tính toán thiết bị lái tàu

1.7 tính toán đường kính trục lái 1.7.1 Tải trọng tác dụng lên trục lái áp lực thuỷ động nước tác dụng lên trục lái PN có phương vuông góc với trục lái, gây uốn trục Mô men xoắn thuỷ động tác dụng lên trục lái M , gây xoắn trục Lực tác dụng đầu séc-tơ lái PC gây uốn trục, PC MC RC (1.53) đó: MC - mô men xoắn toàn phần lớn trơc l¸i, kG.m M C  M    M MSi (1.54) i MMSi - mô men ma sát gối trục, kG.m RC - bán kính séc-tơ lái, m Các phương pháp bố trí séc-tơ lái (chiều RC): gồm phương pháp: Pc P Д P p p  Pn Pn Pc H×nh1.25 Bè trí séc-tơ lái a - séc-tơ quay mũi tàu; b - séc-tơ quay đuôi tàu Phương pháp 1: séc-tơ lái quay phía mũi tàu (hình 1.22, a) Phương pháp 2: séc-tơ lái quay phía đuôi tàu (hình 1.22, b) Giả sử bẻ lái góc P thì, phương pháp 1: bánh lái xuất lực thuỷ động PN người ta tác dụng lên đầu séc-tơ lái (máy tay) lực PC, trường hợp PN PC phương, chiều phương pháp 2: PN PC phương, ngược chiều Nhận xét: phương pháp có lợi nh­ng Ýt sư dơng kh«ng gian nhá hĐp cđa vùng đuôi tàu, tính toán trục lái, người ta xét PN PC phương, chiều (séc-tơ lái quay mũi tàu) Trọng lượng trục lái bánh lái: GM = (GBL + GTR) tác dụng theo phương dọc trục lái, gây kéo uốn (do kéo lệch tâm) Trong tính toán trục lái, người ta đưa bánh lái trục lái mô hình hoá, thường có 14 loại mô hình trục lái phân làm dạng: trục lái có kết cấu thẳng, trục lái cong trục lái treo 1.7.2 Trục lái kết cấu thẳng 1.7.2.1 Dạng thứ - Tính sơ (hay tính toán đường kính trục lái lần gần thứ nhất) Ta coi hệ bánh lái, trục lái dầm tựa lên gối tựa tự (i) với phản lực gối Ri Bánh lái có độ cứng E1I1, mô men quán tính mặt cắt ngang I1 Trục lái có độ cứng E2I2 mô men quán tính mặt cắt ngang I2 Các kích thước: a1, b1 li xác định theo bố trí bánh lái sau đuôi tàu Pc Pn 1 Ro (0) 2 M1 (2) (1) R1 a2 a1 l1 l2 R2 l3 Hình 1.26 Sơ đồ mô hình hóa bánh lái-trục lái Việc tính sơ trục lái, toán này, người ta sử dụng phương pháp gần đúng, ban đầu biết M , cßn MTP = M C  M    M MSi ch­a biÕt i di R i - mô men ma sát trục, kGm, chưa biết M Do lần gần thứ nhất, ta coi PC  C  Khi ®ã chØ tính dầm tác RC đó: M MSi fị dụng lực thủy động PN mô men xoắn thuỷ động M với mô men uốn trọng lượng bánh lái, trục lái GM đặt cách trục lái khoảng r gây ra, MG = GM.r (do phân bố trọng lượng, trọng tâm bánh lái không nằm trục lái) Ta coi dầm chịu tác dụng lực độc lập, sau hợp lại theo nguyên lý cộng tác dụng độc lập cđa c¸c lùc a Trơc l¸i d­íi t¸c dơng PN, M (PC = 0) Gọi E1I1 độ cøng cđa b¸nh l¸i, E2I2 - cđa trơc l¸i Ta cã: E1 I1  k   , để thiên E2I2 an toàn, chọn k = Đây dầm siêu tĩnh bậc một, viết phương trình gãc xoay cho gèi (1), ta cã: M 1' l M 1' l PN a b1  a  1      3E I 3E I 6E1 I1  b1  P  a  a b M 1'  N 1   1  b1  l1  2l (1.55.1) (1.55.2) víi: M1 mô men đế tựa, kG.m Mômen nhịp: M  PN a b1 , kG.m l1 (1.56) Vẽ biểu đồ mô men thớ chịu kéo mô men M1 gây Mô men nhịp M tải trọng gây vẽ thớ chịu nén Hiệu sè: ( M BO   M 1' )  M 'TT - gọi mô men tính toán, kG.m M ' TT PN a b1 M 1' a a    ( PN b  M 1' ) l1 l1 l1 (1.57) Pn R'o a1 R'1 R'2 b1 A l1 l2 M M1 - B + D C M tính toán =AB Hình 1.27 Sơ đồ biểu đồ mô men uốn trục lái lần gần thứ Sau có gía trị mô men M1, ta tính sơ đường kính trục gối (1) lần gần thứ nhất: D1 M 'U1  M ' 0,1. , cm (1.58) víi:   - øng st cho phÐp lµm vËt liƯu chÕ tạo trục lái, kG/cm2 = (0.36 0.40)  CH , kG/cm2 MUi - m« men uèn tải trọng PN gây ra, kG.m Đường kính trục lái gối (2) là: D M , cm 0,1. Phản lực Ri, kG, đế (i) xác định sau: Pb M' R' 1  , kG (1.59.1) l1 l1 M '  M PN a M 1'  M '2 M 1' (l  l ) PN a R'1      , kG (1.59.2) l1 l1 l2 l l l1 M 1' M  M 1' ' R  PC    , kG, (v×: PC = 0; M2 = M0 = 0) (1.59.3) l2 l2 l2 Chó ý: c¸c chØ sè cã mét dÊu phÈy (‘), (vÝ dô: R' , R'1 , R '2 ) rõ phản lực gối trục chịu tác dụng của: PN , M 1.b Trục lái tác dụng trọng lượng bánh lái, trục lái GM Hình 1.28 Sự phân bố trọng tâm bánh lái Để tìm phản lực Ri gối trục trọng lượng bánh lái GM đặt lệch tâm trục gây mô men uốn MG = GM.r, ta xét phương trình góc xoay viÕt cho gèi (1), M G l  3a  M '' l M '' l 1     1  6E 1I  3E I 3E I l 1 M 1''   M G l (1  l  2l a 12 ) l 12 , kG.m (1.60.1) (1.60.2) Khi mô men uốn tính toán là: M ''TT  M G b1 M 1'' a  , kG.m l1 l1 (1.61) MG R'o R''2 R''1 l1 l2 a1 l3 b1 MG - M'1 D C + Hình 1.29 Biểu đồ mô men uốn trục lái Phản lực Ri , kG, gối MG gây là: R"   M G M 1'' '' M G M 1''  ; R1   l1 l1 l1 l1 M '' R"   l2 (1.62) Xác định trị số phản lực tổng cộng tác dụng đồng thời PN GM gây lần gần thứ là: R i R 'i2  R ''i , kG TÝnh m« men ma sát gối: M MSi Di fj R i , kG.m  (1.63) đó: fj - hệ số ma sát gèi: fj = 0,15 - ®èi víi ỉ bi ®ì chặn bắng thép chất dẻo; fj = 0,10 ổ trượt ổ chống lắc; fj = 0.015 ®èi víi ỉ bi; fj = 0.03 - ®èi víi ổ đũa đỡ chặn Di - đường kính trục gối, m Ri - phản lực tổng cộng gối, kG Tính mô men xoắn tổng cộng (ở lần gần thứ nhất) là: n M KP M    M MSi , kG.m (1.64) i 1 Từ giá trị MKP ta chọn máy lái có mô men xoắn đưa đầu séc-tơ lái, thoả mãn: MC M KP Từ giá trị MC RC (theo catalogue máy lái, RC phụ thuộc vào MC) ta tính lực đầu séc-tơ lái PC: PC = MC , kG RC (1.65) Sau có giá trị PC, ta tính xác đường kính trục hay tính đường kính trục lần gần thứ hai - Tính đường kính trơc l¸i d­íi t¸c dơng cđa: PN, M , PC MG 2.a Tính xác trục lái tác dụng của: M , PN PC Tại gối có phản lực Ri, mô men đế Mi, dùng phương tr×nh gãc xoay viÕt cho gèi (1), ta cã:  PN a b a M' l M' l M l (1  )  1    2 6E I1 l1 3E I 3E I 6E I M 1'   a  PN a b 1    M '2 l 2 l1   l 2.l (1.66.1) , kG.m (1.66.2) Mô men nhịp M tính phần (1.a) Tính xác, ta có biểu đồ mô men uốn hình (vẽ thớ chịu nén) Mô men tính toán MTT xác định theo công thức sau: M 'TT Pn a b1 a  M 1' , kG.m l1 l1 (1.67) Phản lực gối là: PN b1 M 1' R'   , kG l1 l1 (1.68.1) PN a  M 1' M 1'  M '2 M 1'  M '2 R'1   ; R'  Pc  , kG l1 l2 l2 (1.68.2) Đường kính trục lần tính xác là: D i M 2Ui M 2 0,1.[] , cm (1.69) ®ã: MUi - mô men uốn tiết diện tính toán lấy biểu đồ PN PC gây Pn R'o R'1 R'2 Pc a1 b1 A M M1 B + M2 D C H×nh 1.30 BiĨu đồ mô men uốn trục lái lần tính xác 2.b Xét trục lái chịu uốn tác dụng trọng lượng bánh lái, trục lái GM Tính toán tương tự phần (1.b/1), kết cho phản lực gối Ri Phản lực tổng cộng gối trục lái tác dụng PN, M , PC, MG lần gần thứ hai, tương tự phần tính sơ bộ, ta có: R i  R' 2i  R' ' 2i (1.70) đó: Ri- lấy phần (2.a), Ri- lấy phần (2.b) Mô men ma sát: M MSi Di f j R i , kG.m  (1.71) với: Di Ri lấy phần tính xác tương ứng đường kính gối trục phản lực gối Mô men xoắn tổng cộng lần gần thứ hai: n M KP  M    M MSi , kG.m (1.72) i Chọn lại máy lái có mô men xoắn đầu máy lái MC theo biêu thức: MC MKP, đó: MC lần gần tính xác kết thực, có sai khác so với tính toán sơ (nếu máy lái tay), máy lái khác, thường xác Tức giá trị thực trục lái lần tính sơ MC1 MC , lấy mà không cần tính lại - Kiểm tra bền trục lái Đối với trục lái, nªn kiĨm tra bỊn ë mét sè tiÕt diƯn nguy hiĨm nhÊt, gåm: tiÕt diƯn (I-I), (II-II) vµ (III-III) l'1 'l3 I d1 II II' I d2 II' II III l2 l1 III l3 H×nh 1.31 C¸c tiÕt diƯn kiĨm tra bỊn trơc l¸i TiÕt diƯn (I-I) gót ky lái liên kết với bánh lái Tiết diện (II-II) ổ trục lái Tiết diện (III-III) nơi lắp vành chặn hai nửa, đỡ toàn tải trọng dọc trục bánh lái, trục lái Tại tiết diện này, nội lực tác dụng sau: Mô men uốn tổng tiết diện (I-I) lµ: M I I  M 'I2  M 'I' , kG.cm (1.73) ' ®ã: M I - mô men uốn tiết diện (I-I) PN PC gây ra, tính sau: M 'I R '0 l 1'  l 1' ( Pn b1 M 1'  ) , kG.cm l1 l1 (1.73.1) M ''I - mô men uốn tiết diện (I-I) trọng lượng bánh lái, trục lái GM gây ra, tÝnh nh­ sau: G M M 1''  ) , kG.cm l1 l1 Mô men uốn tổng cộng tiÕt diƯn (II-II) lµ: M II II  PC l , kG.cm Mô men uốn tổng tiết diện (III-III) lµ: M III  III  PC l '3 , kG.cm M ''I  R ''0 l 1'  l 1' ( (1.73.2) (1.74) (1.75) ViƯc tÝnh to¸n kiĨm tra bền thực dạng bảng 1.14 , sau: Bảng 1.14 Kiểm tra bền trục lái TT Các đại lượng cần tính toán Đơn vị Đường kính trục: Di cm Mô đun chống uốn: WUi cm3 Mô đun chống xoắn: WXi cm3 Mô men uèn: MUi øng suÊt uèn:  Ui  øng st xo¾n:  Xi  øng st tỉng:  i   2Ui   2Xi §é dự trữ bền n Kết tính tiÕt diƯn kiĨm tra I - I II - II III - III kG.cm M Ui WUi kG/cm2 M Xi WXi kG/cm2 kG/cm2  CH 2 i ®ã: CH -ứng suất chảy vật liệu, kG/cm2 Chú ý: không nên chọn vật liệu chế tạo trục bánh lái thép các-bon thường CT3, không kinh tế Nên chọn thÐp 35 hc 45 cã CH = 3200, kG/cm2 1.7.2.2 Dạng kết cấu thứ hai áp lực nước tác dụng lên bánh lái tải trọng rải có dạng bậc Tải trọng PN1 PN2 có quan hệ sau: PN1 PN PN   FP1 FP FP (1.76.1) đó: PN1, PN2 - áp lực thuỷ động nước tác dụng lên phần diện tích FP1, FP2 cđa b¸nh l¸i (1) p n1 Pn Pn p n2 a0 b0 l0 (0) a1 Fp (1) b1 (2) l3 l2 Pc (0) Fp l1 l Hình 1.32 Dạng thứ hai trục lái thẳng Nếu bánh lái hình chữ nhật, công thức có dạng: PN1 PN PN l1 l2 l (1.76.2) Giải dầm siêu tĩnh bậc một, viết phương trình góc xoay cho gối (1) ẩn số M1’, ta cã: M 1' l M '0 l PN a b1 a M' l M' l   (1  )    2 3E I 6E I 6E I b1 3E I 6E I (1.77) víi: M0 = PN1.b0, thay vào công thức ta có : M1 PN a b (1  a1 )  M '2 l  M '0 l l1 , kG.cm l  2.l (1.78) Phản lực đế tựa : R '0 PN1 M '0  M 1' PN b1  , kG l1 l1 (1.79.1) M 1'  M '0 PN a M 1'  M '2 R    , kG l1 l1 l2 (1.79.2) M 1'  M '2 R  PC  , kG l2 (1.79.3) ' ' víi: M2’ = PC.l3 - mô men uốn gối (2), kG.cm Loại sơ đồ thường gặp tàu biển cỡ trung, làm việc tin cậy, cho phép đưa bánh lái xa đuôi tàu, từ nâng cao hiệu suât đẩy chong chóng, thường áp dụng cho tàu có đuôi xì-gà, thìa, v.v 1.7.3 Trơc l¸i kÕt cÊu cong Trơc l¸i kÕt cấu cong thường có hai loại: Loại I: bánh lái đặt sau trụ lái, trụ lái cố định, kết cấu trụ lái bánh lái Khi đó, ta phải tính toán hai chốt lề, loại thường sử dụng cho tàu có kích thước bánh lái lớn, cho phép gia tăng số chốt lề Loại II: trụ lái tháo thép rèn (dạng Simplex) Loại có độ bền cao, điều kiện công nghệ phức tạp, thường dùng cho tàu cỡ trung, cỡ lớn, đuôi tuần dương, làm việc tin cậy (2) (2) Bulon (1) l1 hp (1) (0) (0) Lo¹i II Loại I Hình 1.33 Trục lái cong Để tính đường kính chốt lề đường kính trục lái, ta tách chốt lái khỏi trục lái xem trục lái chịu tác dụng mô men xoắn tổng MKP lực tác dụng đầu séc-tơ lái PC, chốt lái chịu tác dụng lực thủy động PN mô men uốn MG trọng lượng bánh lái, trục lái GM gây 1.6.3.1 Tính đường kính chốt lề Đây dầm tĩnh định, giải dầm ta có mô men uốn chốt PN gây là: M1 PN a , kG.m hP (1.80) h  M Max  PN  P  a   M , kG.m (1.81) Mô men uốn nhịp MG gây MG Từ ta có biểu đồ mô men uốn hình 10 Hình 1.52 Sơ đồ bố trí hệ đạo lưu - cánh giữ hướng - ống (thành) đạo lưu; - chong chóng; - cánh giữ hướng; - bắp chuối thoát nước (khối rẽ dòng) Số lượng chong chóng tương ứng với số lượng đạo lưu: z Đường kính chong chóng đạo lưu: DB tính sơ theo tích số tối ưu đường kÝnh chong chãng víi vßng quay cđa cđa nã, m Đường kính nhỏ đạo lưu: DH, m Đường kính cửa vào đạo lưu: DH, m Đường kính cửa thoát đạo lưu: DH, m Hệ số loe cửa vào đạo lưu H, tỷ số diện tích cửa vào đạo lưu diện tích nhỏ đạo lưu, đại lượng không thø nguyªn: .D 'H2 F   D' H  H   D  FH .D 2H  H '2 H (1.320) HƯ sè loe cưa thoát đạo lưu H, tỷ số diện tích cửa đạo lưu diện tích nhỏ nó, đại lượng không thứ nguyên: .D ''H2 FH''   D" H H   D FH .D H  H (1.321) Chiều dài đạo lưu lH khoảng cách từ mép vào nước (mép trước) đến mép thoát nước (mép sau) đạo lưu, đo theo phương trục đối xứng đạo lưu, m Chiều dài tương đối đạo lưu l H tỉ số chiều dài đạo lưu đường kính nhỏ đạo lưu, đại lượng không thứ nguyên: lH lH DH (1.321) Khe hở tương đối mút cánh chong chóng bề mặt phía nhỏ đạo lưu tỉ số khe hở từ mút cánh chong chóng đến bề mặt phía nhỏ đường kính chong chóng, đại lượng không thứ nguyên: DB (1.322) Các kích thước hình dạng cánh giữ hướng, tương tự kích thước chủ yếu bánh lái: dạng prôfin cánh (NASA, N.E.Z, XA-GI, v.v.), chiều cao c¸nh hC, chiỊu réng c¸nh bC, diƯn tÝch c¸nh FC, độ dang cánh C v.v hC t , chiều dày tương đối cánh t max , bC bC Sau ta xét lựa chọn yếu tố hệ đạo lưu-cánh giữ hướng để đảm bảo thỏa mãn cho chúng thân tàu tạo thành hệ làm việc hiệu Đường kính nhỏ đạo lưu DH DH chọn sở đảm bảo khe hở nhỏ bề mặt đạo lưu với mút cánh chong chóng, mục đích để giảm dòng chảy vòng Thường chọn: = ( 0,005 0,01).DB, trường hợp: 15 mm Khi đường kính nhỏ đạo lưu bằng: 33 DH = DB + DH 1,02.DB kiểm tra cho 15mm (1.323) 2 DiÖn tÝch: FH = D H/4 - gäi lµ diƯn tÝch thđy lùc cđa đạo lưu, m Hệ số loe cửa thoát đạo lưu H Chọn H cho để giảm tốc độ kích thích chiều trục, mở nhiều có vùng dòng nước tách khỏi bề mặt đạo lưu tạo thành vùng chân không đạo lưu Với: l H = 0,8 chọn H = ( 1,1 - 1,15), v× víi l H = 0,8 H = (1,1-1,15) làm cho dòng chảy đặn hơn, cụ thể là: tàu kéo đẩy - H =(1,1 -1,12); tàu hàng khách H = (1,12-1,15) Tuy nhiên bề mặt phía đạo lưu có độ nhám tương đối gây phá hủy dòng bao, nên loại tàu người ta thường lấy H =1,12 Hệ số loe cửa vào đạo lưu H H xác định phụ thuộc vào hệ số tải chong chóng cho lực đẩy lớn nhất: H = 2 H   2 B /  H (1.324)   2 B /  H ®ã: nhÊt, tøc: B = B - hệ số tải chong chóng đạo l­u øng víi lùc ®Èy lín PB max 0,5..v 2P FB Chän H cho ë tèc ®é thiÕt kế luồng nước phải chảy êm tới đạo lưu, thông th­êng H = (1,25 1,35) vµ ng­êi ta th­êng dïng H = 1,3 Không nên chọn H lớn, không làm giảm chất lượng lái tàu chạy lùi Chiều dài tương đối đạo lưu l H Giá trị ảnh hưỏng lớn đến khả quay vòng tàu như: tốc độ quay, bán kính quay Chất lượng hàng hải tốt là: l H = 0,7 0,9 Để nâng cao tính ăn lái, việc tiến hành thử hàng loạt đạo lưu cã l H = 0,55 0,95, ng­êi ta chän l H = 0,8 Vị trí đường tâm trục đạo lưu Trục đạo lưu hay trục lái đặt mặt phẳng đĩa chong chóng, xác định khoảng cách từ đường tâm trục đến mép trước đạo lưu: x ( phần gọi phần vào nước, phần lại gọi phần thoát nước) Khoảng cách tương đối: x x xác định sau: lH Đạo lưu có cánh gữ hướng: x = 0,43 0,44 Đạo lưu cánh gữ hướng: x = 0,35 0,4 Chiều dày tương đối prôfin đạo lưu Chiều dày tương đối prôfin đạo lưu tỷ số chiều dày lớn prôfin chiều rộng nó, ký hiệu: H  H , víi: bH H lµ chiỊu dµy lớn prôfin đạo lưu H thay đổi giới hạn rộng, để đảm bảo chất lượng thuỷ động đạo lưu độ bền nó, người ta lÊy:  H = 0,12 0,13 KÝch th­íc cánh giữ hướng 34 Tác dụng cánh giữ hướng tạo lực dạt từ tạo mô men thuỷ động ngược chiều với mô men thuỷ động đạo lưu tàu tiến, chiều tàu lùi Cánh không ảnh hưởng nhiều đến quay vòng mà làm tăng tính ổn định hướng tàu, tạo mô men thủy động lớn tàu chạy lùi, làm tăng công suất máy lái Kích thước cánh giữ hướng xác định sau: Prôfin cánh giữ hướng có chiều dày tương đối t C = 0,12 ChiỊu réng bC cđa c¸nh x¸c định qua chiều rộng tương đối nó: b C  bC = (0,55 lH 0,65) vµ ng­êi ta th­êng dïng nhiỊu nhÊt lµ: b C = 0,6 ChiỊu cao hC cánh thường lấy đường kính cửa đạo lưu: hC = DH Khoảng cách từ mép trước cánh giữ hướng đến trục quay đạo lưu Khoảng cách ký hiệu aC khoảng cách tương đối với chiều dài đạo lưu lH là: a C = aC /lH a C - chọn xuất phát từ điều kiện để cố định cách chắn cánh giữ hướng vào đạo lưu đảm bảo khe hở nhỏ mút mũ thoát nước củ chong chóng đầu bắp chuối thoát nước cánh giữ hướng Thông thường e = (50 60) mm Trên cánh giữ hướng, dọc theo đường tâm chong chóng người ta đặt bắp chuối thoát nước - vật thể tròn xoay dạng thoát nước để làm tốt tính thủy động hệ chong chóng đạo lưu Vì bắp chuối thoát nước làm giảm tượng bóp dòng, làm cho dòng chảy đặn Chiều dày lớn bắp chuối thoát nước: max = (1,2 1,4).d0, với: d0 - đường kính trung bình cđa cđ chong chãng Chó ý: lùa chän kÝch thước đạo lưu, cánh giữ hướng, bắp chuối thoát nước cho chúng phải với phía đuôi đường nước thiết kế, khung giá lái tạo thành hệ thống thoát nước, đồng thời để giảm lực cản xoáy vùng đuôi tăng hiệu suất làm việc chong chóng 1.12.3 Tính lực thuỷ động hệ đạo lưu cánh giữ hướng mô men thuỷ động trục đạo lưu 1.12.3.1 Xác định hệ số tải chong chóng B hệ số tốc độ kích thích chiều trục chong chóng đạo lưu w A Tốc độ dòng nước chảy vào chong chóng (cả đạo lưu) ve Tốc độ dòng chảy vào chong chóng tính sau: Khi tàu chạy tiến: vE = 0,515.vS.(1- ), m/s (1.325) Khi tàu chạy lùi: vEL = 0,515 .vSL, m/s (1.326) ®ã: = (1,05 1,10) - hệ số kể đến ảnh hưởng thân tàu ®Õn hƯ ®¹o l­u - chong chãng vS - tèc độ chạy tiến tàu, hl/g vSL - tốc độ chạy lùi tàu, thường lấy vSL= (0,7 0,75)vS , hl/g - hệ số dòng theo trung bình vị trí đặt chong chóng có kể đến ảnh hưởng đạo lưu, tính bằng: = c 0, với: c = 0,8 - hệ số kể đến giảm dòng theo có mặt đạo lưu 35 - hệ số dòng theo vị trí đặt chong chóng không kể đến ảnh hưởng đạo l­u (tÝnh theo Papmiel: V   ) DB = 0,165. z Đối với tàu đẩy đoàn sà lan phía trước, đ = 0 tÝnh theo c«ng thøc sau: V DB = 0,13. z (1.327.1) Tàu đẩy có đoàn sà lan phÝa tr­íc: ®® = = [1- (1- ®)(1- t)] (1.327.2) đó: t - hệ số dòng theo ma sát vùng đặt thiết bị đẩy, tính theo công thøc: t ' = (1.327.3) 2' L.T 1 SM SM - tổng diện tích sườn ngâm nước lín nhÊt cđa sµ lan phÝa tr­íc, m2 ’0 - giá trị trung bình hệ số dòng theo ma sát vùng phía mũi tàu đẩy, tính theo công thøc sau: ’0 = V B.T (1.327.4) víi: V - lượng chiếm nước thể tích đoàn sà lan phÝa tr­íc, m3 L, B, T - chiỊu dµi, chiều rộng chiều chìm tàu đẩy, m Hệ số tải hệ chong chóng đạo lưu Ta có khái niệm hệ số tải chong chóng đạo lưu là: B PB .v 2E FB (1.375) HƯ sè t¶i cđa hƯ chong chãng - đạo lưu là: K PK .v 2E FK (1.376) ®ã: FB = DB2/4 - diện tích thuỷ lực thiết bị đẩy, m2 FK = DH2/4 - diện tích thủy lực đạo lưu, m2 lấy: FK FB - mật độ nước, kG.s2/m4 PB, PK - tương ứng lực đẩy chong chóng hệ chong chóng - đạo lưu, kG R - tàu không kéo t RZ PK = - tàu kéo đoàn sà lan z.1  t  PK = víi: R, Z - tương ứng sức cản tàu kéo ®oµn sµ lan, kG z - sè chong chãng b»ng số đạo lưu t - hệ số hút thân tàu vị trí đặt hệ chong chóng - đạo lưu Nếu gọi PH lực đẩy đạo lưu, kG Khi PK, PB PH liên hệ víi b»ng biĨu thøc: 36 PK = PB + PH = PB.(1 + PH ) = PB.(1 + tH) PB (1.377) PK P , nh­ng v×: tH < 0, nªn ta cã: PB  K 1 tH 1 tH Từ công thức (1 375), (1.376) (1.378) suy ra:  B  K 1 tH Do đó, ta có: PB tH - gọi hệ số hút đạo lưu, giá trị phụ thuộc vào hệ số tải vào đạo lưu H tìm thấy cách tra đồ thị: tH = f( K, H) (1.378) (1.379) K vµ hƯ sè loe cưa HƯ sè tèc ®é kÝch thÝch chiều trục hệ chong chóng - đạo lưu Hệ sè tèc ®é kÝch thÝch chiỊu trơc cđa hƯ chong chóng - đạo lưu tỷ số tốc độ kích thích chiều trục tốc độ tàu Ký hiệu: w A  a  wA  a  wA tính công thức: v (   B  1) (1.380) 1.12.3.2 X¸c định lực thuỷ động đạo lưu, cánh giữ hướng mô men thuỷ lực trục đạo lưu Xây dựng tuyến hình prôfin đạo lưu Prôfin đạo lưu - prôfin bánh lái, thử nghiệm quan nghiên cứu, mã hóa số đưa dạng bảng đồ thị Phổ biến sử dụng prôfin đạo lưu mang số hiệu No5, No19a, v.v chúng cho đặc tính ăn lái tốt khi: l H = 0,5; 0,6 0,8 Bảng 1.18 Giá trị tung độ prôfin đạo lưu TT Đại lượng cần tính, mm Khoảng cách tiết diện tính từ mép trước đạo lưu, tính %lH Chiều dày prôfin, tính %lH Đường kính đạo lưu, tính %DH Đường kính đạo lưu, tính %DH Kết Tính lực thuỷ động đạo lưu, cánh giữ hướng mô men thuỷ động trục quay đạo lưu Đặt vấn đề: Lực mô men thuỷ động hệ đạo lưu - cánh giữ hướng tính thành phần độc lập với gồm lực mô men thuỷ động đạo lưu, lực mô men thuỷ động cánh giữ hướng Lực mô men thuỷ động hệ tổng hợp hai thành phần nói 37 Hình 1.52 Prôfin lý thuyết đạo lưu 2.a Khi tàu chạy tiến 2.a.1 Tính lực mô men thuỷ động đạo lưu cánh giữ hướng Việc xác định lực mô men thuỷ động phát sinh đạo lưu bẻ lái góc P thông qua hệ số lực cản, hệ số lực dạt, hệ số mô men Đó hệ số không thứ nguyên, đặc trưng cho thủy ®éng lùc häc cđa ®¹o l­u: CXH, CYH, CMH = f( P , a) Các hệ số xây dựng thành đồ thị cho hai trường hợp: tàu chạy tiến tàu chạy lùi, có dạng hình 1.49 Từ hệ số không thứ nguyên tra đồ thị nói trên, ta tính dược: lực cản, lực dạt, mô men xoắn sau: .C XH v 2E S H , kG Lùc d¹t: PYH = .C YH v 2E S H , kG Lùc ph¸p tuyÕn: PNH = .C NH v 2E S H , kG M« men xo¾n: M H = .C MH v 2E S H l H , kG.m Lùc c¶n: PXH = (1.381) (1.382) ®ã: CNH = CXHsin P + CyHcos P - hệ số lực pháp tuyến, hệ số không thứ nguyên SH = kS .DCP.lH - diện tích bề mặt sử dụng có hiệu đạo lưu, m2 kS = 0,85 0,9 - hƯ sè ®iỊu chØnh, biểu thị quan hệ diện tích bề mặt sử dụng thực tế đạo lưu với diện tích bề mỈt thùc cđa nã DCP = D' H 2.D H D" H - đường kính tính toán trung bình đạo lưu, m Việc tính toán thành phần lực mô men thực dạng bảng 1.29 Bảng 1.29 Xác định lực mô men thuỷ động tác dụng lên đạo lưu 38 T Các đại lượng cần tính toán T Đ ơn v ị CXH CYH CMH sin P cos P CNH = CXHsin cos - P PnH = 0,5 .CNHvE2 SH k G k M H = 0,5 .CMHvE SH.lH + CYH P Kết tính theo góc bẻ lái P, độ G.m 39 5 Hình 1.53 Đồ thị xác định hệ số lực mô men đạo lưu Chú ý: hệ số a có giá trị trung gian, hệ số lực mô men lấy phép nội suy bậc (tuyến tính) 40 2.a.2 Tính lực mô men thuỷ động cánh giữ hướng Khi đạo lưu xoay cánh giữ hướng nằm góc với phương dòng chảy từ đạo lưu Giả sử đạo lưu bẻ lái góc P phương dòng nước chảy tới cánh giữ hướng tạo nên góc thực tế với mặt phẳng đối xứng cánh giữ hướng góc: < p, tính công thức: = p - c , độ (1.383) đó: - gọi góc dòng nước bao quanh cánh giữ hướng, độ C - góc nghiêng dòng chảy sau đạo lưu, tính công thøc N.A Petrov: C = 57o3 CYH D CP l H , ®é D 2H  H v S2 v S - tốc độ tương đối dòng nước chảy từ đạo lưu, tính công thức:  2 v S = 0,5   B - tàu chạy tiến H     2 ' v SL = H 0,5   ' BL  1 - tàu chạy lùi H H đó: 'H - hệ số loe tàu chạy lùi: 'H = + 0,6.( H - 1) p v'e vc va Hình 1.54 Vận tốc dòng chảy đến cánh giữ hướng Từ thông số tính toán trên, ta tìm hệ số lực mô men thủy động không thứ nguyên, cách tra đồ thị: CXC, CYC, CMC, CDC, v.v phụ thuộc vào ( , t C , độ dang cánh giữ hướng C): CXC, CYC, CMC, CDC = f( , C, t C ) Từ hệ số không thứ nguyên, ta tính lực mô men thuỷ động tác dụng lên cánh giữ hướng sau: Lực cản: PXC = 0,5 CXC.vC2.FC , kG (1.384) Lùc d¹t: PYC = 0,5 CYC.vC FC , kG Lùc ph¸p tuyÕn: PNC = 0,5 .CNC.vC2.FC , kG 41 M« men xoắn: M C = PNC.l, kG.m đó: FC - diện tích cánh giữ hướng, m2 vC = vE v S - tốc độ dòng nước chảy đến cánh giữ hướng, tàu chạy tiến, m/s vCL = vEL v SL k - tốc độ dòng nước chảy đến cánh giữ hướng, tàu chạy lùi, m/s k = 0,95 - hƯ sè; vEL = 0,515 l.vS , m/s, víi: l = (0,7 0,75) - hÖ sè; vS - tèc độ chạy tiến tàu, hl/g Việc tính toán lực mô men thuỷ động cánh giữ hướng thực dạng bảng 1.30 Bảng 1.30 Tính lực mô men thuỷ động tác dụng lên cánh giữ h­íng T.T 10 11 Các đại lượng cần tính toán CXH = f( C P ®é D CP l H D H v H Kết tính theo góc bẻ lái P , độ 10 15 20 25 30 35 - ,a) : đồ thị = 5703.CYH Đơn vị S = - C CXC = f( , C) - đồ thị CYC = f( , C) - đồ thị CDC = f( , C) - đồ thÞ CNC = CXCsin + CYC.cos PNc= 0,5 .CNCvE2.FC xPC’= CDC.bC l =xPC ’+ aC M C = PNC.l ®é kG m m kGm Chó ý: hƯ sè CNC cÇn lấy tăng lên 10% kể đến ảnh hưởng thành ống đạo lưu 2.a.3 Xác định lực mô men thuỷ động hệ đạo lưu - cánh giữ hướng Việc tính toán cụ thể thực bảng 1.31 Bảng 1.31 Xác định lực mô men thuỷ động hệ đạo lưu - cánh giữ hướng TT Các đại lượng cần tính PnH - B¶ng Pnc - B¶ng M H - B¶ng M c - B¶ng Pn = PnC + PnH M ' = M C M H M = k0 M ' Đơn vị kG kG kG.m kG.m kG kG.m Giá trị tính ®­ỵc theo P , ®é 10 15 20 25 30 35 Trong bảng trên: ko = 1,3 - hệ số kể đến ảnh hưởng quán tính ban đầu 42 Dấu (-) - ứng với tàu chạy tiến Dấu (+) - ứng với tàu chạy lùi Lưu ý: aC e lớn mô men M lớn, cần phải kéo dài đạo lưu Nếu aC e nhỏ mép sau củ chong chóng chạm vào mép trước cánh giữ hướng hay mút trước bắp chuối thoát nước, gây kẹt bẻ lái 2.b Tính lực mô men thuỷ động hệ đạo lưu - cánh giữ hướng tàu chạy lùi Việc tính toán, tiến hành tương tự tàu chạy tiến, lưu ý số điểm đặc biệt sau: Tốc độ tàu chạy lùi: vSL = k.vS, hl/g (1.385) ®ã: k = (0,7 0,75) - hệ số vS - tốc độ chạy tiến tàu, hl/g Tốc độ dòng nước chảy đến chong chóng ch¹y lïi: vEL = 0,515 .vSL, m/s BL - hƯ số tải chong chóng lùi Các hệ số lực mô men thủy động không thứ nguyên, giới thiệu trên, tính cho trường hợp tàu chạy lùi Chú ý: Cánh giữ hướng sinh mô men ngược chiều với mô men xoắn ®¹o l­u ch¹y tiÕn: M ' = M C - M H Vì phải lựa chọn kích thước cánh giữ hướng cho M T M L, tàu chạy lùi hai mô men M CL, M HL cïng chiỊu nªn M L lín gÊp (3 4) lần M T chạy tiến, từ làm tăng công suất máy lái 1.12.4 Kết cấu đạo lưu Đạo lưu định hướng xoay vật thể hình trụ tròn, có prôfin dọc trục dạng thoát nước, xếp vào loại thiết bị lái cân Đạo lưu thường có kết cấu hàn đúc Kết cấu đúc đường kính DH nhỏ Vật liệu chế tạo đạo lưu, thông thường thép hợp kim mầu Các đạo lưu hàn có dạng thân rỗng bên làm cứng nhờ xương gia cường đứng hoạc ngang, xương có khoét lỗ để thoát thông nước thử áp lực, đồng thời làm giảm trọng lượng đạo lưu Kích thước lỗ khoét lấy kích thước lỗ khoét bánh lái Các xương ngang (tròn) gián đoạn xương dọc Tôn bao mặt đạo lưu liên kết (hàn) với xương gia cường thông qua tÊm nèi trung gian - lËp lµ KÝch th­íc cđa lập lấy lập bánh lái Mép mũi mép đuôi đạo lưu thường gắn dải thép tròn thép thỏi, để đơn giản hoá trình công nghệ người ta gắn dải thép tròn mép mũi thép thỏi mép đuôi Quá trình lắp ráp đạo lưu thực theo bước sau: Trước hết phải gia công khung dàn lắp ráp có dạng prôfin mặt đạo lưu, đặt lên giá có trục quay Dải tôn vùng làm việc đĩa thiết bị đẩy lắp trước, từ lắp tiếp dải tôn hai bên Tiếp gắn xương gia cường ngang dọc hàn chúng với tôn bao mặt hàn lại với nhau, sau lắp hàn tôn bao mặt với xương gia cường thông qua nối trung gian - lập 43 Hình 1.55 Kết cấu đạo lưu - cánh giữ hướng - thành đạo lưu - cánh giữ hướng - bắp chuối thoát nước - điểm hàn - trục đạo l­u - vÝt b¾t mò trơc - mò chụp thoát nước - moay - đai ốc 10 - gân cứng gia cường 11 - xương ngang 12 - xương đứng gia cường cánh giữ hướng 13 - lập đứng cánh giữ hướng 14 - xương gia cường ngang cánh giữ hướng 15 - lập ngang cánh giữ hướng 16 - lỗ giảm trọng lượng xương tròn (ngang) 17 - lập ngang đạo lưu 18 - lập sống dọc ®¹o l­u 19 - sèng däc gia c­êng ®¹o l­u 20 - tôn mặt đạo lưu 21 - tôn mặt đạo lưu 22 - gân tròn gia cường mép vào cửa Đ.L 23 - dải tôn gia cường vùng làm việc thiết bị đẩy (do nhỏ, tạo dòng nước vít qua đó, thường dải làm thép không gỉ) 44 Hình 1.56 Mối nối đạo lưu cánh giữ hướng Sau hàn vỏ xong, người ta tiến hành thử áp lực, (phần phần đạo lưu khoét lỗ thử áp lùc), cét ¸p thư nh­ cđa b¸nh l¸i: H =1,25.T +vS2/60, m.c.n (1.386) đó: vS - vận tốc tàu chạy tiến, hl/g T - chiều chìm tàu, m 45 Trên thành đạo lưu, người ta đặt moay-ơ mặt bích để nối ghép đạo lưu với trục quay đạo lưu, mối nối có nhiệm vụ: truyền mô men xoắn từ trục quay đến đạo lưu đỡ trọng lượng dọc trục đạo lưu Thông thường mối ghép mặt bích nằm ngang - với bu lông, sử dụng đạo lưu có kích thước nhỏ Mặt bích hàn chắn vào khung xương tôn vỏ bao đạo lưu Kích thước mặt bích, bu lông kiểm tra bền chúng mặt bích mối nối bánh lái trục lái Để phòng ngừa bu lông tuột khỏi mối ghép, sau lắp ráp xong người ta đổ ê-pooc-xi xi-măng, đầu bu lông chẻ rãnh cá biệt hàn đầu đai ốc vào mặt bích Đối với đạo lưu có đường kính DH lớn, sử dụng mối nối côn với độ côn k mối nối bánh lái với trục lái Việc truyền mô men xoắn từ máy lái đến trục lái - nhờ then, số lượng then từ (1 3), việc đỡ toàn trọng lượng bánh lái nhờ đai ốc hãm Moay đạo lưu hàn chắn với khung xương tôn vỏ bao đạo lưu, mặt moay có độ côn k, phần vỏ đạo lưu vị trí đặt trục quay lấy tăng độ dày để làm tăng độ cứng Kết cấu cánh giữ hướng tương tự kết cấu bánh lái thông thường, cánh giữ hướng hàn chặt tháo rời khỏi đạo lưu Thông thường sử dụng liên kết tháo rời cánh giữ hướng khỏi đạo lưu, với mục đích để sửa chữa chong chóng việc tháo cánh giữ hướng, việc cố định cánh giữ hướng với đạo lưu nhờ bu lông Tôn bao mặt đạo lưu chịu tải trọng nặng nề áp lực động nước chong chóng làm việc, trị số lớn áp lực động xác định theo công thức gần sau: P 4.PB , kG/m2 DB ®ã: PB - lùc ®Èy cđa chong chãng, kG DB - ®­êng kÝnh chong chãng, lÊy gần DH , m Dưới tác dụng P, tôn bao mặt phát sinh ứng suất, tính theo c«ng thøc sau: b 2C   P G đó: bC - khoảng cách lớn xương gia cường đứng ngang, cm G - chiều dày tôn (tại vị trí đặt thiết bị đẩy) tôn mặt đạo lưu, mm Từ công thức suy ra: (DH DB): G = 1,64 b C PB , mm D H đó: DH - Đường kính nhỏ đạo lưu, cm [ ] = (0,35 0,5) CH - øng st cho phÐp vËt liƯu chÕ t¹o đạo lưu, N/mm2 Trong trường hợp lực đẩy chong chóng PB, PB tính gần theo c«ng thøc sau: PB 250 B DH2.vS2 , N đó: B = 8.K T - hệ số tải cđa chong chãng .J KT - hƯ sè lùc ®Èy cđa chong chãng, N J - ®é lƯch t­¬ng đối chong chóng Chú ý: chiều dài tôn vỏ bao mặt xác định theo công thức xuất phát từ điều kiện bền, thông thường làm thép không gỉ, trường hợp thay thép đóng tàu thông thường (CT3C) chiều dày lấy tăng lên (1,5 2,0) mm, để ý đến mòn gỉ 46 Chiều dày tôn vỏ bao mặt đạo lưu vùng lại xác định công thức sau: 'N = 0,87 G + (1,5 2,0), mm ChiỊu dµy nhá nhÊt tôn vỏ bao mặt đạo lưu tính nh­ sau: TNmin L  37 , mm L  240 = 40.x đó: L - chiều dài hai đường vuông góc tàu, m x - khoảng cách xương gia cường đứng đạo lưu, m Sau có chiều dày tôn, ta phải kiểm tra lại chiều dày tôn vỏ bao chọn đó, kiểm tra theo ứng suất lớn phát sinh hai đầu mặt cắt ngang: Tôn bao tính toán vỏ trụ có gân gia cường chịu t¸c dơng cđa ¸p lùc thủ tÜnh cđa n­íc lÊy chiều chìm tàu T áp lực thuỷ động pháp tuyến PNH ứng suất lớn hai đầu đạo lưu mặt cắt ngang là: = 14.k1.k2 PNH Dn (T.D + ), MPa n lH x2 t¹i mặt cắt dọc là: = 0,5.k1.k3 p Dn (T.Dn + NH ) + 0,3 1, MPa Sn lH øng suất lớn đạo lưu mặt cắt ngang lµ: '1 = 14.k1.k4 P Dn (T.Dn + NH ), MPa Sn lH mặt cắt dọc: '2 = - k1 P (k3 + 2.k5).(T.Dn + NH ) + 0,3 '1, MPa lH Sn ®ã: Dn - ®­êng kính đạo lưu, mm lH - chiều dài đạo lưu, m T - chiều chìm tàu, m.c.n hay MPa PNH - áp lực pháp tuyến thủy động tác dụng lên đạo lưu, N x - khoảng cách gân cứng tròn, mm Sn - chiều dày tôn bao ngoài, mm ki (i = 1,5 ) - hệ số, đó: k1 = k k , k3 =  k k 2k víi k = 1/ (1 + S n x ) An An - diện tích mặt cắt ngang gân cứng tròn, mm2 Còn hệ số: k2, k4, k5, k6, tra bảng (1.31) trang 107 STTBTT-T1 phụ thuộc vào giá trÞ m, víi: m 1,73 Dn S n x Dn Các giá trị m trung gian lấy nội suy bậc Các ứng suất i nói không lấy vượt 0,5 CH vật liệu tôn Chiều dày gân cứng lấy không nhỏ 0,67 CH Kết cấu gối đỡ đạo lưu lấy tương tự kết cấu gối đỡ b¸nh l¸i 47 ... MC thể catalogue máy lái sổ tay thiết bị 1.7.4 Trục lái treo Tham khảo Sổ tay thiết bị tàu 1.8 Kết cấu bánh lái Theo dạng prôfin, bánh lái thường có hai loại: bánh lái bánh lái có prôfin thoát... dạng thiết bị lái đặc điểm kết cấu chúng Đọc STTBTT-T1_ Chương III Lưu ý bánh lái chủ động (có chong chóng đạo lưu thiết bị lái) Hình 1.44 Bánh lái chủ động 1.9 Mối nối bánh lái trục lái Bánh lái. .. h­íng ®ã Thiết bị lái tàu trang bị hai hệ thống độc lập hệ thống lái hệ thống lái dự trữ Ngoài ra, trang bị thêm hệ thống lái cố 1.11.1.2 Nhiệm vụ 28 Hệ truyền động lái dùng để điều động tàu tốc