L ỜI CAM ĐOAN
a. Lực căng trên các nhánh xích
4.3.5. Lực căng tính tổng của bộ phận kéo
Stt = Smax + Sđ
+ Smax= S3 = 2903,4 (KG) : lực căng tại điểm 3
+ Sđ : tải trọng động trên xích .(22,2 1,5 45,6) 81 , 9 603 , 0 6 40 5 , 1 60 ) * ( * * * * * 60 2 2 1 2 2 b x d q k q g t z H V S 2297,4 (KG) Trong đó : V =1,5 (m/s) : tốc độbăng
Z = 6 : số răng đĩa xích truyền động
g = 9,81 (m/s2) : gia tốc trọng trường
q = 22,2 (KG/m) : tải trọng trên một đơn vị chiều dài của khối lượng hàng
qb = 45,6 (KG/m) : tải trọng trên một đơn vị chiều dài của phần hành trình của băng gầu
k1 = 1,5 :hệ số quy đổi khối lượng
Stt = Smax + Sđ = 2903,4 + 2297,4 = 5200,8 (KG)
4.3.6. Bộ phận kéo dùng 2 xích thì lực căng tính tổng của một xích
S1
tt = 0,6*Stt = 0,6*5200,8 = 3120,48 (KG)
4.3.7. Tải trọng phá huỷ của xích không được nhỏ hơn
Pph k.S1
tt
k = 8 10 : hệ số dự trữđộ bền xích , chọn k = 9 Pph 9* 3120,48 = 28087,2 (KG) Thoả mãn vì : Pph = 30000 (KG)
4.4. Tính chính xác độ bền dây xích trong thời gian khởi động
Xích kiểu BKΠ loại 1 thoả điều kiện tính như trên :
Khối lượng một mét xích là qx= 18,6 (KG/m)
Tải trọng phá huỷ là : 30000 (KG)
Khoảng cách giữa các mắt xích là : Bt = 62 (mm)
4.4.1. Tính chính xác độ bền xích trong bộ phận kéo
* Tải trọng trên một đơn vị chiều dài của khối lượng hàng:
q = V Q * 6 . 3 = 41 , 1 * 6 , 3 116 = 22,8 (KG/m) Lực cản múc hàng là: Wm = q * km = 22,8 * 3 = 68,4 (KG) km= 3 : hệ số múc 1kg hàng
q = 22,8 (KG/m) : tải trọng của khối lượng hàng trên một đơn vị chiều
dài * Lực căng tại điểm 1:
Đối với băng gầu dùng xích, ta có:
Smin 5q>50 (KG )
q = 22,8 (KG/m) : khối lượng hàng trên một đơn vị chiều dài
Ta chọn :S1 = Smin = 120 (KG) ( vì Smin 5q = 5*22,8 = 114 KG)
* Lực căng tại điểm 2:
S2=Kq*S1+Wm
Trong đó: + Wm = 68,4 (KG) : lực cản múc hàng
+ kq=1,031,05, chọn kq=1,04 : hệ số lực căng của lực kéo bộ phận kéo do lực cản tại chi tiết quay
+ S1 =120 (KG) : lực căng tại điểm 1
S2 = 1,04*120 + 68,4 = 193,2 (KG)
* Lực căng tại điểm 3:
Trong đó :
+ S2 = 193,2 (KG) :lực căng tại điểm 2
+ q = 22,8 (KG) :tải trọng trên một đơn vị chiều dài của khối lượng hàng
+ H = 40 (m) : chiều cao vận chuyển
+ qb=qx+qg=45,6 (KG/m) :tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần hành trình của băng gầu
S3 = 193,2+(45,6+22,8)*40 = 2929,2 (KG)
* Lực tại điểm 4:
S4= SR = S1 + qb*H = 120 + 45,6*40 = 1944 (KG)
* Lực căng lớn nhất trong bộ phận kéo : Smax = S3 = 2929,2 (KG)
Khi đó tải trọng động ở bộ phận kéo băng gầu dùng xích là:
Sd = *( ) * * * * 60 2 2 b q q g t z H V Sd = *(22,2 45,6) 81 , 9 * 603 , 0 * 6 40 * 41 , 1 * 60 2 2 = 1532,6 (KG) Trong đó : V = 1,41 (m/s) H = 40 (m) t = 0,603 (m) q = 22,2 (KG/m) qb= 45,6 (KG/m) z = 6 Lực căng tính tốn của bộ phận kéo: Stt = Smax+ Sd = 2929,25 +1532,6 = 4461,8 (KG) Nếu bộ phận kéo dùng 2 xích thì lực căng tính tốn của một xích lấy bằng:
S1
tt = 0,6*Stt =0,6*4461,8 = 2677,1 (KG) Tải trọng phá huỷ của xích không được nhỏ hơn:
Pph k*S1
tt
k=810 :hệ số dự trữû độ bền xích, chọn k = 10
Pph 10* Pph = 10*2677,1= 26771 (KG). Thoả mản vì Pph= 30000 (KG)
4.4.2. Tính chính xác độ bền dây xích trong thời gian khởi động
Lực căng bộ phận kéo trong thời gian khởi động:
Skđ = r m k S V k N * * * 102 Trong đó : N = 22 (kW) = 0,96 k = 1,3 V = 1,41 (m/s) Sr= S4 = 1944 (KG) Skđ = 1944 41 , 1 3 , 1 * 96 , 0 * 22 * 102 3930,2 (KG) Nếu bộ phận kéo dùng hai xích thì: Skđ= 0,6* 3930,2 = 2358 (KG) = 2,358 (T)
Kiểm tra bộ phận kéo trong thời gian khởi động, ta có:
Skđ 1,5*S Trong đó : 3000( ) 3( ) 10 30000 T KG k S S ñ
Skđ= 2,358(T) 1,5*3 = 4,5 (T) (điều kiện này thoả)
4.5. Tính kiểm nghiệmđĩa xích
Theo hệ thống số răng đĩa xích truyền dộng bằng số răng đĩa xích căng băng là 6 răng
Hình 4.2. Bản vẽ chế tạo đĩa xích dc = 1206( ) 1,206( ) 6 180 sin 603 180 sin m mm z tx Với bước xích : tx = 603 (mm)
+ Đường kính cơ sở của đĩa xích :
Dt 0,204*V2 0,204*1,412 0,41(m)
4.6. Tính thiết bị phanh
+ Lực kéo của băng :
Wo = SR – SV = S3 – S4 = 2929,2 – 1944 = 985,2 (KG) + Mômen phanh cần thiết trên trục truyền động băng gầu:
Trong đó :
-Do = 0,4 (m) : đường kính đĩa xích
-Wo = 985,2 (KG) :lực kéo của băng
-q = 22,8 (KG/m) :khốilượng hàng trên một đơn vị chiều dài
-CT = 0,5 : hệ số giảm nhỏ có thể lực cản của băng tải
- = 0,96 :hiệu suất của đĩa xích
+ Kiểu phanh TK-500
- Đường kính bánh phanh :500 (mm)
- Chiều rộng má phanh : 200 (mm)
Hình 4.3. Hệ thống phanh
- Mômen phanh : 250 (KGm)
- Hành trình của nam châm điện : 2,3 (mm)
- Hành trình của má phanh : 1,15 (mm)
- Khối lượng phanh không kể nam châm điện : 379 (kg)
4.7. Các dạng hỏng và nguyên nhân
Cơ cấu gầu tải xích dùng để chuyển than từ tàu lên trên bờ tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại thường làm việc ngoài trời và điều kiện che chắn không được đảm bảo. Việc vận chuyển than là các hạt nhỏ, mịn bụi nhiều. Bên cạnh đó là các yếu tố ảnh hưởng đến mòn như các hóa chất, nước mưa, đặc biệt là hơi nước, gây ăn mòn hoá học, mòn điện hoá,..các yếu tố đó gây nên các dạng hỏng như bị mòn xích, chốt xích, răng đĩa xích và xảy ra quá trình ăn mòn hóa học như vị oxy hóa.
4.7.1. Mòn xích, gầu tải, chốt xích, đĩa xích
Mòn là dạng hỏng thường gặp nhất trong hệ thống vì khi chịu tải, bề mặt tiếp xúc chịu áp suất lớn, lại có sự xoay tương đối khi vào và ra khớp với răng đĩa trong điều kiện bôi trơn ma sát ướt không thể hình thành dù rằng bộ truyền được bôi trơn liên tục. Khi bản lề bị mòn làm cho bước xích tăng lên do đó xích ăn khớp không chính xác với răng đĩa và càng bị mòn, xích ăn khớp với răng đĩa xa tâm đĩa dẫn đến xích hay bị tuột và cuối cùng có thể bị đứt.
Do gầu trực tiếp tiếp xúc với than nên phần lưỡi gầu bị mòn nhiều nhất. Để hạ giá thành sản xuất tiết kiệm chi phí thì những gầu bị mòn lưỡi thì sẽ được hàn đắp lưỡi gầu lại để tiếp tục sử dụng.
Hình 4.5. Lưỡi gầu sau khi được hàn đắp
Hình 4.7. Xích mòn bịđứt
Môi trường làm việc không được bôi trơn đầy đủ, bộ truyền làm việc không được che chắn kín và thường xuyên bị bụi và than rơi vãi vào nên xích bị mòn. Hoặc khi khởi động quá tải lớn, hoặc va đập lớn thì sẽ làm cho xích bịđứt.
Mòn là dạng hỏng nguy hiểm nhất của bộ truyền xích và là nguyên nhân chủ yếu làm mất khả năng làm việc của bộ truyền.
Quá trình mòn nói chung được định lượng bằng tốc độ mòn là thể tích hay khối lượng vật liệu bị tách ra khỏi bề mặt trong một đơn vị thời gian hay một đơn vị chiều dài trượt. Các dạng khác có thể không có thứ nguyên như tỷ số chiều sâu vật liệu mòn trên một đơn vị chiều dài trượt hoặc tỷ số thể tích vật liệu tách ra trên một đơn vị chiều dài trượt hoặc tỷ số thể tích vật liệu tách ra trên một đơn vị diện tích tiếp xúc và một đơn vị chiều dài trượt. Mòn là một hàm số phức tạp theo thời gian.
Hình 4.8. Ba trường hợp giả thuyết về thể tích mòn là hàm số của khoảng cách trượt chỉra các giai đoạn chạy rà, ổn định và khốc liệt
Từ đồ thị tốc độ mòn có thể thấy rằng tốc độ mòn giữ hằng số trong một giai đoạn nào đó, sau đó có thể thay đổi nếu có sự thay đổi về cơ chế mòn. Mòn trong quá trình chạy và cấu trúc vật liệu ban đầu cũng như trạng thái bề mặt như độ nhẵn, sự tồn tại của lớp màng bề mặt.. Trong giai đoạn chuyển cơ chế mòn, độ nhám bề mặt bị biến đổi do biến dạng dẻo. Tuy nhiên các điều kiện đầu có ảnh hưởng tới sự phá huỷ trong giai đoạn chuyển đổi và thời lượng của nó.
Giống như ma sát, tốc độ mòn của một vật liệu phụ thuộc vào vật liệu đối tiếp hoặc cặp vật liệu, trạng thái bề mặt và điều kiện làm việc. Ý nghĩa của các hệ số mòn hoặc dữ liệu mòn trong các công trình công bố thường nằm ở các giá trịtương đối hơn là các giá trị tuyệt đối.
Mòn là một hàm số phức tạp theo thời gian. Tốc độ mòn ban đầu có thể thấp sau đó tăng hoặc ngược lại ( hình 4.4). Sau một khoảng thời gian nhất định tốc độ mòn giữ hằng số trong một giai đoạn sau đó có thể thay đổi nếu có sự thay đổi về cơ chế mòn trong quá trình thí nghiệm về mòn. Quá trình
chạy rà phụ thuộc vào cấu trúc, tính chất ban đầu của vật liệu và các trạng thái bề mặt. Trong giai đoạn chuyển tiếp nàu độ nhám bề mặt bị biến đổi do biến dạng dẻo ở đỉnh các nhấp nhô bề mặt. Điều kiện ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ mòn bề mặt trong quá trình chạy rà và khoảng thời gian
Bảng 4.1. Hệ số mòn của vật liệu mềm cho các cặp kim loại – kim loại khác nhau với tải trọng 20N và vận tốc trựơt 1,8m/s.
Các giá trị tiêuchuẩn của độ cứng là của vật liệu mòn mềm
hơn trong mỗi cặp vật liệu. Mòn kim loại và hợp kim.
Cặp kim loại Độ cứng Vicers (kg/mm2) Hệ số mòn K (x10-4)
Cadmium trượt trên Cadmium 20 57
Kẽm trựơt trên kẽm 38 530
Bạc trựot trên bạc 43 40
Đồng trượt trên đồng 95 110
Thép các bon thấp trượt trên thép các bon thấp
158 150
Thép trắng trượt trên thép trắng 217 70
Cadmium trượt trên các bon thấp 20 0,3
Đồng trượt trên thép các bon thấp 95 5
Platin trượt trên thép các bon thấp 138 5
Thép các bon thấp trượt trên đồng 95 1,7
Các bề mặt kim loại và hợp kim sạch ở các tiếp xúc rắn biểu hiện tính dính cao do đó ma sát và mòn cao, đặc biệt tiếp xúc của các bề mặt sạch trong chân không cho tốc độ mòn rất cao. Các lớp màng hoá học mỏng nhất hình thành trên bề mặt tiếp xúc đều có khả năng giảm dính dẫn đến giảm ma sát và mòn. Trong trường hợp kim loại mềm như In, Pb và Sn tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô rất rộng và thậm chí khi tỷ trọng nhỏ do đó tốc độ mòn cao. Các kim loại có cấu trúc lục giác xếp chặt như Co và Mg cũng như các kim loại không có cấu trúc này như Mo, Cr đều biểu hiện ma sát và mòn thấp. Do đó Co, Mo và Cr là các nguyên tố hợp kim thông dụng trong thép để giảm ma sát và mòn đồng thời tăng khả năng chống ăn mòn. Nói chung mòn của hợp kim thấp hơn các nguyên tố nguyên chất . Hệ số mòn k cho một loạt các kim loại giống và khác nhau.
Thép là dạng vật liệu thông dụng nhất sử dụng trong cả ứng dụng cấu trúc và tribological. Trên cơ sở của thành phần hoá học ( tỷ lệ % của nguyên tố hợp kim và các bon) và đặc điểm quá trình gia công, một loạt các tính chất vật lý và cấu trúc tế vi khác nhau được hình thành. Khả năng chống mòn của thép có cấu trúc khác nhau chỉ ra trên hình II.13.
Các dữ liệu về mòn chỉ ra rằng trong số các loại thép thí nghiệm kiểu từ 201 – 301 và độ cứng đạt 440C thép loại Nitronic cho khả năng chống mòn tốt khi bản thân chúng trượt với nhau trong điều kiện không bôi trơn. Tốc độ mòn của thép hợp kim niken cao nằm trong khoảng giữa thép trắng macténit và ốtstennit. Các hợp kim trên nền Co cũng có tính chống mòn cao. Sự phối hợp vật liệu khác nhau như thép với đồng Si và hợp kim Stellite. Các dữ liệu về mòn cũng chỉ ra rằng có thể cải thiện khả năng chống mòn bằng việc thay đổi tính chất các lớp về bề mặt bằng các biện pháp xử lý bề mặt hoặc phủ bề mặt vv… các thông số vận hành như tải trọng pháp tuyến, tốc độ trượt tương
đối, và môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến chế độ mòn cũng như tốc độ mòn.
4.7.2. Các yếu tốảnh hưởng tới mòn
Thực chất có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ mòn của các bề mặt trượt. Tuy ảnh hưởng của các yếu tố này được phân chia theo nhiều đề mục nhỏ nhưng thực chất chúng có mối quan hệ với nhau và rất khó tách các yếu tố riêng biệt. Ví dụ: nhiệt độ cao sinh ra ở bề mặt tiếp xúc do tải trọng và tốc độtrượt lớn. Nhiệt độ này ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành lớp màng bề mặt và có thể tạo sự thay đổi về cấu trúc tế vi và độ cứng về mặt.
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mòn ôxy hoá
Sự hình thành lớp màng ôxy hoá bề mặt có giảm tốc độ mòn tới hai lần so với làm việc trong môi trường khí trơ. Ở nhiệt độ thấp, sản phẩm của quá trình ôxy hoá bề mặt chỉ hình thành ở đỉnh các nhấp nhô tiếp xúc. Ở nhiệt độ cao hơn, ôxy hoá xảy ra trên toàn bề mặt và ảnh hưởng tới mòn. Khi sử dụng thép làm đôi ma sát, sản phẩm ôxy hoá của các hạt mòn phụ thuộc vào điều kiện trượt. Ở tốc độ thấp, các hạt mòn chủ yếu là α- Fe3O4 , ở tốc độ cao là FeO.
Ôxy và các phân tử của các nguyên tố khác hấp thụ trên bề mặt của kim loại và tạo nên liên kết hoá học mạnh với các bề mặt này. Sự khuyếch tán của các nguyên tố có hoạt tính qua lớp này bị chậm dần theo thời gian. Tốc độ ôxy hoá của sắt và nhiều kim loại tuân theo quy luật parabol.
h = Ct1/2
Trong đó : h là chiều dày của lớp màng ôxy hoá, t là giá trị tăng trung bình của thời gian, C là là hằng số của parabôn.
Bời vì hiện tượng khuyếch tán phụ thuộc vào tác động của nhiệt, tốc độ dày lên của lớp màng ôxy hoá trong quá trình trượt là một hàm số của nhiệt độtương tự như ôxy hoá ở điều kiện tĩnh.
K = e(-Q/RT)
K là hằng số của parabol mô tả tốc độ dày lên của lớp màng ôxy hoá, A là hằng số
Arrhenius (kg2/(m4s)) của phản ứng ôxy hoá, Q là năng lượng hoạt tính của parabôn liên quan đến ôxuýt (KJ/mole), là hằng số khí Arhenius trong trường hợp trượt. Hằng số này gấp khoảng vài lần hằng số trong điều kiện tĩnh. Điều này có nghĩa là tốc độ ôxy hoá trong điều kiện trượt xảy ra nhanh hơn điều kiện tĩnh nhiều do tốc độ khuyếch tán của sắt qua lớp màng ôxy hoá tăng.
b. Ảnh hưởng của điều kiện vận hành
Bản đồ mòn loại trừ ảnh hưởng của môi trường đến các cơ chế mòn. Không có một cơ chế mòn đơn nào xảy ra trong một dải rộng các điều kiện vận hành, thực tế luôn tồn tại một vài cơ chế mòn mà vai trò của chúng đối