Thuyết minh đề án kỹ thuật “tính toán thiết kế cầu trục tải trọng 12 tấn”

Thuyết minh đề án kỹ thuật
“Tính toán thiết kế cầu trục tải
trọng 12 tấn”
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Đề tài 1
Mục lục 2
Lời nói đầu 3
Nhận xét của Giáo viên 4
PHẦN I:
GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ.
5÷17
1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN
5
1.2 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC
6÷13
1.3 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ
14÷17
PHẦN II:
TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU CHÍNH
18÷124
2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG.
18 ÷48
2.1.1Chọn phương án cho cơ cấu nâng.
18÷21
2.1.2Tính cơ cấu nâng.
21÷48
2.2 TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON
49÷75
2.2.1.
Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản.

49
2.2.2. Tính cơ cấu di chuyển.
50÷54
2.2.3. Thiết kế bộ truyền trong hộp, bánh răng trụ -
thẳng.
54÷67
2.2.4. Thiết kế bộ truyền ngoài hộp, bánh răng trụ -
thẳng
68÷75
2.3. TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU
76÷115
2.3.1. Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản.
76÷78
2.3.2. Tính cơ cấu di chuyển cầu.
78÷83
2.3.3. Thiết kế bộ truyền bánh răng hở.
83÷106
2.3.4. Tính chọn khớp nối.
107÷111
2.3.5. Tính chọn then
112÷115
2.3.6. Tính trục truyền
122
2.4. TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU TRỤC
123÷131
2.4.1. Tính dầm chính.
123÷128
2.4.2. Tính tán dầm cuối
129÷131
Tài liệu tham khảo

132
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển của thế giới và xu huớng hội nhập kinh tế quốc tế, đất
nước ta đang dần đổi mới và buớc vào thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá, vừa xây
dựng cơ sở vật chất – kỹ thuật vừa phát triển nền kinh tế đất nuớc. Hiện nay, nước ta
đang mở rộng việc xây dựng và phát triển các khu công nghiệp, nhà máy, các cơ sở
sản xuất….từ đó, hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế
sức lao động của con người … Do đó, ngành Cơ khí chế tạo máy không thể thiếu và
có vai trò rất quan trọng trong quá trình xây dựng và phát triển đất nước.
Trong các trương trình giảng dạy bậc Đại học của các khối ngành kỹ thuật
việc thiết kế đồ án môn học là một nhiệm vụ quan trọng đối với tất cả mọi ngành nghề.
Giúp cho sinh viên hiểu sâu, hiểu kỹ và tổng hợp được những kiến thức cơ bản của
môn học Đối với ngành Cơ khí, đây là một công việc thiết thực, không những giúp
cho sinh viên được hòa mình vào thực tế, tích lũy kinh nghiệm, được khẳng định
những kiến thức đã học trên lý thuyết, mà còn hình thành tác phong và khả năng ngề
nghiệp của một kỹ sư cơ khí thực thụ trong tương lai.
Đề án kỹ thuật là học 1 phần nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư Cơ khí
trường ĐHKT Công nghiệp Thái Nguyên. Đây là 1 học phần mới nằm trong các học
phần tự chọn trong trương trình đào tạo. Mục đích của học phần là nhằm cho sinh viên
tìm hiểu nghiên cứu về một số các loại dây truyền , kết cấu máy nâng chuyển cơ khí
thông dụng trong thực tế như các trạm dẫn động băng tải, xích tải , gầu tải, cầu trục
.v.v. Qua đó sinh viên được tìm hiểu thực tế, tiến hành tình toán thiết kế các cụm chi
tiết, bộ phận máy nhằm nâng cao hiểu biết cho sinh viên.
Đề tài thiết kế của nhóm em được giao là “Tính toán thiết kế cầu trục tải
trọng 12 tấn”. Sau một quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế, đặc biệt nhờ có sự
giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các cô giáo Trần Thị Phương Thảo và cô Bùi Thanh
Hiền, cùng các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, đến nay nhóm chúng em đã
hoàn thành đề tài đồ án của mình với một bản thuyết minh và các bản vẽ theo yêu cầu
đề tài.
Trong quá trình làm đồ án, mặc dù các thành viên trong nhóm đã đoàn kết,

cố gắng để đồ án của nhóm hoàn thiện nhất, nhưng do điều kiện thời gian và kinh
nghiệm hạn chế, nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy cô và
các bạn đóng góp ý kiến để đề án của nhóm được hoàn thiện nhất.
Em xin trân thành cám ơn !
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Thuận
Nông Văn Thức
Dương Văn Tĩnh
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

PHẦN I:
GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ.
1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN
1.1.1 Khái niệm: 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 như móc treo,
gầu ngoạm,… hoặc gián tiếp như băng tải, xích tải, con lăn, đường ống v.v
1.1.2 Phân loại: Theo tính chất làm việc thì máy nâng chuyển được chia
làm 2 loại chính:

- Máy vận chuyển liên tục: Ở các loại máy này vật phẩm được di chuyển
thành dòng ổn định và liên tục. Có thể bốc rỡ ngay trong quá trình vận chuyển.
Máy vận chuyển liên tục được phân thành 2 nhóm:
+ Vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như băng tải, xích…
+ Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như hệ thống đường lăn, ống
dẫn.
- Máy vận chuyển theo chu kỳ: Đặc trưng của loại máy này
hoạt
động có
tính
chất
chu kỳ (
l
uôn

ph
i
ê
n

g
i
ữ
a
t
h
ờ
i
kỳ
l

à
m
v
i
ệ
c và thời gian nghỉ )
của cơ cấu máy. Phần chủ yếu của máy vận chuyển theo chu kỳ là máy
trục. Máy trục được chia ra làm 3 nhóm lớn.
+ Máy trục đơn giản như kích, tời, pa lăng.
+ Máy trục thông dụng, như cầu trục cần cẩu.
+ Máy trục đặc chủng: Đó là loại máy dùng riêng theo yêu cầu nào đó như
thang máy, trục bến cảng.
1.2 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC
1.2.1 Khái niệm: Cầu trục là tên gọi chung của máy trục chuyển động trên
hai đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật
phẩm trong khoảng không (khẩu độ) giữa hai đường ray đó.
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.
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
1.2.2 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 kết 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 đã 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.
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.
Theo phương pháp dẫn động thì cầu trục 1 dầm được chia làm 2 nhóm:
+ 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 1 dầm truyền động bằng điện.
- Cầu trục 2 dầm: Kết cấu tổng thể của cầu trục hai
dầm (Hình 1.3)
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 (Hình 1.4)được chế tạo dưới dạng
hộp hoặc dàn không gian. Dầm giàn không gian tuy có nhẹ hơn dầm hộp
song

khống 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.
Hình 1.4:Kết cấu cầu trục 2 dầm.
Hình 1.5: Cầu trục 2 dầm.
c. Theo cách tựa của dầm chính.
Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo.
-

Cầu trục tựa: là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lên 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. 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.
- 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.
Hình
1.5. Cầu trục treo.
a)
Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo.
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 án 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 pháp bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục.
- 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 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 động chung với trục truyền quay trung bình (hình1.6, 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
l
à
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 dụng trong việc
vận chuyển các loại hàng có khối lượng 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 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ
1.3.1 Nhiệm vụ:
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 dụng, 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 như thiết kế. Cuối cùng
là đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế
và
t
ừ
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 phục
vụ cho việc di chuyển vật nặng với tải trọng 12 tấn ” sao cho đảm bảo được
các tính năng kỹ thuật và yêu cầu đặt ra.
1.3.2 Mục tiêu thiết kế:
1.3.2.1 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 với. 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.
Trong tính toán thiết kế “Cầu trục 12 tấn “ cần thoả mãn các yêu cầu
sau:
- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển 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 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.
1.3.3 Phân tích và chọn phương án thiết kế.
Để
đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới cầu trục 12 tấn, 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 hai dầm dạng chữ I có xe con treo palăng di chuyển trên cạnh trên của
dầm chữ I là loại phù hợp nhất. Loại cầu này có ưu điểm hơn cả vì có kết
cấu vững chắc, thích hợp cho việc di chuyển 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.
Hình
1.8. Cầu trục thiết kế.
- Kết cấu thép: Gồm có dầm cầu(dầm chủ) dầm chủ dựa vào hai dầm
ngang(dầm cuối), ở cuối hai dầm ngang có đặt các bánh xe, bánh xe di
chuyển nhờ nguồn động lực dẫn động. Toàn bộ cầu trục di chuyển trên
hai đường ray đặt trên cột tường nhà, xe con(xe lăn) chuyển dọc theo
đường ray đặt trên dầm chủ. Trên xe con có đặt các cơ cấu nâng chính,
cơ cấu nâng phụ, cơ cấu di chuyển xe con. Đường dây lấy điện cấp điện
cho cầu trục.
- 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 móc treo.
- Các cơ cấu được điều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền nhà.
b.
Chọn phương án thiết
kế
Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề nào đó chúng ta có 4
phương
pháp
cơ bản, đó l
à:
- Thiết kế theo mẫu.
- Thiết kế theo Quy Phạm.
- Thiết kế theo số liệu thống kê.
- Thiết kế theo tính toán.
Mỗi phương án thiết kế đều có những đặc điểm và 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 ta 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 hai dầm với tải trọng
nâng 1
2
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
c.
Các thông số cơ bản.
- Tải trọng nâng: Q = 12T
- Chiều cao nâng: H = 12 m
- Khẩu độ dầm cầu: L = 15 m
- Vận tốc nâng
:V
n
=
12 m/ph
- Vận tốc di chuyển cầu:
:V
c
=
60 m/ph

- Vận tốc di chuyển xe con:
:V
x
=
30 m/ph
- Chế độ làm việc: Trung bình.
Tương
ứng với chế độ làm việc trung bình ta có:
Bảng 1-1. Các số liệu về chế độ làm việc các cơ cấu của
cầ
u
trục.
Chỉ tiêu Chế độ làm việc
-
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 chu kỳ làm việc trong một giờ, a
ck
- Nhiệt độ môi trường xung quanh, t
0
C
25
0,33
0,25

0,55
60
0
–
15
25
- Thời gian phục vụ, năm 6
- Hệ số cản ban đầu, K
bđ
1, 5
PHẦN II:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG
2.1. 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
Các phương án bố trí cho cơ cấu nâng:
Hình 2.1 Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng dẫn động bằng tay.
Cơ cấu nâng có thể được truyền động băng tay hoặc bằng điện.

Hình 2.2 : Pa lăng xích.
Hình 2.3: Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng dẫn động bằng điện
a, b,c- Cấu tạo chung của tời cáp. d,e,g,h- Cơ cấu nâng nhiều tốc độ. i, f-

tời cáp dùng cho gầu ngoạm
Hình 2.4: Một số cơ cấu nâng truyền động bằng điện.
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- Hộp giảm tốc
3- Khớp Nối.
4- Tang
5- Nối tang
6- Phanh
Hình 2.1: 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, hộp giảm tốc 2, khớp nối còng đàn hồi 3,trong đó nửa
khớp phía bên hộp giảm tốc được sử dụng làm bánh phanh, tang 4, khớp răng
đặc biệt 5 nối tang với trục ra của hộp giảm tốc, phanh 6. Ngoài ra còn có
các bộ phạn khác như dây cáp, móc treo và ròng rọc đỡ cáp (hình 2.5).
Hình 2.6: Sơ đồ Pa lăng mang vật.
Các thông số cơ bản ban đầu.
- Tải trọng nâng: Q = 12T = 120000N.
- Chiều cao nâng: H = 12 m.
- Tốc độ nâng vật: Vn =12 m/ph.
1
3
2
4
5

6
- Chế độ làm việc của cơ cấu: Trung bình.
- Trọng lượng của bộ phận mang vật bao gồm: Móc treo, pa lăng được
chọn theo tiêu chuẩn của liên xô ( atlat ) có khối lượng.
Q
m
= 0,025 .Q = 0,025. 120000 = 3000 ( kg ) = 30000 ( N ).
2.2. Tính cơ cấu nâng.
2.2.1. 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-P 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.
V
ật
liệu
chế tạo là các sợi thép
cacbon cao ( thép 69, 65) có giới hạn bền 1200
÷
2100
N/

mm

2

.
Ta chọn loại cáp bện đôi kiểu Π K-P kết
cấu

6
x 19 (1+9+9) + 110.C
ΓOCT 3077-69 ( bảng 2 )-[ 2- tờ 20] , giới hạn bền các sợi thép trong
khoảng 1500
÷
1800
N/

mm

2
.
2.2.2. Pa lăng giảm lực.
Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng
với tải trọng lớn ta dùng một palăng.
Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang. Do cầu lăn thực
hiện việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm
việc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang. tương ứng với trọng tải
cầu lăn theo Bảng 2-6[I] chọn bội suất palăng a=2. Palăng gồm hai ròng rọc di
động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng, sơ đồ (hình 2.7)
Hình 2.7: Pa lăng.
Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật được
xác định theo công thức 2-19
S
max
=

0
2
(1 )
150000(1 0,98)
37878.78( )
.(1 ) 2.(1 0,98 )
a t
Q
N
m
λ
λ λ
−
−
= =
− −

Trong đó: λ = 0,98 – hiệu suất của ròng rọc đặt
trên ổ lăn bôi trơn bình thường.
a = 2 – Bội số pa lăng.
m
= 2 – số nhánh cáp cuốn lên tang.
t = 0. Vì dây trực tiếp quán lên tang không qua các dòng dọc đổi
hướng.
Q
0
= Q + Q
m
= 120000 + 30000 = 150000 ( N ).
η

p
- hiệu suất palăng.
0 0
ax ax
150000
0.99
. . 2.2.37878.78
P
m m
s Q
s m a S
η
= = = =
2.2.3. Tính kích thước dây cáp.
Kích thước dây cáp dược chọn dựa vào công thức (2-10) – [tr.18]
S
đ

≥ S
max
.n
Trong đó: S
đ

- lực kéo đứt cáp.
S
max
– Lực căng lớn nhất trong dây.
n = 5,5 - Hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2-

2)
–
[tr.19] ứng với chế độ làm việc trung bình.
=>
( )
37878.78 5,5 208333.13
đ
S N= × =
Xuất phát từ điều kiện bền theo công thức ( 2-10 ), với loại dây đã chọn ở
trên, với giới hạn bền của sợi δ
b
= 1600 N/mm
2
. Theo tiêu chuẩn Liên xô , chọn
đường kính dây cáp d
c
= 20,5 mm, có sức kéo đứt S
đ
= 215 kN, xấp xỉ với lực
đứt cáp theo yêu cầu, khối lượng trên 1000 m cáp đã được bôi trơn là 1551 kg.
Tra bảng 3 [ 2 –trang 20].
2.2.4. Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc.
* Tang:
- Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang xác định theo công thức
(2-12) – [tr-20].
D
t
≥ d
c
(e − 1) = 20,5(18 − 1) = 348,5 mm

Trong đó: D
t
-
Đường kính tang đến đáy rãnh cát, mm.
d
c
= 20,5
mm
- Đường kính dây cáp quắn lên tang.
e = 25 – Hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại máy và chế độ làm việc,
tra theo bảng (2-4) –[ 1 –trang 20].
Ở đây ta chọn đường kính tang và dòng dọc giống nhau: D
t
= D
r
= 492 mm.
Ròng dọc cân bằng không phải là dòng dọc làm việc, có thể chọn đường kính
nhỏ hơn 20% so với dòng dọc làm việc.
D
c
= 0,8 . D
r
= 0,8 . 492 = 393,6 mm
- Chiều dài tang: Chiều dài tang được tính sao cho khi hạ vật xuống vị trí
thấp nhất trên tang vẫn còn lại ít nhất là 1,5 vòng dây, không kể những
vòng nằm trong cặp ( Quy định an toàn )
Chiều dài toàn bộ của tang khi dùng pa lăng đơn được xác định theo
công thức (2-
13)
[tr.21].

'
0 1 2 3
' 2 2L L L L L= + + +
L'
L2 L1
L0 L3 L0
L1 L2

Hình 2.8: Kích thước chiều dài tang.
- Chiều dài có ích của cáp khi làm việc với chiều cao nâng danh nghĩa H = 12m
và bội suất Palang a = 2.
l = H . a = 12 . 2 = 24 m
- Số vòng cáp làm việc trên tang.
'
0
24
2 17
.( ) 3.14(0.5 0.0205)
t c
l
Z Z
D d
π
= + = + =
+ +
Trong đó Z1= 2. Số vòng thừa dự trữ không sử dụng đến.
Vậy
'
0
2. . 2.17.23 782( )L Z t mm

= = =
Với: t- bước cáp được xác định theo công thức thực nghiệm:
t = d
c
( 2÷3 ) = 20,5 + 2,5 = 23 (mm ).
- Chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp L
1
: Nếu là kẹp thông thường thì phải
bổ xung thêm từ 2 ÷3 vòng cáp.
L
1
= 3.t = 3. 23 = 69 (mm ).
- Chiều dài L
2
: Vì tang được cắt rãnh, cáp cuốn 1 lớp, tuy nhiên ở hai đầu
tang trước khi vào phần cắt rãnh ta trừ lại một khoảng L
2
= 20 ( mm ) để làm
thành bên.
- Khoảng cách L
3
ngăn cách giữa hai nửa cắt rãnh tính theo chỉ dẫn ở
trang 21.
3 4 min
L L – 2h tg
α
= ×
Dựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:
L
4

= 300 mm, khoảng cách giữa hai dòng dọc ở ổ treo móc
h
min
= 800 mm, khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục dòng dọc ổ
treo móc
tg 0.07
α
=
,
α
là góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thẳng
đứng
L
3
= 300 – 2.800.0,07 = 188 mm
Vậy chiều tổng cộng của tang là:
'
0 1 2 3
' 2 2 782 2.69 2.20 188 1148( )L L L L L mm
= + + + = + + + =
- Tính bề dày tang: Bề dầy thành tang xác định theo các hệ thức kinh
nghiệm, [ 1- trang 21].
( ) ( )
t
0,02 D 6 10 0,02. 500 6 16 mm
δ
= + ÷ = + =
- Kiểm tra sức bền của tang theo công thức (2-15) – [tr.22].
б
n

≈
t
Sk
.

max
δ
ϕ
≤ [б
n
].
Trong
đó: S
max
= 37878,78 N – lực căng lớn nhất.
δ
τ
= 16 mm – bề dầy thành tang.
t = 23 mm – bước cuốn cáp.

φ = 0,8 - hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng gang.
k =1 – hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên
tang
.[1-trang 22]
Bảng (2-1). Hệ số an toàn
k.
Số
lớp
cuốn
1 2 3

≥ 4
K 1
1,4 1,8
2
- Ứng suất cho phép đối với tang được bằng công được tính theo công
thức:
[б
n
] =
bn
k
σ
=
5
565
= 113 ( N/mm
2
)
Với tang được đúc bằng Gang GX 15-32 là loại vật liệu thông thường , phổ
biến nhất có giới hạn bền nén là б
bn
= 565 N/mm
2
.
=> б
n
=
1.0,8.37878.78
16.23
= 82,35 N/mm

2
. < [б
n
] = 113 (N/mm
2
)
=> Tang đảm bảo bền.
2.2.5. Chọn động cơ điện.
Động cơ điện được chọn cho cơ cấu nâng của máy trục phải thỏa mãn 2 yêu cầu
sau:
- Khi làm việc thời gian dài với chế độ ngắn đoạn lặp đi lặp lại, với
cường độ cho trước, động cơ không được nóng quá giới hạn cho phép để không
làm hỏng vật liệu cách nhiệt động cơ.
- Công suất động cơ phải đủ đảm bảo mở máy với gia tốc cho trước.
Đối với cơ cấu nâng: Xác định công suất tĩnh khi nâng vật bằng tải trọng
được tính theo công thức ( 2-78)- [ 1-trang 48].
N =
η
.1000.60
.
n
VQ
( KW)
Trong
đó: Q = 120000 N – tải trọng nâng của cầu trục.
V
n
= 12 m/ph – vận tốc nâng.
η - hiệu suất của cơ cấu bao gồm:
η

=

η

p
.η
t
.
η

0
Trong
đó:
η

p
= 0,99 – hiệu suất palăng đã tính trên (mục 2).
η
t
= 0,96 – hiệu suất tang, bảng (1-9)- [1- trang 15].
η
0
= 0,92 – hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối, bảng (1-9)- [1-trang
15]
=> η = 0,99. 0,96. 0,92 = 0,87
Vậy: N =
120000.12
60.1000.0,87
= 27,6 (kW )
Tương ứng với chế độ làm việc trung bình ta

chọn sơ bộ động cơ điện AOC2- 72- 4. Theo AL MNC/ tờ 21.
Công suất danh nghĩa : N
dc
= 27,5 ( kW).
Số vòng quay danh nghĩa: n
dc
= 700 (vòng/phút).