Thiết kế Derrick đôi cho tàu hàng khô 8000 (T) Kích thước của tàu : LxBxHxT = 124x17,5x9,5x7,6 (m)

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 cần cẩu Derrick đôi cho tàu hàng khô có các thông
số kĩ thuật sau :
* Tải trọng : P
n
=8000 T
* Kích thớc tàu : LxBxHxT = 124x17,5x9,5x7,6 (m)
* Kích thớc khoang hàng : L
h
x B
h
= 26,2x17,5 (m)
*Kích thớc miệng hầm hàng : L
k
x B
k
x H
k
= 20,2x12x1,2 (m)
HảI phòng 20
Mục lục
1
* Yêu cầu thiết kế :
Thiết kế cần cẩu Derrick đôi cho tàu hàng khô có các thông số kĩ thuật sau :
* Tải trọng : P
n
=8000 T
* Kích thớc tàu : LxBxHxT = 124x17,5x9,5x7,6 (m)

* Kích thớc khoang hàng : L
h
x B
h
= 26,2x17,5 (m)
*Kích thớc miệng hầm hàng : L
k
x B
k
x H
k
= 20,2x12x1,2 (m)
I. Ph ơng án bố trí :
Theo yêu cầu thiết kế ta chọn Derrick đôi có sức nâng 2,5 T và số lợng là 1
Derrick đôi trên mỗi miệng hầm .
II . Xác định các đặc tr ng hình học của Derrick :
1 . Tầm với ngoài mạn :
Chọn điều kiện làm việc là không có thiết bị bốc dỡ trên bờ , tầm với ngoài mạn
R0 =(4ữ5)m Chọn R0 = 4.5 (m) .
2 . Khoảng cách từ miệng hầm tới vị trí đặt cần :
Chọn khoảng cách a = 3 (m) .
3 . Khoảng cách giữa hai chân cần :
Chọn khoảng cách giữa hai chân cần là : c = 6 (m) .
4 . Chiều cao chân cần tính từ sàn :
Chiều cao chân cần phải đảm bảo cho ngời đi lại phía dới thuận tiện : hc
=(2ữ2,5) (m)
Chọn hc = 2,4 (m) .
5. Chiều dài cần :
Chiều dài cần phải thoả mãn 2 điều kiện là bốc hết hàng trong khoang và đa
hàng ra ngoài

mạn .
+ Theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang :
l01.cos1.cos1 a + 3/4LK
2
với : l
01
: chiều dài cần .

1
: góc nâng cần hầm :
1
= 15
o


1
: góc quay cần hầm
11,0
15,18
2
4/3
1)(5,0
1
1
==
+

==
K
K

La
CB
CO
HC
tg


1
= 6,3
o
)(9,18
3,6cos15cos
15,18
coscos
4/3
11
01
m
La
l
oo
K
==
+


+ Theo điều kiện đa hàng ra ngoài mạn :
l
02
.cos

2
.sin
2
R
0
+ 0,5(B-c)
với : l
02
: chiều dài cần .

2
: góc nâng cần mạn .

2
: góc quay cần mạn

27,1
05,8
25,10
4/3
)(5,0
0
2
2
==
+
+
==
K
La

RcB
AO
MA
tg


2
= 51,8
o
)(9,15
8,51sin35cos
25,10
sincos
)(5,0
22
0
02
m
cBR
l
oo
==
+


Từ đó :
l
0
= max(l
01

,l
02
) =18,9 (m)
Chọn chiều dài cần : l
0
= 19 (m)
6 . Vị trí đầu cần :
Khi làm việc , chiều cao từ đầu cần mạn đến miệng hầm hàng không nhỏ hơn
5+0,3w (m) .
Trong đó :
w : Khoảng cách giữa 2 đầu cần trên hình chiếu bằng
w
2
= MH
2
= (MB + HD)
2
+ BD
2

= (R
0
+ 0,5(B + B
K
) 1)
2
+ (l
0
.cos15
o

.coss
1
l
0
.cos35
o
.coss
2
)
2
3

1
,
2
đợc tính toán lại .
109,0
35,18
2
15cos
2
sin
0
1
1
====
o
l
HO
HC

1
= 6,26
o
659,0
56,15
25,10
35cos
25,10
sin
0
2
2
====
o
l
MO
MA


2
= 41,2
o
Thay vào ta tính đợc :
w
2
= 375,7 w = 19,38 (m)
Ta có :
h

1
= l
0
.sin35
o
+ 1,2 = 12,1 (m)
6+0,3w = 11,814 (m)
h
1
> 6+0,3w
Vậy kích thớc cần đã chọn là thoả mãn .
7 . Chiều cao cột tính từ chốt đuôi cần đến đỉnh cột :
Đối với cần nhẹ :h/l
0
= 0,8ữ1,2
Chọn h/l
0
= 0,8
h = l
0
.0,8 = 19.0,8 = 15,2 (m)
8 . Chiều cao cột cẩu tính từ sàn đến đỉnh cột :
H = h
c
+ h = 2,4 + 15,2 = 17,6 (m)
Vậy Derrick thiết kế có :
+ Chiều dài cần : l
0
= 19 (m)
+ Chiều cao cột cẩu : H = 17,6 (m)

III . Xác định ứng lực cần cẩu , cột cẩu :
Trọng lợng hàng :
Q = 2,5(T) = 2500 (kG) = 24,525 (KN)
Trọng lợng cần :
G
c
= 14.P
1/3
[3,4l
0
16]
= 923 (KG) = 9,06 (KN)
4
1. 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=7,575m ( c = 3/4L
K
= 15,15m : 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 KHO
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=5,05m và
cách mạn tàu chỗ rộng nhất một đoạn bằng tầm với cần thiết R
0
= 4,5m .
Chân dây giằng L của cần mạn đặt lùi lại sau đờng chân cần O
1
O

2
một
khoảng 2m .
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 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 =
10,895m > 6m .
5
2 . Xác định lực trong hệ cần đôi :
Ta xác định lực trong hệ cần đôi bằng phơng pháp vẽ đa giác 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 = 24,525 KN theo tỉ lệ xích 1mm
1,25 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 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 cácthành 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 ổ bi : à = 0,02
k = 1,02
a) Vị trí 1 :
áp dụng phơng pháp vẽ đa giác lực ta xác định đợc :
+ Sức căng trong dây nâng hàng ở : cần hầm : S
h
= 28,32 KN
cần mạn : S
m
= 14,16 KN
+ Sức căng trong dây giằng mạn ở : cần hầm : Z
h
= 48,515,KN
cần mạn : Z
m
= 37,38 KN
+ Sức căng trong dây nâng cần : cần hầm : T
h
= 36,875 KN
6
cần mạn : T
m

= 3,075 KN
+ Lực nén thực vào cần kể cả sức căng trong dây nâng hang chạy dọc cần là
:
Cần hầm : N
h
= N
h
+ kS
h

với : N
h
= 91,12 KN
ta tìm đợc : N
h
= 120,006 KN
Cần mạn : N
m
= N
m
+ kS
m

với : N
m
= 47,165 KN
N
m
= 61,608 KN
b) Vị trí 2 :

+ Sức căng trong dây nâng hàng ở : cần hầm : S
h
= 28,04 KN
cần mạn : S
m
= 17,47 KN
+ Sức căng trong dây giằng mạn ở : cần hầm : Z
h
= 61,37 KN
cần mạn : Z
m
= 45,655 KN
+ Sức căng trong dây nâng cần : cần hầm : T
h
= 40,265 KN
cần mạn : T
m
= 4,995 KN
+ Lực nén thực vào cần kể cả sức căng trong dây nâng hang chạy dọc cần là
:
Cần hầm : N
h
= N
h
+ kS
h

với : N
h
= 102,76 KN

N
h
= 131,361 KN
Cần mạn : N
m
= N
m
+ kS
m

với : N
m
= 59,4 KN
N
m
= 77,219 KN
c) Vị trí 3 :
+ Sức căng trong dây nâng hàng ở : cần hầm : S
h
= 26,79 KN
cần mạn : S
m
= 21,345 KN
+ Sức căng trong dây giằng mạn ở : cần hầm : Z
h
= 69,185 KN
cần mạn : Z
m
= 53,3 KN
+ Sức căng trong dây nâng cần : cần hầm : T

h
= 39,27 KN
cần mạn : T
m
= 8,595 KN
+ Lực nén thực vào cần kể cả sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần là
:
Cần hầm : N
h
= N
h
+ kS
h

7
với : N
h
= 106,135 KN
N
h
= 133,461 KN
Cần mạn : N
m
= N
m
+ kS
m

với : N
m

= 73,415 KN
N
m
= 95,187 KN
d) Vị trí 4 :
+ Sức căng trong dây nâng hàng ở : cần hầm : S
h
= 25,265 KN
cần mạn : S
m
= 23,71 KN
+ Sức căng trong dây giằng mạn ở : cần hầm : Z
h
= 72,48 KN
cần mạn : Z
m
= 55,84 KN
+ Sức căng trong dây nâng cần : cần hầm : T
h
= 38,325 KN
cần mạn : T
m
= 11,95 KN
+ Lực nén thực vào cần kể cả sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần là
:
Cần hầm : N
h
= N
h
+ kS

h

với : N
h
= 106,105 KN
N
h
= 131,875 KN
Cần mạn : N
m
= N
m
+ kS
m

với : N
m
= 81,14 KN
N
m
= 105,324 KN
e) Vị trí 5 :
+ Sức căng trong dây nâng hàng ở : cần hầm : S
h
= 22,12 KN
cần mạn : S
m
= 26,375 KN
+ Sức căng trong dây giằng mạn ở : cần hầm : Z
h

= 70,58 KN
cần mạn : Z
m
= 54,38 KN
+ Sức căng trong dây nâng cần : cần hầm : T
h
= 33,16 KN
cần mạn : T
m
= 16,76 KN
+ Lực nén thực vào cần kể cả sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần là
:
Cần hầm : N
h
= N
h
+ kS
h

với : N
h
= 95,99 KN
N
h
= 118,552 KN
Cần mạn : N
m
= N
m
+ kS

m

với : N
m
= 86,4 KN
8
N
m
= 113,302 KN .
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 :
S =
)120(
1
.




+
tg
tg
tgQ
T
h
=
)05,52sin(
)68,51sin('.

o
o
S
= 0.995.S
Z
h
= T
h
.cos(52,05
o
) + S.cos(51,68
o
) = 1,232.S
Z
h
= Z
h
.tg(68,93
o
) = 3,198.S
S
h
=

tg
S'
S
h
=

sin
'S
N
h
= T
h
.cos(56,01
o
) + (S
h
+ Z
h
+ 0,5G
c
).cos(33,99
o
) +
+
( )
)1,54(
)99,33sin()).01,56(.'5,0""
o
oo
hchh
tg
tgTGZS ++
N
h
= N
h

+ 1,02.S
h

Lực nén N
h
đạt cực đại khi góc = 48,91
o
ứng với vị trí 3 , ta lấy để tính
chọn cần .
IV . Xác định kết cấu cần và cột :
1 . Tính toán chọn cần :
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 .
a) Thiết kế cần theo diều 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
=5.132,6=663 ( kN)
-Mô men quán tính tiết diện cần
9
I =

kE
lPn
o
2
0
.

l
0
= 19(m) : chiều dài cần
E = 2.10
6
(KG/cm
2
) : mô đun dàn hồi vật liệu cần
k : hệ số phụ thuộc vào tỉ số I
1
/ I
0
và l
1
/

l
0
Chọn
0
l
l

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



0
1
D
D
= 0,837
I
1
=
( )
64
1
44
1

D
và I

0
=
( )
64
1
44
0

D

0
1
I
I
=
4
0
1
)(
D
D
= 0,49
Tra bảng k = 9,262
I = 13171 (cm
4
)
Đờng kính sơ bộ phần trụ tròn :
)(2,34
)1(1,0
4

4
mm
I
D =

=

với :
975,0
1
1
===
iD
d

Từ lực nén cần Pmax = 132,6 (KN) và đờng kính D = 34,2 (mm) ta chọn
cần có các
thông số :
Lực nén
(kN)
L L
1
l
1
l
2
D d S S
1
S
2

S
3
Khối l-
ợng
( m ) ( mm) ( kg )
150 19 19,09 6,33 6,38 377 275 8 7 7 7 1160
10
7
8
7
19000
19090200
6330 6380
2 7 5

Chọn vật liệu làm cần là thép CT3 có tính hàn tốt và các giới hạn tiêu
chuẩn sau :
Giới hạn bền kéo :
k
= 38 kN/ cm
2
Giới hạn bền mỏi :
T
= 19 kN/ cm
2
Giới hạn chảy :
ch
= 24 kN/ cm
2
Mô đun đàn hồi : E = 2.10

6
kN/ cm
2
Đối với cần có sức nâng nhỏ hơn 10 T giới hạn bền cho phép là :
[] =1100(kg/cm
2
)=10,78(kN/cm
2
)
Coi cần nh 1 dầm tựa trên 2 gối chịu uốn do trọng lợng bản thân P
1
,
chịu nén do
lực nén dọc cần P
0
và chịu uốn và chịu xoắn do P
0
đặt lệch tâm .
Đối với cần có sức nâng nhỏ hơn 10 T giới hạn bền cho phép là :
[] = 1100 (kG/ cm
2
) = 10,78 (KN/ cm
2
)
q = G
c
/ l
0
M
M

P
0
l
0

11
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 = ( 377+275 )/ 2 = 326 mm
đờng kính trong D
t
= 318 mm ,
đòng kính ngoài D
n
= 334 mm
Diện tích mặt cắt ngang :
F = 81,9 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
1 thanh chịu nén một đầu là gối đỡ một đầu là liên kết tựa à = 1
l : chiều dài cần ; l =19 m = 1900cm
i
min
: Bán kính quán tính của mặt cắt = 0,353.D
tb
=
11,508 cm
= 165,1 < 200 ( 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
= 7,1 kN/ cm
2
P = P
0
( lực nén dọc cần ) =132,6 kN
K
od
: Hệ số an toàn ổn định chọn lớn hơn hệ số an toàn về bền

chọn K
od
= 4 .

n
= 132,6/ 81,9 = 1,62 kN/ cm
2
[]
od
= 7,1/ 4 = 1,78 kN/ cm
2
Vậy
n
< []
od
. Thanh đủ ổn định theo nén
b) Kiểm tra cần theo điều kiện bền :
12
-Coi dầm tựa tự do trên hai gối chịu uấn do trọng lợng bản thân và chịu
nén do lực nén dọc cần P
0
, chịu uốn do P
0
đặt lệch tâm
m =
2
0
c
ql
(cần có tiết diện thay đổi c =7,5 )

q- là tải trọng bản thân q=G
c
/l
0
m =
5,7
10.19.06,9
2
= 2295(kNcm)
-Mô men uốn do P
0
đặt lệch tâm gây ra:
M = P
0
.e
e - là khoảng cách từ điểm đặt của P
0
đến trục của cần
Ta có :
* M
x
= P
01
. e
1
- P
02
.e
2

Từ P = 150( KN ) theo bảng ( 5-28 ) ta có :
A=445 ( mm)
e
1
= e
2
=A/2 =22,25 ( cm )
P
01
= T
h
.cos54 = 23,08 ( KN)
P
02
= S.cos76.cos56 + S
h
sin56 = 17,33 (KN)
M
x
= 127,94 (KN.cm)
* M
y
= P
03
. e
3

Từ Z
h
= 72,48 ( KN ) theo bảng ( 5-31 ) ta có :

e = 50 (mm)
13
e
3
=d/2 + e = 18,75 ( cm )
P
03
= Z
h
.cos52.cos56 + Z
h
sin56 = 62,08 ( KN)
M
y
= 1164,04 (KN.cm)
* M
z
= (S.sin76).e
2
+ (Z
h
.cos56 Z
h
.cos52.sin56).e
3
= 526
(KN.cm)
ứng suất lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm do uốn nén và xoắn đồng thời gây
ra

max
=
00
0
W
m
W
M
F
P
td
++
= 5,7 ( kN/cm
2
)
Trong đó:
M
td
=
222
zyx
MMM
++
= 1283,76 (KN.cm)
F =
( )
2
2
1
4

D
=








2
2
)
7,37
1,36
(1
4
)7,37(
= 92,7(cm
2
)

0
W
=
( )
4
3

1
32


D
=








4
3
)
7,37
1,36
(1
32
)7,37(
=837,34

( cm
3
)
P
0
= 133,461 KN

Vậy :
max
[] =10,78 (kN/ cm
2
)
Vậy cần thoả mãn điều kiện bền .
14
2 . Tính toán tháp cẩu :
a) Tính sơ bộ kích thớc tháp cẩu:
-Ta chọn tháp cẩu là kiểu cổng với 2 cột đơn tiết diện tròn không đổi trên suốt
chiều dài cột .
Kích thớc mặt cắt tháp cẩu đợc chọn theo các điều kiện :
* Điều kiện bền :
W
c
= 0,785.D
tb
2
.S 10.Q.l = 4660 (cm
3
)

Trong đó :W
c
- mô men chống uốn mặt cắt cột ( cm
3
)
D
tb
( cm) - Đờng kính trung bình cột ( cm )

S (cm) - Chiều dày cột
Q.l - Tích của sức căng và chiều dài cần
Q=24,525 (kN) - Trọng lợng hàng
l =19 (m) - Chiều dài cần .
Thông thờng: D
n
= (50 ữ 80 ).S
Thay vào ta tìm đợc S 1,352(cm) .
*Theo điều kiện cứng :
I
c
=0,393.D
3
tb
.S 24

Ql
h
H
2
= 22,8.10
4
(cm
4
)
h = 15,2 ( m) - Khoảng cách từ gối đuôi cần tới điểm treo palăng nâng cần
trên đỉnh cột
H =17,6 ( m) - khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng
cần trên
đỉnh cột

Ta cũng tìm đợc giới hạn S 1,49 (cm)
Từ 2 điều kiện trên chọn S = 1,5 (cm) .
Để đảm bảo ổn định cục bộ , đờng kính ngoài của cột D
n
và chiều dày cột S
phải thoả mãn điều kiện .
Chọn S = 15 mm
- D
n
= (50 ữ 80 ).S = 750ữ1200
15
Chọn D
n
=750 (mm) <
S
S
25
1000
=1500(mm)
-Đờng kính trong: D
t
= D
n
2.S = 720 (mm)
* Diện tích mặt cắt ngang của cột:
A =
( )
2
2
1

4



n
D
=
















2
2
750
720
1
4
750.

=346 (cm
2
)
*Mô men quán tính cột:
Ix = Iy =
( )
4
4
1
64



n
D
=23,4.10
4
(cm
4
)
*Mô men chống uốn :
W
x
= W
Y
=
n
x
D
I2

= 6240

(cm
3
)
* Bán kính quán tính:
r
x
= r
y
=0,353.D = 26,475 ( 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
=17(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 = 300 (mm)
Chiều rộng b = 500 (mm)
Chiều dày S = 10 (mm)
Diện tích mặt cắt ngang của xà ngang :
A = 2(a+b).S = 160 (cm
2
)
*Mô men quán tính xà ngang:

Ix =
( )
Sba
b
.3
6
2
+
=5,833.10
4
(cm
4
)
Iz =
( )
Sba
a
.3
6
2
+
=2,7.10
4
(cm
4
)
16
*Mô men chống uốn :
W
x

=
Sba
b
).3(
3
+
=2333

(cm
3
)
W
z
=
Sba
a
).3(
3
+
= 1800

(cm
3
)
* Mômen chống xoắn :
W
xoắn
= .b.a
2
= 14775 (cm

3
)
* Bán kính quán tính :
r
x
=
)(3
3
2 ba
bab
+
+
= 19,1 (cm)
r
z
=
)(3
3
2 ba
baa
+
+
= 13 (cm)
b) Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu :
Ta tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu trong trờng hợp cần làm việc ở chế
độ cẩu đơn và cẩu hàng có trọng lợng P = 2,5 (T) .
Khi đó : * Lực căng tại đầu cần : P
m
= P + 0,5.G
c

= 29,055 (KN)
* Sức căng trong dây nâng hàng : S =
pl
P

= 25,816( kN)
(Truyền động cáp
pl
= 0,95 )
+ Khi cần làm việc với góc nghiêng nhỏ nhất ( = 15)
Sức căng trên dây chằng Z = 0
H
H
1
R
T

P
0
P
m


H S
R
c
S S'
17
Sức căng max trong dây nâng cần
H = P

m
.cos15/ cos45,7 = 40,18 kN
P
0
= P
m
.sin15 + S + H.cos44,3 = 63 kN
(P
0
: lực nén dọc cần )
Sức căng trong dây hàng vào tời
S = S/
pl
= 27,175 kN
Lực tác dụng vào ròng rọc chân cần
R
c
=
022
120cos"'.2"' SSSS +
= 46 kN
Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột
H
1
= H/(
pl
)

= 40,18/ (0,95) = 42,3 kN
Lực tác dụng vào ròng rọc đỉnh cột

R
T
=
0
1
2
1
2
119cos.2 HHHH
+
= 61,8 kN
Mô men uốn cột
M =P
m
.l.cos15
0
= 533 kNm
+ Khi = 60 :( Tính tơng tự ta có )
H = P
m
.cos60
0
/ cos37,52
0
= 18,32 kN
P
o
= 63 kN
H
1

= 19,28 kN
M = 199,4 kNm
Ngoại lực của 1 cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm có
* Lực H 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 H
1
T
a

H
Qa
R
H
18



T
c
T
t

P
0
S

S
Q
c
Q
t
Các lực trên 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 :
* Khi = 15 :
T
a
= T
c
= ( P
0
S ).cos = 35,92 (kN)
Q
a

= H.sin + H
1
= 61,94 (kN)
Q
c
= ( P
0
S ).sin = 9,6 (kN)
T
t
= Q
t
= 0,707.S = 19,22 (kN)
* Khi = 60 :
T
a
= T
c
= ( P
0
S ).cos = 18.59 (kN)
Q
a
= H
1
- H.sin = 20,53 (kN)
Q
c
= ( P
0

S ).sin = 32,2 (kN)
T
t
= Q
t
= 0,707.S = 19,22 (kN)
Ta chọn trờng hợp tải trọng lớn nhất là khi cần ở góc nâng nhỏ nhất =
15 để tính
toán cho tháp cẩu .
c) Quy đổi ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu :
19
* Tính các hệ số :
Cột đợc hàn vào vách ngang của tàu :
C
1
=
ikL
L
.6
3
+
C
2
=
ikL
ikL
.6
.3
+
+

Với : L = 17,6 (m) : chiều cao từ mặt boong trên đến đỉnh tháp cẩu
k = I
c
/I
x
= 4,011
I
c
= 23,4.10
4
(cm
4
) : mômen quán tính cột .
I
x
= I
x
= 5,833.10
4
(cm
4
) :mômen quán tính xà ngang tính
với
các trục chính tâm vuông góc với mặt phẳng tháp cẩu .
ta tính đợc : C
1
= 0,482
C
2
= 0,555

* 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
)''(





=
=0,317
NMMa
c
Ca
L
h
''
.3
2



+

=
= - 0,011
0
.
.
IG
IE
T
=

=0,144
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

= 2,7.10
4
(cm
4
) mômen quán tính của xà ngang
ứng với trục
20
chính tâm thẳng đứng nằm trong mặt phẳng tháp
cẩu .
I
0
= 2.I
x
= 46,8.10
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

+
=
= 23,75 (KN)
T
a
= T
a
T
a
= 12,17 (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
= -154,5 (KNm)
).(.
)1(
1

2

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













=

= -2,0 (KNm)

ccMaCac
a
By
hTLT
CLT
M .)1(
2

2
+=

= 94,1 (KNm)

).2(
2

2

1
1
Ma
Caca
Dy
C
LTCLT
M

+=
= 152,8 (KNm)

2
.).(
2
1
CLTTM
cCaaEy

+=
= -173,4 (KNm)

)1.(.
L
h
M
L
h
MM
c
Ey
c
DyKy
+=
= -128,9 (KNm)
N
Ay
= Q
a

+ 0,5.G
x
= 65,6 (KN)

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

=
= -429,9 (KN)
N
By
= N
Cy
+ Q
c
+ Q
t
+ q.h
c
= -394,7 (KN)

N
Ey
= q.L = 46,9 (KN)
Với : G
x
= A.
l.

= 753,6(kg) = 7,4(KN): trọng lợng xà ngang .
l = 6 (m) : chiều dài xà ngang
=7,85 (T/m
3
)
21
q = G
b
/L=
4
).(
22
DD
n

. = 2,667 (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 = 33,6 (KNm)
M
Cx
= T
a
.h + Q
a
.e = 218,5 (KNm)
M
Bx
= T
a
.L + (T
t
-T
c
).h
c
+ (Q
a
+ Q
t
).e = 218,0 (KNm)

)
) (2
1(."
0
Li
i

iTM
a

+
=
= 20,4 (KNm)
M
Ex
= T
a
. L = 418,1 (KNm)
M
Kx
= T
a
.h = 361,1 (KNm)
M
xn
= M
0
= 20,4 (KNm)
M
xn
= T
a
.i-M
0
= -8,2 (KNm)
N
Ax

= Q
a
+ 0,5G
x
= 65,6 (KN)
N
Cx
= Q
a
+ qh + 0,5G
x
= 106,2 (KN)
N
Bx
= Q
a
+ Q
c
+ Q
t
+ qL+0.5G
x
= 141,4 (KN)
Với lực tác dụng vào đỉnh cột R
T
=53,8 (KN) dựa vào bảng 5.34
STTBTTtập I ta có :
e = D
n
/2 + A +A

1
=0,542 (m)
* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên các cột :
- Với cột có 1 cần đặt dọc tàu :
+ Tại chỗ nối cột với xà ngang :
M
x
= M
Ax
= 33,6 (KNm)
M
y
= M
Dy
= 152,8 (KNm)
N = N
Ax
= 65,6 (KN)
+ Tại gối đỡ cần :
M
x
= M
Cx
= 218,5 (KNm)
M
y
= M
Ky
= -128,9(KNm)
N = N

Cx
= 106,2 (KN)
+ Tại gối đỡ trên của tháp :
M
x
= M
Bx
= 218,0 (KNm)
M
y
= M
Ey
= -173,4 (KNm)
N = N
Bx
= 141,4 (KN)
22
+ Mômen xoắn cột :
M
Z
= M
xn
= 20,4 (KNm)
- Với cột có 1 cần đặt vơn ra mạn tàu :
+ Tại chỗ nối cột với xà ngang :
M
x
= 0 (KNm)
M
y

= M
Ay
= -154,5 (KNm)
N = N
Ay
G
x
/2 = 61,94 (KN)
+ Tại gối đỡ cần :
M
x
= M
Kx
= 361,1 (KNm)
M
y
= M
Cy
= -2,0 (KNm)
N = N
Cy
q.h G
x
/2 = -474,14 (KN)
+ Tại gối đỡ trên của tháp :
M
x
= M
Ex
= 418,1 (KNm)

M
y
= M
By
= 94,1 (KNm)
N = N
By
= -394,7 (KN)
+ Mômen xoắn cột :
M
Z
= M
xn
= -8,2 (KNm)
* 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 cần :
Có M
U
=
22
''''
yx
MM +
= 361,08 (kNm)

.
= M
u
/W
u
+ N/A = 361,08.10
2
/ 6240 + 474,143/ 346 = 7,156 kN/
cm
2
= M
Z
/ W

= 10.10
2
/13352 = -0,066 kN/ cm

2
Vậy
TĐ
= 7,156 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 :
Tại chỗ nối với cột có 1 cần đặt dọc tàu :
M
x
= M
xn
= 20,4 (KNm)
23
M
y
= M
Dy
= 152,8 (KNm)
M
z
= M
ax
= 33,6 (KNm)
Tại chỗ nối với cột có 1 cần vơn ra mạn :
M

x
= M
xn
= -8,2 (KNm)
M
y
= M
Ay
= -154,5 (KNm)
M
x
= M
ax
= 33,6 ( KNm)
Khi cần hoạt động thì trị số ứng suất lớn nhất phát sinh trên xà ngang là
tại chỗ nối với cột có 1 cần đặt dọc tàu :
= 20,4.10
2
/ 2333 + 152,8.10
2
/1800 = 9,36 (kN/cm
2
)
= 33,6.10
2
/14775 = 0,227
Theo thuyết bền 3 ta có :
=
22
.4

+
= 9,375kN/ cm
2
< 0,5.
ch
= 12 kN/ cm
2

Xà ngang thoả mãn điều kiện bền
IV . Tính toán các chi tiết và các cum chi tiết :
1 . Chạc đuôi cần :
Chạc đuôi cần đợc chọn theo điều kiện OCT 8834 58
Lực nén cần N
h
= 133,461 kN nên ta chọn chạc loại b :
Lực nén cần
( kN )
C R S S
1
S
2
a d
( mm )
150 80 62 34 12 25 220 275
Chọn vật liệu chế tạo cần là thép tấm mỏng cacbon MI21a có các thông số
sau :
Giới hạn bền : [
T
] = 24 (kN/ cm

2
)
Giới hạn bền cắt : [ ] = 0,4[
T
] = 9,6 (kN/ cm
2
)
Giới hạn bền chảy :[ ]= 0,6 [
T
] =14,4 ( kN/ cm
2
)
24
Tỉ lệ 1 : 4
Chạc Đuôi Cần
Kiểm tra bền cho chốt đuôi cần:
-Từ điều kiện chốt chịu cắt kiểm tra bền cho chốt theo điều kiên chịu cắt :
=
F
N
h
=
4
461,133
2
1
d

= 4,723(/cm
2

)< [] = 9,6(KN/cm
2
)
Vậy chốt đủ bền
2 . Mã treo hàng đầu cần:
a) Kích thớc mã treo hàng đầu cần đợc xác định theo lực nén cần , với lực
nén = 150 kN ta chọn cần có qui cách nh sau
d = 275 B
(mm )
b
(mm)
b
1
(mm)
d
1
( mm)
R
(mm)
R
1
( mm)
r
( mm )
l
( mm
)
S
( mm )
A = 445 262 132 65 68 60 90 30 155 60

b) Kiểm tra mã treo hàng :
-Lực tác dụng :
R
h
= S
h
/ = 29,81 (KN)
với = 0.95 ứng với truyền động cáp .
25