Giáo trình Thiết bị tàu thủy - Nghề: Hàn - Trình độ: Cao đẳng nghề - CĐ Nghề Giao Thông Vận Tải Trung Ương II

(NB) Giáo trình Thiết bị tàu thủy gồm có 5 chương được trình bày như sau: Thiết bị lái, thiết bị neo và thiết bị chằng buộc, thiết bị cứu sinh, thiết bị xếp dỡ hàng hóa, thiết bị kéo. Mời các bạn cùng tham khảo!

1.2 Nhiệm vụ của thiết bị lái

Đảm bảo tính ăn lái của tàu bằng cách tạo ra mômen quay làm tàu quay quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu

1.2.1 Tính ăn lái của tàu

Là khả năng giữ nguyên hoặc thay đổi h-ớng đi của tàu theo ý muốn của ng-ời điều khiển lái

1.2.2 Quá trình quay vòng của tàu

- Quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu:

Hình 1: Quỹ đạo và quá trình quay vòng của tàu

P

l P

P

1

2 P

R

G

Bá

nh lá i

+ Quay bánh lái 1 góc và giữ nguyên vị trí lái ở góc , trọng tâm tàu dịch chuyển vẽ lên quỹ đạo gọi là đ-ờng quay vòng của tàu

- Quá trình quay vòng của tàu gồm 3 giai đoạn:

- P1 của P đẩy tàu dịch chuyển ngang ng-ợc với

chiều quay bánh lái

- P2: Ng-ợc với h-ớng tiến của tàu làm giảm

vận tốc của tàu

Mômen thuỷ động Mtđ = P.l bắt đầu làm quay

mũi tàu theo chiều quay lái Lực đẩy chân vịt đổi

h-ớng (PCV) đẩy tàu lệch khỏi h-ớng đi ban đầu

+ Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển động quá độ

Giữ nguyên góc bẻ lái

Hình 2: Giai đoạn 1

Tàu dần dần quay quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu Góc tạo bởi giữa mặt phẳng đối xứng của tàu và h-ớng vận tốc chuyển động của trọng tâm tàu gọi là góc lệch h-ớng Góc lệch h-ớng tăng đến max thì đ-ờng kính quay vòng giảm từ : Dmax đến Dmin ( = max = const)

+ Giai đoạn 3: Giai đoạn chuyển động xác lập ( Hình 1)

Góc cố định: = max Trọng tâm tàu vẽ lên quỹ đạo chuyển động một vòng tròn xác lập gọi là đ-ờng quay vòng xác lập

1.3 Phân loại thiết bị lái

1.3.1 Thiết bị lái đơn giản

Là thiết bị dùng bánh lái đặt trong mặt phẳng song song hoặc trùng với mặt phẳng dọc tâm tàu

Th-ờng có hai dạng:

+ Bánh lái dạng tấm

A A

B B

dạng tấm Hình 4: Bánh lái dạng frofin

1.3.2 Thiết bị lái dùng đạo l-u

+ Đạo l-u: Là một ống có prôfin l-u tuyến đặt bao quanh chân vịt làm tăng lực đẩy chân vịt

Hình 5: Đạo l-u

1.4 Các loại bánh lái và đạo l-u

1.4.1 Các loại bánh lái

+Bánh lái đơn giản: Có ít nhất một gối đỡ ở phía trên sống đuôi tàu và

một gối đỡ ở phía d-ới (liên kết chốt bản lề ) (Hình 6)

+ Bánh lái nửa treo: Phần d-ới làm việc nh- một đoạn công son

Chốt liên kết

Trụ lái

Đuờng tâm quay

Đuờng tâm quay

Trục lái Gối đỡ trục lái Gối đỡ trục lái

Trục lái

Đuờng tâm quay

Chốt liên kết

Trụ lái

Đuờng tâm quay

Ky lái Gối gót

ky lái

+ Bánh lái không cân bằng: Tâm trục lái sát cạnh tr-ớc của bánh lái

Mômen do áp lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái hoàn toàn truyền lên trục lái (Hình 6,7)

Hình 6 Bánh lái không cân bằng Hình 7 Bánh lái không cân bằng

có một chốt trên gót ky lái có gối liên kết với vỏ tàu

+ Bánh lái cân bằng: Tâm trục chia bánh lái thành 2 phần Mômen

thuỷ động tác dụng lên phần sau của bánh lái đ-ợc cân bằng một phần bởi áp lực thuỷ động tác dụng lên phần tr-ớc của bánh lái (Hình 8, 9)

Hình 8 Bánh lái cân bằng Hình 9 Bánh lái cân bằng

có một chốt trên gót ky lái có gối liên kết với vỏ tàu

1.4.2 Các loại đạo l-u

a.Theo dạng cánh ổn định:

+ Đạo l-u quay có cánh ổn định cố định

+ Đạo l-u quay có cánh ổn định quay đ-ợc

b Theo chiều dài t-ơng đối của đạo l-u l dl

+ Đạo l-u ngắn: l dl 0 , 5 0 , 6

+ Đạo l-u dài : l dl 0 , 7 0 , 9

c.Theo hình dạng đạo l-u:

+ Đạo l-u đối xứng qua trục

+ Đạo l-u không đối xứng qua trục (prôfin dày khác nhau)

1.5 Các bộ phận chính của thiết bị lái

- Bánh lái (hoặc đạo l-u) trực tiếp chịu áp lực thuỷ động (P) của n-ớc

- Trục bánh lái kết với bánh lái và trục đạo l-u liên kết với đạo l-u để truyền mômen lái từ máy lái đến bánh lái làm quay bánh lái hoặc đạo l-u

- Trụ lái: Phần của sống đuôi tàu có các chốt bản lề để lắp bánh lái

- Máy lái: Tạo ra lực lái

+ Nguồn động lực (động cơ điện; thuỷ lực, máy lái thủ công cơ khí)

+ Hệ truyền động: Hộp giảm tốc, séctơ lái, xilanh thuỷ lực, dây cáp, dây xích, hệ điều khiển, cụm chuyển h-ớng

- Thiết bị an toàn: Thiết bị tín hiệu lái, thiết bị chỉ góc quay lái, thiết bị khống chế giới hạn quay bánh lái, thiết bị phanh hãm

1.6 Bố trí thiết bị lái

a Đối với tàu 1 chân vịt

+ Bánh lái đặt sau chân vịt trong mặt phẳng đối xứng của tàu

+ Bánh lái đặt sau đạo l-u cố định nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu + Đạo l-u quay có cánh ổn định quay đ-ợc, hoặc đạo l-u quay có cánh ổn định cố định

b Đối với tàu 2 chân vịt

+ Một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng dọc tâm tàu

+ Sau mỗi chân vịt đặt một bánh lái

+ Hai đạo l-u quay đồng bộ có cánh ổn định cố định, một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng

1.7 Các yêu cầu đặt bánh lái

1.7.1 Chọn thiết bị lái

Số l-ợng bánh lái, đạo l-u phụ thuộc vào kiểu tàu (vùng hoạt động, công dụng, tốc độ), đặc tr-ng hình học (các thông số cơ bản, hình dáng thân tàu) và số l-ợng đ-ờng trục

b a

- Kiểu thiết bị lái:

+Theo công dụng của từng loại tàu

+Theo tính công nghệ, tính kinh tế

Th-ờng sử dụng kiểu bánh lái cân bằng hoặc đạo l-u cố định có bánh lái, hoặc đạo l-u quay

1.7.2 Vị trí đặt bánh lái

+ Bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt

+ Mép sau của bánh lái không đ-ợc v-ợt quá mép d-ới vách đuôi tàu + Khi quay bánh lái tới góc max 350 sang phía mạn, mép sau bánh lái cách đ-ờng vuông với đ-ờng n-ớc thiết kế phải 400mm (kẻ từ giao điểm

đ-ờng n-ớc thiết kế với vỏ tàu tại mặt cắt ngang chứa đ-ờng tâm trục lái)

+ Khi tàu toàn tải bánh lái phải ngập hoàn toàn trong n-ớc

Khoảng cách n-ớc ngập bánh lái so với mép trên bánh lái:

+ Tàu biển: tn 0,25 hP. (hp: Chiều cao bánh lái)

+ Tàu sông: Mép trên bánh lái có thể cao hơn đ-ờng n-ớc chở hàng bằng (0,05 0,1)hP 350mm

+ Mép d-ới bánh lái không cao hơn mép d-ới mút cánh chân vịt (th-ờng mép d-ới bánh lái bằng mút chân vịt, có thể mút d-ới cánh chân vịt

đặt cao hơn mép d-ới của bánh lái)

+ Tâm trục lái vuông góc với mặt phẳng cơ bản và nằm trong mặt phẳng chứa đ-ờng tâm quay của trục chân vịt

+ Chiều cao bánh lái phải chọn sao cho tháo rời đ-ợc trục lái và bánh lái trong quá trình sửa chữa

* Sơ đồ khung giá lái: (Hình 10)

Hình 10: Khung giá lái

tmax/2 lc

lc lm

Chú thích:

tn : Độ ngập sâu bánh lái; hP: Chiều cao bánh lái

bp : Chiều rộng bánh lái; Dcv: Đ-ờng kính chong chóng

Bảng xác định kích th-ớc khung giá lái:

Khi xác định thông số (a) phải khảo sát quỹ kích th-ớc để tháo chân vịt

trong quá trình lắp ráp và sửa chữa khi quay bánh lái một góc 90 độ so với mặt phẳng dọc tâm tàu (Hình 11)

Công thức thực nghiệm tính toán sơ bộ đ-ờng kính choong chóng:

+ Đ-ờng kính sơ bộ của chong chóng:

4

13

S

S Sb

v

P n

D

Trong đó:

P S : Công suất máy chính (Kw)

V S : tốc độ của tàu n: vòng quay chong chóng

+ Đ-ờng kính trung bình củ:

167 , 0

0

D d

+ Chiều dài mũ thoát n-ớc:

l mũ = 0,12.D(mm)

Hình11: Quỹ kích th-ớc bánh lái cân bằng

+ Chiều dài củ chong chóng

l c =(1,6 3,3)d B (mm); d B :Đ-ờng kính trục chân vịt (mm)

160

560

.

T N

H K d

- Chiều cao bánh lái

Là khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất của bánh lái đo theo

p

bl P

- Diện tích phần cân bằng của bánh lái: (Hình 13)

Là phần diện tích mặt cắt đối xứng dọc của bánh lái tính từ đ-ờng tâm

trục lái đến mép tr-ớc của bánh lái

Kí hiệu: Acb (m2)

- Diện tích trụ lái:

Là diện tích hình chiếu trụ lái lên mặt phẳng đối xứng của tàu

Kí hiệu: A tl (m 2 )

- Chiều rộng trụ lái:

Là khoảng cách đo từ cạnh tr-ớc đến cạnh sau của trụ lái đo theo ph-ơng ngang

Kí hiệu: b tl (m)

- Diện tích bánh lái và trụ lái: A K A bl A tl (m2)

h

A b

bl

K K

- Hệ số kéo dài của bánh lái:

p

pb

h (Hệ số không thứ nguyên)

- Hệ số kéo dài của hệ bánh lái – trụ lái:

K p

K

K K

b

h b

- Góc quay lái: Góc giữa mặt phẳng đối xứng dọc của bánh lái và mặt

phẳng đối xứng của tàu Kí hiệu: P (độ)

max 350 - Đối với tàu biển

max 450 - Đối với tàu sông

Trong đó:

L: Chiều dài thiết kế (m) T: Chiều chìm thiết kế (m) : Hệ số diện tích bánh lái tra bảng thống kê cho từng loại tàu Khi không có số liệu thống kê thì hệ số đ-ợc tính theo công thức sau:

3

.

030 , 0 2

, 6

023 , 0

B

L B

L

Trong đó:

Hệ số béo thể tích L: Chiều dài thiết kế (m)

- Diện tích bánh lái trong mọi điều kiện không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

2 min

75

150 75

, 0 100

.

L

T L q p A

Trong đó:

p: Hệ số = 1,2 Khi bánh lái không đặt trực tiếp sau dòng chảy

= 1,0 Khi bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt q: Hệ số = 1,25 đối với tàu kéo

= 1,0 với các tàu khác Thông th-ờng lấy hệ số

Hệ số lấy lớn hơn đối với bánh lái nằm ngoài dòng đẩy chân vịt (tàu 2 chân vịt, bánh lái ở giữa)

- Nếu bánh lái đặt trực tiếp sau trụ lái thì: 2

m A A

+ Bánh lái cân bằng chọn k sao cho mômen thuỷ động khi chạy lùi không đ-ợc lớn hơn mômen khi chạy tiến

+ Để tránh dao động: Diện tích phần cân bằng không quá 25% diện tích bánh lái

25 , 0

bl

cb

A

A k

+ Chiều rộng phần cân bằng tại mọi mặt cắt ngang 35% chiều rộng bánh lái tại mặt cắt đó

2.2.3 Hệ số kéo dài (hệ số dang): Ký hiệu (

Hệ số lớn đảm bảo hiệu quả tính ăn lái càng tăng

Hệ số kéo dài của bánh lái nằm trong khoảng: ( Th-ờng chọn hệ số theo chuẩn = 0,8; 1; 1,5; 2

2.2.4 Chiều dày prôfin bánh lái

- Chiều dày prôfin lớn nhất (tmax) lấy theo đ-ờng kính chân vịt (DCV)

tmax = (0,1 0,125).DCV

- Vị trí hoành độ có chiều dày tối -u nằm trong khoảng:

x = (0,2 0, 25).bp

Khi tính toán bánh lái th-ờng chọn bánh lái tiêu chuẩn NaCa 0012 hoặc NaCa 0015

- Chiều dày lớn nhất của frofin bánh lái NaCa: tmax t.bp

Trong đó: t 0 , 12 hoặc t 0 , 15

bbl: Chiều rộng bánh lái (m) + Khoảng cách từ mép tr-ớc bánh lái đến vị trí có tung độ chiều dày lớn nhất của prôfin: X X.b p

Trong đó: X 0 2 với bánh lái NaCa 0012;

25 0

X với bánh lái NaCa 0015+ Toạ độ t-ơng đối của prôfin:

mm b

x

100 ; y y t .b p mm

100

Trong đó:

x: Là khoảng cách tính từ mép tr-ớc bánh lái (toạ độ lấy = 0) đ-ợc tính theo phần % chiều rộng bánh lái (Th-ờng chia chiều rộng bánh lái thành 10 phần bằng nhau)

y: đ-ợc tra bảng t-ơng ứng với vị trí x (bảng 1-9/24 STTB TI)

Bảng 1-9/24: Đối với bánh lái Nasa 0012 toạ độ tại x% có y%:

P

Bài 3

Đặc tính thuỷ động của bánh lái

3.1 Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái

Khi quay bánh lái một góc P so với mặt phẳng dọc tâm tàu, trên bánh lái xuất hiện hợp lực thuỷ động (P) đặt tại một điểm (C) gọi là tâm áp lực của bánh lái

y

P P

P y

Lực (Pn) đ-ợc sử dụng trong tính toán tiết diện đ-ờng kính trục lái + Lực Pt: Lực tiếp tuyến nằm trong mặt phẳng tạo bởi các dây cung prôfin

Pt đ-ợc tính bằng:

P x

P y

Vậy lực thuỷ động tạo lên mômen thuỷ động đối với trục quay bánh lái:

a x

Chú ý: Đổi từ kG sang kN : kN =

1000

8 , 9

C P A

V

P

bl CP

y

2

2

2 2

+ Cx: Hệ số lực dọc (lực cản)

kG A V

C P A

x

2

2

2 2

+ Cn: Hệ số lực pháp tuyến

kG A V

C P A

V

P

bl CP

n

2

2

2 2

+ Ct: Hệ số lực tiếp tuyến

kG A V

C P A

V

P

bl cp

t

2

2

2 2

+ Cm: Hệ số mômen

C M b

A V

M

td

p bl cp

td

2

.2

2

(Mô men thuỷ động tác dụng lên bánh lái)

+ CP: Hệ số tâm áp lực

p

P P

b

x C

Trong đó:

: Mật độ phân bố của n-ớc + N-ớc ngọt: = 102 (kg.s2/m4) + N-ớc biển: = 104,5 (kg.s2/m4)

P: Là góc quay thực của bánh lái (góc tấn) k: Hệ số cân bằng của bánh lái

Các hệ số nói trên gọi là đặc tính thuỷ động của bánh lái đ-ợc xác định bằng thực nghiệm và đ-ợc tra theo đồ thị cho bánh lái có độ dang chuẩn: = 0,5 ; 0,8; 1; 1,5

* Chú ý: Khi không nằm trong bánh lái có độ dang trên thì các hệ số

thuỷ động đ-ợc tính chuyển theo công thức của bánh lái chuẩn có độ dang = 6

Cx = Cx0 + C1.Cy2

P = P0 + C2.Cy; Cy = Cy0; Cm= Cm0

0 1

1 1 1

0 2

1 1 3 , 57 C

Trong đó: Cx0 ; Cyo ; Cm0 ; P0 là hệ số lực cản, lực dạt (lực nâng), hệ số mômen và góc bẻ lái của bánh lái chuẩn = 6 (Tra bảng 11-3 STKTĐT-T1/705 706)

3.2 Xác định vị trí đặt trục lái tối -u

* Yêu cầu :

+ Khi tàu chạy tiến, mômen thuỷ động lớn nhất tác dụng lên trục lái

phải nhỏ

+ Khi tàu chạy lùi, mômen thuỷ động phải nhỏ hơn khi tàu chạy tiến

Do yêu cầu trên ta khảo sát hoành độ tâm áp lực (xP) trên suốt chiều

P bl cp

n p bl cp m

x A V

C b A V

C

2

2

2 2

Cm.bp = Cn.xP xP = p

n

m

b C

3.3 ảnh h-ởng của mặt n-ớc và vỏ tàu đến đặc tính thuỷ động của bánh lái

Dòng chảy thực qua bánh lái không phải là dòng chảy vô hạn, nó bị ảnh h-ởng bởi mặt thoáng của n-ớc, vỏ tàu, và tác dụng của dòng chảy chân vịt

đạp ra…Xét từng yếu tố:

3.3.1 ảnh h-ởng của mặt n-ớc tự do

ảnh h-ởng của mặt n-ớc tự do cần phải tính đến khi thiết kế một số loại tàu sông (trong tr-ờng hợp đầy tải) có mép trên của bánh lái nhô trên mặt n-ớc

Khi đó dòng chảy của n-ớc đến bánh lái chỉ phủ kín một phần lớn diện

tích bánh lái, ảnh h-ởng đến tính ăn lái của tàu

+ Do vậy để bánh lái làm việc hiệu quả thì kết cấu vùng đuôi tàu phải

đảm bảo độ ngập sâu của bánh lái khi tàu đầy tải

+ Điều chỉnh hệ số cho phù hợp:

p

pb h

(Th-ờng nhỏ đối với tàu chạy sông do luồng cạn và lớn đối với tàu biển)

3.3.2 ảnh h-ởng của vỏ tàu

+ Vỏ tàu nằm trong dòng chảy qua bánh lái nên ảnh h-ởng đến góc tấn thực tế của tàu, vận tốc dòng chảy và sự phân bố các thành phần vận tốc trong dòng chảy…Do vậy lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái bị ảnh h-ởng

+ Trong thực tế tính toán thiết bị lái: ảnh h-ởng của vỏ tàu đ-ợc tính bằng l-ợng giảm hệ số dòng theo ( )

= 0,3 .(Fr – 0,2) (Khi Fr > 0,2); = 0 (Khi Fr < 0,2); Trong đó: - Hệ số béo thể tích

L g

v Fr

. Hệ số Frud v: Tốc độ tịnh tiến của tàu (m/s) L: Chiều dài thiết kế (m)

3 / 1

16 , 0 11 ,

Trong đó: : Hệ số béo thể tích

V: L-ợng chiếm n-ớc (m3)

DB: Đ-ờng kính chong chóng (m) x: Số l-ợng đ-ờng trục

3.3.3 ảnh h-ởng của chân vịt đến đặc tính thuỷ động của bánh lái

Dòng n-ớc đẩy của chân vịt chảy qua bánh lái Mỗi điểm của chất lỏng trong dòng đẩy của chân vịt có 3 thành phần vận tốc:

- Vt: làm thay đổi góc tấn của dòng chảy qua bánh lái

- Vhk: ảnh h-ởng không đáng kể đến đặc tính thủy động của bánh lái

* Trong tính toán thuỷ động của bánh lái:

- Tốc độ tính toán dòng chảy đến bánh lái để tính lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái:

s m V

1 1

.

V V

Củ chân vịt Cánh chân vịt

T: Hệ số tải chong chóng

2 2

.8

P B

S T

V D T

T: Lực đẩy chân vịt (kG)

kG t z

R T

1

R: Lực cản của tàu (kG) z: số chân vịt

t: Hệ số dòng hút:

t = C1 0 ;

C1 = 0,7 0,9 (Bánh lái khí động học tàu 1 chong chóng)

t = 0,8 0.(1 + 0,25 0) - Với tàu 2 chong chóng

DB: Đ-ờng kính chong chóng (m)

: Mật độ n-ớc (kg.s2/m4)

Hệ số:

2 1

1

2 0 , 1

1

2 1 2 1

B

B

D S D

S1: Khoảng cách từ mặt đĩa chân vịt đến tâm áp suất bánh lái (m)

* Chú ý:

Tốc độ dòng n-ớc chảy đến bánh lái do chân vịt đạp ra có thể phủ hết bánh lái (nếu chiều cao bánh lái bằng đ-ờng kính chân vịt)

Ng-ợc lại nếu chiều cao bánh lái lớn hơn đ-ờng kính chân vịt thì công thức d-ới đây áp dụng cho phần diện tích bánh lái đ-ợc bao phủ bởi dòng n-ớc do chân vịt đạp ra khi tính lực thuỷ động

(kG)

2

1 2 ' /

bl cp n

V V

V V D b A

a P

a P CV P bl

tđ= Pn//.(Xp- adop) kG.cm

VP (m/s) Tốc độ dòng n-ớc chảy đến chân vịt Nh- vậy lực thuỷ động và mô men thuỷ động tổng cộng tác dụng lên bánh lái đ-ợc xác định trong tr-ờng hợp (A/

bl< 90%Abl ) là:

(kG)2

/ max 2

//

max n

P

Pn ; M td M td//2.max M td/2.max (kG.cm)

ở trọng tâm bánh lái th-ờng khoét lỗ

tròn để thuận lợi cho quá trình lắp ráp trên tàu

- Bánh lái tấm đ-ợc sử dụng cho tàu nội

thủy có trọng tải nhỏ, vận tốc thấp

- Chiều dày tôn vỏ bánh lái ( ) th-ờng

đ-ợc chọn theo bảng hoặc công thức:

= k.d0 + 4 (mm)

Trong đó: d0: đ-ờng kính trục lái

k: Phụ thuộc vào cấp tàu

k = 0,03 (Tàu sông cấp SI)

k = 0,025 (Tàu sông cấp SII)

Hình19: Bánh lái dạng tấm

Chú ý:

Trong mọi tr-ờng hợp chiều dày tôn bao bánh lái lớn hơn hoặc bằng chiều dày tôn bao tính toán

4.2 Bánh lái dạng l-u tuyến

Là bánh lái dạng frofin l-u tuyến thoát n-ớc, bên trong bố trí các x-ơng gia c-ờng đứng, ngang liên kết chắc chắn với nhau và liên kết với tôn bao tạo thành khối kín

- Các x-ơng gia c-ờng đứng, ngang đ-ợc khoét lỗ giảm trọng l-ợng và thông khí khi thử áp lực

- Tấm tôn mặt trên, mặt d-ới đ-ợc khoét lỗ 25 50mm và tiện ren để rót, xả dầu bảo d-ỡng tôn vỏ, kết cấu trong bánh lái Sau đó bịt kín bằng êcu

- budông không rỉ

- Tại trọng tâm của bánh lái khoét một lỗ, lắp một ống tròn rỗng xuyên suốt chiều dày bánh lái để thuận tiện cho quá trình lắp ráp , sửa chữa hệ trục lái và bánh lái

- Các x-ơng gia c-ờng ngang đ-ợc bố trí đều nhau theo chiều cao bánh lái và đi liên tục chỉ gián đoạn tại x-ơng gia c-ờng đứng tại cốt bánh lái

- X-ơng gia c-ờng đứng gián đoạn tại x-ơng gia c-ờng ngang

400 2000

65 50

- Vùng tôn thay thế cho trụ lái đ-ợc gia c-ờng chắc chắn

Hình 20: Bánh lái dạng l-u tuyến

4.3 Tính chọn kết cấu bánh lái

4.3.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh lái

- Thép tấm đóng tàu loại A

+ ứng suất chảy : ch = 2.400KG/cm2 = 240Mpa

+ ứng suất bền : B = 3.800KG/cm2 = 380Mpa 1Mpa = 106 Pa; 1Pa = 1N/mm2 ; 1kG = 9,81N

4.3.2 Chọn khoảng cách x-ơng gia c-ờng

Khoảng cách x-ơng gia c-ờng chuẩn: a L 0 , 4 m

100 2 , 0

Khoảng cách x-ơng gia c-ờng phải nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách s-ờn vùng đuôi tàu

P T

[ ]: ứng suất uốn cho phép của vật liệu chế tạo [ ] = 0,5 ch (N/cm2)

aC: Khoảng cách giữa x-ơng gia c-ờng đứng hoặc ngang lấy giá trị nào nhỏ hơn (cm)

bC: Khoảng cách giữa x-ơng gia c-ờng đứng hoặc ngang lấy giá trị nào lớn hơn (cm)

kS: Hàm phụ thuộc vào tỷ số bC/aC tra theo bảng:

kS 0,554 0,576 0,605 0,633 0,655 0,671 0,685

- Kiểm tra chiều dày tôn bao theo điều kiện chiều dày tối thiểu:

mm L

L

a C

240

37

40

min 0

* Tính theo Quy phạm:

Chiều dày tôn vỏ bánh lái không nhỏ hơn trị số tính theo công thức:

5,2

10

5,5

4

PL P

n

K F

P d

5 , 0 1 , 1

2

a S

v

.5,1Trong đó:

S: Khoảng cách x-ơng gia c-ờng bánh lái, trong mọi tr-ờng hợp (S) lấy nhỏ hơn 1,0 (m)

v: Tốc độ của tàu (hl/h)

KPl: Hệ số vật liệu tôn bánh lái

4.3.4 Tính chọn chiều dày x-ơng gia c-ờng

a Đối với bánh lái prôfin:

- Chiều dày tôn mặt trên, mặt d-ới của bánh lái:

mmd

tr 1 , 2 0

- Chiều dày tôn gia c-ờng bên trong bánh lái:

hP : Là khoảng cách lớn nhất của chiều cao bánh lái (m)

b Đối với bánh lái tấm:

- Chiều dày x-ơng gia c-ờng lớn hơn hoặc bằng chiều dày tôn bánh lái

4.3.5 Kiểm tra bền bánh lái

a Đối với bánh lái dạng prôfin:

Sau khi đ-ợc gia c-ờng chắc chắn phải kiểm tra mô đun chống uốn tiết diện mặt cắt ngang tại vùng thay thế cho trụ lái theo công thức:

max

Mu W

W

Trong đó:

Mumax: Mômen uốn nhịp gây uốn x-ơng gia c-ờng tính ở phần giải dầm [ ] = 0,4 ch (kG/cm2) - ứng suất cho phép

[W]: Mô đun chống uốn cho phép (cm3)

W: Mômen chống uốn tính toán thực tế tại tiết diện đang xét (cm3)

Hình 21: Tiết diện kiểm tra bền bánh lái

b Đối với bánh lái dạng tấm:

Theo Quy phạm:

Mô đun chống uốn của tiết diện x-ơng bánh lái không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

W 0,5.S.C12.v2.Ka (cm3)

4.3.6 Kết cấu x-ơng đứng thay thế cho trụ lái

- X-ơng gia c-ờng đứng thay thế cho trụ lái có thể là 1 hoặc 2 x-ơng + Tr-ờng hợp: a > tmax phải gia c-ơng hai x-ơng đứng (Hình22.a) + Tr-ờng hợp: a < tmax phải gia c-ơng một x-ơng đứng (Hình 22.b) Trong đó: tmax: Chiều dày lớn nhất của prôfin

Hình 22: Kết cấu x-ơng đứng thay thế trụ lái

120 300 212 365 130

54 764

2200

R3 0

10 10

hệ trục lái và đạo l-u

5.1 Một số đặc điểm kết cấu của hệ trục lái

5.1.1 Kết cấu trục lái

- Trục quay bánh lái và đạo l-u là kết cấu chịu lực chính của thiết bị lái

- Phần chủ yếu của trục lái là một trục có tiết diện tròn đặc, thẳng có các cổ trục để lắp cần lái, ổ trục lái, rãnh then, vòng hãm

Hình 23: Kết cấu trục lái

- Phần d-ới của trục lái, tuỳ theo ph-ơng pháp mối ghép nối giữa trục lái và bánh lái có các dạng mối ghép sau:

+ Mối ghép bằng mặt bích + Mối ghép bằng độ côn

- Tại các phần hình trụ của trục lái, đ-ờng kính trục lái tại các ổ đỡ khác nhau tuỳ thuộc vào lực tác dụng lên các ổ đỡ đó

- Nếu phần trụ của trục lái có rãnh then thì đ-ờng kính trục tại phần đó

đ-ợc lấy tăng lên 0,05.Di (Di: là đ-ờng kính tính toán tại vị trí có rãnh then)

- Phần chuyển tiếp giữa hai đoạn trục có đ-ờng kính khác nhau phải có góc l-ợn với bán kính càng lớn càng tốt hoặc chuyển tiếp êm với góc nghiêng

- Chiều dày ống lót trục tại các ổ đỡ đ-ợc tra bảng (1-25/87 STTB T1) và chiều dài ống lót phải lớn hơn chiều dài mặt đỡ 100mm

250 164

H7 r6

248 288

5.1.2 Các ổ của trục lái

ổ đỡ của trục lái chịu tác dụng phản lực ngang của hệ trục lái, bánh lái gây lên nó làm nhiệm vụ nh- một gối đỡ làm giảm mômen uốn và lực tác dụng lên trục lái

5.1.2.1 Kết cấu chung của ổ đỡ trục lái

Vỏ ổ bằng thép đúc (hoặc thép hàn nếu ổ nhỏ) đ-ợc liên kết với vỏ tàu bằng mối ghép hàn hoặc mặt bích bắt bulông

Bạc lót ổ bằng thép không gỉ, đồng thanh, babít hoặc thép tráng đồng Bạc đ-ợc lắp ép chặt vào ổ, mặt đầu của bạc có vòng hãm bắt bằng vít đồng

Mặt trong của bạc lót ổ đ-ợc tạo rãnh dầu để bôi trơn trục lái

Các ổ d-ới của trục lái (liên kết với sống đuôi) có các vòng bít; vòng ép

và vít ép để kín n-ớc cho ổ Vòng bít làm bằng sợi bông, sợi gai tẩm chất chống ma sát tết thành dây

+ Số vòng bít cần thiết : n = 5 6 chiếc

+ Kích th-ớc vòng bít (ép tết): b 2 d

+ Chiều cao lỗ khoét trên ổ đỡ chứa vòng bít: h = 0,9.n.b

5.1.2.2 Phân loại ổ trục lái

Các ổ trục lái gồm các loại ổ sau: ổ đỡ, ổ đỡ chặn, ổ kín n-ớc, ổ trên, ổ d-ới, ổ trung gian Các ổ trục lái có thể là ổ tr-ợt hoặc ổ lăn

Các ổ trục lái phải chế tạo bằng vật liệu chịu mài mòn, các ổ phải đ-ợc chế tạo, lắp ghép thuận tiện dễ dàng thay thế khi sửa chữa

Tải trọng tác dụng lên ổ đỡ:

- Các phản lực ngang do hệ trục lái -bánh lái tác dụng lên ổ đỡ

- Các lực dọc do trọng l-ợng trục lái - bánh lái gây lên

+ Trọng l-ợng bánh lái đ-ợc tính bằng tổng trọng l-ợng thành phần cấu thành bánh lái nh-: tôn bao ngoài, các x-ơng gia c-ờng

Sử dụng công thức tính trọng l-ợng cho tôn tấm:

G=7,85.S (kg)

Trong đó: S (m2): diện tích tấm tôn

Chiều dày tôn tấm (mm) + Trọng l-ợng trục lái: Gtl = 7,85 R2.h (kg)

Trong đó: R: Bán kính trục lái (m)

htl: Chiều cao trục lái (mm)

Trong đó:

Ri: phản lực tổng cộng tại gối đỡ đang xét (N)

hi: Chiều dài ống lót (bạc lót) theo Quy phạm

B: Phản lực tại gối đỡ đang xét (N)

qa: áp suất bề mặt cho phép phụ thuộc vào vật liệu (Tra bảng 2B/21.12/123- QP 2B-2003) qa = 7,0 - Đối với thép không gỉ, đồng thau hoặc

đồng thau grafit ép sóng

5.3 Tính chọn trục bánh lái và đạo l-u (Tham khảo)

5.3.1 Vật liệu chế tạo trục lái

- Trục lái th-ờng chế tạo bằng thép rèn hoặc thép cán Thông th-ờng ng-ời ta sử dụng thép 35 hoặc thép 45 làm trục lái

- Thép 35 có ch = 320Mpa

B = 520Mpa

5.3.2 Tải trọng tác dụng lên trục lái

- Do áp lực thuỷ động của n-ớc Pn vuông góc với trục lái gây lên uốn trục

- Mômen xoắn thuỷ động (M ) gây lên xoắn trục

- Lực tác dụng của máy lái lên đầu sectơ lái truyền lên trục:

PC = MC/RC (kG) Trong đó:

MC: Là mômen xoắn toàn phần lớn nhất trên trục lái:

n

i msi

5.3.3 Tính toán trục lái thẳng (Tham khảo)

Khi tính toán gải dầm ng-ời ta coi hệ trục lái, bánh lái nh- 1 dầm tựa trên các gối tự do gồm các phản lực gối là Ri: (i: là thứ tự phản lực tại gối i =

1, 2, 3……)

Trong đó:

+ Bánh lái có độ cứng là EI1+ Trục lái có độ cứng là EI2+ E: là môđun đàn hồi + I1 ; I2 là mômen quán tính mặt cắt ngang của bánh lái và trục lái Lấy EI1 = 2EI2 khi đó dầm là siêu tĩnh bậc nhất Quá trình tính toán trục lái đ-ợc thực hiện theo 3 b-ớc sau:

a.Sơ đồ trục lái có kết cấu thẳng:

Hình 25: Sơ đồ trục lái thẳng

Trên sơ đồ hóa có:

+ Gối O: Là gối đặt trên gót ky lái

+ Gối 1: Là gót liên kết với sống đuôi tàu

+ Gối 2: là gối liên kết với sàn sectơ hoặc boong tàu

+ a1: là khoảng cách từ tâm gót ky lái đến giữa chiều cao bánh lái (m) + b1: Là khoảng cách từ tâm bánh lái đến tâm gối 1 (m)

+ l2: Là khoảng cách từ tâm gối 1 đến tâm gối 2

+ l3: Là khoảng cách từ tâm gối 2 đến tâm vị trị lắp sectơ lái

+ Pn: Lực thuỷ động tác dụng vào bánh lái

+ PC: Lực tác dụng lên đầu sectơ lái do máy lái tạo ra

b Trục lái d-ới tác dụng của P n ; M (lần gần đúng thứ nhất)

* Sơ đồ tính toán (Hình 26)

Viết ph-ơng trình góc xoay cho gối 1:

0 1

6

3

3

.

1 1 1

1 1 2

2 1 1

1 1

b

a EI

b a P EI

l M EI

l

cm kG l

l

b a b

a P

2

1

1 1 1

1 1

.

.

1

1

1 Mô men nhịp đ-ợc sử dụng kiểm tra mô đun chống uốn tiết diện mặt cắt ngang của x-ơng gia c-ờng đứng thay thế trụ lái

1

1 1 1

tt

Đ-ờng kính trục sơ bộ tại gối 1: D 3 M u M cm

2 2 1 1

1 , 0

Trong đó:

Mu1 = M1’: mômen uốn nhịp t³i gối 1 (kG.cm)

Mtđ = M : Mômen thuỷ động lớn nhất tính ở phần lực thuỷ động (kG.cm)

[ ] = 0,4 ch (kG.cm2)

+ Đ-ờng kính trục sơ bộ tại gối 2: D 3 M cm

2

1 , 0

l

M l

b P

o

1 1 1

1

.

kG l

a P l

l

l l M

1 1 2

1

2 1 1 1

.

* Trục lái chịu tác dụng của trọng l-ợng bánh lái, trục lái Gm gây ra:

MG = Gm.r (kG.cm) Trong đó:

Gm: Trọng l-ợng bánh lái

r = (x- adop) (cm)

r (cm): Khoảng cách tính từ trọng tâm bánh lái đến tâm trục lái Phải xác định hoành độ xi) của từng thành phần trọng tâm của tôn bao, các cơ cấu bánh lái đối với mép tr-ớc của bánh lái (lấy mép tr-ớc bánh lái làm hệ trục toạ độ)

n n

i

x x x x n

x 1 1 2 3 (cm) Trong đó:

i: Chỉ số thứ tự i=1….n Sơ bộ chọn khoảng cách từ trọng tâm bánh lái đến mép tr-ớc bánh lái:

x = (0,35 0,37)bPViết ph-ơng trình góc xoay cho gối 1:

2

2 1

1 1

' 1 2

1

2 1

1.6

EI

l M EI

l M l

a EI

l

cm kG l

l

l

a l

M M

G

2

3 1 2 1

2 1

2 1

2 1 1

' 1

* Phản lực tại các gối do MG gây ra:

l

M l

M

1

' 1 1

' 0

l

M l

M l

M

2

' 1 1

' 1 1

' 1

l

M R

2

' 1 '

2

* Tính phản lực tổng cộng các gối ở lần tính gần đúng thứ nhất:

kG R

R

R1TC 12 '12

kG R

R

kG R

R

* Tính mômen ma sát tại các gối trục lần gần đúng thứ nhất:

cm kG R

D f

2.4

Trong đó:

fi: Hệ số ma sát (fi = 0,1 đối với thép và đồng thanh)

Di: Đ-ờng kính trục tại gối thứ i (cm)

Ri: Phản lực tổng cộng tại gối thứ i (kG)

* Tính chọn máy lái sơ bộ lần thứ nhất

Chọn máy lái có mômen xoắn định mức đ-a ra đầu sectơ lái thoả mãn:

MC MTP

Trong đó:

+MC: Mômen lái định mức của máy lái +MTP: Mômen xoắn tổng cộng tác dụng lên trục lái tính gần đúng lần thứ nhất

n

i ms

M

1Lựa chọn sectơ máy lái: Th-ờng chọn bán kính sectơ lái: R = 0,65 0,7 (m) Lực tác dụng lên đầu sectơ lái: kG

R

M P

C

C C

c Tính chính xác đ-ờng kính trục lái (lần thứ 2):

* Tính trục lái d-ới tác dụng của Pn; M ; PC

- Ph-ơng trình góc xoay viết cho gối 1:

2

2 2

2

2 1

1

1 1

1

1

1

1 1

63

3

16

EI

l M EI

l M EI

l M l

a EI

b a

P n

cm kG l

l

l M l

a b a P M

n

2

1 2

1

2 1

2 2 1

1 1 1 1

b a

M

2

1 1 1

1 1 tt

Phản lực tại các gối trong lần tính thứ 2:

kG l

M l

b P

1 1 1

1

"

0

.

kG l

M M l

M a P

2

2 1 1

1 1

"

1

.

kG l

M M P

2

2 1

"

1

Đ-ờng kính trục lái trong lần tính thứ 2: 3

2 2

.1,0

M M

+ Tại gối 1: 3

2 2

1 1

.1,0

M M

+ Tại gối 2: 3

2 2

2 2

.1,0

M M

+ Tại gối 0: 10

' 0 0

* Kiểm tra lựa chọn máy lái lần thứ 2:

Tính phản lực tổng cộng tại các gối trục:

kG R

R

R0TC 0'2 0"2

kG R

R

R1TC 1'2 1"2

kG R

Xác định mômen xoắn toàn phần:

n

i ms

5.3.4 Kiểm tra bền trục lái

- Sau khi tính đ-ợc đ-ờng kính trục lái tại các gối đỡ phải kiểm tra bền trục lái tại tiết diện nguy hiểm của gối đỡ trục lái

Hình 27: Tiết diện kiểm tra bền trục lái

+ TiÕt diÖn 0 - 0 lµ tiÕt diÖn gãt ky l¸i

+ TiÕt diÖn 1 – 1 lµ tiÕt diÖn æ liªn kÕt víi sèng ®u«i tµu

+ TiÕt diÖn 2 – 2 lµ tiÕt diÖn æ trªn sµn sect¬ (hoÆc trªn mÆt boong) + TiÕt diÖn 3 – 3 lµ tiÕt diÖn t¹i vÞ trÝ trôc l¸i liªn kÕt víi sec t¬ l¸i

- TiÕt diÖn trôc l¸i ®-îc gäi lµ bÒn ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

M

u u

Mu: M«men uèn tæng céng t¹i gèi ®ang xÐt (kG.cm) M« men uèn tæng céng t¹i tiÕt diÖn I-I lµ:

cm kG M

1 1 ,

l

M l

b P l

l

M l

G l

.

i i

B¶ng tÝnh kiÓm tra bÒn b¸nh l¸i