Введение

Целью курсового проекта по дисциплине «Основы конструирования судовых механизмов и устройств» является изучение методов проектирования судовых устройств, подбор деталей устройств по «Правилам».

В качестве исходных данных выбрано судно проектирование, которого ведётся в рамках курсового проекта по дисциплине «Основы кораблестроения». Это грузовой теплоход дедвейтом 5200 т класса КМICE3 1R2AUT1, основные характеристики которого:

осадка судна T= 6,24 м;

ширина судна B= 16,6 м;

длина судна L= 98,46 м;

высота борта H= 8,55м;

водоизмещение в полном грузу 7945 т;

коэффициенты полноты:

α = 0,900

β = 0,995

δ = 0,76;

площадь парусности S= 470 м²;

1 Особенности судовых устройств судов-прототипов

В обеспечении нормальной эксплуатации судов и безопасности их экипажей важную роль играют судовые устройства. Под термином «судовые устройства» принято понимать комплекс механизмов, оборудования и деталей, который обеспечивает ряд необходимых навигационных и эксплуатационных качеств судна.

Судовые устройства подразделяются на две основные группы: общесудовые и специальные. Назначение устройств, в частности общесудовых, - обеспечение безопасности плавания судна. К ним относятся: рулевые, якорные, швартовые, спасательные, грузовые, люковые, буксирные и сцепные устройства.

Кроме этих устройств, на таких судах специального назначения, как железнодорожные или автомобильные паромы, суда для перевозки контейнеров, автомобилей, грунтоотвозные шаланды, землесосы, лесовозы и другие, имеются специальные судовые устройства, присущие только этим судам, они также обеспечивают безопасность плавания судна.

1.1 Рулевые устройства

Каждое судно независимо от его назначения, за исключением некоторых типов несамоходных судов, имеет рулевое устройство, необходимое для изменения направления движения и безопасного плавания при воздействии на судно ветра, течения и волн, а также для маневрирования на узких фарватерах и в портах.

Основное назначение рулевого устройства - обеспечение управляемости судна.

Рулевое устройство состоит из следующих основных элементов:

– пера руля или поворотной насадки, непосредственно, обеспечивающих управляемость судна;

– баллера - вертикального вала для поворота руля (насадки);

– замка, соединяющего перо руля (насадки) с баллером;

– подшипников баллера, являющихся его опорами;

– румпеля (или сектора) - рычага для передачи вращающего момента на баллер руля;

– основного рулевого привода для создания вращающего момента на баллере руля и его поворота;

– рулевой машины - механизма, состоящего из комплекса передач и двигателя, обеспечивающих создание усилия на баллере руля для его вращения;

– системы управления рулевой машиной для связи поста управления судна с пусковым механизмом рулевой машины. Система управления может включать простое, следящее и автоматическое управление;

– запасного и аварийного рулевых приводов, используемых при выходе из строя основного рулевого привода;

– указателя положения руля - аксиометра, показывающего угол перекладки руля;

– ограничителей перекладки руля;

– рулевого тормоза или стопора, служащих для неподвижного закрепления руля.

Схемы расположения рулевых комплексов на судах разнообразны. В качестве рулевого органа на судах малой мощности используют однослойные рули, на судах средней и большой мощности - обтекаемые рули и поворотные направляющие насадки гребных винтов.

В зависимости от места расположения рули подразделяются на кормовые и носовые.

К расположению рулей предъявляют следующие требования:

1) Руль должен находиться в потоке воды, отбрасываемой гребным винтом.

2) Передняя кромка пера руля должна быть расположена от задней кромки лопасти гребного винта на минимальном расстоянии a_В = 0.3 м (в районе сечения лопасти гребного винта по радиусу, равному 0.7R_В, где R_В - радиус гребного винта) при длине судна 120 м. С увеличением или уменьшением длины судна это расстояние соответственно увеличивается или уменьшается на 0.025 м на каждые 15 м изменения длины судна.

3) При полной осадке руль должен быть полностью погружен в воду.

4) Расстояние между верхней кромкой пера руля и обшивкой корпуса судна принимается минимальное. Уменьшение этого расстояния приводит к повышению эффективности руля. Однако оно должно быть таким, чтобы исключалась возможность заклинивания пера руля при перекладке его с борта на борт.

5) Нижнюю кромку балансирного и полубалансирного рулей рекомендуется располагать так, чтобы при посадке судна кормой на мель она не касалась грунта.

6) У одновинтовых и двухвинтовых судов с умеренной скоростью движения ось вращения руля должна быть перпендикулярна основной плоскости судна и проходить через ось вращения гребного винта.

7) У высокоскоростных двухвинтовых судов рули рекомендуется смещать к бортам, если гребные винты имеют наружное вращение, или к диаметральной плоскости, если гребные винты имеют внутреннее вращение. в этом случае рули не попадают в зону осевых вихрей гребных винтов.

8) Если руль переложен в крайнее положение на борт, его задняя кромка не должна выходить за пределы ширины корпуса.

9) Если перо подвесного балансирного руля соединено с баллером сваркой, то его высота должна быть такой, чтобы руль можно было снять в доковых условиях.

10) Если предусмотрено гребной вал вынимать в корму, то руль смещают к борту или к диаметральной плоскости с учетом рекомендаций п. 7.

11) Если руль расположен с учетом рекомендаций п. 6, то в его пере делается отверстие для прохода вала при перекладке руля на борт. Это необходимо для выемки вала при ремонте. На время эксплуатации отверстие закрывают деревянной пробкой или заглушками.

Носовое рулевое устройство, как правило, имеет один руль, расположенный в диаметральной плоскости. Кормовое рулевое устройство может иметь один, два и более рулей. На двухвинтовых судах, плавающих в каналах и узостях, кормовой руль устанавливают в диаметральной плоскости. Это позволяет защитить его от частых поломок, но снижает эффективность его действия, так как руль работает вне винтового потока.

Другим примером может служить расположение рулей у толкачей иностранной постройки. В кормовой части устанавливают рули переднего хода, расположенные за гребными винтами, и рули заднего хода, расположенные перед гребными винтами. Количество тех и других рулей на одном толкаче достигает 12 и более. Часть рулей переднего хода работает в винтовом потоке, а рули заднего хода - вне его, так как сближению их мешают гребные валы.

Существенным недостатком рулей является резкое снижение их эффективности при уменьшении скорости хода судна. Это нередко приводит к потере маневренности на малых ходах. В свою очередь, значение маневренности возрастает при плохой видимости, движении в узостях, каналах, по акватории порта и при некоторых других обстоятельствах, когда скорость хода судна существенно снижается.

Для повышения маневренности пассажирские и грузовые суда внутреннего плавания, часто швартующиеся в шлюзах и у причалов, стали оснащать подруливающими устройствами.

Подруливающим называется устройство, предназначенное для улучшения управляемости судна при застопоренных главных двигателей или при малых скоростях движения.

Большинство существующих подруливающих устройств создают силу, направленную перпендикулярно диаметральной плоскости судна.

Подруливающее устройство состоит из дугообразной стальной трубы, гребного винта, насоса и электродвигателя. Применение носового подруливающего устройства на судах и раздельного управления поворотными насадками обеспечивает хорошую управляемость судов в разных условиях эксплуатации. Схемы рулевых комплексов с раздельным управлением поворотными насадками, применяемые в отечественном судостроении, дали возможность значительно повысить маневренные качества судов, однако такие комплексы могут быть применены не на всех типах судов. В связи с этим возникают новые схемы: с использованием водометных движителей; с тремя рулями, расположенными за одним гребным винтом или за одной постоянно направляющей насадкой; поворотные направляющие насадки с установкой за ними рулей; постоянные направляющие насадки с установкой за ними двух рулей по бортам и т.д. Разработка новых схем движительно-рулевых комплексов должна быть направлена на решение основной задачи - повышения маневренных качеств судов.

Рулевое устройство, которое установлено на судне-прототипе, приведено в

таблице 1.1.