Thiết kế Derrick đôi cho tàu hàng khô 3800 (T) Kích thước của tàu : L x B x H x T = 86,5 x 14,2 x 7,9 x 6,2 (m)

Đề Tài : Thiết kế Derrick đôi cho tàu hàng khô có các thông số sau : Trọng tải : Pn = 3800 (T) Kích thước của tàu : L x B x H x T = 86,5 x 14,2 x 7,9 x 6,2 (m) Kích thước khoang hàng : Lh x Bh = 19,8 x 14,2 (m) Kích thước miệng hầm hàng : Lk x Bk x Hk = 13,2 x 8,4 x 1,2 (m) MỤC LỤC A . Yêu cầu thiết kế 2 B . Tính toán thiết kế 2 1.Lựa chọn loại Derrick 2 2.Xác định các kích thước cơ bản của Derrick 2 2.1.Góc nâng cần: 2 2.2.Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng: 2 2.3.Khoảng cách giữa hai chân cần : 2 2.4.Chiều cao chân cần tính từ sàn: 2 2.5.Tầm với ngoài mạn: 2 2.6.Chiều dài cần: 3 2.7.Vị trí giới hạn đầu cần 4 2.8.Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần 4 3. Tính toán ứng lực phát sinh trên cần và trong các dây 4 Trọng lượng hàng : 4 Trọng lượng cần : 4 Vị trí tính toán của hệ cần : 4 Xác định lực trong hệ cần đôi : 5 4. Xác định quy cách các dây và tiết diện cần cẩu ,cột cẩu 6 4.1.Xác định quy cách các dây 6 4.2. Xác định tiết diện cần 6 4.2.1 Thiết kế cần theo điều kiện ổn định : 6 4.2.2. Kiểm tra ổn định theo nén 7 4.2.3. Kiểm tra cần theo điều kiện bền : 8 4.3. Xác định kích thước tháp cẩu 9 4.3.1. Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu : 9 4.3.2. Tính sơ bộ kích thước tháp cẩu: 11 4.3.3. Kiểm tra bền tháp cẩu : 12 5. Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của hệ cần cẩu cột cẩu 16 5.1. Chạc đuôi cần : 16 5.2. Mã treo hàng đầu cần: 17 5.3. Cụm mã quay bắt dây nâng cần 18 5.4. Gối đỡ cần : 20 5.5. Móc treo hàng : 21 5.6. Puli nâng hàng đầu cần 23 5.7. Mã quay cần 24 5.8. Tấm tam giác : 24 6. Tính truyền động 25 6.1. Tời nâng hàng 25 6.2. Động cơ 25 6.3. Hộp giảm tốc : 26

Trờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam

Bộ môn Lý thuyết – Thiết kế Thiết kế

Thiết kế môn học

Thiết bị tàu

Sinh viên : Vũ Ngọc Tân

Lớp : VTT-42-ĐH2 Giáo viên hớng dẫn : Th.s Nguyễn Văn Võ

Hải Phòng 2004 Mục lục

A Yêu cầu thiết kế 2

B Tính toán thiết kế 2

1.Lựa chọn loại Derrick 2

2.Xác định các kích thớc cơ bản của Derrick 2

2.1.Góc nâng cần: 2

2.2.Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng: 2

2.3.Khoảng cách giữa hai chân cần : 2

2.4.Chiều cao chân cần tính từ sàn: 2

2.5.Tầm với ngoài mạn: 2

2.6.Chiều dài cần: 3

2.7.Vị trí giới hạn đầu cần 4

2.8.Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần 4

3 Tính toán ứng lực phát sinh trên cần và trong các dây 4

Trọng lợng hàng : 4

Trọng lợng cần : 4

Vị trí tính toán của hệ cần : 4

Xác định lực trong hệ cần đôi : 5

4 Xác định quy cách các dây và tiết diện cần cẩu ,cột cẩu 6

4.1.Xác định quy cách các dây 6

4.2 Xác định tiết diện cần 6

4.2.1 Thiết kế cần theo điều kiện ổn định : 6

4.2.2 Kiểm tra ổn định theo nén 7

4.2.3 Kiểm tra cần theo điều kiện bền : 8

4.3 Xác định kích thớc tháp cẩu 9

4.3.1 Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu : 9

4.3.2 Tính sơ bộ kích thớc tháp cẩu: 11

4.3.3 Kiểm tra bền tháp cẩu : 12

5 Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của hệ cần cẩu - cột cẩu 16

5.1 Chạc đuôi cần : 16

5.2 Mã treo hàng đầu cần: 17

5.3 Cụm mã quay bắt dây nâng cần 18

5.4 Gối đỡ cần : 20

5.5 Móc treo hàng : 21

5.6 Puli nâng hàng đầu cần 23

5.7 Mã quay cần 24

5.8 Tấm tam giác : 24

6 Tính truyền động 25

6.1 Tời nâng hàng 25

6.2 Động cơ 25

6.3 Hộp giảm tốc : 26

1

A Yêu cầu thiết kế

Thiết kế Derrick đôi cho tàu hàng khô có các thông số sau :

1.Lựa chọn loại Derrick

Theo yêu cầu thiết kế đã đề ra ta chọn Derrick đôi có sức nâng 2,5 (T)

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

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

2.3.Khoảng cách giữa hai chân cần :

Chọn khoảng cách giữa hai chân cần c = 4 (m)

 Theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang

l01.cosmin.cos1  a + 3/4 lk (1)

Trong đó:

lk = 13,2 (m) - chiều dài miệng khoang hàng

a = 3,3 (m)

min = 15o

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 = 15,3 (m)

Ta có h1 = 1,3 + l0sin = 1,3 + 16sin40o = 11,58 > 6 + 0,3W = 10,59 (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 = 0,75

=> h = 0,75.16 = 12 (m)

=> H = h + hc =12 + 2,5 = 14,5 (m)

Vậy Derrick thiết kế có chiều dài cần lo = 16 (m)

chiều cao cột cẩu H = 14,5 (m)

3

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

 Trên hình chiếu bằng , dầu cần hầm H cách mép dọc miệng hầm hàng 2m và cáchmép ngang phía cột cẩu c/2=4,95 m ( c = 3/4LK = 9,90 m : chiều dài diện tíchphục vụ của hệ cần đôi ) Chân dây giằng K của cần hầm trên mạn giả thờng đặt ở

vị trí KH  O2K để giảm lực trong hệ cần Đầu cần mạn M cách mép ngangmiệng hầm hàng phía cột cẩu một đoạn c/3 =3,3 m và cách mạn tàu chỗ rộng nhấtmột đoạn bằng tầm với cần thiết R0 = 4,0 m Chân dây giằng L của cần mạn đặtngang đờng chân cần O1O2

 Sau khi vẽ hình chiếu bằng , các vị trí thật của cần , dây giằng , dây nâng hàngtrong các mặt phẳng vuông góc với mặt boong và chứa dây giằng cần , dây nânghàng :

+ Qua H,M trên hình chiếu đứng kẻ các đờng nằm ngang , ta xác định đợc H1,M1cách nhau một đoạn a đo đợc trên hình chiếu bằng H1,M1là vị trí đầu cần trongmặt 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 bb tại T Điểm

T là điểm treo móc do 2 dây nâng hàng H1T và M1T nối với nhau Góc giữa 2 dâynâng hàng 0 = H1TM1 ta xét cho trờng hợp nguy hiểm nhất 0 = 120o Khi đókhoảng cách từ bb tới miệng hầm h’ = 9,862m > 6m

điểm M vẽ véctơ T’m nằm ngang , từ đầu T’m đặt lần lợt các véctơ S”m,Z”m và mộtnửa trọng lợng cần 0,5Gc Từ đầu véctơ 0,5Gc kẻ đờng song song với dây nâng cần

AM cắt đờng trục cần OM , ta đợc lực nén cần Nm = MO’m và sức căng trong dâynâng cần Tm

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

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

Từ Po và l0 ta chọn cần cẩu là cần loại III Cần gồm 1 đoạn ống trụ và 2 đoạn ống côn

4.2.1 Thiết kế cần theo điều kiện ổn định :

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

Khi đó điều kiện ổn định là :

n = P/F  od = th/ KodXác định độ mảnh của thanh :

 = .l / imin

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

Vậy cần đủ điều kiện ổn định

4.2.3 Kiểm tra cần theo điều kiện bền :

Coi dầm tựa tự do trên hai gối chịu uốn do trọng lợng bản thân ,chịu nén chịu uốn vàchịu xoắn do các lực căng trong các dây nâng hàng ,nâng cần và dây giằng đặt lệchtâm.Ta đi kiểm tra bền cho trờng hợp cần chịu lực nén lớn nhất là cần mạn trong trờnghợp 5

Phân tích các lực căng trên các dây thành các thành phần theo các phơng song song vớitrục của cần và vuông góc với trục của cần trong các mặt phẳng nằm ngang và thẳng

đứng

Sơ đồ phân tích các lực đợc trình bày trong bản vẽ ở trang sau

ứng suất lớn nhất là ứng suất tại mặt cắt giữa dầm do uốn nén và xoắn đồng thời gây

F =

πDD2

4 (1−η

2)

= 79,67(cm 2)

Wx =Wy =

πDD3

32 (1−η

3)

= 482,45( cm 3)

W =

πDd3

16 (1−η

3)

= 964,9 (cm 3) Theo thuyết bền 3 ta có

σtd= √ σzmax2 +4τmax2

= 11,373 (KN/cm2)   = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm 2)

Vậy cần thoả mãn điều kiện bền 4.3 Xác định kích th ớc tháp cẩu 4.3.1 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

Ta 

T Qa RT

Tc 

Tt

P0 – Thiết kế S’ S’’ Qc

QT

Độ lớn của các lực đợc xác định bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ lực tại các góc nâng 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 nhất

Các lực này đợc phân thành các lực theo phơng ngang Ta , Tc ,Tt và các lực theo phơngthẳng đứng Qa , Qc , Qt

* §êng kÝnh trong: Dt = Dn – ThiÕt kÕ 2.S = 672 (mm)

* DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña cét:

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 (cm 4) mômen quán tính của xà ngang ứng với trục chính 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} } } } } { ¿

Víi : Gx = A’.l = 301,4(kg) = 2,96(KN): träng lîng xµ ngang

l = 4 (m) : chiÒu dµi xµ ngang

Công thức Giá trị(KN ) Công thức Giá trị(KN )

My' =MDy 97,83 My" = MAy -99,60N' =NAx 63,72 N" = NAy 63,72

32,180,0063,720,00-1,7763,72Mx' = MCx 197,89 Mx" = MKx 276,25My' = MKy -121,63 My" = MCy 107,73N' = NCx 91,60 N" = NCy -47,56

474,140,0091,600,00-13,89-47,56Mx' = MBx 198,30 Mx" = MEx 333,80My' = MEy -167,35 My" =MBy 85,12N' =NBx 126,49 N" = NBy -12,67

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

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

tính toán

Tr ờng hợp tải Tại cột có cần đặt dọc tàu Tại cột còn lại

Mômen

xoắn cột 1cần quay ra

mạn 1cần dặt dọc tàu

67,68Mz' = Mx' -12,44 Mz' = Mx"

Ta thấy khi cần hoạt động thì trị số ứng suất lớn nhất phát sinh trên cột có 1 cần vơn

ra mạn và tại gối đỡ trên của tháp

13

Có Mu = √ M ''x2+ M ''

y2 = 344,48 (KNm)

 = Mu/Wu + N”/A = 344,48.102/ 5172 – Thiết kế 12,67/ 301,72 = 6,62 (KN/ cm 2 )

 = M’Z/ W = 67,68.102/10344 = 0,654 (KN/ cm 2 )

Vậy tđ = 6,75 kN/ cm2 < 0,5.ch = 12 (KN/ cm 2 )

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 mặt phẳng vuông góc với tháp bởi mômen M’xn và M’’xn ,bị xoắn bởi mômen MAx

Xà ngang thoả mãn điều kiện bền

5.Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của hệ cần cẩu - cột cẩu

5.1 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

a) Kích thớc mã treo hàng đầu cần đợc xác định theo lực nén cần , với lực nén = 138 kN

15

5.3 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 palăngnâng cần để đổi hớng dây nâng cần Lực tác dụng vào cụm mã đợc tính theo phơng pháp vẽhoạ đồ lực RT = 46 KN

120

80 120

10

0 55

260

17

5 15

34 446

360

20

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 osinθθπDD2

4 = 8,789(KN/cm 2)

max = 8,789(KN/cm2)   = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm 2)

VËy nã tho¶ m¶n ®iÒu kiÖn bÒn

*KiÓm tra bu l«ng chèt quay cÇn :

Theo ®iÒu kiÖn c¾t ta cã:



P0

F 

P o πDd

5.5 Mãc treo hµng :

Chän mãc treo hµng víi søc n©ng cho phÐp P = 30KN

T¶i trängcho phÐp c D

19



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/cm2) :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 :

(Kg)

60 22,5

265

90

48

180

225

44

1M33

26

550

155

220

34

105

40

1

2 4 1

0 21

*KiÓm tra bÒn cho trôc rßng räc :

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

τ c= Z

S1(B1−c )

2 = 4,02 (KN/cm 2)   = 0,4 T =9,6 ( KN/ cm 2)

(KN)

Lực kéodanhnghĩatrêntang

Tốc độ xác lập Tang tờiKhi quấn cáp có

lực kéo danhnghĩa

Khi thả

lợngquấncáp

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

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

(m/s

)

Hệsốmởmá

y(%)

Năngsuất(chukì /giờ)

Sốlầnmởmáytrongmộtgiờ

Động cơ Phanh

Kiểutaykhốngchế

Kíhiệu