thiết kế cầu trục

CHƯƠNG 1
NHIỆM VỤ -YÊU CẦU –PHƯƠNG
ÁN THIẾT KẾ
1.1. TỔNG QUAN
Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của
đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra đời và phát triển của
nó gắn liền với yêu cầu về kinh tế kỹ thuật của ngành công nghiệp nhằm
giảm tối đa sức người trong lao động.
Đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp
lại và có thời gian dừng. Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo
phương thẳng đứng, ngoài ra còn một số các chuyển động khác để dịch
chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy,
di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang. Bằng sự phối hợp
giữa các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào
trong không gian làm việc của nó.
Để đáp ứng yêu cầu và đòi hỏi của các ngành công nghiệp khác
nhau, kĩ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận
chuyển mới, luôn cải tiến và hợp lí hóa phương pháp phục vụ, nâng cao
hơn độ tin cậy làm việc, tự động hóa các khâu điều khiển, tiện nghi và thỏa
mãn yêu cầu của người sử dụng.Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng
chuyển được chia thành các loại: kích, bàn tời, palăng, cần trục, cầu trục,
cổng trục, thang nâng.v.v
Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu. Loại này di chuyển trên đường ray
đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu
thép kiểu cầu, cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại
bất kì điểm nào trong không gian của nhà xưởng. Cầu trục được sử dụng
trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật
rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện v.v Đặc biệt cầu trục
được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim
với các thiết bị mang vật chuyên dùng.
1.2. NHIỆM VỤ - YÊU CẦU THIẾT KẾ.

1.2.1. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Thiết kế là một quá trình sáng tạo, trong quá trình này người thiết kế
phải tìm hiểu, đề cập và giải quyết thoả đáng hàng loạt các yêu cầu khác
nhau về phương pháp tính toán, chỉ tiêu khả năng làm việc, công nghệ chế
tạo và quy trình lắp ráp, sử dung, sửa chữa theo nhiều phương pháp khác
nhau. Nhiệm vụ chính của thiết kế là tìm ra và cụ thể hoá các giải pháp kỹ
thuật để từ đó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp với nhiệm vụ thư
thiết kế. Cuối cùng là đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế và từ
những thông tin đó có thể tạo ra một việc thiết kế phải đảm bảo khả năng thực
hiện được các giải pháp kỹ thuật, nghĩa là phải có sự phù hợp giữa các đặc
tính kỹ thuật của các đối tượng mới với các giải pháp kỹ thuật và mức độ
phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như thực tế sản xuất. Trong đề tài này,
việc thiết kế được giới hạn trong “thiết kế cầu trục 5 tấn phục vụ cho việc di
chuyển máy công cụ trong xưởng cơ điện” sao cho đảm bảo được các tính
năng kỹ thuật và yêu cầu đặt ra.
1.2.2. YÊU CẦU THIẾT KẾ
1.2.2.1. YÊU CẦU CHUNG
Mỗi loại máy nâng được cấu thành từ hai bộ phận cơ bản:
kết
cấu
thép và bộ phận cơ khí. Ngoài hai bộ phận trên còn có
phần
trang bị điện,
các bộ phận điều khiển, các cơ cấu bảo vệ an
toàn,…
Phần kết cấu thép có
hình dạng, kích thước ngoài khác
nhau,
phù hợp với không gian, tính
chất công việc và đối tượng mà chúng phục vụ cũng như điều kiện kinh

tế kỹ thuật khác. Kết cấu thép là xương sống, là bộ phận chịu tải của cả máy
nâng mà trong quá trình làm việc trọng lượng các cơ cấu cơ khí, tải trọng
nâng chuyền đến. Các cơ cấu cơ khí được lắp đặt trực tiếp trên bộ phận kết
cấu thép và thực hiện chức năng nâng hạ, di chuyển hoặc quay máy nâng,
thay đổi tầm vớ. Người ta phối hợp các chức năng của các cơ cấu trên để
nâng hạ, di chuyển vật trong không gian mà máy nâng có thể thao tác.
Bộ phận cơ cấu cơ khí là tập hợp các bộ truyền dẫn động từ động cơ
đến bộ công tác. Các bộ phận này có thể là cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặc
hỗn hợp của các loại đó. Đại đa số các máy nâng sử dụng truyền động cơ khí
mà kết cấu của chúng là: động cơ, hộp giảm tốc, trong đó có các trục, khớp
nối, ổ bi, các cặp bánh răng, cáp hoặc xích truyền động, tang cuốn cáp, puli,
phanh,… được xắp xếp theo một thứ tự và quy luật truyền động nhất định.
Tính toán các cơ cấu truyền động là tính toán chức năng của máy (động
học, động lực học như là số vòng, tốc độ, phương chiều chuyển động, lực tác
động…), sức bền các cơ cấu để từ đó định ra kích thước hình học, công
suất động cơ và các thông số khác nhằm làm cho máy nâng đặt được các yêu
cầu kĩ thuật phù hợp với yêu cầu thực tế đòi hỏi đặt ra.
Đối với tính toán sức bền nhằm tìm được kích thước của các cơ cấu
đặt độ cứng vững và bền mòn. Tính toán bền thường trải qua hai giai đoạn:
trước tiên là lựa chọn sơ bộ sau đó là tính chính xác. Lựa chọn sơ bộ là mục
đích xác định nhanh những kích thước chính theo phương pháp đơn giản và
gần đúng. Tính toán chi tiết hay tính chính xác nhằm mục đích kiểm tra và
điều chỉnh lại kích thước cơ cấu đã lựa chọn sơ bộ. Cách tính này thường dựa
vào tính chất mỏi của vật liệu.
Hư hỏng các cơ cấu máy nâng chủ yếu là do gẫy và mòn. Việc tính bền
chi tiết là phải xác định chính xác kích thước để có khả năng cứng vững
chống lại các tải trọng tác dụng lên chúng, bảo đảm tuổi thọ của chúng
đồng thời bảo đảm tính kinh tế không quá lãng phí vật liệu. Mòn của các chi
tiết cơ cấu diễn ra từ từ và lâu dài. Để đảm bảo độ mòn cho phép cần quan
tâm tới chất lượng vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt các vật liệu đó phù

hợp điều kiện làm việc theo yêu cầu của từng chi tiết, bộ phận và đặt được
tuổi thọ của cả máy đã xác định trước.

CHƯƠNG
2
YÊU CẦU CỤ THỂ TRONG TÍNH TOÁN CẦU TRỤC
Trong tính toán thiết kế “cầu trục 5T phục vụ cho việc di chuyển
máy công cụ trong xưởng cơ điện “ cần thoả mãn các yêu cầu sau:
• Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển máy công cụ trong phân
xưởng cơ điện
• Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và
không gian nhà xưởng.
• Phải đạt được tính kinh tế cao: nghĩa là thiết bị sau khi chế tạo và
các chi phí vận chuyển của thiết bị phải là tối ưu nhất.
• Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm
bảo được các tính năng của nó.
• Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp
đặt trong nhà xưởng.
• Sử dụng đơn giản, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự
cố ở mỗi chế độ nâng chuyển.
• Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễ
dàng trong những trừơng hợp cần thiết.
• Thiết bị phải đặt tuổi bền cần thiết.
2.1. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1.1. ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI CẦU TRỤC
2.1.1.1. Một số đặc điểm về cầu trục
Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm chính) liên kết
với hai dầm ngang (dầm cuối), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di
chuyển trên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn
kết cấu thép. Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật

nâng, hàng hoá trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi.
Dầm cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có
một hoặc hai dầm, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc
theo dầm chính. Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm
cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động va cụm
bánh xe bị động. Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển xe
con (hoặc palăng) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trong không
gian phía dưới mà cầu trục bao quát.
Hình 1.1. Cầu trục dẫn động điện.
Xét về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép (dầm chính,dầm cuối, sàn
công tác, lan can), các cơ cấu cơ khí (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cầu và
cơ cấu di chuyển xe con) và các thiết bị điều khiển khác.
Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện. Dẫn động bằng
tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ
không thường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao. Dẫn động bằng
điện cho các loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các
phân xưởng lắp ráp và sửa chữa lớn.
Cầu trục được chế tạo với :
• tải trọng nâng từ 1 đến 500T
• khẩu độ dầm cầu đến 32m
• chiều cao nâng đến 16m
• Tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph
• Tốc độ di chuyển xe con đến 60m/
• Tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph.
Cầu trục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu
nâng vật: một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ.Tải trọng
nâng của loại cầu trục này thường được ký hiệu bằng một phân số với tải
trọng nâng chính và phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t; 150/20/5 t; v.v
2.1.1.2. Phân loại cầu trục
Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:

a) Theo công dụng
Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục
chuyên dùng.
Cầu trục có công dụng chung có kết cấu tương tự như các cầu trục
khác, điểm khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đa
dạng, có thể nâng được nhiều loại hàng hoá khác nhau. Thiết bị mang vật
chủ yếu của loại cầu trục này là móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy
móc. Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng
với gầu ngoạm, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất
định.
Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên
để nâng một loại hàng nhất định. Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ
yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có
chế độ làm việc rất nặng.
b) Theo kế cấu dầm
Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm.
Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm chạy
chữ I hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheo
palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoăc mang cơ cấu nâng di
chuyển phía trên dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà
xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm
đều dùng palăng đẵ được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng
hạhàng. Nếu nó được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn
động bằng tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm
dẫn động bằng điện.

Hình 1.2. Cầu trục một dầm.
1. Bộ phận cấp điện lưới ba pha. 6. Palăng điện.
2. Trục truyền động. 7. Dầm chính.
3. Cơ cấu di chuyển cầu. 8. Khung giàn thép.

4. Bánh xe di chuyển cầu. 9. Móc câu.
5. Dầm cuối. 10. Cabin điều khiển.
Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất,
chúng được sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với
khối lượng công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng
0,5

÷
5 tấn, tốc độ làm việc chậm.
Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palăng điện, sức
nâng có thể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới
ba pha.
Hình 1.3. Cầu trục hai
dầm.
Cầu trục hai dầm, kết cấu tổng thể của cầu trục hai
dầm
gồm có:
dầm hoặc dàn chủ 1, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu 7, trên dầm đầu
lắp các cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn động 3, bộ máy
di chuyển hoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động
theo đường ray chuyên dùng 5 đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển
động của cầu trục chiều quay của động cơ điện.Xe con mang hàng 11 di
chuyển dọc theo đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chủ; trên xe con đặt các
bộ máy của tời chính 10, tời phụ 9 và bộ máy di chuyển xe con 2, các dây
cáp điện 8 có thể co dãn phù hợp vói vị chí của xe con và cấp điện cho cầu
trục nhờ hệ thanh dẫn điện 12 đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện 3
pha tỳ sát trên các thanh này, lồng thép làm công tác kiểm tra 13 treo dưới
dầm cầu trục. Các bộ máy của cầu trục thực hiện 3 chức năng: nâng hạ hàng,
di chuyển xe con và di chuyển cầu trục. Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường
trong khoảng

5

÷
30 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể đến 500 tấn. Ở cầu trục
có sức nâng trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móc
câu chính và phụ, tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25) sức
nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn.
Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dưới dạng hộp hoặc dàn không
gian. Dầm giàn không gian tuy có nhẹ hơn dầm hộp song khó chế tạo và
thường chỉ dùng cho cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ lớn. Dầm cuối của
cầu trục hai dầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm
chính bằng bu lông hoặc hàn.
c) Theo cách tựa của dầm chính
Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục cheo.
Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lêncác
dầm cuối, chúng được liên kết với nhau bởi đinh tán hoặc hàn. Loại cầu trục
này có kết cấu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sử
dung rất phổ biến. Trên hình 1.3 là hình chung của cầu trục tựa loại một dầm.
phần kết cấu thép của gồm dầm cầu 1 có hai đầu tựa lên các dầm cuối 5 với
các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng. Loại cầu trục này thường
dùng phương án dẫn dẫn động chung. Phía trên dầm chữ I là khung giàn thép
4 để dảm bảo độ cứng vững theo phương ngang của dầm cầu. Palăng điện 3
có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển
palăng . Ca bin điều khiển 2 được treo vào phần kết cấu chịu lực của cầu trục.
Hình 1.5. Cầu trục treo.
a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo.
Cầu trục treo là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể chạy
dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo. Do liên kết treo
của các ray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trong các

trường hợp đặc biệt cần thiết. So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là
có thể làm dầm cầu dài
hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể
chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu
trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa. Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao
nâng thấp hơn cầu trục tựa.
d) Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển
Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn động
chung và cầu trục dẫn động riêng.
Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương àn dẫn động
chung và dẫn động riêng. Trong phương án dẫn động chung, động cơ dẫn
động được đặt ở giữa dầm
cầu và truyền
chuyển động tới các
bánh xe chủ động ở hai
bên ray nhờ các trục
truyền.Trục truyền có thể
là trục quay chậm, quay
nhanh và quay trung bình
(hình 1.5, a, b, c).Ở
phương án dẫn
động riêng (hình 1.5, d)
mỗi bánh xe hoặc
cụm bánh xe chủ động
được trang bị
một cơ cấu dẫn động.
Hình 1.6. Các phương ánh dẫn động.
Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 1.6, a) gồm
động cơ điện 1, hộp giảm tốc
2 và các đoạn trục truyền 3 nối với nhau và nối với trục ra của hộp giảm tốc

bằng các khớp nối 4. Trục truyền tựa trên các gối đỡ 5 bằng ổ bi. Do phải
truyền momen xoắn lớn nên trục truyền, khớp nối và ổ bi có kích thước rất
lớn, đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn. Các đoạn trục
truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng. So với trục đặc tương đương, trục
rỗng có trọng lượng nhỏ hơn 15 – 20%. Phương án này được sử dụng tương
đối phổ biến trong các cầu trục có công dụng chung có khẩu độ không lớn,
đặc biệt là các cầu trục có kết cấu dầm không gian có thể bố trí dễ dàng các bộ
phận của cơ cấu.
Cơ cấu dẫn đông chung với trục truyền quay trung bình (hình 1.6, b) có
trục truyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp
bánh răng hở 4. Vì vậy mà mômen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền
chậm và kích thước của chúng cũng nhỏ hơn. Cơ cấu di chuyển dẫn động
chung với trục truyền quay nhanh (hinh 1.6, c) có trục truyền 2 được nối trực
tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đường kính nhỏ hơn 2 – 3 lần và trọng
lượng nhỏ hơn 4 – 6 lần so với trục chuyền quay chậm. Tuy nhiên, do quay
nhanh mà nó đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác.
Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 1.6, d) gồm hai cơ cấu như
nhau dẫn động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt. Công suất
mỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu. Phương án này tuy
có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray không đều song
do gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụng
phổ biến hơn, đặc biệt là trong những cầu trục có khẩu độ trên 15m.
e) Theo nguồn dẫn động
Theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn
động máy.
Cầu trục dẫn động bằng tay, (hình 1.7) được dùng chủ yếu trong sửa
chữa, lắp ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc
độ cao. Cơ cấu nâng của loại cầu trục này thường là palăng xích kéo
tay. Cơ cấu di chuyển palăng xích và cầu trục cũng được dẫn động bằng
cách kéo xích từ dưới lên. Tuy là thiết bị nâng thô sơ song do giá thành rẻ và

dễ sử dụng mà cầu trục dẫn động bằng tay vẫn được sử dụng có hiệu quả
trong các phân xưởng nhỏ.
Cầu trục dẫn động bằng động cơ, (hình 1.1) đươc dùng chủ trong các
phân xưởng sửa chữ, lắp ráp lớn và công việc nâng - chuyển hàng yêu cầu có
tốc độ và khối lớn. Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện. Cơ cấu
di chuyển palăng điện, xe con và cầu cũng được dẫn động từ động cơ điện.
Loại cầu trục này được dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu điểm nổi bật là
khả năng tự đông hoá, thuận tiện cho người sử dung và có thể sử dung trong
việc vận chuyển các loại hàng có khối lương lớn.
Hình1.7. Cầu trục dẫn động bằng tay.
a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm.
f) Theo vị trí điều khiển
Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên
dầm cầu (hình 1.4) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm
(hình 1.2). Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho
các loại cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ.
CHƯƠNG 3:
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
3.1. PHÂN TÍCH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới “cầu trục 5T phục
vụ cho việc di chuyển, lắp đặt máy công cụ trong xưởng cơ điện”, trước tiên
ta phải phân tích chọn sơ đồ kết cấu cầu trục sao cho phù hợp với mục đích và
đặc điểm sản xuất của của phân xưởng sau đó tiến hành chọn phương án thiết
kế cho phù hợp, chính xác và đặt hiệu quả cao nhất.
1. CHỌN MÔ HÌNH THIẾT KẾ
Từ các lọai cầu trục trên, qua tìm hiểu thực tế về đặc điểm kết cấu và tính
năng kỹ thuật của cầu trục phục vụ trong các phân xưởng chúng tôi thấy loại
cầu trục một dầm dạng chữ I có xe con treo palăng di chuyển trên cạnh dưới
của dầm chữ I là loại phù hợp nhất. Loại cầu này có ưu điểm hơn cả vì
có kết cấu đơn giản và nhỏ gọn, thích hợp cho việc di chuyển máy công cụ

trong phân xưởng cũng như yêu cầu về tải trọng, làm việc tin cậy, sử
dụng đơn giản, thuận tiện cho việc bảo dưỡng thiết bị nếu xảy ra sự cố và
đặt hiệu quả kinh tế cao. Chính vì vậy chúng tôi chọn loại cầu này để thiết
kế .
6
1
2
3
4
5
Hình 1.8. Cầu trục thiết kế.
“cầu trục 5T phục vụ cho việc di chuyển, lắp đặt máy công cụ trong xưởng
cơ điện” có kết cấu như sau:
• Kết cấu thép: dầm chính 1 chữ I có hai đầu tựa trên hai dầm cuối 5, kết
cấu dầm cuối gồm hai thanh thép chữ I ghép song song. Phía trên dầm
chữ I là khung giàn thép 6 có tác dụng làm giá đỡ cho cơ cấu di
chuyển cầu đồng thời đảm bảo độ cứng cần thiết theo phương ngang.
Xe con 3 mang palăng điện 4 di chuyển trên cạnh dưới của dầm chữ I,
cầu trục di chuyển dọc theo nhà xưởng nhờ cơ cấu di chuyển 2.
• Phương án dẫn động: mỗi cơ cấu (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe
con, cơ cấu di chuyển cầu) đều được dẫn động bằng một động cơ điện.
• Cầu trục được trang bị thiết bị mang vật là cặp lệch tâm.
• Các cơ cấu được điều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền
nhà.
2. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KÊ
Để thiết kế bất cứ một vấn đề gì việc đầu tiên chúng ta phải xác định ta đi
thiết kế cái gì, nó phục vụ mục đích gì và cái ta thiết kế ra có những tính ưu
việt hơn so với cái hiện đang có hay không. Một vấn đề vô cùng quan trọng
đó là ta thiết kế theo phương pháp nào, vấn đề này cần phải được xác định
ngay từ đầu trước khi đi thiết kế bất cứ một vấn đề gì. Vì nếu không xác định

được thiết kế theo phương pháp nào thì có thể thiết kế đó không có tính khả
thi và đôi khi là không thể thực hiện được.
Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề nào đó chúng ta có 4 phương pháp
cơ bản, đó là:
- Thiết kế theo mẫu.
- Thiết kế theo Quy Phạm.
- Thiết kế theo số liệu thống kê.
- Thiết kế theo tính toán.
Đặc điểm của mỗi phương án thiết kế:
• Thiết kế theo mẫu:
Ưu điểm của phương pháp này đó là cho phép ta đi thiết kế một cách nhanh
chóng, chúng ta chỉ cần dựa vào mẫu cầu trục có sẵn hoặc thiết kế mẫu để đi
thiết kế cái gần giống với cái ta cần thiết kế. Tuy nhiên nó cũng có những
nhược điểm của nó đó là chúng ta khó có thể tìm được mẫu cầu trục thích
hợp hay thiết kế mẫu gần nhất với cái ta cần thiết kế. Mặt khác khi đi thiết kế
một vấn đề hoàn toàn mới thì không thể áp dụng phương pháp này được.
• Thiết kế theo Quy Phạm:
Đây là một trong những phương pháp thiết kế cho ta đi thiết kế nhanh nhất
đảm bảo dư bền vì các Quy Phạm đặt ra được dựa vào các kinh nghiệm và
cách tính dư bền. Tuy nhiên phương pháp này không thể áp dụng cho
các trường hợp đặc biệt được và các chi tiết thiết kế ra cho ta dư bền.
• Thiết kế theo số liệu thống kê:
Chúng ta thống kê các chi tiết sản phẩm phân tích lựa chọn xem chi tiết nào
hoạt động hiệu quả và gần với thiết kế mình nhất. Từ đó cho ta thiết kế chi
tiết dựa vào kết quả vừa mới thống kê được.
• Thiết kế theo tính toán:
Đây là một trong bốn phương pháp cho ta kết quả chính xác nhất và có
tính kinh tế cao, tuy nhiên nó có nhược điểm là khó khăn trong các phương
pháp tính toán và đi thiết lập các công thức tính toán.
K ết

luậ n

: mỗi phương án thiết kế đều có những ưu nhược điểm khác
nhau, do đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn
phương án nào cho phù hợp nhất theo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần
giải quyết để đạt hiệu quả cao nhất. Vậy với yêu cầu và mục đích cụ thể
trong tính toán thiết kế cầu trục tôi chọn phương án thiết kế theo tính toán
vì đây là phương án cho ta kết quả chính xác nhất, tính kinh tế và hiệu quả
cao nhất.
Cụ thể trong tính toán “cầu trục 5T phục vụ cho việc di chuyển, lắp đặt
máy công cụ trong xưởng cơ điện” ta phải tính các cơ cấu chính sau:
• Tính cơ cấu nâng.
• Tính cơ cấu di chuyển: cơ cấu di chuyển cầu và di chuyển palăng
điện.
• Tính kết cấu thép: tính chọn dầm chính va dầm cuối.
• Tính chọn các thiết bị phụ: hệ thống điều khiển, các thiết bị an toàn cơ
điện.v.v
CHƯƠNG 4
CƠ CẤU NÂNG
Palăng điện thường có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, kín, độ tin
cậy cao, phí bảo dưỡng và sửa chữa thấp, dễ thay thế các chi tiết hư hỏng,
dễ sử dụng, hiệu suất cao. Nó thường chế tạo từ vật liệu có độ bền cao
dồng thời bố trí hệ truyền động trên khít. Thường dùng bộ truyền động
hành tinh đặt trong tang tời. Và được trang bị hai phanh: một phanh đĩa
điện từ để thắng động năng rôto quay trong quá trình phanh và một phanh
tự động đóng phanh nhờ trọng lượng vật nâng để hảm giử vật và điều
chỉnh tốc độ hạ vật.
Kết cấu palăng điện có ba dạng chính: động cơ điện bố trí dồng trục
với trục tang, bố trí trong tang tời và bố trí song song với tang. Palăng điện

được dùng như một máy trục độc lập hoặc làm nhiệm vụ cơ cấu nâng trong
các máy như cầu trục, cần trục công xôn, cổng trục… Tải nâng có thể ở
trong khoảng Q = 0,25 ÷ 32 tấn, vận tốc nâng có thể đạt v
n
= 3 ÷ 20 m/min,
độ cao nâng có thể đạt H
n
= 30 m. Trong trường hợp cần thiết có thể thêm
tốc độ nhỏ hơn tốc độ chính vài ba lần.
Vì palăng ngoài thị trường có sẵn cả cụm như (bánh xe con, motor, móc
treo, cáp ….) nên nhóm đã dựa vào điều kiện làm việc của xưởng nên
nhóm đã chọn ra một loại palăng của Hàn Quốc như hình vẽ.
Các thông số cơ bản của palăng :
− Palăng cáp điện Hàn Quốc – Hiệu KG (Korea Gorbel)
− Dầm đơn – 1 cấp tốc độ
− Model : KN5-H6-MH
− Type : KN0050-N-H6
− Tải trọng : 5 tấn
− Chiều cao nâng : 6 m
− Tốc độ nâng/hạ : 6.7 m/phút
− Công suất motor nâng : 5.5KW x 6P
− Tốc độ di chuyển : 40 m/phút
− Công suất motor di chuyển: 0.75kw x 4P
− Dây cáp x số cáp : Φ16 mm x 2
− Qui cách dây cáp : 6x37
− Chế độ làm việc : FEM 2m
− Tần suất hoạt động palăng.: 30 phút
− Tần suất khởi động palăng.: cho phép 300 lần/giờ
− Hộp điều khiển : 6 nút + 1 E-STOP

− Điện áp điều khiển : 48VAC
− Điện áp nguồn : 3 phase, 380V, 50Hz
Thiết bị bảo vệ đồng bộ đi kèm
− Bộ giới hạn hành trình nâng 2 cấp
− (cấp 1: ngắt nguồn điều khiển 48V, cấp 2: ngắt nguồn 380V)
− Bộ giới hạn hành trình xe con

− Bộ chống quá tải kiểu thiết bị kỹ thuật số
− Phanh đĩa điện từ cho tời nâng
− Phanh đĩa điện từ cho xe con
CHƯƠNG 5:
CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
Việc lựa chọn các kích thước cơ bản của cầu trục phải căn cứ vào điều
kiện làm việc, loại hàng cần bốc dỡ và địa hình của nhà xưởng.v.v Qua khảo
sát thực tế trong xưởng, điều kiện làm việc và dựa vào catalog của palăng
đã chọn bên ngoài thực tế ta lấy một số thông số cơ bản để phục vụ cho
việc tính toán kết cấu:
 Sức nâng:
)(5 TQ =
 Khẩu độ:
)(6 mL =
 Chiều cao nâng:
)(3 mH =
 Vận tốc di chuyển cầu:
)/(40 phmV
c
=
 Vận tốc di chuyển palang:
)/(21 phmV
X

=
 Vận tốc nâng:
)/(7.6 phmV
n
=
 Chế độ làm việc trung bình
 Dòng điện xoay chiều 3
pha
λ / ∆ = 220/380 v, tần số 50 Hz
Tương ứng với chế độ làm việc trung bình ta có:
Bảng 1.1. Đặc điểm chế độ làm việc máy trục
STT Các chỉ tiêu Chế độ làm việc
Trung bình
(Tb)
1 Cường độ làm việc, CĐ% 25
2
Hệ số sử dụng trong ngày, k
ng
0,67
3
Hệ số sử dụng trong năm, k
n
0,5
4
Hệ số sử dụng theo tải trọng, k
Q
0,55 (0,75)
5
Số lần mở máy trong một giờ m
(lần/giờ)

120
6
Số cho kỳ làm việc trong một giờ, a
ck
(ck/giờ)
20 - 25
7 Nhiệt độ môi trường xung quanh t
0
c 25
Thời
gian
phục
vụ/năm
ổ lăn 10
Bánh răng 15
Trục và các chi tiết khác 25
Thời
gian
làm
việc
trong
thời
hạn
/giờ
ổ lăn 1000
Bánh răng 1500
Trục và các chi tiết khác 2500
CHƯƠNG 6
TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU
6.1 TÍNH BÁNH XE VÀ RAY

Tải trọng tác dụng lên bánh xe : bánh xe bố trí với khoảng cách bánh (khẩu lộ
dầm) L= 6000mm và khoảng cách trục B=1200mm. Khi đó tải trọng tác dụng
lên các bánh xe trọng lượng bản thân cầu G
c
, trộng lượng bản thân xe lăn G
x

và trọng lượng vật nâng Q. tải trọng lớn nhất tác dụng lên mỗi bánh xe là khi
xe con mang cơ cấu nâng có vật lớn nhất tại một đầu giới hạn bên trái (phải)
cầu như hình vẽ 2.1
Hình 2.1. Sơ đồ tải trọng tác dụng.
P
max
= P
A
= P
B
=
( )
1 1
. . .
2 4
x c
L l
G Q G
L
−
+ +
=
( )

1 6 0,4 1
. 5700 50000 . .5730 27426
2 6 4
N
−
+ + =
Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên mỗi bánh xe khi xe lăn không có vật nâng tại
đầu giới hạn bên trái (phải) cầu.
P
min
(1;2) =
=+
−
cx
G
L
lL
G
4
1
2
1
1 6 0,4 1
.5700. .5730 4092.5
2 6 4
N
−
+ =
Tải trọng tương đương tác dụng lên bánh xe, xác định theo công thức
P

bx
=
γ
k
bx
P
max
Trongđó:
γ
= 0.8 - hệ số tính đến sựt hay đổi của tải trọng
l = 400
Gx + Q
Gc
A
L = 6000
B
RB
3000
k
bx
= 1,2 – hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu, (bảng KTNC tập 1
trang 147)
Vậy: P
bx
= 0,8.1,2.27426 = 26329 N
Kiểm tra độ bền dập, dạng tiếp xúc đường.
[ ]
2
.
0,418 500 /

.
. (0.5 . )
t t
d d
N E N
kg cm
r
b r
b r f
b
σ σ
= = ≤
−
Chọn các thông số: D=200, D
1
=230, d=50, B=50, B
1
=90 chọn thép bánh xe là
C45 có độ cứng bề mặt 300-400HB
6.2.CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
a) Lực cản tĩnh tác động lên bánh xe
W
t
= W
1
+ W
2
+ W
3
+ W

6
+ W
7
Trongđó:
W
1
: lực cản do ma sát lăn và ma sát ổ trục
W
2
: lực cản do độ dốc ray
W
3
: lực cản do gió
W
6
: lực cản do xe bị trượt ngang khi xe bị lệch so với ray.
W
7
: lực cản do trượt côn W
7
=0
Lực cản chuyển động do ma sát, xác định theo công thức:
( )
1 0
2 .
. .
bx
f d
W G Q
D

µ
β
+
= +
 G
0
=1143 (kg) kể cả dầm đầu
 Q=5000kg
 D
bx
=200mm
 Đường kính trục d=50mm

µ
=0,3 : hệsố ma sátlăn
 f=0,015 hệsố ma sát ổ lăn

β
=2
( )
1
2.0,3 0,015.50
2. 1143 5000 . 83
200
W kg
+
= + =