Tài liệu Phân tích quy trình chế tạo chân vịt trong nước hiện nay

Luận văn Phân tích quy trình chế tạo chân vịt trong nước hiện nay Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 TỔNG QUAN Như chúng ta đã biết tàu thủy là công trình kỹ thuật phức tạp bao gồm ba bộ phận chính là động cơ – vỏ tàu và chân vịt, trong đó chân vịt là một bộ phận quan trọng làm nhiệm vụ chuyển công suất động cơ thành lực đẩy để khắc phục sức cản vỏ tàu nhằm đẩy tàu chuyển động. Do đó chân vịt có ảnh hưởng rất lớn đến mức độ an toàn và hiệu quả khai thác của liên hợp nên vấn đề tính toán và chế tạo chính xác chân vịt theo các thông số thiết kế đã tính có ý nghĩa rất quan trọng nên đã và đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Riêng ở các nước có ngành đóng tàu phát triển, đa số các tàu đều thiết kế chuẩn hóa theo mẫu theo đó chân vịt cũng được sản xuất hàng loạt theo những mẫu đã được thử nghiệm trước nên thường tính toán và chế tạo chân vịt theo công nghệ CAD/CAM trên các máy chuyên dụng. Tuy nhiên, vì nhiều lý do về mặt công nghệ, giá thành và nhất là do tính đơn lẻ trong sản xuất nên công nghệ chế tạo chân vịt hiện đại này hầu như chưa được áp dụng ở nước ta hiện nay. Thực tế nhận thấy, việc tính toán và thiết kế chân vịt tàu nói chung và tàu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com đánh cá nói riêng ở nước ta hiện nay thường chỉ được thực hiện theo những mẫu chân vịt có sẵn hoặc sử dụng những chân vịt lắp sẵn theo máy và chế tạo chân vịt theo cách thủ công bằng công nghệ đúc đơn chiếc trong khuôn gỗ hay khuôn cát và tiến hành gia công trên máy công cụ thông thường. Việc chế tạo chân vịt theo công nghệ này có các nhược điểm chính như sau: - Độ chính xác và độ nhám bề mặt chân vịt thường không đạt yêu cầu, do đó phải qua giai đoạn gia công tinh và đánh bóng nên mất nhiều thời gian, công sức, phụ thuộc tay nghề công nhân và trong nhiều trường hợp chân vịt có thể không phù hợp chân vịt có thể không phù hợp với tàu. - Để chế tạo ra mỗi chân vịt, trước tiên phải cần chế tạo một chân vịt mẫu và một khuôn đúc nên giá thành còn cao. - Hạn chế việc chế tạo các mẫu chân vịt có đường kính lớn và có yêu cầu độ chính xác cao như chân vịt của các tàu cao tốc, tàu cánh ngầm v..v… - Sau khi chế tạo, không thể sửa chữa được khi chân vịt không phù hợp với tàu thiết kế Từ những trình bày trên đây chúng tôi đề xuất thực hiện đề tài “Phân tích quy trình chế tạo chân vịt trong nước hiện nay” với mục tiêu khảo sát thực tế chế tạo chân vịt tại các cơ sở để phân tích và đánh giá các ưu nhược điểm của quá trình chế tạo chân vịt Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ở nước ta hiện nay và dựa trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp khả thi để phần nào có thể khắc phục được các nhược điểm của công nghệ chế tạo truyền thống như đã nêu. 1.2 GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. Giới hạn nội dung: Hiện nay ở nước ta chủ yếu là cơ sở chế tạo chân vịt cỡ nhỏ và áp dụng cho tàu cá 1.3 ĐẶC ĐIỂM HÌNH HỌC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CHÂN VỊT. 1.3.1 Đặc điểm hình học của chân vịt Cánh chân vịt được hình thành từ mặt xoắn ốc có bước xoắn không đổi hoặc thay đổi, do đó để tìm hiểu đặc điểm hình học cánh chân vịt, cần tìm hiểu đặc điểm mặt xoắn ốc.  Đường xoắn ốc và mặt xoắn ốc. - Đường xoắn ốc là quỹ tích của điểm A di chuyển dọc theo bề mặt hình trụ bán kính r, thực hiện cùng lúc 2 chuyển động, chuyển động tịnh tiến dọc trục hình trụ với tốc độ V và chuyển động quay quanh trục hình trụ với tốc độ góc w (hình 1.1). - Bước xoắn H là quãng đường điểm A chuyển động được sau khi quay đúng một vòng. - Duỗi thẳng đường xoắn ốc trên mặt phẳng thành tam giác bước xoắn. - Hai thông số đặc trưng cho đường xoắn ốc. + Bước xoắn H Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com + Góc bước xoắn  xác định theo công thức tg  H 2r Hình 1.1 - Mặt xoắn ốc là mặt hình thành khi đoạn thẳng ab thực hiện cùng lúc hai chuyển động, chuyển động dọc theo trục hình trụ bán kính r với vận tốc chuyển động tịnh tiến là và chuyển động xoay quanh trục hình trụ đó với vận tốc góc w không đổi (hình 1.2). - Mặt cánh chân vịt là do hai mặt xoắn ốc có chung đường giao nhau tạo nên (hình 1.3). Cánh chân vịt có hai cạnh (mép), cạnh đi trước theo chiều quay chân vịt khi tàu chạy tới là cạnh dẫn, cạnh còn lại là cạnh theo. Mặt cánh nằm về phía đi tới của tàu gọi là mặt hút, mặt còn lại là mặt đẩy (hay mặt đạp). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com b' H a' b r a Hình 1.2 Hình 1.3 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Cấu tạo chân vịt Chương 2: - Chân vịt có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính: củ chân vịt và cánh chân vịt + Cấu tạo củ chân vịt: Củ chân vịt là một khối côn trụ thường được đúc liền với cánh có cấu tạo như (hình 1.4). Ở giữa củ chân vịt có lỗ hình côn (hoặc ren) và xẻ rãnh then dùng để lắp vào bề mặt côn của trục chân vịt bằng then. Hình1.4: Cấu tạo củ chân vịt Trên hình 1.4 1. Rãnh then. 2. Bề mặt côn trong củ chân vịt. 3. Gốc cánh chân vịt. 4. l: Chiều dài củ chân vịt. 5. do là đường kính trung bình của chân vịt. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com + Cánh chân vịt: - Căn cứ vào đường bao mà người ta phân loại chân vịt có 2 dạng cánh khác nhau. Trên hình 1.5 biểu diễn 4 dạng cánh thường được sử dụng:  Cánh chân vịt hẹp đối xứng (hình 1.5a)  Cánh chân vịt hẹp không đối xứng (hình 1.5b).  Cánh chân vịt rộng đối xứng (hình 1.5c).  Cánh chân vịt rộng không đối xứng (hình 1.5d). Hình 1.5: Các dạng cánh chân vịt c. Prôfin cánh - Prôfin cánh là tiết diện của cánh chân vịt bị cắt bởi một mặt trụ đồng trục với trục chân vịt. - Chiều dày prôfin cánh chính là chiều dày của tiết diện tại bán kính đã cho. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Prôfin cánh chân vịt được chế tạo dựa trên 3 dạng phổ biến, được biểu diễn như trên hình ( hình 1.6)  Prôfin hình bán nguyệt (hình 1.6a).  Prôfin dạng cánh máy bay (hình 1.6b).  Prôfin dạng đặc biệt (hình 1.6c). Hình 1.6: Các dạng profin cánh chân vị Cấu tạo đầy đủ cánh chân vịt được thể hiện trên (hình 1.7) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 1.7: Cấu tạo chân vịt Trong đó: - Q là chiều quay của chân vịt. - T là chiều tiến của tàu. 1. Lõi chân vịt. 6. Mặt đạp nước 2. Lỗ côn lắp trục chân vịt. 7. Mặt hút. 3. Rãnh then. 8. Đỉnh cánh. 4. Cánh chân vịt. 9. Cạnh dẫn. 5. Mặt cắt cánh (profin cánh). 10. Cạnh theo. 1.3.1.2 Các thông số đặc trưng của chân vịt. Một chân vịt được đặc trưng bởi các thông số sau: - Kiểu loại chân vịt: Định bước hay biến bước. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Số cánh chân vịt: Z. - Đường kính chân vịt: D = 2R. - Đường kính trung bình củ chân vịt: Do. - Tỷ số bước xoắn: H/D. - Tỷ số mặt đĩa:  . - Độ nghiêng của cánh chân vịt: mr (và góc - Chiều quay của chân vịt.  r). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương 3: Nguyên lý làm việc của chân vịt - Cánh chân vịt làm việc theo nguyên lý cánh chịu tải, thực hiện cùng lúc 2 chuyển động chuyển động theo tàu với tốc độ tịnh tiến Vp và chuyển động quay với tốc độ quay n. - Do đó khi xét phân tố cánh ở bán kính r và xem chân vịt đứng yên, theo nguyên tắc chuyển động tương đối sẽ thấy các dòng chất lỏng chạy đến phân tố cánh như sau. - Dòng chất lỏng chạy với vận tốc Vp do chân vịt chuyển động tịnh tiến cùng với tàu - Dòng chất lỏng chạy ngược chiều quay chân vịt do chuyển động quay của chân vịt với vận tốc vòng là  = 2rn (n - tốc độ quay của chân vịt trong 1 giây) Hình 1.2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Các dòng chất lỏng phụ + Dòng chất lỏng tốc độ V bị đẩy lùi ra sau khi chân vịt hoạt động + Dòng chất lỏng tốc độ  bị cuốn theo chuyển động quay của chân vịt Vận tốc tổng hợp W của dòng chất lỏng nghiêng phân tố cánh góc  (góc tiến) - Do phân tố cánh chân vịt đặt nghiêng với phương dòng chất lỏng chạy đến góc  nên trên phân tố xuất hiện lực nâng dY vuông góc vận tốc W và lực cản dX song song vận tốc W. - Chiếu các lực này lên hai phương vuông góc dP = dPY – dPx Lực cản dQ = dQY – dQx Hình 1.3 Lực đẩy Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Xét trên toàn bộ chân vịt sẽ nhận được lực đẩy P và mômen cản M như sau: R R P = z  dP M = z  rdQ ro ro Trong đó: z - số cánh chân vịt. ro – bán kính đo ở gốc cánh chân vịt. R – bán kính đo ở đỉnh cánh chân vịt. - Trong nghiên cứu thực nghiệm mô hình chân vịt ở bể thử thường tính lực đẩy P và mômen cản M theo hệ số lực đẩy K1 và hệ số mômen K2 như sau: - Hệ số lực đẩy: K1 = P n 2 D 4 - Hệ số mômen: K2 = M n 2 D 5 Trong đó: D – đường kính chân vịt (m). n – tốc độ quay của chân vịt trong 1 giây (s-1). – khối lượng riêng chất lỏng 1.4 THỰC TRẠNG CÔNG TÁC CHẾ TẠO CHÂN VỊT TRONG NƯỚC HIỆN NAY. 1.4.1 Các cơ sở chế tạo chân vịt trong nước. - Hiện nay các cơ sở chế tạo chân vịt ở nước ta còn ít. Phần lớn các cơ sở chế tạo chân vịt đều tập trung tại thành phố Hồ Chí Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Minh, Biên Hòa. Các cơ sở của nhà nước chế tạo chân vịt như Công Ty Đóng Sửa Nhà Bè, Nhà Máy Liên Hợp Ba Son, Nhà Máy Đóng Tàu Sài Gòn, Xí Nghiệp Cơ Khí Thủy Sản 3. - Ở miền Bắc và miền Trung: việc chế tạo chân vịt được chế tạo ở các cơ sở sửa chữa và đóng mới tàu thuyền như nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, nhà máy đóng tàu Sông Lô, nhà máy đóng tàu Hạ Long… Ngoài ra việc chế tạo chân vịt còn được thực hiện ở các cơ sở đúc tư nhân thường được tập trung ở những nơi có cảng, hay ven các vùng khai thác thủy sản. 1.4.2 Quy mô sản xuất chân vịt trong nước. Do tàu thuyền ở nước ta hiện nay chủ yếu là tàu cỡ nhỏ, dùng để khai thác thủy hải sản ven bờ, mặc dù chủ trương của nhà nước đang khuyến khích nhân dân đóng các tàu đánh cá cỡ lớn dùng để đánh bắt xa bờ nhưng số lượng chưa nhiều. Vì vậy qui mô sản xuất chân vịt cũng phụ thuộc tình trạng này. Đối với các chân vịt có đường kính nhỏ (D <1000 mm), thường chế tạo hàng loạt theo các mẫu chân vịt đã thử nghiệm thành công. Còn chân vịt có đường kính lớn (D >1000 mm) có qui mô sản xuất đơn chiếc và được sản xuất theo đơn đặt hàng. Trước những khó khăn về tài liệu, điều kiện nghiên cứu, cơ sở vật chất,… nên công tác chế tạo chân vịt ở nước ta còn chưa được chú trọng và thực hiện đồng bộ. Đa số tàu đóng mới chưa thực hiện vấn đề thiết kế và chế tạo chân vịt, hầu hết lắp các máy có Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com kèm theo chân vịt, hoặc lắp chân vịt theo kinh nghiệm dựa trên mẫu có sẵn của các cơ sở đóng tàu. Các cơ sở sản xuất tư nhân có quy mô sản xuất nhỏ thường chỉ thực hiện một công đoạn trong qua trình chế tạo, việc thiết kế tạo mẫu do khách hàng đảm nhiệm hoặc được thực hiện ở các cơ sở nhà nước đủ chức năng thiết kế. Các cơ sở của nhà nước chế tạo chân vịt như Công Ty Đóng Sửa Nhà Bè, Nhà Máy Liên Hợp Ba Son, Nhà Máy Đóng Tàu Sài Gòn, Xí Nghiệp Cơ Khí Thủy Sản 3. Ở các cơ sở này được trang bị đầy đủ các trang thiết bị phục vụ cho công việc thiết kế cũng như chế tạo chân vịt nên có thể đảm nhận tất cả các công đoạn trong quá trình sản xuất chân vịt thành phẩm. Từ khâu thiết kế đến khâu đúc và gia công cơ, kiểm tra, cân bằng để cho ra sản phẩm chân vịt hoàn chỉnh. Sản phẩm của các cơ sở này sản xuất có bán trên thị trường ở các tỉnh ven biển. Mặt khác chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc vào tay nghề, công nghệ đúc dựa theo kinh nghiệm từ mẫu chân vịt ở dân gian. Từ các nguyên nhân trên nên chân vịt đúc ra chưa thật tốt, các thông số chưa thật chính xác. Do đó chưa tận dụng tốt nhất sự phù hợp giữa máy- thân tàu- chân vịt, có thể là chân vịt phù hợp với máy nhưng có thể chưa thật phù hợp với đường hình của thân tàu. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH CHẾ TẠO CHÂN VỊT TRONG NƯỚC HIỆN NAY Kết quả khảo sát thực tế tại cơ sở chế tạo chân vịt trong nước hiện nay có thể tóm tắt quy trình chế tạo chân vịt dưới dạng sơ đồ như hình 2.1 Lập nhà xưởng Lò nồi nấu vật liệu Chuẩn bị cơ sở cho việc chế tạo Dụng cụ đúc Vật liệu đúc Tạo mẫu chân vịt đúc Lập bản vẽ thiết kế đuucs Chế tạo mẫu đúc Làm khuôn đúc Tiến hành đúc chân vịt Nấu và rót vật liệu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Phá khuôn và làm sạch vật đúc Gia công cơ khí Gia công chân vịt sau khi đúc Cạo xỉ hàn đắp Gia công củ chân vịt Mài cánh chân vịt Đánh bóng bề mặt Gia công nhiệt: ram vật liệu Kiểm tra các thông số:  , H/D Hoàn thiện sản phẩm Kiểm tra tính cân bằng của chân vịt Đóng mác chế tạo và ngày sản xuất Hình 2.1: Quy trình chế tạo chân vịt 2.1 CHUẨN BỊ CƠ SỞ ĐÚC Việc chuẩn bị đầy đủ cơ sở vật chất có vai trò rất quan trọng trong quy trình đúc. Khi ta có chuẩn bị đầy đủ các cơ sở vật chất, thiết bị thì mới thực hiện tốt được các bước tiếp theo trong quy trình. 2.1.1 Nhà xưởng đúc Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Quá trình sản xuất đúc trải qua nhiều công đoạn và phải được ở một xưởng đúc, do đó nhà xưởng đúc phải phân thành nhiều khu vực như: phân xưởng mẫu và kho dụng cụ, kho vật liệu làm khuôn, kho nguyên liệu, khu vực nấu luyện kim loại, khu vực đúc, hồ nước dùng cho việc sàng lọc hỗn hợp tạo cát làm khuôn, làm nguội vật đúc và dùng để chữa cháy,… Nhà xưởng đúc phải bảo đảm các yêu cầu sau: - Nhà xưởng đúc phải trang bị quạt, hệ thống thông gió, đèn chiếu sáng. - Lối đi phải bảo đảm cho việc đi lại dễ dàng giữa hai hàng khuôn trong khi di chuyển bằng tay, cụ thể là lối đi chung của xưởng phải rộng trên 2m, lối đi giữa hai hàng khuôn đúc phải rộng trên 1m20 - Nền xưởng phải bằng phẳng, khô ráo. - Kiến trúc của xưởng không được dùng cấu kiện gỗ và không được bố chất dễ cháy trong nhà xưởng - Giữa lò nấu và thùng chứa phải ngăn bằng vật liệu chống cháy. 2.1.2 Lò nồi nấu vật liệu. Hợp kim đồng có thể nấu bằng lò nồi, lò ngọn lửa, lò hồ quang và lò cảm ứng. Nấu bằng lò nồi và lò ngọn lửa có nhược điểm tiêu tốn nhiên liệu nhiều và tỉ lệ cháy hao mòn kim loại cao. Tốt nhất là nấu bằng lò điện hồ quang hoặc lò cảm ứng. Ở các cơ sở chế tạo chân vịt hiện nay thường được trang bị lò nấu theo kiểu lò nồi đốt bằng dầu và khí. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình 2.2: Lò nồi đốt cháy bằng dầu và khí Cấu tạo của lò được trình bày trên hình 2.2, gồm lớp vỏ thép bao bên ngoài lớp gạch chịu lửa, giữa lò đặt nồi nấu, hạn chế khí cháy tiếp xúc với kim loại lỏng người ta dùng nắp đậy. Hệ thống cung cấp hỗn hợp khí cháy: hỗn hợp khí cháy được sử dụng là hỗn hợp dầu cặn và không khí. Dầu cặn thường được chứa trong két và lò có đặt tấm chống cháy (cách nhiệt). Nhiên liệu được dẫn đến lò qua hệ thống ống và van không khí được cung cấp từ miệng ra cửa quạt gió, thường sử dụng quạt ly tâm được thổi vào buồng trộn hỗn hợp bằng ống dẫn cao su. Tại buồng trộn hỗn hợp, trước khi dẫn hỗn hợp khí cháy vào lò để đốt, dòng khí do quạt gió tạo ra có áp lực lớn sẽ tới các hạt dầu tạo nên một hỗn hợp dễ cháy được đưa vào lò đốt. 2.1.3 Vật liệu đúc 2.1.3.1 Các vật liệu được sử dụng để chế tạo chân vịt theo lý thuyết.