Thiết kế Derrick đôi cho tàu hàng khô 3800 (T) Kích thước của tàu : L x B x H x T = 86,5 x 14,2 x 7,9 x 6,2 (m)

Trờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam
Bộ môn Lý thuyết Thiết kế
Thiết kế môn học
Thiết bị tàu
Sinh viên : Vũ Ngọc Tân
Lớp : VTT-42-ĐH2
Giáo viên hớng dẫn : Th.s Nguyễn Văn Võ
Hải Phòng 2004
1
1
Môc lôc
2
2
A. Yêu cầu thiết kế
Thiết kế Derrick đôi cho tàu hàng khô có các thông số sau :
Trọng tải : P
n
= 3800 (T)
Kích thớc của tàu : L x B x H x T = 86,5 x 14,2 x 7,9 x 6,2 (m)
Kích thớc khoang hàng : L
h
x B
h
= 19,8 x 14,2 (m)
Kích thớc miệng hầm hàng : L
k
x B
k
x H
k
= 13,2 x 8,4 x 1,2 (m)

B . Tính toán thiết kế
1.Lựa chọn loại Derrick
Theo yêu cầu thiết kế đã đề ra ta chọn Derrick đôi có sức nâng 2,5 (T)
2.Xác định các kích th ớc cơ bản của Derrick
2.1.Góc nâng cần:
- Góc nâng cần :
min
= 15 ,
max
= 60 .
- 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

= 3,3 (m)
2.3.Khoảng cách giữa hai chân cần :
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
= 2,5 (m).
2.5.Tầm với ngoài mạn:

Chọn tầm với ngoài mạn là :
R
0
= 4 (m)
2.6.Chiều dài cần:
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
3
3
l
01
.cos
min
.cos
1
a + 3/4 l
k
(1)
Trong đó:
l
k
= 13,2 (m) - chiều dài miệng khoang hàng
a = 3,3 (m)

min
= 15
o


1
: góc quay cần hầm
Từ (1) ta có : HH a+ 3/4 l
k
Mặt khác
2
1
2
1
H'OHH'HO
+
Thay số vào ta đợc O
1
H
22
1,2 ](3/4).13,2 [3,3 ++
= 13,25 (m)
l
01
.cos
min
13,25 (m)
l
01

13,25/cos15
o
= 13.72 (m)
Theo điều kiện đa hàng ra mạn:
l
02
.cos.sin
2
R
0
+B
h
/ 2 - c/ 2
Trong đó :
= 40
o
xét ở góc làm việc của cần

2
= 50
o
góc quay cần mạn
R
0
= 4 (m) tầm với ngoài mạn
B = 14,2(m) chiều rộng tàu
c = 4(m) khoảng cách giữa 2 chân cần

l
02

(R
0
+B/2 - c/2)/ cos.sin
2
= 15,5 (m)
l
0
= max ( l
01
, l
02
) = 15,51 (m)
Vậy ta chọn l
0
= 16(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 = 15,3 (m)
Ta có h
1
= 1,3 + l
0
sin = 1,3 + 16sin40
o
= 11,58 > 6 + 0,3W = 10,59 (m)
Vậy vị trí giới hạn đầu cần thoả mãn điều kiện h
1
> 6 + 0,3W
4

4
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
= 0,75
=> h = 0,75.16 = 12 (m)
=> H = h + h
c
=12 + 2,5 = 14,5 (m)

Vậy Derrick thiết kế có chiều dài cần l
o
= 16 (m)
chiều cao cột cẩu H = 14,5 (m)
3. Tính toán ứng lực phát sinh trên cần và trong các dây
Trọng l ợng hàng :
Q = 2,5(T) = 2500 (KG)
Trọng l ợng cần :
G
c
= 14P
1/3
(3,4.l
0
16) = 730 (KG)
Vị trí tính toán của hệ cần :
Vị trí tính toán lực của hệ cần đôi xác định nh sau :
Trên hình chiếu bằng , dầu cần hầm H cách mép dọc miệng hầm hàng 2m và cách

mép ngang phía cột cẩu c/2=4,95 m ( c = 3/4L
K
= 9,90 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
K để giảm lực trong hệ cần . Đầu cần mạn M cách mép ngang
miệng hầm hàng phía cột cẩu một đoạn c/3 =3,3 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 = 19m ( 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
5
5
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 = 9,862m > 6m .
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 1cm 1250 KG .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 Sm và Sh thành các thành phần thẳng đứng Sm, S
h
và thành phần nằm ngang
S
m
=S
h
=S . 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 Zm kẻ đờng thẳng đứng cắt ML ta đợc sức căng trong dây
giằng mạn Zm 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 = 1,02
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)
TH 1 TH 2 TH 3 TH 4 TH 5
71,43 64,76 51,83 70,73
66,94
68,07 61,80 49,53 67,57
63,85
Dây nâng cần cần mạn 22,91 16,58 11,39 27,63
30,19
Dây nâng cần cần hầm 34,13 35,71 34,70 30,17
26,67
Dây nâng hàng cần mạn 23,29 19,70 15,34 25,87
27,36
Dây nâng hàng cần hầm 25,71 27,47 28,27 22,88
20,63
Lực nén thật vào cần mạn 127,30 108,92 83,56 136,4

137,73
Lực nén thật vào cần hầm 129,57 130,92 123,05 118,8
107,76
k = 1.05 _ dây cáp thép chạy trên puli ổ tr}ợt
N
m
= N
m
+ k.S
m
N
h
= N
h
+ k.S
h
Dây giằng cần mạn
Dây giằng cần hầm
T
m
T
h
S
m
S
h
Lực căng trên các dây
Kí hiệu
Z
m

Z
h
4.Xác định quy cách các dây và tiết diện cần cẩu ,cột cẩu
4.1.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
6
6
N
0
.4 (6x24) _Bảng 7B /4.3 Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN
6259 -1 : 2003
Lực căng lớn
nhất
P
max
(KN)
P
max
x n
(
KN
)
Đ}ờng kính
cáp (
mm
)
Lực kéo
đứt dây
(

KN
)
Khối l}ợng/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

4.2. 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
ta chọn cần cẩu là cần loại III . Cần gồm 1 đoạn ống trụ và 2 đoạn ống côn .
4.2.1 Thiết kế cần theo điều kiện ổn định :
-Lực nén tới hạn ơ Le:
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
)
Đờng kính sơ bộ phần trụ tròn : D =
( )
4
4
10.1
I

= 25.99(cm)
7
7

*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
(KN)

L L
1
l
1
l
2
D d S S
1
S
2
S
3
Khối
lợng
( m ) ( mm) ( kg )
150 16 16.11 5.33 3.39 325 219 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
)
4.2.2. 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)
đòng 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

à : Hệ số phụ thuộc điều kiện liên kết 2 đầu cần (cần là 1thanh 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 STTBTT2 )

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
)
8
8
[]
od
= 6,97/ 3 = 2,33( KN/ cm
2
)
Vậy cần đủ điều kiện ổn định
4.2.3. Kiểm tra cần theo điều kiện bền :
Coi dầm tựa tự do trên hai gối chịu uốn do trọng lợng bản thân ,chịu nén chịu uốn và
chịu xoắn do các lực căng trong các dây nâng hàng ,nâng cần và dây giằng đặt lệch
tâm.Ta đi kiểm tra bền cho trờng hợp cần chịu lực nén lớn nhất là cần mạn trong trờng
hợp 5.
Phân tích các lực căng trên các dây thành các thành phần theo các phơng song song với
trục của cần và vuông góc với trục của cần trong các mặt phẳng nằm ngang và thẳng
đứng
Sơ đồ phân tích các lực đợc trình bày trong bản vẽ ở trang sau.
ứng suất lớn nhất là ứng suất tại mặt cắt giữa dầm do uốn nén và xoắn đồng thời gây
ra
Mômen uốn do trọng lợng bản thân M
x1
= ql
2
/8 = 16.28 (KNm)
Mômen uốn do các lực đặt lệch tâm gây ra
M
x2
= (23,33-17,29-2,76).8 - 53,28.0,195 +20,65.0,195 = 19,87(KNm)

My = 63,14.0,16 = 10,1(KNm)
Mômen xoắn do các lực đặt lệch tâm gây ra :
M
z
= 13,39.0,195 + 17,29.0,16 = 5,38(KNm)
ứng suất tại mặt cắt giữa dầm

=++=
y
y
x
xz
max
z
W
M
W
M
F
N

11,32(KN/cm
2
)


z
max
W
M

=
= 0,56(KN/cm
2
)
Trong đó:
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
)
Theo thuyết bền 3 ta có
2
max
2
z maxtd
4
+=
= 11,373 (KN/cm
2
) < [] = 0,6 [
T
] =14,4 ( KN/ cm
2

)
9
9

Vậy cần thoả mãn điều kiện bền .
4.3. Xác định kích th ớc tháp cẩu
4.3.1. 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

T
a

T
Q
a
R
T



T
c

T
t

P
0
S

S
Q
c


Q
T
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)
10
10
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
4.3.2. Tính sơ bộ kích thớc 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 :
W
c
- mô men chóng 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 )
11
11
* 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:
Ix = 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 dầy cột tăng (20 ữ30)% vậy S
1
=(1,2ữ1,3)S
= 16,8ữ18,2 chọn S
1
=18(mm)
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:
Ix =
( )
Sba
b
.3
6
2
+
=2,133.10
4
(cm
4
)
Iz =
( )
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)
12
12
4.3.3. 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
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
chính 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 :
13
13
M
Ay
= -0,5.T
a
.L.C
1
+ T
c
.L.
Ca
.
Ma
= -99,60 (KNm)
).(.
)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)
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)
14
14
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 :
15
15
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
Tr}ờng 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

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
16
16
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
5.Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của hệ cần cẩu - cột cẩu
5.1. 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
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

17
17

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

5.2. 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 :
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
)
18
18
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
5.3. 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
36 KN
37.9 KN
R =46 KN
1
2
T
Chọn cụm mã có kích thớc 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

19
19
112
1
0
75
92
24
36
R
4
2
265
80
B-B
55
B
B
A
A
40
85
A-A
10

lx = 82
lp= 200
Qa
RT
V

2
T
c
V
1
T
c
a)KiÓm tra bÒn cho côm m· b¾t d©y n©ng cÇn :
-Ta cã :
⇒ l
p
= h
0
+
2
hh
21
+
= 200(mm)
V
1
= (T
c
.l
x
+ Q
a
.A
1
):l

p
=> V
1
=28,07(KN)
Trong ®ã :
Q
a
= 30,1(KN)
20
20
T
c
= 34,7(KN)
A
1
= 9,2(cm)
Mô men uốn lớn nhất tại điểm đặt T
c
là :
M
max
= V
1
.(l
p
- l
x
) = 331,26(KNcm)
ứng suất lớn nhất

max
=
u
w
M
max
=
3
max
.1,0 D
M
= 13,58(KN/cm
2
) < [] = 0,6 [
T
] =14,4 ( KN/ cm
2
)
Vậy mã đã chọn là phù hợp
5.4 . Gối đỡ cần :
( lực nén cần P
0
= 138 KN )Chọn gối đỡ cần có các thông số nh sau
Lực
nén
Kích thớc ( mm )
D D
1
D
3

D
4
d
1
h
0
h
1
h
2
h
3
B B
1
A s s
1
H H
1
d
2
150
12
5
195 190
1
6
5
6
0
1

2
0
80
12
0
10
0
55
26
0
17
5
15
34
44
6
36
0
2
0
21
21
A-A
A A
Φ



Φ




22
22
a. Kiểm tra gối theo điều kiện bền uốn và kiểm tra bền cho bu lông của gối quay cần
P
0
cos

H
1
P
0
h
0
V
1
a
P
l
P
Sơ đồ lực tác dụng
gối đ? cần nhẹ
V
2
P
0
cos

P

0
sin

*Kiểm tra bền của gối :
a
P
= h
0
+
2
h
1
= 160 (mm)
l
P
= H -
2
h
2
- h
0
-
2
h
1
= 226(mm)
-Mô men uốn lớn nhất tại gối :

max
=

u
umax
w
M
+
F
sinP
o
=
3
0
10
cos
D,
aP
p
+
4
D
sinP
2
o
= 8,789(KN/cm
2
)


max
= 8,789(KN/cm
2

) < [] = 0,6 [
T
] =14,4 ( KN/ cm
2
)
Vậy nó thoả mản điều kiện bền
*Kiểm tra bu lông chốt quay cần :
- Đờng kình bu lông d
1
= 60(mm)
Mô men lớn nhất tại giữa nhịp của bu lông :
M
max
=
4
S)(BP
0
+
= 310.5 (KNcm) (S :chiều dày của chạc đuôi cần)

max
=

u
w
M
max
=
3
1

max
1,0 d
M
= 14.3( KN/ cm
2
) < [] = 0,6 [
T
] =14,4 ( KN/ cm
2
)

Theo điều kiện cắt ta có:
23
23
=
F
P
0
=
4
2
1
d
P
o

= 4.88(KN/cm
2
) < [] = 9,6(KN/cm
2

)
heo điều kiện chịu dập :

d
=
1
0
Bd
P
= 4.18(KN/cm
2
)< [] = 0,6 [
T
] =14,4 ( KN/ cm
2
)
Vậy gối đỡ cần nhẹ đủ bền
5.5 . Móc treo hàng :
Chọn móc treo hàng với sức nâng cho phép P = 30KN
Tải trọng
cho phép
c D d
1
H h
0
h
1
h
2
h

3
R S S
1
S
2
S
3
30 168 80 35 298 90 60 34 50 40 32 50 24 40

Kiểm tra bền cho móc :
-Từ điều kiện móc chịu cắt kiểm tra bền cho móc theo điều kiên chịu cắt :
24
24
=
F
Q
=
2
).(
525,24
323
SSh
+
= 1.53(/cm
2
)< [] = 0,4
ch
= 11(KN/cm
2
)

Vậy móc đủ bền
Trong đó:

ch
= 27,5 (KN/cm
2
) :theo bảng 5.41 sổ tay TBTTtập II
* Kiểm tra bền cho chốt :
-Từ điều kiện chốt chịu cắt kiểm tra bền cho chốt theo điều kiên chịu cắt :
=
F
Q
=
4
525,24
2
1
d

= 2,55(/cm
2
)< [] = 9,6(KN/cm
2
)
Vậy chốt đủ bền

5.6.Puli nâng hàng đầu cần
Tải trọng P
pl
tác dụng vào puli là hợp lực của sức căng S trong dây nâng hàng và sức căng

S trong nhánh dây nâng hàng chạy dọc cần, P
pl
= 43,5 (KN)
Tải
cho
phép
(KN)
Đờng
kính
cáp
lớn
nhất
(mm)
B b b
1
D D
1
d d
1
d
2
H h
1
h
2
h
3
h
4
h

6
r s S
1
Khối
lợng
(Kg)
60 22,5
2
6
5
9
0
4
8
1
8
0
2
2
5
4
4
1M
33
2
6
5
5
0
1

5
5
2
2
0
3
4
1
0
5
4
0
1
2 4
1
0
21
25
25