X 1– 5: Biến độc lập là các nhân tố ảnh hưởng đến năng lực cạnh tranh của BĐTKH.
2 PGS.TS Nguyễn Văn Ba: Trường Đại học Nha Trang
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cổng trục là một trong những thiết bị nâng, cĩ khả năng nâng hạ và di dời vật nặng trong một khơng gian nhất định. Nĩ được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành vận tải, xây dựng, chế tạo máy, đặc biệt là trong đĩng tàu. Để thực hiện chức năng của mình, cổng trục được trang bị bộ phận nâng và bộ phận di chuyển làm việc trên cơ sở chịu lực của cổng trục. Kết cấu cổng trục là một kết cấu thép chịu tồn bộ tải trọng của vật nâng và các tác động khác từ bên ngồi, nĩ cĩ thể dịch chuyển trên đường ray để mang vật nâng đến nơi cần đến. Cùng với sự phát triển của ngành đĩng tàu về cả số lượng cũng như độ lớn của từng con tàu, cổng trục cũng phát triển khơng ngừng về cả tải trọng nâng, khơng gian làm việc và mức độ hiện đại trong vận hành. Vì vậy, việc tính tốn thiết kế cổng trục cũng địi hỏi phải cĩ nhiều cải tiến, áp dụng được những thành tựu mới trong khoa học tính tốn; Việc tính tốn kết cấu cổng trục hiện nay đã đáp ứng được yêu cầu cơ bản của quá trình thiết kế, chế tạo và vận hành cổng trục. Tuy nhiên trong phương phá p tí nh tố n truyề n thố ng, nếu nghiên cứu kỹ hơn, chi tiết hơn chúng ta cĩ thể thấy mộ t số điểm chưa hợ p lý trong tính tốn như: việ c thay đổ i tả i trọ ng bả n thân kế t cấ u bằ ng tả i trọ ng phân bố đề u; kích thước chiều dài của các bộ phận cổng trục, việ c đặ t chí nh xá c vị trí cá c tả i trọ ng lên kế t cấ u cũ ng là m phứ c tạ p cho việ c tí nh tố n. Những bấ t cậ p nà y cĩ thể được khắc phục nếu ứ ng dụ ng các tiến bộ trong khoa học tính tốn và các phương tiện hiện đại vào cơng việc tính tốn. Xuất phát từ nhận xét trên, chúng tơi thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương pháp tính tốn hợp lý kết cấu cổng trục dựa trên thành tựu của cơng nghệ thơng tin”, gồm các nội dung: Đố i tượ ng và phương phá p nghiên cứ u; Kế t luậ n và kiế n nghị . Nghiên cứu này nhằm làm giảm nhẹ cơng sức trong thiết kế, tăng độ chính xác cũng như phạm vi xem xét những yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu cổng trục.
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU1. Đối tượng nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu
Trong phương pháp tính tốn kết cấu cổng trục hiện nay, ngồi các tải trọng cơ bản tác động lên kết cấu kim loại cổng trục như: tải trọng bản thân, tải trọng hàng, tải trọng xe nâng, tải trọng giĩ, tải trọng bản thân khác (cabin điều khiển, cầu thang, sàn, lan can, hệ thống điện,...); cịn cĩ các tải trọng khác phát sinh trong quá trình vận hành là các lực quán tính. Một phương pháp đã và đang được sử dụng phổ biến là phương pháp tính theo ứng suất cho phép; phương pháp tính nội lực kết cấu ở trạng thái bất lợi nhất. Điều kiện bất lợi nhất đối với dầm chính khi xe nâng nằm ở giữa dầm; đối với chân đỡ khi xe nâng nằm ở đầu mút khẩu độ; đối với phần cơngxơn khi xe nâng nằm ở ngồi mút cơngxơn; ngồi ra nếu là kết cấu dạng dàn, người ta chia dàn khơng gian thành những dàn phẳng, để tính nội lực từng thanh trong dàn phẳng.
Phương pháp tính tốn trên đảm bảo kết cấu an tồn với chế độ và mơi trường làm việc theo yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, kết quả tính tốn cĩ thể dư bền; mặt khác kết cấu là tổ hợp của nhiều bộ phận khác nhau, từng bộ phận cĩ tiết diện và chịu tải trọng khác nhau, vì thế sẽ lặp lại các cơng đoạn tính giống nhau làm tăng khối lượng và thời gian tính tốn.
Để khắc phục nhược điểm này, chúng ta nên ứ ng dụng phầ n mề m tin họ c, ưu điểm lớn nhất của phần mềm tin học là thực hiện các cơng đoạn tính tốn giống nhau với thơng số đầu vào khác nhau một cách nhanh chĩng và cho kết quả gầ n đú ng hơn. Hiện nay, các phần mềm phân tích kết cấu thép thơng dụng như: RDM6, SolidWorks, SAP2000, ANSYS, ABAQUS… đều cĩ thể ứng dụng để tính tốn kết cấu thép. Để thay thế một số các bước tính tốn kết cấu cổng trục thì SolidWorks là phần mềm rấ t phù hợ p.
SolidWorks Simulation là phần mềm tính tốn cơ học bằng phương pháp phần tử hữu hạn và cĩ một hệ thống phân tích thiết kế
đầy đủ được tích hợp trong SolidWorks. SolidWorks Simulation cung cấp các kiểu phân tích: tĩ nh (Static), tần số (Frequency), mất ổn định (Buckling), nhiệt (Thermal),... và tối ưu thiết kế (Design Study). Trong đĩ phân tích ứng suất và tối ưu hĩa đã thay thế phầ n lớ n việ c tí nh tố n trong phương pháp truyề n thố ng.
2. Phương pháp nghiên cứu
Các bước tính tốn nội lực của phương pháp tính truyền thống bao gồm: Bước 1 (tính sơ bộ kích thước các bộ phận cổng trục); Bước 2 (xác định các đặ c trưng tiết diện); Bước 3 (xác định tải trọng tác động lên kết cấu); Bước 4 (tính nội lực và kiểm tra từng bộ phận kết cấu).
Ta ứng dụng SolidWorks trên cơ sở của phương pháp tính truyền thống: lấy kết quả của bước 1 để mơ phỏng kết cấu dầm chính và khung chân cổng; lấy kết quả của bước 3 để thực hiện bước 4; và bỏ qua bước 2. Trong SolidWorks, Simulation Studies là một trường hợp phân tích kết cấu; Design Study là một trường hợp tí nh tố i ưu thiế t kế ; trên một bản vẽ cĩ một hoặc nhiều Simulation Studies và Design Study khác nhau.
Tính kết cấu dầm chính với vị trí xe nâng ở giữa dầm, sẽ cĩ hai trường hợp phân tích kết cấu: Simulation Studies 1 (tính tổng ứng suất uốn và hệ số an tồn), Simulation Studies 2 (tính độ võng dầm chính). So với hệ số an tồn cho phép, độ võng cho phép và mục tiêu là trọng lượng dầm nhỏ nhất, ta điều chỉnh tiết diện dầm chính để hệ số an tồn, độ võng gần nhất cĩ thể và trọng lượng nhỏ nhất cĩ thể, bằng cách thực hiện Design Study 1.
Tính kết cấu khung chân cổng với vị trí xe nâng ở đầu dầm, vì áp lực của mỗi dầm lên khung chân cổng khác nhau nên sẽ cĩ hai trường hợp phân tích áp lực: Simulation Studies 3 (áp lực dầm chính phía bên cĩ cơ cấu di động), Simulation Studies 4 (áp lực dầm chính phía bên cĩ dàn cáp điện); và cĩ một trường hợp phân tích kết cấu khung chân cổng (Simulation Studies 5) với kết quả tính áp lực trên. Thực hiện Design Study 2 để tối ưu khung chân cổng với điều kiện kiểm tra (điều kiện an tồn), điều kiện mục tiêu (trọng lượng nhỏ nhất).
2.1. Phương phá p truyề n thố ng:
2.1.1. Vật liệu chế tạo: Người ta thường chọn thép CT3 làm vật liệu chế tạo cổng trục (tr.6). [1]. CT3 là một loại thép cacbon thấp theo tiêu chuẩn Nga GOCT 380-71 (tr.40).[5] và (tr.6).[3].
2.1.2. Mơ hình tính và phần tử:
Giả sử cổng trục dầm đơi dạng hộp với chế độ làm việc bình thường, cĩ các thơng số ban đầu như sau: tải trọng nâng định mức Q = 25tấn, chiều cao nâng H = 9m, khẩu độ L = 20m, trọng lượng xe nâng Gx = 5tấn, khoảng cách trục các bánh xe của xe nâng Lx = 1,6m, khoảng cách vết bánh xe của xe nâng Bx = 2,6m, khoảng cách từ trục các bánh xe nâng đến đầu mút khẩu độ l1 = 1m.
Trong trường hợp kết cấu cổng trục này dầm chính, gối tựa và dầm biên cĩ tiết diện khơng đổi. Chân cổng cĩ tiết diện thay đổi đều. Loại phần tử của các bộ phận cổng trục đều là phần tử dạng thanh. Khi tính nội lực người ta thường sử dụng phương pháp tách kết cấu cổng trục ra từng bộ phận: dầm chính, gối tựa, chân cổng, dầm biên như hình 1b, 1c, 1d, 3d.
Hình 1. Cổng trục dầm đơi dạng hộp