ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ

Thiết kế Derrick đôi tàu chở hàng khô,
với các thông số kích th-ớc nh- sau:
* Trọng tải
* Kích th-ớc tàu
* Kích th-ớc khoang hàng
* Kích th-ớc miệng hầm hàng

Pn = 6000 (T)
L x B x H x T = 96,5 x 16,8 x 9,2 x 6,8 (m)
Lh x Bh = 26,5 x 16,8 (m)
Lk x Bk x Hk = 20,5 x 14,0 x 1,4 (m)

Page 1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ

Phần I - Xác định các đặc tr-ng hình học của cần cẩu
1. Phân tích lựa chọn ph-ơng án.
Theo yêu cầu thiết kế đà đề ra ta chọn Derrick đôi có sức nâng P = 2,5T và số
l-ợng là một Derrick đôi trên mỗi miệng hầm.
2. Xác định các kích th-ớc cơ bản của Derrick.
2.1. Góc nâng cần:
- Góc nâng cÇn : min = 15 , max = 60.( øng với cẩu nhẹ )
- Góc nâng cần khi hoạt động: = (35 - 40)
2.2. Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng:
Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng a = ( Lh - Lk )/ 2 = 3 ,m
2.3. Khoảng cách giữa hai chân cần:
Với cần cẩu có cột cẩu kiểu một thân thì khoảng cách giữa hai chân cần thoả

mÃn điều kiện: c ( 4,5 ữ 5 ),m
Chọn khoảng cách giữa hai chân cần c = 4 ,m
2.4. Chiều cao chân cần tính từ sàn:
Chiều cao chân cần phải đảm bảo cho ng-ời đi l¹i phÝa d-íi thn tiƯn
hc = (2,25  2,5) ,m .
Chọn hc = 2,4 ,m
2.5. Tầm với ngoài mạn:
Tầm với ngoài mạn phải đủ để xếp dỡ hàng lên cầu tàu. Trị số R o tối thiểu để xếp
dỡ hàng hoá lên cầu tàu là 2,0 2,5 ,m.
Chọn tầm với ngoài mạn là : R0 = 4 ,m
2.6. Chiều dài cần:
Chiều dài cần phải thoả mÃn 2 điều kiện là bốc hết hàng trong khoang và đ-a
hàng ra mạn :
l0 = max ( l01 , l02 )
 Theo ®iỊu kiƯn bèc hÕt hµng trong khoang
l01.cosmin.cos1  a + 3/4 lk
(1)
Trong đó:
lk = 20,5 ,m - chiều dài miệng khoang hàng
a = 3 ,m - khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng
min = 15o - góc giới hạn d-ới nâng hàng
1 : góc quay cần hầm
tg 1

O1 H ' 0,5( BK  C )  1
4


 0,2177
'

a  3 / 4 LK
18,38
HH

Page 2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHÔ
1 = 12,3o

 l01.cosmin cos1  18,38 ,m
 l01  18,81/(cos15o.cos12,3o) = 19,47 ,m
Theo điều kiện đ-a hàng ra mạn:
l02.cos.sin2 R0 +Bh/ 2 - c/ 2
Trong đó :
= 56,36o xét ở góc làm việc của cần
2 góc quay cần mạn
R0 = 4 ,m tầm với ngoài mạn
Bh = 16,8,m chiều rộng khoang hàng
c = 4 ,m khoảng cách giữa 2 chân cần
tg 2

O2 A 0,5( Bh  c)  R0 10,4


 1,28
MA
a  1 / 4 LK
8,125


 2 = 52o
l02  (R0 +B/2 - c/2)/ cos.sin2 = 23,82 , m
l0 = max ( l01 , l02 ) = 23,82 ,m
VËy ta chän l0 = 24 ,m
2.7. Vị trí giới hạn đầu cần
Khoảng cách thẳng đứng từ đầu cần mạn đến miệng hầm hàng phải không
nhỏ hơn 6 + 0,3W (m) .Trong đó W là khoảng cách giữa 2 đầu cần trên hình
chiếu bằng, theo hình vẽ ta cã W = 21,06 ,m
Ta cã h1 = (hc - hk) + l0sin = (2,4 - 1,4) + 25.sin40o = 20,09 ,m
6 + 0,3W = 12,32 ,m
VËy vÞ trÝ giới hạn đầu cần thoả mÃn điều kiện h1 > 6 + 0,3W
2.8. Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần
Đối với cần nhẹ tỷ sè h/ lo = 0,4  1 ,ta chän h/ lo = 0,6
=> h = 0,6.24 = 14,4 ,m
3. X¸c định chiều cao cột cẩu.
Chiều cao cột cẩu đ-ợc xác ®Þnh:
H = h + hc =14,4 + 2,4 = 16,8 ,m
Vậy Derrick thiết kế có chiều dài cần lo = 24 ,m
chiỊu cao cét cÈu H = 16,8 ,m
PhÇn II - TíNH TOáN ứng lực phát sinh trên cần và trong các
dây
1. Trọng l-ợng hàng.
Page 3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHÔ
Q = 2,5 ,T = 2500 ,kG = 24,52 ,KN
2. Trọng l-ợng cần :
P2 = Gc = 14P1/3(3,4.l0 - 16) = 1246,46 ,kG = 12,23 ,KN
3. Vị trí tính toán của hệ cần.

Vị trí tính toán lực của hệ cần đôi xác định nh- sau :
* Trên hình chiếu bằng, đầu cần hầm H cách mép dọc miệng hầm hàng 2m và
cách mép ngang phía cột cẩu c/ 2 = 7,69 m ( c = 3/4LK = 15,38 m : chiều dài diện
tích phục vụ của hệ cần đôi ). Chân dây giằng K của cần hầm trên mạn giả th-ờng
đặt ở vị trí KH O2H để giảm lực trong hệ cần. Đầu cần mạn M cách mép ngang
miệng hầm hàng phía cột cẩu một đoạn c/ 3 = 5,13 m và cách mạn tàu chỗ rộng
nhất một đoạn bằng tầm với cần thiết R0 = 4,0 m. Chân dây giằng L của cần mạn
đặt ngang đ-ờng chân cần O1O2.
* 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= O2H, qua H dựng đường
thẳng đứng, cung tròn tâm O bán kính l = 24m ( chiều dài cần ) cắt đ-ờng 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 đường thẳng đứng HH trên mạn giả ). Đoạn
HK là vị trí thật của dây giằng cần hầm trong mặt phẳng dây. Làm t-ơng tự cho
cần mạn .
+ Qua H, M trên hình chiếu đứng kẻ các đ-ờng nằm ngang, ta xác định đ-ợc
H1, M1 cách nhau một đoạn a đo đ-ợc trên hình chiếu bằng. H1, M1 là vị trí đầu cần
trong mặt phẳng dây treo hàng. Vẽ đường nằm ngang bb cách đỉnh mạn giả đoạn h
> 6m ( do Q = 2,5T > 2T) .VÏ cung tròn đi qua H1, M1 và tiếp xúc với bb tại T.
Điểm T là điểm treo móc do 2 dây nâng hàng H1T và M1T nối với nhau. Góc giữa 2
dây nâng hàng 0 = H1TM1 ta xét cho tr-ờng hợp nguy hiểm nhất 0 = 120o . Khi
đó khoảng cách từ bb tới miệng hầm h = 16,60m > 6m.
4. Xác định lực trong hệ cần đôi.
Ta xác định lực trong hệ cần đôi bằng ph-ơng pháp vẽ hoạ đồ lực ứng với 5 vị
trí treo móc trên cung tròn H1TM1 . Tại mỗi vị trí của T , vẽ trọng l-ợng hàng Q =
2500 KG theo tỉ lệ xích 1mm 0,82 KN. Từ điểm đầu và cuối của véctơ Q vẽ hai
đ-ờng song song với TH1 và TM1 ta đ-ợc sức căng trong dây nâng hàng Sm và Sh .

Phân các lực Sm và Sh thành các thành phần thẳng đứng Sm, Sh và thành phần nằm
ngang S’m=S’h=S’ .

Page 4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
Trên hình chiếu bằng của hệ cần, từ điểm M đặt véctơ S dọc đoạn thẳng
MH, từ đầu véctơ S kẻ đường thẳng song song ML cắt O1M ta đ-ợc các thành phần
nằm ngang của sức căng trong dây giằng Zm và sức căng trong dây nâng cần Tm.
Trên hình chiếu đứng, từ chân dây giằng L đặt theo phương ngang véctơ Z m
, từ đầu véctơ Zm kẻ đường thẳng đứng cắt ML ta được sức căng trong dây giằng
mạn Zm và thành phần thẳng đứng của nó Zm .
Cũng trên hình chiếu đứng, từ điểm M vẽ véctơ Tm nằm ngang, từ đầu Tm
đặt lần lượt các véctơ Sm, Zm và một nửa trọng l-ợng cần 0,5Gc. Từ đầu véctơ
0,5Gc kẻ đ-ờng song song với dây nâng cần AM cắt đ-ờng trục cần OM, ta đ-ợc
lực nén cần Nm = MOm và sức căng trong dây nâng cần Tm .
Lực nén thực vào cần, kể cả sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần là :
Nm = Nm + k.Sm
víi k : hƯ sè kÐo cđa rßng rọc đầu cần : k = 1 + , ta chọn dây cáp là cáp thép
chạy trong puli ổ tr-ợt : = 0,05
k = 1,05
Lực căng trong các dây và lực nén trong cần trong các tr-ờng hợp đ-ợc ghi
trong các bản vẽ và đ-ợc tổng hợp trong bảng sau (đơn vị KN)
Lực căng trên các dây

Kí hiệu

TH 1


TH 2

TH 3

TH 4

TH 5

Dây giằng cần mạn

Zm
Zh

56.12
88.08

39.22

Dây giằng cần hầm
Dây nâng cần cần
mạn
Dây nâng cần cần
hầm
Dây nâng hàng cần
mạn
Dây nâng hàng cần
hầm
Lực nén thật vào cần
mạn
Lực nén thật vào cần

hầm

43.03
66.67

61.24

60.25
94.71

55.04
86.46

Tm

2.66

5.47

13.65

16.19

20.59

Th

52.53

60.92


43.60

53.54

46.53

Sm

15.75

19.94

17.68

26.34

27.63

Sh

28.37

27.50

18.84

22.38

19.49


54.90

74.84

68.80

97.72

98.96

Nm = Nm + k.Sm
Nh = Nh + k.Sh

137.32 161.04 114.25
K = 1,05 ứng với tr-ờng hợp dây cáp treo chạy trên buli ổ tr-ợt.

151.19 133.72

* Xác định vị trí của điểm T để lực nén dọc cần là lớn nhất:
Nhận xét: 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 :
Giả sử là góc hợp bởi Sh và Sh như hình vẽ

T
S

Page 5


Sm
S

Q

Sm


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHÔ

64.13°A
C
Zh

Zh

Zh

B
74.83°
Zh

Ta cã:

S

Th
49.93°

H


 1

1

Q  S h"  S m"  S ' 

 tg tg 120    
Q.tg .tg 120   
 S’ =
tg  tg 120   
'
Th . sin49.93  S '.sin64.13

 T’h =

Th

F

H
62.44°
E

Sh

S '.sin(64,13o )
= 1,176.S’
sin(49,93o )


Zh

Z’h = T’h.cos(49,93o) + S’.cos(64,13o)
= 1,193.S’
Z”h = Z’h.tg(74,83o) = 3,688.S’
S'
tg 
S'
Sh =
sin 

27.56°

S”h =

L

N

0,5G c

Nh

M

30.67°

Th

O


Nh = ON + NE + EH =





NM
 Sh"  Z h"  0,5.Gc . cos 27,56  Th' . cos 62,44
tg 30,67

NM = NL.sin27,56o = (Sh” + Zh” + 0,5Gc).sin27,56o -

EF
tg 27,56

EF = Th’.sin62,44
2,382
S '5,902.S '1,192.Gc
tg
 2,382 1,05


 5,902   1,192.Gc
Nh = Nh + 1,05.Sh = S '.
sin 
 tg


Nh =


Lùc nén Nh đạt cực đại khi góc = 44,63o ứng với vị trí 2, ta lấy để tính chọn cÇn.

Page 6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ

Phần III - kết cấu cần cẩu và cột cẩu
3.1 Vật liệu chế tạo cần, cột cẩu.
- Vật liệu chế tạo cần cẩu và cột cẩu là thép CT3c
- Giới h¹n chÈy cđa vËt liƯu: ch = 2400 , KG/cm2
3.2 Kết cấu của cần.
3.2.1. Xác định quy cách các dây:
Đ-ờng kính các loại dây cáp đ-ợc chọn dựa trên cơ sở lực căng lớn nhất phát
sinh trong dây đ-ợc ghi trong bảng trên với hệ số an toàn n = 5. Cáp đ-ợc chọn là
cáp thép cấp N0.4 (6x24) - Bảng 7B /4.3 Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ
thép TCVN 6259 -1 , 2003

Loại dây
Dây giằng
Dây nâng cần
Dây nâng hàng

Lực căng lớn
nhất Pmax(KN)

Pmax x n
(KN )


71
36
28

357
179
141

Đ-ờng kính Lực kéo đứt Khối l-ợng/1m
cáp (mm ) dây (KN )
(kg )
28
20
20

357
181
181

2.6
1.33
1.33

3.2.2. Xác định tiết diện cần
Từ kết quả đo đ-ợc ta thấy lực nén lớn nhất vào cần là P0 = 137,73 ,(KN)
Từ Po và l0 theo bảng 5.26 / 233- STTBTT ta chọn cần loại III . Cần gồm 1
đoạn ống trụ và 2 đoạn ống côn.
3.2.3. Thiết kế cần theo điều kiện ổn định :
- Lực nén tới hạn ơle:
Pe = n.P0 (Với cần thép n = 5- hƯ sè an toµn )

VËy Pe = 5.138 = 690 ,(KN) = 70336 ,(KG)
Page 7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
- Mô men quán tính tiết diện cần
n.Po 2 l 02
I=
kE

l0 : Chiều dài cần (16 m)
E : Mô đun đàn hồi vật liệu làm cần ( E = 2.106 KG/ cm2 )
 = 1 hƯ sè liªn kÕt 2 đầu cần
k : hệ số phụ thuộc vào tỉ sè I1/ I0 vµ l1/ l0
l1
= 0,4
l0

Ta cã : D/ = i = (35 40) chän i = 35
F1/F = 0,7 =

D12 i
D
 1 = 0,837
2
D0
D0 i

I1
D

= ( 1 ) 4 = 0,49
I0
D0

Tra bảng ta đ-ợc k = 9,262( xác định bằng ph-ơng pháp nội suy )
=> I = 9720 ,(cm4)
Đ-ờng kính sơ bộ phần trụ tròn : D = 4

16.I
= 25,99 ,(cm)
 1  η4





* Tõ ®-êng kÝnh D = 25,99 (cm) và lực nén dọc cần Pmax = 138 (KN) ta chọn cần
có các thông số nh- sau :
Lực nén
(KN
)

L

150

16

L
1


l
1

l

D

d

2

1

(m)
1
6.11

5
.33

S

S

S
2

S


Khối
l-ợng
( kg )

8

830

3

( mm)
3
.39

3
25

2
19

8

7

7

Chọn vật liệu làm cần là thép CT3 có tính hàn tốt và các giới hạn tiêu chuẩn sau :
Giới hạn chảy :ch = 24 ( KG/ cm2)
Mô đun đàn hồi : E = 2.106 (KG/ cm2)
Đối với cần có sức nâng nhỏ hơn 10 T giới hạn bền cho phép là :

= 1100 (KG/ cm2 ) = 10,79 (KN/ cm2)
3.2.4. 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 đ-ờng kính trung bình là
Dtb = ( D + d ) / 2 = ( 325+219 )/ 2 = 272 (mm)
đ-ờng kính trong Dt = 268 (mm)
đ-ờng kính ngoài Dn = 276 (mm)
Diện tích mặt cắt ngang:
F = 68,4 cm 2
Page 8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
Khi đó điều kiện ổn định là :
n = P/F od = th/ Kod
Xác định độ mảnh của thanh :
 = .l / imin
 : HƯ sè phơ thc điều kiện liên kết 2 đầu cần (cần là 1 thanh chịu nén một
đầu là gối đỡ một đầu là liên kết tựa) = 1
l : chiều dài cần ; l =16 (m )= 1600 (cm)
imin : Bán kính quán tính của mặt cắt = 0,353.Dtb = 9,60 (cm)
= 166,64 < 175 ( thoả mÃn yêu cầu về độ mảnh đối với Derrick có lực nén
lớn hơn 20 kN - B¶ng 5.9 STTBTT 2 )
th = 2.E/ 2 = 6,97 (KN/ cm2)
P = P0 ( lùc nÐn dọc cần ) =138 ,(KN)
Kod : Hệ số an toàn ổn định, chọn Kod = 3 .
n = 138/ 68,4 = 2,02 (KN/ cm2)
od = 6,97/ 3 = 2,33( KN/ cm2)
Vậy cần đủ điều kiện ổn định
3.2.5. Kiểm tra cần theo điều kiện bền :

Ta coi cần nh- một dầm tựa trên 2 gối tự do chịu các tải trọng:
+ Chịu nén do lực nén dọc cần Po
+ Chịu uốn do trọng l-ợng bản thân p = P2/lo =
+ Chịu uốn do lực nén Po đặt lệch tâm với mômen uốn Mo = Po.e
- D-ới tác dụng của p cần có mômen uốn lớn nhất tại giữa của nhịp có trị số
m

p.l o2
=
c

Trong đó: c = 7.5 do cần có tiết diện thay đổi trên suốt chiều dài
- Lực nén Po sinh ra øng suÊt:
n = Po/F
 øng suÊt max tại giữa nhịp do uốn và nén:
max

Po M o m


F Wx Wu


Po
1 
 PE  Po


 =



Trong ®ã:
Mo = Po.e =
Xác định e bằng cách lấy mômen của các lực với trục của cần trong tr-ờng hợp
Po.e + RS.cos(2). e2 = H.cos(.e1
e=
F=

πD 2
4

1  η 
2

Wx =Wy =
W =

πd 3
16

πD 3
32

1  η  = 482,45

1  η 
3

= 79,67 ,(cm2)
3


,(cm3)

= 964,9 ,(cm3)
Page 9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
Ta đi xác định ứng suất cho phép cuả vật liÖu:
 = 0,6 T =14,4 ,( KN/ cm2)
 max 
Vậy cần thoả mÃn điều kiện bền .
3.3. Kết cấu tháp cẩu
3.3.1. Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu :
Ngoại lực của 1 cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm có
* Lực T của palăng nâng cần tác dụng lên cụm ròng rọc đầu cột
* Lực nén dọc cần P0 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 T1

e1
A



Ta
T
T1


h

Qa

e2

ho

C

Tt



hc

Tc

Trục cần



Po - S'

Qc Qt
B

S"
Mặt boong trên


Độ lớn của các lực đ-ợc xác định bằng ph-ơng pháp vẽ hoạ đồ lực tại các góc
nâng cần min = 15 , max = 60 và đ-ợc ghi trong các bảng ở trang sau
Page 10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
Từ kết quả đo ta thấy lực tác dụng vào cần lớn nhất khi góc nâng cần nhỏ nhất
Các lực này đ-ợc phân thành các lực theo ph-ơng ngang Ta , Tc ,Tt và các lực
theo ph-ơng thẳng đứng Qa , Qc , Qt
* Các lực đó đ-ợc tính theo c«ng thøc :
Ta = Tc = ( P0 - S’ ).cos = 36,83 (KN)
Qa = T.sin + T1 = 62,24 (KN)
Qc = ( P0 - S’ ).sin = 9,87 (KN)
Tt = Qt = 0,707.S” = 19,21 (KN)
Trong ®ã :
 =15o : góc nghiêng cần
= 27o: góc nghiêng của dây nâng cần
3.3.2. Tính sơ bộ kích th-ớc tháp cẩu:
- Ta chọn tháp cẩu là 2 cột tiết diện tròn không đổi trên suốt chiều dài cột và xà
ngang đỉnh cột là một dầm hộp có mặt cắt ngang là hình chữ nhật
* Theo điều kiện bền :
Wc = 0,785.D2.S 10.Q.l = 3924
Wc=Wx=Wy > 3924
Trong đó :
Wc - mô men chống uốn mặt cắt cột ( cm3 )
D - Đ-ờng kính trung bình cột ( cm )
S - Chiều dày cột ( cm )
Q.l - Tích của sức căng và chiều dài cần
Q = 24,53 kN - Trọng l-ợng hàng (KN)
l =16 - Chiều dài cần ( m )

*Theo điều kiên cứng.
L2
Ic=0,393.D .S 24
h
3

Ql

= 16,5.104 (cm4)

Trong đó :
h = 12 ( m) - Khoảng cách từ gối đuôi cần tới điểm treo palăng nâng cần trên
đỉnh cột
L =14,5 ( m) - Khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng
cần trên đỉnh cột
-Thông th-ờng: D = (50  80 ).S , chän D = 50S thay vào điều kiện bền và điều
kiện cứng ta có 1962,5.S3  3924
49125S4  16,5.104
 S  1,259 ( cm )
S  1,354 ( cm )
VËy ta chän S = 1,4 ( cm ) => Dn = 70 ,(cm )
* §-êng kÝnh trong: Dt = Dn - 2.S = 672 ,(mm)
* Diện tích mặt cắt ngang của cột:
A = .D.S = 301,72 ,(cm2)
Page 11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
*Mô men quán tính cột:
Ix = Iy = 0,393.D3.S =17,8.104 ,(cm4)

*M« men chèng uèn :
Wx = WY = 0,785.D 2.S = 5172 ,(cm3)
* B¸n kÝnh qu¸n tÝnh:
rx = ry = 0,353.D = 24.,22 (cm)
Tại chỗ cột đi qua boong chiều dày cột tăng (20 30)% vậy
S1=(1,21,3)S = 16,818,2 chọn S1 =18 ,(mm)
Với các thông số kích th-ớc nh- trên cột cẩu thoả mÃn điều kiện bền và điều kiện
cứng.
Chọn xà ngang cũng có dạng tiết diện hình chữ nhật và không đổi trên suốt
chiều dài với các thông số:
Chiều cao
a = 200 ,(mm)
ChiỊu réng
b = 400 ,(mm)
ChiỊu dµy
S = 8 ,(mm)
*Diện tích mặt cắt ngang của xà ngang :
A = 2(a+b).S = 96 (cm2)
*Mô men quán tính xà ngang:
b2
3a b .S =2,133.104 ,(cm4)
6
a2
I’z = a  3b .S =7,467.103 ,(cm4)
6

I’x =

*M« men chèng uèn :
b

3
a
W’z = (a  3b).S = 747 ,(cm3 )
3

W’x = (3a  b).S =1067 ,(cm3 )

*B¸n kÝnh qu¸n tÝnh :
rx =

b 3a  b
= 14,91 ,(cm)
2 3(a  b)

rz =

a a  3b
= 8,82 ,(cm)
2 3(a  b)

3.3.3. KiĨm tra bỊn th¸p cÈu :
* TÝnh các hệ số :
Cột đ-ợc hàn vào vách ngang của tµu :
3L
= 0,362
6 L  k .i
3L  k .i
C2 =
= 0,638
6 L  k .i


C1 =

Page 12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHƠ
Víi : L = 14,5(m) : chiỊu cao tõ mỈt boong trên đến đỉnh tháp cẩu
k = Ic/Ix = 8,33
Ic = 26,7.104 ,(cm4) : mômen quán tính cột .
Ix = Ix = 2,133.104 ,(cm4) :mômen quán tính xà ngang tính với
các trục chính tâm vuông góc với mặt phẳng tháp cÈu .
* TÝnh c¸c hƯ sè , a , M , N :
Cột đ-ợc 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 .
* TÝnh c¸c hÖ sè :
hc
'N
6
L
 Ma 
= 0,312
hc
 ( ' M  ' N )   ' M
6L
2

h 
=- 0,018

Ca  3. c 
 L   Ma ' M  ' N
E.I T
= 0,0525

G.I 0

 ( ' N  ' a )

với :

E = 2.106 KG/cm2 : môđun đàn hồi kéo nén .
G = 8.105 ,(KG/cm2 ) : môđun đàn hồi tr-ợt của vật liệu .
IT = Iz = 7467 ,(cm4) mômen quán tính của xà ngang ứng với trục
hình tâm thẳng đứng nằm trong mặt phẳng tháp cẩu .
I0 = 2.Ix = 35,52.104 ,(cm4) mômen quán tính cực của cột .
* Tính các lực thành phần phân phối giữa 2 cột theo h-ớng dọc tàu :
Ta "

2.Ta .L3
= 23,02 ,(KN)
3.L3  6.k . .L.i 2

Ta’ = Ta - Ta = 13,81
,(KN)
* Tính các mômen uốn và lực nén khi tháp bị uốn trong mặt phẳng tháp do
1 cần đặt v-ơn ra mạn gây ra :
MAy = - 0,5.Ta.L.C1 + Tc.L.Ca.Ma = - 99,60 ,(KNm)
M Cy






T .L.C 2
hc
1 
  T . ( .L  h) = 107,73 ,(KNm)
 a
C1  c Ca Ma
2 
 L(1  C ) 
2 


Ta .L.C 2
 Tc .L.Ca ( Ma  1)  Tc .hc = 85,12
2
T .L.C1 Tc .L.Ca
M Dy  a

(C1  2. Ma ) = 97,83
2
2
1
M Ey   (Ta  Ca .Tc ) L.C 2 = -167,35
2

M By 


,(KNm)
, (KNm)
, (KNm)
Page 13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHÔ
M Ky  M Dy .

hc
h
 M Ey .(1  c ) = -121,63
L
L

,(KNm)

NAy = Qa + 0,5.Gx = 63,72
N Cy 

M By  M Cy
i



,(KN)

Ta .L
 Qa  q.h  0,5G x = -47,56
i


, (KN)

NBy = NCy + Qc + Qt + q.hc = -12,67
, (KN)
NEy = q.L = 33,69
,(KN)
Víi : Gx = A’.l.  = 301,4(kg) = 2,96 ,(KN): trọng l-ợng xà ngang.
l = 4 (m) : chiều dµi xµ ngang
 = 7,85 ,(T/m3)
q = Gb /L = A. = 2,32 ,(KN/m) : träng l-ỵng 1 m cét .
* Tính nội lực của tháp bị uốn theo h-ớng dọc tàu do 1 cần đặt dọc tàu gây ra :
MAx = Qa.e = 32,18
,(KNm)
MCx = Ta’.h + Qa.e = 197,89
,(KNm)
MBx = Ta’.L + (Tt-Tc).hc + (Qa + Qt).e = 198,3 ,(KNm)
M 0  T "a .i(1 

i
) = -12,44
2.(i   .L)

MEx = Ta” . L = 333,8
MKx = Ta”.h = 276,25
M’xn = M0 = -12,44
M”xn = T’a.i-M0 = 67,68
NAx = Qa + 0,5Gx = 63,72
NCx = Qa + qh + 0,5Gx = 91,60
NBx = Qa + Qc + Qt + qL+0.5Gx = 126,49


,(KNm)
,(KNm)
,(KNm)
, (KNm)
,(KNm)
,(KN)
,(KN)
,(KN)

Với lực tác dụng vào đỉnh cột RT =46(KN) dựa vào bảng 5.34 STTBTTtập II ta cã:
e = Dn/2 + A +A1 = 0,517 ,(m)
* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên các cột :

Page 14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
Mặt cắt
tính toán

Tr-ờng hợp
tải
1cần quay ra
mạn 1cần dặt
dọc tàu

Tại chỗ nối
Cả 2 cần đặt
cột với xà

dọc tàu
ngang
Cả 2 cần quay
ra mạn
1cần quay ra
mạn 1cần dặt
dọc tàu
Tại gối đỡ Cả 2 cần đặt
cần
dọc tàu
Cả 2 cần quay
ra mạn
1cần quay ra
mạn 1cần dặt
dọc tàu
Tại gối đỡ
Cả 2 cần đặt
trên của
dọc tàu
tháp
Cả 2 cần quay
ra mạn
Cả 2 cần quay
ra mạn
Mômen
1cần quay ra
xoắn cột
mạn 1cần dặt
dọc tàu


Mô men uốn và lực nén
Tại cột có cần đặt dọc tàu
Tại cột còn lại
Giá trị(KN )
Giá trị(KN )
C«ng thøc
C«ng thøc
Mx' = MAx
32.18
Mx" = 0
0.00
My' =MDy
My" = MAy
97.83
-99.60
N' =NAx
N" = NAy
63.72
63.72
Mx' = Mx" = MAx
32.18
My' =My" = 0
0.00
N' =N" = NAx
63.72
Mx' = Mx" = 0
0.00
My' =My" = MAy +MDy
-1.77
N' =N" = NAy

63.72
Mx' = MCx
Mx" = MKx
197.89
276.25
My' = MKy
My" = MCy
-121.63
107.73
N' = NCx
N" = NCy
91.60
-47.56
Mx' = Mx" = MCx + MKx
474.14
My' =My" = 0
0.00
N' =N" = NCx
91.60
Mx' = Mx" = 0
0.00
My' =My" = MCy +MKy
-13.89
N' =N" = NCy
-47.56
Mx' = MBx
Mx" = MEx
198.30
333.80
My' = MEy

My" =MBy
-167.35
85.12
N' =NBx
N" = NBy
126.49
-12.67
Mx' = Mx" = MBx + MEx
532.09
My' =My" = 0
0.00
N' =N" = NBx
126.49
Mx' = Mx" = 0
0.00
My' =My" = MBy +MEy
-82.22
N' =N" = NBy
-12.67
Mz' = Mx' + Mx"
Mz' = Mx'

-12.44

55.24
Mz' = Mx"

67.68

* KiĨm tra bỊn theo thut bỊn 3 :

td = ( 2 + 4.2 )1/2    
Trong ®ã :  = Mu/ Wu + N/ F vµ  =M”z/ W
Page 15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
Ta thấy khi cần hoạt động thì trị số ứng suất lớn nhất phát sinh trên cột có 1 cần
v-ơn ra mạn và tại gối đỡ trên của tháp
Có Mu = M ' ' x 2  M ' ' y 2 = 344,48 ,(KNm) .
 = Mu/Wu + N”/A = 344,48.102/ 5172 - 12,67/ 301,72 = 6,62 ,(KN/ cm2)
 = M’Z/ W = 67,68.102/10344 = 0,654 ,(KN/ cm2)
VËy: t® = 6,75 kN/ cm2 < 0,5.ch = 12 ,(KN/ cm2)
Cét thoả mÃn điều kiện bền
* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên thanh xà ngang :
Xà bị uốn trong mặt phẳng tháp bởi mômen MAy và MDy, bị uốn trong mặt phẳng
vuông góc với tháp bởi mômen Mxn và Mxn , bị xoắn bởi mômen MAx
Có
Mz = MAy + MDy = -1,77 ,(KNm)
Mx = M’xn + M’’xn = 55,24 ,(KNm)
 = Mx/Wx + Mz/Wz = 4,94
 = MAx/ W = 1,77
* KiĨm tra bỊn theo thut bỊn 3 :
td = ( 2 + 4.2 )1/2
t® = 6,08 kN/ cm2 < 0,5.ch = 12 ,(KN/ cm2)
Xà ngang thoả mÃn điều kiện bền

Phần IV - Tính chọn và nghiệm bền các chi tiết khác của
hệ cần cẩu - cột cẩu
4.1. Chạc đuôi cần :
Chạc đuôi cần đ-ợc chọn theo OCT 8834 - 58 . Lùc nÐn cÇn = 138 KN.

VËy ta chọn chạc loại b có các thông số nh- sau
Lực nén cần
( KN )

C

R

S

S1
( mm )

S2

a

d

150

80

62

34

12

25


175

219

Chọn vật liệu chế tạo chạc đuôi cần là thép cacbon M 18a
* Kiểm tra bền
heo điều kiện chịu dập :
d =

P0
(KN/cm2) = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm2)
2 S .d1

Vậy chạc đuôi cần ®đ bỊn

Page 16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
175

R6

2

62

12


60

219

34

80

Chạc đuôi cần

4.2. MÃ treo hàng đầu cần:
a) Kích th-ớc mà treo hàng đầu cần đ-ợc xác định theo lực nÐn cÇn , víi lùc nÐn = 138
kN ta chän cần có qui cách nh- sau
d=
219

B
(mm )

A=
390

262

b
(mm)

b1
(mm)


d1
( mm)

R
(mm)

R1
( mm)

r
( mm )

l
(mm)

S
( mm )

132

65

68

60

90

30


155

60

b) Kiểm tra mà treo hàng :
Lực tác dơng :
S’ =

S
= 28,27/ 0.95 =29,75(KN)
η pl

KiĨm tra ®iỊu kiƯn chịu cắt :
=

S'
= 1,05 (KN/cm2) = 0,4T  = 9,6(KN/cm2)
(R 1  r) 2

4

c)KiĨm tra m· n©ng cần ở đầu cần :
Lực tác dụng : H = 36(KN)
Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt :


H
d
S(R 1 )
2


= 2,3(KN/cm2) = 9,6(KN/cm2)

Vậy mà treo hàng đà chọn thoả mÃn điệu kiện bền

Page 17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
12

390

219

65

R30

R90

30
5

R90

15

MÃ t r eo h à n g đầu c ần
Tỉlệ 1 : 5


4.3. Cụm mà quay bắt dây nâng cần
Cụm mà quay bắt dây nâng cần đ-ợc hàn lên đỉnh tháp đà lắp cụm ròng rọc của
palăng nâng cần để đổi h-ớng dây nâng cần . Lực tác dụng vào cụm mà đ-ợc tính theo
ph-ơng pháp vẽ hoạ đồ lùc RT = 46 KN

12

36 KN

RT =46 KN

37.9 KN

Chän côm m· cã kÝch th-íc nh- sau
D
55

D1
85

H
265

h0
140

h1
40


h2
80

A
75

A1
92

A2
-

b
36

S
10

R
42

B
112

Page 18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHƠ
85
A


10

40

A

265

B

80

B

R42

55
A-A

10

24

36

112

B-B


92

75

V

Tc

Tc

RT
V

2

lx = 82

Qa

lp= 200

1

a)KiĨm tra bỊn cho cơm m· b¾t dây nâng cần :
-Ta có :


lp = h0 +

h1 h 2

= 200(mm)
2

V1= (Tc.lx + Qa .A1 ):lp => V1 =28,07(KN)
Trong ®ã :
Qa = 30,1(KN)
Tc = 34,7(KN)
A1 = 9,2(cm)

Page 19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
Mô men uốn lớn nhất tại điểm đặt Tc là :
Mmax = V1.(lp- lx ) = 331,26(KNcm)
øng suÊt lín nhÊt
max =

M max
M max
=
= 13,58(KN/cm2)   = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm2)
3
wu
0,1.D

Vậy mà đà chọn là phù hợp

4.4 . Gối đỡ cần :( lực nén cần P0 = 138 KN )
Chọn gối đỡ cần có các thông số nh- sau


h1

h2

h3

B

B1

A

s

80

12
0

10
0

55

26
0

17
5


15

H

H1 d2

34

44
6

36
0

A

P cos

P cos

0




0

P


A-A

P

0

P sin
0

a

A

s1

V

1

P

190

h0
1
2
0

l


12
195
5

D4 d1
1
6
6
0
5

0

D3

h

D1

1

D

H

150

KÝch th-íc ( mm )





Lùc
nÐn

Page 20
V

2

Sơ đồ lực tác dụng
gối đ? cần nhẹ

2
0


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ

a. Kiểm tra gối theo điều kiện bền uốn và kiểm tra bền cho bu lông của gối quay cần
*Kiểm tra bỊn cđa gèi :
h1
= 160 (mm)
2
h
h
lP = H - 2 - h0- 1 = 226(mm)
2
2


aP = h 0 +

-M« men n lín nhÊt t¹i gèi :
max =
max

M umax
P sinθ P0 cos θa p
P sinθ
+ o
=
+ o 2 = 8,789(KN/cm2)
3
wu
F
0,1D
πD
4

= 8,789(KN/cm2)   = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm2)

VËy nó thoả mản điều kiện bền
*Kiểm tra bu lông chốt quay cần :
- Đ-ờng kình bu lông d1 = 60(mm)
Mô men lớn nhất tại giữa nhịp của bu lông :
P0 (B S)
= 310.5 (KNcm) (S :chiều dày của chạc đuôi cần)
4
= M max = M max = 14.3( KN/ cm2)   = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm2)
3

wu
0,1d 1

Mmax =
max

Theo điều kiện cắt ta có:


P
P0
o 2 = 4.88(KN/cm2) = 9,6(KN/cm2)
F
d 1
4

heo điều kiện

chịu dập :
d =

P0
(KN/cm2)  = 0,6 T =14,4 ( KN/ cm2)
Bd 1

Vậy gối đỡ cần nhẹ đủ bền
4.5 . Móc treo hàng :
Chọn móc treo hàng với sức nâng cho phép P = 30KN
T¶i träng
cho phÐp

30

c

D

d1

H

h0

h1

h2

h3

R

S

S1

S2

S3

168


80

35

298

90

60

34

50

40

32

50

24

40

Page 21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ



Kiểm tra bền cho móc :
-Từ điều kiện móc chịu cắt kiểm tra bền cho móc theo điều kiên chịu c¾t :
24,525
Q
 
/cm2  = 0,4ch = 11(KN/cm2)
h3 .( S 2  S 3 )
F
2
VËy mãc ®đ bỊn
Trong ®ã:
ch = 27,5 (KN/cm2) :theo b¶ng 5.41 sỉ tay TBTTtËp II
* KiĨm tra bền cho chốt :
-Từ điều kiện chốt chịu cắt kiểm tra bền cho chốt theo điều kiên chịu cắt :
Q 24,525
 
/cm2  = 9,6(KN/cm2)
2
F
d 1

4
VËy chèt ®đ bỊn


4.6.Puli nâng hàng đầu cần
Tải trọng Ppl tác dụng vào puli là hợp lực của sức căng S trong dây nâng hàng và sức
căng S trong nhánh dây nâng hàng chạy dọc cần, Ppl = 43,5 (KN)
Đ-ờng
Tải

kính
cho
cáp
B
phép
lớn
(KN) nhất
(mm)

b b1 D D1 d

d1

d2 H h1 h2 h3 h4 h6

r

s

Khèi
S1 l-ỵng
(Kg)

Page 22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
22,5

9

0

1
8
0

4
8

2
2
5

4 1M 2
4 33 6

5
5
0

1
5
5

2
2
0

3
4


1
0
5

4
0

1
2

4 10

21

40

26

34

105

34

60

2
6
5


220
550

1M33

155

180
225

90

44

10
48

265

puly nâng hàng đầu cần
*Kiểm tra bỊn cho trơc rßng räc :
Ta kiĨm tra bỊn cho trục theo điều kiện chịu cắt :
Ppl
43,5


/cm2 = 9,6(KN/cm2)
2
F

d

4
Vậy trục ròng rọc đủ bền

4.7.MÃ quay cần
Tải trọng tác dụng lên mà quay cần là lực căng trong dây gi»ng cÇn Z =71 (KN)
Ta chän m· quay cÇn cã các kích th-ớc nh- sau
Tải trọng
cho phép
(KN)
75

e

B1

b

b1

R2

r1

c

S1

50


190

94

48

64

22

106

42

Page 23


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ
*Kiểm tra bền của mà :
Một cách gần đúng coi mà chịu cắt
c

Z
S1 ( B1 c)

= 4,02 (KN/cm2)  
2

= 0,4 T =9,6 ( KN/ cm2)

VËy m· quay cần đà chọn đủ bền

4.8.Tấm tam giác :
Từ sức căng trong dây nâng hàng Sh = 28,27 (KN) ta chọn
Tải trọng
cho phép
(KN)
30

mà quay cần
:

C

d

r

S

Khối l-ợng (kg)

110

40

38

20


3

*Kiểm tra bền :
Theo điều kiƯn bỊn c¾t :
 

Sh
28,27

(KN/cm2)  = 9,6(KN/cm2)
d
F
(r  ).S
2

TÊm t am giá c

phần V.Tính truyền động
5.1. Tời nâng hàng
Căn cứ vào sức nâng P = S = 31,02 KN , vµ têi bè trÝ cho 1 derrick ta chän loại tời trong
bảng 5.54.STTBTT-2

Page 24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦN CẨU DERRICK ĐÔI TÀU HÀNG KHễ

Số
tời


Nhóm
tốc
độ

Sức
nâng
(KN)

Lực kéo
danh
nghĩa
trên tang

8

2

32

36 kN

Tốc độ xác lập
Khi quấn cáp có
Khi thả
lực kéo danh
cáp
nghĩa
38 45 m /ph

16 m/ ph


Tang tời
D

L

l-ợng
quấn cáp

0,53
m

0,63
m

60 m

5.2.Động cơ
Công suất lí thuyết của động cơ
N lt 

P.v
 15,5( KW )
102.60

Trong ®ã P = 3162(KG) –Lùc kÐo trên tang
v = 30 (m/ph) Tốc độ nâng hàng
Công suất thực tế cần thiết
Ntt = Nlt /W)
Trong đó iệu suất của cơ cấu truyền động

Ta chọn tời nâng hàng Liên Xô có các thông số kỹ thuật

0,7

1,2

60

40/60

300

18

1160 40 T 4

kí hiệu

M41

Mô men phanh
(daN.m)

32

Kí
hiệu

Số vòng
quay(V/P)

Hệ số mở máy
(%)

Tốc Tốc
Sức
độ
độ
nâng nâng nâng
(KN) hàng móc
(m/s) (m/s)

Phanh

Công suất (KW)

Động cơ
Số lần
Hệ Năng
mở
số
suất
máy
mở (chu
trong
máy kì /
một
(%) giờ)
giờ

Kiểu

tay
khống
chế

40,0

Từ

5.3.Hộp giảm tốc :
Tốc độ quay của tang khi nâng hàng định mức
ntang = v/.D = 18,04 (vòng/phút)
v : tốc độ nâng hàng ,v = 30 (m/phút)
Tỉ số truyền của hộp giảm tốc
i = nđcơ /ntang = 1160/18,04 =43,2
VËy ta chän hép gi¶m tèc cã tØ sè truyÒn i = 64,3

Page 25