5.2 Определение расчётных нагрузок и крутящих моментов

Условная расчётная нагрузка F, кН действующая на перо руля на переднем ходу определяется по формуле:

F = F₁ + F₂

,

, (5.1)

где k₁ – коэффициент равный 1- для прямоугольных и трапециевидных рулей;

k₂ – коэффициент равный, 1 – для рулей за гребным винтом;

λ – относительное удлинение пера руля;

b₁ – величина равная 2,32 – для бортовых рулей;

δ – коэффициент общей полноты;

А_р – площадь пера руля;

υ – скорость переднего хода в узлах;

А_в = D_в·b_р = 2.6 ·1.31 = 3,4 м² – часть площади пера руля, попавшая в непереложенном состоянии в струю винта,

Р=131,0 кН – упор винта, рассчитанный в курсовой по ОК.

Тогда

кН,

кН,

F = 53.2 + 109.3 = 157,9 кН.

Условная расчётная нагрузка F не должна приниматься меньше нагрузки F₃:

, (5.2)

где k₃ – коэффициент равный 18 [1], 53 для Ice2.

кН.

Принимаем условную нагрузку F = 160 кН, так как F₃ <F.

Условный крутящий момент М_к действующий на рулевое устройство на переднем ходу:

, (5.3)

где А₁ – часть площади пера руля, расположенная в нос от оси его вращения,

м²,

тогда кН·м.

Условный расчётный крутящий момент, действующий на рулевое устройство на заднем ходу:

, (5,4)

где k₄ = 0.185– для рулей за гребным винтом;

узла,

кН·м.

Условная расчётная нагрузка F_зх, действующая на перо руля на заднем ходу:

кН (5.2)

5.3 Определение диаметра циркуляции судна

Приближенно диаметр циркуляции можно найти по формуле:

,

где V – объёмное водоизмещение; А_∑р – суммарная площадь рулей;

,

где S_б = 0.96LT = 0.96∙125∙4.0 = 480 м²,

−безразмерный коэффициент

где α = 0.611 рад (35º) – угол перекладки руля, λ – относительное удлинение пера руля.

Тогда диаметр циркуляции:

м.

Диаметр циркуляции не должен превышать 3…4 длин судна. Диаметр циркуляции составляет 3,12L, что является допустимым. Следовательно, выбранные рули обеспечат удовлетворительную управляемость.

Скорость хода судна на установившейся циркуляции:

м/с

5.4. Выбор рулевой машины

Мощность рулевой машины выбирается по зависимости:

(5.4)

где М_к – условный крутящий момент, больший из М_к и М_зх;

η_р = 0.82 – КПД рулевой машины,

τ = 28 с – время перекладки руля с 35º одного борта на 35º другого борта.

кВт.

Рулевую машину подбираем исходя из мощности 1.57 кВт и крутящего момента 31,8 кН·м.

Выбираем рулевой гидропривод KGW25 типа 12,5x50/12 (Германия) моментный ряд 40, внешний вид которой приведен на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 - Схема гидропривода фирмы KGW:

1 - баллер руля; 2 – румпель; 3,4- гидроцилиндры; 5 - клапанная коробка; 6 – насос; 7 – электромотор; 8 – маслобак; 9 - индикатор положения; 10 - датчик угла поворота; 11 - шкала; 12 – упор; 13 - опора цилиндра

5.5 Расчет изгибающих моментов и реакций опор руля

Расчетный изгибающий момент М₁, кН·м, действующий в сечении 1 баллера у верхнего подшипника равен нулю М₁ =0.

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

М₂ = F₁C₁ + F₂C₂,

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

F₁, F₂ – условные расчётные нагрузки;

М₂ = 56,5 ∙ 2.06 + 101,4 ∙ 2.06 = 325,2 кН·м.

Расчетный изгибающий момент М₃, кН·м, действующий в сечении 3 баллера (в месте соединения баллера с пером руля)

М₃ = F₁(C₁ – е) + F₂(C₂ – е) = 56,5∙ (2.06 – 0.64) + 101,4∙ (2.06 – 0.64) = 224,2 к·Нм.

Расчётная реакция R₁ опоры рулевого устройства в сечении 1:

,

где Р_I = Р_II = 0 – поперечная сила, создаваемая на баллере;

кН.

Расчётная реакция R₂ опоры рулевого устройства в сечении 2:

кН.

Приведенный момент:

(5.5)

где М_i – момент в расчётном сечении.

Приведенный момент в сечении 2:

кН·м.

Приведенный момент в сечении 3:

кН·м.