nghiên cứu giải pháp tự động hành trình của tầu cuốc hb16

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i.


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TR
ƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI










LÊ TRUNG HIẾU


NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ðỘNG HÀNH TRÌNH
CỦA TẦU CUỐC HB16


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Chuyên ngành : ðiện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn
Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG NGỌC NHÂN

HÀ N
ỘI - 2010

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ii.

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và
chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng: mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã
ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 06 tháng 9 năm 2010
Tác giả luận văn



Lê Trung Hiếu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii.

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu ñể hoàn thành luận văn này, tôi ñã nhận
ñược sự giúp ñỡ nhiệt tình của các tập thể và cá nhân, các Thầy Cô giáo:
Trường ðHNN Hà Nội, Trường ðHBK Hà Nội, Trường ðHðL Hà Nội và
của các bạn bè, ñồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Ngọc Nhân Trường ðHðL Hà
nội. Cảm ơn các Thầy Cô giáo trong bộ môn ñiện, Khoa cơ ñiện, Viện sau ñại
học Trường ðHNN Hà Nội. Cảm ơn Khoa công nghệ tự ñộng - Trường
ðHðL Hà Nội và Khoa Tầu Cuốc – Trường Cao ñẳng nghề Cơ ðiện & Thủy
Lợi. Cảm ơn các bạn bè và ñồng nghiệp ñã tận tình giúp ñỡ tôi nghiên cứu
hoàn thành luận văn này.
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, vì thời gian và
trình ñộ có hạn, nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận ñược ý
kiến ñóng góp chân thành của các Thầy Cô và bạn bè ñồng nghiệp.

Hà Nội, ngày 06 tháng 9 năm 2010
Tác giả luận văn



Lê Trung Hiếu






Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv.

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i
LỜI CẢM ƠN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ vii
LỜI MỞ ðẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TẦU CUỐC VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRÊN
TẦU CUỐC 2
1.1.Tầu cuốc và ứng dụng của Tầu cuốc 2
1.1.1. Lịch sử hình thành và sự ra ñời của Tầu cuốc 2
1.1.2. Ứng dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong vận hành Tầu cuốc 3
1.2. Nhu cầu sử dụng Tầu cuốc (Tầu hút bùn) 3
1.2.1. Trên thế giới 3
1.2.2. Ở Việt nam 4

1.3. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài 5
1.3.1. Tính cấp thiết của ñề tài 5
1.3.2. Nội dung chính trong việc triển khai ñề tài 5
Chương 2: KHẢO SÁT THỰC TRẠNG CỦA TẦU CUỐC HB16 6
2.1. Khảo sát thông số kỹ thuật và quy trình công nghệ Tầu cuốc HB16 6
2.1.1. Thông số kỹ thuật của Tầu cuốc HB16 6
2.1.2. Trang bị ñiện và các thiết bị ñiều khiển Tầu cuốc HB16 8
2.1.3.Quy trình công nghệ vận hành tầu quốc 9
2.2. Khảo sát mô hình Tầu cuốc HB16 10
2.2.1. Giới thiệu về mô hình Tầu cuốc HB16 10
2.2.2. Trang bị ñiện mô hình Tầu cuốc HB16 13
2.2.3. Quy trình công nghệ vận hành Mô hình tầu quốc HB16 14
2.2.4.Tính toán hành trình dịch chuyển của mô hình tầu HB16: 17
2.3. Các ñiểm cần ñiều khiển, giám sát theo yêu cầu công nghệ 23
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật v.

2.3.1. Các ñiểm cần giám sát: 23
2.3.2. Các ñiểm cần bảo vệ : 24
Chương 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ðIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT 25
3.1. Cấu trúc phần cứng 25
3.1.1. Lựa chọn cảm biến cho giám sát các thông số 25
3.1.2. Lựa chọn ñiều khiển ñộng cơ 33
3.1.3. Lựa chọn bộ ñiều khiển trung tâm 34
3.1.4. Bộ ñiều khiển PLC S7-300 40
3.1.5. Cấu hình chung của hệ ñiều khiển giám sát tầu cuốc 44
3.2. Phần mềm ñiều khiển lập trình 47
3.2.1. Giới thiệu về Step 7 47
3.2.2. Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển 50
3.2.3. Chương trình ñiều khiển 51
3.2.4. Lập trình ñiều khiển giám sát WinCC 52

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56
4.1. Kiểm tra tín hiệu ñầu vào, ñầu ra của PLC 56
4.1.1. Cảm biến: (input) 56
4.1.2. ðiều khiển thuận nghịch ñộng cơ(out put): 57
4.2. Bài toán tổng thể: 57
4.3. Những ưu việt khi áp dụng ñiều khiển giám sát hành trình của Tầu cuốc HB16 58
4.4. Những ñánh giá khi áp dụng ñiều khiển giám sát trên mô hình Tầu cuốc HB16 60
KẾT LUẬN VÀ CÁC ðỀ XUẤT 61
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 64
PHỤ LỤC 1: 65
PHỤ LỤC 2: 66
PHỤ LỤC 3: 67
PHỤ LỤC 4: 99

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi.

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 : Thiết bị và thông số kỹ thuật mô hình tầu cuốc HB16: 11

Bảng 2.2: Bảng kê thiết bị - khí cụ ñiện trên tầu mô hình 14

Bảng 2.3: Bảng số liệu tính toán ñộ dài của cáp từ puly hướng cáp ñến ñiểm ñặt neo
biên: 18

Bảng 2.4: Bảng tính toán chiều dài cung dịch chuyển của puly hướng cáp tời biên:
20

Bảng 2.5: Bảng tính toán ðộ dài cáp tời biên chạy qua puly hướng cáp trên tầu mô

hình 20

Bảng 2.6: Bảng tính toán khoảng cách từ puly ñầu giá chữ A ñến ñiểm móc cáp hạ
cần trên dàn phay trên tầu mô hình: 22

Bảng 3.1: Chú thích kí hiệu trên mạch 46





















Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vii.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ

Hình 2.1 : Hình ảnh Tầu HB16 ñang thi công 6

Hình 2.2: Hình ảnh tổng thể của mô hình Tầu HB16 12

Hình 2.3 : Sơ ñồ bố trí hệ thống tời dịch chuyển trên Tầu HB16 12

Hình 2.4: ðộng cơ 3 pha trên mô hình và bộ truyền ñộng bánh vít trục vít 13

Hình 2.5: Mô phỏng hành trình dịch chuyển của Tầu HB16 trong thi công 17

Hình 2.6: Minh họa ñể tính cung quay ñầu tiên khi tầu thi công 19

Hình 2.7: Hình vẽ minh họa ñể tính toán ñộ dài cáp xả ra khi hạ cần phay 21

Hình 2.8: Minh họa Puly hướng cáp ñầu giá chữ A 23

Hình 3.1: Biến trở a/ kí hiệu b/ ảnh chụp biến trở 25

Hình 3.2: Hình ảnh ñĩa chia vạch và ñĩa gia công của encorder 26

Hình 3.3 : Hình ảnh encorder tời biên 28

Hình3.4: Hình ảnh encorder tời nâng hạ dàn phay 29

Hình 3.5: Sơ ñồ mạch encorder 29

Hình 3.6: Hình ảnh thước ño ñộ sâu có gắn encorder 30

Hình 3.7: a-ðồng hồ ño áp suất hút của bơm bùn; b- cảm biến áp suất Pressure
Sensor (CP 8001); c- A-105A 31

Hình 3. 8: Sơ ñồ khối của hệ thống ñiều khiển lập trình PLC 41

Hình 3.9 : Sơ ñồ khối kết nối công suất 45

Hình 3.10: Sơ ñồ kết nối ñầu ra ñiều khiển ñộng cơ tời 46

Hình 3.11: Lưu ñồ thuật toán chương trình ñiều khiển 50

Hình 4.1: ðồ thị thực nghiệm ño so sánh với bộ ño góc encorder 57

Hình 4.2 : Màn hình ñiều khiển giám sát hành trình Tầu cuốc HB16 58




Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1.

LỜI MỞ ðẦU

Với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật, nước ta ñã và ñang xây
dựng nhiều ngành sản xuất ña dạng hóa về công nghệ. Ngành Tự ñộng hóa
cũng không ngừng phát triển ñể ñáp ứng nhu cầu sản xuất. Ứng dụng công
nghệ tự ñộng vào trong sản xuất là xu hướng tất yếu của Việt Nam trên ñường
phát triển và hội nhập.
Tầu cuốc hay còn gọi là Tầu Hút bùn chuyên dùng ñể nạo vét lòng
sông, khơi thông dòng chảy phục vụ trong lĩnh vực thủy lợi. Tầu cuốc HB16
là loại tầu ñược sản xuất theo công nghệ của Liên Xô cũ với công xuất
16.000m
3

dung dịch bùn/giờ. Trong quá trình thi công, hành trình dịch chuyển
của Tầu cuốc HB16 dựa vào hệ thống tời ñiện ñược ñiều khiển bằng các công
tắc, khí cụ ñiện truyền thống như áptômát, cầu dao … nên năng suất không
cao, việc ñảm bảo ñáy thiết kế không cao.
Việc ứng dụng tự ñộng hóa vào ñiều khiển hành trình của Tầu Cuốc sẽ
khắc phục ñược các nhược ñiểm trên và ñặc biệt sẽ giảm ñược nhân công lao
ñộng trong một ca sản xuất.
ðể sử dụng hiệu quả các thiết bị và ñi vào vận hành hoặc sữa chữa Tầu
Cuốc HB16 ñòi hỏi phải có ñội ngũ chuyên gia và kỹ sư giỏi, nắm vững lý
thuyết và am hiểu thiết bị. Vì vậy việc nghiên cứu, áp dụng tự ñộng hóa vào
quá trình vận hành Tầu Cuốc HB16, nhằm tăng năng xuất là rất cần thiết và
ñáp ứng yêu cầu thực tế về cải tạo hệ thống thủy lợi ở nước ta giai ñoạn 2010
-2020. ðược sự hướng dẫn của Giảng viên: TS. Hoàng Ngọc Nhân; Trường
ðại học ðiện lực Hà nội và các Thầy cô trong khoa cơ ñiện Trường ðại học
Nông nghiệp Hà nội, tôi chọn ñề tài luận văn:
“ Nghiên cứu giải pháp tự ñộng hành trình của Tầu cuốc HB16 ”
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2.

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TẦU CUỐC
VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRÊN TẦU CUỐC
1.1.Tầu cuốc và ứng dụng của Tầu cuốc
1.1.1. Lịch sử hình thành và sự ra ñời của Tầu cuốc
Một trong những nước có lịch sử phát triển ngành Tầu cuốc lâu ñời và
hiện tại là nước có nền công nghệ Tầu cuốc ñứng hàng ñầu thế giới ñó là Hà
Lan. Chúng ta hãy trở lại thế kỷ XVI, khi phần lớn diện tích ñất ñai của Hà
Lan bị ngập trong nước với những bãi bùn lớn, vì vậy họ phải cải tạo ñể mở
rộng diện tích ñất canh tác và họ ñã tích lũy nhiều kinh nghiệm trong việc nạo
vét bùn.
ðến cuối thế kỷ XIX, những Tầu hút bùn hơi nước ñầu tiên ra ñời ñã
tạo ra một ñộng lực phát triển mạnh mẽ ñối với ngành ñóng tầu nạo vét, và

người Hà Lan trở thành chuyên gia hàng ñầu trong lĩnh vực này.[1]
Ở Việt Nam,Tầu cuốc xuất hiện trong những năm 1965 – 1970, khi
Miền Bắc xây dựng XHCN và chi viện cho Miền Nam ñánh giặc Mỹ thì một
vấn ñề ñược Nhà nước quan tâm ñặc biệt ñó là làm thủy lợi phục vụ cho nông
nghiệp. Việc khơi thông dòng chảy chống úng lụt, việc ñào thêm hệ thống
sông nội ñồng ñể phục vụ tưới tiêu là rất cần thiết. Tầu cuốc HB16 ñược ra
ñời trong giai ñoạn này, Tầu HB16 ñược Nhà máy cơ khí Duyên Hải sản xuất
theo thiết kế của Liên Xô cũ.
Tính năng chủ yếu của tầu cuốc HB16 là tầu hút bùn chuyên dụng,
dùng ñể nạo vét lòng sông khơi thông dòng chảy phục vụ cho ngành thủy lợi.
Khi thi công nạo vét lòng sông, Bơm bùn trên tầu hút dung dịch bùn ñất do
cụm dao xới xới bùn, ñất dưới lòng sông chuyển lên bể lắng ở trên bờ thông
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.

qua hệ thống ñường ống. Dung dịch bùn ñất ñược hút lên còn sử dụng ñể san
lấp mặt bằng, cải tạo ñồng ruộng …
1.1.2. Ứng dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong vận hành Tầu cuốc
Khi sử dụng Tầu cuốc thi công nạo vét bùn, ñất, cát… dưới lòng sông,
hồ hoặc cảng biển…người vận hành không thể nhìn thấy quá trình lấy ñất
diễn ra ở dưới nước, các hành trình chuyển ñộng của các thiết bị trên tầu
người vận hành cũng không quan sát hết ñược. Vì vậy, ứng dụng công nghệ
ñiều khiển giám sát trong vận hành Tầu cuốc mạng lại hiệu quả rất cao trong
thi công nạo vét bằng tầu cuốc.
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong vận hành
Tầu cuốc ñã ñược áp dụng với các tầu hiện ñại mới sản xuất như tầu
Argonaut, tầu Antigoon do hãng IHC

Merwede của Hà Lan sản xuất.
Hệ thống ñiều khiển hành trình thi công của Tầu HB16 hiện nay là sử
dụng các công tắc ñóng cắt bằng tay, chưa ñược áp dụng công nghệ tự ñộng

ñiều khiển giám sát.
1.2. Nhu cầu sử dụng Tầu cuốc (Tầu hút bùn)
1.2.1. Trên thế giới
Khi xem xét nhu cầu sử dụng tầu hút bùn của một ñất nước hay khu
vục nào ñó trên thế giới, ta cần chú ý tới ñặc ñiểm ñịa lý của ñất nước ñó, khu
vực ñó.
Một số nước có nhu cầu sử dụng nhiều ñến Tầu hút bùn và có ngành
công nghiệp ñóng tầu hút bùn ñó là Hà Lan, Pháp, Nhật Bản …bởi các nước
này có nhiều cảng biển và hệ thống sông ngòi dày ñặc. Các tàu có công suất
lớn trên 1000 m
3
/h thường ñược sử dụng trong việc nạo vét cảng biển, các tàu
có công suất nhỏ hơn 1000 m
3
/h thường ñược sử dụng trong công tác nạo vét
sông ngòi.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4.

1.2.2. Ở Việt nam
Việt Nam là nước có chiều dài bờ biển lớn …. , với nhiều cảng biển nên nhu
cầu sử dụng các tầu cuốc có công suất lớn ñể nạo vét và mở cảng là rất cần thiết.
Do lượng bồi lắng nên các cửa cảng trở thành cảng nước nông lên tầu lớn không
cập cảng ñược, vì vậy việc xây dựng các cảng nước sâu là cần thiết.
Khu vực ñồng bằng sông cửu long, ngoài sông Tiền Giang và sông Hậu
Giang là những con sông lớn thì hệ thống sông nội ñồng, kênh, Rạch rất nhiều và
hàng năm ñều phải nẹo vét do lượng phù xa bồi lắng. Các dự án nạo vét sông như:
nạo vét Sông Hậu khai thông dòng chảy ra biển ñể giảm thiểu thiệt hại do lũ hàng
năm; nạo vét Sông Sài Gòn ñể tàu vận tải từ biển ñi vào cảng …
Với khu vực ñồng bằng sông Hồng hiện ñang xảy ra rất nghiêm trọng
ñó là mực nước sông Hồng xuống thấp:

theo tin tức “VietNamNet - Mực
nước sông Hồng xuống ở mức thấp kỷ lục trong vòng hơn 100 năm qua. Giao
thông ñường thuỷ tắc nghẽn nghiêm trọng do ảnh hưởng của việc này. Mỗi
ngày, tàu hút cát thông luồng làm việc 17 giờ liên tục, nhưng tình hình không
ñược cải thiện ñáng kể ”[2]
Hàng loạt các dự án nẹo vét khẩn cấp trước mùa mưa lũ: Sông Nhuệ -
Hà Tây – Hà nội; Sông Thái Bình; Sông Bắc Hưng Hải; …[3]
Bên cạnh ñó cần phải nạo vét thường xuyên các sông, kênh, rạch, …ñể
cải tạo môi trường và phát triển du lịch như: nạo vét hồ Trúc Bạch; Hồ Hoàn
Kiếm, các sông trong khu du lịch Tam cốc - Bích ñộng, du lich Tràng An –
Ninh Bình; ….
Hiện nay, nước ta phải nhập khẩu tầu cuốc từ nước ngoài, hoặc thuê các
ñối tác nước ngoài vào nạo vét vì công nghệ nạo vét trong nước rất lạc hậu,
ña số các tầu ñều ñóng thủ công, năng suất thấp, việc ñảm bảo chất lượng
công trình ñạt không cao. Vì vậy cần có sự quan tâm hơn nữa cho ngành thủy
lợi, ñầu tư cho thiết bị phục vụ nạo vét …

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5.

1.3. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài
1.3.1. Tính cấp thiết của ñề tài
Trong quá trình thi công, hành trình dịch chuyển của Tầu dựa vào hệ
thống tời ñiện ñược ñiều khiển bằng các công tắc, khí cụ ñiện truyền thống
như áptômát, cầu dao … nên năng suất và việc ñảm bảo ñáy thiết kế cuả
công trình không cao.
Việc ứng dụng tự ñộng hóa vào ñiều khiển hành trình của Tầu Cuốc
sẽ khắc phục ñược các nhược ñiểm trong ñiều khiển bằng tay ñặc biệt sẽ
giảm ñược nhân công lao ñộng trong một ca và tăng năng xuất, giảm thời
gian thực hiện công trình khẩn cấp của quốc gia.

Vì vậy, việc nghiên cứu, áp dụng tự ñộng hóa vào quá trình vận hành
Tầu Cuốc HB16 là rất cần thiết và ñáp ứng yêu cầu thực tế về cải tạo hệ thống
thủy lợi ở nước ta giai ñoạn 2010 -2020.

1.3.2. Nội dung chính trong việc triển khai ñề tài.
- Nghiên cứu ứng dụng tự ñộng hóa vào việc tự ñộng hành trình của
Tầu Cuốc HB16.
- Khảo sát các ñiểm ño : lựa chọn các cảm biến sử dụng cho hệ thống
- Nghiên cứu thiết bị ñiều khiển quá trình.
Nghiên cứu phần cứng và phần mềm SIMATIC S7 – 300, phần mềm
giao diện ñiều khiển WINCC của hãng SIEMENS.
Nghiên cứu thực nghiệm : Xây dựng chương trình phần mềm giám sát
WinCC tự ñộng cho hệ thống trên nền hệ thiết bị ñiều khiển logic khả trình
(PLC S7 – 300).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6.

Chương 2: KHẢO SÁT THỰC TRẠNG CỦA TẦU CUỐC HB16
2.1. Khảo sát thông số kỹ thuật và quy trình công nghệ Tầu cuốc HB16
2.1.1. Thông số kỹ thuật của Tầu cuốc HB16


Hình 2.1 : Hình ảnh Tầu HB16 ñang thi công

a/ Tầu ñược kết cấu bởi 2 phao phụ và một phao chính: [4]
Kích thước phao phụ: Chiều dài: 15 mét,
chiều rộng: 1,2 mét,
chiều cao: 1,5 mét.
Kích thước phao chính: Chiều dài: 13 mét,
chiều rộng: 3,2 mét,
chiều cao: 1,5 mét.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7.

b/ Ca bin ñiều khiển
Là nơi người vận hành ñiều khiển Tầu trong quá trình thi công nạo vét
lòng sông.
Trong ca bin ñiều khiển có tủ ñiện ñiều khiển, nơi ñặt các thiết bị ñiện
ñể ñiều khiển các ñộng cơ, hệ thống ñiện phục vụ cho quá trình thi công.
c/ Dàn phay: là nơi ñể ñỡ và ñịnh vị các thiết bị như: trục cần phay, cụm
dao xới, ñường ống hút. Dàn phay ñược gắn với thân Tầu bằng khớp bản lề
nên dàn phay ñược nâng lên và hạ xuống trong khi thi công ñể ñiều chỉnh ñộ
sâu lớp ñất cần lấy.
Trục cần phay bao gồm 3 ñoạn trục: ñoạn số 1 dài 2,8 mét, ñoạn số 2
dài 1,1 mét, ñoạn số 3 dài 0,7 mét.
Chiều dài của dàn phay là 6,45 mét, dộ sâu hạ cần tối ña tính từ mặt
nước là 6 mét.
d/ Cụm dao xới ñất:
gồm 5 lưỡi hình cách cung, chiều dài cụm dao là 0,7 mét, ñường kính 1
mét, khi cụm dao xới quay cắt ñất nó còn có tác dụng cào ñất ñưa về miệng
ồng hút.
e/ ðộng cơ cần phay:
là ñộng cơ ñiện không ñồng bộ 3 pha có công suất 14kW tốc ñộ 750
vòng/phút truyền ñộng cho cụm dao xới ñất thông qua bộ giảm tốc PC500.
Khi ñộng cơ cần phay làm việc, cụm dao xới ñất quay xới lớp bùn cần
lấy. Bùn, ñất khi ñược xới nhỏ hòa cùng với nước thành dung dịch nước bùn
10 -12% và ñược ñưa lên bể lắng qua hệ thống bơm ly tâm 12BB lưu lượng
16.000 m
3
/h và ñường ống dẫn Ф300.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8.

f/ Hệ thống tời:
- Tời nâng hạ cần phay: nâng hạ cần phay quyết ñịnh ñộ sâu lấy ñất
- Tời biên phải: dịch chuyển Tầu sang phải Tầu
- Tời biên trái: dịch chuyển Tầu sang trái Tầu
- Tời chính diện: Tầu tiến lên phía trước
- Tời ñuôi: giữ vị trí ñể tầu không tiến qua vị trí lấy ñất khi tời chính diện
kéo tầu tiến lên phía trước.
Một bộ tời bao gồm: 01 ñộng cơ ñiện không ñồng bộ 3 pha công
suất 4,5 kW, bộ giảm tốc PC 250, hệ thống bệ tời, bánh răng và trục vít
xếp cáp, tang quấn cáp.
Trong toàn bộ các ñộng cơ ñiện truyền ñộng cho các tời, chỉ có 02
ñộng cơ tời biên trái, tời biên phải là ñộng cơ không ñồng bộ 3 pha 2 cấp
tốc ñộ, khi thay ñổi tốc ñộ bằng phương pháp ñổi nối tam giác – sao kép.
2.1.2. Trang bị ñiện và các thiết bị ñiều khiển Tầu cuốc HB16
a/ Áp tô mát tổng AR-50T,3M-3T [5]
Áp tô mát tổng AR-50T,3M-3T dùng ñể ñóng cắt, bảo vệ toàn bộ hệ
thống ñiện xoay chiều trên tầu cuốc
b/ Khởi ñộng từ: bao gồm Khởi ñộng từ chính và các khởi ñộng từ ñiều
khiển cho từng ñộng cơ tời, ñộng cơ bơm nước làm mát, ñộng cơ cần phay.
c/ Công tắc xoay: dùng ñể thay ñổi chiều quay và thay ñổi tốc ñộ
d/ Thông số kỹ thuật của các ñộng cơ truyền ñộng:
ðộng cơ phay ñất: Kí hiệu DK72-6
Công suất: P = 14Kw
ðiện áp ∆/Y = 220/380
Tốc ñộ: n = 980 vòng/phút
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9.

Hệ số công suất: cosφ= 0,83

ðộng cơ tời biên: Kí hiệu DK51-4/2
Công suất: P = 4,5 Kw
ðiện áp ∆/Y = 220/380
Tốc ñộ 1: n = 1410 vòng/phút (ñấu ∆)
Hệ số công suất: cosφ= 0,85
Tốc ñộ 2: n = 2860 vòng/phút (ñấu YY)
Hệ số công suất: cosφ= 0,92
ðộng cơ tời nâng cần: Kí hiệu DK51-6
Công suất: P = 2,8Kw
ðiện áp ∆/Y = 220/380
Tốc ñộ: n = 950 vòng/phút
Hệ số công suất: cosφ= 0,78
2.1.3. Quy trình công nghệ vận hành tầu quốc
Trước khi thi công, người công nhân vận hành tầu phải tìm hiểu về
hiện nơi tầu ñến thi công một số vấn ñề: chiều dài công trình, chiều rộng dáy
thiết kế, chiều sâu lớp ñất cần lấy, chất ñất, bể lắng, ñịa hình [6]…
Thi công ở mặt cắt ñầu tiên: chỉ lấy 1 lớp bùn ñất < 1 mét
Bước 1: Tầu ñược ñặt vào vị trí thi công
Bước 2: Kiểm tra ñộ sâu h(m) từ mặt nước tới bề mặt của lớp bùn
Bước 3: Bật ñộng cơ tời nâng hạ ñể hạ cần phay xuống dưới mặt nước 1 mét
Dừng ñộng cơ tời nâng hạ cần phay
Bước 4: Bật ñộng cơ cần phay ñể quay cụm dao xới ñất và chờ nước lên
ñường ống
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10.

Bước 5: Bật ñộng cơ tời nâng hạ ñể hạ cần phay xuống (h -1 + x2) mét thì
Dừng
Bước 6: Bật ñộng cơ tời biên dịch chuyển theo chiều thuận (tốc ñộ I) n mét –
Dừng
Bước 7: Bật ñộng cơ tời ñuôi dịch chuyển theo chiều thuận 0,7 mét - Dừng

Bước 8: Bật ñộng cơ tời chính diện dịch chuyển theo chiều thuận 0,7 mét -
Dừng
Bước 9: Bật ñộng cơ tời nâng hạ ñể hạ cần phay hạ xuống x2 mét thì - Dừng
Bước 10: Bật ñộng cơ tời biên dịch chuyển theo chiều ngược (tốc ñộ I hoặc
tốc ñộ II) n - mét – Dừng
Bước 11: Bật ñộng cơ tời biên dịch chuyển theo chiều thuận (tốc ñộ I hoặc
tốc ñộ II) n

- mét – Dừng
Chú ý: trong trường hợp dung dịch bùn bị loãng ñộng cơ tời biên
chuyển tốc ñộ II, nếu bị tắc ở cửa hút áp suất nên cao ñộng cơ tời biên dừng.
ðộng cơ tời biên có kết cấu là ñộng cơ 2 cấp tốc ñộ: khi dung dịch nước bùn
trong ñường ống loãng, ñể ñảm bảo năng xuất thi công, người thợ vận hành
cho ðộng cơ tời biên chạy nhanh hơn.
Khi kết thúc ca làm việc, khi dừng thi công thì trình tự làm ngược lại
nhưng khi nâng cần phay lên cách mặt nước 1 mét thì dừng lại 2 phút ñể hút
nước trắng rửa ñường ống rồi mới ñưa cần phay lên khỏi mặt nước.

2.2. Khảo sát mô hình Tầu cuốc HB16
2.2.1. Giới thiệu về mô hình Tầu cuốc HB16
Mô hình Tầu cuốc HB16 có kích thước thu nhỏ bằng 1/10 Tầu HB16,
với các thông số kỹ thuật sau:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 11.

Bảng 2.1 : Thiết bị và thông số kỹ thuật mô hình tầu cuốc HB16:

TT

Tên thiết bị Số
lượng

Thông số Ghi chú
1 Phao chính 01 Chiều dài: 1200mm,
chiều rộng: 200mm,
chiều cao: 250mm.

2 Phao phụ 02 Chiều dài: 1500mm,
chiều rộng: 400mm,
chiều cao: 250mm

1 Tời nâng hạ dan phay 01 Tốc ñộ nâng 4,5cm/phút
2 Tời biên trái 01 Tốc ñộ tang tời 20
vòng/phút

3 Tời biên phải 01 Tốc ñộ tang tời 20
vòng/phút

4 Tời chính diện 01 Tốc ñộ tang tời 20
vòng/phút

5 Tời ñuôi 01 Tốc ñộ tang tời 20
vòng/phút

6 Cơ cấu phay ñất 01 Tôc ñộ quay dao 30 vòng/
phút

Hệ thống ñộng cơ truyền ñộng ñược ñiều khiển bằng tay


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 12.

Hình 2.2: Hình ảnh tổng thể của mô hình Tầu HB16
(ảnh chụp phía bên trái Tầu: 1-dàn phay; 2-cabin ñiều khiển; 3-buồng máy;
4-ñường ống xả)








Hình 2.3 : Sơ ñồ bố trí hệ thống tời dịch chuyển trên Tầu HB16
(1-ñộng cơ thả thước ño ñộ sâu; 2-Tời nâng hạ cần phay; 3- ðộng cơ phay
ñất; 4- Tời biên trái; 5- Tời biên phải; 6- Tời ñuôi; 7- Tời chính diện)

2

3

4

5

6

7

1

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 13.

Thông số kỹ thuật khác:
Chiều dài cần phay: 900mm
ðường kính cum dao xới: 100mm
Chiều dài cụm dao xới: 100mm.
Toàn bộ Mô hình Tầu cuốc HB16 ñược dịch chuyển trên mặt sàn có
kích thước 1500mm x 2700mm (giả ñịnh mặt sàn là mặt sông).
2.2.2. Trang bị ñiện mô hình Tầu cuốc HB16
a, ðộng cơ truyền ñộng cho tời:
Trên tầu mô hình có 5 tời, như vậy cần có 05 ñộng cơ không ñồng bộ 3
pha truyền ñộng cho tang tời thông qua bộ giảm tốc bánh răng trục vít.


Hình 2.4: ðộng cơ 3 pha trên mô hình
và bộ truyền ñộng bánh vít trục vít
Công suất của ñộng cơ: 125 w
Tốc ñộ ñộng cơ: 1450 vòng/phút
b, Thiết bị - khí cụ của mạch ñiều khiển:
Số lượng các thiết bị và khí cụ ñiện trên mô hình cũng như trên
Tầu thực tế, chỉ khác là trên tầu mô hình không dùng công tắc xoay , các
thông số kỹ thuật nhỏ. Số lượng và chủng loại ñược liệt kê trong bảng sau:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 14.

Bảng 2.2: Bảng kê thiết bị - khí cụ ñiện trên tầu mô hình
TT

Thiết bị - Khí cụ
Số

lượng
Chức năng Hình ảnh
1
Áp tô mát 3 pha
LG-MCCB 15A
01
ðóng căt, bảo
vệ cho toàn
mạch

2
Công tắc gạt 3 vị
trí 5A
06
Bật tắt nguồn
cung cấp cho
rơle trung
gian

3 Rơle trung gian 08
ðiều khiển
cho công tắc
tơ

4
Công tắc tơ LG
GMC32

ðiều khiển
ñộng cơ làm

việc

5 Rơ le nhiệt 06
Bảo vệ ñộng
cơ khi quá tải



2.2.3. Quy trình công nghệ vận hành Mô hình tầu quốc HB16
ðặt tầu vào vị trí chính giữa mặt sàn :
Chiều dài công trình: 1000mm
Chiều rộng dáy thiết kế: b = 1000mm
Chiều sâu hạ cần: h
i
= 250mm

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 15.

M1-ñộng cơ thả thước ño ñộ sâu;
M 2-Tời nâng hạ cần phay;
M 3- ðộng cơ phay ñất;
M 4- Tời biên trái;
M5- Tời biên phải;
M 6- Tời ñuôi;
M7- Tời chính diện

Quy trình công nghệ vận hành Mô hình tầu quốc HB16
ðặt tầu vào vị trí chính giữa mặt sàn :
Chiều dài công trình: 1000mm
Chiều rộng dáy thiết kế: b = 1000mm

Chiều sâu hạ cần: h
i
= 250mm
Kiểm tra ñộ sâu h(m) M1
Bật ñộng cơ tời nâng hạ M2ñể hạ cần phay xuống h
i
= 250mm
Dừng ñộng cơ tời nâng hạ cần phay M2
Bật ñộng cơ phay ñất M3 ñể quay cụm dao xới ñất (trong khi hạ cần)



Bật ñộng cơ tời biên M4, M5 dịch chuyển sang trái L/2(mm)
Dừng ñộng cơ tời biên M4, M5
Chu trình lặp:
[Bật ñộng cơ tời ñuôi xả cáp 100mm
Dừng ñộng cơ tời ñuôi
Bật ñộng cơ tời chính diện dịch quấn cáp 100mm
Áp suất bơm bùn: từ 200 - 300 mHg thì M4, M5 tốc ñộ 1
300-400mHg thì M4, M5 tốc ñộ 2
>400mHg stop
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 16.

Dừng ñộng cơ tời chính diện
Bật ñộng cơ tời biên dịch chuyển sang phải L(mm)
Dừng ñộng cơ tời biên
Bật ñộng cơ tời ñuôi xả cáp 100mm
Dừng ñộng cơ tời ñuôi
Bật ñộng cơ tời chính diện dịch quấn cáp 100mm
Dừng ñộng cơ tời chính diện

Bật ñộng cơ tời biên dịch chuyển sang Trái L(mm)
Dừng ñộng cơ tời biên
Bật ñộng cơ tời ñuôi xả cáp 100mm
Dừng ñộng cơ tời ñuôi
Bật ñộng cơ tời chính diện dịch quấn cáp 100mm
Dừng ñộng cơ tời chính diện
Bật ñộng cơ tời biên dịch chuyển sang Phải L(mm)] Kết thúc chu trình lặp
Bật ñộng cơ tời ñuôi xả cáp 100mm
Dừng ñộng cơ tời ñuôi
Bật ñộng cơ tời chính diện dịch quấn cáp 100mm
Dừng ñộng cơ tời chính diện
Bật ñộng cơ tời biên dịch chuyển sang trái L/2(mm)] ( Tầu về vị trí giữa)
Bật ñộng cơ tời nâng hạ ñể nâng cần phay lên h
i
= 250mm
Dừng ñộng cơ tời nâng hạ cần phay
Dừng ñộng cơ phay ñất (trong khi nâng cần)
ðặt tầu vào mặt cắt mới
Khi kết thúc ca làm việc, khi dừng thi công thì trình tự làm ngược lại
nhưng khi nâng cần phay lên cách mặt nước 1 mét thì dừng lại 2 phút ñể hút
nước trắng rửa ñường ống rồi mới ñưa cần phay lên khỏi mặt nước.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 17.


Hình 2.5: Mô phỏng hành trình dịch chuyển của Tầu HB16 trong thi công
2.2.4.Tính toán hành trình dịch chuyển của mô hình tầu HB16:
Với ñáy sông cần thi có ñộ rộng b = 1000mm
a/ Tính ñộ dài của cáp tính từ puly hướng cáp ñến ñiểm neo khi tầu dịch
chuyển:(hình1.5)
Lấy khoảng cách ngắn nhất từ puly hướng cáp ñến ñiểm ñặt neo A

0
= 500mm
i: số lần dịch chuyển tiến lên phía trước trong hành trình thi công của tầu
(A
0
): khoảng cách ngắn nhất từ puly hướng cáp ñến ñiểm ñặt neo (khi ñướng
cáp neo biên vuông góc với than tầu A
0
= 500mm)
B
i
: là khoảng cách tính toán sau mỗi lần tầu mô hình dịch chuyển lên 100mm
A
i
: là ñộ dài của cáp từ puly hướng cáp ñến ñiểm ñặt neo
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 18.

Bảng 2.3: Bảng số liệu tính toán ñộ dài của cáp từ puly
hướng cáp ñến ñiểm ñặt neo biên:
i (A
0
) B
i
A
i
=sqrt(A
0
2
+B
i

2
) ∆1
i
Ghi chú
1 500 500 707.1068 0
2 500 400 640.3124 66.7944


3 500 300 583.0952 57.2172


4 500 200 538.5165 44.5787


5 500 100 509.902 28.6145


6 500 0 500 9.902
7 500 100 509.902 9.902
8 500 200 538.5165 28.6145
9 500 300 583.0952 44.5787
10 500 400 640.3124 57.2172
11 500 500 707.1068 66.7944

b/ Tính toán chiều dài cung dịch chuyển của puly hướng cáp l
i
:
l
i
= r

i
. α
i
. 2π/360 (2.1)
Trong ñó:
r
i
: bán kính quay của puly hướng cáp
α
i
: góc quay của tầu

Khi biết ñộ rộng b của ñáy sông phải thi công, tính toán cung
dịch chuyển lần ñầu tiên của tầu như sau(hình1.6)
Công thức tính ñộ dài dây cung: l = R. α (2.2)
Trong ñó:
b: chiều rộng ñáy thiết kế phải thi công
R: bán kính quay của cụm dao xới