Chương 1. Tổng quan về các trạm dẫn động băng tải sử dụng ở nước ngoài và việt nam
1.2. Các trạm dẫn động băng tải sử dụng tại Việt Nam
Các loại băng tải đang được sử dụng hiện nay ở nước ta có xuất xứ từ nhiều nguồn khác nhau. Qua khảo sát tình hình thực tế, một số băng tải được nhập khẩu từ Trung Quốc, Nhật Bản, một số được sản xuất tại Việt Nam, có một số ít trước đây được nhập khẩu từ Ba Lan và liên bang Nga (bảng 1.1). Các trạm dẫn động băng tải đang sử dụng với đặc điểm là tương đối phong phú chúng khác nhau về số lượng tang dẫn động, kiểu cơ cấu truyền động, sự bố trí giữa các bộ phận, có hoặc không có cơ cấu phanh, khớp nối thuỷ lực, công xôn dỡ tải riêng, khác về công suất động cơ vv...
Theo số lượng các tang dẫn động người ta phân phối một hoặc hai trạm dẫn
động, trạm dẫn động với tang ép băng.
Các trạm dẫn động được chế tạo với động cơ riêng cho mỗi tang hoặc với một động cơ dùng chung. Trong trường hợp thứ hai các tang có thể liên kết cứng hoặc vi sai (cơ khí thuỷ lực ).
Trạm dẫn động một tang một động cơ (hình 1.7) và trạm dẫn động một tang hai động cơ (hình 1.8) đang được sử dụng gồm: động cơ, khớp thuỷ lực(đàn hồi), phanh điện từ, hộp giảm tốc, khớp chốt(khớp xích), tang dẫn động, phanh chống trôi, công suất động cơ đến 315kW.
Các băng tải hầm lò chủ yếu có trạm dẫn động một và hai tang với một hoặc hai động cơ. Trạm dẫn động hai tang một động cơ (hình1.9), (hình 1.10):
một động cơ, khớp thuỷ lực(khớp đàn hồi), phanh điện từ, hộp giảm tốc, khớp chốt(khớp xích), hai tang dẫn động được liên kết với nhau bằng cặp bánh răng tỷ số truyền 1 :1, phanh chống trôi ngược. ở trạm dẫn động hai tang dẫn động
được liên kết với nhau bằng cặp bánh răng, giữa các tang luôn xẩy ra sự phân bố lực kéo không đều nhau giữa hai tang, do đó lực căng băng trên đoạn băng trung gian có thể dao động trong phạm vi lớn làm băng trượt trên tang dẫn đến băng chóng mòn.
Trạm dẫn động hai tang hai động cơ (hình1.11) gồm : hai động cơ điện, khớp thuỷ lực(khớp đàn hồi), phanh điện từ, hộp giảm tốc, khớp chốt(khớp xích), hai tang dẫn động được dẫn động bằng hai động cơ điện độc lập, phanh chống trôi ngược.
Hiện nay người ta đang sử dụng các băng tải có trạm dẫn động hai tang dẫn
động, được dẫn động bằng một động cơ điện hay hai động cơ điện riêng rẽ, công suất động cơ điện đến 220kW.
Để giảm mômen (lực) cản đặt lên trục động cơ dẫn động, khi khởi động, người ta thực hiện giảm vận tốc góc , ( ) dẫn động bằng thuỷ động lực nhờ khớp nối thuỷ lực, phương pháp này có rất nhiều ưu điểm nên hiện nay
được áp dụng rộng rãi. Ngoài ra còn có phương pháp giảm trực tiếp mô men
động cơ khi khởi động bằng việc dùng động cơ rôto dây cuốn và bộ điện trở
phụ 3 pha nối vào mạch rôto, phương pháp này có rất nhiều nhược điểm nên hiện nay rất ít được áp dụng.
Bảng 1.2. Tổng hợp một số tuyến băng tải điển hình tại các mỏ than Việt nam
T T
Đơn vị
sử dụng Ký hiệu Nơi SX
Đặc tính kỹ thuật
Q(T/h) B(mm) v(m/s) L(m) N ( k W )
S.lg
1 K h e
Chàm
TD-2 Trung Quèc 500 1000 2 600 2x220
2
SSJ-800/2x40 " 200 800 1,6 300 2x40 9
SSJ-650/40 " 150 650 1,6 200 40 3
2 T h è n g NhÊt
STJ-800/30 Trung Quèc 200 800 1,6 200 30 11
STJ-800/37 " 200 800 1,6 210 37 2
STJ-800/2x90 " 150 800 1,6 320 2x90 1
SQD-800/2x75 " 150 800 1,6 210 2x75 1
STJ-800/2x37 " 200 800 1,6 420 2x37 1
3 H à
LÇm
B650x225/30 VCKNL Má 150 650 1,36 225 30 3
B800x160/2x45 " 200 800 2 160 2x45 1
B800x90/45 " 250 800 1,36 90 45 3
B800x220/2x55 " 200 800 2 220 2x55 2
B800x150/30 " 150 800 1,3 150 30 1
B800x80/45 " 400 800 2 80 45 1
B800x205/55 " 400 800 2 205 55 1
B800x480/2x55 " 400 800 2 480 2x55 1
4 M ạ o
Khê
B1000/50 VCKNL Má 400 1000 1,36 100 45 4
PTG50/1000 Ba Lan 400 1000 1,36 100 45 2
YNMX1P Trung Quèc 500 1000 2 502 315 1
5 V à n g Danh
DT-II Trung Quèc 500 1000 2 500 315 1
КЛ150 Liên Xô 260 800 1.6 150 40 3
B800/22 VCKNL Má 200 800 1,6 200 22 3
6 H ạ
Long
SQQ800/2x90 Trung Quèc 200 800 2 358 2x90 1
DT-II Trung Quèc 150 800 1.6 318 90 1
B650x210/45 VCKNL Má 100 650 1,3 210 45 1
B800x370/2x55 " 150 800 1,36 370 2x55 1
B800x250/2x45 " 150 800 1,36 250 2x45 1
7 H ò n Gai
B650x100/30 VCKNL Má 150 650 1,3 100 30 4
B650x160/30 " 100 650 1,3 160 30 1
B800x356/2x55 " 150 800 1,36 356 2x55 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Hình 1.7. Trạm dẫn động một tang – một động cơ
1- động cơ điện, 2- khớp thuỷ lực, 3- phanh điện từ, 4- hộp giảm tốc 5- khớp nối cứng, 6- tang dẫn động, 7- tang ép băng, 8-khung dẫn động
9- phanh chống trôi
9 8 7 6 5 4 3 2 1
Hình 1.8. Trạm dẫn động một tang – hai động cơ
1- động cơ điện, 2- khớp thuỷ lực, 3- phanh điện từ, 4- hộp giảm tốc
5- khớp nối cứng, 6- tang dẫn động, 7- tang ép băng, 8-khung dẫn động 9- phanh chống trôi
`
7 6
5
4 2 3
1
8 9
Hình 1.9. Trạm dẫn động hai tang - một động cơ
1- động cơ điện, 2- khớp đàn hồi, 3- hộp giảm tốc
4- phanh ma sát, 5- khớp nối cứng, 6- tang dẫn động, 7- bộ truyền ngoài 8- con lăn nén, 9- khung dẫn động
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
H×nh 1.10.
Trạm dẫn động hai tang - một động cơ
1- động cơ điện, 2- khớp thuỷ lực, 3- phanh điện từ, 4- hộp giảm tốc
5- phanh chống trôi, 6- khớp nối cứng, 7- tang dẫn động, 8- bộ truyền ngoài, 9-con lăn nén, 10- khung dẫn động.
9 8 7 6 5 4 3 2 1
Hình 1.11. Trạm dẫn động hai tang - hai động cơ
1- động cơ điện, 2- khớp thuỷ lực, 3- phanh điện từ, 4- hộp giảm tốc 5- phanh chống trôi, 6- khớp nối cứng, 7- tang dẫn động, 8-con lăn nén, 9- khung dẫn động.
Hình 1.12. Sơ đồ bố trí trạm dẫn động điển hình trên thế giới
* Từ kết quả phân tích trên cho thấy:
- Hướng phát triển chung mang tính đặc trưng của các kết cấu trạm dẫn
động hiện đại của các băng tải là: sự thống nhất các cụm chi tiết và phần tử cơ
bản của kết cấu (tang băng, hộp giảm tốc, động cơ, cơ cấu phanh, ổ bi, khớp nèi vv…).
- Trên cơ sở tạo các khối dẫn động cơ sở, sử dụng nguyên lý khối trong ghép bộ các khối dẫn động, phối hợp cơ cấu căng băng trong các trạm dẫn
động băng tải công suất lớn, tăng đáng kể tốc độ chuyển động của dây băng (3-4 m/s).
- Tăng công suất trạm dẫn động, sử dụng trạm dẫn động cho các băng bề rộng khác nhau, khả năng tạo ra tốc độ chuyển động khác nhau trong một trạm dẫn động, sử dụng rộng rãi khớp nối trượt đảm bảo khởi động êm. Sử dụng các
động cơ đặc biệt có mô men khởi động lớn, sử dụng động cơ rotor dây cuốn để
điều chỉnh khởi động các băng công suất lớn, điều khiển tự động tốc độ dây băng theo năng suất thực tế. Nghiên cứu các phương pháp bọc tang đáng tin cậy với hệ số bám dính cao.
- ở Việt Nam việc nghiên cứu băng tải đã được nêu ra trong rất nhiều tài liệu và đã có các đề tài nghiên cứu cấp bộ cho các loại băng tải như ; Băng tải dốc sử dụng trong mỏ than hầm lò, Băng tải ống, băng tải khung cáp vv….Các tài liệu chưa nêu lên một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của tuyến băng như: ảnh hưởng của động lực học tác động lên dây băng, giàn con lăn
đến độ ổn định của tuyến băng trong quá trình làm việc.
- Các tài liệu nghiên cứu chưa đề cập nhiều đến vấn đề tính toán và phân phối công công suất cho trạm dẫn động băng tải có công suất lớn và chiều dài lín.
Dựa vào điều kiện thực tế hiện nay cũng như định hướng phát triển về việc sử dụng băng tải trong các đường lò vận tải cũng như việc đào lò chuẩn bị nhằm nâng cao công suất và khả năng khai thác xuống sâu của các mỏ. Mặt
khác do có các tiêu chí kinh tế kỹ thuật khác nhau nên giá thành thiết bị cũng rất khác nhau gây phức tạp trong công tác đầu tư mua sắm thiết bị và việc sửa ch÷a thay thÕ.
Nghiên cứu phương pháp phân phối công suất trạm dẫn động băng tải công suất và chiều dài lớn là hết sức cần thiết nhằm đưa ra những giải pháp hợp lý
để cho băng tải làm việc hiệu quả hơn.
Chương 2
Phương pháp tính toán phân phối công suất trong băng tải nhiều trạm dẫn động
2.1. Lý thuyết dẫn động băng tải
Tại trạm dẫn động băng tải, lực kéo nhánh tới là St (hình 2-1) và nhánh ra là Sr, góc ôm tang của dây băng là a và hệ số ma sát giữa dây băng và tang là f
thì điều kiện để băng không trượt có dạng:
-Khi động cơ điện làm việc ở chế độ động cơ :
(2-1) -Khi động cơ điện làm việc ở chế độ máy phát:
(2-1’) Trong đó - nhân tố kéo của bộ truyền
Hình 2-1. Sự phân bố lực kéo trên bộ dẫn động một tang
Lực kéo được truyền lớn nhất :
(2-2) NÕu xÐt theo (2-1)
(2-3)
Biểu thức (2-1) được thiết lập khi bỏ qua khối lượng và coi dây băng là sợi chỉ lý tưởng không bị kéo dãn. Thực tế dây băng có tính đàn hồi và có độ kéo dãn lớn, do đó trong khi quay trên tang có sự trượt từ vị trí lực căng nhỏ đến chỗ lực căng lớn. Có thể xác định được rằng nếu truyền một lực kéo cho một bộ phận chịu kéo mềm thì tư hướng nhánh tới của băng sẽ hình thành một
cung tĩnh . Trong vùng này lực căng trở nên không đổi và từ hướng nhánh ra hình thành một cung trượt đàn hồi , trên đó diễn ra sự truyền lực kéo (hình 2-1). Nếu tính đến điều này thì công thức (2-1) có dạng :
(2-4)
Trị số góc trượt tương đối có thể được xác định từ công thức:
(2-5)
“Dự trữ nhân tố kéo “ phụ thuộc vào tỷ số cung trượt và cung tĩnh. Nếu
“Dự trữ nhân tố kéo “ (cung tĩnh an) lớn thì sự trượt băng trên tang dẫn
động nhỏ, còn nếu như “Dự trữ nhân tố kéo “ giảm sự trượt sẽ tăng lên.
Sự gián đoạn bám dính sẽ xảy ra và bắt đầu có hiện tượng trượt .
* Vì vậy tất cả lực kéo W0 được truyền trên cung trượt , còn cung trở thành cung không tuyền lực ma sát. Trị số (a -at) càng lớn thì dự trữ lực ma sát so với lực kéo càng lớn.
* Vì tính đến tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kéo của bộ dẫn
động nên đôi khi trong tính toán ta sử dụng công thức :
(2-6)
-là hệ số kể đến điều kiện môi trường có thể xẩy ra tại nơi lắp đặt băng Trị số hệ số có thể xác địng từ biểu thức :
(2-7)
Để không có sự trượt băng hệ số dự trữ trong các tính toán thường nhận bằng 1,15 – 1,2. Trị số cần thiết, nếu lực kéo đã biết, được xác
định từ biểu thức :
(2-8)
Tõ (2-8) ta cã :
(2-8*)
Trong một số máy vận tải, điển hình như băng tải, việc truyền lực kéo từ tang sang dây băng được thực hiện bằng lực ma sát (hay lực bám dính). Vì vậy bộ phận kéo không những có độ bền lớn mà phải chống mài mòn tốt, có hệ số bám dính cao.
Thực tế, bộ phận kéo không phải là dây mềm tuyệt đối, có trọng lượng và có tính đàn hồi khá lớn, nên quá trình truyền lực xảy ra phức tạp hơn nhiều.
Rõ ràng khi cung trượt tăng lên, cung tĩnh giảm đi thì lực kéo mà tang truyền cho băng tăng lên. Lực kéo lớn nhất sẽ là:
Từ công thức trên cho ta thấy rằng khả năng kéo của trạm dẫn động phụ thuộc vào các thông số sau đây: Sức căng tại điểm rời tang , góc ôm của băng trên tang a và hệ số bám dính giữa băng và tang f. Nếu các thông số này tăng lên thì khả năng kéo cũng tăng.
* Tăng sức căng tại điểm rời tang ít mang lại hiệu quả kinh tế, bởi vì sẽ dẫn đến việc phải nâng cao độ bền dây băng, do đó làm tăng kích thước tiết diện ngang của dây băng; đồng thời làm tăng kích thước tang dẫn động và tang dẫn hướng, tăng giá thành chung của máy .
* Biện pháp có hiệu quả hơn là tăng góc ôm a và hệ số ma sát f, vì cả hai thông số này đều làm tăng nhân tố kéo theo bậc lũy thừa, nên chúng có
ảnh hưởng mạnh hơn đến giá trị lực kéo so với sức căng của băng.
* Tăng góc ôm a có thể tiến hành bằng con lăn ép băng trên tang dẫn động hoặc dùng nhiều tang dẫn động, trong trường hợp này lực kéo của tang dẫn
động sẽ là:
Trong đó: -góc ôm tương ứng của băng trên tang dẫn 1, 2, …n.
Thực tế, góc ôm của băng trên một tang dẫn động
* Tăng hệ số bám dính có thể tiến hành bằng cách phủ bọc bên ngoài tang một lớp vật liệu có hệ số ma sát cao (gỗ, cao su, téc tô nít) f=0,3á 0,65.
* Để tăng khả năng kéo của trạm dẫn động, người ta còn sử dụng tang(con lăn) ép băng hoặc thiết bị nén băng.
Khi dùng tang ép băng với lực ép P, giữa tang và băng sinh ra lực cản phô
ở đây - P lực ép tang vào băng
- hệ số ma sát giữa tang ép và băng
Lực ép P tác động lên dây băng và cuối cùng tác động vào mặt tang dẫn
động. Như vậy, khả năng kéo trạm dẫn động tăng thêm một lượng phụ nên công thức ơle được viết:
Từ các biểu thức trên cho thấy rằng trên các trạm dẫn động có thiết bị ép, lực kéo tăng lên khi tăng lực ép P. Điều đó cho phép giảm sức căng và khi giá trị lực kéo không đổi.
2.2. Lực kéo, sức căng của bộ phận kéo
Băng tải là thiết bị vận tải kiểu dây mềm khép kín, bộ phận kéo là dây băng uốn theo kết cấu của con lăn, tang tạo thành một vòng kín. Khi hoạt động (làm
việc) dưới tác dụng của khối truyền động truyền cho băng lực kéo nhất định, do vậy trên mọi tiết diện ngang dây băng xuất hiện ứng suất kéo (lực kéo). Giá
trị lực kéo phụ thuộc vào sức cản chuyển động. Để xác định sức căng, có thể
áp dụng qui tắc tính “đuổi điểm”: theo hướng chuyển động, sức căng tại một
điểm bất kỳ của bộ phận kéo bằng sức căng tại điểm trước đó cộng với sức cản giữa hai điểm đó, có nghĩa là:
Trong đó: - và Sức căng tại hai điểm cạnh nhau (i-1) và i của vòng tua;
- - Sức cản chuyển động giữa hai điểm đó. Nó được xác
định theo từng loại thiết bị vận tải trong các điều kiện cụ thể khác nhau.
Ta cã thÓ viÕt:
Có nghĩa là theo hướng ngược với chiều chuyển động, sức căng tại mỗi một
điểm sau bằng hiệu số giữa sức căng tại điểm trước và sức cản chuyển động giữa hai điểm đó.
Để tính sức căng băng, người ta đánh số thứ tự tại các điểm đặc trưng: là
điểm nối giữa đoạn thẳng và đoạn cong, các điểm quay của vòng tua. Thông thường điểm 1 là điểm rời trạm dẫn động và sức căng tại điểm này được ký hiệu là nghĩa là . Số thứ tự của sức căng qua các điểm đặc trưng tăng dần theo hướng chuyển động cho đến sức căng tại điểm tới trạm
dẫn động . Nếu theo vòng kín, tổng số các đoạn thẳng, đoạn cong và điểm
quay là n (trừ đoạn vào trạm dẫn động) thì .
Khi biết sức cản chuyển động trên các đoạn, chúng ta có thể xác định được sức căng tại tất cả các điểm của bộ phận kéo nhờ vẽ biểu đồ sức căng của nó theo các giá trị sức căng tại các điểm đặc trưng theo vòng khép kín.
Trạm dẫn động băng tải là một trong những bộ phận quan trọng nhất của băng tải. Việc tính toán, phân phối đúng đắn công suất trạm dẫn động băng tải
đem lại hiệu quả kinh tế to lớn, tránh được lãng phí trong đầu tư xây dựng cơ
bản. Trong điều kiện nước ta, sản lượng của các mỏ than tăng nên nhu cầu vận tải cũng tăng lên nhanh chóng. Không những vận tải than mà còn vận tải đất,
đá trong đào lò xây dựng cơ bản. Trong điều kiện mỏ than hầm lò, không gian chật hẹp, việc phân phối công suất và vị trí hợp lý các trạm dẫn động băng tải tạo thuận lợi trong việc sử dụng, vận hành, lắp đặt. Đề tài đưa ra những đánh giá về các trạm dẫn động băng tải, những kiến nghị và đề xuất về kết quả
nghiên cứu và hướng sử dụng kết quả nghiên cứu.
Trong thực tế, khi lực kéo yêu cầu lớn hoặc tương đối lớn, nếu sử dụng trạm dẫn động một tang có thể không đảm bảo yêu cầu truyền lực(xuất hiện trượt giữa tang chủ động và dây băng) do không thoả mãn điều kiện truyền lực
ơle . Giải pháp cải thiện góc ôm a hay hệ số ma sát f chỉ có giá trị trong một giới hạn nhất định khi không lớn lắm vì :
- Việc tăng hệ số ma sát ftrên thực tế gần như không thực hiện được vì các tang dẫn động đã bọc cao su hoặc hợp chất téctônit là loại vật liệu có hệ số ma sát với cao su rất lớn (f=0,45 á 0,55), chưa có vật liệu khác tốt hơn.
- Việc tăng góc ôm ở một tang dẫn động chỉ có thể đạt đến giá trị tối đa là a=210º khi dùng một tang phụ, a=240º khi dùng sơ đồ hai tang phụ, với điều kiện đường kính tang phụ ≥0,6 đường kính tang chính để băng không bị phá
huỷ do bán kín cong bé, đặc biệt là dây băng lõi cáp.
Vì vậy trong trường hợp này phải tăng góc ôm a bằng việc tăng số lượng tang dẫn động :2 tang(a=360º ) hay 3 tang (a=540º).
Ngoài ra, dùng 2 tang dẫn động hay 3 tang dẫn động còn ý nghĩa đặc biệt quan trọng khác: giảm lực căng đặt lên băng làm cho băng bền hơn.
2.3. ảnh hưởng của áp suất riêng, vận tốc trượt băng đến hệ số ma sát Cho đến thời điểm gần đây đều cho rằng sự ảnh hưởng chính tới trị số của hệ số ma sát f là trạng thái bề mặt tiếp xúc và tính chất của lớp bọc tang.
Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy hệ số ma sát còn phụ thuộc vào một loạt các yếu tố khác, trong đó có sự phụ thuộc vào áp lực riêng của dây băng lên tang, tốc độ trượt, độ cứng lớp mặt băng và lớp bọc vv...
Trong một số tài liệu đã dẫn ra các số liệu thực nghiệm về xác định hệ số ma sát của các loại băng khác nhau với bề mặt tang (hình 2-2 ) và đề xuất công thức để tính hệ số ma sát f tuỳ thuộc vào áp suất riêngp và tốc độ trượt
Vt :
(2.9)
Trong đó - Hằng số đối với một loại băng nhất định nào đó được chọn theo bảng (2-1)
Hệ số - Chọn theo bảng (2.2)