Bài giảng Máy nâng chuyển - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

LỜI NĨI ĐẦU
Máy nâng chuyển là loại máy có cơng dụng chính là nâng vật và di chuyển vật
trong một khoảng cách ngắn. Nó đóng vai trị quan trọng trong việc nâng cao năng
suất lao động giảm nhẹ sức lao động cho con ngƣời, nâng cao chất lƣợng sản phẩm và
hạ giá thành.
Máy nâng chuyển là thiết bị đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các cơ sở sản xuất
nói chung. Ðây là thiết bị quan trọng hàng đầu trong vấn đề cơ giới hóa, tự động hóa
các thao tác nâng chuyển xếp dỡ các loại phôi, nguyên vật liệu, thiết bị, hàng
hóa…Trên Tàu thủy, Ơ tơ. Trong các phân xƣởng chế tạo máy, đóng tàu và trên các
cơng trình xây dựng, Cảng biển... Ðộ tin cậy của thiết bị ảnh hƣởng trực tiếp đến an
toàn của con ngƣời khi vận hành. Vì vậy việc tìm hiểu, nghiên cứu máy nâng là không
thể thiếu đối với tất cả các kỹ sƣ. Và điều này đã giải thích Máy nâng là một trong
những học phần cơ sở bắt buộc trong khung chƣơng trình đào tạo bậc Đại học ngành
Cơ khí nói chung và các chuyên ngành Cơ khí: Động lực Tàu thuyền, Động lực Ơ tơ,
Chế tạo Máy, Đóng tàu thủy…
Bài giảng “Máy nâng chuyển” cung cấp một số kiến thức cơ bản về đặc điểm
cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi sử dụng và phƣơng pháp tính tốn thiết kế các
cụm chi tiết máy thƣờng gặp trong máy nâng cũng nhƣ các máy nâng thông dụng hiện
nay. Đồng thời bài giảng “Máy nâng chuyển” là tài liệu giảng dạy, học tập, nghiên
cứu cho các chuyên ngành cơ khí đang đƣợc đào tạo tại trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ
thuật Nam Định bao gồm: Cơng nghệ Ơ tơ, Cơng nghệ Chế tạo Máy, Công nghệ Hàn.
Tuy nhiên những vấn đề trình bày trong tập bài giảng này cịn có thể có nhiều
hạn chế và sai sót. Chúng tơi mong rằng sẽ nhận đƣợc sự góp ý chân thành của các
thầy cô trong trƣờng và các bạn để giúp chúng tôi hồn thiện hơn nữa tập bài giảng
này.
NHĨM TÁC GIẢ

1


CHƢƠNG 1: CÁC CHI TIẾT VÀ THIẾT BỊ MÁY NÂNG ......................................... 4

1.1. Các đặc tính cơ bản của máy nâng .......................................................................4
1.1.1. Trọng tải Q ....................................................................................................4
1.1.2. Vùng phục vụ ................................................................................................4
1.1.3. Các vận tốc chuyển động ..............................................................................5
1.1.4. Chế độ làm việc……...……………………………………………………5
1.2. Cấu tạo và các bộ phận cơ cấu nâng ....................................................................8
1.2.1. Sơ đồ cơ cấu nâng .........................................................................................8
1.2.2. Những quan hệ tĩnh học và động học .........................................................10
1.3. Bộ phận mang tải ...............................................................................................12
1.3.1. Móc .............................................................................................................13
1.3.2. Cặp giữ ........................................................................................................20
1.4. Dây trong cơ cấu nâng .......................................................................................25
1.4.1. Cáp thép bện ...............................................................................................26
1.4.2. Xích hàn ......................................................................................................31
1.4.3. Xích tấm ......................................................................................................33
* So sánh cáp và xích ................................................................................................34
1.5. Bộ phận cuốn và hƣớng dẫn dây ........................................................................35
1.5.1. Tang ............................................................................................................35
1.5.2. Ròng rọc và đĩa xích ...................................................................................39
1.5.3. Palăng ..........................................................................................................43
1.6. Thiết bị hãm .......................................................................................................45
1.6.1. Cơ cấu bánh cóc ..........................................................................................46
1.6.2. Mơ men phanh trong cơ cấu nâng...............................................................50
1.6.3. Phanh má .....................................................................................................54
1.6.4. Phanh đai .....................................................................................................64
1.6.5. Phanh áp trục ..............................................................................................71
1.6.6. Phanh tự động .............................................................................................74
1.6.7. Tay quay an toàn .........................................................................................77
1.7. Cơ cấu nâng ........................................................................................................78
1.7.1. Cơ cấu dẫn động bằng tay ...........................................................................79

1.7.2. Cơ cấu dẫn động bằng điện .........................................................................81
1.7.3. Quá trình mở máy trong cơ cấu nâng .........................................................82
1.7.4. Quá trình phanh cơ cấu nâng ......................................................................86
1.7.5. Đặc điểm cấu tạo cơ cấu nâng ....................................................................87
CHƢƠNG 2: CÁC MÁY TRỤC THÔNG DỤNG ....................................................... 90
2.1. Thiết bị nâng đơn giản .......................................................................................90
2.1.1. Kích .............................................................................................................90
2.1.2. Tời ...............................................................................................................94

2


2.2. Palăng .................................................................................................................98
2.3. Cầu trục và cần trục quay .................................................................................103
2.3.1. Cầu trục .....................................................................................................103
2.3.2. Cần trục quay ............................................................................................116
2.3.3. Tính tốn kết cấu kim loại trong cần trục thông dụng ..............................126
CHƢƠNG 3: MÁY CHUYỂN LIÊN TỤC ................................................................ 127
3.1. Máy chuyển có bộ phận kéo.............................................................................128
3.1.1. Khái niệm chung .......................................................................................128
3.1.2. Phép tính về lực kéo ..................................................................................131
3.1.3. Bộ phận dẫn động và bộ phận kéo căng ...................................................134
3.1.4. Băng tải .....................................................................................................136
3.1.5. Xích tải ......................................................................................................137
3.1.6. Guồng tải đứng .........................................................................................140
3.2. Máy chuyển khơng có bộ phận kéo..................................................................141
3.2.1. Băng chuyền con lăn .................................................................................141
3.2.2. Máy chuyển quán tính...............................................................................142
3.2.3. Máy chuyển kiểu vít .................................................................................143

3


CHƢƠNG 1: CÁC CHI TIẾT VÀ THIẾT BỊ MÁY NÂNG
1.1. Các đặc tính cơ bản của máy nâng
1.1.1. Trọng tải Q
Trọng tải của máy trục là trọng lƣợng danh nghĩa lớn nhất của tải (vật nâng) mà
máy có thể nâng đƣợc theo tính tốn thiết kế.
Dãy tải trọng (tính bằng Tấn) đƣợc tiêu chuẩn hóa trong dãy tải
trọng sau: - 0,1
- -

0,2

0,25

0,32

0,4

0,5

0,05
0,63

0,8

-

1

10
100

1,6
16
160

2
20
200

2,5
25
250

3,2
32
320

4
40
400

5
50
500

6,3
63
630

8
80
800

1,25
12,5
125
140

180

225 280 360

450

550

710

900

1000
1.1.2. Vùng phục vụ
a. Chiều cao nâng H
Chiều cao nâng H là khoảng cách từ mặt bằng máy đứng đến tâm thiết bị
mang vật ở vị trí cao nhất. Với các cần trục có tay cần thì chiều cao nâng thay
đổi phụ thuộc vào tầm với.
b. Khẩu độ L
Khẩu độ L là khoảng cách theo phƣơng nang giữa đƣờng trục của hai

đƣờng ray mà trên đó máy di chuyển.
c. Hành trình S
Hành trình là quãng đƣờng cần di chuyển theo phƣơng dọc ray (với cần
trục là góc xoay)

H

L
S

Hình 1.2: Sơ đồ cần trục

Hình 1.1: Sơ đồ cầu trục

4


1.1.3. Các vận tốc chuyển động
Vận tốc làm việc của từng cơ cấu ở mỗi máy trục tùy thuộc tính chất công việc,
công dụng của máy và chế độ làm việc của máy.
Ở các cầu trục công dụng chung hiện nay có các vận tốc nhƣ:
+ Vận tốc nâng khơng vƣợt quá 25 ÷ 30 m/ph
+ Vận tốc di chuyển của xe con trên cầu 35 ÷ 50 m/ph
+ Vận tốc di chuyển của cầu 100 ÷ 120 m/ph
+ Vận tốc quay(đối với cần trục): nq = 0,5 ÷ 3,0 v/ph
1.1.4. Chế độ làm việc
Đặc điểm của máy trục là làm việc theo chế độ ngắt đoạn, lặp đi lặp lại, có tính
chất chu kỳ. Ngồi ra mỗi máy sử dụng với nhiều tải trọng khác nhau, tỷ lệ thời gian
sử dụng và cƣờng độ làm việc khác nhau… Do vậy chúng đƣợc phân loại theo nhóm
chế độ làm việc khác nhau. Chế độ làm việc là đặc tính rất quan trọng của máy trục.

Nó phản ánh trong từng bƣớc tính tốn thiết kế các cơ cấu cũng nhƣ kết cấu kim loại.
Máy trục đƣợc thiết kế chế tạo và sử dụng đúng chế độ làm việc sẽ đảm bảo an toàn và
hiệu quả kinh tế.
Từng cơ cấu của một máy trục có thể đƣợc sử dụng với chế độ khác nhau. Chế
độ chung cho máy trục lấy theo chế độ sử dụng của cơ cấu nâng.
a. Phân loại chế độ làm việc theo chỉ tiêu
Các cơ cấu máy trục đƣợc phân thành hai nhóm:
Nhóm 1: dẫn động bằng tay quay có chế độ sử dụng quay tay
Nhóm 2: dẫn động bằng động cơ có 4 chế độ: nhẹ, trung bình, nặng và
rất nặng.
Để phân loại chế độ làm việc dùng các chỉ tiêu sau:
1. Hệ số sử dụng theo trọng tải
KQ 

Qtb
Q

Trong đó:
Qtb _ trọng lƣợng trung bình của vật nâng trong 1 ca làm việc.
Q _ trọng tải danh nghĩa của máy.
2. Hệ số sử dụng trong năm

kn =
=

Số ngày làm việc trong năm
365

3. Hệ số sử dụng trong ngày

5


kng=
=

Số giờ làm việc trong ngày
24

Ngồi ra có các chỉ tiêu để đánh giá chế độ sử dụng của động cơ điện
4. Thời gian đóng động cơ
TD% 

T0
100%
T

T0 _ thời gian đóng động cơ trong một chu kỳ hoạt động của máy
T0 = Σtm + Σtv
T _ thời gian hoạt động của chu kỳ
T = Σtm + Σtv + Σtp + Σtd
Trong đó:
Σtm _ tổng thời gian mở máy
Σtv _ tổng thời gian chuyển động với vận tốc ổn định
Σtp _ tổng thời gian phanh
Σtd _ tổng thời gian dừng máy
5. Số lần mở máy trong 1 giờ (m)
6. Số chu kỳ trong 1 giờ (ack)
7. Nhiệt độ môi trƣờng xung quanh (t0)
Số liệu chỉ tiêu đặc trƣng chế độ làm việc cho ở bảng 2

Cách phân loại này phức tạp, dựa trên quá nhiều chỉ tiêu và khó phản ánh hết
tính đa dạng về sử dụng máy trục.
Bảng 2: Các chỉ tiêu đặc trưng chế độ sử dụng
Các chỉ tiêu

Chế độ sử dụng
Nhẹ

Trung bình

Nặng

Rất nặng

KQ

0,25-1,0

0,75

0,75-1,0

1,0

Kn

~ 0,25

0,5

0,75

1,0

Kng

~ 0,33

0,67

0,67

1,0

TĐ %

15

25

40

40-60

m lần/h

60

120

240

360

ack/h

10-15

20-25

30-35

40

t0C

25

25

25

45

b. Phân loại cơ cấu theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO)
Căn cứ 2 chỉ tiêu sau đây:
1. Cấp sử dụng: đặc trƣng bằng tổng số giờ sử dụng cơ cấu. Trong cả đời máy.
Có 10 cấp sử dụng (bảng 3) từ T0 đến T9.

6

Bảng 3. Cấp sử dụng cơ cấu
Cấp sử dụng

Tổng thời gian sử dụng (h)

Ghi chú

T0

200

T1

400

T2

800

T3

1600

T4

3200

Sử dụng nhẹ, đều đặn

T5

6300

Sử dụng gián đoạn, đều đặn

T6

12500

Sử dụng căng, bất thƣờng

T7

25000

T8

50000

T9

100000

Sử dụng ít, bất thƣờng

Sử dụng căng

2. Trạng thái tải của cơ cấu: đặc trƣng bằng hệ số gia tải

Km  

ti  Pi 


 ti  Pmax 

Trong đó:
Pi _ các mức tải trọng,
ti _ thời gian chịu tải (bảng 3) ký hiệu từ L1 đến L4
Bảng 4: Hệ số gia tải danh nghĩa đối với cơ cấu
Trạng thái tải

Km

Ghi chú

L1 – nhẹ

0,125

Cơ cấu ít khi chịu tải tối đa, thong
thƣờng chịu tải nhẹ

L2 – vừa

0,25

Cơ cấu chịu tải tối đa tƣơng đối
nhiều, thông thƣờng chịu tải vừa

L3 – nặng

0,5

Cơ cấu nhiều khi chịu tải tối đa,
thông thƣờng chịu tải nặng

L4 – rất nặng

1,0

Cơ cấu thƣờng xuyên chịu tải tối đa

Nhóm chế độ sử dụng đƣợc phân loại trên cơ sở phối hợp 2 chỉ tiêu trên – có 8
chế độ làm việc của cơ cấu (bảng 4) ký hiệu từ M1 đến M8

7


Bảng 5: Nhóm chế độ làm việc của cơ cấu
Cấp sử dụng

Trạng thái
tải

T0

T1

T2

L1
L2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

M8

M8

L3

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

L4

M2

M3

M4

M5

M6

M7

M8

T9
M8

Sự tƣơng ứng gần đúng giữa 2 cách phân loại nhóm chế độ làm việc: M1 – quay
tay; M2, M3 – nhẹ; M4, M5 – trung bình; M6, M7 – nặng và M8 – rất nặng.
1.2. Cấu tạo và các bộ phận cơ cấu nâng
1.2.1. Sơ đồ cơ cấu nâng
Cơ cấu nâng của tất cả các loại máy trục hiện có đều cấu tạo theo cùng một sơ
đồ nguyên tắc (hình 1.3a).

Theo sơ đồ này, cơ cấu nâng gồm có tang quay hình trụ trên có cuốn dây (cáp
hoặc xích), vật treo ở đầu dây, một trục có tay quay ở đầu. Lực căng dây T0 ở dây bằng
trọng lƣợng Q của vật, gây ra trên trục tang mơ men

R

Do

Do

MP
P

Mv

To

Mo

io

MP
R

To

Q

Q

b)

a)
Mv
Do

Do

Mv

MP

io

R

T"o

MP
R

io

T'o

P

P
Q

Q

d)

c)
Hình 1.3: Sơ đồ cơ cấu nâng

8

P


M v  T0

D0
D
Q 0
2
2

Mv do vật gây ra phải đƣợc cân bằng bởi mô men tay quay Mp.
Mv = Mp (chƣa tính đến lực cản trong cơ cấu).
Q

D0
 P.R
2

Do đó:
QP

R
D0
2

Trong đó:
P_ Lực của ngƣời đặt trên tay quay, là một trị số có hạn, trong điều kiện
làm việc trong thời gian ngắn tối đa Pmax = 300N.
R_ Bán kính tay quay, cũng giới hạn bởi chiều dài cánh tay con ngƣời.
D0_ Đƣờng kính tang, khơng thể làm nhỏ q vì dây cuống trên nó có độ
cứng nhất định.
Xem thế, ta thấy trọng lƣợng Q của vật do hệ thống này nâng đƣợc cũng là trị
số có hạn, khơng lớn lắm.
Trên thực tế cần nâng những vật rất nặng, không thể nối trực tiếp tay quay với
trục tang vì Mp « Mv, do đó cần đƣa vào một bộ phận nữa là bộ truyền trung gian để
tăng Mp đến Mv. Tỷ số truyền cần thiết sẽ là (hình 1.3b).
i0 

Mv
Mp

Nếu tính cả mất mát trong bộ truyền, ở trục tang, mất mát do độ cứng của dây
thì:
i0 

Mv
M p .

Với η _ hiệu suất chung của cơ cấu.
Bộ phận trung gian là phần phức tạp và đắt tiền. Cần tìm cách giảm bớt i0.

Để đạt mục đích này ta đƣa vào một hệ thống ròng rọc, gọi là Pa lăng .
Nếu đƣa vào 1 rịng rọc di động hình 1.3c thì lực căng nhánh dây cuốn lên tang
sẽ bằng:
T '0 

Q
2

Mô men do vật nâng:
M '  T0 

D0 Q D0

2
2 2

9


Tức là giảm đi khoảng hai lần, nếu cùng Mp thì tỉ số truyền i’0 cũng giảm
khoảng hai lần.
Nếu treo vật trên nhán 4 dây (hình 1.3d), lực căng dây
T"

Q
4

Do đó M”v và i"0 sẽ giảm đi khoảng 4 lần.
Khơng thể dùng q nhiều rịng rọc, vì sẽ làm phức tạp và cồng kềnh cho cơ
cấu, sẽ tăng lực cản phụ, dây cũng chóng hỏng hơn. Trong q trình thiết kế cần kết

hợp dùng bộ truyền trung gian và Pa lăng cho hợp lý.
Ngồi ra cơ cấu nâng cần có bộ phận bảo đảm giữ vật ở trạng thái treo, điều
chỉnh vận tốc hạ nếu cần, đó là các thiết bị phanh hãm.
Nhƣ vậy trong cơ cấu nâng có các bộ phận sau đây:
1. Bộ phận mang tải

5. Bộ truyền trung gian

2. Dây

6. Phần dẫn động

3. Pa lăng
4. Tang

7. Thiết bị phanh hãm.

1.2.2. Những quan hệ tĩnh học và động học
Muốn tính các bộ phận và các tiết máy trong cơ cấu nâng, cần biết trị số các lực
mô men tác dụng lên chúng cũng nhƣ các thông số động học (vận tốc, số vòng quay).
Hãy xét một cơ cấu nâng (hình 1.4) có Pa lăng với bội suất là a, hiệu suất ηp bộ
truyền trung gian có tỷ số truyền là i0 và hiệu suất là η0.

Mv
Do

III
II

To

Q

i1,n1
MP

n3
i2,n2

I

Hình 1.4: Sơ đồ cơ cấu nâng
Khi động cơ quay theo chiều tƣơng ứng, vật đƣợc nâng lên với vận tốc vn.
Lực căng các nhánh dây nếu bỏ qua ma sát:
T '0  T '1  T '2  ... 

Q
a

Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong nhánh dây cuốn lên tang lúc
nâng vật sẽ lớn hơn:

10


T0 

T'

p



Q
a. p

Mô men do vật nâng gây ra trên tang:
M v  T0

D0 Q.D0

2 2a. p

Mô men trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III).
M 3  M tg 

Mv

t



Q.D0
2a. pt

ηt _ hiệu suất của tang.
Muốn nâng đƣợc vật lên, ta phải đặt vào trục III (trục tang) mô men lớn hơn mô
men Mv trên tang (vì cịn phải thắng lực cản trên tang do độ cứng của dây, do ma sát ổ
trục); vì thế ta chia cho ηt . Tƣơng tự nhƣ vậy mô men trên trục II:
M2 

M3
Q.D0

i22 2a.i2 . pt2

Mô men trên trục I:
M1 

Q.D0
Q.D0
M2


i11 2a.i1.i2 . pt21 2a.i0 .

Trong đó:
i0 = i1.i2 _ tỷ số truyền chung của bộ truyền.
η0 = η1.η2 _ hiệu suất chung của bộ truyền.
η = η0 η1.η2 _ hiệu suất chung của cơ cấu.
Vậy muốn nâng đƣợc vật lên động cơ phải phát ra một mô men M p bằng mô
men trên trục I:
M p  M1 

Q.D0
2a.i0 .

Vận tốc: giả thiết trong thời gian t phút vật đƣợc nâng lên chiều cao h (m), ta sẽ
có vận tốc nâng là:

h
m/ph
t
Cũng trong thời gian t ấy ta phải cuốn lên tang một đoạn dây dài hơn h gấp a
lần (a_ bội suất của Pa lăng ) do đó vận tốc cuốn dây lên tang là:
vn 

h.a
 vn .a m/ph
t
Số vòng quay của tang:
v
v .a
nt  0  n
v/ph
 D0  D0
v0 

D0 _ đƣờng kính tang, đo bằng m.

11


Số vòng quay của trục trung gian:
n3  nt 

vn .a
D0

n2  n3 .i2 

vn .a.i2
D0

n1  n2 .i1 

vn .a.i2 .i1 vn .a.i0

 ndc
 D0
 D0

nđc _ số vòng quay của động cơ.
Tỷ số truyền cần thiết của bộ truyền trung gian:
i0 

M tg
M p0

Hoặc là:
i0 

ndc
nt

Thời gian hạ vật là lúc nó sản ra một cơng dƣơng, năng lƣợng sẽ từ điểm treo
vật chuyển tới trục dẫn động, công của vật hạ sẽ thắng các lực cản của cơ cấu; mơ men
trên các trục vẫn có hƣớng nhƣ khi nâng, nhƣng trị số nhỏ hơn.
M 'v 

Q.D0 . p
2a

M '3  M tg 

M2 
M1 

Q.D0 . pt
2a

Q.D0 . pt2
2a.i2
Q.D0 . pt21
2a.i2 .i1



Q.D0
2a.i0

Công suất động cơ: công suất cần thiết để nâng vật nặng Q(N) lên với vận tốc
vn (m/ph) nếu không kể lực cản:
N0 

Q.vn
(kw)
60.1000

Nếu kể cả lực cản, động cơ cần có cơng suất:

N

N0





Q.vn
Q.vn

(kw)
60.1000. 60000.

1.3. Bộ phận mang tải
Bộ phận mang tải dùng để treo vật vận chuyển trên dây của cơ cấu nâng. Tùy
theo vật vận chuyển mà dung các loại bộ phận mang khác nhau: móc, vịng treo, kìm,
cặp chun dung, gầu, thùng, nam châm điện,…

12


Sơ đồ quan hệ giữa dây và thiết bị treo
Yêu cầu chung:
- Phải mắc đƣợc vật nâng trong bất kỳ điều kiện nào, an tồn khi làm việc
- Có khả năng sử dụng triệt để tải trọng của máy nâng. Muốn vậy thiết bị mắc
vật phải có trọng lƣợng bản thân nhỏ, treo đƣợc số lƣợng vật tƣơng ứng.
- Có khả năng cơ khí hố q trình mắc và đỡ vật để làm giảm thời gian và sức
lao động cho khâu cơng việc đó.
- Có cấu tạo đơn giản, chi phí kim loại ít, giá thành khơng cao.

Phân loại:
Nhóm 1: Thiết bị mắc vật thông dụng.
Là những thiết bị dùng để treo các vật nâng khác nhau, có khả năng mắc đƣợc
những vật nâng hay gặp nhất. Bao gồm: móc câu, vịng treo, dây móc, lƣới treo hàng.
Nhóm 2: Thiết bị mắc vật đặc biệt.
Là những thiết bị chuyên mắc các vật nâng có những đặc thù riêng nhƣ cùng
hình dáng, cùng kích thƣớc, cùng tính chất và có các đặc thù khác. Bao gồm : túi lƣới,
gầu ngoạm, thùng, các loại kìm mắc vật, gầu xúc, bộ điện từ,…
1.3.1. Móc
Móc cẩu là thiết bị mắc vật thơng dụng nhất. Móc cẩu đƣợc phân ra móc đơn
khi tải trọng Q dƣới 20 tấn và móc kép dùng để treo vật dài chịu lực đối xứng với các
tải trọng từ 5 ÷ 75 tấn. Với tải trọng nhỏ cịn có loại móc đi ren (đi dài, đi
ngắn), loại móc đi vịng.
Móc cẩu thƣờng đƣợc rèn hoặc dập bằng thép ít cacbon nhƣ CT4, CT5, C20.
Khi tải trọng lớn thƣờng dùng móc tấm (Cắt thép tấm thành hình móc rồi ghép lại
bằng bulon hoặc đinh tán). Loại móc này dễ chế tạo, nhƣng nặng do tiết diện móc hình
chữ nhật và phải bù bền ở lỗ đinh.
Các móc treo đã tiêu chuẩn hố, việc tính chọn móc sẽ đơn giản, căn cứ vào tải
trọng mà chọn móc có kích thƣớc phù hợp.

13


Hình 1.5: Các loại móc cẩu
a. Tính tốn móc đơn.
Móc nâng đã đƣợc tiêu chuẩn hố, việc tính chọn móc căn cứ vào tải trọng, sau
đó tiến hành kiểm tra đi móc theo điều kiện chịu kéo và ứng suất uốn tại các tiết
diện nguy hiểm.
Khi tính gần đúng, xem móc là một dầm thẳng khơng xét đến độ cong móc và
để bù lại độ cong phải hạ thấp ứng suất cho phép. Sau khi đã xác định đƣợc các kích

thƣớc chủ yếu sẽ tiến hành tính chính xác lại và xét đến độ cong.
Cơng việc đầu tiên khi tính móc là xác định hình dạng tiết diện móc cho phù
hợp với điều kiện chịu tải trọng thực tế của móc, sau đó tính đến quan hệ của các kích
thƣớc tiết diện.
Bước 1: Xác định hình dạng tiết diện móc
Khơng xét đến độ cong móc:
Tại tiết diện 1-2 (mặt cắt A-A) hình 1.6. Ta có:

Hình 1.6: Tính tốn móc đơn

14


Và ứng suất lớn nhất sẽ phát sinh ở lớp ngồi cùng:

Bước 2: Tìm quan hệ các cạnh của tiết diện:
Để ứng suất ζ ≈ ζ . thì tiết diện phải khơng đối xứng. Nếu chọn tiết diện hình thang:
1

2

(1.1)
Các giá trị trong quan hệ hình học của hình thang có chiều cao h, đáy lớn B,
đáy nhỏ b là:

Thay vào (1.1) ta có:

Với móc câu tiêu chuẩn thì: h = a
Lúc này, quan hệ tỷ lệ giữa các cạnh hình thang là: B = 3b. Nhƣ vậy:

Khi tính chính xác móc có kể đến độ cong móc, ứng suất ở phần cong có thể
xác định theo cơng thức:

15


(1.2)
Trong đó:
- r là bán kính cong trục trung hịa của móc ở tiết diện đang xét. Đối với các
móc tiêu chuẩn r = Ro = a/2 + c

1

- y là khoảng cách từ lớp vật liệu đang xét của tiết diện đến trục trung hòa. Tọa
độ y lấy dƣơng cho các lớp đặt ngoài đối với tâm cong của trục trung hòa và trọng tâm
tiết diện, lấy âm cho các lớp đặt giữa chúng.
Phƣơng trình gần đúng để tính ứng suất ở tiết diện 1-2 của các móc tiêu chuẩn
có xét đến độ cong của chúng nhƣ sau:

Những ứng suất lớn nhất ở các điểm ngoài cùng của tiết diện khi :
y
= – c = – (5/12).h và y
= + c = h – c = (7/12).h sẽ là :
max1

1

max2

2

1

Đến đây có thể nhận xét khi tính chính xác móc có kể đến độ cong móc thì ứng
suất ở điểm 1 tăng hơn 40% khi tính khơng kể đến độ cong móc. Nhƣ vậy ngay cả khi
tiết diện là hình thang và có quan hệ B = 3b thì ứng suất ở điểm 1 và 2 cũng khơng
bằng nhau.
Kích thƣớc miệng móc a = h có thể tính gần đúng theo Q tính bằng tấn:
Tóm lại: Kiểm tra móc đơn tại các tiết diện sau:
Tại tiết diện 1-2 kiểm tra theo cơng thức:

Khi tính móc khơng kể đến độ cong thì [ζ] = (100 ÷ 110)N/mm2 (Thép C20)
k

Tiết diện đi móc kiểm tra theo kéo khi có ren:

Nếu đi móc làm vịng thì xét tại tiết diện nhỏ nhất. Xét khả năng xuất hiện
2

thêm ứng suất uốn khi vật bị lắc ta nhận [ζ] = (50 ÷ 60)N/mm (Thép C20).
k

16


Chiều cao của đai ốc lắp vào đi móc H đƣợc tính theo ứng suất dập hoặc áp
lực riêng cho phép trên ren. H phải lớn hơn 0,8 đƣờng kính trung bình của ren
Tại tiết diện 3-4 khi treo vật trên một dây kiểm tra theo cắt:

Nguy hiểm hơn cả đối với tiết diện 3-4 là khi treo vật trên hai nhánh dây

o

nghiêng một góc γ so với đƣờng thẳng đứng, thông thƣờng nhận γ = 45 , trong trƣờng
hợp này trọng lực của vật truyền vào móc hai lực, mỗi lực bằng:

Phân lực Q thành hai thành phần nằm ngang Q và thẳng đứng Q , ta có:
1

2

3

Tác dụng của lực Q đến tiết diện 3-4 giống nhƣ tác dụng của Q ở tiết diện 1-2.
2

Vì vậy ứng suất ở các điểm 3 và 4 khi tính gần đúng khơng xét đến độ cong móc có
thể xác định:

Khi xét đến độ cong móc, ứng suất ở điểm bất kỳ của tiết diện 3-4 có thể xác
định theo cơng thức (1.2)
Khi bán kính độ cong r = a/2 + c , a = h và những giới hạn khác nhƣ trên đối
3

với tiết diện móc tiêu chuẩn, ta có:

Ứng suất lớn nhất ở điểm 3 khi y

max1

= – (5/12).h đƣợc xác định theo công thức:

Phân lực thứ hai Q gây ra ứng suất cắt:
3

Cuối cùng ứng suất quy đổi ở điểm 3:

17


b. Tính tốn móc kép
Tính tốn móc câu đơi cũng theo các cơng thức móc câu đơn. Các tiết diện
nguy hiểm cần kiểm tra là : 1-2 ; 3-4 ; 5-6

Hình 1.8: Móc kép khi chịu tải khơng đều

Hình 1.7: Móc kép khi chịu tải đều
Trị số tính tốn trên mỗi ngạnh là:

Xét đến khả năng treo lệch dây tải trọng khơng đều ta có thể nhận lực tính tốn
là:

Để tính tiết diện 1-2, ta phân lực Q thành hai phân lực Q và Q :
1

2

3

Q = Q sinγ. Lực Q gây ra uốn và kéo
2

1

2

Q = Q cosγ. Lực Q gây ra cắt
3

1

3

Cịn để tính tiết diện 3-4, ta phân lực Q thành hai phân lực Q và Q :
1

4

5

Q = Q sin(γ +α). Lực Q gây ra uốn và kéo
4

1

4

Q = Q cos(γ +α). Lực Q gây ra cắt.
5

1

5

Nguy hiểm nhất là khi chỉ treo vật trên một ngạnh, lực Q chia thành hai thành
2

phần Q và Q . Các lực này gây nên ứng suất kéo và cắt cho tiết diện 5-6
6

7

18


Ngồi ra tại tiết diện 5-6 cịn chịu ứng suất uốn:

Ứng suất tổng tại tiết diện này là:

c. Vòng treo
Vòng treo là thiết bị chủ yếu dùng để treo vật nâng có trọng lƣợng lớn hơn 100
tấn. Vịng treo đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp rèn dập từ thép CT3. Vịng treo nhẹ
hơn móc có cùng tải trọng. Tuy nhiên sử dụng khơng tiện lợi bằng móc vì phải luồn
dây vào vịng
Có hai loại vịng treo: vịng treo liền và vòng treo chắp. Vòng treo liền là một
hệ thống tĩnh không xác định, tải trọng đến 200 tấn. Khi tải trọng lớn hơn nữa (đến
500 tấn) thì dùng vịng treo chắp.

Hình 1.9: Vịng treo liền và vịng treo chắp
Các thanh bên đƣợc tính theo kéo với lực kéo:

Thanh ngang chịu nén do lực:

Và chịu uốn do mômen

19


Ở tiết diện giữa thanh ngang:

Chốt giữa các thanh đƣợc tính theo cắt:

Ứng suất lớn nhất ở tiết diện giữa thanh ngang của dầm khi có kể đến độ cong:

1.3.2. Cặp giữ
Thiết bị mắc vật đặc biệt nói chung và kẹp mắc vật nói riêng chuyên dùng để
mắc những vật có cùng kích thƣớc và trọng lƣợng. Ƣu điểm chính của việc sử dụng
thiết bị mắc vật đặc biệt là việc mắc và dỡ vật nhanh chóng (Giảm thời gian bƣớc
dừng). Chính vì vậy khi thiết kế những thiết bị mắc vật đặc biệt cần xét đến hình dạng,
kích thƣớc và những tính chất khác của vật.
Phần lớn các kẹp mắc vật làm việc dựa vào nguyên lý ma sát.
a. Kẹp mắc vật đối xứng.
Với kẹp mắc vật kiểu đối xứng vật đƣợc giữ là do lực ma sát. Điều kiện giữ vật
là:
2Fms = 2Nf ≥ Q

Hình 1.10: Kẹp đối xứng

20

Nhƣ vậy tối thiểu lực nén cần thiết của chân kẹp (Phản lực) phải là:

Trong đó f là hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu của vật, của chân kẹp và trạng
thái mặt tiếp xúc của chúng. k là hệ số an toàn giữ vật.
Khả năng làm việc của kẹp đƣợc xác định bằng phƣơng trình cân bằng lực của
một má kẹp bất kỳ. Trong tính tốn sơ bộ bỏ qua trọng lƣợng bản thân của má kẹp
(Hình 1.10). Khi đó nếu xét má kẹp 1: Tất cả các lực tác dụng lên má kẹp 1 gồm: T, R

1

, R , N và Q/2.
2

Phƣơng trình mơmen của tất cả các lực tác dụng lên má kẹp 1 đối với tâm khớp
nối:

Ta có:

(1.3)
Kẹp chỉ có thể làm việc đƣợc (Giữ đƣợc vật) khi điều kiện trên (1.3) đƣợc thích
ứng . Nhƣ vậy khi cho trƣớc kích thƣớc vật a, và f ≤ f min (Việc giữ đƣợc vật không phụ
thuộc vào trọng lƣợng vật). Phƣơng trình (1.3) là cơ sở để lựa chọn các kích thƣớc cơ
bản của kẹp: m, c, α.

Hình 1.11: Sơ đồ phân tích lực T

Hình 1.12: Sơ đồ lực

21

Để đánh giá ảnh hƣởng của trọng lƣợng các cánh tay đòn và thanh kéo đến khả
năng kẹp vật, sử dụng nguyên tắc tác dụng độc lập của các lực.
Trƣờng hợp không kể đến G2, lực căng cáp treo đặt tại điểm A bằng Q + G1 .
Do thanh kéo chỉ chịu lực kéo nên lực T tác dụng dọc thanh kéo. Phân lực T thành hai
thành phần thẳng đứng V và nằm ngang N1 (hình 1.11) ta có:

Thiết bị kẹp ở hình 1.12 khơng tính đến tác dụng của trọng lƣợng vật nâng Q và
trọng lƣợng tay đòn G1 mà chỉ có lực căng cáp G2 và trọng lƣợng mỗi thanh kéo G2/2.
Nhƣ vậy khi phân tích trọng lƣợng thanh kéo AB là G2/2 theo hai phƣơng đã xác
định sẽ tìm đƣợc các phản lực tại A và B là S2 và N2. Ta có:

Theo nguyên tắc tác dụng độc lập, tổng phân lực theo phƣơng ngang tại khớp B
của kẹp là:

Xét cân bằng lực một má kẹp bằng cách lấy mômen của tất cả các lực đối với
tâm khớp C:

Nhƣ vậy:

Thơng thƣờng khi tính tốn thiết bị kẹp phải xác định góc α để đảm bảo độ tin
cậy khi giữ vật của thiết bị

Nếu trong tính tốn khơng kể đến ảnh hƣởng của trọng lƣợng thiết bị kẹp:

22


b. Kẹp mắc vật không đối xứng
Kẹp không đối xứng khác với kẹp đối xứng ở chỗ các thanh kéo phía trên

khơng đối xứng qua trục AC. Trong việc tính tốn loại kẹp này khơng kể trọng lƣợng
các thanh mà chỉ có trọng lƣợng vật nâng Q và trọng lƣợng các địn G .(hình 1.13)
1

Hình 1.13: Kẹp khơng đối xứng
Để xác định các lực tác dụng lên cánh tay đòn XB và XE tại các điểm B và E,
xét thanh AA’E nhƣ một dầm tĩnh định chịu lực Q + G1 ở A theo phƣơng thẳng đứng
và hai gối khớp ở A’ và E. Phản lực tại E chƣa biết cả phƣơng và giá trị X E còn tại A’
phản lực có phƣơng dọc theo thanh kéo A’B vì tại A’ thanh AA’E nối khớp với A’B.
Do tất cả các lực tác dụng lên AA’E phải cắt nhau tại một điểm nên kéo dài lực
Q + G theo phƣơng thẳng đứng cắt A’B tại S và nhƣ vậy phản lực tại E phải có
1

phƣơng đi qua S và E.
Bằng cách phân tích lực Q+G1 theo các phƣơng ta có:

Do các lực tác dụng lên các tay đòn tại B và E là XB và XE có giá trị bằng nhau
và đối xứng qua trục AC mà kẹp không đối xứng đƣợc tính tốn tiếp giống nhƣ đối với
kẹp đối xứng.
1.3.3. Gầu ngoạm
Gầu ngoạm là thiết bị bốc dỡ vật liệu rời, vụn, nhão có tính tự động cao, tốn ít
sức lao động. Theo nguyên lý làm việc, có ba loại gầu ngoạm : gầu ngoạm hai dây,
gầu ngoạm một dây và gầu ngoạm dẫn động riêng.

23


Hình 1.14: Gầu ngoạm
a. Gầu ngoạm hai dây
Gầu ngoạm hai dây đƣợc sử dụng rộng rãi hơn cả. Gầu ngoạm hai dây có cấu

tạo tƣơng đối đơn giản, dễ sử dụng, năng suất cao. Khi sử dụng phải dùng hai tang
điều khiển hai cáp riêng biệt. Tang quấn cáp 1 dùng để nâng hạ gầu và tang quấn cáp 4
dùng để đóng mở miệng gầu. Trong đó cáp nâng 1 nối với đầu đỡ trên 2, cáp đóng mở
gầu 4 nối với đầu đỡ dƣới 5 qua hệ thống palăng đóng mở gầu (hình 1.15).

Hình 1.15: Ngun lý làm việc của Gầu ngoạm hai dây
- Ở vị trí I, thả chùng cáp đóng mở miệng gầu 4, miệng gầu mở ra.
- Ở vị trí II, thả chùng cả hai cáp 1 và 4, dƣới tác động của trọng lƣợng gầu, gầu
đƣợc cắm vào đống vật liệu.
- Ở vị trí III, kéo cáp đóng miệng gầu 4, vật liệu đƣợc xúc đầy vào gầu.
- Ở vị trí IV, kéo cả hai cáp 1 và 4, gầu đƣợc nâng lên.
Muốn dỡ vật liệu thì thả cáp đóng mở miệng gầu 4.
Để giảm lực căng trên cáp đóng mở miệng gầu 4, đồng thời tăng khả năng
ngoạm vật liệu, cáp 4 đƣợc luồn qua palăng 2-5, trong đó 2 là cụm puly cố định, 5 là
cụm puly di động của palăng.
Trong xây dựng và thuỷ lợi hay sử dụng gầu ngoạm hai dây có dung tích gầu
3

3

(0,4 ÷ 10) m , xếp dỡ vật liệu rời có trọng lƣợng riêng (0,5 ÷ 2,5) T/m .
24


b. Gầu ngoạm một dây
Gầu ngoạm một dây đƣợc treo trên một cáp duy nhất 1 có vịng treo móc với
móc treo của máy nâng. Gầu đƣợc thả xuống đống vật liệu ở trạng thái mở (Trƣịng
hợp II hình 1.16), lúc đó đầu di động 8 tỳ lên đầu đỡ trên 2. Dƣới tác dụng của trọng
lƣợng gầu, lƣỡi gầu 4 cắm sâu vào đống vật liệu. Cáp 1 tiếp tục đi xuống và dƣới tác
dụng của trọng lƣợng đầu di động 8 mà móc 9 liên kết với đầu đỡ dƣới 6 (Trƣịng hợp

II hình 1.16). Khi kéo cáp 1 lên, má gầu đóng lại thực hiện q trình bốc vật liệu. Gầu
có vật liệu đƣợc đóng kín và tiếp tục đƣợc nâng lên đến vị trí cần dỡ vật liệu.

Hình 1.16: Gầu ngoạm một dây
Khi cần dỡ vật liệu, phải cho cần lẫy 10 gạt vào thanh chặn 7 đặt cố định ở độ
cao cần dỡ vật liệu. Nhƣ vậy Gầu ngoạm một dây có thể lắp trên bất cứ loại máy nâng
nào miễn là có một tang quấn cáp và không thể dỡ vật liệu ở độ cao bất kỳ đƣợc.
1.4. Dây trong cơ cấu nâng
Dây đƣợc hiểu là những phần tử có tiết diện mặt cắt ngang rất nhỏ so với chiều
dài. Mềm đƣợc hiểu là dễ bị uốn theo tất cả các hƣớng chứ không phải là mềm và cứng
(Có đơn vị đo là HB) nhƣ trong Vật liệu học. Dây mềm đƣợc hiểu là phần tử mềm và
có độ cứng nhất định.
a. Khái niệm
Trong máy nâng dây mềm đƣợc dùng để: Liên kết vật nâng với cơ cấu nâng hạ;
Liên kết vật này với vật kia và dùng để chằng buộc.
b. Phân loại
- Cáp tổng hợp: Nguồn nguyên liệu vô tận, độ bền kéo cao, ít chịu tác dụng của
mơi trƣờng. Co dãn tốt, không cần phải chống ẩm, nhƣng giá thành cao và mau già
theo thời gian.

25