THIẾT KẾ CẦU TRỤC 20 TẤN

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

LỜI CÁM ƠN

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 20 TẤN VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH” dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS Đinh Minh Diệm, 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 Đinh Minh Diệm 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 cơ
khí và xây dựng Đông Sơn đã giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án .
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Quân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

KHOA CƠ KHÍ

TÓM TẮT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài : THIẾT KẾ CẦU TRỤC 20 TẤN VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
Họ và tên : Nguyễn Văn Quân
Lớp

Mã SV:

: 11 C1CTSGLT

GV hướng dẫn :PGS.TS Đinh Minh Diệm
GV duyệt: GVC. Th.S Nguyễn Thanh Việt
Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:
1.

Nhu cầu thực tế :
Nội dung của quyển thuyết minh đồ án này của em là thiết kế cầu trục 20 tấn

và chế tạo mô hình, đây là loại máy máy nâng được thiết kế nhằm giảm sức lao
động trong các phân xưởng sửa chữa, các nhà xưởng cơ khí, nhà kho. Tạo sự
linh hoạt trong hoạt động nâng chuyên hàng hóa. Là loại thiết bị không thể
thiếu trong các nhà xưởng cơ khí, nhà kho.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

Trong đồ án này em tập trung nghiên cứu về : cơ sở lý thuyết về máy nâng
mà cụ thể là cầu trục 20 tấn và các thiết bị đi kèm. Tính toán thiết kế và lựa
chọn phương án thiết kế cầu trục, cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển của cầu,
của xe lăn, cũng như đi sâu tính toán các thành phần của các cơ cấu này.Ngoài
ra còn có hướng dẫn sử dụng và an toàn khi sử dụng cầu trục.
3. Nội dung đề tài đã thực hiện :

Số Trang : 110 trang
Số bản vẽ:

07 A0

Mô hình :
SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |2


Đồ án tốt nghiệp
•

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Ở phần A, chương 1 : Giới thiệu tổng quan về máy nâng chuyển, cầu trục
và các thành phần của nó, cũng như ứng dụng của chúng trong sản xuất.

•

Phần B, chương 2 : Đưa lên các phương án lựa chọn, thiết kế cầu trục 20
tấn, ở đây ta phân tích các ưu nhược điểm của các loại cầu trục. Từ đó, dựa
vào nhu cầu thực tế để lựa chọn.

•

Chương 3 : Ở chương này ta tính toán và lựa chọn cơ cấu nâng hạ, tính toán
bộ truyền trong hộp giảm tốc, chọn động cơ,cáp,…

•

Chương 4: Tính toán và thiết kế cơ cấu di chuyển xe lăn, phân tích sơ đồ
động, chọn động cơ, tính toán chọn ray và bánh xe.

•

Chương 5 : Tính toán và thiết kế cơ cấu di chuyển cầu . Tính các tải trọng
lên bánh xe,tính chọn động cơ, kiểm tra

•

Chương 6 : Ở chương này, em tính toán chọn các cơ cấu, bộ phận không thể

thiếu của cầu trục 20 Tấn, gồm : bộ phận phanh, khớp nối, móc cáp, bộ
phận tang.

Chương 7 : là chương cuối em có lưu ý về cách sử dụng, cũng như các biện
pháp an toàn khi sử dụng cầu trục.
4. Kết quả đã đạt được:

•

Có cái nhìn tổng quát và hiểu hơn về nguyên lý hoạt động, cách lắp ráp hay
sử dụng của cầu trục 20 tấn

•

Đã hoàn thành được mô hình cầu trục 20 tấn với các chuyển động cơ bản của
cầu trục đã được mô phỏng

•

Đã hoàn thành các bản vẽ như yêu cầu, cũng tập thuyết minh 110 trang

Hồ Chí Minh, Ngày

tháng

năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Quân

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |3


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………...i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN………………………………………………………...……….ii
MỤC LỤC……………………………………………………………..…...……...iii
KẾT LUẬN...............................................................................................................v
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................vi

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |4


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

PHẦN A :

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

MÁY NÂNG CHUYỂN
VÀ CẦU TRỤC

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Chương 1: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN
VÀ CẦU TRỤC
1.1 Giới thiệu thiết bị nâng chuyển tại các cơ sở sản xuất.

1.1.1 Nhu cầu về thiết bị nâng chuyển :
Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của các
đối tượng công tác.
- Trong tất cả các lĩnh vực, chúng ta đều cần đếu các thiết bị nâng – chuyển
- Quá trình phát triển máy nâng chuyển gắn liền với quá trình công nghiệp
hóa, hiện đại hóa. Đó là nhu cầu tất yếu của xã hội
Cơ giới hóa vấn đề nâng chuyển chứng tỏ được trình độ phát triển khoa
học kỹ thuật
 Chính vì vậy, trong sản xuất hiện nay, nhu cầu về các thiết bị nâng chuyển
và vô cùng lớn. Nó góp phần giảm thiểu thời gian hao phí trong việc vận
chuyển-nâng hạ hàng hóa, tháo lắp, sửa chữa. Hạn chế tai nạn nghề nghiệp,…
mang lại hiệu quả kinh tế to lớn.Vì thế việc đầu tư, trang bị thiết bị trong các
nhà máy sản xuất là một những ưu tiên, chú trọng hàng đầu.

Dưới đây là một số hình ảnh về thiết bị nâng chuyển :

a)

b)

c)
Hình 1.1 Một số thiết bị nâng chuyển thường sử dụng trong sản xuất
a) Băng tải

b)tời xích

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

c) Cầu trục

Trang |6


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

1.1.2 Phân loại máy nâng chuyển.
a. Dựa vào đặc điểm của quá trình vận chuyển vật liệu.
- Máy nâng (còn gọi là máy trục): Đây là thiết bị mà quá trình làm việc lặp lại có
chu kỳ, một chu kỳ công tác bao gồm thời gian có tải và thời gian chạy không.
- Máy vận chuyển liên tục. Ở loại thết bị này, vật liệu được vận chuyển theo dòng
liên tục.

b.Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc.Ta có các loại sau :
- Máy nâng đơn giản: Chỉ có một chuyển động công tác là nâng, hạ vật như các loại
kích, tời, palăg xích…
- Máy trục dạng cầu: Cầu trục, Cổng trục. Ở loại thiết bị này ngoài chuyển động
nâng, hạ vật còn có các chuyển động tịnh tiến ngang và dọc để di chuyển vật
nâng đến vị trí yêu cầu.
- Cần trục các loại: Ở loại này quá trình di chuyển vật nâng được thực hiện nhờ
cơ cấu quay cần hoặc thay đổi khẩu độ cần.
Gồm các loại:
+ Cần trục tháp.
+ Cần trục quay di động (cần trục ô tô, bánh lốp, bánh xích).
+ Cần trục cột buồm và cần trục cột quay.
+ Cần trục chân đế và cần trục nối.
+ Cần trục cáp.
1.1.3 Các thông số cơ bản của máy nâng :
a. Tải trọng nâng và tải trọng tính toán.
Các tải trọng dùng trong cơ sở thiết kế máy nâng gồm có:
- Tải trọng nâng danh nghĩa: Q = Qv + Qmt (1.1)
- Tải trọng từ trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió, tải trọng động
b. Các thông số hình học.
- Tải trọng
- Khẩu độ máy nâng
- Chiều cao nâng
- Nguồn điện sử dụng 3 pha
SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |7

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

c. Các thông số động học.
- Vận tốc nâng
- Vận tốc di chuyển xe lăn
- Vận tốc cầu lăn
d. Chế độ làm việc của máy trục.
- Theo TCVN 5862 – 1995 nhóm máy nâng được phân theo hai chỉ tiêu cơ bản
là cấp sử dụng và cấp tải thiết bị.
- Theo TCVN 4244 –1986 nhóm máy nâng được phân chia dựa theo các chỉ tiêu
bản sau:
* Hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng:

(1.2)

1.1.4 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.
- 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.

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |8


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

- 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 thữ 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.
Hình ảnh đại diện cho nhóm máy nâng và máy vận chuyển liên tục:

a) Cần trục tháp qua

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

b) Băng tải con lăn

Trang |9


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Hình 1.2 Máy nâng và máy vận chuyển liên tục
a) Cầu trục tháp quay

b) Băng tải con lăn

1.2 Giới thiệu chung về cầu trục :
- Cầu trục là loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu,có bánh xe lăn trên đường ray
chuyên dùng, nên còn gọi là cầu lăn. Nó được dùng rất phổ biến trong hầu hết các

ngành kinh tế quốc dân và quốc phòng.Để nâng chuyển các vật nặng trong các nhà
xưởng và nhà kho, cũng có thể dùng xếp dỡ hàng hóa. Ngoài ra cầu trục còn dùng
để lắp ráp thiết bị công nghiệp với khối lượng và qui mô lớn.Cầu trục có thể trang
bị các phụ kiện nâng dạng móc treo, nam châm từ hoặc gầu ngoạm tùy theo dạng và
tính chất của vật nặng. Nếu theo dạng kết cấu thép , ta có thể có cầu trục một dầm
và hai dầm.
- Các bộ máy của cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc bằng động cơ điện
và được lấy từ mạng điện công nghiệp. Cầu trục có thể được điều khiển do người
ngồi trong cabin lái, nếu dùng pa lăng có thể điều khiển từ hộp điều khiển qua các
nút ấn.
- Các thông số cơ bản của cầu trục là : Sức nâng Q (T), khẩu độ L (m), chiều cao
nâng H (m), vận tốc làm việc của các bộ máy và chế độ làm việc của cầu trục.
1.2.1 Phân loại cầu trục :
a. Theo công dụng:
Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên dùng.
- Cầu trục có công dụng chung có kết cấu tương tự như các cầu trục khác, điểm
khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đa dạng, có thể nâng
được nhiều loại hàng hoá khác nhau. Thiết bị mang vật chủ yếu của loại cầu trục
này là móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc. Loại cầu trục này có tải
trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng với gầu ngoạm, nam châm điện hoặc
thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định.
- Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên để nâng
một loại hàng nhất định. Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếu trong công
nghiệp luyện kim, đóng tàu .v.v.. với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế
độ làm việc nặng.
b. Theo kế cấu dầm:
Theo kết cấu dầm cầu, ta có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm.
SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |10


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

- Cầu trục một dầm: Là loại cầu trục chỉ có một dầm chữ I hoặc được tổ hợp bởi
dàn thép tăng cứng cho dầm cầu. Cơ cấu nâng được đặt và di chuyển trên cánh dưới
dầm chữ I hoặc ở trên dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà
xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm đều
dùng cơ cấu nâng đã được chế tạo sẳn theo tiêu chuẩn để nâng hạ hàng hoá, thiết bị.
Gồm hai loại: Cầu trục dẫn động bằng tay và cầu trục dẫn động bằng điện.
+ Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền, chúng được
sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượng công việc
ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5÷5 tấn, tốc độ làm việc chậm.

Hình 1.3 Cầu trục 1 dầm dẫn động bằng tay
Dầm cầu (1), cơ cấu di chuyển cầu trục (2) và pa lăng xích (3) có cơ cấu di
chuyểnpa lăng. Cả ba chuyển động nâng, di chuyển pa lăng và cầu trục đều được
dẫn động bằng xích kéo từ dưới nền. Bánh xe di chuyển cầu trục thường được lắp
bẳng ổ bi gắn trên trục cố định và bánh xe chủ động ở mỗi bên ray được dẫn động
từ trục truyền chung qua bộ truyền bánh răng hở.Đĩa xích dẫn động cơ cấu di
chuyển cầu trục được đặt giữa trục truyền chung để đảm bảo góc quay đều của hai
nửa trục truyền.
+ Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palăng điện, sức nâng có thể
lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới ba pha.

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |11


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Hình 1.4 Cầu trục 1 dầm dẫn động bằng điện
Tùy theo yêu cầu mà cầu trục 1 dầm có thể được chế tạo với cabin điều khiển hoặc
hộp điều khiển bằng nút điều khiển từ dưới nền nhà.
- Cầu trục hai dầm:

Hình 1.5 Cầu trục dầm đôi
1. Dầm chính 2. Bộ phận di chuyển xe con 3.Bộ phận dẫn động
5.Ray chuyên dùng 6.Cụm bánh xe dầm biên
8. Hệ thống cáp điện

9. Tời phụ10. Tời chính

7. Dầm biên

11. Xe con

12. Hệ thanh dẫn điện13. Cabin điều khiển
Kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm: Dầm chính (1), hai dầm chính liên kết
với hai dầm biên (7), trên dầm biên lắp các cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục
(6), bộ máy dẫn động (3), bộ máy di chuyển hoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay
và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng (5), đặt trên cao dọc nhà
xưởng, hướng chuyển động của cầu trục chiều quay của động cơ điện.Xe con mang

hàng (11) di chuyển dọc theo đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chính. Trên xe con
SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |12


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

đặt các bộ máy của tời chính (10), tời phụ (9) và bộ máy di chuyển xe con (2), các
dây cáp điện (8) có thể co dãn phù hợp với vị trí của xe con, cấp điện cho cầu trục
nhờ hệ thanh dẫn điện (12) đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện 3 pha tỳ sát
trên các thanh này, cabin điều khiển (13) treo dưới dầm cầu trục. Các bộ máy của
cầu trục thực hiện ba 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÷100 tấn, khi có yêu cầu
riêng có thể đến 500 tấn. Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường được trang bị
hai tời nâng cùng với hai móc câu. Cabin điều khiển có thể có theo yêu cầu chế tạo
Tời chính và phụ, tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25) sức nâng
của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn.
Dầm chính được chế tạo dưới dạng hộp hoặc giàn 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 nhỏ và khẩu độ lớn. Dầm biên của cầu trục hai dầm thường được làm
dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng bulông hoặc hàn.
c. Theo cách tựa của dầm chính:

Hình 1.5 Cầu trục tựa 1 dầm
Theo cách tựa của dầm chính ta có loại cầu trục tựa và cầu trục treo:

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

- Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai đầu dầm chính tựa lên các dầm biên, chúng
được lên kết với nhau bằng phương pháp hàn chết hoặc lên kết bằng bulong. Loại
này có kết cấu đơn giản,độ tin cậy cao nên được sử dụng rất phổ biến.
Phần kết cấu thép của cầu trục gồm: dầm cầu I có hai đầu tựa lên các dầm cuối (5)
với các bánh xe di chuyển dọc theo ray đặt trên vai cột nhà xưởng.Phía trên dầm
chữ I là dàn thép (4) đặt trong mặt phẳng ngang để đảm bảo độ cứng cần thiết. Pa
lăng điện (3) có thể chạy dọc theo các cánh thép của dầm chữ I nhờ cơ cấu di
chuyển của Pa lăng. Cabin điều khiển (2) được treo vào phần kết cấu chịu lực của
cầu trục.
- Cầu trục treo:
Là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể chạy dọc theo nhà xưởng nhờ
hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo. Do liên kết treo của các ray phức tạp nên loại
cầu trục này thường chỉ được dùng trong các trường hợp đặc biệt cần thiết. So với
cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm: Dầm cầu dài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả
phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song
song đồng thời kết cấu thép của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa. Tuy
nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn.

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |14


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Hình 1.6 Cầu trục treo.
a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo.

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |15


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

d. Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển:Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục
có các loại cầu trục dẫn động chung và cầu trục dẫn động riêng.

Hình 1.7 Các phương án dẫn động cơ cấu di chyển cầu trục.
- Cầu trục có cơ cấu di chuyển dẫn động chung: Động cơ dẫn động được đặt ở giữa
dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ở hai bên ray nhờ các trục
truyền. Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trung bình. (Hình
1.7, a, b, c).
- Cầu trục có cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (Hình 1.7,d): Có mỗi bánh xe hoặc

cụm bánh xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động. Cầu trục có cơ cấu dẫn
động riêng gồm hai cơ cấu như nhau dẫn động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên
ray. Đặc biệt công suất mỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu.
Phương án này tuy có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray
không đều, song do gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được
sử dụng phổ biến. Đặt biệt là trong những cầu trục có khẩu độ trên 15 mét.
e. Theo nguồn dẫn động: Gồm cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn động điện.
- Cầu trục dẫn động bằng tay (Hình 1.3) được dùng chủ yếu trong sửa chữa, lắp ráp
nhỏ và các công việc nâng chuyển hàng không yêu cầu tốc độ cao. Cơ cấu nâng của
loại cầu trục này thường là palăng xích kéo tay, có giá thành rẻ và dễ sử dụng nên
được sử dụng rộng rải trong các phân xưởng nhỏ.
- Cầu trục dẫn động bằng động điện (Hình 1.4) được dùng chủ yếu trong các phân
xưởng sửa chữa, lắp ráp lớn và công việc nâng chuyển hàng yêu cầu có tốc độ và
SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |16


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

khối lớn. Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện, cơ cấu di chuyển palăng
điện, xe con và cầu cũng được dẫn động từ động cơ điện.
Loại cầu trục này được dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu điểm nổi bật là khả năng
tự đông hoá, thuận tiện cho người sử dụng và có thể sử dụng trong việc vận chuyển
các loại hàng có khối lượng lớn.
f. Theo vị trí điều khiển: Gồm có loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm
cầu (hình 1.8 b) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm (hình 1.8a).

Trong đó loạiđiều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại
cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ.

b)

a)

Hình 1.8 Dạng điều khiển cầu trục
a) Điều khiển bằng hộp nút nhấn b) Điều khiển từ cabin
1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật:
a. Thông số kỹ thuật cơ bản của cầu trục thiết kế :
- Tải trọng nâng:

Q=20 tấn

- Chiều cao nâng:

H=10m

- Khẩu độ:

L=28 m

- Vận tốc nâng:

Vn=12 m/ph (2÷40 m/ph )

- Vận tốc di chuyển xe:

Vx=35 m/ph

(30 ÷ 50 m/ph)

- Vận tốc di chuyển cầu :

Vc=60 m/ph

(đến 120 m/ph)

- Nguồn điện sử dụng 3 pha 220/380 V
b.Một số yêu cầu kỹ thuật về thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật.
Ở đây xin nêu một số điểm chính liên qua đến cầu trục trong TCVN 4244:2005 về
Thiết bị nâng thiết kế, chế tạo và kiểm tra chất lượng.
SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |17


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

TCVN 4244:2005 thay thế cho :
- TCVN 4244:86 - Qui pham kỹ thuật an toàn thiết bị nâng
- TCVN 5863:1995 –Thiết bị nâng,yêu cầu an toàn trong lắp đặt và sử dụng
- TCVN 5862:1995 – Thiết bị nâng, phân loại theo chế độ làm việc
- TCVN 5864:1995 – Thiết bị nâng, cáp thép , tang, ròng rọc, xích và đĩa xích
TCVN 4244:2005 do ban kỹ thuật TCVN/TC8 “ Đóng tàu và công trình biển”
biên soạn.Tổng cục tiêu chuẩn đo lường đề nghị, Bộ khoa học và công nghệ ban

hành.
 Yêu cầu về an toàn kỹ thuật: ( 1.5 trong TCVN 4244:2005)
- Đóng dấu và gắn nhãn hàng hóa của nhà chế tạo : ghi đầy đủ sức nâng cho phép,
số seri , năm chế tạo, nhà chế tạo,…
- An toàn về kết cấu : nêu tất cả các chuyển động của thiết bị nâng, các khoảng các
tối thiểu. Độ dày nhỏ nhất cảu kết cấu kim loại chịu tải, bulong và mối ghép đinh
tán, những yêu cầu về cabin điều khiển,….
- Yêu cầu về thiết bị cơ khí : Các dẫn động về cáp và xích, cụm móc cẩu và puly và
các thiết bị chịu tải, các cơ cấu phanh….
- Thiết bị an toàn: nêu về các cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển, cơ cấu chống quá tải,
thiết bị cảnh báo, tuổi thọ của thiết bị nâng,…
- Một số yêu cầu trong quá trình lắp đặt và sử dụng: Phải theo quy trình công nghệ
do nhà chế tạo hoặc nhà lắp đặt phổ biến, các yêu cầu về người, về nguồn năng
lượng phục vụ cho việc lắp đặt,…
 Yêu cầu về vật liệu và hàn : ( Chương 3 trong TCVN 4244:2005)
 Vật liệu:
-

Chọn chất lượng vật liệu chế tạo: Phân tích các điều kiện giòn gãy, phân
tích các tác động gây giòn gãy, tính toán các ứng suất cho từng tiết diện,…

-

Kiểm tra vật liệu trong chế tạo : Kiểm tra các bộ phận kết cấu chịu lực,
các chi tiết tháo được, các vành mâm, trục tời,..Nêu rõ cấp thép sử dụng,…

 Nhiệt Luyện :

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |18


Đồ án tốt nghiệp
-

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Các thép đúc và rèn các chi tiết thiết bị nâng, chi tiết hàn, đúc – hàn, rèn –
hàn, có mối hàn nằm xen kẽ..sau khi chế tạo xong phải được nhiệt luyện để
khử ứng suất dư.

-

Nhiệt luyện phải thực hiện trong lò kín và kiểm tra nhiệt độ đầy đủ

 Hàn :
-

Hàn phải được thực hiện theo qui trình hàn đã được phê duyệt, vật liệu và
thợ hàn phải có chứng chỉ của cấp thẩm quyền.

-

Các thông số hàn, kiểu mối hàn được thể hiện đầy đủ trên bản vẽ. Tuân thủ
các nguyên tắc về vát mép, các hướng dẫn về mối hàn.

-

Kiểm tra mối hàn: kết quả kiểm tra được lập thành biên bản trình cơ quan
có thẩm quyền, phải kiểm tra công việc tại nhà máy có theo qui trình hàn
và các qui định đã nêu ra.Kiểm tra các kích thước và kiểm tra bên ngoài
( chiều cao mối hàn, vết lồi lõm..).Kiểm tra bằng các phương pháp không
phá hủy ( tia X, siêu âm,…).Kiểm tra lần cuối cùng và đưa ra kết quả

 Kiểm tra và thử : ( chương 4 trong TCVN 4244:2005)
Mục đích của việc kiểm tra và thử là nhằm xác định xem các thiết bị nâng cùng
với các chi tiết của chúng có phù hợp với tiêu chuẩn không và đã ở trạng thái đảm
bảo làm việc an toàn chưa.
-

Kiểm tra và thử các chi tiết tháo được : Thời gian chịu tải thử tĩnh không
nhỏ hơn 10 phút sau đó các chi tiết tiến hành kiểm tra. Ngoài ra kiểm tra
kéo cáp hay xích không có chứng nhận thì phải phù hợp với tiêu chuẩn
kèm theo.

-

Kiểm tra và thử thiết bị nâng : Được cơ quan có thẩm quyền kiểm tra theo
các loại hình như :kiểm tra lần đầu, kiểm tra hằng năm, kiểm tra định kì,
kiểm tra bất thường,…

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |19


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Bảng 1.1 Kiểm tra và thử thiết bị nâng
-

Kiểm tra và xem xét : Phải kiểm tra tất cả các cơ cấu và trnag bị điện, các
thiết bị an toàn, phanh hãm và các thiết bị điều khiển, chiếu sáng, tín hiệu,..
Ngoài ra cần kiểm tra các kết cấu thép, mối hàn ( biến dạng, mòn tới
hạn,..), lan can che chắn, móc cẩu và cụm móc cẩu, dây cáp và các thiết bị
liên kết, puly và trục,…

-

Thử tĩnh : Bằng tải trọng thử quá tải 1,25% SWL để kiểm tra độ bền
chung.

-

Thử động : Được thực hiện sau khi thử tĩnh bằng tải trọng thử quá tải
110%SWL.

Ngoài ra trong tiêu chuẩn còn đưa các phụ lục hướng dẫn cụ thể :
-

Phụ lục 1 :Thiết kế các mối ghép bằng bulong có độ bền cao với lực kéo
được kiểm soát.

-

Phụ lục 2 : Ứng suất trong các mối hàn.

-

Phụ lục 3 : Kiểm tra các bộ phận kết cấu chịu uốn dọc

-

Phụ lục 4 : Kiểm tra các bộ phận kết cấu chịu uốn ngang

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |20


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

-

Phụ lục 5 : Các dung sai của thiết bị nâng và đường ray

-

Phụ lục 6 : Hạng mục kiểm tra kết cấu kim loại

-

Phụ lục 7 : Hạng mục kiểm tra xích và dây xích treo hàng

-

Phụ lục 8 : Hạng mục kiểm tra dây cáp treo hàng sợi tự nhiên

-

Phụ lục 9 : Hạng mục kiểm tra dây cáp treo hàng sợi nhân tạo

-

Phụ lục 10 :Hạng mục kiểm tra dây cáp treo hàng thép

-

Phụ lục 11: Hạng mục kiểm tra khuyên treo và các mắt nối khác

1.3 Các thiết bị của cầu trục
1.3.1 Cáp thép :
a.Cáp thép và các thiết bị truyền động của cáp.

Cáp thép là chi tiết quan trọng được sử dụng hầu hết trong các máy nâng. Với các
yêu cầu chung đối với cáp như sau :
-

An toàn trong sử dụng.

-

Độ mềm cao, dễ uốn cong, đảm bảo độ nhỏ gọn

-

Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp

-

Đảm bảo độ bền lâu, thời gian sử dụng lớn

Cáp được chế tọa từ những sợi thép cacbon thấp. Được chế tạo bởi công nghệ kéo
nguội có đường kính từ 0.5 – 3 mm, giới hạn bền tính toán kéo đến 1400 – 2000
N/mm2.Được bện lại với nhau bằng thiết bị chuyên dùng. Để chống gỉ tốt người ta
phủ 1 lớp kẽm.
b. Cấu tạo:
Dây cáp bao gồm :

-

Sợi thép (tăm) : thành phần cơ bản của dây cáp thép

-

Bó sợi (tao) : nhiều sợi théo bện lại theo cấu trúc nhất định

-

Lỏi : Phần trong cùng của cáp thép

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT

GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

c. Phân loại cáp thép:
Phương pháp bện cáp có ảnh hưởng đến độ uốn cong và độ bền lâu của cáp. Theo
số lớp bện và cách bện ta có các loại cáp như sau :
 Theo số lớp bện :
- Cáp bện đơn:Nhiều sợi thép bện quanh một lỏi ( Hình 4.21). Được dùng phổ
thông, có bề mặt trơn, chịu tải trọng xô ngang.

Hình 1.9 : Cáp bện đơn
Cáp bện kép (Cáp bện hai lớp) : là các dánh là cáp cáp bện đơn và các dánh
được bện quanh một lỏi ( hình 4.2c). Thông dụng thường dùng loại 6 dánh cáp.

Hình 1.10: Cáp bện kép 8 và 6 dánh
Vật liệu làm lõi cáp có ảnh hưởng đến độ cứng của cáp.Để giảm biến dạng của
cáp do các lớp cáp đè lên nhau ta có thể dùng lỏi thép. Trong môi trường nhiệt độ
cao có thể dùng lỏi làm bằng Amiang. Còn lại thường dùng loại có lỏi bố, lỏi đay,
loại này có khả năng tự bôi trơn tốt
Cáp bện 3 lớp : gồm các cáp bện kép được gọi là dánh, bên quanh một lỏi một
lần nữa( hình 4.3).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.

Hình 1.11 Cáp bện 3 lớp

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |22


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

Theo cách bện cáp :
-

Cáp bện xuôi : là các sợi thép trong dánh bện cùng chiều với chiều bện của
các dánh quanh lỏi ( Hình 4.4).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,…

Hình 1.12 Cáp bện xuôi
-

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 bungra,
không xoắn lại nên sử dụng an toàn.Và thường được dùng nhiều.

Hình 1.13 Cáp bện chéo
-

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. ( hình 4.5a)

-

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. ( Hình 4.5 b)

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |23


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

a) Bện tiếp xúc điểm

b) Bện tiếp xúc đường

Cấu trúc tao thép ( dánh thép) và cấu trúc thép thường gặp ngoài thị
trường Việt Nam hiện nay :

Tất cả sợi
thép có cùng
đường kính,
lớp trong
cùng là một
sợi thép
(Single
layer)

Lớp trong
Số sợi cáp

có số sợi

Lớp trong cùng

bằng nhau ở bằng ½ lớp có cùng đường
2 lớp, đường

ngoài. Đặt

kính, lớp ngoài

Hỗn hợp 3

kính cáp

xen kẽ sợi

có xen kẽ sợi

cấu trúc trên

giống nhau

nhỏ vào

nhỏ

( Combine)

trên mỗi lớp

các khe

hơn( Warringt

(Seale)

trống

on)

( Filler)
Bảng 1.2 Cấu trúc tao ( dánh thép)

Cấu trúc cáp thép thường gặp ngoài thị trường ở nước ta hiện nay :

6 tao, bố trí của tao

6 tao,bố trí của tao

6 tao,bố trí của tao

6 tao, bố trí tao

kiểu Seatle/ 19 sợi,

kiểu Filler/25 sợi,

kiểu Seatle/19, lõi

kiểu Warrington/19

lõi sợi

lõi sợi

cáp thép

sợi, lõi cáp thép

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |24

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cầu trục 20 tấn và chế tạo mô hình

8 tao, bố trí tao

8 tao, bố trí tao

6 tao, bố trí tao

8 tao, bố trí tao

kiểu Seatle/19 sợi,

kiểu warrington/19

kiểu combine/31

kiểu Filler/25 sợi,

lõi sợi

sợi, lõi sợi
sợi, lõi cáp thép
lõi sợi
Bảng 1.3 Các loại cấu trúc cáp thép thông dụng

Trong đó :

- FC ( fiber Core) Lõi bằng sợi thiên nhiên ( bố, cotton, đay) hoặc sợi tổng
hợp để tăng độ mềm dẻo của cáp thép.
- IWRC (Independent Wire Rope Core) Lõi là một cáp thép hoặc tao thép
độc lập có sợi thép nhỏ hơn để tăng cường chịu lực.
1.3.2 Cố định đầu cáp:
Để đảm bảo an toàn trong sử dụng cáp thép, cần thực hiện tốt việc cố định
đầu cáp thỏa mãn sao cho : Chắc chắn, độ tin cậy cao, dễ kiểm tra, dễ tháo lắp
thay thế, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,…
- Phương pháp cố định đầu cáp với trục, chốt.Cần tạo ở vòng khuyên ở đầu
cáp sau đó khuyên này sẽ được liên kết với trục cố định. Và để tránh cáp
chà sát, tuột đột ngột với trục cố định,nên cáp được đặt trong lót cáp.
(Hình 1.14)

-

Hình 1.14 Cố định bằng khóa cáp
1) Vòng lót cáp 2) cáp 3) Khóa cáp ( tối thiểu là 3 cái)
Phương pháp tết cáp (bện cáp) : bằng cách tháo bung đầu cáp và luồn qua
các dánh của đầu cáp đã tháo vào thân cáp rồi dùng sợi thép cuốn ngoài
một đoạn bằng 20-25 lần đường kính cáp. Yêu cầu công nhân có tay nghề
cao.( Hình 1.15)

SVTH : Nguyễn Văn Quân _Lớp 11C1CTSGLT
GVHD : PGS.TS Đinh Minh Diệm

Trang |25