www.hanghaikythuat.edu.tf MÁY LÁI TỰ ðỘNG Xu hướng phát triển tất yếu của kỹ thuật hàng hải, dẫn tàu an toàn là việc thiết lập nên hệ thống tự ñộng ñiều khiển tàu , trong ñó tau biển chí[r]
(1)www.hanghaikythuat.edu.tf MÁY LÁI TỰ ðỘNG Xu hướng phát triển tất yếu kỹ thuật hàng hải, dẫn tàu an toàn là việc thiết lập nên hệ thống tự ñộng ñiều khiển tàu , ñó tau biển chính là ñối tượng ñược ñiều chỉnh, còn nguồn phát các tín hiệu cần thiết ñể ñiều khiển là thiết bị dẫn tàu khác tín hiệu từ la bàn quay Quá trình ñiều khiển gốm tác ñộng lên các cấu ñiều khiển tàu bánh lái và máy lái ñảm bảo cho tàu chuyển ñộng theo tuyến ñường và tốc ñộ ta mong muốn Máy lái tự ñộng chính là thiết bị ñã ñược ñời thoả mãn các yêu cầu nhằm dẫn tàu ñạt hiệu kinh tế cao, tiết kiệm nhân lực và vật lực CƠ SỞ MÁY LÁI TỰ ðỘNG Tổng quát hệ thống máy lái tự ñộng trên tàu biển 1.1 Trạm ñiều khiển: Trạm ñiều khiển là khối hình trụ ñược lắp ñặt buồng lái, nằm trên mặt phẳng trục dọc tàu, vị trí thuận tiện cho việc quan sát phía trước và hai bên mạn ñứng ñiều khiển trạm Chức trạm là ñiều khiển hướng ñi tàu thông qua các chế ñộ lái sau: - Lái tay ( Hand ) - Lái tự ñộng (Auto) - Lái cần - Không truy theo ( Lever/ Non-follow up) - Lái từ xa (Remote) Trên trạm ñiều khiển ta có thể dùng công tắc chức ( Function switch) ñể chuyển ñổi các chế ñộ lái khác Thông thường chế ñộ lái tay ñược sử dụng tàu ñi vào luồng, cập, rời cầu, thả, kéo neo, tránh va tàu hành trình khu vực có nhiều chướng ngại vật hàng hải Chế ñộ lái tự ñộng ñược sử dụng tàu hành trình các khu vực ít trướng ngại vật hàng hải ðối với chế ñộ lái từ xa thì người sĩ quan trực ca ñứng ngoài cánh gà buồng lái có thể trực tiếp ñiều khiển tàu mà không cần vào buồng lái Chế ñộ lái cần ñược dùng trong trường hợp các chế ñộ lái tay và lái tự ñộng bị cố, ta chuyển công tắc chức sang vị trí LEVER NON - FOLLOW UP và dùng cần ñể ñiều khiển tàu Bên trạm ñiều khiển có nhiều phận quan trọng hệ thống la bàn quay và hệ thống ñiều khiển tự ñộng lái, thiết bị phát ñịnh hướng cho các la bàn phản ảnh và tín hiệu phát xuống buồng máy lái ñều ñược lắp ñây Trên trạm ñiều khiển còn bố trí các núm, nút như: công tắc nguồn, công tắc chức năng, núm ñặt hướng, núm ñiều chỉnh thời tiết, núm ñiều chỉnh tốc ñộ bẻ lái, núm ñiều chỉnh góc bẻ lái, ñèn chiếu sáng, ñèn báo ñộng, còi báo ñộng 1.2 Thiết bị lái (Steering gear): Gồm hai mô tơ ñiện lai bơm thuỷ lực, hệ thống ống dẫn dầu thuỷ lực, các van chuyển hướng thay ñổi chế ñộ lái, hai piton ñiều khiển trục bánh lái Ngoài ñây còn gắn vô lăng cần lái ñể ñiều khiển lái trực tiếp trạm ñiều khiển bị cố Bộ cấp nguồn cho mô tơ lái Hộp ñấu dây Két dầu thuỷ lực Thiết bị bẻ lái www.hanghaikythuat.tk Bánh lái (2) www.hanghaikythuat.edu.tf Hình vẽ 3.1 Thiết bị lái ñược ñặt buồng riêng phía cuối tàu gần bánh lái Thiết bị lái này thuyền phó hai quản lý, ñược bảo quản và sửa chữa ngành máy, ñược kiểm tra hàng ngày, tra dầu mỡ, vệ sinh thuỷ thủ ñi ca - 4, có nhật ký ghi chép riêng 1.3 Két dầu thuỷ lực: cung cấp dầu thuỷ lực cho bơm ñẩy trục bánh lái 1.4 Bộ cấp nguồn cho mô tơ lái: thông thường là biến áp ba pha 1.5 Bánh lái (Rudder): là thiết bị dùng ñể giữ cho tàu chuyển ñộng trên hướng cố ñịnh thay ñổi hướng ñi tàu Bánh lái có nhiều loại: loại thường, loại bù trừ, bán bù trừ Diện tích bánh lái phụ thuộc vào trọng tải tàu Cơ sở lý thuyết máy lái tự ñộng Phương trình nguyên lí máy lái tự ñộng có nhiều dạng khác nhau, xuất phát từ yêu cầu ñộ chính xác mà ta chọn các giả thiết gần ñúng mức ñộ khác Khi thiết lập phương trình máy lái tự ñộng phương xuất ñại lượng tuyến tính và phi tuyến tính ðể ñơn giản, số trường hợp người ta cho phép bỏ qua ñại lượng vô cùng bé bậc cao ñộ chính xác ñảm bảo công việc lái tàu 2.1 Phương trình vi phân chuyển ñộng tàu Giả sử tàu chạy theo hướng HT, ngoại cảnh làm tàu bị lệch ñi góc α Muốn ñi hướng ban ñầu tàu phải bẻ góc lái β ngược lại, sinh lực gọi là mômen lái L ngược với mômen ngoại lực q Theo học, tàu chuyển ñộng ổn ñịnh trên hướng ñi ban ñầu tham gia hai chuyển ñộng - Chuyển ñộng theo hướng HT (Chuyển ñộng trên mặt nước) → → F =m dv → (Khi tàu có gia tốc) dt H α HT q Z L Hình vẽ 3.2 β → Khi chuyển ñộng ñều thì ñại lượng dv → dt → = nên F = www.hanghaikythuat.tk (3) www.hanghaikythuat.edu.tf - Chuyển ñộng quay quanh trục ñứng Z với gia tốc góc lệch hướng d 2α q = J c = J c α ′′ d t (1) Trong ñó: J c : Mômen quán tính tĩnh tàu α: Góc lệch hướng ñi tàu α ′′ : Gia tốc góc lệch tàu q: Mômen ngoại lực tác dụng làm tàu quay lệch khỏi hướng ñi ban ñầu ðể tàu quay trở hướng cũ (HT) cần phải có mômen phản lực bánh lái L = S.β (2) Trong ñó: S: Thông số bánh lái (Diện tích, kiểu bánh lái) β: Góc bẻ bánh lái (so với mặt phẳng trục dọc tàu) Qua thực nghiệm ta thấy góc bẻ bánh lái β phụ thuộc vào góc lệch α và các hệ số máy lái tự ñộng D và P theo biểu thức: β = D α + P.α’ (3) Trong thực tế người ta có thể chọn D và P cho góc bẻ lái ñủ ñưa tàu hướng ñi ban ñầu Chiếu các mômen lên trục Z ta có phương trình chuyển ñộng tàu: q+ L=0 (4) Thay ñẳng thức (1), (2) và (3) vào (4) ta có phương trình: J c α ′′ + S P.α ′ + S D.α = (5) Chia hai vế phương trình (5) cho Jc α ′′+ S P S D α′ + α = Jc Jc S P S D ðặt: J = 2h và J = ω c c Ta có phương trình : α ′′+ 2h.α ′ + ω0 α = (6) αt α0 HT 2 Khi ñó: ωq = ω0 − h gọi là tần số góc dao ñộng tắt dần − ht − ht Ta có kết quả: α = e ( A1 sin ω q t + A2 cos ω q t ) = α e cos(ω q t + ϕ ) www.hanghaikythuat.tk (4) www.hanghaikythuat.edu.tf Trong ñó: A1và A2 là hệ số tích phân φ hệ số lệch pha, ñược xác ñịnh qua A1và A2 2.2 Nhận xét − ht ðồ thị hàm e ( A1 sin ω q t + A2 cos ω q t ) có dạng hình cos và giảm dần theo thời gian Kết luận: Khi tàu lệch khỏi hướng ñi ñã ñịnh góc α thì máy lái tự ñộng bẻ góc β, tác dụng góc bẻ lái β tàu dần trở hướng ñi ban ñầu (α giảm dần theo thời gian) Nếu tính ñến góc dạt nước, dạt gió thì góc lệch tàu tăng thêm góc là ∆α, ∆α phụ thuộc vào cấp gió, dòng chảy và ñược tính theo công thức sau: t ∆α = ∫ α dt Phương trình xét ñến ảnh hưởng gió nước: α ′′+ t S P S D α′ + α + ∫ α dt = Jc Jc (7) S P S D ðạo hàm phương trình (7) ta có: α ′′′+ J α ′′+ J α ′ + α = c c ðây là phương trình vi phân bậc ba, giải phương trình ta có nghiệm: α = C1.e − mt + e − ht ( M sin ωq t + N cos ωq t ) = C1 e − mt + α e − ht cos(ω q t + ϕ ) Trong ñó: C1, M, N là hệ số tích phân ñược xác ñịnh ñiều kiện ñầu tgϕ = ϕ = arctg M suy N M ; m và h là hệ số tắt dần máy lái, còn gọi là số thời gian N Nguyên lý hoạt ñộng theo sơ ñồ khối Khi ta bật sang chế ñộ tự ñộng, công tắc kép chuyển sang vị trí G (Gyro compass) Giả sử tàu (1) lệch khỏi hướng ñi ñã ñịnh, xen xin phát la bàn quay (2) truyền ñến xen xin lặp lại lòng máy lái tự ñộng (8), qua khớp nối khí (9), qua cảm biến góc lệch (10) sinh ñiện áp U1 = K1 α (α là góc lệch hướng, K1 là hệ số cảm biến) Sau ñó ñưa qua phận khuếch ñại (11), ñưa qua Rơ le ñiều khiển (12) ñến ñiều khiển mô tơ (13) làm cho thiết bị bẻ lái (14) thực quay bánh lái (15) góc phía ngược lại với góc lệch tàu ñể ñièu khiển tàu hướng ñi ñã ñịnh ðồng thời lúc ñó ñầu khối (13) nối khí với phận cảm biến góc lái (20) tạo ñiện áp U2 = K2 β (β là góc bẻ lái, K2 là hệ số phản hồi) sau ñó ñiện áp này ñược ñưa vào phận ñiều chỉnh góc lái (19) và ñiều chỉnh tốc ñộ bẻ lái (18) và ñưa khuếch ñại (11), lúc này tín hiệu ñiều khiển vào mạch khuếch ñại là ∆U = U1 - U2 Bánh lái ngừng quay ∆U = 0, tác dụng dòng nước vào mặt trước bánh lái làm cho tàu dần chuyển ñộng hướng ñi ban ñầu, lúc ñó góc lệch α giảm dẫn ñến U1 giảm nên ñại lượng ∆U âm, bánh lái tiếp tục chuyển ñộng phía ngược lại ñể ñiều khiển tàu Quá trình xảy liên tiếp ñể tự ñộng ñiều khiển tàu www.hanghaikythuat.tk (5) www.hanghaikythuat.edu.tf Ở chế ñộ tự ñộng ta muốn ñưa tàu ñi theo hướng thì ta ấn núm ñặt hướng (3) quay kim thị ñến hướng ñã ñịnh với ñiều kiện hướng so với hướng cũ không quá 50 chờ cho bánh lái vị trí ta tiếp tục ấn núm ñặt hướng ñặt hướng quá lớn thì dẫn ñến máylái quá tải Ở chế ñộ tự ñộng thì núm ñiều chỉnh thời tiết (5) và núm ñiều chỉnh (18) và (19) ta phải cài ñặt theo ñiều kiện tải trọng, ñiều kiện thời tiết cho phù hợp (Thời tiết tốt ñể vị trí nhỏ) Chế ñộ lái tay (Hand): Khi ta bật sang chế ñộ lái tay, công tắc kép chuyển sang vị trí H (Hand), dùng tay vô lăng (16) qua cảm biến góc bẻ lái vô lăng (17) ñưa tín hiệu ñiện áp U1 = K1 θ (θ là góc quay vô lăng theo hiệu - nằm giới hạn 3705 bên mạn), ñiện áp này ñược vào khuếch ñại (11) qua rơ le (12) ñến ñiều khiển mô tơ (13) làm cho thiết bị bẻ lái (14) thực quay bánh lái ñi góc β, ñồng thời xuất tín hiệu phản hồi ñầu khối (20):U2 = K2 β ñi ñến khuếch ñại (11) theo ñường kín mạch (bỏ qua khối 19, 18) Bánh lái ngừng quay ∆U = U1 - U2 =0, ta có θ = β (khi K1= K2) và ta có thể ñiều khiển tàu theo ý muốn Chế ñộ lái Lever: Bật công tắc chức sang vị trí L (Lever), dùng tay gạt cần Lever ñưa tín hiệu ñiều khiển ñến mô tơ (13) ñiều khiển thiết bị bẻ lái làm quay bánh lái, chế ñộ này không có mạch phản hồi www.hanghaikythuat.tk (6) www.hanghaikythuat.tk FRICTION CLUTCH (9) COURSE SETING KNOB (3) HAND STEERING (16) STEERING REPEATER (8) GYRO COMPASS (2) POTENTI OMETER (17) MAGNETO METER (10) OSCILLATOR (4) RATE ADJ (18) RUDDER ADJ (19) CONTROL RELAY (12) AMPLIFIER (11) L H G L H G POTENTI OMETER (20) SERVO MOTOR (13) STANSFORMER BOX (7) S¥ §å KhèI M¸Y L¸I Tù §éng gylot 107 L H G LEVER STEERIN G (6) WEATHER ADJUSTMEN T (5) STEERING GEAR (14) RUDDER (15) SHIP (1) www.hanghaikythuat.edu.tf (7) www.hanghaikythuat.edu.tf Công tác chuẩn bị máy lái trước tàu rời bến Bước 1: Kiểm tra máy lái buồng máy lái: (thuyền phó 2) - Hệ thống thuỷ lực: kiểm tra rò rỉ dầu thuỷ lực, mức dầu thuỷ lực két - Kiểm tra các khớp truyền ñộng, vệ sinh, tra mỡ - Thử hệ thống liên lạc trực tiếp từ buồng máy lái với buồng lái - Kiểm tra la bàn lái cố và nguồn chiếu sáng la bàn cố - Báo với buồng máy kiểm tra và cấp ñiện cho hệ thống máy lái - Khẳng ñịnh không có chướng ngại vật cản trở máy lái hoạt ñộng Bước 2: Kiểm tra trạm ñiều khiển trên buồng lái: (thuyền phó 3) - ðặt các vị trí công tắc, núm nút vị trí chuẩn bị khởi ñộng máy lái: máy ñể chế ñộ lái tay, vô lăng vị trí - Kiểm tra số, hoạt ñộng mặt phản ảnh la bàn lái Bước 3: Thử máy lái: (Phó buồng lái, phó buồng máy lái ) - Kiểm tra bánh lái có vướng mắc gì không - Bật 02 mô tơ lai bơm thuỷ lực (công tắc trên buồng lái) - Bật công tắc cấp nguồn cho trạm ñiều khiển - Dùng vô lăng bẻ sang phải, trái, hết lái phải, hết lái trái ñồng thời báo cho phó buồng máy lái biết các góc bẻ lái Thuyền phó theo dõi hoạt ñộng máy lái và báo cho phó biết các góc quay thực tế bánh lái, ñể phó so sánh với góc bẻ lái vô lăng và ñồng hồ báo góc bẻ bánh lái - Kiểm tra thời gian bánh lái quay từ hết lái mạn này sang hết lái mạn ñối diện và ngược lại (khoảng 25 giây) - Thử các chế ñộ lái Lever, Remote - Thử chế ñộ lái cố buồng máy lái - Nếu có hư hỏng gì phải báo cáo cho thuyền trưởng và khắc phục - Sau thử xong các chế ñộ lái chuyển trạm ñiều khiển chế ñộ lái tay Bước 4: Báo cho thuyền trưởng máy lái ñã chuẩn bị xong và ghi công việc kiểm tra, chuẩn bị máy lái vào nhật ký tầu www.hanghaikythuat.tk (8)