Thit kế bánh lái tàu hàng 11500 t chạy biển không hạn chế vận tốc 13hl(bản vẽ chuẩn bldt)

Thiết kế bánh lái tàu hàng 11500 tấn chạy biển không hạn chế với các thông số chính sau Vận tốc tàu vS = 13 hlh Chiều dàI tàu L = 126 m Chiều rộng tàu B = 22 m Chiều cao mạn H = 10,5 m Chiều chìm thiết kế T = 7,6 m Các hệ số béo Hệ số béo chung = 0,7 Hệ số béo sườn giữa = 0,982 Hệ số béo đường nước = 0,81

Trờng đại học hàng hải

Khoa đóng tàu

Ngời thực hiện: nguyễn văn a

Thiết kế môn học thiết bị tàu

Đề tài: Thiết kế bánh lái tàu hàng 11500 tấn chạy biển không hạn

Môc lôc

Thiết kế môn học môn

thiết bị tàu

-

-o0o -I.Các thông số chính của tàu

Thiết kế bánh lái tàu hàng 11500 tấn chạy biển không hạn chế với các thông số chính sau

Vậy ta áp dụng phơng pháp Papmiel để tính sức cản tàu

Công suất kéo của tàu đợc xác định bằng công thức

= 1,2 là hệ số đặc trng về hình dáng thân tàu

Hệ số này đợc cho trong đồ thị

Thay số vào ta đợc công thức tính công suất kéo của tàu

EPS = 0

3 120

Vận tốc

giả thiết

vS (hl/h)

Vận tốc tơng đốiv1=0,098vs

Hệ số C1(tra đồ thị)

Hệ số C0=0,905C1

Công suất kéo EPS (Cv)

S

R = f(v )

trong đó T = t

R

−

1 Sơ bộ cho t = 0,21 là hệ số lực hút

Từ công suất máy ta chọn vòng quay hợp lý của chong chóng

IV.Các đặc tr ng hình học của bánh lái

L = 126 ,m là chiều dài giữa 2 trụ của tàu

T = 7,6 ,m là chiều chìm trung bình của tàu ở trạng thái toàn tải Thay số vào ta có

ΣFP = 17,2 ữ 25,9 ,m2

Ta chọn diện tích bánh lái F P = 19,44 ,m 2

1.2.Kiểm tra theo điều kiện diện tích tối thiểu

Diện tích của bánh lái phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau

ΣFPmin = 75)

150 75

, 0 (

100 + L+

LT pq

,m2trong đó

p = 1 vì bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt

q = 1 đối với tàu hàng

L,T lần lợt là chiều dài và chiều chìm tàu

Thay số vào ta có

ΣFPmin = 126 75)

150 75

, 0 ( 100

6 , 7 126

+

+

= 14,3 ,m2 Vậy diện tích bánh lái đã chọn FP = 22 m2 thoả mãn không nhỏ hơn diện tích tối thiểu FPmin = 14,3 m2

2.Kích th ớc bánh lái

Các kích thớc đặc trng cho bánh lái hình chữ nhật gồm có chiều cao và chiều rộng bánh lái

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

# Chiều cao bánh lái hP = 5,4 ,m

4.Chiều dày lớn nhất của profin bánh lái

Với prôfin NACA 0012 thì chiều dày tơng đối

Giá trị của xpmin và xpmax đợc tính theo bảng sau

6.Hệ số cân đối của bánh lái

Hệ số cân đối của bánh lái đợc tính theo công thức

FP’ = 0,96.5,4 = 5,184 m2 là diện tích phần đối của bánh lái

FP = 19,44 m2 là diện tích của toàn bộ bánh lái

7.Xây dựng tuyến hình prôfin lý thuyết

Toạ độ thực của prôfin tính theo công thức

1 14.1 36.00 59.64 40 48.35 1440.00 204.52

1.25 15.8 45.00 66.83 50 44 1800.00 186.121.75 18.55 63.00 78.47 60 38.03 2160.00 160.872.5 21.8 90.00 92.21 70 30.5 2520.00 129.023.25 24.55 117.00 103.85 80 21.85 2880.00 92.43

5 29.6 180.00 125.21 85 17.08 3060.00 72.257.5 34.99 270.00 148.01 90 12.06 3240.00 51.01

10 39 360.00 164.97 95 6.7 3420.00 28.34

15 44.55 540.00 188.45 100 1.05 3600.00 4.44

V.Lực và mômen thủy động tác dụng lên bánh lái

1.Tàu chạy tiến

Vận tốc dòng nớc chảy đến bánh lái

vep = 0,515vS(1-ωr)χ ,m/s

Trong đó

v S = 13 ,hl/h là là vận tốc khai thác của tàu

ωr là giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh lái

ωr = 0,8ω0 với ω0 là giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí

3 165

DB = 3,6 ,m là đờng kính chong chóng

7 , 0 165

dòng nớc do

chong chóng đẩy ra

kB là hệ số kể đến sự gia tăng thêm của lực dạt do bánh lái đặt trực tiếp trong dòng nớc của chong chóng

kB phụ thuộc vào σB/2 và đợc tra đồ thị với σB là hệ số tải của chong chóng

σB = 2 4

1 2 B2

A

D v

T

π ρ

trong đó

T = t

T E

−

1 là lực đẩy của chong chóng

TE = R/x = 19368 kG là lực đẩy có ích của chong chóng

, 4 1025

k B = 2,3

∆ là hệ số kể đến ảnh hởng toàn phần của tốc độ kích thích chiều trục đến bánh lái và đợc xác định bởi công thức

∆ =

2

1 2

B

k k

σ

với k là hệ phụ thuộc vào tỉ số khoảng cách từ đĩa thiết bị đẩy

đến mép trớc của bánh lái chia cho đờng kính chong chóng

65 , 1 2 2

= 0,85 ∆ = 0,85

Góc bẻ lái αP(độ)

8 Mσ' = Pnl kGm -62.3 -55.2 2358.7 4224.4 11201.7

9 Mσ = k0Mσ' kGm -81.1 -71.7 3066.3 5491.7 14562.

2

2.Tàu chạy lùi

Tốc độ tàu chạy lùi

15419.6 5

21484.4 9

19332.9 6

8 Mσ' = Pnl kGm -31.65

-3212.09

1598.79

-4105.47 3809.33

9 Mσ = k0Mσ' kGm -41.15

-4175.72

2078.43

VI.KÕt cÊu cña b¸nh l¸i

1.VËt liÖu chÕ t¹o b¸nh l¸i

Vì a = 900 mm > tmax = 423 mm nên ta phải có 2 xơng gia cờng

đứng thay thế cho trụ lái.Khoảng cách giữa chúng là 400 mm

3.ChiÒu dµy t«n bao

ChiÒu dµy t«n bao b¸nh l¸i ph¶i kh«ng nhá h¬n trÞ sè tÝnh theo c«ng thøc

δ0 = [ ]

2 1

σC

P S

a F

P T

kS lµ hÖ sè phô thuéc vµo tØ sè bC/aC = 1,167 vµ néi suy theo

845877 4

, 7

δ0min = 126 240

37 126 7 , 0 40 240

37 40

+

+

= +

Chiều dày tôn mặt trên và tôn mặt d ới

Đợc lấy không nhỏ hơn 1,2δ0 = 1,2.14 = 16,8 mm

Chọn chiều dày tôn mặt trên và dới

δt = δd = 18 mm

Trên tấm tôn mặt trên và mặt dới có khoét lỗ để thử áp lực,sau

đó đợc làm kín bằng vít đồng có đờng kính 50 mm,phía ngoài

* Chiều rông lập là b = 100 mm

5.Kiểm tra bền trục lái

Bánh lái đợc coi là đủ bền nếu mômen chống uốn của xơng

đúng thay thế cho trục lái và mép kèm của nó lớn hơn mômen chống uốn cho phép

FiZi2(cm4) i0(cm

6.Khối l ợng & toạ độ trọng tâm bánh lái

Ta tính đợc toạ độ trọng tâm của profin bánh lái,cách mép

Chú ý: Hệ số 0,9 là hệ số kể đến việc chiếm diện tích của lỗ

VII.Kết cấu trục lái

Tải trọng tác dụng lên trục lái gồm có

# áp lực thuỷ động Pn của nớc tác dụng vuông góc gây uốn trục

# Mômen thuỷ động Mσ gây xoắn trục

# Lực tác dụng lên đầu sectơ lái

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

# Trọng lợng bánh lái Gm và trọng lợng bản thân của trục lái

1.Tính toán lần gần đúng thứ nhất

Ta giả thiết PC = 0 và ta áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng

1.1.Trục lái dới tác dụng của P n và Mσ

Ta coi bánh lái và trục lái nh 1 dầm tựa trên các đế cứng.Phản lực tại các đế là Ri.Độ cứng của bánh lái là EI1 ,của trục là EI2.Ta giả thiết là

Khi đó dầm là siêu tĩnh bậc nhất

Viết phơng trình góc xoay cho gối 1

+ −  + 1 

1 1

1 1 2

2 1 1

1

6 3

' 3

'

b

a EI

b a P EI

L M

3 1 2

Mπ = 1

1 1

= 139430 (kGm) Mômen tính toán

Mtt = 1 1

1 1

1

1 M'

L

a L

D1 ≥ 3 [ ]

2 2 1 1 0

'

σ σ

M

(cm)Víi [ ]σ = 0.4σT = 0,4.7000 = 2800 (kG/cm2 )

→ D1 ≥

3

2 2

2800 1 , 0

1456200

8170500 +

= 30,9 (cm) §êng kÝnh trôc t¹i gèi 2:

R’0 = 1

1 1

1 '

L

M L

, 6

5 , 3 86314

−

= 33907 (kG) R’1 =

1

1 2

1

2 1 1

'

L

a P L

L

L L

3 86314 9

, 1 5 , 6

9 , 1 5 , 6

= 95410 (kG) R’2 = - 2

+ = 17,2 (cm) D0 ≥ 2,76 [ ]σ0

R

= 9,6 (cm) Chän D0 = 24 (cm)

D1 = 34 (cm)

D2 = 30 (cm)

1.2.Trục lái chịu tác dụng của trọng lợng bánh lái G m

1 3

1

a EI

L

2 1 1

1 1

3

'' 3

''

EI

L M EI

L M

−

→ M’’1 =- 1 2

1

2 1 1

2

3 1 2

1

L L

L

a L

1 ''

L

a M L

b

−

= 2687 (kGm) Phản lực tại các gối :

R’’0 = 1

1 1

''

L

M L

−

= 778 (kG) R’’1 = - 2

1 1

1 1

'' ''

L

M L

M L

+ +

= -1040 (kG) R’’2 = - 2

1 ''

L

M

= 261 (kG) Khi đó trị số phản lực tổng cộng của các gối ở lần gần đúng thứ nhất là:

Ri = R'i2+R''i2

Vậy thay số ta có:

R0 = 339072 + 7782 = 33916 (kG)

Mms1 = 2 95416

34 , 0 1 , 0

4

Π = 2065 (kGm)

Mms2 = 2 43003

3 , 0 15 , 0

0

i msi

M

= 14562+(518+2056+1232) = 18377 (kGm) = 180,1 (kNm)

Chän m¸y l¸i ®iÖn thuû lùc cã xylanh l¾c,m«men xo¾n ®a ra

®Çu sect¬ l¸i tho¶ m·n: Mc ≥ Mtp

Víi Mc lµ m«men xo¾n ®Çu ra cña m¸y l¸i

2.1.Trôc l¸i díi t¸c dông cña Mσ,P n vµ P C

Ph¬ng tr×nh gãc xoay viÕt cho gèi 1:

2 2 2

2 1 1

1 1 1

1 1

1

1

6

' 3

' 3

' 1

L M EI

L M EI

L M L

a EI

1 1 1

2

' 1

2

1

L L

L M L

a b a

1

1 '

L

a M L

b a

R’0 = 1

1 1

1 '

L

M L

b

P n

−

= 37812 (kG) R’1 = +

P n

2

2

1 ' '

L

M

= 62628 (kG) R’2 = Pc - 2

2

1 ' '

L

M

= 31225 (kG) §êng kÝnh trôc trong lÇn tÝnh thø hai:

Di ≥ [ ]σ

σ

4 , 0

2

2 M

M ui+

(cm) D1 ≥ 3

2 1 2 1120

σ

M

= 17 (cm) D2 ≥

3

2 2 2 1120

σ

M

= 14 (cm) D0 ≥ 10 7000 2800

'0

+

R

= 20 (cm) D0 ≥ 2,76 [ ]σ0

Mms1 = 2 62637

34 , 0 1 , 0

4

Π = 1356 (kGm)

Mms2 = 2 31226

3 , 0 15 , 0

3.KiÓm tra bÒn trôc l¸i

Ta nªn kiÓm tra bÒn trôc l¸i t¹i 3 tiÕt diÖn nguy hiÓm

# TiÕt diÖn 1-1 lµ tiÕt diÖn mµ gãt ki l¸i liªn kÕt víi trôc l¸i

# TiÕt diÖn 2-2 lµ tiÕt diÖn æ trªn trôc l¸i

# Tiết diện 3-3 là là nới lắp vành chặn 2 nửa để đỡ toàn bộ trọng lợng của bánh lái và trục lái

# Tại tiết diện 1-1 có mômen uốn tổng cộng :

M M

) 4400 (

54

,

5

2 2

+

+ σ

σ

,cm

trong đó

Mσ = 1456200 kGcm là mômen xoắn thuỷ động

Mu là mômen uốn tại vị trí đặt bích

Để thiên về an toàn ta lấy Mu bằng mômen uốn tại gối 1

54

,

5

2 2

+

+

= 3,2 cm Chọn đờng kính bulông

1.3.Kiểm tra bền mối nối

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

Bulông đợc chia thành 2 nhóm

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

a)Bulông d ới tác dụng của Mσ

Lực siết trên mỗi bulông phải tạo ra đợc ma sát nhằm chống lại mômen xoắn thuỷ động

Gọi phản lực tại các nhóm bulông là T1 và T2.Chúng phải thoả mãn hệ phơng trình

ứng suất kéo do N2 gây ra (có kể đến ứng suất do xoắn)

σk = 1,3 4

2 2

Vậy bulông thoả mãn điều kiện bền dập

b)Bulông d ới tác dụng của P n

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

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

Khi coi mặt bích là khá cứng thì biến dạng uốn theo mặt bích

đợc xem là đờng thẳng có trị số lớn nhất

d

W

M F

Để thiên về an toàn ta thêm hệ số an toàn k = 1,3

6104 3 , 1

N > 70739

ứng suất kéo dới tác dụng của lực xiết

σK = 70739/63,6 = 1112 kG/cm 2 < [σ] = 1200 kG/cm2

Kết luận : Các bulông trong mối ghép đủ bền

2.Trục lái với vỏ tàu

pmax là phản lực lớn nhất trên chốt do uốn

Chọn chiều dài đoạn hình trụ là

Chọn vật liệu lót ổ là đồng thanh có chiều dày là 20 mm

Khe hở giữa hai ống lót = (0,5~1)%dch Chọn = 2 mm

Chiều dày moayơ chốt = 1/2dch = 12 cm

Kiểm tra áp lực riêng của chốt

Ta lµm kÝn níc b»ng 5 vßng tÕt b»ng sîi v¶i tÈm cao su

IX.Truyền động lái

1.Máy lái chính

# Mômen đầu ra của máy Mc = 200 kNm

# Đờng kính đầu trục lái d = 250 mm

# Thời gian quay của bánh lái,trục lái t = 28 s

R’0 = − 1 =

1 1

1

l

M l

b

P n

9460 kG R’1 =

1

1 1

2 1

1

l

a P l

l l

= 18345 kG R’2 = - 2

Π = 145 (kGm)

Mms1 = 2 18374

34 , 0 1 , 0

4

Π = 398 (kGm)

Mms2 = 2 11995

3 , 0 15 , 0

4

Π = 344 (kGm)

VËy m«men xo¾n tæng céng

Mtp = Mσ+∑M msi = 4063+(145+398+344) = 4950 kGm = 48 kNmChän m¸y l¸i dù tr÷ lµ m¸y l¸i qu¹t cã ký hiÖu P11 , Mc = 63 kNm §êng kÝnh ®Çu trôc l¸i 200 mm

R’0 = − 1 =

1 1

1

l

M l

b

P n

5004 kG R’1 =

1

1 1

2 1

1

l

a P l

l l

−

+

= 9703 kG R’2 = - 2

4

Π = 77 (kGm)

Mms1 = 2 9759

34 , 0 1 , 0

4

Π = 211 (kGm)

Mms2 = 2 6351

3 , 0 15 , 0

Chän m¸y l¸i dù tr÷ lµ m¸y l¸i qu¹t cã ký hiÖu P09 , Mc = 40 kNm

THE END