Giáo trình Trang bị điện

huyển máy xúc thực
hiện bằng cơ cấu tạo bước tiến 3 và hai kích thuỷ lực 4. Máy xúc di chuyển được
nhờ tấm trượt 5 lắp ở hai bên thành của bàn quay 1. Cần gàu 6 lắp cố định trên
bàn quay bằng hệ thống thanh giằng 9. Gàu xúc 8 được treo trên dây cáp nâng
10. Quá trình bốc xúc đất đá được thực hiện nhờ cáp kéo 7, kéo gàu theo hướng
từ ngoài vào trong máy xúc.
Các cơ cấu của máy xúc làm việc trong điều kiện môi trường khắc nghiệt
với chế độ làm việc nặng nề, chao lắc mạnh, nhiều bụi, nhiệt độ môi trường thay
đổi trong phạm vi rộng. Một số yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng đến chế độ làm
việc của các cơ cấu của máy xúc như: độ nghiêng, độ chênh dọc trục của máy
xúc, gia tốc lớn khi mở máy và hãm v.vDo chế độ làm việc của máy xúc nặng
nề như vậy, nên các thiết bị của máy xúc phải được chế tạo chắc chắn, độ bền cơ
học cao và độ tin cậy làm việc cao.
10-3. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động các cơ cấu của máy
xúc
Chế độ làm việc của một máy xúc phụ thuộc vào cấu tạo, kết cấu của nó
và các đặc điểm đặc trưng của quá trình đào hoặc bốc xúc đất đá. Bởi vậy, các
yêu cầu đối với hệ truyền động các cơ cấu của máy xúc có một gàu xúc và máy
xúc có nhiều gàu xúc có nhiều điểm khác biệt nhau.
1. Đối với máy xúc có một gàu xúc
Đối với máy xúc có một gàu xúc,
các yêu cầu chính đối với hệ truyền
động các cơ cấu bao gồm:
a) Đặc tính cơ của hệ truyền động
điện truyền động các cơ cấu chính của
máy xúc (cơ cấu nâng - hạ gàu, cơ cấu
quay và cơ cấu đẩy tay gàu) phải đảm
bảo hai yêu cầu chính sau:
- Trong phạm vi tải thay đổi từ 0
đến dòng nhỏ hơn dòng điện ngắt Ing =2,25÷2,5Iđm), độ sụt tốc độ không đángkể để đảm bảo năng suất của máy xúc.
- Khi động cơ bị quá tải (I ≥ Ing), tốc độcủa động cơ truyền động phải giảm
nhanh về không để không gây hỏng
hóc đối với động cơ.
Để đáp ứng hai yêu cầu trên, hệ
truyền động phải tạo ra đường đặc tính
cơ đặc trưng gọi là đặc tính “máy xúc”
(đường 1 hình 10-4a).
Trong thực tế không sử dụng
đường đặc tính cơ lý tưởng như đường
1vì người vận hành máy xúc không
cảm nhận được thời điểm quá tải của
Hình 10- 4 Đặc tính cơ của các hệ
truyền động cơ cấu máy xúc
a)Dùng để xác định hệ số lấp đầy
b)Đặc tính cơ của một số hệ truyền
động tiêu biểu
15
3
153
động cơ để giảm tốc độ hạn chế momen của động cơ nhỏ hơn trị số lớn nhất cho
phép dẫn đến làm cho động cơ dễ bị cháy, mà thường dùng đặc tính mềm hơn
(đường 2 hình 10-4a)
Năng suất của máy xúc được đánh giá bằng diện tích của tứ giác hợp
thành giữa hệ trục toạ độ và đường đặc tính cơ của hệ truyền động (hình 10-
4a)
SADCO. Để đánh giá năng suất của máy xúc, ta có hệ số lấp đầy k. Hệ số
lấp đầy k được tính theo biểu thức sau:
dABCO
ADCO
M
mS
S
Sk
0
.
 
Trong đó:
+SADCO - diện tích tứ giác hợp thành giữa hệ trục toạ độ và đường đặc
tính cơ cuả hệ truyền động;
+SABCO - diện tích tứ giác hợp thành giữa hệ trục toạ độ và đường đặc tính
cơ lý tưởng;
+ 0 - tốc độ không tải của động cơ.
+m - hệ số tỷ lệ.
Hệ số lấp đầy của các hệ truyền động hiện đại có thể đạt đến k = 0,8 ÷ 0,9.
Trên hình 10-4b biểu diễn các đường đặc tính cơ của một số hệ truyền
động các cơ cấu của máy xúc. Họ đặc tính cơ của các hệ đó cho phép đánh giá
và tính chọn hệ truyền động một cách hợp lý đối với từng loại máy xúc cụ thể.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ ba pha (đường 1) được
sử dụng rộng rãi cho các loại máy xúc công suất bé với thể tích gàu xúc dưới
1m3. Đặc biệt là khi dùng động cơ truyền động là động cơ không đồng bộ có hệ
số trượt lớn cho phép hạn chế dòng của động cơ trong giới hạn cho phép.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn nếu
có đấu thêm một điện trở phụ trong mạch roto của động cơ Rf= (0,1 ÷ 0,15)R (Rlà điện trở của dây quấn roto của động cơ) và có cuộn kháng bảo hoà trong mạch
stato của động cơ (đường 2 hình 10-4b) ta sẽ nhận được đường đặc tính cơ tối
ưu đối với các cơ cấu của máy xúc công suất nhỏ.
Hệ truyền động máy phát một chiều có ba cuộn kích từ - động cơ điện
một chiều (đường 3 hình 10-4b) thường dùng đối với các loại máy xúc công suất
trung bình với thể tích gàu xúc từ 2 đến 5m3. Hệ này có đường đặc tính cơ gần
với đường đặc tính cơ tối ưu, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động
trong một phạm vi khá rộng.
Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ) có khâu khuếch đại trung gian
thực hiện chức năng khuếch đại và tổng hợp các tín hiệu điều khiển (khuếch đại
trung gian có thể là máy điện khuếch đại - MĐKĐ, khuếch đại từ - KĐT, hoặc
khuếch đại bán dẫn KĐBD) sẽ tạo ra đường đặc tính cơ 4 (trên hình 10-4b), đáp
ứng hoàn toàn yêu cầu về truyền động các cơ cấu của máy xúc.
Hệ này được sử dụng rộng rãi trong các máy xúc công suất lớn có thể tích
gàu xúc từ 10 ÷ 80m3.
b) Động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục phải có độ chắc chắn về
kết cấu và độ tin cậy làm việc cao, có khả năng chịu quá tải lớn. Độ bền nhiệt và
15
4
154
độ bền chống ẩm của các lớp cách điện trong động cơ cao, chụi được tần số
đóng cắt điện lớn (400 ÷ 600) lần /h.
c) Động cơ truyền động các cơ cấu chính của máy xúc phải có momen
quán tính của roto (hoặc phần ứng) đủ nhỏ để giảm thời gian quá độ của hệ
truyền động khi tăng tốc và hãm. Nên chọn loại động cơ có roto (hoặc phần ứng)
dài, đường kính nhỏ.
d) Các thiết bị điều khiển dùng trong máy xúc phải đảm bảo làm việc tin
cậy trong điều kiện nặng nề nhất (độ rung động, chao lắc lớn, phụ tải thay đổi
đột biến và tần số đóng - cắt điện trở lớn).
e) Hệ thống điều khiển các hệ truyền động các cơ cấu của máy xúc phải
có sơ đồ cấu trúc đơn giản, độ tin cậy làm việc cao, tự động hoá quá trình điều
khiển ở mức độ cao.
2. Máy xúc nhiều gàu xúc
Hệ truyền động dùng trong máy xúc nhiều gàu xúc phải đáp ứng các yêu
cầu chính sau:
a) Hệ truyền động phải đảm bảo quá trình mở máy xảy ra êm, hạn chế gia
tốc và mômen trong giới hạn cho phép để không ảnh hưởng đến kết cấu cơ khí
của những gàu xúc con gá lắp trên băng xích.
b) Động cơ truyền động phải có momen mở máy lớn để khắc phục
momen quán tính lớn của băng xích có gá các gàu xúc con, lực ma sát trong
thanh dẫn hướng và trong các ổ đỡ.
c) Hệ thống điều khiển truyền động điện phải đảm bảo quá trình mở máy
xảy ra êm và phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ khá rộng (D= 10:1).
d) Hệ truyền động phải tạo ra đường đặc tính cơ với độ cứng phù hợp để
có thể giảm tốc độ quay của các gàu xúc khi phụ tải thay đổi, và bảo vệ quá tải
cho băng xích có gá các gàu xúc con một cách chắc chắn.
10-4. Biểu đồ phụ tải của các cơ cấu chính của máy xúc
1. Biểu đồ phụ ải của máy xúc một gàu thuận
Muốn xây dựng được biểu đồ phụ tải chính xác của các hệ truyền động
chính của máy xúc cần có các thông số sau:
- Thông số kỹ thuật của động cơ truyền động.
- Các tham số của mạch điều khiển.
- Mômen quán tính của cơ cấu quy đổi về trục động cơ trong các chế độ
làm việc khác nhau của hệ truyền động.
- Mômen cản tĩnh của các cơ cấu trong các chế độ làm việc khác nhau của
hệ truyền động.
Để tính chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động chỉ cần dựa trên biểu
đồ phụ tải tối giản của hệ truyền động trong đó chỉ tính đến mômen cản tĩnh của
cơ cấu, không tính đến mômen động của cơ cấu trong chế độ quá độ. Việc tính
toán chính xác các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các cơ cấu của máy
xúc là một vấn đề phức tạp. Bởi vậy, để tiến hành tính chọn công suất động cơ
truyền động các cơ cấu của máy xúc có thể sử dụng biểu đồ phụ tải gần giống
với biểu đồ phụ tải thực của các cơ cấu chính của máy xúc biểu diễn trên hình
10-5.
Chu trình làm việc của cơ cấu nâng - hạ gàu của máy xúc (h.10-5a) bao
15
5
155
H.10-5. Biểu đồ phụ tải của các cơ cấu chính của máy xúc một gàu - gàu thuận
gồm giai đoạn chính sau:
• t1: thời gian tăng tốc cho quá trình bắt đầu đào bốc đất đá
• t2: thời gian nâng tay gầu trong giai đoạn bốc xúc đất đá
• t3: thời gian dừng gầu sau lúc bốc xúc xong
15
6
156
• t4: thời gian giữ tay gầu cân bằng khi quay gầu về vị trí đổ tải
• t5: thời gian đổ tải, momen cảu động cơ giảm trong trình đổ tải
• t6: thời gian tăng tốc khi hạ gầu không xuống gương lò
• t7: thời gian hạ gầu với tốc độ không đổi
• t8: thời gian hãm gầu trước khi hạ gầu xuống gương lò
Từ biểu đồ phụ tải, ta rút ra kết luận sau:
- Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu làm việc dài hạn với hệ số tiếp
điện tương đối TĐ% = 100%.
- Trị số của mômen động cơ truyền động xác định bằng mômen cản tĩnh
của phụ tải, mômen cản tĩnh của cớ cấu nâng - hạ có tính thế năng.
Biểu đồ phụ tải của động cơ truyền động cơ cấu đẩy tay gàu được biểu diễn
trên hình 10-5b. Chu kỳ làm việc của cơ cấu đẩy tay gàu gồm các giai đoạn sau:
• t1: thời gian tăng tốc đưa tay gàu vào đất kết hợp với cơ cấu nâng
• t2: thời gian gàu đi lên để xúc đất đá
• t3: thời gian đảo chiều để lùi tay gầu
• t4: thời gian tay gàu di chuyển với tốc độ không đổi theo hướng đi lên
• t5: thời gian hãm tay gàu
• t6: thời gian nghĩ khi máy quay tay gàu về vị trí đổ tải
• t7: thời gian tăng tốc để đẩy tay gàu ra k.cách xa nhất để đổ tải
• t8: thời gian tăng tốc để đẩy tay gàu di chuyển với tốc độ không đổi
• t9: thời gian hãm khi di chuyển tay gàu
• t10: thời gian nghĩ khi đổ tải
• t11: thời gian tăng tốc để kéo tay gàu vào
• t12: thời gian kéo tay gàu vào với tốc độ không đổi
• t13: thời gian hãm tay gàu trước khi hạ tay gàu xuống đất
Biểu đồ phụ tải của động cơ truyền động cơ cấu truyền động cơ cấu quay
biểu diễn trên hình 10-5c
• t1: thời gian nghĩ khi gàu di chuyển vào đất đá
• t2: thời gian tăng tốc khi gàu đầy tải
• t3: thời gian quay tay gàu đầy tải với tốc độ không đổi
• t4: thời gian hãm
• t5: thời gian nghĩ khi đổ tải
• t6: thời gian tăng tốc để quay gàu không về vị trí bốc xúc
• t7: thời gian quay gàu không với tốc độ không đổi
• t8: thời gian hãm của cơ cấu quay
Trong một số trường hợp, để đơn giản trong việc tính toán, biểu đồ phụ tải
không tính đến chế độ động của hệ truyền động. Ví dụ như đối với cơ cấu đẩy
tay gàu có thể giả thiết rằng: M1 = M2 ; M3= M4 ; M4 = M5 ; M6= M7; M8 =M9 vàM10 = M11 . Cũng tương tự như vậy có thể xây dựng biểu đồ phụ tải tối giản cho
động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu.
2. Biểu đồ phụ tải của máy xúc gàu treo dây. (hình 10-6)
Biểu đồ phụ tải của cơ cấu kéo cáp gồm các giai đoạn sau (h.10-6a):
t1 - thời gian tăng tốc của động cơ truyền động để đưa gàu xúc xuốnggương lò.
t2 - thời gian bốc xúc.
15
7
157
t3 - thời gian kết thúc quá trình
bốc - xúc.
Biểu đồ phụ tải của động cơ
truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu
(h.10-6b)
t1- thời gian nghỉ trong khi cơ cấukéo gàu đi thực hiện quá trình bốc xúc;
t2 - thời gian tăng tốc của cơ cấunâng gàu khi gàu xúc bắt đầu rời khỏi
gương lò;
t3- thời gian nâng gầu với tốc độkhông đổi, đồng thời quay gầu về vị trí
đổ tải
t4- thời gian đổ tải;t5-thời gian hãm của cơ cấu đồngthời động cơ truyền động cơ cấu
đảochiều để hạ gàu xuống gương lò;
t6-thời gian hạ gàu xuống gương lòvới tốc độ không đổi, đồng thời quay
gàu theo hướng ngược lại.
H.10-6. Biểu đồ phụ tải của các cơ cấu
chính của máy xúc gàu treo trên dây
a) Cơ cấu kéo; b) Cơ cấu nâng - hạ
t7 - thời gian hãm của cơ cấu để đưa gàu vào gương lò.
Biểu đồ phụ tải của cơ cấu quay của máy xúc gàu treo trên dây tương
tự như của máy xúc một gàu - gàu thuận.
10-5. Tính chọn công suất động cơ truyền động các cơ cấu chính
củamáy xúc
Để tính chọn được công suất động cơ truyền động các cơ cấu của máy
xúc cần phải có các dữ kiện ban đầu sau đây:
- Sơ đồ động học của cơ cấu.
- Chế độ làm việc của máy xúc.
- Tốc độ di chuyển của cơ cấu.
- Thời gian của một chu trình làm việc của cơ cấu.
- Loại đất đá hoặc quặng và một số dữ kiện khác v.v
Tất cả các thông số trên có thể nhận được từ kích thước kết cấu của
máy xúc với năng suất (thể tích gàu xúc) xác định. Chế độ động của cơ cấu
trong quá trình làm việc như tăng tốc, hãm, thay đổi tốc độ ảnh hưởng rất đáng
kể đến năng suất của máy xúc.
Mômen quán tính của cơ cấu truyền lực trung gian có thể tính toán được
dựa trên sơ đồ động học của cơ cấu, còn mômen quán tính của động cơ chỉ tính
được sau khi đã chọn sơ bộ công suất động cơ. Bởi vậy để tính chọn
chính xác công suất động cơ, phải tiến hành theo các bước sau:
- Xây dựng biểu đồ phụ tải tối giản dựa trên các công thức (sẽ trình
bày sau) và xác định công suất cản tĩnh của động cơ.
- Tiến hành tính chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động (trong sổ
tay tra cứu) và xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ truyền động.
15
8
158
- Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động cơ cấu
cho một chu trình làm việc có tính đến chế độ động của hệ truyền động.
- Kiểm tra động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng bằng phương pháp
dòng điện hoặc mômen đẳng trị.
- Kiểm tra động cơ theo khả năng quá tải.
Công suất của động cơ đã chọn phải qui đổi hệ số tiếp điện (TĐ%) phù
hợp với hệ sô tiếp điện quy chuẩn.
5-2 Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu của máy xúc gàu thuận.
Để xây dựng biểu đồ phụ tải cơ cấu - hạ gàu (hình 10-7) cần phải tính
mômen động cơ sinh ra khi thực hiện bốc xúc, nâng gàu đầy tải, đổ tải, hạ gàu
v.v Mômen của động cơ khi thực hiện bốc xúc đất đá được tính theo biểu thức
sau
.
.).5,0(
2 i
gRGGGGM tCtgg (N.m) (5-1)
Trong đó :
Gg-là khối lượng của gàu,kg;G - khối lượng đất đá trong gàu, kg;
Gtg- khối lượng của tay gàu, kg; Rt - bán kính của tay nâng, m;
i- tỷ số truyền từ động cơ đến cơ cấu bốc xúc;
η - hiệu suất của cơ cấu truyền lực;
g - gia tốc trọng trường, m/s2;
Gc- khối lượng tương ứng với sự tác động của lực cắt Fc, kg.
g
FG CC (kg) (5-2)
Khối lượng đất đá trong gàu tính theo biểu thức:
.1VG (kg) (5-3)
Trong đó:
V1 - thể tích đất đá chiếm chỗ trong gàu, m3
γ - khối lượng riêng của đất đá, kg/m3
V1= S.h.b (m3) (5-4)Trong đó:
 S - tiết diện cắt ngang của một lớp cắt, m2
h - chiều dài của một đường cắt,m;
b - hệ số tới, xốp của đất đá (0,6 ÷ 0,8).
Lực cắt được tính theo biểu thức sau:
41 10... h
bVfF C (N) (5-5)
Trong đó:
f - suất lực cản cắt của đất đá, N/cm2
Trị số của f phụ thuộc vào tính chất của đất đá, quặng và cơ cấu bốc
xúc của từng loại máy xúc.
15
9
159
Tốc độ nâng của gàu được chọn theo kinh nghiệm và phụ thuộc vào
năng suất của máy xúc. Đối với máy xúc có thể tích gàu xúc dưới 2m3, vg = (0,4
÷0,5)m/s; thể tích gàu xúc (2 ÷ 3)m3, vg = (0,5 ÷ 0,9)m/s và thể tích gàu xúc
từ (3 ÷ 6)m3, vg = (0,9 ÷ 1,6) m/s.
Mômen của động cơ khi gàu rời khỏi gương lò hoặc khi giữ gàu đầy
tải trên không được tính theo biểu thức:
.
.).5,0(
4 i
gRGGGM ttgg (N.m) (5-6)
Mômen động cơ khi hạ gàu không tải bằng:
.
.).5,0(
7 i
gRGGM ttgg (N.m) (5-7)
16
0
160
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trang bị điện – điện tử Máy công nghiệp dùng chung – Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ
Quang Hồi- Nhà xuất bản Giáo dục.
2. Trang bị điện – điện tử Máy gia công kim loại – Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi-
Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Giáo trình Trang bị điện-Nguyễn Thị Bột – (Dùng nội bộ trong trường Cao đẳng Công
nghiệp và Xây dựng.
4. Giáo trình Trang bị điện-Nguyễn Văn Chất – Nhà xuất bản giáo dục