Расчет рулевой машины.

Исходные данные для расчётов.

Дедвейт судна DW, т	Мощность гл. двигателя Ne, кВт	Длина судна L, м	Осадка судна Т, м	Диаметр греб-ного винта D, м	Скорость судна V, уз.
		139,7	8,7	5,15	18,1

Профиль руля НЕЖ, относительное удлинение руля l= 2

2.2. Расчет, определение размеров руля.

Таблица 1

№	Наименование, обозначение, единицы измерения величины	Расчётная формула, способ определения	Числовое значение
1.	Длина судна L, м	задана	135,5
2.	Осадка судна Т, м	задана	9,35
3.	Площадь пера руля F, м^2	(0,013 ¸ 0,019) L∙T F=0,013∙ L∙T	15,8
4.	Относительное удлинение руля,l	задано
5.	Высота пера руля h, м		5,621
6.	Ширина пера руля b, м	F / h	2,811
7.	Коэффициент компенсации к	(0,25 ¸ 0,35)	0,26
8.	Расстояние от передней кромки руля до оси баллера z, м	к × b	0,731
9.	Площадь балансирной части руля FS, м^2	к × F	4,108

2.3. Расчёт гидродинамических сил, момента на баллере руля.

Таблица 2

№	Наименование, обозначение, единицы измерения величины	Расчётная формула, способ определения	Числовое значение
1.	Коэффициент попутного потока, y	(0,22 ¸ 0,26)	0,25
2.	Коэффициент влияния корпуса на руль К	(1 - y)^2	0,563
3.	Диаметр гребного винта D, м	задано	5,15
4.	Площадь руля, омываемая потоком винта FВ, м^2	b × D	14,447
5.	Скорость судна V, уз. VС, м/с	задано 1856 × V / 3600	9,332
6.	Плотность забортной воды r, кг / м^3	[4, табл. 4]
7.	Осевая скорость винта относительно воды, Vr, м / с	(1 - y) × VС	6,999
8.	Мощность, затрачиваемая на вращение винта NР , кВт	0,98 × Nе
9.	Упор винта Р, кН	hР = 0,6 ¸ 0,7 hР =0,65
10.	Коэффициент нагрузки винта по упору sР		1,07
11.	Коэффициент влияния винта на руль КВ	1+ (FB / F) × sР	1,98
12*.	Угол поворота руля от среднего положения a, град		смотри таблицу 3
13*.	Коэффициент сопротивления СХ	[ 1, табл. 10] - согласно l, a и заданному профилю.	смотри таблицу 3
14*.	Коэффициент подъёмной силы СУ	[ 1, табл. 10] - согласно l, a и заданному профилю.	смотри таблицу 3
15*.	Коэффициент центра давления СД	[ 1, табл. 10] - согласно l, a и заданному профилю.	смотри таблицу 3
16*.	Коэффициент нормальной силы Сn	СУ ×cos a + CХ × sin a	смотри таблицу 3
17*.	Расстояние центра давления от передней кромки руля S, м	СД × b	смотри таблицу 3
18*.	Коэффициент гидродинамичес- кого момента Сm	Сn × (S / b)	смотри таблицу 3
19*.	Нормальная сила N, кН	Сn× КК×КВ× ×F×10^-3	смотри таблицу 3
20*.	Гидродинамический момент от- носительно передней кромки руля М, кН*м	Сm×КК× КВ× ×F.b ×10^-3	смотри таблицу 3
21*.	Гидродинамический момент от- носительно оси руля Ma, кН*м	Сn×КК× КВ × F× (b×СД -z) ×10^-3	смотри таблицу 3
22*.	Коэффициент нормальной силы на заднем ходу Сn з.х.	(0,7¸ 0,8) ×Сn Сn з.х.=0,75	смотри таблицу 3
23.	Отстояние центра давления от задней кроки руля на заднем ходу Sз.х., м	(0,3 ¸ 0,35) ×b Sз.х=0,325	0,914
24*.	Гидродинамический момент на заднем ходу судна Ма з.х., кН*м	Сn з.х. F×[b- (Sз.х + z)] ×10^-3 VЗ.Х. = (0,2 ¸0,3) ×VС VЗ.Х. = 0,25 ×VС	смотри таблицу 3
25*.	Гидродинамический момент для расчёта МР, кН*м	примем равным Ма(вся строка), если Ма мах > Ма з.х,мах или Ма з.х, (вся строка), если Ма з.х,мах > Ма мах	смотри таблицу 3
26*.	Момент на баллере руля с учё- том трения в боковых опорах и пяте руля Мб, кН*м	(1,15 ¸ 1,2) × МР Мб=1,17 × МР	смотри таблицу 3
27*.	Крутящий момент на баллере с учётом дополнительных внеш- них нагрузок МКР, кН*м	(1,1 ¸ 1,2) × МБ МКР=1,15 × МБ	смотри таблицу 3

С целью получения данных для построения характеристик рулевой машины величины, обозначенные знаком (*), определяются для значений угла поворота руля с интервалом 5⁰.

Таблица 3

.

13		0,03	0,04	0,06	0,09	0,17	0,27	0,385
14			0,25	0,53	0,835	1,06	1,11
15			0,23	0,245	0,265	0,285	0,365	0,33
16			0,253	0,532	0,83	1,054	1,12	1,059
17			0,647	0,689	0,745	0,801	1,026	0,928
18			0,058	0,13	0,22	0,3	0,409	0,35
19			198,882	418,202	652,457	828,542	880,424	832,473
20			41,776	93,635	158,459	216,081	294,591	252,095
21			-16,8	-17,692	9,079	58,11	259,738	163,689
22			0,19	0,399	0,623	0,791	0,84	0,794
23			9,764	20,505	32,016	40,65	43,168	40,804
25			-14,47	-15,178	8,041	50,492	259,738	165,901
26			-16,8	-17,692	9,079	58,11	303,893	191,516
27			-22,604	-23,805	12,215	78,187	349,477	220,243

2.4. Расчёт рулевого привода, мощности насоса гидравлической рулевой машины с плунжерным рулевым приводом.

Таблица 4.

№	Наименование, обозначение, единицы измерения величины	Расчётная формула, способ определения	Числовое значение
1.	Диаметр баллера (при максимальном значении МКР) dБ, м	σдоп=93	0,316
2.	Начальный радиус румпеля R0, м	(1¸1,5) × dБ R0=1,25 × dБ	0,395
3.	Давление масла в цилиндре привода (при максимальном значении МКР) Pi, МПа	15¸20
4.	Число пар цилиндров привода kЦ	1-при МКР<100 кН*м 2-при МКР>100 кН*м
5.*	КПД привода hП.П., [кн 5, рис. 6.6]		смотри таблицу 5
6.	Диаметр плунжера (при максимальном значении МКР) DП, м		0,166
7.	Ход плунжера при перекладке руля с борта на борт S1, м	2×R0×tg30^0	0,456
8.	Объём масла, подаваемый в цилиндры рулевого привода при перекладке руля с борта на борт. V, м^3		0,014
9.	Время перекладки руля t, с
10.	Подача насоса q, м^3/c		0,00082
11.*	Радиус румпеля при значении угла поворота руля Ra, м	R0/cos a	смотри таблицу 5
12.*	Нормальная сила давления на цапфу румпеля Q, кН	М КР / (kц Ra)	смотри таблицу 5
13.*	Сила давления на цапфу вдоль оси плунжера Q’, кН	Q × cos a	смотри таблицу 5
14.*	Сила давления масла на плунжер Р1,кН	Q’× / hП.П.	смотри таблицу 5
15.*	Давление масла в цилиндре при значениях угла поворота руля Pi,МПа		смотри таблицу 5
16.*	Давление масла в цилиндре с учетом давления подпитки, Pi под, МПа	Pi + Pпод	смотри таблицу 5
17.*	Давление подпитки Pпод, МПа	0,2¸0,3	смотри таблицу 5
18.*	Давление нагнетания насоса с учетом сопротивления напорного трубопровода РН, кПа	Рi a + РПОД + DРТР.н	смотри таблицу 5
19*.	Давление всасывания насоса с учетом давления подпитки и сопротивления сливного трубопровода РВ, кПа	РПОД - DРТР.С	смотри таблицу 5
20*.	Давление насоса, Р, кПа	РН - РВ	смотри таблицу 5
21*.	КПД насоса, hН, %	согласно [ 5 ], с.207, рис. 139а	смотри таблицу 5
22*.	Мощность насоса, NН, кВт	q×Р / hН	смотри таблицу 5
23.	Мощность эл.двигателя для МКР. МАХ, NЭ, кВт	NН / hЭ hЭ = (0,86¸0,87) КПД эл.двигателя

С целью получения данных для построения характеристик рулевой машины величины, обозначенные знаком (*), определяются для значений угла поворота руля с интервалом 5⁰.

Таблица 5

α	град	0°	5°	10°	15°	20°	25°	30°
hпп		0,28	0,54	0,67	0,75	0,77	0,775	0,77
Rа	м	0,395	0,397	0,401	0,409	0,42	0,436	0,456
Q	кН		-28,469	-29,682	14,933	93,08	400,776	241,495
Q'	кН		-28,361	-29,231	14,426	87,467	363,226	209,141
P1	МПа		-52,52	-43,628	19,232	113,594	456,674	271,612
Pi	МПа		-2,427	-2,016	0,889	5,249	21,517	12,55
Pi под	МПа	0,25	-2,177	-1,766	1,139	5,499	21,767	12,8
Рн	МПа	0,04	-2,387	-1,976	0,929	5,289	21,557	12,59
Рв	МПа	0,21	0,21	0,21	0,21	0,21	0,21	0,21
Р	МПа	-0,17	-2,597	-2,186	0,719	5,079	21,347	12,38
N­н	кВт		-22,183	-18,106	1,685	5,784	33,663	17,206
hн			0,096	0,099	0,35	0,72	0,52	0,59

2.5. Зависимости крутящего момента, мощности насоса, и давлении масла от угла

поворота руля:

α	град
Мкр	кН*м		-22,604	-23,805	12,215	78,187	349,477	220,243
Рi	МПа		-2,427	-2,016	0,889	5,249	21,517	12,55
Nн	кВт		-22,183	-18,106	1,685	5,784	33,663	17,206

Дата добавления: 2015-09-05