Bài giảng thiết bị mặt boong nguyễn thái vũ

2- Thiết bị lái dùng bánh lái chủ động để tăng tính quay trở của tàu, nhất là khi tàu chạy ở tốc độ thấp, đây là loại bánh lái mà người ta lắp thêm vào nó một chân vịt phụ.. Các bộ phận

PHẦN 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI

1 Tổng quan

1.1 Nhiệm vụ của thiết bị lái

1.1.1 Tính ăn lái của tàu và nhiệm vụ của thiết bị lái

Tính ăn lái của tàu thủy là khả năng chuyển động của nó theo ý muốn của người lái.

Điều đó có nghĩa là con tàu phải có khả năng chuyển động theo hướng thẳng cũng

như phải có khả năng thực hiện các loại quay trở cần thiết Vì vậy tính ăn lái bao gồm hai lĩnh vực chính liên hệ mật thiết với nhau là tính ổn định hướng và tính quay trở Tính ổn định hướng: là khả năng giữ hướng đi của tàu mà không có sự tham gia giữ hướng của người lái hoặc chỉ với góc nghiêng bánh lái rất nhỏ.

Tính quay trở: là khả năng thay đổi hướng đi về một phía bất kỳ của tàu.

Qua định nghĩa trên ta thấy tính ổn định hướng và tính quay trở là hai khái niệm tương phản Một con tàu có tính ổn định hướng tốt thì sẽ có tính quay trở tồi và ngược lại còn tàu có tính quay trở tốt thì tính ổn định hướng sẽ xấu Do đó nhà thiết kế có nhiệm vụ dung hòa các mâu thuẫn đó, phải nhấn mạnh những đặc tính nào cần thiết nhất đối với con tàu cần thiết kế.

Tính ăn lái của tàu phụ thuộc rất nhiều vào kích thước (L,B) và hình dáng thân tàu, nhất là phần đuôi Tính ăn lái cũng phụ thuộc rất nhiều vào những bộ phận ổn định cố

định như ky hông, ky đuôi… vào độ lớn và số lượng chân vịt cũng như vị trí đặt chúngtrên tàu

Nhiệm vụ của thiết bị lái là đảm bảo tính ăn lái của tàu bằng cách tạo ra momenquay làm quay tàu quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu

1.1.2 Quá trình quay vòng của tàu

Quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu khi quay bánh lái đi một góc  và giữ nguyên bánh lái ở vị trí đó gọi là đường quay vòng của tàu.

Quá trình quay vòng của tàu gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1 : Là giai đoạn quay lái Bánh lái từ vị trí nằm trong mặt phẳng đối

xứng của tàu được quay đi một góc α (gọi là góc quay lái) Áp lực thủy động P tácđộng lên bánh lái tăng dần thành phần P2của P ngược với chiều quay lái và làm tàudạt sang ngang Thành phần P1 của P hướng ngược chiều tiến của tàu sẽ làm giảmvận tốc của tàu Momen Mt = P.l bắt đầu làm quay mũi tàu theo chiều quay lái Lựcđẩy của chân vịt PCVbị đổi hướng, đẩy tàu đi lệch khỏi hướng đi trước lúc quay lái

Giai đoạn 2 : Là giai đoạn chuyển động quá độ Bánh lái được giữ cố định ở gócα.Tàu quay dần dần quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu Góc giữa mặt phẳng đốixứng của tàu và hướng vận tốc chuyển động của trọng tâm tàu gọi là góc lệch hướngβ.Gócβtăng đếnβmaxcòn đường kính quay vòng quá độ D giảm dần đến giá trị Dmin

Giai đoạn 3 : Là giai đoạn chuyển động xác lập, bắt đầu từ lúc góc lệch hướngβvàđường kính quay vòng D đạt được giá trị cố định, kéo dài đến chừng nào bánh lái cònđược giữ ở góc quay lái α Trọng tâm tàu chuyển động trên một đường tròn đường

Đối với tàu cá: D=(4÷6).L

Đối với tàu vận tải và các tàu khác : D=(6÷8).L

Hình 1.1 Quá trình quay vòng tàu

min

1.2 Các loại thiết bị lái và các bộ phận chủ yếu của thiết bị lái

1.2.1 Các loại thiết bị lái

1- Thiết bị lái dùng bánh lái là loại thiết bị lái đơn giản và phổ biến nhất Bánh lái

có dạng tấm phẳng hoặc tấm có profin lưu tuyến Khi tàu chạy thẳng bánh lái nằmtrong mặt phẳng đối xứng của tàu hoặc song song với mặt phẳng đó

2- Thiết bị lái dùng bánh lái chủ động để tăng tính quay trở của tàu, nhất là khi tàu chạy ở tốc độ thấp, (đây là loại bánh lái mà người ta lắp thêm vào nó một chân vịt phụ.)

3- Thiết bị lái dùng đạo lưu quay: Đạo lưu quay là một ống có profin lưu tuyến đặt bao quanh chân vịt Ngoài tác dụng lái tàu, đạo lưu còn là một bộ phận của thiết bị

đẩy, có tác dụng cải thiện chất lượng đẩy của chân vịt

Ngoài các thiết bị lái kể trên, còn có thiết bị lái kiểu phụt nước: trên tàu ống phụt,người ta dùng thiết bị điều khiển dòng để tăng tính quay trở của tàu, lùi tiến màkhông cần thay đổi chế độ làm việc của máy chính

1.2.2 Các bộ phận chính của thiết bị lái

Thông thường thiết bị lái gồm các bộ phận chính sau :

• Bánh lái (hoặc đạo lưu quay) trực tiếp chịu áp lực thủy động để lái tàu.

• Trụ lái là phần của sống đuôi tàu, có các bản lề để lắp bánh lái.

• Trục quay bánh lái hoặc đạo lưu quay (gọi tắt là trục lái ) truyền momen lái từ máy lái tới làm quay bánh lái hoặc đạo lưu quay.

• Máy lái là bộ phận tạo lực lái Máy lái: gồm có nguồn động lực (ở máy lái điện là

động cơ điện, ở máy lái thủy lực là cụm động cơ điện – bơm thủy lực và động cơ

thủy lực, ở máy lái tay là vòng tay lái…), hệ truyền động (ở máy lái điện là hộp giảm

tốc, cặp bánh răng, xectơ và cần lái, ở máy lái thủy lực là các đường ống thủy lực và

cần lái, ở máy lái tay là dây lái và vòng cung lái…), hệ điều khiển.

• Các thiết bị an toàn tín hiệu: Thiết bị chỉ góc quay lái, thiết bị giới hạn góc

Hình 1.2 Bánh lái chủ động

với chân vịt lái phụ

1.gối đỡ dưới; 2.bánh lái;

3.ống đạo lưu; 4.đường trục

chân vịt lái phụ; 5.trục lái;

6.động cơ điện quay chân vịt

lái; 7.máy lái; 8,10.mấu lắp

ráp; 9.ổ đỡ chịu lực

1.3 Phân loại bánh lái và đạo lưu quay

1.3.1 Phân loại bánh lái:

1 Theo cách liên kết giữa bánh lái và vỏ tàu :

- Bánh lái đơn giản (kiểu I,III): là bánh lái có ít nhất một gối đỡ ở phía trên và một gối đỡ ở phía dưới bánh lái Ngoài ra có thể thêm các gối trung gian.

- Bánh lái nửa treo (kiểu II): là bánh lái có nữa phần dưới làm việc như một đoạn côngxôn.

- Bánh lái treo (kiểu IV): là bánh lái liên kết với vỏ tàu qua các gối của trục lái.

2 Theo vị trí bánh lái so với đường tâm quay :

- Bánh lái cân bằng : là bánh lái có đường tâm quay chia bánh lái thành hai phần.

Momen quay do áp lực thủy động tác dụng lên phần sau sẽ được cân bằng bởi áp lựcthủy động tác dụng lên phần trước

- Bánh lái không cân bằng : là bánh lái có đường tâm quay nằm sát cạnh trước của bánh lái Momen do áp lực thủy động tác dụng lên bánh lái sẽ truyền hoàn toàn lên

trục lái

- Bánh lái bán cân bằng: là bánh lái có phần dưới nhô ra phía trước trục lái gây ra đối trọng.

3 Theo số chốt liên kết : gồm bánh lái một chốt và bánh lái nhiều chốt.

Các bánh lái đơn giản và bánh lái nửa treo có thể liên kết với sống đuôi tàu bằngmột hay nhiều chốt bản lề

Hình 1.3 Các loại bánh lái

Bánh lái Bánh lái đơn giản Bánh lái nữa treo Bánh lái treo

Một chốt Hai chốt Nhiều chốt

Một chốt Hai chốt Trụ lái rời

Một chốt Hai chốt

Hình 1.4 Sơ đồ phân loại

bánh lái

2.3.2 Phân loại đạo lưu quay

Đạo lưu quay được phân loại như sau:

1- Theo dạng cánh ổn định:

- Đạo lưu quay có cánh ổn định cố định

- Đạo lưu quay có cánh ổn định quay được

2- Theo chiều dài tương đối của đạo lưu Lđl:

- Đạo lưu ngắn Lđl= (0,5÷0,6)D

- Đạo lưu dài Lđl= (0,7÷0,9)D

3- Theo hình dạng đạo lưu:

- Đạo lưu không đối xứng trục: Đạo lưu không đối xứng trục có 2 kiểu : không đối xứng theo chiều dày profin và không đối xứng theo dạng profin Chiều dày profin phía

trên của đạo lưu được làm lớn hơn ở phía dưới để gia cường chỗ liên kết với trục lái.Đạo lưu quay không đối xứng trục có tác dụng làm giảm dao động của vỏ tàu, phânđều tải giữa phần trên và phần dưới chân vịt, đồng thời giảm tải dao động do chân vịttruyền vào trục chân vịt

2.4 Bố trí bánh lái, đạo lưu quay trên tàu :

2.4.1 Các kiểu bố trí

Tàu một chân vịt có các kiểu bố trí sau:

Kiểu 1 : Bánh lái đặt sau chân vịt trong mặt phẳng đối xứng của tàu

Kiểu 2 : Bánh lái đặt sau đạo lưu cố định trong mặt phẳng đối xứng của tàu

Kiểu 3 : Đạo lưu quay có cánh ổn định quay

Kiểu 1 và 3 thường được sử dụng phổ biến

Tàu hai chân vịt có các kiểu bố trí sau :

Kiểu 1 : Một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng

Kiểu 2 : Mỗi chân vịt một bánh lái

Kiểu 3 : Hai bánh lái tiến đặt sau hai bánh lái lùi đặt trước từng chân vịt

Đạo lưu quay

Hình 1.5 Ống đạo lưu quay

a) loại thường; b) loại treo

Kiểu 4 : Mỗi chân vịt có một đạo lưu cố định và một bánh lái đặt sau đạo lưu.

Kiểu 5 : Mỗi chân vịt có một đạo lưu cố định và chung một bánh lái đặt trong mặtphẳng đối xứng

Kiểu 6: Hai đạo lưu quay đồng bộ có cánh ổn định, một bánh lái đặt trong mặt phẳngđối xứng

Kiểu 7 : Hai đạo lưu có cánh ổn định quay độc lập

Kiểu 1 được dùng đầu tiên nhưng không phổ biến Kiểu 2 tốt hơn được dùng cả ở tàubiển và tàu nội thủy Kiểu 3 ít dùng Tàu có đạo lưu quay dễ bị đảo lái khi tàu đổi chiềuchạy Kiểu 6 nhằm khắc phục nhược điểm đó Đặt bánh lái ở mặt phẳng đối xứng giữa haiđạo lưu quay trên các tàu sông – biển và tàu nội thủy (với góc bẻ lái lớn gấp 1,5 lần gócquay của đạo lưu) cải thiện được tính ổn định hướng, tính ăn lái khi tàu chạy theo quán tínhvà khi tàu đổi chiều chạy Kiểu 7 làm tăng tính cơ động của tàu ở mọi tốc độ tiến và lùi, bốtrí lái kiểu này có đặc tính thủy động vượt hẳn các kiểu bố trí lái khác

Ngoài ra còn có các kiểu bố trí tới 2-3 bánh lái sau mỗi chân vịt cả ở tàu một vàhai chân vịt Ví dụ kiểu bố trí 3 bánh lái quay đồng bộ phổ biến ở các tàu sông TâyÂu Công suất để quay 3 bánh lái này chỉ bằng 1/3 công suất quay một bánh lái códiện tích bằng tổng diện tích của 3 bánh lái Hai bánh lái bên đặt trong dòng đẩy.Bánh lái giữa đặt trong mặt phẳng đối xứng ngoài dòng đẩy của chân vịt

2.4.2 Các yêu cầu đối với vị trí bánh lái

Bánh lái phải nằm trong dòng đẩy của chân vịt Hệ số tải của chân vịt là phần diện

tích bánh lái nằm trong dòngđẩy của chân vịt, hệ số nàycàng lớn thì hiệu quả củabánh lái càng cao

Khoảng cách a giữa méptrước của bánh lái và mépcánh chân vịt không nhỏ hơn0,3m khi chiều dài tàu bằng120m (đo cách trục chân vịtmột khoảng 0,7.Rcv- Rcvbánkính chân vịt) Nếu chiềudài tàu lớn hoặc nhỏ hơn120m thì khoảng cách atương ứng tăng hoặc giảm0,025m ứng với một đoạn15m thay đổi chiều dài Trị số a càng nhỏ thì dao động của vùng đuôi tàu càng tăng

Khi tàu toàn tải, bánh lái phải ngập hoàn toàn trong nước Khoảng cách lớp nước phía trên bánh lái b không nhỏ hơn 0,25 h b1 (tàu sông - biển) và 0,125 h b1 (tàu chạy trong hồ),

trong đó hb1là chiều cao bánh lái Tàu sông cấp “C” và “D” mặt trên bánh lái có thể cao hơn đường nước chở hàng khoảng (0,05-0,1) h nhưng không quá 350mm.

Hình 1.7 Yêu cầu đối với vị trí bánh lái

Mặt dưới bánh lái cân bằng và nữa cân bằng không được thấp hơn mép dưới cánhchân vịt (c>0).

Ở tàu có tốc độ trung bình, trục quay của bánh lái phải vuông góc với mặt phẳng cơbản của tàu và nằm trong mặt chứa đường tâm quay của chân vịt

Ở tàu cao tốc hai chân vịt, bánh lái nên đặt dịch sang phía mạn nếu chân vịt cóhướng quay ra ngoài và đặt dịch vào giữa nếu chân vịt có hướng quay vào trong Khiđó bánh lái sẽ không rơi vào vùng xoáy

Khi quay hết lái sang một bên mạn, mép sau bánh lái không được vượt ra ngoàigiới hạn chiều rộng tàu

Nếu bánh lái treo cân bằng được hàn với trục lái thì chiều cao bánh lái phải chọnsao cho có thể tháo được bánh lái khi sửa chữa

2.4.3 Chọn kiểu thiết bị lái

a chọn kiểu thiết bị lái

Kiểu bánh lái phụ thuộc điều kiện sử dụng tàu và lượng dãn nước của tàu Loại

bánh lái có hiệu quả cao mà công suất lái thấp nhất là bánh lái kiểu cân bằng đơngiản Bánh lái cân bằng thường dùng trên các tàu hàng trọng tải lớn Trên những tàuđó nếu dùng bánh lái không cân bằng thì công suất máy lái sẽ rất lớn

Về đặc tính thủy động, kiểu bánh lái nửa treo kém kiểu bánh lái cân bằng đơn giản.

Tuy nhiên bánh lái kiểu treo ít bị hư hỏng hơn khi tàu qua các luồng lạch cạn hoặc khibánh lái va đập với các vật khác Ngoài ra dùng bánh lái nửa treo ổ dưới của trục láinhỏ, do đó ở những tàu lớn công nghệ chế tạo sẽ đơn giản hơn Bánh lái nửa treođược dùng rộng rãi trên các tàu một chân vịt, đặc biệt là các tàu cỡ trung bình

Bánh lái cân bằng nửa treo và bánh lái không cân bằng được dùng nhiều trên các tàu hàng một chân vịt cỡ trung bình và nhỏ ( 600≤DW ≤800 tấn) Các tàu này thường chạytuyến ven biển, luồng lạch cạn, rất cần những thiết bị lái có độ tin cậy cao ít hư hỏng

Đạo lưu quay được dùng để cải thiện chất lượng đẩy của chân vịt, đồng thời để tạo lực lái, đảm bảo tính ăn lái của tàu Do đó khi chọn phương án và tính toán thiết kế

đạo lưu quay cần chú ý thỏa mãn cả hai công dụng nói trên

Hệ số lực đẩy: 1 2 4

.n D

P K

M K

cv



=

Trong đó: ncv-số vòng quay của chân vịt (V/S)

D-đường kính chân vịt (m);ρ-mật độ của nước (kg/m3)

b Chọn số lượng bánh lái

Số lượng bánh lái phụ thuộc kiểu tàu, đặc trưng hình học, số trục chân vịt, yêu cầuđối với tính ăn lái và độ tin cậy của cụm thiết bị lái – đẩy

Các tàu biển chở hàng không bị giới hạn chiều chìm thì thiết bị đẩy một chân vịt là hiệu quả nhất Khi đó thiết bị lái là một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng.

Vì lực ngang của bánh lái cho ta mô men quay tàu tỷ lệ thuận với bình phương tốcđộ dòng chảy ở bánh lái, vì vậy bánh lái phải đặt trong dòng sau chân vịt Do đó tàunhiều chân vịt thường có nhiều bánh lái.

Ngoài những điều kiện thủy động học, những yếu tố kết cấu cũng có những ýnghĩa quan trọng (đặt máy lái)

Ưu điểm chủ yếu của hệ thống lái – đẩy dùng đạo lưu quay

Ưu điểm

Với các tàu có hệ số công suất của chân vịt B cv40, đạo lưu làm tăng hiệu suất đẩy của chân vịt (có thể lên tới 40%) Theo số liệu thống kê ở các tàu có hệ số lực đẩy của chân

vịtδcv≥ 2,5 dùng đạo lưu là chắc chắn có lợi vì tăng được hiệu suất đẩy Các tàu cóδcv

nhỏ (δcv< 1) dùng đạo lưu quay chỉ làm giảm hiệu suất đẩy của chân vịt Bảng thống kêsau đây cho hệ số công suất Bcvvà hệ số lực đẩyδcvcủa chân vịt ở một số loại tàu

Bảng 1.1 Bảng thống kê hệ sốδcvvà Bcv

Tàu hàng một chân vịt

Tàu ven biển

Tàu dầu

Tàu đánh cá

Tàu kéo

1,0÷2,52,5÷4,02,5÷5,04,0÷8,08,0

15÷35

35÷60

35÷70

60÷10080

Các tàu có chiều chìm nhỏ (tàu ven biển, tàu nội thủy, tàu sông - biển) thường cóhệ số công suất của chân vịt khá cao Do đó trên các tàu này thường bố trí đạo lưuquay phối hợp thích đáng với tuyến hình đuôi tàu

Các tàu kéo hiện nay hầu hết dùng đạo lưu quay

Đường kính tối ưu của chân vịt có đạo lưu giảm đi khoảng 10% so với đường kínhchân vịt không có đạo lưu

Thiết bị lái dùng đạo lưu tạo được lực nâng thủy động lớn hơn khoảng 40% so vớilực nâng của bánh lái có cùng diện tích hình chiếu đứng

Tăng tính cơ động của tàu ở những vùng nước chật hẹp khi tàu chạy ở tốc độ thấp, nhất là đối với cácloại tàu kéo, đẩy cần có tính cơ

động cao Đặc biệt trên tàu hai

chân vịt có hai đạo lưu quay

độc lập, phối hợp hai đạo lưu

có thể cho tàu chạy dạt ngang

hoặc quay tàutại chỗ

Dễ tháo lắp chân vịt

Trọng lượng và giá

thành hệ chân vịt – đạo

lưu quay nhỏ hơn trọng

lượng và giá thành hệ

chân vịt – đạo lưu cố định – bánh lái.

Trên hình 1.8 cho biết các phạm vi hợp lý dùng đạo lưu Vùng hợp lý để dùng đạolưu là vùng mà đường cong hiệu suất đẩy của chân vịt không có đạo lưu (1) nằm dướiđường cong hiệu suất đẩy của chân vịt có đạo lưu (2), (3)

Nhược điểm

Thể tích chiếm chỗ của hệ chân vịt – đạo lưu quay lớn hơn hệ chân vịt - bánh lái(đường kính cửa vào của đạo lưu lớn tối ưu lớn hơn đường kính tối ưu của chân vịtkhông đạo lưu khoảng 3÷4% với cùng hệ số Bcv)

Kết cấu không chắc chắn bằng đạo lưu cố định, bánh lái nhiều chốt

Dễ làm kẹt chân vịt khi các ổ chặn của đạo lưu và trục lái bị mòn

Độ cứng thấp, dễ bị dao động cục bộ

Khó chế tạo hơn bánh lái, độ chính xác chế tạo và lắp ráp cao hơn bánh lái

Hình 1.9 Vị trí các đạo lưu quay khi hai chân vịt làm việc ngược chiều nhau

a) Quay vòng: 1,2 quay phải (1) và quay trái (2) khi tàu tiến bằng một đạo lưu; 3,4.quay trái (3) và quay phải (4) khi tàu tiến bằng hai đạolưu; 5,6 quay trái (5) vàquay phải (6) khi tàu lùi bằng hai đạo lưu

b) Quay tàu tại chỗ: 7,8 quay đuôi sang phải (7) và sang trái (8) bằng hai đạo lưu;quay đuôi sang phải (9) và sang trái (10) bằng một đạo lưu; 11,12 quay mũisang trái (11) và sang phải (12) bằng hai đạo lưu

c) Dạt ngang: 13,14 cho tàu dạt sang trái (13) và sang phải (14) bằng hai đạo lưu

3 Tính toán thiết bị lái:

3.2 Đặc tính mô men cản trên trụ lái

Đặc tính mô men cản trên trụ lái là đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa mô men cản trên trụ lái với góc bẻ láithay đổi trong vùng từ (-max+max):

Mδ=f(δ)Mô men cản trên trụ lái không chỉ phụ thuộc vào góc bẻ lái δ mà còn phụ thuộcvào tốc độ của tàu, vào hướng di chuyển của tàu theo chiều chạy tiến hay lùi

Mô men cản trên trụ lái được hình thành bởi lực tác dụng của dòng nước lên bánh

lái trong quá trình bẻ lái Vì vậy, cần khảo sát các lực tác dụng của dòng nước lên bánh lái khi đưa bánh lái ra khỏi mặt phẳng đối xứng của tàu.

3.2.1 Lực tác dụng lên bánh lái

Ta giả thiết tàu đang chạy tiến với tốc độ Vt Khi đó, dòng nước được xem như đangchuyển động theo chiều

ngược lại với vận tốc tương

tự Nếu ta quay bánh lái ra

khỏi mặt phẳng đối xứng

một góc δthì dòng nước sẽ

tác dụng lên bánh lái một

lực Lực này có thể được

xem là tổng hợp của các

lực thành phần do dòng

nước tác dụng lên bánh lái

trong quá trình bẻ lái

Ta phân tích lực này

thành hai thành phần:

T- song song với mặt phẳng bánh lái, là thành phần lực ma sát trượt, tạo ra sự màimòn bề mặt bánh lái

N- vuông góc với mặt phẳng bánh lái, là thành phần chính gây ra mômen cản trêntrụ lái trong quá trình bẻ lái Ta tiếp tục phân tích N thành hai thành phần Nxvà Ny

Nx- là thành phần song song với mặt phẳng đối xứng của tàu và có chiều ngượcvới chiều chuyển động của con tàu Do vậy, đây là thành phần lực cản, làm giảm tốcđộ của con tàu

Hình 1.10 Lực tác dụng của dòng nước lên bánh lái



Tại trọng tâm G của con tàu ta đặt một cặp đối lực NY1và NY2( bằng nhau về giátrị và bằng NY) Ta nhận thấy: NYvà NY1tạo thành một cặp ngẫu lực Chúng sẽ tạo ramômen quay tàu khi thực hiện lệnh bẻ lái.

NY2vuông góc với mặt phẳng đối xứng của tàu và hướng ra phía ngoài của vòngquay trở Lực này sẽ tạo ra góc dạt của con tàu

Mômen quay tàu khi ta quay bánh lái ra khỏi mặt phẳng đối xứng một góc δ đượctính theo công thức:

cos 2

2 2

L N b L N

Trong đó: L- chiều dài của con tàu;

b- chiều rộng của bánh lái Trong tính toán ta thường bỏ qua thành phần b/2 vì

b≈(0,01÷0,02)L

Ta cần lưu ý rằng, lực tác dụng của dòng nước lên bánh lái sẽ tăng lên cùng với sựtăng lên của góc bẻ lái Tuy vậy thành phần NYlại tỷ lệ với cosδ, do đó NY sẽ tăngdần và đạt cực đại trong vùngδ=(0÷36o) sau đó NYsẽ giảm dần (hình 1.10) Điều đócó nghĩa là mômen quay tàu không những không tăng mà còn giảm đi khi góc bẻ láivượt quá góc lái từ khoảng (35o ÷ 36o) trở đi Chính vì vậy, ở tất cả các hệ thống lái,người ta thường giới hạn góc lái tối đa trong khoảng từ (30o÷35o)

Mômen tải trên trụ lái được tính theo biểu thức:

Mδ= N.bd

Trong đó: bd- cánh tay đòn của lực, là khoảng cách từ điểm đặt của lực tới trục của trụ lái

3.2.2 Những quy ước về dấu:

Góc bẻ lái thuận là góc khi quay bánh lái từ mặt phẳng đối xứng ra mạn Trong

trường hợp này góc lái được coi là giá trị dương (0÷+δmax)

Góc bẻ lái ngược là góc lái khi quay bánh lái từ mạn về mặt phẳng đối xứng của tàu Trong trường hợp này góc lái được coi là có giá trị âm (-δmax÷0)

Mô men cản trên trụ lái Mδ được coi là mang dấu (+) nếu nó có chiều ngược vớichiều chuyển động của bánh lái (cản trở chuyển động của bánh lái) Mδ được coi làmang dấu (-) nếu nó có chiều trùng với chiều chuyển động của bánh lái (hổ trợchuyển động của bánh lái)

3.2.3 Dạng của đặc tính mômen cản trên trụ lái:

Dạng của đặc tính mômen cản trên trụ lái phụ thuộc vào kiểu bánh lái, hướngchuyển động của con tàu và chiều bẻ lái

Bằng thực nghiệm, người ta đã thu được dạng của đặc tính mômen cản trên trụ láinhư trên hình vẽ 1.11

Nhánh đặc tính nằm trên góc phần tư thứ nhất và thứ ba ứng với khi tàu chạy tiến(đường liền nét) Nhánh đặc tính nằm trên góc phần tư thư hai và thứ tư ứng với khitàu chạy lùi Khi tàu chạy tiến, nếu bẻ lái từ mặt phẳng đối xứng ra mạn (góc bẻ láitừ (0÷+δmax), lực tác dụng của dòng nước lên bánh lái gây ra mômen cản có chiềuchống lại chiều chuyển động của bánh lái, vì thế Mδ mang dấu dương Nếu bẻ lái từmột mạn nào đó về mặt phẳng đối xứng của tàu ( góc bẻ lái -δmax ÷ 0), mômen cản

trên trụ lái hổ trợ cho chuyển động của bánh lái, vì thế Mδ mang dấu âm Phân tíchtương tự như trên, khi tàu lùi, với góc bẻ lái dương (0 ÷ +δmax) mômen cản Mδ mangdấu âm và ngược lại.

Từ dạng đặc tính thu được ta có nhận xét: Với cùng một góc bẻ lái như nhau, giá trịcủa mômen cản trên trụ lái khi tàu lùi lớn hơn khi tàu tiến Điều này được giải thíchnhư sau: khi tàu

tiến, do chân vịt

quay tạo thành

những dòng xoáy,

dòng nước tác động

lên bánh lái tạo

thành các phản lực

có phương khác

nhau (do dòng nước

không đồng nhất)

Tổng hợp các phân

lực này chính là lực

tác dụng lên bánh

lái trong quá trình bẻ lái Hợp lực trong trường hợp này sẽ nhỏ hơn hợp lực khi tàu lùibởi vì khi tàu lùi, bánh lái chịu tác động của dòng nước đồng nhất, không có các dòngxoáy do chân vịt gây ra Nhận xét này có ý nghĩa thực tiễn: người sử dụng nên hạnchế góc bẻ lái tối đa khi tàu lùi vì dễ gây ra quá tải cho hệ thống lái

Qua đặc tính thu được ta nhận thấy dạng đặc tính khi tàu lùi cũng giống như bánhlái không có phần bù Tuy nhiên, khi tàu tiến dạng đặc tính của chúng có sự khácnhau Khi góc bẻ lái nhỏ (0 ÷ δ1), mômen Mδ mang dấu âm khi bẻ lái theo chiềuthuận và ở vùng (-δ1 ÷ 0), mômen Mδlại có dấu dương khi bẻ lái theo chiều ngược.Có hiện tượng trên là do có tác dụng của phần bù của bánh lái

Khi góc bẻ lái còn nhỏ, thành phần vuông góc với bánh lái của lực tác dụng dodòng nước tác động lên phần bù của bánh lái lớn hơn so với phần chính (ở phần chínhlực tác dụng chủ yếu là thành phần song song với mặt phẳng bánh lái) Do vậy, khi bẻlái thuận, mômen cản trên trụ lái có chiều hổ trợ chuyển động của bánh lái nên mangdấu âm Khi bẻ lái ngược mômen cản trên trụ lái có chiều cản trở chuyển động củabánh lái nên mang dấu dương

4 Tính toán hình học - thủy động thiết bị lái

4.1 Xác định các thông số hình học của bánh lái:

4.1.1.Các khái niệm quy ước chung:

1 Diện tích bánh lái Abl : Là diện tích mặt cắt đối xứng dọc của bánh lái Đối với

bánh lái hình chữ nhật s=h.l-trong đó h là chiều cao bánh lái, l chiều dài của bánh lái

2 Hệ số diện tích bánh lái µ: là tỷ số giữa diện tích bánh lái với chiều dài đường nước thiết kế và chiều cao mớn nước thiết kế Giá trịµđược tra trên bảng 2.2

3 Chiều cao bánh lái là h: Là khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất của

Hình 1.11.Dạng đặc tính mômen cản trên trụ lái

a) Bánh lái đơn giản; b) Bánh lái có phần bù

4 Diện tích phần cân bằng của bánh lái Acb: Là phần diện tích của bánh lái tính từ đường tâm quay đến cạnh trước bánh lái

5 Diện tích trụ lái Atl: Là diện tích hình chiếu của trụ lái lên mặt phẳng đối xứng của tàu.

6 Chiều rộng bánh lái bbl: đối với bánh lái hình chữ nhật chiều rộng bánh lái làkhoảng cách từ cạnh trước đến cạnh sau của bánh lái; đối với bánh lái không có dạngchữ nhật thì chiều rộng bánh lái bbllà chiều rộng trung bình tính theo công thức:

bl

bl bl

8 Diện tích hệ bánh lái và trụ lái Ak: Ak=Abl+Atl

9 Chiều rộng hệ bánh lái và trụ lái bk:

bl

k k

bl

b

A A

h b

k k k bl k

bl k

b

A A

h b

Hình 1.12 Các thông số hình học của bánh lái

a) bánh lái đơn giản cân bằng; b) Bánh lái nữa treo;

c, d) Bánh lái đơn giản không cân bằng;

1.prôfin bánh lái; 2.trụ lái treo; 3.trụ lái; 4.prôfin trụ lái; 5.prôfin trụ lái treo

12 Hệ số cân bằng của bánh lái K :

Trong đó Acb- diện tích phần cân bằng của bánh lái

13 Hệ số đối trọng R− : là tỷ số

18 profin không đối xứng: là profin mà đường dây cung chia chiều dày e thành hai đoạn

y t và y d khác nhau Profin bánh lái thường là đối xứng Profin đạo lưu không đối xứng.

18 Profin lưu tuyến: là profin mà khi cho một dòng chảy chảy qua profin theo hướng song song với dây cung thì profin không tạo xoáy trong dòng chảy.

Bảng 2.2 Hệ số diện tích bánh lái

• Một chân vịt tốc độ trung bình

• Một chân vịt tốc độ nhanh

• Hai chân vịt một bánh lái

• Hai chân vịt hai bánh lái

4 Tàu ven biển các loại

5 Tàu kéo và đẩy

• Biển

• Sông

6 Tàu cá

7 Tàu sông

• Tàu chở hàng

• Canô, xuồng máy

• Phà tự hành

2.0-2.5 1.5-2.5 1.4-2.0 1.6-20.2 1.3-2.0

1.4-1.9 1.7-2.2

1.7 -2.2 1.4-2.0 2.3-3.0

3.0-6.0 6.3-13.0 2.5-4.5

3.0-7.0 4.0-6.0 2.5-4.0

4.1.2 Phương pháp xác định các thông số hình học

1 Chiều cao bánh lái hbl: việc tính chọn tùyï thuộc tuyến hình phần đuôi tàu

2 Diện tích bánh lái Abl:

- Chọn theo tàu mẫu có tính ăn lái tốt

- Chọn theo công thức số liệu thống kê (không có tàu mẫu)

100

LT

A bl =

∑ (m2) (*)Trong đó: L : Chiều dài giữa hai đường vuông góc của tàu (m)

T : Chiều chìm của tàu khi đầy tải (m)

µ: Hệ số diện tích bánh lái thống kê (tra bảng)

ΣAbl: Tổng diện tích các bánh lái của tàu

Khi không có tàu mẫu hoặc không có số liệu thống kê thì µ có thể tính chọn theocông thức của G.V Xôbôlep:

3 6 , 2

023 , 0

−

B

L



Trong đó: L-chiều dài tàu (m)

B-chiều rộng tàu (m)

δ-hệ số béo thể tích của tàu

Khi chọn µ cần chú ý: tăng diện tích bánh lái thì đường kính quay vòng giảm khigóc quay lái lớn và đường kính quay vòng tăng khi góc quay lái nhỏ; diện tích khốiđặc đuôi ảnh hưởng rất lớn đến tính quay trở của tàu, tăng diện tích khối đặc đuôi ảnhhưởng rất lớn đến tính quay trở của tàu, tăng diện tích khối đặt đuôi đường kính quayvòng tăng rất nhanh Hệ số µ của bánh lái nằm ngoài dòng đẩy của chân vịt lớn hơnbánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt; hệ số µ của tàu hàng, tàu khách lớn hơncủa tàu dầu; tàu nội thủy và tàu sông-biển thường có diện tích bánh lái lớn hơn tàubiển Tóm lại diện tích bánh lái có ảnh hưởng rất lớn đến tính ăn lái của tàu, khi xácđịnh nó phải chú ý đến các đặc điểm cụ thể của tàu: vị trí bánh lái, số chân vịt, loạitàu, kết cấu vùng đuôi tàu, luồng lạch

Diện tích bánh lái đã chọn phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức:

=

75

150 75 , 0 100

.

min

L

T L q p

trong đó: L-chiều dài tàu (m)

T-chiều chìm tàu (m)P-hệ số, bằng 1,2 nếu bánh lái không đặt trực tiếp sau chân vịt bằng 1,0nếu bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt

q=1,25 đối với tàu kéo, q=1 đối với các loại tàu khác.

Nếu bánh lái đặt trực tiếp sau trụ lái thì tổng diện tích ∑A bl xác định theo côngthức (*) gồm diện tích bánh lái + diện tích trụ lái Ak khi đó diện tích bánh lái nóiriêng không được nhỏ hơn 0,8Amin

3 Hệ số kéo dàiλ: hệ số kéo dàiλ=0,5÷3,0 tùy theo kết cấu vùng đuôi tàu

Chú ý: Diện tích bánh lái có ảnh hưởng đến tính ăn lái của tàu vì vậy nên chọn theotàu mẫu

* Hệ số kéo dàiλ:λ= 0,5 –3,0

* Tùy theo kết cấu của vòm đuôi tàu λ tăng bảo đảm hiệu quả lái tốt ở cả gócquay lái nhỏ

* Chiều dày của prôfin t : t = (0,12 – 0,25)bbl

* Hệ số cân bằng k : thông thường k = 0,25 – 0.35

4.3 Tính toán đặc tính thủy động học của bánh lái:

Khi tính toán lực và momen bánh lái, chúng ta ứng dụng những định luật của cơ học chất lỏng Theo các định luật ấy, khi bánh lái đặt dưới 1 góc α so với vectơ tốc độdòng chảy vs, sẽ xuất hiện lực L thẳng góc với vectơ đó (gọi là lực nâng) và lực D(lực cản) có chiều trùng với chiều của vectơ tốc độ (hình 1.13)

Lực tổng hợp của L và D bằng: R= L2 +D2

Tổng hợp lực R có thể phân ra 2 hợp lực sau:

- Lực thẳng góc N = L.cosα+ D.sinα và

- Lực tiếp tuyến T = L.sinα- D.cosα

Các lực ấy được đặt tại tâm

áp suất K và gây momen với

cạnh dẫn là : M = N.e

Trong đó : N – lực thẳng

góc với Prôfin

e – khoảng cách tâm áp

suất tính từ cạnh dẫn

Giá trị của những lực đó

phụ thuộc vào những đặc điểm

hình học của bánh lái, tốc độ,

mật độ, môi trường chảy và trị

số Re Trong đó giá trị Re ảnh

hưởng rất lớn đến giá trị của

lực nâng L

Hình 1.13 Lực và mô men được hình thành

Tâm áp lực từ cạnh dẫn: bl

n

C

C

e= (với Cn= CLcosα +CDsinα)

Từ hình vẽ ta có khoảng cách tâm áp lực cách trục quay : b a

C

C a e

Trong đó: a- khoảng cách từ tâm quay của bánh lái đến cạnh dẫn

Mtđ>0 nếu cản bánh lái quay từ mặt phẳng đối xứng của tàu sang phía mạn

Các lực L, D và momen thủy động M được biểu diễn bằng các công thức sau:

Lực nâng:

2

2

bl bl L

v A C

=

Lực dọc:

2

2

bl bl D

v A C

=

Mô men thủy động:

2

2

bl bl bl m td

v b A C

=

Trong đó: CL, CD, Cm là những hệ số không đơn vị được xác định qua thí nghiệmtrong các ống khí động học Bảng 11.3 cho ta giá trị của các hệ số ấy đối với prôfinNACA có hệ số kéo dài λ=0.6 và tương ứng với các hệ số mỏng của cánh là: 0,06;0,09; 0,12; 0,15; 0,18

Mục đích của việc tính toán thủy động thiết bị lái là xác định trị số lực thủy động R và M td để chọn máy lái, tính toán bền thiết bị lái (cụm bánh lái, chọn dây lái…).

Momen lái trên trục lái được tính:

M1= KoMtd+ Mms (KNm)

Ko= 1,2÷1,3 hệ số kể đến lượng tăng momen lái khi quay lái ngược

Mms: tổng momen ma sát tại các ổ trục lái và chốt bánh lái

Mms=Σ0,5µidiNi (KNm)

µi= 0,04÷0,14 hệ số ma sát

di: đường kính tính toán trong các ổ

Ni: phản lực tại các ổ

Các hệ số thủy động lực của profin đối xứng NACA

CL đối với profin NACA có λ =6

-4 -2 0 +4 8 12 16 20 24 30 max với góc

-0,13 0 0,32 0,61 0,80 0,89 0,85 0,83 0,82 - -

-0,15 0 -0,32 0,61 0,91 1,20 1,04 0,90 0,81 1,78 (18 0 )

0,30 - 0 +0,30 0,61 0,91 1,20 1,43 1,12 0,90 1,52 (22,2 0 )

-0,3 - 0 +0,30 0,61 0,91 1,19 1,40 1,20 0,90 1,53 (22,5 0 )

-0,13 0 +0,30 0,61 0,89 1,14 1,42 1,30 0,95 1,50 (22,5 0 )

-Cm đối với profin NACA có λ =6

-4 -2 0 +4 8 12 16 20 24 30 max với góc

-0,03 0 0,08 0,15 0,20 0,30 0,27 0,26 0,245 - -

-0,04 0 -0,08 0,15 0,225 0,30 0,33 0,345 0,341 1,42 (18 0 )

0,075 - 0 +0,075 0,15 0,225 0,30 0,36 0,36 0,355 0,38 (22,5 0 )

-0,075 - 0 -0,075 0,15 0,225 0,30 0,36 0,36 0,335 0,38 (22,5 0 )

- 0 +0,075 0,15 0,22 0,185 0,36 0,375 0,34 0,375 (22,5 0 )

-CD đối với profin NACA có λ =6

-4 -2 0 +4 8 12 16 20 24 max

0,005 0,008 0,017 0,039 0,15 0,26 0,32 0,395 -

0,010 0,008 0,017 0,032 0,060 0,098 0,27 0,39 -

-0,018 0,012 0,010 0,018 0,037 0,059 0,098 0,14 0,32 0,40

0,018 0,015 0,010 0,019 0,037 0,059 0,098 0,140 0,279 0,38

0,015 0,015 0,018 0,036 0,060 0,098 0,141 0,24 0,40

-Ý nghĩa của ký hiệu NACA:

1 Số 0 đầu tiên cho biết hệ số cong của cánh = 0

e f

2 Số 0 tiếp theo tỷ lệ chiều dài e chỗ cong nhất đến cạnh dẫn so với chiều dàicánh = 0

l e

3 Hai số sau là biểu hiện độ mỏng của cánh

l

g (ví dụ 15 có nghĩa là = 0 , 15

l

Đối với profin đối xứng, hai số đầu tiên luôn bằng không

4.4 Trình tự tính toán thiết bị lái :

a Xác định Ablvà các thông số hình học bánh lái

b Tính toán thủy động học bánh lái

c Tính toán cụm bánh lái:

• Tính toán trục lái : Trục cong, trục thẳng

• Tính toán trụ lái

• Tính chọn các ổ đỡ, chốt trên, dưới (N) (áp lực)

• Tính toán trục lái + bánh lái

d Tính toán truyền động lái (máy lái):

• Lực cần thiết để quay hình quạt lái

• Lực căng dây lái trước hộp số lái (Máy lái)

• Tính chọn dây lái:

• Tính chọn công suất động cơ điện

• Momen quay tại đĩa xích máy lái

• Số vòng quay của vôlăng lái

2 Tính năng và kết cấu của một số hệ thống lái (máy lái)

Máy lái : - Nguồn động lực : Điện, thủy lực, tay

-Hệ truyền động : Hộp số, ròng rọc, cáp, xích, xéc tơ

-Hệ điều khiển: tự động, có sự tham gia của người lái

2.1.Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu máy lái :

2.1.1.Nhiệm vụ máy lái

Máy lái có nhiệm vụ: tạo ra lực để quay bánh lái (hoặc đạo lưu quay) một góc 

cần thiết trong một thời gian t quy định và giữ bánh lái (đạo lưu quay) cố định ở góc quay đó.

Máy lái có hai bộ phận chính là nguồn động lực và hệ truyền dẫn lực lái từ nguồn động lực đến trục lái.

2.1.2.Phân loại

a- Theo công dụng : Máy lái chính, máy lái phụ, máy lái sự cố

b- Theo nguồn năng lượng : Máy lái tay, máy lái điện, máy lái thủy lực

c- Theo hệ truyền dẫn lực lái:

- Máy lái dây (máy lái tuốc-tô) : Là máy lái dùng dây xích, cáp để truyền lực lái Máy lái dây chỉ truyền động bằng tay, dùng trên các tàu nhỏ.

- Máy lái trục (máy lái cac-đăng) : Là máy lái truyền lực lái bằng hệ các trục cac-đăng nối liên tiếp với nhau Máy lái trục chỉ truyền động bằng tay.

- Máy lái quạt : (máy lái séctơ) : Là máy điện hoặc máy lái tay truyền lực qua hộp giảm tốc và cặp bánh răng hình quạt lái.

- Máy lái xylanh thủy lực : Là máy lái điện - thủy lực, truyền lực lái từ bơm đến trục lái bằng hệ thống các ống dầu và động cơ thủy lực.

- Palăng lái : Là hệ thống các palăng bắt vào các tời kéo hoặc tời chằng buộc trên boong tàu để quay bánh lái.

2.1.3.Các yêu cầu cơ bản đối với máy lái

a- Chiều quay của vòng tay lái phải trùng với chiều quay của bánh lái, tàu.

b- Máy lái chính phải đảm bảo quay lái từ mạn này sang mạn kia được liên tụctrong khoảng thời gian không dưới 10 phút khi tàu tiến toàn tốc Đối với tàubiển, thời gian quay lái từ 35o mạn này sang 35o mạn kia không quá 28 giây.Đối với tàu nội thủy thời gian quay bánh lái từ 35o mạn này sang 35o mạn kiakhông quá 30 giây (cũng trong lúc tàu tiến toàn tốc)

c- Máy lái phụ phải đảm bảo quay bánh lái liên tục từ mạn này sang mạn kia liêntục trong khoảng thời gian không dưới 10 phút và thời gian quay lái từ 20omạnnày sang 20o mạn kia không quá 60 giây trong lúc tàu chạy tiến với tốc độbằng ½ tốc độ tiến toàn tốc lớn nhất của tàu (không dưới 7 hải lý / giờ)

d- Máy lái sự cố đảm bảo quay được bánh lái từ mạn này sang mạn kia khi tàuchạy tiến với tốc độ không dưới 4 hải lý / giờ

e- Máy lái chính có thể là máy lái tay nếu những điều kiện ở mục b có thể thựchiện được bởi một người lái với lực đặt vào tay cầm của vòng tay lái không quá120N (12Kg) đối với tàu nội thủy và 160N đối với tàu biển, và vòng tay láiquay không quá 25 v/p khi quay hết lái từ mạn này sang mạn kia

f- Máy lái phụ có thể là máy lái tay nếu đường kính trục lái không quá 230 mm (đối

được bánh lái từ 20omạn này sang 20omạn kia trong khoảng thời gian không quá

60 giây bởi 4 người quay vòng tay lái, lực do mỗi người đặt trên tay cầm của vòngquay tay lái không quá 160N Nếu các điều kiện nêu ở mục e, f không được thỏamãn thì máy lái chính (phụ) phải có động cơ điện, thủy lực…

g- Trên tàu phải có ít nhất một máy lái chính và một máy lái phụ Bố trí máy láisự cố trên boong chính khi cả máy lái chính và phụ đều nằm hoàn toàn hoặcmột phần dưới đường nước chở đầy của tàu Cả 3 máy lái phải làm việc độc lậpvới nhau Thời gian chuyển từ máy lái chính sang máy lái phụ không quá 2phút Có thể không đặt máy lái phụ nếu :

- Đối với tàu khách máy lái chính gồm 2 tổ hợp máy, mỗi tổ hợp có thể độclập thực hiện các yêu cầu đối với máy lái chính

- Đối với các loại tàu khác, máy lái chính gồm hai tổ hợp máy, mỗi tổ hợpcó thể độc lập thực hiện các yêu cầu đối với máy lái phụ và khi hai tổ hợplàm việc chung thì thỏa mãn các yêu cầu đối với máy lái chính

h- Máy lái pa lăng chỉ có thể dùng làm máy lái phụ hoặc sự cố trên các tàu tựhành (dung tích không quá 500 tấn đăng ký) và trên các tàu không tự hành

- Nếu palăng lái có thể nối vào các tời chằng buộc ở gần nó thì palăng đóđược xem như là một lái máy phụ có động cơ, các tàu có máy lái điện, thủylực thì không dùng palăng lái

i- Các máy lái có động cơ phải có thiết bị phanh, giữ được bánh lái ở vị trí đãđịnh khi bánh lái chịu tác động của ngoại lực do sóng nước tác động

Các máy lái tay (trừ palăng lái) phải tự hãm được

j- Trong thiết bị lái phải có thiết bị bảo vệ quá tải cho thiết bị Momen quá tảitrên trục lái bằng 1,5 lần momen tính toán Máy lái chính chỉ cần lò xo giảmchấn Máy lái phụ không cần bảo vệ quá tải

k- Tải trọng tính toán của bộ truyền động lái và ứng suất cho phép được quy địnhtrong mục 4.1/chương 4/ sổ tay thiết bị tàu thủy Mômen ma sát Mmstại các ổ trục:

∑

M 0 , 5  (N.m)trong đó: Pi-phản lực tại ổ (N)

di-đường kính trong của ổ (m)

µi-hệ số ma sát của ổl- Trong thiết bị lái cần có bộ phận giới hạn cơ khí để giới hạn góc quay lái vềmỗi mạn khi đến giá trị cực đạiαmax.Thường αmax =36,5o Đối với máy lái taythì α =35o Các máy lái có động cơ chỉ quay góc lái đến 35o, bánh lái ngừngquay trước khi chạm vào bộ phận cơ khí

m- Ba máy lái độc lập (chính, phụ, sự cố) hoặc hai tổ hợp máy của máy lái chínhcó các bộ phận chung như cần lái, quạt lái

Đối với các máy lái đặt trên tàu nội thủy, các yêu cầu nói trên có một số điểmkhác biệt như sau:

- Mọi loại tàu nội thủy phải có cả máy lái chính và phụ Tàu cấp A phải cóthêm pălăng lái Điều khiển máy lái chính và phụ đều từ buồng lái

- Trong các trường hợp sau không đặt máy lái phụ:

+ Tàu có từ hai máy lái chính trở lên và có các máy lái chính độc lập.

+ Tàu có các chân vịt độc lập ở hai mạn

+ Tàu có máy lái điện thủy lực gồm có hai tổ máy bơm độc lập

+ Tàu có máy lái chính là máy lái tay

- Máy lái chính và phụ phải tự hãm được và cần không quá hai người cùng quay tay lái

2.2 Các loại máy lái

2.2.1.Máy lái trục (máy lái các đăng)

Máy lái trục truyền lực lái từ cụm vòng tay lái tới trục lái bằng hệ các hệ trục nhỏ nối liên tiếp với nhau qua các khớp chữ thập Máy lái trục thường được dùng làm máy lái sự cố.

Do kết cấu, máy lái trục làm việc êm, tin cậy hơn máy lái dây Thường máy láiđược dùng khi momen lái không quá 4KN.m và đường kính trục lái không quá 110mm.Chiều dài mỗi đoạn trục không quá 3÷4m

Khớp cac-đăng có hai loại chạc dày và chạc mỏng Mỗi khớp cac-đăng cho phép các

đoạn trục được nghiêng với nhau tới 30o, nhưng

trong việc bố trí người ta rất tránh nghiêng

Xen giữa các đoạn trục có các khớp bù

Hành trình công tác của khớp thường vào

khoảng 70mm

Các cặp bánh răng nón dùng để thay đổi

hướng truyền một góc 90o Ở đầu ra của hộp

giảm tốc trục vít (2) là một bánh răng trụ nhỏ,

bánh răng trụ (9) này ăn khớp với vành răng

của hình quạt lái Khi cần thiết có thể nâng

bánh răng trụ đó lên để cắt rời hình quạt lái

Hình 1.14 Khớp nối của máy lái trục.

a) Khớp chữ thập có chạc dày; b) Khớp chữ thập có chạc mỏng; c) Khớp bù

tác dụng tự hãm nhưng làm giảm hiệu suất truyền động Nếu trong máy lái có lắpphanh thì có thể thay cặp bánh vít trục vít bằng cặp bánh răng nón để tăng hiệu suất.Vòng tay lái có kết cấu như hình vẽ bên Đối với các tàu lớn có thể dùng hai vòngtay lái ở một đầu cho một máy lái, giữa hai bệ lái nối với nhau bằng một cặp bánh răngnón và ly hợp răng Vòng tay lái thường làm bằng gỗ (có thể bằng thép), tay quay cóthể đặt trong hay ngoài vòng lái Để quay nhanh vòng lái khi tải nhỏ, người ta đặt tayquay vuông góc với mặt phẳng của vòng tay lái (gập lại được).

Đường kính tính toán D của vòng tay lái từ (700÷1200) mm Momen xoắn cho phép từ(0,08÷0,3) KNm Lực : 120÷160 N

2.1.2.Máy lái dây

Là máy lái dùng phổ biến trên các tàu cá cỡ nhỏ (90 400) CV và một số xà lan tự hành.

Hình 1.16 Máy lái trục

1.bệ vòng tay lái; 2.vòng tay lái; 3.cặp bánh răng nón; 4.khớp bù; 5.ổ trục; 6.trục chữ thập; 7.khớp chữ thập; 8.cặp bánh vít-trục vít; 9.hình quạt lái;

10.cần lái; 11.lò xo.

Máy lái dây gồm có các bộ phận chính sau :

a Dây lái

Người ta bố trí dây lái trên tàu sao cho có ít chỗ ngoặt nhất Hai loại dây lái thườngdùng là dây cáp và xích khâu ngắn Dùng dây cáp có ưu điểm là truyền động khôngồn Còn xích thì có ưu điểm là tuổi thọ lớn hơn cáp và có thể thay thế các mắt xích bịhỏng nhưng có trọng lượng lớn và có tiếng ồn khi quay lái

b Máng dẫn hướng

Xích lái được dẫn hướng bằng các máng dẫn hướng Để giảm tiếng ồn máng được làmbằng gỗ có nắp đậy Tại các chỗ chuyển từ boong này sang boong khác, xích lái được dẫnhướng bằng các ống thép có đường kính ống bằng 7 lần cỡ xích Chiều rộng máng dẫnhướng bằng (2 ÷3) lần chiều rộng xích Chiều dày máng gỗ từ (30 ÷ 50)mm, máng sắtkhoảng (2÷3) mm

c Con lăn dẫn hướng

Dùng để dẫn hướng dây lái, con lăn kép dùng để dẫn hướng xích lái Các con lănđược đặt lồng trong máng dẫn hướng và cách nhau khoảng (2 ÷3) m Mặt đỡ của conlăn nhô lên khỏi mặt máng không quá (2÷3) cỡ xích

Hình 1.17 Máy lái dây

1.Hình quạt lái 5.Thiết bị căng xích

2.Puli dẫn hướng nằm ngang (Trục đứng) 6.Máy lái (Hộp số lái)

3.Puli dẫn hướng thẳng đứng (Trục ngang) 7 Vòng tay lái

4.Xích lái (Dây lái) 8 Lò so giảm chấn

ThS Nguyễn Thái Vũ Trang26

d Puli dẫn hướng (ròng rọc)

Dùng để dẫn hướng dây lái tại các chỗ ngoặc Đường kính puli tính đến tâm dây lái

D=(15÷20) dc đối với cáp và D = (12÷16) dxđối với xích với dclà đường kính cáp và dxlàcỡ xích Đường kính trục puli không nhỏ hơn 2,5 dx Puli có thể đặt thẳng đứng hay nằmngang

Puli đặt đứng có gờ hai bên bằng nhau Puli đặt nằm ngang có thể có đường kínhgờ dưới lớn hơn đường kính gờ trên khoảng (1,5 ÷ 2) dx Giá puli được hàn hoặc bắtbulông vào vỏ tàu

e Thiết bị căng dây lái

Thiết bị này đặt trên mỗi nhánh dây Người ta chọn hành trình của thiết bị căng sao cho chiều dài dây giảm đi một đoạn không nhỏ hơn chiều dài hai mắt xích Thiết bị căng dây phải được hãm chống tự tháo.

Hình vẽ dưới đây là thiết bị căng dây lái, gồm hai bulông ngược hướng ren có đầu hìnhchữ U để nối với xích hoặc đầu khuyên cáp Khung sắt cũng có hai lỗ ren ngược hướng hợpvới bulông, khi vặn khung sắt theo hai hướng khác nhau sẽ cho ta căng hay chùng dây lái

Hình 1.18 a)Con lăn; b,c,d) pu li1.vỏ; 2.puli (con lăn); 3.trục puli; 4.vú mỡ

f Thiết bị giảm chấn

Dùng thiết bị này để giảm lực động trong thiết bị lái khi sóng đánh vào bánh lái và giữ căng dây lái, đảm bảo cho bánh lái hoạt động ngay khi quay vòng tay lái.

Bộ phận chính để giảm chấn là lò xo trụ hay lò xo đĩa, trong trụ lò xo có thể cógiảm chấn cao su khi lực căng trong mỗi nhánh dây lớn hơn 5KN Lò xo giảm chấnđược thiết kế sao cho không bị nén hết khi chịu 7/8 tải trọng thủ của dây lái

Trên một số tàu cá cỡ nhỏ, quạt lái là khối đúc liền không có thiết bị giảm chấn

g Hình quạt lái

Bộ phận chính là vành, moay–ơ và nan hoa Trên vành quạt có hai rãnh để vòng cáp, dây

cáp lái của mạn trái được cố định sang vành phía mạn phải (và ngược lại) bằng bulông Góctâm của hình quạt lái bằng hai lần góc quay lái lớn nhất về một bên mạn Khi tàu đỗ lâuhoặc sửa chữa, thiết bị lái hình quạt lái được hãm bằng chốt hoặc phanh

Chiều cao của moay–ơ bằng đường kính ngoài của moay–ơ : Do= 1,8D với D làđường kính chỗ lắp moay–ơ Lắp moay–ơ quạt lái với đầu trục lái theo chế độ lắpcăng dùng then hình nêm

h Cụm vòng tay lái

Cụm vòng tay lái nói chung bao gồm cả vòng tay lái, bệ lái, tang cuốn cáp hoặc đĩaxích lái, cặp bánh răng…

Trục của vòng tay lái ở một số máy lái dây loại nhỏ có thể là trục của tang kéo cáp

ở bên trong nếu dùng cáp, có thể là trục của đĩa xích

Cụm vòng tay lái còn có đồng hồ có liên hệ cơ khí với vòng tay lái để chỉ góc quaylái

• Ưu điểm nhược điểm của hệ thống lái tay

Ưu điểm

- Máy lái tay đơn giản, dễ chế

tạo, giá thành rẻ

- Vận hành và bảo dưỡng dễ

dàng, không đòi hỏi kỹ thuật

cao của người vận hành, điều

chỉnh đơn giản

- Tính cơ động tương đối cao

- Phù hợp cho các tàu nhỏ, chưa

trang bị máy phát điện Một

số tàu công suất nhỏ hơn

400CV đã có trang bị máy

phát điện vẫn dùng hệ thống lái tay

Hình 1.20 Hình quạt lái

- Máy lái trục để làm lái phụ đủ tin cậy mà trong quá trình kiểm tra lại đơngiản, rẻ tiền.

Nhược điểm

- Công suất của máy lái tay không lớn

- Độ tin cậy không cao vì xích cáp hay bị chùng

- Việc bảo dưỡng và điều chỉnh độ căng xích cáp phải được tiến hành thườngxuyên

- Không có chế độ tự động hành trình

- Lực tác dụng lên vòng tay lái không ổn định vì các bộ phận cơ khí có thể bị kẹt

2.3 Hệ thống lái điện :

Hệ thống lái điện thường dùng máy lái quạt (máy lái xectơ) truyền lực qua hộp giảm tốc và cặp bánh răng - hình quạt lái.

Bộ phận cơ bản của hệ thống lái điện là động cơ điện, hộp giảm tốc và cặp bánhrăng - vành răng Phần truyền động điện có hai kiểu chính:

- Hệ truyền động máy phát - động cơ : Hệ truyền động này tương đối đơn giản và rất tin cậy nên hiện nay khá phổ biến.

- Hệ truyền động động cơ lồng sóc điều khiển bằng công tắc tơ hoặc tay khốngchế Khi đóng ngắt động cơ liên tục (ở chế độ lái tự động) động cơ lồng sóc làmviệc không tin cậy ảnh hưởng chung đến mạng điện tàu Thiết bị điều khiểnbằng công tắc tơ hoặc tay khống chế không đủ tin cậy nên theo quy định củaĐăng kiểm phải có thêm thiết bị điều khiển dự trữ

Máy lái quạt có 4 kiểu kết cấu chính như sau:

Kiểu 1: Máy lái chính gồm động cơ điện, hộp giảm tốc trục vít bánh vít và cặp bánh răng - vành răng Máy lái phụ là máy lái cac-đăng độc lập với máy lái chính Máy lái

kiểu này có thể quay 1 hoặc 2 bánh lái (hình 1.21)

Kiểu 2: Máy lái chính gồm động cơ điện, hộp giảm tốc trục vít, bộ vi sai bánh răng nón vàø cặp bánh răng - vành răng Hộp giảm tốc vi sai có hai cặp bánh vít trục vít,

một cặp phía dưới nối với động cơ điện của máy lái chính, cặp phía trên nối với máylái phụ Bộ vi sai bánh răng nón đặt giữa hai cặp trục vít cho phép máy lái chính hoặcphụ làm việc thay thế nhau không cần thiết bị chuyển đổi do đó tăng độ tin cậy củamáy lái Máy lái phụ có thể là :

+ Vòng tay lái lắp trực tiếp vào đầu trục của trục vít, kiểu này dùng khi momen lái nhỏ.+ Cụm vòng tay lái xích nối với đĩa xích lắp trên trục của trục vít Kiểu nàydùng khi momen lái tương đối lớn, lực lái giảm nhờ bộ truyền xích và cặpbánh răng nón của cụm vòng tay lái

+ Máy cac-đăng lắp vào đầu trục vít của hộp giảm tốc máy lái chính Nhờ trụcchữ thập, cụm vòng tay lái có thể đưa ra ngoài buồng máy lái

+ Máy lái điện (động cơ – hộp giảm tốc) nối qua trục chữ thập với trục vít củahộp giảm tốc máy lái chính

Kiểu 3: Máy lái có hai động cơ điện công suất như nhau nối qua khớp đàn hồi vào hai đầu trục vít của hộp giảm tốc Hai động cơ không làm việc đồng thời, khi một

động cơ sinh công thì động cơ kia quay không để các ổ trượt mòn đều Máy lái kiểunày có thể dùng trên tàu biển, tàu sông – biển hoặc tàu nội thủy để quay một hoặchai bánh lái.

Kiểu 4: Gồm 2 máy lái quạt đơn giống nhau để quay hai bánh lái đặt đối xứng với nhau qua mặt phẳng đối xứng dọc của tàu Trục của hai động cơ điện được nối với nhau

bằng hệ trục chữ thập và khớp điện từ Nhờ có khớp điện từ nên hai động cơ có thểquay đồng bộ cũng như quay độc lập với nhau Kiểu máy lái này có thể không dùngmáy lái phụ nhưng trên các tàu nội thủy, để nâng cao tính cơ động của tàu và tăng độ

an toàn, tại mỗi máy lái đơn có đặt thêm một máy lái phụ kiểu 2 Kiểu máy lái này cóthể quay đồng bộ hai bánh lái hoặc quay riêng rẽ hai bánh lái Nếu một máy lái đơn bịhỏng, máy lái đơn còn lại có thể đảm bảo quay đồng bộ hai bánh lái khi tàu chạy vớivận tốc bằng 0,5 vận tốc tiến lớn nhất Do đó vẫn đảm bảo tính ăn lái của tàu khi mộtmáy lái đơn hỏng Trục nối giữa hai động cơ có thể là trục cứng không có khớp điện từ,khi đó hai bánh lái đã quay đồng bộ mà không quay riêng rẽ được

Hình 1.21 Máy lái kiểu 1

1 Bệ 8 Bộ cảm biến chỉ góc quay lái

2 Khớp nối 9 Hộp giảm tốc trục vít của máy lái tay

3 Hộp giảm tốc bánh răng trụ 10 Hình quạt của máy lái tay

4 Khớp nối 11 Hình quạt của máy lái chính

5 Cái ngắt cuối 12 Hệ trục chữ thập

6 Hộp giảm tốc trục vít – bánh vít.13 Thước đo góc lái

7 Con lăn dẫn hướng 14 Vòng tay lái

2.3.1 Truyền động điện máy lái

Truyền động điện máy lái được dùng để quay lái khi tàu cơ động Ở đây ta nói đếnhệ thống lái điện cơ Trong máy lái bằng điện cơ, cốt lái được qauy nhờ có độgn cơđiện qua một khớp nối cơ giới Khớp nối này thường gồm một cung răng (quạt) gắnvuông góc trên cốt lái và một trục vít được gắn trên trục của động cơ lái và truyềnchuyển động quay của trục cho cung răng qua một bánh răng

Theo quy định của Đăng kiểm một số nước (Liên Xô, Ba Lan, Đức…), thời gian bẻlái từ mạn này sang mạn kia (lái đi được một góc αmax – trong đó αmax là góc bẻ láicực đại về một bên) không quá 30 giây (thường là 27÷ 28 giây), khi tàu chạy tiến vớitoàn bộ tốc độ Độ biến thiên của momen quay của động cơ lái là không đến 200%momen định mức, đồng thời động cơ lái có thể bị dừng lại khi có dòng điện trongvòng một phút mà không bị phát nhiệt quá mức

Ta có thể chia truyền động điện máy lái theo nguyên lý hoạt động của nó ra làm 3 loại : Lái trực tiếp, lái truy theo và lái tự động.

Hình 1.22 Máy lái kiểu 2

1 Động cơ điện máy lái chính

2 Hình quạt lái

3 Vòng tay lái

4 Hộp giảm tốc vi sai

5 Truyền động phanh

6 Cảm biến chỉ góc quay lái

7 Cần lái

8 Cái ngắt cuối

9 Bệ máy

Trong truyền động lái trực tiếp, để chuyển bánh lái sang các vị trí “phải” hoặc

“trái” ta cần phải quay tay lái hoặc vôlăng hoa tiêu ở cần điều khiển về phía thíchhợp nhờ một động cơ lái và giữ nó ở vị trí đó cho đến khi bánh lái đã nằm ở vị trí cầnthiết, sau đó ta sẽ dừng động cơ lái bằng cách trả tay lái hoặc vô lăng lái về vị trí 0 Ởđây góc lệch của tay lái hoặc vô lăng lái không bằng góc lệch của bánh lái Chiều vàgóc lệch của tay lái chỉ phụ thuộc vào chiều và tốc độ bẻ lái Góc lệch của bánh láiđược xác định bằng máy chỉ thị góc bẻ lái

Đối với các máy lái tự động một khi tàu đi lệch khỏi hướng đã định, không cần cósự tham gia của người lái, động cơ lái sẽ tự động hoạt động và bẻ lái Sau khi đưa conthuyền về đúng hướng đi cũ, động cơ lái sẽ dừng lại Truyền động điện của lái tựđộng cũng là dạng truyền động truy theo nhưng không phải dựa theo độ lệch của taylái hoặc tay điều khiển mà dựa theo độ lệch của con tàu so với hướng đi đã vạchtrước Lái tự động công tác chung với la bàn điện hoặc la bàn từ và từ các la bàn màchúng sẽ nhận được tín hiệu hoạt động để bẻ lái Việc sử dụng máy lái tự động đãlàm giảm được rất nhiều số lần bẻ lái, do đó mà làm tăng được tốc độ trung bình củatàu và làm giảm được mức độ tiêu tốn nhiên liệu trong các chuyến đi

Bộ điều khiển truyền động lái trong các hệ thống lái điện cơ người ta dùng các hệthống điều khiển bằng công tắc tơ và điều khiển theo hệ thống máy phát động cơ.Hệ thống điều khiển bằng công tắc tơ trong truyền động cho lái do có một số lượnglớn các tiếp điểm nên hoạt động không chắc lắm so với hệ thống máy phát động cơnên nó thường được dùng cho các hệ thống truyền động điện có công suất nhỏ

Hệ thống máy phát - động cơ ổn định và chắc chắn trong công tác, không đòi hỏiphải chú ý nhiều trong khi vận hành và do đó mà nó được sử dụng rộng rãi Hệ thốngđiều khiển bằng máy phát - động cơ thường có trong lái trực tiếp và lái truy theo

2.3.2 Truyền động điện lái trực tiếp (Trang bị điện tàu)

Hình vẽ 1.23 hệ thống điều khiển bằng máy phát – động cơ của loại lái trực tiếplấy điện của lưới điện một chiều Động cơ ĐK là động cơ tự kích song song quay máyphát kích từ độc lập G, khởi động nhờ điện trở khởi động R

Người ta đấu vào hai đầu của động cơ lai một đèn tín hiệu ĐH1, đèn này sẽ sángkhi động cơ làm việc và nó được đặt ở một ngăn riêng trên bảng phân phối điện chínhmà từ ngăn đó ta cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện máy lái Việc điềukhiển truyền động điện được tiến hành nhờ có trạm điều khiển ĐK và khống chếbằng cách thay đổi chiều và cường độ dòng điện chạy trong mạch cuộn dây kích từđộc lập của máy phát (cuộn dây IKG)

Khi ta đưa điện áp đến cho sơ đồ thì cuộn dây kích từ độc lập IKMcủa động cơ ĐK

M1sẽ được cung cấp qua một điện trở tiết kiệm RTK có nhiệm vụ hạn chế cường độdòng điện kích từ của động cơ không công tác

Khi ta đưa tay gạt của trạm điều khiển về vị trí thứ nhất “phải” :

- Tiếp điểm K5của hộp điều khiển khống chế sẽ đóng và cứ giữ mãi như vậy làmngắn mạch điện trở tiết kiệm RTK (xem bảng đóng mở các tiếp điểm của hộp điềukhiển khống chế) do đó mà dòng điện kích từ và từ thông của động cơ ĐK đạt được trịsố định mức và không thay đổi trong suốt quá trình công tác của động cơ này

Các tiếp điểm K2 và K4 của hộp điều khiển khống chế sẽ đóng và cứ giữ nguyênnhư thế, nhờ đó mà mạch kích từ của cuộn kích từ độc lập của máy phát IKG đượcthông mạch qua các điện trở điều chỉnh r1, r2, r3 trên các cực của máy phát sẽ xuấthiện một điện áp và động cơ lái (động cơ thực hiện) M2bắt đầu quay và đồng thời nósẽ tiến hành việc bẻ lái

Khi ta chuyển tay gạt của trạm điều khiển sang các vị trí tiếp theo thì các tiếp điểm

K6; K7; K8 sẽ đóng và cắt dần các điện trở r1; r2; r3 Lúc này dòng điện kích từ trongcuộn dây kích từ độc lập IKGcủa máy phát sẽ tăng dần và do đó mà điện áp của nótăng lên làm cho tốc độ quay của động cơ lái M2 cũng tăng lên và đến khi tiếp điểm

K8đóng nó sẽ đạt giá trị định mức

Động cơ lái cứ tiếp tục quay với tốc độ định mức cho tới khi bánh lái đạt tới vị trícuối bên phải tức là đạt tới góc lệch max bên phải Lúc này công tắc hành trình KHT2

Hình 1.23 Sơ đồ điều khiển truyền động máy lái trong

hệ thống máy phát- động cơ Lái trực tiếp

sẽ mở ra làm ngắt mạch cuộn kích từ của máy phát và do đó mà điện áp trên các cựccủa nó sẽ biến mất Cuộn dây phần ứng của động cơ lái M2 sẽ không được cung cấpnữa vì nó được nối với cuộn dây phần ứng của máy phát có điện trở nhỏ, còn cuộndây kích từ của động cơ IKM thì đã nhận được nguồn cung cấp định mức từ trước, và

do đó động cơ vẫn tiếp tục quay theo quán tính nên nó sẽ chuyển sang chế độ hãmtrọng lực và do đó hãm lại rất nhanh

Để đưa bánh lái về tâm (về mặt phẳng dọc của tàu) hoặc bẻ nó sang mạn trái tachuyển tay gạt của trạm điều khiển về vị trí thứ nhất “trái” Lúc này các tiếp điểm K1và K3sẽ đóng, làm cho chiều của dòng điện trong cuộn dây kích từ độc lập của máyphát sẽ thay đổi ngược lại cực tính của điện áp ở trên hai đầu của máy phát cũng thayđổi ngược lại do đó động cơ lái M2sẽ đảo chiều quay

Khi chuyển tay gạt sang các vị trí tiếp theo các tiếp điểm K6, K7và K8 sẽ đóng vàtốc độ quay của động cơ lái M2sẽ tăng dần và cuối cùng khi K8 đóng sẽ đạt tới trị sốđịnh mức Tay gạt của trạm khống chế vẫn để tại vị trí cần thiết cho đến khi bánh láiđã đạt được yêu cầu mà ta quan sát được nhờ máy chỉ thị góc lái, và sau đó ta sẽ trảnó về vị trí ban đầu

Vị trí của bánh lái được chỉ thị bằng các đèn tín hiệu Khi bánh lái nằm trên mặtphẳng cắt dọc của tàu đèn trắng ĐT sẽ bật sáng, khi nó chuyển động về bên phải thìđèn xanh ĐX sẽ bật sáng và khi nó chuyển động về mạn trái thì đèn đỏ ĐĐ bật sáng.Các đèn này được kín mạch qua các tiếp điểm KHT3, KHT4, KHT5 của công tắc hànhtrình Công tắc hành trình này có cấu trúc như một hộp điều khiển khống chế Về mặt

cơ giới, trục của công tắc được gắn với lái Khi ta bẻ lái thì trục công tắc cũng quay và

do đó mà việc đóng mở các tiếp điểm của công tắc hành trình sẽ phụ thuộc vào chiềucũng như góc lệch của bánh lái

Để bảo vệ cho động cơ lái khỏi bị quá tải có thể xuất hiện do bánh lái bị kẹt, máyphát có thêm cuộn kích từ nối tiếp EFGđấu ngược với cuộn kích từ độc lập chính IKG.Nó có nhiệm vụ khử từ của máy phát khi cường độ trong mạch các cuộn dây phần ứngcủa máy phát và động cơ máy lái M2 tăng lên quá so với dòng điện định mức chophép

2.3.3 Lái tự động điện

Nguyên lý hoạt động của các máy lái tự động được biểu diễn ở hình vẽ 1.23

Tiếp điểm tự động quay tròn A có liên kết cơ giới với máy lặp lại (xenxin thu) của

la bàn con quay sẽ giữ một hướng cố định trong mặt phẳng ngang Tiếp điểm này cóthể dịch chuyển theo hai vành bán khuyên tiếp xúc B1 và B2 được cách nhau bằngmột lớp đệm Người ta sẽ đưa đến tiếp điểm động một điện áp và tùy thuộc vào việctiếp điểm này nằm trên vành bán khuyên tiếp xúc nào mà nó sẽ làm đóng một trongcác công tắc tơ hướng của động cơ lái Công tắc tơ của vành bán khuyên bên trái sẽquay lái về phía mạn trái Công tắc tơ của vành bán khuyên bên phải sẽ quay lái vềphía mạn phải Khi tàu đi theo hướng xác định, tiếp điểm động sẽ nằm trên đệm cáchđiện và tiếp điểm động sẽ không tiếp xúc với một vành bán khuyên nào cả Lúc này

cả hai công tắc tơ hướng đều không được cung cấp điện áp, động cơ lái sẽ đứng yênvà lái nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu.

Khi tàu đi trật ra ngoài hướng cũ thì các vành bán khuyên sẽ cùng quay với nó còntiếp điểm thì đứng yên vì nó được nối với máy lặp lại (xenxin thu) của la bàn conquay Vì vậy, ví dụ nếu tàu quay sang trái thì tiếp điểm sẽ nằm trên vành bán khuyênbên phải và cung cấp cho công tắc tơ hướng PB làm cho động cơ lái quay Động cơquay sẽ bẻ lái về hướng mạn phải và làm giảm dần góc lệch của lái Để có thể giữ láivề góc lệch cực đại của tàu so với hướng đi và đưa dần lái về vị trí giữa khi tàu đã trởvề với hướng đi đúng, người ta sử dụng mạch phản hồi của máy lái tự động và đượcnối với cốt lái Nhằm mục đích đó người ta dùng một hệ thống lặp lại chuyển độngcủa bánh lái Máy phát của nó được nối với cốt lái còn máy thu thì nhờ một khớp nốithích hợp mà làm chuyển động các vành bán khuyên tiếp xúc của máy lái tự động.Khi bánh lái quay thì các vành bán khuyên tiếp xúc cũng sẽ quay tỉ lệ thuận với nó.Khi bánh lái đã quay đi một góc cực đại so với hướng đi cũ khi mà các vành bánkhuyên tiếp xúc quay đi được một góc bằng góc mà trước đây tiếp điểm động đã quayđược so với chúng thì tiếp điểm động sẽ nằm trên đệm cách điện và do đó mà mạchcung cấp cho động cơ lái bị ngắt và lái sẽ dừng lại

Hình 1.24 Nguyên lý họat động của máy lái tự động

a Tàu đang đi ở hướng đi cũ, tiếp điểm động nằm ở vị trí giữa

b Tàu lệch khỏi đường đi, tiếp điểm động chuyển dịch sang vành

bán khuyên bên phải và bẻ lái về ben phải

c Tàu lệch khỏi hướng đi một góc cực đại so với hướng đi, tiếp

điểm động nằm ở vị trí giữa và lái giữ nguyên ở góc lệch cực đại

d Tàu về hướng đi cũ, tiếp điểm chuyển sang vành bán khuyên và

bẻ lái về bên trái

e Tàu trở về đúng hướng đi cũ, tiếp điểm động nằm ở vị trí giữa và

lái nằm ở vị trí mặt phẳng đối xứng của tàu

Khi tàu bắt đầu quay trở về hướng đi cũ thì máy lặp lại của la bàn con quay lại dịchchuyển tiếp điểm động đến một vành bán khuyên khác ngược lại với lần trước và làmcho động cơ lái hoạt động và đưa tay lái về tâm (hồi lái).

Các giai đoạn công tác của máy lái xảy ra như sau :

1 - Tàu đi theo hướng đã định Tiếp điểm động nằm giữa các vành bán khuyên, cáccông tắc tơ hướng không được cung cấp Bánh lái nằm yên ở mặt phẳng đối xứng của tàu

2 - Tàu đi lệch về bên trái so với hướng cũ, tiếp điểm dịch chuyển sang vành bánkhuyên bên phải, động cơ lái sẽ chuyển động và bẻ lái về phía mạn phải

3 - Tàu bị lệch đi khỏi hướng cũ môït góc lớn nhất, các vành bán khuyên chạy đuổikịp tiếp điểm động, tiếp điểm nằm ở đệm cách điện, động cơ lái và lái sẽ dừng lại

4 - Dưới tác dụng của bánh lái đã được bẻ ra tàu sẽ bắt đầu trở về hướng đi banđầu và do đó mà lúc này tiếp điểm động sẽ di chuyển sang vành bán khuyên bêntrái Động cơ quay tàu và bắt đầu bẻ lái về hướng của mặt phẳng đối xứng tàu, cácvành bán khuyên sẽ chuyển động theo dấu vết của tiếp điểm động

5 - Tàu trở về hướng đi cũ Các vành bán khuyên đuổi kịp tiếp điểm động, tiếpđiểm này lại nằm trên đệm cách điện Động cơ lái sẽ không được cung cấp nữa và láisẽ được giữ ở mặt phẳng đối xứng của tàu

Vị trí của rolic sẽ tương ứng với vị trí chỉ trên la bàn con quay Rolic còn được gọilà tiếp điểm con trượt một đầu gắn với cực dương của nguồn kích từ, một đầu trượttrên hai bán khuyên

Khi ta thay đổi hướng của con tàu thì góc dịch chuyển trên la bàn con quay sẽtương ứng với góc dịch chuyển của rolic

Hai bán khuyên một mặt được gắn với thành tàu, một mặt tiếp xúc với tiếp điểmcon trượt và chịu tác dụng cơ học của xenxin thu XT

CKF1và CKF2là hai cuộn kích từ cho máy phát hai chiều trái ngược nhau, động cơthực hiện quay bánh lái là động cơ một chiều kích từ độc lập, TTĐ là trục truyền độngliên hệ cơ khí với xenxin phát

Nguyên lý làm việc

Sau khi lái bằng tay đưa tàu đi vào hướng đã định chuyển sang chế độ hành trình tadùng hệ thống lái tự động Lúc này rolic đang nằm ở phần cách điện của hai bánkhuyên, động cơ thực hiện không làm việc và bánh lái vẫn nằm ở mặt phẳng đối xứngtheo trục dọc của tàu

Giả sử do sóng gió hải lưu, tàu rời khỏi hướng quy định của hành trình (giả sử tàuquay trái), bán khuyên sẽ quay theo tàu, khi đó rolic sẽ đi vào tiếp xúc với phần dẫnđiện bên phải của bán khuyên Cuộn kích từ CKF1có điện máy phát có điện áp cungcấp cho động cơ quay theo chiều phải, bánh lái mở góc ở mạn phải làm cho tàu quayvề vị trí cũ

Khi bánh lái đã mở gócαmax, tàu đã quay về vị trí cũ, nếu bánh lái không khép góc

α = 0 thì tàu sẽ tiếp tục quay sang phải và quay tròn nên khi tàu đã về vị trí ban đầuthì bánh lái phải trở về vị trí α = 0 Để thực hiện được điều này người ta bố trí thêm

Xenxin phát XF nhận tín hiệu từ trục truyền động của bánh lái Chuyển về xenxinthu XT XT sau khi nhận tín hiệu sẽ điều khiển bán khuyên Khi bánh lái bắt đầu mởgócα=α (0÷max) sang phải, XF truyền tín hiệu đó cho XT, XT sẽ tác động lên bánkhuyên quay về vị trí cũ, rolic nằm ngang vị trí cách điện, hai quá trình điều khiểnđồng thời

Khi tàu quay về trên đường quay về hướng cũ, rolic và bán khuyên lại tiếp xúc ởphần dẫn điện bán khuyên trái, động cơ sẽ được chuyển điện quay bánh lái theo chiềungược lại khép góc từαmax về 0 Khi bánh lái chuyển từ αmax đến 0, XF lại nhận tínhiệu từ trục truyền động truyền đến XT, XT lại tác động lên bán khuyên và quaybán khuyên, khi bánh lái nằm ở vị trí 0 thì rolic đã nằm ở phần cách điện của bánkhuyên, động cơ ngừng làm việc tàu không bị quay sang phải nữa

Sơ đồ này giữ cho tàu đi theo một hướng cố định

• Ưu nhược điểm của hệ thống lái điện

Ưu điểm

- Dễ sử dụng, làm việc tin cậy, an toàn

- Hiệu suất cao, điều khiển đơn giản, chi phí sử dụng thấp

- Khả năng đảo chiều và điều khiển tốc độ quay trong một giới hạn đáng kể, cóthể chạy ở chế độ tự động

Nhược điểm

- Nguy hiểm, dễ cháy động cơ điện cũng như bộ phận dây dẫn điện

- Trong sử dụng điều chỉnh và sửa chữa đòi hỏi người sử dụng phải lành nghề

- Đòi hỏi phải có nguồn điện chính ổn định và nguồn điện dự phòng

Hình 1.25 Sơ đồ hệ thống lái điện tự động

LBCQ: La bàn con quay; BL: Bộ lắp; XT: Xenxin thu; XF: Xenxin phátMP: Máy phát; TTĐ: Trục truền động; ĐCĐK:Động cơ điều khiển

- Ảnh hưởng đến sự làm việc của máy móc điện hàng hải do truyền dẫn nănglượng điện.

PHẦN 2 : THIẾT BỊ NEO

1 Tổng quan

1.1 Khái niệm, phân loại

Thiết bị neo là một tổ hợp kết cấu, cơ cấu dùng để neo tàu (cố định tàu).

Sơ đồ phân loại thiết bị neo:

1.2 Yêu cầu - nhiệm vụ

Thiết bị neo có nhiệm vụ đảm bảo độ tin cậy neo tàu khi cần thiết trong mọi trường hợp và mọi điều kiện.

Thiết bị neo cần được thiết kế và thử nghiệm sao cho đảm bảo các yêu cầu sau :

- Đảm bảo độ tin cậy neo tàu trong mọi vị trí và trong mọi trường hợp khi gió,dòng chảy và sóng đồng thời tác dụng lên thân tàu

- Thao tác nhanh khi thả vào nhổ neo cũng như khi cố định neo vào tàu

- Các thiết bị hãm như phanh, hãm cáp neo và cơ cấu giữ và nhả gốc xích neophải làm việc tin cậy

1.3 Bố trí thiết bị neo

Việc bố trí thiết bị neo ngoài việc thỏa mãn các yêu cầu cơ bản đã nêu trên ta cầnchú ý đến các nhân tố ảnh hưởng đến việc bố trí thiết bị neo đó là:

- Số lượng và trọng lượng neo

- Tuyến hình tàu tại vùng bố trí thiết bị cũng như hình dạng và diện tích mặt boong

- Sự bố trí các thiết bị chằng buộc, vách, khoang mũi, lái

Thiết bị neo

Máy neo có tời kéo

Máy neo đứng

Máy neo

nằm

Máy neo có tời kéo

Máy neo đứng

- Cụ thể các nhân tố trên ảnh hưởng đến việc lựa chọn vị trí lỗ thả neo, khoảngcách giữa lỗ thả neo với tời neo, vị trí hầm xích neo, vị trí tời neo…

2 Các bộ phận cơ bản của thiết bị neo

2.1 Thiết bị neo bao gồm các bộ phận cơ bản sau

1 Neo : Dùng để giữ chặt dây cáp neo vào nền đất Neo được chia ra: Neo dừng,

neo đuôi và neo nhỏ

-Neo dừng (neo đứng): dùng để cố định tàu.

-Neo đuôi: để tránh tàu đang neo tự quay hoặc giữ tàu khi có gió thổi thẳng vào mạn tàu.

-Neo nhỏ: để giữ tàu khi tàu bị trôi dạt.

- Neo đuôi hoặc neo nhỏ chỉ được dùng trên tàu có trọng tải không lớn lắm

2 Cáp neo: Là liên kết mềm giữa neo và tàu, thông thường dùng xích neo Ở các

thiết bị neo sâu có tời kéo neo thì dùng cáp neo

3 Lỗ thả neo: Là vị trí để đặt neo khi tàu chạy và dẫn hướng cáp neo khi thả vả nhổ neo.

4 Máy neo: là thiết bị dùng để kéo hoặc nhả cáp neo khi nhổ hoặc thả neo.

5 Hãm cáp neo: Dùng để hãm cáp neo khi thả neo và giữ neo tại lỗ thả neo khi tàu chạy.

6 Hầm xích neo : dùng để chứa xích neo.

7 Cơ cấu giữ và nhả gốc xích neo: Dùng để liên kết chặt gốc xích neo với tàu và thả nhanh chúng khi cần thiết.

Ngoài ra ở thiết bị neo còn có các thiết bị phụ khác giúp cho việc thả, nhổ neo đượcthuận tiện và các thiết bị dẫn hướng khác như ống dẫn xích neo, nắp hầm xích neo

Hình 2.2 thiết bị neo mũi trên tàu hàng 35000 tấn.

1 neo; 2.lan can an toàn; 3.cơ cấu giữ và nhả khâu cuối của xích neo;4.hãm xích neo; 5.lỗ thả neo; 6.miệng loe; 7.nắp lỗ thả neo;

2.2 Bố trí thiết bị neo

Việc bố trí thiết bị neo trên tàu phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản đã nêu ở 1.2,

ngoài ra khi bố trí thiết bị neo cần tính đến số lượng và trọng lượng neo, tuyến hình tàu tại vùng đặt thiết bị (nhất là khi mũi tàu có dạng quả lê), sự bố trí của các thiết bị chằng buộc và vị trí của các vách chống va Việc bố trí thiết bị neo còn phụ thuộc vào

vị trí và diện tích của mặt boong Điều quan trọng hơn cả là vị trí của lỗ thả neo( đối

với nhiều thiết bị neo) và khoảng cách giữa lỗ thả neo với trục với trục của tang cuốncáp neo Thông thường khoảng cách này được chọn từ 80 đến 110 mắt xích và đượctính toán sao cho bố trí được thiết bị hãm neo Ngoài ra, khoảng cách này còn đượclựa vừa đủ sao cho dây cáp neo không bị uốn quá gãy khúc tại lỗ thả neo

Hình 2.3 Thiết bị neo tàu hàng tải trọng 15000 tấn

1.tời neo; 2.hãm xích neo; 3.ống dẫn xích neo; 4.xích neo; 5.cọc bích; 6.sô ma dẫnhướng; 7.cửa luồn dây mạn; 8.con lăn; 9.tang cuốn cáp chằng buộc; 10.thông gió;11.miệng lỗ thả neo; 12.tấm gia cường miệng lỗ; 13.ống thông hơi; 14.cột cờ; 15.mạn

Vị trí của tang cuốn cáp neo ảnh hưởng trực tiếp đến vị trí của hầm xích neo Đôi khiviệc bố trí hầm xích neo bị ảnh hưởng do kết cấu của các vách chống va tại khoang mũi.

Một điều quan trọng có ảnh hưởng tới việc bố trí thiết bị neo là sự bố trí các thiết bị chằng buộc trong vùng có thiết bị neo Bố trí cả hai thiết bị này tại mũi hoặc lái cần phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản của cả hai loại thiết bị.

2.3 Các loại neo tàu

Neo tàu có nhiều loại và được chia theo các nhóm chính : neo có thanh ngáng (lưỡi cố định hoặc quay), neo không có thanh ngáng và neo chuyên dùng.

Theo quy phạm neo đứng trên tàu có thể dùng neo Holl, neo Grudông (không cóthanh ngáng) hoặc neo hải quân (có thanh ngáng) Có thể trang bị trên tàu những neocó lực bám lớn và giảm trọng lượng của chúng di 25% so với tính toán lý thuyết Tuynhiên trong trường hợp này cần phải có sự kiểm tra và đồng ý của đăng kiểm

Neo có thể chế tạo theo kiểu đúc, rèn hoặc hàn

2.3.1 Neo có thanh ngáng

2.3.1.1 Neo hải quân : là neo có thanh ngáng và lưỡi cố định.

Kết cấu, kích thước và trọng lượng của neo đã được tiêu chuẩn hóa Những đặc

trưng cơ cấu của neo hải quân là:

- Góc làm việc - góc lưõi ăn vào nền: là góc giữa đường tiếp tuyến với lưỡi tại mũi lưỡi neo và mặt phẳng nềna= 57 o

- Góc uốn của lưỡi: là góc giữa tiếp tuyến với lưỡi tại mũi lưỡi và thân neou= 35 o

- Hệ số bám của neo K1= (6÷8) Q

trong đó Q - tự trọng neo (kg)

Hình 2.4 Neo hải quân

1.lưỡi; 2.thân neo; 3.maní; 4.thanh ngáng; 5.chốt an toàn