A. Yêu cầu thiết kế 2 B . Tính toán thiết kế 2 I . Giới thiệu chung 2 II . Xác định đặc trưng hình học của thiết bị . 2 II . Tính toán ứng lực phát sinh trên cần : 3 III. Tính toán chọn cần 5 IV . Tính toán tháp cẩu 9 III. Tính toán các chi tiết và cụm chi tiết: 14 VI . Tính truyền động : 24 Đề Tài : Thiết kế cần cẩu Derrick đơn cho tàu hàng khô phục vụ đảo Trường Sa có các thông số kĩ thuật sau : Tải trọng : Pn = 1500 T Kích thước của tàu : L x B x H x T = 65x12,5x5,3x3,8 (m) Kích thước khoang hàng : Lh x Bh = 18,8x12,5 (m) Kích thước miệng hầm hàng : Lk x Bk x Hk = 12,2x8,6x0,9 (m)
Trờng đại học hàng hải Khoa đóng tàu Ngời thực hiện: nguyễn văn a Thiết kế cần cẩu DERRICK Đề tài: Thiết kế cần cẩu Derrick đơn cho tàu hàng khô 1500T phục vụ đảo Trờng Sa HảI phòng 20 1 Môc lôc 2 A. Yêu cầu thiết kế Thiết kế cần cẩu Derrick đơn cho tàu hàng khô phục vụ đảo Trờng Sa có các thông số kĩ thuật sau : Tải trọng : P n = 1500 T Kích thớc của tàu : L x B x H x T = 65x12,5x5,3x3,8 (m) Kích thớc khoang hàng : L h x B h = 18,8x12,5 (m) Kích thớc miệng hầm hàng : L k x B k x H k = 12,2x8,6x0,9 (m) B . Tính toán thiết kế I . Giới thiệu chung Trên các tàu hàng thông thờng , thờng bố trí một trong hai loại thiết bị xếp dỡ đó là Derrick hoặc cần trục quay . Derrick là loại thiết bị xếp dỡ đợc dùng sớm nhất ở trên tàu , cho tới nay chúng vẫn còn đợc sử dụng rộng rãi vì có nhiều u điểm và ngày càng đợc cải tiến , hiện đại hoá đề phù hợp với yêu cầu xếp dỡ hàng hoá . Derrick có nhiều u điểm nh kết cấu đơn giản , dễ lắp ráp , chế tạo . Sức nâng có thể thay đổi từ vài tấn tới hàng trăm tấn , tầm với có thể lên tới (20 30) m , chu kì kàm việc ngắn hơn , giá thành rẻ hơn so với cần trục quay . Chính vì vậy Derrick là thiết bị xếp dỡ phổ biến nhất trên các tàu hành hiện nay trên thế giới . Căn cứ vào số liệu thống kê về thiết bị xếp dỡ trên tàu của đội tàu hàng Liên Xô và các nớc khác , cùng với các thông số của tàu cần thiết kế cần cẩu, và theo số liệu thống kê tàu mẫu theo tính chất của từng loại hàng nh đề bài ta có thể chọn loại cần cẩu Derrick trên tàu là loại Derrick nhẹ , làm việc đơn , có dây chằng,có dây điều chỉnh, sức nâng P = 2,5T , bố trí một hầm hàng hai Derrick . II . Xác định đặc tr ng hình học của thiết bị . 1.Góc nâng hàng , góc quay cần: - Góc nâng cần : min = 15 , max = 60 . - Góc nâng cần khi hoạt động: = (35 40) Chon: =40 o - Góc quay cần: =(60 0 ữ 70 o ) có dây chằng Chọn: =70 o 2.Tầm với ngoài mạn: Chọn điều kiện làm việc là có thiết bị bốc dỡ trên bờ , tầm với ngoài mạn là : b = (4 5) m chọn b = 4,5 ( m) Khoảng cách từ miệng hầm tới vị trí đặt cần là : a = 3,3 m 3. Xác định chiều dài cần: *Chiều dài cần phải thoả mãn 2 điều kiện là bốc hết hàng trong khoang và đa hàng ra 2 bên mạn : l 0 = max ( l 01 , l 02 ) - Với điều kiện bốc hết hàng trong khoang l 01 = 0 15cos 3 2 a l k + = 11,84 ( m ) Trong đó: 3 l k = 12,2 (m) - chiều dài khoang hàng a = 3,3 (m) = 15 o - xét ở góc làm việc nhỏ nhất của cần -Với điều kiện đa hàng ra mạn: l 02 = 00 70sin.15cos 2 b B + = 11,84 (m) Trong đó : B = 12,5 (m) - chiều rộng tàu b = 4,5 (m) Vậy chọn l 0 = 12( m.) 4.Chiều cao chân cần: Đối với cẩu đơn , chiều cao chân cần phải đảm bảo cho ngời đi lại phía dới thuận tiện h c = (2,25 2,5) m . Chọn h c = 2,4 m. 5 . Khoảng cách từ đầu cần tới mép miệng hầm tại min : h 1 = l 0 . sin15 0 + 2,4 - 0,8 =4,7 ( m) chọn h 1 = 5(m) h : Chiều cao cột cần h = f(l 0 ) ; 0 l h = 0,4 ữ1,0 h = (4,8ữ1,2) m, chọn h = 10( m) II . Tính toán ứng lực phát sinh trên cần : *Trọng lợng hàng P = 2,5T =2500 kg = 24,5( kN) *Trọng lợng cần : P 1 = 0,5.14.P 1/3 (3,4.l 0 16) =235,6 kg =2,3 (kN) *Lực căng tại đầu cần: P m = P + P 1 = 26,8 ( kN) *Sức căng trong dây nâng hàng : S = pl P = 28,21( kN) (Truyền động cáp pl = 0,95 ) 1. Khi cần làm việc với góc nghiêng nhỏ nhất ( min = 15 ) H H 1 R T P 0 P m H S R c S S' 4 Sức căng trên dây chằng = 0 - Sức căng trong dây nâng cần Từ hoạ đồ lực ta có:H = 36,2 (kN) -Lực nén dọc cần Từ hoạ đồ lực ta có:P 0 = 60,48 (kN) - Sức căng trong dây hàng vào tời S = pl S , = 29,69( kN) - Lực tác dụng vào ròng rọc chân cần Từ hoạ đồ lực ta có:R c = 50,14 (kN) -Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột H 1 = l p H = 38,1( kN) -Lực tác dụng vào ròng rọc đỉnh cột Từ hoạ đồ lực ta có:R T = 64,58 (kN) -Mô men uốn cột M =P m .l.cos15 0 = 310,64( kNm) 2. Khi max = 60 : - Sức căng trong dây nâng cần Từ hoạ đồ lực ta có:H = 15,84 (kN) -Lực nén dọc cần Từ hoạ đồ lực ta có:P 0 = 60,24 (kN) - Sức căng trong dây hàng vào tời S = pl S , = 29,69( kN) - Lực tác dụng vào ròng rọc chân cần Từ hoạ đồ lực ta có:R c = 35,26 (kN) -Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột H 1 = l p H = 16,67( kN) -Lực tác dụng vào ròng rọc đỉnh cột Từ hoạ đồ lực ta có:R T = 22,38 (kN) -Mô men uốn cột M =P m .l.cos60 0 = 160,8( kNm) 3. Kết luận: Vậy lực nén dọc cần lớn nhất khi góc nâng cần nhỏ nhất P o max = 60,48( kN ) 5 III. Tính toán chọn cần Từ P o và l 0 theo bảng 5.26 /233- STTBTT ta chọn cần loại II . Cần gồm 1 đoạn ống lớn, 2 đoạn ống nhỏ,nối với nhau bằng 2 đoạn ống côn ngắn. 1. Thiết kế cần theo điều kiện ổn định : -Lực nén tới hạn Ơle: P e = n.P 0 (Với cần thép n = 5-hệ số an toàn) Vậy P e =5.60,48=302,4( kN) -Mô men quán tính tiết diện cần I = kE lpn o 2 0 . l 0 : Chiều dài cần (l=12 m) E : Mô đun dàn hồi vật liệu cần ( E = 2.10 6 KG/ cm 2 ) k : hệ số phụ thuộc vào tỉ số I 1 / I 0 và l 1 / l 0 0 1 l l = 0,4 Gọi D/ = i = (35ữ 40) chọn i =35 Ta có : F 1 /F 0 = 0,7 = iD iD 2 0 2 1 0 1 D D = 0,837 I 1 = ( ) 64 1 44 1 D và I 0 = ( ) 64 1 44 0 D 0 1 I I = 4 0 1 )( D D = 0,49 Tra bảng k = 9,1( xác định bằng phơng pháp nội suy ) I = 2437 (cm 4 ) Đờng kính sơ bộ phần trụ tròn : D = 4 2 1 26,1 i Ii D = 21,69 ( cm) *Từ đờng kính D = 21,69 (m) và lực nén dọc cần P max = 60,48 (KN) Vậy ta chọn cần có các thông số nh sau : Lực nén L L 1 l 1 l 2 l 3 D d S S 1 S 2 S 3 Khối lợng (kN) ( m ) ( mm) ( kg ) 70 12 12,06 6,6 0,6 2,13 219 168 7 6 6 - 390 Chọn vật liệu làm cần là thép CT3 có tính hàn tốt và các giới hạn tiêu chuẩn sau : Giới hạn bền kéo : k = 38 (kN/ cm 2 ) Giới hạn bền mỏi : T = 19 (kN/ cm 2 ) Giới hạn chảy : ch = 24 ( kN/ cm 2 ) Môđun đàn hồi : E = 2.10 6 (kN/ cm 2 ) 6 Đối với cần có sức nâng nhỏ hơn 10 T giới hạn bền cho phép là : [] = 1100 (kG/ cm 2 ) = 10,78 (KN/ cm 2 ) q = P 1 / l 0 M P 0 l 0 Để tính ổn định theo nén ta coi cần nh 1 thanh hình vành khăn có tiết diện không đổi , đờng kính trung bình là D tb = ( D + d ) / 2 = ( 219+168)/ 2 = 193,5 mm đờng kính trong D t = 186,5 mm , đờng kính ngoài D n = 200,5 mm Diện tích mặt cắt ngang : F =42,53 cm 2 Khi đó điều kiện ổn định là : n = P/F [] od = th / K od Xác định độ mảnh của thanh : = à.l / i min à : 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 à = 1 l : chiều dài cần ; l =12 m = 1200 cm i min : Bán kính quán tính của mặt cắt = 0,353.D tb = 6,83 cm = 175,7 <200 ( thoả mãn yêu cầu về độ mảnh đối với Derrick có lực nén lớn hơn 20 kN Bảng 5.9 STTBTT2 ) th = 2 .E/ 2 = 6,38 kN/ cm 2 P = P 0 ( lực nén dọc cần ) =60,48 kN K od : Hệ số an toàn ổn định chọn K od = 3 . n = 60,48/ 42,53 = 1,42 kN/ cm 2 [] od = 6,38/ 3 = 2,13kN/ cm 2 Vậy n < [] od . Thanh đủ ổn định theo nén 3 Kiểm tra cần theo điều kiện bền : -Coi dầm tựa tự do trên hai gối chịu uốn do trọng lợng bản thân và chịu nén do lực nén dọc cần P 0 và chịu uốn do P 0 đặt lệch tâm m = 2 0 c ql (cần có tiết diện thay đổi c =7,5 ) q- là tải trọng bản thân q=P1/l0 m = 5,7 1200.822,3 = 611,52 (kNcm) -Mô men do P 0 đặt lệch tâm gây ra: 7 M = P 0 .e e - là khoảng cách từ điểm đặt của P 0 dến trục của cần Ta có : M = P 01 . e 1 - P 02 .e 2 Từ P = 70( KN ) theo bảng ( 5-28 ) và (5-30 ) ta có : A=280 ( mm) và d=168 ( mm ) suy ra A 1 =90 ( mm ) e 1 =A/2 =14 ( cm ) và e 2 =A/2 =14 ( cm) P 01 = H .cos 45 = 36,2 .cos45 = 25,6 (KN) P 02 = R s .cos35 =40,67.cos35 =33,31( KN) M = 107,94 (KN .cm) -ứng suất lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm do uốn nén đồng thời gây ra max = 00 0 W m W M F P ++ = 8,82 ( kN/cm 2 ) Trong đó: F = ( ) 2 2 1 4 D = 2 2 ) 9,21 2,21 (1 4 )9,21( = 23,68(cm 2 ) M = 107,94 (KN .cm) 0 W = ( ) 4 3 1 32 D = 4 3 ) 9,21 2,21 (1 32 )9,21( =125,59 ( cm 3 ) P 0 = 60,48 kN Vậy : max =8,82 (kN/cm 2 ) [] =10,78 (kN/ cm 2 ) Vậy cần thoả mãn điều kiện bền . IV . Tính toán tháp cẩu 1. Tính sơ bộ kích th ớc tháp cẩu: -Ta chọn tháp cẩu là 1 cột đơn tiết diện tròn không đổi trên suốt chiều dài cột . Để đảm bảo bền và cứng , đờng kính ngoài của cột D tb và chiều dày cột S phải thoả mãn điều kiện . 8 * Điều kiện bền : W c = 0,785.D tb 2 .S 10.Q.l = 2940( cm 3 ) W c =W x =W y Trong đó : W c - mô men chống uốn mặt cắt cột ( cm 3 ) D tb - Đờng kính trung bình cột ( cm ) S - Chiều dày cột ( cm ) Q.l - Tích của sức căng và chiều dài cần Q=24,5 kN - Trọng lợng hàng ( kN ) l=12- Chiều dài cần ( m ) D tb 2 .S =3745,22(cm 3 ) (1) *Theo điều kiên cứng. I c =0,393.D 3 tb .S 24 Ql h L 2 = 10,85.10 4 (cm 4 ) h = 10 ( m) - Khoảng cách từ gối đuôi cần tới điểm treo palăng nâng cần trên đỉnh cột L=12,4 ( m) - Khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo puly nâng cần trên đỉnh cột D tb 3 .S = 276081,42(cm 4 ) (2) Để đảm bảo bền và cứng , đờng kính ngoài của cột D n và chiều dày cột S phải thoả mãn điều kiện :D n = (50ữ80)S Ta chọn D n =70S D tb + 0,5S =70S D tb = 69,5S Thay vào (1) và (2) ta có:D tb =63,85 cm D tb =66,18 cm Chọn D tb = 66,5 cm S = 9,57 mm, chọn S=10 mm Vậy D n = 67 cm D t = 66 cm *Kích thớc tiết diện mặt cắt cột cũng đợc xác định : * Diện tích mặt cắt ngang của cột: A = ( ) 2 2 1 4 n D = 2 2 67 66 1 4 67. =104,4 (cm 2 ) *Mô men quán tính cột: I x = I y = ( ) 4 4 1 64 n D =5,77.10 4 (cm 4 ) *Mô men chống uốn : W x = W Y = n x D I2 =1,7.10 3 (cm 3 ) * Bán kính quán tính: r x = r y =0,353.D tb =23,47 ( cm ) 2. Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu : -Ngoại lực của 1 cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm có * Lực H của palăng nâng cần tác dụng lên cụm ròng rọc đầu cột * Lực nén dọc cần P 0 tác dụng vào gối đỡ cần * Sức căng dây hàng chạy dọc cần S * Sức căng dây hàng vào tời S 9 * Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột H 1 P0-S' H Ta Qc Qt S'' Tt Tc RH Qa Các lực trên đợc phân thành các lực theo phơng ngang T a , T c ,T t và các lực theo phơng thẳng đứng Q a , Q c , Q t * Các lực đó đợc tính theo công thức : T a = T c = ( P 0 S ).cos = 31,17 (kN) Q a = H.sin + S = 47,79 (kN) Q c = ( P 0 S ).sin = 8,35 (kN) T t = Q t = 0,707.S = 19,94 (kN) Trong đó : =15 o : góc nghiêng cần = 30 o : góc nghiêng dây nâng cần Hoặc tính theo bảng 5.15 -STTBTT2 3. Quy đổi ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu : a) Hệ số liên kết của cột à : - Cột tựa tự do ở boong và ngàm cứng ở đà ngang : à = 0,75 . h 0 = 0,75 .4,5 =3,375 trong đó : h 0 = 4,5 (m) - là chiều cao từ boong tới đà ngang kín nớc b )Tính hệ số thay đổi mặt cắt : - cột tính toán có tiết diện không đổi nên a =1 10 [...]... Chạc đuôi cần Tỉ Lệ 1:4 *Kiểm tra bền cho chốt: -Từ điều kiện chốt chịu cắt kiểm tra bền cho chốt theo điều kiên chịu cắt : 60,48 d 2 = F = 4 = 3,98()< [] = 9,6(KN/cm2) P0 Vậy chốt đủ bền Trong đó: P0 - Là hợp lực của sức nâng hàng và sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần F - diện tích mặt cắt ngang của chốt d - Đờng kính chốt (4,4 cm ) 2 Mã treo hàng đầu cần: a) Kích thớc mã treo hàng đầu cần đợc... treo hàng : (với sức nâng cho phép P = 30KN ) 18 Tải trọng c D d1 H h0 h1 h2 h3 R S S1 cho phép 30 168 80 35 298 90 60 34 50 40 32 50 *Kiểm tra bền cho chốt: -Từ điều kiện chốt chịu cắt kiểm tra bền cho chốt theo điều kiên chịu cắt : S2 S3 24 40 40,67 Rd d 2 = F = 4 = 4,23()< [] = 9,6(KN/cm2) Vậy chốt đủ bền Trong đó: Rđ - Là hợp lực của sức nâng hàng và sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần F... chịu cắt kiểm tra bền cho móc theo điều kiên chịu cắt : 40,67 Rd h3 ( S 2 + S 3 ) 2 = F = = 2,54(/cm2)< [] = 9,6(KN/cm2) Vậy móc đủ bền Trong đó: F - diện tích mặt cắt ngang của mã bắt dây nâng hàng 6.Puly nâng hàng đầu cần Chọn cụm ròng rọc kiểu III có các thông số sau: 19 19 80 19 33 30 28 178 430 18 153 184 70 128 33 8 24 225 puly nâng hàng đầu cần Tỉ Lệ 1:5 Tải Đờng trọng kính cho cáp lớn B phép nhất... Mã treo hàng đầu cần Tỉ Lệ 1:4 3 Cụm mã quay bắt dây nâng cần Cụm mã này nối với 1 ròng rọc để đổi hớng dây nâng cần, 1 ròng rọc để đổi hớng dây nâng hàng Lực tác dụng vào cụm mã RH = 64,58kN Chọn cụm mã có kích thớc nh sau D D1 H h0 h1 h2 A A1 A2 b S R B 55 85 265 140 40 80 75 92 - 36 10 42 112 15 85 A 40 A B 80 265 B 55 A-A 112 24 36 B-B 75 92 1 Q a p l H l x V a H V 2 a) Ta đi kiểm tra bền cho cụm... 454 128 178 28 90 30 10,5 3 8 *Kiểm tra bền cho trục ròng rọc : ta kiểm tra bền cho trục theo điều kiên chịu cắt : 64,58 RT d2 = F = 4 = 6,72(/cm2)< [] = 9,6(KN/cm2) 20 Vậy trục ròng rọc đủ bền Trong đó: RT - Là hợp lực của sức nâng cần và sức căng trong dây nâng cần chạy dọc cột F - diện tích mặt cắt ngang của mã bắt dây nâng hàng 7.Mã quay cần Tải trọng cho phép (KN) 35 e B1 b b1 R2 r1 c S1 36 140... 0,097 ,Ta = 31,17 (kN) , Tc =31,17(kN) -Tải cho phép P =24,5 kN D1 = 670(mm) e = D1 /2 + l = 40 (cm) l là khoảng cách từ điểm đặt của Qa đến cột *Trờng hợp cần dọc tàu: - Mô men uốn gây ra ở đầu cột là : Ma = Qa e = 19,11 (kNm) Trong đó : Qa = 47,79 ( kN) - là lực nén tại đầu cột e - khoảng cách từ điểm đặt của Qa đến tâm cột - Mô men uốn của cột tại gối đỡ cần : Mc= Ta.h + Qa e = 330,81 (kNm) Trong... định theo lực nén cần , với lực nén Po = 70 kN ta chọn cần có qui cách nh sau d= 168 B (mm ) b (mm) b1 (mm) d1 ( mm) R (mm) r R1 S ( mm) ( mm ) ( mm) l ( mm ) 14 A= 172 48 280 b) Kiểm tra mã treo hàng : -Lực tác dụng : RT =(P+Ssin15) = 31,8 (KN) *Kiểm tra điều kiện chịu cắt : 40 20 60 40 100 RT S ( Rt d1 ) 2 = 2,2 (KN/cm2) < [] = 0,4[T ] = 9,6(KN/cm2) = c)Kiểm tra mã nâng cần ở đầu cần : -Lực tác dụng... cột đã chọn đủ bền III Tính toán các chi tiết và cụm chi tiết: 1 Chạc đuôi cần : Chạc đuôi cần đợc chọn theo điều kiện OCT 8834 58 ( Lực nén cần = 70 kN Vậy ta chọn chạc loại a ) Lực nén cần ( kN ) C R S 70 đến 80 65 48 24 S1 ( mm ) 8 S2 a d 22 135 168 Chọn vật liệu chế tạo cần là thép tấm mỏng cacbon MI18 có các thông số sau : Giới hạn bền : [T] = 24 (kN/ cm2 ) Giới hạn bền cắt : [ ] = 0,4[T] = 9,6... 0,1.D = 13,27(KN/cm2) < [] = 0,6 [T] =14,4 ( kN/ cm2) Vậy mã đã chọn là phù hợp 4 Gối đỡ cần : ( lực nén cần P0 = 70 kN ) a) Kiểm tra gối theo điều kiện bền uốn và kiểm tra bền cho bu lông của gối quay cần *Kiểm tra bền của gối : 17 h1 aP = h0 + 2 = 130 (mm) h2 h1 lP = H - 2 - h - 2 = 205,5(mm) -Mô men uốn lớn nhất tại gối : M u max max = wu Po cos a P Po sin 0,1D 3 F = + + Po sin D 2 4 = 9,08(KN/cm2)... sự nâng cần gây ra h = 10 (m) - là khoảng cách từ gối đỡ cần trên cột tới đỉnh cột - Mô men uốn cột tại mặt boong : Mb= Ta.L + (Tt Tc)hc + (Qa + Qt )e = 386,65 (KNm) Trong đó : Ta =31,17 (kN) Tt =19,94 ( kN) Tc =31,17 (kN) Qa= 47,79 (kN) L = 12,4 (m) Qt = 19,94( kN) hc = 2,4 (m) vậy ta có sơ đồ tải trọng của cột nh hình dới: 11 h hc h0 *lực nén : -ở đầu cột: Na = Qa = 47,79 (kN) - gối đỡ cần : Ne . Trờng đại học hàng hải Khoa đóng tàu Ngời thực hiện: nguyễn văn a Thiết kế cần cẩu DERRICK Đề tài: Thiết kế cần cẩu Derrick đơn cho tàu hàng khô 1500T phục vụ đảo Trờng Sa HảI. số của tàu cần thiết kế cần cẩu, và theo số liệu thống kê tàu mẫu theo tính chất của từng loại hàng nh đề bài ta có thể chọn loại cần cẩu Derrick trên tàu là loại Derrick nhẹ , làm việc đơn ,. 20 1 Môc lôc 2 A. Yêu cầu thiết kế Thiết kế cần cẩu Derrick đơn cho tàu hàng khô phục vụ đảo Trờng Sa có các thông số kĩ thuật sau : Tải trọng : P n = 1500 T Kích thớc của tàu : L x B x H x T =