghịch đảo độ biến dạng kết cấu độ cứng Độ cứng- khả hệ thống kết cấu chống lại tác động tải trọng với biến dạng cho phép không làm hỏng khả làm việc hệ thống Khái niệm ngược lại độ cứng tính dễ biến dạng, tức tính chất tiếp nhận biến dạng lớn tác động tải trọng bên Đối với kết cấu máy nói chung máy nâng vận chuyển nói riêng, độ cứng đóng vai trị quan trọng đến chất lượng làm việc độ an toàn máy (trừ số trường hợp sử dụng tính biến dạng đàn hồi như: lị xo, nhíp,…để giảm chấn) Độ cứng định khả hoạt động kết cấu với mức độ độ bền, đơi cịn mức độ cao Khi biến dạng gia tăng phá hỏng hoạt động bình thường kết cấu trước xuất ứng suất nguy hiểm Những biến dạng vừa phá hỏng phân bố tải trọng, vừa gây tập trung lực đoạn riêng biệt chi tiết, xuất ứng suất cục bộ, nhiều vượt ứng suất cho phép cách đáng kể Nếu khung giá đỡ không cứng làm điều hưởng tác động qua lại cấu đặt nó, gây ma sát gia tăng mịn mối ghép di động Nếu trục gối đỡ truyền bánh khơng cứng làm hỏng ăn khớp xác bánh làm cho mau mòn; ngõng trục ổ trượt không cứng gây áp lực mép gia tăng, làm xuất ma sát nửa ứơt nửa khô, làm nhiệt, làm kẹt làm giảm thời gian phục vụ ổ trục Độ cứng có ý nghĩa to lớn loại máy cần giảm nhẹ khối lượng (các máy vận tải, cần cẩu bay, tên lửa) Nhiều trường hợp không đánh giá hết lực tác động lên kết cấu Các kết cấu không hợp lý phát sinh lực làm việc vô ích xuất thực tế tải trọng không mong đợi dẫn đến gãy, vỡ chi tiết Những tải trọng gây lắp ráp khơng xác, Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 31 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 biến dạng phận kết cấu không đủ cứng, xiết căng chi tiết gia cố, tăng ma sát lệch phần hoạt động cụm chi tiết, lực xuất vận chuyển lắp đặt máy nhiều yếu tố ngẫu nhiên khơng tính Giải pháp thiết kế để nâng cao độ cứng kết cấu mà không tăng khối lượng vật liệu có ý nghĩa quan trọng thực tế để giảm chi phí, hạ giá thành sản phẩm, nâng cao độ tin cậy làm việc truyền động khí nói chung máy nâng vận chuyển nói riêng Các giải pháp tăng cứng cho kết cấu mà khơng tăng khối lƣợng - Gạt bỏ hồn tồn uốn, thay uốn kéo nén - Đối với chi tiết hoạt động chịu uốn – bố trí hợp lý gối đỡ, loại bỏ dạng đặt tải bất lợi độ cứng - Tăng hợp lý mơmen qn tính tiết diện khơng kèm với tăng khối lượng - Gia cường hợp lý gân tăng cứng đưa kết cấu dạng chịu nén - Gia cường đoạn đoạn chuyển tiếp từ tiết diện sang tiết diện khác - Phong tỏa biến dạng cách lắp giằng ngang chéo - Tận dụng độ cứng chi tiết kề cận 2.1 Tăng độ cứng kết cấu cách thay uốn kéo nén Các phần tử hoạt động kéo – nén cho độ cứng cao phân bố vật liệu phù hợp với dạng đặt tải Trường hợp uốn xoắn, chịu tải chủ yếu thớ biên tiết diện Khi thớ biên vật liệu có ứng suất đạt trị số nguy hiểm, phần lõi lại thừa bền Khi kéo – nén, ứng suất toàn tiết diện vật liệu sử dụng triệt để Giới hạn đăt tải bắt đầu ứng suất tất điểm tiết diện đạt đến giá trị nguy hiểm mặt lý thuyết Ngoài ra, kéo – nén, biến dạng chi tiết tỷ lệ với chiều dài chi tiết Trong trường hợp uốn, tác động tải trọng phụ thuộc vào khoảng cách điểm đặt lực tiết diện nguy hiểm; biến dạng tỷ lệ với lập phương chiều dài So sánh dầm cơng xon tiết diện trịn (d=20mm) chịu uốn lưc P (hình 1a) giàn tam giác có tầm chìa nhau, giàn cấu tạo từ có đường kính (d=20mm) Thanh giàn, tác động lực P, hoạt động kéo, – nén Với kích thước tỷ lệ trình bày hình vẽ, ứng suất uốn cực đại dầm lớn 500 lần so với ứng suất kéo nén giàn, biến dạng cực đại (ở điểm đặt lực) lớn đến 103 lần Để ứng suất đạt giá trị tới hạn lớn mà đảm bảo độ bền cứng, cần phải tăng đường kính dầm lên tới 165mm (hình 1b) đường kính giàn d=20mm Khi khối lượng dầm lớn gấp 25 lần khối lượng giàn, độ võng cực đại lớn gấp đôi độ võng giàn Để đạt độ cứng (độ võng cực đại nhau) cần phải tăng đường kính dầm lên 200mm, cịn đường kính giàn 20mm (hình 1c) Lúc ứng suất giảm, 0,6 ứng suất giàn Sự liên hệ độ võng dầm cơng xon f tiết diện trịn mặt phẳng đặt lực độ võng hệ thống giàn fΦ tiết diện [1]: f l (1.1)  10,5   sin  cos , f d  đó: l- chiều dài tầm với; d - đường kính dầm giàn; α- nửa góc đỉnh tam giác giàn Sử dụng phần mềm MATLAB tính tốn cho đồ thị hình.2 Phân tích kết đồ thị cho thấy: - Tỉ số f / fΦ theo hàm số góc α với trị số l/d khác cho biết mức độ võng dầm giàn Với tiết diện nhau, độ võng dầm cơng xon lớn gấp trăm gấp nghìn lần độ võng hệ giàn Sự khác biệt tăng đột ngột với tăng tỷ số l/d, nghĩa với làm giảm độ mảnh Nhưng cứng (l/d=10) khác biệt với lợi thuộc hệ thống giàn lớn Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 32 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 - Tỉ số f / fΦ có cực đại thoai thoải α =45 – 600 (0,75- 1,05rad) Trong khoảng đó, giàn kiểu hình có độ cứng lớn GIÀN - Giµn DẦM  / G / G 550 0,35 25 0,6 35 f / f a) 9-10 b) c) l Hình 1- Độ cứng, độ bền khối lượng hệ dàn tam giác dầm công son l/d=5 00 d 30 20  1000 l Hình So sánh độ võng dầm hệ thống (giàn Tính tốn cho thấy ứng suất dầm lớn nhiều lần ứng suất giàn (ví dụ, α=45 , lớn gấp 100 – 1000 lần) Mối liên hệ thành kéo thành nén vòng cứng m, n thực (hình 3), thành ngồi việc giữ liền lực cịn ngăn cản van hóa, tác động tải trọng Những vòng gọi gân tăng cứng điều kiện không biến dạng cho hoạt động thành mỏng Tương đương kết cấu độ cứng dạng cong khác (hình 3d), hình cầu (hình 3e), hình xuyến dạng tương tự Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 33 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Ví dụ khắc phục ứng suất uốn trình bày hình Ở dầm hai gối đỡ chịu uốn (hình 4a) thay hệ thống có lợi (hình 5b), nghiêng chịu nén, ngang chịu kéo Gần giống với trường hợp dầm hình cung (hình 5c) chủ yếu chịu nén Hình 3- Hệ thống cơng xon thành mỏng Hình 4- Sơ đồ dầm tựa tự (a), hệ thống giàn (b), dầm cung (c) Mối liên hệ độ võng dầm hai gối đỡ f mặt phẳng tác động mômen uốn độ võng fΦ hệ thống giàn hình 5b biểu diễn tỉ số: f l (2)  1,3   sin  cos , f d  đó: l - khoảng vượt dầm (nhịp); d - đường kính dầm (và giàn); α - góc bên tam giác giàn Lập trình với phần mềm MATLAB cho ta tỉ số f / fΦ thể đồ thị (hình 5) theo hàm số góc α trị số khác l/d Đồ thị chứng minh ưu điểm to lớn hệ thống chịu nén so với hệ thống chịu uốn Độ võng dầm mặt phẳng tác động tải trọng lớn gấp trăm, gấp nghìn lần độ võng hệ thống Ngay với góc nhỏ (α=15 ) độ võng hệ thống thanh, ví dụ với l/d = 50, nhỏ 200 lần so với độ võng hệ chịu uốn Hình So sánh độ võng dầm hệ thống (giàn) Cũng trường hợp trước (xem hình 2a) hệ thống có độ cứng lớn α=45 – 60 Với tính tốn thấy ứng suất dầm lớn gấp 30- 300 lần ứng suất hệ thống giàn Nếu trị số l/d lớn chịu nén, xuất nguy có uốn dọc gây ổn định cho Cần ý tình thiết kế hệ thống giàn Trên hình 6a, trình bày trường hợp xilanh chịu lực dọc trục Tải trọng gây độ võng đỉnh xilanh, truyền cho vỏ thông qua vùng tiếp giáp vỏ đỉnh (biến dạng thể đường gạch gạch) Hệ thống kết cấu không cứng Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 34 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Nếu thay xilanh nón (hình 6b) hệ thống lúc tiếp nhận lực gần giàn hình 5b Thành nón chủ yếu chịu nén, tiết diện hình vành nón tiếp nhận lực đẩy, hạn chế biến dạng hướng tâm thành Nón với góc đỉnh 45 – 60 có độ cứng lớn nhất, đồng thời khối lượng nhỏ Dạng cầu, dạng trứng hình dạng tương tự (hình 6c, d) có độ cứng cao Trên hình 6đ, h trình bày ví dụ kết cấu cứng Cũng trường hợp côn chịu uốn, điều kiện thực để tăng độ cứng độ bền phải tạo đai vòng cứng, đai m chịu nén, phía chịu kéo Hình 6- ết cấu chịu nén Trong kết cấu gia cường (hình 6i -m), ta thêm vào phận trực tiếp nhận lực nén: gân, ống, côn 2.2 Phong tỏa biến dạng Trong cách đặt vấn đề tổng quát, nhiệm vụ tăng độ cứng phải tìm điểm chuyển dịch lớn hệ thống biến dạng tác động tải trọng ngăn ngừa chuyển dịch cách thêm vào phận kéo nén bố trí theo hướng chuyển dịch Ví dụ điển hình giải nhiệm vụ việc tăng độ cứng cho khung giàn chéo Hình 7- Sơ đồ tác động giằng chéo Độ cứng chịu tác động lực trượt cắt P (hinh 7a) không đáng kể định chống uốn đứng độ cứng nút liên kết Việc thêm vào nối (hình 7b) làm cho sơ đồ chịu tải gần giống sơ đồ hoạt động dầm cắm chặt (ngàm), làm giảm chút biến dạng Hiệu thêm vào giằng chéo chịu kéo chịu nén Thanh chéo kéo (hình 8c) khung cong định dài khoảng  Vì độ cứng kéo lớn gấp nhiều lần độ cứng uốn dọc, nên độ cứng chung hệ thống tăng đột ngột Thanh chéo nén có tác dụng tương tự (hình 8d), trường hợp cần tính tới khả uốn dọc nén (kiểm tra ổn định nén thanh), làm cho kết cấu hồn thiện Hình 8- Hệ giàn phẳng Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 Nếu tải trọng tác động biến đổi hai hướng sử dụng chéo hình chữ thập có hướng luân phiên thay đổi (hình 8đ,e) 35 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Theo trình tự độ cứng gia tăng, hình 9a trình bày sơ đồ giàn phẳng hình 9kn giàn phẳng phức tạp có phận gia cường để ngăn ngừa uốn dọc ổn định Đối với cần cần trục dạng dàn không gian: hai mặt bên cần giàn chủ yếu chịu tải trọng theo phương thẳng đứng hướng từ xuống, nên chọn giàn thích hợp (hình 9g,h,k,l); cịn hai giàn cần quay chịu tải trọng theo phương ngang, hướng tải trọng thay đổi phụ thuộc vào lực qn tính gió, nên kết giàn đối xứng theo trục dọc (hình 9c,d,đ,m,n) Kết luận Với khuôn khổ giới hạn báo, đưa hai số nhiều giải pháp (xin đề cập dịp khác) để nâng cao độ cứng kết cấu máy mà tiết kiệm khối lượng kim loại Với kết cấu hợp lý máy thiết bị, đảm bảo tính kỹ thuật, độ tin cậy, kéo dài tuổi thọ giảm giá thành chế tạo khai thác, đưa lại hiệu kinh tế cao Các dẫn giải trên, làm sở tham khảo ứng dụng vào thực tiễn cho cán kỹ thuật chuyên ngành Lưu ý khơng trường hợp thiếu kinh nghiệm mà nhà thiết kế tiêu tốn nhiều vật liệu mà không đảm bảo độ cứng bền kết cấu Các giải pháp tác giả đề cập khả nhất, mà trường hợp thiết kế cụ thể cần cân nhắc kỹ để đưa hướng giải hợp lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P.I ORLOP (2004) Mechanical Engineering Handbook, Mir Publishers-Moscow [2] Mark Jakiela (2000), Engineering Design, Magazine of Massachusetts Institute of Technology [3] Richard L Lehman(2000, Materials, Magazine of Rutgen University [4] А.И Дукельский (1988), Справочник по кранам, Машиностроение - Ленинград NHỮNG BƢỚC ĐI CẦN THIẾT CỦA VIỆN CƠ KHÍ NHẰM XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THEO TIÊU CHUẨN AUN-QA TS Vũ Văn Duy Bộ môn Kỹ thuật khí Tóm tắt Báo cáo trình bày ngắn gọn tiêu chuẩn kiểm định chương trình đào tạo AUNQA, qua đưa nhận định chủ quan việc x y dựng CTĐT thuộc Viện khí theo tiêu chuẩn nhằm bước n ng cao chất lượng đào tạo giới công nhận GIỚI THIỆU Bắt nguồn từ chương trình tập huấn kiểm định CTĐT theo tiêu chuẩn quốc tế AUN-QA trường Đại học Hàng hải VN kết hợp với trường Đại học quốc gia HN tổ chức vào tháng 102015 trường Đại học Hàng hải VN Là đại diện Viện khí dự lớp tập huấn lĩnh hội số ý mạnh dạn viết dạng báo cáo Hội nghị khoa học cấp Viện để truyền tải thông tin liên quan tới đông đảo cán thuộc Viện khí Hiện nay, kiểm định CTĐT theo tiêu chuẩn quốc tế xu hướng phấn đấu để trường đại học khẳng định thương hiệu mình, đặc biệt hội nhập quốc tế ngày sâu rộng thương hiệu chất lượng đào tạo Với trường đại học lớn giới việc kiểm định CTĐT diễn thường xuyên đánh giá theo tiêu chuẩn uy tín xã hội thừa nhận lựa chọn để phát triển - Một số tổ chức kiểm định CTĐT giới như: Hội đồng kiểm định kỹ thuật công nghệ, Hoa Kỳ (ABET-Accreditation Board for Engineering and Technology) Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 36 ... tính gió, nên kết giàn đối xứng theo trục dọc (hình 9c,d,đ,m,n) Kết luận Với khn khổ giới hạn báo, đưa hai số nhiều giải pháp (xin đề cập dịp khác) để nâng cao độ cứng kết cấu máy mà tiết kiệm... 20/11/2015 biến dạng phận kết cấu không đủ cứng, xiết căng chi tiết gia cố, tăng ma sát lệch phần hoạt động cụm chi tiết, lực xuất vận chuyển lắp đặt máy nhiều yếu tố ngẫu nhiên khơng tính Giải pháp thiết. .. nghiệm mà nhà thiết kế tiêu tốn nhiều vật liệu mà không đảm bảo độ cứng bền kết cấu Các giải pháp tác giả đề cập khả nhất, mà trường hợp thiết kế cụ thể cần cân nhắc kỹ để đưa hướng giải hợp lý