Thông tin ứng dụng kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cấp liệu rung có năng suất đến 550 t/h dùng trong hệ thống sàng tuyển, vận chuyển than tại Việt Nam (06/04/2025)

 Việc hoàn thiện hệ thống sàng tuyển, chế biến than tại các các mỏ và các nhà máy tuyển để nâng cao chất lượng than đáp ứng nhu cầu thị trường, tăng hệ số thu hồi, giảm chi phí vận chuyển than, đất đá... là việc làm hết sức quan trọng. Năm 2016, Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam chỉ đạo đầu tư phù hợp các hệ thống sàng tuyển than tại các mỏ để tuyển các loại than xấu, bã sàng, đất đá lẫn than nhằm nâng cao chất lượng và hệ số thu hồi than. Công tác cơ giới hóa các khâu bốc rót, pha trộn cũng được triển khai theo hướng băng tải hóa. Không tiến hành sàng tuyển than nhỏ lẻ, thủ công tại các kho cảng, bến xuất than. Cũng theo chỉ đạo của Tập đoàn, công tác đổi mới công nghệ, tự động hóa tối đa các công đoạn của khâu sàng tuyển than để giảm lực lượng lao động là một trong những yêu cầu cấp thiết. Tuy nhiên trên thực tế, một số thiết bị máy móc trong các dây chuyền tuyển than chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài, hoặc chế tạo theo nguyên mẫu, việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết còn hạn chế; mà máy cấp liệu rung là một thiết bị đặc thù, khả năng làm việc và tuổi thọ của máy phụ thuộc rất nhiều vào các thông số (biên độ và tần số dao động, điều kiện làm việc, vị trí, ...), nên nếu chỉ dừng ở việc chế tạo theo mẫu sẽ không đảm bảo được năng suất và tuổi thọ của máy, đồng thời chúng ta không làm chủ được công nghệ. Đứng trước thực trạng trên, Trường Đại học Mỏ - Địa chất triển khai đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy cấp liệu rung có năng suất đến 550 t/h dùng trong hệ thống sàng tuyển, vận chuyển than tại Việt Nam” do PGS.TS Nguyễn Văn Xô làm chủ nhiệm. Đề tài được triển khai với mục tiêu làm chủ tính toán, thiết kế, công nghệ chế tạo máy cấp liệu theo nguyên lý rung có năng suất đến 550 T/h; Chế tạo 01 máy cấp liệu rung có năng suất 350÷550 T/h; ứng dụng thử nghiệm tại một nhà máy sàng tuyển ở Việt Nam.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát thấy rằng nhu cầu sử dụng máy cấp liệu rung ngày càng lớn để thay thế các dòng máy cấp liệu lắc. Do máy cấp liệu rung có kết cấu nhỏ gọn, tin cậy, hiệu suất cao và có khả năng điều chỉnh năng suất cấp liệu của máy một cách linh hoạt và có khả năng tự động hóa cao. Việc sử dụng cấp liệu rung thay thế cấp liệu lắc đã mang lại nhiều hiệu quả kinh tế cho các dây chuyền sử dụng máy như Công ty Tuyển than Cửa Ông đã được công nhận là một trong những sáng kiến điển hình của công ty. Cũng qua khảo sát cho thấy rằng, trong một đơn vị, thì tùy thuộc vào dây chuyền sản xuất cụ thể thì người ta có thể sử dụng máy cấp liệu rung dạng treo, hoặc dạng đỡ, sử dụng hộp gây rung hoặc động cơ rung vì vậy việc tính toán thiết kế máy thì cũng phải quan tâm đến vấn đề này.

Qua nghiên cứu, đề tài đã nêu ra một số yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của máy cấp liệu rung cụ thể như sau:

Máy cấp liệu sau khi lắp đặt xong thuyền cấp liệu.

Ảnh hưởng của vật liệu đầu vào: Độ ẩm, hàm lượng bùn, thành phần cỡ hạt. Độ ẩm của vật liệu có ảnh hưởng rất lớn tới khả năng làm việc của máy. Khi độ ẩm tăng, độ bám dính của vật liệu tăng lên làm tăng khối lượng của thuyền cấp liệu dẫn đến giảm hiệu suất của máy.

Độ cứng và cách bố trí, cách ghép nối gối đỡ đàn hồi có ảnh hưởng lớn đến sự ổn định cũng như quỹ đạo chuyển động của máy.

Chỉ số nhảy D của máy cấp liệu rung là một trong những thông số quan trọng để tính toán thiết kế máy cấp liệu rung. Chỉ số nhảy càng lớn thì thời gian tiếp xúc của hạt với máng càng ngắn từ đó giảm ma sát giữa vật liệu và máng, ngược lại chỉ số nhảy càng nhỏ thì thời gian tiếp xúc của hạt càng lớn dẫn đến ma sát tăng làm tăng lực cản và mặt máng mòn nhanh. Đối với máy cấp liệu rung, thường chọn chỉ số nhảy 1,6 <D <3,2. Do đó, thời gian tiếp xúc giữa vật liệu và mặt máng cấp liệu rất ngắn, từ đó làm giảm tổn thất ma sát và tăng năng suất cấp liệu.

Ảnh hưởng của góc nghiêng thuyền cấp liệu: Góc nghiêng của thuyền cấp liệu, được xem là một trong những thông số quan trọng giúp tăng năng suất của máy. Tuy nhiên, góc nghiêng quá lớn làm máy chuyển động quá nhanh làm mất đi ý nghĩa của máy cấp liệu. Đối với máy cấp liệu rung để nâng cao năng suất cấp liệu thì góc nghiêng của mặt máng cấp liệu thường chọn khoảng 100, nhưng trong trường hợp vật liệu có tính ướt dính lớn thì thường chọn góc nghiêng của mặt máng cấp liệu là 15°~20°. Tần số, biên độ dao động của máy, vận tốc gia tốc cấp liệu...

Động học, động lực học quyết định khả năng làm việc của máy, đây cũng là cơ sở lý thuyết quan trọng trong thiết kế máy cấp liệu rung. Đề tài đã đưa ra các vấn đề động học động lực học trong tính toán thiết kế máy cấp liệu; Đã thiết lập được các phương trình quỹ đạo chuyển động, phương trình vận tốc, phương trình gia tốc quỹ, và nêu ra cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế máy cấp liệu.

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, đề tài đã hoàn thành tính toán thiết kế thông số của các chi tiết, bộ phận của máy và tổng thể máy cấp liệu (hộp gây rung, động cơ, mối ghép, khớp nối, hệ thống điều khiển, các linh kiện trong hệ thống điều khiển .v.v…) có các thông số như bảng 20. Và như kết quả khảo sát cho thấy tùy theo điều kiện làm việc cụ thể của dây chuyền sản xuất máy cấp liệu có thể sử dụng dạng treo hoặc dạng bệ đỡ, và có thể sử dụng động cơ rung hoặc hộp gây rung có gắng động cơ điện. Với mục tiêu của đề tài là làm chủ thiết kế máy cấp liệu rung, nhóm nghiên cứu đã thiết kế máy có 4 phương án để tạo rung cho máy đó là: Trường hợp 1: Máy cấp liệu dạng treo sử dụng động cơ rung (MCLR_T_Đ); Trường hợp 2: Máy cấp liệu rung dạng treo sử dụng hộp gây rung (MCLR_T_H); Trường hợp 3: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng động cơ rung (MCLR_Đ_Đ); Trường hợp 4: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng hộp gây rung (MCLR_Đ_H). Bằng cách sử dụng phần mềm PTC/CREO nhóm nghiên cứu đã xây dựng được mô hình 3D của các chi tiết của máy cấp liệu (gộp gây rung, thuyền cấp liệu, hệ thống truyền động., gối tựa đàn hồi,…), sau đó ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong phần mềm phân tích kết cấu chi tiết để kiểm chứng lại thiết kế và lựa chọn kết cấu hợp lý của nó và tìm ra được các kết cấu hợp lý cho máy.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phần mềm ADAMS để tính toán thiết kế và mô phỏng động lực học của máy cấp liệu rung với các thông số đã tính toán; Qua kết quả mô phỏng cho thấy đối với 4 trường hợp máy cấp liệu rung cụ thể là: Trường hợp 1: Máy cấp liệu dạng treo sử dụng động cơ rung (MCLR_T_Đ); Trường hợp 2: Máy cấp liệu rung dạng treo sử dụng hộp gây rung (MCLR_T_H); Trường hợp 3: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng động cơ rung (MCLR_Đ_H); Trường hợp 4: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng hộp gây rung (MCLR_Đ_H) đều cho kết quả tương đối tương đồng nhau và đều đáp ứng được yêu cầu của đề tài. Qua kết quả mô phỏng cho thấy các máy cấp liệu rung mà nhóm thiết kế đều đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình làm việc và đáp ứng được yêu cầu của đầu bài. Tuy nhiên, nếu muốn thay đổi lực kích dao động cho máy để điều chỉnh khả năng cấp liệu thì ta chỉ cần thay đổi số vòng quay của động cơ là có thể đạt được mà không cần phải thay đổi khối lượng tấm lệch tâm, vì nếu làm như vậy thì sẽ mất nhiều công sức và không linh hoạt.

- Đề tài đã thiết lập bản vẽ chế tạo của máy cấp liệu, và xây dựng được bộ tài liệu quy trình công nghệ chế tạo của máy phù hợp với điều kiện và tiêu chuẩn của Việt Nam. Bằng các phương pháp nghiên cứu: Phương pháp mô hình hóa sử dụng các tính năng hiện đại của phần mềm PTC CREO và Phương pháp chuyên gia (tham vấn các chuyên gia trong và ngoài nước); Phương pháp phân tích và tổng thích hợp thuyết; Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm; và dựa vào nhưng kết quả tính toán thiết kế (nội dung 4), sau đó thiết kế mô hình 3D và phân tích kết cấu (nội dung 5) nhóm nghiên cứu đã xây dựng được bản vẽ thiết kế máy cấp liệu rung ứng với 4 trường hợp (Trường hợp 1: Máy cấp liệu dạng treo sử dụng động cơ rung (MCLR_T_Đ); Trường hợp 2: Máy cấp liệu rung dạng treo sử dụng hộp gây rung (MCLR_T_H); Trường hợp 3: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng động cơ rung (MCLR_Đ_Đ); Trường hợp 4: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng hộp gây rung (MCLR_Đ_H)). Trên cơ sở đó nhóm nghiên cứu đã thực hiện xây dựng quy trình lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng sửa chữa máy cấp liệu một cách chi tiết, khoa học logic, phù hợp với các điều kiện và quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Namđây là tài liệu quan trọng để gia công chế tạo máy.

Đề tài đã xây dựng được quy trình lắp ráp, lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng sửa chữa máy cấp liệu một cách chi tiết, khoa học logic, phù hợp với các điều kiện và quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam. Kết quả này giúp người công nhân dễ dàng thao tác khi lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng sửa chữa máy để máy làm việc có hiệu quả cho năng suất cao.

Đề tài đã chế tạo và thử nghiệm thành công 03 kiểu máy cấp liệu rung (TH1,TH2, TH3) ở cơ sở sản xuất là công ty cổ phần cơ khí Hòn Gai – Vinacomin và tùy theo
dây chuyền sản xuất thực tế nhóm đã thử nghiệm thành công máy tại hiện trường là công
ty cổ phần than Vàng Danh - Vinacomin. Trường hợp 1: Máy cấp liệu dạng treo sử dụng động cơ rung (MCLR_T_Đ); Trường hợp 2: Máy cấp liệu rung dạng treo sử dụng hộp gây rung (MCLR_T_H); Trường hợp 3: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng động cơ rung (MCLR_Đ_Đ); Trường hợp 4: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng hộp gây rung (MCLR_Đ_H). Và kết quả mô phỏng cho thấy đối với 4 trường hợp đều cho kết quả tương đối giống nhau và đều đáp ứng được yêu cầu. Sau đó thử nghiệm tại cơ sở sản xuất, kết quả thử nghiệm đánh giá đều khẳng định máy làm việc tốt và ổn định. Sau đó dựa vào tình hình thực tế của dây chuyền tại hiện trường, nhóm nghiên cứu đã mang máy cấp liệu của Trường hợp 3: Máy cấp liệu rung dạng đỡ sử dụng động cơ rung (MCLR_Đ_Đ) đi thử nghiệm tại công ty than Vàng Danh – TKV, kết quả thử nghiệm từ tháng 1/2023 đến tháng 5/2023 cho kết quả tốt và đã khẳng định máy cấp liệu do nhóm nghiên cứu tính toán thiết kế chế tạo ra đảm bảo tất cả các yêu cầu về thông số kỹ thuật như đề tài và máy sử dụng có hiệu quả tại nơi thử nghiệm là công ty cổ phần than Vàng Danh.

Kết quả của đề tài đã khẳng định việc làm chủ được thiết kế, công nghệ chế tạo máy cấp liệu và làm chủ công nghệ lắp đặt, vận hành bảo dưỡng máy cấp liệu, đồng thời đã góp phần nâng cao năng lực tự thiết kế, chế tạo thiết bị cấp liệu ở trong nước.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin và Truyền thông Hải Phòng./.