Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ gây rung sử dụng trong thiết bị mỏ

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ gây rung sử dụng trong thiết bị mỏ

sö dông trong thiÕt bÞ má

Cơ quan thực hiện và đơn vị phối hợp chính

Số T.T Tên đề tài Cơ quan thực hiện Đơn vị phối hợp

1

Nghiên cứu thiết kế, chế

tạo bộ gây rung sử dụng

trong thiết bị mỏ

Viện cơ khí Năng l−ợng và Mỏ - TKV

Công ty tuyển than Cửa

Bài tóm tắt Rung là sự dao động cưỡng bức của một hệ đàn hồi Để dao động không bị tắt dần do ma sát phải duy trì một nguồn xung kích thích (bộ gây rung) Hiệu ứng rung cơ học đã được áp dụng rộng rãi vào đời sống từ buổi sơ khai của nhân loại Trong ngành công nghiệp mỏ, các thiết bị ứng dụng kỹ thuật rung gồm băng tải, máy cấp liệu, máy sàng, đầm dùi, đầm bàn, đầm cóc Nhìn chung đa số các bộ gây rung của các thiết bị công tác đều được dẫn động bằng động cơ điện, còn xung kích thích là lực li tâm do các thớt lệch tâm sinh ra trong chuyển động quay Vì chủng loại và kích thước thiết bị ngành mỏ rất đa dạng mà kiểu kết cấu và cỡ kích thước các bộ gây rung cũng rất đa dạng Trong tập hợp đa dạng của các kiểu bộ gây rung, bộ gây rung sàng tự cân bằng (самобалансный грохот) được chọn làm đối tượng nghiên cứu thiết kế, chế tạo Nguyên mẫu dùng làm đối tượng nghiên cứu là các bộ gây rung cho sàng kiểu WP (Ba Lan) và sàng 2,4x4,2 D.D Low - Head (Boliden Allis - Australia) Việc chọn bộ gây rung cho sàng tự cân bằng làm đối tượng nghiên cứu thiết kế chế tạo của đề tài dựa trên những căn cứ sau:

1- Sàng tự cân bằng được sử dụng nhiều trong sản xuất, đặc biệt là trong dây chuyền công nghệ tuyển than;

2- Nhiều bộ gây rung các sàng mua của nước ngoài trong vận hành đã quá rơ rão cần thay mới;

3- Bộ gây rung sàng không được sản xuất theo loạt lớn, nếu đặt mua ở nước ngoài với số lượng không nhiều sẽ tăng thêm chi phí và thường không chủ động được

về mặt thời gian;

4- Bộ gây rung là một đơn vị lắp độc lập nhưng với những thay đổi theo tính toán có thể dùng chung cho nhiều cỡ sàng khác nhau;

5- Khối lượng và kích thước của bộ gây rung khá lớn, chế tạo và lắp ráp tương

đối khó, vì vậy thông qua công tác thiết kế, chế tạo bộ gây rung này sẽ có kinh nghiệm thiết kế, chế tạo các bộ gây rung có yêu cầu kỹ thuật cao hơn

6- Đã nắm bắt được một số ưu nhược điểm về kết cấu của bộ gây rung sàng tự cân bằng nhập ngoại nên việc tự nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nước theo mẫu cho khả năng thành công cao hơn, rút ngắn được thời gian hơn;

7- Việc thử nghiệm công nghiệp bộ gây rung sàng, một bước rất quan trọng không thể thiếu trong công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí nói chung,

có những điều kiện thuận lợi hơn vì hiện trường thử nghiệm là các dây chuyền sản xuất hiện đang hoạt động tại các nhà máy tuyển, các công trường khai thác than, thiết

bị đo kiểm tương đối đơn giản không đòi hỏi độ chính xác cao

Trong đề tài nghiên cứu này, bộ gây rung được định ký hiệu bằng chữ và số là

BR 4e ý nghĩa của ký hiệu như sau:

BR- các chữ cái đầu tiên của hai từ "bộ rung";

4- giá trị biên độ dao động thấp nhất khi làm việc: 4 mm;

e- nguyên lý tạo lực cưỡng bức gây rung: lệch tâm (eccentric)

Vì là bộ gây rung cho sàng tự cân bằng nên việc tính toán xác định các thông số của nó phải xuất phát từ yêu cầu về các thông số làm việc của chính bản thân sàng Trong đề tài nghiên cứu này, sàng được tính toán với năng suất 150 tấn.h-1 Công dụng

là phân loại sản phẩm thành 3 cấp: +50 mm; +13 50 mm và -13 mm (sàng 2 mặt lưới) Việc tính toán các thông số kỹ thuật của sàng và của bộ rung được thực hiện trên máy vi tính với chương trình được viết bằng ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual Basic 6.0

Do kết cấu truyền động của bộ gây rung không quá phức tạp, giống như một hộp giảm tốc tỷ số truyền 1:1, và kích thước của hai trục truyền cơ bản lấy theo mẫu nên việc tính toán bền không mang nhiều ý nghĩa khoa học do đó không được đề cập trong báo cáo Thực tế cho thấy chất lượng và tuổi bền của các bộ gây rung phần lớn phụ thuộc vào chất lượng các ổ bi đỡ và mối lắp ghép, vì vậy cần phải nghiệm bền Việc nghiệm bền các loại ổ bi đỡ đã chọn theo phương diện kết cấu cũng được thực hiện bằng chương trình máy tính* Kết quả cho thấy với chế độ tải sàng năng suất 150 tấn.h-1, tần số dao động 750 lần.ph-1, tuổi thọ tính toán của các ổ bi đỡ của bộ gây rung

là 74.3269,4 h

Bộ tài liệu kỹ thuật phục vụ cho công tác chế tạo bộ gây rung là bản vẽ thiết kế

và quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết chính Bộ bản vẽ thiết kế với đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật được lập trên cơ sở kết hợp giữa tính toán lý thuyết khối lượng thớt lệch tâm và kích thước hình học của bộ rung mẫu

Các chi tiết của bộ gây rung sau khi chế tạo đã được kiểm tra nghiệm thu trước khi lắp ráp toàn bộ Bộ gây rung sau khi lắp đã được nghiệm thu xuất xưởng sau đó

đưa vào thử nghiệm công nghiệp theo chương trình tại nhà máy tuyển than II Cửa Ông trên sàng 415 Kết quả bước đầu cho thấy bộ gây rung BR 4e đảm bảo sàng hoạt động

ổn định đảm bảo năng suất và hiệu suất như tính toán, biên độ dao động của thân sàng lắp bộ gây rung BR 4e trong dây chuyền sản xuất đo được là 5 ± 1,5 mm

*ứng dụng kết quả đề tài nghiện cứu ''Xây dựng các cơ sở dữ liệu phục vụ công tác thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí"- Chủ nhiệm đề tài: KS Quách Nghiêm Sơn

Mục lục

Lời mở đầu 6

Chương 1 Về một số loại bộ gây rung

Sử dung trong thiết bị mỏ 7

1-1 Tình hình sử dụng 7

1-2 Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo 13

Chương 2 chọn kiểu bộ gây rung làm

đối tượng nghiên cứu thiết kế 15

2.1 Các cơ sở để lựa chọn 15

2.2 Phạm vi sử dụng của bộ rung 15

2.3 Kết cấu của bộ gây rung đã chọn và đặc tính kỹ thuật 16

Chương 3 tính toán thiết kế, chế tạo bộ gây rung sàng 18

3.1 Tính các thông số kết cấu của sàng 18

3.2 Tính phân bố tải của dòng vật liệu trên mặt sàng 22

3.3 Tính bộ gây rung 24

3.4 Thiết kế bộ gây rung 30

3.5 Công nghệ chế tạo bộ gây rung 30

Chương 4 Thử nghiệm bộ gây rung 50

Chương 5 Kết luận và kiến nghị 53

Lời cám ơn 54 Tài liệu tham khảo

Lời mở đầu Rung trong vật lý là sự dao động cơ học của một vật thể rắn theo tần số và biên

độ nhất định tùy thuộc vào trị số của lực kích thích và tính chất của hệ đàn hồi Hiện tượng rung đã được biết đến ngay từ buổi đầu sơ khai của lịch sử xã hội loài người, ví

dụ nhờ ứng dụng rung mà con người có được thành công trong hái lượm hoa quả, rũ sạch côn trùng lẫn trong thức ăn, về sau là rây bột, hạt ngũ cốc Trong xã hội hiện đại,

kỹ thuật rung từ lâu đã được nghiên cứu ứng dụng trong chế tạo máy, ví dụ như máy massage dùng trong y tế; đầm cóc, đầm bàn, đầm dùi, bàn rung, máy đóng / nhổ cọc dùng trong xây dựng, vận tải, đúc - luyện kim; sàng, máy cấp liệu dùng trong tuyển khoáng, sản xuất vật liệu xây dựng, công nghiệp chế biến thực phẩm, chế biến thức ăn gia súc

Ngành công nghiệp mỏ là một ngành Kinh tế - Kỹ thuật tổng hợp gồm nhiều lĩnh vực kỹ thuật chuyên ngành như khảo sát địa hình mở khai trường, khai thác, vận tải, tuyển - chế biến khoáng sàng có ích Trong ngành mỏ nước ta, các loại máy móc, thiết bị có ứng dụng kỹ thuật rung trong công tác làm đường mở khai trường là các loại đầm rung, quả lu rung ; trong vận tải, tuyển - chế biến khoáng sàng là máng vận tải, máy cấp liệu, máy sàng Các loại thiết bị này chủ yếu là sản phẩm nhập ngoại Trong quá trình sử dụng thiết bị, các chi tiết máy bị hư hỏng được sửa chữa phục hồi

để kịp thời phục vụ sản xuất, đồng thời ở một mức độ nào đó góp phần tiết kiệm ngoại

tệ do không phải nhập ngoại Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo mới những bộ gây rung

cụ thể cho riêng từng loại thiết bị chưa được đơn vị nào trong nước tiến hành Với những chủng loại máy và phạm vi sử dụng rộng rãi như đã đề cập ở trên, trong phạm

vi đề tài nghiên cứu này chỉ có thể chọn một kiểu bộ gây rung làm đối tượng nghiên cứu thiết kế chế tạo, đó là bộ gây rung dùng cho sàng tự cân bằng (самобалансный грохот) được sử dụng trong các nhà máy tuyển than (NMTT)

Mục tiêu của đề tài là phân tích lựa chọn mẫu sản phẩm điển hình, được nhiều khách hàng tin dùng để thiết kế, chế tạo sản phẩm nội địa hoá phù hợp với các điều kiện về nguyên vật liệu, thiết bị gia công cơ khí hiện có trong nước; tính năng kỹ thuật

và độ tin cậy của sản phẩm nghiên cứu tương đương với sản phẩm cùng loại của nước ngoài

Chương 1.về một số loại bộ gây rung sử dụng trong Thiết bị mỏ

1-1 Tình hình sử dụng

1-1-1 Trong thiết bị tuyển than

Trong công nghệ tuyển than, máy sàng, máy cấp liệu là những thiết bị ứng dụng

kỹ thuật rung Hiện nay ngành Than - Khoáng sản Việt Nam có ba nhà máy tuyển than có dây chuyền công nghệ khá hiện đại, chúng tập trung chủ yếu tại địa phận tỉnh Quảng Ninh: Nhà máy tuyển than Cửa Ông ở thị trấn Cửa Ông; Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng ở Hòn Gai; Nhà máy tuyển than Vàng Danh ở mặt bằng công nghiệp

mỏ Vàng Danh Sơ đồ công nghệ tuyển của các nhà máy tuyển như sau:

a) Nhà máy tuyển than Cửa Ông, Cẩm Phả

0 ữ 100 mm 0 ữ 1 mm Bã thải +15 ữ 35 mm +35 ữ 100 mm Đánh đống

Bã thải 0 ữ 15 mm

+6 ữ 15 +15 ữ 35

mm mm

0ữ 6 mm Cám 3 Cục3 Cục1, 2 Sản phẩm +35ữ 50 mm +50ữ 100 mm trung gian Cục 5 Cục 4 Cám 1, 2

Hình 1.1 Sơ đồ một dây chuyền công nghệ tuyển chính của NMTT Cửa Ông

Than nguyên khai kéo về từ mỏ

Máy sàng Máy lắng

Cyclone

môi trường nặng I

Máy sàng

Phân loại

Máy sàng phân loại

Cyclone môi trường nặng II

Máy đập

Sàng chuẩn bị

Cyclone

cô đặc

Sàng róc nước

b) Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng, Hòn Gai

Đá thải

0 ữ 50 mm +50 mm

Cám 0 ữ 6 mm

+6 ữ 50 mm

0 ữ 0,75mm Đá thải

0 ữ 0,75 mm +0,75 ữ 6 mm +6 ữ 50 mm

Gỗ đầu mẩu +6 ữ 50 mm

Bã thải trung gian

0 ữ 6 mm

+35 ữ 50 mm +6 ữ 15 mm +15 ữ 35 mm Cục 3 Cục 4 Cục 5

Hình 1.2 Sơ đồ một dây chuyền công nghệ tuyển chính của

NMTT Nam Cầu trắng

Than nguyên khai kéo về từ mỏ

Máy sàng loại dị vật Máy lắng

Cyclone môi trường nặng

Máy đập Sàng khử cám khô

Cyclone

cô đặc

Sàng sơ bộ

Máy sàng rửa

Máy sàng róc nước

Máy sàng phân loại

c) Nhà máy tuyển than Vàng Danh

Bể cô đặc

(nước bùn than)

Cục SP (40ữ90)

Cám (1ữ18) Cục SP (+90) Cám trung gian

Cục 18ữ40 Cám sạch(1ữ18)

Hình 1.3 Sơ đồ một dây chuyền công nghệ tuyển chính của NMTT Vàng Danh

Than nguyên khai kéo về từ mỏ

Trong 3 nhà máy tuyển than nêu trên, nhà máy tuyển than Cửa Ông và nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng sử dụng công nghệ và thiết bị của hãng BMCH (Australia), nhà máy tuyển than Vàng Danh sử dụng công nghệ và thiết bị của Liên Xô cũ, nay là Cộng hòa Liên bang Nga Nhà máy tuyển than Cửa Ông tuyển than các mỏ khu vực Cẩm Phả Theo yêu cầu công nghệ, nhà máy này chỉ nhận than cấp hạt -100 mm kéo

về từ các mỏ nhưng vì khâu sàng sơ bộ tại mỏ vẫn không loại hết cục quá cỡ nên vẫn cần đến khâu đập và sàng chuẩn bị (phân loại) than trước khi vào tuyển Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng tuyển than các mỏ khu vực Hòn Gai và chỉ nhận than

đã được sàng sơ bộ tại mỏ cấp hạt -50 mm Nhà máy tuyển than Vàng Danh phục vụ chủ yếu cho mỏ than Vàng Danh nên được xây dựng ngay trên mặt bằng công nghiệp của mỏ Than nguyên khai cỡ hạt amax= 400 mm trước khi vào tuyển được phân loại sơ

bộ bằng sàng song, kích thước khe 120 mm, cục quá cỡ được đập lại và cùng đổ trục tiếp xuống bun ke nhà máy tuyển Độ sâu tuyển than cục Vàng Danh là +18 mm nên than từ bun ke phải được khử cám bằng sàng khô cũng như sàng ướt Sàng phân loại

và róc nước ở tuyển than Cửa Ông và Nam Cầu Trắng là loại sàng tự cân bằng, sàng rung quán tính do các hãng chế tạo máy như Boliden Allis (Australia), Polmag (Ba Lan) sản xuất ở tuyển than Vàng Danh, các loại sàng được sử dụng là sàng rung quán tính và sàng tự cân bằng do nhà máy Lugansk (Ucraina thuộc Liên Xô cũ) chế tạo

Thực tế trang bị các loại sàng, máy cấp liệu trong các dây chuyền công nghệ

đang hoạt động nêu trên được đưa vào bảng 1.1

Kí hiệu/ Cỡ kích thước mặt sàng

Đặc điểm của bộ gây rung

Công dụng trong dây chuyền

Số lượng

2,4x4,2 D.D Low - Head

Phân loại và róc nước sản phẩm tuyển sau máy lắng

08

1,8x4,2 D.D Low - Head

1 NMTT

Cửa Ông

Sàng tự cân bằng

"SH" RIPL - FLO

Trục lệch tâm

Phân loại sản phẩm

04 1500/1800

2500/1600 AS-u35W-K

Dạng hộp liền với động cơ dẫn động

Cấp liệu cho băng tải, máy lắng

01 1,8x4,2

Boliden Allis

Sàng sơ bộ 06

2,4x 4,2 Sàng rửa và phân

Sàng tự cân bằng

2000/1200 AS-u23W-K

Dạng hộp liền với động cơ dẫn động

Cấp liệu cho băng tải, máy lắng

06

ГСЛ-62А/

2000x5000

Phân loại và róc nước sản phẩm tuyển

SRB-80/

1200x4200

Dạng hộp

Rửa sản phẩm 03 Nhận xét:

1- Đối với sàng rung quán tính nguyên lý bộ gây rung thường là trục lệch tâm;

2- Đối với sàng tự cân bằng nguyên lý bộ gây rung là các thớt lệch tâm lắp đối

xứng trên hai trục quay ngược chiều nhau lắp vào thân (thuyền) sàng hoặc trong hộp

kín

3- Đối với máy cấp liệu nguyên lý bộ gây rung là trên hai đầu trục động cơ lắp

các thớt lệch tâm, máy lắp hai động cơ quay ngược chiều nhau

1-1-2 Trong thiết bị xây dựng mặt bằng công nghiệp và làm đường mỏ

Trong xây dựng mặt bằng công nghiệp và làm đường mỏ, các thiết bị ứng dụng

kỹ thuật rung như đầm dùi, đầm bàn, đầm cóc được đưa vào các bảng ương ứng gồm bảng 1.2, bảng 1.3 và bảng 1.4

Kích thước đế

đầm, mm

Độ sâu

đầm chặt, m

Khối lượng,

Số

TT Ký hiệu

Công suất,

kW

Kích thước đế chày, mm

Lực giã ,

kN

Khối lượng,

Lắp động cơ

xăng của hãng Honda

1) Các loại thiết bị rung dùng trong xây dựng mặt bằng công nghiệp mỏ, làm

đường mỏ gồm nhiều loại với các cỡ kích thước khác nhau;

2) Khối lượng thiết bị không lớn thích hợp với công việc không cố định tại một

từ rất sớm Riêng trong ngành mỏ Liên Xô cũ, nhà máy chế tạo thiết bị mỏ mang tên А.Я Пархоменко tại thành phố Lugansk (nay là Ucraina) ngay từ sau khi thành lập,

đặc biệt là sau năm 1987 khi bước vào nền kinh tế thị trường, đã đi sâu vào chuyên môn hoá chế tạo cac loại sàng rung, trong đó có sàng rung quán tính, sàng rung tự cân bằng, sàng cộng hưởng từ loại nhẹ cho đến loại nặng Các hãng sản xuất đa ngành của các nước tư bản như Boliden Allis (Ausralia), Metso Minerals (USA) cũng rất quan tâm đến việc chế tạo các loại sàng rung, máy cấp liệu Thiết bị của họ có mặt nhiều nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam Như vậy có thể nói các bộ gây rung không

đặc chủng cho các chủng loại thiết bị rung như sàng, máy cấp liệu gần như đã trở thành sản phẩm chế tạo theo lô hoặc loạt Hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo của họ hiện nay là nâng cao tuổi bền mỏi của các chi tiết máy, tối ưu hoá kích thước kết cấu theo hướng nhỏ gọn, nâng cao chỉ tiêu tiêu tiêu chuẩn hoá và thống nhất hoá các chi

tiết và cụm chi tiết cấu thành sản phẩm

1-2-2 ở trong nước

Các thiết bị ứng dụng nguyên lý rung được sử dụng trong sản xuất ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hàng nhập ngoại Trước đây nhà máy cơ khí Hòn Gai và cơ điện Uông Bí đã chế tạo thành công sàng rung quán tính SRQ-2 theo thiết kế của Viện Máy

mỏ, nay là Viện cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV Bộ phận gây rung của sàng là một trục lệch tâm lắp thêm các đĩa lệch tâm Quỹ đạo dao động của loại sàng này là quỹ

đạo tròn (gần tròn) Gần đây, theo mẫu sàng nước ngoài nhà máy cơ khí Mạo Khê - TKV cũng đã chế tạo thành công sàng SH" RIPL - FLO cấp cho tuyển than Cửa Ông Nguyên lý hoạt động của loại sàng này tương tự như sàng SRQ-2 Đối với sàng rung quán tính tự cân bằng, tuy cũng được sử dụng nhiều nhưng chưa được chế tạo trọn bộ, chủ yếu chỉ chế tạo mới thân (thuyền) sàng và phụ tùng để sửa chữa các sàng cũ bị hỏng nặng Bộ gây rung của loại sàng này cho dù là của Ausralia hay của Ba lan, của Nga đều có hình dáng bên ngoài tương tự nhau, đều là hộp kín Bộ gây rung sàng rung

tự cân bằng bị mòn hỏng trong quá trình làm việc lâu ngày được sửa chữa bằng cách thay bi, thay chi tiết quá mòn hết khả năng làm việc [4].Tài liệu kỹ thuật về bộ gây rung đã được một số cơ sở sản xuất lập để phục vụ công tác sửa chữa cơ điện, còn việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ gây rung một cách cơ bản từ khâu tính toán các thông

số bộ gây rung đến khâu hoàn thiện bản vẽ thiết kế trên cơ sở tiếp thu kỹ thuật và công nghệ tiên tiến trước đây chưa có điều kiện và chưa được đơn vị nào tiến hành

Chương 2 chọn kiểu bộ gây rung làm đối tượng

nghiên cứu thiết kế

2.1 Các cơ sở để lựa chọn

Trong thực tế sản xuất, mỗi một loại thiết bị rung đều được trang bị những bộ gây rung có đặc điểm kết cấu và tính năng tương ứng Nguyên lý làm việc chung của các bộ gây rung là ứng dụng lực li tâm do các khối lượng lệch tâm trong chuyển động quay sinh ra Vì vậy nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế bộ gây rung của bất kỳ một thiết bị

cụ thể nào đều quy về tính toán xác định tần số và giá trị lực cưỡng bức gây rung Trong số các bộ gây rung của các thiết bị được dùng nhiều trong ngành mỏ, trước mắt chọn bộ gây rung (dạng hộp độc lập với động cơ dẫn động) cho sàng tự cân bằng làm

đối tượng nghiên cứu thiết kế, chế tạo Các căn cứ lựa chọn như sau:

1- Sàng tự cân bằng được sử dụng nhiều trong sản xuất, đặc biệt là trong dây chuyền công nghệ tuyển than;

2- Nhiều bộ gây rung các sàng mua của nước ngoài trong vận hành đã quá rơ rão cần thay mới;

3- Bộ gây rung sàng không được sản xuất theo loạt lớn, nếu đặt mua ở nước ngoài với

số lượng không nhiều sẽ tăng thêm chi phí sản xuất và thường không chủ động được

6- Đã nắm bắt được một số ưu nhược điểm về kết cấu của bộ gây rung sàng tự cân bằng nhập ngoại nên việc tự nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nước theo mẫu cho khả năng thành công cao hơn, rút ngắn được thời gian hơn;

7- Việc thử nghiệm công nghiệp bộ gây rung sàng, một bước rất quan trọng không thể thiếu trong công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí nói chung, có những

điều kiện thuận lợi hơn vì hiện trường thử nghiệm là các dây chuyền sản xuất hiện

đang hoạt động tại các nhà máy tuyển, các công trường khai thác than, thiết bị đo kiểm tương đối đơn giản không đòi hỏi độ chính xác cao

2.2 Phạm vi sử dụng của bộ gây rung

Bộ gây rung BR 4e dùng để gây rung cho sàng tự cân bằng, trong phạm vi đề tài nghiên cứu là sàng loại 2 mặt lưới để phân loại, róc nước than trong dây chuyền công nghệ tuyển, năng suất Q = 150 t.h-1, cỡ hạt vào sàng lớn nhất 100 mm, các cỡ sản phẩm ra: +50 mm; 13ữ50 mm; -13 mm (kích thước mắt sàng d: đối với lưới trên d1=

50 mm; lưới dưới d2= 13 mm) Sơ đồ kết cấu của sàng tự cân bằng loại treo thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1 Sàng tự cân bằng

1- Động cơ điện; 2- Bộ gây rung; 3- Thân sàng; 4- Lưới trên; 5- Lưới dưới

Biên độ dao động của các loại sàng tự cân bằng thường không lớn, phổ biến là a= 4,5 mm và tần số dao động là 13,3 Hz ( 790 vg.ph-1), mặt lưới sàng nằm ngang hoặc nghiêng không quá 10 0[11]

Bộ gây rung được lắp trên thân sàng nghiêng 45 0 so với mặt lưới, dẫn động bằng động cơ điện lắp cố định trên khung đỡ Truyền động từ động cơ đến bộ gây rung là truyền động mềm kiểu đai thang

2.3 Kết cấu của bộ gây rung đã chọn và đặc tính kỹ thuật

Bộ gây rung sàng được chọn làm đối tượng nghiên cứu thiết kế, chế tạo có kết cấu dạng hộp kín, hình dáng ngoài gần giống hộp giảm tốc một cấp (hình 2.2) Hai trục của bộ gây rung quay ngược chiều nhau nhờ cặp bánh răng trụ đối tiếp 9-12 Lực gây rung cưỡng bức cho sàng được tạo bởi các thớt lệch tâm chủ động 2-4 và bị động 8-10 lắp đối xứng nhau như trên hình vẽ Như vậy khi quay, hợp lực li tâm trên mặt phẳng ngang song song với chân đế sẽ bị triệt tiêu Hợp lực li tâm có giá trị lớn nhất trên mặt phẳng đứng vuông góc với chân đế Nguyên lý hoạt động này tạo cho sàng có quỹ đạo rung theo đường thẳng ( Straight line motion)

Bộ gây rung được định ký hiệu bằng chữ và số là BR 4e ý nghĩa của ký hiệu như sau:

BR- các chữ cái đầu tiên của hai từ "bộ rung";

4- giá trị biên độ dao động thấp nhất khi làm việc: 4 mm;

e- nguyên lý tạo lực cưỡng bức gây rung: lệch tâm (eccentric)

Chương 3 tính toán thiết kế, chế tạo bộ gây rung sàng

3.1 Tính các thông số kết cấu của sàng

Các thông số kết cấu của sàng đảm bảo tính năng kỹ thuật của sàng là diện tích mặt lưới sàng (chiều dài L và chiều rộng B - hình 2.1), tần số và biên độ dao động của thân sàng Các thông số cơ bản này là cơ sở để tính toán thiết kế bộ gây rung

Q

.

1

. k l m n o p q

Q

F2 =

2 2 2 2 2 2 2

2

. k l m n o p q

Q

trong đó Q1- năng suất thông qua lưới trên, t.h-1;

Q2- năng suất thông qua lưới dưới, t.h-1

Q2 = λ.Q, trong đó λ- Tỉ lệ thu hoạch vật liệu trên mặt sàng lưới dưới,

100 ).

q1, k1, l1, m1, n1, o1, p1- các hệ số điều chỉnh cho mặt sàng lưới trên;

q2, k2, l2, m2, n2, o2, p2- các hệ số điều chỉnh cho mặt sàng lưới dưới Các hệ số điều chỉnh này được chọn theo bảng 3.2, trong đó

qi- năng suất riêng của 1 m2 lưới sàng, t.h-1; γ- tỉ trọng tơi xốp (khối lượng đống) của vật liệu vào sàng, t.m-3;

ki, li, mi, ni, oi, pi- các hệ số điều chỉnh tính đến sự ảnh hưởng của thành phần cỡ hạt, tính chất của vật liệu đầu vào cũng như điều kiện sàng

Năng suất riêng của 1 m2 lưới sàng lấy theo kinh nghiệm thực tế, trị số năng suất riêng theo kích thước mắt lưới sàng được đưa vào bảng 3.1

- Đối với sàng 2 mặt lưới, giá trị năng suất riêng của lưới dưới lấy bằng 70 ữ

80 % giá trị nêu trong bảng

Giá trị các hệ số k, l, m, n, o, p được đưa vào bảng 3.2

10 20 25 30 40 50 60 70 80 90

l Cỡ hạt kích

thước lớn*

0,94 0,97 1,0 1,03 1,09 1,18 1,32 1,55 2,0 3,36Hiệu suất yêu cầu

40 50 60 70 80 90 92 94 96 98

m Hiệu suất

sàng

2,3 2,1 1,9 1,6 1,3 1,0 0,9 0,8 0,6 0,4 Các vật liệu khác

(trừ than)

Hạt vật liệu có dạng tròn (sỏi, cuội) Than đá

tiếp bảng 3.2

Tính chất của vật liệu vào sàng và kích thước mắt lưới d

d < 25 mm d > 25 mm Khô ẩm ( tùy thuộc vào độ ẩm)

d < 25 mm d > 25 mm Khô Tưới nước Không phân biệt

p Phương

pháp sàng

1,0 1,25 ữ 1,4 1,0

Ghi chú: *- Kích thước lớn nhỏ chỉ là danh nghĩa

Để tính các thông số sàng than sử dụng bộ gây rung BR 4e được dùng trong ngành tuyển- chế biến cần phải biết các số liệu tổng hợp về thành phần độ hạt than (%) Thành phần cỡ hạt than các mỏ vùng Hòn Gai cấp cho NMTT Nam Cầu Trắng

và vùng Cẩm Phả cấp cho NMTT Cửa Ông được đưa vào bảng 3.3 và bảng 3.4

Bảng 3.3 Thành phần độ hạt than (%) các mỏ vùng Hòn Gai

Bảng 3.4 Thành phần độ hạt than (%) các mỏ vùng Cẩm Phả

Cấp hạt Cọc

Sáu

Đèo Nai

Cao Sơn

Dương Huy

Khe Chàm

Mông Dương

Thống Nhất

XN Cẩm Phả -0,5 15,79 14,15 17,63 11,47 16,74 14,04 13,51 16,39 0,5 -15 57,17 55,06 66,32 64,94 57,65 61,79 57,59 57,69

Fn = LxB, m2 (3.8) Trên thực tế chiều rộng của mặt lưới sàng B thường lấy là 0,9; 1,5; 1,8; 2,0; 2,4; 2,8 m Nhận B = 2,4 m, khi đó chiều dài mặt lưới:

L F n ,m

4 , 2

=Kết quả tính toán L theo chương trình (Phụ lục 2) được làm tròn lên (L = 5,4 m)

Sau khi đã cân đối được độ rộng, dài của mặt sàng theo năng suất, ta kiểm tra lại hiệu suất của sàng:

Chiều rộng làm việc thực tế của lưới sàng

B0 = 0,95 B, m Diện tích làm việc thực tế của lưới sàng

Ft = B0.L, m2 Năng suất thể tích của sàng

Q0i = ,

γi

Q

t.m-3 Năng suất thể tích riêng của 1 m2 lưới sàng

εti = 100 - 7,5Ri , % (3.11)

Kết quả tính toán theo chương trình ε1 = 98,91 %; ε2 = 96,34 %;

Như vậy kích thước mặt lưới sàng đảm bảo hiệu suất làm việc như đã định

3.1.2 Biên độ dao động của thân sàng

Đối với sàng rung quán tính quỹ đạo dao động thẳng, biên độ dao động được tính theo công thức [1, 7]:

a = 1000

sin

2

α

β ω

ω

αβ

a

g u

trong đó u- chỉ số hất vật liệu trên lưới sàng;

Với loại sàng rung tự cân bằng góc nghiêng đặt sàng thường không lớn (không quá 100)

Chỉ số hất vật liệu trên lưới sàng là tỷ lệ giữa thành phần lực hất hạt vật liệu và trọng lượng của bản thân nó trên mặt phẳng vuông góc với mặt lưới sàng

v vl = 1 , 4 ( ư 1 ) , (3.15) trong đó θ- góc lắc của thân sàng

Giữa góc lắc, góc hất vật liệu (β ) và góc nghiêng đặt sàng (α) có mối tương quan sau:

β = θ + α hoặc θ = β - α (3.16)

3.2.3 Khối lượng của dòng vật liệu trên mặt lưới sàng trên và lưới sàng dưới

Chiều cao của lớp vật liệu trên mặt lưới sàng trên:

γ .

3600v B

Q h

.(

1

γ

β B L h

M

d t

1

B v

Q h

.(

M

d d

3.3.1 Khối lượng chuyển động gây dao động rung

Khối lượng các phần tử tham gia rung

M = M1 + M2 +Mk, kg (3.21) trong đó M1- khối lượng vật liệu nằm trên mặt sàng lưới trên, kg;

M2- khối lượng vật liệu nằm trên mặt sàng lưới dưới, kg;

Mk- tổng khối lượng các kết cấu tham gia rung (thân sàng, bộ gây rung), kg

Để gây được dao động rung với một biên độ xác định (a) tính theo đơn vị m, giữa khối lượng của thớt lệch tâm (loại hộp với 4 thớt như hình 2.2) và khối lượng các phần tử tham gia rung phải tồn tại đẳng thức [6,11]:

trong đó R, r, b, ω- các kích thước như hình 3.3;

ρ- khối lượng riêng của vật liệu chế tạo thớt lệch tâm, kg.m-3;

R, r, b - tính theo đơn vị m;ω- tính theo đơn vị độ

Hình3.3 Dạng hình học cơ bản của thớt lệch tâm

Từ công thức trên có thể xác định được kích thước của thớt lệch tâm, thường là chiều dày b:

) 2 / sin(

).

.(

8000

b

ư

3.3.2 Lực li tâm tạo chuyển động rung

Lực quán tính sinh ra bởi khối lượng của một thớt lệch tâm

Pu= m0R0.ω2, N (3.25) trong đó ω = ,

30

n

π

s-1 , n- tần số rung của thân sàng (hay tần số vòng của thớt lệch tâm), lần.ph-1 / vg.ph-1;

l

1000

4

ηη

ηđc - hiệu suất của động cơ dẫn động, ηdc = 0,825;

ηck= ηbđ ηbr ηob - hiệu suất của hệ truyền động cơ khí:

hiệu suất truyền động đai ηbđ = 0,95 0,96;

hiệu suất truyền động bánh răng trụ ηbr = 0,96 0,98;

hiệu suất truyền động của ổ bi ηob = 0,99 0,995 Theo giá trị N tính được bằng chương trình, chọn động cơ dẫn động kiểu 3K

Mômen xoắn trên trục vào của bộ gây rung:

Mtv = Mxdc i ηbd ηob , N.m (3.28) Lực tiếp tuyến trên đường kính vòng chia (dc) của bánh răng:

N d

M P

c

tv

t = 2 , ; dc= m.Z, m, (3.29) trong đó m - môđun; Z- số răng

Hình 3.4 Sơ đồ lắp đặt bộ gây rung trong thực tế

a) Trục tâm của các thớt lệch tâm trùng với mặt phẳng đứng;

b) Trục tâm của các thớt lệch tâm trùng với mặt phẳng nghiêng

Theo như sơ đồ, các ổ bi của trục I (trục vào) chịu tải lớn hơn so với các ổ bi

trục II Lực thành phần trên mặt phẳng đứng đối với trục I, ngoài lực li tâm của các

thớt lệch tâm, còn có lực tự trọng của trục, bánh răng và bánh đai (xem hình 2.2) Còn

Hình 3.5 Sơ đồ các ngoại lực tác dụng lên hai ổ bi

Ký hiệu các đại lượng ngoại lực và kích thước trên hình 3.5, tên gọi và các trị số

của chúng lấy từ phần tính toán bằng lập trình ở trên và từ phương án thiết kế kỹ thuật

chi tiết được đưa vào bảng 3.5

Bảng 3.5

Tên đại

lượng

Lực li tâm,N

Lực hướng tâm ,

N

Lực căng

đai, N

Trọng lượng trục, N

Trọng lượng bánh răng, N

Trọng lượng bánh

đai, N

Khoảng cách giữa 2 gối trục,

mm

Đoạn trục công xơn,

mm

Ký hiệu Pu Pr Tcd Gtr Gbr Gbd l l1

Trị số 37.258,4 277,24 1.600 630 325 265 570 190

) 2

R B' x570 ư ( 2P u +P r)x285 ưT cd x( 570 + 190 ) = 0 (3.33)

570

) 190 570 ( 285

) 2

trong đó C- trị số tải trọng động của ổ, kN;

P- tải trọng động quy đổi, kN

p- chỉ số mũ tính tuổi thọ Đối với ổ đũa p =

3 10

Tải trọng động quy đổi P được tính theo công thức:

P = Fr + 9,5Fa, kN (3.36) trong đó Fr- tải trọng hướng tâm; Fa- tải trọng dọc trục

Tuổi thọ Lh10 của ổ tính theo giờ (h) được quy đổi theo công thức:

Lh10 = Lh =

60

10 6

750 vg.ph-1

Việc tính toán các thông số của bộ gây rung và nghiệm bền các ổ được tiến hành theo chương trình viết bằng ngôn ngữ Microsoft Visual Basic 6.0 [2] Sơ đồ khối chính của chương trình thể hiện trên hình 3.6, còn các sơ đồ khối xử lý con trên các hình tương ứng là hình 3.7, hình 3.8, hình 3.9, hình 3.10, và hình 3.11 Giao diện và các mã được đưa vào phụ lục 2

Hình 3.6 Sơ đồ khối chính của chương trình (flowdiagram)

- Khối lượng vật liệu trên mặt sàng lưới trên (M21 [kg])

- Khối lượng vật liệu trên mặt sàng lưới dưới (M22 [kg])

- Lực li tâm của thớt lệch tâm (Pu [N])

- Công suất động cơ dẫn động (Ndc [kW])

- Mô men xoắn trên trục bộ gây rung (Mxr [N.m])

NextBack

No

Yes

Trên hình 3.6 các khối xử lý được đánh số từ 1 đến 5, chúng được mô tả bằng

các sơ đồ khối con sau đây:

Hình 3.7 Sơ đồ xử lý khối 1

Hình 3.8 Sơ đồ xử lý khối 2

1 Khởi tạo các dữ liệu mặc định: (Q1, CD, p)

2 - Chọn và tra cứu các dữ liệu: (Q1, CD, p)

- Tra các hệ số: β1, β2 = f(a); k = f(β); l = f(β); m = f(ε)

3 Tính diện tích mặt lưới sàng trên (F1 [m2])

4 Tính biên độ dao động (a1 [mm])

OutIn

In

1 Khởi tạo các dữ liệu mặc định: (Q2, CD, p)

2 - Chọn và tra cứu các dữ liệu: (Q2, CD, p)

- Chiều cao của lớp vật liệu trên các mặt lưới (h1,h2 [m])

- Khối lượng vật liệu trên các mặt lưới (M21, M22 [kg])

6 Cân đối khối lượng tham gia rung và kích thước thớt lệch tâm:

- Tổng khối lượng tham gia rung (Mt [kg])

Hình 3.10 Sơ đồ xử lý khối 4

Hình 3.11 Sơ đồ xử lý khối 5

Kết quả tính toán cho thấy tuổi thọ lý thuyết của ổ là rất cao, nhưng thực tế lại không được như vậy Vấn đề là ở chỗ vật liệu thân hộp có cơ tính kém hơn ổ bi, chất lượng mối lắp ghép giảm theo thời gian do chịu tải trọng động, ca ngoài bị xoay gây mòn Vì vậy xuất hiện khe hở làm trục quay không ổn định, phát sinh thêm tải trọng

va đập ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của ổ bi Kết luận này đúng với phần lớn các bộ gây rung mà đề tài đã khảo sát [4]

1 Khởi tạo các dữ liệu mặc định: (l, l1, Pu, , nmax)

1 Xuất dữ liệu ra cửa sổ chuương trình: (Window)

2 Xuất dữ liệu ra file: (*.txt)

3 In kết quả ra giấy (Printer)

OutIn

3.4 Thiết kế bộ gây rung

Giữa việc tính toán các thông số của bộ gây rung nhằm đảm bảo các tính năng

kỹ thuật cơ bản đã đặt ra và việc hoàn thiện bản vẽ thiết kế có liên quan mật thiết với nhau Một số kích thước được phác thảo để làm căn cứ tính toán, một số kết quả tính toán lại được dùng để hiệu chỉnh thiết kế Các bản vẽ thiết kế hoàn chỉnh dùng để chế tạo và lắp ghép bộ gây rung BR 4e dùng cho sàng tự cân bằng được lập thành một bộ tài liệu riêng

3.5 Công nghệ chế tạo bộ gây rung

Đối với các chi tiết thông thường của bộ gây rung như trục, bánh răng trụ, bánh

đai truyền động, nắp ổ công nghệ chế tạo không có gì đặc biệt và gần như đã là công nghệ phổ biến Vì vậy, đề tài này chỉ giới hạn trong việc lập công nghệ chế tạo các chi tiết có kết cấu tương đối phức tạp như vỏ hộp, hoặc kết cấu không hoàn toàn tròn xoay như thớt lệch tâm

3.5.1 Công nghệ chế tạo vỏ hộp

Kết cấu của vỏ hộp gồm hai nửa hoàn toàn đối xứng nhau, ghép lại và gia công như một chi tiết Vì vậy các bước công nghệ trước khi ghép là như nhau và gồm các bước sau: [3,4]

6- Mài các bề mặt phân cách để đảm bảo độ kín cho bề mặt lắp ghép;

7- Phay, doa mặt đáy, các mặt bích, các lỗ lắp ổ bi, khoan các lỗ lắp bu lông, lỗ dầu

Quy trình công nghệ chi tiết theo các tính toán với những loại máy công cụ gia công cơ khí cụ thể được trình bày theo các biểu sau:

Chế tạo Bộ gây rung BR 4e Bộ gây rung BR 4e Vỏ hộp BR 4e.00.013

V ậ t li ệ u k h ở i đ ầu P h ô i Trọng l−ợng tinh

chi tiết (kg)

Số l−ợng chi tiết/ phôi Phần thừa (kg)

(mm)

Trọng l−ợng (kg)

Số l−ợng chi tiết gia công đồng thời

Gá lắp dụng cụ Chuẩn bị kết thúc của nhóm T (ph) Máy To (ph) Chung Tc (ph)

Φ13, khoan, doa 2 lỗ chốt định vị Φ10

đá, khoan 8 lỗ Φ44, Phay m.p nắp đậy, khoan 4lỗ M8 (Φ6,75) Phay m.p, khoan lỗ thông hơi M20 (Φ17,75)

Máy doa

11 55

Doa lỗ Φ260, phay tinh m.p Φ347 Phay rãnh 20, khoan

Máy khoan

ChiÒu s©u c¾t

t (mm)

L−îng ch¹y dao S (mm/

r¨ng)

Sè vßng quay

Tph (ph) Tc (ph)

ChiÒu s©u c¾t

t (mm)

L−îng ch¹y dao S (mm/

r¨ng)

Sè vßng quay

Tph (ph) Tc (ph)

n¨ng l−îng & má

Gia c«ng c¬

ChiÒu s©u c¾t

t (mm)

L−îng ch¹y dao S (mm/

vg)

Sè vßng quay

Tph (ph) Tc (ph)

n¨ng l−îng & má

Gia c«ng c¬

ChiÒu s©u c¾t

t (mm)

L−îng ch¹y dao S (mm/

vg)

Sè vßng quay

năng l−ợng & mỏ

Gia công cơ

Chiều sâu cắt

t (mm)

L−ợng chạy dao ngang,

Sn(mm/

ph)

Tốc

độ bàn máy