Thiết kế cầu trục 1 tấn

MỤC LỤC
Trang
i
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 kĩ 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 đạt trên
cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cầu, cầu
CHƯƠNG I
NHIỆM VỤ -YÊU CẦU -PHƯƠNG ÁN THIẾT
KẾ
1
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. Cuôi cùng là đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế
và từ những thông tin đó có thể tạo ra một sản phẩm cụ thể.
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 1 tấn phục
vụ cho việc di chuyển tôn tấm” 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.
2
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.
1.2.2.2. Yêu cầu cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục
3
Trong tính toán thiết kế “cầu trục 1T phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm “ cần
thoả mãn các yêu cầu sau:
- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển tôn tấm trong phân xưởng cơ khí.
- 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
phân xưởng.
- Sử dụng đơn, 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.
1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.3.1. Đặc điểm, phân lọai cầu trục
1.3.1.1. 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
4
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 500 t; 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/ph và 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
1.3.1.2. Phân loại cầu trục
Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:
5
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 hạ hàng. 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.
6
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.
7

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.
8
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 lên Hình 1.4. Cầu trục tựa.
các 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.

9
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
10
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.
- Cơ cấu dẫn động
chung với trục truyền quay
chậm (hình 1.6, a) gồm
động cơ điện 1, hộp giảm tốc Hình 1.6. Các phương ánh dẫn động.
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
11
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
12
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.
1.3.2. Chọn phương án thiết kế
1.3.2.1. Phân tích,chọn phương án thiết kế
Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới cầu trục 1 tấn phục vụ
cho việc di chuyển tôn tấm, 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.

a. 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 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
13
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 tôn tấm trong các 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 tôi chọn loại cầu này để thiết kế.
6
5
1
4
3
2

Hình 1.8. Cầu trục thiết kế.
“Thiết kế cầu trục một dầm với tải trọng nâng 1 tấn” 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.
14
- 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.
b. Chọn phương án thiết kế

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.
15
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.

Kết luận : 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 “Thiết kế cầu trục một dầm với tải trọng nâng 1 tấn” 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
1.3.2.2. 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 các
loại cầu trục phục vụ việc vận chuyển tôn tại các phân xưởng ta xác định được các
thông số cơ bản như sau:
- Tải trọng nâng: Q = 1T
- Chiều cao nâng: H = 5 m
- Khẩu độ dầm cầu: L = 8 m
- Vận tốc nâng :V
n
= 10 m/ph
- Vận tốc di chuyển cầu: :V
c
= 20 m/ph
16
- Vận tốc di chuyển xe con: :V
x

= 35 m/ph
- Dòng điện xoay chiều 3 pha
=∆
/
λ
220/380 v, tần số 50 Hz
- Chế độ làm việc: Nhẹ.
Tương ứng với chế độ làm việc nhẹ ta có:
Bảng 1-1. Các số liệu về chế độ làm việc các cơ cấu của cầu trục.
Chỉ tiêu Chế độ làm việc (T)
- Cường độ làm việc, CĐ%
- Hệ số sử dụng trong ngày, k
ng
- Hệ số sử dụng trong năm, k
n
- Hệ số sử dụng theo tải trọng, k
Q
- Số lần mở máy trong một giờ, m
- Số cho kỳ làm việc trong một giờ, a
ck
- Nhiệt độ môi trường xung quanh, t
0
C
15
0,33
0,25
0,55
60
10 – 15
25

Thời gian phục vụ, năm
- Ổ lăn
- Bánh răng
- Trục và các chi tiết khác
10
15
25
Thời gian làm việc trong
thời hạn trên, h
- Ổ lăn
- Bánh răng
- Trục và các chi tiết khác
1000
1500
2500
17
2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG
CHƯƠNG II
TÍNH CÁC CƠ CẤU CHÍNH
18
2.1.1. Chọn phương án cho cơ cấu nâng
Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng là một bộ phận của cầu trục. Việc chọn
phương án cho cơ cấu nâng để thiết kế cần phải đảm bảo các thông làm việc như công
suất, tốc độ, đặc tính động lực học, phương pháp điều khiển, môi trường sinh thái,
khả năng quá tải, khả năng tiêu chuẩn hóa, khả năng lắp đặt, vận hành, an toàn. Các
chỉ tiêu kinh tế như giá thành, chi phí sản xuất, khấu hao, chi phí bảo dưỡng sửa chữa
v.v
Đối với cầu trục thiết kế phương án bố trí cho cơ cấu nâng được chọn có sơ đồ
như hình 2.1. Với phương án này cơ cấu có kích thước tương đối gọn nhẹ cho phép
chế tạo từng cụm cơ cấu riêng biệt nên thuận tiện cho việc lắp đặt và đơn giản trong

việc chế tạo.
1. Động cơ điện.
2. Khớp nối vòng đàn hồi.
3. Phanh.
4. Hộp giảm tốc.
5. Khớp nối.
6. Tang.

Hình 2.1. Sơ đồ cơ cấu nâng.
Đây là loại cơ cấu nâng dây mềm, có một tang, truyền động của cơ cấu là truyền
động riêng, năng lượng sử dụng là năng lượng điện. Kết cấu cơ bản gồm động cơ
điện 1, khớp nối vòng đàn hồi 2, phanh 3, hộp giảm tốc 4, khớp nối 5, tang cuốn cáp
6, ngoài ra còn có các bộ phạn khác như dây cáp, cặp lệch tâm và ròng rọc đỡ cáp
(hình 2.2).
19
6
5
4
3
2
1
Các thông số ban đầu:
- Tải trọng nâng: Q = 1T = 10000N.
- Chiều cao nâng: H = 5 m.
- Tốc độ nâng vật: Vn =10 m/ph.
- Chế độ làm việc của cơ cấu: Nhẹ.
- Trọng lượng bộ phận mang vật: Cặp lệch tâm và palăng thuận, cặp lệch tâm và
palăng thuận được chọn theo tiêu chuẩn của Liên Xô, (atlat) có khối lượng:

=≈ QQ

m
%25,0
25 kg = 250 N
2.1.2. Tính cơ cấu nâng
2.1.2.1. Chọn loại dây
Cơ cấu nâng làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, nên ta chọn cáp để làm dây
cho cơ cấu, vì cáp là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác như xích
hàn, xích tấm và là loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay.
Trong các kiểu kết cấu của dây cáp thì kết cấu kiểu
Π
K-3 theo tiêu chuẩn của
Liên Xô có tiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và
được sử dụng rộng rãi. Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền 1200
÷
2100
N/
2
mm
. Vậy ta chọn cáp
Π
K-3 kết cấu 6 x 25 (1+6; 6+12) + 1 lõi, giới hạn bền các
sợi thép trong khoảng 1500
÷
1700 N/
2
mm
, để dễ dàng trong việc thay cáp sau này
khi bị mòn, đứt.
2.1.2.2. palăng giảm lực
Trên các cầu lăn dây cáp được cuốn trực tiếp lên tang; cầu lăn phục vụ trong

phân xưởng khi cần nâng hạ vật theo chiều thẳng đứng, để tiện lợi trong khi làm việc;
do đó ta chọn palăng đơn có một nhánh dây chạy lên tang. Tương ứng với tải trọng
cầu trục, theo bảng 2-6, [2- tr.25].
Chọn bội suất palăng a = 2. Palăng gồm một ròng rọc di chuyển, sơ đồ (hình
2.2)
Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật được
xác định theo công thức [2- tr.24].
20
k
am
Q
S
p
η
.
0
max
=
Trong đó:
a = 2 – bội suất palăng.
m = 1 – số nhánh cáp cuốn lên tang.
k = 1,5 – hệ số tải trọng động.

=+=
m
QQQ
0
10000 + 250 = 10250 N

p

η
- hiệu suất palăng.

( )
( )
98,0
98,012
98,0.98,01
)1(
).1(
2
=
−
−
=
−
−
=
λ
λλ
η
a
ta
p
Với: t – Số ròng rọc đổi hướng, t = 0

λ
= 0,98 – hiệu suất của ròng rọc đặt
trên ổ lăn bôi trơn bình thường. Hình 2.2. sơ đồ palăng.

78445,1.
98,0.2.1
10250
max
==⇒ S
N
2.1.2.3. Kích thước dây
Kích thước dây cáp dược chọn dựa vào công thức (2-10) – [tr.18]
392205.7844.
max
=== kSS
đ
N
Trong đó:

đ
S
- lực kéo đứt cáp.
k = 5 - hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2-2) – [tr.19] ứng với
chế độ làm việc nhẹ.
Xuất phát từ điều kiện bền theo công thức (2-10), với loại dây đã chọn trên, với
giới hạn bền của sợi
1600=
b
σ
N/
2
mm
=160 kg/
2

mm
. Theo tiêu chuẩn của Liên Xô,
chọn đường kính cáp
1,8=
c
d
mm có sức kéo đứt
NS
đ
40350=
xấp xỉ với lực đứt cáp
yêu cầu.
Trọng lượng 100 m cáp = 23,40 kg = 234 N.
2.1.2.4. Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc
21
Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc xác định theo công thức
(2-12) – [tr-20].
4,194)125(1,8)1( =−=−≥ edD
ct
mm
Trong đó:

t
D
- đường kính tang đến đáy rãnh cáp, mm.

1,8=
c
d
mm - đường kính dây cáp quắn lên tang.

e = 25 – hệ số thực nghiệm, tra theo bảng (2-4) – [tr.20]
Ta chọn đường kính tang
195=
t
D
mm.
Ròng rọc làm việc, có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% so với đường kính
tang.
156135.8,08,0 ===
tr
DD
mm
Chiều dài toàn bộ của tang được xác định theo công thức (2-14) – [tr.21].
210
2LLLL ++=
Hình 2.3. Sơ đồ xác định chiều dài tang
Trong đó:
L – chiều dài toàn bộ của tang.
L
0
– chiều dài phần cắt ren.
L
1
– phần tang để kẹp đầu cáp.
L
2
– phần tang để làm thành bên.
Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H = 5 m
và bội suất palăng a = 2.
22

L
L
2
L
0
L
1
L
2
l
= H.a = 5.2 = 10 m
Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh (2-tr.21)
1493,132
)081,0195,0(
10
)(
0
≈=+
+
=+
+
=
ππ
Z
dD
l
Z
ct
vòng.
Trong đó: Z

0
= 2 – số vòng dự chữ không sử dụng đến (
5,1≥
).
Vậy chiều dài phần cắt ren là: L
0
= Z.t
Trong đó: t – bước cáp được xác định theo công thức kinh nghiệm.
t = d
c
+ (2
÷
3) = 8,1 + 2,4 = 10,5 mm

⇒
L
0
= 14.10,5 = 147 mm
Chiều dài L
1
, nếu dùng phương pháp cặp thông thường thì phải cắt thêm khoảng
3 vòng rãnh trên tang nữa, do đó: L
1
= 3.10 = 30 mm
Vì tang được cắt rãnh, cáp cuốn một lớp, tuy nhiên ở hai đầu tang trước khi vào
phần cắt rãnh ta để trừ lại một khoảng L
2
= 20 mm để làm thành bên.
L = L
0

+ L
1
+ 2L
2
= 147 + 30 + 20.2 = 217 mm
Để thuận lợi cho việc chế tao, chọn chiều dài tang: L = 220 mm.
Bề dầy thành tang xác định theo kinh nghiệm.
δ
= 0,02D
t
+ (6
÷
10) = 0,02.195 + 6,1 = 10 mm
Kiểm tra sức bền của tang theo công thức (2-15) – [tr.22].
Trong đó: S
max
= 7844 N – lực căng lớn nhất.

δ
= 10 mm – bề dầy thành tang.
t = 10,5 mm – bước cuốn cáp.

8,0=
ϕ
- hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng gang.
k =1 – hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang.
Bảng (2-1). Hệ số k.
Số lớp cuốn 1 2 3
4≥
k 1 1,4 1,8 2

23
[ ]
nn
t
Sk
σ
δ
ϕ
σ
≤=
.

max

⇒

76,59
5,10.10
7844.8,0.1
==
n
σ
N/mm
2
Tang được đúc bằng gang CЧ 15 – 32 là loại vật liệu thông thường phổ biên
nhất, có giới hạn bền nén là:
=
bn
σ

565 N/mm
2
. Ứng suất cho phép xác định theo giới
hạn bền nén với hệ số an toàn k = 5.
113
5
565
===
k
bn
n
σ
σ
N/mm
2
Vậy
[ ]
nn
σσ
<
2.1.2.5. Tính chọn động cơ điện
Công suất tĩnh khi nâng vật bằng tải trọng xác định theo công thức (2-78).
η
.1000.60
.
n
vQ
N =
Trong đó: Q = 10000 N – tải trọng nâng của cầu trục.
V

n
= 10 m/ph – vận tốc nâng.

η
- hiệu suất của cơ cấu bao gồm:
0

ηηηη
tp
=
Tong đó:
p
η
= 0,99 – hiệu suất palăng đã tính trên (mục 2).

t
η
= 0,96 – hiệu suất tang, bảng (1-9).

0
η
= 0,85 – hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối, với bộ truyền.
được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ, bảng(1-9).
⇒

807,085,0.96.0.99,0 ==
η
Vậy
06,2
807,0.1000.60

10.10000
==N
KW
Tương ứng với chế độ làm việc nhẹ, sơ bộ chọn động cơ điện.
Bảng (2-2). Các thông số của động cơ điên.
Kiểu
động cơ
Công
suất
(kw)
Vận
tốc
(v/ph)
cos
ϕ
dm
k
M
M
dm
M
M
max
Mô men vô
lăng của rô to
GD
2
(kgm
2
)

Trọng
lượng
(kg)
ĐK 41-4 1,7 1420 0,84 1,8 2,0 0,048 3,9
24