i
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU ...............................................................................................................1
CHƯƠNG I
NHIỆM VỤ -YÊU CẦU -PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1. TỔNG QUAN .....................................................................................................3
1.2. NHIỆM VỤ - YÊU CẦU THIẾT KẾ. ................................................................3
1.2.1. Nhiệm vụ thiết kế. ........................................................................................3
1.2.2. Yêu cầu thiết kế ............................................................................................4
1.2.2.1. Yêu cầu chung........................................................................................4
1.2.2.2. Yêu cầu cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục ....................................5
1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ..................................................................................6
1.3.1. Đặc ñiểm, phân lọai cầu trục ........................................................................6
1.3.1.1. Một số ñặc ñiểm về cầu trục ..................................................................6
1.3.1.2. Phân loại cầu trục...................................................................................7
1.3.2. Chọn phương án thiết kế.............................................................................14
1.3.2.1. Phân tích,chọn phương án thiết kế.......................................................14
1.3.2.2. Chọn các thông số cơ bản ....................................................................17

CHƯƠNG II
TÍNH CÁC CƠ CẤU CHÍNH
2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG.............................20
2.1.1. Chọn phương án cho cơ cấu nâng ..............................................................20
2.1.2. Tính cơ cấu nâng ........................................................................................21
2.1.2.1. Chọn loại dây.......................................................................................21
2.1.2.2. palăng giảm lực....................................................................................21
2.1.2.3. Kích thước dây.....................................................................................22
2.1.2.4. Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc................................22
2.1.2.5. Tính chọn ñộng cơ ñiện .......................................................................25
2.1.2.6. Tỷ số truyền chung ..............................................................................26

3.1.3. Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền ...................................................71
3.1.3.1. Chọn kích thước tiết diện dầm chính...................................................71
3.1.3.2. Kiểm tra bền tiết diện ñã chọn.............................................................72
3.2. TÍNH DẦM CUỐI ............................................................................................75
3.2.1. Chọn vật liệu cho dầm cuối:.......................................................................75
3.2.2. Xác ñịnh các tải trọng tác dụng lên dầm cuối ............................................75
3.2.3. Chọn kết cấu dầm cuối và kiểm tra bền .....................................................75

iii
CHƯƠNG IV
TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ VÀ SƠ BỘ
TÍNH GIÁ THÀNH
4.1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC CƠ CẤU CÔNG TÁC ...79
4.1.1. Khái niêm chung.........................................................................................79
4.1.2. Hệ thống dây dẫn và các thiết bị bảo vệ.....................................................79
4.1.2.1. Hệ thống dây dẫn cung cấp ñiện cho cầu trục .....................................79
4.1.2.2. Các thiết bị báo vệ ...............................................................................80
4.1.3. Thiết kế mạch ñiều khiển cho các cơ cấu công tác ....................................80
4.2.3.1. Mạch ñiều khiển cơ cấu nâng: .............................................................80
4.2.3.2. Mạch ñiều khiển cơ cấu di chuyển xe con và cơ cấu di chuyển cầu ...81
4.2. THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ AN TOÀN CƠ - ĐIỆN CHO CẦU TRỤC .........85
4.2.1. Thiết bị hạn chế chiều cao nâng .................................................................85
4.2.2. Thiết bị hạn chế tải trọng nâng...................................................................86
4.2.3. Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển và giảm chấn .................................86
4.3. SƠ BỘ TÍNH GIÁ THÀNH SẢN PHẨM........................................................87

CHƯƠNG V
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN
KẾT LUẬN ..............................................................................................................90
ĐỀ XUẤT Ý KIẾN..................................................................................................90

Bùi Mạnh Linh

2

CHƯƠNG I

NHIỆM VỤ -YÊU CẦU -PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3

cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật ñể từ ñó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp
với nhiệm vụ thư thiết kế. Cuôi cùng là ñưa ra những thông tin về ñối tượng thiết kế
và từ những thông tin ñó có thể tạo ra một sản phẩm cụ thể.
Việc thiết kế phải ñảm bảo khả năng thực hiện ñược các giải pháp kỹ thuật,
nghĩa là phải có sự phù hợp giữa các ñặc tính kỹ thuật của các ñối tượng mới với các
giải pháp kỹ thuật và mức ñộ phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như thực tế sản
xuất. Trong ñề tài này, việc thiết kế ñược giới hạn trong “thiết kế cầu trục 1 tấn phục
vụ cho việc di chuyển tôn tấm” sao cho ñảm bảo ñược các tính năng kỹ thuật và yêu
cầu ñặt ra.
1.2.2. Yêu cầu thiết kế
1.2.2.1. Yêu cầu chung
Mỗi loại máy nâng ñược cấu thành từ hai bộ phận cơ bản: kết cấu thép và bộ
phận cơ khí. Ngoài hai bộ phận trên còn có phần trang bị ñiện, các bộ phận ñiều
khiển, các cơ cấu bảo vệ an toàn,…
Phần kết cấu thép có hình dạng, kích thước ngoài khác nhau, phù hợp với không
gian, tính chất công việc và ñối tượng mà chúng phục vụ cũng như ñiều kiện kinh tế
kỹ thuật khác. Kết cấu thép là xương sống, là bộ phận chịu tải của cả máy nâng mà
trong quá trình làm việc trọng lượng các cơ cấu cơ khí, tải trọng nâng chuyền ñến.
Các cơ cấu cơ khí ñược lắp ñặt trực tiếp trên bộ phận kết cấu thép và thực hiện chức
năng nâng hạ, di chuyển hoặc quay máy nâng, thay ñổi tầm vớ. Người ta phối hợp các
chức năng của các cơ cấu trên ñể nâng hạ, di chuyển vật trong không gian mà máy
nâng có thể thao tác.
Bộ phận cơ cấu cơ khí là tập hợp các bộ truyền dẫn ñộng từ ñộng cơ ñến bộ
công tác. Các bộ phận này có thể là cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặc hỗn hợp của các
loại ñó. Đại ña số các máy nâng sử dụng truyền ñộng cơ khí mà kết cấu của chúng là:
ñộng cơ, hộp giảm tốc, trong ñó có các trục, khớp nối, ổ bi, các cặp bánh răng, cáp
hoặc xích truyền ñộng, tang cuốn cáp, puli, phanh,…

ñược xắp xếp theo một thứ tự và
quy luật truyền ñộng nhất ñịnh. Tính toán các cơ cấu truyền ñộng là tính toán chức

6
- Sử dụng ñơn, làm việc phải có ñộ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố ở mỗi
chế ñộ nâng chuyển.
- Phải ñảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị ñược dễ dàng
trong những trừơng hợp cần thiết.
- Thiết bị phải ñặt tuổi bền cần thiết.
1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.3.1. Đặc ñiểm, phân lọai cầu trục
1.3.1.1. Một số ñặc ñiểm 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 ñể di chuyển trên hai
ñường ray song song ñặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép. Cầu trục
ñược sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng ñể nâng hạ vật nâng, hàng hoá trong các nhà
xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi. Dầm cầu ñược gọi là dầm chính thường
có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, trên ñó có xe con và cơ cấu
nâng di chuyển qua lại dọc theo dầm chính. Hai ñầu của dầm chính liên kết hàn hoặc
ñinh tán với hai dầm cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ
ñộng va cụm bánh xe bị ñộng. 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.


công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế ñộ làm việc
rất nặng.
8
b. 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 ñường ray chuyên dùng ở
trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm ñều dùng palăng ñẵ ñược chế tạo sẵn theo tiêu
chuẩn ñể làm cơ cấu nâng hạ hàng. Nếu nó ñược trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu
trục một dầm dẫn ñộng bằng tay, nếu ñược trang bị palăng ñiện thì gọi là cầu trục một
dầm dẫn ñộng bằng ñiện.

Hình 1.2. Cầu trục một dầm.
1. Bộ phận cấp ñiện lưới ba pha. 6. Palăng ñiện.
2. Trục truyền ñộng. 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 ñiều khiển.

9
Cầu trục một dầm dẫn ñộng bằng tay có kết cấu ñơn giản và rẻ tiền nhất, chúng
ñược sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp ñặt thiết bị với khối lượng công
việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5
÷
5 tấn, tốc ñộ làm việc
chậm.
Cầu trục một dầm dẫn ñộng bằng ñiện ñược trang bị palăng ñiện, sức nâng có
thể lên tới 10 tấn, khẩu ñộ ñến 30 m, gồm có bộ phận cấp ñiện lưới ba pha.

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 ñầu của dầm chính tựa lên Hình 1.4. Cầu trục tựa.
11
các dầm cuối, chúng ñược liên kết với nhau bởi ñinh tán hoặc hàn. Loại cầu trục này
có kết cấu ñơn giản nhưng vẫn ñảm bảo ñược ñộ tin cậy cao nên ñược 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 ñầu 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 ñộng chung. Phía
trên dầm chữ I là khung giàn thép 4 ñể dảm bảo ñộ cứng vững theo phương ngang
của dầm cầu. Palăng ñiện 3 có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ
cơ cấu di chuyển palăng . Ca bin ñiều khiển 2 ñược 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.

12
- 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 ray
phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ ñược dùng trong các trường hợp ñặc biệt
cần thiết. So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu ñiểm là có thể làm dầm cầu dài hơn,
do ñó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng
giữa hai nhà xưởng song song ñồng 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.
d.Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển
Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn ñộng chung
và cầu trục dẫn ñộng riêng.

chúng cũng nhỏ hơn.
- Cơ cấu di chuyển dẫn ñộng chung với trục truyền quay nhanh (hinh 1.6, c) có
trục truyền 2 ñược nối trực tiếp với trục ñộng cơ và vì vậy nó có ñường 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 ñòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác.
- Cơ cấu di chuyển dẫn ñộng riêng (hình 1.6, d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn
ñộng cho các bánh xe chủ ñộng ở mỗi bên ray ñặc biệt. Công suất mỗi ñộng 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 ñều song do gọn nhẹ, dễ lắp ñặt, sử
dụng và bảo dưỡng mà ngày càng ñược sử dụng phổ biến hơn, ñặc biệt là trong những
cầu trục có khẩu ñộ trên 15m.
e. Theo nguồn dẫn ñộng
Theo nguồn dẫn ñộng có các loại cầu trục dẫn ñộng tay và cầu trục dẫn ñộng
máy.
- Cầu trục dẫn ñộng bằng tay, (hình 1.7) ñược dùng chủ yếu trong sửa chữa, lắp
ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc ñộ 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 ñược dẫn ñộng bằng cách kéo xích từ dưới lên. Tuy là thiết bị nâng thô
14
sơ song do giá thành rẻ và dễ sử dụng mà cầu trục dẫn ñộng bằng tay vẫn ñược sử
dụng có hiệu quả trong các phân xưởng nhỏ.
- Cầu trục dẫn ñộng bằng ñộng cơ, (hình 1.1) ñươc dùng chủ trong các phân
xưởng sửa chữ, lắp ráp lớn và công việc nâng - chuyển hàng yêu cầu có tốc ñộ và
khối lớn. Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng ñiện. Cơ cấu di chuyển palăng
ñiện, xe con và cầu cũng ñược dẫn ñộng từ ñộng cơ ñiện. Loại cầu trục này ñược
dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu ñiểm nổi bật là khả năng tự ñông hoá, thuận tiện
cho người sử dung và có thể sử dung trong việc vận chuyển các loại hàng có khối
lương lớn.
Hình1.7. Cầu trục dẫn ñộng bằng tay.
a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm.

“Thiết kế cầu trục một dầm với tải trọng nâng 1 tấn” có kết cấu như sau:
- Kết cấu thép: dầm chính 1 chữ I có hai ñầu tựa trên hai dầm cuối 5, kết cấu
dầm cuối gồm hai thanh thép chữ I ghép song song. Phía trên dầm chữ I là khung giàn
thép 6 có tác dụng làm giá ñỡ cho cơ cấu di chuyển cầu ñồng thời ñảm bảo ñộ cứng
cần thiết theo phương ngang.
- Xe con 3 mang palăng ñiện 4 di chuyển trên cạnh dưới của dầm chữ I, cầu trục
di chuyển dọc theo nhà xưởng nhờ cơ cấu di chuyển 2.
16
- Phương án dẫn ñộng: mỗi cơ cấu (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ
cấu di chuyển cầu) ñều ñược dẫn ñộng bằng một ñộng cơ ñiện.
- Cầu trục ñược trang bị thiết bị mang vật là cặp lệch tâm.
- Các cơ cấu ñược ñiều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền nhà.
b. Chọn phương án thiết kế
Để thiết kế bất cứ một vấn ñề gì việc ñầu tiên chúng ta phải xác ñịnh ta ñi thiết kế
cái gì, nó phục vụ mục ñích gì và cái ta thiết kế ra có những tính ưu việt hơn so với
cái hiện ñang có hay không. Một vấn ñề vô cùng quan trọng ñó là ta thiết kế theo
phương pháp nào, vấn ñề này cần phải ñược xác ñịnh ngay từ ñầu trước khi ñi thiết kế
bất cứ một vấn ñề gì. Vì nếu không xác ñịnh ñược thiết kế theo phương pháp nào thì
có thể thiết kế ñó không có tính khả thi và ñôi khi là không thể thực hiện ñược.
Hiện nay ñể ñi thiết kế một vấn ñề nào ñó chúng ta có 4 phương pháp cơ bản, ñó
là:
- Thiết kế theo mẫu.

- Thiết kế theo Quy Phạm.
- Thiết kế theo số liệu thống kê.
- Thiết kế theo tính toán.
Đặc ñiểm của mỗi phương án thiết kế:
Thiết kế theo mẫu: Ưu ñiểm của phương pháp này ñó là cho phép ta ñi thiết kế
một cách nhanh chóng, chúng ta chỉ cần dựa vào mẫu cầu trục có sẵn hoặc thiết kế
mẫu ñể ñi thiết kế cái gần giống với cái ta cần thiết kế. Tuy nhiên nó cũng có những

loại cầu trục phục vụ việc vận chuyển tôn tại các phân xưởng ta xác ñịnh ñược các
thông số cơ bản như sau:
- Tải trọng nâng: Q = 1T
- Chiều cao nâng: H = 5 m
- Khẩu ñộ dầm cầu: L = 8 m
- Vận tốc nâng :V
n
= 10 m/ph
- Vận tốc di chuyển cầu: :V
c
= 20 m/ph
18
- Vận tốc di chuyển xe con: :V
x
= 35 m/ph
- Dòng ñiện xoay chiều 3 pha
=∆/
λ
220/380 v, tần số 50 Hz
- Chế ñộ làm việc: Nhẹ.
Tương ứng với chế ñộ làm việc nhẹ ta có:
Bảng 1-1. Các số liệu về chế ñộ làm việc các cơ cấu của cầu trục.
- 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
19

1. Động cơ ñiện.
2. Khớp nối vòng ñàn hồi.
3. Phanh.
4. Hộp giảm tốc.
5. Khớp nối.
6. Tang. Hình 2.1. Sơ ñồ cơ cấu nâng.
Đây là loại cơ cấu nâng dây mềm, có một tang, truyền ñộng của cơ cấu là truyền
ñộng riêng, năng lượng sử dụng là năng lượng ñiện. Kết cấu cơ bản gồm ñộng cơ ñiện
1, khớp nối vòng ñàn hồi 2, phanh 3, hộp giảm tốc 4, khớp nối 5, tang cuốn cáp 6,
ngoài ra còn có các bộ phạn khác như dây cáp, cặp lệch tâm và ròng rọc ñỡ cáp (hình
2.2).
6

5

4

3

2

1

21
Các thông số ban ñầu:

K-3 kết cấu 6 x 25 (1+6; 6+12) + 1 lõi, giới hạn bền các
sợi thép trong khoảng 1500
÷
1700 N/
2
mm
, ñể dễ dàng trong việc thay cáp sau này
khi bị mòn, ñứt.
2.1.2.2. palăng giảm lực
Trên các cầu lăn dây cáp ñược cuốn trực tiếp lên tang; cầu lăn phục vụ trong
phân xưởng khi cần nâng hạ vật theo chiều thẳng ñứng, ñể tiện lợi trong khi làm việc;
do ñó ta chọn palăng ñơn có một nhánh dây chạy lên tang. Tương ứng với tải trọng
cầu trục, theo bảng 2-6, [2- tr.25].
Chọn bội suất palăng a = 2. Palăng gồm một ròng rọc di chuyển, sơ ñồ (hình 2.2)
Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật ñược
xác ñịnh theo công thức [2- tr.24].
k
am
Q
S
p
η
.
0
max
=

22
Trong ñó:
a = 2 – bội suất palăng.

η
a
ta
p

Với: t – Số ròng rọc ñổi hướng, t = 0

λ
= 0,98 – hiệu suất của ròng rọc ñặt
trên ổ lăn bôi trơn bình thường. Hình 2.2. sơ ñồ palăng.

78445,1.
98,0.2.1
10250
max
==⇒ S
N
2.1.2.3. Kích thước dây
Kích thước dây cáp dược chọn dựa vào công thức (2-10) – [tr.18]
392205.7844.
max
=== kSS
ñ
N
Trong ñó:

ñ
S
- lực kéo ñứt cáp.
k = 5 - hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2-2) – [tr.19] ứng với