Luận Văn Thiết kế sơ bộ hệ thống lái cho tàu hàng 1000 tấn

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG LÁI CHO TÀU HÀNG 1000 TẤN


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI NÓI ĐẦU
Phần 1: Đặt vấn đề . . . . 1
1.1. Tổng quan . . . . . 2
1.1.1. Giới thiệu về ngành công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam . 2
1.1.2. Giới thiệu về đề tài và phạm vi ứng dụng của nó trong thực tế . . 2
1.2. Nhiệm vụ thư và giới hạn đề tài . . . 4
1.2.1. Nhiệm vụ thư . . . . . 4
1.2.2. Giới hạn đề tài . . . . 4
1.2.3. Mục tiêu của đề tài . . . 4
Phần 2: Phân tích lựa chọn phương án thiết kế . . . 5
2.1. Các phương án thiết kế. . . . 6
2.2. Chọn phương án thiết kế cho đồ án . . 7
2.3. Giới thiệu chung về tàu hàng khô 1000 Tấn . . 8
2.3.1. Loại hình và công dụng . . . 8
2.3.2. Các thông số cơ bản của tàu . . . . 8
2.3.3. Máy chính . . . . . 8
2.3.4. Máy phát . . . . . 8
2.3.5. Két chứa . . . . 9
2.3.6. Hệ thống bơm . . . . 9
2.3.7. Hệ thống trục . . . . 9
2.4. Tính ăn lái của tàu và nhiệm vụ thiết bị lái . . . 10
2.5. Quá trình quay vòng tàu . . . . 10
2.5.1. Giai đoạn 1 . . . . 11
2.5.2. Giai đoạn 2 . . . . 11
2.5.3. Giai đoạn 3 . . . . 11
2.6. Các y êu cầu đối với bánh lái và máy lái . . 13
2.6.1. Yêu cầu đối với bánh lái . . . . 13
2.6.2. Yêu cầu đối với máy lái . . . 13
2.7. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động lái . . . 14
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 tru y ền 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 thu ỷ 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 Prôf in 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 thu ỷ 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
1.5.3. Xác định hệ số dòng theo . . . 36
1.5.4. Xác định hệ số dòng theo của vỏ tàu . . . 36
1.6. Bán kính lượn vòng, góc quay ở bánh lái . . . 36
1.6.1. Bán kính lượn vòng . . . 36
1.6.2. Góc quay ở bánh lái . . . . 38
1.6.3. Góc quay ở trọng tâm con tàu . . . 38
1.6.4. Hiệu quả duỗi thẳng của chân vịt . . . 38
1.6.5. Góc nghiêng tối ưu của bánh lái . . . 38
Chương 2: Tính toán cụm bánh lái . . . . 39
2.1. Vật liệu chế tạo . . . . 39
2.2. Lực tác dụng lên bánh lái . . . 39
2.3. Mômen xoắn tác dụng lên trục lái . . . . 40
2.4. Tính toán hệ bánh lái theo độ bền . . . . 41
2.5. Trục lái . . . . . 46
2.5.1. Phần trên của trục lái . . . . 46
2.5.2. Phần dưới của trục lái . . . 47
2.6. Tôn bánh lái, xương bánh lái và cốt bánh lái . . 48
2.6.1. Xương bánh lái . . . 48
2.6.2. Tôn bánh lái . . . . . 48
2.6.3. Chiều dày xương bánh lái . . . 49
2.6.4. Cốt bánh lái . . . . 50
2.6.5. Sống đuôi bánh lái . . . . 50
2.6.6. Sống mũi bánh lái . . . 51
2.6.7. Liên kết . . . . . 52
2.6.8. Sơn, thoát nước và lỗ luồn dây . . 53
2.7. Chốt lái . . . . . 54
2.7.1. Đường kính chốt lái . . . . 54
2.7.2. Kết cấu của chốt lái . . . 55
2.8. Ổ đỡ . . . . 55
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 Xy lanh . . . . 66
3.2. Tính Xylanh thuỷ lực . . . . 71
3.3. Tính Piston thu ỷ 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. Ngu y ên tắc hoạt động . . . 84
3.5.3. Chọn van điện từ thu ỷ lực . . . 84
3.6. Nguyên lý làm việc của hệ thống lái thu ỷ lực . . 84
3.6.1. Sơ đồ nguy ên lý làm việc . . . . 85
3.6.2. Ngu y ên lý làm việc . . . 86
3.6.3. Ngu y ên lý làm việc của tổ hợp van chuyên dùng . 87
3.7. Chọn bộ lọc dầu thu ỷ lực cho máy lái và quy trình sử dụng của máy lái
thuỷ lực . . . . . . 88
3.7.1. Chọn bộ lọc dầu thu ỷ lực cho máy lái . . . 88
3.7.1.1. Chọn két chứa dầu thuỷ lực . . . 88
3.7.1.2. Chọn bộ lọc dầu thuỷ lực . . 88
3.7.2. Sử dụng máy lái . . . 88
3.7.2.1. Chuẩn bị máy lái trước khi làm việc . . 88
3.7.2.2. Chăm sóc và bảo dưỡng . . . . 89
3.7.2.3. Những điều chú ý khi sử dụng máy lái . . 89
Chương 4: Lắp đặt và thử nghiệm . . . . 90
4.1. Lắp đặt bánh lái và trục bánh lái . . . 90
4.2. Lắp đặt máy lái thuỷ lực trên tàu . . . . 90
4.3. Hướng dẫn sử dụng . . . . 91
4.3.1. Kiểm tra hệ thống lái . . . 91
4.4. Thử thiết bị lái sau khi lắp trên tàu . . . 92
4.4.1. Yêu cầu chung khi thử . . . 92
4.4.2. Quá trình thử . . . . . 93
4.4.2.1. Thử buộc tàu tại bến . . . . 93
4.4.2.2. Thử đường dài . . . 94
Phần 4: Kết luận và kiến nghị . . . 96
4.1. Kết luận . . . . . 97
4.2. Kiến nghị . . . . 97
Tài liệu tham khảo . . . . . 99
Phần 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
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 thu ỷ Việt
Nam mang lại là hơn 11.000 tỷ đồng. Tổng công ty công nghiệp tàu thu ỷ 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 .
Tu y 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 t y 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 y ếu 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
chính đến các thiết bị vô cùng đơn giản như cẩu xuồng, xích, neo, máy neo, bánh
lái, máy lái Do những thiết bị phụ này được mua từ nước ngoài cho nên giá thành
một con tàu vẫn còn khá cao. Để khắc phục vấn đề trên chúng ta cần có những cán
bộ có trình độ có kỹ thuật có thể đáp ứng được trước nhu cầu của thực tế.
Hiện nay ở khu vực phía Bắc nói riêng và cả nước nói chung đang rất cần và
thiếu các thiết kế các thiết bị phụ tàu thu ỷ như thiết kế hệ thống lái, thiết kế hệ
thống neo, thiết kế hệ thống trang bị động lực vì với một con tàu cụ thể được thiết
kế ra thì chúng ta phải đi thiết kế cho nó các thiết bị phụ kèm theo nó. Tại một số
nhà máy đang đóng những con tàu có trọng tải 1000 Tấn và các nhà máy này đang
có bản thiết kế kết cấu tàu và một y êu cầu thực tế đặt ra là ta phải đi thiết kế hệ
thống lái cho các tàu này . Từ yêu cầu thực tế trên với đề tài “Thiết kế sơ bộ hệ
thống lái cho tàu hàng 1000 Tấn ”, tôi hy vọng rằng nó có thể góp một phần nào
cho nhu cầu thực tế là đang cần. Nó cũng có thể được dùng để tham khảo cho các
thiết kế hệ thống lái cho các tàu có trọng tải khác và là tài liệu học hành nghiên cứu
của sinh viên ngành tàu thu y ền. Giúp sinh viên ngành tàu thu y ền thuận lợi và dễ
dàng trong việc học hành, đặc biệt là các môn như thiết bị phụ tàu thuỷ , thiết kế
thiết bị phụ tàu thu ỷ
Hệ thống lái nói chung và thiết bị lái nói riêng là một trong hai bộ phận quan
trọng nhất cấu thành con tàu đó là thiết bị lái và thiết bị neo, nó đóng vai trò sống
còn của một con tàu. Nếu một con tàu không có thiết bị lái thì ta sẽ không thể cho
nó di chuyển trên mặt nước theo ý muốn của chúng ta được và sẽ có rất nhiều
những rắc rối xẩy ra, chính nhờ có thiết bị lái mà chúng ta có thể điều khiển con tàu
theo ý muốn. Chính vai trò đặc biệt quan trọng của thiết bị lái như vậy mà khi các
thiết bị khác trên tàu không còn khả năng hoạt động thì thiết bị lái vẫn có khả năng
hoạt động. Chúng ta cần phải quan tâm đến nó một cách đặc biệt như: Có tính an
toàn tin cậy cao, có khả năng làm việc trong môi trường và điều kiện đặc biệt.
Đi thiết kế thiết bị lái cho một con tàu là một công việc vô cùng quan trọng và
đặc biệt là phải chính xác đảm bảo độ tin cậy và an toàn. Mỗi một con tàu khác
nhau, hoạt động ở những khu vực khác nhau thì có những loại kiểu lái khác nhau
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 thu ỷ (cụ thể
ở đây là hệ thống lái)
Phần 2
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
THIẾT KẾ
2.1. Các phương án thiết kế:
Để thiết kế bất cứ một vấn đề gì điều đầu tiên chúng ta phải xác định ta đi thiết
kế cái gì nó phục vụ mục đích gì và cái ta thiết kế ra có những tính ưu việt hơn so
với cái hiện đang có hay không. Một vấn đề vô cùng quan trọng đó là ta thiết kế
theo phương pháp nào vấn đề này cần phải được xác định ngay từ đầu trước khi đi
thiết kế bất cứ một vấn đề gì. Vì nếu không xác định được thiết kế theo phương
pháp nào thì có thể thiết kế đó không có tính khả thi và đôi khi là không thể thực
hiện được.
Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề nào đó chúng ta có 4 phương pháp cơ bản để
đi thiết kế chúng, đó là :
+Thiết kế theo mẫu.
+Thiết kế theo Quy Phạm.
+Thiết kế theo số liệu thống kê.
+Thiết kế theo tính toán .
Bốn phương pháp thiết kế khác nhau có những ưu điểm và nhược điểm của nó:
Thiết kế theo mẫu: Ưu điểm của phương pháp này đó là cho phép ta đi thiết kế
một cách nhanh chóng, chúng ta chỉ cần dựa vào tàu mẫu hoặc thiết kế mẫu để đi
thiết kế cái gần giống với cái ta cần thiết kế. Tuy nhiên nó cũng có những nhược
điểm của nó đó là chúng ta khó có thể tìm được tàu mẫu hay thiết kế mẫu gần nhất
với cái ta cần thiết kế. Mặt khác khi đi thiết kế một vấn đề hoàn toàn mới thì không
thể áp dụng phương pháp này được.
Thiết kế theo Quy Phạm: Đây là một trong những phương pháp thiết kế cho ta đi
thiết kế nhanh nhất đảm bảo dư bền vì các Quy Phạm đặt ra được dựa vào các kinh
nghiệm và cách tính dư bền. Tuy nhiên phương pháp này không thể áp dụng cho các
trường hợp đặc biệt được và các chi tiết thiết kế ra cho ta dư bền.
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.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
  
[1]. Phạm Văn Hội (chủ biên) – Phan Vĩnh Trị - Hồ Ngọc Tùng.
SỔ TAY THIẾT BỊ TÀU THUỶ - Tập 1
Nhà Xuất Bản- Giao thông vận tải – Hà Nội 1986.
[2]. Nguyễn Hữu Vượng - Ngu y ễn Đức Ân – Trương Cầm - Trần Công Nghị - Hồ
Quang Long - Trần Hùng Nam.
SỔ TAY KỸ THUẬT TÀU THUỶ VÀ CÔNG TRÌNH NỔI - Tập 1.
Nhà Xuất Bản- Giao thông vân tải.
[3]. Nguyễn Đức Ân - Hồ Quang Long - Trần Công Nghị - Trần Hùng Nam
SỔ TAY KỸ THUẬT ĐÓNG TÀU THUỶ - Tập 1.
Nhà Xuất Bản- “Khoa học kỹ thuật”- 1986.
[4]. Nguyễn Xuân Mai – Võ Duy Bông.
Giáo Trình HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CHÂN VỊT TÀU THUỶ.
Nhà Xuất Bản- Nông Nghiệp – Hà Nội 1983.
[5]. Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm.
THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY.
Nhà Xuất Bản- Giáo dục - 1998
[6]. Nguyễn Trọng Hiệp.
CHI TIẾT MÁY - Tập 1, Tập 2.
Nhà Xuất Bản- Giáo dục - 1997
[7]. PTS. Phạm Hùng Thắng.
Hướng Dẫn THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHI TIẾT MÁY.
Nhà Xuất Bản- Nông Nghiệp – TP. Hồ Chí Minh 1993.
[8]. Ths. Ngu y ễn Thái Vũ – Ks. Nguyễn Chí Thanh
Bài Giảng THIẾT BỊ MẶT BOONG (Lưu hành nội bộ)
Trường Đại Học Nha Trang – 2006.
[9]. Qu y phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003
[10]. Ths. Nguy ễn Đình Long.
Bài Giảng ĐĂNG KIỂM TÀU THUYỀN (Lưu hành nội bộ).
Trường Đại Học Nha Trang- 2003.
[11]. Trần Hữu Quế.
VẼ KỸ THUẬT CƠ KHÍ- Tập 1.
Nhà Xuất Bản- Giáo Dục.
[12]. Mai Thắng.
CƠ HỌC CHẤT LỎNG (Lưu hành nội bộ).
Trường Đại Học Nha Trang- 1996.
[13]. Catalog DIVISION HYDRAULIQUE.
[14]. Th.s Nguyễn Thái Vũ
Catalog Các thông số kỹ thuật của động cơ điện (Lưu hành nội bộ).
Trường Đại Học Nha Trang.
[15]. Quách Hoài Nam.
Hướng Dẫn SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH RDM6 (Lưu hành nội bộ).
Trường Đại Học Nha Trang-2007.
[16]. Trương Sĩ Cáp-Nguyễn Tiến Lai-Trần Minh Tuấn-Đỗ Thị Hải Lâm
LỰC CẢN TÀU THUỶ.
Nhà Xuất Bản- Giao Thông Vận Tải-Hà Nội 1987.
[17]. TS. Nguyễn Văn Ba.
SỨC BỀN VẬT LIỆU- Tập 1, 2 (Lưu hành nội bộ).
Trường Đại Học Nha Trang- 2000.