Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ TÀI: Thiết kế cần cẩu Derrick đôi cho tàu hàng khô có các thông số kĩ thuật sau : Tải trọng : Pn =8000 T Kích thước tàu : LxBxHxT = 124x17,5x9,5x7,6 (m) Kích thước khoang hàng : Lh x Bh = 26,2x17,5 (m) Kích thước miệng hầm hàng : Lk x Bk x Hk = 20,2x12x1,2 (m) MỤC LỤC I. Phương án bố trí : 3 II . Xác định các đặc trưng hình học của Derrick : 3 1 . Tầm với ngoài mạn : 3 2 . Khoảng cách từ miệng hầm tới vị trí đặt cần : 3 3 . Khoảng cách giữa hai chân cần : 3 4 . Chiều cao chân cần tính từ sàn : 3 5 . Chiều dài cần : 3 6 . Vị trí đầu cần : 4 7 . Chiều cao cột tính từ chốt đuôi cần đến đỉnh cột : 5 8 . Chiều cao cột cẩu tính từ sàn đến đỉnh cột : 5 III . Xác định ứng lực cần cẩu , cột cẩu : 6 1. Vị trí tính toán của hệ cần : 6 2 . Xác định lực trong hệ cần đôi : 7 IV . Xác định kết cấu cần và cột : 12 1 . Tính toán chọn cần : 12 2 . Tính toán tháp cẩu : 18 IV . Tính toán các chi tiết và các cum chi tiết : 30 1 . Chạc đuôi cần : 30 2 . Mã treo hàng đầu cần: 31 3 . Cụm mã quay bắt dây nâng cần 33 4 . Gối đỡ cần :( lực nén cần P0 = 150 kN ) 35 5 . Móc treo hàng : 37 6 . Cụm ròng rọc : 39 7 . Mã quay cần 40 8 . Tấm tam giác : 41 VI . Tính truyền động : 42 1. Tời nâng hàng 42 2. Cơ cấu truyền động 42 3. Chọn hộp số : 43
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 [...]... ngang : Mx = MAx = 33,6 (KNm) My = MDy = 152,8 (KNm) N = NAx = 65,6 (KN) + Tại gối đỡ cần : Mx = MCx = 218,5 (KNm) My = MKy = -128,9(KNm) N = NCx = 106,2 (KN) + Tại gối đỡ trên của tháp : Mx = MBx = 218,0 (KNm) My = MEy = -173,4 (KNm) N = NBx = 141,4 (KN) 22 + Mômen xoắn cột : MZ = Mxn = 20,4 (KNm) - Với cột có 1 cần đặt vơn ra mạn tàu : + Tại chỗ nối cột với xà ngang : Mx = 0 (KNm) My = MAy = -154,5... My = MAy = -154,5 (KNm) N = NAy Gx/2 = 61,94 (KN) + Tại gối đỡ cần : Mx = MKx = 361,1 (KNm) My = MCy = -2,0 (KNm) N = NCy q.h Gx/2 = -474,14 (KN) + Tại gối đỡ trên của tháp : Mx = MEx = 418,1 (KNm) My = MBy = 94,1 (KNm) N = NBy = -394,7 (KN) + Mômen xoắn cột : MZ = Mxn = -8,2 (KNm) * Kiểm tra bền theo thuyết bền 3 : td = ( 2 + 4.2 )1/2 [ ] Trong đó : = Mu/ Wu + N/ F và =Mz/ W Ta thấy khi cần hoạt... 753,6(kg) = 7,4(KN ): trọng lợng xà ngang l = 6 (m) : chiều dài xà ngang =7 ,85 (T/m3) 21 .( D 2 n D 2 ) q = Gb /L= 4 = 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 : MAx = Qa.e = 33,6 (KNm) MCx = Ta.h + Qa.e = 218,5 (KNm) MBx = Ta.L + (Tt-Tc).hc + (Qa + Qt).e = 218,0 (KNm) M 0 = T "a i (1 i ) 2.( i + L) = 20,4 (KNm) MEx = Ta L = 418,1... trên cáp n = 4 ta chọn cáp Sh 28,32 2 2 Smax = = 0,95 = 31,38 (KN) ứng lực cáp : P = n Smax = 4.31,37 = 125,48(KN) Theo OCT 7668- 69 ta chọn cáp có b = 1600 MPa , đờng kính cáp = 20 mm 2 Cơ cấu truyền động Có lực trên tang S=Sh/2 = 31,4 KN Công suất của động cơ : N lt = S ".v 31,4.34 = = 102.60 102.60 15,38 KW trong đó : v : tốc độ nâng hàng với hàng khô ta chọn v = 34 m/ph Tổn hao ma sát của cơ cấu... = 0,707.S = 19,22 (kN) * Khi = 60 : Ta = Tc = ( P0 S ).cos = 18.59 (kN) Qa = H1 - H.sin = 20,53 (kN) Qc = ( P0 S ).sin = 32,2 (kN) Tt = Qt = 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 : 3L C1 = 6 L + k i 3L + k i C2 =. .. dẫn động = 0,86 Công suất thực tế cần thiết của động cơ : N tt = N lt = 17,8 KW Từ trị số lực trên tang và công suất thực tế cần thiết của động cơ ta chọn tời nâng hàng Liên Xô có các thông số kỹ thuật : 34 3 Chọn hộp số : Vận tốc vòng của tang quấn cáp : ntg = v Dtg với : v = 34 m/p Dtg : đờng kính tang quấn cáp Chọn Dtg = 0,6 m do đó : ntg = 18,04 v/p Vận tốc vòng của động cơ : nm = 1160 v/p... đổi c =7 ,5 ) q- là tải trọng bản thân q=Gc/l0 9,06.19.10 2 7,5 m= = 2295(kNcm) -Mô men uốn do P0 đặt lệch tâm gây ra: M = P0.e e - là khoảng cách từ điểm đặt của P0 đến trục của cần Ta có : * Mx = P01 e1 - P02 e2 Từ P = 150( KN ) theo bảng ( 5-28 ) ta có : A=445 ( mm) e1 = e2 =A/2 =2 2,25 ( cm ) P01 = Th.cos54 = 23,08 ( KN) P02 = S.cos76.cos56 + Shsin56 = 17,33 (KN) Mx = 127,94 (KN.cm) * My = P03 ... bền cho cụm mã bắt dây nâng cần : -Ta có : ll = h2/2 = 40 (mm) 27 V 2 h1 + h2 lp = h0 + 2 = 200(mm) V1 = H a ll lp - Qa e lp = -10,803 (KN) H a (l p l l ) V2 = Trong đó : lp + Qa e lp = 51,043 (KN) Qa = Th/ Th.sin(2o) = 40,98 (KN) Ha = Th.cos(2o) = 40,24 (KN) e = 9,2 (cm) _Mô men uốn lớn nhất tại vị trí đặt lực : Mmaa = V2.ll = 204,172 (KNcm) ứng suất lớn nhất tại giữa nhịp : Qa M max D 2 3 max =. .. MKx = Ta.h = 361,1 (KNm) Mxn = M0 = 20,4 (KNm) Mxn = Ta.i-M0 = -8,2 (KNm) NAx = Qa + 0,5Gx = 65,6 (KN) NCx = Qa + qh + 0,5Gx = 106,2 (KN) NBx = Qa + Qc + Qt + qL+0.5Gx = 141,4 (KN) Với lực tác dụng vào đỉnh cột RT =5 3,8 (KN) dựa vào bảng 5.34 STTBTTtập I ta có : e = Dn/2 + A +A1 =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 = M =3 ,0 ; N = N =1 ,5 * Tính các hệ số : Ma hc 'N 6L = h ( ' M ' N ) c ' M 6L =0 ,317 Ca h = 3. c L Ma ' M + ' N = - 0,011 = E I T G.I 0 =0 ,144 ( ' N ' a ) 2 với : E = 2.106 KG/cm2 : môđun đàn hồi kéo nén G = 8.105 KG/cm2 : môđun đàn hồi trợt của vật liệu IT = Iz = 2,7.104 (cm4) mômen quán tính của xà ngang ứng với trục 20 chính tâm thẳng đứng nằm trong mặt phẳng tháp cẩu I0 =