Thiết kế kết cấu cụm bánh lái cho tàu hàng, chương 8 pps

Chương 8:
Xác định lực và mômen thủy động
tác động l
ên bánh lái theo quy
ph
ạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép
2003
2.4.5.1. Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến và chạy lùi:
Lực F
R
tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến và chạy lùi
được dùng làm cơ sở xác định các khích thước cơ cấu của bánh lái
và được tính theo công thức sau:
F
R
= k
1
. k
2
.k3.132.S.v
2
(N)
Trong đó:
S = 12,19 (m
2
) diện tích bánh lái .
v = 13,5 (Hl/h) tốc độ tàu. Nếu tốc độ tàu chạy tiến nhỏ hơn
10 (Hl/h) thì v được lấy bằng v
min
xác định theo công thức sau :
v

min
=
3
20

v
(Hl/h).
Khi tàu ch
ạy lùi tốc độ lùi v
l
được tính theo công thức sau :
v
l
= 0,5.v = 0,.5.13,5 = 6,75 (Hl/h) .
- k
1
hệ số phụ thuộc hệ số hình dạng của bánh lái và được
tính theo công thức sau :
k
1
=
3
2

A
Với : A =
19,12
6,4
22


S
h
= 1,736
h : là chi
ều cao trung bình của bánh lái.
Suy ra :
k
1
=
3
2736,1

= 1,25
- k
2
hệ số phụ thuộc prôfin bánh lái.
Tra bảng 2B/21.1.1-TCVN6259-2B:2003 ta có:
k
2
= 1,1 khi tàu chạy tiến .
k
2
= 0,8 khi tàu chạy lùi .
- k
3
hệ số phụ thuộc vị trí bánh lái.
Vì bánh lái một phần nằm trong dòng đẩy chân vịt nên k
3
= 1.
V

ậy :
Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến là :
F
R
= 1,25.1,1.1.132.12,19.13,5
2
= 403225,4 ( N ).
L
ực tác dung lên bánh lái khi tàu chạy lùi là:
F
R
= 1,25.0,8.1.132.12,19.6,75
2
= 73313,7 ( N )
2.4.5.2. Mômen xoắn tác dụng lên trục lái:
T
R
= T
R1
+ T
R2
( N.m )
Tuy nhiên, khi tàu chạy tiến T
R
không được nhỏ hơn T
Rmin
xác
định theo công thức sau :
T
Rmin

= 0,1.F
R
.
S
bSbS
2211

(N.m)
Trong đó:
- T
R1
và T
R2
: mômen xoắn tương ứng do
các phần diện tích S
1
và S
2
của bánh lái.
- S
1
= 5,76(m
2
) và S
2
= 6,54(m
2
): diện tích phần trên và phần
dưới của bá
nh lái (m

2
) sao cho:
S = S
1
+S
2
(A
1
bao gồm cả S
f1
và A
2
bao gồm cả S
f2
).
- b
1
= 2,28(m) và b
2
= 2,4 (m)chiều rộng tương ứng giữa các
phần diện tích S
1
và S
2
.
- F
R
và S : lực và diện tích bánh lái.
- T
R1

và T
R2
được xác định như sau:
T
R1
= F
R1
.r
1
(N.m)
T
R2
= F
R2
.r
2
(N.m)
F
R1
và F
R2
lực tác dụng lên phần diện tích S
1
và S
2
được xác
định như sau :
F
R1
= F

R
.
S
S
1
(N )
F
R2
= F
R
.
S
S
2
(N)
Hình 2-9. Sự phân bố
diện tích bánh lái
- r
1
và r
2
: khoảng cách từ tâm của lực tác dụng tương ứng của
các phần diện tích S
1
và S
2
của bánh lái đến đường tâm của trục
lái, được xác định theo công thức sau:
r
1

= b
1
( α – e
1
) (m)
r
2
= b
2
( α – e
2
) (m)
Trong đó :
- e
1
và e
2
: hệ số cân bằng ứng với S
1
và S
2
của bánh lái.
e
1
=
1
1
S
S
f

; e
2
=
2
2
S
S
f
Với S
f1
= 0,5124 (m
2
) , S
f2
= 1,413 (m
2
) phần diện tích cân
bằng.
Suy ra : e
1
=
76,5
5124,0
= 0,089
e
2
=
54,6
413,1
= 0,219

-
α : được xác định :
+ Đối với phần bánh lái không nằm sau phần cố định
của giá bánh lái
Khi tàu chạy tiến : α = 0,33
Khi tàu ch
ạy tiến : α = 0,66
+ Đối với phần bánh lái nằm sau giá bánh lái.
Khi tàu chạy tiến : α = 0,25
Khi tàu ch
ạy tiến : α = 0,55
Do đó :
Khi tàu chạy tiến :
r
1
= b
1
(α – e
1
) = 2,28.( 0,25 – 0,089 ) = 0,367 (m )
r
2
= b
2
(α – e
2
) = 2,4.( 0,33 – 0,219 ) = 0,266 (m )
Khi tàu ch
ạy lùi :
r

1
= b
1
(α – e
1
) = 2,28.( 0,55 – 0,089 ) = 1,051 (m )
r
2
= b
2
(α – e
2
) = 2,4.( 0,66 – 0,219 ) = 1,058 (m )
V
ậy :
- Khi tàu chạy tiến :
T
Rmin
= 0,1.403225,4.
19,12
4,2.54,628,2.76,5

= 94646,5 (N.m)
F
R1
= F
R
.
S
S

1
=
19,12
76,5
.4,403225 = 190531,4 (N )
F
R2
= F
R
.
S
S
2
=
19,12
54,6
.4,403225 = 213355,5 (N)
Suy ra :
T
R1
= F
R1
.r
1
= 190531,4.0,367 = 69958,4
(N.m)
T
R2
= F
R2

.r
2
= 213355,5.0,266 = 56802,2
(N.m)
=> T
R
= T
R1
+ T
R2
= 69958,4 + 56802,2 = 126760,6
(N.m)
- Khi tàu ch
ạy lùi:
T
Rmin
= 0,1.73313,7.
19,12
4,2.54,628,2.76,5

= 17208,8 (N.m)
F
R1
= F
R
.
S
S
1
=

19,12
76,5
.7,73313 = 34642,08 (N )
F
R2
= F
R
.
S
S
2
=
19,12
54,6
.7,73313 = 38791,91 (N)
Suy ra :
T
R1
= F
R1
.r
1
= 34642,08.1,051 = 36414,89
(N.m)
T
R2
= F
R2
.r
2

= 38791,91.1,058 = 41050,86
(N.m)
=> T
R
= T
R1
+ T
R2
= 36414,89+ 41050,86 = 77465,75
(N.m)