Các loại máy đập trục hiện nay trên thế giới chủ yếu do các hãng của Anh Quốc nh− MMD, TRM.. sản xuất. Hãng chuyên sản xuất và sản xuất nhiều nhất loại máy đập trục là hãng MMD. Tại Trung Quốc, n−ớc sản xuất nhiều loại máy đập đá với số l−ợng rất lớn cũng có một vài công ty sản xuất loại máy đập trục dùng nghiền cả than và đất đá. Một số ít công ty khác của Trung Quốc sản xuất máy đập trục theo các giấy phép sản xuất của các hãng Anh Quốc.
Hãng MMD của Anh Quốc hiện là Tập đoàn sản xuất hàng đầu về máy đập trục. Sản phẩm máy đập trục của MMD hiện nay đ−ợc sử dụng rộng rãi nhất cho việc xử lý đất đá quá cỡ tr−ớc khi rót nên băng tải cho hơn 80 nghành công nghiệp trên toàn thế giới nh− xi măng, gốm sứ, xây dựng, kim c−ơng, năng l−ợng, khai thác khoáng sản và kim loại quí. Các máy đập trục có thể nghiền các loại vật liệu −ớt dính hay đá khô hay tổng hợp cả hai loại; có thể đập các loại đá có độ rắn chắc rất cao nh− Granit, gabro.
Nh− đã giới thiệu tại mục 2.1.5. các loại máy đập trục răng đ−ợc quy định cỡ máy bằng khoảng cách giữa tâm hai trục nghiền của máy. Các máy đập trục của MMD đ−ợc sản xuất với nhiều kích cỡ khác nhau từ Cỡ 500 (500 series sizer) đến cỡ 1500. Cỡ đá lớn nhất nạp vào máy đập cỡ 1500 có thể lên tới 3000 mm. Các máy này đ−ợc thiết kế với công suất từ vài chục kW tới hàng trăm kW; năng suất từ vài chục tấn/giờ đến hàng chục nghìn tấn/giờ. Với mỗi cỡ máy sẽ có nhiều kích th−ớc khác nhau tùy theo năng suất yêu cầu; kết cấu răng khác nhau tùy theo vật liệu nghiền, kích cỡ đá đầu vào - đầu ra.
Qua nghiên cứu các cỡ máy của MMD và yêu cầu thực tế tại các khai tr−ờng, các đơn vị trong Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam, chúng tôi thấy cỡ máy 500 nh− của MMD đã chế tạo là phù hợp nhất cho việc sử lý đá quá cỡ. Cỡ máy này có kích th−ớc phù hợp với các đ−ờng lò tại Việt Nam, đáp ứng đ−ợc năng suất tại các tuyến băng tải hiện đang sử dụng phổ biến trong Vinacomin ( từ 100 - 600 tấn/giờ); sử lý đ−ợc dải đá quá cỡ sau bắn mìn phổ biến nhất (300 - 650 mm) tại các khai tr−ờng khai thác than tại Việt nam. Cỡ máy này có thể sử dụng đặt cố định tại một vị trí hay di động tiến theo g−ơng đào lò đá.
Các máy đập trục răng cỡ 500 có thể đ−ợc thiết kế để nghiền than, nghiền đá với độ rắn chắc khác nhau; có thể sử dụng nh− một máy nghiền sơ cấp, thứ cấp hay nghiền nhỏ.
Vì những lý do trên, chúng tôi chọn mẫu máy cỡ 500 của MMD làm mẫu máy tính toán thiết kế với năng suất 120 tấn/giờ.
3.3.1. Thiết lập các thông số kỹ thuật
Việc phân tích quá trình nghiền vật liệu trong máy đập mẫu rất cần thiết. Nếu việc phân tích, đánh giá chính xác sẽ đ−a ra mô hình tính toán thiết kế đúng với thực tế làm việc của máy đập.
Nh− đã nói trong mục 2.1.5. các máy đập trục có thể chế tạo với các răng nghiền thẳng hàng hoặc bố trí ở dạng xoắn. Các máy có răng nghiền thẳng hàng th−ờng dùng nghiền các loại vật liệu có độ rắn chắc thấp, năng suất nghiền cao. Với các máy đập dùng nghiền các loại vật liệu có độ rắn chắc f > 6 thì các răng nghiền th−ờng bố trí ở dạng xoắn.
Mục tiêu của đề tài là thiết kế máy đập đá có độ rắn chắc đạt tới f = 8 với năng suất không lớn ( 120 tấn/giờ) nên dạng răng của máy đập lựa chọn là dạng răng xoắn. Với độ rắn chắc của đất đá và năng suất này, ta chọn chiều quay của các trục nghiền là quay vào trong.
ý t−ởng chủ đạo của việc thiết kế các máy đập trục dùng cho việc nghiền xử lý đá quá cỡ là sử dụng các răng lớn gắn trên hai trục có đ−ờng kính nhỏ truyền động quay với tốc độ nhỏ và mômen lớn. Thiết kế này tạo ra ba nguyên lý chính ảnh h−ởng lẫn nhau trong quá trình phá vỡ vật liệu. Các nguyên lý đó là: Đập ba cấp, hiệu ứng sàng quay và dạng răng xoắn sâu.
Hình 3-2: Nguyên lý đập ba cấp
1/ Đập cấp 1 2/Đập cấp 2 3/ Đập cấp 3
Nguyên lý đập 3 cấp trong máy đập trục đ−ợc mô tả trên hình 3-2. Trong máy đập trục, vật liệu nghiền đ−ợc nạp vào buồng nghiền phía trên bề mặt các trục nghiền. Vùng nghiền nằm trong khoảng không gian trong buồng nghiền giữa hai tâm trục nghiền. Vật liệu rót vào máy đập đ−ợc đ−a vào vùng nghiền nhờ hai trục nghiền quay ng−ợc chiều nhau, tr−ớc tiên đ−ợc ép và chẻ vỡ thô bởi đỉnh của các răng đối diện nhau trên hai trục nghiền. Kết cấu máy cho phép vật liệu đ−ợc chẻ vỡ từ nhiều vị trí khác nhau để có thể tận dụng đ−ợc các điểm ứng suất yếu trên vật liệu. ở cấp một, vật liệu đ−ợc nghiền d−ới dạng chẻ vỡ; lực do động cơ dẫn động tạo ra tập trung vào một điểm tại đỉnh của răng nghiền tiếp xúc với đá sẽ làm tăng hiệu quả phá vỡ đá. Sau đó, vật liệu có cỡ hạt nhỏ hơn lọt đ−ợc vào vùng nghiền cấp hai đ−ợc phá vỡ bởi lực ép 3 điểm tạo bởi mặt tr−ớc
của răng trục này và mặt sau của răng trục kia. ở cấp hai vật liệu đ−ợc nghiền d−ới dạng ép vỡ.
Thông th−ờng trong các máy nghiền thô và nghiền trung bình chỉ cần dùng kết cấu và nguyên lý đập hai cấp nh− trên. Khi đập hai cấp mà kích th−ớc vật liệu vẫn ch−a đạt yêu cầu thì đ−a vào sử dụng thêm cấp đập thứ ba. ở cấp đập thứ ba, vật liệu bị đập vỡ bởi đỉnh của các răng với răng cố định của thành đập thể hiện trên hình 3-2.
Nh− đã nêu trong mục 1.3, kích th−ớc đá quá cỡ sau bắn mìn khi đào lò chủ yếu nằm trong dải 250 - 450 mm. Các tuyến băng tải đá chính trong các đ−ờng lò hiện nay của Vinacomin nhỏ nhất là cỡ B800 mm. Với băng B800 thì cỡ đá lớn nhất chất lên băng < 180 mm là hợp lý. Vì vậy, mục tiêu của đề tài đặt ra là thiết kế các máy đập phục vụ việc sử lý đá quá cỡ với cỡ hạt đầu vào Dmax = 500mm và cỡ hạt ra dmax = 180 mm. Với thông số cỡ hạt vào - ra nh− vậy thì máy chỉ cần thiết kế để đập hai cấp là đủ.
Hình 3-3: Hiệu ứng sàng quay
Các trục nghiền đ−ợc thiết kế ở dạng răng xoắn ( hình 3-3) cho phép các vật liệu có kích th−ớc nhỏ hơn có thể lọt qua các khe hở thay đổi liên tục tạo bởi hai trục nghiền quay liên tục ng−ợc chiều nhau. Với nguyên lý làm việc này, hai trục nghiền của máy hoạt động giống nh− một sàng quay.
Hiệu ứng sàng quay giúp máy đập trục giảm đ−ợc công vô ích khi cho các vật liệu có cỡ hạt nhỏ hơn dmax đi qua máy. Sau một vòng quay của trục nghiền, thể tích vật liệu đi qua máy không v−ợt quá tổng thể tích không gian các khe hở
tạo bởi hai trục nghiền trong thời gian đó. L−ợng vật liệu này đ−ợc xả đều trên cửa ra của máy trong suốt vòng quay của trục nghiền. Nh− vậy hai trục nghiền của máy làm việc giống nh− một máy cấp liệu rôto.
Hình 3-4: Dạng xoắn sâu của răng nghiền
Khi hai trục nghiền quay ng−ợc chiều nhau, dạng răng xoắn sâu (hình 3-4) của các răng trên hai trục nghiền sẽ đẩy vật liệu có kích th−ớc lớn về một phía và phân tán đều vật liệu cấp vào máy dọc theo chiều dài trục nghiền. Đặc tính này có thể giúp đẩy vật liệu quá cỡ ra khỏi máy.
Cơ học đá đã xác định tính không đồng nhất về độ lèn chặt cũng nh− các nứt nẻ trong khối đá, kích th−ớc khối đá càng lớn thì xác suất xuất hiện khuyết tật càng nhiều. Dạng xoắn sâu của răng nghiền còn có tác dụng xoay chuyển khối đá đ−a nó vào vị trí dễ bị các đỉnh răng nghiền chẻ vỡ nhất.
Với kết cấu răng theo ph−ơng tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động của nó, vật liệu nằm trong buồng nghiền gây tải cho máy chỉ nằm trong quỹ đạo chuyển động của các răng nghiền; vật liệu nằm ngoài vùng này gây tải không đáng kể trên trục nghiền. Nhờ những đặc điểm cấu tạo làm việc đó mà các máy đập trục có thể nhận tải đầy tải tức thời mà không cần các máy cấp liệu. Điều đó cho phép chúng có thể nhận tải trực tiếp từ các thiết bị bốc xúc, giảm bớt đ−ợc đầu thiết bị hoạt động trong dây chuyền vận tải đá trong các mỏ hầm lò.
Từ đó, ta có thể đ−a ra sơ đồ vị trí làm việc của máy đập trục trong các dây chuyền vận tải băng tải tại các g−ơng lò nh− trên hình 3-5. Trong hình 3-5, máy đập trục 2 nhận tải trực tiếp từ một máy xúc đá lật hông 1 và chất tải trực tiếp cho băng tải đá 3. Các máy đập trục cũng có thể nhận tải trực tiếp từ máy
xúc lật sau, máy cào đá hoặc các máy cấp liệu, băng tải.v..v. Đất đá sau khi nghiền có thể chất thẳng lên băng tải đá chính hoặc băng tải trung gian của các cầu chuyển tải.
Hình 3-5: Vị trí làm việc của máy đập trong dây chuyền vận tải
Năng suất các máy bốc xúc và băng tải nhận tải từ máy đập trục phải phù hợp với năng suất của máy đập trục, tránh ùn ứ vật liệu trên dây chuyền vận tải.
Các máy đập trục có thể đặt cố định hoặc di động theo các g−ơng lò đá. Mục tiêu của đề tài là thiết kế chế tạo phần chính của máy mà không thiết kế phần khung bệ để đặt cố định hay cơ cấu di chuyển dùng di chuyển máy theo các g−ơng lò. Phần khung bệ cố định hoặc cơ cấu di chuyển sẽ đ−ợc thiết kế theo đơn đặt hàng cho phù hợp với yêu cầu thực tế của đơn vị sử dụng
Máy đập trục có thể dẫn động đơn hoặc dẫn động đôi nh− đã giới thiệu. Thực tế không gian làm việc tại các đ−ờng lò rất chật hẹp, đòi hỏi các máy công tác phải có kích th−ớc nhỏ gọn. Vì vậy, đề tài chọn dẫn động cho máy là dẫn động đơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trên cơ sở máy mẫu do hãng MMD chế tạo với các thông số cơ bản nh− sau:
- Cỡ máy: 500 Sizer
- Cỡ đá nạp vào máy: Dmax = 500 mm - Cỡ đá lớn nhất sau khi đập: dmax = 150 mm
- Năng suất: Nmax = 300 t/h - Tốc độ quay trên trục nghiền: nt = 40 v/f - Động cơ dẫn động:
+ Số động cơ: 01
+ Công suât: P = 75 kW
+ Tốc độ quay: n = 1470 v/f
- Khoảng cách tâm trục đập: D = 512 mm
và các thông số thực tế đã nêu trên, đề tài tiến hành việc lựa chọn mô hình tính toán thiết kế máy đập trục dùng cho hầm lò với các thông số cơ bản sau:
- Tên máy: MDD500
- Cỡ máy: S500
- Cỡ đá nạp vào máy: Dmax = 500 mm - Cỡ đá lớn nhất sau khi đập: dmax = 180 mm
- Độ rắn chắc đất đá f = 8
- Năng suất: Nmax = 120 t/h
- Tốc độ quay trên trục nghiền: nt ≈ 40 v/f - Khoảng cách tâm trục đập: D = 512 mm
3.3.2. Lựa chọn mô hình thiết kế
- Lựa chọn cơ dẫn động:
Để đảm bảo kích th−ớc máy nhỏ gọn, chọn kiểu dẫn động cho máy đập trục là dẫn động đơn: dùng 01 động cơ.
Công suất dẫn động cho các đập đá th−ờng đ−ợc tính thông qua năng l−ợng cần thiết để nghiền vỡ đá. Năng l−ợng cần để phá vỡ đá phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: kích th−ớc, hình dạng, sự phân bố xếp đặt của hạt, độ bền, độ giòn, sự đồng nhất của đá, độ ẩm, hình dạng và trạng thái bề mặt làm việc của máy đập..v..v. Do vậy việc xác lập quan hệ giữa năng l−ợng để nghiền và các tính chất cơ lý của đá là rất khó khăn.
Hiện nay để tính toán công suất động cơ dẫn động cho các máy đập, ng−ời ta dựa vào ba giả thuyết đ−ợc coi là các định luật nghiền. Đó là định luật nghiền thứ nhất (Định luật mặt phẳng), Định luật nghiền thứ hai (Định luật thể tích) và định luật nghiền thứ ba.
Định luật nghiền thứ nhất đ−a ra quan hệ giữa công tiêu hao để nghiền vật liệu với diện tích các bề mặt mới đ−ợc tạo ra sau khi nghiền.
Định luật nghiền thứ hai đ−a ra quan hệ giữa năng l−ợng để nghiền và thể tích đá đ−ợc nghiền.
Định luật nghiền thứ ba phát triển trên cơ sở định luật nghiền thứ nhất. Quá trình nghiền vỡ đá trong các máy đập là rất phức tạp, khó xác định công suất động cơ dẫn động theo lý thuyết và các công công thức lý thuyết th−ờng cho kết quả sai khác nhiều. Bởi vậy các công thức tính toán công suất động cơ dẫn động cho các máy đập đều đ−ợc xây dựng dựa trên ba định luật nghiền trên đây nh−ng hầu hết đều phải thông qua thực nghiệm. Ngay trong các định luật nghiền cũng đ−a ra một số hệ số cần đ−ợc xác định bằng thực nghiệm.
Với máy đập trục răng tiếp tuyến, lần đầu tiên đ−ợc đặt vấn đề thiết kế chế tạo tại Việt Nam trong bối cảnh ch−a có tài liệu nào cho việc tính toán thiết kế. Vì vậy việc đ−a ra một công thức tính toán cho công suất của động cơ dẫn động cần phải đ−ợc nghiên cứu và đúc kết bằng cả một quá trình dài thực nghiệm.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, ch−a có thời gian triển khai thực nghiệm và các chỉ tiêu kỹ thuật của máy đập mẫu gần giống với các thông số lựa chọn của đề tài nên đề tài xin đ−ợc chọn công suất động cơ dẫn động bằng công suất động cơ của máy mẫu:
- Công suất: 75 kW
- Tốc độ quay: 1470 v/f
Theo các thông số yêu cầu và tài liệu của nhà sản xuất, chọn động cơ phòng nổ do Trung Quốc sản xuất:
+ Mã hiệu: YB280 S-4
+ Công suất: P = 75 kW (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Tốc độ: n = 1470 v/f
+ Điện áp: U = 380/660 V
- Khớp nối giữa động cơ - hộp giảm tốc:
Đất đá sau bắn mìn trong các mỏ hầm lò bốc xúc lên các thiết bị vận tải th−ờng có lẫn các vật khó nghiền nh−: tấm chèn bê tông (có cốt thép), gỗ chống lò...; đòi hỏi máy đập trục phải có khả năng chống quá tải khi gặp những dị vật này. Cách th−ờng dùng nhất là chọn khớp nối - hộp giảm tốc là khớp nối thủy lực.
Các khớp nối thủy lực bảo vệ tốt cho các chi tiết của máy và động cơ dẫn động khi gặp các dị vật khó nghiền hoặc quá tải do một nguyên nhân nào đó; nó sẽ quay trơn trong các tr−ờng hợp gặp các dị vật khó nghiền; các van an toàn hoặc van nhiệt của khớp nối sẽ bị phá hủy sẽ cắt truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc khi qua tải động cơ.
Thông số để lựa chọn khớp nối thủy lực là công suất và tốc độ trên trục động cơ dẫn động. Với công suất 75 kW và tốc độ 1470 v/f của động cơ dẫn động, chọn khớp nối thủy lực: YOXs 500 do Trung Quốc sản xuất. ở tốc độ 1500 v/f, dải công suất truyền với khớp nối YOXs 500 là 70 - 150 kW.
- Chọn hộp giảm tốc: Nguyên mẫu máy đập trục của hãng MMD sử dụng hộp giảm tốc chuyên dùng, chế tạo đơn chiếc. Sau khi cân nhắc về chất l−ợng và
giá thành chế tạo, đề tài lựa chọn hộp giảm tốc do Tập đoàn TAILONG (Trung