Nghiên cứu thiết kế, chế tạo goàng lật nghiêng có dung tích đến 2m3

tóm tắt đề tài Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo goòng lật nghiêng có dung tích đến 2m 3” trên cơ sở cải tiến công nghệ dỡ tải, nhằm góp phần tăng năng suất vậ

TËp ®oµn C«ng nghiÖp Than - Kho¸ng s¶n ViÖt Nam

ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má - TKV

B¸o c¸o tæng kÕt

§Ò tµi nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ

Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o goßng lËt

TËp I ThuyÕt minh b¸o c¸o

31/3/2009

Hµ Néi - 2008

Bé C«ng Th−¬ng TËp ®oµn C«ng nghiÖp Than - Kho¸ng s¶n ViÖt Nam

ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má - TKV

*****

b¸o c¸o tæng kÕt

§Ò tµi nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ

Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o goßng lËt

tóm tắt đề tài

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo goòng lật nghiêng có dung tích đến 2m 3” trên cơ sở cải tiến công nghệ dỡ tải, nhằm góp phần tăng năng suất vận tải than ở các mỏ than hầm lò hiện nay, đồng thời giảm sức lao động và chi phí đầu tư và sử dụng

Đề tài đánh giá sơ lược về tình hình khai thác, vân tải than hầm lò với công nghệ mới Đề tài đã khảo sát tình hình sử dụng các loại goòng hiện nay, lựa chọn phương án sản phẩm Đề tài đã tham khảo tài liệu thiết kế một số loại goòng, xây dựng các bước thực hiện:

- Lựa chọn công nghệ vận tải bằng goòng dỡ tải bằng phương pháp lật nghiêng

- Lựa chọn các thông số đưa ra thiết kế sơ bộ, tính toán các thông số kỹ thuật, tính toán kiểm nghiệm, hiệu chỉnh thiết kế, lập bản vẽ chế tạo (goòng và

hệ thống trong thực tế)

- Thiết kế hệ thống thử nghiệm

- Tiến hành chế tạo sản phẩm (goòng và hệ thống thử nghiệm)

- Thử nghiệm sản phẩm (xem xét các thông số công nghệ, quá trình làm việc, đánh giá trực quan độ tin cậy của goòng)

- Đánh giá sản phẩm

Sản phẩm đã được Viện chế tạo, thử nghiệm tại Xưởng thực nghiệm Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV Kết quả thử nghiệm hệ thống đạt các yêu cầu

về kỹ thuật cũng như tính khả thi của đề tài

Đề tài đã lập được bộ bản vẽ thiết kế hoàn chỉnh, chế tạo, thử nghiệm sản phẩm tại Viện Sản phẩm đề tài dự kiến đưa vào sử dụng thay thế một số loại goòng lật tay và lật nghiêng mở hông đang sử dụng hiện nay là hoàn toàn phù hợp

Mục lục

I.1.1 Sơ lược về tình hình khai thác than trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt

I.2 Công nghệ vận tải bằng goòng và phương án sản phẩm 13

I.2.2 Giới thiệu một số loại goòng đang sử dụng hiện nay 13

III.1.1 Xác định góc nghiêng của thùng goòng để vật liệu có thể trượt ra hết 27III.1.2 Xác định khối lượng vật liệu chảy qua cửa tháo và xác định chiều dài hệ thống dỡ

IV.1.1 Chế tạo xe goòng 49

- Sơ đồ lắp đặt và nguyên lý hoạt động của hệ thống thử mở, đóng đáy xe goòng 53

Mở đầu

Vận tải là một khâu quan trọng trong dây chuyền sản xuất đối với ngành khai thác mỏ, trong đó có khai thác than Vận tải là cầu nối giữa sản xuất và chế biến, tiêu thụ Việc lựa chọn đúng đắn sơ đồ công nghệ vận tải, đảm bảo nâng cao hiệu quả khai thác khoáng sản

Trong công nghệ khai thác than hầm lò, đối tượng vận tải là than, đất đá

và thiết bị chống giữ, vật liệu, Hiện nay, vận tải ở các mỏ than hầm lò bằng

đường goòng mỏ vẫn chiếm một số lượng lớn, sử dụng dưới hai dạng đầu tầu

điện mỏ hoặc tời kéo (trong các giếng nghiêng)

Trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam có hàng chục các mỏ than hầm lò lớn nhỏ Sản lượng khai thác hầm lò ngày càng tăng dẫn đến nhu cầu vận tải tăng, trong đó có vận tải bằng goòng mỏ Để tăng năng suất vận tải đường goòng mỏ, cần có các biện pháp tăng tốc độ chạy tầu, sức kéo đầu tầu, cải tiến tổ chức vận tải, giảm thời gian bốc dỡ, đồng thời giảm sức lao động cho công nhân Trong bối cảnh đó việc nghiên cứu áp dụng các loại goòng mới

đảm bảo tăng năng suất bốc dỡ, đơn giản các thao tác dỡ tải là rất cần thiết

Goòng lật nghiêng là loại goòng mỏ có khả năng tự dỡ tải không cần máy lật goòng, có ưu điểm thời gian dỡ tải nhanh, liên tục, sử dụng goòng lật nghiêng giảm chi phí điện năng, chi phí nhân công, giảm sức lao động Tuy nhiên chế tạo goòng phức tạp hơn, diện tích khu vực dỡ tải lớn, vị trí dỡ tải cố định không linh

động như các loại goòng lật tay và lật nghiêng mở hông Goòng lật nghiêng được

sử dụng nhiều ở một số nước như: Nga, Ucraina, Nhật Bản, ở nước ta hiện nay, chưa có mỏ hầm lò nào sử dụng loại goòng này và chưa có đơn vị nào nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV nghiên cứu thiết kế, chế tạo để đưa vào sử dụng trong sản xuất goòng lật nghiêng, theo Quyết định số 1999/QĐ-BCT ngày 03 tháng 12 năm 2007 của Bộ trưởng Bộ Công Thương về việc giao cho Viện Cơ khí Năng

lượng và Mỏ - TKV thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo goòng lật nghiêng có dung tích đến 2m 3”

Trong quá trình thực hiện, 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 và phương án

sản phẩm

I.1 Tổng quan chung

I.1.1 Sơ lược về tình hình khai thác than trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam một số năm gần đây

Trong vòng gần 10 năm trở lại đây, sản lượng khai thác than ở nước ta tăng mạnh, đặc biệt là sản lượng khai thác than hầm lò, do việc đồng loạt các mỏ

đều áp dụng những thiết bị hiện đại tiên tiến, có công suất lớn, áp dụng dây chuyền cơ giới hoá đồng bộ trong khai thác,

Trong Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam có 20 mỏ khai thác hầm lò, trong đó có 8 mỏ hầm lò có công suất từ 1 triệu tấn than trở lên gồm các mỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Thống Nhất, Dương Huy Hầu hết các mỏ còn lại đã được cải tạo nâng công suất để đạt mức 300.000 tấn - 800.000 tấn/năm Tỷ trọng than hầm lò trong kế hoạch 2006-

2010 sẽ tăng dần từ 45% năm 2006 lên 55% năm 2010 trong tổng sản lượng than của Tập đoàn Để thực hiện được sản lượng khai thác than theo quy hoạch đã lập,

đòi hỏi các mỏ phải mở rộng diện khai thác và tối ưu hóa các công đọan thực hiện, đặc biệt là trong lò chợ, trong đó khâu đào, chống giữ đường lò là một khâu

có tầm quan trọng quyết định Trong những năm tới, cùng với việc khai thác than hầm lò, nhu cầu mở mới các đường lò cũng tăng nhanh, kéo theo nhu cầu sử dụng các thiết bị vận tải than như goòng các loại, băng tải, máng cào,…

Theo dự thảo Quy hoạch phát triển ngành than 2006-2015 có tầm nhìn đến năm 2025, sản lượng khai thác than bằng phương pháp khai thác hầm lò trong những năm tới sản lượng thể hiện qua hình 1 (phương án I - PA cơ sở):

Sản lượng than khai thỏc theo phương ỏn I - PA thấp

Hình 1: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA I

Như vậy, sau 10 năm sản lượng tăng gấp 2 lần so với hiện nay, tốc độ tăng trưởng sản lượng hằng năm xấp xỉ từ 5% đến 12%/năm Đến năm 2025 sản lượng khai thác sẽ tăng xấp xỉ 2,5 lần so với năm 2007

Sản lượng than khai thỏc theo phương ỏn II - PA Cao

2 ,550 2,1

00 2,1

50 3 ,805 3,4

00 3 ,450 3,8

50 4 ,650 4

,115 4 ,325 4 ,680 4,1

50 4 ,650 5,9

50 5 ,350

Hình 2: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA-II

Trong phương án II (phương án cao) năm 2010 sản lượng khai thác là

28400 nghìn tấn; năm 2015là 40.650 nghìn tấn năm 2020 là 48.650 nghìn tấn(1)

Như vậy, so với phương án I, phương án II có sản lượng cao hơn bình quân từ 8%

- 37%, bình quân của 15 năm đầu là 18%

Phát triển mạnh các sản phẩm như goòng, phục vụ công tác vận tải than và

đất đá thải là phù hợp với sự phát triển ngành than hiện nay và trong những năm tới, do các mỏ khai thác than vẫn đang trong quá trình từng bước cơ giới hóa

Vận tải khoáng sản hữu ích, đất đá, thiết bị máy móc trong khai thác mỏ hầm lò là một khâu công nghệ quan trọng, có chế độ làm việc nặng trong toàn bộ công nghệ khai thác mỏ Quá trình này đã được cơ giới hoá phần lớn nhằm giải phóng sức lao động cho người lao động, nâng cao năng suất, nâng cao chất lượng

và hạ giá thành sản phẩm Việc đào thêm các đường lò chợ để tăng cao sản lượng khai thác đã đặt ra những yêu cầu riêng biệt đối với công việc thiết kế, chế tạo nhiều loại máy vận tải khác nhau ngày càng hiện đại, có thể tự động hoá từng khâu hoặc toàn hệ thống

Vật liệu vận tải mỏ là khoáng sản hữu ích, đất đá, vật liệu chèn lò, các trang thiết bị máy móc Ngoài ra các thiết bị vận tải mỏ còn phải chuyên chở người từ nơi bến đợi đến nơi sản xuất và ngược lại

Đặc thù của vận tải mỏ là khoảng cách vận tải đất đá, khoáng sản luôn luôn thay đổi và phát triển dài ra Ngoài các tuyến vận tải chính xuyên vỉa còn có nhiều nhánh rẽ phát triển dọc theo vỉa bám vách hoặc bám trụ Đặc điểm này làm cho việc bố trí thiết bị trên toàn tuyến vận tải không đồng bộ về năng suất

Việc lựa chọn một sơ đồ vận tải hợp lý phụ thuộc vào điều kiện địa chất (chiều dầy vỉa, tính chất ổn định của vỉa, góc nghiêng của vỉa, độ cứng vững đá nóc và đá trụ), phụ thuộc vào điều kiện kỹ thuật mỏ (phương pháp mở vỉa, phương pháp khai thác, độ cong, độ dốc đường lò cái vận tải, thời hạn tồn tại khu vực khấu than)

Việc vận chuyển than nguyên khai trong các mỏ than hầm lò Việt Nam hiện nay sử dụng 3 phương pháp sau:

+ Dùng thùng skíp

+ Dùng các loại băng tải

+ Dùng các loại goòng

* Hình thức vận tải bằng thùng skíp: Trong Tập đoàn Công nghiệp Than -

Khoáng sản Việt Nam duy nhất chỉ có Công ty Than Mông Dương - TKV là sử dụng một cặp giếng đứng để vận tải Phương pháp vận tải của Công ty Than Mông Dương - TKV là sử dụng thùng skíp kết hợp goòng để chở vật liệu

Đặc điểm của vận tải bằng thùng skíp: Do đặc điểm của phương pháp vận tải là cáp được nối cố định với thùng skíp (không phải tháo móc cáp khỏi thùng) Nên, đảm bảo an toàn hơn, giảm thời gian chu kỳ vận tải và cũng vì vậy cho năng suất cao hơn Nhược điểm của hình thức vận tải này chỉ thích hợp với vận tải lò giếng đứng, ngoài ra chi phí đầu tư lớn, quản lý vận hành phức tạp, giá thành vận tải cao Cho nên hình thức này chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam

* Hình thức vận tải bằng các loại băng tải: Vận tải bằng băng tải là một hình

thức vận tải liên tục Hầu hết các mỏ than hầm lò Việt Nam đều sử dụng băng tải

để vận tải than nguyên khai Do đặc thù của các mỏ than hầm lò hiện nay là đều xuống sâu, đường lò không thẳng nên các mỏ thường sử dụng phương pháp vận tải kết hợp Băng tải thường chia thành từng đoạn vận tải cục bộ, vận tải từ máng

ga (trong lò) ra ngoài mặt bằng hoặc nối tiếp các đoạn băng tải với nhau, Hiện nay, các mỏ than hầm lò chủ yếu sử dụng 03 loại băng tải, băng tải thường, băng tải dốc, băng tải khung cáp

Ưu điểm của hình thức vận tải bằng băng tải: Cho năng suất cao, chiều dài vận tải tương đối lớn, thao tác vận hành đơn giản Nhưng phương pháp này chỉ cho năng suất vận tải cao khi đảm bảo thời gian vận tải là liên tục

* Hình thức vận tải bằng goòng các loại: Vận tải bằng goòng là hình thức vận

tải theo chu kỳ, goòng được sử dụng để vận tải than, đất đá thải, nguyên vật liệu, thiết bị, gỗ chống, chèn lò, chở người, vật liệu chèn lò,

tính cơ động tương đối cao, có thể mở thêm các đường goòng mới, có thể nối thêm, cắt ngắn các đoạn đường cần thiết, có thể rẽ nhánh, vận tải qua các đoạn

đường cong Tuy nhiên, vận tải bằng goòng phải sử dụng số lượng công nhân tương đối lớn, năng suất vận tải không ổn định nếu không phối hợp tốt

I.2 Công nghệ vận tải bằng goòng và phương án sản phẩm

Trong các mỏ than hầm lò, vận tải bằng goòng trong lò bằng là loại hình vận tải chính Các mỏ khai thác than trên thế giới việc vận chuyển than trong các

lò cái chiếm hơn 70% còn khai thác quặng hầm lò gần như 100%

Công nghệ vận tải bằng goòng ở nước ta chủ yếu được áp dụng trong các mỏ than hầm lò, goòng được sử dụng trong đường lò bằng, nghiêng Trong các đường

lò bằng goòng được nối với nhau thành từng đoàn được kéo bằng đầu tầu điện ắc quy hoặc cần vẹt, tại các đường lò nghiêng thì sử dụng các tời trục cỡ lớn

Một số bước công nghệ vận tải bằng goòng:

- Goòng vận tải than từ khu vực khai thác (lò chợ) được chất tải từ máng cào Chất tải từng xe một, dồn dịch bằng đầu tầu hoặc tời Quá trình di chuyển

đoàn goòng từ vị trí chất tải đến vị trí dỡ tải bằng đầu tàu điện đối với các đường

có độ dốc < 7o/oo, bằng tời với các đường ≥ 7o/oo Tại vị trí dỡ tải sử dụng hai phương pháp dỡ tải: Dỡ tải bằng quang lật goòng đối với các goòng 1 tấn, 3 tấn;

dỡ tải bằng tay đối với các goòng lật tay, goòng mở hông, goòng lật nghiêng mở hông

- Goòng vận tải đất đá thải từ khu vực đào lò, đường lò chính (lò cái), lò chuẩn bị (lò xuyên vỉa) Phương pháp chất tải bằng máy xúc đá, từ máy combai

đào lò, chất tải bằng tay,

Hiện nay, trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam đang

sử dụng một lượng xe goòng tương đối lớn, đa dạng về chủng loại, được phân theo các thông số sau:

- Theo tải trọng, cỡ đường ray

- Theo công dụng như, goòng chở than, đất đá thải, vật liệu chèn lò, chở thiết bị, gỗ chống lò, người,

Theo kết cấu thùng, hình thức dỡ tải, goòng dỡ tải nhờ hệ thống quang lật goòng, goòng dỡ tải nhờ công nhân (goòng lật tay, goòng lật nghiêng mở hông, goòng mở hông, …)

Trên hình 3 giới thiệu một số loại goòng thông dụng đang sử dụng trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam:

a) Goòng 1 tấn - dỡ tải bằng quang lật b) Goòng 3 tấn dỡ tải bằng quang lật

g) Goòng lật tay 1m3 e) Goòng lật nghiêng mở hông

Hình 3: Một số loại goòng đang sử dụng tại Việt Nam

Ngoài ra còn một số loại goòng lật tay khác, goòng đổ vươn chiếm số lượng không nhiều

Một số nước trên thế giới như Nga, Ucraina, Nhật Bản, đang sử dụng một số loại goòng lật nghiêng có dung tích của goòng 1,7m3 đến 5m3

Dưới đây là hình ảnh một số goòng lật nghiêng đang sử dụng tại một số nước trên thế giới

I.2.4 Các hình thức dỡ tải

Hiện nay, ở các mỏ than hầm lò thuộc Tập đoàn TKV có số lượng goòng 1 tấn, 3 tấn tương đối lớn (đến hàng nghìn chiếc) được dỡ tải bằng quang lật đang

được các công ty than hầm lò sử dụng phổ biến 02 loại quang lật:

- Quang lật dạng lồng quay 180o (hình 5a), loại này thường được áp dụng

dỡ tải từ goòng vào các bunke chứa và thường được lắp đặt trong lò

- Quang lật nghiêng (hình 5b), có kế cấu tương đối cồng kềnh, mất nhiều không gian sử dụng, loại này chỉ được áp dụng ngoài mặt bằng và thực hiện dỡ tải từ goòng trực tiếp lên ô tô

a) Quang lật goòng 3 tấn b) Quang lật nghiêng

Hình 5: Một số loại quang lật goòng

Đặc điểm của hai hình thức dỡ tải bằng quang lật như trên:

- Mất nhiều thời gian dỡ tải do phải tháo rời từng goòng và thời gian chuẩn

bị, theo số liệu khảo sát, thời gian dỡ tải một goòng từ 4 đến 5 phút

- Chi phí đầu tư tương đối lớn

- Tiêu tốn điện năng và nhân công sử dụng

- Dễ mất an toàn lao động

Hiện nay, một số công ty hầm lò (Công ty Than Thống Nhất - TKV) cũng đã

áp dụng một loại lật goòng dạng lồng quay 180o dùng để lật các goòng BШ-1, nhưng không phải tháo rời từng goòng ra một, giảm thời gian dỡ tải Nhằm mục

đích tăng năng suất vận tải Tuy nhiên, vấn đề lật đổ từng goòng vẫn tốn nhiều thời gian

Ngoài hai loại goòng 1 tấn và 3 tấn đã nêu ở trên, các mỏ than hầm lò còn

đang sử dụng số lượng các loại goòng lật tay hoặc goòng lật nghiêng mở hông Các loại goòng này thường chủ yếu sử dụng ở các mỏ có sản lượng khai thác trung bình trong Tập đoàn

Đặc điểm dỡ tải của các loại goòng lật tay và lật nghiêng mở hông là hoàn toàn sử dụng sức của công nhân đẩy thùng goòng lật nghiêng để đổ tải Phương pháp này gây mất nhiều sức của người lao động, mất nhiều thời gian phụ (tháo các móc hay các chốt chống lật, tháo rời từng goòng,…) Tuy nhiên sử dụng các loại goòng này cũng có ưu điểm nhất định như dỡ tải ở các vị trí bất kỳ (bên cạnh đường xe goòng)

đổ tải Ngoài ra trong quá trình thực hiện đổ tải ít nhất mỗi goòng cũng phải cần

02 người công nhân (một người tháo móc và một người giữ ổn định cho thùng goòng)

Công nghệ vận tải sử dụng goòng lật nghiêng sử dụng cơ cấu lật thùng goòng có thời gian dỡ tải nhanh hơn, do goòng tự lật thùng dỡ tải và có thể thực

Nhằm mục đích tăng năng suất vận tải, đáp ứng nhu cầu khai thác than tại các mỏ than hầm lò Trên cơ sở các điều kiện sẵn có tại các mỏ than hầm lò như

đường goòng vận tải, các loại đầu tầu, móc kéo, Nhóm đề tài đã tham khảo tài liệu về một số loại goòng lật nghiêng đã và đang sử dụng trên thế giới, nghiên cứu thiết kế, chế tạo goòng lật nghiêng có dung tích đến 2m3 áp dụng phù hợp với điều kiện tại các mỏ than hầm lò Việt Nam

Một số yêu cầu về thiết kế, chế tạo goòng lật nghiêng phải đảm bảo một

Sơ lược về kết cấu, nguyên lý hoạt động goòng lật nghiêng mở hông: Sơ lược về kết cấu: Goòng lật nghiêng có kết cấu khung cứng (gồm đầu

đấm, dầm và gối đỡ) thùng goòng được lắp với khung goòng bằng các chốt bản

lề Trên thùng goòng có lắp 01 cánh cửa và cụm bánh xe nâng thùng goòng Cánh cửa lắp với thùng goòng nhờ các chốt bản lề và được khóa giữ bởi các thanh giằng lắp liên động giữa thùng goòng, khung goòng và cánh cửa

2.716 900

600 ỉ300

Nguyên lý hoạt động của goòng lật nghiêng: Goòng lật nghiêng có đặc

điểm khác so với các loại goòng khác là tự dỡ tải nhờ các cơ cấu nâng thùng goòng thay cho sức của con người ở trạng thái bình thường cánh cửa luôn đóng tạo thành thùng goòng kín Khi cần dỡ tải (tại khu vực dỡ tải) do có bánh xe nâng thùng (gắn trên thùng goòng) tác động vào cơ cấu nâng khi goòng di chuyển, nâng thùng goòng lên, cánh cửa mở ra nhờ cụm tay khóa lắp liên động giữa thùng goòng và khung goòng Khi thùng goòng nâng lên đến một góc nhất

định đảm bảo đổ hết vật liệu thì thùng goòng lại hạ về vị trí ban đầu

Chương II: Lựa chọn các thông số, Lập tài

Như đã nói ở trên, sản phẩm của đề tài lựa chọn là dựa trên loại goòng lật nghiêng mở hông có dung tích 1,5m3 đang được sử dụng rộng rãi tại một số mỏ than hầm lò Việt Nam

- Xác định cỡ đường ray:

Tại các mỏ than hầm lò Việt Nam hiện có 02 cỡ đường ray: 600mm, 900mm Nhóm đề tài chọn cỡ đường để thiết kế goòng lật nghiêng là 600mm (phù hợp với loại goòng lật nghiêng mở hông đang sử dụng)

- Xác định cương cự:

Cương cự (khoảng cách giữa hai trục bánh xe) của goòng ảnh hưởng đến khả năng đi qua đường vòng của goòng Cương cự càng lớn, bán kính đường

vòng lớn và ngược lại Cương cự goòng lật nghiêng 2m3 chọn tương tự như goòng lật nghiêng mở hông là 900mm

- Một số kích thước khác:

Để đảm bảo áp dụng vào điều kiện và quy phạm an toàn tại các mỏ than hầm lò Việt Nam, cũng như điều kiện về công nghệ chế tạo goòng một số kích thước thiết kế của goòng dựa trên cơ sở goòng lật nghiêng mở hông: như đường kính bánh xe 300mm, kích thước bao (dài x rộng x cao), kích thước đầu đấm, …

Lựa chọn kết cấu tương đương goòng lật nghiêng mở hông đang sử dụng,

có dầm dọc, gối đỡ và đầu đấm, được ghép bằng phương pháp đinh tán

II.1.3 Thông số kỹ thuật của goòng lật nghiêng

Trên cơ sở xác định các thông số chính và lựa chọn kết cấu, tham khảo tài liệu, xác định các thông số ban đầu để xây dựng phương án thiết kế goòng lật nghiêng có

II.2 Lập tài liệu thiết kế

a) Các yêu cầu thiết kế xe goòng:

Các thông số kỹ thuật của goòng lật nghiêng phải bảo áp dụng được trong

điều kiện các mỏ than hầm lò Việt Nam:

- Các kích thước thiết kế phải đảm bảo theo quy phạm an toàn như:

+ Kết cấu của goòng lật nghiêng phải đảm bảo độ cứng vững, độ tin cậy

+ Đảm bảo các điều kiện ổn định của goòng, di chuyển nhẹ nhàng không

bị vướng, kẹt

+ Thiết kế phải đảm tính kinh tế, ít bước công nghệ gia công, tiết kiệm vật liệu, sử dụng tối đa các cụm, chi tiết của các goòng đã có để tăng tính tiêu chuẩn hoá, thống nhất hoá

b) Các yêu cầu thiết kế hệ thống thử nghiệm goòng:

Hệ thống thử nghiệm goòng phải đảm bảo các yêu cầu thử nghiệm:

+ Đảm bảo chắc chắn, cứng vững khi thử nghiệm goòng không tải và có tải + Chiều dài giá thử phải đảm bảo điều kiện làm việc của goòng, chất tải, thực hiện dỡ tải và về vị trí không tải, hệ thống phải khống chế không cho goòng vượt ra ngoài giá thử

+ Giá thử nghiệm phải đảm bảo nâng thùng goòng đến góc đổ vật liệu của goòng (45o)

Bản vẽ thiết kế thiết kế goòng được lập theo bộ GLN.2-00.00.000L, gồm

06 cụm chi tiết và chi tiết:

đảm bảo cho chế tạo, cách trình bày bản vẽ đều phải theo TCV 01-2002

Các vật liệu chế tạo, được tính toán trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật của goòng, vật liệu được thể hiện trong các bản vẽ Một số vật liệu chính được sử dụng trong goòng như sau:

- Các chi tiết đúc đ−ợc đúc bằng thép C35 TCVN 1766-75, nh− gối đỡ trục, đầu đấm, bánh xe goòng, bánh đỡ

- Một số chi tiết yêu cầu có độ bền cao sử dụng thép C45 TCVN 1766-75 nh− trục xe goòng, các chốt

- Các chi tiết chịu mài mòn nh− các tấm của thùng goòng, mép cánh cửa

Chương III: Tính toán chung và tính toán

kiểm nghiệm

III.1 Tính toán chung

III.1.1 Xác định góc nghiêng của thùng goòng để vật liệu có thể trượt ra hết

α

αP=mg

P1

P2

Hình 8: Phân tích lực của 1 hạt vật liệu trượt trên tấm phẳng

Khảo sát vật trượt trên mặt phẳng nghiêng với góc nghiêng α, các thành phần tác dụng lên vật liệu và được phân tích như hình vẽ Để vật liệu có thể trượt

được thì yêu cầu:

P2 > Fms ⇔ mgsinα > mgcosα.f (3-1) Trong đó: f = 0,8 (chọn là đất đá thải)

Từ công thức (3-1) có α > arctgf ⇒ α > 39o do vậy ta phải thiết kế goòng khi lật để đổ được hết vật liệu có góc nghiêng lớn hơn 390, ta có thể lấy α = 45o

dài hệ thống dỡ tải

- Khối lượng vật liệu qua cửa tháo được xác định theo công thức:

Trong đó:

+ Q - là lưu lượng chảy qua cửa tháo trong 1s

+ t (s) thời gian dỡ tải

- Khối lượng vật liệu trong 1 thùng:

đoạn dỡ tải nằm ngang

Hệ thống dỡ tải được lựa chọn như hình 9, với việc bố trí các đoạn của hệ thống như sau:

S - là quãng đường dỡ tải của xe goòng

S1; β = 20o - là quãng đường và góc nghiêng để nâng thùng goòng (gọi tắt

là góc nâng)

S2 - là quãng đường goòng thực hiện tháo hết tải

S3; β = 30o - là quãng đường thung goòng hạ về vị trí ban đầu

A, B - là điểm tiếp đầu tiên và cuối cùng của bánh xe nâng thùng goòng

cánh cửa bắt đầu mở ra và vật liệu được tháo ra với mức độ tăng dần Để đơn giản ta lấy giá trị trung bình γ =tb1 250 để tính vận tốc của vật liệu chảy ra

- Tiết diện trung bình cửa tháo được xác định:

l R

180

1 = γ π ; m2

Trong đó:

R - là bán kính quay (tương đương với chiều rộng cánh cửa), m

γ - góc mở của cánh cửa tại thời điểm xét

l - là chiều dài cánh tiết diện được mở ra, m

2

1 3,14.2,3 0,8

180

2579,

Hình 10: Sơ đồ tính vật liệu qua cửa tháo tại đoạn S1

- Vận tốc vật liệu qua cửa tháo:

áp dụng phương trình Bernuoli cho chất lỏng viết cho hai mặt cắt được áp dụng cho hai mặt cắt là mặt thoáng thùng goòng và cửa tháo vật liệu, ta có:

Trong đó:

+ λc- là hệ số hiệu chỉnh vận tốc, phụ thuộc vào độ linh động của vật liệu, lấy λ =c 0,1

+ z1 - là chiều cao của khối vật liệu (m)

Vận tốc trung bình của vật liệu qua cửa tháo đ−ợc xác định theo công thức (3-4) đ−ợc vận tốc trung bình của vật liệu trên đoạn 1:

s m

2

708115181,9.21,0

ρ khối l−ợng riêng của vật liệu vận tải

- Khối l−ợng vật liệu dỡ tải qua cửa tháo:

goong

v

S Q

mtb2 = m - mtb1 = 3739 - 1240 = 2499kg Thể tích goòng:

Hình 11: Sơ đồ tính vật liệu qua cửa tháo tại đoạn S2

Vận tốc của vật liệu qua cửa tháo được xác định:

s m

2

779,0183,181,9.21,0

Khối lượng vật liệu dỡ tải qua cửa tháo được xác định theo công thức (3-6)

có giá trị như sau:

kg S

v

S v

F v

S Q m

goong goong

1.1700.44,0.8,1

2 2

2 2

Suy ra: S2 = 1,85m

Như vậy, chiều dài của đường dỡ tải là S1 + S2 = 2,12 + 1,85 = 3,97m, nhưng thực tế để đảm bảo dỡ hết vật liệu còn bám trên đáy goòng ta nên chọn chiều dài S2 lớn hơn

III.1.3 Xác định sức cản chuyển động

* Khi goòng chuyển động trên đoạn đường nằm ngang:

- Gọi hệ số ma sát của ổ lăn trên 4 bánh xe kéo là f, lấy f=0,008

- Gọi hệ số ma sát của ổ lăn tự lựa trên bánh xe nâng là f', lấy f'=0,008

* Khi goòng vào vị trí dỡ tải:

Khi bánh đỡ thùng lăn trên đường dốc S1, β = 20o (đoạn 1) Xét tại thời

điểm khi góc nghiêng goòng β =22,50 khối lượng vật liệu dỡ ra m / 2tb1

Gọi tổng khối lượng của thùng goòng, cánh cửa, cụm bánh đỡ, cụm thanh khóa là m , được xác định t

t

m =575 111 44 17 747 kg+ + + =Khối lượng cụm bánh xe (gồm cả khung):

m

2

12402499

7472

551

50

A B

25

2 5

Giá trị của P , P3 4 được xác định như sau:

=

N P

N P

P P P

P P

12947

2209635043

654242

4

3 1

4 3

4 3

- Xét thành phần lực tác dụng lên điểm A:

Các thành phần P , P2 3 được phân tích như hình 12, ta có thể tính được các lực như sau:

P

N P

P

o o

13386924

,0.144875

,22cos

5534382

,0.144875

,22sin

2 22

2 21

P

N P

P

o

o

8441382

,0.220965

,22sin

20416924

,0.220965

,22cos

3 32

3 31

Theo phương thẳng đứng:

Pđ = P21 + P31 = 5534 + 20416 = 25950N Theo phương nằm ngang:

Pn = P22 – P32 = 13386 – 8441 = 4945N Trọng lượng cụm bánh xe:

Pcumbanhxe = 543 9,81 = 5327N Tổng các lực tác dụng lên cụm bánh xe theo phương thẳng đứng PT:

PT = Pđ + Pcumbanhxe = 25950 + 5327 = 31277N Lực cản bánh xe do ma sát lăn:

Fms1 = PT f = 31277 0,008 = 250N Lực ma sát do gờ bánh xe tiếp xúc với mép ray Lực theo phương ngang làm bánh xe tiếp xúc với ray, chọn hệ số ma sát do tiếp xúc là f''=0,3 Lực cản do

a) Xác định góc nghiêng lớn nhất mà bánh xe nâng goòng có thể làm việc được:

Khi bánh xe nâng goòng lên dốc để mở goòng, có hai lực tác dụng lên nó

là thành phần lực theo phương thẳng đứng P5 và lực kéo goòng song song với

đường ray Phân tích hai lực trên thành các thành phần như hình vẽ

b) Lực cản trên bánh xe nâng goòng khi góc nghiêng α =200:

Khi chuyển thành phần lực P2 về điểm A thì tồn tại hai thành phần: lực

2

P và mômen lật MP2 = P2 0,389 = 14487 0,389 = 5635Nm

Thành phần mômen này có xu hướng làm lật goòng quanh bánh xe phía

dỡ tải Chuyển thành phần mômen này về bánh xe nâng thùng ta có lực tác dụng lên bánh xe là P2' và được xác định:

N

M

896,0

5635242

,0654,0

+

=Tổng hợp lực tác dụng lên bánh xe nâng thùng:

P5 = P4 – P2’ = 12947 – 6289 = 6658N Nhưng do bánh xe dỡ tải lên dốc với góc dốc β =200, bánh xe này đồng thời chịu tác dụng của lực kéo Fk và lực nén P5 Các thành phần lực được phân tích như hình 13

Để bánh nâng thùng goòng có thể chuyển động được thì:

( )

N F

f P

F P

F

f P F P F

k

o o

k o o

k

k k

2475008

,0.342,094,0

008,0.94,0.6659342

,0.6658

'.20cos20

sin20

sin20

cos

')

(

5 5

51 1 52 2

=

↔

++

Để đơn giản ta giả thiết trọng tâm của xe vẫn chính giữa thùng goòng Ta

Hình 14: Các thành phần lực tác dụng lên bánh xe di chuyển và nâng goòng

Chuyển các thành phần lực trên về phía điểm A và B như hình vẽ

Giá trị của P ,P3 4 được xác định như sau:

=

N P

N P

P P P

P P

6024

1626622290

666.243

4

3 1

4 3

4 3

P

N P

P

o

o

156037

,0.2229045

cos

156037

,0.2229045

sin

2 22

2 21

P

N P

P

o

o

113867

,0.1626645

cos

113867

,0.1626645

sin

3 32

3 31

Theo phương thẳng đứng:

Pđ = P21 + P31 = 15603 + 11386 = 26989N Theo phương nằm ngang:

Pn = P22 - P32 = 15603 - 11386 = 4217N Tổng các lực tác dụng lên cụm bánh xe theo phương thẳng đứng:

PT = Pđ + Pcum banh xe = 26898 + 5327 = 32316N Lực cản bánh xe do ma sát lăn:

Fms1 = PT.f = 32316 0,008 = 259N Lực theo phương ngang làm bánh xe tiếp xúc với ray, chọn hệ số ma sát

do tiếp xúc là f''=0,3 Lực cản do ma sát theo phương ngang được xác định:

Wn = Pn f” = 4217 0,3 = 1265N b) Các thành phần tác dụng lên bánh xe nâng thùng:

Khi chuyển thành phần lực P2 về điểm A thì tồn tại hai thành phần: lực

2

P và mômen lật MP2 = P2 0,336 = 22290 0,336 = 7489Nm

Thành phần mômen này có xu hướng làm lật goòng quanh bánh xe phía

dỡ tải Chuyển thành phần mômen này về bánh xe nâng thùng ta có lực tác dụng lên bánh xe là P2' và được xác định:

M

909,0

7489243

,0666,0

Tổng sức cản chuyển động trên đoạn này là:

W = Fms1 + Wn = 259 + 1265 = 1524N

Kết luận: Trong 3 trường hợp tính trên, lực cản lớn nhất xuất hiện khi cơ

cấu dỡ tải đang lên dốc tức là Wmax = 4211N Muốn cho xe goòng có thể làm việc được cần cung cấp lực kéo Fkéo > Wmax = 4211N

III.2 Tính kiểm nghiệm độ ổn định của xe goòng

Trong quá trình làm việc ngoài việc tính chọn các kết cấu của xe goòng

đảm bảo độ cứng vững khi làm việc Một yếu tố quan trọng để đảm bảo goòng làm việc ổn định và không gây nguy hiểm cho người lao động và thiết bị khi làm việc thì goòng phải làm việc ổn định, khi lên, xuống dốc, không bị trượt bánh, không bị lật ngang khi vào các đoạn đường cong,

Các thông số kỹ thuật sơ bộ của goòng lật nghiêng (GLN.2):

- Khối lượng toàn bộ goòng (không tải): Go = 1,29 tấn

- Dung tích thùng goòng 2,0m3 (ở đây ta lấy dung tích 2,0m3 nhân thêm với

hệ số thể tích kcđ = 1,1, do chất tải cao hơn thùng)

- Khoảng cách giữa hai trục xe (cương cự): lx = 900mm

- Cỡ đường ray 600mm

- Kích thước bao (dài x rộng x cao): 2916x1177x1250mm

Độ ổn định của goòng là khả năng giữ goòng chuyển động bình thường dưới tác dụng của ngoại lực- tức là đảm bảo cho goòng không bị lật, bị trượt khi

Để đánh giá mức độ ổn định, người ta sử dụng hệ số ổn định, bao gồm ổn

định ngang, ổn định dọc và ổn định không trượt

* ổn định ngang: Khi goòng chạy trên các đoạn đường cong, dưới tác

dụng của lực li tâm và lực va đập giữa các toa xe, giữa ray và bánh xe (hình 15) goòng có thể bị lật ngang Muốn goòng chuyển động ổn định thì hợp lực của lực

li tâm và trọng lực phải nằm trong khoảng giữa hai đường ray Khi đó độ ổn định ngang được đánh giá bằng hệ số

α

tg h

S P g

2.

= ,N )

α- là góc hợp bởi trục thẳng đứng qua trọng tâm và đường nối từ trọng tâm đến điểm tiếp xúc giữa bánh xe và đường ray Cỡ đường ray càng rộng, trọng tâm càng thấp độ ổn định ngang càng cao, theo lý thuyết α = 22o

R g

Qua các thông số đã biết ta chọn, vận tốc lớn nhất v = 1,9 m/s, góc αmin = 23o(chọn theo thực tế)

16.81,9

9,

Vậy với kôđ = 0,023 < 0,42, ta có thể kết luận xe goòng ổn định mà không

bị lật khi qua đoạn đường cong

M

(3-9) Trong đó: Mg- là mô men giữ, Nm

Ml- là mô men lật, Nm

Trong điều kiện làm việc của mỏ xe goòng có thể có 3 trường hợp bị mất

ổn định dọc

+ Khi lên dốc với độ dốc lớn, vận tốc lớn

+ Khi xuống dốc goòng bị hãm đột ngột

+ Khi chất tải không đều

a) Trường hợp goòng lên, xuống dốc với độ dốc lớn:

Khi goòng lên, xuống dốc với độ dốc lớn nhờ tời kéo hình 16 hai bánh trước có thể bị nhấc khỏi đường ray, goòng có thể bị lật quanh trục sau, khi đó

hệ số ổn định trong trường hợp này là:

)2/'()2/(

sin

cos 2/1

d h F d

h P

g

l P g

β

> 1 (3-10) Trong đó:

P - là khối lượng của xe go òng có tải (kg):

P = G + G = 1290 + 3739 = 5029kg