Luận văn: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy lái điện thuỷ lực 0.8Tm cho tàu thuỷ (ĐHBK HN)

Luận văn: Thiết kế, chế tạo máy lái điện thủy lực 08TM cho tàu thủy điều khiển kỹ thuật số. Nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống lái tàu hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Đông
• Người hướng dẫn: TS. Lương Ngọc Lợi
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy lái điện thuỷ lực 08Tm cho tâu thuỷ có điều khién bằng kỹ thuật số
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Luận văn Thạc sĩ Chế tạo Máy lái điện

Luận văn thạc sĩ tập trung vào việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy lái điện thủy lực 08Tm cho tàu thủy có điều khiển kỹ thuật số. Hệ thống lái điện thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển tàu thủy một cách an toàn và hiệu quả. Luận văn này hướng đến việc làm chủ công nghệ, nâng cao khả năng cạnh tranh cho ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam. Kỹ thuật điều khiển số được ứng dụng để tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Các Semantic LSI keywords được tích hợp xuyên suốt nội dung để tăng cường khả năng hiển thị trên các công cụ tìm kiếm.

1.1. Tình hình Nghiên cứu và Phát triển Máy lái trên Thế giới

Trên thế giới, công nghệ điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp tàu thủy. Các hệ thống lái tự động kết hợp với la bàn từ, la bàn con quay trở nên phổ biến, mang lại hiệu quả cao. Các hãng sản xuất nổi tiếng như NavitronSystem, Sperry Marine không ngừng cải tiến sản phẩm. Xu hướng modul hóa và tích hợp hệ thống giúp giảm thời gian chế tạo và tăng khả năng lắp lẫn của thiết bị. Tuy nhiên, chi phí cao và sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài là những hạn chế cần khắc phục.

1.2. Hiện trạng Nghiên cứu và Ứng dụng tại Việt Nam

Trong nước, việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các hệ thống lái tàu đã được quan tâm. Viện KH-CN Tàu Thủy đã chế thử thành công máy lái điện thủy lực đầu tiên vào năm 1992. Tuy nhiên, hầu hết các sản phẩm đều là hoán cải từ các hệ điều khiển của Liên Xô cũ hoặc dựa trên các mẫu có sẵn. Việc nhập khẩu nguyên chiếc bộ điều khiển từ nước ngoài vẫn phổ biến. Ứng dụng kỹ thuật số trong điều khiển tàu thủy vẫn còn hạn chế. Cần đẩy mạnh nội địa hóa để tăng hàm lượng sản xuất trong nước và đảm bảo làm chủ công nghệ.

II. Thách thức và Yêu cầu trong Thiết kế Máy Lái Điện Thủy Lực

Thiết kế máy lái điện thủy lực cho tàu thủy đòi hỏi đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe về khả năng chịu tải, tốc độ lái, góc lái và độ chính xác. Hệ thống phải hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt và chịu được các tác động của nhiễu. Việc tối ưu hóa hệ thống lái là rất quan trọng để giảm thiểu tiêu hao năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Độ tin cậy hệ thống lái cần được đảm bảo để đảm bảo an toàn cho tàu và hành khách. Các tiêu chuẩn máy lái phải được tuân thủ nghiêm ngặt.

2.1. Phân tích Các Yếu tố Ảnh hưởng đến Hiệu suất Máy Lái

Hiệu suất máy lái chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như kích thước tàu thủy, điều kiện thời tiết, và lưu chất thủy lực. Áp suất thủy lực và lưu lượng thủy lực cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hoạt động ổn định. Việc lựa chọn bơm thủy lực và van thủy lực phù hợp là rất quan trọng. Cảm biến vị trí được sử dụng để giám sát góc lái và cung cấp thông tin phản hồi cho hệ thống điều khiển.

2.2. Yêu cầu về Độ Tin Cậy và An Toàn của Hệ Thống Lái

Hệ thống lái phải đảm bảo độ tin cậy cao để tránh các sự cố có thể gây nguy hiểm cho tàu thủy và hành khách. Các thành phần của hệ thống phải được thiết kế và chế tạo theo các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt. Việc bảo trì máy lái và sửa chữa máy lái định kỳ là rất quan trọng. Hệ thống phải có khả năng hoạt động dự phòng trong trường hợp xảy ra sự cố.

III. Phương pháp Thiết kế và Mô phỏng Hệ thống lái Số 08Tm

Luận văn sử dụng các phương pháp thiết kế hiện đại và kỹ thuật điều khiển số để phát triển hệ thống lái điện thủy lực 08Tm. Phần mềm điều khiển được lập trình để thực hiện các thuật toán điều khiển phức tạp. Mô phỏng máy lái được thực hiện bằng các công cụ phần mềm chuyên dụng để đánh giá hiệu suất và khả năng điều khiển của hệ thống. Ứng dụng kỹ thuật số giúp tăng cường độ chính xác và khả năng thích ứng của hệ thống với các điều kiện vận hành khác nhau.

3.1. Lựa chọn Bộ Điều khiển PLC và Thiết kế Mạch Điện Tử Điều khiển

Bộ điều khiển PLC được lựa chọn để thực hiện các thuật toán điều khiển và quản lý hệ thống lái. Mạch điện tử điều khiển được thiết kế để giao tiếp giữa PLC và các thiết bị khác trong hệ thống. Việc lựa chọn các linh kiện điện tử chất lượng cao là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống.

3.2. Phát triển Thuật toán Điều khiển Tối ưu cho Máy Lái

Thuật toán điều khiển được phát triển để tối ưu hóa hệ thống lái và đảm bảo ổn định tàu thủy. Các thuật toán điều khiển PID được sử dụng để điều khiển góc lái và giảm thiểu sai số. Việc điều chỉnh các tham số của thuật toán là rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu.

3.3 Sử dụng Phần Mềm Matlab Để Mô phỏng Máy Lái

Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng máy lái. Việc mô phỏng giúp kiểm tra và điều chỉnh hệ thống trước khi triển khai thực tế.

IV. Chế tạo và Thử nghiệm Máy Lái Điện Thủy Lực 08Tm Thực tế

Sau khi thiết kế và mô phỏng, máy lái điện thủy lực 08Tm được chế tạo và thử nghiệm thực tế trên tàu thủy. Các kết quả thử nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình và hiệu quả của thuật toán điều khiển. Kinh nghiệm thực tế thu được trong quá trình thử nghiệm được sử dụng để cải tiến thiết kế và phần mềm điều khiển. Bài toán thực tế được giải quyết để chứng minh tính khả thi của hệ thống.

4.1. Quy trình Chế tạo và Lắp ráp Các Thành phần của Máy Lái

Quy trình chế tạo và lắp ráp các thành phần của máy lái được thực hiện theo các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Các thành phần được kiểm tra chất lượng trước khi lắp ráp. Việc lắp ráp được thực hiện bởi các kỹ thuật viên có tay nghề cao.

4.2. Kết quả Thử nghiệm và Đánh giá Hiệu suất Máy Lái Trên Tàu

Kết quả thử nghiệm cho thấy máy lái điện thủy lực 08Tm hoạt động ổn định và đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất. Tốc độ lái và độ chính xác đáp ứng các tiêu chuẩn quy định. Khả năng điều khiển của hệ thống được đánh giá cao bởi các thủy thủ.

V. Ứng dụng và Tiềm năng Phát triển của Hệ Thống Lái Tự Động

Hệ thống lái tự động có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trên các loại tàu thủy khác nhau. Ứng dụng thực tế giúp nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu chi phí nhiên liệu và tăng cường an toàn. Việc phát triển các tính năng mới như điều khiển tự động tàu thủy theo quỹ đạo định trước và điều khiển tự động tàu thủy tránh va chạm là những hướng nghiên cứu tiềm năng.

5.1. Các Lợi ích Kinh tế và Kỹ thuật Khi Ứng dụng Hệ Thống Lái

Hệ thống lái mang lại nhiều lợi ích kinh tế và kỹ thuật. Giảm chi phí nhiên liệu, giảm thiểu rủi ro tai nạn, và nâng cao hiệu quả vận hành là những lợi ích quan trọng.

5.2. Hướng Nghiên cứu và Phát triển Hệ Thống Điều Khiển Tàu Thủy

Phát triển các thuật toán điều khiển thông minh và tích hợp các cảm biến tiên tiến là những hướng nghiên cứu tiềm năng. Việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo và học máy để tối ưu hóa hệ thống lái cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn.

VI. Kết luận và Đề xuất cho Nghiên cứu Tiếp theo về Máy lái

Luận văn đã thành công trong việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy lái điện thủy lực 08Tm cho tàu thủy có điều khiển kỹ thuật số. Các kết quả nghiên cứu và thử nghiệm cho thấy tính khả thi và hiệu quả của hệ thống. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa hệ thống lái, nâng cao độ tin cậy hệ thống lái và phát triển các tính năng mới. Ứng dụng kỹ thuật số tiếp tục là chìa khóa cho sự phát triển của công nghệ điều khiển tàu thủy

6.1. Tổng kết Những Đóng góp Chính của Luận văn Thạc sĩ

Luận văn đã đóng góp vào việc làm chủ công nghệ điều khiển tàu thủy và nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng rộng rãi trên các loại tàu thủy khác nhau.

6.2. Đề xuất Các Hướng Nghiên cứu Phát Triển Trong Tương Lai

Nghiên cứu về điều khiển tự động tàu thủy theo quỹ đạo định trước, tích hợp trí tuệ nhân tạo để nâng cao khả năng thích ứng, và phát triển các giải pháp bảo trì máy lái thông minh là những hướng nghiên cứu tiềm năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAC HE THONG DIEU KHIEN LAI TRONG NGANH CONG NGHIEP TAU THUY 1. Tình hình nghiên cứu, triển khai ở nước ngoài Các thiết bị và hệ thống điều khiển Hải là các thiết bị và hệ thẳng quan trọng bậu nhất trên tàu thuỷ bởi vì chúng liên quan chặt chẽ dến hoạt dộng an toan vả hiệu quả trong suốt vòng đời của tàu thuỷ. Chính vì vậy, từ hàng trăm xiăm nay trên thể giới liên tục có những hoạt động nghiên cứu chế tạo. Hơn nữa do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, tự dộng hoá, các thiết bị đó ngày càng được thể giới quan tâm hoàn thiện hơn, đáp ứng nhu cầu ngày cảng cao về vận tải dường biển.

Các vẫn dé trong vận hành tàu như diễu khiến tập trung, lải tự động thích nghị, tôi uu hoá. được nghiên cứu, giải quyết dẫn tới sự ra đời của nhiều thế hệ thiết bị của một loạt các hãng sắn xuất nỗi tiếng trong lĩnh vực nay. Vi du NavitronSystem, Sperry Marine Trong thời gian gần đây, có hai xu hướng phát triển khá trái ngược, tuy nhiên chủng hỗ trợ lẫn nhau dó là xu hướng modul hoá và tích hợp hệ thống Một mặt các thiết bị được thiết kế va chế tạo dựa trên cơ sở các madul làm giảm thời gian chế tạo, nhưng làm tăng khả năng lắp lẫn của chúng. Mặt khác chúng còn được xây dưng, chế tạo trên cơ sở tích hợp thiết bi để tạo nên các đối tượng lớn đa chức năng của các hãng lớn.

Với ngành công nghiệp tàu thuỷ thể giới, công nghệ điêu khiến tự động đã được ứng dụng từ lâu. Các hệ thông tự động trên tàu như hệ lái lắp, lái tự động kết hợp với la bàn từ, la bàn con quay đã trở nên phổ biến va đem Tại những hiệu quá rất tốt.3 Khối hién thi.5 Cụm nguồn thuỷ lực của máy lái tự động.6 Một số vẫn để về chỉnh định hệ thống lái tự động. 64 TAI LIEU THAM KHAO PHỤ LỤC. "— Hệ thông lái tàu tự động GYLOT PR-20( " xen.

a - - 85 Giới thiêu đoạn chương trình khi lập trình modun phát góc lái 85 LOI MO DAU Trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp đóng làu và vận tải thuỷ của nước ta, máy lái điện - thuỷ lực rất thích hợp với mục đích va nhu cầu sử dụng. Với nền tang KIIKT hiện nay, chúng ta không những có thể làm chủ việc tính toán thiết kế máy lái Điện — Thuỷ lực cho các tàu dược đóng, mới mà cỏn hoàn toàn cỏ thể chế tạo ngay trong nước các máy lái Diện - Thuỷ và hệ thẳng điều khiển tự động cho nó Cho tới nay, ở Việt Nam khi cần trang bị hệ thống điều khiển cho máy lái tau người ta thường mua của nước ngoài. Nhin chung hé thống máy lái của các hãng nước ngoài chất lượng cao, ổn định. Tuy nhiên, chúng có giá rất cao và không chủ động trong việc bảo hành, bảo tri sản phẩm.

Đề tài này dựa trên cư sở đáp ứng nhu cầu tính toán thiết kế và chế lạ mới máy lái điện - thuỷ lực bao gồm cả hệ thông điều khiển tự đông ngay tại Việt Nam, đảm bảo tỉnh năng kĩ thuật, độ tin cậy, và có tính kinh tế Nhu chúng ta đã biết, các phương tiện thuỷ hoạt động trong môi trường chịu nhiều ảnh hướng từ bên ngoài. Do đó, các phương tiện thuỷ cần có một hệ thống điều khiển hoạt động ấn dịnh vả chịu dược những tác dông của nhiễu môi trường bên ngoài Với mục tiêu: "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy lái Điện- Thuỷ lực 08 Tm cho tầu thuỷ có điều khiển bằng kỹ thuật số ", đề tải đã tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đã dạt dược một số kết quá tước đầu như chế tạo được hệ truyền động thuỷ lực, các modun của hệ lái tự động (bao gồm la bàn dén tử, GPS§). Trong phạm vì nghiên cứu, đề tải sẽ trình hoán cải từ các hệ điều khiển của Liên Xô cũ dựa trên kỹ thuật tương tự hoặc nếu chế tạo mới thí cũng dựa trên những mẫu có sẵn đó và làm lại giống như mẫu. Đó là những nghiên cứn tuy chưa phức tạp, mang nặng tính thụ động nhưng đã đóng góp rất nhiễu cho nhu cau đóng vả sủa chữa tàu thuỷ ở Việt Nam trong thời gian đó.

Ngày nay, với rất nhiều những tàu đóng mới hoặc hoán cái cần trang bị hệ thống điều khiển lái lặp hoặc tự động, các chủ tầu thường nhập khấu nguyên chiếc bộ điều khiển của nước ngoài về lắp ráp với hệ truyền động.3 Đặt vẫn dé Có thể nói những nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ hiện dại vào hệ thống điều khiển lái tàu thuỷ ở Việt Nam la mảnh đất màu mỡ và rất ít được khai thác. Trong thời gian gần đây ngành công nghiệp Tảu thuỷ Việt Nam nói chung và Vinashin nói riêng có những bước phát triển rất nhanh chóng. Trong Š năm vừa qua, Vinashin phát triển sản lượng tới 50% bình quân 1 năm, đóng mới 1447 tàu các loại. Dự kiển năm 2010 trị giá tàu đóng mới xuất khẩu là hơn I tỷ USD và nhu cầu trong nước là 2.

hư vậy, mỗi năm có tới hàng ngàn con tàu các loại được đóng mới mà chưa kể Lới những công ly đóng tàu tư nhân. Do đỏ nhu cầu nội địa hoá dé tăng hàm lương sản xuất trong nước, đảm bảo làm chủ công nghệ, cạnh tranh quốc tế, thì việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị tự động hoá nỏi chung, trong dé có các hệ thông điều khiển tự động tảu thuỷ là nhụ cầu tất yêu và cấp thiết. Trong nữa cuối thể kỷ hai mươi sự ra đời của máy tính đã tạo ra thế hệ hệ thống điểu khiến mới: hệ thống điều khiển số sử dụng hộ vi xử lý (microprocessor), hoặc bộ vi điều khiển (microcontroller) hoặc máy tỉnh (compuler). Song song với những thiết bị điều khiển, lý thuyết điều khiển cũng phát triển mạnh mẽ.

Nhiều thuật toán điều khiển mới ra đời làm cho hệ thẳng điều khiển ngày oàng trở nên phong phủ, da dang Hién nay do nhù câu của con người ngày cảng cao, không chỉ yêu cầu của các hộ thống điều khiển ngày cảng phức tạp hơn ngoài ra áo hệ thống khác như các thiết bị làm hảng(cầu, bơm,. thiết bị zn toàn ( cứu hoä, cửu sinh.), thậm chỉ cả thiết bị vệ sinh môi trường ( bể xử lý nước thải, phân ly.) cũng được nghiên cứu, phát triển. Có thể nói rằng các thiết bị điều khiển tự động lái được sử dụng trên tau thuỷ phần lớn dều do các hãng nước ngoài chế tạo, vì chủng có các ưu điểm co ban là chất lượng cao, hoạt động ổn định, được hầu hết các hãng đăng kiểm nước ngoài chấp nhận, có khá năng tích hợp, phát triển rất cao. Tuy nhiên, chúng cũng có những nhược diễm quan trọng là giá thành nhìn chung, rất cao, không chủ động được về công nghệ, quả trinh đưa vào hoạt động, bảo hành bảo trì và sửa chữa củn nhiều bạn chế.

Tình hình nghiên cứu, triển khai trong nước Trong 15 năm qua, việc nghiên cứu, thiết kế, phế tạo các hệ thông thiết bị lái tàu đã dược quan tâm dáng kể. Năm 1992, Viện KH-CN Tàu Thuỷ đã chế thử thành công chiếc máy lái điện thuỷ lực đầu tiên điều khiển trực tiếp Ngày đó, các thiết bị điều khiển lái cén so khai, dơn giấn, chú yếu bằng rơle, công tắc tơ. Trong những năm sau đó, dã có nhiều nghiên cửu, dự án về diều khiển tự dộng hệ thống lái tàu. Tuy nhiên, hầu hết những sản phẩm đó đều do hoán cải từ các hệ điều khiển của Liên Xô cũ dựa trên kỹ thuật tương tự hoặc nếu chế tạo mới thí cũng dựa trên những mẫu có sẵn đó và làm lại giống như mẫu.

Đó là những nghiên cứn tuy chưa phức tạp, mang nặng tính thụ động nhưng đã đóng góp rất nhiễu cho nhu cau đóng vả sủa chữa tàu thuỷ ở Việt Nam trong thời gian đó. Ngày nay, với rất nhiều những tàu đóng mới hoặc hoán cái cần trang bị hệ thống điều khiển lái lặp hoặc tự động, các chủ tầu thường nhập khấu nguyên chiếc bộ điều khiển của nước ngoài về lắp ráp với hệ truyền động.3 Đặt vẫn dé Có thể nói những nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ hiện dại vào hệ thống điều khiển lái tàu thuỷ ở Việt Nam la mảnh đất màu mỡ và rất ít được khai thác. Trong thời gian gần đây ngành công nghiệp Tảu thuỷ Việt Nam nói chung và Vinashin nói riêng có những bước phát triển rất nhanh chóng. Trong Š năm vừa qua, Vinashin phát triển sản lượng tới 50% bình quân 1 năm, đóng mới 1447 tàu các loại.

Dự kiển năm 2010 trị giá tàu đóng mới xuất khẩu là hơn I tỷ USD và nhu cầu trong nước là 2. hư vậy, mỗi năm có tới hàng ngàn con tàu các loại được đóng mới mà chưa kể Lới những công ly đóng tàu tư nhân. Do đỏ nhu cầu nội địa hoá dé tăng hàm lương sản xuất trong nước, đảm bảo làm chủ công nghệ, cạnh tranh quốc tế, thì việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị tự động hoá nỏi chung, trong dé có các hệ thông điều khiển tự động tảu thuỷ là nhụ cầu tất yêu và cấp thiết. CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAC HE THONG DIEU KHIEN LAI TRONG NGANH CONG NGHIEP TAU THUY 1.

Tình hình nghiên cứu, triển khai ở nước ngoài Các thiết bị và hệ thống điều khiển Hải là các thiết bị và hệ thẳng quan trọng bậu nhất trên tàu thuỷ bởi vì chúng liên quan chặt chẽ dến hoạt dộng an toan vả hiệu quả trong suốt vòng đời của tàu thuỷ. Chính vì vậy, từ hàng trăm xiăm nay trên thể giới liên tục có những hoạt động nghiên cứu chế tạo. Hơn nữa do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, tự dộng hoá, các thiết bị đó ngày càng được thể giới quan tâm hoàn thiện hơn, đáp ứng nhu cầu ngày cảng cao về vận tải dường biển. Các vẫn dé trong vận hành tàu như diễu khiến tập trung, lải tự động thích nghị, tôi uu hoá.

được nghiên cứu, giải quyết dẫn tới sự ra đời của nhiều thế hệ thiết bị của một loạt các hãng sắn xuất nỗi tiếng trong lĩnh vực nay. Vi du NavitronSystem, Sperry Marine Trong thời gian gần đây, có hai xu hướng phát triển khá trái ngược, tuy nhiên chủng hỗ trợ lẫn nhau dó là xu hướng modul hoá và tích hợp hệ thống Một mặt các thiết bị được thiết kế va chế tạo dựa trên cơ sở các madul làm giảm thời gian chế tạo, nhưng làm tăng khả năng lắp lẫn của chúng.