Báo cáo tổng kết đề tài - Thiết kế và chế tạo mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng

G KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH KẾT HỢP CẦN TRỤC THÁP VÀ VẬN THĂNG XÂY DỰNG Mã số: Xác nhận của đơn vị chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Huỳnh Tấn Tài ThS. Ngô Bảo Ngô Bảo, ĐH TDM 3 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Bình Dương, 8/2016 MỤC LỤC Trang BẢNG CHỈ DẪN CÁC KÝ HIỆU, ĐƠN VỊ .............................................................. 4 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................... 5 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH KẾT HỢP CẦN TRỤC THÁP VÀ VẬN THĂNG XÂY DỰNG ................................................ 6 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 6 1.2. Tính cần thiết của “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” ......... 7 1.3. Mục tiêu đạt tới của ý tưởng thiết kế và chế tạo “Mô hình cần trục tháp kết hợp vận thăng xây dựng” ....................................................................................................... 8 1.4. Những nghiên cứu trước có liên quan về mô hình cần trục tháp, vận thăng ........... 8 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH KẾT HỢP CẦN TRỤC THÁP VÀ VẬN THĂNG XÂY DỰNG ................................................................................................... 9 2.1. Cơ sở lý luận tính toán, thiết kế ............................................................................... 9 2.2. Kiểm nghiệm độ bền của phần đế ............................................................................ 10 2.3. Thiết kế sơ bộ mô hình ............................................................................................ 12 2.4. Thiết kế phác thảo các chi tiết điển hình ................................................................. 14 2.5. Các bản vẽ kỹ thuật .................................................................................................. 17 CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN MÔ HÌNH KẾT HỢP CẦN TRỤC THÁP VÀ VẬN THĂNG XÂY DỰNG ................................................ 39 3.1. Chế tạo mô hình ....................................................................................................... 39 3.2. Kiểm nghiệm tải trọng cần nâng sau khi chế tạo xong ............................................ 40 3.3. Thông số kỹ thuật chính .. 42 3.4. Hướng dẫn lắp dựng và tháo dỡ mô hình cần trục tháp và vận thăng . 42 3.5. Hướng dẫn vận hành 49 3.6. Hướng dẫn bảo quản 50 Ngô Bảo, ĐH TDM 4 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường 3.7. Những khiếm khuyết không mong muốn 51 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .. 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC ... 54 BẢNG CHỈ DẪN CÁC KÝ HIỆU, ĐƠN VỊ Bảng 1 STT Tên gọi Ký hiệu Đơn vị 1 Khối lượng m kg 2 Véc tơ lực P,, Q G 3 Lực P, Q, G N 4 Lực cắt Qy N 5 Diện tích, tiết diện S m2 6 Mô men uốn Mx N.m 3 7 Mô men chống uốn Wx;Wy m 4 8 Mô men quán tính Jx; Jy m 9 Chiều dài a, b, c, d, e, l m 10 Ứng suất pháp  N/m2 11 Ứng suất tiếp  N/m2 2 12 Ứng suất pháp cho phép  N/m 2 13 Ứng suất tiếp cho phép  N/m Ngô Bảo, ĐH TDM 5 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Đơn vị: KHOA XÂY DỰNG THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng - Mã số: . - Chủ nhiệm: Thạc sĩ Ngô Bảo - Đơn vị chủ trì: Khoa Xây dựng - Thời gian thực hiện: 12 tháng 2. Mục tiêu: Nghiên cứu và chế tạo ra 1 thiết bị dạy học để minh họa thực tế cho môn học Máy xây dựng và an toàn lao động và các môn học có liên quan thuộc ngành xây dựng. 3. Tính mới và sáng tạo: chế tạo ra một mô hình thiết bị nhỏ, chưa nơi nào làm, giá thành thấp để phục vụ dạy cho học viên ngành xây dựng. 4. Kết quả nghiên cứu: Có hồ sơ thiết kế và có mô máy thực tế. 5. Sản phẩm: - Tập hồ sơ thiết kế và các bản vẽ - Bài báo khoa học - Một mô hình cần trục tháp kết hợp vận thăng xây dựng. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Có mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng, giúp sinh viên học tập kiến thức thực tế. - Có thể chuyển giao kết quả nghiên cứu cho các trường đại học, cao đẳng, dạy nghề. - Có thể hợp đồng sản xuất, dịch vụ. Ngô Bảo, ĐH TDM 6 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngày 12 tháng 8 năm 2016 Đơn vị chủ trì Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Huỳnh tấn Tài ThS. Ngô Bảo XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH KẾT HỢP CẦN TRỤC THÁP VÀ VẬN THĂNG 1.1. Đặt vấn đề Việc sử dụng máy móc trong xây dựng là rất cần thiết. Cần trục tháp và vận thăng (hình 1) là các máy lớn (cao đến 150 m, tầm rộng làm việc đến 30 m), được dùng để nâng chuyển vật liệu khi xây dựng các tòa nhà cao tầng. Trong thời gian học trong nhà trường, sinh viên hiếm có cơ hội được tiếp xúc với cần trục tháp và vận thăng, vì các máy này giá thành cao, dễ mất an toàn, người không chuyên môn, không có nhiệm vụ thì không được phép đến gần khu vực chúng đang làm việc. Do đó, nguyên lý làm việc của các máy này đang là vấn đề tò mò cho sinh viên ngành xây dựng và tất cả những người muốn tìm hiểu. Các giáo trình có viết về chúng, nhưng chỉ nói về lý thuyết, người không chuyên về máy móc (ví dụ như sinh viên ngành xây dựng) nếu đọc thì cũng rất khó hiểu. Ngô Bảo, ĐH TDM 7 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường a) Cần trục tháp b) Vận thăng Hình 1. Cần trục tháp và vận thăng đang làm việc ở công trường xây dựng Các công ty về máy và thiết bị ở nước ta chủ yếu là nhập phụ tùng hoặc nguyên chiếc cần trục tháp hay vận thăng từ Trung Quốc, Pháp, Đức, để phân phối cho các nhà sử dụng. Hiện tại, ta chưa chế tạo ra được các loại máy này, một ít cơ sở nào đó nếu có chế tạo thì cũng theo cách tương tự các loại có sẵn. Cũng chưa có công ty nào sản xuất ra mô hình nhỏ của chúng để phân phối cho các trường nghiên cứu, học tập. Đối với ngành xây dựng, nhu cầu học tập của sinh viên về máy xây dựng (ví dụ: cần trục tháp và vận thăng) là không thể thiếu. Sinh viên luôn luôn hứng thú học tập, va chạm, thao tác với các máy thực tế. Thế nhưng ta không thể mua các lớn này về cho các em thực tập, ta cũng không có nhà kho đủ lớn để chứa chúng. Vì các lý do nói trên, tác giả đưa ra phương án chế tạo máy mô hình để cho sinh viên thực hành, giúp các em hiểu rõ hơn vấn đề khi đọc sách.“Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” thu nhỏ như phần trình bày ở các phần sau sẽ giúp ích rất nhiều cho sinh viên ngành xây dựng học tập, cho giảng viên soạn bài giảng thực hành và cho nhiều người khác muốn quan tâm. 1.2. Tính cần thiết của “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” Theo tâm lý chung, hầu hết những người đi học đều hứng thú với việc học tập có kèm theo sản phẩm minh họa thực tế. Đối với sinh viên ngành xây dựng, sau những giờ miệt mài học lý thuyết trên lớp, các em cần được tự do cùng nhau xem, thao tác hay thảo luận về một sản phẩm nào đó trong ngành nghề của mình, ví dụ như: các em cần xem và vận hành thử một thiết bị phục vụ ngành xây dựng. Tuy nhiên, điều kiện của Trường, của Khoa chưa thể đáp ứng được các mong đợi của các em. Nắm bắt được tâm lý đó, tác giả đưa ra một “Mô hình cần trục tháp kết hợp vận thăng xây dựng” để cho các em cùng nhau lắp dựng, vận hành, thảo luận và rút ra bài học cho riêng Ngô Bảo, ĐH TDM 8 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường mình. Đó có thể là nhưng buổi thực hành mệt nhọc, chảy mồ hôi, nhưng chắc chắn ai cũng vui vì mọi người được cùng nhau trải nghiệm, chia sẽ kiến thức rất thực tế. Hình 2 cho ta thấy một buổi học thú vị. Đó là cảnh vài sinh viên đang lắp dựng và vận hành cần trục tháp, các sinh viên khác đứng xung quanh để xem. Hình 2. Ý tưởng một buổi học lắp dựng, vận hành cần trục tháp Ngô Bảo, ĐH TDM 9 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Thực tế, ở Khoa Xây Dựng thuộc Trường ĐH Thủ Dầu Một chưa có mô hình cần trục tháp, vận thăng như nói trên; các thiết bị máy móc để phục vụ thực tập, thực hành, thí nghiệm cho sinh viên của Khoa cũng rất ít. Khoa Xây Dựng thuộc Trường ĐH Thủ Dầu Một còn rất non trẻ so với Khoa Xây Dựng ở các trường đại học khác. Khoa đang trên đường phát triển, rất cần có tài liệu học tập cả lý thuyết lẫn thực hành để đáp ứng nhu cầu của sinh viên. Việc chế tạo được “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” để giảng dạy thực hành cho sinh viên là điều tất yếu cần thiết. Hiện nay, cũng chưa có nơi nào bán mô hình cần trục tháp, vận thăng thu nhỏ, phù hợp cho sinh viên ngành xây dựng để chúng ta mua. 1.3. Mục tiêu đạt tới của ý tưởng thiết kế và chế tạo “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” Mô hình này phải đáp ứng các yêu cầu: - Phù hợp để giảng viên chia nhóm hướng dẫn từ 3 đến 5 sinh viên học thực hành lắp dựng, khoảng từ 15 tới 30 sinh viên khác đứng xem (hình 2). - Nguyên lý làm việc của mô hình phải đúng hoặc gần đúng như máy thực tế, nhưng không cần làm việc với tải trọng lớn. - Kích thước của mô hình vừa phải; tương xứng với khả năng của sinh viên ngành xây dựng; phù hợp với không gian lắp dựng và nhà kho bảo quản. - Có nơi bán chi tiết máy tiêu chuẩn để thay thế, lắp lẫn khi chi tiết máy cũ bị hư hỏng. - Có thể được tháo rời ra từng phần nhỏ để cất giữ trong nhà kho, khi cần thì có thể lắp dựng dễ dàng. - Chi phí nằm trong mức cho phép của nhà trường. - Dễ sử dụng và an toàn. Để thực hiện ý tưởng trên tác giả đặt ra và đạt tới các mục tiêu sau: a) Hoàn thành bản vẽ tổng thể và các bản vẽ chi tiết của mô hình b) Chế tạo được mô hình c) Hoàn thành tập thuyết minh hướng dẫn lắp dựng, vận hành và bảo quản mô hình. 1.4. Những nghiên cứu trước có liên quan về mô hình cần trục tháp, vận thăng - Hiện tại, chỉ tìm thấy trên mạng Internet, tiếng Anh và tiếng Việt, những mô hình cần trục tháp đồ chơi, không thích hợp cho lứa tuổi sinh viên ngành xây dựng. - Tìm trên You Tube, có vài video clip về mô hình cần trục tháp, nhưng rất thô sơ, không đủ chức năng, không thể áp dụng để chế tạo ra mô hình dạy học ngành xây dựng. - Tác giả cũng chưa thấy nơi nào sản xuất và bán mô hình loại này. Ngô Bảo, ĐH TDM 10 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH KẾT HỢP CẦN TRỤC THÁP VÀ VẬN THĂNG XÂY DỰNG 2.1. Cơ sở lý luận tính toán, thiết kế Việc tính toán, thiết kế kích thước, hình dáng của “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” phụ thuộc vào các yếu tố: a) Chịu lực tác dụng. b) Chịu bền theo thời gian. c) Chi tiết máy dùng cho mô hình phải phù hợp với các chi tiết máy tiêu chuẩn khác. d) Kích thước tương xứng với khả năng của sinh viên ngành xây dựng. Đặc thù sinh viên ngành xây dựng là nam giới, nên mô hình dạy học ngành xây dựng cũng nên vừa đủ lớn để các em trải nghiệm. Dự kiến mô hình cao khoảng 5,5 m, nặng khoảng 300 kg. e) Có phụ tùng thay thế khi có hư hỏng xảy ra. f) Phù hợp kinh phí hiện có. g) Có tính thẫm mỹ. Đây là mô hình dùng cho dạy học, chỉ chú trọng nhiều về nguyên lý làm việc, vận hành, tháo lắp mà không chú trọng đến việc nâng tải trọng. Có thể nói chỉ cần chịu được tải trọng bản thân là đủ bền. Do đó, yếu tố tính toán theo lực tác dụng (mục a) thì chỉ còn tính sức bền của phần đế là đủ, việc tính bền cho các chi tiết khác xem như bỏ qua. - Yếu tố mục b, buộc ta phải dùng vật liệu khung là thép (thép bền hơn nhôm, nhựa, gỗ, ), các chi tiết tiêu chuẩn như: động cơ điện, bánh răng, ổ lăn, cáp, ròng rọc, ta phải dùng loại bền, có độ tin cậy cao. - Yếu tố c, d, e, f, buộc ta phải chọn trước kích thước và giá thành của các chi tiết máy tiêu chuẩn sao cho phù hợp kinh phí hiện có. Từ đó, ta thiết kế kích thước các bộ phận khác tương xứng theo. - Yếu tố g, buộc ta phải suy tính sao cho hình dáng sản phẩm tạo ra phải hợp mắt và dễ chế tạo. Ngoài ra, có 2 bộ phận quan trọng làm ảnh hưởng đến kích thước của mô hình. Đó là: + Bộ phận khớp quay: Để khớp quay an toàn, dễ hoạt động, khi hư hỏng thì dễ thay thế, thì chỉ có cách dùng ổ lăn kiểu mâm quay (bạc đạn mâm quay như hình 3a). Ổ lăn này nếu chọn loại nhỏ nhất thì có đường kính vành răng ngoài cỡ 400 mm. Do đó, để bảo đảm tính thẫm mỹ thì mặt cắt ngang của thân cần trục tháp có đường kính trung bình không thể nhỏ hơn 400 mm. Ngô Bảo, ĐH TDM 11 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường + Tời kéo: Hiện tại trên thị trường có bán tời kéo nhỏ nhất là loại có sức nâng 150 kg (hình 3b). Vì vậy, kích thước mô hình, kích thước của bộ phận đỡ, đường ray, bánh xe, cũng phải tương xứng với kích thước của loại tời kéo này. Ф400 a) b) Hình 3. Ổ lăn mâm quay và tời kéo Tóm tại, từ các yếu tố ảnh hưởng nói trên đã đưa ta tới việc tính chọn kích thước hợp lý cho “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” là: - Mặt cắt ngang của phần thân mô hình là hình vuông có kích thước 0,4 m. - Độ cao của mô hình phụ thuộc vào kích thước ngang của phần thân (bảo đảm tính thon gọn và thẫm mỹ). Do đó, độ cao trung bình được lấy theo quay tắc: Độ cao = 13 x kích thước ngang phần thân = 13 x 0,4 = 5,2 (m) Để thiết kế được “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” đạt yêu cầu độ cao như trên và phù hợp các yêu cầu đặt ra thì ta dùng thép hộp 40 x 40 (mm) dày 1,4 mm để làm các đoạn tháp cơ sở. Các chi tiết khác thì thiết kế dựa theo tính phù hợp với chi tiết máy tiêu chuẩn, phù hợp thẫm mỹ và phù hợp với kinh phí hiện có. 2.2. Kiểm nghiệm độ bền của phần đế G A B Phần đế a l b (+) G/2 (–) Qy NgôChân Bảo, đế ĐH TDM M x 12 Gl/4 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường a) Hình thiết kế phần đế b) Sơ đồ tính toán Hình 4. Tính toán phần đế cần trục tháp Như phần lý luận trên thì: - Phần đế được làm bằng thép hộp 40 x 40 dày 1,4 mm (hình 4a). Ta cần kiểm tra bền của phần này. - Các chân đế được làm bằng thép hộp 60 x 40 dày 1,4 mm. Ta không cần kiểm nghiệm sức bền cho các chân đế này, vì chúng chỉ là bộ phận kê, chi phí không đáng kể, ta dễ dàng thay đổi chúng khi cần thiết. - Phần đế chịu toàn bộ trọng lượng G của cần trục. Để tính sức bền của phần đế, ta coi phần đế gồm 6 thanh thẳng, cùng chiều dài l, xếp song song sát nhau, chịu lực tập trung G tại trung điểm. Mỗi thanh thẳng có tiết diện hộp vuông rỗng, kích thước cạnh trong a, kích thước cạnh ngoài b (hình 4a). Theo ý tưởng thiết kế, ta lấy sơ bộ các số liệu như sau: - Khối lượng tổng của cần trục tháp là m = 300 kg. Do đó, trọng lượng G = 3000 N. - Cạnh của phần đế là l = 1,2 m. - Tiết diện thép hộp vuông có đặc trưng hình học: + Kích thước cạnh trong: a = 0,0372 m, kích thước cạnh ngoài b = 0,04 m. + Diện tích mặt cắt ngang: S = b2 – a2 = 0,042 – 0,03722 = 2,16.10 - 4 (m2) ba3333−−0,040,0372 + Mômen chống uốn: WWm==== 2,087.10−63 () xy 66 ba4−− 40,04 4 0,0372 4 + Mômen quán tính: J= J = = = 5,375.10−84 ( m ) xy 12 12 82 + Ứng suất pháp cho phép của thép là  =1,6.10Nm / 82 + Ứng suất tiếp cho phép của thép là  = 0,8.10Nm / Xét riêng 1 thanh, theo lý thuyết sức bền, ta vẽ được biểu đồ lực cắt và biểu đồ mômen uốn như hình 4b. Từ đó, ta thấy tại tiết diện nguy hiểm có lực cắt là Qy = G/2 và mômen uốn là Mx = Gl/4. Phần đế gồm 6 thanh thẳng, tiết diện vuông như trên, nên mômen chống uốn của phần đế −−6 6 3 là: W'xy= W ' = 6.2,087.10 = 12,522.10 ( m ) . Ngô Bảo, ĐH TDM 13 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ta kiểm tra điều kiện bền của phần đế theo 2 tiêu chí sau: a) Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất pháp: M Gl.3000.1,2  ===x 0,72.1082 (/)Nm −6 [2] WWxx4.' 4.12,522.10 8282 Ta thấy: =0,72.10/1,6.10/NmNm  (*) b) Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tiếp: 3000 4.Q 4.  === y 2 1,55.10(/)62Nm (với S’ = 6S) [2] 3.'S 3.6.2,16.10−4 6282 Ta thấy: =1,55.10/0,8.10/NmNm  (**) Kết luận: Từ kết quả (*) và (**), ta thấy việc chọn đế bằng các thanh thép hộp 40 x 40 dày 1,4 mm là đạt yêu cầu, bảo đảm an toàn (dư bền nhiều lần). 2.3. Thiết kế sơ bộ mô hình cần trục tháp kết hợp vận thăng Từ cơ sở lý luận như trình bày trên, ta đưa ra sơ bộ hình dáng “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng” như hình 5. Đây là mô hình thu nhỏ, dạng khung giàn thép, có liên kết hàn hoặc lắp bằng bu lông. Chiều cao tối đa của mô hình là 5,5 mét (tỉ lệ so với máy thực tế khoảng 1/30). Mô hình có thể được lắp ráp theo “mô đun”, tức là có thể lắp thành vận thăng như hình 5a, cũng có thể lắp thành cần trục tháp hoặc lắp kết hợp cả cần trục tháp lẫn vận thăng như hình 5b. 2.3.1. Mô tả - Mô hình được chế tạo chủ yếu bằng thép hộp vuông 40 x 40 hoặc 30 x 30 (mm). - Có thể lắp thành mô đun vận thăng như hình 5a hoặc lắp thành mô đun cần trục tháp như hình 5b. - Các tời nâng đều dùng loại có công suất nhỏ nhất, có bán trên thị trường (sức nâng từ 150 tới 300 kg). - Thân tháp được nối bằng các đoạn tháp cơ sở, liên kết bằng bu lông. - Nhờ lồng nâng tháp mà các đoạn tháp cơ sở được lắp vào hay tháo ra để tăng hoặc giảm độ cao của cần trục tháp. - Tay cần quay được xung quanh trục thẳng đứng nhờ hệ thống động cơ, bánh răng và ổ lăn mâm quay. - Xe con (mang tời nâng vật) di chuyển được trên tay cần nhờ tời kéo đặt gần đối trọng. Ngô Bảo, ĐH TDM 14 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường - Bàn nâng di chuyển lên xuống được nhờ bánh xe có rãnh V lăn trên ray V, ray được hàn cứng vào tháp cơ sở. Bàn nâng là bộ phận chính của vận thăng, dùng để nâng hạ vật liệu. - Chân đế được neo chặt vào nền đất bằng bu lông nở (loại bu lông được đóng xuống nền bê tông và không tự tháo được). Khi muốn di chuyển thì ta hạ mô hình thấp xuống, tháo các bu lông nở ở chân đế, đẩy toàn hệ thống di chuyển nhờ các bánh xe. - Đối trọng và cáp chằng dùng để giữ thăng bằng cho mô hình. - Có tất cả 4 động cơ điện được điều khiển độc lập. Các chuyển động có được nhờ cáp kéo hoặc nhờ bộ truyền bánh răng. - Hệ thống điều khiển: Các nút nhấn tắt, mở điều khiển động cơ đều được dẫn xuống dưới và được lắp trong tủ điều khiển, tủ này đặt trên mặt đất hoặc trên bàn thao tác. Các động cơ đều là loại 1 pha, dùng điện 220V – 50 Hz. Các đường dây điện được xếp thứ tự, bảo đảm không bị rối khi thiết bị vận hành. - Lắp dựng, tháo dỡ: Lắp theo trình tự từ thấp lên cao, tháo dỡ theo trình tự ngược lại. Các thao tác theo hướng dẫn và bảo đảm an toàn như trình bày ở chương 3. 1 2 7 3 1 8 9 6 5 4 2 10 11 3 4 12 5 Ngô Bảo, ĐH TDM 15 13 6 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường a) Vận thăng b) Cần trục tháp 1. Ròng rọc 1. Chóp 7. Xe con 2. Tháp cơ sở 2. Cáp chằng 8. Tay cần 3. Bàn nâng 3. Tời kéo xe con 9. Tời nâng vật 4. Thanh chống 4. Đ ối trọng 10. Lồng nâng tháp 5. Đế 5. Cần đối trọng 11. Tháp cơ sở 6. Tời kéo 6. Động cơ 12. Đế 13. Tời kéo Hình 5. Thiết kế sơ bộ mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng 2.3.2. Nguyên lý làm việc Mô hình có 5 chuyển động như sau: - Chuyển động tăng, giảm độ cao của cần trục: Lồng nâng tháp (10) được tời kéo (13) nâng lên thông qua hệ thống ròng rọc cáp, tạo ra khe trống để chèn các đoạn tháp cơ sở (11) vào. Sau đó, lồng nâng tháp được hạ xuống và được liên kết chặt bằng bu lông với đoạn tháp cơ sở mới được đưa vào đó. Kết quả, độ cao cần trục tháp được nâng lên. Khi muốn hạ độ cao cần trục thì ta tháo các đoạn tháp cơ sở ra, từ từ hạ lồng nâng tháp xuống, lồng nâng tháp lại được liên kết chặt bằng bu lông với đoạn tháp cơ sở phía dưới. - Chuyển động quay của tay cần: Khi động cơ (6) hoạt động thì thông qua bộ truyền bánh răng và ổ lăn mâm quay làm cho tay cần (8), cần đối trọng (5) và các bộ phận lắp phía trên chúng quay được toàn vòng cùng hoặc ngược chiều kim đồng hồ trong mặt phẳng ngang. Ta có thể điều khiển động cơ (6) để tay cần (8) quay góc nào đó theo ý muốn. - Chuyển động của xe con: Tời kéo xe con (3) cùng với hệ thống ròng rọc cáp làm cho xe con (7) chuyển động vào - ra trên tay cần (8). Khi xe con chuyển động như vậy thì mang tời nâng vật (9) cùng chuyển động theo. Bánh xe của xe con có dạng rãnh V, lăn trên ray V, ray này được hàn cứng vào tay cần. - Chuyển động nâng hạ vật: Tời nâng vật (9) dùng móc để nâng vật lên hay hạ vật xuống. Tời này cũng có nhiệm vụ nâng các đoạn tháp cơ sở (11) từ dưới mặt đất lên để chèn vào lồng nâng tháp (10), làm tăng độ cao cần trục; hoặc hạ các đoạn tháp cơ sở xuống khi muốn giảm độ cao cần trục. - Chuyển động nâng hạ bàn nâng của vận thăng: Tời kéo (13) có nhiệm vụ nâng bàn nâng (3) như hình 5a và nâng lồng nâng tháp (10) như hình 5b, (chú ý: tời kéo (6) và tời kéo (13) là một). Tùy cách phối hợp ròng rọc cáp mà tời kéo (13) có nhiệm vụ khác nhau, hoặc là nâng lồng tháp (10) hoặc là nâng bàn nâng (3). 2.4. Thiết kế phác thảo các chi tiết điển hình Ngô Bảo, ĐH TDM 16 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Thông thường, việc thiết kế các chi tiết máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: chịu lực tác dụng, chịu bền theo thời gian, phù hợp với các chi tiết máy tiêu chuẩn khác, vật liệu dễ kiếm, có tính công nghệ (tính dễ chế tạo), tính thẩm mỹ, Tuy nhiên, như cơ sở lý luận ở chương 1, đây là mô hình dùng cho dạy học, chỉ chú trọng nhiều về nguyên lý làm việc, vận hành, tháo lắp mà không chú trọng đến việc nâng tải trọng, có thể nói chỉ cần chịu được tải trọng bản thân là đủ bền. Do đó, ta chỉ tính bền cho phần đế. Trong trường hợp này, ta dùng thép hộp 40 x 40 (mm), dày 1,4 mm để làm phần đế và các đoạn tháp cơ sở thì xem như đạt yêu cầu. Các chi tiết khác thì thiết kế dựa theo tính phù hợp với chi tiết máy tiêu chuẩn, phù hợp thẫm mỹ và phù hợp với kinh phí hiện có. Bảng 2 chỉ ra tên gọi, hình dạng và vật liệu chế tạo các chi tiết cần thiết nhất của “Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng”. Bảng 2. Các chi tiết STT Tên gọi Hình Vật liệu 1 Tháp cơ sở Thép hộp vuông 40 x 40 dày 1,4 mm - Thép hộp vuông 40 Lồng nâng x 40 dày 1,4 mm 2 tháp - Thép hộp 20 x 10 dày 1 mm - Thép hộp vuông 30 3 Tay cần x 30 dày 1,4 mm - Thép V20 Ngô Bảo, ĐH TDM 17 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Cần đối 4 Thép hộp vuông 30 trọng x 30 dày 1,4 mm 5 Chóp Thép hộp vuông 30 x 30 dày 1,4 mm - Thép hộp vuông 40 Giá cơ cấu x 40 dày 1,4 mm 6 quay - Thép tấm dày 10 mm 7 Đế Thép hộp vuông 40 x 40 dày 1,4 mm Giá vận 8 thăng (bàn Thép hộp vuông 40 nâng) x 40 dày 1,4 mm 9 Đối trọng Thép tấm dày 10 mm Ngô Bảo, ĐH TDM 18 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường - Thép hộp vuông 40 x 40 dày 1,4 mm Hệ thống 10 cáp nâng - Ròng rọc: mua theo tiêu chuẩn - Cáp Ф3 - Thép hộp vuông 40 x 40 dày 1,4 mm 11 Xe con - Thép tấm dày 6 mm - Bánh xe, bu lông: Mua theo tiêu chuẩn - Thép hộp vuông 40 x 40 dày 1,4 mm Thanh 12 - Thép tấm dày 5 chống mm - Bu lông: Mua theo tiêu chuẩn - Thép tấm dày 3 Các loại mm 13 bánh xe - Bánh xe, bu lông: Mua theo tiêu chuẩn Bộ truyền bánh răng 14 Mua theo tiêu chuẩn và ổ lăn mâm quay 2.5. Các bản vẽ kỹ thuật • Bản vẽ tổng thể cần trục tháp (1 bản) • Bản vẽ tổng thể vận thăng xây dựng (1 bản) • Bản vẽ các chi tiết điển hình (17 bản) • Bản vẽ mắc điện cho cần trục tháp (1 bản) Ngô Bảo, ĐH TDM 19 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường • Bản vẽ tóm tắt các bước lắp dựng cần trục tháp (1 bản) Ngô Bảo, ĐH TDM 20 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường MÔ HÌNH CẦN TRỤC THÁP (Áp dụng dạy và học ngành xây dựng) Ngô Bảo, ĐH TDM 21 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 22 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường MÔ HÌNH VẬN THĂNG (Áp dụng dạy và học ngành xây dựng) Ngô Bảo, ĐH TDM 23 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 24 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 25 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường p 10x20 p ộ Thép h Thép Ngô Bảo, ĐH TDM 26 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 27 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 28 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 29 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 30 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 31 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 32 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 33 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 34 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 35 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 36 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 37 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 38 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 39 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 40 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 41 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 42 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 43 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Ngô Bảo, ĐH TDM 44 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN MÔ HÌNH CẦN TRỤC THÁP – VẬN THĂNG 3.1. Chế tạo mô hình Sau khi chế tạo xong, mô hình cần trục tháp như hình 6. Ngô Bảo, ĐH TDM 45 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường Hình 6. Cần trục tháp đã chế tạo xong Vì phải ước lượng được chi phí chế tạo phù hợp với kinh phí hiện có nên tác giả thiết kế các chi tiết máy không quá phức tạp, không vượt quá khả năng công nghệ và không đòi hỏi tay nghề cao của người thợ. Do đó, việc chế tạo các chi tiết tương đối dễ dàng, quy trình công nghệ đơn giản, không cần sử dụng các máy công cụ tiện, phay, bào. Cách chế tạo các chi tiết máy ở đây chủ yếu bằng hàn, cắt, khoan. 3.2. Kiểm nghiệm tải trọng cần nâng sau khi chế tạo xong Ngô Bảo, ĐH TDM 46 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường 3.2.1. Kiểm nghiệm tải trọng nâng của mô hình cần trục tháp Như trình bày ở chương 1, đây là mô hình, chỉ để cho người học biết nguyên lý hoạt động, cách lắp dựng, mà không bàn tới với nâng tải nặng hay nhẹ. Nhưng sau khi chế tạo xong mô hình này, ta cần phải thử nghiệm bằng cách cho nâng thử các tải trọng trong giới hạn cho phép để đánh giá sự cứng vững của mô hình và đưa ra khoảng tải trọng nâng cho người sử dụng. Giả sử cần trục tháp có dạng chữ T, các kích thước cho như hình 7. Theo như thiết kế thì ta có các thông số sau: - Khối lượng toàn cần trục m = 300 kg, do đó trọng lượng G  3000 N - Khối lượng đối trọng là m = 40 kg, do đó trọng lượng Q 400 N - Khoảng cách từ đối trọng tới tâm cần trục a = 1,34 m - Chiều dài tay cần b = 2,55 m - Tầm với c = 2,3 m - Khoảng cách tối đa từ mặt đất tới điểm treo vật d = 3,5 m - Khoảng cách từ tâm cần trục tới điểm tựa ngoài cùng của chân đế e = 0,6 m a x b c Q l P G d e A B x' Hình 7. Sơ đồ tính toán để kiểm tra sức nâng tải của mô hình cần trục tháp Theo thiết kế thì khối lượng phía bên trái (gồm tay cần, động cơ điện, xe con, các chi tiết khác) cân bằng với khối lượng phía bên phải (gồm khối lượng của cần đối trọng, động cơ, đối Ngô Bảo, ĐH TDM 47 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường trọng và các chi tiết khác), tức là trọng tâm của toàn cần trục được thiết kế xem như nằm trên đường tâm xx’. Khi nâng vật trọng lượng P, điểm treo vật cách tâm cần trục là l (chỉ lấy giá trị e l c ). Ta cần tìm giá trị P tới hạn để cả hệ thống cân bằng, tức không bị ngã quanh điểm B. Do đó, tổng mômen của hệ lực ( ,G , ) Q P gây ra quanh đểm B phải thỏa điều kiện: PleG()..−++ eQae ( ) (1) Thế các số liệu vào biểu thức (1), ta có: Pl(0,6)0,6.3000400.1,340,6−++ ( ) 2576 P (2) l − 0,6 Theo công thức (2), ta có bảng vài giá trị liên hệ giữa tải trọng cần nâng P và tầm với l như sau: Bảng 3. STT l (m) P (N) m (kg) 1 0,7 25760 2576 2 0,9 8586 858,6 3 1,1 5152 515,2 4 1,3 3680 368 5 1,5 2862 286,2 6 1,7 2342 234,2 7 1,9 1982 198,2 8 2,1 1717 171,7 9 2,3 1515 151,5 Theo bảng 3, ta thấy khả năng nâng tải của mô hình cần trục tháp nằm trong khoảng m = (151,5 ÷ 2576) kg. Tuy nhiên, đó chỉ là số liệu tính cho vật rắn tuyệt đối. Thực tế, các tời kéo chỉ cho phép nâng vật dưới 150 kg (khi nâng vật trực tiếp, không dùng ròng rọc động). Để an toàn tuyệt đối cho học viên thực tập, tác giả chỉ cho phép nâng tải không quá 50 kg. Ngô Bảo, ĐH TDM 48 Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường 3.2.2. Kiểm nghiệm tải trọng nâng của mô hình vận thăng Ở mô hình vận thăng (như bản vẽ trang 19), tải trọng được đặt trên bàn nâng, được tời kéo và hệ thống ròng rọc cáp nâng lên cao. Trong trường hợp này, tải trọng nâng lớn hơn nhiều so với tải trọng nâng ở mô hình cần trục tháp như trình bày phần trên (vì lúc này trọng tâm vật nâng rất gần với trọng tâm của vận thăng, nên hệ thống rất khó bị lật). Tuy nhiên, tời kéo có sức nâng tối đa chỉ 150 kg và hệ thống bánh xe và ray cũng ăn khớp không được chính xác lắm, nên tác giả chỉ cho phép người dùng nâng vật nặng tối đa là 50 kg. 3.3. Thông số kỹ thuật chính Các tiêu chí Mô hình cần trục tháp Mô hình vận thăng Độ cao tối đa: 5,5 m 4 m Khối lượng tổng: ~ 300 kg ~ 150 kg Khối lượng vật nâng: 0 ÷ 50 kg 0 ÷ 50 kg Số lượng động cơ điện: 4 1 Công suất trung bình các động cơ điện: 300 W 300 W Khả năng tải của tời điện: 0 – 300 kg 0 – 300 kg Tốc độ nâng vật: 30 m/ phút - Tốc độ kéo xe con: 30 m/ phút - Tốc độ nâng bàn nâng: - 30 m/ phút Tốc độ quay cần: 20 vòng/ phút - Cách thức truyền động: Cáp và bánh răng Cáp Vậ