Tính toán động lực học cầu trục chân dê đập tràn công trình thuỷ điện Sê San 4
MỤC LỤC
Tính toán động lực học cầu trục cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San
Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cơ cấu máy nâng xuất hiện trong thời kỳ làm việc không ổn định (mở máy hoặc phanh). Các máy nâng làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại, có nghĩa là đóng mở máy thờng xuyên. ở thời kỳ này ngoài các tải trọng tĩnh còn có tải trọng động phát sinh trong cơ cấu. Các tải trọng tĩnh mà cụ thể là các mômen cản tĩnh trong cơ cấu đợc xác định từ các ngoại lực Để xác định các mômen động xuất hiện trong thời kỳ chuyển. động không ổn định cần phải thiết lập các sơ đồ tính động lực học máy, sau. đó lập và giải phơng trình của hệ thống. Một cơ cấu hoạt động cùng với kết cấu kim loại của máy có thể coi nh một hệ gồm nhiều khối lợng đợc liên kết với nhau bởi các khâu đàn hồi. Ví dụ có thể xem vật nâng, xe lăn, rôto động cơ điện, bánh xe, là các khối lợng tập trung còn các liên kết đàn hồi là trục, dây cáp, các thanh dầm vv Trong tr… - ờng hợp này sẽ xuất hiện dao động đàn hồi tơng đối giữa các khối lợng với nhau, khi này sẽ xuất hiện tải trọng động và ngời ta gọi là tải trọng động đàn hồi. Đặc tính dao động và đờng biểu diễn sự thay đổi giữa các tải trọng đàn hồi theo thời gian chịu ảnh hởng rất lớn của ngoại tải cũng nh cách thức điều khiển động cơ dẫn động cơ cấu. Trong tính toán các cơ cấu máy, để đơn giản, hiện nay ngời ta sử dụng sơ đồ tính đơn giản nhất là sơ đồ một khối chịu tác. động của tải trọng bên ngoài. Trong sơ đồ không tính đến các chuyển vị đàn hồi tơng đối giữa các bộ phận với nhau. Với sơ đồ này cho phép xác định đợc quy luật chuyển động của tâm khối lợng của cơ cấu. Tải trọng động đợc xác. định không tính đến độ đàn hồi của các bộ phận cơ cấu đợc gọi là tải trọng. động quán tính. Khi khảo sát sơ đồ một khối lợng, các khối lợng tham gia chuyển động tịnh tiến và các khối lợng tham gia chuyển động quay trong cơ. cấu đợc thay thế bằng một khối lợng quy dẫn. Cơ sở của việc quy dẫn này là. động năng của cơ cấu và động năng của hệ quy dẫn, có tính đến tổn thất do lực ma sát thông qua đại lợng hiệu suất, tơng đơng bằng nhau[1]. a) Các khối lợng phân bố trên các trục b) Quy dẫn khối lợng về trục động cơ. Nếu các khối lợng chuyển động tịnh tiến (ở cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển) thì gia tốc khi mở máy và phanh sẽ là. Khi biết thời gian mở máy tm hay thời gian phanh tp có thể tính đợc giá trị trung bình của gia tốc. tm,p : Thời gian mở máy hoặc thời gian phanh, s. Vod : Tốc độ chuyển động ổn định của khối lợng tham gia chuyển động tịnh tiến, m/s. Thông thờng các gia tốc chuyển động tịnh tiến này không vợt quá một giá trị cho phÐp [a]. G : trọng lợng vật nâng hoặc trọng lợng di chuyển. Trong các công thức trên trọng lợng tính bằng N, gia tốc, m/s2 và đơn vị dài là m thì Md và Mdcó giá trị N.m. c) Mômen quy dẫn về các trục khác.
Kiểm nghiệm sự an toàn của dây cáp
Nhận xét: Trên cơ sở các giá trị gia tốc tính toán đợc nhờ vào hệ phơng trình vi phân chuyển động tính ra các tải trọng động tác dụng lên cầu trục, xe con và cáp treo vật nâng trong quá trình mở máy. Từ đó có thể kiểm tra sự làm việc an toàn của dây cáp, sự ổn định của cầu trục chính xác hơn khi sử dụng các phơng pháp tính toán thiết kế thông thờng để kiểm tra.
Tính ổn định cho cầu trục
Trong trờng hỵp bất lỵi nhất, xe con mang h ng đi ra phía ngoài cùng cđầ dầm chính, đến vị trí biên trên dầm chính thì phanh gấp hay khởi động va vào khối cao su giảm chấn, gió thổi theo hớng bất lợi tác dụng lên xe con, hàng nâng và kết cấu thép cầu trục khi đó cầu trục sẽ bị lất quanh cạnh B. Nhận xét: Các kết quả tính toán về ổn định của cầu trục dới tác dụng của tải trọng động sẽ là đầu vào của bài toán thiết kế và kiểm tra khung dầm cầu trục.
Thiết kế khung dầm cho cầu trục
Ml : Mô men gây lật cầu trục. Vậy cầu trục chân dê ổn định theo phơng vuông góc với đờng ray ở trạng thái làm việc bất lợi nhất. Nhận xét: Các kết quả tính toán về ổn định của cầu trục dới tác dụng của tải trọng động sẽ là đầu vào của bài toán thiết kế và kiểm tra khung dầm cầu trục. đợc trình bày tại các phần tiếp theo. h0 : Khoảng cách giữa hai tâm thanh biên. Để đảm bảo độ bền và độ cứng của dầm trong mặt phẳng đứng chiều cao của dầm chính thờng lấy trong giới hạn[2]:. Để đảm bảo độ cứng của dầm khi xoắn, khoảng cách giữa hai thành đứng của hộp lấy trong giới hạn[2]:. Vì trên thanh biên trên có đặt đờng ray chịu tải nên chiều dày của nó lấy lớn hơn chiều dày của thanh biên dới và cần lấy lớn hơn 6 mm. Chiều dày thành đứng của hộp cần lấy lớn hơn 6 mm và thờng lấy phụ thuộc vào tải trọng của cầu trục[2]:. Chiều dày của thành đứng còn đợc chọn theo điều kiện ổn định cục bộ của dÇm. δ để tăng độ ổn định cục bộ của dầm cần hàn những đoạn thép góc trên suốt chiều cao của dầm. Đó là các gân tăng cứng. Khoảng cách lớn nhất giữa các gân không lớn hơn hai lần chiều cao của dầm và cũng không lớn quá 3 m. Trong trờng hợp có dàn đứng phụ thì các gân nên đặt cách nhau một khoảng bằng chiều dài đốt của dàn đứng phụ. ≤ δ cần hàn thêm một thanh dọc theo chiều dài của dầm. Ngoài ra để dầm nhẹ hơn ngời ta còn làm các cửa sổ con trên thành đứng dọc theo chiều dài của dầm. Kinh nghiệm cho thấy rằng chỉ dùng các thanh ngắn trung gian để tăng cứng khi có các thanh dọc, vì nếu không có các thanh dọc sẽ làm xuất hiện các vết nứt rạn do mỏi ở các thanh ngắn đó. Phân tích ảnh hởng của những trờng hợp căng khác nhau của thành đứng theo. độ ổn định cục bộ ta thấy:. 1) ở tiết diện, nơi mà ảnh hởng chính là lực cắt, còn ảnh hởng của mômen uốn có thể bỏ qua (đầu dầm), phần thành đững nằm giữa các thanh biên và các gân tăng cứng chịu nén và có thể mất độ ổn định. ứng suất tiếp tới hạn phân bố đều dọc theo tất cả các cạnh của nó và có thể tính gần đúng nh sau[2]:. Trong đó: δ : chiều dày thành đứng của hộp. Hệ số an toàn ổn định cục bộ:. τ : ứng suất tiếp dới tác dụng của lực cắt trong phần dầm đang xét. 2) ở tiết diện, nơi mà ảnh hởng chính là mômen uốn, còn ảnh hởng của lực cắt có thể bỏ qua đợc (giữa dầm), phần thành đứng nằm giữa hai thanh biên và hai gân tăng cứng có thể xem nh tấm chịu uốn thuần tuý. P : áp lực tơng đơng của bánh xe lên ray b, r : Bề rộng mặt làm việc và bán kính bánh xe E : Môđun đàn hồi của vật liệu làm ray và bánh xe ứng suất tiếp xúc σd không vợt quá ứng suất cho phép [σ]N.
Giới thiệu và kiểm nghiệm bằng phần mềm Cosmos
Mô phỏng cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San 4. Một trong những đạc điểm chung của cơ hệ là khi dao động nó không dao. động với một tần số nhất định mà dao động với rất nhiều tần số khác nhau, mặt khác trong một số trờng hợp cộng hởng xảy ra gây hại lớn cho cơ hệ do vậy ta thờng tính tần số này để tránh hiện tợng cộng hởng. Cosmosdesignstarcung cấp công cụ tính toán, phân tích tần số cơ hệ một cách chính xác và hiệu quả. Dòng nhiệt luôn đợc truyền từ vật có nhiệt độ cao tới vật có nhiệt độ thấp và có rất nhiều cách truyền nhiệt khác nhau nh dẫn nhiệt, đối lu nhiệt và bức xạ nhiệt. Các cách truyền nhiệt khác nhau thực hiện theo các nguyên lý khác nhau do vậy rất phức tạp khi chúng ta phân tích tính toán sự truyền nhiệt này.Trong thực tế nhiệt độ có ảnh hởng rất lớn đến quá trình phân tích tính toán đối tợng. Cosmosdesignstar cung cấp công cụ hữu ích để giải quyết vấn đề này gọi là công cụ phân tích nhiệt trong Cosmosdesignstar. c) Phân tích tĩnh tuyến tính. Phân tích tĩnh tuyến tính đợc chấp nhận khi thoả mãn điều kiện sau:. - Tất cả các tải trọng đợc đặt từ từ cho đến khi chúng đạt tới một độ lớn nhất. định, sau đó các tải trọng đợc duy trì không đổi. - Tất cả các vật liệu tuân theo định luật Hook, ứng suất quan hệ tuyến tính với chuyển vị. - Các chuyển vị đủ nhỏ để bỏ qua sự thay đổi độ cứng đợc gây ra bởi tải trọng. - Các điều kiện biên không thay đổi trong suốt quá trình đặt tải trọng, các tải trọng không thay đổi về độ lớn, hớng tác dụng và sự phân bố. Trong thực tế chúng ta hay dùng cách phân tích này vì đa số các trờng hợp tính toán ta chỉ giới hạn các đối tợng có tính chất tuyến tính, kết quả chạy tính toán nhanh và dễ hơn so với phân tích phi tuyến. d) Phân tích phi tuyến. Trong phân tích phi tuyến, ngời ta xem nh quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị là tuyến tính, nhng trong thực tế hầu hết các cấu trúc có tính c xử phi tuyến do vậy phân tích tuyến tính chỉ đáp ứng đến độ chính xác nhất định. Trong vài trờng hợp có thể có sai số khá lớn khi phân tích tuyến tính, do vậy ta nên dùng công cụ phân tích phi tuyến để phân tích bài toán. Trong Cosmosdesignstar cung cấp công cụ cho phép thực hiện phân tích tính toán các bài toán phi tuyến. e) Phân tích uốn tuyến tính. Các mô hình có trục đối xứng thờng có khuynh hớng uốn theo trục của nó d- ới tác dụng của tải trọng. Uốn có thể đợc xem nh biến dạng xảy ra đột ngột khi năng lợng dự trữ trong thanh đợc chuyển thành năng lợng uốn mà không có sự thay đổi lớn nào của tải trọng đặt vào. Theo mặt toán học, khi uốn xảy ra, ma trận tổng độ cứng trở thành ma trận đơn. Trong thực tế hầu hết các đối tợng nghiên cứu đều có dạng đối xứng theo trục do vậy phân tích uốn tuyến tính này rất hay đợc dùng trong các bài toán kỹ thuật. f) Phân tích dòng chất lỏng và khí. Phơng pháp phần tử hữu hạn đợc sử dụng để giải quyết các bài toán liên quan đến chất lỏng, bằng cách chuyển đổi hệ phơng trình vi phân chuyển động của khối chất lỏng thành hệ phơng trình đại số sau đó giải quyết các bài toán xấp xĩ đến độ chính xác nhất định.
Mô phỏng chuyển động của cầu trục
Để tạo cảnh đồ hoạ động: là các khung hình kế tiếp nhau của cảnh sẽ đợc vẽ, xoá liên tục đồng nghĩa với việc ta phải liên tục gọi các hàm OnDraw() hay OnPaint(). Với mỗi bộ phận của cầu trục hoạt động theo một quy luật riêng trong hệ toạ độ ta dùng các hàm có sẵn trong OpenGl là glPushMatrix() và glPopMatrix().
