Thiết bị kéo tàu, buộc tàu là những bộ phận không thể thiếu trên tàu làm chức năng kéo và đẩy. Trong các hệ thống có mặt những thành phần quan trọng: dây kéo, móc kéo, cung đỡ móc, dây, tời kéo, cột bích vv…
Những thiết bị cần thiết bao gồm: 1, 11 - chống va, 2 – lỗ luồn dây kéo, 3 – lỗ luồn dây buộc tàu, 4 – cung đỡ móc, 5 – con lươn, 6 – dây kéo, 7 – cột bích, 8 – tời kéo, 9 – thành ngăn bên mạn, 10 – cột bít kéo, 12 – đỡ dây, 13, 15, 18 – cột bit, 14 – cuộn chỉ, 16 – bít mạn, 17 – móc buộc dây, 19 – tời đứng.
Hình 10
Hình 11 trình bày thiết bị kéo trên tàu kéo kiêm cứu nạn viễn dương, công suất máy chính 9600HP. Trong sơ đồ tại hình 9 chúng ta còn thấy thêm những thiết bị chưa xuất hiện tại hình 8. Chi tiết 2 – lỗ luồn dây kéo có các con lăn đứng và ngang cho phép nhả dây, 3 – dây kéo, 6 – cung đỡ thứ nhất, 9 – cung đỡ thứ hai, 7, 17 – tời đứng, 15 - tời kéo hai trống, tự động nhả dây.
Hình 11. Thiết bị kéo trên tàu kéo kiêm cứu nạn viễn dương.
Dây kéo
Thiết bị kéo tàu quan trọng hàng đầu là dây kéo. Lực kéo làm đứt dây kéo, tính theo cách thông thường trong sức bền vật liệu sẽ là:
F1 = k.F
Trong đó F – sức kéo trên tang (hoặc trên móc kéo), kN, (kG, T) k – hệ số an toàn cho dây kéo. Hệ số k = 5 khi lực kéo trên móc kéo < 98,1 kN (10 T) và k = 3 khi lực này lớn hơn 294 kN (30 T).
Thông lệ lực F được tính cho trường hợp tàu đang kéo đoàn tàu, hoặc nói chung là các đối tượng bị kéo, tại vận tốc kéo 5 HL/h. Khi tính lực kéo cho tàu hoạt động vùng cận hải và tàu sông, lực F nhận bằng lực kéo thử tại bến. Công thức kinh nghiệm cho thấy, lực F, tính bằng kN không nên nhận nhỏ hơn giá trị F = 0,133Pe, với Pe - tổng công suất máy chính trên tàu kéo, kW.
Chiều dài tàu kéo biển trong mọi trường hợp không ngắn hơn 150 m.
Chiều dài trên áp dụng cho tàu không có tời kéo dây kéo. Khi trang bị tời cho dây kéo, chiều dài vừa đề cập tăng đến 50 m cho tàu trang bị máy chính công suất không quá 1470 kW (2000HP), và 700 m nếu công suất máy chính lớn hơn hoặc ngang ngửa 2200 kW (3000HP).
Công thức chung tính chiều dài dây kéo
K R h l w . 1000 2 = , (m)
trong công thức hw - chiều cao sóng, tính bằng m, R – sức cản đoàn tàu bị kéo, tính bằng kG, K – hệ số co giãn dây, đọc từ bảng:
R (kG) 25000 20000 15000 10000 5000 2500 K 0,300 0,240 0,180 0,120 0,060 0,032
Từ thống kê có thể thấy rõ trang bị dây kéo trên các tàu đang hoạt động mang những giá trị như sau.
Bảng Công suất
máy, HP Đường kính dây, mm Lực đứt dây, T Chiều dài dây, m Lực kéo trên móc, T Hệ số an toàn
3000 61,5 – 66 122,2 – 140 700 39,0 3,1 – 3,6 2000 57 – 61,5 105 – 122,2 700 26,0 4 – 4,7 1500 53 – 57 90 – 105,2 600 19,5 4,6 – 5,4 1200 48,5 – 53 75 – 90 600 15,6 4,8 – 5,8 1000 43,5 – 48,5 62,5 – 75,1 500 12,5 5 – 6 800 39 – 48,5 50,5 – 62,5 500 10,0 5,1 – 6,3 500 32,5 – 34,5 35,2 – 40 450 6,2 5,7 – 6,5 350 28 – 30 26,4 – 30,6 300 4,2 6,3 – 7,3 200 24 – 26 19 – 22,5 150 2,4 7,9 – 9,4
Dây kéo bằng kim loại phải là loại có ít nhất 144 sợi, độ bền kéo của vật liệu không thấp hơn 1400 – 1700 MPa. Dây làm từ sợi tổng hợp được dùng thay cho sợi kim loại trtên nhiều tàu hiện đại.
Khi kéo những tàu không tự hành, chở sản phẩm dầu đốt cần sử dụng dây nguồn gốc thực vật hoặc sợi tổng hợp, tránh dùng dây kim loại vì dây sau này dễ gây tia lửa do va chạm hoặc ma sát.
Móc kéo
Móc kéo trên tàu kéo làm chỗ “buộc” dây kéo đáng tin cậy khi tàu phải kéo đối tượng kéo. Móc kéo này có khả năng nhanh chóng “giải phóng “ dây kéo khi tình thế bắt buộc. Nhả dây thực hiện tại chỗ bằng biện pháp thủ công hoặc được điều khiển từ xa. Nhả dây còn được thực hiện một cách tự đọng nhờ thiết bị cơ điện. Các móc kéo được tiêu chuẩn hóa, sản xuất theo độ lớn lực kéo 0,5; 1; 1,5; 3; 5; 8; 12 và 16 T.
Móc kéo kiểu hở được gắn trực tiếp lên giá đỡ. Sức kéo của các móc này chỉ từ 0,5 T đến giá trị lớn nhất 5 T. Móc dạng này được trang bị trên tàu kéo cỡ nhỏ chạy sông hoặc làm móc dự trữ trên tàu biển.
Móc kéo tàu biển và cả trên tàu sông , miệng kín, thường được gắn liền với lò xo giảm chấn. Những kiểu móc thường dùng được giới thiệu tại hình 10. Bốn kiểu móc chuẩn hóa dùng trên các tàu kéo được sản xuất hàng loạt. Trong các hình vẽ ký
hiệu 1 chỉ móc kéo, 2 – chốt quay, 3 – hộp đựng giảm chấn, 4 – chốt quay, 5 – rulô, 6 – mặt cắt cung đỡ móc, 7 – lò xo giảm chấn. Thiết bị đóng mở móc kéo gồm 12 - đòn bẩy, 13 – khóa chặn, 14 – con cóc.
Mô hình móc tự nhả dây được trình bày tại hình 12.
Hình 12
Puli hướng dây
Ngoài móc kéo trên tàu kéo chạy sông, vùng biển hạn chế nhười ta còn dùng các puli (ròng rọc) hướng dây kéo đến tời kéo. Sơ đồ bố trí ròng rọc hướng dây và tời trên tàu kéo được trình bày tại hình 14.
Hình 14
Puli hướng dây thường được sản xuất theo hai kiểu khác nhau. Kiểu cố định, hình 12, được định vị chắc tại vị trí xác định , kiểu thứ hai có tên là lạ gốc từ tiếng Đức “ròng rọc Kanevas” gắn bằng chốt, hoặc trên cung kéo của tàu, hình 15.
Hình 15
Cung đỡ dây kéo, móc kéo
Cung đỡ thường được chế tạo dạng cung tròn hoặc kết cấu gần giống hình ô-van, nối của những cung tròn, hình 17. Mặt cắt ngang kết cấu này có dạng hình tròn
hoặc ô-van. Công thức xác định mô đun chống uốn mặt cắt ngang cung này theo kinh nghiệm sẽ có dạng: Y U R l T Z =132. , (cm3)
trong đó TU - lực giới hạn đứt dây kéo, kN; l – khoảng cách giữa hai gối tựa cung; RY - giới hạn chảy vật liệu làm cung, MPa.
Hình 15
Hai phương án giữ móc cáp trên cung được trình bày tại hình 19.
Hình 19
Cung đỡ giản đơn được làm từ thép góc có nhiệm vụ đỡ móc kéo và puli hướng trên tàu cỡ nhỏ được giới thiệu tiếp tại hình 20.
Công thức tính mô đun chống uốn mặt cắt ngang cung đỡ dạng này được hiểu như sau: 3 10 . 6 , 4 − = Y U R l T Z , (cm3) Thanh đỡ
Để bảo vệ người và thiết bị khu vực sau tàu kéo, đồng thời không để dây kéo bị vướng, bị giật lúc chuyển từ trái sang phải hay ngược lại cần có thiết bị đỡ dây đồng thời làm nhiệm vụ bảo vệ như lan can. Chiều cao bố trí thanh đỡ này phụ thuộc vào vị trí của dây kéo trên tàu, xác định tại vùng dây nằm gần trùng trục đối xứng dọc tàu. Chiều cao trung bình nên vào khoảng 1,40 m đến 1,8 m.
Thanh đỡ thường được làm từ thép ống tiêu chuẩn, hình 20. Mô đun chống uốn mặt cắt ngang kết cấu này tính theo biểu thức:
32 2 10 . 5 , 3 − = Y R l L d Z , (cm3)
trong đó d – đường kính dây kéo, mm; L – chiều dài dây, không dưới 300m.
Hình 20
Trên một số tàu kéo mới đóng sau này người ta thay đổi cấu hình thanh đỡ thành dạng thanh chặn kiêm lỗ luồn cáp, hình 21.
Cột bít
Cột bít trên tàu kéo làm chỗ buộc dây giữa tàu và một số cột làm nhiệm vụ bược dây kéo tàu. Cột bít phía trước dùng vào việc buộc dây kéo khi tàu bị sự cố , cần được đưa về nơi xử lý. Tàu kéo trong trường hợp này bị đối xử như tàu bị kéo. Trên tàu kéo cỡ nhỏ, cột bít phía sau thay cho móc kéo. Hình ảnh tiêu biểu của cột bít kéo giới thiệu tại hình 22.
Hình 22
Công thức xác định mô đun chống uốn cột bít tàu có dạng:
YT T R l R Z 95 , 0 = , (cm3)
trong công thức cuối này, RT – lực đứt dây buộc còn l – chiều dài đoạn con son của bít.
Đồ thị giúp bạn đọc tính nhanh theo công thức vừa nêu được trình bày tại hình 23.
Tời kéo
Tời kéo giúp nhả dây, thu dây theo đúng chế độ khai thác và đảm bảo an toàn cho việc kéo tàu. lực kéo trên tang các tời kéo hiện nay nằm trong phạm vi 20 – 40 kN.
Tời kéo giản đơn bố trí chủ yếu trên tàu sông. Kết cấu tờ khá đơn giản . Những chi tiết chính của tời gồm: 1 – trống, 2 – phân cáp, 3, 4 – phanh, 5 – bệ, 6 – giảm chấn, 7 – trục trung gian, 8 – động cơ, cơ cấu truyền động, 10 – tang cụt quấn dây.
Lực kéo lớn nhất áp đặt lên tang khi tính chính bằng lực kéo thực hiện trong chế độ thử tàu tại bến Z0, khi vận tốc tiến bằng 0.
Lực kéo trên tang khi kéo cáp không tải (không kéo tàu) tính bằng 1,40 – 1,6 trọng lượng toàn bộ cáp kéo.
Hình 22
Tời kéo tự động hóa dùng trên tàu đi biển, đảm bảo an toàn cho công việc kéo trong điều kiện thời tiết bình thường cũng như khi biển có sóng to gió lớn. Nhờ tời tự động độ căng dây kéo giữ được ớ mức cho phép, tránh bị đứt bị hỏng.
Ngoài chế độ tự động các tời kiểu này được trang bị hệ thống điều khiển bằng tay giúp các thao tác thu , nhả dây, co , giãn dây. Sơ đồ động học của tời kéo làm việc tự động được trình bày tại hình 25. Trên sơ đồ, 1 – trống quấn dây, 2 – phanh, 3, 4 , 9, 10 - bánh răng của bộ truyền động, 5 – bộ truyền hành tinh, 6 – tay gạt của bộ phận tự động, 7 – phanh điện từ, 8 – động cơ điện.
Lực kéo trên tang tời tính chọn từ lực kép trung bình trên móc. Vận tốc thu dây được tự động hóa, tuy nhiên không vượt quá 18 m/min. Tời kéo đảm bảo làm việc bình thường kể cả khi dây kéo lệch sang phải, sang trái đến góc 30°, lệch dây theo hướng lên hoặc xuống đến 10°.
Vận tốc thu dây không tải 25 – 35 m/min.
Hình 26 trình bày các mô hình tời kéo được đưa ra sử dụng tư những năm bảy mươi.
Hình 26. Tời kéo một trống (trái) và tời hai trống (phải)
Kích thước tiêu biểu tời kéo đã chế tạo như sau. Tời tự động
Tời 1 tời 2
Lực kéo trên trống , kN 180 400
Đường kính cáp mm 52 65
Vận tốc thu cáp m/s 0,167 0,088 Công suất động cơ, kW 75 53
Điện áp V 220 220 Khối lượng , t 18,3 67,8 Kích thước phủ bì, (m) 3,35x2,97x1,69 Tời điện Tời 1 tời 2 Lực kéo trên trống , kN 150 250 Đường kính cáp mm 47,5 65 Vận tốc thu cáp m/s 0,250 0,225 Công suất động cơ, kW 42 90
Khối lượng , t 20,53 -
Kích thước phủ bì, (m) 3,37x7,04x1,805 -
3. Chống va
Tàu kéo cần có hệ thống chống va đủ để tàu chịu được các va đập mạnh khi cập tàu, cập cảng. Trang bị trên tàu kéo hai loại chống va: cố định và di động.
Hình 27. Chống va tàu
Chống va cố định được làm từ kết cấu kim loại, từ vật liệu có độ đàn hồi lớn như sao su, từ gỗ. Những kết cấu chống va thường gặp trên tàu kéo được trình bày tại hình 27. Cần nói thêm rằng kích thước chống va và vật liệu làm chống va ngày nay đã đợc tiêu chuẩn hóa. Chống va tàu kéo có thể bố trí quanh tàu, chống va nối nhau tạo thành chống va một dãy song trong thực tế có thể bố trí chống va thành hai dãy. Nhìn chung, với tàu kéo, chiều dài tất cả dãy chống va dài hơn chu vi mép mạn tàu.
Ngày nay dây chống va mềm làm từ cao su được tiêu chuẩn hóa kích thước và chế tạo sẵn. Một trong những sản phẩm được thị trường ưa chuộng có dạng như tại hình 28. Kích thước chuẩn được ưa dùng là: b x l = 68 x 105; 120 x 200; 90 x 150 (mm). Tính dẻo chống va này như đưiợc trình bày tại hình phía phải.
Dây cao su trên đây được đưa vào kết cấu chống va (còn gọi là con chạch, con lươn) dưới dạng cải biên, nêu tại hình 29. Kết cấu dạng này ngày càng phổ biến trên tàu.
Bảng
Lượng chiếm nước, T Kiểu chống va 10 – 50 50 –250 250 – 1000 1000 – 5000 Cứng 133x5 159x6 194x8 194x8 194x10 Nửa cứng 150x100 200x150 250x200 250x200 Mềm 90x100 90x100 120x120 180x150 180x170 180x150 Hình 28 Hình 29
Chương 5