TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT TÀU THUỶ
BỘ MÔN ĐÓNG TÀU
BÙI QUANG HUY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG LÁI CHO
TÀU HÀNG 1000 TẤN CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ TÀU THUYỀN
GVHD: NGUYỄN CHÍ THANH
Nha Trang, 11 - 2007
Họ, tên SV: Bùi Quang Huy Lớp: 45 TT-2
Ngành: Cơ khí Tàu thuyền Mã ngành: 18.06.10
Tên đề tài: Thiết kế sơ bộ hệ thống lái cho tàu hàng 1000 Tấn.
Số trang: ….… Số chương:…. … Số tài liệu tham khảo: ……
Hiện vật:
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Điểm phản biện:
Nha Trang, ngày……tháng……năm 2007
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ
Nha Trang, ngày……tháng……năm 2007
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN
Người Việt Nam có câu tục ngữ ‘không thầy đố mày làm nên’. Câu nói tục
Việt Nam là một quốc gia có đường bờ biển dài trên 3000 km. Do đó nguồn
tài nguyên sinh vật là rất phong phú. Để khai thác được, chúng ta cần phải có những
đội tàu với những con tàu có trọng tải lớn được trang bị những thiết bị hiện đại, hoạt
động tin cậy. Tuy nhiên hiện nay phần lớn những con tàu chúng ta đều được mua và
đã qua khai thác. Những tàu được đóng ra đều chưa có thiết kế mà chủ yếu là mua
thiết kế từ nước ngoài. Do đó vấn đề thiết kế để đóng mới những con tàu có trọng
tải lớn là rất cần thiết, đặc biệt là các thiết bị phụ tàu thuỷ, giảm chi phí, nâng cao
trình độ kỹ thuật đóng tàu. Thiết bị phụ tàu thuỷ là một bộ phận cấu thành con tàu.
Độ tin cậy của thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn khi vận hành, khai thác con
tàu. Để đáp ứng trước nhu cầu của thực tế đó, hiện nay ở trong các trường Đại Học
đang đào tạo ra những kỹ sư tàu để phục vụ những yêu cầu đó. Sau mỗi khoá học,
mỗi một người sinh viên đều được thực hiện một đề tài để tổng hợp những kiến
thức đã được học và cũng để làm quen với công việc của một người kỹ sư sau này.
Nay tôi đã được nhà trường, khoa Kỹ Thuật Tàu Thuỷ, bộ môn Đóng Tàu giao
đề tài :”Thiết kế sơ bộ hệ thống lái cho tàu hàng 1000 Tấn ”
Nội dung của đề tài bao gồm các phần chính như sau:
1. Đặt vấn đề.
2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.
3. Nội dung tính toán chủ yếu.
+ Xác định các thông số hình học của bánh lái.
+ Tính toán cụm bánh lái.
+ Tính chọn động cơ lái.
4. Kết luận và kiến nghị.
Do thời gian và kiến thức có hạn nên trong quá trình thực hiện chắc không thể
tránh được những thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp của thầy cô cùng các
bạn sinh viên để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện
Bùi Quang Huy
MỤC LỤC
2.7.1. Phân tích và lựa chọn phương án bố trí máy lái 14
2.7.2. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động lái 15
2.7.3. Cấu tạo và các dạng truyền động của máy lái điện thuỷ lực 16
2.7.3.1. Cấu tạo máy lái thuỷ lực 16
2.7.3.2. Hệ truyền động thuỷ lực 16
2.7.3.2.1. Hệ Xylanh thuỷ lực cố định 16
2.7.3.2.2. Hệ Xylanh thuỷ lực lắc được 17
2.7.3.2.3. Động cơ thuỷ lực vành khuyên 18
2.7.3.2.4. Động cơ thuỷ lực cánh dẫn 18
Phần 3: Nội dung tính toán chủ yếu 19
Chương 1: Xác định các thông số hình học của bánh lái 20
1.1. Xác định các thông số hình học thuỷ động học của bánh lái 20
1.1.1. Chiều cao bánh lái 20
1.1.2. Diện tích bánh lái 20
1.1.3. Chiều rộng bánh lái 22
1.1.4. Hệ số kéo dài của bánh lái 22
1.1.5. Chiều dày tương đối của Prôfin 22
1.1.6. Xác định biên dạng Prôfin bánh lái 23
1.1.6.1. Xác định biên dạng Prôfin bánh lái 23
1.1.6.2. Xác định bán kính phần lượn mũi của Prôfin 23
1.2. Tính toán đặc tính thuỷ động học bánh lái 25
1.3. Xác định vị trí tối ưu của trục bánh lái 29
1.3.1. Xác định vị trí tối ưu của trục bánh lái 29
1.3.2. Xác định hệ số cân bằng 30
1.4. Ảnh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến đặc tính thuỷ động học của
bánh lái 31
1.5. Ảnh hưởng của chân vịt đến đặc tính thuỷ động học của bánh lái 32
1.5.1. Xác định diện tích bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt 32
1.5.2. Xác định hệ số lực đẩy chân vịt 36
2.8.1. Ổ đỡ trên của trục lái 55
2.8.2. Ổ đỡ dưới của trục lái 57
2.8.3. Ổ đỡ chốt lái 59
2.9. Mối nối giữa trục lái và bánh lái 61
2.10. Xác định lực dọc trục 63
2.11. Phụ tùng bánh lái 63
2.11.1.Cơ cấu chặn trục lái 63
2.11.2. Bulông vòng 63
2.11.3. Then 64
2.11.4. Cơ cấu giới hạn góc quay bánh lái 65
Chương 3: Thiết kế hệ dẫn động thuỷ lực và thiết bị phụ 66
3.1. Tính toán cụm Piston Xylanh 66
3.2. Tính Xylanh thuỷ lực 71
3.3. Tính Piston thuỷ lực 73
3.4. Tính thuỷ lực đường ống và chọn bơm 75
3.4.1. Lựa chọn đường ống và bố trí đường ống 75
3.4.2. Tính thuỷ lực đường ống và chọn bơm 78
3.4.2.1. Tổn thất dọc đường 78
3.4.2.2. Tổn thất cục bộ 79
3.5. Van điện từ thuỷ lực 84
3.5.1. Cấu tạo và công dụng van điện từ 84
3.5.2. Nguyên tắc hoạt động 84
3.5.3. Chọn van điện từ thuỷ lực 84
3.6. Nguyên lý làm việc của hệ thống lái thuỷ lực 84
3.6.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc 85
3.6.2. Nguyên lý làm việc 86
3.6.3. Nguyên lý làm việc của tổ hợp van chuyên dùng 87
3.7. Chọn bộ lọc dầu thuỷ lực cho máy lái và quy trình sử dụng của máy lái
thuỷ lực 88
P
P
h
h
ầ
ầ
n
n1
1Đ
Đ
Ặ
Ặ
T
T
1.1.Tổng quan.
1.1.1.Giới thiệu về ngành công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam.
Với vị trí địa lý thuận lợi ngành công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam đã có được một
sự phát triển vượt bậc, đặc biệt là trong những năm gần đây. Cụ thể là trong năm
2005 đóng thành công con tàu lớn có trọng tải 53.000 Tấn cho Vương Quốc Anh,
tàu 34.000 tấn cho Nhật Bản… tổng giá trị mà ngành công nghiệp tàu thuỷ Việt
Nam mang lại là hơn 11.000 tỷ đồng. Tổng công ty công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam
(Vinashin) có nhiều nhà máy thành viên trải dài từ Bắc xuống phía Nam, phía Bắc
có nhà máy Nam Triệu, miền Trung có nhà máy Hyundaivinashin, phía Nam có nhà
máy Ba Son là những nhà máy lớn nhất nước và có thể nói là hiện đại nhất Đông
Nam Á. Ngoài ba nhà máy nói trên Vinashin còn có rất nhiều các nhà máy nhỏ trực
thuộc thành viên và các công ty phục vụ cho ngành đóng tàu .
Tuy ngành đóng tàu Việt Nam có những sự phát triển vượt bậc như vậy nhưng
nhìn chung là chúng ta chỉ đi đóng thuê cho các chủ tàu, nhà máy nước ngoài (các
chủ tàu và công ty nước ngoài thuê chúng ta vì chúng ta có nguồn nhân lực dồi dào
và giá nhân công rẻ ). Những con tàu của chúng ta chủ yếu được mua lại và đã trải
qua khai thác, một số được đóng theo thiết kế của nước ngoài, một số được đóng
theo kinh nghiệm. Do đó một vấn đề được đặt ra ở đây, đó là làm sao chúng ta có
thể thiết kế và đóng ra những con tàu của chính mình, nhằm giảm chi phí phải thuê
thiết kế của nước ngoài và giảm chi phí giá thành trong đóng mới cũng như nâng
cao chất lượng trình độ kỹ thuật ngành đóng tàu. Để đáp ứng nhu cầu trên hiện nay
có rất nhiều trường Đại Học đang đào tạo ra những kỹ sư đóng tàu có trình độ và kỹ
thuật cao góp phần vào sự phát triển của ngành đóng tàu.
1.1.2.Giới thiệu về đề tài và phạm vi ứng dụng của nó trong thực tế .
Như đã trình bày ở trên hiện nay ngành công nghiệp tàu thuỷ đang cần những
bản vẽ thiết kế và thuyết minh hoàn chỉnh về thiết bị phụ tàu thuỷ.
Có thể nói rằng những thiết bị phụ tàu thuỷ hiện nay của ngành công nghiệp tàu
thuỷ nước ta là được mua từ nước ngoài từ những phụ kiện phức tạp nhất như máy
phù hợp với nó (đối với những tàu hoạt động ở khu vực có luồng lạch cạn thường
sử dụng kiểu bánh lái treo còn những tàu hoạt động ở khu vực nước sâu thì thường
sử dụng kiểu bánh lái dạng đơn giản vì nó có cơ cấu vững chắc). Tuỳ theo đặc điểm
kết cấu vùng đuôi tàu mà ta chọn kiểu bánh lái cho tàu. Do đó trước khi thiết kế hệ
thống lái cho một con tàu chúng ta phải xem tàu có công dụng gì, hoạt động ở khu
vực nào, kết cấu vùng đuôi ra sao.
1.2:Nhiệm vụ thư và giới hạn đề tài
Từ nội dung của đề tài (Thiết kế sơ bộ hệ thống lái cho tàu hàng 1000 Tấn) ta có
nhiệm vụ thư và giới hạn đề tài mà đề tài phải thực hiện, đó là :
1.2.1:Nhiệm vụ thư.
+Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống lái của tàu hàng có trọng tải 1000 Tấn.
+ Xác định kiểu bánh lái, hình dạng Prôfin bánh lái cho đối tượng nghiên cứu và
thiết kế sơ bộ các đối tượng đó.
+Thiết kế sơ bộ trục lái.
+Tính chọn động cơ lái cho bánh lái đã được xác định ở trên.
1.2.2:Giới hạn đề tài.
+Đi thiết kế sơ bộ hệ thống lái (bao gồm bánh lái, trục lái, trụ lái và máy lái ).
+Hệ thống lái mà đề tài thiết kế được áp dụng cho tàu hàng khô có trọng tải
1000 Tấn
1.2.3.Mục tiêu của đề tài.
+Đề tài là cơ sở cho việc đi thiết kế sơ bộ hệ thống lái cho tàu hàng có trọng tải
1000 tấn và là tài liệu tham khảo cho thiết kế hệ thống lái của các tàu khác.
+Giúp cho sinh viên tập làm quen với công việc của một người kỹ sư thiết kế
tàu, có khả năng tự làm việc độc lập, tự sáng tạo, có thể giải quyết các vấn đề mà
thực tế yêu cầu đặt ra.
+Tạo điều kiện cho sinh viên hiểu thêm về hệ thống thiết bị phụ tàu thuỷ (cụ thể
ở đây là hệ thống lái)
H
H
Â
Â
N
NT
T
Í
Í
C
C
H
HL
L
Ự
Ự
A
AC
C
H
H
I
I
Ế
Ế
T
TK
K
Ế
Ế
Thiết kế theo số liệu thống kê: Chúng ta thống kê các chi tiết sản phẩm phân tích
lựa chọn xem chi tiết nào hoạt động hiệu quả và gần với thiết kế mình nhất. Từ đó
cho ta thiết kế chi tiết dựa vào kết quả vừa mới thống kê được.
Thiết kế theo tính toán: Đây là một trong bốn phương pháp cho ta kết quả chính
xác nhất và có tính kinh tế, tuy nhiên nó có nhược điểm của nó đó là khó khăn trong
các phương pháp tính toán và đi thiết lập các công thức tính toán.
Mỗi phương pháp thiết kế có những ưu điểm và nhược điểm của nó tuỳ vào
những trường hợp cụ thể mà ta chọn phương pháp thiết kế. Trong trường hợp này
thiết kế theo phương pháp này mang lại hiệu quả hơn so với phương pháp kia nhưng
trong trường hợp khác thì nó lại kém hiệu quả. Vì vậy, trong một trường hợp cụ thể
ta chọn phương pháp thiết kế nào cho hiệu quả nhất ta phải đi xác định ngay từ ban
đầu trước khi thiết kế vì nếu để sau này ta mới xác định thì có khi hiệu quả đi ngược
lại những gì ta mong muốn.
2.2.Chọn phương án thiết kế cho đồ án.
Dựa vào yêu cầu của đồ án thiết kế đó là ta đi thiết kế sơ bộ hệ thống lái cho tàu
hàng. Đặc điểm yêu cầu của hệ thống lái đó là phải có tính tin cậy cao, có khả năng
làm việc trong những môi trường và điều kiện đặc biệt. Để thoả mãn yêu cầu đó ta
chọn phương pháp thiết kế cho đề tài là thiết kế theo Quy Phạm vì nếu ta thiết kế
theo phương pháp này có những ưu điểm:
- Thời gian thiết kế ngắn, đơn giản trong các phương pháp tính toán .
- Các chi tiết thiết kế ra dư bền (đảm bảo điều kiện làm việc trong các môi
trường đặc biệt ).
- Không có khó khăn đối với các phương pháp tính toán thiết kế.
Thiết kế là một quá trình sáng tạo của người thiết kế nhằm thoả mãn một nhiệm
vụ được đặt ra
“ Thiết kế sơ bộ hệ thống lái cho tàu hàng 1000 Tấn” là một quá trình sáng tạo
nhằm thoả mãn một nhiệm vụ là đổi hướng hoặc giữ cho con tàu ở một hướng nhất
định.
Quá trình thiết kế được thực hiện dựa trên cơ sở của một số tuyến hình tàu có
-Tốc độ vòng quay: 500 (vòng/phút).
-Khối lượng khô: 7535 (kg).
+Thiết bị lắp kèm theo trên máy chính.
+Bơm nước ngọt làm mát: Số lượng: 01 (chiếc) Công suất: 25 (m
3
/h).
+Bơm nước biển làm mát: Số lượng: 01( chiếc) Công suất: 10,4 (m
3
/h).
+Bơm hút khô: Số lượng: 01 (chiếc) Công suất: 10,4 (m
3
/h).
+Bơm dầu nhờn tuần hoàn: Số lượng: 01 (chiếc) Công suất: 5,1 (m
3
/h).
+Bầu làm mát nước ngọt: Số lượng: 01 (chiếc) Dung tích: 3,87 (m
2
).
+Bầu làm mát dầu nhờn: Số lượng: 01 (chiếc) Dung tích: 9,5 (m
2
)
2.3.4. Máy phát.
Tổ hợp máy phát gồm hai tổ hợp do Trung Quốc sản xuất.
+Động cơ lai: Loại: Diesel
Công suất 45 (mã lực), tốc độ vòng quay 1500 (vòng/phút).
+Máy phát: Công suất phát 29,5 (Kw), tần số dòng điện phát 50 (Hz).
2.3.5. Két chứa.
+Két dầu đốt dự trữ: Số lượng 02, Thể tích chứa 12 (m
3
/h).
2.3.7. Hệ thống trục.
+Đường kính chân vịt: D=1,37 (m).
+Vật liệu chế tạo chân vịt: HBsC1.
+Đường kính trục chân vịt: 110 (mm).
+Vật liệu chế tạo trục chân vịt: SF 55
+Chiều dài trục: 5250 (mm).
+Chiều dài bạc lót lái: 580 (mm), vật liệu chế tạo HBsC1+nhựa tổng hợp,
chiều dày 29,8(mm)
+Chiều dài bạc lót mũi: 550 (mm), vật liệu chế tạo HBsC1+nhựa tổng hợp,
chiều dày 38 (mm)
2.4.Tính ăn lái của tàu và nhiệm vụ thiết bị lái:
Tính ăn lái của tàu thuỷ là khả năng giữ nguyên hoặc thay đổi hướng đi của tàu
theo ý người lái. Điều đó có nghĩa là con tàu phải có khả năng chuyển động theo
hướng thẳng cũng như phải có khả năng thực hiện các loại quay trở cần thiết. Vì
vậy, tính ăn lái bao gồm hai lĩnh vực chính liên hệ mật thiết với nhau là tính ổn định
hướng và tính quay trở.
Tính ổn định hướng là khả năng giữ hướng đi của tàu và không có sự tham gia
giữ hướng của người lái hoặc với chỉ góc nghiêng bánh lái rất nhỏ.
Tính quay trở là khả năng thay đổi hướng đi về một phía bất kỳ của tàu.
Qua định nghĩa trên ta thấy rằng tính ổn định hướng và tính quay trở là hai khái
niệm tương phản nhau. Một con tàu có tính ổn định hướng tốt thì sẽ có tính quay trở
tồi. Và ngược lại, tàu có tính quay trở tốt thì tính ổn định hướng xấu. Vì vậy, cần
phải có nhiệm vụ dung hoà các mâu thuẫn đó, phải nhấn mạnh những đặc tính nào
cần thiết nhất đối với tàu thiết kế.
(Ví dụ: Đối với tàu đánh cá đặc biệt là tàu đánh cá lưới vây do tính xoay trở liên
tục để vây đàn cá vào lưới nên khi thiết kế hệ thống lái phải nhấn mạnh đến tính
quay trở. Đối với tàu hàng thì tính quay trở ít hơn mà ngược lại tính ổn định hướng
có tính nhấn mạnh.)
2.5.2. Giai đoạn II(hình 3): Giai đoạn chuyển động quá độ.
Bánh lái được giữ cố định ở góc α. Tàu quay dần quanh trục thẳng đứng , đi qua
trọng tâm tàu. Mũi tàu lệch về hướng quay lái một góc β tạo bởi mặt phẳng đối
xứng tàu và tiếp tuyến của đường chuyển động trọng tâm tàu được gọi là góc quay
lệch .Góc β tăng dần đến β
max
còn đường kính quay vòng quá độ D giảm dần đến
D
min
.
2.5.3. Giai đoạn III(hình 4): Giai đoạn chuyển động xác lập.
Bắt đầu từ khi β= β
max
và D=D
min
=const kéo dài chừng nào bánh lái còn giữ ở
góc α .Trọng tâm tàu chuyển động trên một đường tròn đường kính D
0
=D
min
đường
tròn đó gọi là vòng tròn xác lập và được gọi là đường quay vòng .
Nhận xét: Qua quá trình quay vòng tàu như đã nói ở trên ta nhận thấy rằng
mômen thuỷ động làm quay tàu chính là lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái, lực
này suất hiện do áp lực thuỷ động của dòng nước do chân vịt tạo, chính lực thuỷ
động này làm cho bánh lái quay đi một góc α .
Mục đích của việc tính áp lực thuỷ động là để xác định mômen thuỷ động làm
quay tàu để từ đó ta có thể chọn máy lái, tính toán bền thiết bị lái (bánh lái, trục lái
và các thiết bị phụ kèm theo…)
.
Rm in=const
R
A
max=const
max
III
I
II
v
v
.
.
.
.
.
v
.
Hình 2 Hình 3 Hình 4
Hình 1
Hình 2.1- Quá trình quay vòng tàu
2.6. Các yêu cầu đối với bánh lái và máy lái.
2.6.1. Yêu cầu đối với bánh lái.
Bánh lái phải nằm trong dòng đẩy của chân vịt
+Số lượng của thiết bị lái :
-Trừ khi được trang bị theo cách khác, thì mỗi tàu đều phải được trang bị đồng
thời một thiết bị lái chính và một thiết bị lái phụ. Thiết bị lái chính và thiết bị lái
phụ phải được bố trí sao cho khi thiết bị này hỏng thì sẽ không làm hỏng thiết bị
kia.
-Khi thiết bị lái chính có hai hoặc nhiều máy lái giống nhau thì ta có thể không
cần bố trí thiết bị lái phụ với điều kiện máy lái phụ như sau:
Thiết bị lái chính có khả năng điều khiển hoạt động của bánh lái khi tất cả các
máy lái làm việc.
Thiết bị lái chính được bố trí sao cho khi có hỏng hóc riêng trong hệ thống của
nó hoặc ở trong các máy lái thì chỗ hỏng hóc được cách ly ra để khả năng lái có thể
duy trì hoặc nhanh chóng phục hồi.
+Yêu cầu đối với thiết bị lái chính.
Có khả năng quay bánh lái từ 35
0
mạn này sang 35
0
mạn kia khi tàu ở mớn nước
tải trọng và chạy tiến toàn tốc, thời gian quay bánh lái từ 35
0
mạn này sang 35
0
độ
mạn kia không quá 28 (s).
Được vận hành bằng cơ giới (nếu cần) và trong mọi trường hợp đường kính trục
lái phía trên phải lớn hơn 120(mm) theo yêu cầu của Quy Phạm 2003.
Được thiết kế sao cho không được hỏng khi lùi ở tốc độ lớn nhất. Tuy nhiên yêu
cầu thiết kế này không cần được chứng minh bằng thử ở tốc độ lùi lớn nhất và ở góc
bẻ lái lớn nhất.
máy lái từ buồng lái đến hầm máy lái tương đối đơn giản. Chính vì vậy các thiết bị
lái hiện đại với độ tin cậy cao đều sử dụng kiểu bố trí thiết bị dạng này.
Kết luận: Chọn phương án 3, đặt máy lái ở cần trục lái và điều khiển bằng điện.
2.7.2. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động lái.
Hiện nay, tuỳ theo công dụng và trọng tải của từng loại tàu mà người ta sử dụng
một trong các máy lái sau: Máy lái dây, máy lái trục các đăng, máy lái trục vít đai
ốc, máy lái xéc tơ, máy lái thuỷ lực và máy lái điện thuỷ lực.
Kết luận: Chọn phương án truyền động điện thuỷ lực cho hệ thống lái của tàu
1000 Tấn.
Lý do: Đối với dạng máy lái dây, máy lái trục các đăng và máy lái trục vít đai ốc
không thể dùng làm truyền động lái cho hệ thống tàu hàng 1000 Tấn. Vì những
dạng chuyển động lái này chỉ áp dụng cho tàu có trọng tải dưới 500 Tấn, nếu áp
dụng cho tàu có trọng tải lớn hơn thì lực ở vòng tay lái và kết cấu lớn.
Dạng truyền động điện có thể áp dụng cho tàu hàng 1000 Tấn được nhưng lý do
không chọn vì: Truyền động điện có kết cấu trục vít bánh vít lớn và tổn thất năng
lượng trên đường truyền lớn. Một nhược điểm khác là dễ bị kẹt và hệ thống điều
Copyright: Tài liệu đại học ©