PHẦN I
GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ
1.1. Tổng quan về máy nâng chuyển
1.1.1. Khái niệm
Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng
công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo, gầu ngoạm,… hoặc gián
tiếp như băng tải, xích tải, con lăn, đường ống v.v
1.1.2 Phân loại
Theo tính chất làm việc thì máy nâng chuyển được chia làm 2 loại chính:
- Máy vận chuyển liên tục: Ở các loại máy này vật phẩm được di chuyển
thành dòng ổn định và liên tục. Có thể bốc rỡ ngay trong quá trình vận chuyển.
Máy vận chuyển liên tục được phân thành 2 nhóm:
+ Vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như băng tải, xích…
+ Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như hệ thống đường lăn, ống
dẫn.
- Máy vận chuyển theo chu kỳ: Đặc trưng của loại máy này
hoạt
động có
tính
chất
chu kỳ (
l
uôn

ph
i
ê
n

g
i

ữ
a
t
h
ờ
i
kỳ
l
à
m
v
i
ệ
c và thời gian nghỉ )
của cơ cấu máy. Phần chủ yếu của máy vận chuyển theo chu kỳ là máy
trục. Máy trục được chia ra làm 3 nhóm lớn.
+ Máy trục đơn giản như kích, tời, pa lăng.
+ Máy trục thông dụng, như cầu trục cần cẩu.
+ Máy trục đặc chủng: Đó là loại máy dùng riêng theo yêu cầu nào đó như
thang máy, trục bến cảng.
Hình 1.1 Máy trục thông dụng
1.2.Giới thiệu về cầu trục
1.2.1. Khái niệm
1
Cầu trục là tên gọi chung của máy trục chuyển động trên hai đường ray cố
định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trong
khoảng không (khẩu độ) giữa hai đường ray đó.
Đặc điểm về cầu trục:
Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm chính) liên kết với
hai dầm ngang (dầm cuối), 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
hoá 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 đinh tán với hai dầm cuối,
trên mỗi dầm cuối 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) mà cầu trục có thể nâng
hạ
ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dưới
mà cầu trục bao quát.
Xét
về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép (dầm chính, dầm cuối,
sàn công tác, lan can), các cơ cấu cơ khí (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cầu và
cơ cấu di chuyển xe con) và 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 không
thường xuyên, không đòi 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 32m; chiều cao nâng đến 16m; tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph; tốc độ di
chuyển xe con đến 60m/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
1.2.2 Phân loại cầu trục
Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:
1.2.2.1.
Theo công dụng.
Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:
1.2.2.1.1. Theo công dụng
Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên
dùng.
2
- Cầu trục có công dụng chung có kết cấu tương tự như các cầu trục khác,
điểm khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đa dạng, có thể
nâng được nhiều loại hàng hoá khác nhau. Thiết bị mang vật chủ yếu của loại cầu
trục này là móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc. Loại cầu trục này có
tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng với gầu ngoạm, nam châm điện
hoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định.
- Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên
để nâng một loại hàng nhất định. Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếu
trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ
làm việc rất nặng.
1.2.2.1.2. Theo kế cấu dầm
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, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray
chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng palăng đẵ 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.

3
Hình 1.2. Cầu trục một dầm.
1. Bộ phận cấp điện lưới ba pha. 6. Palăng điện.
2. Trục truyền động. 7. Dầm chính.
3. Cơ cấu di chuyển cầu. 8. Khung giàn thép.
4. Bánh xe di chuyển cầu. 9. Móc câu.
5. Dầm cuối. 10. Cabin điều khiển.
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.
4

Hình 1.3. Cầu trục hai dầm.
- Cầu trục hai dầm, kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có: dầm hoặc
dàn chủ 1, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu 7, trên dầm đầu lắp các cụm bánh
bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn động 3, bộ máy di chuyển hoạt động sẽ
làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng 5
5
đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trục chiều quay của động
cơ điện.
Xe con mang hàng 11 di chuyển dọc theo đường ray lắp trên hai dầm (dàn)
chủ; trên xe con đặt các bộ máy của tời chính 10, tời phụ 9 và bộ máy di chuyển
xe con 2, các dây cáp điện 8 có thể co dãn phù hợp vói vị chí của xe con và cấp
điện cho cầu trục nhờ hệ thanh dẫn điện 12 đặt dọc theo tường nhà xưởng, các
quẹt điện 3 pha tỳ sát trên các thanh này, lồng thép làm công tác kiểm tra 13 treo

dưới dầm cầu trục. Các bộ máy 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 câu chính và phụ,
tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25) sức nâng của tời chính, nhưng
tốc độ nâng thì lớn hơn.
Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dưới dạng hộp hoặc dàn không
gian. Dầm giàn không gian tuy có nhẹ hơn dầm hộp song khó chế tạo và thường
chỉ dùng cho cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ lớn. Dầm cuối của cầu trục hai
dầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng bu lông
hoặc hàn.
1.2.2.1.3. Theo cách tựa của dầm chính
Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục cheo.
- Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lên các dầm
cuối, chúng được liên kết với nhau bởi đinh tán hoặc hàn. Loại cầu trục này có kết
cấu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sử dung rất phổ
biến. Trên hình 1.3 là hình chung của cầu trục tựa loại một dầm. phần kết cấu thép
của gồm dầm cầu 1 có hai đầu tựa lên các dầm cuối 5 với các bánh xe di chuyển
dọc theo nhà xưởng. Loại cầu trục này thường dùng phương án dẫn dẫn động
6
Hình 1.4. Cầu trục tựa.
chung. Phía trên dầm chữ I là khung giàn thép 4 để dảm bảo độ cứng vững theo
phương ngang của dầm cầu. Palăng điện 3 có thể chạy dọc theo cánh thép phía
dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng . Ca bin điều khiển 2 được treo vào
phần kết cấu chịu lực của cầu trục.

Hình 1.5. Cầu trục treo.
a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo.

- Cầu trục treo là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể chạy dọc
theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo. Do liên kết treo của các
7
ray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trong các trường hợp đặc
biệt cần thiết. So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu
dài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể
chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu trục
treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa. Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp
hơn cầu trục tựa.
1.2.2.1.4.Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển
Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn động
chung và cầu trục dẫn động riêng.
- Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương án dẫn động chung
và dẫn động riêng. Trong phương án dẫn động chung, động cơ dẫn động được đặt
ở giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ở hai bên ray nhờ
8
Hình 1.6. Các phương án dẫn động.
các trục truyền. Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trung
bình (hình 1.5, a, b, c). Ở phương án dẫn động riêng (hình 1.5, d) mỗi bánh xe
hoặc cụm bánh xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động.
- Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 1.6, a) gồm động
cơ điện 1, hộp giảm tốc 2 và các đoạn trục truyền 3 nối với nhau và nối với trục ra
của hộp giảm tốc bằng các khớp nối 4. Trục truyền tựa trên các gối đỡ 5 bằng ổ bi.
Do phải truyền momen xoắn lớn nên trục truyền, khớp nối và ổ bi có kích thước
rất lớn, đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn. Các đoạn trục
truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng. So với trục đặc tương đương, trục rỗng có
trọng lượng nhỏ hơn 15 – 20%. Phương án này được sử dụng tương đối phổ biến
trong các cầu trục có công dụng chung có khẩu độ không lớn, đặc biệt là các cầu
trục có kết cấu dầm không gian có thể bố trí dễ dàng các bộ phận của cơ cấu.
- Cơ cấu dẫn đông chung với trục truyền quay trung bình (hình 1.6, b) có trục

truyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở
4. Vì vậy mà mômen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền chậm và kích thước
của chúng cũng nhỏ hơn.
- Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hinh 1.6, c)
có trục truyền 2 được nối trực tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đường kính
nhỏ hơn 2 – 3 lần và trọng lượng nhỏ hơn 4 – 6 lần so với trục chuyền quay chậm.
Tuy nhiên, do quay nhanh mà nó đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác.
- Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 1.6, d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn
động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt. Công suất mỗi động cơ
thường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu. Phương án này tuy có sự xô lệch
dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray không đều song do gọn nhẹ, dễ lắp
đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt là
trong những cầu trục có khẩu độ trên 15m.
9
1.2.2.1.5. Theo nguồn dẫn động
Theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn động
máy.
- Cầu trục dẫn động bằng tay, (hình 1.7) được dùng chủ yếu trong sửa chữa,
lắp ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc độ cao. Cơ
cấu nâng của loại cầu trục này thường là palăng xích kéo tay. Cơ cấu di chuyển
palăng xích và cầu trục cũng được dẫn động bằng cách kéo xích từ dưới lên. Tuy
là thiết bị nâng thô sơ song do giá thành rẻ và dễ sử dụng mà cầu trục dẫn động
bằng tay vẫn được sử dụng có hiệu quả trong các phân xưởng nhỏ.
- Cầu trục dẫn động bằng động cơ, (hình 1.1) đươc dùng chủ trong các phân
xưởng sửa chữ, lắp ráp lớn và công việc nâng - chuyển hàng yêu cầu có tốc độ và
khối lớn. Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện. Cơ cấu di chuyển
palăng điện, xe con và cầu cũng được dẫn động từ động cơ điện. Loại cầu trục này
được dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu điểm nổi bật là khả năng tự đông hoá,
thuận tiện cho người sử dung và có thể sử dung trong việc vận chuyển các loại
hàng có khối lương lớn.

a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm.
10
Hình 1.7. Cầu trục dẫn động bằng tay.
1.2.2.1.6. Theo vị trí điều khiển
Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm
cầu (hình 1.4) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm (hình 1.2). Điều
khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại cầu trục một dầm
có tải trọng nâng nhỏ.
1.3. Nhiệm vụ và mục đích thiết kế
1.3.1. Nhiệm vụ thiết kế
Nhiệm vụ chính của thiết kế là tìm ra và cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật để
từ đó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp với nhiệm vụ thư thiết kế. Cuối
cùng là đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế và từ những thông tin đó có
thể tạo ra một sản phẩm cụ thể.
Việc thiết kế phải đảm bảo khả năng thực hiện được các giải pháp kỹ thuật,
nghĩa là phải có sự phù hợp giữa các đặc tính kỹ thuật của các đối tượng mới với
các giải pháp kỹ thuật và mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như thực
tế sản xuất. Trong đề tài này, việc thiết kế được giới hạn trong “thiết kế cầu trục 5
tấn ” sao cho đảm bảo được các tính năng kỹ thuật và yêu cầu đặt ra.
1.3.2. Mục đích thiết kế
Trong tính toán thiết kế “cầu trục 5 tấn “ cần thoả mãn các yêu cầu sau:
- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển trong phân xưởng cơ khí.
- 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: nghĩa là thiết bị sau khi chế tạo và các chi
phí vận chuyển của thiết bị phải là tối ưu nhất.
11
- 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 phân xưởng.
- Sử dụng đơn, 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 trừơng hợp cần thiết.
- Thiết bị phải đạt tuổi bền cần thiết.
1.3.3. Phân tích và chọn phương án thiết kế
1.3.3.1. phân tích phương án
1. - Lựa chọn kết cấu dầm
a.Phương án 1: Hai dầm kết cấu dạng hộp
-Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn di chuyển

12
Hình 1.8. kết cấu hai dầm dang hộp
-Kết cấu dầm dạng hộp nên việc tính toán đơn giản,thời gian chế tạo và lăp ghép
nhanh,việc bảo dưỡng cũng đơn giản. Do đó giá thành giảm
b.Phương án 2 :Kết cấu hai dầm kiểu giàn
-Dầm là một khung giàn gồm các thanh liên kết với nhau bằng hàn và bắt
bulông
Với kết cấu kiểu này thì khối lượng dầm nhỏ, nhưnng phức tạp, khó chế tạo vì
nhiều chi tiết , quá trình chế tạo và lắp ráp mất thời gian , việc kiểm tra bảo dưỡng
khó khăn .Do đó giá thành chế tạo cầu trục cao
c.Phưong án 3: Kết cấu loại một dầm
- Kết cấu dầm có dạng chữ I
13
Hình 1.9. Kết cấu hai dầm kiểu giàn
A
A
A
A

- Dng kt cu ny n gin, d tớnh toỏn, ch to, lp ghộp n gin, bo dừng
kim tra d dng, nhng chu ti ớt. Phự hp vi nhng cu trc cú ti trng
nh di 5 tn v khu nh
-
ỏp ng yờu cu v mc ớch ca vic thit k mi cu trc 5 tn, trc
tiờn phi phõn tớch chn s kt cu cu trc sao cho phự hp vi mc ớch
v c im sn xut ca ca phõn xng sau ú tin hnh chn phng
ỏn
thit k cho phự hp, chớnh xỏc v t hiu qu cao nht.
Các thông số cơ bản của cầu trục là: Tải trọng hàng nâng Q, khẩu độ L, chiều
cao nâng H, vận tốc làm việc của các bộ máy và chế độ làm việc của các bộ máy
của cầu trục. Với ti trng nâng trung bỡnh 5 (T), khẩu độ ngắn L= 16 (m) và chế
độ làm việc bỡnh thng, chn phng ỏn cu trc 2 dm. Các cầu trục 2 dầm
công dụng chung có thể có chế độ làm việc nhẹ, trung bình hoặc nặng, tải trọng
nâng Q có từ 5 ữ 300 (T), khẩu độ L= 10 ữ 35 (m). Các cầu trục dùng để lắp ráp
thiết bị công nghiệp, thiết bị thuỷ điện lớn có thể có tải trọng nâng đến 500 (T).
Vận tốc nâng hạ ở cầu trục thờng dùng 8 ữ 20 (m/p), vận tốc di chuyển xe con 10
ữ 50 (m/p) và vận tốc di chuyển cầu trục 40 ữ 150 (m/p).
Do yêu cầu của đề tài là:Tính toán thiết kế cầu trục với khẩu độ 14 (m),tải
nâng 5 Tấn,chiều cao nâng 5(m),vận tốc nâng 16(m/ph), tc di chuyn cu
45m/phỳt, cầu trục õy l c trung bỡnh, nên lấy mô hình cầu trục hai dầm làm
14
Hỡnh 1.10. Kt cu mt dm
ph¬ng ¸n thiÕt kÕ. Loại cầu này có ưu điểm hơn cả vì có kết cấu vững chắc,
thích hợp cho việc di chuyển trong các phân xưởng cũng như yêu cầu về tải
trọng, làm việc tin cậy, sử dụng đơn giản, thuận tiện cho việc bảo dưỡng thiết bị
nếu xảy
ra

sự

cố và đặt hiệu quả kinh tế cao.
- Kết cấu thép: Gồm có dầm cầu(dầm chủ) 2 dầm chủ dựa vào hai dầm
ngang(dầm cuối), ở cuối hai dầm ngang có đặt các bánh xe, bánh xe di
chuyển nhờ nguồn động lực dẫn động. Toàn bộ cầu trục di chuyển trên
hai đường ray đặt trên cột tường nhà, xe con(xe lăn) chuyển dọc theo
đường ray đặt trên dầm chủ. Trên xe con có đặt các cơ cấu nâng chính, cơ
cấu nâng phụ, cơ cấu di chuyển xe con. Đường dây lấy điện cấp điện cho
cầu trục.
- Phương án dẫn động: mỗi cơ cấu (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ
cấu di chuyển cầu) đều được dẫn động bằng một động cơ điện.
- Cầu trục được trang bị thiết bị mang vật là móc treo.
- Các cơ cấu được điều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền nhà.
1.3.3.2.
Chọn phương án thiết
kế
Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề nào đó chúng ta có 4
phương
pháp
cơ bản, đó l
à:
- Thiết kế theo mẫu.
- Thiết kế theo Quy Phạm.
- Thiết kế theo số liệu thống kê.
- Thiết kế theo tính toán.
Mỗi phương án thiết kế đều có những đặc điểm và ưu nhược điểm khác
nhau, do đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn
phương
án nào cho phù hợp
nhất theo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần giải quyết để đạt hiệu quả cao nhất.
Vậy với yêu cầu và mục đích cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục ta chọn

phương án thiết kế theo tính toán vì đây là phương án cho ta kết quả chính xác
15
Hình 1.10 kết cấu cầu trục 2 dầm cần thiết kế
nhất, tính kinh tế và hiệu quả cao nhất.
Cụ thể trong tính toán “Thiết kế cầu trục hai dầm với tải trọng
nâng 5
tấn”
ta phải tính các cơ cấu chính sau:
-
Tính cơ cấu nâng.
- Tính cơ cấu di chuyển: cơ cấu di chuyển cầu và di chuyển palăng điện.
- Tính kết cấu thép: tính chọn dầm chính va dầm cuối.
- Tính chọn các thiết bị phụ: hệ thống điều khiển, các thiết bị an toàn cơ –
điện.v.v

1.3.3.3.
Các thông số cơ bản.
Việc lựa chọn các kích thước cơ bản của cầu trục phải căn cứ vào điều kiện
làm việc, loại hàng cần bốc dỡ và địa hình của nhà xưởng.v.v… Qua khảo sát
thực tế các loại cầu trục phụ vụ việc vận chuyển tại các phân xưởng ta xác định
được các thông số cơ bản như sau :
Tải trọng nâng: Q= 5 T
Chiều cao nâng: H= 5m
Khẩu độ dầm cầu: L= 14 m
Vận tốc nâng: v = 16 m/ph
Vận tốc di chuyển cầu: v = 45m/ph
Vận tốc di chuyển xe con: v = 22m/ph
Chế độ làm việc : Trung bình
Thời gian phục vụ : 5 năm
Hệ số cản ban đầu. k = 1,3

Tương ứng với chế độ làm việc trung bình ta có:
Bảng 1.1 Các số liệu về chế độ làm việc các cơ cấu của cầu trục.
Chỉ tiêu Chế độ làm việc
Cường độ làm việc, CĐ%
Hệ số sử dụng trong ngày, K
ng
Hệ số sử dụng trong năm, K
25
0,33
0,25
16
Hệ số sử dụng trong năm,K
Số lần mở máy trong một giờ, m
Số chu kỳ làm việc trong một giờ,a
Nhiệt độ môi trương xung quanh,T C
0,55
60
10-15
25
Thời gian phục vu,
năm
Ổ lăn
Bánh răng
Trục và các chi tiết
khác
10
15
25
Thời gian làm việc
trong thời hạn trên,

h
Ổ lăn
Bánh răng
Trục và các chi tiết
khác
1000
1500
2500
17
PHẦN 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

2.1. Chọn phương án cho cơ cấu nâng
Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng là một bộ phận của cầu trục. Việc
chọn phương án
cho

cơ
cấu nâng để thiết kế cần phải đảm bảo các thông làm
việc như công suất, tốc độ, đặc tính động lực học, phương pháp điều khiển,
môi trường sinh thái, khả năng quá tải, khả năng tiêu chuẩn hóa, khả năng lắp
đặt, vận hành, an toàn. Các chỉ tiêu kinh tế như giá thành, chi phí sản xuất, khấu
hao, chi phí bảo dưỡng sửa chữa v.v
Các phương án dẫn động cho cơ cấu nâng:
Dẫn động bằng tay
- Trọng tải không lớn, thường Q≤
5T
- Có thể có yêu cầu không cao về
vật liệu, công nghệ chế tạo và lắp ráp ở
một số bộ phận máy.

- Bộ phận truyền động thường để
hở, bôi trơn định kỳ.
- Bố trí phanh tự động kiểu bánh
răng hoặc trục vít.
Dẫn động bằng máy
- Tải trọng lớn, có thể đạt đến
500T
- Yêu cầu cao về vật liệu, công
nghệ chế tạo và lắp ráp các bộ phận
máy.
- Bộ phận truyền động thường
được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc,
che kín và bôi trơn thường xuyên bằng
dầu.
- Bố trí phanh má hoặc phanh đĩa
lò xo điện từ.
18
Đối với cầu trục thiết kế phương án dẫn động bằng máy và bố trí cho cơ cấu
nâng được chọn có sơ đồ như hình 2.1. Với phương án này cơ cấu có kích
thước tương đối gọn nhẹ cho phép chế tạo từng cụm cơ cấu riêng biệt nên
thuận tiện cho việc lắp đặt và đơn giản trong việc chế tạo.

1- Động cơ
điện.
2- Hộp giảm tốc
3- Khớp Nối.
4- Tang
5- Nối tang
6- Phanh
Hình 2.1: Cơ cấu nâng

Đây là loại cơ cấu nâng dây mềm, có một tang, truyền động của cơ cấu là
truyền động riêng, năng lượng sử dụng là năng lượng điện. Kết cấu cơ bản gồm
động cơ điện 1, hộp giảm tốc 2, khớp nối còng đàn hồi 3,trong đó nửa khớp phía
bên hộp giảm tốc được sử dụng làm bánh phanh, tang 4, khớp răng đặc biệt 5 nối
tang với trục ra của hộp giảm tốc, phanh 6. Ngoài ra còn có các bộ phạn khác
như dây cáp, móc treo và ròng rọc đỡ cáp (hình 2.5).
19
1
3
2
4
5
6
Hình 2.2 sơ đồ pa lăng
Các thông số cơ bản ban đầu.
- Tải trọng nâng: Q = 5T = 50000N.
- Chiều cao nâng: H = 5 m.
- Tốc độ nâng vật: V
n
=16 m/ph.
- Chế độ làm việc của cơ cấu: Trung bình.
- Trọng lượng của bộ phận mang vật bao gồm: mang vật.
- Móc treo, pa lăng được chọn theo tiêu chuẩn của liên xô ( atlat ) có
khối lượng.
Q
m
= 0,025 .Q = 0,025. 50000 = 1250 ( N )
2.2. Tính cơ cấu nâng
2.2.1. Chọn loại dây
Cơ cấu nâng làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, nên ta chọn cáp để làm

dây cho cơ cấu, vì cáp là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác
như xích hàn, xích tấm và là loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện
nay.
Trong các kiểu kết cấu của dây cáp thì kết cấu
kiểu
Π K-P theo tiêu chuẩn của
Liên Xô. Cáp có tiếp xúc đường với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi thép ngoài cùng khác
nhau(P) và 1 sợi đay, tiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm
việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi.
V
ật
liệu
chế tạo là các sợi thép cacbon
cao ( thép 69, 65) có giới hạn bền 1200
÷
2100
N/

mm

2
Ta chọn loại cáp bện đôi kiểu Π K-P kết
cấu

6
x19(1+9+9)+110.C ΓOCT 3077-
69 bản g 2 -[2-20] , giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1500
÷
1800
N/

mm

2
.
2.2.2. Pa lăng giảm lực
Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải
trọng lớn ta dùng một palăng.
20
Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang. Do cầu lăn thực hiện việc
nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn
palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang. tương ứng với trọng tải cầu lăn theo
Bảng 2-6[I] chọn bội suất palăng a=2. Palăng gồm hai ròng rọc di động và một
ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng, sơ đồ (hình 2.2)
Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật được
xác định theo công thức 2-19
S
max
=
0
2
(1 )
51250(1 0,98)
12941,92( )
.(1 ) 2.(1 0,98 )
a t
Q
N
m
λ
λ λ

−
−
= =
− −

Trong đó:
λ = 0,98 – hiệu suất của ròng rọc đặt
trên ổ lăn bôi trơn bình thường.
a = 2 – Bội số pa lăng.

m
= 2 – số nhánh cáp cuốn lên tang.
t = 0. Vì dây trực tiếp quán lên tang không qua các dòng dọc đổi
hướng.
Q
0
= Q + Q
m
= 50000 + 1250 = 51250 ( N ).
η

p
- hiệu suất palăng.
0 0
ax ax
51250
0,99
. . 2.2.12941,92
P
m m

s Q
s m a S
η
= = = =
2.2.3. Tính kích thước dây cáp
Kích thước dây cáp dược chọn dựa vào công thức (2-10) – [1]
S
đ

≥ S
max
.n
Trong đó:
S
đ

- lực kéo đứt cáp bảng tiêu chuẩn, N.
S
max
– Lực căng lớn nhất trong dây, N.
21
n = 5,5 - Hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2-
2)
– [1] ứng với
chế độ làm việc trung bình.
=>
( )
12941,92 5,5 71180,56
đ
S N

= × =
Xuất phát từ điều kiện bền theo công thức ( 2-10 ), với loại dây đã chọn ở
trên, với giới hạn bền của sợi δ
b
= 1600 N/mm
2
. Theo tiêu chuẩn Liên xô , chọn
đường kính dây cáp d
c
= 20,5 mm, có sức kéo đứt S
đ
= 215 kN, xấp xỉ với lực đứt
cáp theo yêu cầu, khối lượng trên 1000 m cáp đã được bôi trơn là 1551 kg. Tra
bảng 3 [ 1].
Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc
* Tang: Tang được đúc bằng gang xám không thấp hơn GX 15-32, bằng thép tấm
không thấp hơn CT3. Với chế độ làm việc rất nặng và lien tục chọn tang bằng
thép. Mặt tang có thể trơn hoặc cắt rãnh
Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang xác định theo công thức (2-
12) – [1].
D
t
≥ d
c
(e − 1) = 20,5(18 − 1) = 348,5 mm
Chọn D
t
=350 mm
Trong đó: D
t

-
Đường kính tang đến đáy rãnh cáp, mm.
d
c
= 20,5
mm
- Đường kính dây cáp quấn lên tang, mm.
e = 18 – Hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại máy và chế
độ làm việc, tra theo bảng (2-4) –[ 1].
Ở đây ta chọn đường kính tang và dòng dọc giống nhau: D
t
= D
r
= 350 mm.
Ròng dọc cân bằng không phải là dòng dọc làm việc, có thể chọn đường kính nhỏ
hơn 20% so với dòng dọc làm việc.
D
c
= 0,8 . D
r
= 0,8 . 350 = 280 mm
Chiều dài tang: Chiều dài tang được tính sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp
nhất trên tang vẫn còn lại ít nhất là 1,5 vòng dây, không kể những vòng nằm trong
cặp ( Quy định an toàn )
22
Chiều dài toàn bộ của tang khi dùng pa lăng đơn được xác định theo công
thức (2-
13)
[tr.21].
'

0 1 2 3
' 2 2L L L L L= + + +
L2 L1
L0
L3 L0
L1 L2
L'
- Chiều dài có ích của cáp khi làm việc với chiều cao nâng danh nghĩa H =
5m và bội suất Palang a = 2.
l = H . a = 5 . 2 = 10 m
Số vòng cáp làm việc trên tang.
'
0
10
2 10,6( )
.( ) 3,14(0.35 0.0205)
t c
l
Z Z m
D d
π
= + = + =
+ +
Trong đó Z
1
= 2. Số vòng thừa dự trữ không sử dụng đến.
Vậy
'
0
2. . 2.10,6.23 487,6( )L Z t mm

= = =
Với: t- bước cáp được xác định theo công thức thực nghiệm:
t = d
c
( 2÷3 ) = 20,5 + 2,5 = 23 (mm ).
- Chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp L
1
: Nếu là kẹp thông thường thì phải bổ
xung thêm từ 2 ÷3 vòng cáp.
23
Hình 2.3 Kích thước chiều dài tang
L
1
= 3.t = 3. 23 = 69 (mm ).
- Chiều dài L
2
: Vì tang được cắt rãnh, cáp cuốn 1 lớp, tuy nhiên ở hai đầu tang
trước khi vào phần cắt rãnh ta trừ lại một khoảng L
2
= 20 ( mm ) để làm thành bên.
- Khoảng cách L
3
ngăn cách giữa hai nửa cắt rãnh tính theo chỉ dẫn ở trang 21.
3 4 min
L L – 2h tg
α
= ×
Dựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:
L
4

= 300 mm, khoảng cách giữa hai dòng dọc ở ổ treo móc
h
min
= 800 mm, khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục dòng dọc ổ
treo móc
tg 0.07
α
=
,
α
là góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thẳng
đứng
L
3
= 300 – 2.800.0,07 = 188 mm
Vậy chiều dài tổng cộng của tang là:
'
0 1 2 3
' 2 2 487,6 2.69 2.20 188 853,6( )L L L L L mm
= + + + = + + + =
- Tính bề dày tang: Bề dầy thành tang xác định theo các hệ thức kinh
nghiệm, [ 1- trang 21].
( ) ( )
t
0,02 D 6 10 0,02. 350 6 13 mm
δ
= + ÷ = + =
- Kiểm tra sức bền của tang theo công thức (2-15) – [tr.22].
б
n

≈
t
Sk
.

max
δ
ϕ
≤ [б
n
].
Trong
đó: S
max

= 12941,92 N – lực căng lớn nhất.
δ
τ
= 13 mm – bề dầy thành tang.
t = 23 mm – bước cuốn cáp.

φ = 0,8 - hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng gang.
k =1 – hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên
tang.[1/tr22]
24
Bảng (2-1). Hệ số an toàn
k.

Số
lớp

cuốn
1
2 3
≥ 4
K 1
1,4 1,8
2
- Ứng suất cho phép đối với tang được bằng công được tính theo công thức:
[б
n
] =
bn
k
σ
=
5
565
= 113 ( N/mm
2
)
Với tang được đúc bằng Gang GX 15-32 là loại vật liệu thông thường , phổ
biến nhất có giới hạn bền nén là б
bn
= 565 N/mm
2
.
=> б
n
=
1.0,8.12941,92

28,13
16.23
=
N/mm
2
. < [б
n
] = 113 (N/mm
2
)
=> Tang đảm bảo bền.
2.2.4. Chọn động cơ điện
Động cơ điện được chọn cho cơ cấu nâng của máy trục phải thỏa mãn 2 yêu cầu
sau:
- Khi làm việc thời gian dài với chế độ ngắn đoạn lặp đi lặp lại, với
cường độ cho trước, động cơ không được nóng quá giới hạn cho phép để không
làm hỏng vật liệu cách nhiệt động cơ.
- Công suất động cơ phải đủ đảm bảo mở máy với gia tốc cho trước.
Đối với cơ cấu nâng: Xác định công suất tĩnh khi nâng vật bằng tải trọng
được tính theo công thức ( 2-78)- [ 1].
N =
η
.1000.60
.
n
VQ
( KW)
Trong
đó: Q = 50000 N – tải trọng nâng của cầu trục.
V

n
= 16 m/ph – vận tốc nâng.
η - hiệu suất của cơ cấu bao gồm:
25