TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM HÀNG CHO TÀU CONTAINER FORTUNE FREIGHTER

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM KHOA VIỆN HÀNG HẢI BÁO CÁO MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN II TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM HÀNG CHO TÀU CONTAINER FORTUNE FREIGHTER TP HCM t.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA: VIỆN HÀNG HẢI BÁO CÁO MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN II TÍNH TỐN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM HÀNG CHO TÀU CONTAINER FORTUNE FREIGHTER TP.HCM tháng 5, 2020 MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu tàu Container Fortune Frieghter - Tàu container Fortune Freighter sản xuất vào năm 1997, đóng nhà máy đóng tàu Watanabe Zosen K.K., Nhật Bản - Con tàu hãng tàu VOSCO sở hữu khai thác, chủ yếu tuyến nội địa Bắc Nam - Fortune Freighter loại tàu chở container với cơng suất máy 5979kW với sức chở 8900 - Sau hình ảnh tàu container thông số tàu: Hình 1: Hình ảnh tàu container Fortune Freighter 10 11 12 13 14 15 16 17 - Thông số tàu Container Fortune Freighter: + Chiều dài lớn nhất: LOA = 123,57 m + Chiều rộng thiết kế: B = 18,5 m + Chiều cao mạn: D = 11,4 m + Chiều chìm tồn tải: T=8m + Lượng nước chiếm toàn tải: ∆ = 12760,8 + Tốc độ tàu: v = 16 hải lý/h + Trọng tải: W = 8937,8 + Thông số cẩu: x 36T + Cơng suất máy chính: 5979kW Giới thiệu thiết bị làm hàng - Thiết bị làm hàng xếp vào nhóm phụ tải boong tàu, thiết bị quan trọng tàu thủy, có chức bốc xếp hàng hóa lên tàu, xuống tàu, suất thiết bị làm hàng phải đảm bảo khả tàu chờ nên giảm giá thành vận tải 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Hình 2: Thiết bị làm hàng tàu thủy 37 38 39 40 - Đặc điểm chung nhóm phụ tải loại tải năng, có giai đoạn làm việc chế độ hãm 17.1 18 - Thiết bị làm hàng có ba cấu bao gồm cấu nâng hạ hàng, cấu quay mâm, cấu nâng hạ cần 42 - Các thiết bị làm hàng chủ yếu tàu thủy sau: 43 41 44 Hình 3: Các thiết bị làm hàng 46 - Hệ thống điều khiển thiết bị làm hàng có bảo vệ sau: + Bảo vệ tải: dùng rơ le nhiệt , rơ le dòng cảm biến 45 47 48 nhiệt + Bảo vệ ngắn mạch: dùng cầu chì, CB 49 + Bảo vệ 50 + Bảo vệ nâng hàng cao, hạ hàng thấp, trùng cáp, sức căng cáp lớn, góc quay lớn 51 + Bảo vệ cuộn hút phanh má phanh - Chu kì làm hàng thiết bị làm hàng: tính từ móc hàng vào móc, nâng hàng lên, đưa hàng sang ngang, hạ hàng xuống, tháo hàng ra, nâng móc khơng lên, đưa móc khơng sang ngang, hạ móc khơng xuống, móc hàng vào cho chu kỳ tiếp 53 54 55 56 57 58 52 59 Hình 4: Đồ thị phụ tải cấu nâng hạ hàng cần trục tời đơn 61 62 TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG 62.1 Lựa chọn thơng số cần trục, tang trống, móc khơng 63 - Ta chọn thiết bị làm hàng cần trục 64 - Chọn thông số cần trục 65 60 66 Hình 5: Hình ảnh cần trục 68 69 Thông số cần trục + Trọng tải: 36 + Tầm với max: 26m 70 + Tầm với min: 4,5m 71 + Tốc độ nâng hàng: 18,5 m/p ứng với tải trọng 36 72 + Tốc độ hạ hàng: 55m/p ứng với tải trọng 36 73 67 74 75 76 Hình 6: Thơng số cần trục 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 - Chọn thông số tang trống: 87 88 89 Hình 7: Hình ảnh tang trống 90 91 92 93 94 95 Hình 6: Thơng số tang trống 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 - Chọn móc khơng: 107 108 109 Hình 7: Thơng số móc khơng 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 126.1 Tính tốn moment cản trục động theo giai đoạn 10 202 203 204 Với khả qúa tải theo moment động chế độ quay Dựa vào thông số động ta chọn, ta có 205 = 4193,1 = 8386,2 (Nm) 206 206.1.1 Thời  Thời gian gian giai đoạn độ không làm việc giai đoạn độ 207 - Thời gian giai đoạn độ bao gồm thời gian khởi động động nâng hàng hạ hàng 208 - Trong thực tế, thời gian khởi động nâng hàng nằm khoảng 209 = (1,5 (Truyền Động Điện Tàu Thủy Lưu Đình Hiếu) 210 Để thỏa mãn hai yêu cầu thời gian khởi động ngắn an toàn cho thiết bị ta chọn = 3s 211 - Thời gian khởi động hạ hàng phụ thuộc vào trạng thái hãm hạ hàng, ta có = 0,5 = 1,5s (Truyền Động Điện Tàu Thủy Lưu Đình Hiếu)  Thời gian giai đoạn không làm việc 212 - Thời gian giai đoạn không làm việc bao gồm thời gian tháo móc hàng hóa, thời gian đưa móc hàng sang ngang 213 - Thời gian móc tháo hàng hóa: 214 + Thời gian phụ thuộc vào trình độ tổ chức quản lí bốc xếp hàng hóa cảng, đồng thời phụ thuộc vào loại hàng hóa xếp dỡ Để tính tốn ta dựa vào bảng sau: 215 216 217 218 219 220 221 222 223 Hình 11: Bảng chu kỳ làm hàng 15 224 Đối với đa số thiết bị làm hàng tàu thủy có tải trọng khơng lớn Tổng thời gian móc hàng tháo móc chọn khoảng 226 = (80 110)s (Truyền Động Điện Tàu Thủy Lưu Đình Hiếu), ta chọn = 100 (s) 227 - Thời gian đưa móc hàng sang ngang: thời gian thời gian cấu quay mâm làm việc 228 Thời gian tính sau: 229 + Thời gian đưa hàng sang ngang: 230 = 1,25B + = 1,25 x 18,5 + = 28,125 (s) 231 + Thời gian đưa móc khơng: 232 = 0,75B + = 0,75 x 18,5 + = 18,875 (s) 233 (Các cơng thức có sách Truyền Động Điện Tàu Thủy Lưu Đình Hiếu) 233.1.1 Nghiệm động 234 - Để nghiệm động ta dùng phương pháp tải trung bình bình phương sau: 225 235 236 237 238 239 Từ ta tính = 3097,12 - Điều kiện kiểm nghiệm là: Ta có: Từ động ta chọn thỏa điều kiện 240 241 TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG CƠ CẤU NÂNG HẠ 242 CẦN Các lực tác động cấu nâng hạ cần - Cơ cấu nâng hạ cần cần trục tời hàng thiết bị dùng để thay đổi tầm với trình làm hàng Động điện thực cấu nâng hạ cần làm việc chế độ ngắn hạn Trong tính tốn cần tính cho chế độ nâng hạ cần với tải định mức Khi nâng hạ cần, lực tạo nên moment cản trục động điện bao gồm thành phần sau: 244 + Lực cản trọng lượng hàng hóa 242.1 243 16 + Lực cản trọng lượng cần + Lực cản ma sát puly ổ đỡ + Lực cản gió (lực nhỏ nên bỏ qua) 246.1 Moment trọng lượng hàng hóa trọng lượng cẩu 247 - Dựa vào sơ đồ mô tả lực tác dụng lên cấu nâng hạ cần, ta tính thơng số tạo nên tải cấu Để đơn giản tính tốn coi tải trọng cần phân bố dọc theo cần 248 245 246 249 250 Hình 12: Sơ đồ lực tác dụng cấu nâng hạ cần 251 252 253 - Khi nâng cần momen cản trọng lựơng hàng hóa trọng lượng cần tính sau: 254 255 = - Khi hạ cần mô men cản trọng lựơng hàng hóa trọng lựơng cần tính sau: 256 257 = (2 ) Trong : T sức căng dây cáp, sức căng dây cáp phụ thuộc vào góc nghiêng cần tính cách giải phương trình 258 17 cân lực theo trục x, y phương trình cân momen gốc cần sau: Phương trình cân momen : 259 260 => T = 261 262 Trong xác định dựa vào góc nghiêng cần α 263 Với : + : trọng lượng hàng hóa móc không 264 = 343000 + 4508 = 347508 (N) 265 266 + : trọng lượng cần = 36000 9,8 = 352800 (N) 267 + , ,,: khoảng cách hình vẽ = lsin , = 268 = 269 Ta có: l: chiều dài cần trục 270 8,5 (m) 271 • Khi = 60 thì: 272 = lcos60 = 28,24 cos6014,12 (m) 273 = lsin60 = 28,24 sin6024,46 (m) 274 = = = 12,23 (m) 275 Từ ta suy = = 463kN 276 Ta tính moment cản sau : 277 = = = 6,5 kNm = (2 ) = kNm 278 • Khi = 15 thì: 279 = lcos15 = 28,24 cos15 = 27,3 (m) 18 l = D = 28,24 (m), h = 280 = lsin15 = 28,24 sin15 = 7,3 (m) 281 = = = 3,65 (m) 282 Từ ta suy = = 457,92kN 283 Ta tính moment cản sau : = = = 6,4kNm 284 = (2 ) = kNm 285 286 287 288 289 290 291 292 292.1 293 Moment cản ma sát puly ổ đỡ - Moment ma sát gây nên là: 294 295 296 297 298 299 • Với: + N: lực dọc theo cần N = (Gh + Gk) cosα + f: hệ số ma sát f = (0,080,15), ta chọn f = 0,15 + T : lực căng dây + : bán kính ổ đỡ = 0,7 m + : bán kính pu li = 0,4 m + Góc ơm cáp puly 90o (1/4) Khi α = = 463kN = (Gh + Gk) cosα = (347508 + 352800).cos = 350154 (N) = 50656,17 (Nm) Khi α = 303 = 457,92kN 300 301 302 • 19 304 = (Gh + Gk) cosα = (347508 305 = 84764,4 (Nm) 305.1 Thời gian nâng hạ cần 306 - Giới hạn giới hạn dưới: 307 = 14,1m 308 = 27,3 m 309 - Thời gian nâng cần: 310 = = 44s 311 - Thời gian hạ cần: 312 = = 29,3s 313 Với = 18,5 (m/p) = 0,3 (m/s) + 352800).cos = 676445,6 (N) 314 315 316 317 318 319 320 320.1 321 Đồ thị cấu nâng hạ cần - Moment tải nâng cần là: Mnd =+ Mmsd = 6,5 + 50656,17 = 57156,17Nm 322 Mnc = + Mmsc = 6,4 + 84764,4 = 91164,4 Nm 323 324 325 326 Hình 326.1 13: Đồ thị tải Tính tốn chọn động điện cấu nâng hạ cần 20 - Dựa vào đồ thị phụ tải hình 13, ta xác định moment tương ứng động quay cấu nâng hạ cần sau: 327 328 Từ ta tính = 6195,91 (Nm) Chọn = = 6195,91 (Nm) 329 330 331 - Tốc độ động cơ: = 215 (v/p) - Công suất 332 động cơ: Pdmtt = 333 = = 139,34kW 334 335 336 337 338 339 340 - Dựa vào catalog động cơ, ta chọn động sau: + Công suất : 160kW + Tốc độ: 156 vòng/ phút + Điện áp định mức: 380V 21 341 342 Hình 343.1 344 14: Thông số động nâng hạ cần 343 Nghiệm động cấu nâng hạ cần - Phương pháp kiểm nghiệm động theo điều kiện phát nóng gián tiếp: 345 346 347 348 349 Ta có : Mômen định mức động cơ: = 24640 (Nm) : thỏa mãn điều kiện phát nóng 350 351 352 354 354.1 353 TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG CƠ CẤU QUAY MÂM Các lực tác động cấu quay mâm 22 - Cơ cấu quay mâm cần trục tạt cần tời hàng thiết bị dùng để đưa hàng sang ngang trình làm hàng Động điện thực cấu nâng hạ cần làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Một chu kỳ công tác cấu quay phân thành hai giai đoạn: giai đoạn quay thuận có tải giai đoạnquay ngược có móc khơng Trong q trình quay cần lực tác động tạo nên mô men cản tục động điện bao gồm thành phần sau: 355 356 + Lực cản trọng lựơng hàng hóa cần tàu bị nghiệng 357 + Lực cản ma sát ổ đỡ 358 + Lực cản gió + Mơ men cản qn tính (vì tầm với xa nên mơ men qn tính đáng kể nên tính tốn phải đưa vào) 359 360 361 Hình 15 : Các lực tác động lên cấu quay mâm 362 363 364 365 Thông số cần trục : 23 366 367 368 369 + Trọng lượng hàng hóa : 343000 (N) + Trọng lượng cần cẩu: 352800 (N) + Tốc độ quay cần: 0,55 vòng/phút + Khối lượng cụm móc: 460 kg 370 370.1 Moment cản ma sát ổ đỡ - Phương trình cân moment điểm A: 371 372 Trong đó: 373 374 + góc nghiêng lớn (khơng q độ) 375 + : trọng lượng hàng hóa, cần cẩu 376 (N) 377 = 352800 (N) 378 + 24,46 (m) 379 + = = = 12,23 (m) 380 + 14,12 (m), = 7,06 m , = = 7,06 m 381 382 Từ suy X = 1883197,364 (N) - Phương trình cân lực theo trục x: = X )sin = 1822554,4 (N) 383 - Phương trình cân lực 384 theo trục y: Y = )cos = 693152,3 (N) 385 386 24 387 388 Moment ma sát gối đỡ: 389 390 + Ở gối đỡ trên: (Nm) 391 + Ở gối đỡ dưới: (Nm) 392 + = 48520,661 (Nm) Với = = 0,7 (m): bán kính ổ đỡ trên, 393 Tổng moment ma sát: 394 394.1 395 396 397 = 431257,081(Nm) Moment cản gió - Lực cản gió xác định sau: = đó: 398 399 + : áp lực gió = 40 + : diện tích chắn gió hàng (m2), diện tích phụ thuộc cách tương đối theo trọng tải hàng, dựa vào bảng, ta chọn = 13 400 401 402 403 404 Hình 16: Bảng diện tích chắn gió hàng + diện tích chắn gió cần = 2,7 m + : góc cửa cần (ở lấy góc cần có tầm với xa nhất) = 25 405 Từ ta suy ra: = 565,64 (N) 406 - Moment cản gió sinh là: 407 = = 2912,4 (Nm) 408 408.1 Moment cản trọng lượng hàng hóa gây tàu bị nghiêng 409 - Moment cản trọng lượng hàng hóa gây tàu bị nghiêng xác định theo công thức: 410 = 467953,46 (Nm) 25 411 412 412.1 Moment cản quán tính gây - Do tầm với cần trục cao nên quay cần mô men quán tính sinh lớn Để xác định moment cản quán tính gây cần phải xác định tốc độ quay gia tốc quay cấu 413 - Theo qui phạm tốc độ quay cần trục chọn khoảng n K = (1 ÷ 3) v/p phụ thuộc vào tầm với cần trục 414 415 - Tốc độ đầu cần có tải chọn khoảng 0,5m/s 416 - Tốc độ góc ta chọn ωK =(8 -10)o/s ứng với nk = (1,33 - 1,67) v/p - Để tránh cho hàng bị lắc gia tốc, chọn thời gian khởi động cho cấu quay mâm tkđ = 5s 417 418 - Moment quán tính cần trục: 419 Trong đó: moment qn tính phần tử 420 + Các phần tử có khối lượng (hàng hóa, móc khơng, cần cẩu): 421 = (35000+460+36000) (0,5)2 = 17865 (kgm2) 422 + Các phần tử quay (bánh đà, mâm quay): 423 = 80000 (kgm2) 424 97865 425 - Moment quán tính: 426 = 156584 (Nm) 427 428 429 430 431 432 26 Đồ thị tải cấu quay mâm - Đồ thị tải cấu quay mâm mối quan hệ moment cản trụ cần với góc quay cần dựng sở tổng moment thành phần nêu gây cho cấu 432.1 433 434 435 = 116975,221 (Nm) 436 437 Hình 17: Đồ thị tải cấu quay mâm 439 Tính tốn chọn động điện cấu quay mâm - Moment định mức động cơ: 438 439.1 440 441 442 443 444 445 = 647858,9 (Nm) - Tốc độ quay định mức: (vịng/phút) - Cơng suất định mức tính tốn là: = = 195kW 446 447 448 449 - Từ ta chọn động có cơng suất 200kW, điện áp 380V 450 27 451 452 Hình 453.1 454 17: Thơng số động quay mâm 453 Nghiệm động cấu quay mâm - Ta kiểm nghiệm động quay mâm theo khả phát nhiệt: 455 456 457 458 459 Với: = 52,1 s = 2,5 = = 28,125 (s) = = 18,875 (s) 460 461 462 Từ suy = 78000 < = 200 470 = 94000 Vậy động ta chọn thỏa điều kiện 463 464 1) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tính tốn thiết kế TDDTT 28 2) 3) Truyền động điện tàu thủy Lưu Đình Hiếu Các báo cáo khóa trước 29 ... cấu quay mâm, cấu nâng hạ cần 42 - Các thiết bị làm hàng chủ yếu tàu thủy sau: 43 41 44 Hình 3: Các thiết bị làm hàng 46 - Hệ thống điều khiển thiết bị làm hàng có bảo vệ sau: + Bảo vệ tải: dùng... độ tàu: v = 16 hải lý/h + Trọng tải: W = 8937,8 + Thông số cẩu: x 36T + Công suất máy chính: 5979kW Giới thiệu thiết bị làm hàng - Thiết bị làm hàng xếp vào nhóm phụ tải boong tàu, thiết bị quan... nâng hàng cao, hạ hàng thấp, trùng cáp, sức căng cáp lớn, góc quay lớn 51 + Bảo vệ cuộn hút phanh má phanh - Chu kì làm hàng thiết bị làm hàng: tính từ móc hàng vào móc, nâng hàng lên, đưa hàng