Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về cầu trục: Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra đời và phát triển của nó gắn liền với yêu cầu về kinh tế kỹ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối đa sức người trong lao động. Đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thời gian dừng. Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, ngoài ra còn một số các chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang. Bằng sự phối hợp giữa các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó, để đáp ứng yêu cầu và đòi hỏi của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, kỹ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận chuyển mới, luôn cải tiến và hợp lý hóa phương pháp phục vụ, nâng cao hơn độ tin cậy làm việc, tự động hóa các khâu điều khiển, tiện nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng.
Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển được chia thành các loại: kích, bàn tời, Palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục, thang nâng. Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu, loại này di chuyển trên đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cầu, cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kì điểm nào trong không gian của nhà xưởng. Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện v.v… Đặc biệt cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng.1: Một số thiết bị nâng điển hình Hình 1.2: Cầu trục 2 dầm 12 | P a g e 1.2 Tình hình ứng dụng và nghiên cứu lĩnh vực liên quan trong và ngoài nước: 1.2 Ngoài nước: - Ứng dụng: Tùy theo nhu cầu sản xuất mà các Công ty chuyên sản xuất Cầu trục trên thế giới có thể tính toán thiết kế và chế tạo ra các Cầu trục có sức nâng đến 550 tấn, khẩu độ đến 32 mét (chủ yếu ứng dụng trong các nhà máy luyện kim, đóng tàu).3: Cầu trục Q = 550/200/50 tấn Hình 1.4: Cầu trục luyện kim Q = 120/30/70/10 tấn Với các ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng thậm chí sức nâng cầu trục còn được thiết kế lên đến trên 1200 tấn (Dự án Cầu trục sức nâng lớn nhất thế giới phục vụ nối nhịp cho Reunion Island offshore highway east of Madagascar in the Indian Ocean của Công ty Enerpac) 13 | P a g e Hình 1.5: Cầu trục Enerpac Q = 2400 tấn/ 2 móc (Tải trọng cần xếp dỡ đến 4800 tấn). - Nghiên cứu: Để có được các Cầu trục có sức nâng lớn, phục vụ tốt mọi nhu cầu sản xuất, chế tạo dễ dàng và giá thành thấp các chuyên gia, nhà nghiên cứu đã có nhiều công trình nghiên cứu phục vụ việc tối ưu hóa kết cấu thép cho các cầu trục này vì khối lượng kết cấu thép cầu trục tỉ lệ thuận với tải trọng nâng thiết kế.
Một số ví dụ về các đề tài nghiên cứu, bài báo về việc tính toán và cải tiến kết cấu thép cầu trục đã được thực hiện: + Tomasz Haniszewski [1]. Strength Analysis of Overhead Traveling Crane use of Finite Element Method. Silesian University of Technology, Faculty of Transport, Vol 9, Issue 1, February 2014. A Review on Structural Analysis of Overhead Crane Girder Using FEA Technique.
International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT), Vol 2, Issue 4, July 2013. - Nhận xét, liên hệ đề tài: 14 | P a g e + Công nghiệp chế tạo cầu trục đã chế tạo được các cầu trục có tải trọng và khẩu độ rất lớn, phần mềm hổ trợ thiết kế đã được cải tiến rất hiệu quả và chuẩn xác, là cơ sở áp dụng tại XNCĐ. + Đề tài nghiên cứu [1]: đã ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor để xây dựng mô hình Cầu trục và tính toán kết cấu thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn tích hợp trên phần mềm, có đánh giá ứng suất phát sinh trên từng bộ phận kết cấu (vách ngăn trong dầm chính, dầm biên, v.), ứng dụng phần mềm kiểm tra tần số dao động phát sính trên kết cấu theo từng trường hợp tải trọng. XNCĐ có thể nghiên cứu, áp dụng vào thiết kế cầu trục sắp triển khai, thay thế các phần mềm hổ trợ tính toán kết cấu lạc hậu đang sử dụng.
+ Đề tài nghiên cứa [2]: nghiên cứu, so sánh ưu nhược điểm của phương pháp FEM (phương pháp phần tử hữu hạn) và FEA (phương pháp giải tích) trong tính toán kết cấu cầu trục, là cơ sở lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp cho đề tài.2 Trong nước: - Ứng dụng: Cùng với sự phát triển mạnh của các nghành công nghiệp trong nước, thiết bị nâng cũng được nghiên cứu, chế tạo nhằm phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Trong vòng 10 năm trở lại, nhiều nhà sản xuất cầu trục trong nước đã được thành lập và phát triển đã chủ động thiết kế, chế tạo và lắp đặt cầu trục, thay thế cho việc nhập khẩu toàn bộ thiết bị như trước đây. Ví dụ một số Công ty chế tạo cầu trục trong nước, như sau: + Công ty cổ phần thiết bị Thành Thái (TEC cranes) được thành lập từ tháng 8 năm 2006 là Đại lý độc quyền cho hãng Kamuichi – Nhật Bản; hãng Stalh – CHLB Đức, chuyên chế tạo và lắp đặt các loại cầu trục, cổng trục với tải trọng đến 500 tấn, khẩu độ đến 32 mét.6: Một số sản phẩm Cty Thành Thái + Công ty CP cơ khí xây dựng Hoàng Trung Quân được thành lập từ năm 2009 với chuyên môn chế tạo các loại cầu trục, cổng trục đã thực hiện nhiều dự án với chất lượng được đánh giá cao như: Chế tạo và lắp đặt cầu trục 20 tấn, khẩu độ 24 mét cho Cty TNHH công nghệ cao SINO Việt Nam; Chế tạo và lắp đặt cầu trục 25 tấn cho Cty Yaban Chain Industrial VN;… Hình 1.7: Một số sản phẩm Cty Hoàng Trung Quân + Konecranes Việt Nam là chi nhánh của tập đoàn chuyên chế tạo cầu trục và các thiết bị liên quan lớn trên thế giới với lịch sử hình thành và phát triển trên 80 năm, có khả năng cung cấp các loại cầu trục phục vụ nhiều ứng dụng khác nhau (chuyên dụng, môi trường độc hại, đóng tàu, luyện kim,…) với sức nâng đến 1000 tấn.8: Một số sản phẩm Cty Konecranes Việt Nam - Nghiên cứu: Để tối ưu hóa thiết kế kết cấu thép cầu trục, các nhà khoa học và chuyên gia trong nước đã có các công trình nghiên cứu mang tính ứng dụng cao và hiệu quả cho lĩnh vực liên quan. Một số ví dụ về các nghiên cứu, tài liệu liên quan trong nước, như sau: + [3] Tự động hóa thiết kế và thiết kế tối ưu kết cấu thép cầu trục dạng hộp.
Internet: http://stieme.com/chi-tiet-tin/tu-dong-hoa-thiet-ke-va-thiet- ke-toi-uu-ket-cau-thep-cau-truc-dang-hop. + [4] Nguyễn Việt Hùng, Thái Thế Hùng cùng cộng sự. Đánh giá ứng suất cơ học của kết cấu thép cầu trục dầm hộp. Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ X, 2010.
- Liên hệ đề tài: + Đề tài nghiên cứu [3] : giới thiệu phần mềm chuyên dụng phục vụ tính toán, thiết kế cầu trục do Viện khoa hoc và Công nghệ Cơ điện Xây dựng của Đại học xây dựng viết phục vụ thẩm tra thiết kế, lập thuyết minh kỹ thuật, thiết kế tối ưu, lập bản vẽ thiết kế chi tiết… Chương trình DOC – NUCE (cầu trục 2 dầm dạng hộp) SOC- NUCE (cầu trục 1 dầm dạng hộp), XNCĐ có thể nghiên cứu mua bản quyền để ứng dụng trong thiết kế và sản xuất cầu trục. + Đề tài nghiên cứu [4] : đã cung cấp các công cụ hổ trợ cho việc tính toán thiết kế kết cấu cầu trục. Tuy nhiên, còn hạn chế trong việc xác định ứng suất phát sinh trên các phần tử kết cấu, là cơ sở nghiên cứu hợp lý hóa thiết kế. Đề tài này sẽ nghiên cứu thêm về thiếu sót này.3 Tính cấp thiết và nhu cầu thực tiển của đề tài: 17 | P a g e Hiện nay cầu trục được trang bị cho các nhà xưởng của VSP đều nhập khẩu hoặc do các nhà máy chuyên về chế tạo thiết bị nâng trong nước chế tạo và lắp đặt.
Cầu trục 20/5 tấn với khẩu độ 30 mét là cầu trục có tải trọng và khẩu độ lớn nhất hiện lắp đặt trong các nhà xưởng thuộc VIETSOVPETRO, thiết bị này là một trong những sản phẩm cơ khí trong “Danh mục đề xuất các sản phẩm cơ khí trọng điểm trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015 và những năm tiếp theo” trong báo cáo số: 3342, ngày 26/09/2011 của Liên doanh Việt – Nga VIETSOVPETRO gửi Tập đoàn Dầu khí Việt nam, để thực hiện chủ trương phát huy nội lực, chủ động chế tạo thiết bị thay thế hàng ngoại nhập, XNCĐ đã mạnh dạn nhận thực hiện đề tài: Thiết kế, chế tạo cầu trục dầm đôi 20/5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ Điện, LD Việt – Nga Vietsovpetro. Việc chủ động thiết kế, chế tạo thành công cầu trục 20/5 tấn, khẩu độ: 30 mét cho các xưởng sản xuất, nhà kho trong LD Việt – Nga Vietsovpetro sẽ là cơ sở để XNCĐ chế tạo hàng loạt thiết bị nâng khác phục vụ nhu cầu nội bộ VSP cũng như định hướng cho việc hình thành và xây dựng sản phẩn chủ lực của XNCĐ. Thực hiện nhiệm vụ thiết kế, chế tạo cầu trục 20/5 tấn khẩu độ 30 mét, bắt đầu từ khâu khảo sát, thiết kế, lập quy trình chế tạo, quy trình lắp đặt, chuẩn bị mặt bằng lắp ráp đồng bộ, đây là những công việc hoàn toàn mới mà cán bộ kỹ thuật, công nhân của XNCĐ. Do chưa có kinh nghiệm và để hạn chế những sai sót có thể gặp trong quá trình thiết kế, chế tạo XNCĐ đã tham khảo thiết kế có sẵn của Cầu trục 20/5 tấn tương tự đã được chế tạo và lắp đặt trước đây tại XNCĐ.
Tuy nhiên, cần nghiên cứu hợp lý hóa các thông số thiết kế, trước khi lập Hồ sơ thiết kế, chế tạo và lắp đặt toàn bộ Cầu trục, đáp ứng các Tiêu chuẩn quy định tại TCVN 4244:2005.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 1.