Thiết kế cầu trục 15 tấn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU TRỤC 15 TẤN

Người hướng dẫn: ThS. TRẦN NGỌC HẢI
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

Đà Nẵng, 2019


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta hiện nay đang có những chuyển biến lớn về mọi mặt, đặc biệt là sự
phát triển của nền kinh tế. Trong sự phát triển đó, ngành Cơ khí đã chứng tỏ được tầm
quan trọng khơng thể thiếu và cịn đóng vai trị mũi nhọn trong q trình Cơng nghiệp
hố - Hiện đại hố đất nước. Hiện nay, người kỹ sư Cơ khí nói chung và kỹ sư Chế tạo
máy nói riêng cũng đang ngày một chứng tỏ được vai trị của mình trong sự phát triển
của ngành Cơ khí cũng như trong nền kinh tế của đất nước.
Đồ án tốt nghiệp là minh chứng cho sự quan trọng trong quá trình đào tạo trở thành
người kỹ sư. Quá trình thực hiện đồ án giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến

C

C

thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, đồng thời nâng cao khả năng vận dụng
sáng tạo những kiến thức này để làm đồ án cũng như công tác khi làm việc sau này.

R
L
T.

Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cơ

DU

giáo trong ngành Cơ khí – Chế tạo máy trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, em đã kết
thúc khố học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định. Và được sự đồng ý của nhà
trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: “ Thiết kế cầu trục
15 Tấn”.
Đồ án tốt nghiệp của gồm 7 chương:
➢ Chương 1: Giới thiệu chung về thiết bị nâng chuyển.
➢ Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án.
➢ Chướng 3: Tính tốn thiết kế cơ cấu nâng.
➢ Chương 4: Tính tốn cơ cấu di chuyển xe lăn.
➢ Chương 5: Tính tốn cơ cấu di chuyển cầu trục.
➢ Chương 6: Tính kết cấu kim loại.
➢ Chương 7: Hướng dẫn an toàn và sử dụng máy.

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

Bằng sự cố gắng nổ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của
thầy Trần Ngọc Hải em đã hồn thành đồ án đúng thời hạn. Do thời gian làm đồ án có
hạn và kiến thức cịn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ cũng như là của các bạn sinh viên để đồ
án hoàn thiện hơn.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Mạnh Cường

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN............................................. 6
1.1.

Giới thiệu về máy nâng chuyển........................................................................................ 6

1.1.1.

Phân loại máy nâng chuyển...................................................................................... 6

1.1.2. Các thông số cơ bản của máy trục. ................................................................................. 9
1.2.

Giới thiệu về cầu trục.................................................................................................... 12

1.2.1.

Đặc điểm. ............................................................................................................. 12

1.2.2.

Cấu tạo cơ bản của cầu trục.................................................................................... 13

1.2.3.

Phân loại cầu trục. ................................................................................................. 13

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.......................................................... 15
2.1.

Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng. ..................................................................... 15

C
C

2.1.1.

Phương án 1.......................................................................................................... 15

2.1.2.

Phương án 2.......................................................................................................... 16

2.1.3.

Phương án 3.......................................................................................................... 16

2.2.

R
L
T.

DU

Phương án truyền động và di chuyển xe lăn.................................................................... 17

2.2.1.

Phương án 1.......................................................................................................... 17

2.2.2.

Phương án 2.......................................................................................................... 18

2.2.3.

Phương án 3:......................................................................................................... 18

2.3.

Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu. ............................................................ 19

2.3.1.

Phương án 1.......................................................................................................... 19

2.3.2.

Phương án 2.......................................................................................................... 20

2.3.3.

Phương án 3.......................................................................................................... 20

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG .............................................................. 22
3.1.

Phân tích chung. ........................................................................................................... 22

3.2.

Tính tốn cơ cấu nâng. .................................................................................................. 23

3.2.1.

Chọn loại dây cáp.................................................................................................. 23

3.2.2.

Palăng giảm lực..................................................................................................... 24

3.2.3.

Tính kích thước dây cáp......................................................................................... 25

3.2.4.

Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc...................................................... 25

3.2.5.

Chọn động cơ điện................................................................................................. 28

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 3

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
3.2.6.

Tỷ số truyền chung. ............................................................................................... 28

3.2.7.

Kiểm tra động cơ điện về nhiệt............................................................................... 29

3.2.8.

Tính và chọn phanh. .............................................................................................. 32

3.2.9.

Bộ truyền.............................................................................................................. 35

3.3.

Các bộ phận khác của cơ cấu nâng................................................................................. 58

3.3.1.

Khớp nối trục........................................................................................................ 58

3.3.2.

Móc và ở móc treo................................................................................................. 60

3.3.3.

Bộ phận tang......................................................................................................... 61

CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE LĂN ................................................................... 67
4.1.

Sơ đồ dẫn động cơ cấu. ................................................................................................. 67

4.2.

Chọn bánh xe và ray. .................................................................................................... 67

4.3.

Tải trọng lên bánh xe. ................................................................................................... 67

4.4.

Động Cơ Điện. ............................................................................................................. 70

4.5.

Tỷ Số Truyền Chung..................................................................................................... 71

4.6.

Kiểm Tra Động Cơ Điện Về Mômen mở máy................................................................. 71

4.7.

Phanh........................................................................................................................... 72

4.8.

Bộ Truyền.................................................................................................................... 73

4.9.

Các bộ phận của cơ cấu di chuyển xe lăn........................................................................ 73

C
C

R
L
T.

DU

CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU TRỤC................................................... 80
5.1.

Bánh Xe Ray. ............................................................................................................... 80

5.2.

Chọn Động Cơ. ............................................................................................................ 82

5.3.

Tỷ số truyền chung. ...................................................................................................... 83

5.4.

Kiểm tra động cơ điện................................................................................................... 83

5.5.

Phanh........................................................................................................................... 84

5.6.

Bộ Truyền.................................................................................................................... 84

CHƯƠNG 6: TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI................................................................................... 86
6.1.

Phân tích và lựa chọn kết cấu dầm. ................................................................................ 86

6.1.1.

Phương án 1.......................................................................................................... 86

6.1.2.

Phương án 2.......................................................................................................... 86

6.1.3.

Phương án 3.......................................................................................................... 87

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
6.2.

Tính Tải Trọng. ............................................................................................................ 88

6.3.

Xác Định Kích Thước Tiết Diện Của Dầm chính. ........................................................... 89

6.4.

Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính......................................................................... 91

6.5.

Tính Tiết Diện Gối Tựa Của Dầm Chính........................................................................ 94

6.6.

Tính độ bền của ray dưới xe lăn..................................................................................... 95

6.7.

Tính mối ghép hàn........................................................................................................ 96

6.8.

Tính dầm cuối. ............................................................................................................. 98

6.9.

Tính dầm đặt ray di chuyển cầu. .................................................................................. 101

CHƯƠNG 7: HƯỚNG DẪN AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG MÁY . Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
7.1.

An tồn trong sử dụng máy................................Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

7.2.

Hướng dẫn sử dụng máy. .............................................................................................. 80

C
C

R
L

T.

KẾT LUẬN .............................................................................................................................. 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................... 108

DU

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN
1.1.

Giới thiệu về máy nâng chuyển.

Máy nâng chuyển là khoa học nghiên cứu việc cơ giới hóa q trình nâng chuyển các
vật nặng, là thiết bị dùng để thay đởi vị trí của đồi tượng nhờ thiết bị mang vật trực tiêp
như móc treo, hoặc thiết bị gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng tải,…
Như vậy máy nâng chuyển đóng vai trị rất quan trọng trong q trình sản xuất như
giảm nhẹ sức lao động cho cơng nhân và nâng cao năng suất lao động.
1.1.1. Phân loại máy nâng chuyển.
a. Căn cứ vào chuyển động chính.
-

Máy nâng(cịn gọi là máy trục): Đây là loại thiết bị mà q trìn h làm việc lặp lại

C
C

có chu kỳ. Một chu kỳ cơng tác bao gồm thời gian có tải và thời gian chạy không.
-

R
L
T.

Máy vận chuyển liên tục: ở loại thiết bị này, vật liệu được vận chuyển theo từng
dòng liên tục.

DU

➢ Đối với máy nâng người ta còn phân biệt:

+ Máy nâng đơn giản: Chỉ có một chuyển động công tác là nâng và hạ vật.
Kết cấu máy đơn giản, làm việc độc lập, dễ di dời đến nới làm việc mới,
khi làm việc máy thường đẩy hoặc kéo vật theo một phương. Ví dụ các
loại kích, tời, palăng xíc, vận thăng xây dựng…

Hình 1.1: Palang

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 6

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

+ Máy trục dạng cầu: Cầu trục, cởng trục. ở các loại thiết bị này, ngồi
chuyển động nâng hạ vật, cịn có các chuyển động tịnh tiến ngang và dọc
để di chuyển vật nâng đến vị trí yêu cầu.

Hình 1.2: Cầu trục
+ Cần trục các loại: Quá trình di chuyển vật được thực hiện nhờ cơ cấu quay

C
C

cần hoặc thay đởi khẩu độ của cần. Vị trí của vật được xác định với R góc

R
L
T.

quay trong mặt phẳng ngang và độ cao z. Nhóm máy này có các loại như
cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục thiếu nhi,…

DU

Hình 1.3: Cần trục
+ Máy nâng kiểu cột: có kết cấu máy dạng cột là giàn thép hay khung thép
đặt thẳng đứng, vật được nâng hạ dọc theo cột. Nhóm này có các loại

như thang máy, xe nâng hàng,…

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

Hình 1.4: Xe nâng hàng
➢ Đối với máy vận chuyển liên tục người ta phân thành các loại
+ Máy VCLT có bộ phận kéo: băng tải, vít tải, gàu tải.
+ Máy VCLT khơng có bộ phận kéo: băng chuyền con lăn, vít tải, máng

C
C

lắc, băng tải rung,…

+ Máy vận chuyển bằng thủy khí: dùng sức nước, khơng khí để vận chuyển

R
L
T.

vận liệu.

DU

Hình 1.5: Máy vận chuyển liên tục
b. Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc.
-Cầu trục
-Cổng trục
-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

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

1.1.2. Các thông số cơ bản của máy trục.
a. Tải trọng (Sức nâng):
-

Là trọng lượng lớn nhất mà máy có thể nâng được theo tính tốn thiết kế.

-

Trọng tải có thể phải kể đến trọng lượng của bộ phận mang vật. Trọng tải được
ký hiệu là [Q], có đơn vị đo là Tấn hoặc KG hoặc N. Đại lượng này thường được

tiêu chuẩn hóa.

b. Các thơng số động học của các bộ phận công tác.
-

Tốc độ nâng vật (Vn).

-

Tốc độ di chuyển (Vdc).

-

Tốc độ quay của cần trục (n),…

c. Các thơng số hình học.

C
C

Tùy thuộc vào loại thiết bị, ta có:
-

Độ cao nâng, Khẩu độ đối với máy trục dạng cầu;

-

Độ cao nâng, tầm với đối với các loại cần trục.

R

L
T.

d. Chế độ làm việc của máy trục.
-

DU

Có thể xem chế độ làm việc của máy trục như là một thông số tổng hợp căn cứ
trên cơ sở phối hợp các chỉ tiêu về mức độ sử dụng máy theo tải và theo thời gian.

-

Trên cơ sở tiêu chuẩn ISO, ở Việt Nam đã có tiêu chuẩn TCVN 5862 -1995 quy
định 8 nhóm chế độ làm việc cho máy trục được ký hiệu từ A1 đến A8. Đối với
các cơ cấu trong máy nâng tiêu chuẩn quy định 8 nhóm chế độ làm việc được ký
hiệu từ M1 đến M8.

-

Các nhóm chế độ làm việc đối với máy trục được xác định trên cơ sở phối hợp 10
cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu U0 đến U9 và 4 cấp sử dụng máy theo tải
được ký hiệu từ Q1 đến Q4.

-

Tương tự chế độ làm việc đối với các cơ cấu trong máy nâng cũng được xác định
trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu T0 đến T9 và 4
cấp sử dụng máy theo tải được kí hiệu từ L1 đến L4.

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
e. Các loại tải tác dụng lên máy.

Trong q trình làm việc, máy trục có thể chịu tải trọng sau đây:
-

Trọng tải

-

Tải trọng do trọng lượng bản thân máy

-

Tải trọng do gió

-

Tải trọng động
Trong bài tốn động lực học có thể xem cơ cấu quy dẫn thành một hay nhiều khối
lượng. Trường hợp đơn giản nhất là quy dẫn cơ cấu về sơ đồ một khối lượng và
liên kết giữa các khối lượng là tuyệt đối cứng.

f. Các trường hợp tải trọng tính toán.
Trường hợp 1: - Tải trọng bình thường trong điều kiện làm việc bình thường.
Trong trường hợp này các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân

C
C

máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động bình thường.

R
L
T.

Các chi tiết máy trong trường hợp này được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo sức
bền mỏi. Động cơ được chọn theo công suất tĩnh và được kiểm nghiệm theo điều kiện
phát nhiệt.

DU

Trường hợp 2: -Tải trọng lớn nhất trong điều kiện làm việc.
Trong trường hợp này các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân
máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động l ớn nhất xuất
hiện do phanh đột ngột. Các chi tiết máy trong trường hợp này được thiết kế hoặc
tính kiểm nghiệm theo sức bền tĩnh.
Trường hợp 3: - Tải trọng lớn nhất trong điều kiện không làm việc. Trong trường
hợp này các tải trọng phải kể đến là trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong
điều kiện bất bình thường. Các chi tiết máy trong trường hợp này được thiết kế hoặc
tính kiểm nghiệm theo độ ởn định
g. Điều kiện an tồn của máy trục:
-

Trong thực tế tần suất xảy ra tai 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.

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
-

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
tồn 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

-

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 tồn 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

C
C

mang để di chuyển cùng với vật cũng như không được đứng dưới vật nâng đang

R
L
T.

di chuyển.
-

Đối với máy không không hoạt động thường xuyên (nhiều ngày không sử dụng)

DU

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 tồn bộ các cơ cấu máy. Nếu khơng 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 khơng có sự cố xảy ra thì đưa máy vào hoạt
động .
-

Trong cơng tác an tồn 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 việ c.

-

Một số thiết bị an tồn có thể sử dụng đó l : Sử dụng các cơng tắc đặt trên những
vị trí cuối hành trình của xe lăn hay cơ cấu di chuyển cổng trục. Các công tắc này
được nối với các thiết bị đèn hoặc âm thanh báo hiệu nhằm báo cho người sử dụng

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

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 địi hỏi người cơng nhân sử dụng máy phải có
ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên.
1.2.

Giới thiệu về cầu trục.

1.2.1. Đặc điểm.

C
C

R
L
T.

Hình 1.6: Cầu trục

Cầu trục: là một loại thiết bị dùng để nâng, hạ, di chuyển hang hóa trong nhà xưởng

DU

một cách đảm bảo và rất hiệu quả đối với quá trình bốc xếp hàng hóa. Cầu trục được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế, đặc biệt là trong các nhà xưởng sản
xuất cơng nghiệp như đóng tàu, luyện kim, gia cơng cơ khí, thủy điện, nhiệt điện.
➢ Ưu điểm của cầu trục:
-

Cầu trục là một trong những thiết bị nâng hạ được sử dụng nhiều nhất trong

các nhà máy sản xuất cơng nhiệp, trong các cơng trình, dự án cơng nghiệp do
tính linh hoạt và an tồn khi sử dụng của các sản phẩm cầu trục.

-

khá gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt và sử dụng, bảo dưỡng.

-

Ngoài ra, cầu trục có thể đáp ứng được nhu cầu nâng hạ vật có tải trọng rất
nặng đến cả nghìn tấn mà khơng một thiết bị nâng hạ nào có thể đáp ứng
được. Tải trọng cầu trục đa dạng từ 500kg đến tối đa cả nghìn tấn.

➢ Nhược điểm của cầu trục:
-

Đối với cầu trục dầm đơi trong q trình di chuyển sẽ xảy ra sự xô lệch dầm
cầu do lực cản hai bên ray không đều.

-

Phạm vi sử dụng hẹp chủ yếu trong nhà xưởng, nhà máy

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
1.2.2. Cấu tạo cơ bản của cầu trục.
Về cơ bản, cầu trục gồm có:

+ Dầm chính cầu trục: được chế tạo từ thép tấm, thép cuộn hoặc tở hợp từ các
loại thép hình.
+ Dầm biên cầu trục: Chế tạo từ thép và được tổ hợp với bánh xe, động cơ di
chuyển.
+ Palang nâng hạ: là thiết bị đồng bộ, thường được nhập khẩu từ nước ngoài.
Ở Việt Nam thường chỉ tở hợp các loại pa lăng có tải trọng lớn, yêu cầu đặc
biệt.
+ Hệ thống cấp điện: đảm bảo cung cấp điện cho pa lăng và cho toàn bộ cầu
trục. Hệ điện điều khiển được đấu nối song song với hệ điện động lực và
tách rời khỏi hệ điện động lực.
1.2.3. Phân loại cầu trục.

C
C

R
L
T.

- Phân loại theo cơng dụng:

+ Cầu trục có cơng dụng chung: Chủ yếu dùng với móc teo để xếp dỡ, di

DU

chuyển lắp ráp và sửa chữa máy móc

+ Cầu trục chuyên dùng: Được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện
kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và chế độ làm việc rất nặng
- Phân loại theo cách dẫn động cơ cấu:
+ Cầu trục dẫn động bằng tay: Các cơ cấu được dẫn động bằng hệ thống tời
kéo tay (hệ thống đĩa xích kéo tay...)
+ Cầu trục dẫn động bằng điện: Các cơ cấu được dẫn động cơ điện (Palăng...)
- Phân loại theo kết cấu dầm:
+ Cầu trục dầm đơn: dầm cầu của cầu trục một dầm thường là dầm chữ I hoặc
dầm tổ hợp với các dầm thép tăng cứng cho dầm, cầu trục một dầm thường
dùng pa lăng điện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển pa lăng
+ Cầu trục dầm đơi: Hay cịn gọi là cầu trục 2 dầm
+ Cầu trục dầm kép: có các loại dầm hộp và dầm giàn khơng gian
+ Cầu trục dầm hộp
+ Cầu trục dầm giàn

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
- Phân loại theo phạm vi phục vụ:

+ Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn
+ Cầu trục phịng nở: Cho các nhà máy gas,khí, hầm lị than,...
+ Cầu trục thủy điện: Phục vụ quá trình vận hành và làm việc khi lắp đặt sửa
chữa thay thế tua bin máy phát, trạm nguồn,...

+ Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc trong các phân xưởng luyện kim có
nhiệt độ rất cao
+ Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để
bốc vật liệu rời (than, cát...)

+ Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu là các cụm nam châm điện chuyên dùng để
bốc thép tấm,...

 Kết luận chung:

C
C

Theo như những gì đã trình bày, ta thấy hiện nay thiết bị nâng chuyển được sử

R
L
T.

dụng rất rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp,.. và đặc biệt là cầu trục. Cầu trục
được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế.

DU

Qua đó, Việc đi vào nghiên cứu và thiết kế cầu trục đối với mỗi sinh viên cơ khí
là rất bở ích, cũng như nắm vững những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy, tính
tốn thiết kế, chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, về
dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu.

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1.

Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng.

2.1.1. Phương án 1.

C
C

R
L
T.

1. Động cơ điện; 2. Khớp nối và phanh; 3. Hộp giảm tốc; 4. Khớp nối; 5. Tang

DU

Hình 2.1: Phương án truyền động cơ cấu nâng 1
-

Đặc điểm: Động cơ truyền động đến hộp giảm tốc qua khớp nối. Trục ra của hộp

giảm tốc không trùng với trục tang, mà truyền qua bộ truyền bánh răng.

-

Ưu điểm: Trục ra hộp giảm tốc không trùng với trục tang nên dễ chế tạo, lắp ráp và
bảo dưỡng

-

Nhược điểm: Kết cấu này phức tạp nhiều chi tiết, tốn nhiều ở, cịn có bộ truy ền
ngồi khơng an tồn.

-

Phạm vi sử dụng: Kết cấu này thích hợp khi dùng palăng đơn.

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
2.1.2. Phương án 2.

C
C

1. Động cơ điện; 2. Khớp nối kết hợp phanh; 3. Hộp giảm tốc; 4. Tang

Hình 2.2: Phương án truyền động cơ cấu nâng 2
-

R
L
T.

Đặc điểm: Động cơ truyền động đến hộp giảm tốc qua khớp nối. Trục ra của hộp
giảm tốc trùng với trục tang.

DU

-

Ưu điểm: Phương án này kết cấu nhỏ gọn

-

Nhược điểm: Trục tang và hộp giảm tốc là một nên khó chế tạo, lắp rắp và bảo
dưỡng, lực phân bố trên tang không ổn định ảnh hưởng đến hộp giảm tốc

-

Phạm vi sử dụng: Kết cấu này thích hợp khi dùng palăng đơn.
2.1.3. Phương án 3.

1. Động cơ điện; 2. Khớp nối kết hợp với phanh; 3. Hộp giảm tốc; 4. Tang;
5. Khớp nối
Hình 2.3: Phương án truyền động cơ cấu nâng 3

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
-

Đặc điểm: Trường hợp này giống phương án 2 nhưng có thêm khớp nối

-

Ưu điểm: Phương án này kết cấu nhỏ gọn, dễ chế tạo, lắp ghép, bảo dưỡng.

-

Nhược điểm: Có nhiều chi tiết hơn PA2

-

Phạm vi sử dụng: phạm vi sử dụng rộng rãi phù hợp với nhiều kết cấu.
❖ Kết luận: Theo như đã phân tích ở trên thì ta chọn phương án 3

2.2.

Phương án truyền động và di chuyển xe lăn.

2.2.1. Phương án 1.

C
C

R
L
T.

DU

1. Động cơ điện; 2. Phanh kết hợp với nối trục; 3. Hộp giảm tốc; 4. Nối trục; 5.
Bánh xe
Hình 2.4: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 1
- Ưu điểm: Phương án nhỏ gọn gồm một hộp giảm tốc, một động cơ, bốn khớp nối.
Truyền động đơn giản, chiếm ít trên xe lăn thuận tiện cho việc bố trí trên các xe
lăn.
- Nhược điểm: Sự đồng bộ giữa 2 bánh xe không tốt

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
2.2.2. Phương án 2.

C
C

Hình 2.5: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 2

R
L
T.

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, truyền động chắc chắn có sự
đồng bộ giữa hai bánh xe cao,

DU

- Nhược điểm: Khoảng cách giữa hai bánh xe bị hạn chế
2.2.3. Phương án 3:

1. Động cơ điện

4. Khớp nối

2. Phanh kết hợp với nối trục

5. Bánh xe

3. Hộp giảm tốc
Hình 2.6: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn3
- Ưu điểm: Hai bánh xe được dẫn động bằng 2 động cơ riêng biệt

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 18

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

- Nhược điểm: Phương án này tốn nhiều động cơ, phanh ,việc giải quyết đồng tốc giữa
hai bánh xe khó khăn
❖ Kết luận: như đã phân tích ta chọn phương án 1
2.3.

Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu.

2.3.1. Phương án 1.

C
C

1. Động cơ điện

R
L
T.

DU

2. Khớp nối kết hợp với phanh

4. Khớp nối

5. Bánh xe

3. Hộp giảm tốc

Hình 2.7: Phương án truyền động di chuyển cầu 1
- Ưu điểm: Phương án này dùng hai hộp giảm tốc, và nhiều khớp nối, nhưng Hộp giảm
tốc ở gần bánh xe nên q trình truyền mơmen từ động cơ đến hộp giảm tốc nhỏ
nên có thể giảm đường kính trục.
- Nhược điểm: Phương án có kết cấu phức tạp, dùng hai hộp giảm tốc và nhiều khớp
nối.

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
2.3.2. Phương án 2.

Hình 2.8: Phương án truyền động di chuyển cầu 2
1. Động cơ điện

4. Khớp nối

2. Phanh kết hợp với khớp nối

C
C

5. Bánh xe

R
L
T.

3. Hộp giảm tốc.

- Ưu điểm: Phù hợp với những cầu trục tải trọng lớn.

DU

- Nhược điểm: Phương án này phải dùng nhiều động cơ và hộp giảm tốc, khó giải
quyết vấn đề đồng vận tốc ở hai bánh xe
2.3.3. Phương án 3.

1. Động cơ điện
2. Phanh kết hợp với nối trục

4. Nối trục
5. Bánh xe

3. Hộp giảm tốc
Hình 2.9: Phương án truyền động di chuyển cầu 3
SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 20

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải
-

Ưu điểm: Đảm bảo đồng tốc giữa hai bánh xe.

-

Nhược điểm: Phương án này dùng hộp giảm tốc gần với động cơ nên khoảng cách
từ hộp giảm tốc đến bánh xe lớn nên phải dùng trục lớn .
❖ Kết luận: Như đã phân tích trên thì ta chọn phương án 1.

 Kết Luận chung:
Ta đã chọn được các phương án tối ưu nhất như đã trình bày ở trên để tiếp tục đi vào
phần tính tốn, thiết kế.

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 21

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG
3.1.

Phân tích chung.

❖ u cầu khi tính tốn và thiết kế cơ cấu nâng:
Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng. Ngoại lực là trọng
lưc và lực qn tính tác dụng lên vật nâng.
Có hai loại cơ cấu nâng:
+ Cơ cấu nâng dẫn động bằng tay.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 3.1: Cơ cấu nâng bằng tay

+ Cơ cấu nâng dẫn động bằng điện.

Hình 3.2: Cơ cấu nâng bằng điện

Cơ cấu dẫn động bằng tay không phù hợp yêu cầu thiết kế nên ở đây khơng đi vào
phân tích. Cơ cấu nâng dẫn động bằng điện, do tính chất quan trọng và yêu cầu cao nên
cơ cấu phải đảm độ an tồn, độ tin cậy, độ ởn định cao khi làm việc.
Do đó, cơ cấu nâng phải được chế tạo với chất lượng tốt của tất cả các khâu, ở đây
dùng tang kép quấn một lớp cáp, có cắt rãnh đảm bảo độ bền lâu cho cáp.
SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

Bộ truyền phải được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín , ngâm dầu, bơi trơn tốt,
các ổ trục thường dùng ổ lăn.Thiết bị phanh hãm thường dùng là phanh má thường đóng.
❖ Các số liệu ban đầu:
- Trọng tải :

Q = 15T = 150000N

- Trọng lượng bộ phận mang:

Qm = 2100N

- Khẩu độ:

L = 8 (m).

- Chiều cao nâng:

H = 6(m).

- Vận tốc nâng:

Vn = 14,5 (m/phút).

Chế độ làm việc của các cơ cấu là chế độ trung bình.
❖ Sơ đồ động học cơ cấu nâng:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 3.3: Sơ đồ động cơ cấu nâng
3.2.

Tính toán cơ cấu nâng.

3.2.1. Chọn loại dây cáp.
Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho cơ
cấu và có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại dây thông
dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay như:
-

An toàn trong sử dụng

-

Độ mềm cao, dễ uốn cong, đảm bảo độ nhỏ gọn của cơ cấu và máy.

-

Đảm bảo độ êm dịu, không gây ồn khi làm việc.

-

Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp.

-

Đảm bảo độ bền lâu, thời hạn sử dụng lớn.
Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛK -P theo ГOCT 2588-55 có

tiếp xúc đường giữa với các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng
SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 tấn

GVHD: Th.s Trần Ngọc Hải

rộng rãi. Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền 1200÷2100(N/mm2). chọn cáp

LK-O- 6x19+7x7 [2].
Loại cáp này LK, với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi có lớp sợ thép ngồi cùng như
nhau, lỏi thép của dánh được bện từ 7 dánh, mỗi dánh 7 sợi thép
Với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1600÷1800N/mm2,
3.2.2. Palăng giảm lực.
Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải
trọng lớn ta dùng một palăng.
Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang. Do cầu lăn thực hiện việc
nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn palăng
kép có hai nhánh dây chạy trên tang. Tương ứng với trọng tải cầu lăn theo Bảng 2-6[I]
chọn bội suất palăng a=2.

C
C

Palăng gồm hai ròng rọc di động và một rịng rọc khơng di chuyển làm nhiệm vụ

R
L
T.

cân bằng.

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật.
S max =

DU

Q (1 −  )

m(1 − a ).t

ct 2.19[1]

Trong đó: Q = 150000 (N): Trọng lượng vật nâng
λ = 0,98: hiệu suất một rịng rọc với điều kiện rịng rọc đặt trên ở lăn.
bôi trơn tốt bằng mỡ. Bảng 2-5[1]
a=2

: Bội suất của palăng

m = 2 : Số nhánh cáp cuốn lên tang.
t=0

: Vì số dây cáp trực tiếp cuốn lên tang khơng qua ròng rọc chuyển

hướng.
Vậy : Smax =

Q(1 - l )
150000(1 - 0,98)
=
= 37878 (N)
a
t
m(1 - l ).l
2(1 - 0,982 ).0,980

Hiệu suất của palăng xác định theo công thức 2-21[I].
hp=

So
Qo
150000
=
=
= 0.99
S max m.a.S max 2.2.37878

Trong đó : So =

Qo
m.a

SVTH: Nguyễn Mạnh Cường - Lớp 15C1A

Trang 24