Tổng quan về máy xúc

Chương 1:Tổng quan máy xúc Lời mở đầu CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY XÚC Ngày q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước ngày đẩy mạnh giúp đỡ cơng cụ máy móc Máy xúc cần thiết với người Khái niệm phân loại *.Phân loại theo tính sử dụng a) Máy xúc, gọi máy đào, loại máy móc giới sử dụng đa năng, chủ yếu dùng xây dựng,khai khoáng Máy xúc loại máy đào gầu, coi "xẻng máy", dùng cấu tay cần gắn liền với gầu đào, thực thao tác đào, xúc, múc, đổ đất đá rời hay liền thổ loại khoáng sản,vật liệu xây dựng rời (có thể vận chuyển cự ly ngắn ngắn) Trong xây dựng, máy xúc loại máy xây dựng cơng tác đất, ngồi cịn tham gia vào cơng tác giải phóng mặt bằng, phá dỡ cơng trình, bốc xếp vận chuyển vật liệu Máy xúc sử dụng rộng rãi ngành khai thác mỏ lộ thiên, công trường xây dựng công nhiệp dân dụng, cơng trình thuỷ lợi, xây dựng cầu đường nhiều hạng mục cơng trình khác nhau, nơi mà yêu cầu bốc xúc đất đá với khối lượng lớn Máy xúc có nhiều loại, phân loại theo tiêu sau: Máy xúc dùng ngành xây dựng chạy bánh xích, bánh lốp tích gầu xúc từ 0,25 ÷ 2m3 b) Máy xúc dùng ngành khai thác mỏ lộ thiên tích gàu xúc từ ÷ 8m3 c) Máy xúc dùng để bốc xúc đất đá tích gầu xúc từ ÷ 35m3 d) Máy xúc bước gàu ngoạm tích gàu xúc từ ÷ 80m3 Nhóm II Page Chương 1:Tổng quan máy xúc * Phân loại theo cấu bốc xúc a) Máy xúc có cấu bơc xúc gàu thuận, gàu xúc di chuyển vào đất đá theo hướng từ máy xúc phía trước tác dụng hai lực kết hợp: cấu nâng - hạ gàu cấu tay gàu b) Máy xúc có cấu bốc xúc gàu ngược, gàu di chuyển vào đất đá theo hướng từ vào tác dụng hai lực kết hợp: cấu nâng hạ gàu cấu đẩy tay gàu c) Máy xúc có cấu bốc xúc kiểu gàu cào Gàu cào di chuyển theo mặt phẳng ngang từ vào cần gàu dẫn hướng d) Máy xúc có cấu bốc xúc gàu treo dây, gàu di chuyển theo hướng từ vào máy xúc tác dụng hai lực kết hợp: cấu kéo cáp cấu nâng cáp e) Máy xúc có cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm, trình bốc xúc đất đá thực cách kéo khép kín dần hai nửa thành gàu tác dụng cấu kéo cáp cấu nâng Cơ cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm thay cấu móc gọi máy xúc - cần cẩu g) Máy xúc rơto, có cấu bốc xúc gàu quay Gàu quay gồm bánh xe, có nhiều gàu xúc nhỏ gá lắp bánh xe theo chu vi bánh xe h) Máy xúc nhiều gàu xúc, gồm nhiều gàu nhỏ nối băng xích di chuyển liên tục (giống băng chuyền) Nhóm II Page Chương 1:Tổng quan máy xúc Các loại máy xúc a) máy xúc gàu thuận; b) máy xúc gàu ngược; c) máy xúc gàu cào; Nhóm II Page Chương 1:Tổng quan máy xúc d) máy xúc gàu treo; e) máy xúc roto; h) máy xúc nhiều gàu xúc * Phân loại theo thể tích gàu xúc (hoặc theo công suất) a) Máy xúc công suất nhỏ dùng ngành xây dựng tích gầu xúc từ 0,25 ÷ 2m3 b) Máy xúc cơng suất trung bình dùng ngành khai thác mỏ lộ thiên tích gàu xúc từ ÷ 8m3 c) Máy xúc cơng suất lớn có nhiều gàu xúc với tổng thể tích gàu xúc từ ÷ 80m3 * Phân loại theo cấu động lực (cơ cấu sinh cơng) a) Máy xúc có cấu sinh cơng động điện b) Máy xúc có cấu sinh công động đốt * Phân loại theo cấu di chuyển a) Máy xúc chạy bánh xích b) Máy xúc chạy bánh lốp c) Máy xúc chạy theo đường ray d) Máy xúc chạy theo bước Một số loại máy xúc Máy xúc gàu nghịch Máy xúc gầu nghịch dùng phổ biến xây dựng Máy xúc gầu nghịch thường dùng để đào hố móng sâu vị trí đất tự nhiên, máy làm việc hiệu đứng chỗ đào đất đổ đống bờ hay đổ lên phương tiện vận chuyển phổ thông ô tô tải Do bắt đầu đào máy xúc nghịch phải tiếp đất vị trí xa trọng tâm máy nhất, khác với máy xúc gầu thuận bắt đầu đào vị trí gần máy nhất, máy đào gầu nghịch thường có dung tích gầu khơng lớn, nhỏ nhiều so với máy đào gầu thuận công suất Loại máy xúc nghịch phổ biến dùng xây dựng có dung tích gầu khoảng 0,15-0,5 m³ Các loại máy xúc gầu nghịch điều khiển thủy lực sử dụng rộng rãi loại điều Nhóm II Page Chương 1:Tổng quan máy xúc khiển cáp có dung tích gầu đào tới 3,3 m³ Tuy khối tích gầu đào phân bố rải giá trị nhỏ, nhiều máy xúc gầu thuận, máy xúc gầu nghịch lại làm việc đa máy đào gầu thuận Do cơng tác đứng cao vị trí cơng tác (trên bờ) nên làm đường công vụ cho máy xuống vị trí cơng tác máy đào gầu thuận Đồng thời có cấu tạo gầu đào thuận lợi cho việc tạo điểm tựa cho máy, (cần gầu khoan chân vững thứ 5, hệ bánh lốp hay bánh xích), giúp cho máy làm việc địa hình Khi gặp cố thăng bằng, lật máy xuống hố đào hay sa lầy, dùng cần gầu đào làm chân trụ chống đỡ để tự thân máy giải cứu cho máy Máy xúc gầu nghịch loại bánh xích cịn hoạt động địa hình đất yếu Máy xúc gàu nghịch Cấu tạo sơ : Nhóm II Page Chương 1:Tổng quan máy xúc Hệ thống thuỷ lực máy xúc đào gồm số chi tiết sau: thùng dầu thuỷ lực, bơm thuỷ lực, cụm van phân phối van điều khiển, mơ tơ quay toa, mô tơ di chuyển, xi lanh thuỷ lực, đường ống dẫn dầu, lọc dầu thuỷ lực, két làm mát dầu thuỷ lực Nguyên lý làm việc : Khi động (1) làm việc Công suất truyền qua bánh đà đến bơm thuỷ lực Bơm thuỷ lực (2) làm việc, hút dầu từ thùng dầu đẩy đến cụm van phân phối (8) Trên ca bin người vận hành tác động đến cần điều khiển thiết bị cơng tác, quay toa, di chuyển Khi có tác động người vận hành dòng dầu điều khiển mở đến cụm van phân phối Dịng dầu điều khiển Nhóm II Page Chương 1:Tổng quan máy xúc có tác dụng đóng/mở cụm van phân phối tương ứng cho thiết bị cơng tác, quay toa, di chuyển Đường dầu đến xi lanh (7) cần, tay gầu gầu Như thiết bị cơng tác làm việc theo ý muốn người vận hành Đường dầu đến mô tơ quay toa (5) mô tơ di chuyển (3) làm cho mô tơ quay Mô tơ kéo cho toa quay kéo xích thơng qua truyền động cuối bánh làm cho xe di chuyển Đường dầu trước thùng làm mát két mát lọc bẩn lọc dầu thuỷ lực Áp lực hệ thống thuỷ lực giới hạn van an tồn, thơng thường lắp cụm van phân phối Khi áp lực hệ thống đạt đến giới hạn van van mở cho dầu chảy thùng Máy xúc gàu thuận Nhóm II Page Chương 1:Tổng quan máy xúc Cơ cấu quay (bàn quay) lắp cấu di chuyển bánh xích Cần gàu tay gàu lắp bàn quay Tay gàu với gàu xúc di chuyển theo gương lò cấu đẩy tay gàu cáp kéo cấu nâng - hạ gàu Quá trình bốc xúc thực kết hợp hai cấu: cấu đẩy tay gàu tạo bề dày lớp cắt, cấu nâng - hạ gàu tạo lớp cắt đường di chuyển gàu theo gương lò Để đổ tải từ gàu xúc sang phương tiện khác thực nhờ cấu mở đáy gàu lắp thành thùng xe máy xúc Máy xúc có ba chuyển động bản: nâng - hạ gàu, - vào tay gàu quay, cịn có số chuyển động phụ khác như: nâng cần gàu, di chuyển máy xúc, đóng - mở đáy gàu v.v… Chu trình làm việc máy xúc bao gồm công đoạn sau: đào, nâng gàu đồng thời quay gàu vị trí đổ tải, quay gàu vị trí đào hạ gàu xuống gương lị Thời gian chu trình làm việc khoảng từ 20 ÷ 60s Cơ cấu nâng hạ gàu cấu tay gàu máy xúc thường xuyên làm việc tải (gọi tải làm việc) gàu bốc xúc phải đất đá cứng lớp cắt sâu Các cấu máy xúc làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số tiếp điểm tương đối TĐ% = (25 ÷75) Nhóm II Page Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Chương : HỆ TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY XÚC 2.1 Giới thiệu chương: Chương giới thiệu hệ thống truyền động điện máy xúc,xây dựng hàm truyền đạt máy phát động điện dùng biến đổi thyristor sử dụng cấu nâng hạ máy xúc 2.1.2 Các hệ truyền động thường dùng máy xúc: Chương 2:Hệ truyền động máy xúc 2.1.3 Mô hình hệ truyền động máy phát điện động máy xúc : Mơ hình gồm máy phát điện 1,2,3,4 Nguồn tạo cho máy phát nhờ động sơ cấp kéo máy phát điện chiều dùng động không đồng lồng sóc Trước hết ta cần tìm hiểu máy phát điện động  Máy phát điện: Là thiết bị biến đổi thành điện thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ.Nguồn sơ cấp động tua bin hơi,tua bin nước,động đốt trong,tua bin gió khác  Động điện : Cấu tạo động gồm có phần stato đứng yên rơto quay so với stato Phần cảm (phần kích từ-thường đặt stato) tạo từ trường mạch từ, xuyên qua vòng dây quấn phần ứng (thường đặt rơto) Khi có dịng điện chạy mạch phần ứng, dẫn phần ứng chịu tác động lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Tùy theo cách mắc cuộn dây roto stato mà người ta có loại động sau: - Động kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) cuộn dây phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, cấp nguồn riêng biệt - Động kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng Đối với loại động kích từ độc lập, người ta thay cuộn dây kích từ nam châm vỉnh cữu, ta có loại động điện chiều dùng nam châm vĩnh cữu Đây loại động sử dụng đồ án 2.1.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Thyristor Cấu tạo Thyristor Ký hiệu Thyristor Sơ đồ tương tương Thyristor có cấu tạo gồm lớp bán dẫn ghép lại tạo thành hai Transistor mắc nối tiếp, Transistor thuận Transistor ngược (như sơ đồ tương đương trên) Thyristor có cực Anot, Katot Gate gọi A-K-G, Thyristor Diode có điều khiển, bình thường phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, có điện áp kích vào chân G => Thyristor dẫn điện áp đảo chiều cắt điện áp nguồn Thyristor ngưng dẫn 2.1.5 Xây dựng hàm truyền cho máy phát điện động điện A Hàm truyền đạt máy phát điện chiều: Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Máy phát điện đóng vai trị quan điều chỉnh , chuyển tín hiệu điều khiển U thành điện áp cấp cho động Roto máy phát quay với vận tốc không đổi động điện xoay chiều Điện áp phát máy phụ thuộc vào cường độ từ trường cuộn kích từ , tức cường độ dịng điện chạy Q trình động học xảy máy phát sau: Khi có điện áp U cấp vào cuộn kích từ Cm dịng điện I cuộn kích từ thay đổi theo cơng thức : Ukt=Rkt.Ikt + L di kt dt (1) Biến đổi sang Laplace : Ukt(s) = Ikt(s).Rkt(s) + Lkt.S.Ikt(S) U kt ( s )  Ikt(s) = L S  R (2) kt kt Sức điện động phát máy phát tính theo cơng thức : Ura=E=Ke Ikt  Chuyển sang Laplace : Ura(s)=Ke Ikt(s) U kt ( s)  Ura = Ke L S  R (3) kt kt Từ (3) (1) => Hàm truyền đạt máy phát điện : U ( s ) W(s) = U ( s ) = kt Với K = Ke Rkt Ke Lkt S  Rkt = K T S  (4) L ; T= Rkt kt B Hàm truyền đạt động điện chiều kích từ độc lập : Mơ hình tương đương phần ứng động sau: Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Ia R a La Ua + A Eg - Phương trình quan hệ điện áp phần ứng: u a  R a i a  La dia e g dt e g k v n (1.1) (1.2) Trong Φ từ thơng nam châm vĩnh cữu gây n tốc độ động Momen điện từ: Td = Kt Φiia (1.3) Phương trình động cơ: Td  J d  B  TL dt (1.4) B: hệ số ma sát T: monen tải Ở chế độ xác lập: (1.5) u a Ra ia e g Td 2nB  TL K t ia (1.6) Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Ta có tốc độ động chế độ xác lập: n U a  I a Ra Kv (1.7) Biến đổi Laplace công thức từ (1.1) – (1.4 ) ta được: Ua(p) = RaIa(p)+pLaIa(p)+Eg(p) E g ( p ) k v n( p ) (1.9) (1.10) Td(p) = Kt ΦiIa(p) Td ( p ) 2pJn( p )  2Bn( p )  TL ( p ) (1.11) (1.12) Từ 1.12 tính được: n( p )  Td ( p)  TL ( p ) 2B ( p m  1) (1.13) (1.14) Trong đó:  a =La/Ra m Hằng số thời gian mạch phần ứng =J/B Hằng số thời gian Vậy ta có mơ hình hệ thống sau: Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Hình 1.3 Mơ hình hệ thống động điện DC Khi momen tải 0, ta có: n( p ) U a ( p) 2BRa ( a p  1)( m p  1)  K v  Kt  Vậy hàm truyền động lúc có dạng khâu dao động 2.1.6 Kết chương Chương cho ta nhìn tổng quát hàm truyền đạt máy phát động điện đánh giá tổng quát đặc tính máy phát động điện dùng cấu nâng hạ máy xúc Chương xây dựng điều chỉnh tốc độ động dùng cho cấu nâng hạ máy xúc dùng biến đổi PID Chương : ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU NÂNG HẠ DÙNG BỘ BIẾN ĐỔI PID 3.1 Giới thiệu Chương ta tập trung nghiên cứu điều khiển PID ( khâu tỉ lệ - khâu tích phân – khâu vi phân ) dùng để điều khiển tốc độ quay động chiều dùng để điều khiển cấu nâng hạ máy xúc Chương 2:Hệ truyền động máy xúc 3.2 Nội dung 3.2.1 Đặt vấn đề Báo cáo có tính chất nghiên cứu điều khiển tự động nên ta nghiên cứu làm để điều chỉnh tốc độ quay động cách hiệu để điều khiển cấu nâng hạ máy xúc Đối với biến đổi PID có sử dụng thyristor để điều chỉnh điện áp cấp vào phần ứng động 3.2.2 Điều khiển tốc độ động cấu nâng hạ máy xúc Có nhiều cách điều chỉnh tốc độ quay động : - Điều khiển tốc độ cách thay đổi từ thông Ø Điều khiển tốc độ cách thay đổi điện trở phụ Rf Điều khiển tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng Đối với cấu nâng hạ máy xúc ta tìm hiểu phương pháp điều khiển tốc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng 3.2.3 Giới thiệu điều khiển PID A Sơ đồ chức Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Máy phát tốc FT đo vận tốc x động đưa tin hiệu điện áp –uFT đến khối cộng Khối cộng có chức so sánh tín hiệu uFT với tín hiệu đặt r(t) đưa độ sai lệch e(t) tới điều khiển Bộ điều khiển dựa vào độ sai lệch e(t) để cấp điện áp điều khiển u(t) tới thiết bị chấp hành để tăng hay giảm điện áp ud đặt phần ứng động Thiết bị chấp hành chuyển tín hiệu điều khiển u(t) tác động vào cấu chấp hành (Tranzitor, Thyisror …) để điều chỉnh điện áp cấp vào phần ứng động TCH du d (t ) GĐK K P (1   TD s )  u d (t ) K CH u (Tt ).s I dt => Thiết bị chấp hành khâu qn tính bậc có hàm truyền : K CH GCH  1 TCH s Bộ điều khiển thực theo luật PID cần xác định thông số cấu trúc: GĐK K P (1   Sơ đồ cấu trúc  TD s ) TI s Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Với : GĐK K P (1   TD s ) TI s K CH GCH  1 TCH s GĐC  Kd Tu Tc s  Tc s 1 B Mơ hình tổng qt điều khiển PID Chương 2:Hệ truyền động máy xúc K CH kd G ĐT ( S ) GCH G ĐC G FT  K f  TCH S Tu Tc S  Tc S 1 K CH k d k f  (1  TCH s ) ( Tu Tc s  Tc s 1 ) Đặt KĐT = KCH.kd.Kf, T1 = TCH, -1/T2 ,-1/T3 nghiệm phương trình : Tu Tc s  Tc s 1 0 K ĐT Ta có : GĐT ( S )  (1  T1 s ) (1  T2 s ) (1  T3 s )  Bài toán thiết kế : Lựa chọn tham số điều khiển để điều khiển đối tượng có mơ hình hàm truyền GĐT(s) để tạo hệ thống ổn định đạt tiêu chuẩn chất lượng C Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển Chương 2:Hệ truyền động máy xúc Nguyên lý : Tốc độ quay động máy phát tốc đo đưa tín hiệu điện áp đến khối cộng Khối cộng có chức so sánh tín hiệu điện áp máy phát tốc -uFT với tín hiệu chuẩn đặt vào r(t)và đưa độ dai lệch e(t) tới điều khiển Bộ điều khiển dựa vào độ sai lệch e(t) để cấp điện áp điều khiển tới thiết bị chấp hành Thiết bị chấp hành thyristor , thyristor làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp cấp vào phần ứng động làm điều chỉnh tốc độ quay động D Mô điều chỉnh tốc độ quay động điện chiều sử dụng phần mềm Matlab Simulink