 

TÍNH DAO NG XON H TRC TÀU THY
BNG PHNG PHÁP PHN T HU HN

CALCULATE TORSIONAL VIBRATION OF MARINE
PROPULSION SYSTEM BY FINITE ELEMENT METHOD

Ts. Lê ình Tuân
*
, Ks. Nguyn Trí Dng
†
, Ths. Nguyn Anh Quân
aKhoa K thut Giao thông, i hc Bách khoa Tp.HCM, Vit Nam
(a)
C.ty t vn Tân Bách Khoa – TT ng dng công ngh xây dng REATEC, TP.HCM
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

TÓM TT

H thng đng lc tàu thu bao gm máy chính – h trc – chân vt, phát ra nng lng vn
hành tàu và các thit b trên tàu, làm vic trong điu kin ti trng cao và bin đi theo thi gian. T
đó sinh ra dao đng dc, dao đng ngang và dao đng xon. Trong đó dao đng xon là nguy him
nht. Các dao đng này làm h hng các chi tit trong h trc thm
chí gãy trc, rung đng tàu và gây
thit hi v kinh t trong đóng mi và vn ti. Bng tính dao đng xon là yêu cu bt buc ca các c
quan đng kim. Ti Vit Nam, các bng tính thng đc mua t nc ngoài hoc đc thc hin
bng phng pháp gii tích. Phng pháp gii tích b hn ch v s bc t do và s dng nhiu công

1. GII THIU H TRC TÀU THU

H trc tàu thu có nhim v truyn mômen
xon t đng c đn chân vt tàu thu và nhn
lc đy t chân vt truyn li cho v tàu làm
cho tàu tin hoc lùi. H trc tàu thu gm
nhiu đon trc ni lin nhau và đc đt trên
mt đng thng. Tùy thuc vào công dng và
tính nng
ca tng loi tàu mà tàu có th có
mt hoc nhiu đng trc.
H trc làm vic trong điu kin rt phc tp,
mt đu h trc ni lin vi máy chính, chu
tác đng trc tip ca momen xon t máy
chính, đu kia mang chân vt, chu tác đng
trc tip momen cn ca chân vt trong nc.
Ngoài ra h trc còn chu tác đng bi lc đy


    

ca chân vt, chu tác dng ca trng lng
bn thân trc…Vì vy vic xác đnh ch đ
làm vic ti u ca trc là vic làm quan trng
và cn thit .

Dao đng dc h trc tàu thy đc kích thích
bi lc đy chân vt và lc ca cá
c c cu
khuu đng c. Các lc đy này làm cho h
trc mt n đnh dc dn đn hin tng đon
trc b cong. Dao đng dc rt ít khi gây ra các
h hng nghiêm trng trên h trc. Chúng
thng gây ra các rung đng v tàu do các lc
hot đng ca đng c truyn xung b máy.2.3. Dao đng xon

Dao đng xon xy ra khi có s thay đi vn
tc góc trc. Khi đó các thành phn có moment
quán tính khi lng dao đng quanh đng
tâm trc. Ngun kích thích dao đng xon bao
gm xung lc do s cháy khí th trong các
xylanh đng c, momen do lc quán tính tnh
tin ca c cu piston-thanh truyn, moment
tác đng lên chân vt.
Tc đ chy tàu gn vi
tc đ cng hng làm cho ng sut trên trc
vt quá gii hn mi dn đn gãy trc, s va
đp mnh gia các rng ca bánh rng dn đn
gãy rng, gim kh nng gim chn ca các
khp ni đàn hi và b gim chn do nhit đ
cao t s tiêu tán nng lng.


d
J
π
=
(2)
d [m]: đng kính trc b xon
Trc ng x nh mt lò xo xon có đ cng
xon ph thuc vào kích thc và vt liu trc
theo công thc sau:
l
Gd
l
GJ
M
k
t
t
32
4
π
θ
=== (3)
Momen quán tính khi lng ca đa đc tính
bng công thc sau

g
WDDh
J
o
832

−
=
ii
ii
e
kk
kk
K
(5)
k
i
là đ cng phn t th i
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
+1
0
0
i
i
e
J
J
M
(6)
J

−
−
+−
−+−
−
=
nn
n
kk
k
kkk
kkkk
kk
K
000
00
00
00
000
322
2211
11
OO
O
(7)
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥

L
(8)
Gim chn ca h có th xut hin  phn t
trc hoc ti khi lng tp trung. Ta chn ma
trn gim chn có dng C =
αM + βK, vi α =
10
-7
và β = 10
-5

Phng trình dao đng t do ca h:

0=++
KqqCqM
&&&
(9)
Gii bài toán dao đng t do ta đc tn s
riêng và mode riêng ca h
Phng trình dao đng cng bc ca h:

)(tpKqqCqM =++
&&&
(10)
p(t) là vec t momen ngoi lc tác dng lên h
ti các nút
Gii bài toán dao đng cng bc bng
phng pháp Newmark ta đc góc quay ca
mi nút theo thi gian và ng sut ca phn t
trc theo thi gian

l
r
tt
l
r
r
m
T
B
qt
ˆ
3sin
2
3
2sinsin
22
22
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
ωωωωHình 4: mô hình lc quán tính

Tng moment xon do lc quán tính và lc khí

D [m]: đng kính chân vt
H s K
Q
ph thuc vào h s tin J ca tàu.
nD
V
J
P
=
(14)



    

5. CHNG TRÌNH TÍNH DAO NG
XON H TRC TÀU THY

5.1 Gii thut chng trình
ng kính xi lanh: 170 mm.
Hành trình piston: 190 mm.
ng kính trc khyu: 135 mm.
Th t n ca xi lanh: 1-2-7-3-4-5-6-8
b. Hp s
Loi: Nico MGN91BL.
T s truyn: 5.04
c. Trc trung gian
ng kính: 160 mm.
Chiu dài: 1350 mm.
d. Trc chân vt
ng kính: 195 mm.
Chiu dài: 2900 mm.
e. Chân vt
ng kính: 2060 mm.
T s mt đa: 0,55.
T s bc: 0,604.
H s cu to chân vt: 9,1.

Hình 6: Mơ hình dao đng h trc tàu 1250T

Bng 1: thơng s sau mơ hình hóa Hình 8: moment kích thích
Dữ liệu động cơ Dữ liệu hệ trục Dữ liệu chân vòt
Tính moment kích
do động cơ gây ra
Chọn số đóa quy dẫn,
quy đổi hệ trục
Tính moment cản do
chân vòt, moment
quán tính chân vòt
Lưu
Lưu Lưu
Tổng hợp thành hệ
dao động đầy đủ
Lưu Lưu Lưu
Tính dao động tự do,
dao động cưỡng bức,
tìm ứng suất xoắn
trong trục
Lưu
Lưu
Kết quả tính dao
động tự do: mode
riên
g, tần số riêng
Kết quả dao động
cưỡng bức: đáp
ứn
g cưỡng bức

135
7
Gear 37.431



    
Hình 9: nhp d liu h trc Hình 10: Nhp d liu chân vt



Hình 13: ng sut ca đon trc so vi quy
phm

5.2 Kt qu tính dao đng xon h trc tàu
du 104000T

Machinery Data:
Engine : H.CEGIELSKI-MAN B&W
Type : 6S60 MC-C
Max continuous power (CMCR) : 13560 kW
Max continuous speed (CMCR) : 105 rpm
Minimum speed: 26 rpm
Stroke number: 2
Number of cylinders: 6
Sroke: 2400 mm
Cylinder bore diameter: 600 mm
Mean indicated pressure MIP

Propeller diameter ……7200 mm
Number of blades ..…..5
Pitch ratio (mean) ………..0.6339
Blade area ratio…………..0.609
Moment of inertia in air ..70900 kgm
2
.
Amount of entrained water….18.34%.
Mass………...…………….28400 kg.
Propeller damping factor
(Rho=
ρ)….0.055x0.8=0.044.