Nghiên cứu thiết kế hệ thống cầu nâng lật xe chở sắn củ với tải trọng nâng 60-80 tấn

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 153 
BÀI BÁO KHOA HỌC 
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẦU NÂNG LẬT XE 
CHỞ SẮN CỦ VỚI TẢI TRỌNG NÂNG 60-80 TẤN 
Nguyễn Đình Tùng1 
Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế hệ thống cầu nâng-lật xe chở sắn củ điều khiển, truyền 
động thủy lực ứng dụng trong nhà máy chế biến sắn quy mô công nghiệp năng suất 450-500 tấn củ/ngày. Kết quả 
thiết kế/kiểm tra về độ bền kết cấu của cầu nâng trên mô hình số tại các góc nâng khác nhau 300, 400, 450 
cho thấy: i). với góc nâng 300 giá trị cực đại tổng chuyển vị của kết cấu cầu nâng chỉ là 2,8008e-3m, giá trị 
biến dạng đàn hồi cực đại đạt 1,0655e-3 m/m và giá trị ứng suất cực đại đạt 1,3289e8 Pa; ii). với góc nâng 
400 giá trị cực đại tổng chuyển vị là 3,4714e-3m; giá trị biến dạng đàn hồi cực đại đạt 1,1133e-3 m/m và giá 
trị ứng suất cực đại đạt 1,3849e8 Pa; iii). ở vị trí làm việc 450 giá trị cực đại tổng chuyển vị của kết cấu cầu 
nâng là 4,9027e-3m; giá trị biến dạng đàn hồi cực đại đạt 1,86519e-3 m/m; và giá trị ứng suất cực đại đạt 
2,3262e8 Pa. Các giá trị trên đều nhỏ hơn nhiều so với giá trị giới hạn cho phép của vật liệu. 
Từ khóa: Mô hình số, cầu nâng lật xe, truyền động thủy lực, sắn củ 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Hiện tại ngành công nghiệp sản xuất/chế biến 
sắn nói chung, tinh bột nói riêng tại các nhà máy 
chế biến vẫn chưa thực sự ứng dụng công nghệ vào 
sản xuất đồng bộ ở tất cả các công đoạn, mà phần 
lớn mới chỉ đầu tư công nghệ, thiết bị ở các công 
đoạn chính. Riêng công đoạn đầu nạp, cấp liệu hầu 
hết vẫn thực hiện thủ công, dùng nhiều đến sức 
người trong sản xuất để tháo nguyên liệu (cào 
nguyên liệu) sắn củ trên xe xuống bãi tập kết của 
các cơ sở chế biến sắn. Như vậy lượng người lao 
động rất lớn, có thời điểm lên đến hàng trăm người 
cào, tháo dỡ sắn tại một cơ sở chế biến. Nếu vẫn sử 
dụng nhân công lao động thủ công như vậy ở công 
đoạn nhập liệu để áp dụng vào dây chuyền chế biến 
quy mô công nghiệp sẽ không đáp ứng và đạt được 
yêu cầu sản xuất kể cả về năng suất, chất lượng và 
đặc biệt là an toàn lao động trong sản xuất. Hơn 
nữa củ sắn còn có hình dạng khác nhau, to, nhỏ, 
cong, thẳng, dài, ngắn, bởi vậy để tháo, cào liệu 
liên tục bằng sức người sẽ cực kỳ khó khăn, vất 
vả.... Như vậy vẫn là phương thức sản xuất nhỏ lẻ 
chất lượng thấp, cơ hội để cạnh tranh xuất khẩu so 
với các mặt hàng tương tự của các nước trong khu 
1 Viện nghiên cứu Thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp, 
Bộ Công Thương 
vực, nhất là hai nước có sản lượng sắn lớn như 
Thái Lan và Indonesia sẽ khó khăn. Để cho các sản 
phẩm từ sắn của Việt Nam muốn “giữ” được chỗ 
đứng trên thị trường xuất khẩu các doanh nghiệp 
Việt Nam buộc phải đầu tư công nghệ, thiết bị vào 
trong sản xuất, nhất là sản xuất quy mô lớn. Có 
như vậy mới có khả năng đáp ứng được về sản 
lượng và chất lượng của sản phẩm. Cho nên công 
đoạn tháo, dỡ nguyên liệu sắn củ trên xe xuống 
bãi tập kết cần phải giải quyết bằng hệ thống máy 
móc thiết bị, ở đây chính là hệ thống thiết bị nâng, 
lật xe truyền động và điều khiển thủy lực (Ng. 
Đình Tùng và cs, 2018). 
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
Bài báo sử dụng phương pháp nghiên cứu lý 
thuyết dựa trên phương pháp tính toán, thiết kế và 
mô phỏng nhờ các phần mềm máy tính chuyên dụng 
Inventer, Autocad,  
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 
3.1. Kết quả lựa chọn nguyên lý kết cấu 
Trên cơ sở lý thuyết đã xây dựng, đưa ra được sơ 
đồ nguyên lý, kết cấu hệ thống thiết bị nâng, lật xe 
chở sắn có truyền động và điều khiển thủy lực đồng 
bộ đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi của các doanh 
nghiệp chế biến sắn quy mô công nghiệp về việc 
tháo, dỡ sắn củ khi tập kết vào sân chuẩn bị phục vụ 
cho sản xuất được trình bày như trên Hình 1. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 154 
Hình 1. Xây dựng sơ đồ nguyên lý kết cấu,mạch truyền động và điều khiển thủy lực của hệ thống 
cầu nâng-lật xe chở sắn củ quy mô 450-500 tấn củ/ngày (Nguyễn Đình Tùng, 2018) 
1- Xy lanh thủy lực; 2- Thanh liên kết; 3- Cơ cấu nâng; 4- Cầu nâng lật xe; 5- Xe ô tô chở sắn. 
Với sơ đồ nguyên lý này cho thấy khi xe chở sắn 
củ tươi đến nhà máy chế biến sẽ được di chuyển lên 
cầu nâng-lật, sau khi được “thắt dây an toàn” sàn đỡ 
xe tải được nâng nghiêng lên dần từ góc ban đầu 
“00” đến một góc nghiêng tới hạn (cực đại) nhờ cơ 
cấu nâng truyền động thủy lực. Góc nghiêng cực đại 
và vận tốc nâng sàn được lựa chọn sao cho thỏa mãn 
điều kiện chảy tụt của vật liệu sắn củ và gia tốc cuối 
hành trình nâng giảm dần đến 0, đảm bảo điều kiện 
không lật dọc khi xe tải trút đổ sắn nguyên liệu. 
3.2. Kết quả tính toán thiết kế 
Dựa trên sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống 
cầu nâng-lật xe như trên hình 1 để tính toán, xác 
định được các thông số chính như: diện tích mặt 
cắt ngang xy lanh/diện tích piston, thể tích xy 
lanh, vận tốc, lưu lượng của xy lanh, như trong 
bảng 1, kết quả này làm cơ sở để tính toán động 
lực học cho cầu nâng. 
Bảng 1. Thông số xy lanh thủy lực 
Ak  0V A E Vp p 
10000 
mm2 
10-3 
mm2/N 
105 
mm3 
0,62 
mm/s 
0,992 
mm/s 
103 
mm3 
9 
v/p 
Kết quả tính toán một số thông số kết cấu cơ bản của hệ thống cầu nâng lật xe được trình bày tóm lược 
như trong bảng 2 dưới đây. 
Bảng 2. Kết quả tính toán các thông số kết cấu cơ bản của hệ thống cầu nâng lật xe 
TT Tên gọi các thông số cơ bản Kí hiệu Đơn vị Giá trị Phụ ghi 
1 Tải trọng nâng G Tấn 60 
2 Lực đẩy của 1 xy lanh Fpush Tấn 31 
3 Thể tích dầu cho hành trình 1 xy lanh Vk lít 23,079 
4 Đường kính xy lanh D mm 140 2 cái 
5 Hành trình xy lanh Lxl mm
1.500 2 cái 
6 Áp suất làm việc của xy lanh pk kg/cm2 200 
7 Chiều cao cầu nâng lật xe H mm
2.200 
8 Chiều rộng của cầu nâng lật xe B mm
3.000 
9 Chiều dài cầu nâng lật xe L mm
9.000 
3.3. Kết quả thiết kế 
Cơ sở khoa học để thiết kế cầu nâng dựa trên các kết quả tính toán. Từ đó thiết kế bản vẽ chung, các bản 
vẽ cụm chi tiết, chi tiết chính cho cầu nâng được như trên hình 2 - hình 6. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 155 
Hình 2. Kết quả xây dựng bản vẽ tổng thể thiết kế 
hệ thống cầu nâng-lật xe chở sắn củ có điều khiển 
truyền động thủy lực (Nguyễn Đình Tùng, 
 Nguyễn Văn Tiến và cs, 2018) 
a) b) 
Hình 3. Bản vẽ thiết kế tổng thể kết cấu sàn 
nâng xe a) sàn trên; b) sàn dưới 
(Nguyễn Đình Tùng, Nguyễn Văn Tiến và cs, 2018) 
Hình 4. Bản vẽ thiết kế chi tiết chốt và bạc quay 
Hình 5. Bản vẽ thiết kế thanh liên kết 
Hình 6. Bản vẽ thiết kế cơ cấu quay 
Với nguyên lý kết cấu của hệ thống và các bản vẽ 
thiết kế như trên ta thấy, các chi tiết độc lập được gia 
công bằng phương pháp cắt gọt (tiện, phay), cắt 
plasma, cắt dây,Đối với các chi tiết thuộc khung 
sàn nâng, sàn đỡ trước tiên được gia công theo 
phương pháp cắt bằng plasma, cắt dây, sau đó được 
liên kết với nhau bằng phương pháp hàn, và liên kết 
bulong để tạo thành thành sản phẩm hoàn chỉnh (Ng. 
Đình Tùng, và cs, 2018). 
3.4. Kết quả phân tích kết cấu cầu nâng trên 
mô hình số 
Mục đích việc phân tích kết cấu của hệ thống cầu 
nâng lật xe nhằm tiên đoán và loại trừ các hư hỏng 
có thể xảy ra về kết cấu không hợp lý trước khi tiến 
hành gia công chế tạo hệ thống. Nhờ vậy ta có thể 
hạn chế/khắc phục hiện tượng hư hỏng trong quá 
trình khi làm việc thực tế sau này. Mô hình 3D đã 
được xây dựng trên phần mềm Inventor với các kích 
thước thực đúng như mô hình chế tạo “thật” trong 
thực tiễn, sau đó được phân tích dựa trên phần mềm 
Inventor cho ta các kết quả như dưới đây (Nguyễn 
Đình Tùng, 2018). 
Hình 7. Mô hình nguyên lý kết cấu và sơ đồ động 
học của hệ thống cầu nâng - lật xe chở sắn (Nguyễn 
Đình Tùng; Nguyễn Văn Tân, 2018) 
Lựa chọn vật liệu chế tạo hệ thống cầu nâng cho 
mô hình này là thép CT38 có các tính chất cơ tính (mô 
đuyn đàn hồi, hệ số Poisson, khối lượng riêng và giới 
hạn bền mỏi) như trong bảng 3, các thông số này làm 
cơ sở phân tích đánh giá độ bền mỏi, độ biến dạng, ứng 
suất trong kết cấu từng chi tiết của hệ thống. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 156 
Bảng 3. Một số đặc tính cơ tính của thép CT38 (Hà Văn Vui và cs, 2006) 
Thông số Ký hiệu Giá trị Thứ nguyên 
Mô đun đàn hồi E 210000 MPa 
Hệ số Poisson v 0,3 - 
Khối lượng riêng ρ 7850 kg/m3 
Giới hạn bền mỏi Sγ 380-490 Mpa 
Với sự thiết lập chia lưới cho các mô hình nghiên 
cứu, đây là bước hết sức quan trọng trong công cụ 
toán học phần tử hữu hạn. Có rất nhiều phương pháp 
chia lưới mịn được gọi là làm mịn thích ứng cao để 
tăng số phần tử lên tới mức yêu cầu tối thiểu. Sự rời 
rạc hóa phụ thuộc vào hình dáng kết cấu các chi tiết, 
tải trọng và các điều kiện biên. Kết quả phân tích 
trong nghiên cứu này mong muốn đạt được kết quả 
tin cậy và chính xác nhất cho nên cần thiết lập chế 
độ chia lưới “dày đặc”. Mô phỏng cho hệ thống cầu 
nâng lật ở các chế độ làm việc với các góc nâng 
khác nhau, ứng với trạng thái khảo sát làm việc khi 
góc nâng 300, 400, và 450. 
Hình 8. Tổng chuyển vị, biến dạng đàn hồi tương đối và ứng suất của hệ thống cầu nâng lật xe 
chở sắn ở trạng thái làm việc khi góc nâng 300 (Nguyễn Đình Tùng và cs, 2018) 
Trên hình 8 là kết quả khảo sát ứng với chế độ 
làm việc với góc nâng 300 cho ta giá trị cực đại của 
tổng chuyển vị kết cấu cầu nâng chỉ là 2,8008e-3m 
xuất hiện tại vị trí phía trước của cầu nâng. Trong 
khi đó giá trị biến dạng đàn hồi cực đại đạt 1,0655e-
3 m/m, giá trị cực tiểu đạt 1,559e-8m/m, và giá trị 
ứng suất cực đại đạt 1,3289e8 Pa (Ng. Đình Tùng và 
cs, 2018). 
Tiếp theo trên hình 9 trình bày kết quả khi 
khảo sát ở chế độ làm việc của hệ thống cầu nâng-
lật xe với góc nâng 400, khi đó cho ta giá trị cực 
đại tổng chuyển vị là 3,4714e-3m. Trong khi giá 
trị biến dạng đàn hồi cực đại đạt 1,1133e-3 m/m, 
giá trị cực tiểu đạt 3,039e-8m/m, và giá trị ứng 
suất cực đại đạt 1,3849e8 Pa (Nguyễn Đình Tùng 
và cs, 2018). 
Hình 9. Tổng chuyển vị, biến dạng đàn hồi tương đối và ứng suất của hệ thống cầu nâng lật xe chở sắn 
ở trạng thái làm việc khi góc nâng 400 (Nguyễn Đình Tùng và cs, 2018) 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 157 
Tương tự ở hình 10 kết quả khảo sát khi sàn nâng 
ở vị trí làm việc 450 giá trị cực đại tổng chuyển vị 
của kết cấu cầu nâng là 4,9027e-3m, giá trị biến 
dạng đàn hồi cực đại đạt 1,86519e-3 m/m, và giá trị 
ứng suất cực đại đạt 2,3262e8 Pa (Nguyễn Đình 
Tùng và cs, 2018). 
Hình 10. Tổng chuyển vị, biến dạng đàn hồi tương đối và ứng suất của hệ thống cầu nâng lật xe 
chở sắn ở trạng thái làm việc khi góc nâng 450 (Nguyễn Đình Tùng và cs, 2018) 
4. KẾT LUẬN 
Trên cơ sở nghiên cứu này đã đưa ra được nguyên 
lý kết cấu hệ thống cầu nâng-lật xe chở sắn củ có điều 
khiển, truyền động thủy lực với tải trọng nâng 60-80 tấn 
ứng dụng trong nhà máy chế biến sắn quy mô công 
nghiệp năng suất 450-500 tấn củ/ngày. 
Kết quả tính toán trên mô hình số cho thấy toàn 
hệ thống ở các trạng thái làm việc, giá trị ứng suất 
cực đại đều thỏa mãn, tất cả các giá trị đều nhỏ hơn 
giới hạn biến dạng đàn hồi của thép CT38 là 380-
490MPa. Ứng suất cao nhất đạt giá trị 2,3262e8 Pa 
khi làm việc tại trạng thái góc nâng của sàn nâng là 
450, tuy nhiên với giá trị này vẫn nằm trong giới hạn 
an toàn bền. Chuyển vị lớn nhất xuất hiện với giá trị 
là 4,9027e-3m cũng tại trạng thái làm việc với góc 
nâng của sàn nâng là 450, giá trị này nhỏ và chấp 
nhận được. Nhìn chung giá trị ứng suất cực đại đều 
thỏa mãn và nằm trong giới hạn an toàn bền. 
Kết quả tính toán trong bài báo đối với hệ 
thống được thiết kế trong điều kiện làm việc khó 
khăn nhất (ứng với góc nâng 450) nhưng luôn phải 
đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động để xe 
tải không bị lật dọc khi trút đổ sắn nguyên liệu mà 
vẫn thỏa mãn điều kiện chảy tụt của vật liệu sắn 
củ. Tuy nhiên trong thực tiễn sản xuất không nên 
chọn chế độ góc nâng giới hạn 45o, mà ở đây chỉ 
nên lựa chọn góc nâng làm việc của sàn nâng 40o 
sẽ hợp lý hơn về chế độ vận hành khi xét đến tính 
“liên động” và tuổi bền đối với các bộ phận khác 
trong hệ thống. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Nguyễn Đình Tùng, Nguyễn Văn Tiến và cs (2018), Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cầu nâng-lật xe 
chở sắn củ có điều khiển, truyền động thủy lực phục vụ cho nhà máy chế biến sắn quy mô 450 ÷ 500 tấn 
củ/ngày, Báo cáo đề tài cấp Bộ. 
Bùi Hải Triều, Nguyễn Đình Tùng (2018), Truyền động và điều khiển thủy lực ứng dụng, Nxb khoa học kỹ thuật. 
Hà Văn Vui, Nguyễn Chỉ Sáng, Phan Đăng Phong (2006). Sổ tay thiết kế cơ khí tập 1, Nxb khoa học kỹ thuật. 
Nguyễn Đình Tùng (2018), “Nghiên cứu phân tích kết cấu hệ thống cầu nâng lật xe chở sắn củ trên mô hình 
số”, Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ Toàn quốc về Cơ khí lần thứ V, ngày 05/10/2018; 
Dinh Tung Nguyen, Van Tan Nguyen (2018), “Lifting and discharging the cassava roots system for 
hydraulic transmission”, The First Internatioal Conference on Fluid Machinery and Automation Systems 
(ICFMAS 2018), on 27th – 28th October 2018 at Hanoi University of Science and Technology, Hanoi, 
Vietnam. 
Tung Nguyen Dinh (2018), “An investigation of lifting and discharging cassava roots system using hydraulic 
transmission”, International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET) Volume 9, 
Issue 11, November 2018. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 158 
Abstract: 
RESEARCH DESIGN OF LIFT-FLIP BRIDGE SYSTEM FOR 
CASSAVA ROOTS TRUCK WITH LIGHTNING LOAD 60-80 TONS 
This paper presents the research results of designing a lift-flip bridge system for cassava roots for control 
and application of hydraulic transmission in industrial scale cassava processing plants with a capacity of 
450-500 tons of tubers per day. Design/test results of the structural strength of lifting bridges on digital 
models at different elevations at 30°, 40°, and 45° show that i). With a lifting angle of 30° maximum value, 
the total displacement of the lifting structure is only 2.8008e-3m, the value of maximum elastic strain 
1.0655e-3 m/m and the maximum stress value reaches 1.3289e8 Pa. ii). With an elevation angle of 40° 
maximum value, the total displacement is 3.4714e-3m; maximum elastic strain value 1.1133e-3 m/m and 
maximum stress value reaches 1.3849e8 Pa. iii). At the working position, 45° maximum values of the total 
displacement of the lifting bridge structure are 4.9027e-3m; the maximum elastic strain value 1.86519e-3 
m/m; and the maximum stress value is 2.3262e8 Pa. These values are much smaller than the permissible 
limit values of materials. 
Keywords: Digital models, flip-flops, hydraulic transmission, cassava roots 
Ngày nhận bài: 21/5/2019 
Ngày chấp nhận đăng: 31/8/2019