Đồ án tốt nghiệp thiết kế của van phẳng, bộ truyền bánh răng côn tại nhà máy phú mỹ- bắc ninh

Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỬA VAN VÀ THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ.
1.1 Giới thiệu chung về cửa van.
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo chung và chức năng của cửa van.
1.1.2 Phân loại cửa van.
1.1.3 Các loại cửa van phẳng.
1.1.4 Ưu điểm, nhược điểm của cửa van phẳng.
1.2 Giới thiệu chung về thiết bị đóng mở.
1.2.1 Yêu cầu của thiết bị đóng mở cửa van.
1.2.2 Các loại thiết bị đóng mở cửa van phổ biến.
1.3 Cơ sở lựa chọn cửa van trên công trình điều tiết nước.
1.3.1 Yêu cầu làm việc của cửa van trên công trình cống.
1.3.2 Lựa chọn cửa van phẳng trượt.
1.3.3 Lựa chọn phù hợp van trên công trình thực tế.
1.4 Cửa van phẳng trên công trình điều tiết nước tiểu dự án PHÚ MỸ.
1.4.1 Giới thiệu về cửa van phẳng trên công trình.
1.4.2 Nguyên lý hoạt động
1.4.3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng.
1.4.4 Thiết bị đóng mở kiểu vít.
1.4.5. Ưu nhược điểm của máy đóng mở kiểu vít.
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ VÀ
VẬT LIỆU.
2.1. Mô hình phương pháp tính toán cửa van.
2.1.1 Thông số vận hành ban đầu cửa van.
2.1.2 Loại tải trọng, tổ hợp tải trọng tác dụng lên cửa van phẳng.
2.1.3 Tính toán các lực trong trường hợp bất lợi nhất.

2.2.Tiêu chuẩn thiết kế cửa van.
2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo chế tạo các chi tiết trên cửa van.

SVTH: Vũ Thị Huế

1

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

2.3.1. Vật liệu chế tạo cửa van.
2.3.2 Vật liệu chế tạo chi tiết cơ khí.
2.3.3. Vật liệu chế tạo bulong đai ốc.
2.3.4.Mối hàn.
2.3.5.Gioăng kín nước.
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN CÔNG TRÌNH.
3.1. Các thông số tính toán cửa van.
3.2 Xác định các thông số tính toán cửa van.
3.2.1 Áp lực thủy tĩnh
3.2.2 Xác định vị trí đặt dầm
3.2.3 Tấm thép bưng, ô bản mặt.
3.2.4 Tính toán dầm ngang.
3.2.5 Tính chọn dầm đỉnh và đáy.
3.2.6 Tính toán dầm đứng.
3.2.7 Tính chọn dầm biên.
3.2.8. Tính chọn gioăng chắn nước.

3.2.9 Tính toán lựa chọn cụm thanh trượt, nhíp trượt.
3.2.10 Lựa chọn khe van.
3.2.11. Ước tính trọng lượng cửa van.
3.2.12 Lực đẩy Acsimet.
3.2.13 Lực hút thủy động.
3.2.14 Lực đẩy nổi.
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ KIỂU
VÍT.
4.1 Lực đóng mở cửa van.
4.1.1 Lực mở cửa van kéo đứng
4.1.2 Lực hạ cửa van
4.1.3 Lựa chọn máy đóng mở.
4.2 Tính toán hệ thống đóng mở kiểu vitme - đai ốc.
4.2.1 Lựa chọn thông số đầu vào cơ bản của hệ thống đóng mở.
SVTH: Vũ Thị Huế

2

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

4.2.2 Tính chọn động cơ.
4.2.3 Xác định tỷ số truyền và phân bố tỷ số truyền của máy.
4.2.4 Thiết kế truyền động vít- đai ốc.
4.2.5 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn.
4.2.6 Tính chọn trục IV chứa bánh răng côn nhỏ.

4.2.7 Chọn ổ lăn.
4.3 Tính toán hộp giảm tốc.
4.3.1 Chọn vật liệu, ứng suất cho phép và tỷ số truyền.
4.3.2 Tính bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng.
4.3.3 Tính toán bộ truyền bánh răng côn.
4.3.4 Thiết kế trục I.
4.3.5. Thiết kế trục II.
4.3.6. Thiết kế trục III.
4.3.7. Tính kiểm nghiệm trục I,II,III,IVvề độ bền.
4.3.8. Chọn then, khớp nối và ổ lăn.
4.3.9.Thiết kế vỏ hộ giảm tốc.
CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM SAP2000.
5.1 Giới thiệu phần mềm.
5.2 Xây dựng mô hình kết cấu cửa van trong SAP2000.
5.2.1 Mô hình tính toán.
5.2.2. Tính toán cửa van phẳng.
5.2.3 Kết quả tính toán.
5.2.4 Nhận xét kết quả và kết luận
PHỤ LỤC

SVTH: Vũ Thị Huế

3

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng nền kinh tế quốc dân, nhất là trong lĩnh vực thủy lợi, thủy
điện: Thiết bị thủy công là một trong những thiết bị không thể thiếu. Chúng được lắp đặt
trên công trình thủy lợi nhằm điều tiết dòng chảy, lưu lượng, dẫn nước, đảm bảo an toàn
cho các công trình, thiết bị thủy lực chính.
Đối với sinh viên khối ngành kỹ thuật nói chung và đối với sinh viên chuyên ngành
Thiết Bị Thủy Công nói riêng. Cửa van là lĩnh vực chuyên môn của ngành. Giúp em làm
quen với công việc thiết kế tiếp cận chuyên môn của mình. Em được giao nhiệm vụ "
Thiết kế cửa van phẳng vận hành bằng mitme đai ốc".
Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, được sự hướng dẫn tận tình của
các thầy cô giáo. Em đã tích lũy được những kiến thức cơ bản về các môn học. Đồ án tốt
nghiệp là mốc quan trọng giúp e kiểm tra lại kiến thức mình đã từng học. Giúp em làm
quen tiếp cận nhiều vấn đề. Em xin cảm ơn thầy Đoàn Yên Thế đã giúp đỡ và chỉ dẫn tận
tình cho em trong quá trình thiết kế. Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện,
nhưng do sự hiểu biết và kiến thức còn hạn chế nên khó tránh khỏi những sai sót trong
thiết kế. Em mong nhận được những ghi nhận, góp ý của các thầy và các bạn để đồ án
của em được hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 7 năm 2016
Sinh Viên
Vũ Thị Huế

SVTH: Vũ Thị Huế

4

Lớp: 54M-TBTC

Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỬA VAN VÀ THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ.
1.1 Giới thiệu chung về cửa van.
Nước ta là một nước nông nghiệp, có khí hậu nhiệt đới mưa nhiều, có rất nhiều sông
ngòi, kênh mương, hồ chứa , bể chứa, bao gồm tự nhiên và nhân tạo trải dài từ bắc vào
nam. Các sông ngòi, hồ chứa thường được sử dụng để dự trữ nước vào mùa mưa, điều
tiết nước, xả lũ đầu nguồn, sử dụng cho mục đích công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi
thủy hải sản, phát triển du lịch…. Ngoài ra sông ngòi hồ chứa còn giữ vị trí quan trọng
trong điều hòa sinh thái và bảo vệ môi trường sống của con người.
Trong những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu diễn biến thời tiết trở lên
phức tạp dự báo thiên tai sảy ra rất nhiều. Mùa khô thường có hiện tượng thiếu nước,
mùa mưa lượng mưa lớn gây thiệt hại về người và của.
Việc đảm bảo nguồn nước cung cấp cho các hoạt động sản suất mùa khô và chống
úng ,sập lở vào mùa mưa là nhiệm vụ cấp bách và cần thiết.
Cửa van là một bộ phận rất quan trọng trong công trình thủy lợi. Cửa van được lắp
đặt vào các khoang của công trình thủy công ở công trình thủy lợi thủy điện. Cửa van
cũng có thể đặt ở trên mặt, ở dưới sâu. Nhiệm vụ của cửa van là đóng để giữ nước và
mở để tháo nước theo yêu cầu đặt ra cho công trình: lấy nước tưới, cấp nước phát điện,
thoát lũ, gạn triều, tiêu úng, điều tiết mực nước, lấy nước mặn nuôi trồng thủy sản...
Hiệu quả của công trình thủy lợi, thủy điện được đảm bảo như thiết kế đặt ra khi cửa
van được vận hành đạt độ tin cậy như quy trình vận hành đã đề ra.
Nếu việc vận hành cửa van có sự cố thì dẫn đến không những tổn hại lớn cho công
trình thủy lợi, thủy điện mà còn gây tác hại cho sản xuất đời sống của vùng hạ du.
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo chung và chức năng của cửa van.
Cấu tạo chung của cửa van:
- Phần chuyển động gồm bản mặt, các dầm phụ, các dầm chính, các bánh xe lăn, gioăng
chống thấm, phần thiết bị nâng gắn với cửa van.

SVTH: Vũ Thị Huế

5

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- Phần cố định gồm các kết cấu tựa đặt ở trụ pin, ở đập tràn, kết cấu chống thấm và
phần thiết bị nâng gắn với công trình. Việc vận hành cửa van có thể nhờ vào máy
nâng cơ, điện, xi lanh thủy lực hoặc hoàn toàn lợi dụng sức nước - thường đợc gọi là
cửa van tự động thủy lực, hoặc vừa lợi dụng sức nước vừa có hỗ trợ của cơ điện thì
được gọi là cửa van bán tự động thủy lực. Ngày nay ở một số công trình việc vận hành
cửa van ở một số nước đã được tự động hóa điện tử, điều khiển từ xa rất hiện đại.
Chức năng chính của cửa van:
- Chống lũ lụt.
- Bảo vệ các thiết bị cửa lắp đặt phía trước tua bin.
- Điều khiển, giữa ổn định mực nước trong hồ chứa.
- Làm sạch đáy hồ, xả rác trôi nổi trong hồ.
- Điều tiết dòng chảy trong đập.
- Bảo dưỡng thiết bị lắp đặt phía sau tua bin phía trước đập tràn.
- Đóng kín ống dẫn dòng.
- Lấy nước tưới tiêu cung cấp nước.
- Đóng mở âu thuyền.
1.1.2 Phân loại cửa van.
a. Theo mục đích sử dụng.

- Cửa van dùng để điều tiết liên tục dòng chảy và mực nước.
- Cửa van cấp nước.
- Cửa van sự cố.
- Cửa van thi công.
b. Theo nguyên tắc vận hành.

SVTH: Vũ Thị Huế

6

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- Cửa tịnh tiến.
- Cửa quay.
- Cửa vừa quay vừa tịnh tiến.
c. Theo dòng chảy tương quan với vị trí đặt cửa van.
- Cửa chảy tràn qua đỉnh cửa van: cửa viên phân quay, cửa sập kín, cửa van hình quạt.
- Nước chảy phía dưới đáy: cửa van phẳng trượt, cửa van xích, cửa van cung, cửa van
phẳng bánh xe.
- Nước chảy cả trên và dưới: cửa van phẳng hỗn hợp và phẳng kép.
d. Vị trí đặt cửa.
- Cửa van trên mặt.
- Cửa van dưới sâu.
e. theo chiều cao cột nước thượng lưu tính từ ngưỡng cửa van.
- Cửa van cột áp thấp.

- Cửa van cột áp trung bình.
- Cửa van cột áp cao.
f. Theo kết cấu cửa van.
- Cửa van phẳng.
- Cửa van cung.
- Cửa van trụ đứng
- Cửa van trụ ngang.
- Cửa van Clape.
- Cửa van giàn quay.
SVTH: Vũ Thị Huế

7

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- Cửa van hình quạt.
- Cửa van chữ nhân.
- Cửa van mái nhà
….
1.1.3 Các loại cửa van phẳng.
Cửa van phẳng bao gồm cửa van đơn, cửa van kép, cửa van nhiều tầng, cửa van có
cửa phụ.
a. Cửa van đơn.
Loại cửa van không cho phép có sự cố, van sửa chữa và van dẫn dòng trong cống và
đập tràn. Chiều cao cửa có thể 14m, nhịp van có thể lên tới 30-40m.

b. Cửa van nhiều tầng.
.

Là loại cửa van được phân đoạn theo chiều cao. Loại van này có thể đóng mở từng

chiếc một hoặc đồng loạt nhiều chiếc. Được sử dụng khi chiều cao của cống lớn. Nếu
đóng từng chiếc một thì thiết bị đóng mở sẽ nhỏ gọn hơn nhiều. Nó có ưu điểm đễ chế
tạo, chuyên trở và lắp ráp nhưng không thuận tiện trong việc khai thác.
c. Cửa van kép.
Là loại cửa van có 2 cánh. Khi hạ cánh trên có thể tháo được một vật trôi nổi mà
không bị mất nhiều nước trong hồ chứa. Loại cửa van này thích hợp sử dụng khi cột nước
không nhỏ hơn 5m.
1.1.4 Ưu điểm, nhược điểm của cửa van phẳng.
a. Ưu điểm.
- Có thể sử dụng trên đập tràn có hình dạng bất kỳ.
- Không đòi hỏi kích thước của công trình dọc theo dòng chảy phải lớn như các loại
khác.

SVTH: Vũ Thị Huế

8

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- Đóng, mở nhanh.

- Đơn giản và an toàn trong vận hành.
- Dễ chia nhỏ, tháo dòng xả rác trôi nổi.
- Dễ bảo quản kiểm tra và sửa chữa.
- Có thể dùng làm cửa van chính.
b. Nhược điểm.
- Chiều cao và chiều dài mố tương đối lớn.
- Máy đóng mở phải có công suất lớn.
- Đối với cửa van nhiều tầng lực kéo mỗi đoạn van có dòng chảy ở cả trên và dưới có
thể lớn hơn lực tính toán khi không phân đoạn.
- Cửa van dưới sâu được đặt trước hoặc sau tường ngực, trong trường hợp thứ nhất áp
lực nước thẳng đứng có tác dụng hạ cửa van và tăng lực kéo khi nâng van. Trong trường
hợp sau thì có tác dụng ngược lại. Khi mực nước hạ lưu cao hơn lỗ cống thì trong cả hai
trường hợp phải đưa không khí vào sau cửa van.
1.2 Giới thiệu chung về thiết bị đóng mở.
Công trình khai thác hoạt động có đạt được mục tiêu thiết kế hay không phụ thuộc vào
sự vận hành cửa van. Muốn vận hành cửa van phải dựa vào các thiết bị đóng mở. Thiết bị
đóng mở phải đảm bảo cho cửa hoàn thành đúng yêu cầu vận hành. Các thiết bị này hoạt
động theo nguyên lý tịnh tiến hoặc quay, phù hợp với loại kết cấu cửa, quỹ đạo chuyển
động, tải trọng nâng và các điều kiện cụ thể khác của cửa van trên công trình thủy lợi,
thủy điện.
1.2.1 Yêu cầu của thiết bị đóng mở cửa van.
- Tùy theo chức năng cửa cửa van, quỹ đạo chuyển động khi đóng mở cửa, mức độ và
quy mô của công trình, điều kiện kinh tế cho phép mà lựa chọn kiểu thiết bị đóng mở
thích hợp.
SVTH: Vũ Thị Huế

9

Lớp: 54M-TBTC

Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- Khi thiết kế thiết bị đóng mở ngoài tinhd toán tải trọng nâng cố định cần phải tính toán
nhiều tải trọng nâng khác tác động lên cửa van có thay đổ trị số.
- Đòi hỏi thiết kế thiết bị đóng mở hai chiều.
- Môi trường ẩm ướt mưa gió thường xuyên gây khó khăn cho việc bảo quản thiết bị.
- Thiết bị đóng mở không hoạt động thường xuyên mà chỉ đóng mở khi cần thiết, do đó
dễ gây han rỉ,hoạt động không trơn tru.
- Vị trí đặt thiết bị đóng mở thường không bằng phẳng, gây sai số khi lắp giáp, gây ra
lặc đóng mở ngoài phạm vi tính toán.
Vì vậy cần phải lựa chọn nguyên lý kết cấu thiết bị đóng mở sao cho hợp lý, hoạt
động an toàn, nhẹ nhàng, kinh tê cần quá trình ngiên cứu cẩn thận và kỹ lưỡng.
1.2.2 Các loại thiết bị đóng mở cửa van phổ biến.
a. đóng mở kiểu vit-me đai ốc.
Ưu điểm:
- Có kết cấu cứng, có khả năng tăng lực ấn khi đóng cửa van.
- Dùng để nâng hạ các cửa van phẳng kéo đứng.
- Dễ chế tạo, giá thành rẻ bền dễ thay thế.
Nhược điểm:
- Thiết bị có hiệu suất thấp chỉ khoảng 40%.
- Đòi hỏi chế tạo chính xác, nếu bước vít không đều, không thẳng góc gây lực ma sát và
lực kẹt lớn.
- Cần ngiên cứu ổ đỡ tự lựa.
- Vật liệu làm vit-me cần đảm bảo cơ tính để tránh lực xô ngang tác dụng gây cong trục.
- Kết cấu nặng nề, công suất động cơ lớn, quay tay nặng, thời gian đóng mở lâu.

SVTH: Vũ Thị Huế

10

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

Phạm vi ứng dụng:
- Thiết bị đóng mở kiểu vit me đai ốc thường sử dụng cho quá trình nâng hạ cửa van
tịnh tiến lên xuống, các loại cửa van nhỏ cửa trung bình. Đặc biệt sử dụng nhiều trong
nghành nông nghiệp điều tiết nước trên các kênh mương nhỏ.
b. Máy đóng mở kiểu dây mềm.
Ưu điểm:
- Dễ lắp đặt và điều chỉnh.
- Có khả năng tăng bội suất palang để giảm lực trong dây cáp.
- Không bị hạn chế tốc độ nâng.
- Hiệu suất bộ truyền cao.
- An toàn khi nâng hạ cửa.
- Giá thành rẻ.
Nhược điểm:
- Không sử dụng cho loại cửa van không có khả năng tự đóng bằng trọng lượng bản
thân.
- Sơ đồ bố trí hệ thống dây phức tạp, khó bảo dưỡng cáp.
Phạm vi ứng dụng:
- Thiết bị đóng mở bằng dây mềm được sử dụng rộng rãi cho nhiều hình thức cửa van
như cửa van phẳng, cửa cung, cửa clape, cửa phai… trong các công trình lớn, trung bình,
nhỏ và công trình quan trọng, khi các cửa van tự hạ bang trọng lượng bản thân.

c. Máy đóng mở kiểu xilanh thủy lực.
Ưu điểm:
- Có thể nâng thẳng đứng, nghiên một góc bất kỳ, hoặc đẩy ngang.

SVTH: Vũ Thị Huế

11

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- Truyền được công suất cao và lặc đẩy lớn, cơ cấu đơn giản.
- Độ tin cậy cao, giảm thời gian bảo dưỡng chăm sóc so với những loại hình nâng hạ
khác.
- Điều chỉnh được vận tốc, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc.
- Có khả năng phòng quá tải nhờ đặt van an toàn.
- Gọn nhẹ dễ thay thế, vị trí các phần tử độc lập ít phụ thuộc vào nhau.
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước khi chọn áp suất thủy lực cao.
- Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.
- Dễ quan sát và theo dõi bằng áp kế, kể cả hệ phức tạp nhiều mạch.
Nhược điêm:
- Tổn thất trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử làm hiệu suất hệ thống
thủy lực.
- Vận tốc vận hành của xi lanh luôn thay đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của
chất lỏng và tính đàn hồi của ống dẫn.
- Vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.

Phạm vi ứng dụng:
- Máy đóng mở kiểu xi lanh thủy lực hiện nay được sử dụng rất nhiều trong nghành
công nghiệp, kích nâng tải thiết bị nâng hạ, trong máy làm đất, trên các công trình thủy
lợi nhằm mục đích chính việc nâng hạ vật thể.
1.3 Cơ sở lựa chọn cửa van trên công trình điều tiết nước.
1.3.1 Yêu cầu làm việc của cửa van trên công trình cống.
- Hoạt động có độ ti cậy cao trong mọi trường hợp.
- Tối ưu trọng lượng cửa.

SVTH: Vũ Thị Huế

12

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- Kết cấu cửa đơn giản, rắn chắc, hợp lý.
- Dễ bảo dưỡng sửa chữa.
- Cường độ áp lực tác dụng nhỏ nhất có thể.
- Dễ vận hành và lắp đặt.
1.3.2 Lựa chọn cửa van phẳng trượt.
Đất nước ta là một nước công nghiệp, có 3/4 là đồi núi, hệ thống sông suối dày đặc, để
phát triển kinh tế trong những năm gần đây nhà nước ta đang chú trọng việc xây dựng rất
nhiều công trình thủy lợi như hồ chứa, xây đê, đập, cống … nhằm mục đích điều tiết
thoát nước hạnh chế các rủi ro thiên tai đồng thời phát triển sản suất nông nghiệp.
Công trình xây đê đập và hệ thống thủy công để điều tiết nước sản suất luôn được chú

trọng đầu tư, quản lý và vận hành đáp ứng nhu cầu sản suất cho nhân dân.
Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu mưa bão thất thường gây ngập úng. Cần
sự can thiệp điều tiết nước của các công trình thủy lợi làm giảm thiệt hại kinh tế và xã
hội.
Bài toán cấp thiết đặt ra là phải có phương án nhằm đảm bảo an toàn chống ngập lụt,
úng cũng như khô hạn trong các mùa. Giải pháp hiệu quả đó chính là phải sử dụng và
khai thác hợp lý nguồn nước nhờ tác động của các loại cửa van trên các công trình.
1.3.3 Lựa chọn phù hợp van trên công trình thực tế.
a. Giới thiệu công trình.
Tiều dự án Trạm bơm Phú Mỹ thuộc địa bàn xã Đình Tổ - huyện Thuận Thành Tỉnh Bắc Ninh. Khu vực có địa hình sông ngòi, mương máng phức tạp, nơi cung cấp và
điều tiết nước cho khu vực 2 huyện Gia Bình và Thuận Thành. Các công trình mang tính
địa phương, nhỏ, lẻ, Tổng diện tích đất canh tác khoảng 5,600Ha.

SVTH: Vũ Thị Huế

13

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

Diện tích đất canh tác còn phụ thuộc nhiều vào nguồn nước tự nhiên. Cần được cải
thiện nguồn nước, đất đai để có thể khia thác đất canh tác hợp lý. Phát triển hệ thống thủy
lợi phục vụ thâm canh tăng vụ, tăng diện tích sản suất, giải qyết nước sinh hoạt sản suất
cho nhân dân.
Tiểu dự án “Đầu tư xây dựng trạm bơm Phú Mỹ” thuộc Hợp phần 2, dự án
"Tăng cường quản lý thủy lợi và cải tạo các hệ thống thủy nông (ADB5)" do ADB tài trợ;

được Thứ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hoàng Văn Thắng ký quyết
định phê duyệt số 1400/QĐ-BNN-TCTL ngày 14/06/2012.
Cấp công trình: Theo TCXDVN 285 - 2002. Công trình cấp III.
b. Mục tiêu và nhiệm vụ công trình.
Tưới cho 5.600ha diện tích canh tác thuộc tiểu vùng Gia thuận, tỉnh Bắc Ninh kết hợp
với lấy sa góp phần cải tạo đất.
Khắc phục sự cố thiên tai, chủ động khi nguồn nước có sự biến đổi do thời tiết.

SVTH: Vũ Thị Huế

14

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

Vì Những lý do đó, em lựa chọn: "Ngiên cứu cửa van phẳng đóng mở bằng vit-me
chạy điện" để điều tiết nước trên công trình này.
1.4 Cửa van phẳng trên công trìnhđiều tiết nước tiểu dự án PHÚ MỸ.
1.4.1 Giới thiệu về cửa van phẳng trên công trình.
Cửa van phẳng là hình thức ra đời sớm nhất trong các loại cửa van sử dụng trong
công trình thủy lợi và đến nay còn áp dụng rộng rãi do cửa van phẳng có kết cấu đơn
giản, dễ gia công chế tạo, vận hành thuận lợi. Cửa có thể là bằng gỗ, vật liệu tổng hợp, bê
tông cốt thép và thép. Hiện nay phần lớn làm bằng thép.
Cửa van phẳng được sử dụng hiện nay có một số trường hợp như : cửa van phẳng
trượt, cửa van phẳng bánh xe, …
Cửa van phẳng trượt là loại cửa van đơn giản nhất. Bản mặt gồm có tấm thép bưng để

chắn nước và khung xương bằng thép hình để tăng cứng và ổn định. Hai dầm biên đứng
gắn gối tựa động trượt, các cạnh đều có gioăng chắn nước. Các gối tựa động thường làm
bằng kim loại chống ăn mòn liên kết chặt với các bề mặt chịu tải. Thường được sử dụng
trên các kênh tưới, công trình sử lý chất thải, cửa xả đáy, cửa tràn hồ chứa loại nhỏ.
1.4.2 Nguyên lý hoạt động
Để nâng hạ cửa van ta dùng thiết bị đóng mở:
Khi kéo cửa van lên các gối tựa động trượt dọc theo ray trượt đặt trong khe van liên
kết với bê tông. Các gối tựa động có thể là kim loại chống mòn (cửa van phẳng trượt).
Các gioăng kín nước cũng được tựa trên mặt phẳng gắn trong khe van.
Khi cửa van đóng gioăng kín nước không cho nước rò rỉ qua giữa khe cửa và khe van.
Khi vận hành các gioăng trượt trên mặt tựa gioăng. Khi cửa van chuyển động, bộ phận cữ
giúp cho cửa van chuyển động đúng hướng không bị rung động mạnh.

1.4.3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng.
SVTH: Vũ Thị Huế

15

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

a, Ưu điểm
- Có thể làm cửa với kích thước lớn.
- Kích thước không gian nó chiếm theo hướng dòng chảy tương đối nhỏ.
-Tấm cửa có thể di dời khỏi miệng lỗ, tiện cho việc kiểm tra, ..
-Dễ sử dụng kiểu đóng mở di động, thiết bị đóng mở đa dạng.

b,Nhược điểm
Yêu cầu đặt máy tương đối cao, trụ pin cống tương đối dài và dày.
- Rãnh cửa có ảnh hưởng tới dòng chảy, đối với cửa cống có cột nước cao đặc biệt bất lợi.
- Số lượng cấu kiện chôn vào bê tông tương đối nhiều.
- Lực đóng mở tương đối lớn, chịu ảnh hưởng nhiều của lực ma sát, do đó cần phải sử
dụng thiết bị đóng mở có công suất lớn.
c, Phạm vi sử dụng.
Hiện nay cửa van phẳng được sử dụng rất rộng rãi trong các công trình lấy nước, tưới
tiêu, trên đập tràn cần điều tiết lưu lượng, trên các công trình điều tiết kênh. Cửa đã áp
dụng có chiều rộng từ 0,6m - 80m, thông dụng nhỏ hơn 20m.
1.4.4 Thiết bị đóng mở kiểu vít.
a, Nguyên lý cấu tạo thiết bị đóng mở kiểu vít
Máy đóng mở kiểu vít dựa trên nguyên lý làm xoay đai ốc chịu lực xung quanh tâm trục
vít, đai ốc được cố định và truyền lực đến trục vít, làm trục vít tịnh tiến theo hướng tâm
trục kéo theo cửa van lên (mở) hoặc ấn cửa van xuống (đóng). Máy đóng mở kiểu vít
thông thường có các bộ phận chủ yếu:
+ Đai ốc chịu lực làm nhiệm vụ truyền lực.
+ Trục vít, gắn liền với tai cửa van làm nhiệm vụ nâng hạ cửa.

SVTH: Vũ Thị Huế

16

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

+ Bộ phận truyền động lực (sức người hoặc sức điện) để làm quay đai ốc chịu lực;
I

IV

II

III

1

2

3

Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo của vít me vừa quay tay, chạy điện
Cấu tạo của thiết bị đóng mở cửa van vừa quay tay vừa chạy điện:
1: Hộp chịu lực;

2: Hộp giảm tốc;

3: Động cơ điện

- Quay tay: Quay tay được gắn vào vị trí trục I. Khi quay quay tay chuyển động quay cho
trục số II qua khớp nối tác dụng lên cặp bánh răng côn trong hộp chịu lực bánh răng lớn
trong hộp chịu lực có trục trùng với trục vít me lắp với đai ốc và đặt trên hai ổ bi đỡ chặn.
Khi bánh răng quay làm quay đai ốc, nó ăn khớp với trục vít me. Đai ốc quay tạo cho vít
me chuyển động tịnh tiến lên xuống tùy theo chiều quay đai ốc. Như vậy cửa van lắp vào
trục vít me cũng được truyền động lên xuống.
- Chạy điện: Khi động cơ điện 3 quay nó chuyền chuyển động quay cho trục III, khi trục

III quay dẫn theo trục II quay nhờ sợ ăn khớp của cặp bánh răng trụ.chuyển động quay
trục II được truyền qua khớp nối tác dụng lên cặp bánh răng côn trong hộp chịu lực bánh
răng lớn trong hộp chịu lực có trục trùng với trục vít me lắp với đai ốc và đặt trên hai ổ bi
đỡ chặn. Khi bánh răng quay làm quay đai ốc, nó ăn khớp với trục vít me. Đai ốc quay
tạo cho vít me chuyển động tịnh tiến lên xuống tùy theo chiều quay đai ốc. Như vậy cửa
van lắp vào trục vít me cũng được truyền động lên xuống.
1.4.5. Ưu nhược điểm của máy đóng mở kiểu vít.
a. Ưu điểm
-Giá thành rẻ, chế tạo, bảo dưỡng, quản lý vận hành dễ dàng, thuận lợi.
SVTH: Vũ Thị Huế

17

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

-Có thể áp dụng tốt cả ở những nơi có hoặc không có điện.
- Chịu được rung động cửa van do thủy động của dòng chảy gây nên, mặt bằng bố trí thiết bị hẹp

b. Nhược điểm:
- Hiệu suất rất thấp.
-Khi vít me và đai ốc chế tạo không chính xác, các bước vít không đều nhau, không
thẳng góc, sẽ gây ra ma sát và lực kẹt lớn.
- Nếu chiều cao nâng lớn, vít me dài cao không đảm bảo mỹ thuật, dễ bị cong trục khi
phải ấn. Khi tải trọng lớn, kết cấu của máy nặng nề, công suất động cơ lớn, quay tay rất
nặng và chậm.

SVTH: Vũ Thị Huế

18

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ VÀ
VẬT LIỆU.
2.1. Mô hình phương pháp tính toán cửa van.
2.1.1 Thông số vận hành ban đầu cửa van.
Cửa van phẳng đóng mở tịnh tiến khi đóng mở kéo theo chiều thẳng đứng, cánh
cửa di chuyển dọc theo khe van. Khi chuyển động cửa van khắc phục lực ma sát
giữa phần tĩnh và gối tựa của phần động và gioăng kín nước.
Khi vận hành dòng chảy tương quan với vị trí đặt cửa là dòng chảy cả phía trên và
phía dưới.
Cửa được lắp trên cống lộ thiên, mực nước thượng lưu thấp hơn đỉnh cửa, không
sử sụng gioăng kín nước cạnh trên đỉnh.
Là loại cửa van cột áp thấp.
Yêu cầu vận hành đảm bảo các thông số.
+ Năng lực tháo.
+ Xả rác trôi nổi.
+ Vận hành áp lực đầu nước.
+ Tải trọng lên các kết cấu bê tông.
+ Không bị rung động.

+ Dễ điều chỉnh thủy lực.
+ Đóng mở dễ dành trong trường hợp khẩn cấp.
2.1.2 Loại tải trọng, tổ hợp tải trọng tác dụng lên cửa van phẳng.
Nhiệm vụ của cửa van trên công trình là phải điều tiết được nước, đảm bảo lưu
lượng tháo cần thiết.đã tính toán trước. Cửa van phải hoạt động ổn định, an toàn đáp
ứng điều kiện thực tế của công trình. Trong quá trình làm việc cửa van chịu rất nhiều
tải trọng tác dụng lên nó, bao gồm:
+ Áp lực nước tĩnh

SVTH: Vũ Thị Huế

19

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

+ Áp lực nước động
+Trọng lượng bản thân
+ Lực quán tính
+ Áp lực gió, sống
+ Áp lực do chân không ma sát….
+ Nhiệt độ môi trường làm việc…
+ Đất cát, vật trôi nổi…
Dựa vào chức năng, điều kiện làm việc và môi trường làm việc cụ thể của công
trình ta lựa chọn tải trọng và tổ hợp tải trọng theo trường hợp tải trọng thông thường
để tính toán trường hợp bất lợi nhất của cửa van với sự kết hợp của các loại tải trọng

sau: Áp lực thủy tĩnh , áp lực thủy động, trọng lượng cửa van, lực quán tính, luawcj
bùn cát, lực vận hành.
2.1.3 Tính toán các lực trong trường hợp bất lợi nhất.
a. Áp lực nước tĩnh tác dụng lên cửa van phẳng trên mặt.

Trong đó:
P- Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van.(kN)
γ- trọng lượng riêng của nước. (kN/m3)
B- khoảng cách hai gioăng chắn nước.(m)
H - chiều cao cột nước lớn nhất bên thượng lưu và hạ lưu. (m)
Z - khoảng cách từ P đến ngưỡng. (m)
b. Ước tính trọng lượng cửa van.
Áp dụng công thức 4.43 sách TBTC ta có:
c.Lực ma sát gioăng:

Áp dụng công thức 10.17 sách TBTC:

d. Lực đẩyi Acsime.
Áp dụng công thức theo hình 9.31a sách TBTC:
SVTH: Vũ Thị Huế

20

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

e.Lực hút thủy động
f. Lực ma sát thanh trượt.
g.Lực đẩy nổi.
Áp dụng công thức hình 9.31 sách TBTC ta có:
2.2.Tiêu chuẩn thiết kế cửa van.
Quá trình thiết kế dựa theo " TCVN 8299-2009 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ
thuật trong thiết kế của van khe van bằng thép" .
Theo quy định tại khoản 1 điều 69 của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và
kiểm tra.
Theo khoản 1 điều 7 của Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của chính phủ
quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.
Khi tính toán kết cấu cửa van phải căn cứ vào tải trọng bất lợi nhất và điều kiện cụ
thể công trình có thể phát sinh để tính toán kiểm tra độ bền, độ cứng và tính ổn định của
cửa van.
Tính toán thiết kế phải đảm bảo tiết kiệm kim loại, chọn sơ đồ tới ưu cho công trình
và tiết diện của cấu kiện trên cơ sở kinh tế kỹ thuật. Có biện pháp chống ăn mòn hợp lý.
Sơ đồ tính toán và những giả thiết tính toán cơ bản phải thể hiện được điều kiện làm
việc thực tế của cửa van.
Trị số ứng suất lớn nhất của kết cấu khi tính toán không được vượt qua ứng suất cho
phép của vật liệu.
2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo chế tạo các chi tiết trên cửa van.
2.3.1. Vật liệu chế tạo cửa van.
Cửa van làm việc trong môi trường nước, chịu áp lực của nước, chịu va đập, bị oxi
hóa. . . Nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ cho toàn bộ các bộ phận của cửa van vì: có
độ bền cơ tính lớn hơn các loại thép các bon kết cấu thông thường, ngoài ra còn có độ dai
cao hơn.
- Chọn vật liệu chế tạo cửa van là thép CT38 có độ bền trung bình và kahr năng hàn tốt,
không yêu cầu xử lý có:
;
- Ứng suất cho phép hay cường độ tính toán theo trạng thái giới hạn của vật liệu được

xác định theo công thức 6.6 sách TBTC.
Trong đó:

SVTH: Vũ Thị Huế

21

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

- sức kháng tiêu chuẩn của vật liệu. = =2400 (daN /cm2)
C- hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn. Với thép không gỉ
CT38 thì: C = 1, 05 cho trạng thái ứng suất uốn, kéo, nén,
C = 0, 7 cho ứng suất cắt ( tra bảng 6.4- sách TBTC)
k- là hệ số kể đến tính đồng chất của vật liệu: k = 0, 85;
m- là hệ số lấy theo điều kiện làm việc. m = 0, 85;
- là hệ số tính theo cấp công trình. Công trình mà ta đang đi thiết kế cửa van là công
trình cấp III: = 1, 0.

T
T

Trạng thái ứng suất

Giá trị ứng suất cho phép

Ký hiệu

Đơn vị

1

Kéo, uốn , nén

1361

[σ]u,k,n

daN/cm2

2

Cắt

1361

[σ]c

daN/cm2

SVTH: Vũ Thị Huế

22

Lớp: 54M-TBTC

Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

2.3.2 Vật liệu chế tạo chi tiết cơ khí.
Chọn vật liệu chế tạo là thép các bon thông thường có mác C45tôi cải thiện có giới
hạn chảy là
Ứng suất cho phép của vật liệu

Trong đó:
RTC = σch - Là ứng suất kháng của vật liệu.
C - hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn. C= 1,05 cho trạng
thái ứng suất uốn kéo nén. C= 0,6 cho ứng suất cắt.
K1=1 - Hệ số đồng chất của vật liệu.
K2=1,3 - Hệ số chức năng chi tiết.
K3=1,2 - Hệ số điều kiện làm việc.
K4= 3 - Hệ số an toàn.
T
T

Trạng thái ứng suất

Giá trị ứng suất cho
phép

Ký
hiệu

Đơn vị

1

Kéo, Uốn ,Cắt

1010

[σ]b

daN/c
m2

2

Cắt

577

[τ]c

daN/c
m2

SVTH: Vũ Thị Huế

23

Lớp: 54M-TBTC

Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

2.3.3. Vật liệu chế tạo bulong đai ốc.
Chọn mác thép SUS304 theo sách TKCTM tập 2 có σch= 241MPa.
Bulong đai ốc làm việc chịu ép mặt và cắt:

Trong đó:
RTC = σch - Là ứng suất kháng của vật liệu.
C - hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn. C= 1,05 cho trạng
thái ứng suất uốn kéo nén. C= 0,7 cho ứng suất cắt.
K1=0,89 - Hệ số đồng chất của vật liệu.
m=0,9 - Hệ số lấy theo điều kiện làm việc chịu tải trọng đặc biệt.
T
T

Trạng thái ứng suất

Giá ứng suất cho
phép

Ký
hiệu

Đơn vị

1

Ứng suất pháp khi ép

mặt

2027

[σep]

daN/c
m2

2

Ứng suất khi cắt

1351

[τc]

daN/c
m2

2.3.4.Mối hàn.
Loại đường
hàn

Hàn nối đầu

Hàn góc

SVTH: Vũ Thị Huế

Trạng thái ứng
suất

Cường độ tính toán của
đường hàn trong kết cấu
thép CT38 (daN/ cm2)

Ký
hiệ
u

Nén

1490

Rhn

Kéo

1490

Rhk

Uốn

1565

Rhu

Cắt

895

Rhc

Kéo, Nén, Cắt
((phương pháp
thông thường)

755

Rhg

24

Lớp: 54M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Nghành: kỹ thuật cơ khí

2.3.5.Gioăng kín nước.
T
T

Các chỉ tiêu cơ lý

Đơn
vị

Tiêu
chuẩn

Phương
pháp thử

1

Giới hạn bền khi dựt đứt

daN/c
m2

180

ГOCT 27075

2

Độ dãn dài tương đối

%

Mẫu loại 1
dày 2mm

3

Độ dãn dài dư

%

Mẫu loại 1
dày 2mm

4

Sức kháng rạn nứt

daN/c
m2

ГOCT 26375

5

Độ cứng Shor

6

Hệ số lão hóa Gh sau 144h ở
700C

7

Độ nở khối trong nước 700C
sau 24h

%

2

ГOCT
9030-75

8

Độ chống mài mòn

cm3/k
W

450

ГOCT 42675

9

Độ chống xé rách, rạn nứt

dN/c
m2

1
0

Độ dẻo, độ nẩy

1

1

Khối lượng riêng

SVTH: Vũ Thị Huế

ГOCT 26375
0,7

ГOCT 26775
45

g/cm3

25

1,01,3

ГOCT 20775

Lớp: 54M-TBTC