THIẾT KẾ CẦU TRỤC 10 TẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU
Là một sinh viên điều kiện tiếp xúc với thực tế còn rất hạn chế, bởi vậy có những
môn học vừa có lý thuyết, vừa có tính ứng dụng là điều rất cần thiết. Đồ án tốt nghiệp thực
sự đã giúp cho em tiếp cận được gần hơn với thực tế, giúp em tổng hợp và ứng dụng tất cả
các kiến thức đã học được trong suốt quá trình học tập, không chỉ là về lý thuyết, thực tế
mà còn về kĩ năng làm việc.
Trên tinh thần đó, em đã tiến hành thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “THIẾT KẾ
CẦU TRỤC 10 TẤN” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S Châu Mạnh Lực, với mong
muốn học hỏi thật nhiều những kiến thức cũng như kinh nghiệm thiết kế để tạo nền tảng hỗ
trợ công việc sau này. Một điều quan trọng không kém mà em nhận ra khi thực hiện đồ án
tốt nghiệp đó là tạo cho sinh viên có một tầm nhìn từ bao quát đến chi tiết, và giúp sinh viên
có cơ hội thể hiện khả năng tiếp cận, nhận xét và giải quyết vấn đề, vốn là tiêu chí tối quan
trọng của một người kỹ sư.
Tập thuyết minh này trình bày các bước tính toán thiết kế cần thiết để đưa ra phương án
thiết kế cuối cùng đáp ứng yêu cầu bài toán và các yêu cầu kỹ thuật.
Em xin chân thành cám ơn ba mẹ đã luôn động viên và giúp đỡ em những khi khó khăn.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Th.S Châu Mạnh Lực đã tận tình hướng dẫn
cũng như cung cấp cho em những kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy cô Khoa Cơ Khí đã giảng dạy em trong suốt
quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ công nhân viên tại công ty TNHH MTV
Đóng và sửa chữa tàu Hải Sơn đã giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án .
Đà Nẵng, ngày

tháng

Sinh viên thực hiện

Trần Hữu Quyền

Trang 1

năm 2014


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
Lời nói đầu..................................................................................................................1
Chương I : Tổng quan.............................................................................................3
1.1 Mục đích sử dụng cầu trục...................................................................................3
1.2 Phân loại cầu trục.................................................................................................3
1.3 An toàn trong sử dụng máy nâng chuyển............................................................4
Chương II : Cơ sở lý thuyết để thiết kế máy.........................................................6
2.1 Phân tích chuyển động cần thiết..........................................................................6
2.2 Cơ cấu nâng hạ vật...............................................................................................6
2.3 Cơ cấu di chuyển vật............................................................................................7
Chương III : Tính toán thiết kế máy......................................................................10
3.1 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế............................................................10
3.2 Tính toán động học...............................................................................................18
3.3 Tính toán động lực học........................................................................................24
3.4 Tính toán thiết kế một số cơ cấu chính của máy.................................................55
Chương IV : Thiết kế hệ thống điều khiển............................................................82
4.1 Khái niệm chung..................................................................................................82
4.2 Hệ thống cấp điện và các thiết bị bảo vệ.............................................................82
4.3 Thiết kế mạch điều khiển.....................................................................................83
Chương V : Thử máy, bảo dưỡng, vận hành và an toàn.....................................86
5.1 Thử máy................................................................................................................86
5.2 Bảo dưỡng cầu trục..............................................................................................87

5.3 An toàn trong sử dụng máy..................................................................................88
Tài liệu tham khảo......................................................................................................89

Trang 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN
1.1 Mục đích sử dụng Cầu trục .
Cầu trục là loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đường ray
chuyên dùng. Nó được sử dụng rất phổ biến trong hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng
để nâng – chuyển các vật nặng trong nhà xưởng, kho ; cũng có thể được dùng để xếp, dỡ
hàng ; ngoài ra cầu trục còn dùng để lắp ráp các thiết bị công nghiệp, thiết bị thủy điện lớn.
Cầu trục có thể được trang bị móc câu, cơ cấu nam châm điện, hoặc gầu ngoạm tùy theo
tính chất công việc và chi tiết nâng. Theo dạng kết cấu thép của cầu trục, người ta phân loại
thành : cầu trục 1 dầm và cầu trục 2 dầm.
Các bộ máy của cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc bằng động cơ điện
dùng mạng điện công nghiệp. Cầu trục có thể được điều khiển bởi người lái trong cabin
treo ở 1 đầu cầu lăn. Trường hợp dùng palăng điện làm cơ cấu nâng thì có thể được điều
khiển từ mặt nền nhà xưởng thông qua hộp điều khiển.
Như vậy máy nâng chuyển nói chung và cầu trục nói riêng đóng vai trò rất quan
trọng trong quá trình sản xuất, giúp giảm nhẹ sức lao động, tăng năng suất và đảm bảo an
toàn.
1.2 Phân loại Cầu trục .
Dựa vào yêu cầu về những công việc như trên, người ta phân loại cầu trục thành các
loại như sau :
1.2.1. Dựa vào tải trọng nâng :
Loại nhẹ : tải nâng từ 1÷5 tấn
Loại trung bình : có tải nâng từ 5 ÷ 16 tấn

Loại nặng : có tải nâng từ 16 ÷ 80 tấn
Loại rất nặng : có tải nâng lớn hơn 80 tấn
1.2.2.Căn cứ vào chế độ làm việc :
Chế độ làm việc nhẹ
Chế độ làm việc trung bình
Chế độ làm việc nặng
Chế độ làm việc rất nặng
Trang 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.3. Dựa vào kết cấu thép
Cầu trục 1 dầm
Cầu trục 2 dầm
1.2.4. Dựa vào công dụng :
Cầu trục công dụng chung
Cầu trục chuyên môn hóa phục vụ xếp đỡ.
1.2.5. Theo cách tựa của dầm:
Cầu trục tựa
Cầu trục treo
1.2.6. Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục:
Cầu trục dẫn động chung
Cầu trục dẫn động riêng
1.3 An toàn trong sử dụng máy nâng chuyển :
Trong thực tế tần suất xảy ra tay nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rất nhiều so
với các loại máy khác. Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng là vấn đề quan trọng
được đặt lên hàng đầu.
Với cầu trục lăn do có nhiều bộ phận máy lắp với nhau và được đặt trên cao do vậy
cần phải thường xuyên kiểm tra để kịp thời phát hiện những hư hỏng như lỏng các mối

ghép, rạn nứt tại các mối hàn do thời gian sử dụng lâu …..
Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe, trục quay phải có vỏ bọc an toàn
nhằm ngăn những mảnh vỡ văng ra nếu có sự cố khi chi tiết máy hoạt động.
Toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất, vấn đề này rất quan trọng nên
đòi hỏi phải tuyệt đối để đảm bảo cho người lao động.
Với các động cơ đều có phanh hãm tuy nhiên phải kiểm tra phanh thường xuyên
không để xảy ra hiện tượng kẹt phanh gây nguy hiểm khi sử dụng.
Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm vi làm
việc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bài kiểm tra và phải
đạt kết quả.

Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trong khi máy làm việc công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộ phận
mang để di chuyển cùng với vật cùng như không được dùng dưới vật nâng đang di chuyển.
Đối với máy không không hoạt động thường xuyên (nhiều ngày không sử dụng) khi
đưa vào sử dụng phải kiểm tra toàn bộ kết cấu máy. Để kiểm tra tiến hành thử máy với hai
bước là thử tĩnh và thử động.
+ Bước thử tĩnh: treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,25 lần trọng lượng nâng danh
nghĩa của cầu trục thiết kế và để trong thời gian từ 10 đến 20 phút.
Theo dõi biến dạng của toàn bộ các cơ cấu máy. Nếu không có sự cố gì xảy ra thì tiếp tục
tiến hành thử động.
+ Bước thử động: Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,1 trọng lượng nâng danh
nghĩa sau đó tiến hành mở máy nâng, di chuyển, hạ vật ,mở máy đột ngột, phanh đột ngột .
Nếu không có sự cố xảy ra thì đưa máy vào hoạt động.
Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục người quản lý có thể cho lắp thêm các thiết
bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việc . Một số thiết bị an

toàn có thể sử dụng đó là: Sử dụng các công tắc đặt trên những vị trí cuối hành trình của xe
lăn hay cơ cấu di chuyển cầu trục. Các công tắc này được nối với các thiết bị đèn hoặc âm
thanh báo hiệu nhằm báo cho người sử dụng biết để dừng máy. Đồng thời củng có thể nối
trực tiếp với hệ thống điều khiển để tự động ngắt thiết bị khi có sự cố xảy ra.
Như vậy để hạn chế tối đa tai nạn xảy ra đòi hỏi người công nhân sử dụng máy phải
có ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên.

Trang 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ MÁY
2.1 Phân tích chuyển động cần thiết .
Nhiệm vụ chính của cầu trục là di chuyển vật trong 1 không gian hình học đã thiết kế
: B x H x L – Trong đó :
+ B : khẩu độ
+ H : Chiều cao nâng
+ L : Chiều dài di chuyển
Để thực hiện nhiệm vụ nâng vật từ mặt đất ( hoặc từ các phương tiện khác ) lên 1 độ
cao nhất định ( nâng hạ theo H ), ta cần 1 hệ thống bao gồm móc treo ( hoặc gầu ngoạm ),
dây cáp, ròng rọc, palăng, tang cuốn ... để biến chuyển động quay của tang cuốn cáp thành
chuyển động thẳng của móc treo mang vật → nâng hạ vật.
Để thực hiện di chuyển vật theo phương ngang và dọc ( di chuyển theo B và L ), ta
cần các cơ cấu để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng, cụ thể ở đây ta sử dụng
cơ cấu bánh răng – thanh răng, hoặc bánh ma sát – ray . Trên thực tế khi thiết kế cầu trục
người ta thường sử dụng cơ cấu bánh ma sát – ray, vì cơ cấu này dễ chế tạo, sử dụng rộng
rãi và giá thành thấp. Ở đây ta đi nghiên cứu nguyên lý làm việc của cơ cấu bánh ma sát –
ray.
2.2 Cơ cấu nâng hạ vật

Ở cầu trục, ta sử dụng cáp thép để nâng hạ vật theo chiều cao H. Cáp thép kết hợp
với tang để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Cáp thép được sử dụng hầu
hết trong các loại máy nâng.
Yêu cầu chung đối với cáp thép : an toàn trong sử dụng, độ mềm cao, dễ uốn cong,
trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp, độ bền cao, thời gian sử dụng lâu.
Cáp thép được phân thành các loại như sau :
2.2.1. Theo số lớp bện :
Cáp bện đơn: Nhiều sợi thép bện quanh một lõi. Được dùng phổ thông, có bề mặt
trơn, chịu tải trọng xô ngang.
Cáp bện kép (Cáp bện hai lớp) : là các dánh là cáp cáp bện đơn và các dánh được bện
quanh một lõi. Thông dụng thường dùng loại 6 dánh cáp.
Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cáp bện 3 lớp : gồm các cáp bện kép được gọi là dánh, bên quanh một lõi một lần
nữa. Do nhiều lỏi nên cáp 3 lớp mềm hơn cáp kép song chế tạo phức tạp hơn, giá thành cao
hơn nên hay dùng trong việc lắp dụng cần trục.
2.2.2. Theo cách bện cáp :
Cáp bện xuôi : là các sợi thép trong dánh bện cùng chiều với chiều bện của các dánh
quanh lõi.Tương đối mềm, tuổi thọ cao, dễ bung ra và có xu hướng xoắn nên thường dùng
trong nâng vật dẫn hướng : thang nâng, tời kéo,…
Cáp bện chéo :Có chiều bện của sợi thép trong dánh ngược với chiều bện của dánh
quanh lỏi. Có độ cứng lớn, tuổi thọ không cao nhưng khó bung ra, không xoắn lại nên sử
dụng an toàn.Và thường được dùng nhiều.
Cáp bện hổn hợp : Một số sợi thép trong một số dánh được bện xuôi còn trong các
dánh khác thì bện chéo. Loại này khó chế tạo nhưng có ưu điểm của bện xuôi và bện chéo.
Cáp có tiếp xúc điểm : là loại có đường kính các sợi thép trong dánh bằng nhau, hai
lớp sợi thép cuốn trong dánh có bước bện khác nhau nên giữa các sợi théo có tiếp xúc điểm

với nhau. Khi cáp bị uốn cong, sợi thép đè lên nhau, tạo áp lực và có ma sát nên nhanh mòn
và dễ bị đứt.
Cáp có tiếp xúc đường : có những sợi thép có đường kính khác nhau bện thành dánh
với các lớp bện có bước bện bằng nhau làm các sợi kề nhau tiếp xúc với nhau trên suốt
chiều dài. Sợi thép nhỏ và lớn trong dánh nên đảm bảo độ bền và mềm
2.3 Cơ cấu di chuyển vật.
Để di chuyển vật theo 2 hướng : khẩu độ B và chiều dài L, ta sử dụng các cơ cấu để
biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cầu trục. Ở cầu trục
thường sử dụng cơ cấu bánh ma sát- ray.
2.3.1 Vật liệu chế tạo bánh xe - ray
Nguyên lý làm việc chính là dựa trên việc lợi dụng ma sát trượt và ma sát lăn giữa
bánh xe và ray. Ma sát nghỉ xuất hiện lúc mới khởi động cầu trục, ma sát lăn xuất hiện trong
lúc cầu trục di chuyển. Để thực hiện được điều này, lực ma sát lăn cần phải nhỏ hơn lực ma
sát trượt để tránh trường hợp bánh xe trượt trên ray. Lực ma sát lăn tỉ lệ với áp lực tại vị trí
tiếp xúc và hệ số ma sát, tùy vào cặp vật liệu mà ta có hệ số ma sát khác nhau, để tăng hệ số
Trang 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ma sát ta sử dụng cặp vật liệu điển hình có hệ số ma sát như sau ( chỉ xét ở trường hợp ma
sát khô ) :
Vật liệu 1
Gang
Thép ( cứng )
Gang

Hệ số ma sát
Trạng thái tĩnh
Trạng thái trượt

Gang
1.1
1.05
Thép ( cứng )
0.78
0.42
Thép
0.4
Bảng 2.1 Hệ số ma sát 1 số cặp vật liệu
Vật liệu 2

Với đặc điểm cầu trục là bánh xe làm việc dưới 1 áp lực lớn, thường xuyên di chuyển
nên kết cấu dầm, bánh xe đòi hỏi phải chịu được ứng suất uốn, nén, độ bền mòn, bền mỏi
cao. Do đó vật liệu chế tạo phải là vật liệu dẻo, có độ cứng cao. Tuy nhiên vật liệu làm bánh
xe có độ cứng cũng như độ chịu mài mòn phải thấp hơn ray, để thuận lợi cho việc thay thế,
giảm giá thành sửa chữa bảo trì.
Đối với bánh xe, để dễ gia công cắt gọt ta chọn thép thấm carbon, độ cứng bề mặt >
60HRC, độ cứng lõi khoảng 30 ~ 40 HRC. tính chống mài mòn cao, δb = 90 ÷ 130 KG/cm2 .
1 số mác thép thường được sử dụng như : 12CrNi3, 20CrNi4, 20Cr2Ni4.
Đối với ray, chọn vật liệu là thép hóa tốt với cơ tính tổng hợp cao, độ thấm tôi lớn.
Hàm lượng carbon 0.3 ÷ 0.5 %. với ray là chi tiết lớn, tải trọng làm việc lớn, ta chọn mác
thép : 40CrNi, 45CrNi, 50CrNi,...
2.3.2 Kết cấu bánh xe – ray
a. Bánh xe :
Tùy theo loại máy và tải trọng mà số lượng bánh xe trên mỗi gối tựa có thể là 1, 2, 3
hoặc 4 bánh. Thông thường người ta thường không phân bố mỗi gối tựa lớn hơn 4 bánh vì
tính phức tạp của nó.
Tùy vào đặc điểm, công dụng mà hình dạng bề mặt bánh xe chạy trên ray có hình
dạng khác nhau: hình lăng trụ, hình côn, một thành bên, hai thành bên, không có thành
bên, ...

Một số chú ý khi chế tạo:
+ Đối với bánh có 2 thành: để di chuyển bình thường trên ray thì khi chế tạo thì
chiều rộng bánh lớn hơn ray 30mm, hình trục : 40mm, hình côn 15mm – 20 mm
+ Bánh hình côn với 1 thành bên thì chiều rộng mặt lăn lớn hơn ray ít nhất 30 mm
Trang 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Bánh hình trụ không có mặt bên thì phải dùng con lăn đỡ một hoặc cả 2 bên ray.
+ Bánh có mặt lăn hình côn thường dùng cho xe con chạy trên ray treo chữ I
b. Ray :
Trong cầu trục có thể dùng nhiều loại ray khác nhau : Ray đường sắt, ray chuyên
dùng, thép cán hình vuông, hình chữ nhật với các bề mặt đã được nhiệt luyện. Nếu cầu trục
dạng treo thì có thể ray là dầm I. Thực tế thì ray đường sắt được dùng khá phổ biến hơn vì
mặt đế rộng, vững hơn.
Việc chọn ray phù hợp thì phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục, loại bánh xe,
và áp lực của bánh xe lên ray. Với bánh xe côn thì ray thường có bề mặt làm việc cong,
bánh xe hình trụ có ray đường sắt và ray chuyên dụng

Trang 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY
3.1 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
Các số liệu ban đầu :
Trọng tải

Q = 10T = 100000N

Khẩu độ

B = 16m

Chiều cao nâng

H = 9m

Chiều dài

L = 100m

Vận tốc nâng

Vn = 12 m/ph (10~30m/ph)

Vận tốc di chuyển xe

Vx = 25 m/ph (20~30m/ph)

Vận tốc di chuyển cầu

Vc = 40 m/ph ( 40~200m/ph)

Nguồn điện sử dụng

3 pha

Chế độ làm việc

Trung bình

3.1.1 Phân tích và lựa chọn phương án dầm chính
a. Phương án 1 : Cầu trục 2 dầm dạng hộp :

►
Hình 3.1 : Cầu trục 2 dầm dạng hộp

Ưu – Nhược điểm :
* Ưu điểm :
+ Do có mặt cắt ngang dạng hộp nên độ cứng ngang tốt.

+ Do có mặt cắt thay đổi theo chiều dài nên tiết kiệm được vật liệu, giảm trọng lượng
dầm.
+ Dễ chế tạo.
+ Sử dụng rộng rãi và thuận tiện cho khai thác.
+ Sử dụng được các cụm bánh xe tiêu chuẩn.
* Nhược điểm :
+ Trọng lượng bản thân lớn.
* Kết luận : dầm có kết cấu dạng hộp nên việc tính toán đơn giản,thời gian chế tạo và lăp
ghép nhanh,việc bảo dưỡng cũng đơn giản → giá thành giảm.
Trang 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

b. Phương án 2 : Cầu trục 2 dầm dạng giàn :
►

Ưu
Nhược điểm :

–

P4

* Ưu điểm :
+ Trọng lượng kết cấu nhẹ.
+ Độ cứng ngang tốt.
* Nhược điểm :
+ Chế tạo phức tạp, tốn kém.
+ Độ bền mỏi thấp.
+ Không có khả năng hàn tự động
* Kết luận : kết cấu kiểu này khối lượng dầm nhỏ, nhưnng phức tạp, khó chế tạo vì nhiều
chi tiết , quá trình chế tạo và lắp ráp mất thời gian , việc kiểm tra bảo dưỡng khó khăn →
giá thành chế tạo cầu trục cao.
c. Phương án 3 : Cầu trục 1 dầm dạng chữ I :

►
Ưu – Nhược điểm :

Hình 3.3 : cầu trục 1 dầm dạng chữ I

* Ưu điểm :
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
+ Giá thành chế tạo giảm.
* Nhược điểm :
+ Tính toán kết cấu thép phức tạp.
+ Về mặt công nghệ, để tăng độ cứng của khung, giàn không thuận tiện.

+ Tải trọng hạn chế.

Trang 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

* Kết luận : Dạng kết cấu này đơn giản , dễ tính toán, chế tạo, lắp ghép đơn giản, bảo dưõng
kiểm tra dễ dàng, nhưng chịu tải ít. Phù hợp với những cầu trục có tải trọng nhỏ dưới 5 tấn
và khẩu độ nhỏ.
→ Kết luận chung : Qua việc phân tích như trên, để phù hợp với yêu cầu thiết kế của đề
tài,

ta chọn phương án thiết kế là phương án 1 : cầu trục 2 dầm dạng hộp.

3.1.2 Phân tích và lựa chọn phương án dầm biên
a. Phương án 1 :

Hình 3.4 Phương án 1 : dầm biên
►Ưu – Nhược điểm :
* Ưu điểm :
+ Đảm bảo độ cứng vững theo các phương.
+ Tải trọng nâng lớn.
* Nhược điểm :
+ Chế tạo phức tạp.
+ Trọng lượng kết cấu khá lớn.
b. Phương án 2 :

Hình 3.5 Phương án 2 : dầm biên
►Ưu – Nhược điểm :

* Ưu điểm :
+ Chịu lực tương đối tốt.
+ Kết cấu nhẹ, chế tạo đơn giản.
+ Giá thành rẻ, sử dụng rộng rãi.
* Nhược điểm :
Trang 12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Tính toán kết cấu thép phức tạp.
+ Gia công đòi hỏi kỹ thuật cao.
+ Khối lượng dầm lớn.
→ Kết luận : qua phân tích như trên, để phù hợp với các yêu cầu thiết kế ban đầu, ta chọn
phương án 1 làm phương án thiết kế.
3.1.3 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động cơ cấu nâng :
a. Phương án 1 :
3
2

1

4

Hình 3.6 Phương án 1: truyền động cơ cấu nâng
1. Động cơ điện - 2. Khớp nối và phanh - 3. Hộp giảm tốc - 4. Khớp nối - 5. Tang
Phương án này có kết cấu nhỏ gọn, làm việc an toàn. Việc sửa chữa, bảo dưỡng dễ
dàng.
b. Phương án 2:
3

1

5

2

4

Hình 3.7 phương án 2 truyền động cơ cấu nâng
1. Động cơ điện - 2. Khớp nối kết hợp phanh - 3. Hộp giảm tốc - 4. khớp nối - 5. Tang
Trang 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Phương án này trục ra của hộp giảm tốc truyền động cho tang thông qua 1 bộ truyền
bánh răng. phương án này phức tạp , nhiều kết cấu, tốn thêm 1 cặp bánh răng, ổ đỡ. Ngoài
ra vị trí lắp bộ truyền bánh răng là không an toàn.
→ Kết luận: với các phương án đã phân tích trên, đối với cầu trục 10T là loại có tải trọng
lớn, ta chọn phương án 1 là phương án thiết kế.
3.1.4 Phương án truyền động và di chuyển xe con:
a. Phương án 1:
3
1

2

4

C

Hình 3.8 Phương án 1: di chuyển xe con
1. Động cơ điện -2. Khớp nối - 3. Hộp giảm tốc - 4. Bánh dẫn
Phương án này có kết cấu đơn giản, gồm 1 động cơ điện, 2 khớp nối và 1 hộp tốc độ,
không dùng trục truyền. trục mang 2 bánh xe lớn → không làm trục dài được, chiều dài C ≤
4m, cực đại 5m. làm việc chắc chắn, ổn định.

Trang 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

b.Phương án 2:
3
1

2

4

C

Hình 3.9 Phương án 2 : di chuyển xe con
1. Động cơ điện - 2. Phanh kết hợp với nối trục - 3. Hộp giảm tốc
4. Bánh dẫn - 5. Trục truyền
Phương án này dùng 1 động cơ, 5 khớp nối, 1 hộp giảm tốc, có thêm 2 đoạn trục
truyền. Kết cấu phức tạp hơn → làm việc không chắc chắn, ổn định. 2 đoạn trục quay với số
vòng quay nhỏ nên momen lớn → đường kính trục lớn, chiều dài đoạn trục C ≤ 10m, tối đa
12m. Phương án này thích hợp cho các xe có kích thước lớn.
→ Kết luận: như phân tích trên để phù hợp với các số liệu thiết kế ban đầu, ta chọn phương

án 2 là phương án thiết kế.
3.1.5 Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu:
a. Phương án 1:
3

1

2

4

5

B

Trang 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.10 Phương án 1 di chuyển cầu
1. Động cơ điện - 2. Khớp nối - 3. Hộp giảm tốc - 4. Trục truyền - 5. Bánh dẫn
Phương án này sử dụng 2 Hộp giảm tốc, 1 động cơ, 6 Khớp nối, 2 Đoạn trục truyền
có số vòng quay tương đối lớn, kết cấu khá phức tạp, đường kính trục truyền không lớn lắm.
Chiều dài B ≤ 15m, tối đa 18m .
b. Phương án 2: dùng hai động cơ.
Hình 3.11 Phương án 2 di chuyển cầu
3
1

1.

2

4

B
Động cơ điện - 2. Khớp nối - 3. Hộp giảm tốc - 4. Bánh xe
Phương án này tăng thêm 1 động cơ, 1 hộp giảm tốc, giảm được số lượng khớp nối
còn 4. 2 bánh xe được dẫn động bằng 2 động cơ → không cần sử dụng khớp nối và trục
truyền giữa 2 bánh xe. do dẫn động độc lập nên khó đồng bộ nhau. Phương án này chủ yếu
được dùng dẫn động cầu có kích thước lớn.
→ Kết luận: Như đã phân tích trên thì ta chọn phương án 1 phù hợp với các số liệu theo
yêu cầu thiết kế.
3.1.6 Lựa chọn phương án nâng hạ vật.

Trang 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

a. Phương án 1 : Sử dụng tang trơn.

Hình 3.12 Tang trơn
Ưu điểm : quấn được nhiều lớp cáp → chiều dài tang nhỏ, trục mang tang không lớn.
Nhược điểm là do quấn nhiều lớp cáp → có sự chèn ép → cáp nhanh hư.
b. Phương án 2 : Tang 1 rãnh xoắn.

Hình 3.13 : Tang 1 rãnh xoắn
Ưu điểm : Do quấn 1 lớp cáp nên dây cáp nằm trong rãnh → không có sự chèn ép →

độ bền tăng cao. Nhược điểm : tang dài, trục mang tang có kích thước lớn.
c. Phương án 3 : Tang 2 rãnh xoắn.

Hình 3.14 Tang 2 rãnh xoắn
Ưu điểm : Tương tự như tang 1 rãnh xoắn, độ bền dây cáp cao do không có sự chèn
ép, mặt khác do quấn dây theo 2 hướng đối diện nên dịch chuyển vật nâng theo phương

Trang 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

thẳng đứng → thuận tiện cho công việc lắp ghép thiết bị. Nhược điểm : tang dài, trục mang
tang có kích thước lớn.
→ Kết luận : qua phân tích như trên, kết hợp với yêu cầu sử dụng khi thiết kế, ta chọn
phương án 3 làm phương án thiết kế tang.
3.2 Tính toán động học :
3.2.1 Động học cơ cấu nâng hạ.
Sơ đồ dẫn động :
3
2

1

1. Động cơ
2. Khớp nối kết hợp phanh
3. Hộp giảm tốc

4

4. Tang
5. Móc treo vật
6. Ròng rọc di động
7. Ròng rọc cố định
8. Dây cáp

8

7
6
5

Hình 3.15 Sơ đồ cơ cấu nâng hạ
Các số liệu ban đầu :
Trọng tải :

Q = 10T = 100000N

Chiều cao nâng :

H = 9m

Vận tốc nâng :

Vn = 12 m/ph (10~30m/ph)

Chế độ làm việc :

Trung bình

a. Chọn dây :
Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện nên vận tốc cao do vậy ta chọn dây cáp để làm
dây cho cơ cấu, là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác như xích hàn,
xích tấm ... và dây cáp cũng là loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay.
Trong các cơ cấu nâng của máy trục thường dùng các loại thép có kết cấu :
Trang 18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

6 × 19 +1 ( theo ΓOCT 3070 – 55 , 3077 – 55 và 2668 – 5 ), hoặc loại 6 × 37 + 1 ( theo
ΓOCT 3071 – 55 và 3079 – 55 ) . với 6 tao mỗi tao dánh 19 sợi có lớp sợi thép ngoài cùng
như nhau. Ta chọn loại cáp thép 6 × 19 +1 ( theo ΓOCT 3077 – 55 ) để sử dụng trong cầu
trục.
b. Palăng giảm lực :
Dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang , cầu trục được dùng nhiều trong phân
xưởng sữa chữa và chỉ cần nâng hạ là chủ yếu, để tiện lợi trong làm việc. Ta chọn pa lăng
kép 2 nhánh dây chạy lên tang.Theo bảng 2 – 6 [1] chọn bội suất là a = 2
* Lực căng cáp lớn nhất xuất hiện trên mỗi nhánh dây cuốn lên tang là:

Smax=

Q0 .(1 − λ )
m.(1 − λa ).λt

[3.1]

Trong đó : Q0 : Trọng lượng vật nâng, N
λ : hiệu suất từng ròng rọc
a : bội suất palăng

t : số ròng rọc đổi hướng
m : số nhánh
Ta có Q0 = Q + Qm , Với Qm là trọng lượng bộ phận mang ( lấy theo kinh nghiệm của các
cầu trục đã chế tạo – theo tài liệu [2] ) : Qm = 0,05×Q = 5000N
→ Q0 = Q + Qm = 100000 + 5000 = 105000 N, λ = 0,98 ( tra bảng 2 – 5 [1] ),
2, m = 2, t = 0( vì dây cáp cuốn trực tiếp lên tang )
Thay vào [3.1] → Smax = 26515 N
* Hiệu suất palăng:
ηp =

S0
(1 − λa )λt
=
S max
(1 − λ ).a

[3.2]

Thay các số liệu đã tra ở trên, ta có : ηp = 0,99
c. Kích thước dây :
Kích thước dây được xác định theo công thức : Sd ≥ Smax × n [3.3]
Trong đó : Sđ : lực kéo đứt dây theo tiêu chuẩn
Trang 19

a=


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Smax : Lực căng lớn nhất trong dây, N

n : Hệ số an toàn
Với Smax = 26515 N, n = 5,5 ( tra bảng 2 -2 [1] )
→ Sd ≥ 145832,5 N ≈ 145,8 kN
Theo tiêu chuẩn ΓOCT 3077 ta chọn loại cáp thép ЛK-O 6x19 + OC ( TCVN : 6 × 19 +1 )
σ

với giới hạn bền của sợi cáp [ ]=1570 N/mm2 , Ta chọn đường kính: dc=17 mm, Lực kéo
đứt: Sđ= 162 kN.
d. Các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc :
* Đường kính tang :
Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc xác định theo công
thức :

Dt ≥ dc × ( e – 1 )
Trong đó :

[3.4]

Dt : đường kính tang đến đáy rãnh cắt, mm
dc : đường kính cáp quấn trên tang , mm
e : hệ số thực nghiệm.

Tra bảng (2 – 4 [1] ) ta chọn e = 25.
Thay vào [3.4] ta có : Dt ≥ 408 mm
Ở đây ta chọn đường kính tang và đường kính ròng rọc bằng nhau : D t = Dr = 410 mm
+ Ròng rọc cân bằng không phải ròng rọc làm việc nên có thể chọn đường kính nhỏ hơn
20% so với ròng rọc làm việc : Dc= 0,8 × Dr = 0,8 x 410 = 328 mm
→ Chọn : Dc = 330 ( mm)
* Chiều dài tang :
Chiều dài tang phải sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất, trên tang vẫn còn lại ít nhất

1,5 vòng dây, không kể những vòng nằm trong cặp.

L2

L1

L0'

L3

Trang 20

L'

L0'

L1

L2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.16 sơ đồ xác định chiều dài tang
+ Chiều dài toàn bộ của tang được xác định theo công thức :
L’= L0’+2L1+2L2+L3
Trong đó :

[3.5]

L’ : chiều dài toàn bộ tang
Lo’ : chiều dài phần cắt ren
L1 : chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp
L2 : chiều dài phần tang để làm thành bên
L3 : phần giữa tang không cắt rãnh.

+ Chiều dài có ích của cáp : l = H × a
Trong đó :

[3.6]

H : chiều cao nâng, m
a : bội suất palăng

Ta có : H = 9m, a = 2 → l = 18m
Z0 =

+ Số vòng cáp làm việc trên tang :

l

π ( Dt + d c )

[3.7]

Thay các số liệu đã tính toán ở trên, ta có Z0 ≈ 14 vòng
+ Số vòng cáp toàn bộ trên tang : Z = Z0 + Z 1
Trong đó :

[3.8]

Z0 = 14 vòng
Z1 : số vòng dự trữ không dùng đến (≥ 1,5 )

Lấy Z1 = 2 vòng, → Z = 16 vòng
+ Chiều dài phần cắt ren trên tang : L0’ = 2 × Z × t
Trong đó :

[3.9]

Z = 16 vòng
t : bước ren trên tang,mm.

Ta có : t = 20mm, thay vào [3.9] → L0’ = 640 (mm)
+ Chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp : Nếu sử dụng phương pháp cặp thông thường thì phải
cắt thêm khoảng 3 vòng rãnh trên tang nữa, do đó :
L1 = 3x20 = 60 mm
Trang 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Chiều dài phần tang để làm thành bên : vì tang được cắt rãnh, cáp cuốn 1 lớp nên không
cần làm thành bên, tuy nhiên ở hai đầu tang trước khi vào rãnh ta để trữ lại một khoảng L 2 =
20 mm.
+ Chiều dài phần giữa không cắt rãnh : L3 = L4 - 2×hmin×tgα (mm)

[3.10]

Trong đó : hmin : khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang với trục các ròng rọc,mm

α : góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bị lệch so với
hướng thẳng đứng
L4 : khoảng cách giữa 2 ròng rọc ngoài cùng ở ổ treo móc, mm
Ta có : [tgα] = 1/10 ( đối với tang cắt rãnh – trang 21[1]), dựa vào kết cấu lấy sơ bộ :
L4 = 300mm, hmin = 800mm.
→ thay vào [3.10] ta có : L3 = 140mm
→ Thay các số liệu tính được vào công thức [3.5] ta được : L’ = 940 mm
* Bề dày thành tang : xác định theo kinh nghiệm :
δ = 0,02 × Dc + ( 6 ÷ 10 ) [3.11]
Thay các thông số đã tính ở trên vào [3.11] → δ = 18,3 mm
e. Tốc độ quay của tang :
nt =

Áp dụng công thức :
Trong đó :

vn .a
π .D0

[3.12]

D0 : đường kính tang tính đến tâm cáp, m
a : bội suất palăng
vn : vận tốc nâng vật, m/ph

Với vn = 12 m/ph, D0 = 0,41m, a = 2 → nt = 18 vg/ph
3.2.2 Động học cơ cấu di chuyển xe con :
Sơ đồ dẫn động :
3

1 : động cơ

1

2

2 : Khớp nối
3: Hộp giảm tốc
4 : Bánh xe

4
Trang 22

C


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.17 Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con
Số liệu ban đầu :
Trọng tải

Q = 10T = 100000N

Khẩu độ

L = 16m

Vận tốc di chuyển xe

vx = 25 m/ph

a. Chọn bánh xe và ray :
Ta chọn bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước theo tiêu chuẩn
ΓOCT 3569-60. Tra bảng 9-4 [1] chọn Dbx = 250 (mm) và đường kính ngỗng trục
dnt=70mm.
Căn cứ vào kích thước bánh xe ta chọn loại thép vuông 45×45 làm ray.
Bánh xe cấu tạo bằng thép đúc 55Π. Để đảm bảo hao mòn vành bánh ta tôi đạt độ
cứng HB = 300 ÷ 400.
b. Tính toán số vòng quay của bánh xe :
v=

Áp dụng công thức
Trong đó :

π × D×n
1000

[3.13]

D : đường kính bánh xe, mm
n : số vòng quay bánh xe, vg/ph
v : vận tốc di chuyển xe, m/ph

Thay các số liệu đã có → n = 31,8 vg/ph
3.2.3 Động học cơ cấu di chuyển cầu

Trang 23

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sơ đồ dẫn động :
3

1

2

4

5

B

Hình 3.18 Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu
1. Động cơ – 2. Khớp nối – 3. Hộp giảm tốc – 4.Trục truyền – 5.Bánh xe
Số liệu ban đầu :
Trọng tải

Q = 10T = 100000N

Khẩu độ

B = 16m

Chiều dài

L = 100m

Vận tốc di chuyển cầu

Vc = 40 m/ph ( 50~200m/ph)

a. Chọn bánh xe và ray :
Ta chọn bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước theo tiêu chuẩn
ΓOCT 3569-60. Tra bảng 9-4 [1] chọn Dbx = 700 (mm) và đường kính ngỗng trục
dnt=120mm. Chiều rộng bánh xe 100mm.
Căn cứ vào kích thước bánh xe ta chọn ray bằng có chiều rộng mặt tiếp xúc với bánh
xe là 80mm làm ray.
Bánh xe cấu tạo bằng thép đúc 55Π. Để đảm bảo hao mòn vành bánh ta tôi đạt độ
cứng HB = 300 ÷ 400
b. Tính toán số vòng quay của bánh xe :
Sử dụng công thức [3.13] ta có : n ≈ 18 vg/ph
3.3 Tính toán động lực học
3.3.1 Động lực học cơ cấu nâng hạ
a. Chọn động cơ điện :
Trang 24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải đựơc xác định theo công thức :
N=

Q0 .v n
60.1000.η

[3.14]

Trong đó : Q0 : Trọng lượng vật nâng, N
vn : Vận tốc vật nâng, m/ph
η hiệu suất của cơ cấu, bao gồm :
ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng, mục 2- chương I – [I]
ηt = 0,96 hiệu suất tang, bảng 1-9- [I]
η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng số liệu
bảng 1-9 –[I],với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ.
→ η = ηp×ηt×η0 = 0,87.
Thay các số liệu đã có → N = 23 kW
Tương ứng với chế độ trung bình, tra bảng 2P [2] chọn sơ bộ chọn động cơ điện A2 – 81 8 có các đặc tính sau đây :
Công suất danh nghĩa

: Ndc = 22( kW).

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 730 (vòng/phút).
Hiệu suất

89%
M max
= 1,7
M dn

Hệ số quá tải:
Khối lượng động cơ:

mdc = 275 kg.

b. Tỷ số truyền chung :
Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang theo công thức :
i0 =

Trong đó :

n dc
nt

[3.15]

nđc : số vòng quay danh nghĩa của động cơ, m/ph
nt : số vòng quay của tang, vg/ph

Với nđc = 730 vg/ph, nt = 18 vg/ph
Vậy tỷ số truyền cần có : i = 40,2
Trang 25