Thiết kế cầu trục một tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm

i
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU ...............................................................................................................1
CHƯƠNG I
NHIỆM VỤ -YÊU CẦU -PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1. TỔNG QUAN .....................................................................................................3
1.2. NHIỆM VỤ - YÊU CẦU THIẾT KẾ. ................................................................3
1.2.1. Nhiệm vụ thiết kế. ........................................................................................3
1.2.2. Yêu cầu thiết kế ............................................................................................4
1.2.2.1. Yêu cầu chung........................................................................................4
1.2.2.2. Yêu cầu cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục ....................................5
1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ..................................................................................6
1.3.1. Đặc ñiểm, phân lọai cầu trục ........................................................................6
1.3.1.1. Một số ñặc ñiểm về cầu trục ..................................................................6
1.3.1.2. Phân loại cầu trục...................................................................................7
1.3.2. Chọn phương án thiết kế.............................................................................14
1.3.2.1. Phân tích,chọn phương án thiết kế.......................................................14
1.3.2.2. Chọn các thông số cơ bản ....................................................................17

CHƯƠNG II
TÍNH CÁC CƠ CẤU CHÍNH
2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG.............................20
2.1.1. Chọn phương án cho cơ cấu nâng ..............................................................20
2.1.2. Tính cơ cấu nâng ........................................................................................21
2.1.2.1. Chọn loại dây.......................................................................................21
2.1.2.2. palăng giảm lực....................................................................................21
2.1.2.3. Kích thước dây.....................................................................................22
2.1.2.4. Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc................................22
2.1.2.5. Tính chọn ñộng cơ ñiện .......................................................................25
2.1.2.6. Tỷ số truyền chung ..............................................................................26

2.1.2.7. Kiểm tra ñộng cơ ñiện về nhiệt............................................................26
2.1.2.8 .Tính chọn phanh ..................................................................................30
2.1.2.9.Thiết kế bộ truyền.................................................................................32
ii
2.1.2.10. Tính cặp lệch tâm...............................................................................34
2.1.2.11. Các bộ phận khác của cơ cấu nâng ....................................................37
2.2. TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON...........................................................44
2.2.1. Chọn sơ ñồ tính và các thông số cơ bản .....................................................44
2.2.2. Tính cơ cấu di chuyển.................................................................................44
2.2.2.1. Tính bánh xe ........................................................................................44
2.2.2.2. Chọn ñộng cơ ñiện...............................................................................46
2.2.2.3. Xác ñịnh tỷ số truyền bộ truyền hở......................................................50
2.2.2.4. Thiết kế bộ truyền hớ, bánh răng trụ - thẳng .......................................50
2.3. TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU.................................................................56
2.3.1. Chọn sơ ñồ tính và các thông số cơ bản .....................................................56
2.3.2. Tính cơ cấu di chuyển cầu..........................................................................57
2.3.2.1. Tính bánh xe và ray .............................................................................57
2.3.2.2. Chọn ñộng cơ ñiện...............................................................................58
2.3.2.3. Tỷ số truyền chung ..............................................................................59
2.3.2.4. Kiểm tra ñộng cơ ñiện về mômen mở máy..........................................60
2.3.2.5. Tính chọn phanh ..................................................................................61
2.3.2.6. Thiết kế bộ truyền................................................................................62
2.3.2.7. Tính bánh xe và ray .............................................................................66
2.3.2.8. Tính trục truyền....................................................................................68

CHƯƠNG III
TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU TRỤC
3.1. TÍNH DẦM CHÍNH .........................................................................................70
3.1.1. Chọn vật liệu...............................................................................................70
3.1.2. Xác ñịnh các tải trọng tác dụng lên dầm chính ..........................................70

3.1.3. Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền ...................................................71
3.1.3.1. Chọn kích thước tiết diện dầm chính...................................................71
3.1.3.2. Kiểm tra bền tiết diện ñã chọn.............................................................72
3.2. TÍNH DẦM CUỐI ............................................................................................75
3.2.1. Chọn vật liệu cho dầm cuối:.......................................................................75
3.2.2. Xác ñịnh các tải trọng tác dụng lên dầm cuối ............................................75
3.2.3. Chọn kết cấu dầm cuối và kiểm tra bền .....................................................75

iii
CHƯƠNG IV
TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ VÀ SƠ BỘ
TÍNH GIÁ THÀNH
4.1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC CƠ CẤU CÔNG TÁC ...79
4.1.1. Khái niêm chung.........................................................................................79
4.1.2. Hệ thống dây dẫn và các thiết bị bảo vệ.....................................................79
4.1.2.1. Hệ thống dây dẫn cung cấp ñiện cho cầu trục .....................................79
4.1.2.2. Các thiết bị báo vệ ...............................................................................80
4.1.3. Thiết kế mạch ñiều khiển cho các cơ cấu công tác ....................................80
4.2.3.1. Mạch ñiều khiển cơ cấu nâng: .............................................................80
4.2.3.2. Mạch ñiều khiển cơ cấu di chuyển xe con và cơ cấu di chuyển cầu ...81
4.2. THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ AN TOÀN CƠ - ĐIỆN CHO CẦU TRỤC .........85
4.2.1. Thiết bị hạn chế chiều cao nâng .................................................................85
4.2.2. Thiết bị hạn chế tải trọng nâng...................................................................86
4.2.3. Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển và giảm chấn .................................86
4.3. SƠ BỘ TÍNH GIÁ THÀNH SẢN PHẨM........................................................87

CHƯƠNG V
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN
KẾT LUẬN ..............................................................................................................90
ĐỀ XUẤT Ý KIẾN..................................................................................................90

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................91

1
LỜI NÓI ĐẦU

Máy nâng chủ yếu dùng ñể nâng vật nặng phục vụ các quá trình xây lắp, xếp dỡ
và vận chuyển vật trong các lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, quốc phòng.v.v.. Với vai
trò quan trọng trong việc cơ giới hóa tự ñộng hóa, máy nâng là một trong phương
tiện vô cùng cần thiết, là ñiều kiện cơ bản ñể phát triển nền kinh tế quốc dân. Vì vậy
việc tìm hiểu các máy nâng chuyển là không thể thiếu ñối với các kỹ sư.
Nhằm mục ñích tìm hiểu nhiều hơn về vấn ñề trên, do vậy cuối khóa học em ñã
nhận ñề tài:”Thiết kế cầu trục 1 tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm”.
Nội dung thöïc hiện bao gồm các phần chính sau:
Chương I: Nhiệm vụ, yêu cầu và phương án thiết kế.
Chương II: Tính toán các cơ cấu chính.
Chương III: Tính kết cấu thép.
Chương IV: Tính các thiết bị phụ và sơ bộ tính giá thành.
Chương V: Kết luận và ñề xuất ý kiến.
Qua thời gian tìm hiểu thực tế cùng những tài liệu có liên quan và ñặc biệt ñược
sự giúp ñỡ tận tình của thầy Nguyễn Thái Vũ, nay em ñã hoàn thành ñề tài ñược
giao; mặc dù ñã cố gắng nhiều, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất
mong ñược sự ñóng góp ý kiến và giúp ñỡ của các thầy cùng bạn ñọc ñể cuốn ñề tài
này ñược hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thái Vũ, các thầy trong khoa Kỹ Thuật
Tàu Thủy trường Đại Học Nha Trang cùng toàn thể các bạn ñã nhiệt tình giúp ñỡ em
hoàn thành cuốn ñề tài này.

Nha Trang, ngày 05 tháng 7 năm 2008
Sinh viên thực hiện:

Bùi Mạnh Linh

2






















CHƯƠNG I

NHIỆM VỤ -YÊU CẦU -PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3

1.1. TỔNG QUAN
Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng ñể thay ñổi vị trí của ñối tượng công
tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra ñời và phát triển của nó gắn liền với yêu cầu về
kinh tế kĩ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối ña sức người trong lao ñộng.
Đặc ñiểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp ñi lặp lại và có thời
gian dừng. Chuyển ñộng chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng ñứng,
ngoài ra còn một số các chuyển ñộng khác ñể dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang
như chuyển ñộng quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển ñộng lắc quanh trục
ngang. Bằng sự phối hợp giữa các chuyển ñộng, máy có thể dịch chuyển vật ñến bất
cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó.
Để ñáp ứng yêu cầu và ñòi 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 ñộ tin cậy làm việc, tự ñộng hóa
các khâu ñiều khiển, tiện nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng. Tùy theo kết
cấu và công dụng, máy nâng chuyển ñược 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 ñường ray ñạt trên
cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cầu, cầu
trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kì ñiểm nào trong không
gian của nhà xưởng. Cầu trục ñược sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế
quốc dân với các thiết bị mang vật rất ña dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm
ñiện v.v.. Đặc biệt cầu trục ñược 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, ñề cập và giải quyết thoả ñáng 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
4

cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật ñể từ ñó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp
với nhiệm vụ thư thiết kế. Cuôi cùng là ñưa ra những thông tin về ñối tượng thiết kế
và từ những thông tin ñó có thể tạo ra một sản phẩm cụ thể.
Việc thiết kế phải ñảm bảo khả năng thực hiện ñược các giải pháp kỹ thuật,
nghĩa là phải có sự phù hợp giữa các ñặc tính kỹ thuật của các ñối tượng mới với các
giải pháp kỹ thuật và mức ñộ phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như thực tế sản
xuất. Trong ñề tài này, việc thiết kế ñược giới hạn trong “thiết kế cầu trục 1 tấn phục
vụ cho việc di chuyển tôn tấm” sao cho ñảm bảo ñược các tính năng kỹ thuật và yêu
cầu ñặt ra.
1.2.2. Yêu cầu thiết kế
1.2.2.1. Yêu cầu chung
Mỗi loại máy nâng ñược 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 ñiện, các bộ phận ñiều
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 ñối tượng mà chúng phục vụ cũng như ñiều 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 ñến.
Các cơ cấu cơ khí ñược lắp ñặt trực tiếp trên bộ phận kết cấu thép và thực hiện chức
năng nâng hạ, di chuyển hoặc quay máy nâng, thay ñổi tầm vớ. Người ta phối hợp các
chức năng của các cơ cấu trên ñể 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 ñộng từ ñộng cơ ñến bộ
công tác. Các bộ phận này có thể là cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặc hỗn hợp của các
loại ñó. Đại ña số các máy nâng sử dụng truyền ñộng cơ khí mà kết cấu của chúng là:
ñộng cơ, hộp giảm tốc, trong ñó có các trục, khớp nối, ổ bi, các cặp bánh răng, cáp
hoặc xích truyền ñộng, tang cuốn cáp, puli, phanh,…

ñược xắp xếp theo một thứ tự và
quy luật truyền ñộng nhất ñịnh. Tính toán các cơ cấu truyền ñộng là tính toán chức

năng của máy (ñộng học, ñộng lực học như là số vòng, tốc ñộ, phương chiều chuyển
5
ñộng, lực tác ñộng…), sức bền các cơ cấu ñể từ ñó ñịnh ra kích thước hình học, công
suất ñộng cơ và các thông số khác nhằm làm cho máy nâng ñặt ñược các yêu cầu kĩ
thuật phù hợp với yêu cầu thực tế ñòi hỏi ñặt ra.
Đối với tính toán sức bền nhằm tìm ñược kích thước của các cơ cấu ñặt ñộ cứng
vững và bền mòn. Tính toán bền thường trải qua hai giai ñoạn: trước tiên là lựa chọn
sơ bộ sau ñó là tính chính xác. Lựa chọn sơ bộ là mục ñích xác ñịnh nhanh những
kích thước chính theo phương pháp ñơn giản và gần ñúng. Tính toán chi tiết hay tính
chính xác nhằm mục ñích kiểm tra và ñiều chỉnh lại kích thước cơ cấu ñã 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 ñịnh chính xác kích thước ñể có khả năng cứng vững chống lại các tải
trọng tác dụng lên chúng, bảo ñảm tuổi thọ của chúng ñồng thời bảo ñảm tính kinh tế
không quá lãng phí vật liệu. Mòn của các chi tiết cơ cấu diễn ra từ từ và lâu dài. Để
ñảm bảo ñộ mòn cho phép cần quan tâm tới chất lượng vật liệu và phương pháp xử lý
bề mặt các vật liệu ñó phù hợp ñiều kiện làm việc theo yêu cầu của từng chi tiết, bộ
phận và ñặt ñược tuổi thọ của cả máy ñã xác ñịnh trước.
1.2.2.2. Yêu cầu cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục
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 ñạt ñược 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 ñảm bảo ñược
các tính năng của nó.
- Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp ñặt trong
phân xưởng.

6
- Sử dụng ñơn, làm việc phải có ñộ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố ở mỗi
chế ñộ nâng chuyển.
- Phải ñảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị ñược dễ dàng
trong những trừơng hợp cần thiết.
- Thiết bị phải ñặt tuổi bền cần thiết.
1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.3.1. Đặc ñiểm, phân lọai cầu trục
1.3.1.1. Một số ñặc ñiểm 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 ñể di chuyển trên hai
ñường ray song song ñặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép. Cầu trục
ñược sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng ñể nâng hạ vật nâng, hàng hoá trong các nhà
xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi. Dầm cầu ñược gọi là dầm chính thường
có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, trên ñó có xe con và cơ cấu
nâng di chuyển qua lại dọc theo dầm chính. Hai ñầu của dầm chính liên kết hàn hoặc
ñinh tán với hai dầm cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ
ñộng va cụm bánh xe bị ñộng. 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.

Hình 1.1. Cầu trục dẫn ñộng ñiện.
7
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 ñiều khiển khác.
Dẫn ñộng cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn ñộng ñiện. Dẫn ñộng bằng tay chủ
yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên,
không ñòi hỏi năng suất và tốc ñộ cao. Dẫn ñộng bằng ñiện cho các loại cầu có tải
trọng nâng và tốc ñộ nâng lớn sử dụng trong các phân xưởng lắp ráp và sửa chữa lớn.
Cầu trục ñược chế tạo với tải trọng nâng từ 1 ñến 500 t; khẩu ñộ dầm cầu ñến
32m; chiều cao nâng ñến 16m; tốc ñộ nâng vật từ 2 ñến 40 m/ph; tốc ñộ di chuyển xe
con ñến 60m/ph và tốc ñộ di chuyển cầu trục ñến 125 m/ph. Cầu trục có tải trọng
nâng thường ñược 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 ñược 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 ñược 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, ñiểm
khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật ña dạng, có thể nâng ñược
nhiều loại hàng hoá khác nhau. Thiết bị mang vật chủ yếu của loại cầu trục này là
móc treo ñể 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 ñiện hoặc thiết bị cặp ñể
xếp dỡ một loại hàng nhất ñịnh.
- Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên ñể
nâng một loại hàng nhất ñịnh. Cầu trục chuyên dùng ñược sử dụng chủ yếu trong

công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế ñộ làm việc
rất nặng.
8
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 ñường ray chuyên dùng ở
trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm ñều dùng palăng ñẵ ñược chế tạo sẵn theo tiêu
chuẩn ñể làm cơ cấu nâng hạ hàng. Nếu nó ñược trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu
trục một dầm dẫn ñộng bằng tay, nếu ñược trang bị palăng ñiện thì gọi là cầu trục một
dầm dẫn ñộng bằng ñiện.

Hình 1.2. Cầu trục một dầm.
1. Bộ phận cấp ñiện lưới ba pha. 6. Palăng ñiện.
2. Trục truyền ñộng. 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 ñiều khiển.

9
Cầu trục một dầm dẫn ñộng bằng tay có kết cấu ñơn giản và rẻ tiền nhất, chúng
ñược sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp ñặt thiết bị với khối lượng công
việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5
÷
5 tấn, tốc ñộ làm việc
chậm.
Cầu trục một dầm dẫn ñộng bằng ñiện ñược trang bị palăng ñiện, sức nâng có
thể lên tới 10 tấn, khẩu ñộ ñến 30 m, gồm có bộ phận cấp ñiện lưới ba pha.

Hình 1.3. Cầu trục hai dầm.
10
- 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 ñầu 7, trên dầm ñầu lắp các cụm bánh
bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn ñộng 3, bộ máy di chuyển hoạt ñộng sẽ làm
cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển ñộng theo ñường ray chuyên dùng 5 ñặt trên
cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển ñộng của cầu trục chiều quay của ñộng cơ ñiện.

Xe con mang hàng 11 di chuyển dọc theo ñường ray lắp trên hai dầm (dàn) chủ;
trên xe con ñặt các bộ máy của tời chính 10, tời phụ 9 và bộ máy di chuyển xe con 2,
các dây cáp ñiện 8 có thể co dãn phù hợp vói vị chí của xe con và cấp ñiện cho cầu
trục nhờ hệ thanh dẫn ñiện 12 ñặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt ñiện 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 ñến 500 tấn. Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường ñược
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 ñộ nâng thì lớn hơn.
Dầm chính của cầu trục hai dầm ñược 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 ñộ lớn. Dầm cuối của cầu
trục hai dầm thường ñược 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 ñầu của dầm chính tựa lên Hình 1.4. Cầu trục tựa.
11
các dầm cuối, chúng ñược liên kết với nhau bởi ñinh tán hoặc hàn. Loại cầu trục này
có kết cấu ñơn giản nhưng vẫn ñảm bảo ñược ñộ tin cậy cao nên ñược 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 ñầu 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 ñộng chung. Phía
trên dầm chữ I là khung giàn thép 4 ñể dảm bảo ñộ cứng vững theo phương ngang
của dầm cầu. Palăng ñiện 3 có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ
cơ cấu di chuyển palăng . Ca bin ñiều khiển 2 ñược 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.

12
- 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 ñược dùng trong các trường hợp ñặc biệt
cần thiết. So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu ñiểm là có thể làm dầm cầu dài hơn,
do ñó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng
giữa hai nhà xưởng song song ñồng 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 ñộng chung
và cầu trục dẫn ñộng riêng.

- Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương àn dẫn ñộng chung và
dẫn ñộng riêng. Trong phương án dẫn ñộng chung, ñộng cơ dẫn ñộng ñược ñặt ở giữa
dầm cầu và truyền chuyển
ñộng tới các bánh xe chủ
ñộng 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 ñộng riêng
(hình 1.5, d) mỗi bánh xe
hoặc cụm bánh xe chủ
ñộng ñược trang bị một cơ
cấu dẫn ñộng.
- Cơ cấu dẫn ñộng
chung với trục truyền quay
chậm (hình 1.6, a) gồm
ñộng cơ ñiện 1, hộp giảm tốc Hình 1.6. Các phương ánh dẫn ñộng.
13
2 và các ñoạn 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 ñỡ 5 bằng ổ bi. Do phải truyền momen xoắn
lớn nên trục truyền, khớp nối và ổ bi có kích thước rất lớn, ñặc biệt khi cầu trục có tải
trọng nâng và khẩu ñộ dầm lớn. Các ñoạn trục truyền có thể là trục ñặc hoặc trục
rỗng. So với trục ñặc tương ñương, trục rỗng có trọng lượng nhỏ hơn 15 – 20%.
Phương án này ñược sử dụng tương ñối phổ biến trong các cầu trục có công dụng
chung có khẩu ñộ không lớn, ñặc 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 ñông chung với trục truyền quay trung bình (hình 1.6, b) có trục
truyền 3 truyền chuyển ñộng ñến 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 ñộng chung với trục truyền quay nhanh (hinh 1.6, c) có
trục truyền 2 ñược nối trực tiếp với trục ñộng cơ và vì vậy nó có ñường 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 ñòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác.
- Cơ cấu di chuyển dẫn ñộng riêng (hình 1.6, d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn
ñộng cho các bánh xe chủ ñộng ở mỗi bên ray ñặc biệt. Công suất mỗi ñộng 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 ñều song do gọn nhẹ, dễ lắp ñặt, sử
dụng và bảo dưỡng mà ngày càng ñược sử dụng phổ biến hơn, ñặc biệt là trong những
cầu trục có khẩu ñộ trên 15m.
e. Theo nguồn dẫn ñộng
Theo nguồn dẫn ñộng có các loại cầu trục dẫn ñộng tay và cầu trục dẫn ñộng
máy.
- Cầu trục dẫn ñộng bằng tay, (hình 1.7) ñược dùng chủ yếu trong sửa chữa, lắp
ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc ñộ 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 ñược dẫn ñộng bằng cách kéo xích từ dưới lên. Tuy là thiết bị nâng thô
14
sơ song do giá thành rẻ và dễ sử dụng mà cầu trục dẫn ñộng bằng tay vẫn ñược sử
dụng có hiệu quả trong các phân xưởng nhỏ.
- Cầu trục dẫn ñộng bằng ñộng cơ, (hình 1.1) ñươc dùng chủ trong các phân
xưởng sửa chữ, lắp ráp lớn và công việc nâng - chuyển hàng yêu cầu có tốc ñộ và
khối lớn. Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng ñiện. Cơ cấu di chuyển palăng
ñiện, xe con và cầu cũng ñược dẫn ñộng từ ñộng cơ ñiện. Loại cầu trục này ñược
dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu ñiểm nổi bật là khả năng tự ñông 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 ñộng bằng tay.
a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm.

f. Theo vị trí ñiều khiển
Theo vị trí ñiều khiển có các loại cầu trục ñiều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu
(hình 1.4) và cầu trục ñiều 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 ñáp ứng yêu cầu và mục ñích 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 ñồ kết cấu cầu trục
15
sao cho phù hợp với mục ñích và ñặc ñiểm sản xuất của của phân xưởng sau ñó tiến
hành chọn phương án thiết kế cho phù hợp, chính xác và ñặt hiệu quả cao nhất.
a. Chọn mô hình thiết kế
Từ các lọai cầu trục trên, qua tìm hiểu thực tế về ñặc ñiểm 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
hợp nhất. Loại cầu này có ưu ñiểm hơn cả vì có kết cấu ñơn 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 ñơn giản, thuận tiện cho việc bảo dưỡng thiết bị nếu xảy ra
sự cố và ñặt hiệu quả kinh tế cao. Chính vì vậy tôi chọn loại cầu này ñể 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 ñầu 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 ñỡ cho cơ cấu di chuyển cầu ñồng thời ñảm bảo ñộ cứng
cần thiết theo phương ngang.
- Xe con 3 mang palăng ñiện 4 di chuyển trên cạnh dưới của dầm chữ I, cầu trục
di chuyển dọc theo nhà xưởng nhờ cơ cấu di chuyển 2.
16
- Phương án dẫn ñộng: mỗi cơ cấu (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ
cấu di chuyển cầu) ñều ñược dẫn ñộng bằng một ñộng cơ ñiện.
- Cầu trục ñược trang bị thiết bị mang vật là cặp lệch tâm.
- Các cơ cấu ñược ñiều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền nhà.
b. Chọn phương án thiết kế
Để thiết kế bất cứ một vấn ñề gì việc ñầu tiên chúng ta phải xác ñịnh ta ñi thiết kế
cái gì, nó phục vụ mục ñích gì và cái ta thiết kế ra có những tính ưu việt hơn so với
cái hiện ñang có hay không. Một vấn ñề vô cùng quan trọng ñó là ta thiết kế theo
phương pháp nào, vấn ñề này cần phải ñược xác ñịnh ngay từ ñầu trước khi ñi thiết kế
bất cứ một vấn ñề gì. Vì nếu không xác ñịnh ñược thiết kế theo phương pháp nào thì
có thể thiết kế ñó không có tính khả thi và ñôi khi là không thể thực hiện ñược.
Hiện nay ñể ñi thiết kế một vấn ñề nào ñó chúng ta có 4 phương pháp cơ bản, ñó
là:
- Thiết kế theo mẫu.

- Thiết kế theo Quy Phạm.
- Thiết kế theo số liệu thống kê.
- Thiết kế theo tính toán.
Đặc ñiểm của mỗi phương án thiết kế:
Thiết kế theo mẫu: Ưu ñiểm của phương pháp này ñó là cho phép ta ñi thiết kế
một cách nhanh chóng, chúng ta chỉ cần dựa vào mẫu cầu trục có sẵn hoặc thiết kế
mẫu ñể ñi thiết kế cái gần giống với cái ta cần thiết kế. Tuy nhiên nó cũng có những

nhược ñiểm của nó ñó là chúng ta khó có thể tìm ñược mẫu cầu trục thích hợp hay
thiết kế mẫu gần nhất với cái ta cần thiết kế. Mặt khác khi ñi thiết kế một vấn ñề hoàn
toàn mới thì không thể áp dụng phương pháp này ñược.
Thiết kế theo Quy Phạm: Đây là một trong những phương pháp thiết kế cho ta ñi
thiết kế nhanh nhất ñảm bảo dư bền vì các Quy Phạm ñặt ra ñược dựa vào các kinh
nghiệm và cách tính dư bền. Tuy nhiên phương pháp này không thể áp dụng cho các
trường hợp ñặc biệt ñược và các chi tiết thiết kế ra cho ta dư bền.
17
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 ñộng hiệu quả và gần với thiết kế mình nhất. Từ ñó
cho ta thiết kế chi tiết dựa vào kết quả vừa mới thống kê ñược.
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 ñiểm là khó khăn trong các
phương pháp tính toán và ñi thiết lập các công thức tính toán.
Kết luận: mỗi phương án thiết kế ñều có những ưu nhược ñiểm khác nhau, do
ñó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn phương án nào cho phù hợp nhất theo yêu
cầu và mục ñích của vấn ñề cần giải quyết ñể ñạt hiệu quả cao nhất. Vậy với yêu cầu
và mục ñích cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục tôi chọn phương án thiết kế theo
tính toán vì ñây 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 ñiện.
- Tính kết cấu thép: tính chọn dầm chính va dầm cuối.
- Tính chọn các thiết bị phụ: hệ thống ñiều khiển, các thiết bị an toàn cơ –
ñiện.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 ñiều kiện làm
việc, loại hàng cần bốc dỡ và ñịa 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 ñịnh ñược các
thông số cơ bản như sau:
- Tải trọng nâng: Q = 1T
- Chiều cao nâng: H = 5 m
- Khẩu ñộ dầm cầu: L = 8 m
- Vận tốc nâng :V
n
= 10 m/ph
- Vận tốc di chuyển cầu: :V
c
= 20 m/ph
18
- Vận tốc di chuyển xe con: :V
x
= 35 m/ph
- Dòng ñiện xoay chiều 3 pha
=∆/
λ
220/380 v, tần số 50 Hz
- Chế ñộ làm việc: Nhẹ.
Tương ứng với chế ñộ làm việc nhẹ ta có:
Bảng 1-1. Các số liệu về chế ñộ làm việc các cơ cấu của cầu trục.

Chỉ tiêu Chế ñộ làm việc (T)
- Cường ñộ 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 ñộ 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
19

CHƯƠNG II

TÍNH CÁC CƠ CẤU CHÍNH

20
2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG
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 ñể thiết kế cần phải ñảm bảo các thông làm việc như công
suất, tốc ñộ, ñặc tính ñộng lực học, phương pháp ñiều khiển, môi trường sinh thái,
khả năng quá tải, khả năng tiêu chuẩn hóa, khả năng lắp ñặt, 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 ñược chọn có sơ ñồ
như hình 2.1. Với phương án này cơ cấu có kích thước tương ñối gọn nhẹ cho phép
chế tạo từng cụm cơ cấu riêng biệt nên thuận tiện cho việc lắp ñặt và ñơn giản trong
việc chế tạo.

1. Động cơ ñiện.
2. Khớp nối vòng ñàn hồi.
3. Phanh.
4. Hộp giảm tốc.
5. Khớp nối.
6. Tang.


Hình 2.1. Sơ ñồ cơ cấu nâng.
Đây là loại cơ cấu nâng dây mềm, có một tang, truyền ñộng của cơ cấu là truyền
ñộng riêng, năng lượng sử dụng là năng lượng ñiện. Kết cấu cơ bản gồm ñộng cơ ñiện
1, khớp nối vòng ñàn 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 ñỡ cáp (hình
2.2).
6

5

4

3

2

1

21
Các thông số ban ñầu:

- Tải trọng nâng: Q = 1T = 10000N.
- Chiều cao nâng: H = 5 m.
- Tốc ñộ nâng vật: V
n
=10 m/ph.
- Chế ñộ làm việc của cơ cấu: Nhẹ.
- Trọng lượng bộ phận mang vật: Cặp lệch tâm và palăng thuận, cặp lệch tâm và
palăng thuận ñược 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 ñộng cơ ñiện, vận tốc cao, nên ta chọn cáp ñể làm dây
cho cơ cấu, vì cáp là loại dây có nhiều ưu ñiểm 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 ñường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và
ñược 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
, ñể dễ dàng trong việc thay cáp sau này
khi bị mòn, ñứt.
2.1.2.2. palăng giảm lực
Trên các cầu lăn dây cáp ñược cuốn trực tiếp lên tang; cầu lăn phục vụ trong
phân xưởng khi cần nâng hạ vật theo chiều thẳng ñứng, ñể tiện lợi trong khi làm việc;
do ñó ta chọn palăng ñơn 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 ñồ (hình 2.2)
Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật ñược
xác ñịnh theo công thức [2- tr.24].
k
am
Q
S
p
η
.
0
max
=

22
Trong ñó:
a = 2 – bội suất palăng.

m = 1 – số nhánh cáp cuốn lên tang.
k = 1,5 – hệ số tải trọng ñộng.

=+=
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 ñổi hướng, t = 0

λ
= 0,98 – hiệu suất của ròng rọc ñặt
trên ổ lăn bôi trơn bình thường. Hình 2.2. sơ ñồ 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
ñ
N
Trong ñó:

ñ
S
- lực kéo ñứt cáp.
k = 5 - hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2-2) – [tr.19] ứng với

chế ñộ làm việc nhẹ.
Xuất phát từ ñiều kiện bền theo công thức (2-10), với loại dây ñã 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 ñường kính cáp
1,8=
c
d
mm có sức kéo ñứt
NS
ñ
40350=
xấp xỉ với lực ñứt 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
Đường kính nhỏ nhất cho phép ñối với tang và ròng rọc xác ñịnh theo công thức
(2-12) – [tr-20].