Nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dựa

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016

136 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỢP LÝ KẾT CẤU CỔNG TRỤC DỰA TRÊN THÀNH TỰU CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

RESEARCH METHODS FOR CALCULATING REASONABLE STRUCTURE PORTAL CRANES ON ACHIEVEMENTS OF INFORMATION TECHNOLOGY

Lê Thanh Toàn1, Nguyễn Văn Ba2

Ngày nhận bài: 25/3/2014; Ng ày phản biện thông qua: 12/11/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016

TÓM TẮTCổng trục là một thiết bị nâng, có khả năng nâng hạ và di dời vật nặng trong một không gian nhất định.

Kết cấu thép của cổng trục bao gồm: Dầm chính, gối tựa, chân cổng và dầm biên. Kết cấu cổng trục chịu toàn bộ tải trọng của vật nâng, tả i trọ ng bả n thân và tác động khác từ bên ngoài như tải trọng gió. Đề tài nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dầm đơn, cổng trục dầm đôi; có tải trọng nâng định mức trong khoảng 5 ÷ 40 tấn, với khẩu độ dưới 20m. Nội dung của phương pháp tính truyền thống bao gồm: Xây dựng các thông số ban đầu; Xác định sơ bộ kích thước kết cấu; Tí nh đặc trưng tiết diện; Xác định tả i trọ ng tí nh toá n; Phân tích nội lực; Kiểm tra độ bền, độ võng, độ ổn định của từng bộ phận cổng trục. Nội dung tính bằng phần mềm SolidWorks dựa trên cơ sở của phương pháp tính truyền thống như sau: Xây dựng mô hình tính; Phân tích nội lực (bao gồm các bước: loại phần tử, điều kiện biên, đặt tải trọng, phân tích kết quả tính); Và tí nh tố i ưu (bao gồm các bước: khai báo biến, khai báo điều kiện kiểm tra, điều kiện mục tiêu, phân tích kết quả tính). SolidWorks có khả năng tự phân tích trọng lượng bản thân, cũng như ảnh hưởng lẫn nhau của từng bộ phận kết cấu cổng trục và cho kết quả phân tích đầy đủ. Dễ dàng trong việc thực hiện một trường hợp phân tính nội lực tương tự. Phân tích tính tối ưu nhằm cho kết quả hợp lý nhất trong điều kiện và mục tiêu thiết kế.

Từ khóa: Cổng trục, thiết bị nâng, nghiên cứu tính tối ưu, nghiên cứu mô phỏng

ABSTRACTGantry crane is a lifting device capable of lifting heavy loads and displacement in a defi ned space. Gantry

crane steel structure including: bridge beam, fulcrum beams, end trucks and legs gantry. It affected load of heavy loads, load yourself and other impacts from the outside, such as wind loads. Thesis research methods for calculating reasonable structure portal single beam gantry, double beam gantry; load lifting 5 to 40 tons, with spans under 20 m. The content of the calculation method of traditional gantry structure including: Building of the initial parameters; Determine the preliminary dimensions structure; Calculation of section geometry features; Determine the design loads; Internal analysis; Testing endurance, defl ection, stability of the gantry parts. Content calculated by SolidWorks software based on the traditional method as follows: Building of model calculation; Internal analysis (including the steps: element type, stability conditions, load set, results of calculation); And optimal (including the steps: variable declaration, inspection declaration terms, conditions goals, analysis of results counted). SolidWorks is able to analyze the self-weight, as well as the mutual infl uence of each structural crane parts and show the results fully analyzed. Easy to make a case similar analyzed internal forces. The optimization study gives the most reasonable results in conditions and design goals.

Keywords: gantry crane, steel structure, optimization study, simulation study

1 Lê Thanh Toàn: Lớp Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2009 - Trường Đại học Nha Trang2 PGS.TS. Nguyễn Văn Ba: Trường Đại học Nha Trang


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 137

I. ĐẶT VẤN ĐỀCổng trục là một trong những thiết bị

nâng, có khả năng nâng hạ và di dời vật nặng trong một không gian nhất định. Nó được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành vận tải, xây dựng, chế tạo máy, đặc biệt là trong đóng 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 toàn bộ tải trọng của vật nâng và các tác động khác từ bên ngoài, nó có thể dịch chuyển trên đường ray để mang vật nâng đến nơi cần đến. Cùng với sự phát triển của ngành đóng tàu về cả số lượng cũng như độ lớn của từng con tàu, cổng trục cũng phát triển không ngừng về cả tải trọng nâng, không gian làm việc và mức độ hiện đại trong vận hành. Vì vậy, việc tính toán thiết kế cổng trục cũng đòi hỏi phải có nhiều cải tiến, áp dụng được những thành tựu mới trong khoa học tính toán; Việc tính toán 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 toá n truyề n thố ng, nếu nghiên cứu kỹ hơn, chi tiết hơn chúng ta có thể thấy mộ t số điểm chưa hợ p lý trong tính toán 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 toá n. Những bấ t cậ p nà y có thể được khắc phục nếu ứ ng dụ ng các tiến bộ trong khoa học tính toán và các phương tiện hiện đại vào công việc tính toán. Xuất phát từ nhận xét trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dựa trên thành tựu của công nghệ thông 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 công 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 CỨU

1. Đối tượng nghiên cứuTrong phương pháp tính toán kết cấu cổng

trục hiện nay, ngoài 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 gió, tải trọng bản thân khác (cabin điều khiển, cầu thang, sàn, lan can, hệ thống điện,...); còn có 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 côngxôn khi xe nâng nằm ở ngoài mút côngxôn; ngoài ra nếu là kết cấu dạng dàn, người ta chia dàn không gian thành những dàn phẳng, để tính nội lực từng thanh trong dàn phẳng.

Phương pháp tính toán trên đảm bảo kết cấu an toàn với chế độ và môi trường làm việc theo yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, kết quả tính toán có thể dư bền; mặt khác kết cấu là tổ hợp của nhiều bộ phận khác nhau, từng bộ phận có tiết diện và chịu tải trọng khác nhau, vì thế sẽ lặp lại các công đoạn tính giống nhau làm tăng khối lượng và thời gian tính toán.

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 công đoạn tính toán giống nhau với thông số đầu vào khác nhau một cách nhanh chóng và cho kết quả gầ n đú ng hơn. Hiện nay, các phần mềm phân tích kết cấu thép thông dụng như: RDM6, SolidWorks, SAP2000, ANSYS, ABAQUS… đều có thể ứng dụng để tính toán kết cấu thép. Để thay thế một số các bước tính toán kết cấu cổng trục thì SolidWorks là phần mềm rấ t phù hợ p.

SolidWorks Simulation là phần mềm tính toán cơ học bằng phương pháp phần tử hữu hạn và có 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 đó phân tích ứng suất và tối ưu hóa đã thay thế phầ n lớ n việ c tí nh toá n trong phương pháp truyề n thố ng.

2. Phương pháp nghiên cứuCác bước tính toán 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 mô 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 có một hoặc nhiều Simulation Studies và Design Study khác nhau.

Tính kết cấu dầm chính với vị trí xe nâng ở giữa dầm, sẽ có hai trường hợp phân tích kết cấu: Simulation Studies 1 (tính tổng ứng suất uốn và hệ số an toàn), Simulation Studies 2 (tính độ võng dầm chính). So với hệ số an toàn 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 toàn, độ võng gần nhất có thể và trọng lượng nhỏ nhất có 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 có hai trường hợp phân tích áp lực: Simulation Studies 3 (áp lực dầm chính phía bên có cơ cấu di động), Simulation Studies 4 (áp lực dầm chính phía bên có dàn cáp điện); và có 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 toàn), 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. Mô hình tính và phần tử:

Giả sử cổng trục dầm đôi dạng hộp với chế độ làm việc bình thường, có các thông 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 có tiết diện không đổi. Chân cổng có 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 đôi dạng hộp a) mô hình cổng trục, b) mô hình kết cấu, c) tách dầm chính, d) tách chân cổng



Bước 3: Xác định các tải trọng. Với chế độ làm việc bình thường, theo bảng tổ hợp các tải trọng (bảng 3.1).[5], ta chọn tổ hợp phối hợp tải trọng để tính nội lực kết cấu thép cổng trục là IIA và IIB. Khi xe nâng có mang hàng đứng giữa dầm, tiến hành hạ hàng hết

tốc độ và hãm phanh đột ngột (tổ hợp tải trọng IIA); tiến hành di chuyển cổng trục hết tốc độ và phanh cổng trục đột ngột (tổ hợp tải trọng IIB). ta sử dụng các công thức ở (tr.209-213).[2] để xác định các tải trọng như bảng dưới:

2.1.3. Tính nội lực:

Hình 2. Tiết diện của các phần tử kết cấu cổng trục. a) tiết diện dầm chính, b) tiết diện dầm biên, c) tiết diện đầu chân cổng, d) tiết diện gối tựa

Bước 1: Dựa vào các thông số ban đầu, ta sử dụng các công thức ở (tr.209-213).[2] để tí nh kí ch thướ c tiết diện của dầm chính, dầm biên, chân cổng, gối tựa như hình 1a.

Bước 2: Xác định được các đặc trưng tiết diện như bảng 1:

Bảng 1. Các đặc trưng tiết diện của các bộ phận cổng trục Bộ phận cổng trục F (mm2) Trọng lượng

(kG) S (mm3) Jx (mm4) Wx (mm3) Jy (mm4) Wy (mm3)

Dầm chính 35520 5577 22,44.106 6906,7.106 10,932.106 1494,4.106 5,98.106

Dầm biên 31520 1361 16,7.106 4448,4.106 2,82.106 241,14.106 1,61.106

Chân cổng 29600 1616 14,8.106 4019.106 8,04.106 1245,3.106 4,98.106

Gối tựa 17600 290,1 5,28.106 847,39.106 8,4.106 1282,8.106 5,13.106

Bảng 2. Các tải trọng tính toánTên tả i trọ ng Kí hiệ u Giá trị Đơn vị Ghi chú

Tải trọng nâng định mức Q 25 tấntải trọng tĩnhTrọng lượng xe nâng Gx 5 tấn

Trọng lượng của cơ cấu di động G2 3,4 tấn

Á p lực bánh xe tạ i vị trí D 94799 N tải trọng tác động trực tiếp lên kết cấu cổng trục phía bên dầm có cơ cấu di độngÁ p lực bánh xe tạ i vị trí C 61784 N

Á p lực bánh xe tạ i vị trí D 111306 N áp lực bánh xe có tính hệ số điểu chỉnh kT = 1,2Á p lực bánh xe tạ i vị trí C 71688 N

Tải trọng gió qg 125 N/m tải trọng tác động lên xe nâng và vật nângTải trọng gió Pg 750 N tải trọng tác động lên kết cấu cổng trục

Lực quán tính 13543 N do khối lượng xe nâng có mang hàng khi hãm xe nâng đột ngột

Lực quán tính 7829 N do khối lượng xe nâng có mang hàng khi tiến hành hãm cổng trục đột ngột

Lực quán tính 250 N/m do khối lượng dầm chính khi hãm cổng trục đột ngột



Bước 4: Kết quả tính nội lực các bộ phận cổng trục.

Ứng suất uốn tổng của dầm chính ở tiết diện đang xét (hình 3.b) dưới tác dụng của các tải trọng trong trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai: σu = σ1u + σ2u + σ3u = 109,7 < [σ]2 = 180N/mm2 (bảng 5.2).[2]. Trong đó: σ1u gây ra bởi P’D, P’C, Pg và tải trọng bản thân dầm chính;

σ2u gây ra bởi , ; σ1u gây ra bởi . Độ võng của dầm chính dưới tác dụng của P”D, P”C: f = 12,2 < [f] = L/700 = 28,6mm.

Ứng suất uốn tổng của chân cổng (hình 3.d): σu = σ1u + σ2u = 10,7N/mm2. Trong đó: σ1u gây ra bởi lực cắt lớn nhất và trọng lượng bản thân của gối gựa; σ2u gây ra bởi tải trọng gió qg.

a) Sơ đồ tính áp lực bánh xe b) Sơ đồ tính nội lực giữa dầm chính c) Sơ đồ tính áp lực lên gối tựa

d) Sơ đồ tính nội lực chân cổng e) Sơ đồ tính nội lực dầm biênHình 3. Các sơ đồ tính nội lực cổng trục

Ứng suất uốn tổng của dầm biên (hình 3.e): σut = σu + σuph = 20,2N/mm2 ≤ [σ]2 = 180N/mm2.Trong đó: σu gây ra bởi lực cắt lớn nhất của 2 dầm chính và trọng lượng gối gựa, chân cổng; σuph gây ra bởi mômen quán tính bánh xe dẫn.2.2. Phương phá p tí nh bằ ng SolidWorks:2.2.1. Vật liệu chế tạo:

Căn cứ vào các đặc trưng cơ tính (như bảng 1) cho thấy vật liệu ASTM A36 Steel (thuộ c tiêu chuẩ n Mỹ , (tr.6).[3] và [10]) củ a thư viện SolidWorks tương đương với vật liệu CT3 của Nga.

Vậy tôi chọn ASTM A36 Steel làm vậ t liệu thay thế cho CT3 trên để tính trên phần mềm Solidworks.

Bảng 3. So sánh các đặc trưng cơ tính của A36 với CT3Tên đặc trưng cơ tính CT3 A36 Đơn vị

Môđun đàn hồi (khi kéo) 2,1.1011 2.1011 N/mm2

Môđun đàn hồi trượt 8,1.1011 7,93.1011 N/mm2

Hệ số Poisson 0,28 0,26Khối lượng riêng 7,83 7,85 T/m3

Giới hạn chảy cực tiểu 240 ÷ 280 250 N/mm2

Giới hạn bền kéo 380 ÷ 420 400 N/mm2

2.2.2. Mô hình hì nh họ c và mô hình phần tử: Mô hình học Tương tự như ở phương pháp tính truyền thống.

a) Điều kiện biên b) Simulation Studies 1 c) Simulation Studies 2



Mô hình phần tử trên phần mềm SolidWorks, ta chỉ cần tách kết cấu ra làm hai phần như sau: dầm chính và khung chân cổng (bao gồm các bộ phận: gối tựa, chân cổng, dầm biên), như hình 4a, 4f. Loại phần tử của dầm chính và khung chân cổng là dạng khối (Solid, theo định nghĩa của SolidWorks, thuộc nhóm phần tử hai chiều), số lượng phần tử theo sự điều chỉnh chế độ mật độ lưới chia ở lệnh Mesh.2.2.3. Điề u kiệ n biên:

Với khẩu độ L ≤ 20m, ta chọn liên kết ở 2 đầu dầm chính là liên kết cứng khung chân cổng, sau khi tá ch mộ t dầ m chí nh ta đặ t điề u kiệ n biên như hì nh 4a: đầ u A là gố i cố đị nh, đầ u B là gố i trượ t. Và các vị trí tiếp xúc của cổng trục với đường ray, ta xem là gối cố định, ta đặ t điề u kiệ n biên như hì nh 4f.2.2.4. Đặ t tả i trọ ng:

Đặt tải trọng cho 5 trường hợp phân tích nội lực như hình 4. Trong đó Gravity là tải trọng bản thân kết cấu; , , , , Pg, , là tải

trọng tập trung;qg, , Nx1, Ny1, Nz1, Nx2, Ny2, Nz2, G2 là tải trọng phân bố đều.2.2.5. Tính nội lực:

* Phân tích kết quả tính của dầm chính:Tổng ứng suất uốn: σ = 84,2 ≤ [σ]2 = 180N/mm2.Hệ số an toàn: n = [σ]ch/σ = 250/84,2 = 2,97 >

[n] = 1, 5 (bảng 5.1).[2].Độ võng: f = 12,2 ≤ [f] = 28,6mm.Áp lực lên khung chân cổng phía bên có

cơ cấu di động: Ny1 = 83600N, Nz1 = 16570N, Nx1 = 8916N.

Áp lực lên khung chân cổng phía bên có dàn cáp điện: Ny2 = 63740N, Nz2 = 13130N, Nx2 = 6780N.

* Phân tích kết quả tính của khung chân cổng:Ứng suất uốn của chân cổng:

σ = [σ]ch/n = 250/1,51 = 165,6 ≤ [σ]2 = 180N/mm2;Ứng suất uốn của gối tựa:

σ = [σ]ch/n = 250/1,54 = 162,3 ≤ [σ]2 = 180N/mm2;Ứng suất uốn của dầm biên:

σ = [σ]ch/n = 250/3 = 53 ≤ [σ]2 = 180N/mm2.

d) Simulation Studies 3 e) Simulation Studies 4 f) Điều kiện biên g) Simulation Studies 5

Hình 4. Điều kiện biên và đặt tải trọng

a) Kết quả của Simulation Studies 1 b) Kết quả của Simulation Studies 2

c) Kết quả của Simulation Studies 3 và 4. c) Hệ số an toàn của chân cổng, gối tựa và dầm biênHình 5. Kết quả tính nội lực bằng SolidWorks.



Qua bảng so sánh trên cho thấy kết quả tính bằng SolidWorks so với kết quả tính bằng phương pháp truyền thống: Kích thước tiết diện của một số phần tử nhỏ hơn; Trọng lượng dầm chính và trọng lượng khung chân cổng nhỏ hơn.

2. Thảo luậnTrong phương pháp tính toán kết cấu cổng

trục hiện nay, vì sơ đồ cổng trục có kết cấu

không gian, để đơn giả n trong việc phân tích nội lực người ta thường sử dụng phương pháp tách dầm. Trọng lượng sơ bộ của kết cấu kim loại của cổng trục có thể lấy theo trọng lượng của một cổng trục tương tự đã có trong thực tế, sau khi tính toán sẽ kiểm nghiệm lại kết quả. Tải trọng không di động do trọng lượng bản thân của kết cấu kim loại, cơ cấu di chuyển,

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

1. Kết quả nghiên cứu:Một số điểm khác biệt của hai phương pháp tính như bảng so sánh sau.

Bảng 4. Một số điểm khác biệt của hai phương pháp tínhMột số khác biệt Phương pháp truyền thống Sử dụng phần mềm SolidWorks

Vật liệu chế tạo CT3 ASTM A36Mô hình phần tử sử dụng phương pháp tách dầm

Tách kết cấu cổng trục làm 4 loại phần tử

Tách kết cấu cổng trục làm 2 loại phần tử

Chiều dài dầm chính (hình 1a) Bằng chiều dài khẩu độ L = 20m Lớn hơn chiều dài khẩu độ L = 20,6mTrọng lượng bản thân các phần tử

Sử dụng tải trọng phân bố đều q thay cho tải trọng bản thân của dầm chính

Gravity là lệnh đặt tải trọng bản thân cho cả kết cấu phần tử.

Kết quả phân tích nội của hai phương pháp tính như bảng so sánh sau.

Bảng 5. Bảng so sánh kết quả tính toán khung chân cổng bằng 2 phương phápCác thông số kỹ thuật của khung chân cổng Ký hiệu Phương pháp truyền thống SolidWorks Đơn vị

Chiều cao dầm chính h 1200 950 mmChiều dày tấm biên trên δ1 16 10 mmChiều dày tấm biên dưới δ2 10 8 mmChiều dày thành đứng δ3 10 6 mmTổng ứng suất n 109,7 153,8 N/mm2

Độ võng dầm f 18 28,5 mmTrọng lượng dầm Gd 5577 4199 kgChiều cao chân cổng hch 1000 1000 mmChiều dày các tấm vách chân cổng δch 10 10 mmTổng ứng suất của chân cổng σch 10,7 165,6 N/mm2

Chiều cao gối tựa hgt 600 620 mmChiều dày các tấm vách gối tựa δgt 10 10 mmTổng ứng suất của gối tựa σgt 26,1 162,3 N/mm2

Chiều cao dầm biên hdb 1000 500 mmChiều dày tấm biên trên dầm biên δdb1 16 6 mmChiều dày tấm biên dưới dầm biên δdb2, δdb3 10 6 mmTổng ứng suất của dầm biên σdb 20,2 83 N/mm2

Trọng lượng khung chân cổng Gcc 4883 3519 kg



buồng lái, dàn điện... gây ra. Để đơn giản cho việc tính toán, tải trọng do trọng lượng bản thân của kết cấu kim loại, của sàn lát, trục truyền của cơ cấu di chuyển được xem như phân bố đều dọc chiều dài kết cấu, còn tải trọng của cơ cấu di chuyển, buồng lái và các thiết bị điện được xem như đặt tập trung ở các tiết diện và tương ứng với điểm đặc của nó. Đối với dầm đơn, trọng lượng dầm chính sẽ phân bố đều trên một đơn vị chiều dài dầm. Đối với dầm đôi thì chỉ chọn dầm tính phía bên cơ cấu di chuyển, là dầm chịu tải trọng lớn hơn để phân tích nội lực, tải trọng phân bố đều dọc chiều dài dầm.

Qua mô hình kết cấu cổng trục hoàn chỉnh, SolidWorks có khả năng phân tích nội lực toàn bộ kết cấu cổng trục cũng như ảnh hưởng lẫn nhau của các bộ phận kết cấu cổng trục. SolidWorks thay thế tải trọng phân bố đều gây ra bởi trọng lượng dầm chính trong phương pháp tính truyền thống bằng lệnh Gravity.

Theo phương pháp tính toán kết cấu cổng trục hiện này, người ta có 5 trường hợp tổ hợp tải trọng khác nhau được tính theo độ bền mỏi hoặc tính theo độ bền và độ bền ổn định. Trong mỗi một trường hợp, ta có 2 vị trí của xe nâng. Vậy nếu tính toán và đánh giá một cách đầy đủ, người ta cần 10 lần phân tích nội lực kết cấu cổng trục khác nhau. Trong một mô hình kết cấu cổng trục hoàn chỉnh có thể thực hiện 10 trường hợp phân tích nội lực kết cấu và trường hợp sau có thể copy và sữa chửa lại từ trường hợp trước.

Đối với những kết cấu thừa bền hoặc thiếu bền, ta không cần phải giải bài toán ngược sao cho vừa thỏa mãn các điều kiện kiểm tra kết cấu và mục tiêu trọng lượng, ở SolidWorks ta chỉ cần thực hiện Design Study, phần mềm sẽ cho kết quả tối ưu.

Hạn chế trong ứng dụng phần mềm SolidWorks như sau: sau khi có sự thay đổi kích thước trong bản vẽ part, thì một số bước trong lệnh Static Analysis yêu cầu xác nhận lại, nếu không thì không thể thực hiện được lệnh Run hoặc nếu đã có kết quả thì kết quả

không có giá trị. Sẽ không mất nhiều thời gian để khắc phục hạn chế này. Ưu điểm của phần mềm SolidWorks hơn hẳn các phần mềm khác vì hỗ trợ được các yêu cầu thiết kế kết cấu cổng trục nhiều nhất.

IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾ N NGHỊ

1. Kết luậnTrong tính toán kết cấu cổng trục, việc sử

dụng phần mềm SolidWorks thay phương pháp tính toán kết cấu cổng trục như hiện nay có nhiều thuận lợi và vượt trội về mọi mặt, thể hiện:

- Phần mềm SolidWorks có khả năng hỗ trợ người thiết kế và cho kết quả nhanh ở các công đoạn sau:

+ Tính toán nội lực của từng bộ phận hay toàn bộ kết cấu cổng trục một cách đầy đủ. Điều này cho thấy phần mềm SolidWorks có khả năng thực hiện theo sơ đồ kết cấu chung và sơ đồ kết cấu riêng.

+ Tối ưu hóa bất kỳ một chi tiết, một bộ phận hay toàn bộ kết cấu cổng trục.

+ Tính trọng lượng và các đặc trưng tiết diện hình học của một chi tiết, một bộ phận hay toàn bộ kết cấu.

- Phần mềm SolidWorks có khả năng mô phỏng hoàn chỉnh một kết cấu thép cổng trục. Như vậy, kết cấu đưa vào tính nội lực gần với thực tế nhất.

- Phần mềm SolidWorks có thể thay thế tải trọng phân bố đều gây ra bởi trọng lượng dầm chính trong phương pháp tính truyền thống bằng lệnh Gravity. Như thế cho kết quả sẽ chính xác hơn.

Vậy ứng dụng phần mềm SolidWorks hỗ trợ người thiết kế giảm nhẹ các khâu tính toán, cho kết quả chính xác hơn, giảm chi phí nghiên cứu thực tiễn, tiết kiệm thời gian và công sức trong việc tìm kiếm các giải pháp tối ưu.

2. Kiến nghịNhằm mở rộng và nâng cao hơn nữa khả

năng ứng dụng thành tựu của công nghệ thông tin vào tính toán kết cấu cổng trục, chúng ta cần nghiên cứu bổ sung một số vấn đề sau:



- Sử dụng những phần mềm tin học chuyên dụng khác như: Excel, Access, Matlab, Visual Basic…để tính sơ bộ kích thước bao của các bộ phận cổng trục và tính ngoại lực tác động lên kết cấu để định hướng cho việc tính toán chính xác bằng phần mềm SolidWorks.

- Sau khi hoàn thành tính toán kết cấu cổng trục, với mô hình kết cấu đã được xây dựng,

ta có thể sử dụng phần mềm SolidWorks để thực hiện các loại bản vẽ thiết kế chế tạo và SolidWorks có khả năng liên kết trực tiếp với phần mềm Excel để hỗ trợ tính giá thành.

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm SolidWorks để phân tích tính toán những dạng kết cấu máy trục khác, hoặc những máy công nghiệp khác nhau trong thiết kế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tô Quang Dụng, Thuyết minh tính kết cấu thép bán cổng trục hai dầm Q = 5t và cổng trục hai dầm Q = 10t, H = 3,79 m, L = 6,494m, Công ty cổ phần Xây dựng và Phát triển Cơ sở hạ tầng, Nhà máy Chế tạo Kết cấu thép Tiền chế.

2. Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường, 1975. Tính toán máy trục. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.3. Nghiêm Hù ng, 1997. Sá ch tra cứ u thé p, gang thông dụ ng. Trườ ng Đạ i họ c Bá ch khoa Hà Nộ i.4. Quách Hoài Nam, 2004. Hướng dẫn sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn RDM6. Trường Đại học Thủy sản.5. Nguyễn Hữu Quảng, Phạm Văn Giám. Kết cấu kim loại máy trục. Trường Đại học Hàng Hải.6. TCVN 2737:1995, 1996. Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. NXB Xây dựng Hà Nội.7. TCVN 4244:2005, 2006. Thiết bị nâng - Thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật. Hà Nội.8. Hồng Tiến Thắng, 2010. Hướng dẫn sử dụng SAP2000 V12. Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội.9. Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng, 2002. Máy và thiết bị nâng. NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.10. Dassault Systèmes, 1995-2013. SolidWorks Web Help 2010. http://help.SolidWorks.com/.

Documents

Nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dựa