TÍNH lực cản THÂN tàu và ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG

PHẦN I: TÍNH LỰC CẢN THÂN TÀU VÀ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG 1.1. Tính lực cản thân tàu 1.1.1. Chọn phương pháp tính + Tính vận tốc sơ bộ theo công thức Hải Quân: EPS=12500.0,5=6250 kW C : hệ số Hải Quân được xác định theo công thức Schokker C=0,95.L + 197 = 337.47 =CB.L.B.T=0,62.147.8723.55.8.51=18373.5 m3  v = 14.8 knots =7.613 m/s

các thông số chủ yếu của tàu :

+ Chiều dài vuông góc: LPP = 147.87 (m)+ Chiều rộng tàu: B = 23.55 (m)+ Chiều chìm tàu: d = 8.51 (m)

+ Hệ số béo sườn giữa: CM = 0,975

+ Hệ số béo đường nước: CWL = 0,75

+ xB/L = -1 %

+ Công suất PS =12500(kW)

+ Dạng sườn mũi :mũi quả lê

kế sườn mũi chữ V, lựa chọn phương pháp Guldhammer-Harvald tính sức cản cho tàu

1.1.2.Công thức xác định sức cản theo phương pháp Guldhammer-Harvald

Tàu có vận tốc v = 14.8 Knots = 7.613 m/s

 Tính sức cản và công suất kéo của tàu :

Lực cản tàu thủy được tính theo công thức

ρ = 1,025 ,t/m3: Khối lượng riêng của nước biển ở 20C

= 0,514vS = 7.613m/s

S: Diện tích mặt ướt của vỏ tàu /m2

Vì tàu có hệ số béo thể tích δ = 0,7 nên ta áp dụng công thức V.A Cemeki để tính diện tích mặt ướt của tàu:

Với υ = 1,056.10 m/s ( nước biển ở 20C)

L - chiều dài tàu: L = 147.87 m

* Hiệu chỉnh cho hoành độ tâm nổi khác LCB tiêu chuẩn:

Ta có công thức tính LCB tiêu chuẩn ( LCB ) như sau:

* Hiệu chỉnh mũi chữ V:

Do tàu có C = 0,71> 0,6 nên ta không cần hiệu chỉnh

* Hiệu chỉnh cho các phần nhô ra của thân tàu: 3÷5% C

Bảng 1.1.3 Kết quả tính sức cản tàu thủy

Căn cứ vào kết quả tính toán,ta xây dựng được đồ thị R=f(v) và P E=f(v) cho tra cứu tínhtoán

Từ đồ thị lực cản và vận tốc của tàu,ta thấy ứng với công suất PE=6250kW thì:

R = 836,9kG; vS = 14,8 knot

1.1.4 Đồ thị sức cản R = f(v) và công suất kéo EPS = f(v)

Căn cứ vào kết quả tính toán các giá trị R và EPS xây dựng đồ thị R = f(v) và EPS = f(v)

cho tra cứu tính toán Đồ thị được trình bày dưới đây:

Hình 1.1.3: Đồ thị lực cản và công suất kéo

1.2 Tính đường kính chong chóng

1.2.1 Chọn vật liệu chế tạo chong chóng

Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 2010 (Bảng 7A/7.2)

Chọn vật liệu làm chong chóng là hợp kim đồng

+ Loại: Đồng thau - mangan đúc cấp 1

N/ mm2

1.2.2.Tính hệ số dòng theo W t và hệ số hút t

Công thức Taylor cho tàu có1 chong chóng :

- Hệ số dòng theo tính theo công thức:

kT - Hệ số phụ thuộc vào hình dáng bánh lái

Với bánh lái dạng thoát nước kT = 0,7 ÷ 0,9 Chọn kT = 0,8

1.2.3.Chọn sơ bộ đường kính chong chóng.

1.2.3.2.Chon sơ bộ vòng quay của chong chóng

- Động cơ là động cơ thấp tốc (N = 428 rpm) do đó chọn phương án truyền động trực

tiếp

- Từ bảng 9.2 “ Giới hạn thay đổi vòng quay hợp lý của chong chóng ” Chọn vòng quay

sơ bộ của chong chóng :n =300 rpm

1.2.3.3.Chọn sơ bộ đường kính

- Đường kính sơ bộ của chong chóng tính theo công thức:

PHẦN II : LỰA CHỌN THIẾT BỊ LÁI 2.1.Lựa chọn thiết bị lái :

- Thiết bị lái của tàu là bánh lái.

- Bánh lái có hình chữ nhật có profin là NACA0012

- Bánh lái được đặt trực tiếp sau chong chóng.

µ

= 1,8 ÷ 2,7 là hệ số diện tích bánh lái cho tàu đi biển 1 bánh lái

L = 147,87 m, là chiều dài giữa 2 trụ của tàu

T = 8,51 m, là chiều chìm trung bình của tàu ở trạng thái toàn tải

Ta chọn diện tích bánh lái AR = 24 m2

2.2.2.2 Diện tích tối thiểu bánh lái.

Trong mọi trường hợp thì : AR≥

Amin Amin= (0,75+ )= 17,9 m2(2.2)

Trong đó :

p = 1 vì bánh lái đặt trực tiếp sau chong chóng

q = 1 đối với tàu hàng

L = 147,87 ; T =8,51 lần lượt là chiều dài và chiều chìm tàu

Vậy diện tích bánh lái : AR = 24 m đã chọn là thỏa mãn

2.2.3.Chiều cao bánh lái

- Chiều cao banh lái là khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất của bánh lái đotheo phương thẳng đứng

Dựa vào điều kiện bố trí trong khung giá lái mà ta chọn

Chiều cao bánh lái

Dựa vào điều kiện tR≥

0,25hR ( Tàu biển)

2.2.4.Chiều rộng bánh lái

- Chiều rộng bánh lái : bR

bR= AR : hR =4 (m) (2.3)

Vậy chọn chiều rộng bánh lái là bR= 4(m)

2.2.5.Xây dựng bản vẽ khung giá lái

Bản vẽ xây dựng sẽ xác định chính xác toàn bộ kích thước, hình dạng hình học và

vị trí tương đối của hệ chong chóng - bánh lái trong vùng đuôi tàu

Yêu cầu : - Đảm bảo khe hở cần thiết giữa chong chong và vỏ tàu

- Đảm bảo cho luồng nước đi vào chong chóng dễ dàng

- Đảm bảo khe hở cần thiết giữa bánh lái và các bộ phận khác

Mặt dưới của bánh lái làm song song với mặt dưới sống đuôi tàu có dốc 1 : 8.Mặt dưới bánh lái làm cao hơn sống chính đuôi tàu một đoạn 200 mm.Mặt trên bánh lái làm ngang Khe hở giữa mặt trên bánh lái với vỏ tàu chọn bằng 80 mm.Cạnh trước bánh lái về mũi tàu làm nghiêng về phía mũi.Cạnh sau bánh lái về đuôi tàu làm nghiêng góc

19 về phía đuôi.Khe hở giữa cạnh trước bánh lái và mép sau trụ lái chọn bằng 25 mm

2.2.6.Độ dang của hệ bánh lái - trụ lái, của bánh lái

tmax: chiều dày lớn nhất profin, tmax=0,12.bR=0,12.4=0,48 (m)

chiều dày lớn nhất profin bánh lái là tmax = 0,48(m)

Ta có tung độ profin bánh lái

2.2.8.Hoành độ chiều dày lớn nhất của prophin bánh lái

2.2.9.Xác định vị trí tối ưu đặt trục lái

Ta có momen xoắn thuỷ động lấy đối với mép trước bánh lái

ππ

2.2.11.Xây dựng prophin bánh lái

Toạ độ thực của prôfin tính theo công thức

100

b x

x=

100

.tmaxy

y=±

Tra bảng 1-9 tr 24 sổ tay thiết bị tàu thuỷ ta lập bảng toạ độ prôfin bánh lái

PHẦN 3 XÁC ĐỊNH LỰC VÀ MOMEN THỦY ĐỘNG TRÊN BÁNH LÁI VÀ

TRỤC LÁI

3.1 Xét tàu chạy tiến

3.1.1.Xác định vận tốc dòng nước chảy đến bánh lái

= CB.k.L.B.T = 18373 (m3)

\∆ω phụ thuộc vào số Fr

_Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của dòng chảy ra từ chong chóng đến bánh lái

χ

= 1+

"

R P

A A

(kB kt

v

.-1)AR” =4.4 = 16 (m2)_Diện tích bánh lái bị bao bởi dòng nước do chong chóng đạp ra

P

P 2

*ρ

= 104,5 (KGs2/m4)

→B = 46,38→ B/2 =23,19Tra bảng ta dược kB =4,45

*k_ Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách tương đối từ đĩa thiết bị đẩy x đến mép trước của bánh lái và đường kính của chong chóng D.

x = 0,4 (m) → D

x

= 0,1 Tra bảng ta có k =1,25 → kt

v

=0,46 →χ

=1,689 →vcp= 0,515.(1- 0,182).1,689.14,8 = 10,5(m/s)

3.1.2 Lực và momen tác dụng nên bánh lái.

Tính toán thực hiện trong bảng sau:

Qua tính toán ở trên ta thấy giá trị momen lớn nhất và lực thủy động lớn nhất tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến:

PNmax = 41998 kG tại α = 350

Mσmax = 5016 kG.m tại α = 250

3.2.Xét tàu chạy lùi

3.2.1.Xác định vận tốc dòng nước chảy đến bánh lái

3.2.2 Lực và momen tác dụng nên bánh lái.

Tính toán thực hiện trong bảng sau

Qua tính toán ở trên ta thấy giá trị momen lớn nhất và lực thủy động lớn nhất tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy lùi:

PNmax = 50104 kG tại α = 350

Mσmax = 5984 kG.m tại α = 250

PHẦN 4 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỦA BÁNH LÁI VÀ TRỤC LÁI

4.1.Vật liệu chế tạo

Vật liệu chế tạo bánh lái CT3c ch

2400 kG/cm2Vật liệu chế tạo trục lái CT3c ch

2400 kG/cm2

4.2.Kết cấu của bánh lái

4.2.1.Khoảng cách giữa các xương gia cường

+Khoảng cách giữa các xương gia cường ngang

4.2.2.Tôn bao bánh lái ,chiều dày xương gia cường

*/Chiều dày tôn bao bánh lái tính theo công thức sau :

p

N a F

P

d +

+1,5 ; (mm)trong đó :

→ Chiều dày các tấm xương gia cường

Quy cách của điểm hàn

1_Xương gia cường ; 2_Xương lập là ; 3_Tôn vỏ bao ;4_Bể hàn

+Gân bánh lái có bán kính R= 3(cm )

4.2.7.Tính toán xác định trọng lượng ,trọng tâm của bánh lái :

Chú giải :Kích thước trên hình vẽ đều có đơn vị (cm)

- Tọa độ trọng tâm của bánh lái :

- Tính toán xác định trọng lượng ,trọng tâm của bánh lái :

Việc tính toán trọng tâm của bánh lái được thực hiện theo bảng :

Σ

==

Σ

= 163,945(cm) Khoảng cách từ trọng tâm đến trục lái :

r = XG - a = 63,945 (cm)

Khôí lượng bánh lái :

G=γΣV = 8051,58 kG

Trong đó : γ−trọng lượng riêng của thép

- Mômen thủy động Ms gây xoắn trục

- Lực tác dụng lên đầu secto lái

PC = MC/ RC với RC là bán kính secto lái

- Trọng lượng bánh lái Gm và trọng lượng bản thân của trục lái

- Coi bánh lái và trụ lái như 1 dầm tựa tự trên các gối tựa tự do Bánh lái có độ cứng EI1, trục lái có độ cứng EI2 Đặt EI1/EI2 = k

E : Môdun đàn hồi cuả vật liệu

Viết phương trình góc xoay cho đế 1 :

-23420,639 (kG)

- Đường kính trục lái tại gối 1 :

1

3 '0.1

σ

+

= 33,45 (cm)Với : [σ] = 0,4 σch= 960 (kG/cm 2)

0.1

Mσ

σ = 17,08 (cm)Chọn D2= 20 (cm)

- Đường kính trục tại gối 0 :

D0 ≥ 2,76 [ ]

' 0

R

σ = 10,685 (cm)Chọn D0= 18 (cm)

b, Trục lái chịu tác dụng của trọng lượng bánh lái Gm

Ta có MG = 6758,9 ( kG.m)

Ta có phương trình góc xoay với gối 1 :

2 1

2

1 1 1

316

= − =

525,93 (kG)Khi đó trị số phản lực tổng cộng của các gối ở lần gần đúng thứ nhất là :

Lực tác dụng lên đầu secto lái :

Pc = Mc/Rc = 40774,72 (kG)

4.3.3 Tính toán trục lái trong lần gần đúng lần 2 :

a, Trục lái dưới tác dụng của Ms, PN và Pc

Phương trình góc xoay viết cho gối 1 :

L3= 0,65 (m)

Moomen tính toán :

Di ≥ [ ]

2 2 3

0.1

ui

σ+

Thay số vào ta được :

R

σ =10,73 cmChọn Do= 20 cm

b, Trục lái dưới tác dụng của MG

4.3.4 Kiểm tra bền trục lái :

Ta kiểm tra bền trục lái tại 3 tiết diên nguy hiểm :

- Tiết diện 1-1 là tiết diện mà gót ki lái liên kết với trục lái

- Tiết diện 2-2 là tiết diện ổ trên trục lái

- Tiết diện 3-3 là nơi nắp vành chặn 2 nửa để đỡ toàn bộ trọng lương của bánh lái và trục lái

a, Tại tiết diện 1-1 có momen uốn tổng cộng :

M'1 là momen uốn tại tiết diện 1-1 do Pn và Pc gây ra

M’1 = R’0.L’1 = 3877,592 (kG.m)M''1 là momen uốn tại tiết diện 1-1 do trọng lượng bánh Gm gây ra

M’’1= R’’0.L’1= 145,119 (kG m)L'1 = 20 cm

b, Tại tiết diện 2-2 có momen uốn :

3 Môđun chống xoắn Wxi cm3 1600 8575 5400

5 Ứng suất uốn σui

kG/cm2

485,03

8 380,406 604,07

6 Ứng suất xoắn τi

kG/cm2

471,67

1 88,009 139,754

7 Ứng suất tổng σi

kG/cm2

676,56

1 390.453 620.026

8 Độ dự trữ bền n=σch/σi>2 4,434 7,683 4,839

4.3.5 Kiểm tra bền cốt lái

tmax= 48cm ; chiều dày lớn nhất của profin tại vi trí đặt trục

zmax= 23,9 cm ; là mép xa trục trung hòa nhất của cốt lái

Mumax= 6523,96 kG.m

[σ]= 0,4 σch = 960 (kG/cm 2

c

Quy cách

Diện tích zi , cm Fi.zi,cm3 Mô men quán tính cm4

Mô men quán tính : J= 240930,5 cm4

Mô đun chống uốn : W= 10080,81 cm3

 W>[W]: Thỏa mãn yêu cầu

PHẦN 5 : TÍNH CHỌN CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ 5.1.Mối nối giữa bánh lái với trục

- Chọn dạng mối nối là mặt bích hình chữ nhật nằm ngang có kích thước như trong bản

3,96 ( cm)Trong đó :

rc = 31,5 cm: khoảng cách trung bình của cá bulông đến tâm mặt bích

Chọn đường kính bulông bằng: 10 cm

5.3.2.Kích thước mặt bích

Kích thước mặt bích chọn như hình vẽ ( bản vẽ kết cấu bánh lái)

Chiều dày mặt bích tf không nhỏ hơn chiều dày của bulông nối

Chọn chiều dày mặt bích tf = 10 cm

Bán kính lượn của mặt bích R= 15 cm

5.3.3 Kiểm tra bền mối nối

Bulông trong mối nối gồm có 4 bulông thô và 2 bulông tinh

Bulông được chia làm 2 nhóm

+ Nhóm bulông cách xa tâm là bulông là bulông ghép không khe hở

+ Nhóm bulông cách xa tâm là bulông là bulông ghép có khe hở

a, Bulông dưới tác dung của Mσ

- Lực xiết cần thiết lên mối nối bulông phải tạo áp lực ma sát trên bề mặt mối nối ghép cân bằng với mômen Mσ

4.T1.b1+2.T2.b2=Mσ

Τ1/ b1=T2/b2Với b1 = 41,8 cm

k T

16582,8 ( kG)Với k=1,5: hệ số an toàn

f

= 0,2 hệ số ma sát khi xiết bulông

- Ứng suất kéo do N1 gây ra (có kể đến Ứng suất do xoắn )

21.34

k

B

N d

B

T d

τπ

33,719 <0.6[σ]k = 470,615 (kG/cm2)Vậy bulông thỏa mãn điều kiện bền cắt

- Ứng suất dâp trên thân bulông

1

d B

T hd

26,469 < 0.4[σ]B= 512 (kG/cm2)h= tf chiều dày mặt bích

b, Bu lông dưới tác dụng của Pn

Dưới tác dụng của Pn thì mặt cắt ngang tại mối ghép bị uốn Ta phải xác định lực xiết để mối ghép không bị tách hở

Khi chưa có Pn thì mối ghép đã chịu dập với ứng suất

σd =

.

n N F

= 36,621 kG/cm2Trong đó :

M W

kG/cm2Trong đó :

Wu= 88666,67 ( cm3): là môđun chống uốn của mặt bích bỏ qua lỗ khoét

Mu= 3880,307 (kG m) : là mômen uốn do Pn gây ra tại gối 1

FM k

nW =

9700,766 (kG)Ứng suất kéo dưới tác dụng của lực xiết :

σK = 4N'/(πd 2) = 123,58 (kG/cm2) < [σ] = 1280 ( kG/cm2)

Kết luận: các bulông trong mối ghép đủ bền

5.4 Trục lái với vỏ tàu

- Chọn chiều dài đoạn hình trụ là : l = 30 cm

- Chiều dài đoạn côn của chốt chọn : lc = 29 cm

-Đường kính nhỏ nhất của chốt:

17

ch c

c c

- Tính chọn ren : (TCVN_6259-2A-25.1.7)

- Đường kính đoạn ren của chốt =0.65*dch= 18,85 (cm)

- Chọn dg = 19 cm

- Chiều cao đoạn ren hn≥ 0,6.dg = 11,4 chọn hn = 12 cm

- Đường kính ngoài đoạn ren dn≥ (dC.1,2 và 1,5.dg ) Chọn dn =30 cm

- Chiều dày ống lót chốt lấy bằng 5% đường kính chốt và bằng 17,5 mm,vật liệu làm - ống lót chốt là thép không gỉ

- Chiều cao lỗ bản lề :

Chọn vật liệu lót ổ là thép không gỉ có chiều dày là 20 mm

Khe hở giữa hai ống lót = (0,5~1)% dch Chọn = 3 mm

Kiểm tra áp lực riêng của chốt :

26,289 kG/cm2 = 2,579 ( MPa) ≤ [P] = 4.9 (Mpa)Vậy bạc chọn là thỏa mãn

Ta làm kín nước bằng 5 vòng tết bằng sợi vải tẩm cao su

- Cạnh vòng :

b=2 d =

37,417 (cm)Chọn b=38 cm

MỤC LỤC