xác định một số chỉ tiêu độ tin cậy
của hệ động lực tàu vận tải biển thông qua
thời gian làm việc không hỏng

Pgs. ts. đỗ đức tuấn
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT
ths. ncs. nguyễn trung hải
Khoa Cơ điện - Học viện Hải quân

Tóm tắt: Bài viết trình bày quá trình tính toán, xác định một số chỉ tiêu độ tin cậy của hệ động lực
một số loại tàu vận tải biển đang sử dụng trong ngành vận tải biển Việt Nam thông qua việc khảo sát thời
gian làm việc không hỏng của các hệ thống đó trong quá trình khai thác.
Summary: The article presents the caculating process and identification of some of the reliability
criteria of ships of dynamic system used in Vietnam. The process was conducted by examining the
system's operating time during which breakdown is not involved.
. Đặt vấn đề
Ngày nay, vấn đề độ tin cậy của sản phẩm càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn do tính chất cơ
khí hoá, tự động hoá các quá trình sản xuất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và giao thông vận tải, v.v…
Sự kém tin cậy của sản phẩm, làm xuất hiện những sự cố của thiết bị, dẫn đến chi phí cho sửa chữa gia
tăng, hoặc phải dừng máy với thời gian dài, thậm chí có những trường hợp dẫn đến tai nạn gây tổn thất
lớn, trong đó có cả sinh mạng con người.
Đối với tàu thuỷ, an toàn trên biển là vấn đề cực kỳ quan trọng. Khả năng cơ động của con tàu được
quyết định bởi độ tin cậy của hệ động lực (HĐL). Các tàu vận tải biển đóng tại Việt Nam với tỷ lệ 30%
nội địa hoá, sử dụng 100% động cơ chính của nước ngoài, trong đó có động cơ diesel kiểu 6L350PN do
Séc và Xlôvakia sản xuất. Mặc dù đã thực hiện đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và chế tạo, nhưng
do điều kiện khắc nghiệt của môi trường, do trình độ khai thác và quản lý chưa tốt của người sử dụng,
v.v… dẫn đến chất lượng làm việc của HĐL vẫn bị bị suy giảm. Kinh nghiệm của các chuyên gia cho
biết, thiết bị năng lượng tàu chiếm 60 - 80% toàn bộ các hư hỏng, trong đó 80-90% rơi vào các động cơ
chính, thiết bị bổ trợ và các hệ thống bơm. Vì vậy, việc nghiên cứu để duy trì các HĐL đảm bảo được

Năm
Tổng số
tàu (chiếc)
Tổng dung
tích (GT)
Tổng trọng
tải (tấn)
Tổng công
suất (ML)
Tuổi trung
bình (năm)
Hoạt động
tuyến biển
Việt Nam
(chiếc)
1 1993 640 784318 1148545 681104 13,00 1362
2 1994 670 789234 1186265 768245 13,45 450
3 1995 694 744234 1068707 891134 13,80 628
4 1996 781 833189 1183205 966372 13,68 538
5 1997 796 838912 1220750 770049 13,94 745
6 1998 832 905792 1316035 867730 13,20 709
7 1999 840 964709 1636869 885721 14,76 -
8 2000 1043 1210072 2018262 1035841 14,86 984
9 2001 1056 1186079 1720203 - 14,40 -
2.1. Đặc điểm các tàu vận tải biển sản xuất tại Việt Nam
Tàu thuỷ được sản xuất tại Việt Nam có các đặc điểm chính sau đây:
1. Phần lớn các tàu được thiết kế do Đăng kiểm nước ngoài giám sát.
2. Tàu được thiết kế, chế tạo để hoạt động trong môi trường khí hậu phức tạp có nhiều tác động xấu
đến độ tin cậy của hệ động lực.


Bảng 2. Một số tàu vận tải biển do Việt Nam đóng
TT
Loại tàu
Các đặc tính kỹ thuật
1000 Tấn 600 Tấn 450 Tấn
1 Chiều dài, m 70,75 69,13 59,15
2 Chiều rộng, m 11,8 10 9,0
3 Mớn nước trung bình, m 3,95 3,2 3,25
4 Vận tốc kinh tế (max), hl/h 12 (14) 10 (12) 8 (10)
5 Trọng tải, tấn 1000 600 450

6 Công dụng chở hàng của tàu Hàng rời Hàng rời Hàng rời
7 Kiểu động cơ chính 6L350PN 6L350PN 6L350PN
8 Số động cơ chính trên tàu, chiếc 02 01 01
9 Số chân vịt trên một tàu, chiếc 02 01 01
10 Tổng cộng số tàu, chiếc 13 02 22
Bảng 3. Các loại tàu Trường Sa và HQ được chọn làm đối tượng khảo sát
TT Tên tàu Năm sản xuất Nhà máy sản xuất S/L động cơ chính Nơi sử dụng
1 2 3 4 5 6
Loại tàu 1000 Tấn
1 Trường Sa 01 1990 02
2 Trường Sa 02 1991 02
3 Trường Sa 04 1992 02
4 Trường Sa 06 1993 02
5 Trường Sa 08 1994 02
6 Trường Sa 10 1995
Hạ Long
Quảng Ninh
02
Tp. HCM

1995
Bến Kiền 01
Bà Rịa
Vũng Tàu
9 HQ - 636 Hà Nội 01 Vũng Tàu
10 HQ - 638
1998
A 173 01 Vũng Tàu
III. Xác định các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ động lực tàu Trường Sa và tàu HQ sử dụng trong ngành
vận tải đường thuỷ Việt Nam giai đoạn 1993-2002
3.1. Khảo sát và thu thập số liệu thống kê
Độ tin cậy của hệ thống động lực trên tàu thuỷ phụ thuộc vào độ tin cậy của các bộ phận và phân hệ
cơ bản như động chính, các thiết bị phục vụ hệ thống động lực, ổ đỡ chặn hệ trục, các ổ đỡ của hệ trục,
các trục của hệ động lực và chân vịt.

Để xác định các thông số độ tin cậy của hệ thống động lực trên tàu thuỷ đã tiến hành khảo sát, thu
thập các số liệu thống kê về thời gian làm việc của các hệ bộ phận tương ứng trên tàu thuỷ tới khi xuất
hiện hư hỏng phải dừng tàu (thời gian làm việc giữa các lần xảy ra hư hỏng hay thời gian làm việc tới
hỏng) của các loại tàu Trường Sa (tải trọng 1000 Tấn) và tàu HQ (tải trọng 450 Tấn) đang sử dụng tại các
vùng biển Việt Nam trong thời gian từ 1993 đến năm 2002. Một số tàu do Việt Nam đóng được chọn làm
đối tượng khảo sát được thể hiện trong bảng 3. Các loại tàu đã nêu chỉ được tiến hành khảo sát tại Quân
chủng Hải quân.
Qua khảo sát trong toàn bộ quá trình hoạt động của các tàu trong khoảng thời gian từ 1993 đến 2002
thấy rằng:
1. Đối với tàu Trường Sa trọng tải 1000 tấn, chân vịt và các trục của hệ động lực của các tàu trong
toàn bộ giai đoạn khảo sát hầu như không xảy ra hư hỏng đột xuất, ổ đỡ chặn hệ trục hư hỏng đột xuất
không nhiều, còn các ổ đỡ của hệ trục có hư hỏng đột suất là đáng kể, còn các thiết bị phục vụ hệ thống
động lực và động cơ chính của tàu là đối tượng có nhiều hư hỏng đột suất nhiều nhất.
2. Đối với tàu HQ trọng tải 450 tấn, chân vịt và các trục của hệ động lực, ổ đỡ chặn và các ổ đỡ của
hệ trục hầu như không có hư hỏng đột suất, các hư hỏng đột suất xảy ra chủ yếu đối với các thiết bị phục

- Từ các giá trị cường độ hỏng và cường độ phục hồi của từng bộ phận (phân hệ), tiến hành xác định
các thông số độ tin cậy: xác suất làm việc không hỏng (hàm tin cậy), xác suất hỏng, hệ số sẵn sàng, hệ số
không sẵn sàng và hàm sẵn sàng của từng bộ phận (phân hệ) và cho tổng thể hệ thống động lực tàu thuỷ
theo từng năm và cho cả quá trình khảo sát;
- Việc xác định các thông số độ tin cậy được tiến hành theo hai phương án:

Phương án 1. Xác định độ tin cậy của các phân hệ với tư cách là các phần tử liên kết nối tiếp không
phục hồi (tức là chỉ sử dụng giá trị kỳ vọng toán thời gian làm việc tới hỏng của các phân hệ mà không
xét tới cường độ phục hồi ).
Phương án 2. Xác định độ tin cậy của các phân hệ với tư cách là các phần tử liên kết nối tiếp có
phục hồi (tức là sử dụng đồng thời giá trị kỳ vọng toán thời gian làm việc tới hỏng và kỳ vọng thời gian
phục hồi của các hệ thống, hay nói khác, có xét tới cường độ phục hồi ).
Các biểu thức xác định độ tin cậy P(t) của phần tử không xét tới quá trình phục hồi [3]:
1. Phân bố Gauss












z
2
dtt
2










0
tln
0
tlntln
z , (2)
3. Phân bố Mũ

t
e)t(P


, (3)
4. Phân bố Gamma







x





2
r
2
2
t
exp)t(P
, (6)
7. Phân bố Macxoen


2
1)t(P dt
2
t
expt
1
0
2
c
2
2
3
c





Hình 1. Các dạng hàm cường độ hỏng đối với các loại phân bố khác nhau
1. Mũ; 2. Logarit chuẩn; 3. Erlang; 4. Rơlei; 5. Veibull; 6. Gamma; 7. Chuẩn.
Việc xử lý số liệu thống kê được tiến hành trên cơ sở lý thuyết độ tin cậy và thống kê toán học nhờ
chương trình xử lý số liệu chuyên dùng [2]. Mỗi tập số liệu được xử lý theo 7 luật phân bố khác nhau,
bao gồm các luật phân bố: Chuẩn (Gauss), Lôga chuẩn, Mũ, Gamma, Veibull, Rơlei và Maxoen. Chương
trình xử lý [2] cũng cho phép xác định quy luật phân bố lý thuyết phù hợp hoặc phù hợp nhất với phân bố
thực nghiệm của các đại lượng ngẫu nhiên đang xét.
Trong bài viết này giới thiệu các kết quả tính toán theo phương án 1.
3.3. Kết quả xác định các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ động lực tàu Trường Sa và tàu HQ khai
thác trong ngành đường biển Việt Nam giai đoạn 1993 - 2002
Đối với tàu Trường Sa đã tiến hành xử lý số liệu thống kê độc lập cho 4 phân hệ:
- ổ đỡ chặn hệ trục;
- các ổ đỡ hệ trục;
- các thiết bị phục vụ hệ động lực;
- động cơ chính.
và sau đó tổng hợp cho toàn bộ hệ động lực của tàu.
Ngoài ra đã tiến hành ghép hai tập số liệu “ổ đỡ chặn hệ trục” và “các ổ đỡ hệ trục” tạo thành một
tệp mới và cũng là một phân hệ mới mang tên “các ổ chặn và ổ đỡ của hệ trục”.
Đối với tàu HQ đã tiến hành xử lý số liệu thống kê một cách độc lập cho 2 phân hệ:
- các thiết bị phục vụ hệ động lực;
- động cơ chính.
và sau đó tổng hợp cho toàn bộ hệ động lực của tàu.
t

ổ đỡ
hệ trục
Các
ổ đỡ
và
ổ chặn
hệ trục
T
ổng hợp của
hệ động lực

TT

Các thông số
1993 - 2002

1993 - 2002

1993 - 2002

1993 - 2002

1993 - 2002

1993 - 2002

I Tàu Trường Sa (TS)

1.1



Cường độ hỏng,
i

,[ngày
-1
]
0,00546 0,00513 - - - 0,0054
Khi coi các bộ phận trong hệ động lực là các phần tử liên kết nối tiếp không phục hồi, tức là chỉ xét
thuần tuý thời gian làm việc không hỏng của các đối tượng, (không xét tới cường độ phục hồi ), hàm xác
suất làm việc không hỏng và hàm cường độ hỏng của các bộ phận trong hệ thống động lực của các tàu
Trường Sa và tàu HQ trong thời gian khảo sát 1993 - 2002 được xác định và thể hiện trong các bảng 5 và
6.
Đồ thị các hàm mật độ, hàm phân bố, hàm tin cậy và hàm cường độ hỏng của động cơ chính và hệ ổ đỡ
trục của hệ động lực trên các tàu Trường Sa và HQ trong giai đoạn 1993 - 2002 được thể hiện trên các hình
2 đến hình 4.
Mức độ tin cậy của các bộ phận trong hệ thống động lực trên các tàu Trường Sa và tàu HQ tổng hợp
cho cả giai đoạn 1993-2002 được thể hiện trong bảng 7.
Bảng 5. Kết quả tính toán các thông số độ tin cậy
của hệ thống động lực tàu Trường Sa giai đoạn 1993 - 2002
T
T

Hàm tin cậy Hàm cường độ hỏng
1

Động cơ chính; n=197

Mũ; 0,3 > p > 0,2


x
0
01938,010126,1
x.01938,010126,1
dxe.x.0002406,01
e.x.000241,0
xMũ; 0,2 > p > 0,1


x00922,0
exP



00922,0x Lôga chuẩn: 0,1>p>0,05








x00004381,0x Macxoen: 0,3 > p > 0,2
 



x
0
2
x000035539,02
dxex000000478,01xP

 





x
0
2
x000035539,02
2
x000035539,02
dxex000000478,01
ex000000478,0
x


x
0
x03304,025449,5
dxex.0000000001,01xP

 





x
0
x03304,025449,5
x03304,025449,5
dxex.0000000001,01
ex.0000000001,0
x
4

Các ổ đỡ hệ trục; n=50

Gamma: 0,5 > p > 0,3
 



x
0
Lôga chuẩn: 0,3>p>0,2;






75645,4xln16801б21xP 

 
 
 
 
75645,4xln16801,2xx
e.86491,0
x
2
75645,4xln35013942,2


Macxoen: 0,2 > p > 0,1
 




x000038895,0
exP



x00007779,0x 

6

Tổng hợp hệ động lực; n=413

Gamma: 0,01 > p > 0,001; KPH với
2

=20,911
 



x
0
x01857,00377,1
dxex.000291945,01xP

 



cậy của hệ thống động lực tàu HQ giai đoạn 1993-2002
TT

Hàm tin cậy Hàm cường độ hỏng
1 Động cơ chính; n=77

Gauss: 0,2 > p > 0,1







2281,183x01255,01xP 

 
 
 
 
228,183x01255,01
e00501,0
x
2
228,183x000078805,0



0
2
x00003793,02
2
x00003793,02
dxex000000527,01
ex000000527,0
x
2 Các thiết bị phục vụ hệ động lực; n=82

Gauss: 0,01 > p > 0,001; KPH với
2
 =17,358






975,194x01257,01xP 

 
 
 
 
975,194x01257,01
e00502,0
x
2
975,194x000079062,0

x000033502,02
dxex000000438,01
ex000000438,0
xRơlei: 0,01 > p > 0,001; KPH với
2

=19,5417
 
2
x00002065,0
exP



x000041299,0x 

3 Tổng hợp hệ động lực; n=159

Gauss: 0,01 > p > 0,001;
KPH với
2

=21,78966


2
x000037145,02
dxex000000511,01xP

 





x
0
2
x000037145,02
2
x000037145,02
dxex000000511,01
ex000000511,0
xRơlei: 0,001 < p ; KPH với
2

= 25,50899
 
2
x000022895,0
exP


1. Các chỉ tiêu độ tin cậy đã xác định là cơ sở cho việc phân tích, so sánh độ tin cậy làm việc của các
bộ phận trong hệ động lực của một loại tàu, đồng thời có thể so sánh mức độ tin cậy làm việc của các hệ
động lực giữa các loại tàu với nhau.
2. Độ tin cậy của các bộ phận trong hệ thống động lực của mỗi loại tàu là khác nhau, nhưng có một
điểm chung, đó là độ tin cậy xếp theo thứ tự từ cao xuống thấp đối với mỗi loại tàu là: ổ đỡ chặn hệ trục;
các ổ đỡ hệ trục; các thiết bị phục vụ hệ động lực và cuối cùng là động cơ chính, nói cách khác, động cơ
chính đều có độ tin cậy là thấp nhất so với các bộ phận khác trong HĐL. Mức tin cậy của các bộ phận
trong hệ động lực trên mỗi loại tàu thông qua kết quả xử lý số liệu được thể hiện trong bảng 7.
Như vậy, có thể thấy, trong hệ động lực các loại tàu Trường Sa và tàu HQ đã khảo sát, động cơ
chính của tàu hiện là một trong những khâu xung yếu nhất, cần phải được quan tâm hơn trong quá trình
sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa.
3. Nhìn một cách tổng quát thấy rằng, độ tin cậy tổng hợp của hệ động lực tàu HQ là cao hơn so với
tàu Trường Sa.
4. Đây là những kết quả bước đầu nhưng cũng là lần đầu tiên vấn đề độ tin cậy được đề cập và tiến
hành triển khai khảo sát, nghiên cứu đối với các loại tàu thuỷ do Việt Nam chế tạo đang sử dụng trong
ngành đường biển Việt Nam.
Tài liệu tham khảo
[1]. Phan Văn Khôi. Cơ sở đánh giá độ tin cậy. NXB KHKT, Hà Nội 1987.
[2]. Đỗ Đức Tuấn. Xây dựng chương trình xử lý số liệu thống kê các đại lượng ngẫu nhiên cho việc nghiên cứu hao
mòn và độ tin cậy của đầu máy diezel. Đề tài NCKH T98 - CK92. Trường ĐH Giao thông Vận tải. Hà Nội, 1999.
[3]. ẽúỗàớờợõ A. Ä. Íàọồổớợủũỹ ờợớủũðúửốộ ởợờợỡợũốõợõ. èợủờõà. Mẩẩề, 1999