Thiết kế cẩu xuồng trọng lực có bản lề di chuyển trên một ray dẫn hướng cho xuồng cứu sinh sức chứa 20 người

Việc thiết kế phải đảm bảo có sự phù hợp giữa các đặc tính kỹ thuật như kích thước và khối lượng nhỏ, gọn, máy thiết kế phải có năng suất và hiệu quả cao, ít tốn năng lượng, độ chính xác

LỜI NÓI ĐẦU

Từ xưa đến nay, khi con Người từng bước chinh phục biển cả, bên cạnh những thành công lớn trong việc tạo ra những con tàu có thể vượt đại dương hay những con tàu khai thác chuyên dùng có thể hoạt động dài ngày trên biển thì lịch sử Hàng Hải thế giới cũng phải chứng kiến những vụ tai nạn khủng khiếp mà hậu quả

để lại là những vụ đắm tàu gây thiệt hại lớn về người và của Ngày nay, tuy rằng chúng ta đã có được những con tàu có tính năng tốt và an toàn hơn nhưng không thể đảm bảo rằng những chiếc tàu đó sẽ không gặp các vấn đề bất ngờ nảy sinh như sự

cố, tai nạn …vì tàu thủy hoạt là một công trình nổi và làm việc trong điều kiện hết sức khắc nghiệt trên biển Do vậy, việc trang bị trên tàu những thiết bị cứu sinh nói chung và cẩu xuồng cứu sinh nói riêng là điều hết sức cần thiết Cũng nhằm mục đích tìm hiểu nhiều hơn về vấn đề trên, do vậy cuối khóa học em đã nhận đề tài

“thiết kế cẩu xuồng trọng lực có bản lề di chuyển trên một ray dẫn hướng cho xuồng cứu sinh sức chứa 20 Người” Đây là loại cẩu xuồng trọng lực có bản lề và

có con lăn di chuyển trên ray dẫn hướng

Đề tài được thực hiện với các nội dung:

1 Nhiệm vụ - Yêu cầu thiết kế

2 Tính toán động lực học cẩu xuồng

3 Tính toán các cơ cấu chính

4 Tính chọn các thiết bị phụ

5 Sơ bộ tính giá thành sản phẩm

Trong thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài, em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thái Vũ Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Thái Vũ cùng các thầy trong khoa Kỹ thuật tàu thủy và khoa Cơ khí đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này

Vì sự hiểu biết còn nhiều hạn chế và phải thực hiện trong thời gian ngắn, nên trong đề tài không thể tránh được những thiếu sót, rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày 10 tháng 11 năm 2007

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thanh Nghị

CHƯƠNG I NHIỆM VỤ - YÊU CẦU THIẾT KẾ

I TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CỨU SINH.

I.1.Khái niệm về thiết bị cứu sinh

Thiết bị cứu sinh là tổ hợp các trang thiết bị cùng các cơ cấu dùng để cứu sống hành khách và thủy thủ khi tàu gặp nạn

Thiết bị cứu sinh bao gồm các phương tiện cứu sinh và các trang thiết bị phục

vụ các phương tiện cứu sinh

Phương tiện cứu sinh là phương tiện nổi độc lập Yêu cầu cơ bản của các phương tiện cứu sinh là đủ bền và dự trữ tính nổi để có thể cứu sống người gặp nạn ngoài biển

I.2.Phân loại thiết bị cứu sinh

Thiết bị cứu sinh được phân loại theo sơ đồ hình I.1:

Hình I.1 Sơ đồ phân loại các thiết bị cứu sinh

I.3.Cẩu xuồng cứu sinh

1 Khái niệm cẩu xuồng cứu sinh

Cẩu xuồng cứu sinh là thiết bị phục vụ cho xuồng cứu sinh Cẩu xuồng cứu sinh có nhiệm vụ nâng - hạ xuồng cứu sinh với đầy đủ các trang thiết bị và người gặp nạn xuống nước cũng như nâng xếp xuồng lên boong

2 Phân loại cẩu xuồng cứu sinh

Cẩu xuồng cứu sinh thường có ba loại cơ bản là: Cẩu xuồng quay, cẩu xuồng lắc và cẩu xuồng trọng lực Ngoài ra còn có các loại cẩu xuồng đặc biệt khác như: Devon, Ros, Minhevit…

Cẩu xuồng cứu sinh được phân loại theo sơ đồ hình I.2:

Hình I.2: Phân loại cẩu xuồng

2.1 Cẩu xuồng quay

Cẩu xuồng quay có kết cấu giống như một cần trục côngxôn quay, được dùng nhiều trên các tàu nội thủy và các tàu nhỏ có xuồng cứu sinh đặt ở phần đuôi tàu Mỗi xuồng có hai cẩu xuồng phục vụ

Cẩu xuồng quay có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ nhưng có nhược điểm là tầm với hạn chế, quay cần trục thường tiến hành bằng tay nên rất chậm và khó khăn khi góc nghiêng của tàu lớn Vì vậy cẩu xuồng quay đến nay chỉ dùng với xuồng nhỏ có khối lượng không quá 500Kg Cẩu xuồng quay có hai loại sau:

 Loại có đế: Các ổ đỡ đặt trong đế, đế được liên kết chặt với boong tàu

 Loại không có đế: Các ổ đỡ được liên kết ngay vào thân tàu

2.2.Cẩu xuồng lắc:

Xuồng được đưa từ nơi đặt trên boong ra mạn hoặc ngược lại nhờ chuyển động lắc của cần cẩu xuồng Cẩu xuồng lắc có nhiều loại, nhiều kiểu kết cấu và được sử dụng nhiều trên tàu Ưu điểm cơ bản của cẩu xuồng lắc là: kết cấu đơn

1

2

3

4 Hình I.3 Kết cấu cẩu xuồng quay

giản, đảm bảo đủ tầm với, dễ hạ xuồng khi tàu nghiêng ngang lớn Cẩu xuồng lắc thường dùng cho những xuồng có khối lượng không quá 2300Kg trên các tàu khách, tàu hàng khô và tàu dầu trọng tải nhỏ hơn 1600 (tấn), tàu nội thủy cũng sử dụng loại cẩu xuồng này

Cẩu xuồng lắc bao gồm các loại cơ bản sau:

2.2.1.Cẩu xuồng lắc cần thẳng

Cẩu xuồng lắc cần thẳng có kết cấu như hình I.4:

Hình I.4 Cẩu xuồng lắc cần thẳng

2.2.2.Cẩu xuồng lắc kiểu Iolko

Cẩu xuồng lắc kiểu Iolko có kết cấu giống loại cần thẳng nhưng cơ cấu lắc cần hoàn thiện hơn Cơ cấu này gồm hai trục vít truyền động liên hệ với nhau bằng thanh giằng có đai ốc ở hai đầu giống như tăng-đơ Trục vít dưới liên kết bản lề với đỉnh giá có kết cấu một đầu mối ren với góc nâng không lớn Trục trên lắp bằng bản

lề với cần có kết cấu nhiều đầu ren và góc nâng lớn Cần cẩu Iolko có nhiều ưu điểm và trước đây được dùng khá phổ biến Trên các tàu hiện đại, cẩu xuồng Iolko

có thể dùng để cẩu những xuồng cứu sinh sức chứa 20 Người

2.2.3.Cẩu xuồng lắc cần cong

Cẩu xuồng lắc cần cong có kết cấu giống như cần thẳng nhưng cần được làm cong để lấy vị trí đặt xuồng Hình dáng của cần được thiết kế tùy thuộc vào tuyến hình của xuồng

2.2.4.Cẩu xuồng lắc có vòi:

Có kết cấu như cẩu xuồng cần cong nhưng hệ palăng cẩu xuồng không lắp trực tiếp ở đầu cần mà lắp ở đầu vòi Nhờ kết cấu hệ cần, vòi, dây giằng mà cẩu xuồng loại này có tầm với lớn và lúc đưa xuồng từ boong ra mạn, xuồng luôn di chuyển trên mặt phẳng nằm ngang

2.3.Cẩu xuồng trọng lực

Hiện nay trên các đội tàu biển dùng nhiều cẩu xuồng trọng lực Ưu điểm cơ

bản của loại cẩu xuồng loại này là quá trình hạ xuồng, đưa xuồng từ boong ra mạn được tiến hành nhờ tự trọng của xuồng mà không cần tác động lực Quá trình hạ xuồng có thể được tiến hành khi xuồng đầy người trong một thời gian rất ngắn Cẩu xuồng trọng lực có sức chứa lớn, nó khắc phục được các nhược điểm của cẩu xuồng quay và cẩu xuồng lắc Cẩu xuồng trọng lực bao gồm các loại cơ bản sau:

2.3.1.Cẩu xuồng có con lăn

Cẩu xuồng có con lăn di chuyển trên những đường ray dẫn hướng trên boong tàu Ray dẫn hướng này có thể là một hoặc hai đường khác nhau

2.3.2.Cẩu xuồng có bản lề:

Gồm hai loại, loại một và hai bản lề

 Loại một bản lề, quá trình đưa xuồng từ boong ra mạn được tiến hành bởi cần quay quanh bản lề ở ổ chân cần (Hình I.9)

 Loại hai bản lề, quá trình đưa xuồng từ boong ra mạn phức tạp hơn Đầu tiên tay đòn quay quanh bản lề sau đến vị trí tới hạn (tay đòn nằm trên mặt boong), sau đó cần quay quanh bản lề trước với tay đòn (Hình I.10)

2.3.3.Cẩu xuồng có con lăn và bản lề

Cẩu xuồng có con lăn và bản lề đưa xuồng ra mạn hoặc vào boong nhờ chuyển động phức tạp của cần - vừa chuyển động phức tạp trên những con lăn, vừa

quay quanh các bản lề (Hình I.11)

Trong các loại cẩu xuồng trọng lực trên, cẩu xuồng có bản lề làm việc tin cậy, kết cấu đơn giản hơn cẩu xuồng có con lăn Cẩu xuồng có hai bản lề có ưu điểm hơn một bản lề là các kích thước về chiều cao của chúng nhỏ hơn nhưng kết cấu của loại một bản lề lại đơn giản hơn

Ta thấy rằng, cẩu xuồng trọng lực chiếm ít diện tích mặt boong, tầm với lớn và

có thể thả xuồng trong mọi điều kiện nghiêng, chúi hoặc mất ổn định của tàu Kết cấu phức tạp, giá thành đắt Nhưng vì yêu cầu an toàn cho tính mạng của con người trên biển là cao nhất nên cẩu xuồng trọng lực vẫn được sử dụng phổ biến, rộng rãi cho các đội tàu biển hiện nay

2.4.Các loại cẩu xuồng khác

2.4.1.Cẩu xuồng Devon

Cẩu xuồng Devon cho phép đưa người lên xuống xuồng ở bất kỳ vị trí nào Các thao tác nâng hạ xuồng do một thủy thủ ở trong xuồng điều khiển Cẩu xuồng

Hình I.11 Cẩu xuồng trọng lực có bản lề và con lăn

không cao nhưng chiếm diện tích lớn Ưu điểm cơ bản của loại cẩu xuồng này là hệ thống liên kết xuồng, nhờ có hệ thống này mà xuồng không bị lắc khi tàu chòng chành

2.4.2.Cẩu xuồng Vrenqdenhil

Cẩu xuồng Vrenqdenhil cho phép hạ xuồng khi tàu nghiêng ở bất cứ góc độ nào Xe con mang xuồng có các bánh xe lăn theo mạn tàu xuống nước Xuồng được giải phóng khỏi xe khi nó hoàn xuống nước

4 Thanh điều chỉnh tốc độ; 8 Dây điều chỉnh tốc độ hạ

Hình I.12 Cẩu xuồng Devon

Hình I.13 Cẩu xuồng Vrenpdenhil

2.4.3.Cẩu xuồng Sectơ “Velin”

Cẩu xuồng loại này có cấu tạo sectơ ở phần dưới cần ăn khớp với thanh răng liên kết với boong Chuyển động của cần được giới hạn bởi con lăn lăn theo ray dẫn hướng Cẩu xuồng này có chiều cao nhỏ và tầm với lớn

2.4.4.Cẩu xuồng Ros

Cẩu xuồng Ros làm việc có độ tin cậy cao hơn cẩu xuồng có con lăn thông thường, vì một trong hai con lăn được thay thế bằng bản lề Do còn có con lăn nên loại cẩu xuồng này không dùng trên những loại tàu đi biển xa

2.4.5.Cẩu xuồng Boizenburg

Để tăng tầm với đối với cẩu xuồng hai bản lề, cẩu xuồng của hãng Boizenburg

có bản lề chân cần đưa ra ngoài đường sống xuồng

2.4.6.Cẩu xuồng Minhevit

Trên một vài tàu không thể bố trí cẩu xuồng trọng lực do hạn chế về chiều cao Cẩu xuồng Minhevit có chiều cao không lớn hơn nhiều so với chiều cao xuồng

Tỉ số giữa tầm với và chiều cao cẩu xuồng thường đạt tới 1,5 lần

1 Bản lề;

2 Thanh giới hạn tầm với

Hình I.16 Cẩu xuồng của hãng Boizenburg

II.NHIỆM VỤ-YÊU CẦU THIẾT KẾ

II.1.Nhiệm vụ và yêu cầu chung

Thiết kế là một quá trình làm việc mang tính sáng tạo của người kỹ sư dựa trên cơ sở lý thuyết đã có và yêu cầu của nhiệm vụ thư

Việc thiết kế phải đảm bảo có sự phù hợp giữa các đặc tính kỹ thuật như kích thước và khối lượng nhỏ, gọn, máy thiết kế phải có năng suất và hiệu quả cao, ít tốn năng lượng, độ chính xác và tính kinh tế cao…trong đề tài này, việc thiết kế được

giới hạn trong “thiết kế cẩu xuồng trọng lực có bản lề di chuyển trên một ray dẫn hướng cho xuồng cứu sinh sức chứa 20 Người”, đây là loại cẩu xuồng trọng

lực vừa có con lăn vừa có bản lề

Quá trình thiết kế gồm các bước cơ bản sau:

 Chọn xuồng cứu sinh theo tiêu chuẩn sức chứa 20 người

 Tính toán tải trọng tác dụng lên cẩu xuồng trong hai trường hợp hạ xuồng và nâng xuồng

 Tính chọn các kích thước cơ bản ban đầu của cẩu xuồng

 Tính toán động lực học cẩu xuồng dựa trên tải trọng tác dụng lên cẩu xuồng

và kích thước cẩu xuồng đã tính ở trên

 Kiểm tra kết cấu của cẩu xuồng trong những trường hợp nguy hiểm để đảm bào rằng trong quá trình hoạt động thì cẩu đủ bền và bố trí lắp đặt trên tàu sao cho phù hợp với chuyển động của cẩu xuồng và các thiết bị khác trên tàu

 Tính chọn thiết bị phụ cho cẩu xuồng

 Tính toán giá thành - kết luận

II.2.Yêu cầu khác khi tính toán thiết kế cẩu xuồng cứu sinh

1 Những yêu cầu chung

1.1 Đánh giá, thử nghiệm và duyệt các thiết bị cứu sinh

a Thiết bị cứu sinh phải được cơ quan có thẩm quyền kiểm duyệt

b Trước khi chấp nhận thiết bị cứu sinh mới, cơ quan có thẩm quyền phải xác nhận các phương tiện cứu sinh:

- Đã thử nghiệm để xác định rằng chúng thỏa mãn các yêu cầu đã được quy định, phù hợp với các khuyến nghị của các tổ chức

- Đã qua thử nghiệm thành công thỏa mãn các yêu cầu của chính quyền hành chính và các thử nghiệm đó về cơ bản là tương đương với những thử nghiệm quy định trong các khuyến nghị

- Có tiêu chuẩn an toàn ít nhất là tương đương với các yêu cầu đã được quy định

và đánh giá thử nghiệm phù hợp với các khuyến nghị của các tổ chức

- Đã được đánh giá thử nghiệm thành công thỏa mãn các tiêu chuẩn của chính quyền hành chính và việc đánh giá thử nghiệm đó về cơ bản là tương đương với các khuyến nghị nói trên

c Trước khi chấp nhận các trang thiết bị cứu sinh chưa qua chính quyền hành chính xét duyệt, chính quyền hành chính phải đảm bảo rằng các trang thiết bị cứu sinh đó thỏa mãn các yêu cầu đã được quy định

d Các trang thiết bị cứu sinh không có các yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho chúng thì phải thỏa mãn các yêu cầu của chính quyền hành chính

1.2 Thử nghiệm khi chế tạo

Chính quyền hành chính phải yêu cầu các trang thiết bị cứu sinh được thử nghiệm và chế tạo theo đúng tiêu chuẩn mẫu đã xét duyệt

1.3 Vật liệu chế tạo

- Được chế tạo với công nghệ và vật liệu thích hợp

- Không bị hư hỏng khi cất giữ trong khoảng thay đổi nhiệt độ không khí từ 30ºC đến 65ºC

- Làm việc tốt trong khoảng thay đổi nhiệt độ nước biển từ -1ºC đến 30ºC nếu chúng thường xuyên bị nhúng trong nước biển trong quá trình sử dụng

- Nếu để ngoài trời thì phải chịu được ảnh hưởng của điều kiện đó

- Phải được gắn vật liệu phản quang ở những vị trí mà việc dó sẽ trợ giúp cho việc tìm kiếm và những vị trí theo đề nghị của các tổ chức

- Chính quyền hành chính phải xác định thời gian sử dụng của các trang thiết

bị cứu sinh có xu hướng bị hư hỏng theo thời gian

1.4 Vị trí lắp đặt

Vị trí lắp đặt cẩu xuồng phải được bố trí sao cho đảm bảo hạ phương tiện

cứu sinh xuống nước được an toàn, sau khi đã lưu ý đến khoảng cách chân vịt của tàu và các phần nhô ra của thân tàu, đồng thời phải lưu ý đến các cẩu xuồng cứu sinh được thiết kế đặc biệt để hạ xuồng theo phương pháp rơi tự do Phương tiện cứu sinh có thể hạ xuống nước ở vùng mạn phẳng của tàu Nếu được bố trí ở trước tàu thì phải được bố trí sau vách chống va hoặc trong khu vực được bảo vệ Các cơ quan có thẩm quyền đặc biệt quan tâm đến độ bền của thiết bị hạ

 Dễ nhìn thấy trong các điều kiện chiếu sáng, sự cố

 Dùng các ký hiệu phù hợp với các khuyến nghị của các tổ chức

1.6 Hạ và kéo xuồng cứu sinh lên tàu

1 Phải trang bị các thiết bị hạ thỏa mãn các yêu cầu của quy định cho tất cả các phương tiện cứu sinh

2 Mỗi phương tiện cứu sinh phải được trang bị một thiết bị nâng hạ và ở trong trạng thái sẵn sàng làm việc có hiệu quả

3 Các thiết bị để hạ và chuyển xuồng cứu sinh đó về chỗ cũ phải sao cho người

sử dụng thiết bị đó ở trên tàu có khả năng quan sát được phương tiện cứu sinh trong suốt thời gian hạ và chuyển xuồng cứu sinh đó về trên tàu

4 Đối với mọi phương tiện cứu sinh giống nhau được trang bị trên tàu chỉ được dùng một kiểu cơ cấu để giải phóng phương tiện

5 Việc chuẩn bị và thao tác phương tiện cứu sinh tại trạm hạ bất kỳ không làm cản trở việc chuẩn bị và thao tác nhanh chóng phương tiện và xuồng cứu sinh

6 Các cáp hạ nếu dùng phải có độ dài để phương tiện cứu sinh đạt tới mặt nước khi tàu ở trạng thái không tải nhỏ nhất, trong điều kiện chúi bất lợi và nghiêng ngang 20º về phía mạn bất kỳ

7 Trong quá trình chuẩn bị và hạ phương tiện cứu sinh, thiết bị hạ đó và khu vực mặt nước hạ phải được chiếu sáng đầy đủ bằng các đèn lấy từ nguồn điện sự cố

8 Phải có biện pháp ngăn ngừa nước trong tàu xả vào các phương tiện cứu sinh trong thời gian rời tàu

9 Nếu có nguy cơ vây giảm lắc của tàu làm hư hỏng phương tiện cứu sinh đã được hạ, thì phải có thiết bị dừng từ nguồn năng lượng sự cố Để thu các vây giảm lắc vào trong tàu, trên lầu lái phải có các dụng cụ chỉ báo việc dùng năng lượng sự

cố để biết tư thế của các vây giảm lắc

10 Nếu tàu được trang bị các xuồng cứu sinh thỏa mãn các yêu cầu của quy định thì phải có đây chằng giữa hai cần hạ xuồng, có kèm theo ít nhất là hai dây cứu sinh

có đủ độ dài để đạt tới mặt nước khi tàu ở trạng thái không tải thấp nhất trong điều kiện chúi bất lợi và nghiêng ngang 15º về phía bất kỳ

1.7 Sẵn sàng hoạt động, bảo dưỡng, kiểm tra

a Sẵn sàng hoạt động: Trước khi rời cảng và tại mọi thời điểm trong quá trình hành trình, cẩu xuồng phải ở trạng thái sẵn sàng làm việc

b Bảo dưỡng: Phải trang bị cho tàu các hướng dẫn về bảo dưỡng tại tàu các trang thiết bị cứu sinh theo yêu cầu của quy định chỉ dẫn và bảo dưỡng trên tàu Các chỉ dẫn về bảo dưỡng trên tàu, các thiết bị cứu sinh phải dễ hiểu, minh họa ở những chỗ có thể được và ở mức độ thích hợp, bao gồm các vấn đề sau đây:

 Bảng kê để sử dụng khi thực hiện kiểm tra

 Chỉ dẫn về bảo dưỡng, sửa chữa

 Lịch bảo dưỡng định kỳ

 Sơ đồ những điểm cần bôi trơn và chất bôi trơn nên dùng

 Danh mục các chi tiết có thể thay thế được

 Danh mục các nguồn chi tiết dự trữ

 Sổ nhật ký để ghi nhận các đợt kiểm tra và bảo dưỡng

Thay cho các hướng dẫn trên, chính quyền hành chính có thể chấp nhận một chương trình bảo dưỡng theo kế hoạch do tàu đề ra theo các yêu cầu của quy định chỉ dẫn về bảo dưỡng trên tàu

c Kiểm tra:

- Kiểm tra hàng tuần: Hàng tuần phải tiến hành các đợt kiểm tra và thử nghiệm Tất cả các phương tiện cứu sinh, thiết bị hạ phải được kiểm tra bằng mắt thường để tin tưởng rằng chúng đã sẵn sàng để sử dụng

- Kiểm tra hàng tháng: Việc kiểm tra các trang thiết bị cứu sinh phải tiến hành hàng tháng bằng cách sử dụng danh mục kiểm tra, để tin tưởng rằng chúng đều đầy đủ và ở trạng thái tốt nhất, kết quả kiểm tra phải ghi vào sổ nhật ký

2 Yêu cầu của cẩu xuồng

a Cẩu xuồng cùng với tất cả các máy móc để hạ và đưa thiết bị về chỗ cũ phải thiết kế sao cho phương tiện cứu sinh với đầy đủ các trang thiết bị có thể hạ xuồng xuống nước an toàn khi tàu nghiêng ngang 15º và nghiêng dọc 10º

b Thiết bị hạ xuồng cứu sinh đối với từng loại tàu phải thỏa mãn các yêu cầu riêng của từng loại tàu đó

c Thiết bị nâng hạ xuồng cứu sinh phải làm việc hiệu quả trong mọi trường hợp như tàu toàn tải, tàu không tải và tàu trong trường hợp sự cố Nguồn năng lượng của xuồng phải độc lập với nguồn năng lượng của tàu để không bị ảnh hưởng về năng lượng khi tàu gặp sự cố

d Cơ cấu hạ phải được thiết kế sao cho có thể khởi động bởi một người ở bên trong phương tiện cứu sinh Người đứng bên trong boong đang điều khiển cơ cấu hạ phải nhìn thấy phương tiện cứu sinh đang hạ

e Mỗi cẩu xuồng phải có kết cấu sao cho việc bảo dưỡng cần thiết thường xuyên được giảm nhẹ đến khối lượng có thể Tất cả các chi tiết cần được thuyền viên bảo dưỡng, phải dễ đến gần và dễ bảo dưỡng

f Các phanh tời của thiết bị hạ có đủ độ bền để chịu được:

- Thử tĩnh với tải trọng không ít hơn 1,5 lần tải trọng làm việc tối đa

- Thử động với tải trọng không ít hơn 1,1 lần tải trọng làm việc tối đa ở tốc độ tối đa

g Thiết bị hạ và các phụ kiện của nó trừ các phanh tời phải có đủ độ bền để chịu được thử tĩnh với tải trọng bằng 2,2 lần tải trọng làm việc tối đa Ngoài các phụ tùng và các thiết bị sửa chữa của cẩu xuồng phải được trang bị đầy đủ, các thành phần có khả năng chịu hao mòn quá mức hoặc bị thanh lý và cần phải thay thế thường xuyên

h Các thành phần kết cấu và tất cả các ròng rọc, dây cáp hạ, dây chằng, các tay vấu, các móc nối và tất cả các phụ tùng khác được thiết kế với hệ số an toàn không nhỏ hơn hệ số an toàn tối thiểu, trên cơ sở tải trọng làm việc tối đa và độ bền tới hạn của vật liệu được sử dụng để chế tạo Phải lấy hệ số an toàn tối thiểu bằng 3 cho cáp

l Trong trường hợp tời có nhiều trống tang trừ khi có lắp đặt cơ cấu bù trừ có hiệu quả, các dây cáp được bố trí sao cho chúng tách ra khỏi các trống tang với cùng một tốc độ hạ và quấn vào các trống tang một cách đều đặn với cùng một tốc

độ khi nâng

m Phải trang bị một bộ truyền động cơ khí điều khiển bằng tay (nếu cẩu xuồng trang bị truyền động điện) có hiệu quả để nâng phương tiện cứu sinh lên tàu Các tay quay hoặc vô lăng của bộ truyền động cơ khí không được quay bởi các chi tiết chuyển động của tời khi phương tiện cứu sinh đang được hạ hoặc khi nó được nâng lên bằng cơ giới

n Nếu các cần hạ được nâng về vị trí ban đầu thì phải được trang bị cơ cấu an toàn, cơ cấu này sẽ tự động ngắt năng lượng trước khi các cần đạt tới vị trí tới hạn

để tránh quá tải cho dây hạ hoặc cần, trừ khi động cơ nâng được thiết kế để tránh quá tải đó

o Tốc độ hạ tối đa do chính quyền hành chính quy định có xét đến kết cấu của xuồng cứu sinh, việc bảo vệ người trên xuồng tránh các lực quá mức và sức bền của thiết bị hạ lưu ý đến các lực quán tính khi ngừng đột ngột Trong thiết bị hạ phải có phương tiện để đảm bảo rằng tốc độ đó không vượt quá giới hạn

p Cẩu xuồng phải trang bị phanh có khả năng ngừng việc hạ xuồng cứu sinh và giữ chặt nó ở vị trí đó khi nó chở đủ số người và các trang thiết bị Nếu cần thiết các

má phanh phải được bảo vệ chắn nước và dầu

q Các phanh làm việc bởi sức người phải có kết cấu sao cho nó luôn luôn ở tư thế làm việc, trừ khi nó được người điều khiển hoặc cơ cấu được tác động bởi người điều khiển giữ cần điều khiển phanh ở vị trí mở

III.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN BAN ĐẦU

III.1 Số lượng người cho phép trên xuồng

- M= 20 Người: Số người cho phép trên xuồng khi hạ xuồng, lấy bằng sức chứa của xuồng

- m1=2 Người: Số người cho phép trên xuồng khi nâng hoặc khi đưa xuồng từ mạn vào nơi đặt trên boong Với m = 20 < 41 nên ta có m1= 2 người

III.2 Tính chọn sơ bộ xuồng cứu sinh cho cẩu xuồng

Để tính chọn sơ bộ các thông số của xuồng cho cẩu xuồng ta phải dựa vào sức chứa của xuồng để chọn Với sức chứa của xuồng là 20 Người, dựa vào bảng đặc tính có bản của xuồng cứu sinh làm bằng chất dẻo và hợp kim nhẹ ( bảng 4.5 trang 66 - sổ tay thiết bị tàu thủy ) ta chọn được các thông số cơ bản của xuồng như sau:

+ Kiểu xuồng: Xuồng cứu sinh làm bằng chất dẻo, ký hiệu: CIIIП25/24

+ Chiều dài của xuồng : L = 6,7 (m)

+ Chiều rộng của xuồng : B = 2,26 (m)

+ Chiều cao của xuồng : H = 1,35 (m)

+ Khoảng cách giữa các móc nâng : A = 5.5 (m)

+ Lượng chiếm nước : D = 3.1 (tấn)

+ Khối lượng xuồng có trang bị (không có khách) P = 1.23 (tấn)

III.3.Các góc nghiêng tàu lớn nhất

Các góc nghiêng tàu lớn nhất là góc nghiêng ngang (φ) và góc nghiêng dọc (γ) lớn nhất cho phép khi nâng và hạ xuồng

Góc nghiêng ngang φ:

+φ = 15º khi hạ và đưa xuồng từ boong ra mạn

+φ = 8º khi nâng xuồng

Góc nghiêng dọc γ:

+γ = 10º khi đưa xuồng ra mạn và hạ xuồng

+γ = 5º khi nâng xuồng

+γ = 2º đối với xuồng công tác hoặc xuồng khác

III.4 Tải trọng tác dụng lên một cặp cẩu xuồng

Tải trọng tác dụng lên một cặp cẩu xuồng ở các thao tác khác nhau được tính toán như sau:

1 Tải trọng tác dụng lên một cặp cẩu xuồng khi hạ và đưa xuồng từ vị trí xếp đặt trên boong ra mạn được xác định theo công thức:

PH = [( P1 +q.m)k + (q1 + q2 )].k [1] (I-1)

Trong đó:

P1 =1230 (kg) là khối lượng xuồng có trang bị kèm theo

q = 75 (kg) là khối lượng trung bình của một người

m = 20 (người) là số người cho phép ở trên xuồng

k =1.1 là hệ số tải trọng không đều

q1 = (2 ÷ 2.5)% P1 = (2 ÷ 2.5)%1230 = 24.6÷ 30.75 (kg),chọn q1 =30 (kg) là khối lượng của hai hệ palăng nâng xuồng bao gồm khối ròng rọc trên, khối ròng rọc dưới, xích hãm, cáp …

q2 là khối lượng của hai đà trượt của xuồng Xuồng không có đà trượt nên

q2 =0

Thay số vào công thức (I-1) ta được:

PH =[(1230 + 75*20)*1,1 + 30]1,1 = 3336 (kg)

Chọn PH = 3400 (kg) = 34000 (N) Đây là trường hợp tải trọng lớn nhất tác

dụng lên một cặp cẩu xuồng Vì vậy Q =

2

PH

= 17000(N) là tải trọng lớn nhất tác dụng lên một cẩu xuồng Tải trọng này dùng để tính chọn kết cấu, tính chọn cáp, tang,… của cẩu xuồng

2 Tải trọng tác dụng lên một cặp cẩu xuồng khi nâng và đưa xuồng từ mạn vào boong được xác định theo công thức:

Pv = [(P1 + q.m1).k +q1 + q2].k [1] (I-2)

Trong đó :

m1 = 2 (người) là số người cho phép ở trên xuồng khi nâng xuồng

Thay các giá trị vào công thức (I-2) ta được:

nâng xuồng Khi hạ, xuồng được điều chỉnh thả tự do nhờ hệ thống phanh băng bước ngắn được bố trí trên tời

III.5 Tính chọn các kích thước cơ bản của cẩu xuồng

Việc tính toán các kích thước của cẩu xuồng phải đảm bảo đủ tầm với để xuồng tránh va vào mạn tàu khi tàu nghiêng ngang 15º và nghiêng dọc 10º đang ở đường nước không tải nhỏ nhất Đồng thời kích thước của cẩu xuồng phải đảm bảo cho việc bố trí thích hợp các chi tiết khác trên boong

 Xác định khoảng cách giữa mạn tàu và mạn xuồng “b” khi tàu ở đường nước không tải nhỏ nhất Khoảng cách này phải đảm bảo điều kiện khi tàu nghiêng ngang 15º về phía không hạ xuồng thì mạn xuồng không chạm vào mạn tàu, được xác định theo công thức:

b = h.tgφ = 5000.tg15º  1340 (mm)

Trong đó:

b: khoảng cách từ mạn xuồng đến mạn tàu

h:chiều cao từ đầu cần cẩu xuồng đến đường nước không tải nhỏ nhất

Do cẩu xuồng cứu sinh được bố trí ở phía đuôi tàu mà phần đuôi tàu lại có hình dáng thu nhỏ về phía đáy mà khoảng cách thu nhỏ này là khá lớn.Vì vậy trên thực tế khoảng cách “b” này là khá nhỏ, vì vậy ta chọn b = 10001200 (mm)

 Tại vị trí đặt cẩu xuồng trên tàu thì mạn xuồng phải nằm trong mạn tàu và chân giá của cẩu xuồng đặt cách mạn tàu một khoảng là c

 Xác định các kích thước của cẩu xuồng khi cần ở vị trí có tầm với lớn nhất

và khi cần ở vị trí xếp đặt trên tàu

Chọn chiều dài đầu cần là:L =2200 (mm)

Bằng phương pháp vẽ ta xác định được các kích thước của cẩu xuồng tại hai

vị trí tới hạn :

III.6 Tính sơ bộ trọng lượng cần

Để tính trọng lượng cần ta phải giả sử cần tương đương như một thanh thép thẳng có tiết diện hình hộp chữ nhật rỗng và có kích thước cơ bản tương đương với kích thước của cần Do đó ta xác định sơ bộ trọng lượng của cần như sau:

- Chiều dài toàn bộ cần (duỗi thẳng) là:

L = L1 + L2+ L3 = 2200 + 1700 + 1370 = 5270(mm) = 5.27 (m) Trọng lượng cần (G):

 là chiều dày của tấm vật liệu dùng để chế tạo cần chọn  = 16 (mm) = 0,016 (m)

 = 7850 (kg/m3) là trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo cần

Thay số vào (I-3) ta được:

Vậy trọng lượng bản thân của cần cẩu là: 6200 N

Khối lượng của từng đoạn cần :

G3 = 161,4 kg: khối lượng đoạn cần còn lại

Điểm đặt trọng tâm G của cần trong từng trường hợp chuyển động của cần ta dễ dàng tìm được với các thao tác trên AutoCad

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CẨU XUỒNG

I KHÁI QUÁT

Việc giải quyết bài toán động lực học của cẩu xuồng chính là để xác định quy luật chuyển động, vận tốc, gia tốc, lực học… của cần khi biết lược đồ động của cần Nội dung thực hiện:

 Xác định vị trí các điểm trên cần và quy luật chuyển động của các điểm trên cần

 Xác định vận tốc và gia tốc của các điểm trên cần

 Xác định lực tại các điểm trên cần và tại các mặt cắt nguy hiểm

Mục đích:

 Khi biết quy luật chuyển vị, quy luật vận tốc và quy luật gia tốc, ta dễ dàng tìm được tính năng của cơ cấu hay máy

 Biết được lực tác dụng tại từng thời điểm đối với cần và tại các vị trí xác định

để làm cơ sở cho việc tính toán chế tạo cần đảm bảo đủ bền

II BÀI TOÁN VỊ TRÍ

- Vị trí 1: cẩu xuồng xếp đặt trên boong

- Vị trí 2: cẩu xuồng có tầm với lớn nhất

III TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CẨU XUỒNG

Trong bài toán động học, ta thấy rằng nguyên lý hoạt động của cẩu xuồng giống như hoạt động của cơ cấu tay quay con trượt Vì đây là loại cẩu xuồng trọng lực nên cẩu xuống di chuyển dựa trên lực trọng trường tác dụng lên khối lượng cần cẩu và xuồng cứu sinh

Việc vận tốc hạ xuồng bằng bao nhiêu là do người điều khiển cơ cấu thả cáp quyết định Ta chọn thời gian cẩu chuyển động từ vị trí xếp đặt trên boong ra mạn trong thời gian là 20s

Ta sẽ xét họa đồ vector ứng với 2 điểm trên họa đồ cơ cấu:

+ vị trí 1: khi bắt đầu hạ cẩu

+ vị trí 2: khi cần chuẩn bị tới vị trí tới hạn ( vị trí giới hạn ở đây được hiểu

là vị trí mà cần dừng hẳn)

Giả sử rằng con lăn di chuyển trên ray với vận tốc không đổi

Ta có Vcon lăn = s/t = Lray /t

Có được vận tốc con lăn, bằng phương pháp họa đồ vector ta sẽ dễ dàng xác định được vận tốc và gia tốc của các điểm trên cần

IV TÍNH TOÁN LỰC HỌC CẨU XUỒNG

Trong quá trình di chuyển ( nâng – hạ) của cẩu xuồng, cần chịu sự tác dụng của những tải trọng khác nhau Ta chỉ cần xét các trường hợp lục tác dụng trên một cần

- Phản lực urR tại con lăn

- Phản lực R B

ur tại vị trí chốt bản lề

Tại vị trí con lăn còn có lực ma sát giữa con lăn và ray, tuy nhiên vì nếu ta xét tới việc con lăn được bôi trơn thường xuyên và lăn không trượt trên ray thì ma sát sinh ra nhỏ, có thể bỏ qua để bài toán đơn giản hơn

Trong quá trình giải bài toán lực học thì ta xét cần tại thời điểm tức thời có nghĩa là cần đang đứng yên

Ta thấy rằng, khi cần càng ra tới gần vị trí tầm với lớn nhất thì lực căng dây càng lớn vì khoảng cách giữa tải trọng tác dụng của xuồng trên đầu cần so với vị trí con lăn (cánh tay đòn) tăng dần

Trong các lực trên thì Tur, Rur, uurR B là các ẩn

- Lực căng dây cáp Tur có phương chiều xác định theo từng vị trí của cáp,

độ lớn chưa xác định

- Phản lực R tại con lăn có phương vuông góc bề mặt tiếp xúc và độ lớn

chưa xác định

- Phản lực uurR B có phương dọc trục tay quay, độ lớn chưa xác định

Vấn đề của bài toán lực học này chính là việc đi xác định các phản lực xuất hiện tại một vị trí bất kì nào đó trong quá trình chuyển động

Để giải quyết bài toán này thì trước hết ta có thể thấy rằng: ở đây, các lực tác dụng tạo thành một hệ lực phẳng, gồm 3 ẩn số là lực căng dây T, phản lực trên ray

R, và phản lực tại khớp bản lề Do vậy, ta sẽ dùng dạng thứ 3 về điều kiện cân bằng của hệ lực phẳng như trong môn học cơ học lý thuyết để giải Nội dung của định lý:

“ Điều kiện cần và đủ để hệ lực phẳng cân bằng là tổng các mômen của các lực đối với ba điểm A, B, C không thẳng hàng triệt tiêu”

1

n

k A

m F





 urBên cạnh đó trong một vài trường hợp ta kết hợp với phương pháp họa đồ vector để giải

Trong sơ đồ ta sẽ gọi tên các vị trí của các điểm A, B, C như sau:

Vị trí A: tại tâm con lăn

Vị trí B: Tại tâm bản lề

Vị trí C: tại đầu cần

Sau đó, khi đã biết các lực ta đi xét mômen uốn tại các tiết diện nguy hiểm Việc xác định momen và lực nén trên cần dựa trên cơ sở lý thuyết của môn học sức bền vật liệu Các lực Q, T và trọng lượng cần được chiếu lên hai phương vuông góc với cần và song song với cần Thành phần vuông góc với cần gây ra momen uốn cho cần, còn thành phần song song với cần gây ra lực nén cho cần tại các vị trí đang xét Việc xác định các thành phần này sẽ được tính tới trong chương sau, cùng với việc tính toán các cơ cấu chính

A TÍNH TOÁN LỰC HỌC CẨU XUỒNG TRONG TRƯỜNG HỢP HẠ XUỒNG

Trường hợp 1: tại vị trí xuồng xếp đặt trên boong

Tại vị trí xếp đặt trên boong, các lực tác dụng lên cần gồm:

Phương trình cân bằng momen với điểm A:

- Lực căng dây

Ta viết phương trình cân bằng momen cho ba điểm A, B, C:

Phương trình cân bằng momen đối với điểm A:

A

B

RB

Phương trình cân bằng momen với điểm B:

- Lực căng dây

Ta viết phương trình cân bằng momen cho ba điểm A, B, C:

Phương trình cân bằng momen đối với điểm A:

Trường hợp 4:xuồng ở vị trí có tầm với lớn nhất (ròng rọc đầu cần và xuồng vẫn cố định)

Lúc này cần đã tựa vào gối đỡ ở vị trí cuối Các lực tác dụng vào cần bao

Trường hợp 5:xuồng ở vị trí có tầm với lớn nhất và ròng rọc tách khỏi đầu cần

Lúc này lực căng T xuất hiện với giá trị T = Q = 17000 N vì chỉ chịu tác dụng của trọng lượng xuồng gây ra

Ta viết phương trình cân bằng momen với điểm A (tại

B TÍNH TOÁN LỰC HỌC CẨU XUỒNG TRONG TRƯỜNG HỢP NÂNG XUỒNG

Khi nâng xuồng thì trên xuồng chỉ còn lại 2 người Do đó tải trọng tác dụng lên một cần khi nâng xuồng và xếp đặt xuồng trên boong là Q8550( )N

Trường hợp 6: Vị trí mà cần có tầm với lớn nhất và đang gối lên chân đế,

hệ ròng học được kéo lên

Sơ đồ vị trí và các lực tác dụng lên cần giống như trường hợp 5, chỉ khác giá trị trọng lượng xuồng vì trên xuồng chỉ còn 2 người Lực căng dây có giá trị bằng trọng lượng của xuồng T = Q = 8550 N để kéo xuồng lên

Ta viết phương trình cân bằng momen với điểm A (tại vị trí gối tựa)

Sơ đồ vị trí và các lực tác dụng trường hợp này giống như trong trường hợp 4

ở trên Lực căng dây T = 0

Viết phương trình cân bằng momen cho điểm A:

Trường hợp 8: Bắt đầu nâng cần từ vị trí có tầm với lớn nhất

Các lực tác dụng lên cần:

- Trọng lượng cần G = 6200N

- Tại đầu cần có lực Q = 8550 (N) là tải trọng tác dụng lên một cẩu xuồng khi hạ

- Phản lực urR tại con lăn có phương vuông góc với ray

- Phản lực urR Btại khớp bản lề có phương dọc tay quay

- Lực căng dây

Ta viết phương trình cân bằng momen cho ba điểm A, B, C:

Phương trình cân bằng momen đối với điểm A:

Trường hợp 9: Cần cách vị trí xếp đặt trên boong một khoảng vô cùng bé

Lực tác dụng lên cần bao gồm:

- Trọng lượng cần G = 6200 N

- Tại đầu cần có lực Q = 8550 (N) là tải trọng tác dụng lên một cẩu xuồng khi hạ

- Phản lực urR tại con lăn có phương vuông góc với ray

- Phản lực urR Btại khớp bản lề có phương dọc tay quay

- Lực căng dây

Ta viết phương trình cân bằng momen cho ba điểm A, B, C:

Phương trình cân bằng momen đối với điểm A:

9350, 4

B

Trường hợp 10: Cần tại vị trí xếp đặt trên boong

Tại vị trí xếp đặt trên boong, các lực tác dụng lên cần gồm:

- Trọng lượng cần G = 6200 N

- Tại đầu cần Q = 8550 (N) là tải trọng tác dụng lên một cẩu xuồng khi hạ

- Lực căng dây cáp Tur (lúc này bằng Q vì dây chỉ giữ xuồng)

- Phản lực urR tại con lăn

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU CHÍNH CỦA CẨU XUỒNG

Trong các trường hợp trên ta thấy rằng trong quá trình hạ xuồng thì cần chịu lực tác dụng và tải lơn hơn nhiều so với quá trình nâng xuồng, so vậy khi tính toán

độ bền của cần dưới tác dụng của các lực tác dụng thì ta chỉ cần lấy các vị trí của cẩu trong lúc hạ xuồng để tính, nếu cần đủ bền trong các trường hợp này thì hiển nhiên trong quá trình nâng xuồng cũng sẽ đủ bền

Có nhiều cách tính sức bền cho cẩu xuồng như: phương pháp tính bền của môn sức bền vật liệu, phương pháp phần tử hữu hạn hay dùng các chương trình tính toán sức bền chuyên dụng để tính như Ansys, Cosmos, Adam, Rdm, Sap … cơ sở tính toán của các phần mềm này thực chất là phương pháp số tức là dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để tính

Dù là việc tính sức bền được tiến hành bằng phương pháp thủ công (tính tay) hay dùng phần mềm để tính thì cũng không thể bỏ qua được kiểm tra thực nghiệm,

đó mới là cơ sở chính xác nhất để cho thấy thiết kế thành công

Trong thiết kế này, phương pháp tính được sử dụng là kiểm tra kết cấu bằng hai phần mềm là RDM 6.16 và COSMOS DESIGN STAR 2007

Giới thiệu phần mềm:

* RDM 6.16: Đây là phần mềm của Pháp dùng để tính các kết cấu khung giàn và

một số kết cấu khối đơn giản Trong chương trình này có nhiều modul nhưng ta chỉ cần dùng modul Ossatures để tính cần Phần mềm dung lượng nhỏ nhưng cho kết quả đáng tin cậy với những bài toán khung giàn

* Cosmos: Đây là phần mềm phân tích kết cấu được đánh giá là mạnh nhất hiện

nay, nó được tích hợp sẵn trong một số chương trình CAD/CAM tạo thành hệ phần mềm CAD/CAM/CAE Nó không chỉ có khả năng phân tích một kết cấu như khung giàn, chi tiết máy mà còn có thể phân tích được một cụm gồm rất nhiều chi tiết và những yếu tố khác, ví dụ như tải trọng động, ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt, dòng chảy, bức xạ nhiệt, cộng hưởng … đến các chi tiết máy hay cụm chi tiết máy