Đồ án thiết kế cần cẩu derrick

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

NỘI DUNG THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK :

A.ĐỀ TÀI:

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG:

I.1 Lựa chọn và bố trí cẩu

I.2: Một số ưu và nhược điểm của Derrick đơn loại nhẹ

I.3: Lựa chọn sức nâng mã hàng của cần cẩu

PHẦN II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA CẨU:

II.1: Các thông số yêu cầu

II.2: Xác định chiều dài cần

II.3: Tính sơ bộ trọng lượng cần

PHẦN III: XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN ỨNG LỰC:

III.1: Xác định ứng lực tại các góc nghiêng cần

III.2: Xác định sức căng trong hai palang nâng hàng ra ngoài mạn và trong hầm hàng

PHẦN IV TÍNH CHỌN CẦN, KIỂM TRA BỀN VÀ ỔN ĐỊNH CHO CẦN THEO

PHẦN MỀM SÁP 2000 VÀ THEO QUY PHẠM

I.Chọn cần

II Ngoại lực tác dụng lên cần

III Xác định nội lực tác dụng lên cần

IV Kiểm tra cần theo điều kiện ổn định

V Kiểm tra độ bền theo tải trọng tổng hợp

VI Kiểm tra theo ứng suất nén tổng hợp

PHẦN V: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU VÀ TÍNH ĐỘ BỀN CỘT CẨU I.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU

1.Lựa chọn loại tháp cẩu

2 Ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu

3 Các ngoại lực lên tháp cẩu

4 Chọn sơ bộ kích thước mặt cắt tháp cẩu

II.TÍNH ĐỘ BỀN CỘT CẨU

1.Kiểm tra lại theo điều kiện bền 2.Kiểm tra lại điều kiện cứng

3 Nội lực tác dụng lên cột cẩu

3.1Mô men uốn 3.2Lực nén 3.3 Mô men xoắn

4 Kiểm tra điều kiện bền cột theo Phần Mềm Sap2000

4.1 Mô men uốn và lực nén ở đầu cột 4.2 Mô men uốn và lực nén ở gối đỡ cần 4.3 Kiểm tra điều kiện bền theo công thức quy phạm PHẦN VI TÍNH TOÁN CỘT CẦN QUAY

I.Cột quay cần mạn

1.1: Lựa chọn loại cột quay cần 1.2: Các ngoại lực tác dụng lên cột quay cần 1.3: Chọn mặt cắt ngang cột quay cần

1.4: Nội lực tác dụng lên cột quay cần 1.5: Kiểm tra điều kiện bền theo công thức quy phạm II.Cột quay cần hầm

2.1: Lựa chọn loại cột quay cần 2.2: Các ngoại lực tác dụng lên cột quay cần 2.3: Chọn mặt cắt ngang cột quay cần

2.4: Nội lực tác dụng lên cột quay cần 2.5: Kiểm tra điều kiện bền theo công thức quy phạm PHẦN VII: TÍNH CHỌN CÁC CHI TIẾT CỦA CẨU DERRICK

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

A ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM HÀNG TÀU VẬN TẢI HÀNG KHÔ ĐI BIỂN

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA TÀU:

Chiều dài tàu : L = 96,26 (m)

Chiều dài miệng khoang hàng : 19,5 (m)

Chiều rộng miệng khoang hàng : 9,6 (m)

Loại hàng tàu chuyên chở : Tàu chở gỗ

PHẦN I: GiỚI THIỆU CHUNG I.1: Lựa chọn và bố trí cẩu:

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

Việc bố trí các thiết bị xếp dỡ, số lượng trên tàu hàng nhìn chung phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Loại tàu, kiểu tàu và vùng hoạt động của tàu

• Kích thước và tốc độ tàu

• Loại hàng mà tàu phải chở

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

Derrick là thiết bị xếp dỡ được dùng sớm nhất trên tàu, cho đến nay chúng vẫn được

sử dụng khá phổ biến và ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, hiện đại hóa

I.2: Một số ưu và nhược điểm của Derrick đơn loại nhẹ:

● Ưu điểm:

• Có sức nâng vừa phải, đáp ứng được yêu cầu làm hàng cho tàu nhỏ

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

•Chiếm ít diện tích ở boong

• Gía thành tương đối rẻ

● Nhược điểm:

• Tinh cơ động không cao

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

• Tính cơ giới hóa thấp

19 cơ cấu địnhvị dây điều chỉnh

20 hai nhánh dây điều chỉnh; 21 Tấm tam giác

I.3: Lựa chọn sức nâng mã hàng của cần cẩu:

Với kiểu tàu chở hàng loại này ( tàu chở gỗ) ta tính chọn loại derrick đơn loại nhẹ, dựa

vào bảng thống kê tàu mẫu theo tính chất từng loại hàng Ta chọn trọng lượng mã hàng là :

P h = 2,5T (gỗ xẽ tiêu dùng có sức nâng cần từ 2,3T → 2,7T ) Ở đây gỗ tiêu dùng có nhiều

nhóm loại khác nhau nhưng trung bình 1m3

có trọng lượng khoảng 0,8 tấn (1m 3 = 0,8T) Tuy nhiên ta tính chọn sức nâng hàng mỗi lần của cần cẩu là: P = 5,6T

PHẦN II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA CẨU:

Kích thước cơ bản của cần cẩu, cột cẩu, phụ thuộc vào kích thước tàu, cách bố trí hầm hàng, cách bố trí các cần trục trên tàu, công dụng của tàu, …

II.1: Các thông số yêu cầu:

II.1.1: Góc nghiêng cần nhỏ nhất:

Đây là góc nghiêng nhỏ nhất của cần khi làm việc, thông thường đối với Derrick loại nhẹ ta chọn góc nghiêng nhỏ nhất θmin=150

II.1.2: Góc nâng cần lớn nhất:

Với loại cẩu Derrick loại nhẹ ta chọn θmax =

II.1.3: Góc nâng cần khi làm việc:

Chọn θ =

II.1.4: Góc quay cần khi làm việc:

Đối với cần nhẹ nên ta chọn α =

II.1.5: Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng:

Khoảng cách này được tính theo phương dọc tàu, được tính từ trụ cẩu đến miệng hầm hàng :

a = 3,9 (m) (Tính theo kết cấu tàu)

II.1.6: Chiều cao chân cần:

Là chiều cao tính từ sàn hoặc boong, ta chọn khoảng cách này hC= 3 (m) (đối với tàu chở gỗ)

II.1.7: Tầm với ngoài mạn:

Tầm với ngoài mạn đủ để xếp dỡ hàng hóa lên cầu tàu, giả sử trên bờ không có phương tiện xếp dỡ Ta chọn tầm với lớn nhất b = 4 (m)

II.1.8: Vị trí giới hạn đầu cần:

Ở tầm với lớn nhất,cần đơn phải đảm bảo với được không dưới 2/3 chiều dài miệng khoang hàng lk

Ở tầm với lớn nhất, chiều cao h1 tính từ đầu cần đến miệng hầm hàng hoặc mặt trên mạn chắn sóng phải lớn hơn chiều cao hàng h1 = (5 6) m

Khoảng cách này ta chọn: h1 =3 + l0 sinθ - 1 = 5,88 ; Chọn h1 = 6(m)

II.2: Xác định chiều dài cần:

●Chiều dài cần được xác định theo hai điều kiện:

• Chiều dài cần để bốc hết hàng trong khoang: =

• Chiều dài cần để đưa hàng ra hai bên mạn tàu: l02 =

→ Vậy chiều dài cần được chọn để tính toán là: =max

•Với giả thiết ban đầu:

- Góc nghiêng cần nhỏ nhất :θmin = 150

- Khoảng cách từ cột cẩu đến miêng hầm hàng : a = 3,9 (m)

- Góc quay cần khi làm việc là 600, vậy α = 600

- Chiều dài miệng khoang hàng : lk = 15,6(m)

- Chiều rộng của tàu : B = 15,53(m)

- Tầm với lớn nhất b = 4(m)

Vậy :

- Chiều dài để đưa ra hai bên mạn tàu: l01 = 14,8(m)

- Chiều dài cần để bốc hết hàng trong khoang: l02 = 14,06(m)

Vậy:

l0 = max = 14,8(m) Chọn l0 = 15(m)

●Ta đi xác định chiều cao cột cẩu:

Là chiều cao cột cẩu tính từ chân cần đến điểm treo chân cần h, với cần cẩu đơn làm việc nhẹ tỷ lệ h/l phụ thuộc vào chiều dài và chiều rộng của tàu Tỷ lệ h/l =(0,8 ÷ 1,2), ta chọn tỷ

lệ này: h/l = 0,8, từ đó ta có: Chiều cao cột cẩu h= 12(m)

Hình vẽ minh họa

II.3: Tính sơ bộ trọng lượng cần:

Việc tính chọn sơ bộ trọng lượng của cần phụ thuộc vào từng loại cần, cần Derrick đã được tiêu chuẩn hóa gồm 3 kiểu chủ yếu

Với chiều dài cần đã chọn l0 = 15(m) ta chọn Derrick kiểu III( chiều dài cần từ 10÷22m) Theo bảng tra thông số kỹ thuật của cần trục kiểu III (trang 235 sách sổ tay thiết

bi tàu thủy – Trần Công Nghị )

Ta chọn trọng lượng cần có khối lượng: Q = 850 (kg)

PHẦN III: XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN ỨNG LỰC:

Việc xác định các thành phần ứng lực có nghĩa là

xác định các ứng lực phát sinh trong cần, cột, trong

các dây dưới tác dụng của trọng lực hàng treo trên

móc P

Để xác định ứng lực trong cần cẩu đơn người ta

tiến hành ở 3 góc nghiêng cần khác nhau Tính ở góc

nghiêng cần nhỏ nhất, góc nghiêng cần trung bình và

góc nghiêng cần lớn nhất

Để tính các thành phần ứng lực này, ta sử dụng

phương pháp họa đồ lực Phương pháp này được tiến

hành như sau (tính cho trường hợp góc bất kỳ) :

• Chọn tỷ lệ biễu diễn lực Từ A vẽ véc tơ thẳng

đứng Q 0 = Q + 0.5G c (trong đó : Q là trọng lượng

hàng; Gc là trọng lượng cần)

Tại đầu Q0 vẽ véc tơ S1 = Q.k biễu diễn sức căng

trong nhánh dây nâng hàng và song song với cần

OA Từ đầu S1 vẽ đường thẳng song song với CA cắt

OA tại một điểm, từ đó ta xác định được véc tơ sức

căng T lớn nhất trong dây nâng cần và lực nén cần

N

• Từ điểm O vẽ véc tơ S 2 = S 1 k biểu diễn sức

căng trong nhánh dây nâng hàng vào tời Khi đó ta

xác định được lực tác dụng vào ròng rọc chân cần

chính là hợp lực Rc của S1 và S2

• Từ C vẽ vec tơ T Từ đầu T vẽ véc tơ thẳng

đứng T1 biểu diễn sức căng trong nhánh dây nâng

cần chạy dọc cột, T 1 =

( trong đó : i là bội suất

hệ palang nâng cần ; η là hiệu suất của palang nâng

 i là bội suất hệ palang nâng cần: chọn i =2

 η là hiệu suất palang nâng cần: η = ,97

III.2: Xác định sức căng trong

hai palang nâng hàng ra ngoài mạn

5626 5626 5626

Dựa vào lực nén cần N = 131,56 (KN) ta chọn kiểu cần loại III (theo sách “sổ tay thiết bị

tàu – tập 2 – PGS.TS.Trần Công Nghị) với các thông số kỹ thuật như sau:

II Ngoại lực tác dụng lên cần:

Tải trọng tác dụng lên cần bao gồm:

• Lực phân bố tải trọng lên cần: q = = 0,5559 ( KN/m)

III Xác định nội lực tác dụng lên cần:

Ta quy đổi lực tác dụng lên cần như hình vẽ:

•Tại góc nghiêng cần : θ = 15o

Dùng phần mềm SAP2000 ta có biểu đồ nội lực như sau:

•Tại góc nghiêng cần : θ = 60o

Dùng phần mềm SAP2000 ta có biểu đồ nội lực như sau:

Theo biểu đồ nội lực ta thấy: Mx(max) = 15,63(KN.m) = 15630 (KN.mm)

IV Kiểm tra cần theo điều kiện ổn định:

Chọn vật liệu làm cần là thép đóng tàu có: y = 235 ( N/mm2) = 0,235 (KN/mm2)

Theo bảng 3.2 trang 17 Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển TCVN 6272:

Ta có: Với tải trọng làm việc W < 10T thì :

ứng suất cho phép : a = 0,34 y = 0,0799 (KN/mm2

) Trong đó: y là giớ hạn chảy của vật liệu

Độ bền ổn định: Theo mục 3.4.3 trang 18 Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển TCVN

6272: Đối với các kết cấu chịu nén, giá trị được tính theo công thức sau không được vượt

quá ứng suất cho phép a nêu ở bảng 3.2 :

= 1,15 c Trong đó:

I là moment quán tính của tiết diện kết cấu:

I = 0,393.D3.S = 0,393.3513.8 = 135957724,3 mm4 = 1,36.10-4(m4)

le là chiều dài hiệu dụng của kêt cấu được tính bằng tích chiều dài thực tế của kết cấu

và hệ số K cho trong bảng trang 19 sách Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển TCVN 6272,

tùy theo từng điều kiện liên kết của đầu mút (m):

Vì ở đây Derrick đơn liên kết gồm một đầu tự do xoay, hạn chế chuyển vị còn đầu kia tự do xoay, hạn chế chuyển vị nên: K = 1

Vậy: le = l.k = 15 → = le = 15 ,

, = 120,78

Độ mảnh giới hạn: o = , = 129,55

Trong đó: E là mô đun đàn hồi vật liệu: E = 2.104( KN/cm2) = 2.105 (N/mm2)

So sánh ta thấy : o > vậy được tính theo công thức sau ( theo bảng 3.3):

= , ,

= 2,51

Suy ra: = 1,15 c = 1,15 2,51.0,015.1000 = 43,3 (N/mm2)

So sánh ta thấy: = 43,3 < a = 79,9 (N/mm2

) Vậy thỏa mãn điều kiện ổn định

V Kiểm tra độ bền theo tải trọng tổng hợp:

Ứng suất tổng hợp tính theo công thức sau đây (trang 17 sách Quy phạm thiết bị nâng hàng

• ứng suất cắt do xoắn kết cấu: = 0

• a ứng suất cho phép tính theo bảng 3.1:

a = 0,5 y = 0,1175 (KN/mm2

) Vậy ta có: =0,0352 a = 0,1175 (KN/mm2

) Vậy ; thỏa mãn điều kiện bền theo tải trọng tổng hợp

VI Kiểm tra theo ứng suất nén tổng hợp:

Theo 3.4.4 (trang 19 sách Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển TCVN 6272) :

ứng suất nén tổng hợp gây ra do mô men uốn và lực dọc trục phải thỏa mãn công thức sau:

Vậy ; thỏa mãn điều kiện ứng suất nén tổng hợp

PHẦN V: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU VÀ TÍNH ĐỘ BỀN CỘT CẨU:

I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU:

1.Lựa chọn loại tháp cẩu:

Ta chọn loại tháp cẩu 1 cột, loại đơn giản lắp cần đơn

2 Ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu:

Ngoại lực của một càn làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu bao gồm:

 Lực của palang nâng cần T tác dụng vào cụm ròng rọc đỉnh tháp

 Lực nén dọc cần N tác dụng vào gối đỡ cần

 Sức căng S1 của đoạn dây nâng hàng chạy dọc cần

 Sức căng St của đoạn dây nần cần chạy vào tời

 Sức căng T1 của đoạn dây nâng cần chạy vào tời

Các lực trên được phân thành các thành phần thẳng đứng Qa, Qc, Qt và nằm ngang Ta,Tc,Ttnhư trên hình vẽ

Các thành phần lực trên quan hệ với nhau theo các

là góc nghiêng palang nâng cần

Tt và Qt có thể xác định qua góc phụ thuộc vào vị

trí tời, ở đây lấy gần đúng = 45o

Ngoại lực tác dụng lên cột đỡ cần nhẹ khi góc

nghiêng nhỏ nhất = 15 o

 Số ròng rọc trong palang nâng cần và nâng hàng là :2

 Lực nén dọc cần N tác dụng vào gối đỡ cần khi góc = 15o

: N = 131,56 (KN)

 Lực của palang nâng cần T tác dụng vào cụm ròng rọc đỉnh tháp :T = 81,803 (KN)

 Sức căng S1 của đoạn dây nâng hàng chạy dọc cần: S1 = 57,683 (KN)

 Sức căng T1 của đoạn dây nâng cần chạy vào tời: T1 = 42,168(KN)

 Sức căng St của đoạn dây nần cần chạy vào tời; St = S2 = k.S1= 60,567 (KN)

Vậy các lực thành phần khác được tính như sau:

3 Các ngoại lực lên tháp cẩu:

Các ngoại lực có phương nằm ngang thường

được quy đổi về một lực ngang đặt ở xà ngang

đỉnh tháp theo nguyên tắc thay lực ngang đặt tại vị trí

bất kỳ trên tháp bằng một lực ngang tương đương đặt ở

đầu tháp (vị trí lắp xà ngang) Hai lực này cùng gây ra

một trị số chuyển vị theo phương ngang ở đầu tháp

Đối với tháp cẩu một cột, cần tì vào cột, dây nâng cần mắc vào ròng rọc ở xà ngang đỉnh cột

Các ngoại lực nằm ngang bao gồm: Ta,Tt,Tc với giá trị như sau:

Ta = 71,359 (KN)

Tt = 42,82 (KN)

Tc = 71,359 (KN)

Vậy : Tc – Tt = 28,539 (KN)

4 Chọn sơ bộ kích thước mặt cắt tháp cẩu:

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

B C

h h

- Đường kính ngoài Dn của tháp cẩu phải thỏa mãn:

Dn 100.S 1500(mm)

- Thông thường Dn = (50 80 )

• Vậy ta chọn kích thước đặc trưng mặt cắt tháp cẩu như sau:

- Chiều dày mặt cắt tháp cẩu: = 20(mm)

- Đường kính ngoài của tháp cẩu Dn = 1200(mm) = 1,2 (m)

- Đường kính trong của tháp cẩu: Dt = Dn – 2 = 1160 (mm)

- Đường kính trung bình của tháp cẩu: Dtb = (Dn + Dt )/2 = 1180 (mm)

• Các đặc trưng hình học của mặt cắt như sau:

- là tổng các tích của sức nâng Q (KN) với chiều dài cần l(m) của tất cả các

So sánh với moment chống uốn ở trên, ta thấy thỏa mãn điều kiện bền

2.Kiểm tra lại điều kiện cứng:

Ix 0,393 24 (cm4

)

Trong đó :

- L là khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo theo palang nâng cần trên đỉnh cột (m) L= 15(m)

-h – khoảng cách từ gối đuôi cần đến điểm treo palang nâng cần trên đỉnh cột (m)

h = 12(m)

Vậy : Ix 0,393 24 = 2060,1 (cm4

)

So sánh với moment quán tính ta thấy thỏa mãn điều kiện cứng

3 Nội lực tác dụng lên cột cẩu:

3.1:Mô men uốn:

 Mô men uốn ở đầu cột:

Ma = Qa.e1 (KNm) Trong đó: Qa = 83,0695 (KN)

e1 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 palang nâng cần Kết cấu cụm mã

quay này đã được tiêu chuẩn hóa ( OCT 8834-58),

các kích thước được tra theo bảng (5.34) sách “sổ

tay thiết bị tàu – PGS.TS Trần Công Nghị”

Với tải trọng cho phép (Rt)max = 108,82 (KN), ta chọn tải trọng cho phép là 125(KN)

Theo bảng 5.34,sách sổ tay thiết bị tàu thủy- PGS.TS Trần Công Nghị ta có các thông số

chính như sau:

Tải cho

h = 12(m)

Ta tính cho trường hợp gối đỡ cần nhẹ, với khoảng cách e2 (như hình vẽ) ứng với lực nén

cần lớn nhất (Nmax) = 131,56 (KN) Theo sách “Sổ tay thiết bị tàu tập 2- trang ” – PGS.TS

Trần Công Nghị) ta có bảng thông số chính sau: