DO AN THIET BI CAU DERRICK

Đồ án môn học thiết bị tàu
MỤC LỤC
Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN TRỤC DERRICK. .................................................... 2
I .Thiết bị cẩu hàng . ............................................................................................................................. 3
II.Bố trí thiết bị cẩu hàng trên tàu chở hàng ...................................................................................... 3
III. Hệ thống cần cẩu nhẹ ..................................................................................................................... 3
IV. Hệ thống cần cẩu nặng ................................................................................................................... 5
Chương 2 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK .......................................................... 6
CHO TÀU HÀNG KHƠ ....................................................................................................................... 6
I .Thơng số cơ bản của tàu . ................................................................................................................. 6
II.Lựa chọn phương án thiết kế. .......................................................................................................... 6
III.Bố trí thiết bị trên tàu . ................................................................................................................... 7
IV. Xác định kích thước của cần cẩu . ................................................................................................ 9
1. Góc nâng cần : ........................................................................................................................... 9
2. Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng . ...................................................................... 9
3.Xác định kích thước cần theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang. ................................... 9
4.Xác định kích thước cần theo điều kiện tầm với – đưa hàng ra ngoài mạn. ........................ 9
5. Chiều cao chân cần tính từ sàn tới .......................................................................................... 9
6. Vị trí giới hạn đầu cần. ........................................................................................................... 10
7.Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần . .............................................. 10
V. TÍNH TỐN CÁC ỨNG LỰC TRONG HỆ CẦN. .................................................................... 11
1. Tính tốn ứng lực trong hệ cần có dây chằng và dây điều chỉnh. ...................................... 11
2. Xác định ứng lực tại 3 góc nghiêng cần................................................................................. 13
3.Xác định sức căng trong hai palăng quay cần phía mạn Tm và phía hầm

hàng Th .... 14

VI. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU VÀ TÍNH ĐỘ BỀN ................................................... 15
1.Lựa chọn tháp cẩu.................................................................................................................... 15
2. Tính tốn lực tác dụng lên tháp cẩu . .................................................................................... 15
3.Quy đổi các ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu ......................................................................... 16

4. Chọn sơ bộ kích thước của mặt tháp cẩu.............................................................................. 17
5. Nội lực tác dụng lên tháp cẩu . ............................................................................................... 18
VII. Tính chọn cần ,kiểm trra bền và ổn định cho cần theo quy phạm ......................................... 22
1.Chọn cần theo lực nén. ............................................................................................................ 22
2. Xác định ngoại lực tác dụng lên cần ...................................................................................... 22
3. Kiểm tra điều kiện bền ........................................................................................................... 23

Page 1


Đồ án môn học thiết bị tàu
4.Kiểm tra theo điều kiện ổn định ............................................................................................. 23
5.Kiểm tra độ bền theo tải tổng hợp. ......................................................................................... 25
6.Kiểm tra bền theo ứng suất nén tổng hợp.............................................................................. 25
VIII.Tính tốn cột quay cần ............................................................................................................... 25
1.Cột quay cần mạn .................................................................................................................... 25
a). Lựa chọn cột quay cần: ............................................................................................................ 26
b).Các ngoại lực tác dụng lên cột quay cần: ................................................................................. 26
c).Chọn mặt cắt ngang cột quay cần: ............................................................................................ 26
d) Nội lực tác dụng lên cột quay cần:............................................................................................ 27
e).Kiểm tra điều kiện bền theo qui phạm: .................................................................................... 27
2.Cột quay cần hầm. ................................................................................................................... 28
a) Lựa chọn cột quay cần: ............................................................................................................. 28
b) Các ngoại lực tác dụng lên cột quay cần:.................................................................................. 28
c) Chọn mặt cắt ngang cột quay cần: ............................................................................................ 29
d) Nội lực tác dụng lên cột quay cần:............................................................................................ 29
IX.Tính tốn chọn các chi tiết của cần cẩu derrick ......................................................................... 31
1.Chạc đuôi cần. .......................................................................................................................... 31
2.Mã treo đầu cần ....................................................................................................................... 32
3.Mã quay cần ............................................................................................................................. 32

4.Cụm mã quay bắt dây nâng cần ............................................................................................. 33
5.Gối đỡ cần nhẹ .......................................................................................................................... 34
6.Cụm móc cẩu ............................................................................................................................ 36
7. Cụm rịng rọc. ........................................................................................................................... 39
a.Ròng rọc cho palăng nâng hàng: ................................................................................................ 39
b.Ròng rọc cho palăng nâng cần: .................................................................................................. 39
c.Ròng rọc tại đầu cột quay cần: ................................................................................................... 40
8. Tời của Derrick.......................................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................. 43

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN TRỤC DERRICK.
Page 2


Đồ án môn học thiết bị tàu
I .Thiết bị cẩu hàng .
-Nhóm thiết bị cẩu có thể phân làm hai kểu kết cấu : hệ thống cẩu cùng cần cẩu
derrick nâng và xoay ,và hệ thống cẩu quay .Cẩu nhóm đầu có thể chia làm cẩu nhẹ và
cẩu nặng .Cách chia quy ước này được hiểu cụ thể hơn , cẩu sức nâng đến 10T coi là
nhẹ ,sức nâng cẩu trên 10T thuộc nhóm nặng .Kết cấu cẩu nặng khác nhiều so với cẩu
nhẹ.
II.Bố trí thiết bị cẩu hàng trên tàu chở hàng
-Bố trí cẩu cùng sức nâng từng cẩu riêng lẻ nằm trong quy hoạch chung mà người
thiết kế phải thực hiện .Số lượng cần cẩu trên tàu hàng ,nhìn chung phụ thuộc vào sức
chở của tàu .
-Để có quyết định trang bị cẩu nặng hay nhẹ ,cần đánh giá đầy đủ về những mặt hàng
mà tàu phải chuyên chở cùng những điều kiện khai thác của tàu .Thông lệ các mã
hàng phổ thong được đóng gói với trọng lượng nhất định .Bảng tổng kết những mã
hàng khơng đóng trong thùng tiêu chuẩn mà chứa trong các kiện hàng với trọng lượng
kiện hàng tính bằng tấn hệ mét (MT) nằm trong khoảng sau :

Hàng tổng hợp
1,25 - 1,5
Hàng đơn chiếc
0,5 -1,5
Hàng đóng thùng
2,0 -3,0
Máy móc
5,0 -7,0
Máy lớn ,máy nơng nghiệp.. 10-20
-Tàu cỡ nhỏ ,tàu ven biển sức chở chỉ từ 1500dwt trang bị chủ yếu cần cẩu derrick sức
nâng 1-1,5T hoặc đôi khi lớn hơn ,song không vượt qua 3T.
-Tàu vận tải hoạt đông biển gần ,sức chở trung bình trang bị cần cẩu sức nâng khơng
lớn .Tàu 3000dwt thường trang bị cẩu sức nâng 2-3T ,tàu từ 3000dwt đến 6000dwt
thường trang bị cẩu sức nâng 3-5-6T .
-Tàu cỡ lớn hơn có thể trang bị cần cẩu có sức nâng 3-5T phục vụ hệ thống bơm hàng.
Phục vụ nâng hạ thiết bị phụ tùng đường ống tàu dầu cần có cần cẩu sức nâng khơng
lớn hơn 2-3T.
-Cần cẩu nặng trên tàu chở hàng chỉ trang bị theo yêu cầu đặc biệt .Những tàu hàng
đặc biệt này thường trang bị cần cẩu có sức nâng 300T-600T.
III. Hệ thống cần cẩu nhẹ
-Cẩu đơn có vị trí quan trọng trong họ máy nâng hạ trên tàu.
-Cẩu đơn kiểu nhẹ dung phổ biến trên các tàu vận tải cỡ nhỏ và các tàu chuyên dung
khác. Cần trục kiểu này có năng suất thấp ,suất nâng nhỏ ,nhưng kết cấu đơn giản
thường dung cho tàu nhỏ.

Page 3


Đồ án mơn học thiết bị tàu

Hình 1.31 Sơ đồ cần trục derrick đơn nhẹ.
-Derrick đôi đơn giản là loại cần cẩu có kết cấu đơn giản ,chỉ dung tời có hai động cơ ,
chu kì hoạt động của móc rất ngắn ,hàng không bị lắc ,làm việc được khi tàu ở độ
nghiêng lớn.
Cẩu đơi có các nhược điểm sau :
+ Sức nâng của cần cẩu đôi (0,3 -0,6) sức nâng của cần cẩu đơn .
+Thời gian làm việc và xếp dỡ hàng lâu.
+Tính động cơ của cần cẩu kém.
+Mức độ an tồn của động cơ khơng cao ,cần trục có thể bị quá tải đến mứt gãy cần
,đứt dây giằng hoặc bị mất ổn định đến mức lật cần do đặt sai vị trí của cần và dây
giằng mạn .
-Cần cẩu đơi có mặt trên phần lớn các tàu chở hàng ,dây nâng hàng từ hai cần nối lại
để cùng buộc vào một móc hàng .Trong tư thế làm việc móc cẩu nằm thấp hơn hai đầu
cần làm cho dây giữ hàng của cả hai cần tạo thành chữ V rõ nét .Hai đầu cần được nối
với nhau bằng cáp ,và như vậy tư thế cáp nối hai đầu cần ,với móc hàng ln tạo thành
tam giác .Đầu cần thứ hai vươn ra ngoài mạn .Trong trạng thái làm việc cả hai cần
được giữ tại vị trí cố định .Hàng được móc từ khoang ,nâng cao miệng hầm hàng và
sau đó chuyển ra mạn ,bàn giao đến đầu cần mạn. Mỗi vịng làm việc cẩu đơi chiếm
khoảng nữa phút.
-Hệ thống cẩu đơi với hai cần bố trí song song cho phép tập trung sức nâng khối hàng
nặng .

Page 4


Đồ án mơn học thiết bị tàu

Hình 1.32 Sơ đồ derrick đôi đơn giản.
1.Dây nâng hàng . 2 Cần mạn . 3 .Dây nâng cần . 4.Dây giằng đầu cần . 5.Xà ngang
6.Cần hầm . 7 .Dây giằng mạn . 8. Tời nâng hàng .

IV. Hệ thống cần cẩu nặng
Cẩu đơn sức nâng lớn đã được sử dụng từ rất lâu trên tàu .Khác với cẩu nhẹ ,cần 1
không tựa vào cột cẩu mà tựa ngay trên sàn boong.
Cần cẩu nặng thường có cải tiến trong khâu bố rí các puly cho hệ thống dây nâng
hàng. Cách làm thường gặp là bố trí một puly cho dây nâng hàng ngay trong cần.
Khi sức nâng từ 15-20T , cần không xẻ rảnh và palang nâng hàng giống như cần trục
loại nhẹ.

Hình 1.4 a) Sơ đồ derrick đơn loại nặng cần xẻ rãnh , b) pa lăng nâng hàng kép.
1.Vòng treo hàng , 2.palăng nâng hàng , 3. Ròng rọc lắp trong rãnh cần , 4.pa lăng
nâng cần , 6.Dây nâng hàng , 7. Dây chằng cột , 8. Ròng rọc dẫn hướng ,9.Tời
nầng cần ,10. Tời nâng hàng.

Page 5


Đồ án mơn học thiết bị tàu
Chương 2 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK
CHO TÀU HÀNG KHƠ
I .Thơng số cơ bản của tàu .
Chiều dài tàu :

L = 90,2 m.

Chiều rộng tàu :

B = 15,6 m

Chiều cao tàu :

D = 8,1 m

Chiều chìm tàu :

d = 6,7 m

Cơng suất máy chính : P = 2000 Hp
Vận tốc tàu

:

VS = 13,5 Hl/h

Kích thước khoang hàng :

LKH xBKH = 29,4 m x 15,6 m

Kích thước miệng khoang hàng : LMKH xBMKH =23,1 m x 9 m
II.Lựa chọn phương án thiết kế.
-Việc lựa chọn và bố trí các thiết bị xếp dỡ cùng sức nâng từng loại riêng lẻ nằm
trong quy hoạch chung mà người thiết kế phải thực hiện. Thiết bị xếp dỡ có vị trí rất
quan trọng trong họ máy nâng hạ trên tàu
-Lựa chọn thiết bị xếp dỡ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau :
+ Kích thước tàu .
+Vùng hoạt động của tàu ,tuyến đường mà tàu khai thác .
+Loại hàng mà tàu chuyên chở .
Đối với các tàu chạy theo tuyến cần giảm đến mức tối thiểu thời gian tàu đỗ bến
nên nó cần bố trí các loại cần trục quay hiện đại, có năng suất cao. Tuy nhiên trên tàu
chạy theo tuyến chở hàng rời (quặng, than đá, đường, các loại hạt…) thì bố trí các các
phương tiện xếp dỡ chuyên dụng trên tàu là không hợp lý mà nên sử dụng các thiết bị

bốc xếp chuyên dùng tại cảng. Tuy nhiên để chủ động bốc xếp hàng, trên khơng ít các
lại tàu này được trang bị cẩn trục hoặc derrick chun dụng.
-Tính tốn và thiết kế thiết bị nâng hàng cho tàu hàng khơ chạy trong vùng biển
khơng hạn chế bố trí cần trục derrick đơn , loại nhẹ .
-Ưu ,nhược điểm của derrick đơn, loại nhẹ :
+Ưu điểm :

Page 6


Đồ án môn học thiết bị tàu
Hiện nay trên các tàu hàng dùng phổ biến hệ thống cần trục Derrick hoặc cần trục
quay hoặc bố trí hỗn hợp cả hai.
Chúng ta đang đi thiết kế thiết bị làm hàng cho tàu cỡ trung bình hoạt động ở vùng
biển khơng hạn chế nên ta chọn cách bố trí hệ thống Derrick đơn loại nhẹ.
Cần cẩu Derrick là thiết bị xếp dỡ được dùng sớm nhất trên tàu, cho đến nay chúng
vẫn được sử dụng phổ biến ( và ngày càng được cải tiến, hồn thiện, hiện đại hóa) do
những ưu điểm hơn hẳn đó là: có tầm với lớn, sức nâng lớn (tầm với đạt 30m, sức
nâng đạt 300T), kết cấu gọn nhẹ chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ sửa chữa và thay
thế, làm việc khá tin cậy.
+Nhược điểm :
Tính cơ động khơng cao.
Năng suất khơng cao ,
Tính cơ giới hóa thấp .
- Việc chọn trọng tải của cần còn phụ thuộc vào yêu cầu của chủ tàu muốn nâng nhanh
hay chậm. Và điều này còn phụ thuộc vào hàng cần chở.
-Đồng thời dựa vào bảng thống kê tàu mẫu theo tính chất từng loại hàng:
Bảng 1: Bảng thống kê tàu mẫu theo tính chất từng loại hàng.
TT
1

2
3
4
5
6
7
8
9

Loại hàng
Hàng bách hố bao bì
Thiết bị máy móc đóng hịm
Đường, muối, xà phịng đóng gói
Hàng bách hố gói lẻ (bó, hộp, thùng)
Ximăng, gạch, đá phiến đóng hịm
Bột mì, hạt, cám, lúa mạch đóng bao
Máy cơng cụ lớn, máy kéo, máy xúc và máy nơng cụ
Gỗ xẻ tiêu dùng
Thiết bị máy móc

Sức nâng P, T.
1,25  1,5
2,0  3,0
1,80  2,55
0,5  1,0
2,0  3,0
1,65  2,55
10  20
2,3  2,7
5,0  7,0

-Tàu hàng khơ chở thiết bị máy móc thì ta lựa chọn sức nâng của cần cẩu là Q = 5 T

III.Bố trí thiết bị trên tàu .
Page 7


Đồ án mơn học thiết bị tàu

Hình 3.3 Derrick đơn , loại nhẹ.
a) Có dây nâng cần và dây nâng hàng

b)Có palăng nâng cần và palăng nâng hàng

c)Có tời nâng cần.
1.Cần , 2.Cột , 3.Mã quay của dây nâng cần , 4.7.9.15 mani , 5.Ròng rọc nâng cần ,
6.Dây nâng cần , 8. Mã bắt cáp nâng hàng và nâng cần , 10.Ròng rọc nâng hàng ,
11.Đối trọng , 12 .Mắt xoay , 13 Móc cẩu , 14.Dây quay cần ,16.palăng quay cần ,
17.Mã cáp nâng cần trên boong , 18.Gối đỡ cần và chốt quay đuôi cần , 19.Chạc
đuôi cần , 20.Dây nâng hàng , 21.Ròng rọc dẫn hướng , 22.Đầu dây nâng hàng chạy
vào tời , 23.Dây hoăc palăng tay nâng cần , 24.palăng nâng cần , 25.palăng nâng
hàng

Page 8


Đồ án mơn học thiết bị tàu
IV. Xác định kích thước của cần cẩu .
1. Góc nâng cần :
-Góc nâng cần :  min = 15  , max = 60 

-Góc nâng cân khi hoạt động :  = 35   40 
2. Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng .
-Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng khoang hàng phụ thuộc kích thước các tời đặt
giữa cột cẩu và miệng hầm hàng, phương pháp xếp nắp hầm hàng thường bằng
(3,5  4) m
-Chọn a = 3,5 m.
3.Xác định kích thước cần theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang.
Chiều dài cần :
2
2
a + l MKH 3,5 + .23,1
3
3
l1 =
=
= 19,56 m
cos 
cos(15  )

Trong đó:
a= 3,5 (m) : Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng khoang hàng.
l MKH = 23,1 (m) Chiều dài miệng khoang hàng.
 = 15 góc nghiêng nhỏ nhất.

4.Xác định kích thước cần theo điều kiện tầm với – đưa hàng ra ngoài mạn.
Chiều dài cần :
B
2 = 12,4 (m)
l2 =
sin  . cos 

Rm +

Trong đó :
R m = 4 (m) Tầm với ra ngoài mạn ( tầm với ra ngoài mạn phải đủ xếp dỡ hàng lên cầu
tàu).
B =15,6 (m) Chiều rộng tàu .
 = (60   80  ) Góc quay cần . Chọn  = 80 
Vậy chiều dài cần lc = l max (l1 , l 2 ) = 19,56 (m)
→ Chọn chiều dài cần lc = 20 m.
5. Chiều cao chân cần tính từ sàn tới
Chiều cao chân cần nhẹ tính từ sàn tời phải đảm bảo cho người đi lại dễ dàng bên dưới
và góc nghiêng của cáp .
Chiều cao này thường bằng 2,25-2,5 m đối với tàu hàng bách hóa.
Chọn hc = 2,3m .

Page 9


Đồ án mơn học thiết bị tàu
6. Vị trí giới hạn đầu cần.
- Tầm với lớn nhất của cần cẩu đơn phải đảm bảo cho cần với được không dưới 2/3
chiều dài miệng khoang hang.
- Ở tầm với lớn nhất khoảng cách giữa đầu cần và thành miệng khoang hàng theo
chiều dọc miệng khoang hàng (lk): bgh = bk/4 hoặc 1m (lấy giá trị nhỏ hơn).
Chọn bgh = 1m
- Ở tầm với lớn nhất , chiều cao h1 từ đầu cần đến mặt trên miệng hầm hàng hoặc
trên mạn chắn song phải lớn hơn chiều cao hàng:
h1 = 2,3 + lc sin(  ) − 1 = 6,47 m
Chọn h1 = 6,5 m.
7.Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần .

Đối với cần nhẹ :h/l =0,4 ÷1
Chọn h/l =1 Suy ra h = 20 m

Hình 3.7 Sơ đồ xác định cần cẩu khi thiết kế.

Page 10


Đồ án mơn học thiết bị tàu
V. TÍNH TỐN CÁC ỨNG LỰC TRONG HỆ CẦN.
1. Tính tốn ứng lực trong hệ cần có dây chằng và dây điều 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 lớn nhất.
-Việc xác định ứng lực trong hệ cần nhẹ cẩu đơn được tiến hành theo phương pháp
như sau:
-Chọn tỉ lệ biểu diễn lực.Từ A vẽ vecto thẳng đứng Qo = Q + 0,5 .Gc (với Q là trọng
lượng hàng , Gc trọng lượng cần đưa về đầu cần ). Tại đầu Qo vẽ vecto S1 = Q.k (sức
căng trong dây nâng hàng ) song song với cần OA .Từ đầu S1 vẽ đường thẳng song
song với CA cắt OA tại một điểm , xác định được hai vecto T (sức căng lớn nhất trong
dây nâng cần ) và N ( lực nén cần).
-Từ O vẽ vecto S 2 = S1 .k (sức căng trong nhánh dây nâng hàng vào tời) .Nếu chưa bố
trí được vị trí tời có thể lấy S 2 phương nghiêng góc 45 .Từ đầu S 2 vẽ vecto S1 .Hợp
lực Rc của S 2 và S1 là lực tác dụng vào ròng rọc chân cần .
-Từ C vẽ vecto T . Từ đầu T vẽ vecto thẳng đứng T1 (sức căng trong nhánh dây nâng
cần chạy dọc cột).
Ta có : T1 =

T
. .
i

Trong đó :
i : bội suất hệ palăng nâng cần.
 :Hiệu suất của hệ palăng nâng cần.
Hợp lực RT của T và T1 là lực tác dụng vào ròng rọc đỉnh cột.
-Từ B vẽ vecto thẳng đứng Q .Từ đầu Q vẽ S1 song song với OB . Hợp lực Rđ là lực
tác dụng lên ròng rọc treo hàng.

Page 11


Đồ án mơn học thiết bị tàu

Hình 4.1 Phương pháp vẽ xác định hệ lực trong cần
( với 3 góc nghiêng cần )

Page 12


Đồ án môn học thiết bị tàu
2. Xác định ứng lực tại 3 góc nghiêng cần
-Ta có cơng thức tính sau: Q0 = Q + 0,5.GC
Trong đó :
Q = 5 T trọng lượng hàng.
GC là trọng lượng cần . GC = 14.Q1 / 3 .(3,4.l c + 1,6) = 1666,2 (KG)
Vậy Q0 = 5,833 (tấn) = 57,22 (KN)
-Sức căng trong nhánh dây nâng hàng : S1 = Q0.k
Với k = 1 +  .Ta chọn  =0,05 khi dây cáp thép chạy trên ròng rọc ổ trượt.
Vậy k= 1,05
-Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột.

T1 =

T
.
i

Với i=2 và  = 0,98

- Xác định ứng lực tại 3 góc nghiêng cần (dung phương pháp họa đồ vecto xác định )
STT

Công thức

Q0

Q0 = Q + 0,5.GC
l
N = .Q0 + S1
h

N
T
T1
S1
S2
RT
Rc
Rđ

2

l
l
T = Q0 . 1 +   − 2. . sin 
h
h
T
T1 = .
i
S1 = Q.k

S 2 = S1 .k
Dùng phương pháp họa đồ vecto
Dùng phương pháp họa đồ vecto
Dùng phương pháp họa đồ vecto

Đơn vị
KN
KN

15 

40 

60 

57,2
108,7

57,2

108,7

57,2
108,7

KN

69,6

48,3

29,6

KN

34,1

23,67

14,5

KN
KN
KN
KN
KN

51,5
54,075
94,4

91,5
79,8

51,5
54,075
62,2
77,9
91,2

51,5
54,075
36,2
64,3
97,1

Page 13


Đồ án môn học thiết bị tàu
3.Xác định sức căng trong hai palăng quay cần phía mạn Tm và phía hầm
hàng Th
Đại
lượng
A
B

D

Tm

40 

60 

l
l
A = 1 +   − 2. . sin 
h
h

2
 = 80
a
 a 
B = 1 +   + . cos  . sin 
l
 2.l 

2
=0
a
 a 
B = 1 +   + . . cos  . sin 
l
 2.l 

2
 = 80
a
 a 

D = 1 +   − . . cos  . sin 
l
 2.l 

1,22

0,85

0,52

1,34

1,28

1,2

1,06

1,06

1,06

0,67

0,77

0,88

 = 0

1,06

1,06

1,06

KN

23,3

18,3

12,6

KN

34,9

24,3

14,8

KN

46,5

30,4

17,2

KN

34,9

24,3

14,8

2

 = 80 
 = 0

Th

Đơn vị 15 

Công thức

 = 80 
 = 0

2

a
 a 
D = 1 +   − . . cos  . sin 
l
 2.l 
A.Q0

Tm =
1+ B / D
A.Q0
Tm =
1+ B / D
A.Q0
Th =
1+ D / B
A.Q0
Th =
1+ D / B

a: Khoảng cách giữa hai cột quay cần .Chọn a = 14 m
Tỷ lệ : l/h = 1
Chiều dài cần l = 20 m
Q0 = 57,2 (KN)

Hình 4.3 Các thành phần lực
Page 14


Đồ án mơn học thiết bị tàu
VI. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỘT CẨU VÀ TÍNH ĐỘ BỀN

1.Lựa chọn tháp cẩu.
Kết cấu tháp cẩu được chọn thiết kế ở đây là tháp có một cột thẳng đứng được liên
kết với boong chính và nóc nhà tời nhau bởi xà ngang đỉnh cột tạo thành một khung
cứng.
Ta chọn loại tháp cẩu một cột, loại đơn giản lắp cần đơn.
2. Tính tốn lực tác dụng lên tháp cẩu .

-Ngoại lực của một cần làm việc theo chế độ cẩu đơn tác dụng lên tháp cẩu , Ứng với
góc nghiêng cần nhỏ  = 15 
+Số ròng rọc trong palăng nâng cần và nâng hàng là 2.
+Lực T của palăng nâng cần tác dụng vào cụm ròng rọc đỉnh tháp: T = 69,6 KN
+Lực nén dọc cần N tác dụng vào gối đỡ cần. : N = 108,7 KN
+Sức căng S1 của đoạn dây nâng hàng chạy dọc cần : S1= 51,5 KN
+Sức căng St của đoạn dây nâng hàng chạy vào tời : St = S2 = 51,07 KN
+Sức căng T1 của đoạn dây nâng cần chạy vào tời: T1 = 34,1 KN
-Các lực trên được phân thành các thành phần thẳng đứng Qa , Qc , Qt và nằm ngang
Page 15


Đồ án môn học thiết bị tàu
Ta , Tc , Tt .

Các thành phần lực trên quan hệ với nhau theo các công thức :
+ Ta = Tc = ( N − S1 ). cos  = 55,2 KN
+ Qa = T . sin  + T1 = 76,9 KN
+ Q c = ( N − S1 ). sin  = 14,8 KN
+ Tt = Qt = 0,707.S t = 36,1 KN
Trong đó :

 =150 : Góc nghiêng cần.
 = 380: góc nghiêng palăng nâng cần .
Tt , Qt xác định qua góc  phụ thuộc vị trí tời ,ở đây lấy gần đúng  = 45

3.Quy đổi các ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu
Các ngoại lực có phương ngang thường quy đổi về lực ngang , đặt ở xà ngang đỉnh
tháp.
Các ngoại lực nằm ngang :

Ta A
Ta
Ta = 55,2 KN
Tc = 55,2 KN
Tt = 36,1 KN

Khi đó : Tc - Tt = 19,1 KN

h
L
Tc

Tt
C

hc
ho

B

Hình 5.2 Quy đổi ngoại về xà ngang.

Page 16


Đồ án môn học thiết bị tàu
4. Chọn sơ bộ kích thước của mặt tháp cẩu.
*Chọn vật liệu làm tháp cẩu là thép đóng tàu có ứng suất chảy giới hạn là :
 ch = 235 N/mm 2 .
*Mật độ thép là :  = 7,874 gcm −3

*Ta chọn mặt cắt là hình trịn :
-Khi đó kích thước mặt cắt tháp cẩu được tính tốn sơ bộ như sau:
+Chọn chiều dày của mặt tháp cẩu : S > 15 mm
+Khi đó đường kính ngồi D n của tháp cẩu như sau :
D n  100.S = 1500 mm

+Thơng thường thì :

D n = (50  80).S

mm

*Ta chọn kích thước đặt trưng của mặt cắt tháp cẩu như sau :
-Đường kính ngoài : D n =100 cm.
-Chiều dày
: S = 2 cm.
-Đường kính trong : Dt = D n -2.S = 96 cm.
-Đường kính trung bình : DTB =

Dn + Dt
= 98 cm.
2

*Các đặt trưng hình học của mặt căt như sau :
-Diện tích mặt cắt

: F =  .Dtb .S = 615,44 cm 2

-Momen quán tính : I x = 0,393.Dtb 3 .S = 739776,91 cm 4
-Momen chống uốn : W x = 0,785.Dtb2 .S = 15078,3 cm 3

*Kiểm tra theo điều kiện bền :
Wx  10 Q.l = 10.49,05.20 = 9810 cm 3
Trong đó :
+ Q = 5 tấn = 49,05 KN
+ l =20 m : chiều dài cần .
→ Vậy tháp cẩu thỏa mãn điều kiện bền.
*Kiểm tra theo điều kiện cứng ;
I x  24.

L
. Q.l = 24.(22,3/202).49,05.20= 1312,57 cm 4
2 
h

Trong đó :
+ L = 22,3 m : Khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng cần trên
đỉnh cột.
+ h=20 m : khoảng cách từ gối đuôi cần đến điểm treo palăng nâng cần trên đỉnh
cột.
→ Vậy tháp cẩu thỏa mãn điều kiện cứng .

Page 17


Đồ án môn học thiết bị tàu
5. Nội lực tác dụng lên tháp cẩu .

Hình 5.4 Sơ đồ tính nội lực tác dụng lên tháp cẩu.
Tính e: là khoảng cách từ tâm cột cẩu đến cụm mã quay bắt dây nâng cần, cụm mã
quay bắt dây nâng cần được hàn lên đỉnh tháp đã lắp cụm ròng rọc của palăng nâng

cần. Kết cấu cụm mã quay này đã được tiêu chuẩn hóa (TOCT 8834-58), các kích
thước được tra theo bảng (5.34) sách STTBT tập 2.
Với tải trọng cho phép (Rt)max = 94,4 (kN), ta chọn tải trọng cho phép là 100 (kN).
Theo bảng 5.34,STTBT tập 2 ta có các thơng số chính như sau:
Tải trọng
cho phép

D

D1

h1

h2

A

A1

A2

b

s

R

B

100(kN)

Hình vẽ :

68

105 315 170 50

90

95

125

-

44

12

58

135

H

ho

Ta tính được : e =(Dn/2 + A + A1 ) = (1000/2 +95 + 125) = 720 (mm)
Page 18

Đồ án mơn học thiết bị tàu
Ta tính cho trường hợp gối đỡ cần nhẹ, với khoảng cách e1 (như hình vẽ) ứng với lực
nén cần lớn nhất N = 108,7 (kN).Theo bảng 5.35 sách “STTBT tập 2” ta có bảng thơng
số chính sau:
N
D
D1
D3
D4
d1
ho
h1
h2
h3
120(kN)

115

180

175

155

55

115

70

110

100

N

B

B1

A

s

s1

H

H1

d2

l

120(kN)

50

240

165

12

32

423

340

20

85

Ta tính được:
e1 = (Dn/2 + A ) = (1000/2 + 165 ) = 665 mm

Page 19


Đồ án môn học thiết bị tàu
a) Momen uốn
-Momen uốn ở đầu cột : M a = Qa .e = 55368 KNmm.
Trong đó : e = 720 mm.
Qa = 76,9 KN.
-Momen uốn ở gối đỡ cần : M c = Ta .h + Qa .e 1 = 1155138,5 KNmm.
Trong đó :

e1 = 665 mm.
Ta = 55,2 KN.

h = 20 m = 20000 mm.
-Momen uốn ở boong đỡ trên :
M b = Ta .L + (Tc − Tt ).hc + (Qa + Qt ).e 1 = 1350035 KNmm.

Trong đó :
Hc = 2,3 m = 2300.
L = 22,3 m = 22300 mm.
Tt = 36,1 KN .
TC = 55,2 KN
Qt = 36,1 KN

b) Lực nén .
-Lực nén ở đầu cột : N a = Qa = 76,9 KN
-Lực nén ở gối đỡ cần : N c = Qa + Gc = 76,9 + 94,9 = 171,8 KN.
Trong đó : Gc là trọng lượng của cột tính từ gối đỡ cần trở lên .
Gc = V . = (h.F ).( .g ) = (20.0,0615).(7,874.9,8) = 94,9 KN.

+h = 20 m : Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần.
+F = 615,44 cm 2 = 0,0615 m 2 :Diện tích mặt cắt.
+  = 7,874 gcm −3 = 7,874 T/m 3 Mật độ thép .
+ g = 9,8 m/s 2 .
-Lực nén ở boong đỡ trên :
N b = Qa + QC + Qt + Gb = 76,9 + 14,8 + 36,1 + 105,8 = 233,6 KN.
Trong đó : Gb là trọng lượng của cột tính từ boong lên trên.
Gb = V . = (h.F ).( .g ) = (22,3.0,0615).(7,874.9,8) = 105,8 KN.

+ h = 22,3 m : Chiều cao cột tính từ boong đến điểm treo dây nâng cần.
+ Qc = 14,8 KN.
+ Qt = 36,1 KN.

c) Momen xoắn ( khi cần vươn ra ngoài mạn)
Page 20


Đồ án môn học thiết bị tàu
M a = Ta .e = 39744 KNmm.

Trong đó : Ta = 55,2 KN
e = 720 mm.
d) Kiểm tra bền theo điều kiện quy phạm .

Hình 5.5 Biểu đồ nội lực trong cột.
Mu (kNmm) : momen uốn trong cột . N (KN) :Lực nén trong cột.
Mx(kNmm) :Momen xoắn trong cột.
*Theo điều kiện sức bền :
 a max =

( u +  n )2 + 3 2   

-Tính ứng suất do momen uốn gây ra :
u =

M u max
= 0,089 kN/ mm 2
Wu

Với M u max = 1350035 (kNmm)
WU = 15078,3 cm 3 = 15078300 mm 3

-Tính ứng suất do lực cắt gây ra :
n =

N
= 0,0038 KN/ mm 2
F

Với N = 233,6 KN
F= 615,44 cm 2 =61544 mm 2
-Tính ứng suất do momen xoắn gây ra :
Page 21


Đồ án môn học thiết bị tàu
=

Mx
= 0,0013 KN/ mm 2
W

Với M X = 39744 KNmm

Modun chống xoắn : W = 0,2.D 3 (1 −  4 ) = 30130688 mm 3
( =
-Suy ra :

 a max =

d
=0,96 ,D = 100 cm )

D

( u +  n )2 + 3 2 = 0,093 KN/ mm 2

Theo qui phạm ta có :   = 0,5  ch = 0,1175 KN/ mm 2
2
Với  ch =235 N/ mm
→ Vậy cột thỏa mãn điều kiện bền.
VII. Tính chọn cần ,kiểm trra bền và ổn định cho cần theo quy phạm
1.Chọn cần theo lực nén.
Căn cứ vào lực nén trong cần là : N =108,7 KN
Chọn kiểu cần loại III Cần gồm một đoạn ống trụ và hai đoạn ống côn ,
lực nén 100  900 KN ,chiều dài 10  22m.
Dựa vào bảng 5.26 thông số cho cần loại III ,sổ tay thiết bị tàu tập 2 trang 233 nhà
xuất bản giao thơng vận tải ta có các thong số kỹ thuật như sau:
L=
S=
20
(m)
8
(mm)
L1 = 20,08
S1 =
(m)
7
(mm)
l1 =
S2 =
6,66
(m)

7
(mm)
l2 =
S3 =
6,71
(m)
7
(mm)

D =
d =

351
245

(mm)
(mm)

Khối lượng : Q =
Khối lượng : Q =

1130
11,07

(kg)
(kN)

Hình 6.1 Sơ đồ kết cấu các kiểu cần tiêu chuẩn hóa

2. Xác định ngoại lực tác dụng lên cần

Tải trọng tác dụng lên cần gồm :
Page 22


Đồ án môn học thiết bị tàu
-Lực tác dụng trên chiều dài cần : q=Q/L = 11,07/20 = 0,5535 kN/m.
-Lực nén cần N với độ lệch tâm e : N = 108,7 KN .
- Coi cần như một dầm tựa trên hai gối như hình vẽ chịu các trải trọng:

- Điểm đặt của lực nén dọc cần N tại giao điểm giữa phương tác dụng của hợp lực
Rđ với lực căng dây T và nằm cách đường tâm cần một khoảng e ( trong thiết kế
cố gắng để e thật nhỏ). Do nén lệch tâm nên N sẽ gây ra mơ men uố cho cần có trị
số:
m = N.e
3. Kiểm tra điều kiện bền
Theo điều kiện bền :  max   
Ta có :  max =

M x max N
+ = 0,012 KN / mm 2
WX
F

Trong đó :
+ WX Là mô đun chống uốn : Wx = 0,785.D 2 .S = 0,785.3512.8 = 773702,28mm3
+ F Là diện tích mặt cắt : F =  .D.S =  .351.8 = 8821,6mm2
+ Mmax = ql2/C = 29,52 kN.m (Với C= 7,5 )
Theo bảng 3.2 trang 21 Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển QCVN23 :
2010/BGTVT.
Với tải trọng làm việc W <10T

Ứng suất cho phép :   = 0,34 ch = 0,34.235 = 79,9 N / mm 2 = 0,0799kN / mm 2
→ Vậy thỏa mãn điều kiện bền.

4.Kiểm tra theo điều kiện ổn định

Page 23


Đồ án môn học thiết bị tàu
Độ bển ổn định: Theo mục 3.4.3 trang 21 Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển
QCVN23:2010/BGTVT: Đối với các kết cấu chịu nén, giá trị được tính theo cơng
thức sau khơng được vượt quá ứng suất cho phép  a nêu ở bảng 3.2:
 0 = 1,15.. c = 1,15.4,48.12,32 = 63,47 N / mm 2

Trong đó:

 c : là ứng suất nén do lực nén dọc trục :  c

=

N 108700
=
= 12,32 N / mm 2
F 8821,6

 :là hệ số tính theo công thức trong bảng 3.3(a) trang 22 Quy phạm thiết bị
nâng hàng tàu biển QCVN23:2010/BGTVT, tương ứng với độ mảnh 𝜆 và kiểu của kết
cấu liên quan(  : phụ thuộc vào  và o ).
• Độ mảnh kết cấu chịu nén:  = le .

F
= 161,08
J

Trong đó:J là moment quán tính của tiết diện kết cấu:
J = 0,393.D3.S = 0,393.3513.8 = 135957724,3 mm4 = 1,36.10-4 (m4)

le : 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 3.3(b) (trang 22 Quy phạm thiết bị nâng
hàng tàu biển QCVN23:2010/BGTVT), tùy theo từng điều kiện liên kết của đầu
mút(m)
Vì ở đây Derrick đơn liên kết gồm một đầu tự do xoay, hạn chế chuyển vị còn đầu
kia tự do xoay, hạn chế chuyển vị nên: K = 1.
Vậy le = l.K = 20 m
2. 2 .E

• Độ mảnh giới hạn: 0 =

Y

= 129,6

Trong đó:E là mơ đun đàn hồi vật liệu: E = 2.105 (N/mm2)

 y : Giới hạn chảy của vật liệu  y = 235 (N/mm2)
Vậy o   : Theo bảng 3.3(a)trang 22 Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển
QCVN23:2010/BGTVT:

 = 2,9.
 0

2


 = 4,48


Page 24


Đồ án môn học thiết bị tàu
Sosánh  0 = 63,47 N / mm 2    = 79,9 N / mm 2 .
→ Vậy thỏa mãn điều kiện ổn định.
5.Kiểm tra độ bền theo tải tổng hợp.
Ứng suất tổng hợp được xác định theo công thức sau (trang 24 Quy phạm thiết bị
nâng hàng tàu biển QCVN23:2010/BGTVT): ( b +  c )2 + 3. 2   
Trong đó

 b : ứng suất do momen uốn gây ra  b

 c : ứng suất nén lực dọc trục gây ra  c



=

: ứng suất cắt do xoắn kết cấu gây ra 

=

M x max
= 38,15N / mm2
WX

N
= 12,32 N / mm 2
F

=0

  : ứng suất cho phép tính theo bảng 3.1 (Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu
biển QCVN23:2010/BGTVT),   = 0,5 y = 117,5N / mm2
Ta có:

( b +  c )2 + 3. 2

= 50,47    = 117,5 N / mm 2

→ Vậy thỏa mãn điều kiện bền theo tải trọng tổng hợp.
6.Kiểm tra bền theo ứng suất nén tổng hợp
Theo 3.4.4 (Quy phạm thiết bị nâng hàng tàu biển QCVN23:2010/BGTVT) ứng
suất nén tổng hợp gây ra do mô men uốn và lực dọc trục phải thỏa mãn công thức sau:

c b
+ 1
 ca  a
Trong đó:

 a ứng suất cho phép nêu ở bảng 3.2:  a

= 0,34. y = 79,9 N / mm2

 ca = 69,48 N / mm 2 ứng suất cho phép lấy bằng giá trị thương số của

Ta có:

 a chia cho 1,15

 c  b 12,32 38,15
+
=
+
= 0,65  1
 ca  a 69,48 79,9

→ Vậy thảo mãn điều kiện ứng suất nén tổng hợp.
VIII.Tính toán cột quay cần
1.Cột quay cần mạn

Page 25