Đồ án bánh lái tàu dầu

Đây là đồ án bánh lái tàu dầu. Bài đồ án này có đầy đủ bản vẽ, lập luận rất chính xác. Được thầy giáo đánh giá cao... Nhanh tay tải về tài liệu rất hữu ích cho các bạn sinh viên đang theo học ngành công nghệ đóng tàu

LỜI NÓI ĐẦU

Tàu thủy là một cơng trình mổi đặc biệt mà con người từng tạo ra, nĩ cĩ thể nổi, di chuyển, và phục vụ nhiều nhu cầu của con người trên mặt nước Với nét đặc trưng như vậy cho nên tàu thủy cĩ kết cấu rất đặc biệt Người ta khái niệm cơ bản tàu thủy gồm: kết cấu và thiết bị tàu để làm việc an tồn trong các diều kiện khai thác Với lý do trên mà thiết bị tàu nĩi chung cũng như bộ mơn kết cấu tàu thủy nĩi riêng là một bộ mơn nền tảng hết sức quang trọng Bên cạnh đĩ "ĐAMH thiết bị tàu thủy" là một cơng cụ phụ trợ cần thiết, nhằm giúp chúng ta cũng cố kiến thức cũng như làm quen với một trong những cơng việc quang trọng của người kĩ sư khi ra làm việc thực tế.

Nhận thức được tầm quang trọng của mơn học nên em học tập và nghiên cứu một cách nghiêm túc dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy, và kết quả là em đã hồn thành xong đồ án đúng thời gian cho phép Vì đây là lần đầu và tự nhận thấy kiến thức cịn chưa vững nên trong bài làm chắc chắn cịn nhiều phần sai sĩt, hy vọng sẽ nhận được sự gĩp ý quý báu của thầy để bài làm trở nên tốt nhất cĩ thể.

Và cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Cơng cũng như các thầy khác trong khoa đã hướng dẫn em trong thời gian làm đồ án.

Sinh viên thực hiện:

Trần Quốc Việt

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 2

I. GIỚI THIỆU CHUNG:

- Để đảm bảo tính ăn lái cho tàu ở các điều kiện khai thác người ta bố trí thiết bị lái

- Tuỳ theo từng loại tàu và tuyến hình mà ta bố trí thiết bị lái phù hợp

- Bánh lái thiết kế là bánh lái cân bằng hai gối một chốt.Đây là loại bánh lái có hiệu quả cao dễ chế tạo

THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÀU:

Cấp tàu không hạn chế

II. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH LÁI:

1. Xác định đường kính của chân vịt:

1.1. Tính toán sức cản vỏ tàu:

Phương pháp Papmiel

s

v V

λ

- Thể tích phần chìm: V=γ .C L B T B = 10712 (cm3)

- Chiều dài tàu: L = 112 (m)

- Vận tốc tàu : vs = 13 (Hl/h)

Ký hiệu &công thức

a. Tính chọn thông số mở đầu :

Hệ số dòng theo : ω =0,50.C B −0,05 0,343=

Hệ số lực hút : t K= t.ω =0, 223

Với Kt = 0,65 (Bánh lái và trụ lái có dạng khí động học)

b. Tính chọn máy :

- Tốc độ tịnh tiến của chân vịt: v p =v(1−ω) 8, 6= (Hl/h)

- Lực đẩy cần thiết của chân vịt :

36143

R T

Ta chọn chân vịt có 4 cánh B.4.55 trong tính toán sơ bộ.

Lập bảng tính :

5. Đọc giá trị H/D trên đồ thị Bu-δ’ cho Bu và 0,94δ

6. Đọc giá trị np trên đồ thị Bu-δ’ cho Bu và 0,94δ

7. D : Đường kính chân vịt

8. D’ : Đường kính chân vịt

9. Các hệ số :

- Hiệu suất hộp số : ηh =0,97

- Hiệu suất trục chân vịt :ηt =0,97

5 2

5 0

p

T

v

N n

Bu =

n

v

=

V p H t

EPS Ne

ηηη

η

' =

- Hiệu suất thân tàu :

11,181

130 150 170 190 210

3694 3756 3820 3885 4097

2.63 2.68 2.87 3.10 3.49

Dựa vào vào đồ thị các điểm nằm trên đường Ne tương ứng với công suất đảm bảo cho tàu có tốc độ đã cho Trường hợp này chọn động cơ có Ne =

3852 ML, và chân vịt có vòng quay 180 vòng/phút

1.3. Thiết kế chân vịt sử dụng hết công suất máy :

 Vì động cơ đã chọn có công suất lớn hơn công suất cần thiết để đảm bảo cho tàu có tốc độ 13 HL/h Vì vậy trong phép tính tiệm cận lần 1 chọn V1 = 12,75 HL/h

 Công suất truyền đến chân vịt :

: Hiệu suất đường trục

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 6

 Do ảnh hưởng của điều kiện môi trường, tần suất quay nhận khoảng

98 ÷ 99% định mức Vòng quay chân vịt trong tính toán :

+ D : Đường kính chân vịt (m), tính theo công thức kinh nghiệm sau :

Với : pa = 10330 (KG/m2) : áp suất khí quyển

γ = 1025 (KG/m2) : trọng lượng riêng chất lỏngHS= 2,4 (m) : chiều chìm trục chân vịt

Pd = 240 (KG/m2) : áp suất hơi bão hào ở 230C

K = 0,2 : hệ số tàu 1 chân vịt

Tỉ số diện tích mặt đĩa :

2 : Va vận tốc tiến (Hl/h)

3 : Vp vận tốc tiến (m/s)

 Sai lệch giữa Te và R nằm trong khoảng giới hạn cho phép Vì vậy nên ta có thông số đặc tính hình học chân vịt :

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 8

a

D 2

a V

P V

n

Bp =

p

p D

V

P 75

n

V.305,0

 Tỉ lệ diện tích mặt cánh : ae = 0,5

2. Thông số ban đầu của bánh lái :

2.1. V ị trí đặt bánh lái :

 Bánh lái phải nằm trong dòng đẩy của chân vịt

 Khoảng cách a giữa mép trước của bánh lái và mép cánh của chân vịt không nhỏ trị số tính theo công thức sau :

- Tàu có L < 120 m, trị số a tương ứng sẽ giảm 0,025 m , ứng với

1 đoạn 15 m: a=0,3 0, 025 0, 275− = (m)

 Khi tàu toàn tải bánh lái phải ngập hoàn toàn trong nước Khoảng cách lớp nước phía trên bánh lái không nhỏ hơn 0,25hbl

2.2. Diện tích bánh lái :

 Phương pháp tính là chọn theo các số liệu thống kê (không có tàu mẫu) :

10, 03 14,66100

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

Vậy chọn bánh lái có diện tích : Abl = 13,2 (m2)

2.3. Chiều cao bánh lái :

 Chiều cao bánh lái nằm trong khoảng : 0,6T≤ hbl ≤ 0,9T

Vậy chiều cao bánh lái nằm trong khoảng : 4,134 ≤ hbl ≤ 6,2 (m).

 Chiều cao bánh lái : hbl chọn lớn nhất có thể phụ thuộc vào tuyến hình phần đuôi tàu :

hbl = 4,4 (m)

2.4. Chiều rộng bánh lái :

 Đối với bánh lái hình chữ nhật, chiều rộng bánh lái là khoảng cách từ cạnh trước đến cạnh sau của bánh lái

3

bl bl bl

A b h

(m)

2.5. Hệ số kéo dài của bánh lái :

 Tính theo công thức sau : (STTBTT tập 1_ trang 12)

1, 47

bl bl

h b

2.6. Chiều dày Profin :

 Chiều dày lớn nhất của profin lấy theo đường kính chân vịt

 Dạng profin của bánh lái : Chọn profin dạng thoát nước kiểu

NACA0015

 Tọa độ thực của profin bánh lái tính theo công thức :

- Chiều dày tương đối :

max 0,15

t t b

- Tọa độ thực tính theo công thức :

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 10

.100

x b x

+ x, y : tọa độ các điểm trên profin

+ x y, : tọa độ tương đối

+ t : chiều dày tương đối của profin

+ b : chiều rộng profin

 Bán kính lượn phần mũi profin NACA :

2 1

1,1

74, 25

t r b

150.00 150.00 150.00 300.11

300.00 300.00

300.00 300.00

150.00 150.00 150.00

3. Đặc tính thủy động học của bánh lái :

3.1. Lực thủy động tác dụng lên bánh lái :

 Mục đích của việc tính toán lực thủy động học bánh lái là đi xác định trị số của lực thủy động để làm cơ sở cho :

- Chọn máy lái

- Tính toán bền cho thiết bị lái

 Khi bánh lái đặt trong dòng nước chảy có vận tốc Vs, dưới góc tấn ∝, dưới tác dụng của dòng chất lỏng phân vố áp lực ở mặt trên và mặt dưới của profin mặt cắt bánh lái khác nhau làm xuất hiện lực tác động ngang

 Các lực thủy động tác dụng lên bánh lái gồm có :

+ Lưcï pháp tuyến : N = L.cos∝ + D.sin∝

+ Lực tiếp tuyến : T = D.cos∝ - L.sin∝

Các lực này đặt tại tâm áp lực k

- Moomen thủy động ở cạnh trước bánh lái :SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 12

Mtd = N.eTrong đó :

e : là khoảng cách từ canh trước của bánh lái đến điểm đặc lực

- Moonen tải trên trục lái được tính theo công thức :

M0 = N.x = N (e – a)Trong đó :

a : là khoảng cách từ trục lái đến cạnh trước của bánh lái

e : khoảng cách từ điểm đặc lực đến cạnh trước của bánh lái

3.2. Tính toán đặc tính thủy động của bánh lái :

 Trong bảng 11-3, sổ tay đóng tàu tập I đã cho biết đặc tính của bánh lái có λ λ= =1 6

 Trong thực tế thiết kế tàu thủy, bánh lái thường có hệ số λ nhỏ hơn 6

Vì các hệ số CL , CD , CM phụ thuộc rất nhiều vào λ nên ta tính các hệ số ấy cho mọi bánh lái như sau :

 Tra trong bảng 11-3 (STDT tập 1- trang 705) người ta cho biết đặc

tính của loại có λ λ= =1 6, từ đó ta có thể tính cho λ λ= 2 =1, 47 :Suy ra :

3.3. Vị trí tối ưu của trục lái :

 Khoảng cách tâm áp lực từ cạnh dẫn được xác định theo công thức :

M N

C

C

=

(b : chiều rộng bánh lái)

 Ta xác định hệ số lực thẳng góc bánh lái CN theo công thức sau :

CN = CL cos∝ + CD sin∝ (STKTDTT tập 1- tr 709).Lập bảng tính vị trí tối ưu của trục bánh lái như sau :

 Dòng chảy thực qua bánh lái không phải là dòng chảy vô hạn như đã xem với bánh lái cô lập Dòng chảy thực bị ảnh hưởng bởi mặt thoáng của nước, vỏ tàu bởi tác dụng của chân vịt…

 Trong tính toán thực tế thiết bị lái, ảnh hưởng của vỏ tàu được tính đến bằng hệ số kv , giảm vận tốc dòng chảy qua bánh lái :

+ ∆ =ψ 0,18 : Đuôi tàu tuần dương hạm

+ u = 1 : Bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng

+ δ =0,786 : Hệ số béo thể tích của tàu

Vận tốc của bánh lái : v bl =v k. v = 6,76 (Hl/h).

3.5. Aûnh hưởng của chân vịt đến đặc tính thủy động của bánh lái :

 Có mặt chân vịt tại vùng đuôi tàu làm thay đổi bức tranh dòng chảy đến bánh lái nằm ngay sau chân vịt

 Hệ số kể đến ảnh hưởng của chân vịt :

A

ψσ

Θ = 0,223 : Hệ số hút

+Khối lượng riêng của nước :

3

1025(kg m/ )

ρ =

+Vận tốc dòng chảy tới chân vịt (m/s) : v cv =v(1−ψcv) 4, 4= (m/s)

v = 6,682 (m/s) : vận tốc tàu

+ δ =0,786 : hệ số béo thể tích.

+ V= 10712 (m3) : thể tích lượng dãn nước

+ kv = 0,2704 : hệ số ảnh hưởng của vỏ tàu

+ v = 6,682 (m/s) : vận tốc tàu

+ Diện tích toàn bộ bánh lái : Abl = 13,2 (m

2)

Vậy diện tích bánh lái nằm trong dòng đẩy chân vịt :

Abl’ =6,78 (m

2)

Trong đó :-

CL : Hệ số lực nâng thủy động

4) : Tỷ trọng của nước biển

CM : Hệ số moomen thủy động

Lực tổng hợp lớn nhất tác dụng lên bánh lái : Rmax = 23176 (KG).

Moomen thủy động lớn nhất tác động vào bánh lái :

0

M v cv bl bl v cv N bl

v v

2 0

2 0

Bảng tính momen trên trục lái :

k0 = 1,2 ÷1,3 : Hệ số tính đến lượng tăng momen lái khi quay lái ngược

Chọn k0 = 1,2-

M0 = 1176,5 (kGm) : Momen thủy động tác dụng lên trục lái

Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến hoặc lùi được dùng để làm

cơ sở xác định kích thước cơ cấu của bánh lái

V : vận tốc tàu

+ v0 = 13 (Hl/h) : tàu chạy tiến+ va = 0,5 v = 6,5 (Hl/h) : tàu chạy lùi

Hệ số phụ thuộc vao tỷ số hình dạng :

A

(At = 13,2 m

2 : Diện tích bánh lái, m

2)

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 22

-k2 : Hệ số phụ thuộc vào kiểu bánh lái và profile bánh lái lấy theo Bảng 2A-B/10.1

+ k2 = 1,1 : Khi tàu chạy tiến

+ k2 = 0,8 : Khi tàu chạy lùi

-k3 = 1 : Hệ số phụ thuộc vào vị trí của bánh lái nằm trong dòng chảy của chân vịt

-kt = 1 : Hệ số đối với bánh lái nằm phía sau chân vịt

→ Lực tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến là :

∝ = 0,33 : đối với tàu chạy tiến.

∝ = 0,66 : đối với tàu chạy lùi (profile thông thường)

+ kbc = Af/A = 0,233: Hệ số cân bằng

Với : Af = 3,08 (m

2) : Diện tích bánh lái ở phía trước đường tâm trục

+ b = 3 (m) : Chiều rộng của bánh lái

→ Moomen xoắn tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến :

l2 = 5,08 (m)

l3 = 0,5 (m)

-

Sơ đồ tính :

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 24

Theo bảng 1.14 (STTBT tập 1- trang 65), đối với bánh lái cân bằng hai gối, một chốt Nên ta có sơ đồ tính toán sau:

-( )

131207, 76

262415,520,5

t c c

+ Rc = 500 (mm) = 0,5 (m) : Bán kính cần quay lái

Sau khi tính toán bằng phần mềm sap2000 ta có kết quả :

Phản lực và moomen tại gối đỡ là :

Kiểm tra lại kết quả :

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 26

0 1 2

195811, 2 181607, 47 262579,6 375738,1 262415,52639998,3 638153,6

Vậy kết quả trên là đúng

o Khi tàu chạy lùi :

Lực phân bố Pn tác dụng lên bánh lái :

-( )

105015,38

210030,760,5

t c c

+ Rc = 500 (mm) = 0,5 (m) : Bán kính cần quay lái

Sau khi tính toán bằng phần mềm sap2000 ta có kết quả :

Lực và moomen tại gối đỡ là :

Vậy kết quả trên là đúng.

2. Xác định trục lái :

2.1. Vật liệu :

 Vật liệu chế tạo trục lái phải thỏa mãn yêu cầu ở phần 7A, QCVN21

 Giới hạn chảy của vật liệu không lớn hơn 400 Mpa

Chọn vật liệu làm trục lái là thép SF65 có σch = 320 Mpa

2.2. Tính toán đường kính trục lái :

 Aùp dụng tính toán theo QCVN 21, tập 2- trang 380

2.2.1. Đường kính phần trên của trục lái :

 Đường kính phần trên của trục lái Dt , yêu cầu để truyền được

moomen xoắn phải được xác định sao cho ứng suất xoắn không được lớn hơn τ = 68/kr (N/mm2)

 Đường kính trục lái, mm, để truyền mô men tác dụng lên bánh lái phải không nhỏ hơn :

QR : Momen xoắn trên trục lái

kr : Hệ số vật liệu trục lái

0,75

0,79320

e r

e = 1,0 - khi σch < 235

- Khi tàu chạy tiến :

( )

3 3

 Chọn đường kính phần trên của trục lái : Dt = 280 (mm)

2.2.2. Đường kính phần dưới của trục lái :

 Đường kính phần dưới chịu moomen uốn và moomen xoắn, phải xác định sao cho ứng suất tương đương ở trục lái không lớn hơn

σv ≤ 118/kr (N/mm2)

 Đường kính trục bánh lái được tăng, cm, được lấy bằng :

1 1

Dt : Đường kính phần trên của trục lái

M1 : Momen uốn tại ổ đỡ dưới

QR : Momen xoắn của trục lái

- Khi tàu chạy tiến :

( )

1 1

Chọn đường kính dưới của trục là : D1 = 300 (mm)

2.2.3. Tính toán ống lót cho các ổ đỡ :

 Aùp dụng tính toán trong STTBTT tập 1 – trang 87

 Vật liệu thường dùng : Đồng hoặc thép không gỉ

 Tại các vị trí các ổ đỡ phía trên và phía dưới của trục ta có thêm các ống lót (áo bao trục), và được lắp bằng mối ghép căng

 Chiều dày của ống lót (tra bảng 1-25) :

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 30

- Tại vị trí phía trên : n = 10 ÷ 16 (mm) Chọn n = 15 mm.

- Tại vị trí phía dưới : n = 10 ÷ 16 (mm) Chọn n = 15 mm

 Chiều dài ống lót lớn hơn chiều dài mặt bảo vệ 100 mm

 Dung sai lắp ghép : h8

2.3. Kiểm tra bền trục lái :

2.3.1. Kiểm tra bền phần trên của trục lái :

 Đường kính phần trên của trục lái Dt yêu cầu để truyền được momen xoắn phải được xác định sao cho ứng suất xoắn phải không được lớn

Q D

(Thỏa mãn điều kiện)

Vậy phần trên của trục lái thỏa mãn điều kiện bền

 Đường kính phần dưới của trục lái phải chịu momen uốn và moomen xoắn, Vì thế ứng suất tương đương ở trục lái không lớn hơn 118/kr

(N/mm2)

Q D

(Thỏa mãn điều kiện)

Vậy phần dưới của trục thỏa mãn điều kiện bền

2.4. Bảo vệ chống gỉ cho trục lái :

 Các cổ trục lắp ổ và vòng kín nước được bọc bằng ống lót đồng hoặc thép không gỉ Các đoạn trục lái còn lại được sơn bằng loại sơn bảo vệ đặc biệt

 Các đoạn trục còn lại có thể chống gỉ bằng cách phủ cao su hoặc epoxy Nhưng sau khi phủ các chất đó không thể kiểm tra bề mặt trục, mặc khác lớp phủ epoxy dễ bị hỏng do dao động Gần đây người

ta đung các loại sơn chuyên dụng để thay thế

3. Tính toán kết cấu bánh lái :

3.1. Vật liệu :

 Vật liệu làm tôn bánh lái, xương bánh lái, cốt bánh lái là thép CT3 :

σb = 300 (N/mm2) ; σch = 200 (N/mm2)

3.2. Sống bánh lái :

 Sống bánh lái thường là một hoặc 2 tấm vách đứng liên tục đặt ở vùng đường tâm quay của bánh lái hàn vơi hai tấm tôn bao tạo thành kết cấu chịu lực chính của bánh lái

 Chiều dày tôn cốt bánh lái lấy gấp (1,8÷ 2) chiều dày tôn bánh lái :

24 mm

 Ta có : a > t (STTBTT tập 1 – trang 91)

Trong đó :+ a = 700 mm : Khoảng cách từ đường tâm quay đến mép trước

+ t = 450 mm : Chiều dày lớn nhất của profile bánh lái

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 32

225.00 225.00 740.00

Vì vậy sống bánh lái có dạng 2 tấm vách đứng liên tục đặt ở vùng đường tâm quay bánh lái

 Kiểm tra bền cốt bánh lái :

- Momen chống uốn của mặt cắt sống bánh lái :(STTBTT tập 1- trang 92)

3

4471178, 650

+[ ]σ = 0, 25.σch = 50(MPa)

: Ưùng suất cho phép

3.3. Xương đứng, ngang bánh lái :

 Cách xương gia cường bánh lái được khoét lỗ để thông khí khi thử áp lực và để giảm trọng lượng

3.3.1. Chiều dày xương bánh lái :

 Chiều dày xương nằm bằng chiều dày tôn mạn bánh lái :

Trong đó :

Sd = 600 (mm) : Khoảng sườn vùng đuôi tàu

- Chọn khoảng cách giữa các xương đứng : X d =600(mm)

.3.3.3. Xương nằm :

- Khoảng cách xương nằm : (lấy tương tự như xương đứng)

- Xương nằm phân bố đều theo chiều cao bánh lái

Vậy chọn khoảng cách của xương nằm : X n =550(mm)

3.4. Tôn bánh lái :

 Tôn bánh lái chịu áp suất thủy tĩnh và áp suất thủy động khi quay lái

 Tôn bánh lái được khai triển sao cho số mối nối là ít nhất

 Chiều dày tôn bánh lái t không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau : (STTBTT tập 1 – trang 94)

- Abl = 132000 (cm2): Diện tích bánh lái

SVTH: TRẦN QUỐC VIỆT 34