CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ Thơng số tàu: Tổng tải trọng: 5000 Tự trọng tàu hạ thuỷ: 2000 Chiều dài lớn tàu: Lmax = 120 m Chiều rộng lớn tàu: Bmax = 18 m Mớn nước hạ thuỷ: Tmin = 1,5 m Kết cấu đà bán ụ 5000T bao gồm hạng mục sau: A Cửa phao: phao cửa ụ kết cấu thép, dạng tự Kích thước phao cửa ụ, dài x rộng x cao = 21,4m x 2,2m x 6,65m Khi đóng phao cửa ụ, phao tựa vào ngưỡng tường mố cửa ụ, toàn thân phao tựa lên hai đầu mố tường ụ vai đỡ cửa phao B Xe triền: kích thước xe = dài x rộng x cao = 7mx3mx430mm (tính từ tâm trục bánh xe) C Đầu ụ Móng cọc đầu ụ Bản đáy cửa ụ Tường mố cửa ụ Tường đất sét chống thấm Thiết bị công nghệ D Ray dầm ray E Bệ đà F Kè hai bên bệ đà G Bệ puly (hố thế) Do thời gian hoàn thành đề tài ngắn kiến thức cịn hạn chế thơng qua q trình thực tế nhà máy đóng tàu Nha Trang nên đề tài em xin trình bày hai hạng mục quan trọng đà bán ụ 5000T là: Xe triền Phao cửa ụ 3.1 TÍNH TỐN XE TRIỀN Sơ đồ khung xe triền 3.1.1 Đặc tính kỹ thuật xe triền:  Sức chở tối đa: Q = 250T/1xe  Kích thước xe = dài x rộng x cao = 7mx3mx430mm (tính từ tâm trục bánh xe)  Khoảng cách hai tâm bánh xe theo phương dọc: Lxt = 3000mm  Khoảng cách hai tâm bánh xe theo phương dọc: Lxn = 6600mm  Chiều cao xe tính từ mặt đường ray đến sàn đỡ tàu: H = 600mm  Kích thước sàn xe đỡ tàu: 6960 x 3000mm  Xe tự cân leo xuống dốc với độ nghiêng 1/10  Đường kính bánh xe Dx = 400mm ( bánh xe có gờ định hướng chống trượt )  Tổng số bánh xe: 16  Số ray mà xe tựa lên:  Tải trọng cho phép bánh xe: 70 tấn/cái  Kết cấu hệ bánh xe di chuyển có khớp xoay để tàu nằm xe ổn định bánh xe tiếp xúc với đường ray  Khung xe triền kết cấu theo hệ khung chịu lực, tiết diện hình hộp chữ nhật để tăng sức chịu tải, giảm khối lượng vật liệu đồng thời có độ ổn định cao  Khung xe có cấu tạo nhịp dầm gồm hàng bánh xe chạy đường ray đảm bảo ổn định cho tàu hạ thuỷ  Khung ngồi thân xe có kết cấu U450x12/120x14 thép hàn Các cấu liên kết với liên kết hàn gia cường mã  Dầm đỡ cụm bánh xe có kết cấu U450x12/120x14, dầm liên kết cấu tạo khung hợp vững nâng đỡ cụm bánh xe ( cụm bánh ) Tồn thân xe gồm có dầm song song liên kết khung liên kết hàn gia cường mã  Khung cấu bên bao gồm cấu dọc ngang, chéo thép hàn dạng 1450x12/150x14 hàn với liên kết với khung  Trên hai đầu trước sau thân xe lắp móc dùng để liên kết xe với nhau, vị trí móc dùng để liên kết cứng  Cụm bánh xe: bao gồm khung dầm đỡ thép chiều dày s = 20mm, bánh xe với Dx = 400mm, cụm gối đỡ xoay liên kết với khung xe giúp cho bánh xe ln tì vào ray di chuyển 3.1.2 Tính tốn kiểm tra bền bánh xe triền: Áp dụng định luật Hooke:  c  = N/F ( 3-1 ) Trong đó:  c   250 MN / m _là giới hạn chảy vật liệu thép bon, tra bảng F_mặt cắt chịu lực vật liệu, chọn mặt cắt nhỏ N_lực nén lớn mà bánh xe chịu trước bị biến dạng chảy Mặt cắt chịu lực nhỏ mặt cắt di qua tâm bánh xe hướng dọc theo hướng chịu lực bánh xe hình vẽ sau Hình 3.1 Mặt cắt chịu lực bánh xe triền F = 14075 mm2 F = 0,01408 m2 Vậy: N =  c .F = 0,01408.250 = 352 T Như với tổng lực tác dụng lên bánh xe 255 T bánh xe đủ bền 3.1.3 Tính tốn kiểm tra bền trục bánh xe: Tải trọng xe triền: 250T Tự trọng xe triền: 5T Mơ hình tải trọng tác dụng lên trục xe thể sau: q=593(N/mm) D 270 + Qy (N) - 135 135 Mx (N/mm) Hình 3.2 Mơ hình tải trọng tác dụng lên trục xe Trục xe triền chọn có dạng hình trịn với đường kính D ( mm ) Như tải trọng tác dụng lên trục là: p= 250   16 T 16 Lực phân bố trục là: q= p 160000   593 ( N/mm ) l 270 Dựa vào sơ đồ mô men lực ta thấy: mặt cắt trục nguy hiểm Mô men cực đại là: ql 593.270 Mmax =   5403713 (N/mm2) 8 Lực cắt lớn trục là: Qmax = ql 593.270   80,055 (N) 2.1000 Mặt khác chọn trục hình trịn nên ta có: Mơ men chống uốn mặt cắt là: Wx = 0,1.D3 Vậy ứng suất gây trục là:  M max    Wmax   =235 (N/mm2)_ứng suất cho phép vật liệu làm trục Thế vào ta được: 0,1D3  22995 Vậy D  61,3 (mm) Như tính chọn đường kính trục ta thường nhân với hệ số an tồn là: n = 1,5 Vậy đường kính trục thực tế phải chọn là: D = 61,3.1,5 = 91,95 (mm) Để dễ thi công đảm bảo độ bền trục ta chọn đường kính trục xe là: D = 100 (mm) 3.1.4 Tính tốn kiểm tra bền sàn xe triền: Hình 3.3 Sơ đồ sàn xe triền Quá trình kiểm tra bền thực theo quy trình sau:  Kiểm tra vị trí nguy hiểm sàn chịu lực  Lựa chọn từ việc kiểm tra để có phương án tối ưu Vị trí nguy hiểm sàn dầm sàn có kết cấu hình vẽ: 3.1.4.1 Đối với dầm đỡ dọc: Sơ đồ tải trọng tác dụng q=104,64(N /m m ) 450 d t h 3000 Qy + 1500 - 1500 M x (N /m m ) Hình 3.4 Mơ hình tải trọng tác dụng lên trục xe Về mặt kết cấu dầm sau: Chiều dài chịu tác dụng gối: Dầm có kết cấu chữ I: 3000 mm mm b = 450 mm h = 12 mm t = 14 Tải trọng sàn làm việc: d = 150 mm Q = 250 T Tải trọng thân sàn thiết bị sàn: T = (T) Số dầm đỡ dọc sàn xe triền là: dầm Ta coi tải trọng phân bố sàn xe triền, ta tính tải trọng phân bố dầm sàn là: p = 255  32 T Khi lực phân bố trêm dầm là: q = 32.9,81.1000  104,64 N/mm 3000 Ứng suất bền cho phép vật liều làm dầm là:    235 N/mm2 Ứng suất tiếp cho phép vật liệu làm dầm là:    117,5 N/mm2 Dầm đặt gối di động Mô men uốn mặt cắt dầm là: ql 104,64.3000 M=   117720000 N/mm2 8 Lực cắt cực đại dầm: Q= ql 104,64.3000   156960 N 2 Mơ men qn tính: Với dầm chữ I Mơ men qn tính: Jx = 12.422  2.2112.150.14 = 262139648 mm4 12 Mô men chống uốn mặt cắt: Wx = Ứng suất tiếp lớn nhất: Jx  1165065 mm3 225 Xf [2]x[11] Toång [12] [13]x 2 T Xc=[13]/[4]  =[4]/LixBixTi ro=Ix/Vi Ro=Iy/Vi  =ω/BiXTi [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.000 0.06 59.89 1.00 0.04 1.26 1.26 0.27 0.01 0.470 0.37 44.50 0.53 0.14 5.51 8.02 1.69 0.04 0.521 0.28 24.27 0.61 0.14 5.51 19.03 4.02 0.05 0.599 0.18 15.81 0.71 0.14 5.51 30.04 6.35 0.07 0.583 0.15 13.01 0.77 0.14 5.51 41.06 8.67 0.09 0.543 0.13 11.64 0.81 Bảng tính mơ men qn tính Ix Iy 0.61 583.12 0.61 583.12 9.3 1104.3 13.35 1160.16 13.35 1160.16 13.35 1160.16 13.35 1160.16 3.2.4.5 Tính vẽ đồ thị ổn định Trường hợp yc90 2.195 1.243 1.142 0.1009 0.533 0.000 1.400 0.258 28.02 2.113 1.170 1.137 0.0328 0.263 0.000 2.200 1.063 56.64 TH1 zc90 zc0 zc90-zc0 r0 r90 zg zg - zc0 ho θ (zc90-zc0) r0 f3(θ) r90 f4(θ) (zg- zc0) lθ=[2]+[3]+ ∑[7] lθd=[8]*P f2(θ) *sinθ [1] [2] [3] [4] [5] [6] *Δθ/360 [4]+[5]-[6] [7] [8] [9] 10 0.06167 -0.00153 0.08431 0.00000 0.04488 0.09958 0.09958 0.00869 20 0.44203 -0.01068 0.12215 0.00000 0.08820 0.46530 0.66446 0.05796 30 1.23896 -0.02796 0.09273 0.00000 0.12895 1.17478 2.30454 0.20101 40 2.18974 -0.04446 0.01290 0.00000 0.16248 1.99571 5.47503 0.47754 50 3.30623 -0.04693 -0.07126 0.00000 0.19755 2.99049 10.46123 0.91245 60 2.85103 -0.02186 -0.11539 0.00000 0.22334 2.19045 15.64217 1.36434 70 2.05147 0.02534 -0.09561 0.00000 0.24243 1.73876 19.57137 1.70706 80 0.84894 0.07651 -0.03651 0.00000 0.25274 0.63620 21.94633 1.91421 90 0.00000 0.10095 0.00000 0.00000 0.25790 -0.15695 22.42557 1.85601 l , l d (m) I l ld -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90  57°3 TH2 lθd= yc90 θ (zc90-zc0) f1(θ) f2(θ) (zg - zc0) lθ=[2]+[3]+ r0 f3(θ) r90 f4(θ) ∑[7] *sinθ [8]*P [4]+[5]-[6] *Δθ/360 [1] [2] 10 0.05939 [3] - [4] [5] [6] [7] [8] [9] 0.04164 0.00000 0.18498 0.07555 0.07555 0.00659 0.06032 0.00000 0.36358 0.11892 0.27002 0.02355 0.00050 20 0.42564 0.00347 30 1.19303 - 0.04580 0.00000 0.53154 0.69819 1.08713 0.09482 0.00637 0.00000 0.66974 1.43073 3.21605 0.28051 0.00000 0.81432 2.31889 6.96567 0.60756 0.00000 0.92063 1.76061 11.04517 0.96338 0.00000 0.99930 0.93713 13.74291 1.19869 0.00000 1.04182 -0.21751 14.46253 1.26145 90 0.00000 0.03282 0.00000 0.00000 1.06309 -1.03027 13.21475 1.15262 0.00909 40 2.10856 0.01445 50 3.18366 - - 0.01526 0.03519 60 2.74533 - - 0.00710 0.05698 70 1.97541 0.00824 0.04722 80 0.81747 0.02487 0.01803 II l , l d (m) l ld -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90  57°3 Bảng hệ số f1 f2 f3 f4 Sin(q) 0.028 -0.0152 0.1582 0.0025 0.174 0.201 -0.1058 0.2292 0.0165 0.342 0.565 -0.277 0.174 0.0425 0.5 0.998 -0.4404 0.0242 0.0613 0.63 1.506 -0.4649 -0.1337 0.0502 0.766 1.299 -0.2165 -0.2165 0.866 0.935 0.251 -0.1794 -0.067 0.94 0.387 0.7579 -0.0685 -0.092 0.98 0 Các trường hợp tải TT Đại lượng tính Ký hiệu trọng Đơn vị Lượng chiếm nước D T 70.000 140.000 Thể tích chiếm nước V m3 68.293 136.585 Mớn nước T m 1.800 3.600 Hoành độ tâm XC m 0.340 0.680 Hoành độ trộng tâm Xg m 1.200 1.200 Cao độ trọng tâm Zg m 1.400 2.200 Cao độ tâm ZC m 0.350 0.700 Hiệu Xg -XC m 0.860 0.520 Bán kính ổn định dọc R0 m 29.070 58.140 10 Chiều cao ổn định dọc H0 m 28.020 56.640 11 Nghiêng dọc DT m 0.657 0.127 12 Hoành độ trọng tâm ĐN Xf m 0.123 0.246 13 Nghiêng dọc mũi DTm m 0.325 0.062 14 Nghiêng dọc đuôi DTd m 0.332 0.065 15 Bán kính ổn định ngang r0 m 0.623 0.125 16 Chiều chìm mũi Tm m 2.125 3.662 17 Chiều chìm Td m 1.468 3.535 18 Mơ men qtính hàng lỏng Mq tm 0 19 Hiệu chỉnh hàng lỏng dh = Mq/D m 0.000 0.000 20 Cao độ tâm nghiêng Zm = Zc + r0 m 29.420 58.840 21 Chiều cao ổn định h0 = Zm - Zg m 28.020 56.640 3.2.4.6 Tính diện tích hứng gió Tay địn hứng gió TT1 TT2 Z 2.74 0.4875 TT Bề mặt chịu gió Ai(m2) Zch (m) Ai.Zch(m3) Mạn khơ 103.79 2.425 251.691 Be gió 103.79 6.65 690.204 Tổng 207.58 4.5375 941.894 TT Bề mặt chịu gió Ai(m2) Zch (m) Ai.Zch(m3) Mạn khơ 65.27 1.525 99.5368 Be gió 65.27 6.65 434.046 130.54 4.0875 533.582 Tổng 3.2.4.7 Tính góc vào nước No Hạng mực tính tốn TT1 TT2 Chiều chìm 1.80 m 3.60 m Cao độ lỗ khoét 1.8 m 1.8 m Hoành độ lỗ khoét m m Góc mép boong nhúng nước 50.49 độ 37.33 độ Góc vào nước 0.00 độ -24.23 độ 3.2.4.8 Tính biên độ chịng trành STT Hạng mục tính tốn T.T T.T2 ho 28.02 56.64 D 70.00 140.00 Zg 1.40 2.29 B 2.20 2.20 T 1.80 3.60 Cb 0.76 0.69 B/T 1.22 0.61 ho0,5/B 2.41 3.42 Y 32.00 32.00 10 X1 0.90 0.90 11 X2 1.00 0.97 12 qr 28.80 27.94 13 Hệ số giảm trành 14 Biên độ lắc 0.70 0.70 20.00 20.00 3.2.4.9.Kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn Hạng mục tính nghiệm STT Đơn vị TT1 TT2 D 70 140 Diện tích hứng gió m2 207.58 130.54 Tay địn hứng gió m 2.74 0.4875 Áp lực gió KG/m2 21.514 16.801 Mơ men nghiêng T-M 12.2365 1.069186 Góc vào nước độ -24.23 Lcf m 0.18 0.47 Mcf Hệ số an toàn K 10 Ltmax 11 Góc có Ltmax T-M 12.6 65.8 1.02971 61.54213 m 3.349 0.372 độ >30 >30 3.2.4.10 Kiểm tra ổn định kéo phao cửa ụ chịu tác dụng gió Hạng mục tính nghiệm STT Đơn vị TT1 TT2 Lượng chiếm nước 70 140 Chiều chìm m 1.8 3.6 Cao độ trọng tâm Zg m 1.4 2.2 Chiều dài đường nước m 21.4 21.4 Mơ men nghiêng gió T-M 12.2365 1.069186 Mô men nghiêng tổng cộng T-M 12.2365 1.069186 Góc mép boong nhúng nước(0.8) độ 40.3919 29.86262 Mcf1 12.6 65.8 Hệ số an toàn ổn định K1 1.02971 61.54215 Vậy Phao đảm bảo ổn định T-M ... 2 31 .42 91 .34 24.82 62.84 92.80 0.66 3 39 .33 162.09 29.42 117.99 2 73. 63 1.10 4 39 .33 240.75 73. 38 157 .32 548.94 1.48 5 39 .33 31 9.41 98.94 196.65 902.91 1.84 6 39 .33 39 8.07 124.50 235 .98 133 5.54... 0.7 73 25.44 39 .33 162.09 47.81 117.99 2 73. 63 57.80 1.21 0. 835 49.01 39 .33 240.75 73. 38 157 .32 548.94 115.96 1.58 0. 835 75.21 39 .33 31 9.41 89.20 196.65 902.91 190.74 2.14 0. 835 91. 43 39 .33 39 8.07... 0 .35 0 .35 0 11 I 9.54 I'' 0.60 12 II 0 .35 II'' Ym Yd 1.1 13 III 9.19 III'' 0.60 14 IV 39 .33 IV'' 0.14 15 V 1.28 Bảng diện tích mặt đường nước tính ĐN MB S 14.98 14.98 31 .42 39 .33 39 .33 39 .33 39 .33