DO AN THIET BI CAU DERRICK

Đây là bài mẫu của đồ án thiết bị tàu thủy, thiết kế cần cẩu Derrick dùng cho tàu chở hàng khô. Bài đồ án này đầy đủ nội dụng tính toán và thiết kế cẩu Derrick. Các bạn tải tài liệu nếu cần bản vẽ CAD thì nhắn email cho mình để mình gửi đến bạn tham khảo.

MỤC LỤC

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN TRỤC DERRICK 2

I Thiết bị cẩu hàng 3

II.Bố trí thiết bị cẩu hàng trên tàu chở hàng 3

III Hệ thống cần cẩu nhẹ 3

IV Hệ thống cần cẩu nặng 5

Chương 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK 6

CHO TÀU HÀNG KHÔ 6

I Thông số cơ bản của tàu 6

II.Lựa chọn phương án thiết kế. 6

III.Bố trí thiết bị trên tàu 7

IV Xác định kích thước của cần cẩu 9

1 Góc nâng cần : 9

2 Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng 9

3.Xác định kích thước cần theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang 9

4.Xác định kích thước cần theo điều kiện tầm với – đưa hàng ra ngoài mạn 9

5 Chiều cao chân cần tính từ sàn tới 9

6 Vị trí giới hạn đầu cần. 10

7.Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần 10

V TÍNH TOÁN CÁC ỨNG LỰC TRONG HỆ CẦN. 11

1 Tính toán ứng lực trong hệ cần có dây chằng và dây điều chỉnh. 11

2 Xác định ứng lực tại 3 góc nghiêng cần 13

3.Xác định sức căng trong hai palăng quay cần phía mạn T m và phía hầm hàng T h 14

VI XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU VÀ TÍNH ĐỘ BỀN 15

1.Lựa chọn tháp cẩu. 15

2 Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu 15

3.Quy đổi các ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu 16

4 Chọn sơ bộ kích thước của mặt tháp cẩu. 17

5 Nội lực tác dụng lên tháp cẩu 18

VII Tính chọn cần ,kiểm trra bền và ổn định cho cần theo quy phạm 22

1.Chọn cần theo lực nén. 22

2 Xác định ngoại lực tác dụng lên cần 22

3 Kiểm tra điều kiện bền 23

4.Kiểm tra theo điều kiện ổn định 23

5.Kiểm tra độ bền theo tải tổng hợp. 25

6.Kiểm tra bền theo ứng suất nén tổng hợp 25

VIII.Tính toán cột quay cần 25

1.Cột quay cần mạn 25

a) Lựa chọn cột quay cần: 26

b).Các ngoại lực tác dụng lên cột quay cần: 26

c).Chọn mặt cắt ngang cột quay cần: 26

d) Nội lực tác dụng lên cột quay cần: 27

e).Kiểm tra điều kiện bền theo qui phạm: 27

2.Cột quay cần hầm. 28

a) Lựa chọn cột quay cần: 28

b) Các ngoại lực tác dụng lên cột quay cần: 28

c) Chọn mặt cắt ngang cột quay cần: 29

d) Nội lực tác dụng lên cột quay cần: 29

IX.Tính toán chọn các chi tiết của cần cẩu derrick 31

1.Chạc đuôi cần. 31

2.Mã treo đầu cần 32

3.Mã quay cần 32

4.Cụm mã quay bắt dây nâng cần 33

5.Gối đỡ cần nhẹ 34

6.Cụm móc cẩu 36

7 Cụm ròng rọc 39

a.Ròng rọc cho palăng nâng hàng: 39

b.Ròng rọc cho palăng nâng cần: 39

c.Ròng rọc tại đầu cột quay cần: 40

8 Tời của Derrick 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN TRỤC DERRICK

I Thiết bị cẩu hàng

-Nhóm thiết bị cẩu có thể phân làm hai kểu kết cấu : hệ thống cẩu cùng cần cẩu

derrick nâng và xoay ,và hệ thống cẩu quay Cẩu nhóm đầu có thể chia làm cẩu nhẹ và cẩu nặng Cách chia quy ước này được hiểu cụ thể hơn , cẩu sức nâng đến 10T coi là nhẹ ,sức nâng cẩu trên 10T thuộc nhóm nặng Kết cấu cẩu nặng khác nhiều so với cẩu nhẹ

II.Bố trí thiết bị cẩu hàng trên tàu chở hàng

-Bố trí cẩu cùng sức nâng từng cẩu riêng lẻ nằm trong quy hoạch chung mà người thiết kế phải thực hiện Số lượng cần cẩu trên tàu hàng ,nhìn chung phụ thuộc vào sức chở của tàu

-Để có quyết định trang bị cẩu nặng hay nhẹ ,cần đánh giá đầy đủ về những mặt hàng

mà tàu phải chuyên chở cùng những điều kiện khai thác của tàu Thông lệ các mã hàng phổ thong được đóng gói với trọng lượng nhất định Bảng tổng kết những mã hàng không đóng trong thùng tiêu chuẩn mà chứa trong các kiện hàng với trọng lượng kiện hàng tính bằng tấn hệ mét (MT) nằm trong khoảng sau :

Hàng tổng hợp 1,25 - 1,5

Hàng đơn chiếc 0,5 -1,5

Hàng đóng thùng 2,0 -3,0

Máy móc 5,0 -7,0

Máy lớn ,máy nông nghiệp 10-20

-Tàu cỡ nhỏ ,tàu ven biển sức chở chỉ từ 1500dwt trang bị chủ yếu cần cẩu derrick sức nâng 1-1,5T hoặc đôi khi lớn hơn ,song không vượt qua 3T

-Tàu vận tải hoạt đông biển gần ,sức chở trung bình trang bị cần cẩu sức nâng không lớn Tàu 3000dwt thường trang bị cẩu sức nâng 2-3T ,tàu từ 3000dwt đến 6000dwt thường trang bị cẩu sức nâng 3-5-6T

-Tàu cỡ lớn hơn có thể trang bị cần cẩu có sức nâng 3-5T phục vụ hệ thống bơm hàng Phục vụ nâng hạ thiết bị phụ tùng đường ống tàu dầu cần có cần cẩu sức nâng không lớn hơn 2-3T

-Cần cẩu nặng trên tàu chở hàng chỉ trang bị theo yêu cầu đặc biệt Những tàu hàng đặc biệt này thường trang bị cần cẩu có sức nâng 300T-600T

III Hệ thống cần cẩu nhẹ

-Cẩu đơn có vị trí quan trọng trong họ máy nâng hạ trên tàu

-Cẩu đơn kiểu nhẹ dung phổ biến trên các tàu vận tải cỡ nhỏ và các tàu chuyên dung khác Cần trục kiểu này có năng suất thấp ,suất nâng nhỏ ,nhưng kết cấu đơn giản thường dung cho tàu nhỏ

Hình 1.31 Sơ đồ cần trục derrick đơn nhẹ

-Derrick đôi đơn giản là loại cần cẩu có kết cấu đơn giản ,chỉ dung tời có hai động cơ , chu kì hoạt động của móc rất ngắn ,hàng không bị lắc ,làm việc được khi tàu ở độ nghiêng lớn

Cẩu đôi có các nhược điểm sau :

+ Sức nâng của cần cẩu đôi (0,3 -0,6) sức nâng của cần cẩu đơn

+Thời gian làm việc và xếp dỡ hàng lâu

+Tính động cơ của cần cẩu kém

+Mức độ an toàn của động cơ không cao ,cần trục có thể bị quá tải đến mứt gãy cần ,đứt dây giằng hoặc bị mất ổn định đến mức lật cần do đặt sai vị trí của cần và dây giằng mạn

-Cần cẩu đôi có mặt trên phần lớn các tàu chở hàng ,dây nâng hàng từ hai cần nối lại

để cùng buộc vào một móc hàng Trong tư thế làm việc móc cẩu nằm thấp hơn hai đầu cần làm cho dây giữ hàng của cả hai cần tạo thành chữ V rõ nét Hai đầu cần được nối với nhau bằng cáp ,và như vậy tư thế cáp nối hai đầu cần ,với móc hàng luôn tạo thành tam giác Đầu cần thứ hai vươn ra ngoài mạn Trong trạng thái làm việc cả hai cần được giữ tại vị trí cố định Hàng được móc từ khoang ,nâng cao miệng hầm hàng và sau đó chuyển ra mạn ,bàn giao đến đầu cần mạn Mỗi vòng làm việc cẩu đôi chiếm khoảng nữa phút

-Hệ thống cẩu đôi với hai cần bố trí song song cho phép tập trung sức nâng khối hàng nặng

Hình 1.32 Sơ đồ derrick đôi đơn giản

1.Dây nâng hàng 2 Cần mạn 3 Dây nâng cần 4.Dây giằng đầu cần 5.Xà ngang

6.Cần hầm 7 Dây giằng mạn 8 Tời nâng hàng

Hình 1.4 a) Sơ đồ derrick đơn loại nặng cần xẻ rãnh , b) pa lăng nâng hàng kép

1.Vòng treo hàng , 2.palăng nâng hàng , 3 Ròng rọc lắp trong rãnh cần , 4.pa lăng nâng cần , 6.Dây nâng hàng , 7 Dây chằng cột , 8 Ròng rọc dẫn hướng ,9.Tời nầng cần ,10 Tời nâng hàng

Chương 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK

CHO TÀU HÀNG KHÔ

I Thông số cơ bản của tàu

Chiều dài tàu : L = 90,2 m

Kích thước miệng khoang hàng : L MKH xB MKH =23,1 m x 9 m

II.Lựa chọn phương án thiết kế

-Việc lựa chọn và bố trí các thiết bị xếp dỡ cùng sức nâng từng loại riêng lẻ nằm trong quy hoạch chung mà người thiết kế phải thực hiện Thiết bị xếp dỡ có vị trí rất

quan trọng trong họ máy nâng hạ trên tàu

-Lựa chọn thiết bị xếp dỡ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau :

+ Kích thước tàu

+Vùng hoạt động của tàu ,tuyến đường mà tàu khai thác

+Loại hàng mà tàu chuyên chở

Đối với các tàu chạy theo tuyến cần giảm đến mức tối thiểu thời gian tàu đỗ bến nên nó cần bố trí các loại cần trục quay hiện đại, có năng suất cao Tuy nhiên trên tàu chạy theo tuyến chở hàng rời (quặng, than đá, đường, các loại hạt…) thì bố trí các các phương tiện xếp dỡ chuyên dụng trên tàu là không hợp lý mà nên sử dụng các thiết bị bốc xếp chuyên dùng tại cảng Tuy nhiên để chủ động bốc xếp hàng, trên không ít các lại tàu này được trang bị cẩn trục hoặc derrick chuyên dụng

-Tính toán và thiết kế thiết bị nâng hàng cho tàu hàng khô chạy trong vùng biển không hạn chế bố trí cần trục derrick đơn , loại nhẹ

-Ưu ,nhược điểm của derrick đơn, loại nhẹ :

+Ưu điểm :

Hiện nay trên các tàu hàng dùng phổ biến hệ thống cần trục Derrick hoặc cần trục quay hoặc bố trí hỗn hợp cả hai

Chúng ta đang đi thiết kế thiết bị làm hàng cho tàu cỡ trung bình hoạt động ở vùng biển không hạn chế nên ta chọn cách bố trí hệ thống Derrick đơn loại nhẹ

Cần cẩu Derrick là thiết bị xếp dỡ được dùng sớm nhất trên tàu, cho đến nay chúng vẫn được sử dụng phổ biến ( và ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, hiện đại hóa) do

những ưu điểm hơn hẳn đó là: có tầm với lớn, sức nâng lớn (tầm với đạt 30m, sức nâng đạt 300T), kết cấu gọn nhẹ chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ sửa chữa và thay

thế, làm việc khá tin cậy

+Nhược điểm :

Tính cơ động không cao

Năng suất không cao ,

Tính cơ giới hóa thấp

- Việc chọn trọng tải của cần còn phụ thuộc vào yêu cầu của chủ tàu muốn nâng nhanh hay chậm Và điều này còn phụ thuộc vào hàng cần chở

-Đồng thời dựa vào bảng thống kê tàu mẫu theo tính chất từng loại hàng:

Bảng 1: Bảng thống kê tàu mẫu theo tính chất từng loại hàng

-Tàu hàng khô chở thiết bị máy móc thì ta lựa chọn sức nâng của cần cẩu là Q = 5 T

III.Bố trí thiết bị trên tàu

Hình 3.3 Derrick đơn , loại nhẹ

a) Có dây nâng cần và dây nâng hàng b)Có palăng nâng cần và palăng nâng hàng c)Có tời nâng cần

1.Cần , 2.Cột , 3.Mã quay của dây nâng cần , 4.7.9.15 mani , 5.Ròng rọc nâng cần , 6.Dây nâng cần , 8 Mã bắt cáp nâng hàng và nâng cần , 10.Ròng rọc nâng hàng , 11.Đối trọng , 12 Mắt xoay , 13 Móc cẩu , 14.Dây quay cần ,16.palăng quay cần , 17.Mã cáp nâng cần trên boong , 18.Gối đỡ cần và chốt quay đuôi cần , 19.Chạc đuôi cần , 20.Dây nâng hàng , 21.Ròng rọc dẫn hướng , 22.Đầu dây nâng hàng chạy vào tời , 23.Dây hoăc palăng tay nâng cần , 24.palăng nâng cần , 25.palăng nâng hàng

IV Xác định kích thước của cần cẩu

1 Góc nâng cần :

-Góc nâng cần : min = 15,max = 60

-Góc nâng cân khi hoạt động :  = 35  40

2 Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng

-Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng khoang hàng phụ thuộc kích thước các tời đặt giữa cột cẩu và miệng hầm hàng, phương pháp xếp nắp hầm hàng thường bằng (3,5 4 )m

1 , 23 3

2 5 , 3 cos

5 Chiều cao chân cần tính từ sàn tới

Chiều cao chân cần nhẹ tính từ sàn tời phải đảm bảo cho người đi lại dễ dàng bên dưới

và góc nghiêng của cáp

Chiều cao này thường bằng 2,25-2,5 m đối với tàu hàng bách hóa

Chọn h c = 2 , 3m

V TÍNH TOÁN CÁC ỨNG LỰC TRONG HỆ CẦN

1 Tính toán ứng lực trong hệ cần có dây chằng và dây điều chỉnh

-Việc xác định ứng lực trong cần cẩu đơn được tiến hành ở 3 góc nghiêng cần khác

nhau Tính ở góc nghiêng cần nhỏ nhất ,góc nghiêng trung bình ,góc nghiêng lớn nhất -Việc xác định ứng lực trong hệ cần nhẹ cẩu đơn được tiến hành theo phương pháp

như sau:

-Chọn tỉ lệ biểu diễn lực.Từ A vẽ vecto thẳng đứng Qo = Q + 0,5 Gc (với Q là trọng lượng hàng , Gc trọng lượng cần đưa về đầu cần ) Tại đầu Qo vẽ vecto S1 = Q.k (sức căng trong dây nâng hàng ) song song với cần OA Từ đầu S1 vẽ đường thẳng song

song với CA cắt OA tại một điểm , xác định được hai vecto T (sức căng lớn nhất trong dây nâng cần ) và N ( lực nén cần)

-Từ O vẽ vecto S2 =S1.k (sức căng trong nhánh dây nâng hàng vào tời) Nếu chưa bố trí được vị trí tời có thể lấy S2phương nghiêng góc 45 Từ đầu S2 vẽ vecto S1 Hợp lực Rc của S2và S1 là lực tác dụng vào ròng rọc chân cần

-Từ C vẽ vecto T Từ đầu T vẽ vecto thẳng đứng T1 (sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột)

i : bội suất hệ palăng nâng cần

:Hiệu suất của hệ palăng nâng cần

Hợp lực R T của T và T1 là lực tác dụng vào ròng rọc đỉnh cột

-Từ B vẽ vecto thẳng đứng Q Từ đầu Q vẽ S1 song song với OB Hợp lực R đ là lực tác dụng lên ròng rọc treo hàng

Hình 4.1 Phương pháp vẽ xác định hệ lực trong cần

( với 3 góc nghiêng cần )

-Sức căng trong nhánh dây nâng hàng : S1 = Q0.k

Với k = 1 + Ta chọn =0,05 khi dây cáp thép chạy trên ròng rọc ổ trượt

.

2 0

h

l h

l Q

3.Xác định sức căng trong hai palăng quay cần phía mạn T m và phía hầm hàng T h

2

h

l h



 sin cos

2 1

2

l

a l

2

l

a l



 sin cos 2 1

2

l

a l

2

l

a l

m

T  = 80

D B

Q A

T m

/1

0+

Q A

T m

/1

0+

h

B D

Q A

T h

/1

0+

Q A

T h

/1

0+

VI XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU VÀ TÍNH ĐỘ BỀN

1.Lựa chọn tháp cẩu

Kết cấu tháp cẩu được chọn thiết kế ở đây là tháp có một cột thẳng đứng được liên kết với boong chính và nóc nhà tời nhau bởi xà ngang đỉnh cột tạo thành một khung cứng

Ta chọn loại tháp cẩu một cột, loại đơn giản lắp cần đơn

2 Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu

-Ngoại lực của một cần làm việc theo chế độ cẩu đơn tác dụng lên tháp cẩu , Ứng với góc nghiêng cần nhỏ  = 

15+Số ròng rọc trong palăng nâng cần và nâng hàng là 2

+Lực T của palăng nâng cần tác dụng vào cụm ròng rọc đỉnh tháp: T = 69,6 KN

+Lực nén dọc cần N tác dụng vào gối đỡ cần : N = 108,7 KN

+Sức căng S1 của đoạn dây nâng hàng chạy dọc cần : S1= 51,5 KN

+Sức căng St của đoạn dây nâng hàng chạy vào tời : St = S2 = 51,07 KN

+Sức căng T1 của đoạn dây nâng cần chạy vào tời: T1 = 34,1 KN

-Các lực trên được phân thành các thành phần thẳng đứng Q a,Q c,Q tvà nằm ngang

L

o c

B C

h h

3.Quy đổi các ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu

Các ngoại lực có phương ngang thường quy đổi về lực ngang , đặt ở xà ngang đỉnh tháp

4 Chọn sơ bộ kích thước của mặt tháp cẩu

*Chọn vật liệu làm tháp cẩu là thép đóng tàu có ứng suất chảy giới hạn là :

-Khi đó kích thước mặt cắt tháp cẩu được tính toán sơ bộ như sau:

+Chọn chiều dày của mặt tháp cẩu : S > 15 mm

+Khi đó đường kính ngoài D ncủa tháp cẩu như sau :

D D

→ Vậy tháp cẩu thỏa mãn điều kiện bền

*Kiểm tra theo điều kiện cứng ;

5 Nội lực tác dụng lên tháp cẩu

Hình 5.4 Sơ đồ tính nội lực tác dụng lên tháp cẩu

Tính e: là khoảng cách từ tâm cột cẩu đến cụm mã quay bắt dây nâng cần, cụm mã quay bắt dây nâng cần được hàn lên đỉnh tháp đã lắp cụm ròng rọc của palăng nâng cần Kết cấu cụm mã quay này đã được tiêu chuẩn hóa (TOCT 8834-58), các kích thước được tra theo bảng (5.34) sách STTBT tập 2

Với tải trọng cho phép (Rt)max = 94,4 (kN), ta chọn tải trọng cho phép là 100 (kN)

Theo bảng 5.34,STTBT tập 2 ta có các thông số chính như sau:

Ta tính cho trường hợp gối đỡ cần nhẹ, với khoảng cách e1 (như hình vẽ) ứng với lực

M a =T a.e = 39744 KNmm

Trong đó : T a= 55,2 KN

e = 720 mm

d) Kiểm tra bền theo điều kiện quy phạm

Hình 5.5 Biểu đồ nội lực trong cột

Mu (kNmm) : momen uốn trong cột N (KN) :Lực nén trong cột

Mx(kNmm) :Momen xoắn trong cột

*Theo điều kiện sức bền :

→ Vậy cột thỏa mãn điều kiện bền

VII Tính chọn cần ,kiểm trra bền và ổn định cho cần theo quy phạm

1.Chọn cần theo lực nén

Căn cứ vào lực nén trong cần là : N =108,7 KN

Chọn kiểu cần loại III Cần gồm một đoạn ống trụ và hai đoạn ống côn ,

-Lực tác dụng trên chiều dài cần : q=Q/L = 11,07/20 = 0,5535 kN/m

-Lực nén cần N với độ lệch tâm e : N = 108,7 KN

- Coi cần như một dầm tựa trên hai gối như hình vẽ chịu các trải trọng:

- Điểm đặt của lực nén dọc cần N tại giao điểm giữa phương tác dụng của hợp lực

Rđ với lực căng dây T và nằm cách đường tâm cần một khoảng e ( trong thiết kế

cố gắng để e thật nhỏ) Do nén lệch tâm nên N sẽ gây ra mô men uố cho cần có trị số: m = N.e

3 Kiểm tra điều kiện bền

Theo điều kiện bền :max  

Ta có :

F

N W

M X

351 785 , 0 785 ,

6 , 8821 8

351

9 , 79 235 34 , 0 34

,



→ Vậy thỏa mãn điều kiện bền

4.Kiểm tra theo điều kiện ổn định