Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thủy lực của máy nghiền đứng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.25 MB, 98 trang )
B GIO DC V O TO
TRNG I HC BCH KHOA H NI
--------------------------------
NGUYN THNH LONG
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực
của máy nghiền đứng
CHUYấN NGNH: C HC VT LIU
LUN VN THC S KHOA HC
NGNH: C HC K THUT
Ngi hng dn khoa hc: GS.TS Trn ch Thnh
H NI - 2011
B GIO DC V O TO
TRNG I HC BCH KHOA H NI
--------------------------------
NGUYN THNH LONG
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực
của máy nghiền đứng
CHUYấN NGNH: C HC VT LIU
LUN VN THC S KHOA HC
NGNH: C HC K THUT
Ngi hng dn khoa hc: GS.TS Trn ch Thnh
H NI - 2011
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học của tôi. Các kết quả nghiên cứu
trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc cụ thể, rõ ràng. Các kết quả của luận
văn chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào.
Hà Nội, tháng 10 năm 2010.
Người cam đoan
Nguyễn Thành Long
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến
thầy giáo, GS.TS Trần Ích Thịnh đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình
làm luận văn tốt nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Công nghệ, các thành
viên tham gia đề tài KC05-18 do Viện Công nghệ chủ trì đã giúp đỡ và tạo điều
kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn.
Cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện thuận
lợi cho em hoàn thành bản luận văn này.
Em chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 3 năm 2011.
Học viên
Nguyễn Thành Long
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
MC LC
M u ...................................................................................................................3
Danh mc cỏc hỡnh v, th...............................................................................5
Chng 1: Tng quan...........................................................................................7
1.1. Tng quan v mỏy nghin ng ...................................................................7
1.1.1 Nguyờn lý hot ng .............................................................................7
1.1.2.Tỡnh hỡnh nghiờn cu, ch to v ng dng mỏy nghin ng trong
cụng nghip xi mng .......................................................................................10
1.1.3.Tỡnh hỡnh ni a hoỏ mỏy nghin v cỏc ph tựng thay th ..............11
1.2. Cỏc loi gi trong mỏy nghin ng.....................................................12
1.2.1. Gi c khớ......................................................................................12
1.2.2. Gi thu lc ..................................................................................14
1.3. Tớnh toỏn la chn thụng s hỡnh hc ca gi .....................................16
1.3.1. Phõn tớch k cu gi thu lc ca mỏy nghin ng ....................16
1.3.1.1. Guc (Segment) .........................................................................17
1.3.1.2 B phn lm kớn ..............................................................................18
1.3.2.Tớnh toỏn la chn thụng s hỡnh hc cho guc ........................19
2.2.1. Phõn tớch kt cu thc t ca mỏy nghin ng 15 tn/h cú sn ......19
2.2.2. Phõn tớch v la chn kt cu cho cỏc chi tit trong gi (guc). .20
1.3.3. Xỏc nh thụng s hỡnh hc ca guc trong trng hp c th ca
ti...................................................................................................................21
1.3.4. Mụ hỡnh hoỏ gi bng phn mm thit k 3 chiu .......................27
Kt lun chng 1 .......................................................................................29
Chng 2: C s lý thuyt .................................................................................30
2.1. Trng ng sut ..........................................................................................30
2.1.1 ng sut ..............................................................................................30
2.1.2 Tenx ng sut lch ............................................................................32
2.1.3. Phng trỡnh iu kin biờn ..............................................................34
2.2. Trng bin dng ........................................................................................35
2.2.1. Tenx bin dng.................................................................................35
2.2.2. Bin dng nh ....................................................................................36
2.3. Tớnh cht c hc ca vt rn khi cú bin dng n hi ...........................36
2.3.1. Bin dng n hi ...........................................................................37
2.3.2.Tiờu chun ng sut tip ln nht (Tiờu chun Tresca-Saint Venant)38
Nguyn Thnh Long
1
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
1.3.3. Tiờu chun Von Mises ......................................................................39
2.4. Tm trũn chu ti trng phõn b u .......................................................40
2.4. Tm trũn cú l trũn ti tõm ....................................................................45
Kt lun chng 2 ............................................................................................52
Chng 3: Tớnh toỏn kim nghim cng, bn ca gụớ .................53
3.1. Phõn tớch v la chn phng phỏp tớnh toỏn cho gi ....................53
3.1.1 Phõn tớch phng phỏp tớnh cho gi .............................................53
3.1.2 La chn phng phỏp tớnh cho gi .............................................54
3.2. Tớnh toỏn kt cu gi bng phn mm ...............................................56
3.2.1. Tính toán kiểm nghiệm cụm gối đỡ trên ...........................................56
3.2.2. Tính toán kiểm nghiệm guốc đỡ .......................................................60
3.2.3 . Tính toán kiểm nghiệm cụm nửa dới gối đỡ .................................63
3.2.4 . Tính toán kiểm nghiệm hộp giảm tốc .............................................67
3.3. Kt lun v ỏnh giỏ kt qu ....................................................................69
Kt lun chng 3 ............................................................................................70
Chng 4. Tớnh toỏn kt cu hp gim tc bng phng phỏp s ..............71
4.1. Xõy dng mụ hỡnh ...................................................................................71
4.1.1. Xõy dng mụ hỡnh ...........................................................................71
4.1.2. La chn phng phỏp tớnh ............................................................73
4.1.3 .Gii thiu phn mm ANSYS ........................................................74
4.2. Xõy dng phn t .................................................................................76
4.3.. Mụ t phn t .......................................................................................76
4.4. Cỏch xõy dng mụ hỡnh phn t hu hn trờn phn mm ANSYS ...77
4.5. Kim tra kt qu tớnh
.........................................................................81
4.6. Tớnh mt s mụ hớnh vi cỏc iu kin biờn khỏc nhau ...............84
4.7. Bỡnh lun kt qu tớnh .........................................................................88
Kt lun chng 4...............................................................................................80
Kt lun v kin nghi ......................................................................................90
Ti liu tham kho ..........................................................................................91
Nguyn Thnh Long
2
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
M U
1. Tớnh cp thit ca ti
Mỏy nghin ng l mt trong nhng thit b quan trong trong cụng nghip
ximng trờn ton th gii. Cỏc mỏy nghin hin cú trong nc hon ton l mỏy
nghin nhp t cỏc nc tiờn tin nh c v Nhõt. Vin Cụng ngh -B Cụng
Thng l n v i u trong cụng cuc ni a hoỏ thit b ny.
Nm 2005 Vin ó ch to thnh cụng mỏy nghin ng vi nng sut
nh (15T/h) thụng qua ti cp nh nc KC05-22 Nghiên cứu thiết
kế và chế tạo máy nghiền bột siêu mịn hiệu suất cao ứng dụng trong công
nghiệp .
Nm 2009 Vin thc hin ti cp nh nc KC05.18/06-10. RD/H
KHCN Nghiờn cu tớnh toỏn, thit k v cụng ngh ch to gi thu
lc chu ti nng n 80T nhm mc tiờu tin ti hon thin ton b
thit b ny.
Trong ni dung ca ti, phn c khớ l mt phn chim t trng ln. Vi
mc tiờu l to ra mt sn phm cú tớnh ng dng cao. Vỡ vy, vic tớnh toỏn thit
k phn c khớ cú tớnh cht quyt nh n kh nng lm vic v tui th ca thit b
núi chung v ca mỏy nghin núi riờng.
2. Mc ớch ca ti
-
Xõy dng phng phỏp tớnh cỏc thụng s hỡnh hc ca chi tit trong gi , c
th trong lun vn l xõy dng phng phỏp tớnh toỏn kim nghim thụng s
hỡnh hc cho guc (segment).
-
Tớnh toỏn kim nghim cng, bn ca ton h thng gi núi chung v
cỏc chi tit núi riờng bng phn mm.
-
Xõy dng mụ hỡnh tớnh cho bi toỏn tm cú gõn gia cng trờn phõn mm
ANSYS da trờn c s mụ hỡnh v hp gim tc ca ti.
3. Phng phỏp nghiờn cu
Nguyn Thnh Long
3
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Da trờn c s cỏc nghiờn cu trc kia v gi thu lc xõy dng bi
toỏn ng dng cho mụ hỡnh thc tin ca ti. Ly c s l nhng nghiờn cu ca
Raynolds v cỏc bi toỏn v bụi trn thu lc.
Phõn tớch, ỏnh giỏ da trờn c s mụ hỡnh mỏy nghin cú sn a ra mụ
hỡnh phự hp vi nú.
4. Ni dung ca lun vn
Lun vn c xõy dng da trờn 2 ni dung chớnh l: Tớnh toỏn la chn
thụng s hỡnh hc cho guc v tớnh toỏn kim nghim cng, bn cho ton
b kt cu gi núi chung v hp gim tc núi riờng. C th ni dung ca lun
vn gm 4 chng:
-
Chng 1: Tng quan
-
Chng 2: C s lý thuyt
-
Chng 3: Tớnh toỏn kim nghim cng, bn ca gụớ
-
Chng 4: Tớnh toỏn kt cu hp gim tc bng phng phỏp s
-
Kt lun v kin ngh
Với sự quan tâm, chỉ bảo và hớng dẫn tận tình của GS TS Trần ích Thịnh và sự
cố gắng của bản thân, tôi đã hoàn thành đề tài này. Nội dung trình bày của đề tài
chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót, những hạn chế.Rất mong đợc các
thầy cô và các bạn đồng nghiệp quan tâm góp ý kiến để đề tài đạt chất lợng cao
hơn.
Hà Nội, ngày 28 tháng 3 năm 2011
Học viên
Nguyễn Thành Long
Nguyn Thnh Long
4
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
DANH MC CC HèNH V, ề TH
Hỡnh 1.1: Nguyờn lý nghin
Hỡnh 1.2: Nguyờn lý hot ng ca mỏy nghin ng kiu bỏnh ln
Hỡnh 1.3: Kt cu nộn bỏnh nghin ca Loesche
Hỡnh 1.4: Mụ hỡnh vnh dng con ln
Hỡnh 1.5: Cỏc dng hng ca gi dng con ln
Hỡnh 1.6: Gi thu lc theo thit k u tiờn ca Albert Kingsbury
Hỡnh 1.7: Hp gim tc KSM tớch hp vi gi thu lc ca hóng Flender
Hỡnh 1.8.: Gi thu lc
Hỡnh 1.9: Guc ch nht vi bung trũn
Hỡnh 1.10: Guc ch nht vi bung ch nht
Hỡnh 1.11: Guc vi bung cựng trũn
Hỡnh 1.12: Mụ hỡnh 3D hon chnh ca mỏy nghin
Hỡnh 1.13: Kt cu ca mõm nghin v hp s
Hỡnh 1.14: S b trớ segment
Hỡnh 1.15: Thụng s hỡnh hc ca bung to ỏp trũn
Hỡnh 1.16: S tớnh ca bung to ỏp trũn
Hỡnh 1.17: Mt s chi tit trong gi thu lc
Hỡnh 1.18: H thng gi c (nh 3D)
Hỡnh 2.1: Biu din vộc t ng sut ti mt im
Hỡnh 2.2: Quan h ng sut v bin dng
Hỡnh 2.3: So sỏnh tiờu chun Tresca vi tiờu chun Von Mises
Hỡnh 3.1. V trớ v kt cu ca cm gi thu lc
Hỡnh 4.1. V hp gim tc
Hỡnh 4.2. Mụ hỡnh tớnh
Hỡnh 4.3. Mụ hỡnh phn t shell 181
Hỡnh 4.4. Mụ hỡnh phn t solid 186
Hỡnh 4.5. Chn vt liu
Hỡnh 4.6. La chn phõn t
Nguyn Thnh Long
5
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Hỡnh 4.7. Chn kớch thc phn t
Hỡnh 4.8. Chia li phn t
Hỡnh 4.9. Mụ hỡnh lc
Hỡnh 4.10. Gỏn iu kin biờn
Hỡnh 4.11 . Gii bi toỏn
Hỡnh 4.12. Trng phõn b ng sut
Hỡnh 4.13. Trng phõn b chuyn v
Nguyn Thnh Long
6
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Chơng 1:
Tổng quan
1.1. Tng quan v mỏy nghin ng
1.1.1. Nguyên lý hoạt động
Máy nghiền đứng đã đợc nghiên cứu và chế tạo ngay từ những năm 20 của
thế kỷ trớc ở Mỹ rồi sau đó ở Đức. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai nhiều hãng
lớn đã cộng tác với nhau để sản xuất những máy vừa có công suất lớn vừa có tính
năng hiện đại phục vụ cho công nghiệp sản xuất xi măng, do vậy nhiều loại máy
nghiền đứng đã xuất hiện trên thị trờng. Các máy của các hãng cũng có những đặc
trng riêng nh hãng Pfeiffer chuyên sản xuất máy nghiền kiểu MPS, hãng Loesche
chuyên sản xuất máy nghiền có bánh lăn hình côn với mâm nghiền phẳng, hãng
Polysius chuyên sản xuất máy nghiền có bánh lăn kép, hãng Mitshubishi sản xuất
máy theo nguyên lý của hãng C.E.Raymon...
Tuy có nhiều chủng loại khác nhau, song về nguyên lý máy gồm một mâm
nghiền đợc dẫn động quay quanh trục thẳng đứng. Các bánh nghiền đợc lắp phía
trên mâm quay vừa có thể quay quanh trục của mình; đồng thời vừa có khả năng
điều chỉnh khoảng cách tiếp xúc với mâm nghiền trong quá trình nghiền. Nhằm tăng
hiệu quả nghiền các bánh nghiền đợc gia tải bằng lực ép lò xo hoặc xi lanh thuỷ
khí. Tuỳ thuộc vào từng loại máy số lợng bánh lăn có thể từ 2 đến 4. Nh thế quỹ
đạo nghiền nằm trong mặt phẳng song song với mặt phẳng của mâm nghiền (xem
hình 1.1). Vật liệu nghiền đợc cấp liên tục vào khu vực nghiền nhờ bộ phận cấp
liệu từ phía trên hoặc từ thành bên của máy.
Trong quá trình nghiền các bánh lăn đợc nâng lên đến một độ cao nhất định
nhờ lực đàn hồi của lò xo hoặc nhờ xi lanh thuỷ khí. Khi mâm nghiền quay, do ma
sát với lớp vật liệu nằm giữa bánh lăn và mâm nghiền làm cho bánh lăn quay quanh
trục của nó đồng thời có sự trợt tơng đối giữa bánh lăn và mâm nghiền. Nh vậy,
vật liệu đợc nghiền đồng thời nhờ lực ép của bánh lăn (trọng lợng bánh, lực nén lò
xo hoặc xi lanh thuỷ khí) và lực miết. Vật liệu sau khi nghiền đợc đẩy ra khỏi
thành mâm nghiền nhờ lực li tâm. Dới tác động của dòng khí luôn đợc thổi qua
vành phun khí vật liệu đợc vận chuyển lên buồng phân ly ở phía trên.
Nguyn Thnh Long
7
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Hình 1.1 Nguyên lý nghiền
a Máy nghiền đứng kiểu con lắc bằng ly tâm(hệ máy hãng Raymond).
b Máy nghiền đứng có dạng mâm côn (hệ CE EVT).
c Máy nghiền đứng có dạng mâm phẳng (hệ máy loại Loesche).
d Máy nghiền đứng kiểu MPS.
e Máy nghiền đứng kiểu bi lăn.
Trong quá trình nghiền, các phần hạt thô dới tác động của trọng lực rơi trở
lại rãnh nghiền còn các hạt mịn bay lên phía trên đi vào vùng phân ly hạt. Hệ thống
quạt và chớp phân ly chia vật liệu đã nghiền thành bột mịn và bột cha mịn, phần
bột cha mịn rơi trở lại vùng nghiền, còn phần bột mịn đợc hút ra tới hệ thống
cyclon thu gom sản phẩm. Máy nghiền kiểu này đóng vai trò nh một máy nghiền
quay kết hợp với phân ly khí, nó phù hợp với việc đồng thời nghiền và sấy các vật
liệu ẩm, độ ẩm của vật liệu nghiền thậm chí cho phép vợt quá 20%. Cũng vì có sự
phân ly liên tục trong quá trình nghiền nên năng lợng nghiền không bị hao phí cho
các hạt vật liệu đã đủ độ mịn, tạo ra hiệu suất cao cho dạng máy này.
Nhờ có nguyên lý hoạt động nh trên mà máy nghiền đứng có thể nghiền
đợc các vật liệu có tỷ số nghiền rất lớn, nên rất thích hợp cho công nghiệp xi măng.
Nguyn Thnh Long
8
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Hình 1.2. Nguyên lý hoạt động máy nghiền đứng kiểu báng lăn
Hình 1.3. Kết cấu nén bánh nghiền của loesche
a) Bánh nghiền lúc làm việc
b) Bánh nghiền lúc bắt đầu làm việc
Nguyn Thnh Long
9
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
1.1.2. Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng máy nghiền đứng trong công
nghiệp xi măng
Trong công nghệ nghiền xi măng, hai loại máy nghiền đợc xử dụng chủ yếu
là máy nghiền bi và máy nghiền đứng. So với máy nghiền bi, máy nghiền đứng có
rất nhiều u điểm nổi bật nh:
+ Đảm bảo độ mịn cũng nh độ đồng đều hạt cao với dải năng suất khá lớn
mà máy nghiền bi xét về mặt kinh tế rất khó đợc chấp nhận. Khi nghiền clinke
bằng máy nghiền đứng kích thớc hạt có thể đạt đến giá trị nhỏ hơn 50 àm (hoặc đạt
đến độ mịn phân bố từ 3000 đến 6000cm2/g với dải năng suất từ 5t/h - 850t/h.
+ Có thể thực hiện đồng bộ và tự động hoá toàn bộ quy trình: nạp liệu nghiền - sấy (hoặc tăng độ ẩm khi cần) phân ly - vận chuyển sản phẩm đến đầu ra
trong cùng một máy nên tiêu hao năng lợng thấp hơn nhiều so với máy nghiền bi
thông thờng có thể tiết kiệm đợc từ 20% đến 30% thậm chí còn cao hơn.
Độ tiêu hao vật liệu của vật thể nghiền (do mòn bánh lăn và mâm nghiền)
thấp hơn nhiều so với mòn của bi, đạn. Điều này một mặt làm tăng năng suất
nghiền, tăng độ tin cậy khi làm việc mặt khác làm tăng chất lợng xi măng do ít lẫn
tạp chất kim loại. Lợng hao mòn vật thể nghiền riêng đợc thống kê nh sau:
Hệ thống nghiền:
Giá trị hao mòn riêng (g/tấn sản phẩm)
Nghiền đứng:
14
Nghiền bi:
20 50
Nghiền thuỷ lực:
0.08 0.12
Yêu cầu về mặt bằng ít hơn nhiều so với máy nghiền bi. Điều này làm giảm
nhiều vốn đầu t trong xây dựng cơ bản.
Do có nhiều u điểm so với máy nghiền bi, máy nghiền đứng ngày càng đợc
ứng dụng rộng rãi cho công nghiệp xi măng cả khi nghiền liệu và nghiền clinke. Thí
dụ, ở Đức năm 1967 số máy nghiền đứng so với máy nghiền bi mới chỉ chiếm
khoảng 20% thì đến năm 1971 con số này đã lên đến 20% còn hiện nay hầu hết các
nhà máy mới đợc lắp đặt đều dùng máy nghiền đứng cho các công đoạn nghiền khi
sản xuất xi măng. Xét về mặt năng suất máy nghiền đứng tỏ ra rất thích hợp với việc
sản xuất xi măng vì một mặt nó đáp ứng đợc năng suất rất lớn, mặt khác lợng vật
Nguyn Thnh Long
10
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
liệu nghiền chứa trong mâm nghiền thông thờng chỉ chiếm khoảng 5% năng suất
nghiền, điều này có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất nhất là trong các trờng hợp cần
điều chỉnh tự động năng suất cũng nh chất lợng sản phẩm. Chính vì lý do này mà
xu thế nâng cao năng suất của máy nghiền đứng đã thể hiện quá rõ trong những năm
vừa qua. Nếu năm 1955 năng suất máy nghiền đứng mới chỉ đạt đợc 32 t/h thì đến
năm 1970 đã lên đến 250 t/h, nghĩa là cứ sau 5 năm năng suất lại đợc tăng lên gấp
đôi. Hiện nay năng suất của máy nghiền đứng đã vợt xa năng suất của máy nghiền
bi và đạt đến trên 750 t/h và có thể nói trong tơng lai máy nghiền đứng sẽ thay thế
máy nghiền bi trong công nghiệp xi măng.
Nhận thức đợc điều này trong những năm vừa qua nhiều hãng lớn trên thế
giới nh Loesche, Pfeiffer, LV, Kopper, Polysius, Hosokawa, Mitsubishi Heavy
Indutries, Kurimoto... đã đa ra thị trờng rất nhiều loại máy nghiền đứng có kết cấu
và năng suất khác nhau đáp ứng đợc hầu nh tất cả các yêu cầu cả về nghiền liệu
lẫn nghiền clanke trong công nghiệp xi măng với dải năng suất từ 5 t/h đến 800 t/h.
Để có một cách nhìn tổng quan dới đây chỉ xin nêu khái quát về một số loại máy
thờng gặp hoặc đã nhập hoặc đã đợc chào hàng cho công tác nghiền than, nghiền
liệu và nghiền clinke ở các nhà máy sản xuất xi măng đã và đang xây dựng ở nớc
ta, ví dụ nh : ở các nhà máy xi măng Hoàng Mai, Nghi Sơn, Bút Sơn, Tam Điệp và
dây chuyền mở rộng nhà máy xi măng Bỉm Sơn, ....
1.1.3. Tỡnh hỡnh ni a hoỏ mỏy nghin v cỏc ph tựng thay th
Hin nay Vit Nam vic nghiờn cu ch to ton b mỏy nghin ng mi
dng dng cụng sut nh (15T/h) theo ti KC.05.22 Nghiên cứu thiết kế và
chế tạo máy nghiền bột siêu mịn hiệu suất cao ứng dụng trong công nghiệp do
Vin Cụng ngh thc hin nm 2003 6/2005. Sn phm ca ti hin ang c
vn hnh ti Cụng ty H Long TP. H Chớ Minh. i vi mỏy nghin ng nng
sut ln n hng trm tn ch mi cú LILAMA kt hp vi hóng nc ngoi
LOESCHE ni a hoỏ mt s cm chi tit nh v mỏy, mỏy, gi con ln,
rotor v stator ca cm phõn ly. Cỏc ph kin thay th trong mỏy nghin ng ó
c ni a hoỏ ch yu l cỏc loi tm lút v mt s cm chi tit c khớ n gin.
Nguyn Thnh Long
11
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Cỏc mỏy nghin cú cụng sut cao hn ang s dng cho nghin liu v than trong
cỏc nh mỏy sn xut xi mng nh Bỳt Sn, Hong Mai, Honh Thch, Bm Sn
u do nhp ngoi.
Do kt cu, b phn gi thu lc trong mỏy nghin ng cú vai trũ ht sc
quan trng vỡ cm thit b ny chu ỏp lc rt ln ca ton b h thng gia ti, ca
trng lng bn nghin, trng lng cỏc con ln, trng lng vt liu nghin trong
bung nghin v cỏc lc nhiu ng trong quỏ trỡnh nghin liu. i vi mỏy
nghin ng nng sut 15T/h, ỏp lc tớnh toỏn t lờn gi thu lc ó t ti 80T,
do ú vi cỏc mỏy nghin ng co nng sut cao hn, ỏp lc ny s t ti hng
ngn tn. Trong quỏ trỡnh thc hin ti KC.05.22, Vin Cụng Ngh ó th t
hng cm gi thu lc t mt s hóng nc ngoi nhng khụng thnh cụng. Lý
do l cỏc hóng ch to gi thu lc thng cú hp ng c quyn vi cỏc hóng ch
to hụp gim tc c chng dựng cho mỏy nghin ng nờn khụng bỏn cho khỏch
hng l. Mt khỏc giỏ ca cm thit b ny rt cao, bỏo giỏ t Trung Quc cho hp
gim tc tớch hp gi thu lc (xut s Thy S) dựng cho mỏy nghin ng
nng sut 15T/h cú giỏ 150.000 EUR (giỏ nm 2004). Giỏ ny chim ti hn 70%
kinh phớ cho ti KC.05.22. Vỡ lý do ú nờn sn phm mỏy nghin ng ca
ti c thay th cm gi thu lc bng gi con ln. Trong quỏ trỡnh lm vic
t nm 2006 n nay, gi con ln cng ó phỏt huy c nhng u im, song
lm vic n v mũn khụng u, dn ti mỏy lm vic khụng n nh.
1.2. Cỏc loi gi trong mỏy nghin ng
1.2.1. Gi c khớ
L loi gi ra i cựng vi s phỏt trin ca ngnh c khớ ch to mỏy. Gi
hin nay ch yu cỏc dng nh bi, bc, con ln. Cỏc loi ny thng dựng
trong cỏc kt cu mỏy thụng thng. Loi gi c s dng nhiu v ph bin l
cỏc bi. Loi ny c tiờu chun hoỏ v c sn xut hng lot bi cỏc nh
cung cp ni tiờng nh: SKF - Thu in, Nachi - Nht Bn, FAG - c
Trong cỏc loi gi núi trờn hu ht c s dng dng gi vi cỏc ti trng t
nh n ln. Trng hp dựng cho nhng thit b siờu trng, siờu trng nh cỏc
Nguyn Thnh Long
12
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
loi mỏy nghin ng trong sn xut xi mng thỡ cỏc loi gi trờn l rt khú v cú
th núi l khụng th. Cú th ch ra trng hp cú th s dng c cho trng hp
trờn l loi gi dng con ln (hỡnh 1.10). Tuy nhiờn õy l loi gi dựng n
chic cho tng loi mỏy vi cỏc kớch thc khỏc nhau nờn vic u t nghiờn cu
v ch to gp nhiu khú khn. Ngoi ra gi dng con ln cú tui th thp, nguyờn
nhõn ch yu l ma sỏt trờn b mt cỏc con ln l rt ln, vic bụi trn rt khú khn,
thng gõy nờn vic hng b mt con ln (hỡnh 1.11). Chớnh vỡ vy s dng gi con
ln trong trng hp ny gp nhiu khú khn v hiu qu mang li khụng cao. Mt
s trng hp s dng loi gi ny vi cỏc mc ớch nh: chi phớ ch to thp, thit
b lm vic ti trng trung bỡnh v thp. Chng hn nh vic s dng gi dng
con ln trong ti KC05-22 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền bột siêu mịn
hiệu suất cao ứng dụng trong công nghiệp do Vin Cụng ngh - B Cụng thng lm ch
trỡ.
Hỡnh 1.4. Mụ hỡnh vnh dng con ln
Hỡnh 1.5. Cỏc dng hng ca gi dng con ln
Nguyn Thnh Long
13
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
1.2.2. Gi thu lc
Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của gối đỡ thuỷ lực đã đợc biết đến từ khá sớm
vào những năm 1880 qua các công trình của G.A. Hirn, N.P.Petrov, B. Tower, đặc
biệt của GS. Robert H. Thurston - ĐH Conrnell Hoa Kỳ ( The Book: Friction and
Lost Work in Machinery and Millwork 1885). Năm 1886, GS. O. Reynolds (ĐH
Manchester Anh) đã đặt dấu mốc quan trọng trong việc giải thích các thực nghiệm
liên quan tới gối đỡ thuỷ lực bôi trơn màng dầu của B. Tower qua phơng trình
Reynolds nổi tiếng có thể coi nh xuất phát điểm cho hầu hết các nghiên cứu khoa
học về ma sát và bôi trơn các bề mặt (Tribology) của hơn 100 năm kế tiếp.
Hoạt động của gối đỡ thuỷ lực dựa trên cơ sở hình thành một màng dầu giữa hai
bề mặt chuyển động tơng đối với nhau. Tuỳ thuộc vào cách thức hình thành màng
dầu. Gối đỡ thuỷ lực đợc chia thành hai loại: Gối thuỷ động và gối thuỷ tĩnh.
Trờng hợp gối đỡ thuỷ động, màng dầu chỉ đợc tạo thành khi có quá trình
chuyển động tơng đối giữa phần tĩnh và phần động (màng dầu có dạng hình nêm).
Nh vậy khi khởi động hoặc khi dừng máy, hai bề mặt của gối đỡ (phần tĩnh và
đọng) sẽ có một phần nào đó trợt trên nhau trong tình trạng ma sát khô hoặc nửa
khô, do vậy đây là khoảng thời gian hay xảy ra sự cố đối với gối đỡ thuỷ động nếu
các thông số của màng dầu không đợc kiểm soát chặt chẽ và quy trình vận hành
không đợc đảm bảo nghiêm ngặt. Chính vì vậy tuy có u điểm là tiêu thụ năng
lợng trong hoặc động nhỏ, nhng gối đỡ thuỷ động đòi hỏi yêu cầu về kỹ thuật chế
tạo, về chế độ điều khiển cũng nh vận hành thực tế rất khắt khe.
Trờng hợp gối đỡ thuỷ tĩnh, màng dầu đợc hình thành khi dầu đợc bơm
cỡng bức và liên tục vào giữa hai bề mặt của gối đỡ trớc khi khởi động, trong quá
trình làm việc vào cho đến khi máy dừng hẳn, nên hai bề mặt của gối đợ chuyển
động hầu nh song song nhau trong quá trình làm việc. Màng dầu này khá mỏng
(nhỏ hơn 1mm) nhng do đợc duy trì áp lực thích hợp nên luôn ổn định trong quá
trình làm việc của gối đỡ. Nh vậy so với gối thuỷ động, gối thuỷ tĩnh tiêu thụ năng
lợng nhiều hơn trong qua trình làm việc, nhng làm việc ổn định hơn rất nhiều.
Nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động luôn ổn định và không xảy ra sự cố trong quá
trình hoạt động, cần sử dụng hệ thống nhiều bơm dầu (3-4 bơm) phân bố chéo nhau
Nguyn Thnh Long
14
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
trong không gian. Ngoài ra, cũng cần các hệ thống phụ trợ nh hệ thống lọc dầu 2
hoặc 3 cấp, hệ thống giải nhiệt dầu, hệ thống sensor giám sát tải trọng làm việc và
áp lực dầu...
Nh vậy gối đỡ thuỷ tĩnh là một hệ thống cơ - thuỷ lực - điện hoạt động trong
một chính thể duy nhất và có độ tin cậy cao. Chính vì đặc điểm này nên các hãng
sản xuất thờng tích hợp gối đỡ thuỷ lực trong các hộp giảm tốc của máy nghiền
đứng nhằm tiết kiệm không gian bố trí và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.
Hỡnh 1.6. Gối đỡ thủy lực theo thiết kế đầu tiên của Albert Kingsbury
Trong các máy nghiền đứng, bộ phận gối đỡ thủy lực đỡ bàn nghiền đóng vai trò
hết sức quan trọng vì cụm thiết vị này chịu áp lực rất lớn của toàn bộ hệ thống gia tải
thủy lực, của trọng lợng phần quay máy nghiền, trọng lợng vật liệu trong buồng
nghiền và các lực nhiều động trong quá trình nghiền vật liệu. Đối với máy nghiền
đứng năng suất 15 T/h, áp lực tính toán đặt lên gối đỡ thuỷ lực đã đạt tới 80 tấn.
Vi cỏc loi mỏy nghin s dng trong cụng nghip, vic s dng gi thu
lc mang li nhiu li ớch v mt kinh t, c th l vic nng sut ca thit b khi
lm vic vi gi thu lc cú th ln m khụng b nh hng ca ti trng. Vi
nhng c s nh phõn tớch trờn ta cú th khng inh vic la chn gi thu lc
cho mỏy nghin l phự hp, ngoi ra trng hp cn phi nhn mnh thờm v
trng gối đỡ thuỷ tĩnh, loại gối này tuy tiêu thụ năng lợng lớn hơn so với gối đỡ
thuỷ động, nhng làm việc ổn định hơn và có tuổi thọ cao hơn. Do đó gối đỡ thủy
đợc chọn trong đề tài là gối đỡ dạng bôi trơn thuỷ tĩnh.
Nguyn Thnh Long
15
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Hình 1.7. Hộp giảm tốc KMS tích hợp gối đỡ thủy lực của hãng Flender
1.3: Tính toán, lựa chọn thông số hình học của gối đỡ
1.3.1. Phõn tớch k cu gi thu lc ca mỏy nghin ng
Gi thy lc l mt trong nhng b phn quan trng nht ca mỏy nghin
ng. Cm gi thu lc c cu thnh t nhiu chi tit khỏc nhau.
Gối thuỷ lực gồm 3 cụm chính:
-
Cụm đế liên kết với bộ phần cố định của máy (cụ thể trong đề tài là
vành liên kết với vỏ hộp giảm tốc của máy nghiền)
-
Cụm quay liên kết với bộ phận quay của máy (cụ thể trong đề tài là
vành liên kết với cốc đỡ mâm nghiền)
-
Guốc gối đỡ.
-
Bộ phận làm kín gối.
Nguyn Thnh Long
16
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Hỡnh 1.8. Gi thu lc
1.3.1.1. Guc (Segment)
L b phn chớnh ca gi , nhim v ca guc l lm b phn tip xỳc phớa
di ca mng du. kớch thc v kt cu ca guc cú nh hng ln n quỏ
trỡnh lm vic ca h thng gi . Cú mt s loi guc s dng trong ngnh
ch to mỏy nh:
- Guc ch nht vi bung trũn
y
pr
d
Ya
dF
Rb
x
Xa
Hỡnh 1.9. Guc ch nht vi bung trũn
- Guc ch nht vi hỡnh ch nht
Nguyn Thnh Long
17
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
2
L1
y
b1
Y
L2
1
x
b2
X
pr
p=0
Hỡnh 1.10. Guc v bung dng ch nht
-
Guc v buụng cựng trũn
y
dF
Rb
Rn
rx i
x
Hỡnh 1.11. Guc v bung cựng trũn
1.3.1.2. B phn lm kớn
Việc làm kín các ổ trục, nhất là đối với ổ trục chịu tải nặng, làm việc trong các
môi trờng nhiều bụi và nóng có tầm quan trọng đặc biệt vì nó ảnh hởng trực tiếp
tới chất lợng làm việc của ổ trục, cũng nh độ an toàn trong sản suất và tuổi thọ
của thiết bị. Làm kín ổ là để ngăn ngừa không cho bụi, nớc hay các dị vật từ bên
ngoài thâm nhập vào, giữ cho chất bôi trơn trong ổ không bị bẩn hay rò rỉ ra ngoài,
tăng hiệu quả cho hệ thống bôi trơn, đảm bảo ổ trục làm việc ổn định, an toàn và
tăng tuổi thọ. Thông thờng ngời ta làm kín ổ trục bằng gioăng, phớt, vòng bít kết
hợp các loại nắp chặn (nắp có rãnh vòng, nắp có rãnh khuất khúc...). Tuy nhiên đối
với các thiết bị có ổ trục chịu tải trọng nặng, làm việc trong môi trờng nóng, bụi,
đặc biệt là bụi có tính mài mòn thì dới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao, các
loại gioăng, vòng bít sẽ bị biến dạng, bị mài mòn... do đó mất tác dụng làm kín, bụi
bẩn sẽ thâm nhập vào ổ trục gây h hỏng, thậm chí bản thân chúng còn trở thành tác
Nguyn Thnh Long
18
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
nhân gây phá huỷ ổ trục. Để tăng hiệu quả làm kín cũng nh tăng độ an toàn cho ổ
khi làm việc trong môi trờng nóng, bụi, chịu tải trọng lớn.
Bộ phận làm kín đề tài chọn là vành làm kín Labirin có kết cấu nh hình 3.1.
Đây là kết cấu phổ biến hiện nay. Vành là kết cấu dạng tròn, bên ngoài là các vành
tròn đồng tâm và cách nhau một khoảng cách phù hợp với kết cấu của vành lắp bên
dới.
1.3.2. Tớnh toỏn la chn thụng s hỡnh hc cho guc
1.3.2.1. Phõn tớch kt cu thc t ca mỏy nghin ng 15 tn/h cú sn
Mỏy nghin ng trong ti KC05-22 l loi mỏy nghin nng sut trung bỡnh
nh, õy cng l sn phm u tiờn c ch to v th nghim thnh cụng trong
nc. Cng nh cỏc loi mỏy nghin hin nay trờn th gii, mỏy nghin ny v c
bn tng t nh cỏc mỏy nghin m chỳng ta gp cỏc nh mỏy xi mng. Kớch
thc ca mỏy nghin 4mx4mx9m, chiu cao tng ng vi tũ nh 3 tng, mụ
hỡnh mỏy nghin nh hỡnh 3.5.
Cỏc b phn ch yu ca mỏy nghin nh:
1. B phn truyn ng (ng c v hp s).
2. V mỏy, khung .
3. H thng phõn ly.
4. H thng thu lc.
5. Gi dng con ln.
6. Bỏnh nghin.
7. Cm mõm nghin.
Nguyn Thnh Long
19
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
Hình 1.12. Mô hình 3D hoàn chỉnh của máy nghiền đứng
Vi nhng b phn trờn, cú th núi õy l mt mỏy nghin hon chnh v mt
thit b cú th a vo trong sn xut. Tuy nhiờn ta cú th hon thin hn v mt
cụng ngh ch to mỏy cú th hot ng n nh vi cụng sut thit k thỡ cú mt
s vn ny sinh, m c th vn t ra õy l h thng gi . Theo thng
kờ ca cụng ty H Long (n v s dng sn phm ca ti) thỡ tui th ca gi
dng con ln vi nng sut thit k l 8 thỏng n 1 nm (mỏy lm vic 2 ca/ngy).
Mt khỏc, gi nm v trớ khú thỏo lp nờn vic bo dng thay th gp rt
nhiu khú khn. õy l mt vn m n v ny quan tõm v tỡm nhiu cỏch
khc phc nh: ci tin con ln, tỡm vt liu ch to con ln nhng vn khụng
tng c tui th lm vic ca h thng gi ny.
1.3.2.2. Phõn tớch v la chn kt cu cho cỏc chi tit trong gi (guc).
Do kớch thc ca cỏc mõm mỏy nghin thng l hỡnh trũn cú ng kớnh
ln nờn nú thng c cu to nh hỡnh v - tc l loi biờn ngoi ng dng vi
mõm nghin, bung trũn. õy cng l loi guc ph bin cho cỏc loi mỏy nghin
hin nay. Vt liu cho guc bng ng phự hp vi tớnh cht lm vic ca gi,
Nguyn Thnh Long
20
CHKT 2008-2010
Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho gối đỡ thuỷ lực của máy nghiền đứng
vn ma sỏt gia cỏc b mt. mỏy nghin thc t ca ti. Mõm nghin cú
kớch thc lp rp vi gi cú ng kớnh l 1400mm. Kớch thc ny c chn
lm c s thit k gi cng nh cỏc guc.
Hỡnh 1.13. Kt cu ca mõm nghin v hp s
Ton b b mt ca vựng to mng du bụi trn c chia thnh tng mng nh
ri nhau segment. Mi mt segment c cp du c lp v nh th cú th tớnh
toỏn riờng. Kh nng mang ti, tng lu lng, tng cụng sut y du ca ton b
gi bng tng ca tt c cỏc segment. Bung to ỏp trờn tng segment ca gi
thy tnh thng cú hai dng l bung trũn ) v bung ng dng vi biờn ngoi
(na di hỡnh 2.7b).
Nguyn Thnh Long
21
CHKT 2008-2010
