Phương pháp đo và dựng lại tuyến hình tàu thủy sử dụng máy toàn đạc điện tử

Bài viết này giới thiệu phương pháp đo tuyến hình tàu thủy sử dụng máy toàn đạc điện tử. Phương pháp này đã được áp dụng để đo và dựng lại tuyến hình tàu kiểm ngư KN-586.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ DỰNG LẠI TUYẾN HÌNH TÀU THỦY SỬ DỤNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ THE METHOD OF MEASURING AND REDRAWING THE SHIP’S LINE USING AN ELECTRIONIC TOTAL STATION LÊ MINH THỤ*, PHAN VĂN HÙNG Phòng Thiết kế, Viện Kỹ thuật Hải quân *Email liên hệ: leminhthuvkt@gmail.com Tóm tắt Khi hốn cải, đại hóa tàu qua sử dụng cần phải có vẽ tuyến hình để tính tốn lại cân bằng, ổn định cho tàu Trong trường hợp tàu cũ khơng có tài liệu cần phải đo đạc dựng lại vẽ tuyến hình tàu Bài báo trình bày phương pháp đo dựng lại tuyến hình tàu sử dụng máy tồn đạc điện tử Từ khóa: Bản vẽ tuyến hình, hốn cải, đại hóa Abstract When converting and modernizing used ships, we need to have a lines drawing to recalculate the balance and stability of the ship In case the old ship did not have this document, it is necessary to measure and redraw the ship's lines This paper will present a method of measuring and redrawing the ship’s lines using an electronic total station Keywords: Lines, Conversion, Modernization Đặt vấn đề Hiện nay, để bước đáp ứng nhu cầu số lượng phương tiện nhằm nâng cao lực quản lý, bảo vệ chủ quyền, giữ gìn an ninh, trật tự, an tồn vùng biển, đảo Tổ quốc, bên cạnh việc đầu tư đóng tàu thuyền, lực lượng quản lý, bảo vệ biển, đảo triển khai dự án đầu tư sửa chữa, khơi phục, hốn cải, đại hóa tàu qua sử dụng Trong số tàu có tàu nhận chuyển giao nước ngồi gặp Vì nghiên cứu phương pháp đo dựng lại tuyến hình tàu việc làm thiết thực cấp bách Tàu thủy đối tượng có kích thước biên dạng lớn, chiều dài đến hàng trăm mét, chiều cao lớn 10m Vì đo đạc dựng lại đường hình dáng thân tàu cơng việc phức tạp Theo kinh nghiệm thực tế, người ta dùng số phương pháp đo dựng lại tuyến hình tàu cũ như: phương pháp dùng dây - rọi, phương pháp tạo khung dưỡng, phương pháp đo sử dụng máy đo (toàn đạc, lazer - tracker, 3D scan [1], [2], [3], ) Trong viết này, tác giả giới thiệu phương pháp đo tuyến hình tàu thủy sử dụng máy toàn đạc điện tử Phương pháp áp dụng để đo dựng lại tuyến hình tàu kiểm ngư KN-586 Máy toàn đạc điện tử Máy toàn đạc thiết bị chuyên dụng ngành trắc địa, dùng để thiết lập giá trị đo vật lý gồm góc khoảng cách (Hình 1) Máy toàn đạc điện tử kết hợp máy kinh vĩ điện tử khối đo xa, hai phần kết nối với thông qua phần mềm tiện ích cài đặt máy Thiết kế máy toàn đạc dựa nguyên lý số học điện tử, biểu thị kết hình tinh thể lỏng Trong q trình lập hồ sơ thiết kế hốn cải, tính tốn lại ổn định cho tàu sau hốn cải lập thông báo ổn định cho thuyền trưởng, thiếu hụt liệu tuyến hình khó khăn lớn người thiết kế Để thực nội dung cần phải đo dựng lại tuyến hình tàu làm sở cho việc tính tốn yếu tố thủy lực, tính dung tích khoang két Hình Máy toàn đạc điện tử Sokkia SET-5X [4] Trong điều kiện nước ta, tính tốn thiết kế nâng cấp, hốn cải, đại hóa, tăng hạn phục vụ tàu cũ theo mục đích sử dụng việc làm thường Trong khối đo xa có phận thu phát tín hiệu Nguyên lý đo xa đo khoảng cách từ máy toàn đạc (bộ SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 81 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 phận thu phát tín hiệu) đến gương mục tiêu (hệ thống phản hồi tín hiệu) Máy tồn đạc phát tín hiệu phía gương mục tiêu, gương mục tiêu phản hồi tín hiệu hệ thống thu máy nhận tín hiệu phản hồi Nam Tàu có nguồn gốc tàu câu cá ngừ đại dương mang tên M.S KOEI MARU NO.58, số hiệu KGI658 (Hình 3, 4) [5] - Chiều dài lớn thân tàu Lmax = 56,90m - Chiều dài hai đường vng góc Lpp = 49,90m - Chiều rộng tàu B = 9,00m - Chiều cao mạn D = 3,85m - Chiều chìm d = 3,49m - Thuyền viên Z = 23 người - Vận tốc kinh tế vkt = 12,3hl/h - Dung tích hầm cá 472,2m3 - Dự trữ nước 25,9m3 - Dự trữ dầu cháy 330,8m3 - Dự trữ dầu bôi trơn 11,9m3 Tàu có 98 sườn thực đánh số theo thứ tự từ sườn (đuôi tàu) đến sườn 90 (mũi tàu) Khoảng sườn thực từ đuôi tàu đến sườn 12, từ sườn 82 đến mũi tàu: 550mm; từ sườn 12 đến sườn 82: 600mm Phương pháp đo tuyến hình tàu Hình Gương mục tiêu Khoảng cách cần đo tính theo cơng thức: D = vt/2 Trong đó: - D khoảng cách cần đo; - v vận tốc lan truyền tín hiệu (v = 3*10 m/s); - t thời gian lan truyền tín hiệu truyền khoảng cách cần đo Để xác định tọa độ điểm đo cần có tọa độ điểm đặt máy góc định hướng Tọa độ điểm đo tọa độ điểm đặt máy liên hệ với biểu thức sau: X1 = X0 + D*cosT*cosPV Y1 = Y0 + D*cosT*sinPV Z1 = Z0 + D*sinT Trong đó: - X1, Y1, Z1 tọa độ điểm đo; - X0, Y0, Z0 tọa độ điểm đặt máy; - D khoảng cách từ điểm đặt máy đến điểm đo; - PV góc phương vị điểm đặt máy điểm đo; - T góc tầm điểm đặt máy điểm đo Phần mềm máy tự động tính tọa độ điểm đo lưu vào nhớ máy, lưu liệu sang máy tính xem máy tính phần mềm Autocad, Excel Tàu kiểm ngư KN-586 Tàu Kiểm ngư KN-586 tàu Chính phủ Nhật Bản chuyển nhượng cho lực lượng Kiểm ngư Việt 82 Sau đưa tàu lên đốc, làm rong, rêu, hà lớp sơn bám khơng bề mặt bên ngồi tơn bao tiến hành đo tọa độ điểm bề mặt bên ngồi vỏ tàu theo trình tự bước sau: Bước 1: Xác định vị trí số lượng sườn cần đo, đánh dấu cách vạch đường phấn trắng tôn bao thân tàu Bước 2: Căng đường chuẩn ky đáy tàu dây thép Bước 3: Xác định vị trí đặt máy tồn đạc điện tử Bước 4: Đo tọa độ điểm đầu điểm cuối đường chuẩn ky đáy tàu để xác định điểm gốc trục hệ trục tọa độ Bước 5: Đo tọa độ điểm nằm mặt phẳng dọc tâm tàu (các điểm nằm sống mũi sống đuôi tàu) Bước 6: Đo tọa độ điểm sườn xác định bước Bước 7: Xử lý kết đo, dựng tuyến hình tàu Gương mục tiêu thơng thường sử dụng trình đo tuyến hình tàu gương kim loại, hình chữ nhật, kích thước 16x10mm, mặt gương mục tiêu vẽ nửa hình trịn đường tâm (Hình 2) Đối với tuyến hình đặc biệt có đường bẻ góc nhẩy bậc,… sử dụng gương mục tiêu có hình dạng kích thước phù hợp Gương mục tiêu có từ tính để tự hút chặt vào vỏ tàu đặt gương lên điểm cần đo tọa độ Số lượng gương mục tiêu cần khoảng 15÷20 Trong q trình đo, máy tồn đạc giữ cố SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 định vị trí đặt máy sàn ụ, gương mục tiêu di chuyển dọc theo sườn đánh dấu bước Việc di chuyển gương mục tiêu thực nhờ xe nâng di động, người đứng xe nâng trực tiếp đặt gương mục tiêu vào điểm đo xác định đo nhiều để tăng độ xác dựng tuyến hình Tại khu vực tàu (đoạn thân ống) triển khai số lượng đường sườn đo thưa để giảm bớt công việc đo mà đảm bảo độ xác Trên Hình Hình sơ đồ đo tuyến hình tàu kiểm ngư KN-586 Đối với tàu này, phần tuyến hình từ sườn tàu đến đuôi tàu đo 10 vị trí sườn đường sống tàu, phần tuyến hình từ sườn tàu đến mũi tàu đo 10 vị trí sườn đường sống mũi tàu, phần mút mũi phần mút tàu cịn đo 2÷3 vị trí đường đo trung gian Tọa độ điểm đo số đường phần mũi tàu thể Bảng Hình Tàu kiểm ngư KN-586 - phần thượng tầng Hình Sơ đồ đo tuyến hình nửa phía thân tàu KN-586 - Đường chuẩn ky tàu; - Điểm đặt gương mục tiêu bề mặt vỏ tàu (điểm đo); - Trục tọa độ; - Điểm đặt máy tồn đạc điện tử Hình Tàu kiểm ngư KN-586 - nhìn từ sàn ụ Theo quy trình nêu trên, Viện Kỹ thuật Hải quân phối hợp với Cơng ty đóng tàu Hồng Hà sử dụng máy toàn đạc điện tử Sokkia đo dựng lại tuyến hình tàu kiểm ngư KN-586 Ở bước 1, việc xác định vị trí số lượng sườn cần đo vào kích thước tàu, độ cong ba chiều tuyến hình tàu Có thể lấy tổng số lượng sườn cần đo 21 sườn bố trí cách dọc thân tàu (số lượng bố trí sườn số lượng bố trí sườn lý thuyết vẽ tuyến hình tàu) Trong đó, khu vực tuyến hình có độ cong lớn (phần mũi đuôi tàu) cần phải triển khai số lượng đường sườn SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Hình Sơ đồ đo tuyến hình tồn thân tàu KN-586 - Trục X thể vị trí sườn theo chiều dọc tàu, Điểm đặt gương mục tiêu bề mặt vỏ tàu (điểm đo); - Điểm đặt máy tồn đạc điện tử phía mũi tàu; Điểm đặt máy tồn đạc điện tử phía tàu Ở bước 2, việc căng đường chuẩn ky tàu thực dây thép nhỏ có đường kính Ø=0,6÷0,8 (mm), hai điểm căng dây hai đầu cách xa sai số đo dựng tuyến hình tàu nhỏ 83 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Bảng Tọa độ điểm đo số đường phần mũi tàu STT X, mm Y, mm Z, mm Đường sườn 1 26628,0 4516,2 7536,2 26583,4 4516,2 6548,1 26527,9 4521,7 1369,9 26544,0 4362,1 890,4 26654,2 3685,6 500,1 Đường sườn 29189,8 4509,9 7528,3 29169,9 4514,8 6569,7 29096,6 4513,8 1719,6 29180,2 4519,8 4160,4 10 29042,0 4302,3 956,4 11 29088,6 3464,2 491,8 … … … … Đường sống mũi tàu 91 56239,8 -0,5 7848,1 92 55117,6 1,8 6815,1 93 54000,0 -0,6 5755,4 94 53428,9 1,1 4760,2 95 53288,8 1,1 3543,2 96 53960,6 0,2 2761,3 97 54577,9 1,2 1970,0 98 54430,6 0,9 1233,0 99 53797,1 -1,3 641,3 Ở bước 3, để dựng lại tuyến hình tàu cần phải đặt máy tồn đạc số vị trí đo cho từ vị trí quan sát tồn bề mặt tơn bao vỏ tàu Tàu KN-586 tàu có tuyến hình tương đối đơn giản, máy tồn đạc đặt vị trí: vị trí phía tàu (xem Hình 5, 6) để đo phần tuyến hình từ sườn tàu đến tàu, vị trí phía mũi tàu (Hình 6) để đo phần tuyến hình từ sườn tàu đến mũi tàu Theo chiều ngang, vị trí đặt máy tồn đạc nằm cách mặt phẳng dọc tâm tàu khoảng 7÷8 (m) Theo chiều dọc, vị trí đặt máy tồn đạc phía mũi tàu nằm ngang với điểm mút phần mũi tàu, vị trí đặt máy phía tàu nằm ngang với điểm mút ngồi phần tàu Ở bước 4, sau đo tọa độ điểm đầu điểm cuối đường căng dây chuẩn ky tàu, phần mềm tích hợp máy tồn đạc điện tử xác định điểm gốc hệ tọa độ nằm đường lấy trục X hệ trục tọa độ trục qua điểm đầu điểm cuối đường căng dây Ở bước 5, sống mũi sống tàu xác định khoảng 10÷15 điểm nằm (tại mặt phẳng dọc tâm tàu) để đo tọa độ Ở phần có độ cong lớn bố trí điểm dày so với phần có độ cong nhỏ Ở bước 6, sườn xác định bước 1, xác định khoảng 7÷15 điểm để đo tọa độ Trên sườn gần mũi tàu tàu xác định số lượng điểm nhiều so với sườn tàu Trên phần mạn phẳng đáy phẳng cần xác định hai điểm đo vị trí bắt đầu vị trí kết thúc phần mạn phẳng đáy phẳng Xử lý kết đo Thông thường tuyến hình tàu đối xứng qua mặt phẳng dọc tâm tàu, việc đo tọa độ điểm tôn bao vỏ tàu cần thực bên mạn Khi tính tốn dựng ba chiều, tuyến hình bên mạn lại tàu lấy đối xứng Hình thể kết đo tuyến hình tàu KN-586 toàn thân tàu sau nhập tọa độ đo vào phần Hình Tuyến hình tàu KN-586 không gian ba chiều 84 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 mềm đồ họa Autocad 3D Có tổng số 217 điểm đo (phần từ sườn tàu đến mũi tàu có 99 điểm, phần từ sườn tàu đến đuôi tàu có 118 điểm) Các điểm đo điểm nằm bề mặt bên ngồi tơn bao, để có điểm nằm bề mặt tuyến hình lý thuyết cần phải tính tốn hiệu chỉnh tọa độ theo chiều dày tôn bao Sau hiệu chỉnh, nối điểm đo ta đường lưới, từ đường lưới tạo bề mặt lý thuyết vỏ tàu Cắt bề mặt lý thuyết vỏ tàu mặt phẳng vng góc với trục X, Y Z đường sườn, đường cắt dọc đường nước tương ứng Sau hiệu chỉnh để đường sườn, đường nước đường cắt dọc có độ cong trơn, ta tuyến hình tàu thể Hình Ưu điểm phương pháp đo tuyến hình tàu sử dụng máy toàn đạc điện tử Bảng So sánh thể tích két nhiên liệu Giải pháp đo tuyến hình máy toàn đạc điện tử giải pháp hiệu Với nhóm thực đo tuyến hình khoảng 4÷5 người, ngày làm việc xác định xác tồn liệu tọa độ điểm đo vỏ tàu có lượng chiếm nước khoảng 1000 để dựng lại tuyến hình Độ sai lệch kết tính tốn thể tích két nhiên liệu liền vỏ theo tuyến hình dựng so với liệu thiết kế ban đầu tàu 3% chấp nhận Trong điều kiện nay, việc nghiên cứu, thực tế hóa phương pháp đo dựng lại tuyến hình tàu để dùng tàu qua sử dụng, tính tốn thiết kế nâng cấp, hốn cải, đại hóa chúng theo mục đích sử dụng đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ việc làm thiết thực cấp bách Thể tích, m Tên gọi Két nhiên liệu №1 Két nhiên liệu №2 Két nhiên liệu №3 Két nhiên liệu №4 Két nhiên liệu №5 Két nhiên liệu №6 Vị trí Theo Theo hồ sơ Chênh tuyến lệch, % theo hình tàu [5] đo đạc 15,45 15,63 1,17 43,35 43,8 1,04 22,59 22,81 0,97 Mạn trái, Sn75÷81 Mạn trái, Sn66÷75 Mạn trái, Các phương pháp đo tuyến hình tàu nêu Mục thực đưa tàu lên đốc Trong phương pháp đo này, phương pháp đo máy tồn đạc điện tử có nhiều ưu điểm sau: - Độ xác cao, chương trình tích hợp máy tồn đạc tự động tính tốn, chuyển liệu trị số tuyến hình sang máy tính với định dạng Autocad, Excel,…; - Không cần công đoạn lấy cân tàu; - Không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (gió) đo; - Cơng lao động, vật tư tiêu hao không nhiều Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Sn49÷66 Sn24÷49 45,16 45,35 0,42 [1] Tài liệu giải pháp in đo quét 3D công nghiệp Cơng ty AIE - https://www.aie.com.vn/ Sn16÷24 5,43 5,54 2,03 [2] Tài liệu công nghệ đo 3D, Công nghệ Scan 3D hang GOM - http://www.gom.com [3] Tài liệu máy in 3D Spectrum Z510 hãng Zcorp - http://www.zcorp.com Mạn trái, Đi- 25,28 25,92 2,53 Sn7 Sử dụng tuyến hình nêu tàu KN-586 để tính thể tích két nhiên liệu liền vỏ bố trí dọc đáy tàu Kết tính tốn so sánh với liệu hồ sơ thiết kế kỹ thuật theo tàu thể Bảng Từ bảng so sánh ta thấy độ sai lệch thể tích két nhiên liệu liền vỏ theo tuyến hình dựng so với liệu thiết kế ban đầu nhiều 2,53% SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) [4] Tài liệu kỹ thuật máy toàn đạc điện tử http://tracdiaquyetthang.com/sanpham/maytoan-dac-dien-tu-sokkia-set-5x/ [5] Hồ sơ thiết kế kỹ thuật tàu KN-586 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 29/6/2021 07/8/2021 18/8/2021 85 ... trơn, ta tuyến hình tàu thể Hình Ưu điểm phương pháp đo tuyến hình tàu sử dụng máy tồn đạc điện tử Bảng So sánh thể tích két nhiên liệu Giải pháp đo tuyến hình máy toàn đạc điện tử giải pháp hiệu... đóng tàu Hồng Hà sử dụng máy toàn đạc điện tử Sokkia đo dựng lại tuyến hình tàu kiểm ngư KN-586 Ở bước 1, việc xác định vị trí số lượng sườn cần đo vào kích thước tàu, độ cong ba chiều tuyến hình. .. trí phía tàu (xem Hình 5, 6) để đo phần tuyến hình từ sườn tàu đến tàu, vị trí phía mũi tàu (Hình 6) để đo phần tuyến hình từ sườn tàu đến mũi tàu Theo chiều ngang, vị trí đặt máy tồn đạc nằm