Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe cẩu chi tiết

Hiểu rõ cấu tạo xe cẩu và nguyên lý hoạt động xe cẩu là kiến thức nền tảng để vận hành thiết bị an toàn và hiệu quả. Một chiếc xe cẩu, dù là xe cẩu tự hành, xe cẩu bánh lốp hay bánh xích, đều là một tổ hợp cơ khí phức tạp.

Bài viết này sẽ mổ xẻ chi tiết từng bộ phận xe cẩu quan trọng và giải thích cách hoạt động của xe cẩu dựa trên các nguyên tắc vật lý và cơ khí, được tổng hợp từ kinh nghiệm của các chuyên gia tại Tiến Phát.

Cấu tạo xe cẩu có các bộ phận chính nào?

Để dễ hình dung, cấu trúc kỹ thuật xe cẩu có thể được chia thành hai hệ thống chính: Hệ thống thân dưới chịu trách nhiệm di chuyển và giữ ổn định, và Hệ thống thân trên thực hiện các thao tác nâng hạ.

Hệ thống thân dưới của xe cẩu

Khung gầm xe cẩu (Chassis)

Là bộ khung chính được làm từ thép cường lực cao, có khả năng chịu tải của xe cẩu cực lớn, liên kết tất cả các bộ phận khác lại với nhau. Thiết kế xe cẩu phải đảm bảo khung gầm đủ cứng vững để chống lại các lực uốn và xoắn khi nâng vật nặng.

Hệ thống di chuyển

Bao gồm động cơ xe cẩu và hệ truyền động của xe cẩu. Tùy vào loại xe cẩu thông dụng mà hệ thống này có thể là bánh lốp (linh hoạt trên đường nhựa) hoặc bánh xích (ổn định trên địa hình yếu).

Chân chống xe cẩu (Outrigggers)

Đây là bộ phận tối quan trọng để đảm bảo cân bằng khi nâng vật nặng. Trước khi nâng, các chân chống thủy lực sẽ vươn ra và ép xuống mặt đất, tạo ra một chân đế vững chắc, ngăn ngừa lật cẩu.

Cabin điều khiển xe cẩu

Đây là nơi mà tài xế điều khiển vận hành xe cẩu, giúp thực hiện mọi hoạt động như di chuyển, nâng hạ, Cấu tạo bên trong cabin xe cẩu gồm có: ghế ngồi, bảng điều khiển (cần điều khiển, màn hình hiển thị, các công tắc), cửa sổ, kính chắn gió, hệ thống thông gió, thiết bị an toàn,…

Hệ thống thân trên của xe cẩu (phần cẩu)

Cần cẩu thủy lực

Là bộ phận quan trọng nhất của xe cẩu. Bộ phận này dùng để nâng và di chuyển vật liệu, máy móc lên cao và ngược lại. Cần cẩu có 2 dạng là cần trục thẳng và cần gập, nó có thể kéo dài và thu ngắn linh hoạt và cũng có thể thay đổi góc nâng để đưa được vật đến vị trí mong muốn.

Trên cần cẩu thường có sơ đồ tải trọng của cần cẩu để giúp xác định tải trọng làm việc an toàn ở chiều cao cẩu mong muốn.

Xem thêm: Cách đọc sơ đồ tải trọng của cần cẩu

Hệ thống nâng hạ xe cẩu

Hệ thống này còn gọi là hệ thống thủy lực giúp chuyển đổi nhiên liệu thành lực để chuyển động cần cẩu như nâng hạ, xoay hay vươn cần ra xa,… Hệ thống thủy lực gồm có bơm thủy lực, xi lanh thủy lực, van điều khiển, đường ống dẫn dầu, bình chứa dầu và các bộ phận phụ trợ khác.

Tời và cáp tải (Winch & Wire Rope)

Tời là một động cơ thủy lực mạnh mẽ dùng để cuộn hoặc nhả cáp tải – sợi dây thép chịu lực trực tiếp kéo vật nặng lên.

Đối trọng xe cẩu (Counterweight)

Là các khối gang hoặc bê tông nặng đặt ở phía sau cabin, có nhiệm vụ tạo ra mô-men đối trọng để cân bằng khi nâng vật nặng.

Móc cẩu

Móc cẩu dùng để gắn vào vật cần nâng, giúp kéo vật lên cao. Có nhiều loại móc cẩu khác nhau với đa dạng hình dạng và kích thước, tùy vào đặc điểm của vật cần nâng mà lựa chọn loại móc cẩu phù hợp.

Mâm xoay toa

Là một vòng bi khổng lồ, cho phép toàn bộ phần thân trên quay 360 độ một cách trơn tru, giúp cẩu tiếp cận mọi vị trí trong bán kính làm việc.

Hệ thống điều khiển cần cẩu

Đây là bộ phận giúp điều khiển các chức năng của cần cẩu như nâng, hạ, quay, kéo dài cần, thu ngắn cần. Ngoài việc điều khiển trực tiếp trên xe cẩu, hệ thống này còn có thể thực hiện trên bộ điều khiển từ xa nữa. Các bộ phận chính của hệ thống này gồm có: Cần điều khiển cần cẩu (nâng hạ, xoay toa, vươn ra, thụt lại), cần ra chân chống, bàn đạp, nút còi, nút đèn, các nút cảnh báo an toàn, màn hình hiển thị (tùy xe).

Nguyên lý hoạt động của xe cẩu

Vậy xe cẩu hoạt động như thế nào? Hầu hết tất cả xe cẩu kể cả xe cẩu tự hành và xe cẩu bánh lốp đều hoạt động dựa trên nguyên lý đòn bẩy, ròng rọc và hệ thống thủy lực để có thể nâng, hạ và di chuyển máy móc, hàng hóa một cách dễ dàng và an toàn. Tiến Phát sẽ giải thích rõ hơn trong nội dung dưới đây:

Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực

Đây là câu trả lời cho câu hỏi xe cẩu hoạt động theo nguyên lý gì?. Hầu hết mọi chuyển động của cẩu đều nhờ vào truyền động thủy lực.

• Cơ chế vận hành xe cẩu: Động cơ xe cung cấp năng lượng cho một máy bơm, nén dầu thủy lực với áp suất cực lớn. Dòng dầu áp suất cao này được dẫn qua các van và đường ống đến các bộ phận chấp hành như xi-lanh và mô-tơ.
• Quy trình thủy lực xe cẩu: Khi người vận hành xử lý tín hiệu từ tay điều khiển, hệ thống điều khiển điện tử sẽ ra lệnh cho các van thủy lực mở ra, hướng dòng dầu đến đúng vị trí mong muốn: đẩy xi-lanh để nâng cần, quay mô-tơ của tời để cuộn cáp… Sức mạnh của dầu nén được khuếch đại lên nhiều lần, tạo ra lực nâng hàng chục, hàng trăm tấn. Đây là một ứng dụng cơ bản của nguyên lý Pascal trong kỹ thuật.

Nguyên tắc đòn bẩy và cân bằng khi nâng vật

Nếu thủy lực được xem là cơ bắp, thì nguyên lý đòn bẩy chính là bộ não vật lý giúp cẩu đứng vững khi nâng vật nặng:

• Nguyên lý đòn bẩy trong xe cẩu: Toàn bộ xe cẩu hoạt động như một cái bập bênh khổng lồ.
  • Điểm tựa (Fulcrum): Là mép ngoài của chân chống.
  • Lực nâng (Effort): Là trọng lượng của bản thân xe cẩu và khối đối trọng.
  • Tải (Load): Là vật nặng cần nâng.
• Lực nâng và mô-men xoắn: Khi nâng một vật ở xa, cánh tay đòn của tải trọng sẽ dài ra, tạo ra một mô-men xoắn (mô-men lật) rất lớn. Để cân bằng, mô-men do đối trọng tạo ra phải luôn lớn hơn. Đây là lý do tại sao cùng một vật nặng, cẩu ở gần thì nhẹ nhàng, nhưng đưa ra xa thì cẩu không nổi hoặc gây lật xe. Việc phân phối tải trọng hợp lý là yếu-tố-sống-còn trong kỹ thuật vận hành xe cẩu.

Nguyên lý di chuyển của xe cẩu

• Đầu tiên, tài xế khởi động xe để động cơ chính hoạt động, cung cấp năng lượng cho hệ thống truyền động.
• Bơm thủy lực hoặc hộp số truyền lực đến bánh xe giúp xe di chuyển theo hướng mà tài xế điều khiển.
• Hệ thống lái của xe cẩu có tác dụng điều chuyển hướng di chuyển theo yêu cầu.
• Khi cần dừng thì kích hoạt hệ thống phanh để xe cẩu dừng lại an toàn.

Các câu hỏi thường gặp về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe cẩu

Dưới đây là một số câu hỏi phổ biến mà các chúng tôi thường nhận được, giúp bạn hiểu sâu hơn về cấu trúc kỹ thuật xe cẩu và cơ chế vận hành của chúng.

Xe cẩu thường làm từ vật liệu gì để chịu được tải trọng lớn?

Nguyên liệu chế tạo xe cẩu, đặc biệt là phần cần cẩu và khung gầm chủ yếu là các loại thép hợp kim cường độ cao (High-Strength Low-Alloy Steel – HSLA). Loại vật liệu này rất cứng chắc để đảm bảo khả năng chịu tải của xe cẩu, vừa có trọng lượng nhẹ hơn thép carbon thông thường, giúp tối ưu hóa thiết kế và hiệu suất của toàn bộ thiết bị.

Sự khác biệt chính trong cấu tạo giữa xe cẩu tự hành, cẩu bánh lốp với cẩu bánh xích là gì?

Xe cẩu tự hành: Dựa trên khung gầm của xe tải, có thùng hàng. Ưu điểm là di chuyển nhanh trên đường, vừa chở hàng vừa cẩu.

Cẩu bánh lốp: Sử dụng khung gầm chuyên dụng với các lốp lớn, không có thùng hàng. Rất linh hoạt tại công trình và thường có sức nâng lớn hơn cẩu tự hành.

Cẩu bánh xích: Di chuyển bằng dải xích. Cực kỳ ổn định trên nền đất yếu, có sức nâng lớn nhất và thường không cần chân chống khi làm việc.

Xem thêm: Tìm hiểu về cấu tạo của xe cẩu bánh xích

Ngoài đối trọng, yếu tố nào giúp xe cẩu cân bằng khi nâng vật nặng?

Ngoài đối trọng, yếu tố quan trọng nhất là hệ thống chân chống (outriggers). Chúng vươn rộng ra tạo một chân đế vững chắc, trở thành điểm tựa chính để chống lật và truyền thẳng tải trọng xuống đất.

Hệ thống điều khiển điện tử PLC có vai trò gì trong xe cẩu hiện đại?

PLC nhận tín hiệu từ tay điều khiển và cảm biến (tải trọng, góc cần). Nó sẽ tính toán và ra lệnh chính xác cho hệ thống thủy lực, giúp xe chuyển động mượt mà và quản lý các hệ thống an toàn như cảnh báo quá tải.

Tổng kết

Việc nắm vững cấu tạo xe cẩu và nguyên lý hoạt động xe cẩu không chỉ là kiến thức kỹ thuật khô khan. Nó là nền tảng cốt lõi giúp người vận hành đưa ra các quyết định chính xác, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho con người và tài sản trong suốt quá trình làm việc.

Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào về tiêu chuẩn kỹ thuật xe cẩu hoặc cần tư vấn các dịch vụ liên quan, đội ngũ chuyên gia của Tiến Phát luôn sẵn sàng hỗ trợ.