các cơ cấu cơ khí máy nâng

Chơng 5
các cơ cấu cơ khí máy nâng
5.1. Nguyên tắc cấu tạo các cơ cấu máy nâng
Phơng pháp cơ bản để xây dựng một kết cấu truyền động của máy nâng là phải xác
định đợc mục đích chính và những ảnh hởng chính của cơ cấu đó. Trớc tiên cần quyết định
về loại truyền động cho loại và kiểu máy nâng nào, năng lợng sử dụng là gì (ví dụ năng lợng
điện, lực cơ bắp, chất lỏng, khí nén ), tiếp theo là lựa chọn phơng pháp công tác, loại
truyền động và hàng loạt những thông số kỹ thuật khác nh phơng pháp điều chỉnh tốc độ (cơ
khí hoặc điện) và mục tiêu kinh tế phải đạt đợc.
Phơng pháp cấu tạo còn phụ thuộc vào mục đích của cơ cấu chủ động. Trong máy
nâng có thể có bốn cơ cấu cơ khí chủ yếu là: cơ cấu nâng, cơ cấu thay đổi tầm vơn của cần,
cơ cấu di chuyển và cơ cấu quay .
Trong một cơ cấu bao giờ cũng có ba phần chính: bộ phận công tác, bộ phận truyền
động và bộ phận dẫn động; ngoài ra còn có hệ thống điều khiển để điều khiển cho toàn hệ
thống các cơ cấu hoạt động.
Bộ công tác là chi tiết hay bộ phận máy nhận năng lợng hoặc cơ năng của các bộ
phận trớc đó truyền cho để thực hiện mục đích chính, nhiệm vụ chính của cơ cấu, ví dụ
bánh xe cơ cấu di chuyển lăn trên đờng ray, bánh răng cuối ăn khớp với vành răng cố định
trong cơ cấu quay để quay phần trên của cần trục; hệ thống ròng rọc cáp và móc treo trong
cơ cấu nâng để nâng hạ vật.v.v.
Bộ phận truyền động là phần trung gian nhận, biến đổi, phân phối và truyền năng l-
ợng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác. Trong máy nâng chuyển thờng dùng các
loại truyền động nh: truyền động cơ khí (bao gồm các khớp nối trục, trục, các cặp bánh
răng, ổ đỡ sắp xếp theo một thứ tự nhất định); truyền động điện (bao gồm máy phát điện, đ-
ờng dây truyền dẫn, động cơ điện); truyền động thuỷ lực (bao gồm máy bơm, đờng ống dẫn
chất lỏng, động cơ thuỷ lực). Truyền động khí nén (bao gồm bộ lọc khí, bơm, bình chứa cao
áp, các đờng ống, van phân phối).
Bộ phận dẫn động là phần phát ra lực ban đầu, sản sinh ra năng lợng đủ để cung cấp
cho bộ công tác thực hiện đợc chức năng công việc. Bộ phận dẫn động gồm các loại động
cơ điện, thuỷ lực, đốt trong, khí nén, lực cơ bắp của ngời, súc vật, thiết bị phanh hãm cơ,
điện, thuỷ lực, sức gió.

Nh vậy, để thực hiện công việc của bộ công tác, ta có thể sử dụng bộ phận dẫn
động và truyền động khác nhau. Mỗi loại dẫn động và truyền động có những u nhợc điểm
riêng về kĩ thuật, kinh tế và phạm vi ứng dụng. Vì vậy khi lựa chọn sơ đồ dẫn động và
truyền động cho một cơ cấu để thiết kế cần quan tâm tới các thông số làm việc nh công
suất, tốc độ, đặc tính động lực học, phơng pháp điều khiển, môi trờng sinh thái, khả năng
quá tải, khả năng tiêu chuẩn hoá và tự động hoá, khả năng lắp đặt, vận hành, an toàn. Các
chỉ tiêu kinh tế nh giá thành, chi phí sản xuất, khấu hao, chi phí bảo dỡng sửa chữa.v . .v.
5.2. cơ cấu nâng
5.2.1. Kết cấu chung
Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng có thể là một máy nâng độc lập nh tời, pa lăng cố
định hay là một bộ phận của máy nâng nh ở cầu trục, cổng trục, cần trục tháp, cần trục
nổi .v v.
109
Trong cơ cấu nâng có thể có bộ công tác là dây mềm (cáp, xích) chỉ chịu kéo (hình
5-1) hoặc có bộ công tác là kết cấu cứng nh: thanh răng, vít me, xi lanh thuỷ lực vừa có khả
năng chịu kéo khi nâng, vừa chịu nén khi hạ.

Đối với máy nâng dây mềm, thông thờng có một tang (hình 5-1), trong trờng hợp dùng gầu
ngoạm có hai tang: một tang dùng để nâng hạ gầu và một tang dùng để đóng mở gầu (hình
5-2). Các sơ đồ cơ cấu nâng đợc cấu tạo từ: động cơ, khớp nối, phanh, hộp giảm tốc, tang
cuốn cáp, dây cáp, móc treo và ròng rọc đỡ cáp. Tất cả các bộ phận cơ cấu nâng đợc lắp
trên một khung hàn và đợc cố định trên sàn bằng bu lông (hình 5-3, hình 5-4) và cũng có
thể đợc lắp 4 bánh xe dới khung để di chuyển trên đờng ray.
Cáp mắc lên tang có hai cách: kiểu đơn (hình 5-1a), có một đầu cáp đợc cố định trên
tang và kiểu kép (hình 5-1b), hai đầu cáp đợc cố định trên hai đầu của tang. Trong kiểu
đơn, vật đợc treo trực tiếp vào cáp không qua ròng rọc cân bằng vì vậy vật nâng bị di
chuyển ngang trong quá trình nâng hạ. Đối với trờng hợp mắc kép, vật nâng đợc chuyển
động thẳng đứng và ít gây ra dao động hay lắc ngang. Khi tải trọng nâng lớn, ngời ta tăng
bội suất palăng bằng cách tăng số ròng rọc động và ròng rọc tĩnh đặt phía dới tang. Điều
này đã trình bày trong chơng 3. Tang trơn đợc dùng khi dung lợng cáp lớn, cuốn nhiều lớp

cáp.
110
Hình 5-1. Sơ đồ cơ cấu nâng: 1- Động cơ, 2- Khớp + phanh, 3- Hộp giảm tốc, 4- Tang, 5- Ròng
rọc cố định, 6- Ròng rọc di động, 7- Móc treo, 8- Cáp
n
v
8
a)
7
5
6
4
1
2
3
n
v
8
b)
7
6
5
4
2
3
1

111
H×nh 5-2. C¬ cÊu n©ng gÇu ngo¹m
5

2
1
4
3
a)
2
3
4
1
P [KW]
Một chu kỳ làm việc
b)
t (s)
Động cơ đóng mở gầu
Tang đóng mở gầu
Tang nâng
Đóng
Nâng
P [KW]
Mx [Nm]
Mx [Nm]
Mở
Hạ
Động cơ nâng
Trong trờng hợp tải quá lớn có thể dùng hai tang lắp về hai phía của hộp giảm tốc. Để
khống chế chiều cao nâng H và bảo đảm an toàn cho cơ cấu khi nâng hạ, cần phải lắp công
tắc hạn chế hành trình hai đầu.
Tang cuốn cáp đợc lắp với trục tang, một đầu tựa vào gối đỡ và đầu thứ hai lắp với trục
ra của hộp giảm tốc bằng khớp nối. Do
sai số khi chế tạo và lắp ráp, trục tang

và trục ra của hộp giảm tốc đợc nối
bằng khớp nối mềm. Khớp nối mềm có
thể là khớp răng, chốt (hình 5-4). Đối
với loại máy nâng có tải trọng lớn, ng-
ời ta thờng lắp bánh răng cuối cùng
của hệ truyền động vào cạnh của thành
tang và bánh răng ăn khớp với bánh
răng này đợc lắp trên trục ra của hộp
giảm tốc. Trục tang đợc tựa trên hai
gối đỡ hai đầu. Theo kết cấu này thì
hộp giảm tốc nhỏ gọn.
Trục động cơ nối với trục vào hộp
giảm tốc bằng khớp nối có bánh
phanh. Phần bánh phanh lắp về phía
hộp giảm tốc để bảo đảm an toàn.
Trong máy nâng dùng gầu
ngoạm phải dùng hai tang cho hai cáp
khác nhau và khi vận hành hai tang
phải chuyển động độc lập với nhau.
Tuy nhiên cần phải có kết cấu thích
hợp để có thể điều khiển phối hợp hai
tang làm việc khi đóng mở và nâng hạ
gầu. Ngời ta cũng có thể dùng sơ đồ
112
Hình 5-3. Hai tang một động cơ
4
7
4
1
2

810
5
6
3
8
một động cơ cho gầu ngoạm hai dây (hình 5-3) để điều khiển hai tang làm việc độc lập,
trong trờng hợp này sử dụng kết hợp phanh và ly hợp để thực hiện.
5.2.2. Điều chỉnh tốc độ nâng
Trong các loại máy nâng, đặc biệt là máy trục xây dựng và máy trục dùng trong công
nghệ lắp ráp, cần phải điều chỉnh đợc tốc độ nâng hạ khi làm việc. ở đây khi có tải nặng thì
tốc độ nâng hạ phải chậm và khi không mang tải thì tốc độ hạ móc phải nhanh để rút ngắn
thời gian của một chu kỳ vận hành. Hoặc khi cẩu bộ phận máy vào vị trí lắp ráp,
cần tốc độ chậm để có thể điều chỉnh chính xác và an toàn. Điều chỉnh tốc độ làm việc của
máy nâng có thể bằng cơ khí, bằng điện hoặc kết hợp cả hai phơng pháp trên. Điều chỉnh
tốc độ nâng bằng cơ khí là dùng các kết cấu cơ khí nh bánh răng, khớp nối, phanh để thay
đổi tốc độ vòng của động cơ. Sơ đồ đơn giản nhất là dùng một động cơ với hộp giảm tốc
có hai tốc độ nâng, có hai tỷ số truyền do có các cặp bánh răng khác nhau
về số răng. Dùng hai động cơ có công suất và tốc độ quay khác nhau kết hợp hộp giảm tốc
phụ có ly hợp (hình 5-5). Cũng có thể dùng hai động cơ liên kết với hộp giảm tốc hành tinh
bánh răng thẳng (hình 5-6a) hoặc bánh răng nón (hình 5-6b). Khả năng điều chỉnh tốc độ
theo phơng pháp này khá rộng, nhng kết cấu phức tạp và giá thành cao.
5.2.3. ảnh hởng lực động khi
nâng, hạ
Lực động của vật nâng xuất
hiện khi chuyển động không đều. Cáp
nâng một mặt chịu tác động của tải
trọng nâng, mặt khác chịu tác dụng của lực quán tính do thay đổi tốc độ từ trạng thái tĩnh
chuyển sang động và tăng đến tốc độ nâng v
n
(hình 5-7 biểu đồ v=f(t)). Lực quán tính này

chỉ tác dụng trong thời gian đầu t
m
lúc khởi động máy và chỉ sau ít giây là kết thúc. Trên
hình 5-7 là biểu đồ mô tả diễn biến theo thời gian của các đại lợng quãng đờng nâng s, tốc
độ nâng v, gia tốc a, mô men động cơ M, công suất động cơ N theo lý thuyết tính toán và
113
Hình 5-6. Sơ đồ cơ cấu nâng hành tinh răng thẳng và răng nón
Hình 5-4. Tời điện một tang: 1- Khung, 2- động cơ,
3- Khớp, 4- Hộp giảm tốc, 5- Bình điện thuỷ lực,
6- Tang, 7- Gối đỡ, 8- Công tắc cuối
Hình 5-5. Sơ đồ cơ cấu nâng nhiều tốc độ với ly hợp cơ khí và hôp giảm tốc phụ
1
M
M
1
1
M
a) b)
+
-
n
a)
1
n
z
n
U
+
(
-

1
z
3
n
3
2
n
2
z
0
)
n
z
z
n
M
2
1
1
3
3
2
z
U
M
1
b)
M
1
2

0
n
0
z
n
1
1
z
M
n
2
2
z
z
3
3
n
2
z
0
0
n
thực tế khảo sát đợc khi nâng của động cơ không đồng bộ theo 3 giai đoạn: thời gian mở
máy t
m
,

thời gian làm việc t
lv
và thời gian phanh dừng máy. Biểu đồ diễn biến thực của các

đại lợng đo đợc khi làm việc khác rất nhiều so với lý thuyết, đặc biệt là giai đoạn chuyển
động không ổn định (mở máy và phanh) gia tốc không diễn biến đều đặn nh lý thuyết. Trên
hình 5-8 là biểu đồ diễn biến của lực trong dây cáp đo đợc ở một cần trục tháp có chiều dài
cần là 20m. Diễn biến của lực đo đợc cũng gần giống với lực tính toán nhng với giả thiết là
cáp không đàn hồi nghĩa là hệ có một khối lợng.
5.2.4. Tính toán lực và tải trọng của cơ cấu nâng.
Trên hình 5-7 biểu diễn một chu kỳ làm việc bao
gồm ba pha chuyển động của cơ cấu nâng: mở máy (gia
tốc dơng), chuyển động đều và giai đoạn phanh (gia tốc
âm). Nh vậy lực quán tính sinh ra chỉ ở giai đoạn đầu và
giai đoạn cuối của chu kỳ làm việc. Đối với máy nâng có
tốc độ thấp (tốc độ nâng v
n
< 50 m/ph, tốc độ di chuyển v
d
< 30m/ph) thì trong thực tế không tính lực và mô men
quán tính mà chỉ chọn mô men mở máy của động cơ
lớn hơn một ít. Đối với những trờng hợp còn lại cần
phải kiểm tra động cơ và phanh theo lực quán tính.
Khi tính toán lực quán tính hay mô men quán
tính, do nhiều lực hay mô men tác dụng, thờng quy đổi nó
về trục động cơ hay vị trí móc nâng. Nguyên tắc quy
đổi là bất cứ lực quán tính của chi tiết nào của cơ cấu
chủ động đợc quy đổi về móc nâng thì lấy lực quán tính đó
nhân với tỷ số truyền tơng ứng cho tới móc nâng kể cả
hiệu suất. Mô men quán tính của bất cứ chi tiết nào của cơ
cấu đợc quy về trục động cơ thì chia mô men đó cho tỷ số
truyền tơng ứng cho tới trục động cơ và có tính cả hiệu
suất.
1. Xác định lực và mô men quán tính hệ thực

Lực quán tính của một chi tiết máy của cơ cấu có khối lợng chuyển động thẳng
trong thời gian mở máy t
m
(s), với gia tốc a (m/s
2
) không đổi, đợc tính theo công thức:
114
Hình 5-7. Biểu đồ các thông số cơ
bản cho một chu kỳ làm việc của
cơ cấo nâng
Hình 5-8. Diễn biến lực trong cáp trong thời kỳ khởi động: 1- Đờng cong thực nghiệm, 2-
Đờng cong tính theo giả thiết hệ đàn hồi hai khối lợng, 3- Đờng cong tính theo giả thiết hệ
đàn hồi một khối lợng
P
t
m
t
t
lv
t
ph
v
M
a
S
1,0
250
750
1000
1250

1270
1570
0,50
0
1,9
1,5
t(s)
1
2
3
P
qt
= ma =
m
t
V
g
G
, N; (5-1)
trong đó: G - trọng lợng của tiết máy hay vật thể, N;
g - gia tốc trọng trờng, m/s
2
;
v - vận tốc dài của vật, m/s.
Tơng tự đối với chi tiết quay trong thời gian mở máy t
m
(s), với gia tốc góc (1/s
2
)
không đổi, đợc tính theo công thức:

M
qt
= J=
=

m
t
J
m
t
n
30
J

=kGD
2
m
t375
n
, Nm; (5-2)
trong đó: J - mômen quán tính của chi tiết máy, N m s
2
. Mômen quán tính của một số tiết
máy cho trong bảng 5-1.
n - tốc độ vòng của trục quay, vg/ph.
Đối với thanh nghiêng quay xung quanh trục đứng, biết chiều dài thanh L và tạo với
trục một góc , đầu dới cùng của thanh cách tâm một khoảng là r
o
, khối lợng của thanh là
m, mômen quán tính là:

J = m









++
3
sinL
sinlrr
22
0
2
0
(5-3)
Nếu treo ở đỉnh của thanh một tải trọng Q và khối lợng của thanh nhỏ so với tải trọng
nâng và bỏ qua, mômen quán tính đợc tính:

( ) ( )
2
0
2
0
sinLrmsinLr
g
Q

J +=+=
(5-4)
2- Xác định lực và mômen quán tính hệ quy dẫn
Sau khi lựa chọn đợc sơ đồ nguyên lý của cơ cấu, ngời ta tiến hành tính toán xác định
các tải trọng tác dụng lên cơ cấu đó. Đặc điểm của máy trục là làm việc theo thời gian ngắn
hạn lặp đi lặp lai và tải tác dụng lớn nhất lên cơ cấu là thời kỳ mở máy hoặc phanh.
Trong máy trục các cơ cấu hoạt động đợc là nhờ liên kết với phần kết cấu thép. Ta coi
toàn bộ máy là một hệ thống nhiều khối lợng liên kết với nhau nhờ những khâu nối đàn hồi.
Ví dụ vật nâng, xe con, bánh xe, động cơ điện và các hộp giảm tốc là các khối l ợng tập
trung, còn các bộ phận nh dây cáp, các trục, khớp nối, các thanh dầm là các khâu đàn hồi.
Khi coi hệ là đàn hồi sẽ xuất hiện dao động đàn hồi tơng đối giữa các khối lợng với nhau và
xuất hiện tải trọng động đàn hồi trong quá trình hoạt động. Sơ đồ tính toán sẽ là hai, ba khối
lợng. Lời giải sẽ chính xác nhng khá phức tạp. Trong tính toán các cơ cấu máy nâng, để đơn
giản, ngời ta thờng sử dụng sơ đồ một khối lợng có chịu tác động của ngoại lực. Trong sơ đồ
không tính đến chuyển vị đàn hồi tơng đối giữa các bộ phận với nhau, không tính đến tải
trọng đàn hồi. Cách tính này cho phép xác định quy luật chuyển động của tâm khối lợng và
xác định đợc tải trọng động quán tính. Khi khảo sát sơ đồ một khối lợng, các khối lợng
tham gia chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay, mô men quán tính của các bộ phận đó
đợc thay thế bằng các đại lợng quy dẫn tơng đơng về một vị trí nhất định trên cơ cấu đó.
Nguyên tắc quy dẫn là tổng động năng của hệ thực, có tính đến tổn thất, tơng đơng động
năng của hệ quy dẫn.
115
a) Mô men quán tính quy dẫn: Trong cơ cấu nâng, khi dùng hệ thống dẫn động từ động
cơ qua các cặp bánh răng của hộp giảm tốc đến tang và dây cáp nâng vật, thì mô men quán
tính J đợc tính theo mô men quán tính quy dẫn về trục động cơ theo quy tắc: tổng năng lợng
của hệ quy dẫn phải bằng tổng năng lợng của hệ thực và đợc tính nh sau:
Trờng hợp mở máy:

mk
2

k
k
2m
2
2
2
1m
2
1
1
n
2
n
n
2
2
2
2
2
1
1
2
1
m
2
v
m
2
v
m

2
v
m
2
J
2
J
2
J
2
J

++

+

+


++


+

=

J
m
- mô men quán tính khi mở máy quy dẫn về trục 1 của động cơ;
J

1
, J
2
J
n
- mô men quán tính các khối lợng quay tơng ứng với các trục 1, 2, 3 n có vận
tốc quay
1
,
1

n
;
m
1
, m
2
, m
k
- các khối lợng chuyển động tịnh tiến với vận tốc tơng ứng v
1
, v
2
v
k
;

1
,
2

,
n
,
m1
,
m2

mk
- hiệu suất các bộ truyền từ trục 2 đến trục n và hiệu suất của bộ
truyền từ khối lợng m
1
m
k
.
Chia hai vế cho
2
2
1

và gọi
n
1
i


=
là tỷ số truyền ta đợc:

2
1

k
mk
k
2
1
1
1m
1
n
2
n
n
2
2
2
21m
)
v
(
m
)
v
(
m
i
1
J
i
1
JJJ

++

+

++

+=
(5-5)
Tơng tự khi phanh:

2
1
k
mkk
2
1
1
1m1
2
n
n
n
2
2
2
21ph
)
v
(m )

v
(m
i
J
i
JJJ

++

+

++

+=
(5-6)
Ví dụ: Tính mô men quán tính quy dẫn về trục động cơ của cơ cấu nâng khi mở máy và
phanh trên hình 5-9:
Khi mở máy:

2
0
n
1m
v
3
2
3
3
2
2

2
21m
)
v
(
m
i
1
J
i
1
JJJ

+

+

+=
Khi phanh:
2
0
n
1mv
2
3
3
3
2
2
2

21ph
)
v
(m
i
J
i
JJJ

+

+

+=
Vì các thành phần J từ trục hai trở đi là nhỏ do chia cho i
2
, vì vậy để thuận tiện cho
việc tính toán thờng chỉ lấy J trên trục 1 và đa thêm vaò công thức hệ số = 1,1 đến 1,2 ; số
sau dấu phẩy là phần mô men quán tính cha tính đến.
Mặt khác ta thay
c
t1
n
ai2
D
v

=
.
Từ đó tính đợc mô men quán tính khi mở máy:

+=
2
c
2
t
1m
)ai4(
D
g
Q
JJ
(5-7)
116
Khi phanh:

+=
2
c
2
t
1ph
)ai4(
D
g
Q
JJ
(5-8)
trong đó: D

t
- đờng kính tang nâng;
a - bội suất pa lăng;
i
c
- tỷ số truyền chung;
- Hiệu suất chung.
b
)
Mô
men vô lăng: Trong tính toán và trong catalo hay lý lịch máy thờng dùng ký hiệu GD
2
-
mô men vô lăng hay mô men bánh đà và công thức quy đổi:

g4
GD
J
2
=
(5-9)
Từ đó suy ra:

2
m
GD
=

+

2
c
2
t
1
2
i
)ai(
QD
)GD(
(5-10)

2
ph
GD
=
2
c
2
t
1
2
i
)ai(
QD
)GD(

+

(5-11)

117
Hình 5-9. Sơ đồ cơ cấu nâng: 1- Ròng rọc động, 2 - Móc, 3- Tang, 4- Hộp giảm tốc, 5- Phanh,
6- Khớp, 7- Động cơ, 8- Ròng rọc cân bằng
Q
5
6
7
4
3
8
1
2
J


3
3
J


2
2
n
3
3
n
M
J

1
1
1
n
v
v
n
5.2.5. Xác định công suất cần thiết của cơ cấu nâng
Khi nâng có các loại tải trọng tác dụng sau:
- Tải trọng của vật nâng Q (N),
- Các loại lực cản chuyển động của cơ cấu,
- Lực quán tính của các bộ phận cơ cấu,
- Lực quán tính của tải trọng nâng.
Các loại tải trọng này gây ra mômen cản ở từng pha trong một chu kỳ làm việc của cơ cấu:
1. Khi vật nâng đang chuyển động với tốc độ v
n
.
Lúc này mô men động cơ chỉ cần thắng mô men cản tĩnh của tải trọng nâng và lực cản
của bộ truyền đợc thể hiện bằng hiệu suất
c
, vậy:
M= M
Q
c
1

(5-12)
Công suất cần thiết để nâng tải Q chuyển động với vận tốc v
n
:

c
n
60.102
Qv
N

=
, KW; (5-13)
2. Mở máy khi nâng tải.
Phơng trình chuyển động của cơ cấu trong thời kỳ mở máy:
M
m
= M
Q
+ M
qt1
+ M
qt2
(5-14)
trong đó: M
m
- mômen cản mở máy khi nâng vật đợc đa về trục động cơ, Nm. Mô men
này chính là bằng mo men mở máy của động cơ phát ra.
M
Q
-mômen cản tĩnh của vật nâng đa về trục động cơ, Nm :

c
t

Q
ai2
QD
M

=
(5-15)
M
qt1
- mô men cản do quán tính của vật nâng ( chuyển động tịnh tiến) quy về
trục động cơ, Nm:
M
qt1
c
n
m
22
1
2
t
tia375
nQD

=
(5-16)
Bảng 5-1. Tính mô men quán tính một số chi tiết máy điển hình
Sơ đồ J [Nms
2
] Sơ đồ J [Nms
2

]
12
3
1
3
2
rr
rr
3
m
J


=
2
r
3
m
J =
118
r
r
1
2
r
2
r
3
m
J =

)rrrr(
3
m
J
2
221
2
1
++=
2
r
3
m
J =
=
22
sinL
3
m
J
2
r
2
m
J =
2
mrJ =
2
1
2

2
rr
2
m
J =
M
qt2
- mô men cản do quán tính của các tiết máy quay của cơ cấu quy về trục động
cơ, Nm:
M
qt2
( )
n
m
1
I
2
ii
t375
nDG


=
, Nm; (5-17)
Q - trọng lợng vật nâng có kể cả bộ phận mang,N;
D - đờng kính tang tính đến tâm dây cáp, m;
a - bội suất pa lăng;
i - tỷ số truyền chung của bộ truyền từ trục động cơ đến trục tang;

c

=
p

t

gt
- hiệu suất chung của toàn cơ cấu: hiệu suất palăng
p
, hiệu suất tang
t
và hiệu suất hộp giảm tốc
gt
;

n
m
t
- thời gian mở máy khi nâng vật, s;
n
1
- tốc độ vòng của trục 1 (trùng với tốc độ của trục động cơ), vg/ph;
= 1,1 ữ 1,2 - hệ số kể đến ảnh hởng quán tính của các tiết máy quay trên các trục
sau trục 1;

I
2
ii
)DG(
- tổng momen vô lăng của các tiết máy quay trên trục 1, Nm
2

. Mô men
vô lăng của các tiết máy tiêu chuẩn cho trong bảng 5-2
Thay các giá trị vào công thức 5 -14 ta đợc:
119
r
r
r
1
2
r
2r
L
Lsin


r
r
r
1
2

n
m
1I
2
Ii
c
n
m
22

1
2
t
c
t
m
t375
n)DG(
tia375
nQD
ai2
QD
M


+

+

=
(5-18)
Thời gian mở máy khi nâng vật:

)MM(375
n)DG(
ia)MM(375
nQD
t
Qm
1I

2
Ii
c
22
Qm
1
2
t
n
m


+

=

(5-19)
3. Phanh khi nâng tải
Khi nâng tải, ngắt động cơ và mô men phanh đợc xác định theo công thức:
M
ph
= - M
t
+ M
đ1
+ M
đ2
(5-20)
Xác định mô men phanh khi đặt phanh ở trục 1

n
ph
1I
2
ii
n
ph
22
c1
2
tct
ph
t375
n)DG(
tia375
nQD
ai2
QD
M


+

+

=
(5-21)
Thời gian phanh khi nâng tải:

)MM(375
n)DG(
ia)MM(375
nQD
t
Qph
1I
2
ii
22
Qph
c1
2
t
n
ph
+

+
+

=

(5-22)
Bảng 5-2. Xác định mô men vô lăng các tiết máy điển hình
TT Hình dạng chi tiết Công thức tính
1
d
GD
2

= 0,7G.d
2
2
d
d
GD
2
= 0,6G.d
2
3
d
GD
2
= 0,55G.d
2
4
d
GD
2
= 0,45G.d
2
5
d
d
2
1
GD
2
= 0,5G.
)dd(

2
1
2
1
+
6
r
r
2
1
GD
2
= 2.G.r
2
120
7
r
r
1
2
GD
2
=
)rrrr.(G.
3
4
2
221
2
1

++
4. Mở máy khi hạ tải
Mô men mở máy khi hạ tải:
M
m
= - M
Q
+ M
qt1
+ M
qt2
(5-23)
Tơng tự nh khi nâng tải, thay các giá trị M
t
, M
đ1
, M
đ2
ta đợc:

h
m
1I
2
ii
c
h
m
22
1

2
t
c
t
m
t375
n)DG(
tia375
nQD
ai2
QD
M


+

+

=
(5-24)
Thời gian mở máy khi hạ vật:

)MM(375
n)DG(
ia)MM(375
nQD
t
Qm
1I
2

ii
c
22
Qm
1
2
t
h
m
+

+
+
=

(5-25)
5. Phanh khi hạ tải
Khi hạ tải, tắt máy và phanh đợc xác định theo công thức:
M
ph
= - M
Q
+ M
qt1
+ M
qt2
(5-26)
Xác định mô men phanh khi đặt phanh ở trục 1

h
ph
1I
2
ii
h
ph
22
c1
2
tct
ph
t375
n)DG(
tia375
nQD
ai2
QD
M


+

+

=
(5-27)
Thời gian phanh khi hạ tải
)MM(375
n)DG(

ia)MM(375
nQD
t
Qph
1I
2
ii
22
Qph
c1
2
t
h
ph


+


=

(5-28)
6. Xác định phanh khi nâng và hạ vật
Mômen phanh đợc xác định từ điều kiện giữ tải trọng treo ở trạng thái tĩnh có kể tới hệ
số an toàn:

[ ]
phQp
c
ph

MMkM =
, Nm; (5-29)
trong đó: k
p
- hệ số an toàn của phanh cho trong bảng 5-3;
Bảng 5-3. Hệ số an toàn của phanh khi trên cơ cấu chỉ đặt một phanh
Nhóm cơ cấu I II III IV
k
ph
1,5 1,75 2,0 2,0
[M
ph
] - mô men phanh cho phép.
Đối với trờng hợp phanh đặt ở trục động cơ, mô men phanh cần thiết là:
121

ai2
QD
kM
ct
phph

=
(5-30)
Từ đó lựa chọn phanh thích hợp theo catalog hoặc tính toán thiết kế.
5.2.6. Thứ tự tính toán cơ cấu nâng
Khi tính toán một cơ cấu nâng hay khi sử dụng chúng cần biết trớc các thông số cơ bản
sau:
- Tải trọng nâng Q, N;
- Chiều cao nâng H, m; hay dung lợng cáp biết trớc;

- Tốc độ nâng vật v
n
, m/ph;
- Chế độ làm việc của cơ cấu nâng.
Từ các số liệu đã biết tiến hành tính toán theo thứ tự:
1. Trớc tiên dựa vào không gian, hình thức kết cấu và những điều kiện cụ thể khác tiến
hành lựa chọn sơ đồ cơ cấu nâng, phơng pháp truyền động.
2. Xác định bội suất pa lăng.
3. Tính lực căng lớn nhất trong dây cáp, chọn loại dây cáp và đờng kính cáp.
4. Xác định đờng kính tang và ròng rọc tối thiểu theo TCVN.
5. Tính tốc độ quay của tang để phù hợp tốc độ nâng cho trớc.
6. Tính công suất tĩnh của động cơ điện và kiểm tra động cơ theo từng bớc.
7. Từ công suất động cơ tính toán tiến hành chọn động cơ điện theo catalo để có đợc
các thông số kỹ thuật cũng nh kích thớc hình học cơ bản.
8. Tính tỷ số truyền chung i =
tg
dc
n
n
.
9. Tiến hành thiết kế hộp giảm tốc hoặc lựa chọn hộp giảm tốc có sẵn theo tỷ số
truyền.
10. Tính toán mô men phanh, chọn phanh và kiểm tra gia tốc hoặc thời gian phanh.
11. Tính khớp nối.
12. Tính kiểm tra các kẹp cáp, móc treo hoặc các bộ phận mang tải khác, các gối đỡ
trục.
5.3. cơ cấu thay đổi tầm vơn
5.3.1. Những đặc điểm khi thay
đổi tầm vơn
Đối với một số loại máy trục có

cần để nâng vật nh cần trục tháp, cần
trục cảng, ô tô cẩu cần phải thay đổi
đợc khoảng cách vật nâng từ vị trí xa
nhất của cần đến tâm của trụ quay
trong quá trình làm việc. Có nh thế
mới nâng hạ vật nâng ở bất cứ vị trí
nào trong không gian bao quanh cần
122
L
L
max
min
H
trục khi kết hợp các cơ cấu nâng, cơ cấu quay và thay đổi tầm vơn. Có hai loại thay đổi tầm
vơn:
Loại thứ nhất là dùng một xe
con, có cơ cấu nâng trên đó, di
chuyển trên cần nằm ngang cố
định (hình 5-10). Cơ cấu thay
đổi tầm vơn ở máy trục có cần
nằm ngang chủ yếu là cơ cấu làm
di chuyển xe con qua lại hai đầu
cần. Phơng pháp này có thể dùng
cáp kéo (có tời cố định, cáp cuốn
nhả hai chiều) hoặc xe con chạy
độc lập. Thực chất thì đây là một
tời kéo và cách tính toán đã đợc
trình bày ở phần cơ cấu di
chuyển.
Loại thứ hai là thay đổi góc

nghiêng của cần do một đầu cần
lắp chốt với tháp hoặc bệ quay
của máy và đầu thứ hai treo vật
nâng (hình 5-11); loại này thờng
gọi là cần gật.
Ta cần nghiên cứu phơng
pháp thay đổi tầm vơn bằng cách
thay đổi góc nghiêng của cần đợc
mô tả trên hình 5-12.
Hình 5- 11. Cần trục tháp có
cần quay
5.3.2. Các phơng pháp
thay đổi góc độ của cần
1. Dùng cáp mềm (hình 5-
12c):
Đây là phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi nhất trong máy nâng có kiểu thay đổi tầm v-
ơn
123
Hình 5- 12. Sơ đồ cơ cấu nâng hạ cần : a- Nâng hạ cần bằng thanh răng bánh răng, b- Nâng hạ
cần bằng tay quay thanh truyền, c- Nâng hạ cần bằng cáp , d- Nâng hạ cần bằng xi lanh thuỷ lực,
e- Nâng hạ cần bằng vít đai ốc.

Hình 5-10. Cần trục tháp có xe con chạy trên cần
nằm ngang
a
L
L
5
6
2

1
3
8
4
7
1
2
a) b) c) d) e)
bằng cách thay đổi góc độ nghiêng của cần.
2. Dùng thanh răng bánh răng hay vít đai ốc (hình 5- 12a, e)
Cơ cấu thanh răng, bánh răng có kết cấu đơn giản, trọng lợng nhẹ, rẻ. Để quãng đờng
thanh răng di chuyển ngắn thì phải đặt thấp và lực nâng sẽ lớn; tuy nhiên trong khi làm việc
gây ồn. Dùng vít đai ốc sẽ chính xác và đỡ tiếng ồn hơn so với thanh răng - bánh răng
song hiệu suất không cao. Loại này dùng nhiều ở cần trục có sức nâng lớn nh cần cẩu nổi,
cần trục trong nhà máy thuỷ điện.

Hình 5-13. Liên kết cáp nâng cần và nâng tải
3. Dùng xi lanh thuỷ lực (hình 5-12d).
Các loại ôtô cẩu, cần trục kết hợp của máy xúc vạn năng thờng dùng truyền động thuỷ
lực do vậy kết hợp sử dụng xi lanh thuỷ lực để thay đổi góc độ cần. Để có lực đẩy lớn và cân
bằng, thông thờng bố trí hai xi lanh công tác đặt song song.
Khi thay đổi góc độ của cần, vật nâng cũng thay đổi độ cao, thấp khác nhau. Điều
này dễ gây ra tải trọng động, máy nâng làm việc không ổn định. Để khắc phục nhợc điểm
này ( trong quá trình thay đổi tầm vơn, yêu cầu vật nâng phải chuyển động ngang), ngời ta
đã liên kết pa lăng nâng cần vàpa lăng nâng vật hoặc liên kết tang nâng cần và nâng vật
với nhau (hình 5-13)
5.3.3. Tính toán cơ cấu nâng cần
1. Cấu trúc cần
Đối với cần trục không cân bằng, thỉnh thoảng mới thay đổi góc độ cần, thờng sử
dụng phơng pháp vít đai ốc (hình 5-14). Lực lớn nhất xuất hiện trong thân vít khi nâng cần

có cả vật nâng đợc xác định bằng việc cân bằng mô men với điểm quay 0 của chân cần:
124
5
4
3
2
1
9
11
8
9 8
2
7
1
4
a)
b)

d
WhhOhOFcGba)FQ(
S
32211qt
+++++
=
, N; (5-31)
trong đó:
Q - tải trọng nâng, N;
F
qt
- lực quán tính khi phanh

vật nâng, N;
G - trọng lợng cần, N;
F - lực căng trng giây cáp
nâng vật, N;
O
1
- lực li tâm của tải trọng
nâng, N:
2
2
1
2
2
1
1
ln900
nQr
lg
Qr
O




=
(5-34)

Hình 5-14. Thay
đổi góc độ cần bằng vít đai ốc
O

2
- lực li tâm của cần, N:

900
nGr
g
Gr
O
2
2
2
2
2


=
(5-32)
n - tốc độ quay cần trục, vg/ ph.
2. Các loại cần gật
Đối với máy trục có cần gật, thông thờng đợc cân bằng hoàn toàn ở một số vị trí
nhất định, cần thiết phải xác định biểu đồ của mô men không cân bằng trong không gian
làm việc của chúng và từ biểu đồ này ta xác định tải trọng tơng đơng và công suất động cơ.
Thông thờng cần xác định từ 5 đến 7 vị trí làm việc của cần; ở mỗi vị trí cần xác định tất cả
các mô men đối với trục quay của chân cần. Để tính chọn động cơ ngời ta kết hợp các mô
men tác dụng lên cần sau đây:
1. mô men tĩnh do tải trọng vật nâng gây nên M
Q
;
2. Mô men động do tải trọng vật nâng gây nên M
F

;
3. mô men tĩnh do trọng lợng cần gây nên M
G
;
4. Mô men quán tính ly tâm khi quay M
H
;
5. Mô men của lực quán tính khi lật M
Z
;
6. Mô men cản do gió khi làm việc M
gi
;
7. Mô men cản do gió lớn nhất khi không làm việc M
gik
.
Lực ma sát ở ổ quay chân cần thờng bỏ qua.
Các loại mô men này thờng không kết hợp tất cả đồng thời; mà kết hợp một số trờng
hợp sau:
a. Máy cẩu bắt đầu nâng vật hoặc bắt đầu phanh khi hạ vật kết hợp quay (1+ 2+ 3+ 4+
+6).
125
Q
V
r
l
Q
F
O
1

z
h
1
2
O
h
h
W
3
2
G
b
a
r
1
2
F
S
O
F
z
lsin

1
O
d
c
b. Máy cẩu bắt đầu thay đổi tầm vơn kết hợp quay (1+3+ 4+5+6).
c. Máy cẩu bắt đầu nâng vật kết hợp thay đổi tầm vơn (1+2+ 3+ 5+6).
d. Máy cẩu không làm việc (3+7).

Để tính bền cần, ngời ta thờng chọn trờng hợp a và c và lấy áp lực gió là 400 N/cm
2
.
Để tính công suất động cơ ta chọn trờng hợp b hoặc c và áp lực gió lấy bằng 250 N/ cm
2
.
Trờng

hợp d dùng để kiểm tra các cơ cấu kẹp ray cũng nh kết cấu thép chịu đợc với
tải trọng gió lớn nhất.
a) Xác định mô men tĩnh do tải trọng vật nâng gây nên M
Q
Tải trọng tĩnh của vật nâng đợc xác định từ lực tác dụng lớn nhất lên cần. Ví dụ nh
hình 5-15 và tính mô men với điểm 0:
M
Q
= Q (a - b - c - d ) (5-33)
Giá trị thu đợc có thể bằng
không, âm hoặc dơng. Hiệu suất cơ
cấu có thể bỏ qua, có thể tính hai
trờng hợp: nâng và hạ vật.
Cũng có thể xác định lực từ
đồ thị, hợp lực của chúng là R và
cách tâm quay một khoảng x, vậy:
M
Q
= Rx (5-34)
Mô men này đợc tính theo
nhiều vị trí khác nhau và lập bảng
hoặc đồ thị để khảo sát.

Đối với cần có cổ ngỗng nh
hình 5-16 ta tính mô men với điểm
O:
Hình 5-15. Mô men do tải trọng tĩnh
gây nên
M
Q
= Qa - b(T + Q ),
trong đó:

Q
d
c
QT =

Từ đó: M
Q
= Q (a - b
d
c
), nếu a > b
d
c
thì M
Q
> 0;
a = b
d
c
thì M

Q
= 0;
a < b
d
c
thì M
Q
< 0
126
a
b
d
c
x
Q
R
1
Q
Q
Q
2
R
2
+
M
Q
-
M
Q
0

Q
Q
R
R
Q
R =2Q
2
x
b
d
c
Q
max
T+Q
Q
T
M
Q
+M
Q
-M
Q
R
=
S
0
a
Q
S
Khi giải bằng phơng pháp đồ thị, ta phân tích Q ra hai thành phần T + Q và S đi qua

điểm quay của cổ ngỗng A (hình 5-16) . Thành phần S cách tâm 0 một quãng x, vậy:
M
Q
= Rx (5-35)
b) Xác định mô men động do tải trọng vật nâng gây nên M
F
;
Trong thời gian mở máy, khi nâng vật Hình 5-16. Phân tích lực do tải trọng tĩnh gây ra
hoặc phanh khi hạ vật, sẽ sinh ra lực quán tính của vật nâng:

m
n
qt60
Qv
F =
, N; (5-36)
trong đó:
v
n
- tốc độ nâng hoặc hạ vật, m/ph;
g - gia tốc trọng trờng, m/s
2
;
t
m
- thời giam mở máy hoặc phanh.
Mô men đối với tâm quay của cần
M
F
:

m
n
QQF
gt60
v
M
Q
F
MM ==
(5-37)
c) Xác định mô men tĩnh do trọng l-
ợng cần gây nên M
G
Xác định mô men do trọng lợng bản
thân cần theo hình 5-17:
Hình 5-17. Mô men tĩnh do trọng lợng cần
M
G
= Ga
1
- Zcos b
1


(5-41)
Nếu giá trị dơng thì cần tính lại trọng lợng cần, nếu là giá trị âm thì cân lại đối trọng.
d) Xác định mô men quán tính ly tâm khi quay M
H
Tác động của tải trọng nâng: lực ly tâm của vật nâng làm lệch hớng cáp một góc và

sinh ra lực ly tâm H
Q
nằm ngang:

2
2
Q
lg
r
QH


=
, (5-39)
hay thay
30
n
=
nhận đợc công thức gần đúng:

ln900
rn
QH
2
2
Q

=
, (5-40)
trong đó: r - bán kính quay của đỉnh cần, m;

n - tốc độ quay của máy trục, vg/ ph;
l - chiều dài cáp treo vật nâng, m.
127
h
b
a
L
L
b
a
I
II
2
1
Z.cos
Z.cos
Z
Z.sin
h
2

1
G
G
1
1
2
O
Tính mô men đến chân cần hình 5-18:
M

H
= H
Q
h
2
+ T
H
b = H
Q
(h
2
+b
)
d
c
, (5-41)
trong đó T
H
=
d
c
H
Q
Tác dụng của trọng lợng cần:
Lực ly tâm tác dụng lên từng
phần của cần, trong thực tế phân bố
dọc theo trục quay của cần trục. Độ
lớn của lực ly tâm:
H = mr
2

=
g
G
r
2
(5-42)
Nh vậy độ lớn của lực ly tâm
phụ thuộc bán kính r khi các thành
phần khác không đổi. Khi xác định
lực ly tâm ngời ta phân chia cần ra
các phần tử nhỏ để có thể tính chính
xác nhất. Trong thực tế không tiến
hành phức tạp nh vậy mà lực
Hình 5-18. Lực ly tâm của các bộ phận
cần khi quay
quán tính đợc đặt tại trọng tâm của mỗi phần, tất nhiên không hoàn toàn chính xác.
Công thức (5-42) ở trên có thể tính khi thay
30
n
=
và có kết quả gần đúng:
H =
900
G
r n
2
Mô men tác dụng do lực ly tâm của các thành phần cần theo hình 5-18 sẽ là:
M
H
= H

1
h
1
+ H
2
h
2
+ H
3
h
3
+ H
4
h
4
+ H
5
h
5
+ H
6
2
6
l
h
l
6
+ T
H
b, Nm; (5-43)

trong đó:
d
)hh(H)hh(HcH
T
4554332
H

=
; (5-44)
H
1
, H
3
, H6 - lực ly tâm của càn, cổ ngỗng và thanh kéo;
H
2
, H
4
, H
5
- lực ly tâm của các ổ quay của cơ cấu, N.
128
b
l
l
d
h
h
h
h

h
c
l
r
l.sin

h

H
Q
Q
V
Q
H
Q
H
4
3
H
T
H
A
2
4
3
5
1
H
1
H

6
6
1
2
H
+M
H
-M
0
M
Trục quay
l
x
h
x
h
v
40
30
20
10
0
30 25 20 15 10
7,5
[m/ph]
a
b
Tầm v ơn [m]
M
0

1
4
2
3
-M
+M
H
H
H
1
1
H
2
2
T
2
S
H
6
2
H
6
H
T
6
S
6
H
3
4

H
H
S
3
T
5
5
S
H
5
A
a)
b)
Hình 5-19. Lực ly tâm của các bộ phận cần khi quay
Cũng có thể thực hiện theo phơng pháp đồ thị để xác định M
Q
nh theo (hình 5-16) .
Mô men quán tính ly tâm M
H
đối với điểm 0 trên hình 5-19a:
M
H
= H
1
h
1
+ S
2
x
2

+ S
3
x
3
+ H
4
h
4
+(S
5
+ S
6
)l
1
e) Xác định mô men của lực quán tính khi thay đổi tầm vơn M
Z
Biến thiên của mô men của lực quán tính khi thay đổi góc độ của cần phụ thuộc trớc
tiên vào diễn biến của vận tốc khi lật và phụ thuộc loại cơ cấu. Ví dụ khi dùng cơ cấu tay
quay với vận tốc quay đều thì vận tốc vật nâng ở hai đầu tay quay bằng không và vận tốc ở
phần giữa là lớn nhất (hình 5-19 b) đờng cong a .
Ngợc lại cơ cấu lật là thanh răng bánh răng thì vận tốc vật nâng trong thời gian thay
đổi tầm vơn không thay đổi (hình 5-19b) đờng cong b. Nếu biết trớc vận tốc lật v m/s, đợc
hiểu đó là vận tốc trung bình của tải trọng nâng trong thời gian thay đổi tầm vơn từ vị trí
ngoài cùng đến vị trí trong cùng (hình 5-20) thì thời gian thay đổi tầm vơn là:
T =
tb
v
L
, s;
(5-48)

trong đó:
L - chiều dài di chuyển; L = L
max
- L
min
, m;
L
max
, L
min
- tầm vơn xa nhất và gần nhất
của cần, m;
v
tb
- tốc độ trung bình khi thay đổi tầm v-
ơn, m/s. Nếu cho trớc thời gian thay đổi tầm v-
ơn T thì tính v
tb
từ

công thức trên.
Đối với cơ cấu tay quay con trợt thì tốc
độ quay của tay quay sẽ là (vg/ph):

Hình 5- 20. Độ vơn của cần
n
0
=
T6T360
60

=

(5-46)
Tỷ số truyền toàn bộ cơ cấu:

0
dc
c
n
n
i =
- góc quay của tay quay trong
đờng di chuyển tải trọng nâng L, thờng
là 150 ữ 170
0
;
n
đc
- tốc độ quay của động cơ,
(vg/ph);
n
0
- tốc độ quay của tay quay,
(vg/ph).

Hình 5-21. Lực quán tính khi thay đổi tầm
vơn
129
L
L

h'
h'
h =h
2
1
1
2
max
min
r
l
l
r
r
r
v
G
1
v
Q
2
G
4
3
G
2
G
2
G'
2

G"
6
G
1
3
2
1
G
5
4
9
G
7
r
E
r
6

2
0
2
G
8
L
r
0
F
D
H

1
M
A
C
B
0
1
G
7
Trờng hợp dùng cơ cấu bánh răng thanh răng thì tốc độ quay của bánh răng là:
n
0
=
dT
)ll(60
21


(5-47)
l
1
- l
2
- quãng đờng di chuyển của thanh răng, m;
d - đờng kính vòng chia của bánh răng, m;
T- thời gian thay đổi tầm vơn, s.
Tác dụng của lực quán tính khi thay đổi tầm vơn trong hai trờng hợp: Khi khởi động
hoặc phanh và khi động cơ đạt tốc độ làm việc. Chúng ta chỉ quan tâm tới trờng hợp mở
máy hoặc phanh. Ta khảo sát để tìm ra lực quán tính lớn nhất ở vị trí bất lợi nhất. Từ hình 5-
21 ta có:

=
t
JM
1
qt
(5-48)
trong đó:

J
- tổng mô men quán tính của vật nâng và tất cả các bộ phận của cần đối
với tâm quay O
1

1
- vận tốc góc của cần đối với tâm quay O
1
t - thời gian khởi động hoặc phanh.
Mô men quán tính theo hình 5-21 là:


J
= J
1
+ J
2
+ J
3

+ J
4
+ J
5
+ J
6
+ J
7
+ J
8
+ J
9
+ J
10
(5-49)
J
1
là mô men quán tính của vật nâng và ròng rọc đầu cần chuyển động với tốc độ tức
thời v; bằng cách cân bằng động năng ta có:

2
11
2
J
2
1
mv
2
1
=

2
1
2
1
2
1
2
1
v
g
GQ
v
mJ

+
=

=
(5-50)
J
2
là mô men quán tính của phần cần chính A. Trờng hợp tiết diện của cần đều nhau:

2
1
2
2
l
g

G
3
1
J =
(5-51)
Trờng hợp tiết diện cần thay đổi theo nhiều phần:

)rGrGrG(
g
1
J
2
3
'''
2
2
21
''
2
2
1
'
22
++=
=
(5-52)
J
3
là mô men quán tính của bộ phận ổ giữa cổ ngỗng và cần:

2
1
3
3
l
g
G
J =
(5-53)
J
4
là mô men quán tính của bộ phận cổ ngỗng:

2
4
4
4
r
g
G
J =
(5-54)
J
5
là mô men quán tính của bộ phận ổ giữa cổ ngỗng và thanh kéo:
130

2
25
2

15
'J
2
1
J
2
1
=

2
1
2
2
2
2
5
2
1
2
2
'
55
l
g
G
JJ


=

=
(5-55)
J
6
là mô men quán tính của thanh kéo:

2
1
2
2
2
2
6
2
1
2
2
'
66
l
g
G
3
1
JJ


=

=
(5-56)
J
7
là mô men quán tính của bộ phận ổ giữa cần và thanh kéo D:

2
5
7
7
r
g
G
J =
(5-57)
J
8
là mô men quán tính của bộ phận ổ giữa thanh kéo D và đầu thanh đối trọng

2
1
2
3
2
6
8
2
1
2

3
'
88
r
g
G
JJ


=


=
(5-58)
J
9
là mô men quán tính của đối trọng:

2
1
2
3
2
7
9
2
1
2
3
'

99
r.
g
G
JJ


=


=
(5-59)
J
10
là mô men quán tính của các bộ phận quay cơ cấu thay đổi tầm vơn:
J
10
= ( J
0
+ J
'
0
) k
2
1
2


(5-60)
J

0
=
g4
GD
2
- mô men quán tính của rô to động cơ, Nms
2
;
J
0
- mô men quán tính của các vật quay trên trục động cơ không kể rô to
động cơ, Nms
2
;
k - hệ số kể đến nhng bộ phận quay của các trục khác k=1,15;


- vận tốc góc của động cơ, 1/s
2
.
g) Xác định mô men cản do gió khi làm việc M
gi
Mô men cản do gió xác định khi gió thổi ngang song song với trục cần từ phía trớc hoặc
phía sau. Đối với cần trục cảng hoặc cần trục nổi có thể chọn cờng độ gió q =250N/m
2
để
tính chọn động cơ và 400N/m
2
để tính kết cấu thép, tính ổn định và bền các cơ cấu. Khi tính
mô men do áp lực gió, ta giả thiết lực tập trung tại trọng tâm của từng tiết diện và tính mô

men với tâm quay tại chân cần giống nh trờng hợp tính tải trọng thứ 4.
h) Xác định mô men cản do gió lớn nhất khi không làm việc M
gi
Mô men do gió lớn nhất chỉ xét khi không làm việc, có nghĩa là xét đến khả năng
đứng vững của máy trục đến gió cấp mấy. Nếu vợt quá giới hạn ấy phải hạ cẩu xuống để bảo
đảm an toàn. Mô men tính trong trờng hợp này phụ thuộc chiều cao chịu gió của máy cẩu và
phụ thuộc điều kiện khí hậu của từng miền và từng nớc khác nhau.
Xác định công suất động cơ cơ cấu thay đổi tầm vơn của cần.
Khi đã xác định đợc mô men cần thiết để thay đổi góc độ của cần cho từng vị trí
131
và cộng lại theo các trờng hợp từ a, đến d, và chuyển về trục động cơ. Trong quá trình thay
đổi tầm vơn bằng bánh răng thanh răng hay tay quay thì mô men đa về trục động cơ thể
hiện trên hình (5-22 a, b):
M = M
q
iR
r

(5-61)
M
q
- mô men quay cần so với tâm quay chân cần O, Nm;
r - bán kính đờng chia bánh răng, m;
R - cánh tay đòn từ tâm quay đến
điểm nối thanh răng hoặc thanh truyền
với cần, m;
i - tỷ số truyền của bộ truyền,
- hiệu suất bộ truyền.
Để tính chọn động cơ ngời ta th-
ờng chọn trờng hợp b, hoặc c. Công

suất danh nghĩa của động cơ không
chọn từ tổng mô men lớn nhất, bởi vì
một số mô men chỉ tác dụng trong
Hình 5-22. Mô men lật quy về trục động
cơ
thời gian rất ngắn. Ví dụ trờng hợp b thì tải trọng do gió chỉ tác dụng tại một vị trí quay; tr-
ờng hợp c thì lực quán tính khi bắt đầu nâng vật cũng nh nâng cần chỉ xuất hiện trong
khoảnh khắc. Ta chỉ xây dựng đờng diễn biến mô men của những thành phần tác dụng
Hình 5-23. Biểu đồ mô men trên trục động cơ khi thay đổi tầm với
liên tục và loại bỏ tất cả những thành phần chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn.
Trên hình 5-23 mô tả diễn biến của mô men trên trục động cơ (trờng hợp b) cho loại
cần trục cảng bốc dỡ hàng bằng gầu ngoạm có tải trọng nâng là 7T, chiều vơn của cần là
18,5/ 8 m. Đờng cong I biểu diễn M
I
= M
Q
+ M
G
+ M
H
không có gió và mô men quán tính.
Đờng cong thứ II có đầy đủ các thành phần: M
II
= M
I
+ M
Z
+ M
V
.

132
a)
R
R
M
r
a)
b)
S
S
S
S
S
1 2 3 4 5
Chiều v ơn cần [m]
+
-
[daNm]
15
10
5
0
-18,5
-5
M
max
M
e
II
M

M
I
1
M
M
2 3
M M
4
5
M
Từ đồ thị ta thấy rằng, trong thời gian thay đổi tầm vơn không những mô men chỉ thay
đổi trị số mà còn biến đổi cả dấu từ dơng sang âm và ngợc lại.
Công suât của động cơ đợc xác định từ mô men tơng đơng theo đờng cong I:
M
tđ
=
n21
n
2
n2
2
21
2
1
t tt
tM tMtM
+++
+++
(5-62)
M

1
ữ M
n
- mô men trung bình của mỗi khoảng của tầm vơn, Nm;
t
1
ữ t
n
- thời gian thay đổi tầm vơn trong từng khoảng, s;
Thời gian t
1
ữ t
n
có thể xác định từ khoảng:

,
v
s
t
1
1
1
=

,
v
s
t
2
2

2
=
. v v
s
1
ữ s
n
là chiều dài từng khoảng thay đổi tầm vơn, m;
v
1
ữ n
n
- vận tốc trung bình ứng với từng khoảng thay đổi tầm vơn, m/s.
Từ đó công suất chọn theo mô men tơng đơng với chế độ làm việc 40% và:
M
dn
M
tđ
Động cơ đợc chọn cần kiểm tra lại theo đờng cong M
II
:
M
dn


axImI
M
(5-63)
trong đó: - hệ số quá tải cho phép của động cơ.
5.3.4. Thứ tự tính toán cơ cấu nâng cần

Khi tính toán cơ cấu nâng cần, thờng đã biết trớc các thông số cơ bản:
- Tải trọng nâng và đồ mang vật ở các tầm vơn tơng ứng Q, N;
- Trọng lợng của cần, N;
- Vận tốc quay cần của cần trục theo yêu cầu n
q
vg/ph;
- Thời gian thay đổi tầm vơn từ gần tâm quay L
min
đến tầm vơn xa nhất so với tâm
quay L
max
, s;
- Chế độ làm việc của cơ cấu nâng cần.
Thứ tự tính toán khi dẫn động bằng máy:
1. Lựa chọn sơ đồ cơ cấu nâng cần. Phần này liên quan tới kiểu cần, các yêu cầu liên
quan tới tải trọng nâng trong quá trình thay đổi tầm vơn. Nếu cơ cấu nâng kiểu cáp cần
chọn trớc sơ đồ pa lăng cáp nâng cần.
133