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.
23 | 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 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 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 quát.
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 không 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
24 | 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 chuyên 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 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.
25 | 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 cơng 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.
26 | 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 u 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.
27 | P a g e Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dưới dạng hộp hoặc giàn không gian. Dầm giàn khơng 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 đầu của cầu trục hai dầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng Bulơng hoặc hàn.
c. Theo cách tựa của dầm chính:
Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo.
- Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lên các dầm đầu, chúng được liên kết với nhau bằng bu lông 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 2.5 là hình chung của cầu trục tựa loại một dầm. phần kết cấu thép của gồm dầm chính có hai đầu tựa lên các dầm đầu với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng. Loại cầu trục này thường dùng phương án dẫn động riêng. Palăng điện có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng.
28 | P a g e - 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 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.
Hình 2.6: Cầu trục treo 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 động chung và cầu trục dẫn động riêng.
- Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương àn 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 các trục truyền. Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trung bình (hình 2.7, a, b, c). Ở phương án dẫn động riêng (hình 2.7, d) mỗi bánh xe hoặc cụm bánh xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động.
29 | P a g e
Hình 2.7: Các phương án dẫn động
- Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 2.7, 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 cơng dụng chung có khẩu độ khơng lớn, đặc biệt là các cầu trục có kết cấu dầm khơng 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 2.7, b) có trục truyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở 4. Vì vậy mà mơmen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền chậm và kích thước của chúng cũng nhỏ hơn.
30 | P a g e - Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hinh 2.7, 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 địi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác.
- Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 2.7, 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 cơng suất u cầu. Phương án này tuy có sự xơ 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.
e. Theo nguồn dẫn động:
Theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn động bằng động cơ (điện, khí nén).
- Cầu trục dẫn động bằng tay, (hình 2.8) 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 2.2) đươc dùng chủ trong các phân xưởng sửa chữa, 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 đơng hố, thuận tiện cho người sử dung và có thể sử dung trong việc vận chuyển các loại hàng có khối lương lớn.
31 | P a g e
Hình 2.8: Cầu trục dẫn động bằng tay. a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm.
f. Theo vị trí điều khiển:
Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu (hình 2.5) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm (hình 2.3). Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ.
2.3.4 Phân tích chọn phương án:
Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới cầu trục, trước tiên ta phải phân tích chọn sơ đồ kết cấu cầu trục sao cho phù hợp với mục đích và đặc điểm sản xuất của của xưởng sau đó tiến hành chọn phương án thiết kế cho phù hợp, chính xác và đạt hiệu quả cao nhất.
a. Chọn mơ hình thiết kế:
Từ các lọai cầu trục trên, nhu cầu thiết kế và qua tìm hiểu thực tế về đặc điểm kết cấu, tính năng kỹ thuật của cầu trục phục vụ trong các nhà xưởng tôi thấy loại cầu trục lăn hai dầm dạng hộp là phù hợp nhất. Loại cầu này có ưu điểm hơn cả vì có kết cấu đơn giản, chắc chắn và ổn định, thích hợp cho việc di chuyển các cụm máy phát, máy động lực có tải trọng lớn trong nhà xưởng cũng như yêu cầu về độ 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. Chính vì vậy tơi chọn loại cầu này để thiết kế.
32 | P a g e Kết cấu Cầu trục dạng dầm hộp gồm hai dầm chính, được liên kết với hai dầm đầu bằng liên kết bulơng. Dầm đầu được bố trí hai bánh xe chủ động (dẫn động bằng động cơ điện) và hai bánh xe bị động, lăn trên dầm – ray dọc nhà xưởng.
Palăng điện là loại hai móc (móc chính Q = 20 tấn; móc phụ Q = 5 tấn) được bố trí di chuyển lăn trên hai dầm chính.
Phương án dẫn động: Mỗi cơ cấu (nâng chính – phụ; di chuyển ngang; di chuyển dọc) đều được dẫn động bằng động cơ riêng.
Điều khiển bằng Remote từ sàn nhà.
Hình 2.9: Cầu trục thiết kế. b. Chọn phương án thiết kế:
Để thiết kế bất cứ một vấn đề gì việc đầu tiên chúng ta phải xác định ta đi thiết kế cái gì, nó phục vụ mục đích gì và cái ta thiết kế ra có những tính ưu việt hơn so với cái hiện đang có hay khơng. Một vấn đề vơ cùng quan trọng đó là ta thiết kế theo phương pháp nào, vấn đề này cần phải được xác định ngay từ đầu trước khi đi thiết kế bất cứ một vấn đề gì. Vì nếu khơng xác định được thiết kế theo phương pháp nào thì có thể thiết kế đó khơng có tính khả thi và đôi khi là không thể thực hiện được.