Đồ án bánh lái cân bằng trên tay treo tàu container

Đây là đồ án bánh lái tàu thủy, là một trong những bánh lái được áp dụng cho các tàu thủy hiện nay Đồ án này rất chính xác, có bản vẽ kèm theo, được thầy cô giáo đánh giá cao Chúc các bạn thành công...

ĐỀ TÀI

Thiết kế bánh lái cho tàu container có kich thước chính sau:

Chiều dài hai trụ Lpp = 134 m

Chiều rộng thiết kế B = 22,3 m

Chiều cao mạn D = 11,3 m

Chiều chìm d = 8,48 m

Hệ số béo thể tích Cb = 0.735

Hệ số béo lăng trụ Cp = 0.75

Vận tốc thiết kế vs = 16 Hl/h

Chương I : TÍNH SỨC CẢN CHO TÀU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP

TAYLOR

I KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TAYOR.

Phương pháp dùng cho tàu chạy chậm và trung bình có:

Kết luận: Vậy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp Taylor để tính sức cản cho

tàu trên Các thông số cần thiết cho việc tính toán sức cản :

Lượng chiếm nước :

= 134 8,48 [2 + 1,37 (0,735 - 0,274) 8,4822,3] = 4134(m2)

+ Hệ số sức cản ma sát :

CF = 2

10(log Rn- 2) + DCF trong đó :

3 Sức cản bổ sung:

Đây là thành phần sức cản sinh ra do phần nhô, sức cản do gió, sức cản do sóng, sức cản do các hiện tượng rong rêu hà bám trên tàu sau quá trình khai thác ……

Theo kinh nghiệm ta lấy: Rbx = 0,2(Rr + Rms)

Bảng tính sức cản toàn bộ cho tàu:

STT Ký hiệu và công

Chương II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÂN VỊT

I - TÍNH CHỌN MÁY TÀU

+) Dùng Taylor để tính hệ số dòng theo và lực hút.

Tính hệ số dòng theo w = 0,5C B - 0,05 = (0,5.0,735) - 0,05 = 0,3175Hệ số lực hút t = k w = 0,6 0.3175 = 0,1905

(k = 0,6 áp dụng cho tàu có bánh lái dạng thoát nước)

+) Từ đường hình dáng của thân tàu ta xác định được đường kính lớn nhất của chân vịt :

DMax = 0,65 d = 0,65 8,48 = 5,5 m+) Chiều chìm của trục chân vịt : Hs = 5,2 m

Giải thích ý nghĩa các công thức trong bảng tính.

1 n :số vòng quay giả thiết (v/p)

3 δ đọc trên đồ thị B u −δ,

4 δ' = b.δ ( lấy b = 0,94 - 0,96 trong trường hợp này ta chọn b = 0,94 )

5 ηP Hiệu xuất chân vịt ( tra bảng B u −δ, ứng với Bu- d )'

6 D’ = '.vp

n

d

đường kính chân vịt (feet)

7 D = 0,3048.D’ noon kính chân vịt (met)

= hiệu suất vỏ tàu

No = EPS 76 = 6676 76 = 6588 (HP)

Đồ thị chọn máy

Từ đồ thị chọn máy mang nhãn hiệu 5S50MC - C của hãng MAN B&W

Số Silanh 6

Công suất định mức Ne = 10725 HP

Số vòng quay định mức N = 127 v/p

II - THIẾT KẾ CHÂN VỊT SỬ DỤNG HẾT CÔNG SUẤT CỦA MÁY ĐÃ CHỌN.

Số vòng quay khi tới trục chân vịt là : n = 127*0.97 = 123(v/p)

PD = CMT htNe = 0,98 0,97 10725 = 10195(HP) = 10331(PS)Tính giới hạn thấp của tỉ số mặt đĩa :

-+) K = 0,2 cho tàu một chân vịt

+) Z = 4 là số cánh của chân vịt thiết kế

+) T Lực đẩy của chân vịt trong giai đoạn thiết kế ban đầu tính theo công thức kinh nghiệm

T = (8,5 ÷ 12 )PD = 9 10195 = 91755 (kG)+) Đường kính chân vịt lớn nhất : DMax = 0,65.T = 0,65.8,48 = 5,5 (m)

+) pd Aùp suất hơi bão hòa 240kG/m2

+) po áp suất tại tâm trục chân vịt cách mặt thoáng một khoảng Hs = 5,2 (m)

po = pa + γ Hs = 10330 + 1025.5,2 = 15660 kG/ m2Trong đó: pa : áp suất khí quyển, tính trên mặt thoáng 10330 kG/cm2

γ : trọng lượng riêng chất lỏng 1025 kG/m3

+) Tại tốc độ tàu Vs = 16 hl/h lực đẩy thực tế của chân vịt đạt 62457 kG, như vậy lực đẩy thực tế của chân vịt lớn hơn 2,7 %so với sức cản vỏ tàu nên chân vịt vừa chonï là thích hợp Kích thước hình học của chân vịt vừa được chọn:

Chân vịt thuộc nhóm B4.70

Chân vịt thiết kế theo chế độ tự do vs = 16 hl/h

Số vòng quay của chân vịt n = 123 (v/p)

Đường kính D = 5.53 (m)

Tỉ lệ bước H/D = 0,87

Tỉ lệ diện tích mặt đĩa Ae/Ao = 0,7

IV - XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA CHÂN VỊT

+) Đường kính củ chân vịt

+) Độ côn trong: 1:12Ð

+) Bán kính lượn cánh với củ:

Mặt đạp r = 0,03D = 0,166 m

Mặt hút R = 0,035D = 0,194 m

Chương III : THIẾT KẾ BÁNH LÁI

I – LỰA CHỌN THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH LÁI:

1 Chọn loại bánh lái:

Căn cứ vào loại tàu, mục đích sử dụng, đặc điểm tuyến hình vòm đuôi ta chọn bánh lái bán cân bằng một chốt trên tay treo

2 Bố trí bánh lái :

Bánh lái được bố trí đặt trực tiếp sau chân vịt

3 Số lượng bánh lái :1

4 Diện tích bánh lái tính theo công thức sau:

2 bl

Abl -Diện tích bánh lái (m2)

L -Chiều dài tàu (m)

p, q - Hệ số, xác định theo sau:

p = 1 (Bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt)

q = 1 (Đối với các loại tàu khác loại tàu kéo)

Chiều cao bánh lái: hp = 6,3 m

Chiều rộng trung bình bánh lái: bp = p

p

A

h = 3,11 mĐộ dang của bánh lái:

2 p

7 Prôfil của bánh lái.

Toạ độ thực của profin tính theo công thức sau: (STTB T1-Trang 24)

x, y : Toạ độ các điểm trên profin

x, y : Toạ độ các điểm trên profin NACA0018

b : Chiều rộng của profin

t = 0,18

THUỶ ĐỘNG TRÊN TRỤC LÁI CỦA TÀU TỰ HÀNH BÁNH LÁI ĐẶT TRỰC TIẾP SAU CHÂN VỊT

1.Tính theo thực nghiệm

a) Tốc độ trung bình của dòng nước chảy đến bánh lái:

Vcp = 0,515.vs.(1 - ωr ).χ = 9,2 m/s Với :

vs = 16 (hl/h) Tốc độ chạy tiến của tàu

ωo Giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt chân vịt, tính theo Papmiel:

3 x 0

V0,165

V = 18625 (m3) Lượng chiếm nước thể tích tàu

δ = 0,735 Hệ số béo thể tích của tàu

x = 1 Là số chân vịt

∆ω Giá trị hiệu chỉnh do kể đến sự tạo sóng, phụ thuộc vào tốc độ tương đối

kB Là hệ số kể đến sự gia tăng thêm của lực dạt do bánh lái đặt trực tiếp trong dòng nước của chân vịt đạp ra.

Với: kB = f(

2B

σ ) = 1,85 Tra đồ thị

σB =

B

2 p

BF.v 2

1

P

ρ = 1,49 Hệ số tải của chân vịt

PB = Pe

1 t- = 77155 (kg) Lực đẩy của chân vịt

vP = 0,515.vs.(1 - ω0) = 6,5 (m/s) Vận tốc dòng nước chảy đến chân vịt

FB = πD2/4 = 24 (m2) Diện tích thuỷ lực của chân vịt

ω0 Hệ số dòng theo tại vị trí đặt chân vịt

∆ Hệ số tính đến ảnh hưởng toàn phần của tốc độ kích thích chiều trục đến bánh lái và được tính theo công thức sau:

k = 1,3 Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách tương đối từ đĩa thiết bị đẩy đến mép trước bánh lái và đường kính của chân vịt

b Đặc tính thuỷ động học của bánh lái:

Py

xp

Vs

NACA có độ dang l = 6 Như vậy ta phải tính chuyển từ bánh lái đã cho sang bánh lái thiết kế

Việc tính toán được thực hiện như sau :

Gọi Cx1, Cy1, Cm1, a là các số liệu ứng với BL có 1 l = 6

Gọi Cx2, Cy2, Cm2, a là các số liệu ứng với BL có 2 l = 2,025

Hệ số chuyển đổi :

Biểu đồ Cx, Cy, Cm ứng với l = 2,025

Đại lượng tính Đ.vị Giá trị tính theo góc bẻ lái

0.00 5.79 11.64 17.31 22.80 28.47 31.45 31.76

C x2 - 0.015 0.0274 0.0747 0.1425 0.2333 0.3510 0.4343 0.416

Cos α - 1 0.995 0.979 0.955 0.922 0.879 0.853 0.850Sin α - 0 0.101 0.202 0.297 0.387 0.477 0.522 0.526

2.Tính theo Quy Phạm:

Khi tàu chay tiến

a) Lực tác dụng lên bánh lái:

Lực FR tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến và lùi được dùng để xác định kích thước của bánh lái và được tính theo công thức sau :

FR = 132K1K2K3.A.V2 = 1030541 (N)Trong đó :

A : Diện tích bánh lái

V : Tốc độ tàu (Hl/h) Nếu tàu chạy tiến có tốc độ nhỏ hơn 10 hl/h thì V được lấy bằng Vmin = (V + 20)/3 (Hl/h)

K1: Hệ số phụ thuộc hệ số hình dạng l của bánh lái tính theo công thức sau:

K1 = (l + 2)/3

l : Được tính theo công thức sau, nhưng l không cần lớn hơn 2

l = h2/At = 1,69

h : Chiều cao trung bình của bánh lái (m)

At : Tổng diện tích bánh lái A(m2) &ø phần diện tích trụ lái hoặc giá bánh lái nếu có, nằm trong phạm vi chiều cao trung bình h của bánh lái

K2: Hệ số phụ thuộc vào kiểu profin của bánh lái (xem bảng 2A/25.1.1) Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2A -Trang 163

K3 : Hệ số phụ thuộc vào vị trí của bánh lái theo quy định :

Với bánh lái nằm ngoài dòng chảy sau chân vịt : 0,80

Với bánh lái nằm trong dòng chảy sau chân vịt : 1,15

Trường hợp khác : 1,00

Dựa vào các điều kiện trên ta có

Tuy nhiên TR không nhỏ hơn TRmin xác định theo công thức sau :

TR1 và TR2 momen xoắn tương ứng với phần

diện tích A1 và phần diện tích A2 (Nm)

Được tính theo công thức sau:

A1 và A2 tương ứng với phần diện tích phần trên và phấn dưới của bánh lái (m2)

b1 và b2 chiều rộng trung bình tương ứng các phần diện tích A1 và A2

r1 và r2 tưng ứng là khoảng cách từ tâm áp lực của các phần diện tích A1 và A2được tính theo công thức sau:

a = 0,25 Đối với bánh lái nằm sau kết cấu cố định như giá bánh lái

Khi tàu chạy lùi

FR = 132K1K2K3.A.V2 = 257635 (N)

Với vận tốc tàu lùi Va = 0,5V

FR1 = FR. A1

A = 147877 (N)

FR2 = FR. A2

A = 109757 (N)

a = 0,55

Suy ra TR = TR1 + TR2 = 192159 + 99677 = 291836 (Nm)

III - TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÁNH LÁI

1.Tôn bánh lái (Theo điều 25.1.6-1 Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép

FR = 1030646(N) Là lực tác dụng lên bánh lái

A = 19,6 (m2 ): Diện tích bánh lái

kpl : hệ số vật liêu của bánh lái

S = 0,67 (m): Khoảng cách các xương nằm hoặc các xương đứng của bánh lái, lấy giá trị nào nhỏ hơn

a = 0,746 (m): Khoảng cách các xương nằm hoặc các xương đứng của bánh lái, lấy giá trị nào lớn hơn

2 Xương bánh lái (Theo điều 25.1.6-2 Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ

thép 2003 phần 2A)

S :Khoảng cách giữa các xương gia cường nằm được tính theo công thức:

100

ỉ ư÷ç

Các xương gia cường đứng liên tục tại các xương gia cường nằm

Chiều dày các xương nằm bánh lái t = 14 mm

Chiều dày các xương đứng bánh lái t = 16 mm

Chiều dày tôn vùng bích nối t = 24 mm

Tấm nắp bánh lái có chiều dày t = 18 mm

3 Cốt bánh lái (Theo điều 25.1.6-2 Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép

2003 phần 2A)

Với bánh lái trên tay treo thì moodun chống uốn và diện tích tiết diện nằm ngang

ở chỗ có khoét lỗ phải sao cho ứng suất uốn, ứng suất cắt và ứng suất tương đương không dược lớn hơn các trị số sau

Ưùng suất uốn b

m

75K

K

Biểu đồ moomen uốn và lực cắt của cốt bánh lái dưới tác dụng của lực thủy động

Tính cho bản cánh

Ưùng suất uốn lớn nhất :

x

4 x

Tính cho bản thành:

Ưùng suất cắt lớn nhất do lực cắt gây ra trên bản thành :

3

y x

4 x

4 Tính kh ối lượng bánh lái :

Cốt của trục 0.680 0 6.300 2883 0.0 18160

IV - TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH TRỤC BÁNH LÁI

1.Tải trọng tác dụng:

Tải trọng tác dụng lên trục lái bao gồm :

+) Lực thuỷ động Pn tác dụng lên trục lái gây uốn trục

+) Mômen xoắn tác dụng lên trục lái gây xoắn

+) Lực tác dụng do Sectơ lái gây uốn trục lái Pc = Tc/Rc

+) Thành phần trọng lượng của bánh lái và trục lái GC , nó cách trục một khoảng r gây uốn và gây kéo

Lực thủy động lớn nhất tác dụng lên bánh lái : Pn = 1250255 (KG)

Moomen thủy động tác dụng lớn nhất tác dụng lên bánh lái : M = 310055 (Nm)Dựa vào moomen thủy động lớn

nhất và không gian vùng buồng máy

lái ta chọn máy lái điện thủy lực

của hãng NJHYE có các thông số

kỹ thuật sau:

Moomen xoắn T = 350 (KNm)

Góc quaya = ±350

Thời gian dịch chuyển bánh laí

t < 28s

Aùp suất làm việc 17

Công suất động cơ 18,5 KW

Bán kính sécto lái R = 570 (mm)

Các kích thước :

A = 3914 (mm), B = 1460 (mm), C = 1600 (mm)

2 Biểu đồ moomen uốn dưới tác dụng của lực thủy động và lực đầu trục:

4 Biểu đồ moomen xoắn dưới tác động của moomen thủy động :

5 Biểu đồ lực nén dọc trục do trọng lượng bánh lái gây ra:

6 Tính đường kính trục tại vị trí gối dưới :

Moomen uốn tương đương tại gối dưới được tính như sau:

Giả sử đường kính trục tại vị trí này là d

Suy ra ứng suất pháp lớn nhất do uốn gây ra là:

Vậy đường kính đã chọn là phù hợp

7 Tính đường kính trục tại vị trí gối trên :

Giả sử đường kính trục tại vị trí này là d

Suy ra ứng suất pháp lớn nhất do uốn gây ra là:

Vậy đường kính đã chọn là phù hợp.

V - TÍNH TOÁN CHỐT LÁI.

1.Đường kính của chốt lái :

(Theo điều 25.1.8 Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003 phần 2A)Đường kính dp của chốt lái không nhỏ hơn trị số tính theo công thức:

⇒ Chọn dp = 340 (mm)

2 Chiều dày bạc lót chốt :

t = (0,03 ÷ 0,05)d = 10,2 ÷ 17 (mm)

chọn t = 15 mm

3 Chiều dày bạc lót ổ :

Chiều dày bạc lót ỗ được tính theo công thức

t = (0,05 ÷ 0,10)d = 17 ÷ 34 (mm)

chọn t = 20 mm

4.Khe hở giữa ống lót chốt và ống lót bản lề :

Khe hở giữa ống lót chốt và ống lót bản lề tính theo công thức

t = (0,005 ÷ 0,01)d = 1,7 ÷ 3,4 (mm)

chọn t = 2 mm

VI - TÍNH TOÁN Ổ ĐỠ TRƯỢT TẠI SỐNG ĐUÔI (Ổ đỡ dưới)

1 Chiều dày bạc lót chốt

t = (0,03 ÷ 0,05)d = 11,4 ÷ 19 (mm)

Chọn t = 15 mm

2 Chiều dày bạc lót ổ

Chiều dày bạc lót ổ được tính theo công thức

t = (0,05 ÷ 0,10)d = 19 ÷ 38 (mm)

Chọn t = 30 mm

3.Khe hở giữa ống lót chốt và ống lót bản le à

Khe hở giữa ống lót chốt và ống lót bản lề tính theo công thức

R

d l

= ≤ (1-134, Sổ tay TBTB T1)

Trong đó:

R = 626 (KN) Phản lực tại ổ

d = 380 (mm) Đường kính trục lái

lo = 380 (mm) Chiều dài bạc lót

[ ]p = 4,9 (Mpa) Aùp suất cho phép (Giữa thép không gỉ với đồng)

Như vậy áp suất trong ổ đảm bảo nằm ở mức an toàn

VII - TÍNH TOÁN Ổ ĐỠ CHẶN (Ổ đỡ trên)

Sử dụng ổ đũa đỡ chặn dùng ổ đũa cầu hai dãy

Căn cứa vào đường kính trong của trục ta chọn sơ bộ ổ đũa cầu hai dãy NSK kí hiệu 23188CAE4

Các thông số chủ yếu của ổ đũa cầu hai dãy:

Hệ số quy đổi m = 3 đối với ổ đũa cầu hai dãy loại trung bình rộng

Để đảm bảo ổ đũa làm việc an toàn thì:

[ ]

td

n Q = 4.1970 = 7881 ≤ [ ]Q = 10300 (KN)

KL: Vậy ổ đũa đã chọn đảm bảo làm vệc an toàn

Để đảm bảo cho ổ được kín nước, dầu bôi trơn được đưa vào ổ với áp suất 0,2 KPa

VIII - TÍNH MÔÂMEN MA SÁT TẠI CÁC GỐI ĐỠ VÀ KIỂM NGHIÊM MÔMEN MÁY LÁI ĐÃ CHỌN.

Gía trị mô men ma sát tại các gối trục được tính

0,5

Trong đó:

fi Hệ số ma sát trong các ổ giữa ống bọc trục và bạc lót (dùng cho ổ trượt)

Ri : Phản lực tổng cộng tại các gối (N)

di : Đường kính trục lái tại gối thứ i (m)

1.Mô men ma sát tại ổ đỡ chặn:

3.Mô men ma sát tại chốt: