Nghiên cứu thay thế hệ thống điều khiển truyền động cho tời trục mỏ than khe chàm

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐINH ĐĂNG ĐỊNH

NGHIÊN CỨU THAY THẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRUYỀN ĐỘNG CHO TỜI TRỤC MỎ THAN KHE CHÀM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà

Thái Nguyên - 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ......................... 3
CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ..................................................... 3
1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam ......................................................... 3
1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới ............................................................................ 3
1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam ...................................................................... 4
1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18]................................................. 6

1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian ............................................................................... 6
1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ .................................................................................... 6
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện.............................................................................. 7
1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí).................................................................. 7
1.2.5. Kết luận ............................................................................................................................... 7
1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh ................................... 8
1.3.1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ .......................................................................................... 8
1.3.2. Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng ................................................................................. 9
1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ ............................................................................... 11
1.3.4. Nhận xét ............................................................................................................................ 15
1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19] ..................................................... 15
1.3.5.1. Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC) ............................... 15
Chƣơng 2. TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ......... 22
LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ............. 22
2.1. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh ................................ 22
2.1.1. Hệ thống truyền động của tời trục JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80) công ty than Mạo
Khê .............................................................................................................................................. 22
2.1.1.2. Nhận xét .........................................................................................................25
1.1.2. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh .......................... 25
2.1.3. Hệ thống truyền động điện của tời trục 2Ц-3,5x1,7-17 công ty than Mông Dƣơng ... 27
2.1.4. Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm ..................... 30
2.1.5. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm ........................... 34
2.2. Đánh giá thực trạng hệ thống truyền động điện và các hệ thống điều khiển hiện nay của
tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh.......................................... 36
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iii
2.3. Giới thiêu vài nét về biến tần điều khiển động cơ xoay chiều.......................................... 38

2.4. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ ........................................... 40
2.5. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ ................................................................ 42
2.5.1. Động cơ điện .................................................................................................................... 42
2.5.2. Biến tần ............................................................................................................................. 43
2.5.3. Bộ điều chỉnh dòng [8]; [10]; [15]; [16] ......................................................................... 43
2.5.4. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ .................... 45
2.6. Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục [19] ...................... 46
2.6.1. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian............................... 47
2.6.2. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo quãng đƣờng ....................... 48
2.7. Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển tốc độ đặt cho phù hợp với tời trục mỏ ................... 49
2.7.1. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo thời gian ................................................. 49
2.7.2. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo quãng đƣờng ........................................... 50
Chƣơng 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ
...................................................................................................................................................... 51
TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG CÔNG TY THAN KHE CHÀM ...................................... 51
3.1. Hệ thống trục tải JK - 2,5/ 20A công ty than Khe Chàm ................................................. 51
3.1.1. Thông số kỹ thuật của trục tải JK-2,5/ 20A................................................................... 51
3.1.2. Biểu đồ nâng tải theo thiết kế của hệ thống trục tải JK - 2,5 [24] ................................. 52
3.1.3. Tính toán vận tải ............................................................................................................... 53
3.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục tại
Công ty than Khe Chàm bằng phần mềm Matlab & Simulink ............................................... 55
3.2.1. Mô tả sơ đồ mô phỏng ..................................................................................................... 55
3.2.2. Sơ đồ mô phỏng thu gọn cho tời trục mỏ Khe Chàm .................................................... 57
3.2. Kết luận ................................................................................................................................ 59
Chƣơng 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ........... 60
BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ GIÁM SÁT HỆ BẰNG WINCC..................... 60
CHO TỜI TRỤC MỎ ................................................................................................................ 60
4.1. Mô hình hệ thống hệ thống điều khiển .............................................................................. 60
4.1.1. Mô hình hệ thống điều khiển hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC ..... 60
4.1.2. Chức năng của các thiết bị chính trong mô hình điều khiển ......................................... 61

3.2. Lựa chọn các thiết bị điều khiển......................................................................................... 61
4.2. Yêu cầu công nghệ điều khiển tời trục giếng nghiêng...................................................... 61
4.4. Chƣơng trình điều khiển ..................................................................................................... 64
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iv
4.4.1. Cài đặt các tín hiệu vào - ra ............................................................................................. 64
4.4.2. Chƣơng trình điều khiển .................................................................................................. 66
4.5. Thiết lập giao diện giám sát trên WinCC 7.0 .................................................................... 71
chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải .................................................................................... 74
4.6. Mô hình thực nghiệm tai phòng thí nghiệm ...................................................................... 74
4.6. Kết luận ................................................................................................................................ 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 81

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ...................................................................................... 8
Hình 1-2. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng ............................................. 9
Hình 1-3. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng............................................. 10
Hình 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục........................................................................... 12
Hình 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục........................................................................... 12
Hình 1-7. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục........................................................................... 13
Hình 1-8. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục........................................................................... 14

Hình 1-9. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục........................................................................... 14
Hình 1-10. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b) ................................. 15
Hình 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện ................................................................ 16
Hình 1-12. Cấu trúc hệ truyền động điện máy phát động cơ với khuếch đại máy điện và
khuếch đại từ trung gian ............................................................................................................... 17
Hình 1-15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động ...................................................... 18
cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor............................................................ 18
Hình 1-16. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động ...................................................... 19
Hình 1-18. Đặc tính tĩnh hệ thống truyền động điện khi giảm tốc ............................................ 21
đƣa dòng điện có tần số thấp vào mạch stator............................................................................. 21
Hình 1-19. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ ......................................... 21
Hình 2-1. Sơ đồ hệ thống tời trục JTK-1.6.................................................................................. 23
Hình 2-3. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh ................................. 26
Hình 2-4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Mông Dƣơng ...................... 28
Hình 2-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục 2 Ц-3,5X1,7-17 ...................................... 30
Hình 2-6b. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục БМ-2000 .............................................. 33
Hình 2-7. Sơ đồ hệ truyền động điện tời trục mỏ JK-2,5 ........................................................... 34
Hình 2-8. Sơ đồ nguyên lý bàn điều khiển tời trục JK - 2,5...................................................... 35
Hình 2-9. Sơ đồ hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ.......................................................... 41
Hình 2-11. Sơ đồ cấu trúc các bộ biến tần gián tiếp ................................................................... 42
Hình 2-12. Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần nghịch lƣu PWM ........................................................... 44
Hình 2-13. Sơ đồ khối cấu trúc hệ truyền động động cơ không đồng....................................... 45
bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa từ thông rotor.................................................................... 45
Hình 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ.............................. 46
Hình 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ.............................. 46
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

vi

Hình 2-15. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc không đổi ............................................... 47
Hình 2-16. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc thay đổi .................................................. 47
Hình 2-17. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian ........................ 48
Hình 2-18. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo quãng đƣờng

dc

f (S v ) ........... 49

Hình 3-1. Biểu đồ nâng 5 thời kỳ khi chở ngƣời mức + 32 - 225 ............................................. 52
Hình 3-2. Biểu đồ nâng 7 thời kỳ khi chở hàng mức + 32 - 225 ............................................... 53
Hình 3-3. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ
cho tời trục mỏ .............................................................................................................................. 55
Hình 3-4. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng bộ điều khiển tốc độ ......................................... 56
Hình 3-5. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ.................................................. 57
Hình 3-6. Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ ....................................................... 57
Hình 3-7. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ.................................................. 58
Hình 3-8. Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ ....................................................... 58
Hình 4-1. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ........................................... 60
truyền động cho tời trục mỏ điều khiển bằng PLC..................................................................... 60
Hình 4-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển............................................................................... 64
Hình 4-8. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V0 .................................... 72
Hình 4-9. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 .................................... 72
Hình 4-10. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V2 .................................. 73
Hình 4-11. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 bị sự cố.................... 73
Hình 4-12. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ hạ tải vận tốc V1 ...................................... 74
chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải....................................................................................... 74
Hình 4-13. PLC S7-300 CPU 313C trong mô hình ................................................................... 75

Hình 4-15. Cảm biến hành trình trên đƣờng ray......................................................................... 76
Hình 4-16. Biến tần M440 trong mô hình.................................................................................. 76
Hình 4-17. Goòng tải trong mô hình ........................................................................................... 77
Hình 4-18. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong....................................................... 78
Hình 4-19. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong....................................................... 79

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

1
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay ngành công nghiệp khai thác và chế biến than đang đƣợc thiết kế và
xây dựng ngày càng có công suất lớn hơn, biên giới mỏ đƣợc mở rộng, các mỏ than
hầm lò thì ngày càng xuống sâu và trình độ trang bị cơ giới hoá cao hơn. Đồng nghĩa
với việc đó là nhu cầu sử dụng điện năng cho các khâu: thông gió, bơm thoát nƣớc mỏ,
vận tải, máy khai thác ... ngày một gia tăng. Vì vậy vấn đề sử dụng điện năng một cách
có hiệu quả, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, an toàn là rất cần thiết.
Từ vấn đề trên để triển khai chƣơng trình từng bƣớc tự động hoá các khâu trong
sản xuất, đặc biệt là tiết kiệm điện năng, ngày 22/08/2005 Tổng giám đốc Tập đoàn
Công nghiệp than và khoáng sản Việt Nam đã ban hành chỉ thị số 08/CT- CĐM về
việc sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất, và công văn số
1166/CV- CL ngày 26/02/2007 thông báo kết luận của Tổng giám đốc về sử dụng biến
tần và khởi động mềm nhằm tiết kiệm điện năng.
Chƣơng trình đầu tƣ, phát triển sản xuất than tập đoàn than khoáng sản Việt
Nam hiện nay đang tập trung giải quyết các vấn đề giảm chi phí đầu vào, nâng cao
hiệu quả sản xuất kinh doanh. Đồng thời tiết kiệm điện năng nâng cao năng lực sản
xuất là vấn đề cấp bách khi sản lƣợng khai thác ngày càng tăng.
Giải pháp ứng dụng biến tần để điều khiển hệ thống vận tải bằng băng tải, máng

cào, trục tải; hệ thống bơm thoát nƣớc chính, hệ thống quạt thông gió chính... thay thế
cho hệ thống điều khiển cũ không chỉ giúp cho hệ thống chạy ổn định, dải điều chỉnh
rộng, nâng cao tuổi thọ động cơ, tuổi thọ hệ thống, nâng cao năng suất và đơn giản
trong quá trình vận hành, mà còn tiết kiệm đƣợc điện năng.
2. Mục tiêu của đề tài
“Nghiên cứu thay tế hệ thốngđiều khiển truyền động cho tời trục mỏ than
Khe Chàm”nhằm giải quyết các vấn đề sau:
+ Tự động hoá việc điều khiển công nghệ vận tải bằng tời trục qua giếng
nghiêng.
+ Tiết kiệm điện năng, đáp ứng yêu cầu điều khiển mềm dẻo theo công nghệ.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho trục tải vận tải ngƣời và thiết bị vật liệu qua giếng nghiêng .
- Phạm vi nghiên cứu trục tải vận tải qua giếng nghiêng vùng mỏ Quảng Ninh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

2

4. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát thực trạng các hệ điều khiển hiện nay của tời trục mỏ tại khu vực
khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh .
- Mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho trục tải giếng
nghiêng bằng phần mềm SIMULINK - MATLAB.
- Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển lôgic khả trình (PLC) - Biến tần - Động
cơ để tự động hoá trục tải giếng nghiêng.
- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu tổng hợp sau:

- Phƣơng pháp thực nghiệm: Khảo sát thực trạng tại các mỏ than để nắm rõ về
mức độ vận tải sử dụng trục tải.
- Phƣơng pháp mô phỏng phân tích: nhằm mô phỏng hệ truyền động điện cho
trục tải ghiếng nghiêng.
- Phƣơng pháp tính toán lý thuyết: dựa trên kết quả mô phỏng để từ đó tự động
hoá hệ truyền động điện cho trục tải mỏ.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu có thể triển khai áp dụng cải tiến hệ truyền động điện của
các của trục tải đang sử dụng hiện nay để nâng cao năng lực, an toàn và hiệu quả của
vận tải ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng ninh.
- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC
- Nghiên cứu và xây dựng mô hình điều khiển hệ truyền động điện Biến tần Động cơ bằng PLC cho tời trục mỏ trong các mỏ than hầm lò tại phòng thí nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

3

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam
1.1.1.Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới
Vận tải bằng tời trục là hình thức vận tải phổ biến ở các nƣớc trên thế giới. Vận
tải bằng tời trục có nhiệm vụ giải quyết vấn đề đi lại ở các khu vực khai thác mỏ, vận
chuyển vật liệu, khoáng sản trong các hầm mỏ.
Ở các mỏ hầm lò trên thế giới, do những tính chất rất riêng biệt của khâu vận
chuyển nên tời trục vẫn là phƣơng tiện vận tải quan trọng và hiệu quả để vận chuyển
đất đá, khoáng sản, thiết bị vật tƣ và con ngƣời phục vụ sản xuất.

Theo thống kê trên thế giới hiện nay một số nƣớc vẫn sử dụng tời trục trong khai
thác mỏ hầm lò điển hình là Trung Quốc và Nga.
Một số thiết bị tời trục Trung Quốc sản xuất đƣợc thống kê trong bảng 1.1.
Bảng 1.1
Công suất
Lực
Chiều dài
Tổng
động cơ
Tốc độ nâng kéo lớn làm việc
trọng
STT
Mã hiệu tời
(KW)
(m/s)
nhất
(m)
lƣợng
(KN)
(Kg)
1 JD -1
11.4
0,43 - 1,03
10
400
550
2 JD -1.6
25
0.6 -1.2
20

400
1460
3 JD - 2.5
40
1.115-1.632
25
400-650
2800
4 JD - 3
45
1.115 - 1.632
30
400-650
2800
5 JH - 8
7.5
0.1
80
80
650
6 JH - 14
18.5
0.1
140
120
1400
7 JH - 20
22
0.124
200

170
2500
8 JH – 30
45
0.13
300
31
4460
9 JH – 8E
7.5
0.115
80
80
650
10 JTK - 1600
130
2.5
45
865
11080
11 JK - 2/20A
255
3,75
60
1000
11250
12 JK - 2.5/20A
570
4.7
90

1300
12750
Một số loại tời trục của Nga sản xuất đƣợc thống kê trong bảng 1.2

Mã hiệu
БМ-2000/1530 3A
БМ-2000/1520 3A
2БМ-2000/1020 3A

Đƣờng
Chiều
kính
rộng
cáp lớn
(mm)
nhất

Số
tang

Đƣờng
kính
tang
(mm)

1

2000

1500

25

2,5

140

22700

1

2000

1500

25

3,7

225

22700

2

2000

1000

25

2,5

90

31300

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Tốc độ
chuyển
động
(m/s)

Công
suất
động cơ
(kW)

Bảng 1.2
Trọng
lƣợng
máy
(KG)

/>

4
2БМ-2500/1230 4A
2БМ-2500/12114A

БМ-3000/2030 4A
БМ-3000/2030 4A
2БМ-3000/15114A
БЛ - 800/630- 2M
БЛ - 1200/10302M
2БЛ - 1200/8302M
ΠΠΚ - 4/500

2

2500

1200

31

2,5/3,15

115/140

34050

2

2500

1200

31

5,45/6,6

250/300

34055

1

3000

2000

37

3,0/3,7

260/325

40600

1

3000

2000

37

4,5/5,6

345/450

40920

2

3000

1500

37

4,5/5,7

350/460

48050

1

800

600

15,5

1,5

15

1504

1

1200

1000

17,5

2,0

60

7200

2

1200

800

18,5

2,0

35

8400

1

850

600

21,5

0,24

20

4540

1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam
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, giá thành vận tải chiếm
từ 40% đến 50% trong tổng chi phí chung. Vì vậy để giải quyết tốt nhiệm vụ vận tải
vừa đáp ứng đƣợc yêu cầu khai thác vừa mang lại hiệu quả kinh tế cần phải lựa chọn
công nghệ vận tải hợp lýđồng thời phải lựa chọn các thiết bị vận tải phù hợp nhằm
phát huy hiệu quả và năng lực vận tải.
Vận tải bằng tời trục có ƣu điểm là năng suất vận tải lớn, làm việc với 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 cao so với đầu tƣ xây dựng các tuyến băng chuyền cỡ
lớn nên hầu hết các mỏ than khai thác hầm lò ở nƣớc ta đều sử dụng tời trục làm
phƣơng tiện vận chuyển. Theo số liệu khảo sát thực tế tại các mỏ than lớn và trung
bình vùng Quảng Ninh đang hoạt động với số lƣợng đƣợc trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3
Tổng S.lƣợng C.suất đ.cơ
TT

Tên đơn vị
Mã hiệu
Nƣớc SX
(chiếc)
(kW)
JK - 2.5/20A
T.Quốc
570
01
1
SJ - 1600
130
01
Công ty than
JD -4
T.Quốc
55
01
Khe Chàm
Ц1,6 x1,2Б
125
01
Nga
75
01
-1200
JTK - 1.6
01
130
T.Quốc

2
Công ty than JD - 4
03
55
Hà Lầm
БM-2000
01
140
Nga
ЛПК-4
01
20
2 Ц-3,5x1,7-17
01
400
Nga
3 Công ty than 2 Ц-3,5x1,7-11
01
320
Mông Dƣơng
JD - 4
09
55
T.Quốc
JTK -1.6
02
130
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

5

4

5

Công ty than
Thống Nhất

Công ty than
Mạo Khê

6

Công ty than
Dƣơng Huy

7

Công ty than
Quang Hanh

8

Công ty than
Vàng Danh

9

Công ty TNHH
than Nam Mẫu
Công ty TNHH
10 than Đồng Vông

11

JTK-1600
JH - 30
JTK- 1.0x0.8
БM-2000
2БM-2000
SJ-1600
JK-2/20A
JD - 3
2ЛП 18/1000
2БM-2000
SJ-1600
JD - 4
JD -2.5
JD - 3
JD -4
JK - 2/20A
SJ-1600
JD - 4
БM-2000
SJ-1600
JD - 4
JD - 4
SJ -1600

БM - 2000

Công ty TNHH JD - 4
than Hồng Thái JH -30

T.Quốc
Nga

01
02
01
01
01
01
01
02
02
02
02
04
02
02
02
01
01
02
01
02
04
03

01
02

130
45
75
140
225
130
255
45
55
225
130
55
40
45
55
255
130
55
225
130
55
55
130
140

T.Quốc

04
04

55
45

T.Quốc
Nga

T.Quốc
Nga
Nga
T.Quốc
T.Quốc
T.Quốc
Nga
T.Quốc

Tổng cộng

75

Hiện nay, động cơ truyền động cho tời trục mỏ thƣờng là động cơ điện xoay chiều
không đồng bộ ba pha rôto dây quấn, điều khiển các chế độ làm việc của tời trục mỏ
chủ yếu bằng phƣơng pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ thông
qua các công tắc tơ.
Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn có ƣu nhƣợc điểm là:
* Ưu điểm:
- Giảm dòng khởi động động động cơ bằng cách đƣa các điện trở phụ vào mạch
rôto của động cơ đồng thời tăng đƣợc mômen khởi động.

- Điều chỉnh tốc độ động cơ đƣợc thực hiện bằng cách đƣa thêm hoặc loại điện
trở phụ ra nhờ công tắc tơ.
- Có mômen tới hạn (Mth) không đổi trong quá trình làm việc khi điều chỉnh điện
trở phụ mạch rôto.
- Dải điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào mômen tải.
* Nhược điểm:
- Tổn thất điện năng đáng kể trên các điện trở điều chỉnh đặc biệt khi làm việc ở
vùng tốc độ thấp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

6
- Quá trình chuyển cấp tốc độ không êm dịu.
- Chi phí vận hành tăng do phải thƣờng xuyên bảo dƣỡng, sửa chữa, thay thế
vành góp điện, chổi than và các tiếp điểm.
1.2.Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18]
Để đảm bảo điều khiển tự động một quá trình (mở máy, hãm máy, đảo chiều
quay…) theo một quy luật thƣờng sử dụng một số nguyên tắc điều khiển sau đây:
1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian
Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là các thông số làm việc
của mạch động lực biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển phát ra theo một
quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống. Những
phần tử thụ cảm đƣợc thời gian để phát tín hiệu cần đƣợc chỉnh dựa theo ngƣỡng
chuyển đổi của đối tƣợng. Ví dụ nhƣ tốc độ, dòng điện, mômen của động cơ đƣợc tính
toán chọn ngƣỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể.
Những phần tử thụ cảm đƣợc thời gian có thể gọi chung là bộ tính thời gian. Nó
tạo nên một khoảng thời gian trễ kể từ khi có tín hiệu đƣa vào đầu vào của nó cho đến
khi nó phát đƣợc tín hiệu ra đƣa vào phần tử chấp hành.
*Ưu điểm:

- Thời gian mở máy không (hoặc rất ít) thay đổi. Thiết bị đơn giản an toàn và
làm việc tin cậy.
- Nguyên tắc này thƣờng đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nên sử
dụng nguyên tắc này để khởi động và hãm động năng.
* Nhược điểm:
Mômen khởi động, dòng điện khởi động và mômen động chịu ảnh hƣởng bởi
các tham số mômen cản (Mc), mômen quán tính (J), điện áp nguồn (U) và nhiệt độ môi
trƣờng ( ). Đặc biệt là có thể xuất hiện dòng điện và mômen nhảy vọt lớn quá mức
cho phép khi mômen cản (Mc) và mômen quán tính (J) tăng lên. Vì vậy cần phải đặt
bảo vệ cực đại khi áp dụng nguyên tắc này.
1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ
Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc
trƣng quan trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện. Do vậy,
ngƣời ta dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch
điều khiển phải có phần tử thụ cảm xác định chính xác đƣợc tốc độ làm việc của động
cơ gọi là rơle tốc độ. Khi tốc độ đạt đƣợc những trị số ngƣỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ
phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống.
* Ưu điểm:
Dùng ít thiết bị (có thể dùng ngay công tắc tơ đấu trực tiếp vào phần ứng của
động cơ để kiểm tra tốc độ mà không cần thông qua rơle tốc độ).
* Nhược điểm:
- Điện áp chỉnh định của các công tắc tơ khác nhau.
- Thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc vào Mc, J, U, , R của cuộn dây.
Khi điện áp lƣới dao động sẽ làm thay đổi tốc độ chuyển cấp, mômen dòng điện sẽ
nhảy vọt.
Khi điện áp lƣới giảm quá có khả năng xẩy ra không đủ điện áp hút cho công
tắc tơ tác động, do đó động cơ sẽ làm việc lâu dài ở vùng tốc độ thấp nào đó làm cho
điện trở mở máy bị đốt nóng quá mức.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

7
- Khi nhiệt độ thay đổi thì tốc độ chuyển cấp cũng thay đổi.
- Phƣơng pháp này nên dùng khi hãm động cơ một chiều và xoay chiều. Đồng
bộ hóa động cơ đồng bộ.
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện
Dòng điện trong mạch phần ứng của động cơ là một thông số làm việc rất quan
trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện. Nó phản ánh trạng
thái mang tải bình thƣờng của hệ thống, trạng thái non tải, trạng thái quá tải, cúng nhƣ
phản ánh trạng thái đang khởi động hay hãm của động cơ truyền động điện. Trong quá
trình khởi động và hãm dòng điện cần phải đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho
phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng điện có thể giữ không đổi ở một trị số
nào đó theo yêu cầu của quá trình công nghệ.
Ta có thể dùng các công tắc tơ có cuộ dây dòng điện hoặc rơle dòng điện kiểu
điện từ hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện để điều
khiển hệ thống theo yêu cầu trên.
* Ưu điểm:
- Duy trì đƣợc mômen động cơ trong một giới hạn xác định.
- Quá trình mở máy, hãm máy không phụ thuộc vào cuộn dây rơle.
*Nhược điểm:
- Thời gian mở máy tăng lên (hay giảm xuống) phụ thuộc vào sự tăng (hay
giảm xuống) của Mc và J.
- Mômen động phụ thuộc vào Mc, J, U và có thể xẩy ra tình trạng động cơ dừng
lại ở một đƣờng đặc tính nhân tạo trung gian nào đó làm cho điện trở khởi động bị
nung nóng quá mức.
Phƣơng pháp này dùng có lợi khi đồng bộ hóa động cơ đồng bộ hoặc dùng vào
những trƣờng hợp cần làm giảm dao động của từ thông và tăng cƣờng từ thông của
động cơ một chiều.
1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí)

Khi đối tƣợng bị điều khiển chuyển động mà tại một vị trí trên hành trình của nó,
cần có lệnh điều khiển thì dùng phƣơng pháp điều khiển theo vị trí là thích hợp nhất.
Thƣờng có hai cách để điều khiển theo vị trí:
- Điều khiển theo vị trí đơn giản nhất là dùng các công tắc hành trình (có tiếp
tiểm hoặc không tiếp điểm) đặt tại nơi cần ra lệnh điều khiển.
* Ưu điểm:
Sơ đồ đơn giản, dùng ít thiết bị.
* Nhược điểm:
- Độ chính xác không cao.
- Thiết bị thƣờng dùng: các loại công tắc giới hạn.
- Chỉ áp dụng đƣợc ở máy, cơ cấu có từng vị trí xác định trong không gian.
1.2.5. Kết luận
Trong thực tế còn có nhiều nguyên tắc điều khiển khác, chẳng hạn điều khiển
theo công nghệ, theo chức năng, công suất, nhiệt độ v.v…
Tất cả mọi nguyên tắc điều khiển có thể đƣợc phối hợp với nhau trong cùng
một sơ đồ điều khiển.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

8

1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh
1.3.1.Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ

Hình 1-1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ
Trong đó:
1 - Trục chính; 2 - Hộp giảm tốc; 3- Múp nối; 4- Múp nối chốt trụ; 5 - Phanh đĩa;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

9
6 - Trạm thủy lực; 7 - Bộ hiển thị độ sâu; 8 - Bộ phận truyền động của bộ hiển thị độ
sâu; 9 - Động cơ phanh thủy lực; 10 - Bộ phận khóa chốt; 11 - Ghế ngồi điều khiển;
12 - Bàn điều khiển; 13 - Động cơ truyền động cho tời;
1.3.2. Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng
a) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng
Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng đƣợc thể hiện trên
hình 1-2. Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải đƣợc tính theo công thức sau: [19]
Fcn [(m v m0 ).(sin fb . cos ) g c .(L S v ).(sin fk . cos )].g (1.1)
Fch
[(m v m0 ).(sin fb . cos ) g c .S v .(sin fk . cos )].g (1.2)
trong đó:
Fcn - Lực cản trên tang khi nâng có tải, N;
Fch - Lực cản trên tang khi hạ có tải, N;
- Góc nghiêng của giếng vận chuyển, độ;
fb - Hệ số sức cản khi xe goòng chuyển động;
fk - Hệ số sức cản khi cáp nâng chuyển động;
L - chiều dài cáp từ tang quấn cáp đến thùng nâng, m;
Sv - Quãng đƣờng nâng, m;
gc - Khối lƣợng 1 mét cáp, Kg/m;
mv - khối lƣợng hàng vận chuyển, Kg;
m0 - Khối lƣợng xe goòng, Kg;
1
3

1- §éng c¬ truyÒn ®éng
2- C¸p
3- Tang

4- Xe goßng
Lk – Qu·ng ®uêng lµm viÖc

2

4

Lk

Hình 1-2. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng
Hệ số sức cản fb phụ thuộc vào trọng lƣợng xe goòng, vận tốc nâng đƣợc tra
theo bảng 1.5. [19]
Bảng 1.5. Hệ số sức cản fb
Khối lƣợng
Vận tốc lớn nhất (m/s)
xe goòng có tải
3m / s
3 5m / s
Nhỏ hơn 1 tấn
0,026
0,039
Từ 1 đến 2 tấn

0,02

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

0,030
/>

10
T 2 n 3 tn

0,016

0,024

Ln hn 3 tn

0,015

0,022

H s sc cn fk ph thuc vo cỏp, s lng con ln cỏp b trớ trờn ng
ray v gúc nghiờng , fk = 0,3 0,37.
b) Ti trc m ging nghiờng kộo hai goũng
S cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo hai goũng (goũng lờn cú ti,
goũng xung khụng ti) th hin trờn hỡnh 1-3. Lc cn trờn tang khi nõng hoc h ti
c tớnh theo cụng thc sau:
Fcn {[m v g c (L 2S v )]. sin [(m v 2m0 ).fb g c .L.fk ] cos }.g (1.3)
Fch {[ m v g c (L 2S v )]. sin [(m v 2m0 ).fb g c .L.fk ] cos }.g (1.4)
1
5

3
1- Động cơ truyền động
2- Cáp
3- Tang
4- Xe goòng có tải
5 - Xe goòng không tải

Lk Quãng đuờng làm việc

2

4

Lk

Hỡnh 1-3. Cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo hai goũng
Nh vy lc cn trờn tang ca ti trc m cú hai xe goũng s n hn so vi
trng hp ti trc kộo mt xe goũng, nng sut ca ti trc kộo hai xe goũng ln hn
so vi ti trc kộo mt xe goũng.
c) Ti trc m ging nghiờng kộo mt goũng v mt i trng
S cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo mt goũng v mt i trng:

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

11
1
5

3
1- Động cơ truyền động
2- Cáp
3- Tang
4- Xe goòng có tải
5 - Đối trọng
Lk Quãng đuờng làm việc

2

4

Lk

Hỡnh 1-4. S cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo 1 goũng v 1 i trng
Lc cn trờn tang khi nõng hoc h ti c tớnh theo cụng thc sau: [19]
Fcn {[(m v m0 m d ) g c (L 2S v )]. sin [(m v m0 m d ).fb g c .L.fk ] cos }.g
(1.5)
Fch {[( m v m0 m d ) g c (L 2S v )]. sin [(m v m0 m d ).fb g c .L.fk ] cos }.g
(1.6)
trong ú: L - Chiu di cỏp t tang n xe goũng, m;
md - Khi lng i trng, Kg;
Nh vy lc cn trờn tang ca ti trc khi cú i trng s nh hn so vi trng
hp khụng cú i trng.
1.3.3. Cỏc ch lm vic ca ti trc m
Ti trc m cú 3 ch lm vic: tng tc, chy u v gim tc n dng.
- Ch tng tc l ch lm vic ca ng c truyn ng cho ti trc t tc
bng khụng n tc lm vic cho phộp.
- Ch chy u l ch lm vic ca ng c truyn ng cho ti trc cú
tc lm vic khụng i trong thi gian lm vic cho phộp.
- Ch gim tc l ch lm vic ca ng c truyn ng cho ti trc t
tc cho phộp gim dn v tc bng khụng.
Trong ba ch lm vic thỡ ch tng tc v ch gim tc cú ý ngha
quan trng, ph thuc vo tng loi ti trc v kt cu ca xe goũng. c trng cho
cỏc ch lm vic ca ti trc l biu tc , biu tc i vi ti trc m rt
a dng, song cú 5 dng c bn sau:
- Biu tc 2 thi k

- Biu tc 3 thi k
- Biu tc 5 thi k
- Biu tc 6 thi k
- Biu tc 7 thi k
1.3.3.1. Biu tc 2 thi k
Biu tc hai thi k c th hin trờn hỡnh 1-5. c trng c bn ca
biu tc hai thi k l giai on tng tc t0 v gim tc t1. Trong giai on tng
tc vn tc tng liờn tc t khụng n giỏ tr cc i v max, trong giai on gim tc vn
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

12
tốc giảm liên tục từ giá trị cực đại vmax về không. Gia tốc trong 2 thời kỳ không thay
đổi và nhỏ hơn gia tốc cho phép.

V,a
Vmax

a1
0

a2

t

t0
Hình 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục
a1 = const; a1< a1cp
a2 = const; a2< a2cp

Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ là biểu đồ tốc độ đơn giản, sử dụng đối với tời trục kéo
thùng cũi có quãng đƣờng vận chuyển ngắn (< 80m). [21]
1.3.3.2. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ
Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ đƣợc thể hiện trên hình 1-6 [19]. Đặc trƣng cơ bản của
biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là gia đoạn tăng tốc t1, giai đoạn chuyển động đều t2 và gia
đoạn giảm tốc t3. Trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc xe goòng chuyển động với tốc
độ thay đổi, gia tốc khi tăng tốc không đổi hoặc thay đổi nhỏ hơn giá trị cho phép.
a 1 ≤ a 1cp ;

a 3 ≤ a 3cp

a 2 = const ;

Trong giai đoạn chuyển động đều vận tốc của thùng nâng, vận tốc của thùng
nâng luôn nhỏ hơn hoặc bằng vận tốc cho phép ( v v cp max ), vận tốc cho phép phụ
thuộc vào từng loại tời trục, tải trọng và quãng đƣờng vận chuyển.
Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là dạng biểu đồ tốc độ đơn giản, song quá trình tăng
tốc và giảm tốc không phù hợp với tời trục mỏ có đƣờng cong dỡ tải.
V,a

V,a

Vmax

Vmax

a1

a1
a2

0

a3
t0

t1

t

a2

0

t2

a3
t0

t1

t

t2

Hình 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục
1.3.3.3. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ
Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục mỏ đƣợc thể hiện trên hình 1-7 [21]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

13
Đặc trƣng của biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc có
hai gia tốc khác nhau. Để goòng không tải khi đi ra khỏi đƣờng cong dỡ tải dễ dàng
hơn goòng có tải khi đi vào đƣờng cong dỡ tải chọn vk1> vk2.
- Thời kỳ tăng tốc t0
Trong thời kỳ t0 vận tốc xe goòng tăng từ tốc độ v = 0 đến vk1, xe goòng chuyển
động với gia tốc a1. Đây là thời kỳ xe goòng tăng tốc trong đƣờng cong dỡ tải.
V, a

V, a

Vmax

Vmax

a1

vk1

a2

vk2

a1

vk1

a4

t0

t1

t2

t3

a5
t4

vk2

a2

a3

a3
a4

t
t0

t1

t2

t3

a5

t4

Hình 1-7. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục
- Thời kỳ tăng tốc t1
Trong thời kỳ tăng tốc t1 vận tốc của xe goòng tăng từ vk1 đến vmax, thùng nâng
chuyển động với gia tốc a2> a1. Đây là thời kỳ xe goòng tăng tốc sau khi ra khỏi đƣờng
cong dỡ tải, gia tốc a2 có thể không đổi hoặc thay đổi.
- Thời kỳ giảm tốc t3
Trong thời kỳ t3 tốc độ xe goòng giảm tốc từ tốc độ vmax đến vk2, xe goòng
giảm tốc với gia tốc a4. Đây là thời kỳ xe goòng giảm tốc trƣớc khi vào đƣờng cong dỡ
tải.
- Thời kỳ giảm tốc t4
Trong thời kỳ này vận tốc xe goòng giảm từ vk2 đến tốc độ bằng không, với gia
tốc a5< a4. Đây là thời kỳ xe goòng giảm tốc trong đƣờng cong dỡ tải.
1.3.3.4. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ
Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ đƣợc thể hiện trên hình 1-8 Sự khác nhau giữa biểu đồ
tốc độ 6 thời kỳ và biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ ở giai đoạn giảm tốc. Trong giai đoạn giảm
tốc, ngoài hai thời kỳ giảm tốc t3 và t5 giống biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ còn có thời kỳ
chuyển động đều t4 với vận tốc vk2 trong đƣờng cong dỡ tải. Vì có vận tốc dỡ tải không
đổi (vk2 = const) nên thiết bị nhận tải đều hơn, hệ thống hoạt động tốt hơn. Biểu đồ tốc
độ 6 thời kỳ phù hợp với tời trục kéo thùng skip hoặc thùng cũi lật.
V, a
vmax
vk1

a2

a1

vk2

a3

a5

0
t0

t1

t2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

a4
t3

a6

t

t4 t5
/>
t


14
Hình 1-8. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục
1.3.3.5. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ
V, a

Vmax
vk1
a1

vk2

a3
a4

a2

a6
a7

t0

t1

t2

t3

a5
t4

t5

t6

Hình 1-9. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục

Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ đƣợc thể hiện trên hình 1-9. Sự khác nhau giữa biểu đồ
tốc độ 7 thời kỳ với biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ là ở giai đoạn tăng tốc.
Trong giai đoạn tăng tốc, ngoài hai thời kỳ tăng tốc với gia tốc không đổi a 1, a3
còn có thời kỳ chuyển động đều trong đƣờng cong dỡ tải với vận tốc vk1.
Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ thích hợp với tời trục kéo hai thùng skíp hoặc hai
thùng cũi lật.
1.3.3.6. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ
Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ đƣợc thể hiện trên hình 110, biểu đồ là sự kết hợp giữa các loại biểu đồ tốc độ với nhau.
- Khi nâng tải
t0 - Thời kỳ tăng tốc từ v = 0 đến vmax, a1 0
t1 - Thời kỳ chuyển động đều với vmax = const, a2 = 0
t2 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 ( 0,5m / s ) trƣớc khi vào đƣờng cong dỡ
tải, a 3 0
t3- Thời kỳ chuyển động đều với tốc độ thấp vk2 trong đƣờng cong dỡ tải
t4 - Thời kỳ giảm tốc sau khi dỡ tải xong và dừng
- Khi hạ tải
t’0 - Thời kỳ tăng tốc trong đƣờng cong dỡ tải để hạ thùng nâng không tải.
Vận tốc thùng nâng tăng từ 0 đến vk1 0,5m / s , khi v = vk1 thì thùng nâng bắt đầu
ra khỏi đƣờng cong dỡ tải với a’1< a1.
t’1 - Thời kỳ tăng tốc sau khi thùng nâng ra khỏi đƣờng cong dỡ tải, vận tốc
tăng nhanh từ vk1 đến vmax.
t’2 - Thời kỳ chạy đều của thùng nâng không tải đến khu vực nhận tải
t’3 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 để thùng nâng vào khu vực nhận tải
t’4 - Thời kỳ giảm tốc thùng nâng từ vk2 đến 0 trong khu vực nhận tải
Biểu đồ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ thích hợp cho tời trục kéo một
thùng skíp hoặc một thùng cũi lật.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

15
V, a
vmax
N©ng
a1

a2

a4

0
t0

a5

a3
t2

t1

t3

t

t4

a)
V, a

vmax
H¹
a’1

vk1
a’2

vk2
a’5

a’3

a’6

a’4
t’0

t’1

t’2

t’3

t’4

t

t’5

b,

Hình 1-10. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b)
1.3.4. Nhận xét
- Tời trục mỏ kéo hai xe goòng cho năng suất vận chuyển gấp đôi so với tời trục
mỏ kéo một xe goòng.
- Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ là dạng biểu đồ tổng quát nhất cho các tời trục mỏ
trong ngành khai thác mỏ hầm lò, gia tốc trong các thời kỳ tăng tốc hoặc giảm tốc có
thể không đổi hoặc thay đổi.
- Việc chọn các chế độ làm việc của tời trục mỏ cần thỏa mãn yêu cầu sau:
+ Tời trục chuyển động trong khu vực nhận tải hoặc dỡ tải phải êm dịu.
+ Tời trục sau khi ra khỏi khu vực nhận tải cần phải tăng tốc nhanh đến tốc độ
cho phép hoặc gần vào đến khu vực dỡ tải cần phải giảm tốc nhanh đến tốc độ nhỏ
nhất cho phép.
+ Gia tốc khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc phải nhỏ hơn giá trị cho phép, tải trọng
tác động lên máy trục là nhỏ.
Việc tời trục mỏ làm việc có thỏa mãn đƣợc điều kiện cơ bản trên hoàn toàn
phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ thống truyền động và luật điều khiển truyền động điện.
1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19]
1.3.5.1.Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC)
a. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện (hình 1-11)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

16

§1
§2
®c

MF

C4

UKT§

UKTF

K§M§

C3

C2

BCD

B§K
N
KOP
RN
KAN

N

OA

C1
RT

H

H

KOP

KAP

RH
KAH

Hình 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện
máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện
Khuếch đại máy điện cung cấp điện áp cho cuộn kích thích của máy phát có 4
cuộn dây điều khiển: cuôn dây C1là cuộn điều khiển chính (cuộn chủ đạo); cuộn dây
C2 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng điện phần ứng; cuộn dây C 3 là cuộn hồi tiếp
âm theo điện áp máy phát; cuộn dây C4 là cuộn ổn định (hồi tiếp âm mềm theo dòng).
Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC có KĐMĐ khi thay đổi chiều và giá
trị dòng điện trong cuộn dây chủ đạo (C1) sẽ thay đổi chiều và giá trị điện áp máy phát
do đó thay đổi chiều và giá trị tốc độ động cơ truyền động cho tời. Hệ thống có hai chế
độ điều khiển bằng tay và tự động.
Khi điều khiển tự động sử dụng hai xen xin KAN và KAH, vị trí của rôtor xen
xin phụ thuộc vào đĩa chƣơng trình đã thiết kế. Xen xin KAN thực hiện chƣơng trình
nâng tải, xen xin KAH thực hiện chƣơng trình hạ tải. Hai công tắc tơ N và H thực hiện
xác định chiều dòng điện trong cuộn chủ đạo để đảo chiều dòng điện động cơ truyền
động cho tời trục theo yêu cầu.
Điều khiển dừng động cơ truyền động cho tời bằng cảm biến xác định vị trí
dừng để ngắt công tắc tơ N hoặc (H) và đóng tiếp điểm thƣờng đóng KOP để đƣa điện
áp máy phát cùng tham gia cung cấp điện cho cuộn chủ đạo nhằm giảm sức từ động
của KĐMĐ, do đó giảm từ thông kích từ của máy phát 50% .

Khi điều chỉnh bằng tay thì sử dụng xen xin KAP, việc điều khiển góc quay của
rôtor thông qua tay điều khiển.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

17
Hệ thống máy phát - động cơ với KĐMĐ có tính tác động nhanh nhƣng bị ảnh
hƣởng của hiện tƣợng từ trễ, do có phần quay nên độ bền cơ bị hạn chế.
b. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ
trung gian
Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC với khuếch đại máy điện để giảm
sức điện động dƣ(2 - 3 V), nâng cao tính ổn định, tăng hệ số khuếch đại ngƣời ta trang
bị thêm một khuếch đại từ trung gian. Sơ đồ cấu trúc hệ thống (hình 1-12).

§1
§2
MF
C4

K§M§

®c

UKT§

UKTF

C1, C2, C3
K§T

MY2

MY3

B§K

BCD

MY1

Hình 1-12. Cấu trúc hệ truyền động điện máy phátđộng cơ với khuếch đại máy điện và
khuếch đại từ trung gian
Khuếch đại máy điện có ba cuộn dây C1, C2, C3 đƣợc mắc nối tiếp và đấu vào
đầu ra của khuếch đại từ trung gian, riêng cuộn dây C4 thực hiện hồi tiếp âm cứng theo
điện áp của khuếch đại máy điện. Khuếch đại từ trung gian có 5 cuộn dây điều khiển.
Cuộn dây MY1 là cuộn dây điều khiển chính, cuộn MY2 là cuộn hồi tiếp âm theo điện
áp máy phát, cuộn dây MY3 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng, cuôn dây
MY4 là cuộn hồi tiếp âm mềm theo dòng khuếch đại máy điện, cuộn dây MY5 là cuộn
dập tắt từ trƣờng trễ của máy phát khi dừng. Việc điều khiển các chế độ làm việc của
hệ thống truyền động điện tƣơng tự nhƣ việc điều khiển hệ truyền động điện máy phát
- động cơ với khuếch đại máy điện.
Hệ thống này có ƣu điểm là cải thiện đƣợc đặc tính tĩnh và đặc tính động tốt
hơn, giảm đƣợc công suất của mạch điều khiển do dòng điều khiển trong khuếch đại từ
trung gian nhỏ hơn nhiều so với dòng điều khiển trong khuếch đại máy điện.
c. Ưu, nhược điểm của hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ
-Thực hiện việc điều khiển theo đúng biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ.
- Khi điều chỉnh tốc độ cho hiệu quả kinh tế cao.
- Có khả năng duy trì tốc độ trung gian độc lập với tải.
- Có khả năng chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm điện.
- Quá trình khởi động và giảm tốc êm dịu.

- Có khả năng tự động hóa và điều chỉnh tự động cao.
- Kích thƣớc hệ thống lớn, chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành cao.
- Hiệu suất làm việc và độ tin cậy không cao do phải sử dụng nhiều máy điện quay.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

18
1.3.5.2. Hệ truyền động điện xoay chiều
a.Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại(hình 1-15)
380V
A
+
H

_

§N

N

2K
Rp2
1K
Rp1

Hình 1-15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động
cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor
Nguồn điện cung cấp cho động cơ là nguồn điện xoay chiều ba pha điện áp
380V hoặc 6000V. Việc khởi động điều chỉnh tốc độ hoặc giảm tốc độ động cơ đƣợc

thực hiện bằng phƣơng pháp thay đổi trị số điện trở phụ trong mạch rôtor.
Trong mạch rôto thƣờng có 5
8 cấp điện trở phụ, điều khiển quá trình đƣa
vào hoặc ngắt ra các cấp điện trở phụ bằng các công tắc tơ. Việc đảo chiều quay động
cơ đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba pha của nguồn cấp cho mạch
stator thông qua hai công tắc tơ N và H.
Việc hãm truyền động điện thƣờng sử dụng phƣơng pháp hãm động năng, điện
áp nguồn cung cấp hãm động năng có thể không đổi hặc thay đổi. Mômen hãm động
năng đƣợc thay đổi bằng hai cách:
- Điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp cho mạch hãm động năng không đổi,
thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôtor.
- Thay đổi đồng thời điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp và giá trị điện trở
phụ trong mạch rôtor. Việc thay đổi điện áp (hoặc dòng) của nguồn cấp cho mạch hãm
có thể theo cấp hoặc liên tục nhờ các thiết bị điều khiển.
Hệ thống truyền động điện này có nhƣợc điểm là tổn hao năng lƣợng lớn trên
các điện trở phụ, gia tốc trong quá trình khởi động và giảm tốc thay đổi gây nên các
xung lực ảnh hƣởng đến độ bền cơ học của tời trục.
b.Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

19

A
KTM1

M2
KN

H

N

M1

OY4

OY2

KH
K§M§
P
B1

BTL

OY3

XX2

OY1

XX1

B2

T§K

Hình 1-16. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động

cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng trong mạch rôtor
Để tăng độ êm dịu và duy trì tốc độ không đổi thay thế biến trở kim loại bằng
biến trở lỏng. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện đƣợc thể hiện trên hình 1-16.
Trong hệ thống này, việc dịch chuyển các điện cực nhúng trong dung dịch chất
lỏng do động cơ điện một chiều kích từ độc lập truyền động thông qua hộp giảm tốc có
tính tự hãm. Hộp giảm tốc có tỉ số truyền lớn và mômen quán tính nhỏ để tăng tính tác
động nhanh của hệ thống.
Việc điều khiển động cơ một chiều bằng phƣơng pháp thay đổi điện áp của
khuếch đại máy điện cung cấp cho nó, khuếch đại máy điện có 4 cuộn dây điều khiển.
Hai cuộn dây OY1 và OY3 của khuếch đại máy điện đƣợc cung cấp điện từ hai xen
xin XX1 và XX2 thông qua hai cầu chỉnh lƣu B1, B2. Sức từ động của hai cuộn dây
này có hƣớng ngƣợc nhau (Ft = F1 - F2), khi dòng điện trong hai cuộn dây bằng nhau
thì sức từ động tổng bằng không, do đó điện áp phát ra của khuếch đại máy điện bằng
không. Khi thay đổi góc quay rôtor của XX1 thì dòng trong cuộn dây OY1 và OY3 sẽ
khác nhau, sức từ động tổng sẽ khác không, động cơ M1 sẽ quay di chuyển điện cực
trong dung dịch chất lỏng. Rôtor xen xin XX2 sẽ quay cho đến khi dòng trong hai
cuộn dây OY1 và OY3 bằng nhau.
Muốn tăng tốc hoặc giảm tốc động cơ truyền động cho tời cần điều khiển sao
cho các điện cực đƣợc hạ xuống hay nâng lên trong dung dịch chất lỏng. Hai khóa ngắt
vị trí KN và KH với mục đích giới hạn chuyển động của điện cực trong khoảng dịch
chuyển cho phép. Cuộn dây OY4 của khuếch đại máy điện thực hiện hồi tiếp âm theo
điện áp còn cuộn dây OY2 tác dụng ổn định hệ thống trong chế độ động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>