Khai thác hiệu quả máy lái PT500A

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY LÁI TỰ ĐỘNG TRÊN TÀU BIỂN 1.1 Vai trò và yêu cầu cơ bản của máy lái tự động trong hàng hải1.1.1 Vai trò của máy lái tự động trong hàng hải Cũng như các

NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Tinh thần thái độ, sự cố gắng của sinh viên trong quá trình thực hiện Đồ án/khóa luận:

2 Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trên các mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh và các bản vẽ):

3 Chấm điểm của giảng viên hướng dẫn

Hải Phòng, ngày tháng năm 20

Giảng viên hướng dẫn

Th.S: Nguyễn Hoàng Thái

ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

1 Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp về các mặt: thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng thuyết minh và các bản vẽ, mô hình (nếu có) …:

2 Chấm điểm của người phản biện

Hải Phòng, ngày tháng năm 20

Người phản biện

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này, trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới Trường đại học Hàng Hải Việt Nam đã tạo mọi điều kiện cũng như các thầy cô đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy em trong suốt quá trìnhhọc tập và rèn luyện tại đây.

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn đề tài của em ,Thạc sĩ

Nguyễn Hoàng Thái Thầy đã tận tình, chu đáo, tạo mọi điều kiện, động viên,hướng dẫn và giúp đỡ emhoàn thành tốt đề tài “ Khai thác hiệu quả máy lái PT500A”.

Em xin cảm ơn các thầy cô Tổ bộ môn Máy Điện- Máy Vô Tuyến Điện, Khoa Hàng Hải, Trường đại học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho emlàm việc trên phòng thực hành, trên khoa để tiến hành nghiên cứu đề tài này.

Em cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên mình, cổ vũ và độngviên những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận vănnày.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất Song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế cũng như bản thân còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Em rất mong được ý kiến đóng góp của quý Thầy giáo và các bạn để bản đồ án này được hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án này hoàn toàn do tôi thực hiện Các số liệu, kết quảnêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ côngtrình nào khác

Hải Phòng, ngày 19 tháng 11 năm 2014

Tác giả

Nguyễn Văn Trường

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.2 Đồ thị dao động tắt dần phương trình vi phân chuyển động

của tàu

6

1.3 Sơ đồ khối hệ thống máy lái điện thủy lực 8

1.6 Sơ đồ phương pháp truyền động máy lái bằng động cơ điện 14

1.8 Sơ đồhệ thống máy lái điện thủy lực 2 xilanh sử dụng 1

bơm có lưu lượng và chiều cấp không đổi

17

1.9 Sơ đồ hệ thống máy lái điện thủy lực 4 xylanh sử dụng 2

bơm có lưu lượng và chiều cấp thay đổi

19

2.4 Núm chức năng máy lái tự động GYLOT 107 23

2.6 Mặt phản ảnh trên trụ điều khiển máy lái GYLOT 107 23

2.8 Khối lái tự động máy lái TOKIMEC PR-6000 272.9 Khối đèn báo động máy lái TOKIMEC PR-6000 292.10 Sơ đồ núm nút trạm điều khiển máy lái YOKOGAWA PT

2.12 Khối hiển thì la bàn của máy lái PT500A 33

3.3 Đồ thị miêu tả quỹ đạo chuyển động của tàu khi sử dụng

chế độ hoạt động PRECISION 2

43

3.4 Đồ thị miêu tả quỹ đạo chuyển động của tàu khi sử dụng

chế độ chuyển hướng RADIUS

45

3.5 Màn hình hiển thị bước 1 cài đặt giới hạn góc bẻ lái 483.6 Màn hình hiển thị bước 2 cài đặt giới hạn góc bẻ lái 483.7 Màn hình hiển thị bước 1 cài đặt mớn nước 493.8 Màn hình hiển thị bước 2 cài đặt mớn nước 493.9 Màn hình hiển thị bước 1 cài đặt tốc độ tàu 503.10 Màn hình hiển thị bước 2 cài đặt tốc độ tàu 503.11 Màn hình hiển thị bước 1 cài đặt chế độ ROUGH SEA 503.12 Màn hình hiển thị bước 2 cài đặt chế độ ROUGH SEA 513.13 Màn hình hiển thị bước 3 cài đặt chế độ ROUGH SEA 513.14 Màn hình hiển thị bước 4 cài đặt chế độ ROUGH SEA 513.15 Màn hình hiển thị bước 5 cài đặt chế độ ROUGH SEA 513.16 Màn hình hiển thị bước 1 cài đặt chế độ hoạt động

MỞ ĐẦU 1.Cơ sở khoa học, ý nghĩa thực tiễn:

- Cơ sở khoa học: Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các thiết bịmáy điện dùng trong ngành hàng hải ngày càng trở nên hoàn thiện hơn với cácphương pháp trợ giúp hiệu quả Máy lái tự động PT500A là loại máy lái tươngđối hiện đại, nó ngày càng trở nên thông dụng trên các tàu được đóng mới gầnđây PT500A có phương pháp điều chỉnh giữ hướng, đổi hướng tàu khá mới ởchế độ lái tự động nên cần phải tìm hiểu, nghiên cứu, cần thiết để lập thành mộtquy trình để đảm bảo khai thác an toàn, hiệu quả trong một số tình huống hànghải;

- Ý nghĩa thực tiễn: Là tài liệu tham khảo cho sinh viên học tập, tài liệu chothuyền viên khi khai thác sử dụng máy lái tự động PT500A

2.Mục đích đề tài:

Tìm hiểu, nghiên cứu máy lái tự động PT500A từ đó đưa ra quy trình khaithác an toàn và hiệu quả trong một số tình huống hàng hải

3.Phương pháp nghiên cứu, phạm vi đề tài:

- Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích, thựcnghiệm;

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về máy lái tự động PT500A, một số tìnhhuống hàng hải gặp phải khi khai thác máy lái tự động

4.Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan hệ thống máy lái PT500A;

- Nghiên cứu cách điều chỉnh, khai thác hiệu quả máy lái PT500A;

- Đưa ra quy trình khai thác trong một số tình huống hàng hải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY LÁI TỰ ĐỘNG TRÊN TÀU BIỂN 1.1 Vai trò và yêu cầu cơ bản của máy lái tự động trong hàng hải

1.1.1 Vai trò của máy lái tự động trong hàng hải

Cũng như các trang thiết bị khác của tàu thủy, các hệ thống thiết bị điềukhiển và lái tàu có vai trò quan trọng trong hoạt động của chúng Đặc biệt, vớicác tàu thủy hiện đại có công suất ngày càng lớn, vận tốc chạy tàu nhanh hơn thì những yêu cầu về các hệ thống thiết bị điều khiển và lái tàu như độ tin cậy(tính ăn lái) và độ cơ động (tính linh hoạt) trong điều khiển, tính hiệu quả trongkhai thác cũng càng được chú ý ở mức cao hơn

Máy lái là một thiết bị dùng để điều khiển sự chuyển động của con tàu theo

ý muốn của con người Máy lái tự động ngày nay gồm các chế độ lái sau:

• Lái tay (handle)

• Lái tự động (gyro, auto)

• Lái không truy theo (lever)

• Lái điều khiển từ xa (remote)

Máy lái tự động chính là thiết bị đã được ra đời nhằm thỏa mãn các yêu cầunhằm dẫn tàu đạt hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm nhân lực và vật chất Nhờ cómáy lái tự động mà đã giải phóng cho con người khỏi những hành động lặp đilặp lại nhiều lần Trong điều kiện thời tiết bình thường, máy lái tự động sẽ luônphản ứng kịp thời trước sự biến đổi về hướng đi và do đó giảm số lần bẻ lái, độlớn góc bẻ lái dẫn tới tăng tốc độ tàu Vì vai trò rất lớn này nên trên tàu biểnhiện nay đều được trang bị thiết bị máy lái tự động

1.1.2 Quy định, yêu cầu cơ bản của máy lái tự động:

1.1.2.1 Hệ thống lái đóng vai trò hết sức quan trọng trên tàu thuỷ, nó phải đảm bảo được các chức năng sau:

+ Ổn định hướng đi cho tàu

+ Thay đổi hướng đi giúp tàu hành trình trên biển và điều động ra vào cảngđược an toàn

+ Nhằm đảm bảo an toàn cho tàu và toàn bộ thuyền viên, hệ thống lái phảiđược thiết kế sao cho thoả mãn các yêu cầu chung sau:

+ Phải có khả năng làm việc an toàn, không bị hư hỏng trong mọi điều kiệnthời tiết

+ Phải có momen quay cần thiết để thắng momen cản tối đa trên trụ lái.+ Phải đảm bảo tốc độ bẻ lái theo quy định

+ Phải có thiết bị theo dõi, kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

+ Việc điều khiển, bảo quản, bảo dưỡng và sửa chữa dễ dàng, thuận tiện.+ Kích thước trọng lượng nhỏ, giá thành đầu tư và chi phí khai thác thấp

1.1.2.2 Ngoài ra, hệ thống lái cũng phải đảm bảo được những yêu cầu sau của Đăng kiểm Việt Nam như:

+ Truyền động điện cho lái phải đảm bảo:

+ Thời gian bẻ lái từ mạn này sang mạn kia ở chế độ toàn tải với mớn nướcquy định là không quá 28 giây

+ Có khả năng bẻ lái liên tục từ mạn này sang mạn kia ở chế độ toàn tải vớimớn nước quy định trong thời gian không quá 30 phút

+ Công tác lâu dài khi tàu chạy theo một hướng với 350 lần / 1 giờ

+ Momen quay của động cơ có thể thay đổi trong giới hạn từ (0 - 200)% Mđm.+ Động cơ điện có thể dừng trong vòng 1 phút

+ Công suất truyền động lái phải đảm bảo có thể quay lái từ mạn này tớimạn kia khi tàu chạy với tốc độ trung bình

+ Nguồn điện cung cấp cho lái phải lấy từ bảng phân phối điện chính theo

2 đường đi cách xa nhau ở mức tối đa Trên những tàu có trạm phát sự cố thìmột trong hai đường cáp nên đi qua trạm phát sự cố, nếu công suất của trạm này

có đủ

+ Trong buồng lái cần có đèn tín hiệu chỉ rõ máy lái đang hoạt động Nếu ởbảng điện chính có trực ban suốt ngày đêm thì đèn tín hiệu cần đặt ở bảng điệnchính

+ Mỗi hệ thống lái, ngoài hệ thống lặp cần có ngắt cuối để bánh lái khôngquay qua góc lớn nhất cho phép Hệ thống cần đảm bảo có khả năng khởi độngđộng cơ theo chiều ngược lại sau khi bánh lái dừng lại ở một mạn nào đó bởicông tắc ngắt cuối.

+ Bộ cảm phát của hệ chỉ thị góc lái phải được nối chắc chắn với trụ lái, độ chínhxác của hệ chỉ thị góc lái phải trong phạm vi ±10 so với vị trí thực của bánh lái

1.2 Cơ sở lý thuyết để thiết kế máy lái tự động.

1.2.1 Yêu cầu máy lái tự động.

+ Hệ thống lái tự động phải giữ cho con tàu đi theo một hướng đi cho trướcvới độ chính xác Δα ≤ ± 10 trong điều kiện tốc độ của tàu lớn hơn 6 NM/h

+ Biên độ dao động của con tàu so với hướng đi trước không vượt quá 10

nếu biển có sóng cấp 3 và tốc độ tàu lớn hơn hoặc bằng 6 NM/h Không vượtquá 20 ÷ 30 nếu sóng tới cấp 6

+ Cho phép thay đổi hướng đi cho trước bằng cách điều chỉnh hướng đi ởgiá trị phù hợp

+ Có khả năng điều chỉnh được các hệ số khuyếch đại của các khâu nằmtrong hệ thống cho phù hợp với tình trạng mặt biển, tốc độ và tải trọng của tàu.+ Ngoài chế độ tự động hệ thống phải có các chế độ lái lặp lái đơn giản, lái

sự cố để đảm bảo an toàn tối đa cho con tàu

+ Phải có thiết bị báo động bằng âm thanh khi hệ thống bị quá tải, góc lệch

so với hướng đi cho trước quá lớn

+ Hệ thống phải đảm bảo hoạt động bình thường ngay cả khi tàu bị lắcngang tới 220, chu kỳ dao động là 8 - 22 s và lắc dọc tới 100 với chu kì lắc 6 – 10

s Chịu được rung động riêng từ 5 ÷ 30 Hz

+ Không gây nhiễu quá lớn đối với thiết bị radio…

1.2.2 Phương trình vi phân chuyển động của tàu.

Giả sử tàu chạy theo hướng HT, do ngoại cảnh làm tàu bị lệch đi một góc

α Muốn đi về hướng ban đầu tàu phải bẻ góc lái β ngược lại, sinh ra một lực gọi

Z

HT

H Q

β

Theo cơ học, tàu chuyển động ổn định trên hướng đi ban đầu sẽ tham gia hai chuyển động:

+ Chuyển động theo hướng HT (chuyển động trên mặt nước)

Hình 1.1 Hướng lệch mũi tàu so với hướng đi chính Khi chuyển động đều thì đại lượng: nên F = 0 + Chuyển động quanh trục đứng Z với gia tốc góc lệch hướng (1)

Trong đó: J: mômen quán tính tĩnh của tàu α: góc lệch hướng đi của tàu α”: gia tốc góc lệch của tàu q: Mômen ngoại lực tác dụng làm tàu quay lệch khỏi hướng đi ban đầu Để tàu quay về hướng đi cũ (HT) cần phải có mômen phản lực bánh lái L=S.β (2)

Trong đó:

S : Thông số của bánh lái (Diện tích, kiểu bánh lái) β: Góc bẻ của bánh lái (so với mặt phẳng trục dọc của tàu) Qua thực nghiệm ta thấy góc bẻ của bánh lái β phụ thuộc vào góc lệch α và

H

β = D.α + P.α’ (3)Trong thực tế người ta có thể chọn D và P sao cho góc bẻ lái đủ đưa tàu vềhướng đi ban đầu.

Chiếu các mômen lên trục Z ta có phương trình chuyển động của con tàu:

q + L = 0 (4)Thay đẳng thức (1),(2) và (3) vào (4) ta có phương trình chuyển động củacon tàu :

J.α” +S.P.α’ + S.D.α = 0 (5)Chia cả hai vế của phương trình (5) cho J:

Hình 1.2 Đồ thị dao động tắt dần phương trình vi phân chuyển động của tàu

Ta có kết quả: α = e-ht.(A1.sin wq t + A2cos wq.t) = α0.e-ht cos(wqt + φ)

Trong đó:

A1 và A2 là hệ số tích phân

φ hệ số lệch pha, được xác định qua A1 và A2

Hộp đấu dây Thiết bị bẻ lái Bánh lái

Két dầu thủy lực

Bộ cấp nguồn Cho mô tơ lái

1.3 Tổng quát hệ thống máy lái tự động.

1.3.1 Nguyên lý cấu tạo máy lái tự động.

Tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể mà các tàu thuỷ được trang bị các hệ thốngtruyền động máy lái khác nhau Nhìn chung các hệ thống máy lái có thể đượcchia làm một số loại sau:

- Máy lái cơ khí: Dẫn động trực tiếp nhờ năng lượng của người thủy thủ lái,qua một số cơ cấu truyền động cơ khí Do mômen lái tạo ra nhỏ nên chỉ được ápdụng ở các tàu lai dắt, xuồng cỡ nhỏ

- Máy lái hơi nước: Thường được trang bị cho các tàu sử dụng hệ động lựchơi nước Khi đó các động cơ dẫn động thường là các động cơ hơi nước kiểupiston Tuy nhiên, loại máy lái này hiện nay rất ít được áp dụng

- Máy lái điện: Động cơ điện được nối với trục bánh lái thông qua các bộtruyền động giảm tốc cơ khí Trong khoảng thập kỷ giữa thế kỷ 20, máy lái điệnđược áp dụng rộng rãi cho các tàu thủy do ưu điểm là hệ thống lái đơn giản, dễvận hành so với các hệ thống truyền động lái khác như động cơ hơi nước Ngàynay, máy lái điện còn được trang bị trên một số tàu nhỏ có yêu cầu về mômen láikhông quá 120kN.m

- Máy điện thủy lực: Hiện nay, nhờ sự phát triển vượt bậc trong truyềnđộng thủy lực thể tích và công nghệ điều khiển, truyền động điện máy lái hầuhết được thay thế bởi truyền động điện/thủy lực Các máy lái điện/thủy lực do cócác ưu điểm là nhỏ gọn, hiệu suất cao, mômen lớn, và đặc biệt là có độ bền, độtin cậy cao nên được sử dụng ngày càng rộng rãi

Hình 1.3.Sơ đồ khối hệ thống máy lái điện thủy lực+ Trạm điều khiển (Trụ lái):

Trạm điều khiển là một khối hình trụ được lắp đặt ngay trong buồng lái,nằm trên mặt phẳng trục dọc tàu, tại vị trí thuận tiện cho việc quan sát phía trước

và hai bên mạn

Trạm điều khiển có các chế độ lái như sau:

- Chế độ lái tay (Hand steering) hay còn gọi là chế độ lái truy theo (Followup);

- Lái tự động (Auto steering) là lái theo tín hiệu la bàn điện hoặc la bàn từ,

la bàn vệ tinh;

- Lái cần (Lever steering) là lái không truy theo (Non-Follow up);

- Lái từ xa (Remote steering) là lái bằng một điều khiển xách tay (ngày naycác thế hệ máy lái mới không còn sử dụng chế độ lái từ xa)

Trên trạm điều khiển ta có thể dùng công tắc chức năng (Function Switch)

để chuyển đổi các chế độ lái khác nhau:

- Chế độ lái tay, ta sử dụng vô lăng để thực hiện việc bẻ lái, chế độ nàyđược sử dụng khi tàu chạy trong khu vực luồng lạch hẹp, cập hoặc rời cầu, thảhoặc kéo neo, tránh va, điều kiện thời tiết xấu, ;

- Chế độ lái tự động, ta sử dụng núm đặt hướng kết hợp các núm điều chỉnhthời tiết, điều chỉnh bánh lái, Chế độ này được sử dụng khi tàu hành trình trongkhu vực ít chướng ngại vật hàng hải;

- Chế độ lái cần, ta sử dụng cần để gạt sang phải hoặc sang trái, góc bẻ láicăn cứ theo đồng hồ chỉ báo góc bẻ lái, chế độ này được dùng trong trường hợpcác chế độ lái khác không thực hiện việc bẻ lái được;

- Chế độ lái từ xa, ta sử dụng một công tắc điều khiển có thể di chuyển rahai bên cánh gà mà vẫn có thể điều khiển được con tàu theo hướng mong muốn;Ngoài công tắc trên, trên trạm điều khiển còn bố trí thêm các núm điều

mặt điều khiển, núm điều chỉnh tốc độ bẻ lái, núm điều chỉnh góc bẻ lái, númđặt giới hạn góc bẻ lái, công tắc còi báo động, đèn báo động, một số máy lái còn

có đèn hiển thị bánh lái di chuyển sang phải hoặc sang trái,

+ Thiết bị bẻ lái:

Gồm hai môtơ điện lai bơm thủy lực, hệ thống ống dẫn dầu thủy lực, cácvan chuyển hướng thay đổi chế độ lái, hai piston điều khiển trục bánh lái Ngoài

ra ở đây còn gắn cần bơm tay thủy lực, van điều khiển trong trường hợp máy lái

bị sự cố Trên hệ thống đường ống người ta có van xả khí, van an toàn, khi áplực tăng lên quá giới hạn cho phép, đồng hồ đo áp lực đánh dấu mức tối thiểu vàtối đa, kim chỉ thị góc bẻ lái

Thiết bị lái được đặt trong một buồng riêng ở phía cuối tàu, gần bánh lái.Thiết bị này do máy hai trực tiếp quản lý, bảo dưỡng định kỳ

Dầu thủy lực được sử dụng là loại dầu thủy lực có khả năng chống oxy hóacao và khả năng bôi trơn tốt Khi cần bổ sung dầu, chỉ được sử dụng cùng loạidầu

Khi sử dụng loại dầu thủy lực không theo khuyến cáo của nhà chế tạo cầnđảm bảo loại dầu đó tương đương loại dầu đã sử dụng

Dầu thủy lực dùng trong vùng lạnh hoặc vùng nhiệt đới cần phải yêu cầutới người cấp dầu

+ Bộ cấp nguồn cho môtơ lái:

Thông thường là hệ thống bảo vệ ngắt mạch bằng cầu chì bảo vệ quá tải,

+ Bánh lái:

Là thiết bị dùng để giữ cho tàu chuyển động trên hướng cố định hoặc thayđổi hướng đi của tàu.Về cấu tạo, bánh lái thường có dạng một hình chữ nhật lắptrên trục lái thẳng đứng ở phía sau chân vịt Dòng nước do chân vịt tạo ra đượcbánh lái hướng chảy theo hướng phù hợp nhờ đó điều khiển được chuyển độngcủa tàu theo hướng của người điều khiển Bánh lái cũng có nhiều loại với cáchình dáng khác nhau, nhưng có thể chia ra hai dạng cơ bản: Bánh lái không cânbằng và bánh lái cân bằng Hình 3.4 mô tả một số dạng bánh lái tàu thủy

Hình 1.4 Một số dạng bánh lái tàu thủyNgoài ra trong buồng máy lái bắt buộc phải có hệ thống thông tin liên lạcgiữa buồng máy lái tới các vị trị khác như buồng lái, buồng máy, vị trí máychính Hệ thống đèn chiếu sáng thông thường và sự cố, hệ thống hút và đẩy gió,

la bàn phản ảnh

Hình 1.5 Sơ đồ tổng quát toàn trạm máy lái

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của máy lái tự động.

1.3.2.1 Chế độ lái tự động (Auto steering):

Công tắc kép chuyển sang vị trí G (Gyro Compass)

Giả sử tàu lệch khỏi hướng đi ban đầu một góc α sang mạn phải, xenxinphát trong la bàn con quay truyền đến xenxin lặp lại trong lòng máy lái tự động,qua khớp nối cơ khí (9) so sánh với hướng đặt trước, nếu lệch một giá trị α thìqua bộ cảm biến góc lệch (10) sinh ra một điện áp U1=K1.α (K1 là hệ số cảmbiến, α là góc lệch hướng) Sau đó đưa qua bộ phận khuếch đại (11), qua rơleđiều khiển (12) đến điều khiển môtơ (13) làm cho thiết bị bẻ lái (14) thực hiệnquay bánh lái sang mạn trái (15) một góc β tỉ lệ với góc α nhưng ngược chiều

Đồng thời lúc đó đầu ra của khối (15) nối cơ khí với bộ phận cảm biến góclái (20) tạo ra một điện áp U2=K2.β (β là góc bẻ lái, K2 là hệ số phản hồi) sau đóđiện áp này được đưa vào bộ phận điều chỉnh góc lái (19), qua bộ điều chỉnhtốc độ bẻ lái (18) và trở thành U3=K3.β rồi đưa về bộ khuếch đại (11) Lúc nàytín hiệu vào mạch khuếch đại là ∆U=U1-U3 U3=K3.β là tín hiệu cân bằng sau hệ

số phản hồi, K3 là hệ số cân bằng được điều chỉnh theo tốc độ bẻ lái

Bánh lái ngừng quay khi ∆U=0, dưới tác dụng của dòng nước vào mặttrước của bánh lái là cho tàu dần chuyển động về hướng đi ban đầu, lúc đó góclệch α giảm dẫn đến U1 giảm cho đến khi đại lượng ∆U âm Khi đó bánh lái tiếptục chuyển động về phía ngược lại đến khi góc lệch α=0 thì tín hiệu U1=0, tínhiệu vào khuếch đại ∆U = -U3 bánh lái tiếp tục bẻ sang mạn phải β mang dấu âm(-); do quán tính tàu đảo mũi sang mạn trái α mang dấu âm (-), tín hiệu vào bộphận khuếch đại là: ∆U=-U1+U3=-K1.α+K3.β Quá trình xảy ra tương tự như vậy

để điều khiển tàu theo hướng đi cho trước

Trong chế độ lái tự động ta muốn đưa tàu đi theo một hướng mới, thì ta ấnnúm đặt hướng và quay kim chỉ thị đến một hướng đã định với điều kiện hướngmới so với hướng cũ không quá lớn

Ở chế độ tự động thì núm điều chỉnh thời tiết được điều chỉnh sao cho phùhợp với điều kiện thời tiết thực tế, nếu thời tiết tốt thì để ở vị trí nhỏ và ngượclại Núm điều chỉnh tốc độ bẻ lái và góc bẻ của bánh lái theo điều kiện hiện tạicủa tàu

1.3.2.2 Chế độ lái tay:

Khi ta bật sang chế độ lái tay, công tắc kép chuyển sang vị trí H (Hand) Tadùng tay để quay vô lăng (16) sang mạn phải một góc θ, qua bộ cảm biến góc bẻlái của vô lăng (17) đưa ra tín hiệu điện áp U1=K1.θ, điện áp này được đưa vào

bộ khuếch đại (11) qua rơle (12) đến điều khiển môtơ (13) làm cho thiết bị bẻ lái(14) quay bánh lái sang mạn phải một góc β, đồng thời xuất hiện tín hiệu phảnhồi ở đầu ra khối (20) U2=K2.β đi đến bộ khuếch đại (11) theo đường kín mạch

Bánh lái ngừng quay khi ∆U=U1-U2=0, ta có θ=β khi K1=K2, và cứ như thế ta cóthể điều khiển tàu theo ý muốn.

1.3.2.3 Chế độ lái cần (Lever – L):

Bật công tắc chức năng sang vị trí L, dùng tay gạt cần, lúc này tín hiệuđiều khiển đến môtơ (13) điều khiển thiết bị bẻ lái làm quay bánh lái, ở chế độnày không có mạch phản hồi

+ Khi có lệnh trên buồng lái, ta tiến hành thực hiện bẻ bánh lái dưới buồngmáy lái bằng các phương pháp sau:

- Sử dụng bơm tay;

- Dùng tuốc nơ vít chuyên dụng điều khiển van điện từ;

- Quay vôlăng điều khiển sự cố ( nếu có )

+ Trong quá trình bẻ bánh lái, cần quan sát đồng hồ chỉ báo góc bẻ bánh lái hoặc trực tiếp kim chỉ trên bánh lái

Trụ lái

1.3.3 Một số phương pháp truyền động máy lái.

1.3.3.1 Phương pháp truyền động máy lái bằng động cơ điện:

Hình 1.6 Sơ đồ phương pháp truyền động máy lái bằng động cơ điện.Khi quay vô lăng trên trạm điều khiển sang trái hoặc sang phải thì điện áp

từ tín hiệu điều khiển sẽ làm quay động cơ điện Nếu quay sang phải, dòng điệnmang dấu dương làm động cơ quay bên phải do đó bánh lái cũng quay bên phải.Nếu quay sang trái, dòng điện mang dấu âm làm động cơ quay bên trái nên bánhlái cũng quay bên trái

Khi hệ thống lái chính bị hư hỏng, có thể chuyển sang sử dụng cơ cấu lái sự

cố Khi đó, mômen lái được tạo ra nhờ vô lăng lái sự cố, qua các bộ truyền độngbánh răng, bánh vít - trục vít và được truyền tới bánh răng nhỏ ăn khớp với cungrăng nhỏ

Phương pháp truyền động máy lái bằng động cơ điện có ưu điểm là đơngiản và có độ tin cậy rất cao do chỉ có các truyền động cơ khí Ngoài ra các máylái điện đều rất dễ vận hành và cần ít các thao tác bảo dưỡng, sửa chữa Tuy

nhiên, các máy lái điện tương đối cồng kềnh và có khả năng tạo mômen lái nhỏ

so với máy lái điện-thủy lực

Hình 1.7 Sơ đồ khối máy lái1.3.3.2 Phương pháp truyền động máy lái bằng động cơ điện thủy lực

2 xylanh và 1 bơm thủy lực:

a Cấu tạo hệ thống.

Hệ thống gồm 1 động cơ bơm thủy lực có lưu lượng, chiều cấp không đổihoặc có lưu lượng, chiều cấp thay đổi cấp dầu tới 2 xilanh lực quay trục bánhlái Ngoài ra còn có các van an toàn, bơm tay sự cố khi hệ thống máy lái chínhgặp sự cố Hình 3.8 mô tả tả một hệ thống máy lái điện thủy lực 2 xylanh sửdụng 1 bơm có lưu lượng và chiều cấp không đổi

b Nguyên lý hoạt động.

- Khi hoạt động, bơm thủy lực được động cơ điện lai hoạt động liên tục.Tuy nhiên, khi chưa có tác động điều khiển từ trên buồng lái thì hai cuộn hútđiện từ của van điều khiển chưa được cấp điện, bơm hoạt động không tải 2xylanh cân bằng, bánh lái không quay

- Khi quay vô lăng lái sang bên phải, tín hiệu điều khiển đưa đến van điện

từ bên phải mở hệ thống đường ống bơm dầu thủy lực vào bên trái của xylanhphía trên và bên phải của xylanh phía dưới Khi đó, các piston sẽ duy chuyểnlàm quay bánh lái quay về bên phải Khi quay vô lăng lái sang bên trái, quá trìnhhoạt động ngược lại làm bánh lái quay về bên trái

- Khi có sự cố ở trên trạm điều khiển hoặc mất điện toàn bộ hệ thống máylái, ta dùng bơm thủy lực bằng tay để quay bánh lái trực tiếp

- Ngoài ra, hệ thống máy lái này có một chế độ lái sự cố áp dụng khi hệđiều khiển từ xa máy lái bị hỏng, trong khi các bơm thủy lực vẫn hoạt độngđược Ở chế độ này, các bơm thủy lực vẫn hoạt động, còn việc điều khiển máylái được thựchiện bằng tay nhờ tác động trực tiếp vào các van điều khiển (dùngmột thiết bị bố trí sẵn ở cạnh van để ấn vào ty đẩy ở hai đầu cuộn hút của vanđiều khiển)

2 U U3

Hình 1.8 Sơ đồhệ thống máy lái điện thủy lực 2 xylanh sử dụng 1 bơm có lưu

lượng và chiều cấp không đổi

- Van an toàn được bố trí phía các xylanh lực để bảo vệ áp suất cho hệthống khi điều khiển và không điều khiển Khi hệ thống làm việc thì bảo vệ chobơm và hệ thống khỏi bị quá áp suất, còn khi hệ thống không điều khiển thì bảo

vệ cho nhánh phía xylanh lực Điều này đặc biệt quan trọng vì khu vực nàythường chịu các xung áp suất gây ra do sóng biển đánh vào bánh lái

1.3.3.3 Phương pháp truyền động máy lái bằng động cơ điện thủy lực

4 xylanh và 2 bơm thủy lực:

a Cấu tạo hệ thống.

Hệ thống này bao gồm hai cụm máy lái chính cấp dầu tới 4 xylanh lực đểquay trục bánh lái Cả hai cụm máy lái chính có thể hoạt động độc lập hoặc songsong Mỗi cụm máy lái có bố trí một bơm có lưu lượng và chiều cấp thay đổihoặc có lưu lượng và chiều cấp không đổi Hình 3.9 mô tả một hệ thống máy láiđiện thủy lực 4 xylanh sử dụng 2 bơm có lưu lượng và chiều cấp thay đổi

b Nguyên lý hoạt động.

- Khi điều động tàu, động cơ điện lai bơm thủy lực được khởi động để làmviệc liên tục Tuy nhiên, nếu chưa có tác động điều khiển lái thì lưu lượng củabơm chính bằng không Các xylanh ở vị trí cân bằng, bánh lái không quay

- Khi quay vô lăng lái sang bên phải, tín hiệu điều khiển đưa đến van điện

từ bên phải mở hệ thống đường ống bơm dầu thủy lực vào xylanh 2 và xylanh 4.Khi đó piston phía trên sẽ chuyển động về phía trái, piston phía dưới sẽ chuyểnđộng về phía phải làm cho bánh lái quay về phía phải Khi quay vô lăng lái sangbên trái, chiều cấp dầu ngược lại làm bánh lái quay về bên trái

- Trường hợp cần bẻ lái nhanh thì ta có thể cho hai cụm bơm vào hoạt độngsong song, nguyên lý hoạt động của hệ thống tương tự như nguyên lý hoạt độngcủa một cụm bơm thủy lực, nhưng tốc độ bẻ lái sẽ nhanh hơn

- Trường hợp một cặp xylanh bị sự cố cần phải ngắt ra nhưng hệ thống vẫn

trái chuyển sang vị trí sự cố và chỉ có cụm bơm thủy lực bên trái được phép hoạtđộng

- Hệ thống này cũng có cấp lái sự cố khi hư hỏng hệ thống điều khiển từ xa

Do hệ thống có bố trí hai cụm bơm song song nên không trang bị hệ thống lái sự

cố vì khi này một cụm bơm đóng vai trò là bơm sự cố

- Khi chỉ có hệ thống điều khiển từ xa trên buồng lái bị trục trặc, hệ thốngđược vận hành khi có sự cố như sau: Điều khiển máy lái tại chỗ bằng cách tácđộng trực tiếp vào cần điều khiển bố trí sẵn ở hai phía của van hướng dòng

- Hệ thống lái thủy lực dạng này có ưu điểm là hoạt động an toàn, độ tincậy cao, dễ dàng thực hiện lái tự động Chính vì vậy hệ thống lái trên thườngđược trang bị trên các tàu cỡ lớn

Núm đặt hướng Mặt chỉ báo hướng

Hướng cài đặt Núm chỉnh độ sáng

Móc cài

Núm điều chỉnh thời tiết

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống máy lái điện thủy lực 4 xylanh sử dụng 2 bơm có lưu

lượng và chiều cấp thay đổi

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MÁY LÁI TỰ ĐỘNG PT500A 2.1 Giới thiệu một số hệ thống máy lái tự động

2.1.1 Máy lái tự động GYLOT 107

2.1.1.1Tổng quan máy lái GYLOT 107Gylot 170 là sản phẩm của hãng KEIKI TOKYO, là thiết bị lái có cấu trúcđơn giản giúp cho việc hàng hải dễ dàng hơn

Theo đó,la bàn hồi chuyển được gắn kèm theo trong lái,bật công tắt,côngtắt hoạt động,….nó được sắp xếp trình tự dễ dàng hơn cho việc bắt đầu hoạtđộng,dừng lại và việc điều chỉnh

GYRO PILOT

Khối đèn la bàn Khối đèn máy lái

Hình 2.1.Sơ đồ cấu tạo máy lái GYLOT 107

Hình 2.1.Sơ đồ cấu tạo máy lái GYLOT 107

Máy lái GYLOT 107 gồm các khối chính sau:

- Khối lái tay;

- Khối lái tự động;

- Khối lái cần;

- Khối la bàn phản ảnh;

- Khối lái từ xa (nếu có);

a Khối lái tay

Khối lái tay gồm các bộ phận chính sau:

- Vô lăng lái

- Cần lái (nằm gần vô năng lái)

- Các đèn chỉ báo (ở hình 2.2 và ở 2 bên vô lăng lái hình 2.1)

Hình 2.6 Mặt phản ảnh trên trụ điều khiển máy lái GYLOT 107

- Điều khiển lái từ xa;

- Cũng như các núm, nút của la bàn con quay tích hợp trong trụ điều khiển;2.1.1.3Chức năng các núm nút máy lái GYLOT 107

1 Course Setting Knob: Núm đặt hướng lái tự động, để điều chỉnh hướng

ta ấn xuống và xoay kim về hướng cần đặt

2 Dimmer: Núm điều chỉnh độ sáng trên màn hình máy

3 Course Indication: Ô ghi nhớ hướng của tàu đi

4 Operation Selection Switch: Công tắc chức năng có 4 vị trí:

+ Hand: lái tay

+ Auto: lái tự động

+ Lever: lái sự cố

+ Remote: lái điều khiển từ xa

5 Operation Lamp(S,P): Đèn báo bánh lái bẻ sang phải hoặc trái

6 Steering Wheel: Vô lăng lái tay

7 Buzzer SW: Công tắc còi báo động có hoặc mất nguồn

8 Gyro Start Switch: Công tắc khởi động la bàn

9 Repcater Power Supply Lamp: Đèn trắng báo la bàn hoạt động (bộ lặplại)

10 Gyro Power Supply Lamp: Đèn báo la bàn hoạt động (màu xanh)

11 Running Lamp (blue): Đèn báo la bàn hoạt động tốc độ con quay đã đạtđịnh mức

12 No1 Run, No1 Overlod: Đèn báo máy lái đang sử dụng nguồn điện số

1, đèn báo nguồn số 1 quá tải

13 No2 Run, No2 Overlod: Đèn báo nguồn số 2 đang hoạt động, đèn báonguồn số 2 quá tải

14 Rudder ADJ: Núm điều chỉnh góc bẻ bánh lái

15 Rate ADJ: Núm điều chỉnh tốc độ góc bẻ lái

16 Pilot Power Supply Selection: Công tắc cấp nguồn cho máy lái (có 2 vịtrí no1 và no2)

17 Latilude Correction: Núm điều chỉnh sai số riêng vĩ độ

18 Handle For Front Panel: Cần mở mặt trước của máy lái

20 Rudder Order Indicator: Mặt chỉ báo góc cần bẻ bánh lái.

21 Weather: Núm điều chỉnh hoạt động của máy lái theo điều kiện sónggió ở chế độ lái tự động

22 Remote Controller: Bảng điều khiển lái tàu từ xa

2.1.2 Máy lái tự động TOKIMEC PR-6000

2.1.2.1Tổng quan máy lái TOKIMEC PR-6000:

Máy lái tự động TOKIMEC PR-6000 là loại máy lái hiện đại được sản xuấtbởi hãng TOKIMEC

Hệ thống này cung cấp hai phương thức lái tự động: phương thức vi tíchphân PID và phương thức tích hợp ADPT sử dụng hệ thống điều khiển thích hợpMRACS và bộ lọc thích hợp Kalman Tự do kết hợp của hai phương thức này cóthể phù hợp điều khiển trong mọi sự biến đổi của thời tiết trên biển, hệ thốngnày được gọi là máy lái tự động thế hệ hai

Máy có thể lắp 2 hệ thống lái tự động số 1 và số 2 Nếu hệ thống lái tựđông số 1 hỏng, ta có thể sử dụng hệ thống 2 và ngược lại

2.1.2.2 Chức năng các núm nút trên trạm điều khiển máy láiTOKIMEC PR-6000:

Trạm điều khiển máy lái TOKIMEC PR-6000 gồm các khối chính:

- Khối chọn hệ thống máy lái;

- Khối lái tay;

- Khối lái tự động;

- Khối lái cần;

- Khối la bàn phản ảnh;

- Khối lái từ xa (nếu có);

Núm chọn hệ thống máy lái

45

3

8910

23

11

121317191816

15

14

21

2220

Hình 2.7 Máy lái TOKIMEC PR-6000

a Khối lái tay

Khối lái tay gồm các bộ phận chính sau:

- Vô lăng lái

- Chỉ thị góc bẻ vô lăng lái

- Đèn chỉ báo hướng bẻ bánh lái: Khi vô lăng quay sang mạn nào đèn bên

đó sẽ sáng (đèn trái màu đỏ, đèn phải màu xanh)

5 Khối điều chỉnh lái tự động số 2;

Hình 2.8 Khối lái tự động máy lái TOKIMEC PR-6000

7 Núm RUDDER ADJ: Núm điều chỉnh góc bẻ bánh lái trong chế độ lái tựđộng gồm 9 cấp độ (điều chỉnh hệ số góc bẻ bánh lái từ 0.3 đến 2.0, cấp 4 có hệ

số là 1.0);

8 Núm RATE ADJ: Núm điều chỉnh tốc độ bẻ bánh lái trong chế độ lái tựđộng gồm 9 cấp độ;

* Chú ý: Các núm RUDDER ADJ và RATE ADJ chỉ có tác dụng trong

phương thức PID Trong phương thức ADPT, tùy thuộc vào chế độ giữ hướngtàu, máy sẽ tự tính toán điều chỉnh các giá trị góc bẻ bánh lái và tốc độ bẻ bánhlái phù hợp trong giới hạn góc bẻ bánh lái được đặt trong RUDDER LIMIT;

9 Núm PILOT WATCH: Núm đặt cảnh báo lệch hướng có giá trị từ 5o đến

15o Nếu hướng mũi tàu lệch với hướng đặt tự động lớn hơn giới hạn cho phép,máy sẽ phát chuông báo động lệch hướng;

10 Núm RUDDER LIMIT: Núm đặt giới hạn góc bẻ bánh lái có giá trị từ

13 Đèn chỉ báo đặt giới hạn góc bẻ lái;

14 Đèn chỉ báo hệ thống máy lái: No1 SYSTEM và No2 SYSTEM;

20 Nút SEL: Nút chọn thông số HDG, ROT, ERR, SPD;

21 Đèn chỉ báo thông số đang hiển thị Khi ấn nút SEL thì thông số nàohiển thị ở màn hình thông số sẽ sáng tương ứng HDG, ROT, ERR, SPD;

22 Màn hình thông số: Thông thường hiển thị giá trị hướng tàu HDG;

23 Thanh chỉ báo: Hiển thị độ lệch hướng giữa hướng đặt và hướng thậthoặc tốc độ đảo mũi

c Khối đèn báo động

Hình 2.9 Khối đèn báo động máy lái TOKIMEC PR-6000

- Đèn 1-PWR F và 2-PWR F báo mất nguồn số 1 hoặc số 2;

- Đèn DC PWR báo mất nguồn 1 chiều;

- Đèn 1SG CNT và 2SG CNT báo động cơ thực hiện số 1 hoặc số 2 bịhỏng;

- Đèn HAND M báo khối lái tay bị lỗi;

- Đèn GYRO báo la bàn điện bị lỗi;

- Đèn PILOT W báo khi độ lệch hướng tàu với hướng đặt tự động lớn hơn