Thiết kế hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn trong công nghệ đóng tàu thủy

Xuất phát nhu cầu thực tế nêu trên, người nghiên cứu đã chọn đề tài : “Thiết kế hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn trong công nghệ đóng tàu thủy” để nghiên cứu và thực hiện luận văn

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học Liệu, Đại học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách Khoa

 Thư viện Khoa Cơ điện tử, Trường Đại học Bách Khoa ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài :

Ngày nay khi khoa học công nghệ đã và đang là ngành chủ đạo trong nền công nghiệp của các quốc gia trên thế giới, các sản phẩm được tạo ra ngoài yêu cầu khắt khe về mặt kỹ thuật, thẩm mỹ còn đòi hỏi về giảm chi phí giá thành thành phẩm Do vậy với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật, hàng loạt máy móc công nghệ mới ra đời ghóp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nhân công, đẩy nhanh tiến độ ghóp phần giảm giá thành sản phẩm Hiện nay nền công nghiệp nước ta đang áp dụng rất nhiều kỹ thuật mới trong công tác sản xuất, nhưng với sự non trẻ mới hội nhập của nền kinh tế, nền công nghiệp của chúng ta còn phụ thuộc rất nhiều vào khoa học kỹ thuật của các nước phát triển.Tiêu biểu trong

đó là ngành công nghiệp đóng tàu thủy

Nghành công nghiệp đóng tàu thủy được hình thành từ thời Pháp thuộc trải qua nhiều nhiều thời kỳ phát triển từ hình thức ban đầu chỉ là phục vụ nhu cầu sửa chữa các tàu của thực dân Pháp đến nay chúng ta đã đóng mới các tàu với trọng tải hàng ngàn tấn với trang bị hiện đại Tuy nhiên cũng gặp rất nhiều khó khăn trong công đoạn đóng mới do ngành đóng tàu quá phụ thuộc vào kỹ thuật công nghệ của các nước phát triển

Đặc biệt trong đó là công tác lắp ráp các chi tiết, tổng đoạn với nhau Hiện nay có nhiều thiết bị, hệ thống phục vụ cho công tác này nhưng phụ thuộc hoàn toàn vào các hãng sản xuất của nước ngoài, đơn cử trong đó là xe nâng tổng đoạn chuyên dụng cho việc di chuyển và rắp láp các tổng đoạn Hiện nay có rất nhiều đơn vị đóng

tàu trên cả nước sử dụng loại xe này Tuy nhiên do lệ thuộc hoàn toàn vào hãng sản xuất vì vậy rất khó khăn trong việc sửa chữa hay bảo dưỡng mỗi khi có sự cố

Xuất phát nhu cầu thực tế nêu trên, người nghiên cứu đã

chọn đề tài : “Thiết kế hệ thống điều khiển xe nâng tổng đoạn trong công nghệ đóng tàu thủy” để nghiên cứu và thực hiện luận văn

2 Mục tiêu nghiên cứu :

Đề tài : “Thiết kế hệ thống điều khiển cho xe nâng tổng đoạn trong công nghệ đóng tàu thủy” hướng tới các mục tiêu sau :

 Làm chủ công nghệ, không lệ thuộc vào hãng sản xuất

 Sử dụng các thiết bị có sẵn trên thị trường Việt Nam làm giảm giá thành đầu tư và bảo dưỡng

 Thay thế hệ thống điều khiển bằng tay, không kiểm soát các chế độ khi hoạt động bằng hệ thống điều khiển tự động, giám sát toàn bộ hệ thống trong quá trình vận hành tạo điều kiện thuận lợi cho người điều khiển

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu :

3.1 Đối tƣợng nghiên cứu:

3.2 Phạm vi nghiên cứu :

- Hệ thống điều khiển bằng PLC - Mistshubishi

- Tính toán lập trình phương án di chuyển qua các góc nhỏ

- Tính toán lập trình phương án nâng hạ, chuyển vị tại chỗ, chuyển vị theo các phương chọn sẵn

- Thiết kế hệ thống điện, động lực và điều khiển toàn

bộ hệ thống

4 Phương pháp nghiên cứu :

Kết hợp phương pháp khảo sát, lý thuyết và thực nghiệm

Phương pháp khảo sát: Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin thiết bị liên quan đến đề tài bao gồm :

- Kết cấu của xe

- Sơ đồ thủy lực điều khiển xe

- Sơ đồ thủy lực điều khiển nâng hạ của xe

- Động cơ thủy lực

Phương pháp lý thuyết:

- Hệ thống điều khiển bằng PLC, phần mềm lập trình GX-Mitsubishi

- Truyền thông trong PLC, các module chức năng Phương pháp thực nghiệm:

- Vận hành sản phẩm điều khiển thực tế và đánh giá kết quả

- Vận hành sản phẩm trong sản xuất và đánh giá kết quả

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn:

- Tạo ra bộ điều khiển cho xe nâng

- Chi phí đầu tư cũng như bảo hành bảo dưỡng thấp

- Chủ động trong công tác vật tư thay thế không phụ thuộc vào hãng sản xuất

- Ứng dụng xe trong vận chuyển các khối lớn trên quảng đường dài, phục vụ công tác lắp ghép các chi tiết lớn Phù hợp trong các công nghệ : dịch vụ cảng, đóng tàu, xây dựng thủy, nhiệt điện …

6 Cấu trúc luận văn:

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

 Mục tiêu

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu về cấu tạo tàu thủy, phương pháp đóng tàu theo module, gá đặt các block, các thiết bị chuyên dụng trong việc ghép nối các tổng đoạn

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC HOẠT ĐỘNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN XE

Nghiên cứu kết cấu xe nâng tổng đoạn DCY100, sơ đồ thủy lực điều khiển xe và sơ đồ thủy lực nâng hạ của xe để đưa ra phương án vận hành xe

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC MITSHUBISHI

Lựa chọn trang thiết bị điện để lập trình, thiết kế tủ điện điều khiển và chương trình điều khiển xe bằng PLC Mitshubishi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Phương pháp đóng tàu :

1.1.1 Khái niệm về tàu thủy :

1.1.2 Phương pháp đóng tàu theo module :

1.2 Ghép nối tổng đoạn :

a Khái niệm:

b Quy trình đấu đà :

Hình 1.5: Các phân đoạn tàu

Hình 1.6: Xe triền bố trí điểm kê các tổng đoạn tàu

Hình 1.7: Sơ đồ đấu nối

Hình 1.8: Thân vỏ tàu sau khi hoàn tất đấu đà

 Các yêu cầu về sai số khi ghép nối tổng đoạn :

- Sai số độ không bằng phẳng trên mặt tole h=±5mm\1m chiều dài

- Dung sai nghiêng thép hàn s=±2mm

- Dung sai mép uốn theo dưỡng s=±2mm

- Sai lệch suốt chiều dài : 5mm

- Sai lệch khỏi đường lý thuyết :2mm

- Độ lồi lõm của thân không vượt quá 2mm/1m chiều dài

1.3 Các thiết bị dùng trong ghép nối tổng đoạn :

1.4 Hệ truyền động trên ô tô:

1.5 Kết luận chương 1:

Nghiên cứu phương pháp đóng tàu theo module, phương pháp

và các yêu cầu trong lắp ráp tổng đoạn tàu

Nghiên cứu phạm vi ứng dụng các thiết bị dùng trong ghép nối tổng đoạn

Nghiên cứu hệ truyền động trên ô tô

Nghiên cứu lựa chọn chế độ hoạt động của xe nâng tổng đoạn phù hợp cho công tác lắp ghép như sau:

 Chức năng di chuyển rộng đa dạng

 Chức năng nâng hạ tại các vị trí thuận lợi cho việc lắp ráp

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN HOẠT ĐỘNG CỦA

XE NÂNG TỔNG ĐOẠN 2.1 Tổng quan về xe nâng tổng đoạn:

2.1.1 Sơ đồ :

2.1.2 Thông số:

2.1.3 Chức năng :

2.1.4 Ứng dụng:

2.2 Phương pháp di chuyển xe:

2.2.1 Phân tích sơ đồ thủy lực:

Hình 2.3: Sơ đồ thủy lực xoay bánh

2.2.1 Phương pháp di chuyển xe thẳng:

Để xe di chuyển tiến lùi theo phương thẳng ta sắp xếp các góc bánh theo phương trục bánh xe vuông góc với hướng di chuyển

Hình 2.4 : Góc xắp xếp bánh xe khi di chuyển thẳng

2.2.3 Phương pháp di chuyển xe theo vô lăng:

a Phương án di chuyển xe theo góc quay vô lăng:

b Phương án kiểm tra góc xoay bánh:

Hình 2.5: Vị trí lắp đặt Encoder góc xoay bánh

c Phương án góc xoay bánh :

Hình 2.6: Vị trí góc xoay bánh của ô tô

- Như vậy để xe có thể di chuyển được một góc α cho trước

khi đó các bánh xe phải xắp xếp theo các góc khác nhau sao cho hướng trục bánh xe theo phương tiếp tuyến với tâm quay của xe

- Từ phương pháp di chuyển của ô tô ta có hai cách di

chuyển cho xe nâng tổng đoạn: di chuyển theo phương pháp 6 bánh, di chuyển theo phương pháp 8 bánh

 Di chuyển theo phương pháp 6 bánh:

Hình 2.7: Vị trí góc xoay bánh theo phương pháp 6 bánh

cabin 1 cabin 2

 Di chuyển theo phương pháp 8 bánh:

Hình 2.8: Vị trí góc xoay bánh theo phương pháp 8 bánh

 Kết luận lựa chọn phương án di chuyển theo phương pháp 8 bánh với tâm quay nằm trên trục tâm của xe

d Quy ước :

- Bảng giá trị góc xoay trái: ( đối với xoay phải các cặp bánh đổi

ngược lại giá trị với nhau bánh 1 ↔ bánh 2, bánh 3 ↔ bánh 4,…)

300

350 400

450

Trái Bánh 2 40 80 120 140 170

190

210 230

250

Trái Bánh 3 30 50 80 100 130 160 190 220 260 Trái

bánh 8

tâm xoay

Bánh 4 20 40 60 70 80 100 110 120 130 Trái Bánh 5 30 50 80 100 130

160

190 220

260

Phải Bánh 6 20 40 60 70 80 100 110 120 130 Phải Bánh 7 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Phải Bánh 8 40 80 120 140 170

2.2.4 Phương pháp di chuyển xe xiên theo một góc cho trước:

- Để xe có thế di chuyển được theo phương xiên một góc cho

trước các bánh xe phải được sắp xếp theo cùng một góc

bánh 3

bánh 4

cabin 1

2.2.5 Phương pháp di chuyến xe quay quanh tâm xe :

Hình 2.11: Góc bánh khi quay quanh tâm xe

2.2.6 Phương pháp di chuyến xe quay quanh cabin xe :

Hình 2.12: Góc bánh khi quay quanh tâm xe

2.3 Phương án nâng hạ xe :

2.3.1 Phân tích phương án:

Hình 2.13: Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển nâng hạ của xe

Dựa vào sơ đồ thủy lực xe ta có các đặc điểm sau :

- Bánh xe được điều khiển bằng các pittong độc lập

- Mỗi van thủy lực điều khiển 1 cụm pittong

 Như vậy xe có thể nâng hạ từng cụm bánh riêng biệt Do cấu tạo của dàn xe là cố định do vậy để có thể nâng hạ xe ta có các phương pháp nâng hạ sau :

- Nâng hạ đều cả xe : điều khiển 4 cụm pittong cùng một hướng để xe nâng lên hoặc hạ xuống

- Nâng hạ trước hoặc sau xe : điều khiển 2 cụm pittong trước hoặc sau cùng một phương để xe nâng (hạ ) trước hoặc sau đuôi xe

- Nâng hạ bên trái hoặc bên phải xe : điều khiển 2 cụm pittong trái hoặc phải cùng một phương để xe nâng (hạ ) bên trái hoặc bên phải

- Nâng hạ từng cụm bánh xe : điều khiển từng cụm bánh riêng biệt để nâng hạ tùng cụm bánh Tuy nhiên do cấu trúc sàn xe là

cố định do đó chiều cao nâng từng cụm có giới hạn nếu không sẽ bẻ gãy sàn xe

2.3.2 Phương án kiểm tra góc nâng :

 Kết luận : chọn phương án dùng encoder để giảm giá thành chi phí, đồng bộ với cảm biến góc xoay

2.3.3 Phương án lắp đặt:

- Khi lắp đặt sao cho trục quay của encoder trùng với trục

quay của chân bánh

- Dựa vào sơ đồ thủy lực, lắp đặt 4 encoder cho 4 bánh đầu

xe bao gồm các bánh sau : bánh 1, 2, 7, 8

- Di chuyển xe theo phương thẳng

- Di chuyển xe theo phương xiên

- Di chuyển xe xoay quanh tâm xe, xoay quanh cabin

- Nâng hạ đều cả xe, nghiêng một bên, nâng hạ trước hoặc sau

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Hình 3.16 : Màn hình chế độ xoay quanh tâm 180 0

Hình 3.19 : Sơ đồ tủ điện Master

b Tủ Slaver 1 : điều khiển 2 cụm bánh bên trái cabin 02

Hình 3.20 : Sơ đồ tủ điện Slaver 01

c Tủ Slaver 2 : Tủ điện Slaver 2 điều khiển chính cho cabin 1

-RELAY-NO1

-VALE 1

-RELAY-NO2 -RELAY-NO3

-VALE 2

-RELAY-NO4 -RELAY-NO5

Hình 3.21 : Sơ đồ tủ điện Slaver 02

d Tủ Slaver 3 : điều khiển 2 cụm bánh bên trái cabin 01

Hình 3.22 : Sơ đồ tủ điện Slaver 03

X17 X16 X15 X14 X13 X12 X11 X10 X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 0V 24V L

FX2N INPUT

-24VDC1

-S1 -J1

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Kết quả đạt đƣợc :

Hình 4.1 : Góc bánh xe theo Hình 4.2 : Xe di chuyển qua

vô lăng góc hẹp

Hình 4.3 : Xe di chuyển Hình 4.4 : Xếp bánh khi thẳng trên đường hẹp di chuyển thẳng

Hình 4.6 : Xe di chuyển xoay Hình 4.7 : Xe hạ xuống

để mang tải

KẾT LUẬN CHUNG

Qua gần 6 tháng thực hiện đề tài tốt nghiệp cao học chuyên ngành cơ điện tử, được sự tận tình hướng dẫn của PGS.TS Trần Xuân Tùy, cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy khoa Cơ Điện Tử,

sự hỗ trợ của các đơn vị đóng tàu, với sự nỗ lực của bản thân, học viên đã hoàn thành đề tốt nghiệp cao học của mình

Đề tài chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu về hệ thống điều khiển của

xe nâng tổng đoạn, chưa đi sâu vào nghiên cứu thiết kế hệ thống thủy lực cũng như kết cấu cơ khí của xe, hiện tại hệ thống chỉ dùng để điều khiển xe với 8 trục bánh do đó phương hướng phát triển mở rộng như:

- Có thể mở rộng ứng dụng để điều khiển xe với nhiều trục bánh hơn như 16 trục, 32 trục…

- Kết hợp nghiên cứu hệ thống thủy lực và kết cấu xe để tạo ra một sản phẩm mới hoàn toàn

Đà Nẵng, ngày….tháng….năm 2018

Người thực hiện