Thiết kế bánh lái tàu hàng 13000 tấn chạy tuyến HảI Phòng –Nhật Bản vận tốc 12hlg( bản vẽ cực chuẩn)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (615.54 KB, 31 trang )
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :1
Thiết kế môn học môn
- thiết bị tàu -
o0o
I.Các thông số chính của tàu
Thiết kế bánh lái tàu hàng 13000 tấn chạy tuyến HảI Phòng Nhật Bản
với các thông số chính sau :
* Vận tốc tàu v
S
= 12 hl/h
* Chiều dàI tàu L = 126 m
* Chiều rộng tàu B = 22 m
* Chiều cao mạn H = 11.3 m
* Chiều chìm thiết kế T = 8.2 m
* Các hệ số béo
# Hệ số béo chung
= 0,72
# Hệ số béo sờn giữa
= 0,98
# Hệ số béo đờng nớc
= 0,825
II.Tính toán sức cản và đờng kính chong chóng
Chọn phơng pháp tính lực cản d SERI 60 để tính lực cản tàu
Giới hạn áp dụng của phơng pháp :
*
92.33.2 ữ=
T
B
*
5.85.5 ữ=
B
L
= 0,6ữ0.8
35.62.4 ữ=
Ta xét các đặc trng của tàu :
*
68,2
2,8
22
==
T
B
*
7,5
22
126
==
B
L
= 0,72
96.4
3
==
V
L
Vậy ta chọn phơng pháp tính lực cản d SERI60 để tính lực cản của tàu
1. Tính toán lực cản
Quá trình tính toán lực cản đợc trình bày dới bảng sau
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :2
C Các đại ợng tính
đơn
vị
Các giá trị tính toán
1
v
s
h/h 11 11.5 12 12.5 13
2
v
m/s 5.66 5.92 6.18 6.43 6.69
3
v
2
m
2
/s
2
32.058 35.04 38.151 41.397 44.77
4
gL
v
Fr
=
- 0.161 0.168 0.176 0.183 0.190
5
C
R
.10
3
= f() (Tra đồ thị
VII-12-STLTT)
- 0.81 0.87 0.91 0.94 1
6
k
xc
(Tra đồ thị VII-15-
STLTT)
- 1.005 1.005 1.017 1.032 1.042
7
k
(Tra đồ thị VII-13-
STLTT)
- 0.783 0.783 0.783 0.783 0.783
8
k
/
.a
B/T
(Tra đồ thị VII-14-
STLTT)
- 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01
9 C
R
10
3
- 0.644 0.691 0.732 0.767 0.824
10
Re.10
-8
=(v.L.10
-8
)/
- 4.57 4.78 4.99 5.20 5.40
11
C
F0
=f(Re) (Tra bảng 8-1,
STKTĐT,Tập 1 )
- 1.691 1.681 1.671 1.663 1.655
1
2
C
A
.10
3
- 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
1
3
C
AP
.10
3
- 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
1
4
C.10
3
- 2.635 2.672 2.703 2.730 2.779
1
5
R=1/2...v
2
.C.10
-6
kN 173.382 192.213 211.673 231.998
255.42
1
1
6
P
E
kW 981.68 1137.77 1307.43 1492.68
1709.1
2
1
7
P
E
cv 1335.1 1547.3 1778.1 2030.03 2324.4
Từ bảng trên ta vẽ đợc đồ thị lực cản và công suất kéo
2. Tính toán đờng kính chong chóng :
2.1 . Chọn số cánh chong chóng : Z
P
= 1
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :3
2. 2. Tính hệ số dòng theo tính toán W
T
và hệ số hút t theo công thức
Taylor cho tàu 1 chong chóng :
W
T
=0.5 - 1.5 = 0.31
t = k
t
. W
T
= 0.186
Trong đó:
W
T
_ hệ số dòng theo tính toán ;
t _ hệ số hút ;
_ hệ số béo thể tích của tàu = 0.72 ;
k
t
_ hệ số phụ thuộc vào hình dáng bánh láI ;
k
t
=
7.05.0
ữ
cho tàu 1 chong chóng . Chọn k
t
= 0.6 ;
4
8.11 TnD
m
=
2.3. Chọn sơ bộ đờng kính chong chóng :
Trong đó:
D _ Đờng kính chong chóng , m ;
n
m
_ Vòng quay của chong chóng , v / ph ;
T _ lực đẩy của chong chóng , kN ;
T=T
E
/ ( 1 - t ) ,
T
E
= R / Z
P
v
s
_ tốc độ của tàu , hảI lý / giờ , v
s
= 12 h l / h
Tra đồ thị lực cản và công suất kéo của tàu ta có : R = 211673 N
Công suất kéo của tàu P
E
= 1307.43 KW = 1778.09 CV
T
E
= 211673 N
T = 260041 N = 260.041 KN
P
S
= P
E
/
_ hiệu suất đẩy của chong chóng , = 0.6
P
S
=
CVKW 48.296305.1279
6.0
43.1307
==
Chọn số vòng quay sơ bộ n
m
= 200 v / ph = 3.333 v / s
m
n
T
D
m
35.3
8.11
4
==
Sơ bộ đờng kính chong chóng : D = 3.35 m
2.4. Chọn số cánh chong chóng :
Dựa vào hệ số lực đẩy theo vòng quay
4
T
n
v
K
A
NT
=
Trong đó :
v = v ( 1 _ WT) , v _Vận tốc của tàu , m / s ;
v = 6.173 m / s
V
A
= 4.259 m / s ;
n - vòng quay của chong chóng , n = 3.33 v / s ;
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :4
_ khôí lợng riêng của nớc biển , = 1025 kg / m
3
T _ lực đẩy của chong chóng , T = 260040.54 N ;
K
NT
= 0.585 < 1 nên chọn số cánh chong chóng Z = 1 ;
2.5 Chọn tỉ số đĩa :
minmin;max
'''
o
E
o
E
o
E
A
A
A
A
A
A
trong đó :
min
'
O
E
A
A
Tỉ số đĩa theo điều kiện bền ;
min
''
O
E
A
A
Tỉ số đĩa theo điều kiện xâm thực ;
Chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền :
min
'
O
E
O
E
A
A
A
A
3
5
3/2
max0
10
'
)(375,0min)'(
Tm
D
Cz
A
A
E
=
C _ hệ số phụ thuộc vào vật liệu , C = 0.055 _ hơp kim đồng ;
d
max
_ chiều dày tơng đối profin tiết diện cánh chong chóng ;
d
max
= 0.08
ữ
0.1 . Chọn d
max
= 0.09 ;
m _ hệ số phụ thuộc vào kiểu tàu ; m = 1.15 _ tàu hàng ;
438.0min
'
=
O
E
A
A
Chọn tỉ số đĩa sơ bộ :
55.0=
O
E
A
A
2.6. Tính toán đờng kính tối u và tỉ số bớc của chong chóng :
Quá trình tính toán đợc trình bày dới bảng sau :
STT
Đạiự
ơng tính
Đơnvị
n
m
(vòng
quay giả
thiết) .
1 n
m
v/ph 180 190 200 210 220
2 n=n
m
/60 v/s 3.000 3.167 3.333 3.500 3.667
3 v=0.5144.v
s
m/s 6.17 6.1728 6.1728 6.17 6.1728
4 R =f (v
s
) N 211673 211673 211673 211673 211673
5 T
E
= R/ z
p
N 211673 211673 211673 211673 211673
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :5
6
T
vDK
DE
=
- 1.299 1.299 1.299 1.299 1.299
7 w
T
=f(K
DE
)
-
0.310 0.310 0.310 0.310 0.310
8 t = f(K
DE
)
-
0.186 0.186 0.186 0.186 0.186
9 1/i
Q
=f(K
DE
)
-
1.026 1.026 1.026 1.026 1.026
10 v
A
=v(1w
T
) m/s 4.259 4.259 4.259 4.259 4.259
11 T = T
E
/(1t) N 260040.54 260040.5 260040.54 260040.5
260040
.5
12
4
T
n
v
K
A
NT
=
-
0.616 0.600 0.585 0.570 0.557
13 J
0
=f(K
NT
) - 0.41 0.38 0.365 0.35 0.33
14
D
opt
=v
A
.a/
(J
0
.n)
m 3.36 3.43 3.40 3.37 3.41
15
K
T
=T/
(n
2
D
4
opt
)
- 0.221 0.182 0.172 0.160 0.139
16
J = v
A
/
(n.D
opt)
- 0.423 0.392 0.376 0.361 0.340
17
P/D =
f(J,K
T
)
- 0.740 0.710 0.695 0.680 0.670
18
0
= f(J,K
T
) - 0.51 0.5 0.49 0.49 0.46
19
0
1
11
TQ
D
W
t
i
=
- 0.617 0.605 0.593 0.593 0.557
20
3
10
=
sD
E
s
vT
P
kW
2159.349
5
2202.536
2247.486
2
2247.486
19
2394.06
21
P
S'
= P
S
/ 0.85 kW 2540.4111
2591.21
9
2644.1014
2644.1013
9
2816.54
Vậy chọn động cơ là : động cơ kiểu MA32GSC-4
-Công suất định mức : PS = 2644 kW =3595.81 CV ;
- Vòng quay định mức : n
m
= 200 v / ph ;
Ta phải dự trữ công suất để khi tàu gặp sóng gió phát huy hết công suất
động cơ thì taù vẫn đảm bảo vận tốc Vs = 12 hl/h. Do đó ở đây ta chỉ tính
cho chong chóng sử dụng 85% công suất
Các thông số của chong chóng : D = 3.4 m
n
m
= 200 v / ph
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :6
P / D = 0.695
D
= 0.593
2.7. Kiểm tra tỉ số đĩa theo điều kiện xâm thực :
2
1
1min
0
)(130)"( nD
P
K
A
A
cE
=
min
"
)(
O
E
O
E
A
A
A
A
Trong đó :
1
= 1.5 _ chong chóng vừa tảI ;
Kc = f(P/D ; z ; J ) = 0.23 (Tra đồ thị với P/D, J và Z =4 ) ;
n(v/s) : số vòng quay chong chóng _n = 3.33 v / s ;
D : Đờng kính chong chóng (m) _ D = 3.4 m ;
P
1
: áp suất thủy tĩnh tuyệt đối : P
1
= P
0
- P
d
= 10330 +.h
B
- P
d
= 1025 (kG / m
2
) ;
P
d
= 238 ( kG / m
2
) ;
h
B
: độ ngập sâu của trục chong chóng, h
B
= 0.7D = 2.38 m ;
46.0min)"(
0
=
A
A
E
P
1
= 12531.5 kG / m
2
Vậy tỉ số đĩa :
55.0=
O
E
A
A
đã chọn là đảm bảo
Chong chóng thiết kế có :
Tỉ số bớc
695.0=
D
P
Tỉ số đĩa
55.0=
O
E
A
A
Hiệu số đẩy
D
= 0.593
Số cánh Z = 4
Đờng kính D = 3.4 m
III.Lựa chọn dạng bánh lái
Ta lựa chọn dạng bánh lái cân bằng đơn giản
* Bánh lái có dạng hình chữ nhật
* Profin bánh lái là profin NACA 0012
IV.Các đặc trng
hình học của bánh lái
1.Diện tích bánh lái
1.1.Theo công thức thống kê
Diện tích bánh lái đợc tính bằng công thức
F
P
= àLT m
2
Trong đó
à = 0,018 ữ 0,027 là hệ số diện tích bánh lái cho tàu đi biển 1 bánh lái
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :7
L = 126 m là chiều dài giữa 2 trụ của tàu
T = 8.2 m là chiều chìm trung bình của tàu ở trạng thái toàn tải
Thay số vào ta có
F
P
= 19.5 ữ 27.9 m
2
Ta chọn diện tích bánh lái F
P
=24 m
2
1.2.Kiểm tra theo điều kiện diện tích tối thiểu
Diện tích của bánh lái phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau
F
Pmin
=
)
75
150
75,0(
100 +
+
L
LT
pq
m
2
trong đó
p = 1 vì bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt
q = 1 đối với tàu hàng
L,T lần lợt là chiều dài và chiều chìm tàu
Thay số vào ta có
F
Pmin
=
)
75126
150
75,0(
100
2.8.126
+
+
= 15.43 ,m
2
Vậy diện tích bánh lái đã chọn F
P
= 24 m
2
thoả mãn không nhỏ hơn diện
tích tối thiểu F
Pmin
= 14,3 m
2
2.Kích thớc bánh lái
Các kích thớc đặc trng cho bánh lái hình chữ nhật gồm có chiều cao và
chiều rộng bánh lái
Dựa vào điều kiện bố trí trong khung giá lái mà ta chọn
# Chiều cao bánh lái h
P
= 6 m
# Chiều rộng bánh lái b
P
=
P
P
h
F
= 4 m
3.Độ dang bánh lái
Độ dang của bánh lái tính bằng công thức
=
P
P
b
h
=
4
6
= 1,5
4.Chiều dày lớn nhất của profin bánh lái
Với prôfin NACA 0012 thì chiều dày tơng đối
12,0=t
t
max
=
t
b
P
= 0,12.4 = 0,48, m
Vị trí chiều dày lớn nhất
x
= 0,3
Hoành độ chiều dày lớn nhất
x =
x
b
P
= 0,3.4 = 1,20 ,m
5.Vị trí đặt trục tối u
Vị trí đặt trục tối u đợc tính bằng công thức
a = a
opt
=
2
maxmin pp
xx +
Giá trị của x
pmin
và x
pmax
đợc tính theo bảng sau
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :8
p
(độ) C
x
C
y
C
m
C
n
=C
x
sin
p
+C
y
cos
p
C
d
=C
m
/C
n
x
p
=C
d
b
p
(m)
5 0.02 0.2 0.05 0.20 0.25
1
10 0.04 0.4 0.1 0.40 0.25
1
15 0.09 0.6 0.16 0.60 0.27
1.08
20 0.16 0.85 0.23 0.85 0.27
1.08
27 0.34 1.2 0.35 1.22 0.29
1.16
x
Pmax
= 1.16m tại
P
= 27 độ
x
Pmin
= 1m tại
P
= 5 độ
Vị trí đặt trục tối u
a = a
opt
=
2
116.1 +
= 1.08 m
6.Hệ số cân đối của bánh lái
Hệ số cân đối của bánh lái đợc tính theo công thức
R =
P
P
F
F'
trong đó
F
P
= 1.08.6 = 6.47 m
2
là diện tích phần đối của bánh lái
F
P
= 24 m
2
là diện tích của toàn bộ bánh lái
R =
24
47.6
= 0,27 > 0,25
Vậy vị trí đặt trục tối u là
a = 0,25.4
a = 1 m
7.Xây dựng tuyến hình prôfin lý thuyết
Toạ độ thực của prôfin tính theo công thức
100
bx
x =
100
.
max
ty
y
=
Tra bảng 1-9 tr 24 sổ tay thiết bị tàu thuỷ ta lập bảng toạ độ prôfin
x
(%)
y
(%)
x(mm) y(mm)
x
(%)
y
(%)
x(mm) y(mm)
0 0 0.00 0.00 17.5 46.3 700.00 222.24
0.25 7.2 1.00 34.56 20 47.78 800.00 229.34
0.5 10.28 20.00 49.34 25 49.5 1000.00 237.6
0.75 12.45 30.00 59.76
30 50 1200.00 240.00
1 14.1 40.00 67.68 40 48.35 1600.00 232.08
1.25 15.8 50.00 75.84 50 44 2000.00 211.20
1.75 18.55 70.00 89.04 60 38.03 2400.00 182.54
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :9
2.5 21.8 100.00 104.64 70 30.5 2800.00 146.40
3.25 24.55 130.00 117.84 80 21.85 3200.00 104.88
5 29.6 200.00 142.08 85 17.08 3400.00 81.98
7.5 34.99 300.00 167.95 90 12.06 3600.00 57.89
10 39 400.00 187.20 95 6.7 3800.00 32.16
15 44.55 600.00 213.84 100 1.05 4000.00 5.04
V.Lực và mômen thủy động tác dụng lên bánh lái
1.Tàu chạy tiến
Vận tốc dòng nớc chảy đến bánh lái
v
ep
= 0,515v
S
(1-
r
) ,m/s
Trong đó
v
S
= 12 ,hl/h là là vận tốc khai thác của tàu
r
là giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh lái
r
= 0,8
0
với
0
là giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đĩa
chong chóng
Theo Papmiel,với tàu biển ta có
0
=
B
x
D
V
x
3
165,0
trong đó
x = 1 là số chong chóng
= 0,72 là hệ số béo thể tích của tàu
V = LBT = 0,72.126.22.8.2 = 16365.88 ,m
3
là thể tích chiếm nớc của tàu
D
B
= 3.4 ,m là đờng kính chong chóng
là phần kể đến sự tạo sóng
Vì Fr = 0,176 < 0,2 nên = 0
Thay số vào ta có
4000
6000
F''
D
B
= 3400
0
=
4,3
88.16365
1
7,0
165,0
3
= 0.316
r
= 0,8.0,316 = 0,253
là hệ số hiệu chỉnh có kể đến ảnh hởng của dòng nớc do chong chóng
đẩy ra đập vào bánh lái
đợc tính bằng công thức
=
)1(
''
1 +
B
P
P
k
F
F
trong đó
F
P
= 3,4.4 = 13.6 ,m
2
là diện tích của bánh lái bị phủ bởi dòng nớc do
B
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :10
chong chóng đẩy ra
k
B
là hệ số kể đến sự gia tăng thêm của lực dạt do bánh lái đặt trực tiếp
trong dòng nớc của chong chóng
k
B
phụ thuộc vào
B
/2 và đợc tra đồ thị với
B
là hệ số tải của chong
chóng
B
=
42
1
2
2
B
A
D
v
T
trong đó
T =
t
T
E
1
là lực đẩy của chong chóng
T
E
= R/x = 21167,kG là lực đẩy có ích của chong chóng
t là hệ số lực hút đợc tính bằng công thức
t = K
0
trong đó K = 0,5 ~ 0,7 cho tàu có bánh lái dạng thoát nớc
Chọn K = 0,63
t = 0,63.0,316 = 0,2
T =
2,01
21167
= 26459 kG = 259296 N
v
A
là tốc độ dòng nớc chảy đến chong chóng đợc tính bằng công thức
v
A
= 0,515v
S
(1-
0
)
= 0,515.12(1-0,316) = 4.23 ,m/s
= 1025 kg/m
3
là khối lợng riêng của nớc biển
Thay số vào ta có
B
=
22
4.14,3.23.4.1025.
8
1
259296
= 2.25
B
/2 = 1.125
Tra đồ thị ta có
k
B
= 2,15
là hệ số kể đến ảnh hởng toàn phần của tốc độ kích thích chiều trục
đến bánh lái và đợc xác định bởi công thức
=
2
12
2
2
+
+
B
kk
với k là hệ phụ thuộc vào tỉ số khoảng cách từ đĩa thiết bị đẩy đến mép tr-
ớc của bánh lái chia cho đờng kính chong chóng
k =
B
D
z
f
Tra đồ thị với
4.3
64.0
=
B
D
z
= 0,29 ta có
k = 1,58
=
2
25.212
37.12
2
37.1
+
+
= 0,99
=0,99
Thay số vào ta có
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :11
=
)174.0.15.2(
24
6.13
1 +
= 1.64
= 1,64
Vận tốc dòng chảy đến chong chóng
v
ep
= 0,515.12(1-0,253)1,64 = 6.19 ,m/s
v
ep
= 7,57 m/s
Lực và mômen thuỷ động tác dụng lên bánh lái đợc thể hiện dới dạng
bảng sau
STT Đại lợng tính toán
Đơn
vị
Góc bẻ lái
P
(độ)
5 10 15 20 27
1 C
x
- 0.02 0.04 0.09 0.16 0.34
2 C
y
- 0.2 0.4 0.6 0.85 1.2
3 C
m
- 0.05 0.1 0.16 0.23 0.35
4 C
n
=C
x
sin
p
+C
y
cos
p
- 0.201 0.401 0.603 0.853 1.224
5 x
P
= (C
m
/C
n
)b
P
0.995 0.997 1.061 1.078 1.144
6 l = x
P
-a m -0.005 -0.003 0.061 0.078 0.144
7 P
n
= 1/2C
n
v
ep
2
F
P
kG
9678.36 19308.59 29035.08 41072.89 58936.95
8 M
' = P
n
l kGm -48.39 -57.92 1771.14 3203.68 8486.92
9 M
= k
0
M
' kGm
-62.91 -75.29 2302.48 4164.78 11032.99
2.Tàu chạy lùi
Tốc độ tàu chạy lùi
v
l
= 0,75v
S
= 0,75.12 = 9,hl/h
Tốc độ dòng chảy đến bánh lái
v
epl
= 0,515v
l
l
,m/s
trong đó
l
= 1,05 ~ 1,1
Chọn
l
= 1,1 ta có
V
epl
= 0,515.9.1,1 = 5,1 ,m/s
v
epl
= 5,1 ,m/s
Quá trình tính toán làm theo bảng
STT Đại lợng tính toán
Đơn
vị
Góc bẻ lái
P
(độ)
5 10 15 20 23
1 C
x
- 0.02 0.06 0.13 0.24 0.3
2 C
y
- 0.16 0.35 0.48 0.65 0.55
3 C
m
- 0.04 0.06 0.11 0.21 0.19
4 C
n
=C
x
sin
p
+C
y
cos
p
- 0.161 0.355 0.497 0.693 0.623
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :12
5 x
P
= (C
m
/C
n
)b
P
m 0.994 0.676 0.885 1.212 1.219
6 l = x
P
-a m -0.006 -0.324 -0.115 0.121 0.219
7 P
n
= 1/2C
n
v
epl
2
F
P
kG
5262.48 11634.27 16287.98 22711.41 20417.32
8 M
' = P
n
l kGm -31.57 -3769.50 -1873.1 2748.08 4471.39
9 M
= k
0
M
' kGm
-41.04 -4900.35 -2435.03 3572.51 5812.81
Từ kết quả ta vẽ đồ thị lực và mômen thủy động tác dụng lên bánh lái
So sánh 2 trờng hợp tàu chạy tiến và chạy lùi ta có kết luận
# P
nmax
= 58937kG tại
P
= 27 độ
# M
max
= 11033 kGm tại
P
= 27 độ
VI.Kết cấu của bánh lái
1.Vật liệu chế tạo bánh lái
* Chọn vật liệu chế tạo là thép CT 3C có
ch
= 2400 kG/cm
2
* Vật liệu chế tạo trục là có
ch
=0.5
ch
kG/cm
2
2.Xơng gia cờng
Khoảng cách giữa các xơng gia cờng tính theo công thức
a
0
=
4,0
100
2,0 +
L
với L = 126 m là chiều dài tàu
a
0
=
4,0
100
126
2,0 +
= 0,652 ,m
Vì khoảng sờn vùng đuôi là 600 mm nên ta chọn khoảng cách giữa các
xơng gia cờng ngang là
a
n
= 0,6 m
Chọn khoảng cách giữa các xơng gia cờng đứng bằng khoảng cách
giữa các xơng gia cờng ngang
a
d
= 0,6 m
Chiều dày các xơng gia cờng đợc lấy theo chiều dày tôn bao(=0,8t
0
)
Vì a = 1000 mm > t
max
= 480 mm nên ta phải có 2 xơng gia cờng đứng
thay thế cho trụ lái.Khoảng cách giữa chúng là 400 mm
3.Chiều dày tôn bao
Chiều dày tôn bao bánh lái phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức
0
=
][
2
C
P
n
S
a
F
P
Tk
+
+1,5=0.544
6.117
60
240000
583198
02.8
2
+
+1.5= 11.23,mm
trong đó
k
S
là hệ số phụ thuộc vào tỉ số b
C
/a
C
và tra theo bảng
k
S
= 0,554
T là áp suất thuỷ tĩnh,về trị số bằng chiều chìm lớn nhất của tàu
T = 8.2.9,8/10= 8.02 ,N/cm
2
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :13
a
C
= 60 cm là khoảng cách giữa các xơng gia cờng
[] là ứng suất cho phép của vật liệu.Lấy hệ số an toàn bằng 2 ta có
[] = 2400.9,8/2 = 11760 N/cm
2
P
n
= 583198N là áp lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái
F
P
= 240000 cm
2
Chọn chiều dày tôn bao
0
= 12 mm
Chiều dày tôn mặt trên và tôn mặt d ới
Đợc lấy không nhỏ hơn 1,2
0
= 1,2.12 = 14,4 mm
Chọn chiều dày tôn mặt trên và dới
t
=
d
= 15 mm
Trên tấm tôn mặt trên và mặt dới có khoét lỗ để thử áp lực,sau đó đợc
làm kín bằng vít đồng có đờng kính 50 mm,phía ngoài đợc hàn tấm ốp có
đờng kính 100 mm
Chiều dày tôn bao vùng thay thế cho trục lái
Không nhỏ hơn 1,2
0
= 14,4 mm
Chọn chiều dày tôn bao vùng thay thế
0
= 15 mm
Chiều rộng tôn bao vùng thay thế S không nhỏ hơn 1/6h
max
với h
max
= 7 m
là khoảng cách lớn nhất giữa 2 gối kề nhau của trục lái
Chọn S = 1,2 m
Chiều dày x ơng gia c ờng
Không nhỏ hơn 0,8
0
và không lớn hơn 1,2
0
Chọn chiều dày xơng gia cờng
x
= 13 mm
Chiều dày xơng gia cờng thay thế cho trục lái bằng (1,8~2)
0
= 22 ~ 24 mm
Chọn chiều dày xơng gia cờng thay thế cho trục lái
tt
= 24 mm
4.Lập là
* Chiều dày xơng lập là
= 13 mm
* Chiều rông lập là b = 100 mm
5.Kiểm tra bền trục lái
Bánh lái đợc coi là đủ bền nếu mômen chống uốn của xơng đúng thay
thế cho trục lái và mép kèm của nó lớn hơn mômen chống uốn cho phép
W [W] =
][
M
trong đó M
là mômen uốn nhịp đợc tính ở phần sau
[] =
ch
/3 = 800 kG/cm
2
Chiều rộng mép kèm
b
mk
= h/6 = 6000/6 = 1000 mm
Việc tính mômen chống uốn thực hiện theo bảng
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :14
STT
Quy cách
(cm)
Diện tích
F
i
(cm
2
)
Z
i
(cm)
F
i
Z
i
2
(cm
4
)
i
0
(cm
4
)
1 1,5x100 150 -24.75 91884.375 28.13
2 4,8x48 230.4 0 0 44236.8
3 1,5x100 150 24.75 91884.375 28.13
530.4
228796.84
x
1000
480
15
15
3
z
2
1
24
Mô men quán tính
I = 228796.84 cm
4
Mômen chống uốn
W = I/Z
max
= 228796.84/25.5= 8972.4 cm
3
Mômen chống uốn cho phép
[W] = M
tt
/[] = 108123.4.10
2
/800 = 13515.43 cm
3
Vậy bánh lái đủ bền.
6.Khối lợng & toạ độ trọng tâm bánh lái
Ta tính diện tích prôfin và toạ độ trọng tâm Xc của prôfin . Diện tíchprôfin
đợc tính gần đúng bằng cách chia thành các hình thang .
Theo chiều dài prôfin ta chia thành 25 hình thang tơng ứng với các toạ
độở phần xây dựng prôfin .
S = S
i
S
i
= 2.1/2.(Y
i
+ Y
i-1
).(X
i
- X
i-1
)
Trọng tâm của S
i
:
X
ci
= X
i-1
+ 1/3.(X
i
- X
i-1
).(2Y
i
+Y
i-1
)/(Y
i
+ Y
i-1
)
Trọng tâm của prôfin : X
c
= S
i
.X
ci
/S
Quá trình tính toán đợc thực hiện dới dạng bảng nh sau :
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :15
i
Xi Yi Xi-X
i-1
Yi+Y
i-1
2Yi+Y
i-1
Si Xci Si.Xci
0
0 0
0.00 0 0 0 0 0
1
10 34.56
10.00 34.56 69.12 345.6 6.67 2304
2
20 49.34
10.00 83.9 133.24 839 15.29 12831.33
3
30 59.76
10.00 109.1 168.86 1091 25.16
27448.66
4
40 67.68
10.00 127.44 195.12 1274.4 35.10 44736
5
50 75.84
10.00 143.52 219.36 1435.2 45.09 64720
6
70 89.04
20.00 164.88 253.92 3297.6 60.27 198736
7
100 104.6
30.00 193.68 298.32 5810.4 85.40 496224
8
130 117.8
30.00 222.48 340.32 6674.4 115.30 769536
9
200 142.1
70.00 259.92 402 18194.4 166.09 3021872
10
300 168
100.00 310.03 477.98 31003 251.39 7793866.667
11
400 187.2
100.00 355.15 542.35 35515 350.90 12462333.33
12
600 213.8
200.00 401.04 614.88 80208 502.21 40281600
13
700 222.2
100.00 436.08 658.32 43608 650.32 28359200
14
800 229.3
100.00 451.58 680.92 45158 750.26 33880333.33
15
1000 237.6
200.00 466.94 704.54 93388 900.59 84104266.67
16
1200 240
200.00 477.6 717.6 95520 1100.17 105088000
17
1600 232.1
400.00 472.08 704.16 188832 1398.88 264153600
18
2000 211.2
400.00 443.28 654.48 177312 1796.86 318604800
19
2400 182.5
400.00 393.74 576.28 157496 2195.15 345726933.3
20
2800 146.4
400.00 328.94 475.34 131576 2592.68 341133866.7
21
3200 104.9
400.00 251.28 356.16 100512 2988.98 300428800
22
3400 81.98
200.00 186.86 268.84 37372 3295.91 123174933.3
23
3600 57.89
200.00 139.87 197.76 27974 3494.26 97748400
24
3800 32.16
200.00 90.05 122.21 18010 3690.48 66465466.67
25
4000 5.04
200.00 37.2 42.24 7440 3875.70 28835200
Tổng
1309886 2202880008.0
S = S
i
= 1309886 cm
2
S
i
X
ci
= 2202880008 cm
3
Xc = S
i
.X
ci
/Si = 155 (cm)
Ta tính đợc toạ độ trọng tâm của profin bánh lái,cách mép trớc bánh lái
một khoảng là 155 cm
Diện tích prôfin bánh lái
S = 20204 cm
2
Việc tính toán trọng tâm của bánh lái đợc thực hiện theo bảng
(mốc tính trọng tâm là mép trớc của bánh lái)
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :16
STT Tên chi tiết
Kích thớc Thể tích
X
i
(cm) V
i
X
i
(cm
4
)Số lợng(cm) V
i
(cm
3
)
1 Tôn bao 843x600x1,2 606960 168 101969280
2 Vách đứng 1 47.5x600x2,4 68400 76 5198400
3 Vách đứng 2 47.5x600x2,4 68400 124 8481600
4 Vách đứng 3 43.4x600x1,
3
x0,9
30466.8 193 5880092.4
5 Vách đứng 4 32.8x540x1,
3
23025.6 262 6032707.2
6 Vách đứng 5 17.8x540x1,
3
12495.6 331 4136043.6
7 Vách ngang 13089x1,3x9 245026.1 168 41164381.4
8 Tôn đáy 13089x1,5x2 31167 168 5236056
9 Lập là 73216 168 12300288
S
1159157 190398849
Chú ý: Hệ số 0,9 là hệ số kể đến việc chiếm diện tích của lỗ khoét trên
vách ngang và vách đứng
Từ bảng trên ta có khoảng cách từ trọng tâm bánh lái đến mép trớc
x
G
=
i
ii
V
xV
=
1159157
190398849
= 150 cm
Khoảng cách từ trọng tâm bánh lái tới trục lái
r = x
G
-90 = 60 cm
r = 60 cm
Khối lợng bánh lái
G = V
i
= 7850.0,8322
G = 6533 kG
VII.Kết cấu trục lái
Tải trọng tác dụng lên trục lái gồm có
# áp lực thuỷ động P
n
của nớc tác dụng vuông góc gây uốn trục
# Mômen thuỷ động M
gây xoắn trục
# Lực tác dụng lên đầu sectơ lái
P
C
= M
C
/R
C
với R
C
là bán kính sectơ lái
# Trọng lợng bánh lái G
m
và trọng lợng bản thân của trục lái
1.Tính toán lần gần đúng thứ nhất
Ta giả thiết P
C
= 0 và ta áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng
M'' = -659 kGm
2
1
R''
a = 3.3 m
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :17
L = 7 m
1
1
b = 3.7 m
1
L = 0,65 m
3
L = 1,9 m
2
M
M' = 63030 kGm
L
L
L
M = 102803 kGm
1
b
a
1
1
0
G
M
1
2
3
R''
1
R''
2
R'
0
n
P
R'
1
R'
2
G
Tác dụng của P
n
Tác dụng của M
G
1
M'
M = 5823 kGm
1.1.Trục lái dới tác dụng của P
n
và M
Ta coi bánh lái và trục lái nh 1 dầm tựa trên các đế cứng.Phản lực tại các
đế là R
i
.Độ cứng của bánh lái là EI
1
,của trục là EI
2
.Ta giả thiết là
EI
1
= 2EI
2
Khi đó dầm là siêu tĩnh bậc nhất
Viết phơng trình góc xoay cho gối 1
++
1
1
1
11
2
21
1
11
1
63
'
3
'
b
a
EI
baP
EI
LM
EI
LM
n
=0
suy ra M
1
=
21
11
1
1
2
1
2 LL
ba
b
a
P
n
+
+
=
9.1.27
7.3.3.3
7.3
3.3
1
2
58937
+
+
= 63030 (kGm)
Mô men nhịp:
M
=
1
11
L
baP
n
=
7
7.3.3.3.58937
= 102803 (kGm)
Mômen tính toán
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :18
M
tt
=
1
1
1
1
11
'M
L
a
L
baP
n
= 73089(kGm)
Đờng kính trục tại gối 1:
D
1
[ ]
3
22
1
1.0
'
MM +
(cm)
Với
[ ]
= 0.4
T
= 0,4.2800 = 1120(kG/cm
2
)
D
1
3
22
1120.1,0
1103363030 +
= 8,7 (cm)
Đờng kính trục tại gối 2:
D
2
[ ]
3
1.0
M
= 4,86 (cm)
Phản lực tại các gối:
R
0
=
1
1
1
1
'
L
M
L
bP
n
=
7
63030
7
7.3.58937
= 22148 (kG)
R
1
=
( )
1
1
21
211
'
L
aP
LL
LLM
n
+
+
=
( )
7
3.3.58937
9,1.7
9.1763030
+
+
= 69963 (kG)
R
2
= -
2
1
'
L
M
= -
9,1
63030
= -33174 (kG)
Đờng kính tại gối 0
D
0
10
4400
0
+
ch
R
=
4400280 0
22148
10
+
= 18.05 (cm)
D
0
2,76
[ ]
0
R
= 13.3 (cm)
Chọn D
0
= 22 (cm)
D
1
= 28 (cm)
D
2
= 24 (cm)
1.2.Trục lái chịu tác dụng của trọng lợng bánh lái G
m
M
G
= G
m
.r = 5823 kGm
với G
m
= 9099 kG
r = 0,64 m
Ta có phơng trình góc xoay:
2
1
2
1
1
1
3
1
6
L
a
EI
LM
G
= -
2
21
1
11
3
''
3
''
EI
LM
EI
LM
M
1
=-
21
1
2
2
1
1
2
31
2
1
LL
L
a
LM
G
+
=-
9.1.27
7
3.3
317.5823
2
1
2
2
+
=-659(kGm)
Mômen tính toán :
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :19
M
tt
=
1
11
1
1
''
L
aM
L
bM
G
=
7
3.3.659
7
7.3.5823
=3389 (kGm)
Phản lực tại các gối :
R
0
=
1
1
1
''
L
M
L
M
G
=
7
659
7
5823
= 926 (kG)
R
1
=
2
1
1
1
1
''''
L
M
L
M
L
M
G
++
=-
9.1
659
7
659
7
5823
+
+
=-1273 (kG)
R
2
= -
2
1
''
L
M
=-
9.1
659
= 347(kG)
Khi đó trị số phản lực tổng cộng của các gối ở lần gần đúng thứ nhất là:
R
i
=
22
'''
ii
RR +
Vậy thay số ta có:
R
0
=
22
92622148 +
= 22167 (kG)
R
1
=
22
127369963
+
= 69975(kG)
R
2
=
22
37433174 +
= 33176 (kG)
Trị số mômen ma sát tại các gối trong lần gần đúng thứ nhất :
M
msi
=
i
i
i
R
D
f
2
4
(kGm)
Vậy thay số ta có:
M
ms0
=
22167
2
22,0
1,0
4
= 310 (kGm)
M
ms1
=
69975
2
28,0
1,0
4
= 1247 (kGm)
M
ms2
=
33176
2
24,0
15,0
4
= 760 (kGm)
Mômen xoắn tổng cộng tác dụng lên trục lái ở lần gần đúng thứ nhất là:
M
tp
= M
+
=
`2
0i
msi
M
= 11033+(310+1247+760) = 13350 (kGm) = 130.8 (kNm)
Chọn máy lái điện thuỷ lực có xylanh lắc,mômen xoắn đa ra đầu sectơ
lái thoả mãn: M
c
M
tp
với Mc là mômen xoắn đầu ra của máy lái
Chọn máy lái điện thuỷ lực có:
M
c
= 160 (kNm)
Lực tác dụng lên đầu secto lái :
P
c
=
c
c
R
M
=
455,0
160
= 352 (kN)
P
C
= 35882 kG
trong đó R
C
= 0,455 m là bán kính sectơ lái
2.Tính toán lần gần đúng thứ 2
400
thiÕt kÕ m«n häc m«n thiÕt bÞ tµu
Trang :20
2
R''
a =3.3m
L = 7 m
1
1
b = 3.7 m
1
L = 0,65 m
3
L = 1,9 m
2
M
σ
M' = 43656 kGm
L
L
L
M = 102803 kGm
π
1
b
a
1
1
0
G
M
1
2
3
R''
1
R''
2
R'
0
n
P
R'
1
R'
2
G
T¸c dông cña P ,P
n
T¸c dông cña M
G
1
M'
C
P
C
M' = 30500 kGm
2
M = 5823kGm
2.1.Trôc l¸i díi t¸c dông cña M
σ
,P
n
vµ P
C
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :21
M'' = 809 kGm
1
R''
a = 3 m L = 6,5 m
11
b = 3,5 m
1
L = 0,65 m
3
L = 1,9 m
2
M
M' = 43273 kGm
L LL
M = 103163 kGm
1
ba
1
1
0
G
M
1
2 3
R''
1
R''
2
R'
0 n
P R'
1
R'
2
G
Tác dụng của P ,P
n
Tác dụng của M
G
1
M'
C
P
C
M' = 23323 kGm
2
M = 3920 kGm
Phơng trình góc xoay viết cho gối 1:
-
2
22
2
21
1
11
1
1
1
11
6
'
3
'
3
'
1
6 EI
LM
EI
LM
EI
LM
L
a
EI
baP
n
=+
+
M
1
=
21
22
1
1
11
2
'1
2
1
LL
LM
L
a
baP
n
+
+
=
9.1.27
9.1.30500
7
3.3
17.3.3.3.58937
2
1
+
+
=43656(kGm)
với M
2
= P
c
.L
3
= 35882.0,85= 30500 (kGm)
Mômen tính toán :
M
tt
= P
n
1
1
1
1
11
'
L
a
M
L
ba
= 58937
7
3.3
43656
7
7.3.3.3
= 82222 (kGm)
Vậy ta có biểu đồ mômen uốn nh hình vẽ
Phản lực tại các gối :
R
0
=
1
1
1
1
'
L
M
L
bP
n
=
7
43656
7
7.3.58937
= 24916 (kG)
R
1
=
+
+
1
11
'
L
MaP
n
2
21
''
L
MM
=
+
+
7
436563.3.58937
9.1
3050043656
= 40945 (kG)
R
2
= P
c
-
2
21
''
L
MM
= 35882 -
9.1
3050043656
= 28958 (kG)
Đờng kính trục trong lần tính thứ hai:
D
i
[ ]
4,0
22
MM
ui
+
(cm)
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :22
D
1
3
2
1
2
448
MM
u
+
= 4.89 (cm)
D
2
3
2
2
2
448
MM
u
+
= 4.39 (cm)
D
0
10
28002400
'
0
+
R
= 21.9 (cm)
D
0
2,76
[ ]
0
'R
= 14.06 (cm)
Từ các giá trị trên ta chọn :
D
0
= 24 (cm)
D
1
= 34 (cm)
D
2
= 30 (cm)
2.2.Trục lái dới tác dụng của M
G
Ta tính tơng tự nh lần gần đúng thứ nhất
Tính phản lực tổng cộng :
R
0
=
22
92624916 +
= 24933 (kG)
R
1
=
22
127340945
+
= 40965 (kG)
R
2
=
22
37428958 +
= 28960 (kG)
Xác định mômen ma sát tại các gối :
M
msi
=
i
i
R
D
f
2
4
M
ms0
=
24933
2
24,0
1,0
4
= 381 (kGm)
M
ms1
=
40965
2
34,0
1,0
4
= 887 (kGm)
M
ms2
=
289 60
2
3,0
15,0
4
= 830 (kGm)
Mômen xoắn toàn phần :
M
tp
= M
+
=
n
i
msi
M
1
M
tp
= 11033 + (381+887+830) = 13131 (kGm)
M
tp
= 129 kNm
Vậy máy lái đã chọn ở lần gần đúng thứ nhất là thoả mãn.Ta không cần
chọn lại máy lái
3.Kiểm tra bền trục lái
Ta nên kiểm tra bền trục lái tại 3 tiết diện nguy hiểm
# Tiết diện 1-1 là tiết diện mà gót ki lái liên kết với trục lái
# Tiết diện 2-2 là tiết diện ổ trên trục lái
l = 7
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :23
m
l' = 0,2
m
1
1
1
1
l' = 0,4
m
l = 0,65
m
l = 1,9
m
2
3
3
3
# Tiết diện 3-3 là là nới lắp vành chặn 2 nửa để đỡ toàn bộ trọng lợng của
bánh lái và trục lái
Tại tiết diện 1-1 có mômen uốn tổng cộng :
M
1-1
=
2
1
2
1
''' MM
+
=
22
1854983
+
=4986(kGm)
Trong đó :
M
1
là mômen uốn tại tiết diện 1-1 do P
n
và P
c
gây ra
M
1
= R
0
.L
1
= 0,2.24916 = 4983 (kGm)
M
1
là mômen uốn tại tiết diện 1-1 do trọng lợng bánh lái Gm gây ra
M
1
= R
0
.L
1
= 0,2.641 = 185(kGm)
# Tại tiết diện 2-2 có mômen uốn
M
2-2
= P
c
.L
3
= 35882.0.65=23323 (kGm)
# Tại tiết diện 3-3 có mômen uốn
M
3-3
= P
c
.L
3
= 35882.0,4 = 14353 (kGm)
Quá trình tính toán đợc thực hiện dới bảng sau:
STT Đại lợng tính Đơn vị
Kết quả
1 1 2 2 3 3
1 Đờng kính trục cm 24 30 28
2 Môđun chống uốn W
ui
cm
3
1382.4 2700 2195.2
3 Môđun chống xoắn W
xi
cm
3
2764.8 5400 4390.4
4 Mômen uốn M
ui
kGcm 498600 2332300 1435300
5
ứng suất uốn
ui
kG/cm
2
360.677 863.8 653.836
6
ứng suất xoắn
i
kG/cm
2
399.052 204.315 251.298
7
ứng suất tổng
i
kG/cm
2
537.894 887.6 700.466
8 Độ dự trữ bền n =
ch
/
i
> 2,5
3,36 2.70 3.42
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :24
VIII.Mối nối
1.Trục lái và bánh lái
3
5
0
3
5
0
700
9
5
0
460
Chọn dạng mối nối là mặt bích hình chữ nhật nằm ngang có kích thớc nh
hình vẽ
1.1.Đờng kính bu lông
Phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau
d
B
Cch
u
rn
MM
)4400(
54,5
22
+
+
,cm
trong đó
M
= 1103300 kGcm là mômen xoắn thuỷ động
M
u
là mômen uốn tại vị trí đặt bích
Để thiên về an toàn ta lấy M
u
bằng mômen uốn tại gối 1
M
u
=
1
2
1
2
''' MM
+
=
22
65943656 +
= 4366097 kGcm
n = 6 là số bulông
r
C
= 396 cm là khoảng cách trung bình của các tâm bulông đến tâm mặt
bích
Thay số vào ta có
d
B
396)44002800(6
11033004366097
54,5
22
+
+
= 2,88 cm
Chọn đờng kính bulông
d
B
= 100 mm
1.2.Kích thớc mặt bích
Kích thớc mặt bích chọn nh hình vẽ
Chiều dày mặt bích không nhỏ hơn đờng kính bulông nối
Chọn chiều dày mặt bích
S = 100 mm
Bán kính lợn của cạnh mặt bích
R = 80 mm
1.3.Kiểm tra bền mối nối
Bulông trong mối nối gồm có 4 bulông thô và 2 bulông tinh
thiết kế môn học môn thiết bị tàu
Trang :25
Bulông đợc chia thành 2 nhóm
* Nhóm bulông cách xa tâm là bulông ghép không khe hở
M
T
1
T
2
b
1
b
2
* Nhóm bulông gần tâm là
bulông ghép có khe hở
a)Bulông d ới tác dụng của M
Lực siết trên mỗi bulông phải tạo ra đợc ma sát nhằm chống lại mômen
xoắn thuỷ động
Gọi phản lực tại các nhóm bulông là T
1
và T
2
.Chúng phải thoả mãn hệ
phơng trình
4T
1
b
1
+2T
2
b
2
= M
T
1
/b
1
= T
2
/b
2
Thay số vào ta có
T
1
= 4792kG
T
2
= 4003 kG
Ta xét bulông ghép có khe hở
Lực xiết cần thiết của bulông
N
2
=
f
kT
2
Trong đó
k = 2 là hệ số an toàn
f = 0,2 là hệ số ma sát
Thay số vào ta có
N
2
= 40030 kG
ứng suất kéo do N
2
gây ra (có kể đến ứng suất do xoắn)
k
= 1,3
4
2
2
B
d
N
=1,3
4
10.
40030
2
= 663 kG/cm
2
Độ dự trữ bền của bulông
k =
ch
/
k
= 3,6
Với nhóm bulông ghép không có khe hở thì ta kiểm tra bền theo điều
kiện bền cắt và bền dập
ứng suất cắt
=
4
2
1
B
d
T
=
4
10.
4792
2
= 61 kG/cm
2
