Báo cáo Nghiên cứu, thiết kếmáng cào đi kèm máy khấu than có công suất đến 250 tấn/giờ

BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN – KHOÁNG SẢN VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁNG CÀO ĐI KÈM MÁY KHẤU THAN CÓ CÔNG SUẤT ĐẾN 250 TẤN/GIỜ Ths. TRẦN ĐỨC THỌ 6786 12/4/2008 HÀ NỘI - 2007 VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 2 Author by TĐT BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN – KHOÁNG SẢN VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV *** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁNG CÀO ĐI KÈM MÁY KHẤU THAN CÓ CÔNG SUẤT ĐẾN 250 TẤN/GIỜ. PHẦN I: THUYẾT MINH ĐỀ TÀI Cơ quan chủ quản: TẬP ĐOÀN THAN – KHOÁNG SẢN VIỆT NAM Cơ quan chủ trì: VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI DUYỆT VIỆN HÀ NỘI - 2007 VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 3 Author by TĐT NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN T T Họ và tên Chức danh, nghề nghiệp Cơ quan 1 Trần Đức Thọ Ths. Chế tạo máy mỏ Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV 2 Hoàng Văn Vĩ KS. Chế tạo máy mỏ Nt 3 Hồ Công Trân KS. Chế tạo máy Nt 4 Hà Thúy Vân KS. Kinh tế Nt 5 Đàm Hải Nam KS. Chế tạo máy Nt 6 Nguyên Quốc Tính KS. Máy thủy lợi Nt 7 Trần Quang Duy Ks. Cơ điện Công ty Than Khe Chàm – TKV 8 Nguyễn Văn Thụy Ks. Cơ điện Công ty Than Khe Chàm – TKV VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 4 Author by TĐT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...............................................................................................5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................................5 TÓM TẮT ĐỀ TÀI .....................................................................................................................6 MỞ ĐẦU .....................................................................................................................................8 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VÀ PHƯƠNG ÁN SẢN PHẨM.......................................................... 9 I. TỔNG QUAN CHUNG................................................................................................................. 9 II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẢN PHẨM.................................................................................. 15 CHƯƠNG II. ĐẶC TÍNH VÀ PHÂN TÍCH YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA MÁNG CÀO........ 25 I. CÔNG DỤNG VÀ ĐẶC TÍNH ................................................................................................... 25 II. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁNG CÀO..................................................... 28 CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM, THIẾT KẾ MÁNG CÀO ................................. 35 I. TÍNH TOÁN. ............................................................................................................................... 35 II. KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁNG CÀO........................................... 47 III. CƠ CẤU DẪN ĐỘNG MÁNG CÀO........................................................................................ 49 IV. TÍNH TOÁN LỰC ĐẨY MÁNG CÀO.................................................................................... 52 V. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG. ................................................................... 56 VI. KHẢO SÁT CÔNG SUẤT MÁNG CÀO TẠI MỘT SỐ GÓC DỐC ĐẶC BIỆT .................. 58 VII. LẬP BẢN VẼ THIẾT KẾ........................................................................................................ 60 CHƯƠNG IV. XÂY DỰNG QUY TRÌNH LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO QUẢN .............. 72 I. LẮP ĐẶT VÀ HIỆU CHỈNH ...................................................................................................... 72 II. VẬN HÀNH VÀ BẢO QUẢN................................................................................................... 73 III. CÁC SỰ CỐ VÀ CÁCH KHẮC PHỤC.................................................................................... 75 CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................... 78 I. KẾT LUẬN:................................................................................................................................. 78 II. KIẾN NGHỊ ................................................................................................................................ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................80 CÁC PHỤ LỤC........................................................................ Error! Bookmark not defined. CÁC BẢNG BIỂU LIÊN QUAN VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 5 Author by TĐT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Tổng hợp trữ lượng khu vực đánh giá ......................................................13 Bảng 2: Số lượng máng cào qua ba năm 2004 và 2005 và 2006 ............................16 Bảng 3: Số lượng và chủng loại máng cào hiện đang sử dụng tại một số mỏ Than Hầm lò......................................................................................................................16 Bảng 4: Đặc tính kỹ thuật của máy khấu than MG 150-375-w ..............................19 Bảng 5: Đặc tính kỹ thuật của máng cào SGZ -630/2x110 ....................................20 Bảng 6: Đặc tính kỹ thuật của giàn chống ZZ-320/16/25 ......................................20 Bảng 7: Đặc tính kỹ thuật một số máng cào cỡ lớn của Trung quốc .....................33 Bảng 8: Một số loại máng cào khác .......................................................................34 Bảng 9: Giá trị hệ số cβ .........................................................................................38 Bảng 10: Thông số biên dạng tang xích .................................................................48 Bảng 11: Thông số chính đầu dẫn động .................................................................49 Bảng 12: Các thông số truyền động của hộp giảm tốc...........................................50 Bảng 13: Bảng thông số chính của máng cào ........................................................60 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA I...............................................10 Hình 2: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA-II .............................................10 Hình 3: Mô hình máy khấu, máng cào và giàn chống trong lò chợ ........................26 Hình 4: Hệ thống giàn chống, máy bào và máng cào trong khai thác vỉa mỏng ....26 Hình 5: Máng cào, máy khấu và giá thủy lực của hãng JOY ..................................28 Hình 6: Kết cấu của một số loại máng cào..............................................................30 Hình 7: Kết cấu của một số loại máng cào theo sơ đồ dẫn động ............................31 Hình 8: Tiết diện tính toán cho máng cào ...............................................................37 Hình 9: Mô hình uốn cong của máng cào ...............................................................40 Hình 10: Sơ đồ tính lực căng trong xích..................................................................41 Hình 11: Biểu đồ lực kéo của xích của các trạm.....................................................46 Hình 12: Xích và thanh gạt......................................................................................47 Hình 13: Kết cấu tang xích ......................................................................................49 Hình 14: Sơ đồ kết cấu trạm dẫn động ....................................................................50 Hình 15: Sơ đồ máng cào và hệ dẫn động...............................................................51 Hình 16: Khảo sát quá trình dịch chuyển của máng cào ........................................53 VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 6 Author by TĐT TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp Than – Khoáng sản, ngành cơ khí Than đã từng bước phục vụ đắc lực trong công tác chế tạo các phụ tùng, thiết bị phục vụ khai thác than hầm lò. Đề tài – Nghiên cứu thiết kế máng cào đi kèm máy khấu than có công suất đến 250 Tấn/h là một trong những mục tiêu nhằm nâng cao năng lực thiết kế, để chế tạo các sản phẩm mới phục vụ cho công tác phát triển cơ giới hóa khai thác than trong những năm tới. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là: Máng cào đi kèm máy khấu than. Mục đích nghiên cứu của đề tài: tìm hiểu về máng cào trong lò chợ và hệ thống liên hợp, tính toán thiết kế máng cào, nhằm tự chủ tính toán, từ đó nêu ra các vấn đề nghiên cứu sâu hơn, từng bước hoàn thiện thiết kế hệ thống liên hợp trong khai thác than. Trong nội dung nghiên cứu, đề tài đã khảo sát các chủng loại máng cào hiện được đang sử dụng trong mỏ than hầm lò, phân tích đánh giá ưu nhược điểm. Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ cơ giới hóa trong tương lai, có tham khảo một số tài liệu dự báo khả năng cơ giới hóa khai thác than hầm lò tại Quảng Ninh để xây dựng đối tượng nghiên cứu. Đề tài đã lựa chọn một trong những thiết bị nằm trong hệ thống thiết bị cơ giới hóa đồng bộ khai thác than (Máng cào, máy khấu, giàn tự hành…). Đề tài đã tổng hợp và phân tích đánh giá các nguồn dữ liệu khảo sát, vận dụng các lý thuyết tính toán máng cào, kết hợp khảo sát các mẫu có sẵn, đồng thời ứng dụng tin học để tính toán, kiểm tra xử lý dữ liệu lập bản vẽ. Đề tài đã tiến hành tính toán, xây dựng bộ tài liệu thiết kế máng cào. Từ tính toán lựa chọn, lập được bộ bản vẽ chế tạo cho máng cào đi kèm máy khấu than (MC630/110-00.00.000L) có chiều dài đến 150m, với năng suất tối đa đến 450 tấn/ giờ, hai xích giữa với vận tốc xích 1.07m/s. Đề tài đã hoàn thành tài liệu thiết kế, xây dựng cơ sở tính toán chung cho máng cào, xây dựng phương pháp tính toán lực đẩy khi di chuyển máng VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 7 Author by TĐT cào và một số tính toán khác nhằm hoàn thiện thiết kế. Trên cơ sở thực hiện, đề tài đã kiến nghị các hướng phát triển tiếp tục nghiên cứu, với mục đích hoàn thiện sản phẩm và toàn bộ hệ thống. Từ khóa: Máng cào, máy khấu, MC630/110. VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 8 Author by TĐT MỞ ĐẦU Trước đây, công nghệ khai thác than còn chưa phát triển, công tác khai thác than tại gương lò chủ yếu là khoan nổ mìn. Công tác vận chuyển than phải dùng máng cào có công suất nhỏ,... Phụ thuộc vào năng suất của lò khai thác, điều kiện địa chất mà sử dụng đến các máng cào có tính năng kỹ thuật phù hợp với yêu cầu. Gần đây, với tốc độ phát triển cơ giới hóa của ngành Than, nhiều mỏ đã đưa vào vận hành hệ thống cơ giới hóa khai thác than đồng bộ Com bai khấu than, máng cào, giàn chống tự hành… việc áp dụng đã nâng cao năng suất lao động, an toàn cho công nhân trong các gương lò khai thác. Các loại thiết bị này chủ yếu nhập từ Tiệp khắc, Trung Quốc. Do sản lượng than khai thác hầm lò đang tăng nhanh, hệ thống cơ giới hóa cũng tăng theo, nên nhu cầu các phụ tùng, thiết bị cũng tăng lên. Để chủ động sản xuất, tận dụng các nguồn lực cơ khí chế tạo trong nước, đẩy mạnh công tác cơ khí hóa sản xuất, chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu này. Việc thiết kế, chế tạo các thiết bị sử dụng cho các mỏ Than Hầm lò, là phù hợp với xu thế Công nghiệp hoá và hiện đại hoá Cơ khí ngành Than mà lãnh đạo Tập đoàn TKV đã đề ra. Nhằm mục tiêu, phát triển cơ khí trong nước, làm chủ thiết kế chế tạo các sản phẩm trọn bộ phục vụ ngành than. Theo quyết định số 3474 /QĐ-BCN ký ngày 05 tháng 12 năm 2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương), về việc giao kế hoạch KHCN-2007 cho Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ, tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế máng cào đi kèm máy khấu than có công suất đến 250 tấn/h”; Trên cơ sở đó chúng tôi đã thực hiện đề tài. Trong báo cáo này trình bày toàn bộ nội dung nghiên cứu đã thực hiện: các bản vẽ thiết kế của máng cào, báo cáo này gồm 02 tập: Tập I: Báo cáo thuyết minh đề tài; Tập II: Các bản vẽ thiết kế; Trong quá trình thực hiện, chúng tôi xin chân thành cảm ơn Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công Thương, Ban Chiến lược, Ban cơ khí, Ban cơ điện, các Công ty than Khe Chàm – TKV, Công ty Than vàng Danh - TKV, cùng tất cả các chuyên gia và các đồng nghiệp trong và ngoài Viện đã nhiệt tình giúp đỡ để tài hoàn thành. Nhóm thực hiện đề tài VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 9 Author by TĐT Chương I. TỔNG QUAN VÀ PHƯƠNG ÁN SẢN PHẨM I. TỔNG QUAN CHUNG Hiện nay, ở nước ta có hai công nghệ khai thác là công nghệ khai thác hầm lò và lộ thiên. Sản lượng khai thác than ở nước ta tăng nhanh khoảng 5 năm gần đây đặc biệt là sản lượng than khai thác hầm lò. Trong Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam có 20 mỏ khai thác hầm lò, trong đó có 7 hầm lò có năng suất từ 1 triệu tấn than trở lên gồm các mỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Dương Huy. Hầu hết các mỏ còn lại đã được cải tạo năng suất để đạt mức 300.000 tấn - 800.000 tấn/năm. Tỷ trọng than hầm lò trong kế hoạch 2006-2010 sẽ tăng dần từ 45% năm 2006 lên 55% năm 2010 trong tổng sản lượng của tập đoàn. Để thực hiện được sản lượng khai thác than theo quy hoạch đã lập, đòi hỏi các mỏ phải mở rộng diện khai thác và tối ưu hóa các công đọan thực hiện đặc biệt là trong lò chợ, trong đó khâu khấu than là một khâu có tầm quan trọng quyết định đến năng suất của lò khai thác. Xuất phát từ thực tế, khi các mỏ than lộ thiên chuyển sang khai thác hầm lò, việc áp dụng cơ giới hóa khai thác than, nhu cầu các chủng loại máng cào có năng suất lớn ngày sẽ tăng cao. Theo dự thảo Quy hoạch phát triển ngành than 2006-2015 có tầm nhìn đến năm 2025, sản lượng khai thác than bằng phương pháp khai thác Hầm lò trong những năm tới sản lượng thể hiện qua hình 1 (phương án I - PA cơ sở): VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 10 Author by TĐT Sản lượng than khai thác theo phương án I - PA thấp 18 ,4 00 19 ,8 50 22 ,1 00 24 ,8 50 27 ,1 05 28 ,9 00 31 ,9 50 33 ,8 50 35 ,5 50 36 ,7 15 36 ,9 25 37 ,1 35 37 ,3 45 37 ,5 55 37 ,7 65 37 ,9 75 - 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Năm 10 00 tấ n Hình 1: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA I Như vậy, sau 10 năm sản lượng tăng gấp 2 lần so với hiện nay, tốc độ tăng trưởng sản lượng hằng năm xấp xỉ từ 5% đến 12%/năm. Đến năm 2025 sản lượng khai thác sẽ tăng xấp xỉ 2,5 lần so với năm 2007. Sản lượng than khai thác theo phương án II - PA Cao 2 1, 55 0 2 4, 10 0 2 8, 15 0 3 0, 80 5 3 3, 40 0 3 6, 45 0 3 8, 85 0 4 0, 65 0 4 2, 11 5 4 2, 32 5 4 3, 68 0 4 6, 15 0 4 8, 65 0 5 0, 95 0 5 2, 35 0 - 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Năm 10 00 tấ n Hình 2: Sản lượng khai thác than Hầm lò theo PA-II Trong phương án II (phương án cao) năm 2010 sản lượng khai thác là 28400 nghìn tấn; năm 2015là 40.650 nghìn tấn năm 2020 là 48.650 nghìn VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 11 Author by TĐT tấn(1). Như vậy, so với phương án I, phương án II có sản lượng cao hơn bình quân từ 8%-37%, bình quân của 15 năm đầu là 18% . Để đáp ứng được yêu cầu về sản lượng khai thác đỏi hỏi các mỏ than, phải huy động một khối lượng thiết bị tương đối lớn và phải áp dụng các công nghệ khai thác tiên tiến, đặc biệt là các dây chuyền cơ giới hoá đồng bộ để phát huy khả năng công suất lò chợ. Do vậy, việc cơ giới hóa bằng máy khấu than nhu cầu sẽ tăng lên hằng năm. Đẩy mạnh cơ giới hoá trong việc khấu than trong lò chợ là phù hợp xu thế nâng cao công suất các mỏ của ngành Than, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước I.1.Tình hình khai thác, vận chuyển than tại gương lò. Áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào khai thác như cột chống thuỷ lực đơn các loại, giá đỡ thuỷ lực di động, giàn chống thuỷ lực và đặc biệt là các thiết bị tiên tiến như máy combai đào lò và máy khấu than liên hợp là một tiến bộ vượt bậc trong công nghệ khai thác than ở nước ta. Tuy nhiên, việc áp dụng các thiết bị hiện đại như máy khấu than vẫn còn nhiều hạn chế, phụ thuộc vào địa chất, chiều cao vỉa than của từng mỏ, khả năng và điều kiện áp dụng... Trước đây, với tình trạng kỹ thuật và trình độ công nghệ cũ, sản lượng khai thác than hầm lò còn thấp. Năng suất lao động 1,5-3 tấn/ca, tốc độ tiến gương còn chậm từ 18 - 25m/tháng, tổn thất than ở các mỏ hầm lò còn lớn. Do vậy, các đơn vị trong TKV đang nhanh chóng đổi mới công nghệ, nâng cao năng suất khai thác than tại lò chợ. Tuy nhiên, việc áp dụng các công nghệ mới, với các thiết bị tiên tiến còn nhiều hạn chế đối với một số mỏ hiện nay, do điều kiện thực tế của từng mỏ, như lò chợ còn ngắn, vỉa mỏng, trữ lượng ít,... cho nên việc áp dụng cơ giới hóa đang ở giai đoạn bắt đầu (xem mục 1.3 chương I). Hiện nay, một vài Công ty Than Việt Nam đang triển khai một số công nghệ mới có ứng dụng cơ giới hoá khai thác than trong lò chợ, áp dụng thử 1 - Số liệu cụ thể theo Qui hoạch phát triển ngành than VN GĐ 2006-2015… VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 12 Author by TĐT nghiệm máy com bai, máng cào, với giá đỡ thuỷ lực di động, kết hợp với các thiết bị phụ trợ để phát huy tối đa công suất của máy khấu than như công ty Than Khe chàm, Công ty Than Vàng Danh, Công ty than Nam Mẫu,.. đã và đang đưa vào khai thác. I.2. Một số vấn đề về trang thiết bị hầm lò Trong các mỏ than hầm lò lớn ở Việt Nam trước đây đều được Liên Xô cũ thiết kế hoặc thiết kế mở rộng và trang bị các thiết bị đồng bộ do Liên Xô, Ba Lan và các nước XHCN khác sản xuất, gần đây một số thiết bị cũng được nhập từ Trung Quốc với kết cấu và các đặc tính kỹ thuật tương đương của Liên Xô cũ. Trang thiết bị trong ngành công nghiệp Mỏ nhất là các trang bị cho mỏ than hầm lò phải làm việc trong điều kiện hết sức khắc nghiệt mà điển hình là: Nhiệt độ môi trường dao động khá lớn, trung bình từ 5- 300C; có độ ẩm không khí cao; có môi trường nước nhỏ giọt ngày đêm; có các chất khí, hơi và bụi nguy hiểm cháy nổ; có các hóa chất (axit, kiềm) gây ăn mòn cao; có không gian làm việc chật hẹp, tải trọng thay đổi, chịu nhiều va đập và điều kiện bôi trơn thoát nhiệt khó khăn. Ngoài việc phải thực hiện các giải pháp nâng cao tuổi thọ các thiết bị làm việc trong môi trường kể trên, các phụ tùng thay thế phải được chế tạo theo các quy trình hết sức nghiêm ngặt để đảm bảo được chất lượng: tức là để đảm bảo hệ số thời gian sửa chữa và thay thế nhỏ nhất. Trong các thiết bị ở mỏ than hiện nay các thiết bị trong lò chợ là các thiết bị chính để khai thác và đưa than từ gương lò ra các vị trí dỡ than. Chúng được sử dụng với hệ số thời gian là lớn nhất: hầu hết các thiết bị phải làm việc cả 03 ca, tải trọng thay đổi, điều kiện bôi trơn, làm mát không đảm bảo. Vì vậy, sự cần thiết thay thế phụ tùng và bộ phận nhiều nhất so với các phụ tùng của thiết bị khác. Cùng với sự phát triển của ngành Than thì nhu cầu phụ tùng thay thế sửa chữa các thiết bị nói trên ngày càng tăng. Vấn đề đặt ra là chất lượng sản phẩm sau chế tạo để đảm bảo được yêu cầu chất lượng của thiết bị làm việc VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ Trang 13 Author by TĐT phù hợp với yêu cầu sản xuất tức là: đạt được chất lượng tương đương với sản phẩm của nước ngoài đã cung cấp. Vì vậy, yêu cầu về vật liệu chế tạo cũng như qui trình công nghệ gia công đòi hỏi khá cao. I.3. Khả năng và tình hình áp dụng cơ giới hóa đồng bộ I.3.1. Đánh giá khả năng áp dụng cơ giới hóa trong khai thác than Theo kết quả nghiên cứu của dự án(2), khảo sát của Viện Khoa học Công nghệ mỏ thì trữ lượng có thể áp dụng cơ giới hóa được trong vùng Quảng Ninh là tương đối lớn, có khả năng triển khai được trong hiện tại và tương lai. Khi đánh giá tại một số khu vực có giới hạn (chưa đánh giá mứ