Nghiên cứu thiết kế hệ thống băng tải xích tự động cào tro xỉ của lò hơi chạy than trong nhà máy nhiệt điện

Nghiên cứu thiết kế hệ thống băng tải xích tự động cào tro xỉ của lò hơi chạy than trong nhà máy nhiệt điện Nghiên cứu thiết kế hệ thống băng tải xích tự động cào tro xỉ của lò hơi chạy than trong nhà máy nhiệt điện luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Hà N ội – 2019

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN THÙY DƯƠNG

C ỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

H ọ và tên tác giả luận văn : Trần Quang Hà

Đề tài luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thống băng tải xích tự động cào tro xỉ của

lò hơi chạy than trong nhà máy nhiệt điện

Chuyên ngành: Cơ điện tử

Mã s ố SV: CB170074

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác

giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 23/09/2019 với các nội dung sau:

- Ý ki ến hội đồng:Bổ sung đánh giá tổng quan

*Tác gi ả luận văn chỉnh sửa:đã bổ sung đánh giá tổng quan

- Ý ki ến hội đồng:Sửa chữa các lỗi chính tả, hình vẽ minh họa của luận văn

* Tác gi ả luận văn chỉnh sửa: học viên đã sửa chữa luận văn

- Ý ki ến hội đồng: Bổ sung phần điều khiển một vài trang để tăng hàm lượng học

thuật điều khiển của hệ thống

Tác gi ả luận văn chỉnh sửa: học viên đã bổ sung phần điều khiển

- Ý ki ến hội đồng: Bổ sung bản vẽ thiết kế hệ thống

Tác gi ả luận văn chỉnh sửa: học viên đã bổ sung bản vẽ thiết kế

Ngày 11 tháng 10 năm 2019

TS NGUY ỄN THÙY DƯƠNG TR ẦN QUANG HÀ

CH Ủ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS TS PH ẠM VĂN HÙNG

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các nội dung được trình bày trong luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân tôi, không có sự sao chép của bất cứ tác giả nào Tôi xin

tự chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình

Tác giả

TR ẦN QUANG HÀ

M ỤC LỤC

L ỜI CAM ĐOAN i

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii

DANH M ỤC CÁC BẢNG x

I ĐẶT VẤN ĐỀ 1

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 1

III PH ẠM VI NGHIÊN CỨU 2

IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN 2

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 2

VI N ỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI XÍCH TỰ ĐỘNG CÀO TRO XỈ CỦA LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHẠY THAN 4

1.1 Mô t ả hệ thống thuyền xỉ trong nhà máy nhiệt điện đốt than 4

1.2 Các lo ại xích kéo trong hệ thống xích tải cào 5

1.3 Các lo ại băng tải cào 12

1.4 Các lo ại bánh xích 17

1.5 Con lăn điều hướng 20

1.6 B ộ thống số cho trước 22

K ết luận chương một 23

Chương 2 24

THI ẾT KẾ HỆ THỐNG XÍCH TẢI 24

2.1 T ải trọng tác dụng lên xích và phương pháp tính xích 24

2.2 Tính toán xích kéo 25

2.3 L ực căng xích tối thiểu trên nhánh có tải 26

2.4 Tính toán l ực căng theo chu tuyến 28

2.5 L ựa chọn loại xích kéo 33

2.6 Tính chi ều dài và số mắt xích yêu cầu 35

2.7 Các chi ti ết nối xích 37

K ết luận chương hai 39

3.1 Các thông s ố của bánh xích 40

3.1.1 S ố răng bánh xích 40

3.1.2 Đường kính vòng chia của bánh xích 41

3.1.3 Chi ều dày vành răng 42

3.1.4 Biên d ạng răng và các thông số khác 42

3.2 T ải trọng tác dụng và ứng suất trên răng bánh xích 44

3.3 Các thông s ố của cụm con lăn đổi hướng 46

3.3.1 Đường kính vòng chia của bánh xích 46

3.3.2 Kích thước rãnh con lăn đổi hướng 47

3.4 K ết cấu phần may ơ lắp con lăn đổi hướng 48

K ết luận chương ba 50

Chương 4 52

TÍNH TOÁN THI ẾT KẾ HỆ THỐNG TRỤC, BĂNG CÀO VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG T Ự ĐỘNG 52

4.1 Sơ đồ kết cấu trục dẫn động 52

4.2 Tính ph ản lực và biểu đồ mô men 57

4.3 Thi ết kế trục dẫn động 60

4.3.1 Tính chọn đường kính và chiều dài các đoạn trục 60

4.3.2 Tính mối ghép trục với chi tiết đĩa xích và khớp nối 61

4.4 Tính toán ki ểm nghiệm 62

4.4.1 Tính kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi 62

4.4.2 Tính kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnh 64

4.4.3 Tính kiểm nghiệm trục về độ cứng 64

4.5 Tính toán thi ết kế băng cào 66

4.5.1 Tính toán thông s ố để thiết kế 66

4.5.2 Tính ki ểm nghiệm độ bền của băng cào 68

4.6 Tính toán thi ết kế các chi tiết liên kết giữa băng cào và xích 75

4.6.1 T ải trọng tác dụng và sơ đồ tính 75

4.6.2 Kí ch thước của tai liên kết và tính kiểm nghiệm độ bền 77

4.6.3 Tính ki ểm nghiệm tai liên kết bằng phương pháp phần tử hữu hạn 78

4.7 H ệ thống điều khiển tự động 80

4.7.1 Nguyên lý làm vi ệc 80

4.7.2 Thi ết kế hệ thống điều khiển 81

4.7.3 Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống 84

Kết luận chương bốn 86

K ẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 88

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

pt : Khoảng cách tâm hai dãy xích kép

bbc : Chiều rộng băng cào

hbc : Chiều cao băng cào

qvl : Trọng lượng phân bố của vật liệu vận chuyển

q0 : Trọng lượng mỗi mét băng cào không tải

qvl1 : Trọng lượng vật liệu tác động lên một tấm cào

qo1 : Trọng lượng bản thân băng cào/ xích tác động lên

X : Khoảng cách theo chiều ngang giữa hai con lăn đổi

hướng

Ls : Sai số tổng khi tính toán xích, lấy bằng 0.5m

ΣD : Phần xích vòng qua đĩa xích dẫn (Ddx) và các con lăn

r1, r2 : Bán kính profin răng

ƒq : Chiều dài đoạn profin thẳng

b2 : Chiều rộng rãnh trên con lăn đổi hướng

h2 : Chiều sâu rãnh trên con lăn đổi hướng

δ : Lượng dư đề phòng con lăn bị mòn

Do : Đường kính vòng ngoài ổ lăn

k1 : Khoảng cách từ mép ổ đến mép bên của con lăn đổi

hướng

k2 : Khoảng cách giữa hai ổ lăn

Dx : Đường kính lăn của đĩa xích dãn động xích kéo

Tt : Mômen xoắn truyền qua khớp

Dk : Đường kính qua tâm chốt đàn hồi hoặc đường kính

chia của khớp rang

Dbr : Đường kính lăn của bánh răng bị động lắp trên trục

dẫn động xích kéo

α : Góc ăn khớp của bộ truyền bánh rang

di : Đường kính tính toán của đoạn trục

[σ] : Ứng suất cho phép khi tính trục

Mtđ,i : Mômen uốn tương đương

d : Đường kính trục tại vị trí lắp then (Tính mối ghép

trục vs chi tiết đĩa xích)

t1 : Chiều sâu rãnh then trên trục

Ψ : Hệ số (Tính mối ghép trục vs chi tiết đĩa xích) [τc] : Ứng suất cắt cho phép

[σd] : Ứng suất dập cho phép

[s] : Hệ số an toàn cho phép

sσ : Hệ số an toàn tính riêng với ứng suất uốn tại tiết diện

s : Hệ số an toàn tính riêng với ứng suất xoăn tại tiết

diện

σ-1 : Giới hạn mỏi uốn với chu trình đối xứng

τ-1 : Giới hạn mỏi xoắn ứng với chu trình đối xứng

σm : Giá trị trung bình ứng suất uốn

τm : Giá trị trung bình ứng suất xoắn

kσ, kτ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế tại tiết diện

ψσ, ψτ : Hệ số tính đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình lên

độ bền mỏi

Mi : Ứng suất uốn chung tại tiết diện trục

Ti : Ứng suất xoắn chung tại tiết diện trục

ξ : Hệ số tùy theo loại then hoa

[σF] : Ứng suất tương đương cho phép

σch : Giới hạn chảy của vật liệu trục

F : Diện tích mặt cắt trung bình của vật liệu trên máng

v : Vận tốc di chuyển băng cào khi làm việc

γ : Tỉ trọng của vật liệu vận chuyển

k : Tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều cao máng

c : Hệ số tính đến ảnh hưởng của góc nghiêng đường vận

chuyển

mbc : Khối lượng mỗi băng cào

mx : Khối lượng xỉ trong mỗi khoang

Qt : Lực cản của tải lên băng

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.2 Hình ảnh mô phỏng hệ thống xích tải cào 15 Hình 1.3 Các loại xích dùng trong xích tải cào 16

Hình 1.9 Các kết cấu gắn tấm cào với xích 23 Hình 1.10 Các kết câu liên kết xích với máng cào 24 Hình 1.11 Thép hộp chữ nhật dùng chế tạo thân băng cào 25 Hình 1.12 Bộ phận liên kết băng cào với xích 26 Hình 1.13 Bánh xích dùng cho xích ống/xích con lăn 27 Hình 1.14 Bánh xích dùng cho xích mắt ô van, bước nhỏ 28 Hình 1.15 Bánh xích dùng cho xích mắt ô van, bước lớn 28

Hình 1.17 Con lăn đổi hướng dùng cho xích ống và xích con lăn 30 Hình 1.18 Con lăn đổi hướng dùng cho xích hàn mắt ô van bước lớn 31 Hình 2.1 Các loại ứng suất trong mắt xích hàn 35 Hình 2.2 Sơ đồ tính lực căng theo chu tuyến 39

Hình 3.1 Đường kính vòng chia tối thiểu của bánh xích 51 Hình 3.2 Tính dường kính vòng chia xích có bước luân chuyển 51 Hình 3.3 Biên dạng răng bánh xích con lăn thông dụng 53 Hình 3.4 Tải trọng tác dụng lên bánh xích 55 Hình 3.5 Đường kính tối thiểu của con lăn đổi hướng 57 Hình 3.6 Kích thước rãnh trên bề mặt con lăn đổi hướng 58 Hình 3.7 Kết cấu mayơ con lăn đổi hướng lắp cố định với trục 59 Hình 3.8 Kết cấu mayơ con lăn đổi hướng lắp lồng không trên trục 60 Hình 4.1 Lắp con lăn đổi hướng ở máng khô và kết cấu trục 62 Hình 4.2 Lắp con lăn đổi hướng ở máng ướt và kết cấu bán trục 63 Hình 4.3 Sơ đồ các chi tiết trên trục dẫn động xích kéo 63 Hình 4.4 Truyền công suất từ hộp giảm tốc đến trục dẫn động xích kéo 64

Hình 4.8 Biểu đồ mômen và kết cấu dẫn động xích tải cào loại một xích 68 Hình 4.9 Biểu đồ mômen và kết cấu trục dẫn động xích tải cào loại hai

xích

69

Hình 4.10 Kết cấu chung của băng cào thiết kế 76

Hình 4.12 Lực tác dụng lên băng cào ở đoạn máng ngang 79 Hình 4.13 Lực tác dụng lên băng cào ở đoạn máng nghiêng 80

Hình 4.18 Sơ đồ lắp băng cào với xích và tải trọng tác dụng lên tai kéo 85

Hình 4.22 Trường ứng suất trên tai liên kết 89 Hình 4.23 Trường chuyển vị trên tai liên kết 89 Hình 4.24 Sơ đồ nguyên lý hệ thống căng xích tự động 92 Hình 4.25 Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát tự động

Hình 4.30: Cảm biến nhiệt độ điện trở Pt100 95 Hình 4.31: Lưu đồ thuật toán hệ thống tự động 96

DANH M ỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số xích con lăn theo ISO 606 18

Bảng 2.1 Tổng hợp kết quả tính lực căng với hệ số điền đầy 0.8 42

Bảng 2.2 Tổng hợp kết quả tính lực căng với hệ số điền đầy 0.5 43

Bảng 2.4 Các thông số chi tiết của xích đã chọn 45

Bảng 2.5 Thống số và kết quả tính chiều dài xích 46

Bảng 3.1 Thông số biên dạng răng bánh xích đối với xích hàn 53

LỜI MỞ ĐẦU

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Thực trạng tiêu thụ năng lượng ở Việt Nam theo thống kê của chương trình

mục tiêu quốc gia về tiết kiệm và hiệu quả năng lượng, tiêu thụ năng lượng

sơ cấp của Việt Nam năm 2012 là 56.7 triệu TOE (Ton of Oil Equivalent –

tần dầu tương đương), trong đó than chiếm 25.6% phục vụ chủ yếu cho các nhà máy nhiệt điện Với nhu cầu tiêu thụ ngày càng cao, theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030, tổng công suất các nhà máy nhiệt điện vào năm 2030 là khoảng 75.000MW Nhưng loại than được cung cấp cho các nhà máy tiêu thụ thường có độ tro

lớn từ 31-32% nên lượng tro xỉ thải ra chiếm 20-30% lượng than sử dụng

Do đó, hệ thống lấy tro xỉ không chỉ có vai trò thu gom xỉ đáy lò để vận chuyển mà còn có góp phần giảm thiểu ảnh hưởng tới môi trường Từ đầu

thế kỷ trước nhiều nước như Pháp, Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Ấn Độ,… đã tận

dụng tro, xỉ nhiệt điện để đắp nền cải tạo/ gia cố đất, gia cố móng đường, làm phụ gia cho bê tông xi măng, thay thế bộ đá trong bê tông asphalt,…

Nhận thấy điều này, căn cứ Quyết định số 452/QĐ-TTg ngày 12 tháng 4 năm 2017 của thủ tướng chính phủ Phê duyệt Đề án đẩy mạnh xử lý, sử

dụng phụ phẩm của nhà máy nhiệt điện được Bộ Xây dựng biên soạn phối

hợp với Bộ Khoa học và Công nghệ thẩm định và ban hành theo quy định

Hiện nay hệ thống thu gom và vận chuyển tro xỉ vẫn chủ yếu được nhập đồng bộ từ nước ngoài, đặc biệt là với các nhà máy nhiệt điện than công

suất lớn như nhà máy nhiêt điện Formosa (Đồng Nai), Nghi Sơn (Thanh Hóa), Mông Dương (Quảng Ninh),…

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, nghiên cứu về hệ thống thải tro xỉ được xây

dựng để tiến tới làm chủ công nghệ Với sự định hướng của giáo viên

hướng dẫn TS Nguyễn Thùy Dương, luận văn được thực hiện với đề tài:

“Nghiên c ứu thiết kế hệ thống băng tải xích tự động cào tro xỉ của lò hơi chạy than trong nhà máy nhiệt điện”

II M ỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Thiết kế hệ thống xích tải chịu được yêu cầu khắc nghiệt của hệ thống thải tro, xỉ tự động trong các nhà máy nhiệt điện chạy than công suất từ 300MW

trở lên

III PH ẠM VI NGHIÊN CỨU

- Tính toán, thiết kế hệ thống trục và hệ thống băng cào tro, xỉ chịu được nhiệt độ 1000o C khi xỉ vừa ra khỏi lò và chịu được môi trường phức tạp (muối, axit, v.v ) của nước làm mát

- Tính toán bánh xích dẫn động và cụm con lăn đổi hướng

- Tính toán thiết kế hệ thống xích tải

IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN

Ý nghĩa khoa học

- Kết quả nghiên cứu khoa học của luận văn góp phần giải mã công nghệ khi

mà Việt Nam vẫn đang phải nhập khẩu thiết kế và thiết bị đồng bộ

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của luận văn còn có thể ứng dụng sang các

hệ thống xử lý chất thải bằng các lò đốt

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần làm chủ thiết kế để tiến tới có

thể chế tạo ở Việt Nam, các hệ thống thuyền xỉ trong nhà máy nhiệt điện đốt than nhằm nội địa hóa và thay thế nhập khẩu Hiện nay các nhà máy nhiệt điện xây dựng mới hoặc bảo dưỡng hầu như phải nhập khẩu đồng bộ

hệ thống này hoặc nhập toàn bộ thiết kế cùng những bộ phận quan trọng

chế tạo trong nước chỉ là phần vỏ kết cấu Do đó luận văn này có ý nghĩa

thực tiễn

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Luận văn được nghiên cứu dựa trên cơ sở áp dụng lý thuyết về tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí kết hợp với ý kiến chuyên gia cũng như

đi tìm hiểu thực tế tại các nhà máy nhiệt điện của Việt Nam đang vận hành như: nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh; nhà máy nhiệt điện Uông Bí; nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1 và 2; nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả Do đặc điểm tài liệu về thiết kế thiết bị siêu trường, siêu trọng và làm việc trong điều kiện khắc nghiệt ở Việt Nam hầu như không có, còn trên thế giới chỉ phân tích chung chung và các nghiên cứu chuyên sâu thì là bí quyết phát triển của các hãng không được công bố

VI N ỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

Luận văn được trình bày trong 97 trang và 1 trang phụ lục cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống băng tải xích tự động cào tro xỉ của lò hơi nhà máy nhiệt điện chạy than

Chương một của luận văn trình bày tổng quan về hệ thống băng tải xích cào

ỉ tự động Ngoài ra, chương này cũng phân tích đánh giá nhược điểm

cửa các loại xích, bánh xích và đặc điểm làm việc của hệ thống băng tải trong môi trường làm việc khắc nghiệt: nhiệt độ thay đổi từ 45° đến 1000°;

bụi bặm

Chương 2: Thiết kế hệ thống xích tải

Chương này trình bày về việc phân tích điều kiện làm việc và thiết lập biểu

thức tính toán thiết kế và lựa chọn hệ thống xích kéo , đầu nối xích của hệ

thống thuyền xỉ

Chương 3: Tính toán bánh xích dẫn động và cụm con lăn đổi hướng

Chương này trình bày về tính toán, thiết kế kết cấu bánh xích và cụm con lăn đổi hướng trên hệ thống thuyền xỉ

Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống trục và hệ thống băng cào

Trình bày và tính toán thiết kế, kiểm nghiệm hê thống trục dẫn động và các băng cào với hệ thống xích dẫn động thuyền xỉ

Chương 1

T ỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI XÍCH TỰ ĐỘNG CÀO TRO XỈ

C ỦA LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHẠY THAN

1.1 Mô t ả hệ thống thuyền xỉ trong nhà máy nhiệt điện đốt than

Xích tải cào dùng để vận chuyển liên tục vật liệu rời dọc theo các máng cào, có

cấu tạo chung như thể hiện trên hình 1.1 Hệ thống xích tải cào gồm xích kéo 1 (gọi là bộ phận kéo), được dẫn động bằng đĩa xích dẫn (hoặc tang) 4 Trên xích kéo được gắn các băng cào 2 để gạt vật liệu và làm dòng vật liệu di chuyển theo phương ngang, dọc máng 6 và qua các con lăn đổi hướng 3 để vận chuyển theo phương nghiêng lên chiều cao H và đưa vật liệu ra ngoài Sau đó, các băng cào theo xích chuyển động không tải theo chiều ngược lại dọc máng 7 Để các băng cào không bị nghiêng làm giảm năng suất vận chuyển thì xích cần được căng với

lực cần thiết thông qua trạm căng 5 ở phía đuôi hệ thống xích tải

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống xích tải cào

Hình 1.2 Hình ảnh mô phỏng hệ thống xích tải cào

Trên hình 1.1 (hình chiếu bằng A) cũng giới thiệu một sơ đồ hệ dẫn động xích tải Năng lượng từ động cơ được truyền qua hộp giảm tốc để giảm tốc độ quay và tăng mômen xoắn để phù hợp với yêu cầu trên xích kéo Trục ra của hộp giảm tốc liên

kết với trục dẫn động xích kéo thông qua khớp nối và qua đó truyền mômen đến đĩa xích 4 lắp trên trục Trục được cố định vị trí trong không gian qua các ổ lăn lắp

tại các gối đỡ Khi trục quay, đĩa xích quay theo và xích kéo ăn khớp với răng trên đĩa xích sẽ chuyển động theo và các băng cào lắp với xích sẽ đưa vật liệu vận chuyển theo chiều mong muốn

Nói chung trong máy vận chuyển liên tục dòng vật liệu được vận chuyển theo một chiều xác định, do đó trục dẫn động xích tải sẽ luôn quay một chiều Với hệ thống xích tải thuyền xỉ thì xỉ đáy được vận chuyển trước tiên dọc máng ngập nước (máng ướt) để xỉ nóng nguội dần, sau đó theo chiều nghiêng lên độ cao nhất định

để tách nước và cuối cùng đưa vào máy nghiền xỉ Nhánh xích không tải quay trở

lại dọc theo máng khô

1.2 Các lo ại xích kéo trong hệ thống xích tải cào

Hình 1.3 giới thiệu một số loại xích kéo thường được sử dụng trong hệ thống xích

Nước làm mát Băng tải cảo

a) Xích con lăn b) Xích ống

c) Xích hàn

d) Xích ô van bước lớn và các kích thước chính

Hình 1.3 Các loại xích dùng trong xích tải cào

Xích con lăn được dùng rất phổ biến trong truyền động cơ khí [3, 4] Cấu tạo

chung của xích con lăn gồm các má xích trong, ống, chốt và con lăn (Hình 1.4) Các chốt lắp cố định với má ngoài, ống lắp cố định với má trong, còn con lăn được

lắp phía bên ngoài ống để tăng bán kính cong khi ăn khớp với răng đĩa xích nhằm

giảm mòn cho răng đĩa và ống Khi vào ăn khớp với các răng đĩa ống và chốt xoay tương đối với nhau, hoạt động như một bản lề nên còn được gọi là bản lề xích

Việc xoay tương đối giữa các chi tiết này làm bản lề xích bị mòn, bước xích sẽ tăng làm xích ăn khớp trên vòng chia có đường kính tăng nên đấy là nguyên nhân chính gây tuột xích khỏi răng đĩa Để giảm mòn bản lề xích, loại xích này cần phải được bôi trơn tốt

t

d

b

Xích con lăn có thể gồm loại một dãy xích hoặc nhiều dãy xích; các má xích có

thể có dạng phẳng hoặc không phẳng Các má xích không phẳng khi chịu kéo sẽ phát sinh thêm ứng suất uốn phụ làm giảm khả năng chịu tải của xích (hình 1.5)

Xích ống có cấu tạo tương tự xích con lăn, chỉ khác là không có con lăn, còn làm

việc tương tự xích con lăn nên để giảm mòn bản lề xích cũng đòi hỏi được bôi trơn

tốt

Thông số cơ bản của xích ống và xích con lăn là các bước xích t, chiều rộng xích

B và b1 Các thông số này được tiêu chuẩn hóa Lực kéo đứt xích được xác định

bằng thực nghiệm (kéo thử) và được các nhà sản xuất công bố trong các bảng tra

Bảng 1.1 giới thiệu ký hiệu xích con lăn và bước xích tiêu chuẩn theo ISO 606

Hình 1.4 Cấu tạo chung của xích con lăn

a) Xích một dãy b) Xích hai dãy

c) Xích má cong

Hình 1.5 Các loại xích con lăn

B ảng 1.1 Thông số xích con lăn theo ISO 606 [6]

Xích hàn được làm từ thép tiết diện tròn (hình 1.6a) hoặc phối hợp từ các mắt xích thép tiết diện tròn và các mắt xích tiết diện hình chữ nhật (hình 1.6b)

Thông số chính của xích hàn là bước xích t, tiết diện thép làm xích (đường kính thép d), chi ều rộng mắt xích B và lực kéo đứt xích

Tùy theo giá trị của tỉ số

d

t xích hàn được phân ra thành:

- Xích bước ngắn: < 3

d t

- Xích bước dài: ≥ 3

d t

Tùy theo dung sai chế tạo của bước xích, xích hàn lại được phân thành hai loại: xích chính xác và xích thường Xích thường có dung sai bước xích đến ± 10% thường chỉ dùng để buộc hàng hoặc sử dụng trong cơ cấu dẫn động bằng tang trơn, không thể sử dụng để ăn khớp cùng đĩa xích Xích chính xác có dung sai bước xích dưới ± 3%

Các thông số của xích hàn cũng được tiêu chuẩn hóa Bảng 1.2 giới thiệu một số kích thước thông dụng của xích hàn bước dài [6]

a) Xích hàn làm từ thép tròn

Kh ối lượng

L ực kéo đứt

Hình 1.7 M ột số loại xích chuyên dùng 1.3 Các lo ại băng tải cào

Các băng cào thường có cấu tạo dạng tấm được đặt trong lòng máng, liên kết với xích kéo theo các khoảng cách đều nhau (bước băng cào t trên Hình 1.1) Đối với xích hàn ô van thì bước băng cào t được chọn bằng 2, 4, 6… lần chiều dài bước

xích để xích có thể ăn khớp với các răng đĩa xích Băng cào chuyển động dọc theo máng nhờ vào lực kéo từ xích

Băng cào gồm hai bộ phận chính:

a) Tấm cào là bộ phận tham gia đẩy xỉ dọc theo máng tới máy nghiền xỉ Tấm cào được thiết kế phù hợp với hình dáng của lòng máng cào để đảm bảo xỉ được vận chuyển một cách hiệu quả nhất, không bị sót nhiều Với hệ thống kéo là xích hàn ô van thì tấm cào thường là hình thang, hình chữ nhật, một phần hình đa giác… b) Bộ phận liên kết với xích là chi tiết trung gian truyền lực kéo cho tấm cào Hình

dạng bộ phận liên kết này phải phù hợp với loại xích sử dụng và phải có khả năng tháo rời khỏi xích để có thể thay thế hoặc thay đổi bước khi cần thiết Đối với băng cào hai xích kéo, bộ phận liên kết này được lắp cố định với hai đầu tấm cào

và móc nối với xích Phần cố định với tấm cào có thể sử dụng mối ghép hàn hoặc

mối ghép bu lông

Hình 1.8 minh họa liên kết giữa tấm cào và xích [9]

Hình 1.8 Liên k ết băng cào với xích

a) Xích cào đơn b) Xích cào đôi

Hình 1.10: Các k ết cấu liên kết xích với máng cào

Với các xích tải cào nói chung, phần đáy băng cào khi làm việc tiếp xúc với vật

liệu và có thể với đáy máng cào nên có nguy cơ bị mài mòn Khi chạy trong máng khô (hình 1.1) các băng cào đổi chiều, phần đỉnh băng cào khi trước trở thành

phần đáy, có thể tiếp xúc với đáy máng khô nên cũng bị mài mòn Riêng đối với các băng cào sử dụng để vận chuyển xỉ đáy cần chú ý đến các điều kiện môi trường làm việc ngập nước, nước này có thể nhiễm mặn hoặc nhiễm các chất hóa

học từ xỉ đáy nên còn có nguy cơ bị ăn mòn hóa học Để tránh mài mòn nhanh, các đỉnh và đáy băng cào và lòng máng được lắp thêm các tấm vật liệu chống mài mòn Để tránh ăn mòn hóa học, có thể sử dụng giải pháp mạ toàn bộ xích và băng cào Tuy nhiên giải pháp tiết kiệm hơn là lắp xen kẽ các băng cào có gắn thêm tấm

vật liệu thu muối Các băng cào gắn tấm vật liệu thu muối này được lắp cách đều theo khoảng cách nhất định, ví dụ cứ sau ba băng cào thường thì lắp một băng cào thu muối

Để giảm khối lượng thân băng cào thường chế tạo rỗng bên trong Với băng cào hình chữ nhật có thể sử dụng các loại thép hộp chữ nhật rỗng như Hình 1.11 Các

loại thép hình này có kích thước được tiêu chuẩn hóa, ví dụ theo Bảng 1.3, do đó khi tính toán cần chọn tiết diện phù hợp với tiêu chuẩn của nhà sản xuất và của thị trường

Hình 1.11 Thép hộp chữ nhật dùng chế tạo thân băng cào

B ảng 1.3 Một số tiết diện tiêu chuẩn của thép hộp [8]

mối ghép hàn Hình 1.12 minh họa hai loại kết cấu tai liên kết

a) Hai tai đối xứng

b) Hai tai không đối xứng

Hình 1.12 Bộ phận liên kết băng cào với xích Hai tai liên kết trên Hình 1.12a có kết cấu đối xứng dùng cho xích hàn ô van Hai tai này có biên dạng cong và tiết diện phù hợp để tiếp xúc theo biên dạng xích

Phần chân các tai này có kích thước lớn hơn vì đây là phần chịu mô men uốn lớn

nhất Loại hai tai đối xứng này có ưu điểm là định vị tốt trên xích, có thể chịu tải theo cả hai chiều Trên thực tế vì xích tải chỉ làm việc một chiều nên chỉ một tai

chịu tải, tai còn lại có thể đóng vai trò như bộ phận dự trữ, nếu tai phía làm việc bị

hỏng thì có thể lật băng cào, đổi chiều tai để phần tai chưa hỏng làm việc

Hình 1.12b thể hiện loại tai liên kết không đối xứng Phần tai làm việc sử dụng tiết

diện cong như đã nói ở trên, tai còn lại có kết cấu trụ đơn giản để định vị ổn định băng cào trên xích So với kết cấu trên Hình 1.12a, kết cấu này đơn giản hơn, có

thể giảm giá thành và dễ lắp đặt hơn, nhưng chỉ có khả năng chịu tải một chiều Các tai này khi làm việc sẽ chịu trực tiếp tải trọng từ tấm cào truyền xuống Kích thước lại phải nhỏ để lắp vào các khe mắt xích hàn nên cần tính toán chính xác để đảm bảo tin cậy khi làm việc, tránh gẫy hỏng làm rơi tấm cào ảnh hưởng đến cả hệ

thống xích tải Kích thước hình học của các tai liên kết phụ thuộc vào loại xích và

bước xích, có thể tham khảo từ các catalog của hãng [6]

1.4 Các lo ại bánh xích

Bánh xích có cấu tạo dạng đĩa, gồm phần may ơ lắp lên trục quay, phần vành răng

và liên kết giữa hai phần là các nan hoa dạng thanh hoặc dạng vành liền Trên

phần vành răng có các răng đĩa để ăn khớp với xích Tùy loại xích kéo được sử

dụng mà các thông số và kết cấu phần răng đĩa cũng khác nhau

Đối với xích ống hoặc xích ống con lăn, bánh xích có dạng như hình 1.13 Biên

dạng răng bánh xích có thể tham khảo các tài liệu chi tiết máy [3, 4]

Hình 1.13 Bánh xích dùng cho xích ống/ xích con lăn

Đối với xích hàn bước nhỏ (Hình 1.3c) thường dùng bánh xích không có răng bình thường mà có biên dạng đặc biệt để ăn khớp với các mắt này (Hình 1.14) Thông

số răng bánh xích có thể tham khảo các tài liệu về máy nâng và máy chuyển liên

tục [5, 7]

Hình 1.14 Bánh xích dùng cho xích mắt ô van, bước nhỏ Đối với xích hàn mắt ô van bước lớn, các răng bánh xích chỉ ăn khớp với các mắt

xích nằm ngang, các mặt xích thẳng đứng được dùng để liên kết với các tấm băng

cào, do đó kết cấu và biên dạng răng bánh xích cũng phải được thiết kế phù hợp

Hình 1.15 minh họa cho bánh xích thuộc loại này [6]

l1l

Trường hợp bánh xích chịu tải lớn, răng xích dễ bị hỏng do mài mòn, ăn mòn và

có thể bị gẫy do uốn, bánh xích có thể được chế tạo với các răng có thể thay thế được khi cần thiết [6, 9] Hình 1.16 giới thiệu một kết cấu bánh xích có răng lắp

rời

Hình 1.16 Bánh xích với răng lắp rời

Thông số cơ bản của bánh xích là số răng z, số dãy răng và bước của xích kéo

được sử dụng cùng bánh xích Từ các thông số cơ bản này và các thông số liên quan khác của xích, trục lắp bánh xích… cần tính toán xác định các kích thước khác của bánh xích:

Sau khi xác định các thông số kết cấu cần tính kiểm nghiệm khả năng làm việc của bánh xích Nếu không đáp ứng yêu cầu cần thay đổi lại các thông số hoặc vật liệu

chế tạo và tiến hành kiểm nghiệm lại cho đến khi đạt yêu cầu Để có thể thực hiện

việc kiểm nghiệm này cần xác định tải trọng tác động lên bánh xích và các răng đĩa, phần này sẽ được thực hiện trong các chương tiếp theo

Như đã giới hạn trong phần phạm vi nghiên cứu, trong phần này chỉ trình bày các nghiên cứu liên quan đến bánh xích sử dụng hai xích hàn có mắt xích ô van bước lớn Do hệ thống xích tải cào làm việc với xỉ ướt và khô, làm việc trong môi

trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, độ ẩm cao, không bôi trơn và tải trọng lớn) nên

khả năng răng xích bị hư hại sau một thời gian làm việc là rất lớn Do đó, loại kết

cấu bánh xích được chọn để tính toán thiết kế sẽ là loại trên hình 1.13 với các răng bánh xích có thể thay thế

1.5 Con lăn điều hướng

Các con lăn đổi hướng có cấu tạo dạng đĩa, gồm phần mayơ lắp lên trục, phần vành răng và liên kết giữa hai phần là các nan hoa dạng thanh hoặc dạng vành liền

Phần tiếp xúc với xích kéo có biên dạng phù hợp với loại xích sử dụng Đối với xích ống hoặc xích con lăn thì con lăn đổi hướng này là một bánh xích ăn khớp

với xích như hình 1.17 Biên dạng răng bánh xích có thể tham khảo các tài liệu chi

tiết máy [3, 4]

Đối với loại xích hàn mắt ovan bước lớn (hình 1.3c) con lăn đổi hướng có cấu tạo như trên hình 1.18 Các mắt xích nằm ngang tì trực tiếp lên vành con lăn, còn các

mắt xích thẳng đứng được lắp vào rãnh giữa con lăn để xích không trượt ra ngoài

Hình 1.17 Con lăn đổi hướng dùng cho xích ống và xích con lăn

Hình 1.18 K ết cấu con lăn đổi hướng dùng cho xích hàn mắt ovan bước lớn

Thông số cơ bản của con lăn đổi hướng cho xích hàn mắt ovan bước lớn gồm:

- Đường kính con lăn (vòng ngoài): D;

- Đường kính vòng chân rãnh: d0;

- Chiều dày vành con lăn: b0;

- Chiều sâu rãnh: h2;

- Chiều dài mayơ: Lm;

- Đường kính ngoài của mayơ: Dm;

- Đường kính và kết cấu lỗ mayơ: dt;

Các thông số phần mayơ được xác định theo đường kính trục và phương pháp lắp con lăn lên trục: lắp cố định với trục hoặc lắp lồng không lên trục Do đó, cần tính

chọn trục trước khi định kết cấu và kích thước cho phần mayơ

D

máng khô Do đó, làm việc ở môi trường khô, có thể sử dụng vật liệu bình thường

để chế tạo, còn các con lăn ở nhánh xích phía trên (3.1 và 3.2, hình 1.1) được đặt trong máng ướt, do đó làm việc trong trạng thái ngập nước, do đó vật liệu chế tạo

cần chọn loại có khả năng chống ăn mòn để đảm bảo tuổi thọ cần thiết

1.6 B ộ thống số cho trước

- Đường vận chuyển gồm hai đoạn (xem hình 1.1):

Đoạn đi ngang, xỉ ngập nước, dài L1 (m)

Đoạn đi lên, nghiêng góc β = 35o, xỉ khô, chiều dài theo hình chiếu bằng L2 (m)

Tổng khoảng cách vận chuyển theo hình chiếu bằng L = L1 + L2 = 50 (m) Chiều cao vận chuyển H = 9 (m)

- V ật liệu vận chuyển:

Tỉ trọng riêng: ro = 0,98 (t/m3)

Hệ số ma sát:

123,0

=

xt

f : hệ số ma sát xỉ-thép (ướt)

13,0

=

ttl

f : hệ số ma sát thép-tấm lót (ướt)

287,0

=

xtk

f : hệ số ma sát xỉ-thép (khô)

215,0

=

ttlk

f : hệ số ma sát thép-tấm lót (khô)

Hiệu suất các con lăn đổi hướng ηol =0,99

- Thông s ố băng cào:

Chiều cao của băng cào hbc = 0.248 (m)

Chiều rộng băng cào bbc = 1.168 (m)

Bước băng cào tbc = 1.2 (m)

Hệ số điền đầy fmax = 0.8

Khối lượng 1m dài nhánh không tải: 197.5 (kg/m)

Khối lượng vật liệu lớn nhất trên 1m dài:

qvlmax = bbc hbcr0 fmax.1000 = 208.8 (kg/m)

- Xích kéo: hai s ợi dọc thành bên máng cào

dẫn động xích kéo, các loại con lăn đổi hướng sử dụng trong hệ thống để làm cơ

sở cho việc tính toán thiết kế và lựa chọn ở chương hai và chương ba của luận văn Ngoài ra, trên cơ sở phân tích đặc điểm làm việc của thuyền xỉ và vật liệu cần vận chuyển, đã đưa ra các khuyến cáo về việc chọn loại xích, phương pháp bố trí cấu hình xích tải cào trên thuyền xỉ, làm cơ sở cho việc tính toán lựa chọn cụ thể xích kéo ở chương hai Bên cạnh đó, dựa vào cơ sở tham khảo các tài liệu và các hệ

thống băng tải cào thực tế cũng đã đưa ra một số loại bánh xích thường được sử

dụng và các thông số cần xác định khi tính toán thiết kế bánh xích Đồng thời chương này đã đưa ra các sơ đồ lắp con lăn đổi hướng lên trục, so sánh ưu nhược điểm và đưa ra các lưu ý khi lựa chọn phương án trục hợp lý

Chương 2 THI ẾT KẾ HỆ THỐNG XÍCH TẢI 2.1 T ải trọng tác dụng lên xích và phương pháp tính xích

Tải trọng tác dụng lên xích bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân của xích;

+ Lực căng ban đầu;

+ Lực căng khi làm việc;

suất kéo và uốn Khi vòng qua con lăn đổi hướng xích bị uốn phụ trong mặt phẳng vuông góc với ứng suất uốn do lực kéo Ngoài ra, tại vùng tiếp xúc giữa các mắt xích và giữa mặt xích và răng đĩa, con lăn đổi hướng sẽ xuất hiện thêm ứng suất

tiếp xúc

a) Ứng suất kéo và uốn b) Ứng suất uốn khi quanh qua c) Ứng suất tiếp xúc (thanh cong) con lăn đổi hướng

Hình 2.1 Các loại ứng suất trong mắt xích hàn

Ứng suất kéo và uốn theo lý thuyết thanh cong sẽ phụ thuộc vào lực kéo S, các kích thước B, d của mắt xích và mô đun đàn hồi của vật liệu Ứng suất uốn phụ khi

vòng qua tang đổi hướng sẽ phụ thuộc vào phương của lực S và bước xích t, hay

nói cách khác sẽ phụ thuộc đường kính con lăn Con lăn càng bé ứng suất phụ này càng lớn Ứng suất tiếp xúc giữa các mắt xích sẽ phụ thuộc vào các bán kính cong

của lòng trong mắt xích và đường kính dây thép chế tạo xích d

Nhìn chung việc tính toán xích hàn theo các giả thuyết bền trong [2] là rất phức

tạp, ngoài ra do các sai số về kích thước, biên dạng, tải trọng nên kết quả tính toán

lý thuyết không phản ánh đúng thực tế và do đó phương pháp này không được sử

dụng Trong thực tế, các xích kéo cũng như các bộ phận kéo khác như cáp thép, băng,… đều được chọn dựa theo lực căng lớn nhất và lực kéo đứt xác định từ thực nghiệm, với hệ số an toàn nhất định để tính đến các loại tải trọng và ứng suất phát sinh khác [5]

Đối với xích nói chung và xích hàn nói riêng, sau khi chế tạo phải được thử xác suất để xác định lực kéo đứt xích và thông thường tất cả xích hàn quan trọng

phải được thử tải với tải trọng ít nhất bằng một nửa lực kéo đứt xích, với lực này

nếu mắt xích không bị biến dạng thì đạt tiêu chuẩn

2.2 Tính toán xích kéo