đồ án máy đào lò trong khai thác mỏ

_Nguyên lý làm việc của bộ phận cắt: Khi trục tang quay, các trạc và răng cắt quay theo, kết hợp với bộ phận di chuyển đa máy chuyển động lên phía trớc theo hớng trục, các răng cắt phá h

LờI NóI ĐầU

Đồ án Máy Khai Thác do sinh viên Nguyễn Văn Hải lớp cơ khí mỏ K44 thực hiện, với sự hớng dẫn của thầy giáo Vũ Thế Sự Bộ môn Máy và Thiết Bị mỏ Trờng đại học mỏ địa chất Hà Nội Đồ án bao gồm:

Chơng I: Giới thiệu chung về máy

Chơng II: Tính toán sơ bộ về máy

Chơng III:Tính toán phần chuyên đề bộ phận chuyển tải

Đồ án thiết kế nhằm giúp cho sinh viên trong ngành có đợc kiến thức cơ bản để tính toán một máy đào lò, cũng nh một số máy Khai thác khác

Đồ án đợc thực hiện với giúp đỡ tận tình của thầy giáo Vũ Thế Sự Vì một

số hạn chế nhất định , đặc biệt về vốn kiến thức còn hạn chế nên trong tính toán không thể tránh đợc những sai sót và có những phần cha đợc chính xác với yêu cầu đề bài đề ra Bởi vậy em mong các thầy, cô giáo trong khoa, bộ môn chỉ bảo và giúp đỡ em để em có thể dần hoàn thiện mình hơn Em xin chân thành cảm ơn, qua đây em xin cảm ơn thầy Vũ Thế Sự đã tận tình giúp

đỡ em để em hoàn thành đồ án môn học này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà nội: 22/8/2003

SV: Nguyễn Văn Hải

Chơng i: giới thiệu chung về máy

1.1 Khái niệm về máy

Đây là loại máy thực hiện đào lò bằng lực cơ học và chất bốc đất đá đã phá huỷ bằng phơng tiện vận tải Đào lò bằng phơng pháp này là phơng pháp tiên tiến, cho năng suất cao, an toàn, giữ vững ổn định đất đá xung quanh chu vi lò, tiết diện đào lò chính xác, thành lò đẹp Tuy nhiên mỗi loại máy chỉ chỉ dùng với những tiết diện nhất định, đồng thời chỉ dùng khi độ kiên cố của đất đá có f  5

Máy liên hợp đào lò có bộ phận khấu kiểu khoan phá là loại máy thực hiện đào cắt đất đá đồng thời trên toàn bộ trên toàn bộ tiết diện ngang lò và máy liên tục tiến

1.2 Kết cấu máy

Các bộ phận chính của máy bao gồm: Bộ phận cắt (phá huỷ) đất đá, hai bộ chính còn lại làm chức năng xúc bốc và di chuyển

4 Bộ phận chuyển tải

3 Bộ phận di chuyển

Sơ đồ kết cấu máy

2 Bộ phận khấu

1 Thân máy

 Bộ phận khấu: Ta chọn bộ phận cắt kiểu khoan dạng rô to có kết cấu nh sau

Bộ phận khấu kiểu khoan

4 Bộ phận cắt phụ

1 Trục

2 Trạc

3 Răng cắt

_Trục 1 liên kết với phần đẫn động quay của máy, đầu trục 1 có gắn các trạc 2, trên trục 2 có gắn các giá 3 để lắp các răng 4 Trên các giá có thể

có 1 hoặc nhiều răng cắt

_Nguyên lý làm việc của bộ phận cắt: Khi trục tang quay, các trạc và răng cắt quay theo, kết hợp với bộ phận di chuyển đa máy chuyển động lên phía trớc theo hớng trục, các răng cắt phá huỷ để tạo thành các rãnh vòng

đồng tâm, còn bỏ lại trên mặt gơng các vành đất đá đồng tâm Các vành đất

đá này sẽ dợc gạt vỡ bởi các trục đập lắp chếch phía sau các trạc Các rãnh tròn đất đá đợc các răng cắt phá huỷ khoảng 40% diện tích gơng Khoảnh 40% diện tích đợch phá huỷ bởi trục đập Còn khoảng 20% diện tích đất đá trên tiết diện gơng đợc cắt bởi các bộ phận cắt phụ 5 để tạo dạng thân vòm

Bộ phận cắt phụ 5 là hai tang có trục quay vuông góc với trục 1, trên mặt tang có lắp các răng cắt Các tang phụ này lắp phía sau các trạc theo chiều tiến của máy nên không cản trở bộ phận cắt chính

Kết cấu răng cắt

Bộ phận xúc bốc (Bộ phận chuyển tải)

_Làm nhiệm vụ thứ hai của máy: chất bốc đất đá đã đợc phá huỷ bởi

bộ phận cắt lên phơng tiện vận tải, bộ phận này thờng gồm hai phần là phần xúc bốc trực tiếp và phần truyền tải trung gian

Ta chọn phần xúc bốc trực tiếp là bộ phận xúc kiểu gầu xúc Các gầu xúc bố trí theo chu vi ngoài nhng về phía sau bộ phận cắt rô to Khi rô to quay, gầu xúc đất đá ở phía dới và đổ vào phễu nhận 3 ở phía trên từ đó đất

đá đi vào băng tải của máy guồng xoắn gắn với tang cắt phụ có tác dụng

đẩy đất đất đá vào giữa

2 Bộ phận cắt

3 Phễu nhận

1 Gầu xúc

Bộ phận xúc kiểu gầu

Ưu điểm của loại này là kết đơn giản, không cần dẫn động cho gầu Nhng có năng suất thấp, khi xúc đất đá dễ bị dính vào gầu làm giảm hiệu quả xúc

Ta chọn bộ phận chuyển tải trung gian là băng tải.

 Bộ phận di chuyển : Ta chọn bộ phận di chuyển kiểu bớc

 Sơ đồ dẫn động của máy

Sơ đồ dẫn động

Chơng ii: tính toán chung

2.1 Xác định mô men cản cắt răng

- Nhận xét : Bộ phận khấu của máy là bộ phận cắt kiểu khoan dạng rô to, có dạng 3 trạc bố trí trên đờng tròn và trên đó bố trí các răng cắt Bộ phận khấu này ta bố trí một mũi khoan có kết cấu tơng tự nh bộ phận cắt chính nhng trong quá trình làm việc quay ngợc chiều với bộ phận cắt chính Mục đích của việc làm này là làm giảm mô men cản cắt lên bộ phận khấu của máy, từ đó giảm công suất của động cơ

Với kết cấu đầu khoan và răng cắt trên đó cho nên tiết diện nh nhau

 ta coi lực tác dụng lên các răng cắt là nh nhau

- Sơ đồ lắp răng và bố trí răng cắt

h

B bề rộng dao

h chiều cao răng

t b ớc cắt

a khoảng cách 2 răng

Bớc cắt t = B + a

Để a dễ vỡ t = ( 1,5  2,3 ) h = 1,5 65 = 97,5 mm = 0,0975m Trong đó chọn B = 21 mm  a = t – B = 97,5 – 21 = 76,5 mm

Số răng cắt ( z ) 20 , 5

5 , 97

2000 2

/







t

D z

 ta chọn 21 răng cắt

Để cho trên bề mặt tiết diện số răng cắt vào một cách có hiệu quả, do

đó ta có sơ đồ lắp răng của ba trạc nh sau

1 2 3

K

2 1 3

3 2 1

2 1 3

3 2 1

2 1 3

3 2 1

- Xác định mô men cản cắt răng

_ Gọi mô men cản lên mũi khoan của bộ phận khấu là M0

_ Gọi mô men cản lên các trạc của bộ phận khấu lần lợt là M1, M2, M3

_ Gọi Mt là mô men của tang cắt phụ

_ Ta đi xác định lực cản cắt trên các răng cắt

Px = h a0 B (N).

h : Chièu sâu cắt ( 65 mm = 6,5mm )

a0 : Hiệu suất lực cản cắt ( 30 N / cm2 )

B : Bề rộng phoi cắt ( 21mm = 2,1mm )

 Px = 6,5 30 2,1 = 409,5 N = 0,4 KN

Ta lần lợt tính các mô men M0, M1, M2, M3, Mt

M0 = Px.t + Px4t + Px2t + Px5t + Px3t + Px6t

= Px ( t + 4t + 2t + 5t + 3t + 6t ) = Px.21t

= 0,4.21.0,0975 = 0,819 KN.m

M1 = Px.7t + Px.10t + Px.13t + Px.16t + Px.19t

= Px ( 7t + 10t + 13t + 16t +19t ) = Px.65t

= 0,4.65.0,0975 = 2,535 KNm

M2 = Px.8t + Px.11t + Px.14t + Px.17t + Px.19t

= Px ( 8t + 11t + 14t + 17t +20t ) = Px.70t

= 0,4.70.0,0975 = 2,73 KNm

M3 = Px.9t + Px.12t + Px.15t + Px.18t + Px.21t

= Px ( 9t + 12t + 15t + 18t +21t ) = Px.75t

= 0,4.75.0,0975 = 2,925 KNm

Vậy tổng mô men cản cắt lên bộ phận khấu chính là

Mkh = M1 + M2 + M3 – M0 = 2,535 + 2,73 + 2,925 – 0,819 Mkh = 7,371 KNm

- Ta đi tính mô men cản cắt của hai tang cắt phụ

Trên một tang cắt phụ ta chọn 3 răng cắt đồng thời vào cắt cùng một lúc Giả sử các răng cắt này có kết cấu gần giống nh các răng cắt trên bộ phận khấu chính khi đó lực cản cắt trên các răng này cũng có giá trị là :

Px = 0,4 KN

Ta tính đợc mô men cản cắt trên tang cắt phụ là Mt

Mt = 2.3.[ 0,4.( 0,065 + 0,5 ) ] = 1,356 KNm

_ Nh vậy tổng mô men cản cắt lên toàn bộ phận khấu của là M bằng tổng các mô men thành phần

M = Mkh + Mt = 7,371 + 1,356 = 8,727 KNm

2.2.Công suất động cơ

N = M.

30

n



  n = 100  300 v/p

Chọn n = 100 v/p

 10 , 46 /

30

100 14 , 3

s rad





 Vậy N = 8,727.10,46 = 91,28 KW

Ta chọn động cơ có công suất 92 KW

Chơng iii: tính toán thiết bị bốc xúc 3.1 Khái niệm chung

_ Thiết bị bốc dỡ là thiết bị bốc dỡ tải của máy liên hợp đào lò, đợc dùng để chất các cục đất mỏ đợc đập vỡ ra bằng bộ phận khấu, lên các toa

xe goòng hoặc lên các máng cào Nó thờng gồm có phần xúc, thực hiên mang các cục đất đá ( hoặc than ) và chất nó lên ( bốc dỡ nó ) băng tải ( hoặc máng cào ) chuyển động, phần thứ hai của thiết bị bốc xúc

_ Băng tải truyền động vận chuyển đất đá ( hoặc than ) từ các thiết bị gầu xúc đến các toa goòng hoặc máng cào dọc vỉa Trong trờng hợp việc xúc các cục và vận chuyển nó đợc thực hiện bằng một cơ cấu

_ Thiết bị bốc dỡ của máy liên hợp đào lò cần phải :

Chất đất đá hoặc than trên toàn bộ vùng làm việc của bộ phận khấu, không để lại than cám trên nền lò

Chất tốt đất đá mỏ ẩm ớt, không gây dính bám lên thiết bị bốc

dỡ

Có cầu dỡ tải thực hiện phơng pháp bốc dỡ vào những toa goòng đứng trên hai đờng cạnh nhau

Có kích thớc không lớn, không gây bụi trong thời gian làm việc

_ Đồng thời thiết bị bốc dỡ nh một cơ cấu nối liền, cần có độ bền cao khá, đơn giản về thiết bị, bảo dỡng có sửa chữa

Trên các máy liên hợp hiện đại cơ cấu xúc đợc dùng các kiểu sau: gầu, cào, guồng xoắn ( vít tải ), chọn thiết bị xúc kiểu này hay kiểu khác th-ờng đợc xác định bởi kết cấu của bộ phận khấu

_ Đặc điểm làm việc của bộ phận xúc máy liên hợp đào lò là ở chỗ

nó thờng gây vỡ vụn vật liệu Vì vậy phơng pháp đập các cục lớn hoặc làm tơi vật liệu bốc dỡ chúng có thể có mức độ nhỏ hơn so với thiết bị chất tải của máy liên hợp khai thác

3.2 Tính toán thiết bị bốc dỡ kiểu gầu

_ Năng suất bộ phận xúc bốc kiểu gầu

Q = .q.i.n m3/phút

 Hệ số chất đầy gầu,  = 0,1  0,15

q Dung tích gầu ( m3) Ta chọn q = 0,1 m3

i Số gầu i = 3

n Tốc độ quay của bộ phận công tác n =100v/p

Q = 0,1.0,1.3.100 = 3 m3/phút

_ Công suất tiêu hao để dẫn động thiết bị bốc xúc kiểu gầu đợc tính

nh sau

Lực vòng trên gầu khi đào xúc vật liệu:

P1= k.b.c, KG

k Sức cản riêng khi đào xúc, KG.k = 1 2

b Chiều rộng gầu,cm

c Chiều lớp cắt do gầu đào xúc, cm

Nếu coi quãng đờng xúc bằng l, chúng ta có:

c.b.l = q.

Từ biểu thức này chúng ta có

KG l

q k

P1 . ., với

l b

q c





Tổng quãng đờng đào xúc tất cả các gầu  = l.i.

Công để đào xúc: A1 = P1.l.i.n = k q..i.n, KGm/phút

Ngoài điều này công chi phí cho việc nâng vật liệu đến vị trí rỡ tải, chiều cao này đợc tính bằng đờng kính đờng lò D, chúng ta nhận đợc

A2 = q..i.n..D, KGm/phút

Công suất dẫn động thiết bị bốc dỡ kiểu gầu sẽ bằng:

102 60

) ( 102

60

) ( 102 60

2

A

3.3 Tính toán bộ phận chuyển tải ( Băng tải )

3.3.1 Giới thiệu kết cấu băng tải

Băng tải gồm có trạm dẫn động, trạm kéo căng và hệ thống con lăn đỡ băng, tấm băng và hệ thống dỡ tải Băng tải có thể đặt và làm việc trên mặt phẳng nằm ngang hay nghiêng Vật liệu trên băng tải đợc dỡ ra đầu cuối của hành trình băng hoặc giữa băng Lực kéo băng đợc truyền từ tang dẫn động bằng ma sát và lực kéo đó phụ thuộc nhiều vào hệ số ma sát, góc ôm của băng với tang dẫn động và sức cằng ban đầu của băng Những thông số cơ bản của băng tải là năng suất , chiều rộng băng , tốc độ chuyển động băng và công suất

động cơ Băng tải có các loại cố định nửa cố định và di động

Băng tải sẽ thiết kế là băng tải cố định , Có năng suất yêu cầu Q= 6m3/phút = 378T/h, chiều dài băng tải L = 6 m,  =9o ,  = 1,05 t/m3 , kích

th-ớc cục vật liệu vận tải amax =200mm Gồm có các chi tiết chính :

Hình 1- Con lăn lòng máng

1 Con lăn nhánh có tải

2 Con lăn nhánh không tải

Hình 2- Trạm dẫn động

Trạm dẫn động của băng tải gồm tang dẫn động, hộp giảm tốc, khớp nối và cơ cấu làm sạch băng Tất cả các bộ phận trên đây phục vụ cho mục đích dẫn

động băng tải Trạm dẫn động hoạt động bằng cách trạm truyền lực kéo bằng

ma sát vì sự nén băng vào tang dẫn động nhờ sức căng của nó

Hình 3- Tấm băng

Trong các bộ phận cấu thành băng tải thì tấm băng là một bộ phân chủ yếu làm nhiệm vụ kéo tải và đồng thời làm nhiệm vụ chứa đựng vật liệu

vận tải _ Sơ đồ động học của máy

Nguyên lí làm việc của băng tải

Dây băng 1 vòng qua các tang chủ động ở đầu 2 và tang kéo căng phía

đuôi 3 rồi đợc nối thành vòng kín Các con lăn nhánh có tải 5 và nhánh không tải 4 dùng để đỡ dây băng, đợc lắp trên cả chiều dài băng tải Để tăng góc ôm trên tang chủ động ( tăng khả năng kéo) ngời ta lắp thêm con lăn ép băng 7

3.3.2. Tính toán sơ bộ thiết kế băng tải.

1 Tính chọn chiều rộng băng

Theo [2] chiều rộng băng đợc tính theo công thức



















1

,

1



v K

Q

Trong đó:

yc

Q : Năng suất yêu cầu của bămg tảI (t/h)

yc

Q = 378 (t/h)

K: Hệ số năng suất

Chọn theo bảng 4 [1]: k = 470

v: Tốc độ chuyển động của băng ( m/s )

Ta chọn v sơ bộ theo tiêu chuẩn là 1,6 ( m/s )

: Khối lợng vật liệu vận tải

t / m 3

05 , 1



Thay vào (1) ta đợc:















05 , 1 6 , 1 470

189

1 , 1

B = 0,59 (m) = 590 (mm)

Ta chọn chiều rộng băng tiêu chuẩn với B tc B

Btc = 650, mm

Theo [1] thì chiều rộng của băng cần đợc kiểm tra theo kích thớc cỡ hạt vật liệu:

Với vật liệu nguyên khai: B tc  a max 200

am = 200 mm: là kích thớc lớn nhất của vật liệu.

Vậy chiều rộng băng là hợp lý

2 Xác định khối lợng phân bố trên 1 mét chiều dài của băng

Khối lợng phân bố trên 1 mét chiều dài của vật liệu vận tải là:

) / ( 81 , 32 6 , 1 6 , 3

189

6 ,

Q

Khối lợng 1 mét băng có lõi vải là:

Theo [2]:

1 ,

1     

B: chiều rộng băng tiêu chuẩn B = 1000 (mm) = 1 (m)

I: Số lớp vảI trong băng

1

 : Chiều lớp cao su mặt trên tiếp xúc vật liệu (mm)

2

 :Chiều lớp cao su mặt phía dới (mm)

 :Chiều lớp cao su mặt dính giữa 2 lớp vải với nhau

Ta chọn băng tải kp  300

Theo [3]ta có : Với B =1000 (mm) thì

1

 = 3 (mm)

2

 = 1 (mm)

 = 0,5 (mm)

i = 5 (lớp)

Thay các số liệu vào (2) ta đợc:

) / ( 6475 , 4 ) 1 5 , 0 5 3 ( 65 , 0 1 ,

3 Khối lợng phần quay của các con lăn:

Theo [1]: ta có :

' cl

' cl ' cl

l

m

q  (kg/m) (3)

'' cl

'' cl '' cl

l

m

q  (kg/m) (4)

'

cl

'

cl , m

m : Khối lợng phần quay của con lăn tơng ứng nhánh có tải và không có tải (kg)

'

cl

'

cl l

l : Khoảng cách giữa hai hàng con lăn nhánh có tải và lhông có tải (m)

cl

'

cl 2 l.

l 

Theo [3] ta có: l cl'  1300 (mm)  1 , 3 (m)

) ( 6 , 2 3 , 1 2

l cl  

Theo [1] : ( Với đờng kính con lăn là 127(mm) )

) ( 5 , 8

m cl 

) ( 7 , 7

m cl  Thay vào (3) và (4) ta đợc:

) / ( 53 , 6 3 , 1

5 , 8

) / ( 96 , 2 6 , 2

7 , 7

4 Tính toán sức cản chuyển động không tải, có tải, tổng cản

Sức cản chuyển động trên nhánh không tải là:

' '' cl b

kt [( q q ) .

W    cos  q b sin] L g (N) (5)

Sức cản chuyển động trên nhánh có tải là:

).

q q q [(

cl b

ct     cos ( qq b ) sin] L g (N) (6)

Trong đó:

b

q : Khối lợng 1m băng q b  4 , 6475 (kg/m)

81 , 32



q (kg/m)

'

cl

q : Khối lợng phần quay con lăn nhánh có tải trên 1(m) chiều dài

53 , 6

'



cl

q (kg/m)

'

cl

q : Khối lợng phần quay con lăn nhánh không tải trên 1(m) chiều dài

96 , 2

''



cl

q (kg/m)

: Độ dốc  9 0

L: Chiều dài băng tải L = 10 (m)

) s / m ( 80

,

9

'

 : Hệ số sức cản chuyển động

Thực tế trên nhánh có tải và không tải có giá trị khác nhau Nhng sai khác không nhiều nên coi gần bằng nhau

Theo [4]: ' 0 , 025 0 , 05





Ta lấy ' 0 , 04



 Thay các số liệu vào công thức (5), (6) ta đợc:

81 , 9 10 ].

9 sin 64 , 4 9 cos 04 , 0 ).

96 , 2 64 , 4







kt

17 , 25





kt

81 , 9 6 ].

9 sin ).

64 , 4 81 , 32 ( 9 cos 04 , 0 ).

53 , 6 64 , 4 81

,

32



ct

11 , 445



ct

Tổng cản:

kt ct

W   (N)

) 17 , 25 ( 11 , 445

420

W (N)

5 Tính toán và vẽ biểu đồ sức căng băng

Để xác định đợc lực căng tại 1 vị trí bất kỳ trên đờng viền khép kín của dây băng, ta phải xác định đợc lực căng ban đầu thoả mãn 2 điều kiện:

r

0 S

S  và S  0 S min

0

S : Lực căng ban đầu do trạm kéo căng tạo ra, đảm bảo tăng dẫn có thể truyền lực kéo cho băng

min

S : Lực căng tối thiểu trên nhánh có tải

r

S : Lực căng tại điểm ra khỏi tang đẫn động

1

r S

S  (7)

Lực căng tại các điểm tiếp theo đợc tính nh sau:

12 1

S  

2

S : Lực căng tại điểm 2

12

W : Lực cản trên nhánh không tải W 12 W kt

2

3 K S

3

S : Lực căng tại điểm 3

K : Hệ số sức cản thực nghiệm K 1 , 021 , 03

12 1

3 K S K W

Ta lấy K  1 , 025

34 3 t

S   

4

S : Lực căng tại điểm 4

34

W : Lực cản trên nhánh có tải W 34 W ct

t

S : Lực căng tại điểm tới tang dẫn động

34 12 1

t

4 S K S K W W

Theo phơng trình ở trên ta có:



 r f

t S e

S (9)



f

e : Nhân tố kéo

f: Hệ số ma sát

 : Góc ôm băng trên tang