đồ án thiết bị cẩu tàu hàng rời

Đây là đồ án thiết bị cẩu tàu hàng rời do sinh viên trường đại học giao thông vận tải tp . Hồ chí minh thiết kế Bài làm chính xác, có đính kèm bản vẽ chi tiết... Bài làm được đánh giá cao chúc các bạn thành công

LỜI MỞ ĐẦU

Nhằm nâng cao hiệu suất làm việc,tiết kiệm thời gian ở cảng ,tăng tính kinh tế chocác con tàu hàng thì trên các con tàu này có bố trí các thiết bị làm hàng như derrick,cầntrục,hoặc bố trí tổng hợp của loại thiết bị trên

Đồ án thiết bị xếp dỡ giúp ích cho sinh viên nâng cao kiến thức về cách bố trí,tínhtoán kích thước,nguyên lí hoạt động của thiết bị này

Để hoàn thành đồ án này kịp tiến độ, ngoài việc em tìm hiểu các tài liệu như giáotrình thiết bị tàu,sổ tay thiết bị tàu thủy tập II,qui chuẩn 2010,qui phạm thiết bị nâng hàngtàu biển 2003,thì có sự hướng dẫn tận tình của thầy NGUYỄN VĂN CÔNG

Mặc dù cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi những saisót,mong thầy chỉ bảo thêm để em rút kinh nghiệm cho những môn đồ án tiếp theo.Emxin chân thành cám ơn!

Sinh viên thực hiện

Đặng Văn Dũng

ĐỀ TÀI : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LÀM HÀNG TÀU HÀNG RỜI

(DERRICK)

I ) ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU :

1 ) Các thông số chính của tàu :

+ Chiều dài của tàu : L = 203 m+ Chiều rộng của tàu : B = 29,85 m+ Chiều cao của tàu : D = 20,93 m+ Chiều chìm của tàu : d = 13,95 m+ Chiều dài khoang hàng : L K = 29,75 m+ Chiều rộng khoang hàng: B K = 23,7 mLoại hàng mà tàu chuyên chở là gạo

Vùng hoạt hoạt động không hạn chế

2) Phân tích,lựa chọn cẩu :

+ Lựa chọn thiết bị xếp dỡ phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau:

_ kích thước của tàu

_ vùng hoạt động của tàu, tuyến đường mà tàu khai thác

_Loại hàng mà tàu chuyênchở

Hiện nay trên tàu hàng dùng phổ biến hệ thống cần trục derrick hoặc cần trục quay, hoặc

Có sức nâng vừa phải

Có kết cấu tương đối đơn giản , dễ chế tạo và bảo dưỡng

Chiếm ít diện tích ở boong

Giá thành rẻ

_ Nhược điểm:

Tính cơ động không cao

Có năng suất không cao, do phải dịch chuyển hàng hóa và chỉnh lại vị trí cần

Tính cơ giới hóa thấp

+Sức nâng cần : phân tích loại mã hàng mà tàu chở là gạo thì ta chọn sức nâng cần là

Q = 2,5 tấn

II ) BỐ TRÍ CẦN TRÊN TÀU :

DERRICK ĐƠN LOẠI NHẸ

1-Cần cẩu; 2- cột cẩu; 3- chốt chân cần; 4- chạc chân cần

5- cụm mã quay đỉnh cột; 6- puly đỉnh cột; 7- dây điều chỉnh;

8- cụm mã nâng cần đầu cần ; 9- puly treo hàng đầu cần; 10- ma ní bắt dây hang

11- tấm nối trung gian; 12- móc treo hang ; 13- dây chằng; 14- tăng đơ

15- dây hang; 16- puly chân cần; 17- nhánh dây hàng vào tời; 18- tời hàng

19-cơ cấu định vị dây điều chỉnh; 20-hai nhánh dây điều chỉnh; 21-tấm tam giác

III ) TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC VÀ ỨNG LỰC CỦA CẦN CẨU :

1 ) Tính toán kích thước của cần cẩu :

+ Các kích thước chính :

L K = 28,9 m là chiều dài khoàng hàng

B K = 23,7 m là chiều rộng khoang hàng

l k = 20,4 m là chiều dài miệng khoang hàng

b k = 20,4 m là chiều rộng miệng khoang hàng

α min = 150 là góc nghiêng cần nhỏ nhất

α max = 600 là góc nghiêng cần lớn nhất

α = 400 là góc nghiêng cần khi làm việc

ω = 600 là góc quay cần từ mặt phẳng đối xứng tàu ra phía mạn

b= 4,25 m là khoảng cách từ cột cẩu đến miện hầm hàng

a = R0+B max

2 = 18,925 m là khoảng cách từ đầu cần đến mặt phẳng dọc tâm tàu( điều kiện tầm với của cần ra ngoài mạn)

R o = 4m là tầm với ngoài mạn (R o=¿ 4÷ 4,5m khi trên cầu tàu không có cầu di động,tachọn R o = 4m )

Bmax = 29,85 m chiều rộng lớn nhất của tàu

+ Xác định chiều dài cần với điều kiện là bốc hết hàng trong khoang :

Chiều dài cần trong điều kiện đưa hết hàng ra ngoài mạn:

Chiều dài cần đã được tiêu chuẩn hóa nên dựa vào sổ tay thiết bị tàu thủy tập II,do đó ta chọn cần sơ bộ có chiều dài l c =22 m.

+chiều cao chân cần tính từ sàn tời :

h c = 2,5m (Chiều cao chân cần tính từ sàn tời hoặc boong đến tời phải đảm bảo người đilại dễ dàng bên dưới cần và góc nghiêng của cáp so với mặt phẳng giữa tang không quá

1,50 (khi tang trơn ) hoặc 20 (khi tang có rãnh ) và chiều cao này thường là từ 2,25 đến2,5m (đối với tàu hàng ) nên ta chọn là 2,5m

+chiều cao boong cẩu chọn = 2,5 m

+Vị trí giới hạn đầu cần :Tầm với lớn nhất của cần đơn giản phải đảm bảo cho cần với được không dưới 2/3chiều dài miệng hầm hàng Ở tầm với lớn nhất , chiều cao h1 từ đầu cần đến mặt trênmiệng hầm hàng hoặc mặt trên mạng chắn sóng lớn hơn chiều cao hàng

h '1 = 2,5 + 2,5 +22 sin150 - 1 = 9,69 m

Vậy ta chọn h1 = 9,69 m

+ Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần là h:

Tỉ số h/l lớn thì cột cao nhưng sức căng trong dây nâng cần và lực nén trong cần nhỏ vàngược lại Thường thì h/l = 0,4 ÷1 đối với cần nhẹ

nên h = 8÷ 22 m vậy chọn h = 16 m

2 ) Tính toán ứng lực của cần :

Việc tính toán góc ứng lực của cần thì ta phải tiến hành cho cần làm việc ở 3 góc nghiêngkhác nhau (góc nghiêng cần nhỏ nhất 150 ,góc nghiêng cần trung bình 400 ,góc nghiêngcần lớn nhất 600 )

Xác định ứng lực ở derrick đơn nhẹ được tiến hành theo phương pháp họa đồ vecto,cácbước tiến hành xác định ứng lực được tiến hành như sau:

_Chọn tỉ lệ biểu diễn lực Từ A vẽ vecto thẳng đứng Q0 =Q + 0,5.G c

(Với Q là trọng lượng hàng , G c trọng lượng cần) Tại đầu Q0 sẽ vẽ vecto S1 = Q k (Sứccăng trong nhánh dây nâng hàng)song song với cần OA Từ đầu S1 vẽ đường thẳng songsong với CA cắt OA tại 1 điểm ,ta xác định được vecto T ( sức căng lớn nhất trongpalang 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 tríđược tời thì có thể lấy phương S2 nghiêng góc 450.Từ vecto S2 vẽ vecto S1 Hợp lực của S2

,S1 là lực tác dụng vào rong rọc chân cầu

_Từ C vẽ vecto T Từ đầu vecto thẳng đứng T1 ( là sức căng trong nhánh dây nâng cầnchạy dọc theo cột ) T1 = T i ƞηη trong đó i = bội suất hệ palang nâng cần ƞηη là hiệu suấtcủa hệ palang nâng cần Hợp lực R T là hợp 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 d là lực tácdụng lên ròng rọc treo hàng

Ứng lực của cần tại 3 góc nghiêng cần (Xác định bằng phương pháp họa đồ vecto)

R T Dùng phương pháp họa đồ vecto 61,95 35,72 20,74 kN

R C Dùng phương pháp họa đồ vecto 45,67 38,89 32,12 kN

R d Dùng phương pháp họa đồ vecto 45,29 45,29 48,46 kN

Đồ thị thể hiện sự biến đổi của ứng lực cần qua các góc nghiêng cần

IV) CHỌN VÀ KIỂM TRA ĐỘ BỀN LOẠI CẦN CẨU CHO TÀU THIẾT KẾ:

Hình có tính chất minh họa cho cần kiểu II

_Kiểu III: Cần bao gồm 1 đoạn ống trụ và hai đoạn ống côn,lực nén cần 100

÷900KN,Chiều dài từ 10 ÷ 22m

Hình có tính chất minh họa cho cần kiểu III

2) Phân tích ưu nhược điểm của từng loại cần :

a) Kiểu I:

+ Ưu điểm :_Dễ chế tạo,sữa chữa

_Ứng suất phân bố đều

_Chiều dài của cần tương đối lớn

_Cần chịu được lực nén cần tương đối lớn

_Chịu được momen uốn lớn

+ Nhược điểm:

_Trọng lượng bản thân phân bố không đều

_Ứng suất thay đổi đột tại mặt côn,khi làm việc thì tại đoạn côn dễ bị hư hỏng vì ứng suấttập trung lớn nhất

_Khó chế tạo hơn kiểu I

+Nhược điểm:

_Khó chế tạo,sữa chữa

_Chi phí cao

3) Chọn cần cẩu:

_Từ những kiểu cần đã được tiêu chuẩn hóa

_Qua việc phân tích ưu nhược điểm của từng loại cần

_Điều kiện thỏa mãn về lực nén cần,và chiều dài tính toán sơ bộ

Với lực nén cần 64,8 Kn , chiều dài cần sơ bộ 22 m thì ta chọn cần kiểu III

Các thông số chính như sau:

Khi ta chọn cần chịu lực nén N = 200 kN, thì tra ( bảng 5.28 _Kích thước mã treohàng đầu cần nhẹ được tiêu chuẩn hóa ( ΓOCT 8835-58) (Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2,trang OCT 8834-58),trang 239, sổ tay thiết bị tàu,tập2) được các thông số của mã treo hàng đầu cần như sau:

Cần làm việc ở góc nghiêng lớn nhất Tính toán trên sap2 000 :

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC

N ( kN)

F (kN)

M uy(kN m)

+Đối với góc nâng cần nhỏ nhất:

a) Kiểm tra độ bền bằng qui phạm:

Áp dụng QCVN 23:2010/BGTVT ,Qui phạm thiết bị nâng hàng tàu thủy

Theo điều kiện bền thì :σ max ≤σ a

Với σ a = 0,34 σ y

σ y= 235 N/mm2

(Bảng 3.2 ,trang 18, QCVN 23:2010/BGTVT ,Qui phạm thiết bị nâng hàng tàu biển)

σ a = 0,34 235 = 79,9 (mm N2) = 7,99 (cm kN2)

Thõa mãn điều kiện bền

d) Kiểm tra theo điều kiện ổn định:

Áp dụng QCVN 23:2010/BGTVT ,Qui phạm thiết bị nâng hàng tàu thủy

σ= 1,15 ω σ c ≤ σ a(công thức 3.4.3 ,trang 18)

Với σ c=N

64,8117,84=0,55(cm kN2)là ứng suất nén dọc trục

ω=¿ hệ số tính theo công thức bảng 3.3 ,tương ứng với độ mảnh và kiểu của kết cấu liênquan

Mặt khác λ = l e √A I (m)

Với l e=l K = 22.0,5 = 11

K = 0,5 ,được xác định dựa vào bảng giá trị K trang 26

,và dựa vào đặc tính làm việc của cần thì ta chọn 1 hạn chế xoay và hạn chế chuyểnchuyển vị,một đầu kia tự hạn chế xoay và hạn chế chuyển vị

T : là lực căng của palang cần tác dụng vào cụm ròng rọc đỉnh tháp

N: là lực nén dọc cần tác dụng vào gối đỡ cần

S1 :sức căng của đoạn dây nâng hàng chạy dọc cần

S t: sức căng của đoạn dây nâng hàng chạy vào tời

Các lực trên được phân thành các thành phần thẳng đứng Q a ,Q c ,Q t và nằm ngang như T a

Chọn sơ bộ kích thước mặt cắt ngang của cột cẩu:

Căn cứ vào điều kiện về đảm bảo độ ổn định cục bộ của ống ,thì đường kính ngoài của ống D n và chiều dày ống S phải thỏa mãn điều kiện :

Đối với S ≤ 15mm thì D n ≤ 1000 S

25−S (mục 3.5.5 ,trang 204,công thức 5.65)Đối với S ≥ 15mm thì D n ≤ 100.S(mục 3.5.5 ,trang 204,công thức 5.66)

Thông thường thì D n = (50 ÷ 80) S

+ Đường kính ngoài D n=100 cm

+ Chiều dày cột cẩu S = 2 cm+ Đường kính trung bình của cột D tb = 98 cmb) Các đặc trưng hình học của mặt cắt :

+ Diện tích mặt cắt: A =π D.S = 3,14 98 2 = 615,44 (cm2¿

+ Modun chống uốn: W x=W y =0,785.D2 S=¿15078,28 (cm¿¿3)¿

+ Momen quán tính: I x=I y = 0,393 D3 S = 739776,9 (cm¿¿3)¿

c) Kiểm tra điều kiện bền,điều kiện cứng:

+ Điều kiện bền:

W c=0,785 Dtb2 S ≥ 10.∑Q l (cm¿¿3)¿ (công thức 5.58,trang 202,sổ tay thiết bị tàu,tập 2)

W c: Modun chống uốn của mặt cắt cột (cm¿¿3)¿

D dt: Đường kính trung bình của cột (cm)

S: Chiều dày tôn (cm)

l chiều dài cần (m)

W c=0,785.982.2= 15078,3 (cm¿¿3)¿ ≥ 10 24,5 22 = 5390 (cm¿¿3)¿

Thõa mãn điều kiện bền

+ Theo điều kiện cứng :

Thỏa mãn điều kiện cứng

L : khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng cần trên đỉnh cột

h : khoảng cách từ gối đuôi cần đến điểm treo palăng nâng cần trên đỉnh cột

∑Q l : Tổng các tích của sức nâng Q (KN) với chiều dài cần l (M) của tất cả các cần về

W x ≥ C1 C2 ρ W

Thõa mãn điệu kiện về modun chống uốn của đế cột theo qui phạm.

3) Tính toán cột cẩu bằng phần mềm Sap 2000:

_ Khoảng cách từ tâm cột cẩu đến palang nâng cần là :

_Các thông số chọn sơ bộ của cột cẩu đã trình bày ở phần V.2

N(kN) M(kN.m)

Q x ( kN) M uy(kN m) Q y(kN) M ux(kN m)

+ Kiểm tra độ bền cột theo qui phạm:

σ max=√ (σ b+σ c)2+3 τ2≤ σ a (công thức 3.3.2.1 ,trang 17, QCVN 23:2010)

N(kN)

+ Kiểm tra độ bền cột theo qui phạm:

σ amax=√ (σ b+σ c)2+3 τ2≤ σ a (công thức 3.3.2.1 ,trang 17, QCVN 23:2010)

τ : Ứng suất cắt do xoắn gây ra (kN/cm2¿

1) Sức căng dây trong hai palang cần quay về phía mạn T m,về phía hầm hàng T h:

Với α = 150 ,400 , 600,(góc nghiêng cần) ,ω =00, 600 (góc quay cần về phía mạn), a=

10 m (khoảng cách giữa hai cột quay cần)

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của Tm và Th qua các góc nâng cần

2) Chọn sơ bộ mặt cắt ngang cột quay cần :

a) Chọn thép đóng tàu :

+ Ứng suất chảy giới hạn : σ y = 235 (N/mm2)+ Mật độ thép ρ = 7,9 gcm−3

b) Chọn sơ bộ mặt cắt ngang :Chọn chiều cao cột h = 2,5 m

Chọn đường kính ngoài cột quay cần: Dn=30 cm

Chọn chiều dày cột quay cần S = 1cm

e= 15 +b.cos150 =366,6 mm = 0,3666 m

b = 364 mm,là khoảng cách tính từ đầu vòng treo tròn đến tâm của puly

Dựa vào bảng tính ở VI.1 thì ở trường hợp góc nghiêng cần 150 , lực căng dây T m là lớn nhất

+ Kiểm tra cột quay cần về phía mạn theo qui phạm:

σ max=√ (σ b+σ c)2+3 τ2≤ σ a(công thức 3.3.2.1 ,trang 17, QCVN 23:2010)

e= 15 +b.cos150 =366,6 mm = 0,3666 m

b = 364 mm,là khoảng cách tính từ đầu vòng treo tròn đến tâm của puly.

Dựa vào bảng tính ở VI.1 thì ở trường hợp góc nghiêng cần 150 , lực căng dây T h là lớn nhất

Từ các thông số trên thì ta tính toán trên phần mềm SAP 2000

Xuất ra biểu đồ nội lực sau :

N ( kN) Q x(kN ) M uy(kN m)

+ Kiểm tra cột quay cần về phía hầm theo qui phạm:

σ max=√ (σ b+σ c)2+3 τ2≤ σ a (công thức 3.3.2.1 ,trang 17, , QCVN 23:2010)

τ : Ứng suất cắt do xoắn gây ra (kN/cm2¿

Thõa mãn điều kiện bền theo qui phạm

VII ) TÍNH CHỌN CÁC CHI TIẾT CẤU THÀNH LÊN HỆ THỐNG CẨU:

2) Mã treo hàng đầu cần:

Hình minh họa mã treo hàng đầu cần

Khi ta chọn cần chịu lực nén N = 200 kN, thì tra ( bảng 5.28 _Kích thước mã treo hàngđầu cần nhẹ được tiêu chuẩn hóa ( ΓOCT 8835-58) (Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2,trang OCT 8834-58),trang 239, sổ tay thiết bị tàu,tập 2)được các thông số của mã treo hàng đầu cần như sau:

3) Mã quay cần :

Hình minh họa mã quay cầnDựa vào bảng 5.31 mã quay cần được tiêu chuẩn hóa ( ΓOCT 8835-58) (Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2,trang OCT 8834-58),trang 242,sổ taythiết bị tàu ,tập 2, thì ta chọn mã quay cần chịu tải cho phép là 60 kN ,với các thông sốchính như sau:

4) Cụm mã quay bắt dây nâng cần:

Dựa vào bảng 5.34, Cụm mã quay bắt dây nâng cần được tiêu chuẩn hóa

( ΓOCT 8835-58) (Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2,trang OCT 8834-58), (trang 245 , sổ tay thiết bị tàu ,tập 2) ta chọn cụm mã quay chịutải cho phép là 200 kN và các thông số chính của mã quay bắt dây nâng cần như sau:

5_Tấm hãm 6_Bulong đậy lỗ bôi trơn

11_ Chốt chẻ

5) Gối đỡ cần nhẹ :

Thông qua lực nén cần N = 200 kN đã được chọn ở phần IV.3 ,thì ta dựa vào bảng

5.35,Thông số của cụm gối đỡ cần nhẹ ( ΓOCT 8835-58) (Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2,trang OCT 8834-58),trang 245 và 246 ,Sổ tay thiết bịtàu ,Tập 2, để chọn gối đỡ cần nhẹ

Các thông số chính của gối đỡ cần nhẹ như sau:

Hình minh họa gối đỡ cần nhẹChú thích :

5_Chạc đuôi cần 6_Vòng chắn mỡ

7_Gối đỡ trên 8_Mã quay bắt ròng rọc dẫn hướng

9_Chạc của ròng rọc dẫn hướng 10_Gối đỡ dưới

11_Vít tháo nước 12_Đai ốc hãm

13_Chốt chẻ 14_Chốt đuôi cần

15_Chốt

6) Cụm móc cẩu :

Vì sức nâng nhỏ nên ta chọn móc cẩu đơn, đối trọng đơn giản là đối trọng xích

+ Ta chọn móc cẩu theo tiêu chuẩn ΓOCT 8835-58) (Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2,trang OCT 8342-57,bảng 5.41, trang 252,sổ tay thiết bị tàu thủy ,tập 2

Các thông số cơ bản của móc cẩu như sau:

Hình minh họa cụm móc cẩu

+ Mắt xoay kiểu đơn giản:

Vì khi ta dùng đối trọng xích thì ta chọn mắt xoay theo bảng 5.43,trang 254 ,sổ tay thiết

bị tàu thủy,tập 2

Các thông số chính của mắt xoay đơn giản :

II (ΓOCT 8835-58) (Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2,trang OCT 8341-57):

Các thông số chính của cụm ròng rọc kiểu I

Dựa vào bảng 7B/4.1 ta chọn ,trang 138,chương 4 ,tập 5,QCVN 21:2010/BGTVT,

Ta chọn cấp No1,số sợi thép 7,số tao 6,lõi sợi 1 tâm,dấu hiệu cấu trúc (6 x 7)

Dựa vào bảng 7B/4.3 ta chọn đường kính cáp là 22 mm,với tải trọng thử kéo đứt là

253 kN,khối lượng/1m chiều là 1,8kg

9) Chọn tời

Các yêu cầu kỹ thuật của tời nâng hàng theo TOCT 12617-78 như sau:

- Năng suất của tời (số chu kì làm việc trong 1 giờ) không nhỏ hơn trị số (Bảng 5.52 trang 260, Sổ Tay Thiết Bị Tàu Thủy Tập 2)

Lực kéo danh nghĩa

kN (T) Lực kéo quy ướckN (T) Nhóm tốc đô 2 và 3Năng suất tời (chu kì/ giờ) không nhỏ hơnNhóm tốc độ 4

- Tời phải nâng, hạ, giữ được hàng có trọng lượng bằng 1,25 lực kéo danh nghĩa:

36 x1,25 = 45 kN

- Tời phải chế tạo theo kiểu tời trái hoặc tời phải

- Tời thuộc nhóm tóc độ 1 không có bộ xếp cáp, tời nhóm tốc độ 2,3,4 có thể có bộ xếp cáp hoặc không Khi không có bộ xếp cáp số lớp cáp trên tang không quá ba lớp

- Tời phải có phanh tự động, thường đóng Phanh phải hãm tời khi đưa tay điều khiển

về vị trí “dừng” hoặc khi mất điện Lực phanh tính toán không nhỏ hơn 1,5 lần lực kéo danh nghĩa của tời: 54 kN

- Tời có thể có hoặc không có tang cong

- Khi tời chịu lực kéo danh nghĩa ứng suất tính toán trong chi tiết không lớn hơn 0,4 σ ch

- Quãng đường hãm của hàng (m) ứng với lực kéo danh nghĩa (tính từ lúc phanh bắt đầu hãm) không được vượt quá 0,6 lần trị số tốc độ hạ lớn nhất của hàng nói trên

(m/s) Khi nâng hạ hàng, ứng với lực kéo danh nghĩa, gia tốc không quá 3 m/s2

- Cáp nâng hàng dùng trong tời là cáp có giới hạn bền của sợi σ b= 1600 MPa theo TOCT 7668-69 và TOCT 2688-69

Tời giữ cần – là một loại tời nâng cần chỉ nâng được cần không có hàng trên móc nhưnggiữ được cần có hàng định mức trên móc