Thiết kế Derrick đôi tàu chở hàng khô trọng tải 6000(T) L x B x H x T = 96,5 x 16,8 x 9,2 x 6,8 (m)( đính kèm tất cả bản vẽ)

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Trờng đại học hàng hải
Khoa đóng tàu
Ngời thực hiện: nguyễn văn a
Thiết kế môn học thiết bị tàu
Đề tài: Thiết kế Derrick đôi tàu chở hàng khô, với các thông số kích thớc
nh sau:
* Trọng tải P
n
= 6000 (T)
* Kích thớc tàu L x B x H x T = 96,5 x 16,8 x 9,2 x 6,8 (m)
* Kích thớc khoang hàng L
h
x B
h
= 26,5 x 16,8 (m)
* Kích thớc miệng hầm hàng L
k
x B
k
x H
k
= 20,5 x 14,0 x 1,4 (m)
HảI phòng 20
1
ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu
2
ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu
Môc lôc
3
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu

Phần I - Xác định các đặc trng hình học của cần
cẩu
1. Phân tích lựa chọn ph ơng án.
Theo yêu cầu thiết kế đã đề ra ta chọn Derrick đôi có sức nâng P = 2,5T và số l-
ợng là một Derrick đôi trên mỗi miệng hầm.
2. Xác định các kích th ớc cơ bản của Derrick.
2.1. Góc nâng cần:
- Góc nâng cần :
min
= 15 ,
max
= 60.( ứng với cẩu nhẹ )
- Góc nâng cần khi hoạt động: = (35 - 40)
2.2. Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng:
Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng a = ( L
h
- L
k
)/ 2

= 3 ,m
2.3. Khoảng cách giữa hai chân cần:
Với cần cẩu có cột cẩu kiểu một thân thì khoảng cách giữa hai chân cần thoả
mãn điều kiện: c ( 4,5 ữ 5 ),m
Chọn khoảng cách giữa hai chân cần c = 4 ,m
2.4. Chiều cao chân cần tính từ sàn:
Chiều cao chân cần phải đảm bảo cho ngời đi lại phía dới thuận tiện
h
c
= (2,25 ữ 2,5) ,m .

Chọn h
c
= 2,4 ,m
2.5. Tầm với ngoài mạn:
Tầm với ngoài mạn phải đủ để xếp dỡ hàng lên cầu tàu. Trị số R
o
tối thiểu để
xếp dỡ hàng hoá lên cầu tàu là 2,0 ữ 2,5 ,m.
Chọn tầm với ngoài mạn là : R
0
= 4 ,m
2.6. Chiều dài cần:
4
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Chiều dài cần phải thoả mãn 2 điều kiện là bốc hết hàng trong khoang và đa
hàng ra mạn : l
0
= max ( l
01
, l
02
)
Theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang
l
01
.cos
min
.cos
1
a + 3/4 l

k
(1)
Trong đó:
l
k
= 20,5 ,m - chiều dài miệng khoang hàng
a = 3 ,m - khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng

min
= 15
o
- góc giới hạn dới nâng hàng

1
: góc quay cần hầm
2177,0
38,18
4
4/3
1)(5,0
'
'
1
1
==
+

==
K
K

La
CB
HH
HO
tg



1
= 12,3
o
l
01
.cos
min
cos
1
18,38 ,m
l
01
18,81/(cos15
o
.cos12,3
o
) = 19,47 ,m
Theo điều kiện đa hàng ra mạn:
l
02
.cos.sin
2

R
0
+B
h
/ 2 - c/ 2
Trong đó :
= 56,36
o
xét ở góc làm việc của cần

2
góc quay cần mạn
R
0
= 4 ,m tầm với ngoài mạn
B
h
= 16,8,m chiều rộng khoang hàng
28,1
125,8
4,10
4/1
)(5,0
0
2
2
==
+
+
==

K
h
La
RcB
MA
AO
tg

c = 4 ,m khoảng cách giữa
2 chân cần

2
= 52
o
l
02
(R
0
+B/2 - c/2)/ cos.sin
2
= 23,82 , m
5
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
l
0
= max ( l
01
, l
02
) = 23,82 ,m

Vậy ta chọn l
0
= 24 ,m
2.7. Vị trí giới hạn đầu cần
Khoảng cách thẳng đứng từ đầu cần mạn đến miệng hầm hàng phải không
nhỏ hơn 6 + 0,3W (m) .Trong đó W là khoảng cách giữa 2 đầu cần trên hình
chiếu bằng, theo hình vẽ ta có W = 21,06 ,m
Ta có h
1
= (h
c
- h
k
) + l
0
sin = (2,4 - 1,4) + 25.sin40
o
= 20,09 ,m
6 + 0,3W = 12,32 ,m
Vậy vị trí giới hạn đầu cần thoả mãn điều kiện h
1
> 6 + 0,3W
2.8. Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần
Đối với cần nhẹ tỷ số h/ l
o
= 0,4 ữ 1 ,ta chọn h/ l
o
= 0,6
=> h = 0,6.24 = 14,4 ,m
3. Xác định chiều cao cột cẩu.

Chiều cao cột cẩu đợc xác định:
H = h + h
c
=14,4 + 2,4 = 16,8 ,m
Vậy Derrick thiết kế có chiều dài cần l
o
= 24 ,m
chiều cao cột cẩu H = 16,8 ,m
Phần II - TíNH TOáN ứng lực phát sinh trên cần và
trong các dây
1. Trọng l ợng hàng.
Q = 2,5 ,T = 2500 ,kG = 24,52 ,KN
2. Trọng l ợng cần :
P
2
= G
c
= 14P
1/3
(3,4.l
0
- 16) = 1246,46 ,kG = 12,23 ,KN
6
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
3. Vị trí tính toán của hệ cần.
Vị trí tính toán lực của hệ cần đôi xác định nh sau :
* Trên hình chiếu bằng, đầu cần hầm H cách mép dọc miệng hầm hàng 2m
và cách mép ngang phía cột cẩu c/ 2 = 7,69 m ( c = 3/4L
K
= 15,38 m : chiều dài

diện tích phục vụ của hệ cần đôi ). Chân dây giằng K của cần hầm trên mạn giả
thờng đặt ở vị trí KH O
2
H để giảm lực trong hệ cần. Đầu cần mạn M cách mép
ngang miệng hầm hàng phía cột cẩu một đoạn c/ 3 = 5,13 m và cách mạn tàu chỗ
rộng nhất một đoạn bằng tầm với cần thiết R
0
= 4,0 m. Chân dây giằng L của cần
mạn đặt ngang đờng chân cần O
1
O
2
.
* Sau khi vẽ hình chiếu bằng, các vị trí thật của cần, dây giằng, dây nâng
hàng trong các mặt phẳng vuông góc với mặt boong và chứa dây giằng cần, dây
nâng hàng :
+ Vẽ hình chiếu đứng của cột AB.
+ Từ tâm chốt đuôi cần O vẽ đoạn nằm ngang OH= O
2
H, qua H dựng đờng
thẳng đứng, cung tròn tâm O bán kính l = 24m ( chiều dài cần ) cắt đờng thẳng
đứng này tại H, đoạn OH là vị trí thật của cần hầm trong mặt phẳng cần. Đặt dọc
mạn giả đoạn HK = HK (H : chân đờng thẳng đứng HH trên mạn giả ). Đoạn
HK là vị trí thật của dây giằng cần hầm trong mặt phẳng dây. Làm tơng tự cho
cần mạn .
+ Qua H, M trên hình chiếu đứng kẻ các đờng nằm ngang, ta xác định đợc
H
1
, M
1

cách nhau một đoạn a đo đợc trên hình chiếu bằng. H
1
, M
1
là vị trí đầu
cần trong mặt phẳng dây treo hàng. Vẽ đờng nằm ngang bb cách đỉnh mạn giả
đoạn h > 6m ( do Q = 2,5T > 2T) .Vẽ cung tròn đi qua H
1
, M
1
và tiếp xúc với bb
tại T. Điểm T là điểm treo móc do 2 dây nâng hàng H
1
T và M
1
T nối với nhau.
Góc giữa 2 dây nâng hàng
0
= H
1
TM
1
ta xét cho trờng hợp nguy hiểm nhất
0
=
120
o
. Khi đó khoảng cách từ bb tới miệng hầm h = 16,60m > 6m.
4. Xác định lực trong hệ cần đôi.
Ta xác định lực trong hệ cần đôi bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ lực ứng với 5 vị

trí treo móc trên cung tròn H
1
TM
1
. Tại mỗi vị trí của T , vẽ trọng lợng hàng Q =
2500 KG theo tỉ lệ xích 1mm 0,82 KN. Từ điểm đầu và cuối của véctơ Q vẽ hai
đờng song song với TH
1
và TM
1
ta đợc sức căng trong dây nâng hàng S
m
và S
h
.
Phân các lực S
m
và S
h
thành các thành phần thẳng đứng S
m
, S
h
và thành phần
nằm ngang S
m
=S
h
=S .
7

Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Trên hình chiếu bằng của hệ cần, từ điểm M đặt véctơ S dọc đoạn thẳng
MH, từ đầu véctơ S kẻ đờng thẳng song song ML cắt O
1
M ta đợc các thành phần
nằm ngang của sức căng trong dây giằng Z
m
và sức căng trong dây nâng cần T
m
.
Trên hình chiếu đứng, từ chân dây giằng L đặt theo phơng ngang véctơ
Z
m
, từ đầu véctơ Z
m
kẻ đờng thẳng đứng cắt ML ta đợc sức căng trong dây
giằng mạn Z
m
và thành phần thẳng đứng của nó Z
m
.
Cũng trên hình chiếu đứng, từ điểm M vẽ véctơ T
m
nằm ngang, từ đầu T
m
đặt lần lợt các véctơ S
m
, Z
m
và một nửa trọng lợng cần 0,5G

c
. Từ đầu véctơ
0,5G
c
kẻ đờng song song với dây nâng cần AM cắt đờng trục cần OM, ta đợc lực
nén cần N
m
= MO
m
và sức căng trong dây nâng cần T
m
.
Lực nén thực vào cần, kể cả sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần
là :
N
m
= N
m
+ k.S
m
với k : hệ số kéo của ròng rọc đầu cần : k = 1 + à , ta chọn dây cáp là cáp thép
chạy trong puli ổ trợt : à = 0,05
k = 1,05
Lực căng trong các dây và lực nén trong cần trong các trờng hợp đợc ghi
trong các bản vẽ và đợc tổng hợp trong bảng sau (đơn vị KN)
Lực căng trên các dây Kí hiệu TH 1 TH 2 TH 3 TH 4 TH 5
Dây giằng
cần mạn Z
m

43.03 56.12
39.22
60.25 55.04
Dây giằng cần hầm Z
h

66.67 88.08 61.24 94.71 86.46
Dây nâng cần cần
mạn T
m

2.66 5.47 13.65 16.19 20.59
Dây nâng cần cần
hầm T
h

52.53 60.92 43.60 53.54 46.53
Dây nâng hàng cần
mạn S
m

15.75 19.94 17.68 26.34 27.63
Dây nâng hàng cần
hầm S
h

28.37 27.50 18.84 22.38 19.49
Lực nén thật vào cần
mạn
N

m
= N
m
+ k.S
m
54.90 74.84 68.80 97.72 98.96
Lực nén thật vào cần
hầm
N
h
= N
h
+ k.S
h
137.32 161.0 114.25 151.1 133.72
8
T
h
h
N
O
0,
5G
c
h
Z
h
T
H
h

S
62.44
27.56
30.67
F
L
E
M
N
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
4 9
K = 1,05 ứng với trờng hợp dây cáp treo chạy trên buli ổ trợt.
* Xác định vị trí của điểm T để lực nén dọc cần là lớn nhất:
Nhận xét: Các lực căng trên các dây giằng mạn, nâng hàng, nâng cần, lực nén
cần của cần hầm là lớn nhất nên ta tính toán theo cần hầm.
Dựa vào hoạ đồ lực ta có thể biểu diễn các lực theo công thức :
Giả sử là góc hợp bởi S
h
và S
h
nh hình vẽ
Ta có:
( )

+=+=

120
11
'
""
tgtg
SSSQ
mh
S =
( )
( )


+

120
120
tgtg
tgtgQ

( ) ( )
13.64sin'.93.49sin.
'
ST
h
=
T

h
=
)93,49sin(
)13,64sin('.
o
o
S
= 1,176.S
Z
h
= T
h
.cos(49,93
o
) + S.cos(64,13
o
)
= 1,193.S
Z
h
= Z
h
.tg(74,83
o
) = 3,688.S
S
h
=

tg

S'
S
h
=

sin
'S
9
m
S
h
S

h
S
m
S
S
T
Q
h
Z
S
T
h
H
B
A
C
49.93

64.13
h
Z
h
Z
Z
h
74.83
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
N
h
= ON + NE + EH =
( )
44,62cos.56,27cos 5,0
67,30
'""
hchh
TGZS
tg
NM
++++
NM = NL.sin27,56
o
= (S
h
+ Z
h
+ 0,5G
c
).sin27,56

o
-
56,27tg
EF

EF = T
h
.sin62,44
N
h
=
c
GSS
tg
.192,1'.902,5'
382,2
++

N
h
= N
h
+ 1,05.S
h
=
c
G
tg
S .192,1902,5
sin

05,1382,2
'.
+








++

Lực nén N
h
đạt cực đại khi góc = 44,63
o
ứng với vị trí 2, ta lấy để tính chọn
cần.
Phần III - kết cấu cần cẩu và cột cẩu
3.1 Vật liệu chế tạo cần, cột cẩu.
- Vật liệu chế tạo cần cẩu và cột cẩu là thép CT3c
- Giới hạn chẩy của vật liệu:
ch
= 2400 , KG/cm
2
3.2 Kết cấu của cần.
3.2.1. Xác định quy cách các dây:
Đờng kính các loại dây cáp đợc chọn dựa trên cơ sở lực căng lớn nhất phát
sinh trong dây đợc ghi trong bảng trên với hệ số an toàn n = 5. Cáp đợc chọn là

cáp thép cấp N
0
.4 (6x24) - Bảng 7B /4.3 Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển
vỏ thép TCVN 6259 -1 , 2003
10
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Lực căng lớn
nhất
P
max
(KN)
P
max
x n
(
KN
)
Đờng kính
cáp (
mm
)
Lực kéo
đứt dây
(
KN
)
Khối lợng/1m
(
kg
)

Dây giằng 71 357 28 357 2.6
Dây nâng cần 36 179 20 181 1.33
Dây nâng hàng 28 141 20 181 1.33
Loại dây
3.2.2. Xác định tiết diện cần
Từ kết quả đo đợc ta thấy lực nén lớn nhất vào cần là P
0
= 137,73 ,(KN)
Từ P
o
và l
0
theo bảng 5.26 / 233- STTBTT ta chọn cần loại III . Cần gồm 1
đoạn ống trụ và 2 đoạn ống côn.
3.2.3. 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
= 5.138 = 690 ,(KN) = 70336 ,(KG)
- Mô men quán tính tiết diện cần
I =
kE
lPn
o
2

0
2
.
à

l
0
: Chiều dài cần (16 m)
E : Mô đun đàn hồi vật liệu làm cần ( E = 2.10
6
KG/ cm
2
)
à = 1 hệ số liên kết 2 đầu cần
k : hệ số phụ thuộc vào tỉ số I
1
/ I
0
và l
1
/

l
0

0
1
l
l

= 0,4
Ta có : D/ = i = (35ữ 40) chọn i = 35
F
1
/F = 0,7 =
iD
iD
2
0
2
1



0
1
D
D
= 0,837

0
1
I
I
=
4
0
1
)(
D

D
= 0,49
Tra bảng ta đợc k = 9,262( xác định bằng phơng pháp nội suy )
=> I = 9720 ,(cm
4
)
11
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Đờng kính sơ bộ phần trụ tròn : D =
( )
4
4
1
16.I


= 25,99 ,(cm)

* Từ đờng kính D = 25,99 (cm) và lực nén dọc cần P
max
= 138 (KN) ta chọn cần
có các thông số nh sau :
Lực nén
(K
N)
L
L
1
l
1

l
2
D d S
S
1
S
2
S
3
Khối
lợng
( m ) ( mm) ( kg )
150 16
1
6.11
5
.33
3
.39
3
25
2
19
8 7 7 8 830
Chọn vật liệu làm cần là thép CT3 có tính hàn tốt và các giới hạn tiêu chuẩn
sau :
Giới hạn chảy :
ch
= 24 ( KG/ cm
2

)
Mô đun đàn hồi : E = 2.10
6
(KG/ cm
2
)
Đối với cần có sức nâng nhỏ hơn 10 T giới hạn bền cho phép là :
[] = 1100 (KG/ cm
2
) = 10,79 (KN/ cm
2
)
3.2.4. Kiểm tra ổn định theo nén
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 = ( 325+219 )/ 2 = 272 (mm)
đờng kính trong D
t
= 268 (mm)
đờng kính ngoài D
n
= 276 (mm)
Diện tích mặt cắt ngang:
F = 68,4 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
12
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
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 =16 (m )= 1600 (cm)
i
min
: Bán kính quán tính của mặt cắt = 0,353.D
tb
= 9,60 (cm)
= 166,64 < 175 ( thoả mãn yêu cầu về độ mảnh đối với Derrick có lực
nén lớn hơn 20 kN - Bảng 5.9 STTBTT 2 )

th
=
2
.E/
2
= 6,97 (KN/ cm
2
)

P = P
0
( lực nén dọc cần ) =138 ,(KN)
K
od
: Hệ số an toàn ổn định, chọn K
od
= 3 .

n
= 138/ 68,4 = 2,02 (KN/ cm
2
)
[]
od
= 6,97/ 3 = 2,33( KN/ cm
2
)
Vậy cần đủ điều kiện ổn định
3.2.5. Kiểm tra cần theo điều kiện bền :
Ta coi cần nh một dầm tựa trên 2 gối tự do chịu các tải trọng:
+ Chịu nén do lực nén dọc cần P
o
+ Chịu uốn do trọng lợng bản thân p = P
2
/l
o
=
+ Chịu uốn do lực nén Po đặt lệch tâm với mômen uốn M
o

= P
o
.e
- Dới tác dụng của p cần có mômen uốn lớn nhất tại giữa của nhịp có trị số
c
lp
m
o
2
.
=
=
Trong đó: c = 7.5 do cần có tiết diện thay đổi trên suốt chiều dài
- Lực nén P
o
sinh ra ứng suất:
n
= P
o
/F
ứng suất max tại giữa nhịp do uốn và nén:

+++=
oE
o
ux
oo
PP
P
W
m
W
M
F
P
1
max

=
Trong đó:
M
o
= P
o
.e =
Xác định e bằng cách lấy mômen của các lực với trục của cần trong trờng hợp
P
o
.e + R
S
.cos(
2

). e
2
= H.cos(
1
).e
1
e =
13
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
F =
( )
2
2
1
4
D

= 79,67 ,(cm
2
)
W
x
=W
y
=
( )
3
3
1
32

D

= 482,45

,(cm
3
)
W

=
( )
3
3
1
16
d

= 964,9 ,(cm
3
)
Ta đi xác định ứng suất cho phép cuả vật liệu:
[] = 0,6 [
T
] =14,4 ,( KN/ cm
2
)

max
< []
Vậy cần thoả mãn điều kiện bền .

3.3. Kết cấu tháp cẩu
3.3.1. Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu :
Ngoại lực của 1 cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm có
* Lực T 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
* Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột T
1

14
A
T
T
T
Q
T
P - S'
Q
Q
S"
T
B
C
a
1
a
t

t
c
c
o


Trục cần
e
1
e
2

Mặt boong trên
ho
hc
h
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Độ lớn của các lực đợc xác định bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ lực tại các góc
nâng cần
min
= 15 ,
max
= 60 và đợc ghi trong các bảng ở trang sau
Từ kết quả đo ta thấy lực tác dụng vào cần lớn nhất khi góc nâng cần nhỏ nhất
Các lực này 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 = 36,83 (KN)
Q
a
= T.sin + T
1
= 62,24 (KN)
Q
c
= ( P
0
- S ).sin = 9,87 (KN)
T
t
= Q
t
= 0,707.S = 19,21 (KN)

Trong đó :
=15
o
: góc nghiêng cần
= 27
o
: góc nghiêng của dây nâng cần
3.3.2. Tính sơ bộ kích th ớc tháp cẩu:
- Ta chọn tháp cẩu là 2 cột tiết diện tròn không đổi trên suốt chiều dài cột và xà
ngang đỉnh cột là một dầm hộp có mặt cắt ngang là hình chữ nhật
* Theo điều kiện bền :
W
c
= 0,785.D
2
.S 10.Q.l = 3924
W
c
=W
x
=W
y
> 3924
Trong đó :
15
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
W
c
- mô men chống uốn mặt cắt cột ( cm
3

)
D - Đờng kính trung bình cột ( cm )
S - Chiều dày cột ( cm )
Q.l - Tích của sức căng và chiều dài cần
Q = 24,53 kN - Trọng lợng hàng (KN)
l =16 - Chiều dài cần ( m )
*Theo điều kiên cứng.
I
c
=0,393.D
3
.S 24

Ql
h
L
2
= 16,5.10
4
(cm
4
)
Trong đó :
h = 12 ( m) - Khoảng cách từ gối đuôi cần tới điểm treo palăng nâng cần
trên đỉnh cột
L =14,5 ( m) - Khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng
cần trên đỉnh cột
-Thông thờng: D = (50 ữ 80 ).S , chọn D = 50S thay vào điều kiện bền và điều
kiện cứng ta có 1962,5.S
3

3924
49125S
4
16,5.10
4

S 1,259 ( cm )
S 1,354 ( cm )
Vậy ta chọn S = 1,4 ( cm ) => D
n
= 70 ,(cm )
* Đờng kính trong: D
t
= D
n
- 2.S = 672 ,(mm)
* Diện tích mặt cắt ngang của cột:
A = .D.S = 301,72 ,(cm
2
)
*Mô men quán tính cột:
I
x
= I
y
= 0,393.D
3
.S =17,8.10
4
,(cm

4
)
*Mô men chống uốn :
W
x
= W
Y
= 0,785.D

2
.S = 5172

,(cm
3
)
* Bán kính quán tính:
r
x
= r
y
= 0,353.D = 24.,22 (cm)
Tại chỗ cột đi qua boong chiều dày cột tăng (20 ữ30)% vậy
S
1
=(1,2ữ1,3)S = 16,8ữ18,2 chọn S
1
=18 ,(mm)
16
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Với các thông số kích thớc nh trên cột cẩu thoả mãn điều kiện bền và điều kiện

cứng.
Chọn xà ngang cũng có dạng tiết diện hình chữ nhật và không đổi trên suốt
chiều dài với các thông số:
Chiều cao a = 200 ,(mm)
Chiều rộng b = 400 ,(mm)
Chiều dày S = 8 ,(mm)
*Diện tích mặt cắt ngang của xà ngang :
A = 2(a+b).S = 96 (cm
2
)
*Mô men quán tính xà ngang:
I
x
=
( )
Sba
b
.3
6
2
+
=2,133.10
4
,(cm
4
)
I
z
=
( )

Sba
a
.3
6
2
+
=7,467.10
3
,(cm
4
)
*Mô men chống uốn :
W
x
=
Sba
b
).3(
3
+
=1067

,(cm
3
)
W
z
=
Sba
a

).3(
3
+
= 747

,(cm
3
)
*Bán kính quán tính :
r
x
=
)(3
3
2 ba
bab
+
+
= 14,91 ,(cm)
r
z
=
)(3
3
2 ba
baa
+
+
= 8,82 ,(cm)
3.3.3. Kiểm tra bền tháp cẩu :

* Tính các hệ số :
Cột đợc hàn vào vách ngang của tàu :
C
1
=
ikL
L
.6
3
+
= 0,362
C
2
=
ikL
ikL
.6
.3
+
+
= 0,638
17
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Với : L = 14,5(m) : chiều cao từ mặt boong trên đến đỉnh tháp cẩu
k = I
c
/I
x
= 8,33
I

c
= 26,7.10
4
,(cm
4
) : mômen quán tính cột .
I
x
= I
x
= 2,133.10
4
,(cm
4
) :mômen quán tính xà ngang tính với
các trục chính tâm vuông góc với mặt phẳng tháp cẩu .
* Tính các hệ số ,
a
,
M
,
N
:
Cột đợc hàn vào vách ngang (coi cột bị ngàm tại boong trên) và mặt cắt không
đổi
= 0,5 ;
a
=
a
=1,0 ;

M
=
M
=3,0 ;
N
=
N
=1,5 .
* Tính các hệ số :
M
c
NM
N
c
aN
Ma
L
h
L
h
'
6
)''(
'
6
)''(

=
= 0,312
NMMa
c
Ca
L
h
''
.3
2



+






=
=- 0,018
0
.
.
IG
IE
T
=

= 0,0525
với : E = 2.10
6
KG/cm
2
: môđun đàn hồi kéo nén .
G = 8.10
5
,(KG/cm
2
) : môđun đàn hồi trợt của vật liệu .
I
T
= I
z
= 7467 ,(cm
4
) mômen quán tính của xà ngang ứng với trục
hình tâm thẳng đứng nằm trong mặt phẳng tháp cẩu .
I
0
= 2.I
x
= 35,52.10
4
,(cm
4
) mômen quán tính cực của cột .
* Tính các lực thành phần phân phối giữa 2 cột theo hớng dọc tàu :

23
3
6.3
2
"
iLkL
LT
T
a
a

+
=
= 23,02 ,(KN)
T
a
= T
a
- T
a
= 13,81 ,(KN)
* Tính các mômen uốn và lực nén khi tháp bị uốn trong mặt phẳng tháp
do 1 cần đặt vơn ra mạn gây ra :
M
Ay
= - 0,5.T
a
.L.C
1

+ T
c
.L.
Ca
.
Ma
= - 99,60 ,(KNm)
18
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
).(.
)1(
1
2

2
1
2
hLT
C
C
L
hCLT
M
MaCac
ca
Cy
+

=

= 107,73 ,(KNm)

ccMaCac
a
By
hTLT
CLT
M .)1(
2

2
+=

= 85,12 ,(KNm)

).2(
2

2

1
1
Ma
Caca
Dy
C
LTCLT
M


+=
= 97,83 ,(KNm)

2
.).(
2
1
CLTTM
cCaaEy

+=
= -167,35 ,(KNm)

)1.(.
L
h
M
L

h
MM
c
Ey
c
DyKy
+=
= -121,63 ,(KNm)
N
Ay
= Q
a
+ 0,5.G
x
= 63,72 ,(KN)

xa
a
CyBy
Cy
GhqQ
i
LT
i
MM
N 5,0.
.
+++

=

= -47,56 ,(KN)
N
By
= N
Cy
+ Q
c
+ Q
t
+ q.h
c
= -12,67 ,(KN)
N
Ey
= q.L = 33,69 ,(KN)
Với : G
x
= A.l. = 301,4(kg) = 2,96 ,(KN): trọng lợng xà ngang.
l = 4 (m) : chiều dài xà ngang
= 7,85 ,(T/m
3
)
q = G
b
/L = A. = 2,32 ,(KN/m) : trọng lợng 1 m cột .
* Tính nội lực của tháp bị uốn theo hớng dọc tàu do 1 cần đặt dọc tàu gây ra :
M
Ax
= Q
a

.e = 32,18 ,(KNm)
M
Cx
= T
a
.h + Q
a
.e = 197,89 ,(KNm)
M
Bx
= T
a
.L + (T
t
-T
c
).h
c
+ (Q
a
+ Q
t
).e = 198,3 ,(KNm)

)
) (2
1(."
0
Li
i

iTM
a

+
=
= -12,44 ,(KNm)
M
Ex
= T
a
. L = 333,8 ,(KNm)
M
Kx
= T
a
.h = 276,25 ,(KNm)
M
xn
= M
0
= -12,44 ,(KNm)
19
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
M
xn
= T
a
.i-M
0
= 67,68 ,(KNm)

N
Ax
= Q
a
+ 0,5G
x
= 63,72 ,(KN)
N
Cx
= Q
a
+ qh + 0,5G
x
= 91,60 ,(KN)
N
Bx
= Q
a
+ Q
c
+ Q
t
+ qL+0.5G
x
= 126,49 ,(KN)
Với lực tác dụng vào đỉnh cột R
T
=46(KN) dựa vào bảng 5.34 STTBTTtập II ta
có:
e = D

n
/2 + A +A
1
= 0,517 ,(m)
* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên các cột :
20
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Công thức
Giá trị(
KN
) Công thức Giá trị(
KN
)
Mx' = M
Ax
32.18 Mx" = 0 0.00
My' =M
Dy
97.83 My" = M
Ay
-99.60
N' =N
Ax
63.72 N" = N
Ay
63.72
32.18
0.00
63.72
0.00

-1.77
63.72
Mx' = M
Cx
197.89 Mx" = M
Kx
276.25
My' = M
Ky
-121.63 My" = M
Cy
107.73
N' = N
Cx
91.60 N" = N
Cy
-47.56
474.14
0.00
91.60
0.00
-13.89
-47.56
Mx' = M
Bx
198.30 Mx" = M
Ex
333.80
My' = M
Ey

-167.35 My" =M
By
85.12
N' =N
Bx
126.49 N" = N
By
-12.67
532.09
0.00
126.49
0.00
-82.22
-12.67
My' =My" = M
By
+M
Ey
N' =N" = N
By
M
z
' = M
x
' + M
x
"
Mx' = Mx" = M
Bx
+ M

Ex
My' =My" = 0
N' =N" = N
Bx
Mx' = Mx" = 0
N' =N" = N
Cx
Mx' = Mx" = 0
My' =My" = M
Cy
+M
Ky
N' =N" = N
Cy
My' =My" = M
Ay
+M
Dy
N' =N" = N
Ay
Mx' = Mx" = M
Cx
+ M
Kx
My' =My" = 0
Mx' = Mx" = M
Ax
My' =My" = 0
N' =N" = N
Ax

Mx' = Mx" = 0
Tại gối
đỡ trên
của tháp
1cần quay ra
mạn 1cần
dặt dọc tàu
Cả 2 cần đặt
dọc tàu
Cả 2 cần
quay ra mạn
Tại gối
đỡ cần
1cần quay ra
mạn 1cần
dặt dọc tàu
Cả 2 cần đặt
dọc tàu
Cả 2 cần
quay ra mạn
1cần quay ra
mạn 1cần
dặt dọc tàu
Tại chỗ
nối cột
với xà
ngang
Cả 2 cần đặt
dọc tàu
Cả 2 cần

quay ra mạn
Mô men uốn và lực nén
Mặt cắt
tính toán
Trờng hợp
tải
Tại cột còn lại
Tại cột có cần đặt dọc tàu
Mômen
xoắn cột
1cần quay ra
mạn 1cần
dặt dọc tàu
67.68
Mz' = Mx'
-12.44
Mz' = Mx"
Cả 2 cần
quay ra mạn
55.24
* Kiểm tra bền theo thuyết bền 3 :

td
= (
2
+ 4.
2
)
1/2
[ ]

Trong đó : = M
u
/ W
u
+ N/ F và =M
z
/ W

21
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Ta thấy khi cần hoạt động thì trị số ứng suất lớn nhất phát sinh trên cột có 1 cần
vơn ra mạn và tại gối đỡ trên của tháp
Có M
u
=
22
''''
yx
MM
+
= 344,48 ,(KNm)

.

= M
u
/W
u
+ N/A = 344,48.10
2

/ 5172 - 12,67/ 301,72 = 6,62 ,(KN/
cm
2
)
= M
Z
/ W

= 67,68.10
2
/10344 = 0,654 ,(KN/ cm
2
)
Vậy:
tđ
= 6,75 kN/ cm
2
< 0,5.
ch
= 12 ,(KN/ cm
2
)
Cột thoả mãn điều kiện bền
* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên thanh xà ngang :
Xà bị uốn trong mặt phẳng tháp bởi mômen M
Ay
và

M
Dy

, bị uốn trong mặt
phẳng vuông góc với tháp bởi mômen M
xn
và M
xn
, bị xoắn bởi mômen M
Ax
Có M
z
= M
Ay
+

M
Dy
= -1,77 ,(KNm)
M
x
= M
xn
+ M
xn
= 55,24 ,(KNm)
= M
x
/W
x
+ M
z
/W

z
= 4,94
= M
Ax
/ W

= 1,77
* Kiểm tra bền theo thuyết bền 3 :

td
= (
2
+ 4.
2
)
1/2

tđ
= 6,08 kN/ cm
2
< 0,5.
ch
= 12 ,(KN/ cm
2
)
Xà ngang thoả mãn điều kiện bền
Phần IV - Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết
khác của hệ cần cẩu - cột cẩu
4.1. Chạc đuôi cần :
Chạc đuôi cần đợc chọn theo OCT 8834 - 58 . Lực nén cần = 138 KN.

Vậy ta chọn chạc loại b có các thông số nh sau
22
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
Lực nén cần
( KN )
C R S S
1
S
2
a d
( mm )
150 80 62 34 12 25 175 219
Chọn vật liệu chế tạo chạc đuôi cần là thép cacbon M 18a
* Kiểm tra bền
heo điều kiện chịu dập :

d
=
1
0
.2 dS
P
= 3,38(KN/cm
2
)< [] = 0,6 [
T
] =14,4 ( KN/ cm
2
)
Vậy chạc đuôi cần đủ bền

Chạc đuôi cần
12
3460
80
175
6
2
R
6
2
219

4.2. Mã treo hàng đầu cần:
a) Kích thớc mã treo hàng đầu cần đợc xác định theo lực nén cần , với lực nén = 138
kN ta chọn cần có qui cách nh sau
d =
219
B
(mm )
b
(mm)
b
1
(mm)
d
1
( mm)
R

(mm)
R
1
( mm)
r
( mm )
l
(mm)
S
( mm )
A =
390
262 132 65 68 60 90 30 155 60
b) Kiểm tra mã treo hàng :
Lực tác dụng :
23
Thiết kế môn học - Thiết bị tàu
S

=
pl

S
= 28,27/ 0.95 =29,75(KN)
Kiểm tra điều kiện chịu cắt :
=
4
r)(R
S'
2

1


= 1,05 (KN/cm
2
) < [] = 0,4[
T
] = 9,6(KN/cm
2
)
c)Kiểm tra mã nâng cần ở đầu cần :
Lực tác dụng : H

= 36(KN)
Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt :
=
)
2
d
S(R
H
1

= 2,3(KN/cm
2
) < [] = 9,6(KN/cm
2
)
Vậy mã treo hàng đã chọn thoả mãn điệu kiện bền

Mã treo hàng đầu cần
219
390
1
5
5
R
9
0
3
0
65
R
9
0
R
3
0
12
Tỉ lệ 1 : 5
4.3. Cụm mã quay bắt dây nâng cần
Cụm mã quay bắt dây nâng cần đợc hàn lên đỉnh tháp đã lắp cụm ròng rọc của
palăng nâng cần để đổi hớng dây nâng cần . Lực tác dụng vào cụm mã đợc tính theo
phơng pháp vẽ hoạ đồ lực R
T
= 46 KN
24
ThiÕt kÕ m«n häc - ThiÕt bÞ tµu
36 KN
37.9 KN

R =46 KN
1
2
T
Chän côm m· cã kÝch thíc nh sau
D D
1
H h
0
h
1
h
2
A A
1
A
2
b S R B
55 85 265 140 40 80 75 92 - 36 10 42 112
112
1
0
75
92
24
36
R
4
2
265

80
B-B
55
B
B
A
A
40
85
A-A
10
25