Thiết kế bánh lái tàu hàng bách hóa, đường kính chong chóng DB=7,6m; vs=16,3 knot;

Lựa chọn thiết bị lái Thiết bị lái của tàu là bánh lái Bánh lái của tàu có dạng hình chữ nhật và có profin NASA0012 Số lượng bánh lái trên tàu là 1 bánh 2.2.. CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH LỰC TH

NHẬN XÉT THẦY GIÁO

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

PHẦN I: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ TÍNH LỰC CẢN 4

1.1 Chọn phương pháp tính 4

1.2 Nội dung phương pháp Holtrop – Mennen 4

1.2.1 Sức cản toàn bộ 4

1.2.2 Sức cản ma sát RF 4

1.2.3 Tính 1+k 5

1.2.4 Tính lực cản phần phụ RAPP 5

1.2.5 Tính lực cản sóng RW 6

1.2.6 Sức cản do mũi quả lê 6

1.2.7 Lực cản do phần đuôi vuông ngập nước 6

1.2.8 Lực cản hiệu chỉnh giữa mô hình và tàu thực 7

1.2.9 Kết quả xác định lực cản theo Holtrop – Mennen 7

1.2.9 Tính chọn sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng 8

PHẦN II: THIẾT KẾ BÁNH LÁI 9

2.1 Lựa chọn thiết bị lái 9

2.2 Kích thước cơ bản của bánh lái 9

2.2.1 Diện tích bánh lái 9

2.2.2 Chiều cao bánh lái 9

2.2.3 Chiều rộng bánh lái 9

2.2.4 Độ dang bánh lái 9

2.2.5 Profin của bánh lái 10

2.2.6 Vị trí đặt trục tối ưu 11

2.2.7 Hệ số cân bằng bánh lái 12

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH LỰC THỦY ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN TẤM BÁNH LÁI VÀ HAI MÔMEN THỦY ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN TRỤC LÁI 13

3.1.Tàu chạy tiến 13

CHƯƠNG IV: KẾT CẤU BÁNH LÁI 15

4.1.Vật liệu chế tạo 15

4.1.1 Vật liệu chế tạo bánh lái 15

4.4.2 Vật liệu chế tạo trục lái 15

4.2 Khoảng cách chuẩn giữa các cơ cấu 15

4.3 Chiều dày tôn 16

4.3.1 Chiều dày tôn bao lái 16

4.3.2 Chiều dày tôn mặt trên , mặt dưới 16

4.3.3 Chiều dày xương gia cường 16

4.3.4 Chiều dày tôn thay thế cho trục lái 16

4.3.5 Tôn lập là 16

4.3.6 Thiết lập vùng cốt bánh lái 16

4.3.7 Xác định trọng tâm và trọng lượng bánh lái 17

4.4 Xác đinh mối hàn 19

4.5.Xác định các chi tiết và cụn chi tiết 19

4.5.1.Gót bánh lái : 19

4.5.2.Ống luồn dây cho công nghệ lắp ráp : 19

PHẦN V.TÍNH TOÁN TRỤC LÁI 21

5.1 Tải trọng tác dụng 21

5.2 Lần gần đúng thứ nhất 21

5.3.Lần gần đúng thứ 2 23

5.4.1 Tiết diện I - I có momen uốn do R1: 25

5.4.2 Tiết diện II - II có momen uốn do PC: 25

5.4.3 Tiết diện 3-3 có momen uốn do PC: 25

5.5 Kiểm tra bền cho cốt lái 26

PHẦN VI: LIÊN KẾT BÁNH LÁI TRỤC LÁI 27

6.1 Trục lái và bánh lái 27

6.2.Vật liệu 27

6.3 Đường kính bulông 27

6.4 Kích thước mặt bích 27

6.5 Kiểm tra bền mối nối 28

6.5.1.Bulong 28

6.5.2 Trục lái với vỏ tàu 30

PHẦN I: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ TÍNH LỰC CẢN.

1.1 Chọn phương pháp tính.

Phương pháp tính sức cản của Holtrop – mennen

Giới hạn phương pháp tính:

Bảng 1.1 Giới hạn của phương pháp Holtrop – Mennen.

STT Đại lượng xác định Giới hạn dưới Giới hạn trên

Thông số tàu:

Bảng 1.2 Thông số giới hạn của tàu.

→ Thông số tàu phù hợp với phương pháp tính.

1.2 Nội dung phương pháp Holtrop – Mennen.

1.2.1 Sức cản toàn bộ.

Sức cản toàn bộ:

RT= RF(1+k1)+ RAPP+ Rw+ RB+ RTB+ RA

(1.1)Trong đó :

RF(1+k1)_Sức cản ma sát tương đương;

RAPP_Sức cản phần nhô;

Rw_Sức cản song;

RB_Sức cản áp suất bổ xung do mũi;

RTB_Sức cản áp suất bổ xung do ngập đuôi kiểu tuần dương hạm;

RA_Hiệu chỉnh sai khác mô hình tàu;

CF - Hệ số lực cản ma sát tấm phẳng tương đương, theo ITTC (1957)

ρ - trọng lượng riêng của nước biển

L – chiều dài đường nước

CWP – hệ số béo đường nước

LR = L(1-CP + 0,06 4 C C P l cb

P−1) C12= (T

L)

0,2228446

khi T/L>0,05C12= 48,2 (T L)−0,02¿ ¿2,078+0,479948 k h i0,02<T

AT- diện tích ngâm nước đuôi vuông

hB – chiều cao cách chuẩn của tâm diện tích ABT, giá trị thích hợp của hB<0,6TF

1.2.6 Sức cản do mũi quả lê.

RB= 0,11exp(-3PB-2)Fri3.ABT1,5ρg/(1+Fri2) (1.8)

PB – Liên quan đến chiều sâu ngập nước của mũi tàu

Theo ITTC 1978 CA sẽ được tăng 1 lượng

∆ C A= (0,105kS1/3 – 0,005579)/L1/3

Trong đó

KS=150μmm=150.10-6m

1.2.9 Kết quả xác định lực cản theo Holtrop – Mennen.

Bảng 1.5 Giá trị lực cản và công suất.

34 RTR kN 38,884 40,852 42,173 42,746 42,471

0,00035759

1.2.9 Tính chọn sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng.

- Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng): ηP = 0,6

- Tương ứng trên đồ thị lực cản ta có; R = 845,27 (kN)

PE = 7087 (kW)

PHẦN II: THIẾT KẾ BÁNH LÁI.

2.1 Lựa chọn thiết bị lái

Thiết bị lái của tàu là bánh lái

Bánh lái của tàu có dạng hình chữ nhật và có profin NASA0012

Số lượng bánh lái trên tàu là 1 bánh

2.2 Kích thước cơ bản của bánh lái

Ta có (1,3 1,9)% Chọn μ = 1,55 %

p = 1 do tàu có bánh lái đặt trực tiếp sau dòng nước đẩy ra;

q = 1 do bánh lái thiết kế cho tàu hàng;

Vậy ARmin= 33,28 ( m 2 )

2.2.2 Chiều cao bánh lái.

Chọn chiều cao bánh lái;

hR = 8 (m)

2.2.3 Chiều rộng bánh lái

Chiều rộng của bánh lái được tính theo công thức:

R R R

A b h

h b

2.2.5 Profin của bánh lái

Dạng của profin bánh lái là dạng NACA0015

Tọa độ thực cuả profin được tính theo các công thức:

.100

x y là tọa đọ tương đối;

t 15 - là chiều dày tương đối của profin;

tmax= 0,75 m;

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH LỰC THỦY ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN TẤM BÁNH LÁI

VÀ HAI MÔMEN THỦY ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN TRỤC LÁI

3.1.Tàu chạy tiến.

A k A

B B

D  0,092 Tra bảng ta có k = 1,23

Bảng 3.1 Lực thủy động và moomen thủy động tác dụng lên tấm bánh lái

khi tàu chạy tiến.

CHƯƠNG IV: KẾT CẤU BÁNH LÁI

Chọn khoảng cách giữa các xương nằm S1 = 800 (mm)

Chọn khoảng cách giữa xương đứng tạo thành cốt bánh lái đến xương đứng

lân cận S2 = 900 (mm)

Hình 4.0 Khoảng cách giữa các xương gia cường.

1- Tôn bao 2- Xương gia cường ngang

3- Xương gia cường đứng.

4.3 Chiều dày tôn.

4.3.1 Chiều dày tôn bao lái.

4 1

.10

p R

Chọn chiều dày tôn bánh lái t = 18 (mm)

4.3.2 Chiều dày tôn mặt trên , mặt dưới

tmax= 75 (cm) ; chiều dày lớn nhất của profin tại vi trí đặt trục

zmax= 37,5 (cm) ; là mép xa trục trung hòa nhất của cốt lái theo phương thẳng

Chiều dày tấm thành cốt lái :tc=(1,8-2).t = (32,4 ÷ 36) (4.10)

Diện tích profin và tọa độ trọng tâm X c của profin

Diện tích profin được tính bằng phương pháp gần đúng hình thang

Theo chiều dài profin ta chia thành 25 hình thang tương ứng với các tọa độ ở phần xây dựng profin :

 Tọa độ trọng tâm profin của bánh lái :

Diện tích profin bánh lái :

 2618895 742043687

i i G

Khôí lượng bánh lái : M=V= 20558 (kg)

γ= 7850 (kg/m 3 ) - Trọng lượng riêng của thép

4.4 Xác đinh mối hàn.

Tôn bao bánh lái được hàn theo phương pháp hàn điểm

Tôn mạn bánh lái được khai triển sao cho số mối nối là ít nhất Các xương gia cường đứng và ngang được hàn trước tạo thành bộ khung của bánh lái Sau đó tôn mạn phải được hàn vào khung bằng mối hàn góc liên tục Tiếp theo, các tấm tôn nắp và tôn đáy bánh lái được hàn vào khung và tôn mạn phải Trên các mép xương gia cường đứng và ngang hàn các lập là - quy cách 150x16 (mm), trên tôn mạn trái cắt các lỗ khoét phân bố đều trên các dải tôn - quy cách 75x40 (mm)

Mối hàn xung quanh lỗ khoét sẽ liên kết tôn mạn trái vào khung

4.5.Xác định các chi tiết và cụn chi tiết.

4.5.1.Gót bánh lái :

Hình 4.1 Gót bánh lái

4.5.2.Ống luồn dây cho công nghệ lắp ráp :

Ống luồn dây cho công nghệ lắp ráp đặt tại điểm có cùng hoành độ với trọng tâmbánh lái , nằm trên trọng tâm bánh lái 1 khoảng S = 50 mm

Ống được hàn kín với vỏ bao bánh lái

Hình 4.2 Ống luồn dây công nghệ lắp ráp

PHẦN V.TÍNH TOÁN TRỤC LÁI

5.1 Tải trọng tác dụng.

Áp lực thủy động PN

Mômen thủy động Ms gây xoắn trục

Lực tác dụng lên đầu secto lái

PC = MC/ RC với RC là bán kính secto lái

Trọng lượng bánh lái Gm và trọng lượng bản thân của trục lái

Coi bánh lái và trụ lái như 1 dầm tựa tự trên các gối tựa tự do Bánh lái có độ

cứng EI1, trục lái có độ cứng EI2 Đặt EI1/EI2 = k

Mô hình hoá sơ đồ bánh lái và trục lái :

1-Trục lái dưới tác dụng của Pn,Mσ(Pc=0) :

Ta coi bánh lái và trục lái như 1 dầm tưa trên các đế cứng Phản lực tại các đế là Ri

Độ cứng của bánh lái là EI1,của trục là EI2 TA giả thiết EI1=2EI2

Viết phương trình góc xoay cho gối 1:

M +M

=0.1[σ]

Mmsi =

i

D4

Momen xoắn tổng cộng tác dụng lên rục lái ở lần gần đúng thứ nhất là

Ta máy lái thỏa mãn Mc ≥ Mtp

Chọn máy lái xylanh điện thủy lực ES-LTL18TM-01-N có:

1-Tính chính xác trục lái dưới tác dụng của:Mσ, Pn, Pc :

Viết phương trình góc xoay cho gối 1:

2-Trục lái dưới tác dụng của trọnglượng bánh lái,trục lái GM:

Tính toán tương tự như ở lần gần đúng thứ 1

M + MD

M + MD

5.4.Kiểm tra bền trục lái.

Kiểm tra bền trục lái tại 3 tiết diên nguy hiểm:

(I - I) : Tiết diện ở gót ky lái, liên kết với trụ lái

(II - II) : ổ trên của trục lái

(III - III) : Nơi lắp vành chặn 2 nửa đế đỡ toàn bộ trọng lượng của bánh lái,trục lái

Bảng 6.1 Kiểm tra bền trục lái

I-I II-II III-III

Mômen quán tính: J= 482,44 m2.cm2

2 cm3Sai số mômen chống uốn: ∆ω = 0 còn Fr > 0,2 thì ∆ω = 0,3.CW= 324,59 %

PHẦN VI: LIÊN KẾT BÁNH LÁI TRỤC LÁI.

b b

m S

D K d

+ Nhóm bulông cách xa tâm là bulông ghép có khe hở

a-Bulông dưới tác dung của M

Lực xiết cần thiết lên mối nối bulông phải tạo áp lực ma sát trên bề mặt mối

nối ghép cân bằng với mômen M

1.a Ta xét bulông ghép có khe hở Lực xiết cần thiết của bulông :

1 1

k.T

=f

N 

với : k= 2 : hệ số an toàn \

f= 0,2 : hệ số ma sát khi xiết bulông

- Ứng suất kéo do N1 gây ra (có kể đến Ứng suất do xoắn )

1

B

N ' = 1.3 =

πd4

T

=πd4

 

0,58147758 < 0.6k = 4,5355 (kN/cm2 ) (6.12)

Vậy bulông thỏa mãn điều kiện bền cắt

Ứng suất dâp trên thân bulông :

1 B

T

=hd

d

 

0,32221 < 0.4B= 6,08 (kN/cm2 ) (6.13)

h = t : chiều dày mặt bích

b Bu lông dưới tác dụng của P n

Dưới tác dụng của Pn thì mặt cắt ngang tại mối ghép bị uốn Ta phải xác định lực xiết để mối ghép không bị tách hở

Khi chưa có Pn thì mối ghép đã chịu dập với ứng suất

n.NF

d

 

(6.14)Trong đó : n = 6

N = N1 = 657,3022515 (kN)

F= 14288 (cm 2 ) - Diện tích mặt bích

Khi coi mặt bích cứng thì biến dạng uốn theo mặt bích được xem là đường thẳng có trị số lớn nhất

u u

MW

u

 

(6.15)Trong đó: Wu = 361962,667 (cm3 ) : là môđun chống uốn của mặt bích bỏ qua lỗ

Điều kiện để mối ghép không bị tách hở là :

u min

u

MnN

u u

FMNnW

FM k n

6.5.2 Trục lái với vỏ tàu.

1 Ổ đỡ gót ki lái

Hình 6.2 Ổ đỡ gót ki lái.

Đường kính của chốt không kể lớp bọc

Do= dch =32 (cm)Chiều dài đoạn hình trụ của chốt không nhỏ hơn đường kính chốt nhưng cũng không lớn hơn 1,3 đường kính chốt để thuận tiện cho công nghệ

Chọn chiều dài đoạn hình trụ là : l = 32 (cm)

Chiều dài đoạn côn của chốt chọn : lc = 32 (cm)

Đường kính nhỏ nhất của chốt:

0 c

c

D -d1

Chọn dc = 30 (cm)Tính chọn ren :

Đường kính đoạn ren của chốt =0,65.ch = 20,8 (cm)

Chọn dg = 20 (cm)

Chiều cao đoạn ren hn≥ 0,6.dg = 12 Chọn hn = 12(cm)

Đường kính ngoài đoạn ren dn≥ (dc.1,2 và 1,5.dg )

dn≥ (36 và30 ) Chọn dn = 36 (cm) Chiều dày ống lót chốt lấy bằng 5% đường kính chốt và bằng 16mm,vật liệu

làm ống lót chốt là thép không gỉ

Chiều cao lỗ bản lề :

dch < lbl <1,3dch <=> 32 < lbl < 41,6Chọn lbl = 35 (mm)

Chọn vật liệu lót ổ là thép không gỉ có chiều dày là 20 (mm)

Khe hở giữa hai ống lót = (0,5~1)% dch Chọn = 2 (mm)

Kiểm tra áp lực riêng của chốt :

Hình 6.3 Ổ trượt kin nước.

Chiều cao bạc tính theo công thức

Hình 6.4 Ổ đĩa sàn secto lái.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bải giảng thiết bị tàu thủy

[2] Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1

[3] QCVN21: 2010/BGTVT