ĐỒ án THIẾT kế cần cẩu DERRICK đôi tàu HÀNG KHÔ

Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick loại cần cẩu đôi dùng cho tàu hàng khô. Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick loại cần cẩu đôi dùng cho tàu hàng khô. Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick loại cần cẩu đôi dùng cho tàu hàng khô. Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick loại cần cẩu đôi dùng cho tàu hàng khô.

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

Tầm với ngoài mạn phải đủ để xếp dỡ hàng lên cầu tàu Trị số Ro tối thiểu để xếp

dỡ hàng hoá lên cầu tàu là 2,0  2,5 ,m

Chọn tầm với ngoài mạn là : R0 = 4 ,m

2.6 Chiều dài cần:

Chiều dài cần phải thoả mãn 2 điều kiện là bốc hết hàng trong khoang và đ-a hàng ra mạn : l0 = max ( l01 , l02 )

 Theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang

l01.cosmin.cos1  a + 3/4 lk (1)

Trong đó:

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 d-ới nâng hàng

1 : góc quay cần hầm

2177 , 0 38 , 18

4 4

/ 3

1 ) (

5 , 0 '

' 1

C B HH

H O

tg

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 đ-ợc 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

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

1 Trọng l-ợng hàng

28 , 1 125 , 8

4 , 10 4

/ 1

) (

5 ,

R c B MA

A O

tg

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 dài diện tích phục vụ của hệ cần đôi ) Chân dây giằng K của cần hầm trên mạn giả th-ờng

đặt ở vị trí KH  O2H để giảm lực trong hệ cần Đầu cần mạn M cách mép ngang miệng hầm hàng phía cột cẩu một đoạn c/ 3 = 5,13 m và cách mạn tàu chỗ rộng nhất một đoạn bằng tầm với cần thiết R0 = 4,0 m Chân dây giằng L của cần mạn

đặt ngang đ-ờng 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, dây nâng hàng :

+ Vẽ hình chiếu đứng của cột AB

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

đứng này tại H, đoạn OH là vị trí thật của cần hầm trong mặt phẳng cần Đặt dọc mạn giả đoạn H”K’ = HK (H” : chân đường thẳng đứng HH’ trên mạn giả ) Đoạn HK’ là vị trí thật của dây giằng cần hầm trong mặt phẳng dây Làm t-ơng tự cho cần mạn

+ Qua H, M trên hình chiếu đứng kẻ các đ-ờng nằm ngang, ta xác định đ-ợc

H1, M1 cách nhau một đoạn a đo đ-ợc trên hình chiếu bằng H1, M1 là vị trí đầu cần trong mặt phẳng dây treo hàng Vẽ đường 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 dây nâng hàng 0 = H1TM1 ta xét cho tr-ờng hợp nguy hiểm nhất 0 = 120o Khi

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

4 Xác định lực trong hệ cần đôi

Ta xác định lực trong hệ cần đôi bằng ph-ơng pháp vẽ hoạ đồ lực ứng với 5 vị trí treo móc trên cung tròn H1TM1 Tại mỗi vị trí của T , vẽ trọng l-ợng hàng Q =

2500 KG theo tỉ lệ xích 1mm  0,82 KN Từ điểm đầu và cuối của véctơ Q vẽ hai

đ-ờng song song với TH1 và TM1 ta đ-ợc sức căng trong dây nâng hàng Sm và Sh Phân các lực Sm và Sh thành các thành phần thẳng đứng S”m, S”h và thành phần nằm ngang S’m=S’h=S’

Page 5

Trên hình chiếu bằng của hệ cần, từ điểm M đặt véctơ S’ dọc đoạn thẳng

MH, từ đầu véctơ S’ kẻ đường thẳng song song ML cắt O1M ta đ-ợc các thành phần nằm ngang của sức căng trong dây giằng Z’m và sức căng trong dây nâng cần T’m

Trên hình chiếu đứng, từ chân dây giằng L’ đặt theo phương ngang véctơ Z’m, từ đầu véctơ Z’m kẻ đường thẳng đứng cắt ML’ ta được sức căng trong dây giằng 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 lượt các véctơ S”m, Z”m và một nửa trọng l-ợng cần 0,5Gc Từ đầu véctơ 0,5Gc kẻ đ-ờng song song với dây nâng cần AM cắt đ-ờng trục cần OM, ta đ-ợc lực nén 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 là :

Nm = Nm + k.Sm

với k : hệ số kéo của ròng rọc đầu cần : k = 1 +  , ta chọn dây cáp là cáp thép chạy trong puli ổ tr-ợt :  = 0,05

 k = 1,05

Lực căng trong các dây và lực nén trong cần trong các tr-ờng hợp đ-ợc ghi

trong các bản vẽ và đ-ợc tổng hợp trong bảng sau (đơn vị KN)

Dây giằng cần mạn Zm 43.03 56.12 39.22 60.25 55.04 Dây giằng cần hầm Zh 66.67 88.08 61.24 94.71 86.46 Dây nâng cần cần

K = 1,05 ứng với tr-ờng hợp dây cáp treo chạy trên buli ổ tr-ợt

* 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 nén cần 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 :

Giả sử  là góc hợp bởi Sh và Sh” như hình vẽ

mS

h

m

S S T

M N

'

"

"

tg tg S S S

120

tg tg

tg tg Q

T h' sin49 93S' sin64 13

 T’h =

) 93 , 49 sin(

) 13 , 64 sin(

'.

o

o S

= 1,176.S’

Z’h = T’h.cos(49,93o) + S’.cos(64,13o) = 1,193.S’

'

"

"

h c

h

S tg

NM = NL.sin27,56o = (Sh” + Zh” + 0,5Gc).sin27,56o -

56 , 27

A C

Page 7

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:

Đ-ờng kính các loại dây cáp đ-ợc chọn dựa trên cơ sở lực căng lớn nhất phát sinh trong dây đ-ợc ghi trong bảng trên với hệ số an toàn n = 5 Cáp đ-ợc chọn là cáp 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 Pmax(KN)

Từ kết quả đo đ-ợc 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 :

- Lực nén tới hạn ơle:

Pe = n.P0 (Với cần thép n = 5- hệ số an toàn )

Vậy Pe = 5.138 = 690 ,(KN) = 70336 ,(KG)

i D

2 0

2 1

6.11

5.33

3.39

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 đ-ờng kính trung bình là

 : 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

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 l-ợng bản thân p = P2/lo =

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

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

c

l p

m o

2

x

o o

P P

P W

m W

M

F

P

1 max

πD

 = 79,67 ,(cm 2)

Wx =Wy =  3

3 η 1 32

πD

 = 482,45 ,(cm 3) W =  3

3 η 1 16 πd

 = 964,9 ,(cm 3)

Page 10

Ta đi xác định ứng suất cho phép cuả vật liệu:

 = 0,6 T =14,4 ,( KN/ cm2

)  max  

Vậy cần thoả mãn điều kiện bền

3.3 Kết cấu tháp cẩu

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

T

P - S' Q Q S"

T

B C

a

1 a

t

t c c

Page 11

Từ kết quả đo ta thấy lực tác dụng vào cần lớn nhất khi góc nâng cần nhỏ nhất Các lực này đ-ợc phân thành các lực theo ph-ơng ngang Ta , Tc ,Tt và các lực theo ph-ơng 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 th-ờng: D = (50  80 ).S , chọn D = 50S thay vào điều kiện bền và điều kiện cứng ta có 1962,5.S3  3924

b a b

3

b a a

L

6

3

 = 0,362

C2 =

i k L

i k L

6

3





= 0,638

N c a N Ma

L h L h

' 6 ) ' ' (

' 6 ) ' ' (

c Ca

L

h

' '

3 2

.

I G

I

E T



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

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

IT = Iz’ = 7467 ,(cm 4) 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 h-ớng dọc tàu :

3 6 3

2

"

i L k L

L T

1 2

.

2 1

2

h L T

C

C L

h C

L T

.

1 1

Ma Ca

c a

M Ey   a  Ca c = -167,35 , (KNm)

Page 14

L

h M

L

h M

Ey c Dy

Ky    = -121,63 ,(KNm)

N Ay = Q a + 0,5.G x = 63,72 ,(KN)

a Cy By

i

L T i

M M

N    .    0 , 5 = -47,56 , (KN)

NBy = NCy + Qc + Qt + q.hc = -12,67 , (KN)

NEy = q.L = 33,69 ,(KN)

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

l = 4 (m) : chiÒu dµi xµ ngang

2 1 (

"

0

L i

i i

532.090.00126.490.00-82.22-12.67

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

 = Mu/Wu + N”/A = 344,48.102/ 5172 - 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

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 đ-ợc chọn theo OCT 8834 - 58 Lực nén cần = 138 KN

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

2 d S

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

d S(R

H

1



= 2,3(KN/cm 2)   = 9,6(KN/cm 2) Vậy mã treo hàng đã chọn thoả mãn điệu kiện bền

Tỉ lệ 1 : 5

4.3 Cụm mã quay bắt dây nâng cần

Cụm mã quay bắt dây nâng cần đ-ợc hàn lên đỉnh tháp đã lắp cụm ròng rọc của palăng nâng cần để đổi h-ớng dây nâng cần Lực tác dụng vào cụm mã đ-ợc tính theo ph-ơng pháp vẽ hoạ đồ lực RT = 46 KN

= max3 1 ,

0 D

M

= 13,58(KN/cm 2)   = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm 2) Vậy mã đã chọn là phù hợp

5

6

0

1 2

Page 21

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 :

M +

cos

D ,

θa

+

4 πD

sinθ P

2

o = 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 :

= 310.5 (KNcm) (S :chiÒu dµy cña ch¹c ®u«i cÇn)

 max =

u w

Mmax =

3 1

max 1 ,

0 d

M = 14.3( KN/ cm 2)   = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm 2)

Theo ®iÒu kiÖn c¾t ta cã:

Page 22

KiÓm tra bÒn cho mãc :

-Tõ ®iÒu kiÖn mãc chÞu c¾t  kiÓm tra bÒn cho mãc theo ®iÒu kiªn chÞu c¾t :

525 , 24

3 2

* KiÓm tra bÒn cho chèt :

-Tõ ®iÒu kiÖn chèt chÞu c¾t  kiÓm tra bÒn cho chèt theo ®iÒu kiªn chÞu c¾t :

(Kg)



*Kiểm tra bền cho trục ròng rọc :

Ta kiểm tra bền cho trục theo điều kiện chịu cắt :

d



 /cm2  = 9,6(KN/cm2) Vậy trục ròng rọc đủ bền 

27 , 28



(KN/cm 2)   = 9,6(KN/cm 2)

Tấm t am giá c

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

bảng 5.54.STTBTT-2

(KN)

Lực kéo danh nghĩa trên tang

Khi quấn cáp có lực kéo danh nghĩa

Khi thả

l-ợng quấn cáp

.

KW v

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

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

(m/s)

Hệ

số

mở máy (%)

Năng suất (chu kì / giờ)

Số lần

mở máy trong một giờ

Động cơ Phanh

Kiểu tay khống chế

Kí hiệu

Page 26