Thiết kế và mô phỏng máy cắt biên dạng ống tự động điều khiển CNC

- TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài:Thiết kế và mô phỏng máy cắt biên dạng ống tự động điều khiển CNC…… Tác giả luận văn:.…Phan Huy Lê…………………Khóa .
- Nội dung tóm tắt: a) Lý do chọn đề tài Hiện nay việc chế tạo giàn khoan dầu khí và các hệ thống dẫn dầu, khí của các nhà máy lọc dầu đang là các công trình quan trọng, khối lượng lớn trong công nghiệp Việt Nam.
- Trong các công trình đó, việc chế tạo kết cấu lớn từ phôi thép ống chiếm chủ yếu.
- Việc cắt các ống đó yêu cầu chính xác đảm bảo khe hở hợp lý cho quá trình hàn lắp hệ thống ống về sau, đặc biệt là các nút giao nhau của nhiều ống với nhau.
- Từ nhu cầu đó đề tài: thiết kế và mô phỏng máy cắt biên dạng ống tự động điều khiển CNC được xây dựng nhằm thực hiện các công đoạn cắt ống ở trên một cách tự động, chính xác và nhanh hơn.
- Mục đích của đề tài là thiết kế ra máy cắt biên dạng ống tự động điều khiển CNC, phục vụ trong các công trình xây dựng hệ thống giàn khoan dầu khí hoặc hệ thống dẫn dầu, khí.
- Các hệ thống trên thường được xây dựng bằng phương pháp cắt, hàn ghép các phôi ống tròn với nhau.
- Trong đó các ở các nút giao nhau của hệ giàn, các đầu ống thường có biên dạng ống phức tạp, cần cắt chính xác để đảm bảo khe hở hàn hợp lý.
- Do vậy, đối tượng của đề tài này nghiên cứu thiết kế thiết bị cắt ống di động, có thể bám trên các ống có đường kính khác nhau, phạm vi đường kính từ 200mm đến trên 1000m.
- Máy được điều khiển tự động bám theo quỹ đạo giao của 2 ống trụ với nhau với mô hình máy gồm 2 bậc tự do gồm: bậc thứ nhất chuyển động quay tròn quanh bề mặt ống, bậc thứ 2 chuyển động dọc đường sinh của ống.
- Máy được cố định trên mặt ống bởi hệ thống cáp quấn quanh thân ống.
- c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả Chương 1: tổng quan Chương 2: lý thuyết biên dạng ống và phân tích kết cấu đã có Trong chương này, lý thuyết biên dạng ống được nghiên cứu ở bài toán tổng quát là: hai ống trụ - đường kính d1, d2 chéo nhau một góc phi trong không gian và khoảng cách trục là l- giao nhau.
- Từ đó phương trình giao tuyến được xây dựng để phát triển phần mềm điều khiển trên máy tính về sau và ứng dụng để điều khiển các trục chuyển động của máy.
- Chương 3: thiết kế kết cấu cơ khí cho toàn máy Từ việc phân tích kết cấu của máy cắt di động có sẵn trên thị trường, kết cấu cơ khí của máy được thiết kế sao cho gọn nhất, tổng khối lượng của máy không quá 20kg.
- Máy cắt được các đường kính ống từ 200mm đến trên 1000mm và hành trình tính theo đường sinh ống là 400mm.
- Máy sử dụng các kết cấu chính xác, nhỏ gọn như : vitme bi, hộp giảm tốc bánh răng sóng.
- Chương 4: thiết kế hệ thống điều khiển Thiết kế tổng thể phần cứng, mạch điều khiển cho hệ thống điều khiển CNC cho máy.
- Động cơ servo được điều khiển bằng phần mềm trên máy tính thông qua hệ thống card điều khiển chuyển động của Advantech và các driver của động cơ hãng misubishi.
- Chương 5: Mô phỏng máy trên ngôn ngữ C++ và thư viện openGL Mô phỏng hoạt động của máy trên giao diện của C++ và openGL, từ đó phát triển thêm để xây dựng phần mềm điều khiển máy trên máy tính.
- d) Phương pháp nghiên cứu.
- Từ nhu cầu đó, các ý tưởng thiết kế máy được hình thành dựa trên các loại máy đã có.
- Máy được nghiên cứu để hoàn thiện hơn về thiết kế cơ khí.
- Đồng thời kết hợp các kiến thức về tự động hóa, lập trình để xây dựng hệ thống điều khiển cho máy.
- e) Kết luận Qua thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã thực hiện được những nội dung như sau: Phương trình tính toán quỹ đạo cắt Tự động hóa, điều khiển CNC máy dẫn đến độ chính xác cao hơn Sử dụng các kết cấu cơ khí nhỏ gọn trong thiết kế: bánh răng sóng Kết hợp C++ và thư viện opengl để mô phỏng quá trình hoạt động của cơ cấu máy Máy cắt cần được hoàn thiện trong việc thiết kế, mô phỏng và chế tạo, nhanh chóng có thể ứng dụng được.
- Mở rộng trường hợp cho phương trình của quỹ đạo là giao nhau của mặt phẳng với ống tròn, hoặc các đường cong bất kỳ được nhập từ chương trình CAD Lập quy trình chế tạo cho các chi tiết, lắp ráp thành sản phẩm thật 1 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Phan Huy Lê Nơi công tác: Bm Hàn & CNKL – Viện Cơ Khí – Trường Đại học BKHN Tên đề tài: Thiết kế và mô phỏng máy cắt biên dạng ống tự dộng điều khiển CNC Chuyên ngành: công nghệ chế tạo máy Tôi xin cam đoan nội dung trình bày trong luận văn này là công trình nghiên cứu khoa học của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Tăng Huy.
- Hà Nội, ngày 27 tháng 07 năm 2011 Tác giả: Phan Huy Lê 2 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRANG Hình I.1 Hệ thống giàn khoan tự nâng Hình I.2 Tổ hợp chân giàn khoan Hình I.3 Mô hình chân giàn khoan Hình I.4 Hiện trường xây dựng hệ thống giàn khoan Hình I.5 Công tác chuẩn bị hàn ống Hình I.7: Nhà máy lọc dầu Hình I.6 Các biên dạng ống Hình I.8: Hệ thống ống dẫn Hình I.9: quy trình cắt biên dạng ống thủ công Hình I.10 Cắt biên dạng ống thủ công Hình I.11: Máy CNC cỡ lớn Hình I.12: Máy cắt Beveler Hình I.13: Máy cắt bằng dụng cụ có lưỡi Hình I.14: Máy cắt hãng Koike Hình II.1 Hệ tọa độ của 2 ống giao nhau Hình II.2: Giao tuyến của 2 mặt trụ Hình II.3: Kết cấu máy cắt của hãng Koike Hình II.4: Máy auto Picle-S Hình III.1: Sơ đồ nguyên lý cắt Plasma Hình III.2: Nguồn cắt plasma D Hình III.3: Đồ thị vận tốc cắt so với chiều dày cắt Hình III.4: Đồ thị tốc độ cắt để đạt được chất lượng mép cắt cao nhất Hình III.5: Thông số chế độ cắt thép bằng ngọn lửa oxy+axetylen Hình III.6: Sơ đồ vận tốc cắt Hình III.7: Tổng thể kết cấu cơ khí của máy Hình III.8: Sơ đồ lực tác dụng lên máy Hình III.9: Thông số đai Hình III.10: kết cấu hộp giảm tốc bánh răng sóng Hình III.12Kết quả kiểm nghiệm trục Hình III.11: Kết cấu trục bánh chủ động Hình III.13: Sơ đồ bố trí ổ lăn Hình III.14: Kết cấu thân Hình III.15: Sơ đồ đặt lực lên thân Hình III.16: Kết quả Hình III.17: vitme KS05 Hiwin Hình IV.1: Sơ đồ khối tổng thể hệ thống điều khiển Hình IV.2: Sơ đồ khối card điều khiển 4 trục PCI-1240U Hình IV.3: Các tín hiệu điều khiển của PCI-1240U Hình IV.4: Modun ghép nối ADAM Hình IV.5: Ghép nối các tín hiệu điều khiển giữa card điều khiển PCI-1240U và bộ điều khiển động cơ ASD-B Hình IV.6:Ghép nối các tín hiệu điều khiển giữa card điều khiển PCI-1240U và bộ điều khiển động cơ ASD-A Hình V.1: Cơ chế hoạt động của OpenGl Hình V.2: Các đối tượng đồ họa cơ bản Hình V.3: Mô hình cơ bản Hình V.4: Chi tiết ống Hình V.5: sơ đồ khối mô phỏng Hình V.6: Giao diện chương trình mô phỏng Hình V.7: Phần màn hình mô phỏng Hình V.8: Bảng điều khiển mô phỏng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I.
- Nhu cầu thực tế cắt ống theo biên dạng .
- Các phương pháp cắt biên dạng ống CHƯƠNG II.
- LÝ THUYẾT VỀ BIÊN DẠNG ỐNG VÀ PHÂN TÍCH CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ .
- Phân tính chọn giải pháp thiết kế cơ khí CHƯƠNG III.
- THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ .
- Lựa chọn hệ thống cắt .
- Hệ thống cắt plasma OTC Daihen D .
- Hệ Thống cắt bằng khí oxy+ axetylen .
- Tính toán, lựa chọn kết cấu cơ khí .
- Thiết kế hệ thống cơ khí thực hiện chuyển động dọc ống CHƯƠNG IV.
- THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Toc .
- Yêu cầu hệ thống điều khiển chuyển động .
- Cấu trúc hệ thống .
- Card điều khiển chuyển động 4 trục .
- Bàn phím điều khiển .
- Ghép nối bảng điều khiển cầm tay (handheld control panel) và bộ điều khiển PCI-1240U .
- Thiết kế giao diện phần mềm điều khiển .
- Xây dựng thuật toán điều khiển CHƯƠNG V.
- MÔ PHỎNG .
- Xây dựng mô hình .
- Xây dựng phương trình mô phỏng .
- Giao diện mô phỏng LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, việc chế tạo các giàn khoan dầu khí đã được chính phủ giao cho các nhà thầu trong nước chủ động thực hiện.
- Các kết cấu giàn khoan chủ yếu được chế tạo từ thép ống tròn bằng phương pháp cắt, hàn..
- Việc cắt phôi thép yêu cầu phải đảm bảo biên dạng chính xác để khi ghép nối lại đảm bảo khe hở hàn hợp lý, đặc biệt tại các nút giao nhau của nhiều ống thì yêu cầu này lại càng cao.
- Máy cắt biên dạng ống tự động điều khiển CNC cho phép thực hiện thao tác cắt nhanh và chính xác.
- chỉ cần nhập đường kính các ống cần cắt, góc giao nhau giữa 2 ống, máy sẽ tự động tính toán quỹ đạo và điều khiển đầu cắt bám theo quỹ đạo đó khi cắt.
- Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế máy cắt biên dạng ống tự động điều khiển CNC, tiến tới chế tạo thành công thiết bị này phục vụ cho chế tạo giàn khoan và đường ống dẫn dầu nhằm mục đích.
- Thay thế nhập khẩu, giảm giá thành đầu tư, tạo cho các doanh nghiệp Việt nam chủ động trong sản xuất.
- Ứng dụng vào thực tế sản xuất trong chế tạo dàn khoan dầu khí, tăng năng suất, chất lượng trong công việc cắt, hàn nối chân giàn khoan và đường ống dẫn dầu, khí.
- Nhu cầu thực tế cắt ống theo biên dạng a.
- Dự án chế tạo giàn khoan tự nâng 90m nước Các loại giàn khoan tự nâng độ sâu 60m nước trở lên.
- giàn khoan nửa nổi nửa chìm, tàu khoan phục vụ thăm dò, khai thác dầu khí nằm trong danh mục các sản phẩm cơ khí trọng điểm giai đoạn từ năm 2009 đến 2015 (theo quyết định của thủ tướng chính phủ số 10/2009.QĐ-TTg ngày 16/01/2009.
- Đây là dự án đóng giàn tự nâng đầu tiên ở Việt Nam.
- Dự án có tổng vốn đầu tư hơn 180 triệu USD, do Công ty Cổ phần Chế tạo giàn khoan Dầu khí (PV Shipyard) làm tổng thầu.
- “Giàn khoan tự nâng 90 mét nước” là một tổ hợp giàn khoan tự nâng, di động, có quy mô lớn trên biển, và là sản phẩm cơ khí chế tạo ứng dụng công nghệ cao lần đầu tiên được tổ chức sản xuất tại Việt Nam.
- Việc tự đóng mới giàn khoan sẽ tạo chủ động cho Tập đoàn Dầu khí Việt Nam triển khai kế hoạch tìm kiếm, thăm dò dầu khí, giảm giá thuê dịch vụ này từ các nhà thầu nước ngoài.
- Dự án Chế tạo giàn khoan tự nâng là dự án cơ khí trọng điểm quốc gia, và dự án này có công trình nghiên cứu khoa học công nghệ kèm theo hỗ trợ.
- Đây cũng cũng là dự án khoa học công nghệ về cơ khí có tổng vốn lớn nhất tại Việt Nam hiện nay.
- Theo kế hoạch, tháng 8/2011 giàn khoan tự nâng đầu tiên của Việt Nam sẽ chính thức hạ thủy và tiếp tục hoàn chỉnh đển tháng 5/2012 sẽ chính thức bàn giao cho Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đưa vào sử dụng.
- Hình I.1 Hệ thống giàn khoan tự nâng Trong đó, việc tổ hợp chân giàn được coi là một công đoạn khó khăn với yêu cầu về độ chính xác tuyệt đối trong căn chỉnh và lắp đặt.
- Theo kế hoạch, thời gian thi công của dự án là 32 tháng (dự kiến bàn giao vào đầu quý II/2010) với tổng khối lượng thi công chế tạo khoảng 11.000 tấn.
- Việc thực hiện thành công công đoạn này là điều kiện quan trọng giúp Giàn khoan tự nâng 90m nước được triển khai theo đúng tiến độ đặt ra.
- Vì thế nên việc tự động hóa trong các giai đoạn thiết kế và chế tạo là rất cần thiết để đẩy nhanh tiến độ của công trình, vừa đảm bảo chất lượng và đỡ tốn công sức lao động.
- 8 Hình I.2 Tổ hợp chân giàn khoan Như trên hình I.2 là tổ hợp chân giàn khoan.
- Tổ hợp này bao gồm từ 3 đến 5 chân, các chân này được điều khiển bằng thuỷ lực hoặc bằng điện.
- Hệ thống chân giàn khoan được chế tạo từ phôi ống.
- Các thanh giằng sẽ được hàn nối vào các trụ chính nên chân giàn Hình I.3 Mô hình chân giàn khoan 9 khoan có kết cấu hệ khung.
- Khối lượng hàn cắt hệ khung này là rất lớn và yêu cầu độ chính xác các mối lắp ghép trước khi hàn là rất lớn.
- Hình I.4 Hiện trường xây dựng hệ thống giàn khoan Từ thiết kế tổng thể của chân giàn khoan, kỹ sư phải có nguyên công phân tách đoạn và chuẩn bị phôi ống ban đầu 10 Hình I.5 Công tác chuẩn bị hàn ốngĐể có thể hàn chính xác và đảm bảo yêu cầu của mép hàn giữa các ống, nguyên công cắt ống đòi hỏi phải chính xác và thời gian cắt phải nhanh để đảm bảo khối lượng công việc đặt ra.
- [11] Kết cấu ống tạo thành khi hai ống trụ giao nhau và giao tuyến của chúng là một đường cong 3D.
- Thực tế tồn tại nhiều biên dạng ống khác như: giao tuyến của mặt phẳng giao với mặt trụ, giao tuyến của rãnh then trên bề mặt ống.
- Xuất phát từ yêu cầu cắt biên dạng ống một cách linh hoạt, bài toán cắt ống theo biên dạng được đặt ra để đi đến thiết kế thiết bị cắt ống.
- Hệ thống đường ống dẫn dầu Hình I.6 Các biên dạng ống Hình I.7: Nhà máy lọc dầu Bất cứ một quốc gia nào đều có nhu cầu lớn về các sản phẩm lọc hoá dầu.
- Từ nhu cầu đó, trừ trường hợp quá đặc biệt, các nước đều xây dựng nhà máy lọc hoá dầu dù nước đó có hay không có nguồn tài nguyên dầu khí để giảm thiểu tối đa rủi ro do sự phụ thuộc vào thị trường nguồn cung xăng dầu thế giới gây ra.
- Việt Nam tuy đã trở thành nước xuất khẩu dầu thô từ 20 năm nay nhưng công nghiệp lọc hoá dầu vẫn chỉ mới ở trong giai đoạn chuẩn bị hoặc bắt đầu khởi động.
- Việc xây dựng các nhà máy lọc dầu bao gồm một khối lượng lớn là việc xây dựng, lắp ráp các hệ thống ống dẫn.
- Lắp ghép hệ thống ống dẫn dầu khí bao gồm hàn các đường ống thẳng và hàn các nhánh ống .
- Bài toán biên dạng ống được đặt ra với cả hai trường hợp trên.
- Trường hợp hai ống giao nhau là bài toán tổng quát về cắt ống theo biên dạng.
- Hình I.8: Hệ thống ống dẫn 12 1.2.
- Các phương pháp cắt biên dạng ống a.
- Cắt thủ công Quy trình cắt biên dạng thủ công ( lấy dấu) Hình I.9: quy trình cắt biên dạng ống thủ công • Ưu điểm.
- Tính linh động cao, yêu cầu về thiết bị không quá phức tạp • Nhược điểm.
- Tốn nhiều thời gian, mức độ tự động hóa thấp - Độ chính xác, độ nhẵn của mép cắt thấp gây khó khăn trong công đoạn hàn đấu ống trong giai đoạn sau.
- Hình I.10 Cắt biên dạng ống thủ côngb.
- Cắt bằng máy CNC cỡ lớn: Trên thế giới, máy cắt biên dạng ống tự động điều khiển CNC đã được các nước tiên tiên nghiên cứu, thiết kế và chế tao, điển hình là ở Đức và Mỹ.
- 13 Nguyên lý của cắt máy cắt cỡ lớn: Ống cần cắt được gá đặt lên mâm cặp nằm ngang, thực hiện 1 chuyển động quay tròn quanh tâm ống.
- Hệ thống con lăn được lắp trên ray dẫn để giữ cho ống nằm ngang.
- Đầu cắt thực hiện 3 chuyển động theo ba trục X,Y,Z : trục X song song với đường tâm ống.
- Quá trình cắt là quá trình phối hợp 4 chuyển động của máy để tạo thành giao tuyến cần cắt Hình I.11: Máy CNC cỡ lớn• Ưu điểm.
- Độ cứng vững của máy cao nên độ chính xác cắt cao.
- Có thể cắt được nhiều biên dạng trong cùng 1 lần gá, vị trí tương đối giữa các đường cắt chính xác.
- Yêu cầu về kích thước các trục chuyển động tăng khi đường kính ống tăng - Đồ gá ống lớn, yêu cầu về nhà xưởng cũng có quy mô lớn.
- Phần mềm điều khiển do các công ty nước ngoài viết nên có những cản trở trong việc tiếp cận và sửa chữa sau này

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt