3.3.1. Chọn phƣơng pháp nghiên cứu
- Để kiểm tra ổn định của xuồng theo qui phạm đăng kiểm các phương tiện đóng mới tàu thuyền của Cục Đăng kiểm Việt Nam, chúng tôi tiến hành phương pháp là sử dụng các phần mềm chuyên dụng trong thiết kế tàu thủy, mô phỏng, tính toán cho xuồng và kiểm nghiệm, đánh giá lại theo các tiêu chuẩn quy phạm quy định.
1 3 2
5
4
- Nội dung của phương pháp kiểm tra ổn định của tàu thuyền được trình bày trong các tài liệu [1], [8], [14], dưới đây chỉ là ứng dụng của phương pháp này vào bài toán cụ thể.
3.3.2. Kết quả kiểm tra ổn định tĩnh của xuồng
a) Kiểm tra ổn định tĩnh của xuồng
Chiều cao tâm nghiêng ban đầu: h0min = 0,15 0,45 (m) Chiều cao tâm nghiêng thực tế được xác định theo công thức: h0 = + ZC - Zg + Δh0
Trong đó: : Bán kính tâm nghiêng ngang, được xác định theo công thức:
= K . (m)
Với K : Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào dạng đường nước. Đường nước dạng cong lồi: K = 1,03 + 0,05. Chọn K = 1,03 Vậy: = 0,068 (m)
+ ZC: cao độ tâm nổi: ZC = KC . T (m)
KC: hệ số thực nghiệm. Ta có: Fr = 0,58 > 0,28; chọn KC = 1,2 ZC = 0,072 (m)
+ Zg: Cao độ trọng tâm Zg = Kg. H
Với Kg: Hệ số thực nghiệm; Kg = 0,63 0,7. Chọn Kg = 0,064 Zg = 0,054 (m)
+ Δh0: ảnh hưởng của mặt thoáng ban đầu.
Δh0 = (0,1 0,5)m (Δh0 luôn mang dấu âm). Chọn Δh0 = 0,1 m h0 = 0,065 (m) h0 > h0min: xuồng đảm bảo điều kiện ổn định.
b) Kiểm tra chòng chành của xuồng
Chu kỳ chòng chành của xuồng theo quy phạm [T] = (3 12) n Chu kỳ chòng chành thực tế của xuồng, được xác định theo công thức: T 12 B . 2 2
[T] = C . , chọn C = 1,25
[T]= 3,46 (n) [T]> [Tmin xuồng thỏa mãn điều kiện chòng chành.
3.3.3. Kiểm tra cân bằng và ổn định của xuồng trong các trạng thái tĩnh
- Để kiểm tra tính cân bằng và ổn định của xuồng, chúng tôi áp dụng các công thức tính toán cân bằng và ổn định đã được lập ở chương 2, sử dụng các phần mềm chung dùng trong tính toán thiết kế tàu thuyền để xác định các thông số kiểm tra, kết quả tính toán được thể hiện ở bảng dưới đây:
Bảng 3.1 Trạng thái đủ thiết bị + 100% dự trữ : (TT1) Số TT Trọng lượng thành phần Pi (T) Xi (m) Zi (m) Pi.Xi (Tm) Pi.Zi (Tm) 1 Xuồng không 0.051 -0.136 0.018 -0.020 0.016 2 Trọng lượng người 0.120 -0.104 0.26 -0.031 0.078 3 Trọng lượng thiết bị 0.031 -0.150 0.077 -0.032 0.016 Tổng cộng 0.202 0.082 0.11
Lượng chiếm nước, D (T) 0.202 Hoành độ trọng tâm, XG (m) -0.107 Cao độ trọng tâm, ZG (m) 0.367 Bảng 3.2 Trạng thái đủ thiết bị + 10% dự trữ (TT2) Số TT Trọng lượng thành phần Pi (T) Xi (m) Zi (m) Pi.Xi (Tm) Pi.Zi (Tm) 1 Xuồng không 0.051 -0.136 0.018 -0.020 0.016 2 Trọng lượng người 0.120 -0.104 0.026 -0.031 0.078 3 Trọng lượng thiết bị 0.031 -1.476 0.034 -0.031 0.016 Tổng cộng 0,202 -0.082 0.11
Lượng chiếm nước, D(T) 0,018 Hoành độ trọng tâm, XG (m) -0.014 Cao độ trọng tâm, Z
0
h B
- Việc tính toán kiểm tra cân bằng, ổn định cho xuồng khi hoạt động và xuồng được neo đậu đứng yên không chuyển động, được tính toán cho những trường hợp nguy hiểm nhất cho xuồng. Cân bằng ổn định của xuồng khi hoạt động được tính toán thay bằng các tác động của ngoại lực vào xuồng đứng yên. Các ngoại lực này sinh ra do khi xuồng hoạt động gây ra. Ở đây khi xuồng hoạt động chủ yếu người ngồi trên xuồng.Khi xuồng hoạt động sinh ra các tải trọng bao gồm khối lượng lưu động, sung lực gây ra, các ngoại lực khác sinh ra.
. .
xl
F QV; GQ g S l. . .
- Tất cả các ngoại lực này là các ngoại lực chủ yếu gây ra sự mất cân bằng ổn định cho xuồng. Việc tính toán cân bằng ổn định cho xuồng khi xuồng hoạt động được thể hiện trong các bảng tính dưới đây:
Bảng 3.3 Tính khối lượng trọng tâm xuồng:
STT Trọng lượng thành phần Pi (T) Xi (m) Zi (m) Pi.Xi (Tm) Pi.Zi (Tm) 1 Xuồng không 0,051 -0.0235 0.0314 -0.0423 0.0565 2 Người ngồi trên xuồng 0,120 -0.0260 0.0650 -0.0031 0.0078 3 Bình tích trữ tạo lực đẩy chính 0,031 -0,020 0.0964 -0.0454 0.0633
Lượng chiếm nước, D (T) 0,202 Hoành độ trọng tâm, XG (m) 0,0036 Cao độ trọng tâm, ZG (m) 0,0330 Bảng 3.4 Tổng hợp kiểm tra theo quy phạm
TÊN GỌI Ký hiệu Đơn vị TS
Chiều cao ổn định ban đầu của xuồng ho m 0.070
Chiều cao ổn định ban đầu theo quy phạm hcf m >0.15
Cánh tay đòn ổn định tại = 30o lt30 m 0.080
Cánh tay đòn ổn định tại = 30o theo quy phạm lt30 m >0.020 Cánh tay đòn ổn định lớn nhất của xuồng ltmax m 0.075
TÊN GỌI Ký hiệu Đơn vị TS
Góc tương ứng với cánh tay đòn lớn nhất của xuồng qltmax độ 30.0 Góc tương ứng với cánh tay đòn lớn nhất theo quy
phạm qltmaxqp độ >15
Diện tích đường cong OĐ tĩnh đến = 15o và q = 30o
của xuồng S15-30 mr 0.070
D.tích đường cong OĐ tĩnh đến =15o và = 30o
theo quy phạm S15-30qp mr 0.055
Diện tích đường cong OĐ tĩnh giữa = 30o và = 40o của tàu
S30-40 mr 0.048 Diện tích đường OĐ tĩnh giữa = 30o và = 40o theo
quy phạm
S30-qvnqp mr 0.03
Nhận xét: căn cứ vào kết quả thu được bảng trên, so sánh qui phạm thiết kế tàu thuyền thì xuồng thiết kế hoàn hoàn đạt yêu cầu khi xuồng hoạt động.
3.4. Xác định khả năng cân bằng và ổn định của xuồng 3.4.1. Chọn phƣơng pháp nghiên cứu
Cân bằng và ổn định của xuồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, để xác định khả năng cân bằng và ổn định của xuồng hoạt động thực tế chúng tôi tiến hành thực nghiệm, có nhiều phương pháp thực nghiệm, trong luận văn này chúng tôi lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Nội dung của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong được trình bày trong các tài liệu. Trong luận văn này chúng tôi chỉ ứng dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định khả năng cân bằng và ổn định của xuồng du lịch.
3.4.2. Chọn chỉ tiêu đánh giá
Chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá xuồng du lịch đó là tính cân bằng và ổn định của xuồng trong các trạng thái hoạt động của nó, do vậy chỉ tiêu đánh giá chất lượng và
yêu cầu kỹ thuật của xuồng chính là tính cân bằng và ổn định. Chỉ tiêu chúng tôi lựa chọn để đánh giá đó là góc lắc ký hiệu φ hình 2.1.
3.4.3. Chọn các tham số ảnh hƣởng đến chỉ tiêu đánh giá
Từ kết quả đã phân tích tính toán ở chương 2 ta nhận thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng và ổn định như sau:
- Các yếu tố về trọng lượng của người bị lệch sang một bên: như đã phân tích tính toán ở chương 2 trường hợp nguy hiểm nhất xuồng bị lật là khi người bị lệch sang một bên, khi này trọng tâm của xuồng lệch ra khỏi trục cân bằng của xuồng, trọng tâm này tạo ra mômem gây lật xuồng, trong trường hợp này cộng thêm gió và các ngoại lực khác nữa thì xuồng bị lật là rất cao. Để xác định khả năng ổn định của xuồng khi trọng lượng người đặt lệch sang một bên, chúng tôi lựa chọn tham số này để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm.
- Các yếu tố về ngoại lực tác dụng: các yếu tố này bao gồm có gió lốc, sóng.., đây là các yếu tố ngoại lực làm ảnh hưởng đến khả năng cân bằng và ổn định của xuồng, sông xuồng du lịch chủ yếu hoạt động ở trên các kênh rạch trong khu du lịch nên gió lốc và sóng là nhỏ, do vậy các yếu tố này ảnh hưởng không lớn đến cân bằng và ổn định của xuồng, trong luận văn này chúng tôi không có điều kiện nghiên cứu thực nghiệm với thay đổi của gió lốc, sóng đến cân bằng và ổn định của xuồng.
- Khi xuồng vượt cạn để di chuyển từ kênh này sang kênh khác thì xuồng có thể bị mất cân bằng và ổn định, đồng thời trong quá trình xuồng kéo trên cạn có nhiều chướng ngại vật như mô đất, gốc cây... làm cho xuồng bị lật. Để xác định khả năng ổn định khi xuồng vượt cạn chúng tôi cũng tiến hành thực nghiệm trường hợp này
- Khi xuồng rẽ vào kênh vuông góc: Do trong khu du lịch có một mạng lưới kênh tương đối hoàn chỉnh, các kênh chính, kênh nhánh nối vuông góc với nhau, khi xuồng chuyển động từ kênh chính vào kênh nhánh thì phải chuyển hướng chuyển động 90 độ, do vậy lực ly tâm tạo ra có thể làm cho xuồng bị lật, lực ly tâm phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xuồng. Do vậy để đánh giá khả năng cân
bằng và ổn định khi xuồng vào đường vòng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trường hợp này.
Tóm lại: có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cân bằng và ổn định của xuồng, có nhiều yếu tố ngẫu nhiên trong điều khiển như sóng gió, do vậy đề tài chọn ở một giá trị nhất định để nghiên cứu. Có một số yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến cân bằng và ổn định của xuồng và có thể điều chỉnh dễ dàng trong thực tế, nên đề tài chọn làm tham số ảnh hưởng đến chỉ tiêu cân bằng và ổn định đó là:
- Trọng lượng người đặt lệch sang một bên ký hiệu G, kg; - Độ dốc ngang địa hình khi xuồng vượt cạn ký hiệu α, độ; - Vận tốc khi xuồng rẽ nhánh vào kênh vuông góc ký hiệu v, m; - Áp lực khi xuồng hoạt động, P, kg/cm2;
3.4.4. Phƣơng pháp đo các đại lƣợng nghiên cứu
a) Phương pháp đo góc lắc φ
Góc lắc φ là chỉ tiêu đánh giá khả năng cân bằng và ổn định ngang của xuồng, góc lắc φ là góc hợp bởi trục cân bằng với trọng tâm của xuồng thể hiện trên hình 3.1
Y Y G o Ps Ps Y Y Y1 Y1 o2 o o2 a G o3 (a) (b) φ
Góc lắc φ của xuồng càng lớn xuồng càng mất ổn định, khi xuồng ở trạng thái cân bằng và ổn định góc lắc φ = 0.
Để xác định góc φ chúng tôi tiến hành như sau buộc treo dọi vào trục cân bằng của xuồng ở vị trí tọa độ trọng tâm của xuồng điểm (O trên hành 2.1), trên tục cân bằng có gắn thước đo độ, sử dụng trọng lượng người và thiết bị để làm cho xuồng nghiêng đi một góc nhất định, bằng thước đo độ ta xác định được góc lắc φ
b) Phương pháp xác định trọng lượng và chiều dài
Để xác định trọng lượng của người và thiết bị chúng tôi sử dụng cân bàn để cân, để xác định chiều dài, các kích thước chúng tôi sử dụng thước mét
Để xác định vận tốc chúng tôi đo chiều dài và thời gian xuồng chạy, do chiều dài bằng thước mét, đo thời gian xuồng chạy bằng đồng hồ bấn giây.
3.4.5. Phƣơng pháp xử lý kết quả thí nghiệm
Theo định luật số lớn thì phân bố xác suất trung bình mẫu tiệm cận chuẩn . Công thức ước lượng mẫu tổng thể là:
1 . . 12 12 n S u X n S u X P m (3.4)
Trong đó: X - trị số trung bình mẫu tổng thể; S - tiêu chuẩn mẫu; - mức ý nghĩa.
= 0,05 ; 1 - = 0,95 tra bảng uα12 = 1,96. Nếu gọi là sai số tuyệt đối của ước lượng, ta có: U12. S P X.( m X 1
n
Dung lượng mẫu cần thiết là:
2 4 12 2 2 . .10 . % ct c u S n X (3.5)
3.4.6. Kết quả xác định khả năng cân bằng và ổn định của xuồng
a) Xác định khả năng ổn định của xuồng khi xuồng vào đường cong, rẽ nhánh
Chúng tôi tiến hành thực nghiệm như sau: cho xuồng chuyển động với các vận tốc khác nhau để rẽ vào kênh nhanh vuông góc, kênh chính rộng 6m, kênh nhánh rộng 3m, vận tốc xuồng thay đổi từ 3km/h đến 5km/h. Kết quả thực nghiệm được nghi ở phụ lục 2, sự phụ thuộc của góc lắc đến vận tốc rẽ nhánh được thể hiện trên hình 3.4.
Hình 3.6 Sự phụ thuộc của góc lắc φ của xuồng với vận tốc rẽ nhánh
Nhận xét: Khi vận tốc của xuồng rẽ nhánh vào kênh vuông góc lớn thì góc lắc φ lớn, khi xuồng chạy với vận tốc lớn nhất 5km/h rẽ vào kênh vuông góc thì góc lắc φ=22 độ, xuồng vẫn không bị lật. Để đảm bảo an toàn cân bằng và ổn định cho xuồng khi xuồng rẽ vào kênh vuông góc thì nên giảm tốc độ xuống dưới 2 km/h.
b) Xác định khả năng ổn định khi xuồng vượt cạn
Để xác định khả năng ổn định khi xuồng vượt cạn chúng tôi tiến hành thực nghiệm như sau: dùng sức của nhiều người để kéo xuồng qua địa hình có độ dốc nghiêng ngang khác, sau đó xác định góc lắc của xuồng. Kết quả thực nghiệm được, sự phụ thuộc của góc lắc đến độ dốc địa hình được thể hiện trên.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9 10 11 12 13 14 15 Vận tốc của xuồng km/h G óc lắc c ủa xu ồn g ( độ)
Hình 3.7 Sự phụ thuộc của góc lắc φ của xuồng với độ dốc nghiêng ngang.
Nhận xét: Góc lắc của xuồng sấp sỉ bằng với góc nghiêng ngang của địa hình khi xuồng vượt cạn φ ≈ α. Để xuồng cân bằng và ổn định khi vượt cạn nên kéo xuồng qua địa hình có độ dốc nghiêng ngang ≤ 25 độ.
3.4.7. Thông số kỹ thuật của xuồng du lịch.
Sau khi thu được kết quả nghiên cứu thực nghiệm, chúng tôi tổng hợp các thông số kỹ thuật của xuồng du lịch ở bảng 3.1
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của xuồng du lịch
TT Thông số kỹ thuật của thiết bị Đơn vị tính Thông số khảo nghiệm
1 Công suất của xuồng kw 3,56
2 Vận tốc di chuyển của xuồng km/h 5
3 Kích thước xuồng ( dài x rộng x cao) m 3 x 1,2 x 0,7
4 Tải trọng của xuồng tấn 0,202
5 Trọng lượng bản thân xuồng tấn 0,051
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 5 7 9 11 13 15 17
Độ dốc nghiêng ngang của địa hình (độ)
G óc lắc c ủa xu ồn g ( độ)
3.5. Kết luận chƣơng 3
Với kết quả nghiên cứu thực nghiệm thu được ở phần trên tôi có một số kết luận sau:
1. Sử dụng các phần mềm chuyên dùng trong tính toán thiết kế tàu thuyền đã xác định được các yếu tố cân bằng và ổn định của xuồng du lịch. Kết quả tính toán kiểm tra so với qui phạm ổn định của Cục Đăng kiểm Việt Nam xuồng tính toán thiết kế đạt yêu cầu về tính cân bằng và ổn định. Như vậy mô hình tính toán theo lý thuyết ở chương 2 là chấp nhận được.
2. Bằng nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được thông số kỹ thuật của xuồng du lịch, các thông số kỹ thuật này thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật của thiết bị chuyên dụng của xuồng du lịch.
3. Bằng nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đã xác định được giá trị tham số ảnh hưởng đến cân bằng và ổn định của xuồng du lịch, kết quả thực nghiệm xác định được khi trọng lượng người và thiết bị đặt lệch sang một bên xuồng ≤80kg thì xuồng vẫn đảm bảo an toàn về cân bằng và ổn định.
4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được khi xuồng chạy với vận tốc ≤ 3km/h rẽ vào kênh nhánh vuông góc thì xuồng vẫn ổn định không bị lật.
5. Khi xuồng vượt cạn trên địa hình có độ dốc nghiêng ngang ≤ 25 độ thì xuồng đảm bảo an toàn về ổn định, vận tốc của xuồng phải > 3km/h thì