Hong Vn Hu

1

MC LC

Trang
Lời nói đầu...4
Chơng I : Giới thiệu chung....................6
1.1. Giới thiệu chung về cầu trục ... 6
1.1.2. Công dụng của cầu trục .6
1.1.2. Phân loại ....................6
1.2. Tình hình thiết kế chế tạo cầu trục ở Việt Nam .11
1.3. Giới thiệu cầu trục thiết kế và nội dung đồ án tố nghiệp....12
1.3.1. Các số liệu ban đầu ..12
1.3.2. Cấu tạo chung...12
1.3.3. Nội dung đồ án tốt nghiệp ...14
Chơng II : tính toán chung.....15
2.1. Các thông số hình học của cầu trục15
2.1.1. Chọn phơng án kết cấu thép dầm chính..15
2.1.2. Các thông số tính theo công thức kinh nghiệm16
2.1.3. Các thông số tính theo máy có sẵn...........18
2.2. Thành phần tải trọng tác dụng lên cầu trục ...18
2.2.1. Tải trọng do trọng lợng vật nâng ...18
2.2.2. Tải trọng do trọng lợng bản thân KCT cầu trục..19
2.2.3. TảI trọng do trọng lợng bản thân cầu trục..20
2.3. Tải trọng quán tính và tải trọng gió....20
Chơng III : tính toán cơ cấu nâng .....21
3.1. Chọn sơ dồ dẫn động, sơ đồ mắc cáp.21
3.2. Chọn cáp .21
3.3. Tính chọn cụm móc treo.....22

4.4.1. Tính toán bánh xe di chuyển........47
4.4.2. Tốc độ thực tế của xe con.49
4.4.3. Tính đoạn trục lắp bánh xe...49
4.4.4. Tính trục truyền giữa hai khớp nối...53
4.4.5. Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe......54
4.5. Tính chọn khớp nối.........54
5.6.1. Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ...54
5.6.2. Khớp nối trên trục truyền giữa hai bánh xe..55
4.6. Kiểm tra động cơ....55
4.6.1. Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám...55
4.6.2. Kiểm tra thời gian mở máy khi đầy tải.....58
4.6.3. Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt..58
4.7. Tính chọn phanh và kiểm tra thời gian phanh....59
4.7.1. Tính chọn phanh...59
4.7.2. Kiểm tra thời gian phanh khi đầy tải61
Chơng V : Tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục63
5.1. Lực nén bánh xe di chuyển cầu trục...63
5.2. Lực cản di chuyển cầu trục.....64
5.3. Tính công suất, chọn động cơ của cơ cấu di chuyển cầu............65
5.4. Tính chọn hộp giảm tốc..66
5.5. Tính cụm bánh xe di chuyển cầu trục.....66
5.5.1. Tính toán bánh xe di chuyển66
5.5.2. Tốc độ thực tế của xe con.....67
5.5.3. Tính đoạn trục lắp bánh xe...67
5.5.4. Kiểm tra độ bền mỏi của trục theo hệ số an toàn ....69
5.5.5. Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe .72
5.6. Tính chọn khớp nối.72
5.6.1. Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ...72
5.6.2. Khớp nối giữa hộp giảm tốc và trục bánh xe73
5.7. Kiểm tra động cơ 73

6.3. Tính toán mối liên kết giữa dầm chính và dầm đầu .106
6.3.1. Liên kết giữa dầm chính và dầm đầu..........106
6.3.2. Tính thiết kế mối hàn giữa dầm chính và bản liên kết....110
Kết luận111
Tài liệu tham khảo.112


Hoàng Văn Hậu

4

LỜI NÓI ĐẦU
Thế kỉ 21 đã mở ra một kỉ nguyên mới cho đất nước ta. Kỉ nguyên công nghiệp
hóa hiện đại hóa. Hàng loạt những nhà máy, công xưởng được xây dựng và lắp ráp
cùng với các dây chuyền công nghệ máy móc hiện đại được lắp đặt với khối lượng rất
lớn. Mặt khác công tác sửa chữa khắc phục những máy móc cũ sau một thời gian dài
sử dụng cũng được đẩy nhanh.
Tất cả các công việc xây dựng, lắp ráp và sửa chữa đó không thể vắng các máy
nâng chuyển. Cầu trục là một thiết bị quan trọng trong các thiết bị nâng đó. Đặc biệt
trong các nhà kho, nhà máy cầu trục trở thành thiết bị quan trọng và rất cần thiết.
Cầu trục được sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hàng hoá trong các nhà kho trong các
nhà máy xí nghiệp sữa chữa lắp ráp và chế tạo.
Với nhu cầu thực tế đó,các thầy ở bộ môn Máy Xây Dựng của trường Đại Học
Xây Dựng đã đưa thiết kế cầu trục hai dầm 12,5T vào làm đề tài tốt nghiệp. Sau 5 năm
học tại trường, dưới sự dạy dỗ nhiệt huyết và sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em đã
trang bị cho mình những kiến thức cần thiết để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp
được giao. Đề tài lần này chính là cơ hội để em tổng hợp lại tất cả kiến thức mình đã
học và là bước đầu cho em được tiếp xúc với môi trường thiết kế sản xuất thực tế.
Nhiệm vụ thiết kế trong đồ án tốt nghiệp của em là thiết kế cầu trục 2 dầm tải
trọng nâng 12,5 tấn

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC
1.1.1. Công dụng của cầu trục.
Cầu trục được sử dụng chủ yếu trong các phân xưởng nhà kho để nâng hạ và
vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn. Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn
trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng. Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên
cao dọc theo nhà xưởng còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu. Vì vậy mà cầu trục
có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong không 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 cạp, nam châm điện, gầu
ngoạm... 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.
1.1.2 Phân loại :
a) Theo công dụng có các loại cầu trục :
- Cầu trục có công dụng chung: loại này dùng chủ yếu với móc treo dể xếp dỡ,
lắp ráp và sửa chữa máy móc.
- Cầu trục chuyên dùng: loại này được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp
luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chết độ làm việc rất nặng.
b) Theo kết cấu dầm cầu trục:
- Cầu trục một dầm: loại này có kết cấu thép của cầu trục gồm có một dầm
chính liên kết với hai dầm biên ở hai đầu bằng bulông cường độ cao. Trước đây người
ta thường dùng thép cán chữ I làm dầm chính và để đảm bảo độ cứng theo phương
ngang thì phải hàn thêm các thanh giằng hoặc giàn ngang rất phức tạp. Hiện nay với
quy mô sản xuất lớn và công nghệ hoàn thiện, người ta thường dùng dầm hộp được tổ
hợp từ thép tấm CT3, đảm bảo độ cứng theo phương ngang bằng cách tăng chiều rộng
bản cánh trên của dầm, đảm bảo kiểu dáng công nghiệp đẹp. Cầu trục một dầm thường
chỉ được sử dụng trong trường hợp khẩu độ dầm nhỏ, tải trọng nâng không lớn




Hoàng Văn Hậu

9

- Cầu trục treo: loại cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do
đó có thể phục vụ ở cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữa
hai nhà xưởng song song. Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn so với
cầu trục tựa. Dầm của cầu trục treo thường là dầm thép chữ I và palăng điện chạy dọc
theo dầm cầu dể nâng hạ vật. Tuỳ theo khẩu độ của nhà xưởng mà cầu trục treo có thể
chạy dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhiều ray treo. Chính vì có thể treo trên
nhiều gối mà kết cấu của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa và có thể làm dầm
cầu có độ dài tương đối lớn (đến 100m).

Hình 1.4.Cầu trục một dầm dạng treo
d) Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục:
- Loại cầu trục dẫn động chung.
- Loại cầu trục dẫn động riêng.


Hong Vn Hu

10

4 3

5

3


e) Theo ngun n ng cu trc:
- Cu trc dn ng bng tay: dựng ch yu trong sa cha, lp rỏp nh v cỏc cụng
vic nõng, vn chuyn hng hoỏ khụng yờu cu tc , v sc nõng ln.

Hỡnh 1.6: Cu trc dn ng bng tay loi mt dm (dng ta )
1- dm cu trc; 2 c cu di chuyn cu trc ;3 palng xớch
- Cu trc dn ng bng mỏy: uc dựng ch yu vỡ nú d s dng, cho hiu qu cao
v tin cy.


Hoàng Văn Hậu

11

f) Theo vị trí điều khiển cầu trục:
- Cầu trục được điều khiển bằng nút bấm: thường dùng cho loại cầu trục một dầm có tải
trọng nâng nhỏ.
- Cầu trục được điều khiển bằng ca bin: thường dùng cho loại cầu trục có tải trọng nâng
lớn.
1.2 Tình hình thiết kế chế tạo cầu trục tại Việt Nam.
Trong những năm của thập kỉ 90 về trước, nước ta sử dụng chủ yếu cầu trục của
Liên xô và các nhà nước XHCN với số lượng không nhiều, theo nhu cầu và kế hoạch
của nhà nước. Tham gia vào lĩnh vực thiết kế, chế tạo cầu trục thường chỉ là các công
ty nhà nước như Hồng Nam, formach, chủ yếu là khai thác vật tư thiết bị trong nước,
thiết kế cải tạo, thiết kế theo kinh nghiệm.
Bước sang thế kỉ 21, đặc biệt những năm gần đây, do tác động của cơ chế thị
trường, đặc biệt là việc công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế, mà thể hiện là các
khu công nghiệp không ngừng gia tăng, nhu cầu sử dụng máy nâng là rất lớn, đặc biệt
là cầu trục. Chính vì vậy mà đã có rất nhiều công ty đã tham gia thiết kế chế tạo và lắp
ráp sản phẩm cầu trục. Ví dụ như : công ty liên doanh cơ khí Hà Nội CEC, công ty cơ

-

Ti trng nõng ca cu trc Q = 12,5 T

-

Khu L = 16,5 m

-

Chiu cao nõng : H = 10 m

-

Tc nõng vnõng= 9 m/ph

-

Tc di chuyn xe con vxecon=40 m/ph

-

Tc di chuyn ca cu trc vcu= 60m/ph

-

Ch lm trung bỡnh : C= 25%.

1.3.2. Cu to chung
Cầu trục đợc thiết kế với tải trọng 12,5 tấn, khẩu độ 16,5 m, chiều cao nâng 10 m .


Hong Vn Hu

14

Chọn động cơ là loại động cơ sử dụng điện áp xoay chiều 3 pha với rô to dây
cuốn vì loại động cơ này có những u điểm nổi bật: Mômen mở máy lớn, khởi động
êm và dòng khởi động nhỏ, ...
- Cơ cấu di chuyển xe con : Khoảng cách hai ray di chuyển xe con không
lớn,không gian bố trí tren xe con hẹp,công suất dẫn động không lớn. Chọn cơ
cấu dẫn động xe con kiểu dẫn động chung. Sử dụng hộp giảm tốc đứng để tiết
kiệm không gian.
- Cơ cấu di chuyển cầu :Với khẩu độ L = 16,5 m ta chọn cơ cấu di chuyển cầu
trục theo kiểu dẫn động riêng. Cầu trục di chuyển trên bốn bánh gồm hai bánh
chủ động và hai bánh bị động. Động cơ,hộp giảm tốc,phanh đợc đặt trên sàn
công tác và truyền ra hai bánh lắp ở hai đầu trục truyền.
1.3.3. Ni dung ụ an tụt nghiờp:
Cụng tỏc thit k, ch to, lp t cú mt cu trc hon chnh gm rt nhiu
cụng on. Trong khuõn kh ụ an tụt nghiờp, do thi gian cú hn nờn ni dung ụ an
tụt nghiờp bao gm :
- Phn thuyt minh tớnh toỏn :
+ Gii thiu chung v cỏc loi cu trc v cu trc thit k.
+ Tớnh toỏn c cu nõng
+ Tỡnh toỏn c cu di chuyn xe con
+ Tớnh toỏn c cu di chuyn cu trc
+ Tớnh toỏn kt cu thộp dm chớnh , dm u
- Phn bn v thit k :
+ Hỡnh chung cu trc : 1A0(A1)
+ Cỏc c cu cụng tỏc : 3 A0(A1)
+ Kt cu thộp cu trc : 2 bn A1

trục nh kết cấu thép, các cơ cấu và sau khi thiết kế xong có thể phải điều chỉnh nếu
số liệu sơ bộ kém chính xác.
Các thông số xác định sơ bộ trong phần tính toán chung có thể lấy theo máy tơng đơng có sẵn hoặc theo các thông số kinh nghiệm.


Hoàng Văn Hậu

16
Bx

g

A

4

B

hb

hd

hk
A

C

B

5

br

bc5 bc6

bc3 bc4

.

.

hr

C C

B B

hd

hc2

hd1
.

.

.

hc

hb

s6

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo kết cấu thép cầu trục
1-Dầm chính ; 2-Dầm biên (dầm đầu) ; 3-Cabin; 4-Sườn đứng ; 5-Sườn dọc .
Các điểm đặc trưng trên mặt cắt A-A, B-B, C-C: điểm 1-10
2.1.2. Các thông số tính theo công thức kinh nghiệm
- Khoảng cách tâm hai bánh xe trên dầm biên
Bc ≥ f.Lc
f- Hệ số ma sát thành bánh xe với ray khi có sự xô lệch trong quá trình di
chuyển . f=(

1 1
1
÷ ) chọn f =
7 5
6

Bc 1
≥
Lc 6

Lc = 16,5 m

Bc ≥

⇒ Bc ≥

Lc
6


18

hc =

Lấy hc= 1 m = 1000 mm
hd = (0, 4 ÷ 0, 6) hc
Lấy hd = 0,5.hc = 0,5.1 = 0,5 m = 500 mm
Chiều rộng bc= 0,4hc= 0,4. 1 = 0,4 m = 400 mm
bco ≥

h
3

c

=

1
= 0,33 m
3

Lấy bco= 0,33m= 330mm
bc-bco = 400-330 = 70 mm ∈ (60 ÷ 100) mm
(đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể dầm và đảm bảo độ cứng
theo phương Ngang)
+ Chiều dày bản bụng ( thanh đứng ) s1 bản cánh s2
Chiều dày bản bụng thường lấy theo tải trọng :
Bảng 2.1:
≤ 20


Chiều dày bản cánh s5 ≥ s6

lấy s5= 8 mm ; s6=10 mm

Chiều cao dầm hb ≤ hd thường lấy hb=hd= 500 mm


Hoàng Văn Hậu

18

+ Dầm biên có thể làm tiết diện
bb=bco+ 2.s5 = 330 + 2.8 = 346 mm
Lấy bb= 350 mm
bbo ≥

h

b

3

=

500
= 167 mm
3

⇒ Lấy bbo= 180 mm



hs
h − 2.s1
+ 40 = c
+40
30
30
1000 − 2.8
+ 40 = 72,8 mm
30

chọn bs =80 mm
Chiều dày sườn đứng : ss =

bs
= 5,33 mm chọn ss = 6 mm
15

2.1.3. Các thông số tính theo máy có sẵn (theo [4]: cầu trục loại 12,5 T)
ec =

B − Bc
= 150 mm = 0,15 m
2

B= Bc+ 2.ec= 3,2 + 2.0,15 =3,5 m
2.2. Thành phần tải trọng tác dụng lên cầu trục
2.2.1.Tải trọng do trọng lượng vật nâng
+ Tải trọng nâng danh nghĩa : Qdn=12,5T =125 kN
+ Tải trọng thiết bị mang : q = 0,05.Qdn=0,05.125 = 6,25 kN = 625 kg

Gcb- Trọng lượng sàn công tác, lan can, ca bin :

Gcb= 0,87 T

Gdc1=[140.140+2.400.8+(1000-8-8).6].18.10-6.7850+0,668+0,87
Gdc1=6,05 T
- Tổng trọng lượng kết cấu thép cầu trục có thể kể đến hệ số vượt tải 1,1 tính đến
trọng lượng mối hàn và sai số ngẫu nhiên.
Gdc=1,1.(2Gdc+2.Gcb) =1,1.(2.6,05+2.0,313 )= 13,998 T ≈14 T
Bảng 2.2:
Gs

Gcb

Gdc

Gdb

G

(T)

(T)

(T)

(T)

(T)


Gc= Gdc+Gxc+Gcb+Gdcc
Gc= 14000+3360+ 870+416 = 18646 kg
2.3 Tải trọng quán tính và tải trọng gió của cầu trục
Tải trọng do lực quán tính trong các cơ cấu phát sinh trong thời kỳ chuyển động
không ổn định như khi mở máy , phanh , thay đổi tốc độ .
a) Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Pqt=m.a=

GV
g t

+ Di chuyển cầu trục :
Pqt=mc.ac

/ mc=Gc (Khối lượng cầu trục )

ac = 0,2m/s2 gia tốc cầu trục (tra bảng 27 trang 53 tài liệu [3])
Pqt1= 18646.0,2 = 3729,2 N
+ Di chuyển xe con:
2

Pqt2=mxc.axc= 3360.0,2 =672 N ( axc= 0,2 m/s )
+ Vật nâng: ( theo [3] tra bảng 16,trang 53) an = 0,2 m/s
Khi không tải :

P1= mm. an= 50.0,2 = 10 N

Khi có tải :

P2=mvn. an= 100.0,2= 20 kN


1
2
3
4
Hình 3.1b.Sơ đồ mắc cáp.
1:Tang ; 2: Puli cân bằng ; 3: Cáp ; 4: Cụm puli móc treo.
3.2. Chọn cáp
- Chọn Palăng kép có bội suất a = 2
- Lực căng cáp lớn nhất khi nâng vật, theo tài liệu [ 3] ta có :
S max =

Q
2.a.η pη r

Q- Tải trọng nâng lớn nhất:


Hoàng Văn Hậu

22

Q= Qn+q= (125+0,05.125).103= 131,25kN =131,25.103 N
+ η p- Hiệu suất của palăng :
ηp =

1 −η a
1 − 0,982
=
≈ 0,99

3081-69.

Có

kết

cấu

6x19(1+9+9)+7.7.(1+6) ( theo [ 4 ]), có các thông số kỹ thuật:
+ Đường kính cáp: dc = 16,5 mm
+ Diện tích tính toán mặt cắt của tất cả các sợi: 118,32 mm2
+ Độ bền giới hạn của thép: σ b =200 daN/mm2
+ Lực kéo đứt cáp: [Sđ] = 192 KN
+ Khối lượng 1000 m cáp đã được bôi trơn: 1085,0 kg
3.3 Tính chọn cụm móc treo :
3.3.1. Chọn cụm móc treo:
Với tải trọng nâng Q=12,5 T ta chọn cụm móc treo theo tài liệu (theo [4])
Có : - Đường kính puly Dp= 500 mm
A= 230 mm ; B = 320 mm ; B1=357mm ; B2 = 660 mm ; B3 = 386 mm
D =110 mm; H =920 mm; H0 =450 mm; H1=295 mm; H2=295mm; S= 85 mm
Kí hiệu : + vòng bi :218

(hai puly làm việc )

:


Hoàng Văn Hậu

23

-Giới hạn mỏi: σ-1=12 KN/cm2
-Tại mặt căt I-I: Tiết diện I -I là tiết diện chịu kéo ⇒ Kiểm tra sức bền kéo:
σk =

Qdn
4.125
=
= 5,07 KN / cm 2
2
2
πd
3,14.5,6
4


Hoàng Văn Hậu

24
[σ ] =5000 ÷ 6000 N/cm2

σ k < [σ ] = 5 ÷ 6 kN/cm2

- Tại mặt căt A-A: Coi móc như thanh cong ứng suất lớn nhất kéo thớ trong mặt cắt
(Do móc treo được rèn nên σI ≈ σII)
-

σA =

2.Q.e2
N/cm2


-

Khoảng cách từ trọng tâm mặt(tâm kéo) đến điểm phía trong (thớ trong) là e2 :

-

e2 =

-

Khoảng cách từ tâm mặt cắt đến thớ ngoài mặt cắt là e1:

(2 B1 + B2 )h (2.26 + 65).110
=
= 42,85mm = 4,29cm
3( B1 + B2 )
(26 + 65).3

e1=h-e2=110-42,85=67,15 mm=6,715 cm
k- Hệ số phụ thuộc vào độ cong và hình dạng của mặt cắt móc
( hệ số dạng hình học)
h 110
=
=1 ;
D 110

có

B2 65

=
= 1,19kN / cm 2
F .k .D 45,5.0,9.11

Ứng suất tiếp (cắt) trong B-B:
τc =

Qdn 125
=
= 2,74kN / cm 2
F
45,5

Ứng suất tương đương trong mặt cắt B – B, theo thuyết bền thứ ba:
σ = σ u 2 + 4.τ c 2 = 1,19 2 + 4.2,74 2 = 5,6kN / cm 2
σ ch 25
2
[σ] = n = 1, 4 = 17,87kN / cm
ch

(nch = 1,4: Tra bảng 11, T27 – [3])