Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo mô men xoắn và phân tích dao động xoắn hệ trục diesel lai chân vịt tàu thủy

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM  HOÀNG VĂN SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO MÔ-MEN XOẮN VÀ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC DIESEL LAI CHÂN VỊT TÀU THỦY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HẢI PHÕNG –2019 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM  HOÀNG VĂN SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO MƠ-MEN XOẮN VÀ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC DIESEL LAI CHÂN VỊT TÀU THỦY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC; CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC BẢO TRÌ TÀU THỦY Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TSKH Đỗ Đức Lƣu TS Lê Văn Vang HẢI PHÕNG – 2019 MÃ SỐ: 9520116 LỜI CAM ĐOAN Tên tơi HỒNG VĂN SĨ, tác giả luận án tiến sĩ “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo mô-men xoắn phân tích dao động xoắn hệ trục diesel lai chân vịt tàu thủy” Bằng danh dự mình, tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Các số liệu, kết nghiên cứu, tài liệu tham khảo nêu luận án hồn tồn xác trung thực Hải Phòng, Ngày 06 Tháng 04 Năm 2019 Tác giả luận án Hoàng Văn Sĩ i LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Hàng hải, Khoa máy tàu biển Bộ môn sửa chữa tàu biển – Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam; Nhà máy đóng tàu Hồng Hà Ban chủ nhiệm Đề tài Khoa học Công nghệ cấp Quốc gia, GS.TS Lƣơng Công Nhớ - Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam làm chủ nhiệm, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thực hoàn thành tốt nội dung luận án tiến sĩ Tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến PGS.TSKH Đỗ Đức Lƣu TS Lê Văn Vang hƣớng dẫn nghiên cứu sinh chu đáo, tận tình thời gian vừa qua để sớm hoàn thành luận án Mặc dù hoàn thành nội dung luận án nhƣng thời gian kiến thức, nhƣ kinh nghiệm hạn chế nên nội dung luận án không tránh khỏi thiếu sót Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy/cô, nhà khoa học đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tơi hồn chỉnh nội dung luận án có định hƣớng nghiên cứu tƣơng lai Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn tồn thể gia đình, đồng nghiệp bạn bè thân hữu ủng hộ, động viên, chia sẻ với suốt thời gian thực luận án Nghiên cứu sinh Hoàng Văn Sĩ ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO MÔ-MEN XOẮN VÀ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG XOẮN 1.1 Quy phạm tính đo dao động xoắn hệ trục diesel lai chân vịt 1.2 Thực trạng tính, đo MMX phân tích DĐX 12 1.2.1 Thực trạng chung 12 1.2.2 Tính mơ-men xoắn phân tích dao động xoắn 13 1.2.3 Đo MMX phân tích DĐX 19 1.3 Các phƣơng pháp đo mô-men xoắn đại 22 1.4 Phân tích tín hiệu dao động xoắn 26 1.5 Nội dung nghiên cứu .26 1.6 Kết luận chƣơng 27 CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHO CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO MƠ-MEN XOẮN VÀ PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC DIESEL LAI CHÂN VỊT TÀU THỦY 28 2.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ cảm biến biến dạng xoắn bề mặt trục 28 2.1.1 Xác định MMX, USX đoạn trục 28 2.1.2 Nguyên lý hoạt động tem biến dạng 30 2.1.3 Đặc điểm tem biến dạng dùng xác định MMX 34 iii 2.2 Cơ sở khoa học công nghệ chế tạo thiết bị đo phân tích DĐX hệ trục diesel tàu thủy 35 2.2.1 Nhiệm vụ chung 35 2.2.2 Cơ sở toán học cho đo, phân tích DĐX hệ trục diesel tàu thủy 38 2.2.3 Cơ sở công nghệ truyền tin cho xây dựng thiết bị đo DĐX 47 2.3 Kết luận chƣơng 51 CHƢƠNG MÔ PHỎNG SỐ VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU MƠ-MEN XOẮN KHI CĨ NHIỄU VÀ SAI SỐ TRÍCH MẪU 52 3.1 Đặt vấn đề .52 3.2 Mơ hình hóa tín hiệu MMX miền thời gian thực miền tần số 53 3.3 Mơ tín hiệu MMX hệ trục diesel tàu thủy động Yanmar 6EY26W 59 3.4 Mô xử lý nhiễu cho tín hiệu MMX .60 3.4.1 Mơ lọc nhiễu tín hiệu MMX miền thời gian 60 3.4.2 Mô lọc nhiễu tín hiệu MMX miền tần số 63 3.5 Mơ sai số trích mẫu đo xử lý tín hiệu MMX 67 3.5.1 Sai số trích mẫu 67 3.5.2 Mô số tín hiệu mơ-men xoắn có sai số trích mẫu .71 3.6 Mơ hình sơ đồ thuật tốn tự động tính DĐX USX 77 3.6.1 Mơ hình hệ trục diesel tàu thủy tàu kiểm ngƣ KN168 77 3.6.3 Phƣơng pháp tính DĐX .84 3.6.4 Kết tính DĐX tự tàu kiểm ngƣ KN - 168 85 3.7 Kết luận chƣơng 87 CHƢƠNG CHẾ TẠO THIẾT BỊ VÀ THỰC NGHIỆM ĐO MƠ-MEN XOẮN, PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC DIESEL LAI CHÂN VỊT TÀU THỦY 88 4.1 Xây dựng cấu hình thiết bị đo tín hiệu MMX 88 4.1.1 Xây dựng cấu hình phần cứng 89 iv 4.1.2 Xây dựng cấu hình phần mềm 92 4.2 Thực nghiệm đo phân tích DĐX 101 4.2.1 Cơ sở thực nghiệm đo phân tích DĐX 101 4.2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 102 4.2.3 Đánh giá kết đo phân tích dao động xoắn .104 4.3 Kết luận chƣơng 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .112 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC CƠNG BỐ 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC MÔ PHỎNG VÀ XỬ LÝ LỌC NHIỄU ĐỘNG CƠ 02 KỲ 1PL1 PHỤ LỤC BẢNG TÍNH DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC CHÍNH SERI TÀU K3000 SỬ DỤNG DME BỐN KỲ YANMAR 6EY26W 1PL2 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH HIỆU CHUẨN, LẮP ĐẶT VÀ THỰC NGHIỆM 1PL3 PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐO MÔ-MEN XOẮN TẠI TÀU KIỂM NGƢ KN168 1PL4 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA Ck/ckct Chu kỳ công tác CPU Bộ xử lý trung tâm (Máy tính) DAQ (Data Acquisition) Bộ góp (thu thập) liệu DĐX / TVs Dao động xoắn DME (Diesel Main Engine) Động diesel máy ETM (Excited Tors Moment) Mơ-men xoắn kích thích xy lanh FFT Biến đổi Fourier nhanh Gqtk Góc quay trục khuỷu Misfiring Chế độ không cháy 10 MMX Mô-men xoắn 11 MMQTKL Mô-men quán tính khối lƣợng 12 Ms Ma sát 13 NCS Nghiên cứu sinh 14 NI National Instruments 15 Normal Chế độ cháy bình thƣờng 16 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 17 QT Quán tính 18 Real time Miền thời gian thực vi STT CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA 19 SG (Strain Gauge) Tem dán biến dạng 20 TCQP Tiêu chuẩn quy phạm 21 TMC (Torsional Moment of Mô-men xoắn xylanh Cylinder) 22 Torsionmeter/Torque Meter Thiết bị đo mô-men xoắn 23 USX Ứng suất xoắn 24 VI (Virtual Instruments) Thiết bị ảo 25 v/ph (rpm) Vòng/phút vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Một số yêu cầu Quy phạm DĐX hệ trục diesel tàu thủy .8 Bảng 1.2 Ứng suất xoắn giới hạn cho phép trục trung gian, trục đẩy, trục chân vịt hệ trục diesel lai chân vịt 10 Bảng 1.3 Phân tích ƣu nhƣợc điểm 02 phƣơng pháp đo MMX đại 24 Bảng 2.1 Nguyên lý chức đo phân tích tín hiệu MMX 37 Bảng 2.2 Ví dụ thiết lập cấu hình trích mẫu cho hệ trục diesel thấp tốc truyền động trực tiếp chân vịt đo MMX (Động kỳ, m = 1) 43 Bảng 2.3 Ví dụ thiết lập cấu hình trích mẫu cho hệ trục diesl kỳ, truyền động gián tiếp chân vịt qua hộp số đo MMX (Động kỳ, m = 2) 44 Bảng 3.1 Thiết lập cấu hình trích mẫu cho hệ trục diesel Yanmar 6EY26W tàu KN168 .71 Bảng 3.2 Sai lệch trích mẫu 25 điều hịa vịng quay 750 v/ph 74 Bảng 4.1 Các thông số đối tƣợng dùng để thử nghiệm hiệu chuẩn thiết bị đo 101 Bảng 4.2 Các thông số hệ động lực diesel lai chân vịt tàu kiểm ngƣ KN168 103 viii