Thiết bị tàu cần cẩu derrick đồ án thiết kế môn học

KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
THẾT BỊ TÀU : CẦN CẨU DERRICK
THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÀU: tàu hàng khơ chở thiết bị máy móc
*Chiều dài hai trụ :
L = 118
*Chiều rộng thiết kế :
B = 17,35
*Chiều cao mạn :
D = 9,59
*Chiều chìm :
d = 7,38
*Cơng suất máy chính :
P = 6500
*Vận tốc tàu :
VS = 14
THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA KHOANG HÀNG
*Kích thước khoang hàng: 18.2 x 17.35 m
*Kích thước miệng khoang hàng: 10,92x 10,41 m
CHƯƠNG - I LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Ta chọn cân cẩu derrick đơn loại nhẹvì:
*Xét về sức nâng, tầm với, kết cấu và khả năng chế tạo thì derrick có
nhiều ưu điểm hơn.Derrik có thể thiết kế có sức nâng nên tới 300T, tầm
với 20÷30m. Kết cấu của derrick đơn giản, dể chế tạo, lắp ráp, có thể
chế tạo ngay trong nhà máy đóng tàu.
* Vì tàu cần được trang bị thuộc tàu cở vừa. Kích thước khoang hàng của
của tàu này nhỏ.
* Việc chọn trọng tải của cần còn phụ thuộc vào u cầu của chủ tàu muốn
nâng nhanh hay chậm. Và điều này còn phụ thuộc vào hàng cần chở.
Trong trường hợp này chúng ta chọn cần có sức nâng 7 T.
CHƯƠNG - II TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC CƠ B
ẢN CỦA HỆ CẦN DERRICK

1 - Kích thước cơ bản của derrick bao gồm:
lo :Chiều dài cần. 13,33
q :Góc nghiêng cần (hay góc làm việc) 15
a : Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng 4
b : Khoảng cách đo theo phương ngang từ đầu cần đến miệng
qy dọc hầm hàng
c : Khoảng cách đo theo phương dọc từ đầu cần đến miệng
qy ngang hầm hàng 7,3
hc: Khoảng cách từ sàn đến chốt quay cần. 2,5
h1 : Khoảng cách từ đầu cần đến miệng hầm hàng hoặc mạn chắn sóng
(lấy giá trị lớn hơn). 4,95
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 1
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
C : Khoảng cách giữa hai chân cần 0
Kích thước cần được xác định theo hai điều kiện.
*)Xác định kích thước cần derrick đơn có dây chằng và dây điều chỉnh kép
Hình vẽ.
Derrick đơn loại nhẹ
a) Có dây nâng hàng và dây nâng cần
b) Có Palăng nâng hàng và Palăng nâng cần
1. Cần, 2.Cột, 3.Mã quay của dây nâng cần.
4, 7, 9, 15 ma ni; 5.ròng rọc nâng cần;
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 2
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
a)XĐ kích thước cần theo điều kiện bốc hềt hàng trong khoang.
1.Chiều dài cần lo
lo = = 11,68
Trong đó :
bk là chiều rộng miệng khoang. 10,41
c = 7,28

lk là chiều dài miệng khoang hàng 10,92
chọn min : 15
Góc nghiêng cần nhỏ nhất: qmin /15o đối với cần nhẹ
Nếu qmin lớn thì chiều dài cần sẽ lớn.
4
Phụ thuộc vào kích thước các tời đặt giữa cột cẩu và miệng hầm hàng và
phương pháp xếp nắp nầm hàng. Thường a = (3,5÷ 4.0)m.
b)XĐ kích thước cần theo điều kiện tầm với – Đưa hàng ra ngồi mạn.
1.Chiều dài cần: lo
lo = = 13,33
Trong đó :
-α: là góc quay cần :α = 70o ÷ 80o
4, 7, 9, 15 ma ni; 5.ròng rọc nâng cần;
8.Mã bắt cáp nâng hàng và nâng cần.
10.Ròng rọc nâng hàng;11. Đối trọng; 12. Mắt xoay.
13.Móc đầu cần;14.Dây quay cần;16.Palăng nâng cần.
17.Mã cáp nâng cần trên boong;19.Chạc đuôi cần.
20.Dây nâng hàng; 21. Ròng rọc dẫn hướng.
22.Đầu dây nâng hàng chạy vào tời;
23.Dây hoặc Palăng tay nâng cần.
24.Palăng nâng cần; 25Palăng nâng hàng.
2
3
cos
k
a l


2.
3

k
l
max
2
sin .cos
B
R
 

GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 3
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Chọn bằng : 80
chọn Ro 4

Bmax – Chiều rộng lớn nhất của tàu. 17,35
Trong trường hợp khơng bố trí thiết bị xếp dỡ trên bờ :R = (4 ÷ 4,5) m
Chiều dài cần tính tốn là chiều dài lớn nhất trong hai chiều dài trên.
Nên ta chọn: 13,33
2. Chiều cao chân cần tính từ sàn tời:
hc là khoảng cách từ chốt quay cần tới sàn boong hoặc nóc buồng điện phải đảm
bảo sao cho người đi lại bên dưới dễ dàng và góc nghiêng của cáp so với mặt
phẳng giữa tang khơng q 1,5o (đối với tang trơn)và 2o (đối với tang có rãnh).
hc = (2,25 ÷ 2,5)m đối với tàu hàng bách hố
Chọn bằng : 2,5
3.Vị trí giới hạn đầu cần: h là Khoảng cách từ đầu cần đến miệng hầm h
àng ho
mạn chắn sóng (lấy giá trị lớn hơn).
Tầm với lớn nhất của cần đơn phải đảm bao cho cần với được khơng dưới 2/3
chiều dài miệng hầm hàng. Ở tầm với lớn nhất, chiều cao h1 phải lớn hơn chi
ều cao

hàng.
h1 = 5 ÷ 6m
4,95
4.Chiều cao cột: h là khoảng cách từ chốt quay cần đến đỉnh cột .
h thường được lấy lựa chọn theo tỉ số
= 0,4÷1,0 đối với cần nhẹ
Chọn h/l = 1 Suy ra : h = 13,33
Mơ men uốn cột khơng phụ thuộc vào chiều cao h.
h
l
1
2,5 sin 1
o
h l

   
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 4
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
CHƯƠNG III - TÍNH TỐN ỨNG LỰC TRONG HỆ CẦN
Tính tốn ứng lực trong hệ cần nhẹ làm việc đơn, có dây chằng và dây đi
ều chỉnh.
*Việc xác định ứng lực trong cần cẩu đơn được tiến hành ở 3 góc nghiêng cần khác
nhau . Tính ở góc nghiêng cần nhỏ nhất , góc nghiêng trung bình , góc nghiêng l
ớn nhất
*Việc xác định ứng lực trong hệ cần nhẹ cẩu đơn được tiến hành theo phương pháp
họa đồ . Việc xác định ứng lực được tiến hành như sau:
*Đối với góc nâng cần nhỏ nhất
*Chọn tỉ lệ biểu diễn lực . Từ A vẽ vectơ thẳng đứng Qo = Q + 0,5. Gc ( với Q là
trọng lượng hàng , Gc là trọng lượng cần ) . Tại đầu Qo vẽ vec tơ S1 = Q.k (s
ức căng

trong dây nâng hàng ) song song với cần OA . Từ đầu S1 vẽ đư
ờng thẳng song song với
CA cắt OA tại một điểm , xác định được hai vectơ T (s
ức căng lớn nhất trong dây nâng
cần ) và N ( lực nén cần )
*Từ O vẽ vectơ S2 = S1 .k (sức căng trong nhánh dây nâng hàng vào tời ) . Nếu ch
ưa
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 5
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
bố trí được vị trí của tời có thể lấy phương S2 nghiêng góc 45 .Tư đầu S2 vẽ vect
ơ S1
Hợp lực Rc của S2 và S1 là lực tác dụng vào chân cần
*Từ C vẽ vectơ T. Từ đầu T vẽ vectơ thẳng đứng T1 (là s
ức căng trong nhánh dây
nâng cần chạy dọc cột )
Ta có trong đó , i là bội suất hệ palăng nâng cần
- là hiệu suất của hệ palăng nâng cần . Hợp lực RT của T và T1 là l
ực tác dụng v
ròng rọc đỉnh cột
*Đối với góc nâng cần lớn nhất
- Từ B vẽ vectơ thẳng đứng Q . Từ đầu Q vẽ S1 song song với OB . Hợp lực Rđ l
à l
tác dụng lên ròng rọc treo hàng
Ta có các cơng thức tính sau :
Trong đó : Q là trọng lượng hàng Q = 7
Gc là trọng lượng cần Gc = 14.Q1/3(3,4lo – 1,6 ) (Kg) 1170,53
V
ậy suy ra Qo =
7,585 (tấn) = 74,336
* Cơng th

ức tính S1 = Q.k
=
Với k là hệ số .Ta chọn khi dây cáp thép chạy trên
ròng rọc ổ trượt . Vậy k = 1,05
* Cơng thức
V
ới : i =
2
0,98
Xác định ứng lực tại 3 góc nghiêng cần : ( dùng phương pháp h
ọa đồ vector ta xác định)
9
Cơng th
ức 15o 40o 60o
Q0 74,4115 74,411 68,67
N 146,515 146,51 140,77
T 90,6055 62,919 35,581
T1 44,3967 30,83 17,435
S1 S1 = Q.k 72,1035 72,104 72,104
S2
S2 = S1 .k
75,7087 75,709 75,709
RT
Dùng phương pháp h
ọa đồ vector 123,135 79,917 45,225
Rc
Dùng phương pháp h
ọa đồ vector 127,962 109,04 89,826
Rđ
Dùng phương pháp h

ọa đồ vector 0 0 135,92
Xác định sức căng trong hai palăng quay cần phía mạn Tm và phía hầm
0
0,5.
c
Q Q G
 
1k

 
0,05


1
.
T
T
i



1
.
T
T
i





0
0,5.
c
Q Q G 
1
.
o
l
N Q S
h
 
2
. 1 2. .sin
o
l l
T Q
h h

 
 
  
 
 
 
 
 
1
.
T
T

i


GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 6
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
hàng Th
Cơng thức xác định Tm và Th như sau:
Lập bảng tính tốn ứng với các góc làm việc của cần
Đại
lượng
Cơng th
ức 15o 40o 60o
A 1,21763 0,8456 0,5182
B 1,47168 1,405 1,311
1,11262 1,1126 1,1126
D 0,55679 0,7084 0,8702
1,11262 1,1126 1,1126
Tm(KN) 24,8447 21,069 15,366
45,2566 31,428 19,259
Th (KN) 65,6685 41,786 23,151
45,2566 31,428 19,259
a : là khoảng cách giữa hai cột quay cần lấy a = 13
l/h= 1
l= 13,33 m
Qo= 74,336 (KN)
CHƯƠNG IV- XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT, TÍNH ĐỘ BỀN CỘT
0
.
1 /
m

AQ
T
B D


0
.
1 /
h
AQ
T
D B


2
1 2. .sin
l l
A
h h

 
  
 
 
2
1 .cos .sin
2.
a a
B
l l

 
 
  
 
 
2
1 .cos .sin
2.
a a
D
l l
 
 
  
 
 
2
1 .cos .sin
2.
a a
B
l l
 
 
  
 
 
2
1 .cos .sin
2.

a a
D
l l
 
 
  
 
 
0
80


0
0


0
80


0
0


0
.
1 /
m
AQ
T

B D


0
80


0
0


0
0


0
80


0
.
1 /
h
AQ
T
D B


GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 7
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK

1 Xác định kích thước của tháp cẩu
Các thành phần ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu bao gồm :
*Lực căng T của palăng nâng cầng tác dụng vào cụm ròng rọc đỉnh tháp
*Lực nén dọc cần N tác dụng vào gới đỡ cần.
*Sức căng S1 trong đoạn dây nâng hàng chạy dọc cần.
*Sức căng St của đoạn dây nâng hàng chạy vào tời.
*Sức căng Tt 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 ,Tt như trên hình vẽ
Các thành phần lực trên có quan hệ với nhau theo các cơng thức sau:
Ta = Tc =(N – S1).cosq
Qa = T.sinb +T1
Qc =(N – S1).sinq
Tt Qt 0,707.St
Trong đó :
q= 150 là góc nâng cần (góc làm việc).
b là góc nghiêng palăng nâng cần.
Tt & Qt có thể xác định qua góc e phụ thuộc vào
Vị trí tời, lấy gần đúng e = 45o



GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 8
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Ngoại lực tác dụng lên cột đỡ cần nhẹ .Ứng với góc nghiêng cần nhỏ nhất
15
o
*Số ròng rọc trong palăng nâng cần và nâng hàng là 2
*Lực nén dọc cần tác dụng vào gối đở cần:
N=

146,51
*Lực của palăng nâng cần tác dụng vào cụm ròng rọc đỉnh tháp:
T=
90,605
*Sức căng trong nhánh dây nâng hàng:
S1=
72,104
*Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột:
T1 =
44,397
*Sức căng của đoạn dây nâng hàng chạy vào tời: St = S2 = S1.k = 75,709
Khi đó:
Ta = Tc =(N – S1).cosq = 71,879
Qa = T.sinb +T1 = 99,53
Qc =(N – S1).sinq = 19,25
Tt Qt 0,707.St = 53,526
Với theo quan hệ hình học ta tính được :
37,5
o
2 Qui đổi ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu
* Các ngoại lực có phương ngang thường qui đổi về một lực ngang Ta đặt ở x
à ngang
đỉnh tháp
* Các ngoại lực nằm ngang Ta ,Tc ,Tt
Ta = 71,879
Tc = 71,879
Tt = 53,526
*Khi đó: Tc -Tt = 18,352
Hình vẽ:
h

L
T T
A
C
a a
T
c
T
t
h






GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 9
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Thứ tự tính tốn lực qui đổi theo các bước sau:
* Hệ số liên kết :
Cột tựa tự do ở sàn boong lững và ngàm ở boong chính . Khi đó:
h0=
2,5
m
khi đó:
1,875
m
*Hệ số thay đổi mặt cắt :
Với cột tính tốn có mặt cắt khơng đổi :
1

*Tính hệ số
1,1185
*Tính hệ số
15,326
*Tính hệ số qui đổi lực
0,054
*Lực qui đổi lực
Trường hợp này ta tính lực qui đổi khi tháp cẩu có hai cần cẩu đơn phục
vụ cho hai hầm hàng hai bên. Khi đó lực qui đổi tính cho tháp cẩu bằng
tổng hợp của hai do lực từng cần gây ra (khi hai cần cùng
quay ra mạn với góc lớn nhất) . Ta tính như sau:
67,996
KN
Khi đó dựa vào quan hệ hình học ta có:
117,79
KN
3-Chọn sơ bộ kích thước mặt cắt tháp cẩu
* Chọn vật liệu làm tháp cẩu là thép đóng tàu có ứng suất chảy giới hạn là
o
c
B
C
h
h

0
0.75
h

 

a


'
a a
L

 
  
'
a

0
. 1,5 0,5
c
c c
h
L
x
h h
 
   
 
 
c
x
3
'
.
c c

c
a
h x
L


 
 
 
 
c

a
T

a
T



(1 ).
c a
T


1 2
(1 ).
a a
c a
T T T


  
2 2
0
1 2 1 2
2 * .cos(60 )
a a a a
a
T T T T T

  
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 10
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
235
N/mm2
*Mật độ thép la:
7,9
gcm-3
*Ta chọn mặt cắt là hình tròn. Khi đó kích thước mặt cắt tháp cẩu được tính
tốn sơ bộ như sau:
Ta chọn chiều dày của mặt cắt tháp cẩu : S>
15
mm
Khi đó đường kính ngồi Dn của tháp cẩu như sau:
Dn ≤100*S=
1500
mm
Thơng thường thì: Dn =(50÷80)S mm
*Ta chọn kích đặt trưng của mặt cắt tháp cẩu như sau:
Đường kính ngồi: Dn =

100
(cm)
Chiều dày :
1,8
(cm)
Đường kính trong: Dt= Dn-2*
96,4
(cm)
Đường kính trung bình: Dtb= (Dn+Dt)/2=
98,2
(cm)
*Các đặt trưng hình học của mặt cắt như sau :
Diện tích mặt cắt :
555,03
cm2
Mơ men qn tính :
669884
cm4
Mơ đun chống uốn :
13626
cm3
*Kiểm tra theo điều kiện bền:
Trong đó chính là tổng các tích của sức nâng cần Q(kN)
với chiều dài cần l(m) của tất cả các cần ở về một phía cột.
Trong trường hợp này ta có hai cần.
với : Q = 7 (tấn) =
68,67
(KN)
Vậy :
9150,7914

cm3
Thỏa mãn điều kiện bền
* Kiểm tra theo điều kiện cứng:
L : là khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng cần trên đỉnh cột
L = 15,83 m
h : là khoảng cách từ gối đi cần đến điềm treo palăng nâng cần trên đỉnh cột
h = 13,33 m
Vậy:
1957,3
Thỏa mãn điều kiện cứng
ch






10. .
x
w Q l


3
( )cm
10. .
x
w Q l 

2
24. . .

x
L
I Q l
h


2
24. . .
x
L
I Q l
h
 

4
cm
.Q l



. .
tb
F D
 
 
3
0,393. .
x tb
I D


 
2
0,785. .
x tb
W D

 
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 11
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
4-Nội lực tác dụng lên tháp cẩu
Hình vẽ:
4.1 - Mơ men uốn
Mơ men uốn ở đầu cột : Ma = Qa .e=
111673
kNmm
Trong đó: Qa =
99,53
kN
e =
1122
mm
Mơ men uốn ở gối đỡ cần : Mc = Ta.h+Qa.e=
#######
kNmm
Trong đó: Ta =
71,879
kN
h= 13,33 (m) =
13326
mm

Mơ men uốn ở boong đở trên :
Mb = Ta .L +(Tt -Tc ).hc +(Qa +Qt).e =
#######
kNmm
Trong đó:
Ta = 71,879
kN
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 12
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Tt = 53,526
kN
Tc = 71,879
kN
Qa = 99,53
kN
Qt = 53,526
kN
L =
15,83 (m) =
15826
mm
hc =
2,5 (m) =
2500
mm
e = 1122
mm
4.2 - Lực nén :
Lực nén ở đầu cột : Na = Qa =
99,53

kN
Lực nén ở gối đở cần : Nc = Qa + Gc=
156,79
kN
Với: Gc là trọng lượng cột tính từ gối đỡ cần trở lên
57,261
kN
Trong đó:
F = 555,0264 cm2=
0,0555
m2
h =
13,33
m
7,9 gcm-3
7,9
g =
9,8
m/s2
Lực nén ở boong đở trên : Nb = Qa + Qc + Qt + Gb =
240,31
kN
Với: Gb là trọng lượng cột tính từ boong trở lên
68,003
kN
Qc =
19,25
kN
Qt =
53,526

kN
Qa=
99,53
kN
L=
15,83
m
4.3 - Mơ men xoắn(khi cần vươn ra ngồi mạn) :
Ma = Ta .e
80648
kNmm
Trong đó: e=
1122
mm
Ta=
71,879
kN
5-Kiểm tra điều kiện bền theo qui phạm
Hình vẽ:
. ( . ).( . )
c
G V h F g
 
 


3
( / )T m
. ( . ).( . )
b

G V L F g
 
  
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 13
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Theo điều kiện sức bền
Tính ứng suất do mơmen uốn gây ra:
0,0927
kN/mm2
Với :
#######
kNmm
13625,898 (cm3)= #######
mm3
Tính ứng suất do lực nén gây ra:
0,0043
kN/mm2
Với : N =
240,31
kN
F = 555,0264 cm2=
55503
mm2
Tính ứng suất do mơmen xoắn gây ra:
0,003
kN/mm2
Với : Mx =
80648
kNmm
Modun chống xoắn :

#######
mm3
0,964
D =
100
cm =
1000
mm
d =
96,4
cm =
964
mm
Từ các giá trị trên ta xác định được:
0,0972
kN/mm2
Theo qui phạm ta có
0,1175
kN/mm2
Với :
235
N/mm2 =
0,235
kN/mm2
Vậy cột thỏa mãn về điều kiện sức bền
6 - Kiểm tra mơ đun chống uốn của tiết diện đế cột
x
M
W




 
2 2
max
( ) 3
a u n
    
   
maxu
u
u
M
W

 
maxu
M

u
W

n
N
F

 
 
3 4
0,2 1

p
W D

  
d
D


2 2
max
( ) 3
a u n
   
   
 
0,5.
ch
 

ch


GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 14
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Ta có mơ đun chống uốn của tiết diện đế cột :
13626
cm3
*Theo qui phạm mơ đun chống uốn của tiết diện đế cột khơng được nhỏ hơn giá tr
ị tính
theo cơng thức sau :

10125
cm3
Trong đó :
W : là tải trọng làm việc an tồn , W =
6
T
là bán kính làm việc tại góc nhỏ nhât cho phép:
12,872
m
là góc làm việc nhỏ nhất
l: là chiều dài của cần
13,33
m
Các giá trị C1 và C2 là các hệ số chọn theo bảng 3,4 trang 20 .
TCVN 6272:20003
C1 = 1,15
C2 = 114
Vậy thỏa mãn đều kiện bền theo qui phạm
CHƯƠNG - V TÍNH TỐN CẦN QUAY
1 - Cột quay cần mạn.
1.1 - Chọn cột cần quay mạn:
Ta chọn cần quay có kết cấu đơn giản , tiết diện khơng thay đổi.
1.2 - Ngoại lực tác dụng lên cột quay cần
Xác định ngoại lực tác dụng lên cột cẩu ứng với trường hợp góc nghiêng cần là nh
ỏ
nhất. Theo tính tốn ở phần xác định ứng lực, ta xác định đư
ợc sức căng trong palăng
quay cần phía mạn : Tm
e
T

m2
T
m
T
m1
2
0,785. .
x tb
W D

 
1 2
. .
C C W



min
cos .l
 
 
min
15
o


GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 15
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Theo tính tốn ở phần trên ta được:
Tm=

45,257
kN
( lấy giá trị max được tính từ phần trên)
Theo quan hệ hình học ta tính được:
11,707
kN
43,716
kN
1.3 - Chọn mặt cắt ngang cột quay cần
* Chọn vật liệu làm cợt quay c
̀
n là thép đóng tàu có ứng suất chảy giới hạn là
235
N/mm2
*Mật độ thép la:
7,9
gcm-3
*Chọn kích thước mặt cắt ngang củacợt quay c
̀
n có :
Đường kính ngồi: Dn =
35
(cm)
Chiều dày :
2,5
(cm)
Chìu cao cợt: hq=
5
m
Đường kính trong: Dt=(Dn-2* )=

30
(cm)
Đường kính trung bình: Dtb= (Dn+Dt)/2=
32,5
(cm)
*Các đặt trưng hình học của mặt cắt như sau :
Diện tích mặt cắt :
255,13
cm2
Mơ men qn tính :
33727
cm4
Mơ đun chống uốn :
2072,9
cm3
1.4 - Nội lực tác dụng lên cột quay cần
* Ta có : e=
416
mm
a) Moomen uốn:
- Mơ men uốn ở đỉnh cột :
Ma = -Tm1 .e =
-4870,3
kNmm
Trong đó: Tm1=
11,707
kN
- Mơ men uốn ở mặt boong:
Mb = Tm2. hq -Tm1.e =
114160

kNmm
Trong đó: Tm2 =
43,716
kN
hq = 2,5 m =
2500
mm
b) Tính tốn lực nén:
- Lực nén ở đỉnh cột : Na = Tm1 =
11,707
kN
- Lực nén ở mặt boong : Nb = Tm1 + Gb =
21,583
kN
Trong đó:
Gb : trọng lượng của cột quay cần:
9,8759
kN
1
.sin
m m
T T

 
2
.cos
m m
T T

 

ch






. .
tb
F D
 
 
3
0,393. .
x tb
I D

 
2
0,785. .
x tb
W D

 
. ( . ).( . )
b q
G V h F g
 
 


GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 16
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
F = 255,125 cm2=
0,0255
m2
hq =
5,00
m
7,9 gcm-3
7,9
g =
9,8
m/s2
c) Tính tốn mơ men xoắn :
Mx =
0
kNmm
1.5 - Kiểm tra bền theo qui phạm
Theo điều kiện sức bền
Tính ứng suất do mơmen uốn gây ra:
0,0551
kN/mm2
Với :
114160
kNmm
2072,8906 (cm3)= #######
mm3
Tính ứng suất do lực nén gây ra:
0,0008
kN/mm2

Với : N =
21,583
kN
F = 255,125 cm2=
25513
mm2
Tính ứng suất do mơmen xoắn gây ra:
0
kN/mm2
x
M
W





3
( / )T m
 
2 2
max
( ) 3
a u n
    
   
maxu
u
u
M

W

 
maxu
M

u
W

n
N
F

 
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 17
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Với : Mx =
0
kNmm
Modun chống uốn:
#######
mm3
0,8571
D =
35
cm =
350
mm
d =
30

cm =
300
mm
Từ các giá trị trên ta xác định được:
0,0559
kN/mm2
Theo qui phạm ta có :
0,1175
kN/mm2
Với :
235
N/mm2 =
0,235
kN/mm2
Vậy cột thỏa mãn về điều kiện sức bền
1 - Cột quay cần hầm.
1.1 - Chọn cột cần quay hầm:
Ta chọn cần quay có kết cấu đơn giản , tiết diện khơng thay đổi.
1.2 - Ngoại lực tác dụng lên cột quay cần
Xác định ngoại lực tác dụng lên cột cẩu ứng với trường hợp góc nghiêng cần là nh
ỏ
nhất. Theo tính tốn ở phần xác định ứng lực, ta xác định đư
ợc sức căng trong palăng
quay cần phía hầm hàng : Th
Theo tính tốn ở phần trên ta được:
Th=
65,668
kN
( lấy giá trị max được tính từ phần trên)
Theo quan hệ hình học ta tính được:

16,988
kN
W

e
T
h2
T
h
T
h1
 
3 4
0,2 1
p
W D

 
d
D


2 2
max
( ) 3
a u n
   
   
 
0,5.

ch
 

ch


1
.sin
h h
T T

 
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 18
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
63,433
kN
1.3 - Chọn mặt cắt ngang cột quay cần
* Chọn vật liệu làm cợt quay c
̀
n là thép đóng tàu có ứng suất chảy giới hạn là
235
N/mm2
*Mật độ thép la:
7,9
gcm-3
*Chọn kích thước mặt cắt ngang củacợt quay c
̀
n có :
Đường kính ngồi: Dn =
35

(cm)
Chiều dày :
2,5
(cm)
Chìu cao cợt: hq=
5
m
Đường kính trong: Dt=(Dn-2* )=
30
(cm)
Đường kính trung bình: Dtb= (Dn+Dt)/2=
32,5
(cm)
*Các đặt trưng hình học của mặt cắt như sau :
Diện tích mặt cắt :
255,13
cm2
Mơ men qn tính :
33727
cm4
Mơ đun chống uốn :
2072,9
cm3
1.4 - Nội lực tác dụng lên cột quay cần
* Ta có : e=
300
mm
a) Moomen uốn:
- Mơ men uốn ở đỉnh cột :
Ma = -Th1 .e =

-5096,4
kNmm
Trong đó: Tm1=
16,988
kN
- Mơ men uốn ở mặt boong:
Mb = Th2. hq -Th1.e =
163679
kNmm
Trong đó: Th2 =
63,433
kN
hq = 2,5 m =
2500
mm
b) Tính tốn lực nén:
- Lực nén ở đỉnh cột : Na = Th1 =
16,988
kN
- Lực nén ở mặt boong : Nb = Th1 + Gb =
26,864
kN
Trong đó:
Gb : trọng lượng của cột quay cần:
9,8759
kN
F = 255,125 cm2=
0,0255
m2
hq =

5,00
m
7,9 gcm-3
7,9
g =
9,8
m/s2
c) Tính tốn mơ men xoắn :
Mx =
0
kNmm
2
.cos
h h
T T

 
ch






. .
tb
F D
 
 
3

0,393. .
x tb
I D

 
2
0,785. .
x tb
W D

 
. ( . ).( . )
b q
G V h F g
 
 


3
( / )T m

GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 19
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
1.5 - Kiểm tra bền theo qui phạm
Theo điều kiện sức bền
Tính ứng suất do mơmen uốn gây ra:
0,079
kN/mm2
Với :
163679

kNmm
2072,8906 (cm3)= #######
mm3
Tính ứng suất do lực nén gây ra:
0,0011
kN/mm2
Với : N =
26,864
kN
F = 255,125 cm2=
25513
mm2
Tính ứng suất do mơmen xoắn gây ra:
0
kN/mm2
Với : Mx =
0
kNmm
Modun chống uốn:
#######
mm3
0,8571
D =
35
cm =
350
mm
x
M
W




 
2 2
max
( ) 3
a u n
    
   
maxu
u
u
M
W

 
maxu
M

u
W

n
N
F

 
 
3 4

0,2 1
p
W D

 
d
D


GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 20
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
d =
30
cm =
300
mm
Từ các giá trị trên ta xác định được:
0,08
kN/mm2
Theo qui phạm ta có :
0,1175
kN/mm2
Với :
235
N/mm2 =
0,235
kN/mm2
Vậy cột thỏa mãn về điều kiện sức bền
CHƯƠNG - VI TÍNH CHỌN CẦN , KIỂM TRA BỀN VÀ
ỔN ĐỊNH CHO CẦN

THEO QUI PHẠM
1 - Chọn cần theo lực nén:
Căn cứ vào lực nén trong cần là : N =
146,51
kN
Ta chọn cần loại (III)
Dựa vào bảng 5.26 thơng số cho cần loại III,sổ tay thiết bị tàu tập 2 trang 233
nhà xuất bản giao thơng vận tải ta có các thơng số kỹ thuật như sau:
L =
14 (m)
S =
8 (mm)
L1 =
14,12 (m)
S1 =
7 (mm)
l1 =
3,66 (m)
S2 =
8 (mm)
l2 =
4,73 (m)
S3 =
9 (mm)
D =
325 (mm)
Khối lượng : Q =
760 (kg)
d =
219 (mm)

Khối lượng : Q =
7,4556
(kN)
Vẽ hình minh họa:
2 - Xác định ngoại lựctác dụng lên cần
Tải trọng tác dụng lên cần gồm:
-Lực rãi là trọng lượng cần với cường độ tải trọng :
q = Q/L =
0,5325
kN/m
-Lực nén cần N với độ lệch tâm e :
N =
146,51
kN
e =
0,061
m
3- Xác định nội lực tác dụng lên cần.
Sơ đồ ngoại lực tính tốn như hình vẽ:
2 2
max
( ) 3
a u n
   
   
 
0,5.
ch
 


ch


GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 21
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Chọn hệ tọa độ như hình vẽ. ta có các phương trình cân bằng lực như sau:
XA = N
q.L = YA + YB
q.L2/2 - YB.L + N.e = 0
ta có: XA = 146,51 kN
YA = 3,0894 kN
YB = 4,3662 kN
Xét (0 ≤ x ≤ L) ta có:
Lực cắt: Qx = YA - q.x
khi x = 0 suy ra Qx = YA =
3,0894
kN
khi x = L suy ra Qx =
-4,3662
kN
Momen uốn:
Mx= YA.x-q.x2/2
khi x = 0 suy ra Mx =
0
kNm
khi x = L suy ra Mx =
-8,9374
kNm
Tìm cực trị: M'x = YA-q.x =0
suy ra: x=

5,8012
m
Mx=
8,9612
kNm
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 22
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Căn cứ vào biểu đồ nội lực ta thấy: Mxmax =
8,9612
kNm
Ta có:
0,0315
kN/mm2
Mơ đun chống uốn cần là: Wx=0,785.D.S=
663325
mm3
Diện tích mặt cắt: F = D.S=
8164
mm2
3 - Kiểm tra theo điểu kiện bền.
Theo điều kiện bền thì :
Theo Bảng 3.2 , trang 17 , phần Quy Phạm Thiết Bị Nâng Hàng Tàu Bi
ển :TCVN:2003
Ta có:
0,0799
(kN/mm2)
Giới hạn chảy của thép làm cần:
0,235
(kN/mm2)
Thỏa mãn điều kiện bền

4 - Kiểm tra theo điều kiện ổn định .
Theo 3.4.3 Quy Phạm Thiết Bị Nâng Hàng Tàu Biển :TCVN:2003
Giá trị ứng suất tính theo cơng thức sau khơng lớn hơn
ứng suất cho phép của vật liệu.
(N/mm2)
Ứng suất do nén dọc trục :
17,946 (N/mm2)
Lực nén dọc cần : N=
146,51
kN
Diện tích mặt cắt ngang của cần : F=
8164
mm2
Ta có:
79,9
(N/mm2)
Giới hạn chảy của thép làm cần:
235
(N/mm2)
Độ mảnh kết cấu chịu nén , được tính theo cơng thức sau:
121,76
Trong đó :
F : Là diện tích tiết diện của kết cấu
F=
8164
mm2=
0,0082
m2
J : Là mơ men qn tính của tiết diện kết cấu:
107927625

mm4 =
0,0001
m4
le : là chiều dài hiệu dụng của kết cấu được tính bằng tích chiều
dài thực tế của kết cấu và hệ số K cho trong bảng . Giá trị của K
được xác định tùy thuộc vào điều kiện liên kết các đầu mút.
Ở đây ta chọn điều kiện liên kết một đầu tự do xoay, hạn chế chuyển vị.

F
N
W
M
x
x


 
0.34
ch
 

ch


 
 

 
1,15
c

  
 
/
c
N F


 
0.34
ch
 

ch


e
F
l
J

 
3
0,393. .J D S 
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 23
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
Còn một đầu tự do xoay, hạn chế chuyển vị.
Nên ta chọn giá trị : K =
1
Suy ra : le = L.K=
14

m
Còn độ mãnh giới hạn tính theo cơng thức sau :
129,55
Trong đó :
E : Là mơ đun đàn hồi của vật liệu
200000
Là giới hạn chảy của vật liệu
235
So sánh ta thấy suy ra :
2,5488
Khi đó:
52,604
(N/mm2)
Thỏa mãn tiêu chuẩn ổn định
CHƯƠNG VII - TÍNH CHỌN CÁC CHI TIẾT CỦA CẨU
1 - Chạc đi cần
T a có lực nén cần:
N =
146,51
kN
Dựa vào bảng 5.27 sổ tay thiết bị tàu thủy tập 2. trang 238 ta chon chạc đi
cần có các kích thước như sau:
d = 219 mm
a = 175 mm
C = 90 mm
R = 72 mm
S = 42 mm
S1 = 12 mm
S2 = 30 mm
Hình vẽ:

2
( / )N mm
s
1
R
2
( / )N mm
2
0
2. .
y
E



 
4 2
2 10 /E x kN cm
 
:
y

y


o
 

0
2

0
(1 0.45( / )
(1 0.5( / )
 

 



1,15
c
 
 
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 24
KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CTN THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦN CẨU DERRICK
1. Chốt đi cần
2. Nút đi cần
3. Tấm mã
2 - Mã treo hàng đầu cần
Dựa vào bảng 5.28 Kích thước mã treo hàng cần nhẹ,trang 239, sổ tay thiết bị tàu th
ủy
tập 2 và dựa vào lực nén cần ta chọn kích thước mã treo hàng đầu cần như sau:
d = 219 mm R = 65 mm
A = 395 mm R1 = 90 mm
B = 262 mm r = 30 mm
b= 132 mm l = 155 mm
b1 = 65 mm S = 60 mm
d1 = 75 mm
Hình vẽ:
3 - Mã quay cần

Ta tải trọng tác dụng vào mã:
65,668
kN
( Đây chính là tải trọng lớp tác dụng vào mã)
1
b
3
s
c
2
s
1
d
1
d
e
b
B
d
b
1
d
1
R
3
0
°
R
1
S

A
GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: LÊ BÁ THÀNH -ND09 TRANG 25