Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số phần tử thuỷ lực dùng cho tổ hợp giá thuỷ lực di động

BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN - KHOÁNG SẢN VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV ***** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ

VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ PHẦN TỬ THỦY LỰC DÙNG CHO TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG

THUYẾT MINH BÁO CÁO

HOÀNG VĂN VĨ

7867

19/4/2010

HÀ NỘI - 2010

BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN - KHOÁNG SẢN VIỆT NAM

VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV

*****

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ PHẦN TỬ THỦY LỰC DÙNG CHO TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG

MÃ SỐ: BCTK.09NN/09

CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG

CƠ QUAN CHỦ TRÌ: VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV

Hoàng Văn Vĩ

HÀ NỘI - 2010

NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

Đề tài đánh giá sơ lược về tình hình chống giữ và sử dụng giá thủy lực ZH trên cơ sở số lượng mà các mỏ than hầm lò đang sử dụng hiện nay Đề tài đã khảo sát tình trạng hư hỏng của giá thủy lực, tình hình chế tạo nội địa hóa hiện nay Đề tài đã nghiên cứu lập bản vẽ các chi tiết, cụm chi tiết, xác định vật liệu chế tạo, song song là tính toán kiểm nghiệm một số thông số của các phần tử thủy lực nói trên, có áp dụng phần mềm Inventor để tính toán:

- Tính kiểm nghiệm cụm xi lanh tiến gương (tính đường kính, chiều dầy thành xi lanh, tính độ biến dạng), trên cơ sở áp lực mỏ và áp suất chất lỏng

- Tính toán kiểm nghiệm cụm xi lanh nâng hạ mái trước (tính đường kính, chiều dầy, độ biến dạng, độ ổn định)

- Tính áp suất cho phép

- Tính các phần làm kín

- Tính lực mở tay van và kiểm nghiệm vòng bít làm kín

Trên cơ sở các bản vẽ thiết kế, đề tài xác định, lựa chọn và lập quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết phù hợp với điều kiện trong nước Tiến hành chế tạo, kiểm tra lắp ráp hoàn thiện các cụm chi tiết Xác định các yêu cầu thử nghiệm theo tiêu chuẩn, tiến hành thử nghiệm các sản phẩm của đề tài, tại xưởng thực nghiệm Kết quả thử nghiệm, các sản phẩm đều đạt các yêu cầu thử nghiệm đề ra và có thể tiến hành các bước thử nghiệm tiếp theo (thử nghiệm công nghiệp – đề tài chưa thử nghiệm) Đề tài đã đưa ra một số kiến nghị nhằm mục đích có những bước phát triển tiếp theo

Từ khóa:

- Một số phần tử thủy lực

- ZH1600/16/24Z

MỤC LỤC

Chương I: TỔNG QUAN CHUNG, CÁC DẠNG HỎNG VÀ CÔNG TÁC

SỬA CHỮA CHẾ TẠO TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG 10

I.2 CÁC DẠNG HỎNG CỦA TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG 14 I.3 CÔNG TÁC SỬA CHỮA BẢO DƯỠNG VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM PHỤ TÙNG

THAY THẾ MỚI GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG 15

Chương III: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 43

III.1 LỰA CHỌN VÀ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 43

III.2 CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP SẢN PHẨM 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

MỞ ĐẦU

Hiện nay, các mỏ than hầm lò trong Tập đoàn Công nghiệp than khoáng sản Việt Nam đang sử dụng một số lượng lớn và đa dạng về chủng loại thiết bị chống giữ lò chợ Theo mức độ cơ giới hóa và công nghệ khai thác lò chợ mà các mỏ than hầm lò áp dụng các loại thiết bị chống giữ khác nhau như cột thủy lực đơn DZ22, giá thủy lực di động XDY; tổ hợp giá thủy lực ZH; giàn chống tự hành ZZ3200; giàn chống KĐT1; giàn chống VINANTA; giá chống thủy lực 2ANSH, các thiết bị chống nói trên hầu hết được nhập của nước ngoài, một số ít

đã chuyển giao công nghệ và nội địa hóa một số cụm chi tiết ở Việt Nam (đặc tính kỹ thuật các thiết bị chống giữ kể trên được nêu trong phần phụ lục 9)

Trong các thiết bị chống giữ kể trên thì tổ hợp giá thủy lực ZH được thiết

kế cải tiến trên cơ sở công nghệ chống giữ lò chợ bằng cột thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại Xét về mặt cơ giới hóa chống giữ thì đây là loại hình trung gian, tiến lên từ cột thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại Tổ hợp giá thủy lực được nhập vào Việt Nam từ cuối năm 2006 và chính thức được đưa vào sử dụng từ tháng 5/2007 tại Công ty Than Thống Nhất - TKV Tính đến hết năm 2008, trong Tập đoàn TKV đã có 11 lò chợ đưa tổ hợp giá thủy lực vào chống giữ Ban đầu chúng ta nhập trọn bộ của Trung Quốc và Viện Khoa học Công nghệ

mỏ - TKV là đơn vị tư vấn chuyển giao công nghệ Đến nay, các đơn vị cơ khí trong Tập đoàn TKV đã từng bước nội địa hóa và bước đầu đã chế tạo thành công cột chống, một số cụm chi tiết dạng kết cấu Còn lại các cụm van và một số cụm xi lanh (gọi chung là các phần tử thủy lực) hiện tại vẫn phải nhập khẩu từ Trung Quốc, quá trình nhập còn phụ thuộc vào các công ty thương mại, mất nhiều thời gian nên các đơn vị sử dụng không chủ động được sản xuất Trong điều kiện đó, để đáp ứng nhu cầu sản xuất, Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV đã đăng ký với Bộ Công Thương chế tạo thử các phần tử thủy lực và được phê duyệt theo Quyết định số 1035/QĐ-BCT ngày 27 tháng 02 năm 2009 của

Bộ trưởng Bộ Công Thương về việc điều chỉnh và đặt hàng bổ sung thực hiện

nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2009, giao cho Viện Cơ khí Năng lượng

và Mỏ - TKV thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động”

* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Tiếp tục phát triển hoàn thiện các nghiên cứu về tính toán thiết kế, công nghệ chế tạo giá chống thủy lực

- Chế tạo các phần tử thủy lực của tổ hợp giá thủy lực di động phục vụ công tác sửa chữa và chế tạo mới các sản phẩm trong nước

* Đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các bộ phận thủy lực của tổ hợp giá thủy lực chỉnh thể ZH1600/16/24Z (nhập của Trung Quốc) hoặc giá khung di động đang nội địa hóa tại cơ khí TKV

* Phạm vi và nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Khảo sát tình hình sử dụng tổ hợp giá thủy lực di động trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

- Tính toán lập bản vẽ thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo

- Chế tạo sản phẩm trên cơ sở bản vẽ thiết kế và quy trình công nghệ đã lập, trên các thiết bị gia công trong nước Các sản phẩm chế tạo bao gồm:

+ 02 cụm xi lanh tiến gương;

+ 02 cụm xi lanh chỉnh hướng;

+ 04 cụm xi lanh nâng mái trước;

+ 02 cụm van điều khiển trung tâm

- Thử nghiệm sản phẩm

* Kết quả thực hiện:

- Chế tạo sản phẩm: Đến nay, đề tài đã thực hiện chế tạo xong các sản phẩm theo đúng nội dung đăng ký (số lượng và chủng loại) với Bộ Công Thương

- Thử nghiệm sản phẩm: Đề tài đã tiến hành thử nghiệm sản phẩm tại xưởng Tuy nhiên, đề tài chưa thực hiện được bước thử nghiệm công nghiệp vì

lý do sau:

Sản phẩm của đề tài là bộ linh kiện trên 1 thiết bị (tổ hợp giá thủy lực), trong khi đó các đơn vị có sử dụng giá thủy lực đúng chủng loại thì thiết bị thường xuyên làm việc trong lò hoặc chuyển về kho bảo quả do chưa có diện khai thác chống giữ phù hợp như Công ty Than Mạo Khê - TKV Vì vậy đến nay, đề tài chưa thực hiện được bước thử nghiệm công nghiệp Đề tài sẽ thực hiện các bước thử nghiệm công nghiệp trong năm 2010 khi có điều kiện cho phép

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và cán bộ Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công Thương, lãnh đạo Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV, cùng tất cả các chuyên gia và các đồng nghiệp trong và ngoài Viện đã nhiệt tình giúp

đỡ hoàn thành đề tài

Nhóm thực hiện đề tài

Chương I: TỔNG QUAN CHUNG, CÁC DẠNG HỎNG

VÀ CÔNG TÁC SỬA CHỮA CHẾ TẠO TỔ HỢP GIÁ

THỦY LỰC DI ĐỘNG I.1 GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG

Tổ hợp giá thủy lực di động ZH là thiết bị chống giữ lò chợ được thiết kế trên cơ sở cải tiến công nghệ chống giữ lò chợ bằng cột chống thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại, hay cao hơn nữa là tổ hợp giá thủy lực XDY Có thể nói về mặt cơ giới hóa chống giữ lò chợ thì đây là loại hình thiết bị và công nghệ trung gian tiến lên từ cột chống thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại lên chống bằng giàn chống thủy lực Tổ hợp giá thủy lực được nhập vào Việt Nam khoảng cuối năm 2006 và bắt đầu sử dụng trong chống giữ lò chợ từ tháng 5/2007 (tại Công

ty Than Thống Nhất) Ban đầu chúng ta nhập khẩu toàn bộ của Trung Quốc và Viện Khoa học Công nghệ mỏ - TKV là đơn đơn vị tư vấn chuyển giao công nghệ Đến nay, Công ty Chế tạo máy - TKV đã từng bước nội địa hóa một số bộ phận của tổ hợp giá thủy lực và bước đầu chế tạo cột chống (dây chuyền sản xuất cột chống do Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV lập dự án đầu tư và chuyển giao công nghệ), một số kết cấu cơ khí khác Còn lại các loại van và các cụm xi lanh (xi lanh tiến gương, xi lanh nâng hạ mái, xi lanh chỉnh hướng) vẫn phải nhập khẩu từ Trung Quốc

Tính đến hết năm 2008, trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam đã có 11 đơn vị đưa tổ hợp giá thủy lực vào chống giữ lò chợ khai thác và được chia thành 2 loại Đó là tổ hợp giá thủy lực chỉnh thể và tổ hợp giá thủy lực phân thể Loại chỉnh thể có khả năng áp dụng cho các vỉa dốc đến 30o

và đang được dùng tương đối nhiều, loại phân thể có khả năng áp dụng cho vỉa dốc đến 40o nhưng chưa được áp dụng nhiều, do khi áp dụng ở vỉa dốc còn gặp nhiều khó khăn, độ ổn định thấp

Tổ hợp giá thủy lực có cấu tạo dạng lập thể, được liên kết thành dạng mảng (dọc theo chiều dài lò chợ) tạo cho các vì chống có độ ổn định tương đối

cao Cấu tạo này đã cho phép giảm bớt hao phí lao động làm công tác củng cố lò chợ Hiện nay, có 06 loại tổ hợp giá thủy lực đã được các đơn vị sản xuất than hầm lò đưa vào sử dụng trong các lò chợ - tài liệu [1]

1- Tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24Z được sử dụng tại Mạo Khê, Nam Mẫu, Vàng Danh, Thống Nhất, … cho các lò chợ dốc thoải và dốc nghiêng, có thu hồi than hạ trần, tương đối phù hợp với các vỉa than dốc thoải nghiêng, không thích hợp với các lò chợ có độ dốc > 35o

2- Tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24T (ZHT) sử dụng tại Công ty Than Quang Hanh, Mông Dương cho các lò chợ khấu ở vỉa có thế nằm phức tạp, biến đổi nhiều về độ dốc vỉa, có thu hồi than hạ trần Loại giá thủy lực này tương đối linh hoạt, nhưng chỉ thích hợp với vỉa có độ dốc < 25o

3- Tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24ZL được sử dụng tại Công ty Than Quang Hanh, áp dụng cho các vỉa dốc có thu hồi than hạ trần Có ưu điểm ở khu vực mỏ có áp lực nhỏ, có thể ứng dụng kết hợp với máy khấu trong lò chợ Nhưng lắp đặt và tháo dỡ tương đối khó khăn do không gian chống tạm lớn

4- Tổ hợp giá thủy lực ZH2000/15/35Z được sử dụng cho lò chợ có chiều cao tới 3,5m tại Công ty TNHH 86 Tổ hợp giá thích hợp với việc khai thác toàn

bộ vỉa có chiều dầy từ 2,2 đến 3,5m ở lò chợ có độ dốc < 30o Khi áp dụng công nghệ này sẽ giảm tổn thất tài nguyên, khắc phục được hiện trượng đá vách treo trong các trường hợp sử dụng công nghệ lò chợ thu hồi than hạ trần

5- Tổ hợp giá thủy lực GK1600/1.6/2.4/HT do Công ty Chế tạo máy - TKV chế tạo, trên cơ sở nội địa hóa loại ZH1600/16/24Z đã được sử dụng tại các đơn

vị như Công ty Hà Lầm, Bắc Cọc Sáu, Thống Nhất có thu hồi than hạ trần

6- Tổ hợp giá thủy lực GK1600/1.6/2.4/HTD được sử dụng cho các lò chợ khai thác có độ dốc đến 40o tại các đơn vị như Công ty TNHH 86, Đồng Vông

có thu hồi than hạ trần Đây là loại giá thủy lực mới đưa vào sử dụng, bước đầu cho thấy nếu quản lý kỹ thuật tốt thì loại giá này sẽ phát huy tốt trong các lò chợ

có độ dốc đến 40o

Nhìn chung, cho đến nay các khu vực hiện đang áp dụng tổ hợp giá thủy

lực di đồng đều có điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ phù hợp, đảm bảo việc khai

thác có hiệu quả và an toàn (Mạo Khê, Nam Mẫu, Đồng Vông, Hà Lầm, 86,

Thống Nhất, …) Trong đó, tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24Z được áp dụng

nhiều nhất Một số lò chợ sử dụng tổ hợp giá trong điều kiện vỉa có thế nằm

không ổn định, độ dốc từ 35 đến 40o (Mông Dương, Quang Hanh, Bắc Cọc Sáu)

đã gặp nhiều khó khăn, năng suất lao động thấp, tình trạng kỹ thuật cơ bản chưa

tốt, … và đang trong giai đoạn hoàn thiện công nghệ

Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z, là thiết

bị được nhiều mỏ hầm lò áp dụng trong các tổ hợp đã nêu trên (bảng 1):

Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z

I.2 CÁC DẠNG HỎNG CỦA TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG

Trong quá trình thực hiện nhóm đề tài tiến hành tìm hiểu khảo sát các dạng hỏng của tổ hợp giá thủy lực di động tại một số mỏ Kết quả thực hiện, giá thủy lực có các dạng hỏng chủ yếu dưới đây:

1- Vỡ các đường ống cao áp dẫn dịch điều khiển các xi lanh thủy lực và cột chống của giá chống

Nguyên nhân vỡ, do trong quá trình làm việc các ống bị đá cứng (thường

là khi nổ mìn) làm rách ống hoặc do công nhân chưa chú ý bảo quản tốt khi làm việc trong lò

2- Cong tấm chắn gương, rách một số mối hàn

Nguyên nhân:

- Tấm chắn tiếp xúc với gương không cân xứng, mà khi đó tấm chắn lại

có hai xi lanh nâng hai bên nên khi công nhân mở van nâng mái ép vào gương, tấm chắn thường bị cong, vênh và rách mối hàn

- Khi tấm chắn đã ép vào gương lò chạm vào than, đá cứng, tấm chắn không còn khả năng nâng lên nữa nhưng công nhân vẫn mở van (van điều khiển) dẫn đến phá hỏng tấm chắn gương

3- Một số cột chống bị bong tróc lớp mạ bề mặt của cần piston

Nguyên nhân: Thường trong khi nổ mìn đất đá, than văng vào các bề mặt

có lớp mạ dẫn đến bị bong tróc và một phần cũng do yếu tố nước mỏ có chứa các chất ăn mòn gây lên

4- Các chi tiết làm kín bị hỏng

Nguyên nhân: Các chi tiết làm kín thường chịu áp suất cao (thường áp suất trong khoảng 20MPa đến 26MPa), khi làm việc các gioăng phớt thường di trượt nhiều lần, kết hợp với bụi bẩn nên nhiều vị trí rất hay bị hỏng

5- Một số cần piston của xi lanh nâng hạ mái trước bị cong, gẫy

Nguyên nhân:

- Do cần piston có đồ bền kém, không chịu được áp lực của dung dịch nhũ hóa khi van điều khiển vẫn mở mà cần piston không có khả năng tiến

- Do tai của tấm chắn gương lắp với đầu cần piston bị rách (biến dạng) dẫn đến mất cân bằng nên cần piston thường hay bị cong

Ghi chú: Một số nguyên nhân hư hỏng của tổ hợp giá thủy lực di động đã được Phòng Khoa học Công nghệ thực hiện đánh giá (xem phần phụ lục 8)

I.3 CÔNG TÁC SỬA CHỮA BẢO DƯỠNG VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM PHỤ TÙNG THAY THẾ MỚI GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG

I.3.1 Công tác sửa chữa bảo dưỡng

Công tác sửa chữa, bảo dưỡng các tổ hợp giá thủy lực tại các mỏ hiện nay được thực hiện định kỳ (theo các quy định về thời gian làm việc) Việc bảo dưỡng sửa chữa thường được thực hiện tại các phân xưởng cơ khí thuộc các mỏ, một số mỏ chuyển cho một số đơn vị cơ khí độc lập thực hiện thông qua các hợp đồng kinh tế và chủ yếu thực hiện các công việc sau:

- Nắn, chỉnh sửa các tấm chắn, tai lắp bản lề, bị cong vênh, hàn gia cố các mối hàn bị nứt, rách hoặc hàn thêm các gân gia cường

- Kiểm tra các đường ống dẫn dịch, loại bỏ hoặc xúc rửa sạch để sử dụng cho lần tiếp theo

- Kiểm tra, tháo rửa, kết hợp với phân loại (loại bỏ hoặc sử dụng tiếp), thay thế một số gioăng phớt của cột chống, các cụm xi lanh thủy lực, cụm van trung tâm và các van khác

Các công việc bảo dưỡng, sửa chữa đều thực hiện theo các quy trình, trình

tự đã được quy định trong thuyết minh hướng dẫn sử dụng hoặc của các mỏ

I.3.2 Chế tạo mới sản phẩm

Như đã đề cập trong phần I.1, Viện Khoa học Công nghệ mỏ - TKV đã phối hợp với Trung Quốc chuyển giao công nghệ nội địa hóa chế tạo tổ hợp giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z (hay giá khung di động tên gọi Việt Nam) tại Công ty Chế tạo máy – TKV và Công ty đã chế tạo thành công các cụm bộ phận sau:

1- Các cụm dạng kết cấu như: mái chính, mái trước, đế cột, các tấm chắn

và xà đỡ,

2- Chế tạo cột chống 2 chiều

Còn các cụm: xi lanh tiến gương, xi lanh nâng hạ mái trước, xi lanh chỉnh hướng, van trung tâm, các cụm van khác, gioăng phớt và ống dẫn dịch vẫn phải phập hoàn toàn của Trung Quốc

Các sản phẩm nội địa hóa bước đầu đã khẳng định được chất lượng và tạo điều kiện thuận lợi hơn trong sản xuất, đáp ứng thay thế kịp thời một số cụm, bộ phận hỏng hóc của tổ hợp giá thủy lực di động

I.4 LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO

Việc chưa chế tạo nội địa hóa hoàn toàn được giá thủy lực di động chúng

ta vẫn không chủ động được trong khâu khai thác than lò chợ của một số mỏ Lý

do, chúng ta vẫn phải phụ thuộc vào phía Trung Quốc và quá trình nhập ngoại thường còn phụ thuộc vào các công ty thương mại mất nhiều thời gian

Mặt khác cũng do tỉ lệ nội địa hóa mà công tác sửa chữa thay thế tại các

mỏ than cũng không được chủ động Để khắc phục khó khăn đó nhiều đơn vị đã phải nhập dự trữ

Qua hai ý trên có thể nhận thấy rằng việc thực hiện nội địa hóa chế tạo hoàn toàn giá thủy lực di động tại Việt Nam là vấn đề cần thiết Từ vấn đề đó Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam đã có văn bản số 7661/TKV-KCL, ngày 09 tháng 12/2009 về việc yêu cầu một số đơn vị lập hồ

sơ đăng ký thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2009 Trong đó có yêu cầu Công

ty Chế tạo máy – TKV phối hợp với Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV thực hiện chế tạo 10 bộ vì chống giá khung thủy lực di động (hay tổ hợp giá thủy lực di động) với tỷ lệ nội địa hóa là 100%

Với những phần đã nội địa hóa thành công như nêu trên, thì phần còn lại của tổ hợp giá thủy lực di động chủ yếu là các linh kiện thủy lực và cho đến nay, chưa có đơn vị nào chế tạo thử nghiệm

Đối với các thiết bị cần yêu cầu độ an toàn cao như giá chống thủy lực thì bước chế tạo thử nghiệm sản phẩm là hết sức quan trọng, nhằm đánh giá và hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo sản phẩm Với mục đích cuối cùng là tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, có độ tin cậy cao, tạo sự yên tâm cho người sử dụng

Căn cứ vào các sản phẩm đã chế tạo nội địa hóa, đề tài quyết định lựa chọn các sản phẩm là các phần tử thủy lực của tổ hợp giá thủy lực di động để nghiên cứu chế tạo thử nghiệm:

- Cụm xi lanh tiến gương

- Cụm xi lanh nâng hạ mái trước

- Cụm xi lanh chỉnh hướng

- Cụm van điều khiển trung tâm

Các sản phẩm của đề tài, kết hợp với các sản phẩm đã chế tạo nội địa hóa

có thể khẳng định tỉ lệ chế tạo nội địa hóa tổ hợp giá thủy lực đạt ≈ 100%, chỉ còn phần ống dẫn thủy lực

Chương II: TÍNH TOÁN LẬP BẢN VẼ THIẾT KẾ II.1 LẬP BẢN VẼ CHẾ TẠO

II.1.1 Thiết lập bản vẽ

Các bản vẽ thiết kế chế tạo, được lập trên cơ sở mẫu sản phẩm, có tính toán kiểm nghiệm độ bền và phải đảm bảo các yêu cầu sau

- Đảm bảo tính lắp lẫn cao, để thực hiện việc nội địa hóa sản phẩm

- Đảm bảo tính chính xác để gia công

- Tính chọn các vật liệu phù hợp với điều kiện Việt Nam có sẵn

- Đảm bảo tính công nghệ, để chế tạo được từ công nghệ và thiết bị trong nước

- Các bản vẽ tuân thủ theo tiêu chuẩn TCV01-2002

Các sản phẩm thiết kế được lập theo các bộ bản vẽ (được đóng ở phần phụ lục của báo cáo này):

+ GT.160-09.00.000L Cụm xi lanh tiến gương

+ GT.160-10.00.000L Cụm xi lanh nâng hạ mái trước

+ GT.160-11.00.000L Cụm xi lanh chỉnh hướng

+ GT.160-16.00.000L Cụm van điều khiển trung tâm

II.1.2 Các yêu cầu về thép chế tạo

Thép chế tạo các phần tử thủy lực của tổ hợp giá thủy lực di động phải đảm bảo các yêu cầu đảm độ bền làm việc theo yêu cầu kỹ thuật

Do các sản phẩm của đề tài thực hiện thiết kế, chế tạo trên cơ sở mẫu của nước ngoài (Trung Quốc) nên vật liệu của một số chi tiết chính được xác định bằng phương pháp xác định thành phần hóa học – tra cứu vật liệu tương đương

Từ các kết quả mẫu thử nghiệm, xác định vật liệu chế tạo các phần tử thủy lực như sau:

1- Thép chế tạo các ống xi lanh:

- Thép C45-TCVN 1766-75 tương đương 45 ΓOCT 1050-74 của Nga

2- Thép chế tạo cần piston và một số chi tiết của ruột van: Cũng được lựa chọn vật liệu là thép C45 TCVN -1766-75

3- Thép chế tạo thân van:

- Thép 40Cr -TCVN 1766-75 tương đương 40X ΓOCT 4543-71 của Nga

4- Một số chi tiết khác của ruột van, vật liệu chế tạo được lựa chọn theo mẫu và xác định tương đương C25 – TCVN 1766-75 hoặc 25 ΓOCT 1050

- Tính chất cơ lý:

+ Giới hạn bền: σb = 450 N/mm2 ~ 450MPa

+ Giới hạn chảy: σc = 275 N/mm2

+ Độ dãn dài: 10 = 23%

+ Độ cứng (ủ): Không quá 170 HB

- Thành phần hoá học: Thép C25 TCVN 1766 – 75 của Việt Nam

II.2 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CÁC CỤM XI LANH

Mục đích của việc tính toán kiểm nghiệm nhằm kiểm tra, đánh giá một số thông số kỹ thuật của xi lanh, của van theo sản phẩm mẫu

II.2.1 Xác định áp lực mái giá chống

Cho đến nay, đã có nhiều giả thuyết về áp lực mỏ được đưa ra để tính áp lực tác động lên các thiết bị chống giữ lò chợ:

- Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên, của giáo sư M M Prôtôđiacônôv

- Giả thuyết áp lực mỏ dầm công sơn, được đề xuất bởi giáo sư V Đ Slesarev và G N Cuznhesôv

- Giả thuyết áp lực mỏ nứt nẻ ban đầu của Labass

Theo các giả thuyết áp lực mỏ kể trên, đề tài lựa chọn giả thuyết áp lực

mỏ vòm cân bằng tự nhiên để tính áp lực lên mái giá chống thủy lực với cơ sở lý thuyết sau:

+ Công nghệ khai thác áp dụng đối với tổ hợp giá thủy lực di động là công nghệ hạ trần và thu hồi than nóc

+ Việc khai thác than hầm lò chủ yếu vẫn áp dụng công nghệ khoan –

nổ mìn (đất, đá bị nứt vỡ trên diện rộng) nên đất đá sập đổ sẽ hình thành dạng như hình 2

Trạng thái đầu tiên của lò chợ là lò cắt (hình 2a), lúc này sự phân bố áp suất của đá mỏ mà chủ yếu là đá vách, xung quanh nó tương tự như ở các đường

lò chuẩn bị khác Giáp với lò cắt là vùng ứng suất thấp hay còn được gọi là vùng

biến dạng khụng đàn hồi, ở đõy đỏ mỏ dịch chuyển, tỏch lớp và rạn nứt, chớnh vựng này gõy ra ỏp lực tỏc động lờn vỡ chống Giới hạn phỏt triển của vựng này tạo ra một vũm được gọi là “vũm cõn bằng tự nhiờn” Bao quanh vựng ứng suất thấp là vựng ứng suất cao hay được gọi là vựng biến dạng đàn hồi, ỏp lực tăng của vựng này được mặt vũm tiếp nhận rồi truyền xuống chõn vũm, gõy ra ỏp lực tựa

Khi bắt đầu khai thỏc lũ chợ, diện búc lộ của đỏ vỏch sẽ lớn dần theo chiều dài khai thỏc và vựng biến dạng khụng đàn hồi cũng phỏt triển theo, tức là vũm cõn bằng tự nhiờn và ỏp lực tựa ở cỏc vựng biờn cũng sẽ lớn dần Trờn hỡnh 2b thể hiện trạng thỏi phõn bố ỏp suất và vị trớ của vũm cõn bằng tự nhiờn ở thời điểm sau khi phỏ hỏa ban đầu

b- sau khi phá hỏa ban đầu;

c- giai đoạn khai thác ổn định

Tiếp theo là giai đoạn khai thác ổn định của lò chợ đi cùng với các đợt phá hỏa đá vách thường kỳ như đã được phân tích ở trước Trong giai đoạn này vòm cân bằng tự nhiên đạt kích thước tối đa và dịch chuyển theo tiến độ khai thác lò chợ (hình 2c), khi đó chân vòm phía trước luôn luôn gối lên trên khối than nguyên phía trước gương lò chợ, còn chân vòm phía sau rời khỏi khối nguyên, tiến dần vào khoảng trống đã khai thác và tựa lên vùng đá phá hỏa đã bị nén chặt trở lại

x

M B

y 2a 2a 1

S

Hình 3: Sơ đồ tính tải trọng tác động lên giá chống thủy lực

Để xác định áp lực mỏ tác động lên giá chống lò chợ theo giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư M M Prôtôđiacônôv đề xuất sơ đồ tính toán được thể hiệ trên hình 3 Giả thuyết cho rằng chỉ có đá vách nằm bên trong vòm cân bằng tự nhiên tác động lên giá chống lò chợ

Áp lực lớn nhất tác động lên giá chống là ở hàng cột xát gương nhất, tức

là cách gương một khoảng b, ứng với điểm M trên mặt vòm Chiều cao của vòm cách gương một khoảng b được xác định theo công thức dưới đây - tài liệu [9]:

f a

b a f

a f a

x f

a y y

y x

.

2 1 1 1 1

2 1 max

f – hệ số kiên cố của đất đá phá hỏa, f = 2,5

x – hoành độ của điểm M, m

Dựa vào sơ đồ tính toán có thể xác định được giá trị của bán kính nhịp vòm a1:

Để xác định giá trị S, giả thuyết cho rằng chính trọng lượng của khối đất

đá ABCD nén xuống mặt vòm, rồi truyền xuống chân vòm, tạo ra áp lực ở đây

Thay số vào công thức (2.3), ta xác định được giá trị S:

1 , 22 5

, 2

250 9 , 1 6 ,

4 , 25 1 , 62 5 , 2

1 ,

Trong đó: α - góc dốc của lò chợ, độ; chọn lò bằng α = 0o

Thay số vào công thức (2.4), xác định được giá trị q:

16 , 31 0 cos 9 , 1 4 ,

II.2.2 Tính cụm xi lanh tiến gương

II.2.2.1 Tính lực đẩy tiến gương và đường kính trong của xi lanh

Mục đích của việc tính toán lực di chuyển mái nhằm xác định lực cần thiết của cụm xi lanh tiến gương để đưa ra thiết kế chính xác của cụm xi lanh tiến gương

- Xác định khả năng đẩy di chuyển giá trong quá trình tiến gương (hình 4)

Trong quá trình tiến gương, xi lanh tiến gương đẩy mái lên phía trước Lực đẩy xi lanh tiến gương xác định như sau:

P - tổng lực tác dụng lên mái

Từ giá trị tổng lực tác dụng P, xác định lực đẩy mái Pđ theo công thức sau:

Trong đó: Fms,t - lực ma sát do lớp than hoặc đất đá tác dụng lên mái, T

Fms - lực ma sát do mái tỳ lên thanh liên kết, T

q - tải trọng vách trực tiếp (lớp than hạ trần lên nóc lò chợ), q = 28,8T/m2

a, b - chiều dài và rộng mái giá, m; a = 3,0m; b = 0,96m

fms,t - hệ số ma sát than với thép tấm, fms,t= 0,3 ÷ 0,5

fms- hệ số ma sát thép với thép, fms= 0,15

Pm - trọng lượng của mái và các phần treo trên mái giá chống, Pm = 1,7T

Tính đến yếu tố khi đẩy mái tiến gương lên phía trước, mái được di chuyển hạ thấp so với hai mái kề bên để giảm tải, chọn fms,t = 0,3 và lực P lúc đó chỉ còn 42,88% (theo đặc tính kỹ thuật của giá) trên tổng lực tác dụng lên mái

Thay số vào công thức (2.5), xác định được P:

P = 31,16 3,0 0,96 42,88% = 38,48T

Lực cần thiết của xi lanh tiến gương đẩy mái về tiến lên phía trước là:

Pđ = P fms,t + (P + Pm).fms = 38,48 0,3 + (38,48 + 1,7).0,15 = 17,57T

Từ điều kiện Pđ = 17,57T = 17570N và áp lực bơm Pb = 3150N/cm2 để có thể đẩy mái tiến gương thì đường kính trong của xi lanh phải thỏa mãn điều kiện sau:

π

π

.

4 4

.

2

b

đ t

đ

t

P D

P

D

Trong đó:

Dt – là đường kính trong của xi lanh tiến gương

Thay số vào công thức (2.9), ta có:

43 , 8 14 , 3 315

17570

Với đường kính Dt = 100mm ta có xác định được lực đẩy của piston F1

dưới áp suất bơm theo công thức sau:

2

2 1 1 1

.

.

mh mh

a p A

p F

10 14 , 3 4

p2 - áp suất ở buồng xi lanh phía kéo ngắn xi lanh (theo thực nghiệm – số liệu của mỏ), p2 = 3MPa

7 14 , 3 4

2 2

=

=

= c c

D

Trong đó: Dc – đường kính cán piston, cm

Thay các giá trị vào công thức (2.10) ta xác định được lực đẩy piston:

21933088

,0

5,38.3094,0.5,78.315

II.2.2.2 Tính chiều dầy thành xi lanh

Dựa trên đặc tính kỹ thuật của cơ cấu đẩy tiến gương ta có các thông số làm việc sau:

L = 1960 (mm)

L1 = 1175(mm)

S = 785 (mm) Trong đó:

L - Chiều dài xi lanh ở trạng thái mái được nâng ở vị trí cao nhất;

L1 - Chiều dài xi lanh ở trạng thái mái ở vị trí gấp lại;

D

của xi lanh tiến gương < 1,2 được coi là xi lanh có thành mỏng (trong đó: Dn; Dt - là đường kính ngoài và đường kính trong của xi lanh) Khi đó chiều dầy thành xi lanh t được xác định theo công thức:

c p

D p t

Trong đó:

p - áp suất chất lỏng làm việc, N/cm2 (lấy theo áp suất làm việc lớn nhất p

= 31,5MPa = 3150N/cm2);

Dt – là đường kính trong của xi lanh, mm Theo thiết kế Dt = 100mm;

c – đại lượng bổ sung cho chiều dầy tối thiểu của thành xi lanh có tính đến dung sai gia công, mm c được xác định theo dẫy thông số sau [tài liệu 4]

σb – giới hạn bền của vật liệu, σb = 610N/mm2;

n – hệ số an toàn, với tính chất làm việc của xi lanh là đẩy mái về phía trước và co kéo xà đỡ tiến lên, chọn n = 2;

η - hệ số độ bền của mối hàn, chọn phương pháp hàn là hàn bằng tay có đệm lót η = 0,8:

Thay số vào công thức (2.12) ta có: 0 , 8 244

100 3150

−

≥

So sánh với thiết kế t = 7,5mm là đủ bền và đảm bảo an toàn

II.2.2.3 Tính độ biến dạng của xi lanh

Dưới áp suất của dung dịch, xi lanh tiến gương chịu biến dạng, ta có thể xác định biến dạng hướng kính mặt trong ∆Dt của xi lanh theo công thức sau (2.13), áp dụng cho xi lanh có thành mỏng:

(1 0,5µ)

2

D p

Trong đó:

E - là mô đun đàn hồi của vật liệu; đối với thép E = 2,1.105 N/mm2;

µ - hệ số Poisson; đối với thép µ = 0,29

Thay số vào công thức (3.10) ta có độ biến dạng hướng kính của xi lanh lớn là:

5 , 7 10 1 , 2 2

100 5 , 31

II.2.3 Tính cụm xi lanh nâng hạ mái trước

II.2.3.1 Xác định chiều dầy thành xi lanh

Dựa trên đặc tính kỹ thuật của cơ cấu nâng hạ mái trước ta có các thông

số động học sau:

L = 1010 (mm)

L1 = 650(mm)

S = 360 (mm) Trong đó:

L - Chiều dài xi lanh ở trạng thái mái được nâng ỏ vị trí cao nhất;

L1- Chiều dài xi lanh ở trạng thái mái ở vị trí gấp lại;

c p

D t

100 5

, 0

9 , 4 8 , 0 1 3150 73 , 1 244 100

244 100 63

5 ,

Vậy có thể kết luận chiều dầy t = 6,5mm đã thiết kế của thành xi lanh

nâng hạ mái trước là đảm bảo đủ bền

II.2.3.2 Xác định độ biến dạng

Với tỉ lệ

t

n D

D > 1,2 thì biến dạng trong ∆Dt và biến dạng ngoài ∆Dn của xi lanh nâng hạ mái trước được xác định theo các công thức:

t t

n

t n t

D D

D D

D

D D E

D p

Thay các thông số của xi lanh nâng hạ mái trước vào công thức (2.15) ta xác định được biến dạng hướng kính phía trong của xi lanh là:

045 , 0 63

76

63 29 , 0 63 76

63 76 10 1 , 2

63 5 , 31

2 2

2 2

2

2 2

t n n

D D

D E

D p

Thay các giá trị vào công thức (2.16) ta xác định được biến dạng hướng kính ngoài của xi lanh:

(2 0 , 29) 0 , 043 63

76

76 10

1 , 2

76 5 , 31

2 2

th

F F

.

Trong đó:

CF

F - lực cho phép do tải trọng bên ngoài tác dụng lên xi lanh, N

k - hệ số tính tới khả năng tăng áp suất trong hệ thống thủy lực, thường chọn k = 1,15

no - Hệ số an toàn về ổn định, phụ thuộc vào vật liệu và công dụng của xi lanh; với vật liệu là thép thì no = 1,5 ÷ 3, chọn no = 2

Hình 5: Biến dạng của xi lanh khi uốn dọc

( ) (76 63 ) 1419

4

14 , 3 4

2 2 2

= D n D t

Hình 6: Ứng suất tới hạn đối với xi lanh có đầu nối khớp bản lề (n = 2)

Trên đồ thị hình 6, l là chiều dài toàn bộ của xi lanh, l = 1010mm; i là bán kính quán tính và được xác định theo công thức:

14 , 3 64