1. Căn cứ thiết kế của Cầu trục 20/5 tấn tương tự đã được lắp đặt tại XNCĐ để làm cơ sở nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm theo điều kiện bền và ổn định.
2. Xây dựng được bảng tổ hợp tải trọng, quy trình thiết kế chung cầu trục và các dạng thiết bị nâng kiểu cầu tương tự với nhiều cấp tải trọng, chế độ làm việc và ứng dụng làm việc khác nhau.
3. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu thiết kế kể trên, tiếp tục nghiên cứu hợp lý hóa các thơng số thiết kế kết cấu thép của cầu trục 20/5 tấn để áp dụng chế tạo tại XNCĐ nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao hơn nhưng vẫn đảm bảo độ bền, độ ổn định.
4. Thành công của đề tài sẽ là cơ sở để XNCĐ chủ động phát triển chế tạo thiết bị nâng phục vụ nhu cầu nội bộ Vietsovpetro và từng bước tiếp cận thị trường trong nước.
Chương 2:
CƠ SỞ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CẦU TRỤC 2.1 Quy trình tính tốn, thiết kế cầu trục:
Trên cơ sở yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn áp dụng và khả năng cơng nghệ. Quy trình tính tốn, thiết kế cầu trục 20/5 tấn được thực hiện, như sau:
Bước 1: Khảo sát, thu thập số liệu đầu vào, xác định yêu cầu kỹ thuật chính
của cầu trục.
Bước 2: Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn liên quan, áp dụng vào thiết kế. Bước 3: Xây dựng phương án thiết kế.
Bước 4: Lựa chọn vật liệu chế tạo.
Bước 5: Xây dựng sơ bộ kích thước hình học cầu trục.
Bước 6: Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng, tính tốn tải trọng tác động. Bước 7: Mơ hình hóa kết cấu.
Bước 8: Gán điều kiện biên và các tổ hợp tải trọng cho mơ hình tính tốn Bước 9: Chạy phần mềm tính tốn, xuất kết quả.
Bước 10: Đánh giá kết quả (kiểm tra bền thiết kế). Bước 11: Kiểm tra ổn định tổng thể kết cấu. Bước 12: Triển khai chế tạo Cầu trục.
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thiết kế cầu trục
2.2 Quy phạm, tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế:
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm đang được áp dụng cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị nâng nói chung và cầu trục nói riêng. Các bộ tiêu chuẩn, quy phạm có thể được xây dựng bởi quốc gia, các hiệp hội hoặc các
Khảo sát
Đối chiếu tài liệu, tiêu
chuẩn Xây dựng phương án Lựa chọn vật liệu Xây dựng sơ bộ kích thước Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng Mơ hình hóa kết cấu Gán tải trọng, điều kiện biên
Chạy phần mềm, xuất KQ Đánh giá KQ Chế tạo cầu trục Không đạt Không đạt
tổ chức độc lập. Việc áp dụng, tuân thủ tiêu chuẩn nào trong quá trình thiết kế, chế tạo thường do người sử dụng lựa chọn dựa vào khu vực, lãnh thổ hoạt động của thiết bị, đối tượng khách hàng vận hành thiết bị. Trong đề tài nghiên cứu này, các tiêu chuẩn, quy phạm, hướng dẫn kỹ thuật cho thiết kế được áp dụng, như sau:
TCVN 4244:2005 [5] (Thiết bị nâng: thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật): Tiêu chuẩn được xây dựng để áp dụng cho thiết bị nâng làm việc trên cơng trình bờ nói chung. Đây là tiêu chuẩn chính chi phối các tiêu chuẩn áp dụng khác, là điều kiện tiên quyết để cấp phép và duy trì hiệu lực các giấy phép làm việc đã cấp cho thiết bị nâng.
QTKĐ: 01- 2014/BLĐTBXH [6] (Quy trình kiểm định kỹ thuật an toàn
Thiêt bị nâng kiểu cầu): cung cấp quy trình thử nghiểm cầu trục trước khi cấp phép và gia hạn giấy phép làm việc định kỳ.
TCVN 5575:2012 [7] (Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế): Tiêu chuẩn áp dụng thiết kế cơng trình xây dựng dân dụng, cơng nghiệp.
Ngồi ra cịn phải tn theo một số tiêu chuẩn áp dụng cho liên kết bulông, liên kết hàn, kiểm tra chất lượng mối hàn (NDT), hệ thống điện động lực, điều khiển, chiếu sáng, cấp bảo vệ động cơ (IP).
2.3 Xây dựng phương án thiết kế:
2.3.1 Yêu cầu chung:
- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển các cụm máy phát điện, máy động lực có tải trọng lớn trong Xưởng sửa chữa thiết bị năng lượng.
- Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và không gian nhà xưởng.
- Phải đạt được tính kinh tế cao: thiết bị được thiết kế, chế tạo và lắp đặt với chi phí tối ưu nhất.
- Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo được các tính năng của nó.
- Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp đặt trong nhà xưởng.
- Sử dụng đơn giản, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố ở mỗi chế độ nâng chuyển.
- Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễ dàng trong những trường hợp cần thiết.
- Thiết bị phải đạt tuổi thọ cần thiết 2.3.2 Đặc điểm chung:
Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép dầm chính liên kết với hai dầm ngang (dầm đầu), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di chuyển trên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép. Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hoá trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi. Dầm cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc theo dầm chính. Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc bulơng với hai dầm đầu, trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động va cụm bánh xe bị động. Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển xe con (hoặc palăng điện) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trong khơng gian phía dưới mà cầu trục bao quát.
Xét về tổng thể cầu trục gồm có:
- Phần kết cấu thép: dầm chính, dầm đầu, sàn cơng tác, lan can.
- Các cơ cấu cơ khí: cơ cấu nâng hạ tải, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con.
- Các thiết bị điều khiển khác.
Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện. Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xun, khơng địi hỏi năng suất và tốc độ cao. Dẫn động bằng điện cho các loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các phân xưởng lắp ráp và sửa chữa lớn.
chuyển xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph. Cầu trục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ.Tải trọng nâng của loại cầu trục này thường được ký hiệu bằng một phân số với tải trọng nâng chính và phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t; 150/20/5 t; v.v..
Hình 2.2: Cầu trục dẫn động điện
2.3.3 Phân loại cầu trục:
Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:
a. Theo công dụng:
Theo cơng dụng có các loại cầu trục có cơng dụng chung và cầu trục chuyên dùng.
- Cầu trục có cơng dụng chung có kết cấu tương tự như các cầu trục khác, điểm khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đa dạng, có thể nâng được nhiều loại hàng hoá khác nhau. Thiết bị mang vật chủ yếu của loại cầu trục này là móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc. Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng với gầu ngoạm, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định. - Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên để nâng một loại hàng nhất định. Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ làm việc rất nặng.
Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm. - Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm chạy chữ I hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheo palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoăc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trên dầm chữ I, tồn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng palăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng. Nếu nó được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện.
- Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất, chúng được sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượng cơng việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5 ÷ 5 tấn, tốc độ làm việc chậm. Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palăng điện, sức nâng có thể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới ba pha.
Hình 2.4: Cầu trục 2 dầm sử dụng móc đơi.
- Cầu trục hai dầm kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có: dầm hoặc giàn chữ L, hai dầm chính liên kết với hai dầm đầu, trên dầm đầu lắp các cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục, bộ máy dẫn động, bộ máy di chuyển hoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trục chiều quay của động cơ điện. Xe con mang hàng di chuyển dọc theo đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chính; trên xe con đặt các bộ máy của tời chính, tời phụ và bộ máy di chuyển xe con, các dây cáp điện có thể co dãn phù hợp vói vị chí của xe con và cấp điện cho cầu trục nhờ hệ thanh dẫn điện đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện pha tỳ sát trên các thanh này, lồng thép làm công tác kiểm tra treo dưới dầm cầu trục.
Các cơ cấu của cầu trục thực hiện 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầu trục.
Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường trong khoảng 5÷30 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể đến 500 tấn. Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móc cẩu chính và phụ, tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25%) sức nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn.
Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dưới dạng hộp hoặc giàn không gian. Dầm giàn khơng gian tuy có nhẹ hơn dầm hộp song khó chế tạo và thường chỉ dùng cho cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ lớn. Dầm đầu của cầu trục hai dầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng Bulơng hoặc hàn.
c. Theo cách tựa của dầm chính:
Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo.
- Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lên các dầm đầu, chúng được liên kết với nhau bằng bu lông hoặc hàn. Loại cầu trục này có kết cấu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sử dung rất phổ biến. Trên hình 2.5 là hình chung của cầu trục tựa loại một dầm. phần kết cấu thép của gồm dầm chính có hai đầu tựa lên các dầm đầu với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng. Loại cầu trục này thường dùng phương án dẫn động riêng. Palăng điện có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng.
- Cầu trục treo là loại cầu trục mà tồn bộ phần kết cấu thép có thể chạy dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo. Do liên kết treo của các ray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trong các trường hợp đặc biệt cần thiết. So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa. Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn cầu trục tựa.
Hình 2.6: Cầu trục treo d. Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển:
Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn động chung và cầu trục dẫn động riêng.
- Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương àn dẫn động chung và dẫn động riêng. Trong phương án dẫn động chung, động cơ dẫn động được đặt ở giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ở hai bên ray nhờ các trục truyền. Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trung bình (hình 2.7, a, b, c). Ở phương án dẫn động riêng (hình 2.7, d) mỗi bánh xe hoặc cụm bánh xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động.
Hình 2.7: Các phương án dẫn động
- Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 2.7, a) gồm động cơ điện 1, hộp giảm tốc 2 và các đoạn trục truyền 3 nối với nhau và nối với trục ra của hộp giảm tốc bằng các khớp nối 4. Trục truyền tựa trên các gối đỡ 5 bằng ổ bi. Do phải truyền momen xoắn lớn nên trục truyền, khớp nối và ổ bi có kích thước rất lớn, đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn. Các đoạn trục truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng. So với trục đặc tương đương, trục rỗng có trọng lượng nhỏ hơn 15 – 20%. Phương án này được sử dụng tương đối phổ biến trong các cầu trục có cơng dụng chung có khẩu độ khơng lớn, đặc biệt là các cầu trục có kết cấu dầm khơng gian có thể bố trí dễ dàng các bộ phận của cơ cấu. - Cơ cấu dẫn đông chung với trục truyền quay trung bình (hình 2.7, b) có trục truyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở 4. Vì vậy mà mơmen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền chậm và kích thước của chúng cũng nhỏ hơn.
- Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hinh 2.7, c) có trục truyền 2 được nối trực tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đường kính nhỏ hơn 2 ÷ 3 lần và trọng lượng nhỏ hơn 4 ÷ 6 lần so với trục chuyền quay chậm. Tuy nhiên, do quay nhanh mà nó địi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác.
- Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 2.7, d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt. Công suất mỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng cơng suất u cầu. Phương án này tuy có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray không đều song do gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt là trong những cầu trục có khẩu độ trên 15m.
e. Theo nguồn dẫn động:
Theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn động bằng động cơ (điện, khí nén).
- Cầu trục dẫn động bằng tay, (hình 2.8) được dùng chủ yếu trong sửa chữa, lắp ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc độ cao.