(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu phát triển thiết bị tự hành mang thiết bị đo kiểm xác định biên dạng bên trong lòng ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH DUY PHƯỚC NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH MANG THIẾT BỊ ĐO KIỂM XÁC ĐỊNH BIÊN DẠNG BÊN TRONG LÒNG ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH DUY PHƯỚC NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH MANG THIẾT BỊ ĐO KIỂM XÁC ĐỊNH BIÊN DẠNG BÊN TRONG LỊNG ỐNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp Hồ Chí Minh, tháng …/… Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: HUỲNH DUY PHƯỚC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/08/1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Địa liên lạc: 69/1, đường 494, P Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, TP.HCM Điện thoại riêng: 0904998714 E-mail: phuochuynh@sots.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2007 - 2012 Nơi học: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Công nghệ tự động Tốt nghiệp: Năm 2012 Người hướng dẫn: PGS TS Đặng Thiện Ngôn Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2013 đến 10/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: “Nghiên cứu phát triển thiết bị tự hành mang thiết bị đo kiểm xác định biên dạng bên lòng ống” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Trường ĐHSPKT.TpHCM Người hướng dẫn: PGS TS Đặng Thiện Ngôn Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… i Luan van Tại (trường, viện, nước): Tên luận án: Người hướng dẫn: Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, tương đương B1 Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 04/2012 – 08/2015 Trường Cao Đẳng Nghề CNC Đồng An Giảng viên 09/2015 – 12/2015 Cty TNHH NTI Việt Nam 01/2016 - Nhân viên kỹ thuật Cơng ty TNHH Tự động hố S5 Nhân viên kỹ thuật IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CÔNG BỐ: Ngày 10 tháng 02năm 2016 XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Người khai ký tên Huỳnh Duy Phước ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … Tháng … năm 20… (Ký tên ghi rõ họ tên) Huỳnh Duy Phước iii Luan van LỜI CẢM ƠN Trong thời gia00n thực luận văn “Nghiên cứu phát triển thiết bị tự hành mang thiết bị đo kiểm xác định biên dạng bên lịng ống”, tơi nhận nhiều giúp đỡ quý thầy, cô chuyên gia, công ty, bạn bè gia đình Vậy tơi: Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Đặng Thiện Ngôn, dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt kiến thức khoa học quý báu, hướng dẫn, định hướng, động viên tơi q trình thực luận văn Xin cảm ơn quý thầy, cô Trường ĐHSPKT TP HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tảng, chuyên môn cho thời gian học tập trường Xin cảm ơn gia đình ln bên tơi Xin chân thành cảm ơn! iv Luan van TÓM TẮT Để kiểm tra đánh giá chất lượng đường ống đưa vào sử dụng địi hỏi cần có thiết bị chun dụng Trong thực tế Việt Nam, việc kiểm tra đánh giá đường ống gần công ty dịch vụ nước ngồi đảm nhiệm Tập đồn dầu khí Việt Nam có đơn vị tham gia vào dịch vụ với thiết bị ngoại nhập thực kiểm tra đánh giá cho đường ống có đường kính lớn 400mm Với kích thước đường ống nhỏ 400mm đòi hỏi thiết bị kiểm tra chuyên dụng phức tạp, đắt tiền Trước nhu cầu từ thực tiễn mong muốn làm chủ công nghệ, đề tài “Nghiên cứu phát triển thiết bị tự hành mang thiết bị đo kiểm xác định biên dạng bên lòng ống”đã triển khai với kết đạt sau: - Nghiên cứu, đề xuất nguyên lý, kết cấu khí, phương thức giải thuật điều khiển cho thiết bị tự hành mang camera nhằm xác định biên dạng bên lòng ống có đường kính nhỏ 400mm - Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thành công thiết bị tự hành mang camera xác định biên dạng bên lòng ống với liệu ảnh truyền qua WiFi Thiết bị chế tạo thử nghiệm thành công phịng thí nghiệm có khả hoạt động bên đường ống có kích thước từ 250 mm đến 350 mm cho kết tốt Kết đóng góp vào việc phát triển, làm chủ cơng nghệ bước đưa sản phẩm đo kiểm đánh giá chất lượng ống thị trường để đáp ứng nhu cầu thực tiễn nước v Luan van ABSTRACT In order to carry out inspection and evaluation quality of pipelines in use we need function equipment In actually at Viet Nam, pipelines were inspected and evaluated by foreigner companies Viet Nam petrol group have one department handle this service by foreign equipment, however this department only performed inspection and evaluation for pipelines with minimum diameter more than 400mm and they need more complex equipment with high cost for minimum diameter less than 400mm In order to solve this concern, and even expectation in handle this technology, thesis topic “researching and develop self-propelled equipment with automatic measure equipment to determine shape inside pipelines”, this thesis topic was performed with following results - Researched, proposed principles, mechanical structure, control methods and algorithms for self-propelled equipment carried camera to determine shape inside pipelines with maximum diameter less than 400mm - Successful in designed, fabricated and experimented self – driving apparatus carried camera to determine shape inside pipelines with image was transferred via Wifi network Equipment was fabricated and experimented at experiment Lab with results as this equipment operated well inside pipeline with diameter from 250mm to 350mm these results contributed into development, handle this technology and also step by step provide good equipment for industrial’ inspection and evaluation quality of pipelines vi Luan van MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC .i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN .iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.1.3 Các công trình nghiên cứu nước 1.1.4 Các nghiên cứu nước 1.1.5 Đánh giá số ưu nhược điểm thiết bị robot tự hành có 12 1.2 Tính cấp thiết đề tài 12 1.3 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài 14 1.3.1 Tính thực tiễn đề tài 14 1.3.2 Ý nghĩa khoa học đề tài 14 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 15 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 15 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 15 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 15 1.6 Phương pháp nghiên cứu .15 1.7 Nội dung đề tài 16 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Các dạng hư hỏng ảnh hưởng đến biên dạng bên đường ống dẫn .17 2.1.1 Mất mát kim loại 17 2.1.2 Trầy xướt, rạn nứt bề mặt ống .17 2.1.3 Các bất thường trình chế tạo 18 2.1.4 Nứt gãy ống 19 2.1.5 Dập lõm gập ống 19 2.2 Phương pháp kiểm tra xác định biên dạng ống 19 vii Luan van 2.2.1 Công nghệ CCTV 19 2.2.2 Công nghệ kiểm tra biên dạng laser .20 2.2.3 Lựa chọn công nghệ cho phù hợp 23 2.3 Lý thuyết cấu tạo cấu 23 2.3.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 2.3.2 Thành phần khớp động khớp động 24 2.3.3 Phân loại khớp động .25 2.3.4 Lược đồ 25 2.4 Bậc tự cấu 26 2.4.1 Định nghĩa 26 2.4.2 Tính bậc tự cấu không gian (trường hợp tổng quát) .26 2.4.3 Bậc tự cấu phẳng 28 2.5 Động học cấu 30 2.5.1 Khái niệm 30 2.5.2 Ý nghĩa phân tích động học cấu 30 2.5.3 Phương pháp phân tích động học cấu 30 2.5.4 Phân tích động học cấu phẳng phương pháp giải tích .31 2.5.5 Phân tích động học cấu phẳng phương pháp đồ thị 31 2.5.6 Phân tích động học cấu phẳng phương pháp họa đồ vector 33 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 34 3.1 Thông số thiết kế 34 3.2 Phương án thiết kế 34 3.2.1 Phương án 34 3.2.2 Phương án 36 3.2.3 So sánh phương án lựa chọn 37 3.2.4 Trình tự cơng việc cần thực 38 3.3 Thiết kế lựa chọn 38 3.4 Nội dung tính tốn, thiết kế 40 3.4.1 Xác định kích thước thiết bị 40 3.4.2 Xác định kích thước sở thiết bị: 40 3.4.3 Phân tích động học cấu thiết bị 42 3.4.4 Tính tốn cụm dẫn động 50 3.4.5 Chọn động truyền động cho cụm bánh đai .57 viii Luan van CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ 4.1 Chế tạo lắp ráp chi tiết Một số chi tiết cụm chi tiết quan trọng kết cấu thiết bị gia cơng a Cơ cấu phuộc lị xo: có tác dụng tạo áp lực ép tiếp xúc với thành ống Mơ hình CAD cấu tạo áp lực Cơ cấu tạo áp lực sau chế tạo Hình 4.1: Cơ cấu phuộc lị xo sau chế tạo b Cơ cấu cánh tay địn: có tác dụng tạo vùng hoạt động với đường kính ống khác Cơ cấu cánh tay đòn Cơ cấu cánh tay địn sau chế tạo Hình 4.2: Cánh tay đòn c Cụm bánh đai chuyển động thiết bị: Cụm bánh đai chuyển động có nhiệm vụ giúp thiết bị di chuyển tiếp xúc tốt với thành ống Thiết bị có cụm bánh đai chuyển động, bố trí lệch góc 120 độ 65 Luan van Cụm bánh đai chuyển động Cụm bánh đai chuyển động sau gia cơng lắp ráp Hình 4.3: Cụm bánh đai chuyển động d Cơ cấu di động: di động gắn với đai ốc vít me bi, vít me chuyển động quay trịn làm cho di động tịnh tiến Cơ cấu góp phần quan trọng việc tùy chỉnh kính thước bao cho thiết bị tự hành Tấm di động mơ hình CAD Tấm di động sau gia cơng lắp ráp Hình 4.4: Tấm di động e Cụm động tùy chỉnh kích thước: động bước có nhiệm vụ truyền chuyển động qua trục vít me, giúp cho thiết bị tự hành thay đổi kích thước vào đường ống có kích thước khác Cụm động tùy chỉnh kích thước Cụm điều chỉnh sau chế tạo Hình 4.5: Cụm động tùy chỉnh kích thước 66 Luan van f Thiết bị sau chế tạo lắp ráp hoàn chỉnh: Hình 4.6: Thiết bị sau chế tạo 4.2 Vận hành thử nghiệm thiết bị 4.2.1 Mục đích thí nghiệm Mục đích thí nghiệm nhằm kiểm chứng lại thiết bị sau chế tạo có đáp ứng yêu cầu đề hay chưa Các yếu cầu thiết bị cần thí nghiệm kiểm chứng gồm có: - Đánh giá khả hoạt động đường ống có đường kính từ 250 mm – 300 mm - Kiểm tra tính điều khiển giám sát từ xa qua mạng không dây - Khả hoạt động tự hành dọc trục ống theo hai chiều - Thử nghiệm khả hoạt động camera nhằm ghi lại hình ảnh, video bên lịng ống 4.2.2 Thiết bị thử nghiệm Thiết bị thử nghiệm thiết bị tự hành sau chế tạo, thông số thiết bị bao gồm: - Khối lượng thiết bị: kg Chiều dài lớn nhất: 750 mm Đường kính bao ngồi lớn nhất: 360 mm Đường kính bao nhỏ nhất: 220 mm 67 Luan van - Vận tốc di chuyển m/phút Camera loại PTZ – Pan Tilt Zoom : góc Pan