Chương 3: Bố trí bánh lái và yêu cầu đối với vị trí bánh lái - Các kiểu bố trí bánh lái trên tàu: Tàu một chân vịt có các kiểu bố trí sau: + Kiểu 1: Bánh lái đặt sau chân vịt trong mặt phẳng đối xứng của tàu (được sử dụng phổ biến). + Kiểu 2: Bánh lái đặt sau đạo lưu cố định trong mặt phẳng đối xứng của tàu. Tàu hai chân vịt có các kiểu bố trí sau: + Kiểu 1: Mỗi bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng (không phổ biến). + Kiểu 2: Mỗi chân vịt một bánh lái (kiểu này được dùng cả ở tàu biển và tàu nội thuỷ). + Kiểu 3: Hai bánh lái tiến đặt sau hai bánh lái lùi đặt trước từng chân vịt (ít dùng). + Ki ểu 4: Mỗi chân vịt có một đạo lưu cố định và một bánh lái đặt sau đạo lưu. + Kiểu 5: Mỗi chân vịt có một đạo lưu cố định và chung một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng. - Các yêu cầu đối với vị trí bánh lái trên tàu. + Bánh lái ph ải nằm trong dòng đẩy của chân vịt. Khoảng cách a giữa mép trước của bánh lái và mép cánh chân v ịt không nhỏ hơn 0.3 m (a 0.3 m) khi chiều dài tàu bằng 120 m (đo cách trục chân vịt một khoảng 0.7* R cv – R cv là bán kính chân v ịt. Nếu chiều dài tàu lớn hơn 120 m thì khoảng cách a tương ứng tăng hoặc giảm 0.025 m ứng với một đoạn 15 m thay đổi chiều dài. Trị số a càng nhỏ thì dao động của vùng đuôi tàu càng tăng. + Khi tàu toàn tải, bánh lái phải ngập hoàn toàn trong nước. Khoảng cách lớp nước phía trên bánh lái b không nhỏ hơn 0.25* h bl (tàu sông- biển) và 0.125* h bl (tàu chạy trong hồ), với h bl là chi ều cao bánh lái. Tàu sông cấp “C” và “D” mặt trên bánh lái có th ể cao hơn đường nước chở hàng khoảng (0.05  0.1)* h bl nhưng không quá 350 mm. + M ặt dưới bánh lái cân bằng và nửa cân bằng không được thấp hơn mép dưới cánh chân vịt (c>0). hbl a c b Hình 2.7. Yêu cầu đối với vị trí bánh lái + Ở tàu có tốc độ trung bình, trục quay của bánh lái phải vuông góc với mặt phẳng cơ bản của tàu và nằm trong mặt chứa đường tâm quay của chân vịt. + Ở tàu cao tốc hai chân vịt, bánh lái nên đặt dịch sang phía mạn nếu chân vịt có hướng quay ra ngoài và đặt dịch vào giữa nếu chân vịt có hướng quay vào trong. Khi đó bánh lái sẽ không rơi vào vùng xoáy. + Khi quay h ết lái sang một bên mạn, mép sau bánh lái không được vượt ra ngo ài giới hạn chiều rộng tàu. + N ếu bánh lái treo cân bằng được hàn với trục lái thì chiều cao bánh lái phải chọn sao cho có thể tháo được bánh lái khi sửa chữa. 2.1. LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THUỶ ĐỘNG HỌC BÁNH LÁI. 2.1.1.Lý thuyết tính toán thuỷ động học bánh lái. 2.1.1.1. Đặt vấn đề. - Việc tính toán thuỷ động học bánh lái là cơ sở quan trọng cho việc tính toán, thiết kế thiết bị lái tàu thuỷ. - Thiết bị lái là thiết bị chịu lực nặng và có tầm quan trọng bậc nhất trong việc đảm bảo an toàn cho tàu. Viêc tính toán thiết bị lái phải theo Quy phạm. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp ta nên tiến hành tính toán kiểm tra theo những sơ đồ tính toán chính xác hơn để kiểm tra lại những số liệu tính toán theo Qu y phạm, vì những lý do sau đây: + Quy phạm thường sử dụng các công thức đơn giản, các sơ đồ tính thiên về an toàn, thậm chí không kể đến cả cơ tính vật liệu một cách cụ thể. + Quy phạm chỉ áp dụng cho các thiết bị lái có bánh lái lưu tuyến thông thường ở các loại tàu thông thường. Do đó khi thiết kế các thiết bị lái của các loại tàu nằm ngoài Quy phạm, bắt buộc phải tính theo sơ đồ tính tự chọn. - Các trường hợp tính toán: Trường hợp 1: tải trọng tác dụng lên thiết bị lái là các lực và mômen thu ỷ động xuất hiện trong các chế độ chuyển động tiêu chu ẩn của tàu. Khi tàu ch ạy tiến, kể đến các tải trọng phụ chưa tính đến, mômen lái tính toán nên lấy tăng 20  30% so với trị số tính được ở phần tính toán thuỷ động. Khi tàu chạy lùi, mômen lái tính toán bằng mômen thuỷ động. Với các thép thường dùng có  ch = 240  260 MPa; hệ số an toàn nhỏ nhất cho phép [n]= 2.6  2.7; []= 94  97 MPa; []= 56 58 MPa Trường hợp 2: tải trọng tác dụng lên thiết bị lái là tải trọng ứng với công suất định mức của máy lái (khi công suất đó lớn hơn sông suất cần thiết). Hệ số an toàn nhỏ nhất cho phép lấy nhỏ hơn trường hợp 1 khoảng 20  25%. Trường hợp 3: tải trọng cực đại tác dụng lên thiết bị lái khi động cơ điện quá tải dừng lại không quay được, khi thiết bị bảo vệ quá tải hoạt động hoặc khi áp suất trong hệ thống thuỷ lực (máy lái thuỷ lực) lên tới trị số làm cho van an toàn hoạt động. Mômen xoắn tính toán trên trục lái lấy tương ứng với mômen lớn nhất của động cơ hoặc mômen cho phép bởi thiết bị bảo vệ quá tải. Hệ số an toàn [n] = 1.05 tương ứng với [] = 0.95*  ch . Thuyết bền dùng trong tính toán là thuyết bền năng lượng (thuyết bền 4). Theo thuyết bền đó: +) Khi thanh chịu xoắn và uốn đồng thời, mômen tính toán quy đổi là: M t = 22 *75.0 xu MM  (2-1) (M u là mômen uốn, M x là mômen xoắn tại cùng mặt cắt) +) Đối với các điểm ở trạng thái ứng suất phức tạp, ứng suất tính toán quy đổi l à:  = 22 *3   (2-2) (  là ứng suất pháp,  à ứng suất tiếp tại cùng một điểm). Chú ý: Các hệ số an toàn nói trên rút ra từ các công thức của Quy phạm. - Trình tự tính toán thiết bị lái được thực hiện theo các bước sau: a. Xác định diện tích bánh lái S bl và các thông số hình học của bánh lái. b. Tính toán thu ỷ động học bánh lái. c. Tính toán cụm bánh lái. + Tính toán trục lái: trục cong, trục thẳng. + Tính toán trụ lái. + Tính chọn các ổ đỡ, chốt trên, dưới, áp lực. + Tính toán trục lái + bánh lái. d. Tính toán truyền động lái (máy lái). Từ trình tự tính toán như trên ta nhận thấy công việc tính toán thuỷ động học bánh lái chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong tổng thể tính toán thiết kế thiết bị lái nói riêng và đảm bảo an toàn cho tàu nói chung. Vấn đề đặt ra là nghiên cứu quá trình tính toán thi ết bị lái để làm bàn đạp cho phương pháp tính toán thuỷ động học bánh lái sau n ày. . chiều cao bánh lái phải chọn sao cho có thể tháo được bánh lái khi sửa chữa. 2.1. LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THUỶ ĐỘNG HỌC BÁNH LÁI. 2.1.1.Lý thuyết tính toán thuỷ động học bánh lái. 2.1.1.1 tính toán thiết bị lái được thực hiện theo các bước sau: a. Xác định diện tích bánh lái S bl và các thông số hình học của bánh lái. b. Tính toán thu ỷ động học bánh lái. c. Tính toán cụm bánh. lái. + Tính toán trục lái: trục cong, trục thẳng. + Tính toán trụ lái. + Tính chọn các ổ đỡ, chốt trên, dưới, áp lực. + Tính toán trục lái + bánh lái. d. Tính toán truyền động lái (máy lái). Từ trình