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 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ PHẦN TỬ THỦY
LỰC DÙNG CHO TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG
THUYẾT MINH BÁO CÁO
HOÀNG VĂN VĨ
7867
19/4/2010
HÀ NỘI - 2010
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
2
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 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ PHẦN TỬ THỦY
LỰC DÙNG CHO TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG
MÃ SỐ: BCTK.09NN/09
CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG
CƠ QUAN CHỦ TRÌ: VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI DUYỆT VIỆN
Hoàng Văn Vĩ
HÀ NỘI - 2010
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
3
NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN
TT Họ và tên
Chức danh,
nghề ngiệp
Cơ quan
1
Hoàng Văn Vĩ
Chủ nhiệm đề tài Viện CK NL & Mỏ - TKV
2
Trần Đức Thọ
ThS. Cơ khí Viện CK NL & Mỏ - TKV
3
Đàm Hải Nam
ThS. Chế tạo máy Viện CK NL & Mỏ - TKV
4
Nguyễn Quốc Tính
KS. Cơ khí Viện CK NL & Mỏ - TKV
5
Nguyễn Đức Minh
KS. Cơ khí Viện CK NL & Mỏ - TKV
6
Trần Ngọc Minh
KS. Cơ khí Viện CK NL & Mỏ - TKV
7
Hà Thị Thúy Vân
KS. Kinh tế Viện CK NL & Mỏ - TKV
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
4
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ
hợp giá thủy lực di động” với mục tiêu là nghiên cứu hoàn thiện thiết kế, chế tạo các
phần tử thủy lực của tổ hợp giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z của Trung Quốc,
nhằm mục đích sửa chữa và tiến tới chế tạo hoàn toàn giá thủy lực trong n
ước, đáp
ứng yêu cầu của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam.
Đề tài đánh giá sơ lược về tình hình chống giữ và sử dụng giá thủy lực ZH
trên cơ sở số lượng mà các mỏ than hầm lò đang sử dụng hiện nay. Đề tài đã khảo
sát tình trạng hư hỏng của giá thủy lực, tình hình chế tạo nội địa hóa hiện nay. Đề
tài đã nghiên cứu lập b
ản vẽ các chi tiết, cụm chi tiết, xác định vật liệu chế tạo,
song song là tính toán kiểm nghiệm một số thông số của các phần tử thủy lực nói
trên, có áp dụng phần mềm Inventor để tính toán:
- Tính kiểm nghiệm cụm xi lanh tiến gương (tính đường kính, chiều dầy
thành xi lanh, tính độ biến dạng), trên cơ sở áp lực mỏ và áp suất chất lỏng.
- Tính toán kiểm nghiệm cụm xi lanh nâng hạ mái trước (tính đườ
ng kính,
chiều dầy, độ biến dạng, độ ổn định).
- Tính áp suất cho phép.
- Tính các phần làm kín.
- Tính lực mở tay van và kiểm nghiệm vòng bít làm kín.
Trên cơ sở các bản vẽ thiết kế, đề tài xác định, lựa chọn và lập quy trình
công nghệ chế tạo các chi tiết phù hợp với điều kiện trong nước. Tiến hành chế tạo,
kiểm tra lắp ráp hoàn thiện các cụm chi tiết. Xác định các yêu cầu thử nghiệ
m theo
tiêu chuẩn, tiến hành thử nghiệm các sản phẩm của đề tài, tại xưởng thực nghiệm.
Kết quả thử nghiệm, các sản phẩm đều đạt các yêu cầu thử nghiệm đề ra và có thể
tiến hành các bước thử nghiệm tiếp theo (thử nghiệm công nghiệp – đề tài chưa thử
nghiệm). Đề tài đã đưa ra một số kiến nghị nhằm mục đích có những b
ước phát
triển tiếp theo.
Từ khóa:
- Một số phần tử thủy lực.
- ZH1600/16/24Z
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
5
MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỀ TÀI 4
MỞ ĐẦU 7
Chương I: TỔNG QUAN CHUNG, CÁC DẠNG HỎNG VÀ CÔNG TÁC
SỬA CHỮA CHẾ TẠO TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG 10
I.1. GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG 10
I.2. CÁC DẠNG HỎNG CỦA TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG 14
I.3. CÔNG TÁC SỬA CHỮA BẢO DƯỠNG VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM PHỤ TÙNG
THAY THẾ MỚI GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG 15
I.3.1. Công tác sửa chữa bảo dưỡng 15
I.3.2. Chế tạo mới sản phẩm 15
I.4. LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO 16
Chương II: TÍNH TOÁN LẬP BẢN VẼ THIẾT KẾ 18
II.1. LẬP BẢN VẼ CHẾ TẠO 18
II.1.1. Thiết lập bản vẽ 18
II.1.2. Các yêu cầu về thép chế tạo 18
II.2. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CÁC CỤM XI LANH 20
II.2.1. Xác định áp lực mái giá chống 20
II.2.2. Tính cụm xi lanh tiến gương 24
II.2.3. Tính cụm xi lanh nâng hạ mái trước 29
II.2.4. Tính áp suất cho phép 34
II.2.5. Tính các phần làm kín của mối ghép di trượt 34
II.3. TÍNH LỰC MỞ TAY VAN VÒNG BÍT LÀM KÍN 36
II.3.1. Tính lực mở tay van 36
II.3.2. Tính kiểm nghiệm vòng bít làm kín 38
II.4. TÍNH KIỂM NGHIỆM THIẾT KẾ BẰNG PHẦN MỀM 39
II.4.1. Tính kiểm nghiệm xi lanh 39
II.4.2. Tính kiểm nghiệm cần piston 42
Chương III: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 43
III.1. LỰA CHỌN VÀ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 43
III.1.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ chế tạo 43
III.1.2. Đặc điểm công nghệ chế tạo 43
III.1.3. Công nghệ gia công xi lanh 43
III.1.4. Công nghệ nhiệt luyện cần piston 46
III.1.5. Công nghệ mạ 46
III.1.6. Lập quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết điển hình 50
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
6
III.2. CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP SẢN PHẨM 54
III.2.1. Chế tạo sản phẩm 54
III.2.2. Kiểm tra chế tạo, lắp ráp các cụm chi tiết 55
Chương IV: THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 56
IV.1. THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM 56
IV.1.1. Thử nghiệm tại xưởng 56
IV.1.2. Thử nghiệm công nghiệp 59
IV.2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61
KẾT LUẬN 61
KIẾN NGHỊ 61
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
7
MỞ ĐẦU
Hiện nay, các mỏ than hầm lò trong Tập đoàn Công nghiệp than khoáng
sản Việt Nam đang sử dụng một số lượng lớn và đa dạng về chủng loại thiết bị
chống giữ lò chợ. Theo mức độ cơ giới hóa và công nghệ khai thác lò chợ mà
các mỏ than hầm lò áp dụng các loại thiết bị chống giữ khác nhau như cột thủy
lực đơn DZ22, giá thủy lực di động XDY; tổ h
ợp giá thủy lực ZH; giàn chống tự
hành ZZ3200; giàn chống KĐT1; giàn chống VINANTA; giá chống thủy lực
2ANSH, các thiết bị chống nói trên hầu hết được nhập của nước ngoài, một số ít
đã chuyển giao công nghệ và nội địa hóa một số cụm chi tiết ở Việt Nam (đặc
tính kỹ thuật các thiết bị chống giữ kể trên được nêu trong phần phụ lục 9).
Trong các thiết bị chống giữ
kể trên thì tổ hợp giá thủy lực ZH được thiết
kế cải tiến trên cơ sở công nghệ chống giữ lò chợ bằng cột thủy lực đơn kết hợp
với xà kim loại. Xét về mặt cơ giới hóa chống giữ thì đây là loại hình trung gian,
tiến lên từ cột thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại. Tổ hợp giá thủy lực được
nh
ập vào Việt Nam từ cuối năm 2006 và chính thức được đưa vào sử dụng từ
tháng 5/2007 tại Công ty Than Thống Nhất - TKV. Tính đến hết năm 2008,
trong Tập đoàn TKV đã có 11 lò chợ đưa tổ hợp giá thủy lực vào chống giữ.
Ban đầu chúng ta nhập trọn bộ của Trung Quốc và Viện Khoa học Công nghệ
mỏ - TKV là đơn vị tư vấn chuyển giao công nghệ. Đến nay, các đơn vị cơ khí
trong T
ập đoàn TKV đã từng bước nội địa hóa và bước đầu đã chế tạo thành
công cột chống, một số cụm chi tiết dạng kết cấu. Còn lại các cụm van và một số
cụm xi lanh (gọi chung là các phần tử thủy lực) hiện tại vẫn phải nhập khẩu từ
Trung Quốc, quá trình nhập còn phụ thuộc vào các công ty thương mại, mất
nhiều thời gian nên các đơn vị
sử dụng không chủ động được sản xuất. Trong
điều kiện đó, để đáp ứng nhu cầu sản xuất, Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ -
TKV đã đăng ký với Bộ Công Thương chế tạo thử các phần tử thủy lực và được
phê duyệt theo Quyết định số 1035/QĐ-BCT ngày 27 tháng 02 năm 2009 của
Bộ trưởng Bộ Công Thương về việc đ
iều chỉnh và đặt hàng bổ sung thực hiện
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
8
nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2009, giao cho Viện Cơ khí Năng lượng
và Mỏ - TKV thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực
dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động”.
* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Tiếp tục phát triển hoàn thiện các nghiên cứu về tính toán thiết kế, công
nghệ chế tạo giá chống thủy lực.
- Chế t
ạo các phần tử thủy lực của tổ hợp giá thủy lực di động phục vụ
công tác sửa chữa và chế tạo mới các sản phẩm trong nước.
* Đối tượng nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các bộ phận thủy lực của tổ hợp giá
thủy lực chỉnh thể ZH1600/16/24Z (nhập của Trung Quốc) hoặc giá khung di động
đang nội địa hóa tạ
i cơ khí TKV.
* Phạm vi và nội dung nghiên cứu của đề tài:
- Khảo sát tình hình sử dụng tổ hợp giá thủy lực di động trong Tập đoàn
Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam.
- Tính toán lập bản vẽ thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo.
- Chế tạo sản phẩm trên cơ sở bản vẽ thiết kế và quy trình công nghệ đã
lập, trên các thiết bị gia công trong nước. Các sản phẩm chế tạo bao g
ồm:
+ 02 cụm xi lanh tiến gương;
+ 02 cụm xi lanh chỉnh hướng;
+ 04 cụm xi lanh nâng mái trước;
+ 02 cụm van điều khiển trung tâm.
- Thử nghiệm sản phẩm.
* Kết quả thực hiện:
- Chế tạo sản phẩm: Đến nay, đề tài đã thực hiện chế tạo xong các sản phẩm
theo đúng nội dung đăng ký (số lượng và chủng loại) với Bộ Công Thương.
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
9
- Thử nghiệm sản phẩm: Đề tài đã tiến hành thử nghiệm sản phẩm tại
xưởng. Tuy nhiên, đề tài chưa thực hiện được bước thử nghiệm công nghiệp vì
lý do sau:
Sản phẩm của đề tài là bộ linh kiện trên 1 thiết bị (tổ hợp giá thủy lực),
trong khi đó các đơn vị có sử dụng giá thủy lực đúng chủng loại thì thiết bị
thường xuyên làm việ
c trong lò hoặc chuyển về kho bảo quả do chưa có diện khai
thác chống giữ phù hợp như Công ty Than Mạo Khê - TKV. Vì vậy đến nay, đề
tài chưa thực hiện được bước thử nghiệm công nghiệp. Đề tài sẽ thực hiện các
bước thử nghiệm công nghiệp trong năm 2010 khi có điều kiện cho phép.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và cán bộ Vụ Khoa học Công
nghệ - Bộ Công Thương, lãnh đạo Viện Cơ khí Nă
ng lượng và Mỏ - TKV, cùng
tất cả các chuyên gia và các đồng nghiệp trong và ngoài Viện đã nhiệt tình giúp
đỡ hoàn thành đề tài.
Nhóm thực hiện đề tài
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
10
Chương I: TỔNG QUAN CHUNG, CÁC DẠNG HỎNG
VÀ CÔNG TÁC SỬA CHỮA CHẾ TẠO TỔ HỢP GIÁ
THỦY LỰC DI ĐỘNG
I.1. GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG
Tổ hợp giá thủy lực di động ZH là thiết bị chống giữ lò chợ được thiết kế
trên cơ sở cải tiến công nghệ chống giữ lò chợ bằng cột chống thủy lực đơn kết
hợp với xà kim loại, hay cao hơn nữa là tổ hợp giá thủy lực XDY. Có thể nói về
mặt cơ giới hóa chống giữ lò chợ thì đây là loại hình thiết bị
và công nghệ trung
gian tiến lên từ cột chống thủy lực đơn kết hợp với xà kim loại lên chống bằng
giàn chống thủy lực. Tổ hợp giá thủy lực được nhập vào Việt Nam khoảng cuối
năm 2006 và bắt đầu sử dụng trong chống giữ lò chợ từ tháng 5/2007 (tại Công
ty Than Thống Nhất). Ban đầu chúng ta nhập khẩu toàn bộ của Trung Quốc và
Viện Khoa học Công nghệ mỏ
- TKV là đơn đơn vị tư vấn chuyển giao công
nghệ. Đến nay, Công ty Chế tạo máy - TKV đã từng bước nội địa hóa một số bộ
phận của tổ hợp giá thủy lực và bước đầu chế tạo cột chống (dây chuyền sản
xuất cột chống do Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV lập dự án đầu tư và
chuyển giao công nghệ), một số k
ết cấu cơ khí khác. Còn lại các loại van và các
cụm xi lanh (xi lanh tiến gương, xi lanh nâng hạ mái, xi lanh chỉnh hướng) vẫn
phải nhập khẩu từ Trung Quốc.
Tính đến hết năm 2008, trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản
Việt Nam đã có 11 đơn vị đưa tổ hợp giá thủy lực vào chống giữ lò chợ khai
thác và được chia thành 2 loại. Đó là tổ hợp giá thủy lực chỉnh thể và tổ hợp giá
thủ
y lực phân thể. Loại chỉnh thể có khả năng áp dụng cho các vỉa dốc đến 30
o
và đang được dùng tương đối nhiều, loại phân thể có khả năng áp dụng cho vỉa
dốc đến 40
o
nhưng chưa được áp dụng nhiều, do khi áp dụng ở vỉa dốc còn gặp
nhiều khó khăn, độ ổn định thấp.
Tổ hợp giá thủy lực có cấu tạo dạng lập thể, được liên kết thành dạng
mảng (dọc theo chiều dài lò chợ) tạo cho các vì chống có độ ổn định tương đối
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
11
cao. Cấu tạo này đã cho phép giảm bớt hao phí lao động làm công tác củng cố lò
chợ. Hiện nay, có 06 loại tổ hợp giá thủy lực đã được các đơn vị sản xuất than
hầm lò đưa vào sử dụng trong các lò chợ - tài liệu [1].
1- Tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24Z được sử dụng tại Mạo Khê, Nam
Mẫu, Vàng Danh, Thống Nhất, … cho các lò chợ dốc thoải và dốc nghiêng, có
thu hồi than hạ trần, tương đố
i phù hợp với các vỉa than dốc thoải nghiêng,
không thích hợp với các lò chợ có độ dốc > 35
o
.
2- Tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24T (ZHT) sử dụng tại Công ty Than
Quang Hanh, Mông Dương cho các lò chợ khấu ở vỉa có thế nằm phức tạp, biến
đổi nhiều về độ dốc vỉa, có thu hồi than hạ trần. Loại giá thủy lực này tương đối
linh hoạt, nhưng chỉ thích hợp với vỉa có độ dốc < 25
o
.
3- Tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24ZL được sử dụng tại Công ty Than
Quang Hanh, áp dụng cho các vỉa dốc có thu hồi than hạ trần. Có ưu điểm ở khu
vực mỏ có áp lực nhỏ, có thể ứng dụng kết hợp với máy khấu trong lò chợ.
Nhưng lắp đặt và tháo dỡ tương đối khó khăn do không gian chống tạm lớn.
4- Tổ hợp giá thủy lực ZH2000/15/35Z được sử dụng cho lò chợ
có chiều
cao tới 3,5m tại Công ty TNHH 86. Tổ hợp giá thích hợp với việc khai thác toàn
bộ vỉa có chiều dầy từ 2,2 đến 3,5m ở lò chợ có độ dốc < 30
o
. Khi áp dụng công
nghệ này sẽ giảm tổn thất tài nguyên, khắc phục được hiện trượng đá vách treo
trong các trường hợp sử dụng công nghệ lò chợ thu hồi than hạ trần.
5- Tổ hợp giá thủy lực GK1600/1.6/2.4/HT do Công ty Chế tạo máy - TKV
chế tạo, trên cơ sở nội địa hóa loại ZH1600/16/24Z đã được sử dụng tại các đơn
vị như Công ty Hà Lầm, Bắc Cọc Sáu, Thống Nhất có thu hồ
i than hạ trần.
6- Tổ hợp giá thủy lực GK1600/1.6/2.4/HTD được sử dụng cho các lò chợ
khai thác có độ dốc đến 40
o
tại các đơn vị như Công ty TNHH 86, Đồng Vông
có thu hồi than hạ trần. Đây là loại giá thủy lực mới đưa vào sử dụng, bước đầu
cho thấy nếu quản lý kỹ thuật tốt thì loại giá này sẽ phát huy tốt trong các lò chợ
có độ dốc đến 40
o
.
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
12
Nhìn chung, cho đến nay các khu vực hiện đang áp dụng tổ hợp giá thủy
lực di đồng đều có điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ phù hợp, đảm bảo việc khai
thác có hiệu quả và an toàn (Mạo Khê, Nam Mẫu, Đồng Vông, Hà Lầm, 86,
Thống Nhất, …). Trong đó, tổ hợp giá thủy lực ZH1600/16/24Z được áp dụng
nhiều nhất. Một số lò chợ sử dụng tổ hợp giá trong đi
ều kiện vỉa có thế nằm
không ổn định, độ dốc từ 35 đến 40
o
(Mông Dương, Quang Hanh, Bắc Cọc Sáu)
đã gặp nhiều khó khăn, năng suất lao động thấp, tình trạng kỹ thuật cơ bản chưa
tốt, … và đang trong giai đoạn hoàn thiện công nghệ.
Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z, là thiết
bị được nhiều mỏ hầm lò áp dụng trong các tổ hợp đã nêu trên (bảng 1):
Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật của t
ổ hợp giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z
TT Các thông số kỹ thuật cơ bản Đơn vị Giá trị
1 Chiều cao tối đa mm 2400
2 Chiều cao tối thiểu mm 1600
3 Hành trình piston mm 800
4 Chiều rộng giá chống mm 960
5 Chiều dài giá chống mm 2900
6 Bước tiến của tấm đỡ gương mm 800
7 Tải trọng làm việc kN 1600
8 Tải trọng ban đầu kN 950
9 Áp suất bơm MPa 31,5
10 Số lượng cột chống cái 04
11 Đường kính xi lanh cột mm 110
12
Góc dốc làm việc của giá độ
≤ 35
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
13
460
740
1955
2950
960
Hình 1: Hình ảnh giá thủy lực di động ZH1600/16/24Z
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
14
I.2. CÁC DẠNG HỎNG CỦA TỔ HỢP GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG
Trong quá trình thực hiện nhóm đề tài tiến hành tìm hiểu khảo sát các
dạng hỏng của tổ hợp giá thủy lực di động tại một số mỏ. Kết quả thực hiện, giá
thủy lực có các dạng hỏng chủ yếu dưới đây:
1- Vỡ các đường ống cao áp dẫn dịch điều khiển các xi lanh thủy lực và
cột chống của giá chống.
Nguyên nhân vỡ, do trong quá trình làm việc các ống bị
đá cứng (thường
là khi nổ mìn) làm rách ống hoặc do công nhân chưa chú ý bảo quản tốt khi làm
việc trong lò.
2- Cong tấm chắn gương, rách một số mối hàn.
Nguyên nhân:
- Tấm chắn tiếp xúc với gương không cân xứng, mà khi đó tấm chắn lại
có hai xi lanh nâng hai bên nên khi công nhân mở van nâng mái ép vào gương,
tấm chắn thường bị cong, vênh và rách mối hàn.
- Khi tấm chắn đã ép vào gương lò chạm vào than, đá cứng, tấm chắn
không còn khả năng nâng lên n
ữa nhưng công nhân vẫn mở van (van điều
khiển) dẫn đến phá hỏng tấm chắn gương.
3- Một số cột chống bị bong tróc lớp mạ bề mặt của cần piston.
Nguyên nhân: Thường trong khi nổ mìn đất đá, than văng vào các bề mặt
có lớp mạ dẫn đến bị bong tróc và một phần cũng do yếu tố nước mỏ có chứa
các chất ăn mòn gây lên.
4- Các chi tiết làm kín bị
hỏng.
Nguyên nhân: Các chi tiết làm kín thường chịu áp suất cao (thường áp
suất trong khoảng 20MPa đến 26MPa), khi làm việc các gioăng phớt thường di
trượt nhiều lần, kết hợp với bụi bẩn nên nhiều vị trí rất hay bị hỏng.
5- Một số cần piston của xi lanh nâng hạ mái trước bị cong, gẫy.
Nguyên nhân:
- Do cần piston có đồ bền kém, không chịu được áp lực của dung dịch nhũ
hóa khi van điều khiển vẫn m
ở mà cần piston không có khả năng tiến.
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
15
- Do tai của tấm chắn gương lắp với đầu cần piston bị rách (biến dạng)
dẫn đến mất cân bằng nên cần piston thường hay bị cong.
Ghi chú
: Một số nguyên nhân hư hỏng của tổ hợp giá thủy lực di động đã
được Phòng Khoa học Công nghệ thực hiện đánh giá (xem phần phụ lục 8)
I.3. CÔNG TÁC SỬA CHỮA BẢO DƯỠNG VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM PHỤ TÙNG
THAY THẾ MỚI GIÁ THỦY LỰC DI ĐỘNG
I.3.1. Công tác sửa chữa bảo dưỡng
Công tác sửa chữa, bảo dưỡng các tổ hợp giá thủy lực tại các mỏ hiện nay
được thực hiện định kỳ (theo các quy định về thời gian làm việc). Việc bảo
dưỡng sửa chữa thường được thực hiện tại các phân xưởng cơ khí thuộc các mỏ,
một số mỏ chuyển cho một số đơn vị cơ khí độ
c lập thực hiện thông qua các hợp
đồng kinh tế và chủ yếu thực hiện các công việc sau:
- Nắn, chỉnh sửa các tấm chắn, tai lắp bản lề, bị cong vênh, hàn gia cố
các mối hàn bị nứt, rách hoặc hàn thêm các gân gia cường.
- Kiểm tra các đường ống dẫn dịch, loại bỏ hoặc xúc rửa sạch để sử dụng
cho lần tiếp theo.
- Kiểm tra, tháo rửa, kết hợp với phân loại (loạ
i bỏ hoặc sử dụng tiếp),
thay thế một số gioăng phớt của cột chống, các cụm xi lanh thủy lực, cụm van
trung tâm và các van khác.
Các công việc bảo dưỡng, sửa chữa đều thực hiện theo các quy trình, trình
tự đã được quy định trong thuyết minh hướng dẫn sử dụng hoặc của các mỏ.
I.3.2. Chế tạo mới sản phẩm
Như đã đề cập trong ph
ần I.1, Viện Khoa học Công nghệ mỏ - TKV đã
phối hợp với Trung Quốc chuyển giao công nghệ nội địa hóa chế tạo tổ hợp giá
thủy lực di động ZH1600/16/24Z (hay giá khung di động tên gọi Việt Nam) tại
Công ty Chế tạo máy – TKV và Công ty đã chế tạo thành công các cụm bộ
phận sau:
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
16
1- Các cụm dạng kết cấu như: mái chính, mái trước, đế cột, các tấm chắn
và xà đỡ,
2- Chế tạo cột chống 2 chiều.
Còn các cụm: xi lanh tiến gương, xi lanh nâng hạ mái trước, xi lanh chỉnh
hướng, van trung tâm, các cụm van khác, gioăng phớt và ống dẫn dịch vẫn phải
phập hoàn toàn của Trung Quốc.
Các sản phẩm nội địa hóa bước đầu đã khẳng định được chất lượng và tạo
điều kiện thuận lợi hơn trong sản xuất, đáp ứng thay thế kịp thời một số cụm, bộ
phận hỏng hóc của tổ hợp giá thủy lực di động.
I.4. LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO
Việc chưa chế tạo nội địa hóa hoàn toàn được giá thủy lực di động chúng
ta vẫn không chủ động được trong khâu khai thác than lò chợ của một số mỏ. Lý
do, chúng ta vẫn phải phụ thuộc vào phía Trung Quốc và quá trình nhập ngoại
thường còn phụ thuộc vào các công ty thương mại mất nhiều thời gian.
Mặt khác cũng do tỉ lệ nội địa hóa mà công tác sửa chữa thay thế tại các
mỏ than cũng không được chủ
động. Để khắc phục khó khăn đó nhiều đơn vị đã
phải nhập dự trữ.
Qua hai ý trên có thể nhận thấy rằng việc thực hiện nội địa hóa chế tạo
hoàn toàn giá thủy lực di động tại Việt Nam là vấn đề cần thiết. Từ vấn đề đó
Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam đã có văn bản số
7661/TKV-KCL, ngày 09 tháng 12/2009 về
việc yêu cầu một số đơn vị lập hồ
sơ đăng ký thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2009. Trong đó có yêu cầu Công
ty Chế tạo máy – TKV phối hợp với Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV
thực hiện chế tạo 10 bộ vì chống giá khung thủy lực di động (hay tổ hợp giá
thủy lực di động) với tỷ lệ nội địa hóa là 100%.
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
17
Với những phần đã nội địa hóa thành công như nêu trên, thì phần còn lại
của tổ hợp giá thủy lực di động chủ yếu là các linh kiện thủy lực và cho đến nay,
chưa có đơn vị nào chế tạo thử nghiệm.
Đối với các thiết bị cần yêu cầu độ an toàn cao như giá chống thủy lực thì
bước chế tạo thử nghiệm sản phẩm là hết sức quan trọ
ng, nhằm đánh giá và hoàn
thiện thiết kế, công nghệ chế tạo sản phẩm. Với mục đích cuối cùng là tạo ra sản
phẩm có chất lượng tốt, có độ tin cậy cao, tạo sự yên tâm cho người sử dụng.
Căn cứ vào các sản phẩm đã chế tạo nội địa hóa, đề tài quyết định lựa
chọn các sản phẩm là các phần tử thủy lực của t
ổ hợp giá thủy lực di động để
nghiên cứu chế tạo thử nghiệm:
- Cụm xi lanh tiến gương.
- Cụm xi lanh nâng hạ mái trước.
- Cụm xi lanh chỉnh hướng.
- Cụm van điều khiển trung tâm.
Các sản phẩm của đề tài, kết hợp với các sản phẩm đã chế tạo nội địa hóa
có thể khẳng định tỉ lệ chế tạo nội địa hóa t
ổ hợp giá thủy lực đạt ≈ 100%, chỉ
còn phần ống dẫn thủy lực.
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
18
Chương II: TÍNH TOÁN LẬP BẢN VẼ THIẾT KẾ
II.1. LẬP BẢN VẼ CHẾ TẠO
II.1.1. Thiết lập bản vẽ
Các bản vẽ thiết kế chế tạo, được lập trên cơ sở mẫu sản phẩm, có tính
toán kiểm nghiệm độ bền và phải đảm bảo các yêu cầu sau.
- Đảm bảo tính lắp lẫn cao, để thực hiện việc nội địa hóa sản phẩm.
- Đảm bảo tính chính xác để gia công.
- Tính chọn các vật liệu phù hợp với điều kiện Việt Nam có sẵn.
- Đảm bả
o tính công nghệ, để chế tạo được từ công nghệ và thiết bị trong nước.
- Các bản vẽ tuân thủ theo tiêu chuẩn TCV01-2002.
Các sản phẩm thiết kế được lập theo các bộ bản vẽ (được đóng ở phần phụ
lục của báo cáo này):
+ GT.160-09.00.000L Cụm xi lanh tiến gương
+ GT.160-10.00.000L Cụm xi lanh nâng hạ mái trước
+ GT.160-11.00.000L Cụm xi lanh chỉnh hướng
+ GT.160-16.00.000L Cụm van điều khiển trung tâm
II.1.2. Các yêu cầu về thép ch
ế tạo
Thép chế tạo các phần tử thủy lực của tổ hợp giá thủy lực di động phải
đảm bảo các yêu cầu đảm độ bền làm việc theo yêu cầu kỹ thuật.
Do các sản phẩm của đề tài thực hiện thiết kế, chế tạo trên cơ sở mẫu của
nước ngoài (Trung Quốc) nên vật liệu của một số chi tiết chính được xác định
bằng phương pháp xác định thành phần hóa học – tra cứu vật liệu tương đương.
Từ các kết quả mẫu thử nghiệm, xác định vật liệu chế tạo các phần tử thủy lực
như sau:
1- Thép chế tạo các ống xi lanh:
- Thép C45-TCVN 1766-75 tương đương 45 ΓOCT 1050-74 của Nga
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
19
- Tính chất cơ lý:
+ Giới hạn bền: σ
b
= 610 N/mm
2
~ 610MPa
+ Giới hạn chảy: σ
c
= 360 N/mm
2
+ Độ dãn dài: δ = 16%
+ Độ cứng: Không quá 241 HB (Thép cán nóng)
- Thành phần hoá học: Thép C45 TCVN 1766 – 75 của Việt Nam
C = (0,42 – 0,50)% Mn = (0,5 – 0,80)% Si = (0,17 – 0,37)%
P
max
= 0,040 % S
max
= 0,040 % Cr
max
= 0,25 % Ni
max
= 0,25 %
2- Thép chế tạo cần piston và một số chi tiết của ruột van: Cũng được lựa
chọn vật liệu là thép C45 TCVN -1766-75.
3- Thép chế tạo thân van:
- Thép 40Cr -TCVN 1766-75 tương đương 40X ΓOCT 4543-71 của Nga
- Tính chất cơ lý:
+ Giới hạn bền: σ
b
= 980 N/mm
2
~ 980MPa
+ Giới hạn chảy: σ
c
= 785 N/mm
2
+ Độ dãn dài: 10 = 16%
+ Độ cứng (ủ): Không quá 217 HB
- Thành phần hoá học: Thép 40Cr TCVN 1766 – 75 của Việt Nam
C = (0,36 – 0,44)% Mn = (0,5 – 0,80)% Si = (0,17 – 0,37)%
P
max
= 0,035 % S
max
= 0,035 % Cr
max
= (0,8-1,1)% Ni
max
= 0,30 %
4- Một số chi tiết khác của ruột van, vật liệu chế tạo được lựa chọn theo
mẫu và xác định tương đương C25 – TCVN 1766-75 hoặc 25 ΓOCT 1050.
- Tính chất cơ lý:
+ Giới hạn bền: σ
b
= 450 N/mm
2
~ 450MPa
+ Giới hạn chảy: σ
c
= 275 N/mm
2
+ Độ dãn dài: 10 = 23%
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
20
+ Độ cứng (ủ): Không quá 170 HB
- Thành phần hoá học: Thép C25 TCVN 1766 – 75 của Việt Nam.
C = (0,22 – 0,30)% Mn = (0,5 – 0,80)% Si = (0,17 – 0,37)%
P
max
= 0,035 % S
max
= 0,040 % Cr
max
< = 0,25% Ni
max
<= 0,25%
II.2. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CÁC CỤM XI LANH
Mục đích của việc tính toán kiểm nghiệm nhằm kiểm tra, đánh giá một số
thông số kỹ thuật của xi lanh, của van theo sản phẩm mẫu.
II.2.1. Xác định áp lực mái giá chống
Cho đến nay, đã có nhiều giả thuyết về áp lực mỏ được đưa ra để tính áp
lực tác động lên các thiết bị chống giữ lò chợ:
- Giả thuyết áp lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên, củ
a giáo sư M. M.
Prôtôđiacônôv.
- Giả thuyết áp lực mỏ dầm công sơn, được đề xuất bởi giáo sư V. Đ.
Slesarev và G. N. Cuznhesôv.
- Giả thuyết áp lực mỏ nứt nẻ ban đầu của Labass.
Theo các giả thuyết áp lực mỏ kể trên, đề tài lựa chọn giả thuyết áp lực
mỏ vòm cân bằng tự nhiên để tính áp lực lên mái giá chống thủy lực với cơ sở lý
thuyết sau:
+ Công nghệ khai thác áp d
ụng đối với tổ hợp giá thủy lực di động là
công nghệ hạ trần và thu hồi than nóc.
+ Việc khai thác than hầm lò chủ yếu vẫn áp dụng công nghệ khoan –
nổ mìn (đất, đá bị nứt vỡ trên diện rộng) nên đất đá sập đổ sẽ hình thành dạng
như hình 2.
Trạng thái đầu tiên của lò chợ là lò cắt (hình 2a), lúc này sự phân bố áp
suất của đá mỏ mà chủ yếu là đ
á vách, xung quanh nó tương tự như ở các đường
lò chuẩn bị khác. Giáp với lò cắt là vùng ứng suất thấp hay còn được gọi là vùng
Nghiờn cu ch to mt s phn t thy lc dựng cho t hp giỏ thy lc di ng
VIN C KH NNG LNG V M - TKV
21
bin dng khụng n hi, õy ỏ m dch chuyn, tỏch lp v rn nt, chớnh
vựng ny gõy ra ỏp lc tỏc ng lờn vỡ chng. Gii hn phỏt trin ca vựng ny
to ra mt vũm c gi l vũm cõn bng t nhiờn. Bao quanh vựng ng sut
thp l vựng ng sut cao hay c gi l vựng bin dng n hi, ỏp lc tng ca
vựng ny c mt vũm tip nhn ri truyn xung chõn vũm, gõy ra ỏp l
c ta.
Khi bt u khai thỏc lũ ch, din búc l ca ỏ vỏch s ln dn theo
chiu di khai thỏc v vựng bin dng khụng n hi cng phỏt trin theo, tc l
vũm cõn bng t nhiờn v ỏp lc ta cỏc vựng biờn cng s ln dn. Trờn hỡnh
2b th hin trng thỏi phõn b ỏp sut v v trớ ca vũm cõn bng t nhiờn thi
im sau khi phỏ ha ban u.
a
b
c
H
ình
2
: Sự hình thành vòm cân bằng tự nhiên ở khu khai thác
a- xung quanh lò cắt;
b- sau khi phá hỏa ban đầu;
c-
g
iai đo
ạ
n khai thác ổn đ
ị
nh
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
22
Tiếp theo là giai đoạn khai thác ổn định của lò chợ đi cùng với các đợt
phá hỏa đá vách thường kỳ như đã được phân tích ở trước. Trong giai đoạn này
vòm cân bằng tự nhiên đạt kích thước tối đa và dịch chuyển theo tiến độ khai
thác lò chợ (hình 2c), khi đó chân vòm phía trước luôn luôn gối lên trên khối
than nguyên phía trước gương lò chợ, còn chân vòm phía sau rời khỏi khối
nguyên, tiến dần vào khoảng trống đã khai thác và tự
a lên vùng đá phá hỏa đã bị
nén chặt trở lại.
x
O
x
M
B
A
D
C
∆
y
y
x
y
max
b
b
1
S
a
y
2a
2a
1
S
H
Hình 3: Sơ đồ tính tải trọng tác động lên giá chống thủy lực
Để xác định áp lực mỏ tác động lên giá chống lò chợ theo giả thuyết áp
lực mỏ vòm cân bằng tự nhiên của giáo sư M. M. Prôtôđiacônôv đề xuất sơ đồ
tính toán được thể hiệ trên hình 3. Giả thuyết cho rằng chỉ có đá vách nằm bên
trong vòm cân bằng tự nhiên tác động lên giá chống lò chợ.
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
23
Áp lực lớn nhất tác động lên giá chống là ở hàng cột xát gương nhất, tức
là cách gương một khoảng b, ứng với điểm M trên mặt vòm. Chiều cao của vòm
cách gương một khoảng b được xác định theo công thức dưới đây - tài liệu [9]:
(
)
fa
ba
f
a
fa
x
f
a
yyy
x
1
2
111
1
2
1
max
−
−=−=∆−=
, m (2.1)
Trong đó:
∆y – tung độ của điểm M, m.
a
1
– bán kính nhịp vòm, m.
f – hệ số kiên cố của đất đá phá hỏa, f = 2,5.
x – hoành độ của điểm M, m.
Dựa vào sơ đồ tính toán có thể xác định được giá trị của bán kính nhịp
vòm a
1
:
a
1
= a + S, m (2.2)
a – bán kính của vòm tính đến gương lò chợ; theo thực nghiệm a = 20 ÷
40m.
S – tuyến tiếp xúc của chân vòm với than nguyên khối và đá phá hỏa hoặc
đá chèn đã bị nén chặt, m.
b
1
– khoảng cách từ hàng cột được tính toán đến chân vòm, m.
b
1
= b + S, m
b – chiều rộng lớn nhất của lò chợ, b = 3,3m.
Để xác định giá trị S, giả thuyết cho rằng chính trọng lượng của khối đất
đá ABCD nén xuống mặt vòm, rồi truyền xuống chân vòm, tạo ra áp lực ở đây.
f
H
S
.
.6,1
γ
= , m – tài liệu [9] (2.3)
Trong đó:
γ - trọng lượng thể tích của đất đá phá hỏa; γ = 1,7 ÷ 2,1T/m
3
, chọn γ =
1,9T/m
3
.
H - chiều sâu khai thác trung bình tính từ mặt đất, chọn H = 250m (chọn
theo kinh nghiệm).
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
24
Thay số vào công thức (2.3), ta xác định được giá trị S:
1,22
5,2
250.9,1
.6,1 ==S
m
Thay các giá trị vào công thức (2.1), ta xác định được giá trị y
x
:
(
)
4,16
5,2.1,62
4,251,62
5,2
1,62
2
=
−
−=
x
y m
Từ giá trị y
x
có thể tích được áp lực trên 1m
2
của hàng cột xa gương nhất:
α
γ
cos
x
yq
=
, T/m
2
(2.4)
Trong đó: α - góc dốc của lò chợ, độ; chọn lò bằng α = 0
o
.
Thay số vào công thức (2.4), xác định được giá trị q:
16,310cos.9,1.4,16 ==
o
q T/m
2
II.2.2. Tính cụm xi lanh tiến gương
II.2.2.1. Tính lực đẩy tiến gương và đường kính trong của xi lanh
Mục đích của việc tính toán lực di chuyển mái nhằm xác định lực cần
thiết của cụm xi lanh tiến gương để đưa ra thiết kế chính xác của cụm xi lanh
tiến gương.
- Xác định khả năng đẩy di chuyển giá trong quá trình tiến gương (hình 4).
Trong quá trình tiến gương, xi lanh tiến gương đẩy mái lên phía trướ
c.
Lực đẩy xi lanh tiến gương xác định như sau:
P - tổng lực tác dụng lên mái.
P = q.a.b (2.5)
Từ giá trị tổng lực tác dụng P, xác định lực đẩy mái P
đ
theo công thức sau:
P
đ
= F
ms,t
+ F
ms
(2.6)
Trong đó: F
ms,t
- lực ma sát do lớp than hoặc đất đá tác dụng lên mái, T
F
ms
- lực ma sát do mái tỳ lên thanh liên kết, T
Nghiên cứu chế tạo một số phần tử thủy lực dùng cho tổ hợp giá thủy lực di động
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ - TKV
25
q q
ms
P
d?y
F
ms
F
ms
Hình 4: Tính lực đẩy mái
F
ms,t
= P . f
ms,t
(2.7)
F
ms
= (P + P
m
). f
ms
(2.8)
Trong đó:
q - tải trọng vách trực tiếp (lớp than hạ trần lên nóc lò chợ), q = 28,8T/m
2
.
a, b - chiều dài và rộng mái giá, m; a = 3,0m; b = 0,96m
f
ms,t
- hệ số ma sát than với thép tấm, f
ms,t
= 0,3 ÷ 0,5.
f
ms
- hệ số ma sát thép với thép, f
ms
= 0,15.
P
m
- trọng lượng của mái và các phần treo trên mái giá chống, P
m
= 1,7T.
Tính đến yếu tố khi đẩy mái tiến gương lên phía trước, mái được di
chuyển hạ thấp so với hai mái kề bên để giảm tải, chọn f
ms,t
= 0,3 và lực P lúc đó
chỉ còn 42,88% (theo đặc tính kỹ thuật của giá) trên tổng lực tác dụng lên mái
Thay số vào công thức (2.5), xác định được P:
P = 31,16 . 3,0 . 0,96 . 42,88% = 38,48T