Thiết kế Derrick đôi tàu chở hàng khô trọng tải 6000(T) L x B x H x T = 96,5 x 16,8 x 9,2 x 6,8 (m)( đính kèm tất cả bản vẽ)

ĐỀ TÀI: Thiết kế Derrick đôi tàu chở hàng khô, với các thông số kích thước như sau: Trọng tải Pn = 6000 (T) Kích thước tàu : L x B x H x T = 96,5 x 16,8 x 9,2 x 6,8 (m) Kích thước khoang hàng : Lh x Bh = 26,5 x 16,8 (m) Kích thước miệng hầm hàng : Lk x Bk x Hk = 20,5 x 14,0 x 1,4 (m) MỤC LỤC Phần I Xác định các đặc trưng hình học của cần cẩu 4 1. Phân tích lựa chọn phương án. 4 2. Xác định các kích thước cơ bản của Derrick. 4 2.1. Góc nâng cần: 4 2.2. Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng: 4 2.3. Khoảng cách giữa hai chân cần: 4 2.4. Chiều cao chân cần tính từ sàn: 4 2.5. Tầm với ngoài mạn: 4 2.6. Chiều dài cần: 4 2.7. Vị trí giới hạn đầu cần 5 2.8. Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần 6 Phần II Tính Toán ứng lực phát sinh trên cần và trong các dây 6 1. Trọng lượng hàng. 6 2. Trọng lượng cần : 6 3. Vị trí tính toán của hệ cần. 6 4. Xác định lực trong hệ cần đôi. 7 Phần III kết cấu cần cẩu và cột cẩu 10 3.1 Vật liệu chế tạo cần, cột cẩu. 10 3.2 Kết cấu của cần. 10 3.2.1. Xác định quy cách các dây: 10 3.2.2. Xác định tiết diện cần 10 3.2.3. Thiết kế cần theo điều kiện ổn định : 11 3.2.4. Kiểm tra ổn định theo nén 12 3.2.5. Kiểm tra cần theo điều kiện bền : 13 3.3. Kết cấu tháp cẩu 14 3.3.1. Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu : 14 3.3.2. Tính sơ bộ kích thước tháp cẩu: 15 3.3.3. Kiểm tra bền tháp cẩu : 17 Phần IV Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của hệ cần cẩu cột cẩu 21 4.1. Chạc đuôi cần : 21 4.2. Mã treo hàng đầu cần: 22 4.3. Cụm mã quay bắt dây nâng cần 23 4.4 . Gối đỡ cần :( lực nén cần P0 = 138 KN ) 25 4.5 . Móc treo hàng : 27 4.6.Puli nâng hàng đầu cần 29 4.7.Mã quay cần 30 4.8.Tấm tam giác : 30 Phần V Tính truyền động 31 5.1. Tời nâng hàng 31 5.2.Động cơ 31 5.3.Hộp giảm tốc : 32

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Trờng đại học hàng hải

Khoa đóng tàu

Ngời thực hiện: nguyễn văn a

Thiết kế môn học thiết bị tàu

Đề tài: Thiết kế Derrick đôi tàu chở hàng khô, với các thông số kích thớc

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Mục lục

Phần I - Xác định các đặc trng hình học của cần cẩu 4

1 Phân tích lựa chọn phơng án 4

2 Xác định các kích thớc cơ bản của Derrick 4

2.1 Góc nâng cần: 4

2.2 Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng: 4

2.3 Khoảng cách giữa hai chân cần: 4

2.4 Chiều cao chân cần tính từ sàn: 4

2.5 Tầm với ngoài mạn: 4

2.6 Chiều dài cần: 4

2.7 Vị trí giới hạn đầu cần 5

2.8 Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần 6

Phần II - Tính Toán ứng lực phát sinh trên cần và trong các dây 6

1 Trọng lợng hàng 6

2 Trọng lợng cần : 6

3 Vị trí tính toán của hệ cần 6

4 Xác định lực trong hệ cần đôi 7

Phần III - kết cấu cần cẩu và cột cẩu 10

3.1 Vật liệu chế tạo cần, cột cẩu 10

3.2 Kết cấu của cần 10

3.2.1 Xác định quy cách các dây: 10

3.2.2 Xác định tiết diện cần 10

3.2.3 Thiết kế cần theo điều kiện ổn định : 11

3.2.4 Kiểm tra ổn định theo nén 12

3.2.5 Kiểm tra cần theo điều kiện bền : 13

3.3 Kết cấu tháp cẩu 14

3.3.1 Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu : 14

3.3.2 Tính sơ bộ kích thớc tháp cẩu: 15

3.3.3 Kiểm tra bền tháp cẩu : 17

Phần IV - Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của hệ cần cẩu - cột cẩu 21

4.1 Chạc đuôi cần : 21

4.2 Mã treo hàng đầu cần: 22

4.3 Cụm mã quay bắt dây nâng cần 23

4.4 Gối đỡ cần :( lực nén cần P0 = 138 KN ) 25

4.5 Móc treo hàng : 27

4.6.Puli nâng hàng đầu cần 29

4.7.Mã quay cần 30

4.8.Tấm tam giác : 30

Phần V - Tính truyền động 31

5.1 Tời nâng hàng 31

5.2.Động cơ 31

5.3.Hộp giảm tốc : 32

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

2.2 Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng:

Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng a = ( Lh - Lk )/ 2 = 3 ,m

2.3 Khoảng cách giữa hai chân cần:

Với cần cẩu có cột cẩu kiểu một thân thì khoảng cách giữa hai chân cần thoả

lk = 20,5 ,m - chiều dài miệng khoang hàng

a = 3 ,m - khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng

min = 15o - góc giới hạn dới nâng hàng

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Khoảng cách thẳng đứng từ đầu cần mạn đến miệng hầm hàng phải không

nhỏ hơn 6 + 0,3W (m) Trong đó W là khoảng cách giữa 2 đầu cần trên hình chiếu bằng, theo hình vẽ ta có W = 21,06 ,m

Ta có h1 = (hc - hk) + l0sin = (2,4 - 1,4) + 25.sin40o = 20,09 ,m

6 + 0,3W = 12,32 ,m

Vậy vị trí giới hạn đầu cần thoả mãn điều kiện h1 > 6 + 0,3W

2.8 Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần

Đối với cần nhẹ tỷ số h/ lo = 0,4  1 ,ta chọn h/ lo = 0,6

=> h = 0,6.24 = 14,4 ,m

3 Xác định chiều cao cột cẩu.

Chiều cao cột cẩu đợc xác định:

H = h + hc =14,4 + 2,4 = 16,8 ,m

Vậy Derrick thiết kế có chiều dài cần lo = 24 ,m

chiều cao cột cẩu H = 16,8 ,m

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Phần II - TíNH TOáN ứng lực phát sinh trên cần và trong

Vị trí tính toán lực của hệ cần đôi xác định nh sau :

* Trên hình chiếu bằng, đầu cần hầm H cách mép dọc miệng hầm hàng 2m

và cách mép ngang phía cột cẩu c/ 2 = 7,69 m ( c = 3/4LK = 15,38 m : chiều dàidiện tích phục vụ của hệ cần đôi ) Chân dây giằng K của cần hầm trên mạn giảthờng đặt ở vị trí KH  O2H để giảm lực trong hệ cần Đầu cần mạn M cách mépngang miệng hầm hàng phía cột cẩu một đoạn c/ 3 = 5,13 m và cách mạn tàu chỗrộng nhất một đoạn bằng tầm với cần thiết R0 = 4,0 m Chân dây giằng L của cầnmạn đặt ngang đờng chân cần O1O2

* Sau khi vẽ hình chiếu bằng, các vị trí thật của cần, dây giằng, dây nâng

hàng trong các mặt phẳng vuông góc với mặt boong và chứa dây giằng cần, dâynâng hàng :

+ Vẽ hình chiếu đứng của cột AB

+ Từ tâm chốt đuôi cần O vẽ đoạn nằm ngang OH’= O2H, qua H’ dựng đờngthẳng đứng, cung tròn tâm O bán kính l = 24m ( chiều dài cần ) cắt đờng thẳng

đứng này tại H, đoạn OH là vị trí thật của cần hầm trong mặt phẳng cần Đặt dọcmạn giả đoạn H”K’ = HK (H” : chân đờng thẳng đứng HH’ trên mạn giả ) ĐoạnHK’ là vị trí thật của dây giằng cần hầm trong mặt phẳng dây Làm tơng tự chocần mạn

+ Qua H, M trên hình chiếu đứng kẻ các đờng nằm ngang, ta xác định đợcH1, M1 cách nhau một đoạn a đo đợc trên hình chiếu bằng H1, M1 là vị trí đầucần trong mặt phẳng dây treo hàng Vẽ đờng nằm ngang bb cách đỉnh mạn giả

đoạn h’ > 6m ( do Q = 2,5T > 2T) Vẽ cung tròn đi qua H1, M1 và tiếp xúc với bbtại T Điểm T là điểm treo móc do 2 dây nâng hàng H1T và M1T nối với nhau.Góc giữa 2 dây nâng hàng 0 = H1TM1 ta xét cho trờng hợp nguy hiểm nhất 0 =

120o Khi đó khoảng cách từ bb tới miệng hầm h’ = 16,60m > 6m

Thiết kế môn học - Thiết bị tàuTrên hình chiếu bằng của hệ cần, từ điểm M đặt véctơ S’ dọc đoạn thẳng

MH, từ đầu véctơ S’ kẻ đờng thẳng song song ML cắt O1M ta đợc các thành phầnnằm ngang của sức căng trong dây giằng Z’m và sức căng trong dây nâng cầnT’m

Trên hình chiếu đứng, từ chân dây giằng L’ đặt theo phơng ngang véctơZ’m , từ đầu véctơ Z’m kẻ đờng thẳng đứng cắt ML’ ta đợc sức căng trong dâygiằng mạn Zm và thành phần thẳng đứng của nó Z”m

Cũng trên hình chiếu đứng, từ điểm M vẽ véctơ T’m nằm ngang, từ đầu T’m

đặt lần lợt các véctơ S”m, Z”m và một nửa trọng lợng cần 0,5Gc Từ đầu véctơ0,5Gc kẻ đờng song song với dây nâng cần AM cắt đờng trục cần OM, ta đợc lựcnén cần Nm = MO’m và sức căng trong dây nâng cần Tm

Lực nén thực vào cần, kể cả sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần

Lực căng trong các dây và lực nén trong cần trong các trờng hợp đợc ghi

trong các bản vẽ và đợc tổng hợp trong bảng sau (đơn vị KN)

133.72

K = 1,05 ứng với trờng hợp dây cáp treo chạy trên buli ổ trợt

* Xác định vị trí của điểm T để lực nén dọc cần là lớn nhất:

Nhận xét: Các lực căng trên các dây giằng mạn, nâng hàng, nâng cần, lực néncần của cần hầm là lớn nhất nên ta tính toán theo cần hầm

Dựa vào hoạ đồ lực ta có thể biểu diễn các lực theo công thức :

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµuGi¶ sö  lµ gãc hîp bëi Sh vµ Sh” nh h×nh vÏ

Nh = ON + NE + EH =

NM tg30,67+(S h} } +Z rSub { size 8{h} } rSup { size 8{+0,5.Gc).cos27,56+T h ' .cos62,44

S

H B

A C

M N

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Nh = Nh + 1,05.Sh =

S ' (2,382 tg β +

1,05 sin β +5,902)+1,192.GcLực nén Nh đạt cực đại khi góc  = 44,63o ứng với vị trí 2, ta lấy để tính chọn cần

Phần III - kết cấu cần cẩu và cột cẩu 3.1 Vật liệu chế tạo cần, cột cẩu.

- Vật liệu chế tạo cần cẩu và cột cẩu là thép CT3c

- Giới hạn chẩy của vật liệu: ch = 2400 , KG/cm2

3.2 Kết cấu của cần.

3.2.1 Xác định quy cách các dây:

Đờng kính các loại dây cáp đợc chọn dựa trên cơ sở lực căng lớn nhất phátsinh trong dây đợc ghi trong bảng trên với hệ số an toàn n = 5 Cáp đợc chọn làcáp thép cấp N0.4 (6x24) - Bảng 7B /4.3 “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển

vỏ thép TCVN 6259 -1 , 2003”

Lực căng lớn nhất

Từ kết quả đo đợc ta thấy lực nén lớn nhất vào cần là P0 = 137,73 ,(KN)

Từ Po và l0 theo bảng 5.26 / 233- STTBTT ta chọn cần loại III Cần gồm 1

đoạn ống trụ và 2 đoạn ống côn

3.2.3 Thiết kế cần theo điều kiện ổn định :

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

E : Mô đun đàn hồi vật liệu làm cần ( E = 2.106 KG/ cm 2 )

l2

1

S2

S3

Khốilợng

6.11

5.33

3.39

325

3.2.4 Kiểm tra ổn định theo nén

Để tính ổn định theo nén ta coi cần nh 1 thanh hình vành khăn có tiết diện

không đổi đờng kính trung bình là

Dtb = ( D + d ) / 2 = ( 325+219 )/ 2 = 272 (mm)

 đờng kính trong Dt = 268 (mm)

đờng kính ngoài Dn = 276 (mm)

Diện tích mặt cắt ngang:

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

 : Hệ số phụ thuộc điều kiện liên kết 2 đầu cần (cần là 1 thanh chịu nén

một đầu là gối đỡ một đầu là liên kết tựa)   = 1

l : chiều dài cần ; l =16 (m )= 1600 (cm)

imin : Bán kính quán tính của mặt cắt = 0,353.Dtb = 9,60 (cm)

 = 166,64 < 175 ( thoả mãn yêu cầu về độ mảnh đối với Derrick có lực

nén lớn hơn 20 kN - Bảng 5.9 STTBTT 2 ) th = 2.E/ 2 = 6,97 (KN/ cm 2 )

P = P0 ( lực nén dọc cần ) =138 ,(KN)

Kod : Hệ số an toàn ổn định, chọn Kod = 3

n = 138/ 68,4 = 2,02 (KN/ cm2 )

od = 6,97/ 3 = 2,33( KN/ cm2 )

Vậy cần đủ điều kiện ổn định

3.2.5 Kiểm tra cần theo điều kiện bền :

Ta coi cần nh một dầm tựa trên 2 gối tự do chịu các tải trọng:

+ Chịu nén do lực nén dọc cần Po

+ Chịu uốn do trọng lợng bản thân p = P2/lo =

+ Chịu uốn do lực nén Po đặt lệch tâm với mômen uốn Mo = Po.e

- Dới tác dụng của p cần có mômen uốn lớn nhất tại giữa của nhịp có trị số

m= p l o

2

Trong đó: c = 7.5 do cần có tiết diện thay đổi trên suốt chiều dài

- Lực nén Po sinh ra ứng suất: n = Po/F

 ứng suất max tại giữa nhịp do uốn và nén:

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

3.3.1 Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu :

Ngoại lực của 1 cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm có

* Lực T của palăng nâng cần tác dụng lên cụm ròng rọc đầu cột

* Lực nén dọc cần P0 tác dụng vào gối đỡ cần

* Sức căng dây hàng chạy dọc cần S’

* Sức căng dây hàng vào tời S’’

* Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột T1

TTQ

T

T

BC

a

1 a

t

t c

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Độ lớn của các lực đợc xác định bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ lực tại các gócnâng cần min = 15 , max = 60 và đợc ghi trong các bảng ở trang sau

Từ kết quả đo ta thấy lực tác dụng vào cần lớn nhất khi góc nâng cần nhỏ nhấtCác lực này đợc phân thành các lực theo phơng ngang Ta , Tc ,Tt và các lực theophơng thẳng đứng Qa , Qc , Qt

h = 12 ( m) - Khoảng cách từ gối đuôi cần tới điểm treo palăng nâng cần

trên đỉnh cột

L =14,5 ( m) - Khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng

cần trên đỉnh cột -Thông thờng: D = (50  80 ).S , chọn D = 50S thay vào điều kiện bền và điềukiện cứng ta có 1962,5.S3  3924

49125S4  16,5.104

 S  1,259 ( cm )

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

rz =

a

2√3(a+b) = 8,82 ,(cm) a+3b

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

3.3.3 Kiểm tra bền tháp cẩu :

với : E = 2.106 KG/cm 2 : môđun đàn hồi kéo nén

G = 8.105 ,(KG/cm 2 ) : môđun đàn hồi trợt của vật liệu

IT = Iz’ = 7467 ,(cm4) mômen quán tính của xà ngang ứng với trục hình tâm thẳng đứng nằm trong mặt phẳng tháp cẩu

I0 = 2.Ix = 35,52.104 ,(cm 4) mômen quán tính cực của cột

* Tính các lực thành phần phân phối giữa 2 cột theo hớng dọc tàu :

T a = { {2 T rSub { size 8{a} } L rSup { size 8{3} } } over {3 L rSup { size 8{3} } +6 k δ L i rSup { size 8{2} } } } } { ¿

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

l = 4 (m) : chiÒu dµi xµ ngang

MBx = Ta’.L + (Tt-Tc).hc + (Qa + Qt).e = 198,3 ,(KNm)

M 0 = T rSub { size 8{a} } i \( 1 - { {i} over {2 \( i+δ L \) } } \) } { ¿

= -12,44 ,(KNm)

MEx = Ta” L = 333,8 ,(KNm) MKx = Ta”.h = 276,25 ,(KNm)

Thiết kế môn học - Thiết bị tàuVới lực tác dụng vào đỉnh cột RT =46(KN) dựa vào bảng 5.34 STTBTTtập II ta có:

474.140.0091.600.00-13.89-47.56

532.090.00126.490.00-82.22-12.67

My' =My" = MBy +MEy N' =N" = NBy

Mz' = Mx' + Mx"

Mx' = Mx" = MBx + MEx My' =My" = 0N' =N" = NBx Mx' = Mx" = 0

N' =N" = NCx Mx' = Mx" = 0My' =My" = MCy +MKy N' =N" = NCy

My' =My" = MAy +MDy N' =N" = NAy

Mx' = Mx" = MCx + MKx My' =My" = 0

Mx' = Mx" = MAxMy' =My" = 0N' =N" = NAx Mx' = Mx" = 0

Tại gối

đỡ trên

của tháp

1cần quay ra mạn 1cần dặt dọc tàuCả 2 cần đặt dọc tàu

Cả 2 cần quay ra mạn

Tại gối

đỡ cần

1cần quay ra mạn 1cần dặt dọc tàuCả 2 cần đặt dọc tàu

Cả 2 cần quay ra mạn

1cần quay ra mạn 1cần dặt dọc tàuTại chỗ

nối cột

với xà

ngang

Cả 2 cần đặt dọc tàu

Cả 2 cần quay ra mạn

Mô men uốn và lực nénMặt cắt

67.68

Cả 2 cần

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

* Kiểm tra bền theo thuyết bền 3 :

Cột thoả mãn điều kiện bền

* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên thanh xà ngang :

Xà bị uốn trong mặt phẳng tháp bởi mômen MAy và MDy, bị uốn trong mặtphẳng vuông góc với tháp bởi mômen M’xn và M’’xn , bị xoắn bởi mômen MAx

Xà ngang thoả mãn điều kiện bền

Phần IV - Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của

hệ cần cẩu - cột cẩu 4.1 Chạc đuôi cần :

Chạc đuôi cần đợc chọn theo OCT 8834 - 58 Lực nén cần = 138 KN

Vậy ta chọn chạc loại b có các thông số nh sau

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

heo điều kiện chịu dập :

P0

2 S.d1 (KN/cm 2)  = 0,6  T =14,4 ( KN/ cm 2) Vậy chạc đuôi cần đủ bền

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

4.3 Cụm mã quay bắt dây nâng cần

Cụm mã quay bắt dây nâng cần đợc hàn lên đỉnh tháp đã lắp cụm ròng rọc của palăng nâng cần để đổi hớng dây nâng cần Lực tác dụng vào cụm mã đợc tính theo

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

V 2

P 0 cos 

P 0 sin 

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

a KiÓm tra gèi theo ®iÒu kiÖn bÒn uèn vµ kiÓm tra bÒn cho bu l«ng cña gèi quay cÇn

*KiÓm tra bÒn cña gèi :

P osinθ πDD 2

VËy nã tho¶ m¶n ®iÒu kiÖn bÒn

*KiÓm tra bu l«ng chèt quay cÇn :

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Kiểm tra bền cho móc :

-Từ điều kiện móc chịu cắt kiểm tra bền cho móc theo điều kiên chịu cắt :

Trong đó:

 ch = 27,5 (KN/cm 2 ) :theo bảng 5.41 sổ tay TBTTtập II

* Kiểm tra bền cho chốt :

-Từ điều kiện chốt chịu cắt kiểm tra bền cho chốt theo điều kiên chịu cắt :





ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

4.6.Puli n©ng hµng ®Çu cÇn

(Kg)

2 6 5

9 0

4 8

1 8 0

2 2 5

4 4

1 M 33

2 6

5 5 0

1 5 5

2 2 0

3 4

1 0 5

4 0

*KiÓm tra bÒn cho trôc rßng räc :

Ta kiÓm tra bÒn cho trôc theo ®iÒu kiÖn chÞu c¾t :

4.7.M· quay cÇn

T¶i träng t¸c dông lªn m· quay cÇn lµ lùc c¨ng trong d©y gi»ng cÇn Z =71 (KN)

Ta chän m· quay cÇn cã c¸c kÝch thíc nh sau

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Tấm tam giác

phần V.Tính truyền động 5.1 Tời nâng hàng

Căn cứ vào sức nâng P = S” = 31,02 KN , và tời bố trí cho 1 derrick ta chọn loại tời trong

(KN)

Lực kéo danh nghĩa trên tang

Khi quấn cáp có lực kéo danh nghĩa

Khi thả

lợng quấn cáp

Trong đó iệu suất của cơ cấu truyền động

Ta chọn tời nâng hàng Liên Xô có các thông số kỹ thuật

ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu

(m/

s)

HÖ sè më m¸

y (%)

N¨n g suÊt (chu k× / giê)

Sè lÇn më m¸y tron g mét giê

tay khèng chÕ

KÝ hiÖu