Thiết kế cần cẩu derrick đơn cho tàu hàng khô 1500T phục vụ tại đảo Trường Sa

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…

Môc lôc

A Yêu cầu thiết kế

Thiết kế cần cẩu Derrick đơn cho tàu hàng khô phục vụ đảo Trờng Sa có cácthông số kĩ thuật sau :

I Giới thiệu chung

Trên các tàu hàng thông thờng , thờng bố trí một trong hai loại thiết bị xếp dỡ đó làDerrick hoặc cần trục quay Derrick là loại thiết bị xếp dỡ đợc dùng sớm nhất ở trêntàu , 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 thểthay đổi từ vài tấn tới hàng trăm tấn , tầm với có thể lên tới (20 –30) m , chu kì kàmviệc ngắn hơn , giá thành rẻ hơn so với cần trục quay Chính vì vậy Derrick là thiết bịxếp 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 vàcác 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 cẩuDerrick 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

lk = 12,2 (m) - chiÒu dµi khoang hµng

a = 3,3 (m)

θ = 15o - xÐt ë gãc lµm viÖc nhá nhÊt cña cÇn

-Víi ®iÒu kiÖn ®a hµng ra m¹n:

M =Pm.l.cos600 = 160,8( kNm)

3 KÕt luËn:

VËy lùc nÐn däc cÇn lín nhÊt khi gãc n©ng cÇn nhá nhÊt

Po max = 60,48( kN )

l p

n o 2 0

.

l0 : Chiều dài cần (l=12 m)

E : Mô đun dàn hồi vật liệu cần ( E = 2.106 KG/ cm2 )

k : hệ số phụ thuộc vào tỉ số I1/ I0 và l1/ l0 0

1

l

l

= 0,4Gọi D/δ = i = (35ữ 40) chọn i =35

Ta có : F1/F0= 0,7 = D i

i D

2 0

2 1 Π

4 2

1 26 , 1

−

i

I i

D = 21,69 ( cm)

*Từ đờng kính D = 21,69 (m) và lực nén dọc cần Pmax = 60,48 (KN) Vậy ta chọn cần có các thông số nh sau :

Đối với cần có sức nâng nhỏ hơn 10 T giới hạn bền cho phép là :

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

Dtb = ( D + d ) / 2 = ( 219+168)/ 2 = 193,5 mm ⇒ đờng kính trong

Dt = 186,5 mm , đờng kính ngoài Dn = 200,5 mm

Diện tích mặt cắt ngang :

F =42,53 cm 2 Khi đó điều kiện ổn định là :

σn = P/F ≤[σ]od = σth/ KodXác định độ mảnh của thanh :

λ = à.l / imin

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

imin : Bán kính quán tính của mặt cắt = 0,353.Dtb = 6,83 cm

λ = 175,7 <200 ( thoả mãn yêu cầu về độ mảnh đối với Derrick có lực nén lớn hơn 20 kN – Bảng 5.9 STTBTT2 )

σth = Π2.E/ λ2 = 6,38 kN/ cm2

P = P0 ( lực nén dọc cần ) =60,48 kN

Kod : Hệ số an toàn ổn định chọn Kod = 3

σn = 60,48/ 42,53 = 1,42 kN/ cm2

[σ]od = 6,38/ 3 = 2,13kN/ cm2 Vậy σn < [σ]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 lựcnén dọc cần P0 và chịu uốn do P0 đặt lệch tâm

m =

2 0

= 611,52 (kNcm)-Mô men do P0 đặt lệch tâm gây ra:

M F

P

+

+

= 8,82 ( kN/cm2) Trong đó:

2 , 21 ( 1 4

) 9 , 21 (

2 , 21 ( 1 32

) 9 , 21 (

-Ta chọn tháp cẩu là 1 cột đơn tiết diện tròn không đổi trên suốt chiều dài cột

mãn điều kiện

Dtb 2.S =3745,22(cm3) (1) *Theo điều kiên cứng.

Ic=0,393.D3tb.S ≥ 24 ∑Ql

h

L2

= 10,85.104 (cm4)

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 đỉnhcột

67

=104,4 (cm2) *Mô men quán tính cột:

Wx = WY = n

x D

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 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 H1

β = 30o : góc nghiêng dây nâng cầnHoặc tính theo bảng 5.15 -STTBTT2

3 Quy đổi ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu :

c) Tính hệ số ϕ’a = ϕa +L

à

=1+ 12 , 4 c

375 , 3

= 1,27Trong đó :

ηc =( L

h c

)3 a

c x

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 đó :

Ta = 31,17(KN) - là thành phần lực nằm ngang do có 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 :

.L.γ = 1017 (kg ) =10,17 (KN)Trong đó:

Dn = 0,67 (m ) - là đờng kính ngoài của cột

Dt = 0,66( m) - là đờng kính trong của cột

L=12,4(m) - chiều cao cột từ mặt boong

γ = 7,856.103 (Kg/m3 ) - là trọng lợng riêng của thép

*Khi cần vơn ra ngoài mạn:

- Mô men uốn ở đầu cột: Ma=Qa.e = 19,11 (KN.m)

- Mô men uốn ở gối đỡ cần : Mcx=Qae =19,11 (KNm)

σ = A

P W

M u

Ta có khi cần vơn ra ngoài mạn và tải trọng đỡ trên lỗ có trị số ứng suất lớn nhất do

Mmax=M a tiết diện kiểm tra là tiết diện cột tại mặt boong vì tại đó có Nmaxvà Mmax

Tại tiết diện này D = 660(mm)

TØ LÖ 1:4 Ch¹c ®u«i cÇn

*KiÓm tra bÒn cho chèt:

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

τ = F

P0

= 4

48 , 60

P0 - Lµ hîp lùc cña søc n©ng hµng vµ søc c¨ng trong d©y n©ng hµng ch¹y däc cÇn

F - diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña chèt

Tỉ Lệ 1:4 Mã treo hàng đầu cần

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

kích thớc nh sau

Trong đó :

Qa = 47,79(KN)

Ha = 31,17(KN)=Ta

e = 4(cm) :khoảng cách từ điểm đặt của Qa đến trục

_Mô men uốn lớn nhất tại giữa nhịp bulông là :

0 D

M

= 13,27(KN/cm2) <[σ] = 0,6 [σT] =14,4 ( kN/ cm2)Vậy mã đã chọn là phù hợp

σmax = u

u w

= 9,08(KN/cm2)

⇒ σmax = 9,08(KN/cm2) <[σ] = 0,6 [σT] =14,4 ( kN/ cm2) VËy nã tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn

*KiÓm tra bu l«ng chèt quay cÇn :

Mmax

max

1 ,

0 d

M

= 11,63<[σ] = 0,6 [σT] =14,4 ( kN/ cm2) -Theo ®iÒu kiÖn c¾t ta cã :

τ = F

P0

= 4

2 1

Tải trọng

*Kiểm tra bền cho chốt:

-Từ điều kiện chốt chịu cắt ⇒kiểm tra bền cho chốt theo điều kiên chịu cắt :

τ = F

R d

= 4

67 , 40

2

d

π

= 4,23(ΚΝ)<[τ] = 9,6(KN/cm2) Vậy chốt đủ bền

67 , 40

3 2

= 2,54(ΚΝ/cm2)<[τ] = 9,6(KN/cm2) Vậy móc đủ bền

*KiÓm tra bÒn cho trôc rßng räc :

ta kiÓm tra bÒn cho trôc theo ®iÒu kiªn chÞu c¾t :

τ = F

R T

= 4

58 , 64

2

d

π

= 6,72(ΚΝ/cm2)<[τ] = 9,6(KN/cm2)

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

Khi quấn cáp

có lực kéo danhnghĩa

Khithả

= 32,9 (KN) ⇒ ứng lực cáp : P = n S = 4.32,9 = 131,6(KN)

Theo ΓOCT 7668- 69 ta chọn cáp có σb = 1600 MPa , đờng kính cáp = 18 mm

Hệ

số

mở máy (%)

Hệ số

mở máy (%)

Số lần

mở máy trongmột giờ

tay khốn

D

v n

π

=

với : v = 0.7 m/s = 42 m/p

Dtg : đờng kính tang quấn cáp

Dtg = (16ữ30)dc = (0.288ữ0,48) m

dc = 18 mm : đờng kính cáp chọn Dtg = 0,4 m

=34,7Vậy ta chọn hộp giảm tốc với tỉ số truyền i = 34,7