Thiết kế cổng trục 25 tấn

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CỔNG TRỤC 25 TẤN

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. NGUYỄN THANH VIỆT
NGUYỄN VĂN THANH

Đà Nẵng, 2019


[Type the document title]

LỜI MỞ ĐẦU

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các Thầy Cô giáo trường Đại
học bách khoa Đà Nẵng đã chỉ dạy em tận tình trong thời gian học vửa qua. Em xin chân
thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Cơ Khí, ngành chế tạo máy trường Đại học bách
khoa Đà Nẵng đã nhắc nhở, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá
trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn cảm ơn Thầy giáo, ThS. Nguyễn Thanh Việt đã
nhiệt tình chỉ dạy, hướng dẫn, giúp đì em trong thời gian làm đề tài tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo bộ môn đã bỏ thời gian quý báu của

C

mình để đọc, nhật xét, duyệt đồ án của em.

C

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình đến mọi người trong gia đình, các anh chị

LR

và các bạn đã động viên, giúp đì, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt q trình
học tập.

T-

Cuối cùng em xin bày tỏ lịng biết ơn tới các Thầy trong hội đồng bảo vệ đã bỏ thời

D

U

gian quý báu của mình để đọc, nhận xét và chấm đề án này.

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Thanh

[Type text]

Page 1


[Type the document title]
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
MỤC LỤC ...........................................................................................................................2
PHẦN A: LÝ THUYẾT ......................................................................................................6
CHƯƠNG 1 . CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY NÂNG CHUYỂN .......................................6
1.1 Giới thiệu chung về thiết bị nâng chuyển. ..............................................................6
1.2 . Các thông số cơ bản của máy nâng. .....................................................................7
1.2.1 . Tải trọng nâng và tải trọng tính tốn. .......................................................................7
1.2.2 . Các thơng số động học...................................................................................................8
1.3 . Chế độ làm việc ....................................................................................................8
CHƯƠNG 2 . PHÂN LOẠI MÁY NÂNG CHUYỂN VÀ TÌM HIỂU CHUNG VỀ

C

CỔNG TRỤC .................................................................................................................10

C

2.1 . Phân loại máy nâng ............................................................................................10

LR

2.2 . Tìm hiểu chung về cổng trục. .............................................................................12
PHẦN B: PHẦN TÍNH TỐN THIẾT KẾ ......................................................................15

T-

CHƯƠNG 3 . PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, THÀNH LẬP
SƠ ĐỒ ĐỘNG MÁY. ....................................................................................................15

U

3.1 . Phương án kết cấu thép ......................................................................................15

D

3.1.1 . PA1: Dầm có mặt cắt là 2 thép chữ I liên kết với nhau bằng thanh giằng
thép góc ........................................................................................................................................ 15
3.1.2 . PA2: Dầm chủ có mặt cắt là dạng dàn tổ hợp từ các thép góc......................... 16
3.1.3 . PA3: Dầm chủ là dầm hộp liên kết bởi các thép bản được hàn với nhau. .... 17
3.2 . Phương án bộ di chuyển cổng trục. ....................................................................24
3.2.1 . PA 1: Di chuyển cổng trục theo kiểu HGT nằm trong....................................... 27
3.2.2 . PA 2: Cơ cấu di chuyển cổng trục kiểu HGT nằm ngoài. ................................. 28
3.2.3 . PA 3: Cơ cấu di chuyển cổng trục kiểu dẫn động độc lập ................................ 30
3.3 . Phương án cơ cấu nâng hạ hàng .........................................................................18
3.3.1 . PA1: Cơ cấu nâng có sử dụng cặp bánh răng hở. ................................................ 19
3.3.2 . PA2: Cơ cấu nâng không sử dụng cặp bánh răng hở. ........................................ 20
3.4 . Phương án di chuyển xe con...............................................................................22
[Type text]

Page 2


[Type the document title]
3.4.1 . Di chuyển xe con bằng cáp kéo ................................................................................ 22
3.4.2 . Di chuyển xe con bằng động cơ di chuyển. .......................................................... 23

CHƯƠNG 4 . TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG. ..........................................32
4.1 . Giới thiệu chung về cơ cấu nâng. .......................................................................32
4.2 . Chọn phương án thiết kế cho cơ cấu nâng. ........................................................33
4.2.1 . Số liệu ban đầu.............................................................................................................. 33
4.2.2 . Phân tích chung. ........................................................................................................... 33
4.2.3 . Chọn loại dây cáp ......................................................................................................... 34
4.2.4 . Chọn palăng giảm lực. ................................................................................................ 35
4.2.5 . Chọn phương án thiết kế. ........................................................................................... 36
4.3 . Tính tốn cơ cấu nâng. .......................................................................................37

C

4.3.1 . Tính kích thước dây cáp. ............................................................................................ 37

C

4.3.2 . Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc. ............................................... 38
4.3.3 . Chọn động cơ điện ....................................................................................................... 41

LR

4.3.4 . Tỷ số truyền chung. ..................................................................................................... 42

T-

4.3.5 . Kiểm tra động cơ điện về nhiệt. ............................................................................... 42
4.3.6 . Tính và chọn phanh . ................................................................................................... 46

U

4.4 . Thiết kế hộp giảm tốc. ........................................................................................49

D

4.4.1 . Phân phối tỷ số truyền. ............................................................................................... 49
4.4.2 . Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh. ................................... 51
4.4.3 . Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian. ................................... 56
4.4.4 . Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm. .................................... 57
4.4.5 . Thiết kế trục. .................................................................................................................. 58
4.4.6 . Tính tốn ổ trượt........................................................................................................... 75
4.4.7 . Tính tốn ổ lăn cịn lại. ............................................................................................... 77
4.4.8 . Khớp nối trục vòng đàn hồi. ...................................................................................... 79
4.5 . Bộ phận tang. ......................................................................................................82
4.5.1 . Cặp đầu cáp trên tang. ................................................................................................. 82
4.5.2 . Trục tang......................................................................................................................... 84
4.5.3 . Ổ trục tang...................................................................................................................... 88
CHƯƠNG 5 . TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON. ................90
[Type text]

Page 3


[Type the document title]
5.1 . Giới thiệu chung về cơ cấu di chuyển. ...............................................................90
5.2 . Chọn phương án thiết kế cho cơ cấu di chuyển xe con. .....................................91
5.2.1 . Số liệu ban đầu.............................................................................................................. 91
5.2.2 . Phân tích chung. ........................................................................................................... 92
5.2.3 . Chọn phương án thiết kế. ........................................................................................... 92
5.2.4 . Bánh xe và ray. ............................................................................................................. 94
5.2.5 . Động cơ điện. ................................................................................................................ 96

5.2.6 . Tỷ số truyền chung. ..................................................................................................... 97
5.2.7 . Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy. .......................................................... 98
5.2.8 . Phanh. ............................................................................................................................ 100
5.2.9 . Thiết kế bộ truyền. ..................................................................................................... 101

C

5.2.10 . Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe con. ............................................. 107

C

CHƯƠNG 6 . TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN CỔNG TRỤC. ......115
6.1 . Phân tích chọn phương án thiết kế. ..................................................................115

LR

6.1.1 . Các số liệu ban đầu. ................................................................................................... 115

T-

6.1.2 . Chọn phương án thiết kế. ......................................................................................... 115
6.2 . Tính tốn các cụm chi tiết chính và hệ thống dẫn động. ..................................117

U

6.2.1 . Bánh xe và ray. ........................................................................................................... 117

D

6.2.2 . Động cơ điện. .............................................................................................................. 119

6.2.3 . Tỷ số truyền chung. ................................................................................................... 120
6.2.4 . Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy. ........................................................ 120
6.2.5 . Phanh. ............................................................................................................................ 122
6.2.6 . Bộ truyền. ..................................................................................................................... 123
6.2.7 . Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển cổng trục. .......................................... 123
CHƯƠNG 7 . TÍNH TỐN KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CỔNG TRỤC. .................131
7.1 . Phân tích chọn phương án thiết kế. ..................................................................131
7.1.1 . Các số liệu ban đầu. ................................................................................................... 131
7.1.2 . Phân tích chung. ......................................................................................................... 131
7.1.3 . Chọn phương án thiết kế. ......................................................................................... 133
7.2 . Tính tốn thiết kế dầm chính. ...........................................................................137
7.2.1 . Tải trọng tính tốn...................................................................................................... 137
[Type text]

Page 4


[Type the document title]
7.2.2 . Xác định kích thước tiết diện của dầm. ................................................................ 138
7.2.3 . Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính. ............................................................ 141
7.2.4 . Tính tiết diện gối tựa của dầm được hàn liền với dầm chính. ........................ 145
7.2.5 . Tính độ bền của ray dưới xe lăn. ............................................................................ 147
7.2.6 . Tính mối ghép hàn. .................................................................................................... 148
7.2.7 . Kiểm tra thời gian tắt dần dao động của dầm chính. ........................................ 149
CHƯƠNG 8 . CÁC QUY PHẠM AN TOÀN TRONG LẮP ĐẶT VÀ SỬ DỤNG HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA CỔNG TRỤC. .............................................................150
8.1 . Quy phạm an toàn trong lắp đặt. ......................................................................150
8.2 . Quy phạm an toàn trong sử dụng. ....................................................................150
8.3 . Các thiết bị an toàn dùng trong cổng trục. .......................................................152

C

8.3.1 . Công tắc hạn chế hành trình nâng. ........................................................................ 152

C

8.3.2 . Cơng tắc hạn chế q tải. ......................................................................................... 153
8.3.3 . Công tắc cuối của cơ cấu di chuyển. ..................................................................... 153

LR

8.4 . Hệ thống điều khiển điện và hướng dẫn sử dụng cổng trục. ............................153

D

U

T-

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................156

[Type text]

Page 5


[Type the document title]
PHẦN A: LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY NÂNG CHUYỂN

1.1 Giới thiệu chung về thiết bị nâng chuyển.
Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng
cơng tác với thiết bị mang vật như móc treo, gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu…
Máy trục là một loại máy nâng và vận chuyển, một trong những phương tiện quan
trọng của việc cơ giới hố các q trình sản xuất trong các ngành công nghiệp – và xây
dựng.
Ở các nước tiên tiến, ngành máy nâng chuyển là một ngành công nghiệp phát triển
cao, về thiết bị nâng chuyển của các máy trục. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp,

C

tiến kỹ thuật máy nâng và vận chuyển.

C

luôn mong muốn nâng cao năng suất lao động, do vậy phải phát triển khơng ngừng cải

LR

Trong ngành cơng nghiệp mỏ thì cần có các loại thang tải, xe kíp băng tải ….
Trong ngành luyện kim có những cần trục nặng phục vụ kho chứa quặng và nhiên

T-

liệu…

U

Máy nâng và vận chuyển phục vụ nhà ở, những nhà công cộng, các cửa hiệu lớn

D

và các ga tàu điện ngầm như thang máy, trong đó có thang điện cao tốc cho các nhà cao
tầng, buồng chở người và thang điện liên tục.Trong các siêu thị người ta dùng rất nhiều
các cầu thang cuốn …
Trong nhà máy hay phân xưởng cơ khí thì người ta trang bị nhiều máy nâng
chuyển di động như cần trục, cầu trục, cổng trục dùng điện hay khí nén, thuỷ lực năng
suất cao để di chuyển các chi tiết máy hoặc máy …
Ngành máy nâng và vận chuyển hiện đại đang thực hiện rộng rãi việc cơ giới hố
q trình vận chuyển trong các ngành công nghiệp và kinh tế quốc dân. Sự phát triển của
kỹ thuật nâng – vận chuyển phải theo cải tiến các máy móc, tinh xảo hơn, giảm nhẹ trọng
lượng, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sử dụng, tăng mức sản xuất, đơn giản hoá và
tự động hoá việc điều khiển và chế tạo những máy mới nhiều hiệu quả để thoả mãn yêu
cầu ngày một tăng của nền kinh tế quốc dân.

[Type text]

Page 6


[Type the document title]
Ở nước ta, máy nâng và vận chuyển cũng đã sử dụng rộng rãi trong một số ngành
như xếp dì hàng hố ở các bến cảng nhà ga và đường sắt. Trong công nghiệp xây dựng
nhà ở, trong các nhà máy luyện kim và lâm nghiệp, xây dựng cơng nghiệp và quốc
phịng. Trong tình hình kinh tế phát triển như hiện nay, máy nâng và vận chuyển ngày
càng trở thành nhu cầu cấp bách do nhu cầu sản xuất ngày càng cao.
1.2. Các thông số cơ bản của máy nâng.
1.2.1. 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.

Tải trọng nâng của máy nâng là trọng lượng danh nghĩa của vật nâng mà máy có
thể nâng hạ được theo tính tốn thiết kế.
(1.1)

C

Trong đó: Qv – trọng lượng vật nâng, N;

C

Q = Qv + Qmt

LR

Qmt – trọng lượng bộ phận mang tải, N.
 Tải trọng từ trọng lượng bản thân máy.

T-

Trọng lượng bản thân máy bao gồm trọng lượng các cơ cấu, trọng lượng phần kết
cấu thép và trọng lượng các chi tiết phụ trợ.

U

 Tải trọng gió.

D

Máy nâng có chiều cao lớn làm việc ngoài trời như cần trục cảng, cần trục xây
dựng, phải tính tải trọng do gió gây nên. Tải trọng gió cũng có tác động đến độ bền của

các bộ phận và chi tiết máy nâng, độ ổn định của máy khi làm việc. Cường độ tải trọng
gió thay đổi theo chiều cao, theo cấp gió, theo thời tiết khí hậu của từng vùng và diện tích
chắn gió của các bộ phận máy nâng.
Khi tính tốn kết cấu thép máy nâng, tải trọng gió được xét trong hai trường hợp:
+ Máy nâng đang vận hành: Xác định áp lực gió lớn nhất mà máy nâng có thể làm
việc được.
+ Máy nâng không làm việc: Xác định áp lực gió lớn nhất tác dụng lên máy nâng
để tính toán thiết kế bộ phận khoá hãm của máy trên đường ray.
 Tải trọng động.

[Type text]

Page 7


[Type the document title]
Là tải trọng xuất hiện khi máy hoạt động thực. Để tính được tải trọng động, cần
phải xây dựng mơ hình bài tốn động lực học máy nâng và giải phương trình chuyển
động của cơ hệ đã lập được trên cơ sở quy về sơ đồ một, hai, ba hay nhiều khối lượng.
 Khẩu độ máy nâng: là khoảng cách tâm giữa hai đường ray của bánh xe di
chuyển máy, được ký hiệu là L, m.
 Khoảng cách hai cầu: là khoảng cách tâm trục bánh trước và bánh sau của máy,
ký hiệu là a, m.
 Tầm vươn: là khoảng cách nằm ngang từ tâm quay của máy đến tâm vật nâng, ký
hiệu là L1, m. Tầm vươn chỉ có ở các máy cẩu có tay cần.
 Chiều cao nâng: là khoảng cách thẳng đứng từ vị trí thấp nhất đến vị trí cao nhất
của cơ cấu mang vật khi làm việc, ký hiệu là H, m.

C

1.2.2. Các thông số động học.

C

 Vận tốc nâng: là tốc độ nâng danh nghĩa của máy nâng, ký hiệu Vn ( m/s ) hay (

LR

m/ph ). Vận tốc nâng phụ thuộc tải trọng nâng, tính chất cơng việc mà máy nâng phục vụ
và nhiều yếu tố khác nữa.

T-

 Vận tốc di chuyển: là tốc độ di chuyển danh nghĩa của máy nâng hoặc di chuyển

U

xe con trên máy nâng, ký hiệu Vd (m/s) hoặc (m/ph). Vận tốc di chuyển phụ thuộc trọng
lượng máy, tải trọng nâng, tính chất cơng việc và nhiều yếu tố khác.

D

 Tốc độ quay: Đối với một số máy nâng như cần trục xây dựng, ôtô cẩu, cần trục
nổi… có bộ phận quay theo trục thẳng đứng nhằm di chuyển vật nâng đến các vị trí khác
nhau xung quanh mình nó. Tốc độ quay nq (vg/ph) thường chỉ lấy từ 1 ÷ 3,5 vg/ph để
tránh tải trọng quán tính lớn.
1.3. Chế độ làm việc
Các cơ cấu máy nâng làm việc theo chế độ ngắt đoạn được lặp đi lặp lại, luân phiên
các thời kỳ làm việc và khơng làm việc.
Để bảo đảm tính kỹ thuật, kinh tế người ta lựa chọn, thiết kế máy nâng theo chế độ

làm việc. Chế độ làm việc danh nghĩa của một cơ cấu hoặc tồn bộ máy nâng là một
thơng số tổng hợp tính đến điều kiện sử dụng, mức độ chịu tải theo thời gian của một cơ
cấu hay tồn bộ máy và được đặc trưng bằng các thơng số sau:
+ Hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng:
[Type text]

Page 8


[Type the document title]
Qtb
Q

KQ =

Trong đó: Qtb - trọng lượng trung bình của vật nâng.
Q - tải trọng danh nghĩa của cơ cấu.
+ Hệ số sử dụng cơ cấu trong ngày.

+ Hệ số sử dụng cơ cấu trong năm.

+ Cường độ làm việc của động cơ.
To
 100
T

C

CĐ% =

C

Trong đó: To - thời gian làm việc của động cơ trong một chu kì hoạt động của máy:
To = ∑tm + ∑tv

LR

T – toàn bộ thời gian hoạt động của cơ cấu trong một chu kì:
T = ∑tm + ∑tv + ∑tp + ∑td

T-

∑tm: tổng thời gian mở máy.

U

∑tv : tổng thời gian chuyển động với tốc độ ổn định.

D

∑tp : tổng thời gian phanh.
∑td : tổng thời gian dừng máy.

[Type text]

Page 9


[Type the document title]
CHƯƠNG 2. PHÂN LOẠI MÁY NÂNG CHUYỂN VÀ TÌM HIỂU

CHUNG VỀ CỔNG TRỤC
2.1. Phân loại máy nâng
Dựa theo cấu tạo và nguyên lý làm việc máy nâng được phần thành các loại:
+ Cầu trục: được dùng trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hàng
hóa với lưu lượng lớn. Cầu trục được dùng phổ biến trong nghành công nghiệp chế tạo
máy và luyện kim với thiết bị mang vật chuyên dùng. Dựa theo kết cấu cầu trục được

D

U

T-

LR

C

C

phân thành: cầu trục một dầm, cầu trục hai dầm.

Hình 2.1 Cầu trục tại nhà xưởng
+ Cổng trục: củng như cầu trục cổng trục được sử dụng rộng rãi trong các nhà kho, phân
xưởng và vận chuyển hàng hóa.

[Type text]

Page 10

[Type the document title]

C

Hình 2.2 Cổng trục

C

+ Bán cổng trục: có cấu tạo như cổng trục nhưng có một đầu giàn thép lắp chân cổng,

D

U

T-

LR

đầu kia đặt lên cao như cầu trục.

Hình 2.3: Bán cổng trục

[Type text]

Page 11


[Type the document title]
+ Cần trục: cần trục được sử dụng rộng rãi trong xây lắp các cơng trình xây dựng hoặc
bốc dỡ hàng hóa. Cần trục được phân loại thành các loại: cần trục tháp, cần trục tháp

T-

LR

C

C

quay di động, cần trục buồm, cần trục chân đế và cần trục nối, cần trục cáp.

U

Hình 2.4: Cần trục trong xây dựng

D

2.2. Tìm hiểu chung về cổng trục.
Cổng trục là một loại máy nâng có dạng cổng, có thể di chuyển được trên hai
đường ray đặt trên mặt đất hoặc lắp đặt cố định.
Kết cấu chung của cổng trục gồm có phần kết cấu thép, cơ cấu nâng, cơ cấu di
chuyển xe con cơ cấu di chuyển cầu, cơ cấu điều khiển và cơ cấu an tồn.
Cổng trục là loại thơng dụng và phổ biến nhất dùng để bốc dỡ vận chuyển hàng
khối, vật liệu rời trong các kho bãi bến cảng hoặc nhà ga. Cổng trục được ứng dụng rộng
rãi trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, xậy dựng thủy lợi, thủy điện, qc phịng,
xây dựng dầm cầu...
Sức nâng của cổng trục nằm trong phạm vi rất rộng từ 1 đến 500 tấn, tường hợp cá
biệt có thể nâng đến 1000 tấn.
Dựa vào cơng dụng người ta có thể phân cổng trục thành ba loại: cổng trục dùng
để xếp dỡ, cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng, cổng trục chuyên dụng.

[Type text]

Page 12


[Type the document title]
Dựa vào kết cấu thép phân thành cổng trục khơng có xơng xơn, cổng trục có một
đầu cơng xơn, cổng trục có hai đầu cơng xơn.
+ Cổng trục khơng có cơng xơn: Khơng có phần rìa phía ngoài mà dầm của cổng trục sẽ
bằng với chân chống của nó. Các hàng hóa được di chuyển trong phạm vi bên trong của
chân chống cổng trục. Loại này có độ vững cao, tải trọng nâng lớn, được tính tốn và chế
tạo tương đối đơn giản. Thường được lắp đặt trong các nhà xưởng có kết cấu đơn giản để
tiết kiệm chi phí kết cấu thép. Cổng trục này tốn nhiều khoảng không gian để đặt máy,

D

U

T-

LR

C

C

không phù hợp cho những nơi có khơng gian làm việc nhỏ.

Hình 2.1: cổng trục khơng có cơng xơn.

[Type text]

Page 13


[Type the document title]
+ Cổng trục có cơng xơn: Là trên dầm của cổng trục sẽ có 1 đầu hoặc 2 đầu được thiết kế
dư ra. Ở mỗi phần dư ra này các bánh xe con sẽ di chuyển ra đến phần công xôn vượt ra
khỏi hai chân chống của cổng trục để giúp di chuyển sản phẩm ra được phạm vi phía
ngồi của chân cổng trục. Loại này có mặt bằng sử dụng ít, có tầm rộng lớn, phù hợp khi

T-

LR

C

C

có u cầu mặt bằng nhỏ hẹp và khơng gian làm việc rộng.

D

U

Hình 2.2: Cổng trục có hai đầu công xôn.

[Type text]

Page 14

[Type the document title]
PHẦN B: PHẦN TÍNH TỐN THIẾT KẾ
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ,
THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG MÁY.
3.1. Phương án kết cấu thép
3.1.1. PA1: Dầm kết cấu có dạng chữ I.
Cấu tạo: dầm chủ được chia làm 4 đoạn lắp ghép với nhau theo liên kết bu lông
tinh và tấm bản giằng. Việc lắp ghép các đọan được thực hiện tại công trường. Các thanh
giằng là thép chữ [ liên kết với dầm chủ bằng mối ghép hàn (hàn ngay tại xưởng chế tạo).
Chân cổng cũng liên kết với dầm chủ bằng liên kết bu lông tinh và cũng được chế
tạo bằng thép định hình. Các cấu kiện được chở đến cơng trường sau đó được lắp dựng

D

U

T-

LR

C

C

tại cơng trường.

Hình 3.1: Dầm có mặt cắt là 2 thép chữ I
1. Chân cổng trục 2. Dầm chính chứ I 3. Ray

4. Xe con 5. Bánh xe
Phương pháp này có những ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm:
- Đì tốn cơng chế tạo, lắp ráp nhanh vì sử dụng thép định hình.
- Việc bảo quản và bảo dưìng duy tu, đại tu cũng rất đơn giản.
[Type text]

Page 15


[Type the document title]
- Dễ phát hiện các hỏng hóc và sai lệch lắp ráp trong quá trình chế tạo.
Nhược điểm:
- Trọng lượng bản thân của dầm rất lớn nên khơng tiết kiệm vật liệu chế tạo.
- Việc tìm kiếm thép chữ I định hình để chế tạo là rất khó đối với một số xưởng vì
loại thép này địi hỏi cao về độ thẳng, độ đồng nhất về chất lượng thép.
- Ngoài ra mặt cắt của loại thép I này là rất lớn, chiều cao nó thường từ 1.000 1.500mm.
- Giá thành chế tạo cao do vật liệu đắt.
3.1.2. PA2: Dầm có kết cấu kiểu giàn
Cổng trục chế tạo gồm hai dàn chủ và các thanh giằng xiên liên kết các thanh trong
dàn chế tạo bằng các thanh thép góc, chúng được liên kết bằng mối ghép hàn. Dàn chủ chia

C

làm 4 đoạn có chiều dài khác nhau. Các đoạn liên kết với nhau bằng mối ghép bulông nhờ

C

các bản nối phụ là thép tấm.

LR

Chân cổng cũng có kết cấu dàn và được liên kết với dàn chủ bằng bulơng tinh. Mỗi
chân cổng có hai cụm bánh xe di chuyển, một cụm chủ động và một cụm bị động, cụm

T-

bánh xe liên kết với chân cổng còn tuỳ thuộc vào kết cấu của cụm bánh xe.
Mặt dàn nơi đặt palăng được hàn gia cố thêm với các thanh thép hình, trên các

U

thanh này có khoan lỗ để bắt bulơng với cụm tời.

D

Ray cũng được chia làm bốn đoạn dài bằng các khúc dàn chủ. Liên kết chúng với dàn
chủ bằng bulông, việc liên kết này được thực hiện nhờ các tấm ghép phụ bằng thép [ . Bản
cánh trên của thép [ dùng liên kết hàn với dàn chủ, bản cánh dưới của thép [ được khoan lỗ
để bắt bulơng với ray chạy palăng.
Phương pháp này có những ưu, nhược điểm sau:
Ưu điểm :
- Cổng trục có trọng lượng bản thân nhỏ hơn kết cấu dầm rất nhiều, vật liệu dễ
kiếm, và dễ xử lý phơi liệu.
- Dàn có độ cứng cao & độ ổn định theo mọi phương lớn hơn kết cấu dầm. Kết cấu dàn
thuận lợi cho việc gia cường tại những nơi có ứng suất lớn, ứng suất tập trung và tại những
nơi có lực bé ta có thể giảm mặt cắt các thanh trong dàn. Tóm lại mặt cắt các thanh trong dàn
chế tạo có thể dễ dàng thay đổi theo biểu đồ lực.
[Type text]

Page 16


[Type the document title]
Nhược điểm:
- Tính tốn thiết kế phức tạp vì các thanh trong dàn chịu lực khác nhau.
- Chế tạo rất tốn công do việc pha các phôi liệu phức tạp và địi hỏi nhiều ngun
cơng.
- Việc thực hiện nối ghép cũng tốn nhiều cơng sức.

U

T-

LR

C

C

- Khó có thể gia cơng chính xác.

D

Hình 3.2: Dầm chủ có mặt cắt là dạng dàn tổ hợp từ các thép góc.
3.1.3. PA3: Dầm chủ là dầm hộp liên kết bởi các thép bản được hàn với nhau.
Cổng trục có mặt cắt dầm chủ và mặt cắt chân cổng là tổ hợp hình hộp. Dầm chủ
chia làm bốn đoạn được liên kết với nhau bằng bu lông tinh, được liên kết tại công
trường. Hai dầm liên kết với nhau bằng các thanh giằng là thép góc, có thể là liên kết hàn
hay bu lơng. Phương án này có những ưu, nhược điểm sau :

Ưu điểm:
- Với phương án thiết kế này do mặt cắt dầm chủ được tổ hợp từ những tấm thép
cho nên rất dễ chế taọ với kích thước hình dáng tuỳ ý.
- Vật liệu dễ dàng tìm kiếm.

- Đơn giản trong việc chế tạo và nối ghép.
- Đơn giản cho q trình tính tốn và thiết kế.
[Type text]

Page 17


[Type the document title]
- Có thể làm dầm có mặt cắt thay đổi để giảm tự trọng bản thân và tiết kiệm vật liệu.
- Thời gian chế tạo và lắp dựng ngắn.
Nhược điểm:
- Tự trọng bản thân rất lớn. Tuy vậy điều này có thể khắc phục bằng cách khoét lỗ ở
bản bụng hoặc làm dầm dạng mặt cắt thay đổi.
- Chế tạo tốn nhiều công sức trong việc nắn sửa thép, nhưng bù lại thời gian liên kết
nhanh.
- Khi chiều cao cổng trục lớn thì diện tích chịu gió của cổng trục là rất lớn thường

D

U

T-

LR

C

C

gấp từ 1,5 - 2 lần so với dạng dàn.

Hình 3.3: Dầm chủ là dầm hộp liên kết bởi các thép bản dược hàn với nhau.
Thơng qua việc phân tích lựa chọn phương án kể trên, nhận thấy phương án 3 là
phù hợp nhất.
3.2. Phương án cơ cấu nâng hạ hàng
Cơ cấu nâng (CCN) được cấu tạo từ: động cơ, khớp nối, phanh, hộp giảm tốc, tang
cuốn cáp, dây cáp, móc treo và rịng rọc. Tất cả các bộ phận của cơ cấu nâng được lắp
trên khung hàn và được lắp bốn bánh xe dưới khung để di chuyển trên đường ray.
Cơ cấu nâng vật sử dụng pa lăng đơn : Pa lăng đơn có nhược điểm là tải trọng tác dụng lên
các gối đì của tang khơng đều trong suốt q trình nâng và hạ. Ngoài ra vật nâng chuyển động
[Type text]

Page 18


[Type the document title]
không đều theo một phương thẳng đứng khi nâng hạ, và đó là điều khơng mong muốn. Mặt khác
palăng đơn có bội suất là lẻ, do vậy các nhánh cáp có xu thế xoắn lại hơn so với trường hợp bội
suất chẵn.
Palăng kép khắc phục được các nhược điểm trên. Đối với cầu trục chủ yếu sử dụng
tang kép. Khi sử dụng sơ đồ mắc cáp kiểu này vật nâng được chuyển động thẳng đứng và
ít gây ra dao động và lắc ngang. Do vậy ta chọn cơ cấu nâng sử dụng palăng kép để tính
tốn thiết kế.
Cơ cấu nâng của cầu trục rất đa dạng về sơ đồ nguyên lý và kết cấu. Để lựa chọn
được cơ cấu nâng phù hợp, dưới đây đưa ra một số phương án làm cơ sở để đánh giá ưu

nhược điểm của mỗi loại và có cơ sở khoa học để lựa chọn phương án phù hợp nhất.

D

U

T-

LR

C

C

3.2.1. PA1: Cơ cấu nâng có sử dụng cặp bánh răng hở.
Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.4 Phương án cơ cấu nâng dẫn động bằng hệ bánh răng hở
1- Động cơ; 2- Khớp nối đàn hồi+ Phanh; 3- Hộp giảm tốc; 4- Khớp nối
5- Cặp bánh răng ngoài; 6- Tang cuốn cáp

[Type text]

Page 19


[Type the document title]
Đối với loại này khi động cơ (1) làm việc sẽ truyền chuyển động qua hộp giảm tốc
(3) lên cặp bánh răng ngoài (5). Từ bánh răng truyền mô men tới tang cuốn cáp (6) và
thông qua tang, palăng thắng lực mà truyền chuyển động quay của động cơ thành chuyển

động tịnh tiến.
CCN dạng này có đặc điểm là kết cấu đơn giản, giảm giá thành chế tạo, dễ tháo láp
sửa chữa, vật được nâng lên ổn định theo phương thẳng đứng. Nhựơc điểm chủ yếu là
phải bơi dầu mì thường xun liên tục cho cặp bánh răng hở và làm việc gây tiếng ồn.

D

U

T-

LR

C

C

3.2.2. PA2: Cơ cấu nâng không sử dụng cặp bánh răng hở.
Sơ dồ nguyên lý :

Hình 3.5: Phương án cơ cấu nâng dẫn động khơng có cặp bánh răng hở
1- Động cơ; 2- Khớp nối đàn hồi+ Phanh; 3- Hộp giảm tốc;
4- Khớp nối; 5- Tang cuốn cáp
Khi làm việc động cơ điện (1) truyền chuyển động qua hộp giảm tốc (3) sau đó
truyền lên tang cuốn cáp (5) và nâng vật nên. Khi cơ cấu dừng có phanh loại thường đóng
(2) giữ vật nõng.

[Type text]

Page 20

[Type the document title]
CCN dạng này có ưu điểm là trọng lượng cơ cấu giảm, do bỏ được cập bánh răng
hở, làm việc ít tiếng ồn, khơng địi hỏi bơi trơn thường xun. Tuy nhiên lắp rắp địi hỏi
độ chính xác cao.
3.2.3. PA3: Cơ cấu nâng có sự dụng biến tần
Sơ đồ ngun lý:

C

C

Hình 3.6: Cơ cấu nâng có sử dụng bộ biến tần

LR

1. Động cơ 2. Khớp nối đàn hồi và phanh 3. Tang
Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha

T-

thơng qua thay đổi tần số dịng điện xoay chiều 3 pha.
Việc sử dụng iến tần có tác dụng làm mềm chuyển động của cơ cấu nâng hạ khi

U

thực hiện việc nâng hạ hàng

D

+ Có thể cài đặt và thay đổi được tốc độ di nâng hạ
+ Lắp biến tần sẽ tránh được hiện tượng rung lắc trong q trình nâng hạ
+ Biến tần có chế độ khởi động mềm cho nên việc tiêu tốn điện năng là ít hơn
Nhược điểm khi lắp biến tần là gì?
+ Lắp biến tần cho cơ cấu nâng hạ thì sẽ tạo độ trễ cho quá trình di chuyển và
dừng lại của cơ cấu
+ Làm tăng chi phí, lắp đặt phức tạp
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương án nêu trên, ta nhận thấy
phương án 2: cơ cấu nâng không sử dụng cặp bánh răng hở là phù hợp nhất. Do vậy
ta sẽ chọn phương án 2 làm cơ sở tính tốn thiết kế cơ cấu nâng vật.

[Type text]

Page 21


[Type the document title]
3.3. Phương án di chuyển xe con

D

U

T-

LR

C

C

3.3.1. Di chuyển xe con bằng kéo cáp
Sơ đồ động:

1- Động cơ
2- Nối trục đàn hồi +phanh
3- Hộp giảm tốc
4- Tang cuốn cáp
5- Xe con
6-Ray

Hình 3.7: Xe con di chuyển bằng kéo cáp
+Ưu điểm :
- Kết cấu xe con đơn giản, gọn nhẹ
- tính tốn kết cấu thép khơng phức tạp
+Nhược điểm :
- Tính cơ cấu di chuyển phức tạp hơn so với dùng động cơ di chuyển vì phải tính
tốn tang tời và cáp kéo.
- Cơng suất thất thốt lớn, đồng thời công suất động cơ yêu cầu lớn hơn.
- Khi hỏng hóc thì sửa chữa phức tạp.
[Type text]

Page 22


[Type the document title]
- Khơng bố trí các cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển trên nên không gian làm việc
của xe con lớn.

T-

LR

C

C

3.3.2. Di chuyển xe con bằng động cơ di chuyển.
Sơ đồ động :

U

Hình 3.8: Xe con di chuyển bằng động cơ gắn trên.
+ Ưu điểm :

D

1 - động cơ; 2 - phanh; 3- hộp giảm tốc; 4 - khớp nối; 5- khớp nối.
- Tận dụng hết công suất động cơ
- Công suất động cơ nhỏ hơn so với di chuyển bằng cáp kéo
- Khi hỏng hóc dễ dàng sửa chữa
+ Nhược điểm :
- Vì bố trí cả cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển trên nên trọng lượng bản thân xe con
lớn.
- Kết cấu xe con phức tạp vì phải bố trí dầm đì cơ cấu di chuyển và cơ cấu nâng.

[Type text]

Page 23

[Type the document title]

C

3.3.3. PA3: Di chuyển xe con có sử dụng biến tần.
Sơ đồ nguyên lý

C

Hình 3.9: Di chuyển xe con có sử dụng biến tần

LR

1. Động cơ 5. Bánh xe
Việc sử dụng iến tần có tác dụng làm mềm chuyển động của xe con khi thực hiện

T-

việc di chuyển

U

+ Có thể cài đặt và thay đổi được tốc độ di chuyển

D

+ Lắp biến tần sẽ tránh được hiện tượng rung lắc trong quá trình di chuyển
+ Biến tần có chế độ khởi động mềm cho nên việc tiêu tốn điện năng là ít hơn

Nhược điểm khi lắp biến tần là gì?
+ Lắp biến tần cho cơ cấu di chuyển xe con thì sẽ tạo độ trễ cho quá trình di
chuyển và dừng lại của cơ cấu
+ Làm tăng chi phí, lắp đặt phức tạp
Thơng qua việc phân tích trên, nhận thấy phương án 2 là hợp lý nhất.
3.4. Phương án bộ di chuyển cổng trục.
Cơ cấu di chuyển dùng để di chuyển máy hoặc bộ phận của máy trong mặt phẳng
ngang hoặc mặt phẳng nghiêng hoặc theo phương nghiêng. Theo đặc điểm của đường và
bộ phận di chuyển ta phân ra cơ cấu di chuyển bánh xích, cơ cấu di chuyển bánh lốp, và
cơ cấu di chuyển trên ray.
[Type text]

Page 24