Nghiên cứu phương pháp phân phối công suất trạm dẫn động cho băng tải công suất và chiều dài lớn

1 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học Mỏ-Địa chất Phan Xuân Thông Nghiên cứu phương pháp phân phối công suất trạm dẫn động cho băng tải công suất chiều dài lớn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành : Kỹ thuật Máy Thiết bị má-DÇu khÝ M· sè: 60.52.12 Ng­êi h­íng dÉn khoa häc TS Nguyễn Hữu Việt Hà Nội-2008 lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, tháng năm 2008 Tác giả Phan Xuân Thông Mục lục Trang phơ b×a Lêi cam ®oan Môc lôc Danh môc bảng Danh mục vẽ .6 Mở đầu .8 Ch­¬ng Tỉng quan trạm dẫn động băng tải sử dụng n­íc ngoµi vµ viƯt nam 11 1.1 Các trạm dẫn động băng tải sử dụng nước 11 1.1.1.một vài kết cấu đặc trưng trạm dẫn động tang 11 1.1.2 vài kết cấu đặc trưng trạm dẫn động hai tang ba tang 14 1.1.3 Băng có trạm dẫn động trung gian đặt đoạn thẳng 22 1.2 Các trạm dẫn động băng tải sử dụng Việt Nam 22 Chương Phương pháp tính toán phân phối công suất băng tải nhiều trạm dẫn động 34 Lý thuyết dẫn động băng tải 34 2.2 Lực kéo, sức căng bé phËn kÐo 38 2.3 ảnh hưởng áp suất riêng, vận tốc trượt băng đến hệ số ma sát 40 2.4 Tính toán phân phối công suất trạm dẫn động .47 2.4.1 Tính trạm dẫn động tang hai động 47 2.4.2 Tính trạm dẫn động hai tang hai động c¬ 48 Ch­¬ng ph­¬ng pháp phân phối công suất trạm dẫn động hai tang ¸p dơng t¹i c¸c má viƯt nam 64 3.1 tr­êng hỵp thø nhÊt .64 3.1 tr­êng hỵp thø hai 67 3.1 tr­êng hỵp thø ba 68 3.4 Tính băng tải với dẫn động tang đầu đuôi .69 Chương phân tích Đánh giá hiệu kinh tế-kỹ thuật băng tải trạm dẫn động nhiều trạm dẫn động 73 4.1 Vị trí hợp lý đặt trạm dẫn động 73 4.2 HiƯu qu¶ øng dơng băng có nhiều trạm dẫn động 75 4.3 Xác định số lượng trạm dẫn động 79 4.4 TÝnh to¸n so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật, phân phối công suất trạm dẫn động tuyến băng tải giếng nghiêng Khe chµm III 80 4.4.1 Tính toán so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật 80 4.4.2 Phân phối công suất trạm dẫn động 83 Kết luận kiến nghị 87 Tài liệu tham khảo 89 Danh mục bảng Số tiêu đề bảng Trang Bảng 1.1.Tổng hợp số tuyến băng tải điển hình 12 mỏ than Nước Bảng 1.2.Tổng hợp số tuyến băng tải điển hình 25 mỏ than Việt nam Bảng 2-1.Các thông số áp suất riêng tốc độ trượt 41 Bảng 2.2.Các thông số số băng thực nghiệm 42 hệ số f0 Bảng 2.3.Tương quan phụ thuộc hệ số ma sát trạng thái bề mặt 44 Danh mục vẽ Số hình Tên hình vẽ đồ thị Trang 11 Hình 1.1 Trạm dẫn động tang-một động 180, 80 Hình 1.2 Trạm dẫn động tang 1100 13 Hình 1.3 Sơ đồ trạm dẫn động 2y120 14 Hình 1.4 Sơ đồ khối dẫn động băng tải 2y120 15 Hình 1.5 Sơ đồ trạm dẫn động sử dụng dây băng dẫn động 16 Hình 1.6 Trạm dẫn động hai tang hầm lò nghiêng công suất lớn 19 Hình 1.7 Trạm dẫn động tang động 26 Hình 1.8 Trạm dẫn động tang hai động 27 Hình 1.9 Trạm dẫn động hai tang - động 28 Hình 1.10 Trạm dẫn động hai tang - động 29 Hình 1.11 Trạm dẫn động hai tang - hai động 30 Hình 1.12 Sơ đồ bố trí trạm dẫn động điển hình giới 31 Hình 2.1 Sự phân bố lực kéo dẫn động tang 34 Hình 2.2 Tương quan hệ số ma sát áp suất riêng với loại băng khác 43 Hình 2.3 Tương quan phụ thuộc hệ số ma sát áp lực riêng trạng thái bề mặt 45 Hình 2.4 Đặc tính biến thiên hệ số ma sát đề xuất theo áp lực riêng trạng thái bề mặt 46 Hình 2.5 Các sơ đồ dẫn động hai tang phổ biến 49 Hình 2.6 Sự phân bố lực kéo dẫn động hai tang 50 Hình 2.7 Xây dựng đường đặc tính trạm dẫn động hai 57 tang Hình 3.1 Sơ đồ bố trí trạm dẫn động hai tang đầu đuôi 70 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí vị trí trạm dẫn động 74 Hình 4.2 Biểu đồ sức căng phận kéo với ba trạm 77 dẫn động Hình 4.3 Biểu đồ sức căng phận kéo băng 78 nằm ngang có hai trạm dẫn động Hình 4.4 Sơ đồ bố trí trạm dẫn động tuyến băng giếng nghiêng B800x600/2x132-Mỏ than Khe chàm 80 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Hiện nước ta, khai thác than phương pháp hầm lò đà phảt triển, chiếm tỷ trọng lớn tổng sản lượng khai thác than nước Theo tổng đồ phát triển nghành than giai đoạn 2010 -2020 Tập đoàn Than Khoáng sản cần phải tăng số lượng mỏ khai thác Hầm lò mà phải tăng công suất chúng Để đạt điều mỏ buộc phải mở rộng sản xuất, khai thác xuống sâu mặt nước biển (Mạo Khê, Hà Lầm, Vàng Danh, ) Khi tăng sản lượng, nhiệm vụ khó khăn mỏ Hầm lò vận chuyển khoáng sản từ khai trường lên mặt mỏ Việc sử dụng trục tải tời trục giếng nghiêng không đáp ứng yêu cầu suất không thoả mÃn tiêu kinh tế Để giải vấn đề mỏ hầm lò đà dùng giải pháp mở vỉa giếng nghiêng với độ dốc b=12á23 dùng băng tải có chiều dài công suất lớn Tuy nhiên, trình lắp đặt sử dụng băng tải loại lại đặt hai vấn đề kỹ thuật cần giải quyết: Một - Băng tải làm việc độ dốc chiều dài lớn dẫn đến sức căng lớn xuất dây băng có trị số lớn, phải dùng băng loại tốt, giá thành cao mà tuổi thọ không lớn (hiện phải nhập ngoại) Hai - Các phận trạm dẫn động băng tải có công suất lớn động cơ, khớp nối, hộp giảm tốc, tang dẫn động nặng, khó di chuyển hầm lò, khó chế tạo lắp đặt (hiện nước Viện khí Năng lượng mỏ sản xuất loạt đầu trạm dẫn động công suất 264kW, thiết bị điện, động cơ, khớp nối phải nhập ngoại) Vì vậy, nghiên cứu thay trạm dẫn động nhiều trạm dẫn động có công suất nhỏ yêu cầu cấp thiết nay, nã võa cã ý nghÜa khoa häc vµ võa cã ý nghĩa thực tiễn đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu băng tải có công suất từ 110kW-440kW chiều dài từ 100m-1000m mục tiêu đề tài Xây dựng sở phương pháp luận để tính toán công suất cho băng tải có nhiều trạm dẫn động Lựa chọn vị trí hợp lý trạm dẫn động tính toán phân phối công suất trạm băng tải có công suất chiều dài lớn Nội dung nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Khảo sát làm việc trạm dẫn động làm việc đồng thời băng tải có nhiều trạm dẫn động Xác định thông số làm việc băng tải có nhiều trạm dẫn động Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm công nghiệp Trên sở lý thuyết chung vận tải băng tải, khảo sát trình làm việc băng tải nhiều trạm dẫn động, đề xuất 10 công thức tính toán công suất cho trạm dẫn động, tính toán thiết kế, lựa chọn thông số làm việc chúng Dựa vào kết tính toán lý thuyết, khảo sát so sánh với số liệu thực tế để có hiệu chỉnh cần thiết ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * ý nghĩa khoa học - Xây dựng phương pháp phân phối công suất trạm dẫn động cho băng tải có công suất chiều dài lớn - Đề xuất phương pháp tính toán thông số làm việc băng tải có nhiều trạm dẫn động * ý nghĩa thực tiễn -Kết nghiên cứu sở để tính toán thiết kế, lắp đặt vận hành băng tải cỡ lớn sử dụng tương lai mỏ nước ta sở tài liệu - Các tài liệu, sách, giáo trình kỹ thuật khí sở ( nguyên lý máy, học máy, sức bền vật liệu ) ; Sách giáo trình chuyên nghành máy thiết bị mỏ ( máy vận tải, máy khai thác, ) ; Nguyên lý thiết kế máy thiết bị mỏ - Các kết nghiên cứu Viện nghiên cứu Năng lượng Mỏ băng tải - Các nguồn tư liệu mạng internet, thư viện trường Đại học Mỏ -Địa chất, thư viện Viện nghiên cứu Năng lượng Mỏ, thư viện khoa học kỹ thuật Trung ương Cấu trúc luận văn Toàn nội dung luận văn bao gồm: phần mở đầu, phần kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo trình bày 89 trang với bảng, 24 hình 94 Hình 4.3 Biểu đồ sức căng phận kéo băng nằm ngang có hai trạm dẫn động Lực kéo W đuựơc biểu thị đoạn 3-3 Nếu cuối băng đặt trạm dẫn động thứ hai để khắc phục sức cản nhánh không tải giữ trạm dẫn động đầu băng với lực kéo sức căng lớn Smax cũ, biểu đồ sức căng biểu thị đường 1-2-3-4 Trong đoạn 2-3 4-4sẽ giá trị lực kéo trạm dẫn động đuôi băng đầu băng Dễ dàng nhận thấy đường 1-2 đường 1-2 trùng nhau; đoạn thẳng 2-3 3-4 song song với nhau; sức căng lớn Smax, 95 trường hợp thứ hai băng có chiều dài lớn Bởi trường hợp thứ nhất, trạm dẫn động đầu băng truyền lực kéo cho hai nhánh, trường hợp thứ hai, cho nhánh có tải Khi vận tải từ cao xuống thấp mà sức cản hai nhánh nhau, đặt trạm dẫn động đầu đuôi băng tăng chiều dài băng lên gấp đôi mà đảm bảo lực kéo sức căng lớn cho trước 4.3 Xác định số lượng trạm dẫn động Số lượng trạm dẫn động hợp lý (hay khoảng cách hợp lý trạm dẫn động chiều dài băng xác định), tính toán sở tiêu kinh tế kỹ thuật Cùng với việc giảm số lượng trạm dẫn động tổng công suất chúng không đổi (nghĩa tăng khoảng cách trạm dẫn động) làm giảm khối lượng chung giá thành chúng (động hộp giảm tốc), giảm số nhân công phục vụ Ngoài đơn giản hoá điều kiện làm việc đồng động Tuy nhiên, ứng lực lớn phận kéo băng, khối lượng giá thành chúng tăng lên Khi tăng khối lượng phận kéo (thường không đáng kể) tiêu hao lượng tăng lên; băng đặt nghiêng thẳng đứng, thành phần lực dọc băng tăng lên, làm cho sức căng phận kéo căng tăng Vì vậy, để giải toán trên, cần phải thiết lập biểu thức chung phản ánh chi phí đầu tư bản, chi phí sản xuất, khối lượng lao động phục vụ so sánh kết trường hợp dùng số lượng trạm dẫn động khác 4.4 Tính toán so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật, phân phối công suất trạm dẫn động tuyến băng tải giếng nghiêng Khe chàm III 4.4.1 Tính toán so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật 96 Hình 4.4 Sơ đồ bố trí trạm dẫn động tuyến băng giếng nghiêng B800x600/2x132-Mỏ than Khe chàm III - Thông số yêu cầu: Năng suất 300t/h, chiều dài 600m, góc dốc 12, vật liệu vận chuyển gồm đất đá, than nguyên khai, cỡ hạt lớn 150mm (không 15%), vận tốc dây băng v=2m/s Tuyến băng làm việc điều kiện 97 nặng; (khối lượng m dây băng); (khối lượng phân bố phần quay lăn nhánh có tải) (khối lượng phân bố phần quay lăn nhánh không tải); lượng phân bố vật liệu);f=0,35; ; (khối ; Tính toán tuyến băng theo hai sơ đồ đặt trạm dẫn động phổ biến mỏ than ứng dụng tin học để tính băng tải Viện khí Năng lượng Mỏ thiết kế, nhận kết tính sau: Theo sơ đồ hình 3-2a, trạm dẫn động tang bố trí đầu tuyến băng với góc ôm băng tang dẫn động ; ; - công suất tiêu hao, khắc phục sức cản phận làm - công suất tiêu hao, khắc phục sức cản thành be máng nhận tải, lấy 0,1kW/1m chiều dài thành be *Công suất yêu cầu: k - hệsố dự trữ công suất 98 h - hiệu suất truyền động * Dây băng yêu cầu: ST 1600 ; Theo sơ đồ hình 3-2b, trạm dẫn động hai tang bố trí đầu tuyến băng với tổng góc ôm băng tang dẫn động ; ; -công suất tiêu hao, khắc phục sức cản phận làm - công suất tiêu hao, khắc phục sức cản thành be máng nhận tải, lấy 0,1kW/1m chiều dài thành be *Công suất yêu cầu: k hệ số dự trữ công suất h - hiệu suất truyền động *Dây băng yêu cầu:ST1250 ; 99 Kích thước tang dẫn động nhỏ tính theo công thức sau: Băng tải ST-DTII -Trung quốc; Dt- dường kính tang ;dc-đường kính cáp Sơ đồ a :ST1600;dc=5mm ; Dt=145xdc=145x5 = 725 (mm) Sơ đồ b :ST1250;dc=4,5mm; Dt=145xdc=145x4,5 = 652,5(mm) Từ kết phân tích tính toán trên, nhận nhận xét sau: * Chỉ tiêu kỹ thuật: - Công suất trạm dẫn động theo hai sơ đồ gần - Sức căng dây băng theo sơ đồ hình 3-2a lớn sơ đồ hình 3-2b - Kích thước trạm dẫn động kéo căng theo sơ đồ hình 3-2a lớn sơ đồ hình 3-2b * Chỉ tiêu kinh tế: Dây băng chiếm ằ 20% giá thành tuyến băng - B800xST 1600 giá nhập 90 đôla/m - B800xST 1250 giá nhập 80 đôla/m Như vậy, chi phí mua dây băng theo sơ đồ hình 3-2b hơn: 10 đôla/m x1250m =12500đôla 4.4.2 Phân phối công suất trạm dẫn động Tính nhân tố kéo toàn phần dẫn động: 100 - - - - - chọn ; -Xác định mômen dẫn động, độ cứng đường đặc tính 101 -Xác định giá trị thực tế -Xác định lại góc trượt đàn hồi 102 Dự trữ góc tĩnh tương đối tang thứ 97 tang thứ hai 74 Như vậy, phương án phân phối công suất dẫn động, mà góc ôm hệ số bám hợp lý, thông số hai tang tận dụng hoàn toàn *Thực tế sản xuất trạm dẫn động băng tải Viện khí Năng lượng Mỏ ®Ịu chän Thùc nghiƯm c«ng nghiƯp cho thÊy, trình làm việc, động thứ chịu tải lớn động thứ hai 10% Xét trường hợp tuyến băng giếng nghiêng B800x600/2x132-Mỏ than Khe chàm III Công suất động dẫn động cho hai tang 132kw ( ) Tính nhân tố kéo toàn phần dẫn động : 103 Từ phân tích trên, rút nhận xét sau: * Góc tĩnh tương đối tang thứ 128 , tang thứ hai 41 Như vậy, dự trữ nhân tố kéo tang dẫn động thứ lớn dự trữ nhân tố kéo tang dẫn động thứ hai nhá *Thùc nghiƯm c«ng nghiƯp cho thÊy: tun băng chạy có tải không tải, công suất hữu dụng trên động thứ 1,1 lần ®éng c¬ thø hai Nh­ vËy, ®éng c¬ thø nhÊt chịu tổn hao 10% công suất để khắc phục biến dạng đàn hồi dây băng *Giá trị KP không thoả mÃn chế độ làm việc tối ưu Với thay đổi tải trọng chung gần không thay đổi, thay đổi với tác động học, môi trường *Vì khoảng thang công suất tốc độ động cỡ trung lắp cho băng tải suất cao rộng Vì vậy, để thống hoá kết cấu phần tử dẫn động, người ta thường cố gắng chọn chất lượng tương ứng động phần tử khác dẫn động kiểu Nếu động cơ, hộp giảm tốc, tang băng kiểu độ trượt dẫn động nhau, hệ số độ cứng C = KP Để thoả mÃn chế độ 104 làm việc tối ưu trạm dẫn động hệ số Kp=1, phải lựa chọn góc ôm cho dự trữ nhân tố kéo hai tang gần kết luận kiến nghị 1.Kết luận Qua phân tích đánh giá tính toán trên, rút kết luận sau đây: - Việc sử dụng băng tải có chiều dài công suất lớn thay cho trục tải, ôtô để vận tải than,đất đá từ sâu lên mặt mỏ nhu cầu tất yếu nước ta Vì nghiên cứu băng tải nhiều trạm dẫn động để làm tăng suất tăng chiều dài vận tải nhiệm vụ cấp thiết - Bản luận văn đà nêu lên phương pháp xác định phân phối công suất động trạm dẫn động, tính toán khả truyền lực chế tác dụng qua lại trạm dÉn ®éng theo sù bè trÝ cđa chóng - KÕt nghiên cứu đà hiệu kinh tế kỹ thuật việc áp dụng nhiều trạm dẫn động băng tải cỡ lớn 105 - Những kết đạt luận văn sở ban đầu tính toán thiết kế, lắp đặt băng tải công suất chiều dài lớn cho mỏ Lộ thiên Hầm lò Vì vậy, vừa có ý nghÜa khoa häc võa cã ý nghÜa thùc tiÔn - Trong trình nghiên cứu tác giả đà sử dụng rộng rÃi kiến thức bán kỹ thuật khí kỹ thuật chuyên nghành, đà khảo sát thực tế, tính toán thiết kế nhiều trạm dẫn động phục vụ cho sản xuất Vì kết nghiên cứu hoàn toàn có sở đáng tin cậy Kiến nghị Đề tài luận văn lần đầu nghiên cứu Việt Nam, vấn đề phức tạp có tính thực tiễn cao, luận văn chưa đề cập hết đến khía cạnh cần giải Là người tâm hut vỊ ngµnh má nãi chung vµ khoa häc vỊ lĩnh vực máy thiết bị mỏ nói riêng, thân tác giả có ý thức mong muốn tìm hiểu lĩnh vực chuyên môn vậy: - Đề nghị Ban lÃnh đạo tập đoàn Than Khoáng sản Việt Nam, Viện khí Năng luợng Mỏ, cho phép nâng đề tài thành đề tài nghiên cứu cấp Bộ- Viện khí Lượng Mỏ chủ trì - Đề nghị Bộ môn Máy Thiết bị mỏ, phòng Đào tạo sau đại học, Ban giám hiệu Trường Đại học mỏ - Địa chất tạo điều kiện để thân tiếp tục hướng nghiên cứu 106 Tài liệu tham khảo Nguyễn Văn Kháng (2005), Máy thiết bị mỏ- NXB khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Kháng, Nguyễn Đức Sướng, Đinh Văn Chiến (2008), Nguyên lý thiết kế máy thiết bị mỏ (bài giảng cao học) Viện khí Năng lượng mỏ (1990-2008), Tài liệu kỹ thuật kết nghiên cứu Nguyễn Hữu Việt (2008), Máy vận tải tổ hợp thiết bị vận tải mỏ đại (Bài giảng cao học) Đặng Trần Việt (2008), Phương pháp phân chia công suất dẫn động băng tải có hai ba tang dẫn động đọc lập, Tạp chí công nghiệp mỏ số 6.Conveyor belt design manual, Bridestone Corporation 107 7.Type DTII FÜed Belt Conveyor–Drawings Manual for Designing and Selecting - 1994 Расчет ленточных конвейеров для шахт и карьеров Г Шахмейтер - В.Г Дмитриев Москва – 1972 Подземные конвейерные установки Л.Г Шахмейтер - Г.И.Солод ( Под ребакци Ч Л Кор АНСССР А О Спивакоскии.) Москва “Недра“- 1976 10 Расчет ленточных конвейеров для шахт и карьеров Г Шахмейтер - В.Г Дмитриев Москва - 1972 11 Крутонаклонный конвейер с лeнтой имеюцей форму глубокого желова (в кн Развиятие и совершенствование шахтоно и карьерного тран - та) Под редаюцей А О Спиваковсково М Недра – 1973 12 Основы теории для расчета ленточного конвейеровa Л Г Шахмейтер и В Г Дмитриев - М ГИ - 1967 108 ... thay Nghiên cứu phương pháp phân phối công suất trạm dẫn động băng tải công suất chiều dài lớn cần thiết nhằm đưa giải pháp hợp lý băng tải làm việc hiệu 39 Chương Phương pháp tính toán phân phối. .. toán phân phối công suất trạm dẫn động .47 2.4.1 Tính trạm dẫn động tang hai động 47 2.4.2 Tính trạm dẫn động hai tang hai động 48 Chương phương pháp phân phối công suất trạm dẫn động. .. có sử dụng dây băng dẫn động để tạo lực kéo Băng tải dẫn động lực ma sát băng dẫn động với băng Hình 1.5 Sơ đồ trạm dẫn động sử dụng dây băng dẫn động Khối dẫn động gồm động công suất 100kw múp