Nghiên cứu cơ cấu hãm an toàn trên toa xe trở người cho đường lò dốc 10 đến 30 độ, cỡ đường ray 900mm

Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, hệ thống trục tải dạng tời kéo toa xe chở người loại XRB để vận chuyển công nhân từ mặt bằng ngoài lò vào qua sân ga giếng mỏ được sử dụng nhiều tron

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Văn Kháng

Hà Nội – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số

liệu, kết quả trong luận văn là trung thực Những kết quả của luận văn

chưa từng được ai công bố

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Minh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC BẢNG BIỀU 4

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8

1.1 Giới thiệu hệ thống vận tải người trong mỏ hầm lò 8

1.2 Các loại cơ cấu hãm an toàn trên toa xe chở người trong mỏ hầm lò 15

1.3 Phân tích lựa chọn đối tượng nghiên cứu 20

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TOA XE CHỞ NGƯỜI XRB VÀ HỆ THỐNG PHANH HÃM 21

2.1 Đặc tính kỹ thuật và kết cấu toa xe chở người XRB 21

2.2 Nguyên lý làm việc của toa xe chở người và hệ thống phanh hãm 33

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH AN TOÀN TRÊN TOA XE CHỞ NGƯỜI XRB 38

3.1 Phương trình chuyển động của đoàn toa xe khi bị đứt cáp 38

3.2 Tính toán lực phanh R trong các trường hợp góc dốc đường lò thay đổi 44

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ CẤU PHANH HÃM 47

4.1 Tính toán lực kéo toa xe 47

4.4 Kiểm tra bền trục kéo chính và bu lông tại cơ cấu chặn trục 51

4.3 Tính toán cơ cấu phanh hãm toa xe 52

KẾT LUẬN 58

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1: Một số phương tiện vận chuyển người trong mỏ hầm lò 8

Hình 1 2: Hệ thống tời hỗ trợ người đi bộ trên đường lò dốc 9

Hình 1 3: Hệ thống vận tải bằng tời vô cực SKS- 900/1000 10

Hình 1 4: Hệ thống vận tải bằng tời vô cực DKNU4-200 12

Hình 1 5: Hệ thống mono ray vận chuyển người 13

Hình 1 6 : Mô hình tời chở người bằng cáp treo 14

Hình 1 7: Tời trục kết hợp toa xe song loan đưa công nhân vào lò 15

Hình 1 8: Xe phanh hãm tời SKS- Ba Lan 16

Hình 1 9: Sơ đồ hệ thống thủy lực của toa xe phanh tời SKS 18

Hình 1 10: Hệ thống phanh hãm toa xe BЛ-30 của Nga 20

Hình 2 1: Kết cấu tổng thể đoàn toa xe chở người XRB (S1-S2) 22

Hình 2 2: Kết cấu khung toa xe 23

Hình 2 3: Bộ trục kéo S1 25

Hình 2 4: Bộ trục kéo S2 26

Hình 2 5: Kết cấu cơ cấu chặn trục 27

Hình 2 6: Bộ phận khóa toa xe 27

Hình 2 7: Hệ thống phanh tay 28

Hình 2 8: Bộ phận phanh hãm toa xe 30

Hình 2 9: Bộ hoãn xung 31

Hình 2 10: Kết cấu cặp bánh xe 32

Hình 2 11: Cụm chống lật toa xe 33

Hình 2 12: Sơ đồ hệ thống phanh hãm toa xe S1-S2 37

Hình 3 1: Mô hình chuyển động của đoàn toa xe 38

Hình 3 2: Sơ đồ phanh hãm 39

Hình 3 3: Sơ đồ tính lực phanh toa xe 39

Hình 3 4: Lực phanh R với góc dốc 100 ≤ α ≤ 160 44

Hình 3 5: Lực phanh R với góc dốc 160 ≤ α ≤ 300 45

Hình 4 1: Mô hình xác định khi toa xe lên dốc 48

Hình 4 2: Sơ đồ tác dụng lực lên bộ phanh hãm 53

Hình 4 3: Sơ đồ tính má phanh 55

Hình 4 4: Tính toán kiểm tra bền trục kéo chính 51

DANH MỤC BẢNG BIỀU

Bảng 2 2: Đặc tính kỹ thuật của toa xe chở người XRB 21 Bảng 3 1: Bảng giá trị S và a theo góc nghiêng giếng lò 46 Bảng 4 1: Lực kéo theo góc dốc đường lò 51

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, hệ thống trục tải dạng tời kéo toa xe chở người loại XRB để vận chuyển công nhân từ mặt bằng ngoài lò vào qua sân ga giếng mỏ được sử dụng nhiều trong các mỏ than hầm lò như Khe Chàm, Quang Hanh, Vàng Danh, Mạo Khê Việc áp dụng này đã giúp công nhân tiết kiệm sức lao động, giảm thời gian hao phí trên đường trong điều kiện khai thác xuống sâu, tái tạo sức lao động sau 1 ngày làm việc Vì vậy, nó có ý nghĩa nhân văn sâu

sắc

Đây là thiết bị vận tải có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn vì liên quan

đến tính mạng con người Chính vì vậy, việc "Nghiên cứu cơ cấu hãm an

toàn trên toa xe chở người cho đường lò dốc 10 đến 30 độ, cỡ đường ray 900mm" mà luận văn đã lựa chọn là vấn đề hết sức cấp bách và cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh hãm trên toa xe chở người loại XRB- Trung Quốc

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, tính toán các thông số làm việc của cơ cấu phanh hãm trên toa xe chở người

- Tính toán các thông số kết cấu của cơ cấu phục vụ cho thiết kế chế tạo

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Cơ cấu hãm phanh hãm an toàn trên toa xe chở người loại XRB dùng cho các đường lò nghiêng trong than hầm lò với độ dốc từ 10- 30 độ, cỡ đường ray 900mm

- Toa xe chở người loại XRB- Trung Quốc có các thông số: Số người chở tối đa 20 người, góc dốc làm việc tối đa 300; cỡ đường ray 900mm

4 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích các loại cơ cấu phanh hãm hệ thống vận tải người trong mỏ hầm lò để lựa chọn hệ thống hãm an toàn áp dụng vào thực tế;

- Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh hãm trên toa xe XRB-Trung Quốc;

- Cơ sở lý thuyết để tính toán các thông số làm việc;

- Xác định các thông số kết cấu của hệ thống phanh hãm;

- Dựa trên cơ sở lý thuyết chung của toa xe, nguyên lý làm việc của hệ thống phanh hãm để xác định các thông số làm việc của hệ thống phanh hãm

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Đề xuất phương pháp tính toán các thông số làm việc của cơ cấu hãm trên toa xe đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo để thiết

kế, chế tạo cơ cấu hãm an toàn cho toa xe chở người loại XRB, phục vụ kịp thời cho sản xuất, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

7 Cơ sở dữ liệu

Bài luận văn được viết trên cơ sở các tài liệu sau:

- Các đề tài nghiên cứu khoa học về tời trục kết hợp toa xe của Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ- Vinacomin

- Các tài liệu hướng dẫn lắp đặt vận hành và bảo dưỡng của Công ty Cổ phần Cơ khí Mạo Khê- Vinacomin và các Công ty của Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam

- Các tài liệu khoa học kỹ thuật, sách chuyên ngành Máy vận tải mỏ,…trong và ngoài nước

- Các nguồn tài liệu trên mạng Internet

8 Cấu trúc luận văn

Luận văn được trình bày trong 4 chương, 65 trang, 03bảng, 28 hình vẽ

và đồ thị

9 Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ quý báu của các thầy, các cô trong bộ môn Máy và Thiết bị mỏ, phòng Sau đại học trường Đại học Mỏ Địa Chất - Hà Nội, các đồng nghiệp tại Viện Cơ

khí Năng lượng và Mỏ - Vinacomin và đặc biệt là PGS TS Nguyễn Văn Kháng Nhân dịp nay, tác giả xin được bày tỏ lòng biết sâu sắc nhất đến thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Văn Kháng đã tận tình hướng

dẫn tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và làm luận văn Tác giả cũng chân thành gửi lời cảm ơn tới các bạn bè, đồng nghiệp, tới các phòng ban và cán bộ lãnh đạo Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - Vinacomin đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Rất mong tiếp tục nhận được những góp ý , chỉ bảo của các thầy, cùng toàn các bạn, để bản luận văn hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu hệ thống vận tải người trong mỏ hầm lò

1.1.1 Hệ thống vận tải người trong mỏ hầm lò trên thế giới

Vận chuyển người từ mặt bằng xuống các vị trí làm việc là một nhiệm

vụ quan trọng trong công tác vận tải Công việc này không những phải đảm bảo số lượng, thời gian mà còn phải đảm bảo an toàn tuyệt đối

Một số nước trên thế giới như Ucraina, Nhật… đã và đang áp dụng các

hệ thống chuyên dụng để chở vật liệu và đưa công nhân vào lò Tùy thuộc vào góc độ, cung độ đi lại mà bố trí các dạng hình hợp lý như: Mô nô ray, đầu tàu hoặc tời kéo toa xe, tời hỗ trợ, cáp treo, băng tải (Hình 1.1)

a Băng tải chở người; b Tàu điện ắc quy (kéo toa xe); c Tời trục chở người;

d Tời cáp treo chở người; e Mono ray chở người và vật liệu

Hình 1 1: Một số phương tiện vận chuyển người trong mỏ hầm lò

Đây là các thiết bị vận chuyển người có tính an toàn cao, trên đó đều được trang bị hệ thống phanh hãm tự động và phanh hãm tay có độ tin cậy cao

1.1.2 Hệ thống vận tải người và vật liệu ở Việt Nam

Hiện nay, các đơn vị trong TKV đã đầu tư nhiều hệ thống vận tải chở người và thiết bị như mono ray, tời kéo vô cực kết hợp toa xe, tời trục kết hợp toa xe song loan để vận chuyển người từ mặt bằng mỏ vào trong hầm

lò, cụ thể như:

1.1.2.1 Hệ thống tời hỗ trợ người đi bộ

Hệ thống tời hỗ trợ được lắp cố định bên hông lò dọc theo đường giếng, cáp tời chuyển động liên tục theo một vòng tròn khép kín Người công nhân trong quá trình di chuyển dùng móc neo vào cáp tời Cáp chuyển động dọc theo đường lò kéo theo người đi bộ (Hình 1.2)

Hình thức vận tải này có nhiều ưu điểm: Độ an toàn cao, kết cấu hệ thống đơn giản, chiếm ít không gian đường bộ, chi phí đầu tư thấp, dễ dàng lắp đặt và bảo dưỡng, nên được ứng dụng khá rộng rãi trong các mỏ than hầm

lò ở nước ta như mỏ Mạo Khê, Thống Nhất, Khe Chàm, Mông Dương

Hình 1 2: Hệ thống tời hỗ trợ người đi bộ trên đường lò dốc

1.1.2.2 Hệ thống vận tải bằng tời vô cực kéo toa xe chở người dạng 900/1000

SKS-Hệ thống thiết bị đồng bộ này (SKS-900/1000NL) do Tập đoàn Grupa Famur (Cộng hoà Ba Lan) cung cấp được áp dụng để vận chuyển người và vật liệu tại giếng Thịnh Vượng của mỏ Khe Chàm (Hình 1.3)

a Tời kéo kết hợp toa xe chở người đưa công nhân vào lò

b Kết cấu toa xe phanh chở người dạng SKS

Hình 1 3: Hệ thống vận tải người bằng tời vô cực SKS- 900/1000

Toa xe chở người được lắp thêm cặp bánh xe chống lật, chống trôi tự

do hoặc quá tốc độ Do đó, hệ thống rất an toàn trong quá trình vận chuyển

người và vật liệu, cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động

Toa xe có trang bị hệ thống phanh hãm được kết nối với đoàn toa xe để

bảo vệ hệ thống khi gặp sự cố đứt cáp hoặc vượt quá tốc độ cho phép 25%

Khi đó, hệ thống phanh hãm trên toa xe phanh tác động làm hãm đoàn xe lại

bảo vệ an toàn cho người và vật liệu (Hình 1.3b)

1.1.2.3 Hệ thống vận chuyển người bằng tời vô cực kéo toa xe dạng DKNU4-200

Hệ thống tời vô cực DKNU4-200 là thiết bị của Ucraina, dùng để vận

chuyển người và vật tư trong các mỏ hầm lò, đang được áp dụng tại mỏ

Dương Huy Thiết bị này hoạt động trên các giếng nghiêng có độ dốc không

lớn hơn 25 độ, theo đường ray thẳng và cong (đường nhánh) với bán kính

cong không nhỏ hơn 12m trên mặt phẳng ngang và 20m trên mặt phẳng thẳng

đứng (Hình 1.4)

a Mô hình tổng thể đoàn toa xe

b Trạm dẫn động c Toa xe phanh hãm Hình 1 4: Hệ thống vận tải bằng tời vô cực DKNU4-200

Toa xe phanh hãm được kết nối cùng đoàn toa xe Khi gặp sự cố đứt cáp tời hay vượt quá tốc độ cho phép thì hệ thống phanh hãm sẽ tác động tự động hoặc dừng khẩn cấp bằng tay, má phanh được ép chặt vào ray làm toàn

bộ hệ thống dừng lại, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

1.1.2.4 Hệ thống vận chuyển người bằng Mono ray dạng BWTU-50/100

Hệ thống đường ray được lắp cố định trên nóc đường lò Các toa xe chở người được di chuyển trên ray thông qua bánh xe di chuyển và được kéo bằng đầu máy diezen (Hình 1.5) Hệ thống mô no ray đang được sử dụng tại

mỏ than Nam Mẫu và Hà Lầm

a Hệ thống mô nô ray trong mỏ hầm lò

b Hệ thống phanh hãm c Cabin chở người

Hình 1 5: Hệ thống mono ray vận chuyển người

Bộ phanh thủy lực BV1 - DUO (Hình 1.5a) được thiết kế nhằm đảm bảo an toàn cho toa xe khi vận chuyển người trên ray với góc nghiêng lên đến

300 Bộ phanh được bố trí cuối đoàn tầu Bộ phanh hãm được lắp cùng đoàn tàu và được bố trí ở vị trí cuối đầu tàu, cơ cấu phanh hãm tác động tự động trong trường hợp vượt quá tải trong cho phép hoặc vượt quá tốc độ quy định

+ Ưu điểm: Chiều dài tuyến đường vận chuyển lớn, độ dốc cho đến

300, cho phép vận chuyển được đồng thời cả người và vật liệu; linh hoạt, độ

an toàn cao

+ Nhược điểm: Việc sử dụng đầu tầu Diezezen có những hạn chế nhất định như có khí thải trong quá trình vận hành, khi vận tải lên dốc ở đoạn đường dài, tốc độ đạt rất thấp ( 0,7 m/s), động cơ bị đốt nóng Chi phí đầu tư

và vận hành sửa chữa lớn

1.1.2.5 Hệ thống vận tải chở người bằng tời cáp treo dạng MDK

Hiện nay, tời chở người bằng cáp treo đang được sử dụng nhiều trong các mỏ than hầm lò ở Việt Nam Mỏ Than Mạo Khê, mỏ Than Vàng Danh sử dụng tời chở người có ghế cố định trên cáp, Công ty Than Hòn Gai (mỏ than Bình Minh, Cái Đá) sử dụng tời chở người có ghế rời kết cấu dạng RJY37-

36°/500 của Trung Quốc, mô hình tời chở người cáp treo được mô tả như hình dưới đây (Hình 1.6):

Kết cấu của tời cáp chở người gồm 01 đường cáp nối đối đầu, được vòng qua 02 puly có đường kính thích hợp Đường cáp được đỡ bằng các con lăn đỡ, để cáp không chùng xuống và không lệch khỏi hướng dẫn động

Hệ thống phanh gồm có phanh làm việc được trên khớp nối ĐC+ HGT

và phanh an toàn lắp trên tang dẫn động Khi gặp sự cố trượt cáp tời, vượt quá tốc độ hệ thống phanh tác động và dừng toàn bộ tời lại đảm bảo an toàn cho công nhân

a Hệ thống tời cáp treo chở người

b Trạm dẫn động c Hệ thống phanh an toàn

Hình 1 6 : Mô hình tời chở người bằng cáp treo

Ưu điểm: Có khả năng thích ứng với địa hình (trừ đường lò cong); An toàn và đáng tin cậy, tiếng ồn nhỏ; Phù hợp cho việc di chuyển cá nhân đơn

lẻ, nhóm nhỏ, thích hợp với điều kiện của mỏ hầm lò hiện nay; Sử dụng năng lượng điện, không gây ô nhiễm môi trường; Chi phí vận hành thấp

Nhược điểm: Hạn chế trong việc vận chuyển vật liệu, không phù hợp với những đường lò có địa hình phức tạp

1.1.2.6 Hệ thống vận tải người bằng tời trục kết hợp toa xe dạng XRB

Hình 1 7: Tời trục kết hợp toa xe song loan đưa công nhân vào lò

Hiện nay, một số đơn vị trong TKV dùng hệ thống tời trục kết hợp với toa xe loại XRB để vận chuyển người lên xuống hầm lò như Mạo Khê, Vàng Danh, Quang Hanh, Khe Chàm

Trên mỗi toa xe được bố trí phanh hãm tự động và phanh hãm bằng tay Trong trường hợp xẩy ra sự cố đứt cáp tời, hệ thống phanh hãm tác động làm dừng toa xe lại đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

1.2 Các loại cơ cấu hãm an toàn trên toa xe chở người trong mỏ hầm lò

Từ những hệ thống phanh hãm toa xe chở người trong mỏ hầm lò đang

áp dụng ở Việt Nam Ta có thể phân loại cơ cấu phanh hãm bao gồm như sau:

1.2.1 Cơ cấu hãm bằng thủy lực

Hệ thống phanh hãm bằng thủy lực được áp dụng rộng rãi trên hệ thống vận tải chở người và vật liệu do có ưu điểm sau: tính an toàn cao, dễ vận hành và sử dụng

Tuy nhiên, hệ thống hãm thủy lực còn có nhược điểm: Kết cấu phức tạp, chi phí đầu tư và bảo dưỡng lớn

Trên hình 1.8 giới thiệu một loại hệ thống phanh hãm thủy lực tời vô cực SKS- 900/1000 của Ba Lan và đang được áp dụng tại Công ty Than Khe Chàm- Vinacomin

a Toa xe phanh hãm dạng SKS b Kết cấu phanh hãm dạng SKS

Hình 1 8: Toa xe phanh hãm dạng SKS

Hình 1.8a là mô hình xe phanh được lắp cùng đoàn toa xe chở người trong hệ thống tời vô cực SKS-900/1000, bộ phận phanh hãm trên toa xe phanh được lắp cùng vị trí trên bánh xe di chuyển và có kết cấu như hình 1.8b

Nguyên lý hoạt động của xe phanh hãm tời SKS như sau: Hệ phanh hãm đã được điều chỉnh để khi tốc độ của bộ phận mang tải vượt vào phạm vi 2,8÷3,2 m/s hệ phanh sẽ tự động được kích động làm hãm xe lại Hai bánh

xe lăn truyền động cho 2 múp khớp nối ly tâm 5, qua bộ răng côn truyền động Trong trường hợp tốc độ chạy xe vượt vào khoảng 2,8÷3,2 m/s thì vỏ múp khớp nối sẽ bị quay và qua bánh lệch tâm sẽ mở van hãm 6 Tiếp đó dầu nhờn được thải nhanh từ hệ thống qua cụm van phân phối vào bình chứa dầu

10 Trong thời gian này các lò xo đĩa được giãn ra và đẩy kẹp các má phanh

9 vào phần trên của đường ray làm đoàn toa xe dừng lại Xe phanh được nâng lên phía trên một khoảng bằng đoạn hành trình giữa các má phanh Trong trường hợp khẩn cấp, người ngồi trên toa xe giật dây dừng khẩn một đầu được lắp trên đầu các toa xe và đầu còn lại nối với tay đẩy của van hãm để làm dừng đoàn toa xe lại

Ngoài ra, hệ thống phanh hãm cũng tác dụng khi trong trường hợp áp suất trong hệ thủy lực giảm xuống đến giá trị dưới 8,8 MPa

Hình 1 9: Sơ đồ hệ thống thủy lực của toa xe phanh tời SKS

1.2.2 Cơ cấu hãm bằng cơ khí

Hệ thống vận tải tời trục chở người kết hợp toa xe chở người loại XRB- Trung Quốc đang được ứng dụng nhiều tại các mỏ như Mạo Khê, Vàng Danh, Quang Hanh, Dương Huy, Khe Chàm Hệ thống hãm tự động và hãm tay (kết cấu cơ khí) được lắp đặt trên từng toa xe tác động khi xẩy ra sự

cố đứt cáp tời

Cơ cấu hãm tự động bố trí dọc khung toa xe và được tác động khi xảy

ra sự cố đứt cáp tời hoặc tuột chốt cáp kéo

Cơ cấu phanh hãm dừng khẩn cấp bằng tay được lắp đặt trên từng toa xe: Cơ cấu này là dây dừng khẩn cấp hoặc phanh tác động bằng tay được bố trí tại đầu và cuối toa xe Khi gặp sự cố, người ngồi trên toa xe giật dây dừng khẩn cấp hoặc kéo phanh tay

Trong trường hợp cơ cấu hãm tự động mất tác dụng, người ngồi trên mỗi toa xe giật dây dừng khẩn cấp hoặc kéo phanh tay để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

Trên hình 1.10 giới thiệu hệ thống phanh hãm toa xe BЛ-30 của Nga có kết cấu và nguyên lý hoạt động tương tự dạng phanh hãm được lắp đặt trên toa xe XRB- Trung Quốc Hệ thống phanh dù tác động tự động khi đứt cáp kéo, đứt xích móc nối hoặc vận tốc lớn hơn giá trị cho phép 25%

Nguyên lý hoạt động được mô tả như sau: Khi đứt cáp tời, thanh kéo 1 chuyển động do tác dụng của lực nén lò xo 4 đang làm căng cáp kéo Cơ cấu liên động 6 bao gồm 2 cam được gắn lên cần kéo bằng đai ốc và thanh liên kết Cơ cấu này dịch chuyển cần kéo về phía trước làm quay đóng trạc mở của cơ cấu giữ hãm, guốc phanh ôm chặt đường ray làm toa xe dừng lại Khi tác động bằng tay, khâu 2 của phanh dù được mở, quá trình này cũng tạo ra khả năng dịch chuyển thanh kéo về phía trước và hệ thống phanh hãm làm việc

Hình 1 10: Hệ thống phanh hãm toa xe BЛ-30 của Nga

1.Trục trung tâm; 2 Thanh giằng; 3 Tay gạt; 4 Lò xo;

6 Ổ quay; 6 Cơ cấu liên động; 7 Cơ cấu dừng hãm

1.3 Phân tích lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu

Hiện nay, hầu hết các đơn vị mỏ hầm lò của Tập đoàn Công nghiệp Than khoáng sản Việt Nam đang khai thác xuống sâu và đang sử dụng hệ thống tời trục kéo toa xe chở người loại XRB của Trung Quốc Nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ

sở sản xuất cơ khí của Tập đoàn là phải thiết kế chế tạo được toa xe theo mẫu trên

để phục vụ kịp thời cho sản xuất, đảm bảo thay thế, giảm nhập ngoại Vì vậy, luận văn đã hướng tới nhiệm vụ trên nhằm mục đích:

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh được lắp đặt trên toa xe chở người XRB của Trung Quốc;

- Tính toán các thông số làm việc của hệ thống phanh an toàn;

- Tính toán các thông số kết cấu của hệ thống phanh;

- Tính toán tính ổn định của toa xe khi bị phanh hãm đột ngột;

- Tính toán cơ cấu an toàn của hệ thống

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TOA XE CHỞ NGƯỜI XRB VÀ HỆ THỐNG

6 Bán kính cong tối thiểu cho

Hình 2 1: Kết cấu tổng thể đoàn toa xe chở người XRB (S1-S2)

Kết cấu đoàn toa xe chở người (hình 2.1)và nguyên lý làm việc được

mô tả như sau:

-Kết cấu đoàn toa xe được tạo thành bởi toa xe đầu (S1), toa cuối (S2),

các toa xe được nối với nhau bằng xích hàn 30x130 Trong từng trường hợp

vận chuyển, số lượng toa xe phụ thuộc vào góc dốc của đường lò và số người

cần vận chuyển

- Cáp kéo sẽ được gắn vào toa đầu S1 , trên toa đầu được lắp các cụm

sau:

+ Bộ phận trục kéo toa xe;

+ Phanh tay trước và khóa tự động;

+ 01 cặp hoãn xung của toa xe;

+ Bộ phận hãm toa xe

+ Cơ cấu chống lật

- Trục kéo chính của hai toa S1 và toa S2 được liên kết với nhau bằng

xích vòng 18x64, giữa các toa xe có lắp bộ giảm chấn cao su để giảm va

đập

2.1.3 Khung toa xe

Hình 2 2: Kết cấu khung toa xe

1- Khung toa xe; 2- Bệ đỡ xe; 3- Ghế ngồi

325 30°

3950 4180

G3 6 G3 6 5 4

3550

1

2 3

Khung toa xe (Hình 2.3) bao gồm: Khung toa xe, bệ đỡ xe; ghế ngồi; dây đai an toàn Một phía toa xe có lắp lưới bảo vệ, sau khi người ngồi vào ghế cài xích 10x28 vào khung toa xe để đảm bảo người ngồi trên không bị văng ra ngoài khi di chuyển Để hạn chế va đập giữa các toa xe với nhau trên mỗi toa xe có lắp thêm các bộ phận giảm chấn ở đầu và cuối của khung toa

xe

2.1.4 Bộ trục kéo chính

Trục kéo S1 (S2) (Hình 2.3 và 2.4) được cấu tạo từ các chi tiết chính gồm 4 đoạn trục kéo, lò xo nén 7 và các đai ốc điều chỉnh 2 Bộ trục kéo nằm ở giữa và chạy dọc suốt trên khung toa xe Trục kéo 1 trên toa xe S1 nối với cap kéo Đai ốc số điều chỉnh 1 của toa S1 có tác dụng điều chỉnh khoảng cách trục kéo số 2 (có liên động với phanh điều khiển bằng tay) Đai

ốc điều chỉnh số 2 có thể điều chỉnh khe hở giữa thanh kéo bệ đỡ số 1 và thanh chặn trong toa xe S2 Đai ốc điều chỉnh trên thanh gạt trong toa xe S2 cũng có tác dụng vi chỉnh khoảng cách lò xo của hai đầu toa xe

Trên bộ phận trục kéo chính của toa xe S1 và S2 có lắp lò xo nén dùng

để tích trữ năng lượng khi toa xe hoạt động Điều chỉnh lực nén của lò xo thông qua đai ốc điều chỉnh số 2

3 4

110 55

2.1.5 Cơ cấu chặn trục kéo

1 Tấm trên; 2 Then bằng; 3 Tấm dưới; 4-5 Bu lông và đai ốc M24

Hình 2 5: Kết cấu cơ cấu chặn trục

Cơ cấu chặn trục (Hình 2.5) được cấu tạo bởi nắp trên 1, then bằng 2, nắp dưới 3 và được lắp cố định với nhau bằng 6 Bu lông+ đai ốc M24;

Cụm cơ cấu chặn trục được liên kết với khung toa xe bằng 6 bu lông M14, dùng then bằng để cố định trục kéo chính số 1 điều khiển kéo cả đoàn

xe trong toa xe S1 không bị dịch chuyển, Khe hở giữa trục kéo chính 1 và cơ cấu chặn trục phải đảm bảo trượt tương đối được với nhau Trên cơ cấu chặn trục có lỗ dầu bôi trơn để giảm ma sát với trục kéo chính khi trượt trên đó

2.1.6 Bộ phận khóa toa xe

1- Lẫy chặn; 2- Then chốt; 3- Thanh đỉnh; 4- Tay gạt;5- Trục tâm; 6- Chốt;

7- Trục kéo chính; 8- Trục lò xo; 9- Bánh xe; 10- Lò xo đàn hồi; 11- Chân đế

Hình 2 6: Bộ phận khóa toa xe

Kết cấu bộ phận khóa toa xe (hình 2.6) được tổ hợp từ các chi tiết:

Chân đế 11, lẫy chặn 1, then chốt 2, bánh xe 9, trục tâm 5

Nhiệm vụ chính của cơ cấu khóa toa xe này là để khóa chốt Khi toa xe

chạy vào lò bằng, người lái xe gạt tay gạt 4, lẫy chặn 1 lên trên thanh gạt

chặn vào chốt 6 ở trên trục kéo chính, thực hiện nhiệm vụ khóa chốt Khi xe

toa xe chạy vào trong đường lò nghiêng, thanh đỉnh 3 di chuyển về phía trước

cùng với trục kéo chính 7, làm cho then chốt 2 chuyển động, dẫn đến lẫy

chặn 1 tự động nâng lên đến trên trục tâm 5 thì dừng lại, khi thao tác như vậy

không làm ảnh hưởng đến việc hồi về thanh gạt điều khiển chính

2.1.7 Bộ phận phanh hãm bằng tay

Hình 2 7: Hệ thống phanh tay

1 Tay phanh trước; 2 Tay phanh sau; 3 Hệ thống thanh giằng; 4 Cáp dẫn động

Hệ thống phanh bằng tay bao gồm: Tay phanh trước (1); Tay phanh

sau (2); Hệ thống thanh giằng (3); Cáp dẫn động (4)

3 4

Trục kéo Khóa trục

Thông thường trên cùng một đoàn toa xe thường bố trí hai tay phanh Tay phanh trước được bố trí phía đầu toa xe đi đầu, tay phanh sau được bố trí phía cuối toa xe đi cuối Người lái toa xe ngồi tại vị trí các tay phanh Khi xảy ra sự cố, người điều khiển toa xe tác động phanh tay (kéo tay phanh) Khi tác động kéo tay phanh trước, thông qua cáp dẫn động điều khiển hệ thống làm phanh đóng tức thời Khi tác động phanh tay sau, thông qua hệ thanh giằng điều khiển hệ thống làm phanh đóng tức thời

2.1.8 Bộ phận phanh hãm toa xe

Nhiệm vụ chính của bộ phận hãm toa xe (Hình 2.8) là để triệt tiêu động năng khi dừng khẩn cấp

Bộ phận phanh hãm của toa xe S1 và toa xe S2 là giống như nhau Kết cấu được mô tả như hình 2.8 Kết cấu chủ yếu bao gồm: cặp bánh xe trước 1, giá đỡ phanh 2, dẫn hướng guốc phanh 3, guốc phanh 5, lò xo 8, chấu kẹp 9, vấu hãm 10, trục phanh 13

Guốc phanh 5, vấu hãm 10 được lắp cố định với trục phanh 13, trục phanh 13 liên kết với trục lò xo thông qua chốt 16

Khi toa xe hoạt động bình thường: Dưới tác dụng của lò xo đàn hồi

14, chấu kẹp 9 và vấu hãm 10 được kẹp chặt vào nhau và dưới tác dụng của lực nén lò xo phanh 8 luôn giữ guốc phanh 5 ở một góc 70 độ so với phương thẳng đứng

Khi toa xe gặp sự cố: Trục chính 17 của bộ trục kéo S1 (S2) đẩy chấu kẹp 9 về phía sau Khi đó, chấu kẹp 9 và vấu hãm 10 được tách rời nhau ra, dưới tác dụng của lực nén lò xo phanh 8 đẩy trục lò xo 15 về phía trước và kéo theo guốc phanh 5 quay xuống và ôm lấy đường ray Đồng thời, toàn bộ trọng lượng chuyển động của toa xe sẽ dồn lên trên guốc phanh làm cho guốc phanh càng ôm chặt lấy ray và ở trạng thái bó cứng

Hình 2 8: Bộ phận phanh hãm toa xe

1- Cặp bánh xe trước; 2- Giá đỡ phanh; 3- Dẫn hướng guốc phanh; 4-

Má phanh;5- Guốc phanh; 6- Bu lông;7- Tấm ngăn; 8- Lò xo truyền động; 9-

Chấu kẹp;

10- Vấu hãm; 11- Má chèn guốc phanh; 12- Ray trượt; 13- Trục phanh; 14- Lò

xo đàn hồi 15- Trục lò xo; 16- Chốt; 17- Trục kéo chính; 18- Thanh va đập; 19-

Đai ốc điều chỉnh.

B B

B-B

A

A A-A

2.1.9 Bộ hoãn xung

Bộ hoãn sung được làm việc theo nguyên lý: Dùng mà sát giữa cáp thép với các con lăn và thế năng biến dạng đàn hồi của cáp thép để triệt tiêu động năng của bộ phận hãm toa xe và nhờ vậy làm giảm được xung lực va đập Chiều dài cáp thép cho phép sau các lần tác động kéo dài nhất đến 1,4m

Hình 2 9: Bộ hoãn xung

1 Tấm bên; 2 Con lăn; 3 Trục kéo; 4- Tấm đáy; 5- Tấm nối L80x8

Kết cấu chính của bộ hoãn xung (hình 2.9) bao gồm tấm bên 1, con lăn

2, trục kéo 3, tấm đáy 4 và tấm nối L80x8 Bộ hoãn xung được lắp đặt trên bệ toa xe, một đầu của cáp thép hoãn xung được cố định vào bộ kẹp cáp đã được hàn cố định trên bộ phận hãm toa xe, cáp thép được luồn qua các con lăn đỡ cáp và có thể điều chỉnh giá trị lực hoãn xung bằng đai ốc số 12, đầu cáp còn lại để tự do và chạy dọc khung toa xe Trên mỗi toa xe S1 và S2 có lắp 02 bộ hoãn xung

2.1.10 Cặp bánh xe

Hình 2 10: Kết cấu cặp bánh xe

1- Bánh xe; 2- Trục bánh xe; 3- Ổ bi; 8- Lò xo giảm chấn

Kết cấu cặp bánh xe (Hình 2.10) bao gồm các chi tiết chính như bánh

xe 1, trục bánh xe 2, ổ bi 3 (loại trụ ngắn đỡ loại 7313), lò xo giảm chấn 8 và vòng làm kín dạng zích zắc Trên mỗi toa xe S1 và S2 có lắp 1 cặp bánh xe được cố định trên bệ xe và 1 cặp bánh xe được cố đinh trên bộ phận trượt toa

xe Do đó, khoảng cách trục của 2 cặp bánh xe của toa xe thay đổi được và khi hãm sẽ tăng lên đến lớn nhất là 1,6m Khoảng cách này phụ thuộc vào động năng khi hãm và giá trị lực hãm của bộ hoãn xung