Giáo trình Thiết bị tàu thủy - Nghề: Hàn - Trình độ: Cao đẳng nghề - CĐ Nghề Giao Thông Vận Tải Trung Ương II

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GTVT TRUNG ƯƠNG II
..............*&*..............

GIÁO TRÌNH

Tên môn học: THIẾT BỊ TÀU THỦY
NGHỀ: HÀN
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ/CAO ĐẲNG NGHỀ

(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

Hải phòng, năm 2011

1


Ch-ơng I
thiết bị lái
Bài 1
Khái niệm chung về thiết bị lái tàu thuỷ
1.1. Khái niệm
Thiết bị lái là tổ hợp các cơ cấu và thiết bị nh-: máy lái, bánh lái. trục
lái, hệ truyền động, dẫn động, thiết bị điều khiển, thiết bị an toànđ-ợc bố trí
trên tàu với mục đích điều động tàu trong quá trình hành hải.
1.2. Nhiệm vụ của thiết bị lái
Đảm bảo tính ăn lái của tàu bằng cách tạo ra mômen quay làm tàu quay
quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu.
1.2.1. Tính ăn lái của tàu
Là khả năng giữ nguyên hoặc thay đổi h-ớng đi của tàu theo ý muốn
của ng-ời điều khiển lái.

1.2.2. Quá trình quay vòng của tàu
- Quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu:

G

ax
Dm

G

max
Dmin

max=
h/số

G

G

Hình 1: Quỹ đạo và quá trình quay vòng của tàu

2


+ Quay bánh lái 1 góc và giữ nguyên vị trí lái ở góc , trọng tâm tàu
dịch chuyển vẽ lên quỹ đạo gọi là đ-ờng quay vòng của tàu.
- Quá trình quay vòng của tàu gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1:
Tàu đang chạy thẳng (vị trí bánh lái nằm trong mặt phẳng dọc tâm tàu).

Khi bánh lái quay một góc . Dòng chảy của n-ớc

R

tác dụng lên bánh lái tạo lên lực thuỷ động (P) tăng
dần. Bằng ph-ơng pháp rời lực (dịch chuyển lực (P)
từ bánh lái về trọng tâm tàu).
Lực (P) tại trọng tâm tàu có 2 thành phần lực là:
P1 và P2.
- P1 của P đẩy tàu dịch chuyển ngang ng-ợc với

P1
G
l

chiều quay bánh lái.
- P2: Ng-ợc với h-ớng tiến của tàu làm giảm

P

P2
r

o

vận tốc của tàu.
Mômen thuỷ động Mtđ = P.l bắt đầu làm quay
mũi tàu theo chiều quay lái. Lực đẩy chân vịt đổi

P

nh
Bá

h-ớng (PCV) đẩy tàu lệch khỏi h-ớng đi ban đầu.
+ Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển động quá độ.

i
lá

Giữ nguyên góc bẻ lái .
Hình 2: Giai đoạn 1
Tàu dần dần quay quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu. Góc tạo
bởi giữa mặt phẳng đối xứng của tàu và h-ớng vận tốc chuyển động của trọng
tâm tàu gọi là góc lệch h-ớng . Góc lệch h-ớng tăng đến max thì đ-ờng
kính quay vòng giảm từ : Dmax đến Dmin ( = max = const).
+ Giai đoạn 3: Giai đoạn chuyển động xác lập. ( Hình 1)
Góc cố định: = max Trọng tâm tàu vẽ lên quỹ đạo chuyển động
một vòng tròn xác lập gọi là đ-ờng quay vòng xác lập.
1.3. Phân loại thiết bị lái
1.3.1. Thiết bị lái đơn giản
Là thiết bị dùng bánh lái đặt trong mặt phẳng song song hoặc trùng với
mặt phẳng dọc tâm tàu.
Th-ờng có hai dạng:
+ Bánh lái dạng tấm.
3


+ Bánh lái dạng prôfin.

A

A

B

B

a-a

Hình 3: Bánh
dạng tấm

B-b

lái
Hình 4: Bánh lái dạng frofin

1.3.2. Thiết bị lái dùng đạo l-u
+ Đạo l-u: Là một ống có prôfin l-u tuyến đặt bao quanh chân vịt làm
frofin
tăng lực đẩy chân vịt.

DH

Dh

Dcv

cánh ổn định

frofin cánh ổn
định

Hình 5: Đạo l-u
1.4. Các loại bánh lái và đạo l-u
1.4.1. Các loại bánh lái
+Bánh lái đơn giản: Có ít nhất một gối đỡ ở phía trên sống đuôi tàu và
một gối đỡ ở phía d-ới (liên kết chốt bản lề ). (Hình 6)
+ Bánh lái nửa treo: Phần d-ới làm việc nh- một đoạn công son.
(Hình 7)
4


+ Bánh lái không cân bằng: Tâm trục lái sát cạnh tr-ớc của bánh lái.
Mômen do áp lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái hoàn toàn truyền lên trục
lái. (Hình 6,7)
Trục lái

Trục lái

Gối đỡ trục lái

Gối đỡ trục lái

Trụ lái
Đuờng tâm
quay

Đuờng tâm

quay

Gối gót
ky lái

Chốt
liên kết

Ky lái

Hình 6. Bánh lái không cân bằng
có một chốt trên gót ky lái

Hình 7. Bánh lái không cân bằng
có gối liên kết với vỏ tàu

+ Bánh lái cân bằng: Tâm trục chia bánh lái thành 2 phần. Mômen
thuỷ động tác dụng lên phần sau của bánh lái đ-ợc cân bằng một phần bởi áp
lực thuỷ động tác dụng lên phần tr-ớc của bánh lái. (Hình 8, 9)
Trục lái

Trục lái

Gối đỡ trục lái

Đuờng tâm
quay

Gối đỡ trục lái

Đuờng tâm
quay

Trụ lái
Chốt
liên kết

Gối gót
ky lái

Ky lái

Hình 8. Bánh lái cân bằng

Hình 9. Bánh lái cân bằng

có một chốt trên gót ky lái

có gối liên kết với vỏ tàu

5


1.4.2. Các loại đạo l-u
a.Theo dạng cánh ổn định:
+ Đạo l-u quay có cánh ổn định cố định
+ Đạo l-u quay có cánh ổn định quay đ-ợc
b. Theo chiều dài t-ơng đối của đạo l-u l dl
+ Đạo l-u ngắn: ldl 0,5 0,6
+ Đạo l-u dài : ldl 0,7 0,9

c.Theo hình dạng đạo l-u:
+ Đạo l-u đối xứng qua trục
+ Đạo l-u không đối xứng qua trục (prôfin dày khác nhau).
1.5. Các bộ phận chính của thiết bị lái
- Bánh lái (hoặc đạo l-u) trực tiếp chịu áp lực thuỷ động (P) của n-ớc.
- Trục bánh lái kết với bánh lái và trục đạo l-u liên kết với đạo l-u để
truyền mômen lái từ máy lái đến bánh lái làm quay bánh lái hoặc đạo l-u.
- Trụ lái: Phần của sống đuôi tàu có các chốt bản lề để lắp bánh lái.
- Máy lái: Tạo ra lực lái.
+ Nguồn động lực (động cơ điện; thuỷ lực, máy lái thủ công cơ khí)
+ Hệ truyền động: Hộp giảm tốc, séctơ lái, xilanh thuỷ lực, dây cáp,
dây xích, hệ điều khiển, cụm chuyển h-ớng.
- Thiết bị an toàn: Thiết bị tín hiệu lái, thiết bị chỉ góc quay lái, thiết bị
khống chế giới hạn quay bánh lái, thiết bị phanh hãm.
1.6. Bố trí thiết bị lái
a. Đối với tàu 1 chân vịt
+ Bánh lái đặt sau chân vịt trong mặt phẳng đối xứng của tàu.
+ Bánh lái đặt sau đạo l-u cố định nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu.
+ Đạo l-u quay có cánh ổn định quay đ-ợc, hoặc đạo l-u quay có
cánh ổn định cố định.
b. Đối với tàu 2 chân vịt
+ Một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng dọc tâm tàu.
+ Sau mỗi chân vịt đặt một bánh lái.
+ Hai đạo l-u quay đồng bộ có cánh ổn định cố định, một bánh lái đặt
trong mặt phẳng đối xứng.
1.7. Các yêu cầu đặt bánh lái
1.7.1. Chọn thiết bị lái
Số l-ợng bánh lái, đạo l-u phụ thuộc vào kiểu tàu (vùng hoạt động,
công dụng, tốc độ), đặc tr-ng hình học (các thông số cơ bản, hình dáng thân
tàu) và số l-ợng đ-ờng trục.

6


- Kiểu thiết bị lái:
+Theo công dụng của từng loại tàu
+Theo tính công nghệ, tính kinh tế.
Th-ờng sử dụng kiểu bánh lái cân bằng hoặc đạo l-u cố định có bánh
lái, hoặc đạo l-u quay.
1.7.2. Vị trí đặt bánh lái
+ Bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt
+ Mép sau của bánh lái không đ-ợc v-ợt quá mép d-ới vách đuôi tàu.
+ Khi quay bánh lái tới góc max 350 sang phía mạn, mép sau bánh
lái cách đ-ờng vuông với đ-ờng n-ớc thiết kế phải 400mm (kẻ từ giao điểm
đ-ờng n-ớc thiết kế với vỏ tàu tại mặt cắt ngang chứa đ-ờng tâm trục lái)
+ Khi tàu toàn tải bánh lái phải ngập hoàn toàn trong n-ớc
Khoảng cách n-ớc ngập bánh lái so với mép trên bánh lái:
+ Tàu biển: tn 0,25 h P. (hp: Chiều cao bánh lái)
+ Tàu sông: Mép trên bánh lái có thể cao hơn đ-ờng n-ớc chở hàng
bằng (0,05 0,1)h P 350mm
+ Mép d-ới bánh lái không cao hơn mép d-ới mút cánh chân vịt
(th-ờng mép d-ới bánh lái bằng mút chân vịt, có thể mút d-ới cánh chân vịt
đặt cao hơn mép d-ới của bánh lái)
+ Tâm trục lái vuông góc với mặt phẳng cơ bản và nằm trong mặt
phẳng chứa đ-ờng tâm quay của trục chân vịt.
+ Chiều cao bánh lái phải chọn sao cho tháo rời đ-ợc trục lái và bánh
lái trong quá trình sửa chữa.
* Sơ đồ khung giá lái: (Hình 10)

c

tn

ĐNTK

0.7R

bp

Dcv

b

d

hp

a

(0,125-0,15).Dcv

Hình 10: Khung giá lái
7


Chú thích:
tn

: Độ ngập sâu bánh lái;

hP: Chiều cao bánh lái

bp
: Chiều rộng bánh lái;
Dcv: Đ-ờng kính chong chóng
Bảng xác định kích th-ớc khung giá lái:
STT

Tên tác giả

a

b

c

d

1

Tiêu chuẩn Lloyd

(0,08 0,12)D

0,15D

0,08D

0,035D

2

Bể thử Hà Lan

(0,08 0,15)D

(0,15 0,2)D

(0,1 0,12)D

0,03D

3

Viện Nghiên cứu
Vật lý Anh

(0,08 0,15)D

0,20D

(0,08 0,1)D (0,02 0,03)D

Chú ý:
Khi xác định thông số (a) phải khảo sát quỹ kích th-ớc để tháo chân vịt
trong quá trình lắp ráp và sửa chữa khi quay bánh lái một góc 90 độ so với mặt
phẳng dọc tâm tàu. (Hình 11)
Công thức thực nghiệm tính toán sơ bộ đ-ờng kính choong chóng:
+ Đ-ờng kính sơ bộ của chong chóng:
DSb. n

13 .4

PS
vS

tmax/2

lc

Trong đó:
PS : Công suất máy chính (Kw)

lm
lc

VS : tốc độ của tàu
n: vòng quay chong chóng.
+ Đ-ờng kính trung bình củ:
d0
D

0,167

+ Chiều dài mũ thoát n-ớc:
lmũ = 0,12.D(mm)

Hình11: Quỹ kích th-ớc bánh lái cân bằng

+ Chiều dài củ chong chóng
lc=(1,6 3,3)d B (mm); d B:Đ-ờng kính trục chân vịt (mm)

8


dB

H
560
.K1 (mm).
N TS 160

100 .K 2 .

H: C«ng suÊt truyÒn lªn trôc (KW).
HiÖu suÊt hép sè:

= 0,97;

hs

HiÖu suÊt ®-êng trôc:

= (0,97- 0,98)

®t

(1KW = 1,36 CV)
N: (v/p). Vßng quay trôc ch©n vÞt
TS: Giíi h¹n bÒn trôc (vËt liÖu lµm trôc).
ThÐp 35: T S = 520N/mm2
K1 = 1

;

K 2 = 1,26

9


bài 2: Các thông số đặc tr-ng hình học của bánh lái
2.1. Định nghĩa các thông số hình học
- Diện tích bánh lái (Hình 12)
Là diện tích mặt cắt đối ứng dọc của bánh lái.
Kí hiệu: Abl (m2):
- Chiều cao bánh lái
Là khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất của bánh lái đo theo
ph-ơng thẳng đứng.
Kí hiệu: h P (m)
C

C

B

B

hp

P

Abl

D
A

bp

D

A

Hình 12
- Chiều rộng bánh lái
- Đối với bánh lái hình chữ nhật: Là khoảng cách từ cạnh tr-ớc đến
cạnh sau của bánh lái đo theo ph-ơng ngang.
- Đối với bánh lái không có dạng hình chữ nhật: Là khoảng cách trung
bình giữa chiều rộng lớn nhất và nhỏ nhất.
Kí hiệu: bp (m);

bP

Abl
hp

m

- Diện tích phần cân bằng của bánh lái: (Hình 13)
Là phần diện tích mặt cắt đối xứng dọc của bánh lái tính từ đ-ờng tâm
trục lái đến mép tr-ớc của bánh lái.
Kí hiệu: Acb (m2)
10

adop

hp

aCB

bp

Hình 13
- Diện tích trụ lái:
Là diện tích hình chiếu trụ lái lên mặt phẳng đối xứng của tàu.
Kí hiệu: Atl (m2)
- Chiều rộng trụ lái:
Là khoảng cách đo từ cạnh tr-ớc đến cạnh sau của trụ lái đo theo
ph-ơng ngang.
Kí hiệu: b tl (m)
- Diện tích bánh lái và trụ lái: AK

Abl

- Chỉều rộng hệ bánh lái và trụ lái: bK

Atl

(m 2 )

AK
m

hbl

hp
- Hệ số kéo dài của bánh lái:

b p (Hệ số không thứ nguyên)

- Hệ số kéo dài của hệ bánh lái trụ lái:
- Hệ số cân bằng của bánh lái: k

K

AK
bK2

hp
bK

Acb
Abl

- Góc quay lái: Góc giữa mặt phẳng đối xứng dọc của bánh lái và mặt
phẳng đối xứng của tàu. Kí hiệu: P (độ)
max

350 - Đối với tàu biển

max

450 - Đối với tàu sông

11


A

A

a-a
frofin bánh lái

Hình 14: Frôfin bánh lái
- Prôfin bánh lái:
Là giao tuyến tạo bởi giữa mặt phẳng vuông góc với đ-ờng tâm quay
của bánh lái và tôn bao bánh lái.
2.2. Xác định các thông số hình học của bánh lái
2.2.1. Diện tích bánh lái
Abl

.

L.T
100

m2

Trong đó:
L: Chiều dài thiết kế (m)
T: Chiều chìm thiết kế (m)
: Hệ số diện tích bánh lái tra bảng thống kê cho từng loại tàu.
Khi không có số liệu thống kê thì hệ số

3

0,023
L
6,2
.B

Trong đó:
Hệ số béo thể tích
L: Chiều dài thiết kế (m)
B: Chiều rộng thiết kế (m)
12

3

đ-ợc tính theo công thức sau:

0,030
L
7, 2
.B


- Diện tích bánh lái trong mọi điều kiện không nhỏ hơn trị số tính theo
công thức sau:
Amin

p.q.

L.T
0,75
100

150
L 75

m2

Trong đó:
p: Hệ số

= 1,2 Khi bánh lái không đặt trực tiếp sau dòng chảy
= 1,0 Khi bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt

q: Hệ số

= 1,25 đối với tàu kéo
= 1,0 với các tàu khác

Thông th-ờng lấy hệ số
Hệ số lấy lớn hơn đối với bánh lái nằm ngoài dòng đẩy chân vịt (tàu 2
chân vịt, bánh lái ở giữa).
- Nếu bánh lái đặt trực tiếp sau trụ lái thì:
2.2.2. Hệ số cân bằng: k

AK

Abl

Atl

m2

Acb
Abl

+ Bánh lái cân bằng chọn k sao cho mômen thuỷ động khi chạy lùi
không đ-ợc lớn hơn mômen khi chạy tiến.
+ Để tránh dao động: Diện tích phần cân bằng không quá 25% diện tích
bánh lái
k

Acb
Abl

0,25

+ Chiều rộng phần cân bằng tại mọi mặt cắt ngang
bánh lái tại mặt cắt đó.

35% chiều rộng

2.2.3. Hệ số kéo dài (hệ số dang): Ký hiệu (
Hệ số

lớn đảm bảo hiệu quả tính ăn lái càng tăng.

Hệ số kéo dài của bánh lái nằm trong khoảng: (
chọn hệ số theo chuẩn = 0,8; 1; 1,5; 2

Th-ờng

2.2.4. Chiều dày prôfin bánh lái
- Chiều dày prôfin lớn nhất (tmax) lấy theo đ-ờng kính chân vịt (DCV)
tmax = (0,1 0,125).DCV
- Vị trí hoành độ có chiều dày tối -u nằm trong khoảng:
x = (0,2 0, 25).b p
13


Khi tính toán bánh lái th-ờng chọn bánh lái tiêu chuẩn NaCa 0012 hoặc
NaCa 0015
- Chiều dày lớn nhất của frofin bánh lái NaCa: t max t.b p
Trong đó:

t

0,12

hoặc t 0,15

bbl: Chiều rộng bánh lái (m)
+ Khoảng cách từ mép tr-ớc bánh lái đến vị trí có tung độ chiều dày lớn
nhất của prôfin: X X .b p
Trong đó:

X

0.2 với bánh lái NaCa 0012;

X

0.25 với bánh lái NaCa 0015

+ Toạ độ t-ơng đối của prôfin:
x
.b p
100

x

mm

;

y

y.

t
.b p
100

mm

Trong đó:
x : Là khoảng cách tính từ mép tr-ớc bánh lái (toạ độ lấy = 0) đ-ợc tính

theo phần % chiều rộng bánh lái. (Th-ờng chia chiều rộng bánh lái thành 10

phần bằng nhau)
y : đ-ợc tra bảng t-ơng ứng với vị trí x

(bảng 1-9/24 STTB TI)

Bảng 1-9/24: Đối với bánh lái Nasa 0012 toạ độ tại x% có y % :
x%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

y%

0

48,25 49,8 46,1 38,7 29,4 21,8 15,1 9,18 4,47 1,02

* Lập bảng tính toán toạ độ prôfin:
x%

0

10

20

30

40

x
y

* Vẽ prôfin bánh lái: (Hình 15)

14

50

60

70

80

90

100


12

200

29

200

20

200

75

73

12

2000

2000

200

160

116

200

106

200

91

500

12

200

500

170

120
12
8

52

200

14

8

110

115

200

R28

485

94

200

R32

32

H×nh 15: VÏ frofin b¸nh l¸i

15

Bài 3
Đặc tính thuỷ động của bánh lái
3.1. Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái
Khi quay bánh lái một góc P so với mặt phẳng dọc tâm tàu, trên bánh
lái xuất hiện hợp lực thuỷ động (P) đặt tại một điểm (C) gọi là tâm áp lực của
bánh lái.
Hợp lực thuỷ động (P) có hai thành phần lực là:
+ Px: Lực dọc theo h-ớng dòng chảy của n-ớc và làm giảm tốc độ của
tàu
+ Py: Vuông góc với h-ớng dòng chảy của n-ớc và có tác dụng đẩy tàu
sang ngang
(P) đ-ợc tính bằng công thức sau:
Px2

P

Py2

- Hợp lực (P) cũng đ-ợc phân ra thành hai thành phần là:
+ Lực Pn: Lực pháp tuyến vuông góc với mặt phẳng tạo bởi dây cung
prôfin.
B
p

F

A
E

Pn

D

Py

P

p

Px

op

p

Pt

ad

C

Xp

Hình 16: Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái
Pn đ-ợc tính bằng:

Pn

16

Py . cos

P

Px .sin

P


Lực (Pn) đ-ợc sử dụng trong tính toán tiết diện đ-ờng kính trục lái
+ Lực Pt: Lực tiếp tuyến nằm trong mặt phẳng tạo bởi các dây cung prôfin.
Pt đ-ợc tính bằng:

Pt

Py .sin

Px . cos

P

P

Vậy lực thuỷ động tạo lên mômen thuỷ động đối với trục quay bánh lái:
M td Pn . xP a . Đơn vị (kN.m) hoặc (kG.cm).Mô men thuỷ động (Mtđ ) gây
uốn bánh lái và đ-ợc sử dụng kiểm tra bền bánh lái.
Trong đó:
Pn: Lực thuỷ động đơn vị (kN) hoặc (kG)
xP: Khoảng cách từ mép tr-ớc bánh lái đến tâm áp lực (m)
a: Khoảng cách từ mép tr-ớc bánh lái đến tâm trục lái (m)
Chú ý: Đổi từ kG sang kN : kN =

kGx9,8
1000

- Các lực và mômen thuỷ động đ-ợc biểu diễn thông qua các hệ số
không thứ nguyên:
+ Cy: Hệ số lực nâng.
Py

Cy

2
CP

.V
2

Py
. Abl

Cy
2

2
. .VCP
. Abl kG

+ Cx: Hệ số lực dọc (lực cản)
Px

Cx

2
.VCP
. Abl
2

Px

Cx
2
. .VCP
. Abl kG
2

Pn

Cn
2
. .VCP
. Abl kG
2

+ Cn: Hệ số lực pháp tuyến.
Pn

Cn

2
.VCP

. Abl
2

+ Ct: Hệ số lực tiếp tuyến.
Pt

Ct

.Vcp2
2

Pt
. Abl

Ct
. .Vcp2 . Abl kG
2

+ Cm: Hệ số mômen.
Cm

M td
2
cp

.V
2

. Abl .b p

M td

Cm
. .Vcp2 . Abl .b p kG.cm
2

(Mô men thuỷ động tác dụng lên bánh lái)
17


xP
bp

+ CP: Hệ số tâm áp lực. C P
Trong đó:

: Mật độ phân bố của n-ớc
+ N-ớc ngọt:

= 102 (kg.s2/m4)

+ N-ớc biển:

= 104,5 (kg.s2/m4)

Vcp: Vận tốc dòng chảy trên bánh lái (m/s)
Abl: Diện tích bánh lái (m 2)
bp: Chiều rộng bánh lái (m)
- Từ các công thức trên ta có:
Cn = Cy.cos

P

+ Cx.sin

Cy = Cn.cos

P

Cx.sin

P

P

Ct = Cy.sin

P

Cx.cos

P

Cx = Cn.sin

P

Ct.cos

P

Cm = Cn(CP - k)
Trong đó:
P

: Là góc quay thực của bánh lái (góc tấn)

k: Hệ số cân bằng của bánh lái.
Các hệ số nói trên gọi là đặc tính thuỷ động của bánh lái đ-ợc xác định
bằng thực nghiệm và đ-ợc tra theo đồ thị cho bánh lái có độ dang chuẩn: =
0,5 ; 0,8; 1; 1,5
* Chú ý: Khi không nằm trong bánh lái có độ dang trên thì các hệ số
thuỷ động đ-ợc tính chuyển theo công thức của bánh lái chuẩn có độ dang
= 6.
Cx = Cx0 + C1.Cy2
P

C1

=

P0

1 1

+ C2.Cy;
1
0

;

Cy = Cy0;
C2

57 ,3 1

Cm= Cm0

1
0

Trong đó: Cx0 ; Cyo ; Cm0 ; P0 là hệ số lực cản, lực dạt (lực nâng), hệ số
mômen và góc bẻ lái của bánh lái chuẩn
= 6 (Tra bảng 11-3 STKTĐTT1/705 706).

18


B¶ng 11-3: STKT§T-T1/705 706
HÖ sè Cyo cña b¸nh l¸i chuÈn
NaCa: 0012; NaCa: 0015 cã =6
po (®é)

0012

0015

0
4
8

12
16
20
22,5
24
30

0
0.30
0.61
0.91
1.20
1.43
1.52
1.12
0.90

0
0.30
0.61
0.91
1.19
1.40
1.53
1.20
0.90

HÖ sè Cxo cña b¸nh l¸i chuÈn
NaCa: 0012; NaCa: 0015 cã =6
(®é)

0
4
8
12
16
20
22,5
24
po

0012
0.010
0.018
0.037
0.059
0.098
0.140
0.40
0.320

0015
0.010
0.019
0.037
0.059
0.098
0.140
0.38
0.279

HÖ sè Cmo cña b¸nh l¸i chuÈn
NaCa: 0012; NaCa: 0015 cã =6
(®é)
0
4
8
12
16
20
22,5
24
30
po

0012
0
0.075
0.15
0.225
0.30
0.36
0.38
0.36
0.355

0015
0
0.075
0.15
0.225

0.30
0.36
0.38
0.36
0.355
19


3.2. Xác định vị trí đặt trục lái tối -u
* Yêu cầu :
+ Khi tàu chạy tiến, mômen thuỷ động lớn nhất tác dụng lên trục lái
phải nhỏ.
+ Khi tàu chạy lùi, mômen thuỷ động phải nhỏ hơn khi tàu chạy tiến.
Do yêu cầu trên ta khảo sát hoành độ tâm áp lực (x P) trên suốt chiều
rộng của bánh lái (b p).
Pn

0
C
a

xP

Hình 17: Xác định vị trí đặt trục lái..
Ta có:
+Mômen thuỷ động đối với mép tr-ớc của bánh lái: M tđ = Pn.xP (kG.cm)
+ Mô men thuỷ động tác dụng lên bánh lái :
Cm
. .Vcp2 . Abl .b p kG.cm
2

M td

Vậy khi x P= bp. Ta có:

Cm
. .Vcp2 . Abl .b p
2

Cn
. .Vcp2 . Abl .x P
2

Cm.bp = Cn.xP

xP =

Cm
bp
Cn

xP: (m) Là khoảng cách từ mép tr-ớc bánh lái đến tâm áp suất cạnh dẫn (c)
Lại có:

Cn = Cy.cos

Nh- vậy: Khi góc

P

P

+ Cx.sin

P

thay đổi thì giá trị x P thay đổi từ x pmin đến xPmax

* Kết luận:
Vị trí đặt trục lái tối -u phải thoả mãn bất ph-ơng trình :
a

20

Cm
.b p
Cn

a

xP .

a

X p max

Xp min
2

3.3. ảnh h-ởng của mặt n-ớc và vỏ tàu đến đặc tính thuỷ động của bánh lái
Dòng chảy thực qua bánh lái không phải là dòng chảy vô hạn, nó bị ảnh
h-ởng bởi mặt thoáng của n-ớc, vỏ tàu, và tác dụng của dòng chảy chân vịt
đạp raXét từng yếu tố:
3.3.1. ảnh h-ởng của mặt n-ớc tự do
ảnh h-ởng của mặt n-ớc tự do cần phải tính đến khi thiết kế một số loại
tàu sông (trong tr-ờng hợp đầy tải) có mép trên của bánh lái nhô trên mặt n-ớc.
Khi đó dòng chảy của n-ớc đến bánh lái chỉ phủ kín một phần lớn diện
tích bánh lái, ảnh h-ởng đến tính ăn lái của tàu.
+ Do vậy để bánh lái làm việc hiệu quả thì kết cấu vùng đuôi tàu phải
đảm bảo độ ngập sâu của bánh lái khi tàu đầy tải.

hp
+ Điều chỉnh hệ số
(Th-ờng

cho phù hợp:

bp

nhỏ đối với tàu chạy sông do luồng cạn và

lớn đối với tàu biển).

3.3.2. ảnh h-ởng của vỏ tàu
+ Vỏ tàu nằm trong dòng chảy qua bánh lái nên ảnh h-ởng đến góc tấn
thực tế của tàu, vận tốc dòng chảy và sự phân bố các thành phần vận tốc trong
dòng chảyDo vậy lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái bị ảnh h-ởng.
+ Trong thực tế tính toán thiết bị lái: ảnh h-ởng của vỏ tàu đ-ợc tính
bằng l-ợng giảm hệ số dòng theo ( )

= 0,3. .(Fr 0,2) (Khi Fr > 0,2);
Trong đó:
Fr

= 0 (Khi Fr < 0,2);

- Hệ số béo thể tích
v
Hệ số Frud
g .L

v: Tốc độ tịnh tiến của tàu (m/s)
L: Chiều dài thiết kế (m)
g = 9,8: Gia tốc trọng tr-ờng
* Hệ số dòng theo tại vị trí đặt thiết bị lái:
0,11

0,16
.
x

0,165 .

Trong đó:

:
V:
DB:
x:

x

x

V1/ 3
DB

V1/ 3
DB

r

= 0,8.

(Đối với tàu sông)
(Đối với tàu biển)

Hệ số béo thể tích
L-ợng chiếm n-ớc (m 3)
Đ-ờng kính chong chóng (m)
Số l-ợng đ-ờng trục
21


3.3.3. ảnh h-ởng của chân vịt đến đặc tính thuỷ động của bánh lái
Dòng n-ớc đẩy của chân vịt chảy qua bánh lái. Mỗi điểm của chất lỏng
trong dòng đẩy của chân vịt có 3 thành phần vận tốc:
Vt
Vd

Cánh chân vịt

A

Củ chân vịt
Tâm trục chân vịt

Vhk

Gối trục chân vịt

Hình 18: ảnh h-ởng của chân vịt.
- Vd: Vận tốc h-ớng dọc trục.
- Vt: Vận tốc tiếp.
- Vhk: Vận tốc h-ớng kính.
* Các thành phần vận tốc trên phụ thuộc vào lực đẩy của trục chân vịt.
- Vd: Làm tăng tốc độ dòng chảy đến bánh lái
- Vt: làm thay đổi góc tấn của dòng chảy qua bánh lái.
- Vhk: ảnh h-ởng không đáng kể đến đặc tính thủy động của bánh lái
* Trong tính toán thuỷ động của bánh lái:
- Tốc độ tính toán dòng chảy đến bánh lái để tính lực thuỷ động tác
dụng lên bánh lái:

Vcp

VP Va1

m/s

- Tốc độ dòng n-ớc chảy đến chân vịt: V P = v.(1- )

v: Tốc độ tịnh tiến của tàu (m/s)
: Hệ số dòng theo
- Tốc độ dòng n-ớc do chân vịt đạp ra:
Va1

.Va (m/s)

Trong đó:
Va

22

VP . 1

T

1 (m/s)


: Hệ số tải chong chóng.

T

8.TS
. .DB2 .VP2

T

T: Lực đẩy chân vịt (kG)
R

z. 1 t

T

kG

R: Lực cản của tàu (kG). z: số chân vịt.
t: Hệ số dòng hút:
t = C1 .

0

;

C1 = 0,7 0,9 (Bánh lái khí động học tàu 1 chong chóng)
t = 0,8.

0

.(1 + 0,25.

0

) - Với tàu 2 chong chóng.

DB: Đ-ờng kính chong chóng (m).
: Mật độ n-ớc (kg.s2/m4)

1
1

2

Hệ số:

2 S1
.
DB

1
1,0

2.S1
DB

2

S1: Khoảng cách từ mặt đĩa chân vịt đến tâm áp suất bánh lái (m)
* Chú ý:
Tốc độ dòng n-ớc chảy đến bánh lái do chân vịt đạp ra có thể phủ hết
bánh lái (nếu chiều cao bánh lái bằng đ-ờng kính chân vịt).
Ng-ợc lại nếu chiều cao bánh lái lớn hơn đ-ờng kính chân vịt thì công
thức d-ới đây áp dụng cho phần diện tích bánh lái đ-ợc bao phủ bởi dòng
n-ớc do chân vịt đạp ra khi tính lực thuỷ động.
Pn/

1
C n . .Vcp2 . Abl' (kG)
2

Trong đó:

Abl(m2): Phần diện tích bánh lái đ-ợc phủ hết bởi dòng n-ớc do chân
vịt đạp ra đ-ợc tính bằng công thức sau:
Abl'

+ Nếu A/bl

VP
bP .DCV .

VP

Va
2
Va1

m2

90%Abl đ-ợc phép sử dụng 100%Abl đ-a vào tính toán.

+ Nếu A/bl < 90%Abl .Thì phần diện tích bánh lái còn lại do dòng n-ớc
chân vịt đạp ra không phủ hết đ-ợc tính:
23


A//bl= Abl- A/bl (m2)
Vì vậy: Pn

//

1

C n . .VP2 . Abl (kG) ;
2

M//tđ= Pn //.(Xp- adop) kG.cm

VP (m/s). Tốc độ dòng n-ớc chảy đến chân vịt
Nh- vậy lực thuỷ động và mô men thuỷ động tổng cộng tác dụng lên
bánh lái đ-ợc xác định trong tr-ờng hợp (A/bl< 90%Abl ) là:

Pn

24

2
Pn//. max

Pn/. 2max (kG) ; M td

M td// .2max

M td/ 2. max (kG.cm)


Bài 4
Kết cấu bánh lái
4.1. Bánh lái dạng tấm
- Là 1 tấm tôn phẳng đ-ợc gia c-ờng bởi các nẹp nằm hoặc đứng. Bánh
lái tấm có dạng cân bằng hoặc không cân bằng.
ở trọng tâm bánh lái th-ờng khoét lỗ
tròn để thuận lợi cho quá trình lắp ráp trên tàu.

- Bánh lái tấm đ-ợc sử dụng cho tàu nội
A
thủy có trọng tải nhỏ, vận tốc thấp.

A

- Chiều dày tôn vỏ bánh lái ( ) th-ờng
đ-ợc chọn theo bảng hoặc công thức:
= k.d 0 + 4 (mm)
Trong đó: d0: đ-ờng kính trục lái
k: Phụ thuộc vào cấp tàu.
a-a

k = 0,03 (Tàu sông cấp SI)
k = 0,025 (Tàu sông cấp SII)
Hình19: Bánh lái dạng tấm
Chú ý:
Trong mọi tr-ờng hợp chiều dày tôn bao bánh lái lớn hơn hoặc bằng
chiều dày tôn bao tính toán.
4.2. Bánh lái dạng l-u tuyến
Là bánh lái dạng frofin l-u tuyến thoát n-ớc, bên trong bố trí các x-ơng
gia c-ờng đứng, ngang liên kết chắc chắn với nhau và liên kết với tôn bao tạo
thành khối kín.
- Các x-ơng gia c-ờng đứng, ngang đ-ợc khoét lỗ giảm trọng l-ợng và
thông khí khi thử áp lực.
- Tấm tôn mặt trên, mặt d-ới đ-ợc khoét lỗ 25 50mm và tiện ren để
rót, xả dầu bảo d-ỡng tôn vỏ, kết cấu trong bánh lái. Sau đó bịt kín bằng êcu
- budông không rỉ.
- Tại trọng tâm của bánh lái khoét một lỗ, lắp một ống tròn rỗng xuyên
suốt chiều dày bánh lái để thuận tiện cho quá trình lắp ráp , sửa chữa hệ trục

lái và bánh lái.
- Các x-ơng gia c-ờng ngang đ-ợc bố trí đều nhau theo chiều cao bánh
lái và đi liên tục chỉ gián đoạn tại x-ơng gia c-ờng đứng tại cốt bánh lái.
- X-ơng gia c-ờng đứng gián đoạn tại x-ơng gia c-ờng ngang.
25