Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung của bài viết đi xây dựng hệ thống điều khiển điện khí nén tự động cho cửa gió, kết quả nghiên cứu có thể được triển khai áp dụng trong thực tế để giảm nhân công vận hành và hạn chế phải nhập thiết bị của nước ngoài.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Trang bị điện khí nén cho cửa gió khai thác mỏ hầm lị Đỗ Như Ý1*, Ngô Thanh Tuấn1 1) Bộ môn Điện khí khóa, khoa Cơ – Điện, Đại học Mỏ Địa – Chất, donhuy@humg.edu.vn THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/05/2021 Chấp nhận 16/7/2021 Đăng online 19/12/2021 Từ khóa: Cửa gió, điện khí nén, xylanh khí nén Cửa gió cơng trình khai thác mỏ hầm lị xây dựng nhằm mục đích điều chỉnh lưu lượng gió lị Hiện việc đóng mở cửa gió thực tay qua hệ thống dẫn động thủy lực Nhược điểm giải pháp tốn nhân cơng vận hành, tăng chi phí đầu tư, an toàn phải sử dụng hộp dầu, động điện phòng nổ Trong năm gần hệ thống khí nén đưa vào sâu lị Qua đó, việc dẫn động cửa gió thủy lực cải tiến chuyển sang dẫn động điện khí nén Khi dẫn động khí nén có ưu điểm, chi phí đầu tư ban đầu rẻ, hệ thống an toàn Nội dung báo xây dựng hệ thống điều khiển điện khí nén tự động cho cửa gió, kết nghiên cứu triển khai áp dụng thực tế để giảm nhân công vận hành hạn chế phải nhập thiết bị nước ngồi © 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Đặt vấn đề Cửa gió (hình 1) dạng cơng trình gió tổ hợp cơng trình phụ xây dựng nhằm điều chỉnh gió, dẫn gió cách gió [1] Đa phần cửa gió khai thác mỏ thực truyền động thủy lực Khi dẫn động thủy lực (hình 1) có ưu điểm lực đóng mở ổn định, q trình đóng mở khơng ảnh hưởng tới hệ thống lân cận Tuy nhiên nhược điểm lớn giải pháp tăng chi phí đầu tư (phải có nguồn thủy lực), phải sử dụng động điện phòng nổ, hộp dầu thủy lực gây an toàn so với sử dụng điện khí nén [2] Hình Cửa gió khai thác mỏ hầm lò Trong năm gần đây, hệ thống khí nén của xí nghiệp mỏ đưa vào sâu lò tới tận phân xưởng khai thác Do vậy, phương pháp dẫn động thủy lực cải tiến đóng mở cửa gió thủy lực sang sử dụng giải pháp điện khí nén để đóng mở cửa gió Khi dẫn động cửa gió khí nén có ưu điểm, chi phí đầu tư ban đầu rẻ 118 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) sử dụng nguồn khí nén sẵn có mỏ, hệ thống an tồn khơng phải sử dụng hộp dầu động điện phòng nổ Xu sử dụng điện khí nén để trang bị tự động khâu khai thác mỏ nhiều nước giới áp dụng, kể đến sản phẩm cửa gió điều khiển tự động khí nén ZMK-127 Trung Quốc, sản phẩm Вент-шлюз LB Nga Để xây dựng hệ thống điều khiển tự động điện khí nén cho cửa gió cần thiết phải xác định thông số hệ thống, từ triển khai áp dụng thực tế để giảm nhân công vận hành hạn chế phải nhập thiết bị nước Trang bị điều khiển điện khí nén cho cửa gió - Mg mơmen tạo lực cản gió gây (ứng với lực Fg), xác định: Mg = Fg.b/2=290.1000/2=145.000 Nmm - Mmst, Mmsd – mômen tạo mát sát ổ trục (Mmst) ổ trục (Mmsd), xác định: 2 + 𝐹𝑐𝑑 (√𝐺𝑐𝑡 ) 𝑓 𝑑𝑡 𝑀𝑚𝑠𝑡 = , 𝑁𝑚 2 + 𝐹𝑐𝑑 (𝑅𝑐 + √𝐺𝑐𝑡 ) 𝑓 𝑑𝑑 𝑀𝑚𝑠𝑑 = 𝑅𝑐 + , 𝑁𝑚 Trong đó: Rc – phản lực ổ theo phương đứng, Rc=Gc=2500N; Fct, Fcd – lực ổ trên, ổ cản lực đẩy gió theo phương ngang; f – hệ số ma sát trượt ổ trục ổ, f=0,1; dt, dd– đường kính ổ trục trên, ổ trục dt=dd=50mm Fct, Fcd – lực ổ trục trên, ổ trục cản lực đẩy gió theo phương ngang; Gct, Gcd – lực ổ trục trên, ổ trục cản trọng lực theo phương ngang Lực ổ trục trên, ổ trục cản lực đẩy gió theo phương ngang, xác định theo công thức: Fct=Fcd=Fg/2=290/2=145 (N) Lực ổ trục trên, ổ trục cản trọng lực theo phương ngang xác định theo công thức: 𝑏 1000 𝐺𝑐𝑡 = 𝐺𝑐𝑑 = 𝐺𝑐 = 2500 = 625, 𝑁 2ℎ 2.2000 h – chiều cao cửa, h=2000mm 2.1 Xác định áp lực khí nén Áp lực khí nén chuyển hóa thành lực xylanh khí nén tác động lên hệ thống để thực việc đóng mở cửa theo tín hiệu điều khiển Lực đẩy xylanh khí nén phụ thuộc vào giá trị áp lực gió theo vận tốc gió xác định theo cơng thức [3]: A=0,613.kd.V2 (N/m2) Trong đó: V - Vận tốc gió bản; Kd - hệ số gió theo phương đứng Kd = 1,2; Theo khảo sát, khai thác mỏ hầm lò Việt Nam tốc độ gió tối đa khoảng Vmax= (13÷15) m/s, để tính tốn áp lực gió khai thác mỏ lấy giá trị tốc độ gió trung bình Vmaxtb=14m/s Áp lực gió tác động lên cửa gió: A=0,613.kd.V2=0,613.1,2.13.13=145 (N/m2) Từ đó, xác định được: Lực tác động lên cánh cửa là: Fg = A.F=A.a.b=145x2,0x1,0=290N=0,29kN Trong đó: F=a.b=2,0x1,0=2m2 – diện tích cửa gió; a- chiều dài cánh cửa; b – chiều rộng cánh cửa Để quay cánh cửa, xylanh khí nén phải có lực đẩy (Fxl) cần thiết để tạo mômen quay đảm bảo điều kiện: Mđ>kbs.Mc 𝑀𝑚𝑠𝑡 = 2 (√𝐺𝑐𝑡 + 𝐹𝑐𝑑 ) 𝑓 𝑑𝑡 (√6252 + 1452 ) 0,1.50 = = 1604N mm 𝑀𝑚𝑠𝑑 = 𝑅𝑐 + Mc= Mg+Mmst+Mmsd 2 (𝑅𝑐 + √𝐺𝑐𝑡 + 𝐹𝑐𝑑 ) 𝑓 𝑑𝑑 (2500 + √6252 + 1452 ) 0,1.50 Trong đó: = 2500 + = 5354𝑁 𝑚𝑚 119 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Lxl – cánh tay đòn lực xylanh khí nén, Lxl=300.cos45=221mm Áp suất khí nén cần thiết để thiết kế hệ thống đóng mở khí nén: 𝐹𝑥𝑙 𝐹𝑥𝑙 𝑃 ≥ 𝑘𝑎𝑡 = 𝑘𝑎𝑡 𝑆 𝜋 𝑅 2 Trong đó: P (N/m ) – áp suất khí đường khí nén; S(m2) – diện tích piston phí cấp khí, kat =1,2- hệ số an tồn Để đóng mở tin cậy theo kinh nghiệm để đảm bảo độ bền học, xilanh khí nén có đường kính có đường kính D=60÷80mm Lựa chọn loại xylanh khí nén có D=80mm hành trình xylanh 250mm để đủ lực mở hệ thống cần áp suất khí nén 𝐹 𝐹 𝑃 ≥ 𝑘𝑎𝑡 𝑆𝑥𝑙 = 𝑘𝑎𝑡 𝜋.𝑅𝑥𝑙2 =2,5 (bar) Hình Lực xylanh khí nén Tổng mơmen cản cửa gió: Mc=145000+1604+5354=153000N.mm Theo hình 2, lực đẩy xylanh khí nén xác định theo cơng thức: 𝑀𝑐 153000 𝐹𝑥𝑙 ≥ 1,25 = 1,25 = 1071𝑁 𝐿𝑥𝑙 221 Hiện đường khí nén mỏ cấp có áp suất vào khoảng 3÷8 (bar) nên đảm bảo việc cung cấp lực để đóng mở cửa Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén cấp cho xy lanh thiết kế hình [3] 9 10 Nguồn cấp khí Lọc tinh Van ổn áp Van chiều Van đảo chiều điện Van đảo chiều tay Van tiết lưu Xy lanh đẩy Van xả Hình Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén đóng lại Để đảm bảo nguyên lý hoạt động tùy vào mức độ hệ thống mà phải trang bị thiết bị ngoại vi hình bao gồm: Cảm biến hồng ngoại để xác định người vật qua cửa, cảm biến hình ảnh để giám sát hình ảnh, sensor điện từ để nhận biết trạng thái cửa hoạt động, loa, đèn để cảnh báo [1] 2.2 Trang bị thiết bị ngoại vi cho điều khiển điện khí nén Nguyên lý hoạt động cửa gió lúc bình thường cửa đóng lại, có người vật (tầu điện, xe gng ) qua cửa tự động mở ra, sau người vật qua cửa tự động 120 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Hình Trang bị thiết bị ngoại vi cho gió tự động Hệ thống điều khiển điện khí nén cửa gió thực qua tủ điều khiển PLC, với nguyên lý điều khiển lưu đồ hình Hình Lưu đồ điều khiển cửa gió Do đặc thu khai thác mỏ hầm lị mơi trường khắc nghiệt, khơng gian hạn chế, nguy an toàn cao Nguy an tồn vận hành gió thường xảy đến có tầu điện, thiết bị có tốc độ lớn đường lò Để đảm bảo an tồn thiết bị ngoại vi phải tính toán vùng lắp đặt phù hợp để đảm bảo lưu thông tầu điện Vận tốc tầu điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ gió, điều kiện đường lị; tình trạng tầu qua khảo sát thực tế có được: - Tầu điện mỏ hầm lị thường có tốc độ tương đương 1,7m/s - Để tàu phanh từ vận tốc 1,7m/s dừng hẳn quãng đường tối đa 20m; - Để tầu hãm vận tốc 1,0 (m/s) đến dừng vào khoảng 9m; - Thời gian chuẩn bị hãm theo qui định tầu mỏ hầm lò từ 1,5(s) ÷2,5(s) Như vậy, quãng đường chuẩn bị hãm: Sh = 2,5.1,7 = 4,2m Quãng đường để bảo an toàn để tàu qua cửa: Sat=kat (20+4,2)=1,2.24,2=29m Như vậy, để đảm bảo an tồn thì, trước cửa khoảng 29m đặt biển báo làm cảnh giảm tốc độ lái tầu, khoảng trước cửa từ 9m đến 10m đặt cảm biến hồng ngoại để phát vật qua cửa Kết luận Như vậy, qua việc tính tốn trang bị hệ thống điện khí nén nhằm mục đích thực q trình đóng mở cửa gió tự động thay cửa thủy lực hồn tồn có tính khả thi Kết nghiên cứu triển khai áp dụng thực tế để giảm nhân công vận hành, nội địa hóa sản phẩm Việc làm chủ cơng nghệ thiết kế chế tạo cửa gió tự động đóng mở khí nén khai thác mỏ có ý nghĩa lớn việc nội địa hóa thiết bị ngành than hạn chế phải nhập thiết bị hạn chế thất ngoại tệ lệ thuộc cơng nghệ 121 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Lời cảm ơn Nội dung báo tài trợ đề tài nghiên cứu khoa cấp Bộ Công Thương mã số 150.2020.ĐT.BO/BCT-KHCN Tài liệu tham khảo Trần Xuân Hà nnk, Giáo trình thơng gió mỏ, Nhà xuất Khao học Kỹ thuật, Hà Nội 2014 До Ньы И, Нгуен Тхи Хонг, Исследование и проектирование шкафа управления автоматической вентиляционной двери в шахте Технические науки SSN 24117609 American Society of Civil Engineers Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures Reston, Virginia 2019 Lê Văn Tiến Dũng (2011), Điều khiển khí nén thủy lực, Trường Đại học kỹ thuật công nghệ TP.HCM 122 ... KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) sử dụng nguồn khí nén sẵn có mỏ, hệ thống an tồn khơng phải sử dụng hộp dầu động điện phịng nổ Xu sử dụng điện khí nén để trang bị tự động khâu khai thác mỏ. .. ảnh, sensor điện từ để nhận biết trạng thái cửa hoạt động, loa, đèn để cảnh báo [1] 2.2 Trang bị thiết bị ngoại vi cho điều khiển điện khí nén Nguyên lý hoạt động cửa gió lúc bình thường cửa đóng... hệ thống, từ triển khai áp dụng thực tế để giảm nhân công vận hành hạn chế phải nhập thiết bị nước ngồi Trang bị điều khiển điện khí nén cho cửa gió - Mg mơmen tạo lực cản gió gây (ứng với lực