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