Đồ án bánh lái cân bằng tàu dầu

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...

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT BỊ TÀU THỦY A.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ TÀU.

Bánh lái được thiết kế cho tàu với các thông số như sau:

-Kiểu tàu:tàu dầu

-Kiểu vòm đuôi:bán tuần dương-có ky lái

-Số lượng chân vịt:1 chân vịt

Tính sức cản tàu theo phương pháp Pamiel

Phạm vi sử dụng của phương pháp Pamiel:

+Hệ số béo thể tích:CB=0,35÷

0,8

+Tỉ số

L B

=4÷11

+Tỉ số

B D

=1,5÷3,5

=

13, 415,96

=0,195 -> Thõa mãn

Vậy ta tính sức cản tàu bằng phương pháp Pamiel

Công suất hữu hiệu EPS:

∇

= 89,3.13,41.4,77.0,5=4284 (m3)

+ L : Chiều dài tàu ở đường nước thiết kế (m)

= 10

13, 41.86,5 0, 75

16,1

=1,27Tra đồ thị,ta có: C1=90,71

ξλ

Đồ thị sức cản:

(Chọn k = 0,7 dùng cho tàu có bánh lái thoát nước sau chân vịt)

- Đường kính lớn nhất của chân vịt chọn sơ bộ:

+ Hiệu suất vỏ tàu:

dt

η

= 0,95+ Hệ số môi trường:

189,

=χ

+ Hệ số ảnh hưởng thân tàu:

95,092,

=

a

ta chọn a = 0,92 [Các hệ số trên tra Sách Lý thuyết tàu II-Sức cản vỏ tàu,thiết bị đẩy tàu(Trần Công Nghị),trang 205]

Chọn chân vịt 4 cánh Wageningen-seri B4.55 trong tính toán sơ bộ

Bảng tính chọn máy.

cho chân vịt seri B.4.55 WAGENINGEN(Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy- Nguyễn Đăng Cường).

cho chân vịt seri B.4.55 WAGENINGEN(Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy-Nguyễn Đăng Cường)

6,9795

p V D

Dmax=0,6d=0,6.4,77=2,86(m)

120 130 140 150 160 170 1398,5

Với: + Z: số cánh

+ T: lực đẩy chân vịt được xác định gần đúng T = (8,5 ÷

12).PD =16080 kG.+ X: số chân vịt

+D: Đường kính chân vịt hạn chế (m)

+P0: Áp suất tĩnh tính đến điểm trong lòng chất lỏng,ngang trên tâm trục chân vịt,cách mặt thoáng một khoảng HS,tính theo công thức trong cơ học chất lỏng 0

+Pd: Áp suất hơi bảo hoà Pd = 240 kG/m2

Từ seri của Wagenigen chọn chân vịt nhóm B4.70

Ta có bảng tính sau:

Nhận xét: Với vận tốc 11 HL/h thì Te = 12011 KG sai khác ở mức độ cho phép so với sức

cản ở trên R = 12038 KG nên thoả mãn yêu cầu

Đường bao cánh chân vịt

Tọa độ profin ở từng bán kính.

C.THIẾT KẾ BÁNH LÁI.

I.LỰA CHỌN THÔNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH LÁI.

1.Chọn loại bánh lái.

Dựa vào kết cấu,tuyến hình vùng đuôi tàu:kiểu đuôi bán tuần dương-có ky

Dựa vào sự bố trí chân vịt sau tàu với các kích thước,khoảng cách thõa mãn

Ta chọn loại bánh lái cân bằng hai gối một chốt.

L=86,5(m):Chiều dài tàu

D=4,77(m):Chiều chìm thiết kế của tàu

m

=1,3÷1,9:Hệ số diện tích bánh lái thống kê cho trong bảng (1.2) đến bảng (1.4) [Sổ tay thiết bị tàu thủy-Tập 1]

Ta có:

2 bl

86,5.4,77

100

Diện tích nhỏ nhất của bánh lái:được tính theo công thức (1-9)-STTBTT-Tập 1-Tr 15.

2 min

p=1:Hệ số(bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt)

q=1:Hệ số(đối với các tàu không phải tàu kéo)

Ta có:

2 min

Vậy ta chọn diện tích bánh lái: Abl=7,3(m2)

b.Chiều cao bánh lái.

Dựa vào kết cấu tuyến hình vòm đuôi,ta chọn chiều cao bánh lái: h bl =2,7 (m 2 ).

=2,7 (m)

d.Hệ số kéo dài.

bl bl

h b

λ =

=1

Chọn sơ bộ profin bánh lái kiểu NACA 0015.

Tọa độ thực của profin được tính theo công thức 1-19 và 1-20 (STTBTT-T1-Trang 24)

0,15:Chiều dày tương đối của profin

-b : Chiều rộng của profin

Bảng tọa độ profin bánh lái:

II.TÍNH TOÁN LỰC THỦY ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN BÁNH LÁI.

+ωr=0,8.ω0=0,256:Hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh lái

C

=0,75:Hệ số béo thể tích

+z=1:Số chân vịt

+V=CB.Lđntk.B.d=0,75.89,3.13,41.4,77=4284(m3):Thể tích chiếm nước của tàu

=0,195

Fr≤0,2 nên ∆ω

=0

p=2,365.2,7=6,39(m2):là phần diện tích bánh lái bị bao phủ bởi dòng nước do chân vịt đạp ra.

B B

D

π

=

.2, 444

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

-+

=0,6

Trong đó: k=f( CV

x D

)=1,2:Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách tương đối

từ đĩa thiết bị đẩy đến mép trước bánh lái và đường kính của chong chóng.(Tra đồ thị)

Ta có: CV

x D

=

2442440

=0,1 , nên k=1,2

b.Lực & momen thủy động tác dụng lên bánh lái.

Trong bảng 11-3 sách STKTĐT-Tập 1/Trang 705 đã cho ta biết các hệ số thủy động lực của profin đối xứng NACA có λ

0 8,56 17,3 25,8 34,1 41,30,3

0,60,91,21,5

0

Bảng tính lực & momen thủy động tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến.

Tâm áp lực

Px Pt

Tâm quay P

Pn Py

Vs

1.2.Tàu chạy lùi.

1,1):Hệ số kể đến ảnh hưởng của thân tàu đến bánh lái

b Lực & momen thủy động tác dụng lên bánh lái.

Quá trình tính toán lực & momen thủy động cho tàu chạy lùi tương tự như tàu chạy tiến,chỉkhác các thông số đưa vào là tính cho tàu chạy lùi và Mσ = M’σ=Pn.l

Bảng tính lực & momen thủy động tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy lùi.

2.Theo quy phạm.

2.1.Tàu chạy tiến.

a.Lực tác dụng lên bánh lái.

Lực FR tác dụng lên bánh lái (N) khi tàu chạy tiến và chạy lùi được dùng làm cơ sở để xác định các kích thước cơ cấu bánh lái.(QP 2B/21.1.2)

Với: Λ được tính theo công thức sau,nhưng không cần lớn hơn 2.

2

t

h A

Λ =

=

2

2,77,3

=1Với h=2,7(m):Chiều cao trung bình của bánh lái

At=7,3(m2):Diện tích bánh lái

+K2=1,1:Hệ số,phụ thuộc kiểu profin bánh lái(xem bảng 2B/21.1.1)

+K3=1,15:Hệ số,phụ thuộc vị trí của bánh lái,theo quy định:

K3=0,8:Với bánh lái nằm ngoài dòng chảy sau chân vịt

K3=1,15:Với bánh lái nằm trong dòng chảy sau chân vịt

K3=1:Với các trường hợp khác

b.Momen xoắn tác dụng lên trục lái.

Momen xoắn TR tác dụng lên trục lái của bánh lái kiểu B và C tương ứng khi tàu chạy tiến

và lùi được tính theo công thức sau:

rmin=0,1b=0,27(m)Với: b=2,7(m):Chiều rộng trung bình của bánh lái

α=0,33:Khi tàu chạy tiến

e:Hệ số cân bằng bánh lái,tính theo công thức sau:

f A A

=0,226Với: Af:Phần diện tích bánh lái nằm phía trước của đường tâm trục lái(m2)

A:Diện tích bánh lái(m2)

2.2.Tàu chạy lùi.

a.Lực tác dụng lên bánh lái.

Lực FR tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy lùi

FR=K1K2K3132AVa2=1.0,8.1,15.132.7,3.5,52=26817(N)

Với: Va=0,5.V=5,5(HL/h)

K2=0,8:Hệ số,khi tàu chạy lùi

b.Momen xoắn tác dụng lên trục lái.

+A=7,3(m2):Diện tích bánh lái.

+KP1=:Hệ số vật liệu tôn bánh lái,như quy định ở 21.1.1-2

=1Với: +

+e=1,00:Nếu

y

σ ≤235(N/mm2)+β

:Được xác định theo công thức sau:

giá trị nhỏ hơn

+a=0,81(m): Khoảng cách các xương đứng hoặc các xương nằm,lấy giá trị lớn hơn

2.Xương bánh lái.

-Chiều dày xương bánh lái:chiều dày t1 của xương bánh lái phải không nhỏ hơn 8mm hoặc 70% chiều dày của tôn bánh lái

Chọn t1=10( mm)

-Chiều dày xương đứng có thể lấy bằng (1,1÷

1,25) chiều dày tôn mạn bánh lái,chọn chiều dày t2= 12 (mm)

-Chiều dày tôn nắp và đáy bánh lái không nhỏ hơn

1,2 lần chiều dày tôn mạn bánh lái,thông thường lấy

-Khoảng cách giữa các xương đứng: lấy không quá 1,2 lần khoảng sườn vùng đuôi tàu,đối với tàu nhỏ lấy không quá 600 (mm).Chọn khoảng cách bằng 630 (mm)

-Khoảng cách chuẩn từ xương đứng tạo nên cốt bánh lái đến xương đứng lân cận phải không lớn hơn 1,5 khoảng cách của các xương nằm

Theo sổ tay kỹ thuật tàu thủy chọn loại sống bánh lái như hình vẽ.

4.Cốt bánh lái.

-Vì khoảng cách từ đường tâm quay bánh lái đến mép trước của bánh lái a=610 (mm) lớn hơn chiều dày lớn nhất của profin bánh lái tmax=400 (mm),nên ta dùng 2 xương đứng đặt cách nhau một khoảng =400 (mm) thay thế cho trục lái

-Cốt bánh lái phải liên tục và không bị khoét (STKTTT-T1/Tr 91)

-Chiều rộng mép kèm của cốt bánh lái bằng 0,2 lần chiều dài cốt bánh lái,chọn chiều rộng b=540 (mm)

-Modun chống uốn của tiết diện và diện tích tiết diện bản thành của cốt phải sao cho ứng suất uốn,ứng suất cắt và ứng suất tương đương không được lớn hơn các giá trị dưới đây:

+Ứng suất uốn(ứng suất pháp):

110

b m k

m k

σ = σ + τ =

=120 (N/mm2) (QP2B/21.1.6-3-(3))-Chiều dày cốt bánh lái có lấy bằng (1,8÷

2,0) lần chiều tôn mạn bánh lái,chọn sơ bộ chiều dày cốt bánh lái t4= 20 (mm)

5.Thanh lập là.

-Chiều dày thanh lập là:t5=10 (mm)

-Chiều rộng thanh lập là bằng khoảng (3÷

4) lần chiều dày tôn mạn bánh lái,lấy bằng 60(mm)

-Quy cách lỗ khoét tôn: 30 x 60 (mm) cách nhau 100 (mm)

6.Ống luồn dây.

Dùng để luồn dây nâng bánh lái trong trường hợp hư hỏng hoặc sữa chữa

Ta chọn ống thép có đường kính ngoài bằng 100(mm),thành ống dày 12(mm).

7.Tính toán sơ bộ trọng tâm bánh lái.

x G

IV.TÍNH TOÁN TRỤC BÁNH LÁI.

A.THEO LÝ THUYẾT.

1.Tải trọng tác dụng lên trục lái.

-Lực thủy động Pn gây uốn trục

-Lực tác dụng của secto lái P gây uốn trục

-Trọng lượng trục gây kéo.

-Mômen thủy động gây xoắn trục

Khi tính sơ bộ ban đầu,ta cho Pc=0

Coi trục như một dầm tựa trên 3 gối,chịu tác dụng của lực thủy động Pn ,Momen uốn Mbl

do trọng lượng bánh lái gây ra

Sơ đồ tính:

Với Pn=223830 (N)

Pc=0

Các khoảng cách L1,L2 và L3 như hình vẽ

Giải bài toán dầm ta có:

Biểu đồ lực cắt:

Biểu đồ momen:

Từ kết quả phần mềm xuất ra,ta có:

Trong đó: Gbl=5,9.Abl=43070 (N):Trọng lượng bánh lái tính sơ bộ.

r=bbl-a-xG=0,48 (m):Cánh tay đòn

Giải bài toán dầm ta có:

Biểu đồ lực cắt:

Biểu đồ momen:

Từ kết quả phần mềm xuất ra,ta có:

Momen tổng cộng tại các gối:

3.Tính sơ bộ đường kính trục lái.

Trục lái chịu lực kéo do trọng lượng bản thân và trọng lượng bánh lái gây ra

Chọn sơ bộ đường kính trục lái d=260 (mm)

-Trọng lượng sơ bộ của bánh lái [CT (1-132)-STTBTT]:

Gbl=5,9.Abl=43070 (N)-Trọng lượng sơ bộ của trục lái [CT (1-133)-STTBTT]:

Gtl=0,785d2ρ(htl+1)=13 (kN)

41,4455 kN.m

Trong đó: d=0,26 (m):đường kính trục lái

ρ =7800 (kg/m3)=78 (kN):trọng lượng riêng vật liệu làm trục

htl=2 (m):chiều dài trục lái

-Biểu đồ momen xoắn do lực thủy động tác dụng lên trục:

56,07 kN

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

Kiểm tra bền cho trục:

-Ứng suất pháp lớn nhất do uốn gây ra:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất pháp do lực dọc trục gây ra:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất tương đương:

4.Tính chọn sơ bộ máy lái.

Máy lái được chọn phải tạo ra momen lớn hơn momen thủy động lớn nhất và momen do

Trong tính toán sơ bộ,ta cho đường kính trục tại các gối như nhau,sau đó sẽ kiểm tra lại

=0,26 (m):Đường kính trong của ổ

i

µ:Hệ số ma sát của ổ

=0,8:Hệ số ma sát của ổ.(Ma sát giữa thép với đồng thanh)

Momen ma sát tại gối thứ nhất

1 0,5 1 1 1

ms

=0,5.0,8.0,26.134179=13955 (N.m)

=0,8:Hệ số ma sát của ổ.(Ma sát giữa thép với đồng thanh)

Momen ma sát tại gối thứ hai

2 0,5 2 2 2

ms

=0,5.0,015.0,26.67987=133 (N.m)Với: 2

-Chọn ổ trượt đỡ chặn kín nước với đường kính trong D=230 (mm)

-Chiều dày của secto lái=250 (mm)

-Từ đó chọn sơ bộ khoảng cách L4=560 (mm).

Chọn lại máy lái điện thủy lực có xy lanh lắc (bảng 1-53).

Với các thông số:

+Momen xoắn: Mmax=100 (kN.m)

+Đường kính trục lái tại secto:d=250 (mm)

2 2

+Chiều cao secto =250 (mm)

Từ kết quả phần mềm xuất ra,ta có:

Biểu đồ momen:

Từ kết quả phần mềm xuất ra,ta có:

Kiểm tra bền cho trục:

Chọn sơ bộ đường kính trục lái d=260 (mm)

-Trọng lượng sơ bộ của bánh lái:

Gbl=20,28 (kN)-Trọng lượng sơ bộ của trục lái [CT (1-133)-STTBTT]:

Gtl=0,785d2ρ(htl+1)=12,4 (kN)

41,4455 kN.m

Trong đó: d=0,255 (m):đường kính trục lái

ρ =7800 (kg/m3)=78 (kN):trọng lượng riêng vật liệu làm trục

htl=2 (m):chiều dài trục lái

-Biểu đồ momen xoắn do lực thủy động tác dụng lên trục:

32,68 kN

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

Kiểm tra bền và chọn tiết diện mặt cắt cho trục:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất pháp do lực dọc trục gây ra:

d

(kN/m2)-Ứng suất tương đương:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất pháp do lực dọc trục gây ra:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất tương đương:

-Ứng suất pháp lớn nhất do uốn gây ra:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất pháp do lực dọc trục gây ra:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất tương đương:

-Ứng suất pháp lớn nhất do uốn gây ra:

d

(kN/m2)-Ứng suất pháp do lực dọc trục gây ra:

M

d

(kN/m2)-Ứng suất tương đương:

-Ứng suất pháp lớn nhất do uốn gây ra:

3

1750370

u x

M

d

(kN/m2)-Ứng suất pháp do lực dọc trục gây ra:

d

(kN/m2)-Ứng suất tương đương:

6.Kiểm tra máy lái.

Momen thủy động lớn nhất:

41, 4455

Mσ =

(kN.m)Momen ma sát tại các ổ đỡ:

Công thức tính momen ma sát tại các gối đỡ [CT(1-157)-STTBTT-T1/trang 115]

0,5

ms i i i

M =∑ µd P

(N.m)Trong đó: i

P

:Phản lực tại ổ(N)

i d

:Đường kính trong của ổ(m)

i

µ:Hệ số ma sát của ổ

=0,8:Hệ số ma sát của ổ.(Ma sát giữa thép với đồng thanh)

Momen ma sát tại gối thứ nhất

1 0,5 1 1 1

ms

=0,5.0,8.0,26.126726=13179 (N.m)Với: 1

=0,8:Hệ số ma sát của ổ.(Ma sát giữa thép với đồng thanh)

Momen ma sát tại gối thứ hai

2 0,5 2 2 2

ms

=0,5.0,8.0,25.350000=35000(N.m)Với: 2

=0,8:Hệ số ma sát của ổ.(Ma sát giữa thép với đồng thanh)

≥ 98,56 (kN.m)

Vậy máy lái đã chọn thõa điều kiện làm việc.

B.THEO QUY PHẠM.

-Đường kính phần trên trục lái du để truyền mô men xoắn phải được xác định sao cho ứng suất xoắn không lớn hơn 68/KS (N/mm2).Đường kính phần trên của trục lái có thể được tính theo công thức sau:

-Nếu tiết diện ngang của phần dưới của trục lái có dạng tròn thì đường kính d1 của trục lái

có thể được tính theo công thức sau:

 +   =

 

Trong đó:

M=63600(N.m):Momen uốn tại tiết diện đang xét của phần dưới trục lái

TR=41445,5(N.m):Momen xoắn tác dụng lên trục lái

V.Ổ ĐỠ VÀ MỐI NỐI.

δ =9

270

1.Ổ đỡ phía trên trục lái.

-Chọn kiểu ổ trượt đỡ chặn-kín nước

-Kết cấu như hình vẽ

-Chiều dày bạc 32

5,23

dC +

=δ

=9,17 (mm)Chọn δ =10

(mm)

-6 vòng tét kín nước bằng sợi vải

tấm cao su,tiết diện ngang 18x18(mm)

dC +

=δ

=9,79 (mm)Chọn δ =10

(mm)

-5 vòng tét kín nước bằng sợi vải

tấm cao su,tiết diện ngang 28x28(mm)

3.Chốt bánh lái.

-Đường kính chốt bánh lái: d0=150(mm)

-Chốt bánh lái kiểu bu lông côn có phần côn trên bánh

lái,chiều dài phần côn lK

≤

d0,chọn lK=150(mm)-Độ côn=1:10->đường kính đầu nhỏ de=135(mm)

-Đường kính đỉnh ren:dg

≥0,65d0=97,5Chọn dg=115(mm)

-Chiều cao êcu: hn

≥0,6dg=69(mm)Chọn hn=70(mm)

-Đường kính ngoài của êcu:dn

≥1,2de

180 200

-Chiều cao êcu: hn

≥0,6dg=96(mm)Chọn hn=100(mm)

-Đường kính ngoài của êcu:dn

≥1,2de

hoặc 1,5dg,lấy giá trị lớn hơn,chọn dn=300(mm)

Then:

Then tại mối nối côn

-Nhiệm vụ của then là truyền momen xoắn từ máy lái đến bánh lái thông qua trục lái.-Chiều dài then lT=(0,8÷

=119(cm2)Chọn ứng suất chảy của then σCH

=350(kG/cm2)

->bT=3,7(cm),chọn bT=40(mm)

-Chiều cao then lấy bằng nữa chiều rộng của then: hT=0,5bT=20(mm)

Then tại secto

Dựa vào bảng 7-23 sách Thiết kế chi tiết máy(Nguyễn Trọng Hiệp) chọn then bằng có thông số như sau:

-Chiều dài: lThen=250 (mm)

VI.KIỂM TRA ĐỘ BỀN CỐT BÁNH LÁI.

Chiều dày tôn mép kèm và cốt bánh lái lấy bằng 20(mm)

Mô đun chống uốn cần thiết của cốt bánh lái.

Mu W

σ

(cm3)Với: max

Kiểm tra modun chống uốn của cốt bánh lái.

21

∑

∑

=15,52(cm) +Zmax=22,98(cm)+J=

Vậy kết cấu cốt bánh lái có thể thay thế cho trục lái.

Kiểm tra ứng suất uốn,ứng suất cắt & ứng suất tương đương:

-Momen uốn lớn nhất tác dụng lên bánh lái: Mmax=153371000(N.mm)

-Lực cắt lớn nhất tại vị trí đó: Qx=126726(N)

σ =

=

1533710006268000

=25(N/mm2)

=

3.2

x Q F

=

3 126726