Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp đảm bảo yêu cầu cho trước

ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
Chương I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY XÂY DỰNG
I. ĐỊNH NGHĨA , PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY XÂY
DỰNG
1) Định nghĩa về máy xây dựng :
- Máy xây dựng là danh từ chung chỉ các loại máy và thiết bị phục vụ
cho công tác xây dựng cơ bản , công nghiệp , cảng , thuỷ lợi , giao thông
vận tải v.v Do vậy chủng loại rất nhiều .
2) Phân loại máy :
- Để thuận tiện cho nghiên cứu và thiết kế chế tạo người ta phân loại
máy xây dựng theo tính chất công việc hay công dụng như sau :
- Máy phát lực : Dùng để cung cấp động lực cho các máy khác làm
việc , thường là những tổ máy điêzen phát điện , tổ máy nén khí v.v
- Máy vận chuyển : Sử dụng để vận chuyển hàng hoá , vật liệu . Nó
được phân ra làm nhiều loại khác nhau như máy vận chuyển ngang ,
máy vận chuyển đứng , máy vận chuyển liên tục , máy xếp dỡ …
1
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
2
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
3
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
- Máy làm đất : Gồm các máy phục vụ các khâu thi công đất như máy
đào đất , chuyển đất , xúc đất …
4
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
- Máy gia công đá : Phục vụ cho nghiền sàng rửa đá
- Máy làm bêtông : Dùng trong việc trộn , đổ và đầm bêtông
- Máy đóng cọc và nhổ cọc
- Máy gia công gỗ : Phục vụ việc cưa , xẻ , bào gỗ

- Máy gia công sắt thép : Phục vụ cho việc cắt , uốn , hàn thép và cốt
thép
- Máy bơm nước : Phục vụ cho việc cấp thoát nước
- Các máy chuyên dùng
- Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu nghiên cứu , thiết kế và sử dụng người ta
còn phân loại theo nguồn động lực ( máy chạy bằng động cơ đốt trong , bằng
điện , khí nén … ) , theo cách di động ( bánh hơi , bánh xích , bánh sắt … ) ,
theo phương pháp điều khiển ( cơ khí , thuỷ lực , khí nén … )
3) Yêu cầu chung đối với máy xây dựng :
- Về kết cấu : đơn giản , gọn nhẹ , công suất thích hợp . Các chi tiết
máy đơn giản đủ độ bền , dễ chế tạo .
- Về sử dụng và bảo quản : cần có tính cơ động , điều khiển , tháo lắp ,
bảo quản , vận chuyển không quá phức tạp , sử dụng thuận tiện an toàn , phù
hợp với khí hậu .
5
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
II. GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC
1) Khái niệm :
- Cầu trục là loại máy nâng được sử dụng chủ yếu để nâng và di chuyển
các vật nặng , xếp dỡ hàng hoá … Trong công nghiệp nó được sử dụng ở các
nhà xưởng lắp ráp chế tạo , trong các lò luyện kim .
2) Phân loại :
- Cầu trục được phân làm hai loại chính : cầu trục một dầm và cầu trục
hai dầm
+ Cầu trục một dầm bao gồm có kiểu treo và kiểu tựa
6
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
+ Cầu trục hai dầm cũng có hai kiểu : kiều tựa và kiểu treo
7
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN

3) Cấu tạo chung của cầu trục
- Cầu trục có nhiều dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận
sau :
- Động cơ : Trong máy trục sử dụng 3 loại động cơ như động cơ đốt
trong , động cơ khí nén , động cơ điện . Động cơ đốt trong thích hợp với
8
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
những máy di động nhiều , hoạt động độc lập , không theo quỹ đạo nhất định
và xa nguồn điện . Động cơ khí nén thường được sử dụng trong những máy
cố định hay máy công cụ như máy đóng cọc , máy khoan , máy phun vôi …
Động cơ điện là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong cầu trục vì
phù hợp với tính chất làm việc của cầu trục ( cố định , di chuyển ngắn theo
quỹ đạo nhất định ) và có công suất cao , gọn nhẹ , chịu tải tốt , thay đổi tốc
độ và chiều quay nhanh , dễ tự động hoá …
- Hệ thống truyền động : Có rất nhiều kiểu truyền động như truyền
động dầu ép khí nén , truyền động điện , truyền động hỗn hơp , truyền động
cơ khí . Tuy nhiên trong cầu trục dùng phổ biến là truyền động cơ khí vì dễ
chế tạo , an toàn .
- Cơ cấu công tác
- Cơ cấu quay
- Cơ cấu di chuyển : Thường sử dụng di chuyển bằng bánh xe và ray
- Hệ thống điều khiển : Sử dụng để tắt mở hoạt động của các cơ cấu .
- Khung bệ
- Các thiết bị phụ
9
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
- Để dễ dàng trong thiết kế người ta chia cầu trục ra làm ba cơ cấu
chính : cơ cấu nâng vật , cơ cấu di chuyển xe con , cơ cấu di chuyển cầu .
I, YÊU CẦU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN
A. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ

1) Nhiệm vụ :
- Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp .
2) Yêu cầu :
- Kích thước nhỏ gọn phù hợp với không gian làm việc chật hẹp trong
xưỏng cơ khí.
10
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
- Đảm bảo tính bền ,an toàn kinh tế ,dễ dàng vận hành ,bảo trì
- Tăng năng suất giảm nhẹ sức lao động của công nhân trong việc vận
chuyển phôi.
- Đăc tính kỹ thuật
+ Tải trọng nâng: Q=12.5 (tấn) .
+ Chế độ làm việc trung bình : CĐ = 25% .
+ Chiều cao nâng H = 8 (m) .
+ Vận tốc nâng
( )
12
n
m
v
phùt
=
.
+ Vận tốc di chuyển xe lăn
( )
30
xe
m
v
phùt

=
.
+ Tầm rộng L = 20 (m).
+ Vận tốc di chuyênỷ cầu V
c
= 100 (m/phút )
B. CHỌN PHƯƠNG ÁN
- Cơ cấu nâng được thiết kế dùng tời nâng và móc .
- Tời nâng gồm có động cơ điện , hộp giảm tốc ,tang và cáp nâng .
+ Động cơ điện có hai loại động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay
chiều . Động cơ điện xoay chiều 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong
công nghiệp với công suất , tính bền cao,momen khởi động lớn ,dễ đảo
chiều.Bên cạnh đó ta có động cơ điện một chiều : là loại động cơ điện có
11
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng , khi làm việc bảo đảm
khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng ,giá thành cao , khi lắp đặt cần
thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp . Trên những ưu khuyết điểm của hai loại
động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều ta thấy được động cơ
điện xoay chiều tuy tính chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện
một chiều nhưng vớiä tính thông dụng , bền và kinh tế hơn thì những
khuyết điểm của loại động cơ này vẫn chấp nhận được. Vậy khi thiết kế
cầu trục hai dầm này ta dùng động cơ điện xoay chiều ba pha là phù hợp.
- Hộp giảm tốc : Sử dụng bộ truyền bánh răng trụ ,bộ truyền bánh
răng bôi trơn bằng tát dầu .
- Tang được chế tạo bằng gang xám ,có xẻ rãnh .Cáp vào rãnh thì ứng
suất phân bố đều , tránh được ứng suất tập trung trên cáp ,giảm được
giá thành so thép .
- Cáp nâng :lựa chọn dựa trên hệ số an toàn cho phép , và tuổi thọ của
dây cáp . Do đó ta phải chọn cáp cho phù hợp với tải trọng nâng , chịu lực

căng dây lớn .
- Có hai loại cáp có thể sử dụng :cáp bện xuôi và cáp bện chéo .
+ Cáp bện xuôi :có tính mềm ,dễ uốn qua ròng rọc và tang ,khả năng
chống mòn tốt (do tiếp xúc giữa các sợi cáp là tiếp xúc đường có nhược
12
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
điểm là dễ bị tở khi cáp bị đứt và dễ bị xoắn lại khi một đầu cáp ở trạng thái
tự do .
+ Cáp bện chéo:có tínhcứng ,dễ mòn khi làm việc (do tiếp xúc giữa các
sợi cáp là tiếp xúc điểm) nhưng lại khó bị tở và không bị xoắn lại khi một
đầu ở trạng thái tự do.
- Dựa trên tính chất của hai loại cáp và cấu tạo của cơ cấu nâng ta
chọn loại cáp bện chéo .
- Những tính chất cơ bản của các loại thép :
+ Các loại thép lá ,tấm dập có sức chịu cao về kéo nén .Nên dùng cho
các phần tử tiếp nhận tải trọng kéo, nén . Ta sử dụng loại thép này làm các
tấm kê .
+ Các loại thép CT3 , thường là thép hình có độ bền cơ tính , tính công
nghệ cao , tính bền dẻo do chịu va đập và tính hàn cao. Nên dùng cho các
phần tử tiếp nhận ứng suất uốn . Ta sử dụng loại thép này làm kết cấu dầm
chịu lực và làm khung xe con .
+ Phanh sử dụng trong cầu trục có nhiều loại như phanh má , phanh đĩa
, phanh đai , phanh nón , phanh áp trục , phanh ly tâm . Để đảm bảo an toàn
và thích hợp với hệ thống dẫn động điện độc lập ta sử dụng loai phanh
thường đóng
13
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
Chương: II
TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG
Số liệu ban đầu :

Trọng tải Q
0
= 12.5 (tấn) = 125000 (N).
Trọng lượng vật mang: bỏ qua khi tính.
Chiều cao nâng:H = 8 (m) .
Vận tốc nâng V = 12 (m/ phút)
Chế độ làm việc: CĐ% = 25%.
Sơ đồ cơ cấu nâng :


1: Tang.
2: Khớp răng.
14
Hình 1: Sơ đồ cơ cấu nâng
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
3: Hộp giảm tốc.
4: Khớp răng.
5: Phanh
6: Động cơ.






- Do tính chất quan trọng, yêu cầu cao và vị trí đặc biệt của cơ cấu nâng
trong máy trục . Vì vậy nó phải được thiết kế đảm bảo độ tin cậy , độ an toàn
và ổn định cao , nó phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng cao.
- Sơ đồ cơ cấu nâng được trình bày trên hình 1: bao gồm tang (1) được nối
với hộp giảm tốc (3) qua khớp răng (2), hộp giảm tốc nối với động cơ (6)

qua khớp nối răng, một nửa khớp dùng làm bánh phanh về phía hộp giảm
tốc , phanh (5) là loại phanh lo xo điện 2 má áp trục .
- Với sơ đồ như trên sẽ đảm bảo độ cứng vững, tính bền và giảm thời gian
bảo dưỡng.
15
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
Chọn loại dây
- Dây thường dùng trong máy trục có 2 loại dây chính đó là xích và cáp.
- Xích có ưu điểm là dề uốn, có thể làm việc với tang và đĩa xích có đường
kính nhỏ nên bộ truyền có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản. Tuy nhiên, nó chỉ làm
việc với vận tốc gới hạn không quá 1 m/s. Nếu vận tốc quá vận tốc gới hạn
thì các mắt xích bị mòn nhanh làm 2 tăng khả năng đứt xích .Vì vậy xích
tường ít dược sử dụng hơn cáp.
- Dây cáp thép là loại dây được dùng trong ngành máy trục nhiều nhất vì nó
có khả năng làm việc với vận tốc cao mà không ồn, uốn được theo mọi
phương, chịu được tải trọng khác nhau, trọng lượng bản thân nhỏ và ít đứt
đột ngột. Cáp có nhiều loại như: cáp bện đơn, cáp bện kép, cáp bện trái, cáp
bện phải, bện hỗn hợp … Trong đó cáp bện kép là loại được dùng chủ yếu
trong máy trục. Ta chọn loại cáp
π
k-p 6x19 lõi đay theo tiêu chuẩn TOCT
2688-80 làm dây cho cơ cấu nâng.Đây là loại cáp bện kép có lõi đay thấm
dầu, các sợi cáp tiếp xúc đường, các sợi cáp có đường kính bằng nhau.





16
Hình 2: Kết cấu của cáp

ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN







3. Chọn palăng.
- Có 2 loại palăng thường dùng đó là: palăng đơn và palăng kép
- Loại palăng đơn (A) do chỉ có một nhánh dây chạy trên tang nên mỗi khi
cuốn và nhả cáp có sự di chuyển của dây dọc trục làm khó hạ vật đúng vị trí
gây ra tải tác động lên ổ đỡ thay đổi.
- Loại palăng kép (B) có2 nhánh dây cuốn lên tang nên nâng hạ vật đúng vị
trí, áp lực lên các ổ trục sẽ được phân đều và ít thay đôỉ. Theo bảng 2-6[2],
với tải trọng 12.5 tấn ta chọn palăng có bội suất a = 2x2. Sơ đồ palăng được
bố trí như hình 3B.



17
Hình 3: Palăng đơn và palăng kép
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN

- Lực căng lớn nhất ở nhánh dây cuốn vào tang khi nâng vật .

max
*(1 )
*(1 )*
o
a t
Q
s
m
η
η η
−
=
−
18
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
Trong đó :
Q
o
= Q + Q
m
:tải danh nghĩa (tấn) với Q là tải trọng
nâng ,Q
m
là trọng lượng vật mang . Khi tính toan bỏ
qua trọng lượng vật mang
m : số dây cuốn lên tang , với tang sử dụng là tang kép m = 2.

t : số ròng rọc đổi hướng , do dây mắc trực tiếp lên tang t = 0.

η
:hiệu suất của ròng rọc , theo bảng 2-5[2] ứng với điều kiện sử
dụng ổ lăn được bôi trơn bằng mỡ trong điều kiện bình thường .
vậy :
max
2 0
*(1 )
125000*(1 0.98)
31566( )
*(1 )* 2*(1 0.98 )0.98
o
a t
Q
s N
m
η
η η
−
−
= = =
− −
- Hiệu suất của palăng :
max
o
S
S
η
=

, (cth:2-21[2]) .
trong đó :
S
o
: lực căng tên nhánh dây treo vật đầu tiên ,
*
o
o
Q
S
m a
=
a : bội suất của palăng a = 2x2 do là palăng kép . vậy:
19
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
max max
125000
0.99
* * 2*2*31566
o o
S Q
S m a S
η
= = = =

20
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
4. Kích thước dây :
- Dây cáp dùng trong máy trục phải có kích thước phù hợp với tải
trọng, dây cáp thường được tính toán và chọn theo lực kéo đứt .

S
đ
= S
max
* k , (cth: 2-10[2]) .
Trong đó: k là hệ số an toàn, được tra theo bảng 2-2[2] ,ứng với
chế độ làm việc trung bình k = 5.5 .vậy:
S
đ
= S
max
* k = 31566 * 5.5 = 173613 (N).
- Theo Atlas máy trục ta chọn được loại cáp
π
k – p 6x19 có ứng
suất giới hạn bền
b
σ

= 1700(N/mm
2
) , đường kính cáp d
c
=
18(mm).
5. Tính tang :
- Tang dùng trong máy trục có hai loại là tang trơn và tang xẻ rãnh
- Tang trơn dùng để quấn nhiều lớp cáp khi chiều cao nâng lớn
- Tang xẻ rãnh dùng quấn một lớp cáp trong co cấu nâng dẫn động
bằng điện với chiều cao nâng vật không qua lớn .Ở tang có rãnh

thì dây cáp được quấn theo rãnh nên không bị rối cáp và kẹt
cáp, dây cáp ít mòn vì ít cọ xát vào nhau. Tang có rãnh chia làm
hai loại:
21
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
+ Tang đơn là tang xẻ rãnh theo một chiều, có một nhánh dây treo
vật.
+ Tang kép là loại tang xẻ rãnh ở hai nửa khác nhau và khác chiều,
có hai dây treo vật .
- Với chiều cao nâng H = 8 (m) ta chọn loại tang xẻ rãnh sâu.




- Các kích thước của tang :
Chiều dài của tang: L = L
o
+ 2 * L
1
+ 2*L
2
+ L
3
, (cth: 2-14[2])
Trong đó L
1
là chiều dài phần tang kẹp đầu cáp.
L
2
là chiều dài phần tang làm thành bên.

L
3
là chiều dài phần tang không cắt rãnh.
L
4
+ 2*h
min
*tg
α

≥
L
3
≥
L
4
-2*h
min
*tg
α
L
4
là khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng trên khung treo móc.
22
Hình 4: Kích thước của tang
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
h
min
là khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang và trục ròng rọc.
α

là góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bị lệch so với phương
đứng , với tang cắt rãnh tg
α
= 1/10 .
Cụ thể:
+ Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng la
H = 8(m).
l = H * a = 8 * 2 = 16(m).
+ Đường kính tang: Được xác định theo công thức
D
t

≥
d
c *
(e-1) , (cth: 2-12[2] ).
Trong đó: e = 25 , là hệ số thực nghiệm được xác định theo bảng
2-4[2] tương ứng với chế độ tải trọng trung bình.
Vậy:
D
t
= d
c *
(e-1) = 18 * (25-1) = 432(mm) , lấy D
t
= 430(mm)
+ Số vòng cáp cuốn lên 1 nhánh.
'
( )
o

t c
l
Z Z
D d
π
= +
+

Trong đó:
Z
o

≥
1.5, ta chọn Z
o
= 2 , là số vòng cáp cố định trên tang để giảm bớt lực
kẹp đầu dây cáp , số vòng cáp này không được sử dụng khi làm việc .
D
t
: là đường2 kính tang , D
t
= 430(mm).
23
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
D
c
là đường kính cáp d
c
= 18(mm).
Vậy:

'
16
2
( ) (0.43 0.018)
o
t c
l
Z Z
D d
π π
= + = +
+ +
= 13 (vòng)
+ Chiều dài phần tang cắt rãnh
L
0
= 2 * Z * t
Trong đó:t là bước rãnh trên tang đươc chon theo tiêu chuẩn trong Atlas máy
trục . Tương ứng với đường kính cáp d
c
= 18(mm) ta chọn theo tiêu chuẩn
MH 5365-64 được t = 20.
Vậy:
L
0
= 2 * 13 * 20 = 520(mm).
+ Chiều dài phần tang kẹp cáp:
Với phương pháp kẹp cáp thông thường ta cần thêm 3 vòng rãnh cáp để đảm
bảo cho đầu cáp cặp.
L

1
= 3 * t = 3 * 20 = 60(mm)
+ Chiều dài phần tang làm thành bên:
L
2
= 2 * d
c
= 2 * 18 = 36(mm).
+ Chiều dài phần tang không cắt rãnh:
L
4
+ 2*h
min
*tg
α
≥
L
3

≥
L
4
-2*h
min
*tg
α
Chọn L
4
= 230(mm) , h
min

= 800(mm).
24
ĐAMH:K/THUẬT NÂNG CHUYỂN GVHD : NGUYỄN HỒNG NGÂN
Vậy :
230 + 2*800 *1/10
≥
L
3

≥
230 -2*800*1/10
390
≥
L
3
≥
70, chọn L
3
= 290 (mm).
Vậy chiều dài tang là:
L = L
o
+ 2 * L
1
+ 2*L
2
+ L
3
= 520 + 2 * 60 + 2 * 36 + 290
L = 1002(mm) , chọn L = 1000(mm).

+ Bề dày thành tang tính theo kinh nghiệm:
δ
= 0.02 * D
t
+ {(6
÷
10)(mm)}.
δ
= 0.02 * 430 + 3 = 11.6(mm)
+ Kiểm tra độ bền của tang.
Khi làm việc thành tang bị uốn , nén và xoắn .Với chiều dài của tang
nhỏ hơn 3 lần đường kính của nó thì ứng suất uốn và xoắn không vượt quá
(10
÷
15)% ứng suất nén. Ví vậy tang được kiểm tra sức bền theo điều kiện
nén với ứng suất cho phép là:

[ ]
max
* *
*
n n
k S
t
ϕ
σ σ
δ
= ≤
Trong đó :
ϕ

là hệ số giảm ứng suất , đối với tang kép
ϕ
= 0.8
25