Luận Văn Nghiên Cứu Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Gây Rung Ứng Dụng Trong Thiết Bị Mỏ

• Tác giả: La Văn Tửu
• Trường học: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Thiết kế chế tạo bộ gây rung cho thiết bị mỏ hiệu quả
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

I. Giới thiệu về luận văn

Luận văn này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo bộ gây rung cho thiết bị mỏ nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình khai thác mỏ. Nghiên cứu được thực hiện bởi Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, với mục tiêu tạo ra một sản phẩm có thể thay thế các thiết bị nhập khẩu, giảm chi phí và tăng tính chủ động trong sản xuất.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là thiết kế và chế tạo bộ gây rung cho sàng tự cân bằng, một thiết bị quan trọng trong dây chuyền công nghệ tuyển than. Nghiên cứu nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng và độ bền tương đương với các sản phẩm nhập ngoại, đồng thời tối ưu hóa quy trình sản xuất để phù hợp với điều kiện trong nước.

1.2. Phạm vi ứng dụng

Bộ gây rung được thiết kế để sử dụng trong các thiết bị mỏ, đặc biệt là sàng tự cân bằng trong các nhà máy tuyển than. Sản phẩm này có thể áp dụng cho nhiều loại sàng khác nhau, giúp tăng năng suất và hiệu quả trong quá trình khai thác mỏ.

II. Thiết kế và chế tạo bộ gây rung

Phần này tập trung vào quy trình thiết kế và chế tạo bộ gây rung dựa trên nguyên lý lực ly tâm từ các khối lượng lệch tâm. Bộ gây rung được thiết kế để đảm bảo độ bền và hiệu suất cao trong điều kiện làm việc khắc nghiệt của ngành mỏ.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Bộ gây rung hoạt động dựa trên nguyên lý tạo lực ly tâm từ các khối lượng lệch tâm trong chuyển động quay. Lực này tạo ra rung động cưỡng bức, giúp sàng hoạt động ổn định và hiệu quả. Các thông số kỹ thuật như tần số và biên độ rung được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

2.2. Quy trình chế tạo

Quy trình chế tạo bộ gây rung bao gồm các bước từ thiết kế chi tiết, gia công các bộ phận, đến lắp ráp và kiểm tra chất lượng. Các chi tiết chính như trục lệch tâm và ổ bi được chế tạo với độ chính xác cao để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của sản phẩm.

III. Ứng dụng và thử nghiệm

Bộ gây rung sau khi được thiết kế và chế tạo đã được đưa vào thử nghiệm tại Nhà máy Tuyển than II Cửa Ông. Kết quả thử nghiệm cho thấy sản phẩm đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo năng suất và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

3.1. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy bộ gây rung BR 4e hoạt động ổn định, đảm bảo biên độ rung trong khoảng 5 ± 1,5 mm. Sản phẩm đáp ứng được các yêu cầu về năng suất và hiệu suất như đã tính toán, đồng thời giảm thiểu chi phí bảo trì và thay thế.

3.2. Ứng dụng thực tế

Bộ gây rung được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị mỏ, đặc biệt là sàng tự cân bằng trong dây chuyền công nghệ tuyển than. Sản phẩm này giúp tăng năng suất và hiệu quả trong quá trình khai thác mỏ, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào các thiết bị nhập khẩu.

IV. Kết luận và kiến nghị

Luận văn đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo bộ gây rung cho thiết bị mỏ, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và thực tiễn sản xuất. Sản phẩm này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành mỏ, góp phần nâng cao năng suất và hiệu quả khai thác.

4.1. Đánh giá giá trị thực tiễn

Bộ gây rung được thiết kế và chế tạo trong luận văn không chỉ đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật mà còn mang lại giá trị kinh tế cao. Sản phẩm này giúp giảm chi phí nhập khẩu và tăng tính chủ động trong sản xuất, đồng thời góp phần phát triển ngành cơ khí trong nước.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng sang các loại thiết bị mỏ khác, đồng thời tối ưu hóa quy trình thiết kế và chế tạo để nâng cao chất lượng và độ bền của sản phẩm. Việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến như AI và IoT cũng là hướng đi tiềm năng để cải thiện hiệu quả sản xuất.

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp than - khoáng sản Việt Nam, việc nâng cao hiệu quả và độ bền của thiết bị máy móc là yếu tố then chốt để đảm bảo năng suất và an toàn trong sản xuất. Theo ước tính, các thiết bị rung động trong dây chuyền tuyển than chiếm tỷ trọng lớn trong tổng số máy móc vận hành tại các nhà máy tuyển than như Cửa Ông, Nam Cầu Trắng và Vàng Danh. Vấn đề nghiên cứu tập trung vào thiết kế và chế tạo bé gây rung cho sàng rung tự cân bằng, một thiết bị quan trọng trong quá trình sàng lọc và phân loại than nguyên khai.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là phân tích, tính toán các thông số kỹ thuật của bé gây rung BR 4e, từ đó thiết kế và chế tạo sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, nâng cao tuổi thọ và hiệu suất làm việc của sàng rung. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các loại sàng rung tự cân bằng sử dụng trong các nhà máy tuyển than tại Quảng Ninh, với thời gian nghiên cứu tập trung vào năm 2007-2008.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm thiểu chi phí nhập khẩu bé gây rung từ nước ngoài, tăng cường khả năng tự chủ công nghệ trong ngành cơ khí năng lượng và máy, đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành dây chuyền tuyển than với năng suất khoảng 150 tấn/giờ và tần số dao động 750 vòng/phút.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về rung động cơ học, đặc biệt là nguyên lý tạo lực ly tâm do các khối lệch tâm trong chuyển động quay. Mô hình nghiên cứu tập trung vào bé gây rung dạng hộp kín, với các khối lệch tâm được bố trí đối xứng trên hai trục quay ngược chiều nhau, tạo ra lực rung động theo phương thẳng đứng (Straight line motion). Các khái niệm chính bao gồm:

• Bé gây rung (BR 4e): thiết bị tạo lực rung cho sàng rung tự cân bằng.
• Sàng rung tự cân bằng: thiết bị sàng lọc than với biên độ dao động khoảng 4 mm và tần số 13,3 Hz.
• Lực ly tâm và mô men xoắn: các đại lượng cơ bản xác định lực rung và công suất động cơ.
• Tuổi thọ làm việc của chi tiết chịu tải: được tính toán dựa trên tải trọng động và điều kiện vận hành thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các nhà máy tuyển than tại Quảng Ninh, bao gồm thông số kỹ thuật của sàng rung, bé gây rung nhập khẩu và các điều kiện vận hành thực tế. Phương pháp phân tích sử dụng mô hình toán học tính toán các thông số kỹ thuật của bé gây rung như biên độ dao động, tần số, lực ly tâm, mô men xoắn và công suất động cơ.

Cỡ mẫu nghiên cứu là các bé gây rung BR 4e được thiết kế và chế tạo theo tiêu chuẩn kỹ thuật, với các chi tiết được gia công chính xác từ thép hợp kim có độ cứng HB=240. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các loại sàng rung phổ biến trong ngành tuyển than, đặc biệt là sàng rung tự cân bằng có năng suất 150 tấn/giờ.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline từ năm 2007 đến 2008, bao gồm các bước: phân tích yêu cầu kỹ thuật, tính toán thiết kế, chế tạo bé gây rung, kiểm tra nghiệm thu và thử nghiệm công nghiệp tại nhà máy tuyển than II Cửa Ông.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế bé gây rung BR 4e đảm bảo biên độ dao động 4 ± 1,5 mm và tần số 750 vòng/phút, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của sàng rung tự cân bằng có năng suất 150 tấn/giờ. Kết quả thử nghiệm công nghiệp cho thấy biên độ dao động thân sàng đạt 5 ± 1,5 mm, đảm bảo hoạt động ổn định.

2. Khối lượng chuyển động của các chi tiết bé gây rung được tính toán chính xác, với tổng khối lượng tham gia rung khoảng 944 kg, giúp tạo lực ly tâm đủ mạnh để duy trì dao động ổn định. Mô men xoắn trên trục bé gây rung đạt 37.600 N.mm, công suất động cơ điện 11 kW đáp ứng yêu cầu vận hành.

3. Tuổi thọ làm việc của các chi tiết chịu tải trong bé gây rung được ước tính khoảng 74 giờ, cao hơn so với các bé gây rung nhập khẩu không đồng bộ về thiết kế và vật liệu. Điều này góp phần giảm chi phí bảo trì và tăng thời gian hoạt động liên tục của dây chuyền tuyển than.

4. Quy trình công nghệ chế tạo bé gây rung được xây dựng chi tiết, bao gồm các bước gia công phay, khoan, doa, mài và lắp ráp với thời gian tổng cộng khoảng 189 phút cho mỗi chi tiết chính. Việc áp dụng công nghệ gia công chính xác giúp đảm bảo chất lượng và độ bền của sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp bé gây rung BR 4e đạt hiệu suất cao là do thiết kế dựa trên mô hình lực ly tâm cân bằng, sử dụng các khối lệch tâm đối xứng và vật liệu thép hợp kim có độ cứng cao. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với các sản phẩm của các hãng Boliden Allis (Australia) và Lugansk (Liên Xô cũ), nhưng có ưu điểm là phù hợp với điều kiện nguyên vật liệu và thiết bị gia công trong nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa biên độ dao động và tần số, bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật và tuổi thọ chi tiết, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả thiết kế. Việc nghiên cứu và chế tạo thành công bé gây rung nội địa góp phần giảm phụ thuộc vào nhập khẩu, tiết kiệm chi phí và thời gian bảo trì.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường ứng dụng công nghệ gia công chính xác trong chế tạo bé gây rung nhằm nâng cao độ bền và tuổi thọ chi tiết, giảm thiểu hao mòn trong quá trình vận hành. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể: Viện Cơ khí Năng lượng và Máy.

2. Phát triển hệ thống kiểm tra và bảo trì định kỳ cho bé gây rung tại các nhà máy tuyển than, nhằm phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng và giảm thiểu thời gian ngừng máy. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: Công ty Tuyển than Cửa Ông và Nam Cầu Trắng.

3. Nghiên cứu mở rộng thiết kế bé gây rung cho các loại sàng khác nhau trong ngành than, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước. Thời gian thực hiện: 18 tháng; Chủ thể: Viện Cơ khí Năng lượng và Máy phối hợp với các nhà máy tuyển than.

4. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân vận hành về nguyên lý và bảo dưỡng bé gây rung, nâng cao năng lực vận hành và giảm thiểu sự cố kỹ thuật. Thời gian thực hiện: 3 tháng; Chủ thể: Các nhà máy tuyển than và trung tâm đào tạo kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư cơ khí năng lượng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế bé gây rung, hỗ trợ phát triển sản phẩm trong lĩnh vực cơ khí năng lượng.

2. Các nhà máy tuyển than và khai thác khoáng sản: Áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả vận hành dây chuyền tuyển than, giảm chi phí bảo trì và tăng năng suất.

3. Các công ty sản xuất thiết bị cơ khí: Tham khảo quy trình công nghệ chế tạo và tiêu chuẩn kỹ thuật để sản xuất bé gây rung phù hợp với thị trường trong nước.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành cơ khí và kỹ thuật năng lượng: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến thiết bị rung động và thiết kế cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Bé gây rung BR 4e có đặc điểm gì nổi bật?
   Bé gây rung BR 4e có biên độ dao động khoảng 4 mm, tần số 750 vòng/phút, thiết kế dạng hộp kín với các khối lệch tâm đối xứng, tạo lực rung ổn định cho sàng rung tự cân bằng.

2. Phương pháp tính toán các thông số kỹ thuật của bé gây rung như thế nào?
   Sử dụng mô hình lực ly tâm do các khối lệch tâm tạo ra, kết hợp tính toán khối lượng chuyển động, mô men xoắn và công suất động cơ dựa trên các công thức cơ học và dữ liệu thực tế từ nhà máy.

3. Tuổi thọ làm việc của bé gây rung được xác định ra sao?
   Tuổi thọ được tính toán dựa trên tải trọng động, điều kiện vận hành và vật liệu chế tạo, với kết quả khoảng 74 giờ làm việc liên tục, cao hơn so với các sản phẩm nhập khẩu không đồng bộ.

4. Quy trình công nghệ chế tạo bé gây rung gồm những bước nào?
   Bao gồm gia công phay, khoan, doa, mài các chi tiết chính, lắp ráp và kiểm tra nghiệm thu, với tổng thời gian gia công khoảng 189 phút cho mỗi chi tiết.

5. Lợi ích khi sử dụng bé gây rung nội địa so với nhập khẩu?
   Giảm chi phí đầu tư và bảo trì, tăng khả năng tự chủ công nghệ, phù hợp với điều kiện nguyên vật liệu và thiết bị gia công trong nước, đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành dây chuyền tuyển than.

Kết luận

• Thiết kế và chế tạo bé gây rung BR 4e đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về biên độ dao động, tần số và công suất động cơ cho sàng rung tự cân bằng.
• Khối lượng chuyển động và mô men xoắn được tính toán chính xác, đảm bảo lực rung ổn định và tuổi thọ chi tiết cao.
• Quy trình công nghệ gia công chi tiết được xây dựng bài bản, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thời gian sản xuất.
• Kết quả nghiên cứu góp phần giảm phụ thuộc nhập khẩu, tăng cường năng lực sản xuất trong nước và nâng cao hiệu quả vận hành dây chuyền tuyển than.
• Đề xuất các giải pháp phát triển công nghệ, đào tạo và bảo trì nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ bé gây rung trong thực tế.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng quy trình công nghệ vào sản xuất đại trà và mở rộng nghiên cứu thiết kế cho các loại sàng khác. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong ngành cơ khí năng lượng tham khảo và hợp tác phát triển sản phẩm.