Nghiên cứu động lực học cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2 x 25 tấn công trình thuỷ điện Sê San 4 (Kon Tum_ Gia Lai)

i0, h0 : Tû sè truyÒn vµ hiÖu suÊt truyÒn ®éng chung cña c¬ cÊu; víi tang cuèn c¸p i0 = ig vµ h0 = hg.hT ig, ng : Tû sè truyÒn vµ hiÖu suÊt truyÒn ®éng c¸c bé phËn truyÒn c¬ khÝ (ch­a kÓ truyÒn ®éng c¸p) hT : HiÖu suÊt tang F : Lùc c¨ng c¸p hoÆc träng lùc bëi khèi l­îng cña phÇn truyÒn ®éng do c¬ cÊu dÉn ®éng b) M«men ®éng. C¸c m«men quay ®Ó t¨ng tèc hoÆc gi¶m tèc c¸c khèi l­îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn hoÆc quay trong mét hÖ thèng tuyÖt ®èi cøng (s¬ ®å 1 khèi l­îng) sÏ tû lÖ víi gia tèc gãc e = M«men t¨ng tèc Md vµ gi¶m tèc ®­îc x¸c ®Þnh lµ: vµ (2.1) NÕu c¸c khèi l­îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (ë c¬ cÊu n©ng, c¬ cÊu di chuyÓn) th× gia tèc khi më m¸y vµ phanh sÏ lµ (2.2) Khi biÕt thêi gian më m¸y tm hay thêi gian phanh tp cã thÓ tÝnh ®­îc gi¸ trÞ trung b×nh cña gia tèc (2.3) tm,p : Thêi gian më m¸y hoÆc thêi gian phanh, s Vod : Tèc ®é chuyÓn ®éng æn ®Þnh cña khèi l­îng tham gia chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn, m/s Th«ng th­êng c¸c gia tèc chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn nµy kh«ng v­ît qu¸ mét gi¸ trÞ cho phÐp [a] C¸c m«men ®éng quy vÒ trôc ®éng c¬ cã thÓ ®­îc ph©n ra hai phÇn øng víi c¸c khèi l­îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn vµ chuyÓn ®éng quay dùa vµo c¸c c«ng thøc (2.1), (2.2) vµ (2.3): HoÆc HoÆc (2.4) Víi c¬ cÊu n©ng cã h0 = hg.hP.hT vµ i0 = ig.a G : träng l­îng vËt n©ng hoÆc träng l­îng di chuyÓn Trong c¸c c«ng thøc trªn träng l­îng tÝnh b»ng N, gia tèc, m/s2 vµ ®¬n vÞ dµi lµ m th× Md vµ cã gi¸ trÞ N.m c) M«men quy dÉn vÒ c¸c trôc kh¸c Khi ®éng c¬ hoÆc phanh lµm viÖc, m«men cña chóng sinh ra trªn trôc 1 cã thÓ quy dÉn sang trôc kh¸c [1] : hoÆc Trong ®ã: M1, : M«men quay trªn trôc 1, M«men ®éng c¬ hoÆc m«men phanh i1,j : Tû sè truyÒn gi÷a trôc 1 vµ trôc j h1,j : HiÖu suÊt truyÒn ®éng gi÷a trôc 1 vµ trôc j Trong c«ng thøc trªn ch­a kÓ ®Õn phÇn m«men quay ph¶i tiªu tèn ®Ó t¨ng tèc hoÆc gi¶m tèc c¸c khèi l­îng quay ®Æt trªn trôc h×nh(2.3) H×nh 2.3: Ph©n chia m«men quay däc trªn trôc §Ó kh¾c phôc sai sãt ®ã, chóng ta dïng s¬ ®å hai khèi l­îng nh­ h×nh(2.4) víi gi¶ thiÕt ®é cøng C = ¥ H×nh 2.4: S¬ ®å hai khèi l­îng Trong s¬ ®å nµy ta cã J1 : m«men qu¸n tÝnh quy dÉn cña tÊt c¶ c¸c khèi l­îng quay n»m gi÷a trôc j vµ trôc ®éng c¬ (trôc 1) quy vÒ trôc ®éng c¬ J2 : m«men qu¸n tÝnh quy dÉn cña tÊt c¶ c¸c khèi l­îng quay vµ khèi l­îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn tõ trôc j trë vÒ sau quy vÒ trôc 1. PhÇn m«men t­¬ng øng víi m«men tÜnh khi ®éng c¬ vµ phanh lµm viÖc quy vÒ trôc j hoÆc PhÇn m«men më m¸y sau khi ®· tiªu tèn ®Ó t¨ng tèc c¸c khèi l­îng quay øng víi J1 ®­îc quy vÒ trôc j PhÇn m«men phanh trªn trôc j sau khi ®· tiªu tèn ®Ó gi¶m tèc c¸c khèi l­îng quay øng víi J1 (2.5) Trong c¸c c«ng thøc (2.5) chiÒu cña m«men Mm vµ MH còng nh­ Mp vµ ng­îc chiÒu. Khi Mm vµ MH còng nh­ Mp vµ cïng chiÒu th× trong c¸c c«ng thøc trªn ph¶i ®æi dÊu cña hoÆc d) Tæng m«men trong mét pha lµm viÖc Mét qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c¬ cÊu ®­îc b¾t ®Çu tõ tr¹ng th¸i ®øng yªn. Trong thêi kú më m¸y, tèc ®é t¨ng tõ 0 ®Õn tèc ®é æn ®Þnh. Sau mét thêi gian chuyÓn ®éng æn ®Þnh víi tèc ®é Vod ®­îc coi lµ kh«ng ®æi (gäi lµ thêi kú chuyÓn ®éng æn ®Þnh) ®Õn thêi kú phanh tèc ®é gi¶m xuèng b»ng kh«ng. Trong c¸c pha lµm viÖc riªng lÎ ®ã, tæng m«men quay ®­îc quy dÉn vÒ trôc ®éng c¬ sÏ lµ: - Thêi kú chuyÓn ®éng æn ®Þnh cã m«men c¶n tÜnh Mt = Mc ± (Mg) M«men c¶n do giã Mg ®­îc ghi trong ngoÆc v× nã chØ xuÊt hiÖn khi c¬ cÊu lµm viÖc chÞu ¶nh h­ëng cña giã: Khi |Mg| > Mc th× Mt sÏ mang dÊu ©m khi tr­íc Mg còng lµ dÊu ©m. C¬ cÊu lµm viÖc ë chÕ ®é phanh ngay trong thêi kú chuyÓn ®éng æn ®Þnh. - Thêi kú më m¸y cã m«men më m¸y yªu cÇu Mm = Md ± Mt = Md ± Mt ± (Mg) (2.6) DÊu + tr­íc Mc khi ngo¹i lùc ng­îc chiÒu víi h­íng chuyÓn ®éng. §iÒu nµy lu«n lu«n x¶y ra ë c¬ cÊu di chuyÓn vµ c¬ cÊu quay hoÆc c¬ cÊu n©ng vËt vµ n©ng h¹ cÇn khi n©ng. DÊu – chØ cã khi h¹ vËt hoÆc cÇn - Thêi kú phanh cã m«men phanh yªu cÇu Mp = ± ± () (2.7) DÊu (–) tr­íc Mc kh«ng phô thuéc vµo h­íng chuyÓn ®éng ®èi víi c¬ cÊu di chuyÓn, quay. Víi c¸c c¬ cÊu n©ng chØ cã qu¸ tr×nh phanh n©ng. DÊu (+) cho tr­êng hîp phanh h¹. C¸c ph­¬ng tr×nh m«men quay trong c¸c pha lµm viÖc më m¸y vµ phanh cã thÓ cho phÐp gi¶i hai bµi to¸n th­êng gÆp sau 1) Tõ c¸c gi¸ trÞ cña gia tèc am hay ap x¸c ®Þnh ®­îc Md vµ theo (2.4), tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc c¸c m«men më m¸y cÇn thiÕt cña ®éng c¬ Mm hoÆc m«men phanh Mp theo (2.6) vµ (2.7), trªn c¬ së ®ã chän ®éng c¬ hoÆc phanh cho phï hîp. Khi chän phanh cÇn chó ý hÖ sè an toµn phanh k: 2) Tõ c¸c gi¸ trÞ biÕt tr­íc cña m«men më m¸y cña ®éng c¬ Mm hoÆc m«men phanh Mp, x¸c ®Þnh ®­îc gia tèc chuyÓn ®éng cña cña c¬ cÊu nhê ®ã tÝnh ®­îc c¸c t¶i träng ®éng qu¸n tÝnh Víi bµi to¸n 1 ta cã M«men më m¸y cña ®éng c¬ - C¬ cÊu n©ng vµ n©ng cÇn (khi n©ng) Mm = Md + Mc - C¬ cÊu di chuyÓn vµ quay (giã ng­îc h­íng chuyÓn ®éng) Mm = Md + Mc + Mg M«men phanh - C¬ cÊu n©ng vµ n©ng cÇn (khi h¹) Mp = + - C¬ cÊu di chuyÓn vµ quay (giã theo h­íng chuyÓn ®éng) Mp = + + Víi bµi to¸n 2 ta cã NÕu thêi gian tm, tp ®­îc x¸c ®Þnh víi t¶i nhá h¬n hoÆc khi kh«ng t¶i, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh l¹i gi¸ trÞ Mc hoÆc . Còng cã thÓ x¸c ®Þnh thêi gian më m¸y tm hay thêi gian phanh tp theo c«ng thøc trªn víi Mt = Mc + (Mg) 2.1.2.3 Thêi gian më m¸y vµ thêi gian phanh M«men ®éng c¬ vµ m«men phanh thay ®æi theo tèc ®é quay, ®Æc biÖt râ nÐt lµ phanh ®iÖn. §Ó x¸c ®Þnh thêi gian më m¸y vµ thêi gian phanh mét c¸ch ®on gi¶n, trong s¬ ®å mét khèi l­îng cña c¬ cÊu h×nh(2.5) ng­êi ta coi m«men ®éng c¬ M vµ m«men phanh lµ ®¹i l­îng kh«ng ®æi. Gi¸ trÞ m«men ®éng c¬ ®­îc lÊy b»ng gi¸ trÞ m«men më m¸y trung b×nh theo b¶ng. H×nh 2.5: S¬ ®å mét khèi l­îng C¸c m«men c¶n Mt khi më m¸y vµ khi phanh còng ®­îc coi lµ kh«ng ®æi. Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m«men ë thêi kú më m¸y (khëi ®éng tõ tr¹ng th¸I ®øng yªn víi = 0 vµ = 0 khi t = 0) Ta cã gia tèc gãc Tèc ®é gãc vµ Gãc quay Thêi gian më m¸y tõ tèc ®é ®Ðn tèc ®é giíi h¹n (tèc ®é lµm viÖc æn ®Þnh) lµ: : Thêi gian më m¸y ®éng c¬ T­¬ng tù cã thêi gian phanh : Thêi gian phanh NÕu h­íng cña m«men c¶n Mt hoÆc thay ®æi, ta thay ®æi dÊu cña c¸c ®¹i l­îng nµy, cô thÓ lµ §Ó tiÖn tÝnh to¸n, thay gi¸ trÞ m«men qu¸n tÝnh quy dÉn J0 vµ b»ng m«men ®µ quy dÉn GD2 vµ víi chó ý lµ: vµ Ta sÏ cã Trong c«ng thøc trªn GD2 ®­îc tÝnh lµ N.m2; n1 : tèc ®é quay cña trôc ®éng c¬, vg/ph vµ c¸c gi¸ trÞ Mm, Mp, Mt ®Òu ®­îc tÝnh lµ N.m. 2.2. ThiÕt lËp ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cho cÇu trôc. 2.2.1. M« h×nh c¬ häc cña cÇu trôc. CÊu t¹o cña cÇu trôc ch©n dª: gåm cã 4 phÇn chÝnh: - Bé ch¹y - Khung dÇm - Xe con - ThiÕt bÞ n©ng chuyªn dông H×nh 2.6 : H×nh chung cña cÇu trôc Xe con mang hµng 3 di chuyÓn däc theo ®­êng ray ghÐp trªn hai dÇm chÝnh theo ph­¬ng Oz trong hÖ trôc täa ®é, trªn xe con ®Æt c¸c bé m¸y têi vµ bé m¸y di chuyÓn xe con. HÖ thèng têi n©ng ®Æt trªn xe con cã nhiÖm vô chÝnh n©ng vËt lªn theo trôc Oy trong hÖ täa ®é. CÇu trôc sÏ di chuyÓn theo trôc Ox ®Ó ®­a vËt tíi vÞ trÝ cÇn ®Æt hµng. C¸c thiÕt bÞ trong Cabin ®iÒu khiÓn sÏ ®¶m b¶o cho cÇu trôc vµ xe con ho¹t ®éng mét c¸ch chÝnh x¸c. HÖ thèng bé ch¹y cña cÇu trôc gåm hai hÖ thèng lµ hÖ thèng chñ ®éng vµ hÖ thèng bÞ ®éng. HÖ thèng chñ ®éng ®­îc l¾p ®éng c¬ vµ ®iÒu khiÓn cßn hÖ thèng bÞ ®éng sÏ ho¹t ®éng phô thuéc vµo hÖ thèng chñ ®éng. C¨n cø vµo ®Æc ®iÓm kÕt cÊu cña cÇu trôc, xe con vµ bé phËn n©ng ta cã thÓ thiÕt lËp m« h×nh c¬ häc cña cÇu trôc nh­ sau: H×nh chiÕu b»ng cña cÇu trôc: H×nh 2.7: H×nh chiÒu b»ng cña cÇu trôc H×nh chiÕu c¹nh sau kh«ng thÓ hiÖn c¬ cÊu n©ng trªn ®ã: H×nh 2.8: H×nh chiÒu c¹nh cña cÇu trôc C¬ cÊu n©ng vËt nh­ sau: H×nh 2.9: S¬ ®å m¾c t¹o béi suÊt Pal¨ng Trong ®ã rßng räc 2 vµ rßng räc 3 cã trôc vu«ng gãc víi nhau. ChuyÓn ®éng cña cÇu trôc, cña xe con vµ cña vËt n©ng theo c¸c trôc täa ®é vu«ng gãc víi nhau. Trong ®ã : m1, m2, m3 lµ khèi l­îng khung dÇm cña cÇu trôc, khèi l­îng xe con, khèi l­îng vËt n©ng vµ bé phËn n©ng vËt. R1, R2, R3 lµ b¸n kÝnh b¸nh xe di chuyÓn cÇu trôc, b¸n kÝnh b¸nh xe xe con, b¸n kÝnh tang cuèn c¸p. M1, M2, M3 lµ m«men t¸c dông lªn trôc b¸nh xe di chuyÓn cÇu trôc, m«men t¸c dông lªn trôc b¸nh xe di chuyÓn xe con, m«men t¸c dông lªn tang cuèn c¸p. Mmsl1, Mmsl2 lµ m«men c¶n l¨n t¸c dông lªn b¸nh xe khi b¸nh xe chuyÓn ®éng quay quanh trôc dÉn ®éng. h1, h2, h3 lµ ®é cao cña träng t©m cÇu trôc, ®é cao cña träng t©m xe con, ®é cao cña träng t©m vËt n©ng vµ bé phËn n©ng vËt so víi mÆt ®Êt. §Ó t¹o ra c¸c m«men M1, M2, M3 dÉn ®éng cÇu trôc, xe con vµ vËt n©ng di chuyÓn ph¶i th«ng qua c¸c c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc, c¬ cÊu di chuyÓn xe con vµ c¬ cÊu n©ng. S¬ ®å dÉn ®éng cña c¬ cÊu n©ng chÝnh: H×nh 2.10: S¬ ®å dÉn ®éng cña c¬ cÊu n©ng chÝnh 1 : §éng c¬ ®iÖn 4MТM280S10-Т1 NH = 45 kW; nH = 570 v/ph 2 : Phanh ТКГ-300М Т2 3 : Hép gi¶m tèc Ц2-500-8 4 : Khíp r¨ng МЗ-4000 (МЗ-4) 5 : Hép gi¶m tèc Ц2-750-25-21Ц Т2 M« h×nh cña c¬ cÊu n©ng ta thiÕt lËp nh­ sau: H×nh 2.11: M« h×nh cña c¬ cÊu n©ng Trong ®ã: 0 : §éng c¬ ®iÖn dÉn ®éng c¬ cÊu n©ng 1 : Trôc 1 cña hép gi¶m tèc 1 2 : Trôc 2 cña hép gi¶m tèc 1 3 : Trôc 1 cña hép gi¶m tèc 2 4 : Trôc 2 cña hép gi¶m tèc 2 5 : Tang cuèn c¸p. S¬ ®å dÉn ®éng cña c¬ cÊu di chuyÓn xe con H×nh 2.12: S¬ ®å dÉn ®éng cña c¬ cÊu di chuyÓn xe con 1 : §éng c¬ ®iÖn ДMТH112-6Т1 NH = 7,5 kW; nH = 690 v/ph 2 : Hép gi¶m tèc ВКУ-765М-90-23 Т2 3 : Hép gi¶m tèc Ц200-H 4 : Nöa khíp r¨ng МЗП-16000 (МЗП-7) 5 : Khíp r¨ng МЗП-16000 (МЗП-7) 6 : Nöa khíp r¨ng b¸nh phanh Æ160 7 : Phanh ТКГ-160М Т2 8 : æ l¨n 3626 ГОСТ 5721-75 M« h×nh cña bé phËn dÉn ®éng xe con nh­ sau: H×nh 2.13: M« h×nh cña bé phËn dÉn ®éng xe con Trong ®ã: 0 : §éng c¬ ®iÖn dÉn ®éng c¬ cÊu di chuyÓn xe con 1 : Trôc 1 cña hép gi¶m tèc 1 2 : Trôc 2 cña hép gi¶m tèc 1 3 : Trôc 1 cña hép gi¶m tèc 2 4 : Trôc 2 cña hép gi¶m tèc 2 5 : Ngâng trôc b¸nh xe 6 : B¸nh xe. S¬ ®å dÉn ®éng cña c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc: H×nh 2.14: S¬ ®å dÉn ®éng cña c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc 1 : Động cơ điện ДМТН112-6 Т1 Nн = 4,5 kW; nн = 900 vg/ph 2 : Phanh ТКГ-160М Т2 3 : Hộp giảm tốc Ц2-350-50-21Ц Т1 4 : Hộp giảm tốc Ц2-350-50-12Ц Т1 5 : Nửa khớp răng Æ160 6 : Ổ lăn 3626 ГОСТ 5721-75 M« h×nh cña c¬ cÊu dÉn ®éng cÇu trôc nh­ sau: H×nh 2.15: M« h×nh cña c¬ cÊu dÉn ®éng cÇu trôc Trong ®ã: 0 : §éng c¬ ®iÖn dÉn ®éng c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc 1 : Trôc 1 cña hép gi¶m tèc 1 2 : Trôc 2 cña hép gi¶m tèc 1 3 : B¸nh r¨ng truyÒn ®éng thø 1 4 : B¸nh r¨ng truyÒn ®éng thø 2 5 : B¸nh r¨ng truyÒn ®éng thø 3 6 : Ngâng trôc b¸nh xe 7 : B¸nh xe Trong tr­êng hîp b¾t ®Çu më m¸y c¬ cÊu chuyÓn ®éng cã gia tèc ta viÕt ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cho c¬ cÊu trong tr­êng hîp nµy dïng ph­¬ng tr×nh Lagerange II. Coi ®©y lµ c¬ cÊu kh«ng gian, c¬ cÊu cã 3 bËc tù do. Chän hÖ trôc to¹ ®é Oxyz nh­ h×nh vÏ. Chän to¹ ®é suy réng là: q=Trong ®ã: q1 = xs: To¹ ®é khèi t©m cÇu trôc. q2 = zs: To¹ ®é khèi t©m xe con. q3 = ys: To¹ ®é khèi t©m vËt n©ng. Chän gèc thÕ n¨ng t¹i O. Ph­¬ng tr×nh vi ph©n m« t¶ chuyÓn ®éng cña cÇu trôc cã d¹ng: (i=1,2,3). Trong ®ã lµ thÕ n¨ng cña c¬ hÖ Qi lµ lùc ho¹t ®éng kh«ng thÕ t¸c dông lªn c¬ cÊu qi lµ c¸c to¹ ®é suy réng T lµ ®éng n¨ng cña c¬ cÊu 2.2.2. ThiÕt lËp ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng §éng n¨ng cña cÇu trôc b»ng tæng ®éng n¨ng cña c¬ cÊu n©ng, c¬ cÊu di chuyÓn xe con vµ c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc. a) §éng n¨ng cña c¬ cÊu n©ng: : VËn tèc gãc, m«men qu¸n tÝnh ®èi víi trôc quay cña vËt quay thø i : Tû sè truyÒn ®éng tõ trôc i sang trôc j Tccn : §éng n¨ng cña c¬ cÊu n©ng Mµ VËy ® ® Víi b) §éng n¨ng cña c¬ cÊu di chuyÓn xe con: : VËn tèc gãc, m«men qu¸n tÝnh ®èi víi trôc quay cña vËt quay thø i : Tû sè truyÒn ®éng tõ trôc i sang trôc j Tdcxc : §éng n¨ng cña c¬ cÊu di chuyÓn xe con Mµ VËy ® ® Víi c) §éng n¨ng cña c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc: : VËn tèc gãc, m«men qu¸n tÝnh ®èi víi trôc quay cña vËt quay thø i : Tû sè truyÒn ®éng tõ trôc i sang trôc j Tdcct : §éng n¨ng cña c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc Mµ VËy ® ® Víi §éng n¨ng cña c¶ hÖ trong qu¸ tr×nh më m¸y: d) BiÓu thøc thÕ n¨ng : e) Lùc suy réng : §Ó tÝnh lùc suy réng, ta tÝnh c«ng di chuyÓn kh¶ dÜ g©y ra bëi c¸c ngo¹i lùc C«ng do c¸c m«men lùc g©y ra: Trong ®ã: , , : Gãc quay cña b¸nh xe di chuyÓn cÇu trôc, b¸nh xe di chuyÓn xe con vµ tang cña c¬ cÊu n©ng. , , : ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña cÇu trôc, xe con vµ vËt n©ng C«ng do c¸c lùc c¶n g©y ra: Mµ vµ nªn ta cã Ta có: Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m«men ë thêi kú më m¸y : M«men cÇn thiÕt ë ®Çu ra quy vÒ trôc ®éng c¬ : M«men cÇn thiÕt ë ®Çu ra i : Tû sè cña bé truyÒn Mmm : M«men më m¸y ë trôc ®éng c¬ g©y ra cho trôc dÉn ®éng j0 : Gãc quay cña trôc ®éng c¬ J0 : M«men qu¸n tÝnh quy vÒ trôc ®éng c¬ §èi víi c¬ cÊu n©ng ta cã: J03 : M«men qu¸n tÝnh quy dÉn Vµ ® §èi víi c¬ cÊu di chuyÓn xe con ta cã: J02 : M«men qu¸n tÝnh quy dÉn vÒ trôc ®éng c¬ cña c¬ cÊu di chuyÓn xe con Vµ ® J01: lµ m«men qu¸n tÝnh quy dÉn vÒ trôc ®éng c¬ cña c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc Vµ ® C¸c lùc suy réng: f) ThiÕt lËp ph­¬ng tr×nh: Ta lÇn l­ît tÝnh c¸c ®¹o hµm : Tõ (1) (2) và (3) ta cã hÖ ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña cÇu trôc: 2.2.3. Gi¶i bµi to¸n ®éng lùc häc cÇu trôc C¸c gi¸ trÞ trong ph­¬ng tr×nh ®­îc tÝnh to¸n cô thÓ nh­ sau: Wt2: Lùc c¶n di chuyÓn xe con do ma s¸t [1] Trong ®ã: Khèi l­îng xe con : mc = 32000 kg Träng l­îng xe con : Gc = g. mc Gia tèc träng tr­êng : g = 9,81 m/s2 ® Träng l­îng xe con : Gc = 32000x9,81 = 313920 N Khèi l­îng vËt ®­îc mang : mload = 50000 kg Träng l­îng vËt ®­îc mang : Gload = g. mload ® Träng l­îng vËt ®­îc mang : Gload = 50000x9,81 = 490500 N HÖ sè ma s¸t æ trôc quy vÒ ®­êng kÝnh ngâng trôc :ms = 0,015 §­êng kÝnh ngâng trôc b¸nh xe : ds =150 mm HÖ sè ma s¸t l¨n [1] : f = 0,8 mm HÖ sè kÓ ®Õn ma s¸t thµnh b¸nh xe vµ ray [1] : kr = 2 §­êng kÝnh b¸nh xe di chuyÓn : Dw = 630 mm ® ® Wt2 = 9832 N Fg2 : Lùc c¶n di chuyÓn xe con do giã g©y ra (giã cã chiÒu vu«ng gãc víi ray di chuyÓn cÇu trôc) [1] Fg2 = q.k.c.n.F q : ¸p suÊt ®éng cña giã trong tr¹ng th¸i lµm viÖc [1] q = 250 Pa k : HÖ sè tÝnh ®Õn sù thay ®æi ¸p suÊt ®éng cña giã theo chiÒu cao [1] kxe con = 1,13 kcöa van,dÇm cÆp = 1 c : HÖ sè c¶n khÝ ®éng häc [1] c = 1,2 n : HÖ sè ®éng lùc häc kÓ ®Õn ®Æc tÝnh ®éng cña t¶i träng giã [1] n = 1 Fxe con : DiÖn tÝch høng giã cña xe con Fxe con = 40 m2 Fcöa van, dÇm cÆp : DiÖn tÝch høng giã cña cöa van, dÇm cÆp Fcöa van, dÇm cÆp = 40 m2 Wxc : T¶i träng giã t¸c dông lªn xe con Wxc = 40.250.1,13.1,2.1 = 15060 N Wdc : T¶i träng giã t¸c dông lªn xe con Wdc = 65.250.1.1,2.1 = 19500 N Mµ Fg2 = Wxc + Wdc ® Fg2 = 15060 + 19500 = 35100 N Wt1 : Lùc c¶n di chuyÓn cÇu trôc do ma s¸t [1] Trong ®ã: Khèi l­îng cÇu trôc : mc = 68000 kg Träng l­îng cÇu trôc : G0 = g. mc Gia tèc träng tr­êng : g = 9,81 ® Träng l­îng cÇu trôc : G0 = 68000x9,81 = 667080 N Khèi l­îng n©ng : m3 = 50000 kg T¶i träng n©ng : Q = g. m3 ® Träng l­îng vËt ®­îc mang : Q = 50000x9,81 = 490500 N ms : HÖ sè ma s¸t æ trôc quy vÒ ®­êng kÝnh ngâng trôc ms = 0,015 ds : §­êng kÝnh ngâng trôc b¸nh xe ds = 130 mm f : HÖ sè ma s¸t l¨n [1] f = 0,8 mm kr : HÖ sè kÓ ®Õn ma s¸t thµnh b¸nh xe vµ ray [1] kr = 2,1 Dw : §­êng kÝnh b¸nh xe di chuyÓn cÊu trôc Dw = 710 mm ® Fg1 : Lùc c¶n di chuyÓn cÇu trôc do giã g©y ra (giã cã chiÒu ng­îc chiÒu di chuyÓn cÇu trôc di chuyÓn cÇu trôc) [1] Fg1 = q.k.c.n.F (N) q : ¸p suÊt ®éng cña giã trong tr¹ng th¸i lµm viÖc [1] q = 250 Pa k : HÖ sè tÝnh ®Õn sù thay ®æi ¸p suÊt ®éng cña giã theo chiÒu cao [1] k Xe con,nhµ che xe con = k khung cÇu trôc = 1,13 kcöa van,dÇm cÆp = k C¸c phÇn cßn l¹i = 1 c : HÖ sè c¶n khÝ ®éng häc [1] c = 1,2 n : HÖ sè ®éng lùc häc kÓ ®Õn ®Æc tÝnh ®éng cña t¶i träng giã [1] n = 1 F Xe con,nhµ che xe con : DiÖn tÝch høng giã cña xe con víi nhµ che xe con F Xe con,nhµ che xe con = 20 m2 F khung cÇu trôc : DiÖn tÝch høng giã cña khung cÇu trôc F khung cÇu trôc = 18 m2 Fcöa van, dÇm cÆp : DiÖn tÝch høng giã cña cöa van, dÇm cÆp Fcöa van, dÇm cÆp = 10 m2 FphÇn cßn l¹i : DiÖn tÝch høng giã cña phÇn cßn l¹i FphÇn cßn l¹i = 10 m2 Wxc : T¶i träng giã t¸c dông lªn xe con vµ nhµ che xe con Wxc = 20.250.1,13.1,2.1 = 6780 N Wkhung : T¶i träng giã t¸c dông khung cÇu trôc Wkhung = 18.250.1,13.1,2.1 = 6102 N Wdc : T¶i träng giã t¸c dông lªn cöa van vµ dÇm cÆp Wdc = 10.250.1.1,2.1 = 3000 N Wpcl : T¶i träng giã t¸c dông lªn cöa van vµ dÇm cÆp Wpcl = 10.250.1.1,2.1 = 3000 N Mµ Fg1 = Wxc + Wdc + Wkhung + Wpcl ® Fg1 = 6780 + 3000 + 6102 + 3000 = 18882 N C¸c gi¸ trÞ m«men qu¸n tÝnh t×m ®­îc dïng c«ng cô MassProperties trong phÇn mÒm SolidWorks. M«men qu¸n tÝnh cña trôc ®éng c¬, trôc hép gi¶m tèc tra trong c¸c Catalog, c¸c tµi liÖu thiÕt kÕ chÕ t¹o cÇu trôc. C¸c chi tiÕt riªng lÎ nh­ b¸nh r¨ng trung gian cña c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc ta x¸c ®Þnh nh­ sau: - VÏ chi tiÕt trªn phÇn mÒm SolidWorks vµ g¸n vËt liÖu cho b¸nh r¨ng H×nh 2.16: B¸nh r¨ng trung gian cña c¬ cÊu di chuyÓn cÇu trôc - Sö dông c«ng cô MassProperties t×m ®­îc m«men qu¸n tÝnh J4x : H×nh 2.17: C«ng cô x¸c ®Þnh m«men qu¸n tÝnh cña chi tiÕt C¸c gi¸ trÞ kh¸c cña m«men qu¸n tÝnh nh­ sau: = 3,4.10-4 kgm2 = 3,4.10-4 kgm2 = 0,37 kgm2 = 1 kgm2 = 1,2 kgm2 = 1,3 kgm2 = 2 kgm2 = 2,4 kgm2 = 2,6 kgm2 = 0,15 kgm2 = 1,5 kgm2 = 1,4 kgm2 = 0,57 kgm2 = 3 kgm2 = 2,8 kgm2 = 10,3 kgm2 = 6,5 kgm2 = 92,5 kgm2 = 7,8 kgm2 = 9,5 kgm2 = 22,3 kgm2 C¸c gi¸ trÞ cña tû sè truyÒn nh­ sau: = 40 = 8 = 4 = 1,41 = 24,9 = 90 = 2,375 C¸c gi¸ trÞ kh¸c cña ph­¬ng tr×nh nh­ sau: R1 = 0,71 m R2 = 0,63 m R3 = 0,87 m m1 = 36000 kg m2 = 32000 kg m3 = 26000 kg Víi ®éng c¬ di chuyÓn cÇu trôc cã : C«ng suÊt : Ndc1 = 4,5 kW Tèc ®é quay : ndc1 = 900 vg/ph M«men danh nghÜa [1] : Mdn1 Mdn1 = (M.m) M«men më m¸y ®éng c¬ [1] : Mmm1 Mmm1 = Mdn1.1,6 = 47,75.1,6 = 75 (M.m) Víi ®éng c¬ di chuyÓn xe con cã : C«ng suÊt : Ndc2 = 7,5 kW Tèc ®é quay : ndc2 = 690 vg/ph M«men danh nghÜa [1] : Mdn2 Mdn2 = (M.m) M«men më m¸y ®éng c¬ [1] : Mmm2 Mmm2 = Mdn2.1,6 = 103,8.1,6 = 166 (M.m) Víi ®éng c¬ n©ng vËt ta cã : C«ng suÊt : Ndc3 = 45 kW Tèc ®é quay : ndc3 = 570 vg/ph M«men danh nghÜa [1] : Mdn3 Mdn3 = (M.m) M«men më m¸y ®éng c¬ [1] : Mmm2 Mmm3 = Mdn3.1,6 = 753,9.1,6 = 1200 (M.m) C¸c gi¸ trÞ kh¸c cã gi¸ trÞ: Mm1 = 20360,4N.m Mm2 = 119520 N.m Mm3=239040 N.m Wt2 = 9832 N Fg2 = 35100 N Wt1 = 12155 N Fg1 = 18882 N J03 = 1 kgm2 J02 = 1,55 kgm2 J01 = 1,63 kgm2 Mx = 236959.163 Mz = 2083123.346 My = 1396054.566 Tõ c¸c c«ng thøc (4) (5) (6) thay c¸c gi¸ trÞ ë trªn vµo ta cã: C¸c gi¸ trÞ gia tèc t×m ®­îc sau khi gi¶i ph­¬ng tr×nh lµ: Trong tr­êng hîp kh«ng kÓ ®Õn ¶nh h­ëng h­ëng cña giã Fg1 = Fg2 = 0 th× gi¸ trÞ c¸c gia tèc t×m ®­îc nh­ sau: NhËn xÐt: Trªn c¬ së c¸c gi¸ trÞ gia tèc tÝnh to¸n ®­îc nhê vµo hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng tÝnh ra c¸c t¶i träng ®éng t¸c dông lªn cÇu trôc, xe con vµ c¸p treo vËt n©ng trong qu¸ tr×nh më m¸y. Tõ ®ã cã thÓ kiÓm tra sù lµm viÖc an toµn cña d©y c¸p, sù æn ®Þnh cña cÇu trôc chÝnh x¸c h¬n khi sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ th«ng th­êng ®Ó kiÓm tra. 3. KiÓm nghiÖm sù an toµn cña d©y c¸p. S¬ ®å m¾c vËt n©ng t¹o béi suÊt pal¨ng: 25T H×nh 2.18: S¬ ®å m¾c t¹o béi suÊt pal¨ng Lùc c¨ng trªn mçi d©y lµ S ® Lùc tæng céng t¸c dông lªn vËt n©ng vµ bé phËn n©ng vËt lµ 4.S M« h×nh n©ng vËt trong qu¸ tr×nh më m¸y nh­ sau m3g ys 4S dy m H×nh 2.19: M« h×nh n©ng vËt ®Ó tÝnh lùc c¨ng d©y ¸p dông nguyªn lý Dalambert – Lagrange ta cã: ® ® Gi¸ trÞ cña ®· t×m ®­îc trong khi gi¶i ph­¬ng tr×nh (4) (5) (6) Lùc kÐo ®øt cña d©y c¸p: Sp = 388000 N HÖ sè sö dông thùc tÕ cña d©y c¸p Zf víi HÖ sè sö dông nhá nhÊt cho phÐp (hÖ sè an toµn bÒn cña d©y c¸p) Zmin = 4,5 VËy d©y c¸p lµm viÖc ®ñ bÒn trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc cã gia tèc khi më m¸y khëi ®éng. 4. TÝnh æn ®Þnh cho cÇu trôc. Khi cÇu trôc lµm viÖc cÇn ®Æc biÖt chó ý ®Õn lùc qu¸n tÝnh khi khëi ®éng hay h·m ®ét ngét c¶ cÇu trôc vµ xe con mang hµng v× vËy cÇn kiÓm tra tÝnh ®øng v÷ng cña cÇu trôc ch©n dª trong c¸c tr­êng hîp nguy hiÓm nµy. 4.1. KiÓm tra æn ®Þnh cña cÇu trôc khi ®ang lµm viÖc theo ph­¬ng däc víi ®­êng ray di chuyÓn cÇu trôc. Tr­êng hîp lµm viÖc bÊt lîi nhÊt lµ tr­êng hîp xe con chÝnh mang hµng víi t¶i träng n©ng Qh, cÇu trôc di chuyÓn däc ®­êng ray phanh gÊp hay khëi ®éng, giã thæi däc ®­êng ray theo h­íng bÊt lîi (giã ë tr¹ng th¸i lµm viÖc). C¹nh lËt ë ®©y lµ ®iÓm B. Trong ®ã: Gct=68000(kg) : Träng l­îng chung cña cÇu trôc. h1= 8.429 (m) : ChiÒu cao tõ ®Êt ®Õn ®iÓm ®Æt lùc giã vµ qu¸n tÝnh t¸c dông lªn xe con khi cÇu trôc ®ang lµm viÖc. Cã s¬ ®å tÝnh æn ®Þnh cÇu trôc theo ph­¬ng däc ®­êng ray ë tr¹ng th¸i lµm viÖc nh­ sau : H×nh 2.21: S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh cÇu trôc theo ph­¬ng däc ®­êng ray ë tr¹ng th¸i lµm viÖc DiÖn tÝch chÞu giã theo ph­¬ng däc ®­êng ray cña toµn bé cÇu trôc ch©n dª t­¬ng ®­¬ng diÖn tÝch chÝnh diÖn: Fcg = 30m2. ChiÒu cao ®Æt lùc Pg1 lµ : h1=8,429m ChiÒu cao ®Æt lùc Pg2 lµ : h2=4,2m Pg1 :T¶i träng giã t¸c dông lªn cÇu trôc. Pg1=k0 x q x Fcg. Trong ®ã: k0=1,4 : HÖ sè c¶n khÝ ®éng häc. q= 40kG/m2 : ¸p lùc giã ë tr¹ng th¸i lµm viÖc b×nh th­êng. VËy Pg1= k0.q. Fcg =1,4 x 40 x 30 =1680 (kG). DiÖn tÝch chÞu giã cña c¹nh vËt n©ng lµ: Fh= 4 m2. T¶i träng giã t¸c dông lªn hµng: Pg2=k0 x q x Fh = 1,4 x 40 x 4 = 224 (kG). Pqt1 : Lùc qu¸n tÝnh do träng l­îng cña cÇu trôc g©y ra. Pqt1= Gct=68000(kg) : Träng l­îng cÇu trôc. act : Gia tèc chuyÓn ®éng cña cÇu trôc Pqt2 : Lùc qu¸n tÝnh do träng l­îng cña hµng n©ng g©y ra. Pqt2= Qh= 52000 (kG) : Träng l­îng hµng n©ng danh nghÜa vµ thiÕt bÞ mang ahn : Gia tèc chuyÓn ®éng ChiÒu cao ®Æt lùc qu¸n tÝnh cña hµng : h2 =4,4 m HÖ sè ®øng v÷ng cña cÇu trôc theo ph­¬ng däc ®­êng ray tÝnh theo c«ng thøc: k1= Trong ®ã: Mcl : M« men chèng lËt. Mcl= (Gct+Qh).a/2=(68000+52000).4,25 = 510000 (kG.m) Ml : M« men lËt cña cÇu trôc. Ml =Mlct + Mlh Mlct = Pqt1.h1+Pg1.h1’= 8160.6 + 1680.8,429 = 63120,72 (kG.m) Mlch = Pqt2.h1+Pg2.h2= 6240 . 4,2 + 224 . 4,2 = 27148,8 (kG.m) Ml = 63120,72 + 27148,8 = 90269,52 (kG.m) Thay vµo: k1=. VËy theo ph­¬ng däc ®­êng ray, cÇu trôc ch©n dª lµm viÖc ë tr¹ng th¸i lµm viÖc bÊt lîi nhÊt nh­ng kiÓm nghiÖm cho thÊy nã vÉn æn ®Þnh. 4.2. KiÓm tra æn ®Þnh cña cÇu trôc khi ®ang lµm viÖc theo ph­¬ng vu«ng gãc víi ®­êng ray di chuyÓn cÇu trôc. Trong tr­êng hîp bÊt lîi nhÊt, xe con mang hàng ®i ra phÝa ngoµi cïng cña dÇm chÝnh, ®Õn vÞ trÝ biªn trªn dÇm chÝnh th× phanh gÊp hay khëi ®éng va vµo khèi cao su gi¶m chÊn, giã thæi theo h­íng bÊt lîi t¸c dông lªn xe con, hµng n©ng vµ kÕt cÊu thÐp cÇu trôc khi ®ã cÇu trôc sÏ bÞ lÊt quanh c¹nh B. S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh cÇu trôc nh­ h×nh vÏ H×nh 2.22: S¬ ®å tÝnh æn ®Þnh cÇu trôc theo ph­¬ng vu«ng gãc ®­êng ray ë tr¹ng th¸i lµm viÖc Pg : T¶i träng giã t¸c dông lªn cÇu trôc Pgct = ko x q x Fg1 = 1,4x40x50 = 2800 (kG) Pgh  : T¶i träng giã t¸c dông lªn hµng: Pgh = ko x q x Fgh = 1,4x40x60 = 3360 (kG) Trong ®ã: Fgh = 60 m2 : TiÕt diÖn chÞu giã cña vËt n©ng Pqtxc : Lùc qu¸n tÝnh cña xe con Pqtxc= : Gia tèc lín nhÊt cña xe con ®­îc tÝnh ë phÇn trªn b»ng 0,044 Pqth : Lùc qu¸n tÝnh cña hµng Pqth= HÖ sè æn ®Þnh cña cÇu trôc theo ph­¬ng vu«ng gãc víi ®­êng ray ë tr¹ng th¸i lµm viÖc ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: . Trong ®ã: Mcl : M« men chèng lËt cña cÇu trôc. Gct : Träng l­îng phÇn kÕt cÊu thÐp khung cÇu trôc Mcl = Gct x L/2 + (Gxc+Qh) x 0,25 Mcl = 36000.3+(32000+52000).0,25 = 153000 (kG.m). Ml : M« men g©y lËt cÇu trôc. Ml = Pgctx h1 + Pgh x h2 +Pqtxc x h’1 +Pqthxh2 Ml = 2800x8,429 + 3360x4,2 + 1408 x 9 + 2288 x 4,2 = 59994,8(kG.m) VËy cÇu trôc ch©n dª æn ®Þnh theo ph­¬ng vu«ng gãc víi ®­êng ray ë tr¹ng th¸i lµm viÖc bÊt lîi nhÊt. NhËn xÐt: C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n vÒ æn ®Þnh cña cÇu trôc d­íi t¸c dông cña t¶i träng ®éng sÏ lµ ®Çu vµo cña bµi to¸n thiÕt kÕ vµ kiÓm tra khung dÇm cÇu trôc ®­îc tr×nh bµy t¹i c¸c phÇn tiÕp theo. 5. ThiÕt kÕ khung dÇm cho cÇu trôc. 5.1 C¬ së lý thuyÕt thiÕt kÕ kÕt cÊu khung cÇu trôc. KÕt cÊu kim lo¹i cÇu trôc hai dÇm kiÓu hép kÝch th­íc c¬ b¶n nhÊt cña dÇm chÝnh lµ chiÒu cao vµ chiÒu réng cña nã H×nh 2.23: KÝch th­íc c¬ b¶n cña kÕt cÊu thÐp dÇm hép H×nh trªn biÓu diÔn nh÷ng kÝch th­íc c¬ b¶n cña kÕt cÊu thÐp dÇm hép trong ®ã: H : ChiÒu cao cña dÇm chÝnh B : Kho¶ng c¸ch gi÷a hai thµnh ®øng d : BÒ dµy thµnh ®øng h0 : Kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m thanh biªn §Ó ®¶m b¶o ®é bÒn vµ ®é cøng cña dÇm trong mÆt ph¼ng ®øng chiÒu cao cña dÇm chÝnh th­êng lÊy trong giíi h¹n[2]: Trong ®ã: L : KhÈu ®é cña cÇu trôc §Ó gi¶m nhÑ träng l­îng cÇu vµ ®Ó ¸p dÇm chÝnh vµo dÇm cuèi chiÒu cao cña hai ®Çu dÇm chÝnh cã thÓ lÊy trong kho¶ng H® = (0,4 ¸ 0,6).H. ChiÒu dµi ®o¹n nghiªng cña dÇm chÝnh c = (0,1 ¸ 0,2).L §Ó ®¶m b¶o ®é cøng cña dÇm khi xo¾n, kho¶ng c¸ch gi÷a hai thµnh ®øng cña hép lÊy trong giíi h¹n[2]: vµ ChiÒu réng cña thanh biªn trªn vµ d­íi V× trªn thanh biªn trªn cã ®Æt ®­êng ray chÞu t¶i nªn chiÒu dµy cña nã lÊy lín h¬n chiÒu dµy cña thanh biªn d­íi vµ cÇn lÊy lín h¬n 6 mm. ChiÒu dµy thµnh ®øng cña hép cÇn lÊy lín h¬n 6 mm vµ th­êng lÊy phô thuéc vµo t¶i träng cña cÇu trôc[2]: Q £ 20 t : d = 6 mm Q = 30 ¸ 75 t : d = 8 mm Q = 75 ¸ 200 t : d = 10 mm Q ³ 200 t : d = 12 mm ChiÒu dµy cña thµnh ®øng cßn ®­îc chän theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh côc bé cña dÇm. Khi ®Ó t¨ng ®é æn ®Þnh côc bé cña dÇm cÇn hµn nh÷ng ®o¹n thÐp gãc trªn suèt chiÒu cao cña dÇm. §ã lµ c¸c g©n t¨ng cøng. Kho¶ng c¸ch lín nhÊt gi÷a c¸c g©n kh«ng lín h¬n hai lÇn chiÒu cao cña dÇm vµ còng kh«ng lín qu¸ 3 m. Trong tr­êng hîp cã dµn ®øng phô th× c¸c g©n nªn ®Æt c¸ch nhau mét kho¶ng b»ng chiÒu dµi ®èt cña dµn ®øng phô. Ngoµi c¸c g©n t¨ng cøng trªn suèt chiÒu cao cña dÇm, gi÷a chóng cßn hµn thªm c¸c ®o¹n thanh ng¾n chiÒu dµi b1 ³ 0,3.h0 vµ h1 ³ 0,4.a1. Trong tr­êng hîp cÇn hµn thªm mét thanh däc theo chiÒu dµi cña dÇm. Ngoµi ra ®Ó dÇm nhÑ h¬n ng­êi ta cßn lµm c¸c cöa sæ con trªn thµnh ®øng däc theo chiÒu dµi cña dÇm. Kinh nghiÖm cho thÊy r»ng chØ dïng c¸c thanh ng¾n trung gian ®Ó t¨ng cøng khi cã c¸c thanh däc, v× nÕu kh«ng cã c¸c thanh däc sÏ lµm xuÊt hiÖn c¸c vÕt nøt r¹n do mái ë c¸c thanh ng¾n ®ã. Ph©n tÝch ¶nh h­ëng cña nh÷ng tr­êng hîp c¨ng kh¸c nhau cña thµnh ®øng theo ®é æn ®Þnh côc bé ta thÊy: 1) ë tiÕt diÖn, n¬i mµ ¶nh h­ëng chÝnh lµ lùc c¾t, cßn ¶nh h­ëng cña m«men uèn cã thÓ bá qua (®Çu dÇm), phÇn thµnh ®÷ng n»m gi÷a c¸c thanh biªn vµ c¸c g©n t¨ng cøng chÞu nÐn vµ cã thÓ mÊt ®é æn ®Þnh. øng suÊt tiÕp tíi h¹n ph©n bè ®Òu däc theo tÊt c¶ c¸c c¹nh cña nã vµ cã thÓ tÝnh gÇn ®óng nh­ sau[2]: Trong ®ã: d : chiÒu dµy thµnh ®øng cña hép. HÖ sè an toµn æn ®Þnh côc bé: Trong ®ã: t : øng suÊt tiÕp d­íi t¸c dông cña lùc c¾t trong phÇn dÇm ®ang xÐt. 2) ë tiÕt diÖn, n¬i mµ ¶nh h­ëng chÝnh lµ m«men uèn, cßn ¶nh h­ëng cña lùc c¾t cã thÓ bá qua ®­îc (gi÷a dÇm), phÇn thµnh ®øng n»m gi÷a hai thanh biªn vµ hai g©n t¨ng cøng cã thÓ xem nh­ tÊm chÞu uèn thuÇn tuý. Trong tr­êng hîp nµy tÊm cã thÓ mÊt ®é æn ®Þnh trong vïng chÞu nÐn cña dÇm. øng suÊt ph¸p tíi h¹n cña tÊm nµy ph©n bè theo hai c¹nh cña tÊm vµ b»ng: HÖ sè an toµn æn ®Þnh côc bé trong tr­êng hîp phèi hîp t¶i träng thø nhÊt: Trong tr­êng hîp phèi hîp t¶i träng thø hai: Trong ®ã: d1 vµ d2: øng suÊt nÐn ë biªn cña phÇn dµn ®ang xÐt. G©n t¨ng cøng däc nªn ®Æt ë vïng bÞ nÐn cña thµnh hép c¸ch mÐp trªn cña thµnh hép mét ®o¹n ht = (0,2 ¸ 0,25). h0 [2]. §­êng ray cña xe l¨n cÇn ®Æt ®èi xøng víi trôc th¼ng ®øng cña hép. Tuy nhiªn tèt nhÊt lµ nªn ®Æt ®­êng ray lªn trªn mét trong c¸c thµnh cña hép. §Æt ®­êng ray lªn trªn mét trong c¸c thµnh cña hép cã ­u ®iÓm lµ kim lo¹i ®­îc sö dông hîp lý h¬n, v× bÒ réng cña dÇm chØ cÇn ®ñ ®Ó ®Æt vµ sö dông c¸c c¬ cÊu vµ thiÕt bÞ ®iÖn. ThiÕt bÞ ®iÖn trong kÕt cÊu nµy th­êng ®Æt bªn trong dÇm. V× thÕ kÕt cÊu cÇu hai dÇm víi ®­êng ray ®Æt trªn thµnh ®øng cña hép cã khèi l­îng t­¬ng ®èi nhá nh­ng ®é bÒn mái vµ tÝnh c«ng nghÖ cao. Khi ®Æt ®­êng ray lªn trªn mét trong c¸c thµnh cña hép ¸p lùc th¼ng ®øng cña c¸c b¸nh xe l¨n sÏ sinh ra m«men xo¾n dÇm. c¸nh tay ®ßn cña m«men xo¾n lµ kho¶ng c¸ch tõ t©m uèn cña dÇm tíi t©m ®­êng ray. Nh­ng trÞ sè cña m«men xo¾n nµy qu¸ nhá nªn ta cã thÓ bá qua. Tuy nhiªn viÖc ®Æt ®­êng ray lªn trªn mét trong c¸c thµnh cña hép sÏ sinh ra øng suÊt tiÕp phô v× thÕ nÕu ta lµm chiÒu dµy cña hai thµnh ®øng gièng nhau th× øng suÊt tiÕp trong chóng rÊt kh¸c nhau. Do ®ã, trong tr­êng hîp nµy hîp lý nhÊt lµ nªn lµm chiÒu dµy thµnh ®øng phÝa ®Æt ®­êng ray lín h¬n chiÒu dµy thµnh ®øng kia. Trong cÇu trôc cã thÓ dïng thÐp h×nh vu«ng nh·n hiÖu Ct5 ®Ó lµm ray hoÆc cã thÓ dïng ray chuyªn dïng cho ngµnh m¸y trôc hay lµ ray chuyªn dïng cho ngµnh xe löa[2]. Th­êng dïng lo¹i thÐp h×nh vu«ng mçi c¹nh 60 mm ®Ó lµm ray cho c¸c cÇu trôc cã chÕ ®é lµm viÖc nhÑ vµ chÕ ®é lµm viÖc trung b×nh. §èi víi c¸c cÇu trôc cã chÕ ®é lµm viÖc nÆng lo¹i ray nµy Ýt ®­îc sö dông v× ®é chÞu mßn cña nã kÐm. Trong tr­êng hîp nµy nªn dïng lo¹i ray chuyªn dïng cho ngµnh m¸y trôc KP – 50, KP – 60, KP – 70, KP – 80, KP – 100, KP – 120 vµ KP – 140 theo GOCT 4121 – 55. Ray chuyªn dïng cho ngµnh xe löa yÕu h¬n ray chuyªn dïng cho ngµnh m¸y trôc. Tuy nhiªn chóng cã thÓ ®­îc sö dông trong nh÷ng tr­êng hîp thÝch hîp, nh­ lµm ray cho m¸y trôc ®Æt trªn mÆt ®Êt vµ trong nh÷ng cÇu trôc cã träng t¶i nhá vµ trung b×nh. ViÖc ®Æt ®­êng ray ph¶i b¶o ®¶m ch¾c ch¾n, kh«ng cho phÐp chuyÓn vÞ däc hay chuyÓn vÞ ngang khi m¸y trôc lµm viÖc. V× nh÷ng chuyÓn vÞ nµy cã thÓ sinh ra khi phanh m¸y trôc do lùc ma s¸t tr­ît gi÷a b¸nh xe vµ ray, ®ång thêi do kÕt qu¶ cña nh÷ng va ch¹m ngang vµo ray cña c¸c thµnh b¸nh xe. KÕt cÊu ®Æt ray phô thuéc vµo kiÓu ray vµ phô thuéc vµo kiÓu ®Æt ray cè ®Þnh hay kiÓu ®Æt ray th¸o ®­îc. KiÓu ®Æt ray cè ®Þnh cña lo¹i ray h×nh vu«ng ta dïng mèi ghÐp hµn. cña lo¹i ray chuyªn dïng ta dïng mèi ghÐp ®inh t¸n hay dïng tÊm kÑp hµn. Khi hµn ray cã thÓ dïng mèi hµn gi¸n ®o¹n víi tû sè Trong ®ã: b : ChiÒu dµi ®o¹n kh«ng hµn a : ChiÒu dµi mèi hµn Trong kiÓu ®Æt ray th¸o ®­îc ta dïng bul«ng. C¸c tÊm kÑp cÇn hµn 1 ¸ 2 mm [2] cao h¬n nÒn ®­êng ray. NÕu c¸c tÊm kÑp hµn b»ng nÒn ®­êng ray th× khi hµn cã thÓ cã tÊm kÑp nµo ®ã n»m d­íi bÒ mÆt nÒn ®­êng ray. Khi ®ã d­íi ¸p lùc cña c¸c b¸nh xe c¸c mèi hµn cã thÓ bÞ c¾t ®øt. §èi víi tiÕt diÖn h×nh hép cã hai thµnh, khi khã hay kh«ng thÓ ®Æt bul«ng qua thanh biªn trªn th× tèt nhÊt lµ dïng c¸c kiÓu ®Æt ray kh¸c. øng suÊt tiÕp xóc (σ, MPa) cña b¸nh xe víi ray cã ®Ønh låi ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc[2]: Trong ®ã: P : ¸p lùc t­¬ng ®­¬ng cña b¸nh xe lªn ray b, r : BÒ réng mÆt lµm viÖc vµ b¸n kÝnh b¸nh xe E : M«®un ®µn håi cña vËt liÖu lµm ray vµ b¸nh xe øng suÊt tiÕp xóc σd kh«ng v­ît qu¸ øng suÊt cho phÐp 5.2 ThiÕt kÕ khung dÇm cho cÇu trôc ®Ëp trµn SªSan 4. §Ó tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇu trôc tr­íc tiªn ta cÇn ®Þnh ra kÝch th­íc c¸c mÆt c¾t cña cÇu trôc dùa vµo mét sè c¬ së sau ®©y: - §Ó dÇm chÝnh ®¶m b¶o ®é cøng v÷ng, æn ®Þnh th× chiÒu cao dÇm chÝnh ph¶i tho¶ m·n c«ng thøc kinh nghiÖm sau ®©y: Trong ®ã: h : ChiÒu cao cña dÇm chÝnh (mm) L : KhÈu ®é cña cÇu trôc (mm), L = 6000 mm Do ®ã : Chän s¬ bé chiÒu cao cña dÇm chÝnh lµ h =700 mm - §Ó dÇm chÝnh ®¶m b¶o ®é cøng chèng xo¾n th× bÒ réng cña dÇm chÝnh ph¶i tho¶ m·n c«ng thøc kinh nghiÖm sau: b ³ (0,33 ¸ 0,5).h = (0,33 ¸ 0,5).700 = 321 ¸ 350 mm Trong ®ã: b : ChiÒu réng cña dÇm chÝnh (mm) h : ChiÒu cao cña dÇm chÝnh (mm), h = 700 mm Chän b = 500 mm Víi yªu cÇu vÒ chÕ ®é lµm viÖc vµ ®é æn ®Þnh côc bé còng nh­ tæng thÓ cña c¸c thµnh phÇn cÊu thµnh kÕt cÊu thÐp cÇu trôc, ta sÏ s¬ bé ®Þnh ®­îc kÝch th­íc c¸c tiÕt diÖn cña chóng nh­ sau: MÆt c¾t dÇm chÝnh cã d¹ng hép: 700x400x16x10 Ch©n cÇu trôc: 400x400/800x400x20x20 Gi»ng d­íi: 300x300x12x8 Gi»ng trªn: 500x300x12x8 5.3 C¸c th«ng sè ®Ó kiÓm nghiÖm cÇu trôc trªn phÇn mÒm Cosmos. C¸c th«ng sè cÇn thiÕt ®Ó tÝnh t¶i träng t¸c dông lªn kÕt cÊu thÐp cña cÇu trôc gåm cã: - GcÇu trôc : T¶i träng b¶n th©n cÇu trôc(kG) cã thÓ tÝnh s¬ bé theo c«ng thøc kinh nghiÖm hoÆc cã thÓ chän lùa theo Attl¸t. - Gxe con : T¶i träng b¶n th©n cña xe con (kG) cã thÓ tÝnh s¬ bé theo c«ng thøc kinh nghiÖm hoÆc cã thÓ chän lùa theo Attl¸t. - Qh : T¶i träng hµng n©ng vµ bé phËn n©ng hµng (kG) - p : ¸p lùc giã ë tr¹ng th¸i lµm viÖc cña cÇu trôc. p = 250 kG/m2 Träng l­îng cÇu trôc, chän s¬ bé theo Attlat : GcÇu trôc » 68000 (kG). Träng l­îng xe con, chän s¬ bé theo Attlat : Gxe con = 32000 (kG). Träng l­îng hµng n©ng vµ côm mãc treo : Qh = 52000 (kG). T¶i träng do giã : Pg = Fc.p ¸p lùc giã : p = 250 (kG/m2 ). T¶i träng giã ph©n bè lªn dÇm chÝnh cÇu trôc: qg = 250 . 0,7 = 175(kG/m). T¶i träng qu¸n tÝnh hµng n©ng t¸c dông lªn cÇu trôc khi khëi ®éng: Pqth = ahn.Qh = 0,3.52000 = 15600 (kG) Trong ®ã: ahn : Gia tèc cña vËt n©ng lÊy gi¸ trÞ lín nhÊt tÝnh ®­îc ë phÇn trªn ahn = 0,3 m/s2 T¶i träng qu¸n tÝnh sinh ra khi khëi ®éng cña xe con khi mang hµng: Pqtxc = axc.( Qh +Gxe con) Trong ®ã: axc : Gia tèc cña bé m¸y di chuyÓn xe con khi khëi ®éng tÝnh ®­îc trong phÇn tÝnh to¸n trªn , axc = 0,044 m/s2 Pqtxc = 0,044.( 52000 + 32000) = 3696 (kG). T¶i träng qu¸n tÝnh cña cÇu trôc ch©n dª khi khëi ®éng Pqtct = act.( Qc©ï trôc + Qh) Trong ®ã: act : Gia tèc cña bé m¸y di chuyÓn cÇu trôc khi khëi ®éng lÊy gi¸ trÞ lín nhÊt tÝnh ®­îc ë phÇn trªn, act = 0,12 m/s2 Pqtct = 0,12. (68000+ 52000) = 14000(kG). VËy t¶i träng lín nhÊt t¸c dông lªn khung dÇm cÇu trôc theo ph­¬ng th¼ng ®øng lµ: Qh + Pth + Qxc= 52000 + 15000 + 32000 = 99000 (kG). Trªn ®©y lµ toµn bé c¸c lùc t¸c dông lªn kÕt cÊu thÐp cña cÇu trôc trong tr­êng hîp n©ng t¶i tèi ®a vµ lµm viÖc bÊt lîi nhÊt. TÊt c¶ c¸c lùc nµy sÏ ®­îc ®Æt lªn kÕt cÊu cÇu trôc ®­îc kiÓm nghiÖm b»ng phÇn mÒm Cosmos ë ch­¬ng sau cña ®å ¸n. 6. KÕt luËn. Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ cÇu trôc th«ng th­êng kh«ng xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña t¶i träng ®éng vµ nÕu cã xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña t¶i träng ®éng th× còng chØ ®­a c¸c hÖ sè thùc nghiÖm, hÖ sè t¶i träng ®éng vµo c¸c ph­¬ng tr×nh ®Ó tÝnh to¸n. V× vËy ®Ó gi¶i quyÕt ®­îc nh÷ng vÊn ®Ò ®Æt ra t«i ®· t×m hiÓu vÒ lý thuyÕt tÝnh to¸n cÇu trôc theo ph­¬ng ph¸p th«ng th­êng, ®Æc tr­ng ®éng häc cña mét c¬ cÊu, x©y dùng m« h×nh chuyÓn ®éng vµ ®· lËp ®­îc mét hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng. KÕt qu¶ cña viÖc gi¶i ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng t×m ®­îc c¸c gia tèc tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc c¸c t¶i träng ®éng ®Ó kiÓm tra søc bÒn cña c¸p ®¶m b¶o yªu cÇu vµ kiÓm nghiÖm cÇu trôc æn ®Þnh khi lµm viÖc. Trªn c¬ së c¸c tÝnh to¸n kiÓm tra trong phÇn 3, phÇn 4 cña ch­¬ng nµy lµ ®Çu bµi ®Ó thiÕt kÕ kÕt cÊu thÐp cÇu trôc ë phÇn 5 vµ t«i ®· thiÕt kÕ ®­îc khung dÇm cña cÇu trôc víi c¸c bé phËn: dÇm chÝnh, ch©n cÇu trôc, gi»ng trªn vµ gi»ng d­íi. KÕt cÊu ®­îc thiÕt kÕ lµ c¬ së ®Ó dùng h×nh vµ kiÓm tra cÇu trôc b»ng phÇn mÒm Cosmos ë ch­¬ng III cña ®å ¸n. Ch­¬ng III M« pháng cÇu trôc ch©n dª ®Ëp trµn t¶i träng n©ng 2x25 tÊn cña c«ng tr×nh thuû ®iÖn Sª San 4 1. Giíi thiÖu vµ kiÓm nghiÖm b»ng phÇn mÒm Cosmos. 1.1. Giíi thiÖu vÒ phÇn mÒm Cosmos. 1.1.1. Kh¸i qu¸t chung vÒ phÇn mÒm Cosmosdesignstar. Cosmosdesignstar lµ mét phÇn mÒm cã kiÕn tróc më gi¶i quyÕt ®­îc nhiÒu vÊn ®Ò kh¸c nhau, cã giao diÖn rÊt thuËn tiÖn, th©n thiÖn, dÔ sö dông vµ ®Æc biÖt cã tÝnh hiÖu qu¶ rÊt cao. Nhê cã kiÕn tróc më nªn nã cã kh¶ n¨ng cho phÐp tÝch hîp nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau nh­ ph©n tÝch phÇn mÒm, sö dông tõng phÇn theo yªu cÇu hoÆc bæ xung vµo c¸c ch­¬ng tr×nh kh¸c. Sau khi x©y dùng m« h×nh trong hÖ thèng thiÕt kÕ CAD (Autocard, Solidworks,…) vµ ®­îc l­u l¹i, ta cã thÓ më m« h×nh trong Cosmosdesignstar. Trong Cosmosdesignstar, ta cã thÓ t¹o c¸c bµi kiÓm nghiÖm, x¸c ®Þnh thuéc tÝnh vËt liÖu, ®Æt t¶i träng, thªm vµo c¸c ®iÒu kiÖn biªn, chia l­íi råi ch¹y vµ quan s¸t kÕt qu¶. Trong nhiÒu n¨m trë l¹i ®©y, ph­¬ng ph¸p phÇn tö h­u h¹n ®­îc xem nh­ lµ chiÕc ch×a kho¸ trong ngµnh c«ng nghÖ phÇn mÒm, ®Æc biÖt lµ phÇn mÒm bæ trî cho c¸c lÜnh vùc c¬ khÝ, kiÕn trócvµ x©y dùng. Kh«ng ngo¹i trõ ®iÒu nµy, phÇn mÒm Cosmosdesignstar còng vËy. C¬ së ph©n tÝch tÝnh to¸n cña phÇn mÒm nµy ®­îc lËp tr×nh b»ng ph­¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n, th«ng qua viÖc tÝnh to¸n vµ chia l­íi m« h×nh thµnh c¸c phÇn tö nhá h¬n ®Ó ph©n tÝch, ®é mÞn cña chia l­íi lµ tuú chän do ng­êi sö dông chän. 1.1.2. Mét sè kh¶ n¨ng ph©n tÝch trong Cosmosdesignstar. Cosmosdesignstar cung cÊp mét sè kh¶ n¨ng ph©n tÝch c¸c bµi to¸n kü thuËt ®­îc thÓ hiÖn cô thÓ d­íi ®©y: a) Ph©n tÝch tÇn sè Mét trong nh÷ng ®¹c ®iÓm chung cña c¬ hÖ lµ khi dao ®éng nã kh«ng dao ®éng víi mét tÇn sè nhÊt ®Þnh mµ dao ®éng víi rÊt nhiÒu tÇn sè kh¸c nhau, mÆt kh¸c trong mét sè tr­êng hîp céng h­ëng x¶y ra g©y h¹i lín cho c¬ hÖ do vËy ta th­êng tÝnh tÇn sè nµy ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng céng h­ëng. Cosmosdesignstarcung cÊp c«ng cô tÝnh to¸n, ph©n tÝch tÇn sè c¬ hÖ mét c¸ch chÝnh x¸c vµ hiÖu qu¶. b) Ph©n tÝch nhiÖt Dßng nhiÖt lu«n ®­îc truyÒn tõ vËt cã nhiÖt ®é cao tíi vËt cã nhiÖt ®é thÊp vµ cã rÊt nhiÒu c¸ch truyÒn nhiÖt kh¸c nhau nh­ dÉn nhiÖt, ®èi l­u nhiÖt vµ bøc x¹ nhiÖt. C¸c c¸ch truyÒn nhiÖt kh¸c nhau thùc hiÖn theo c¸c nguyªn lý kh¸c nhau do vËy rÊt phøc t¹p khi chóng ta ph©n tÝch tÝnh to¸n sù truyÒn nhiÖt nµy.Trong thùc tÕ nhiÖt ®é cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn qu¸ tr×nh ph©n tÝch tÝnh to¸n ®èi t­îng. Cosmosdesignstar cung cÊp c«ng cô h÷u Ých ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy gäi lµ c«ng cô ph©n tÝch nhiÖt trong Cosmosdesignstar. c) Ph©n tÝch tÜnh tuyÕn tÝnh Ph©n tÝch tÜnh tuyÕn tÝnh ®­îc chÊp nhËn khi tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: - TÊt c¶ c¸c t¶i träng ®­îc ®Æt tõ tõ cho ®Õn khi chóng ®¹t tíi mét ®é lín nhÊt ®Þnh, sau ®ã c¸c t¶i träng ®­îc duy tr× kh«ng ®æi. - TÊt c¶ c¸c vËt liÖu tu©n theo ®Þnh luËt Hook, øng suÊt quan hÖ tuyÕn tÝnh víi chuyÓn vÞ. - C¸c chuyÓn vÞ ®ñ nhá ®Ó bá qua sù thay ®æi ®é cøng ®­îc g©y ra bëi t¶i träng. - C¸c ®iÒu kiÖn biªn kh«ng thay ®æi trong suèt qu¸ tr×nh ®Æt t¶i träng, c¸c t¶i träng kh«ng thay ®æi vÒ ®é lín, h­íng t¸c dông vµ sù ph©n bè. Trong thùc tÕ chóng ta hay dïng c¸ch ph©n tÝch nµy v× ®a sè c¸c tr­êng hîp tÝnh to¸n ta chØ giíi h¹n c¸c ®èi t­îng cã tÝnh chÊt tuyÕn tÝnh, kÕt qu¶ ch¹y tÝnh to¸n nhanh vµ dÔ h¬n so víi ph©n tÝch phi tuyÕn. d) Ph©n tÝch phi tuyÕn Trong ph©n tÝch phi tuyÕn, ng­êi ta xem nh­ quan hÖ gi÷a t¶i träng vµ chuyÓn vÞ lµ tuyÕn tÝnh, nh­ng trong thùc tÕ hÇu hÕt c¸c cÊu tróc cã tÝnh c­ xö phi tuyÕn do vËy ph©n tÝch tuyÕn tÝnh chØ ®¸p øng ®Õn ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh. Trong vµi tr­êng hîp cã thÓ cã sai sè kh¸ lín khi ph©n tÝch tuyÕn tÝnh, do vËy ta nªn dïng c«ng cô ph©n tÝch phi tuyÕn ®Ó ph©n tÝch bµi to¸n. Trong Cosmosdesignstar cung cÊp c«ng cô cho phÐp thùc hiÖn ph©n tÝch tÝnh to¸n c¸c bµi to¸n phi tuyÕn. e) Ph©n tÝch uèn tuyÕn tÝnh C¸c m« h×nh cã trôc ®èi xøng th­êng cã khuynh h­íng uèn theo trôc cña nã d­íi t¸c dông cña t¶i träng. Uèn cã thÓ ®­îc xem nh­ biÕn d¹ng x¶y ra ®ét ngét khi n¨ng l­îng dù tr÷ trong thanh ®­îc chuyÓn thµnh n¨ng l­îng uèn mµ kh«ng cã sù thay ®æi lín nµo cña t¶i träng ®Æt vµo. Theo mÆt to¸n häc, khi uèn x¶y ra, ma trËn tæng ®é cøng trë thµnh ma trËn ®¬n. Trong thùc tÕ hÇu hÕt c¸c ®èi t­îng nghiªn cøu ®Òu cã d¹ng ®èi xøng theo trôc do vËy ph©n tÝch uèn tuyÕn tÝnh nµy rÊt hay ®­îc dïng trong c¸c bµi to¸n kü thuËt. f) Ph©n tÝch dßng chÊt láng vµ khÝ Ph©n tÝch dßng dïng ®Ó ph©n tÝch truyÒn nhiÖt vµ chuyÓn ®éng cña dßng chÊt láng vµ khÝ. Ph©n tÝch dßng gi¶i quyÕt hÖ ph­¬ng tr×nh to¸n häc thÓ hiÖn c¸c chuyÓn ®æi nhiÖt vµ ®éng l­îng trong khèi chÊt láng chuyÓn ®éng. Ph­¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®­îc sö dông ®Ó gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n liªn quan ®Õn chÊt láng, b»ng c¸ch chuyÓn ®æi hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng cña khèi chÊt láng thµnh hÖ ph­¬ng tr×nh ®¹i sè sau ®ã gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n xÊp xÜ ®Õn ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh. D­íi ®©y lµ danh s¸ch liÖt kª c¸c tÝnh chÊt vµ chøc n¨ng trong CosmosFlow: + TÝnh n¨ng h×nh häc: - ChØ cã m« h×nh 3D míi cã thÓ ®­îc ph©n tÝch trong Cosmosflow. - To¹ ®é ph©n tÝch tu©n theo to¹ ®é Descartes. + Kh¶ n¨ng ph©n tÝch dßng: - Ph©n tÝch dßng hçn lo¹n vµ dßng ph©n líp . - Ph©n tÝch dßng mét pha vµ dßng nhiÒu pha. - Ph©n tÝch dßng Newton vµ dßng phi Newton. - Ph©n tÝch dßng trong vµ dßng ngoµi. - Ph©n tÝch c¸c yÕu tè c¶n dßng. - Ph©n tÝch sù giao thoa cña c¸c chuyÓn ®æi nhiÖt. - Ph©n tÝch kh¶ n¨ng truyÒn dÉn nhiÖt. - Ph©n tÝch luång nhiÖt + TÝnh n¨ng ph©n tÝch dßng: - Xö lý nhiÒu chøc n¨ng cïng mét lóc. - Gi¶i quyÕt c¸c ma trËn cÊp cao kh«ng ®èi xøng. - Xö lý tÝch hîp nhiÒu kÕt qu¶. - X©y dùng c¸c b¶ng quan s¸t theo d¹ng form. - HiÖu chØnh c¸c thuéc tÝnh c¬ së tuú theo ng­êi sö dông. Kh¶ n¨ng ph©n tÝch mét hÖ phøc t¹p nh­ mét c¸i cÇu ch¼ng h¹n, ®­îc thÓ hiÖn nh­ sau: H×nh 3.1: Cosmos ph©n tÝch kÕt cÊu d¹ng khung, dµn Víi c¸c chi tiÕt phøc t¹p nh­ b¸nh r¨ng,..còng cã thÓ ph©n tÝch ®­îc b»ng phÇn mÒm Cosmos nh­ sau: H×nh 3.2: Cosmos ph©n tÝch chi tiÕt d¹ng phøc t¹p 1.2. KiÓm nghiÖm khi cÇu trôc lµm viÖc b»ng phÇn mÒm Cosmos. C¸c chi tiÕt, bé phËn cña cÇu trôc ®­îc x©y dùng trªn SolidWorks sau ®ã chuyÓn sang phÇn mÒm Cosmos. §Ó ph©n tÝch tÜnh ®­îc trªn Cosmos tr­íc tiªn ph¶i t¹o mét Study míi sau ®ã g¸n vËt liÖu cho tõng bé phËn thÝch hîp. X¸c ®Þnh vÞ trÝ liªn kÕt cè ®Þnh vµ vÞ trÝ lùc t¸c dông. Cuèi cïng lµ chia l­íi vµ ch¹y ch­¬ng tr×nh ph©n tÝch tù ®éng. KÕt qu¶ ph©n tÝch dÇm chÝnh cÇu trôc b»ng phÇn mÒm Cosmos víi c¸c lùc t¸c dông ®­îc x¸c ®Þnh trªn c¸c phÇn tÝnh to¸n gi¶i tÝch ë trªn. H×nh vÏ cÇu trôc trªn phÇn mÒm SolidWorks: H×nh 3.3: H×nh ¶nh cÇu trôc trªn phÇn mÒm SolidWorks KiÓm nghiÖm trong tr­êng hîp vËt n©ng khëi ®éng hay phanh ®ét ngét. C¸c kÕt qu¶ kiÓm nghiÖm cho thÊy øng suÊt, ®é vâng, ph¶n lùc liªn kÕt, biÕn d¹ng, hÖ sè an toµn.. ®­îc hiÓn thÞ b»ng b¶ng mµu vµ gi¸ trÞ t­¬ng øng trªn thanh gi¸ trÞ trªn cña sæ lµm viÖc cña Cosmos. S¬ ®å ®Æt lùc nh­ sau: H×nh 3.4 : S¬ ®å ®Æt lùc trªn phÇn mÒm Cosmos Sau khi ®­îc chia l­íi vµ ch¹y ch­¬ng tr×nh trªn Cosmos ta cã kÕt qu¶ sau: H×nh ¶nh sau khi chia l­íi: H×nh 3.5 : CÇu trôc sau khi chia l­íi øng suÊt: H×nh 3.6 : øng suÊt V«n-miss NhËn xÐt: øng suÊt lín nhÊt t¸c dông lªn dÇm chÝnh cña cÇu trôc theo tiªu chuÈn V«n-Miss lµ 1,322.108 nhá h¬n øng suÊt ch¶y cña vËt liÖu lµm cÇu trôc lµ [s]ch = 3,45.108. Nh­ vËy cÇu trôc thõa bÒn. BiÖn ph¸p h¹n chÕ sù l·ng phÝ vËt liÖu trong tr­êng hîp nµy lµ gi¶m sè g©n t¨ng cøng trªn dÇm chÝnh, t¨ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c g©n t¨ng cøng lªn hoÆc còng cã thÓ gi¶m bÒ dµy cña dÇm chÝnh. C¸c øng suÊt theo ba trôc x, y, z nh­ sau: Theo trôc x: H×nh 3.7 : øng suÊt theo ph­¬ng x Theo trôc y: H×nh 3.8 : øng suÊt theo ph­¬ng y Theo trôc z: H×nh 3.9 : øng suÊt theo ph­¬ng z C­êng ®é øng suÊt: H×nh 3.10 : c­êng ®é øng suÊt XÐt chuyÓn vÞ cña dÇm: H×nh 3.11 : ChuyÓn vÞ chung cña cÇu trôc NhËn xÐt: §é vâng ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn . §é vâng cña dÇm t¹i vÞ trÝ nguy hiÓm nhÊt ®­îc kiÓm nghiÖm b»ng phÇn mÒm Cosmos lµ 2,849 mm. VËy cÇu trôc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn cøng. ChuyÓn vÞ cña cÇu trôc theo c¸c ph­¬ng: Theo ph­¬ng x: H×nh 3.12 : ChuyÓn vÞ cña cÇu trôc theo ph­¬ng x Theo ph­¬ng y: H×nh 3.13 : ChuyÓn vÞ cña cÇu trôc theo ph­¬ng y Theo ph­¬ng z: H×nh 3.14 : ChuyÓn vÞ cña cÇu trôc theo ph­¬ng z Ph¶n lùc tÝnh to¸n chung: H×nh 3.15 : Ph¶n lùc tÝnh to¸n chung Søc c¨ng: H×nh 3.16 : Søc c¨ng cña cÇu trôc BiÕn d¹ng: H×nh 3.17 : BiÕn d¹ng cña cÇu trôc HÖ sè an toµn: H×nh 3.18 : HÖ sè an toµn cña cÇu trôc NhËn xÐt: HÖ sè an toµn thÊp nhÊt lµ 2,61 chÝnh lµ vÞ trÝ gi÷a dÇm chÝnh. 2. M« pháng chuyÓn ®éng cña cÇu trôc. 2.1. Giíi thiÖu th­ viÖn ®å ho¹ OPENGL. Th­ viÖn ®å ho¹ OpenGl lµ mét thiÕt bÞ vµ lµ mét hÖ thèng c¸c th­ viÖn ®éc lËp sö dông cho kh«ng gian 3 chiÒu. Th­ viÖn OpenGl ®­îc ph¸t triÓn bëi tËp ®oµn Silicon Graphic Inc (SGI). HiÖn nay OpenGl ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c hÖ ®iÒu hµnh nh­ Window9x, WindowNT.. Môc ®Ých cña th­ viÖn OpenGl lµ tr¶ vÒ ®èi t­îng kh«ng gian 2 chiÒu vµ 3 chiÒu vµo trong mét bé ®Öm khung (Frame buffer) nh­ lµ ®iÓm nhí cña phÇn cøng ®å ho¹. Th­ viÖn OpenGl vÒ c¬ b¶n lµ mét thñ tôc ta ph¶i chØ râ c¸ch ®èi t­îng ®­îc vÏ. §èi t­îng h×nh häc phøc t¹p sÏ ®­îc m« t¶ trong mét phÇn tö ®¬n gi¶n mµ øng dông ®Þnh nghÜa. Ta cã thÓ thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh øng dông trong th­ viÖn MFC hoÆc Application Win32 cña Visual C++. Tr­íc khi viÕt m· lÖnh cho ch­¬ng tr×nh ta cÇn t¹o liªn kÕt gi÷a Visual C++ víi m«i tr­êng OpenGl b»ng c¸ch Link tíi glu32.lib, glaux.lib, opengl32.lib. OpenGL lµ mét giao tiÕp phÇn mÒm víi phÇn cøng ®å häa. Nã gåm kho¶ng 150 c©u lÖnh dïng ®Ó ®Þnh nghÜa c¸c vËt thÓ vµ c¸c thao t¸c nh»m t¹o ra øng dông ®å häa ba chiÒu. OpenGL ®­îc thiÕt kÕ ®éc lËp víi giao diÖn cña hÖ ®iÒu hµnh nªn cã thÓ ch¹y trªn nhiÒu hÖ ®iÒu hµnh kh¸c nhau. Do ®ã nã kh«ng hç trî c¸c lÖnh ®å häa cÊp cao, ®Ó cã ®­îc nh÷ng ®èi t­îng ®å häa phøc t¹p ta ph¶i x©y dùng tõ nh÷ng ®èi t­îng rÊt c¬ b¶n nh­ ®iÓm, ®­êng, ®a gi¸c... 2.2. T¹o giao diÖn cho ch­¬ng tr×nh Dïng th­ viÖn MFC cña Visual C++ x©y dùng øng dông SDI b»ng c¸ch chän Single Document Interface. T¹o c¸c nót bÊm cho c¸c ®iÒu khiÓn ta vµo MainMenu vµ ToolBar ®Ó t¹o mét menubar míi hay mét nót míi. Ta cã thÓ thay ®æi biÓu t­îng cña c¸c nót trong giai ®o¹n nµy. §Ó t¹o lËp m«i tr­êng OpenGL trong VisualC++ chän Seting liªn kÕt víi c¸c th­ viÖn chuÈn cña OpenGL là glu32.lib, opengl32.lib, glaux.lib. Sau ®ã gép c¸c tÖp tin OpenGLInit.h vµo øng dông. Thay ®æi c¸c hµm OnCreat(), OnSize().. g¾n víi c¸c th«ng ®iÖp WinDows nh­: WM_CREAT, WM_SIZE.. T¹o c¸c líp kÕ thõa tõ líp CDialog ®Ó vÏ ®å thÞ lªn ®ã cã d¹ng 1 Dialog ®­îc thiÕt lËp ë gãc ph¶i mµn h×nh khi ta bÊm nót trªn thanh Toolbar. §Ó t¹o c¶nh ®å ho¹ ®éng: lµ c¸c khung h×nh kÕ tiÕp nhau cña c¶nh sÏ ®­îc vÏ, xo¸ liªn tôc ®ång nghÜa víi viÖc ta ph¶i liªn tôc gäi c¸c hµm OnDraw() hay OnPaint(). §iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng bé ®Þnh thêi cña Windows th«ng qua th«ng ®iÖp WM_TIMER g¾n víi hàm OnTimer(). 2.3. VÏ h×nh. Sö dông AutoCad3D vÏ tõng bé phËn cña cÇu trôc, hay ta còng cã thÓ dïng SolidWorks ®Ó vÏ sau ®ã chuyÓn sang AutoCad3D. KÝch th­íc cña c¸c bé phËn tù chän vµ ®· ®­îc cè ®Þnh tõ tr­íc vµ trong ch­¬ng tr×nh ta kh«ng thay ®æi ®­îc. C¸c h×nh 3D ®­îc chuyÓn sang file d¹ng *.bdf. C¸c tÖp *.bdf ®­îc sö dông trong ch­¬ng tr×nh lµ ctruc.bdf, tang.bdf, vnang.bdf, xcon.bdf. C¸c chi tiÕt ®­îc ®­a vµo ch­¬ng tr×nh b»ng biÕn m_scene thuéc líp Cscene ®­îc x©y dùng tõ file ObjectsOpenGL.h. vÝ dô ta dïng lÖnh: _scene.addObject(Cmodel(“tang.bdf”));..®Ó ®­a h×nh vÏ tang n©ng vËt vµo mµn h×nh ®å ho¹. Víi mçi bé phËn cña cÇu trôc ho¹t ®éng theo mét quy luËt riªng trong hÖ to¹ ®é ta dïng c¸c hµm cã s½n trong OpenGl lµ glPushMatrix() vµ glPopMatrix(). 2.4. M« t¶ chuyÓn ®éng cña cÇu trôc Khi ch­¬ng tr×nh m« pháng ®­îc ch¹y, mµn h×nh ®­îc thÓ hiÖn nh­ sau : H×nh 3.19 : H×nh ¶nh m« pháng cÇu trôc Khi muèn xem chuyÓn ®éng cña c¶ ba c¬ cÊu chuyÓn ®éng phèi hîp ta nhÊn vµo nót Play trªn mµn h×nh. Khi dõng chuyÓn ®éng nhÊn nót Stop. C¸c sè I, II, III, IV øng víi mçi chÕ ®é chuyÓn ®éng cña cÇu trôc. I lµ chÕ ®é chuyÓn ®éng mµ cÇu trôc di chuyÓn xe con kh«ng n©ng vËt, xe con kh«ng di chuyÓn II lµ chÕ ®é chuyÓn ®éng mµ cÇu trôc kh«ng di chuyÓn, xe con di chuyÓn vµ n©ng vËt. III lµ chÕ ®é chuyÓn ®éng mµ cÇu trôc, xe con kh«ng di chuyÓn chØ cã tang quay n©ng vËt lªn. IV lµ chÕ ®é chØ cã xe con chuyÓn ®éng. Ba nót C, N, X lµ chØ khi muèn xem ®å thÞ vËn tèc vµ qu·ng ®­êng dÞch chuyÓn cña cÇu trôc, xe con, vËt n©ng trong qu¸ tr×nh më m¸y. NÕu coi chuyÓn ®éng lµ chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu gia tèc trong kho¶ng thêi gian më m¸y lµ mét h»ng sè th× ®å thÞ chuyÓn ®éng cña vËt n©ng ®­îc thÓ hiÖn nh­ h×nh sau: H×nh 3.20 : §å thÞ thÓ hiÖn chuyÓn ®éng cña vËt n©ng khi gia tèc a = 0,3 m/s2 3. KÕt luËn. Trong ch­¬ng nµy t«i ®· t×m hiÓu vÒ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña phÇn mÒm Cosmos vµ th­ viÖn ®å häa OpenGL. Khi ph©n tÝch kÕt cÊu khung cÇu trôc khi chÞu ¶nh h­ëng cña t¶i träng lín nhÊt b»ng phÇn mÒm Cosmos kÕt qu¶ cho thÊy øng suÊt vµ chuyÓn vÞ cña cÇu trôc ®Òu n»m trong giíi h¹n cho phÐp. Khi cÇu trôc lµm viÖc c¸c c¬ cÊu cã thÓ lµm viÖc ®éc lËp hoÆc cã thÓ lµm viÖc phèi hîp víi nhau v× vËy ch­¬ng tr×nh m« pháng chuyÓn ®éng cña cÇu trôc ®· thÓ hiÖn ®­îc nh÷ng chuyÓn ®éng nµy. Ch­¥ng IV KÕt luËn chung Trong ®å ¸n nµy t«i ®· thùc hiÖn ®­îc nh÷ng c«ng viÖc sau: 1) LËp m« h×nh chuyÓn ®éng cña cÇu trôc ®Ó thiÕt lËp ®­îc mét hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n m« t¶ chuyÓn ®éng cÇu trôc. Tõ ph­¬ng tr×nh gi¶i ra ®­îc gia tèc cña cÇu trôc trong kho¶ng 0,07 ¸ 0,12 m/s2, gia tèc cña xe con trong kho¶ng 0,035 ¸ 0,044 m/s2 vµ gia tèc cña vËt n©ng lµ 0,3 m/s2. Víi c¸c gi¸ trÞ gia tèc nµy nhËn thÊy cÇu trôc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn æn ®Þnh khi chÞu t¸c dông cña lùc ®éng. 2) ThiÕt kÕ kÕt cÊu thÐp cña khung dÇm cÇu trôc. KiÓm tra cÇu trôc b»ng phÇn mÒm Cosmos víi t¶i träng lín nhÊt t¸c dông lªn cÇu trôc. KÕt qu¶ cho øng suÊt vµ chuyÓn vÞ cña cÇu trôc ®Òu n»m trong ph¹m vi cho phÐp. 3) M« pháng chuyÓn ®éng cña cÇu trôc ®· thiÕt kÕ phÇn trªn dïng th­ viÖn OpenGL trong m«i tr­êng VisualC++. Ch­¬ng tr×nh m« pháng thÓ hiÖn cÇu trôc lµm viÖc ë c¸c chÕ ®é kh¸c nhau nh­ thÕ nµo. 4) KÕt qu¶ cña ®å ¸n ®­îc ¸p dông vµo thùc tÕ: cÇu trôc ®ang ®­îc chÕ t¹o vµ sÏ ®­îc ®­a vµo lµm viÖc thùc tÕ vµo n¨m 2008 t¹i c«ng tr×nh thñy ®iÖn SªSan 4. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ ®¹t ®­îc nµy t«i thÊy cã thÓ nghiªn cøu cÇu trôc theo h­íng lµ bæ sung vµo ph­¬ng tr×nh thiÕt lËp ®­îc c¸c yÕu tè ®iÒu khiÓn: m«men cña ®éng c¬ lµ mét hµm ®iÒu khiÓn... Víi ý t­ëng nh­ vËy ta cã thÓ ®iÒu khiÓn tèi ­u qu¸ tr×nh më m¸y. Tµi liÖu tham kh¶o 1. M¸y vµ thiÕt bÞ n©ng – Tr­¬ng Quèc Thµnh, Ph¹m Quang Dòng NXB Khoa Häc vµ Kü ThuËt 2004. 2. M¸y trôc vËn chuyÓn – NguyÔn V¨n Hîp, Ph¹m ThÞ NghÜa, Lª ThiÖn Thµnh NXB Giao Th«ng VËn T¶i 2000. 3. C¬ Häc Gi¶i TÝch – NguyÔn V¨n §¹o NXB §¹i Häc Quèc Gia Hµ Néi 2002. 4. TÝnh To¸n C¬ CÊu M¸y Trôc – §µo Träng Th­êng 5. C¬ Së ThiÕt KÕ M¸y vµ Chi TiÕt M¸y – TrÞnh ChÊt, Lª V¨n UyÓn NXB Khoa Häc vµ Kü ThuËt 2001. 6. TÝnh To¸n ThiÕt KÕ HÖ Thèng DÉn §éng C¬ KhÝ – TrÞnh ChÊt, Lª V¨n UyÓn NXB Gi¸o Dôc 2000. 7. §éng Lùc Häc M¸y – §ç Sanh NXB Khoa Häc vµ Kü ThuËt 2004 8. C¬ Së C¬ Häc Kü ThuËt – NguyÔn V¨n Khang NXB §¹i Häc Quèc Gia Hµ Néi 2003. 9. Basic User’s Guide CosmosDesignStar 4.0, help online 10. Tµi liÖu thiÕt kÕ cÇu trôc – Phßng tù ®éng hãa thiÕt kÕ ViÖn nghiªn cøu c¬ khÝ Phô lôc Cã 5 b¶n vÏ thiÕt kÕ - KÕt cÊu thÐp - DÇm chÝnh - Ch©n cÇu trôc - Gi»ng d­íi - Gi»ng trªn