Chương 2
THIẾT BỊ HÀNG HOÁ
2.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI
Thiết bị hàng hoá là tổ hợp các trang thiết bị phục vụ cho việc vận chuyển bảo quản và xếp
dỡ hàng hoá trên tàu.
Sơ đồ phân loại thiết bị hàng hoá như sau:
Thiết bị hàng hoá
Thiết bị xếp dỡ Nắp đậy, Cầu dẫn
Làm
việc
liên tục
Làm việc theo chu kỳ Singful; Marinơ Cầu chuyên dùng
Cầu tàu khách
Thiết bị xếp dỡ là một tổ hợp kết cấu để thực hiện các thao tác nhận hàng, dỡ hàng và
dịch chuyển hàng hoá trên tàu. Với mỗi một loại hàng có một loại thiết bị xếp dỡ khác nhau.
Ví dụ: cần cẩu, cần trục dùng để dỡ hàng bao kiện, hàng hòm, gỗ, v.v.
Các thiết bị hút dùng để dỡ hàng lỏng, hàng hạt, v.v.
Các băng truyền dùng cho hàng rời, quặng, hàng hạt, v.v.
Thiết bị xếp dỡ bao gồm: Thiết bị làm việc liên tục và thiết bị làm việc theo chu kỳ.
Thuộc vào thiết bị làm việc liên tục có: băng gầu, băng tải.
Thiết bị làm việc theo chu kỳ có: cần cẩu Deerrick, cần trục quay tàu thủy, cổng tục tàu
thủy, thang máy, máy nâng.
Trong đó việc lựa chọn các thiết bị xếp dỡ phụ thuộc vào:
Loại tàu, kiểu tàu, vùng hoạt động của nó.
Kích thước và tốc độ tàu (tàu càng lớn, tốc độ càng nhanh thì năng suất xếp dỡ của các
thiết bị phải càng cao để giảm thời gian đỗ bến).
Loại hàng mà tàu chuyên chở.
Trên các tàu hàng thông thường, cần cẩu Derrick và cần trục quay được sử dụng nhiều
hơn cả (phổ biến), cổng trục tàu thủy chỉ được sử dụng trên những tàu chở hàng siêu trường,
siêu trọng, các tàu thực hiện dịch vụ đặc biệt (ví dụ tàu Container).
Cần cẩu Derrick là thiết bị xếp dỡ được dùng sớm nhất ở trên tàu, cho đến nay chúng vẫn

được sử dụng phổ biến (và ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, hiện đại hoá) do những ưu
điểm hơn hẳn của nó là: có tầm với lớn, sức nâng lớn (tầm với đạt 30 m, sức nâng đạt 300 T);
kết cấu gọn nhẹ; chế tạo đơn giản; giá thành rẻ, dễ sửa chữa, thay thế, làm việc khá tin cậy.
Nhược điểm: cần cẩu làm việc đôi có hai dây xếp lệch nhau, dẫn đến lật cẩu.
Cần trục tàu được sử dụng gần đây nhưng ngày càng được sử dụng rộng rãi do những ưu
điểm là năng suất xếp dỡ cao, do vậy thường được sử dụng trên các tàu chuyên tuyến.
Nhược điểm: tầm với và sức nâng nhỏ, kết cấu phức tạp, giá thành cao.
87
Trên những tàu hiện đại, người ta thường sử dụng kết hợp cả hai loại trên để phát huy hết
ưu điểm và khắc phục hết nhược điểm của hai loại này (cần cẩu Derrick và cần trục quay).
2.2. CẦN CẨU DERRICK
2.2.1. Khái niệm về cần cẩu Derrick
2.2.1.1. Phân loại cần cẩu
Nếu gọi sức nâng của cần là P, T, thì người ta căn cứ vào sức nâng này để phân loại cần
cẩu:
Cần cẩu Derrick có hai loại: cần nhẹ (sức nâng P ≤ 10 T); cần nặng (sức nâng P > 10 T).

Hình 2.1,a. Cần cẩu nhẹ làm việc đơn , có dây chằng và dây điều chỉnh
1 - cần cẩu; 2 - cột cẩu; 3 - chốt chân cần; 4 - chạc chân cần; 5 - cụm mã quay đỉnh cột; 6 - pu-ly đỉnh
cột; 7 - dây diều chỉnh; 8 - cụm mã nâng cần đầu cần; 9 - pu ly treo hàng đầu cần; 10 - maní bắt dây
hàng; 11 - tấm nối trung gian; 12 - móc treo hàng; 13 - dây chằng; 14 - tăng đơ; 15 - dây hàng; 16 - pu-
ly chân cần; 17 - nhánh dây hàng vào tời; 18 - tời hàng; 19 - cơ cấu định vị dây điều chỉnh; 20 - hai
nhánh dây điều chỉnh; 21 - tấm tam giác

Thuộc loại cần nhẹ có: cần cẩu đơn có dây chằng và dây điều chỉnh, cần đơn không có
dây chằng và dây điều chỉnh, cần cẩu đôi có dây chằng và dây điều chỉnh.
Cần cẩu nặng có hai loại: cần cẩu đơn có dây chằng và dây điều chỉnh và cần cẩu đơn
không có dây chằng và dây điều chỉnh.
88


Hình 2.1,b. Sơ đồ bố trí cần cẩu đôi có dây chằng và dây điều chỉnh.
1 - dây chằng mạn phải; 2 - cần cẩu; 3 - dây điều chỉnh; 4 - dây giằng hai đầu cần;
5 - dây hàng; 6 - dây chằng mạn trái; 7 - pu-ly đổi hướng; 8 - cột bắt pu-ly đổi hướng
Chú ý: vị trí dây chằng mạn cần bố trí bằng vị trí cột hoặc dịch về phía sau cột một chút ở trên
boong chính.
Dây hàng, dùng để đưa hàng lên xuống, thay đổi chiều cao mã hàng nhờ tời điện.
Dây điều chỉnh, dùng để thay đổi tầm với, có thể nhờ tời điện hoặc kéo tay khi không có
mã hàng treo trên móc hàng.
Dây chằng, dùng để đưa hàng ra hai bên mạn tàu hoặc ngược lại.
2.2.1.2. Lựa chọn sức nâng của cần cẩu
Cách 1: dựa vào bảng thống kê tàu mẫu theo tính chất từng loại hàng.
TT Loại hàng Sức nâng P, T.
1 Hàng bách hoá bao bì
1,25 ÷ 1,5
2 Thiết bị máy móc đóng hòm
2,0 ÷ 3,0
3 Đường, muối, xà phòng đóng gói
1,80 ÷ 2,55
4 Hàng bách hoá gói lẻ (bó, hộp, thùng)
0,5 ÷ 1,0
5 Ximăng, gạch, đá phiến đóng hòm
2,0 ÷ 3,0
6 Bột mì, hạt, cám, lúa mạch đóng bao
1,65 ÷ 2,55
7 Máy công cụ lớn, máy kéo, máy xúc và máy nông cụ
10 ÷ 20
8 Gỗ xẻ tiêu dùng
2,3 ÷ 2,7
9 Thiết bị máy móc
5,0 ÷ 7,0

Cách 2: chọn sức nâng của cần cẩu theo lượng chiếm nước của tàu D, T.
89
Hình 2.2. Đồ thị để xác định số lượng cần cẩu
Căn cứ vào đồ thị: D = f(P) với: trục hoành là lượng chiếm nước D, T; trục tung: P, p, T.
Đường (I) - xác định số cần cẩu cần bố trí trên tàu.
Đường (II) - xác định sức nâng một cần.
Ví dụ: lượng chiếm nước của tàu D* = 20.000 T thì cần phải có:
Số lượng cần bố trí trên tàu là: n = 20.000/ 2.000 = 10 cần.
Vì vậy sức nâng của một cần là: P = 2.000/ 200 = 10 T.
2.2.2. Chọn tời hàng
Tời hàng dùng cho dây hàng và dây điều chỉnh, đối với cần cẩu nặng tời hàng còn được
dùng cho dây chằng.
Ngoài ra, các bộ tời của Derrick còn tham gia vào kéo nắp hầm hàng, kéo dây chằng buộc
trên tàu.
Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của tời nâng hàng
1. Năng suất của tời (số chu kỳ làm việc trong 1 giờ) không nhỏ hơn 30, chiều dài cáp
chạy sau một chu kỳ là 50 m.
2. Tời phải nâng, hạ, giữ được hàng có trọng lượng bằng 1,25 lần lực kéo danh nghĩa.
3. Tời được chế tạo theo kiểu tời trái hoặc tời phải (tời phải là tời có hộp giảm tốc nằm ở
bên phải tang khi nhìn từ phía động cơ. Tang của tời khi quấn cáp phải quay theo chiều kim
đồng hồ nếu nhìn từ phía hộp giảm tốc. Ngược lại với tời trái).
4. Tời thuộc nhóm tốc độ I không có bộ xếp cáp, tời thuộc nhóm tốc độ II, III có thể có
hoặc không có bộ xếp cáp. Khi không có bộ xếp cáp, số lớp cáp trên tang không quá 3.
5. Tời phải có phanh tự động, thường đóng, phanh phải hãm tời khi đưa dây điều khiển
về vị trí "dừng" hoặc khi mất điện. Lực phanh tính toán không nhỏ hơn 1,5 lần lực kéo danh
nghĩa của tời.
6. Tời có thể có hoặc không có tang cong.
7. Khi tời chịu lực kéo danh nghĩa, ứng suất tính toán trong các chi tiết không lớn hơn
0,4σ
CH

và 0,8σ
B
của vật liệu.
90
8. Tời và các chi tiết liên kết nó với bệ tời phải chịu được lực xuất hiện khi động cơ bị
quá tải dừng không quay được, hoặc lực lớn nhất mà các thiết bị bảo vệ cho phép, ứng suất cho
phép khi đó bằng 0,95σ
CH
của vật liệu.
9. Thiết bị điện của tời phải làm việc với điện áp xoay chiều 380V, tần số 50 Hz, tời
nhóm tốc độ 1 phải làm việc với điện áp xoay chiều 220V, tần số 50 Hz và điện áp một chiều
220V. Động cơ điện xoay chiều của tời phải tạo ra được ở mọi cấp tốc độ (trừ cấp tốc độ nhỏ
nhất), mô men khởi động tính toán (ở điện áp định mức) bằng (1,5 ÷ 2,5) mô men ứng với lực
kéo danh nghĩa. Ở cấp tốc độ nhỏ nhất, mô men khởi động tính toán (ở điện áp định mức)
không được nhỏ hơn 1,3 lần mô men định mức của động cơ.
10. Quãng đường hãm của hàng, m, ứng với lực kéo danh nghĩa (tính từ lúc phanh bắt
đầu hãm) không được vượt quá 0,6 lần trị số tốc độ hạ lớn nhất của hàng nói trên, m/s. Khi
nâng hạ hàng, ứng với lực kéo danh nghĩa, gia tốc không quá 3 m/s
2
.
11. Cáp nâng hàng dùng trong tời là cáp có giới hạn bền của sợi σ
b
=1600 MPa (160
kG/cm
2
).
Do điều kiện làm việc khác nhau nên sức căng dây kéo vào tời là khác nhau nhưng để
đảm bảo khả năng làm việc lẫn nhau và dễ thay thế khi sửa chữa, trên một con tàu người ta
chọn cùng một loại tời với công suất như nhau. Để đạt được việc đó, người ta phải dùng các
palăng. Sức căng dây kéo tời được tính dựa vào sức nâng của cần, tra theo bảng sau:

Lực kéo tời, T. 1,5 3,0 5,0
Sức nâng cần, T. 3,0
5 ÷ 10 7 ÷ 10
2.3. CƠ CẤU NÂNG
2.3.1. Khái niệm
Cơ cấu nâng dùng để dẫn động các dây hàng, dây chằng, dây điều chỉnh, nó có thể quay
tay hoặc dùng động cơ điện (thường là động cơ điện một chiều), có thể là máy hơi nước, động
cơ đốt trong, v.v.
2.3.2. Cơ cấu quay tay
Cơ cấu quay tay chỉ áp dụng trên tàu thuyền nhỏ, có sức nâng của cần cẩu là nhỏ.
2.3.3. Động cơ điện một chiều
Thông thường, đối với động cơ điện một chiều, việc xác định công suất của động cơ căn
cứ vào:
Công suất lý thuyết (tính toán) của động cơ là: N
Elt
N
Elt
= P.v/(75.60), cv hoặc N
Elt
= P.v/(102.60), kW.
trong đó: v - tốc độ nâng hàng, m/phút.
P - trọng lượng vật nâng, kG.
Gọi tổn hao ma sát của cơ cấu dẫn động là η, thì công suất thực tế cần thiết là:
N
Ett
= N
Ett
/ η, cv hoặc kW.
trong đó: η - hiệu suất truyền động chung của các cơ cấu dẫn động.
η = η

tg
. η
pl
. η
p.lg
. η
0
.
với: η
tg
, η
pl
, η
p.lg
, η
0
tương ứng là hiệu suất của: tang quay, puli, pa-lăng và hộp giảm tốc.
91
Từ N
Ett
ta chọn động cơ có công suất định mức: N
Eđm
≥ N
Ett
, và từ loại động cơ ta xác
định được vòng quay định mức: n
E
, vòng/ph theo lý lịch máy.
Vì tốc độ của động cơ n
E

không phù hợp với tốc độ nâng hàng v, do đó để đảm bảo tốc độ
nâng hàng, người ta bố trí hộp giảm tốc. Tỷ số truyền của hộp giảm tốc được chọn như sau: i
P
.
Gọi tốc độ nâng của cơ cấu nâng là: n
C
, m/ph, từ vận tốc nâng hàng v, m/phút, ứng với
vận tốc quay của động cơ n
E
, vòng/phút, thì tỷ số truyền i
P
là:
C
E
P
n
n
i =
.
2.3.4. Puli và palăng
2.3.4.1. Pu-li
Pu-li được dùng để nâng đỡ cho dây cáp chạy được dễ dàng, cáp ít bị mòn, nổ, để đảm
bảo được yêu cầu đó, đường kính của puli được chọn là:
d
PL
= (16 ÷ 20).d
C
.
trong đó: d
C

- đường kính cáp chạy qua pu-li.
Vật liệu chế tạo pu-li thường là gang hoặc thép.
Giả sử ta có pu-li dùng nâng khối hàng có trọng lượng là: P, kG. Gọi T
1
, T
2
tương ứng là
sức căng của dây hàng trước khi vào và sau khi ra khỏi pu-li.
Theo cơ lý thuyết, nếu dây tuyệt đối mềm thì: T
1
= T
2
, nhưng thực tế do ma sát mà T
2
>
T
1
, cụ thể:
T
2
= T
1
+ T
,
+T ", kG.
trong đó: T
’
, T " là lực ma sát giữa dây với pu-li và giữa pu-li và trục quay của nó.
Để đặc trưng cho tổn hao ma sát đó, người ta đưa vào hệ số: η - được gọi là hiệu suất của
pu-li (η < 1).

Khi đó: T
2
= T
1
/η, kG.
Thực nghiệm chỉ ra: η = 0,94 ÷ 0,96 - cho truyền động cáp.
η = 0,90 ÷ 0,92 - cho truyền động xích.
2.3.4.2. Pa-lăng
92
Pa-lăng là một hệ các pu-li được nối ghép với
nhau, mục đích để giảm sức căng dây cáp sau khi ra
khỏi pa-lăng.
Pa-lăng thường được sử dụng trên dây hàng, dây
chằng, dây điều chỉnh của cần cẩu tàu. Việc tính toán
sức căng dây hàng phục thuộc vào sơ đồ mắc dây và
tư thế khi nâng hạ hàng, cụ thể:
Gọi sức nâng của pa-lăng là: P, tổng số pu-li trong
pa-lăng là: n, hệ số kéo của pu-li là: k, thì sức căng S
ở đầu dây kéo pa-lăng được xác định như sau:
Khi đầu dây kéo chạy ra từ ròng rọc cố định:
S = P. k
n
(k-1)/ k
n

-1, kG - khi nâng hàng.
S = P. (k-1)/ (k
n

-1).k , kG - khi hạ hàng.

Khi đầu dây kéo chạy ra từ ròng rọc di động:
S = P. k
n
.(k-1)/ (k
n+1

-1), kG - khi nâng hàng.
S = P. (k-1)/ (k
n+1

-1).k , kG - khi hạ hàng
trong đó: k = 1+µ; µ = 0,1 - khi dây là dây chão; µ = 0,02 - khi dây là cáp thép chạy trên
pu-li ổ bi; µ = 0,05 - khi dây cáp thép chạy trên ròng rọc ở trượt.
Nếu đầu dây kéo của pa-lăng lại đi qua: n
1
pu-li dẫn hướng thì sức căng sau pu-li cuối
cùng là:
S' = S.k
n1
- khi nâng hàng.
S' = S / k
n1
- khi hạ hàng.
trong đó: S, S' tương ứng là sức căng trước lúc đi qua và sau lúc đi qua pu-li dẫn hướng.

2.3.4.3. Tang quấn cáp
Tang là cơ cấu biến chuyển động quay của tang thành chuyển động tịnh tiến của vật
nâng.
Tang có dạng hình trụ, đường kính của tang phụ thuộc vào đường kính dây cáp, thông
thường:

D
TG
= (16 ÷ 30) d
C
= D
0
.
Tang có thể là tang trơn, tang rãnh nông hoặc tang rãnh sâu. Chiều dài tang được tính
toán phụ thuộc vào chiều dài dây cáp quấn.
Hình 2.3. Sơ đồ quấn dây của tang quấn cáp.
Gọi chiều dài đoạn tang quấn cáp là: L, chiều dài hai đoạn thừa là: l, chiều cao vật nâng là:
H, bội số của pa-lăng là: i
P
, thì chiều dài dây cáp quấn là: lc = H.i
P
.
Gọi số vòng cấp quấn trên tang là: n, khi đó ta có chiều dài dây là:
Chiều dài của lớp quấn cáp thứ nhất là: lc
1
= n.π.D
0
Chiều dài của lớp quấn hai cáp là: lc
2
= n.π.( D
0
+ 2.d
C
)

Chiều dài của lớp quấn k cáp là: lc

k
= n.π.[ D
0
+ 2(k-1).d
C
]
Chiều dài toàn bộ dây cáp là:
lc = lc
1
+ lc
2
+ + lc
K
= n.π. { k.D
0
+ [ 2 + 4 + + 2.(k-1)]. d
C
}
93
Hình 2.2. Pa-lăng
2.4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CẦN CẨU, CỘT CẨU
Kích thước cơ bản của cần cẩu, cột cẩu, phụ thuộc vào kích thước tàu, cách bố trí hầm
hàng, kích thước hầm hàng, cách bố trí các cần trục trên tàu, công dụng của tàu, v.v.
Các yêu cầu chính và các chỉ dẫn cần thiết sau (STTBTTT2).
Góc nghiêng (nâng) cần nhỏ nhất: θ
min
= 15
o
- đối với cần nhẹ, θ
min

= 25
o
- đối với cần
nặng.
Góc nâng cần: θ
max
= 60
0
- cho cả cần nhẹ và cần nặng.
Góc nâng cần khi làm việc: θ = 35
0
÷ 40
0
.
Góc quay cần: α = 60
0
÷ 80
0
- đối với cần nhẹ.
Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng phụ thuộc vào kích thước các tời đặt giữa
cột cẩu và miệng hầm hàng, phương pháp xếp nắp hầm hàng, thường bằng: 3,5÷ 4,0 m.
Chiều cao chân cần tính từ sàn tời, hoặc boong (cần nhẹ) phải đảm bảo cho người đi lại
bên dưới dễ dàng, và góc nghiêng của cáp so với mặt phẳng giữa tang không quá 1,5
0
- đối với
tang trơn và 2
o
- đối với tang có rãnh. Chiều cao này thường bằng (2,25 ÷ 2,5 m) - đối với tàu
bách hoá; (3,0 ÷ 3,5)m - đối với tàu chở gỗ.
Tầm với ngoài mạn: b = a - B

max
/2, m.
trong đó: B
max
- chiều rộng lớn nhất của tàu, m.
a - khoảng cách từ đầu cần đến vị trí mặt phẳng đối xứng của tàu, m.
Tầm với ngoài mạn đủ để xếp dỡ hàng lên cầu tàu, R
0 min
= (2,0 ÷ 2,5) m, nếu trên bờ
không có phương tiện xếp dỡ thì R
0
= (4 ÷ 4,5) m, nếu trên bờ có phương tiện xếp dỡ thì R
0
=
(7,5 ÷ 8,0) m.
Vị trí giới hạn đầu cần: ở tầm với lớn nhất, cần đơn phải đảm bảo với được không dưới
2/3 chiều dài miệng khoang hàng l
K
.
Ở tầm với lớn nhất, chiều cao h
1
từ đầu cần đến mặt trên miệng hầm hàng hoặc mặt trên
mạn chắn sóng phải lớn hơn chiều cao hàng, thường h
1
= (5 ÷ 6) m.
Khoảng cách giữa hai chân cần phụ thuộc vào kích thước tàu, kích thước hầm hàng, cách
bố trí tời. Với cột cẩu một thân khoảng cách giữa hai chân của cần cẩu đôi khong quá (4,5 ÷
5,0) m. Với cột cẩu hai thân (chữ A hoặc kiểu cổng) khoảng cách chân cần là (6 ÷ 8) m. Chân
cần xa nhau thì tầm với lớn nhưng lực trong dây chằng mạn và trong cần lớn.
Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần là h. Tỷ số (h/ l) lớn thì cột

cao, nhưng sức căng trong dây nâng cần và lực nén trong cần nhỏ và ngược lại.
Thường h/l = (0,4 ÷ 1,0) - đối với cần nhẹ; h/l = (0,7 ÷ 1,0) - đối với cần nặng. Mô men
uốn cột (M
U
≈ Q.R
max
) không phụ thuộc vào h.
2.4.1. Cần cẩu nhẹ làm việc đơn, không có dây chằng và dây điều chỉnh
2.4.1.1. Yêu cầu
Chiều dài cần phải đảm bảo bốc hết hàng trong khoang và đưa hàng ra hai bên mạn.
Ở vị trí làm việc chiều cao từ đầu cần đến mặt trên của miệng hầm hàng thường từ (4÷5)
m.
Góc nâng cần khi làm việc thường là: θ = 35
o
÷ 40
o
.
94
Tầm với cần phải thoả mãn sao cho khoảng cách từ điểm cần bên mạn tới mạn tàu tại mặt
phẳng sườn giữa lấy trên mặt phẳng song song với mặt phẳng cơ bản là (tầm với ngoài mạn): b
= (2,0 ÷ 2,5) m - nếu trên bờ không có các thiết bị xếp dỡ; b = (4,0 ÷ 5,0) m - nếu trên bờ có
các thiết bị xếp dỡ.
Góc quay cần: α = 60
o
÷ 70
o
- khi cần có dây chằng.
α = 80
o
- khi cần không có dây chằng.

Khi cần làm việc ở tầm với lớn nhất, chiều dài hình chiếu bằng của cần ở mặt phẳng đối
xứng của tàu, phải nằm ở ít nhất 2/3 chiều dài miệng khoang hàng l
K
.
2.4.1.2. Xác định chiều dài cần
Chiều dài cần được xác định theo hai điều kiện:
Đưa hàng ra 2 mạn tàu.
Bốc hết hàng trong khoang.
Gọi chiều dài của cần là l
0
,thì:
Điều kiện bốc hết hàng trong khoang là: l
01
. cosθ
min
= a + ( 2/3).l
K
, do đó:
l
01
= [a + (2/3.l
k
)]/cosθ
min
Điều kiện đưa hàng ra mạn là: l
02
. cosθ. sinα = B/2 + b , tức là:
l
02
= (B/2 + b)/(cosθ. sinα).

Do đó chiều dài cần để tính toán cần chọn là: l
0
= max{ l
01
; l
02
}.
2.4.2. Cần cẩu nhẹ làm việc đơn, có dây chằng, dây điều chỉnh kép
Giả sử chiều dài của cần là l
0
thì, l
0
được tính chọn theo hai điều kiện như trên (bốc hết
hàng trong khoang và đưa hàng ra mạn).
Với góc nâng cần: θ = 35
o
÷ 40
o
.
Góc quay cần: α = 80
o
.
95
ω
α
Hình 2.4. Cần cẩu nhẹ làm việc đơn không có dây chằng và dây điều chỉnh kép
Xà ngang đầu đỉnh cột có chiều dài là: b
1
= 2r = (4 ÷ 5) m. Không nên lấy b
1

nhỏ quá, vì
nếu không sẽ không đưa được hàng sang mạn, cũng không nên lấy b
1
lớn quá, vì nếu không thì
mô men uốn xà ngang quá lớn, gây nên phá hủy mối liên kết.
2.4.3. Cần cẩu nhẹ làm việc đôi có dây chằng và dây điều chỉnh
Thường có hai trường hợp bố trí cần cẩu trên một miệng hầm hàng, đó là:
a - hai cần trên một miệng khoang hàng; b - bốn cần trên một miệng khoang hàng
trong đó: b = (2,0 ÷ 2,5) m - nếu trên bờ không có phương tiện xếp dỡ.
b = (4,0 ÷ 5,0) m - nếu trên bờ có phương tiện xếp dỡ.
Khoảng cách giữa chân cột c = (6,0 ÷ 8,0) m.
Khoảng cách từ đầu cần miệng đến mép miệng hầm hàng lấy giá trị nhỏ hơn của {1 m;
b
K
/4}, với: b
K
- chiều rộng miệng khoang.
Khoảng cách từ đầu cần đến mặt trên của miệng hầm hàng trên hình chiếu đứng là:
(4m + 0,3W) nếu: P ≤ 2 T.
(5m + 0,3W) nếu: P > 2 T.
trong đó: W - khoảng cách giữa hai điểm đầu cần miệng và cần mạn trên hình chiếu
bằng, m.
Chiều cao của vị trí chốt đuôi cần h
c
so với mặt boong - h
C
.
h
C
= (2 ÷ 2,5) m - với tàu thông thường.

h
C
= (3 ÷ 3,5) m - với tàu chở gỗ.
h
C
= (0,7 ÷ 1,0) m - cho cần cẩu nặng.
96
Chiều cao từ vị trí chốt đuôi cần đến đỉnh cột là: h = f (h/l
0
) với:
Cần cẩu nhẹ: h/l
0
= 0,8 ÷ 1,2.
Cần nhẹ có cột tháp: h/l
0
= 0,7 ÷ 0,8.
Cần cẩu nặng: h/l
0
= 0,8 ÷ 1,2.
Chiều cao cột cẩu từ đỉnh cột đến boong chính là: H = h + h
C
.
Trong thực tế, người ta hay làm cột cẩu xuyên đến tận đáy đôi, phần cột cẩu dưới boong
chính làm ống thông hơi cho hầm hàng.
Chiều dài của cần cũng được tính theo hai điều kiện:
Bốc hết hàng trong khoang.
Đưa hàng được ra hai bên mạn.
2.5. XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN ỨNG LỰC TRONG CẦN CẨU, CỘT
CẨU
Xác định các thành phần ứng lực có nghĩa là xác định các ứng lực phát sinh trong cần,

cột, trong các dây dưới tác dụng của trọng lực hàng treo trên móc P.
Qui ước rằng: sức căng trong dây điều chỉnh, dây chằng và dây hàng tương ứng là: H, N,
S và lực nén dọc cần là P
0
.
Để tính các thành phần ứng lực này, có thể có nhiều phương pháp, trong đó có hai
phương pháp phổ biến nhất là: phương pháp giải tích và phương pháp đồ thị lực.
Phương pháp giải tích là: dựa vào các quan hệ hình học (cạnh, góc, cạnh) để thiết lập các
phương trình đại số với các ẩn là các thành phần ứng lực, phương pháp này cho kết quả chính
xác nhưng khối lượng tính toán lớn.
Phương pháp đồ thị lực (hoạ đồ lực): đơn giản, nhanh chóng, cho kết quả đủ tin cậy nếu
dùng nhiều biện pháp nâng cao độ chính xác khi xây dựng hoạ đồ lực. Vì vậy ta sử dụng
phương pháp này để tính toán.
Khi tính toán ứng lực cho cần cẩu nhẹ làm việc đôi ta phải kiểm tra lại cho trường hợp
làm việc đơn với sức nâng của hàng trên móc là: P = 1 T.
2.5.1. Xác định ứng lực trên cần cẩu nhẹ làm việc đơn, có dây chằng, dây điều
chỉnh
Góc nâng cần khi đang làm việc: θ = 35
o
÷ 40
o
. Góc giới hạn dưới θ
min
= 15
o
,

góc giới hạn
trên θ
max

= 60
o
.
Trong quá trình tính toán, để thiên về an toàn ta xét cho hai trường hợp: cần làm việc ở
góc giới hạn dưới và cần làm việc ở góc giới hạn trên, quá trình tính toán các tải trọng tác dụng
được xem là tải trọng tĩnh và tàu không bị nghiêng chúi:
Ngoại lực tác dụng bao gồm:
Trọng lượng hàng trên móc P, trọng lượng cần đưa về đầu cần: P
1
= P
2
/ 2; với:
P
2
= 14.P
1/3
[3,4.l
0
- 16], kG.
trong đó: P - trọng lượng hàng trên móc hay sức nâng của cần, T.
l
0
- chiều dài cần, m.
Sức căng dây hàng sau khi qua ròng rọc đầu cần là: S' = S/η, với: η- hiệu suất pu-li.
Lực nén dọc cần là P
0
; sức căng trong dây điều chỉnh là H, sức căng trong dây chằng N =
0 (do tàu không nghiêng, không chúi).
97
2.5.1.1. Xây dựng hoạ đồ lực tại góc làm việc ở giới hạn dưới

θ
min
= 15
0
Hình 2.5. Hoạ đồ lực để xác định các thành phần lực
Chọn tỷ lệ biểu diễn lực. Từ điểm đầu cần A, vẽ véc tơ thẳng đứng P
m
= P + P
1
. Tại đầu
của véc tơ P
m
, kẻ phương song song với cần, trên đó véc tơ lực có trị số bằng S'.
Để hệ lực cân bằng (giữ cho tư thế cần ổn định ở góc θ
min
) thì hệ lực tác dụng lên cần phải
cân bằng: tức
m
P
+
'S
+
H
+
o
P
= 0, mà P
0
có phương dọc theo cần, H có phương song song
với phương dây điều chỉnh, do đó từ đầu của véc tơ S

’
vẽ đường thẳng song song với CA cắt
OA tại một điểm xác định, theo nguyên tắc đa giác lực khép kín ta xác định được H và P
0
.
Thông thường H là giá trị lớn nhất trong các thành phần lực, nên người ta lấy đó làm giá trị
tính toán cho các chi tiết ở đầu cần.
Từ C vẽ véc tơ H có phương của dây điều chỉnh CA. Từ đầu mút của H vẽ vectơ thẳng
đứng H
1
(là sức căng trong nhánh dây điều chỉnh chạy dọc cột); H
1
= H/i.η
plg
, với: i - bội suất
hệ pa-lăng nâng cần; η
plg
- hiệu suất của hệ pa-lăng cần. Hợp lực R
H
là lực tác dụng vào pu-li
đỉnh cột, dùng để tính toán pu-li đỉnh cột và mấu của pu-li đỉnh cột.
2.5.1.2. Xây dựng hoạ đồ lực tại góc làm việc ở giới hạn trên
θ
max
= 60
o
Từ điểm đầu cần B, vẽ véc tơ thẳng đứng có giá trị bằng P
m
= P + P
1

. Từ đầu của véc tơ
P
m
, vẽ véc tơ S' song song với phương cần OB. Hợp lực R
S
là lực tác dụng lên pu-li đầu cần và
dùng để tính mấu treo hàng trên đầu cần.
Từ O vẽ véc tơ S'' có phương của dây hàng từ chân cần đến tang cuốn cáp (sau khi dây
hàng qua pu-li đầu cần, chạy dọc theo cần và qua pu-li chân cần tạo với phương ngang một
góc ε = 45
o
) và trị số S'' = S'/η - với η - hiệu suất của pu-li chân cần. Từ đầu của véc tơ S'', vẽ
véc tơ S' có phương song song với cần. Hợp lực S của S'' và S' là lực tác dụng vào pu-li chân
cần và dùng để tính toán pu-li chân cần.
2.5.2. Xác định ứng lực của cần cẩu nhẹ làm việc đơn, không có dây chằng,
dây điều chỉnh kép
98
Hình 2.6. Xác định ứng lực của cần cẩu nhẹ,
không có dây chằng, dây điều chỉnh kép
Ta cũng vẫn giả thiết là tải trọng tác dụng là tải trọng tĩnh, tàu không nghiêng, không
chúi và trọng lượng cần đưa về đầu cần là: P
1
= 0,5.P
2
. Việc tính toán ứng lực như ở phần 2.4.
Tuy nhiên sức căng của dây điều chỉnh H là hợp của hai thành phần sức căng H
1
, H
2
(trên hai

nhánh 1 và 2) theo góc quay cần
α
.
Để xác định H
1
, H
2
ta phải xây dựng tam giác thực (góc α thực tế) ABC. Cách tiến hành
như sau:
Dựng đoạn thẳng đứng BC có độ dài bằng độ dài xà ngang đầu cột: BC = 2r.
Tại trung điểm O
1
của BC, dựng đoạn O
1
A
1
= R = l
0
.cosθ.
Lấy O
1
làm tâm, quay cung tròn bán kính R, ở những góc quay cần
α
khác nhau thì trên
hình chiếu bằng điểm đầu cần A luôn nằm trên cung tròn nói trên (phải giữ nguyên góc θ).
Từ A
i
(điểm đầu cần ứng với góc quay cần α
i
) ta hạ A

i
D
i
vuông góc O
1
A
1
với A
i
D
i
= AO'
1
(khoảng cách thẳng đứng từ điểm đầu cần tới điểm đầu cột) A
i
D
i
= AO'
1
= h - l
0
.sinθ.
Từ A
i
hạ A
i
D'
i
vuông góc BC, lấy D'
i

làm tâm, vẽ cung tròn bán kính D'
i
A
i
tại A'
i
, A'
i
là
vị trí thực của đầu cần ứng với góc quay cần α
i
.
Nối A'
i
B , A'
i
O
1
, A'
i
C. Ta đã biết H tại θ = const và H = const.
Trên hình vẽ 2. ,trong đó: (H
1
, H
2
) = f(α) θ = const, do vậy nếu để xác định H
1
, H
2
lớn

nhất, ta xác định H
1
, H
2
tại θ
min
= 15
0
, tức là tại mỗi góc quay cần α
i
ta có: H
1i
, H
2i
, từ đó xây
dựng được đồ thị: H
1
, H
2
= f(α).
Giá trị H
max
dùng để tính dây nâng cần (điều chỉnh) và tính mấu gắn dây nâng cần ở đầu
cột.
Chú ý: cả hai trường hợp trên, H được tính bằng hoạ đồ lực hoặc bằng định lý hàm số cô-sin.
2.5.3. Cần cẩu nhẹ làm việc đôi, có dây chằng và dây điều chỉnh
2.5.3.1. Vị trí tính toán của hệ cần
99
Hình 2.7. Xác định các thành phần ứng lực của cần cẩu làm việc đôi
Trên hình chiếu bằng, đầu cần A cách mép dọc miệng hầm 2m và cách mép ngang miệng

hàng (phía cột cẩu) là c/2 (c - chiều dài diện tích phục vụ của hệ cần đôi). Chân dây chằng K
của cần miệng, bên mạn giả thường đặt ở vị trí 0
2
K vuông góc KA để giảm lực trong hệ cần.
Đầu cần mạn M cách mép ngang miệng hầm hàng phía cột cẩu một đoạn c/3 và cách mạn tàu
chỗ rộng nhất, bằng tầm với ngoài mạn b ≥ 4 m. Chân dây chằng L của cần mạn thường đặt
ngang đường O
1
O
2
hoặc thụt lùi lại một ít.
Sau khi vẽ hình chiếu bằng, các vị trí thật của cần, dây chằng, dây điều chỉnh trong các
mặt phẳng vuông góc với mặt boong và chứa dây chằng hoặc dây điều chỉnh.
Vẽ hình chiếu đứng của cột IJ. Từ tâm chốt đuôi cần O vẽ đoạn thẳng nằm ngang OA' =
O
2
A , qua A' dựng đường thẳng đứng, cung tròn tâm O, bán kính l
0
cắt đường thẳng đứng này
tại A, đoạn OA là vị trí thật của cần miệng trong mặt phẳng cần, đặt dọc mạn giả một đoạn
A''K'' = AK (A'' là chân đường thẳng đứng AA' trên mạn giả). Đoạn AK' là vị trí thật của dây
chằng cần miệng trong mặt phẳng dây. Làm tương tự cho cần mạn.
Qua A, M, kẻ các đường nằm ngang ta xác định được vị trí A
1
, M
1
cách nhau một đoạn a
như hình vẽ; A
1
, M

1
là vị trí đầu cần trong mặt phẳng dây treo hàng. Vẽ đường nằm ngang bb
cách mạn giả một đoạn h' ≥ 5m (P ≤ 2T), h' ≥ 6m (P > 2T) (hoặc các mép trên miệng khoang
hàng nếu miệng khoang hàng cao hơn mạn giả). Vẽ cung tròn đi qua A
1
, M
1
và tiếp xúc với bb
tại T, T là điểm treo móc hàng do hai dây hàng A
1
T và M
1
T nối với nhau. Các điểm treo móc
nằm ở vị trí khác sẽ nằm trên cung tròn A
1
TM
1
đều có góc giữa các dây nâng hàng Ψ
0
=
A
1
TM
1
bao tam giác A
1
TM
1
,


do đó các điểm treo móc nằm trên cung A
1
TM
1
đều có góc giữa
hai dây nâng hàng là Ψ
0
.
2.5.3.2. Xác định lực trong hệ cần đôi bằng phương pháp hoạ đồ lực
Các lực trong hệ cần được xác định tại 3 đến 5 vị trí điểm treo móc T trên cung tròn
A
1
TM
1
. Chọn tỷ lệ cho hoạ đồ.
100
Tại mỗi vị trí của T, vẽ véc tơ trọng lượng hàng P. Từ điểm đầu và cuối của véc tơ P vẽ
hai đường song song với TA
1
, TM
1
ta được sức căng trong hai dây hàng là: S
z
và S
π
, phân các
lực S
z
và S
π

thành các thành phần thẳng đứng: S
z
'' và S
π
'' và thành phần nằm ngang S
z
' = S
π
' =
S' (hình 2. .).
Trên hình chiếu bằng của hệ cần (<a>) từ điểm M đặt véc tơ S' dọc đoạn MA, từ đầu véc
tơ S' kẻ đường song song với ML cắt O
1
M, ta được các thành phần nằm ngang của sức căng
trong dây chằng N'
z
và sức căng trong dây điều chỉnh H'
z
.
Trên hình chiếu đứng (<b>), từ chân dây chằng L' đặt theo phương ngang véc tơ N'
z
, từ
đầu của véc tơ N'
z
kẻ đường thẳng đứng cắt ML' tại một điểm, ta được các thành phần của sức
căng trong dây chằng mạn N
z
và thành phần thẳng đứng của nó N''
z
.

Cũng trên hình chiếu đứng từ điểm M vẽ véc tơ H'
z
, từ đầu của H'
z
lần lượt đặt các véc tơ:
S''
z
và N''
z
và một nửa trọng lượng cần 0,5.P
1
. Từ đầu véc tơ 0,5.P
1
, kẻ đường song song với
dây nâng cần (điều chỉnh) AI cắt đường trục cần OM ta được lực nén dọc cần P
oz
và sức căng
trong dây điều chỉnh N
z
.
Lực nén thực vào cần, kể cả sức căng trong dây hàng chạy dọc cần là:
P
0t
= P
0z
+ S
z
/η, với: η - hiệu suất pu-li đầu cần.
Làm tương tự cho các điểm treo móc khác trên cung A
1

TM
1
, tức là vị trí bất kỳ và cho
cần hầm (miệng) hàng.
Nếu sức căng H
z
và H
1
tìm được hướng từ đầu cột thì cần không bị lật, nếu H
z
, H
π
có
hướng ngược lại thì cần sẽ bị lật (dây điều chỉnh chịu nén) về phía cột. Để tránh lật cần phải bố
trí lại dây chằng sao cho có giá trị: N'' lớn.
2.5.4. Cần cẩu nặng (làm việc đơn) có dây chằng và dây điều chỉnh
Khi cần cẩu nặng làm việc thường gây nghiêng, chúi cho tàu. Nếu góc nghiêng ϕ ≤ 4
0
và
góc chúi Ψ ≤ 2
0
thì ta bỏ qua ảnh hưởng của sự nghiêng chúi đó, còn ngược lại thì phải tính
đến ảnh hưởng của nó.
Góc nghiêng tàu
ϕ
khi cần cẩu làm việc, được tính theo công thức:
tgϕ = (P.l
0
.cosθ.sinα)/(D.h
0

- P.z).
trong đó: P - sức nâng của cần, T.
D - lượng chiếm nước của tàu, T.
l
0
- chiều dài của cần, m.
θ, α - góc nghiêng và góc quay cần khi làm việc, độ.
h
0
- chiều cao tâm nghiêng ban đầu của tàu, m.
z - khoảng cách từ điểm đầu cần đến mặt phẳng cơ bản, m.
Về mặt kết cấu cần cẩu nặng thường có hai loại:
Loại I: dây hàng sau khi qua pa-lăng đầu cần chạy dọc theo phương cần đến tời hàng.
Loại II: dây hàng sau khi qua pa-lăng đầu cần chạy theo phương dây điều chỉnh qua thiết
bị đổi hướng là pu-li lắp trên rãnh xẻ đầu cần (mục đích giảm lực nén cần và giảm kích thước
của mấu quay cần ở chân cần - đây là loại kết cấu hợp lí nhất).
Cần cẩu nặng được tính toán ứng lực trong điều kiện góc nâng cần θ
min
= 25
o
.
2.5.4.1. Cần làm việc không gây nghiêng chúi cho tàu (
ϕ

≤
4
0
,
Ψ


≤
2
0
)
101
Hình 2.8. Hoạ đồ lực cho cần cẩu nặng làm việc không ngiêng, không chúi
Việc xây dựng hoạ đồ lực như cần cẩu nhẹ, làm việc đơn có dây chằng và dây điều chỉnh
(trường hợp 2.5.1). Chỉ khác là thành phần trọng lực P
m
gồm:
P
m
= (P + 0,5.P
2
) + (G
m
+ G
d
+ G
p
+ 0,5.G
nc
), T.
trong đó: G
m
- trọng lượng móc treo hàng, T.
G
d
- trọng lượng dây cáp trong pa-lăng nâng hàng ở chiều dài thả móc lớn
nhất, T.

G
p
- trọng lượng cụm pa-lăng đầu cần, T.
G
nc
- trọng lượng của số pa-lăng nâng cần (thuộc dây điều chỉnh), T.
1- Trường hợp dây hàng song song với phương cần (cần loại I)
Hoạ đồ lực như hình vẽ, trong đó: S' = P/η , với η - hiệu suất pu-li đầu cần.
2 - Trường hợp dây hàng sau khi qua pu-li ở rãnh xẻ đầu cần, chạy song song với
phương dây điều chỉnh (cần loại II)
Họa đồ lực như hình vẽ, trong đó S' - sức căng dây hàng coi như thẳng đứng có điểm đặt
tại mút của P
m
(khe hở là đường kính pu-li) ngược chiều với P
m
;
S'' = S'/η - sức căng trong dây hàng sau khi qua pu-li rãnh xẻ, η - hiệu suất của pu-li ở
rãnh xẻ đầu cần.
Từ hai sơ đồ hoạ lực trên ta xác định được lực nén đầu cần P
0
và sức căng trong dây điều
chỉnh H dùng để tính toán.
Nhận xét: căn cứ vào hoạ đồ lực ta thấy, ứng lực P
0
, H ở trường hợp cần cẩu loại II có giá
trị nhỏ hơn nhiều so với loại I. Điều này đối với cần cẩu nặng có ý nghĩa rất lớn khi treo hàng
trên móc, vì thế mà chúng hay được sử dụng.
2.5.4.2. Cần làm việc có kể đến nghiêng và chúi của tàu
102
Ngoại lực tác dụng lên cần: P

m
= (P + 0,5.P
2
) + (G
m
+ G
d
+ G
p
+ 0,5.G
nc
).
Gắn cần lên hệ mặt phẳng (Oxyz) để khảo sát:
(1) - tàu không nghiêng không chúi: ϕ = 0, Ψ = 0.
(2) - tàu chúi thuần tuý, P
m
có phương của (2).
(3) - tàu nghiêng thuần tuý, P
m
có phương của (3).
(4) - tàu vừa nghiêng vừa chúi, P
m
có phương của (4).
Ta đi xét trường hợp (4): tàu vừa nghiêng vừa chúi
Ta có:
m
P
(4)
=
T

+
V
trong đó: T - thành phần nằm ngang của P
m
V - thành phần thẳng đứng của P
m
Đưa về hoạ đồ lực phẳng ta có:
H
=
'H
+
''H

N
=
'N
+
''N
trong đó: (') - là chỉ số thành phần lực nằm ngang.
('') - là chỉ số thành phần lực thẳng đứng.
Giả sử ta xác định được T là thành phần nằm ngang của ngoại lực P
m
. Ta biết H'
0
là thành
phần nằm ngang của sức căng dây điều chỉnh nằm trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần và
cột. Đồng thời có N' là thành phần nằm ngang của sức căng trong dây chằng hướng theo
phương dây chằng trong mặt phẳng ngang. Từ mút của véc tơ T kẻ đường thẳng song song với
phương dây chằng mạn phải cắt phương của cần kéo dài tại một điểm cho ta xác định được H'
o

,
dùng qui tắc hình bình hành lực cho ta giá trị của N'.
Ta xác định N và N'', bằng sơ đồ bố trí dây, người ta biết góc hợp bởi giữa phương của
dây chằng và mặt phẳng nằm ngang là ρ, từ O vẽ véc tơ N', tại mút của N' kẻ đường thẳng
vuông góc với ON' cắt phương của dây chằng tại một điểm cho ta giá trị của N'' và N và N =
22
'N' N' +
.
Hợp lực N dùng để lựa chọn dây chằng. Tương tự từ các thành phần lực (P, P
1
, G
m
, H, N,
P
o
) ta tính được (T, N', H'
o
, V, N'') trong đó hai thành phần: P
0
, H là quan trọng nhất và P
0
, H
đều nằm trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần và cột.
Hoạ đồ lực của nó có dạng như hình 2.9.
1 - Khi dây hàng song song với phương cần (hình 2.9, a).
2 - Khi dây hàng qua pu-li ở rãnh xẻ, song song với phương dây điều chỉnh (hình 2.9,b).
Nhận xét: căn cứ vào họa đồ lực ta thấy ở cần cẩu loại II: H, P
0
nhỏ hơn nhiều so với loại
I.

103
Hình 2.9. Sơ đồ xác định lực của cần cẩu khi nghiêng, chúi
2.6. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CẦN, CỘT VÀ CÁC CHI TIẾT
CỦA CẦN CẨU, CỘT CẨU
2.6.1. Tính toán tiết diện cần
104
Người ta sơ đồ hoá cần như là một dầm tựa tự do trên hai gối chịu tải trọng rải bản thân p
= P
2
/l
0
và mômen uốn M
0
= P
0
.e do lực P
0
đặt lệch tâm trục gây nên. Có hai phương pháp thiết
kế cần.
Phương pháp 1: thiết kế cần theo điều kiện bền, kiểm tra theo điều kiện ổn định.
Phương pháp 2: thiết kế cần theo điều kiện ổn định, kiểm tra theo điều kiện bền.
Thông thường các chi tiết bị phá hủy do mất ổn định trước khi bị phá huỷ do mất điều
kiện bền (do lực nén dọc cần P
0
), do đó người ta thường thiết kế cần theo điều kiện ổn định rồi
mới kiểm tra cho điều kiện bền (phương pháp 2) nhằm hạn chế số lần tính đúng dần, tức hạn
chế khối lượng tính toán.
Theo hình dạng và kết cấu, cần chia làm ba kiểu và được mã hoá:
Kiểu I: cần có dạng mặt cắt không đổi, lực nén từ 10 ÷ 100 KN, chiều dài cần l
0

= 4 ÷ 10
m.
Kiểu II: cần gồm một đoạn ống lớn ở giữa, hai đoạn ống nhỏ nối với nhau bằng hai đoạn
ống côn ngắn, lực nén từ 200 ÷ 50 KN, chiều dài cần l
0
= 16 ÷ 8 m.
Kiểu III: cần gồm một đoạn ống trụ và hai đoạn ống côn nối với nhau, lực nén cần từ
100 ÷ 900 KN, chiều dài cần l
0
= 10 ÷ 22 m.
Việc tính chọn tiết diện cần tham khảo mục 3.6 trang 226 STTBTTT2 và bảng (5.24) ÷
(5.26) trang 227 ÷ 235 STTBTTT2.
2.6.1.1. Tính tiết diện cần theo điều kiện ổn định và kiểm tra theo điều kiện bền
1- Tính tiết diện cần theo điều kiện ổn định
Chọn hệ số an toàn là n. Lực nén tới hạn Ơ-le
P
0
=
( )
2
o
2
l.
EI
µ
π
= P
0
.n, (2. )
trong đó: I =

E.
.l.n.P
2
22
00
π
µ
- mô men quán tính tiết diện ngang của cần, cm
4
.
µ = 1 - hệ số gán ghép của 2 đầu cần (coi cần tựa tự do trên 2 gối).
l
0
- chiều dài cần, m.
E = 2.10
6
- mô đun đàn hồi của cần vật liệu thép, kg/cm
2
.
E = 1.10
5
- mô đun đàn hồi của cần vật liệu gỗ, kg/cm
2
.
n = 4 ÷ 5 lấy cho cần thép.
Công thức (2. ) áp dụng tính cho cần có tiết diện không đổi trên suốt chiều dài. Thực tế
cần cẩu thường có đoạn giữa hình trụ chiều dài l
1
và 2 đầu dạng hình côn như hình 2. .
Khi đó mô men quán tính theo công thức: I =

E.k
l.n.P
2
00
Hệ số k lấy theo bảng phụ thuộc vào tỷ số:
0
1
0
1
l
l
,
I
I
.
l
1
/l
0
I
1
/I
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Hệ số k
0,01 2,55 3,65 5,42 7,99 9,63
0,1 5,01 6,92 7,84 9,14 9,77
105
0,2 6,14 7,31 8,49 9,39 9,81
0,4 7,52 8,38 9,10 9,62 9,84

0,6 8,50 9,02 9,46 9,74 9,85
0,8 9,23 9,50 9,69 9,81 9,86
trong đó: I
0
- mô men quán tính tiết diện ngang tại giữa nhịp cần hình trụ.
I
1
- mô men quán tính tiết diện ngang tại đầu cần.
Cần thép l
1
≥ l
0
/3 và diện tích tiết diện đầu cần F
1
≥ 0,7.F (F là diện tích tiết diện cần tại
giữa nhịp l
1
).
Coi tỷ số: i = D/δ . Đối với cần cẩu, thường: i = 30 ÷ 40. Theo công thức tính mô men
quán tính tiết diện ngang cần, sẽ tính được:
D = 1,26.
4
2
I.
1i
i
−
, m.
Đường kính D của cần sau khi xác định phải kiểm tra lại theo điều kiện bền. Khi đó lực
nén dọc cần phải nhỏ hơn trị số tính theo công thức:

P
0
≤ m.
2
0
l
El
, kG.
Với: m = 2,2 - cho cần tiết diện không đổi trên suốt chiều dài.
m = 1,8 - cho cần tiết diện thay đổi.
2 - Kiểm tra cần theo điều kiện bền
Coi cần như dầm tựa tự do trên 2 gối, chịu uốn do trọng lượng bản thân q = P
2
/l
0
chịu nén
do lực nén dọc cần P
0
và chịu uốn do P
0
nén không đúng tâm.
σ
106
Hình 2.10. Sơ đồ tính bền cần cẩu
Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân q, sẽ gây ra mô men uốn tại giữa nhịp của dầm
có trị số: m = q.l
0
2
/C.
Hệ số: C = 8 - cho cần có tiết diện không đổi.

C = 7,5 - cho cần có tiết diện thay đổi.
Điểm đặt của lực nén dọc cần P
0
tại giao điểm giữa phương tác dụng của hợp lực R
S
với
lực căng của dây điều chỉnh H và nằm cách đường tâm cần một khoảng: e (trong thiết kế cố
gắng để e thật nhỏ). Do nén lệch tâm nên P
0
sẽ gây ra mô men uốn cho cần có trị số: M = P
0
.e
(P
0
.e = H.e
1
.cosα
1
- R
S
.e
2
.cosα
2
).
Trong trường hợp này ứng suất lớn nhất tại giữa nhịp cần do uốn và nén đồng thời:
σ
max
=
[ ]

σ≤








−
++±
0E
0
UU
0
PP
P
l
W
m
W
M
F
P
2.6.1.2. Tính tiết diện cần theo điều kiện bền và kiểm tra theo điều kiện ổn định
Trong thực tế rất ít sử dụng cách tính này vì lực nén P
0
là rất lớn nên khi tính theo điều
kiện ổn định kích thước có được của cần là đủ đảm bảo điều kiện bền.
2.6.1.3. Xác định ứng suất cho phép khi tính cần cẩu

Xác định ứng suất cho phép theo các hệ số không thứ nguyên:
[ ]
321
CH
K.K.K
σ
=σ
với: K
1
= 1,38 ÷ 1,5 - hệ số tính đến mức độ quan trọng của thiết bị.
K
2
= 1,1 ÷ 1,15 - hệ số tính đến sai sót khi tính toán.
K
3
= 1,1 ÷ 1,25 - hệ số tính đến tải trọng động khi tính toán.
2.6.2. Tính toán tiết diện cột cẩu (tháp cẩu)
2.6.2.1. Phân loại
1 - Theo số lượng gối đỡ
Tháp cẩu có hai gối được sử dụng phổ biến, cột cẩu có ba gối dùng khi boong giữa yếu,
cột cẩu một gối chỉ dùng cho tàu nhỏ.
Chú ý: các kết cấu liên kết với cột cẩu không được gia cường đủ khỏe thì không được tính là gối.
2 - Theo dạng kết cấu
107
Theo dạng kết cấu có cột cẩu đơn; cột cẩu hai xà - có một xà ngang đỉnh cột và một xà
ngang thân cột để lắp hệ cần đôi; cột cẩu ba ống có xà ngang thân cột được đỡ ở hai đầu bằng
hai ống phụ, thường là 2 ống thông gió; cột cẩu ghép với buồng điện, các gối được đặt ở nóc
buồng điện và được gia cường thích hợp.
Các tháp cẩu ở gần lầu lái thường có dạng cổng để đảm bảo tầm nhìn cho người lái. Xa
hơn về phía mũi thường tháp cẩu chữ A. Tháp cẩu mũi dùng loại cột cẩu, tuy nhiên trên một

con tàu có thể chỉ dùng một loại tháp cẩu. Tháp cẩu chữ V thường là tháp của cần trục nặng
Stiuken.
Đối với cần cẩu nặng, nhẹ làm việc đơn: sử dụng cột đơn. Cần cẩu nhẹ làm việc đôi và
cần cẩu nặng Stiuken sử dụng cột đôi.
2.6.2.2. Ngoại lực tác dụng lên tháp cẩu
Ngoại lực của một cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm:
Lực H của pa-lăng nâng cần tác dụng vào cụm pu-li đỉnh cột.
Lực nén dọc cần P
0
tác dụng vào gối đỡ cần trên cột.
Sức căng S
1
của đoạn dây nâng hàng chạy vào tời qua pu-li ở chân cần.
Sức căng H
1
của đoạn dây điều chỉnh chạy vào tời qua pu-li ở cột.
Các lực trên được phân thành các thành phần thẳng đứng và nằm ngang.
[Việc tính toán cụ thể tham khảo STTBTTT2 mục 3.5 trang 194].
2.6.3. Tính toán các chi tiết và cụm chi tiết khác (tính chọn)
1. Chạc đuôi cần;
2. Mã treo hàng đầu cần;
3. Khe lắp ròng rọc đầu cần;
4. Mã bắt dây quay cần (mã quay cần);
5. Cụm ròng rọc đầu cần;
6. Cụm mã quay bắt dây nâng cần;
7. Gối đỡ cần nhẹ;
8. Gối đỡ cần nặng;
9. Cụm móc cẩu;
10. Cụm ròng rọc.
Chú ý tới vật liệu chế tạo chi tiết, tham khảo mục 3.7.11 trang 257. STTBTTT2.

[Tham khảo STTBTTT2, mục 3.7, trang 237].
2.7. CÁC SƠ ĐỒ KẾT CẤU CẦN TRỤC QUAY
2.8. CÁC PHƯƠNG TIỆN XẾP DỠ KHÁC TRÊN TÀU
{Tham khảo chương 5; 6 _ trang 270 _ STTBTTT2}.
108