Nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dựa trên thành tựu của công nghệ thông tin

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỢP LÝ KẾT CẤU CỔNG TRỤC DỰA TRÊN THÀNH TỰU CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN RESEARCH METHODS FOR CALCULATING REASONABLE STRUCTURE PORTAL CRANES ON ACHIEVEMENTS OF INFORMATION TECHNOLOGY Lê Thanh Toàn1, Nguyễn Văn Ba2 Ngày nhận bài: 25/3/2014; Ngày phản biện thông qua: 12/11/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016 TÓM TẮT Cổng trục là một thiết bị nâng, có khả năng nâng hạ và di dời vật nặng trong một không gian nhất định. Kết cấu thép của cổng trục bao gồm: Dầm chính, gối tựa, chân cổng và dầm biên. Kết cấu cổng trục chịu toàn bộ tải trọng của vật nâng, tải trọ ng bả n thân và tác động khác từ bên ngoài như tải trọng gió. Đề tài nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dầm đơn, cổng trục dầm đôi; có tải trọng nâng định mức trong khoảng 5 ÷ 40 tấn, với khẩu độ dưới 20m. Nội dung của phương pháp tính truyền thống bao gồm: Xây dựng các thông số ban đầu; Xác định sơ bộ kích thước kết cấu; Tí nh đặc trưng tiết diện; Xác định tải trọ ng tính toán; Phân tích nội lực; Kiểm tra độ bền, độ võng, độ ổn định của từng bộ phận cổng trục. Nội dung tính bằng phần mềm SolidWorks dựa trên cơ sở của phương pháp tính truyền thống như sau: Xây dựng mô hình tính; Phân tích nội lực (bao gồm các bước: loại phần tử, điều kiện biên, đặt tải trọng, phân tích kết quả tính); Và tính tối ưu (bao gồm các bước: khai báo biến, khai báo điều kiện kiểm tra, điều kiện mục tiêu, phân tích kết quả tính). SolidWorks có khả năng tự phân tích trọng lượng bản thân, cũng như ảnh hưởng lẫn nhau của từng bộ phận kết cấu cổng trục và cho kết quả phân tích đầy đủ. Dễ dàng trong việc thực hiện một trường hợp phân tính nội lực tương tự. Phân tích tính tối ưu nhằm cho kết quả hợp lý nhất trong điều kiện và mục tiêu thiết kế. Từ khóa: Cổng trục, thiết bị nâng, nghiên cứu tính tối ưu, nghiên cứu mô phỏng ABSTRACT Gantry crane is a lifting device capable of lifting heavy loads and displacement in a defi ned space. Gantry crane steel structure including: bridge beam, fulcrum beams, end trucks and legs gantry. It affected load of heavy loads, load yourself and other impacts from the outside, such as wind loads. Thesis research methods for calculating reasonable structure portal single beam gantry, double beam gantry; load lifting 5 to 40 tons, with spans under 20 m. The content of the calculation method of traditional gantry structure including: Building of the initial parameters; Determine the preliminary dimensions structure; Calculation of section geometry features; Determine the design loads; Internal analysis; Testing endurance, defl ection, stability of the gantry parts. Content calculated by SolidWorks software based on the traditional method as follows: Building of model calculation; Internal analysis (including the steps: element type, stability conditions, load set, results of calculation); And optimal (including the steps: variable declaration, inspection declaration terms, conditions goals, analysis of results counted). SolidWorks is able to analyze the self-weight, as well as the mutual infl uence of each structural crane parts and show the results fully analyzed. Easy to make a case similar analyzed internal forces. The optimization study gives the most reasonable results in conditions and design goals. Keywords: gantry crane, steel structure, optimization study, simulation study 1 Lê Thanh Toàn: Lớp Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2009 - Trường Đại học Nha Trang 2 PGS.TS. Nguyễn Văn Ba: Trường Đại học Nha Trang 136 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 I. ĐẶT VẤN ĐỀ II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cổng trục là một trong những thiết bị 1. Đối tượng nghiên cứu nâng, có khả năng nâng hạ và di dời vật nặng Trong phương pháp tính toán kết cấu cổng trong một không gian nhất định. Nó được sử trục hiện nay, ngoài các tải trọng cơ bản tác dụng rất rộng rãi trong các ngành vận tải, xây động lên kết cấu kim loại cổng trục như: tải dựng, chế tạo máy, đặc biệt là trong đóng trọng bản thân, tải trọng hàng, tải trọng xe tàu. Để thực hiện chức năng của mình, cổng nâng, tải trọng gió, tải trọng bản thân khác trục được trang bị bộ phận nâng và bộ phận (cabin điều khiển, cầu thang, sàn, lan can, hệ di chuyển làm việc trên cơ sở chịu lực của thống điện,...); còn có các tải trọng khác phát cổng trục. Kết cấu cổng trục là một kết cấu sinh trong quá trình vận hành là các lực quán thép chịu toàn bộ tải trọng của vật nâng và tính. Một phương pháp đã và đang được sử các tác động khác từ bên ngoài, nó có thể dụng phổ biến là phương pháp tính theo ứng dịch chuyển trên đường ray để mang vật suất cho phép; phương pháp tính nội lực kết nâng đến nơi cần đến. Cùng với sự phát triển cấu ở trạng thái bất lợi nhất. Điều kiện bất lợi của ngành đóng tàu về cả số lượng cũng nhất đối với dầm chính khi xe nâng nằm ở giữa như độ lớn của từng con tàu, cổng trục cũng dầm; đối với chân đỡ khi xe nâng nằm ở đầu phát triển không ngừng về cả tải trọng nâng, mút khẩu độ; đối với phần côngxôn khi xe nâng không gian làm việc và mức độ hiện đại trong vận hành. Vì vậy, việc tính toán thiết kế cổng nằm ở ngoài mút côngxôn; ngoài ra nếu là kết trục cũng đòi hỏi phải có nhiều cải tiến, áp cấu dạng dàn, người ta chia dàn không gian dụng được những thành tựu mới trong khoa thành những dàn phẳng, để tính nội lực từng học tính toán; Việc tính toán kết cấu cổng trục thanh trong dàn phẳng. hiện nay đã đáp ứng được yêu cầu cơ bản Phương pháp tính toán trên đảm bảo kết của quá trình thiết kế, chế tạo và vận hành cấu an toàn với chế độ và môi trường làm việc cổng trục. Tuy nhiên trong phương pháp tính theo yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, kết quả tính toán truyền thống, nếu nghiên cứu kỹ hơn, toán có thể dư bền; mặt khác kết cấu là tổ hợp chi tiết hơn chúng ta có thể thấy một số điểm của nhiều bộ phận khác nhau, từng bộ phận có chưa hợp lý trong tính toán như: việc thay tiết diện và chịu tải trọng khác nhau, vì thế sẽ đổi tải trọng bản thân kết cấu bằng tải trọng lặp lại các công đoạn tính giống nhau làm tăng phân bố đều; kích thước chiều dài của các khối lượng và thời gian tính toán. bộ phận cổng trục, việc đặt chính xác vị trí Để khắc phục nhược điểm này, chúng ta các tải trọng lên kết cấu cũng làm phức tạp nên ứ ng dụng phầ n mề m tin họ c, ưu điểm lớn cho việc tính toán. Những bất cập này có thể nhất của phần mềm tin học là thực hiện các được khắc phục nếu ứng dụng các tiến bộ công đoạn tính toán giống nhau với thông số trong khoa học tính toán và các phương tiện đầu vào khác nhau một cách nhanh chóng hiện đại vào công việc tính toán. Xuất phát và cho kết quả gầ n đú ng hơn. Hiện nay, các từ nhận xét trên, chúng tôi thực hiện đề tài phần mềm phân tích kết cấu thép thông dụng “Nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết như: RDM6, SolidWorks, SAP2000, ANSYS, cấu cổng trục dựa trên thành tựu của công ABAQUS đều có thể ứng dụng để tính toán nghệ thông tin”, gồm các nội dung: Đối tượng kết cấu thép. Để thay thế một số các bước tính và phương pháp nghiên cứu; Kết luận và kiến toán kết cấu cổng trục thì SolidWorks là phần nghị. Nghiên cứu này nhằm làm giảm nhẹ mềm rấ t phù hợp. công sức trong thiết kế, tăng độ chính xác SolidWorks Simulation là phần mềm tính cũng như phạm vi xem xét những yếu tố ảnh toán cơ học bằng phương pháp phần tử hữu hưởng đến sự làm việc của kết cấu cổng trục. hạn và có một hệ thống phân tích thiết kế TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 137 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 đầy đủ được tích hợp trong SolidWorks. Tính kết cấu khung chân cổng với vị trí SolidWorks Simulation cung cấp các kiểu phân xe nâng ở đầu dầm, vì áp lực của mỗi dầm tích: tĩnh (Static), tần số (Frequency), mất ổn lên khung chân cổng khác nhau nên sẽ có định (Buckling), nhiệt (Thermal),... và tối ưu hai trường hợp phân tích áp lực: Simulation thiết kế (Design Study). Trong đó phân tích Studies 3 (áp lực dầm chính phía bên có cơ ứng suất và tối ưu hóa đã thay thế phầ n lớn cấu di động), Simulation Studies 4 (áp lực dầm việ c tính toá n trong phương pháp truyề n thố ng. chính phía bên có dàn cáp điện); và có một trường hợp phân tích kết cấu khung chân cổng 2. Phương pháp nghiên cứu (Simulation Studies 5) với kết quả tính áp lực Các bước tính toán nội lực của phương trên. Thực hiện Design Study 2 để tối ưu khung pháp tính truyền thống bao gồm: Bước 1 (tính chân cổng với điều kiện kiểm tra (điều kiện an sơ bộ kích thước các bộ phận cổng trục); Bước toàn), điều kiện mục tiêu (trọng lượng nhỏ nhất). 2 (xác định các đặ c trưng tiết diện); Bước 3 (xác 2.1. Phương phá p truyề n thố ng: định tải trọng tác động lên kết cấu); Bước 4 (tính 2.1.1. Vật liệu chế tạo: Người ta thường chọn nội lực và kiểm tra từng bộ phận kết cấu). thép CT3 làm vật liệu chế tạo cổng trục (tr.6). Ta ứng dụng SolidWorks trên cơ sở của [1]. CT3 là một loại thép cacbon thấp theo phương pháp tính truyền thống: lấy kết quả tiêu chuẩn Nga GOCT 380-71 (tr.40).[5] và của bước 1 để mô phỏng kết cấu dầm chính (tr.6).[3]. và khung chân cổng; lấy kết quả của bước 3 2.1.2. Mô hình tính và phần tử: để thực hiện bước 4; và bỏ qua bước 2. Trong Giả sử cổng trục dầm đôi dạng hộp với SolidWorks, Simulation Studies là một trường chế độ làm việc bình thường, có các thông số ban đầu như sau: tải trọng nâng định mức Q hợp phân tích kết cấu; Design Study là một = 25tấn, chiều cao nâng H = 9m, khẩu độ L = trường hợp tính tố i ưu thiế t kế ; trên một bản 20m, trọng lượng xe nâng G = 5tấn, khoảng vẽ có một hoặc nhiều Simulation Studies và x cách trục các bánh xe của xe nâng L = 1,6m, Design Study khác nhau. x khoảng cách vết bánh xe của xe nâng B = Tính kết cấu dầm chính với vị trí xe nâng x 2,6m, khoảng cách từ trục các bánh xe nâng ở giữa dầm, sẽ có hai trường hợp phân tích đến đầu mút khẩu độ l1 = 1m. kết cấu: Simulation Studies 1 (tính tổng ứng Trong trường hợp kết cấu cổng trục này suất uốn và hệ số an toàn), Simulation Studies dầm chính, gối tựa và dầm biên có tiết diện 2 (tính độ võng dầm chính). So với hệ số an không đổi. Chân cổng có tiết diện thay đổi đều. toàn cho phép, độ võng cho phép và mục tiêu Loại phần tử của các bộ phận cổng trục đều là trọng lượng dầm nhỏ nhất, ta điều chỉnh tiết là phần tử dạng thanh. Khi tính nội lực người diện dầm chính để hệ số an toàn, độ võng gần ta thường sử dụng phương pháp tách kết cấu nhất có thể và trọng lượng nhỏ nhất có thể, cổng trục ra từng bộ phận: dầm chính, gối tựa, bằng cách thực hiện Design Study 1. chân cổng, dầm biên như hình 1b, 1c, 1d, 3d. Hình 1. Cổng trục dầm đôi dạng hộp a) mô hình cổng trục, b) mô hình kết cấu, c) tách dầm chính, d) tách chân cổng 138 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 2.1.3. Tính nội lực: Hình 2. Tiết diện của các phần tử kết cấu cổng trục. a) tiết diện dầm chính, b) tiết diện dầm biên, c) tiết diện đầu chân cổng, d) tiết diện gối tựa Bước 1: Dựa vào các thông số ban đầu, ta sử dụng các công thức ở (tr.209-213).[2] để tính kích thướ c tiết diện của dầm chính, dầm biên, chân cổng, gối tựa như hình 1a. Bước 2: Xác định được các đặc trưng tiết diện như bảng 1: Bảng 1. Các đặc trưng tiết diện của các bộ phận cổng trục Bộ phận Trọng lượng F (mm2) S (mm3) J (mm4) W (mm3) J (mm4) W (mm3) cổng trục (kG) x x y y Dầm chính 35520 5577 22,44.106 6906,7.106 10,932.106 1494,4.106 5,98.106 Dầm biên 31520 1361 16,7.106 4448,4.106 2,82.106 241,14.106 1,61.106 Chân cổng 29600 1616 14,8.106 4019.106 8,04.106 1245,3.106 4,98.106 Gối tựa 17600 290,1 5,28.106 847,39.106 8,4.106 1282,8.106 5,13.106 Bước 3: Xác định các tải trọng. Với chế tốc độ và hãm phanh đột ngột (tổ hợp tải độ làm việc bình thường, theo bảng tổ hợp trọng IIA); tiến hành di chuyển cổng trục hết các tải trọng (bảng 3.1).[5], ta chọn tổ hợp tốc độ và phanh cổng trục đột ngột (tổ hợp phối hợp tải trọng để tính nội lực kết cấu thép tải trọng IIB). ta sử dụng các công thức ở cổng trục là IIA và IIB. Khi xe nâng có mang (tr.209-213).[2] để xác định các tải trọng như hàng đứng giữa dầm, tiến hành hạ hàng hết bảng dưới: Bảng 2. Các tải trọng tính toán Tên tải trọng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú Tải trọng nâng định mức Q 25 tấn Trọng lượng xe nâng Gx 5 tấn tải trọng tĩnh Trọng lượng của cơ cấu di động G2 3,4 tấn Á p lực bánh xe tạ i vị trí D 94799 N tải trọng tác động trực tiếp lên kết cấu Á p lực bánh xe tạ i vị trí C 61784 N cổng trục phía bên dầm có cơ cấu di động Á p lực bánh xe tạ i vị trí D 111306 N áp lực bánh xe có tính hệ số điểu chỉnh kT Á p lực bánh xe tạ i vị trí C 71688 N = 1,2 Tải trọng gió qg 125 N/m tải trọng tác động lên xe nâng và vật nâng Tải trọng gió Pg 750 N tải trọng tác động lên kết cấu cổng trục do khối lượng xe nâng có mang hàng khi Lực quán tính 13543 N hãm xe nâng đột ngột do khối lượng xe nâng có mang hàng khi Lực quán tính 7829 N tiến hành hãm cổng trục đột ngột do khối lượng dầm chính khi hãm cổng Lực quán tính 250 N/m trục đột ngột TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 139 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 Bước 4: Kết quả tính nội lực các bộ phận σ2u gây ra bởi , ; σ1u gây ra bởi . Độ võng cổng trục. của dầm chính dưới tác dụng của P”D, P”C: f = Ứng suất uốn tổng của dầm chính ở tiết 12,2 < [f] = L/700 = 28,6mm. diện đang xét (hình 3.b) dưới tác dụng của các Ứng suất uốn tổng của chân cổng (hình tải trọng trong trường hợp phối hợp tải trọng 2 3.d): σu = σ1u + σ2u = 10,7N/mm . Trong đó: σ1u thứ hai: σu = σ1u + σ2u + σ3u = 109,7 < [σ]2 = 2 gây ra bởi lực cắt lớn nhất và trọng lượng bản 180N/mm (bảng 5.2).[2]. Trong đó: σ1u gây ra bởi P’D, P’C, Pg và tải trọng bản thân dầm chính; thân của gối gựa; σ2u gây ra bởi tải trọng gió qg. a) Sơ đồ tính áp lực bánh xe b) Sơ đồ tính nội lực giữa dầm chính c) Sơ đồ tính áp lực lên gối tựa d) Sơ đồ tính nội lực chân cổng e) Sơ đồ tính nội lực dầm biên Hình 3. Các sơ đồ tính nội lực cổng trục Ứng suất uốn tổng của dầm biên (hình 3.e): Căn cứ vào các đặc trưng cơ tính (như 2 2 σut = σu + σuph = 20,2N/mm ≤ [σ]2 = 180N/mm . bảng 1) cho thấy vật liệu ASTM A36 Steel (thuộ c Trong đó: σu gây ra bởi lực cắt lớn nhất của 2 tiêu chuẩ n Mỹ , (tr.6).[3] và [10]) củ a thư viện dầm chính và trọng lượng gối gựa, chân cổng; SolidWorks tương đương với vật liệu CT3 của Nga. σuph gây ra bởi mômen quán tính bánh xe dẫn. Vậy tôi chọn ASTM A36 Steel làm vậ t liệu 2.2. Phương phá p tính bằ ng SolidWorks: thay thế cho CT3 trên để tính trên phần mềm 2.2.1. Vật liệu chế tạo: Solidworks. Bảng 3. So sánh các đặc trưng cơ tính của A36 với CT3 Tên đặc trưng cơ tính CT3 A36 Đơn vị Môđun đàn hồi (khi kéo) 2,1.1011 2.1011 N/mm2 Môđun đàn hồi trượt 8,1.1011 7,93.1011 N/mm2 Hệ số Poisson 0,28 0,26 Khối lượng riêng 7,83 7,85 T/m3 Giới hạn chảy cực tiểu 240 ÷ 280 250 N/mm2 Giới hạn bền kéo 380 ÷ 420 400 N/mm2 2.2.2. Mô hình hình họ c và mô hình phần tử: Mô hình học Tương tự như ở phương pháp tính truyền thống. a) Điều kiện biên b) Simulation Studies 1 c) Simulation Studies 2 140 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 d) Simulation Studies 3 e) Simulation Studies 4 f) Điều kiện biên g) Simulation Studies 5 Hình 4. Điều kiện biên và đặt tải trọng Mô hình phần tử trên phần mềm trọng tập trung;qg, , Nx1, Ny1, Nz1, Nx2, Ny2, Nz2, G2 SolidWorks, ta chỉ cần tách kết cấu ra làm hai là tải trọng phân bố đều. phần như sau: dầm chính và khung chân cổng 2.2.5. Tính nội lực: (bao gồm các bộ phận: gối tựa, chân cổng, dầm * Phân tích kết quả tính của dầm chính: biên), như hình 4a, 4f. Loại phần tử của dầm 2 Tổng ứng suất uốn: σ = 84,2 ≤ [σ]2 = 180N/mm . chính và khung chân cổng là dạng khối (Solid, Hệ số an toàn: n = [σ]ch/σ = 250/84,2 = 2,97 > theo định nghĩa của SolidWorks, thuộc nhóm [n] = 1, 5 (bảng 5.1).[2]. phần tử hai chiều), số lượng phần tử theo sự Độ võng: f = 12,2 ≤ [f] = 28,6mm. điều chỉnh chế độ mật độ lưới chia ở lệnh Mesh. Áp lực lên khung chân cổng phía bên có 2.2.3. Điề u kiệ n biên: cơ cấu di động: Ny1 = 83600N, Nz1 = 16570N, Với khẩu độ L ≤ 20m, ta chọn liên kết ở Nx1 = 8916N. 2 đầu dầm chính là liên kết cứng khung chân Áp lực lên khung chân cổng phía bên có cổng, sau khi tá ch mộ t dầ m chí nh ta đặ t điề u dàn cáp điện: Ny2 = 63740N, Nz2 = 13130N, Nx2 kiệ n biên như hình 4a: đầ u A là gố i cố đị nh, đầ u = 6780N. B là gố i trượ t. Và các vị trí tiếp xúc của cổng * Phân tích kết quả tính của khung chân cổng: trục với đường ray, ta xem là gối cố định, ta đặ t Ứng suất uốn của chân cổng: điề u kiệ n biên như hì nh 4f. 2 σ = [σ]ch/n = 250/1,51 = 165,6 ≤ [σ]2 = 180N/mm ; 2.2.4. Đặ t tải trọng: Ứng suất uốn của gối tựa: Đặt tải trọng cho 5 trường hợp phân tích 2 σ = [σ]ch/n = 250/1,54 = 162,3 ≤ [σ]2 = 180N/mm ; nội lực như hình 4. Trong đó Gravity là tải trọng Ứng suất uốn của dầm biên: 2 bản thân kết cấu; Pg là tải σ = [σ] /n = 250/3 = 53 ≤ [σ] = 180N/mm . , , , , , , ch 2 a) Kết quả của Simulation Studies 1 b) Kết quả của Simulation Studies 2 c) Kết quả của Simulation Studies 3 và 4. c) Hệ số an toàn của chân cổng, gối tựa và dầm biên Hình 5. Kết quả tính nội lực bằng SolidWorks. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 141 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Kết quả nghiên cứu: Một số điểm khác biệt của hai phương pháp tính như bảng so sánh sau. Bảng 4. Một số điểm khác biệt của hai phương pháp tính Một số khác biệt Phương pháp truyền thống Sử dụng phần mềm SolidWorks Vật liệu chế tạo CT3 ASTM A36 Mô hình phần tử sử dụng Tách kết cấu cổng trục làm 4 loại Tách kết cấu cổng trục làm 2 loại phương pháp tách dầm phần tử phần tử Chiều dài dầm chính (hình 1a) Bằng chiều dài khẩu độ L = 20m Lớn hơn chiều dài khẩu độ L = 20,6m Trọng lượng bản thân các Sử dụng tải trọng phân bố đều q thay Gravity là lệnh đặt tải trọng bản phần tử cho tải trọng bản thân của dầm chính thân cho cả kết cấu phần tử. Kết quả phân tích nội của hai phương pháp tính như bảng so sánh sau. Bảng 5. Bảng so sánh kết quả tính toán khung chân cổng bằng 2 phương pháp Các thông số kỹ thuật của khung chân cổng Ký hiệu Phương pháp truyền thống SolidWorks Đơn vị Chiều cao dầm chính h 1200 950 mm Chiều dày tấm biên trên δ1 16 10 mm Chiều dày tấm biên dưới δ2 10 8 mm Chiều dày thành đứng δ3 10 6 mm Tổng ứng suất n 109,7 153,8 N/mm2 Độ võng dầm f 18 28,5 mm Trọng lượng dầm Gd 5577 4199 kg Chiều cao chân cổng hch 1000 1000 mm Chiều dày các tấm vách chân cổng δch 10 10 mm 2 Tổng ứng suất của chân cổng σch 10,7 165,6 N/mm Chiều cao gối tựa hgt 600 620 mm Chiều dày các tấm vách gối tựa δgt 10 10 mm 2 Tổng ứng suất của gối tựa σgt 26,1 162,3 N/mm Chiều cao dầm biên hdb 1000 500 mm Chiều dày tấm biên trên dầm biên δdb1 16 6 mm Chiều dày tấm biên dưới dầm biên δdb2, δdb3 10 6 mm 2 Tổng ứng suất của dầm biên σdb 20,2 83 N/mm Trọng lượng khung chân cổng Gcc 4883 3519 kg Qua bảng so sánh trên cho thấy kết quả không gian, để đơn giả n trong việc phân tích tính bằng SolidWorks so với kết quả tính bằng nội lực người ta thường sử dụng phương pháp phương pháp truyền thống: Kích thước tiết diện tách dầm. Trọng lượng sơ bộ của kết cấu kim của một số phần tử nhỏ hơn; Trọng lượng dầm loại của cổng trục có thể lấy theo trọng lượng chính và trọng lượng khung chân cổng nhỏ hơn. của một cổng trục tương tự đã có trong thực 2. Thảo luận tế, sau khi tính toán sẽ kiểm nghiệm lại kết quả. Trong phương pháp tính toán kết cấu cổng Tải trọng không di động do trọng lượng bản trục hiện nay, vì sơ đồ cổng trục có kết cấu thân của kết cấu kim loại, cơ cấu di chuyển, 142 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 buồng lái, dàn điện... gây ra. Để đơn giản cho không có giá trị. Sẽ không mất nhiều thời gian việc tính toán, tải trọng do trọng lượng bản thân để khắc phục hạn chế này. Ưu điểm của phần của kết cấu kim loại, của sàn lát, trục truyền mềm SolidWorks hơn hẳn các phần mềm khác của cơ cấu di chuyển được xem như phân bố vì hỗ trợ được các yêu cầu thiết kế kết cấu đều dọc chiều dài kết cấu, còn tải trọng của cơ cổng trục nhiều nhất. cấu di chuyển, buồng lái và các thiết bị điện được xem như đặt tập trung ở các tiết diện và IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ tương ứng với điểm đặc của nó. Đối với dầm 1. Kết luận đơn, trọng lượng dầm chính sẽ phân bố đều Trong tính toán kết cấu cổng trục, việc sử trên một đơn vị chiều dài dầm. Đối với dầm dụng phần mềm SolidWorks thay phương pháp đôi thì chỉ chọn dầm tính phía bên cơ cấu di tính toán kết cấu cổng trục như hiện nay có chuyển, là dầm chịu tải trọng lớn hơn để phân nhiều thuận lợi và vượt trội về mọi mặt, thể hiện: tích nội lực, tải trọng phân bố đều dọc chiều - Phần mềm SolidWorks có khả năng hỗ dài dầm. trợ người thiết kế và cho kết quả nhanh ở các Qua mô hình kết cấu cổng trục hoàn chỉnh, công đoạn sau: SolidWorks có khả năng phân tích nội lực toàn + Tính toán nội lực của từng bộ phận hay bộ kết cấu cổng trục cũng như ảnh hưởng toàn bộ kết cấu cổng trục một cách đầy đủ. lẫn nhau của các bộ phận kết cấu cổng trục. Điều này cho thấy phần mềm SolidWorks có SolidWorks thay thế tải trọng phân bố đều gây khả năng thực hiện theo sơ đồ kết cấu chung ra bởi trọng lượng dầm chính trong phương và sơ đồ kết cấu riêng. pháp tính truyền thống bằng lệnh Gravity. + Tối ưu hóa bất kỳ một chi tiết, một bộ Theo phương pháp tính toán kết cấu cổng phận hay toàn bộ kết cấu cổng trục. trục hiện này, người ta có 5 trường hợp tổ hợp + Tính trọng lượng và các đặc trưng tiết tải trọng khác nhau được tính theo độ bền mỏi diện hình học của một chi tiết, một bộ phận hay hoặc tính theo độ bền và độ bền ổn định. Trong toàn bộ kết cấu. mỗi một trường hợp, ta có 2 vị trí của xe nâng. - Phần mềm SolidWorks có khả năng mô Vậy nếu tính toán và đánh giá một cách đầy phỏng hoàn chỉnh một kết cấu thép cổng trục. đủ, người ta cần 10 lần phân tích nội lực kết Như vậy, kết cấu đưa vào tính nội lực gần với cấu cổng trục khác nhau. Trong một mô hình thực tế nhất. kết cấu cổng trục hoàn chỉnh có thể thực hiện - Phần mềm SolidWorks có thể thay thế tải 10 trường hợp phân tích nội lực kết cấu và trọng phân bố đều gây ra bởi trọng lượng dầm trường hợp sau có thể copy và sữa chửa lại từ chính trong phương pháp tính truyền thống trường hợp trước. bằng lệnh Gravity. Như thế cho kết quả sẽ Đối với những kết cấu thừa bền hoặc thiếu chính xác hơn. bền, ta không cần phải giải bài toán ngược sao Vậy ứng dụng phần mềm SolidWorks hỗ cho vừa thỏa mãn các điều kiện kiểm tra kết trợ người thiết kế giảm nhẹ các khâu tính toán, cấu và mục tiêu trọng lượng, ở SolidWorks ta cho kết quả chính xác hơn, giảm chi phí nghiên chỉ cần thực hiện Design Study, phần mềm sẽ cứu thực tiễn, tiết kiệm thời gian và công sức cho kết quả tối ưu. trong việc tìm kiếm các giải pháp tối ưu. Hạn chế trong ứng dụng phần mềm SolidWorks như sau: sau khi có sự thay đổi 2. Kiến nghị kích thước trong bản vẽ part, thì một số bước Nhằm mở rộng và nâng cao hơn nữa khả trong lệnh Static Analysis yêu cầu xác nhận năng ứng dụng thành tựu của công nghệ thông lại, nếu không thì không thể thực hiện được tin vào tính toán kết cấu cổng trục, chúng ta lệnh Run hoặc nếu đã có kết quả thì kết quả cần nghiên cứu bổ sung một số vấn đề sau: TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 143 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 - Sử dụng những phần mềm tin học chuyên ta có thể sử dụng phần mềm SolidWorks để dụng khác như: Excel, Access, Matlab, Visual thực hiện các loại bản vẽ thiết kế chế tạo và Basicđể tính sơ bộ kích thước bao của các SolidWorks có khả năng liên kết trực tiếp với bộ phận cổng trục và tính ngoại lực tác động phần mềm Excel để hỗ trợ tính giá thành. lên kết cấu để định hướng cho việc tính toán - Nghiên cứu ứng dụng phần mềm chính xác bằng phần mềm SolidWorks. SolidWorks để phân tích tính toán những dạng - Sau khi hoàn thành tính toán kết cấu cổng kết cấu máy trục khác, hoặc những máy công trục, với mô hình kết cấu đã được xây dựng, nghiệp khác nhau trong thiết kế. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tô Quang Dụng, Thuyết minh tính kết cấu thép bán cổng trục hai dầm Q = 5t và cổng trục hai dầm Q = 10t, H = 3,79 m, L = 6,494m, Công ty cổ phần Xây dựng và Phát triển Cơ sở hạ tầng, Nhà máy Chế tạo Kết cấu thép Tiền chế. 2. Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường, 1975. Tính toán máy trục. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 3. Nghiêm Hùng, 1997. Sá ch tra cứu thép, gang thông dụng. Trường Đạ i học Bách khoa Hà Nộ i. 4. Quách Hoài Nam, 2004. Hướng dẫn sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn RDM6. Trường Đại học Thủy sản. 5. Nguyễn Hữu Quảng, Phạm Văn Giám. Kết cấu kim loại máy trục. Trường Đại học Hàng Hải. 6. TCVN 2737:1995, 1996. Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. NXB Xây dựng Hà Nội. 7. TCVN 4244:2005, 2006. Thiết bị nâng - Thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật. Hà Nội. 8. Hồng Tiến Thắng, 2010. Hướng dẫn sử dụng SAP2000 V12. Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội. 9. Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng, 2002. Máy và thiết bị nâng. NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 10. Dassault Systèmes, 1995-2013. SolidWorks Web Help 2010. 144 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG