* Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống. Hình 2.18: Quá trình mở nắp hầm hàng. Hình 2.19: Quá trình đĩng nắp hầm hàng. * Giải thích sơ đồ hình 2.18 và hình 2.19. 3, 4-Tấm nắp hầm hàng; 6-Hệ thống xích; 7-Khoang hàng; 12, 13-Bộ phận dẫn hướng; 15-Puli dẫn hướng; 34, 35–Thành miệng hầm hàng; 48–Đĩa xích; 49- Bánh xe lăn đỡ tấm nắp.
* Sơ lượt về nguyên lý hoạt động.
Quá trình mở nắp hầm hàng: Khởi động hệ thống mở nắp hầm hàng, các khĩa giữ tấm nắp được mở ra, các máy thủy lực hoạt động lai đĩa xích-48 quay, kéo xích-6 chạy, nhờ cĩ buli dẫn hướng-15 và máng dẫn xích mà xích được dẫn chuẩn xác. Xích chạy kéo theo cơ cấu mĩc xích (Cơ cấu trung gian gắng chặt tấm nắp và xích) dịch chuyển dẫn đến tấm nắp-3, 4 dịch chuyển theo ra mạng nhờ bánh xe lăn- 49 lăn trên thanh ray.
Tấm nắp được kéo dịch chuyển đến khi cạnh trong của tấm nắp trùng với thành miệng hầm hàng-34, 35 thì miệng hầm hàng được mở hồn tồn. Tấm nắp được giữ bằng cơ cấu giữ. Ta dừng hệ thống kết thúc quá trình mở nắp hầm hàng. Quá trình đĩng nắp hầm hàng: Khởi động hệ thống đĩng nắp hầm hàng, các máy thủy lực hoạt động (cĩ chiều quay ngược với chiều mở nắp). Động cơ thủy lực làm quay đĩa xích, kéo xích dịch chuyển. Xích dịch chuyển kéo theo cơ cấu mĩc xích dịch chuyển và như vậy tấm nắp được kéo vào, đĩng miệng hầm hàng lại. Các tấm nắp được giữ bằng các khĩa giữ. Ta dừng hệ thống thủy lực kết thúc quá trình đĩng nắp hầm hàng.
* Hình ảnh minh họa.
Hình 2.21: Các quá trình mở nắp hầm hàng của các kiểu nắp khác nhau.
2.4. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
2.4.1. Giới hạn nội dung nghiên cứu thiết kế.
Giới hạn nội dung nghiên cứu thiết kế phụ thuộc rất lớn vào phương pháp thiết
kế. Mà phương pháp thiết kế lựa chọn là thiết kế theo tàu mẫu, cho nên nĩ sẽ phụ thuộc nhiều vào đặc điểm kết cấu, quy cách các tấm nắp cũng như thành miệng hầm hàng của tàu mẫu. Qua các bảng vẽ nhận được từ tàu mẫu và các thiết bị cơ giới hĩa việc đĩng mở nắp hầm hàng giới thiệu ở mục 2.3.2, tơi thấy hệ thống đĩng mở nắp hầm hàng kiểu trượt là thích hợp nhất. Hơn nữa cách đĩng mở nắp hầm hàng kiểu này cịn rất thích hợp cho tàu chở hàng rời và điều kiện sản xuất của các nhà máy đĩng tàu nước ta. Cho nên tơi quyết định lựa chọn cách đĩng mở này làm nền tản cơ sở cho việc bố trí, tính tốn thiết kế.
2.4.2. Phương án thiết kế.
Cĩ nhiều phương án để di chuyển các tấm nắp ra hai bên mạng như: Dùng hệ thống thủy lực, dùng hệ thống truyền động tời-dây cáp-động cơ, dùng cẩu…vv. Tuy nhiên cĩ một phương án vừa đáp ứng được yêu cầu kinh tế, vừa đáp ứng được tính năng kỹ thuật mà lại đơn giản, hiệu quả, dễ sử dụng, dễ vận hành. Đĩ là phương án dùng hệ truyền động xích-đĩa xích-hệ thống thủy lực. Cho nên tơi chọn hệ truyền động này làm phương án thiết kế.
2.4.3. Giới thiệu về tàu lựa chọn thiết kế.
Tàu thiết kế là tàu vỏ thép chở hàng rời 02 chân vịt lắp máy chạy dầu DO/HFO do Viện Khoa Học Cơng Nghệ Tàu Thủy thiết kế.
Các thơng số kích thước và tính năng tàu:
− Chiều dài tồn bộ : 165,37 m.
− Chiều dài giữa hai trụ : 156,00 m.
− Chiều rộng : 25,00 m.
− Chiều cao đến boong chính : 12,00 m. − Mớn nước chở hàng thiết kế : 7,500 m. − Lượng chiếm nước Dispt : 26.000T. − Dung tích khoang hàng : 26.000 m3.
− Đặc điểm kết cấu : Đáy đơi , mạn kép.
− Trọng tải : 20.000DWT.
− Cơng suất máy chính : 3550 HP x 2. - Tốc độ đi biển ở mức tải thiết kế và ở
cơng suất khai thác liên tục máy chính : 10,5 Hải lý/giờ. - Tàu hoạt động trong vùng khơng hạn chế.
2.4.4. Giới thiệu về khoang hàng của tàu. 2.4.4.1. Giới thiệu chung. 2.4.4.1. Giới thiệu chung.
Tàu thiết kế cĩ 6 khoang hàng cĩ kích thước khác nhau, Cĩ sơ đồ bố trí như bản vẽ 01của tập bản vẽ và hình 2.22 của phần thuyết minh. Sáu miệng khoang hàng này cĩ nắp đậy là loại nắp kháng thời tiết đĩng mở theo hình thức trượt về hai bên mạng, vận hành bằng hệ thống truyền động xích-đĩa xích-hệ thống thủy lực.
Khoang 1 K2 K3 K4 K5 K6 Hình 2.22: Sơ đồ miệng khoang hàng tàu chở hàng rời 20000 DWT.
Bảng 2.1:Các thơng số của các nắp hầm hàng :
Nắp số Kích thước LxB (m).
1 12.4x13.8
2, 3 &5 12.4x15.4
4 &6 12.4x14.7
Chiều cao miệng hầm hàng 2100 mm.
2.4.4.2. Giới thiệu miệng hầm hàng lựa chọn thiết kế.
Các thiết bị cơ giới hĩa đĩng mở nắp hầm hàng của 6 hầm hàng trên cĩ cơ chế vận hành, trình tự tính tốn, cơng thức tính tốn như nhau. Song do kích thước miệng hầm hàng khác nhau nên khối lượng nắp hầm hàng sẽ khác nhau dẫn đến kết quả tính tốn thiết kế và tính chọn thiết bị sẽ khác nhau. Để đảm bảo thời lượng hồn thành đồ án tơi chỉ chọn tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị cơ giới hĩa cho một miệng hầm hàng đĩ là miệng hầm hàng số 5.
Miệng hầm hàng số 5 nằm ở vị trí sườn 159 đến 181, cĩ nắp đậy là loại nắp kháng thời tiết, đĩng mở theo kiểu trượt về hai bên mạng, vận hành bằng hệ ttuyền động xích-đĩa xích-hệ thống thuỷ lực.
Hình 2.23. Miệng khoang hàng số 5 tàu 20000DWT. Đặc điểm nắp đậy:
+ Kích thước 12.4x15.4 m.
+ Nắp gồm hai tấm (khối lượng gần bằng nhau).
+ Kết cấu tấm nắp theo hệ thống hỗn hợp gồm các dầm ngang và dầm dọc liên kết với nhau.
+ Nắp được thiết kế theo qui phạm Lloyd’s.
Quy cách, kết cấu hai tấm nắp được thể hiện đầy đủ trong hai bản vẽ 02, 03 của tập bản vẽ.
2.4.5. Liệt kê các phần tử chính trong hệ thống thiết bị cơ giới hĩa việc
đĩng mở nắp hầm hàng số 5.
Bảng 2.2: Liệt kê các phần tử trong hệ thống thiết bị cơ giới hĩa việc đĩng mở nắp hầm hàng số 5.
TT Tên thiết bị ,cơ cấu Số lượng Vai trị thiết bị trong hệ thống.
1 Tấm nắp hầm hàng 2 Tấm Đậy kín miệng hầm hàng
Boong chính
Boong chính
3 Puli dẫn xích 16 puli Dẫn hướng xích chạy được chính xác.
4 Cơ cấu định hướng tấm nắp 6 cơ cấu Định hướng cho nắp hầm hàng theo một phương xác định.
5 Đĩa xích 4 đĩa Sinh lực kéo xích dịch chuyển khi đĩng mở.
6 Đường ray 4 Thanh Để bánh xe lăn nắp hầm hàng chạy theo hướng đã định.
7 Xilanh thủy lực 8 xilanh Nâng, hạ các tấm nắp hầm hàng..
8 Cơ cấu định hướng xilanh thủy lực 8 cơ cấu Giữ cho xilanh luơn chuyển động thẳng đứng.
9 Bánh xe lăn nắp hầm hàng 8 bánh Chạy trên ray , chở theo nắp hầm hàng.
10 Cơ cấu mĩc xích 4 cơ cấu Giữ xích cố định vào nắp hầm hàng.
11 Xà đỡ tấm nắp 4 xà Đỡ tấm nắp hầm hàng khi mở ra.
12 Trụ chống xà đỡ nắp 4 trụ Chống xà đỡ nắp nằm ngang bằng với miệng hầm hàng.
13 Khĩa giữ 20 khĩa Giữ cố định nắp hầm hàng khi đã đĩng.
14 Xích 4 sợi Kéo nắp hầm chuyển động nhờ đĩa xích , mĩc xích…
2.4.6. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.
2.4.6.1. Sơ đồ phác thảo nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị cơ giới hĩa đĩng mở nắp hầm hàng . hĩa đĩng mở nắp hầm hàng .
Hình 2.24: Quá trình nâng tấm nắp lên.
Hình 2.25: Quá trình kéo tấm nắp ra mạng. 2.4.6.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị cơ giới hĩa đĩng mở nắp Mạng trái
hầm hàng được minh họa đầy đủ trong hai bản vẽ 04, 05 của tập bản vẽ và mục 2.4.6.2. của phần thuyết minh.
* Quá trình mở nắp hầm hàng.
Đầu tiên mở các cơ cấu giữ tấm nắp-09 ra, khởi động hệ thống mở nắp hầm hàng. Các máy thủy lực-01 hoạt động, 8 xylanh thủy lực-06 làm việc cùng lúc và chuyển động thẳng đứng lên nhờ cơ cấu định hướng xylanh-16, nâng đều hai tấm nắp hầm hàng lên đến vị trí mà tại đĩ rãnh bánh xe-05 ngang bằng với mặt trên của thanh ray-10.
Động cơ thủy lực lai đĩa xích-03 quay, xích-07 bị kéo, nhờ cĩ hệ thống puli dẫn xích-04 và máng dẫn xích-08 mà xích được dẫn chuẩn hướng. Xích chạy làm cho cơ cấu mĩc xích-13 (gắng chặt giữa xích và tấm nắp) chuyển động dẫn tới tấm nắp sẽ chuyển động trên bốn bánh xe, trên thanh ray, trên xà đỡ tấm nắp-17 ra mạng. Khi tấm nắp được mở ra hết miệng hầm hàng (bánh xe chạm vào gờ ray). Ta dừng động cơ thủy lực kết thúc quá trình mở nắp hầm hàng.
* Quá trình đĩng nắp hầm hàng.
Ta ấn nút khởi động đĩng, các động cơ thủy lực hoạt động quay theo chiều ngược lại chiều mở, lai đĩa xích, kéo xích chuyển động trong máng xích và puli dẫn hướng. Xích chuyển động làm cho cơ cấu mĩc xích chuyển động, dẫn đến tấm nắp được kéo di chuyển trên bốn bánh xe trên thanh ray vào vị trí cĩ bố trí cơ cấu xilanh thủy lực nâng hạ tấm nắp hầm hàng.
Các xilanh thủy lực từ từ hạ xuống làm cho tấm nắp được đĩng khít với thành miệng hầm hàng. Ta tiến hành đĩng cơ cấu giữ tấm nắp để cố định tấm nắp lại. Dừng hoạt động hệ thống các máy thủy lực. Kết thúc quá trình đĩng nắp hầm hàng.
CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HĨA VIỆC ĐĨNG
3.1.TRÌNH TỰ THIẾT KẾ.
Từ phương pháp thiết kế, giới hạn nội dung nghiên cứu thiết kế và phương án lựa chọn. Sau khi cĩ tàu mẫu tơi tiến hành tìm hiểu bố trí chung, chức năng, cơng dụng của các thiết bị và nguyên lý hoạt động của hệ thống thơng qua các bản vẽ 04, 05 của tập bản vẽ.
Tiến hàng liệt kê các chi thiết, thiết bị cĩ trong hệ thống, tính tốn khối lượng nắp hầm hàng, tính các thơng số cơ bản, sau đĩ tính chọn các chi tiết, thiết bị đã được liệt kê và những thiết bị cĩ liên quan.
3.2. TÍNH TỐN KHỐI LƯỢNG NẮP HẦM HÀNG SỐ 5. 3.2.1 Tính khối lượng tấm nắp bên phải hầm hàng số 5.
Khối lượng tấm nắp hầm hàng bao gồm: Khối lượng của tấm tơn nắp trên cùng và khối lượng của khung dàn đỡ tấm nắp. Phương pháp chung đế xác định khối lượng tấm nắp là xác định thể tích của thép cấu tạo nên tấm nắp sau đĩ dựa vào khối lượng riêng của thép mà suy ra khối lượng của tấm nắp.
- Tấm tơn nắp trên cùng là tấm phẳng cĩ độ nghiên như bản vẽ 02. Cĩ thể tích vật liệu thép được xác định theo cơng thức:
V1 =LxBxt, (m3) (3.2-1) Trong đĩ : V1- Thể tích thép tấm nắp, (m3).
L - Chiều dài tấm nắp, (m). B - Chiều rộng tấm nắp, (m). t - Chiều dày tấm nắp, (m)
Khung dàn đỡ tấm nắp gồm những xà ngang chữ T, dầm dọc chữ T, liên kết với nhau bởi đường hàn. Các xà ngang T bị cắt bởi các xà dọc T.
Cơng thức chung: V2 = (A x b + C x d ) x L , (m3). (3.2-2) Trong đĩ : V2 - Thể tích thép của dầm, (m3).
A - Bề rộng bản thành, (m). b - Chiều dày bản thành, (m).
C - Bề rộng bản mép, (m). d - Chiều dày bản mép, (m). L - Chiều dài của dầm, (m).
Vì tấm nắp cĩ độ nghiên cho nên các tấm dọc, dầm dọc cũng phải nghiên tương ứng. Những chi tiết này cĩ tính đối xứng qua hai bên xà ngang ở giữa, cho nên chỉ cần tính khối lượng một nửa rồi suy ra khối lượng cả tấm hoặc dầm.
Ta xem một nữa dầm, hoặc tấm dọc này như hình thang vuơng, rồi áp dụng quy tắt hình thanh để tính thể tích thép:
Cơng thức : V3 = (C + D)xhxt, (m3). (3.2-3)
Trong đĩ: - V3- Thể tích thép của một nửa dầm hoặc tấm, (m3).
- C, D - Hai đáy hình thang vuơng, (mm). - h - Chiều cao hình thang vuơng, (mm). - t - Chiều dày của thếp dầm hoặc tấm, (mm). khối lượng riêng của thép là: D = 7850 (kg/m3).
Bảng 3.1: Bảng tính khối lượng tấm nắp phải nắp hầm hàng số 5. TT Tên chi tiết Số lượng Quy cách (mm)
V, (m3) Tổng V,(m3 ) Khối lượng (kg) 1 Tấm tơn nắp trên cùng 1 (LxBxt) =(15762x6365x14 1.4046 1.4046 11026 2 Tấm cạnh ngang 2 (LxBxt) =(6365x514x20) 0.0458 0.0916 719 3 Tấm cạnh dọc 2 2(CxDxhxt) =2(614x496x7880x20) 0.175 0.35 2747.5 4 Tấm dọc 2 2(CxDxhxt) =2(614x496x7850x14) 0.1222 0.2444 1918.5 5 Tấm dọc đáy 1 1 (LxBxt) =(14920x420x20) 0.125 0.125 981 6 Tấm dọc đáy 2 1 (LxBxt) 0.11 0.11 863.5
=(14920x370x20) 7 Tấm ngang 2 (LxBxt) =(6365x420x22) 0.059 0.118 926 8 Tấm viền ngang 2 (LxBxt) =(6355x100x10) 0.00636 0.01272 100 9 Tấm viền dọc 1 (LxBxt) =(15306x100x10) 0.0153 0.0153 120 10 Thanh kẹp đêm kín nước (ngang) 4 (LxBxt) =(6365x40x8) 0.00204 0.0082 65 11 Thanh kẹp đệm kín nước (dọc) 2 (LxBxt) =(15306x40x8) 0.0049 0.0098 77 12 Thanh L đỡ đệm kín nước dọc hơng nắp 2 và 58x38x8 80x48x8 0.0161và 0.0121 0.0282 221 13 Đệm kín nước dọc hơng nắp 1 (LxBxh) =(16230x73x62) 0.0735 0.0735 111 14 Đệm kín nước dọc đáy nắp 1 (LxBxh) =(15734x72x22) 0.025 0.025 38 15 Đệm kín nước ngang 2 (LxBxh) =(6602x72x62) 0.0295 0.059 89 16 Bản mép dầm dọc T 7 (LxBxt) =(15700x250x20) 0.0785 0.5495 4313.6 17 Bản thành dầm dọc T 7 2(CxDxhxt) =2(614x514x7850x12) 0.106 0.742 5825 18 Bản mép dầm ngang T 56 0.0041 0.2296 1800 19 Bản thành dầm ngang T 63 0.0056 0.3528 2769 20 Khối lượng bánh xe lăn 4 4x83=332 21 Khối lượng các khĩa ,cơ cấu mĩc xích … 100 22 Tổng khối lượng 34810 Vậy khối lượng tấm nắp phải của nắp hầm hàng số 5 là:
MTNP= 34810 kg = 34.81 T
3.2.2. Khối lượng nắp hầm hàng số 5.
Hai tấm nắp của hầm hàng số 5 cĩ khối lượng gần bằng nhau do đĩ nắp hầm số
5 cĩ khối lượng:
3.3. TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN.
3.3.1. Tính lực kéo cần thiết để dịch chuyển một tấm nắpFk.
Để kéo một tấm nắp hầm hàng dịch chuyển được thì lực kéo sinh ra trên xích
phải lớn hơn lực ma sát sinh ra giữa bốn bánh xe và hai thanh ray: Fk〉Fms, (N).
Lực ma sát sinh ra được xác định theo cơng thức:
Fms =kN , (N). (3.3-1)
Trong đĩ :
- Fms - Lực ma sát lăn, (N).
- k = (0.11 – 0.12) - Hệ số ma sát lăn cĩ bơi trơn bằng mỡ, chọn k = 0.12. - N - phản lực của thanh ray tác dụng lại bánh xe, (N).
Vậy lực ma sát sinh ra ở bánh xe 1:
Fms1 =kN1, (N). (3.3-2)
Trong đĩ: N1 =P1 =87025 (N) - Phản lực tại bánh xe 1.
Thay vào cơng thức (3.3-2) ta được: Fms1 =87025x0.12=10443 N. Ta xem trọng lực tấm nắp phân bố đều trên bốn bánh xe suy ra: Fms1 = Fms2 =Fms3 =Fms4= 10443 N.
Vậy lực ma sát sinh ra giữa các bánh xe và hai thanh ray bởi trọng lượng tấm nắp là:
Fms = Fms1+Fms2 +Fms3 +Fms4 =4Fms1= 4x10443 = 41772 N. Suy ra lực kéo cần thiết Fk> 41772 N.
3.3.2. Định vận tốc kéo tấm nắp VK.
Giả sử tấm nắp được kéo thẳng đều trên hai thanh ray. Ta cĩ hành trình tấm nắp hầm hàngLHT =6.2m, từ vị trí đĩng hồn tồn đến vị trí mở hồn tồn (xác định dựa
vào bản vẽ 04). Thời gian quan sát thực tế của một hành trình mở nắp hầm hàng là
s
t1 =21 . Khi đĩ vận tốc kéo của tấm nắp được xác định như sau: 0.3 21 2 . 6 1 = = = t L V HT K m/s. (3.3-3)
3.3.3. Tính lực nâng cần thiết của một xilanh khi nâng tấm nắp lênFXL.