Thiết kế bánh lái tàu Container 450TEU với vận tốc 14.5hl (full bản vẽ chuẩn)

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: Thiết kế bánh lái tàu Container có các thông số như sau : Trọng tải : 450 TEU Vận Tốc : 14.5hlh LxBxHxT = 98.2 x 22 x 6.8 x 5.4 (m) NỘI DUNG THIẾT KẾ : Phần 1 : Xác định các đặc trưng hình học của thiết bị Phần 2 : ứng lực phát sinh trong thiết bị Phần 3 : Tính toán kết cấu của thiết bị Phần 4 : Tính toán, chọn các thiết bị phụ Phần 5 : Truyền động thiết bị

Trang 1

Bộ giáo dục và đào tạo bộ giao thông vận tải

TRườNG ĐạI HọC hàng hải

khoa đóng tàu

Thiết kế môn học Thiết bị tàu thủy

Trang 2

nhiÖm vô thiÕt kÕ

ThiÕt kÕ b¸nh l¸i tµu Container cã c¸c th«ng sè nh sau :

ü PhÇn 2 : øng lùc ph¸t sinh trong thiÕt bÞ

ü PhÇn 3 : TÝnh to¸n kÕt cÊu cña thiÕt bÞ

ü PhÇn 4 : TÝnh to¸n, chän c¸c thiÕt bÞ phô

0.740.98

b =

Träng t¶iVËn tèc

45014.5

Trang 3

thiết kế môn học : Thiết bị tàu thủy

Tính toán sức cản và đường kính chong chóng.

4.RB là sức cản áp suất bổ sung do mũi

5.RTR là sức cản áp suất bổ sung do ngập đuôi kiểu tuần dương hạm

6.RA là hiệu chỉnh sai khác mô hình tàu

Tính diện tích mặt ướt của tàu :

Đối với tàu có dạng béo vừa phải:

=

= υ

v.L Re.10 - 6

-

+

-=

R L

B ( 12 C (0.93 13

C

1

= - +

-= L(1 0.06 .xB/(4 1)) R

) 2 Re (lg

075 , 0 -

=

f

C

2

Trang 4

-2.Sức cản phần nhô R APP :

RAPP = 0,5rv2

SAPP(1+k2)eqCFo = 87.40 (kG)trong đó: r là mật độ của nước

2.831.5-2.03

2.0-2.42.82.7

Bánh lái sau chong chóng

= -

B

T (

2223105.C C

APP

APP eq

S

S k k

S

+ S

2 2

9 , 0 1

2 10 C

C =

Trang 5

Hệ số C3

= 0.03

6.53 (m2)diện tích lớn nhất của sườn mũi quả lê tại chiều rộng mũi quả lê lớn nhất

hB = 1.4 (m)chiều cao trọng tâm sườn mũi quả lê ở trụ mũi so với đường chuẩn

2.97 m – Mớn nước mũi , với 4.074 - Chiều rộng tương đối

13 1 0.003.C C

= stem C

= +

= stem C

) 31

, 0 (

56 ,

0 1 , 5 3

B F BT

BT

h T A

BT

A C

+

-=

3 P 2

P P

3 ẹ <

W

L

1727/

3 ẹ >

W L

36 , 2 / ) 8 / L ( 69385

7 =0 , 229577 ỗỗốổ ữữứử

W L

B

W

L B

4

Trang 6

0.018106.5 < 512 nên C15= -1.69385

với LW/B < 12với LW/B > 124.46 <12 nên l tính theo công thức :

0.958Lượng chiếm nước thể tích

8891.9472 (m3)Góc vào nước mũi được chọn :

V 1.725254.

T

L 0.0140407.

m

16

= -

=

B

L 0.03 1.446.

, 1 3 3

1 10

i P B

Fr

g Fr

+ D

2

15 , 0 ) 25 , 0 (

v

Fr i = F - B BT +

) 5 , 1 /(

56 ,

-6 2

5 ,

0 v A C

RTR= r T

) /(

T

BC B gA

v Fr

+

=

=j

15

m

Trang 7

Vận tốc tàu v

Đại lượng tính toán

8.481

16.5 12.5

6.425

-0 2411.802

-0.004

0.398

nên C4=

12596.62167 0.00157 812521170.7

0.27 0.21

615546341.5 0.00163

22037.612 2492.013

-0.044

111.339

4202.324 0

-

+

7.5

L 0.003 0.00205

100) 0.006.(L

A

= L T

6

Trang 8

-2.3.Tính chọn đường kính sơ bộ :

3.24 (m)Trong đó: T : Lực đẩy cần thiết của chong chóng

Chọn kiểu bánh lái kiểu cân bằng đơn giản, có hiệu quả cao mà công suất

L = 98.2 ,(m) - Chiều dài giữa hai đường vuông góc của tàu

T = 5.4 ,(m) - Chiều chìm trung bình của tàu ở trạng thái toàn tải

2.2 Kiểm tra theo điều kiện diện tích tối thiểu.

8.570 ,(m2)trong đó :

L,T, (m) - Kích thước chủ yếu của tàu

p = 1 - Hệ số phụ thuộc vị trí bánh lái với chong chóng

(bánh lái đặt trực tiếp sau chong chóng)

q = 1 - Hệ số phụ thuộc kiểu tàu

Kết luận : Diện tích bánh lái chọn FP = 10.2 ,(m2) thoả mãn không nhỏ hơn diện tích tối thiểu F min = 8.570 ,(m2)

3 Chiều cao bánh lái:

Chọn chiều cao bánh lái hp = 3.4 ,(m)

ử ỗ

ố

ổ

+ +

=

75

150 75

, 0 100 min

L

LT pq

h l

m

n

Trang 9

6 Chiều dày lớn nhất của prôfin bánh lái :

0.45 ,(m)

với bánh lái là dạng : NASA 0015

7 Hoành độ chiều dày lớn nhất.

0.9 ,(m)

8 Vị trí đặt trục tối ưu.

xp = Cm.bep / Cn

trong đó : bep =bP = 2m : Chiều rộng trung bình của bánh lái

Cm = Cm0 : Hệ số mômen xoắn thuỷ động

Cn =CxsinaP + CycosaP : Hệ số lực pháp tuyến

Cn =CxsinaP + CycosaP

1.4951.253

1.2450.932

xp=Cd.bp0.7440.7260.724

38.6838.63

0.3020.620

0.14

0.0590.0980.037

0.32

0.122

aP7.92

0.228

15.9723.8831.67

0.2480.4260.6060.606

P b

opt

x x

ố

ổ -

=

0 1

1 1 1

l l p C

ữữ

ứ

ử ỗỗ

ố

ổ -

=

0 2

1 1 3 , 57

l l p C

8

Trang 10

-ỹ Kiểm tra hệ số cân đối của bánh lái :

208.35 y(mm)

215.01222.750

3022.5

ị

7.5

37.552.575

450

97.5150225300

54.2730.154.73

76.86

137.2598.33

100/

b t y y

b x x

=

y x,

t

Trang 12

Phần II : Xác định lực và mômen xoắn thuỷ động tác dụng lên

nước chảy ra từ chong chóng đập vào bánh lái

Fb'' là phần diện tích bánh lái được phủ bởi dòng nước từ chong chóng đẩy

Fp = 10.2 (m2) - Diện tích bánh lái

kB là hệ số kể đến sự gia tăng thêm của lực dạt do bánh lái đặt trực tiếp

sau chong chóng kB phụ thuộc vào trị số (sB / 2)

Hệ số tải của chong chóng sB :

1

"

D+

P

P k F

F c

4

D v

P p r

2

B s

Trang 13

D - Hệ số kể đến ảnh hưởng của tốc độ toàn phần đến bánh lái :

k - Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách tương đối từ mặt phẳng đĩa chong chóng đến bánh lái và phụ thuộc vào đường kính chong chóng

k = f(z/DB)z- Khoảng cách từ mặt phẳng đĩa chong chóng tới bánh lái

Cn = Cxsinap + Cycosap: Hệ số lực pháp tuyến

Mô men xoắn thuỷ động tác dụng lên trục lái : Ms' = Pn.l

Ms = K0 Ms'Quá trình tính toán lực và mô men thuỷ động được thể hiện dưới dạng

Góc bẻ lái aPo

0.36

38.630.611.12

PB

-= 1 /

2

1 2

2

ử ỗ

ỗ ố

ổ

+

-= D

B

k k

s

11

Trang 14

-Với k0 = 1.2 : Hệ số kể đến quán tính ban đầu.

2.2.2 Lực và mômen thuỷ động tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy lùi.

ỹ Quá trình tính toán lực và mômen thuỷ động được thể hiện dưới bảng sau :

0.361.25

0.115665.135150702.038

0.290.86

9303.805

6798.162160492.150 (kG) tại aP =

69389.615

(kGm) tại aP =6798.162

38.62750702.0386798.162

Trang 15

thiÕt kÕ m«n häc : ThiÕt bÞ tµu thñy

3.2 KÕt cÊu cña b¸nh l¸i.

3.2.1 ChiÒu dµy t«n vá bao :

1 Theo c«ng thøc lý thuyÕt tÝnh to¸n :

7.71359

ThÐp CT3 cã sch =

ThÐp 45 cã sch =

(mm)(kGm) t¹i aP =

82788.13410200000

§å thÞ lùc vµ m«men t¸c dông lªn tµu

khi tµu ch¹y tiÕn vµ lïi

Ms(l) Pn(t)

13

Trang 16

-kS = 0.576 - Hệ số phụ thuộc tỷ số bc/ac= 1.1

ac = 50 (cm) - Khoảng cách giữa các xương gia cường

đứng hoặc ngang lấy giá trị nhỏ hơn

bc = 55 (cm) - Khoảng cách giữa các xương gia cường

đứng hoặc ngang lấy giá trị lớn hơn

2 Theo điều kiện chiều dày tối thiểu :

ỹ Trong mọi trường hợp, chiều dày tôn bao bánh lái không nhỏ hơn :

L = 98.2 (m) - Chiều dài tàu

1 Khoảng cách các xương gia cường.

a0 : Khoảng cách chuẩn theo phương ngang

0.5964 (m)

2 Chiều dày xương gia cường.

(cm)7.9953

ị Chọn chiều dày tôn bao d 0 =

ữ ứ

ử ỗ ố

ổ

100 2 , 0

0

L a

585

690 3000

450 500 500

Trang 17

3 Kích thước lỗ khoét trên xương gia cường.

Kích thước lỗ khoét trên xương gia cường đứng : f100 (mm)

Kích thước lỗ khoét trên xương gia cường ngang: f100 (mm)

l1 = 3.56 (m) - Nhịp từ gối (0) đến gối (1) trong sơ đồ

mô hình hoá bánh lái và trụ lái

2 Số lượng và kích thước của xương gia cường đứng thay thế cho trụ lái.

ị Vậy có 2 thanh gia cường đứng, mỗi thanh đặt về một phía của tmax nhưhình vẽ :

3 Kiểm tra môđun chống uốn.

trong đó : [s] = 960 (kG/cm2) - Môđun chống uốn giới hạn

Mumax: Mômen tính toán trong bài giải đường kính trục

Trang 18

-Mt' = (kGm) - M«men tÝnh to¸n khi b¸nh l¸i chÞu

983.318

F (cm2)

90

F54 F74 F112

Trang 19

Hình vẽ minh hoạ :

3.2.9 Quy trình hàn.

Tôn bao bánh lái được hàn theo phương pháp hàn điểm

Tôn mạn bánh lái được khai triển sao cho số mối nối là ít nhất Các xương gia

cường đứng và ngang được hàn trước tạo thành bộ khung của bánh lái Sau đó tôn

mạn phải được hàn vào khung bằng mối hàn chữ T liên tục Tiếp theo, các tấm tônnắp và tôn đáy bánh lái được hàn vào khung và tôn mạn phải Trên các mép xươnggia cường đứng và ngang hàn các lập là - quy cách 80x8 (mm), trên tôn mạn trái

cắt các lỗ khoét phân bố đều trên các dải tôn - quy cách 75x40 (mm)

Mối hàn xung quanh lỗ khoét sẽ liên kết tôn mạn trái vào khung

Hình vẽ minh hoạ :

3.2.10.Xác định khối lượng và toạ độ trọng tâm bánh lái.

ỹ Tọa độ trọng tâm G của bánh lái :

XG = Smj.xj/Smj = SVj.xj/SVj = SSj.dj.xj/SSj.dj

YG = 0

ZG = 0 (Đối xứng)

ỹ Diện tích prôfin được tính gần đúng bằng cách chia

prôfin thành 25 hình thang theo chiều dài, tương ứng

với các toạ độ như ở phần xây dựng prôfin

i xi yi xi-xi-1 yi+yi-1 2yi+yi-1 Si xci

17

Trang 20

15206062.5

2124225014955046.87517866743.75044352225

4058101593565.31341100756571968.750

23591.25034129.688104802.188261680.625

Vixi(cm4)

1161680995.6881161680.996

Trang 21

3.3 Kết cấu trục lái :

3.3.1 Mô hình hoá sơ đồ bánh lái và trục lái :

Tải trọng tác dụng lên trục lái gồm có :

ỹ áp lực thuỷ động Pn của nước tác dụng vuông góc gây uốn trục

ỹ Mômen thuỷ động Ms gây xoắn trục

ỹ Lực tác dụng lên đầu sectơ lái : PC = MC/RC

Với RC : bán kính sectơ lái

ỹ 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 EI1/EI2 = k

I1,I2 : tương ứng là mômen quán tính tiết diện ngang của bánh lái và trục lái

E : Môdun đàn hồi cuả vật liệu

3.3.2 Tính đường kính trục ở lần gần đúng thứ nhất.

ỹ Đây là dầm liền nhịp chịu lực phức tạp do đó sử dụng nguyên lý độc lập tác

dụng để đưa vào tính toán

Chọn k =

Lập là

Hoành độ trọng tâm bánh lái : xG =

1161680.996398412.15

m = V.g =

Tôn đáy

3158.749210.2

761654.42386800199267213382565.07

4 vách ngang

10200

9764.8Vách đứng 2

2 EI

1 M

Mg

1 EI R

Trang 22

-1 Trục lái dưới tác dụng của P n , M s (P C = 0)

(kG)(kGm)

ỹ Viết phương trình góc xoay cho gối 1 với ẩn số là mômen đế M1'

(kGm)

ỹ Mômen nhịp do Pn gây ra :

(kGm)

ỹ Mômen tính toán của bánh lái :

ỹ Đường kính sơ bộ của trục tại các gối ở lần gần đúng thứ nhất :

trong đó : Mui : Mômen uốn tại gối i (kGcm)

Ms : Mômen xoắn trục (kGcm)[s] : ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục lái

(kG)-28535.15003

31187.72780135.556

n ' 1 1

n

2 2 ' 1

ab)b

a1(2

PM0)b

a1(EI6

abPEI

3

lM

=ị

=+-

+

=-

1 1 1

n '*

1

l

al

abPMM

M

[ ]3

2 2

u i

1 , 0

M M

=

= + +

=

= -

=

2

' 1 '

2

1 n 2

1

2 1 ' 1 '

1

' 1 1 n '

0

l

M R

l

a P l

) l l ( M R

l

M l

b P R

0

R76,2D

Trang 23

2.Trục lái dưới tác dụng của Mg =G m r

- Khối lượng riêng vật liệu trục lái : g = 7850 (kG/m3)

ỹ Do nên phản lực tổng cộng dưới tác dụng của Pn, Ms,Mg sẽ là:

Vậy phản lực tổng cộng tại gối (0),(1),(2) lần lượt sẽ là :

ỹ Trị số ma sát tại các gối trong lần gần đúng thứ nhất:

Với fj : Hệ số ma sát giữa trục và ổ

-

-= ị

= -

-=

ữữ

ử ỗỗ

ổ -

2 1

g

"

1

2 2

"

1 1 1

"

1 2

1

1 g

l 2 l

) l

a 3 1 ( l M 2

1 M

) 2 k ( EI 3

l M EI 3

l M l

a 1 EI 6

l M

=-

l

aMl

bMM

= -

=

= + + -

=

= -

"

1 g

l

M l

M M R

l

M l

i

i j

2

Df

4M

p

=

= +

= s 2 0

M

21

Trang 24

-Chọn máy lái điện thuỷ lực: MC = 115 (kNm)

ỹ Biểu đồ mômen xoắn trục lái dưới tác dụng của Pn, Ms, và Mg

Với các giá trị trên biểu đồ :

3.3.3.Tính đường kính trục lái ở lần gần đúng thứ hai.

1 Trục lái dưới tác dụng của P n , M s , P C

ỹ Viết phương trình góc xoay cho gối (1) với R1' là ẩn

ỹ Mômen tính toán tại nhịp dưới tác dụng của Pn, Ms, PC là:

55822.533

80665.36143944.1311954.117-157.208

19537.887

65387.930 (kGm)

=+

-ữữ

ứ

ửỗỗ

ố

ổ+

=

ị

-

-=+

ữữ

ứ

ửỗỗ

2 2 1

n '

1

2

2 2

2 2 ' 1

1 1 ' 1

1 1

n

l2l

lMl

a1abP2

1

M

EI6

lMEI3

lMEI

3

lMl

a1

1 1 1

Trang 25

2.Trục lái dưới tác dụng của Mg = G m r.

ỹ Khối lượng trục lái trong lần gần đúng thứ hai :

- Khối lượng riêng vật liệu làm trục lái g = 7850 (kG/m3)

ị Khối lượng trục lái : gV =

1781.329

[s] =0,4sch =

34414.700

930380.462331358.936

Mômen Mg =

= - -

=

= - + +

=

= -

=

2 2 ' 1 C ' 2

2 2 ' 1 1

' 1 n ' 1

1

' 1 1

n ' 0

l

M M P R

l

M M l

M a P R

l

M l

b P R

[ ] (cm);(i 1,2)1

, 0

M M

D 3

2 2 ui

23

Trang 26

-ỹ Viết phương trình góc xoay cho gối 1 với ẩn số là mômen đế tựa M1".

ỹ Mômen tính toán :

ỹ Phản lực tại các gối do Mg gây ra được tính :

93.057 (kG)

ỹ Vậy máy lái chọn ở lần gần đúng thứ nhất là thoả mãn, ta không cần chọn lại

ỹ Ta có biểu đồ mômen xoắn hoàn chỉnh như sau :

34418.23856052.509

(kG)493.5 (kG)

983.32

-586.6

(kGm)

(kGm)-143.31

48146.617

=+

-

-=ị

=-

ố

ổ-

2 1

g

"

1

2 2

"

1 1 1

"

1 2

1

1 g

l2l

)l

a31(lM2

1M

)2k(EI3

lMEI3

lMl

a31EI

6

lM

=-

l

aMl

bMM

=-

=

=++-

=

=-

"

1 g

MM

R

l

Ml

i i j

2

Df

4M

p

=

=+

= s 2

2 EI

1 M

Mg

1 EI R

Trang 27

Với các giá trị mômen như sau :

3.4.Kiểm tra bền trục lái.

ỹ Ta kiểm tra bền trục lái tại 3 tiết diện :

(I - I) : Tiết diện ở gót ky lái, liên kết với trụ lái

(II - II) : ổ trên của trục lái

(III - III) : Nơi lắp cành chặn 2 nửa đế đỡ toàn bộ trọng lượng của bánh lái và

trục lái

ỹ Mômen xoắn tại các tiết diện : MKT kí hiệu là Mx (kGcm)

ỹ Giá trị chiều dài các đoạn trục :

19537.887

80665.36131358.9361781.329

602319.1712-143.307

u 2

' u

ố

ổ -

=

1 1

' 1 1 n ' 1 ' 0 '

l

M l

b P l R

"

1 g '

RM

2

25

Trang 28

-= (kGcm)

ỹ Mômen uốn tại tiết diện (III - III) :

(kGm)

ỹ Quá trình tính toán kiểm tra bền được thể hiện dưới dạng bảng :

(I - I) (II - II) (III - III)

1953788.651

MuIII = PCl3'=

2 ui 2 ui

i = s + t s

Trang 29

thiÕt kÕ m«n häc : ThiÕt bÞ tµu thñy

ü Thêi gian quay cña b¸nh l¸i trôc l¸i : 28(s)

Trang 30

-+ c - Hệ số hiệu chỉnh do kể đến ảnh hưởng của dòng

nước chảy ra từ chong chóng đập vào bánh lái

Cn = Cxsinap + Cycosap: Hệ số lực pháp tuyến

Mô men xoắn thuỷ động tác dụng lên trục lái : Ms' = Pn.l

)1(

1

"

D+

P

P k F

F c

4

2

A

B B

D v

P p r

s =

t

x R

P B

-= 1 /

=2

B s

2

1 2

2

ử ỗ

ỗ ố

ổ

+

-= D

B

k k

s

Trang 31

Ms = K0 Ms'Quá trình tính toán lực và mô men thuỷ động được thể hiện dưới dạng bảng như sau :

3.2 Lực và mômen thuỷ động tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy lùi.

ỹ Quá trình tính toán lực và mômen thuỷ động được thể hiện dưới bảng sau :

Trang 32

ü M«men tÝnh to¸n cña b¸nh l¸i :

ü Ph¶n lùc t¹i c¸c gèi ®îc tÝnh theo biÓu thøc sau:

14470.596

Mp = Pnab/l1 =

Ms =

(kG) t¹i aP =-20.751

Þ Thay sè vµo ta ®îc M1' =

Pn =

8791.079

2 1

n ' 1 1

n 2 2

' 1 1

1

'

1

l 2 l

ab ) b

a 1 ( 2

P M 0 ) b

a 1 ( EI 6

ab P EI 3

l M

= Þ

= + -

+

= -

1 1 1

n '*

1

l

a l

ab P M M M

=-

=

=+

+

=

=-

=

2

' 1 '

2

1

n 2

1

2 1

' 1 '

1

' 1 1

n '

0

l

MR

l

aPl

l

)ll(M

R

l

Ml

bP

R

=+

-

-=Þ

=-

è

æ-

2 1

g

"

1

2 2

"

1 1 1

"

1 2

1

2

1

1 g

l2l

)l

a31(lM2

1M

)2k(EI3

lMEI3

lMl

a31EI

6

lM

=-

=

1

"

1 1

g tt

l

aMl

bMM

Trang 33

6969.087

-358.662778-102.08

460.75

=-

=

=++-

=

=-

"

1 g

MM

R

l

Ml

i

i j

2

Df

4M

p

=

= +

= s 2 0

M

w d

Trang 34

nước chảy ra từ chong chóng đập vào bánh lái.

Fp = 10.2 (m2) - Diện tích bánh lái

kB là hệ số kể đến sự gia tăng thêm của lực dạt do bánh lái đặt trực tiếp

sau chong chóng kB phụ thuộc vào trị số (sB / 2)

Hệ số tải của chong chóng sB :

1

"

D+

P

P k F

F

c

4

2

A

B B

D v

P p r

s =

t

x R

B s

2

1 2

2

ử ỗ

ỗ ố

ổ

+

-= D

B

k k

s

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	524,72 KB