Đồ án bánh lái tàu dầu

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 1
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
LỜI NÓI ĐẦU
Tàu thủy là một cơng trình mổi đặc biệt mà con người từng tạo ra, nó có thể nổi, di
chuyển, và phục vụ nhiều nhu cầu của con người trên mặt nước. Với nét đặc trưng
như vậy cho nên tàu thủy có kết cấu rất đặc biệt. Người ta khái niệm cơ bản tàu
thủy gồm: kết cấu và thiết bị tàu để làm việc an tồn trong các diều kiện khai thác.
Với lý do trên mà thiết bị tàu nói chung cũng như bộ mơn kết cấu tàu thủy nói
riêng là một bộ mơn nền tảng hết sức quang trọng. Bên cạnh đó "ĐAMH thiết bị tàu
thủy" là một cơng cụ phụ trợ cần thiết, nhằm giúp chúng ta cũng cố kiến thức cũng
như làm quen với một trong những cơng việc quang trọng của người kĩ sư khi ra
làm việc thực tế.
Nhận thức được tầm quang trọng của mơn học nên em học tập và nghiên cứu một
cách nghiêm túc dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy, và kết quả là em đã
hồn thành xong đồ án đúng thời gian cho phép. Vì đây là lần đầu và tự nhận thấy
kiến thức còn chưa vững nên trong bài làm chắc chắn còn nhiều phần sai sót, hy
vọng sẽ nhận được sự góp ý q báu của thầy để bài làm trở nên tốt nhất có thể.
Và cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Cơng cũng như các
thầy khác trong khoa đã hướng dẫn em trong thời gian làm đồ án.
Sinh viên thực hiện:
Trần Quốc Việt
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 2
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
I. GIỚI THIỆU CHUNG:
- Để đảm bảo tính ăn lái cho tàu ở các điều kiện khai thác người ta bố trí
thiết bò lái.
- Tuỳ theo từng loại tàu và tuyến hình mà ta bố trí thiết bò lái phù hợp.
- Bánh lái thiết kế là bánh lái cân bằng hai gối một chốt.Đây là loại bánh lái
có hiệu quả cao dễ chế tạo.
THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÀU:

Chiều dài Lpp : 112 (m).
Chiều rộng B : 17,23 (m).
Chiều cao mạn D : 9,99 (m).
Chiều chìm d : 6,89 (m).
Vận tốc tàu v : 13 (Hl/h).
Hệ số Cb : 0,786
Cấp tàu không hạn chế.
II. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH LÁI:
1. Xác đònh đường kính của chân vòt:
1.1. Tính toán sức cản vỏ tàu:
Phương pháp Papmiel
EPS =
1
s
v
V
L C
ξ
ψ
λ

- Thể tích phần chìm: V=
. . . .
B
C L B T
γ
= 10712 (cm
3
).
- Chiều dài tàu: L = 112 (m).

- Vận tốc tàu : v
s
= 13 (Hl/h).
-
1
ξ
=
: tàu có 1 chân vòt.
-
1
λ
=
: L≥ 100 m.
-
10( / ) 1, 2
B
B L C
ψ
= =

- C
1
tra đồ thò Papmeil :
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 3
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
TT
Ký hiệu &công thức
Đơn vò Kết quả
1 Vs HL/h 11 12 13 14 15
2 V m/s 5,65 6,17 6,68 7,20 7,71

3
HL/h 1,14 1,24 1,35 1,45 1,55
4 C
1
, từ đồ thò - 95 93 92 91 90
5 EPS PS 1468 1947 2502 3159 3929
6 R=75EPS/V KG 19472 23671 28083 32927 38219
Đồ thò sức cản :
1.2. Tính chọn máy :
a. Tính chọn thông số mở đầu :
Hệ số dòng theo :
0,50. 0,05 0,343
B
C
ω
= − =
Hệ số lực hút :
. 0, 223
t
t K
ω
= =
Với K
t
= 0,65 (Bánh lái và trụ lái có dạng khí động học)
b. Tính chọn máy :
- Tốc độ tònh tiến của chân vòt:
(1 ) 8,6
p
v v

ω
= − =
(Hl/h)
- Lực đẩy cần thiết của chân vòt :
13
28083
36143
1 1 0, 223
R
T
t
= = =
− −
(KG).
- Công suất đẩy tàu :
.
' 950
327,3
p
T
T v
N
= =
(HP).
- Vì đồ thò dùng cho chân vòt nước ngọt nên khi tính cho chân vòt
nước ngọt :
1000
' 927
1025
T T

N N= =
(HP)
- Tính chọn số cánh chân vòt :
' .
d p
K v D
T
ρ
= =
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 4

'
1
/
s
v V L
ψ
=

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
Ta chọn chân vòt có 4 cánh B.4.55 trong tính toán sơ bộ.
Lập bảng tính :
STT Đại lượng cần tính Đ/vò Giá trò
1 Vòng quay giả thiết vg/ph 130 150 170 190 210
2

18.25 21.06 23.86 26.67 29.48
3 δ =f(Bu,ηopt) 184 189 198 207 224
4 δ ' = b.δ 173 178 186 195 211
5 H/D =f(Bu,δ')

0.81 0.79 0.77 0.74 0.7
6
( , ')
p
f Bu
η δ
=
0.610 0.600 0.590 0.580 0.550
7
foot
11.44 10.19 9.42 8.81 8.62
8 D = 0,3048 D' m 3.49 3.10 2.87 2.68 2.63
9 ML 3694 3756 3820 3885 4097
Chú thích :
1. Giả thiết số vòng quanh n.
2. B
u
: Hệ số
3. Đọc giá trò δ trên đồ thò Bu-δ’, trên đường (n
p
)opt.
4. b= 0,94 : tàu 1 chân vòt
5. Đọc giá trò H/D trên đồ thò Bu-δ’ cho Bu và 0,94δ
6. Đọc giá trò n
p
trên đồ thò Bu-δ’ cho Bu và 0,94δ
7. D : Đường kính chân vòt
8. D’ : Đường kính chân vòt
9. Các hệ số :

- Hiệu suất hộp số :
0,97
h
η
=
- Hiệu suất trục chân vòt :
0,97
t
η
=
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 5
5.2
5.0
.
p
T
v
Nn
Bu
=
n
v.
D
p
'
'
δ
=
VpHt
EPS

Ne
ηηηη

'
=
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
- Hiệu suất thân tàu :
1
1,18
1
k
t
η
ω
−
= =
−
ĐỒ THỊ CHỌN ĐỘNG CƠ CHO TÀU
n
D
Ne
130 150 170 190 210
3694
3756
3820
3885
4097
2.63
2.68
2.87

3.10
3.49
Dựa vào vào đồ thò các điểm nằm trên đường Ne tương ứng với công suất
đảm bảo cho tàu có tốc độ đã cho. Trường hợp này chọn động cơ có Ne =
3852 ML, và chân vòt có vòng quay 180 vòng/phút.
1.3. Thiết kế chân vòt sử dụng hết công suất máy :
 Vì động cơ đã chọn có công suất lớn hơn công suất cần thiết để đảm
bảo cho tàu có tốc độ 13 HL/h. Vì vậy trong phép tính tiệm cận lần 1
chọn V1 = 12,75 HL/h.
 Công suất truyền đến chân vòt :
Nước biển :
. . 3363
D mt dt e
P C N
η
= =
(PS).
Nước ngọt :
75 1000
. . . 3238
76 1025
D mt dt e
P C N
η
= =
(PS).
Trong đó : C
mt
= 0,9 : Hệ số ảnh hưởng của môi trường
0,97

dt
η
=
: Hiệu suất đường trục.
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 6
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
 Do ảnh hưởng của điều kiện môi trường, tần suất quay nhận khoảng
98 ÷ 99% đònh mức. Vòng quay chân vòt trong tính toán :
n = 0,98.n =176.4 (vg/ph).
 Tỉ số diện tích mặt đóa chọn theo khuyến cáo của các chuyên gia bể
Wagenigen :
( )
( )
2
0
1,3 0,3 .
d
Z T
Ae
K
A p p D
+
≥ +
−
Trong đó :
+ T = (8,5÷10).P
D
= 30267 (KG): Lực đẩy của chân vòt.
+ D : Đường kính chân vòt (m), tính theo công thức kinh nghiệm
sau :

4
60
(0,78 0,8) 4,65
D
P
D
n
= ÷ =
(m).
+ p
0
: Là áp suất tónh trong chất lỏng, ngang trên tâm trục chân vòt,
cách mặt thoáng H
S
(m) theo công thức trong cơ lỏng :
P
0
= p
a
+γHs = 12790 (KG/m
2
)
Với : p
a
= 10330 (KG/m
2
) : áp suất khí quyển
γ = 1025 (KG/m
2
) : trọng lượng riêng chất lỏng

H
S
= 2,4 (m) : chiều chìm trục chân vòt.
P
d
= 240 (KG/m
2
) : áp suất hơi bão hào ở 23
0
C
K = 0,2 : hệ số tàu 1 chân vòt.
Tỉ số diện tích mặt đóa :
0, 48
e
A
A
=
Vậy ta chọn : a
e
=
0,5
e
A
A
=
Lập bảng tính :
Stt Đại lượng Đơn vò G/thiết 2 G/thiết 1
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 7
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
1 V

S
(cho trước) HL/h 13.00 12.75
2 V
a
=V
S
(1-w) HL/h 8.54 8.38
3
V
p
m/s 4.39 4.29
4
_
47.98 50.37
5
δ
οπτ
_ 214 220
6 δ = 0,94δ
opt
_ 201 207
7 η
p
- đọc từ đồ thò _ 0.650 0.632
8
H/D – đọc từ
đồ thò
_
0.72 0.73
9

m 2.97 3.00
10
KG
37345 37167
11 Te=T(1-t) KG 29017 28879
12 Sai số giữa Te và R % -3.33 -2.83
Giải thích :
1 : Giả thuyết
2 : Va vận tốc tiến (Hl/h)
3 : Vp vận tốc tiến (m/s)
 Sai lệch giữa Te và R nằm trong khoảng giới hạn cho phép. Vì vậy
nên ta có thông số đặc tính hình học chân vòt :
 Đường kính : D = 3 m
 Tỉ lệ bước xoắn : H/D = 0,73 m
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 8
a
D
2
a
V
P
V
n
Bp =
p
pD
V
P75
T
η

=
n
V
.305,0D
a
δ
=
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
 Tỉ lệ diện tích mặt cánh : a
e
= 0,5
2. Thông số ban đầu của bánh lái :
2.1. V ị trí đặt bánh lái :
 Bánh lái phải nằm trong dòng đẩy của chân vòt.
 Khoảng cách a giữa mép trước của bánh lái và mép cánh của chân vòt
không nhỏ trò số tính theo công thức sau :
- Tàu có L < 120 m, trò số a tương ứng sẽ giảm 0,025 m , ứng với
1 đoạn 15 m:
0,3 0,025 0, 275a
= − =
(m).
 Khi tàu toàn tải bánh lái phải ngập hoàn toàn trong nước. Khoảng
cách lớp nước phía trên bánh lái không nhỏ hơn 0,25h
bl
2.2. Diện tích bánh lái :
 Phương pháp tính là chọn theo các số liệu thống kê (không có tàu
mẫu) :
10,03 14,66
100
bl

LT
A
µ
= = ÷
∑
(m
2
).
Trong đó :
+ L= 112 (m): chiều dài giữa 2 đường vuông góc.
+ T= 6,89 (m) : chiều chìm của tàu khi chở đầy tải.
+ μ= 0,013÷0,019 : hệ số diện tích bánh lái thống kê cho
trong bảng (1.2), sách STTBTT tập 1.
 Diện tích bánh lái phải không nhỏ hơn trò số tính theo công thức sau :
min
. 150
. . 0,75
100 75
L T
A p q
L
 
= + =
 ÷
+
 
11,97 (m
2
).
Trong đó :

+ L= 112 (m) : chiều dài tàu.
+ T= 6,89 (m) : chiều chìm tàu.
+ p = 1 : bánh lái đặt trực tiếp sau chân vòt.
+ q = 1 : p dụng với các loại tàu không phải
tàu kéo.
Vậy chọn bánh lái có diện tích : A
bl
= 13,2 (m
2
).
2.3. Chiều cao bánh lái :
 Chiều cao bánh lái nằm trong khoảng : 0,6T≤ h
bl
≤ 0,9T
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 9
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
Vậy chiều cao bánh lái nằm trong khoảng : 4,134 ≤ h
bl
≤ 6,2 (m).
 Chiều cao bánh lái : h
bl
chọn lớn nhất có thể phụ thuộc vào tuyến hình
phần đuôi tàu :
h
bl
= 4,4 (m).
2.4. Chiều rộng bánh lái :
 Đối với bánh lái hình chữ nhật, chiều rộng bánh lái là khoảng cách từ
cạnh trước đến cạnh sau của bánh lái.
3

bl
bl
bl
A
b
h
= =
(m).
2.5. Hệ số kéo dài của bánh lái :
 Tính theo công thức sau : (STTBTT tập 1_ trang 12)
1, 47
bl
bl
h
b
λ
= =
2.6. Chiều dày Profin :
 Chiều dày lớn nhất của profin lấy theo đường kính chân vòt.
( ) ( )
0,1 0,125 . 0,3 0,375
cv
t D
= ÷ = ÷
 Chiều dày tối ưu nằm trong khoảng :
( ) ( )
0,12 0, 25 . 0,36 0,75
bl
t b
= ÷ = ÷

Chọn t = 0,45 (m)
2.7. Profin của bánh lái :
 Dạng profin của bánh lái : Chọn profin dạng thoát nước kiểu
NACA0015
 Tọa độ thực của profin bánh lái tính theo công thức :
- Chiều dày tương đối :
max
0,15
t
t
b
= =
- Tọa độ thực tính theo công thức :
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 10
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
.
100
.
100
x b
x
t b
y y
=
= ±
Trong đó :
+ x, y : tọa độ các điểm trên profin.
+
,x y
: tọa độ tương đối.

+
t
: chiều dày tương đối của profin.
+ b : chiều rộng profin.
 Bán kính lượn phần mũi profin NACA :
2
1
1,1.
74,25
t
r
b
= =
(mm).
Lập bảng tọa độ profin tại tất cả các mặt cắt của bánh lái:
b = 3000 (mm) ;
0,15t
=
; r
1
= 74,25 (mm).
x
y
x y
x
y
y x y
0 0 0 0 17.5 46.3 525 208.35
0.25 7.2 7.5 32.4 20 47.78 600 215.01
0.5 10.28 15 46.26 25 49.5 750 222.75

0.75 12.45 22.5 56.025 30 50 900 225
1 14.1 30 63.45 40 48.35 1200 217.58
1.25 15.8 37.5 71.1 50 44 1500 198
1.75 18.55 52.5 83.475 60 38.03 1800 171.14
2.5 21.8 75 98.1 70 30.5 2100 137.25
3.25 24.55 97.5 110.48 80 21.85 2400 98.325
5 29.6 150 133.2 85 17.08 2550 76.86
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 11
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
7.5 34.99 225 157.46 90 12.06 2700 54.27
10 39 300 175.5 95 6.7 2850 30.15
15 44.55 450 200.48 100 1.05 3000 4.725
 Từ bản số liệu ta vẽ được mặt cắt bánh lái :
225.00225.00150.00150.00150.00300.11300.00300.00300.00300.00150.00150.00150.00150.00
3000.00
396.00
342.28
274.50
196.32
153.72
108.54
60.30
R4.73
400.96
430.02
445.50
450.00
435.16
R74.25
314.92

3. Đặc tính thủy động học của bánh lái :
3.1. Lực thủy động tác dụng lên bánh lái :
 Mục đích của việc tính toán lực thủy động học bánh lái là đi xác đònh
trò số của lực thủy động để làm cơ sở cho :
- Chọn máy lái
- Tính toán bền cho thiết bò lái
 Khi bánh lái đặt trong dòng nước chảy có vận tốc Vs, dưới góc tấn ∝,
dưới tác dụng của dòng chất lỏng phân vố áp lực ở mặt trên và mặt
dưới của profin mặt cắt bánh lái khác nhau làm xuất hiện lực tác
động ngang.
 Các lực thủy động tác dụng lên bánh lái gồm có :
- Lực nâng L
- Lực cản D.
- Lực toàn phần R=
2 2
L D
+
, lực R có thể phân tích thanhd 2
thành phần :
+ Lưcï pháp tuyến : N = L.cos
∝
+ D.sin
∝
+ Lực tiếp tuyến : T = D.cos
∝
- L.sin
∝
Các lực này đặt tại tâm áp lực k.
- Moomen thủy động ở cạnh trước bánh lái :
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 12

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
M
td
= N.e
Trong đó :
e : là khoảng cách từ canh trước của bánh lái đến điểm
đặc lực.
- Moonen tải trên trục lái được tính theo công thức :
M
0
= N.x = N. (e – a)
Trong đó :
a : là khoảng cách từ trục lái đến cạnh trước của
bánh lái.
e : khoảng cách từ điểm đặc lực đến cạnh trước
của bánh lái.
3.2. Tính toán đặc tính thủy động của bánh lái :
 Trong bảng 11-3, sổ tay đóng tàu tập I đã cho biết đặc tính của bánh
lái có
1
6
λ λ
= =
.
 Trong thực tế thiết kế tàu thủy, bánh lái thường có hệ số
λ
nhỏ hơn 6.
Vì các hệ số C
L
, C

D
,

C
M
phụ thuộc rất nhiều vào
λ
nên ta tính các hệ
số ấy cho mọi bánh lái như sau :
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 13
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
2
2 1 1
.
D D L
C C C C
= +
(STKTDTT tập 1- trang 709).
2 1 2
.
L
C C
α α
= +
(STKTDTT tập 1- trang 709).
Trong đó :
1
2 1
1 1 1
.( )C

π λ λ
= −
2
2 1
57,3 1 1
.( )C
π λ λ
= −
 Tra trong bảng 11-3 (STDT tập 1- trang 705) người ta cho biết đặc
tính của loại có
1
6
λ λ
= =
, từ đó ta có thể tính cho
2
1, 47
λ λ
= =
:
Suy ra :
-
1
2 1
1 1 1
.( )C
π λ λ
= −
=
1 1 1

. 0,1635
3,14 1.47 6
 
− =
 ÷
 
-
2
2 1
57,3 1 1
.( )C
π λ λ
= −
=
57,3 1 1
. 9,3725
1.47 6
π
 
− =
 ÷
 
 Lập bảng tính các hệ số C
L
, C
D
, C
M
được lấy giống trong bảng 11-3 sổ
táy kỹ thuật đóng tàu thủy tập 1 với profin NACA0015

1
α
, độ
C
L
C
M
C
D1
C
2
* C
L
C
1
* C
L
2
C
D2
2
α
, độ
0 0 0 0.01 0 0 0.01 0
4 0.3 0.075 0.019 2.8118 0.0147 0.0337 6.8118
8 0.61 0.15 0.037 5.7172 0.0608 0.0978 13.717
12 0.91 0.225 0.059 8.529 0.1354 0.1944 20.529
16 1.19 0.3 0.098 11.153 0.2315 0.3295 27.153
20 1.4 0.36 0.14 13.122 0.3205 0.4605 33.122
22.5 1.53 0.38 0.2 14.34 0.3827 0.5827 36.84

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 14
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
3.3. Vò trí tối ưu của trục lái :
 Khoảng cách tâm áp lực từ cạnh dẫn được xác đònh theo công thức :
.
M
N
C
e b
C
=
(b : chiều rộng bánh lái).
 Ta xác đònh hệ số lực thẳng góc bánh lái C
N
theo công thức sau :
C
N
= C
L
. cos∝ + C
D
. sin∝ (STKTDTT tập 1- tr 709).
Lập bảng tính vò trí tối ưu của trục bánh lái như sau :
a2 Cl Cd Cm Cl.cosa Cd.sina Cn e/b a
0 0 0.01 0 0 0 0 0 0.00
6.8118 0.3 0.0337 0.075 0.2979 0.004 0.3019 0.2484 0.75
13.717 0.61 0.0978 0.15 0.5926 0.0232 0.6158 0.2436 0.73
20.529 0.91 0.1944 0.225 0.8522 0.0682 0.9204 0.2445 0.73
27.153 1.19 0.3295 0.3 1.0588 0.1504 1.2092 0.2481 0.74
33.122 1.4 0.4605 0.36 1.1725 0.2516 1.4241 0.2528 0.76

36.84 1.53 0.5827 0.38 1.2245 0.3494 1.5739 0.2414 0.72
 Vò trí tối ưu của trục bánh lái được tính theo công thức sau :
max min
0.72 0.76
0.74
2 2
truc
a a
a
+
+
= = =
(m).
 Vò trí của trục lái quay bánh lái trong toàn bộ góc nghiêng của bánh
lái phải thỏa mãn bất phương trình :
.
M
N
C
a b
C
< =
0.74 (STKTDT tập 1 – trang 791)
→ Chọn a = 700 (mm).
3.4. nh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến đặc tính thủy động của bánh
lái :
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 15
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
 Dòng chảy thực qua bánh lái không phải là dòng chảy vô hạn như đã
xem với bánh lái cô lập. Dòng chảy thực bò ảnh hưởng bởi mặt thoáng

của nước, vỏ tàu bởi tác dụng của chân vòt…
 Trong tính toán thực tế thiết bò lái, ảnh hưởng của vỏ tàu được tính
đến bằng hệ số k
v
, giảm vận tốc dòng chảy qua bánh lái :
.
bl v
v v k
=
2
(1 ) 1
v v
k
ψ
= − <
Trong đó :
- v = 13 (Hl/h) : Vận tốc tàu.
-
v
ψ
: Hệ số dòng theo của vỏ (bảng1-73, STTBTT)
Theo đó :
1
0,68. 0, 25 0,18
v
h
u
H
ψ δ ψ
 

= − + ∆ +
 ÷
 
+
ψ
∆ =
0,18 : Đuôi tàu tuần dương hạm.
+ u = 1 : Bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng.
+
δ
=0,786 : Hệ số béo thể tích của tàu.
+ h
1
= 350 (mm).
+ H = 4750 (mm).
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 16
350.00
4750.00
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
Từ đó ta có :
→
1
0,68. 0, 25 0,18
v
h
u
H
ψ δ ψ
 
= − + ∆ +

 ÷
 
= 0,48 (mm).
Hệ số ảnh hưởng của vỏ tàu :
2
(1 ) 0, 2704 1
v v
k
ψ
= − = <
Vận tốc của bánh lái :
.
bl v
v v k
=
= 6,76 (Hl/h).
3.5. nh hưởng của chân vòt đến đặc tính thủy động của bánh lái :
 Có mặt chân vòt tại vùng đuôi tàu làm thay đổi bức tranh dòng chảy
đến bánh lái nằm ngay sau chân vòt.
 Hệ số kể đến ảnh hưởng của chân vòt :
2
' 1
1 (1 ). 1 1,7
1
bl cv
cv cv
bl v
A
k
A

ψ
σ
ψ
 
 
−
 
= + + − =
 ÷
−
 
 
 
Trong đó :
- Hệ số lực đẩy của chân vòt :
2 2
8
0,5156
. . .
cv
cv cv
P
v D
σ
π ρ
= =
+Lực đẩy chân vòt : P =
36143
(1 )
R

z
θ
=
−
(N).
R = 28083 (N) : Lực cản chuyển động tàu.
Z = 1 : Số chân vòt.
Θ = 0,223 : Hệ số hút.
+Khối lượng riêng của nước :
3
1025( / )kg m
ρ
=
+Vận tốc dòng chảy tới chân vòt (m/s) :
(1 ) 4, 4
cv cv
v v
ψ
= − =
(m/s)
v = 6,682 (m/s) : vận tốc tàu

0,3515
cv
ψ
=
: Hệ số dòng theo.
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 17
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
+Đường kính chân vòt : D

cv
=3 (m).
- Hệ số dòng theo của chân vòt :
3
0,165. . 0,3515
z
cv
cv
V
W
D
ψ δ
= − ∆ =
+
0,786
δ
=
: hệ số béo thể tích.
+ V= 10712 (m
3
) : thể tích lượng dãn nước.
+ D
cv
= 3 (m) : đường kính chân vòt.
+
0W∆ =
- Diện tích toàn bộ bánh lái :
2
13,2( )
bl

A m
=
- Diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy chân vòt :
Lực pháp tuyến thủy động:
2 '2
2
' '
. .
.
. . ( ) . . .
2 2 2
bl bl
n n bl n bl bl v cv n bl
v v
v
P C A C A A k k C A
ρ ρ
ρ
= + − =

⇔
2 ' '2 ' 2
. ( ) . . .
bl bl bl bl bl v cv bl
v A v A A k k v A
+ − =
⇔
( )
( )
( )

2
2 '2 2 2 ' 2 '2
1
. 1 . . . .
1
cv
bl bl v cv v bl v bl bl
v
v v k v k v A k v v A
ψ
σ
ψ
 
 
−
 
− − + + = −
 ÷
−
 
 
 
Trong đó :
+
'
1
bl cv cv
v v
σ
= + =

5.42 (m/s) : vận tốc dọc của dòng chảy
qua bánh lái.
+ k
v
= 0,2704 : hệ số ảnh hưởng của vỏ tàu.
+ v = 6,682 (m/s) : vận tốc tàu.
+ Diện tích toàn bộ bánh lái : A
bl
= 13,2 (m
2
).

Vậy diện tích bánh lái nằm trong dòng đẩy chân vòt :
A
bl
’ =6,78 (m
2
).
3.6.
Xác đònh lực và moomen thủy động tác dụng lên bánh lái :

Lực nâng L tác động lên bánh lái tính đến các hệ số ảnh hưởng :
( )
2
.
. . . 14155,6.
2
v cv bl L L
v
L k k A C C KG

ρ
= =
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 18
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
Trong đó :
-
C
L
: Hệ số lực nâng thủy động.
-
k
v
= 0,2704 : Hệ số ảnh hưởng của vỏ tàu.
-
K
cv
= 1,7 : Hệ số ảnh hưởng của chân vòt.
-
A
bl
= 13,2 (m
2
) : Diện tích bánh lái.
-
ρ =
104,5 (KGS
2
/m
4
) : Tỷ trọng của nước biển.

-
v =
6,682(m/s) : Vận tốc tàu.

Lực cản D tác động lên bánh lái tính đến các hệ số ảnh hưởng :
( )
2
.
. . . 14155, 6.
2
v cv bl D D
v
D k k A C C KG
ρ
= =
Trong đó : C
D
: Hệ số lực cản thủy động.

Hợp lực R tác dụng lên bánh lái :
( )
2 2 2 2
14155,6.
L D
R L D C C KG
= + = +

Moomen thủy động tác dụng lên bánh lái :
( )
2

.
. . . . 42467.
2
td M v cv bl bl M
v
M C k k A b C kGm
ρ
= =
Trong đó :
-
C
M
: Hệ số moomen thủy động.
-
b
bl
= 3 (m) : Chiều rộng bánh lái.

Bảng tính Lực nâng L, lực cản D, hợp lực R và moomen thủy động
M
td
:
2
α
C
L
C
D
C
M

L D R M
td
0 0 0.01 0 0 141.56 141.56 0
6.8118 0.3 0.0337 0.075 4246.68 477.26 4273.4 3185.025
13.717 0.61 0.0978 0.15 8634.92 1385 8745.3 6370.05
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 19
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
20.529 0.91 0.1944 0.225 12881.6 2751.8 13172 9555.075
27.153 1.19 0.3295 0.3 16845.2 4664.7 17479 12740.1
33.122 1.4 0.4605 0.36 19817.8 6518.1 20862 15288.12
36.84 1.53 0.5827 0.38 21658.1 8249 23176 16137.46
Dựa vào bảng tính trên ta có :
-
Lực nâng lớn nhất : L
max
= 21658,1 (KG).
-
Lực cản lớn nhất : D
max
=8249 (KG).
-
Lực tổng hợp lớn nhất tác dụng lên bánh lái : R
max
= 23176
(KG).
-
Moomen thủy động lớn nhất tác động vào bánh lái :
M
td
=16137,46 (kGm).


Moomen trên trục lái :
Trong đó :
( )
0
. .
td
M N x N e a M N a
= = − = −
2
.
. . . .
2
v cv N bl
v
N k k C A
ρ
=
22
0

. . . . . . . . .
2 2
M v cv bl bl v cv N bl
vv
M C k k A b a k k C A
ρρ
⇔ = −
( )
2

0
.
. . . . . .
2
v cv bl M bl N
v
M k k A C b C a
ρ
⇔ = −
( )
2
0
.
. . . . . .
2
v cv bl N N
v
M k k A C e C a
ρ
⇔ = −
( )
2
0
.
. . . .
2
v cv bl N
v
M k k A C e a
ρ

⇔ = −
2
0
.
. . . . . .
2
v cv bl N
v e a
M k k A C b
b b
ρ
 
⇔ = −
 ÷
 
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 20
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
2
0
104,5 6,682
0,2704 1,7 13,2 3
2
N
x e a
M x x x xC x x
b b
 
⇔ = −
 ÷
 

0
42467.
N
e a
M C
b b
 
⇔ = −
 ÷
 
Bảng tính momen trên trục lái :
∝
2
C
N
e/b a/b (e-a)/b M
0
0 0 0 0.2333 -0.233 0
6.8118 0.3019 0.2484 0.2333 0.0151 193.69
13.717 0.6158 0.2436 0.2333 0.0103 268.09
20.529 0.9204 0.2445 0.2333 0.0111 435.05
27.153 1.2092 0.2481 0.2333 0.0148 757.8
33.122 1.4241 0.2528 0.2333 0.0195 1176.5
36.84 1.5739 0.2414 0.2333 0.0081 541.95
Giá trò M
0
nhận giá trò dương lớn nhất chính là moomen trên trụ lái
cần sử dụng tính toán.
Moomen thủy động tác dụng lên trục lái là : M
0

=1176,5 (kGm).

Moomen lái trên trục lái tính theo công thức sau :
( ) ( )
1 0 0
. 1647,1 164,71
ms
M k M M kGm kNm
= + = =
(STTBTT tập 1- trang 55)
Trong đó :
-
k
0
= 1,2
÷
1,3 : Hệ số tính đến lượng tăng momen lái khi quay
lái ngược.
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 21
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
Chọn k
0
= 1,2
-
M
0
= 1176,5 (kGm) : Momen thủy động tác dụng lên trục
lái.
-
M

ms
= (20%
÷
30%). M
0
: Momen ma sát tại các ổ đỡ trục lái và
chốt lái.
Chọn M
ms
= 20%. M
0
=235,3 (kGm).
3.7.
Xác đònh lực và momen thủy động tác động lên bánh lái theo quy
phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép 2010 :
3.7.1.
Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến và lùi :

Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến hoặc lùi được dùng để làm
cơ sở xác đònh kích thước cơ cấu của bánh lái.

Lực C
R
tác dụng lên bánh lái được tính theo công thức sau :
2
1 2 3
132. . . . . .
R t
C AV k k k k
=

Trong đó :
V : vận tốc tàu.
+ v
0
= 13 (Hl/h) : tàu chạy tiến
+ v
a
= 0,5 v = 6,5 (Hl/h) : tàu chạy lùi.
-
Hệ số phụ thuộc vao tỷ số hình dạng :
( )
1
2 / 3 1,16k
= ∧ + =
2 2
4,4
: 1, 467
13,2
t
h
voi
A
∧ = = =
(A
t
= 13,2 m
2
: Diện tích bánh lái, m
2
).

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 22
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
-
k
2
: Hệ số phụ thuộc vào kiểu bánh lái và profile bánh lái lấy
theo Bảng 2A-B/10.1
+ k
2
= 1,1 : Khi tàu chạy tiến.
+ k
2
= 0,8 : Khi tàu chạy lùi.
-
k
3
= 1 : Hệ số phụ thuộc vào vò trí của bánh lái nằm trong dòng
chảy của chân vòt.
-
k
t
= 1 : Hệ số đối với bánh lái nằm phía sau chân vòt.
→
Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến là :
( )
2 2
1 2 3
132. . . . . . 132 13,2 13 1,16 1,1 1 1 375738,1
R t
C AV k k k k x x x x x x N

= = =
→
Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy lùi là :
( )
2 2
1 2 3
132. . . . . . 132 13,2 6,5 1,16 0,8 1 1 68316,02
R t
C AV k k k k x x x x x x N
= = =
3.7.2.
Moomen xoắn tác dụng lên bánh lái :

Momen xoắn tác dụng lên bánh lái, Nm, được tính theo công thức
sau :
Q
R
= C
R
. r
Trong đó :
+ r : cánh tay đòn của lực C
R
, m, được lấy bằng :
r = b (
∝
- k
bc
) , m.
Với :

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 23
b
c
l1
l2
l3
a
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
∝
= 0,33 : đối với tàu chạy tiến.
∝
= 0,66 : đối với tàu chạy lùi (profile thông thường).
+ k
bc
= A
f
/A = 0,233: Hệ số cân bằng.
Với : A
f
= 3,08 (m
2
) : Diện tích bánh lái ở phía trước đường tâm trục.
+ b = 3 (m) : Chiều rộng của bánh lái.
→
Moomen xoắn tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến :
Q
R
= C
R
. r = 375738,1 . 0,291 = 109339,8 (Nm).

Với : r = b. (
∝
- k
bc
) = 3. (0,33 – 0,233) = 0,291 (m).
→
Moomen xoắn tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy lùi :
Q
R
= C
R
. r = 68316,02. 1,281 = 87512,82 (Nm).
Với : r = b. (
∝
- k
bc
) = 3. (0,66 – 0,233) = 1,281 (m).
III.
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỤM BÁNH LÁI :
1.
Tính toán trục lái :
1.1.
Xác đinh phản lực gối và moomen uốn của
hệ bánh lái – trục lái :
-
l1 = 5,12 (m).
-
l2 = 5,08 (m).
-
l3 = 0,5 (m).


Sơ đồ tính :
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 24
ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG
Theo bảng 1.14 (STTBT tập 1- trang 65), đối với bánh lái cân bằng
hai gối, một chốt . Nên ta có sơ đồ tính toán sau:
l
1
b
1
0
a
1
R'
0
P
n
l
3
l
2
1
1
R' R'
2
M
1
M
1
P

c
2
M
2
M
2

Sử dụng phần mềm SAP 2000 ta tính các phản lực, momen uốn của
hệ bánh lái và trục lái :
o
Khi tàu chạy tiến :
-
Lực phân bố P
n
tác dụng lên bánh lái :
( )
375738,1
85395 /
4, 4
R
n
C
P N m
h
= = =
-
Lực P
c
tại cần quay :
( )

131207,76
262415,52
0,5
t
c
c
M
P N
R
= = =
Với :
+ M
t
:Momen tại đầu trục lái.
( )
109339,8 21867,96 131207,76 /
t R ms
M Q M N m
= + = + =

M
ms
= (20%
÷
30%). Q
R
: Momen ma sát tại các ổ
đỡ trục lái và chốt lái.
Chọn M
ms

= 20%.Q
R
= 21867,96 (N/m).
+ R
c
= 500 (mm) = 0,5 (m): Bán kính cần quay lái.
Sau khi tính toán bằng phần mềm sap2000 ta có kết quả :
SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 25