Lắp đặt thiết bị nhà máy thép: chọn cẩu theo tải trọng và bán kính làm việc

Trong nhà máy thép, phần lớn thiết bị chính đều nặng và cồng kềnh: giá cán, hộp số, động cơ công suất lớn, máy biến áp lò, dầm cầu trục hay các mô-đun của dây chuyền đúc phôi. Khó khăn không chỉ nằm ở khối lượng. Thiết bị thường phải đặt sâu bên trong nhà xưởng, sát móng máy hoặc giữa các cột kết cấu, nơi xe cẩu không thể tiến sát.

Vì vậy, chọn cẩu cho nhà máy thép không thể chỉ dựa vào câu hỏi “thiết bị nặng bao nhiêu tấn”. Cần xét cùng lúc tổng tải nâng, bán kính làm việc, chiều cao nâng và điều kiện mặt bằng. Một chiếc cẩu có tải định danh lớn vẫn có thể không nâng được thiết bị nếu bán kính quá xa.

Với những hạng mục vừa nặng vừa phải đặt ở bán kính lớn, nhiều nhà thầu cơ điện ở khu vực phía Nam chọn thuê cẩu bánh lốp tải trọng lớn từ các đơn vị chuyên cẩu siêu trọng như Samcocranes, thay vì đầu tư thiết bị riêng cho vài lần lắp đặt. Dưới đây là 5 bước các kỹ sư lắp máy thường dùng để chọn đúng tải trọng cẩu.

Bước 1: Xác định tổng tải nâng thực tế

Tải cần nâng luôn lớn hơn khối lượng thiết bị ghi trên catalogue. Tổng tải nâng gồm các thành phần sau:

Khối lượng thiết bị, lấy theo bản vẽ hoặc phiếu cân. Với thiết bị cũ cần di dời, nên tính lại vì có thể còn dầu, xỉ bám hoặc phụ kiện gắn kèm.
Móc cẩu của chính xe cẩu. Trên nhiều sơ đồ tải, khối lượng móc phải trừ vào sức nâng.
Dụng cụ treo buộc: cáp thép, ma ní, cáp vải, thanh treo (spreader beam) hoặc khung cân bằng.
Phần cáp tời thả ra, đáng kể khi dùng cần dài.

Ví dụ minh họa: hộp số 40 tấn, thanh treo 2 tấn, cáp và ma ní 0,5 tấn, móc cẩu 1,5 tấn. Tổng tải cần tính là 44 tấn, cao hơn khối lượng thiết bị khoảng 10%.

Nếu thiết bị có trọng tâm lệch, như động cơ liền bệ hay giá cán có trục nhô một phía, cần xác định trọng tâm để bố trí điểm treo. Treo sai trọng tâm khiến tải nghiêng ngay lúc nhấc khỏi mặt đất.

Bước 2: Đo bán kính làm việc và chiều cao nâng

Bán kính làm việc là khoảng cách theo phương ngang từ tâm quay của xe cẩu đến tâm móc khi treo tải. Đây không phải khoảng cách từ đầu xe đến thiết bị. Trong nhà máy thép, bán kính thường lớn vì ba lý do:

Xe phải đứng ngoài nhà xưởng và đưa tải qua cửa mái hoặc khe mái mở.
Hố móng, kênh cáp, đường ray cầu trục chắn lối tiến của xe.
Cần né đường ống, máng cáp và kết cấu trên cao.

Cần đo hai giá trị: bán kính lúc nhấc tải và bán kính tại vị trí đặt cuối cùng. Giá trị lớn hơn là giá trị quyết định.

Chiều cao nâng tính từ mặt bằng đứng xe đến điểm treo, cộng chiều cao thiết bị, dụng cụ treo và khoảng an toàn khi vượt chướng ngại như mép tường hay xà mái. Chiều cao và bán kính cùng quyết định chiều dài cần phải dùng, và cần càng dài thì sức nâng càng giảm.

Bước 3: Đọc sơ đồ tải của đúng model và đúng cấu hình

Sơ đồ tải (load chart) do nhà sản xuất cẩu cung cấp, cho biết sức nâng tối đa ứng với từng tổ hợp chiều dài cần và bán kính. Khi đọc, cần nắm ba nguyên tắc:

Sức nâng giảm rất nhanh khi bán kính tăng. Tải định danh của cẩu (100, 250 hay 300 tấn) chỉ đạt được ở bán kính rất ngắn, cần thu ngắn nhất và đối trọng tối đa.
Mỗi bảng chỉ đúng với cấu hình ghi trên bảng: khối lượng đối trọng, chân chống mở hết hay mở một phần, vùng quay 360° hay chỉ phía sau xe.
Tra bảng theo hướng an toàn: lấy giá trị ở bán kính bằng hoặc lớn hơn bán kính thực tế, với chiều dài cần bằng hoặc dài hơn. Không tự nội suy lạc quan giữa hai cột.

Vì vậy, có những trường hợp thiết bị chỉ vài chục tấn nhưng vẫn phải dùng cẩu 250–300 tấn. Ở bán kính lớn, chỉ các dòng cẩu lớn mới còn đủ sức nâng cần thiết.

Hãy yêu cầu đơn vị cho thuê cung cấp sơ đồ tải bản gốc của đúng model và đúng cấu hình đối trọng họ sẽ mang đến, đối chiếu với tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất. Một bảng tải của model khác, dù cùng trọng tải danh nghĩa, có thể chênh lệch đáng kể ở cùng bán kính.

Bước 4: Chừa biên an toàn, nhận diện lần nâng tới hạn

Không nên chọn cẩu chạy sát 100% sơ đồ tải. Nhiều nhà thầu và quy trình an toàn nội bộ coi các lần nâng vượt khoảng 75–80% sức nâng cho phép là nâng tới hạn (critical lift). Khi đó cần có phương án nâng bằng văn bản, kiểm tra kỹ hơn và người giám sát riêng.

Ngoài ngưỡng tải, các trường hợp sau cũng thường được xếp vào nâng tới hạn:

Nâng bằng hai cẩu cùng lúc (tandem lift), hay gặp khi lắp dầm cầu trục dài.
Nâng qua hoặc gần thiết bị đang vận hành, đường ống có áp lực.
Thiết bị có giá trị rất cao hoặc không thể thay thế nhanh.

Một số yếu tố làm giảm sức nâng thực tế so với bảng: gió mạnh khi dùng cần dài hoặc tải có diện tích chắn gió lớn, nền lún không đều, tải bị lắc khi quay. Nhiều sơ đồ tải ghi kèm giới hạn tốc độ gió cho phép, cần đọc cùng bảng.

Cách làm thực tế: chia tổng tải nâng cho sức nâng theo bảng ở bán kính xa nhất. Nếu tỷ lệ vượt ngưỡng nâng tới hạn, hãy chuyển lên cấu hình đối trọng lớn hơn hoặc chọn cẩu cao hơn một cấp tải trọng. Đồng thời yêu cầu đơn vị cho thuê xuất trình giấy kiểm định thiết bị nâng còn hiệu lực và chứng chỉ của người vận hành.

Bước 5: Khảo sát mặt bằng, nền đất và lối vào

Cẩu tải trọng lớn truyền áp lực rất lớn xuống từng chân chống. Trong khuôn viên nhà máy thép thường có nền đắp, cống ngầm, hố xỉ cũ hoặc bể nước, nên cần khảo sát kỹ trước ngày cẩu:

Vị trí chân chống: tránh nắp cống, mương và mép hố móng. Luôn dùng tấm lót bằng thép hoặc composite để phân bố áp lực.
Khả năng chịu tải của nền: hỏi đơn vị cho thuê áp lực chân chống dự kiến để kỹ sư nền móng kiểm tra. Nền yếu cần lu lèn, rải đá hoặc đặt tấm thép lớn.
Lối vào và không gian lắp dựng: cẩu 250–300 tấn thường chở đối trọng bằng xe tải riêng. Cần chỗ cho xe hàng ra vào và không gian để lắp đối trọng, đôi khi cả cần phụ.
Chướng ngại trong vùng quay: đường dây điện trên không, tháp làm mát, ống khói và kết cấu lân cận.

Thời gian vận chuyển và lắp dựng cẩu cũng nên đưa vào tiến độ. Với cẩu lớn, phần việc này có thể chiếm vài giờ đến cả ngày, trước khi lần nâng đầu tiên bắt đầu.

Gợi ý chọn tải trọng cẩu theo hạng mục trong nhà máy thép

Bảng dưới đây chỉ mang tính định hướng ban đầu. Quyết định cuối cùng phải dựa trên bảng tính với sơ đồ tải của đúng model, đúng bán kính thực tế.

Hạng mục	Đặc điểm khi nâng	Hướng chọn cẩu
Tủ điện, động cơ nhỏ, quạt hút	Nhẹ, bán kính ngắn, đặt ngoài trời	25–50 tấn
Động cơ cán, hộp số, giá cán cỡ vừa	Vài chục tấn, đưa vào xưởng qua mái	100–250 tấn, tùy bán kính
Dầm cầu trục, kết cấu mái nhịp lớn	Dài, cần nâng cao, có thể phải dùng hai cẩu	100–300 tấn, cân nhắc nâng tandem
Máy biến áp lò, mô-đun dây chuyền	Nặng và phải đặt ở bán kính xa	300 tấn trở lên, đối trọng tối đa
Thân lò, bồn chứa lớn, thiết bị siêu trọng	Rất nặng hoặc kích thước quá khổ	400–500 tấn hoặc cẩu bánh xích

Cùng một hạng mục có thể cần hai cấp cẩu khác nhau giữa hai nhà máy, chỉ vì vị trí đứng xe xa hơn vài mét.

Checklist trước ngày cẩu

Chọn cẩu cho nhà máy thép là bài toán giữa tải nâng, bán kính và mặt bằng, không chỉ là con số tải trọng ghi trên thân xe. Trước khi chốt phương án, hãy rà lại các điểm sau:

Tổng tải nâng đã gồm móc cẩu, cáp, ma ní và thanh treo.
Bán kính lớn nhất trong cả quá trình nâng đã được đo tại hiện trường.
Đã tra sơ đồ tải của đúng model, đúng cấu hình đối trọng và chân chống.
Tỷ lệ sử dụng sức nâng nằm dưới ngưỡng nâng tới hạn, hoặc đã có phương án nâng tới hạn bằng văn bản.
Nền đặt chân chống đã kiểm tra và có tấm lót phù hợp.
Lối vào cho xe chở đối trọng và không gian lắp dựng cẩu đã sẵn sàng.
Giấy kiểm định cẩu và chứng chỉ người vận hành còn hiệu lực.
Đã xem dự báo gió cho ngày nâng và thống nhất ngưỡng dừng thi công.

Làm đủ các bước trên, nhà thầu vừa tránh thuê cẩu thiếu tải phải đổi xe giữa chừng, vừa không phải trả tiền cho một cấp cẩu lớn hơn mức cần thiế