Конструкция рулевого устройства (стр. 3 из 6)

Штырь имеет конусную часть, предназначенную для его закрепления в петле руля или пятке ахтерштевня. Конусность по диаметру не должна превышать 1:12. При установке штыря на место особое внимание обращают на уплотнение его конусной части.

Хвостовик штыря имеет нарезку, наружный диаметр которой принимают:

d_s=0,8d_c, см

где:

d_c – малый диаметр конуса штыря, см;

см.

Наружный диаметр гайки штыря принимают равным 1,5d_c, а высоту ее Н = 0,6d_c. Для предотвращения самоотдачи гайку стопорят при помощи не менее чем двух приварных планок или одной приварной планки и шплинта.

Так как штырь снабжен рубашкой, изготовленной из оловянистой бронзы, то ее толщину определим по формуле:

, см

где:

d – диаметр посадочной шейки штыря, см, d=19 см;

см.

Толщину материала петель руля и ахтерштевня за пределами отверстия для штыря принимают равной 0,5d, где d – диаметр штыря. Высота петли должна быть не меньше 1,2d.

Цилиндрическую часть штыря, вращающую в петле, снабжают износо- и коррозионно-стойкой облицовкой из бронзы БрАМц9-21, латуни ЛМц58-2, нержавеющей стали ОХ18Н10Т или белого металла. Если штырь не имеет облицовки, то в отверстие петли устанавливают бронзовую втулку. Толщина втулки в зависимости от диаметра штыря должна составлять: 10—15% при диаметре штыря до 200 мм и 5 –10% при диаметре штыря более 200 мм (большие значения процентов относятся к меньшим диаметрам). Для вращения штыря во втулке рекомендуется зазор между втулкой и облицовкой 1—1,5% при диаметре штыря до 200 мм и 0,5—1% при диаметре штыря более 200 мм.

Перо руля

Перо руля и ахтерштевень проектируют совместно, чтобы требования обтекаемости и учета влияния работы гребного винта были учтены в конструкции этих деталей. Конфигурация пера руля (проекция пера руля на диаметральную плоскость) находится в зависимости от подъема нижней кромки пера руля, от его защиты в верхней части, от обводов корпуса судна и в большой степени от типа судна, для которого проектируется руль. Подъем нижней кромки пера руля, то есть уклон линии, образующей нижнюю кромку пера от носа в корму, предусматривают, чтобы избежать повреждения руля при касании о твердый грунт. Верхнюю кромку пера руля выполняют горизонтально или параллельно обводам кормы судна, последнее предпочтительней. На судах, предназначенных для плавания в ледовых условиях, прибегают к скашиванию верхней кромки пера руля по направлению в корму, создавая между обшивкой корпуса судна и верхней кромкой пера руля некоторый угол.

Обшивка пера руля

Толщина обшивки пера руля, в мм, может быть высчитана согласно следующей формуле:

,

где:

, в кН/м²;

а – расстояние между горизонтальными ребрами или вертикальными диафрагмами, смотря по тому, что меньше, м;

k – критерий материала для обшивки пера руля;

Т – осадка судна, м;

А – площадь пера руля, м²;

Данные для расчета:

Т=9,94 м; С_R=3575,59 Н; А=24,91 м²; k=1; а=0,66 м

кН/м²;

мм.

В дальнейшем примем толщину обшивки пера руля t_p=14 мм.

Толщина горизонтальных ребер и вертикальных диафрагм не должна быть меньше 70% толщины обшивки пера руля, но и не менее чем:

, мм;

мм.

Толщина горизонтальных ребер и вертикальных диафрагм:

мм

Примем толщину горизонтальных ребер и вертикальных диафрагм t_c= 10 мм.

Размеры кронштейна руля

Распределение изгибающего момента, поперечной силы и крутящего момента может быть вычислено согласно следующей формуле:

Изгибающий момент:

, Нм

, Нм

Поперечная сила:

, Н

Крутящий момент:

, Нм

Для подтверждения установленных размеров, упругостью

кронштейна руля можно пренебречь и реакция опоры B₁ может быть вычислена согласно следующей формуле:

, Н

где: b, c, d, e_(z) смотри рисунок 3 и 4.

Рисунок 3

Рисунок 4

Данные для расчета:

b=3,78 м – положение центра тяжести площади руля;

c=3,15 м;

d=2,97 м;

e_(z)=1,1 м;

z=1,26 м;

C_R=3575,59 Н – сила, действующая на руль на переднем ходу.

Реакция опоры:

Н.

Изгибающий момент:

Нм;

Нм.

Поперечная сила:

Н.

Крутящий момент:

Нм.

Момент сопротивления кронштейна руля по оси X любой области может быть не больше чем:

, см³

где: k=1 – коэффициент, зависящий от свойств материала

см³

В поперечном сечении кронштейна руля касательное напряжение от действия поперечной силы не должно превышать величины:

, Н/мм²

где: k=1 – коэффициент, зависящий от свойств материала

Н/мм²

Нормальные напряжения кронштейна руля не должны превышать:

, Н/мм²

, Н/мм²

, Н/мм²

где:

А_Т – эффективная площадь кронштейна руля, мм²;

t_h– толщина кронштейна руля, мм².

Данные для расчета:

А_Т=3151768 мм², t_h=215 мм.

Н/мм²;

Н/мм²;

, Н/мм²

, Н/мм²

Н/мм².

Условие прочности выполнено, поэтому примем расчетные габариты кронштейна руля.

Выбор рулевой машины

Рулевой привод

Все судовые рулевые приводы предназначены Для придания вращения баллеру рули, то есть для поворота рулевого органа (руля, насадки) и установки его в необходимое положение. Основным элементом любого рулевого привода является румпель, насаженный и жестко закрепленный на баллере. Румпель может выполняться в виде рычага, сектора или диска и соединяться с приводным механизмом (рулевой машиной) гибкой или жесткой связью.

Наиболее распространенными типами рулевого привода являются: штуртросовые, валиковые, винтовые, секторно-зубчатые и гидравлические. Комбинация привода с рулевой машиной (ручной, электрической, электрогидравлической и так далее) определяет способ приведения руля в действие.

Основные требования

Рулевое устройство любого судна снабжают двумя независимыми приводам - основным и запасным.

Основной рулевой привод предназначен для маневрирования судна при максимальной скорости лереднего хода с помощью поллостью погруженного руля (поворотной насадки). Правила предписывают, чтобы время перекладки руля основным приводом с 35° одного борта на 30° другого борта не превышало 28 с. В тех случаях, когда по конструктивным соображениям руль судна имеет угол перекладки δ<35°, время перекладки с 6° одного борта на б—5° другого борта пропорционально уменьшается.

К запасному рулевому приводу требования ниже: он предназначен для маневрирования при половинной скорости (но не менее 7 уз — 3,6 м/с) с помощью полностью погруженного руля. Для запасного привода перекладка с 20° одного борта на 20° другого борта осуществляется за 60 с.