Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hoàn chỉnh trục răng chủ động máy nghiền apatit

1 Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hoàn chỉnh trục răng chủ động máy nghiền apatit TS. NCVCC Phan Thạch Hổ - Phó Viện trưởng, Th.S Mai Quý Sáng- TT Cơ Điện Thuỷ, Viện Nghiên cứu Cơ khí 1. Tóm tắt Báo cáo nghiên cứu về trục răng chủ động máy nghiền apatit trên cơ sở khảo sát thực tế chế độ làm việc tại nhà máy. Báo cáo nghiên cứu tổng quan về máy nghiền và trục răng chủ động máy nghiền từ đó tính toán các thông số của trục răng, kiểm tra bền trục răng và đưa ra thiết kế trục răng chủ động. Từ đó báo cáo lập quy trình công nghệ gia công trục răng chủ động máy nghiền, tiến hành chế tạo trục răng đưa vào lắp đặt chạy thử tại nhà máy. 2. Đặt vấn đề Máy nghiền là một thiết bị chuyên dùng được sử dụng trong ngành công nghiệp khai khoáng, xây dựng và công nghiệp vật liệu đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu chế tạo đa dạng về chủng loại và kích cỡ. Ở trong nước, máy nghiền apatit chủ yếu là máy ngoại nhập. Trong đó, một số chi tiết mau mòn chóng hỏng chưa chế tạo được với điều kiện trong nước. Khi thay thế các chi tiết này cần phải nhập khẩu từ nước ngoài về, điều đó tốn kém về kinh tế và mất nhiều thời gian chờ đợi. Trong quá trình làm việc, trục răng chủ động của máy nghiền apatit chịu tác dụng của mô men uốn, xoắn, lực dọc trục... Dạng hỏng chủ yếu của trục răng là do mỏi, mòn và các dạng hỏng của răng. Do đó đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hoàn chỉnh trục răng chủ động máy nghiền apatit” nhằm đáp ứng các yêu cầu trên. 3. Nội dung 3.1 Nghiên cứu tổng quan về trục răng chủ động máy nghiền * Cấu tạo của máy nghiền (hình 1) Hình 1. Cấu tạo của máy nghiền 1. Cửa nạp 2. Bộ nạp liệu 3. Cổ rỗng loe 4. Ổ trục 5. Cổ trục liền bích 6. Tang nghiền 7. Tấm lót 8. Cặp bánh răng 9. Vách ngăn 10. Cánh gom liệu 11. Moay ơ 12. Cổ trục ra 13. Bộ truyền đai 14. Giá máy 15. Khe hở 2 * Nguyên lý làm việc của máy nghiền apatit: Vật liệu được nạp qua cửa nạp (1), nhờ bộ nạp liệu tang trống (2) phía trong có vách ngăn dạng cánh vít. Vật liệu được múc từng mẻ đổ qua cổ rỗng loe phía trong (3) vào tang nghiền (6). Phía ngoài cổ rỗng có lắp cổ trục (5) đúc liền với mặt bích bên trái của tang nghiền và cổ trục được lắp vào ổ trục (4). Bề mặt của gối đỡ bạc đối diện với bề mặt làm việc của ổ trượt có cấu tạo dạng cầu và tựa trên giá máy (14). Dẫn động tang nghiền nhờ động cơ, bộ truyền đai (13), cặp bánh răng hở (8). Trong quá trình nghiền các hạt vật liệu đủ nhỏ sẽ bay qua khe hở (15) của vách ngăn (9). Ở phía bên kia vách ngăn có lắp các cánh gom liệu (10), nhờ các cánh này, vậy liệu được đưa lên đổ vào moay ơ (11) rồi ra cổ trục (12) đi ra ngoài tang nghiền. * Chế độ làm việc của máy nghiền apatit: là chế độ làm việc nặng, thời gian chạy máy 3 ca/ngày, mỗi ca làm việc 8 giờ. Máy nghiền apatit làm việc trong điều kiện ẩm và bụi bẩn. Các hạt mài trong quặng ảnh hưởng đến các thiết bị như gối đỡ, ổ bi, trục, cặp bánh răng, hộp giảm tốc, động cơ * Trục răng chủ động máy nghiền: Trục răng được lắp trên block gối đỡ dạng hộp. Một đầu trục để trơn, một đầu trục được kết nối với động cơ điện qua khớp nối. Phần răng làm việc được che kín trong hộp. Trục răng được bôi trơn định kỳ bằng mỡ. Tại mỗi đầu gối trục có hệ thống ống dẫn làm mát gối đỡ. 3.2 Tính toán, thiết kế trục răng chủ động máy nghiền * Các thông số của trục răng Sau khi khảo sát và kết hợp với cơ sở sản xuất, chúng ta có các thông số của trục răng chủ động máy nghiền apatit như sau: TT Tên gọi - ý nghĩa Kýhiệu Công thức Giá trị Đơnvị 1.1 Hướng nghiêng của răng Trái 1.2 Đường kính đỉnh răng da da=dw + 2(1+x1-Δy)m 402,0 mm 1.3 Đường kính chia dw dw = mz1/cosβ 353,5 mm 1.4 Đường kính chân răng df df=dw-(2,5-2x1)m 330,0 mm 1.5 Mô đun pháp tuyến mn 16 1.6 Số răng Z1 22 1.7 Góc nghiên của răng β 5o15' 5,25 độ 1.8 Phrophin gốc TCVN 1067-71 1.9 Hệ số dịch chỉnh x1 0,515 1.10 Cấp chính xác TCVN 1067 8-L3 * Tính toán, kiểm nghiệm trục răng + Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc σH=ZMZHZε[2T1KH(u+1)/(bwudw12)]0,5 (1) Với công suất của động cơ: P = 630kW; Tốc độ trục răng: n = 250 (vg/ph) 3 Thay các thông số vào (1) kết luận: Trục răng đảm bảo đủ độ bền tiếp xúc. σH = 338,2 (N/mm2) ≤ [σH] = 397 (N/mm2) + Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn σF1=2T1KFYεYβYF1/(bwdw1m) ≤[σF1] (2) Thay các thông số vào (2) kết luận: Trục răng đảm bảo đủ độ bền uốn. σF1 = 44,0 (N/mm2) ≤ [σF1] = 260 (N/mm2) + Kiểm nghiệm độ bền quá tải răng về tiếp xúc và uốn σHmax=σH.Kqt0,5≤[σH]max (3) σFmax=σF.Kqt≤[σF]max (4) Thay số vào (3), (4) Kết luận: Trục răng đảm bảo độ bền quá tải về tiếp xúc và uốn. σHmax = 354,6 (N/mm2) ≤ [σH]max = 1.320 (N/mm2) σFmax = 48,5 (N/mm2) ≤ [σF]max = 64 (N/mm2) + Tính kiểm tra độ bền của trục tại các mặt cắt (Hìmh 2) Các lực tác dụng lên trục: Ft1 = 136.165 N; Fr1 = 52.808 N; Fa1 = 12.512 N; Mx = 24.066.000 N.mm Fr1 Ft1 nFa1 l1=697 l2=558 l3=558 l4=697 Mu M1 Mx 1 2 3Ffl1 Ffl2 Hình 2. Biểu đồ mô men trên trục Kiểm tra ứng suất tương đương tại các mặt cắt nguy hiểm (1), (2), (3): σtđ=(σ2+3τ2)0,5 (5) Trong đó: - Ứng suất uốn: σ=Mj/0,1dj3 (6) - Ứng suất tiếp: τ=Mx/(0,2dj3) (7) Thay giá trị vào (5), (6) và (7) ta được ứng suất tương đương tại các mặt cắt (1), (2) và (3) tương ứng như sau:σtđ1= 20,98 (N/mm2); σtđ2= 20,22 (N/mm2); σtđ3= 26,05 (N/mm2) đều nhỏ hơn ứng suất cho phép: [σ] = 288 (N/mm2). Kết luận: Trục đảm bảo đủ bền. + Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục: 4 sj=sσj.sτj/(sσj2+sτj2)0,5 ≥ [s] (8) Thay số ta được: sj = 7,1 ≥ [s] = 2,5; Kết luận: Trục đảm bảo độ bền mỏi. + Kiểm tra độ bền của then theo ứng suất dập và ứng suất cắt: - Ứng suất dập: σd = 2T/dl(h-t1) = 31,7 (N/mm2) ≤ [σd] = 100 (N/mm2) - Ứng suất cắt: τc=2T/dlb = 6,98 (N/mm2) ≤ [τc] = 50 (N/mm2) Kết luận: Then đảm bảo đủ độ bền dập và độ bền cắt. * Thiết kế trục răng: Dựa trên việc khảo sát mẫu đã có tại cơ sở sản xuất, từ đó đưa ra hai phương án thiết kế trục răng chủ động máy nghiền apatit. Phương án 1: Chế tạo phần trục và chế tạo phần ống răng sau đó lắp ghép lại. - Ưu điểm: Dễ gia công phần trục và phần ống răng riêng rẽ; Phù hợp với điều kiện thiết bị chế tạo trong nước; Chế tạo phôi trục răng và ống răng dễ dàng hơn; Tiết kiệm vật liệu. - Nhược điểm: Phải lắp ghép phần trục và phần răng, đòi hỏi việc chế tạo phải chính xác. Phải dùng thêm mối ghép then để truyền lực. Phương án 2: Chế tạo răng liền trục. - Ưu điểm: Trục răng liền trục không phải lắp ghép giữa phần trục và phần răng. - Nhược điểm: Trong quá trình tạo phôi, gia công khó khăn vì kích thước trục răng lớn, đòi hỏi thiết bị hiện đại. Không phù hợp với điều kiện chế tạo trong nước; Chế tạo trục răng và bánh răng cùng một loại vật liệu trong khi yêu cầu về đặc tính vật liệu của hai chi tiết này lại khác nhau; Khi thay thế bánh răng do mài mòn hoặc gãy răng thì phải thay thế luôn cả trục. Kết luận: Chọn phương án thứ nhất là chế tạo phần trục răng và phần ống răng riêng rẽ sau đó lắp ghép lại. Bản vẽ thiết kế trục răng (Hình 3): Hình 3. Bản vẽ thiết kế trục răng 3.3 Lập quy trình công nghệ chế tạo trục răng chủ động máy nghiền * Các nguyên công (NC) chế tạo trục Chọn phôi chế tạo trục răng là phôi cán Φ275, vật liệu thép C45. 5 - NC 1: Tiện mặt đầu 1, khoan lỗ tâm, tiện Φ270. - NC 2: Tiện mặt đầu 2, khoan lỗ tâm, tiện Φ270. - NC 3: + Bước 1: Tiện thô Φ230 + Bước 6: Tiện tinh Φ220 + Bước 2: Tiện thô Φ220 + Bước 7: Tiện tinh Φ200 + Bước 3: Tiện thô Φ200 + Bước 8: Tiện tinh mặt côn + Bước 4: Tiện thô mặt côn + Bước 9: Cắt rãnh vòng chặn. + Bước 5: Tiện tinh Φ230 + Bước 10: Tiện thô, tinh mặt côn còn lại. - NC 4: Phay rãnh then. - NC 5: Nhiệt luyện cổ trục lắp bi Φ200. - NC 6: Mài bề mặt cổ trục lắp bi Φ200, Φ230 và bề mặt côn. * Các nguyên công chế tạo ống răng Chọn phôi thép đúc Φ415, Φ220; vật liệu 40X. Các nguyên công: - NC 1: Tiện lỗ Φ230 - NC5: Xọc then. - NC 2: Tiện mặt đầu - NC6: Khoan và ta rô các lỗ M14. - NC 3: Tiện mặt ngoài. - NC 7: Phay răng Z22, M = 16. - NC 4: Tiện Φ270 - NC 8: Nhiệt luyện bề mặt răng. Trên cơ sở các bước nguyên công, chọn máy, dao và các thông số gia công phù hợp với điều kiện gia công trong nước. 4. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng - Đề tài thực hiện nghiên cứu, tính toán, thiết kế trục răng chủ động máy nghiền apatit. Lập quy trình công nghệ chế tạo trục răng chủ động máy nghiền apatit. - Chế tạo thành công trục chủ động máy nghiền apatit theo phương án thiết kế mới phù hợp với điều kiện gia công chế tạo trong nước và đưa vào ứng dụng tại Nhà máy apatit Việt Nam. - Các thông số của trục răng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Đưa vào thay thế lắp đặt phù hợp với máy nghiền apatit tại nhà máy. Độ bền của trục răng đảm bảo đáp ứng yêu cầu của nhà máy về thời gian làm việc. - Chế tạo thành công trục răng giúp nhà nước tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu thiết bị. Cơ sở sản xuất tiết kiệm về kinh tế so với nhập khẩu khoảng 20%. Đảm bảo đáp ứng kịp thời yêu cầu sản xuất của nhà máy. Tiết kiệm thời gian chờ đợi so với nhập khẩu thiết bị. - Góp phần tăng khả năng nội địa hóa các thiết bị cơ khí trong nước và nâng cao năng lực chế tạo cơ khí. 5. Kết luận “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ chế tạo hoàn chỉnh trục răng chủ động máy nghiền apatit” là dạng đề tài nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn. 6 Đề tài có phương pháp thực hiện phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, có hiệu quả kinh tế tốt và có địa chỉ áp dụng cụ thể trong công nghiệp. 6. Tài liệu tham khảo [1] TL1: PGS.PTS Nguyễn Bơi, PTS Trần Văn Lùng, PTS Phạm Hữu Giang, Cơ sở tuyển khoáng. NXB Giao Thông Vận Tải, Hà Nội 1999. [2] TL3: Trần Văn Địch, Sổ tay công nghệ chế tạo máy. Hà Nội 2010. [3]TL10: РАСЧЁТЫ ГРУЗОПОДЪЕМЫХ И ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ МАШИН Ф.К. ИВАЧЕНКО , В.С. БОНДАРЕВ , Н.П. КОЛЕСНИК , В.Я. БАРАБАНОВ: ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ″ВИША ШКОЛА″ ГОЛОВНОЕ ИЗДАТЕЛБСТВО, КИЕВ – 1975. [4] A.I.Kocилова TOЧHOCTb OБPAБOTKИ, 3AΓOTOBKИ И ΠPИΠYCKИ B MAШИHOCTPOEHИИ. CΠPABOЧHИK- Mocквa. “машиностроение” [5] H.A.CAMOXBA ЛOB, M.Я.ЛEBИЦKИЙ, B.Д.ΓPИΓOPAШ CΠPABOЧHИK TEXHИKA – KOHCTPYKTOPA Изд a тeлbcтвo “ TeхнІкa”