(Thuyết minh +Bản vẽ) Tôt nghiệp Thiết kế cầu trục 2 dầm 12,5 tấn

Hong Vn Hu

1

MC LC

Trang
Lời nói đầu...4
Chơng I : Giới thiệu chung....................6
1.1. Giới thiệu chung về cầu trục ... 6
1.1.2. Công dụng của cầu trục .6
1.1.2. Phân loại ....................6
1.2. Tình hình thiết kế chế tạo cầu trục ở Việt Nam .11
1.3. Giới thiệu cầu trục thiết kế và nội dung đồ án tố nghiệp....12
1.3.1. Các số liệu ban đầu ..12
1.3.2. Cấu tạo chung...12
1.3.3. Nội dung đồ án tốt nghiệp ...14
Chơng II : tính toán chung.....15
2.1. Các thông số hình học của cầu trục15
2.1.1. Chọn phơng án kết cấu thép dầm chính..15
2.1.2. Các thông số tính theo công thức kinh nghiệm16
2.1.3. Các thông số tính theo máy có sẵn...........18
2.2. Thành phần tải trọng tác dụng lên cầu trục ...18
2.2.1. Tải trọng do trọng lợng vật nâng ...18
2.2.2. Tải trọng do trọng lợng bản thân KCT cầu trục..19
2.2.3. TảI trọng do trọng lợng bản thân cầu trục..20
2.3. Tải trọng quán tính và tải trọng gió....20
Chơng III : tính toán cơ cấu nâng .....21
3.1. Chọn sơ dồ dẫn động, sơ đồ mắc cáp.21
3.2. Chọn cáp .21
3.3. Tính chọn cụm móc treo.....22

3.3.1. Chọn cụm móc treo...23
3.3.2. Kiểm tra bền móc treo..25
3.3.3. Đai ốc hãm , ổ tựa....25
3.3.4. Thanh ngang móc treo..25
3.4. Tính toán các cụm tang...29
3.4.1. Cụm tang...29
3.5. Tính chọn động cơ điện , hộp giảm tốc..34
3.5.1. Chọn động cơ điện....34
3.5.2. Tính chọn hộp giảm tốc....35
3.6. Tính chọn phanh và khớp nối.....36
3.7. Kiểm tra động cơ, hộp giảm tốc.....37
3.7.1. Kiểm tra động cơ..37


Hong Vn Hu

2

3.7.2. Kiểm tra hộp giảm tốc .41
3.8. Kiểm tra phanh và khớp nối....42
3.8.1. Kiểm tra phanh 42
3.8.2. Kiểm tra khớp nối.42
3.9. Đờng kính trục truyền...43
Chơng IV : Tính toán cơ cấu di chuyển xe con....44
4.1. Lực nén bánh lớn nhất............44
4.2. Lực cản di chuyển xe con...44
4.3. Tính công suất động cơ, chọn hộp giảm tốc...45
4.3.1. Tính chọn công suất động cơ45
4.3.2. Tính chọn hộp giảm tốc46
4.4. Tính cụm bánh xe di chuyển xe con...47

4.4.1. Tính toán bánh xe di chuyển........47
4.4.2. Tốc độ thực tế của xe con.49
4.4.3. Tính đoạn trục lắp bánh xe...49
4.4.4. Tính trục truyền giữa hai khớp nối...53
4.4.5. Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe......54
4.5. Tính chọn khớp nối.........54
5.6.1. Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ...54
5.6.2. Khớp nối trên trục truyền giữa hai bánh xe..55
4.6. Kiểm tra động cơ....55
4.6.1. Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám...55
4.6.2. Kiểm tra thời gian mở máy khi đầy tải.....58
4.6.3. Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt..58
4.7. Tính chọn phanh và kiểm tra thời gian phanh....59
4.7.1. Tính chọn phanh...59
4.7.2. Kiểm tra thời gian phanh khi đầy tải61
Chơng V : Tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục63
5.1. Lực nén bánh xe di chuyển cầu trục...63
5.2. Lực cản di chuyển cầu trục.....64
5.3. Tính công suất, chọn động cơ của cơ cấu di chuyển cầu............65
5.4. Tính chọn hộp giảm tốc..66
5.5. Tính cụm bánh xe di chuyển cầu trục.....66
5.5.1. Tính toán bánh xe di chuyển66
5.5.2. Tốc độ thực tế của xe con.....67
5.5.3. Tính đoạn trục lắp bánh xe...67
5.5.4. Kiểm tra độ bền mỏi của trục theo hệ số an toàn ....69
5.5.5. Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe .72
5.6. Tính chọn khớp nối.72
5.6.1. Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ...72
5.6.2. Khớp nối giữa hộp giảm tốc và trục bánh xe73
5.7. Kiểm tra động cơ 73

5.7.1. Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt..73
5.7.2. Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám...74


Hong Vn Hu

3

5.7.3. Kiểm tra thời gian mở máy khi đầy tải.77
5.8. Tính chọn phanh và kiểm tra thời gian phanh78
5.8.1. Tính moomen phanh và chọn phanh.....78
5.8.2. Kiểm tra thời gian phanh khi đầy tải80
Chơng VI : tính toán kết cấu thép..81
6.1. Tính toán kết thiết kế dầm chính81
6.1.1. Tải trọng tính toán
81
6.1.2. Tính toán mômen đứng theo phơng đứng .84
6.1.3. Tính toán mômen uốn theo phơng ngang...........85
6.1.4. Tính toán mômen xoắn ............85
6.1.5. Tổ hợp tải trọng ...............88
6.1.6. Tính toán thiết kế tiết diện dầm chính .88
6.1.7. Thiết kế tiết diện dầm...88
6.1.8. Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài dầm...............91
6.1.9. Kiểm tra độ bền , độ võng và ổn định của dầm ..94
6.1.10. Tính toán liên kết giữa bản cánh và bản bụng ...98
6.1.11. Kiểm tra độ bền ray di chuyển xe con..100
6.2. Tính toán thiết kế dầm đầu . 101
6.2.1. Tải trọng tính toán..........101
6.2.2. Chọn tiết diện dầm đầu...103
6.2.3. Tính kiểm tra tiết diện đã chọn...105

6.3. Tính toán mối liên kết giữa dầm chính và dầm đầu .106
6.3.1. Liên kết giữa dầm chính và dầm đầu..........106
6.3.2. Tính thiết kế mối hàn giữa dầm chính và bản liên kết....110
Kết luận111
Tài liệu tham khảo.112


Hoàng Văn Hậu

4

LỜI NÓI ĐẦU
Thế kỉ 21 đã mở ra một kỉ nguyên mới cho đất nước ta. Kỉ nguyên công nghiệp
hóa hiện đại hóa. Hàng loạt những nhà máy, công xưởng được xây dựng và lắp ráp
cùng với các dây chuyền công nghệ máy móc hiện đại được lắp đặt với khối lượng rất
lớn. Mặt khác công tác sửa chữa khắc phục những máy móc cũ sau một thời gian dài
sử dụng cũng được đẩy nhanh.
Tất cả các công việc xây dựng, lắp ráp và sửa chữa đó không thể vắng các máy
nâng chuyển. Cầu trục là một thiết bị quan trọng trong các thiết bị nâng đó. Đặc biệt
trong các nhà kho, nhà máy cầu trục trở thành thiết bị quan trọng và rất cần thiết.
Cầu trục được sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hàng hoá trong các nhà kho trong các
nhà máy xí nghiệp sữa chữa lắp ráp và chế tạo.
Với nhu cầu thực tế đó,các thầy ở bộ môn Máy Xây Dựng của trường Đại Học
Xây Dựng đã đưa thiết kế cầu trục hai dầm 12,5T vào làm đề tài tốt nghiệp. Sau 5 năm
học tại trường, dưới sự dạy dỗ nhiệt huyết và sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em đã
trang bị cho mình những kiến thức cần thiết để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp
được giao. Đề tài lần này chính là cơ hội để em tổng hợp lại tất cả kiến thức mình đã
học và là bước đầu cho em được tiếp xúc với môi trường thiết kế sản xuất thực tế.
Nhiệm vụ thiết kế trong đồ án tốt nghiệp của em là thiết kế cầu trục 2 dầm tải
trọng nâng 12,5 tấn

Sau 15 tuần làm việc nghiêm túc em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được
giao. Tuy nhiên với khả năng còn hạn chế và gần như chưa có kinh nghiệm về thiết
kế nên đồ án tốt nghiệp do em thực hiện chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vậy em kính
mong các thầy trong bộ môn xem xét và góp ý để em có thêm những kiến thức vững
vàng hơn nữa trong quá trình làm việc sau khi tốt nghiệp.
Trong quá trình thực hiện, thầy giáo Gvc.Ths. NGUYỄN DUY THÁI đã giúp
đỡ em rất nhiều cả về mặt kiến thức chuyên ngành cũng như những kĩ năng cần thiết.
Nhờ vậy mà em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian và khối lượng
công việc một cách tốt nhất mà bộ môn đã giao. Em xin được gửi lời cảm ơn chân
thành nhất tới thầy giáo Gvc.Ths .NGUYỄN DUY THÁI đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nhân dịp tốt nghiệp em


Hoàng Văn Hậu

5

cũng muốn gửi lời cảm ơn chân thành của em tới tất các các thầy giáo trong khoa Cơ
khí Xây dựng đã dạy dỗ, dìu dắt chúng em học tập suốt 5 năm học đã qua. Em xin
chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 3 tháng 1 năm 2012
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Hoàng Văn Hậu


Hoàng Văn Hậu

6

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC
1.1.1. Công dụng của cầu trục.
Cầu trục được sử dụng chủ yếu trong các phân xưởng nhà kho để nâng hạ và
vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn. Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn
trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng. Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên
cao dọc theo nhà xưởng còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu. Vì vậy mà cầu trục
có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ 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 cạp, nam châm điện, gầu
ngoạm... 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.
1.1.2 Phân loại :
a) Theo công dụng có các loại cầu trục :
- Cầu trục có công dụng chung: loại này dùng chủ yếu với móc treo dể xếp dỡ,
lắp ráp và sửa chữa máy móc.
- Cầu trục chuyên dùng: loại này được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp
luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chết độ làm việc rất nặng.
b) Theo kết cấu dầm cầu trục:
- Cầu trục một dầm: loại này có kết cấu thép của cầu trục gồm có một dầm
chính liên kết với hai dầm biên ở hai đầu bằng bulông cường độ cao. Trước đây người
ta thường dùng thép cán chữ I làm dầm chính và để đảm bảo độ cứng theo phương
ngang thì phải hàn thêm các thanh giằng hoặc giàn ngang rất phức tạp. Hiện nay với
quy mô sản xuất lớn và công nghệ hoàn thiện, người ta thường dùng dầm hộp được tổ
hợp từ thép tấm CT3, đảm bảo độ cứng theo phương ngang bằng cách tăng chiều rộng
bản cánh trên của dầm, đảm bảo kiểu dáng công nghiệp đẹp. Cầu trục một dầm thường
chỉ được sử dụng trong trường hợp khẩu độ dầm nhỏ, tải trọng nâng không lớn

Hoàng Văn Hậu

7

Hình 1.1 Cầu trục 1 dầm 3.5 tấn
- Cầu trục hai dầm: gồm có dầm hộp và dầm dàn không gian. Cầu trục hai dầm
được sử dụng phổ biến nhất. Sở dĩ như vậy là vì hai dầm chính liên kết với hai dầm
biên tạo thành hệ khung có độ cứng cao theo cả phương đứng và phương ngang, có thể
đáp ứng được mọi yêu cầu về tải trọng và khẩu độ của cầu trục, mặt khác xe con đặt
trên ray dọc theo hai dầm chính có đủ diện tích và không gian để bố trí 1 đến 3 cơ cấu
nâng với các phương án đa dạng khác nhau, đảm bảo khả thi và giá thành hạ trong mọi
điều kiện vật tư và công nghệ.

a)


Hoàng Văn Hậu

8

b)
H×nh 1.2 CÇu trôc 2 dÇm
a) CÇu trôc 2 dÇm d¹ng giµn kh«ng gian
b) CÇu trôc 2 dÇm d¹ng hép

Hình 1.3 cầu trục hai dầm
c) Theo cách tựa của cầu trục lên đường ray di chuyển cầu trục:
- Cầu trục tựa: loai này có ưu điểm là có chiều cao nâng lớn nhất nhưng chiều
dài của dường day chỉ bằng chiều dài của nhà xưởng. Được dùng phổ biến.

Hoàng Văn Hậu

9

- Cầu trục treo: loại cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do
đó có thể phục vụ ở cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữa
hai nhà xưởng song song. Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn so với
cầu trục tựa. Dầm của cầu trục treo thường là dầm thép chữ I và palăng điện chạy dọc
theo dầm cầu dể nâng hạ vật. Tuỳ theo khẩu độ của nhà xưởng mà cầu trục treo có thể
chạy dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhiều ray treo. Chính vì có thể treo trên
nhiều gối mà kết cấu của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa và có thể làm dầm
cầu có độ dài tương đối lớn (đến 100m).

Hình 1.4.Cầu trục một dầm dạng treo
d) Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục:
- Loại cầu trục dẫn động chung.
- Loại cầu trục dẫn động riêng.


Hong Vn Hu

10

4 3

5

3

2

1

2
c>

a>
4

1

3

2

4

1

2

1
b>

d>

Hình 1.5. Các phơng án dẫn động cơ cấu di chuyển cầu trục
a; b; c dẫn động chung; d- dẫn động riêng
1: động cơ ; 2: hộp giảm tốc; 3 : trục truyền;4: khớp nối; 5: gối trục

e) Theo ngun n ng cu trc:
- Cu trc dn ng bng tay: dựng ch yu trong sa cha, lp rỏp nh v cỏc cụng
vic nõng, vn chuyn hng hoỏ khụng yờu cu tc , v sc nõng ln.

Hỡnh 1.6: Cu trc dn ng bng tay loi mt dm (dng ta )
1- dm cu trc; 2 c cu di chuyn cu trc ;3 palng xớch
- Cu trc dn ng bng mỏy: uc dựng ch yu vỡ nú d s dng, cho hiu qu cao
v tin cy.


Hoàng Văn Hậu

11

f) Theo vị trí điều khiển cầu trục:
- Cầu trục được điều khiển bằng nút bấm: thường dùng cho loại cầu trục một dầm có tải
trọng nâng nhỏ.
- Cầu trục được điều khiển bằng ca bin: thường dùng cho loại cầu trục có tải trọng nâng
lớn.
1.2 Tình hình thiết kế chế tạo cầu trục tại Việt Nam.
Trong những năm của thập kỉ 90 về trước, nước ta sử dụng chủ yếu cầu trục của
Liên xô và các nhà nước XHCN với số lượng không nhiều, theo nhu cầu và kế hoạch
của nhà nước. Tham gia vào lĩnh vực thiết kế, chế tạo cầu trục thường chỉ là các công
ty nhà nước như Hồng Nam, formach, chủ yếu là khai thác vật tư thiết bị trong nước,
thiết kế cải tạo, thiết kế theo kinh nghiệm.
Bước sang thế kỉ 21, đặc biệt những năm gần đây, do tác động của cơ chế thị
trường, đặc biệt là việc công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế, mà thể hiện là các
khu công nghiệp không ngừng gia tăng, nhu cầu sử dụng máy nâng là rất lớn, đặc biệt
là cầu trục. Chính vì vậy mà đã có rất nhiều công ty đã tham gia thiết kế chế tạo và lắp
ráp sản phẩm cầu trục. Ví dụ như : công ty liên doanh cơ khí Hà Nội CEC, công ty cơ

khí Hồng Nam, công ty cơ khí Quang trung -Ninh Bình, công ty cổ phần AVC, công
ty chế tạo thiết bị nâng Thiên Trường, Megalift,Tổng công ty lắp máy Việt Nam…
Các công ty nói trên hàng năm, thiết kế chế tạo, lắp đặt trên 50 cầu trục có kết cấu thép
dạng dầm hộp và cầu trục hai dầm dạng hộp chiếm khoảng 70%. Các hãng lớn về chế
tạo cầu trục đã thâm nhập vào thị trường Việt Nam như ABUS, DEMAG, KULI… và
góp phần nâng cao trình độ chế tạo chất lượng sản phẩm, kiểu dáng cầu trục đẹp hơn gọn
hơn, trọng lượng nhỏ hơn.
Về công nghệ, cùng với sự đầu tư trang thiết bị máy móc ở các công ty, sự
chuyển giao công nghệ chế tạo của các hãng và tích luỹ kinh nghiệm, nâng cao trình
độ của các cán bộ kĩ thuật, chúng ta đã đủ khả năng chế tạo dầm cầu trục dạng hộp đạt
chất lượng cao, đẹp, hợp chuẩn quốc tế (ví dụ hãng ABUS chuyển giao công nghệ chế
tạo dầm hộp cho CEC Hà Nội LTD và sau này là công ty cổ phần AVC). Tuy nhiên
việc tính toán thiết kế kết cấu thép cầu trục nói riêng và cầu trục nói chung vẫn còn
nhiều vấn đề đáng nói:
+ Các công ty thường thiết kế, chế tạo đơn chiếc theo đơn đặt hàng và chủ yếu
là tính tay nên không chủ động đáp ứng được yêu cầu đề ra, độ chính xác chưa cao,


Hong Vn Hu

12

lóng phớ v c bit l khi u thu, bỏo giỏ gp (thng ly tng i theo kinh
nghim, tớnh cnh tranh khụng cao).
+ V phng phỏp tớnh hin nay cha cú s thng nht chung, cỏc cụng ty vi
ng thng yu v thiu ti liu hn ch, thng t tớnh theo kinh nghim v
phng phỏp riờng ca mỡnh cú tham kho cỏc mu. Do vy tớnh chớnh xỏc v hiu
qu kinh t cha c cao lm.
1.3 Gii thiu cu trc thit k v ni dung ATN:
1.3.1. Cỏc s liu ban u lm thit k :

-

Ti trng nõng ca cu trc Q = 12,5 T

-

Khu L = 16,5 m

-

Chiu cao nõng : H = 10 m

-

Tc nõng vnõng= 9 m/ph

-

Tc di chuyn xe con vxecon=40 m/ph

-

Tc di chuyn ca cu trc vcu= 60m/ph

-

Ch lm trung bỡnh : C= 25%.

1.3.2. Cu to chung
Cầu trục đợc thiết kế với tải trọng 12,5 tấn, khẩu độ 16,5 m, chiều cao nâng 10 m .

Ta chọn cầu trục hai dầm di chuyển trên ray đặt trên vai cột của nhà x ởng. Có xe
con di chuyển trên ray đặt trên hai dầm của cầu trục. Sơ đồ hình chung trên hình
1.7.

Lựa chọn phơng án cho các cơ cấu và kết cấu thép cầu trục thiết kế
-Kết cấu thép: Kết cấu thép dầm chính và dầm đầu có dạng tổ hợp thép hàn từ các
tấm thép BCT3.Tuỳ thuộc vào điều kiện ổn định tổng thể và cục bộ mà có thể có
hoặc không hàn thêm các gân tăng cờng.
Liên kết giữa dầm đầu và dầm chính nhờ liên kết hàn và bulông tinh cờng độ
cao.
Kết cấu thép của xe con gồm các dầm dọc và dầm ngang cũng đợc chế tạo
hình hộp tổ hợp từ các tấm thép. Vì các dầm này ngắn nên không có sự thay đổi tiết
diện dầm theo chiều dài dầm nh đối với dầm chính của cầu trục. Các dầm này đợc
liên kết với nhau bằng liên kết hàn. Phía trên các dầm xe con có hàn thép tấm tạo
thành sàn xe con nhằm thuận tiện trong việc lắp đặt các thiết bị trên xe con.


Hong Vn Hu

13

Hình 1.7.Sơ đồ cấu tạo kết cấu thép cầu trục hai dầm dạng hộp
1-Dầm chính;2-dầm biên ;3-cabin
4-sờn đứng;5-sờn dọc.

- Cơ cấu nâng : Cầu trục thiết kế gm
Vì sức nâng Q=12,5T nên chọn bội suất palăng cơ cấu nâng a = 2. Cầu trục đợc
sử dụng với công dụng chung trong xởng có thiết bị treo mang vật là móc treo đợc
tính chọn theo tiêu chuẩn.

Hong Vn Hu

14

Chọn động cơ là loại động cơ sử dụng điện áp xoay chiều 3 pha với rô to dây
cuốn vì loại động cơ này có những u điểm nổi bật: Mômen mở máy lớn, khởi động
êm và dòng khởi động nhỏ, ...
- Cơ cấu di chuyển xe con : Khoảng cách hai ray di chuyển xe con không
lớn,không gian bố trí tren xe con hẹp,công suất dẫn động không lớn. Chọn cơ
cấu dẫn động xe con kiểu dẫn động chung. Sử dụng hộp giảm tốc đứng để tiết
kiệm không gian.
- Cơ cấu di chuyển cầu :Với khẩu độ L = 16,5 m ta chọn cơ cấu di chuyển cầu
trục theo kiểu dẫn động riêng. Cầu trục di chuyển trên bốn bánh gồm hai bánh
chủ động và hai bánh bị động. Động cơ,hộp giảm tốc,phanh đợc đặt trên sàn
công tác và truyền ra hai bánh lắp ở hai đầu trục truyền.
1.3.3. Ni dung ụ an tụt nghiờp:
Cụng tỏc thit k, ch to, lp t cú mt cu trc hon chnh gm rt nhiu
cụng on. Trong khuõn kh ụ an tụt nghiờp, do thi gian cú hn nờn ni dung ụ an
tụt nghiờp bao gm :
- Phn thuyt minh tớnh toỏn :
+ Gii thiu chung v cỏc loi cu trc v cu trc thit k.
+ Tớnh toỏn c cu nõng
+ Tỡnh toỏn c cu di chuyn xe con
+ Tớnh toỏn c cu di chuyn cu trc
+ Tớnh toỏn kt cu thộp dm chớnh , dm u
- Phn bn v thit k :
+ Hỡnh chung cu trc : 1A0(A1)
+ Cỏc c cu cụng tỏc : 3 A0(A1)
+ Kt cu thộp cu trc : 2 bn A1

+ Bn v chi tit

: 1 bn A1


Hong Vn Hu

15

CHNG II: TNH TON CHUNG CU TRC
2.1. Cỏc thụng s hỡnh hc ca cu trc

2.1.1. Chọn phơng án kết cấu thép dầm chính.
Với các phơng án của kết cấu thép cầu trục hai dầm: Kết cấu thép dạng hộp, dạng
dàn.
+ Kết cấu thép dạng dàn : Khối lợng nhẹ, nhng đòi hỏi công nghệ sản xuất cao. Vì
nếu nh quá trình lắp ghép, tính toán không chính xác sẽ dễ gây hiện tợng dầm bị
xoắn. Mặt khác khi bị xoắn do chế tạo không chính xác khả năng sửa lại kết cấu sẽ
rất khó khăn do các thiết bị nắn của kết cấu này trong nớc còn hạn chế.
+ Kết cấu thép dạng hộp : Có u điểm là dễ chế tạo, khi bị vặn xoắn dễ dàng khắc
phục, do các thiết bị nắn dầm hộp trong nớc cũng sẵn có. Vì vậy mà tuy dầm hộp
có khối lợng lớn hơn dầm dàn nhiều nhng giá thành lại rẻ hơn rất nhiều.
Từ thực tế trên ta lựa chọn phơng án thiết kế cho kết cấu thép dầm chính là dầm
hộp đợc tổ hợp từ thép CT3,đảm bảo độ cứng,dễ chế tạo và khả năng chịu tải trọng
động tốt,độ bền mỏi cao,kích thớc gọn,phù hợp với điều kiện sản xuất, sử dụng, bảo
trì, bảo dỡng ở điều kiện nớc ta. Thực tế trên thị trờng với những loại cầu trục tải
trọng không lớn lắm(tải trọng nh đầu bài đồ án) thờng đợc thiết kế dạng dầm hộp.
Để có thể thiết kế cầu trục theo đặc tính kỹ thuật cho trớc, cần phải xác định sơ
bộ thông số hình học của cầu trục và các thnh phần tải trọng tác dụng lên cầu
trục. Các thông số này sẽ là các số liệu đầu vào để tính toán các bộ phận của cầu

trục nh kết cấu thép, các cơ cấu và sau khi thiết kế xong có thể phải điều chỉnh nếu
số liệu sơ bộ kém chính xác.
Các thông số xác định sơ bộ trong phần tính toán chung có thể lấy theo máy tơng đơng có sẵn hoặc theo các thông số kinh nghiệm.


Hoàng Văn Hậu

16
Bx

g

A

4

B

hb

hd

hk
A

C

B

5

Lc
.

3
C

C

bk
L. k

B Bc

Lx

Lc bb

A A

hc1

bc1 bc2

s4

hd2

s4

br

bc5 bc6

bc3 bc4

.

.

hr

C C

B B

hd

hc2

hd1
.

.

.

hc

hb

s1

s2

s5

hb2

s2
s3

bco
bc
bc

s3

bc0
bc

s2

hb1

bbo
bb

s6
s5

s6

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo kết cấu thép cầu trục
1-Dầm chính ; 2-Dầm biên (dầm đầu) ; 3-Cabin; 4-Sườn đứng ; 5-Sườn dọc .
Các điểm đặc trưng trên mặt cắt A-A, B-B, C-C: điểm 1-10
2.1.2. Các thông số tính theo công thức kinh nghiệm
- Khoảng cách tâm hai bánh xe trên dầm biên
Bc ≥ f.Lc
f- Hệ số ma sát thành bánh xe với ray khi có sự xô lệch trong quá trình di
chuyển . f=(

1 1
1
÷ ) chọn f =
7 5
6

Bc 1
≥
Lc 6

Lc = 16,5 m

Bc ≥

⇒ Bc ≥

Lc
6

16,5
=2,75/ m lấy Bc=3m
6


Hoàng Văn Hậu

17

- Chiều dài đoạn vát ở đầu dầm chính C = (0,1 ÷ 0,2)Lc
Chọn C = 0,15.Lc= 0,15.16,5 = 2,475 m = 2475 mm . Lấy c=2500mm
- Tiết diện dầm chính (A-A và B-B )

(

Chiều cao hc =
Chọn

1
1
÷
16
20

) Lc

1
1
Lc = .16,5 =0,916 m
18

18

hc =

Lấy hc= 1 m = 1000 mm
hd = (0, 4 ÷ 0, 6) hc
Lấy hd = 0,5.hc = 0,5.1 = 0,5 m = 500 mm
Chiều rộng bc= 0,4hc= 0,4. 1 = 0,4 m = 400 mm
bco ≥

h
3

c

=

1
= 0,33 m
3

Lấy bco= 0,33m= 330mm
bc-bco = 400-330 = 70 mm ∈ (60 ÷ 100) mm
(đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể dầm và đảm bảo độ cứng
theo phương Ngang)
+ Chiều dày bản bụng ( thanh đứng ) s1 bản cánh s2
Chiều dày bản bụng thường lấy theo tải trọng :
Bảng 2.1:
≤ 20

Q(T)

6
Q = 12,5T

30 ÷ 75
8

75 ÷ 200
10

≥ 250
12 ÷ 16

⇒ s1=s 3 = δ b =8 mm

Chiều dày bản cánh thường lấy lớn hơn chiều dày bản bụng để tăng mô men
chống uốn dầm
bco
b
330
≤ 90 ⇒ s2 ≥ co =
= 3,7 mm
s2
90
90

Lấy s2=s 4 = δ c = 10 mm
Tiết diện C-C :
+ Dầm biên thường làm đối xứng với chiều dày bản bụng là s ≥ 6 mm

Chiều dày bản cánh s5 ≥ s6

lấy s5= 8 mm ; s6=10 mm

Chiều cao dầm hb ≤ hd thường lấy hb=hd= 500 mm


Hoàng Văn Hậu

18

+ Dầm biên có thể làm tiết diện
bb=bco+ 2.s5 = 330 + 2.8 = 346 mm
Lấy bb= 350 mm
bbo ≥

h

b

3

=

500
= 167 mm
3

⇒ Lấy bbo= 180 mm

có: h= hc - 2. s6 = 1000 – 2.10 = 980 mm
980
h
=
= 163,33
S
6

⇒ 160 <

h
< 265
S

Phải thêm 1 sườn dọc có thể là thép góc hoặc thép cán chữ u hàn ở
vùng chịu nén của bản bụng cách mép trên một khoảng
( 0,2 ÷ 0,25 ) h= ( 0,2 ÷ 0,25 ).980 = (196 ÷ 245) mm
+ Kích thước sườn gia cường :
Khoảng cách giữa 2 sườn đứng g = 2.h b = 2. 500 = 1000 mm
g = 1000 mm = 1 (m) (khoảng cách giữa hai sườn )
⇒ n1 =

18
=18 ( số lượng sườn đứng 2 bên của 1 dầm )
1

Chọn loại thép chữ U kí hiệu N 0 14 ⇒ gs= 12,3 kG/m
Có : h= 140 mm ; b = 58 mm
Chiều rộng sườn đứng : bs =
=

hs
h − 2.s1
+ 40 = c
+40
30
30
1000 − 2.8
+ 40 = 72,8 mm
30

chọn bs =80 mm
Chiều dày sườn đứng : ss =

bs
= 5,33 mm chọn ss = 6 mm
15

2.1.3. Các thông số tính theo máy có sẵn (theo [4]: cầu trục loại 12,5 T)
ec =

B − Bc
= 150 mm = 0,15 m
2

B= Bc+ 2.ec= 3,2 + 2.0,15 =3,5 m
2.2. Thành phần tải trọng tác dụng lên cầu trục
2.2.1.Tải trọng do trọng lượng vật nâng
+ Tải trọng nâng danh nghĩa : Qdn=12,5T =125 kN
+ Tải trọng thiết bị mang : q = 0,05.Qdn=0,05.125 = 6,25 kN = 625 kg

Hoàng Văn Hậu

19

2.2.2.Tải trọng do trọng lượng bản thân kết cấu thép cầu trục :
Xác định trọng lượng kết cấu thép :
Vật liệu chế tạo dầm là thép CT3
Tổng trọng lượng sườn đứng và dọc trên một dầm:
Gs=[ n1. Ss. ( hc- s2- s2 ) . bs + n2.ls.ss. bs ]. ρ
Trong đó: ρ = 7850 Kg/m3 và ls =L c -C=16-2,4=13,6 m
Gs=[ 18.6.(1000-8-8).80.10

−9

−9

+ 1.13,6.6.80.10 ] ≈ 0,668 T

- Trọng lượng một dầm biên ( chưa tính cụm bánh xe cơ cấu di chuyển)
Gdb= 2.[ bb.s6 + ( hb - 2. s6). S5].B. ρ
Gdb=2.[350.8 + ( 500-2.8 ).6].3,5.7850.10-6
Gdb = 0,313 T
- Trọng lượng 1 dầm chính ( coi dầm không có phần chéo C ) bao gồm cả sườn và
lan can:
Gdc1= [ br.hr +2.bc.s2 +2.(hc- s2 -s2).s 1 ] .Lc.10 . ρ +Gs+Gcb
6

hr = 140 mm ; br = 140 mm ( chiều cao và chiều rộng ray )

Gcb- Trọng lượng sàn công tác, lan can, ca bin :

Gcb= 0,87 T

Gdc1=[140.140+2.400.8+(1000-8-8).6].18.10-6.7850+0,668+0,87
Gdc1=6,05 T
- Tổng trọng lượng kết cấu thép cầu trục có thể kể đến hệ số vượt tải 1,1 tính đến
trọng lượng mối hàn và sai số ngẫu nhiên.
Gdc=1,1.(2Gdc+2.Gcb) =1,1.(2.6,05+2.0,313 )= 13,998 T ≈14 T
Bảng 2.2:
Gs

Gcb

Gdc

Gdb

G

(T)

(T)

(T)

(T)

(T)

0,5

0,87

6,05

0,313

14


Hoàng Văn Hậu

20

2.2.3.Tải trọng do trọng lượng bản thân cầu trục:
Theo atlas máy nâng chuyển , chọn theo máy có sẵn :
+ Khối lượng cơ cấu di chuyển cầu

Gdcc= 416 kg

+ Khối lượng xe con

Gxc= 3360 kg

+ Khối lượng cabin

Gcb= 870 kg

Tổng trọng lượng cầu trục :

Gc= Gdc+Gxc+Gcb+Gdcc
Gc= 14000+3360+ 870+416 = 18646 kg
2.3 Tải trọng quán tính và tải trọng gió của cầu trục
Tải trọng do lực quán tính trong các cơ cấu phát sinh trong thời kỳ chuyển động
không ổn định như khi mở máy , phanh , thay đổi tốc độ .
a) Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Pqt=m.a=

GV
g t

+ Di chuyển cầu trục :
Pqt=mc.ac

/ mc=Gc (Khối lượng cầu trục )

ac = 0,2m/s2 gia tốc cầu trục (tra bảng 27 trang 53 tài liệu [3])
Pqt1= 18646.0,2 = 3729,2 N
+ Di chuyển xe con:
2

Pqt2=mxc.axc= 3360.0,2 =672 N ( axc= 0,2 m/s )
+ Vật nâng: ( theo [3] tra bảng 16,trang 53) an = 0,2 m/s
Khi không tải :

P1= mm. an= 50.0,2 = 10 N

Khi có tải :

P2=mvn. an= 100.0,2= 20 kN

2

b) Tải trọng gió : Vì cầu trục làm việc trong nhà nên ảnh hưởng của gió là không
đáng kể,có thể bỏ qua. wg= 0


Hoàng Văn Hậu

21

CHƯƠNG III . TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG
Thống số ban đầu:
Tải trọng nâng : Qn =12,5 T =125.103 N
Tốc độ nâng: vn=9 m/ph
Chiều cao nâng: H=10 m
Chế độ làm việc trung bình : CĐ = 25%
3.1 Chọn sơ đồ dẫn động, sơ đồ mắc cáp:

1

2

3

4

5
Hình 3.1a.Sơ đồ dẫn động cơ cấu nâng
1: Động cơ; 2: Khớp nối; 3:Phanh; 4: hộp giảm tốc; 5:tang cuốn cáp.

1
2
3
4
Hình 3.1b.Sơ đồ mắc cáp.
1:Tang ; 2: Puli cân bằng ; 3: Cáp ; 4: Cụm puli móc treo.
3.2. Chọn cáp
- Chọn Palăng kép có bội suất a = 2
- Lực căng cáp lớn nhất khi nâng vật, theo tài liệu [ 3] ta có :
S max =

Q
2.a.η pη r

Q- Tải trọng nâng lớn nhất:


Hoàng Văn Hậu

22

Q= Qn+q= (125+0,05.125).103= 131,25kN =131,25.103 N
+ η p- Hiệu suất của palăng :
ηp =

1 −η a
1 − 0,982
=
≈ 0,99

( 1 − η ) .a ( 1 − 0,98 ) .2

+ η - Hiệu suất của một pu li: Chọn η =0,98 (ổ bi)
+ r - Số pu li đổi hướng cáp: r=0 ( Cáp được quấn trực tiếp lên tang)
Ta có:
131,25.10 3
= 33,144.10 3 ( N ) = 33,14( KN )
Smax=
2.2.0,99.1

- Chọn loại dây cáp theo lực kéo tính lớn nhất( lực căng đứt của cáp) Theo công
thức:
[Sđ] ≥ n.Smaxc
+ [Sđ] - Lực kéo đứt cho phép của cáp.
+ n - Hệ số an toàn bền của cáp. Chọn theo bảng 9, T23 – [ 3 ]. Chọn n=5,5 (chế
độ làm việc trung bình )
Ta có:
[Sđ] ≥ 5,5.33,14 =182,27 KN
Chọn

cáp

bện

kép

kiểu

ЛK-O-ΓOCT

3081-69.

Có

kết

cấu

6x19(1+9+9)+7.7.(1+6) ( theo [ 4 ]), có các thông số kỹ thuật:
+ Đường kính cáp: dc = 16,5 mm
+ Diện tích tính toán mặt cắt của tất cả các sợi: 118,32 mm2
+ Độ bền giới hạn của thép: σ b =200 daN/mm2
+ Lực kéo đứt cáp: [Sđ] = 192 KN
+ Khối lượng 1000 m cáp đã được bôi trơn: 1085,0 kg
3.3 Tính chọn cụm móc treo :
3.3.1. Chọn cụm móc treo:
Với tải trọng nâng Q=12,5 T ta chọn cụm móc treo theo tài liệu (theo [4])
Có : - Đường kính puly Dp= 500 mm
A= 230 mm ; B = 320 mm ; B1=357mm ; B2 = 660 mm ; B3 = 386 mm
D =110 mm; H =920 mm; H0 =450 mm; H1=295 mm; H2=295mm; S= 85 mm
Kí hiệu : + vòng bi :218

(hai puly làm việc )

:


Hoàng Văn Hậu

23

móc treo : 8215

Khối lượng : 210 kg = 0,21T

B
A

B3

H1

H

H0
S
D
B1
B2
Hình 3.2. Cụm móc treo
3.3.2. Kiểm tra bền móc treo:
Móc treo N012,5 ΓOCT 6627-66 như hình vẽ.
-Đường kính bụng trong của móc: D=110 mm
-Khe hở miệng móc: S =85 mm
-Khoảng cách từ tâm móc đến đỉnh móc: L=340 mm

-Chọn cụm móc treo loại ngắn. Trong quá trình làm việc móc treo có ba tiết diện
chịu tải trọng chính cần kiểm tra bền là: A-A, B-B, I-I và vật liệu chế tạo móc treo
là thép 20 có:
-Giới hạn chảy: σT=25 KN/cm2

-Giới hạn mỏi: σ-1=12 KN/cm2
-Tại mặt căt I-I: Tiết diện I -I là tiết diện chịu kéo ⇒ Kiểm tra sức bền kéo:
σk =

Qdn
4.125
=
= 5,07 KN / cm 2
2
2
πd
3,14.5,6
4


Hoàng Văn Hậu

24
[σ ] =5000 ÷ 6000 N/cm2

σ k < [σ ] = 5 ÷ 6 kN/cm2

- Tại mặt căt A-A: Coi móc như thanh cong ứng suất lớn nhất kéo thớ trong mặt cắt
(Do móc treo được rèn nên σI ≈ σII)
-

σA =

2.Q.e2
N/cm2

k .F .D

(theo sách hướng dẫn đồ án máy nâng )

`

Hình 3.3. móc treo và phân bố ứng suất trên mặt cắt
-

F: Diện tích tiết diện mặt cắt A- A , thay mặt cắt A-A bằng tiết diện hình thang
cân.


Hoàng Văn Hậu

25

( B1 + B2 )h (26 + 65)100
=
= 4550mm 2 = 45,5cm 2
2
2

-

F=

-

Với D - Đường kính lỗ móc: D = 110 mm=11 cm

-

Khoảng cách từ trọng tâm mặt(tâm kéo) đến điểm phía trong (thớ trong) là e2 :

-

e2 =

-

Khoảng cách từ tâm mặt cắt đến thớ ngoài mặt cắt là e1:

(2 B1 + B2 )h (2.26 + 65).110
=
= 42,85mm = 4,29cm
3( B1 + B2 )
(26 + 65).3

e1=h-e2=110-42,85=67,15 mm=6,715 cm
k- Hệ số phụ thuộc vào độ cong và hình dạng của mặt cắt móc
( hệ số dạng hình học)
h 110
=
=1 ;
D 110

có

B2 65

=
= 2,5 ( tra hình 2 : tài liệu [ 3] )
B1 26

=> k ≈ 0,9
Ứng suất kéo lớn nhất thớ trong tiết diện A-A:
σA =

2.Qdn .e2 2.125.4,29
=
= 2,38kN / cm 2
F .k .D
45,5.0,9.11

Ứng suất cho phép của vật liệu làm móc:
[σ ] =

σ T 250
=
= 208 N / mm 2 = 20,8kN / cm 2
n
1,2

Vậy σ A =2,38 kN/cm2 < [ σ ] = 20,8 KN/cm2
Tại mặt căt B-B xuất hiện ứng suất tiếp và uốn:
Ứng suất lớn nhất ở thớ trong mặt cắt:
σB =

Qdn .e2
125.4,29

=
= 1,19kN / cm 2
F .k .D 45,5.0,9.11

Ứng suất tiếp (cắt) trong B-B:
τc =

Qdn 125
=
= 2,74kN / cm 2
F
45,5

Ứng suất tương đương trong mặt cắt B – B, theo thuyết bền thứ ba:
σ = σ u 2 + 4.τ c 2 = 1,19 2 + 4.2,74 2 = 5,6kN / cm 2
σ ch 25
2
[σ] = n = 1, 4 = 17,87kN / cm
ch

(nch = 1,4: Tra bảng 11, T27 – [3])