Tính toán thiết kế bánh lái

Bài 1: Tính toán thiết kế bánh lái.. Bài 1: Tính toán thiết kế bánh lái... - Hệ số cân bằng ?: Vì bánh lái được chọn là kiểu bánh lái cân bằng nên hệ số cân bằng k phải được chọn sao cho

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM



SVTH: Nguyễn Phan Thái – MSSV: 1915114 GVHD: Th.s Nguyễn Vương Chí

Thành phố Hồ Chí Minh - 2023

Bài 1: Tính toán thiết kế bánh lái 3

I/ Xác định thông số hình học của bánh lái: 3

II/ Xây dựng bảng thông số hình học của profin bánh lái hoặc profin bánh lái - trụ lái: 5

Bài 2: Tính toán thiết kế neo 8

I/ Thông số neo: 8

II/ Bản vẽ neo Hall: 8

III/ Tính toán lực căng xích neo: 10

Tài liệu tham khảo 17

Bài 1: Tính toán thiết kế bánh lái

I/ Xác định thông số hình học của bánh lái:

- Diện tích bánh lái 𝐀𝐛𝐥:

Diện tích của bánh lái được xác định theo công thức:

A = μ L T

100 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 cho trong bảng 1 -1)

Σ – Tổng diện tích các bánh lái của tàu (m )

Dựa theo bản vẽ bố trí chung (BTC) ta có:

L = 24,5 (m); T = 1,6(m); μ = 2,0

Hệ số diện tích bánh lái: (được xác định theo bảng 1-1 cho tàu hàng khô μ (%) = 2,0 – 2,5 – Loại II trong sổ tay thiết kế tàu – Trần Công Nghị)

A = μ L T

100 = 2

24,5.1,6

100 ≈ 0,784 (m ) Diện tích bánh lái A đã chọn không được nhỏ hơn:

100 0,75 +

150

L + 75 = 1.1.

24,5.1,6

100 0,75 +

150

L + 75 ≈ 0,885 (m )

ρ - hệ số ảnh hưởng đến vị trí đặt lái sau chân vịt = 1.0 vì bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt

q = 1- đối với các loại tàu khác tàu kéo q= 1,25

Ta thấy :

A ≈ 0,784 > 0,8 A ≈ 0,708 Suy ra: Diện tích bánh lái thỏa mãn điều kiện

- Chiều cao bánh lái 𝐡𝐛𝐥:

Từ bản tuyến hình chiều cao lớn nhất có thể lấy được là 1,2m

- Chiều rộng bánh lái 𝐛𝐛𝐥:

𝐛𝐛𝐥 =𝐀𝐛𝐥

𝐡𝐛𝐥 ≈

0,784 1,2 ≈ 0,6533 (m)

- Hệ số kéo dài của bánh lái 𝛌:

𝛌 =𝐡𝐛𝐥

𝐛𝐛𝐥 =

𝐡𝐛𝐥𝟐

𝐀𝐛𝐥 =

𝐀𝐛𝐥

𝐡𝐛𝐥𝟐 ≈

1,2 0,6533≈ 1,836735

Hệ số kéo dài 𝛌 =0,5÷3,0 (Thiết bị tàu, Trần Công Nghị - Nguyễn Vương Chí) tùy theo kết cấu vùng đuôi tàu

Suy ra thỏa mãn điều kiện

- Hệ số cân bằng 𝐤:

Vì bánh lái được chọn là kiểu bánh lái cân bằng nên hệ số cân bằng k phải được chọn sao cho đường cong moment thủy động có dạng "đối xứng" đối với trục 𝛂 đồng thời moment thủy động khi tàu chày lùi không đucợ lớn hơn moment khi tàu tiến

Thông thường 𝐤 = 0,25÷0,35, chọn 𝐤 = 0,3

II/ Xây dựng bảng thông số hình học của profin bánh lái hoặc profin bánh lái - trụ lái:

Chiều dày lớn nhất của prôfin 𝐭 lấy theo đường kinh chân vịt 𝐃𝐜𝐯:

t = (0,1 ÷ 0,125)D Chiều dày tối ưu nằm trong khoảng:

t = (0,12 ÷ 0,25)b = 0,2b ≈ 0,2.0,6533 ≈ 0,1307 (m) Tọa độ tương đối của profin bánh lái:

Số liệu tính toán theo - Bảng tọa độ Profin bánh lái theo NACA

x (%) x (m) y (%) y (m) x (%) x (m) y (%) y (m)

0.5 0.004 10.28 0.0112 25 0.184 49.5 0.0538

1.75 0.013 18.55 0.0202 60 0.443 38.03 0.0414

3.25 0.024 24.55 0.0267 80 0.590 21.85 0.0238

7.5 0.055 34.99 0.0381 90 0.664 12.06 0.0131

15 0.111 41.55 0.0480 100 0.738 1.05 0.0011

Bài 2: Tính toán thiết kế neo

I/ Thông số neo:

Khối

lượng

(tấn)

Mũ neo

Mũ neo

II/ Bản vẽ neo Hall:

Từ các thông số kích thước từ Mục I và hình mẫu ở trên, em có bản vẽ chi tiết Neo Hall 3,54 tấn như sau:

III/ Tính toán lực căng xích neo:

Theo mô hình tính toán, ta có các lực: T ; T =R; T

Mối liên quan giữa trọng lượng neo G và chiều dài xích neo:

T = ωL − h

2h = 0,87q

L − h 2h = 1,05KG Với:

K - là hệ số bám của neo Đối với Neo Hall theo quy chuẩn từ 3 ÷3,5 chọn 3,5

G – Trọng lượng xích neo (KN)

T = 1,05.3,5.3540.10 = 130095 N ≈ 130 (KN)

Từ lực T , ta chọn được xích neo tương ứng với tải thử P = T

Xích neo cấp 3 với đường kính d = 19 mm

Chiều dài 1m xích có trọng lượng:

Từ bảng 2.9 với d = 19mm => trọng lượng 1m xích là

G = 7,81 (kG) Chiều dài tối thiểu của đoạn võng xích:

L = 2,1h

ω KG + h =

2,1.50 0,06795 (3,5.35,4) + 50 = 440,4 (m) Với ω là trọng lượng 1m xích trong nước biển:

ω = 0,87q = 0,87.7,81 = 6,7947 (kG); 0,06795 (kN) Tại đầu buộc cáp phía trên:

T = 0,87q(a + h) = 0,87qL − h

2h = 0,06795

440,4 + 50 2.50 = 133,5 (kN) Tại điểm xích chạm đất:

T = R = 0,87qa = 0,87qL − h

2h = 0,0579

440,4 + 50 2.50 = 130,1 (kN) Mức độ chịu tải của xích thoải mãn lực căng tính toán vì T , T < 490 kN 1/ Kiểm tra độ bền xích:

Đối chiếu lực căng xích tại đầu buộc phía trên với tải đứt xích PBS:

PBS = 301KN > T1

Vậy xích cấp 3 đường kính 19 mm phù hợp để tính chọn theo mô hình tính lực căng

Lực bám H tính toán của neo phải lớn hơn lực R nhằm đảm bảo an toàn khai thác Hệ số an toàn cho tàu thông dụng là FS = 1,75; 2

Chọn FS = 2

H = FS R = 2.130,1 = 260,2 (kN) Lúc này ta cần tính toán lại lực căng T1 để có cơ sở chọn xích theo hệ số an toàn T = 260,2 (kN) và T = 267,2 (kN)

Khi đã thêm hệ số an toàn vào tính toán, nhưng giá trị của lực căng xích T vẫn chưa vượt quá giới hạn tải đứt xích, nên ta vẫn giữ nguyên cấp xích và đường kính xích theo mô hình tính toán

2/ Tính bền neo: Các thông số theo mô hình tính của neo, kiểm tra ứng suất lưỡi neo, cần neo và chốt neo

Các giá trị thông số theo mô hình tính bền của Neo Hall 3.540 tấn

Ký hiệu Giá trị Ký hiệu Giá trị Ký hiệu Giá trị

3/ Mô hình ứng suất bền theo lưỡi:

Ứng suất tại lưỡi neo tính theo mô hình:

w+

P

F =

P

bh 5,39

l

h+ 0,44

0,528.0,235 5,39

0,34 0,235+ 0,44 ≈ 8638 (kN/m ) Moment uốn:

M = P l

73,365.0,278

8 ≈ 2,55 (kN m) Tổng ứng suất tại mặt cắt yếu:

σ = σ + σ = 0,53 P l

B H B + H Thay giá trị P cho công thức trên, ta được:

σ = 0,53 P l

B H B + H = 0,53

103,77.0,278 0,139 0,298 0,139 + 0,298 ≈ 9308,12 (kN/m ) 4/ Mô hình tính độ bền cần neo:

σ = P 0,326 L

w +

0,946 F Trong đó:

L : Chiều dài đoạn cần từ mặt cắt đến điểm đặt lực

w: Momen chống uốn tại mặt cắt tương ứng

F :Tiết diện mặt cắt tương ứng

Sử dụng mặt cắt I-I, với trường hợp tiết diện là hình chữ nhật:

F = b h = 0,528.0,235 ≈ 0,124 (m )

W =b h

0,528 0,235

6 ≈ 4,86 10 (m )

σ = 130,1 0,326 2,052

4,86 10 +

0,946 0,124 ≈ 18900(kN/m )

Sử dụng mặt cắt IV-IV, với trường hợp tiết diện là hình tròn

F = πd

4 = π

0,278

4 ≈ 0,06 (m )

W = πd

32= π

0,278

32 ≈ 2,11 10 (m )

σ = 130,1 0,326 1,152

2,11 10 +

0,946 0,06 ≈ 25207,32 (kN/m ) 5/ Mô hình tính bền chốt neo:

Thông số chốt:

Đường kính d= 104 mm; chiều dài hai gối tựa l 278 mm; chiều dài đoạn

chịu lực Q(l )= 226 mm;

Moment uốn chốt:

M =Q

2

l

2 −

l

4 =

390,33 2

0,278

0,226

4 = 16,1 (kN m) Trong đó tải trọng Q:

Q = 0,326P

l 8,45l + L = 0,326

130,1 0,235 8,45 0,235 + 2,052 ≈ 390,33 (kN) Ứng suất uốn chốt:

σ = 0,81 P

l d (l − 0,5l ) 8,45l + L

= 0,81 130,1

0,235 0,104 (0,235 − 0,5.226) 8,45 0,235 + 2,052 ≈ 105185,15 (kN/m )

Vị trí Giá trị ứng suất (kN/m ) Giá trị ứng suất (N/mm )

25207.32

18.9 25.2

6/ Kiểm tra tính bền:

Theo TCVN 6259-7B:2003, vật liệu được dùng để chế tạo neo phải là thép đúc, thép rèn hoặc thép cán quy định ở Phần 7A Tuy nhiên, không được dùng thép đúc để chế tạo các chốt đầu Neo Hall thuộc neo không ngáng, có độ bám trung bình, vật liệu chế tạo lưỡi và cần thường là thép đúc Carbon với các mác thép như: SC42, SC46, SC49 Có giới hạn bền kéo σ = 205 ÷ 240(N/mm ),hoặc có thể dùng thép CT3 theo chuẩn TOCT 380-71 với giới hạn bền σ = 337 ÷ 461 (N/mm ) Bởi vì ứng suất uốn ở chốt cao hơn nhiều so với ở cần và lưỡi neo nên phần chốt được làm từ thép rèn, có giới hạn bền cao hơn thép đúc Các mác thép thường gặp: SF (Thép rèn hợp kim cao, có σ = 400 ÷ 910 (N/mm ), hoặc SFA (thép rèn hợp kim thấp, có σ = 590 ÷ 1280 (N/mm ) Ngoài ra, các neo có độ bám cao và cực cao được chế tạo theo các mác thép khác, qui định rõ trong Tiêu Chuẩn Quốc Gia

7/ Kết luận:

Qua mô hình tính bền neo và kiểm tra bền với vật liệu chế tạo thiết bị neo theo tiêu chuẩn, các giá trị ứng suất vẫn chưa vượt quá giới hạn của vật liệu Trên

cơ sở đó, kết luận thiết bị Neo đã đảm bảo độ bền theo mô hình tính toán

[1] Trần Công Nghị - Nguyễn Vương Chí (2018) Giáo trình Thiết bị tàu NXB Đại học Quốc gia TP.HCM

[2] Lê Đình Tuân (2014) Cơ Học Kết Cấu NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM