tiểu luận thiết kế tàu thuyền

Trong phạm vi thiết kế của đồ án bày, tôi chọn phương pháp xây dựng đường hình dựa trên tàu mẫu và điều chỉnh cho phù hợp với các thông số kích thước đã chọn, đồng thời đáp ứng đúng v

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta là một trong những nước có đường biển tương đối lớn và nguồn nhân lực dồi dào, phù hợp để phát triển ngành công nghiệp này Vì vậy, những năm gần đây nước ta đã chọn nghành công nghiệp đóng tàu là ngành ưu tiên hàng đầu và đóng vai trò tiên phong trong chiến lược phát triển đất nước Bên cạnh đó, nhằm khai thác nguồn lợi thủy sản, cũng đã tăng cường theo hướng phát triển đội tàu cá

Môn học Thiết kế tàu thuyền là một môn học quan trọng và không thể thiếu đối với sinh viên chuyên ngành đóng tàu Nó giúp sinh viên có thêm kiến thức về nhiều loại tàu, trong đó có tàu vỏ gỗ…Trong bài này em tiến hành tính toán thiết kế sơ bộ tàu đánh cá lưới rê, vỏ gỗ

Qua quá trình tìm hiểu tài liệu và tham khảo tàu mẫu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Văn Nhu, em đã hoàn thành bài thiết kế được giao Do kiến thức

có hạn nên bài làm chắc chắn còn nhiều sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo của Thầy

và các bạn để bài hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Phạm Thanh Chương

gốc chủ yếu trong công tác thiết kế tàu, có tính chất quyết định đến chất lượng của con tàu thiết kế Để lập nhiệm vụ thiết kế ta dựa chủ yếu vào các yêu cầu sau:

- Dựa trên cơ sở mục đích công tác thiết kế

- Căn cứ vào các yêu cầu khách hàng

- Căn cứ vào đặc điểm ngư trường, nguồn lợi và đối tượng đánh bắt

- Căn cứ vào công dụng, cỡ loại

- Căn cứ vào yêu cầu quy phạm hiện hành

Ta có thể xây dựng nhiệm vụ thư thiết kế như sau:

1 Loại tàu và công dụng: Tàu đánh cá lưới rê, vỏ gỗ, hoạt động xa bờ, thiết kế theo

mẫu dân gian, thuộc tàu đánh cá loại nhỏ

2 Xác định các kích thước của tàu:

Căn cứ vào tàu thực tế, ta xác định các kích thước cho tàu thiết kế:

- Chiều dài lớn nhất: Lmax = 16 (m)

- Chiều rộng lớn nhất: Bmax = 4,2 (m)

- Chiều cao mạn: H = 2,2 (m)

Theo qui phạm ta xác định được mạn khô tối thiểu là 347 (mm), ta chọn mạn khô là F

= 575 (mm)

Từ đó, ta xác định chiều chìm trung bình: T = 1,625 (m)

Như vậy ta xác định được các thông số tiếp theo của tàu:

- Chiều dài thiết kế: Ltk = 14,93 (m)

- Chiều rộng thiết kế: Btk = 4,045 (m)

Từ đó, ta xác định được các hệ số hình dáng của tàu:

3 Tốc độ hàng hải tự do: V = 8 (hl/h).

4 Vùng hoạt động: Ngư trường Khánh Hòa (vùng hạn chế II).

5 Thời gian hoạt động: Thời gian một chuyến đi biển là 7 ngày.

6 Biên chế thuyền viên: 7 người.

7 Bố trí buồng máy: Phía đuôi tàu.

8 Trang thiết bị khai thác: Phù hợp với nghề đánh cá lưới rê.

10.Vật liệu đóng tàu: Gỗ nhóm II, loại cứng, hạng A.

11 Thiết kế tuyến hình tàu:

- Đường hình lý thuyết tàu là bản vẽ kỹ thuật đầu tiên, nền móng ghi nhận một cách chính xác từng điểm trên bề mặt con tàu, là cơ sở tính toán nguyên cứu về mặt khoa học công nghệ tàu thủy Do hình dáng hình học ảnh hưởng lớn đến tính năng của tàu nên bản vẽ đường hình có vai trò rất quan trọng, là công cụ thông tin chính xác về tính năng của tàu đi trên biển

1 Các kích thước chính:

- Chiều dài lớn nhất: Lmax = 16 (m)

- Chiều dài thiết kế: Ltk = 14,93 (m)

- Chiều rộng lớn nhất : Bmax = 4,2 (m)

- Chiều rộng thiết kế: Btk = 4,045 (m)

- Chiều cao mạn tàu: H = 2,2 (m)

- Chiều chìm trung bình: T = 1,625 (m)

Bước 2: Sau khi tính toán xong ta tiến hành dựng đường hình tàu như sau:

- Dựng sườn đường nước

- Dựng sườn cắt dọc

- Dựng sườn cắt ngang

Bước 3: Ta tiến hành vẽ đường hình phù hợp trên 3 hình chiếu và hiệu chỉnh cho phù hợp

3 Bản vẽ đường hình:

- Xử lý lại bản vẽ đường hình tàu mẫu cho đúng, phù hợp

- Xác định sườn lý thuyết của tàu thiết kế

- Xây dựng bảng tọa độ đường hình

Trong phạm vi thiết kế của đồ án bày, tôi chọn phương pháp xây dựng đường hình dựa trên tàu mẫu và điều chỉnh cho phù hợp với các thông số kích thước đã chọn, đồng thời đáp ứng đúng và đủ các yêu cầu đặt ra trong nhiệm vụ thư Khi đó ta có bản vẽ tuyến hình tàu.

Từ bản vẽ đường hình trên ta tiến hành đo và thiết lập bảng toạ độ đường hình và cho kết quả ở bảng sau

BẢNG TRỊ SỐ TUYẾN HÌNH

SƯỜN ĐN0 ĐN1 ĐN2 ĐN3 ĐN4 ĐN5 MÉP BOONG MẠN CD0 CD1 CD2 CD3 CD4 MÉP BOONG MẠN SƯỜN

PHẦN 2 TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ TÍNH NỔI:

1 Tính toán xây dựng đồ thị đường cong các yếu tố tính nổi:

1 Các yếu tố tính nổi mặt đường nước:

- Tính diện tích mặt đường nước S:

2

3 2

o

y y y y

y y

O

S S S S

S S S T

2

5

.5

4

3

2

10

10 0 10

2 1 0

0 10

0 10 1

9 2

8 3

7 4

6 5

y y y

y y y

y y

y y y

y y

y y

y y

y y

L

X f

+

−++++

−+

−+

−+

−+

+

−+

+

+

=

2

2

5 0 5 2

1 0

5 5 0 0 5 5 1

1 0 0

S S S S

S S

X S X S X

S X

S X

4 3 2 1 0

2/1

2

554.3.2.1.0

S S S

S S S S S

S S S

S S S S S T

+

−++++

3 0

3 10 3 10

3 9

3 2

3 1

3 0 2

2

y y y y y

y y

L dx

y I

L

L

- Bán kính tâm ổn định ngang:

5 ) (

5

) (

1 0 2

2 0 10

2 4

2 5 3 2

2

2

y y

L dx y x I

i i

L B

i i

T B

i

T B L

- Trong hệ toạ độ Oxy, với trục Oy biểu diễn các mớn nước Ti và tương ứng với các mớn nước lấy theo trục Ox giá trị các yếu tố tính nổi tính cho mớn nước đó theo các tỷ lệ xích nhất định

- Giá trị các yếu tố tính nổi ở mớn nước bất kỳ sẽ được xác định bởi giao điểm của mớn nước tính theo tỷ lệ xích của trục tung với các đường cong tính nổi, tính theo tỷ lệ xích trục hoành

- Thường chia 3 nhóm đồ thị có cùng gốc tọa độ là nhóm đường V, D, S = f(T), nhóm Xc, Xf,

Zc , r, R = f(T), nhóm α, β, δ = f(T)

3 Tính toán và xây dựng đồ thị Bonjean:

* Đồ thị bonjean là tập hợp các đồ thị thay đổi của:

- Đường cong diện tích mặt cắt ngang, biểu diễn bằng đường thực trên hình vẽ Đường cong diện tích mặt cắt ngang biểu diễn diện tích của mặt cắt ngang ở các mớn nước khác nhau

- Đường cong mômen diện tích mặt cắt ngang, biểu diễn mômen của diện tích mặt cắt ngang ở các mớn nước khác nhau đối với đường chuẩn đáy, biểu diễn bằng đường khuất

- Dùng đường Bonjean có thể tính được thể tích chiếm nước V, vị trí tâm nổi xc, zc của tàu ở

n i

y y y

n i

y n y y i

0

02

(m3)

* Cách thực hiện:

- Lần lượt tính giá trị diện tích của các mặt cắt ngang của tàu ωi(i=0÷n) tương ứng với sự

thay đổi của mớn nước Tj (j=0÷k).

- Dựng hệ trục OTω, trong đó trục tung OT biểu diễn mớn nước tàu T và trục hoành Oω

biểu diễn chiều dài tàu L theo tỷ lệ xích nhất định

- Tại vị trí mặt cắt ngang thứ i, lần lượt đặt theo các mớn nước Tj (j=0÷k) các đoạn biểu

diễn cho gía trị diện tích cho các mặt cắt ngangωitheo một tỷ lệ xích nhất định và nối đỉnh

các đoạn thẳng lại với nhau để hình thành các đồ thị ω=f(T).

- Tương tự ta cũng tính toán xây dựng được đường cong mômen

- Chú ý tỷ lệ theo chiều dài và chiều cao tàu phải khác nhau và phải ghi đầy đủ tỷ lệ xích của các đại lượng trên đồ thị

2 Các bảng tính tổng hợp.

1 Bảng tính các yếu tố tính nổi:

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

y i (m)

Tổng tích phân S(2)

Diện tích mặt cắt ngang ω=ΔT.(3) (m 2 )

Tay đòn i

(2).(5) Tổng tích phân

S(6)

Mômen diện tích

M ω =ΔT 2 (7) (m 3 )

4 Bảng tổng hợp đồ thị Bonjean:

2 Đồ thị bonjean, thủy tĩnh:

PHẦN 3 THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG:

Dựa vào tàu thực tế KH 94959 TS ta tiến hành xây dựng bản vẽ bố trí chung cho tàu thiết kế

Thiết kế bố trí chung toàn tàu ảnh hưởng trực tiếp đến yêu cầu sử dụng, tính năng hàng hải và tính kinh tế của con tàu Thiết kế bố trí chung toàn tàu là một khâu quan trọng trong quá trình thiết kế mới một con tàu Khi thiết kế bố trí cần chú ý những nguyên tắc sau:

+ Dung tích các khoang có đủ hay không

+ Ảnh hưởng bố trí các khoang đối với nghiêng ngang, nghiêng dọc và chiều cao trọng tâm của tàu

+ Đảm bảo điều kiện thuận lợi trong thao tác đánh bắt và sinh hoạt trên tàu

+ Lắp đặt thiết bị hợp lý, thao tác dễ dàng, an toàn

+ Khi bố trí cần phải tuân thủ đúng yêu cầu của Qui phạm

Đặc điểm bố trí của tàu:

Do tàu thường xuyên làm việc trong điều kiện sóng gió hết sức phức tạp nên việc thiết

kế bố trí chung toàn tàu, trước hết phải xét tới yêu cầu về an toàn trong đánh bắt và điều kiện sinh hoạt của thuỷ thủ đoàn trên tàu

Trong khi lựa chọn kích thước và hình dáng thân tàu cũng như việc bố trí phải chú ý đặc biệt đến tính ổn định và tính năng hàng hải của tàu

Tàu thiết kế với khoảng cách sườn không được lớn hơn trị số sau:

a = L + 20 = 14,93 + 20 = 34,93 (cm)

Vậy khoảng cách sườn ta chọn a = 34 (cm)

3.1.1 Bố trí phía trên boong.

+ Từ sườn số 2 ÷ 12: là boong sinh hoạt, bố trí hầm lên xuống khoang lái + Từ sườn số 12 ÷ 18: là thượng tầng

3.1.2 Bố trí dưới boong.

Tính từ phía lái về phía mũi tàu được chia như sau:

- Từ sườn số -3 ÷ 4: là khoang lái

- Từ sườn 4 ÷ 18: khoang máy

- Từ sườn 18 ÷ 33: là các khoang chứa cá, bố trí 3 khoang cá :

+ Sườn 23 ÷ 28 : khoang cá 2.

+ Sườn 28 ÷ 33 : khoang cá 3

- Từ sườn 33 ÷ 39 : hầm lưới

-Từ sườn 39 đến mũi : khoang mũi

PHẦN 4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH:

1 Tính phân bố trọng lượng tàu:

D = P = Pv + Pm + Pc + Plt + Ptv + Pnước + Pnl + Plưới,ngư cụ + Pđá = 70 (tấn)

- Trọng lượng thuyền viên, hành lý: Ptv = 0,058.7 = 0,4 (tấn)

Định mức mỗi người có trọng lượng 58 (kg)

- Trọng lượng dự trữ nước ngọt: Pn = 0,003.7.7 = 0,15 (tấn)

Định mức mỗi người tiêu thụ 1 ngày 3 lít nước

- Trọng lượng nhiên liệu, dầu nhờn:

1000

1708

50.350.1000

29

.1000

+ l: là khoảng cách giữa ngư trường và bến, l = 50 (hl)

+ q: lượng tiêu hao nhiên liệu của máy chính (kg/ml.h), q = 170 (kg/ml.h)

+ t: là thời gian đánh bắt (giờ), t = 7.24 = 168 (giờ)

+ V: tốc độ tàu, V = 8 (hl/h)

+ Ne: Công suất máy chính (ml), chọn Ne = 350 (mã lực)

- Trọng lượng lưới, ngư cụ: Pl = 4 (tấn)

- Trong lượng vỏ tàu không:

Pv = D - ( Pm + Pc + Plt + Ptv+Pnước + Pnl + Plưới,ngư cụ + Pđá)

= 70 - (4 +12 + 0,1 + 0,42 + 0,15 + 10,06 + 4 + 5) = 34,30 (tấn)

2 Các trường hợp tải trọng của tàu:

Để đảm bảo cho tàu hoạt động an toàn ở mọi tình huống, ta tiến hành tính toán ổn định cho tàu ở các trường hợp tải trọng có thể mà ở đó tính ổn định của tàu đáng lo ngại

nhất Với các trường hợp này mà tàu vẫn đảm bảo ổn định thì tàu được xem là đảm bảo ổn định trong mọi trường hợp và được phép hoạt động

Ta tính toán ổn định ở 4 trường hợp tải trọng:

- Trường hợp 1: Tàu ra ngư trường với 100% nhiên liệu và 100% các dữ trữ.

- Trường hợp 2: Tàu từ ngư trường trở về với toàn bộ cá trong hầm và 10% dữ trữ, nhiên liệu

- Trường hợp 3: Tàu từ ngư trường trở về với 20% sản phẩm ở trong hầm và 70% dự trữ và 10% nhiên liệu

- Trường hợp 4: Tàu ở ngư trường với 100% dự trữ, 25% dự trữ nhiên liệu và nắp hầm mở

Khi tính toán việc xác định tọa độ của các thành phần trọng lượng được đo trên bản vẽ

bố trí chung

Xét các trường hợp tải trọng:

- Trường hợp 1: Tàu ra ngư trường với 100% nhiên liệu và 100% các dữ trữ.

Bảng tọa độ của các thành phần trọng lượng trường hợp 1

Trường hợp 1: Tàu ra ngư trường với 100% nhiên liệu và 100% các dự trữ.

- Trường hợp 2: Tàu từ ngư trường trở về với toàn bộ cá trong hầm và 10% dữ trữ, nhiên liệu.

Trường hợp 2: Tàu từ ngư trường trở về với toàn bộ cá trong hầm 10% dự trữ và nhiên liệu.

Trường hợp 3: Tàu từ ngư trường trở về với 20% sản phẩm trong hầm và 70% dự trữ, 10% nhiên liệu.

Trường hợp 4: Tàu ở ngư trường với 100% dự trữ, 25% dự trữ nhiên liệu và nắp hầm mở.

3 Tính toán tay đòn ổn định cho tàu thiết kế.

- Tay đòn ổn định tĩnh được tính theo công thức gần đúng của Giáo sư Vlaxôv

α+

+ r0 : bán kính ổn định của tàu tại góc nghiêng θ = 00 được tính theo công thức Ơle

T

B r

2 2

2 90

B T

H k

α α

δ

δααα

H k

δ

δα

α+

90

0 90

y

Z Z r

c

c c

+ Zg: cao độ trọng tâm tàu: Zg=ξ.H

- Tay đòn ổn định động được tính toán theo công thức sau:

( ) cos (cos 1) sin

4 Tính cân bằng dọc và chiều cao tâm ổn định ban đầu:

- Phần này sẽ xác định góc nghiêng dọc ở các trường hợp tải trọng đã nêu ở trên và tính các thông số đặc trưng cho ổn định ban đầu Từ đó để có số liệu để kiểm tra ổn tính cho tàu ở góc nghiêng khác nhau

Bảng tính cân bằng dọc tàu và chiều cao tâm ổn định ban đầu.

Bảng tính cân bằng dọc tàu và chiều cao tâm ổn định ban đầu của tàu.

Từ các giá trị của hàm fi(θ) ứng với các góc nghiêng của θ của tàu theo Giáo sư

Từ đó tính được các thông số hình học quy đổi của tàu như trong bảng sau:

Bảng các thông số hình học quy đổi của tàu

- Từ các thông số hình học quy đổi trên ta đi xác định tay đòn ổn định tĩnh lθ và tay đòn

ổn định động lđ cho tàu ở các góc nghiêng ở từng trường hợp

Trường hợp 1: Tàu ra ngư trường với 100% nhiên liệu và 100% các dự trữ.

-Đồ thị tay đòn ổn định của tàu ở trường hợp 1.

- Trường hợp 2: Tàu từ ngư trường trở về với toàn bộ cá trong hầm và 10% dữ trữ, nhiên liệu.

θ(độ) sin(θ) Giá trị các hàm fi(θ)

Đồ thị tay đòn ổn định của tàu ở trường hợp 2.

- Trường hợp 3: Tàu từ ngư trường trở về với 20% sản phẩm ở trong hầm và 70% dự trữ và 10% nhiên liệu.

Đồ thị tay đòn ổn định của tàu ở trường hợp 3.

- Trường hợp 4: Tàu ở ngư trường với 100% dự trữ, 25% dự trữ nhiên liệu và nắp hầm mở.

Đồ thị tay đòn ổn định của tàu ở trường hợp 4.

5 Tính diện tích và chiều cao tâm hứng gió:

- Trường hợp 1: Tàu ra ngư trường với 100% nhiên liệu và 100% các dự trữ

Bảng tính diện tích và chiều cao tâm hứng gió trường hợp 1

STT Các thành phần Diện tích S (m2) Cao độ trọng tâm Z(m)

- Trường hợp 2: Tàu từ ngư trường trở về với hầm và 10% dữ trữ, nhiên liệu

Bảng tính diện tích và chiều cao tâm hứng gió trường hợp 2

STT Các thành phần Diện tích S (m2) Cao độ trọng tâm Z(m)

- Trường hợp 3: Tàu từ ngư trường trở về với 20% sản phẩm ở trong hầm và 70% dự trữ và 10% nhiên liệu

Bảng tính diện tích và chiều cao tâm hứng gió trường hợp 3

STT Các thành phần Diện tích S (m2) Cao độ trọng tâm Z(m)

- Trường hợp 4: Tàu ở ngư trường với 100% dự trữ, 25% dự trữ nhiên liệu và nắp hầm mở

Bảng tính diện tích và chiều cao tâm hứng gió trường hợp 4

STT Các thành phần Diện tích S (m2) Cao độ trọng tâm Z(m)