Thiết kế hệ thống lái tàu chở nhựa đường 2800 DWT, lắp máy WARTSILA 6l26d

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 3
1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 3
2.Yêu cầu của đề tài ....................................................................................... 3
3.Mục đích của đề tài ..................................................................................... 4
4.Phƣơng pháp ............................................................................................... 4
5.Ý nghĩa thực tế của đề tài ............................................................................ 4
PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU ...................................................... 6
1.1Giới thiệu chung ........................................................................................ 6
1.1.1 Loai tàu và công dụng .......................................................................... 6
1.1.2 Vùng hoạt động và cấp thiết kế ............................................................. 6
1.1.3 Các thông số chính của tàu .................................................................. 6
1.2Thông số của máy chính ............................................................................ 6
1.2.1 Máy chính............................................................................................. 6
1.2.2 Hệ trục chân vịt .................................................................................... 7
1.2.3 Chong chóng ........................................................................................ 7
PHẦN II ĐẶC TRƢNG HÌNH HỌC VÀ ĐẶC TÍNH THỦY ĐỘNG CỦA
BÁNH LÁI……………………………….…………………………………10
2.1Nhiệm vụ của thiết bị lái............................................................................ 9
2.1.1

Tính ổn định hướng của tàu ................................................................ 9

2.1.2

Tính quay trở của tàu ......................................................................... 9

2.1.3

Quá trình quay vòng của tàu .............................................................. 9

2.2Chọn kiểu bánh lái và prôfin bánh lái ...................................................... 12
2.2.1

Nhiệm vụ và yêu cầu của bánh lái .................................................... 12

2.2.2

Chọn kiểu bánh lái ........................................................................... 12

2.2.3

Chọn kiểu bánh lái ........................................................................... 14

2.2.4

Chọn prôfin bánh lái ........................................................................ 15

2.3Đặc trƣng hình học của bánh lái .............................................................. 16
2.3.1

Xác định diện tích bánh lái ............................................................... 16

2.3.2

Xác định chiều cao bánh lái ............................................................. 17

2.3.3

Hệ số cân bằng k của bánh lái .......................................................... 19

1


2.3.4

Hệ số kéo dài λ của bánh lái ............................................................. 19

2.3.5

Chiều dày tương đối của prôfin bánh lái ......................................... 19

2.3.6

Kích thước prôfin bánh lái................................................................ 19

2.4Đặc tính thủy động của bánh lái .............................................................. 24
2.4.1 Khi tàu chạy tiến……….....……………….………….……………...26
2.4.1 Khi tàu chạy lùi.……….…………………….…………………….....30
PHẦN III THIẾT KẾ MÁY LÁI VÀ CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG .... 35
3.1Thiết kế máy lái ....................................................................................... 35
3.1.1 Yêu cầu của máy lái………………………………………………….36
3.1.2 Nhiệm vụ của máy lái…….………………………………………….36
3.1.3 Phân tích các loại máy lái..………………………………………….36
3.1.4Chọn máy lái …...………..………………………………………….43
3.1.5 Sơ đồ nguyên lí của hệ xilanh thủy lực…..……………….………….44
3.2Tính toán các thiết bị truyền động ........................................................... 46
3.2.1 Tính lực và momen thủy động tác dụng lên bánh lái …………….…47
3.2.2 Xác định phản lực gối và mômen uốn của hệ bánh lái - trục lái …...50
3.2.3 Thiết kế kết cấu trục lái ………………………….………………….53
3.2.4 Tính êcu, ổ đỡ, bộ làm kín…………………………………………..55

3.2.5 Tính kết cấu của then ……………………………………….……….61
3.2.6 Tính kết cấu chôt lái …………………..…………………………….61
3.3Lựa chọn và tính toán bánh lái ................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Chọn kết cấu ……………………………..………………………….64
3.3.2 Tính kết cấu bánh lái ………………………….…………………….64
3.4Tổng hợp kết quả tính trục lái và bánh lái ................................................ 70
PHẦN IV NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHỊU LỰC CHÍNH..……..….73
4.1 Nghiệm bền trục lái ………………………………………………..……73
4.1.1 Nghiệm bền xoắn cổ trên trục lái………………………..………….73
4.1.2 Nghiệm bền cổ dưới trục lái……..………………………………….74
4.2 Nghiệm bền dập cắt của then …..………………………………………..75
4.2.1 Nghiệm bền dập cắt của then…………….…………………………75
PHẦN V THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI………………………………..78
5.1 Thử buộc bến ……...…………………………………………………….78
5.2 Thử hành trình ………..…………………………………………………79
TỔNG KẾT .................................................................................................. 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 81

2


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Qua bốn năm học tập nghiên cứu tại trƣờng, tải qua rất nhiều môn học, qua
nhiều bài tập lớn và đồ án môn học nên em cũng tiếp thu đƣợc một lƣợng kiến
thức nhất định. Trong thời gian thời gian đi thực tập tốt nghiệp 10 tuần tại
Cục Đăng kiểm 10, em thấy rằng: hệ thống lái là một trong những hệ thống
vô cùng quan trọng của tàu. Nó có tác dụng giữ và thay đổi hƣớng đi cho tàu
kể cả khi chong chóng và máy chính diesel gặp sự cố phải dừng hoạt động
hay tàu gặp thời tiết không thuận lợi khi hành hải trên biển.

Với đề tài thiết kế hệ thống lái cho tàu, nó đã sử dụng đến kiến thức của rất
nhiều môn mà em đã học nhƣ: Sức bền, vật liệu, lí thuyết tàu, lý thuyết thiết
kế, chi tiết máy, cơ chất lỏng, dung sai, quy phạm đóng tàu, … Đồng thời với
niềm đam mê tìm hiểu hệ thống lái nên em đã đăng kí với khoa đề tài thiết kế
hệ thống lái. Đề tài này là cơ hội để em vận dụng những kiến thức đã học ,
khả năng khai thác tài liệu và cũng là cơ hội học tập nghiên cứu giống với
công việc của một kĩ sƣ trong tƣơng lai.
Đề tài được giao:Thiết kế hệ thống lái tàu chở nhựa đƣờng trọng tải
2800DWT, lắp máy Wartsila 6L26D.
2. Yêu cầu của đề tài
- Tính toán, thiết kế đểchọn các trang thiết bị cần thiết cho hê thống lái
tàu 280DWT đảm bảo các yêu cầu của hệ thống động lực, đăng kiểm
và chủ tàu đề ra.
- Bố trí bánh lái, liên kết bánh lái và vỏ tàu phải đảm bảo hiệu suất tốt,
làm việc tin cậy (sức cản nhỏ, lực quay lớn, không gây rung động,
không có khả năng kẹt, va chạm và biến dạng) mômen bẻ lái nhỏ .
- Máy lái đảm bảo đủ công suất .
- Hệ thống thuỷ lực phải đảm bảo tính tự hãm, an toàn, không quá tải
khi: khởi động, đảo chiều quay, bắt đầu bẻ lái, khi sóng gió .
- Đảm bảo độ bền của các chi tiết .
- Kích thƣớc thiết bị gọn nhẹ .
3


- Đề tài thiết kế phải có tính thực tiễn cao
3. Mục đích của đề tài
- Củng cố kiến thức đã học tại trƣờng.
- Làm chủ trong việc tính toán thiết kế hệ thống lái.
- Hệ thống lái đƣợc thiết kế đảm bảo khả năng xoay trở của tàu, thoả
mãn các yêu cầu của Đăng kiểm.

4. Phương pháp
- Dựa vào mục đích, yêu cầu của hệ thống lái.
- Yêu cầu của chủ tàu.
- Quy định của Đăng kiểm.
- Phƣơng pháp tính toán cổ điển xác định các trang thiết bị.
- Vận dụng lý thuyết, bố trí các trang thiết bị trong buồng máy lái.
5. Ý nghĩa thực tế của đề tài
- Đề tài mang tính thực tế cao.

4


PHẦN I

5


PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU
1.1

Giới thiệu chung

1.1.1 Loai tàu và công dụng
…Tàu Asphalt 2 là tàu chở nhựa đƣờng 2800DW là loại tàu biển vỏ thép, kết
cấu hàn điện hồ quang, đáy đôi. Tàu đƣợc trang bị một chong chóng truyền
động trực tiếp bởi một máy chính thông qua một đƣờng trục.
…Hệ động lực của tàu đƣợc thiết kế thoả mãn cấp hạn chế II – Quy phạm
phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 2010 và các công ƣớc quốc tế khác
có liên quan.
1.1.2 Vùng hoạt động và cấp thiết kế

…Tàu đƣợc tính toán hoạt động phạm vi không hạn chế, tốc độ khai thác của
tàu là 12 hl/h chạy ở 85% công suất.
1.1.3 Các thông số chính của tàu
Chiều dài lớn nhất

: Lmax = 99,00

(m)

Chiều dài giữa hai trụ

: Lpp = 91,029

(m)

Chiều rộng lớn nhất

: Bmax = 15,040

(m)

Chiều rộng thiết kế

:B

= 15,00

(m)

Chiều cao mạn

:H

= 7,00

(m)

Chiều chìm thiết kế

:T

= 4,50

(m)

Trọng tải của tàu

: DW = 2800

(T)

Lƣợng chiếm nƣớc toàn tải:

: T = 5245,2

(T)

Hệ số béo thể tích

:

Vùng hoạt động

: hoạt động phạm vi không hạn chế

1.2

= 0,6;

Thông số của máy chính

1.2.1 Máy chính
Một máy chính: 6L26D do hãng Wartsila sản suất. Đây là động cơ Diesel 4
kỳ, 6 xilanh một hàng thẳng đứng, làm mát bằng nƣớc gián tiếp, khởi động
bằng khí nén, bôi trơn kiểu các te khô, tự đảo chiều.

6


- Đƣờng kính xi lanh:

D = 260

(mm)

- Hành trình Piston:

S = 320

(mm)

- Chiều dài:

H = 4275

(mm)

- Công suất:

Ne = 1950

(kW)

- Vòng quay:

n = 900

(rpm)

- Khối lƣợng:

M = 17500 (kg)

- Nhà chế tạo:

Wartsila Italia S.P.A

- Mác chế tạo:

Wartsila - 6L26D

- Năm chế tạo:

2011

- Nơi sản xuất:

Italia

1.2.2 Hệ trục chân vịt
…Tàu bố trí 01 trục trên mặt phẳng dọc tâm tàu, cách đƣờng chuẩn một
khoảng là 2500

(mm)

- Đƣờng kính:

180 (mm)

- Vật liệu:

SF60

- Vòng quay:

257 (v/p)

1.2.3 Chong chóng
- …Số lƣợng

01

- S Số cánh

04

- …Đƣờng kính

D = 2800

- …Số cánh

z=4

- …Vật liệu

AICB3

7

(mm)


PHẦN II

8


PHẦN II ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC VÀ
ĐẶC TÍNH THỦY ĐỘNG CỦA BÁNH LÁI

2.1 Nhiệm vụ của thiết bị lái
…Tính ăn lái là khả năng giữ nguyên hoặc thay đổi hƣớng đi của tàu theo ý
muốn của ngƣời lái.
…Thiết bị lái có nhiệm vụ đảm bảo tính ăn lái của tàu, bằng cách tạo ra
mômen quay làm quay tàu quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu.
2.1.1 Tính ổn định hướng của tàu
Tính ổn định hƣớng là khả năng giữ hƣớng đi của tàu mà không có sự tham
gia giữ hƣớng của ngƣời lái hoặc chỉ với góc nghiêng bánh lái rất nhỏ
2.1.2 Tính quay trở của tàu
Là khả năng thay đổi hƣớng đi về một hƣớng bất kì của tàu.
Qua định nghĩa trên, ta thấy: tính ổn định hƣớng và tính quay trở của tàu là
hai khái niệm tƣơng phản với nhau vì thế nếu một con tàu có tính ổn định
hƣớng tốt thì tính quay trở của tàu lại kém và ngƣợc lại. Vì vậy khi thiết kế thì
phải dung hòa hai yếu tố này, phải dựa yêu cầu của con tàu cần thiết kế mà
xác định yếu tố cần thiết.
2.1.3 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 vị trí đó gọi là đƣờng quay vòng của tàu.
…Quá trình quay vòng của tàu làm 3 giai đoạn:

9


Hình 2.1: Quá trình quay vòng của tàu

Hình 2.2

Hình 2.3

10

Hình 2.4


Giai đoạn 1:Giai đoạn quay lái (Hình 2.2)
Bánh lái từ vị trí nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu đƣợc quay đi một góc
 ( Góc quay lái). Áp lực thuỷ động P tác dụng lên bánh lái tăng dần theo góc
quay  của bánh lái. Thành phần P2 của P đẩy tàu dịch chuyển ngang ngƣợc
với chiều quay lái. Thành phần P1 của P hƣớng ngƣợc chiều tiến của tàu làm
cho vận tốc tàu giảm. Mô men Mtđ = P.L bắt đầu làm quay mũi tàu theo chiều
quay lái. Lực đẩy của chân vịt Pcv bị đổi hƣớng, đẩy tàu đi lệch hƣớng đi
trƣớc lúc quay lái.
Giai đoạn 2:Giai đoạn chuyển động quá độ (Hình 2.3)
Bánh lái đƣợc giữ cố định 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 hƣớng vận tốc
chuyển động của trọng tâm tàu gọi là góc lệch hƣớng β. Góc β tăng đến βmax
còn đƣờng kính quay vòng quá độ D giảm đến Dmin .
Giai đoạn 3:Giai đoạn chuyển động xác lập (Hình 2.4)
Bắt đầu từ lúc góc lệch hƣớng β và đƣờng kính quay vòng D thu đƣợc giá trị
cố định, kéo dài đến chừng nào bánh lái còn đƣợc giữ ở góc quay α. Trọng
tâm tàu chuyển động trên một đƣờng tròn đƣờng kính Do , đƣờng tròn đó
đƣợc gọi là đƣờng quay vòng xác lập.
Kết luận:
…Qua xem xét quá trình quay vòng của tàu ta thấy mô men thuỷ động làm
cho tàu quay đƣợc chính là lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái và lực ngang
tác dụng lên vỏ tàu, lực này suất hiện do áp lực thuỷ động Ptđ của dòng nƣớc
sau chân vịt khi bánh lái quay đi một góc  và có gí trị là:
Mtđ = Ptđ .l;
Trong đó:
l: là khoảng cách từ tâm áp lực thuỷ động của bánh lái tới trọng tâm tàu.

Vấn đề đặt ra là phải xác định đƣợc lực thuỷ động này.

11


2.2 Chọn kiểu bánh lái và prôfin bánh lái
2.2.1

Nhiệm vụ và yêu cầu của bánh lái

…Bánh lái là một vật thể có hình dạng cánh tấm phẳng hoặc là dạng có prôfin
thoát nƣớc đƣợc nhúng chìm trong nƣớc sau chân vịt ở phía đuôi tàu. Khi tàu
chạy thẳng thì bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu hoặc songsong
với mặt phẳng đó.
… Nhiệm vụ của bánh lái:
- Ổn định hƣớng đi cho tàu.
- Tạo ra lực ngang lớn để với hình dáng thân tàu đảm bảo cho đặc tính
quay trở cần thiết của tàu.
Yêu cầu của bánh lái:
- Vì bánh lái trực tiếp chịu áp lực thủy động để lái tàu nên phải hoạt động
an toàn, không bị hƣ hỏng trong mọi điều kiện thời tiết khi hành hải.
- Phải đảm bảo tốc độ bẻ lái theo quy định.
- Việc điều khiển, bảo quản, bảo dƣỡng và sửa chữa phải dễ dàng, thuận
tiện.
- Kích thƣợc nhỏ gọn, giá thành rẻ đem lại hiệu quả kinh tế cao.
2.2.2Chọn kiểu bánh lái
…Việc lựa chọn kiểu bánh lái có ảnh hƣởng lớn đến sự xoay trở quay vòng
của tàu trong quá trình hoạt động. Số lƣợng bánh lái cũng nhƣ kiểu bánh phụ
thuộc vào đặc trƣng hình học vòm đuôi tàu, số trục chân vịt, yêu cầu về tính
ăn lái và độ tin cậy của cụm thiết bị lái đó.

2.2.2.1.

Theo cách liên kết giữa bánh lái và vỏ tàu

- Bánh lái đơn giản (kiểu I,II): bánh lái có ít nhất một gối đỡ ở phía trên
và một gối đỡ ở phía dƣới bánh lái. Ngoài ra có thể có them các gối đỡ
trung gian
- Bánh lái nửa treo ( kiểu III): bánh lái có phía dƣới làm việc nhƣ một
đoạn côngxen.

12


- Bánh lái treo (kiểu IV): bánh lái liên kết với vỏ tàu qua các gối đỡ truc
lái.

Hình 2.5: Bánh lái đơn giản

Hình 2.6: Bánh lái nửa treo
2.2.2.2.

Hình 2.7: Bánh lái treo

Theo vị trí bánh lái so với đường tâm quay

- Bánh lái không cân bằng (kiểu I): bánh lái có đƣờng tâm quay nằm sát
cạnh trƣớc bánh lái. Mômen do áp lực thủy động tác dụng lên bánh lái sẽ
truyền hoàn toàn lên trục lái.
- Bánh lái cân bằng ( kiểu II, III, IV): bánh lái có đƣờng tâm quay chia
bánh lái thành hai phần. Mômen do áp lực thủy động tác dụng lên phần

sau sẽ cân bằng một phần bởi áp lực thủy đọng tác dụng lên phần trƣớc.
Kết luận:
…Qua việc phân tích trên, dựa vào yêu cầu và đặc điểm của tàu chở nhựa
đƣờng 2800DWTta chọn kiểu bánh lái treo.

13


Giải thích:
- Vì tàu có một chân vịt nằm trong mặt phẳng đối xứng nên bố trí bánh
lái ở phía đuôi tàu nằm trong mặt phẳng đối xứng là hợp lí.
- Tàu chở nhựa đƣờng 2800DWT là tàu có trọng tải trung bình nên chọn
bánh lái cân bằng sẽ mang lại hiệu quả cao vì mômen bẻ lái nhỏ.
- Tàu hoạt động ở vùng biển không hạn chế, vận tốc là 12 knot và phía
đuôi tàu không có ki lái và không có củ đặc ở đuôi nên việc lựa chọn máy
lái treo là hợp lí.
- Đặc tính thủy động của máy lái cân bằng mang lại hiệu quả khá cao.

Hình 2.8 Bánh lái treo
2.2.3

Chọn kiểu bánh lái

….Việc lựa chọn kiểu bánh lái có ảnh hƣởng lớn đến sự quay vòng của tàu
trong quá trình hoạt động. Số lƣợng bánh lái cũng nhƣ kiểu bánh lái phụ
thuộc vào đặc trƣng hình học vòm đuôi tàu, số trục chân vịt, yêu cầu về tính
ăn lái và độ tin cậy của thiết bị đó.
…Đối với tàu thuỷ thƣờng có các đạng prôfin của bánh lái nhƣ sau:
- Prôfin HE đây là prôfin của Nga thƣờng dùng cho bánh lái của các tàu
cao tốc.

- Prôfin NACA (của uỷ ban tƣ vấn quốc gia về thuỷ khí động học – Mỹ )
thƣờng dùng cho tàu trung tốc.
- Prôfin UAҐU (của viện thuỷ khí động học Liên Xô) nên dùng cho bánh
lái giữa của tàu hai chân vịt.

14


- Các prôfin IFS 58TR, IFS 61TR, IFS 62TR (của viện đóng tàu Ham
bua- Đức) dùng cho các bánh lái cân bằng. Các prôfin IfS 63TR25 và
IfS 64LR22 đƣợc nghiên cứu dành riêng cho bánh lái các tàu cỡ lớn,
thấp tốc; các prôfin này có lực nâng tăng 10÷15% so với prôfin thông
thƣờng và có trị số lực nâng lớn ở cả góc quay lái lớn.
Tàu chở nhựa đƣờng 2800DWT có kích thƣớc:
- Chiều dài lớn nhất

: Lmax = 99,00

(m)

- Chiều dài giữa hai trụ

: Lpp = 91,029

(m)

- Chiều rộng lớn nhất

: Bmax = 15,040

(m)

- Chiều rộng thiết kế

:B

= 15,00

(m)

- Chiều cao mạn

:H

= 7,00

(m)

- Chiều chìm thiết kế

:T

= 4,60

(m)

- Trọng tải của tàu

: DW = 2800

(T)

- Lƣợng chiếm nƣớc toàn tải:

: T = 5245,2

(T)

- Hệ số béo thể tích

:

- Vùng hoạt động

: hoạt động phạm vi không hạn chế

= 0,6;

Ta thấy: Dựavào đặc điểm hình dáng của phần đuôi tàu , tuyến hình, điều kiện
làm việc và vùng hoạt động … của con tàu ta tiến hành chọn kiểu bánh lái
cho tàu. Với tàu chở nhựa đƣờng trọng tải 2800DWT ta chọn bánh lái treo.
Với những ƣu diểm sau:
- Đảm bảo tính ăn lái cho tàu
- Giảm thời gian lắp đặt và hạ giá thánh sản phẩm.
- Đơn giản trong việc lắp ráp và sửa chữa
- Nó sẽ ít bị hỏng hơn khi đi qua luồng lạch, đƣa chân vịt ra xa vùng đuôi
tàu giảm chấn dộng vùng đuôi tàu.
2.2.4 Chọn prôfin bánh lái
…Trên thực nghiệm ngƣời ta đã tìm ra rất nhiều dạng prôfin nhƣng tựu chung
lại thì chỉ có hai dạng prôfin phổ biến là:

- Prôfin đối xứng
- Prôfin không đối xứng.
15


…Trog ngành đóng tàu hiện nay, ngƣời ta thƣờng sử dụng các lại prôfin đối
xứng phổ biến là: NACA, N.E.J, XA-Gi,… Trong đó
- …NACA thƣờng dùng cho bánh lái của tàu có tốc độ trung bình, có bánh
lái đặt trực tiếp sau chong chóng của tàu.
- …N.E.J thƣờng dùng cho tàu cho tàu chụa nhanh, có vận tốc lƣớn.
- …XA-GI thƣờng dùng cho tàu có 2 chong chóng có bánh lái đtặ trong
mặtt phẳng dọc tâm và bánh lái mũi.
……Kết luận: Qua việc phân tích ở trên nên đối với chở nhƣ̣a đƣờng
2800DWT ta chọn bánh lái có prôfin là prôfin NACA00..
Giải thích: Tham khảo quyển STTBTT1,trang 25
…Đối với tàu chở nhƣ̣a đƣờng 2800DWTcó 𝑣𝑠 = 12 knot là vận tốc trung
bình, tàu có một chong chóng và một bánh lái đặt sau chong chóng.
…Prôfin NACA là dạng prôfin lƣu tuyến, đây là dạng prôfin mà dòng chảy
qua nó song song với dây cung nên không tạo xoáy (thoát nƣớc). Điều đó
giúp giảm tổn thất dòng qua bánh lái.
…Tuy nhiên có còn nhiều dạng prôfin hiệu quả hơn prôfin NACA-0018
Nhƣng do hạn chế về mặt tài liệu tính toán nó nên sự lựa chọn trên là khá tối
ƣu
2.3 Đặc trưng hình học của bánh lái
2.3.1

Xác định diện tích bánh lái

Diện tích bánh lái đƣợc xác định theo công thức:
Abl = .

L.T
100

(m2)

(STTBTT1,t12)

Trong đó:
(m2);

Abl : Diện tích bánh lái
L: Chiều dài giữa 2 trụ;

L = 91,029 (m);

T: Chiều chìm tàu;

T = 4,60 (m);

: Hệ số diện tích bánh lái
Với tàu chở nhựa đƣờng 2800DWT là tàu dầu chạy biển có một chân vịt, tra
bảng 1-5 quyển Sổ tay thiết bị tàu thủy – tập 1:  = 1,8 – 2,2
16


91,209.4,60

Với  = 1,8 → Abl = 1,8.

100

= 7,552 (m2)

91,209.4,60

Với  = 2,2 → Abl = 2,2.

100

(m2)

= 9,23

Vậy diện tích bánh lái nằm trong khoảng: 7,552 ≤ Abl ≤ 9,23

(m2)

Kiểm tra lại:
Abl 0,8 Amin

(STTBTT1,t15)

Ta có: Amin = p.q.

L.T

100

.(0,75 +

150
L+75

)m2

(STTBTT1,t15)

Trong đó:
p: Hệ số khi bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt,P = 1;
q: Hệ số, q = 1 đối với tất cả các loại tàu (trừ tàu kéo q = 1,25).
Amin=1.1.

91,209.4,6
100

.(0,75+

150
91,209+75

) = 6,933 (m2)

Kết luận: Abl ≥ 0,8.Amin = 5,546 (m2)
Vậy chọn diện tích bánh lái Abl = 9,068 (m2)
2.3.2
-

Xác định chiều cao bánh lái
Chiều cao của bánh lái phụ thuộc vào kết cấu vòm đuôi tàu. Theo quy

định của Đăng kiểm thì khi tàu toàn tải, bánh lái phải ngập hoàn toàn trong
nƣớc.
-

Chiều dầy lớp nƣớc phía trên bánh lái không đƣợc nhỏ hơn 25% chiều

cao bánh (hbl).
-

Mép dƣới của bánh lái cân bằng và nửa cân bằng không nên thấp hơn

mép dƣới của chong chóng và cách đƣờng cơ bản không cao hơn 10% chiều
cao bánh lái.
-

Mép trên bánh lái phải cao hơn mép trên chong chóng và khoảng cách

giữa mép của bánh lái và vòm đuôi tàu là càng nhỏ càng tốt, nhƣng phải lƣu ý
sao cho nó không bị kẹt khi quay bánh lái từ mạn này sang mạn kia, phụ
thuộc kết cấu vòm đuôi tàu và loại bánh lái.
-

Khoảng cách giữa bánh lái và chong chóng lấy vào khoảng 15% đƣờng

kính chong chóng.

17

Chọn:
T = 0,292.h +h + 0,0145.h
T = 1,3065.h
 h = T/1,3065 = 4500/1,3065
h = 3445 (mm)
Vậy:
Khoảng cách từ mép dƣới của bánh lái tới đƣờng chuẩn là 50 mm.
Khoảng cách từ mép trên của bánh lái tới đƣờng nƣớc thiết kế là 1002 mm.
-…Xác định chiều rộng bánh lái
Do kết cấu của bánh lái không có dạng hình chữ nhật nên chiều rộng bánh lái
là chiều rộng trung bình của bánh lái (bbl) đƣợc xác định theo công thức:
bb1=

Ab 1

( ct 1-1, STTBTT-T1, t11)

hb 1

Trong đó:
Abl: Diện tích bánh lái, Abl = 9,068 m2
hbl : Chiều cao bánh lái, hbl = 3,445 m.
Vậy: bbl =

9,068
3,445

= 2,632 m.

Vì bánh lái có dạng hình thang với chiều cao:

hbl = 3,445 (m)

Chọn chiề u rô ̣ng ph ần đin
̉ h bánh lái :

b1=3010 mm
18


Chề u rô ̣ng phầ n đáy bánh lái :
2.3.3

b2=2255 mm

Hệ số cân bằng k của bánh lái

Thông thƣờng: k = 0,25 ÷ 0,35

(STTBTB1,t16)

Để tránh dao động bánh lái đƣợc cân bằng nhƣ sau:
- Diện tích phần cân bằng không quá 25% diện tích bánh lái ( k ≤ 0,25)
Vậy ta chọn hệ số cân bằng của bánh lái là: k = 0,25
2.3.4

Hệ số kéo dài λ của bánh lái

Hệ số kéo dài λ = 0,5 ÷ 3,0 tùy theo kết cầu vùng đuôi tàu.
Hệ số kéo dài  đƣợc xác định bởi công thức sau:

=
2.3.5

3445
hbl
=
= 1,309
2632
bbl

Chiều dày tương đối của prôfin bánh lái 𝒕

𝐭là tỉ số giữa chiều dầy lớn nhất của prôfin (t max) và chiều rộng bánh lái (bbl):


t =

t max
;
b bl

tmax = (0,12 ÷ 0,25)bbl (m)


 t = 0,12

(m)
[STTBTT1,tr 16]

÷ 0,25

(m)

Chọn t = 0,18 = 18%

(m)



Vậy profin chọn là profin NACA0018.
2.3.6

Kích thước prôfin bánh lái

Do chiều dày và chiều rộng của bánh lái không thay đổi theo chiều cao của
bánh lái do bánh ái là prôfin lƣu tuyến nên việc xác định tọa độ đƣợc xác định
ở một mặt cánh bất kì.

19


Hình 2.4: Dựng prôfin của bánh lái
Tọa độ thực đƣợc xác định theo công thức:
x=

𝑥.𝑏
100

y = ± 𝑦.

𝑡 .𝑏

[(1-19) STTBTT1,t24]

100

Trong đó:
x,y: Tọa độ các điểm trên prôfin
𝑥 ,𝑦: Tọa độ tƣơng đối

[Bảng 1-9, STTBTT1,t24]

t: Chiều dày lớn nhất của prôfint = 18%
b: Chiều rộng prôfin
Ta tiến hành xay dung profin tại 3 mặt cắt( do bánh lái không có dạng chữ
nhật):
Mặt cắt có chiều rộng : b1 = 3010mm; b2 = 2632 mm; b3 = 2255 mm
Bảng 2.1: Tọa độ prôfin bánh lái với b1 = 3010 (mm)
x (%)

y (%)

x (mm)

y (mm)

0

0

0

0

0.25

7.2

7.525

39.01

0.5

10.28

15.05

55.697

0.75

12.45

22.575

67.454

1

14.1

30.1

76.394

1.25

15.8

37.625

85.604

1.75

18.55

52.675

100.5

20


2.5

21.8

75.25

118.11

3.25

24.55

97.825

133.01

5

29.6

150.5

160.37

7.5

34.99

225.75

189.58

10

39

301

211.3

15

44.55

451.5

241.37

17.5

46.3

526.75

250.85

20

47.78

602

258.87

25

49.5

752.5

268.19

30

50

903

270.9

40

48.35

1204

261.96

50

44

1505

238.39

60

38.03

1806

206.05

70

30.05

2107

165.48

80

21.85

2408

118.38

85

17.08

2558.5

92.539

90

12.06

2709

65.341

95

6.7

2859.5

36.301

100

1.05

3010

5.6889

 = 1/20

21

Bảng 2.2: Tọa độ prôfin bánh lái với b2 = 2632 (mm)
y (%)

x (%)

x (mm)

y (mm)

0

0

0

0

0.25

7.2

6.58

34.111

0.5

10.28

13.16

48.703

0.75

12.45

19.74

58.983

1

14.1

26.32

66.8

1.25

15.8

32.9

74.854

1.75

18.55

46.06

87.882

2.5

21.8

65.8

103.28

3.25

24.55

85.54

116.31

5

29.6

131.6

140.23

7.5

34.99

197.4

165.77

10

39

263.2

184.77

15

44.55

394.8

211.06

17.5

46.3

460.6

219.35

20

47.78

526.4

226.36

25

49.5

658

234.51

30

50

789.6

236.88

40

48.35

1052.8

229.06

50

44

1316

208.45

60

38.03

1579.2

180.17

70

30.05

1842.4

142.36

80

21.85

2105.6

103.52

85

17.08

2237.2

80.918

90

12.06

2368.8

57.135

95

6.7

2500.4

31.742

100

1.05

2632

4.9745

22


 = 1/20
Bảng 2.3: Tọa độ prôfin bánh lái với b3 = 2250 (mm)
x (%)

y (%)

x (mm)

y (mm)

0

0

0

0

0.25

7.2

5.6375

29.225

0.5

10.28

11.275

41.634

0.75

12.45

16.913

50.423

1

14.1

22.55

57.105

1.25

15.8

28.188

63.99

1.75

18.55

39.463

75.128

2.5

21.8

56.375

97.08

3.25

24.55

73.288

107.68

5

29.6

112.75

123.39

7.5

34.99

169.13

142.41

10

39

225.5

158.36

15

44.55

338.25

180.93

17.5

46.3

394.63

187.52

20

47.78

451

194.11

25

49.5

563.75

200.98

30

50

676.5

202.5

40

48.35

902

196.32

50

44

1127.5

178.92

23


60

38.03

1353

154.32

70

30.05

1578.5

123.98

80

21.85

1804

88.793

85

17.08

1916.8

69.174

90

12.06

2029.5

48.843

95

6.7

2142.3

27.135

100

1.05

2255

4.253

 = 1/20
…Bảng 2.1, bảng 2.2 ,bảng 2.3 là kết quả tính toán các đặc trƣng hình học
của bánh lái, căn cứ vào bảng 2.1, 2.2 và 2.3 ta xây dựng đƣợc prôfin của
bánh lái. Sau đây ta đi xét lực và mômen thuỷ động tác động lên bánh lái, từ
đó ta xác định đƣợc kết cấu trục lái và bánh lái.
2.4 ĐẶC TÍNH THỦY ĐỘNG CỦA BÁNH LÁI
 Mục đích:

+ Dựa vào kết quả thủy động Mblđể tính chọn máy lái
+ Dựa vào kết quả thủy động momen bẻ lái M bl và áp lực thủy động Pn
để tính kết cấu hệ lái.
+ Dựa vào kết quả thủy động để đánh giá so sánh tính hiệu quả của
các loại thiết bị lái với nhau từ đó đƣa ra phƣơng án thiết kế bánh lái chính
thức.
 Phương pháp tính:

24


+ Tính theo phƣơng pháp truyền thống, sử dụng tài liệu sổ tay thiết bị
tàu thủy tập 1 (Phạm Văn Hội,…) và sổ tay kĩ thuật đóng tàu tập 1 (Nguyễn
Đức Ân,…).
+ Để xác định đặc tính thuỷ động biểu thị qua mômen thuỷ động tác dụng lên
bánh lái, trƣớc hết ta xét sự tạo thành mômen này.
+ Giả sử bánh lái đặt cô lập, cố định trong dòng nƣớc, dòng chảy sau chân vịt
là dòng chảy ổn định phân bố vận tốc đều (đƣợc coi là dòng chảy đều với vận
tốc v ) đến bao quanh bánh lái.
+ Khi bánh lái quay đi một góc

 t

so với phƣơng dòng chảy, trên bánh lái

xuất hiện hợp lực thủy động P, hợp lực này đƣợc đặt tại một điểm đƣợc gọi là
tâm áp lực của bánh lái. Vị trí của tâm áp lực nằm ở cao độ trọng tâm bánh lái
và cách mép trƣớc bánh lái một đoạn phụ thuộc vào góc quay lái



.

Để tiện cho việc tính toán, ta phân tích lực thuỷ động P theo 2 cách:
* Cách 1:
Lực nâng Py: có phƣơng vuông góc với hƣớng dòng chảy.
Lực dọc

Px: có phƣơng song song với phƣơng dòng chảy (theo hƣớng dòng

chảy) và chiều ngƣợc chiều với vận tốc tàu (làm giảm vận tốc tàu).
* Cách 2:
Lực pháp tuyến Pn: có phƣơng vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các dây cung
prôfin.
Lực tiếp tuyến Pt : nằm trong mặt phẳng đối xứng của bánh lái.
P= Pn  Pt  Pn (Vì Pt nhỏ hơn nhiều so với Pn).
2

2

Thành phần lực pháp tuyến Pn tạo nên mômen thuỷ động tác dụng vào bánh
lái làm quay trục lái.
Mtđ = Pn (Xa – Xt)

[(1-29) STTBTT1,t34]

Trong đó:
Xa - Khoảng cách từ tâm áp lực đến mép trƣớc bánh lái.
Xt - Khoảng cách từ tâm quay đến mép trƣớc bánh lái.
Mtđ dƣơng nếu cản bánh lái quay từ mặt phẳng đối xứng của tàu sang

phía mạn.
25