Курсовая теория на тему Расчет рулевого устройства судна.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………. 3
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА………… 5
1.1 Назначение рулевого устройства…………………………………… 5
1.2 Типы рулевого устройства…………………………………………… 7
1.3 Устройство рулевого механизма……………………………………. 10
1.4 Принцип работы рулевого устройства……………………………… 14
1.5 Требования к рулевому устройству…………………………………. 16
2 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА СУДНА…. 19
2.1 Методика расчёта рулевого устройства судна……………………… 19
2.1.1 Расчёт крутящего момента руля………………………………. 19
2.1.2 Расчёт мощности рулевого механизма……………………….. 21
2.2 Примеры расчёта рулевого устройства судна……………………… 22
2.2.1 Расчёт статических моментов на баллере пера руля………… 22
2.2.2 Расчёт мощности рулевой машины…………………………… 26
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….. 28
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………….. 30

Введение:

Рулевые устройства на судах известны уже с тех пор, как появились первые плавучие средства. Данное устройство используется, чтобы изменять направление движения любого судна, либо удерживать на конкретном курсе.
Любое судно, в независимости от назначения, кроме определённых видов несамоходных барж и судов, должно иметь рулевое устройство, которое необходимо, чтобы изменять направление движения, а также устойчивого плавания, когда на судно воздействует ветер, течение и волны. Также оно применяется при маневрировании в условиях узких фарватеров, в портах и на рейдах.
Все суда должны быть оснащены эффективным главным рулевым механизмом, вспомогательным рулевым механизмом и, за исключением очень небольших судов, основным рулевым механизмом должны быть механические приводы.
Рулевое устройство постоянно совершенствовалось при помощи разнообразных механических и технологических новшеств, которые были вызваны укрупнением размеров, а также повышением характеристик судов. Большие и неудобные рулевые весла были заменены лопастями, имеющими вертикальную ось вращения, а верхняя часть имела румпель, являющийся рычагом, при помощи которого производился поворот руля на необходимый угол. Когда размеры рулей менялись, следовательно, и модернизировалась конструкция, различные узлы креплений.
Современные корабли используют все очень сложные системы рулевого управления, которые могут попасть в одну из категорий, и каждая из них имеет свои индивидуальные особенности:
— полностью гидравлический тип;
— электрогидравлический тип;
— полностью электрический тип.

 
Актуальность выбранной темы состоит в том, что, управляемость, то есть способность судна двигаться по заданной траектории, является необходимым эксплуатационным качеством судна. 
Без должной управляемости судно не сможет правильно эксплуатироваться и возникнет риск аварии, посадки на мель, столкновения с другим судном и т.д.
Цель работы состоит в изучении теоретических особенностей расчёта рулевого устройства судна, а также рассмотрение примеров расчётов.
В соответствии с поставленной целью, в работе требуется решить следующие задачи:
1. Изучить особенности и назначение рулевого устройства;
2. Рассмотреть типы рулевых устройств;
3. Рассмотреть принцип работы рулевых устройств;
4. Ознакомиться со схемой рулевого устройства;
5. Рассмотреть требования к рулевым устройствам;
6. Изучить методику расчёта показателей рулевого устройства;
7. Изучить примеры расчётов, связанных с рулевыми устройствами.

Заключение:

Рулевое устройство является основным средством, обеспечивающим надежное управление судном при любых условиях плавания. Его конструкция должна удовлетворять требованиям Речного Регистра, предъявляемым к судну данного типа.
Рулевое устройство — одно из важнейших устройств, поскольку в случае выхода его из строя судно становится неуправляемым, а значит, и непригодным для эксплуатации.
Для улучшения маневренности судна на малых ходах, когда обычное рулевое устройство недостаточно эффективно, особенно при швартовке судна у пирса и движении в узких местах (каналы, шхеры, ограниченный фарватер), устанавливают дополнительные средства управления: носовые рули, а также средства активного управления (САУ) — направляющие, насадки, активные рули, подруливающие устройства и вспомогательные движительно-рулевые колонки (ВДРК).
В настоящее время главным образом применяют профильные фигурные рули. Они, как правило, помещаются в корме судна. Только в особых случаях (например, на речных паромах или на судах для каналов) используют также носовые рули.
Для повышения маневренности судна довольно часто применяют подруливающие устройства, относящиеся к группе активных рулей без пера. Носовые или кормовые подруливающие устройства устанавливают поперек судна в туннеле. В этом туннеле находятся также два гребных винта или ротор осевого насоса. При вращении одного гребного винта вода течет через туннель. За счет этого возникает упор, и корпус судна совершает движение.
На современных судах, как правило, применяют гидравлические рулевые машины.

При вращении рулевого колеса на мостике срабатывает датчик телемотора, Протекающее под давлением в трубопроводе масло, вызывает перемещение приемника телемотора, за счет чего рулевой насос приводится в движение в соответствующем направлении.
В сочетании с винтом и рулем подруливающие устройства обеспечивают высокую маневренность судна, возможность разворота на месте при отсутствии хода, отход или подход к причалу практически лагом. Подруливающие устройства создают силу тяги в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости судна независимо от работы главных движителей и рулевого устройства. Подруливающими устройствами оборудовано большое количество судов самого разного назначения.
В последнее время получила распространение электродвижущаяся система AZIPOD (Azimuthing Electгic Pгopulsion Dгive), которая включает в себя дизель-гeнератop, электромотор и винт. Дизель-генератор, расположенный в машинном отделении судна, вырабатывает электроэнергию, которая по кабельным соединениям передается на электромотор. Электромотор, обеспечивающий вращение винта, расположен в специальной гондоле. Винторулевая колонка имеет угол разворота 360 градусов, что значительно повышает управляемость судна.

Фрагмент текста работы:

Основным назначением рулевого устройства судна является обеспечение должной управляемости всего судна. Чтобы этого добиться, нужно произвести вращающий момент, который заставит судно совершить поворот (в соответствии с направлением созданного момента) в какую-либо сторону по кругу от вертикальной оси, которая проходит через основной центр тяжести самого судна. Такое действие производится при помощи самостоятельного, либо совместного действия руля, поворотных направляющих насадок, гребного винта, различных движителей, поворотных винтовых колонок, подруливающих устройств и т.п.
Эффективность работы рулевого механизма зависит от некоторых основных аспектов. Эти основные требования, которые должны неизменно соблюдаться всеми рулевыми механизмами, регулируются правилами, установленными классификационными обществами. Они могут быть кратко изложены как:
Рулевое устройство наиболее ответственное на судне. От его надежности зависят безопасность плавания в открытом море (особенно при плохих гидрометеорологических условиях), маневрирование в узкости фарватера и в порту. Поворотное действие руля проявляется только во время движения судна. При обтекании руля водой на него действует гидродинамическая сила, аналогичная подъемной силе воздуха, поддерживающей крыло самолета в полете. Гидродинамическая сила зависит от угла поворота (перекладки) руля и возрастает при его увеличении до 30°, а затем начинает уменьшаться. Под действием упора гребного винта и гидродинамической силы судно поворачивает — центр его тяжести описывает некоторую кривую — циркуляцию. [1]

Ее диаметр, описываемый центром тяжести судна в период установившегося движения, и другие элементы характеризуют поворотливость судна или его способность «слушаться» руля — изменять направление движения при его перекладке.
Основные блоки питания и системы управления должны быть продублированы, чтобы в случае отказа одного из них другой мог легко заменить их в режиме ожидания.
Для управления судном могут применяться различные поворотные насадки, движители (гребные винты), активные рули, подруливающие устройства. Поворотная насадка — кольцеобразное тело, устанавливаемое на баллере взамен руля — изменяет направление потока воды, отбрасываемого гребным винтом. В результате создается подъемная сила (как у крыла самолета), которая вызывает поворот судна. В основном поворотные насадки применяются на буксирных судах. Активный руль — это небольшой гребной винт, укрепленный в пере обычного руля и работающий от специального электродвигателя. Он относится к числу дополнительных средств управления, используемых для улучшения маневренности судна. Действие малого винта создает упор и обеспечивает поворот судна, даже если оно не имеет хода.
На современных судах устанавливают пустотелые обтекаемые рули, состоящие из горизонтальных ребер и вертикальных диафрагм, покрытых стальной обшивкой. Обшивку крепят к раме электрозаклепками. Внутреннее пространство руля заполняют смолистыми веществами или самовспенивающимся пенополиуретаном. [2]

1.2 Типы рулевого устройства

Поскольку корабли продолжали увеличиваться в размерах и становились все быстрее, были включены современные системы, облегчающие человеческие усилия. В основном, есть два типа обычно используемых систем рулевого механизма:
— гидравлический;
— электрогидравлический тип.
Хотя система претерпела существенную эволюцию, базовая физика работы остается прежней.