Определение диаметра циркуляции судна

Приближенно диаметр циркуляции можно найти по формуле:

, (5.7)

где V – объёмное водоизмещение,

,

где S_б = 0,96LT = 0,96х98,46х6,24 = 589 м²,

−безразмерный коэффициент

где α = 0,611 рад – угол перекладки руля,

λ – относительное удлинение пера руля.

м.

Скорость хода судна на установившейся циркуляции:

м/с

Диаметр циркуляции не должен превышать 4 длин судна, поэтому он является удовлетворительным.

Выбор рулевой машины

Рулевую машину подбираем исходя из максимального полученного крутящего

момента 110 кНм.

Выбираем лопастную рулевую машину TENFJORD SR642. С рабочим моментом 110кН

Она представленную на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2

1-лопастная рулевая машина; 2-насосы; 3-масляный бак.

Расчет изгибающих моментов и реакций опор руля

Расчетный изгибающий момент М₁ кН·м, действующий в сечении 1 баллера у верхнего подшипника равен нулю.

Расчетный изгибающий момент М₂ кН·м, действующий в сечении 2 баллера у нижнего подшипника равен:

М₂ = F₁C₁ + F₂C₂,

где С₁ и С₂ – линейные размеры в метрах (Рисунок 5.1),

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 Р_I = Р_II = 0.

кН.

Расчётная реакция R₂ опоры рулевого устройства в сечении 2:

кН.

Приведенный момент:

(5.8)

где М_i – момент в расчётном сечении.

Приведенный момент в сечении 2:

кНм.

Приведенный момент в сечении 3:

кНм.

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,

R_ен – верхний предел текучести материала для баллера.

Баллер изготавливаем из стали Д32 с пределом текучести R_ен = 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

Расчет прочности баллера

Нормальные σ и касательные τ напряжения баллера определяются:

, , (5.10)

где М_и – расчетный изгибающий момент (М₁, М₂, М₃), действующий в рассматриваемом сечении баллера,

d_i, 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	σ,МПа	τ,МПа	σпр,МПа	[σ],МПа
Сечение 2 М2 = 973,5кНм d2 = 38 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	180,96	8,91	181,3
ЗХ	6,23	181,1
Сечение 3 М3 = 734,7 кНм d3 = 37 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	174,78	11,4	175,9
ЗХ	7,98	175,3
Сечение 3 М4 = 191,8 кНм d4 = 24 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	160,8	40,2	175,2
ЗХ	28,13

Сравнивая σ_пр с [σ] 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	σ,МПа	τ,МПа	σпр,МПа	[σ],МПа
Сечение 2 М2 = 973,5кНм d2 = 40 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	151,1	7,64	155,7
ЗХ	5,35	155,3
Сечение 3 М3 = 734,7 кНм d3 = 37 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	147,9	9,66	148,8
ЗХ	6,76	148,4
Сечение 4 М4 = 191,8 кНм d4 = 24 см Мк = 95,9 кНм Мзх = 67,1 кНм	ПХ	141,52	35,4	154,2
ЗХ	24,75	147,8

Сравнивая σ_пр с [σ] делаем вывод, что прочность баллера руля обеспечивается.