Bài giảng Máy nâng chuyển - Chương 4: Bộ phận cuốn dây và dẫn hướng dây

Chương 4
BỘ PHẬN CUỐN DÂY VÀ 
DẪN HƯỚNG DÂY
Khái niệm chung
 Tang: bộ phận cuốn dây trong CCN, biến 
chuyển động quay thành chuyển động tịnh 
tiến nâng/hạ vật.
 Ròng rọc: bộ phận dẫn hướng dây.
 Palăng: bộ phận gồm các ròng rọc, cố định 
và di động, liên kết với nhau bằng dây, dùng 
để giảm lực căng dây hoặc tăng vận tốc.
4.1. Tang cuốn cáp
Cấu tạo chung
 Tang thường có dạng ống trụ, hai đầu có moayơ 
để lắp với trục, chuyển động quay.
 Vật liệu tang: gang hoặc thép.
 Bề mặt làm việc có thể nhẵn (tang trơn) hoặc cắt 
rãnh dạng ren tròn có bước lớn hơn đường kính 
cáp tránh cáp chà xát vào nhau (tang xẻ rãnh).
 Tang có thể dùng để cuốn 1 lớp hoặc nhiều lớp 
cáp chồng lên nhau.
Tang trơn
 Khi cuốn nhiều lớp 
cáp, tang cần có gờ 
chặn. Chiều cao gờ 
tính từ lớp cáp trên 
cùng cần tối thiểu 1,5 
đường kính cáp tránh 
cáp tuột khỏi tang.
D
o
g
ờ
gờ = 1,5.dc t = dc
dc
d
L
Tang xẻ rãnh
Kích thước rãnh cáp
t
dc D
d
D
D
1D
o
R = 0,55dc
t = dc+ D
I 
D
o
I
L
Các kích thước cơ bản
 Đường kính danh 
nghĩa Do.
 Chiều dài tối thiểu 
phần cuốn cáp trên 
tang L.
 Chiều dày thành 
tang d.
D
o
g
ờ
gờ = 1,5.dc t = dc
dc
d
L
Đường kính danh nghĩa
 Đường kính đo theo tâm lớp cáp dưới cùng.
 Xác định từ điều kiện tăng độ bền lâu cho cáp:
D0 ≥ h1.dc
với dc – đường kính cáp
h1 – hệ số, tra trong tiêu chuẩn theo CĐLV của 
cơ cấu nâng.
 TCVN 5864-1995 quy định giá trị tối thiểu của h1.
 Lưu ý: với CCN dẫn động bằng đ/cơ, đường kính 
tang cần tính lại, đảm bảo vận tốc nâng cho trước. 
4-8
Chiều dài cuốn cáp
 Tính từ số vòng cáp trên 1 lớp (Z) và khoảng cách 
giữa các vòng cáp (bước cuốn cáp - t): L ≥ Z.t
• Bước cuốn cáp t ≈ dc với tang trơn; t ≈ 1,1.dc với tang xẻ 
rãnh.
• Số vòng cáp khi cuốn 1 lớp tính theo công thức:
Z = Z1 + Z2 + Z3
với Z1 = a.H/(p.D0) – số vòng làm việc (H – chiều cao nâng; 
D0 – đường kính tang; a – bội suất của palăng)
Z2 = 1,5..2 – số vòng cáp dự trữ trên tang 
Z3 = 0..2 – số vòng phục vụ cố định cáp lên tang.
• Khi cuốn n lớp cáp trên tang có thể lấy Z ≈ Z1/n.
Chiều dày thành tang
 Chiều dày d thường chọn trước theo vật liệu tang:
• Thép: d = 0,001.D0 + 3 (mm) 
• Gang: d = 0,002.D0 + (610) ≥ 12 (mm)
với D0 – đường kính tang, tính bằng mm.
 Kiểm tra tang với kích thước đã chọn về độ bền:
• Với tang ngắn (L/D0 ≤ 3) chỉ cần kiểm nghiệm độ 
bền nén: tang được tính như ống dày chịu áp suất 
ngoài do dây với lực căng Smax xiết lên tang sinh ra.
• Khi tang dài (L/D0 > 3) cần tính đến ảnh hưởng 
của cả uốn và xoắn.
Xem chi tiết
Cố định cáp lên tang
Bulông và tấm kẹp 
A
A - A 
A
Cáp
Vít chặn
C¸p
4.2. Ròng rọc và đĩa xích
Cấu tạo
Với ròng rọc cáp, đường kính danh 
nghĩa D0 đo theo tâm cáp, xác định từ 
điều kiện tăng độ bền lâu cho cáp: 
D0 ≥ h2.dc với ròng rọc thường
D0 ≥ h3.dc với ròng rọc cân bằng
với dc – đường kính cáp
h2, h3 – hệ số, tra trong tiêu chuẩn 
theo CĐLV của CCN.
Các kích thước khác theo kết cấu:
R=0,6dc h=(1,5-2,0)dc b=(2-2,25)dc
60°
b
h
D
 0
4.2. Ròng rọc và đĩa xích
Cấu tạo (tiếp)
Với ròng rọc cho xích hàn, 
đường kính danh nghĩa D0 xác 
định theo đường kính dây thép 
làm xích (d), bước xích (t) và số 
răng (số hốc) trên đĩa xích (z): 
D
0
d
z – số hốc, min = 5-6
D
0= (
t
sin(90/z)
)
2
+ (
d
cos(90/z)
)
2
Lực cản và hiệu suất ròng rọc
 Khi chưa quay: S2 = S1
 Khi quay theo chiều trên 
hình vẽ, do lực cản W 
nên S2 > S1 hay 
S2 = S1 + W
 Các loại lực cản chính:
• Lực cản do độ cứng 
dây (Wc)
• Lực cản do ma sát trong 
ổ đỡ trục (Wo)
S
1 2
S
n
W
Lực cản do độ cứng dây
 Do độ cứng nên khi 
cuốn vào và khi nhả 
khỏi ròng rọc dây bị 
lệch so với trường hợp 
lý tưởng các khoảng b
và c như trên hình vẽ
 S’2 = S1 + Wc
 Kết hợp phương trình 
cân bằng mômen tính 
được lực cản do độ 
cứng dây Wc = S1.j
S1(D0/2+b) = S’2(D0/2-c)
S1(D0/2+b) = (S1+Wc)(D0/2-c)
Wc = S1(b+c)/(0,5D0- c) = S1.j
b c
S
1 S
'
2
= S
1 
+Wc
Lực cản do độ ma sát trong ổ
 Giả sử ròng rọc đường 
kính D0 lắp trên ổ trượt 
có đường kính ngõng d.
 S”2 = S1 + Wo với Wo là 
lực cản do ma sát trong 
ổ.
 Từ mômen cản quay Tc
tính được lực cản do ma 
sát trong ổ 
Wo = Tc / 0,5D0 = S1.x
x = 2sin(a/2).f.d/D0
S''
2
=S
1 
+Wo
S
1
Lực tác dụng lên ổ:
S = S
1
+ S''2 => S @2S1.sin
a
2
Lực ma sát trong ổ: F = S.f
Tạo mômen cản quay: Tc = F.d/2
Hiệu suất ròng rọc
 Hiệu suất = công suất có ích / công suất bỏ ra
* Trường hợp ròng rọc
cố định:
C.s. có ích Pci = Q.vn
C.s. bỏ ra Pbr = S2.v0
Lực căng dây S1 = Q
Vận tốc dây v0 = vn
Hiệu suất h = S1/S2
(là tỷ số giữa lực căng dây trên
nhánh cuốn S1 và nhánh nhả S2)
S
Q ,
1
2
S , v0nv
S
Q ,
1
2
S , v
0
n
v
n
n
Hiệu suất ròng rọc (tiếp...)
 Hiệu suất = công suất có ích / công suất bỏ ra
* Trường hợp ròng rọc
di động:
C.s. có ích Pci = Q.vn
C.s. bỏ ra Pbr = S2.v0
Lực căng dây S1+S2 = Q
Vận tốc dây v0 = 2.vn
Hiệu suất hdđ > S1/S2 
S
Q ,
1
2
S , v0nv
S
Q ,
1
2
S , v
0
n
v
n
n
* Trong tính toán thường lấy: 
hdđ = h = 0,94...0,98 với ròng rọc cáp; 
h = 0,94...0,96 với ròng rọc xích (đĩa xích)
4.3. Palăng
Khái niệm chung
 Hệ thống ròng rọc cố định và di động, liên kết với 
nhau bằng dây.
 Tuỳ công dụng, palăng được phân làm 2 loại: 
 Palăng lợi lực (hình a)
 Palăng lợi vận tốc (hình b)
Q
tang
S 2......Sa S
''
1
S'1
S1
(a)
Q, vn
...
P, vP
S1 S2 Sa
(b)
4.3.1. Palăng lợi lực
 Bội suất (a): số lần giảm lực 
căng dây so với khi treo vật trực 
tiếp trên 1 dây xét ở trạng thái 
đứng im (các ròng rọc không 
quay). 
 Có thể xác định bội suất a qua 
số nhánh dây treo vật.
 Trên hình vẽ là palăng có bội 
suất a = 4.
 Trong tính toán, palăng được 
thể hiện dưới dạng khai triển... 
Tính toán palăng lợi lực
 Cho sơ đồ khai triển 
palăng. Xác định lực căng 
dây lớn nhất Smax=? nằm ở 
đâu? Khi nâng hay hạ? Hiệu 
suất của cả hệ thống hp=?
 Phương pháp: dựa vào 
các quan hệ lực căng dây 
trên các nhánh của ròng rọc 
và hiệu suất h = Scuốn/Snhả
Từ đó, xét lần lượt từng 
ròng rọc trong hệ thống 
palăng... 
Q
tang
S 2......Sa S
''
1
S '1
S1
(a)
Tính toán... (tiếp)
Q
tang
S 2......Sa-1Sa S''1
S'1
S1
Khi hạ thì thế nào?
Khi nâng vật
 Các ròng rọc quay theo chiều như 
hình vẽ. Lực căng dây trên nhánh 
cuốn vào ròng rọc bé hơn trên 
nhánh nhả ra nên suy ra Smax = 
S”1 = Stang. Lực căng lớn nhất nằm 
ở nhánh cuốn vào tang.
 Tổng lực căng dây cân bằng với Q:
Q = S1 + S2 + ... + Sa
 Từ quan hệ hiệu suất ròng rọc:
S1 = S1 = S1.1
S2 = S1.h = S1.h
1
......
Sa = Sa-1.h = S1.h
a-1
Q = Si = S1. (1+ h+ ... + h
a-1 ) 
• Smax = S1 / h
t = Q.(1-h) / [(1-ha)ht]
• Hiệu suất palăng: hp = Q / (a.Smax)
Palăng kép
• Bội suất palăng kép ký 
hiệu là "2a" và bằng số 
nhánh dây treo vật 
(trên sơ đồ : 2a = 4)
• Ròng rọc trung gian 
không quay, chỉ đóng vai 
trò cân bằng nên trong 
tính toán Smax có thể 
thay thế bằng palăng 
đơn với bội suất 
a' = 2a/2 và tải Q' = 
Q/2.
• Hiệu suất của palăng 
hp=Q' / (a'.Smax).
QDQ 
Palăng đơn Palăng kép
D = 0
4.3.2. Palăng lợi vận tốc
S1 = S1 = S1.1
S2 = S1.h = S1.h
1
......
Sa = Sa-1.h = S1.h
a-1
P = Si = S1. (1+ h+ ... + h
a-1 ) (1)
Smax = S1; (2)
Sa = Q / h => Q = S1.h
a (3)
Từ (1) (2) (3) tìm được quan hệ
giữa P, Q, Smax
Q, vn
...
P, v
P
S1 S2 Sa
Các lưu ý chung về palăng
Lực căng cáp
Palăng kép
Bội suất ký hiệu là “2a”. Ròng rọc cân bằng không quay.
Tính toán coi như palăng đơn với a’ = “2a”/2 và Q’=Q/s
Số ròng rọc “t”
Chỉ tính số ròng rọc 
phía tang cuốn cáp
Sơ đồ đặc biệt
Trường hợp gặp sơ 
đồ đặc biệt cần thiết 
lập công thức để tính 
lực căng cáp lớn nhất.
Q
S1
S’1
S2
S
next
Nhóm CĐLV 
của cơ cấu
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8
h
1
11,2 12,5 14,0 16,0 18,0 20,0 22,4 25,0
h
2
12,5 14,0 16,0 18,0 20,0 22,4 25,0 28,0
h
3
11,2 12,5 12,5 14,0 14,0 16,0 16,8 18,0
GHI CHÚ:
1. Đường kính danh nghĩa của tang: D0 h1.dc
2. Đường kính của ròng rọc dẫn hướng: D2 h2.dc
3. Đường kính của ròng rọc cân bằng: D3 h3.dc
4. Với cần trục tự hành: h1 = 16; h2 = 18; h3 = 14 với CCN tải
h
1
= 14; h
2
= 16; h
3
= 12,5 với CCN cần
5. Đường kính ròng rọc ma sát trong thang máy: D 40.dc 
(TCVN 6395:1998)
Hệ số đường kính với tang và ròng rọc 
(TCVN 5864-1995)
 Back
Kiểm tra tang cuốn cáp về độ bền
 Back
 Với tang ngắn (L/D0 ≤ 3) chỉ cần kiểm nghiệm độ bền 
nén: tang được tính như ống dày chịu áp suất ngoài 
do dây với lực căng Smax xiết lên tang sinh ra:
sn = k.Smax/(t.d) ≤ [s]
k = 1; 1,28; 1,37; 1,45; 1,52; 1,53 tùy số lớp cáp từ 1..6
[s] = 7090 MPa với gang; 100120 MPa với thép.
 Khi tang dài, cần tính đến uốn và xoắn:
 

u
u
tđ
ntđn
W
TM
22
22
75,0
s
ssss
Smax khi hạ vật 
Q
tang
S 2......Sa-1Sa S''1
S'1
S1
• Khi hạ vật, các ròng rọc 
quay theo chiều ngược lại. 
Các nhánh cuốn/nhả đổi 
vai trò cho nhau. Lực căng 
lớn nhất sẽ nă,f trên 
nhánh xa tang nhất.
• Tổng lực căng dây vẫn 
cân bằng với Q:
Q = S1 + S2 + ... + Sa
• Từ đó dễ dàng suy ra:
S*max = Sa = Q.(1-h) / (1-h
a)
 Back