Đây là tài liệu hay... Giúp các bạn nắm các bước, trình tự thiết kế 1 chân vịt chuẩn nhất, tăng lực đẩy cho tàu thủy... Tài liệu này là 1 sự lựa chọn tốt cho các bạn sinh viên ngành vỏ tàu thủy... chúc may mắn
1 NGHIÊN CỨU TỰ ĐỘNG HOÁ THIẾT KẾ V À CHẾ TẠO CHÂN VỊT T ÀU CÁ TRÊN MÁY PHAY CN C RESEARCHING THE AUTOMATICAL DESIGNING AND MANUFACTURING PROPELLER OF VIETNAMESE FISHING BOATS BY CNC MILLER Tóm tắt Bài báo trình bày tóm tắt các kết quả nghiên cứu về phương pháp, thuật toán và chương trình tự động thiết kế, vẽ mô h ình 3D và chế tạo chân vịt tàu đánh cá Việt nam trên máy phay CNC Abstract This article was presented researched results in brief about approach, algorithm and program of automatical designing, drawing 3D model and manufacturing propeller of Vietnamese fishing boats by CNC miller. 1.ĐẶT VẤN ĐỀ Như đã biết, chân vịt là bộ phận ảnh hưởng lớn đến hiệu quả l àm việc của tàu thuỷ nên vấn đề tính toán, chế tạo chính xác chân vịt theo y êu cầu thiết kế có ý nghĩa quan trọng Ở nước ta hiện nay, việc tính toán, thiết kế chân vịt t àu nói chung và tàu cá nói riêng thường thực hiện theo các mẫu chân vịt có sẵn hoặc sử dụng các chân vịt lắp sẵn theo máy và chân vịt được chế tạo thủ công bằng công nghệ đúc trong khuôn gỗ hoặc khuôn cát. Do đó chân vịt sau chế tạo có độ chính xác thấp, phải qua công đoạn gia công tinh và đánh bóng nên mất nhiều thời gian, công sức v à trong nhiều trường hợp không phù hợp với tàu. Thực tế nhận thấy, mặc d ù vấn đề tự động thiết kế, chế tạo chân vịt t àu trên máy CNC đã được nhiều nước áp dụng nhưng vì nhiều lý do về mặt công nghệ, giá th ành v v… nên công nghệ này hầu như vẫn chưa được áp dụng ở nước ta, nhất là đối với loại tàu đánh cá. Mặt khác, hầu hết công nghệ chế tạo chân vịt t àu thuỷ trên máy phay CNC c ủa các nước chỉ bắt đầu từ việc vẽ chân vịt trong các phần mềm CAD/CAM hổ trợ theo máy phay CNC do đó việc áp dụng công nghệ này vào chế tạo chân vịt ở nước ta hiện nay chưa phù hợp, nhất là với tàu cá Việt nam, với đặc điểm chính là đa số không có hồ sơ thiết kế kỹ thuật. Bài báo này giới thiệu kết quả nghi ên cứu của chúng tôi về đề t ài tự động hoá quá trình thiết kế, chế tạo chính xác chân vịt tàu cá trên máy phay CNC, vấn đề có vai trò và ý nghĩa quan trọng hiện đang được nhiều cơ sở sản xuất nước ta quan tâm. 2.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Về mặt phương pháp, để chế tạo chân vịt tr ên máy phay CNC cần giải quyết được vấn đề tính toán, thiết kế v à vẽ chính xác cánh chân vịt d ưới dạng mô hình không gian 3D. Với cách đặt vấn đề như trên, đề tài gồm các nội dung chính như sau : Xây dựng thuật toán và viết chương trình tính toán, thiết kế chân vịt Xây dựng thuật toán và viết chương trình vẽ mô hình không gian cánh chân vịt theo các thông số thiết kế. Nghiên cứu chế tạo chân vịt tr ên máy phay CNC Trong đề tài, chúng tôi lập trình thiết kế chân vịt theo phương pháp đồ thị Papmen, phương pháp có nhiều ưu điểm và cho phép tính được chân vịt tối ưu chỉ sau một lần chọn, 2 cùng với mô hình chân vịt Wageningen, loại chân vịt th ường áp dụng cho các tàu đánh cá. Khó khăn lớn nhất khi lập trình thiết kế chân vịt theo ph ương pháp Papmen chính là việc tra cứu tự động các số liệu trên đồ thị Papmen, tuy nhi ên vấn đề này đã được giải quyết nhờ kết quả nghiên cứu số hoá đồ thị thực nghiệm như đã được trình bày trong tài liệu [5]. Còn giải thuật vẽ cánh chân vịt 2D xây dựng trên cơ sở vẽ đường bao cánh ở các mặt chiếu theo phương pháp khai tri ển elip đã biết, bắt đầu từ việc vẽ mặt khai triển chân vịt thiết kế, gồm đường bao ngoài và các prophin cánh dựa theo các số liệu tính từ chân vịt mô hình. Sau đó, sử dụng phương pháp khai triển elip để vẽ các mặt trụ qua mặt khai triển nói trên để tìm các đoạn khai triển, cơ sở để dựng các hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh chân vịt. Từ bản vẽ này, xác định các số liệu để vẽ mô phỏng bề mặt cánh chân vịt ở không gian 3D và chuyển dữ liệu mô hình 3D sang phần mềm Mastercam để chế tạo trên máy phay CNC. 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Cơ sở lý thuyết thiết kế chân vịt theo đồ thị Papmen đ ã trình bày trong tài li ệu [1,2] ở đây chỉ giới thiệu s ơ đồ khối chương trình thiết kế chân vịt theo đồ thị Papmen ở chế độ hàng hải tự do, cùng với quá trình chế tạo chân vịt trên máy phay CNC (Hình 1) . Cho trước các giá trị tốc độ tàu giả thiết V(i) Tính chân vịt để tận dụng hết công suất máy Tính chân vịt để chọn máy nhằm đạt được tốc độ tàu V đã cho trước Tính các thông số mở đầu - Các hệ số dòng theo w và hệ số hút t - Tỷ số mặt đĩa , số cánh chân vịt z - Đường kính chân vịt D max - Tốc độ chân vịt V p = V t (1 – w) - Lực đẩy chân vịt P = t R 1 - Hiệu suất thân tàu k = w t 1 1 Nhập các số liệu ban đầu (chưa có máy) - Các kích thước tàu - Đường cong sức cản R = f(V) - Tốc độ chạy tàu yêu cầu V t Bắt đầu Cho trước số vòng quay giả thiết n (i) Tính hệ số 4 P )i(n V )i(K P ' n Tính hệ số tiến J’(i) 1,05J = 1,05 f(K’ n (i)) (tra theo đồ thị Papmen) Tính đường kính chân vịt D = 'J)i(n )i(V p Tính tốc độ chân vịt V p (i) = 0,515V(i) (1 – w) Tính sức cản vỏ tàu R(i) = f(V) Tính hệ số 4 d p P '' n N )i(V n )i(V )i(K Tính tốc độ chân vịt V p (i) = 0,515V(i) (1 – w) Tính sức cản vỏ tàu R(i) = f(V) Tính các thông số mở đầu - Các hệ số dòng theo w và hệ số hút t - Tỷ số mặt đĩa , số cánh chân vịt z - Đường kính chân vịt D max - Hiệu suất thân tàu k = w t 1 1 - Công suất truyền đến chân vịt N d = N e h t mt Nhập các số liệu ban đầu (cho trước máy) - Các kích thước tàu - Đường cong sức cản R = f(V) - Số vòng quay máy chính n 3 Hình 1 : Sơ đồ khối quá trình thiết kế, chế tạo chân vịt trên máy CNC Ký hiệu và ý nghĩa của các đại lượng trong sơ đồ khối trên đây được trình bày trong tài liệu chuyên ngành [3]. Ví dụ dưới đây giới thiệu kết quả tính toán, thiết kế v à vẽ mô phỏng 3D chân vịt một tàu đánh cá có các thông s ố và các số liệu nhập như trình bày trên hình 2 Tính hệ số lực đẩy K T (i) = 42 D)i(n P H/D, p = f(K T , J’ p ) (theo đồ thị Papmen) Tính công suất máy N e = thkp RV 75 Chọn máy chính trong danh mục Tính hệ số tiến J’(i) 1,05J = 1,05 f(K’ n (i)) (tra theo đồ thị Papmen) Tính đường kính chân vịt D = 'nJ )i(V p Tính hệ số mômen K Q (i) = 53 9311 Dn N, d H/D, p = f(K T , J’ p ) (theo đồ thị Papmen) Tính công suất máy N e = thkp )i(RV 75 Các số liệu của chân vịt thiết kế (z, , H/D, D) Tính theo chân vịt mô hình để dựng đường bao ngoài và các prophin cánh chân vịt Dựng các hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh của cánh chân vịt theo phương pháp khai tri ển elip Vẽ mô hình không gian 3D của chân vịt thiết kế Chuyển các dữ liệu cánh chân vịt qua máy CNC Kết thúc 4 Hình 2 : Form nhập các số liệu ban đầu Sau khi nhập xong các số liệu cần thiết, nhấp chuột vào mục Kết quả có trên Form nhập này sẽ nhận được kết quả tính các thông s ố hình học của chân vịt theo ph ương pháp đồ thị Papmen và các số liệu cần thiết để xây dựng đ ường đặc tính của chân vịt (h ình 3). Hình 3 : Bảng kết quả tính các thông số hình học của chân vịt Tiếp tục nhấp vào mục Chân vịt 3D chương trình sẽ tự động chuyển đổi các dữ liệu cần thiết sang phần mềm Autocad để vẽ chân vịt dưới dạng mô hình 3D. 5 Hình 4 : Mô hình chân v ịt tàu 3D trong phần mềm Autocad Sau khi nhận được các số liệu của bề mặt cánh chân vịt trong không gian 3D nói t rên bấm vào mục Xuất sang CNC, chương trình sẽ tự động chuyển toàn bộ dữ liệu mô hình 3D sang phần mềm CAD/CAM thông dụng để chuẩn bị chế tạo chân vịt tr ên máy phay CNC. Hình 5 là mô hình chân vịt 3D đã được chuyển vào phần mềm MasterCam để chuẩn bị thực hiện quá trình phay trên máy phay CNC. Hình 5 : Mô hình chân vịt 3D trong phần mềm Mastercam 4.KẾT LUẬN 6 Khi kiểm tra số liệu chân vịt tính từ chương trình trên nhiều tàu chúng tôi nhận thấy, kết quả tính toán, thiết kế chân vịt theo ch ương trình trên là hoàn toàn phù h ợp với thực tế. Do đó chúng tôi rất mong chuyển giao phần mềm thiết kế và quy trình chế tạo chân vịt tàu theo công nghệ CAD/CAM nói tr ên đến các đơn vị để triển khai áp dụng trong sản xuất , nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển mạnh mẽ của ngành đóng tàu nói chung và tàu đánh cá nói riêng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Công Nghị (2002), Tin học ứng dụng trong thiết kế v à đóng tàu, Nxb ĐHQG Tp HCM 2. Trần Gia Thái, Thuật toán và phần mềm số hoá đồ thị d ùng trong bài toán thi ết kế tàu 3. Trần Gia Thái (2005), Cơ sở tự động hoá trong thiết kế t àu, Đại học Nha trang 4. Trần Gia Thái, Tự động hoá thiết kế đ ường hình đáp ứng nhu cầu đa dạng của t àu nghề cá Việt nam, Đề tài NCKH B2004-33-36 5. Mikell P.Groover and Emory W.Zimmers Jr (1987), CAD/CAM – Computer Added Design and Manufacturing, Third Indian Reprint 6. Taylor D.L (1992), Computer Aid Design, Addiosn Wesley . tính toán, thiết kế chân vịt t àu nói chung và tàu cá nói riêng thường thực hiện theo các mẫu chân vịt có sẵn hoặc sử dụng các chân vịt lắp sẵn theo máy và chân vịt được chế tạo thủ công bằng công. trình chế tạo chân vịt trên máy phay CNC (Hình 1) . Cho trước các giá trị tốc độ tàu giả thiết V(i) Tính chân vịt để tận dụng hết công suất máy Tính chân vịt để chọn máy nhằm đạt được tốc độ tàu. số hút t - Tỷ số mặt đĩa , số cánh chân vịt z - Đường kính chân vịt D max - Tốc độ chân vịt V p = V t (1 – w) - Lực đẩy chân vịt P = t R 1 - Hiệu suất thân tàu k = w t 1 1 Nhập các số liệu