(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra và đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp Hồ Chí Minh, năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS TS ĐẶNG THIỆN NGƠN Tp Hồ Chí Minh, năm 2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: TRƢƠNG ĐÌNH SĨ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1981 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc học tập, nghiên cứu: Địa liên lạc: 68, Đƣờng 79, Tổ 8, KV 3, F Phƣớc Long B, Quận 9, TP.HCM Điện thoại riêng: 093 7202 686 E-mail: sicattuong@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng quy: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2000 - 2003 Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2004 - 2007 Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy Tốt nghiệp: Năm 2007 Ngƣời hƣớng dẫn: Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 10/2014 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: “Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 11/10/2014 Trƣờng ĐHSPKT.TpHCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS TS Đặng Thiện Ngôn i Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Tại (trƣờng, viện, nƣớc): Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu) Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ: Ngày 10 tháng 10 năm 2014 XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngƣời khai ký tên Trƣơng Đình Sĩ ii LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trƣơng Đình Sĩ iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn “Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm”, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ quý thầy, cô chuyên gia, cơng ty, bạn bè gia đình 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, hƣớng dẫn, định hƣớng, động viên trình thực luận văn Anh Trƣơng Văn Túy - Giám đốc cơng ty TNHH Cơ Khí Minh Thảo nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Quý thầy, cô Trƣờng ĐHSPKT TP HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tảng, chuyên môn cho thời gian học tập trƣờng Xin cảm ơn gia đình ln bên Xin chân thành cảm ơn! iv MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH .ix DANH MỤC BẢNG xiii Chƣơng GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài .2 1.3 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài 1.3.1 Tính thực tiễn đề tài 1.3.2 Ý nghĩa khoa học đề tài .4 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.5 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .5 1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.7 Nội dung đề tài Chƣơng TỔNG QUAN 2.1 Các dạng ống thƣờng dùng công nghiệp 2.1.1 Ống inox (ống thép không gỉ) 2.1.2 Ống thép tròn đen 2.1.3 Ống thép mạ kẽm .8 2.1.4 Quy trình chế tạo ống thép 2.2 Các dạng khuyết tật hƣ hỏng ống thép 12 2.2.1 Khuyết tật hình thành trình chế tạo ống 12 2.3 Khuyết tật ăn mòn 20 2.3.1 Ảnh hƣởng cấu tạo kim loại đến q trình ăn mịn 20 2.3.2 Q trình ăn mịn kim loại .21 2.4 Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá chất lƣợng ống 24 2.4.1 Nguyên lý siêu âm 24 2.4.2 Kỹ thuật kiểm tra siêu âm .25 2.4.3 Nguyên tắc kiểm tra 25 2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 28 2.5.1 Các nghiên cứu nƣớc .28 vi 2.5.2 Các nghiên cứu nƣớc 32 2.5.3 Các tồn 34 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 3.1 Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy 35 3.1.1 Kiểm tra thị giác quang học .35 3.1.2 Kiểm tra chất lỏng thẩm thấu 35 3.1.3 Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT) 38 3.1.4 Kiểm tra bột từ (MT) 39 3.1.5 Kiểm tra truyền âm (AE) 40 3.1.6 Kiểm tra phƣơng pháp siêu âm (Ultrasonic Testing - UT) .40 3.2 Kỹ thuật phased array 42 3.2.1 Nguyên tắc hoạt động 42 3.2.2 Kỹ thuật siêu âm phased array 43 3.3 Các loại đầu dò sử dụng siêu âm dọc trục 44 3.3.1 Đầu dị thơng thƣờng .45 3.3.2 Cấu tạo đầu dị thơng thƣờng 46 3.3.3 Cấu tạo đầu dò tổ hợp pha (phased array) 46 Chƣơng YÊU CẦU VÀ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 48 4.1 Phân tích đối tƣợng thiết kế .48 4.1.1 Thông số thiết kế .48 4.2 Phƣơng án thiết kế 48 4.2.1 Phƣơng án .48 4.2.2 Phƣơng án .49 4.2.3 So sánh phƣơng án lựa chọn 50 4.2.4 Kết cấu tổng thể robot .50 4.2.5 Trình tự công việc cần thực .51 Chƣơng TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ TỰ HÀNH 52 5.1 Cơng việc tính tốn thiết kế .52 5.1.1 Mơ hình thiết kế tổng quát .52 5.1.2 Nội dung tính tốn, thiết kế .53 5.2 Tính tốn kích thƣớc robot 53 5.3 Tính tốn modul dẫn động .56 5.3.1 Tính tốn truyền bánh vít – trục vít 57 5.3.2 Tính tốn chọn cơng suất động 61 5.3.3 Tính toán sơ cho bánh 62 vii 5.3.4 Tính tốn sơ cụm lị xo trục 65 5.3.5 Tính tốn cụm điều khiển, kiểm tra 67 Chƣơng CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .69 6.1 Chế tạo lắp ráp chi tiết khí .69 6.1.1 Quá trình chế tạo 69 6.1.2 Quá trình lắp ráp .71 6.2 Thiết kế điều khiển thiết bị 74 6.2.1 Chức 74 6.2.2 Sơ đồ khối điều khiển 74 6.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển 75 6.2.4 Chế tạo board mạch điều khiển .75 6.3 Thử nghiệm 77 6.3.1 Thử nghiệm thiết bị 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .80 viii Mơ hình phân rã cụm mặt đầu: - Hình 5.13: Mơ hình phân rã cụm mặt đầu Bảng 5.5: Bảng mô tả cấu tạo cụm mặt đầu STT Tên chi tiết Mặt bích Tấm đệm sau Tấm đế Bánh xe Phe chặn Ổ đỡ trục bánh xe Trục bánh xe Bạc đồng 10 Trục trƣợt Con chặn 11 Vỏ cao su Mô tả Là để gắn kết chi tiết Giữ cố định trục trƣợt phía dƣới Giữ cố định trục trƣợt phí Tiếp xúc trực tiếp với thành ống Chặn bánh xe cố định vị trí trục Đỡ trục bánh xe Trục gắn bánh xe Gắn lên chặn, giúp trục trƣơt chuyển động Kết hợp với lò xo, trƣợt bạc đồng Găn cố định bạc đồng Vỏ bánh xe, tao ma sát chuyển động ống 68 Chƣơng CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 6.1 Chế tạo lắp ráp chi tiết khí Mơ hình thiết kế ban đầu: Hình 6.1: Mơ hình thiết ị tự hành thiết kế an đầu 6.1.1 Quá trình chế tạo Sau thiết kế ta tiến hành chế tạo, sau số chi tiết thiết bị đƣợc gia cơng - Trục chính: Hình 6.2: Mơ hình 3D chi tiết trục 69 - Con trƣợt: Hình 6.3: Chi tiết trượt - Bộ bánh vít – trục vít: Hình 6.4: B ánh vít trục vít 70 - Hộp giảm tốc: Hình 6.5: H p giảm tốc - Mặt bích cụm điều khiển: Hình 6.6: Mặt ích 6.1.2 Q trình lắp ráp - Cụm trục chính: Hình 6.7: Lắp ráp cụm trục 71 - Cụm dẫn động: Hình 6.8: Lắp ráp modul dẫn đ ng - Lắp ráp cấu cụm dẫn động cho thiết bị: Hình 6.9: Lắp ráp hệ thống dẫn đ ng 72 - Lắp ráp cấu cụm điều khiển, kiểm tra: Hình 6.10: Lắp ráp cum điều n, ki m tra - Lắp ráp thiết bị hồn chỉnh: Hình 6.11: Lắp ráp thiết ị hoàn chỉnh 73 6.2 Thiết kế điều khiển thiết bị 6.2.1 Chức Mạch điều khiển dùng để đồng động quay tốc độ đƣờng ống, có khả đảo chiều chuyển động, điều khiển chạy ống cong, điều chỉnh tốc độ thiết bị Có thể điều khiển từ xa thông qua hệ thống modul không dây phát wireless đƣợc gắn với máy tính điều khiển thơng qua máy tính 6.2.2 Sơ đồ khối điều khiển Từ chức trên, sơ đồ khối điều khiển cho thiết bị đƣợc đề xuất nhƣ hình 6.12 Bộ điều khiển bao gồm mạch chia áp “LM2576 Adj (3V)”, đƣợc kết nối với board mạch “ARDUINO UNO” thơng qua “H-Bridge IR2184 (30A)” để điều khiển tốc độ nhƣ chiều động Hệ thống đƣợc điều khiển thông qua modul khơng dây Jz871 Nguồn cung cấp để điều khiển ắc quy 12V pin thông qua ổn áp 5V để ổn định điện áp đầu vào Hình 6.12: Sơ đồ khối mạch điều n 74 6.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển Từ sơ đồ khối ta có thiết kế mạch điều khiển cho thiết bị nhƣ sau: Hình 6.13: Sơ đồ nguy n lý mạch điều n 6.2.4 Chế tạo board mạch điều khiển - Nguồn cung cấp cho thiết bị, ta dùng nguồn pin: Hình 6.14: Pin cấp nguồn 75 - B phát tín hiệu phát tín hiệu điều khiển giúp thiết bị hoạt động, di chuyển đƣợc bên ống Khi cần di chuyển, bô ph1t tín hiệu phát tín hiệu điều khiển gửi đến thu tín hiệu Hình 6.15: B phát tín hiệu - B thu tín hiệu thu nhận tín hiệu phát tín hiệu phát ra, xử lý tín hiệu điều khiển động mang thiết bị di chuyển Hình 6.16: Thiết ị thu tín hiệu 76 6.3 Thử nghiệm 6.3.1 Thử nghiệm thiết bị Thông số đầu vào thiết bị thử nghiệm: - Ống có đƣờng kính 230mm - Thiết bị tự hành chuyển động với vận tốc 30 – 40mm/s - Thiết bị đƣợc chế tạo với cấu bung, thiết bị đƣợc đƣa vào ống cấu bung bung bám vào thành ống Thử nghiệm: - Đƣa modul dẫn động đẩy vào ống - Cấp nguồn đƣợc cấp cho động cơ, động chuyển động thông qua hộp giảm tốc làm cho cụm dẫn động chuyển động - Di chuyển cụm điều khiển kiểm tra vào ống - Cuối đƣa modul dẫn động kéo vào ống - Ấn nút điều khiển hoạt động, thiết bị chuyển động ống đạt yêu cầu thiết kế Bƣớc 1: Hình 6.17: Cụm dẫn đ ng đẩy vào ống Bƣớc 2: Kích nguồn cho động 77 Bƣớc 3: Hình 6.18:Cụm điều n, ki m tra vào ống Bƣớc 4: Hình 6.19: Modul dẫn đ ng kéo đưa vào ống 78 Bƣớc 5: Thiết bị chuyển động ống Hình 6.20: Ro ot chuy n đ ng 79 n ống KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp với nội dung nhƣ sau: - Khảo sát loại ống công nghệ - Khảo sát khuyết tật ăn mòn ống, cách phát hiện, đặc biệt cách phát khuyết tật phƣơng pháp NDT - Tìm hiểu kỹ thuật siêu âm tổ hộp pha - Khảo sát thiết bị tƣơng tự công bố qua ấn phẩm sách, tạp chí nguồn thông tin tên Internet - Đề xuất đƣợc phƣơng án, tính tốn, thiết kế chế tạo thành cơng thiết bị tự hành mang thiết bị kiểm tra đƣa vào thử nghiệm cho kết quả:  Các cấu thiết bị hoạt động ổn định  Vận tốc thiết bị đạt từ 20 – 40 mm/s thỏa mãn yêu cầu công nghệ kỹ thuật đƣa  Thiết bị vận hành ổn định Kiến nghị Do thời gian thực đề tài có hạn nên ngồi kết đạt đƣợc xin đề xuất số ý kiến sau giúp phát triển hoàn thiện đề tài nữa: - Đề tài chế tạo thử nghiệm thành công thiết bị tự hành bên ống Thiết bị siêu âm đo kiểm chƣa đƣa vào để thiết bị đo kiểm siêu âm đƣợc Trƣờng đặt mua chƣa kịp chi phí triển khai thử nghiệm cao - Thiết bị đƣợc thử nghiệm thành công ống thẳng, cịn với ống cong giai đoạn tính tốn, chƣa đƣa vào thử nghiệm, kiểm chứng thực tế - Cần triển khai thử nghiệm, hoàn chỉnh thiết kế điều khiển thiết bị để hoàn chỉnh thiết kế, tiến tới chế tạo thiết bị công nghiệp đáp ứng tốt nhu cầu thực tiễn 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Hà Văn Vui, Nguyễn Chí Sáng, Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế khí tập 1, 2, 3, NXB H T, Hà N i 2006 [2] Hồ Viết Bình, Nguyễn Ngọc Đào, Công nghệ chế tạo máy, ĐH SP T 2008 [3] Nguyễn Hữu L c, Cơ sở thuyết kế máy, ĐH Quốc gia TP.HCM 2004 [4] Trịnh Chất, L Văn Uy n, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 1,2, NXB Giáo Dục 2010 [5] Hoàng Tùng, Sổ tay định mức tiêu hao vật liệu lượng điện hàn NXB hoa học ỹ thuật, 1999 [6] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN 314:2005) Hàn kim loại - thuật ngữ định nghĩa, 2005 [7] Nguyễn Đức Thắng (chủ i n) Đảm bảo chất lượng hàn NXB hoa Học Và ỹ Thuật Hà N i, 2009 [8] Quy trình sản xuất ống thép trịn, thép h p xà gồ thép Link: http://ongthep190.vn/ProcessDetail.aspx?Process=4, 07/2012 Tiếng Anh [9] OLIMPUS, COBRA Scanner User’s Manual DMTA – 20006 – 01EN, March 2010 [10] World centre for materials joining technology Welding inspection Rev, TWI Ltd., 2006 [11] In-Pipe Inspection Crawler Adaptable To The Pipe Interior Diameter, International Journal of Robotics and Automation, Vol 26, No 2, 2011 [12] The Development Of A Modular Inspection System, Manuscript received by Editorial Board, December 24, 2010 [13] Nguồn Internet từ (www Olympus.com) Nguồn khác [14] Screw Conveyor Corporation, Screw Conveyor Catalog & Engineering Manual Link http://www.jp.nsk.com/app01/en/ctrg/ [15] Trang tin công nghệ hàn Link http://www.congnghehan.vn/kiem-tra-khongpha-huy-ndt 81 S K L 0 ... MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM SỬ DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH SĨ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ TỰ HÀNH KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM... iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn ? ?Nghiên cứu, phát triển thiết bị tự hành kiểm tra đánh giá chất lượng đường ống ngầm sử dụng kỹ thuật siêu âm? ??, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ quý thầy, cô