Đồ án tốt nghiệp xây dựng mô hình và điều khiển xe triền trong công nghiệp tàu thủy

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
1.2.1. Mục đích 5
1.2.2. Yêu cầu 6
2.1.1. Vận chuyển bằng tời và hệ thống giữ tàu 7
2.1.2. Vận chuyển trên đường trượt nghiêng 8
2.2.1. Định nghĩa 9
2.2.2. Một số sản phẩm thực tế về xe triền hiện nay 13
3.1.1. Mô hình xe triền 19
3.1.2. Thiết lập mô hình toán 21
3.1.3. Mô hình hóa động cơ điện 1 chiều 23
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 24
3.2.2. Chọn bộ điều khiển PID 25
3.3.1. Giới thiệu về phần mềm MATLAB, công cụ SIMULINK 28
3.3.2. Mô phỏng hệ thống điều khiển của xe triền 29
4.1.1. Giới thiệu cảm biến Accelerometer (Cảm biến gia tốc) 36
4.1.2. Thiết kế hệ thống cảm biến cho mô hình xe triền 44
4.2.1. Các phần tử chấp hành thủy khí 45
4.2.2. Cơ cấu vitme – đai ốc 51
4.2.3. Tính toán chọn động cơ 54
5.1.1. Thiết mạch điều khiển trung tâm 56
5.1.2. Mạch điều khiển động cơ 59
5.2.1. Xây dựng thuật toán 61
5.2.2. Chương trình điều khiển 63
6.1.1. Về nghiên cứu lý thuyết 63
6.1.2. Về mặt thực hành 64
PHỤ LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
gười Việt Nam chúng ta vẫn luôn tự hào về nguồn gốc con rồng cháu
tiên, về rừng vàng biển bạc chính vì vậy mà vấn đề biển được nhà
nước và xã hội rất quan tâm. Đặc biệt nước ta đang trong thời kì hội

nhập với kinh tế thị trường thì việc phải phát triển nền kinh tế là một nhu cầu
khách quan chính vì vậy mà nước ta đã đề ra chỉ tiêu đến năm 2020 nước ta cơ
bản trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại trong đó kinh tế biển đóng
một vai trò rất lớn tới việc phát triển nền kinh tế của Việt Nam.
N
Nước ta có ba mặt giáp biển, trong chiến lược biển Việt Nam đến năm
2020, phải phấn đấu nước ta trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ
biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền biển đảo của Việt Nam.Nói đến biển không
thể không nói đến nền công nghiệp tàu thủy của nước ta.Việt Nam là một nước
có nền công nghiệp đóng tàu lớn mạnh vươn lên hàng thứ 10 thế giới về đóng
tàu. Đây là một thành công không nhỏ của đội ngũ kỹ sư tàu thủy Việt Nam tuy
nhiên việc phát triển ngành công nghiệp đóng tàu sẽ kéo theo cần phát triển
thêm nhiều những ngành sản xuất có liên quan như những thiết bị hỗ trợ việc
đóng, sửa chữa và hạ thủy tàu. Đây là một mặt còn yếu của nền đóng tàu Việt
Nam chúng ta còn phải nhập khẩu rất nhiều thiết bị từ nước ngoài để hoàn thiện
và xuất xưởng một con tàu.
Công nghiệp đóng tàu ngày càng phát triển thì trọng tải của những con tàu
cũng ngày càng được nâng lên và một tất yếu là việc chuyên chở và hạ thủy con
tàu đó cũng cần những kỹ thuật mới mẻ hơn và kinh tế hơn đặc biệt có độ an
toàn cao hơn trước.Trước thực tế đó một yêu cầu đặt ra là phải tập trung nghiên
cứu và phát triển về kỹ thuật nâng, chở tàu và hạ thủy tàu ở Việt Nam.
Là một kỹ sư tương lai mang trong mình niềm tự hào dân tộc mong muốn
góp sức lực nhỏ bé của mìnhvào việc xây dựng đất nước do đó em đã lựa chọn
đề
tài: “Xây dựng mô hình và điều khiển xe triền trong công nghiệp tàu thủy”.
Đây là một kỹ thuật không phải là mới nhưng rất có hiệu quả trong việc
chuyên chở, nâng hạ và hạ thủy những con tàu lớn đã được nhiều nước trên thế
giới áp dụng.Ở Việt Nam trong những năm gần đây xe triền cũng được một số
công ty tàu thủy sử dụng để phục vụ việc đóng tàu, vận chuyển và hạ thủy tàu
nhưng vẫn chưa phổ biến và cần có sự giúp sức của các kỹ sư nước ngoài.

Trên cơ sở những gì đã học và qua tìm tòi nghiên cứu thực tế và sách vở
em đã thiết kế một mô hình xe triền và cách điều khiển để phục vụ cho công
việc nghiên cứu, học tập và cũng có thể phát triển thành sản phẩm thật có ứng
dụng cao trong thực tiễn đặc biệt là công nghiệp tàu thủy.
Em xin chân thành cảm ơn khoa hàng không vũ trụ, bộ môn cơ điện tử đã
quan tâm giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án; xin cám ơn thầy giáo Vũ Minh
Đức và các thầy trong bộ môn Cơ điện tử đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành
đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế và kinh nghiệm thực tế không nhiều nên đồ
án còn nhiều sai sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, các
bạn sinh viên để em hoàn thành đồ án tốt hơn.
Cấu trúc của đồ án gồm 6 chương:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Tổng quan về xe triền
Chương 3: Mô hình hóa xe triền
Chương 4: Hệ thống cảm biến và chấp hành
Chương 5: Lập trình phần mền điều khiển
Chương 6: Vận hành đánh giá kêt quả
Hà Nội, ngày 10/09/2012

CHƯƠNG 1: MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, NỘI DUNG, PHẠM VI
NGHIÊN CỨU.
Chương này nhằm giới thiệu sơ lược tính cấp thiết của đồ án, mục tiêu
cần đạt được và yêu cầu cũng như ý nghĩa của đồ án nhằm có một cái nhìn tổng
thể cho người đọc khi đọc nội dung đồ án này.
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN
Với điều kiện nền kinh tế nước ta còn nghèo nàn lạc hậu thì việc tiếp cận
với các kỹ thuật tiên tiến hiện đại là vô cùng khó khăn vì thế mà cần đòi hỏi đội
ngũ trí thức của ta phải không ngừng nâng cao cả về chất lượng và số lượng để
đáp ứng được với yêu cầu của xã hội.
Học viện kỹ thuật quân sự là một trung tâm đào tạo cán bộ kỹ thuật của

quân đội cũng như xã hội. Nhiệm vụ chủ yếu của học viện là đào tạo bồi dưỡng
đội ngũ cán bộ có trình độ kỹ thuật cao cho toàn quân. Đào tạo cán bộ kỹ thuật
được coi là nhiệm vụ khó khăn, phức tạp nhất bởi đây đồng nghĩa với việc đặt
những viên gạch đầu tiên xây dựng nên nhân cách người sĩ quan kỹ thuật, vững
vàng về chính trị, kiên định với mục tiêu lý tưởng của Đảng và Nhà nước.Chính
vì vậy mà học viện đã rất quan tâm tới công tác giảng dạy và đặc biệt là những
đối tượng học viên năm cuối sắp ra trường để phục vụ cho quân đội và xã hội vì
thế mà việc lựa chọn đồ án tốt nghiệp cũng được xem xét rất kỹ càng và đây là
những đề tài có tính thực tiễn và ứng dụng cao.
Kinh tế càng phát triển trong đó có công nghiệp đóng tàu thì sự ra đời của
những chiếc tàu trọng tải lớn là điều hiển nhiên, số lượng tàu sẽ ngày càng gia
tăng dẫn đến việc đóng mới và sửa chữa cũng tăng cao.
Trong quá trình sử dụng có nhiều nguyên nhân khiến cho tàu bị hư hỏng
cần phái được bảo dưỡng và kiểm tra thường xuyên để đảm bảo độ an toàn cho
tàu và cũng cho chính con người ở trên tàu.
Xã hội càng phát triển thì vấn đề đảm bảo quyền lợi và an toàn cho con
người càng được nâng cao đặc biệt là an toàn lao động. Công nghiệp tàu thủy là
một ngành công nghiệp lớn nhưng đây cũng là một môi trường làm việc đặc thù
có nguy cơ mất an toàn lao động cao do một số kỹ thuật của ta còn hạn chế.
Đồ án: “Xây dựng mô hình và điều khiển xe triền trong công nghiệp tàu
thủy”. Là một đồ án có tính thực tiễn khá cao nhằm cải thiện kỹ thuật chuyên
chở tàu một cách linh hoạt và an toàn hơn.
Đây là một đồ án khá mới mẻ về vấn đề công nghiệp tàu thủy- một vấn đề
không phải là thế mạnh của học viện ta. Ở Việt Nam thì kỹ thuật về việc nâng,
hạ, chở tàu thủy còn chậm phát triển, những thành tựu đạt được không nhiều tuy
rằng về kỹ thuật đóng tàu của chúng ta rất tốt.
Việc vận chuyển tàu thủy luôn tồn tại nhiều nguy hiểm liên quan đến tính
mạng con người và của cải vật chất chính vì vậy mà thực tế đã chứng minh cho
tính cấp thiết của vấn đề này, nó góp phần giảm thiểu những tai nạn có thể xảy
ra và đưa công nghiệp tàu thủy của ta lên một bước tiến mới.

Xe triền còn khá lạ lẫm với nhiều người, những kiến thức liên quan đến
xe triền còn có hạn, chính vì vậy mà đồ án này rất có ý nghĩa.Chúng ta có thể
tham khảo và cũng có thể nghiên cứu tiếp để ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn.
1.2. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU ĐỒ ÁN
1.2.1. Mục đích
- Phải nắm bắt được một cách khá cụ thể về xe triền.
- Biết cách điều khiển và hiểu rõ nguyên lý hoạt động của loại xe này.
- Chế tạo được mô hình xe triền.
- Tính toán cụ thể các số liệu và phù hợp với thực tế.
1.2.2. Yêu cầu
Để đạt được mục đích đề ra, đồ án cần tập trung thực hiện tốt các yêu cầu
sau:
- Mô hình hóa và tính phương trình vi phân chuyển động của xe triền.
- Biết sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng.
- Thiêt kế mạch và lập trình vi điều khiển phải nắm vững.
- Biết chế tạo và lắp ráp mô hình trong thực tế.
1.3. NỘI DUNG CỦA ĐỒ ÁN
Đồ án tốt nghiệp này nhằm chế tạo một mô hình xe triền ứng dụng trong
công nghiệp tàu thủy.
Tính toán được các yêu cầu về cơ khí và động lực học ngoài ra cũng phải
thiết kế được phần điều khiển điện để mô hình hoạt động được như mong muốn.
Mô hình tạo ra phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của đồ án và phải được
thử nghiệm thành công.
Thiết kế hệ thống nâng, hạ và bề mặt chở tàu phải tính toán hợp lý để cho
tàu được cân bằng và khi di chuyển tàu không được nghiêng ngả hay rơi khỏi
xe.
Điều đặc biệt quan tâm ở đây là cơ chế tự cân bằng và cách điều khiển
hoạt động của xe.
1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đồ án này nghiên cứu trong phạm vi nhà trường, học viện.

Tuy phạm vi nghiên cứu có giới hạn song có thể tham khảo thêm thực tế
tại các nhà máy, công ty tàu thủy của Việt Nam để phát triển thành các đề tài có
thể ứng dụng trong thực tế.
1.5.KẾT LUẬN
Trong chương 1 này đã trình bày về cơ sở và phương pháp nghiên cứu để
thực hiện các nội dung đồ án sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo.
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XE TRIỀN
2.1. MỘT SỐ KỸ THUẬT VẬN CHUYỂN TÀU ĐƯỢC ỨNG DỤNG
TRONG THỰC TẾ
Trên thực tế có khá nhiều những kỹ thuật được ứng dụng trên thế giới và
ở nước ta để chuyên chở và vận chuyển tàu.Mỗi kỹ thuật lại có những ưu và
nhược điểm riêng nó phù hợp cho từng loại tàu và trên các địa hình khác nhau.
Ở đây chỉ xin giới thiệu một số kỹ thuật cơ bản và được ứng dụng khá phổ
biến ở nhiều nơi.
Hình 2.1: Một số kỹ thuật vận chuyển tàu
2.1.1. Vận chuyển bằng tời và hệ thống giữ tàu
Đây là một kỹ thuật khá đơn giản và dễ thực hiện nhưng lại có một số hạn
chế khi với những tàu có trọng tải lớn thì hệ thống giữ tàu sẽ thiết kế khó khăn
và tời cũng phải được sản xuất với khả năng chịu lực lớn hơn.
Nhiều nước đã dựa trên nguyên lý đơn giản này và cải tiến thêm bằng hệ
thống bánh xe đã tạo nên những sản phẩm chuyên sử dụng để chở tàu, nâng hạ
tàu một cách dễ dàng hơn.
Dưới đây là một số hình ảnh minh họa cho kỹ thuật này:
Hình 2.2: Vận chuyển tàu bằng tời và hệ thống giữ tàu
2.1.2. Vận chuyển trên đường trượt nghiêng
+ Đà tàu ( đà ngang, đà dọc)
+ Triền tàu( triền ngang, triền dọc)
Sau khi đóng xong, tàu tự trượt xuống nước theo mái nghiêng, nhờ trọng
lượng bản thân của tàu.
Nhược điểm của vận chuyển trên đường trượt nghiêng:

- Cần thiết tốn tiền cho việc gia cường triền vì lực nén bề mặt lớn ở gần
cuối triền và tốn nhiều công khi xây dựng bảo quản phần triền dưới
nước.
- Xuất hiện ứng xuất lớn trong mối ghép thân tàu.
- Cần có lòng sông rộng từ bờ này sang bờ bên kia, ít nhất 2 ÷ 2,5 lần
chiều dài khi tàu xuống nước.
- Khi vận chuyển gặp nhiều khó khăn và nguy cơ biến dạng vỏ tàu
nhiều.
Hình 2.3: Đường triền
2.2. SƠ LƯỢC VỀ XE TRIỀN
2.2.1. Định nghĩa
2.2.1.1. Định nghĩa triền tàu:
Triền tàu cũng là loại công trình nâng hạ tàu dạng mái nghiêng và là một
trong những loại công trình thuỷ công xuất hiện sớm nhất. Từ rất lâu, triền tàu
chỉ là những mặt đất nghiêng, trên đó có kê những dầm gỗ để cho tàu trượt trên
nó. Khi kéo lên cạn hoặc hạ xuống nước, và đồng thời để tiến hành sửa chữa hay
đóng mới
trên nó.
Người ta cũng dùng loại công trình này để chuyển tàu qua các đập trong
những kênh đào.Ví dụ như năm 1702, Pie đệ nhất đã sử dụng chúng để chuyển
hạm đội tàu nhỏ từ Bạch Hải đến hồ Ozenck. Dần dần với việc tăng kích thước
và trọng tải của tàu, loại công trình mái nghiêng này được cải tiến về vật liệu
xây dựng, về thiết bị và về kĩ thuật thao tác nâng hạ tàu vv và đến thế kỉ thứ 19
nó mới trở thành những công trình chuyên dụng.Triền trở thành công trình sử
dụng kết hợp nâng, hạ tàu nên được trang bị cho các nhà máy sửa chữa.
Đầu tiên, để chuyển -tàu trên mái nghiêng, người ta dùng các con lăn
bằng gỗ, sau này với đà, người ta dùng xe trượt và với triền người ta dùng xe
chở tàu bằng kim loại chạy trên đường ray.
Lần đầu tiên xe được dùng vào triền để chở tàu do Tô-mát Mooc-tôn chế
tạo và sau gọi là triền Mooc-tôn. Khoảng giữa và cuối thế kỉ 19, triền Mooc-tôn

được sử dụng rộng rãi ở khắp các nước châu Âu. Một trong những triền kiểu này
được xây dựng ở Xê-vát-stô-pôn (Nga) vào năm 1859-1861 thay thế cho ụ khô
đã bị phá hoại năm 1855 có lực nâng lớn nhất là 3000 tấn.
Sau này do trọng lượng tàu tăng lên mạnh kiểu triền này không được phát
triển nữa vì khi nâng, hạ tàu đuôi tàu nổi lên phía trước, trong khi đó phía mũi
tàu vẫn tì trên đường trượt làm cho các bánh xe chịu lực không đều nhau. Những
bánh xe phía lái không chịu lực (khi hạ tàu cho phía lái xuống nước trước), còn
bánh xe ngoài cùng phía mũi chịu lực rất lớn gọi là áp lực đầu tàu (trị số này đạt
khoảng 20 - 25 % trọng lượng hạ thuỷ của tàu). Mặt khác, quá trình nâng hạ và
sửa chữa, tàu luôn ở trạng thái nằm nghiêng. Do đó, đến đầu thế kỉ 20 triền
Mooc-tôn chỉ được tiếp tục xây dựng ở Anh và các nước thuộc địa của Anh.
Một kiểu triền mới được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và nam Mỹ, sau đó phổ
biến dần sang các nước khác đó là “ụ đường ray”. Kiểu này tiến bộ hơn triền
Mooc-tôn ở chỗ đã biết hạn chế độ nghiêng của mặt xe bằng cách chế tạo loại xe
có độ cao 2 đầu khác nhau, sau này gọi là giá nghiêng. Do yêu cầu hạ giá thành
xây dựng và tăng hiệu suất làm việc của nó, người ta tiếp tục cải tiến các loại xe
và sử dụng kết hợp với 1 số bệ.
Hiện nay triền là 1 trong những công trình nâng hạ tàu được dùng rộng rãi
nhất trong các nước có công nghiệp đóng tàu phát triển và chậm phát triển.Nó
thích hợp cho các nhà máy đóng hoặc sửa chữa loại tàu nhỏ và vừa. Trải qua
hàng trăm năm sử dụng, triền đà được hiện đại hoá và đang được tiếp tục cải
tiến không ngừng.
Phương hướng cải tiến chủ yếu về các mặt:
- Cải tiến kết cấu đường trượt và biện pháp thi công chúng.
- Cải tiến thiết bị vận chuyển (xe chở tàu) và tiến tới định hình hoá
việc chếtạo chúng.
- Nâng cao tỉ lệ cơ giới hoá và tự động hoá trong khâu thao tác và
vận chuyển tàu để giảm bớt các công tác thi công và đơn giản sơ đồ
thao tác.
Ở Việt Nam ta, trong những năm hoà bình đã xây dựng được một số triền

như triền Cửa Hội, triền Ninh Bình, triền ở nhà máy đóng tàu đóng tàu Bạch
-Đằng, vv Tuy quy mô còn nhỏ bé song những người thiết kế cũng đã áp dụng
các sơ đồ của các triền hiện đại ở nước ngoài một cách sáng tạo vào điều kiện
thực tế ở Việt Nam.
2.2.1.2. Định nghĩa xe triền
Xe triền là một dạng xe chở tàu thông minh (smart ship-trolleys) có tác
dụng chở tàu và kèm theo một số chức năng khi kết hợp với các thiết bị khác
như nâng, hạ tàu dùng trong việc đóng mới và sửa chữa tàu.
Xe triền có tính linh hoạt cao trong việc vận chuyển phù hợp với những
địahình không bằng phẳng vì có một cơ chế cân bằng khá hợp lý. Khả năngthay
đổi
hướng cũng rất linh hoạt nhờ hệ thống bánh xe.
Thường trên mặt bằng có 2 tầng xe. Tầng trên chở tàu và trực tiếp đưa tàu
ra, vào bệ. Để việc nâng, hạ tàu thuận tiện, xe được chia thành nhiều đoạn, kích
thước mỗi đoạn không lớn, nên sức nâng cũng hạn chế. Vì chọn sức chở lớn thì
trọng lượng bản thân cũng rất nặng, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của xe
tầng dưới. Thực tế sức chở của mỗi xe phân đoạn có thể tới 300 - 500 tấn. Hình
(2.5) là cấu tạo một đoạn xe chạy trên bệ. Đây là loại phân đoạn ngắn, sức chở
nhỏ có thể quay bánh xe một góc 90
0
. Còn hình (2.6) là một đoạn xe có thể thay
đổi độ nghiêng của mặt phẳng. Xe tầng dưới chỉ chạy trong các đường hào cố
định, không thay đổi phương chuyển động. Xe này có kết cấu phức tạp và sức
chở rất lớn hàng vạn tấn.
Hình 2.4: Xe triền 2 tầng đang di chuyển trên đường triền để chuyển tàu vào
xưởng.
Hình 2.5: Một đoạn xe tầng trên của xe chạy trên bệ.
Hình 2.6: Cấu tạo 1 đoạn xe có thể thay đổi độ nghiêng của mặt phẳng.
Hình (2.7) là cấu tạo 1 xe tầng dưới có sức chở 6.000 T, thực chất nó là 1
cái cầu thép di động thẳng góc với tàu và có thể dừng lại trước bất kỳ 1 bệ nào.

Xe này có 6 đường ray bố trí phù hợp với ray trên bệ. Khi chở tàu nhỏ, xe con
tầng trên có sức chở 100 T chạy trên 4 ray ở giữa, khi chở tàu lớn hơn, xe con
tầng trên có sức chở 200 T chạy ở 4 ray phía ngoài.
Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo xe tầng dưới có sức chở 6000T
1-Tổ ray cách nhau 1 m dành cho xe con 100 T; 2- Tổray cách nhau 2m dành
cho xe con 200 T.
2.2.2. Một số sản phẩm thực tế về xe triền hiện nay
2.2.2.1. Hệ thống Syncrolift®
Đây là hệ thống xe triền hiện nay ở nước ta. Để hiểu rõ hơn về xe triền tôi
xin giới thiệu đầy đủ về hệ thống Syncrolift®.
a. Mô tả hệ thống Syncrolift®.
Sàn nâng Syncrolift® là một hệ thống nâng hạ hàng hải hiện đại để nâng
lên một cách an toàn và hạ tàu, thuyền và tàu hàng hải khác ra, vào nước. Khi
tàu được nâng lên độ cao của nhà máy đóng tàu, tàu có thể được sửa chữa ngay
tại trên sàn nâng hay di chuyển một cách dễ dàng vào ụ sửa chữa bằng hệ thống
dịch chuyển.
Với nhiều ụ trên bờ, càng nhiều tàu có thể cùng sửa chữa 1 lúc, sử dụng một sàn
nâng duy nhất.
Hình 2.8: Sàn nâng Syncrolift®.
b. Hệ thống dịch chuyển.
Hệ thống dịch chuyển được cung cấp trong giai đoạn 1 là hệ thống đơn
mức của RRNMI được lắp đặt trong nhiều dự án. Hệ thống này sử dụng ray loại
tiêu chuẩn ray đường sắt để kéo tàu ra, vào sàn nâng, dùng thép hình, bánh xe
Syncrolift công suất cao. Những bánh xe đặc biệt này được đúc bằng sắt với bạc
đạn côn để tuổi thọ cao và dễ kéo. Chúng được bịt kín và có thể ngâm trong
nước biển.
Hình 2.9: Hệ thống ray
Hình 2.10: Bánh xe Syncrolift
Tàu được di chuyển dọc trên hệ dịch chuyển dọc gồm những thanh và có
thể lắp theo những chiều dài khác nhau phù hợp với yêu cầu của tàu.

Tàu được cập trên xe chở tàu đỡ bởi khối đỡ đáy và hông thân tàu đặt
trên xe chở tàu. Xe chở tàu được thiết kế theo từng mô đun và được lắp thành
chiều dài khác nhau để phù hợp với yêu cầu cập tàu. Một khi được cập trên xe
chở tàu và được nâng lên đến mức dịch chuyển bằng hệ thống sàn nâng, tàu có
thể di chuyển vào bờ theo hướng dọc. Xe chở tàu đươc xếp với thẳng hàng với
hệ thống ray ngang trên bờ. Kích được dùng để kích tải của bánh xe và quay bộ
bánh xe. Khi bánh chuyển sang hướng ngang, tàu được chuyển sang hướng
ngang, Việc di chuyển thông thường được dùng với xe kéo máy bay, tời hay hệ
ròng rọc.
Các mô đun xe chở tàu bổ sung phải phù hợp với thiết kế và bản vẽ hiện
tại do RRNMI cung cấp trước đó. Đặc tính hệ thống dịch chuyển được giả định
là bổ sung thêm xe chở tàu loại 1 vào cấu hình ce chở tàu giai đoạn 1 tối đa để
tạo thành tổng cộng 9 xe loại 1.Bảng dưới đây mô tả các đặc điểm của hệ thống
dịch chuyển.
Chiều dài xe chở tàu dọc 89,30 m *
Chiều rộng xe chở tàu dọc 15,0 m
Công suất 38,0 ton/m
Tổng công suất 3390 tấn
Khoảng cách ray 1,0 /8,0/ 1,0 m
Số mô đun 9
Số lượng bánh xe 72
Kích cỡ bánh xe 460 mm
Sức tải bánh xe 5,0 m
Khối lượng bánh (xấp xỉ) 49 tấn
Khoảng cách dầm (đáy tàu) 1,0 m
Khoảng cách dầm (thân tàu) 5,0 m
Khối lượng thép 175 tấn
Bảng 2.1: Mô tả hệ thống dịch chuyển
Chú thích : *-Tổng chiều dài xe chở tàu sau khi lắp các xe nhỏ (mô đun)
vào với nhau. Tổng số xe nhỏ (mô đun) sau mở rộng là 9, trong đó xe cũ là 5 (4

xe kiểu 1 + 1 xe ghép gồm kiểu 2 và kiểu 3 gộp lại), số xe mới kiểu 1 là 3 và cải
tạo xe ghép kiểu 2, kiểu 3 thành xe 02 xe kiểu 1.
2.2.2.2. Xe triền trên thế giới.
Trong các nước phát triển các hệ thống xe triền được gắn thêm các hệ
thống điều khiển tự động để có thể dễ dàng nâng hạ hoặc tự cân bằng khi chở
tàu như hình 2.11.
Hình 2.11: Các bánh xe triền có gắn thêm các hệ thống điều khiển tự động.
Để có thể di chuyển tự do và di chuyển trên nhiều địa hình các nước phát
triển đã cho ra loại xe triền có lốp thay thế cho các bánh ray và đường ray.
Hình 2.12: Các sản phẩm xe triền dùng lốp.
Vẫn còn rất nhiều những mẫu thiết kế về xe triền khác nhau nhưng đa
phần đều có một kết cấu cơ khí và nguyên lý hoạt động khá giống nhau.
2.3. KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA XE TRIỀN
Kết cấu chịu lực chính của xe chở tàu là một sàn phẳng, có kích thước
trên mặt bằng tương ứng với kích thước của tàu thiết kế. Sàn được đặt trên các
cụm bánh xe có chiều cao điều khiển được bằng kỹ thuật số. Số lượng cụm bánh
xe thay đổi tùy theo chiều dài tàu. Mỗi cụm bánh xe là một cơ cấu cơ khí – thủy
lực có thể điều khiển được bằng kỹ thuật số, có lắp cảm biến độ nghiêng trên sàn
xe để bộ điều khiển trung tâm xác định được độ nghiêng của sàn và điều chỉnh
độ cao hiện thời của từng cụm bánh xe.
Hình 2.13: Mô hình cơ khí của xe triền.
Hình 2.14: Kết cấu cụm bánh xe chở tàu.
2.4. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN XE TRIỀN TRONG CÔNG NGHIỆP
Trong nền công nghiệptàu thủy hiện nay xe triền được điều khiển dưới 2
dạng sau:
• Triền dọc: Là triền có trục dọc thẳng góc với tuyến bờ. Nói một cách
khác, triền dọc là triền mà khi hạ thuỷ, tàu chuyển động theo phương
dọc thân tàu. Ưu điểm của phương pháp này là: Triền dọc dùng thuận
lợi cho các nhà máy đóng hoặc sửa chữa tàu nhỏ và biển có bãi.
• Triền ngang: Trục dọc song song với bờ, khi hạ thuỷ, tàu chuyển động

theo phương ngang thân tàu. Triền ngang có 1 số ưu điểm là: Triền
ngang có nhiều thuận lợi trong việc chọn kết cấu, bố trí mặt bằng nhà
máy, yêu cầu khu nước không rộng. Triền ngang thường có lực nâng
lớn hơn triền dọc vì có nhiều đường trượt. Nhưng có nhược điểm là
vốn đầu tư cao hơn. Đặc biệt nếu có dòng chảy dọc bờ thì triền ngang
khó định vị tàu hơn triền dọc. Do đó, ở các nhà máy đóng tàu sông
dùng triền ngang thích hợp hơn.
2.5. ỨNG DỤNG CỦA XE TRIỀN TRONG CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY
Đây là một thiết bị không thể thiếu trong công nghiệp tàu thủy, nó được sử
dụng ở nhiều giai đoạn từ việc đóng mới, hạ thủy và sửa chữa tàu đều cần đến.
Một số ứng dụng chính như sau:
- Dùng để chở tàu, vận chuyển tàu để hạ thủy.
- Nâng, hạ tàu để sửa chữa.
- Vận chuyển tàu qua một số địa hình không bằng phẳng.
2.6. KẾT LUẬN
Ở chương này đã giới thiệu được tổng quan về xe triền và các sản phẩm
thực tế ở trong nước và trên thế giới. Qua đó chúng ta có thể hiểu được về các
kết cấu, ứng dụng và sự cần thiết của xe triền trong công nghiệp tàu thủy.
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA XE TRIỀN
3.1. THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA XE TRIỀN
3.1.1. Mô hình xe triền.
Mô hình xe triền gồm: Một sàn cứng và sàn cứng này phải được tựa trên
hai cụm bánh xe (2 toa), hơn nữa các cụm bánh xe này cần phải được cấu tạo để
vừa cho phép khoảng cách từ trục cụm bánh xe đến mặt sàn có thể thay đổi
được đồng thời lại có khả năng quay quanh trục liên kết với mặt sàn. Qua tìm
hiểu thực tế tôi đã thiết kế được mô hình xe triền 2 toa với mục đích thí nghiệm
và điều khiển cân bằng cho sàn xe. Mô hình được thiết kế như hình vẽ dưới đây:
Hình 3.1: Xe triền thiết kế bằng Inventor.
Từ mô hình thực tế trên ta xây dựng được mô hình xe triền như hình vẽ
dưới đây:

w
1
F
1
F
2
w
2
x
1
x
2
Hình 3.2: Mô hình xe triền.
m là khối lượng tải trọng, chiều dài của sàn xe là l (có thể bỏ qua chiều
rộng của sàn do đây là mô hình xe triền có 2 toa). F
1
, F
2
là lực của cơ cấu chấp
hành tác dụng lên sàn xe. w
1
, w
2
biểu diễn độ mấp mô của đường ở vị trí hai
bánh của xe triền.x
1
, x
2
là tọa độ vị trí của sàn xeở từng cơ cấu chấp hành.
Khi xe phải lên (xuống) dốc thì sàn xe sẽ bị lệch khỏi vị trí cân bằng 1

góc
ϕ
thì khi đó, cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ tạo ra xung lực F
1
, F
2
tác động
lên 2 đầu sàn xe, làm thay đổi vị trí x
1
, x
2
nhằm mục đích đưa sàn xe trở lại trạng
thái ổn định theo phương ngang.
Mục đích của bài toán này là phải tìm ra một bộ điều khiển để đưa sàn xe
về trạng thái cân bằng và giữ cho sàn ổn định theo phương ngang.
Giả thiết bài toán:
- Giả thiết m = 0,5 (kg); l = 0,3 (m).
- Bỏ qua khối lượng của các cơ cấu.
- Góc lệch φ nhỏ.
- Lực F
1
, F
2
là hai lực đối ngẫu.
3.1.2. Thiết lập mô hình toán.
Có thể biểu diễn mỗi bánh xe gồm một giảm chấn và một lò xo ta có sơ
đồ của hệ thống xe triền như hình vẽ:
1
F
2

x
1
w
1
w
2
x
2

k
1
b
1
b
2
k
2
Hình 3.3: Mô hình toán của xe triền 2 toa
Giả sử các cơ cấu chấp hành là một khối cứng ta có lực tác dụng lên các cơ
cấu như sau:
Hình 3.4: Lực tác dụng lên từng cơ cấu chấp hành
Từ hình trên và áp dụng phương trình Newton’s cho từng cơ cấu chấp hành
ta suy ra phương trình vi phân:
( ) ( ) , 1,2
2
i i i i i i i i
m
x b w x k w x F i
= − + − + =
&& & &

(3-1)
Trong đó:
b
i
là hệ số qui dẫn giảm chấn của cơ cấu chấp hành thứ i;
k
i
là hệ số qui dẫn của phần tử đàn hồi của cơ cấu chấp hành thứ i;
w
i
là độ mấp mô của mặt đường tại cơ cấu chấp hành thứ i;
F
i
lực tác dụng của cơ cấu chấp hành thứ i lên mặt sàn;
Biến đổi laplace ta có:
2
2
i i i i i i i i i i
m
s X b sW b sX kW k X F= − + − +
(3-2)

2
2
i i i i i i i i i i
m
s X b sX k X b sW k W F
+ + = + +
(3-3)


2
2
i i i i i
i
i i
b sW k sW F
X
m
s b s k
+ +
=
+ +

(3-4)
Đặt :
1 1 1 1 1
1 1 1 1
2
1 1
2
b sW k sW F
G X W W
m
s b s k
+ +
= + = +
+ +

(3-5)

2 2 2 2 2
2 2 2 2
2
2 2
2
b sW k sW F
G X W W
m
s b s k
+ +
= + = +
+ +
(3-6)
Giả sử độ nghiêng của sàn xe nhỏ ta có:
1 2
G G l
− = ϕ
suy ra phương trình vi
phân chuyển động của hệ thống là:
( )
1 2
1
G G
l
ϕ = −
(3-7)
1 1 1 1 1 2 2 2 2 2
1 2
2 2
1 1 2 2

1
2 2
b sW k sW F b sW k sW F
W W
m m
l
s b s k s b s k
 
+ + + +
 ÷
ϕ = + − −
 ÷
+ + + +
 
(3-8)
Thay số liệu thực tế:
m= 0,5kg
l= 0,3m
b
1
= b
2
= 0Ns/m (coi bánh xe là vật cứng tuyệt đối)
k
1
= k
2
= 0N/m(coi bánh xe là vật cứng tuyệt đối)
Vậy ta được phương trình:
1 2

1 2
2 2
1
0.3 0.25 0.25
F F
W W
s s
 
ϕ = + − −
 ÷
 
(3-9)
3.1.3. Mô hình hóa động cơ điện 1 chiều.
Sơ đồ mạch điện phần ứng của động cơ điện một chiều như sau:
Hình 3.5.Sơ đồ động cơ điện một chiều
Mô men xoắn của động cơ, T phụ thuộc vào dòng điện phần ứngi bởi hệ
số
t
K
. Sức điện động e phụ thuộc vận tốc góc theo biểu thức sau:
t
e
T K i
E K
θ
=
=
&
Áp dụng định luật Newton và định luật Kirchhoff ta có hệ phương trình vi
phân sau:

θ θ
θ

+ =


+ = −


&& &
&
t
e
J b K i
di
L Ri V K
dt
(3-10)
Trong đó: J là mô men quán tính trên trục động cơ;
b là hệ số giảm chấn;
R là điện trở phần ứng;
L là hệ số tự cảm;
V là điện áp nguồn;
K
e
là hệ số đặc trưng cho suất điện động;
Mặt khác ta có lực F của cơ cấu chấp hành tỉ lệ với T theo hệ số k: T= k.F;
nên công thức (3-10) biến đổi thành:
e
t t

J b kF
k k
L F R F V K
K K
θ θ
θ

+ =


+ = −


&& &
&
&
(3-11)
• Hàm truyền của động cơ điện DC:
Biến đổi Laplace biểu thức (3-11) ta được:
2
( ) ( )
( )
e
t t
Js s bs s kF
k k
L sF R F V K s s
K K
θ θ
θ


+ =


+ = −



(3-12)
Từ biểu thức (3-12) ta xây dựng hàm truyền của động cơ với đầu vào là
điện áp nguồn, đầu ra là lực của cơ cấu chấp hành:
( ) ( )
( ) ( )
( )
t
t e
F s K Js b
V s Js b Lks Rk K K k
+
=
+ + +
(3-13)
Ta có thể chứng minh K
e
= K
t
= K. Thật vậy:
Ta có công thức tính công suất của động cơ theo mômen sinh ra trên trục
động cơ và tốc độ quay như sau:
P T

θ
=
&
với
t
T K i
=
suy ra:
t
P K i
θ
=
&
(*)
Mặt khác, động cơ 1 chiều cũng là một máy điện nên ta có:
P Ei
=
ở đây E là suất điện động cảm ứng sinh ra trong động cơ và
e
E K
θ
=
&
do đó ta có:
e
P K i
θ
=
&
(**)

Từ 2 công thức (*) và (**) ta có K
t
= K
e
.
Vậy hàm truyền của động cơ với đầu vào là điện áp nguồn, đầu ra là góc
quay trục động cơ:
( ) ( )
2
( ) ( )
( )
F s K Js b
V s Js b Lks Rk K k
+
=
+ + +
(3-14)
Thay các thông số đo được ở động cơ SGMADA PM3312600 (Được tính
toán ở chương 4):
J= 0,01 kg.m^2/s^2;
b= 0,1 Nms;
K= 0,01 Nm/Amp;
k= 0,3;
R= 2 Ω;
L= 0,5 L;
2
( ) 10
( ) 15 210 600,3
F s s
V s s s

+
=
+ +
(3-15)
3.2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XE TRIỀN.
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.
Các tín hiệu tác động trong hệ thống:
• Tín hiệu vào: là góc R= 0
0
tức là sàn xe luôn ổn định theo phương
ngang khi xe lên hoặc xuống dốc.
• Tín hiệu ra: là góc
ϕ
của sàn xe khi xe di chuyển vào địa hình mấp
mô.
• Tín hiệu điều khiển động cơ là u
1
, u
2
.
• Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng là: F
1
, F
2
.
• Tín hiệu phản hồi: là góc
ϕ
.
3.2.2. Chọn bộ điều khiển PID.
3.2.2.1. Lý do chọn bộ điều khiển PID.

Để điều khiển cho sàn xe ổn định theo phương ngang, ta phải điều khiển
lực tác động vào 2 cơ cấu chấp hành để đáp ứng được hệ thống. Cụ thể: khi xe
lên hoặc xuống dốc, sàn xe bị lệch, lúc này bộ điều khiển sẽ cấp điện áp u
1
(t),
u
2
(t) vào 2 động cơ, động cơ tạo ra lực, tác động vào cơ cấu chấp hành để đưa
sàn xe về vị trí ổn định, tức là làm cho góc
ϕ
giảm dần về 0 độ.
Ta so bộ điều khiển của chúng ta với chức năng điều khiển như vậy với
các bộ điều khiển mà ngày nay chúng ta có như:
• Bộ điều khiển tuyến tính và phi tuyến có bộ điều khiển Mờ, bộ
điều khiển PID, bộ điều khiển Mờ lai PID, bộ điều khiển trượt, …
vv
• Bộ điều khiển số.
• Bộ điều khiển logic.
Ta thấy rằng phù hợp hơn cả là bộ điều khiển PID bởi vì đó là bộ điều
khiểncó nhiệm vụ đưa sai lệch về 0 sao cho quá trình quá độ thoả mãn các yêu
cầu cơ bản về chất lượng và vì đối tượng điều khiển của chúng ta là kiểu đối
tượng SISO (một vào một ra) theo nguyên lý hồi tiếp, hơn nữa PID còn có tính
đơn giản cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc.