Thạc Sĩ Nghiên cứu chế tạo bánh cán ren vít để lắp đường ray với Tà vẹt Bê tông

1. Tính cấp thiết của đề tài

PHẦN MỞ ĐẦU


Ngành đường sắt đóng vai trò quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân. Vì vậy, việc mở rộng và nâng cao chất lượng vận chuyển của Ngành rất cần được quan tâm và trú trọng phát triển.
Thời gian đầu các thanh tà vẹt lắp với ray được làm bằng thép gây chi phí rất lớn nên đã dần được thay thế bằng tà vẹt gỗ và đang được sử dụng phổ biến. Hai loại tà vẹt trên đều sử dụng Bulông K1, K2 (M22) để lắp với ray. Tuy nhiên, lượng gỗ được sử dụng để xây dựng và sửa chữa các đường ray là rất lớn, mà diện tích rừng ngày càng thu hẹp dẫn đến giá thành chi phí tăng lên đặc biệt ở những nước có diện tích rừng nhỏ. Mặt khác, với việc sử dụng các bulông để lắp ghép làm vận tốc vận chuyển của tầu không được cao (vận tốc khoảng 80Km/h), độ ổn định thấp. Vì vậy, tại các nước phát triển hai loại tà vẹt trên đã thay thế bằng tà vẹt bê tông dự ứng lực và sử dụng loại vít đặc biệt để lắp ghép. Với việc thay thế này đã cho phép tầu có thể chạy với vận tốc cao hơn khoảng 140Km/h.
Thời gian qua ở nước ta việc sử dụng vít vẫn trong quá trình thử nghiệm, sửa chữa nhỏ và chưa có cơ sở sản xuất nào chế tạo thành công loại vít này nên vít vẫn nhập ngoại hoàn toàn (từ Đức) dẫn đến chi phí là rất cao.
Hiện nay có một dự án rất lớn lấy nguồn vốn ODA hỗ trợ việc cho việc xây dựng và sửa chữa đường ray sử dụng tà vẹt bê tông dự ứng lực vì vậy đòi hỏi một số rất lượng loại vít này. Việc nghiên cứu chế tạo thành công loại vít sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho ngành đường sắt nước nhà.
Để thích hợp với điều kiện làm việc cường độ cao yêu cầu chi tiết vít phải có độ bền lớn. Vì vậy, ren vít phải được chế tạo bằng phương pháp cán mà độ chính xác ren cán phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của bánh cán. Tuy nhiên, biên dạng ren cán lại có hình dáng rất phức tạp. Vì vậy việc chế tạo bánh cán gặp rất nhiều khó khăn và rất cần được nghiên cứu.
Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo bánh cán ren vít để lắp đường ray với Tà vẹt Bê tông.

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1. Nghiên cứu chuyển giao công nghệ sẽ góp phần tăng cường năng lực cạnh tranh của các nhà sản xuất trong nước. Vì vậy, được Chính phủ ưu tiên khuyến khích. Đề tài sẽ đóng góp một kết quả cụ thể vào hướng nghiên cứu này.
2. Các nước có ngành đường sắt phát triển (Pháp, Nhật, Đức) hiện đang tài trợ cho Việt Nam dự án cải tạo và nâng cấp đường sắt trong đó có việc thay thế một số lượng lớn bu lông cũ bằng loại vít chuyên dụng này. Việc nghiên cứu chế tạo thành công bánh cán đóng một vai trò rất quan trọng trong việc chế tạo vít chuyên dụng này, từ đó sẽ góp phần nâng cao hiệu quả nguồn vốn đầu tư trên.
3. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và đặc điểm của quá trính cán ren.

- Nghiên cứu phương pháp tính toán chính xác bánh cán.

- Nghiên cứu phương pháp chế tạo thử nghiệm bánh cán.

- Nghiên cứu phương pháp cán vít và cán thử.

4. Nội dung nghiên cứu

- Thiết kế hình dáng hình học và tính bền cho bánh cán.

- Chế tạo thử nghiệm bánh cán.

- Cán thử nghiệm vít.




MỤC LỤC

Trang
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2
3. Ý nghĩa của đề tài 2
4 Nội dung nghiên cứu 2
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁN REN 3
1.1. Đặc điểm của cán ren 3
1.1.1 Đặc điểm của ren cán 3
1.1.2. Các phương pháp cán ren 5
1. Nguyên lí chung của phương pháp cán ren 5
2. Các phương pháp cán ren 6
1.1.3. Dụng cụ cán ren 8
1.1.4. Phương pháp chế tạo vít bắt đường ray với tà vẹt bê tông dự ứng 9
lực
1.2. Giới thiệu phần mềm xây dựng mô hình 3D của bánh cán 9
1.3. Phương pháp tính bền bánh cán 12
1.3.1. Phương pháp phần tử hữu hạn 13
1. Khái quát phương pháp phần tử hữu hạn 13
2. Phương pháp phần tử hữu hạn với biến dạng phẳng 15
1.3.2. Giới thiệu phần mềm tính bền cho bánh cán 24
1. Giới thiệu phần mềm ANSYS 24
2. Đặc điểm của phần mềm 25
3. Một số đại lượng cần chú ý 29
1.4. Kết luận chương 1 32
1.4.1. Nhận xét 32
1.4.2. Xác định hướng nghiên cứu của đề tài 32

Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BÁNH CÁN REN VÍT LẮP 34
ĐƯỜNG RAY TẦU VỚI TÀ VẸT BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

2.1. Phân tích hình dáng, kích thước ren vít 34
2.2. Thiết kế hình dáng hình học bánh cán 34
2.2.1. Biên dạng xoắn của bánh cán 34
2.2.2. Điều kiện cán vào 35
2.2.3. Xác định các kích thước cơ bản cúa bánh cán 37
2.2.4. Vật liệu bánh cán 38
2.2.5. Lập bản vẽ chế tạo bánh cán 39
2.3. Xây dựng mô hình 3D của bánh cán ren bằng phần mềm 40
Pro/engineer
2.4. Tính bền bánh cán 45
2.4.1. Tính toán lực trên bánh cán 45
2.4.2. Sơ đồ phân bố lực trên bánh cán 46
2.4.3. Sử dụng phần mềm ANSYS tính bền bánh cán 47
1. Sơ đồ khối chương trình tính bền bánh cán 47
2. Các bước tiến hành 47
3. Phân tích trường ứng suất và biến dạng 50
2.4.4. Điều kiện bền 60
2.4.5. Xác định đường kính tối thiểu của bánh cán 60
2.5. Chế tạo thử nghiệm bánh cán 62
2.5.1. Bản vẽ lồng phôi bánh cán 62
2.5.2. Chế tạo thử bánh cán 63
2.5.3. Kết quả kiểm tra bánh cán sau khi chế tạo thử 64
1. Kiểm tra vật liệu bánh cán 64
2. Kiểm tra kích thước, sai lệch hình dáng hình học và vị trí tương 64
quan của hai bánh cán
3. Kiểm tra nhám bề mặt 69

4. Kết quả kiểm tra độ cứng bề mặt ren bánh cán 69

2.6. Kết luận chương 2 70

Chương 3. CÁN THỬ NGHIỆM REN VÍT 71

3.1. Cán thử ren vít 71
3.2. Kết quả kiểm tra sản phẩm vít 71
3.3. Kết luận chương 3 72
KẾT LUẬN CHUNG 73
Kết luận 73
Hướng phát triển của đề tài 74
CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 75
ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
76
PHỤ LỤC 77