Baocao-ĐKTĐ-May Xuc pps

Đối với công nghiệp khai thác khoáng sản máy xúc được đưa vào nhằm nâng cao năng suất khai thác.Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng máy xúc chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động v

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

Lời mở đầu

Ngày nay khoa học kỹ thuật được phát triển máy móc được đưa vào sản xuất ở hầu hết các ngành công nghiệp nói chung Đối với công nghiệp khai thác khoáng sản máy xúc được đưa vào nhằm nâng cao năng suất khai thác.Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng máy xúc chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động và các cơ cấu nâng hạ trong máy xúc.Bài tập lớn này nghiên cứu cơ cấu nâng hạ trong máy xúc điều khiển bằng Thyristor sử dụng bộ biến đổi PID Bài tập này mục đích giúp sinh viên ứng dụng những gì đã học trong môn học điều khiển tự động và truyền động điện vào việc nghiên cứu điều khiển tốc độ động cơ dùng trong cơ cấu nâng

hạ của máy xúc

Lần đầu làm báo cáo với kiến thức còn hạn hẹp nên không thể tránh khỏi nhiều sai sót kính mong cô giáo bộ môn hướng dẫn và góp ý cho chúng em hoàn thiện bài tập một cách tốt nhất để hiểu cặn kẽ môn học hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo bộ môn Nguyễn Thị Thùy

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY XÚC

Nhóm II Page 1

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

Ngày nay khi quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước ngày càng được đẩy mạnh thì sự giúp đỡ của các công cụ máy móc như Máy xúc là hết sức cần thiết với con người

 Khái niệm và phân loại

*.Phân loại theo tính năng sử dụng

a) Máy xúc, còn gọi là máy đào, là một loại máy móc cơ giới sử dụng đa năng, chủ yếu dùng trong xây dựng,khai khoáng Máy xúc là một loại máy đào một gầu, có thể coi là "xẻng máy", dùng một cơ cấu tay cần gắn liền với gầu đào, thực hiện thao tác đào, xúc, múc, đổ đất đá rời hay liền thổ và các loại khoáng sản,vật kiệu xây dựng rời (có thể vận chuyển trong cự ly ngắn hoặc rất ngắn) Trong xây dựng, máy xúc là một loại máy xây dựng chính trong công tác đất, ngoài ra nó còn tham gia vào các công tác giải phóng mặt bằng, phá dỡ công trình, bốc xếp vận chuyển vật liệu

Máy xúc được sử dụng rộng rãi trong ngành khai thác mỏ lộ thiên, trên công trường xây dựng công nhiệp và dân dụng, trên các công trình thuỷ lợi, xây dựng cầu đường và nhiều hạng mục công trình khác nhau, ở những nơi mà yêu cầu bốc xúc đất đá với khối lượng lớn Máy xúc có nhiều loại, nhưng có thể phân loại theo các chỉ tiêu sau:

Máy xúc dùng trong ngành xây dựng chạy bằng bánh xích, bánh lốp có thể tích gầu xúc từ 0,25 ÷ 2m3

b) Máy xúc dùng trong ngành khai thác mỏ lộ thiên có thể tích gàu xúc từ 4

÷ 8m3

c) Máy xúc dùng để bốc xúc đất đá có thể tích gầu xúc từ 4 ÷ 35m3

d) Máy xúc bước gàu ngoạm có thể tích gàu xúc từ 4 ÷ 80m3

* Phân loại theo cơ cấu bốc xúc

a) Máy xúc có cơ cấu bôc xúc là gàu thuận, gàu xúc di chuyển vào đất đá theo hướng từ máy xúc đi ra phía trước dưới tác dụng của hai lực kết hợp: cơ cấu nâng - hạ gàu và cơ cấu tay gàu

Nhóm II Page 2

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

b) Máy xúc có cơ cấu bốc xúc là gàu ngược, gàu di chuyển vào đất đá theo hướng từ ngoài vào trong dưới tác dụng của hai lực kết hợp: cơ cấu nâng hạ gàu và

cơ cấu đẩy tay gàu

c) Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gàu cào Gàu cào di chuyển theo mặt phẳng ngang từ ngoài vào trong trên cần gàu dẫn hướng

d) Máy xúc có cơ cấu bốc xúc là gàu treo trên dây, gàu di chuyển theo

hướng từ ngoài vào trong máy xúc dưới tác dụng của hai lực kết hợp: cơ cấu kéo cáp và cơ cấu nâng cáp

e) Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm, quá trình bốc xúc đất đá được thực hiện bằng cách kéo khép kín dần hai nửa thành gàu dưới tác dụng của cơ cấu kéo cáp và cơ cấu nâng Cơ cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm có thể thay thế bằng

cơ cấu móc gọi là máy xúc - cần cẩu

g) Máy xúc rôto, có cơ cấu bốc xúc gàu quay Gàu quay gồm một bánh xe,

có nhiều gàu xúc nhỏ gá lắp trên bánh xe theo chu vi của bánh xe h) Máy xúc nhiều gàu xúc, gồm nhiều gàu nhỏ nối tiếp theo băng xích di chuyển liên tục

(giống như băng chuyền)

Nhóm II Page 3

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

Các loại máy xúca) máy xúc gàu thuận; b) máy xúc gàu ngược; c) máy xúc gàu cào;

Nhóm II Page 4

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

d) máy xúc gàu treo; e) máy xúc roto; h) máy xúc nhiều gàu xúc

* Phân loại theo thể tích gàu xúc (hoặc theo công suất)

a) Máy xúc công suất nhỏ dùng trong ngành xây dựng có thể tích gầu xúc từ 0,25 ÷ 2m3

b) Máy xúc công suất trung bình dùng trong ngành khai thác mỏ lộ thiên có thể tích gàu xúc từ 2 ÷ 8m3

c) Máy xúc công suất lớn có nhiều gàu xúc với tổng thể tích của các gàu xúc

từ 6 ÷ 80m3

* Phân loại theo cơ cấu động lực (cơ cấu sinh công)

a) Máy xúc có cơ cấu sinh công là động cơ điện

b) Máy xúc có cơ cấu sinh công là động cơ đốt trong

* Phân loại theo cơ cấu di chuyển

a) Máy xúc chạy bằng bánh xích

b) Máy xúc chạy bằng bánh lốp

c) Máy xúc chạy theo đường ray

d) Máy xúc chạy theo bước

 Một số loại máy xúc cơ bản

1 Máy xúc gàu nghịch

Máy xúc gầu nghịch được dùng phổ biến trong xây dựng Máy xúc gầu nghịch thường dùng để đào các hố móng sâu hơn vị trí nền đất tự nhiên, máy làm việc hiệu quả khi đứng một chỗ đào đất đổ đống trên bờ hay đổ lên phương tiện vận chuyển phổ thông là ô tô tải Do khi bắt đầu đào máy xúc nghịch phải tiếp đất

ở vị trí xa trọng tâm máy nhất, khác với máy xúc gầu thuận bắt đầu đào ở vị trí gần máy nhất, cho nên máy đào gầu nghịch thường có dung tích gầu không lớn, nhỏ hơn nhiều so với máy đào gầu thuận cùng công suất Loại máy xúc nghịch phổ biến dùng trong xây dựng có dung tích gầu trong khoảng 0,15-0,5 m³ Các loại máy xúc gầu nghịch điều khiển bằng thủy lực được sử dụng rộng rãi hơn loại điều

Nhóm II Page 5

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

khiển bằng cáp và có thể có dung tích gầu đào tới 3,3 m³ Tuy khối tích gầu đào phân bố trong rải giá trị nhỏ, hơn nhiều máy xúc gầu thuận, nhưng máy xúc gầu nghịch lại có thể làm việc đa năng hơn máy đào gầu thuận Do khi công tác đứng cao hơn vị trí công tác (trên bờ) nên không phải làm đường công vụ cho máy

xuống vị trí công tác như máy đào gầu thuận Đồng thời do có cấu tạo gầu đào thuận lợi cho việc tạo điểm tựa cho máy, (cần và gầu khoan như một chân càng vững chắc thứ 5, ngoài hệ 4 bánh lốp hay bánh xích), giúp cho máy có thể làm việc trên mọi địa hình Khi gặp sự cố như mất thăng bằng, lật máy xuống hố đào hay sa lầy, thì có thể dùng cần gầu đào làm chân trụ chống đỡ để tự thân máy giải cứu cho máy Máy xúc gầu nghịch loại bánh xích còn có thể hoạt động trên mọi địa hình cả

ở trên nền đất yếu

Máy xúc gàu nghịch

Cấu tạo sơ bộ :

Nhóm II Page 6

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

Hệ thống thuỷ lực trên máy xúc đào gồm một số chi tiết chính sau: thùng dầu thuỷ lực, bơm thuỷ lực, cụm van phân phối chính và các van điều khiển,

mô tơ quay toa, mô tơ di chuyển, các xi lanh thuỷ lực, đường ống dẫn dầu, lọc dầu thuỷ lực, két làm mát dầu thuỷ lực

Nguyên lý làm việc :

Khi động cơ (1) làm việc Công suất được truyền qua bánh đà đến bơm thuỷ lực Bơm thuỷ lực (2) làm việc, hút dầu từ thùng dầu và đẩy đến cụm van phân phối chính (8) Trên ca bin người vận hành sẽ tác động đến các cần điều khiển thiết

bị công tác, quay toa, di chuyển Khi có sự tác động của người vận hành một dòng dầu điều khiển sẽ được mở đi đến cụm van phân phối chính Dòng dầu điều khiển

Nhóm II Page 7

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

này sẽ có tác dụng đóng/mở cụm van phân phối tương ứng cho thiết bị công tác, quay toa, di chuyển Đường dầu chính đến các xi lanh (7) cần, tay gầu hoặc gầu Như vậy thiết bị công tác có thể làm việc theo ý muốn của người vận hành Đường dầu đi đến mô tơ quay toa (5) hoặc mô tơ di chuyển (3) làm cho các mô tơ này quay Mô tơ sẽ kéo cho toa quay hoặc kéo xích thông qua truyền động cuối và bánh sao làm cho xe di chuyển được Đường dầu trước khi về thùng được làm mát

ở két mát và được lọc bẩn ở lọc dầu thuỷ lực Áp lực của hệ thống thuỷ lực được giới hạn bởi van an toàn, thông thường được lắp ở cụm van phân phối chính Khi

áp lực hệ thống đạt đến giới hạn của van thì van sẽ mở ra và cho dầu chảy về thùng

2 Máy xúc gàu thuận

Nhóm II Page 8

Chương 1:Tổng quan về máy xúc

Cơ cấu quay (bàn quay) 1 được lắp trên cơ cấu di chuyển bằng bánh xích

2 Cần gàu 6 và tay gàu 5 cùng được lắp trên bàn quay 1 Tay gàu 5 cùng vớigàu xúc 7 di chuyển theo gương lò do cơ cấu đẩy tay gàu 4 và cáp kéo 9 của

cơ cấu nâng - hạ gàu Quá trình bốc xúc được thực hiện kết hợp giữa hai cơ

cấu: cơ cấu đẩy tay gàu tạo ra bề dày lớp cắt, cơ cấu nâng - hạ gàu tạo ra lớpcắt là đường di chuyển của gàu theo gương lò Để đổ tải từ gàu xúc sang cácphương tiện khác được thực hiện nhờ cơ cấu mở đáy gàu 3 lắp trên thành

thùng xe của máy xúc

Máy xúc có ba chuyển động cơ bản: nâng - hạ gàu, ra - vào tay gàu vàquay, ngoài ra còn có một số chuyển động phụ khác như: nâng cần gàu, di

chuyển máy xúc, đóng - mở đáy gàu v.v…

Chu trình làm việc của máy xúc bao gồm các công đoạn sau: đào, nâng gàuđồng thời quay gàu về vị trí đổ tải, quay gàu về vị trí đào và hạ gàu xuống

gương lò Thời gian của một chu trình làm việc khoảng từ 20 ÷ 60s

Cơ cấu nâng hạ gàu và cơ cấu tay gàu của máy xúc thường xuyên làm việcquá tải (gọi là quá tải làm việc) do gàu bốc xúc phải đất đá cứng hoặc lớp cắtquá sâu

Các cơ cấu chính của máy xúc làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ sốtiếp điểm tương đối TĐ% = (25 ÷75)

Nhóm II Page 9

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

2.1 Giới thiệu chương:

Chương này giới thiệu về hệ thống truyền động điện của máy xúc,xây dựng hàm truyền đạt của máy phát và động cơ điện dùng bộ biến đổi thyristor được sử dụng trong cơ cấu nâng hạ của máy xúc.

2.1.2 Các hệ truyền động thường dùng trong máy xúc:

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

Mô hình gồm 4 máy phát điện 1,2,3,4 Nguồn được tạo ra cho máy phát nhờ 1 động cơ sơ cấp kéo các máy phát điện 1 chiều dùng động cơ không đồng bộ lồng sóc

Trước hết ta cần tìm hiểu về máy phát điện và động cơ

sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ.Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là động cơ tua bin hơi,tua bin nước,động cơ đốt trong,tua bin gió hoặc các cơ năng khác

• Động cơ điện : Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần stato đứng yên và rôto

quay so với stato Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng

(thường đặt trên rôto) Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

Tùy theo cách mắc cuộn dây roto và stato mà người ta có các loại động cơ sau:

- Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) và cuộn dây phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng biệt

- Động cơ kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng

Đối với loại động cơ kích từ độc lập, người ta có thể thay thế cuộn dây kích từ bởi nam châm vỉnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện 1 chiều dùng nam châm vĩnh cữu Đây là loại động cơ được sử dụng trong bài tập này

2.1.5 Kết chương

Chương này cho ta cái nhìn tổng quát hàm truyền đạt của máy phát và động cơ điện đánh giá tổng quát về đặc tính của máy phát và động cơ điện được dùng trong

cơ cấu nâng hạ của máy xúc

Kết thúc chương này ta phải trả lời được 1 số câu hỏi sau:

Câu 1: Nhiệm vụ của hệ truyền động điện trong máy xúc là gì?

Câu 2: Hệ truyền động điện trong máy xúc hoạt động như thế nào?

Chương tiếp theo xây dựng hàm truyền của động cơ , máy phát điện và bộ điều chỉnh tốc độ động cơ dùng cho cơ cấu nâng hạ của máy xúc dùng bộ biến đổi PID

Chương 3 Xây Dựng Hàm Truyền Động Cơ và Máy Phát Cho Hệ Truyền

Động Điện Của Máy Xúc Tìm Hiểu Về Bộ Điều Khiển PID 3.1 Giới thiệu

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

Chương này ta tập trung nghiên cứu về bộ điều khiển PID ( khâu tỉ lệ - khâu tích phân – khâu vi phân ) dùng để điều khiển tốc độ quay động cơ một chiều dùng để điều khiển cơ cấu nâng hạ của máy xúc

3.2 Nội dung

3.2.1 Đặt vấn đề

Báo cáo có tính chất nghiên cứu về điều khiển tự động nên ta đi nghiên cứu làm thế nào để điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ một cách hiệu quả nhất để điều khiển cơ cấu nâng hạ của máy xúc

Đối với bộ biến đổi PID có sử dụng thyristor để điều chỉnh điện áp cấp vào phần ứng động cơ

A Hàm truyền đạt máy phát điện 1 chiều:

Máy phát điện đóng vai trò là cơ quan điều chỉnh , nó chuyển tín hiệu điều khiển U thành điện áp cấp cho động cơ

3.2.2 Xây dựng hàm truyền cho máy phát điện và động cơ điện.

Roto của máy phát được quay với vận tốc không đổi bằng 1 động cơ điện xoay chiều Điện áp phát ra của máy phụ thuộc vào cường độ từ trường của cuộn kích từ , tức là cường độ dòng điện chạy trong nó Quá trình động học xảy ra trong máy phát như sau: Khi có điện áp U cấp vào cuộn kích từ Cm thì dòng điện I trong cuộn kích từ thay đổi theo công thức :

kt

R S L

s U

+

) ( (2)

Sức điện động phát ra trong máy phát tính theo công thức :

Ura=E=Ke .Ikt

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

 Chuyển sang Laplace : Ura(s)=Ke .Ikt(s)

 Ura = Ke

kt kt

kt

R S L

s U

+

.

) ( (3)

Từ (3) và (1) => Hàm truyền đạt của máy phát điện :

Ke

+

1 S+

B Hàm truyền đạt của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập :

Mô hình tương đương của phần ứng động cơ như sau:

a

dt

di L i

R

n k

eg = vΦ (1.2)

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

Trong đó Φ là từ thông do nam châm vĩnh cữu gây ra n là tốc độ động cơ.Momen điện từ:

a R i e

a t L

K

R I U

Biến đổi Laplace các công thức từ (1.1) – (1.4 ) ta được:

Ua(p) = RaIa(p)+pLaIa(p)+Eg(p) (1.9)

) ( )

( p k n p

Td(p) = Kt ΦIa(p) (1.11)

) ( )

( 2 ) ( 2

)

Từ 1.12 tính được:

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

) 1 (

2

) ( )

( )

p B

p T p T p n

τ

(1.14)Trong đó: τa=La/Ra Hằng số thời gian của mạch phần ứng

m

τ =J/B Hằng số thời gian cơ

Vậy ta có mô hình hệ thống như sau:

Hình 1.3 Mô hình hệ thống động cơ điện DCKhi momen tải bằng 0, ta có:

Φ+++

Φ

=

v m

a t

a

a

K p

p K

BR p

U p

n

)1)(

1(

2

1)

()

(

τ τ

π

Vậy hàm truyền của động cơ lúc này có dạng khâu dao động

3.2.3 Điều khiển tốc độ động cơ trong cơ cấu nâng hạ máy xúc

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

Đối với cơ cấu nâng hạ máy xúc này ta dùng phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.

3.2.4 Giới thiệu bộ điều khiển PID

A Sơ đồ chức năng

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

Máy phát tốc FT đo vận tốc x của động cơ đưa tin hiệu ra là điện áp –uFT đến khối cộng Khối cộng có chức năng so sánh tín hiệu uFT với tín hiệu đặt r(t) và đưa

độ sai lệch e(t) tới bộ điều khiển Bộ điều khiển dựa vào độ sai lệch e(t) để cấp điện áp điều khiển u(t) tới các thiết bị chấp hành để tăng hay giảm điện áp ud đặt phần ứng của động cơ

Thiết bị chấp hành chuyển tín hiệu điều khiển u(t) tác động vào các cơ cấu chấp hành (Tranzitor, Thyisror …) để điều chỉnh điện áp cấp vào phần ứng động cơ

K G

CH

CH CH

1 1 ( T s

s T K

I P

ĐK = + +

)

.

1 1

s T

K

I P

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

 Sơ đồ cấu trúc

Với :

s T

K G

CH

CH CH

c c

u

d ĐC

B Mô hình tổng quát bộ điều khiển PID

)

.

1 1

s T

K

I P

Chương 2:Hệ truyền động trong máy xúc

f c

c u

d CH

CH FT

ĐC CH

S T S

T T

k S

T

K G

G G

S

1

.

1

.

)

+ +

+

=

=

) 1

( ) 1

(

.

+

=

s T s T T s T

k k K

c c

u CH

f d CH

Đặt KĐT = KCH.kd.Kf, T1 = TCH, -1/T2 ,-1/T3 là nghiệm của phương trình :

Tu Tc s2 + Tc s + 1 = 0

) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( ) ( :

3 2

1 s T s T s T

K S

G có

ĐT

+ +

+

=

 Bài toán thiết kế : Lựa chọn các tham số của bộ điều khiển để điều khiển

đối tượng có mô hình hàm truyền GĐT(s) như trên để tạo ra 1 hệ thống ổn định và đạt tiêu chuẩn chất lượng

C Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển