Nghiên cứu thiết kế máy phân cấp xoắn cỡ lớn và quy trình chế tạo trục cánh xoắn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN MINH HIẾU TRẦN MINH HIẾU CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY PHÂN CẤP XOẮN CỠ LỚN VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN DÙNG TRONG TUYỂN KHOÁNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY KHOÁ 2011B Hà Nội – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN MINH HIẾU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY PHÂN CẤP XOẮN CỠ LỚN VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN DÙNG TRONG TUYỂN KHOÁNG CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN TS Phan Thạch Hổ PGS TS Phạm Văn Hùng Hà Nội - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thực Trong luận văn có sử dụng thêm tài liệu tham khảo Các số liệu, kết tính toán luận văn trung thực Hà Nội, ngày .tháng .năm 2013 Học viên Trần Minh Hiếu MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tính cấp thiết mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tƣợng, phạm vi nội dung nghiên cứu Nội dung luận văn CHƢƠNG : TỔNG QUAN VÀ PHÂN LOẠI MÁY PHÂN CẤP XOẮN 1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY XOẮN PHÂN CẤP 1.1.1 Khái niệm trình phân cấp 1.1.2 Quá trình tuyển 1.1.3 Đặc điểm trình phân cấp 1.1.4 Chức khâu phân cấp tuyển khoáng 1.1.5 Tình hình nghiên cứu nƣớc nƣớc 1.2 PHÂN LOẠI MÁY PHÂN CẤP 1.2.1 Quy luật rơi hạt khoáng nƣớc không khí 1.2.2 Quá trình phân cấp 1.2.3 Phân loại máy phân cấp 10 1.2.3.1 Máy phân cấp thuỷ lực 10 1.2.3.2 Phân cấp hình côn (phễu phân bùn) 12 1.2.3.3 Xoáy lốc nước (Xyclôn) 14 Kết luận chƣơng 17 CHƢƠNG : XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ `18 THUẬT CỦA MÁY PHÂN CẤP XOẮN 2.1 Máy phân cấp xoắn 18 2.1.1 Cấu tạo 18 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 20 2.1.3 Điều chỉnh độ hạt sản phẩm bùn tràn 30 2.1.4 Ưu điểm 30 2.1.5 Nhược điểm 30 2.1.6 Xác định suất 30 2.1.6.1 Máy phân cấp ruột xoắn (gương tràn thấp), bùn tràn thô 30 2.1.6.2 Máy phân cấp ruột xoắn chìm (gương tràn cao), bùn tràn mịn 31 2.1.6.3 Năng suất máy phân cấp tính theo cát 31 2.1.7 Yêu cầu kỹ thuật loại máy phân cấp kiểm tra tình trạng 32 chúng 2.2 Lựa chọn thông số 33 2.3 Tính toán thông số 34 2.3.1 Năng suất 34 2.3.2 Tính toán thông số kỹ thuật: 34 2.3.3 Tính kiểm nghiệm 37 Kết luận chƣơng 40 CHƢƠNG :THIẾT KẾ TỔNG QUAN MÁY PHÂN CẤP XOẮN CỠ LỚN 41 VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN 3.1 Quy trình công nghệ chế tạo cụm trục 41 3.1.1 Quy trình công nghệ chế tạo trục 41 3.1.1.1 Phương pháp chế tạo phôi 41 3.1.1.2 Các bước gia công 44 3.1.2 Qui trình công nghệ chế tạo cánh xoắn 50 3.1.2.1 Tính toán khai triển cánh xoắn 51 3.1.2.2 Gò khai triển theo dưỡng 53 3.1.3 Quy trình công nghệ chế tạo bích dƣới 55 3.1.3.1 Phân tích chức năng, điều kiện làm việc bích 55 3.1.3.2 Phương pháp tạo phôi vật liệu chế tạo 56 3.1.3.3 Các bước gia công 56 3.1.4 Quy trình công nghệ chế tạo trục cụt 64 3.1.4.1 Phân tích chức năng, điều kiện làm việc chi tiết bích 64 3.1.4.2 Phương pháp tạo phôi vật liệu chế tạo 65 3.1.4.3 Quy trình chế tạo 65 Kết luận chƣơng 77 KẾT LUẬN CHUNG 78 Tài liệu tham khảo 81 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Re Chế độ chảy chất lỏng V0 Tốc độ rơi tự cuối hạt d Đường kính hạt  Khối lượng riêng quặng  Hệ số nhớt 1 ; 2 Khối lượng riêng hạt nặng nhẹ  Khối lượng riêng môi trường  Số lượng vật rắn rơi vào cát tháo tải  Độ nhớt hỗn hợp bùn chảy qua cửa tháo Q Năng suất theo bùn ban đầu C Hằng số phụ thuộc dạng cửa tháo D Đường kính lớn phễu côn V Vận tốc lắng hạt có độ lớn giới hạn phân chia dn; d: Đường kính ống cấp liệu ống bùn tràn P0 Áp lực đưa vào xyclôn tính Mpa KD Hệ số thực nghiệm kể đến đường kính D xyclôn K Hệ số thực nghiệm kể đến góc côn xyclôn d Đường kính ống tháo bùn (cm) P0 Áp lực bùn cửa vào xyclôn (kg/cm2) T Hàm lượng pha rắn cấp liệu Ghi t Trọng lượng riêng pha rắn (g/cm3) 0 Trọng lượng riêng pha lỏng (g/cm3) Năng suất máy phân cấp theo trọng lượng phần rắn b Q khô bùn tràn m Số ruột xoắn máy K1 Hệ số tính đến khối lượng riêng quặng K2: Hệ số tính đến cỡ hạt bùn tràn 74 Hàm lượng cấp D Đường kính ruột xoắn (m) 44 Hàm lượng cấp Qc Năng suất máy phân cấp tính theo cát n Tốc độ quay ruột xoắn a Hệ số b Các hệ số hiệu chỉnh n Tần số quay cánh xoắn u Tỷ số truyền truyền  Hiệu suất truyền động H Độ cao nâng L Chiều dài vận tải máy r Bán kính trung bình đặt lực  Góc nâng đường xoắn vít  Góc ma sát quặng với bề mặt cánh xoắn: f Hệ số ma sát quặng cánh xoắn W Mô men chống xoắn [] Ứng suất xoắn cho phép kcđ Hệ số đầy g Gia tốc trọng trường L Khoảng cách hai gối đỡ trục cánh xoắn Mu Mô men uốn Mtđ Mô men tuơng đương  [] Ứng suất uốn Ứng suất uốn cho phép t Chiều sâu cắt S Bước tiến dao v Vận tốc cắt k1 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu phôi k2 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu dao k3 Hệ số điều chỉnh cho dao tiện định hình n Số vòng quay trục Vb Vận tốc cắt tra bảng Vtt Vận tốc cắt tính toán DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ CÁC HÌNH Tên bảng biểu Trang Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật máy phân cấp xoắn cánh xoắn không ngập nước 21 Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật máy phân cấp xoắn cánh xoắn ngập nước 23 Bảng 3: Các thông số lắp ghép máy phân cấp xoắn với máy nghiền bi 24 Bảng 4: Giá trị gần tương quan tới hạn Ж: T sản phẩm 26 Bảng 5: Tốc độ vòng quay cánh xoắn 26 Bảng 6: Năng suất máy phân cấp xoắn theo sản phẩm 26 Bảng 7: Thời hạn sử dụng chi tiết máy phân cấp xoắn (tháng) 27 Bảng 8: Giá trị hệ số hiệu chỉnh a 28 Bảng 9: Giá trị hệ số hiệu chỉnh b (hiệu chỉnh tỉ trọng): 28 Hình 1: Sơ đồ phân cấp hạt Hình 2: Máy phân cấp thuỷ lực bốn ngăn 11 Hình 1.3: Phễu phân bùn 13 Hình 1.4: Xyclôn 15 Hình 1: Máy phân cấp ruột xoắn 18 Hình 2: Sơ đồ truyền động 19 Hình 3: Cụm ổ đỡ 19 Hình 4: Máy phân cấp xoắn đơn 29 Hình 5: Máy phân cấp xoắn kép 29 Hình 6: Sơ đồ truyền động 35 Hình 7: Mặt cắt ngang trục 38 - Tương tự phần tính toán cho tiện mặt đầu, ta có thông số cho phần tiện mặt ngoài: Các thông số Tiện thô, bán tinh mặt Tiện tinh mặt 1,5mm 1,5mm Bước tiến dao S0 0,6 mm/vg 0,2 mm/vg Vận tốc cắt tra bảng Vb 110 m/ph 125 m/ph Vận tốc cắt tính toán Vtt 145 m/ph 165 m/ph Tốc độ trục tính toán 271 vg/ph 375 vg/ph Tốc độ máy 250 vg/ph 310 vg/ph Chiều sâu cắt t * Bƣớc 2: Tiện mặt côn, lượn góc R10 - Máy gia công: 1K62,dao tiện hợp kim T15K6 - Định vị, kẹp chặt: Sử dụng mâm cặp chấu, định vị mặt trụ mặt đầu phôi 67 - Tương tự phần tính toán cho phần tiện mặt đầu, ta có thông số cho phần tiện mặt côn ngoài: Các thông số Tiện thô, bán tinh mặt côn Chiều sâu cắt t 1,5mm Bước tiến dao S0 0,3 mm/vg Vận tốc cắt tra bảng Vb 120 m/ph Vận tốc cắt tính toán Vtt 158 m/ph Tốc độ trục tính toán 318 vg/ph Tốc độ máy 310 vg/ph * Bƣớc 3: Phay cạnh vuông 75x75 - Máy gia công: 6H12, dao phay ngón thép gió Ø20 - Định vị, kẹp chặt: Định vị khối V dài, kẹp chặt chi tiết bu lông bàn máy, rà gá theo dấu Có điểm tì phụ phía đầu côn trục - Chế độ cắt: + Chiều sâu cắt: t = 1mm + Bước tiến dao: Sz = 0,2 mm/vg; + Vận tốc cắt tra bảng: vb = 44 m/ph; + Tính vận tốc cắt: v = vb.k1.k2.k3 Trong đó: k1 : hệ số điều chỉnh phụ thuộc kích thước gia công, k1 = 1,1 k2 : hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công, k2 = 0,56 k3 : hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu độ cứng dụng cụ, k3 = v = 441,10,651 = 31,46 (m/ph) Tính số vòng quay trục theo công thức: 68 n = 1000v = 1000  31,46  500 (v/ph) 3,14  20 D * Bƣớc 4: Khoả mặt đầu, tiện lỗ Ø140 (phần mặt bích) - Máy gia công: 1K62, dao tiện hợp kim T15K6 - Định vị, kẹp chặt: Sử dụng mâm cặp chấu, định vị mặt trụ mặt đầu phôi 69 - Tương tự phần tính toán ta có: Tiện thô, bán tinh Tiện thô, bán lỗ Ø140 tinh lỗ Ø140 1,5mm 1,5mm 1,5mm Bước tiến dao S0 0,6 mm/vg 0,6 mm/vg 0,2 mm/vg Vận tốc cắt tra bảng Vb 110 m/ph 110 m/ph 125 m/ph Vận tốc cắt tính toán Vtt 145 m/ph 145 m/ph 165 m/ph Tốc độ trục tính toán 271 vg/ph 271 vg/ph 375 vg/ph Tốc độ máy 250 vg/ph 250 vg/ph 310 vg/ph Các thông số Chiều sâu cắt t Tiện mặt đầu * Bƣớc 5: Khoả mặt đầu, cắt rãnh thoát dao tiện côn (phần mặt bích) - Máy gia công: 1K62,dao tiện hợp kim T15K6 70 - Định vị, kẹp chặt: Sử dụng mâm cặp chấu, định vị mặt trụ mặt đầu phôi - Tương tự phần tính toán ta có: Các thông số Tiện thô, bán tinh Tiện mặt đầu Cắt rãnh 1,5mm - 1,5mm Bước tiến dao S0 0,6 mm/vg 0,8 mm 0,3 mm/vg Vận tốc cắt tra bảng Vb 110 m/ph 110 m/ph 120 m/ph Vận tốc cắt tính toán Vtt 145 m/ph 102,3 m/ph 158 m/ph Tốc độ trục tính toán 271 vg/ph 407 vg/ph 318 vg/ph Tốc độ máy 250 vg/ph 400 vg/ph 310 vg/ph Chiều sâu cắt t mặt côn * Bƣớc 6: Khoan lỗ Ø18 - Máy gia công: 2A125, mũi khoan thép gió Ø18 - Định vị, kẹp chặt: định vị mặt đầu, kẹp chặt bu lông bàn máy - Chế độ cắt: - Bước tiến dao 0,4 mm/vg - Vận tốc cắt tra bảng vb = 20 m/ph - Vận tốc cắt v = vb.k1.k2.k3 71 v = 200,811 = 17,6 (m/ph) Trong đó: k1 : hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu gia công, k1 = 0,8 k2 : hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tuổi bền dụng cụ, k2 = 1,0 k3 : hệ số phụ thuộc vào tỷ số chiều dài cắt với đường kính, k3 = 1,0 Tính số vòng quay trục theo công thức: n = 1000v = 1000  17 ,6  311 (v/ph) 3,14  18 D Chọn tốc độ 300 (vg/ph) * Bƣớc 7: Nhiệt luyện Tôi thể tích với chi tiết mặt bích Tôi phần cổ trục ghép với mặt bích chi tiết trục cụt phần côn phía cuối trục * Bƣớc 8: Mài phần cổ trục ghép với mặt bích - Máy gia công: máy mài tròn 3A130 - Vật liệu đá mài: Э9A25-40 CT1-CT2 K5 - Định vị, kẹp chặt: định vị lỗ tâm, kẹp tốc - Chế độ cắt: Tốc độ trục máy mài: 2110 vg/ph 72 Tốc độ cắt với đường kính đá Ø300 n = n D = 2110  3,14  300  33,13 (m/s) 60000 60000 Vận tốc chi tiết, tra bảng: vct = 40 (m/ph) Bước tiến ngang, tra bảng: Sm(b) = 0,4 (m/ph) Đối với chu trình tay, bước tiến ngang theo tính toán: Sm = Sm(b).K1.K2.K3 Trong đó: K1: hệ số phụ thuộc vật liệu gia công K1 = 1,2 K2: hệ số tỷ số chiều dài cắt với đường kính K2 = 0,8 K3: hệ số phụ thuộc tuổi bền dụng cụ K3 = 0,8 Sm = 0,41,20,80,8 = 0,3 (m/ph) * Bƣớc 9: Mài lỗ (mặt bích): - Máy gia công: máy mài tròn 3A228 - Vật liệu đá mài Э9A40 CM1-CM2 7-8 K 73 - Định vị, kẹp chặt: định vị mặt mặt - Chế độ cắt: + Tốc độ trục máy mài: 14000 vg/ph + Tốc độ cắt với đường kính đá Ø30 n = n D = 14000 3,14  30  21,98 (m/s) 60000 60000 + Vận tốc chi tiết, tra bảng: vct = 60 (m/ph) + Bước tiến ngang, tra bảng: Sm(b) = 0,11 (m/ph) + Đối với chu trình tay, bước tiến ngang theo tính toán: Sm = Sm(b).K1.K2.K3 Trong đó: K1: hệ số phụ thuộc vật liệu gia công vận tốc đá K1 = 0,8 K2: hệ số phụ thuộc vào lượng dư bên, độ xác gia công tính chất lỗ K2= 1,3 K3: hệ số phụ thuộc tuổi bền dụng cụ K3 = 0,8 Bước tiến ngang tính toán: Sm = 0,111,30,80,8 = 0,10 (m/ph) * Bƣớc 10: Lắp mặt bích trụ, hàn ghép * Bƣớc 11: Mài mặt côn 74 - Máy gia công: máy mài tròn 3A130 - Vật liệu đá mài: Э9A25-40 CT1-CT2 K5 - Định vị, kẹp chặt: định vị lỗ tâm, kẹp tốc - Chế độ cắt: Tốc độ trục máy mài: 2110 vg/ph Tốc độ cắt với đường kính đá Ø300 n = n D = 2110  3,14  300  33,13 (m/s) 60000 60000 Vận tốc chi tiết, tra bảng: vct = 40 (m/ph) Bước tiến ngang, tra bảng: Sm(b) = 0,4 (m/ph) Đối với chu trình tay, bước tiến ngang theo tính toán: Sm = Sm(b).K1.K2.K3 Trong đó: K1: hệ số phụ thuộc vật liệu gia công K1 = 1,2 K2: hệ số tỷ số chiều dài cắt với đường kính K2 = 0,8 K3: hệ số phụ thuộc tuổi bền dụng cụ K3 = 0,8 75 Sm = 0,41,20,80,8 = 0,3 (m/ph) * Bƣớc 12: Kiểm tra độ bám côn lỗ côn trục côn bột màu sau gia công xong hai chi tiết Hình 10: Chi tiết trục cụt [8] 76 Kết luận chƣơng Luận văn đưa quy trình công nghệ chế tạo số chi tiết chính, lựa chọn vật liệu, tính toán cho trình gia công chi tiết bao gồm: trục chính, cánh xoắn, bích dưới, trục cụt, dỡ, đai giằng Trong bước chế tạo trục chi tiết đề tài tiến hành trình tự theo bước từ việc chọn vật liệu chế tạo, phương pháp chế tạo, định vị, kẹp chặt, chọn máy, chọn dụng cụ cắt, tính toán thông số cắt, mài Xuất phát từ việc nghiên cứu thực tế điều kiện làm việc máy phân cấp xoắn, chương luận văn xây dựng bước để chế tạo chi tiết máy đáp ứng với yêu cầu đề Kết nghiên cứu tiền đề cho việc sản xuất hàng loạt chi tiết máy phân cấp xoắn 77 KẾT LUẬN CHUNG Nội dung đề tài là: “Nghiên cứu thiết kế máy phân cấp xoắn cỡ lớn qui trình chế tạo trục cánh xoắn dùng tuyển khoáng” qua chương luận văn nêu vấn đề sau: Luận văn đưa khái niệm, đặc điểm trình phân cấp, trình tuyển khoáng, chức khâu phân cấp tuyển khoáng, quy luật rơi hạt nước không khí Nghiên cứu tổng quan phân loại máy phân cấp xoắn Nghiên cứu, khảo sát chế độ làm việc máy phân cấp xoắn Tính toán, lựa chọn thông số kỹ thuật máy xoắn phân cấp Lập bước gia công chế tạo trục chi tiết cụm cánh xoắn Việc nghiên cứu chế tạo chi tiết máy xoắn phân cấp khẳng định công nghệ chế tạo khí nước hoàn toàn có khả chế tạo số thiết bị, phụ tùng thay hàng ngoại nhập cho máy móc thiết bị ngành tuyển khoáng nhằm giảm chi phí ngoại tệ cho đất nước Việc chế tạo máy phân cấp xoắn dẫn đến chủ động việc sản xuất Bên cạnh cần chế tạo thiết bị, phụ tùng khí mở rộng chế tạo thiết bị mang tính đồng giúp giảm nhập Giúp nâng cao trình độ công nghệ cho đội ngũ cán kỹ thuật doanh nghiệp nước, tăng thu nhập cho người lao động 78 Hình 11: Lắp cánh xoắn lên thân trục [8] 79 Hình 12: Lắp hoàn chỉnh cánh xoắn lên thân trục [8] 80 Tài liệu tham khảo: TT [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Chủ biên Tên sách Cơ sở tuyển khoáng NXB Giao thông vận tải, Nguyễn Bơi (1999) Thiết kế xưởng tuyển khoáng an toàn NXB Trương cao Suyền Giao thông vận tải (2000) Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí tập 1; tập Trịnh Chất, Lê Văn Uyển NXB Giáo dục, (1999) Máy tổ hợp thiết bị vận tải mỏ NXB Khoa học Nguyễn Văn Kháng kỹ thuật (2005) Máy nâng chuyển thiết bị cửa van NXB Xây Nguyễn Đăng Cường dựng (2003) Sổ tay gia công NXB khoa học kỹ thuật Trần Văn Địch (2000) Sổ tay công nghệ chế tạo máy Tập 1,2 NXB Khoa Nguyễn Đắc Lộc học kỹ thuật (2001) Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp TS Phan Thạch Hổ viện nghiên cứu khí (2010) [9] рудообогатительной Донченко А С., Донченко В А фaбрики.– 2-е изд, перераб и [10] дп М Недраб (1986) Машины и оборудование для заводов по Ильевич А.П производству керамики и Справочник механика огнеупоров Москва (1978) [11] Оборудование карамических и огнеупорных Булавин и.А заводов Москва (1975) Механическое [12] оборудование предприятий Силенок С.Г и другие строительных матералов изделий и конструкций М.”Машиностроение” (1990) 81 ... 40 CHƢƠNG :THIẾT KẾ TỔNG QUAN MÁY PHÂN CẤP XOẮN CỠ LỚN 41 VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN 3.1 Quy trình công nghệ chế tạo cụm trục 41 3.1.1 Quy trình công nghệ chế tạo trục 41 3.1.1.1... đề nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế máy phân cấp xoắn cỡ lớn quy trình công nghệ chế tạo trục cánh xoắn dùng tuyển khoáng” CHƢƠNG I: Tổng quan phân loại máy phân cấp xoắn CHƢƠNG II: Xác định chế. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN MINH HIẾU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY PHÂN CẤP XOẮN CỠ LỚN VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN DÙNG TRONG TUYỂN KHOÁNG CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY