Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
1. Đầu đế thiết kế :
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
2. Các số liệu ban đầu:
- Sức nâng Q = 20T; khẩu độ L = 30m; chiều cao nâng H = 12m.
- Sức nâng tời phụ Q = 5T; chế độ làm việc: trung bình (A5).
- Tốc độ nâng tời chính: 9,82m/s; tốc độ nâng tời phụ: 19,9 m/s.
- Tốc độ di chuyển cổng: 20m/s; tốc độ di chuyển xe con: 38,4m/s.
- Sử dụng xe con tiểu chuẩn đã có sẵn.
3. Nội dung các phần thuyết minh tính toán:
- Giới thiệu chung về cổng trục.
- Tính toán thiết kế kết cấu thép.
- Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển cổng.
- Tính toán thiết kế mạch điện điều khiển.
- Tính toán thiết kế cụm tang rải cáp.
- Xây dựng quy trình lắp đặt.
4. Các bản vẽ và đồ thị:
- Bản vẽ hình chung máy thiết kế A0
- Bản vẽ chân cổng trục A1
- Bản vẽ cơ cấu di chuyển cổng A1
- Bản vẽ dầm cổng trục A1
- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý điện A1
- Bản vẽ thanh giằng chân cổng A1
- Bản vẽ chế tạo chi tiết A1
1
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
- Bản vẽ cụm tang rải cáp điện A1
- Bản vẽ quy trình lắp dựng A1
5. Cán bộ hớng dẫn chính :
TS. Trơng Quốc Thành
6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 14 tháng 10 năm 2003

4. Các thông số hình học 20
Chơng II: Tính sức bền kết cấu thép 21
I. Tính toán dầm 21
1. Sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng 21
2. Tổ hợp tải trọng 23
3. Mômem quán tính chọn sơ bộ 24
4. Nội lực trong dầm 28
5. ứng suất trên dầm 33
6. Tính toán độ ổn định cục bộ 35
7. Tính chuyển vị 36
II. Tính bền chân cổng 38
1. Sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng 38
3
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
2. Tổ hợp tải trọng 39
3. Nội lực trong chân cổng
4. ứng suất trong chân
40
47
III. Tính toán chốt liên kết 48
Chơng III: cơ cấu di chuyển cổng 50
1. Chọn sơ đồ dẫn động 50
2. Xác định lực nén bánh lớn nhất 50
3. Xác định lực cản di chuyển 51
4. Tính công suất động cơ 52
5. Tính bộ truyền ngoài 53
6. Kiểm tra động cơ 53
7. Tính bánh xe di chuyển 56
8. Tính trục 57
9. Chọn ổ bi 61

xây dựng là rất lớn. Để xây dựng các công trình lớn, hiện đại đòi hỏi tiến độ thi
công và chất lợng công trình ngày càng cao. Cùng với sự phát triển của ngành Xây
dựng thì ngành Máy Xây dựng cần đáp ứng nhu cầu về tiến độ thi công và hiệu quả
kinh tế của công trình xây dựng. Vì vậy bên cạnh việc tăng cờng đầu t về tài chính
thì việc áp dụng những công nghệ mới nhằm nâng cao chất lợng, hạ giá thành sản
phẩm cũng nh đảm bảo tiến độ thi công là việc làm hết sức cần thiết. Với việc ứng
dụng các công nghệ mới tiên tiến thì sử dụng các máy và thiết bị là điều tất yếu.
Khi đó máy và thiết bị xây dựng không những chỉ tăng năng suất lao động, tăng
nhịp độ thi công mà còn là yếu tố không thể thiếu đợc để đảm bảo chất lợng và hạ
giá thành công trình, thậm chí trở thành nhân tố quyết định đến sự hình thành một
công trình hiện đại. Thực tế xây dựng ở các nớc tiên tiến cũng nh ở nớc ta đã chỉ ra
rằng việc xây dựng các nhà cao tầng không thể thiếu đợc các cần trục có chiều cao
nâng, tầm với, tải trọng nâng lớn, các máy bơm bêtông hiện đại cũng nh nhiều thiết
bị khác. Việc xây dựng các công trình thuỷ điện bến cảng cầu đờng không thể hoàn
thành và đảm bảo chất lợng nếu không sử dụng các máy làm đất và các thiết bị gia
cố nền móng, các thiết bị sản xuất vật liệu và nhiều thiết bị khác có tính năng kỹ
thuật phù hợp. Chính vì những lí do trên, máy xây dựng ngày càng có ý nghĩa và
vai trò lớn hơn trong công tác xây dựng cơ bản nói riêng và nền kinh tế nói chung.
Sau khoảng thời gian học tập và nghiên cứu ở trờng thì đồ án tốt nghiệp là sự hệ
thống lại toàn bộ những kiến thức đã học trớc đó, chuẩn bị cho quá trình ra trờng đi
làm sau này. Cụ thể trong đồ án này là thiết kế Cổng trục có sức nâng 20/5T.
Trong quá trình làm ĐATN đợc sự hớng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS.
Trơng Quốc Thành em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn và đầy đủ khối lợng mà
bộ môn và thầy đã giao.
5
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
Do quá trình tìm hiểu thực tế cha kỹ càng và tài liệu tham khảo cha đầy đủ nên
đồ án còn nhiều sai sót mong các thầy cô bỏ qua.
Nhân đây em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Trơng Quốc Thành và các thầy cô
trong bộ môn đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm đồ án.

đầu côngxôn và hai đầu côngxôn (hình 1.2). Kết cấu dầm cầu và kết cấu chân cổng
cũng rất da dạng. Dầm cầu có thể đợc chế tạo dới dạng dầm hộp hàn, dạng ống,
dầm dàn không gian và có thể một hoặc hai dầm. Kết cấu chân cổng có thể là dàn
hoặc hộp.
Hình1.2: cổng trục một dầm có côngxôn
Ray di chuyển xe con trên dầm cầu có thể đặt phía trên hoặc treo ở phía
dới dầm cầu. Chân cổng thờng có một chân cứng (có kết cấu hộp hoặc dàn
không gian liên kết cứng với dầm cầu) và một chân mềm (có kết cấu ống
hoặc giàn phẳng và liên kết khớp với dầm cầu). Chân mềm có liên kết khớp
với dầm cầu để đảm bảo cho kết cấu là hệ tĩnh định, nó có thể lắc quanh trục
thẳng đứng đến 5
0
để bù trừ sai lệch của kết cấu và đờng ray do chế tạo, lắp
đặt và ảnh hởng của biến dạng do nhiệu độ. Nh vậy chân mềm của cổng trục
có tác dụng giảm ma sát thành bánh xe với ray, giảm tải trọng xô lệch và
tránh kẹt ray khi di chuyển. Cổng trục có khẩu độ dới 25m có thể chế tạo
haichân cứng. Đối với cổng trục hạng nặng có sức nâng trên 100T thờng là
hai ray di chuyển cho mỗi bên và cụm bánh xe di chuyển gồm nhiều bánh xe
8
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
đặt trên cầu cân bằng để đảm bảo cho chúng có lực nén bánh đều nhau. Các
cổng trục có sức nâng lớn thờng đợc bố trí thêm một đến hai tời nâng phụ.
Xe con của cổng trục có thể là palăng điện hoặc tời treo chạy trên ray
treo và có thể là xe con giống nh cầu trục. Cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển
xe con có thể bố trí trên kết cấu thép của cổng truc, dẫn động xe con bằng
cáp kéo.
2. Kết cấu thép cổng trục
Kết cấu thép của cổng trục bao gồm dầm cầu và các chân cổng.
a. Kết cấu thép của dầm cầu
Cổng trục một dầm có kết cấu dầm là tổ hợp đợc sử dụng rất phổ biến với

Hình 1.5: chân cổng
Chân cổng có kết cấu giàn cùng dầm cầu loại giàn không gian (một dầm),
trong trờng hợp này thờng xe con di chuyển trên ray bên dới dầm cầu, vật nâng đợc
treo trên các palăng cáp (hình 1.5c).
Cabin của cổng trục có thể đợc đặt cố định tại chân cứng hoặc treo trên xe con
và di chuyển cùng xe con.
Cổng trục hai dầm có xe con chạy trên ray đặt trên hai dầm thờng có thêm sàn
thao tác để bảo dỡng và sửa chữa.
Cổng trục có khẩu độ dới 25m có thể chế tạo với hai chân cứng (hình 1.6a),
cổng trục có khẩu độ lớn thờng một chân liên kết cứng với dầm còn chân kia liên
kết khớp với dầm. Trên sơ đồ 1.6b,c có chân cổng liên kết khớp với dầm. Sơ đồ
1.6b có chân cổng bên trái liên kết cứng với dầm còn chân cổng bên phải liên kết
khớp với dầm nhờ khớp quay hình trụ với trục xoay nằm trong mặt phẳng ngang.
Với sơ đồ này chân cổng có thể lắc quanh trục thẳng đứng tới 5
0
về cả hai phía và
góc lắc đợc khống chế bởi khe hở giữa vỏ khớp phía dới và phía trên. Trong trờng
hợp này cổng trục bị xô lệch do tốc độ hai bên không đồng đều nhau thì dầm cầu
bị uốn trong mặt phẳng ngang.
l< 25000
c
b
d
a
b
c
Hình 1.6
Nhợc điểm này đợc khắc phục trong sơ đồ 1.6c, chân cứng bên trái đợc liên kết
với dầm bằng nút trợt (nút B) cho phép dầm có thể xoay tơng đối quanh vấu định vị
11

Cơ cấu di chuyển xe con bằng cáp kéo thờng đặt ngoài xe con (trên kết cấu
thép của cổng trục). Sơ đồ mắc cáp của cơ cấu di chuyển xe con nh hình 1.7b, hai
đầu của cáp đợc quấn vào tang theo chiều ngợc nhau do đó khi tang quay thì một
đầu cuốn còn một đầu nhả đảm bảo cho xe con di chuyển đợc. Tang của cơ cấu này
có thể là tang thờng hoặc tang ma sát. Cabin điều khiển có thể đợc gắn trên xe con
và di chuyển cùng nó.
Cơ cấu nâng của cổng trục cũng có thể đợc đặt trên xe con hoặc ngoài xe
con (trên kết cấu thép của cổng trục). Khi đặt ngoài xe con (hình 1.7a), để đảm bảo
chiều cao nâng không đổi khi xe con di chuyển thì cáp nâng vắt qua các puly trên
xe con và trên cụm móc treo sau đó đi ra khỏi xe con về phía cuối dầm cầu và cáp
đợc cố định vào dầm cuối. Phơng án này cho phép giảm đáng kể kích thớc và trọng
lợng của xe con do đó trọng lợng của dầm cầu cũng giảm đáng kể khoảng 20%.
Nhợc điểm của phơng án này là cáp nâng có thể có độ võng rất lớn khi xe con di
chuyển không tải trọng nâng. Để khắc phục nhợng điểm này, ngời ta làm các con
lăn đỡ cáp nâng và tăng trọng lợng của cụm móc treo.
4. Cơ cấu di chuyển cổng trục
ở một số cổng trục nhỏ loại cũ cơ cấu di chuyển cổng trục thờng dùng phơng
án dẫn động chung và cơ cấu đặt trên dầm cầu. Phơng án này tuy giảm tải trọng xô
lệch cổng song cồng kềnh, khó lắp đặt và đắt nên hiện nay không dùng. Hiện nay
cơ cấu di chuyển cổng thờng dùng phơng án dẫn động riêng. Trên mỗi chân cổng
có một cơ cấu di chuyển riêng, số bánh xe chủ động thờng không vợt quá 50%
tổng số bánh xe .
13
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
Hình 1.8: các sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng trục
Cổng trục hiện đại thờng dùng cơ cấu di chuyển có hộp giảm tốc đặt đứng hoặc
hộp giảm tốc trục vít - bánh vít và động cơ lắp mặt bích với hộp giảm tốc. Kết cấu
này vừa gọn nhẹ vừa dễ tháo lắp. Cổng trục cỡ lớn thờng có chân cổng tựa trên các
bánh xe, số bánh xe trên mỗi cụm là hai đến bốn bánh để giảm tải cho bánh. Các
cụm bánh xe thờng lắp trên các cầu cân bằng để đảm bảo lực nén đều trên các bánh

cầu không lớn.
Có thể chia cổng trục trong nhà máy thuỷ điện làm 3 loại:
- Cổng trục dùng để lắp ráp và phục vụ các thiết bị trong nhà máy thuỷ điện.
- Cổng trục phục vụ các thiết bị và nâng hạ của đập.
15
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
- Cổng trục để phục vụ lắp ráp cửa đập.
Cổng trục trên có thể có hoặc không có côngxôn. Cơ cấu nâng của cổng trục
loại này có đặc điểm là dùng hai tờ nâng đặt cách nhau đúng bằng chiều rộng của
cửa đập và để tránh khả năng bị kẹt cửa đập trong khung dẫn hớng của nó, hai tời
nâng phải đồng đều. Cửa đập trong các nhà máy thuỷ điện phải đợc nâng với tốc độ
chậm. Còn khi không nâng thì phải có tốc độ nhanh để rút ngắn thời gian do vậy
tời nâng phải có hai tốc độ.
II. giới thiệu cổng trục thiết kế
1. cấu tạo chung.
Với nhiệm vụ thiết kế là cổng trục có sức nâng Q=20/5t và khẩu độ L=30m ta
lựa chọn phơng án thiết kế là cổng trục hai dầm xe con di chuyển trên ray đặt trên
hai dầm. Sơ đồ hình chung cổng trục thiết kế nh hình 1.10.
Cổng trục này đợc thiết kế với hai chân liên kết khớp trụ với dầm, với kết cấu
khớp sẽ giúp cho công việc lắp dựng đơn giản hơn, giảm thời gian do đó tăng năng
suất lao động.
5
7
6
30000
33200
1
2
8
3

tác dụng vào bánh xe ta bố trí hệ bánh xe kép trên mỗi cụm bánh. Mỗi bên chân
cổng đợc bố trí một cơ cấu di chuyển riêng.
17
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
Trên chân cứng còn có bố trí hệ tang cuốn cáp điện, cabin điều khiển và cầu
thang dẫn lên sàn thao tác.
3. Xe con
Xe con sử dụng trên cổng trục là xe con tiêu chuẩn đợc lựa chon theo átlát máy
xây dựng. Xe con di chuyển trên ray đặt trên hai dầm của cổng trục bằng cơ cấu di
chuyển riêng. Trên xe con bố trí 3 cơ cấu chính là: cơ cấu nâng chính Q=20t, cơ
cấu nâng phụ Q= 5t và cơ cấu di chuyển xe con.
Các thông số cơ bản của xe con:
- Tổng trọng lợng xe con Q
x
= 8500 (kg)
- Chiều dàI: L= 3092 (mm)
- Chiều rộng: B= 2670 (mm)
- Chiều cao: h= 1383 (mm)
- Chiều rộng giữa 2 bánh xe: b = 2000 (mm)
- Khoảng cách giữa 2 bánh xe: l = 2500 (mm)
- Khoảng cách từ tâm móc đến ray di chuyển xe con h
1
= 1440 (mm)
a. Cơ cấu nâng chính
Sơ đồ dẫn động cơ cấu nâng chính của cổng trục nh hình 1.12
5
1
2
3
4

Lực tác dụng trên một sợi cáp P = 2710 (kg)
Số nhánh cáp: 8 nhánh
b. Cơ cấu nâng phụ
Sơ đồ cơ cấu nâng phụ nh hình 1.13
4
3
2
1
7
6
5
19
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
Hình 1.13: cơ cấu nâng phụ
1. động cơ, 2. khớp nối, 3. phanh, 4. hộp giảm tốc
5. tang, 6. palăng cáp, 7. gối dỡ trục tang
Các thông số của cơ cấu nâng phụ:
- Tải trọng nâng Q= 5 (t)
- Vận tốc nâng V
n
= 19,8 (m/ph)
- Động cơ : loại MTB 411-8
N = 16 (kw)
n = 710 (v/ph)
- Hộp giảm tốc: loại PM500- IV- 4M
i = 23,34
- Phanh: loại TKTT
D
p
= 300 (mm)

- Động cơ : loại MT 21-6
N = 5 (kw)
n = 945 (v/ph)
- Hộp giảm tốc: loại B400
i = 26,4
- Phanh: loại TKT
D
p
= 200 (mm)
M
p
= 2500 (kgcm)
- Bánh xe: D
bx
= 320 (mm)
- Hành trình giảm chấn : 85 (mm)
- Ray 51 mm
- Thanh quét điện L50x50x6
- áp lực bánh xe P = 8700 (kg)
4. Các thông số hình học sơ bộ của cổng trục
- Chiều cao nâng : H= 12 (m)
- Khẩu độ : L= 30 (m)
- Chiều dài dầm : l = 33 (m)
- Chiều cao dầm : h
d
= 1,6 (m)
21
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
- Chiều rộng dầm : để đảm bảo độ cứng của dầm khi xoắn thì chiều rộng của
dầm đợc tính theo công thức kinh nghiệm:

g
P
cc
P
cm
Q
G+Q
tt
P
g
P
qt
q
Hình 2.1
Các lực tác dụng lên cổng trục trong trờng hợp nguy hiểm đối với dầm
Q
tt
: tải trọng nâng tính toán
G
c
: Trọng lợng xe con
q: trọng lợng phân bố dầm
p
tt
Q
qt
:
: lực quán tính khi nâng vật
q
g

Q
= 1,2 (Bảng 1 - Tính toán kết cấu thép cổng trục)
Vậy
Q
tt
= 1,2.200000 = 240000 (N)
= 240 (kN)
c. Trọng lợng phân bố dầm
23
Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
q = 0,75 (t/m) (Theo công thức kinh nghiệm hình 1 - trang 2 - TTKCTCT)
q = 7,5(kN/m)
d. Trọng lợng chân cổng
Khối lợng chân cứng
P
CC
= 1,25.12.(240 + 85 +
2
30.5,7
) = 6562,5(kg) = 65,625 (kN) (Theo công
thức kinh nghiệm trang 1 - TTKCTCT)
- Khối lợng chân mềm
P
cm
= 0,8.12.(240 + 85 +
2
30.5,7
) = 4200 (kg) = 42 (kN) (Theo công thức
kinh nghiệm trang 1 - TTKCTCT)
e. áp lực gió

Tớnh toỏn thit k c cu di chuyn cng trc sc nõng
- Lực gió tác dụng lên xe con và vật nâng
P
Aq
QG
g
.=
+
A = 4 (m
2
) (bảng 6 - HD ĐA MH Máy nâng)
=> P
)(5)(5004.125 kNdaN
QG
g
===
+
f. Lực quán tính khi nâng vật (tải trọng động)
F
Q
= Q
tt
.K
đ
+ k
đ
: hệ số động
k
đ
= 0,05 (Hình 2 - Trang 3 - TTTKKCTCT)

= 1600 (daN/cm
2
) (trang 7 - Tính toán kết cấu thép cổng trục)
- Trờng hợp tải trọng II: ngoài các tải trọng chính trên còn tính đến lực quán tính
ngang và các tải trọng gió ở trạng thái làm việc. Trờng hợp tải trọng II ứng suất cho
phép lớn nhất trong kết cấu thép là:
25

Trích đoạn sơ đồ lắp dựng

---