Xem mẫu
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Trang bị điện khí nén cho cửa gió trong khai thác mỏ hầm lò
Đỗ Như Ý1*, Ngô Thanh Tuấn1
1) Bộ môn Điện khí khóa, khoa Cơ – Điện, Đại học Mỏ Địa – Chất, donhuy@humg.edu.vn
THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT
Quá trình: Cửa gió là công trình trong khai thác mỏ hầm lò được xây dựng nhằm mục
Nhận bài 15/05/2021 đích điều chỉnh lưu lượng gió trong lò. Hiện nay việc đóng mở cửa gió được
Chấp nhận 16/7/2021 thực hiện bằng tay qua hệ thống dẫn động bằng thủy lực. Nhược điểm của
Đăng online giải pháp này tốn nhân công vận hành, tăng chi phí đầu tư, mất an toàn do
19/12/2021 phải sử dụng hộp dầu, động cơ điện phòng nổ. Trong những năm gần đây hệ
Từ khóa: thống khí nén đã được đưa vào sâu trong lò. Qua đó, việc dẫn động cửa gió
bằng thủy lực có thể được cải tiến chuyển sang dẫn động bằng điện khí nén.
Cửa gió, điện khí nén, Khi dẫn động bằng khí nén sẽ có ưu điểm, chi phí đầu tư ban đầu rẻ, hệ thống
xylanh khí nén. an toàn hơn. Nội dung của bài báo 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.
© 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm.
1. Đặt vấn đề lực đóng mở ổn định, quá trình đóng mở không
ảnh hưởng tới các hệ thống lân cận. Tuy nhiên
Cửa gió (hình 1) là một dạng của công trình
nhược điểm lớn của giải pháp này là tăng chi phí
gió là tổ hợp các công trình phụ được xây dựng
đầu tư (phải có bộ nguồn thủy lực), phải sử dụng
nhằm điều chỉnh gió, dẫn gió hoặc cách gió [1].
động cơ điện phòng nổ, hộp dầu thủy lực gây ra
Đa phần các cửa gió hiện nay trong khai thác mỏ
mất an toàn hơn so với sử dụng bằng điện khí
được thực hiện truyền động bằng thủy lực. Khi
nén [2].
dẫn động bằng thủy lực (hình 1) sẽ có ưu điểm
Hình 1. Cửa gió trong khai thác mỏ hầm lò
Trong những năm gần đây, hệ thống khí nén lực có thể cải tiến đóng mở cửa gió bằng thủy
của của các xí nghiệp mỏ đã được đưa vào sâu lực sang sử dụng giải pháp điện khí nén để đóng
trong lò tới tận các phân xưởng khai thác. Do mở cửa gió. Khi dẫn động bằng cửa gió bằng khí
vậy, ngoài phương pháp dẫn động bằng thủy nén sẽ có ưu điểm, chi phí đầu tư ban đầu rẻ vì
118
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
sử dụng nguồn khí nén sẵn có của mỏ, hệ thống - Mg mômen được tạo bởi lực cản do gió
an toàn hơn vì không phải sử dụng hộp dầu và gây ra (ứng với lực Fg), được xác định:
động cơ điện phòng nổ. Xu thế sử dụng điện khí
nén để trang bị tự động các khâu trong khai Mg = Fg.b/2=290.1000/2=145.000 Nmm
thác mỏ được nhiều nước trên thế giới áp dụng, - Mmst, Mmsd – mômen được tạo ra do mát
có thể kể đến các sản phẩm như cửa gió điều sát ổ trục trên (Mmst) và ổ trục dưới (Mmsd),
khiển tự động bằng khí nén ZMK-127 của Trung
được xác định:
Quốc, sản phẩm Вент-шлюз của LB Nga...Để
xây dựng được hệ thống điều khiển tự động 2 2
(√𝐺𝑐𝑡 + 𝐹𝑐𝑑 ) . 𝑓. 𝑑𝑡
điện khí nén cho cửa gió cần thiết phải xác định
được các thông số của hệ thống, từ đó có thể 𝑀𝑚𝑠𝑡 = , 𝑁𝑚
2
được triển khai áp dụng trong thực tế để giảm
nhân công vận hành và hạn chế phải nhập thiết 2
(𝑅𝑐 + √𝐺𝑐𝑡 2
+ 𝐹𝑐𝑑 ) . 𝑓. 𝑑𝑑
bị của nước ngoài. 𝑀𝑚𝑠𝑑 = 𝑅𝑐 + , 𝑁𝑚
2. Trang bị điều khiển điện khí nén cho cửa gió 2
Trong đó: Rc – là phản lực của ổ dưới theo
2.1. Xác định áp lực khí nén phương đứng, Rc=Gc=2500N; Fct, Fcd – là lực của
Áp lực của khí nén chuyển hóa thành lực của ổ trên, ổ dưới cản lực đẩy của gió theo phương
xylanh khí nén tác động lên hệ thống để thực ngang; f – hệ số ma sát trượt của ổ trục và ổ,
hiện việc đóng mở cửa theo tín hiệu điều khiển. f=0,1; dt, dd– là đường kính ổ trục trên, ổ trục
Lực đẩy của xylanh khí nén phụ thuộc vào giá dưới dt=dd=50mm. Fct, Fcd – lực của ổ trục trên,
trị áp lực gió theo vận tốc gió được xác định ổ trục dưới cản lực đẩy của gió theo phương
theo công thức [3]: ngang; Gct, Gcd – là lực của ổ trục trên, ổ trục
A=0,613.kd.V2 (N/m2) dưới cản trọng lực theo phương ngang.
Lực của ổ trục trên, ổ trục dưới cản lực đẩy
Trong đó: V - Vận tốc gió cơ bản; Kd - hệ số
của gió theo phương ngang, xác định theo công
gió theo phương đứng Kd = 1,2;
thức: Fct=Fcd=Fg/2=290/2=145 (N)
Theo khảo sát, trong khai thác mỏ hầm lò ở
Lực của ổ trục trên, ổ trục dưới cản trọng lực
Việt Nam tốc độ gió tối đa trong khoảng Vmax=
theo phương ngang xác định theo công thức:
(13÷15) m/s, để tính toán áp lực của gió trong 𝑏 1000
khai thác mỏ lấy giá trị tốc độ gió trung bình V- 𝐺𝑐𝑡 = 𝐺𝑐𝑑 = 𝐺𝑐 = 2500. = 625, 𝑁
2ℎ 2.2000
maxtb=14m/s. Áp lực gió tác động lên mỗi cửa
gió: h – chiều cao của cửa, h=2000mm.
A=0,613.kd.V2=0,613.1,2.13.13=145 (N/m2) Từ đó, xác định được:
Lực tác động lên một cánh cửa là: 2
(√𝐺𝑐𝑡 2
+ 𝐹𝑐𝑑 ). 𝑓. 𝑑𝑡
Fg = A.F=A.a.b=145x2,0x1,0=290N=0,29kN 𝑀𝑚𝑠𝑡 =
2
Trong đó: F=a.b=2,0x1,0=2m2 – là diện tích
của một cửa gió; a- chiều dài cánh cửa; b – chiều (√6252 + 1452 ) . 0,1.50
rộng cánh cửa. =
2
Để quay được cánh cửa, thì xylanh khí nén = 1604N. mm
phải có một lực đẩy (Fxl) cần thiết để tạo ra
2 2
mômen quay đảm bảo điều kiện: (𝑅𝑐 + √𝐺𝑐𝑡 + 𝐹𝑐𝑑 ). 𝑓. 𝑑𝑑
𝑀𝑚𝑠𝑑 = 𝑅𝑐 +
Mđ>kbs.Mc 2
Mc= Mg+Mmst+Mmsd (2500 + √6252 + 1452 ) . 0,1.50
Trong đó: = 2500 +
2
= 5354𝑁. 𝑚𝑚
119
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Lxl – là cánh tay đòn của lực xylanh khí nén,
Lxl=300.cos45=221mm
Áp suất khí nén cần thiết để thiết kế hệ thống
đóng mở của bằng khí nén:
𝐹𝑥𝑙 𝐹𝑥𝑙
𝑃 ≥ 𝑘𝑎𝑡 = 𝑘𝑎𝑡
𝑆 𝜋. 𝑅 2
Trong đó: P (N/m ) – áp suất khí đường khí
2
nén; S(m2) – diện tích của piston phí được cấp
khí, kat =1,2- hệ số an toàn.
Để đóng mở của tin cậy thì theo kinh nghiệm
để đảm bảo độ bền cơ học, xilanh khí nén có
Hình 2. Lực của xylanh khí nén đường kính có đường kính D=60÷80mm. Lựa
Tổng mômen cản của cửa gió: chọn loại xylanh khí nén có D=80mm hành
trình xylanh 250mm để đủ lực mở hệ thống cần
Mc=145000+1604+5354=153000N.mm một áp suất khí nén.
Theo hình 2, lực đẩy của xylanh khí nén 𝐹 𝐹
𝑃 ≥ 𝑘𝑎𝑡 𝑆𝑥𝑙 = 𝑘𝑎𝑡 𝜋.𝑅𝑥𝑙2 =2,5 (bar)
được xác định theo công thức:
Hiện tại đường khí nén của mỏ được cấp có
𝑀𝑐 153000 áp suất vào khoảng 3÷8 (bar) nên đảm bảo việc
𝐹𝑥𝑙 ≥ 1,25 = 1,25 = 1071𝑁
𝐿𝑥𝑙 221 cung cấp lực để đóng mở cửa. Sơ đồ mạch điều
khiển điện khí nén cấp cho xy lanh được thiết
kế như hình 3 [3].
1 Nguồn cấp khí
2 Lọc tinh
9
3 Van ổn áp
8 4 Van một chiều
7
5 Van đảo chiều điện
6 Van đảo chiều bằng tay
10
7 Van tiết lưu
6
8 Xy lanh đẩy
9 Van xả
5
4
1
2 3
Hình 3. Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén
đóng lại. Để đảm bảo các nguyên lý hoạt động
2.2. Trang bị thiết bị ngoại vi cho điều khiển
tùy vào mức độ của hệ thống mà phải trang bị
điện khí nén
các thiết bị ngoại vi hình 4 bao gồm: Cảm biến
Nguyên lý hoạt động của cửa gió lúc bình hồng ngoại để xác định người và vật qua cửa,
thường cửa đóng lại, khi có người hoặc vật (tầu cảm biến hình ảnh để giám sát hình ảnh, sensor
điện, xe goòng...) đi qua cửa sẽ tự động mở ra, điện từ để nhận biết trạng thái cửa hoạt động,..
sau khi người hoặc vật đã đi qua cửa sẽ tự động loa, đèn để cảnh báo [1].
120
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Hình 4. Trang bị thiết bị ngoại vi cho của gió tự động
Hệ thống điều khiển điện khí nén của cửa gió nhiều yếu tố: tốc độ gió, điều kiện đường lò; tình
được thực hiện qua một tủ điều khiển PLC, với trạng tầu...qua khảo sát thực tế có được:
nguyên lý điều khiển như lưu đồ hình 5. - Tầu điện trong mỏ hầm lò thường có tốc độ
tương đương 1,7m/s.
- Để tàu phanh từ vận tốc 1,7m/s cho đến khi
dừng hẳn quãng đường tối đa là 20m;
- Để tầu hãm ở vận tốc 1,0 (m/s) đến khi dừng
hẳn là vào khoảng 9m;
- Thời gian chuẩn bị hãm theo qui định đối với
tầu mỏ hầm lò là 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 toàn thì, trước cửa
khoảng 29m đặt một biển báo làm cảnh giảm tốc
độ của lái tầu, trong khoảng trước cửa từ 9m đến
10m đặt các cảm biến hồng ngoại để phát hiện
vật qua cửa.
3. Kết luận
Như vậy, qua việc tính toán trang bị được hệ
thống điện khí nén nhằm mục đích thực hiện quá
trình đóng mở cửa gió tự động thay thế cửa thủy
Hình 5. Lưu đồ điều khiển cửa gió lực hoàn toàn có tính khả thi. Kết quả nghiên cứu
có thể được triển khai áp dụng trong thực tế để
Do đặc thu khai thác mỏ hầm lò là môi trường
giảm nhân công vận hành, nội địa hóa sản phẩm.
khắc nghiệt, không gian hạn chế, nguy cơ mất an
Việc làm chủ được công nghệ thiết kế chế tạo cửa
toàn cao. Nguy cơ mất an toàn trong vận hành
gió tự động đóng mở bằng khí nén trong khai
của gió thường xảy đến khi có tầu điện, thiết bị có
thác mỏ có ý nghĩa lớn trong việc nội địa hóa thiết
tốc độ lớn nhất trong các đường lò. Để đảm bảo
bị ngành than hạn chế phải nhập khẩu thiết bị
an toàn thì các thiết bị ngoại vi phải tính toán
hạn chế thất thoát ngoại tệ cũng như lệ thuộc
được vùng lắp đặt phù hợp để đảm bảo lưu thông
công nghệ.
của tầu điện. Vận tốc của tầu điện phụ thuộc vào
121
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Lời cảm ơn 2. До Ньы И, Нгуен Тхи Хонг, Исследование и
проектирование шкафа управления
Nội dung bài báo được tài trợ bởi đề tài
автоматической вентиляционной двери в
nghiên cứu khoa cấp Bộ Công Thương mã số
шахте. Технические науки. SSN 2411-
150.2020.ĐT.BO/BCT-KHCN.
7609.
Tài liệu tham khảo 3. American Society of Civil Engineers. Minimum
1. Trần Xuân Hà và nnk, Giáo trình thông gió mỏ, Design Loads for Buildings and Other
Nhà xuất bản Khao học và Kỹ thuật, Hà Nội - Structures. Reston, Virginia 2019.
2014. 4. Lê Văn Tiến Dũng (2011), Điều khiển khí nén
và thủy lực, Trường Đại học kỹ thuật công
nghệ TP.HCM.
122
nguon tai.lieu . vn
