vi

MC LC
LÝ LCH KHOA HC i
LI CAM KT ii
LI CMăN iii
TÓM TT LUNăVĔN iv
MC LC vi
DANH MC BNG BIU viii
DANH MCăSăĐ, HÌNH V ix
CHNGă1:ăGII THIU 1
1.1 Tính cp thit caăđ tài 1
1.2ăụănghĩaăkhoaăhc và thực tin caăđ tài 2
1.3 Khái quát quá trình thực hinăđ tài 2
1.3.1ăSuătm tài liu 2
1.3.2 Tính toán cn trc xoay sc nâng 5 ậ 10 tn 2
1.3.3 Lp trình tính toán các thông s bằng phn mm Visual Basic 2
1.3.4 Xut bn v tự đng 2
1.4 Mc tiêu nghiên cu caăđ tài 2
1.5ăĐiătng nghiên cu 2
1.6 Phm vi nghiên cu 3
1.7ăPhngăphápănghiênăcu 3
1.8 Kt cu caăĐ án tt nghip 3
CHNGă2:ăTNG QUAN 4
2.1 Gii thiu 4
2.2 Phân loi 4
2.2.1 Cn trc xoay ct c đnh gn vào nnănhƠăxng 4
2.2.2 Cn trc xoay trc c đnh gnătng 5
2.3 Chn kt cu nghiên cu 6
2.4 Các công trình nghiên cu 6
2.4.1ăNgoƠiănc: 6

6.3ăSoăsánhăđánhăgiáăkt qu 63
CHNGă7:ăKT LUN ậ KIN NGH 64
7.1 Mt s kt lun 64
7.2 Mt s kin ngh 64

viii

DANH MC BNG BIU Bng 3.1 H s ma sát  [8] 24
Bng 3.2 Thi gian m máy (thiăgianăphanh)ăcăcu quay [8] 38
Bngă4.1ăSoăsánhă2ăphngăán 41

Bng 6.1 Kt qu tính toán tay 62
Bng 6.2 Kt qu tính toán bằng phn mm 62
Bng 6.3ăSoăsánhăđánhăgiáăkt qu 63 ix

DANH MCăSăĐ, HÌNH VẼ

Hình 2.1 Các kiu cn trc xoay thông dng [9] 4
Hình 2.2 Các kiu cn trc xoay ct c đnh [10] 5
Hình 2.3 Các kiu cn trc xoay gnătng [9] 5
Hình 2.4 Mt dng kt cu cn trc xoay ct c đnh [9] 6
Hình 2.5 Bn v xut ra [11] 6
Hình 2.6 Giao din muăđặt hàng [12] 7
Hình 3.1 Kt cuăđ xut [9] 8

Hìnhă5.4ăLuăđ gii thut modul in n 53
Hìnhă6.ă1ăCăcu nâng 54
Hình 6.2 Kt cu thép dm 55
Hình 6.3 Kt cu thép ct 58
Hình 6.4 Giao din phn mm tính toán 63
1

CHNGă1:ăGII THIU
Trên th giiăcũngănhă Vit Nam ngày nay, ngành công nghip nặng và ch to
máy vnăđangăphátătrin mnh m.ăTrongăcácăxng căkhíăch toămáy,ăđóngătƠu,ăầăvic
di chuyn các thit b, dng c nặng mtăcáchăthng xuyên và liên tcăđòiăhỏi phi có sự
hỗ tr ca các máy móc thit b nhằm gim các công vic tay chơn,ătĕngămcăđ an toàn cho
ngiălaoăđngăvƠăđặc bit là nâng cao hiu qu công vic. Vic sn xut ch to máy móc
thit b đc hỗ tr rt nhiu bi h thng các thit b đ điu khin bằng máy tính. Mc
đíchăca các thit b này rtăđnăgin là giúp các công nhân di chuyn máy móc, chi tit,
dng c,ầcóăkhiălng từ vài chcăkilogramăđn vài chc tn từ v trí này sang v trí khác.
Mt trong s các thit b đc sử dng ph bin hinănayătrongăcácăxng ch to,ăxngăcă
khí, nhà kho là cn trc xoay hay cẩu quay (jib crane).
Cn trc xoay là loi cn trc kiu cn có tm viăthayăđi phc v vic nâng h, vn
chuyn hàng hóa thit b trongănhƠăxng. Chiu cao ct, chiu rng tay cẩu ph thuc vào
chiu cao và chiu rngănhƠăxngăcũngănhăph thuc vào phm vi làm vic ca cn trc.
Cn trcăxoayăcóăđ đặt c đnh trên nnănhƠăxng hoặcăcũngăcóăth di chuynăđc. Ct
ca cn trc xoay có th quayătheoăhìnhăvƠnhăkhĕnăgii hn bi góc quay ca cn trc hoặc
có th di chuynătheoăphngăngangăhoặc c đnh. Bán kính quay ca cn trc chính là tm
vi ln nht và nhỏ nht. Tm viăthayăđi do pa-lĕngăđinăcóăcăcu di chuyn chy trên
ray chữ I gn trên cnăđ thực hin các chuynăđng nâng h vƠăthayăđi tm vi.
Đ đáp ng nhu cu sử dngătrongăcácăxng sn xut, cn trc xoay có nhiu loi
nhăcn trc xoay thy lực, cn trc xoay gnălênătng, cn trc xoay tr đỡ, cn trc xoay
có th di chuyn,ă ầăKh nĕngă nơngă h ca các loi cn trcă xoayăcũngă rtăđaă dng, từ
những chi tit nhỏ có khiălng vài chc kilogram cho ti những b phn,ăcăcu ln nặng

1.3 Khái quát quá trình thc hinăđ tài
1.3.1ăSuătm tài liu
- Tp hp, tìm kim, b sung các tài liu v cn trc xoay (các công ty thit k,
ch to); các dng cn trc xoay, các công ty cung cp các b phn, thit b nhătiănơng,ăcă
cu quay, vòng bi, kt cuăthép,ầ;
- Tìm hiu các phn mm lp trình tính toán, thit k nhă Visuală Basic,ă
AutoCad,ăAutoLisp,ầ)
1.3.2 Tính toán cn trc xoay sc nâng 5 ậ 10 tn
Đ phc v vic thit k tự đng cn trc xoay 5-10 tn,ătrc ht cn tính toán thit
k bằng tay cn trc xoay mu loi có sc nâng 5 tn vi các thông s nhăsau:
- Sc nâng 5 tn (Q)
- Tm vi 5 m (R)
- Chiu cao nâng 7 m (H)
1.3.3 Lp trình tính toán các thông s bằng phn mm Visual Basic
- To các cửa s nhp liu, xut liu.
- Vităchngătrìnhătínhătoánăcn trc xoay sc nâng 5-10 tn.
1.3.4 Xut bn v tự đng
Phnătínhătoánăđc chuyn qua phn mm AutoLisp kt hp viăAutoCadăđ xut
các bn v theo yêu cu thit k.
1.4 Mc tiêu nghiên cu caăđ tài
- Tự đng hóa và chuẩn hóa qui trình thit k.
- Xây dựng phn mm tính toán thit k và xut bn v thit k cn trc xoay tự
đng trên máy tính
1.5 Điătng nghiên cu
- Cn trc xoay
- CAD và v thit k tự đng bằng phn mm AutoLisp
3

1.6 Phm vi nghiên cu
ĐơyălƠămtăđ tài ln vi sự đaădng v kt cu và các thit b ph kin.ăĐ tài thực


CHNGă2:ăTNG QUAN
2.1 Gii thiu
Cn trc xoay là thit b nâng chuyn có nhim v vn chuyn, nâng h các chi tit,
thit b máy móc hay hàng hóa trong nhà xng, kho. Cn trc xoay thng có phnăđ c
đnh gn vào nnănhƠăxng hoặc là gnătng, phn quay thực hin bằngătayăhayăcăcu
quayădùngăđngăcăđin, phn cn là dm ngang kt cu thép hình, tm viăthayăđiăđc do
xe con chy trên dm.
2.2 Phân loi
Cn trc xoay có nhiu loi khác nhau phù hp vi các ng dng công nghip khác nhau.
Cn trcăxoayăthng có 2 dng kt cu ph bin (hình 2.1)
- Cn trc xoay ct c đnh gn vào nnănhƠăxng (pilot jib crane)
- Cn trc xoay trc c đnh gnătng (wall jib crane) a) Kiểu cột cố định
b) Kiểu gắn tờng
Hình 2.1 Các kiểu cần trục xoay thông dụng [9]
2.2.1 Cn trc xoay ct c đnh gn vào nnănhƠăxng
a)ăĐặcăđim cu to
- Gm mt ct c đnhăđc gn vào nnănhƠăxng, phía trên ct có lp dm.
Dmăđc liên kt vi ct bằng gi tựa hoặc khp bn l hay ngàm.
- Cácăcăcu ca cn trc xoay gm:ăcăcu nâng h hƠng,ăcăcu di chuyn xe
con,ăcăcu quay (180
0
, 270
0
, 360
0
). Xe con chy trên dm chữ I.

Chn kt cu cn trc xoay ct c đnh sc nâng 5-10 tnăđ nghiên cu.

Hình 2.4 Một dạng kết cấu cần trục xoay cột cố định [9]
2.4 Các công trình nghiên cu
2.4.1ăNgoƠiănc:
Phn mm thit k do tác gi SatishăLeLeăngi năĐ [11] cho phép tính toán thit
k các công vic sau:
- Cho phép lựa chn kiu cn trc xoay ct c đnh, tính toán thit k theo yêu
cu. Phn mm tính toán và bn v đc thit k bằngăchngătrìnhăAutoLisp.ă
- Nhp thông s cn trcătheoăđnăđặtăhƠngănhăsc nâng, chiu cao, tm vi,
paălĕng, mặtăbích,ăvòngăbi,ăbánhărĕng,ầ
- Các thông s chuyn qua phn mmăAutoLispăđ xut ra bn v.
a) Đặcăđim:
Khi hotăđng phn mm yêu cu lựa chn mu cn trc và nhp vào các thông s
yêu cu thit k.
Sauăđóăchngătrìnhătự đng xut ra các bn v cho từng chi tit thit b vƠăđaăvƠoă
danh mc thit b cũngănhăkhiălng ca mỗi chi tit và khiălng toàn b.

Hình 2.5 Bản vẽ xuất ra [11]

7

b) uăđim:
- D dƠngăđặt hàng
- Phn mm tính toán xut bn v nhanh
c) Nhcăđim:
- Phn mm có tính phí ($350)
- Gii hn mu cn trc (scănơngăđn 3 tn, tm vi 6m, chiu cao nâng 4m)
- Gii hn v kiu dáng, vt liu,ầ
- S cửa s nhp liu nhiu, phn mm ch hỗ tr chuyn thông s nhp liuăđ v

Đ thực hin tính toán thit k cho kt cuăđƣăchn cn thực hin các công vic sau:
3.2.1 Kt cu thép dm [4]

3.2.1.1 Chọn tiết diện dầm hình

Hình 3.2 Tiết diện dầm hình
a) Thép cán ph thông; b) Thép cán chữ I cánh rộng; c) Thép hình thành mỏng rộng
Vt liu ch to KCT cn trc là thép các bon có ϭ
b
=3600(kG/cm
2
), ϭ
c
=2400(kG/cm
2
)
 [ϭ]=1800(kG/cm
2
)
Mặt khác, do vicăthayăđi tm vi ca cn trc là do xe con di chuynădi bn cánh
di nên ta có hai vic phi tính vi dm: Bn do un và năđnh bnăcánhădi ca dm.
9

Các ký hiu dùng trong công thc
- Chiu cao dm h
d
(mm)
- Chiu rng dm B
d
(mm)

gây ra vi M
td
đcătínhănhăsau: M
td
=P
Qn
*R (kG.m) (3 ậ 3)
R-tm vi cn trc (m)

Chnăsăb chiu cao dm theo công thc:
3
max
220.
th
hW
(3 ậ 4)
Chnăδ
t
=ă8ă(mm)ăđ đm bo tính công ngh
3
7
1000
t
h


hoặc
60
t
h

b
=ă2δ
t
(làm tròn lên thành s nguyên nu l)
Chn chiu rng dm theo tt c cácăđiu kin sau:
B
d
≤30*
b
(3 ậ 6)
B
d
không nhỏ hnă60ămm hoặc
1
*
4
dd
hB
(3 ậ 7)
3
2
2 1 1
. . . .
2 12 6
th
d th
bb
W
h h h
W

Bh






(3 ậ 9)
Công thc sau tính ra trngălng bn thân dm phân b:
q
d
=(h
d
*
b
*2+B
d
*
t
)*10
-6
*7840 (kG/m) (3 ậ 10)
M
td
*
=P
Qn
*R+q
d
*L

Coi thi gian khiăđng phn quay theo TCVN ly (3 giây), ta có:
2*3,14*
60*3
q
n



Mômen un ngang ln nht:
2
1
* * * *
2
ng Qn d
M P R q R


(kG.m) (3 ậ 13)
Kim tra li dm
 
5
22
*10
*( 2* ) *
()
63
ng
t d b d b
M
hB

t hp bt li nht thỏaămƣnăđiu kin
0,9R


thì có th k đn sự làm vicătrongăgiaiăđon
đƠnăhi do ca thép và tính mômen chng un cn thit ca tit din dm.

max
1,15. .
ct
M
W
R


(3-16)

M
max
: mômen un ln nht trong dm
11

R:ăcngăđ tính toán chu un ca thép làm dm
1,15: h s xétăđn sự phát trin ca bin dng do

ca vt liu thép.
Theo bng quy cách thép, chn loi thép hình có
x ct
WW
đ làm dm.

QS
R
I



(3-18)
Q
max
: lực ct ln nht trong dm
S
c
:ămômenătĩnhăca mt nửa tit din dmăđi vi trc trung hòa
I: mômen quán tính ca tit din dm đi vi trc x ậ x
b

: chiu dày bn bng thép hình chn làm dm
R
c
:ăcngăđ tính toán chu ct ca thép làm dm
Nu bn bng dm ti tit din kim tra b gim yu bi các lỗ đinhătán,ălỗ bulông hay
do nguyên nhân khác thì giá tr ca ng sut tip trong cn nhân vi h s do
()a a d


,
vi a là khong cách tâm hai lỗ đinhăvƠădălƠăđng kính lỗ đinh.
c) Kim tra bng bng dm chu ng sut cc b. Khi có lực tp trung tác dng  cánh
trên ca dm mà tiăđóăbn bngăkhôngăcóăsnăđngăgiaăcng thì cn kimătraăđiu kin
bn ca bn bng theo công thc:


Hình 3.3 Sơ đ ồác định chiều dài qui ớc chịu tải cục bộ của bản bụng dầm [4]
Dmăđc thit k cnăđ đ cngăđ trong sut quá trình sử dngăbìnhăthng không
b võngăquáăđ võngăquiăđnh.ăĐ cng ca dmăđc kim tra theo công thc

ff
ll




(3-20)

f
l
: giá tr đ võngătngăđi ca dm do ti trng tiêu chuẩn gây ra. Ví d vi dm
đnăgin chu ti trng phân b đu thì

3
5
384
c
f q l
l EI

(3-21)

f
l



: h s k đn sự gim kh nĕngăchu un ca dm khi xétăđnăđiu kin năđnh
tng th. Giá tr ca
d

ly ph thuc vào
1

nhăsau:
nu
1
0,85


ly
1d



13

nu
1
0,85


ly
1
0,68 0,21 1
d

biu thc

2
0
1,54
xn
y
Il
Ih





(3-24)

I
xn
: mômen quán tính khi xon ca tit din dm
I
y
:ămômenăquánătínhăđi vi trc y (trc vuông góc vi mặt phẳng un ca dm)
h: chiu cao ca tit din dm
l
0
: chiu dài tính toán  ngoài mặt phẳng dm ca cánh nén (chính là khong cách giữa
haiăđim c kt cánh chu nén không cho chuyn v ngang).
Nuăđiu kin không thỏa mãn thì cnătìmăcáchătĕngănăđnh tng th cho dm; gii
pháp gim l
0

0,5
c
ah

Khi dm có mtătrongăhaiăđiu kin sau thì không cn kim tra năđnh tng th:
- Trng hp th nht: có bn sàn thép hoặc bn sàn bêtông ct thép liên kt kiên
tc mt cách chc chn vi cánh nén ca dm.
- Trng hp th hai: dm có t s
0
c
l
b
thỏa mãn biu thc

0
0,41 0,0032 0,73 0,016
/
cc
cc
c c c
l b b
E
bh
bR







ca dm gimăđi,ădm mtătínhăđi xng, tâm unăthayăđi, từ đóădnăđn mt kh nĕngăchu
lực hoàn toàn.
Lý thuyt năđnhăcôngătrìnhăđƣătìmăđc biu thc chung ca ng sut ti hnăđi vi
bn là

22
2
0
2
12(1 )
CE
k
v a a
  

   

   

   
(3-27)


và a: chiu dày và chiu rng ca tit din bn
15

3.2.1.6.1 n định cục bộ của cánh nén [4]

Hình 3.5 Mất n định cục bộ của cánh dầm [4]
Cánh nén ca dmăđcăxemănhămt bn chữ nht dài tựa trên mt cnh dài là bn

R


(mt năđnh xyăraăđng thi vi mt bn). Công thc biu th điu kin
đm bo năđnh cc b ca cánh nén dm

0
0,5
c
b
E
R


(3-29)

Thit k thực t cnătuơnătheoăđiu kinătrênăđ đm bo năđnh cc b ca cánh nén
dm.
3.2.1.6.2 n định cục bộ của bản bụng dầm [4]
Bng dm t hp là bn mỏng, dài chu tác dng ca ng sut pháp, ng sut tip và
có th mt năđnh do riêng ng sut pháp hoặc do riêng ng sut tip hay do tác dngăđng
thi ca chúng.
a) Mt năđnh ca bng dmădi tác dng ca ng sut tip
 những vùng dm ch yu chu tác dng ca lực ct (ví d vùng gi tựa ca dmăđnă
gin chu ti trng phân b đu), bn bng dm có th b méo do tác dng ca ng sut tip
và phng ra ngoài mặt phẳng bng dm thành sóng nghiêng 45
0
( sự phng này do ng sut
pháp nén theo mtătrongăhaiăphngănghiêngăvi trc dm mt góc 45
0

R
E






(3-31)

Từ điu kin hp lý là mt năđnh ca bn bng dmădi tác dng ca ng sut tip
xyăraăđng thi vi mt kh nĕngăchu lực v đ bn ca bn bng dm do ni lực ct tc
là cho
0 c
R


thì từ taăcóăđ mnhăquiăc gii hn ca bn bng dmăđi vi những dm
không có ti trngăđng tác dng là
10,3 3,2
b





Còn vi những dm có ti trngăđng tác dng là
2,2
b


0
2,5ah
khi
3,2
b



B rngăsn
0
40
30
s
h
b mm

ChiuădƠyăsn
2
ss
R
b
E


, chiuăcaoăsn bằng khong cách trong giữa hai cánh
dm.ăĐi vi dmăhƠn,ăsnăđng hàn vi bng dm và cánh dm có
min
4
h
h mm

b
dR
E






vi d là cnh ngn ca ô bn
bng.
17

Nu b tríăcácă snă đng vi khong cách ln nht, cho phép
0
2ah
, tc là
2



và
ob b


thì ng sut
0

s là
0

. Vy khi dmăcóăđặt
cácăsnăđng vi khongăcáchăaătheoăquiăđnh và ô bng dm có
b ob




thì ô bng dm
đm bo yêu cu năđnh và không cn kim tra năđnh cc b ca bn bng dm.

Hình 3.6 Mất n định cục bộ của bản bụng dầm do ứng suất tiếp [4]
b) Mt năđnh ca bng dmădi tác dng ca ng sut pháp
Những vùng dm ch yu chu tác dng ca mômen un, ví d vùng giữa nhp ca
dmăđnăgin chu ti trng phân b đu,ădi tác dng ca ng sut pháp vùng chu nén
ca bn bng dm b phng ra ngoài mặt phẳng bng dm thành sóng vuông góc vi mặt
phẳng chu un ca dm.ăĐóălƠăhinătng mt năđnh cc b ca bn bng dmădi tác
dng ca ng sut pháp. Giá tr ca ng sut ti hn
0

trongătrng hp này ph thuc vào
sự phân b ca ng sut pháp trên tit din ca bn bng và vào mcăđ ngƠmăđƠnăhi ca
bn bng vào cánh dm.ăĐaăcácăthôngăs biu th những quan h ph thucăđóăvƠoătaăcóă
biu thc ng sut pháp ti hn ca bng dm

0
2
kp
b
CR


vào s có giá tr ln nht ca t s
0
b
h

mà bn bng dm s mt n
đnhăđng thi vi mt bn
0
5,5
b
h
E
R



Doăđóăch khi
0
5,5
b
h
E
R


thì bn bng dm b mt năđnhădi tác dng ca riêng
ng sutăpháp.ăTrongătrng hpănƠyăđ đm bo năđnh cho bn bngăthìăngoƠiăcácăsn
đng cnăđặt thêm mt cặpăsn dc  vùng chu nén ca bn bng và phi kim tra từng ô
bn bng theo tiêu chuẩn thit k kt cu thép.
c) năđnh bn bng dmădi tác dngăđng thi ca ng sut pháp và ng sut tip

.;
d b b
h
MQ
W h h
   

   

19

M,Q: giá tr trung bình ca mômen un và lực ct trong ô kim tra. Khi
0
ah
thì ly
giá tr ca M và Q ti giữa ô, nu
0
ah
thì ly giá tr ca M và Q ti giữa ô hình vuông
cnh là
0
h
k từ phía ni lực ln; nu trong phm vi ô kim tra mà mômen và lực ctăđi
du thì giá tr trung bình ca chúng ly trên phn ô có giá tr tuytăđi lnăhn;ă
0

,
0

xác



  
   
  
   
   
(3-35)

0
, , ,
cb
   
xácăđnh theo các công thc trên; còn
0
,
eo

xácăđnhănhăsau:ăkhiăcóăti
trng cc b thì giá tr ca ng sut pháp ti hn
0

và ng sut pháp cc b ti hn ph
thuc rt nhiu vào khong cáchăsn và t s ca chúng
0
eo





b
aE
R






; C
1
ậ h s,ăđi vi dm hàn ph thuc t s
0
a
h
;
- Nu
0
0,8
a
h

và t s
0


lnăhnăgiáătr  bngăthìăxácăđnh
0

và

và t s
e


không lnă hnă giáă tr trong bng thì
0

và
eo

đc
xácăđnhănhăsau:ă
0
,
eo

tính theo công thcătrênănhngăthayăaăbằng a/2 c trong công thc
tính
a

và c khi tra bng tìm h s C
1
, vic thay a bằngăa/2ăđc giiăthíchănhăsau:ăkhiă
khongăcáchăsn ln và t s
cb


không ln thì bn bng dm có th mt nă đnh theo
dng vênh hai nửaăsóngă(haiătrng hpătrcăđơyăthng vênh theo dng mt nửa sóng)
20

xo
quanh trc x
o
ậ x
o
, song song vi trc o do lực ct Q gây ra.

(3-37)
a: khong cách tâm các bn giằng
Các nhánh ctăđc kimătraăđ bnănhămt ctăđặc chuănénăđúngătơmăhayănénălch
tâm vi các ni lực nguy him ca nhánh.
Toàn tit din ct khi un quanh trc oăcóăđ lchătơmătngăđiăm<20ăđc kim tra
v năđnh tng th trong mặt phẳng un vi t hp ni lực (N, M
x
) nguy him nht. Trong
đóă
tra bng theo m và , xácăđnhănhăct rỗng chuănénăđúngătơm,ă
măxácăđnh theo công thc sau