Giáo trình Thiết bị lái tàu thủy

------ Giáo trình thiết bị lái tàu thủy 6 Ch­¬ng 1 ThiÕt bÞ l¸i 1.1. Kh¸i niÖm chung vÒ thiÕt bÞ l¸i tµu thuû Mét trong nh÷ng tÝnh n¨ng c¬ b¶n cña tµu thuû ®ã lµ tÝnh ¨n l¸i. TÝnh ¨n l¸i cña tµu thuû lµ kh¶ n¨ng gi÷ nguyªn hoÆc thay ®æi h­íng ®i theo ý muèn cña ng­êi l¸i tµu. 1.1.1. Kh¸i niÖm Trªn c¸c tµu tù hµnh (ngay c¶ mét sè tµu kh«ng tù hµnh) ng­êi ta th­êng trang bÞ c¸c thiÕt bÞ l¸i ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ¨n l¸i cho tµu ë bÊt kú tr¹ng th¸i nµo trong suèt qu¸ tr×nh hµnh h¶i TÝnh ¨n l¸i cña tµu gåm hai tÝnh chÊt: tÝnh æn ®Þnh h­íng ®i vµ tÝnh quay vßng. TÝnh æn ®Þnh h­íng ®i lµ kh¶ n¨ng tµu gi÷ nguyªn hoÆc thay ®æi h­íng chuyÓn ®éng. TÝnh quay vßng lµ kh¶ n¨ng thay ®æi h­íng chuyÓn ®éng vµ ®­îc m« t¶ bëi quü ®¹o cong khi bÎ l¸i. Hai tÝnh chÊt nµy m©u thuÉn víi nhau, mét con tµu cã tÝnh æn ®Þnh h­íng ®i tèt th× sÏ cã tÝnh quay vßng tåi vµ ng­îc l¹i. V× vËy ph¶i tuú thuéc vµo tõng lo¹i tµu (c«ng dông vµ chøc n¨ng), tõng vïng ho¹t ®éng mµ ng­êi ta ­u tiªn cho 1 trong 2 tÝnh chÊt trªn khi thiÕt kÕ. VÝ dô, khi tµu ch¹y ë vïng ho¹t ®éng kh«ng h¹n chÕ (tµu biÓn) do ®iÒu kiÖn kh«ng gian ho¹t ®éng kh«ng h¹n chÕ, ®Ó ®¶m b¶o cho thêi gian hµnh tr×nh th× ph¶i ­u tiªn cho tÝnh æn ®Þnh h­íng ®i cßn ®èi víi tµu cã vïng ho¹t ®éng h¹n chÕ (tµu s«ng) th× ng­îc l¹i. TÝnh ¨n l¸i còng phô thuéc vµo c¸c bé phËn cè ®Þnh, æn ®Þnh kh¸c nh­: ki h«ng, ki ®u«i, gi¸ ch÷ nh©n (X) hoÆc ch÷ Y, sè l­îng vµ chiÒu dµi chong chãng, ®o¹n trôc chãng chãng, sè b¸nh l¸i còng nh­ c¸c thiÕt bÞ kh¸c. Trªn tµu ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ¨n l¸i, ng­êi ta cã thÓ bè trÝ nhiÒu lo¹i thiÕt bÞ l¸i ho¹t ®éng ®éc lËp hoÆc phèi hîp nh­: b¸nh l¸i, ®¹o l­u ®Þnh h­íng xoay, chãng chãng (tµu l¾p nhiÒu chong chãng), thiÕt bÞ phôt n­íc, ch©n vÞt, v.v. nh­ng phæ biÕn nhÊt lµ b¸nh l¸i vµ ®¹o l­u ®Þnh h­íng xoay v× ®ã lµ nh÷ng thiÕt bÞ dÔ chÕ t¹o, gi¸ thµnh rÎ, lµm viÖc tin cËy vµ hiÖu qu¶ cao. B¸nh l¸i lµ mét vËt thÓ d¹ng c¸nh tÊm ph¼ng hoÆc d¹ng cã pr«fin tho¸t n­íc nhóng ch×m trong n­íc, cßn ®¹o l­u ®Þnh h­íng xoay lµ mét vËt thÓ h×nh trô trßn xoay cã d¹ng pr«fin tho¸t n­íc theo chiÒu däc trôc cña nã, bao quanh chong chãng ë phÝa sau th©n tµu. 1.1.2. Ph©n lo¹i b¸nh l¸i 1.1.2.1. Ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng pr«fin cã B¸nh l¸i tÊm B¸nh l¸i tho¸t n­íc 1.1.2.2. Ph©n lo¹i theo vÞ trÝ ®Æt trôc l¸i Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 7 B¸nh l¸i c©n b»ng lµ b¸nh l¸i mµ trôc l¸i chia b¸nh l¸i ra 2 phÇn. B¸nh l¸i kh«ng c©n b»ng lµ b¸nh l¸i n»m vÒ mét phÝa cña trôc l¸i B¸nh l¸i b¸n c©n b»ng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 8 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 9 H×nh 1.1. S¬ ®å ph©n lo¹i b¸nh l¸i. 1.1.2.3. Ph©n lo¹i theo sè gèi ®ì trªn trôc l¸i S¬ ®å 1, c¸c b¸nh l¸i cã 1 æ ®ì trªn b¸nh l¸i trë lªn S¬ ®å 2, c¸c b¸nh l¸i cã 2 æ ®ì trªn b¸nh l¸i S¬ ®å 3, b¸nh l¸i kh«ng cã æ ®ì trªn b¸nh l¸i Trong c¸c s¬ ®å trªn ®­îc bæ sung c¸c d¹ng ®¹o l­u xoay 1.1.2. VÞ trÝ ®Æt trôc l¸i NÕu trªn tµu cã bè trÝ chong chãng th× tèt nhÊt nªn ®Æt b¸nh l¸i phÝa sau vµ ë gi÷a luång n­íc do chong chãng ®Èy ra ®Ó lµm t¨ng hiÖu qu¶ lµm viÖc cña b¸nh l¸i. Víi ®u«i tµu cã l¾p mét chong chãng th× b¸nh l¸i, sèng l¸i, ki ®ì l¸i t¹o thµnh khung gi¸ l¸i:lµ kho¶ng kh«ng gian ®Ó l¾p chong chãng võa ®ñ, trÞ sè c¸c khe hë cña khung gi¸ l¸i chän theo b¶ng sau: Trong b¶ng 1.1, KT - hÖ sè t¶i cña chong chãng; D - ®­êng kÝnh chong chãng; tmax- chiÒu dµy lín nhÊt cña fr«fin b¸nh l¸i; bP - chiÒu réng b¸nh l¸i;  - nöa gãc tiÕp tuyÕn cña sèng ®u«i víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 10 C¸c gi¸ trÞ trong b¶ng 1.1 lµ gi¸ trÞ nhá nhÊt. Trong thùc tÕ sö dông, ®Ó gi¶m chÊn ®éng ë vïng ®u«i, c¸c gi¸ trÞ ®ã (a, b, c, d) cã thÓ ®­îc lÊy t¨ng lªn mét Ýt. Tuy nhiªn khe hë a kh«ng nªn lÊy qu¸ lín, nÕu kh«ng sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc cña b¸nh l¸i. B¶ng 1.1. KÝch th­íc c¬ b¶n cña khung gi¸ l¸i tµu mét chong chãng. T.T Tªn t¸c gi¶ ®Ò nghÞ a b c d 1 BÓ thö Hµ Lan Waningen (0,08 - 0,12).D (0,15- 0,2).D (0,1- 0,12)D 0,03.D 2 L. Lloyds (0,08 - 0,15).D 0,15.D 0,08.D - 3 C¬ quan ph©n cÊp tµu Na- uy. 0,73. P max b t .D (1+ ).kT/D 0,09.D 0,085.D 4 ViÖn nghiªn cøu VËt lý Anh (0,08 - 0,15).D 0,2.D (0,08 -0,1)D (0,02 -0,03)D H×nh 1.2. S¬ ®å khung gi¸ l¸i cña tµu mét chong chãng Trong mäi tr­êng hîp b¸nh l¸i ph¶i bè trÝ ch×m trong n­íc, mÐp trªn b¸nh l¸i ®Æt cµng s©u trong n­íc cµng tèt. NÕu gäi kho¶ng c¸ch tõ mÐp trªn cña b¸nh l¸i ®Õn mÐp n­íc tù do lµ tp th× tp ®­îc lÊy nh­ sau - ®Ó ®¶m b¶o diÖn tÝch b¸nh l¸i FP) Tµu biÓn: tp  0,25.hp (1.1) Tµu hå (hoÆc pha s«ng biÓn): tp  0,125.hp Tµu s«ng: tp = (0 - 0,1).hp víi hp- chiÒu cao b¸nh l¸i. Kho¶ng c¸ch tõ mÐp trªn cña tÊm b¸nh l¸i ®Õn vá bao tµu cµng nhá cµng tèt song phØa tho¶ m·n kh«ng bÞ kÑt khi bÎ l¸i. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 11 ë mäi gãc bÎ l¸i h×nh chiÕu b»ng cña tÊm b¸nh l¸i ph¶i n»m trong ph¹m vi h×nh chiÕu b»ng cña ®­ßng n­íc chë hµng mïa hÌ KWL. Víi b¸nh l¸i c©n b»ng vµ b¸n c©n b»ng ,mÐp d­ãi cña b¸nh l¸i ph¶i ®Æt cao h¬n ®­êng c¬ b¶n vµ kh«ng thÊp h¬n mÐp d­íi cña chong chãng. Víi b¸nh l¸i treo, viÖc nèi gi÷a b¸nh l¸i vµ trôc l¸i lµ kÕt cÊu hµn, ph¶i l­u ý ®Õn chiÒu cao cña nã ®Ó khi söa ch÷a, l¾p r¸p, th¸o b¸nh l¸i trªn ô kh«ng ph¶i c¾t trôc l¸i. 1.2. T¸c dông cña b¸nh l¸i 1.2.1. C¬ chÕ l­în vßng cña tµu khi bÎ l¸i Gi¶ sö tµu ®ang ch¹y theo h­íng th¼ng víi vËn tèc v (h×nh 1.3.a) trong ®iÒu kiÖn mÆt n­íc yªn lÆng (tøc kh«ng cã t¸c dông cña sãng, giã, dßng ch¶y vµ c¸c ngo¹i lùc ngÉu nhiªn kh¸c), b¸nh l¸i n»m ë mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu hoÆc song song víi nã. Khi ®ã lùc t¸c dông lªn tµu bao gåm: Lùc c¶n cña n­íc ®Õn chuyÓn ®éng cña tµu R n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, cã chiÒu ng­îc víi vËn tèc cña tµu. Lùc ®Èy cña chong chãng T n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, cïng chiÒu víi vËn tèc cña tµu, c©n b»ng víi lùc c¶n cña tµu vµ lùc c¶n cña b¶n th©n nã. Gi¶ sö khi ®ã ta ®æi h­íng chuyÓn ®éng cña tµu b»ng c¸ch bÎ l¸i mét gãc p sang m¹n, khi ®ã xuÊt hiÖn ¸p lùc thuû ®éng cña n­íc t¸c dông lªn b¸nh l¸i P bæ sung vµo hÖ lùc trªn, lùc P cã ®iÓm ®Æt t¹i K - gäi lµ t©m ¸p lùc cña b¸nh l¸i. NÕu gi÷ nguyªn gãc bÎ l¸i p ®ã th× lùc P sÏ lµm thay ®æi quÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña tµu vµ lµm xuÊt hiÖn, biÕn ®æi c¸c thµnh phÇn lùc kh¸c. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña tµu khi ®ã gäi lµ quÜ ®¹o l­în vßng cña tµu. §Ó xÐt vµ biÕt ®­îc t¸c dông cña b¸nh l¸i khi bÎ l¸i ta ®i xÐt t¸c dông cña lùc P, b»ng c¸ch ®Æt t¹i träng t©m tµu G mét cÆp lùc trùc ®èi (b»ng nhau vÒ trÞ sè, cïng ph­¬ng, ng­îc chiÒu) P vµ P cïng ph­¬ng, cïng trÞ sè víi lùc P. Lùc P vµ P t¹o thµnh mét ngÉu lùc cã m« men M1 = P.lp, (lp lµ tay ®ßn cña m« men M1; lp  (L/2).cosp) cã chiÒu vÒ phÝa bÎ l¸i). Lùc P ®­îc ph©n tÝch thµnh hai lùc P1 vµ P2, trong ®ã lùc P1 cã ph­¬ng cña mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, cïng chiÒu víi lùc c¶n R gäi lµ lùc c¶n bæ sung, nã cïng víi R lµm t¨ng lùc c¶n, gi¶m tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu, khi ®ã lùc c¶n tæng céng t¸c dông lªn tµu lµ RT = R + P1. Lùc P2 cã ph­¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, lµm d¹t tµu vÒ h­íng ng­îc víi h­íng bÎ l¸i gäi lµ lùc d¹t. Do tµu chuyÓn ®éng d¹t, lªn xuÊt hiÖn lùc c¶n theo ph­¬ng ngang R0 cïng ph­¬ng, ng­îc chiÒu víi P2. NÕu cø gi÷ nguyªn gãc bÎ l¸i p sao cho ®Õn thêi ®iÓm nµo ®ã, gi¸ trÞ cña R0 t¨ng b»ng gi¸ trÞ cña P2 th× chuyÓn ®éng d¹t kÕt thóc vµ khi ®ã m« men M1 còng ®ñ lín ®Ó lµm quay tµu vÒ h­íng bÎ l¸i. D­íi t¸c dông cña m« men M1, tµu quay quanh trôc th¼ng ®øng ®i qua träng t©m tµu G vÒ h­íng bÎ l¸i. §ång thêi sù quay vßng nµy lµm ®æi ph­¬ng cña lùc ®Èy T mµ nhê ®ã tµu ®æi h­íng chuyÓn ®éng. Khi tµu chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o cong (h×nh 1.3.b), lùc c¶n tæng céng RT cã ®iÓm ®Æt t¹i KT trªn mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, gäi lµ t©m ¸p lùc cña tµu, (víi tµu, th«ng th­êng KT n»m ë kho¶ng gi÷a träng t©m tµu G vµ ®­êng vu«ng gãc mòi). Ph©n tÝch RT thµnh Rx vµ Ry, trong ®ã Rx n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu lµ lùc c¶n cña tµu, Ry cã ph­¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu vµ nãi chung kh«ng ®i qua träng t©m tµu G. Thµnh phÇn nµy ph¸t sinh m« men phô M2 = Ry.lp’, (lp lµ tay ®ßn cña m« men Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 12 M2 b»ng kho¶ng c¸ch KTG) cïng chiÒu víi m« men M1 lµm t¨ng chuyÓn ®éng quay cña tµu vÒ h­íng bÎ l¸i. Khi KT n»m ë kho¶ng gi÷a träng t©m tµu G vµ ®­êng vu«ng gãc ®u«i th× m« men M2 ng­îc chiÒu víi m« men M1, nã c¶n trë l¹i sù quay cña tµu theo h­íng bÎ l¸i. Khi tµu chuyÓn ®éng theo h­íng th¼ng, vËn tèc tµu v cã ph­¬ng cña mÆt ph¼ng ®èi xøng, cßn khi tµu chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o cong, mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu kh«ng cßn tiÕp tuyÕn víi quÜ ®¹o l­în vßng mµ nã t¹o víi tiÕp tuyÕn ®ã mét gãc  vµ cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn,  gäi lµ gãc lÖch h­íng cña tµu. Tèc ®é vi vµ gãc lÖch h­íng i cña ®iÓm i bÊt kú n»m trªn mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu thay ®æi theo chiÒu dµi tµu. T¹i thêi ®iÓm nµo ®ã cña chuyÓn ®éng, tèc ®é vi kh«ng gi¶m, gãc lÖch h­íng i kh«ng t¨ng vµ ®¹t ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi th× quÜ ®¹o cña tµu lóc ®ã æn ®Þnh. Khi ®ã coi tµu quay quanh mét trôc th¼ng ®øng t­ëng t­îng nµo ®ã ®i qua ®iÓm O trong kh«ng gian víi vËn tèc gãc  = const. Gäi kho¶ng c¸ch tõ O ®Õn c¸c ®iÓm x¸c ®Þnh trªn tµu lµ b¸n kÝnh Ri , th× quÜ ®¹o l­în vßng æn ®Þnh khi Ri = const. G Quü ®¹o cña träng t©m G + + ++ + + - - - + + + Rx R RyK l'p M2=Ry.l'p K b) M1 v T P P K lp a) M1=P.l G v R Ro=f(vn)P P' P'' P T P  v  T T P p 2 1 H×nh 1.2. C¸c tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng cña tµu trªn quü ®¹o quay vßng a- Khi b¾t ®Çu bÎ l¸i b- Khi chuyÓn ®éng trªn quü ®¹o cong Khi tµu chuyÓn ®éng trªn trªn quÜ ®¹o æn ®Þnh (h×nh 1.4), ta xÐt t¹i mét sè ®iÓm ®Æc biÖt trªn tµu. T¹i ®iÓm C (CO vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu), tèc ®é tiÕp tuyÕn vC cña tµu lµ nhá nhÊt, tèc ®é nµy t¨ng dÇn c¶ vÒ phÝa mòi vµ phÝa ®u«i cña tµu, vµ nã ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i mót ®u«i (®iÓm A) vµ mót mòi (®iÓm B) cña tµu. Gãc lÖch h­íng  t¹i C lµ C = 0, gãc nµy cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn tõ ®iÓm C ®Õn c¸c ®iÓm c¶ vÒ phÝa mòi vµ phÝa ®u«i vµ ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i A vµ B nh­ng cã chiÒu ng­îc nhau,(gãc lÖch h­íng lµ gãc t¹o bëi gi÷a ph­¬ng cña mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu víi ph­¬ng tèc ®é tiÕp tuyÕn víi Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 13 quÜ ®¹o, gãc nµy cã chiÒu cïng víi chiÒu kim ®ång hå cho nh÷ng ®iÓm n»m gi÷a C vµ mót mòi, ng­îc chiÒu kim ®ång hå cho nh÷ng ®iÓm n»m gi÷a C vµ mót ®u«i). Do ®ã, khi tµu ®ang chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o æn ®Þnh, nÕu tõ mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, t¹i C ta xÐt, th× tµu gåm hai chuyÓn ®éng : chuyÓn ®éng quay quanh C vµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu. ThËt vËy, ph©n tÝch c¸c vËn tèc vi theo ph­¬ng mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu vµ vu«ng gãc víi nã ta ®­îc vxi vµ vyi t­¬ng øng. Khi ®ã ta cã: vxA = vA. cosA = . RA. cosA = .RC (1.2) vxB = vB. cosB = . RB. cosB = .RC vxi = vi. cosi = . Ri. cosi = .RC vxC = vC = . RC Suy ra: vxA = vxB = vxi = vxC = . RC, ®iÒu nµy chøng tá tµu chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu. T­¬ng tù ta cã: vyA = vA. sinA = . RA. sinA = .AC (1.3) vyB = vB. sinB = . RB. sinB = .BC vyi = vi . sini = . Ri. sini = .iC vyC = 0. §iÒu nµy chøng tá c¸c ®iÓm A, B, i, v.v. quay quanh C víi vËn tèc gãc . §iÓm C gäi lµ t©m quay t­¬ng ®èi cña tµu.       A v v v G v G C  O R A  v v v v v  B v = v  C   R G R R B G c i X B B y B B C x Cx G y G G A x A Ay A H ×n h 1 .3 : K h i c h u y Ó n ® é n g t rª n q u ü ® ¹ o q u a y v ß n g æ n ® Þn h 1.2.2. C¸c giai ®o¹n chuyÓn ®éng cña tµu trong qu¸ tr×nh l­în vßng Gi¶ sö ban ®Çu tµu ch¹y theo h­íng th¼ng víi vËn tèc v nµo ®ã trªn mÆt n­íc yªn lÆng, khi b¾t ®Çu bÎ l¸i mét gãc p vµ gi÷ nguyªn vÞ trÝ cña b¸nh l¸i ë gãc bÎ l¸i ®ã trong toµn bé thêi gian sau nµy cña qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña tµu th× quÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña tµu nhËn ®­îc lóc ®ã gäi lµ quÜ ®¹o l­în vßng cña tµu. Tõ s¬ ®å quÜ ®¹o vµ tõ sù xuÊt hiÖn, biÕn ®æi cña c¸c thµnh phÇn lùc ®· ph©n tÝch ë trªn ta thÊy, khi b¾t ®Çu l­în vßng tµu chuyÓn ®éng chËm l¹i vµ bÞ d¹t vÒ h­íng ng­îc víi h­íng bÎ l¸i. Sau ®ã tµu míi b¾t ®Çu chuyÓn ®éng vÒ h­íng bÎ l¸i theo mét quÜ ®¹o cong cã b¸n kÝnh cong gi¶m dÇn. MÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu lóc ®Çu cã ph­¬ng cña vËn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 14 tèc tÞnh tiÕn v sau ®ã nã nghiªng dÇn vÒ t©m O cña quÜ ®¹o, gãc lÖch h­íng  cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn. QuÜ ®¹o l­în vßng cña tµu ®­îc xem lµ æn ®Þnh khi c¸c ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cho chuyÓn ®éng ®¹t ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi, nh­ VËn tèc vi = vmin = const, Gãc lÖch h­íng  = max = const, B¸n kÝnh quÜ ®¹o R = Rmin = const. Ng­êi ta chia toµn bé qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña tµu trong thêi gian l­în vßng lµm ba giai ®o¹n, kh«ng ph¶i bëi h×nh d¹ng cña quÜ ®¹o mµ lµ bëi sù xuÊt hiÖn vµ biÕn ®æi cña c¸c lùc t¸c dông lªn tµu (h×nh 1.4) Giai ®o¹n 1: cßn gäi lµ giai ®o¹n triÓn khai , ®­îc tÝnh tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu bÎ l¸i ®Õn khi kÕt thóc bÎ l¸i, tøc lµ gãc bÎ l¸i ®¹t ®Õn gi¸ trÞ p, giai ®o¹n nµy x¶y ra trong kho¶ng thêi gian 10  15s. §Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña giai ®o¹n nµy lµ, tµu chuyÓn ®éng chËm l¹i do lùc c¶n bæ sung P1, ®ång thêi tµu bÞ d¹t vÒ h­íng ng­îc víi h­íng bÎ l¸i do lùc d¹t P2. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng cã d¹ng ch÷ S, mòi tµu dÇn quay vÒ h­íng bÎ l¸i nhê m« men M1, mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu t¹o víi tiÕp tuyÕn cña quÜ ®¹o l­în vßng do träng t©m tµu G v¹ch ra mét gãc lÖch h­íng . G  p G p l1  D =2 R m in Rm in =c on st v  v  v = const =const vmin max l3 l2 D O  min pmax T o p G G H×nh 1.4 : Quü ®¹o luîn vßng cña tµu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 15 Giai ®o¹n 2: cßn gäi lµ giai ®o¹n l­în vßng ®­îc tÝnh tõ thêi ®iÓm kÕt thóc giai ®o¹n 1 cho ®Õn khi c¸c ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cho chuyÓn ®éng ®¹t ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi ( vi = vmin = const,  = max = const, R = Rmin = const.), th«ng th­êng thêi ®iÓm nµy ®¹t ®­îc khi tµu quay ®­îc mét gãc 900  1000 so víi h­íng ®i ban ®Çu. §Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña giai ®o¹n nµy lµ, vËn tèc tµu tiÕp tôc gi¶m, gãc lÖch h­íng cña tµu tiÕp tôc t¨ng, tµu chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o cong cã b¸n kÝnh cong gi¶m dÇn. Lùc t¸c dông lªn tµu lµ: lùc thuû ®éng P, lùc c¶n RT vµ lùc ®Èy T, trong mçi thêi ®iÓm chuyÓn ®éng, chóng c©n b»ng víi c¸c lùc qu¸n tÝnh khèi l­îng cña tµu (®Þnh luËt d’Alambert). Giai ®o¹n 3: cßn gäi lµ giai ®o¹n l­în vßng æn ®Þnh ®­îc tÝnh tõ thêi ®iÓm kÕt thóc giai ®o¹n 2 cho ®Õn toµn bé thêi gian sau nµy cña qu¸ tr×nh l­în vßng, nÕu vÉn gi÷ nguyªn gãc bÎ l¸i p ®ã. §Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña giai ®o¹n nµy lµ, tµu chuyÓn ®éng æn ®Þnh trªn mét quÜ ®¹o lµ ®­êng trßn cã b¸n kÝnh kh«ng ®æi R = Rmin = const, víi vËn tèc kh«ng ®æi vi = vmin = const vµ gãc lÖch h­íng kh«ng ®æi  = max = const. Lùc ®Èy T cña chong chãng thùc tÕ cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh l­în vßng, lùc c¶n Rx t¨ng tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu l­în vßng, g©y gi¶m dÇn tèc ®é tµu, ®Õn lóc mµ lùc nµy c©n b»ng víi lùc ®Èy T. ë thêi ®iÓm nµo ®ã, ®iÓm KT dÞch vÒ phÝa sau träng t©m tµu G, m« men M2 ng­îc chiÒu víi m« men M1. Khi trÞ sè hai m« men nµy b»ng nhau ®iÓm KT ngõng dÞch chuyÓn vÒ ®u«i ®ång thêi x¸c lËp gãc lÖch h­íng . Gãc nµy th­êng cã gi¸ trÞ tõ 50 ®Õn h¬n 100. Nh­ vËy ta ®· kh¶o s¸t qu¸ tr×nh l­în vßng cña tµu khi bÎ l¸i, quÜ ®¹o l­în vßng ®­îc x¸c lËp víi c¸c th«ng sè ®Æc tr­ng sau: §­êng kÝnh quÜ ®¹o l­în vßng æn ®Þnh: D = 2.Rmin . §­êng kÝnh l­în vßng æn ®Þnh tÜnh ( ®­êng kÝnh x¸c lËp quay vßng ): DT lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu tr­íc vµ sau khi nã quay ®­îc mét gãc 1800. §o¹n dÞch chuyÓn tÞnh tiÕn: l1- kho¶ng c¸ch cña träng t©m tµu khi b¾t ®Çu bÎ l¸i ®Õn khi tµu quay ®­îc mét gãc 900, ®o theo h­íng ®i ban ®Çu. §o¹n dÞch chuyÓn ngang: l2 - kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu khi nã quay ®­îc gãc 900 ®Õn h­íng ®i ban ®Çu. §o¹n chuyÓn ®éng d¹t: l3 - kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu ë vÞ trÝ d¹t xa nhÊt ®Õn h­íng ®i ban ®Çu. C¸c ®¹i l­îng trªn ®­îc x¸c ®Þnh bëi tÝnh to¸n c¬ b¶n hoÆc thö nghiÖm tµu mÉu, tÝnh quay trë cña tµu (vËn t¶i) ®­îc xem lµ ®¶m b¶o nÕu chóng tho¶ m·n liªn hÖ sau: DT = ( 0,9  1,2 ).D l2 = ( 0,5  0,6 ).D (1.4) l1 = ( 0,6  1,2 ).D l3 = ( 0  0,1 ). 1.2.3. TÝnh æn ®Þnh h­íng ®i cña tµu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 16 G B AU K  R W K U G B A W sin Rsin M=(RsinUK Huíng c huyÓn ® éng Huíng c huyÓn ® éng W sinRsin T-(W cosRcos T   H×nh 1.5 : S¬ ®å ph©n bè lôc t¸c dông lªn tµu khi ch¹y nguîc sãng giã Tµu ch¹y trªn mÆt n­íc chÞu t¸c dông cña c¸c ngo¹i lùc nh­ sãng, giã, dßng ch¶y, v.v. khi thêi tiÕt xÊu c¸c lùc nµy t¨ng rÊt nhanh, lµm lÖch h­íng ®i cña tµu. §Æc tÝnh chèng l¹i c¸c ngo¹i lùc, gi÷ ®­îc h­íng ®i ban ®Çu ®­îc gäi lµ tÝnh æn ®Þnh h­íng ®i cña tµu. Nh÷ng nguyªn nh©n lµm tµu lÖch h­íng ®i trong thêi gian sãng, giã lín lµ: ¸p lùc giã lªn phÇn trªn ®­êng n­íc vËn hµnh, ®Æc biÖt lµ phÇn th­îng tÇng vµ lÇu. ¸p lùc n­íc lªn m¹n tµu cã b¶n chÊt chu kú do sãng vµ dßng ch¶y. ¸p lùc kh«ng ®Òu cña n­íc qua chong chãng khi tµu chßng chµnh ngang vµ däc. Sau ®©y ta kh¶o s¸t hÖ lùc t¸c dông lªn tµu khi giã thæi vµo mòi tµu, tµu ch¹y chÖch h­íng víi gãc . B¸nh l¸i ®­îc ®Æt ë mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, tµu chÞu t¸c dông cña c¸c lùc (h×nh 1.6). Lùc c¶n giã W, cã ®iÓm ®Æt t¹i U vµ t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu mét gãc . Lùc c¶n cña n­íc R, cã ®iÓm ®Æt K vµ t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu mét gãc . Lùc ®Èy T cña chong chãng n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu. Ph©n tÝch c¸c lùc nãi trªn thµnh c¸c lùc thµnh phÇn theo ph­¬ng mÆt ph¼ng ®èi xøng vµ vu«ng gãc víi nã ta cã: M« men lµm lÖch h­íng ®i cña tµu ®· chän M = R.sin.UK. (1.5) Lùc t¸c dông theo h­íng chuyÓn ®éng lµm tµu dÞch chuyÓn Px =T - (W.cos + R.cos) (1.6) Lùc ngang lµm d¹t tµu Py = W.sin - R.sin (1.7) So víi mÆt ph¼ng ®èi xøng mét gãc  tg p = (W.sin - R.sin) / [T - (W.cos + R.cos)]. (1.8) §Ó c©n b»ng m« men M, b¸nh l¸i cÇn ph¶i t¹o nªn m« men ng­îc l¹i. Khi t©m giã U vµ t©m lùc c¶n ngang K trïng nhau th× m« men M = 0, tµu kh«ng ®i lÖch h­íng; khi ®iÓm K tr­íc ®iÓm U (vÒ phÝa mòi) th× tµu cã khuynh h­íng quay theo giã vµ b¸nh l¸i ph¶i bÎ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 17 vÒ phÝa ng­îc giã. NÕu ®iÓm K sau ®iÓm U (vÒ phÝa ®u«i) th× tµu cã khuynh h­íng quay xÎ giã vµ b¸nh l¸i ph¶i bÎ vÒ phÝa giã. T©m giã U th­êng di chuyÓn vÒ phÝa l¸i, khi h­íng giã thæi tõ mòi sù thay ®æi nµy kh«ng lín. T©m lùc c¶n ngang K thay ®æi trong giíi h¹n réng phô thuéc vµo gãc d¹t  cña tµu. H×nh d¸ng phÇn ng©m n­íc cã ¶nh h­ëng nhiÒu ®Õn tÝnh æn ®Þnh h­íng ®i h¬n lµ phÇn trªn ®­êng n­íc. §Ó lµm tèt tÝnh æn ®Þnh h­íng ®i, t©m giã U vµ t©m lùc c¶n ngang K cµng gÇn nhau cµng tèt. 1.2.4. C¸c th«ng sè x¸c ®Þnh ®Æc tr­ng tÝnh quay trë cña tµu Tuú thuéc vµo tõng lo¹i tµu, vïng ho¹t ®éng vµ c«ng dông cña nã ng­êi ta ®Þnh ra c¸c tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu.VÝ dô, ®èi víi tµu biÓn, viÖc quay trë 1800 lµ kh«ng khã kh¨n, do ®ã ng­êi ta ­u tiªn cho tÝnh æn ®Þnh h­íng ®i lµ chñ yÕu, ng­îc l¹i tµu s«ng ph¶i ­u tiªn cho tÝnh quay trë nhiÒu h¬n. H¬n n÷a viÖc ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu cã xÐt ®Õn tÊt c¶ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng lµ khã kh¨n, do ®ã ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu, ng­êi ta th­êng dùa vµo mét sè tiªu chuÈn sau: H×nh 1.7. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng h×nh sin cña tµu Tiªu chuÈn 1: lµ tiªu chuÈn th­êng ®­îc ¸p dông nhÊt: ®ã lµ sù liªn hÖ gi÷a ®­êng kÝnh l­în vßng tÜnh DT vµ chiÒu dµi tµu L: DT =f(L). Gi¸ trÞ DT cµng nhá th× tÝnh quay trë cña tµu cµng tèt. Thùc tÕ ng­êi ta thiÕt lËp ®­îc sù phï hîp gi÷a DT vµ L, tÝnh c¬ ®éng cña tµu ®­îc xem lµ ®¶m b¶o nÕu: §èi víi tµu s«ng: DT = (1,2 - 2,8).L (1.9) §èi víi tµu biÓn: DT = (2,8 - 4,0).L Tiªu chuÈn 2: lµ tiªu chuÈn vËn tèc gãc quay cña tµu, tÝnh quay vßng cña tµu ®­îc coi lµ ®¶m b¶o nÕu tèc ®é gãc quay vßng cña träng t©m tµu G tho¶ m·n: §èi víi tµu s«ng:  = (130 - 290), 0/phót. (1.10) §èi víi tµu biÓn:  = (90 - 130), 0/phót. Chó ý: Gi¸ trÞ trªn ®­îc tÝnh tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu bÎ l¸i ®Õn lóc b¾t ®Çu quay vßng víi thêi gian tõ khi b¸nh l¸i cßn n»m ë vÞ trÝ mÆtph¼ng ®èi xøng ®Õn khi b¸nh l¸i sang m¹n. Tiªu chuÈn 3 : Tiªu chuÈn c¬ b¶n nhÊt ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu, lµ cho tµu ch¹y d¹ng h×nh sin. Gi¶ sö tµu ®ang chuyÓn ®éng trªn h­íng th¼ng Ox, khi ®ã ta bÎ l¸i sang ph¶i gãc pF = 300 - 450 ,tíi khi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu t¹o víi h­íng ®i ban ®Çu mét gãc F = 150- 200 th× l¹i bÎ l¸i vÒ m¹n tr¸i gãc pT = 300 - 450, cho ®Õn khi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu t¹o víi h­íng ®i ban ®Çu mét gãc T = 150- 200 th× l¹i bÎ l¸i sang ph¶i mét Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18 gãc pF = 300 - 450, v.v. Qu¸ tr×nh trªn cø tiÕp diÔn nÕu tµu di chuyÓn trªn qu·ng ®­êng S trong thêi gian tõ 4 - 5 phót th× tÝnh ¨n l¸i cña tµu ®­îc coi lµ ®¶m b¶o. 1.3. C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña b¸nh l¸i 1.3.1. DiÖn tÝch b¸nh l¸i DiÖn tÝch b¸nh l¸i FP lµ diÖn tÝch mÆt ph¼ng giíi h¹n bëi ®­êng bao h×nh chiÕu cña b¸nh l¸i lªn mÆt ph¼ng ®i qua trôc l¸i vµ song song víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña b¸nh l¸i. Ký hiÖu: FP. §¬n vÞ: m2. PhÇn diÖn tÝch b¸nh l¸i n»m vÒ phÝa tr­íc trôc l¸i ®­îc gäi lµ diÖn tÝch c©n b»ng cña b¸nh l¸i. Ký hiÖu: FP’. §¬n vÞ: m2. H×nh 1.8. KÝch th­íc c¬ b¶n cña b¸nh l¸i. 1- pr«fin b¸nh l¸i; 2 - cµng treo b¸nh l¸i; 3 - trô l¸i 1.3.2. ChiÒu cao cña b¸nh l¸i ChiÒu cao cña b¸nh l¸i lµ kho¶ng c¸ch ®o theo ph­¬ng trôc l¸i gi÷a ®iÓm cao nhÊt vµ ®iÓm thÊp nhÊt cña tÊm b¸nh l¸i. Ký hiÖu: hP. §¬n vÞ: m. 1.3.3. ChiÒu réng b¸nh l¸i ChiÒu réng cña b¸nh l¸i lµ kho¶ng c¸ch tõ mÐp tr­íc ®Õn mÐp sau cña tÊm b¸nh l¸i ®o theo mÆt ph¼ng n»m ngang vu«ng gãc víi trôc l¸i. Ký hiÖu: bP. §¬n vÞ: m. §èi víi b¸nh l¸i kh¸c h×nh ch÷ nhËt, ng­êi ta ®­a ra kh¸i niÖm chiÒu réng trung b×nh cña b¸nh l¸i - lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch b¸nh l¸i vµ chiÒu cao cña nã. Ký hiÖu: P P CP h F b   . §¬n vÞ: m. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 19 1.3.4. §é dang cña b¸nh l¸i §é dang cña b¸nh l¸i lµ tû sè gi÷a chiÒu cao vµ chiÒu réng trung b×nh cña tÊm b¸nh l¸i. Ký hiÖu: P 2 P CP P P P F h b h b h   ,  lµ ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn. Th«ng th­êng  = 0,5 - 3. Theo Qui ph¹m,  kh«ng lªn lÊy qu¸ 2. 1.3.5. Pr«fin b¸nh l¸i vµ chiÒu dµy cña nã Pr«fin b¸nh l¸i lµ ®­êng biªn tiÕt diÖn ngang trong mÆt ph¼ng n»m ngang vu«ng gãc víi trôc l¸i. Gi¸ trÞ lín nhÊt cña tung ®é pr«fin b¸nh l¸i ®­îc gäi lµ chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«fin b¸nh l¸i. Ký hiÖu: tmax. §¬n vÞ: m. ChiÒu dµy t­¬ng ®èi cña pr«fin lµ tØ sè gi÷a chiÒu dµy lín nhÊt tmax vµ chiÒu réng bP cña pr«fin. Ký hiÖu:  3,01,0 b t t P max  . Khi t cµng lín th× chÊt l­îng thuû ®éng cña b¸nh l¸i cµng gi¶m râ rÖt. V× vËy th«ng th­êng  25,01,0t  , chØ cã tr­êng hîp ®Æc biÖt th× 25,0t  . 1.3.6. Hoµnh ®é chiÒu dµy lín nhÊt cña fr«fin Kho¶ng c¸ch tõ mÐp tr­íc cña pr«fin b¸nh l¸i tíi tung ®é cã chiÒu dµy lín nhÊt cña nã ®­îc gäi lµ hoµnh ®é chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«fin b¸nh l¸i. Ký hiÖu: x. §¬n vÞ: m. Hoµnh ®é chiÒu dµy t­¬ng ®èi cña pr«fin lµ tû sè gi÷a hoµnh ®é chiÒu dµy lín nhÊt vµ chiÒu réng cña pr«fin. Ký hiÖu: Pb x x  , x lµ ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn. Víi mçi lo¹i pr«fin cña b¸nh l¸i, cã chiÒu dµy t­¬ng ®èi t vµ hoµnh ®é t­¬ng ®èi x kh¸c nhau, ®­îc sö dông cho c¸c tµu kh¸c nhau. 1.3.7. HÖ sè c©n b»ng cña b¸nh l¸i HÖ sè c©n b»ng (cßn gäi lµ hÖ sè c©n ®èi) cña b¸nh l¸i lµ tØ sè gi÷a diÖn tÝch phÇn ®èi (phÝa tr­íc trôc l¸i) víi toµn bé diÖn tÝch b¸nh l¸i. Ký hiÖu: P ' P F F R  , R lµ ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn. Th«ng th­êng R = (0,25 - 0,35), tuy nhiªn ®Ó tr¸nh dao ®éng, ng­êi ta lÊy R  0,25. 1.3.8. Gãc bÎ l¸i P Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 20 Gãc bÎ l¸i lµ gãc quay cña b¸nh l¸i ®èi víi trôc l¸i ®o trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi trôc l¸i. Ký hiÖu: P Tµu biÓn: P = (35 - 38)0 (1.11) Tµu s«ng: P = (40 - 45)0 H×nh 1.9. Gãc bÎ l¸i cña b¸nh l¸i. 1.3.9. Gãc tÊn Gãc tÊn cña b¸nh l¸i lµ gãc t¹o bëi gi÷a mÆt ph¼ng ®èi xøng cña pr«fin b¸nh l¸i vµ mÆt ph¼ng ®i qua trôc l¸i, song song víi ph­¬ng vËn tèc dßng n­íc ch¶y tíi b¸nh l¸i. Ký hiªu: P0 1.4. Lùa chän c¸c yÕu tè c¬ b¶n cña b¸nh l¸i. Lùc thuû ®éng t¸c ®éng lªn tÊm b¸nh l¸i 1.4.1. Lùa chän c¸c yÕu tè c¬ b¶n cña b¸nh l¸i 1.4.1.1. Lùa chän diÖn tÝch b¸nh l¸i DiÖn tÝch b¸nh l¸i d¹ng tho¸t n­íc kÕt cÊu b×nh th­êng, kh«ng cã thiÕt bÞ chuyªn m«n lµm t¨ng ¸p lùc n­íc trªn tÊm b¸nh l¸i, cã thÓ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: T.L.T.L. A 1 FP  , m 2. (1.12) trong ®ã: FP - tæng diÖn tÝch cña c¸c b¸nh l¸i, m2. L - chiÒu dµi gi÷a hai ®­êng vu«ng gãc cña tµu, m. T - chiÒu ch×m trung b×nh cña tµu ë tr¹ng th¸i toµn t¶i, m. A,  - hÖ sè diÖn tÝch b¸nh l¸i, biÓu thÞ phÇn tr¨m cña diÖn tÝch b¸nh l¸i víi diÖn tÝch h×nh chiÕu phÇn vá bao ng©m n­íc cña tµu lªn mÆt ph¼ng ®èi xøng, víi  = 1/A, tra b¶ng theo thèng kª sè liÖu c¸c tµu biÓn vµ tµu néi ®Þa ®· ®­îc chÕ t¹o khai th¸c trªn thÕ giíi. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 21 H×nh 1.10. DiÖn tÝch cña b¸nh l¸i. DiÖn tÝch cña tÊm b¸nh l¸i cña tµu tù hµnh ph¶i kh«ng nhá h¬n diÖn tÝch ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau:         75L 150 75,0. 100 T.L .q.pF minP , m 2. (1.13) trong ®ã : L, T - chiÒu dµi thiÕt kÕ vµ chiÒu ch×m cña tµu, m. p = 1,2 - cho b¸nh l¸i kh«ng lµm viÖc trùc tiÕp sau chong chãng p = 1 - cho b¸nh l¸i lµm viÖc trùc tiÕp sau chong chãng q = 1,25 - cho tµu kÐo q = 1 - cho c¸c tµu cßn l¹i 1.4.1.2. D¹ng pr«fin b¸nh l¸i Thùc ngiÖm ®· t×m ra nhiÒu d¹ng pr«fin b¸nh l¸i, nh­ng tùu trung cã hai d¹ng phæ biÕn lµ pr«fin ®èi xøng vµ pr«fin kh«ng ®èi xøng. Tªn gäi cña pr«fin ®­îc lÊy theo tªn gäi cña c¸c phßng thÝ nghiÖm, viÖn hoÆc c¬ quan nghiªn cøu ®· t×m ra nã, c¸c pr«fin ®­îc m· ho¸ b»ng sè. VÝ dô: Pr«fin cña ViÖn nghiªn cøu hµng kh«ng vò trô Mü NASA cã m· sè: NASA 0018; NASA 0015; NASA 0012; v.v. Hai chØ sè : 00 - chØ ®­êng trung b×nh cña pr«fin. NÕu ®­êng trung b×nh lµ 00 th× pr«fin lµ pr«fin ®èi xøng. C¸c chØ sè 12, 15, 18 chØ phÇn tr¨m (%) chiÒu dµy trung b×nh cña pr«fin so víi chiÒu réng cña pr«fin (tøc lµ: .v.v;18,0;15,0;12,0t  ) Ngµnh ®ãng tµu hiÖn nay sö dông phæ biÕn d¹ng po«fin ®èi xøng NASA, N.E.J, XA- GI, v.v. Trong ®ã d¹ng NASA dïng cho b¸nh l¸i cña tµu cã tèc ®é trung b×nh d¹ng ®u«i tuÇn d­¬ng, b¸nh l¸i ®Æt trùc tiÕp sau chong chãng. Lo¹i N.E.J dïng cho tµu ch¹y nhanh. Lo¹i XA-GI dïng cho tµu 2 chong chãng, b¸nh l¸i ®Æt trong mÆt ph¼ng däc t©m, vµ b¸nh l¸i mòi. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22 H×nh 1.11. C¸c d¹ng pr«fin cña b¸nh l¸i. 1.4.2. Lùc thuû ®éng t¸c dông lªn tÊm b¸nh l¸i Gi¶ sö tµu ®ang chuyÓn ®éng th¼ng, ta bÎ l¸i mét gãc P. Trªn tÊm b¸nh l¸i xuÊt hiÖn lùc thuû ®éng P ®Æt t¹i t©m ¸p lùc K. Ph©n tÝch lùc P theo ph­¬ng ph¸p tuyÕn vµ tiÕp tuyÕn, ta cã PN vµ PT ( TN PPP   ) trong ®ã: PN - ¸p lùc ph¸p tuyÕn (vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña b¸nh l¸i). PT - song song vµ trïng víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña b¸nh l¸i - ¸p lùc tiÕp tuyÕn. MÆt kh¸c, ta cã thÓ ph©n tÝch P thµnh PX vµ PY trong ®ã: PX - thµnh phÇn lùc c¶n cña b¸nh l¸i. PY - thµnh phÇn lùc d¹t cña b¸nh l¸i. VËy vÒ trÞ sè: 2Y 2 X 2 T 2 N PPPPP  , kG. (1.14) Gãc bÎ l¸i P = Gãc tÊn P0 = Gãc hîp bëi ph­¬ng (v,xx) = 0 th× ta cã mèi quan hÖ: PN = PX.sinP + PY.cosP (1.15) PT = PX.cosP - PY.sinP T©m ¸p lùc K lµ giao ®iÓm cña ¸p lùc thuû ®éng P vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng cña pr«fin b¸nh l¸i, c¸ch mÐp tr­íc b¸nh l¸i mét kho¶ng xP. M«men xo¾n thuû ®éng t¸c dông lªn trôc l¸i lµ: M = PN.(xP - a), kG.m. (1.16) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 23 trong ®ã: a - kho¶ng c¸ch tõ trôc l¸i ®Õn mÐp tr­íc cña pr«fin b¸nh l¸i cßn gäi lµ vÞ trÝ ®Æt trôc l¸i, m. H×nh 1.12. Lùc thñy ®éng t¸c dông lªn tÊm b¸nh l¸i Ng­êi ta x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn lùc vµ m« men th«ng qua c¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn nh­ sau: P 2 CPXX F.v.C..2 1 P  ,kG P 2 CPYY F.v.C..2 1 P  , kG. P 2 CPNN F.v.C..2 1 P  , kG. P 2 CPTT F.v.C..2 1 P  , kG. trong ®ã: CX, CY, CN, CT - t­¬ng øng lµ hÖ sè lùc c¶n, hÖ sè lùc d¹t, hÖ sè lùc ph¸p tuyÕn, hÖ sè lùc tiÕp tuyÕn vµ lµ nh÷ng ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn. Tõ ®ã ta cã quan hÖ : CN = CX.sinP + CY.cosP (1.18) CT = CX.cosP - CY.sinP Ngoµi ra ng­êi ta còng tÝnh ®­îc m«men xo¾n thuû ®éng víi mÐp tr­íc pr«fin b¸nh l¸i lµ: CPP 2 CPM b.F.v.C..2 1 M  , kG.m. (1.19) trong ®ã: Cm - hÖ sè m«men, lµ ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn. Fp - diÖn tÝch toµn bé cña tÊm b¸nh l¸i, m2.  - mËt ®é cña n­íc (lÊy ë 200C), kG.s2/m4. §iÓm ®Æt cña lùc P x¸c ®Þnh th«ng qua hÖ sè t©m ¸p lùc Cd, lµ tû sè gi÷a kho¶ng c¸ch tõ mÐp tr­íc pr«fin b¸nh l¸i ®Õn ®iÓm ®Æt lùc P víi chiÒu réng trung b×nh cña pr«fin b¸nh l¸i. (1.17) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 24 Ký hiÖu: CP P D b x C  , CD lµ ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn. trong ®ã: vCP - vËn tèc cña dßng n­íc ch¶y ®Õn b¸nh l¸i, m/s. C¸c hÖ sè: CX, CY, CM,CD x¸c ®Þnh th«ng qua viÖc thèng kª c¸c pr«fin b¸nh l¸i ®· ®­îc sö dông, tõ ®ã vÏ nªn ®å thÞ: Ci = f(, P, v.v. ) do c¸c c¬ quan nghiªn cøu ®­a ra. C¸c ®å thÞ ®ã x©y dùng cho hai tr­êng hîp: tµu ch¹y tiÕn vµ tµu ch¹y lïi ®ång thêi chØ x©y dùng cho c¸c b¸nh l¸i cã ®é dang  = 0,8; 1,0 vµ 1,5. (®å thÞ sÏ t×m thÊy trong Sæ tay thiÕt bÞ tµu thñy, tËp 1, NXB GTVT - 1886). Trong tr­êng hîp b¸nh l¸i NASA cã c¸c ®é dang kh¸c víi c¸c gi¸ trÞ cho ë ®å thÞ, ta cã thÓ tÝnh ®­îc c¸c hÖ sè Ci th«ng qua b¸nh l¸i chuÈn cã ®é dang 0 = 6. 2 Y1XX 00 C.CCC  00 Y2PP C.C 00 MMYY CC;CC  víi:                    0 2 0 1 113,57 C; 111 C - c¸c hÖ sè. trong ®ã: CXo, CYo, CMo lµ c¸c hÖ sè cña b¸nh l¸i chuÈn  0 = 6 ë gãc bÎ l¸i Po. CX, CY, CM lµ c¸c hÖ sè cña b¸nh l¸i cã ®é dang  thiÕt kÕ ë gãc bÎ l¸i P. Ngoµi ra, víi c¸c  kh«ng cã trong ®å thÞ ta cã thÓ tÝnh to¸n c¸c hÖ sè Ci th«ng qua c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm. H×nh 1.13. §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè lùc vµ m« men thñy ®éng trªn b¸nh l¸i 1.4.3. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®Æt trôc l¸i tèi ­u Ta cã m«men xo¾n thuû ®éng lÊy ®èi víi mÐp tr­íc b¸nh l¸i CPP 2 CPM b.F.v.C..2 1 M  , kG.m. (1.21) MÆt kh¸c, ta cã: (1.20) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 25 PP 2 CPNPN x.F.v.C..2 1 x.PM  , kG.m. (1.22) Tõ ®ã ta cã : CM.bCP = CN.xP hay: xP = (CM/CN).bCP. (1.23) B¶ng1.2. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®Æt trôc tèi ­u Gãc bÎ l¸i P, ®é. Cx Cy CY.cosP CX.sinP CN=(4)+(5) CM CPN M P b.C C x  m. 1 2 3 4 5 6 7 8 50 100 150 ... 300 350 §Ó m« men xo¾n thñy ®éng toµn phÇn t¸c dông lªn trôc l¸i lµ nhá nhÊt, th× vÞ trÝ ®Æt trôc a ph¶i l©n cËn víi xP (®iÒu lý t­ëng lµ a = xP). Khi ®ã ta lËp b¶ng ®Ó tÝnh gi¸ trÞ a theo xP. øng víi mçi gãc bÎ l¸i P ta cã hÖ sè t©m ¸p lùc CD. Do vËy ta ®i x¸c ®Þnh a b»ng gi¸ trÞ l©n cËn sù biÕn ®æi cña xP theo c«ng thøc: 2 xx a maxPminP   (1.24) §Ó tr¸nh hiÖn t­îng c­íp l¸i (¸p lùc ë phÇn diÖn tÝch phÝa tr­íc trôc l¸i lín h¬n ¸p lùc ë phÇn diÖn tÝch phÝa sau trôc, M < 0), ng­êi ta x¸c ®Þnh a chÝnh x¸c b»ng trung b×nh céng cña gÝa trÞ cùc trÞ cña xP, øng víi P trong giíi h¹n bÎ l¸i cña nã, cô thÓ: §èi víi tµu biÓn Pmax = 350, cßn ®èi víi tµu s«ng Pmax = 450 1.5. C¸c yÕu tè c¬ b¶n cña b¸nh l¸i ¶nh h­ëng tíi lùc vµ m« men thuû ®éng 1.5.1. §é dang cña b¸nh l¸i Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 26 H×nh 1.14. ¶nh h­ëng cña ®é dang b¸nh l¸i ®Õn chÊt l­îng thñy ®éng cña nã. Thùc nghiÖm, ng­êi ta x©y dùng ®­îc ®å thÞ CY =f(,P) øng víi mçi b¸nh l¸i cã ®é dang kh¸c nhau cã mét ®iÓm (CYmax;Pt.h). Tõ ®å thÞ ta cã nhËn xÐt sau: ë gãc bÎ l¸i nhá, P = 100 - 150 th× sù gia t¨ng cña hÖ sè lùc d¹t CY trªn nh÷ng b¸nh l¸i cã ®é dang lín, cã tÝnh chÊt tuyÕn tÝnh. B¸nh l¸i cã  cµng lín th× CYmax nhËn ®­îc cµng lín, do ®ã b¸nh l¸i cã ®é dang cµng lín th× cµng dÔ c¬ ®éng. Cßn ë nh÷ng b¸nh l¸i cã ®é dang nhá, ®­êng cong CY mÊt ®i tÝnh tuyÕn tÝnh, mÆc dï ®¹t ®­îc gãc bÎ l¸i P kh¸ lín, ta vÉn chØ nhËn ®­îc c¸c gi¸ trÞ CY nhá vµ thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ, do ®ã b¸nh l¸i cã ®é dang cµng nhá th× cµng khã c¬ ®éng. T¹i mét gi¸ trÞ cña , ®Çu tiªn P t¨ng th× CY t¨ng, nh­ng sù t¨ng cña CY theo P chËm dÇn, tíi mét gi¸ trÞ nµo ®ã cña P th× gi¸ trÞ Cy ®¹t lín nhÊt (CY = CYmax , ta gäi gãc bÎ l¸i øng víi gi¸ trÞ CY = CYmax lµ gãc bÎ l¸i tíi h¹n. Ký hiÖu: Pth), sau ®ã nÕu bÎ l¸i gãc P t¨ng qua gãc Pth th× CY gi¶m rÊt nhanh. 1.5.2.¶nh h­ëng cña chiÒu dµy t­¬ng ®èi Thùc nghiÖm chøng tá r»ng b¸nh l¸i cã chiÒu dµy lín nhÊt tmax cµng lín th× CY cµng gi¶m vµ khi cã tung ®é tmax cµng dÞch vÒ phÝa mÐp tr­íc (x cµng nhá) th× gi¸ trÞ Cy cµng lín. HiÖu qu¶ l¸i tèt nhÊt khi tmax = (0,15 - 0,18).bCP. Theo chiÒu cao cña b¸nh l¸i nÕu chiÒu dµy tmax ë phÝa trªn lín h¬n chiÒu dµy tmax cña tiÕt diÖn ë phÝa d­íi, hay b¸nh l¸i thon dÇn tõ trªn xuèng d­íi, th× hiÖu qu¶ l¸i tèt h¬n. Cô thÓ ta cã:   CP HB b tt 0 , øng víi ®­êng (1) = 0,05, øng víi ®­êng ( 2) = 0,09, øng víi ®­êng (3 ) trong ®ã : bCP - chiÒu réng trung b×nh cña pr«fin b¸nh l¸i, m. tB, tH : chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«fin ë mÐp trªn vµ mÐp ®­íi b¸nh l¸i. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 27 H×nh 1.15. ¶nh h­ëng cña chiÒu dµy t­¬ng ®èi cña b¸nh l¸i. 1.5.3. ¶nh h­ëng cña mÆt n­íc tù do MÆt n­íc tù do cã ¶nh h­ëng lín ®Õn hiÖu qu¶ lµm viÖc cña b¸nh l¸i NÕu gäi tP lµ kho¶ng c¸ch tõ mÐp trªn b¸nh l¸i ®Õn mÐp n­íc tù do th× khi b¸nh l¸i lµm viÖc gÇn mÆt tho¸ng, ®é dang hiÖu chØnh cña nã lµ :  = . trong ®ã:  - hÖ sè phô thuéc vµo tèc ®é Fr = Pgh v vµ ®é ngËp s©u t­¬ng ®èi P P P h t t  , gi¸ trÞ  tra ®å thÞ d¹ng nh­ sau: Víi b¸nh l¸i cã Pt cµng nhá th×  biÕn thiªn thÊt th­êng (hP nhá), khi Pt cµng lín th×  cµng Ýt thay ®æi thÊt th­êng h¬n. Hay nãi mét c¸ch kh¸c khi tP cµng t¨ng (b¸nh l¸i cµng ngËp s©u trong n­íc) th×  cµng nhá ë gi¸ trÞ Fr nhá. V× vËy, nÕu ®¸nh gi¸ vÒ chÊt l­îng lµm viÖc cña b¸nh l¸i th× b¸nh l¸i cµng ngËp s©u trong n­íc cµng tèt. Tõ ®ã ng­êi ta ®­a ra giíi h¹n ngËp s©u nh­ sau: Víi tµu biÓn: 25,0t P  Víi tµu hå: 125,0t P  Víi tµu s«ng:  1,005,0t P  , ®Æc biÖt cã thÓ 0t P  (do luång l¹ch h¹n chÕ). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 28 H×nh 1.16. ¶nh h­ëng cña mÆt tho¸ng. 1.5.4. ¶nh h­ëng cña trô l¸i 1.5.4.1. C¸c kÝch th­íc c¬ b¶n cña hÖ b¸nh l¸i, trô l¸i DiÖn tÝch trô l¸i: FP lµ diÖn tÝch mÆt ph¼ng h×nh chiÕu giíi h¹n bëi ®­êng bao trô l¸i trªn mÆt ph¼ng song song víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña trô l¸i, m2. DiÖn tÝch cña hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i: FK lµ phÇn diÖn tÝch mÆt ph¼ng h×nh chiÕu cña hÖ trªn mÆt ph¼ng song song víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña hÖ ®­îc giíi h¹n bëi mÐp tr­íc cña trô l¸i, mÐp sau, mÐp trªn vµ mÐp d­íi cña b¸nh l¸i, m2. ChiÒu réng trô l¸i: bP lµ kh¶ng c¸ch ®o theo ph­¬ng vu«ng gãc víi trôc l¸i gi÷a mÐp tr­íc vµ mÐp sau cña trô l¸i, m. H×nh 1.17. C¸c kÝch th­íc c¬ b¶n cña hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 29 1.5.4.2. ¶nh h­ëng cña trô l¸i H×nh 1.18. ¶nh h­ëng cña trô l¸i ®Õn chÊt l­îng thñy ®éng cña b¸nh l¸i ChiÒu réng toµn bé cña hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i: bK lµ kho¶ng c¸ch ®o theo ph­¬ng vu«ng gãc víi trôc l¸i gi÷a mÐp tr­íc cña trô l¸i vµ mÐp sau cña b¸nh l¸i trªn tiÕt diÖn ®ã, m. §é dang cña hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i: K lµ tØ sè gi÷a chiÒu cao cña b¸nh l¸i vµ chiÒu réng trung b×nh cña hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i Ký hiÖu: K 2 P K P K F h b h CP  (1.25) B¸nh l¸i cã ®Æt trô l¸i, sau khi bÎ l¸i gãc P, ng­êi ta coi c¶ hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i nh­ mét b¸nh l¸i cã pr«fin kh«ng ®èi xøng. NÕu gäi hÖ sè lùc d¹t cña hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i lµ CYp+p th× ta cã quan hÖ CYp+p < CYp, trong ®ã: CYp- lµ hÖ sè lùc d¹t cña b¸nh l¸i (nh­ng kh«ng ®Æt sau trô l¸i) vµ cã kÝch th­íc t­¬ng tù hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i ®ã. §Ó ®Æc tr­ng cho sù kh¸c sai nµy, ng­êi ta ®­a ra hÖ sè hiÖu chØnh rP = CYp+p /CYp. HÖ sè rP cho d¹ng ®å thÞ, khi A = (16 - 20)% diÖn tÝch cña hÖ b¸nh l¸i ®Ó ®­a vµo trô l¸i. Cã thÓ tÝnh rP theo c«ng thøc thùc nghiÖm nh­ sau : rP = 1,872.A - 0,39.A2 - 0,281.A3. (1.26) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 30 trong ®ã:   PP P F F A 1.6. X¸c ®Þnh lùc thuû ®éng trªn tÊm b¸nh l¸i vµ m« men thuû ®éng trªn trôc l¸i 1.6.1. X¸c ®Þnh lùc thuû ®éng trªn b¸nh l¸i vµ m« men thuû ®éng trªn trôc l¸i cña b¸nh l¸i ®Æt t¹i mÆt ph¼ng däc t©m tµu kh«ng tù hµnh. C¸c sè liÖu chñ yÕu sö dông ®Ó tÝnh to¸n: C¸c th«ng sè chñ yÕu cña tµu (L, B, H, T, , , , v.v.) FP - diÖn tÝch b¸nh l¸i, m2. hP - chiÒu cao b¸nh l¸i, m.  = h2p/FP - ®é dang cña b¸nh l¸i. KiÓu pr«fin b¸nh l¸i (NASA, N.E.J, ...) Pt - chiÒu dµy t­¬ng ®èi cña pr«fin b¸nh l¸i. a - vÞ trÝ ®Æt trôc, m. R - hÖ sè c©n ®èi. vS - tèc ®é tiÕn cña tµu, hl/g. Tèc ®é cña dßng n­íc ch¶y ®Õn b¸nh l¸i lµ : vCP = 0,515.vS.(1-R) , m/s. (1.27) trong ®ã: vS - tèc ®é tµu ch¹y tiÕn, hl/g. R - gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè dßng theo t¹i vÞ trÝ ®Æt b¸nh l¸i, cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc Papmiel: P 3 z R h V ..165,0  (1.27.1) víi: z - sè l­îng b¸nh l¸i.  - hÖ sè bÐo thÓ tÝch cña tµu V = .L.B.T - l­îng chiÕm n­íc thÓ tÝch cña tµu, m3. hP - chiÒu cao b¸nh l¸i, m. C«ng thøc Papmiel ë trªn tÝnh cho pr«fin b¸nh l¸i d¹ng tho¸t n­íc, cßn ®èi víi pr«fin d¹ng tÊm, R tÝnh theo c«ng thøc sau: R = 0,5. - 0,18. (1.27.2) Qu¸ tr×nh tÝnh lùc vµ m«men thuû ®éng ®­îc thùc hiÖn d­íi d¹ng b¶ng 1.3. B¶ng 1.3. TÝnh lùc vµ m« men thñy ®éng t¸c dông lªn b¸nh l¸i tµu kh«ng tù hµnh. TT C¸c ®¹i l­îng cÇn tÝnh §¬n vÞ Gi¸ trÞ tÝnh ®­îc theo gãc bÎ l¸i P, ®é. 5 10 15 ... 35 1 CX (§å thÞ) - 2 CY (§å thÞ) - 3 CD (§å thÞ) - Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 31 4 CY.cosP - 5 CX.sinP - 6 CN = (4) + (5) - 7 xP = CD.bCP m 8 l = xP - a m 9 Pn = 1/2.PN..CN.v2CP.FP kG 10 M’ = PN.l kG.m 11 M = k0.M’ kG.m Trong b¶ng 1.2, cã: k0 = (1,2 -1,3) - hÖ sè t¨ng thªm ®Ó th¾ng m« men c¶n qu¸n tÝnh ban ®Çu. NÕu M < 0 th× kh«ng cÇn nh©n víi k0. l - tay ®ßn cña ¸p lùc thñy ®éng, m. 1.6.2. X¸c ®Þnh lùc thuû ®éng trªn tÊm b¸nh l¸i vµ m« men thuû ®éng trªn trôc l¸i cña tµu tù hµnh b¸nh l¸i ®Æt trùc tiÕp sau chong chãng 1.6.2.1. Tµu ch¹y tiÕn Tèc ®é trung b×nh cña dßng n­íc ch¶y ®Õn b¸nh l¸i lµ: vCP = 0,515.(1- r )..vS, m/s. (1.28) víi: vS - tèc ®é ch¹y tiÕn cña tµu, hl/g. R = 0,8.0 - gÝa trÞ trung b×nh cña hÖ sè dßng theo t¹i vÞ trÝ ®Æt b¸nh l¸i. 0 - gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè dßng theo t¹i vÞ trÝ ®Æt chong chãng, tÝnh theo Papmiel: Tµu s«ng:  D V .. z 16,0 11,0 3 z 0 . (1.28.1) Tµu biÓn:  D V ..165,0 3 z 0 . (1.28.2) trong ®ã: D - ®­êng kÝnh chong chãng, m. V - L­îng chiÕm n­íc thÓ tÝch tµu, m3.  - hÖ sè bÐo thÓ tÝch cña tµu. z - sè l­îng chong chãng.  : Gi¸ trÞ hiÖu chØnh do kÓ ®Õn sù t¹o sãng, phô thuéc vµo tèc ®é t­¬ng ®èi: Fr = gL v . NÕu Fr  0,2 th×  = 0, cßn Fr > 0,2 th×  = 0,3..(Fr-0,2)  - hÖ sè hiÖu chØnh tÝnh ®Õn ¶nh h­ëng cña dßng n­íc ch¶y ra rõ chong chãng ®Õn b¸nh l¸i, ®­îc tÝnh theo c«ng thøc N.A. Petrov:  1.k. F F 1 B P " P  . (1.28.3) trong ®ã: F”P lµ phÇn diÖn tÝch b¸nh l¸i bÞ bao phñ bëi dßng n­íc do chong chãng ®¹p ra, m2. FP - diÖn tÝch cña tÊm b¸nh l¸i, m2. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 32 H×nh 1.19. VÞ trÝ cña b¸nh l¸i so víi chong chãng kB - lµ hÖ sè kÓ ®Õn sù gia t¨ng thªm cña lùc d¹t do c¸nh chong chãng ®Æt trùc tiÕp trong dßng n­íc cña chong chãng. H×nh 1.20. §Ó x¸c ®Þnh hÖ sè kB Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 33 víi: kB = f( 2 B ) - tra ®å thÞ B = B 2 p B F.v.. 2 1 P  - hÖ sè t¶i cña chong chãng. PB - lùc ®Èy cña chong chãng, kG. PB = t1 z R t1 Pe    vP - vËn tèc dßng n­íc ch¶y ®Õn chong chãng, m/s. vP = 0,515.vS.(1- 0) FB = D2/4 - diÖn tÝch thuû lùc cña chong chãng, m2. 0 - hÖ sè dßng theo t¹i vÞ trÝ ®Æt chong chãng. H×nh 1.21. §Ó x¸c ®Þnh hÖ sè K  - hÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h­ëng toµn phÇn cña tèc ®é kÝch thÝch chiÒu trôc ®Õn b¸nh l¸i vµ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 2 B ) 12 k2 2 k (    (1.28.4) trong ®ã: k - hÖ sè phô thuéc vµo kh¶ng c¸ch t­¬ng ®èi tõ ®Üa thiÕt bÞ ®Èy ®Õn mÐp tr­íc b¸nh l¸i vµ ®­êng kÝnh cña chong chãng D, ®­îc tra theo ®å thÞ. Sau ®ã tÝnh lùc vµ m« men thuû ®éng theo d¹ng b¶ng 1.4 (víi: k0 = 1,2 -1,3). B¶ng 1.4. TÝnh lùc vµ m« men thñy ®éng t¸c dông lªn b¸nh l¸i vµ trôc l¸i. TT C¸c ®¹i l­îng cÇn tÝnh §¬n vÞ KÕt qu¶ tÝnh theo P, ®é. 5 10 15 … 30 35 1 CX (§å thÞ) - 2 CY (§å thÞ) - 3 CD (§å thÞ) - Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 34 4 CY.cosP - 5 CX.sinP - 6 CN = (6)+(7) - 7 C = 2Y 2 X CC  - 8 xP = CD.bCP m 9 l = xP -a m 10 PN = 1/2..CN.v2cp.FP kG 11 P = 1/2..C.v2cp.FP kG 12 M’ = PN.l kG.m 13 M = k0.M’ kG.m 1.6.2.2. Tµu ch¹y lïi Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n lùc vµ m«men thuû ®éng cho tµu ch¹y lïi t­¬ng tù nh­ tµu ch¹y tiÕn , chØ kh¸c lµ tÊt c¶ c¸c th«ng sè ®­a vµo lµ tÝnh cho tµu ch¹y lïi: Tèc ®é cña tµu khi ch¹y lïi: vSl = (0,7- 0,75).vS, hl/g. (1.29) víi: vS - tèc ®é tµu ch¹y tiÕn, hl/g. Tèc ®é dßng n­íc ch¶y ®Õn b¸nh l¸i khi lïi lµ: vcpl = 0,515.vsl ., m/s. (1.30) trong ®ã:  = (1,05 - 1,1) - hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña th©n tµu dÕn b¸nh l¸i. HÖ sè trung b×nh dßng theo khi tµu ch¹y lïi: l  t. C¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn vÒ lùc vµ m« men, tÝnh cho tr­êng hîp tµu ch¹y lïi nh­: CXl, CYl, CDl, Ml = M’l (k0 = 1) Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ®­îc thÓ hiÖn d­íi d¹ng b¶ng gåm c¸c môc nh­ b¶ng 1.4. 1.6.3. TÝnh lùc thuû ®éng trªn b¸nh l¸i vµ m« men thuû ®éng trªn trôc l¸i cña b¸nh l¸i ®Æt trong mÆt ph¼ng ®èi xøng sau trô l¸i vµ ®Æt trùc tiÕp sau chong chãng. 1.6.3.1. X©y dùng pr«fin cña b¸nh l¸i sau trô l¸i Pr«fin tiªu chuÈn ®èi víi b¸nh l¸i cã trô l¸i ch­a ®­îc hoµn thiÖn. V× vËy víi b¸nh l¸i cã trô l¸i, ng­êi ta th­êng sö dông pr«fin ®èi xøng th«ng th­êng vµ lµm biÕn thÓ chóng, nh­ng cã chó ý ®Õn ®Æc ®iÓm cña b¸nh l¸i lo¹i nµy. Trô l¸i th­êng cã hai d¹ng : D¹ng 1 : trô l¸i cã pr«fin ®ång nhÊt (cïng chiÒu dµy) víi b¸nh l¸i D¹ng 2 : pr«fin trô l¸i kh«ng ®ång nhÊt víi pr«fin b¸nh l¸i NÕu chiÒu dµy pr«fin trô l¸i b»ng víi chiÒu dµy b¸nh l¸i, ta cã thÓ lµm biÕn thÓ chóng nh­ sau: Sö dông s¬ ®å biÕn d¹ng b¸nh l¸i NASA00. Lµm dµy mÐp sau cña b¸nh l¸i c©n b»ng d¹ng NASA b»ng c¸ch thªm gi¸ trÞ i, khi ®ã ®­êng t©m lïi xuèng d­íi mét kho¶ng i/2. T¹i tung ®é cã t’max ta ®Æt lµ t©m O vµ ng­êi ta coi tiÕt diÖn cña b¸nh l¸i lµ phÇn tõ t©m O vÒ mÐp sau, phÇn cßn l¹i phÝa mòi cña pr«fin lµ tiÕt diÖn cña trô l¸i. Khi ®ã tung ®é pr«fin (y) tÝnh b»ng % t’max, víi t’max = tmax - i, cßn phÝa mòi cã b¸n kÝnh cong: rH = r’H + i/2 Tõ t©m O thiÕt kÕ phÇn mòi nh­ sau, lÊy b¸n kÝnh: r1 = tmax/ 2, r2 = (tmax/ 2) + . Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 35 víi:  - gäi lµ khe hë kÕt cÊu, nh»m ®Ó tr¸nh kÑt khi bÎ l¸i, b¸n kÝnh r3 - ®Þnh ra theo kÕt cÊu hîp lý . §­a phÇn mòi cña pr«fin ban ®Çu xuèng trô l¸i. C¸c th«ng sè kÝch th­íc c¬ b¶n nh­ sau: ChiÒu réng tÝnh to¸n cña pr«fin ban ®Çu: bppa bppa = x1 rb b rb 1p XB 1p     (1.31) víi: XBb - chiÒu réng t­¬ng ®èi cña phÇn ®u«i cña pr«fin ban ®Çu, XBb = bXB/b. ChiÒu dµy lín nhÊt cña pr«fin ban ®Çu: tmax = tmax - i. Tõ ®iÓm O ®Õn mÐp tr­íc trô l¸i ng­êi ta x©y dùng phÇn mòi cña pr«fin cã chiÒu dµy tmax vµ chiÒu réng tÝnh to¸n lµ: bpHpa bPHpa = H 1PK b rbb  , víi: b b b HH  (1.32) H×nh 1.22. C¸ch x©y dùng trô l¸i. 1.6.3.2. C¸c sè liÖu ®­a vµo s¬ ®å tÝnh to¸n lùc vµ m« men thuû ®éng §­êng kÝnh chong chãng: DB ,m. DiÖn tÝch b¸nh l¸i: FP, m2. DiÖn tÝch cña hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i: FK ,m2. TÝnh FK theo thèng kª hoÆc theo c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm: FK = T.L.T.L. A 1  , m2. (1.32) ChiÒu cao cña b¸nh l¸i: hP, m2. ChiÒu réng cña b¸nh l¸i vµ chiÒu réng trô l¸i: bp, bph , m. ChiÒu réng cña hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i: bK , m. §é dang cña hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i: K §é dang cña b¸nh l¸i P vµ cña trô l¸i PH. Tû sè: FPH/FK = (0,16 - 0,20). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 36 1.6.3.3. TÝnh lùc vµ m« men thuû ®éng cho tµu ch¹y tiÕn VËn tèc dßng ch¶y ®Õn b¸nh l¸i: vCP = 0,515.vS.(1- R)., m/s. (1.33) HÖ sè t¶i cña chong chãng: EB hoÆc B = B 2 P B F.v.. 2 1 P  (1.34) ChiÒu réng t­¬ng ®èi cña tÊm b¸nh l¸i: Kcp Pcp p b b b  (1.35) víi: bpep vµ bkep - chiÒu réng trung b×nh cña b¸nh l¸i vµ hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i, m. §é dang cña hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i: K = Kcp p K 2 p b h F h  (1.36) HÖ sè lùc d¹t CYp cña b¸nh l¸i ë mét gãc bÎ l¸i P tÝnh theo c«ng thøc: CYp = P.P, (P tÝnh b»ng radian), (1.37) trong ®ã: P - hÖ sè lùc d¹t ®¬n vÞ t¸c dông lªn b¸nh l¸i theo gãc bÎ l¸i P ®­îc tÝnh nh­ sau: P = K.(1,69 - 0,89. Pb ) (1.38) K - hÖ sè lùc d¹t t¸c dông lªn hÖ b¸nh l¸i-trô l¸i theo gãc bÎ l¸i P: K = B2 K 2 K P K . 47,0 .4,1b 2 1 2        (1.39) Tõ ®ã, x¸c ®Þnh hÖ sè lùc d¹t CYp theo b¶ng 1.5. B¶ng1.5. X¸c ®Þnh hÖ sè lùc d¹t. T T Gãc bÎ l¸i P, ®é. 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 1 P , rad. 2 Cyp = P.P X¸c ®Þnh hÖ sè t©m ¸p: CDp = 0,18 + 0,23.P - 0,012.B. (1.40) trong ®ã: P - tÝnh b»ng radian. NÕu nh­ coi hÖ sè lùc d¹t CYp vµ hÖ sè lùc ph¸p tuyÕn CNp lµ gÇn nh­ nhau. Khi ®ã hÖ sè m« men theo gãc bÎ l¸i p ®­îc tÝnh nh­ sau: CMp = CYp .CDp. (1.41) Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n CDp tiÕn hµnh theo b¶ng 1.6. B¶ng 1.6. X¸c ®Þnh hÖ sè t©m ¸p lùc CDp. TT Gãc bÎ l¸i P, ®é. 5 10 15 20 … 30 35 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 37 1 P, rad. 2 0,23.P, rad. 3 0,012.B 4 CDp = 0,18 + 0,23.P - 0,012.B 5 CYp (b¶ng 1.5) 6 CNp  CYp 7 CMp = CYp . CDp Lùc d¹t vµ m« men thuû ®éng t¸c dông lªn b¸nh l¸i vµ trôc l¸i, x¸c ®Þnh nh­ sau: P 2 CPYpP F.v.C.2 1 Y  , kG. (1.42) PP 2 CPMpP b.F.v.C.2 1 M  , kG.m. Trong ®ã hÖ sè lùc c¶n CXp x¸c ®Þnh theo ®å thÞ CXp = f(P); øng víi chiÒu réng bP vµ ®é dang P ®· x¸c ®Þnh. B¶ng1.7. TÝnh lùc d¹t vµ m« men thñy ®éng trªn b¸nh l¸i TT Gãc bÎ l¸i P, ®é. 5 10 15 20 35 1 CYp (b¶ng 1.5) 2 CMp (b¶ng 1.6) 3 P 2 CPYpP F.v.C.2 1 Y  , kG 4 PP 2 CPMpP b.F.v.C.2 1 M  , kG.m HÖ sè ¸p lùc thuû ®éng toµn phÇn: 2YP 2 XP CCC  . (1.43) Lùc thuû ®éng toµn phÇn: p 2 CP F.v.C.2 1 P  , kG. (1.44) Lùc d¹t t¸c dông lªn hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i ®­îc tÝnh nh­ sau: pK 2 CPKK .F.v.C..2 1 Y  , kG, víi P tÝnh b»ng radian. (1.45) Ta cã lùc d¹t t¸c dông lªn b¸nh l¸i lµ: YP , kG, do ®ã lùc t¸c dông lªn trô l¸i lµ: YPH = YK - YP , kG vµ ®­îc tÝnh theo d¹ng b¶ng1.9. (1.46) B¶ng1.8. X¸c ®Þnh lùc thuû ®éng toµn phÇn P, kG. TT Gãc bÎ l¸i P, ®é. 5 10 15 20 35 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 38 1 Cyp (b¶ng 1.5) 2 Cxp (®å thÞ ) 3 CYp2 4 CXp2 5 2Yp 2 Xp CCC  6 P 2 CP F.v.C.2 1 P  , kG. B¶ng 1.9. X¸c ®Þnh lùc d¹t trªn trô l¸i. TT Gãc bÎ l¸i P, ®é. 5 10 15 20 35 1 P , rad. 2 K, (b¶ng ) 3 PK 2 CPKK .F.v..2 1 Y  , kG. 4 YP , kG, (b¶ng 1.7) 5 YPH = YK - YP , kG. 1.6.3.4. TÝnh lùc vµ m« men thuû ®éng khi tµu ch¹y lïi B»ng viÖc thö nghiÖm m« h×nh b¸nh l¸i-trô l¸i, ng­êi ta thÊy r»ng khi b¸nh l¸i lµm viÖc trong tr­êng hîp tµu ch¹y lïi th× trô l¸i ¶nh h­ëng kh«ng ®¸ng kÓ ®Õn gi¸ trÞ cña m«men trªn trôc l¸i. V× vËy víi tµu cã ®Æt b¸nh l¸i sau trô l¸i th× khi tÝnh gi¸ trÞ m«men trªn trôc l¸i, ng­êi ta gi¶ thiÕt r»ng trô l¸i lµ kh«ng cã. Khi tµu ch¹y lïi, vËn tèc tµu lµ: vSl = (0,7 - 0,75).Vs, hl/g. (1.47) VËn tèc dßng n­íc ch¶y ®Õn b¸nh l¸i lµ: vCPl = 0,515.l.vSl, m/s. (1.48) víi: l = (1,05 - 1,10) - hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña th©n tµu. ViÖc tÝnh lùc vµ m« men thuû ®éng tu©n theo c«ng thøc sau: P 2 CPlYPlPl F.v.C.2 1 Y  , kG. P 2 CPlXPlPl F.v.C.2 1 X  , kG. PP 2 CPlMPll b.F.v.C.2 1 M  , kG.m. 1.6.4. TÝnh lùc thuû ®éng t¸c dông lªn b¸nh l¸i vµ m« men thuû ®éng t¸c dông lªn trôc l¸i cña tµu 2 chong chãng, b¸nh l¸i ®Æt ë mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu. Ta tÝnh to¸n cho b¸nh l¸i lµm viÖc chÐo dßng (b¸nh l¸i n»m ngoµi dßng n­íc do chong chãng ®¹p ra), nghÜa lµ lùc vµ m« men thñy ®éng t¸c dông lªn b¸nh l¸i, trôc l¸i gåm: lùc, m« men thñy ®éng do dßng n­íc ch¶y qua th©n tµu t¹o ra (nh­ tµu kh«ng tù hµnh) vµ lùc, m« men thñy ®éng phô thªm do chong chãng bªn m¹n ch¶y tíi. (1.49) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 39 1.6.4.1. TÝnh lùc vµ m« men thñy ®éng do dßng n­íc bao quanh th©n tµu t¹o ra. Tèc ®é dßng ch¶y sau vá bao tµu: vCP = 0,515.vS.(1 - r), m/s. (1.50) C¸c hÖ sè CXp; CYp; CMp; CDp = f(P, P, ...) - t×m thÊy b»ng c¸ch tra ®å thÞ hay tÝnh chuyÓn tõ b¸nh l¸i chuÈn hay tÝnh b»ng c«ng thøc thùc nghiÖm. Qu¸ tr×nh tÝnh lùc vµ m« men thñy ®éng ®­îc thÓ hiÖn d­íi dang b¶ng 1.10. 1.6.4.2. TÝnh ¸p lùc vµ m« men xo¾n phô thªm ¸p lùc phô thªm cña dßng n­íc do chong chãng ë m¹n g©y ra ®èi víi b¸nh l¸i ®Æt t¹i mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu khi bÎ b¸nh l¸i gãc p tÝnh theo c«ng thøc cña N.A. Petrovic. PNB = k..S.(vE' + vA)2.sin(p + ), kG. (1.51) trong ®ã: k - hÖ sè, biÓu thÞ % diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang luång n­íc do chong chãng tõ tµu ®¹p ra ®Ëp vµo b¸nh l¸i so víi toµn bé diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña luång n­íc, k = 0,6  0,7. S - diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña luång n­íc ch¶y ra tõ chong chãng bÞ ch¾n bëi b¸nh l¸i khi bÎ l¸i gãc P, m2, vµ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: ]h).h2().h1(h).h2(.[arcsinRS 2  , m2. (1.51.1) víi: R - b¸n kÝnh luång n­íc ch¶y ra tõ chong chãng, m, 2 D R B . h - ®é lín t­¬ng ®èi, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: )sin(. R Ab h P KP    . bKP - chiÒu réng phÇn sau cña b¸nh l¸i, lµ kho¶ng c¸ch tõ trôc l¸i ®Õn mÐp sau cña b¸nh l¸i, m. A - kho¶ng c¸ch tÝnh to¸n theo: PP 11 sintgcos tg.lb OBA    , m. b1- kho¶ng c¸ch lín h¬n tõ mÐp ®u«i c¸nh chong chãng ®Õn mÆt ph¼ng däc t©m tµu, m. l1- kho¶ng c¸ch tõ mÆt ph¼ng ®Üa chong chãng ®Õn trôc quay cña b¸nh l¸i, m. vE' - tèc ®é dßng n­íc ë b¸nh l¸i, m/s, )vv( 2 1 v PCP ' E  . (1.51.2) vP - tèc ®é trung b×nh cña dßng n­íc ch¶y ®Õn chong chãng, m/s. vP = 0,515.vS.(1 - 0). vA - tèc ®é kÝch thÝch chiÒu trôc, m/s, ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: 11 2 K .vv B 1 PA  . (1.51.3) víi: B - hÖ sè t¶i toµn phÇn cña chong chãng, 2 PP B B v.F. 2 1 P   . K1 - hÖ sè tÝnh ®Õn tèc ®é dßng ch¶y ë kho¶ng c¸ch t­¬ng ®èi gi÷a b¸nh l¸i vµ chong chãng, 2K 1  víi 2)D x ( B  , hoÆc ) D x (fK B 1  ®­îc tra theo ®å thÞ. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 40 P - gãc bÎ l¸i, ®é. (1.51.4)  - gãc nghiªng cña dßng ch¶y ra tõ chong chong bªn m¹n, ®é, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 1 A ' E ' E . vv v    . (1.51.5) trong ®ã: 1- gãc nghiªng cña dßng n­íc sau chong chãng bao quanh ®u«i tµu, ®é, (h×nh 1.20). C¸c kÝch th­íc: R, b1, l1, bPK - lÊy theo b¶n vÏ bè trÝ chong chãng vµ b¸nh l¸i sau ®u«i tµu. Tay ®ßn cña lùc thuû ®éng g©y nªn m« men xo¾n thuû ®éng trªn trôc l¸i lµ: lp = A + 0,58.(bKP - A), m. (1.52) Qu¸ tr×nh tÝnh lùc vµ m« men thuû ®éng, tu©n theo d¹ng b¶ng 1.11. B¶ng 1.10. X¸c ®Þnh lùc vµ m« men thñy ®éng t¸c dông lªn b¸nh l¸i do dßng ch¶y qua th©n tµu t¹o nªn. TT C¸c ®¹i l­îng cÇn tÝnh to¸n §¬n vÞ KÕt qu¶ tÝnh theo gãc bÎ l¸i P , ®é. 5 10 15 ... 35 1 CXp’ (®å thÞ) - 2 CYp’ (®å thÞ) - 3 CN ’ = CXp ’.sinP + CYp’.cosP - 4 CDp ’ (®å thÞ ) - 5 xP’ = CDp’.bCP m 6 lP’= xP’ - a m 7 p 2 CP ' N ' N F.v.C.2 1 P  kG 8 ' P ' N ' l.PM  kG.m Trong b¶ng 1.10, c¸c hÖ sè: Cx'p, Cy'p, Cn'- tra ®å thÞ cho tµu ch¹y lïi. Lùc vµ m« men thñy ®éng toµn phÇn t¸c dông lªn b¸nh l¸i vµ trôc l¸i b»ng tæng cña lùc vµ m« men thñy ®éng do dßng n­íc ch¶y qua th©n tµu vµ dßng chÐo tõ chong chãng m¹n t¹o ra, kÕt qu¶ tÝnh thÓ hiÖn ë b¶ng 1.12. Sau khi tÝnh xong c¸c b¶ng trªn, ta vÏ ®­îc ®å thÞ PN = f(P), M = f(P) cã d¹ng nh­ h×nh 1.21 (cho c¶ tµu ch¹y tiÕn vµ lïi). Chó ý: Nhãm (I): tµu ch¹y tiÕn, PN vµ M hÇu nh­ nhËn gi¸ trÞ d­¬ng. Nhãm (II): tµu ch¹y lïi, PN nhËn gi¸ trÞ d­¬ng, M nhËn gi¸ trÞ ©m. B¶ng 1.11. TÝnh ¸p lùc phô thªm vµ m« men xo¾n phô thªm TT C¸c ®¹i l­îng cÇn tÝnh §¬n vÞ C¸c gi¸ trÞ tÝnh ®­îc theo P ,®é. 5 10 15 20 25 ... 35 1 sin(P+) - 2 PP 11 sintg.cos tg.lb A    m Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 41 3 (bPK - A) m 4    PPK sinR Ab h  - 5  h.h2  - 6  h.h2arcsin  - 7    hh2.h1  - 8     76RS 2  m2 9     P2A'ENB sin.vv.kP kG 10 lP = A + 0,58.(bPK - A) m 11 MB = PNB.lP. kGm B¶ng 1.12. TÝnh lùc, m« men thuû ®éng khi tµu tiÕn TT C¸c ®¹i l­îng cÇn tÝnh to¸n §.vÞ C¸c gi¸ trÞ tÝnh ®­îc theo P ®é. 5 10 15 20 25 30 35 1 PN’ (b¶ng 1.10) kG 2 PNB (b¶ng 1.11) kG 3 M’ (b¶ng 1.10) kGm 4 MB (b¶ng 1.11) kGm 5 PN = PN' + PNB kG 6 M" = M' + MB kGm 7 M = k0.M" (k0=1,2 ~1,3) kGm B¶ng 1.13. TÝnh lùc thuû ®éng trªn tÊm b¸nh l¸i vµ m« men thuû ®éng trªn trôc l¸i cho b¸nh l¸i ®Æt ngoµi dßng n­íc do chong chãng ®¹p ra, khi tµu ch¹y lïi. TT C¸c ®¹i l­îng tÝnh to¸n §¬n vÞ C¸c gi¸ trÞ tÝnh ®­îc theo P , ®é. 5 10 15 20 25 30 35 1 CYpl’ (tra ®å thÞ) - 2 CX'pl (tra ®å thÞ) - 3 CNl' = CY'pl cosp+CX'pl sinp - 4 CDl' (tra ®å thÞ) - 5 xPl ’=CDl '.bCP m 6 lPl = xPl’ - a m 7 P 2 CPL ' Nl ' Nl F.v.C.2 1 P  kG 8 M = PNl'.l2 kGm Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 42 V 1 o V 2 V e ' b 1 b pk B A h K l 1 R (  p +  )  p   1 Д  Trôc chong chãng OB = A S¬ ®å: biÓu diÔn b¸nh l¸i kh«ng n»m trong dßng n­íc do chong chãng ®¹p ra 5 10 15 20 25 30 35 (I) (II) Pn= f( p) M= f( p) Pn= f(p) M= f(p) p (®é)o M M (h.2) H×nh 1.24. §å thÞ biÓu diÔn PN = f(P) vµ M= f(P) 1.6.4.3. TÝnh lùc vµ m« men thñy ®éng trªn b¸nh l¸i vµ trôc l¸i khi tµu ch¹y lïi. Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ®­îc thÓ hiÖn ë b¶ng 1.13. 1.6.5. TÝnh lùc vµ m« men thuû ®éng t¸c dông lªn hÖ b¸nh l¸i - trô l¸i. 1.6.6. TÝnh lùc vµ m« men thuû ®éng trªn b¸nh l¸i mòi. Tham kh¶o SGK trang (88-90) s¸ch "Рулеъы устрйстьа суgоb". O - lµ t©m quay cña trôc l¸i OK - lµ h×nh chiÕu b»ng cña mÆt ph¼ng ®èi xøng cña b¸nh l¸i. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1 1.7. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH TRỤC LÁI 1.7.1. Tải trọng tác dụng lên trục lái. Áp lực thuỷ động của nước tác dụng lên trục lái PN có phương vuông góc với trục lái, gây uốn trục. Mô men xoắn thuỷ động tác dụng lên trục lái M, gây xoắn trục. Lực tác dụng trên đầu séc-tơ lái PC gây uốn trục, C C C R M P  (1.53) trong đó: MC - mô men xoắn toàn phần lớn nhất trên trục lái, kG.m.   i MSiC MMM (1.54) MMSi - mô men ma sát tại các gối trên trục, kG.m. RC - bán kính séc-tơ lái, m. Các phương pháp bố trí séc-tơ lái (chiều của RC): gồm 2 phương pháp: Pc Pn  p Д  P Pn Д  P   p Pc Hình1.25. Bố trí séc-tơ lái a - séc-tơ quay về mũi tàu; b - séc-tơ quay về đuôi tàu Phương pháp 1: séc-tơ lái quay về phía mũi tàu (hình 1.22, a) Phương pháp 2: séc-tơ lái quay về phía đuôi tàu (hình 1.22, b) Giả sử khi bẻ lái góc P thì, ở phương pháp 1: trên tấm bánh lái xuất hiện lực thuỷ động PN và người ta tác dụng lên đầu séc-tơ lái (máy hoặc tay) một lực PC, trường hợp này PN và PC cùng phương, cùng chiều. ở phương pháp 2: PN và PC cùng phương, ngược chiều. Nhận xét: ở phương pháp 1 có lợi hơn nhưng ít sử dụng do không gian nhỏ hẹp của vùng đuôi tàu, còn trong tính toán trục lái, người ta xét PN và PC cùng phương, cùng chiều (séc-tơ lái quay về mũi tàu). Trọng lượng của trục lái và bánh lái: GM = (GBL + GTR) tác dụng theo phương dọc trục lái, gây kéo và uốn (do kéo lệch tâm). Trong tính toán trục lái, người ta đưa bánh lái và trục lái về các mô hình hoá, thường có 14 loại mô hình trục lái được phân ra làm 3 dạng: trục lái có kết cấu thẳng, trục lái cong và trục lái treo. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2 1.7.2. Trục lái kết cấu thẳng 1.7.2.1. Dạng thứ nhất 1 - Tính sơ bộ (hay tính toán đường kính trục lái ở lần gần đúng thứ nhất). Ta coi hệ bánh lái, trục lái như một dầm tựa lên các gối tựa tự do (i) với các phản lực gối Ri. Bánh lái có độ cứng E1I1, mô men quán tính mặt cắt ngang là I1. Trục lái có độ cứng E2I2 và mô men quán tính mặt cắt ngang là I2. Các kích thước: a1, b1 và li xác định theo sự bố trí bánh lái sau đuôi tàu. 1 2 PcPn M1 R o R 1 R 2a1 l1 a2 l2 l3 (0) (1) (2) Hình 1.26. Sơ đồ mô hình hóa bánh lái-trục lái. Việc tính sơ bộ trục lái, ở bài toán này, người ta sử dụng phương pháp gần đúng, vì ban đầu chỉ biết M, còn MTP =   i MSiC MMM chưa biết. trong đó: i i ÞMSi R.2 d .f. 4 M   - mô men ma sát trên trục, kGm, chưa biết. Do đó trong lần gần đúng thứ nhất, ta coi 0 R M P C C C  . Khi đó chỉ tính dầm dưới tác dụng của lực thủy động PN và mô men xoắn thuỷ động M cùng với mô men uốn do trọng lượng bánh lái, trục lái GM đặt cách trục lái một khoảng r gây ra, MG = GM.r (do phân bố trọng lượng, trọng tâm bánh lái không nằm trên trục lái). Ta coi như dầm chịu tác dụng bởi các lực độc lập, sau đó hợp lại theo nguyên lý cộng tác dụng độc lập của các lực. 1. a. Trục lái dưới tác dụng của PN, M (PC = 0). Gọi E1I1 là độ cứng của bánh lái, E2I2 - của trục lái. Ta có: 32k IE IE 22 11  , để thiên về an toàn, chọn k = 2. Đây là dầm siêu tĩnh bậc một, viết phương trình góc xoay cho gối (1), ta có: 0 b a 1 IE6 baP IE3 lM IE3 lM 1 1 11 11N 22 2 ' 1 11 1 ' 1        (1.55.1) 21 11 1 1N' 1 l2l ba b a 1 2 P M         (1.55.2) với: M1’ là mô men đế tựa, kG.m. Mômen nhịp: 1 11N l baP M  , kG.m. (1.56) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3 Vẽ biểu đồ mô men về thớ chịu kéo do mô men M1 gây ra. Mô men nhịp M do tải trọng gây ra vẽ về thớ chịu nén. Hiệu số: ( 'TT'1BO M)MM  - gọi là mô men tính toán, kG.m. 1 1' 11N 1 1 ' 1 1 11N' TT l a ).MbP( l aM l baP M  . (1.57) a1 b1 l1 l2 0 0 1 2 C D R'o Pn R'1 M M1 - + M tÝnh to¸n =AB R'2 A B Hình 1.27. Sơ đồ và biểu đồ mô men uốn trục lái ở lần gần đúng thứ nhất. Sau khi có gía trị mô men M1’, ta tính được sơ bộ đường kính trục tại gối (1) ở lần gần đúng thứ nhất:   3 '' U 1 .1,0 MM D 1     , cm. (1.58) với:   - ứng suất cho phép làm vật liệu chế tạo trục lái, kG/cm2.   = (0.360.40). CH , kG/cm2. MUi - mô men uốn do tải trọng PN gây ra, kG.m. Đường kính trục lái tại gối (2) là:   3 2 .1,0 M D    , cm. Phản lực Ri, kG, tại các đế (i) xác định như sau: 1 ' 1 1 11 0 l M l bP 'R  , kG. (1.59.1) 1 1N 21 21 ' 1 2 ' 2 ' 1 1 1N 1 0 ' 1 1 l a.P l.l )ll.(M l MM l aP l MM 'R        , kG. (1.59.2) 2 ' 1 2 2 2 ' 1 C ' 2 l M l M l M PR   , kG, (vì: PC = 0; M2 = M0 = 0) (1.59.3) Chú ý: các chỉ số có một dấu phẩy (‘), (ví dụ: 0'R , 1'R , '2R ) chỉ rõ đó là phản lực tại các gối khi trục chịu tác dụng của: NP , M . Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4 1.b. Trục lái dưới tác dụng của trọng lượng bánh lái, trục lái GM. Hình 1.28. Sự phân bố trọng tâm của bánh lái Để tìm phản lực Ri’’ tại các gối trên trục do trọng lượng bánh lái GM đặt lệch tâm trục gây ra mô men uốn MG = GM.r, ta đi xét phương trình góc xoay viết cho gối (1), 22 2 '' 1 11 1 '' 1 1 2 1 11 1G IE3 lM IE3 lM l a3 1 IE6 lM        (1.60.1) 21 2 1 2 1 1G '' 1 l2l ) l a 31(lM . 2 1 M    , kG.m. (1.60.2) Khi đó mô men uốn tính toán là: 1 1 '' 1 1 1G'' TT l a.M l b.M M  , kG.m. (1.61) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 5 a1 b1 0 0 1 2 C D R'o MG R''1 0 MG M'1 - + R''2 l1 l2 l3 Hình 1.29. Biểu đồ mô men uốn trục lái. Phản lực Ri’’, kG, tại các gối do MG gây ra là: 2 '' 1 2 1 '' 1 1 G'' 1 1 '' 1 1 G 0 l M "R l M l M R; l M l M "R   (1.62) Xác định trị số các phản lực tổng cộng do tác dụng đồng thời của PN và GM gây ra ở lần gần đúng thứ nhất là: 2''i2'ii RRR  , kG. Tính mô men ma sát tại các gối: ,R 2 D .f 4 M i i jMSi   kG.m. (1.63) trong đó: fj - hệ số ma sát tại các gối: fj = 0,15 - đối với ổ bi đỡ chặn bắng thép hoặc chất dẻo; fj = 0,10 đối với ổ trượt và ổ chống lắc; fj = 0.015 đối với ổ bi; fj = 0.03 - đối với ổ đũa đỡ chặn. Di - đường kính trục tại gối, m. Ri - phản lực tổng cộng tại các gối, kG. Tính mô men xoắn tổng cộng (ở lần gần đúng thứ nhất) là:     n 1i MSiKP MMM , kG.m. (1.64) Từ giá trị của MKP ta chọn máy lái có mô men xoắn đưa ra đầu séc-tơ lái, thoả mãn: MC  KPM . Từ giá trị của MC và RC (theo catalogue của máy lái, RC phụ thuộc vào MC) ta tính được lực trên đầu séc-tơ lái PC: PC = C C R M , kG. (1.65) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 6 Sau khi có giá trị của PC, ta đi tính chính xác đường kính trục hay tính đường kính trục ở lần gần đúng thứ hai. 2 - Tính đường kính trục lái dưới tác dụng của: PN, M, PC và MG. 2.a. Tính chính xác trục lái dưới tác dụng của: M, PN và PC. Tại các gối có phản lực R’i, mô men đế Mi’, dùng phương trình góc xoay viết cho gối (1), ta có: 22 22 22 2 ' 1 11 1 ' 1 1 1 11 11N IE6 lM IE3 lM IE3 lM ) l a 1( IE6 b.aP  . (1.66.1) 21 2 ' 2 1 1 11N ' 1 l.2l l.M l a 1.b.a.P. 2 1 M          , kG.m. (1.66.2) Mô men nhịp M như đã tính ở phần (1.a). Tính chính xác, ta có biểu đồ mô men uốn như hình 1. . (vẽ về thớ chịu nén). Mô men tính toán MTT’ xác định theo công thức sau: 1 1' 1 1 11' TT l a .M l ba .PnM  , kG.m. (1.67) Phản lực tại gối là: 1 ' 1 1 1N 0 l M l bP 'R  , kG. (1.68.1) 2 ' 2 ' 1 2 2 ' 2 ' 1 1 ' 11N 1 l MM Pc'R; l MM l MaP 'R       , kG. (1.68.2) Đường kính trục ở lần tính chính xác là: 3 22 Ui i ].[1,0 MM D     , cm. (1.69) trong đó: MUi - mô men uốn tại tiết diện tính toán lấy trên biểu đồ do PN và PC gây ra. M2 a1 b1 0 0 1 2 C D R'o Pn R'1 A B M M1 - + R'2 Pc Hình 1.30. Biểu đồ mô men uốn trục lái ở lần tính chính xác. 2.b. Xét trục lái chịu uốn dưới tác dụng của trọng lượng bánh lái, trục lái GM. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 7 Tính toán tương tự như phần (1.b/1), kết quả cho phản lực tại các gối là Ri’’. Phản lực tổng cộng tại các gối của trục lái dưới tác dụng của PN, M, PC, MG ở lần gần đúng thứ hai, tương tự như phần tính sơ bộ, ta có: 2 i 2 ii ''R'RR  (1.70) trong đó: Ri ’- lấy ở phần (2.a), còn Ri’’- lấy ở phần (2.b) Mô men ma sát: ,R. 2 D .f 4 M i i jMSi   kG.m. (1.71) với: Di và Ri đều lấy ở phần tính chính xác tương ứng là đường kính gối trục và phản lực tại các gối đó. Mô men xoắn tổng cộng của lần gần đúng thứ hai:     n 1i MSiKP MMM , kG.m. (1.72) Chọn lại máy lái có mô men xoắn tại đầu ra của máy lái MC theo biêu thức: MC  MKP, trong đó: MC ở lần gần tính chính xác này mới là kết quả thực, có sai khác so với tính toán sơ bộ (nếu là máy lái tay), còn máy lái khác, thường là chính xác đúng. Tức là các giá trị thực của trục lái ở lần tính sơ bộ MC1 MC , có thể lấy được mà không cần tính lại. 3 - Kiểm tra bền trục lái Đối với trục lái, nên kiểm tra bền ở một số tiết diện nguy hiểm nhất, gồm: tiết diện (I-I), (II-II) và (III-III). do d1 l'1 I I II' II III IIII' III0 1 2 d2 'l3 l1 l2 l3 Hình 1.31. Các tiết diện kiểm tra bền trục lái. Tiết diện (I-I) là gót ky lái liên kết với bánh lái. Tiết diện (II-II) là ổ trên của trục lái. Tiết diện (III-III) là nơi lắp vành chặn hai nửa, đỡ toàn bộ tải trọng dọc trục của bánh lái, trục lái. Tại các tiết diện này, nội lực tác dụng như sau: Mô men uốn tổng tại tiết diện (I-I) là: 2''I2'III MMM  , kG.cm. (1.73) trong đó: 'IM - mô men uốn tại tiết diện (I-I) do PN và PC gây ra, được tính như sau: ) l M l b Pn.(ll.RM 1 ' 1 1 1' 1 ' 1 ' 0 ' I  , kG.cm. (1.73.1) '' IM - mô men uốn tại tiết diện (I-I) do trọng lượng bánh lái, trục lái GM gây ra, được tính như sau: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 8 ) l M l G .(ll.RM 1 '' 1 1 M' 1 ' 1 '' 0 '' I  , kG.cm. (1.73.2) Mô men uốn tổng cộng tại tiết diện (II-II) là: 3CIIII l.PM  , kG.cm. (1.74) Mô men uốn tổng tại tiết diện (III-III) là: '3CIIIIII l.PM  , kG.cm. (1.75) Việc tính toán kiểm tra bền thực hiện dưới dạng bảng 1.14 , như sau: Bảng 1.14. Kiểm tra bền trục lái. TT Các đại lượng cần tính toán Đơn vị Kết quả tính tại các tiết diện kiểm tra. I - I II - II III - III 1 Đường kính trục: Di cm 2 Mô đun chống uốn: WUi cm3 3 Mô đun chống xoắn: WXi cm3 4 Mô men uốn: MUi kG.cm 5 Ứng suất uốn: Ui Ui Ui W M  kG/cm2 6 Ứng suất xoắn: Xi Xi Xi W M  kG/cm2 7 Ứng suất tổng: 2Xi2Uii  kG/cm 2 8 Độ dự trữ bền 2n i CH     trong đó: sCH -ứng suất chảy của vật liệu, kG/cm2. Chú ý: không nên chọn vật liệu chế tạo trục bánh lái là thép các-bon thường CT3, vì không kinh tế. Nên chọn thép 35 hoặc 45 có sCH = 3200, kG/cm2. 1.7.2.2. Dạng kết cấu thứ hai Áp lực nước tác dụng lên bánh lái là tải trọng rải có dạng bậc nhất. Tải trọng PN1 và PN2 có quan hệ như sau: P N 2P 2N 1P 1N F P F P F P  (1.76.1) trong đó: PN1, PN2 - áp lực thuỷ động của nước tác dụng lên phần diện tích FP1, FP2 của bánh lái. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 9 (0) (1) Fp2 Fp1a0 b0 a1 b1 l2 l3 l0 l1 l Pn1pn1 Pn2 Pc pn2 (0) (1) (2) Hình 1.32. Dạng thứ hai của trục lái thẳng. Nếu bánh lái là hình chữ nhật, thì công thức trên có dạng: l P l P l P N 2 2N 1 1N  (1.76.2) Giải dầm siêu tĩnh bậc một, viết phương trình góc xoay cho gối (1) ẩn số M1’, ta có: 22 2 ' 2 22 2 ' 1 1 1 11 11N 12 1 ' 0 11 1 ' 1 IE6 lM IE3 lM ) b a 1( IE6 baP IE6 lM IE3 lM  (1.77) với: M0 = PN1.b0, thay vào công thức trên ta có : 21 1 ' 02 ' 2 1 1 11N 1 l.2l l.Ml.M) l a 1.(b.a.P . 2 1 M    , kG.cm. (1.78) Phản lực đế tựa : 1 12N 1 ' 1 ' 0 1N ' 0 l bP l MM PR    , kG. (1.79.1) 2 ' 2 ' 1 1 12N 1 ' 0 ' 1' 1 l MM l aP l MM R     , kG. (1.79.2) 2 ' 2 ' 1 C ' 2 l MM PR   , kG. (1.79.3) với: M2’ = PC.l3 - mô men uốn tại gối (2), kG.cm. Loại sơ đồ này thường gặp ở tàu biển cỡ trung, làm việc tin cậy, cho phép đưa bánh lái ra xa đuôi tàu, từ đó nâng cao hiệu suât đẩy h của chong chóng, thường áp dụng cho tàu có đuôi xì-gà, thìa, v.v. 1.7.3. Trục lái kết cấu cong Trục lái kết cấu cong thường có hai loại: Loại I: bánh lái đặt sau trụ lái, trụ lái cố định, kết cấu trụ lái như bánh lái. Khi đó, ta phải tính toán tại hai chốt bản lề, loại này thường sử dụng cho tàu có kích thước bánh lái lớn, có thể cho phép gia tăng số chốt bản lề. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 10 Loại II: trụ lái tháo được là thanh thép rèn (dạng Simplex). Loại này có độ bền cao, điều kiện công nghệ phức tạp, thường dùng cho tàu cỡ trung, cỡ lớn, đuôi tuần dương, làm việc tin cậy. Bulon (1) (0) (2) (0) Lo¹i I (1) (2) l1 hp Lo¹i II Hình 1.33. Trục lái cong. Để tính đường kính chốt bản lề và đường kính trục lái, ta tách ra chốt lái ra khỏi trục lái và xem như trục lái chịu tác dụng của mô men xoắn tổng MKP và lực tác dụng trên đầu séc-tơ lái PC, chốt lái chịu tác dụng của lực thủy động PN và mô men uốn MG do trọng lượng của bánh lái, trục lái GM gây ra. 1.6.3.1. Tính đường kính chốt bản lề. Đây là dầm tĩnh định, giải dầm ta có mô men uốn tại các chốt do PN gây ra là: 2 a . h P M 1 P N 1  , kG.m. (1.80) 11 P NMax Ma8 h .PM        , kG.m. (1.81) Mô men uốn tại giữa nhịp do MG gây ra là MG. Từ đó ta có biểu đồ mô men uốn như hình 1. . Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 11 (0) (1) a h a Mmax M0 M1 0R R1 Hình 1.34. Sơ đồ tính toán chốt bánh lái. Phản lực tại các chốt là: 2'' 0 2' 00 RRR  , kG. (1.82.1) 2'' 1 2' 11 RRR  , kG. (1.82.2) với: Ri’ và Ri’’ tương ứng là phản lực tại chốt do PN và GM gây ra. Đường kính tại các chốt tính theo công thức: 4400 R .10D CH i i   , cm. (1.83.1) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 12 hoặc:   i i R .76,2D , cm. (1.83.2) trong đó:   CH).40,036,0(  - ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo chốt, kG/cm2. CH - ứng suất chảy của vật liệu chế tạo chốt, kG/cm2. Trong các công các thức trên, người ta lấy CH = min(CH; 0,7.B), với: B - giới hạn bền của vật liệu chế tạo chốt, kG/cm2. Mô men ma sát tại gối (0),(1) là: i i jMSi R.2 D .f. 4 M   , kG.m. (1.84) Mô men xoắn tổng cộng ở lần gần đúng thứ nhất:     1 0i MSi ' KP MMM , kG.m. (1.85) 1.7.3.2. Tính đường kính trục lái Đây là dầm tĩnh định chịu tác dụng của lực trên đầu séc-tơ lái PC và mô men xoắn tổng cộng ở lần gần đúng thứ nhất MKP’. Đường kính trục tại gối (2) là:   32 .12,0 M D    , cm. (1.86) l l2 3 (2) (3) PC Mu3 Hình 1.35. Sơ đồ tính toán trục lái cong. Sau khi có D2, ta chọn được bán kính séc-tơ lái RC theo catalogue của máy lái là: RC = f(D2). Khi có được RC, ta xác định lực tác động lên đầu séc-tơ lái PC theo công thức sau: C ' KP C R M P  , kG. (1.87) Khi có được PC, ta sẽ đi giải trục. Mô men uốn tại gối (3) của trục lái là: MU3 = PC.l3. (1.88) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 13 Đường kính trục tại gối (3) là:   3 22 3u 3 1,0 MM d     , cm. (1.89) Phản lực tại các gối: 2 3c 2 l l.P R  , kG. (1.90.1) 2 32C 3 l )ll.(P R   , kG. (1.90.2) Từ các phản lực R2, R3 ta tính được mô men ma sát tại các gối đó là MMSi (i = 2,3). Từ đó ta tính được mô men xoắn tổng cộng MKP theo công thức sau:     3 0i MSiKP MMM , kG.m. (1.91) Từ mô men xoắn tổng cộng MKP, ta chọn máy lái sao cho có mô men xoắn đầu ra của trục lái MC  MKP, giá trị của MC thể hiện trong các catalogue máy lái hoặc trong các sổ tay thiết bị. 1.7.4. Trục lái treo Tham khảo Sổ tay thiết bị tàu. 1.8. KẾT CẤU CỦA BÁNH LÁI. Theo dạng prôfin, bánh lái thường có hai loại: bánh lái tấm và bánh lái có prôfin thoát nước (lưu tuyến). 1.7.1. Bánh lái tấm Bánh lái tấm là một tấm tôn được gia cường bởi các nẹp nằm hoặc nẹp đứng. Bánh lái tấm cũng có thể là: Bánh lái tấm cân bằng hoặc không cân bằng. Ở trọng tâm bánh lái người ta có khoét lỗ để tiện cho công nghệ lắp ráp. Gọi chiều dày tấm tôn của bánh lái là t thì t được chọn theo bảng hoặc xác định theo công thức sau: 5,2K.v.S.5,1t  , mm. (1.92) trong đó: v - vận tốc tàu, hl/g, nếu vận tốc tàu nhỏ hơn 10 hl/g thì chọn: 3 20v v min   , hl/g, với vmin = 10 hl/g. (1.92.1) S - khoảng cách các xương gia cường của bánh lái, lấy không lớn hơn 1 m. K - hệ số bền của vật liệu chế tạo bánh lái, xác định theo công thức sau: e CH 235 K         , với: e = 0,75 - nếu CH > 235 N/mm2. (1.92.2) e = 1,0 - nếu CH  235 N/mm2. CH = min(0,7B; 450), N/mm2. B - độ bền kéo của vật liệu, N/mm2. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 14 Hình 1.36. Bánh lái tấm. 1.8.2. Bánh lái thoát nước (lưu tuyến) Định nghĩa "Bánh lái thoát nước là một khối kín, bên trong được làm cứng (gia cường) bởi các xương đứng và xương ngang liên kết với nhau một cách chắc chắn, các xương gia cường này được khoét lỗ để giảm trọng lượng và thông nước khi thử áp lực". Tôn vỏ bao bánh lái chịu áp lực thủy tĩnh của nước và áp lực thuỷ động khi bẻ lái, được tính bởi công thức sau:   5,1 a ). F P d(.k 2 C P N S0   , mm. (1.93) trong đó: d - tính bằng chiều chìm của tàu, m.c.n hoặc N/cm2. PN - áp lực pháp tuyến khi bẻ lái, N. Fp - diện tích bánh lái, m2. []- ứng suất uốn cho phép của vật liệu chế tạo bánh lái, [] = 0,5.CH, N/mm2, với: CH - giới hạn chảy của vật liệu chế tạo bánh lái, N/mm2. 1,5 - giá trị tăng thêm của tôn vỏ do tính đến mòn gỉ, mm. kS - hệ số, tra bảng 1.15, phụ thuộc vào tỉ số bC/aC; kS = f(bC/aC) với: aC - khoảng cách giữa các xương gia cường đứng hoặc ngang, lấy giá trị nhỏ hơn, cm. bc - khoảng cách giữa các xương gia cường đứng hoặc ngang, lấy giá trị lớn hơn, cm. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 15 Hình 1.37. Sơ đồ kết cấu bánh lái thoát nước. 1 - tôn vỏ bao; 2 - xương đứng gia cường thay thế cho trụ lái; 3 - xương gia cường ngang; 4 - các lỗ khoét trên xương gia cường ngang; 5 - xương lập là ngang (tấm nối trung gian); 6 - tấm tôn mặt dưới bánh lái; 7 - lỗ thông nước khi thử áp lực; 8 - tấm tôn mặt trên bánh lái; 9 - xương đứng gia cường; 10 - lỗ khoét trên xương đứng; 11 - xương lập là đứng; 12 - lỗ khoét xĩch giữ bánh lái; 13 - gân đuôi bánh lái; 14 - tôn vỏ bao vùng thay thế cho trụ lái; 15 - các điểm hàn liên kết tôn măt bên với xương lập là. Bảng 1.15. Giá trị hệ số kS. bC/aC 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 kS 0,554 0,576 0,605 0,633 0,655 0,671 0,685 Chú ý: các giá trị bC/aC trung gian được lấy theo phương pháp nội suy bậc nhất cho kS. Trong mọi trường hợp chiều dày tôn bánh lái không nhỏ hơn trị số tính theo công thức: 240L 37L .a.40 Cmin    , mm. (1.94) với: aC - m; L - chiều dài tàu, m. Tiết diện của bánh lái tại chỗ đặt ống bao trục lái có dạng như hình 1. . gọi là vùng thay thế cho trụ lái hay cốt bánh lái, gồm một hoặc hai xương gia cường đứng đi liên tục, không khoét lỗ và hai dải tôn bao đứng của bánh lái có chiều dày dày hơn các dải tôn bao bên cạnh. tmax - chiều dày lớn nhất của prôfin tại vị trí đặt trục bằng chiều cao tấm thành của cốt lái, cm. zmax - là mép của cốt xa trục trung hoà nhất, cm. Chiều dày tấm thành cốt lái lấy không nhỏ hơn (1,8  2,0)0. Chiều dày của mép kèm (phần tôn mạn bánh lái) lấy không nhỏ hơn (1,8  2,0)0. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 16 Chiều rộng của mép kèm của cốt bánh lái lấy tùy thuộc vào số lượng tấm thành của cốt lái: Nếu cốt có hai xương, lấy chiều rộng mép kèm: S = 0,2 lần chiều dài của cốt lái. Nếu cốt có một xương, lấy chiều rộng mép kèm: S = 0,16 lần chiều dài của cốt lái. So sánh mô men chống uốn của cốt lái với mô men chống uốn cho phép:     maxUMWW , cm3. (1.95) với: MU Max - mô men uốn tính toán lớn nhất trên bánh lái, kG.m. [] = 0,4CH - giới hạn chảy của vật liệu, kG/cm2. Hình 1.38. Cốt lái. Bảng 1.16. Kiểm tra bền cho cốt bánh lái. TT Quy cách, cm. Diện tích Fi, cm2. zi , cm. Fi.zi, cm3. Mô men quán tính, m4. S.zi2 I0=b.h3/12. I II III IV 1 2 3 Vị trí trục trung hoà: 1 2   e , cm. Mô men quán tính: 1 )2(31.3 2 2    eJ , cm4. tm ax  IV  e   zm ax  Trôc so s¸nh Trôc trung hßa  S Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 17 Mô men chống chống uốn: maxz J W  , cm3. Bố trí cốt lái bởi các xương gia cường đứng, như sau: Trường hợp: a tmin - người ta bố trí hai xương gia cường đứng. Trường hợp: a< tmin - người ta bố trí một xương gia cường đứng. Bulon hm ax hm ax hm ax hm ax tm ax tmax 2 2 tmax a hmax 6 S   (ha) atmax atmax (hb)   hmaxS 6 a tm ax Hình 1.39. Bố trí cốt lái. a - cốt lái hai xương; b - cốt lái một xương. Ngoài ra, mô đun chống uốn và diện tích tiết diện bản thành của cốt phải sao cho, ứng với ứng suất uốn ứng suất cắt và ứng suất tương tương không được lớn hơn các giá trị dưới đây: Ứng suất uốn: K 110 U  , N/mm 2. (1.96.1) Ứng suất cắt: K 50 C  , N/mm 2. (1.96.2) Ứng suất tương đương: K 120 .3 2C 2 UE  , N/mm 2. (1.96.3) trong đó: K - hệ số bền của vật liệu chế tạo bánh lái. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18 Chiều dày tấm tôn mặt trên và dưới lấy không nhỏ hơn 1,2.0 và có khoét lỗ 50 với tiện ren. Sau khi thử áp lực, lỗ được bịt kín bằng vít đồng và hàn lên trên tấm ốp có đường kính D100. 100 50 Hình 1.40. Kết cấu nút xả Chiều dày tấm của các xương gia cường được lấy như sau: s = 8 mm hoặc 70%0 lấy giá trị lớn hơn. Khoảng cách chuẩn giữa các xương gia cường ngang, xác định theo công thức: 4,0 100 L .2,0a0        , m. (1.97) Các xương gia cường ngang thường được bố trí đều theo chiều cao của bánh lái, đi liên tục, chỉ gián đoạn tại các xương gia cường đứng thay thế cho trụ lái. Các xương gia cường đứng gián đoạn tại xương gia cường ngang, khoảng cách từ xương gia cường đứng, tạo nên cốt bánh lái đến xương gia cường đứng lân cận lấy bằng 1,5 lần khoảng cách giữa các xương gia cường ngang, chiều dày xương gia cường đứng lấy như chiều dày xương gia cường ngang. Chỉ các xương gia cường đứng thay thế cho trụ lái là đi liên tục và có chiều dày không nhỏ hơn ,).0,28,1( 0 Hình 1.41.b. Kết cấu lỗ khoét hoặc móc giữ bánh lái c¸ p Hình 1.41.a. Ống công nghệ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 19 Trên các tàu nội địa, người ta móc chốt để liên kết giữa bánh lái với vòm đuôi tàu bằng xích hoặc cáp, giữ bánh lái trong trường hợp bánh lái bị rời khỏi mối ghép (sửa chữa, lắp ráp), còn trên tàu biển người ta không sử sụng phương pháp này. Tại trọng tâm của bánh lái, người ta có khoét lỗ và đặt qua đó ống thép để luồn dây trong công nghệ lắp ráp. Gân đuôi bánh lái có thể là một dải thép tấm, thép dải hình thang hay hình tròn (hình 1.42). Xương lập là, là những tấm nối trung gian giữa xương gia cường với tôn vỏ bao bánh lái. Chiều dày xương lập là lấy không lớn hơn chiều dày tôn bao bánh lái lân cận. Chiều rộng lập là lấy không nhỏ hơn (8  10)0. Quá trình hàn bánh lái được tiến hành như sau: trên tôn vỏ bao người ta khoét những điểm, kích thước của các lỗ khoét này cũng như chế độ hàn, khoảng cách giữa chúng được tính chọn phù hợp với đặc điểm kết cấu và chiều dày tôn, bảng 1.17.  2 3 4  2 3 4 432432  432  Hình 1.42. Kết cấu một số loại gân đuôi bánh lái. 1 - gân đuôi bánh lái; 2 - xương lập là; 3 - tôn vỏ bao bánh lái; 4 - xương gia cường ngang. >( 8  ) 2 2 3 4 mm c c m 1,5.a  p  2,5.a Hình 1.43. Qui cách điểm hàn 1 - xương lập là; 2 - xương gia cường; 3 - tôn vỏ bao; 4 - bể hàn. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 20 Các khoảng cách a, b được chọn theo bảng 1.17. Sau khi hoàn thành việc lắp ráp và hàn kín nước bánh lái, ta phải phải thử áp lực với chiều cao cột áp thử là H, m.c.n. H =1,25.T + 60 v 2S , m.c.n. (1.98) trong đó: vS - tốc độ tàu, hl/g. T - mớn nước của tàu, m. Bảng 1.17. Kích thước điểm hàn. Chiều dày tôn bao, mm. Kích thước, mm. Loại đường hàn. a b  6 65 35 F1 7  18 75 40 F1  19 85 45 F1 1.8.3. Các dạng thiết bị lái và đặc điểm kết cấu của chúng Đọc STTBTT-T1_ Chương III. Lưu ý bánh lái chủ động (có chong chóng đạo lưu cũng là một thiết bị lái). Hình 1.44. Bánh lái chủ động. 1.9. MỐI NỐI GIỮA BÁNH LÁI VÀ TRỤC LÁI Bánh lái và trục lái thường được chế tạo riêng biệt, sau đó được lắp ghép lại với nhau bằng một trong các phương pháp sau: Mối nối mặt bích nằm ngang. Mối nối mặt bích thẳng đứng. Mối nối khớp. Mối nối côn. Mối nối hàn (đối với tàu nhỏ, tàu có bánh lái tấm). Yêu cầu: các mối nối trong mọi trường hợp phải cho phép tháo rời bánh lái khỏi trục lái khi tàu đang nổi trên mặt nước mà không phải nâng trục lái. 1.9.1. Mối nối mặt bích nằm ngang Mối nối mặt bích nằm ngang được sử sụng rộng rãi và phổ biến hơn cả. Mặt bích có thể là hình tròn, ô van, chữ nhật hoặc hình thang, v.v. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 21 1.9.1.1. Mặt bích tròn Đường kính bu lông trong mối nối là: d = ].[n.r. )MM(8 22U    , cm. (1.99) trong đó: MU - mô men uốn trục lái tại tiết diện đặt mặt bích, kG.cm. M - mô men xoắn thủy lực, kG.cm. r - bán kính đường tròn từ tâm mặt bích đến tâm bu lông, m. n - số lượng bu lông trong mối nối. [] - ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo bu lông, [] = 0,25.CH , kG/cm2. CH - giới hạn chảy của vật liệu chế tạo bu lông, kG/cm2. 1.9.1.2. Mặt bích hình thang Đường kính bu lông trong mối ghép tính bằng công thức: d = c. ].[n. )MM(8 22U    , cm. (1.200) trong đó: a - khoảng cách trung bình giữa các bu lông của mối nối đo theo phương vuông góc với trục đối xứng của bánh lái, m. b - khoảng cách giữa hai bu lông xa nhất nằm về một phía của mặt bích đo theo phương song song trục đối xứng của mặt bích, m. c = b.3a ba   - hệ số. n - số lượng bu lông trong mối nối. 1.9.1.3. Mặt bích hình chữ nhật Đường kính bu lông trong mối nối là: d = )4400.(r.n )MM( CHC 22 U    , cm. (1.201). trong đó: n  6 - số bu lông trong mối nối. CH = min{0,7B; CH}- ứng suất chảy của vật liệu chế tạo bu lông, kG/cm2. B - giới hạn bền của vật liệu, kG/cm2. rC - khoảng cách trung bình từ tâm các bu lông đến tâm mặt bích, cm. Với bánh lái có một ổ trên tấm bánh lái và bánh lái treo thì ban đầu lấy sơ bộ: rC = 0,9.d1, đồng thời khoảng cách từ tâm bu lông bất kỳ đến mặt bích rCi  0,6.d1. trong đó: d1 - đường kính ổ dưới của trục lái, cm. Chiều dày mặt bích tf, trong mọi trường hợp, lấy không lớn hơn 0,9.dB. Khoảng cách từ mép lỗ bu lông đến mép ngoài của mặt bích lấy không lớn hơn 0,67.dB, (tf - tính bằng mm, dB - tính bằng cm). a b Hình 1.45. Mặt bích hình thang Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22 b2 b1 M T2 T1 o 1.9.1.4. Kiểm tra bền bu lông Dưới tác dụng của PN các bu lông chịu kéo, còn dưới tác dụng của M các bu lông chịu cắt. Để xét xem các bu lông có thỏa mãn bền hay không, ta đi xét bu lông chịu lực theo nguyên tắc độc lập tác dụng. Gọi lực xiết trên bu lông xa tâm nhất đó là N1 thì giá trị của nó xác định theo công thức sau: f T.k N 11  . (1.202) trong đó: f - hệ số ma sát khi xiết bu lông; f = (0,15  0,20) - cho tấm ghép bằng gang hoặc thép. k = (1,3  2,0) - hệ số an toàn. T1 - phản lực tại bu lông xa tâm nhất, kG. Để xác định T1, ta phải giải hệ phương trình cân bằng sau:         2 2 1 1 2211 b T b T MbT2bT4 (1.203) Giả hệ trên ta có T1, từ đó xác định được N1, dưới tác dụng của lực này bu lông chịu kéo với ứng suất kéo là: 2 1 2 1 K d. N.4 4 d. N     (1.204.1) trong đó: d - đường kính chân ren của bu lông, cm. Nếu kể thêm ứng suất xoắn do xoắn ren thì ứng suất kéo được lấy tăng lên 30%, tức là: K2 1' K .3,14d N .3,1    (1.204.2) Từ công thức tính ứng suất kéo như trên, ta có: Điều kiện kiểm tra bu lông là:  K'K  (1.205.1) Hình 1.46. Kiểm tra bền bu lông 1. Xét bu lông dưới tác dụng của M 1.a. Ghép bu lông có khe hở (ghép lỏng). Để đơn giản ta xét mặt cắt hình chữ nhật: Lực xiết cần thiết tác dụng lên mối nối bu lông phải tạo ra được áp lực ma sát trên bề mặt mối nối ghép cân bằng với mô men M. Vì các bu lông không bao giờ được xiết đều nhau, do vậy ta đi tính lực xiết cần thiết trên mỗi bu lông theo bu lông chịu lực lớn nhất là các bu lông xa tâm nhất. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 23 Điều kiện thiết kế bu lông là:   2 1 K d. N.4 .3,1   . (1.205.1) Từ đó ta tính được đường kính chân ren là:  K 1 . N.4.3,1 d   (1.206) 1.b. Ghép bu lông không có khe hở (ghép chặt) Khi đó các bu lông chịu cắt dưới tác dụng của lực cắt T1, T2.Gọi đường kính bu lông là: d Lực cắt lớn nhất trên bu lông là: 2 1 2 1 d..i T.4 4 d. .i T     (1.207) trong đó: i - số bề mặt chịu cắt thân bu lông. Từ đó ta có: Điều kiện kiểm tra:    KCC .6,0  Ngoài ra các bu lông còn chịu lực dập, lực này sinh ra ứng suất dập và được tính theo công thức: d.h T i D  . (1.208) trong đó: hi = min{chiều cao tấm trên hoặc tấm dưới của mặt bích} Từ đó có điều kiện kiểm tra:   BDD .4,0  . (1.209) Chú ý: trong các công thức tính toán ỏ trên lấy:    n CH K   . CH - ứng suất chảy của vật liệu chế tạo bu lông. [n] - hệ số an toàn cho phép lấy đối với vật liệu chế tạo bu lông. Thông qua các công thức trên, ta tìm được đường kính bu lông, thường đường kính bu lông ghép có khe hở nhỏ hơn rất nhiều lắp không có khe hở. Yêu cầu: Để đảm bảo mối nối đủ bền và thoả mãn điều kiện công nghệ lắp ghép thì: 2/3 số bu lông lắp không có khe hở còn 1/3 số bu lông ghép có khe hở. 2. Xét bu lông dưới tác dụng của PN Dưới tác dụng của PN, các bu lông chịu kéo: điều kiện để tính bu lông là lực xiết trên mỗi bu lông phải đảm bảo cho mối ghép không bị tách hở. Gọi lực xiết trên các bu lông là: N. Khi mối ghép chưa chịu tác dụng của áp lực thuỷ động PN, bản thân các bu lông đã chịu dập với ứng suất được tính như sau: F N.n D  . (1.300) trong đó: n - số bu lông của mối ghép. F - diện tích bề mặt của mối ghép (F = b.l). Khi mối ghép này chịu tác dụng của PN (gây nên mô men uốn trên bề mặt mối ghép) thì mối ghép này có xu hướng quay quanh trục (y-y). Nếu lực xiết nhỏ thì mối ghép sẽ bị lỏng dần và trục (y-y) chuyển dần ra mép ngoài của mối ghép. Khi coi mặt bích là khá cứng thì biến dạng uốn trong mặt bích được xem là phân bố theo đường thẳng có trị số lớn nhất là: U U U W M  . (1.301) trong đó: WU - mô đun chống uốn của mặt bích (bỏ qua diện tích lỗ khoét) Ứng suất tổng phát sinh do lực xiết N và mô men uốn MU gây ra là: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 24 U U UDminmax, W M F N.n  . (1.302) Điều kiện để mối ghép bị tách hở là luôn luôn tồn tại giá trị ứng suất:  > 0. Tức là phải thoả mãn: 0 W M F N.n U U min  (1.303) Từ điều kiện trên, ta tính được lực xiết lớn nhất trên mỗi bu lông, thoả mãn: n F . W M N U U . (1.304.1) Để thiên về tính an toàn, phải kể đến hệ số k, tức là: F. W M . n k N U U'  . (1.304.2) trong đó: k = (1,3  2,0) - hệ số an toàn. Dưới tác dụng của lực xiết N, các bu lông chịu kéo với ứng suất kéo là: 2 ' 2 ' K d. N4 4 d N     (1.305) Để các bu lông thoả mãn điều kiện làm việc thì:  KK  Nếu tính được d không thoả mãn thì tính lại bằng cách tăng d lên. Nếu:  KK  , để chọn d nhanh nhất, ta có thể sử dụng công thức sau:  K ' . N.4 d   . (1.306) Sau đó tính lại xem có thoả mãn không. 1.9.1.5. Chú ý Bu lông Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 25 Hình 1.47. Mối nối giữa trụ lái và vỏ tàu Với bánh lái có trụ lái dạng tháo được thì đường kính của bu lông trong mối ghép giữa bánh lái và trục lái được xác định theo công thức: d =    .a.n c.M.8 , cm. (1.307) với: b3a ba c    - hệ số cho mặt bích hình thang. Mối nối mặt bích giữa trụ lái với vỏ bao tàu có đường kính bu lông dI-I được tính như sau: dI-I =  .a.n c.M.8 U , cm. (1.308) Tại gối (0) coi như ngàm đàn hồi có độ mềm k*. Tại gối (1) coi như ngàm cứng. Thông thường ki đuôi không đủ cứng, do vậy coi là ngàm đàn hồi. Nhưng khi tính toán để thiên về tính an toàn thì coi đó là đế tựa tự do. 1.9.2. Mối nối côn Nếu gọi k là độ côn của mối nối thì: K K KK tg.2 l dD k    . với: DK, dK tương ứng là đường kính lớn và nhỏ của côn. K - góc nghiêng của đường sinh của côn so với trục côn. Thông thường độ côn 12 1 8 1 k  hoặc 20 1 12 1 k  tùy theo mối nối có hay không có cơ cấu tháo lắp bằng thủy lực. Chiều dài đoạn côn lK lắp vào bánh lái, cố định bằng ê-cu hãm phải: lK  1,5.DK. Hình 1.48. Mối nối côn Trong mối nối côn thông thường sử dụng từ 1  3 then. Nhiệm vụ của then là truyền mô men xoắn từ máy lái đến bánh lái thông qua trục lái. Chiều dài then: lT = (0,8  0,85).lK Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 26 Bề mặt làm việc của then là (lT.bT) thoả mãn: lT.bT = 3000.  CHCP 4400.d M   , cm2. (1.309) trong đó: M - mô men xoắn thuỷ động, kG.cm. CH - giới hạn chảy của vật liệu chế tạo then, kG/cm2. dCP - đường kính phần côn ở giữa chiều dài của then, cm. Chiều cao của then lấy bằng nửa chiều rộng của then: hT = 0,5.bT. Đai ốc (ê-cu hãm) có nhiệm vụ cố định vị trí của mối ghép với bánh lái và đỡ toàn bộ trọng lượng của bánh lái. Đường kính đỉnh ren của ê-cu hãm lấy không nhỏ hơn trị số sau: dg  0,65.dK, mm. Đường kính ngoài của ê-cu hãm dn được lấy theo giá trị lớn hơn của 1,2.dK hay 1,5.dg, mm. Chiều cao của ê-cu hãm thỏa mãn: hn  0,6.dg, mm. Ê-cu hãm phải được cố định một cách thích hợp. 1.10. Ổ ĐỠ CHO TRỤC LÁI Ổ đỡ chỉ chịu tác dụng của tải trọng ngang, tác dụng vuông góc với trục. Ổ chặn chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục. Ổ đỡ chặn vừa chịu tải trọng ngang vừa chịu tải trọng dọc trục tác dụng Ổ (0) được gọi là ổ đỡ gót ki lái; Ổ (1) gọi là ổ đỡ sống đuôi. Ổ (2) gọi là ổ đỡ chặn trên sàn séc-tơ lái. Hình 1.49. Sơ đồ bố trí ổ đỡ trên trục lái. sµn sectá l¸i (0) (1) (2) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 27 1.10.1. Ổ đỡ Ổ đỡ thường có vỏ là thép đúc hoặc hàn, có bích tròn có định với boong tàu hoặc bệ, vỏ ổ phải được tháo rời theo phưong thẳng đứng, trong ổ có đặt ống bọc trục (bạc). Tỷ số giữa chiều cao bạc và đường kính mặt đỡ phải không nhỏ hơn 1. Tuy nhiên, nếu không có qui định nào khác, thì tỷ số này không được lớn hơn 1,2. Ống bọc trục được chế tạo bằng thép, đồng thanh, gỗ gai-ắc, ba-bit, v.v. có chiều dày:  = (5  10)%.di, giá trị nhỏ (5%) dùng cho trục có đường kính lớn. Chiều dày ống lót trục có thể tính theo công thức khác như sau: 32 5,23dC  - nếu ống lót là đồng thanh. (1.310.1) 32 5,23d .k C   - đối với ống lót bằng thép. (1.310.2) trong đó: k - hệ số, 3 B )25(3 2 25 25 k   dC - đường kính trục, cm. B - giới hạn bền của vật liệu chế tạo ống lót, kG/cm2. Khe hở của ổ đỡ: Nếu ổ đỡ làm bằng vật liệu kim loại thì khe hở phải không nhỏ hơn: 1 1000 d b  , mm, theo hướng đường kính, với: db - đường kính trong của bạc. Nếu ổ đỡ làm bằng vật liệu phi kim loại, thì khe hở của ổ đỡ phải không nhỏ hơn 1,5 mm theo hướng đường kính. Ở ổ đỡ kín nước (1), người ta đặt các tét kín nước bằng sợi vải tấm cao su (theo tiêu chuẩn) để làm kín nước, tiết diện ngang của nó là hình vuông đạt (4x4 28x28) mm. Số lượng trong một ổ là: 5  6 vòng tét (tham khảo STTBT-T1). 1.10.2. Ổ đỡ chặn Ngoài nhiệm vụ tiếp nhận phản lực ngang tác dụng lên ổ, nó còn nhận thêm tải trọng dọc trục là trọng lượng của bánh lái trục lái.Trọng lượng bánh lái trục lái được tính theo kết cấu của nó (bản vẽ kết cấu bánh lái). Trong trường hợp không có các số liệu này thì ở giai đoạn thiết kế gần đúng ban đầu, tải trọng dọc trục của bánh lái và trục lái có thể được tính theo các công thức gần đúng sau: Tải trọng dọc trục từ trọng lượng bánh lái là: PP = 5,9.FP, kN. (1.311) Tải trọng dọc trục từ trọng lượng trục lái là: PTR = 0,785..(1 + hT).d2, kN. (1.312) trong đó: FP - diện tích toàn bộ tấm bánh lái, m2. d - đường kính trục lái, m. hT - chiều dài trục lái, m.  - trọng lượng riêng vật liệu chế tạo trục, kN/m3. Thông thường ở trên tàu, ổ (2) được bôi trơn bằng dầu, ổ (1) có thể được bôi trơn (làm mát) bằng dầu hoặc nước, nếu bằng nước thì phải đặt bít (tét) kín nước ở phía trên, ổ (0) thường bôi trơn bằng nước. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 28 1.10.3. Ổ đỡ gót ki lái Đường kính của chốt, không kể lớp bọc, là D0 được xác định từ bài toán giải trục hoặc được xác định bằng công thức sau: K.R.35,0D 00  , mm. (1.313) trong đó: R0 - phản lực lớn nhất trên chốt do uốn gây ra, N. [] = 0,25.CH - ứng suất cho phép của vật liệu chốt, N/mm2. Cơ sở tính toán, coi chốt là dầm công-son ngàm chặt tại gót ki lái, tải trọng phân bố điều. Sau khi tính được kích thước chốt, cần kiểm tra điều kiện chịu áp lực riêng của nó theo diện tích bề mặt đỡ. Bề mặ đỡ Ab (được tính bằng hình chiếu = chiều cao  đường kính ngoài của ống lót trục) phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau: a 0 b q R A  , mm2. (1.314) trong đó: R0 - phản lực tại chốt, N. qa - áp suất bề mặt cho phép, N/mm2, được lấy bằng: 2,5 - cho gỗ gai-ắc; 4,5 - cho kim loại màu (bôi trơn bằng dầu); 5,5 - cho vật liệu tổng hợp; 7,0 - cho thép, đồng thau và vật liệu đồng thau-graphit ép nóng. Chiều dày , chiều cao h của bản lề bánh lái và ki lái, lấy phụ thuộc vào kích thước lỗ khoét. Thông thường chiều dày này:  = 0,5.dch và chiều cao: h  1,2.dch. Các chốt bánh lái kiểu bu lông côn có phần côn trên bánh lái, chiều dài phần côn: lK  dch và độn côn: klấy như sau: 12 1 8 1 k  - nếu chốt lắp và hãm bằng ê-cu hãm. 20 1 12 1 k  - nếu chốt lái có cơ cấu tháo lắp bằng thủy lực. Việc chuyển từ phần trụ sang phần côn không phải hạ bậc. Đầu phía trên của phần côn được cố định bằng đai ốc có qui cách như ê-cu hãm của trục lái. 1.11. TRUYỀN ĐỘNG LÁI Tuỳ thuộc vào loại tàu và vùng hoạt động của nó, mà người ta phân thành: hệ truyền động lái tàu biển và hệ truyền động lái sông. 1.11.1. Hệ truyền động lái tàu biển 1.11.1.1. Yêu cầu Trong mọi trường hợp, kết cấu của hệ thống lái phải thoả mãn khi vô lăng lái quay theo chều nào thì bánh lái phải quay theo chiều đó và như vậy, tàu cũng quay về hướng đó. Thiết bị lái của tàu bất kỳ đều được trang bị hai hệ thống độc lập là hệ thống lái cơ bản và hệ thống lái dự trữ. Ngoài ra, còn trang bị thêm hệ thống lái sự cố. 1.11.1.2. Nhiệm vụ Hệ truyền động lái cơ bản dùng để điều động tàu ở tốc độ lớn nhất hoăc tốc độ khai thác với sự trợ giúp của bánh lái (đạo lưu định hướng xoay).Thời gian quay lái từ 350 mạn này đến Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 29 350 mạn kia không quá 28 giây, trong trường hơp đặc biệt, vì lý do kết cấu hoặc lý do nào đó, bánh lái có góc bẻ lái P < 350, thì thời gian bẻ lái từ góc P0- 50 mạn này sang P0- 50 mạn kia được giảm một cách tương ứng. Hệ thống lái dự trữ dùng để điều động tàu khi tốc độ tàu v thoả mãn: 7 hl/g  v = 0,5.vmax. Thời gian bẻ lái từ 200 mạn này đến 200 mạn kia là không quá 60 s. Hệ thống lái cơ bản và dự trữ hoặc một trong chúng nên bố trí ở vị trí luôn luôn nằm cao hơn đường nước chở hàng cao nhất, nếu điều này không thể thực hiện được thì phải bố trí hệ thống lái dự trữ cao hơn, ở trên boong chính (boong vách). Hệ truyền động lái sự cố phải đảm bảo khả năng bẻ lái từ mạn này sang mạn kia với tốc độ tàu: v  4 hl/g với thời gian không yêu cầu. Phổ biến trong thiết bị lái là tay lái. Mô men tính toán đối với hệ thống lái bất kỳ được xác định có kể đén ma sát trong các ổ đỡ trên trục lái là: MKP = M + MMSi, kG.m. (1.315) trong đó: MMSi = 0,5..Ri.Di - mô men ma sát tại các ổ trục, kG.m. Di, Ri - đường kính trục, m, và phản lực ở các ổ tương ứng, kG.  - hệ số ma sát, phụ thuộc vào loại ổ, được lấy như sau: ổ trượt:  = 0,06  0,1 - cho bề mặt thép - đồng thanh;  = 0,04  0,14 - đối với bề mặt đồng thanh - đồng thanh;  = 0,12  0,14 - cho bề téc-tô-nít - đồng thanh. ổ lăn: ổ bi  = 0,015; ổ đũa  = 0,03. Mô men xoắn đưa ra đầu trục lái là MC, còn mô men yêu cầu để tính hệ thống lái phải là MKP. 1.11.2. Hệ truyền động lái tàu sông 1.11.2.1. Yêu cầu Khi vô lăng lái quay theo chiều nào thì bánh lái phải quay theo chiều đó và tương ứng tàu quay theo hướng đó ở mọi trường hợp. Hệ truyền động lái tàu sông gồm hai hệ truyền động lái là: hệ truyền động lái cơ bản và hệ truyền động lái dự trữ. Hệ truyền động lái cơ bản có thể truyền động bằng tay hoặc bằng máy. Nếu truyền động lái điện hoặc điện - thủy lực, thì thời gian bẻ lái từ 350 mạn này đến 350 mạn kia ở tốc độ vmax của tàu không lớn hơn 30 s. Nếu truyền động lái tay thì phải do một người làm việc bình thường mà không quá sức, thời gian bẻ lái từ 350 mạn này đến 350 mạn kia không lớn hơn 60 s với vận tốc tàu v  1,8 m/s. Hệ truyền động lái dự trữ đảm bảo bẻ lái từ 200 mạn này đến 200 mạn kia trong thời gian không quá 60 s ứng với tốc độ tàu: 6 km/g  v = 0,6.vmax. 1.11.3. Sơ đồ truyền động lái tay Tham khảo tài liệu hỡnh (1.64) trang 116, tớnh toỏn ở mục 9, trang (128  132) STTBTT-T1. 1.11.4. Hệ thống truyền động lái mỏy 1.11.4.1. Lựa chọn cụng suất mỏy lỏi Căn cứ vào mô men xoắn MC trên trục để lựa chọn máy lái, nếu: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 30 MC ≤ 0,63 Tm - dựng lỏi tay. MC  0,63 Tm - dựng lỏi máy. Yêu cầu: việc mở và tắt máy phải dùng nút bấm và vô lăng. Nếu gọi: i1, i2, i3 tương ứng là tỷ số truyền tại: séc-tơ lái, cặp bánh vít - trục vít và cặp bánh răng trụ, thỡ tỷ số truyền của cả hệ là: i0= i1 .i2 .i3. Gọi hiệu suất truyền động chung của hệ là: h0, ta cú: h0 = h 1.h 2.h 3.h 4 trong đó: h1 = 0,98 - tổn hao ma sỏt tại cỏc ổ. h2 = 0,96 - hiệu suất cặp bánh răng - séc tơ lỏi. h3 = 0,45  0,46 - hiệu suất cặp bỏnh vớt - trục vớt. h4 = 0,95  0,96 - hiệu suất cặp bánh răng trụ. Từ đó ta có mô men quay trên động cơ: 00 C E .i M M   (1.316) Hình 1.50. Sơ đồ truyền động lái của mỏy lỏi trong đó: (I) - hệ truyền động lái cơ bản (điện). (II) - hệ truyền động lỏi dự trữ 1 - bỏnh lỏi; 2 - séc-tơ lỏi; 3 - ly hợp; 4 - cặp bỏnh vớt-trục vớt; 5 - cặp bánh răng trụ; 6 - động cơ điện. Gọi nE - tốc độ vũng trờn động cơ, vg/ph. nE = ns.i0 = 0P i.t 1  (1.317) trong đó: ns = aP/t – tốc độ quay của trục lái. (ii) (i) 1 2 3 4 5 6 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 31 a, t – gúc bẻ lỏi và thời gian bẻ lỏi. Từ: ME và nE ta tính được công suất động cơ là: k n.M N £EE  (1.318) trong đó: k =102 - nếu NE đo bằng kW; hay k =75- nếu NE đo bằng mó lực - cv. 1.12. ĐẠO LƯU ĐỊNH HƯỚNG XOAY 1.12.1. Khái niệm chung về đạo lưu định hướng xoay 1.12.1.1. Khái niệm Trong nghành đóng tàu thế giới, càng về sau này người ta càng sử dụng rộng rãi các thiết bị lái xung kích để điều động tàu ở những tốc độ nhỏ và ngay tại ví trí đỗ tàu. Các thiết bị như vậy gồm có: chân vịt, thiết bị phụt thủy lực, đạo lưu định hướng xoay, bánh lái chủ động (có lắp chong chóng phụ trợ trên bánh lái), v.v., cho phép tạo ra lực dạt trên vỏ bao tàu ngay khi tàu không di động. Trong số các thiết bị đó, đạo lưu định hướng xoay là thiết bị lái xung kích rẻ tiền nhất, hiệu quả nhất, đặc biệt dùng cho tàu hai chong chóng và tàu có tốc độ nhỏ mà yêu cầu lực đẩy lớn (B lớn - chong chóng nặng tải), nó cho khả năng bẻ lái ở góc bẻ lái P bất kỳ. Đạo lưu là một vật thể thoát nước hình trụ, có hình dạng tiết diện theo chiều dọc là prôfin khí động (thoát nước, lưu tuyến) quay mặt lồi về phía chong chóng. Mép trước của đạo lưu (cửa vào) được lượn tròn để làm tăng thêm diện tích tiết diện cửa vào của đạo lưu, diện tích cửa vào của đạo lưu thường lấy lớn hơn một chút so với diện tích tiết diện ngang tại vị trí nhỏ nhất của nó là mặt phẳng đĩa chong chóng. Đạo lưu định hướng xoay không những là thiết bị lái mà còn là một bộ phận tham gia vào thiết bị đẩy, vì do đạo lưu bao quanh chong chóng với khe hở  nhỏ nhất,