Tính toán và thiết kế cổng trục gầu ngoạm trọng tải 7 tấn, khẩu độ 40 m

LỜI NÓI ĐẦU
Máy nâng được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế quốc dân
như : Cơ khí, xây dựng, giao thông, công nghiệp mỏ. vv … Máy nâng bao gồm
các loại cầu trục, cần trục quay, cổng trục, pa lăng, cần trục ô tô, cầu xếp dỡ.
vv…Nhờ có các thiết bị này mà sức lao động được giảm nhẹ, năng suất được
nâng cao. Chúng không thể thiếu trong một nền công nghiệp hiện đại.
Sau 4 năm học tập và tham gia nghiên cứu khoa học gắn kết quả học tập lý
thuyết và thực tế sản xuất, em may mắn được các thầy trong Bộ môn Máy
và Thiết bị mỏ giao cho đề tài tốt nghiệp “Tính toán và thiết kế cổng trục
gầu ngoạm trọng tải 7 tấn, khẩu độ 40 m”
Cổng trục là một thiết bị nâng chuyển đang hoạt động có hiệu quả và có vị
trí rất quan trọng trong hoạt động sản xuất, kinh doanh của Công ty tuyển
than Cửa Ông. Với vai trò nâng chuyển than từ các kho chứa lên các
phương tiện vận tải khác như toa xe, tàu, xà lan. Cổng trục được thiết kế và
chế tạo trong nước, đang lắp đặt và thử nghiệm trên cảng Cửa Ông năm
2002 và đang tạo ra bức trang cảnh quang sôi động, trên máy móc dưới tàu
thuyền nhộn nhịp hấp dẫn.
Đề tài đồ án tốt nghiệp là một thử thách to lớn, những kiến thức đã được
học trong 4 năm trên ghế nhà trường. Với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình
của các thầy cô giáo, em sẽ cố gắng nỗ lực hoàn thành đồ án đúng thời hạn
để khỏi phụ lòng đào tạo của các thầy cô trong Bộ môn Máy- Thiết bị mỏ
và của trường ĐH Mỏ địa chất.
Nhân dịp này, cho phép em được bầy tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc
đến thầy PGS. TS Võ Quang Phiên đã hướng dẫn và giúp đỡ em tận tình
chu đáo, các thầy cô trong Bộ môn Máy và thiết bị mỏ, Bộ môn kỹ thuật cơ
khí, và nhà trường Đại học Mỏ địa chất đã trang bị đầy đủ kiến thức cho
em vào đời trong tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn !
1 1
CHƯƠNG 1
NHIỆM VỤ HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT, KINH DOANH CỦA CÔNG TY

TUYỂN THAN CỬA ÔNG VÀ VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA NGÀNH
THAN CUNG CẤP NGUYÊN NHIÊN LIỆU THỊ TRƯỜNG TRONG
NƯỚC VÀ QUỐC TẾ. TRÌNH ĐỘ CƠ GIỚI HOÁ QUÁ TRÌNH SÀNG
TUYỂN VÀ XUẤT KHẨU
1.1 Nhiệm vụ hoạt động sản xuất và kinh doanh của Công ty tuyển than
Cửa Ông.
Công ty tuyển than Cửa Ông là một doanh nghiệp quốc doanh trực thuộc
tổng công ty than Việt Nam. Nhiệm vụ chủ yếu của Công ty là sàng tuyển chế
biến và tiêu thụ than. Than sau khai thác còn ở dạng nguyên khai được sàng
tuyển, phân loại sau đó thành những sản phẩm có chất lượng nhằm đáp ứng nhu
cầu của khách hàng trên thị trường trong và ngoài nước.
1.1.1 Vị trí địa lý.
Công ty tuyển than cửa ông nằm trên khu vực thị trấn Cửa Ông ở toạ độ :
- Kinh tuyến 107
0
22’
- Vĩ tuyến 21
0
01’
Thuộc địa phận thị xã Cẩm Phả tỉnh Quảng Ninh, với diện tích mặt bằng
khoảng gần 2 km
2
.
- Phía Tây Bắc giáp quốc lộ 18 A
- Phía Đông Nam giáp biển (vịnh Bái Tử Long)
- Phía Đông Nam giáp phường Cửa Ông
- Phía Tây Nam giáp phường Cẩm Thịnh
1.1.2 Dân cư.
Cửa Ông là một thị trấn công nghiệp, do vậy dân cư ở đây thường ở nơi
khác đến, có khoảng 2 vạn dân sinh sống tập trung quanh địa bàn Công ty trong

đó 90% là dân tộc kinh, 10% là dân tộc Sán rìu và Hoa. Người dân ở đây phần
lớn là cán bộ công nhân viên làm việc trong Công ty hoặc đã nghỉ hưu.
1.1.3 Khí hậu.
2 2
Công ty tuyển than Cửa Ông nằm trong khu vực có địa hình ổn định về địa
chất, thuận lợi về giao thông. Khí hậu được chia làm 2 mùa rõ rệt.
- Mùa mưa : Từ tháng 4 đến tháng 10
- Mùa khô : Từ tháng 11 đến tháng 3
Với các thông số đặc trưng về khí hậu :
- Nhiệt độ không khí tối đa : 35,5
0
C
- Nhiệt độ không khí tối thiểu : 6,4
0
C
- Độ ẩm : 96%
1.1.4 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển của Công ty tuyển than
Cửa Ông.
Công ty tuyển than Cửa Ông tiền thân là một cơ sở sản xuất và tiêu thụ
than do Pháp xây dựng vào năm 1894 nhằm phục vụ cho việc vơ vét than của
Việt Nam để đưa về chính quốc. Với thiết kế do Công ty Bruxelle của Bỉ hoàn
thành và đi vào sản xuất năm 1924 với cơ sở ban đầu chỉ gồm :
- 01 nhà sàng công suất 250 tấn/giờ
- 01 bến cảng dài 320 m cho tầu 10000 tấn tối đa
- 04 thiết bị bốc rót than
- 32 km đường sắt vận chuyển
Ngày 22/4/1955 thực dân Pháp rút khỏi Cửa Ông, chính quyền cách mạng
vào tiếp quản một cơ sở đổ nát, dây chuyền vận tải, sàng tuyển, bốc rót bị đình
trệ. Thâm độc hơn chúng làm đảo lộn các mạng điện, mang đi toàn bộ sơ đồ hệ
thống điện cầu trục .vv…

Bằng trí nhớ tuyệt vời và tinh thần lao động quên mình, một số thợ có kinh
nghiệm trong xí nghiệp đã phục hồi được một số thiết bị chủ yếu góp phần quan
trọng vào việc hàn gắn các hậu quả do Pháp để lại. Sau một thời gian khôi phục
nhà máy đã đi vào hoạt động, sản lượng hàng năm dần dần đã nâng cao.
Thời kỳ đầu 1955 - 1960 sản lượng bình quân hàng năm là :
- Than kéo mỏ từ 1 ÷ 1,2 triệu tấn/năm
- Than vào sàng từ 1 ÷ 1,2 triệu tấn/năm
- Than sạch từ 750 ÷ 900 nghìn tấn/năm
- Than tiêu thụ từ 500 ÷ 600 nghìn tấn/năm
3 3
Và tổng số cán bộ công nhân viên từ 1050 ÷ 1929 người hầu hết là những
lao động thủ công.
Ngày 28/8/1960 Bộ chủ quản chính thức ra quyết định thành lập xí nghiệp
lấy tên gọi là “Xí nghiệp bến cửa ông” và Xí nghiệp bước vào thực hiện kế
hoạch 5 năm lần thứ nhất.
1961 - 1965 đây là thời kỳ đầy gian nan và thử thách của xí nghiệp vừa
củng cố vừa phát triển sản xuất.
Thời kỳ 1966 - 1976 thực hiện khẩu hiệu vừa sản xuất vừa đánh giặc vì thế
gian đoạn này sản lượng than chỉ đạt :
- Than kéo mỏ bình quân : 1936100 tấn/năm.
- Than vào sàng bình quân : 1761600 tấn/năm.
- Than sạch bình quân : 1321200 tấn/năm
- Than tiêu thụ : 1404000 tấn/năm.
Ngày 12/8/1975 Xí nghiệp tuyển than Cửa Ông thuộc Công ty than Cẩm
Phả với tổng số cán bộ công nhân viên là 2600 người.
Năm 1976 - 1985 xí nghiệp đầu tư nguồn lực và để xây dựng và sửa chữa
cơ sở sản xuất, Xí nghiệp tuyển than Cửa Ông đã chính thức đưa hệ thống dây
chuyền công nghệ mới của Ba lan sau gần 10 năm xây dựng vào hoạt động, dây
chuyển này bao gồm :
+ Một nhà máy tuyển than do Ba lan xây dựng với công suất thiết kế 800 tấn/giờ

(tuyển bằng huyền phù và lắng)
+ Một hệ thống máy bốc rót, đánh đống, băng tải do Nhật Bản chế tạo gồm :
- 3 máy bốc xúc kiểu Rô to băng tải trên cần.
- 4 máy đánh đống băng tải.
- 2 máng rót có máng xoắn và đầu văng than ra xa.
+ Một hệ thống đầu máy Dizen TY-7E và toa xe 20 tấn, 30 tấn để thay thế một
phần đầu máy vào toa xe cũ.
+ Một hệ thống đường sắt dài 80 km
Trong thời kỳ đổi mới, từ năm 1986 công nghiệp phát triển nhu cầu tiêu thụ
than đòi hỏi sản phẩm của Công ty phải có chất lượng cao. năm 1991 lãnh đạo
Công ty đã nhập dây chuyền công nghệ úc vào sản xuất bao gồm : Hệ thống gầu
rót nước, hệ thống máy thổi, máy bơm, máy sàng, máy đập, máy lọc ép và hệ
4 4
thống máng xoắn có nhiều ưu điểm hơn các thiết bị của Ba Lan do đó sản phẩm
của Công ty có chất lượng cao đáp ứng được nhu cầu thị trường.
1.1.5 Năng lực thiết bị hiện có của Công ty.
+ Thiết bị vận tải có 07 đầu máy TY-7E, 500 toa xe các loại phục vụ cho việc
mua than nguyên khai từ các mỏ, hàng năm có thể kéo được 23,5 triệu tấn than
từ các mỏ về Công ty.
+ Thiết bị sàng tuyển có hai nhà máy tuyển than, năng suất sàng tuyển theo thiết
kế mỗi năm sàng tuyển 3350000 tấn than.
+ Năng lực bốc rót :
- Hệ thống bốc rót của hãng Hitachi gồm : 4 máy xúc Hitachi, 3 máy đánh
đống Hitachi và 2 máy rót Hitachi ở cảng.
- Hệ thống cổng trục (cầu poóctích) gồm : 5 cổng trục đống và 2 cổng trục
ở bến cảng.
+ Diện tích nhà xưởng 2 nhà máy tuyển là 7652 m
2
+ Diện tích kho chứa thành phẩm và nguyên khai là 87560 m
2

+ Tổng diện tích đất do Công ty quản lý là 744336 m
2
5 5
6 6
1.1.6 Nhiệm vụ hoạt động sản xuất và kinh doanh của Công ty tuyển than
Cửa Ông.
Công ty tuyển than Cửa Ông nằm ở công nghệ cuối cùng của quy trình sản
xuất chế biến và tiêu thụ than. Than nguyên khai được mua từ các mỏ qua hệ
thống sàng tuyển, phân loại và chế biến ra những sản phẩm theo yêu cầu các hộ
tiêu thụ trên thị trường.
Sản phẩm than của Công ty gồm các chủng loại :
- Than cục các loại : cục 2, cục 3, cục 4 và cục 5
- Than cám các loại : cám 5, cám 6
- Than bùn.
Về chất lượng :
Than của Công ty đều đạt chất lượng cao, đối với than xuất khẩu, các chỉ
tiêu đều đạt theo yêu cầu của khách hàng. Năm 2000 than sản xuất tại Công ty
đã được nhà nước công nhận đạt Iso 9002.
Về kinh doanh.
Công ty tuyển than cửa ông có cảng Cửa Ông tương đối lớn, cảng có độ
sâu từ 7,5 ÷ 9,5 m, cho phép tàu từ 1 ÷ 3 vạn tấn vào mua than, còn các tàu lớn
hơn 3 vạn tấn thì phải đậu cách xa cảng khoảng 30 km dùng các xa lan vận
chuyển. Cảng chính có chiều dài là 640 m, ngoài ra còn có cảng nội địa phục vụ
cho khâu tiêu thụ than nội địa. Với vị trí địa lý và hệ thống đường sắt tương đối
dài Công ty tuyển than cửa ông rất thuận lợi cho việc giao lưu hàng hoá, vận
chuyển, chuyên chở than từ các mỏ về Công ty và vận chuyển than sạch xuất
cho nội địa và xuất khẩu nước ngoài.
7 7
Trong những năm tới với nhu cầu khai thác than ngày càng tăng của Tổng
công ty và xuất khẩu than ngày càng nhiều. Từ nhu cầu tăng sản lượng và chất

lượng, khách quan đặt ra cho công ty là phải tăng cường đầu tư là phải đầu tư
đổi mới công nghệ, mở rộng sản xuất và nâng cao năng suất lao động. Để đáp
ứng được nhu cầu đó, Công ty tuyển than cửa ông đã trang bị các dây chuyển
công nghệ tương đối hiện đại và đang từng bước hoàn thiện. Những thiết bị quan
trọng trong dây chuyền bốc xúc, vận chuyển than là hệ thống thiết bị sàng tuyển
của úc và vận tải của hãng Hitachi Nhật Bản.
Hệ thống cổng trục (poóc tích) có từ thời Pháp thuộc (vào khoảng năm
1924) sau năm 1954 miền Bắc được giải phóng chúng ta đã tự chế tạo và bổ
xung thêm. Tất cả các cổng trục khẩu độ lớn và khẩu độ ngắn đều hoạt động ở
sân kho và ngoài trời, chất than thành đống khi vắng khách tiêu thụ. Khi có các
khách hàng tiêu thụ các máy xúc Roto có thể xúc than từ đống ở kho qua hệ
thống Hitachi xuất ra tàu biển. Ngoài ra cổng trục còn có nhiêm vụ là bốc xúc
than bùn dưới hố lắng rải phơi trên bãi làm than sinh hoạt hoặc bốc xúc than trên
sân bãi đổ xuống các phương tiện vận tải như toa xe, tàu thuỷ, xa lan.vv…
1.2 Vai trò trong kinh tế thị trường, ngành than cung cấp nguyên nhiên liệu
trong nước và quốc tế.
Thị trường là một nội dung còn rất mới, phong phú, đa dạng trong hoạt
động sản xuất kinh doanh, có thị trường đầu vào và đầu ra thì có rất nhiều thuận
lợi. Thị trường không những đòi hỏi về chủng loại, chất lượng, giá thành than
mà còn đòi hỏi khâu vận chuyển và bốc rót phải thuận tiện và nhanh chóng. Đó
là vấn đề rất bức xúc bởi vậy công ty đã không ngừng đầu tư để khẳng định vị
trí tin cậy đối với khách hàng tạo điều kiện cho sản xuất ổn định và phát triển.
1.2.1 Thị trường trong nước.
+ Than cục :
Chủ yếu bán cho các hộ tiêu thụ than lớn như các nhà máy nhiệt điện, xi
măng.vv…, theo phương thức bán trực tiếp. Khâu vận chuyển nội bộ để xuất
cho tàu biển do hệ thống bốc rót của hãng Hitachi và hệ thống cổng trục bốc xúc
than từ kho bãi lên các toa xe hoặc bốc xuống xà lan và tàu thủy.
+ Than Bùn.
8 8

Than bùn là sản phẩm tận dụng sau công nghệ tuyển than mới có với sản
lượng tương đối lớn mỗi năm công ty thu hồi trên 300000 tấn và bán chủ yếu
cho các đại lý tiêu thụ. Do đặc thù than bùn là được tận thu bằng hố lắng nên
khâu bốc xúc vận chuyển thường dùng cổng trục bốc lên toa xe vận chuyển bằng
hệ thống đường sắt.
1.2.2 Thị trường quốc tế.
Đòi hỏi khắt khe về chủng loại than theo các yêu cầu về độ tro, nhiệt lượng,
cỡ hạt. vv… do đó mặt hàng xuất khẩu của công ty là than cám và than cục chất
lượng cao. Khâu vận chuyển, bốc rót bằng hệ thống thiết bị của hãng Hitachi và
hệ thống cổng trục.
1.3 Trình độ cơ giới hoá quá trình sản xuất sàng tuyển và suất khẩu than
của Công ty tuyển than Của Ông.
Công nghiệp than là ngành kinh tế quan trọng của nước ta, cung cấp
nguyên nhiên liệu phục vụ cho ngành công nghiệp nội địa và xuất khẩu. Để đáp
ứng chủ chương của Đảng và Nhà nước về công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngành
than, Công ty tuyển than cửa ông đã không ngừng đổi mới công nghệ sàng tuyển
và bốc rót. Công ty có mô hình hoạt động sản xuất với dây chuyền khép kín từ
khâu vận tải than từ các mỏ cho đến khi bốc rót xuống tàu các hộ tiêu thụ.
1.3.1 Trình độ cơ giới hoá quá trình sản xuất sàng tuyển.
Sàng tuyển là một khầu quan trọng giữa khai thác và tiêu thụ sản phẩm, với
mục đích sàng tuyển phân loại, chế biến và nâng cấp chất lượng cho các hộ tiêu
thụ có nhu cầu cao.
Quá trình sản xuất sàng tuyển theo một dây chuyền công nghệ khép kín
gồm ba khâu chính :
a. Khâu chuẩn bị khoáng sản.
Than nguyên khai từ các mỏ được đưa về bằng toa xe 5, 10, 20 và 30 tấn
được đầu kéo TY-7E đổ xuống bun ke chứa. Hai máng cấp liệu đĩa quay gạt than
xuống hai tuyến băng tải đưa lên sàng sơ bộ có kích thước mắt sàng φ 100 phân
loại làm hai cấp hạt : cấp + 100 mm ở trên sàn và cấp hạt - 100 mm lọt xuống
băng tải.

Cấp hạt trên sàng được đưa về hai máy đập, được giảm kích thước xuống
- 100 mm.
9 9
Sản phẩm dưới sàng kết hợp với sản phẩm sau đập cấp lên xưởng tuyển,
một phần cấp vào cho máy lắng, một phần cấp cho sàng khô lỗ lưới φ15 mm
(sản phẩm dưới sàng φ15 mm được vận chuyển đến hố cám 6)
b. Khâu tuyển.
Là khâu công nghệ chính đóng vai trò quan trọng nó quyết định đến sản
lượng và chất lượng sản phẩm của Công ty.
Kết hợp với tuyển lắng và tuyển huyền phù.
Than qua máy lắng cho ta 3 sản phẩm :
- Đá thải qua gầu nâng đá xuống bun ke ra bãi thải.
- Sản phẩm trung gian qua gầu trung gian khử nước qua sàng φ6 mm lấy cám
trung gian vận chuyển trực tiếp đến hố cám 6 và sản phẩm đá thải.
- Sản phẩm than sạch theo nước vượt qua ngưỡng tràn qua sàng khe lỗ lưới 1mm
khử cám và nước đưa đi xử lý bùn nước (bơm về bể tổng). Than trên sàng φ1mm
tiếp tục qua sàng hai lưới 1,6 mm cho ta 3 sản phẩm :
- Sản phẩm - 1mm được bơm về bể tổng
- Sản phẩm từ 1 - 6 mm được bơm lên máy ly tâm
- Sản phẩm +6 mm tiếp tục qua sàng
Sản phẩm dưới sàng φ15 mm và sản phẩm sau đập đưa quay trở lại máy lăng.
Cấp 6 - 35 mm được tuyển bằng huyền phù trong lốc xoáy, sản phẩm sau
tuyển huyền phù cho AK thấp cung cấp cho suất khẩu là chính.
Hai sản phẩm đó là than sạch sau xoáy lốc huyền phù đều phải qua sàng
cung khử nước than (đá) qua sàng rửa huyền phù than đá. Đá thải sẽ được loại
bỏ, than sạch qua sàng phân loại 6; 15mm lấy ra hai loại sản phẩm than sạch
6 - 15 mm và 15 - 35 mm.
c. Khâu xử lý nước bùn.
Nước bùn từ khâu tuyển được tập trung vào bể tổng, từ bể tổng bơm đến
xoáy lốc 1, bùn tràn được bơm ra bể cô đặc, căn được đưa qua xoáy lốc nước 2,

cặn của xoáy lốc 2 được đưa qua sàng φ 0,5 mm. Trên sàng gộp với sản phẩm
1 - 6 của sàng 2 lưới 1 ; 6 mm, sản phẩm dưới sàng 6;15 mm được đưa vào máy
ly tâm lấy ra cám ướt, sản phẩm dưới sàng 0,5 mm quay trở lại lốc xoáy nước 2
10 10
(nước tràn) đưa trở lại xoáy lốc nước 1. Bùn tràn của xoáy lốc nước 1 được bơm
ra bể cô đặc cộng với chất keo tụ.
Sản phẩm bùn được bơm ra bể lắng ngoài trời nước được xử lý quay lại
tuần hoàn. Đến đây kết thúc dây chuyền công nghệ khép kín của xưởng tuyển.

11 11
1.3.2 Trình độ cơ giới hóa quá trình xuất khẩu.
Trong khi giá thành than trong nước còn thấp và nguồn ngoại tệ còn hiếm
hoi thì đẩy mạnh xuất khẩu là vấn đề quan trọng của Công ty. Trong tương lai
vẫn phải duy trì xuất khẩu than bởi vì Công ty có một lượng than cục và than
cám chất lượng cao thích hợp với nhu cầu của bạn hàng nước ngoài, trong khi
đó ở trong nước ít có nhu cầu sử dụng loại than này. Mặt khác xuất khẩu là một
lợi thế của ngành than mang lại lợi nhuận, ngoại tệ, vị trí uy tín của than Việt
Nam trên thị trường quốc tế.
Để đảm bảo cho việc xuất khẩu than thuận lợi Công ty tuyển than Cửa
Ông đã cải tạo một bến cảng tương đối lớn cho phép các tàu có trọng tải từ 3 vạn
đến 5 vạn tấn vào ăn than dễ dàng góp phần giảm chi phí vận chuyển than và
tăng năng lực xuất khẩu than của công ty.
Than sau khi được sàng tuyển, phân loại và chế biến được đưa ra kho bằng
hệ thống băng tải và tùy theo nhu cầu của khách hàng than sẽ được vận chuyển
từ các kho chứa bằng thiết bị xúc bốc vận tải liên tục của hãng Hitachi . Từ gầu
xúc Roto than sẽ được đưa theo hệ thống băng tải tới máy qua cầu rót than sẽ
12 12
được rót và phun than xuống tàu biển. Hoặc từ các kho chứa than sạch sẽ được
hệ thống cổng trục đống xúc lên các toa xe sau đó được vận chuyển đến sân phơi
ở cảng và hệ thống cổng trục bến sẽ bốc xúc than lên tàu hay xà lan phục vụ cho

xuất khẩu.
Nhờ cơ giới hóa toàn bộ với năng suất cao từ 800 ÷ 1000 T/h để đáp ứng
yêu cầu của các hộ tiêu thụ giải phóng tàu nhanh. Năm 2003 Công ty tuyển than
Cửa Ông đã trang bị thêm một hệ thống gồm 3 chiếc cổng trục (poóc tích) sức
nâng 7 tấn, khẩu độ ray 40m công sôn về 2 phía. Một cánh công sôn 9m, cánh
còn lại 11m, cho phép rót than xuống tàu hoặc các xà lan để vận chuyển than ra
các tàu có trọng tải lớn phải nằm cách xa cảng 30km.
So với hệ thống bốc rót của hãng Hitachi là hệ thống liên hoàn từ khâu bốc
xúc than, vận chuyển và rót xuống tàu thì cổng trục ngoài chức năng bốc rót
than từ sân bãi xuống tàu và xà lan còn có thêm chức năng xúc than từ dưới hồ
lắng rải phơi trên sân bãi để tận dụng hoặc xúc than từ sân bãi đổ lên các
phương tiện vận tải, lên toa xe. Vì vậy cổng trục có một vị trí rất quan trọng
trong hoạt động sản xuất và kinh doanh của Công ty tuyển than Cửa Ông. Thiếu
cổng trục ở các vị trí kể trên sẽ gây đình trệ dây chuyền công nghệ sản xuất, tiêu
thụ than. Những cổng trục mới này, từ gầu ngoạm 7 tấn đến hệ thống dầm dàn,
cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe lăn, cầu lăn đều do Việt Nam thiết kế và chế
tạo tại Cẩm Phả. Hai chiếc chế tạo thử đầu tiên đã được lắp ráp, hoàn thành và
chuẩn bị chạy thử công nghiệp.
Kết luận
Trong thời gian thực tập tại Công ty tuyển than Cửa Ông tôi đã được tìm
hiểu về hoạt động sản xuất kinh doanh và quá trình cơ giới hóa sàng tuyển, xuất
khẩu. Cổng trục có một vị trí rất quan trọng trong dây chuyền vận chuyển và bốc
xúc rót. Hệ thống đó đã góp phần giải phóng sức lao động nặng nhọc, tăng năng
suất bốc rót, tăng sản lượng, góp phần hạ giá thành sản phẩm. Cùng với sự đổi
mới công nghệ sàng tuyển, sản phẩm than của Công ty tuyển than cửa ông phong
phú hơn, đa dạng về chủng loại than, chất lượng sản phẩm được nâng cao phù
hợp với thị hiếu của khách hàng. Công ty đã làm ăn có lãi, đời sống của cán bộ
công nhân viên từng bước được cải thiện, có đầu tư phát triển ngắn hạn và dài
hạn.
13 13

Đó là bước đi vững chắc trong những năm qua, tạo tiền đề cho sự tồn tại và
phát triển trong tương lai gần của Công ty tuyển than của ông.
Trong khuôn khổ một đồ án tốt nghiệp đại học ngành Máy và thiết bị mỏ, tôi
may mắn được tiếp cận thực tế, học tập, quan sát và phần nào có thể đưa vào đồ
án để tính toán tường minh.
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG CỔNG TRỤC
2.1 Mô tả cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán gầu ngoạm.
14 14
2.1.1 Cấu tạo của gầu ngoạm.
Hình 2-1. Sơ đồ nguyên lý và kết cấu gầu ngoạm 7 tấn
1. Thân gầu.
2. Thanh dằng.
3. Ròng rọc di động.
4. Ròng rọc cố định.
5. Cam.
6. Dây cáp.
2.1.2 Nguyên lý làm việc của gầu ngoạm.
Đóng điện cho động cơ, phanh điện thủy lực mở ra, động cơ quay truyền
chuyển động sang hộp giảm tốc, chuyển động từ hộp giảm tốc truyền sang tang
cuốn cáp nhờ khớp nối, tang cuốn cáp quay kéo theo dây cáp chuyển động.
Khi dây cáp trùng xuống ròng rọc di động sẽ chuyển động đi xuống do tự
trọng, khi đó cam nối giữa hai thân gầu trái và phải đẩy hai thân gầu ra và gầu sẽ
15 15
được mở rộng. Khi kéo căng cáp thì ròng rọc di động sẽ chuyển động đi lên kéo
theo hai thân gầu đóng và gầu được đóng vào.
2.1.3 Sơ đồ động học gầu
ngoạm.
Hình 2-2. Sơ đồ động học gầu ngoạm
a. Khi đóng b. Khi mở tối đa

2.1.4 Kết cấu gầu ngoạm và tính toán.
a. Kết cấu gầu ngoạm.
Gầu ngoạm được treo trên 4 dây cáp, 4 dây cáp được cuốn vào hai tang
(mỗi tang cuốn 2 dây) hai tang được đặt trong xe lăn bởi vậy gầu ngoạm sẽ được
di chuyển cùng xe hàng. Cấu tạo gầu ngoạm gồm thân gầu trái và phải, thanh
dằng trái và phải, palăng dẫn động, trong palăng gồm hệ thống ròng rọc di động
và ròng rọc cố định, ròng rọc đi động sẽ chuyển động lên (xuống) theo cáp.
b. Tính toán gầu ngoạm.
Lực kéo xà ngang bên dưới lên (2) là :
N
K
= S. i
p
. η
P
(1)
Trong đó :
i
P
- bội suất palăng
i
P
= = 2
16 16
η
P
- là hiệu suất palăng
Hình 2-3. Sơ đồ tính gầu ngoạm
η
P

= η
1
. η
2
= 0,96. 0,96 = 0,92
S là lực căng của dây trên một nhánh cáp.
PP
i2
Q
S
η
=

Trong đó :
Q - trọng lượng toàn bộ Q = Q
vl
+ Q
g
i
p
- là bội suất palăng i
P
= 2
η - hiệu suất bộ truyền
η = η
p
+ η
t
+ η
0

= 0,99. 0,96. 0,92 = 0,87
Tỷ số giữa khối lượng bì trên khối lượng vật liệu tải
2,19,0
Q
Q
K
vl
g
÷==
Q
g
= (0,9 ÷ 1,2) Q
vl

17 17
Q
g1
= 0,9 Q
vl
= 0,9. 7 = 6,3 tấn
Q
g2
= 1. Q
vl
= 1. 7 = 7 tấn
Q
g3
= 1,1. Q
vl
= 1,1. 7 = 7,7 tấn

Q
g4
= 1,2. Q
vl
= 1,2. 7 = 8,4 tấn
Trọng lượng toàn bộ.
Q
1
= Q
g1
+ Q
vl
= 6,3 + 7 = 13,3 tấn
Q
2
= Q
g2
+ Q
vl
= 7 + 7 = 14 tấn
Q
3
= Q
g3
+ Q
vl
= 7,7 + 7 = 14,7 tấn
Q
4
= Q

g4
+ Q
vl
= 8,4 + 7 = 15,4 tấn
Lực căng S trên 01 nhánh cáp.
2,38)t(82,3
87,0.2.2
3,13
i2
Q
S
P
1
1
===
η
=
KN
2,40)t(02,4
87,0.2.2
14
i2
Q
S
P
2
2
===
η
=

KN
2,42)t(22,4
87,0.2.2
7,14
i2
Q
S
P
3
3
===
η
=
KN

2,44)t(42,4
87,0.2.2
4,15
i2
Q
S
P
4
4
===
η
=
KN
Thay S, i
p

, η
p
vào (1) ta có :
N
k1
= S
1
. i
p
. η
p
= 38,2. 2. 0,92 = 70,29 KN = 70290 N
N
k2
= S
2
. i
p
. η
p
= 40,2. 2. 0,92 = 73,97 KN = 73970 N
N
k3
= S
3
. i
p
. η
p
= 42,2. 2. 0,92 = 77,65 KN = 77650 N

N
k4
= S
4
. i
p
. η
p
= 44,2. 2. 0,92 = 81,33 KN = 81330 N
- Lực P tác dụng lên thanh dằng nối giữa xà ngang trên (1) với mồm ngoạm.
γ
+
=
cos2
GN
P
BB
(2)
Trong đó :
18 18
N
B
= S (i
p
. η
p
- 1)
N
B
= N

K
- S
N
B1
= N
K1
- S
1
= 70290 - 38200 = 32090 N
N
B2
= N
K2
- S
2
= 73970 - 40200 = 33770 N
N
B3
= N
K3
- S
3
= 77650 - 42200 = 35450 N
N
B4
= N
K4
- S
4
= 81330 - 44200 = 37130 N

G
B
= G
ngang trên
= 0,3 Q
g
G
B1
= 0,3 Q
g1
= 0,3. 63 = 18,9 KN = 18900 N
G
B2
= 0,3 Q
g2
= 0,3. 70 = 21 KN = 21000 N
G
B3
= 0,3 Q
g3
= 0,3. 77 = 23,1 KN = 23100 N
G
B4
= 0,3 Q
g4
= 0,3. 84 = 25,2 KN = 25200 N
γ = = = 28
0
20
’

cos γ = 0,88
Thay vào (2) ta có lực tác dụng lên thanh dằng nối giữa xà ngang với mồm
ngoạm.
γ
+
=
cos2
GN
P
BB

28971
88,0.2
1890032090
cos2
GN
P
1B1B
1
=
+
=
γ
+
=
N
31119
88,0.2
2100033770
cos2

GN
P
2B2B
2
=
+
=
γ
+
=
N
33267
88,0.2
2310035450
cos2
GN
P
3B3B
3
=
+
=
γ
+
=
N

35414
88,0.2
2520037130

cos2
GN
P
4B4B
4
=
+
=
γ
+
=
N
Lập Phương trình mô men cân bằng tất cả các lực tác dụng lên mồm gầu với gối
tựa quay tương đối o.
VB + H m - P c - 1/2 G
g
d - 1/2 G
vl
l = 0
19 19
Chiếu tất cả các ngoại lực tác dụng lên gầu ngoạm.
2
SGG
V
vlg
−+
=

Trong đó :
V - lực cản xúc mồm gầu vào đống vật liệu.

G
g
- Trọng lượng gầu KN
G
vl
- Trọng lượng vật liệu KN
S - Lực căng dây KN
Lực cản xúc mồm gầu vào đống vật liệu
4,47
2
2,387063
2
SGG
V
1vl1g
1
=
−+
=
−+
=
KN
9,49
2
2,407070
2
SGG
V
2vl2g
2

=
−+
=
−+
=
KN
4,52
2
2,427077
2
SGG
V
3vl3g
3
=
−+
=
−+
=
KN
9,54
2
2,447084
2
SGG
V
4vl4g
4
=
−+

=
−+
=
KN
- Xác định lực cản đóng miệng gầu R.
V = R sinα
α
=
sin
V
R
Tính α :
Với α ≈ α
1
Vì bán kính xúc rất lớn ta chọn dây cung FI = đoạn thẳng FI
20 20
Xét ∆ EFI ta có :
tgα
1
= = = 0,79
Hình 2-4. Sơ đồ kích thước gầu ngoạm khi đóng
α = 38,3
0
α ≈ α
1
= 38,3
0
- Lực đóng miệng gầu R.
57,76
619,0

4,47
sin
V
R
1
1
==
α
=
KN
6,80
619,0
9,49
sin
V
R
2
2
==
α
=
KN
6,84
619,0
4,52
sin
V
R
3
3

==
α
=
KN
69,88
619,0
9,54
sin
V
R
4
4
==
α
=
KN
- Lực cản kéo mồm gầu khi đóng lại.
H = R cosα
cosα = 0,78
H
1
= R
1
cosα = 76,57. 0,78 = 59,7 KN
21 21
H
2
= R
2
cosα = 80,6. 0,78 = 62,8 KN

H
3
= R
3
cosα = 84,6. 0,78 = 65,9 KN
H
4
= R
4
cosα = 88,69. 0,78 = 69,2 KN
Tính chọn sơ bộ động cơ.
η
=
.1000
v.S
N
c/d
(KN)
S - lực căng dây N
v - vận tốc nâng v = 35m/ph = 0,58 m/s
η - hiệu suất bộ truyền động
η = η
p
. η
t
. η
o
= 0,99. 0,96. 0,92 = 0,87
5,25
87,0.1000

58,0.38200
.1000
vS
N
1
1dc
==
η
=
KW
8,26
87,0.1000
58,0.40200
.1000
vS
N
2
2dc
==
η
=
KW
28
87,0.1000
58,0.42200
.1000
vS
N
3
3dc

==
η
=
KW
5,29
87,0.1000
58,0.44200
.1000
vS
N
4
4dc
==
η
=
KW
Công suất động cơ N = 25,5 ÷ 29,5 KW
Căn cứ vào công suất tính toán và cường độ làm việc CĐ = 40% chọn động cơ.
Động cơ kiểu MTKF – 412 – 6
Công suất động cơ 30 KW
Tốc độ quay n = 935 v/ph
cos ϕ = 0,78
T
max
= 1000 Nm
T
k
= 950 Nm
m = 315 kg
22 22

Công suât động cơ phù hợp với công suất hai động cơ đã lắp đặt trên xe lăn
cổng trục đang lắp đặt tại cảng Cửa ông. Vấn đề tính toán công suất cơ cấu nâng
bước đầu đã được tường minh.
2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán cơ cấu nâng cổng trục 7 tấn.
Cơ cấu nâng được lắp
trên xe hàng, xe hàng được di chuyển dọc trên 2 dầm chủ của cổng trục.
Hình 2-5. Sơ đồ cơ cấu nâng tải
+ Cấu tạo của cơ cấu nâng.
- Hộp giảm tốc
- Tang cuốn cáp
- Cáp thép
- Phanh điện thủy lực.
- Phanh điện từ.
- Gầu ngoạm ( kiểu 4 dây tự hành)
+ Nguyên lý làm việc của cơ cấu nâng
Đóng điện cho cơ cấu nâng hạ hoạt động, phanh điện thủy lực mở ra động
cơ quay, chuyển động được truyền từ động cơ vào hộp giảm tốc thông qua bộ
khớp nối, chuyển động từ hộp giảm tốc sang tang cuốn cáp nhờ bộ khớp nối trục
23 23
đàn hồi, tang cuốn cáp quay kéo theo cáp chuyển động lên (xuống) gầu sẽ được
nâng (hạ) tùy người điều khiển.
2.2.1 Sơ đồ động học cơ cấu nâng cổng trục
7 tấn.
Hình 2-6. Sơ đồ động học hai tang nâng của cơ cấu nâng tải
1. Động cơ.
2. Khớp nối trục.
3. Phanh điện thủy lực.
4. Hộp giảm tốc.
5. Phanh điện từ.
6. Khớp nối.

7. Tang cuốn cáp.
2.2.2 Kết cấu cơ cấu nâng cổng trục 7 tấn và tính toán các thông số kỹ
thuật.
Cơ cấu nâng cổng trục 7 tấn là cơ cấu nâng dẫn động bằng động cơ điện,
bao gồm 2 cụm truyền động. Mỗi cụm truyền động cho một tang cáp, tang cuốn
hai sợi cáp, như vậy sẽ có 4 sợi dây cáp hoạt động độc lập từng đôi một.
Cổng trục 7 tấn được thiết kế làm việc ở bến cảng, có khẩu độ L = 40(m),
tốc độ nâng v
n
= 35 (m/ph), sức nâng 7 tấn, chiều cao nâng 12,5 (m), CĐ = 40%.
Điều kiện môi trường làm việc :
- Gió : - Tốc độ gió tối đa khi làm việc 16 m/s
- Tốc độ gió tính toán khi có gió bão 40 m/s.
24 24
- Độ ẩm tương đối : 100%.
- nhiệt độ ngoài trời 0
0
÷ 45
0
C
2.2.2.1 Bội suất palăng cơ cấu nâng. Chế độ làm việc cơ cấu nâng.
a. Bội suất palăng cơ cấu nâng.
Bội suất palăng là thông số đặc trưng của palăng. Bội suất palăng bằng tỷ
số nhánh treo vật nâng trên số nhánh cáp cuốn vào tang.
i
p
= = 2
b. chế độ làm việc cơ cấu nâng.
Chế độ làm việc là đặc tính quan trọng của cổng trục nó được phản ánh
trong từng bước tính toán thiết kế các cơ cấu cũng như kết cấu kim loại, cổng

trục được thiết kế chế tạo và sử dụng đúng chế độ làm việc sẽ đảm bảo an toàn
và hiệu quả kinh tế.
Trong máy nâng thường chọn chế độ làm việc của cơ cấu nâng đặc trưng
cho chế độ làm việc của máy nâng. Chế độ làm việc của các cơ cấu khác được
lựa chọn theo chế độ làm việc của cơ cấu nâng.
Chế độ làm việc của cơ cấu nâng được đặc trưng bằng các chỉ tiêu sau :
+ Cường độ làm việc.
CĐ % = . 100
t – Thời gian khởi động và chạy máy trong một chu kỳ. ph
T – Tổng thời gian trong một chu kỳ làm việc của máy, bao gồm : Thời gian
khởi động và chạy máy, thời gian chất tải, thời gian dỡ tải. ph
CĐ = 40 %
+ Hệ số sử dụng máy trong một ngày.
K
ng
= = = 0,67
+ Hệ số sử dụng trong một năm.
K
n
= = = 0,75
+ Hệ số sử dụng theo tải trọng.
K
0
= = 0,85
+ Số lần mở máy trong một giờ chế độ làm việc 240 lần/giờ
25 25