LỜI CẢM ƠN Sau sáu tháng cố gắng nỗ lực nghiên cứu và thực hiện, ngƣời nghiên cứu đã hoàn thành luận văn với sự giúp đỡ của quý thầy cô và bạn bè, đặc biệt là giảng viên hƣớng dẫn, PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng. Trƣớc hết, xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Phòng đào tạo, các phòng ban của trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, tạo điều kiện cho ngƣời nghiên cứu học tập, nghiên cứu, cập nhật những kiến thức mới trong ngành kỹ thuật nói chung và Cơ khí chế tạo máy nói riêng. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, ngƣời đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình đã động viên, ủng hộ, giúp đỡ mọi mặt trong quá trình ngƣời nghiên cứu thực hiện luận văn cao học này. iii TÓM TẮT LUẬN VĂN “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG CẦN TRỤC XOAY TẢI TRỌNG 5 – 10 TẤN” Đề tài tiến hành tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, nguyên lý cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của cần trục xoay có sức nâng 5 – 10 tấn. Ngoài ra, đề tài cũng tiến hành nghiên cứu thêm về các hệ thống thiết kế tự động, tham khảo các tài liệu sẵn có và các bài báo khoa học để từ đó đề xuất và lựa chọn phƣơng án thực hiện đề tài, lựa chọn kết cấu cần trục xoay. Để phục vụ cho việc lập trình thiết kế cũng nhƣ xuất bản vẽ tự động, tác giả đã sử dụng một số phần mềm hỗ trợ nhƣ Visual Basic, AutoLisp, AutoCad,.
Sau khi tiến hành lập trình tính toán đƣa ra thông số thiết kế, tác giả sử dụng AutoLisp trong môi trƣờng AutoCad để xuất bản vẽ tự động. Kết quả lập trình tính toán thiết kế và xuất bản vẽ tự động đƣợc so sánh và kiểm nghiệm với một số trƣờng hợp thiết kế tay và cho kết quả tƣơng đƣơng. Bản vẽ đƣợc xuất tự động, nhanh chóng và chính xác. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian, đề tài còn một số vấn đề cần hoàn chỉnh thêm trong tƣơng lai nhƣ cần bổ sung thêm về thƣ viện cơ sở dữ liệu, hình dạng và kết cấu cần trục xoay, bổ sung thêm bản vẽ chế tạo.
iv ABSTRACT “A RESEACH ON AUTOMATIC DESIGN OF 5-10 TON JIB CRANES’ First of all, this thesis shows the operating principles, designs and specifications of 5- 10 ton Jib cranes. Apart from that, this thesis also does a research on some available automatic design systems and related documents. From these materials, the author proposes some outlines of the thesis and choices of capacities of jib crane design for the thesis. In order to design, model and export drawings automatically, the author use some available software such as Visual Basic, AutoLisp, AutoCad, etc.
The design data received by calculating and modeling using Visual Basic are used as input data for writing Autolisp code applied in AutoCad to generate drawings automatically. The automatic design data and generated drawings are compared to some manual design drawings and show very good agreement with each others. The drawings are generated automatically, fast and exactly. Due to time constraints, the thesis remains some limit that needed to be improved for the next research such as enhancing data base library for jib crane’s characteristics, loads and specifications and manufacturing drawings also.
v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM KẾT. ii LỜI CẢM ƠN. iii TÓM TẮT LUẬN VĂN.
iv MỤC LỤC. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU. viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ. ix CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU.1 Tính cấp thiết của đề tài.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.3 Khái quát quá trình thực hiện đề tài .1 Sƣu tầm tài liệu .2 Tính toán cần trục xoay sức nâng 5 – 10 tấn .3 Lập trình tính toán các thông số bằng phần mềm Visual Basic .4 Xuất bản vẽ tự động .4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .5 Đối tƣợng nghiên cứu .6 Phạm vi nghiên cứu .7 Phƣơng pháp nghiên cứu .8 Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp.
3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Cần trục xoay cột cố định gắn vào nền nhà xƣởng .2 Cần trục xoay trục cố định gắn tƣờng .3 Chọn kết cấu nghiên cứu .4 Các công trình nghiên cứu .5 Vấn đề tồn tại. 7 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Kết cấu tính toán thiết kế: .2 Các công việc tính toán: .1 Kết cấu thép dầm [4] .2 Kết cấu thép cột rỗng chịu nén lệch tâm, nén uốn [4]. 22 CHƢƠNG 4: Ý TƢỞNG VÀ PHƢƠNG ÁN .1 Thông số thiết kế: .1 Phƣơng án 1 - Tạo lập thƣ viện .2 Phƣơng án 2 - Thiết kế tự động .3 Chọn phƣơng án. 41 CHƢƠNG 5: CẤU TRÚC PHẦN MỀM VÀ GIẢI THUẬT.1 Quy trình tính toán .2 Cấu trúc phần mềm .1 Modul tính toán .2 Modul vẽ thiết kế .3 Modul in ấn.
53 CHƢƠNG 6: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM .1 Tính toán thiết kế tay .1 Thông số thiết kế cần trục xoay .2 Tính toán kết quả so sánh kiểm nghiệm.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm .1 Bảng kết quả tính toán .2 Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm (xem phụ lục [III]) .3 Bản vẽ xuất tự động (xem phụ lục [IV]) .3 So sánh đánh giá kết quả. 63 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ.1 Một số kết luận .2 Một số kiến nghị. 64 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Hệ số ma sát ổ [8] .2 Thời gian mở máy (thời gian phanh) cơ cấu quay [8] .1 So sánh 2 phƣơng án .1 Kết quả tính toán tay .2 Kết quả tính toán bằng phần mềm .3 So sánh đánh giá kết quả. 63 viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 2.1 Các kiểu cần trục xoay thông dụng [9] .2 Các kiểu cần trục xoay cột cố định [10] .3 Các kiểu cần trục xoay gắn tƣờng [9] .4 Một dạng kết cấu cần trục xoay cột cố định [9] .5 Bản vẽ xuất ra [11].6 Giao diện mẫu đặt hàng [12].1 Kết cấu đề xuất [9] .2 Tiết diện dầm hình .3 Sơ đồ xác định chiều dài qui ƣớc chịu tải cục bộ của bản bụng dầm [4] .4 Mất ổn định tổng thể của dầm [4] .5 Mất ổn định cục bộ của cánh dầm [4] .6 Mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm do ứng suất tiếp [4] .7 Mất ổn định cục bộ của bụng dầm do ứng suất pháp .8 Các dạng tiết diện cột nén lệch tâm [4] .9 Sơ đồ bố trí TBTQ của cần trục xoay [8] .10 Lực tác dụng trên vòng tựa [8] .11 Gối tựa dƣới – TBQ kiểu cột quay .12 Sơ đồ vòng tựa quay kiểu bánh xe tựa hoặc con lăn tựa [8] .13 Vòng tựa quay kiểu bánh xe tựa, tải trọng và đƣờng kính vòng ray [8] .14 TBTQ kiểu bi cầu hai dẫy [8] .15 Thiết bị tựa quay kiểu bi trụ [8] .16 Sơ đồ tính TBTQ kiểu bi hai dãy [8] .17 Cơ cấu quay đặt nằm [8] .18 Cơ cấu quay đặt đứng .19 Lực tác dụng lên cần khi quay quanh trục đứng [8] .21 Sơ đồ tính mômen cản dốc M [8] .1 Sơ đồ phƣơng án 1 – Tạo lập thƣ viện .2 Sơ đồ phƣơng án 2 – Thiết kế tự động.1 Lƣu đồ giải thuật tổng thể .2 Lƣu đồ giải thuật tính toán .3 Lƣu đồ giải thuật modul vẽ thiết kế .4 Lƣu đồ giải thuật modul in ấn .2 Kết cấu thép dầm .3 Kết cấu thép cột .4 Giao diện phần mềm tính toán.
63 x CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam ngày nay, ngành công nghiệp nặng và chế tạo máy vẫn đang phát triển mạnh mẽ. Trong các xƣởng cơ khí chế tạo máy, đóng tàu, … việc di chuyển các thiết bị, dụng cụ nặng một cách thƣờng xuyên và liên tục đòi hỏi phải có sự hỗ trợ của các máy móc thiết bị nhằm giảm các công việc tay chân, tăng mức độ an toàn cho ngƣời lao động và đặc biệt là nâng cao hiệu quả công việc. Việc sản xuất chế tạo máy móc thiết bị đƣợc hỗ trợ rất nhiều bởi hệ thống các thiết bị để điều khiển bằng máy tính. Mục đích của các thiết bị này rất đơn giản là giúp các công nhân di chuyển máy móc, chi tiết, dụng cụ,…có khối lƣợng từ vài chục kilogram đến vài chục tấn từ vị trí này sang vị trí khác.
Một trong số các thiết bị đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay trong các xƣởng chế tạo, xƣởng cơ khí, nhà kho là cần trục xoay hay cẩu quay (jib crane). Cần trục xoay là loại cần trục kiểu cần có tầm với thay đổi phục vụ việc nâng hạ, vận chuyển hàng hóa thiết bị trong nhà xƣởng. Chiều cao cột, chiều rộng tay cẩu phụ thuộc vào chiều cao và chiều rộng nhà xƣởng cũng nhƣ phụ thuộc vào phạm vi làm việc của cần trục. Cần trục xoay có đế đặt cố định trên nền nhà xƣởng hoặc cũng có thể di chuyển đƣợc.
Cột của cần trục xoay có thể quay theo hình vành khăn giới hạn bởi góc quay của cần trục hoặc có thể di chuyển theo phƣơng ngang hoặc cố định. Bán kính quay của cần trục chính là tầm với lớn nhất và nhỏ nhất. Tầm với thay đổi do pa-lăng điện có cơ cấu di chuyển chạy trên ray chữ I gắn trên cần để thực hiện các chuyển động nâng hạ và thay đổi tầm với. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các xƣởng sản xuất, cần trục xoay có nhiều loại nhƣ cần trục xoay thủy lực, cần trục xoay gắn lên tƣờng, cần trục xoay trụ đỡ, cần trục xoay có thể di chuyển, … Khả năng nâng hạ của các loại cần trục xoay cũng rất đa dạng, từ những chi tiết nhỏ có khối lƣợng vài chục kilogram cho tới những bộ phận, cơ cấu lớn nặng tới hàng chục tấn.
Cần trục xoay có một số ƣu điểm nhƣ: - Kết cấu đơn giản. - Không chiếm nhiều diện tích không gian nhà xƣởng - Cơ giới hóa quy trình sản xuất, lắp ráp, sửa chữa,… - Nâng cao độ an toàn, năng suất và hiệu quả công việc.1 Tính cấp thiết của đề tài Ngành thiết kế cần trục trong nƣớc có chuyển biến chậm, các công ty thiết kế hầu hết nhận đơn đặt hàng là các cụm máy móc, chi tiết nhỏ, các loại cẩu hầu nhƣ đều đƣợc nhập khẩu từ các nƣớc nhƣ Đức, Nhật, Hàn Quốc, … Công việc tính toán thiết kế chƣa đƣợc tự động hóa nhiều.