LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ___ tháng ___ năm 2016
Học viên

TRẦN CÔNG THIỆN

2|Page


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể lãnh đạo, cán bộ, giảng viên
trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt là Bộ phận sau đại
học, Khoa cơ khí chế tạo máy đã chịu trách nhiệm trực tiếp tổ chức và đào tạo lớp
cao học chuyên nghành Kỹ thuật cơ khí.
Để có được kết quả luận văn cao học này, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc
tới TS. Văn Hữu Thịnh, người đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ tơi trong
q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin chân thành cám ơn lãnh đạo Phòng Thiết kế cơng nghệ, lãnh đạo Xí
nghiệp Cơ Điện – Vietsovpetro, nơi tôi đang công tác đã ủng hộ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học, cũng như luận văn cao học.
Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình thân yêu đã giúp đỡ,
động viên, khích lệ tơi trong q trình học tập và hồn thành luận văn, trong đó đặc
biệt là sự hổ trợ, góp ý của các đồng nghiệp ThS. Thân Hữu Trường, ThS Nguyễn
Quốc Phượng, KS. Vũ Văn Hiệu .
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Vũng Tàu, ngày ___ tháng ___ năm 2016
Học viên

TRẦN CÔNG THIỆN

3|Page


TÓM TẮT
Cầu trục đang được sử dụng phổ biến, phục vụ cơng tác nâng hạ, xếp dỡ
hàng hóa trong các nhà xưởng sản xuất tại Xí nghiệp Cơ điện - Vietsovpetro. Trước
đây, các Cầu trục thường được mua sắm trong nước với giá thành cao, chất lượng
không ổn định, thường xuyên hư hỏng.
Trên cơ sở nhu cầu tự chế tạo Cầu trục 20/5 tấn khẩu độ 30 mét phục vụ sản
xuất của đơn vị, căn cứ thiết kế của cầu trục tương tự, đã được mua sắm và lắp đặt
trước đây, đề tài đã nghiên cứu tính tốn lại kết cấu thép của cầu trục này, để làm cơ
sở tính tốn, hợp lý hóa các thơng số thiết kế nhằm giảm khối lượng sắt thép sử
dụng, tăng hiệu quả chế tạo nhưng vẫn đảm bảo độ bền, độ ổn định.
Dựa trên kết quả nghiên cứu, tính tốn, thiết kế, đơn vị đã thực hiện chế tạo,
lắp đặt, thử nghiệm và đưa vào sử dụng cầu trục đảm bảo an toàn, phục vụ tốt nhu
cầu sản xuất đề ra.

4|Page


ABSTRACT
Bridge crane is being used widely, serves the work of lifting, loading and
unloading goods in the production factory in Vietsovpetro. Previously, the Bridge
Crane is usually purchased indigenously with high cost, quality is not stable, often
damaged.
Based on the demand for double girder bridge crane with 20/5 tons, 30
meters aperture self-fabrication, based on the design of the bridge crane has been
previously purchased and installed. To recalculate the steel structure of this bridge

crane, to make the basis for calculation and rationalization of design parameters in
order to reduce the iron content of steel used, increase the efficiency of manufacture
but still ensure durability and stability. regulations.
Based on the results of research, calculations, design, Vietsovpetro has made,
installed, tested and put into use crane to ensure safety, serve the production needs.

5|Page


MỤC LỤC
TRANG TỰA………………………………………………………………………………
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI……………………………………………………………
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN……………………………………………..
BIÊN BẢN XÁC NHẬN SỬ DỤNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI NCKH TRONG LVTN…..
LÝ LỊCH KHOA HỌC ....................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. 2
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................... 3
TÓM TẮT ............................................................................................................................. 4
ABSTRACT .......................................................................................................................... 5
MỤC LỤC ............................................................................................................................ 6
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ 8
DANH SÁCH CÁC HÌNH .................................................................................................. 9
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................... 10
CHƯƠNG 1: ....................................................................................................................... 11
TỔNG QUAN ..................................................................................................................... 11
1.1

Tổng quan về cầu trục: ...................................................................................... 11

1.2


Tình hình ứng dụng và nghiên cứu lĩnh vực liên quan trong và ngồi nước:

13
1.3

Tính cấp thiết và nhu cầu thực tiển của đề tài: .............................................. 17

1.4

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ...................................................................... 18

CHƯƠNG 2: ....................................................................................................................... 20
CƠ SỞ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CẦU TRỤC .............................................................. 20
2.1

Quy trình tính tốn, thiết kế cầu trục: ............................................................. 20

2.2

Quy phạm, tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế: .................................................. 21

2.3

Xây dựng phương án thiết kế: .......................................................................... 22

2.4

Chọn vật liệu chế tạo: ........................................................................................ 34


2.5

Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng: ...................................................................... 35

2.6

Lý thuyết tính tốn kết cấu: .............................................................................. 36

CHƯƠNG 3: ....................................................................................................................... 37
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, KIỂM TRA BỀN KẾT CẤU CẦU TRỤC 20/5 TẤN
(MẪU) ................................................................................................................................. 38
3.1

Mở đầu: ............................................................................................................... 38
6|Page


3.2

Phần mềm ứng dụng: ........................................................................................ 38

3.3

Thiết kế tổng thể và xác định các đặc trưng hình học : ................................. 39

3.4

Các thông số kỹ thuật cơ bản : ......................................................................... 42

3.5


Xác định giá trị tải trọng :................................................................................. 42

3.6

Tính tốn, kiểm tra bền kết cấu dầm đầu trên phần mềm: .......................... 44

3.7

Tính tốn, kiểm tra bền kết cấu dầm chính trên phần mềm: ....................... 51

3.8

Kiểm tra ổn định của dầm chịu uốn: .............................................................. 56

3.9

Kết luận: ............................................................................................................ 57

CHƯƠNG 4 ........................................................................................................................ 58
HỢP LÝ HÓA CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ ................................................................ 58
4.1

Mở đầu: ............................................................................................................... 58

4.2

Hợp lý hóa kích thước và tiết diện thiết kế: .................................................... 58

4.3


Xác định lại các giá trị tải trọng : ..................................................................... 60

4.4

Tính tốn, kiểm tra kết cấu dầm chính (sau hợp lý hóa thơng số) trên phần

mềm: 60
4.5

Kiểm tra ồn định dầm chính (sau hợp lý hóa thơng số): ................................ 64

4.6

Kết luận: ............................................................................................................. 65

CHƯƠNG 5 ........................................................................................................................ 66
CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM .............................................................................................. 66
5.1

Trình tự chế tạo: ................................................................................................ 66

5.2

Quá trình thử nghiệm: ...................................................................................... 81

5.3

Kết quả thử nghiệm: .......................................................................................... 83


CHƯƠNG 6 ........................................................................................................................ 90
KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 90
6.1

Các kết quả đạt được: ....................................................................................... 90

6.2

Hướng nghiên cứu tiếp theo: ............................................................................ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 91
PHỤ LỤC: TẬP BẢN VẼ CHẾ TẠO CẦU TRỤC 20/5 TẤN, KHẨU ĐỘ 30

7|Page


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VSP

Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro

MED (XNCĐ)

Xí nghiệp Cơ điện

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

GOST


Tiêu chuẩn Nga

AWS

Tiêu chuẩn hàn Mỹ

NDT

Kiểm tra khơng phá hủy

MT

Kiểm tra từ tính

UT

Kiểm tra siêu âm

PT

Kiểm tra thẩm thấu

TYP

Tương tự, điển hình

QC

Quality Control (Bộ phận quản lý chất lượng)


HSE

An tồn, sức khỏe, mơi trường

JSA

Phân tích an tồn cơng việc

CO

Chứng chỉ xuất xứ

CQ

Chứng chỉ chất lượng

8|Page


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Một số thiết bị nâng điển hình

11

Hình 1.2: Cầu trục 2 dầm

11

Hình 1.3: Cầu trục Q = 550/200/50 tấn


12

Hình 1.4: Cầu trục luyện kim Q = 120/30/70/10 tấn

12

Hình 1.5: Cầu trục Enerpac Q = 2400 tấn/ 2 móc
(Tải trọng cần xếp dỡ đến 4800 tấn).

13

Hình 1.6: Một số sản phẩm Cty Thành Thái

14

Hình 1.7: Một số sản phẩm Cty Hồng Trung Qn

15

Hình 1.8: Một số sản phẩm Cty Konecranes Việt Nam

15

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thiết kế kết cấu thép cầu trục

19

Hình 2.2: Cầu trục dẫn động điện


22

Hình 2.3: Cầu trục một dầm

24

Hình 2.4: Cầu trục 2 dầm sử dụng móc đơi

24

Hình 2.5: Cầu trục tựa

26

Hình 2.6: Cầu trục treo

26

Hình 2.7: Các phương án dẫn động

27

Hình 2.8: Cầu trục dẫn động bằng tay

29

Hình 2.9: Cầu trục thiết kế

30


Hình 3.1: Thiết kế cầu trục 20/5 tấn – mẫu

38

Hình 3.2: Thiết kế dầm chính cầu trục 20/5 tấn – mẫu

39

Hình 3.3: Thiết kế dầm đầu cầu trục 20/5 tấn – mẫu

40

Hình 4.1: Thơng số kích thước chủ yếu của dầm chính

57

Hình 5.1: Tạo độ cong ban đầu cho tấm thành

70

Hình 5.2: Gá hàn vách ngăn

71

Hình 5.3: Hàn gân tăng cứng

72

Hình 5.4: Hàn tấm nắp với tấm thành


72

Hình 5.5: Cắt vát 2 đầu, hàn hồn thiện

73

Hình 5.6: Gá hàn dầm đầu

75

Hình 5.7: Lắp ráp đồng bộ Dầm chính với dầm đầu

79

Hình 5.8: Lắp đặt cầu trục lên ray

82

Hình 5.9: Sơ đồ thử tải Cầu trục 20/5 tấn; khẩu độ 30 mét

84

9|Page


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng tổ hợp tải trọng

33


Bảng 3.1: Hệ số động khi Cầu trục di chuyển trên ray

42

Bảng 3.2: Kết quả tính tốn kết cấu dầm đầu

50

Bảng 3.3: Kết quả tính tốn kết cấu dầm chính

55

Bảng 4.1: Kết quả tính tốn kết cấu đã hợp lý hóa thơng số dầm chính

64

10 | P a g e


Chương 1:

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về cầu trục:
Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối
tượng cơng tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra đời và phát triển của nó
gắn liền với yêu cầu về kinh tế kỹ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối
đa sức người trong lao động. Đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là
ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thời gian dừng. Chuyển động chính của máy là
nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, ngồi ra cịn một số các chuyển động
khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh

trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang. Bằng sự phối
hợp giữa các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào
trong khơng gian làm việc của nó, để đáp ứng u cầu và địi hỏi của nhiều
ngành công nghiệp khác nhau, kỹ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều
loại máy nâng vận chuyển mới, luôn cải tiến và hợp lý hóa phương pháp phục
vụ, nâng cao hơn độ tin cậy làm việc, tự động hóa các khâu điều khiển, tiện
nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng.
Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển được chia thành các loại:
kích, bàn tời, Palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục, thang nâng.v.v.. Cầu trục
là loại máy trục kiểu cầu, loại này di chuyển trên đường ray đặt trên cao dọc
theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cầu, cầu
trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo u cầu tại bất kì điểm nào trong
khơng gian của nhà xưởng. Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực
của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo,
thiết bị cặp, nam châm điện v.v… Đặc biệt cầu trục được sử dụng phổ biến
trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật
chuyên dùng.

11 | P a g e


Hình 1.1: Một số thiết bị nâng điển hình

Hình 1.2: Cầu trục 2 dầm

12 | P a g e


1.2 Tình hình ứng dụng và nghiên cứu lĩnh vực liên quan trong và ngoài
nước:

1.2.2 Ngoài nước:
-

Ứng dụng: Tùy theo nhu cầu sản xuất mà các Công ty chuyên sản xuất
Cầu trục trên thế giới có thể tính tốn thiết kế và chế tạo ra các Cầu trục có
sức nâng đến 550 tấn, khẩu độ đến 32 mét (chủ yếu ứng dụng trong các
nhà máy luyện kim, đóng tàu).

Hình 1.3: Cầu trục Q = 550/200/50 tấn

Hình 1.4: Cầu trục luyện kim Q = 120/30/70/10 tấn
Với các ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng thậm chí sức nâng cầu trục cịn
được thiết kế lên đến trên 1200 tấn (Dự án Cầu trục sức nâng lớn nhất thế
giới phục vụ nối nhịp cho Reunion Island offshore highway east of
Madagascar in the Indian Ocean của Công ty Enerpac)

13 | P a g e


Hình 1.5: Cầu trục Enerpac Q = 2400 tấn/ 2 móc (Tải trọng cần xếp
dỡ đến 4800 tấn).
-

Nghiên cứu: Để có được các Cầu trục có sức nâng lớn, phục vụ tốt mọi
nhu cầu sản xuất, chế tạo dễ dàng và giá thành thấp các chuyên gia, nhà
nghiên cứu đã có nhiều cơng trình nghiên cứu phục vụ việc tối ưu hóa kết
cấu thép cho các cầu trục này vì khối lượng kết cấu thép cầu trục tỉ lệ
thuận với tải trọng nâng thiết kế. Một số ví dụ về các đề tài nghiên cứu,
bài báo về việc tính tốn và cải tiến kết cấu thép cầu trục đã được thực
hiện:

+ Tomasz Haniszewski [1]. Strength Analysis of Overhead Traveling
Crane use of Finite Element Method. Silesian University of Technology,
Faculty of Transport, Vol 9, Issue 1, February 2014.
+ Pratik R. Patel, V.K.Patel [2]. A Review on Structural Analysis of
Overhead Crane Girder Using FEA Technique. International Journal of
Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT), Vol 2, Issue 4,
July 2013.

-

Nhận xét, liên hệ đề tài:

14 | P a g e


+ Công nghiệp chế tạo cầu trục đã chế tạo được các cầu trục có tải trọng
và khẩu độ rất lớn, phần mềm hổ trợ thiết kế đã được cải tiến rất hiệu quả
và chuẩn xác, là cơ sở áp dụng tại XNCĐ.
+ Đề tài nghiên cứu [1]: đã ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor để xây
dựng mơ hình Cầu trục và tính tốn kết cấu thép bằng phương pháp phần
tử hữu hạn tích hợp trên phần mềm, có đánh giá ứng suất phát sinh trên
từng bộ phận kết cấu (vách ngăn trong dầm chính, dầm biên, v.vv...), ứng
dụng phần mềm kiểm tra tần số dao động phát sính trên kết cấu theo từng
trường hợp tải trọng. XNCĐ có thể nghiên cứu, áp dụng vào thiết kế cầu
trục sắp triển khai, thay thế các phần mềm hổ trợ tính tốn kết cấu lạc hậu
đang sử dụng.
+ Đề tài nghiên cứa [2]: nghiên cứu, so sánh ưu nhược điểm của phương
pháp FEM (phương pháp phần tử hữu hạn) và FEA (phương pháp giải
tích) trong tính tốn kết cấu cầu trục, là cơ sở lựa chọn phương pháp tính
tốn phù hợp cho đề tài.

1.2.2 Trong nước:
-

Ứng dụng: Cùng với sự phát triển mạnh của các nghành công nghiệp trong
nước, thiết bị nâng cũng được nghiên cứu, chế tạo nhằm phục vụ nhu cầu
trong nước và xuất khẩu. Trong vòng 10 năm trở lại, nhiều nhà sản xuất
cầu trục trong nước đã được thành lập và phát triển đã chủ động thiết kế,
chế tạo và lắp đặt cầu trục, thay thế cho việc nhập khẩu tồn bộ thiết bị
như trước đây. Ví dụ một số Công ty chế tạo cầu trục trong nước, như sau:
+ Công ty cổ phần thiết bị Thành Thái (TEC cranes) được thành lập từ
tháng 8 năm 2006 là Đại lý độc quyền cho hãng Kamuichi – Nhật Bản;
hãng Stalh – CHLB Đức, chuyên chế tạo và lắp đặt các loại cầu trục, cổng
trục với tải trọng đến 500 tấn, khẩu độ đến 32 mét.

15 | P a g e


Hình 1.6: Một số sản phẩm Cty Thành Thái
+ Cơng ty CP cơ khí xây dựng Hồng Trung Qn được thành lập từ năm
2009 với chuyên môn chế tạo các loại cầu trục, cổng trục đã thực hiện
nhiều dự án với chất lượng được đánh giá cao như: Chế tạo và lắp đặt cầu
trục 20 tấn, khẩu độ 24 mét cho Cty TNHH công nghệ cao SINO Việt
Nam; Chế tạo và lắp đặt cầu trục 25 tấn cho Cty Yaban Chain Industrial
VN;…

Hình 1.7: Một số sản phẩm Cty Hồng Trung Quân
+ Konecranes Việt Nam là chi nhánh của tập đoàn chuyên chế tạo cầu trục
và các thiết bị liên quan lớn trên thế giới với lịch sử hình thành và phát
triển trên 80 năm, có khả năng cung cấp các loại cầu trục phục vụ nhiều
ứng dụng khác nhau (chuyên dụng, mơi trường độc hại, đóng tàu, luyện

kim,…) với sức nâng đến 1000 tấn.

16 | P a g e


Hình 1.8: Một số sản phẩm Cty Konecranes Việt Nam
-

Nghiên cứu: Để tối ưu hóa thiết kế kết cấu thép cầu trục, các nhà khoa học
và chuyên gia trong nước đã có các cơng trình nghiên cứu mang tính ứng
dụng cao và hiệu quả cho lĩnh vực liên quan. Một số ví dụ về các nghiên
cứu, tài liệu liên quan trong nước, như sau:
+ [3] Tự động hóa thiết kế và thiết kế tối ưu kết cấu thép cầu trục dạng
hộp. Internet: 07/06/2015.
+ [4] Nguyễn Việt Hùng, Thái Thế Hùng cùng cộng sự. Đánh giá ứng suất
cơ học của kết cấu thép cầu trục dầm hộp. Hội nghị cơ học vật rắn biến
dạng toàn quốc lần thứ X, 2010.

-

Liên hệ đề tài:
+ Đề tài nghiên cứu [3] : giới thiệu phần mềm chun dụng phục vụ tính
tốn, thiết kế cầu trục do Viện khoa hoc và Công nghệ Cơ điện Xây dựng
của Đại học xây dựng viết phục vụ thẩm tra thiết kế, lập thuyết minh kỹ
thuật, thiết kế tối ưu, lập bản vẽ thiết kế chi tiết… Chương trình DOC –
NUCE (cầu trục 2 dầm dạng hộp) SOC- NUCE (cầu trục 1 dầm dạng
hộp), XNCĐ có thể nghiên cứu mua bản quyền để ứng dụng trong thiết kế
và sản xuất cầu trục.
+ Đề tài nghiên cứu [4] : đã cung cấp các công cụ hổ trợ cho việc tính tốn
thiết kế kết cấu cầu trục. Tuy nhiên, cịn hạn chế trong việc xác định ứng

suất phát sinh trên các phần tử kết cấu, là cơ sở nghiên cứu hợp lý hóa
thiết kế. Đề tài này sẽ nghiên cứu thêm về thiếu sót này.

1.3

Tính cấp thiết và nhu cầu thực tiển của đề tài:

17 | P a g e


Hiện nay cầu trục được trang bị cho các nhà xưởng của VSP đều nhập khẩu
hoặc do các nhà máy chuyên về chế tạo thiết bị nâng trong nước chế tạo và lắp đặt.
Cầu trục 20/5 tấn với khẩu độ 30 mét là cầu trục có tải trọng và khẩu độ lớn nhất
hiện lắp đặt trong các nhà xưởng thuộc VIETSOVPETRO, thiết bị này là một trong
những sản phẩm cơ khí trong “Danh mục đề xuất các sản phẩm cơ khí trọng điểm
trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015 và những năm tiếp theo” trong báo cáo
số: 3342, ngày 26/09/2011 của Liên doanh Việt – Nga VIETSOVPETRO gửi Tập
đồn Dầu khí Việt nam, để thực hiện chủ trương phát huy nội lực, chủ động chế tạo
thiết bị thay thế hàng ngoại nhập, XNCĐ đã mạnh dạn nhận thực hiện đề tài: Thiết
kế, chế tạo cầu trục dầm đôi 20/5 tấn, khẩu độ 30 mét tại Xí nghiệp Cơ Điện, LD
Việt – Nga Vietsovpetro.
Việc chủ động thiết kế, chế tạo thành công cầu trục 20/5 tấn, khẩu độ: 30 mét
cho các xưởng sản xuất, nhà kho trong LD Việt – Nga Vietsovpetro sẽ là cơ sở để
XNCĐ chế tạo hàng loạt thiết bị nâng khác phục vụ nhu cầu nội bộ VSP cũng như
định hướng cho việc hình thành và xây dựng sản phẩn chủ lực của XNCĐ.
Thực hiện nhiệm vụ thiết kế, chế tạo cầu trục 20/5 tấn khẩu độ 30 mét, bắt
đầu từ khâu khảo sát, thiết kế, lập quy trình chế tạo, quy trình lắp đặt, chuẩn bị mặt
bằng lắp ráp đồng bộ, đây là những cơng việc hồn tồn mới mà cán bộ kỹ thuật,
cơng nhân của XNCĐ.
Do chưa có kinh nghiệm và để hạn chế những sai sót có thể gặp trong q

trình thiết kế, chế tạo XNCĐ đã tham khảo thiết kế có sẵn của Cầu trục 20/5 tấn
tương tự đã được chế tạo và lắp đặt trước đây tại XNCĐ. Tuy nhiên, cần nghiên cứu
hợp lý hóa các thơng số thiết kế, trước khi lập Hồ sơ thiết kế, chế tạo và lắp đặt toàn
bộ Cầu trục, đáp ứng các Tiêu chuẩn quy định tại TCVN 4244:2005.
1.4

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
1. Căn cứ thiết kế của Cầu trục 20/5 tấn tương tự đã được lắp đặt tại XNCĐ

để làm cơ sở nghiên cứu thiết kế, kiểm nghiệm theo điều kiện bền và ổn định.
2. Xây dựng được bảng tổ hợp tải trọng, quy trình thiết kế chung cầu trục và
các dạng thiết bị nâng kiểu cầu tương tự với nhiều cấp tải trọng, chế độ làm việc và
ứng dụng làm việc khác nhau.

18 | P a g e


3. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu thiết kế kể trên, tiếp tục nghiên cứu hợp lý
hóa các thơng số thiết kế kết cấu thép của cầu trục 20/5 tấn để áp dụng chế tạo tại
XNCĐ nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao hơn nhưng vẫn đảm bảo độ bền, độ ổn định.
4. Thành công của đề tài sẽ là cơ sở để XNCĐ chủ động phát triển chế tạo
thiết bị nâng phục vụ nhu cầu nội bộ Vietsovpetro và từng bước tiếp cận thị trường
trong nước.

19 | P a g e


Chương 2:

CƠ SỞ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CẦU TRỤC

2.1

Quy trình tính tốn, thiết kế cầu trục:
Trên cơ sở u cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn áp dụng và khả năng công nghệ. Quy

trình tính tốn, thiết kế cầu trục 20/5 tấn được thực hiện, như sau:
Bước 1: Khảo sát, thu thập số liệu đầu vào, xác định yêu cầu kỹ thuật chính
của cầu trục.
Bước 2: Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn liên quan, áp dụng vào thiết kế.
Bước 3: Xây dựng phương án thiết kế.
Bước 4: Lựa chọn vật liệu chế tạo.
Bước 5: Xây dựng sơ bộ kích thước hình học cầu trục.
Bước 6: Xây dựng bảng tổ hợp tải trọng, tính tốn tải trọng tác động.
Bước 7: Mơ hình hóa kết cấu.
Bước 8: Gán điều kiện biên và các tổ hợp tải trọng cho mơ hình tính tốn
Bước 9: Chạy phần mềm tính tốn, xuất kết quả.
Bước 10: Đánh giá kết quả (kiểm tra bền thiết kế).
Bước 11: Kiểm tra ổn định tổng thể kết cấu.
Bước 12: Triển khai chế tạo Cầu trục.
(Tham khảo Hình 2.1)

20 | P a g e


Khảo sát

Đối chiếu
tài liệu, tiêu
chuẩn
Xây dựng

phương án

Xây dựng sơ
bộ kích thước

Lựa chọn
vật liệu

Xây dựng bảng
tổ hợp tải trọng

Mơ hình
hóa kết cấu
Không
đạt

Gán tải trọng,
điều kiện biên

Không
đạt

Chạy phần
mềm, xuất
KQ
Đánh giá KQ

Chế tạo
cầu trục


Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thiết kế cầu trục
2.2

Quy phạm, tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế:
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm đang được

áp dụng cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị nâng nói chung và cầu trục nói riêng. Các
bộ tiêu chuẩn, quy phạm có thể được xây dựng bởi quốc gia, các hiệp hội hoặc các

21 | P a g e


tổ chức độc lập. Việc áp dụng, tuân thủ tiêu chuẩn nào trong quá trình thiết kế, chế
tạo thường do người sử dụng lựa chọn dựa vào khu vực, lãnh thổ hoạt động của
thiết bị, đối tượng khách hàng vận hành thiết bị. Trong đề tài nghiên cứu này, các
tiêu chuẩn, quy phạm, hướng dẫn kỹ thuật cho thiết kế được áp dụng, như sau:
TCVN 4244:2005 [5] (Thiết bị nâng: thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật):
Tiêu chuẩn được xây dựng để áp dụng cho thiết bị nâng làm việc trên cơng trình bờ
nói chung. Đây là tiêu chuẩn chính chi phối các tiêu chuẩn áp dụng khác, là điều
kiện tiên quyết để cấp phép và duy trì hiệu lực các giấy phép làm việc đã cấp cho
thiết bị nâng.
QTKĐ: 01- 2014/BLĐTBXH [6] (Quy trình kiểm định kỹ thuật an toàn
Thiêt bị nâng kiểu cầu): cung cấp quy trình thử nghiểm cầu trục trước khi cấp phép
và gia hạn giấy phép làm việc định kỳ.
TCVN 5575:2012 [7] (Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế): Tiêu chuẩn áp
dụng thiết kế cơng trình xây dựng dân dụng, cơng nghiệp.
Ngồi ra còn phải tuân theo một số tiêu chuẩn áp dụng cho liên kết bulông,
liên kết hàn, kiểm tra chất lượng mối hàn (NDT), hệ thống điện động lực, điều
khiển, chiếu sáng, cấp bảo vệ động cơ (IP).
2.3


Xây dựng phương án thiết kế:

2.3.1 Yêu cầu chung:
- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển các cụm máy phát điện, máy động lực
có tải trọng lớn trong Xưởng sửa chữa thiết bị năng lượng.
-

Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và

không gian nhà xưởng.
- Phải đạt được tính kinh tế cao: thiết bị được thiết kế, chế tạo và lắp đặt với
chi phí tối ưu nhất.
- Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo
được các tính năng của nó.
- Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp đặt
trong nhà xưởng.

22 | P a g e


- Sử dụng đơn giản, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố
ở mỗi chế độ nâng chuyển.
- Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễ dàng
trong những trường hợp cần thiết.
- Thiết bị phải đạt tuổi thọ cần thiết
2.3.2 Đặc điểm chung:
Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép dầm chính liên kết với hai
dầm ngang (dầm đầu), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di chuyển
trên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu

thép. Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng,
hàng hố trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi. Dầm
cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một
hoặc hai dầm, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc theo
dầm chính. Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc bulơng với hai dầm đầu,
trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động va cụm bánh
xe bị động. Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển xe con
(hoặc palăng điện) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trong khơng
gian phía dưới mà cầu trục bao qt.
Xét về tổng thể cầu trục gồm có:
- Phần kết cấu thép: dầm chính, dầm đầu, sàn cơng tác, lan can.
- Các cơ cấu cơ khí: cơ cấu nâng hạ tải, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di
chuyển xe con.
- Các thiết bị điều khiển khác.
Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện. Dẫn động bằng tay
chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ khơng
thường xun, khơng địi hỏi năng suất và tốc độ cao. Dẫn động bằng điện
cho các loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các phân
xưởng lắp ráp và sửa chữa lớn.
Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 t; khẩu độ dầm cầu đến
32 m; chiều cao nâng đến 16 m; tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph; tốc độ di

23 | P a g e


chuyển xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph. Cầu
trục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một
cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ.Tải trọng nâng của loại
cầu trục này thường được ký hiệu bằng một phân số với tải trọng nâng chính
và phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t; 150/20/5 t; v.v..


Hình 2.2: Cầu trục dẫn động điện
2.3.3 Phân loại cầu trục:
Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:
a. Theo cơng dụng:
Theo cơng dụng có các loại cầu trục có cơng dụng chung và cầu trục chun
dùng.
- Cầu trục có cơng dụng chung có kết cấu tương tự như các cầu trục khác,
điểm khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đa dạng, có
thể nâng được nhiều loại hàng hố khác nhau. Thiết bị mang vật chủ yếu của
loại cầu trục này là móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc. Loại
cầu trục này có tải trọng nâng khơng lớn và khi cần có thể dùng với gầu
ngoạm, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định.
- Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên
để nâng một loại hàng nhất định. Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ
yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và
có chế độ làm việc rất nặng.
b. Theo kết cấu dầm:

24 | P a g e


Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm.
- Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm chạy
chữ I hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheo
palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoăc mang cơ cấu nâng di
chuyển phía trên dầm chữ I, tồn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà
xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm
đều dùng palăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ
hàng. Nếu nó được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn

động bằng tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn
động bằng điện.
- Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất,
chúng được sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với
khối lượng công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5
÷ 5 tấn, tốc độ làm việc chậm. Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được
trang bị palăng điện, sức nâng có thể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm
có bộ phận cấp điện lưới ba pha.

Hình 2.3: Cầu trục một dầm

25 | P a g e


Hình 2.4: Cầu trục 2 dầm sử dụng móc đơi.
- Cầu trục hai dầm kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có: dầm hoặc
giàn chữ L, hai dầm chính liên kết với hai dầm đầu, trên dầm đầu lắp các
cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục, bộ máy dẫn động, bộ máy di chuyển
hoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường
ray chuyên dùng đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu
trục chiều quay của động cơ điện. Xe con mang hàng di chuyển dọc theo
đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chính; trên xe con đặt các bộ máy của tời
chính, tời phụ và bộ máy di chuyển xe con, các dây cáp điện có thể co dãn
phù hợp vói vị chí của xe con và cấp điện cho cầu trục nhờ hệ thanh dẫn điện
đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện pha tỳ sát trên các thanh này,
lồng thép làm công tác kiểm tra treo dưới dầm cầu trục.
Các cơ cấu của cầu trục thực hiện 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xe
con và di chuyển cầu trục.
Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường trong khoảng 5÷30 tấn, khi có yêu cầu
riêng có thể đến 500 tấn. Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường được

trang bị hai tời nâng cùng với hai móc cẩu chính và phụ, tời phụ có sức nâng
thường bằng một phần tư (0,25%) sức nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng
thì lớn hơn.

26 | P a g e