›

Luận văn Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán sức chứa container cho tàu container

pdf 46 trang thiennha21 09/04/2022 2940
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán sức chứa container cho tàu container", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_nghien_cuu_xay_dung_mo_hinh_tinh_toan_suc_chua_cont.pdf

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán sức chứa container cho tàu container

  1. BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SỨC CHỨA CONTAINER CHO TÀU CONTAINER Người thực hiện : KS. Lê Đức Lâm Lớp/Khoá : Kỹ thuật tàu thủy /2012-2014 Người hướng dẫn : TS. Trần Ngọc Tú HẢI PHÒNG - 2015 1
  2. NỘI DUNG  Mở đầu  Chƣơng 1. Tổng quan về tàu container  Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết xác định sức chở container  Chƣơng 3. Mô hình toán học xác định sức chở container  Kết luận, kiến nghị 2
  3. Mở đầu 1. Lý do chọn đề tài 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài 5. Ý nghĩa của đề tài 3
  4. 1. Lý do chọn đề tài QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ TÀU CONTAINER Xây dựng bộ kích thƣớc chủ yếu Xây dựng tuyến hình tàu Phân khoang, xác định vị trí đặt container theo chiều dài, theo chiều rộng, theo chiều cao Thực hiện bài toán xếp container lên tàu 4
  5. 1. Lý do chọn đề tài SƠ ĐỒ XẾP CONTAINER TÀU 1700 TEU 5
  6. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài - Tìm hiểu, nghiên cứu cơ sở lý thuyết các nguyên lý xếp container trong khoang hàng và trên boong; - Xây dựng mô hình tính toán và chƣơng trình phần mềm hiện thực hóa mô hình tính toán. 6
  7. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - Là các tàu container chuyên dụng loại có nắp hầm hàng. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu tính toán sức chở container cho tàu thông qua việc giải quyết ba bài toán:  Bài toán xếp thùng;  Bài toán phƣơng trình khối lƣợng;  Bài toán tính ổn định của tàu. - Nghiên cứu những tàu container chuyên dụng sức chở dƣới 1000TEU. 7
  8. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài  Phƣơng pháp luận trong thiết kế tàu;  Phƣơng pháp phân tích hệ thống;  Phần mềm lập trình. => Đƣa ra chƣơng trình tính toán sức chở container cho tàu. 8
  9. 5. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học của đề tài:  Đề tài đã tổng hợp đƣợc phƣơng pháp dùng để xác định sức chở container cho tàu container trong giai đoạn thiết kế ban đầu;  Đề tài đã xây dựng đƣợc thuật toán tính toán sức chứa container. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:  Đã xây dựng đƣợc chƣơng trình hiện thực hóa mô hình tính toán đƣa ra;  Kết quả thu đƣợc từ luận văn có thể đƣợc dùng để tính toán sức chứa container cho tàu trong quá trình thiết kế tàu container, làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khi tìm hiểu về tàu container. 9
  10. Chƣơng 1. Tổng quan về tàu container 1.1. Ƣu điểm của việc vận chuyển hàng hóa bằng container 1.2. Tổng quan về các giai đoạn phát triển tàu container thế giới 1.3. Phân loại tàu chở container 1.4. Khái niệm sức chở container cho tàu 10
  11. 1.1. Ƣu điểm của việc vận chuyển hàng hóa bằng container  Tập trung lƣu lƣợng hàng hóa;  Liên kết các dạng vận chuyển khác nhau;  Tiêu chuẩn hóa quá trình vận tải;  Tăng cƣờng việc bảo quản hàng hóa;  Tăng hiệu quả xếp dỡ hàng hóa;  Tính cơ giới hóa cao, an toàn lao động;  Giảm thời gian đậu đỗ của tàu trong cảng;  Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trƣờng. Những ƣu điểm trên đã thúc đẩy việc vận chuyển hàng hóa bằng container phát triển kéo theo sự phát triển đội tàu container. 11
  12. 1.2. Tổng quan về các giai đoạn phát triển đội tàu container Đội tàu container thế giới cho đến nay đã trải qua 7 giai đoạn phát triển: 12
  13. 1.4.Khái niệm sức chở container cho tàu. Khi tìm hiểu về sức chở container của tàu, ta thƣờng thấy xuất hiện tối thiểu là ba khái niệm nhƣ sau:  Khái niệm “Total TEU capacity”: Số container lớn nhất mà tàu có thể chuyên chở đƣợc, ứng với khối lƣợng trung bình của một container theo thiết kế.  Khái niệm “Homogeneously loaded to 14 tonnes”: Số container mà tàu có thể chuyên chở đƣợc khi khối lƣợng trung bình của một container là 14 tấn Quan hệ giữa số lƣợng container 14 tấn tƣơng đƣơng với sức chở container của tàu 13
  14. 1.4.Khái niệm sức chở container cho tàu.  Khái niệm “Reefer plugs”: Số lƣợng giắc cắm các container đông lạnh trên tàu. % số container đông lạnh so với sức chở tàu 25.0 20.0 15.0 y = 5.879x0.056 10.0 R² = 0.005 5.0 0.0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 TOTAL TEU Quan hệ giữa số lượng Reefer plugs với sức chở container của tàu. Số container đông lạnh mà tàu có thể chuyên chở đƣợc sẽ tùy thuộc vào mục đích khai thác và loại hàng hóa mà tàu thƣờng xuyên chuyên chở, nó có thể chiếm đến 20% sức chở container của tàu . 14
  15. Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết xác định sức chở container 2.1. Đặc điểm kiểu kiến trúc - kết cấu tàu container hiện đại 2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu 2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container 2.4. Quy ƣớc đánh số thứ tự các thùng trên tàu container 2.5. Phƣơng pháp xác định sức chở container cho tàu 15
  16. 2.1. Đặc điểm kiểu kiến trúc - kết cấu tàu container hiện đại.  Có khả năng vận chuyển một lƣợng lớn container trên boong, chúng có thể chiếm từ 50% đến 80% tổng số container mà tàu có thể chuyên chở đƣợc;  Tàu có chiều cao mạn khô dƣ, tỷ số D/d=1,15÷1,45;  Tàu có độ mở miệng hầm hàng lớn, chiều rộng miệng hầm hàng có chiếm đến 85% chiều rộng tàu;  Tàu có đáy đôi và mạn kép;  Tàu có đuôi transom và mũi quả lê;  Tàu đƣợc trang bị chong chóng mũi để tăng tính quay trở cho tàu;  Thƣợng tầng lái của tàu có dạng lầu đƣợc đặt ở vùng đuôi tàu thƣờng nằm sau vách ngăn đuôi;  Buồng máy của tàu đƣợc bố trí ở phía đuôi tàu, mặt boong phía trên buồng máy đƣợc tận dụng để xếp container;  Trong khoang hàng đƣợc trang bị các thanh dẫn hƣớng có chiều cao từ sàn đáy đôi lên đến mặt miệng quầy;  Kích thƣớc chiều dài, chiều rộng và chiều sâu của khoang hàng phụ thuộc vào số container xếp theo các chiều tƣơng ứng. 16
  17. 2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu Trong giai đoạn thiết kế ban đầu, việc xác định sức chở container cho tàu thƣờng đƣợc xác định qua phƣơng pháp thống kê. Một số tác giả đã đƣa ra các công thức sơ bộ xác định đƣợc số lƣợng container đƣợc sắp xếp trong khoang hàng và trên boong, ví dụ nhƣ sau[2]: Khoang nTEU 0,0196 L OA BD 148,6129 (0,8479 C b 0,0918) Boong Boong nTEU 0,050117 L OA Bn tier 82,6702 Trong đó : Khoang n TEU : Số container 20ft đƣợc xếp trong khoang; Boong n TEU : Số container 20ft đƣợc xếp trên boong tàu; Boong n tier : Số lớp container trên boong tàu; LOA : Chiều dài lớn nhất của tàu, m; B : Chiều rộng tàu, m; D : Chiều cao mạn tàu, m; Cb :Hệ số béo thể tích. 17
  18. 2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu Tiến hành kiểm tra độ tin cậy của công thức trên % sai số giữa số container trong khoang hàng trên thực tế và tính toán 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 TOTAL TEU % sai số giữa số container trên boong trên thực tế và tính toán 60.0 40.0 20.0 0.0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 TOTAL TEU Kết luận : Với độ sai số tương đối lớn, công thức trên có độ tin cậy không cao 18
  19. 2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu Bằng phƣơng pháp phân tích số liệu thống kê tác giả xây dựng lên bộ công thức: Sức chở container của tàu phụ thuộc vào modul khối LBD: Sức chở tàu, TEU 12000 10000 8000 n = 0,157(LBD)0,849 6000 4000 2000 0 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 modul khối (LBD) 19
  20. 2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu Số container trong khoang tàu phụ thuộc vào modul khối LBD: Số container trong khoang n(K), TEU 6000 5000 4000 nKhoang = 0,009(LBD)1,015 3000 2000 1000 0 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 modul khối (LBD) 20
  21. 2.2. Các phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu Kiểm tra độ tin cậy của công thức, sai số lớn nhất gần 12% % sai số giữa tống số container chuyên chở trên thực tế và tính toán 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 TOTAL TEU 21
  22. 2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu % sai số giữa tống số container Sai số lớn nhất gần 12% chuyên chở trên thực tế và tính toán 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 TOTAL TEU -Phƣơng pháp trên giúp ngƣời thiết kế sơ bộ đánh giá đƣợc sức chở container cho tàu khi đã biết đƣợc các thống số cơ bản của tàu. -Phƣơng pháp trên chƣa chỉ ra đƣợc với phƣơng án bố trí container cho tàu. Đó là nhƣợc điểm của nó, và đòi hỏi phải có một phƣơng pháp tính toán thiết kế cụ thể hơn đƣa ra đƣợc phƣơng án bố trí container trên tàu. 22
  23. 2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container 2.3.1.Đặc điểm xếp thùng theo chiều dài tàu Qua thống kê, tìm hiểu và phân tích đã chỉ ra rằng có ba kiểu đặt các kết cấu ô mạng phụ thuộc vào số ô container 20 ft theo chiều dài tàu a) b) c) a) khoang hàng chứa 2ô container 20ft, hoặc 1 ô container 40ft; b) khoang hàng chứa 4 ô container 20ft, hoặc 2 ô container 40ft; c) khoang hàng chứa 6 ô container 20ft, hoặc 3 ô container 40ft; Cụm kết cấu (1) – vách hộp kín nƣớc; Cụm kết cấu (2) – đáy đôi; Cụm kết cấu (3) – block kết cấu vách hộp dạng ô mạng không kín nƣớc. 23
  24. 2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container 2.3.1.Đặc điểm xếp thùng theo chiều rộng tàu Trên cơ sở nghiên cứu các cách xếp container ở các tàu container hiện đại, hiện tồn tại ba phƣơng án xếp container theo chiều rộng tàu Phƣơng án 1. nrowb =nrow Phƣơng án 2. nrowb = nrow + 1 Phƣơng án. = nrow + 2 Phươ ng án 1-Số dãy container theo chiều ngang trong khoang hàng và trên boong bằng nhau. Phương án 2-Số dãy container theo chiều ngang trên boong lớn hơn một so với số dãy theo chiều ngang trong khoang hàng. Phương án 3-Số dãy container theo chiều ngang trên boong lớn hơn hai so với số dãy theo chiều ngang trong khoang hàng. 24
  25. 2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container 2.3.1.Đặc điểm xếp thùng theo chiều cao tàu Chiều cao miệng quầy đối với các tàu container hiện đại nằm trong khoảng 1,8±0,1 m. Chiều cao này cộng với chiều cao nắp hầm hàng sẽ đảm bảo cho thuyền viên có thể đi lại một cách tự do trên mặt boong dƣới các container bên mạn đƣợc đặt trên nắp hầm hàng. Kích thƣớc khe hở giữa mép trên của lớp container trên cùng trong khoang hàng với mép dƣới lớp container đầu tiên trên boong là 0,8 m. 25
  26. 2.4. Quy ƣớc đánh số thứ tự các thùng trên tàu container Bay – là số ô container theo chiều dài tàu. Đánh số từ mũi về đuôi, số lẻ cho các container 20ft, số chẵn cho các container 40ft Row – là số dãy container theo chiều rộng tàu. Đánh số từ dọc tâm ra mạn, số lẻ cho các container mạn phải, số chẵn cho các container mạn trái, dọc tâm đánh 00 Tier – là số lớp container. Trong khoang bắt đầu đánh từ 02, 04, 06 Trên boong bắt đầu đánh từ 82, 84, 86 26
  27. 2.5. Phƣơng pháp xác định sức chở container cho tàu 2.5.1.Các nguyên lý xếp thùng trong khoang hàng và trên boong tàu  Cạnh dài của container đƣợc xếp dọc theo chiều dài tàu;  Khe hở giữa đƣờng bao của container với đƣờng tuyến hình không đƣợc nhỏ hơn 650mm;  Kích thƣớc khe hở giữa lớp container trên cùng trong khoang với lớp container đầu tiên trên boong là 0,8 m;  Hiệu số dãy container theo chiều rộng tàu giữa hai lớp container liền nhau trong khoang hàng là một số chẵn;  Trong một block dẫn hƣớng thì hiệu số dãy container theo chiều rộng tàu giữa hai ô container 20ft liền kề nhau trong một block dẫn hƣớng là một số chẵn;  Tại mặt boong trên buồng máy sẽ bố trí thêm các ô container 20ft bổ sung;  Số dãy container trên boong theo chiều rộng tàu sẽ lớn hơn một container so với số dãy container ở lớp trên cùng trong khoang hàng đối với tàu có sức chở dƣới 1000TEU, lớn hơn hai đối với tàu có sức chở trên 1000TEU . 27
  28. 2.5. Phƣơng pháp xác định sức chở container cho tàu 2.5.2. Hiệu chỉnh sức chở container qua phƣơng trình khối lƣợng Phƣơng trình khối lƣợng trong mô hình toán học thiết kế tàu container nhƣ sau: ' '' m mi nconmcon nconmcon i Sau khi giải phƣơng trình khối lƣợng, xác định tọa độ trọng tâm thùng hàng container, tiến hành kiểm tra ổn định tàu, nếu tàu không thỏa mãn điều kiện ổn định sẽ tiến hành hiệu chỉnh bằng phƣơng pháp bố trí dằn 28
  29. 2.5. Phƣơng pháp xác định sức chở container cho tàu 2.5.3. Hiệu chỉnh sức chở container bằng phƣơng pháp bố trí dằn đảm bảo ổn định tàu Quá trình bố trí dằn đƣợc thực hiện theo trình tự sau: • Nƣớc dằn đƣợc nhận vào tàu đồng thời với việc loại bỏ bớt các container nằm ở các lớp trên cùng cho đến khi thỏa mãn các yêu cầu về ổn định; • Nƣớc dằn trƣớc tiên sẽ đƣợc nhận vào các két chứa dằn ở đáy đôi, sau đó sẽ đến các két dằn ở hai bên mạn kép tàu; • Khối lƣợng nƣớc dằn nhận vào sẽ bằng khối lƣợng của các container bị dỡ ra. Trong quá trình bố trí dằn cao độ trọng tâm mới của tàu xác định theo công thức: mi zi mсonncon zcon mcon (ncon ) j (zcon ) j (mbl ) j (zbl ) j i (Z g ) j m 29
  30. 2.5. Phƣơng pháp xác định sức chở container cho tàu 2.5.3. Hiệu chỉnh sức chở container bằng phƣơng pháp bố trí dằn đảm bảo ổn định tàu Sơ đồ thuật toán bố trí dằn tàu container 30
  31. Chƣơng 3. Mô hình toán học xác định sức chở container 3.1. Mô hình toán học xác định sức chở container cho tàu container 3.2. Xây dựng chƣơng trình phần mềm 3.3. Kiểm tra độ tin cậy 31
  32. 3.1. Mô hình toán học xác định sức chở container cho tàu Sơ đồ thuật toán của mô hình toán học Khối I tiến hành nhập các thông số đầu vào của tàu, nhập và kiểm tra tuyến hình tàu. Khối II tiến hành tính toán số lƣợng container trong khoang hàng và số lƣợng container trên boong khi đƣợc xếp tối đa lên tàu. Khối III tiến hành giải phƣơng trình khối lƣợng để thêm vào hoặc dỡ bớt số container trên boong. Khối IV tiến hành tính toán ổn định cho tàu và tiếp tục dỡ bớt số container trên boong. Khối V tiến hành xuất kết quả số lƣợng và sơ đồ bố trí container trên tàu. 32
  33. 3.2. Xây dựng chƣơng trình phần mềm Sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 Tên chƣơng trình : “CHUONG TRINH TINH TOAN SUC CHUA TAU CONTAINER” Form chính của chƣơng trình : 33
  34. 3.2. Xây dựng chƣơng trình phần mềm Nhập bảng trị số tuyến hình thông qua phần mềm Excel 34
  35. 3.2. Xây dựng chƣơng trình phần mềm Form nhập “TOA DO VI TRI MEP SAU THUNG HANG CONTAINER”. 35
  36. 3.2. Xây dựng chƣơng trình phần mềm Form “KET QUA”. 36
  37. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Áp dụng phần mềm lập ra cho việc tính toán thử sức chở container cho tàu container 700 TEU đóng tại nhà máy đóng tàu Nam Triệu có các thông số chủ yếu nhƣ sau: Chiều dài lớn nhất LOA= 133.6 m Chiều dài thiết kế L= 126.8 m Chiều rộng thiết kế B= 19.4 m Chiều chìm thiết kế d= 7.36 m Chiều cao mạn D= 9.45 m Chiều rộng mạn kép bmk= 1.819 m Chiều cao đáy đôi hdd= 1.75 m Lƣợng chiếm nƣớc toàn tải Δm= 12272.9 tấn Các thành phần khối lƣợng trừ hàng hóa ∑mi= 3614.3 tấn Cao độ trọng tâm các thành phần z∑mi= 7.719 m khối lƣợng trừ hàng hóa Số ô container 20ft nbay= 12 theo chiều dài trong khoang hàng Số dãy container lớn nhất nrow= 6 theo chiều ngang trong khoang hàng Số lớp container ntier= 3 theo chiều cao trong khoang hàng 37
  38. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Nhập các thông số kích thƣớc của tàu vào trong form chính: 38
  39. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Nhập hoành độ mép sau của thùng hàng container: 39
  40. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Nhập bảng trị số tuyến hình. 40
  41. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Đƣa ra kết quả. 41
  42. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Kết quả dƣới dạng file Excel 42
  43. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Kết quả dƣới dạng file AutoCAD 43
  44. 3.3. Kiểm tra độ tin cậy của chƣơng trình Bảng kiểm tra độ tin cậy chương trình. Số container, TEU Tàu thực tế Mô hình tính toán % Sai số Khối lƣợng trung bình Trong khoang hàng 184 184 0,0% 9,5 tấn Sức chở tàu 700 600 14,8% 14 tấn Sức chở tàu 409 392 4,2% 44
  45. Kết luận và kiến nghị 1.Kết luận Qua tìm hiểu, nghiên cứu cơ sở lý thuyết các nguyên lý xếp container trong khoang hàng và trên boong đã đạt đƣợc:  Đã tổng hợp đƣợc các phƣơng pháp dùng để xác định sức chở container cho tàu container trong giai đoạn thiết kế ban đầu;  Đã xây dựng đƣợc thuật toán tính toán sức chứa container;  Đã xây dựng đƣợc chƣơng trình hiện thực hóa mô hình tính toán đƣa ra; 2.Kiến nghị • Đề tài mới chỉ nghiên cứu tính toán cho tàu container chuyên dụng có nắp hầm hàng sức chở dƣới 1000TEU. • Kiến nghị cần có sự nghiên cứu sâu hơn nữa về tính toán sức chở container cho các tàu container chuyên dụng loại có nắp hầm hàng sức chở trên 1000TEU và các tàu container chuyên dụng loại không có nắp hầm hàng. 45
  46. Em xin chân thành cảm ơn !!!! 46