Lời nói đầu Trong quá trình phát triển của nền kinh tế công nghiệp hiện đại hóa, ngành công nghiệp mỏ đóng vai trò hết sức quan trọng. Nó cung cấp đầy đủ các loại máy móc cho nền công nghiệp nói chung và ngành mỏ nói riêng. Máy vận tải là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghẹ khai thác mỏ. Việc tính toán và thiết kế chính xác nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả trong khai thác. Trong học kỳ vừa qua em đã hoàn thành môn học Máy vận tải và làm đồ án môn học là tất yếu với mỗi sinh viên để chúng em tích lũy vốn kiến thức mà thầy giáo đã truyền đạt. Trong quá trình làm em có sử dụng một số tài liệu hướng dẫn của thầy trong bộ môn : “Máy Tổ hợp Thiết bị Vận tải” PGS. TS. Nguyễn Văn Khang I. Và một số tài liệu tham khảo khác. Trong đồ án này em đã được giao nhiệm vụ tính toán, thiết kế máng cào với các thông số: Năng suất yêu cầu: Qyc = 120 th; Chiều dài vận tải: L = 110 m; Góc dốc vận tải β = 6o; Vật liệu vận tải: Than cốc; Chiều vận tải: Xuống dốc.
Trang 1Mục lục:
Trang 2Lời nói đầu
Trong quá trình phát triển của nền kinh tế công nghiệp hiện đại hóa, ngànhcông nghiệp mỏ đóng vai trò hết sức quan trọng Nó cung cấp đầy đủ các loạimáy móc cho nền công nghiệp nói chung và ngành mỏ nói riêng
Máy vận tải là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghẹ khai thác mỏ.Việc tính toán và thiết kế chính xác nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả trongkhai thác Trong học kỳ vừa qua em đã hoàn thành môn học Máy vận tải và làm
đồ án môn học là tất yếu với mỗi sinh viên để chúng em tích lũy vốn kiến thức
mà thầy giáo đã truyền đạt Trong quá trình làm em có sử dụng một số tài liệuhướng dẫn của thầy trong bộ môn : “Máy & Tổ hợp Thiết bị Vận tải” - PGS
TS Nguyễn Văn Khang [I] Và một số tài liệu tham khảo khác
Trong đồ án này em đã được giao nhiệm vụ tính toán, thiết kế máng càovới các thông số: Năng suất yêu cầu: Qyc = 120 t/h; Chiều dài vận tải: L = 110m; Góc dốc vận tải β = 6o; Vật liệu vận tải: Than cốc; Chiều vận tải: Xuống dốc
Trong quá trình làm bài không thể thiếu những nhầm lẫn và sai sót mongthầy giáo chỉ bảo thêm để em rút kinh nghiệm và tiến bộ hơn Em xin chânthành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy cùng tập thể lớp Máy và thiết bị mỏ K58 đãgiúp em hoàn thành bài đồ án này
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
SV thực hiện: Lê Trần Quang Minh
Trang 4Phần 1: Giới thiệu chung về máng cào
I Nguyên lý làm việc, lĩnh vực ứng dụng và phân loại.
Máng cào là một thiết bị vận tải liên tục Vật liệu được vận chuyển theo máng
cố định 1 nhờ xích kéo 2 có gắn thanh gạt 3 Xích kéo được truyền động từđộng cơ qua hộp giảm tốc đến đĩa dẫn động 4 và được kéo căng nhờ thiết bị kéocăng 6 nối với trục của đĩa xích dẫn hướng 5 (hình 1.1)
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máng cào
Máng cào được dùng chủ yếu để chở than, quặng trong các mỏ khai thác hầm
lò Nó thường được đặt ở các lò chợ, lò song song, lò xuyên vỉa; có thể làm việcđộc lập hoặc kết hợp với máy liên hợp khai thác thành thiết bị tổ hợp khi thảvật liệu từ cao xuống thấp với độ dốc lớn, có thể dùng máng cáo hãm để hạn chếvận tốc trượt của vật liệu Ngoài ra, máng cào còn được dùng trên mặt bằngcông nghiệp mỏ, trong các phân xưởng tuyển khoáng, trên các công trường khaithác vật liệu xây dựng như đá, sét, cát và các vật liệu có độ dính bết cao
Năng suất máng cào có thể đạt tới 500t/h, chiều dài vận chuyển L =30 - 150m, công suất động cơ dẫn động khoảng 150 - 300kW
Ưu điểm của máng cào là năng suất vận tải ổn định, ít bị phụ thuộc vào độ
ẩm và kích thước cục vật liệu vận chuyển,có thể đặt ở lò bằng, lò nghiêng vớigóc dốc không quá 30o , thậm chí có thể đặt trên nền mấp mô lượn sóng Kếtcấu đơn giản dễ dàng thay đổi chiều dài làm việc, dễ thay thế sửa chữa, chất tảithuận lợi vì thành máng thấp, làm việc ít ồn, ít bụi, có thể làm giá đỡ cho máykhấu than, dễ di chuyển vị trí làm việc (di chuyển từng đoạn dời hoặc cả cụm);
có khả năng quá tải lớn (thích hợp với công tác khoan bắn nổ mìn)
Tuy vậy, máng cào có một số nhược điểm Do vật liệu, xích thanh gạt trượttrên máng, nên máng xích chóng mòn; vật liệu vận chuyển bị vỡ vụn nhiều,khối lượng kim loại trên một đơn vị chiều dài của thiết bị lớn, tiêu hao điện
Trang 5năng tương đối cao vì sức cản chuyển động lớn, tại trọng động khi máy làm việclớn.
Máng cào được phân loại theo các đặc trưng sau:
- Theo lĩnh vực sử dụng: máng cào lò chợ, máng cào làm việc trong tổ hợpmáy khai thác - vận chuyển, máng cào đặt trên mặt mỏ, máng cào để cấp liệu
- Theo hình dạng tiết diện ngang của máng: hình chữ nhật, hình vuông, hìnhthang, nửa bán nguyệt, tròn (hình ống)
- Theo số lượng trạm dẫn động: máng cào có một trạm dẫn động, nhiều trạmdẫn động
- Theo số lượng xích kéo: máng cào một xích, hai xích, ba xích và bốn xích
- Theo kết cấu của xích: xích tấm bản lề và xích vòng
- Theo kết cấu khớp nối giữa đầu vào hộp giảm tốc và động cơ; khớp nốicứng bằng chốt, khớp đàn hồi, khớp ma sát, khớp nối thủy lực
- Theo kết cấu của bộ phận kéo căng: kéo căng bằng trục vít, kéo căng bằngđối trọng (ít sử dụng), băng tời kéo
- Theo vị trí tương đối giữa nhánh có tải và không tải: nhánh có tảivà khôngtải đặt chồng lên nhau; hai nhánh cùng nằm trong một mặt phẳng ngang(hình1.2e) hoặc nằm trong hai mặt phẳng nghiêng so với nhau 1 góc 45o (hình1.3d)
II Kết cấu và các bộ phận chủ yếu
Kết cấu và các bộ phận chủ yếu củ máng cào được thể hiện trên hình 1.2,gồm có: máng làm nhiệm vụ mang tải, bộ phận kéo (xích và thanh gạt), trạmdẫn động và thiết bị kéo căng
1 Máng
Máng gồm nhiều đoạn dài từ 2-2,5m lắp ráp lại với nhau bằng các khóa; đượcdập từ thép tấm 35 (có tôi bề mặt làm việc) hoặc thép 30Γ, thép hợp kimmangan chịu mài mòn cao Tiết diện ngang của máng có thể là hình chữ nhật,hình thang, hình bán nguyệt hoặc hình tròn (hình 1.3) Trong 1 số trường hợpmáng cũng có thể chế tạo bằng phương pháp hàn
Trang 6
Hình 1.2 Kết cấu máng cào:
a- hình dáng chung; b- tiết diện ngang của máng cào hai xích; c- tiết diện ngang của máng cào ba xích; d- tiết diện ngang của máng cào một xích; e- tiết diện ngang của máng cào một xích có hai nhánh máng nằm trong cùng mặt phẳng ngang;
1- trạm dẫn động; 2- thiết bị kéo căng; 3- xích kéo; 4- thanh gạt; 5- máng chứa.
Hình 1.3 Kết cấu các đoạn máng dạng khác nhau:
a- Máng dập; b- máng hàn; c- hai nhánh máng nằm trong mặt phẳng ngang; d- hai nhánh máng nằm trong hai mặt phẳng lệch nhau 1 góc 45 o
Trang 7Đa số máng cào có hai máng chồng lên nhau.Máng trên hở để chứa vật liệu,máng dưới kín để dẫn hướng nhánh xích không tải (hình 1.2b,c,d).
Yêu cầu cơ bản của nó là chịu mài mòn, nhẹ, dễ tháo lắp và chiều cao nhỏ đểgiảm chiều cao chất tải
2 Bộ phận kéo
Bộ phận kéo của máng cào gồm có xích và thanh gạt, có thể có một xích, hai,
ba hoặc bốn xích Số lượng xích làm việc càng lớn thì độ tin cậy càng cao và cóthể tăng được chiều dài vận tải của máng Bởi vì, khi một xích bị đứt thì thanhgạt vẫn ổn định và khả năng làm việc vẫn được duy trì Tuy nhiên, giá thành vàkhối lượng xích lại tăng lên, làm hạn chế khả năng ứng dụng của chúng
Hình 1.4 Bộ phận kéo của máng cào:
a- hai xích vòng; b- một xích tấm bản lề dập tháo lắp được;
c- một xích với thanh gạt lắp côngsôn
Trang 8Xích là bộ phận quan trọng nhất của máng cào Năng suất và chiều dài vận tảiđều phụ thuộc vào độ bền của xích Vì vậy, yêu cầu đối với xích máng cào làđảm bảo độ bền, ít bị mài mòn, trọng lượng nhỏ, tháo lắp dễ, dễ uốn để ăn khớptốt với đĩa xích, kết cấu đơn giản, giá thành hạ Thường dùng là loại xích vòng,xích dập tháo lắp được và xích tấm bản lề (hình 1.4).
Xích dập và xích tấm có bước xích 80mm, xích vòng có bước xích từ 50 đến64mm Sợi thép làm xích vòng có đường kính từ 14 đến 18mm Vật liệu làmxích thép là 45Γ2, hoặc 40X qua gia công nhiệt luyện
3 Thanh gạt
Thanh gạt được chế tạo từ thép cacbon hay thép tấm dày 3 - 8mm hoặc théprèn Khi làm việc thanh gạt chuyển động cùng với xích để kéo vật liệu Vì vậy
nó phải đủ bền, chịu mài mòn tốt
Thông số cơ bản của thanh gạt là chiều rộng, chiều cao và bước thanh gạt lắptrên xích
Chiều rộng thanh gạc phụ thuộc vào chiều rộng máng
Chiều cao thnh gạc thường lấy nhỏ hơn 2 -3 lần
Khi tăng chiều cao thì diện tích tiết diện ngang của dòng vật liệu tăng lênnhưng lượng vật liệu nằm trên thanh gạt và xích lớn, điều đó sẽ không có lợi.Bước thanh gạc được xác định theo độ lớn của cục vật liệu vận tải và gócnghỉ tự nhiên của nó, theo chiều cao thanh gạc và bước xích Khi vận tải vật liệu
cỡ lớn thì bước thanh gạt phải lớn hơn kích thước của cục vật liệu lớn nhất.Thường phải đảm bảo điều kiện:
l tg ≥ 1,5 a tb (4.1)trong đó: l tg - bước của thanh gạt (l tg= 480; 640; 1024mm);
a tb - kích thước trung bình của cục vật liệu
Lựa chọn bước thanh gạt phải đảm bảo độ điền đầy tốt nhất của vật liệu trongkhoảng giữa hai thanh gạt sao cho dòng vật liệu liên tục
Nếu bước thanh gạt tăng thì trọng lượng 1m bộ phận kéo, cũng như sức cảnchuyển động và độ mài mòn sẽ giảm Nhưng khi tăng quá một giới hạn nhấtđịnh thì dòng vật liệu sẽ bị gián đoạn làm giảm năng suất vận chuyển Vì vậy,
Trang 9tùy theo điều kiện cụ thể của vật liệu vận tải và độ dốc đặt máng mà xác địnhbước thanh gạt và độ cao của chúng cho thích hợp Thông thường lấy bướcthanh gạt bằng hai lần bước xích ( ltg = 2lx = 320÷800mm), hay ltg = (2÷4) htg
(trong đó htg chiều cao thanh gạt)
4 Trạm dẫn động
Trạm dẫn động của máng cào bao gồm: hộp giảm tốc, động cơ điện, trục vàđĩa dẫn động, khớp nối
cũng có thể sử dụng các loại động cơ khác như động cơ khí nén, động cơ thủylực
Hộp giảm tốc của máng cào có thể từ hai đến ba cấp với cặp bánh răng trụhoặc các cặp bánh răng trụ côn Dùng cặp bánh răng trụ côn cho phép đặt hộpgiảm tốc song song với trục của máng cào và giảm chiều rộng trạm dẫn động
Có thể dùng một động cơ, hai động cơ dẫn động cho hai hộp giảm tốc, có thểdùng một trạm hoặc nhiều trạm dẫn động (hình 1.5) Việc lựa chọn sơ đồ dẫnđộng và phân phối lực kéo cho mỗi trạm dẫn động là một bài toán kỹ thuật cầnphải được xem xét cụ thể
Hình 1.5 Sơ đồ bố trí trạm dẫn động máng cào
mòn, chịu va đập, các kích thước hình học phải đảm bảo độ chuẩn xác cao để dễ
ăn khớp với xích Kết cấu của đĩa xích phụ thuộc vào từng loại xích kéo (hình1.6)
Các thông số cơ bản của đĩa xích được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam 1988-76
và được tính toán theo các công thức trong phần 2.6.2 ( T63/ Máy và Tổ hợpthiết bị vận tải mỏ - TS.Nguyễn Văn Khang) và trong các tài liệu chi tiết máy.Vật liệu chế tạo đĩa xích là thép 35Л, 40X và 40XH
Trang 10Hình 1.6 Kết cấu đĩa xích dẫn động cho xích vòng:
1- Bulông lắp ghép; 2- Chốt định vị; 3- Bạc chắn (rulô);
4- Phớt chặn kín; 5- Bánh răng xích.
(bulông, răng xích ), khớp nối đàn hồi, hoặc khớp nối thủy lực
Khớp nối thủy lực thường được dùng trong máng cào công suất lớn vì nó cókhả năng bảo vệ quá tải, mở máy êm Cấu tạo của khớp thủy lực (hình 1.7) baogồm bánh công tác của máy bơm 1và bánh tuabin 2, vỏ tuabin 3, vỏ của khoangphụ 4 , ống lót 5, khớp răng 6, nắp 7 và moay-ơ 8 Khi bánh công tác quay đượctruyền từ động cơ), các cánh bơm ép dầu nằm trong khoang công tác và đấy nóđến cánh tuabin với một vận tốc lớn và làm cho cánh này quay Bánh tuabintruyền momen quay qua hộp giảm tốc đến trục dẫn động Vỏ khoang phụ đóngvai trò bình chứa để dầu chảy chàn từ khoang công tác sang khi khớp thủy lực
Đối với khớp nối thủy lực, tất cả các kích thước đều được biểu thị qua kíchthước đặc trưng, đó là đường kính hiệu dụng Da là đường kính bánh công táctheo mép ngoài của cánh bơm và được xác định theo công thức:
Trang 12Hình 1.7 Khớp nối thủy lựcKhi dùng khớp nối cứng bằng các đĩa ma sát, mômen xoắn do khớp truyềnđược là:
Mx = kdt.µ.Rtb.(Z - 1).PE
trong đó: kdt - hệ số dự trữ
µ - hệ số ma sát giữa các đĩa
Rtb - bán kính ma sát trung bình
Trang 13Z - số đĩa
PE - lực nén lên cụm đĩaViệc tính toán và lựa chọn các dang khớp khác (khớp đàn hồi, khớp namchâm điện ) được trình bày trong các tài liệu chuyên khảo
Ngoài ra, để bảo vệ quá tải, trong đa số các trạm dẫn động có đĩa xích ănkhớp với xích người ta sử dụng chốt an toàn Khi lực kéo sử dụng tăng lên gầnđến 25%, chốt sẽ tự cắt và ngắt dòng điện vào động cơ Thiết bị khá đơn giảnnày đảm bảo cho bộ phận kéo khỏi bị sự cố và bị đứt
Lực cắt chốt được xác đinh theo công thức:
P c=k cp M x max
R c =
π d2o τ
4trong đó: kcp ≈ 1,25 - hệ số quá tải cho phép
dẫn động có bán kính Ro) trong thời gian khởi động máng cào khitải trọng lớn nhất
Rc - bán kính đặt chốt
do = √4 P c
πτ - đường kính chốt tại tiết diện làm việc
τ =k c σ b - giới hạn bền của chốt khi cắt
kc - hệ số tỷ lệ giới hạn bền: đối với thép 40,45,50, kc= 0,7÷0,8; đốivới gang, kc = 1,1÷1,5
σ b - giới hạn bền kéo của chốt khi đứt
5 Thiết bị kéo căng
Thiết bị kéo căng dùng để tạo ra sức căng ban đầu, đảm bảo cho xích ăn khớptốt với đĩa xích, làm căng xích trong quá trình vận hành
Trang 14Về nguyên tắc, thiết bị kéo căng được đặt ở vị trí nào có sức căng nhỏ nhất.Tuy nhiên còn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của sản xuất Thường, nó đượcđặt ở đuôi máng (đầu nhận tải).
Theo kết cấu, thiết bị kéo căng có rất nhiều loại khác nhau: loại kéo căngbằng trục vít, đai ốc, loại đối trọng, bằng tời cáp, bằng xilanh thủy lực hoặc khínén (hình 1.8) Cho dù dạng này hay dạng kia, nhưng chúng có các bộ phận cơbản sau: đĩa dẫn hướng quay 1 để xích kéo 2 uốn qua (thường góc ôm là 180o,trục 3 của đĩa dẫn hướng đặt trên gối đỡ trượt hay trên xe lăn 4 và cơ cấu kéocăng 5 để kéo căng bộ phận kéo
Trong các máy hiện đại, thiết bị kéo căng tự động điều chỉnh sức căng của bộphận kéo trong một giới hạn cho trước và tự động ngắt mạch động cơ khi tảitrọng vượt quá giới hạn hoặc sức căng của bộ phận kéo căng đột ngột
Ở thiết bị kéo căng bằng cơ khí, việc kéo căng bộ phận kéo được tiến hànhbằng thủ công nhờ một cơ cấu nào đó, ví dụ như vít căng, vít nén ( hình 1.8a),bánh răng - thanh răng v.v , hoặc dùng tời được dẫn động bằng động cơ điệnhay thủy lực Khi sử dụng thiết bị kéo căng bằng cơ khí, sức căng của bộ phậnkéo luôn thay đổi và giảm dần theo mức độ giãn dài và độ mòn trong quá trìnhlàm việc
Hình 1.8 Sơ đồ thiết bị kéo căng:
Trang 15a,b - kéo căng bằng vít-đai ốc; c- bằng xe lăn-đối trọng;
d- bằng xilanh-khí nén (thủy lực); e- bằng vít-lò xoNhược điểm của thiết bị kéo căng bằng cơ khí là kém linh động, phải định kỳkiểm tra, theo dõi và căng lại xích; khi điều chỉnh lực căng có thể làm xích quácăng Ưu điểm của nó là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn
Thiết bị kéo căng dẫn động bằng xilanh khí nén hoặc thủy lực có kích thướcnhỏ gọn, hiệu suất cao nhưng đòi hỏi phải có máy chuyên dụng đảm bảo cungcấp khí nén hoặc dầu thường xuyên với một áp lực không đổi
Thiết bị kéo căng bằng đối trọng (hình 1.8c) đảm bảo lực kéo căng khôngđổi, tự động bù lại sự thay đổi chiều dài của bộ phận kéo do thay đổi nhiệt độ và
do mòn, giảm được tải trọng lớn nhất khi bị quá tải; đây là một ưu điểm lớnnhất của nó Tuy nhiên kích thước và khối lượng của đối trọng khá lớn Để khắcphục, người ta sử dụng tời để truyền lực căng qua hệ thống palăng hoặc đònbẩy Nhược điểm của hệ thống này là sức cản lớn (nhất là trong điều kiện nặngnhọc), làm cản trở sự điều chỉnh tự động của thiết bị kéo căng
Trên các máng cào mỏ hầm lò thường sử dụng thiết bị kéo căng bằng trục vít– đai ốc Ở các loại băng khác dùng xích kéo khi chiều dài vận tải và công suấtlớn, hợp lý hơn cả là dùng thiết bị kéo căng vít – lò xo (hình 1.8c) Đối với cácloại máng cào di động trong máy chất tải, máy cấp liệu có bộ phận kéo là dâymềm, nên dùng thiết bị kéo căng trục vít – đai ốc để đảm bảo kích thước nhỏgọn
Thông số quan trọng nhất để thiết kế hoặc lựa chọn thiết bị kéo căng là giá trịsức căng ban đầu ( sức căng tại điểm rời khỏi đĩa dẫn động xích), hành trình kéocăng và lực kéo căng
Trang 16Sức căng ban đầu phải đảm bảo lực căng nhỏ nhất của bộ phận kéo đã đượcxác định trước để máng cào làm việc bình thường Giá trị của nó phụ thuộc vàotừng loại máng cào và trạm dẫn động Đối với máng cào hoặc máy đẩy kiểuxích, sức căng ban đầu không được nhỏ hơn một giá trị cho trước nhằm đảmbảo vị trí ổn định của tay đẩy Đối với các loại băng có bộ phận kéo là xích ănkhớp thì lực kéo ban đầu phải đảm bảo cho xích ra khỏi răng đĩa xích một cách
dễ dàng, giảm va đập khi đi vào thanh dẫn hướng (đối với xích có con lăn dichuyển), thường lấy khoảng 5-10% sức căng cho phép lớn nhất
Hành trình kéo căng bằng tổng độ dư để nối hai đầu xích và độ giãn dài của
bộ phận kéo (do tải trọng, mài mòn và sự thay đổi nhiệt độ) Nó phụ thuộc vàochiều dài, dạng truyền và chủng loại bộ phận mang tải:
∆L = ∆Ln + ∆Ld
trong đó : ∆L – hành trình kéo căng
∆Ln – độ dư để nối hai dấu xích (hoặc băng)
∆Ld – độ giãn dài của bộ phận kéo
Đối với xích kéo, độ giãn dài của xích không đáng kể, hành trình kéo căng cóthể lấy như sau:
- Với xích tấm bản lề, hành trình kéo căng bằng một nửa độ dài của một cặpmắt xích cộng với 50 – 100mm
- Với xích vòng , hành trình kéo căng bằng một nửa độ dài của một mắt xíchcộng với 50 – 100mm
Lực kéo căng cần thiết để di chuyển đĩa xích dẫn hướng phụ thuộc vào vị tríđặt thiết bị kéo căng và trạm dẫn động trên tuyến băng Trong trường hợp