Luận văn Tính toán, thiết kế và lập quy trình thử nghiệm chuyển tải dùng khung chụp kép xếp dỡ container tại cảng quốc tế Cái Mép – Thị Vải

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG Chương 1: Giới Thiệu Về Công Ty Tân Cảng Sài Gòn 1.1 Giới thiệu chung: 1.1.1 Lịch sử Công ty Tân Cảng Sài Gòn: Để phục vụ cho cuộc chiến tranh xâm lược Việt Nam, giữa những năm 60, chính quyền Mỹ – Nguỵ cho xây dựng cạnh cầu Sài Gòn một quân cảng với hệ thống cầu tàu dài trên 1.200m, rộng 24m, một bến nghiêng rộng 40m, 8 kho hàng trên cầu tàu diện tích 16.800 . Vì mục đích trước mắt, Mỹ- Nguỵ không đầu tư trang bị các phương tiện xếp dỡ hiện đại, hệ thống kho bãi cũng mang tính chất dã chiến. Sau ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng 30/4/1975, đến đầu năm 1989 có nhiều đơn vị quân đội cùng tiếp quản nhưng không có kinh phí để duy tu, bảo dưỡng nên hệ thống cơ sở hạ tầng cầu bến, kho bãi, đường giao thông, điện, nước, doanh trại xuống cấp nghiêm trọng. Ngày 15/3/1989, Bộ Trưởng Bộ Quốc Phòng đã ra quyết định số 41/QP về việc thành lập Quân Cảng Sài Gòn thuộc Quân Chủng Hải Quân và ngày đó hàng năm đã trở thành ngày truyền thống của đơn vị. Ban đầu, ngoài nhiệm vụ quân sự, Quân Cảng Sài Gòn được phép tận dụng công suất nhàn rỗi để tiếp nhận các tàu kinh tế. Trước sự phát triển của đất nước thời kỳ mở của, đặc biệt là sự tăng cường không ngừng của hoạt động xuất nhập khẩu, ngày 29/03/1989, Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng (nay là Thủ Tướng Chính Phủ) đã ban hành quyết định số 77/QĐ-HĐBT công nhận Quân Cảng Sài Gòn là một doanh nghiệp quốc phòng với tên doanh nghiệp là CÔNG TY TÂN CẢNG SÀI GÒN (SAIGON NEWPORT COMPANY). Trong quá trình xây dựng, trưởng thành, cán bộ, công nhân viên, chiến sĩ Công Ty Tân Cảng Sài Gòn luôn quán triệt sâu sắc quan điểm kết hợp kinh tế với quốc phòng, đoàn kết khắc phục khó khăn, vượt qua thử thách, hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ quân sự và nhiệm vụ sản xuất kinh doanh. Với thành tích đặc biệt xuất sắc Công Ty Tân Cảng Sài Gòn đã được Chủ Tịch nước Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam phong danh hiệu Anh hùng lao động (2004); 02 huân chương chiến công hạng Ba (1995, 2000); 01 huân chương lao động hạng Nhì (1999) và một huân chương lao động hạng Ba (2005); Thủ tướng Chính phủ tặng một cờ thưởng thi đua (2003) và nhiều bằng khen của cấp trên và chính quyền địa phương. 1.1.2 Sơ đồ tổ chức quản lí của Công ty: Hình 1.1: Sơ Đồ Tổ Chức 1.1.3 Cơ sở vật chất thiết bị và sản lượng khai thác của Công ty: a. Sản lượng khai thác: Hình 1.2: Sản lượng khai thác b. Cơ sở vật chất, thiết bị của Công ty: Hình 1.3: Cơ sở vật chất, thiết bị 1.2 Các dịch vụ kinh doanh của Công ty: 1.2.1 Dịch vụ xếp dỡ hàng hoá: - Xếp dỡ hàng hoá các phương án tàu-kho; tàu-ôtô hoặc ngược lại. - Sang mạn hàng hoá tại cầu tàu, phao. - Xếp dỡ hàng hoá siêu trường, siêu trọng tại cầu tàu, phao. - Chằng buộc hàng hoá trên tàu. a. Năng lực: - Tiếp nhận, phục vụ các tàu hàng rời trọng tải tới 36.000 tấn, tàu container trọng tải tới 30.000 tấn. - Mức giải phóng tàu: 30 cont/ giờ tàu. - Sử dụng cẩu ôto 400 tấn, cẩu nổi 100 tấn làm hàng siêu trường, siêu trọng. b. Đã thực hiện: (từ 1992-2004) - Tiếp nhận và phục vụ 10932 tàu hàng rời và tàu container. - Xếp dỡ 4.244.755 teus container an toàn. 1.2.2 Dịch vụ cảng biển, kho bãi: - Dịch vụ sữa chửa tàu, container; trong sửa chữa tàu Công ty liên kết với XNLH Bason để thực hiện. - Dịch vụ vệ sinh hầm hàng, đổ rác tàu biển. - Xếp dỡ hàng hoá theo phương án kho bãi – ôtô hoặc ngược lại: đang sử dụng 6 cẩu khung 13+1, 11 cẩu khung 3+1, 25 xe nâng hàng, 17 xe nâng rỗng và 5 cần trục sức nâng từ 20-65 tấn. - Đóng rút hàng ra vào container: đang sử dụng 54 xe nâng từ 1-5tấn đóng rút hàng ra vào container. - Giao nhận, kiểm đếm hàng hoá với tàu, giao nhận hàng kho bãi. - Lưu kho bảo quản hàng hoá: cảng có các loại kho bách hoá, hàng rời và kho CFS, tổng diện tích 102.500, thiết bị xếp dỡ có 28 xe nâng từ 1-7tấn. - Sửa chữa bao gói và đóng gói hàng hoá: khu vực kiểm hoá và đóng gói hàng của cảng có 2 phểu cố định và một số phễu di động để đóng bao hàng rời, công suất mỗi phễu khoảng 10 tấn/giờ. 1.2.3 Dịch vụ xây dựng và sửa chữa công trình: - Xây dựng và sửa chữa các công trình thủy công. - Xây dựng và sửa chữa cầu tàu, kho bãi hàng, triền đà, ụ tàu… - Xây dựng và sửa chữa các công trình công nghiệp, dân dụng, cao ốc văn phòng. - Sản xuất đá xây dựng. a. Năng lực: - 02 dàn búa máy đóng các loại cọc kích thước 45x45x2.300cm - Xây dựng cầu cảng cho tàu trọng tải tới 50.000 tấn. - Xây dựng các triền đà, ụ tàu 10.000 tấn. b. Công trình đã tham gia xây dựng: - Cầu tàu 25.000 tấn cho cảng Cát Lái 1996 - Cầu tàu 36.000 tấn cho cảng Cát Lái 2004-2005 - Các kho từ 6.000 – 10.000 của Công ty Tân Cảng Sài Gòn tại Cát Lái, Sóng Thần. - Bãi chứa container có hàng đến 5 tần của Công Ty Tân Cảng Sài Gòn tại Cát Lái, Sóng Thần, Tân Cảng. - Triền đa Z753 – Nha Trang. - Khu nhà văn phòng 3 tầng của Công ty Tân Cảng Sài Gòn tại Cát Lái. 1.2.4 Dịch vụ vận tải hàng hoá: - Vận tải hàng hoá đường bộ - Vận tải hàng hoá đường thuỷ a. Năng lực: - 05 sà lan sức chứa từ 15- 54 teus - 55 xe đầu kéo container công suất từ 220-350 HP b. Sản lượng 4 tháng đầu năm 2005: - Vận chuyển bằng đường thuỷ: 29.054 teus - Vận chuyển bằng đường bộ: 53.110 teus 1.2.5 Dịch vụ lai dắt tàu biển: - Lai dắt tàu biển ra vào cầu, phao - Lai dắt các công trình nổi - Phục vụ thi công các công trình thuỷ công a. Năng lực: - Gồm 07 tàu lai có công suất từ (615-2.500HP), có thể hoạt động trên sông và trên biển. b. Đã thực hiện: - Hỗ trợ các tàu container, tàu hàng rời ra vào Tân Cảng, Cát Lái và các cảng khác trong vùng nước Cảng vụ Sài Gòn từ tháng 4/1997 đến tháng 4/2005 với khoảng 7.000 chuyến tàu ra vào an toàn. 1.2.6 Dịch vụ nạo vét đường biển: - Nạo vét vùng nước trên bến cảng. - Nạo vét phục vụ thi công cầu cảng, bờ kè và các công trình thuỷ công khác. a. Năng lực: - Xáng cạp có khả năng nạo vét đến độ sâu -12.5m, công suất 900/ngày. - 02 xà lan chở đất mở đáy sức chứa 300. - 01 tàu lai công suất 615HP. - Vùng hoạt động: các cảng biển và cửa sông. b. Đã thực hiện: - Đã nạo vét hàng trăm nghìn mét khối tại vùng nước trước bến của Tân Cảng và Cát Lái từ năm 2000 đến nay. 1.2.7 Dịch vụ cứu hộ trên sông, trên biển: - Tổ chức cứu hộ tàu biển và các phương tiện thuỷ - Chữa cháy và xử lý dầu tràn tại các cảng. a. Năng lực: - Các tàu lai công suất lớn của công ty. - Huy động tàu kéo – lai dắt cứu hộ Titan của lữ đoàn 125. - Xe cứu hoả: 01 xe do CHLB Nga chế tạo. - Phao ngăn dầu: 300m - Phao thắm dầu: 300m - Túi đựng dầu bẩn loại 200lít: 40 túi - Túi đựng nước bẩn loại 200lít: 40 túi - Một số tàu lại tại Quân cảng được trang bị hệ thống bơm cứu hoả rất mạnh. b. Đã thực hiện: - Cứu cạn tàu Mê Linh trọng tải 15.000tấn của Vinalines tại khu vực thượng lưu XNLH Bason. - Cứu hộ và kéo tàu của hãng WH Đài Loan bị hỏng máy từ khu vực phao ‘0’ Vũng tàu ra nhà máy đóng tàu Huyndai-Vinasun Nha Trang. - Tàu Tân Cảng 12 đã tham gia diễn tập cứu hộ, cứu nạn trên biển tại Vũng Tàu năm 2002 của Trung Tâm tìm kiếm cứu hộ cứu nạn Vũng Tàu tổ chức. 1.2.8 Dịch vụ giao nhận hàng hoá và cung cấp nước ngọt: - Giao nhận hàng hoá nội địa, hàng xuất nhập khẩu. - Thông quan hàng hoá xuất nhập khẩu - Cung ứng nước ngọt, thực phẩm cho các tàu biển: nước ngọt cung cấp cho tàu biển đã được cơ quan kiểm dịch quốc tế thành phố Hồ Chí Minh kiểm tra chất lượng, về thực phẩm được cung cấp từ siêu thị Metro. 1.2.9 Dịch vụ trung chuyển hàng hoá quốc tế, hàng quá cảnh và kinh doanh hàng hoá trung chuyển quốc tế: - Thực hiện từ tháng 10 năm 2002 - Sản lượng container trung chuyển quốc tế qua Tân Cảng chiếm khoảng 75% của cả nước. - Kinh doanh hàng hóa trung chuyển quốc tế tại khu cảng mở Cát Lái. - Chính sách khuyến khích khách hàng và các dịch vụ của Cảng. Chương 2: Phân Tích Lựa Chọn Phương Aùn Thiết Kế 2.1 Sơ lược về Cảng trung chuyển Cái Mép: Cảng nước sâu tại Cái Mép – Bà Rịa Vũng Tàu, cách hoa tiêu Vũng Tàu 33km, có thể tiếp nhận tàu trên 6.000 TEU. Sau khi giai đoạn 1 hoàn thành sẽ có 300m cầu tàu với sự phục vụ của 3 cẩu bờ chuyên dụng (được hãng Kock thiết kế với sức nâng dưới khung chụp khoảng 65Tf) để xếp dỡ container và 20ha bãi sẽ đi vào hoạt động trong năm 2008. Hình 2.1: Sơ đồ quy hoạch 2.2 Lựa chọn phương án thiết kế: Trong quá trình phân tích, lựa chọn ra một phương án thiết kế nào đó, người ta thường dựa trên việc phân tích ưu, nhược điểm của các thiết bị có cùng chức năng để tìm ra thiết bị phù hợp nhất với yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên trong trường hợp của Cảng Trung Chuyển Cái Mép, đây là cảng được đầu tư để phục vụ chủ yếu cho việc xếp dỡ, giao nhận container. Do đó, việc lựa chọn thiết bị tiền phương cho cảng trở nên khá đơn giản, vì trong lĩnh vực xếp dỡ container hiện nay thì các cầu chuyển tải chuyên dụng để xếp dỡ container luôn là giải pháp tối ưu. Khi so sánh với các thiết bị tiền phương khác như cần trục chân đế, cần trục nổi, cần trục tự hành… ta dễ dàng nhận ra được những ưu điểm nổi bật của cầu chuyển tải trong việc xếp dỡ container: năng suất cao (có thể đạt 40-50 TEU/giờ), giá thành xếp dỡ thấp, thời gian bảo dưỡng thấp… bên cạnh đó, việc sử dụng cầu chuyển tải cũng có các nhược điểm đáng kể như: chi phí đầu tư ban đầu cao do giá thành của cầu chuyển tải rất lớn (khoảng 7 triệu USD/chiếc), chi phí xây dựng cầu tàu cao do áp lực lên nền cầu tàu lớn… tuy nhiên đây không phải là trở ngại quá lớn cho đơn vị cảng lớn nhất Việt Nam hiện nay như Công Ty Tân Cảng-Sài Gòn. Vì những lí do kể trên, trong phần phân tích, lựa chọn phương án này, ta sẽ đi vào chi tiết kết cấu của cầu chuyển tải, nhằm tìm ra một kết cấu tối ưu cho việc thiết kế. Cụ thể, ta sẽ phân tích ưu nhược điểm của kết cấu cụm tời nâng hàng-xe con và kết cấu dầm chính của cầu chuyển tải. 2.2.1 Cụm tời nâng: a. Tời nâng được đặt trên dầm chính, xe con tự hành (Semi-rope trolley): Hình 2.2: Sơ Đồ Mắc Cáp I * Lượng cáp cần dùng, giá thành và thời gian bảo dưỡng, thay thế: - Lượng cáp: 4 sợi 36x310m - Giá thành: khoảng 23520 EUR/1 lần thay mới. - Thời gian bảo dưỡng: 10 ca bảo dưỡng/1 lần thay mới. * Ưu điểm: - Tổng trọng lượng của xe con nhẹ hơn so với khi tời nâng được đặt trên xe con. - Tải trọng tác dụng lên bánh xe nhỏ. Do đó, kích thước của bánh xe và ray xe con nhỏ. - Trọng lượng của dầm chính và trọng lượng của cả thiết bị nhỏ. - Tổng chiều cao của thiết bị nhỏ hơn so với khi xe con di chuyển bằng cáp kéo. - Hệ thống cáp tràng hoa nhỏ. - Tời nâng cần và tời nâng hàng được đặt trong một nhà điều khiển nên việc chăm sóc, bảo dưỡng thuận lợi hơn. - Tiếng ồn phát ra từ cụm tời nâng ít ảnh hưởng đến người lái. * Nhược điểm: - Sử dụng nhiều cáp cho cụm tời nâng hàng và hệ thống cáp nâng dẫn hướng ngang. - Sử dụng thêm nhiều chi tiết như: các puly dẫn hướng cáp nâng trên dầm chính, trên xe con… - Khó điều khiển chính xác do cáp nâng quá dài làm xuất hiện tải trọng nằm ngang khi cáp dao động. - Tốc độ của cáp nâng trên headblock cao khi xe con di chuyển với tốc độ cao làm cho cáp nâng mòn nhanh hơn. - Xuất hiện tải trọng tác dụng lên dầm chính tại puly đổi hướng cáp ở đầu cần. - Khi xe con di chuyển ra khoảng cách xa, cần có bộ phận bổ sung cáp nâng và hệ thống puly dẫn hướng cáp làm tăng khối lượng dầm chính và sự mài mòn cáp nâng. - Giảm hiệu suất khai thác của cơ cấu do ma sát xuất hiện tại các puly dẫn hướng cáp. - Giá thành bảo dưỡng cao và mất nhiều thời gian khi thay cáp do lượng cáp lớn. - Nhà tời có kích thước lớn làm tăng giá thành vận chuyển. - Giảm gia tốc của xe con do lực ma sát giữa bánh xe và ray giảm do trọng lượng xe con nhỏ. b. Tời nâng đặt trên dầm chính, xe con di chuyển bằng cáp kéo (Rope-drawn trolley): * Lượng cáp cần dùng, giá thành và thời gian bảo dưỡng, thay thế: - Lượng cáp: + Cáp nâng: 4 sợi 36x310m + Cáp di chuyển xe con: 2 sợi 36x175m; 2 sợi 36x255m - Giá thành: khoảng 40460 EUR/1 lần thay mới. - Thời gian bảo dưỡng: 16 ca bảo dưỡng/1 lần thay mới. Hình 2.3:Sơ đồ mắc cáp II * Ưu điểm: - Tổng trọng lượng của xe con nhẹ hơn nhiều so với khi đặt tời nâng trên xe con. - Giảm áp lực trên bánh xe con. Do đó, kích thước bánh xe và ray xe con giảm. - Chiều cao của thiết bị thấp hơn khi sử dụng dầm đôi. - Hệ thống cáp tràng hoa nhỏ. - Tời nâng cần, nâng hàng và di chuyển xe con đặt chung trong một nhà tời nên thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa. - Bánh xe con không bị trượt trên ray khi xe con tăng, giảm tốc. - Có thể tăng tối đa gia tốc của xe con mà không lo ngại về lực quán tính do trọng lượng xe con nhỏ. * Nhược điểm: - Sử dụng nhiều cáp cho cụm tời nâng hàng và hệ thống cáp nâng dẫn hướng ngang. - Sử dụng thêm nhiều chi tiết như: các puly dẫn hướng cáp nâng trên dầm chính, trên xe con… - Khó điều khiển chính xác do cáp nâng quá dài làm xuất hiện tải trọng nằm ngang khi cáp dao động. - Tốc độ của cáp nâng trên headblock cao khi xe con di chuyển với tốc độ cao làm cho cáp nâng mòn nhanh hơn. - Xuất hiện tải trọng tác dụng lên dầm chính tại puly đổi hướng cáp ở đầu cần. - Khi xe con di chuyển ra khoảng cách xa, cần có bộ phận bổ sung cáp nâng và hệ thống puly dẫn hướng cáp làm tăng khối lượng dầm chính và sự mài mòn cáp nâng. - Giảm hiệu suất khai thác của cơ cấu do ma sát xuất hiện tại các puly dẫn hướng cáp. - Giá thành bảo dưỡng cao và mất nhiều thời gian khi thay cáp do lượng cáp lớn. - Nhà tời có kích thước lớn làm tăng giá thành vận chuyển. c. Tời nâng đặt trên xe con, xe nâng tự hành (Machinery house trolley): Hình 2.4: Sơ đồ mắc cáp III - Lượng cáp: + Cáp nâng: 4 sợi 36x144m - Giá thành: khoảng 10920 EUR/1 lần thay mới. - Thời gian bảo dưỡng: 2 ca bảo dưỡng/1 lần thay mới. * Ưu điểm: - Không sử dụng cáp nâng dẫn hướng ngang. - Không sử dụng thêm các bộ phận phụ trợ như puly đổi hướng cáp ở đầu cần. - Không cần hệ thống bổ sung cáp nâng khi xe con di chuyển ở khoảng cách xa. - Không sử dụng cáp xe di chuyển xe con, giảm đáng kể lượng cáp và giá thành khi thay mới cáp. - Không xuất hiện tải trọng nằm ngang do dao động cáp, dễ điều khiển hơn. - Lượng mỡ bôi trơn cho cáp giảm, giảm đáng kể thời gian chăm sóc và thay mới cáp. - Lực lắc động hàng trên cáp giảm do cáp nâng ngắn. Khả năng ổn định của thiết bị được nâng cao. - Dễ dàng điều khiển container cân bằng, nghiêng, xiên. * Nhược điểm: - Tổng trọng lượng của xe con tăng. - Tăng áp lực lên bánh xe con nên kích thước của bánh xe và ray lớn. - Đòi hỏi cơ cấu di chuyển xe con có công suất lớn. - Kích thước xe con lớn, bố trí và bảo dưỡng khó khăn. - Do tổng trọng lượng xe con lớn nên gặp khó khăn trong quá trình lắp dựng, đòi hỏi cần trục lắp dựng phải có sức nâng lớn. Bảng Tóm Tắt Semi-rope Trolley Rope-drawn Trolley Machinery House Trolley Chi phí thay thế cáp Trung bình Cao Thấp Chi phí bảo dưỡng cáp Trung bình Cao Thấp Chi phí cho các bộ phận phụ trợ Trung bình Cao Thấp Trọng lượng tĩnh của xe tời Trung bình Thấp Cao Thời gian thay thế cáp Trung bình Cao Thấp * Ta chọn phương án Tời nâng đặt trên xe con, xe nâng tự hành (Machinery house trolley) vì những ưu điểm của phương án này vượt trội với những phán án khác về chi phí thay thế, bảo dưỡng, về trọng lượng của xe tời và thay thế cáp phải kể đến sự phù hợp về mặt kỹ thuật ứng với máy. Khi tời nâng đặt trên xe con: Không sử dụng cáp nâng dẫn hướng ngang, không sử dụng thêm các bộ phận phụ trợ như puly đổi hướng cáp ở đầu cần, không cần hệ thống bổ sung cáp nâng khi xe con di chuyển ở khoảng cách xa, không sử dụng cáp xe di chuyển xe con, giảm đáng kể lượng cáp và giá thành khi thay mới cáp, không xuất hiện tải trọng nằm ngang do dao động cáp nên dễ điều khiển hơn. Lực lắc động hàng trên cáp giảm do cáp nâng ngắn. Khả năng ổn định của thiết bị được nâng cao. Đặc biệt dễ dàng điều khiển container cân bằng, nghiêng, xiên do khung chụp kép làm việc xếp dỡ Cont trên tàu nên Cont bị nghiêng theo vị trí của tàu + Khi xe con tự hành thì khi di chuyển cĩ thể dừng chính xác 2.2.2 Kết cấu dầm chính: - Có hai phương án lựa chọn cho dầm chính: Dầm chính đôi và dầm chính đơn. a. Dầm chính đôi (Twin boom): Hình 2.5: Sơ đồ dầm đôi b. Dầm đơn (Mono Boom): Hình 2.6: Sơ đồ dầm đơn * Ta lựa chọn phương án dầm chính đơn vì: Những ưu điểm nổi bật của dầm đơn so với dầm đôi: - Độ cứng vững cao, trọng lượng nhẹ hơn dầm đôi từ 5-10%. - Giảm tốc dụng của tải trọng gió từ 7-10%. - Số lượng các cụm, chi tiết trong kết cấu giảm khoảng 25%. - Trọng lượng cần trục nhẹ, dẫn đến áp lực lên bánh xe và cầu cảng giảm. - Đặc biệt trong trường hợp cầu chuyển tải xếp dỡ cùng lúc 2 container, đối với dầm đôi thì mỗi dầm đều phải chịu tải trọng lớn nhất do tải trọng lệch tâm gây ra trong quá trình san tải hai bên (trọng lượng 2 container không bằng nhau). Giả dụ như dầm đơn khi đó chịu tải 100% thì dầm đôi phải chịu tải > 100%.