Проектирование судовых устройств

F1, F2 - условные расчётные нагрузки.

М2 = 137х3,1 + 161,4х3,4= 973,5 кНм.

Расчет на изгибающий момент М3 кНм, действующий в сечении 3 баллера (в месте соединения баллера с пером руля)

М3 = F1(C1 - е) + F2(C2 - е) = 137(3,1 - 0,8) + 161,4(3,4 - 0,8) = 734,7 кНм.

Расчётная реакция R1 опоры рулевого устройства в сечении 1:

,

где РI = РII = 0.

кН.

Расчётная реакция R2 опоры рулевого устройства в сечении 2:

кН.

Приведенный момент:

(5.8)

где Мi - момент в расчётном сечении.

Приведенный момент в сечении 2:

кНм.

Приведенный момент в сечении 3:

кНм.

5.6 Баллер руля

Диаметр головы баллера d0 в сантиметрах должен быть не менее большего значения определяемого по формуле:

, (5.9)

где k10 = 26,1 - для переднего хода и 23,3 для заднего хода,

Rен - верхний предел текучести материала для баллера.

Баллер изготавливаем из стали Д32 с пределом текучести Rен = 315 МПа.

Тогда для переднего хода в сечении 1:

см,

Для заднего хода:

см.

Принимаем диаметр головы баллера 180 мм, равный диметру баллера рулевой машины.

Диаметр баллера в сечении 2 и 3:

Диаметр баллера в сечении 2:

см.

Диаметр баллера в сечении 3:

см.

Принимаем диаметр баллера в сечении 2 - 380 мм, в сечении 3 - 350 мм.

Диаметр баллера в сечении 4:

см

5.7 Расчет прочности баллера

Нормальные у и касательные ф напряжения баллера определяются:

, , (5.10)

где Ми - расчетный изгибающий момент (М1, М2, М3), действующий в рассматриваемом сечении баллера,

di, см - диаметр баллера в рассматриваемом сечении.

Приведенные напряжения вычисляются:

(5.11)

Допускаемые напряжения:

- на переднем ходу: МПа;

- на заднем ходу: МПа;

Расчет напряжений ведём в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Расчет напряжений

Сечение баллера	Ход передний/задний	у,МПа	ф,МПа	упр,МПа	[у],МПа
Сечение 2 М2 = 973,5кНм d2 = 38 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	180,96	8,91	181,3	158
	ЗХ		6,23	181,1	221
Сечение 3 М3 = 734,7 кНм d3 = 37 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	174,78	11,4	175,9	158
	ЗХ		7,98	175,3	221
Сечение 3 М4 = 191,8 кНм d4 = 24 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	160,8	40,2	175,2	158
	ЗХ		28,13	168	221

Сравнивая упр с [у] мы видим, что условия прочности баллера не выполняются. Для обеспечения условия прочности увеличиваем диаметр вала во втором сечении до 400мм, в третьем сечении до 370 мм, в четвертом сечении до 240мм и ведем расчет напряжений во втором приближении в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Расчет напряжений во втором приближении

Сечение баллера	Ход передний/задний	у,МПа	ф,МПа	упр,МПа	[у],МПа
Сечение 2 М2 = 973,5кНм d2 = 40 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	151,1	7,64	155,7	158
	ЗХ		5,35	155,3	221
Сечение 3 М3 = 734,7 кНм d3 = 37 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	147,9	9,66	148,8	158
	ЗХ		6,76	148,4	221
Сечение 4 М4 = 191,8 кНм d4 = 24 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	141,52	35,4	154,2	158
	ЗХ		24,75	147,8	221

Сравнивая упр с [у] делаем вывод, что прочность баллера руля обеспечивается.

5.8 Соединение баллера с пером руля

В качестве соединения баллера с пером руля выбираем коническое соединение со шпонкой.

В конусном соединении нижний конец баллера протачивается на конус (без уступа из цилиндрических частей), а в перо руля вваривается ступица.

Длина конической части баллера, которой он закрепляется в пере руля, должна быть не менее 1,5 диаметра баллера с конусностью не более 1:10.

Назначаем длину конической части 650мм.

Минимальный наружный диаметр ступицы должен быть в 1,3ч1,5 раз больше диаметра баллера.

Назначаем диаметр ступицы 600мм.

В большинстве применяющихся конструкций коническая часть баллера закрепляется в ступице с помощью специальной гайки навинчивающейся снизу. Диаметр резьбы гайки применяется не менее 0,9 меньшего диаметра конуса, наружный диаметр гайки не менее 1,5 диаметра резьбы, а высота - не менее 0,8 диаметра резьбы.

Зная диаметр баллера в сечении 3, длину конуса баллера и конусность определим меньший диаметр конуса, он равен 355мм.

Тогда диаметр резьбы гайки равен:

Передача крутящего момента в конусном соединении осуществляется с помощью шпонки. Размеры сечения шпонки bxh принимаются по ГОСТ 23360-78 в зависимости от среднего диаметра конуса dср , а длина шпонки назначается на основе проверки ее прочности на смятие:

(5.12)

[усм]=60ч90МПа , принимаем [усм]=80 МПа

dср=(370+355)/2=362,5 мм

При dср=362,5 мм bxh=90x45 мм.

Принимаем длину шпонки равной 350 мм.

5.9 Перо руля

Толщина обшивки пера профильного руля S, мм должна быть не менее определяемого по формуле:

, (5.13)

где Т - осадка судна,

а = 0,6 - расстояние между горизонтальными рёбрами или вертикальными диафрагмами, ,

где в = 0,6 - расстояние между горизонтальными рёбрами или вертикальными диафрагмами,

k12 - коэффициент равный 18,6 - для участка обшивки расположенного в пределах 0,35 длины пера руля от его передней кромки; 8 - для участка обшивки расположенного в пределах 0,65 длины пера руля от его задней кромки,

k13 - коэффициент равный 1 для участка обшивки расположенного в струе винта; 0 - участка обшивки расположенного вне струи винта.

Таким образом, толщину обшивки пера руля необходимо определить для двух участков.

В любом случае толщина пера руля должна быть не менее:

мм.

Принимаем минимальную толщину пера руля S = 11 мм.

мм.

Принимаем S1 = 13мм.

мм.

Принимаем S2 = 11мм.

Принимаем толщину обшивки пера руля 13 мм, торцевые листы толщиной 16 и 26 мм. Обшивка пера руля изнутри должна быть подкреплена горизонтальными рёбрами и вертикальными диафрагмами. В торцевых листах предусмотрены спусковые пробки из нержавеющего металла.

5.10 Рулевые приводы

Судно должно быть снабжено главным и вспомогательным рулевым приводом. Главный привод обеспечивает перекладку полностью погруженного руля с 47,5є одного борта на 47,5є другого при полной скорости хода. Вспомогательный рулевой привод обеспечивает перекладку полностью погруженного руля с 15є одного борта на 15є другого борта. Главный и вспомогательный приводы работают отдельно друг от друга. Управление главным приводом должно осуществляться с ходового мостика и из румпельного отделения. Управление вспомогательным приводом предусматривается из румпельного отделения, а также ходового мостика. Оно не зависит от системы управления главного рулевого привода.

5.11 Эффективность рулей

Эффективность выбранного руля Ер определяется по формуле[1]

, (5.14)

А2 = LT*0,96 = 98,466,240,96 = 590 м2 ,

для руля вне ДП за винтом коэффициент

.

Тогда

Суммарная эффективность: (х - число рулей)

Сумма эффективностей всех установленных рулей должна быть не менее большего из значений эффективности Е1, Е2 или Е3.

Е1 определяется по графикам [1] в зависимости от величин:

и ,

где f = 0,04LT = 0,04•98,46•6,24 = 24,6 м2 - площадь боковой поверхности кормового подзора, f0 = 0.

Получаем Е1 = 0,057.

Е2 определяется по формуле [1]:

,

где х0 = - 15 м - центр парусности,

х - скорость в узлах,

А3 - площадь парусности,

А4 = LT*0,96 = 98,46*6,24*0,96 = 590 м2,

.

Е3 определяется по формуле [1]:

,

где А5 - площадь парусности,

А2 = LT*0,96 = 98,46*6,24*0,96 = 590 м2.

.

Выбранный руль считается эффективным так как Ер > Е1, Е2, Е3.

5.12 Гидродинамический расчёт рулей

Гидродинамический расчёт рулей заключается в определении гидродинамических характеристик (сил и моментов на баллере) для различных углов перекладки руля на переднем и заднем ходу судна.

Гидродинамическая сила и момент на баллере на переднем ходу определяются:

,

,

где , Сn - гидродинамические коэффициенты,

rк - коэффициент влияния корпуса,

где - коэффициент попутного потока,

- отношение осевой скорости потока вызванное винтом ха к скорости потока надвигающегося на движитель хр,

где k = 0,25 - учитывает удаление руля от диска винта,

- коэффициент нагрузки по упору,

м/с - скорость потока надвигающегося на движитель.

Тогда

,

.

Сделав предварительные вычисления можно записать:

Гидродинамическая сила и момент на баллере на заднем ходу определяются:

,

,

где rк = 1, так как ,

, тогда .

Сделав предварительные вычисления можно записать:

Расчёт гидродинамических сил и моментов ведём в таблице

Гидродинамические силы и моменты на переднем ходу

Угол перекладки, б, град.	10	15	20	25	30
	0,438	0,672	0,969	1,142	1,26
, кН	37,95	58,22	83,95	98,94	109,17
	0,232	0,25	0,264	0,285	0,365
, кН	2,6	6,23	11,5	18	38,55

Гидродинамические силы и моменты на заднем ходу

Угол перекладки, б, град.	10	15	20	25	30
	0,372	0,553	0,655	0,557	-
, кН	17,1	24,5	30,1	26,5	-
	0,16	0,189	0,232	0,256	-
, кН	22,3	30,5	34,87	29,4	-

По результатам расчётов таблиц 5.2 и 5.3 строим зависимости N, М = f(б) (рисунок 5.3).

5.11 Подруливающее устройство

Для улучшения управляемости на малом ходу и поворотливости применяют подруливающие устройство.

Упор подруливающего устройства будет равен:

Tпу=0,03LT=0,03х98,46х6,24=18,43 кН.

Выбираем подруливающее устройство Польского производства: ТТ92, с характеристиками:

Ne=1400кВт, упором 200кН, D=2,47м, L=2,8м

Заключение

В курсовом проекте спроектированы следующие судовые устройства:

- якорное;

- швартовное;

- буксирное;

- рулевое;

Выбраны спасательные средства проектируемого судна.

Судовые устройства в проекте подобраны, спроектированы и размещены в соответствии с правилами «Российского Морского Регистра Судоходства» [1].

Список литературы

1. Российский морской Регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. - СПб, 2015.

2. Матвеев А.И., Калинина Н.В. «Основы конструирования общесудовых устройств». - Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2011.

Размещено на Allbest.ru

...