Đồ án bánh lái cân bằng trên tay treo

Đây là đồ án bánh lái tàu thủy, là một trong những bánh lái được áp dụng cho các tàu thủy hiện nay Đồ án này rất chính xác, có bản vẽ kèm theo, được thầy cô giáo đánh giá cao Chúc các bạn thành công...

Mục Lục Lời mở đầu Lời nói đầu 2 I THÔNG SỐ TÀU 3 II TÍNH TOÁN CHÂN VỊT . 3 1 Xác định sức cản. 3 2 Xác định công suất và lựa chọn máy chính. 4 3 Thiết kế chân vịt. 7 III THIẾT KẾ BÁNH LÁI. 8 1 Xác định thông số hình học bánh lái9 1.1 Diện tích bánh lái 9 1.2 Chiều cao bánh lái 10 1.3 Chiều rộng bánh lái 10 1.4 Độ giang bánh lái 10 1.5 Profile bánh lái 11 2 Đặc tính thủy động bánh lái. 16 2.1 Nguyên lý hình thành lực thủy động 16 2.2 Tính toán lực thủy động cho bánh lái 17 2.3 Xác định vị trí tối ưu của trục lái 22 2.4 Xác định lực thủy động của tàu khi tàu chạy tiến và chạy lùi 23 2.4.1 Lực thủy động khi tàu chạy tiến 23 A – Lực thủy động tàu chạy tiến 24 B – momen tác dụng khi tàu chạy tiến 25 2.4.2 Lực thủy động và momen khi tàu chạy lùi 26 A Lực thủy động tàu chạy lùi 26 Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 1 B – Momen tác dụng lên trục lái 27 2.5 Tính toán lực thủy động mà momen tác dụng lên bánh lái 27 Theo QCVN – 2010 . A Trường hợp tàu chạy tiến 28 a Lực tác dụng lên mối phần bánh lái 28 b Momen xoắn tác dụng lên mỗi phần 29 B Trường hợp tàu chạy lùi. a Lực thủy động tác dụng lên mối phần bánh lái. 30 b Momen tác dụng lên bánh lái 31 2.6 Tính toán kết cấu bánh lái. 32 2.6.1 Tôn bánh lái 33 2.6.2 Xương bánh lái 33 2.6.3 Cốt bánh lai 34 2.7 Tính toán trục lái. 37 2.7.1 Vật liệu 37 2.7.2 Lực tác dụng lên trục lái 37 2.6.3 Tính sơ bộ trục lái lần 1 38 A Xét bánh lái chịu tác động của lực thủy động. 38 B Xét bánh lái chịu tác động của trọng lượng bánh lái 40 2.6.4 Tính sơ bộ trục lái 44 A Phần trên trục lái 44 B Phần dưới trục lái 44 2.6.5 Tính sơ bộ máy lái 45 A Nhiệm vụ máy lái 45 B Tính chọn máy lái 45 2.6.6 Tính chọn ổ chặn 47 Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 2 2.6.7 Tính chính xác trục lái 53 2.6.8 Tính chính xác đường kính trục lái 54 2.6.9 Kiểm tra bền trục lái 55 2.6.10 Tính chọn lại máy lái 57 2.6.11 Tính chọn ổ đỡ chặn 58 2.6.12 Tính chọn ổ đỡ 59 2.7 Tính toán mối nối trục và bánh lái 61 2.8 Tính toán chốt bánh lái 62 2.9 Kiểm tra bền bánh lái 63 3.0 Dung sai lắp ghép Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 3 Lời nói đầu Thiết bị tàu là một môn học đề cập đến nguyên lý làm việc, cơ sỡ thiết kế chết tạo thiết bị của hệ thống lái tàu thủy, bánh lái tàu, thiết bị neo, hệ thống buộc tàu, thiết bị nâng hạ hang trên tàu, thiết bị nâng hạ và cứi sinh. Trên cơ sỡ nhiệm vụ được giao là tính toán và thiết kế bánh lái tàu chở dầu với thông số như sau : Chiều dài tàu : L = 118,9 m. Chiều rộng tàu B = 18,92 m. Chiều cao mạn D = 11,5 m. Chiều chìm là d = 7,93 m. Vận tốc là v = 13,5 HL/h. Hoạt động ở vùng biển không hạn chế. Nội dung tính toán thiết kế gồm. Tính toán kết cấu bánh lái, tính toán đường kính trục, đường kính chốt lái,ổ đỡ Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Công trong thời gian em thực hiện đồ án đã chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình để em có thể hoàn thành đồ án này. Mong các thầy trong tổ hỏi bảo vệ đồ án chỉ dẫn những chỗ em còn sai sót, khiếm khuyết. Em xin chân thành cảm ơn I Các thông số chính của tàu cần thiết kế bánh lái. Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 4 Tàu thiết kế là tàu dầu với các thông số sau: Chiều dài 2 trụ là L PP = 118,9 m. Chiều rộng tàu B = 19,82 m. Chiều cao mạn H = 11,5 m. Chiều chìm của tàu d = 7,93 m. Lượng chiếm nước của tàu là D = 13 000 T Thể tích phần chìm khi toàn tải là V = 12683 m. Hệ số béo thể tích C B = 0,67 . Vận tốc là V = 13,5 HL/h. Hoạt động ở vùng biển không hạn chế. II Tính toán chân vịt. 1 Xác định lực cản. Tính toán sức cản ta áp dụng phương pháp Papmiel. EPS = Trong đó : = 10C B = 10 0,67 = 1,1. Với . = 1 khi L > 100m. Với = 1. Khi đó ta có : EPS = = 120,41 Các bước tiếp theo ta thực hiện theo bảng sau : TT ký hiệu và công thức Đơn vị Kết quả 1 V s HL/h 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 2 V m/s 5.92 6.43 6.94 7.46 7.97 3 v' = V S HL/h 1.11 1.20 1.30 1.39 1.49 4 C 1 Đọc từ đồ thị 93.5 90.5 88.75 86.875 85.625 5 EPS PS 1959 2599 3338 4225 5237 6 R kG 24829 30307 36047 42483 49253 Từ bảng trên ta có đồ thị sức cản sau : Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 5 2 Xách định công suất và lựa chọn máy chính. Hệ số dòng theo tính theo công thức TAYLOR. = 0,5C B + 0,05 = 0,5 0,67 + 0,05 = 0,285. Hệ số dòng hút tính theo công thức sau : t = k. = 0,7 0,285 = 0,2 Trong đó k = 0,5 – 0,7. Dựa vào tuyến hình và vị trí bố trí chân vịt của tàu mẫu và tuyến hình của tàu thiêt kế ta xác định dược đường kinh lớn nhất của chân vịt là : D MAX = 5,9 m. Tốc độ tịnh tiến của tàu: V P = V (1 – ) = 13,5 (1 – 0,285) = 9,65 HL/h = 4,96 m/s. Từ đường cong sức cản trên đồ thị với tốc độ yêu cầu là V = 13,5 HL/h. Ta nhận được sức cản và công suất cần thiêt là : Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 6 R = 36047 kG EPS = 3338 PS. Để thắng được lực cản này thì lực đẩy chân vịt phải là giá trị được tính theo công thức sau : T = = = 45059 kG. Và công suất trong điều kiện nước ngọt tính theo công thức : N’ T = = = 2928 HP. Công suất đẩy trong điều kiện nước biển. N T = .N’ T = 2928 = 2857 HP. Giả sử vòng quay thấp tốc là từ 100 – 150 vòng/ phút. Kết quả tính tiếp theo thực hiện ở bảng sau : n vòng/phú t B u 0,94 H/D p D D (m) Ne 100 18.47 189.5 178 0.83 0.62 17.19 5.24 4708 110 20.32 199 187 0.8 0.606 16.41 5.00 4817 120 22.16 208 196 0.768 0.595 15.72 4.79 4906 130 24.01 220 207 0.74 0.577 15.35 4.68 5059 140 25.86 229 215 0.725 0.569 14.84 4.52 5130 150 27.71 242 227 0.688 0.555 14.63 4.46 5259 Giải thích bảng tính. n - giả thiết trên cơ sỡ máy thấp tốc có thể có. B U = = = 0,1847.n – Đọc trên đồ thị B U – trên p tối ưu. H/D và p đọc trên đồ thị B U – với giá trị 0,94 D – đường kính chân vịt : D = = = D – đường kính chân vịt đổi sang hệ m. Công suất hữu ích của máy chính là N e phrtv e EPS N ηηηηη = = 2919/ Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 7 Ở đây : là hệ số thân tàu . nhận 1,25 là hệ số dòng xoáy = 1,025 là hiệu suất đường trục = 0,97. Căn cứ vào bảng tính trên ta vẽ được hai đường D = f (n) và N e = f(n). như hình vẽ Tất cả các điểm nằm phía trên Ne đều có công suất đảm bảo tốc độ yêu cầu. Ta chon máy có công suất là 58000 CV tại vòng quay 125 vòng/ phút. Đổi ra KW ta có công suất là 4413 KW. Dựa vào catoger ta chọn máy là 8L32/40 - SCANA vòng quay là 600 vòng trên phút. Chúng ta đã chọn máy có công suất hới cao hơn yêu cầu để đạt tốc độ là 13.5 hải lý/ giờ. Cho nên tàu có thể hoạt động đạt vận tốc cao hơn. Giả sử chúng ta có thể giải thiết tốc độ tăng lên 14 hải lý trên giờ. Để kiểm tra và thiết kế chân vịt cho máy đang chọn số vòng quay cũng tăng lên khoảng 0.05%, Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 8 là n = 126 vòng/ phút. 3 Thiết kế chân vịt Do tổn thất công suất vì điều kiện môi trường và tính đền hiệu suất đường trục công suất dẫn đến trục chân vịt tính theo : P D = C mt BHP = 0,9 0,97 5800 = 5283 CV Tần suất chân vịt nên nhận khoảng 98% -99% tần suất định mức và như vậy tần suất tính toán là : N = 0,98 126 = 122,5 v/ph Vòng quay chân vịt trong một giây. n = N/60 = 2,041 v/s. Ta chọn chân vịt 4 cánh nhóm B – Wageningen . Tỉ số mặt đĩa chọn theo khuyến cáo của các chuyện gia bể thử Wageningen. Trong đó k = 0,2 cho tàu một chân vịt. Lực đẩy của chân vịt T (kg) trong giai đoạn thiết kế ban đầu tính theo công thưc kinh nghiệm dựa vào công suất máy P D và điều kiện khai thác của tàu. T = (8,5 – 12) P D = 10.25*4539.6 = 46530.9 kG ( ) 4 .8,078,0 n P D D ÷= Đường kính chân vịt tính theo công thức kinh nghiệm : Vậy D = 4,4 m. Áp suất P tính đến điểm trong long chất lỏng, ngang trên tâm trục chân vịt, cách mặt thoáng H S , theo công thức cơ học chất lỏng P 0 = P a + = S H. γ 15534,95 (kG/m 2 ) Trong đó Pa – là áp suất khí quyển tính trên mặt thoáng 1,033kG/cm 2 Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 9 k DPdPo TZ Ao Ae a e + − + ≥= 2 ).( ) 3,03,1( Pd áp suất hơi bão hoà Pd = 240 kG/ m 2. H S lây theo công thức kinh nghiêm và tàu mẫu. Vậy ta có giới hạn thấp của a E là 0.549. Vậy ta chọn chân vịt nhóm B4 tỉ lệ diện tích mặt đĩa là 0,55. Các bước tiếp theo ta tính theo bảng sau: STT KÝ HIỆU CÔNG THỨC ĐƠN VỊ KẾT QUẢ 1 Vs cho trước HL/h 14 13.75 2 Va = Vs( 1- ) HL/h 10.01 9.83125 3 Va P Va n Bp D 2 60 = = 8250.93/Va 2.5 - 26.03 27.23 4 đọc từ đồ thị - 200 210 5 = 0.95 - 190 199.5 6 n Va D 60 305,0 δ = = 0.0024V a m 4.56 4.71 7 H/D đọc từ đồ thị - 0.765 0.73 8 Đọc từ đồ thị - 0.61 0.59 9 Va P T pD .515,0 75 η = = 776815.524 /V a Kg 46120 46619 10 Te = T(1-t) KG 36919 37295 Sau lần tính thứ 2 tại tốc độ tàu là 13.75 HL/ h lực đẩy thực tế của chân vịt đạt 37295 kg xấp xỉ sức cản vỏ tàu tại vận tốc này là 37656 kg . Sai số giữa hai đại lượng này nằm trong giới hạn cho phép kết quả tính lần 2 được coi là kết quả cuối. Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 10 [...]... trụ lái thì diện tích bánh lái Abl phải không được nhỏ hơn 0,8 Amin = 11,49 m2 1.2 Chiều cao bánh lái Dựa vào tuyến hình tàu , vị trí đặt chân vịt,tàu mẫu ta chọn chiều cao bánh lái là: hbl = 4,9 m 1.3 Chiều rộng bánh lái bbl = = = 3,1 m Vì ở đây ta chọn bánh lái hình thang nên chiều rộng bánh lái là chiều rộng trung bình 1.4 Độ dang của bánh lái = = = 1,6 m Kích thước hình học cơ bản của bánh lái. .. kế có chiều rộng b và chiều dày t thay đổi theo chiều cao bánh lái Bố trí đường tâm quay của bánh lái nằm trong mặt phẳng chứa các chiều dày lớn nhất t Khi đó bánh kính lượn phần mũi bánh lái bằng t/2 Ta chọn bánh lái chọn profin bánh lái thiết kế kiểu NACA 0015 Khi đó t = 0,15 Ta tiến hành vẽ profin bánh lái tại các mặt cắt như hình vẽ Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 14 Xét tại mặt cắt 1-1 Ta có... của trụ lái với đặc tính thủy động của bánh lái Với bánh lái của bánh lái nữa treo nhỏ hơn của bánh lái cân bằng có cùng diện tích và cùng hệ số kéo dài CL’ = Kp.CL Trong đó: Kp < 1 – hệ số giảm CL do ảnh hưởng của trụ lái, KP xác định theo thực nghiêm hoặc tính gần đúng theo công thức : KP = 1,872 A= ABL AK A - 0,591 A2 -0,281 A3 = 0,97 - Trong đó, ABL là diện tích bánh lái, AK - Diện tích bánh lái +... được biểu diến trên đồ thị sau : Các lực tác dụng được biểu diễn như trên hình vẽ sau : Với phần bánh lái có trụ lái : Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 23 Với phần bánh lái không có trụ lái 2.2 Xác định vị trí tối ưu của trục lái Vị trí tối ưu của trục lái phụ thuộc vào 2 điều kiện đặt ra như sau : Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 24 1 Đạt momen bánh lái nhỏ nhất hoặc 2 Đạt công quay bánh lái từ mạn này... số bằng 1,2 nếu bánh lái không đặt trực tiếp sau chân vịt, bằng 1 nếu bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt Với trường hợp bánh lái đang thiết kế ta chọn q = 1,0 Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 11 q = 1,25 đối với tàu kéo, q = 1,0 với các loại tàu khác Ta lấy q = 1,0 Vậy tổng diện tích bánh lái không được nhỏ hơn : Amin = 11(0,75 + ) = 14,37 m2 Vậy diện tích bánh lái thoả mãn Cũng theo [1] nếu bánh lái. .. chiều rộng trung bình của bánh lái, b = 3,1 m At - là diện tích bánh lái bao gồm cả trụ lái, At = 15,08 m2 Λ Vậy k1 = (2+ )/3 = (2+0,637)/3 = 0,879 - k2 - hệ số phụ thuộc kiểu bánh lái và dạng profile bánh lái Tra bảng ta có k2 = 1,10 Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 31 - k3 hệ số phụ thuộc vào vị trí bánh lái, với chân vịt nằm trong dòng đẩy của chân vịt k3 = 1,00 kt = 1,0 khi bánh lái nằm sau chân vịt Vậy... phương trình trên ta thấy tốc độ dòng tăng sẽ dẫn đến áp suất tĩnh giảm Phần phía trên áp sẽ giảm, phần phía dưới bánh lái sẽ tăng Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang 19 2.2 Tính toán lực thủy động cho bánh lái thiết kế Đặc tính thủy động của hệ bánh lái và trụ lái rất phức tạp vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Sau đây áp dụng công thức kinh nghiệm của Mandel để tính toán cho hệ bánh lái và trụ lái Hệ số... 4,71m Bước xoắn P = 3,43 m Tỉ lệ bước là H/D = 0,73 Tỉ lệ diện tích mặt đĩa aE = 0,55 II Thiết kê bánh lái Dựa vào đặc tính hình dáng của đuôi tàu và tàu mẫu ta chọn kiểu bánh lái bán cân bằng tai treo 1 Xác định các thông số hình học của bánh lái 1.1 Diện tích bánh lái Theo [1] (trang 12) diện tích bánh lái xác định theo công thức sau: Abl = m2 Trong đó : L – Là chiều dài giữa hai đường vuông góc của... Trong đó: b – là chiều rộng trung bình của bánh lái, b = 3,1 m At - là diện tích bánh lái bao gồm cả trụ lái, At = 15,08 m2 Λ Vậy k1 = (2+ )/3 = (2+0,637)/3 = 0,879 - k2 - hệ số phụ thuộc kiểu bánh lái và dạng profile bánh lái Tra bảng ta có k2 = 0,8 - k3 hệ số phụ thuộc vào vị trí bánh lái, với chân vịt nằm trong dòng đẩy của chân vịt k3 = 1,00 - kt = 1,0 khi bánh lái nằm sau chân vịt Vậy CR = 132.A.Va2.k1.k2.k3.kt... -345.10 -877.31 -1600.62 Tính toán lực thủy động và momen tác dụng lên bánh lái theo QCVN-2010 Áp dụng QCVN [4] tập 1 phần 2A kết cấu thân tàu và trang thiết bị tàu chở hàng có chiều dài từ 90m trở lên, chương 25 Thiết bị thân tàu,25.1 bánh lái và thiết bị quay trở Lực tác dụng lên bánh lái cân bằng có phần khuyết : Diện tích bánh lái có thể chia làm các phần như hình vẽ : Đồ Án Thiết Bị Tàu Thuỷ - Trang . cao bánh lái . Bố trí đường tâm quay của bánh lái nằm trong mặt phẳng chứa các chiều dày lớn nhất t. Khi đó bánh kính lượn phần mũi bánh lái bằng t/2. Ta chọn bánh lái chọn profin bánh lái. Chiều cao bánh lái 10 1.3 Chiều rộng bánh lái 10 1.4 Độ giang bánh lái 10 1.5 Profile bánh lái 11 2 Đặc tính thủy động bánh lái. 16 2.1 Nguyên lý hình thành lực thủy động 16 2.2 Tính toán lực thủy. Thiết kê bánh lái Dựa vào đặc tính hình dáng của đuôi tàu và tàu mẫu ta chọn kiểu bánh lái bán cân bằng tai treo. 1 Xác định các thông số hình học của bánh lái. 1.1 Diện tích bánh lái. Theo [1]