Cầu trục dầm đơn dùng dầm I hay dầm hộp?

Cầu trục dầm đơn có thể sử dụng dầm I cán nóng, dầm I tổ hợp hoặc dầm hộp tổ hợp làm kết cấu chịu lực chính. Mỗi phương án có đặc điểm riêng về khả năng chịu uốn, độ cứng xoắn, khối lượng, công nghệ chế tạo và chi phí đầu tư.

Vì vậy, không thể kết luận dầm I chỉ dùng cho tải nhỏ còn dầm hộp luôn phù hợp với tải lớn. Việc lựa chọn phải dựa trên tải trọng, khẩu độ, độ võng cho phép, chế độ làm việc, loại pa lăng và điều kiện chế tạo thực tế.

Lỗi giao diện: file 'snippets/shortcode-Chèn.bwt' không được tìm thấy

1. Hiểu đúng về dầm I và dầm hộp cầu trục

1.1. Dầm I cán nóng

Dầm I cán nóng là thép hình được sản xuất theo kích thước và tiết diện định hình. Dầm gồm hai cánh liên kết với nhau qua phần bụng, tạo thành một tiết diện hở có dạng chữ I.

Ưu điểm chính của phương án này gồm:

• Kết cấu tương đối đơn giản.
• Có thể giảm thời gian gia công dầm chính.
• Chất lượng tiết diện tương đối đồng đều theo tiêu chuẩn sản xuất.
• Ít mối hàn dọc hơn so với dầm tổ hợp.
• Thuận tiện kiểm tra và sơn bảo vệ bề mặt.

Dầm I cán nóng thường được cân nhắc khi tiết diện có sẵn trên thị trường đáp ứng được yêu cầu tính toán. Tuy nhiên, kích thước tiết diện bị giới hạn theo quy cách sản xuất nên không phải khẩu độ và tải trọng nào cũng có phương án phù hợp.

1.2. Dầm I tổ hợp

Dầm I tổ hợp được chế tạo bằng cách hàn các bản thép cánh và bản bụng thành tiết diện chữ I. So với dầm cán nóng, phương án này cho phép kỹ sư chủ động lựa chọn chiều cao dầm, chiều rộng cánh và chiều dày từng bản thép.

Dầm I tổ hợp có một số đặc điểm:

• Có thể điều chỉnh tiết diện theo tải trọng và khẩu độ.
• Phân bố vật liệu phù hợp hơn với yêu cầu chịu lực.
• Có thể bổ sung gân tăng cứng tại các vị trí cần thiết.
• Phát sinh nhiều công đoạn cắt, gá và hàn hơn dầm cán nóng.
• Chất lượng phụ thuộc đáng kể vào quy trình chế tạo và kiểm soát biến dạng hàn.

Do đó, khi nói “cầu trục dùng dầm I”, cần xác định rõ đó là dầm I cán nóng hay dầm I tổ hợp. Hai phương án này có phạm vi ứng dụng và chi phí chế tạo không hoàn toàn giống nhau.

1.3. Dầm hộp tổ hợp

Dầm hộp thường được tạo từ các bản thép liên kết bằng mối hàn thành tiết diện kín hoặc gần kín. Bên trong dầm có thể bố trí vách ngăn và các chi tiết tăng cứng theo thiết kế.

Tiết diện kín giúp dầm hộp có độ cứng xoắn tốt hơn tiết diện I hở. Đây là một lợi thế khi dầm chịu tải lệch tâm, lực ngang hoặc các tác động có xu hướng làm xoắn kết cấu. Tài liệu kỹ thuật về kết cấu thép cũng ghi nhận dầm hộp có độ cứng và khả năng chịu xoắn cao hơn dầm I.

Đổi lại, dầm hộp đòi hỏi nhiều công đoạn gia công, hàn và kiểm tra hơn. Các mối hàn dọc, độ thẳng của dầm và chất lượng vách ngăn bên trong cần được kiểm soát trong quá trình chế tạo.

2. Dầm I và dầm hộp khác nhau như thế nào?

Không nên so sánh hai phương án chỉ bằng tổng khối lượng thép. Đối với cầu trục, dầm chính phải đáp ứng đồng thời yêu cầu về độ bền, độ cứng, ổn định, dao động và độ bền mỏi.

Bảng trên chỉ thể hiện xu hướng chung. Một dầm I được tính toán và gia cường phù hợp vẫn có thể đáp ứng tốt; một dầm hộp có kích thước hoặc chất lượng hàn không phù hợp cũng không bảo đảm khả năng làm việc.

Các nhà sản xuất cầu trục lớn hiện vẫn cung cấp cả dầm định hình và dầm hộp cho cầu trục dầm đơn. Điều này cho thấy hai dạng dầm đều có phạm vi ứng dụng và cần được lựa chọn theo từng cấu hình cụ thể.

Lỗi giao diện: file 'snippets/shortcode-Chèn.bwt' không được tìm thấy

3. Những yếu tố quyết định nên dùng dầm I hay dầm hộp

3.1. Tải trọng nâng và trọng lượng pa lăng

Dầm chính không chỉ chịu tải của hàng hóa. Khi tính toán còn phải xét đến trọng lượng pa lăng, xe con, bản thân dầm và các bộ phận lắp trên cầu trục.

Vị trí của pa lăng thay đổi trong quá trình làm việc nên nội lực và độ võng của dầm cũng thay đổi theo. Khi pa lăng đưa tải vào dầm qua cánh dưới hoặc tại vị trí lệch khỏi tâm cắt của tiết diện, dầm có thể đồng thời chịu uốn, lực cục bộ và xoắn.

Tải trọng nâng là dữ liệu đầu vào quan trọng, nhưng không phải căn cứ duy nhất để chọn dạng dầm.

3.2. Khẩu độ cầu trục

Khi khẩu độ tăng, mô men uốn và độ võng của dầm thường tăng đáng kể. Trong nhiều trường hợp, điều kiện độ võng có thể quyết định kích thước tiết diện trước cả điều kiện bền.

Với khẩu độ phù hợp, dầm I cán nóng có thể đáp ứng và giúp đơn giản hóa quá trình chế tạo. Khi khẩu độ tăng hoặc tiết diện cán nóng hiện có không đáp ứng, kỹ sư có thể xem xét dầm I tổ hợp, dầm hộp hoặc một cấu hình kết cấu khác.

Không nên sử dụng một mốc khẩu độ cố định để áp dụng cho mọi dự án. Khẩu độ phải được xem xét cùng tải trọng, vị trí pa lăng, chế độ làm việc và giới hạn độ võng.

3.3. Độ võng và độ ổn định khi vận hành

Dầm có đủ khả năng chịu lực nhưng độ võng quá lớn vẫn có thể làm giảm chất lượng vận hành. Độ võng ảnh hưởng đến:

• Khả năng di chuyển của pa lăng.
• Mức độ ổn định của tải.
• Dao động khi khởi động hoặc phanh.
• Sự làm việc của các mối nối và bộ phận liên kết.
• Cảm nhận vận hành của người sử dụng.

Ngoài độ võng theo phương đứng, thiết kế còn phải kiểm tra ổn định của bản cánh, bản bụng và toàn bộ dầm. Với dầm tổ hợp, có thể cần bổ sung gân tăng cứng để hạn chế mất ổn định cục bộ.

3.4. Tải lệch tâm và yêu cầu chống xoắn

Pa lăng của cầu trục dầm đơn thường di chuyển dọc theo dầm chính. Tùy cách bố trí pa lăng và đường truyền tải, lực tác dụng có thể tạo ra thành phần xoắn đối với dầm.

Dầm hộp có lợi thế về độ cứng xoắn nhờ tiết diện kín. Dầm I là tiết diện hở nên nhạy cảm hơn với xoắn và cần được kiểm tra kỹ khi xuất hiện tải lệch tâm hoặc lực ngang đáng kể. Tuy nhiên, khả năng làm việc thực tế còn phụ thuộc vào hệ liên kết với dầm biên, gân tăng cứng và cách bố trí ray hoặc đường chạy pa lăng.

Vì vậy, không thể chỉ nhìn hình dạng tiết diện để kết luận phương án nào đủ khả năng chịu xoắn. Kỹ sư phải xét toàn bộ sơ đồ chịu lực của cầu trục.

3.5. Chế độ và tần suất làm việc

Cầu trục nâng vài lượt mỗi ngày có yêu cầu khác với thiết bị vận hành liên tục trong nhiều ca. Khi số chu kỳ làm việc tăng, ảnh hưởng của tải trọng lặp lại và độ bền mỏi của kết cấu, đặc biệt tại các mối hàn, trở nên đáng chú ý hơn.

Các dữ liệu cần xem xét gồm:

• Số lượt nâng trong một ca.
• Tỷ lệ thời gian nâng gần tải lớn nhất.
• Tốc độ nâng và tốc độ di chuyển.
• Tần suất khởi động, phanh và đảo chiều.
• Tuổi thọ thiết kế dự kiến của thiết bị.

Tiêu chuẩn ISO 8686-1 xác định nguyên tắc tính tải và tổ hợp tải cho kết cấu, cơ cấu cầu trục; đồng thời cho phép đánh giá các ảnh hưởng động bằng phương pháp tính toán hoặc thử nghiệm phù hợp.

3.6. Chiều cao nhà xưởng và không gian lắp đặt

Chiều cao tổng thể của dầm chính, vị trí ray và cấu tạo pa lăng ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao nâng hữu ích. Với nhà xưởng có khoảng không phía trên hạn chế, phương án tiết diện cần được phối hợp với loại pa lăng và cao độ đường chạy.

Không nên chọn dầm chỉ theo khả năng chịu lực rồi mới kiểm tra chiều cao nâng. Kết cấu dầm và pa lăng cần được xem xét như một hệ thống thống nhất để tận dụng không gian nhà xưởng.

3.7. Năng lực chế tạo và kiểm soát chất lượng

Dầm hộp và dầm I tổ hợp đều phụ thuộc vào chất lượng gia công. Các vấn đề cần kiểm soát gồm:

• Sai số kích thước và độ thẳng của dầm.
• Chất lượng vật liệu đầu vào.
• Trình tự hàn và biến dạng sau hàn.
• Chất lượng mối hàn.
• Vị trí gân tăng cứng và vách ngăn.
• Làm sạch bề mặt và sơn bảo vệ.

Vì vậy, phương án có kết cấu phức tạp hơn chưa chắc đem lại hiệu quả cao hơn nếu năng lực chế tạo và kiểm soát chất lượng không đáp ứng.

4. Khi nào có thể cân nhắc cầu trục dùng dầm I?

Dầm I có thể được xem xét khi:

• Tải trọng và khẩu độ nằm trong phạm vi mà tiết diện lựa chọn đáp ứng được.
• Yêu cầu chống xoắn không quá bất lợi.
• Chế độ làm việc và tải trọng lặp lại đã được kiểm tra.
• Doanh nghiệp ưu tiên kết cấu đơn giản và thời gian chế tạo hợp lý.
• Có tiết diện cán nóng phù hợp hoặc có thể thiết kế dầm I tổ hợp hiệu quả.
• Điều kiện nhà xưởng phù hợp với chiều cao tiết diện và cách bố trí pa lăng.

Dầm I cán nóng thường có lợi thế khi có sẵn tiết diện phù hợp. Tài liệu của Demag cũng giới thiệu cầu trục dầm đơn sử dụng dầm thép cán định hình như một phương án có hiệu quả kinh tế trong phạm vi cấu hình của hãng.

Tuy nhiên, không nên suy rộng rằng mọi cầu trục tải nhỏ đều phải dùng dầm I. Khẩu độ, độ võng, tải lệch tâm và điều kiện không gian vẫn có thể dẫn tới một phương án khác.

5. Khi nào nên xem xét dầm hộp?

Dầm hộp có thể được cân nhắc khi:

• Cần độ cứng uốn hoặc độ cứng xoắn cao hơn.
• Khẩu độ khiến tiết diện cán nóng có sẵn không còn phù hợp.
• Tải trọng và cách bố trí pa lăng tạo ra tác động xoắn đáng kể.
• Cần chủ động tối ưu chiều cao, chiều rộng và chiều dày từng bản thép.
• Yêu cầu vận hành cần hạn chế độ võng và dao động của dầm.
• Đơn vị sản xuất có đủ năng lực chế tạo và kiểm soát mối hàn.

Một số cấu hình cầu trục dầm đơn thương mại sử dụng dầm hộp, trong khi cùng nhà sản xuất vẫn cung cấp phương án dầm định hình cho những cấu hình khác. Ví dụ, Konecranes công bố cả dầm profile và dầm hộp trong dải sản phẩm cầu trục dầm đơn; với một dòng pa lăng xích cụ thể, giới hạn khẩu độ do hãng công bố cũng khác nhau giữa hai loại dầm. Đây là dữ liệu của một hệ sản phẩm riêng, không phải ngưỡng áp dụng chung cho mọi cầu trục.

Lỗi giao diện: file 'snippets/shortcode-Chèn.bwt' không được tìm thấy

6. Không nên chọn dạng dầm chỉ theo tải trọng hoặc khẩu độ

Một số cách lựa chọn đơn giản như “tải nhỏ dùng dầm I”, “khẩu độ lớn dùng dầm hộp” có thể giúp hình dung ban đầu nhưng chưa đủ để chốt phương án kỹ thuật.

Hai cầu trục có cùng tải trọng và khẩu độ vẫn có thể dùng kết cấu khác nhau vì:

• Loại pa lăng và cách truyền tải vào dầm khác nhau.
• Tần suất làm việc không giống nhau.
• Chiều cao nâng và không gian phía trên khác nhau.
• Yêu cầu về độ võng, dao động và tốc độ vận hành khác nhau.
• Điều kiện gia công, vận chuyển và lắp dựng khác nhau.
• Kết cấu đường chạy và khả năng chịu tải của nhà xưởng khác nhau.

Cũng không nên mặc định dầm hộp luôn nặng hơn hoặc dầm I luôn tiết kiệm hơn. Khối lượng và giá thành cuối cùng phụ thuộc vào tiết diện sau tính toán, số lượng gân tăng cứng, khối lượng mối hàn, vật liệu và quy trình chế tạo.

7. Cần cung cấp thông tin gì để lựa chọn tiết diện dầm chính?

Để được tư vấn giữa dầm I và dầm hộp, Quý khách nên cung cấp:

• Tải trọng lớn nhất cần nâng.
• Khối lượng pa lăng và bộ treo hàng, nếu đã xác định.
• Khẩu độ giữa tim hai ray cầu trục.
• Chiều cao nâng và khoảng không phía trên ray.
• Chiều dài đường chạy.
• Số lượt nâng trong một ca và số ca làm việc mỗi ngày.
• Loại hàng, kích thước hàng và cách treo hàng.
• Tốc độ vận hành hoặc yêu cầu định vị.
• Điều kiện môi trường tại nhà xưởng.
• Bản vẽ mặt bằng, mặt cắt và kết cấu đỡ ray nếu có.

Từ các dữ liệu trên, đơn vị thiết kế sẽ kiểm tra tải trọng, nội lực, độ võng, ổn định và điều kiện làm việc của kết cấu trước khi lựa chọn tiết diện.

Kết luận

Cầu trục dầm đơn có thể sử dụng dầm I cán nóng, dầm I tổ hợp hoặc dầm hộp tổ hợp. Dầm I có ưu thế về sự đơn giản và có thể đem lại hiệu quả kinh tế khi tìm được tiết diện phù hợp. Dầm hộp có lợi thế về khả năng tùy chỉnh và độ cứng xoắn, nhưng yêu cầu nhiều hơn về gia công và kiểm soát chất lượng.

Phương án phù hợp phải được xác định bằng tính toán cho toàn bộ hệ cầu trục, không dựa riêng vào tải trọng nâng hoặc khẩu độ. VNID – Chúng tôi sẽ căn cứ vào nhu cầu sử dụng, kích thước nhà xưởng và chế độ làm việc để tư vấn dạng dầm chính phù hợp cho từng dự án.

Thông tin liên hệ:               

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU CẦU TRỤC ĐẠI VIỆT

TƯ VẤN THIẾT BỊ

Báo giá Cầu Trục - Dự án:
SĐT liên hệ: 084 292 3388 PGĐ. Phan Tuấn Anh

Báo giá Thiết bị khác:
SĐT liên hệ: 0917 320 986 GĐ. Phạm Thanh Khải

Giấy chứng nhận đăng ký doanh nghiệp số 0109064971 do Sở kế hoạch và Đầu tư Thành phố Hà Nội cấp ngày 14/01/2020

Dai Viet Crane – Đầu tư thiết bị chất lượng – Doanh nghiệp vận hành dài lâu

Dai Viet Crane cam kết đồng hành cùng doanh nghiệp bằng giải pháp kỹ thuật thực tế – thi công an toàn – vận hành bền vững.