Thiết lập phương pháp xác định lực va đập của dầm chặn dưới của cốt giếng đứng với thùng trục

Nội dung text: Thiết lập phương pháp xác định lực va đập của dầm chặn dưới của cốt giếng đứng với thùng trục

1. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LỰC VA ĐẬP CỦA DẦM CHẶN DƯỚI CỦA CỐT GIẾNG ĐỨNG VỚI THÙNG TRỤC ThS. Phạm Trung Hải, ThS. Đoàn Ngọc Cảnh Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Vinacomin Biên tập: TS. Tạ Ngọc Hải Tóm tắt: Trong quá trình làm việc, có xảy ra hiện tượng quá hạ của thùng trục hệ thống trục tải giếng đứng. Trong trường hợp đó, trong cốt giếng có bố trí dầm chặn dưới. Để tính toán độ bền dầm chặn dưới cần tính toán xác định lực va đập của thùng trục với dầm. Bài báo trình bày một cách tiếp cận xác định lực va đập của thùng trục với dầm chặn dưới. 1. Đặt vấn đề N - Ttrọng lượng thùng trục với vật liệu, vật tư Dầm chặn dưới (DCD) của cốt giếng được chuyên chở. lắp đặt ở ví trí dưới cùng của cốt giếng, gần đáy kd - Hệ số va đập. giếng. Trong quá trình trục tải làm việc, có thể xảy Hệ số va đập tính theo công thức (1): ra các sự cố thùng trục chuyển động vượt quá vị trí làm việc theo thiết kế (hiện tượng quá hạ, hoặc v2 k11d =++ (2) quá nâng). Trong trường hợp như vậy cần có thiết P Q g⋅∆ ⋅ (1 + ) bị giảm chấn để hấp thụ năng lượng (giảm động t P năng) của thùng trục, tiếp theo phải có dầm chặn Trong đó: để dừng thùng trục tại vị trí đã định. Bài báo trình v - Vận tốc của vật va chạm vào thời điểm bắt bày cơ sở lý thuyết tính toán xác định lực va đập đầu va chạm, m/s. Ở đây là vận tốc thùng trục. dầm chặn dưới khi quá hạ của cốt giếng đứng mỏ g - Gia tốc trọng trường, m/s2; than hầm lò Núi Béo. Q – Trọng lượng của dầm phân bố vào điểm 2.Nội dung nghiên cứu va chạm, N; 2.1. Va đập của thùng trục với dầm chặn ∆P dưới t - Chuyển vị của dầm tại vị trí va chạm do lực Trong hệ thống trục tải giếng đứng mỏ than P tĩnh gây ra, m. hầm lò Núi Béo, để chặn thùng trục khi quá hạ Phân tích công thức (1) có thể thấy, hệ số va (thùng trục rơi khi đứt cáp, thùng trục chuyển động đập phụ thuộc vào vận tốc vào thời điểm va đập. xuống quá vị trí chất tải, ), bố trí DCD. DCD là Như mô tả ở trên, trước khi thùng trục va đập với một bộ phận của cốt giếng, kết cấu bao gồm: Dầm DCD, thùng trục chuyển động qua TDNG. Khi qua thép chữ I, phía trên dầm thép lắp dầm gỗ. Dầm TDNG, động năng của thùng trục bị giảm do lực gỗ có chức năng giảm chấn, hấp thụ năng lượng ma sát dẫn hướng trượt cứng (DHTC) ngày càng khi có va đập giữa thùng trục và DCD. Để giảm, tăng khi qua TDNG (Hình 2). Theo tính toán lý tiêu hao bớt động năng thùng trục trước khi va thuyết, khi qua TDNG, động năng thùng trục giảm đập, thanh dẫn thùng trục phía trên DCD là thanh từ 20% trở lên [3]. dẫn hướng nêm gỗ (TDNG). Bố trí TDNG và DCD Để xác định vận tốc , có thể tiếp cận từ điều như trên Hình 1. Trên hình, DCD dài 2670mm, đặt kiện cân bằng năng lượng. Với giả thiết trước trên 2 thép chữ I ở khoảng cách 2350mm. Khoảng khi rơi, vận tốc thùng trục bằng 0, gốc thế năng cách giữa 02 DCD là 1900mm [5]. là điểm bắt đầu va chạm và bỏ qua ma sát giữa Theo lý thuyết va đập, lực va đập của một vật thùng trục với dẫn hướng cứng, chỉ tính ma sát với dầm ngang tính theo công thức [1]. với TDNG. Pvd = kP d ⋅ (1) A dn= AA 0 − ms (3) Trong đó: Trong đó: P- Trọng lượng vật va đập, Adn- Động năng thùng trục vào thời điểm bắt KHCNM SỐ 1/2021 * MÁY VÀ THIẾT BỊ MỎ 25
2. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 1-Dầm chặn dưới; 2-Thanh dẫn nêm gỗ. Hình 1. Bố trí thanh dẫn nêm gỗ và dầm chặn dưới cốt giếng đứng mỏ than hầm lò Núi Béo đầu va chạm, J; Do TDNG có dạng hình nêm, nên càng trượt A0- Thế năng thùng trục vào thời điểm bắt đầu vào sâu thì áp lực Nn và lực ma sát Fms sẽ càng rơi, J; tăng lên. Giả thiết TDNG bị nén trên suốt chiều dài Ams- Công của lực ma sát giữa DHTC và hiệu dụng mà không bị phá hủy, xét tại điểm y tính TDNG, J. từ đầu TDNG, theo định luật Hook, áp lực DHTC Thế năng xác định theo công thức sau: tác động lên TDNG được tính theo công thức: A00= hP ⋅ (4) 2icdE⋅⋅⋅⋅ Ny n = ⋅ (5) Trong đó: a h0 - Khoảng cách từ điểm rơi đến điểm bắt đầu Trong đó: va chạm, m. Nn - Lực nén DHTC tác động lên TDNG, N; Khi thùng trục chuyển động theo các thanh dẫn i - độ dốc của TDNG; hướng bằng thép hộp, thường có khe hở giữa a - Bề rộng mang dẫn của DHTC, m; dẫn hướng trượt cứng (DHTC) và thanh dẫn. Khi c.d - diện tích gỗ bị má DHTC nén, m2; DHTC phía dưới chuyển động tới quãng đường E - mô dun đàn hồi ngang thớ của gỗ, N/ 2 ld, khe hở giữa TDNG và DHTC không còn. Nếu m ; thùng trục tiếp tục hạ xuống, do DHTC cứng vững y - tọa độ điểm xét tính từ đầu TDNG, m. hơn nhiều so với gỗ chế tạo TDNG, làm TDNG Lực ma sát giữa TDNG và DHTC được tính bị ép biến dạng. Kích thước bề rộng TDNG sau theo công thức: biến dạng bằng đúng bề rộng a của rãnh DHTC. F = fN ⋅ (6) Từ TDNG tác động lên DHTC dưới của thùng trục ms ms áp lực N và lực ma sát Fms. Sơ đồ tác động giữa Giả thiết trong suốt quá trình tiếp xúc giữa thùng trục và TDNG, DHTC với TDNG như trên DHTC và TDNG, TDNG không bị phá hủy .Khi đó, Hình 2 [3]. lực ma sát sinh ra công sẽ cản trở quá trình rơi 26 KHCNM SỐ 1/2021 * MÁY VÀ THIẾT BỊ MỎ
3. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 1- Thùng trục; 2- Thanh dẫn hướng; 3- Thanh dẫn nêm gỗ; 4- Dẫn hướng trượt cứng Hình 2. - Sơ đồ tác động giữa thùng cũi và thanh dẫn hướng nêm gỗ của thùng trục Do kết cấu DHTC nên cả 2 bên động năng và được tính theo công thức: má của DHTC đều chịu lực ma sát. Trên thùng trục có bố trí 4 DHTC, tuy nhiên khi đi vào TDNG Pv⋅ 2 A = (9) chủ yếu chỉ có 2 DHTC ở phía dưới là chịu tác dn ⋅ 2g động của lực ma sát. Do đó công sinh ra bởi lực ma sát được tính theo công thức: Từ công thức (3) có: 2 ymax Pv⋅ = − =⋅ ⋅⋅ AA0 ms A ms 4 ∫ f ms N dy (7) 2g⋅ 0 Xác định được vận tốc khi va chạm của thùng Trong đó: skip: y - Chiều dài hữu ích tối đa của thanh dẫn max nêm gỗ, m; 2⋅⋅ g (A − A ) v = 0 ms (10) fms – hệ số ma sát giữa sắt và gỗ, fms = 0,2 – 0,6; P Thay (3) và (4) vào (5), tiến hành giải tích phân 3.Thảo luận và trao đổi ta được: 1)Từ các công thức đã thiết lập trên, có thể icdE⋅⋅⋅ tính được lực va đập thùng trục với DCD khi bị rơi A =⋅⋅ 4f ⋅ y 2 (8) ms ms a max khoảng cách theo trình tự: xác định biến dạng tĩnh của trọng lượng P; xác định thế năng thùng Do coi điểm va chạm là gốc thế năng, năng trục (công thức (4)); xác định công do ma sát giữa lượng của skip trước khi va chạm với dầm chỉ còn KHCNM SỐ 1/2021 * MÁY VÀ THIẾT BỊ MỎ 27
4. THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ DHTC với TDNG (công thức (8)); xác định vận tốc 4.Kết luận thùng trục vào thời điểm bắt đầu va chạm (công 1) Trong tính toán lựa chọn sơ bộ dầm thép của thức (10)); tính hệ số va đập (công thức (2); cuối dầm chặn dưới cốt giếng hệ thống trục tải giếng cùng là tính lực va đập theo công thức (1); đứng theo trình tự tính toán và các công thức đã 2) Công thức tính công do ma sát được đặt xây dựng; trên cơ sở giả thiết TDNG chịu lực nén từ DHTC 2) Để có số liệu tính toán chính xác hơn cần trên suốt chiều dài hiệu dụng của nó mà không bị tiến hành các nghiên cứu sâu hơn và thí nghiệm phá hủy. Trên thực tế khi chịu nén đến một mức về quá trình phá hủy của thanh dẫn nêm gỗ và nào đó, TDNG có thể phá hủy hoặc bị phình ra dầm gỗ của dầm chặn dưới./. theo phương vuông góc với lực nén, tạo thêm lực Tài liệu tham khảo: ma sát ở mặt trong của DHTC. Đối với các trường [1]. Nhữ Phương Mai, (2010), Lý thuyết sức hợp này cần phải xét thêm năng lượng mà thanh bền vật liệu, Nhà xuất bản Bộ Giáo Dục. gỗ đã hấp thụ trong quá trình phá hủy, biến dạng [2]. Trần Doãn Trường, Vũ Thế Sự, (2000), làm giảm vận tốc va đập của thùng trục với DCD; Trục tải mỏ, Nhà xuất bản Giao thông vận tải. Hà 3) Trong thực tế, trong kết cấu DCD, ngoài Nội. dầm thép còn có dầm gỗ (Hình 1). Trong khi va [3]. Tạ Ngọc Hải, Nguyễn Văn Đức, Ngô Quốc đập, dầm này hấp thụ năng lượng rất lớn mà trong Trung, Phạm Trung Hải, (2017). Chuyển động của công thức xây dựng chưa tính đến; thùng trục theo thanh dẫn hướng nêm gỗ. Tạp chí 4) Để xác định ảnh hưởng phá hủy của TDNG Công nghiệp Mỏ, số 4 năm 2017. và dầm gỗ của DCD cần có các nghiên cứu sâu [5]. Nguyễn Văn Đức, (2018), Báo cáo tổng hơn và thí nghiệm về quá trình phá hủy của chúng kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cốt giếng để xác định các hệ số, bổ xung vào các công thức của hệ thống trục tải giếng đứng mỏ than hầm đã xây dựng. Tuy nhiên, kết quả tính toán xác định lò Núi Béo”. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ- lực va đập trên có thể dùng để tính toán lựa chọn Vinacomin. sơ bộ dầm thép DCD. Establishment of the determination method on the impact force of the bottom blocking beam of the vertical shaft reinforcement with the winding cage MSc. Pham Trung Hai, MSc. Doan Ngoc Canh Vinacomin – Instiute of Mining Science and Technology Abstract: The phenomenon of over-lowering of the winding cage of the vertical shaft winding system has occurred during the working process. In that case, the bottom blocking beam is arranged in the shaft reinforcement. To calculate the strength of the bottom blocking beam, it is necessary to calculate and determine the impact force of the cage with the beam. The paper presents an approach on determination of the impact force of the cage with the bottom blocking beam. 28 KHCNM SỐ 1/2021 * MÁY VÀ THIẾT BỊ MỎ