Nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dựa trên thành tựu của công nghệ thông tin

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
136 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỢP LÝ KẾT CẤU 
CỔNG TRỤC DỰA TRÊN THÀNH TỰU CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
RESEARCH METHODS FOR CALCULATING REASONABLE STRUCTURE PORTAL 
CRANES ON ACHIEVEMENTS OF INFORMATION TECHNOLOGY
Lê Thanh Toàn1, Nguyễn Văn Ba2
Ngày nhận bài: 25/3/2014; Ng ày phản biện thông qua: 12/11/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016
TÓM TẮT
Cổng trục là một thiết bị nâng, có khả năng nâng hạ và di dời vật nặng trong một không gian nhất định. 
Kết cấu thép của cổng trục bao gồm: Dầm chính, gối tựa, chân cổng và dầm biên. Kết cấu cổng trục chịu toàn 
bộ tải trọng của vật nâng, tả i trọ ng bả n thân và tác động khác từ bên ngoài như tải trọng gió. Đề tài nghiên 
cứu phương pháp tính toán hợp lý kết cấu cổng trục dầm đơn, cổng trục dầm đôi; có tải trọng nâng định mức 
trong khoảng 5 ÷ 40 tấn, với khẩu độ dưới 20m. Nội dung của phương pháp tính truyền thống bao gồm: Xây 
dựng các thông số ban đầu; Xác định sơ bộ kích thước kết cấu; Tí nh đặc trưng tiết diện; Xác định tả i trọ ng 
tí nh toá n; Phân tích nội lực; Kiểm tra độ bền, độ võng, độ ổn định của từng bộ phận cổng trục. Nội dung tính 
bằng phần mềm SolidWorks dựa trên cơ sở của phương pháp tính truyền thống như sau: Xây dựng mô hình 
tính; Phân tích nội lực (bao gồm các bước: loại phần tử, điều kiện biên, đặt tải trọng, phân tích kết quả tính); 
Và tí nh tố i ưu (bao gồm các bước: khai báo biến, khai báo điều kiện kiểm tra, điều kiện mục tiêu, phân tích kết 
quả tính). SolidWorks có khả năng tự phân tích trọng lượng bản thân, cũng như ảnh hưởng lẫn nhau của từng 
bộ phận kết cấu cổng trục và cho kết quả phân tích đầy đủ. Dễ dàng trong việc thực hiện một trường hợp phân 
tính nội lực tương tự. Phân tích tính tối ưu nhằm cho kết quả hợp lý nhất trong điều kiện và mục tiêu thiết kế.
Từ khóa: Cổng trục, thiết bị nâng, nghiên cứu tính tối ưu, nghiên cứu mô phỏng
ABSTRACT
Gantry crane is a lifting device capable of lifting heavy loads and displacement in a defi ned space. Gantry 
crane steel structure including: bridge beam, fulcrum beams, end trucks and legs gantry. It affected load of 
heavy loads, load yourself and other impacts from the outside, such as wind loads. Thesis research methods for 
calculating reasonable structure portal single beam gantry, double beam gantry; load lifting 5 to 40 tons, with 
spans under 20 m. The content of the calculation method of traditional gantry structure including: Building 
of the initial parameters; Determine the preliminary dimensions structure; Calculation of section geometry 
features; Determine the design loads; Internal analysis; Testing endurance, defl ection, stability of the gantry 
parts. Content calculated by SolidWorks software based on the traditional method as follows: Building of 
model calculation; Internal analysis (including the steps: element type, stability conditions, load set, results of 
calculation); And optimal (including the steps: variable declaration, inspection declaration terms, conditions 
goals, analysis of results counted). SolidWorks is able to analyze the self-weight, as well as the mutual infl uence 
of each structural crane parts and show the results fully analyzed. Easy to make a case similar analyzed 
internal forces. The optimization study gives the most reasonable results in conditions and design goals.
Keywords: gantry crane, steel structure, optimization study, simulation study
1 Lê Thanh Toàn: Lớp Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2009 - Trường Đại học Nha Trang
2 PGS.TS. Nguyễn Văn Ba: Trường Đại học Nha Trang
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 137
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cổng trục là một trong những thiết bị 
nâng, có khả năng nâng hạ và di dời vật nặng 
trong một không gian nhất định. Nó được sử 
dụng rất rộng rãi trong các ngành vận tải, xây 
dựng, chế tạo máy, đặc biệt là trong đóng 
tàu. Để thực hiện chức năng của mình, cổng 
trục được trang bị bộ phận nâng và bộ phận 
di chuyển làm việc trên cơ sở chịu lực của 
cổng trục. Kết cấu cổng trục là một kết cấu 
thép chịu toàn bộ tải trọng của vật nâng và 
các tác động khác từ bên ngoài, nó có thể 
dịch chuyển trên đường ray để mang vật 
nâng đến nơi cần đến. Cùng với sự phát triển 
của ngành đóng tàu về cả số lượng cũng 
như độ lớn của từng con tàu, cổng trục cũng 
phát triển không ngừng về cả tải trọng nâng, 
không gian làm việc và mức độ hiện đại trong 
vận hành. Vì vậy, việc tính toán thiết kế cổng 
trục cũng đòi hỏi phải có nhiều cải tiến, áp 
dụng được những thành tựu mới trong khoa 
học tính toán; Việc tính toán kết cấu cổng trục 
hiện nay đã đáp ứng được yêu cầu cơ bản 
của quá trình thiết kế, chế tạo và vận hành 
cổng trục. Tuy nhiên trong phương phá p tí nh 
toá n truyề n thố ng, nếu nghiên cứu kỹ hơn, 
chi tiết hơn chúng ta có thể thấy mộ t số điểm 
chưa hợ p lý trong tính toán như: việ c thay 
đổ i tả i trọ ng bả n thân kế t cấ u bằ ng tả i trọ ng 
phân bố đề u; kích thước chiều dài của các 
bộ phận cổng trục, việ c đặ t chí nh xá c vị trí 
cá c tả i trọ ng lên kế t cấ u cũ ng là m phứ c tạ p 
cho việ c tí nh toá n. Những bấ t cậ p nà y có thể 
được khắc phục nếu ứ ng dụ ng các tiến bộ 
trong khoa học tính toán và các phương tiện 
hiện đại vào công việc tính toán. Xuất phát 
từ nhận xét trên, chúng tôi thực hiện đề tài 
“Nghiên cứu phương pháp tính toán hợp lý kết 
cấu cổng trục dựa trên thành tựu của công 
nghệ thông tin”, gồm các nội dung: Đố i tượ ng 
và phương phá p nghiên cứ u; Kế t luậ n và kiế n 
nghị . Nghiên cứu này nhằm làm giảm nhẹ 
công sức trong thiết kế, tăng độ chính xác 
cũng như phạm vi xem xét những yếu tố ảnh 
hưởng đến sự làm việc của kết cấu cổng trục.
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu
Trong phương pháp tính toán kết cấu cổng 
trục hiện nay, ngoài các tải trọng cơ bản tác 
động lên kết cấu kim loại cổng trục như: tải 
trọng bản thân, tải trọng hàng, tải trọng xe 
nâng, tải trọng gió, tải trọng bản thân khác 
(cabin điều khiển, cầu thang, sàn, lan can, hệ 
thống điện,...); còn có các tải trọng khác phát 
sinh trong quá trình vận hành là các lực quán 
tính. Một phương pháp đã và đang được sử 
dụng phổ biến là phương pháp tính theo ứng 
suất cho phép; phương pháp tính nội lực kết 
cấu ở trạng thái bất lợi nhất. Điều kiện bất lợi 
nhất đối với dầm chính khi xe nâng nằm ở giữa 
dầm; đối với chân đỡ khi xe nâng nằm ở đầu 
mút khẩu độ; đối với phần côngxôn khi xe nâng 
nằm ở ngoài mút côngxôn; ngoài ra nếu là kết 
cấu dạng dàn, người ta chia dàn không gian 
thành những dàn phẳng, để tính nội lực từng 
thanh trong dàn phẳng. 
Phương pháp tính toán trên đảm bảo kết 
cấu an toàn với chế độ và môi trường làm việc 
theo yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, kết quả tính 
toán có thể dư bền; mặt khác kết cấu là tổ hợp 
của nhiều bộ phận khác nhau, từng bộ phận có 
tiết diện và chịu tải trọng khác nhau, vì thế sẽ 
lặp lại các công đoạn tính giống nhau làm tăng 
khối lượng và thời gian tính toán.
Để khắc phục nhược điểm này, chúng ta 
nên ứ ng dụng phầ n mề m tin họ c, ưu điểm lớn 
nhất của phần mềm tin học là thực hiện các 
công đoạn tính toán giống nhau với thông số 
đầu vào khác nhau một cách nhanh chóng 
và cho kết quả gầ n đú ng hơn. Hiện nay, các 
phần mềm phân tích kết cấu thép thông dụng 
như: RDM6, SolidWorks, SAP2000, ANSYS, 
ABAQUS đều có thể ứng dụng để tính toán 
kết cấu thép. Để thay thế một số các bước tính 
toán kết cấu cổng trục thì SolidWorks là phần 
mềm rấ t phù hợ p.
SolidWorks Simulation là phần mềm tính 
toán cơ học bằng phương pháp phần tử hữu 
hạn và có một hệ thống phân tích thiết kế 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
138 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
đầy đủ được tích hợp trong SolidWorks. 
SolidWorks Simulation cung cấp các kiểu phân 
tích: tĩ nh (Static), tần số (Frequency), mất ổn 
định (Buckling), nhiệt (Thermal),... và tối ưu 
thiết kế (Design Study). Trong đó phân tích 
ứng suất và tối ưu hóa đã thay thế phầ n lớ n 
việ c tí nh toá n trong phương pháp truyề n thố ng.
2. Phương pháp nghiên cứu
Các bước tính toán nội lực của phương 
pháp tính truyền thống bao gồm: Bước 1 (tính 
sơ bộ kích thước các bộ phận cổng trục); Bước 
2 (xác định các đặ c trưng tiết diện); Bước 3 (xác 
định tải trọng tác động lên kết cấu); Bước 4 (tính 
nội lực và kiểm tra từng bộ phận kết cấu). 
Ta ứng dụng SolidWorks trên cơ sở của 
phương pháp tính truyền thống: lấy kết quả 
của bước 1 để mô phỏng kết cấu dầm chính 
và khung chân cổng; lấy kết quả của bước 3 
để thực hiện bước 4; và bỏ qua bước 2. Trong 
SolidWorks, Simulation Studies là một trường 
hợp phân tích kết cấu; Design Study là một 
trường hợp tí nh tố i ưu thiế t kế ; trên một bản 
vẽ có một hoặc nhiều Simulation Studies và 
Design Study khác nhau.
Tính kết cấu dầm chính với vị trí xe nâng 
ở giữa dầm, sẽ có hai trường hợp phân tích 
kết cấu: Simulation Studies 1 (tính tổng ứng 
suất uốn và hệ số an toàn), Simulation Studies 
2 (tính độ võng dầm chính). So với hệ số an 
toàn cho phép, độ võng cho phép và mục tiêu 
là trọng lượng dầm nhỏ nhất, ta điều chỉnh tiết 
diện dầm chính để hệ số an toàn, độ võng gần 
nhất có thể và trọng lượng nhỏ nhất có thể, 
bằng cách thực hiện Design Study 1.
Tính kết cấu khung chân cổng với vị trí 
xe nâng ở đầu dầm, vì áp lực của mỗi dầm 
lên khung chân cổng khác nhau nên sẽ có 
hai trường hợp phân tích áp lực: Simulation 
Studies 3 (áp lực dầm chính phía bên có cơ 
cấu di động), Simulation Studies 4 (áp lực dầm 
chính phía bên có dàn cáp điện); và có một 
trường hợp phân tích kết cấu khung chân cổng 
(Simulation Studies 5) với kết quả tính áp lực 
trên. Thực hiện Design Study 2 để tối ưu khung 
chân cổng với điều kiện kiểm tra (điều kiện an 
toàn), điều kiện mục tiêu (trọng lượng nhỏ nhất).
2.1. Phương phá p truyề n thố ng:
2.1.1. Vật liệu chế tạo: Người ta thường chọn 
thép CT3 làm vật liệu chế tạo cổng trục (tr.6).
[1]. CT3 là một loại thép cacbon thấp theo 
tiêu chuẩn Nga GOCT 380-71 (tr.40).[5] và 
(tr.6).[3].
2.1.2. Mô hình tính và phần tử:
Giả sử cổng trục dầm đôi dạng hộp với 
chế độ làm việc bình thường, có các thông số 
ban đầu như sau: tải trọng nâng định mức Q 
= 25tấn, chiều cao nâng H = 9m, khẩu độ L = 
20m, trọng lượng xe nâng Gx = 5tấn, khoảng 
cách trục các bánh xe của xe nâng Lx = 1,6m, 
khoảng cách vết bánh xe của xe nâng Bx = 
2,6m, khoảng cách từ trục các bánh xe nâng 
đến đầu mút khẩu độ l1 = 1m. 
Trong trường hợp kết cấu cổng trục này 
dầm chính, gối tựa và dầm biên có tiết diện 
không đổi. Chân cổng có tiết diện thay đổi đều. 
Loại phần tử của các bộ phận cổng trục đều 
là phần tử dạng thanh. Khi tính nội lực người 
ta thường sử dụng phương pháp tách kết cấu 
cổng trục ra từng bộ phận: dầm chính, gối tựa, 
chân cổng, dầm biên như hình 1b, 1c, 1d, 3d.
Hình 1. Cổng trục dầm đôi dạng hộp 
a) mô hình cổng trục, b) mô hình kết cấu, c) tách dầm chính, d) tách chân cổng
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 139
Bước 3: Xác định các tải trọng. Với chế 
độ làm việc bình thường, theo bảng tổ hợp 
các tải trọng (bảng 3.1).[5], ta chọn tổ hợp 
phối hợp tải trọng để tính nội lực kết cấu thép 
cổng trục là IIA và IIB. Khi xe nâng có mang 
hàng đứng giữa dầm, tiến hành hạ hàng hết 
tốc độ và hãm phanh đột ngột (tổ hợp tải 
trọng IIA); tiến hành di chuyển cổng trục hết 
tốc độ và phanh cổng trục đột ngột (tổ hợp 
tải trọng IIB). ta sử dụng các công thức ở 
(tr.209-213).[2] để xác định các tải trọng như 
bảng dưới:
2.1.3. Tính nội lực:
Hình 2. Tiết diện của các phần tử kết cấu cổng trục. 
a) tiết diện dầm chính, b) tiết diện dầm biên, c) tiết diện đầu chân cổng, d) tiết diện gối tựa
Bước 1: Dựa vào các thông số ban đầu, ta sử dụng các công thức ở (tr.209-213).[2] để tí nh kí ch 
thướ c tiết diện của dầm chính, dầm biên, chân cổng, gối tựa như hình 1a. 
Bước 2: Xác định được các đặc trưng tiết diện như bảng 1:
Bảng 1. Các đặc trưng tiết diện của các bộ phận cổng trục
 Bộ phận 
cổng trục F (mm
2) Trọng lượng (kG) S (mm
3) Jx (mm4) Wx (mm3) Jy (mm4) Wy (mm3)
Dầm chính 35520 5577 22,44.106 6906,7.106 10,932.106 1494,4.106 5,98.106
Dầm biên 31520 1361 16,7.106 4448,4.106 2,82.106 241,14.106 1,61.106
Chân cổng 29600 1616 14,8.106 4019.106 8,04.106 1245,3.106 4,98.106
Gối tựa 17600 290,1 5,28.106 847,39.106 8,4.106 1282,8.106 5,13.106
Bảng 2. Các tải trọng tính toán
Tên tả i trọ ng Kí hiệ u Giá trị Đơn vị Ghi chú 
Tải trọng nâng định mức Q 25 tấn
tải trọng tĩnhTrọng lượng xe nâng Gx 5 tấn
Trọng lượng của cơ cấu di động G2 3,4 tấn
Á p lực bánh xe tạ i vị trí D 94799 N tải trọng tác động trực tiếp lên kết cấu 
cổng trục phía bên dầm có cơ cấu di độngÁ p lực bánh xe tạ i vị trí C 61784 N
Á p lực bánh xe tạ i vị trí D 111306 N áp lực bánh xe có tính hệ số điểu chỉnh kT 
= 1,2Á p lực bánh xe tạ i vị trí C 71688 N
Tải trọng gió qg 125 N/m tải trọng tác động lên xe nâng và vật nâng
Tải trọng gió Pg 750 N tải trọng tác động lên kết cấu cổng trục
Lực quán tính 13543 N do khối lượng xe nâng có mang hàng khi hãm xe nâng đột ngột
Lực quán tính 7829 N do khối lượng xe nâng có mang hàng khi tiến hành hãm cổng trục đột ngột
Lực quán tính 250 N/m do khối lượng dầm chính khi hãm cổng trục đột ngột
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
140 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Bước 4: Kết quả tính nội lực các bộ phận 
cổng trục.
Ứng suất uốn tổng của dầm chính ở tiết 
diện đang xét (hình 3.b) dưới tác dụng của các 
tải trọng trong trường hợp phối hợp tải trọng 
thứ hai: σu = σ1u + σ2u + σ3u = 109,7 < [σ]2 = 
180N/mm2 (bảng 5.2).[2]. Trong đó: σ1u gây ra 
bởi P’D, P’C, Pg và tải trọng bản thân dầm chính; 
σ2u gây ra bởi , ; σ1u gây ra bởi . Độ võng 
của dầm chính dưới tác dụng của P”D, P”C: f = 
12,2 < [f] = L/700 = 28,6mm.
Ứng suất uốn tổng của chân cổng (hình 
3.d): σu = σ1u + σ2u = 10,7N/mm
2. Trong đó: σ1u 
gây ra bởi lực cắt lớn nhất và trọng lượng bản 
thân của gối gựa; σ2u gây ra bởi tải trọng gió qg.
a) Sơ đồ tính áp lực bánh xe b) Sơ đồ tính nội lực giữa dầm chính c) Sơ đồ tính áp lực lên gối tựa
d) Sơ đồ tính nội lực chân cổng e) Sơ đồ tính nội lực dầm biên
Hình 3. Các sơ đồ tính nội lực cổng trục
Ứng suất uốn tổng của dầm biên (hình 3.e): 
σut = σu + σuph = 20,2N/mm
2 ≤ [σ]2 = 180N/mm
2.
Trong đó: σu gây ra bởi lực cắt lớn nhất của 2 
dầm chính và trọng lượng gối gựa, chân cổng; 
σuph gây ra bởi mômen quán tính bánh xe dẫn.
2.2. Phương phá p tí nh bằ ng SolidWorks:
2.2.1. Vật liệu chế tạo:
Căn cứ vào các đặc trưng cơ tính (như 
bảng 1) cho thấy vật liệu ASTM A36 Steel (thuộ c 
tiêu chuẩ n Mỹ , (tr.6).[3] và [10]) củ a thư viện 
SolidWorks tương đương với vật liệu CT3 của Nga.
Vậy tôi chọn ASTM A36 Steel làm vậ t liệu 
thay thế cho CT3 trên để tính trên phần mềm 
Solidworks.
Bảng 3. So sánh các đặc trưng cơ tính của A36 với CT3
Tên đặc trưng cơ tính CT3 A36 Đơn vị
Môđun đàn hồi (khi kéo) 2,1.1011 2.1011 N/mm2
Môđun đàn hồi trượt 8,1.1011 7,93.1011 N/mm2
Hệ số Poisson 0,28 0,26
Khối lượng riêng 7,83 7,85 T/m3
Giới hạn chảy cực tiểu 240 ÷ 280 250 N/mm2
Giới hạn bền kéo 380 ÷ 420 400 N/mm2
2.2.2. Mô hình hì nh họ c và mô hình phần tử:
 Mô hình học Tương tự như ở phương pháp tính truyền thống.
a) Điều kiện biên b) Simulation Studies 1 c) Simulation Studies 2
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 141
Mô hình phần tử trên phần mềm 
SolidWorks, ta chỉ cần tách kết cấu ra làm hai 
phần như sau: dầm chính và khung chân cổng 
(bao gồm các bộ phận: gối tựa, chân cổng, dầm 
biên), như hình 4a, 4f. Loại phần tử của dầm 
chính và khung chân cổng là dạng khối (Solid, 
theo định nghĩa của SolidWorks, thuộc nhóm 
phần tử hai chiều), số lượng phần tử theo sự 
điều chỉnh chế độ mật độ lưới chia ở lệnh Mesh.
2.2.3. Điề u kiệ n biên:
Với khẩu độ L ≤ 20m, ta chọn liên kết ở 
2 đầu dầm chính là liên kết cứng khung chân 
cổng, sau khi tá ch mộ t dầ m chí nh ta đặ t điề u 
kiệ n biên như hì nh 4a: đầ u A là gố i cố đị nh, đầ u 
B là gố i trượ t. Và các vị trí tiếp xúc của cổng 
trục với đường ray, ta xem là gối cố định, ta đặ t 
điề u kiệ n biên như hì nh 4f.
2.2.4. Đặ t tả i trọ ng:
Đặt tải trọng cho 5 trường hợp phân tích 
nội lực như hình 4. Trong đó Gravity là tải trọng 
bản thân kết cấu; , , , , Pg, , là tải 
trọng tập trung;qg, , Nx1, Ny1, Nz1, Nx2, Ny2, Nz2, G2 
là tải trọng phân bố đều.
2.2.5. Tính nội lực: 
* Phân tích kết quả tính của dầm chính:
Tổng ứng suất uốn: σ = 84,2 ≤ [σ]2 = 180N/mm
2.
Hệ số an toàn: n = [σ]ch/σ = 250/84,2 = 2,97 > 
[n] = 1, 5 (bảng 5.1).[2].
Độ võng: f = 12,2 ≤ [f] = 28,6mm.
Áp lực lên khung chân cổng phía bên có 
cơ cấu di động: Ny1 = 83600N, Nz1 = 16570N, 
Nx1 = 8916N. 
Áp lực lên khung chân cổng phía bên có 
dàn cáp điện: Ny2 = 63740N, Nz2 = 13130N, Nx2 
= 6780N.
* Phân tích kết quả tính của khung chân cổng:
Ứng suất uốn của chân cổng: 
σ = [σ]ch/n = 250/1,51 = 165,6 ≤ [σ]2 = 180N/mm
2;
Ứng suất uốn của gối tựa: 
σ = [σ]ch/n = 250/1,54 = 162,3 ≤ [σ]2 = 180N/mm
2;
Ứng suất uốn của dầm biên: 
σ = [σ]ch/n = 250/3 = 53 ≤ [σ]2 = 180N/mm
2.
d) Simulation Studies 3 e) Simulation Studies 4 f) Điều kiện biên g) Simulation 
Studies 5
Hình 4. Điều kiện biên và đặt tải trọng
a) Kết quả của Simulation Studies 1 b) Kết quả của Simulation Studies 2
c) Kết quả của Simulation Studies 3 và 4. c) Hệ số an toàn của chân cổng, gối tựa và dầm biên
Hình 5. Kết quả tính nội lực bằng SolidWorks.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
142 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Qua bảng so sánh trên cho thấy kết quả 
tính bằng SolidWorks so với kết quả tính bằng 
phương pháp truyền thống: Kích thước tiết diện 
của một số phần tử nhỏ hơn; Trọng lượng dầm 
chính và trọng lượng khung chân cổng nhỏ hơn. 
2. Thảo luận
Trong phương pháp tính toán kết cấu cổng 
trục hiện nay, vì sơ đồ cổng trục có kết cấu 
không gian, để đơn giả n trong việc phân tích 
nội lực người ta thường sử dụng phương pháp 
tách dầm. Trọng lượng sơ bộ của kết cấu kim 
loại của cổng trục có thể lấy theo trọng lượng 
của một cổng trục tương tự đã có trong thực 
tế, sau khi tính toán sẽ kiểm nghiệm lại kết quả. 
Tải trọng không di động do trọng lượng bản 
thân của kết cấu kim loại, cơ cấu di chuyển, 
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Kết quả nghiên cứu:
Một số điểm khác biệt của hai phương pháp tính như bảng so sánh sau.
Bảng 4. Một số điểm khác biệt của hai phương pháp tính
Một số khác biệt Phương pháp truyền thống Sử dụng phần mềm SolidWorks
Vật liệu chế tạo CT3 ASTM A36
Mô hình phần tử sử dụng 
phương pháp tách dầm
Tách kết cấu cổng trục làm 4 loại 
phần tử
Tách kết cấu cổng trục làm 2 loại 
phần tử
Chiều dài dầm chính (hình 1a) Bằng chiều dài khẩu độ L = 20m Lớn hơn chiều dài khẩu độ L = 20,6m
Trọng lượng bản thân các 
phần tử
Sử dụng tải trọng phân bố đều q thay 
cho tải trọng bản thân của dầm chính
Gravity là lệnh đặt tải trọng bản 
thân cho cả kết cấu phần tử.
Kết quả phân tích nội của hai phương pháp tính như bảng so sánh sau.
Bảng 5. Bảng so sánh kết quả tính toán khung chân cổng bằng 2 phương pháp
Các thông số kỹ thuật của khung chân cổng Ký hiệu Phương pháp truyền thống SolidWorks Đơn vị
Chiều cao dầm chính h 1200 950 mm
Chiều dày tấm biên trên δ1 16 10 mm
Chiều dày tấm biên dưới δ2 10 8 mm
Chiều dày thành đứng δ3 10 6 mm
Tổng ứng suất n 109,7 153,8 N/mm2
Độ võng dầm f 18 28,5 mm
Trọng lượng dầm Gd 5577 4199 kg
Chiều cao chân cổng hch 1000 1000 mm
Chiều dày các tấm vách chân cổng δch 10 10 mm
Tổng ứng suất của chân cổng σch 10,7 165,6 N/mm
2
Chiều cao gối tựa hgt 600 620 mm
Chiều dày các tấm vách gối tựa δgt 10 10 mm
Tổng ứng suất của gối tựa σgt 26,1 162,3 N/mm
2
Chiều cao dầm biên hdb 1000 500 mm
Chiều dày tấm biên trên dầm biên δdb1 16 6 mm
Chiều dày tấm biên dưới dầm biên δdb2, δdb3 10 6 mm
Tổng ứng suất của dầm biên σdb 20,2 83 N/mm
2
Trọng lượng khung chân cổng Gcc 4883 3519 kg
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 143
buồng lái, dàn điện... gây ra. Để đơn giản cho 
việc tính toán, tải trọng do trọng lượng bản thân 
của kết cấu kim loại, của sàn lát, trục truyền 
của cơ cấu di chuyển được xem như phân bố 
đều dọc chiều dài kết cấu, còn tải trọng của cơ 
cấu di chuyển, buồng lái và các thiết bị điện 
được xem như đặt tập trung ở các tiết diện và 
tương ứng với điểm đặc của nó. Đối với dầm 
đơn, trọng lượng dầm chính sẽ phân bố đều 
trên một đơn vị chiều dài dầm. Đối với dầm 
đôi thì chỉ chọn dầm tính phía bên cơ cấu di 
chuyển, là dầm chịu tải trọng lớn hơn để phân 
tích nội lực, tải trọng phân bố đều dọc chiều 
dài dầm.
Qua mô hình kết cấu cổng trục hoàn chỉnh, 
SolidWorks có khả năng phân tích nội lực toàn 
bộ kết cấu cổng trục cũng như ảnh hưởng 
lẫn nhau của các bộ phận kết cấu cổng trục. 
SolidWorks thay thế tải trọng phân bố đều gây 
ra bởi trọng lượng dầm chính trong phương 
pháp tính truyền thống bằng lệnh Gravity. 
Theo phương pháp tính toán kết cấu cổng 
trục hiện này, người ta có 5 trường hợp tổ hợp 
tải trọng khác nhau được tính theo độ bền mỏi 
hoặc tính theo độ bền và độ bền ổn định. Trong 
mỗi một trường hợp, ta có 2 vị trí của xe nâng. 
Vậy nếu tính toán và đánh giá một cách đầy 
đủ, người ta cần 10 lần phân tích nội lực kết 
cấu cổng trục khác nhau. Trong một mô hình 
kết cấu cổng trục hoàn chỉnh có thể thực hiện 
10 trường hợp phân tích nội lực kết cấu và 
trường hợp sau có thể copy và sữa chửa lại từ 
trường hợp trước.
Đối với những kết cấu thừa bền hoặc thiếu 
bền, ta không cần phải giải bài toán ngược sao 
cho vừa thỏa mãn các điều kiện kiểm tra kết 
cấu và mục tiêu trọng lượng, ở SolidWorks ta 
chỉ cần thực hiện Design Study, phần mềm sẽ 
cho kết quả tối ưu.
Hạn chế trong ứng dụng phần mềm 
SolidWorks như sau: sau khi có sự thay đổi 
kích thước trong bản vẽ part, thì một số bước 
trong lệnh Static Analysis yêu cầu xác nhận 
lại, nếu không thì không thể thực hiện được 
lệnh Run hoặc nếu đã có kết quả thì kết quả 
không có giá trị. Sẽ không mất nhiều thời gian 
để khắc phục hạn chế này. Ưu điểm của phần 
mềm SolidWorks hơn hẳn các phần mềm khác 
vì hỗ trợ được các yêu cầu thiết kế kết cấu 
cổng trục nhiều nhất. 
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾ N NGHỊ 
1. Kết luận
Trong tính toán kết cấu cổng trục, việc sử 
dụng phần mềm SolidWorks thay phương pháp 
tính toán kết cấu cổng trục như hiện nay có 
nhiều thuận lợi và vượt trội về mọi mặt, thể hiện:
- Phần mềm SolidWorks có khả năng hỗ 
trợ người thiết kế và cho kết quả nhanh ở các 
công đoạn sau: 
+ Tính toán nội lực của từng bộ phận hay 
toàn bộ kết cấu cổng trục một cách đầy đủ. 
Điều này cho thấy phần mềm SolidWorks có 
khả năng thực hiện theo sơ đồ kết cấu chung 
và sơ đồ kết cấu riêng.
+ Tối ưu hóa bất kỳ một chi tiết, một bộ 
phận hay toàn bộ kết cấu cổng trục.
+ Tính trọng lượng và các đặc trưng tiết 
diện hình học của một chi tiết, một bộ phận hay 
toàn bộ kết cấu.
- Phần mềm SolidWorks có khả năng mô 
phỏng hoàn chỉnh một kết cấu thép cổng trục. 
Như vậy, kết cấu đưa vào tính nội lực gần với 
thực tế nhất.
- Phần mềm SolidWorks có thể thay thế tải 
trọng phân bố đều gây ra bởi trọng lượng dầm 
chính trong phương pháp tính truyền thống 
bằng lệnh Gravity. Như thế cho kết quả sẽ 
chính xác hơn.
Vậy ứng dụng phần mềm SolidWorks hỗ 
trợ người thiết kế giảm nhẹ các khâu tính toán, 
cho kết quả chính xác hơn, giảm chi phí nghiên 
cứu thực tiễn, tiết kiệm thời gian và công sức 
trong việc tìm kiếm các giải pháp tối ưu.
2. Kiến nghị
Nhằm mở rộng và nâng cao hơn nữa khả 
năng ứng dụng thành tựu của công nghệ thông 
tin vào tính toán kết cấu cổng trục, chúng ta 
cần nghiên cứu bổ sung một số vấn đề sau:
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
144 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
- Sử dụng những phần mềm tin học chuyên 
dụng khác như: Excel, Access, Matlab, Visual 
Basicđể tính sơ bộ kích thước bao của các 
bộ phận cổng trục và tính ngoại lực tác động 
lên kết cấu để định hướng cho việc tính toán 
chính xác bằng phần mềm SolidWorks. 
- Sau khi hoàn thành tính toán kết cấu cổng 
trục, với mô hình kết cấu đã được xây dựng, 
ta có thể sử dụng phần mềm SolidWorks để 
thực hiện các loại bản vẽ thiết kế chế tạo và 
SolidWorks có khả năng liên kết trực tiếp với 
phần mềm Excel để hỗ trợ tính giá thành.
- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm 
SolidWorks để phân tích tính toán những dạng 
kết cấu máy trục khác, hoặc những máy công 
nghiệp khác nhau trong thiết kế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tô Quang Dụng, Thuyết minh tính kết cấu thép bán cổng trục hai dầm Q = 5t và cổng trục hai dầm Q = 10t, 
H = 3,79 m, L = 6,494m, Công ty cổ phần Xây dựng và Phát triển Cơ sở hạ tầng, Nhà máy Chế tạo Kết cấu thép 
Tiền chế.
2. Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường, 1975. Tính toán máy trục. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
3. Nghiêm Hù ng, 1997. Sá ch tra cứ u thé p, gang thông dụ ng. Trườ ng Đạ i họ c Bá ch khoa Hà Nộ i.
4. Quách Hoài Nam, 2004. Hướng dẫn sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn RDM6. Trường Đại học Thủy sản.
5. Nguyễn Hữu Quảng, Phạm Văn Giám. Kết cấu kim loại máy trục. Trường Đại học Hàng Hải.
6. TCVN 2737:1995, 1996. Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. NXB Xây dựng Hà Nội.
7. TCVN 4244:2005, 2006. Thiết bị nâng - Thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật. Hà Nội.
8. Hồng Tiến Thắng, 2010. Hướng dẫn sử dụng SAP2000 V12. Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội.
9. Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng, 2002. Máy và thiết bị nâng. NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
10. Dassault Systèmes, 1995-2013. SolidWorks Web Help 2010.