Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick dành cho tàu hàng khô. Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick dành cho tàu hàng khô. Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick dành cho tàu hàng khô. Đây là bài đồ án mẫu thiết kế cần cẩu derrick dành cho tàu hàng khô.
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHÔ Thiết kế cần cẩu DERRICK tàu hàng khô A Yêu cầu thiết kế Thiết kế cần cẩu Derrick cho tàu hàng bách hoá tổng hợp có thông số kĩ thuËt sau : T¶i träng : Pn = 1500 T KÝch th-íc cđa tµu : L x B x H x T = 72x11,4x5,7x4,6 (m) KÝch th-íc khoang hµng : Li x Bi = 21,4x11,4 (m) Kích th-ớc miệng hầm hàng : Lh x Bh x Hh = 15,34x7,6x0,9 (m) B TÝnh to¸n thiÕt kÕ I Giới thiệu chung Trên tàu hàng thông th-êng , th-êng bè trÝ mét hai lo¹i thiÕt bị xếp dỡ Derrick cần trục quay Derrick loại thiết bị xếp dỡ đ-ợc dùng sớm tàu , chúng đ-ợc sử dụng rộng rÃi có nhiều -u điểm ngày đ-ợc cải tiến , 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 thay đổi từ vài tới hàng trăm , tầm với lên tới (20 30) m , chu kì kàm việc ngắn , giá thành rẻ so với cần trục quay Chính Derrick thiết bị xếp dỡ phổ biến tàu hành giới Căn vào số liệu thống kê thiết bị xếp dỡ tàu đội tàu hàng Liên Xô n-ớc khác , với thông số tàu cần thiết kế cần cẩu, theo số liệu thống kê tàu mẫu theo tính chất loại hàng nh- đề ta chọn loại cần cẩu Derrick tàu loại Derrick nhẹ , làm việc đơn , có dây chằng dây điều chỉnh, palăng nâng hàng palăng quay cần , sức nâng P = 3T , bố trí hầm hàng hai Derrick II Xác định đặc tr-ng hình học thiết bị 1.Góc nâng hàng , góc quay cần: - Góc nâng hàng : = 15 , max = 60 - Góc nâng hàng hoạt động: = (35 – 40) Chon: =35o - Gãc quay cÇn: =(600 ữ 70o) có dây chằng Chọn: =70o 2.Tầm với mạn: Chọn điều kiện làm việc thiết bị bốc dỡ bờ , tầm với mạn : b = (4 5) m chọn b = 4,5 ( m) Khoảng cách từ miệng hầm tới vị trí đặt cần : a = 3,5 m Xác định chiều dài cần: Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HNG KHễ *Chiều dài cần phải thoả mÃn điều kiện bốc hết hàng khoang đ-a hàng bên mạn : l0 = max ( l01 , l02 ) - Với điều kiện bốc hết hàng khoang 2l k a l01 = = 16,75 ( m ) cos 35 Trong ®ã: lk = 15,34 (m) - chiỊu dµi khoang hµng a = 3,5 (m) = 35o - xÐt ë gãc lµm viƯc cần -Với điều kiện đ-a hàng mạn: B b l02 = = 13,24 (m) cos 350 sin 700 Vrong ®ã : B = 11,4 (m) - chiỊu réng tµu b = 4,5 (m) VËy chän l0 = 17( m.) 4.Chiều cao chân cần: Đối với cẩu đơn , chiều cao chân cần phải đảm bảo cho ng-ời ®i l¹i phÝa d-íi thn tiƯn hc = (2,25 – 2,5) m Chän hc = 2,4 m Khoảng cách từ đầu cần tới mép miệng hầm min : h1 = (5 - 6) m h1 = l0 sin15 0+ 2,4 - 0,8=5,99 ( m) chän h1 = 6(m) f , ChiỊu cao cét cÇn h = f(l0) ; h = 0,8 1,2 h = (13,620.4) m chän h = 16( m) l0 II TÝnh toán ứng lực phát sinh cần : *Trọng l-ợng hµng P = 3T =3000 kg = 29,43( kN) *Träng l-ợng cần : P1 = 0,5.14.P1/3(3,4.l0 16) =422 kg =4,1356 (kN) *Lực căng đầu cần: Pm = P + P1 = 33,53( kN) *Sức căng dây nâng hµng : S’ = P pl = 34,98( kN) (Truyền động cáp pl = 0,95 ) Page ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHÔ Khi cần làm việc với góc nghiêng nhỏ (min = 15) Sức căng dây chằng = - Sức căng dây nâng cần H = 42( kN) P0 = 66,5( kN) (P0 : lùc nÐn däc cÇn ) - Sức căng dây hàng vào tời S = S, pl = 36,82( kN) - Lùc t¸c dụng vào ròng rọc chân cần Rc = S + S = 62,19( kN) -Sức căng nhánh dây nâng cần chạy H1 = dọc cột H = 22,1( kN) p i (i = 2: bội suất palăng ) -Lực tác dụng vào ròng rọc đỉnh cột RH = H + H1 = 64,1(kN) -M« men uèn cét M =Pm.l.cos150 = 550,58( kNm) Khi max = 60: H = 17,5 (kN) Po = 66,5 (kN) H1 = 9,21( kN) M = 258( kNm) KÕt luËn: VËy lùc nén dọc cần lớn góc nâng cần nhỏ nhÊt Po max = 66,5( kN ) III TÝnh to¸n chọn cần Từ Po l0 theo bảng 5.26 /233- STTBTT ta chọn cần loại III Cần gồm đoạn ống trụ đoạn ống côn thiết kế cần theo điều kiện ổn định : -Lực nén tới hạn Le: Pe = n.P0 (Với cần thÐp n = 5-hƯ sè an toµn ) VËy Pe =5.66,5=332,5( kN) -Mô men quán tính tiết diện cần n p o l 02 I= kE l0 : ChiỊu dµi cần (17 m) E : Mô đun dàn hồi vật liƯu cÇn ( E = 2.106 KG/ cm2 ) k : hƯ sè phơ thc vµo tØ sè I1/ I0 vµ l1/ l0 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHÔ l = 0,4 l0 Gäi D/ = i = (35 40) chän 35 Ta cã : F1/F= 0,7 = I1 = D D12 i = 0,837 D0 D0 i D04 D14 vµ I0 = 64 64 I1 D = ( ) = 0,49 I0 D0 Tra bảng k = 9,1( xác định ph-ơng pháp nội suy ) I = 5382 (cm4) i2I Đ-ờng kính sơ phần trụ tròn : D = 1,26 i D = 26,44 ( cm) *Tõ ®-êng kÝnh D = 26,44(m) lực nén dọc cần Pmax = 66,5 (KN) Vậy ta chọn cần có thông số nh- sau : Lùc nÐn L (kN) (m) L1 100 17,08 5,66 17 l1 l2 D d S S1 S2 S3 Khèi l-ỵng ( kg ) 219 7 830 ( mm) 5,71 299 Chọn vật liệu làm cần thép CT3 có tính hàn tốt giới hạn tiêu chuẩn sau : Giới hạn bền kéo : k = 38 (kG/ cm2) Giíi h¹n bỊn mái : T = 19 (kG/ cm2) Giới hạn chảy :ch = 24 ( kG/ cm2) Mô đun đàn hồi : E = 2.106 (kG/ cm2) Đối với cần có sức nâng nhỏ 10 T giới hạn bền cho phép : = 1100 (kG/ cm2 ) = 10,78 (KN/ cm2) q = P1/ l0 M P0 l0 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHÔ _Từ thông số cần đà chọn ta có : l2 = 5,71(m) I1 = I0 = d l2 5,71 = = 0,336 l0 17 1 = 64 D 1 64 (21,9) 64 20,5 ) = 2620,7 (cm4 ) 1 ( 21,9 (29,9) 28,3 = ) = 7743,489(cm4 ) 1 ( 64 29,9 I1 = 0,338 I0 Tra b¶ng ta đ-ợc k = 8,5 n p o l 02 5.66,5.(17.10 ) = = 5767,857(cm4 ) kE 8,5.19600 E I 1,8.2.10 VËy I = m l 20 = (17.10 ) = 7184,874 (KG) = 70,4863(KN) Pmax = 66,5 (KN) Vậy cần đủ điều kiện ổn định Kiểm tra cần theo điều kiện bền : -Coi dầm tựa tự hai gối chịu uấn trọng l-ợng thân chịu nén lực nén dọc cần P0 chịu uấn P0 đặt lệch tâm m= ql c (cần có tiết diện thay đổi c =7,5 ) q- tải trọng thân q=P1/l0 m= 7030,52 = 937,4 (kNcm) 7,5 -Mô men P0 đặt lệch tâm gây ra: M = P0.e e - khoảng cách từ điểm đặt P0 dến trục cần Ta có : M = P01 e1 - P02 e2 Tõ P = 100( KN ) theo b¶ng ( 5-28 ) va (5-30 ) ta cã : A=365 ( mm) vµ d=219 ( mm ) suy A1 =113 ( mm ) e1 =A/2 =18,25 ( cm ) vµ e2 =A/2 + A1 =29,55 ( cm) P01 = H cos 30 = 47,65 cos30 = 34,4 (KN) P02 = S’ =34,98 ( KN) M = 405,859 (KN cm) -øng suÊt lín nhÊt mặt cắt dầm uốn nén đồng thời g©y max = P0 M P0 m 1 = 4,86 ( kN/cm2) F W0 Pe P Wu Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHÔ (29,9) 28,3 Trong ®ã: ) 1 ( 64 29,9 F= D 1 = (29,9) 28,3 ) = 73(cm2) 1 ( 29,9 M = 405,859 (KN cm) D W0 = Wu = 32 d 32 1 = 1 = (29,9) 32 (21,9) 32 28,3 ) =517,959 ( cm3) 1 ( 29,9 20,5 ) = 239,334 (cm3) 1 ( 21,9 P0 = 66,5 KN vµ Pe = n P0 = 332,5 ( KN ) VËy : max =10,78 (kN/ cm2) Vậy cần thoả mÃn điều kiện bền IV Tính toán tháp cẩu Tính sơ kích th-ớc tháp cẩu: -Ta chọn tháp cẩu cột đơn tiết diện tròn không đổi suốt chiều dài cột Để đảm bảo ổn định cục , đ-ờng kính cột D n chiều dày cột S phải thoả mÃn điều kiện Víi S > 15 mm th× Dn 100.S Chän S = 16 mm Dn 1600 (mm) = 160 (cm ) -Th«ng th-êng: Dn = (50 80 ).S =8001280 Chän Dn=900 (mm) -§-êng kÝnh trong: Dt = Dn – 2.S = 868 (mm) *KÝch th-íc tiÕt diƯn mặt cắt cột đ-ợc xác định theo điều kiện : * Diện tích mặt cắt ngang cột: Dn2 .900 2 1 = A= 4 868 1 =444,1 (cm2) 900 *Mô men quán tính cột: Ix = I y = Dn4 =43.104 (cm4) 64 *M« men chèng uèn : Wx = WY = 2I x =9,64.103 (m3 ) Dn * B¸n kÝnh qu¸n tÝnh: rx = ry =0,353.D =31,2 ( cm ) -Víi c¸c thông số kích th-ớc nh- cột cẩu thoả mÃn ®iỊu kiƯn bỊn vµ ®iỊu kiƯn cøng Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHÔ * §iỊu kiƯn bỊn : Wc = 0,785.Dtb 2.S 10.Q.l = 5003( cm3) Wc=Wx=Wy=9815>5003 Trong : Wc - mô men chóng uốn mặt cắt cột ( cm3 ) Dtb =88,4 ( cm) - Đ-ờng kính trung bình cột ( cm ) S =1,6 cm - ChiỊu dµy cét ( cm ) Q.l - Tích sức căng chiều dài cần Q=29,43 kN - Trọng l-ợng hàng ( kN ) l=17- Chiều dài cần ( m ) *Theo điều kiªn cøng Ic=0,393.D 3tb S =54,2974.10424 L2 h Ql = 25.4.104 (cm4) Ic= Ix= Iy= 43,4.104 > 21,7.104 h = 16 ( m) - Khoảng cách từ gối đuôi cần tới điểm treo palăng nâng cần đỉnh cột L=18,4 ( m) - khoảng cách từ gối cột đến điểm treo palăng nâng cần đỉnh cột -Tại chỗ cột qua boong chiều dầy cột tăng (20 30)% vËy s1=(1,21,3)s = 19,220,8 chän s1 =20(mm) Víi thông số kích th-ớc nh- cột cẩu thoả mÃn điều kiện bền điều kiện cứng Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu : -Ngoại lực cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm có * Lực H 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 nhánh dây nâng cần chạy dọc cột H1 Ta H Qa RH Tc Tt P0 – S’ S’’ Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHễ c QH Các lực đ-ợc phân thành lực theo ph-ơng ngang Ta , Tc ,Tt lực theo ph-ơng thẳng đứng Qa , Qc , Qt * Các lực đ-ợc tính theo công thức : Ta = Tc = ( P0 – S’ ).cos = 25,82 (kN) Qa = H.sin + S’’ = 41,21 (kN) Qc = ( P0 – S’ ).sin = 18 (kN) Tt = Qt = 0,707.S’ = 24,73 (kN) Trong ®ã : =35o : góc nghiêng cần = 6o : góc nghiêng palăng nâng cần Hoặc tính theo bảng 5.15 -STTBTT2 quy đổi ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu : a) Hệ số liên kết cột : - Cét tùa tù ë boong vµ ngµm cøng ỉ boong d-íi : = 0,75 hc = 0,75 4,9 =3,675 ®ã : hc = 4,9 (m) - chiều cao từ boong tới đà ngang kín n-ớc b )Tính hệ số thay đổi mặt cắt : - cột tính toán có tiết diện không ®ỉi nªn a =1 c) TÝnh hƯ sè ’a = a + L =1+ 3,675 = 1,2 18,4 c Trong ®ã : L = h + hc = 16 +2,4 =18,4 (m) d) tÝnh hÖ sè xc= L h (1, + ) –0,5 = 26,65 hc hc e) tÝnh hƯ sè qui ®ỉi lùc: c =( hc x ) 'c = 0,049 a L vËy lực qui đổi từ công thức Ta =( 1-c ).Ta + c Tc = 25,82 (KN) Trong ®ã : c = 0,049 ,Ta = 25,82 (KN) ,Tc =25,82 (KN) -T¶i cho phÐp P =29,4 KN Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHÔ D1 = 900(mm) e = D1 /2 + l = 70 (cm) l khoảng cách từ điểm đặt Qa đến cột *Tr-ờng hợp cần dọc tàu: - Mô men uốn gây đầu cột : Ma = Qa e = 28,847 (KNm) Trong ®ã : Qa = 41,21 ( KN) - lực nén đầu cột e - khoảng cách từ điểm đặt Qa đến tâm cột - Mô men uấn cột gối đỡ cÇn : Mc= Ta.h + Qa e = 441,967 (KNm) Trong : Ta = 25,82 (KN) - thành phần lực nằm ngang có nâng cần gây h = 16 (m) - khoảng cách từ gối đỡ cần cột tới đỉnh cột - Mô men uấn cột mặt boong : Mb= Ta.L + (Tt – Tc)hc + (Qa + Qt )e = 518,63 (KNm) Trong ®ã : Ta =25,82 (KN) Tt =24,73 ( kN) Tc =25,82 (kN) Qa = 41,21 (kN) L = 18,4 (m) Qt = 24,73 ( kN) hc = 2,4(m) ta có sơ đồ tải trọng cột nh- hình bên *lực nén : -ở đầu cột: Na = Qa = 41,21 (kN) - gối đỡ cần : Ne = Qa + Gc = 45,3456 (KN) - ë boong : Nb = Qa +Qc + Qt +Gb = 900,79 (KN) : Gb - trọng l-ợng tháp cÈu tÝnh ®Õn boong Gb = .( D n D ) L. = 83352,74 (kg ) =816,85 (KN) Trong ®ã: Dn = 0,9 (m ) - đ-ờng kình cột D = 0,868( m) - đ-ờng kính cột L=18,4(m) - chiều cao cét tõ mỈt boong = 102.103 (Kg/m3 ) - trọng l-ợng riêng thép *Khi cần v-ơn mạn: Page N THIT K CN CẨU DERRICK TÀU HÀNG KHƠ - M« men n ë đầu cột: - Mô men uốn gối đỡ cần : Ma=Qa.e = 28,847 (KN.m) Mcx=Qae =28,847 (KNm) Mcy=Ta.h =413,12 (KNm) - Mô men uốn boong đỡ : Mbx=Tt.hc+(Qa+Qt).e =105,51 (KNm) MbY =Ta.L-2.Tc.hc=351,152 (KNm) * Lùc nÐn ë ®Çu cét : Na=Qa=41,21(KN) - Lùc nÐn ë gèi ®ì cÇn : Nc=Qa+Qc= 45,3456 (KN) - Lùc nÐn ë boong đỡ trên: Nb=Qa+Qc+Qt+Gb= 900,79 (KN) - Mô men xoắn: M a = Ta.e =18 ( KNm) *KiĨm tra bỊn theo thuyÕt bÒn tb = 4 = 10,78 ( KN/cm2) = = M u Po =5,4 (KN/cm2) Wu A Ma Ma = W 2W x = 0,07 (KN/cm2) Ta cã cần v-ơn mạn tải trọng đỡ lỗ có trị số ứng suất lớn Mmax= M a tiÕt diƯn kiĨm tra lµ tiÕt diƯn cét mặt boong có N maxvà Mmax Tại tiết diện D = 900(mm) S = 20(mm) DiƯn tÝch : A =.D.S =552,64 (cm2) Trong ®ã : D =Dn –S = 88 (cm) ; S = 2(cm) M« men chèng uèn : Wu=Wx= WY =0,785.D2.S = 12158( cm3) Mô men độc cực : W = Wx = 24316 ( cm3 ) tb = 5,4 KN