nghiên cứu cải tiến, nâng cao chất lượng hệ truyền động tàu điện ở các mỏ than quảng ninh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.38 MB, 106 trang )
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT
LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC
MỎ THAN QUẢNG NINH
NGUYỄN HOÀNG TRUNG
THÁI NGUYÊN, NĂM 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT
LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở
CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH
Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số :
Học viên : NGUYỄN HOÀNG TRUNG
Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ QUANG LẠP
THÁI NGUYÊN, NĂM 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO
CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN
Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH
Học viên: Nguyễn Hoàng Trung
Lớp: TĐH- K11
Chuyên ngành: Tự động hóa
Người HD khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp
Ngày giao đề tài: 01/01/2010
Ngày hoàn thành: 30/7/2010
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN
PGS.TS Võ Quang Lạp Nguyễn Hoàng Trung
BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU
1
Chƣơng 1-
TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU
ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH
4
1.1.
Tầm quan trọng của việc sử dụng tàu điện ở các
mỏ than Quảng Ninh
4
1.2.
Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ ở Quảng Ninh
7
1.3.
Đánh giá tình hình sử dụng và kỹ thuật truyền
động tàu điện mỏ
13
1.4.
Phương trình chuyển động và các lực tác động
lên đoàn tàu điện mỏ
13
Chƣơng 2-
PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN
TRUYỀN ĐỘNG
27
2.1.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
27
2.2.
Động cơ điện một chiều hai cuộn dây kích từ độc
lập
30
2.3.
Hệ thống điều khiển vector biến tần – động cơ
không đồng bộ 3 pha
31
2.4.
Hệ thống truyền động xung điện áp – động cơ
điện một chiều 2 cuộn dây kích từ (PWM-D)
33
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Chƣơng 3-
TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO TÀU
ĐIỆN
45
3.1.
Xây dựng sơ đồ khối cho hệ truyền động
45
3.2.
Tổng hợp hệ thống
50
3.3.
Mô phỏng hệ thống
64
Chƣơng 4-
NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN
ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ TẢI NHẸ VỚI SỰ ỨNG
DỤNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
70
4.1.
Tính phi tuyến của bộ điều khiển mạch vòng
đồng tốc
70
4.2.
Ứng dụng bộ điều khiển mờ để nâng cao chất
lượng hệ truyền động
71
4.3.
Mô phỏng hệ thống truyền động tàu điện chạy
trên đường bằng khi có bộ điều khiển PD mờ nối
tiếp PD kinh điển.
77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
86
PHỤ LỤC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT
ACV : Nguồn xoay chiều.
DCV : Nguồn một chiều.
A/D : Chuyển đổi tương tự số.
D/A : Chuyển đổi số tương tự.
DC : Động cơ điện một chiều.
P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ.
I : Bộ điều chỉnh tích phân.
D : Bộ điều chỉnh vi phân.
PID : Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân.
CPU : Bộ xử lý trung tâm.
µC : Bộ vi điều khiển.
PWM : Phương pháp điều chế độ rộng xung điện áp.
βI : Phản hồi âm dòng điện.
γn : Phản hồi tốc độ.
U
cđ
: Điện áp chủ đạo.
U
đk
: Điện áp điều khiển.
U
rc
: Điện áp răng cưa.
FXCĐ : Khối phát xung chủ đạo.
SRC : Khối tạo xung răng cưa.
SS : Khối so sánh.
TXPCX : Khối tạo xung và phân chia xung.
U
ω
: Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ.
T : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử).
U
phω
: Tín hiệu phản hồi âm tốc độ.
U
phi
: Tín hiệu phản hồi âm dòng điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
T(s) : Bộ xung biến đổi điện áp (PWM).
H(S) : Khâu lưu giữ 0.
U
d
: Điện áp ra của bộ biến đổi PWM.
U
c
: Điện áp điều khiển của bộ điều chế độ rộng xung.
M
(S1)
: Hệ số của khâu lấy tín hiệu dòng điện.
K
ω
: Hệ số của khâu lấy tín hiệu tốc độ.
K
i
, K
p
: Hệ số biến đổi của bộ điều khiển số dòng điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình vẽ
Tên hình vẽ
Trang
Hình 1.1.
Các lực tác dụng lên bánh xe chủ động của đầu tàu
15
Hình 1.2.
Đặc tính phụ tải của hệ truyền động kéo
25
Hình 2.1.
Sơ đồ nguyên lí hệ thống điều khiển véc tơ động cơ
không đồng bộ bằng thiết bị biến tần
31
Hình 3.1.
Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ
46
Hình 3.2.
Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ có
mạch bù dòng điện
47
Hình 3.3.
Sơ đồ khối hệ truyền động khi tàu lên dốc
48
Hình 3.4.
Sơ đồ khối hệ truyền động khi tàu lên dốc với 3 mạch
vòng mắc nối tiếp
48
Hình 3.5.
Sơ đồ khối hệ truyền động tàu điện làm việc với các
chế độ
49
Hình 3.6.
Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện làm việc ở 2 chế
độ tải
50
Hình 3.7.
Sơ đồ cấu trúc hệ thống tàu điện khi kéo tải nhẹ
50
Hình 3.8.
Mạch điện thay thế của động cơ điện một chiều
51
Hình 3.9.
Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor
53
Hình 3.10.
Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện
55
Hình 3.11.
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện
55
Hình 3.12.
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ
56
Hình 3.13.
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng đồng tốc
58
Hình 3.14.
Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động chạy trên đường bằng
60
Hình 3.15.
Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện khi kéo tải
nặng (lên dốc)
61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 3.16.
Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động khi tàu kéo tải nặng sau
khi biến đổi từ hình 3.15
61
Hình 3.17.
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tàu điện kéo tải
nặng sau khi đã biến đổi
63
Hình 3.18.
Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động tàu điện chạy trên
đường bằng
64
Hình 3.19.
Kết quả mô phỏng với Ud=10V, Kết quả mô phỏng với
Ud=20V (không tải)
65
Hình 3.20.
Kết quả mô phỏng với Ud=10V Kết quả mô phỏng với
Ud=20V (có tải)
66
Hình 3.21.
Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động
67
Hình 3.22.
Kết quả mô phỏng hệ truyền động tàu khi kéo tải nặng
với hệ số bù dòng điện phần ứng K khác nhau
68
Hình 4.1.
Quan hệ giữa Δφ và ω
71
Hình 4.2.
Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ PD
74
Hình 4.3.
Định nghĩa các tập mờ cho biến ST của bộ điều khiển
mờ PD
74
Hình 4.4.
Định nghĩa các tập mờ cho biến DST của bộ điều khiển
mờ PD
75
Hình 4.5.
Định nghĩa các tập mờ cho biến Udk của bộ điều khiển
mờ PD
75
Hình 4.6.
Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ PD
76
Hình 4.7.
Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển
mờ PD
76
Hình 4.8.
Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ PD
77
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 4.9.
Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển truyền động tàu điện
chạy trên đường bằng khi dùng bộ điều khiển PD mờ
nối tiếp PD kinh điển
77
Hình 4.10.
Kết quả mô phỏng với Ud=10V ( Khi không tải)
79
Hình4.11.
Kết quả mô phỏng với U
d
=20V ( Khi không tải)
80
Hình 4.12.
Kết quả mô phỏng với Ud=10V ( Khi có tải)
81
Hình 4.13.
Kết quả mô phỏng với Ud=20V ( Khi có tải)
82
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CẢM ƠN
Bằng tấm lòng thành kính, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn và sự kính
trọng sâu sắc tới:
- PGS.TS Võ Quang Lạp đã quan tâm hướng dẫn và giúp đỡ tôi tận
tình chu đáo trong quá trình triển khai nghiên cứu đề tài và hoàn thành
luận văn.
- Các thầy, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa điện và các bạn học viên
lớp TĐH - K11 trường ĐHKT Công nghiệp Thái Nguyên, đã quan tâm giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và bảo vệ luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn những sự giúp đỡ quí báu đó, cảm ơn sự
góp ý chân thành và sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, bạn bè đồng
nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện cho tôi học tập nâng cao được trình
độ trong suốt thời gian qua.
Thái Nguyên, tháng 07 năm 2010
Tác giả luận văn
Nguyễn Hoàng Trung
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất
cứ công trình nghiên cứu nào khác
Người cam đoan
Nguyễn Hoàng Trung
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tàu điện là thiết bị vận tải chủ yếu đƣợc sử dụng phổ biến trong các mỏ
than hầm lò ở Quảng Ninh để vận chuyển than, đất đá, vật liệu, thiết bị và con
ngƣời; vận tải tàu điện ảnh hƣởng trực tiếp đến năng suất khai thác và giá
thành sản xuất than.
Hiện nay, động cơ dẫn động của các tàu điện mỏ là động cơ điện một
chiều kích từ nối tiếp, điều khiển các chế độ làm việc của tàu chủ yếu bằng
phƣơng pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ qua các
bộ khống chế để đóng mở các tiếp điểm. Hệ truyền động điện một chiều kích
từ nối tiếp tạo đƣợc đặc tính kéo nhƣ đặc tính kéo lý tƣởng của tàu. Tuy vậy,
hệ này có những nhƣợc điểm sau: làm tổn thất điện năng đáng kể trên các
điện trở điều chỉnh đặc biệt khi tàu phải làm việc ở tốc độ thấp. Gây tia lửa
giữa chổi than và cổ góp điện, các tiếp điểm, bánh xe và ray dẫn tới giảm độ
an toàn nổ. Chi phí vận hành tăng do phải thƣờng xuyên bảo dƣỡng, sửa chữa,
thay thế cổ góp điện, chổi than và các tiếp điểm. Điều chỉnh tốc độ chuyển
động của tàu theo cấp điện trở, cấp điện áp nên tàu làm việc thƣờng bị giật, dễ
gây trƣợt bánh khỏi đƣờng ray làm giảm khả năng thông qua của đƣờng.
Nhằm đáp ứng yêu cầu tăng năng lực vận tải, tiết kiệm điện năng, giảm
giá thành sản xuất, nâng cao độ an toàn nổ trong hầm mỏ và ứng dụng những
tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào lĩnh vực điều khiển truyền động tàu điện
mỏ thì việc nghiên cứu và cải tiến hệ truyền động này là việc làm hết sức cần
thiết. Ngoài việc thành công trong nghiên cứu còn mang tính ứng dụng thực
tiễn cho sản xuất góp phần nâng cao chất lƣợng hệ truyền động tàu điện nhằm
giảm chi phí năng lƣợng tăng hiệu suất của thiết bị giảm giá thành sản xuất.
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2. Mục đích nghiên cứu
- Đánh giá công tác vận tải tàu điện trong hệ thống vận tải mỏ
- Đánh giá các hệ truyền động cho tàu điện mỏ.
- Nghiên cứu những hệ thống truyền động thực tế đang có tại Quảng
Ninh, từ đó đề xuất cải tạo nâng cấp hệ thống nhằm đảm bảo chất lƣợng hiệu
suất cao.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu là các hệ truyền động tàu điện ắc qui trong các
mỏ than hầm lò.
Nghiên cứu hệ truyền động các xe điện ở mỏ than Quảng Ninh, từ đó
đề xuất thiết kế cải tạo và nâng cấp hệ thống truyền động này nhằm đảm bảo
chất lƣợng, nâng cao hiệu suất làm việc của hệ truyền động cho tàu điện làm
việc trong các mỏ than hầm lò của Quảng Ninh.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu hệ thống truyền động xe điện sẵn có ở các mỏ than
Quảng Ninh.
- Cải tiến nâng cao chất lƣợng hệ thống cũ để tạo ra một hệ thống mới
có năng suất và chất lƣợng cao.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Kiểm nghiệm, mô phỏng đánh giá chất lƣợng hệ thống
- Phƣơng pháp mô hình hóa phần mềm Matlab.
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6. Kết cấu luận văn
CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN
Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH
CHƢƠNG 2:
PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
CHƢƠNG 3:
TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO TÀU ĐIỆN
CHƢƠNG 4:
NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN
Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH
1.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng tàu điện ở các mỏ than
Quảng Ninh
Trƣớc đây, ở nƣớc ta, tàu điện đã đƣợc sử dụng tham gia giao thông
công cộng ở thành phố và vận tải trong các hầm mỏ; tuy nhiên đến năm 90
của thế kỷ XX, hệ thống vận tải tàu điện ở thành phố đƣợc dỡ bỏ vì công nghệ
vận tải tàu điện lạc hậu, không đảm bảo mỹ quan, không đáp ứng đƣợc các
yêu cầu của giao thông đô thị.
Ở các mỏ than vùng Quảng Ninh, do tính phức tạp của công nghệ khai
thác, khối lƣợng công việc vận chuyển lớn, thiết bị vận tải đa dạng; theo kinh
nghiệm của các nƣớc tiên tiến, và từ thực tế sản xuất, nhân lực phục vụ vận tải
chiếm từ 30% đến 40%, còn giá thành vận tải chiếm từ 40% đến 50% trong
tổng chi phí chung. Vì vậy, để giải quyết tốt nhiệm vụ vận tải là đáp ứng đƣợc
yêu cầu khai thác và mang lại hiệu quả kinh tế cao cần lựa chọn sơ đồ công
nghệ vận tải hợp lý. Đồng thời, lựa chọn các thiết bị vận tải phù hợp nhằm
phát huy hiệu quả vận tải và năng lực vận tải của chúng.
Vận tải tàu điện có ƣu điểm là năng suất vận tải lớn, độ tin cậy cao, dễ
bảo quản sử dụng và điều khiển, chi phí sản xuất nhỏ, không ồn, không gây
bụi, đầu tƣ ban đầu không lớn so với đầu tƣ xây dựng các tuyến băng chuyền
cỡ lớn nên hầu hết các mỏ than hầm lò ở nƣớc ta đều sử dụng tàu điện làm
phƣơng tiện vận chuyển chính. Theo số liệu khảo sát các mỏ than lớn và trung
bình ở vùng Quảng Ninh, hiện tại có hàng trăm tàu điện hoạt động, số lƣợng
đầu tàu làm việc ở một số mỏ đƣợc trình bày trong bảng 1.1.
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Bảng 1.1. Thống kê tàu điện đang hoạt động ở một số mỏ than vùng
Quảng Ninh
TT
Tên đơn vị
Mã hiệu
Nƣớc sản
xuất
Số
lƣợng
(chiếc)
Công
suất động
cơ ( kW)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
1
Công ty than Khe Chàm
CDXT-8
Trung Quốc
4
2x15
2
Công ty than Hà Lầm
K14
Nga
7
2x45
CDXT-5
Trung Quốc
6
2x7,5
3
Công ty than Dƣơng Huy
K14
Nga
5
2x45
CDXT-5
Trung Quốc
14
2x7,5
4
Công ty than Thống Nhất
K14
Nga
5
2x45
CDXT-2,5
Trung Quốc
3
1x4,5
CDXT-5
Trung Quốc
2
2x7,5
CDXT-8
Trung Quốc
5
2x15
5
Công ty than Mạo Khê
AM-8Д
Nga
32
2x12
6
Công ty than Mông
Dƣơng
AM-8Д
Nga
14
2x12
7
Công ty than Quang
Hanh
CDXT-2,5
Trung Quốc
2
1x4,5
CDXT-8
Trung Quốc
4
2x15
8
Công ty than Vàng Danh
K14
Nga
21
2x45
CDXT-2,5
Trung Quốc
1
1x4,5
AM-8Д
Nga
12
2x12
9
Công ty than Hạ Long
CDXT-2,5
Trung Quốc
8
1x4,5
CDXT-5
Trung Quốc
30
2x7,5
CDXT-8
Trung Quốc
4
2x15
6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
10
Công ty than Hòn Gai
K14
Nga
10
2x45
CDXT-2,5
Trung Quốc
6
1x4,5
CDXT-5
Trung Quốc
5
2x7,5
CDXT-8
Trung Quốc
2
2x15
11
Công ty than Uông Bí
CDXT-2,5
Trung Quốc
2
1x4,5
CDXT-5
Trung Quốc
21
2x7,5
CDXT-8
Trung Quốc
12
2x15
12
Công ty Xây dựng mỏ
CDXT-5
Trung Quốc
5
2x7,5
CDXT-8
Trung Quốc
4
2x15
AM-8Д
Nga
4
2x12
13
Công ty Đông Bắc
CDXT-2,5
Trung Quốc
5
1x4,5
CDXT-5
Trung Quốc
6
2x7,5
Tổng cộng
261
Vận tải tàu điện có ảnh hƣởng trực tiếp đến sản lƣợng khai thác của các
mỏ than hầm lò. Theo qui hoạch phát triển khai thác và phƣơng án khai thác
của ngành than Việt Nam giai đoạn 2006 – 2015 có xét triển vọng đến năm
2025 cho thấy các mỏ khai thác ngày càng xuống sâu, sản lƣợng khai thác lộ
thiên giảm, sản lƣợng than khai thác hầm lò tăng. Đến năm 2025, tổng sản
lƣợng than khai thác là 70,57 triệu tấn trong đó 56,72 triệu tấn than khai thác
theo phƣơng pháp hầm lò chiếm 80,38% [1], [8].
Trong điều kiện khai thác xuống sâu, lƣợng khí CH
4
tăng, để đảm bảo
an toàn, những mỏ than xếp loại khí nổ hạng III không đƣợc sử dụng tàu điện
cần vẹt mà phải dùng tàu điện ắc quy để vận chuyển.
Từ các số liệu và phân tích trên có nhận xét: trong thời gian tới, ở các
mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh, để giải quyết hiệu quả bài toán kinh tế - kỹ
thuật trong khâu vận tải thì tàu điện ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trong công
nghệ vận tải mỏ.
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.2. Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ ở Quảng Ninh
1.2.1. Đặc điểm tàu điện mỏ sử dụng ở Quảng Ninh
Các mỏ than hầm lò ở Quảng Ninh chủ yếu dùng tàu điện của Nga và
Trung Quốc sản xuất để vận chuyển than từ các hầm lò, vận chuyển đất đá từ
các lò ra ngoài chân giếng, sau đó chuyển tiếp lên mặt bằng trục tải hoặc băng
tải, đồng thời chuyển vật tƣ, thiết bị, máy móc từ ngoài vào các khu vực
sản xuất.
Tàu điện sử dụng ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh gồm có hai
loại là tàu điện cần vẹt và tàu điện ắc quy, các loại tàu này có đặc điểm khối
lƣợng đầu tàu nhỏ và vừa, công suất từ 2,05 kW đến 90 kW, tỷ số truyền hộp
giảm tốc lớn, tốc độ chuyển động của tàu thấp. Đặc tính kỹ thuật của các đầu
tàu điển hình giới thiệu trong bảng 1.2 và bảng 1.3 [2], [13], [14], [16].
Bảng 1.2. Đặc tính kỹ thuật tàu điện cần vẹt
Các thông số
Đơn vị
Loại tàu điện
7KP-1Y
10KP-2
14KP
K-14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Trọng lƣợng đầu tàu
kN
70
100
140
140
Cỡ đƣờng
mm
600-900
750-900
750-900
750-900
Lực kéo chế độ giờ
N
16500
16500
24000
24000
Vận tốc chế độ giờ
km/h
10,5
10,5
12,6
12,6
Cƣơng cự
mm
1200
1200
1700
1700
Đƣờng kính bánh xe
theo vòng tiếp xúc
mm
680
680
760
760
Tỷ số truyền HGT
10,97
10,97
14,83
14,83
Động cơ kéo
ЭP-22
ЭP-255
K-809A
ЭT-46
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Số lƣợng động cơ
2
2
2
2
Công suất tổng
kW
50
50
90
90
Tốc độ động cơ
Vòng/phút
900
900
1320
1320
Kích thƣớc cơ bản
mm
- Dài
4500
4500
5200
5200
- Rộng
1050
1050
1350
1350
- Cao
1500
1500
1650
1650
8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Bảng 1.3. Đặc tính kỹ thuật tàu điện ắc quy
Các thông số
Đơn vị
Loại tàu điện
AK-2Y
4,5APP
AM-8/900
CĐXT-8
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Trọng lƣợng đầu tàu
kN
20
45
87
80
Lực kéo
N
3300
6800
11500
13000
Cỡ đƣờng
mm
600
600
900
600/900
Cƣơng cự
mm
650
900
1200
1150
Chiều dài tàu
mm
2015
3300
4500
4400
Chiều rộng
mm
900
1150
1345
1350
Chiều cao
mm
1210
1350
1430
1600
Đƣờng kính bánh
tàu
mm
430
560
680
610
Động cơ điện
Loại
MT-2
TIP-ЧП
PT-13
DZQ-15dl
Tốc độ tàu
km/h
4,5
6,4
7,2
7,8
Số lƣợng động cơ
1
2
2
2
Tỉ số truyền HGT
17,34
24,7
10,97
11,59
Tốc độ động cơ
Vg/phút
960
1500
615
1080
Công suất động cơ
kW
2,05
6
13
15
Điện áp
V
40
80
130
132
Dòng điện giờ
A
77¸117
93
122
132
Ắc quy
36THK-
300
66THK
-300
112THK-
350
DG-
400KT
Theo qui hoạch phát triển của ngành than, trong những năm tới, để đảm
bảo sản lƣợng than khai thác thì số lƣợng các mỏ hầm lò sẽ phải tăng lên và
ngày càng khai thác xuống sâu; theo đó, hàm lƣợng khí mêtan tăng, để đảm
bảo an toàn cháy nổ các mỏ phải sử dụng tàu điện ắc quy để vận chuyển.
9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.2.2. Đặc điểm hệ thống đƣờng sắt vận tải tàu điện mỏ
Từ kết quả khảo sát thực tế và qua các tài liệu [11], [12], [15], hệ thống
đƣờng sắt vận tải tàu điện mỏ ở Quảng Ninh có hai loại đƣờng: đƣờng cỡ 600
mm và đƣờng cỡ 900 mm, đƣờng cỡ 600 mm sử dụng cho tàu công suất nhỏ
kéo goòng 1 tấn, đƣờng cỡ 900 mm sử dụng cho tàu công suất lớn hơn kéo
goòng 3 tấn. Ray làm đƣờng sắt tàu điện mỏ là ray P
18
, P
24
và P
33
. Chiều dài
tuyến vận tải thƣờng không lớn, tuyến vận tải đƣờng sắt lớn nhất khoảng 5000
m, trong đó các đoạn đƣờng thẳng ngắn và có niều đoạn đƣờng vòng có bán
kính nhỏ; độ dốc trung bình khoảng từ 3
0
/
00
đến 5
0
/
00
, đặc biệt có đoạn dốc
tới 11
0
/
00
.
Do điều kiện địa chất mỏ phức tạp, không ổn định, độ cứng của nền
đƣờng không tốt đã ảnh hƣởng đến chất lƣợng hệ thống đƣờng sắt, làm tăng
lực cản đoàn tàu; mặt khác mặt đƣờng sắt thƣờng ẩm ƣớt, có nhiều bùn, bụi
than ảnh hƣởng nhiều đến hệ số bám dính giữa dƣờng ray và bánh xe. Nhìn
chung, tình trạng kỹ thuật hệ thống đƣờng sắt vận tải tàu điện ở các mỏ than
hầm lò Quảng Ninh rất phức tạp, tính năng kỹ thuật không cao, ảnh hƣởng
đến tóc độ chạy tàu, tốc độ lớn nhất của đoàn tàu điện mỏ chỉ đạt khoảng 12
km/h.
1.2.3. Các hệ truyền động tàu điện mỏ ở Quảng Ninh
Tất cả tàu điện cần vẹt và tàu ắc quy sử dụng ở các mỏ đều điều khiển
theo phƣơng pháp điều chỉnh điện trở nối tiếp mạch phần ứng kết hợp với sự
thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ theo cấp, bằng cách chuyển đấu từ
nối tiếp sang song song. Chúng có sơ đồ nguyên lý nhƣ sau:
a. Sơ đồ nguyên lý truyền động điện tàu AK-2Y
5
3
M
6
8
7
R
1
R
2
B
4
2
CKt1
CKt2
10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
b. Sơ đồ nguyên lý truyền động điện tàu AM-8
c. Sơ đồ giải thích nguyên lý khởi động tàu điện AM-8
Tốc độ số I
Tốc độ số II
Kt1
Kt2
R
f
+
-
+
-
M2
M1
Kt1
Kt2
+
+
-
M1
M2
-
B
2-T
B
2-L
B
2
D2
D1
Aq1
B
1-1
Aq2
Kt2
D9
B
3-4
D7
R1
D5
D6
B
3-T
B
3-L
D3
D4
B
3-5
D8
D10
R2
B33
B
1-T
B
1-L
B
4-T
B
4-L
Kt1
B6
M2
M1
11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Tốc độ số III
Tốc độ số IV
Tốc độ số V
Tốc độ số VI
Kt1
Kt2
+
+
-
Kt2
Kt1
+
+
-
M2
M1
M1
M2
Kt1
Kt2
+
+
-
M1
M2
Kt1
Kt2
+
+
-
M1
M2
-
-
-
-
12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
d. Sơ đồ giải thích nguyên lý hãm động năng tàu điện AM-8
Với các sơ đồ trên, các truyền động trong các tàu điện mỏ của Quảng
Ninh vẫn sử dụng các phƣơng pháp điều khiển đã có từ trƣớc năm 70 của thế
kỷ XX, hệ thống điều khiển lạc hậu, tổn thất điện năng lớn trên các điện trở
điều khiển; các tài liệu thống kê của nƣớc ngoài và trong nƣớc đã chỉ ra rằng,
35% điện năng tiêu thụ của đầu tàu điện bị tiêu hao trên các điện trở điều
khiển [5].
Kt2
Kt1
R
1
R
2
Kt2
Kt1
R
2
M2
M1
M1
M2
Kt2
Kt1
M2
M1
13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.3. Đánh giá tình hình sử dụng và kỹ thuật truyền động tàu điện mỏ
Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích công tác vận tải mỏ và tình hình phát
triển kỹ thuật truyền động điện mỏ ở Quảng Ninh có nhận xét, đánh giá:
Ở Quảng Ninh, tàu điện chủ yếu sử dụng để vạn tải trong các mỏ than
hầm lò, do sơ đồ công nghệ khai thác của các mỏ than vùng Quảng Ninh rất
phức tạp, thiết bị vận tải đa dạng để đáp ứng yêu cầu khai thác và hiệu quả
kinh tế, các mỏ đều phải tính toán lựa chọn sơ đồ công nghệ vận tải hợp lý
trong đó đều sử dụng tàu điện là thiết bị vận tải chủ yếu, vì vậy tàu điện có vị
trí rất quan trọng trong hệ thống vận tải mỏ.
Tất cả các tàu điện mỏ ở Quảng Ninh do điều kiện đƣờng lò hẹp, cỡ ray
hẹp nên chỉ trang bị loại đầu tàu một động cơ hoặc hai động cơ.
Các tàu điện mỏ ở Quảng Ninh đang theo công nghệ cũ thậm chí cả
những tàu vừa nhập về cũng đƣợc trang bị công nghệ cũ của những năm trƣớc
70 của thế kỷ trƣớc, đó là dùng phƣơng pháp điện trở, đấu nối tiếp nguồn,
động cơ.
Kết luận: Vì vậy, nghiên cứu cải tiến, nâng cao chất lƣợng hệ truyền
động tàu điện sử dụng phƣơng pháp xung điện áp trong tàu điện mỏ để nâng
cao năng lực vận tải và giảm chi phí năng lƣợng tăng hiệu suất của thiết bị
giảm giá thành sản xuất ở các mỏ than Quảng Ninh là rất cần thiết, có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn.
1.4. Phƣơng trình chuyển động và các lực tác động lên đoàn tàu
điện mỏ
1.4.1. Phƣơng trình chuyển động cơ bản
Từ trƣớc đến nay, để nghiên cứu tàu điện mỏ, ngƣời ta thƣờng rắn hóa
đoàn tàu, coi đoàn tàu nhƣ một vật có khối lƣợng (m) tập trung tại trọng tâm
của tàu. Theo định luật Niutơn, phƣơng trình chuyển động cơ bản là:
