Nghiên cứu đề xuất giải pháp sửa chữa chân vịt có đặc điểm hình học không phù hợp với tàu thiết kế trên máy phay CNC

- 1 -
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ng ành công nghiệp khác, ngành
công nghiệp Đóng tàu của nước ta đã và đang từng bước tự khẳng định m ình, góp
phần vào sự phát triển chung của x ã hội, và được xem như một trong những ng ành
công nghiệp mũi nhọn của nước ta. Cùng với sự phát triển đó th ì các việc chế tạo
các thiết bị phụ tàu thủy cũng được phát triển theo, tiêu biểu trong số đó là công
nghiệp chế tạo chân vịt.
Trong nhiều trường hợp, chân vịt sau khi chế tạo sẽ không thể tránh khỏi
những sai sót so với thiết kế, các thông số không ph ù hợp với tàu thiết kế. Có nhiều
biện pháp khắc phục, sửa chữa sai lệch n ày như uốn, nắn hay mài lại biên dạng
cánh. Tuy nhiên, phương pháp này t ốn nhiều thời gian, công sức nh ưng độ chính
xác, độ bóng bề mặt không cao; trong nhiều trường hợp không thể sữa chữa đ ược
chân vịt. Với vấn đề đặt ra như vậy, tôi xin đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đề
xuất giải pháp sửa chữa chân vịt có đặc điểm h ình học không phù hợp với tàu thiết
kế trên máy phay CNC ” với sự hướng dẫn của thầy TS. Trần Gia Thái . Đề tài được
thực hiện theo các nội dung sau:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Kết quả nghiên cứu.
Chương 3: Tính toán c ụ thể.
Chương 4: Kết luận – Đề xuất ý kiến.
Mục đích của đề tài này là xây dựng quy trình sửa chữa chân vịt sau khi chế
tạo có thông số hình học không phù hợp với tàu thiết kế.
Do thời gian có hạn, kiến thức v à kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên chắc
chắn trong đề tài này sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong đ ược sự
đóng góp của quý thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, tháng 11 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Trương Quang V ũ
- 2 -
CHƯƠNG 1

ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 TỔNG QUAN
Tàu thủy là một công trình kỹ thuật phức tạp, làm việc trong điều kiện nổi v à
vận động trên mặt nước để thực hiện nhiều chức năng nh ư đánh bắt, vận chuyển,
tuần tra, thăm dò, … Tàu thủy gồm ba bộ phận chính l à động cơ – vỏ – chân vịt; sự
làm việc phù hợp của ba bộ phận n ày có vai trò và ý ngh ĩa rất quan trọng, đảm bảo
được tốc độ tàu, tránh hiện tượng quá tải với mức sử dụng nhi ên liệu thấp nhất.
Trong đó, chân vịt là một trong những thiết bị đẩy t àu phổ biến nhất vì có nhiều ưu
điểm như dễ chế tạo, dễ sử dụng v à sửa chữa, cho hiệu suất cao,… Tuy nhiên, chân
vịt làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt, chịu sự ăn m òn và hiện tượng va đập tại
vùng đuôi tàu nên việc tính toán thiết kế, chế tạo và sửa chữa chân vịt một cách
chính xác có vai trò và ý nghĩa rất quan trọng. Vì vậy, vấn đề này đã được nhiều
nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu nhiều năm qua. Tại các nước có nền công
nghiệp đóng tàu phát triển, hầu hết các tàu được thiết kế chuẩn hóa theo mẫu, theo
đó chân vịt được chế tạo hàng loạt theo mẫu đã thử nghiệm trước. Chân vịt được
thiết kế, tính toán trên máy tính, sau đó chuy ển qua máy phay CNC để gia công nên
đạt được độ bóng, độ chính xác cao, giảm đ ược nhiều thời gian và công sức nên
giảm giá thành.
Hiện nay ở nước ta, chân vịt được đúc trong khuôn cát tr ên cơ sở tạo phôi có
lượng dư gia công lớn, sau đó gia công thô v à đánh bóng theo phương pháp th ủ
công bằng tay hoặc bằng các máy mài chuyên dụng. Tuy nhiên, trong nhi ều trường
hợp chân vịt sau khi đúc, vì nhiều lý do khác nhau n ên phôi đúc có thông s ố hình
học không phù hợp với bản vẽ thiết kế kỹ thuật. Trong trường hợp này, thông
thường người ta dùng các biện pháp thủ công nh ư mài, uốn, nén, để chỉnh sửa lại
cánh chân vịt cho phù hợp với tàu. Với phương pháp sửa chữa như thế sẽ không
đảm bảo được độ chính xác cũng nh ư độ bóng mà còn tốn nhiều thời gian v à công
sức nên giá thành chân vịt tăng.
- 3 -
Từ những trình bày trên đây, chúng tôi đề xuất thực hiện đề t ài: “Nghiên cứu
đề xuất giải pháp sửa chữa chân vịt có đặc điểm h ình học không phù hợp với tàu

thiết kế trên máy phay CNC ” với mục tiêu xây dựng quy trình sửa chữa chân vịt
sau khi chế tạo có thông số không phù hợp. Qua đề tài này, chúng tôi c ũng sẽ tính
toán minh họa cho một trường hợp cụ thể dựa tr ên quy trình đã xây dựng.
1.2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ LÝ THUYẾT CHÂN VỊT T ÀU THỦY
1.2.1 Chức năng – Phân loại
Chân vịt là bộ phận biến đổi năng lượng động cơ thành lực đẩy tàu chuyển
động. Ngoài ra nó còn được dùng để lái tàu trong trường hợp tàu có nhiều chân vịt
(hình 1.1):
Hình 1.1: Mô hình chân vịt tàu thủy
Hiện nay có khá nhiều loại chân vịt khác nhau nh ư sau:
- Chân vịt có cánh cố định có từ 3 đến 6 cánh, đ ường kính có thể lên đến
9 m, công suất lớn nhất truyền đến chân vịt t àu thủy hiện nay khoảng 35.000 kW
đối với chân vịt một trục v à khoảng 50.000 kW đối với chân vịt nhiều trục.
- Chân vịt biến bước thường áp dụng cho các t àu hoạt động ở nhiều chế độ
tải, nhờ điều chỉnh b ước xoắn chân vịt có thể phát huy to àn bộ công suất máy. Chân
vịt biến bước có (3 ÷ 4) cánh, với công suất truyền (20.000 ÷ 50.000) kW
- Chân vịt có ống đạo lưu thường được trang bị trên các quân sự, tàu cao tốc,
cho phép nhận được một lực đẩy phụ và làm tăng thêm hiệu suất chân vịt. Việc sử
- 4 -
dụng chân vịt ống đạo l ưu góp phần cải thiện điều kiện l àm việc của chân vịt khi
sóng gió và giảm lực thủy động xuất hiện khi chân vịt l àm việc.
1.2.2 Đặc điểm hình học của chân vịt
Chân vịt cấu tạo từ một số cánh có h ình dáng nhất định gắn vào moayơ chân
vịt. Cánh chân vịt được tạo thành từ một phần mặt xoắn ốc n ên khi nghiên cứu đặc
điểm hình học cánh chân vịt cần nghi ên cứu đặc điểm của đường xoắn ốc và mặt
xoắn ốc.
1.Đường xoắn ốc và mặt xoắn ốc
- Đường xoắn ốc:
Đường xoắn ốc là quỹ tích của điểm A vừa chuyển động quay xung quanh
trục hình trụ bán kính r với tốc độ góc không đổi, v ừa tịnh tiến dọc theo trục n ày

(hình 1.2):
Hình 1.2: Khai triển đường xoắn ốc
a) Cho bước cố định b) Cho bước thay đổi
Khoảng cách tịnh tiến theo chiều song song với trục hình trụ gọi là bước
xoắn chân vịt H, còn góc của bước xoắn  được xác định theo công thức sau:
tg = H/2r. Nếu thực hiện khai triển đ ường xoắn ốc sẽ là cạnh huyền AC của tam
giác vuông có cạnh AB = 2r là chu vi hình tròn bán kính r , cạnh BC = H là bước
- 5 -
xoắn (hình 1.2a). Nếu đường xoắn ốc có bước thay đổi thì khi khai triển sẽ là đường
cong (hình 1.2b). Còn nếu muốn xác định bước xoắn tại điểm bất kỳ E n ào đó sẽ
dựng tam giác vuông với EM là đường tiếp tuyến với đường cong khai triển tạ i E và
EK song song với AB. H’ là bước xoắn tại điểm E , ’ là góc xoắn tại E và tam giác
ABC gọi là tam giác bước
- Mặt xoắn ốc:
Mặt xoắn ốc là mặt được tạo thành khi có một đoạn thẳng ab quay xung
quanh một trục với vận tốc góc nhất định, đồng thời tịnh tiến song song trục đó
(hình 1.3). Đoạn ab được gọi là đường sinh mặt xoắn ốc, có thể l à đoạn thẳng vuông
góc với trục hoặc nghiêng với trục một
góc hoặc cũng có thể là một đoạn của
đường cong bất kỳ. Bước xoắn của mặt
xoắn ốc được xác định giống nh ư bước
xoắn của một trong những đ ường xoắn
ốc tạo thành mặt xoắn ốc.
Mặt xoắn ốc có thể có b ước
không thay đổi hoặc là có bước thay đổi, trong đó mặt xoắn ốc có bước không đổi
nếu như bước xoắn của tất cả đ ường xoắn ốc tạo thành đường xoắn ốc này là không
đổi và giống nhau ở tất cả các bán kính xem xét . Hình 1.4 minh họa mặt xoắn ốc có
bước không đổi
Hình 1.4 : Mặt xoắn ốc có bước xoắn không đổi
Hình 1.3 : Nguyên lý tạo mặt xoắn ốc

- 6 -
Mặt xoắn ốc có bước xoắn biến đổi theo chiều bán kính nếu nh ư bước xoắn
của tất cả các đường xoắn ốc không đổi nh ưng khác nhau đối với những đường
xoắn ốc khác. Còn bước xoắn biến đổi theo chiều trục – bán kính nếu như bước
xoắn của tất cả các đ ường xoắn ốc thay đổi v à có giá trị khác nhau cho từng đường.
Hình 1.5 mô tả mặt xoắn ốc có bước xoắn thay đổi:
Hình 1.5: Mặt xoắn ốc có bước xoắn thay đổi
2. Đặc điểm hình dáng cánh chân v ịt
Cánh chân vịt có thể xem là hình khối tạo nên bởi hai mặt xoắn ốc giao nhau.
Nói cách khác, gia o tuyến của hai mặt xoắn ốc cắt nhau l à hình dáng cánh chân v ịt.
Mặt cánh quay về h ướng chuyển động của t àu gọi là mặt hút, mặt kia gọi là mặt
đẩy. Còn mép cánh hướng về chiều quay chân vịt gọi l à cạnh dẫn, mép kia gọi l à
cạnh theo. Căn cứ v ào hình dạng của đường bao cánh chân vịt có thể phân loại chân
vịt thành chân vịt cánh hẹp đối xứng (hình 1.6a), chân vịt cánh hẹp không đối xứng
(hình 1.6b), chân vịt cánh rộng đối xứng (h ình 1.6c), chân vịt cánh rộng không đối
xứng (hình 1.6d):
Hình 1.6: Các dạng cánh chân vịt thường gặp
- 7 -
3. Tiết diện cánh chân vịt
Giao tuyến giữa hình trụ bán kính r đồng trục với trục chân vịt v à cánh chân
vịt được gọi là tiết diện (mặt cắt) của cánh chân vịt, th ường gọi là prôfin cánh chân
vịt. Prôfin cánh chân vịt hiện nay th ường có dạng lưu tuyến với chiều dày lớn nhất
là e
max
. Các dạng prôfin cánh chân vịt th ường gặp là prôfin hình bán nguy ệt (hình
1.7a), prôfin dạng cánh máy bay (h ình 1.7b) và prôfin dạng đặc biệt (hình 1.7c)
Hình 1.7: Các dạng prôfin cánh chân vịt
4. Tỷ lệ bước xoắn H/D
Tỷ lệ bước xoắn là tỷ số giữa bước xoắn chân vịt H và đường kính chân vịt
D. Giá trị tỷ lệ này càng cao, hiệu suất chân vịt càng giảm và thường nằm trong

phạm vi (0,5 ÷ 2,0)
5. Tỷ lệ mặt đĩa 
Tỷ lệ mặt đĩa  là tỷ số giữa diện tích duỗi thẳng S
0
và diện tích của hình tròn
ngoại tiếp cánh chân vịt.
 =
4
D.π
S
z
S
S
2
0o

trong đó:
z : số cánh chân vịt
D : đường kính chân vịt
Tỷ lệ mặt đĩa  của đa số các chân vịt th ường hay nằm trong khoảng (0,3 ÷ 1,2).
Tỷ số mặt đĩa càng nhỏ thì hiệu suất chân vịt c àng cao nhưng nên ch ọn tỷ số mặt đĩa
đủ nhỏ để đảm bảo cánh đủ bền v à không sủi bọt (nhưng thường không dưới 0,35).
- 8 -
6. Số cánh chân vịt Z
Số cánh chân vịt ít ảnh h ưởng đến hiệu suất nhưng lại có ảnh hưởng rất lớn
đến tần số và biên độ lực kích thích sinh ra trong quá tr ình chân vịt làm việc sau
đuôi tàu. Chân vịt có ít cánh thường dễ chế tạo, nh ưng khi làm việc sẽ gây rung
động nhiều, ngược lại chân vịt nhiều cánh khi l àm việc sẽ ít gây rung động nh ưng
khó chế tạo hơn. Đối với các tàu đánh cá thường sử dụng chân vịt có từ 3 đến 4
cánh.

7. Các ký hiệu đặc trưng về đặc điểm hình học của chân vịt
Hình 1.8 mô tả ký hiệu các đặc trưng về đặc điểm hình học cánh chân vịt:
Hình 1.8: Các kích thước hình học chân vịt
Các kí hiệu cần thiết:
D - Đường kính chân vịt (m)
R - Bán kính chân vịt (m)
r - Bán kính bất kỳ của mặt cắt chân vịt (m)
H - Bước xoắn chân vịt
S - Diện tích hình trụ chân vịt S= D
2
/4 (m
2
)
S
p
- Diện tích hình chiếu cánh chân vịt (m
2
)
S
p
’ - Diện tích khai triển các cánh chân vịt (m
2
)
S
o
- Diện tích duỗi thẳng cánh chân vịt (m
2
)
b - Chiều rộng cánh (m)
- 9 -

b
m
- Chiều rộng lớn nhất của cánh (m)
d
p
- Đường kính may ơ chân vịt tại giữa (m)
e - Chiều dày của cánh (m)
e
o
- Chiều dày ảo của cánh, ở tâm trục (m)
e
ự
- Chiều dày đỉnh cánh (m)
m - Độ nghiêng cánh (m)
m’ - Độ uốn của mặt cánh (m)
1.3 THỰC TRẠNG VỀ CÔNG TÁC SỬA CHỮA CHÂN VỊT SAU CHẾ
TẠO CÓ THÔNG SỐ KHÔNG PH Ù HỢP VỚI TÀU THIẾT KẾ
1.3.1 Các cơ sở chế tạo chân vịt trong nước
Mặc dù nước ta có lợi thế về bờ biển d ài, nghề đánh bắt thủy hải sản phát
triển nhưng các cơ sở chế tạo chân vịt tàu vẫn còn ít, chưa phát triển mạnh.
Tại miền Nam, hầu hết các c ơ sở chế tạo chân vịt tập trung ở th ành phố Hồ
Chí Minh, Biên Hòa và các vùng lân c ận. Một số cơ sở lớn của nhà nước như Công
ty Đóng sửa tàu Nhà Bè, nhà máy Liên h ợp đóng sửa tàu Ba Son, Xí nghiệp Cơ Khí
Thủy sản 3, nhà máy đóng tàu Sài G òn,
Tại miền Bắc và miền Trung, một số c ơ sở chế tạo chân vịt nh ư: nhà máy
đóng tàu Hạ Long, nhà máy đóng tàu Sông Lô, nhà máy đóng tàu B ạch Đằng,
Ngoài ra, việc chế tạo chân vịt c òn được thực hiện ở một số cơ sở đúc tư
nhân tập trung ở vùng ven biển, khu vực có cảng, có nhiều tàu đánh cá.
1.3.2 Đặc điểm và quy mô sản xuất
Hiện nay ở nước ta, chân vịt được đúc trong khuôn cát tr ên cơ sở tạo phôi có

lượng dư gia công lớn, sau đó gia công thô v à đánh bóng theo phương pháp th ủ
công bằng các máy mài chuyên dụng. Chân vịt được đúc đa số là chân vịt định
bước, 3 hoặc 4 cánh, chiều quay trái hoặc phải tùy theo động cơ. Vật liệu chế tạo
thường là đồng thau, chân vịt thép v à gang không nhiều và chỉ thực hiện theo đ ơn
đặt hàng. Hầu hết các tàu đóng mới chưa thực hiện vấn đề thiết kế chân vịt m à chỉ
chọn và lắp chân vịt theo máy hoặc the o kinh nghiệm dựa trên mẫu có sẵn của các
tàu đã đóng. Đối với chân vịt có đ ường kính nhỏ (D ≤ 1000 mm), các cơ s ở thường
- 10 -
chế tạo hàng loạt chân vịt theo mẫu đ ã thử nghiệm thành công, từ đó phân phối đến
các vùng. Đối với những chân vịt lớn (D > 1000mm), t hường chỉ sản xuất đ ơn chiếc
theo đơn đặt hàng. Tuy nhiên, chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc nhiều vào tay
nghề và kinh nghiệm của người công nhân; ngo ài ra còn phụ thuộc vào vật liệu chế
tạo, công tác làm mẫu, kiểm tra Do vậy, chân vịt đúc ra có chất l ượng chưa cao,
chưa chính xác, đôi khi có thông s ố hình học không phù hợp với tàu.
Với những khó khăn về công nghệ, thiết bị, sự cạnh tranh của thị tr ường nên
các cơ sở tư nhân với quy mô nhỏ thường chỉ thực hiện đúc chân vịt, c òn việc thiết
kế do khách hàng đảm nhiệm hoặc các c ơ quan nhà nước có khả năng thiết kế thực
hiện. Các cơ sở nhà nước chế tạo chân vịt có quy mô lớn, đ ược trang bị đầy đủ thiết
bị công nghệ phục vụ cho việc thiết kế, chế tạo, kiểm tra có thể đảm nhiệm to àn bộ
quá trình chế tạo từ khâu thiết kế, đúc, gia công đến kiểm tra v à cho ra sản phẩm
hoàn chỉnh. Một số cơ sở điển hình như: Công ty Đóng sửa tàu Nhà Bè, Nhà máy
Liên hợp Ba Son, Nhà máy Đóng tàu H ạ Long, sản phẩm của các c ơ sở này được
phân phối khắp vùng ven biển trên cả nước.
1.3.3 Thực trạng về công tác sửa chữa chân vịt sau khi chế tạo có thông số
không phù hợp với tàu thiết kế.
1. Các dạng hỏng thường gặp ở chân vịt :
- Cong, vênh, sai số về kích thước hình học do quá trình đúc
- Mẻ, gãy cánh, nứt cánh chân vịt, hỏng mặt côn, lỏng rãnh then do va đập
với các vật rắn hoặc những nguy ên nhân cơ học khác.
- Ăn mòn điện hóa trong môi tr ường nước biển.

- Xâm thực củ và cánh chân vịt do dòng chảy xoắn khi chân vịt quay.
- Những khuyết tật do chất l ượng chế tạo (đúc, nhiệt luyện ).
Việc phát hiện (xác định) các dạng h ư hỏng của chân vịt chủ yếu l à quan sát,
đo đạc, và dùng thuốc thử màu. Tuy nhiên trong đ ề tài này chỉ tập trung nghiên cứu,
giải quyết, sửa chữa chân vịt sau khi chế tạo không ph ù hợp với tàu thiết kế như
chân vịt bị cong, vênh, sai lệch về kích thước, thông số hình học do quá trình đúc,
hoặc các nguyên nhân khác gây nên.
- 11 -
2. Sửa chữa chân vịt
 Nắn cánh chân vịt
- Chân vịt được nắn nguội và không cần phải nhiệt luyện, sau khi nắn cho
phép đối với những chỗ cong nhỏ k hông bị vặn quá 20
0
, chiều dày của cánh không
quá 15mm đối với chân vịt thép và không quá 20 mm đ ối với chân vịt làm từ hợp
kim đồng. Các trường hợp phải nắn trong trạng thái nóng.
- Chỗ nắn phải được kê chắc chắn đế ở dưới để tránh truyền lực nắn sang tiết
diện khác của cánh.
- Khi nắn có đốt nóng, kích th ước vùng đốt nóng phải lớn h ơn kích thước cần
nắn 100

150 mm (50

75 mm lớn ra mỗi phía). Lực cần thiết phải sử dụng để nắn
tùy thuộc vào đặc tính cơ học của vật liệu ở trạng thái nguội v à nóng. Các cánh chân
vịt được đốt nóng bằng điện (d ùng điện trở hoặc cảm ứng), ngọn lửa khí than hoặc
dầu hỏa… Đối với vật liệu thép không gỉ và các loại hợp kim đồng không dùng
ngọn lửa Oxy - Axetylen hoặc Oxy - Butan. Nên dùng thiết bị đo nhiệt độ từ xa
bằng laser. Nhiệt độ nắn cánh chân vịt được ghi trong bảng sau:
Bảng 1.1: Nhiệt độ đốt nóng khi nắn cánh chân vịt

Số TT
Loại vật liệu
Nhiệt độ nắn cánh chân vịt,
0
C
1
Hợp kim Đồng - Mangan - Sắt
550

700
2
Đồng - Nhôm - Niken - Sắt
700

850
3
Đồng - Nhôm - Mangan - Sắt
600

750
4
Thép Cacbon
700

850
5
Thép không gỉ
750

850, ram sau khi nắn

Chú ý, khi nắn không nên để nhiệt độ thấp h ơn nhiệt độ trong bảng 1.1. Đối
với cánh chân vịt từ hợp kim đồng - nhôm - niken - sắt không nên dùng các dạng tác
dụng va đập.
Sau khi nắn gia nhiệt phải có biện pháp hạn chế tác dụng l àm nguội bằng
cách phủ các loại vải amian lên cánh chân vịt.
- 12 -
 Sửa chữa chân vịt sau chế tạo không ph ù hợp với động cơ
Đối với chân vịt không ph ù hợp với động cơ (chân vịt làm việc không theo
đúng đường đặc tính của tàu), người ta thường thiết kế và làm lại chân vịt mới hoặc
là cắt bớt cánh đối với tr ường hợp “chân vịt nặng tải” (chân vịt làm việc ở công suất
định mức vòng quay của nó không đạt được định mức).
Nếu cắt bớt cánh, lượng cần cắt là:
n
nn
HD
1
.


Trong đó: D: lượng đường kính cần cắt giảm
H : bước cánh chân vịt
n: vòng quay cần thiết
n
1
: vòng quay mà chân v ịt có trước khi cắt
Trong trường hợp ngược lại, “chân vịt nhẹ tải” (chân vịt l àm việc ở công suất
định mức, vòng quay của nó vượt quá chỉ số định mức), thông th ường trường hợp
này đòi hỏi phải thiết kế và chế tạo lại chân vịt, đôi kh i có thể chấp nhận sửa chữa
mài cánh để tăng bước cánh hoặc điều chỉnh khai thác máy ở chế độ nhẹ tải h ơn.
Mặc dù các phương pháp này đòi hỏi trình độ tay nghề cao của công nhân

nhưng độ chính xác chưa cao, đôi khi không th ể sửa chữa được mà phải thiết kế và
chế tạo lại.
 Nhiệt luyện
Chân vịt sau khi nắn và sửa chữa, cần phải đ ược nhiệt luyện để loại bỏ ứng
suất bên trong. Chế độ nhiệt luyện tùy theo vật liệu làm chân vịt và thời gian thực
hiện tùy theo đường kính chân vịt đ ược cho ở các bảng sau:
- 13 -
Bảng 1.2: Chế độ nhiệt luyện sau khi nắn chân vịt
Vật liệu chế tạo chân vịt
Chế độ nhiệt luyện
Thép không gỉ
Ram ở nhiệt độ 650 ± 10
0
C trong thời gian 4 ÷ 6 giờ
khi nắn ở nhiệt độ 750 ÷ 850
0
C. Còn nếu nắn ở nhiệt
độ 600 ÷ 700
0
C thì không phải nhiệt luyện sau khi nắn
Thép cacbon
Không đòi hỏi nhiệt luyện
Đồng – mangan – sắt
Ủ ở nhiệt độ 350 ÷ 400
0
C
Đồng – nhôm – mangan – sắt
Ủ ở nhiệt độ 500 ÷ 550
0
C

Đồng – nhôm – niken – sắt
Khi nắn ở nhiệt độ 700 ÷ 850
0
C không cần phải thực
hiện nhiệt luyện
Bảng 1.3: Thời gian ủ nhiệt chân vịt hợp kim đồng sau khi nắn, h àn, cắt
Đường kính chân vịt, m
Thời gian giữ khi ủ nhiệt, giờ
< 1,5
1,5 ÷ 2
2 ÷ 4,5
4,5 ÷ 7
> 7
2
3
4
6
8
Các chân vịt chế tạo từ hợp kim đồng đ ược tiến hành nhiệt luyện bằng thiết
bị điện hoặc lò sấy bằng than, hoặc khí đốt, hoặc h àn hơi bằng khí than, dầu hỏa,
hydro, có ngọn lửa lan lớn; không đ ược dùng axetylen, oxy, oxy – propan buton
để gia nhiệt.
1.4 GIỚI HẠN NỘI DUNG
Hiện nay ở nước ta, đa số chân vịt đ ược đúc trong khuôn cát, hều hết sử dụng
kiểu chân vịt Wageningen v à có tỷ số mặt đĩa  < 1. Do đó, trong ph ạm vi đề tài
này, chúng tôi tập trung nghiên cứu, đề xuất giải pháp sửa chữa chân vịt sau khi đúc
có thông số không phù hợp với tàu thiết kế, với tỷ số mặt đĩa  < 1.
- 14 -
CHƯƠNG 2
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Như đã trình bày, hiện nay ở nước ta chân vịt được đúc trong khuôn cát v à
tiến hành gia công trên các máy công c ụ. Do đó, chất lượng vật đúc phụ thuộc nhiều
vào kinh nghiệm và trình độ tay nghề của công nhân n ên trong nhiều trường hợp,
chân vịt sau khi đúc bị cong v ênh, các thông số hình học như đường kính, tỷ số mặt
đĩa, tỷ số bước xoắn không đúng nh ư thiết kế, đôi khi không ph ù hợp với tàu thiết
kế. Trong những tr ường hợp như vậy, thông thường chân vịt được uốn, nắn hoặc
hàn cánh như đã trình bày ở chương 1. Tuy nhiên, cách làm đó không đ ảm bảo độ
chính xác, sau khi s ửa phải gia công, đánh bóng lại chân vịt n ên tốn nhiều thời gian,
công sức, đôi khi không thể thực hiện đ ược mà phải đúc lại chân vịt.
Một phương án đặt ra là sửa chữa cánh chân vịt trên máy phay CNC, t heo
đó, chân vịt sau chế tạo có thông số không ph ù hợp với tàu thiết kế được gá đặt trên
bàn máy CNC và phay theo chương tr ình được lập sẵn để đạt đến thông số thiết kế
yêu cầu. Giải pháp này đảm bảo được độ chính xác, độ bóng b ề mặt, mà không cần
phải nấu đúc lại nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất. Trong một số tr ường hợp không
thể sửa chữa lại chân vịt đúng theo thiết kế th ì có thể tận dụng để chế tạo chân vịt có
thông số nhỏ hơn.
Với cách đặt vấn đề nh ư thế, có thể tóm tắt quá trình sửa chữa chân vịt theo
trình tự sau:
- Làm sạch phôi;
- Kiểm tra, đánh giá các thông số h ình học chân vịt;
- Xây dựng mô hình 3D chân vịt trên các phần mềm CAD/CAM ;
- Gia công chân vịt về các thông số thiết kế y êu cầu;
- Kiểm tra chân vịt sau khi gia công .
- 15 -
Từ những trình bày trên, có thể đề xuất quy trình sửa chữa chân vịt như sơ đồ
hình 2.1 dưới đây:
Hình 2.1: Quy trình sửa chữa chân vịt sau khi đúc có thông số h ình học không phù
hợp với tàu thiết kế trên máy phay CNC
Làm sạch phôi chân vịt
Kiểm tra các thông số h ình học

chân vịt
Đúng với
thiết kế
Không sửa
chữa
Không đúng với thiết kế
Xây dựng mô hình 3D chân vịt
trên phần mềm CAD/CAM
Chép hình chân vịt
Gia công chân vịt (trên máy
CNC) về các thông số thiết kế
yêu cầu
Kiểm tra chân vịt
sau khi gia công
Dùng chương trình vẽ
chân vịt
- 16 -
2.1 LÀM SẠCH PHÔI
2.1.1 Mục đích: làm sạch phôi đúc chân vịt tạo thuận lợi cho quá tr ình kiểm tra, gia
công.
2.2.2 Phương pháp thực hiện: dùng chổi, bàn chải làm sạch bề mặt chân vịt tr ước
khi kiểm tra thông số hình học chân vịt
2.2 KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG S Ố CỦA CHÂN VỊT SAU CHẾ
TẠO
2.2.1 Mục đích: Xác định các thông số kích th ước của chân vịt sau khi chế tạo , so
sánh với thông số thiết kế y êu cầu để đưa ra phương pháp s ửa chữa phù hợp.
2.2.2 Phương pháp thực hiện: quá trình kiểm tra có thể tiến h ành như sau:
1. Kiểm tra chân vịt đúc
Xưởng chế tạo phải tiến h ành kiểm tra phôi đúc chân vịt nh ư sau:
- Nếu vật liệu là thép hoặc đồng thì phải tiến hành phân tích đầy đủ thành

phần hóa học, thử và xác định đặc tính cơ học và so sánh với số liệu
trong các bảng đặc tính của vật liệu chế tạo.
- Nếu vật liệu là gang: phân tích thành ph ần hóa học (nếu khách h àng yêu
cầu), thử và xác định đặc tính cơ học về uốn, kéo và độ cứng. Sau khi xác
định kích thước, quan sát bề ngoài, thử nghiệm cơ và phân tích thành
phần hóa học. Tất cả các phôi đúc chân vịt đều phải thử “thả r ơi” xuống
nền bêtông. Nền bêtông này có chiều cao không nhỏ hơn 1m, phía dưới
là nền đất cứng, khô và chắc, có chiều cao không nhỏ hơn 0,5 m. Thử
“thả rơi” được tiến hành từ độ cao 2 m ÷ 2,5 m nếu phôi đúc có t rọng
lượng Q ≤ 1500 kG v à từ độ cao 1 m nếu Q > 1500 kG. Đối với phôi
chân vịt đúc liền: thả rơi theo chiều mặt đầu phía mũi của may ơ xuống
dưới, còn đối với chân vịt tháo lắp th ì “thả rơi” cánh theo chiều bích nối
của cánh xuống dưới.
- Sau khi thử “thả rơi” thì ta dùng búa gõ, âm thanh ph ải trong trẻo và đều.
Nếu rè là có vết rạn nứt, không đạt y êu cầu. Ngoài ra, người ta thường
dùng máy dò hay ch ất thử màu để xác định khuyết tật.
- 17 -
Tuy nhiên, vì một số khó khăn về vật chất, kỹ thuật m à các cơ sở sản xuất
thường bỏ qua giai đoạn kiểm tra, phân tích vật liệu m à chỉ tiến hành thử “thả rơi”
kiểm tra khuyết tật bề mặt, các vết nứt v à kiểm tra thông số hình học của chân vịt.
2. Kiểm tra đường kính chân vịt
Thông thường, đường kính chân vịt được đo bằng thước thẳng
3. Kiểm tra bước xoắn:
Cách xác định bước xoắn trên mặt đẩy của cánh phôi đúc chân vịt phổ biến
nhất là: dùng tam giác bư ớc xoắn và phương pháp tọa độ.
a) Bằng tam giác bước xoắn
Tam giác bước xoắn được làm cho mỗi profin ở bán kính r. Tam giác n ày có
thể uốn theo đúng bán kính của mặt n ày, do đó cạnh huyền AC của tam giác b ước
sẽ xác định chính xác h ình dáng của cánh tại vị trí của profin. Tính chất n ày cũng
được vận dụng để kiểm tra b ước xoắn chân vịt (h ình 2.2).

b) Phương pháp tọa độ
Kiểm tra bước xoắn theo cách dùng thước góc và tam giác bước xoắn nêu
trên chủ yếu dùng cho các loại chân vịt cỡ nhỏ và vừa. Còn đối với chân vịt cỡ lớn,
nặng thì phương pháp trên gặp nhiều khó khăn và không chính xác khi thực hiện.
Vì vậy người ta áp dụng phương pháp tọa độ có sử dụng thiết bị đo bước xoắn đặc
biệt. Ngoài ra, còn sử dụng phương pháp tọa độ để đo bước xoắn chân vịt.
Hình 2.2: Kiểm tra bước xoắn bằng tam
giác mẫu bước xoắn
- 18 -
Giả sử ta cần xác định b ước của prôfin AB có bán kính R
i
cách tâm chân vịt
(hình 2.3) tại điểm khảo sát M v à N
Hình 2.3: Xác định bước xoắn bằng phương pháp tọa độ
Từ M đến N, chiều cao h của đ ường xoắn ốc tăng lên là: h = N
n
– M
m
Góc xoay từ M đến N là  - đọc tại thang chia 7 tr ên giá 6
Gọi l là chiều dài cung mn, ta có:
a
l
R
i

360
2 
và
i
i

R
H
l
h
2 

Suy ra: H
i
=
h.
360

H
i
là bước xoắn tại bán kính R
i
Đem trị số H
i
so sánh với số liệu trong bản vẽ thiết kế ta có thể xác định
được độ chênh lệch bước của phôi đúc.
Ngoài hai phương pháp như đã trình bày, trên thực tế còn một số phương pháp
kiểm tra bước xoắn chân vịt th ường được sử dụng như phần trình bày dưới đây.
c) Xác định bước xoắn bằng phương pháp đơn giản
- Xác định bước xoắn bằng dụng cụ,
- Xác định bằng dây dọi,
- Xác định bước xoắn bằng thước thẳng.
- 19 -
d) Kiểm tra bước xoắn với sự hỗ trợ của máy tính
Với sự phát triển của khoa học công nghệ c ùng với sự trợ giúp của máy tính,
công tác kiểm tra bước xoắn chân vịt cũng đ ược cải tiến và tự động hóa dưới sự hỗ

trợ của máy tính.
Thiết bị đo lường, kiểm tra: Prop Tracker Measuring Assembly - Hardware.
Thiết bị này cho phép đo lường kiểm tra chân vịt một cách nhanh chóng,
chính xác và được kết nối trực tiếp với máy tính. Chúng được chế tạo theo công
nghệ hiên đại với tiêu chuẩn ISO - 484, có thể đo được các loại chân vịt có đ ường
kính nằm trong khoảng từ 2” đế n 32” và có thể xác định sai lệch bước chân vịt.
Thiết bị còn có thể chỉ ra được sai lệch về độ cong v à hình dạng cánh mà mắt
thường không thể phân biệt đ ược.
Hình 2.4 Thiết
bị kiểm tra bề
mặt, đo bước
xoắn chân vịt
kiểu hiện số
- 20 -
4. Kiểm tra tỷ số mặt đĩa
Ta có, tỷ lệ mặt đĩa  là tỷ số giữa diện tích duỗi thẳng S
0
và diện tích của
hình tròn ngoại tiếp cánh chân vịt.
Hay  =
4
.
2
00
D
S
z
S
S



Trong đó: Z là số cánh chân vịt
D là đường kính chân vịt
Như vậy, để xác định được θ, ta chỉ cần xác định số cánh Z, đường kính D và
diện tích duỗi thẳng S
0
của cánh chân vịt rồi thay vào công thức trên.
Sau khi kiểm tra được các thông số hình học chân vịt, so sánh với giá trị
trong bản vẽ thiết kế. Nếu đúng với thiết kế th ì không cần phải sửa chữa chân vịt;
ngược lại nếu cánh bị cong vênh, hay tỷ số bước, đường kính không đúng theo thiết
kế, không phù hợp với tàu thiết kế thì tiến hành xây dựng lại mô hình 3D cánh chân
vịt phục vụ cho việc lập tr ình gia công trên máy CNC.
2.3 XÂY DỰNG LẠI MÔ HÌNH 3D CÁNH CHÂ N VỊT THEO CÁC THÔNG
SỐ SAU CHẾ TẠO.
2.3.1 Mục đích: thiết lập lại mô hình không gian của chân vịt trên máy tính để lập
chương trình gia công.
2.3.2 Phương pháp thực hiện: có hai phương pháp :
1. Vẽ chân vịt với sự hỗ trợ của các phần mềm.
Với loại chân vịt đã qua thử nghiệm như loại Wageningen Seri – B, ta áp
dụng phương pháp vẽ chân vịt. Trong đề tài này, ứng dụng chương trình vẽ chân vịt
được thực hiện trong luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu chế tạo mẫu chân vịt
tàu cá từ các thông số thiết kế tr ên máy phay CNC” do anh Nguyễn Thắng Thịnh
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS Trần Gia Thái.
- 21 -
Hình 2.5 là giao diện của chương trình:
Hình 2.5 Giao diện của chương trình vẽ chân vịt từ các thông số thiết kế
Đây là chương trình vẽ chân vịt (kiểu Wageningen Seri – B) từ các thông số
ban đầu: đường kính chân vịt D, tỷ lệ b ước xoắn H/D, tỷ lệ mặt đĩa S
o
/S và số lượng

cánh chân vịt Z, sau đó xuất qua môi trường CAD/CAM. Tuy nhiên vì một số lý do
nên khi thực hiện bản vẽ 3D th ì phần củ chân vịt là khối solid, còn cánh chân vịt chỉ
là những đường cơ, không phải là khối solid. Do đó, ta cần phải xây dựng mô h ình
khối 3D cho toàn bộ chân vịt, tạo điều kiện thuận lợi cho phần gia công.
Giả sử ta cần vẽ chân vịt có D = 1400 mm, H/D = 0.7;  = 0.55; Z = 4. Nhập
các thông số này vào chương trình vẽ chân vịt, thực hiện vẽ 3D và xuất sang
AutoCad như hình 2.6:
- 22 -
Hình 2.6: Mô hình chân vịt sau khi xuất qua AutoCad.
Nhận thấy, cánh chân vịt trong mô hình này còn ở dạng bề mặt lưới, do đó
cần phải thực hiện phủ bề mặt từng cánh chân vịt để đ ưa chân vịt thành mô hình
khối. Trong đề tài này, sử dụng chương trình Pro Engineer Wildfire để thực hiện
công việc trên. Sau đây là lần lượt các bước để phủ mặt một cánh chân vịt, các cánh
còn lại được thực hiện tương tự.
- Bước 1: Khởi động chương trình Pro/E và mở file cần thực hiện:
Hình 2.7 là mô hình chân v ịt sau khi chuyển qua Pro/E:
Hình 2.7: Mô hình chân vịt trên Pro/E
- 23 -
- Bước 2: Thiết lập đơn vị: vào Edit/ Setup Trên Menu Manager, ch ọn Unit
 mmNs  Set  OK  Close, chọn Done (hình 2.8):
Hình 2.8: Thiết lập đơn vị cho chương trình
- Bước 3: Để phủ mặt cho cánh chân vịt, ta cần phải thực hiện cắt profi n cánh
với đường cong tại mút cánh. Chọn profi n cần trim, sau đó nhấp chọn biểu t ượng
(Trim Tool), tiếp theo chọn đối tượng giao để cắt, chọn để giữ lại đường
cong về hai phía của profile (h ình 2.9). Kết thúc chọn OK
Hình 2.9: Thực hiện cắt profin cánh để xây dựng mặt cánh chân vịt
- 24 -
- Bước 4: Nhấp vào biểu tượng (Boundary blend) trên thanh công cụ
Tools hoặc thực hiện theo đường dẫn: Main manu / Insert / Boundary blend ; sau đó
lần lượt chọn các đường cong trên bề mặt của cánh chân vịt nh ư hình 2.10 và 2.11:

Hình 2.10: Chọn các đường Curve trên mặt cánh chân vịt
Sau đó nhấp chuột vào để chọn các mép cánh chân vịt:
Hình 2.11: Chọn mép cánh chân vịt
Xong chọn OK để kết thúc lệnh.
- 25 -
Như vậy một phần cánh chân vịt đã được phủ mặt như hình 2.12:
Hình 2.12: Một phần cánh chân vịt đ ược phủ mặt
- Bước 5: Tương tự như trên, tiếp tục sử dụng công cụ Boundary Blend để
tạo mặt phủ kín các mép cánh ở đầu mút của chân vịt như hình 2.13:
Hình 2.13: Xử lý phần mút cánh chân vịt