Bài giảng thiết bị mặt boong nguyễn thái vũ

Bài giảng Thiết bò Mặt boong

PHẦN 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI
1. Tổng quan
1.1. Nhiệm vụ của thiết bò lái
1.1.1. Tính ăn lái của tàu và nhiệm vụ của thiết bò lái
Tính ăn lái của tàu thủy là khả năng chuyển động của nó theo ý muốn của người lái.
Điều đó có nghóa là con tàu phải có khả năng chuyển động theo hướng thẳng cũng
như phải có khả năng thực hiện các loại quay trở cần thiết. Vì vậy tính ăn lái bao gồm
hai lónh vực chính liên hệ mật thiết với nhau là tính ổn đònh hướng và tính quay trở.
Tính ổn đònh hướng: là khả năng giữ hướng đi của tàu mà không có sự tham gia giữ
hướng của người lái hoặc chỉ với góc nghiêng bánh lái rất nhỏ.
Tính quay trở: là khả năng thay đổi hướng đi về một phía bất kỳ của tàu.
Qua đònh nghóa trên ta thấy tính ổn đònh hướng và tính quay trở là hai khái niệm
tương phản. Một con tàu có tính ổn đònh hướng tốt thì sẽ có tính quay trở tồi và ngược
lại còn tàu có tính quay trở tốt thì tính ổn đònh hướng sẽ xấu. Do đó nhà thiết kế có
nhiệm vụ dung hòa các mâu thuẫn đó, phải nhấn mạnh những đặc tính nào cần thiết
nhất đối với con tàu cần thiết kế.
Tính ăn lái của tàu phụ thuộc rất nhiều vào kích thước (L,B) và hình dáng thân tàu,
nhất là phần đuôi. Tính ăn lái cũng phụ thuộc rất nhiều vào những bộ phận ổn đònh cố
đònh như ky hông, ky đuôi… vào độ lớn và số lượng chân vòt cũng như vò trí đặt chúng
trên tàu.
Nhiệm vụ của thiết bò lái là đảm bảo tính ăn lái của tàu bằng cách tạo ra momen
quay làm quay tàu quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu.
1.1.2. Quá trình quay vòng của tàu
Quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu khi quay bánh lái đi một góc  và giữ
nguyên bánh lái ở vò trí đó gọi là đường quay vòng của tàu.
Quá trình quay vòng của tàu gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1 : Là giai đoạn quay lái. Bánh lái từ vò trí nằm trong mặt phẳng đối
xứng của tàu được quay đi một góc α (gọi là góc quay lái). Áp lực thủy động P tác
động lên bánh lái tăng dần thành phần P2 của P ngược với chiều quay lái và làm tàu

dạt sang ngang . Thành phần P1 của P hướng ngược chiều tiến của tàu sẽ làm giảm
vận tốc của tàu. Momen Mt = P.l bắt đầu làm quay mũi tàu theo chiều quay lái. Lực
đẩy của chân vòt PCV bò đổi hướng, đẩy tàu đi lệch khỏi hướng đi trước lúc quay lái.
Giai đoạn 2 : Là giai đoạn chuyển động quá độ. Bánh lái được giữ cố đònh ở góc α.
Tàu quay dần dần quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu. Góc giữa mặt phẳng đối
xứng của tàu và hướng vận tốc chuyển động của trọng tâm tàu gọi là góc lệch hướng β .
Góc β tăng đếnβmax còn đường kính quay vòng quá độ D giảm dần đến giá trò Dmin.
Giai đoạn 3 : Là giai đoạn chuyển động xác lập, bắt đầu từ lúc góc lệch hướng β và
đường kính quay vòng D đạt được giá trò cố đònh, kéo dài đến chừng nào bánh lái còn
được giữ ở góc quay lái α. Trọng tâm tàu chuyển động trên một đường tròn đường
kính Dmin=Do. Đường tròn đó gọi là đường kính quay vòng xác lập.
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang1


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Đối với tàu cá: D=(4÷6).L
Đối với tàu vận tải và các tàu khác : D=(6÷8).L

min

Hình 1.1. Quá trình quay vòng tàu

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang2

Bài giảng Thiết bò Mặt boong

1.2. Các loại thiết bò lái và các bộ phận chủ yếu của thiết bò lái
1.2.1. Các loại thiết bò lái
1- Thiết bò lái dùng bánh lái là loại thiết bò lái đơn giản và phổ biến nhất. Bánh lái
có dạng tấm phẳng hoặc tấm có profin lưu tuyến. Khi tàu chạy thẳng bánh lái nằm
trong mặt phẳng đối xứng của tàu hoặc song song với mặt phẳng đó.
2- Thiết bò lái dùng bánh lái chủ động để tăng tính quay trở của tàu, nhất là khi tàu
chạy ở tốc độ thấp, (đây là loại bánh lái mà người ta lắp thêm vào nó một chân vòt phụ.)

Hình 1.2. Bánh lái chủ động
với chân vòt lái phụ
1.gối đỡ dưới; 2.bánh lái;
3.ống đạo lưu; 4.đường trục
chân vòt lái phụ; 5.trục lái;
6.động cơ điện quay chân vòt
lái; 7.máy lái; 8,10.mấu lắp
ráp; 9.ổ đỡ chòu lực.

3- Thiết bò lái dùng đạo lưu quay: Đạo lưu quay là một ống có profin lưu tuyến đặt
bao quanh chân vòt. Ngoài tác dụng lái tàu, đạo lưu còn là một bộ phận của thiết bò
đẩy, có tác dụng cải thiện chất lượng đẩy của chân vòt.
Ngoài các thiết bò lái kể trên, còn có thiết bò lái kiểu phụt nước: trên tàu ống phụt,
người ta dùng thiết bò điều khiển dòng để tăng tính quay trở của tàu, lùi tiến mà
không cần thay đổi chế độ làm việc của máy chính.
1.2.2. Các bộ phận chính của thiết bò lái
Thông thường thiết bò lái gồm các bộ phận chính sau :
• Bánh lái (hoặc đạo lưu quay) trực tiếp chòu áp lực thủy động để lái tàu.
• Trụ lái là phần của sống đuôi tàu, có các bản lề để lắp bánh lái.
• Trục quay bánh lái hoặc đạo lưu quay (gọi tắt là trục lái ) truyền momen lái từ máy

lái tới làm quay bánh lái hoặc đạo lưu quay.
• Máy lái là bộ phận tạo lực lái. Máy lái: gồm có nguồn động lực (ở máy lái điện là
động cơ điện, ở máy lái thủy lực là cụm động cơ điện – bơm thủy lực và động cơ
thủy lực, ở máy lái tay là vòng tay lái…), hệ truyền động (ở máy lái điện là hộp giảm
tốc, cặp bánh răng, xectơ và cần lái, ở máy lái thủy lực là các đường ống thủy lực và
cần lái, ở máy lái tay là dây lái và vòng cung lái…), hệ điều khiển.
• Các thiết bò an toàn tín hiệu: Thiết bò chỉ góc quay lái, thiết bò giới hạn góc
quay lái, thiết bò phanh hãm…
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang3


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

1.3. Phân loại bánh lái và đạo lưu quay
1.3.1. Phân loại bánh lái:
1. Theo cách liên kết giữa bánh lái và vỏ tàu :
- Bánh lái đơn giản (kiểu I,III): là bánh lái có ít nhất một gối đỡ ở phía trên và một
gối đỡ ở phía dưới bánh lái. Ngoài ra có thể thêm các gối trung gian.
- Bánh lái nửa treo (kiểu II): là bánh lái có nữa phần dưới làm việc như một đoạn
côngxôn.
- Bánh lái treo (kiểu IV): là bánh lái liên kết với vỏ tàu qua các gối của trục lái.
2. Theo vò trí bánh lái so với đường tâm quay :
- Bánh lái cân bằng : là bánh lái có đường tâm quay chia bánh lái thành hai phần.
Momen quay do áp lực thủy động tác dụng lên phần sau sẽ được cân bằng bởi áp lực
thủy động tác dụng lên phần trước.
- Bánh lái không cân bằng : là bánh lái có đường tâm quay nằm sát cạnh trước của
bánh lái. Momen do áp lực thủy động tác dụng lên bánh lái sẽ truyền hoàn toàn lên
trục lái.

- Bánh lái bán cân bằng: là bánh lái có phần dưới nhô ra phía trước trục lái gây ra
đối trọng.
3. Theo số chốt liên kết : gồm bánh lái một chốt và bánh lái nhiều chốt.
Các bánh lái đơn giản và bánh lái nửa treo có thể liên kết với sống đuôi tàu bằng
một hay nhiều chốt bản lề.

Hình 1.3. Các loại bánh lái

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang4


Bài giảng Thiết bò Mặt boong
Bánh lái
Bánh lái đơn giản

Không cân bằng

Bánh lái nữa treo

Cân bằng

Một chốt

Một chốt

Hai chốt

Hai chốt

Nhiều chốt

Trụ lái rời

Cân bằng

Bánh lái treo

Cân bằng

Một chốt
Hai chốt

Hình 1.4. Sơ đồ phân loại
bánh lái
2.3.2. Phân loại đạo lưu quay
Đạo lưu quay được phân loại như sau:
1- Theo dạng cánh ổn đònh:
- Đạo lưu quay có cánh ổn đònh cố đònh.
- Đạo lưu quay có cánh ổn đònh quay được.
2- Theo chiều dài tương đối của đạo lưu Lđl:
- Đạo lưu ngắn Lđl = (0,5 ÷ 0,6)D
- Đạo lưu dài Lđl = (0,7 ÷ 0,9)D
3- Theo hình dạng đạo lưu:
- Đạo lưu không đối xứng trục: Đạo lưu không đối xứng trục có 2 kiểu : không đối
xứng theo chiều dày profin và không đối xứng theo dạng profin. Chiều dày profin phía
trên của đạo lưu được làm lớn hơn ở phía dưới để gia cường chỗ liên kết với trục lái.
Đạo lưu quay không đối xứng trục có tác dụng làm giảm dao động của vỏ tàu, phân
đều tải giữa phần trên và phần dưới chân vòt, đồng thời giảm tải dao động do chân vòt

truyền vào trục chân vòt.

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang5


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Hình 1.5. Ống đạo lưu quay
a) loại thường; b) loại treo

Theo chiều
dày profin
Theo
dạng profin

Không đối
xứng trục

Đối xứng trục

Ngắn
Lđl = 0,5-0,6

Dài
Lđl = 0,7-0,9

Cánh ổn đònh
quay được

Cánh ổn đònh
cố đònh

Đạo lưu quay

Hình 1.6. Sơ đồ phân loại
đạo lưu
2.4. Bố trí bánh lái, đạo lưu quay trên tàu :
2.4.1. Các kiểu bố trí
Tàu một chân vòt có các kiểu bố trí sau:
Kiểu 1 : Bánh lái đặt sau chân vòt trong mặt phẳng đối xứng của tàu.
Kiểu 2 : Bánh lái đặt sau đạo lưu cố đònh trong mặt phẳng đối xứng của tàu.
Kiểu 3 : Đạo lưu quay có cánh ổn đònh quay.
Kiểu 1 và 3 thường được sử dụng phổ biến.
Tàu hai chân vòt có các kiểu bố trí sau :
Kiểu 1 : Một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng.
Kiểu 2 : Mỗi chân vòt một bánh lái.
Kiểu 3 : Hai bánh lái tiến đặt sau hai bánh lái lùi đặt trước từng chân vòt.
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang6


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Kiểu 4 : Mỗi chân vòt có một đạo lưu cố đònh và một bánh lái đặt sau đạo lưu.
Kiểu 5 : Mỗi chân vòt có một đạo lưu cố đònh và chung một bánh lái đặt trong mặt
phẳng đối xứng.
Kiểu 6: Hai đạo lưu quay đồng bộ có cánh ổn đònh, một bánh lái đặt trong mặt phẳng

đối xứng.
Kiểu 7 : Hai đạo lưu có cánh ổn đònh quay độc lập.
Kiểu 1 được dùng đầu tiên nhưng không phổ biến. Kiểu 2 tốt hơn được dùng cả ở tàu
biển và tàu nội thủy. Kiểu 3 ít dùng. Tàu có đạo lưu quay dễ bò đảo lái khi tàu đổi chiều
chạy. Kiểu 6 nhằm khắc phục nhược điểm đó. Đặt bánh lái ở mặt phẳng đối xứng giữa hai
đạo lưu quay trên các tàu sông – biển và tàu nội thủy (với góc bẻ lái lớn gấp 1,5 lần góc
quay của đạo lưu) cải thiện được tính ổn đònh hướng, tính ăn lái khi tàu chạy theo quán tính
và khi tàu đổi chiều chạy. Kiểu 7 làm tăng tính cơ động của tàu ở mọi tốc độ tiến và lùi, bố
trí lái kiểu này có đặc tính thủy động vượt hẳn các kiểu bố trí lái khác.
Ngoài ra còn có các kiểu bố trí tới 2-3 bánh lái sau mỗi chân vòt cả ở tàu một và
hai chân vòt. Ví dụ kiểu bố trí 3 bánh lái quay đồng bộ phổ biến ở các tàu sông Tây
Âu. Công suất để quay 3 bánh lái này chỉ bằng 1/3 công suất quay một bánh lái có
diện tích bằng tổng diện tích của 3 bánh lái. Hai bánh lái bên đặt trong dòng đẩy.
Bánh lái giữa đặt trong mặt phẳng đối xứng ngoài dòng đẩy của chân vòt.
2.4.2. Các yêu cầu đối với vò trí bánh lái
Bánh lái phải nằm trong dòng đẩy của chân vòt. Hệ số tải của chân vòt là phần diện
tích bánh lái nằm trong dòng
đẩy của chân vòt, hệ số này
càng lớn thì hiệu quả của
bánh lái càng cao.
Khoảng cách a giữa mép
trước của bánh lái và mép
cánh chân vòt không nhỏ hơn
0,3m khi chiều dài tàu bằng
120m (đo cách trục chân vòt
một khoảng 0,7.Rcv - Rcv bán
kính chân vòt). Nếu chiều
dài tàu lớn hoặc nhỏ hơn
120m thì khoảng cách a
tương ứng tăng hoặc giảm

Hình 1.7. Yêu cầu đối với vò trí bánh lái
0,025m ứng với một đoạn
15m thay đổi chiều dài. Trò số a càng nhỏ thì dao động của vùng đuôi tàu càng tăng.
Khi tàu toàn tải, bánh lái phải ngập hoàn toàn trong nước. Khoảng cách lớp nước phía
trên bánh lái b không nhỏ hơn 0,25 hb1 (tàu sông - biển) và 0,125 hb1 (tàu chạy trong hồ),
trong đó hb1 là chiều cao bánh lái. Tàu sông cấp “C” và “D” mặt trên bánh lái có thể cao
hơn đường nước chở hàng khoảng (0,05-0,1) hb1 nhưng không quá 350mm.
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang7


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Mặt dưới bánh lái cân bằng và nữa cân bằng không được thấp hơn mép dưới cánh
chân vòt (c>0).
Ở tàu có tốc độ trung bình, trục quay của bánh lái phải vuông góc với mặt phẳng cơ
bản của tàu và nằm trong mặt chứa đường tâm quay của chân vòt.
Ở tàu cao tốc hai chân vòt, bánh lái nên đặt dòch sang phía mạn nếu chân vòt có
hướng quay ra ngoài và đặt dòch vào giữa nếu chân vòt có hướng quay vào trong. Khi
đó bánh lái sẽ không rơi vào vùng xoáy.
Khi quay hết lái sang một bên mạn, mép sau bánh lái không được vượt ra ngoài
giới hạn chiều rộng tàu.
Nếu bánh lái treo cân bằng được hàn với trục lái thì chiều cao bánh lái phải chọn
sao cho có thể tháo được bánh lái khi sửa chữa.
2.4.3. Chọn kiểu thiết bò lái
a. chọn kiểu thiết bò lái
Kiểu bánh lái phụ thuộc điều kiện sử dụng tàu và lượng dãn nước của tàu. Loại
bánh lái có hiệu quả cao mà công suất lái thấp nhất là bánh lái kiểu cân bằng đơn
giản. Bánh lái cân bằng thường dùng trên các tàu hàng trọng tải lớn. Trên những tàu

đó nếu dùng bánh lái không cân bằng thì công suất máy lái sẽ rất lớn.
Về đặc tính thủy động, kiểu bánh lái nửa treo kém kiểu bánh lái cân bằng đơn giản.
Tuy nhiên bánh lái kiểu treo ít bò hư hỏng hơn khi tàu qua các luồng lạch cạn hoặc khi
bánh lái va đập với các vật khác. Ngoài ra dùng bánh lái nửa treo ổ dưới của trục lái
nhỏ, do đó ở những tàu lớn công nghệ chế tạo sẽ đơn giản hơn. Bánh lái nửa treo
được dùng rộng rãi trên các tàu một chân vòt, đặc biệt là các tàu cỡ trung bình.
Bánh lái cân bằng nửa treo và bánh lái không cân bằng được dùng nhiều trên các tàu
hàng một chân vòt cỡ trung bình và nhỏ ( 600 ≤ DW ≤800 tấn). Các tàu này thường chạy
tuyến ven biển, luồng lạch cạn, rất cần những thiết bò lái có độ tin cậy cao ít hư hỏng.
Đạo lưu quay được dùng để cải thiện chất lượng đẩy của chân vòt, đồng thời để tạo
lực lái, đảm bảo tính ăn lái của tàu. Do đó khi chọn phương án và tính toán thiết kế
đạo lưu quay cần chú ý thỏa mãn cả hai công dụng nói trên.
P
 .n .D 4
M
Hệ số momen: K 2 =
 .ncv2 .D 5

Hệ số lực đẩy: K 1 =

2
cv

Trong đó: ncv-số vòng quay của chân vòt (V/S)
D-đường kính chân vòt (m); ρ-mật độ của nước (kg/m3)
b. Chọn số lượng bánh lái
Số lượng bánh lái phụ thuộc kiểu tàu, đặc trưng hình học, số trục chân vòt, yêu cầu
đối với tính ăn lái và độ tin cậy của cụm thiết bò lái – đẩy.
Các tàu biển chở hàng không bò giới hạn chiều chìm thì thiết bò đẩy một chân vòt là
hiệu quả nhất. Khi đó thiết bò lái là một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng.

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang8


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Vì lực ngang của bánh lái cho ta mô men quay tàu tỷ lệ thuận với bình phương tốc
độ dòng chảy ở bánh lái, vì vậy bánh lái phải đặt trong dòng sau chân vòt. Do đó tàu
nhiều chân vòt thường có nhiều bánh lái.
Ngoài những điều kiện thủy động học, những yếu tố kết cấu cũng có những ý
nghóa quan trọng (đặt máy lái).
Ưu điểm chủ yếu của hệ thống lái – đẩy dùng đạo lưu quay
Ưu điểm
Với các tàu có hệ số công suất của chân vòt Bcv  40, đạo lưu làm tăng hiệu suất đẩy của
chân vòt (có thể lên tới 40%). Theo số liệu thống kê ở các tàu có hệ số lực đẩy của chân
vòt δcv ≥ 2,5 dùng đạo lưu là chắc chắn có lợi vì tăng được hiệu suất đẩy. Các tàu có δcv
nhỏ (δcv < 1) dùng đạo lưu quay chỉ làm giảm hiệu suất đẩy của chân vòt. Bảng thống kê
sau đây cho hệ số công suất Bcv và hệ số lực đẩy δcv của chân vòt ở một số loại tàu.
Bảng 1.1. Bảng thống kê hệ số δcv và Bcv
Loại tàu
cv
Tàu hàng một chân vòt
1,0 ÷ 2,5
Tàu ven biển
2,5 ÷ 4,0
Tàu dầu
2,5 ÷ 5,0
Tàu đánh cá
4,0 ÷ 8,0

Tàu kéo
8,0

Bcv
15 ÷ 35
35 ÷ 60
35 ÷ 70
60 ÷ 100
80

Các tàu có chiều chìm nhỏ (tàu ven biển, tàu nội thủy, tàu sông - biển) thường có
hệ số công suất của chân vòt khá cao. Do đó trên các tàu này thường bố trí đạo lưu
quay phối hợp thích đáng với tuyến hình đuôi tàu.
Các tàu kéo hiện nay hầu hết dùng đạo lưu quay.
Đường kính tối ưu của chân vòt có đạo lưu giảm đi khoảng 10% so với đường kính
chân vòt không có đạo lưu.
Thiết bò lái dùng đạo lưu tạo được lực nâng thủy động lớn hơn khoảng 40% so với
lực nâng của bánh lái có cùng diện tích hình chiếu đứng.
Tăng tính cơ động của tàu ở những vùng nước chật hẹp khi tàu chạy ở tốc độ thấp, nhất là đối với các
loại tàu kéo, đẩy cần có tính cơ
động cao. Đặc biệt trên tàu hai
chân vòt có hai đạo lưu quay
độc lập, phối hợp hai đạo lưu
có thể cho tàu chạy dạt ngang
hoặc quay tàu tại chỗ.
Dễ tháo lắp chân vòt.
Trọng lượng và giá
thành hệ chân vòt – đạo
lưu quay nhỏ hơn trọng
lượng và giá thành hệ

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang9
Hình 1.8. so sánh hiệu suất tối ưu của các kiểu thiết bò đẩy


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

chân vòt – đạo lưu cố đònh – bánh lái.

Trên hình 1.8 cho biết các phạm vi hợp lý dùng đạo lưu. Vùng hợp lý để dùng đạo
lưu là vùng mà đường cong hiệu suất đẩy của chân vòt không có đạo lưu (1) nằm dưới
đường cong hiệu suất đẩy của chân vòt có đạo lưu (2), (3).
Nhược điểm
Thể tích chiếm chỗ của hệ chân vòt – đạo lưu quay lớn hơn hệ chân vòt - bánh lái
(đường kính cửa vào của đạo lưu lớn tối ưu lớn hơn đường kính tối ưu của chân vòt
không đạo lưu khoảng 3÷4% với cùng hệ số Bcv).
Kết cấu không chắc chắn bằng đạo lưu cố đònh, bánh lái nhiều chốt.
Dễ làm kẹt chân vòt khi các ổ chặn của đạo lưu và trục lái bò mòn.
Độ cứng thấp, dễ bò dao động cục bộ.
Khó chế tạo hơn bánh lái, độ chính xác chế tạo và lắp ráp cao hơn bánh lái.

Hình 1.9. Vò trí các đạo lưu quay khi hai chân vòt làm việc ngược chiều nhau
a) Quay vòng: 1,2 quay phải (1) và quay trái (2) khi tàu tiến bằng một đạo lưu; 3,4.
quay trái (3) và quay phải (4) khi tàu tiến bằng hai đạolưu; 5,6. quay trái (5) và
quay phải (6) khi tàu lùi bằng hai đạo lưu.
b) Quay tàu tại chỗ: 7,8. quay đuôi sang phải (7) và sang trái (8) bằng hai đạo lưu;
quay đuôi sang phải (9) và sang trái (10) bằng một đạo lưu; 11,12. quay mũi
sang trái (11) và sang phải (12) bằng hai đạo lưu.
c) Dạt ngang: 13,14. cho tàu dạt sang trái (13) và sang phải (14) bằng hai đạo lưu.

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang10


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

3. Tính toán thiết bò lái:
3.1. Tổng quan :
Thiết bò lái là thiết bò chòu lực nặng và có tầm quan trọng bậc nhất trong việc đảm
bảo an toàn cho tàu. Việc tính toán thiết bò lái phải theo quy phạm. Tuy nhiên trong
nhiều trường hợp ta nên tiến hành tính toán kiểm tra theo những sơ đồ tính toán chính
xác hơn để kiểm tra lại những số liệu tính toán theo quy phạm.
3.2. Đặc tính mô men cản trên trụ lái
Đặc tính mô men cản trên trụ lái là đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa mô men cản
trên trụ lái với góc bẻ lái  thay đổi trong vùng từ (-max  +max):
Mδ=f(δ)
Mô men cản trên trụ lái không chỉ phụ thuộc vào góc bẻ lái δ mà còn phụ thuộc
vào tốc độ của tàu, vào hướng di chuyển của tàu theo chiều chạy tiến hay lùi.
Mô men cản trên trụ lái được hình thành bởi lực tác dụng của dòng nước lên bánh
lái trong quá trình bẻ lái. Vì vậy, cần khảo sát các lực tác dụng của dòng nước lên
bánh lái khi đưa bánh lái ra khỏi mặt phẳng đối xứng của tàu.
3.2.1. Lực tác dụng lên bánh lái
Ta giả thiết tàu đang chạy tiến với tốc độ Vt. Khi đó, dòng nước được xem như đang
chuyển động theo chiều
ngược lại với vận tốc tương
tự. Nếu ta quay bánh lái ra
khỏi mặt phẳng đối xứng
một góc δ thì dòng nước sẽ


tác dụng lên bánh lái một
lực. Lực này có thể được
xem là tổng hợp của các
lực thành phần do dòng
nước tác dụng lên bánh lái
trong quá trình bẻ lái.
Ta phân tích lực này
Hình 1.10. Lực tác dụng của dòng nước lên bánh lái
thành hai thành phần:
T- song song với mặt phẳng bánh lái, là thành phần lực ma sát trượt, tạo ra sự mài
mòn bề mặt bánh lái.
N- vuông góc với mặt phẳng bánh lái, là thành phần chính gây ra mômen cản trên
trụ lái trong quá trình bẻ lái. Ta tiếp tục phân tích N thành hai thành phần Nx và Ny.
Nx- là thành phần song song với mặt phẳng đối xứng của tàu và có chiều ngược
với chiều chuyển động của con tàu. Do vậy, đây là thành phần lực cản, làm giảm tốc
độ của con tàu.
Ny- là thành phần vuông góc với mặt phẳng đối xứng của con tàu.
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang11


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Tại trọng tâm G của con tàu ta đặt một cặp đối lực NY1 và NY2 ( bằng nhau về giá
trò và bằng NY). Ta nhận thấy: NY và NY1 tạo thành một cặp ngẫu lực. Chúng sẽ tạo ra
mômen quay tàu khi thực hiện lệnh bẻ lái.
NY2 vuông góc với mặt phẳng đối xứng của tàu và hướng ra phía ngoài của vòng
quay trở. Lực này sẽ tạo ra góc dạt của con tàu.
Mômen quay tàu khi ta quay bánh lái ra khỏi mặt phẳng đối xứng một góc δ được

tính theo công thức:
L
L b
M Y = N Y  +  = N . . cos 
2
 2 2

Trong đó: L- chiều dài của con tàu;
b- chiều rộng của bánh lái. Trong tính toán ta thường bỏ qua thành phần b/2 vì
b≈(0,01 ÷ 0,02)L.
Ta cần lưu ý rằng, lực tác dụng của dòng nước lên bánh lái sẽ tăng lên cùng với sự
tăng lên của góc bẻ lái. Tuy vậy thành phần NY lại tỷ lệ với cosδ, do đó NY sẽ tăng
dần và đạt cực đại trong vùng δ =(0÷36o) sau đó NY sẽ giảm dần (hình 1.10). Điều đó
có nghóa là mômen quay tàu không những không tăng mà còn giảm đi khi góc bẻ lái
vượt quá góc lái từ khoảng (35o ÷ 36o) trở đi. Chính vì vậy, ở tất cả các hệ thống lái,
người ta thường giới hạn góc lái tối đa trong khoảng từ (30o ÷ 35o).
Mômen tải trên trụ lái được tính theo biểu thức:
Mδ = N.bd
Trong đó: bd- cánh tay đòn của lực, là khoảng cách từ điểm đặt của lực tới trục của trụ lái.
3.2.2. Những quy ước về dấu:
Góc bẻ lái thuận là góc khi quay bánh lái từ mặt phẳng đối xứng ra mạn. Trong
trường hợp này góc lái được coi là giá trò dương (0 ÷ +δmax).
Góc bẻ lái ngược là góc lái khi quay bánh lái từ mạn về mặt phẳng đối xứng của
tàu. Trong trường hợp này góc lái được coi là có giá trò âm (-δmax ÷ 0).
Mô men cản trên trụ lái Mδ được coi là mang dấu (+) nếu nó có chiều ngược với
chiều chuyển động của bánh lái (cản trở chuyển động của bánh lái). Mδ được coi là
mang dấu (-) nếu nó có chiều trùng với chiều chuyển động của bánh lái (hổ trợ
chuyển động của bánh lái)
3.2.3. Dạng của đặc tính mômen cản trên trụ lái:
Dạng của đặc tính mômen cản trên trụ lái phụ thuộc vào kiểu bánh lái, hướng

chuyển động của con tàu và chiều bẻ lái.
Bằng thực nghiệm, người ta đã thu được dạng của đặc tính mômen cản trên trụ lái
như trên hình vẽ 1.11.
Nhánh đặc tính nằm trên góc phần tư thứ nhất và thứ ba ứng với khi tàu chạy tiến
(đường liền nét). Nhánh đặc tính nằm trên góc phần tư thư hai và thứ tư ứng với khi
tàu chạy lùi. Khi tàu chạy tiến, nếu bẻ lái từ mặt phẳng đối xứng ra mạn (góc bẻ lái
từ (0÷+δmax), lực tác dụng của dòng nước lên bánh lái gây ra mômen cản có chiều
chống lại chiều chuyển động của bánh lái, vì thế Mδ mang dấu dương. Nếu bẻ lái từ
một mạn nào đó về mặt phẳng đối xứng của tàu ( góc bẻ lái -δmax ÷ 0), mômen cản
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang12


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

trên trụ lái hổ trợ cho chuyển động của bánh lái, vì thế Mδ mang dấu âm. Phân tích
tương tự như trên, khi tàu lùi, với góc bẻ lái dương (0 ÷ +δmax) mômen cản Mδ mang
dấu âm và ngược lại.
Từ dạng đặc tính thu được ta có nhận xét: Với cùng một góc bẻ lái như nhau, giá trò
của mômen cản trên trụ lái khi tàu lùi lớn hơn khi tàu tiến. Điều này được giải thích
như sau: khi tàu
tiến, do chân vòt
quay tạo thành
những dòng xoáy,
dòng nước tác động
+
δ1
δ1
lên bánh lái tạo

thành các phản lực
có phương khác
nhau (do dòng nước
không đồng nhất).
Tổng hợp các phân
Hình 1.11.Dạng đặc tính mômen cản trên trụ lái
lực này chính là lực
a) Bánh lái đơn giản; b) Bánh lái có phần bù
tác dụng lên bánh
lái trong quá trình bẻ lái. Hợp lực trong trường hợp này sẽ nhỏ hơn hợp lực khi tàu lùi
bởi vì khi tàu lùi, bánh lái chòu tác động của dòng nước đồng nhất, không có các dòng
xoáy do chân vòt gây ra. Nhận xét này có ý nghóa thực tiễn: người sử dụng nên hạn
chế góc bẻ lái tối đa khi tàu lùi vì dễ gây ra quá tải cho hệ thống lái.
Qua đặc tính thu được ta nhận thấy dạng đặc tính khi tàu lùi cũng giống như bánh
lái không có phần bù. Tuy nhiên, khi tàu tiến dạng đặc tính của chúng có sự khác
nhau. Khi góc bẻ lái nhỏ (0 ÷ δ1), mômen Mδ mang dấu âm khi bẻ lái theo chiều
thuận và ở vùng (-δ1 ÷ 0), mômen Mδ lại có dấu dương khi bẻ lái theo chiều ngược.
Có hiện tượng trên là do có tác dụng của phần bù của bánh lái.
Khi góc bẻ lái còn nhỏ, thành phần vuông góc với bánh lái của lực tác dụng do
dòng nước tác động lên phần bù của bánh lái lớn hơn so với phần chính (ở phần chính
lực tác dụng chủ yếu là thành phần song song với mặt phẳng bánh lái). Do vậy, khi bẻ
lái thuận, mômen cản trên trụ lái có chiều hổ trợ chuyển động của bánh lái nên mang
dấu âm. Khi bẻ lái ngược mômen cản trên trụ lái có chiều cản trở chuyển động của
bánh lái nên mang dấu dương.

4. Tính toán hình học - thủy động thiết bò lái

4.1. Xác đònh các thông số hình học của bánh lái:
4.1.1.Các khái niệm quy ước chung:
1. Diện tích bánh lái Abl : Là diện tích mặt cắt đối xứng dọc của bánh lái. Đối với

bánh lái hình chữ nhật s=h.l-trong đó h là chiều cao bánh lái, l chiều dài của bánh lái.
2. Hệ số diện tích bánh lái µ: là tỷ số giữa diện tích bánh lái với chiều dài đường
nước thiết kế và chiều cao mớn nước thiết kế. Giá trò µ được tra trên bảng 2.2.
3. Chiều cao bánh lái là h: Là khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất của
bánh lái theo phương thẳng đứng.
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang13


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

4. Diện tích phần cân bằng của bánh lái Acb: Là phần diện tích của bánh lái tính từ
đường tâm quay đến cạnh trước bánh lái
5. Diện tích trụ lái Atl: Là diện tích hình chiếu của trụ lái lên mặt phẳng đối xứng của tàu.
6. Chiều rộng bánh lái bbl: đối với bánh lái hình chữ nhật chiều rộng bánh lái là
khoảng cách từ cạnh trước đến cạnh sau của bánh lái; đối với bánh lái không có dạng
chữ nhật thì chiều rộng bánh lái bbl là chiều rộng trung bình tính theo công thức:
bbl =

Abl
hbl

Hình 1.12. Các thông số hình học của bánh lái
a) bánh lái đơn giản cân bằng; b) Bánh lái nữa treo;
c, d) Bánh lái đơn giản không cân bằng;
1.prôfin bánh lái; 2.trụ lái treo; 3.trụ lái; 4.prôfin trụ lái; 5.prôfin trụ lái treo

7. Chiều rộng trụ lái btl : là khoảng cách từ cạnh trước đến cạnh sau của trụ lái đo
theo phương ngang.

8. Diện tích hệ bánh lái và trụ lái Ak : Ak=Abl+Atl
9. Chiều rộng hệ bánh lái và trụ lái bk : bk =

Ak
hbl

10. Hệ số kéo dài của bánh lái λ: Hệ số kéo dài λ được tính bằng một trong các
hbl hbl2
A
=
=
= bl2
bbl
Abl bbl

công thức sau:

Hệ số này thường nằm trong khoảng từ 0,5÷3,0. Với bánh lái hình chữ nhật  =
11. Hệ số kéo dài của bánh lái – trụ lái λk: được tính bằng công thức sau:
k =
ThS. Nguyễn Thái Vũ

h
l

hbl hbl2
A
=
= 2k
bk

Ak bk
Trang14


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

12. Hệ số cân bằng của bánh lái K : K =

Acb
Abl

Trong đó Acb- diện tích phần cân bằng của bánh lái.
−

13. Hệ số đối trọng R : là tỷ số

S/
, trong đó S/ là phần diện tích bánh lái phía trước
S

−

trục lái. Thường R = 0,05÷0,30.
14. Góc quay lái α: Là góc giữa mặt phẳng đối xứng dọc của bánh lái và mặt phẳng
đối xứng của tàu.
15. Prôfin của bánh lái: Là đường chu vi của mặt cắt bánh lái cắt bởi mặt phẳng
vuông góc với đường tâm quay của bánh lái.
16. Profin của đạo lưu: là đường chu vi mặt cắt đạo lưu cắt bởi một mặt phẳng chứa
đường trục của đạo lưu.
17. Profin đối xứng: là profin mà đường dây cung chia các chiều dày e thành hai phần

bằng nhau.
18. profin không đối xứng: là profin mà đường dây cung chia chiều dày e thành hai đoạn
yt và yd khác nhau. Profin bánh lái thường là đối xứng. Profin đạo lưu không đối xứng.
18. Profin lưu tuyến: là profin mà khi cho một dòng chảy chảy qua profin theo hướng
song song với dây cung thì profin không tạo xoáy trong dòng chảy.
Bảng 2.2. Hệ số diện tích bánh lái
Loại tàu

1. Tàu hàng
• Cỡ nhỏ
• Một chân vòt tốc độ trung bình
• Một chân vòt tốc độ nhanh
• Hai chân vòt một bánh lái
• Hai chân vòt hai bánh lái
2. Tàu dầu
• Cỡ nhỏ và trung
• Cỡ lớn
3. Tàu khách
• Nhỏ
• Lớn
4. Tàu ven biển các loại
5. Tàu kéo và đẩy
• Biển
• Sông
6. Tàu cá
7. Tàu sông
• Tàu chở hàng
• Canô, xuồng máy
• Phà tự hành
• Sà lan(không có máy đẩy)

ThS. Nguyễn Thái Vũ

=

S
.100%
L.T

2.0-2.5
1.5-2.5
1.4-2.0
1.6-20.2
1.3-2.0
1.4-1.9
1.7-2.2
1.7 -2.2
1.4-2.0
2.3-3.0
3.0-6.0
6.3-13.0
2.5-4.5
3.0-7.0
4.0-6.0
2.5-4.0
4.5-7.0
Trang15


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

4.1.2. Phương pháp xác đònh các thông số hình học
1. Chiều cao bánh lái hbl : việc tính chọn tù thuộc tuyến hình phần đuôi tàu.
2. Diện tích bánh lái Abl :
- Chọn theo tàu mẫu có tính ăn lái tốt.
- Chọn theo công thức số liệu thống kê (không có tàu mẫu).
∑ Abl = 

LT
100

(m2)

(*)

Trong đó:

L : Chiều dài giữa hai đường vuông góc của tàu (m).
T : Chiều chìm của tàu khi đầy tải (m).
µ : Hệ số diện tích bánh lái thống kê (tra bảng).
ΣAbl : Tổng diện tích các bánh lái của tàu.
Khi không có tàu mẫu hoặc không có số liệu thống kê thì µ có thể tính chọn theo
công thức của G.V. Xôbôlep:
0,023
3

L
− 6,2
B

0,030

<µ<
3

L
− 7, 2
B

Trong đó: L-chiều dài tàu (m)
B-chiều rộng tàu (m)
δ-hệ số béo thể tích của tàu.
Khi chọn µ cần chú ý: tăng diện tích bánh lái thì đường kính quay vòng giảm khi
góc quay lái lớn và đường kính quay vòng tăng khi góc quay lái nhỏ; diện tích khối
đặc đuôi ảnh hưởng rất lớn đến tính quay trở của tàu, tăng diện tích khối đặc đuôi ảnh
hưởng rất lớn đến tính quay trở của tàu, tăng diện tích khối đặt đuôi đường kính quay
vòng tăng rất nhanh. Hệ số µ của bánh lái nằm ngoài dòng đẩy của chân vòt lớn hơn
bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vòt; hệ số µ của tàu hàng, tàu khách lớn hơn
của tàu dầu; tàu nội thủy và tàu sông-biển thường có diện tích bánh lái lớn hơn tàu
biển... Tóm lại diện tích bánh lái có ảnh hưởng rất lớn đến tính ăn lái của tàu, khi xác
đònh nó phải chú ý đến các đặc điểm cụ thể của tàu: vò trí bánh lái, số chân vòt, loại
tàu, kết cấu vùng đuôi tàu, luồng lạch...
Diện tích bánh lái đã chọn phải không nhỏ hơn trò số tính theo công thức:
Amin = p.q.

L.T 
150 
2
 0,75 +
 (m )
100 

L + 75 

trong đó: L-chiều dài tàu (m)
T-chiều chìm tàu (m)
P-hệ số, bằng 1,2 nếu bánh lái không đặt trực tiếp sau chân vòt bằng 1,0
nếu bánh lái đặt trực tiếp sau chân vòt.
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang16


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

q=1,25 đối với tàu kéo, q=1 đối với các loại tàu khác.
Nếu bánh lái đặt trực tiếp sau trụ lái thì tổng diện tích ∑ Abl xác đònh theo công

thức (*) gồm diện tích bánh lái + diện tích trụ lái Ak. khi đó diện tích bánh lái nói
riêng không được nhỏ hơn 0,8Amin.
3. Hệ số kéo dài λ: hệ số kéo dài λ=0,5÷3,0 tùy theo kết cấu vùng đuôi tàu.
Chú ý: Diện tích bánh lái có ảnh hưởng đến tính ăn lái của tàu vì vậy nên chọn theo
tàu mẫu.
* Hệ số kéo dài λ : λ = 0,5 –3,0
* Tùy theo kết cấu của vòm đuôi tàu λ tăng bảo đảm hiệu quả lái tốt ở cả góc
quay lái nhỏ.
* Chiều dày của prôfin t : t = (0,12 – 0,25)bbl
* Hệ số cân bằng k : thông thường k = 0,25 – 0.35.
4.3. Tính toán đặc tính thủy động học của bánh lái:
Khi tính toán lực và momen bánh lái, chúng ta ứng dụng những đònh luật của cơ học
chất lỏng. Theo các đònh luật ấy, khi bánh lái đặt dưới 1 góc α so với vectơ tốc độ
dòng chảy vs, sẽ xuất hiện lực L thẳng góc với vectơ đó (gọi là lực nâng) và lực D

(lực cản) có chiều trùng với chiều của vectơ tốc độ (hình 1.13).
Lực tổng hợp của L và D bằng: R = L2 + D 2
Tổng hợp lực R có thể phân ra 2 hợp lực sau:
- Lực thẳng góc N = L.cosα + D.sinα và
- Lực tiếp tuyến T = L.sinα - D.cosα
Các lực ấy được đặt tại tâm
áp suất K và gây momen với
cạnh dẫn là : M = N.e
Trong đó : N – lực thẳng
góc với Prôfin
e – khoảng cách tâm áp
suất tính từ cạnh dẫn
Giá trò của những lực đó
phụ thuộc vào những đặc điểm
hình học của bánh lái, tốc độ,
mật độ, môi trường chảy và trò
số Re. Trong đó giá trò Re ảnh
hưởng rất lớn đến giá trò của
lực nâng L.
Hình 1.13. Lực và mô men được hình thành

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang17


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Tâm áp lực từ cạnh dẫn: e =

Cm
.bbl (với Cn= CLcosα +CDsinα )
Cn

Từ hình vẽ ta có khoảng cách tâm áp lực cách trục quay : c = e − a =

Cm
.bbl − a
Cn

Công thức trên có ý nghóa rất lớn để xác đònh vò trí tối ưu của trụ lái. Lực thủy động
tạo nên mômen thủy động Mtđ tại trụ lái.
Mtđ=N.c
Trong đó: a- khoảng cách từ tâm quay của bánh lái đến cạnh dẫn.
Mtđ >0 nếu cản bánh lái quay từ mặt phẳng đối xứng của tàu sang phía mạn.
Các lực L, D và momen thủy động M được biểu diễn bằng các công thức sau:
Lực nâng:
Lực dọc:

L = C L . Abl .

vbl2

2
v 2
D = C D . Abl . bl
2

Mô men thủy động: M td = C m . Abl .bbl .

vbl2
2

Trong đó: CL, CD, Cm là những hệ số không đơn vò được xác đònh qua thí nghiệm
trong các ống khí động học. Bảng 11.3 cho ta giá trò của các hệ số ấy đối với prôfin
NACA có hệ số kéo dài λ=0.6 và tương ứng với các hệ số mỏng của cánh là: 0,06;
0,09; 0,12; 0,15; 0,18.
Mục đích của việc tính toán thủy động thiết bò lái là xác đònh trò số lực thủy động R
và Mtd để chọn máy lái, tính toán bền thiết bò lái (cụm bánh lái, chọn dây lái…).
Momen lái trên trục lái được tính:
M1 = KoMtd + Mms (KNm)
Ko = 1,2 ÷ 1,3 hệ số kể đến lượng tăng momen lái khi quay lái ngược.
Mms : tổng momen ma sát tại các ổ trục lái và chốt bánh lái.
Mms = Σ 0,5µidiNi
(KNm)
µi = 0,04 ÷ 0,14 hệ số ma sát.
di: đường kính tính toán trong các ổ.
Ni: phản lực tại các ổ.

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang18


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Các hệ số thủy động lực của profin đối xứng NACA
α, độ
-4
-2

0
+4
8
12
16
20
24
30
max với
góc

CL đối với profin NACA có λ=6
0006
0009
0012
0015
-0,30
-0,3
-0,13
-0,15
0
0
0
0
0,32
-0,32
+0,30
+0,30
0,61
0,61

0,61
0,61
0,80
0,91
0,91
0,91
0,89
1,20
1,20
1,19
0,85
1,04
1,43
1,40
0,83
0,90
1,12
1,20
0,82
0,81
0,90
0,90
1,78
1,52
1,53
0
0
(18 )
(22,2 )
(22,50)

0018
-0,13
0
+0,30
0,61
0,89
1,14
1,42
1,30
0,95
1,50
(22,50)

α, độ
-4
-2
0
+4
8
12
16
20
24
30
max với
góc

Cm đối
0006

-0,03
0
0,08
0,15
0,20
0,30
0,27
0,26
0,245
-

0018
0
+0,075
0,15
0,22
0,185
0,36
0,375
0,34
0,375
(22,50)

α, độ

ThS. Nguyễn Thái Vũ

với profin NACA có λ=6
0009
0012

0015
-0,075
-0,075
-0,04
0
0
0
-0,08
+0,075
-0,075
0,15
0,15
0,15
0,225
0,225
0,225
0,30
0,30
0,30
0,33
0,36
0,36
0,345
0,36
0,36
0,341
0,355
0,335
1,42
0,38

0,38
0
0
(18 )
(22,5 )
(22,50)

CD đối với profin NACA có λ=6
0006
0009
0012
0015

0018

Trang19


Bài giảng Thiết bò Mặt boong
-4
-2
0
+4
8
12
16
20
24
max

0,005
0,008
0,017
0,039
0,15
0,26
0,32
0,395
-

0,010
0,008
0,017
0,032
0,060
0,098
0,27
0,39
-

0,018
0,012
0,010
0,018
0,037
0,059
0,098
0,14
0,32
0,40

0,018
0,015
0,010
0,019
0,037
0,059
0,098
0,140
0,279
0,38

0,015
0,015
0,018
0,036
0,060
0,098
0,141
0,24
0,40

Ý nghóa của ký hiệu NACA:
1. Số 0 đầu tiên cho biết hệ số cong của cánh

f
=0
e

2. Số 0 tiếp theo tỷ lệ chiều dài e chỗ cong nhất đến cạnh dẫn so với chiều dài

cánh

e
=0
l

3. Hai số sau là biểu hiện độ mỏng của cánh

g
g
(ví dụ 15 có nghóa là = 0,15 )
l
l

Đối với profin đối xứng, hai số đầu tiên luôn bằng không.

4.4. Trình tự tính toán thiết bò lái :
a. Xác đònh Abl và các thông số hình học bánh lái.
b. Tính toán thủy động học bánh lái.
c. Tính toán cụm bánh lái:
• Tính toán trục lái : Trục cong, trục thẳng.
• Tính toán trụ lái.
• Tính chọn các ổ đỡ, chốt trên, dưới (N) (áp lực)
• Tính toán trục lái + bánh lái.
d. Tính toán truyền động lái (máy lái):
• Lực cần thiết để quay hình quạt lái.
• Lực căng dây lái trước hộp số lái (Máy lái)
• Tính chọn dây lái:
• Tính chọn công suất động cơ điện
• Momen quay tại đóa xích máy lái

• Số vòng quay của vôlăng lái
2. Tính năng và kết cấu của một số hệ thống lái (máy lái)
Máy lái : - Nguồn động lực : Điện, thủy lực, tay.
-Hệ truyền động : Hộp số, ròng rọc, cáp, xích, xéc tơ.
-Hệ điều khiển: tự động, có sự tham gia của người lái.

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang20


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

2.1.Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu máy lái :
2.1.1.Nhiệm vụ máy lái
Máy lái có nhiệm vụ: tạo ra lực để quay bánh lái (hoặc đạo lưu quay) một góc 
cần thiết trong một thời gian t quy đònh và giữ bánh lái (đạo lưu quay) cố đònh ở góc
quay đó.
Máy lái có hai bộ phận chính là nguồn động lực và hệ truyền dẫn lực lái từ nguồn
động lực đến trục lái.
2.1.2.Phân loại
a- Theo công dụng : Máy lái chính, máy lái phụ, máy lái sự cố.
b- Theo nguồn năng lượng : Máy lái tay, máy lái điện, máy lái thủy lực.
c- Theo hệ truyền dẫn lực lái:
Máy lái dây (máy lái tuốc-tô) : Là máy lái dùng dây xích, cáp để truyền lực
lái. Máy lái dây chỉ truyền động bằng tay, dùng trên các tàu nhỏ.
Máy lái trục (máy lái cac-đăng) : Là máy lái truyền lực lái bằng hệ các trục
cac-đăng nối liên tiếp với nhau. Máy lái trục chỉ truyền động bằng tay.
Máy lái quạt : (máy lái séctơ) : Là máy điện hoặc máy lái tay truyền lực qua
hộp giảm tốc và cặp bánh răng hình quạt lái.

Máy lái xylanh thủy lực : Là máy lái điện - thủy lực, truyền lực lái từ bơm đến
trục lái bằng hệ thống các ống dầu và động cơ thủy lực.
Palăng lái : Là hệ thống các palăng bắt vào các tời kéo hoặc tời chằng buộc
trên boong tàu để quay bánh lái.
2.1.3.Các yêu cầu cơ bản đối với máy lái
a- Chiều quay của vòng tay lái phải trùng với chiều quay của bánh lái, tàu.
b- Máy lái chính phải đảm bảo quay lái từ mạn này sang mạn kia được liên tục
trong khoảng thời gian không dưới 10 phút khi tàu tiến toàn tốc. Đối với tàu
biển, thời gian quay lái từ 35o mạn này sang 35o mạn kia không quá 28 giây.
Đối với tàu nội thủy thời gian quay bánh lái từ 35o mạn này sang 35o mạn kia
không quá 30 giây (cũng trong lúc tàu tiến toàn tốc).
c- Máy lái phụ phải đảm bảo quay bánh lái liên tục từ mạn này sang mạn kia liên
tục trong khoảng thời gian không dưới 10 phút và thời gian quay lái từ 20o mạn
này sang 20o mạn kia không quá 60 giây trong lúc tàu chạy tiến với tốc độ
bằng ½ tốc độ tiến toàn tốc lớn nhất của tàu (không dưới 7 hải lý / giờ).
d- Máy lái sự cố đảm bảo quay được bánh lái từ mạn này sang mạn kia khi tàu
chạy tiến với tốc độ không dưới 4 hải lý / giờ.
e- Máy lái chính có thể là máy lái tay nếu những điều kiện ở mục b có thể thực
hiện được bởi một người lái với lực đặt vào tay cầm của vòng tay lái không quá
120N (12Kg) đối với tàu nội thủy và 160N đối với tàu biển, và vòng tay lái
quay không quá 25 v/p khi quay hết lái từ mạn này sang mạn kia.
f- Máy lái phụ có thể là máy lái tay nếu đường kính trục lái không quá 230 mm (đối
với tàu khách) và dưới 350 mm (đối với tàu khác). Khi đó máy lái phụ phải quay
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang21


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

g-

h-

i-

j-

k-

được bánh lái từ 20o mạn này sang 20o mạn kia trong khoảng thời gian không quá
60 giây bởi 4 người quay vòng tay lái, lực do mỗi người đặt trên tay cầm của vòng
quay tay lái không quá 160N. Nếu các điều kiện nêu ở mục e, f không được thỏa
mãn thì máy lái chính (phụ) phải có động cơ điện, thủy lực…
Trên tàu phải có ít nhất một máy lái chính và một máy lái phụ. Bố trí máy lái
sự cố trên boong chính khi cả máy lái chính và phụ đều nằm hoàn toàn hoặc
một phần dưới đường nước chở đầy của tàu. Cả 3 máy lái phải làm việc độc lập
với nhau. Thời gian chuyển từ máy lái chính sang máy lái phụ không quá 2
phút. Có thể không đặt máy lái phụ nếu :
- Đối với tàu khách máy lái chính gồm 2 tổ hợp máy, mỗi tổ hợp có thể độc
lập thực hiện các yêu cầu đối với máy lái chính.
- Đối với các loại tàu khác, máy lái chính gồm hai tổ hợp máy, mỗi tổ hợp
có thể độc lập thực hiện các yêu cầu đối với máy lái phụ và khi hai tổ hợp
làm việc chung thì thỏa mãn các yêu cầu đối với máy lái chính.
Máy lái pa lăng chỉ có thể dùng làm máy lái phụ hoặc sự cố trên các tàu tự
hành (dung tích không quá 500 tấn đăng ký) và trên các tàu không tự hành.
- Nếu palăng lái có thể nối vào các tời chằng buộc ở gần nó thì palăng đó
được xem như là một lái máy phụ có động cơ, các tàu có máy lái điện, thủy
lực thì không dùng palăng lái.
Các máy lái có động cơ phải có thiết bò phanh, giữ được bánh lái ở vò trí đã

đònh khi bánh lái chòu tác động của ngoại lực do sóng nước tác động.
Các máy lái tay (trừ palăng lái) phải tự hãm được.
Trong thiết bò lái phải có thiết bò bảo vệ quá tải cho thiết bò. Momen quá tải
trên trục lái bằng 1,5 lần momen tính toán. Máy lái chính chỉ cần lò xo giảm
chấn. Máy lái phụ không cần bảo vệ quá tải.
Tải trọng tính toán của bộ truyền động lái và ứng suất cho phép được quy đònh
trong mục 4.1/chương 4/ sổ tay thiết bò tàu thủy. Mômen ma sát Mms tại các ổ trục:
M ms = ∑ 0,5. i d i pi (N.m)

trong đó: Pi-phản lực tại ổ (N)
di-đường kính trong của ổ (m)
µi-hệ số ma sát của ổ
l- Trong thiết bò lái cần có bộ phận giới hạn cơ khí để giới hạn góc quay lái về
mỗi mạn khi đến giá trò cực đại αmax. Thường αmax =36,5o. Đối với máy lái tay
thì α =35o. Các máy lái có động cơ chỉ quay góc lái đến 35o, bánh lái ngừng
quay trước khi chạm vào bộ phận cơ khí.
m- Ba máy lái độc lập (chính, phụ, sự cố) hoặc hai tổ hợp máy của máy lái chính
có các bộ phận chung như cần lái, quạt lái.
Đối với các máy lái đặt trên tàu nội thủy, các yêu cầu nói trên có một số điểm
khác biệt như sau:
- Mọi loại tàu nội thủy phải có cả máy lái chính và phụ. Tàu cấp A phải có
thêm pălăng lái. Điều khiển máy lái chính và phụ đều từ buồng lái.
- Trong các trường hợp sau không đặt máy lái phụ:
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang22


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

+ Tàu có từ hai máy lái chính trở lên và có các máy lái chính độc lập.
+ Tàu có các chân vòt độc lập ở hai mạn.
+ Tàu có máy lái điện thủy lực gồm có hai tổ máy bơm độc lập.
+ Tàu có máy lái chính là máy lái tay.
- Máy lái chính và phụ phải tự hãm được và cần không quá hai người cùng quay tay lái.
2.2. Các loại máy lái
2.2.1.Máy lái trục (máy lái các đăng)
Máy lái trục truyền lực lái từ cụm vòng tay lái tới trục lái bằng hệ các hệ trục nhỏ nối liên
tiếp với nhau qua các khớp chữ thập. Máy lái trục thường được dùng làm máy lái sự cố.
Do kết cấu, máy lái trục làm việc êm, tin cậy hơn máy lái dây. Thường máy lái
được dùng khi momen lái không quá 4KN.m và đường kính trục lái không quá 110mm.
Chiều dài mỗi đoạn trục không quá 3 ÷ 4m.
Khớp cac-đăng có hai loại chạc dày và chạc mỏng. Mỗi khớp cac-đăng cho phép các

Hình 1.14. Khớp nối của máy lái trục.
a) Khớp chữ thập có chạc dày; b) Khớp chữ thập có chạc mỏng; c) Khớp bù

đoạn trục được nghiêng với nhau tới 30o, nhưng
trong việc bố trí người ta rất tránh nghiêng.
Xen giữa các đoạn trục có các khớp bù.
Hành trình công tác của khớp thường vào
khoảng 70mm.
Các cặp bánh răng nón dùng để thay đổi
hướng truyền một góc 90o. Ở đầu ra của hộp
giảm tốc trục vít (2) là một bánh răng trụ nhỏ,
bánh răng trụ (9) này ăn khớp với vành răng
của hình quạt lái. Khi cần thiết có thể nâng
bánh răng trụ đó lên để cắt rời hình quạt lái
khỏi bộ truyền động. Hộp giảm tốc trục vít có
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Hình 1.15. Vòng tay lái
Trang23


Bài giảng Thiết bò Mặt boong

tác dụng tự hãm nhưng làm giảm hiệu suất truyền động. Nếu trong máy lái có lắp
phanh thì có thể thay cặp bánh vít trục vít bằng cặp bánh răng nón để tăng hiệu suất.
Vòng tay lái có kết cấu như hình vẽ bên. Đối với các tàu lớn có thể dùng hai vòng
tay lái ở một đầu cho một máy lái, giữa hai bệ lái nối với nhau bằng một cặp bánh răng
nón và ly hợp răng. Vòng tay lái thường làm bằng gỗ (có thể bằng thép), tay quay có
thể đặt trong hay ngoài vòng lái. Để quay nhanh vòng lái khi tải nhỏ, người ta đặt tay
quay vuông góc với mặt phẳng của vòng tay lái (gập lại được).
Đường kính tính toán D của vòng tay lái từ (700 ÷ 1200) mm. Momen xoắn cho phép từ
(0,08 ÷ 0,3) KNm. Lực : 120 ÷ 160 N.

Hình 1.16. Máy lái trục
1.bệ vòng tay lái; 2.vòng tay lái; 3.cặp bánh răng nón; 4.khớp bù; 5.ổ trục;
6.trục chữ thập; 7.khớp chữ thập; 8.cặp bánh vít-trục vít; 9.hình quạt lái;
10.cần lái; 11.lò xo.

2.1.2.Máy lái dây
Là máy lái dùng phổ biến trên các tàu cá cỡ nhỏ (90  400) CV và một số xà lan tự
hành.

ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang24

Bài giảng Thiết bò Mặt boong

Hình 1.17. Máy lái dây
1.Hình quạt lái
5.Thiết bò căng xích
2.Puli dẫn hướng nằm ngang (Trục đứng)
6.Máy lái (Hộp số lái)
3.Puli dẫn hướng thẳng đứng (Trục ngang) 7. Vòng tay lái
4.Xích lái (Dây lái)
8. Lò so giảm chấn
Máy lái dây gồm có các bộ phận chính sau :
a. Dây lái
Người ta bố trí dây lái trên tàu sao cho có ít chỗ ngoặt nhất. Hai loại dây lái thường
dùng là dây cáp và xích khâu ngắn. Dùng dây cáp có ưu điểm là truyền động không
ồn. Còn xích thì có ưu điểm là tuổi thọ lớn hơn cáp và có thể thay thế các mắt xích bò
hỏng nhưng có trọng lượng lớn và có tiếng ồn khi quay lái.

b. Máng dẫn hướng
Xích lái được dẫn hướng bằng các máng dẫn hướng. Để giảm tiếng ồn máng được làm
bằng gỗ có nắp đậy. Tại các chỗ chuyển từ boong này sang boong khác, xích lái được dẫn
hướng bằng các ống thép có đường kính ống bằng 7 lần cỡ xích. Chiều rộng máng dẫn
hướng bằng (2 ÷ 3) lần chiều rộng xích. Chiều dày máng gỗ từ (30 ÷ 50)mm, máng sắt
khoảng (2 ÷ 3) mm.
c. Con lăn dẫn hướng
Dùng để dẫn hướng dây lái, con lăn kép dùng để dẫn hướng xích lái. Các con lăn
được đặt lồng trong máng dẫn hướng và cách nhau khoảng (2 ÷ 3) m. Mặt đỡ của con
lăn nhô lên khỏi mặt máng không quá (2 ÷ 3) cỡ xích.
ThS. Nguyễn Thái Vũ

Trang25