Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ gây rung sử dụng trong thiết bị mỏ

Trang 2

Cơ quan thực hiện và đơn vị phối hợp chính

Số T.T Tên đề tài Cơ quan thực hiện Đơn vị phối hợp

1

Viện cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV

Công ty tuyển than Cửa Ông - TKV

3 Lâm Đức Khải KS Cán bộ KT -nt- 4 Lê Văn Tiềm KS Cán bộ KT -nt- 5 Vũ Quang Việt KS Cán bộ KT -nt- 6 Dương Anh Tuân KS Cán bộ KT -nt-

7 Nguyễn Hồng Điệp KS Phó phòng Công ty tuyển than Cửa Ông

Trang 3

Bài tóm tắt

Rung là sự dao động cưỡng bức của một hệ đàn hồi Để dao động không bị tắt dần do ma sát phải duy trì một nguồn xung kích thích (bộ gây rung) Hiệu ứng rung cơ học đã được áp dụng rộng rãi vào đời sống từ buổi sơ khai của nhân loại Trong ngành công nghiệp mỏ, các thiết bị ứng dụng kỹ thuật rung gồm băng tải, máy cấp liệu, máy sàng, đầm dùi, đầm bàn, đầm cóc Nhìn chung đa số các bộ gây rung của các thiết bị công tác đều được dẫn động bằng động cơ điện, còn xung kích thích là lực li tâm do các thớt lệch tâm sinh ra trong chuyển động quay Vì chủng loại và kích thước thiết bị ngành mỏ rất đa dạng mà kiểu kết cấu và cỡ kích thước các bộ gây rung cũng rất đa dạng Trong tập hợp đa dạng của các kiểu bộ gây rung, bộ gây rung sàng tự cân bằng (самобалансный грохот) được chọn làm đối tượng nghiên cứu thiết kế, chế tạo Nguyên mẫu dùng làm đối tượng nghiên cứu là các bộ gây rung cho sàng kiểu WP (Ba Lan) và sàng 2,4x4,2 D.D Low - Head (Boliden Allis - Australia) Việc chọn bộ gây rung cho sàng tự cân bằng làm đối tượng nghiên cứu thiết kế chế tạo của đề tài dựa trên những căn cứ sau:

1- Sàng tự cân bằng được sử dụng nhiều trong sản xuất, đặc biệt là trong dây chuyền công nghệ tuyển than;

2- Nhiều bộ gây rung các sàng mua của nước ngoài trong vận hành đã quá rơ rão cần thay mới;

3- Bộ gây rung sàng không được sản xuất theo loạt lớn, nếu đặt mua ở nước ngoài với số lượng không nhiều sẽ tăng thêm chi phí và thường không chủ động được về mặt thời gian;

4- Bộ gây rung là một đơn vị lắp độc lập nhưng với những thay đổi theo tính toán có thể dùng chung cho nhiều cỡ sàng khác nhau;

5- Khối lượng và kích thước của bộ gây rung khá lớn, chế tạo và lắp ráp tương đối khó, vì vậy thông qua công tác thiết kế, chế tạo bộ gây rung này sẽ có kinh nghiệm thiết kế, chế tạo các bộ gây rung có yêu cầu kỹ thuật cao hơn

6- Đã nắm bắt được một số ưu nhược điểm về kết cấu của bộ gây rung sàng tự cân bằng nhập ngoại nên việc tự nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nước theo mẫu cho khả năng thành công cao hơn, rút ngắn được thời gian hơn;

7- Việc thử nghiệm công nghiệp bộ gây rung sàng, một bước rất quan trọng không thể thiếu trong công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí nói chung, có những điều kiện thuận lợi hơn vì hiện trường thử nghiệm là các dây chuyền sản xuất hiện đang hoạt động tại các nhà máy tuyển, các công trường khai thác than, thiết bị đo kiểm tương đối đơn giản không đòi hỏi độ chính xác cao

Trong đề tài nghiên cứu này, bộ gây rung được định ký hiệu bằng chữ và số là BR 4e ý nghĩa của ký hiệu như sau:

BR- các chữ cái đầu tiên của hai từ "bộ rung";

4- giá trị biên độ dao động thấp nhất khi làm việc: 4 mm; e- nguyên lý tạo lực cưỡng bức gây rung: lệch tâm (eccentric)

Trang 4

Vì là bộ gây rung cho sàng tự cân bằng nên việc tính toán xác định các thông số của nó phải xuất phát từ yêu cầu về các thông số làm việc của chính bản thân sàng Trong đề tài nghiên cứu này, sàng được tính toán với năng suất 150 tấn.h-1 Công dụng là phân loại sản phẩm thành 3 cấp: +50 mm; +13 50 mm và -13 mm (sàng 2 mặt lưới) Việc tính toán các thông số kỹ thuật của sàng và của bộ rung được thực hiện trên máy vi tính với chương trình được viết bằng ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual Basic 6.0

Do kết cấu truyền động của bộ gây rung không quá phức tạp, giống như một hộp giảm tốc tỷ số truyền 1:1, và kích thước của hai trục truyền cơ bản lấy theo mẫu nên việc tính toán bền không mang nhiều ý nghĩa khoa học do đó không được đề cập trong báo cáo Thực tế cho thấy chất lượng và tuổi bền của các bộ gây rung phần lớn phụ thuộc vào chất lượng các ổ bi đỡ và mối lắp ghép, vì vậy cần phải nghiệm bền Việc nghiệm bền các loại ổ bi đỡ đã chọn theo phương diện kết cấu cũng được thực hiện bằng chương trình máy tính* Kết quả cho thấy với chế độ tải sàng năng suất 150 tấn.h-1, tần số dao động 750 lần.ph-1, tuổi thọ tính toán của các ổ bi đỡ của bộ gây rung là 74.3269,4 h

Bộ tài liệu kỹ thuật phục vụ cho công tác chế tạo bộ gây rung là bản vẽ thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết chính Bộ bản vẽ thiết kế với đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật được lập trên cơ sở kết hợp giữa tính toán lý thuyết khối lượng thớt lệch tâm và kích thước hình học của bộ rung mẫu

Các chi tiết của bộ gây rung sau khi chế tạo đã được kiểm tra nghiệm thu trước khi lắp ráp toàn bộ Bộ gây rung sau khi lắp đã được nghiệm thu xuất xưởng sau đó đưa vào thử nghiệm công nghiệp theo chương trình tại nhà máy tuyển than II Cửa Ông trên sàng 415 Kết quả bước đầu cho thấy bộ gây rung BR 4e đảm bảo sàng hoạt động ổn định đảm bảo năng suất và hiệu suất như tính toán, biên độ dao động của thân sàng lắp bộ gây rung BR 4e trong dây chuyền sản xuất đo được là 5 ± 1,5 mm

*ứng dụng kết quả đề tài nghiện cứu ''Xây dựng các cơ sở dữ liệu phục vụ công tác thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí"- Chủ nhiệm đề tài: KS Quách Nghiêm Sơn

Trang 5

Mục lục

Lời mở đầu 6

Chương 1 Về một số loại bộ gây rung

Sử dung trong thiết bị mỏ 7

1-1 Tình hình sử dụng 7

1-2 Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo 13

Chương 2 chọn kiểu bộ gây rung làm

đối tượng nghiên cứu thiết kế 15

2.1 Các cơ sở để lựa chọn 15

2.2 Phạm vi sử dụng của bộ rung 15

2.3 Kết cấu của bộ gây rung đã chọn và đặc tính kỹ thuật 16

Chương 3 tính toán thiết kế, chế tạo bộ gây rung sàng 18

3.1 Tính các thông số kết cấu của sàng 18

3.2 Tính phân bố tải của dòng vật liệu trên mặt sàng 22

3.3 Tính bộ gây rung 24

3.4 Thiết kế bộ gây rung 30

3.5 Công nghệ chế tạo bộ gây rung 30

Chương 4 Thử nghiệm bộ gây rung 50

Chương 5 Kết luận và kiến nghị 53

Lời cám ơn 54 Tài liệu tham khảo

Trang 6

Lời mở đầu

Rung trong vật lý là sự dao động cơ học của một vật thể rắn theo tần số và biên độ nhất định tùy thuộc vào trị số của lực kích thích và tính chất của hệ đàn hồi Hiện tượng rung đã được biết đến ngay từ buổi đầu sơ khai của lịch sử xã hội loài người, ví dụ nhờ ứng dụng rung mà con người có được thành công trong hái lượm hoa quả, rũ sạch côn trùng lẫn trong thức ăn, về sau là rây bột, hạt ngũ cốc Trong xã hội hiện đại, kỹ thuật rung từ lâu đã được nghiên cứu ứng dụng trong chế tạo máy, ví dụ như máy massage dùng trong y tế; đầm cóc, đầm bàn, đầm dùi, bàn rung, máy đóng / nhổ cọc dùng trong xây dựng, vận tải, đúc - luyện kim; sàng, máy cấp liệu dùng trong tuyển khoáng, sản xuất vật liệu xây dựng, công nghiệp chế biến thực phẩm, chế biến thức ăn gia súc

Ngành công nghiệp mỏ là một ngành Kinh tế - Kỹ thuật tổng hợp gồm nhiều lĩnh vực kỹ thuật chuyên ngành như khảo sát địa hình mở khai trường, khai thác, vận tải, tuyển - chế biến khoáng sàng có ích Trong ngành mỏ nước ta, các loại máy móc, thiết bị có ứng dụng kỹ thuật rung trong công tác làm đường mở khai trường là các loại đầm rung, quả lu rung ; trong vận tải, tuyển - chế biến khoáng sàng là máng vận tải, máy cấp liệu, máy sàng Các loại thiết bị này chủ yếu là sản phẩm nhập ngoại Trong quá trình sử dụng thiết bị, các chi tiết máy bị hư hỏng được sửa chữa phục hồi để kịp thời phục vụ sản xuất, đồng thời ở một mức độ nào đó góp phần tiết kiệm ngoại tệ do không phải nhập ngoại Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo mới những bộ gây rung cụ thể cho riêng từng loại thiết bị chưa được đơn vị nào trong nước tiến hành Với những chủng loại máy và phạm vi sử dụng rộng rãi như đã đề cập ở trên, trong phạm vi đề tài nghiên cứu này chỉ có thể chọn một kiểu bộ gây rung làm đối tượng nghiên cứu thiết kế chế tạo, đó là bộ gây rung dùng cho sàng tự cân bằng (самобалансный грохот) được sử dụng trong các nhà máy tuyển than (NMTT)

Mục tiêu của đề tài là phân tích lựa chọn mẫu sản phẩm điển hình, được nhiều khách hàng tin dùng để thiết kế, chế tạo sản phẩm nội địa hoá phù hợp với các điều kiện về nguyên vật liệu, thiết bị gia công cơ khí hiện có trong nước; tính năng kỹ thuật và độ tin cậy của sản phẩm nghiên cứu tương đương với sản phẩm cùng loại của nước ngoài

Trang 7

Chương 1.về một số loại bộ gây rung sử dụng trong Thiết bị mỏ

1-1 Tình hình sử dụng

1-1-1 Trong thiết bị tuyển than

Trong công nghệ tuyển than, máy sàng, máy cấp liệu là những thiết bị ứng dụng kỹ thuật rung Hiện nay ngành Than - Khoáng sản Việt Nam có ba nhà máy tuyển than có dây chuyền công nghệ khá hiện đại, chúng tập trung chủ yếu tại địa phận tỉnh Quảng Ninh: Nhà máy tuyển than Cửa Ông ở thị trấn Cửa Ông; Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng ở Hòn Gai; Nhà máy tuyển than Vàng Danh ở mặt bằng công nghiệp mỏ Vàng Danh Sơ đồ công nghệ tuyển của các nhà máy tuyển như sau:

a) Nhà máy tuyển than Cửa Ông, Cẩm Phả

0 ữ 100 mm 0 ữ 1 mm Bã thải +15 ữ 35 mm +35 ữ 100 mm Đánh đống

Bã thải 0 ữ 15 mm

Hình 1.1 Sơ đồ một dây chuyền công nghệ tuyển chính của NMTT Cửa Ông Than nguyên khai kéo về từ mỏ

Máy sàng Máy lắng

Cyclone môi trường nặng I

Máy sàng Phân loại

Máy sàng phân loại Cyclone môi trường nặng II Máy đập

Sàng chuẩn bịCyclone

cô đặc

Sàng róc nước

Trang 8

b) Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng, Hòn Gai

Đá thải

Gỗ đầu mẩu +6 ữ 50 mm

Bã thải trung gian

0 ữ 6 mm

+35 ữ 50 mm +6 ữ 15 mm +15 ữ 35 mm Cục 3 Cục 4 Cục 5

Hình 1.2 Sơ đồ một dây chuyền công nghệ tuyển chính của NMTT Nam Cầu trắng

Than nguyên khai kéo về từ mỏ

Máy sàng loại dị vật Máy lắng

Cyclone môi trường nặng

Máy đậpSàng khử cám khô

Cyclone cô đặc

Sàng sơ bộ

Máy sàng rửa

Máy sàng róc nước

Máy sàng phân loại

Trang 9

c) Nhà máy tuyển than Vàng Danh

Bể cô đặc

(nước bùn than)

Cục SP (40ữ90)

Cám (1ữ18) Cục SP (+90) Cám trung gian

Cục 18ữ40 Cám sạch(1ữ18)

Máy tuyển Cyclone

Sàng tách huyền phù

Sàng róc nước

Bãi QLN (NK) Máy đập hàm PE khe 120 mm

Trang 10

Trong 3 nhà máy tuyển than nêu trên, nhà máy tuyển than Cửa Ông và nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng sử dụng công nghệ và thiết bị của hãng BMCH (Australia), nhà máy tuyển than Vàng Danh sử dụng công nghệ và thiết bị của Liên Xô cũ, nay là Cộng hòa Liên bang Nga Nhà máy tuyển than Cửa Ông tuyển than các mỏ khu vực Cẩm Phả Theo yêu cầu công nghệ, nhà máy này chỉ nhận than cấp hạt -100 mm kéo về từ các mỏ nhưng vì khâu sàng sơ bộ tại mỏ vẫn không loại hết cục quá cỡ nên vẫn cần đến khâu đập và sàng chuẩn bị (phân loại) than trước khi vào tuyển Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng tuyển than các mỏ khu vực Hòn Gai và chỉ nhận than đã được sàng sơ bộ tại mỏ cấp hạt -50 mm Nhà máy tuyển than Vàng Danh phục vụ chủ yếu cho mỏ than Vàng Danh nên được xây dựng ngay trên mặt bằng công nghiệp của mỏ Than nguyên khai cỡ hạt amax= 400 mm trước khi vào tuyển được phân loại sơ bộ bằng sàng song, kích thước khe 120 mm, cục quá cỡ được đập lại và cùng đổ trục tiếp xuống bun ke nhà máy tuyển Độ sâu tuyển than cục Vàng Danh là +18 mm nên than từ bun ke phải được khử cám bằng sàng khô cũng như sàng ướt Sàng phân loại và róc nước ở tuyển than Cửa Ông và Nam Cầu Trắng là loại sàng tự cân bằng, sàng rung quán tính do các hãng chế tạo máy như Boliden Allis (Australia), Polmag (Ba Lan) sản xuất ở tuyển than Vàng Danh, các loại sàng được sử dụng là sàng rung quán tính và sàng tự cân bằng do nhà máy Lugansk (Ucraina thuộc Liên Xô cũ) chế tạo

Thực tế trang bị các loại sàng, máy cấp liệu trong các dây chuyền công nghệ đang hoạt động nêu trên được đưa vào bảng 1.1

Bảng 1.1

Số T.T

Nơi sử dụng

Loại sàng

Kí hiệu/ Cỡ kích thước

mặt sàng

Đặc điểm của bộ gây

rung

Công dụng trong dây chuyền

Số lượng

2,4x4,2 D.D Low - Head

Phân loại và róc nước sản phẩm

tuyển sau máy lắng

08

1,8x4,2 D.D Low - Head

Dạng hộp độc lập với động cơ dẫn

cơ dẫn động Róc nước sản

1 NMTT Cửa Ông

Sàng tự cân bằng

WP1, WP2

động

Phân loại sản

Trang 11

"SH" RIPL - FLO

Trục lệch tâm

Phân loại sản phẩm

04 1500/1800

2000/1200

1 NMTT Cửa Ông

Máy cấp liệu

2500/1600 AS-u35W-K

Dạng hộp liền với động

Boliden Allis

Sàng sơ bộ 06

2,4x 4,2 Sàng rửa và phân

2

NMTT Nam Cầu

Trắng

Máy cấp liệu

2000/1200 AS-u23W-K

Dạng hộp liền với động

Phân loại và róc nước sản phẩm

tuyển

11

ГИСЛ 62/ 2000x5000

SR-180/

1840x4270 Phân loại và rửa 05 SRN-100/

3

NMTT Vàng Danh

SRB-80/ 1200x4200

Dạng hộp

Rửa sản phẩm 03 Nhận xét:

1- Đối với sàng rung quán tính nguyên lý bộ gây rung thường là trục lệch tâm; 2- Đối với sàng tự cân bằng nguyên lý bộ gây rung là các thớt lệch tâm lắp đối xứng trên hai trục quay ngược chiều nhau lắp vào thân (thuyền) sàng hoặc trong hộp kín

3- Đối với máy cấp liệu nguyên lý bộ gây rung là trên hai đầu trục động cơ lắp các thớt lệch tâm, máy lắp hai động cơ quay ngược chiều nhau

1-1-2 Trong thiết bị xây dựng mặt bằng công nghiệp và làm đường mỏ

Trong xây dựng mặt bằng công nghiệp và làm đường mỏ, các thiết bị ứng dụng

Trang 12

kỹ thuật rung như đầm dùi, đầm bàn, đầm cóc được đưa vào các bảng ương ứng gồm bảng 1.2, bảng 1.3 và bảng 1.4

Điện áp, V

Khối

lượng, kg Ghi chú 1 ТСС РВП-0,8/2-35 0,8 220 12 Đầu dùi 35 mm,

trục mền dài 3 m 2 ТСС РВП-0,8/2-45 0,8 220 12 Đầu dùi 35 mm, trục mền dài 3 m 3 ТСС РВП-3/28 Д-У 1,5 220 29 Đầu dùi 28 mm, trục mền dài 3 m 4 ТСС РВП-3/35 Д-У 1,5 220 31 Đầu dùi 38 mm, trục mền dài 3 m

Kích thước đế đầm, mm

Độ sâu đầm chặt, m

Khối lượng,

kg

Ghi chú

1 УВТ-95 4 HP 500x750 0,25 95 Động cơ xăng của hãng Honda2 УВТ-95 3,6 kW 500x750 0,25 95 Động cơ xăng

của hãng Robin3 УВТ-145 6 HP 750x1000 0,35 145 Động cơ xăng của hãng Honda4 ПВ-100 4 kW - 0,30 100 Động cơ xăng

của hãng Honda

Bảng 1.4 Tính năng kỹ thuật của một số loại đầm cóc

Số

TT Ký hiệu

Công suất,

kW

Kích thước đế chày, mm

Lực giã , kN

Khối lượng,

Honda

Trang 13

tiếp bảng 1.4

Lắp động cơ xăng của hãng

Robin

Lắp động cơ xăng của hãng

Honda 4 MT 76D 3,1 340x285 17,5 80 Lắp động cơ

Yanmar Diesel 5 ИЭ 4502А 1,4 350x300 - 80 Lắp động cơ

điện 3x220 6 ИЭ 4502К 1,5 410x300 - 100 Lắp động cơ

tiết và cụm chi tiết cấu thành sản phẩm

Trang 14

1-2-2 ở trong nước

Các thiết bị ứng dụng nguyên lý rung được sử dụng trong sản xuất ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hàng nhập ngoại Trước đây nhà máy cơ khí Hòn Gai và cơ điện Uông Bí đã chế tạo thành công sàng rung quán tính SRQ-2 theo thiết kế của Viện Máy mỏ, nay là Viện cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV Bộ phận gây rung của sàng là một trục lệch tâm lắp thêm các đĩa lệch tâm Quỹ đạo dao động của loại sàng này là quỹ đạo tròn (gần tròn) Gần đây, theo mẫu sàng nước ngoài nhà máy cơ khí Mạo Khê - TKV cũng đã chế tạo thành công sàng SH" RIPL - FLO cấp cho tuyển than Cửa Ông Nguyên lý hoạt động của loại sàng này tương tự như sàng SRQ-2 Đối với sàng rung quán tính tự cân bằng, tuy cũng được sử dụng nhiều nhưng chưa được chế tạo trọn bộ, chủ yếu chỉ chế tạo mới thân (thuyền) sàng và phụ tùng để sửa chữa các sàng cũ bị hỏng nặng Bộ gây rung của loại sàng này cho dù là của Ausralia hay của Ba lan, của Nga đều có hình dáng bên ngoài tương tự nhau, đều là hộp kín Bộ gây rung sàng rung tự cân bằng bị mòn hỏng trong quá trình làm việc lâu ngày được sửa chữa bằng cách thay bi, thay chi tiết quá mòn hết khả năng làm việc [4].Tài liệu kỹ thuật về bộ gây rung đã được một số cơ sở sản xuất lập để phục vụ công tác sửa chữa cơ điện, còn việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ gây rung một cách cơ bản từ khâu tính toán các thông số bộ gây rung đến khâu hoàn thiện bản vẽ thiết kế trên cơ sở tiếp thu kỹ thuật và công nghệ tiên tiến trước đây chưa có điều kiện và chưa được đơn vị nào tiến hành

Trang 15

Chương 2 chọn kiểu bộ gây rung làm đối tượng

nghiên cứu thiết kế

2.1 Các cơ sở để lựa chọn

Trong thực tế sản xuất, mỗi một loại thiết bị rung đều được trang bị những bộ gây rung có đặc điểm kết cấu và tính năng tương ứng Nguyên lý làm việc chung của các bộ gây rung là ứng dụng lực li tâm do các khối lượng lệch tâm trong chuyển động quay sinh ra Vì vậy nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế bộ gây rung của bất kỳ một thiết bị cụ thể nào đều quy về tính toán xác định tần số và giá trị lực cưỡng bức gây rung Trong số các bộ gây rung của các thiết bị được dùng nhiều trong ngành mỏ, trước mắt chọn bộ gây rung (dạng hộp độc lập với động cơ dẫn động) cho sàng tự cân bằng làm đối tượng nghiên cứu thiết kế, chế tạo Các căn cứ lựa chọn như sau:

1- Sàng tự cân bằng được sử dụng nhiều trong sản xuất, đặc biệt là trong dây chuyền công nghệ tuyển than;

2- Nhiều bộ gây rung các sàng mua của nước ngoài trong vận hành đã quá rơ rão cần thay mới;

3- Bộ gây rung sàng không được sản xuất theo loạt lớn, nếu đặt mua ở nước ngoài với số lượng không nhiều sẽ tăng thêm chi phí sản xuất và thường không chủ động được về mặt thời gian;

4- Bộ gây rung là một đơn vị lắp độc lập nhưng với những thay đổi theo tính toán có thể dùng chung cho nhiều cỡ sàng khác nhau;

5- Khối lượng và kích thước của bộ gây rung khá lớn, chế tạo và lắp ráp tương đối khó, vì vậy thông qua công tác thiết kế, chế tạo bộ gây rung này sẽ có kinh nghiệm thiết kế, chế tạo các bộ gây rung có yêu cầu kỹ thuật cao hơn

6- Đã nắm bắt được một số ưu nhược điểm về kết cấu của bộ gây rung sàng tự cân bằng nhập ngoại nên việc tự nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nước theo mẫu cho khả năng thành công cao hơn, rút ngắn được thời gian hơn;

7- Việc thử nghiệm công nghiệp bộ gây rung sàng, một bước rất quan trọng không thể thiếu trong công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí nói chung, có những điều kiện thuận lợi hơn vì hiện trường thử nghiệm là các dây chuyền sản xuất hiện đang hoạt động tại các nhà máy tuyển, các công trường khai thác than, thiết bị đo kiểm tương đối đơn giản không đòi hỏi độ chính xác cao

2.2 Phạm vi sử dụng của bộ gây rung

Bộ gây rung BR 4e dùng để gây rung cho sàng tự cân bằng, trong phạm vi đề tài nghiên cứu là sàng loại 2 mặt lưới để phân loại, róc nước than trong dây chuyền công nghệ tuyển, năng suất Q = 150 t.h-1, cỡ hạt vào sàng lớn nhất 100 mm, các cỡ sản phẩm ra: +50 mm; 13ữ50 mm; -13 mm (kích thước mắt sàng d: đối với lưới trên d1= 50 mm; lưới dưới d2= 13 mm) Sơ đồ kết cấu của sàng tự cân bằng loại treo thể hiện trên hình 2.1

Trang 16

Hình 2.1 Sàng tự cân bằng

1- Động cơ điện; 2- Bộ gây rung; 3- Thân sàng; 4- Lưới trên; 5- Lưới dưới

Biên độ dao động của các loại sàng tự cân bằng thường không lớn, phổ biến là a= 4,5 mm và tần số dao động là 13,3 Hz ( 790 vg.ph-1), mặt lưới sàng nằm ngang hoặc nghiêng không quá 10 0[11]

Bộ gây rung được lắp trên thân sàng nghiêng 45 0 so với mặt lưới, dẫn động bằng động cơ điện lắp cố định trên khung đỡ Truyền động từ động cơ đến bộ gây rung là truyền động mềm kiểu đai thang

2.3 Kết cấu của bộ gây rung đã chọn và đặc tính kỹ thuật

Bộ gây rung sàng được chọn làm đối tượng nghiên cứu thiết kế, chế tạo có kết cấu dạng hộp kín, hình dáng ngoài gần giống hộp giảm tốc một cấp (hình 2.2) Hai trục của bộ gây rung quay ngược chiều nhau nhờ cặp bánh răng trụ đối tiếp 9-12 Lực gây rung cưỡng bức cho sàng được tạo bởi các thớt lệch tâm chủ động 2-4 và bị động 8-10 lắp đối xứng nhau như trên hình vẽ Như vậy khi quay, hợp lực li tâm trên mặt phẳng ngang song song với chân đế sẽ bị triệt tiêu Hợp lực li tâm có giá trị lớn nhất trên mặt phẳng đứng vuông góc với chân đế Nguyên lý hoạt động này tạo cho sàng có quỹ đạo rung theo đường thẳng ( Straight line motion)

Bộ gây rung được định ký hiệu bằng chữ và số là BR 4e ý nghĩa của ký hiệu như sau:

BR- các chữ cái đầu tiên của hai từ "bộ rung";

4- giá trị biên độ dao động thấp nhất khi làm việc: 4 mm; e- nguyên lý tạo lực cưỡng bức gây rung: lệch tâm (eccentric)

Trang 17

Hình 2.2 1,3- Vỏ hộp; 2,4- Thớt lệch tâm chủ động; 5- Trục dẫn động; 6- Trục bị động; 7- ổ đũa NJ 2324 E.M1.C3; 8,10- Thớt lệch tâm bị động; 9,12- Bánh răng trụ; 11- ổ đũa lòng cầu 22324 EASK.M.C3 (bạc côn: AHX2324; đai ốc KM27)

5- Kích thước bao axbxc 945x899,5x632,5 mm

Trang 18

Chương 3 tính toán thiết kế, chế tạo bộ gây rung sàng 3.1 Tính các thông số kết cấu của sàng

Các thông số kết cấu của sàng đảm bảo tính năng kỹ thuật của sàng là diện tích mặt lưới sàng (chiều dài L và chiều rộng B - hình 2.1), tần số và biên độ dao động của thân sàng Các thông số cơ bản này là cơ sở để tính toán thiết kế bộ gây rung

. klmnopq

F2 =

. klmnopq

qi- năng suất riêng của 1 m2 lưới sàng, t.h-1;

γ- tỉ trọng tơi xốp (khối lượng đống) của vật liệu vào sàng, t.m-3;

ki, li, mi, ni, oi, pi- các hệ số điều chỉnh tính đến sự ảnh hưởng của thành phần cỡ hạt, tính chất của vật liệu đầu vào cũng như điều kiện sàng

Năng suất riêng của 1 m2 lưới sàng lấy theo kinh nghiệm thực tế, trị số năng suất riêng theo kích thước mắt lưới sàng được đưa vào bảng 3.1

Trang 19

B¶ng 3.1

KÝch th−íc m¾t l−íi sµng (d), mm

HiÖu suÊt, %

Ghi chó

60 ÷ 65

40 ÷ 50

85 ÷

90 Sµng s¬ bé 35 ÷

40

28 ÷ 30

18 ÷

20 8 ÷ 9

80 ÷

85 Sµng chuÈn bÞ q, t.h-1

24 ÷ 28

20 ÷ 22

Tªn gäi cña yÕu tè g©y ¶nh h−ëng

§iÒu kiÖn sµng vµ gi¸ trÞ cña c¸c hÖ sè

Hµm l−îng cì h¹t kÝch th−íc < 0,5 d, % (β-0,5d)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 k Cì h¹t kÝch

th−íc nhá*

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Hµm l−îng cì h¹t kÝch th−íc > d, % (β+d)

10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 l Cì h¹t kÝch

th−íc lín*

0,94 0,97 1,0 1,03 1,09 1,18 1,32 1,55 2,0 3,36HiÖu suÊt yªu cÇu

40 50 60 70 80 90 92 94 96 98 m HiÖu suÊt

sµng

2,3 2,1 1,9 1,6 1,3 1,0 0,9 0,8 0,6 0,4 C¸c vËt liÖu kh¸c

Trang 20

1,0 0,75 ữ 0,85 0,1ữ 1,0

Phương pháp sàng và kích thước mắt lưới d d < 25 mm d > 25 mm Khô Tưới nước Không phân biệt p Phương

pháp sàng

1,0 1,25 ữ 1,4 1,0

Ghi chú: *- Kích thước lớn nhỏ chỉ là danh nghĩa

Để tính các thông số sàng than sử dụng bộ gây rung BR 4e được dùng trong ngành tuyển- chế biến cần phải biết các số liệu tổng hợp về thành phần độ hạt than (%) Thành phần cỡ hạt than các mỏ vùng Hòn Gai cấp cho NMTT Nam Cầu Trắng và vùng Cẩm Phả cấp cho NMTT Cửa Ông được đưa vào bảng 3.3 và bảng 3.4

Bảng 3.3

Thành phần độ hạt than (%) các mỏ vùng Hòn Gai

Cấp hạt, mm 0ữ 0,5

0,5 ữ 3

3 ữ 6 6 ữ 15

15 ữ 35

35 ữ 50

50 ữ 80

80 ữ 120

120 ữ 250 Thu hoạch, % 12,7 25,0 11,5 13,9 13,5 5,5 6,9 4,1 6,9

Bảng 3.4

Thành phần độ hạt than (%) các mỏ vùng Cẩm Phả

Cấp hạt Cọc Sáu

Đèo Nai

Cao Sơn

Dương Huy

Khe Chàm

Mông Dương

Thống Nhất

XN Cẩm Phả -0,5 15,79 14,15 17,63 11,47 16,74 14,04 13,51 16,39 0,5 -15 57,17 55,06 66,32 64,94 57,65 61,79 57,59 57,69 15 - 50 24,72 29,73 13,18 21,15 21,86 18,92 24,29 21,94 50 - 100 2,32 1,06 2,87 2,44 3,75 5,25 4,61 3,98

Trung bình 8 mỏ:

-0,5: 15,02 %; 0,5 ữ 15: 59,94 %; +15ữ 50: 22,39 %; +50ữ 100: 2,65 %

Bằng đồ thị, sự phân bố trung bình hàm lượng cỡ hạt than nguyên khai vùng Hòn Gai - Cẩm Phả được thể hiện trên hình 3.1

Trang 21

2.100,%λ

βλβ dah

Fn = LxB, m2 (3.8) Trên thực tế chiều rộng của mặt lưới sàng B thường lấy là 0,9; 1,5; 1,8; 2,0; 2,4; 2,8 m Nhận B = 2,4 m, khi đó chiều dài mặt lưới:

LFn ,m

Kết quả tính toán L theo chương trình (Phụ lục 2) được làm tròn lên (L = 5,4 m)

Trang 22

Sau khi đã cân đối được độ rộng, dài của mặt sàng theo năng suất, ta kiểm tra lại hiệu suất của sàng:

Chiều rộng làm việc thực tế của lưới sàng B0 = 0,95 B, m

Diện tích làm việc thực tế của lưới sàng Ft = B0.L, m2

Năng suất thể tích của sàng Q0i = ,

m3.h-1.m-2

Năng suất riêng cho phép q0 trong 1h theo tính toán phụ thuộc vào kích thước mắt lỗ lưới và được xác định theo công thức kinh nghiệm:

q0i = 1,67 di , m3.h-1.m-2, (3.9) trong đó di- tính bằng mm

Hệ số điều chỉnh R được xác định bằng tỷ số giữa qri và q0iRi =

(3.10) Hiệu suất tính toán của sàng

εti = 100 - 7,5Ri , % (3.11) Kết quả tính toán theo chương trình ε1 = 98,91 %; ε2 = 96,34 %;

Như vậy kích thước mặt lưới sàng đảm bảo hiệu suất làm việc như đã định

3.1.2 Biên độ dao động của thân sàng

Đối với sàng rung quán tính quỹ đạo dao động thẳng, biên độ dao động được tính theo công thức [1, 7]:

a = 1000

agu

Trang 23

trong đó u- chỉ số hất vật liệu trên lưới sàng;

ω- tần số dao động của thân sàng, , 130

=π ns

g- gia tốc trọng trường, g= 9,81 m.s-2; α- góc nghiêng đặt sàng, độ

Với loại sàng rung tự cân bằng góc nghiêng đặt sàng thường không lớn (không quá 100)

Chỉ số hất vật liệu trên lưới sàng là tỷ lệ giữa thành phần lực hất hạt vật liệu và trọng lượng của bản thân nó trên mặt phẳng vuông góc với mặt lưới sàng

u= (Hình 3.2) Để đảm bảo hiệu suất sàng cao đối với vật liệu giòn, dễ vỡ, mà việc gây vỡ vụn thêm khi sàng là điều không mong muốn, u được chọn trong phạm vi từ 1,7 đến 2,0 [12] Sơ bộ chọn u = 2,0

Hình 3.2 Sơ đồ các lực tác động lên hạt vật liệu khi sàng

3.2.2 Tốc độ của dòng vật liệu trên mặt sàng

θωctg

vvl =1,4(ư1) , (3.15) trong đó θ- góc lắc của thân sàng

Giữa góc lắc, góc hất vật liệu (β ) và góc nghiêng đặt sàng (α) có mối tương quan sau:

β = θ + α hoặc θ = β - α (3.16)

Trang 24

3.2.3 Khối lượng của dòng vật liệu trên mặt lưới sàng trên và lưới sàng dưới

Chiều cao của lớp vật liệu trên mặt lưới sàng trên:

Khối lượng của dòng vật liệu nằm trên mặt lưới sàng trên:

γβ BLh

Khối lượng của dòng vật liệu nằm trên mặt lưới sàng dưới:

3.3.1 Khối lượng chuyển động gây dao động rung

Khối lượng các phần tử tham gia rung

M = M1 + M2 +Mk, kg (3.21) trong đó M1- khối lượng vật liệu nằm trên mặt sàng lưới trên, kg;

M2- khối lượng vật liệu nằm trên mặt sàng lưới dưới, kg;

Mk- tổng khối lượng các kết cấu tham gia rung (thân sàng, bộ gây rung), kg Để gây được dao động rung với một biên độ xác định (a) tính theo đơn vị m, giữa khối lượng của thớt lệch tâm (loại hộp với 4 thớt như hình 2.2) và khối lượng các phần tử tham gia rung phải tồn tại đẳng thức [6,11]:

4 ,00

b.ρ.(R3-r3).sin(ω/2), kg.m (3.23)

hoặc m0R0= =4

b.ρ.(R3-r3).sin(ω/2), kg.m

trong đó R, r, b, ω- các kích thước như hình 3.3;

ρ- khối lượng riêng của vật liệu chế tạo thớt lệch tâm, kg.m-3;

Trang 25

R, r, b - tính theo đơn vị m;ω- tính theo đơn vị độ

Hình3.3 Dạng hình học cơ bản của thớt lệch tâm

Từ công thức trên có thể xác định được kích thước của thớt lệch tâm, thường là chiều dày b:

ρ RraMx

3.3.2 Lực li tâm tạo chuyển động rung

Lực quán tính sinh ra bởi khối lượng của một thớt lệch tâm

Pu= m0R0.ω2, N (3.25) trong đó ω = ,

trong đó f- hệ số ma sát lăn của ổ, f = 0,01; Rl- bán kính lăn của ca bi, m;

Với các loại vòng bi ký hiệu 22324EASK.M.C3 (côn AHX 2324)và NJ 2324E.M1.C3 được chọn lắp theo thiết kế cho bộ gây rung BR 4e Rl = 0,154 / 2 m [5, 10]

ηđc - hiệu suất của động cơ dẫn động, ηdc = 0,825;

ηck= ηbđ ηbr ηob - hiệu suất của hệ truyền động cơ khí: hiệu suất truyền động đai ηbđ = 0,95 0,96;

Trang 26

hiệu suất truyền động bánh răng trụ ηbr = 0,96 0,98; hiệu suất truyền động của ổ bi ηob = 0,99 0,995

Theo giá trị N tính được bằng chương trình, chọn động cơ dẫn động kiểu 3K 160S4, công suất Ndc = 11 kW; tần số vòng ndc = 1460 vg.ph-1

3.3.4 Thành phần lực hướng tâm của bộ truyền bánh răng

Mômen xoắn trên trục động cơ: Mxdc = Nm

Mômen xoắn trên trục vào của bộ gây rung:

Mtv = Mxdc i ηbd ηob , N.m (3.28) Lực tiếp tuyến trên đường kính vòng chia (dc) của bánh răng:

t = 2 , ; dc= m.Z, m, (3.29) trong đó m - môđun; Z- số răng

Trang 27

Theo như sơ đồ, các ổ bi của trục I (trục vào) chịu tải lớn hơn so với các ổ bi trục II Lực thành phần trên mặt phẳng đứng đối với trục I, ngoài lực li tâm của các thớt lệch tâm, còn có lực tự trọng của trục, bánh răng và bánh đai (xem hình 2.2) Còn lực thành phần trên mặt phẳng nghiêng, ngoài lực li tâm, là thành phần lực hướng tâm của lực vòng trên bánh răng và lực căng đai Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên các ổ bi trục I được thể hiện trên hình 3.5

a)Trên mặt phẳng thẳng đứng

b) Trên mặt phẳng nằm nghiêng

Hình 3.5 Sơ đồ các ngoại lực tác dụng lên hai ổ bi

Ký hiệu các đại lượng ngoại lực và kích thước trên hình 3.5, tên gọi và các trị số của chúng lấy từ phần tính toán bằng lập trình ở trên và từ phương án thiết kế kỹ thuật chi tiết được đưa vào bảng 3.5

Bảng 3.5

Tên đại lượng

Lực li tâm,N

Lực hướng

tâm , N

Lực căng đai, N

Trọng lượng trục, N

Trọng lượng bánh răng, N

Trọng lượng bánh đai, N

Khoảng cách giữa 2 gối trục,

mm

Đoạn trục công

xơn, mm Ký hiệu Pu Pr Tcd Gtr Gbr Gbd l l1

Trị số 37.258,4 277,24 1.600 630 325 265 570 190

Trang 28

Xác định phản lự tựa của ổ bi trên mặt phẳng đứng:

RBx570ư(2Pu +Gtr +Gbr)x285ưGbdx(570+190)=0 (3.31)

Xác định phản lự tựa của ổ bi trên mặt phẳng nghiêng:

RB' x570ư(2Pu +Pr)x285ưTcdx(570+190)=0 (3.33)

Nghiệm bền (tuổi thọ định mức L10 = L) của các ổ bi lắp cho bộ gây rung bằng các thức sau [5]:

L10 = L =

P = Fr + 9,5Fa, kN (3.36) trong đó Fr- tải trọng hướng tâm; Fa- tải trọng dọc trục

Tuổi thọ Lh10 của ổ tính theo giờ (h) được quy đổi theo công thức: Lh10 = Lh =

Qua tính toán thấy rằng ổ B chịu tải nhiều hơn ổ A và tại ổ B tải lớn nhất là trên mặt phẳng nghiêng Theo kết cấu ta chọn ổ A và B khác kiểu nhưng cùng cỡ kích thước để tiện cho công tác chế tạo Tải dùng để tính ổ là 39.530,73 N, tần số vòng là 750 vg.ph-1

Việc tính toán các thông số của bộ gây rung và nghiệm bền các ổ được tiến hành theo chương trình viết bằng ngôn ngữ Microsoft Visual Basic 6.0 [2] Sơ đồ khối chính của chương trình thể hiện trên hình 3.6, còn các sơ đồ khối xử lý con trên các hình tương ứng là hình 3.7, hình 3.8, hình 3.9, hình 3.10, và hình 3.11 Giao diện và các mã được đưa vào phụ lục 2

Trang 29

Hình 3.6 Sơ đồ khối chính của chương trình (flowdiagram) 1 Tính mặt sàng trên: - Diện tích (F1 [m2])

4 Tính ổ lăn:

- Phản lực tựa của các ổ (RA, RB [N]) - Chọn kiểu ổ và đặc tính của ổ - Tuổi thọ của ổ (Lh [h])

5 Xuất dữ liệu tính toán:

- Ra cửa sổ chương trình (Window) - Ra file (*.txt)

- Ra máy in (Printer)

Stop Tiếp

Back Next

No

Yes

Trang 30

Trên hình 3.6 các khối xử lý được đánh số từ 1 đến 5, chúng được mô tả bằng các sơ đồ khối con sau đây:

Hình 3.7 Sơ đồ xử lý khối 1

1 Khởi tạo các dữ liệu mặc định: (Q1, CD, p)

2 - Chọn và tra cứu các dữ liệu: (Q1, CD, p)

- Tra các hệ số: β1, β2 = f(a); k = f(β); l = f(β); m = f(ε)

3 Tính diện tích mặt lưới sàng trên (F1 [m2])

4 Tính biên độ dao động (a1 [mm])

1 Khởi tạo các dữ liệu mặc định: (Q2, CD, p)

2 - Chọn và tra cứu các dữ liệu: (Q2, CD, p) - Tính lại thành phần cỡ hạt: β+ = f(a)

- Tra các hệ số: β1, β2 = f(a); k = f(β); l = f(β); m = f(ε)

3 Tính diện tích mặt lưới sàng trên (F2 [m2])

4 Tính biên độ dao động (a2 [mm])

Out

Trang 31

Hình 3.9 Sơ đồ xử lý khối 3 3 Tính và cân đối kích thước mặt lưới sàng:

- Chọn chiều rộng theo dãy tiêu chuẩn (B [m]) - Tính chiều dài (L [m])

4 Tính các thông số làm việc của sàng: - Biên độ dao động (a [mm])

- Tần số dao động của thân sàng (n [lần.ph-1])

5 Tính chế độ tải lên sàng: - Góc hất vật liệu (β [độ])

1 Khởi tạo các dữ liệu mặc định: (M1, B, fms)

Trang 32

Kết quả tính toán cho thấy tuổi thọ lý thuyết của ổ là rất cao, nhưng thực tế lại không được như vậy Vấn đề là ở chỗ vật liệu thân hộp có cơ tính kém hơn ổ bi, chất lượng mối lắp ghép giảm theo thời gian do chịu tải trọng động, ca ngoài bị xoay gây mòn Vì vậy xuất hiện khe hở làm trục quay không ổn định, phát sinh thêm tải trọng va đập ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của ổ bi Kết luận này đúng với phần lớn các bộ gây rung mà đề tài đã khảo sát [4]

1 Khởi tạo các dữ liệu mặc định: (l, l1, Pu, , nmax)

3 Xác định phản lực tựa của các ổ lăn (RA, RB [N])

4 Kiển tra tuổi thọ của ổ lăn (Lh [h])

2 Chọn và nhập các dữ liệu mặc định: (l, l1, Pu, , nmax)

1 Xuất dữ liệu ra cửa sổ chuương trình: (Window)

2 Xuất dữ liệu ra file: (*.txt)

3 In kết quả ra giấy (Printer)

OutIn

Trang 33

3.4 Thiết kế bộ gây rung

Giữa việc tính toán các thông số của bộ gây rung nhằm đảm bảo các tính năng kỹ thuật cơ bản đã đặt ra và việc hoàn thiện bản vẽ thiết kế có liên quan mật thiết với nhau Một số kích thước được phác thảo để làm căn cứ tính toán, một số kết quả tính toán lại được dùng để hiệu chỉnh thiết kế Các bản vẽ thiết kế hoàn chỉnh dùng để chế tạo và lắp ghép bộ gây rung BR 4e dùng cho sàng tự cân bằng được lập thành một bộ tài liệu riêng

3.5 Công nghệ chế tạo bộ gây rung

Đối với các chi tiết thông thường của bộ gây rung như trục, bánh răng trụ, bánh đai truyền động, nắp ổ công nghệ chế tạo không có gì đặc biệt và gần như đã là công nghệ phổ biến Vì vậy, đề tài này chỉ giới hạn trong việc lập công nghệ chế tạo các chi tiết có kết cấu tương đối phức tạp như vỏ hộp, hoặc kết cấu không hoàn toàn tròn xoay như thớt lệch tâm

3.5.1 Công nghệ chế tạo vỏ hộp

Kết cấu của vỏ hộp gồm hai nửa hoàn toàn đối xứng nhau, ghép lại và gia công như một chi tiết Vì vậy các bước công nghệ trước khi ghép là như nhau và gồm các bước sau: [3,4]

1- Tạo phôi đúc;

2- ủ, khử ứng suất dư trong vật đúc; 3- Làm sạch;

4- Phay các bề mặt phân cách làm chuẩn ghép; 5- Khoan các lỗ trên mặt bích để ghép đôi;

6- Mài các bề mặt phân cách để đảm bảo độ kín cho bề mặt lắp ghép;

7- Phay, doa mặt đáy, các mặt bích, các lỗ lắp ổ bi, khoan các lỗ lắp bu lông, lỗ dầu

Quy trình công nghệ chi tiết theo các tính toán với những loại máy công cụ gia công cơ khí cụ thể được trình bày theo các biểu sau:

Trang 34

Viện cơ khí năng l−ợng và mỏ- TKV

Bảng tổng hợp quy trình công nghệ

Chế tạo Bộ gây rung BR 4e Bộ gây rung BR 4e Vỏ hộp BR 4e.00.013

Loại Số l−ợng chi tiết phôi

No Nguyên