Thiết kế máy đánh đống

Phần 2 THIẾT KẾ MÁY ĐÁNH ĐỐNG ------o0o------ Chương 1 THIẾT KẾ BĂNG TẢI PHÂN PHỐI ------o0o------ 1.1. Giới thiệu chung: Băng tải phân phối là bộ phận công tác chính của Máy đánh đống, có nhiệm vụ vận chuyển vật liệu từ phễu dỡ liệu của băng tải nạp liệu và tạo thành đống trong kho dự trữ. Băng tải phân phối có kết cấu là một băng tải đai cao su được lắp trên kết cấu thép cần đỡ, và cần này có thể nghiêng một góc trong phạm vi -100 +180 1.2. Các yêu cầu kỹ thuật của băng tải phân phối: - Năng suất vận chuyển: Q = 400T/h. - Vật liệu vận chuyển: thạch cao (gypsum), chất phụ gia (puzzolana). - Tỷ trọng riêng của vật liệu: + Thạch cao = 1,3 T/m3 + Phụ gia = 1,4 T/m3 - Góc nghiêng băng tải: (-100) (+180) - Chiều dài vận chuyển: 20600 mm - Vận tốc vận chuyển: v = 2m/s 1.3. Tính toán dây băng: 1.3.1. Xác định bề rộng băng: Việc xác định bề rộng tấm băng nhằm đảm bảo cho dòng vật liệu vận chuyển (ứng với năng suất yêu cầu) không bị tràn ra ngoài băng. Công thức xác định bề rộng tấm băng: (1.1)[2] Trong đó: + Q: năng suất vận chuyển (T/h). + v: vận tốc di chuyển của băng (m/s). Chọn v = 2m/s theo bảng 4-2[2] + c: hệ số tính đến góc nghiêng của băng. Chọn c = 0,9. + : tỉ trọng riêng của vật liệu (T/m3). 0,47m. Để tránh việc vật liệu sẽ rơi vãi trong quá trình vận chuyển, ta chọn bề rộng tấm băng B = 1m = 1000mm. 1.3.2. Chọn kiểu băng tấm: Băng tấm được chọn là loại băng tấm cao su có lõi được làm bằng sợi vải bạc có lớp cao su bọc bên ngoài. Băng tấm cao su được chọn có các thông số kỹ thuật sau: - Chiều dày của một lớp màng cốt: d = 1,5 - Số lớp lõi: Z = 5 - Chiều dày lớp cao su tiếp xúc với vật liệu: d1 =1,5mm - Chiều dày lớp cao su không tiếp xúc với vật liệu: d2 = 1mm Từ đây ta có thể xác định chiều dày của tấm băng: db = id + d1 + d2 (1.2)[1] Trong đó: + i: số lớp màng cốt của băng, i = 5. + d1: bề dày lớp cao su mặt làm việc của băng, d1 = 1,5mm. + d2: bề dày lớp cao su mặt không làm việc của băng, d2 = 1mm. + d: chiều dày một lớp màng cốt, d = 1,5mm => db = 5.1,5 + 1,5 + 1 = 10mm Vậy ta có thể chọn sơ bộ băng tấm với kích thước sau: - Chiều rộng băng: B = 1000 mm. - Chiều dày bày băng: db = 10 mm. - Lõi băng cao su: i = 5 1.3.3. Tính tiết diện vật liệu trên băng: Hình 1.1. Sơ đồ tính tiết diện vật liệu trên băng Diện tích tiết diện vật liệu trên băng Fm bao gồm diện tích tam giác F’m và diện tích hình thang F”m. Fm = F’m + F”m Diện tích tam giác F’m được tính theo công thức: F’m = 0,25.C.K2.B2.tg (1.3)[1] Trong đó: + : góc cơ bản của tam giác. (1.4)[1] + : góc nghiêng tự nhiên tĩnh của vật liệu. Tra bảng phụ lục 2[2] ta có = 500. =>= 0,35.50 = 17,50 + C: hệ số tính đến sự làm nhỏ diện tích cắt ngang của vật liệu bị đổ về phía sau, phụ thuộc vào góc nghiêng băng. Với = 180, chọn C = 0,9. + = 0,85. Diện tích hình thang cân có góc bên là: F”m = (1.5)[1] Đặt B0 = KB và B1 = K1B thì: F”m = 0,25.tg. Nếu C = 0,9; = 17,50; K = 0,85; K1 = 0,25 và = 450 thì: Fm = 0,25.C.K2.B2tg+ 0,25.tg. (1.6)[1] = 0,25B2[C.K2tg + tg.] = 0,25.B2.[0,9.0,852.tg17,50 + tg450(0,852-0,252)] = 0,22B2 Với chiều rộng băng B = 1000mm = 1m thì Fm = 0,22 m2 1.4. Tính toán lực cản băng: 1.4.1. Các thành phần gây lực cản: Trọng lượng phân bố trên 1 mét dài của dây băng cao su: qb qb = 1,1B.(id + d1 + d2) (1.7)[2] = 1,1B. db = 1,1.1.10 = 11 (kG/m) Trọng lượng vật liệu phân bố trên 1 mét chiều dài: qv qv = (1.8)[2] = = 55,5 (kG/m) Trọng lượng phần quay con lăn phân bố trên một mét dài ở nhánh có tải và không tải: (4.12)[2], (4.13)[2] = (1.9)[2] = (1.10)[2] Trong đó: + lct: khoảng cách giữa các cụm con lăn ở nhánh có tải. Chọn lct = 1m. + lkt: khoảng cách giữa các cụm con lăn nhánh không tải. Chọn lkt = 3m. + Gcl: trọng lượng phần quay con lăn ở nhánh không tải và nhánh có tải. Theo bảng (4.3)[2] ta có thể xác định gần đúng trọng lượng phần quay con lăn với đường kính con lăn dcl = 133mm. Gcl = 10B + 7 = 10.1 + 7 = 17kG => = = (kG/m) => = = (kG/m) Hệ số cản chuyển động của băng trên các con lăn có ổ tựa lăn theo bảng (4.4)[2]: 1.4.2. Tính sơ bộ: Trong quá trình vận chuyển vật liệu hàng hóa, năng lượng của máy tiêu hao qua các khâu: + Năng lượng cần thiết để thắng trọng lượng của vật liệu vận chuyển lên độ cao H (băng có độ nghiêng). + Năng lượng cần thiết để thắng tính ì khi di chuyển vị trí của vật liệu (lực quán tính). + Năng lượng cần thiết để thắng lực cản ma sát của thiết bị và những lực ma sát khác trong quá trình vận chuyển. Hình 1.2. Sơ đồ xác định công suất truyền động. Theo công thức (10.11)[1] ta có công thức tính công suất như sau: N = (1.11)[1] Trong đó: + Q: năng suất vận chuyển của băng tải, T/h. + H: chiều cao nâng vật liệu lên, m. + Ln: chiều dài băng tải theo phương ngang, m. + : hệ số cản chuyển động của băng trên các con lăn. + q1: khối lượng các chi tiết chuyển động, bao gồm cả con lăn nhánh không tải và có tải. + v: vận tốc của dây băng, m/s. => N = = 7,48 kW 1.4.3. Tính chính xác: Để tính chính xác lực căng băng, ta áp dụng phương pháp quanh vòng bằng cách chia từng điểm trên toàn bộ chiều dài băng. Lực kéo băng tải được tính theo công thức sau: Si + 1 = Si + Wi + 1 ; i (kG) (1.12)[2] Trong đó: + Si + 1; Si: lực căng băng tại điểm thứ i+1 và i; + Wi + 1 ; I : lực cản chuyển động trên đoạn từ i đến i+1. Lực căng của bộ phận kéo tại mỗi điểm tiếp theo trên chu tuyến bằng lực căng ở điểm kế tiếp trước đó cộng với tổng lực cản trên đoạn giữa các điểm này. Phép tính bắt đầu từ điểm có lực căng nhỏ nhất của bộ phận kéo. Thường điểm này trùng với điểm bộ phận kéo đi ra khỏi tang hoặc đĩa xích dẫn động. Trị số lực căng ban đầu chọn tùy theo kiểu máy vận chuyển sao cho phải đảm bảo: + Độ võng cho phép của nhánh làm việc hoặc nhánh không tải của bộ phận kéo. + Ổn định bộ phận làm việc lắp trên bộ phận kéo. + Đảm bảo dẫn động bình thường. + Bộ phận kéo chuyển động êm. Hình 1.3. Sơ đồ tính lực căng băng theo phương pháp quanh vòng * Xét đoạn 1-2: Ta có: S2 = S1 + W1-2 (kG) Trong đó: + W1-2: lực cản khi băng qua cơ cấu nạp liệu, kG. W1-2 = Wr + Wm (1.13)[3] + Wr: lực cản tại điểm vào tải để truyền cho hàng có tốc độ của bộ phận kéo: Wr = = (1.14)[3] + Lực cản do thành dẫn hướng của máng vào tải Wm = 5.l (1.15)[3] Với: + l: chiều dài máng vào tải, l = 2,1m. => Wm = 5.2,1 = 10,5 (kG) => W1-2 = 22,2 + 10,5 = 32,7 (kG) => S2 = S1 + 32,7 (kG) * Xét đoạn 2-3: Ta có: S3 = S2 + W2-3 (kG) Trong đó: W2-3 : lực cản chuyển động trên nhánh có tải, kG. Theo công thức (2.32)[2], ta có: W2-3 = (qb + qv + ).Lng. + (qb + qv).H (1.16)[2] = (qb + qv + ).Lcos. + (qb + qv).Lsin Với: - qb: trọng lượng phân bố của băng trên 1 mét chiều dài, kG/m. - : trọng lượng các bộ phận quay của con lăn nhánh có tải, kG/m. - qv: trọng lượng vật liệu phân bố trên 1 mét chiều dài, kG/m. - L: chiều dài đoạn thẳng của băng, m. - Lng: chiều dài hình chiếu theo phương ngang của đoạn băng thẳng, m. - H: chiều cao nâng,m. - : hệ số cản chuyển động của băng trên các con lăn. - : góc nghiêng băng, độ. => W2-3 = (11 + 55,5 + 17).16,95.cos180.0,025 + (11+55,5).16,95.sin180 = 382 (kG) => S3 = S2 + 382 (kG) = S1 + 32,7 + 382 = S1 + 414,7 (kG) * Xét đoạn 3-4: Ta có: S4 = S3 + W3-4 (kG) Trong đó: + W3-4: lực cản chuyển động khi băng đi vào tang bị động, kG. W3-4 = (0,05 0,1)S3 (kG) (1.17)[2] = 0,1S3 (kG) Vậy: S4 = S3 + 0,1S3 = 1,1S3 = 1,1S1 + 456,17 (kG) * Xét đoạn 4-5: Ta có: S5 = S4 + W4-5 (kG) Trong đó: W4-5 : lực cản chuyển động trên nhánh không tải, kG. (2.32)[2] W4-5 = (qb + ).Lng. - qb.H (1.18)[2] = (qb + ).Lcos. - qb.Lsin Với: - qb: trọng lượng phân bố của băng trên 1 mét chiều dài, kG/m. - : trọng lượng các bộ phận quay của con lăn nhánh không tải, kG/m. - L: chiều dài đoạn thẳng của băng, m. - Lng: chiều dài hình chiếu theo phương ngang của đoạn băng thẳng, m. - H: chiều cao nâng,m. - : hệ số cản chuyển động của băng trên các con lăn. - : góc nghiêng băng, độ. => W4-5 = (11 + 5,67).20,6.cos180.0,025 - 11.20,6.sin180 = -61,8 (kG) => S5 = S4 – 61,8 (kG) = 1,1S1 + 456,17 – 61,8 = 1,1S1 + 394,37 (kG) * Lực căng cho phép nhỏ nhất cho phép của bộ phận kéo: Lực căng cần thiết nhỏ nhất của bộ phận kéo Smin, tức là lực căng ban đầu của băng trước khi làm việc phụ thuộc vào độ võng cho phép của nhánh tải hoặc nhánh không tải của bộ phận kéo, lực ma sát trên tang dẫn động và độ ổn định của bộ công tác. Ta xác định lực căng cần thiết nhỏ nhất của bộ phận kéo theo độ võng cho phép của băng. Hình 1.4 . Sơ đồ xác định quan hệ giữa lực căng băng nhỏ nhất Smin và độ võng f của băng Trên hình trên ta thấy sự võng của bộ phận kéo mềm giữa hai gối tựa. Ta xét cân bằng đoạn OC của bộ phận kéo. Trên đoạn OC có lực căng Smin, Sx và tải trọng thẳng đứng do trọng lượng riêng của bộ phận kéo và trọng lượng của vật tác dụng. Bỏ qua độ cong của bộ phận kéo và kí hiệu q là tải trọng tổng cộng trên một mét dài của bộ phận kéo, ta xác định tải trọng thẳng đứng: q.x = (qv + qk).x (1.19)[2] Trong đó: + q: tải trọng tổng cộng phân bố trên một mét dài của bộ phận kéo. + qv: tải trọng phân bố của vật. + qk: tải trọng phân bố của bộ phận kéo. Chiếu các lực tác dụng lên các trục tọa độ, ta có: - q.x +Sx.sin = 0 => Sx.sin = q.x (1.20)[2] Smin – Sx.cos = 0 => Sx.cos = Smin (1.21)[2] Chia từng vế của phương trình thứ nhất cho phương trình thứ hai, ta có: (1.22)[2] (1.23)[2] hay (1.24)[2] Tại điểm giữa hai con lăn thì x thay đổi từ 0 đến l/2, còn y thay đổi từ 0 đến f, ta có: (1.25)[2] Trong đó: + l: khoảng cách giữa hai con lăn. + f: độ võng của bộ phận kéo. Đối với dây băng tẩm cao su thì độ võng cho phép sẽ là: f = (0,025 0,0,3)l Chọn f = 0,03l + q: tải trọng phân bố trên một đơn vị chiều dài của dây băng giữa hai con lăn đỡ, đối với nhánh có tải thì q = qv + qb. => S5 = 1,1.277,1 + 394,37 = 699,18 (kG) Tuy nhiên, trong băng tải đai cao su, lực kéo từ tang dẫn động được truyền đến băng chỉ do lực ma sát. Do đó lực ma sát phải lớn hơn hoặc bằng lực kéo cần thiết để đảm bảo không bị trượt trơn. Theo phương trình Euler ta có: (1.26)[2] Trong đó: + f: hệ số ma sát giữa tang và dây băng. Theo bảng 2.1[2], ta chọn f = 0,2. + : góc ôm băng. Chọn = 2100 = 3,66 rad. 576,368 kG Vậy thỏa mãn điều kiện không đảm bảo trượt trơn giữa băng và dây đai. Từ đó ta có được lực căng tại các điểm chia như sau: S1 = 277,1 (kG) S2 = 309,8 (kG) S3 = 691,8 (kG) S4 = 760,98 (kG) S5 = 699,18 (kG) Lực cản ở tang dẫn động không tính đến lực cản ma sát trong các ổ trục được xác định theo công thức (2.44.)[2]: Wdđ = 0,03(Sv + Sr) (1.27)[2] = 0,03(699,18 + 277,1) = 29,3 (kG) Lực cản băng tổng cộng được tính theo (2.53)[2]: Wc = S5 – S1 + Wdđ (1.28)[2] = 699,18 – 277,1 + 29,3 = 451,38 (kG) 1.5. Tính công suất động cơ và lựa chọn hộp giảm tốc: Công suất cần thiết của động cơ được tính theo công thức (2.54)[2]: (kW) (1.29)[2] Trong đó: + Wc: lực cản băng tổng cộng, kG. + v: vận tốc di chuyển của băng, m/s. + : hiệu suất của tất cả các bộ truyền của cơ cấu dẫn động, chọn = 0,97. Đường kính tang dẫn động được xác định theo công thức (3.8)[2]: (1.30)[2] Trong đó: + k: hệ số tỉ lệ. Chọn k = 125. + i: số lớp đệm trong băng tẩm cao su, i = 5. => = 125.5 = 625 (mm) Chọn đường kính tang dẫn động theo tiêu chuẩn: D = 630mm. Số vòng quay của tang dẫn động trong một phút được tính theo công thức (3.10)[2]: (1.31)[2] Trong đó: + v: vận tốc trung bình của bộ phận kéo, m/s. + D: đường kính của tang dẫn động, m. + K: hệ số trượt, chọn K =0,99. => = 61,3 (v/p) Chọn động cơ là loại động cơ không đồng bộ 3 pha rôto dây quấn có số vòng quay trên phút là 1450 v/p. Khi đó tỉ số truyền của bộ phận dẫn động là: = = 23,65 (1.32)[2] Chọn cụm dẫn động của hãng Nord (Anh) bao gồm cả động cơ và hộp giảm tốc được sản xuất theo modul chuẩn. Chọn kiểu cụm dẫn động có kí hiệu là SK9042.1AZ – 132M/40 RD có các thông số cơ bản sau: + Công suất : 9,2 kW + Số vòng quay động cơ : 1450 v/p + Momen xoắn trục đầu ra của hgt : 1460 Nm + Tỉ số truyền : 23,89 + Momen phanh : 150 Nm + Tổng khối lượng : 110 kG Hình 1.5. Cụm dẫn động băng tải. Khi đó, vận tốc làm việc thực của tang dẫn động sẽ là: Vận tốc chuyển động thực của băng sẽ là: v = = 1.6. Tính kiểm tra dây băng: 1.6.1. Kiểm tra bền dây băng: Số lớp đệm cần thiết trong dây băng được xác định theo công thức (3.30)[2]: (1.33)[2] Trong đó: + Smax: lực căng tính toán lớn nhất của băng, kG. Smax = S4 = 760,98 (kG0 + k: hệ số dự trữ bền kéo của băng. Tra bảng 3.6[2] ta có k =9,5. + B: chiều rộng băng, cm. + Kđ: giới hạn bền chống đứt trên cơ sở 1cm của một lớp đệm, kG/cm. Kđ = 55 kG/cm đối với vải bạt Б-820. => Vậy dây băng đủ bền. 1.6.2. Kiểm tra độ võng của dây băng: Việc kiểm tra độ võng của băng được thực hiện ở nhánh không tải cũng như nhánh có tải. Theo công thức (2.61)[2] ta có: (1.34)[2] Đối với nhánh không tải: Đối với nhánh có tải: Độ võng cho phép của dây băng: f= (0,025 0,03)l2. Vậy độ võng của băng thỏa mãn điều kiện cho phép. 1.6.3. Kiểm tra dây băng trong thời gian khởi động: Lực căng băng trong thời gian khởi động được xác định theo công thức (6.23)[3]: , kG (1.35)[3] Trong đó: + N: công suất định mức của động cơ, kW. + km: hệ số tỉ lệ giữa momen khởi động và momen định mức của động cơ điện theo catalogue, km = 1,3. + : hiệu suất của bộ truyền động, = 0,98. + v: tốc độ dây băng, m/s. + Sr: lực căng của nhánh băng đi ra khỏi tang chủ động, kG. Số lớp đệm cần thiết của dây băng trong thời gian khởi động được tính theo công thức (6.24)[3]: (1.36)[3] Trong đó: + kc: giới hạn bền lớp màng cốt trong dây băng. Tra bảng 4.7[3] ta có kc = 55kG/cm. + B: bề rộng dây băng, B = 100cm. + kn: hệ số độ bền chỗ nối dây băng. Tra bảng 6.20[3] ta có kn = 0,8. + kd: hệ số làm việc không đều giữa các lớp màng cốt trong dây băng, kd = 1 – 0,03i = 1 – 0,03.5 = 0,85. Vậy băng đủ bền trong thời gian khởi động. 1.7. Tính toán kiểm tra bền con lăn: 1.7.1. Sơ đồ bố trí con lăn: Hình 1.5. Sơ đồ bố trí các con lăn đỡ. 1.7.2. Tính toán con lăn đỡ nhánh có tải: Trên nhánh có tải ta bố trí các con lăn đỡ hình lòng máng gồm 1 con lăn nằm ngang và hai con lăn nằm nghiêng so với phương ngang 1 góc 300 để tạo thành hình lòng máng. Con lăn chịu tải có tác dụng đỡ và dẫn hướng băng tải vận chuyển đúng hướng, liên tục và ổn định. Chọn vật liệu chế tạo con lăn là thép CT3 có ứng suất uốn cho phép là: Các thông số kích thước cơ bản của con lăn nhánh có tải: Dcl = 133mm : đường kính con lăn. lcl = 380mm : chiều dài con lăn. Lcl = 1000mm : khoảng cách giữa hai dãy con lăn. Ld = 15 : số dãy con lăn. dcl = 25mm : đường kính trục con lăn. L = 410mm : chiều dài trục con lăn. Lực tác dụng vào con lăn là lực thẳng góc chủ yếu do trọng lượng của hàng và dây băng. Khi dây băng chuyển động, xuất hiện lực ma sát giữa dây băng và bề mặt con lăn, làm con lăn quay quanh trục của nó, vì vậy con lăn và trục của nó bị uốn trong 2 mặt phẳng, nhưng thành phần momen uốn do lực ma sát gây ra thường rất nhỏ nên ta bỏ qua. Các lực tác dụng lên con lăn trong quá trình con lăn làm việc bao gồm trọng lượng của băng và vật liệu trên toàn bộ chiều dài của băng được đỡ trên các con lăn nhánh có tải. q = (qb + qv + )Lcos (1.38) = (11 + 55,5 + 17).15.cos180 = 1191,2 (kG) Tải trọng tác dụng lên một dãy con lăn: P = (1.39) = = 79,41 (kG) Để kiểm tra bền ta xét trường hợp nguy hiểm nhất là tải trọng đặt trên 1 con lăn nằm ngang. Nếu con lăn nằm ngang thỏa mãn điều kiện bền thì các con lăn còn lại cũng thỏa mãn. Xác định momen uốn cực đại: Mu = (1.40) = = 7543,95 (kG.mm) = 754,395 (kG.cm) Sơ đồ tính con lăn như hình vẽ: Hình 1.6. Sơ đồ tính con lăn có tải. Ứng suất uốn do P gây ra: = (1.41) Trong đó: + Wu: momen chống uốn. Chọn bề dày của con lăn = 5mm. => Wu= 0,1d3 – 0,1d = 0,1.1333 – 0,1.(133 – 2.5)3 = 49177 mm3 = 49,177 cm3 => = = 15,34 kG/cm2 < [] Vậy ứng suất uốn thỏa mãn điều kiện cho phép. Hình 1.7. Mặt cắt tiết diện con lăn. 1.7.3. Tính toán kiểm tra bền trục con lăn nhánh có tải: Thông số kích thước của trục con lăn: + d = 25 mm : đường kính trục con lăn. + L = 410 mm : chiều dài trục con lăn. + a = 40 mm : khoảng cách từ đầu trục đến ổ bi. Sơ đồ tính trục con lăn như hình vẽ: Hình 1.8. Sơ đồ tính trục con lăn. Lực tác dụng lên trục con lăn: P1 = (1.42) = = 39,7 (kG) Xác định momen uốn trên trục con lăn: Mu = P1.a (1.43) = 39,7.40 = 1588 (kG.mm) = 158,8 (kG.cm) Ứng suất uốn do P1 gây ra: = (1.44) Trong đó: Wu: momen chống uốn. Wu = 0,1d3 (1.45) = 0,1.253 = 1562,5 (mm3) = 1,5625 (cm3) => = = 101,63 (kG/cm2) Chọn vật liệu chế tạo trục là thép CT3 có ứng suất uốn cho phép là: [] = 1800 (kG/cm2) Vậy ứng suất uốn thỏa mãn điều kiện cho phép. 1.7.4. Tính toán con lăn đỡ nhánh không tải: Con lăn đỡ nhánh không tải ta sử dụng là con lăn thẳng. Chọn vật liệu chế tạo con lăn là thép CT3 có ứng suất uốn cho phép là: Các thông số cơ bản của con lăn đỡ nhánh không tải là: dcl = 133 mm : đường kính con lăn. lcl = 1150 mm : chiều dài con lăn. Lcl = 3000mm : khoảng cách giữa hai dãy con lăn. Ld = 5 : số dãy con lăn. dcl = 20mm : đường kính trục con lăn. L = 1180mm : chiều dài trục con lăn. Lực tác dụng lên con lăn trong quá trình con lăn làm việc bao gồm trọng lượng của băng trên toàn bộ chiều dài của băng được đỡ trên con lăn nhánh không tải. q = (qb + ).Lcos (1.46) = (11 + 5,67).12.cos180 = 190,25 (kG) Tải trọng tác dụng lên một dãy con lăn: P = (1.47) = = 38,05 (kG) Xác định momen uốn cực đại: Mu = (1.48) = = 13673,5 (kG.mm) = 10939,38 (kG.cm) Sơ đồ tính con lăn không tải như hình vẽ: Hình 1.9. Sơ đồ tính con lăn không tải. Ứng suất uốn do P gây ra: = (1.49) Trong đó: + Wu: momen chống uốn. Chọn bề dày của con lăn = 5mm. => Wu = 0,1d3 – 0,1d (1.50) = 0,1.1333 – 0,1.(133 – 2.5)3 = 49177 mm3 = 49,177 cm3 Hình 1.10. Mặt cắt tiết diện con lăn. => = = 27,8 kG/cm2 < [] Vậy ứng suất uốn thỏa mãn điều kiện cho phép. 1.7.5. Tính toán kiểm tra bền trục con lăn nhánh có tải: Thông số kích thước của trục con lăn: + d = 20 mm : đường kính trục con lăn. + L = 1180 mm : chiều dài trục con lăn. + a = 40 mm : khoảng cách từ đầu trục đến ổ bi. Lực tác dụng lên trục con lăn: P1 = (1.51) = = 23,78 (kG) Sơ đồ tính trục con lăn như hình vẽ: Hình 1.11. Sơ đồ tính trục con lăn. Xác định momen uốn trên trục con lăn: Mu = P1.a (1.52) = 23,78.40 = 951,2 (kG.mm) = 95,12 (kG.cm) Ứng suất uốn do P1 gây ra: = (1.53) Trong đó: Wu: momen chống uốn. Wu = 0,1d3 (1.54) = 0,1.203 = 800 (mm3) = 0,8 (cm3) => = = 118,9 (kG/cm2) Chọn vật liệu chế tạo trục là thép CT3 có ứng suất uốn cho phép là: [] = 1800 (kG/cm2) Vậy ứng suất uốn thỏa mãn điều kiện cho phép. 1.7.6. Tính toán chọn ổ bi đỡ: Số vòng quay của ổ bi được xác định theo công thức (3.10)[2] n = (1.55)[2] Trong đó: + v: vận tốc di chuyển của dây băng, m/s. + K: hệ số trượt. Chọn K = 0,98. + D: đường kính con lăn, m. n = = 278,55 (v/p) Sơ đồ tính chọn ổ đỡ trục con lăn như hình vẽ: Hình 1.12. Sơ đồ tính chọn ổ đỡ. Hệ số khả năng làm việc của ổ bi được tính theo công thức (8.1)[4] C = Q(n.h)0,3 (1.56)[4] Trong đó: + n: số vòng quay của ổ. + h: số giờ làm việc của ổ. Chọn h = 10000 giờ. + Q: tải trọng tương đương, daN. Q được xác định theo công thức (8.2)[4]: Q = (kvR + mA)knkt (1.57)[4] + R= P1: tải trọng hướng tâm. + A = 0: tải trọng theo chiều dọc trục. + m: hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm. + kt = 1: hệ số tải trọng động. + kn = 1: hệ số nhiệt độ. + kv=1,1: hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay. => Q = 1,1.39,7.1.1 = 43,67 daN => C = 43,67.(278,55.10000)0,3 = 3746,7 Chọn ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy theo tiêu chuẩn GOST 5720 – 51 có số hiệu là 1205 cho con lăn nhánh có tải và 1304 cho con lăn nhánh không tải. Hình 1.13. Ổ đỡ trục con lăn. Hình 1.14. Kết cấu con lăn đỡ nhánh có tải. Hình 1.15. Kết cấu con lăn đỡ nhánh không tải. 1.8. Tính toán thiết kế tang dẫn động: 1.8.1. Giới thiệu: Tang dẫn động có nhiệm vụ làm cho tấm băng di chuyển, định hướng băng và làm căng băng. Tang dẫn bao gồm tang chủ động và tang bị động: + Tang chủ động: là tang nhận chuyển động quay từ động cơ qua hộp giảm tốc đến tang và tang này sinh ra lực chủ động để kéo băng. + Tang bị động: quay theo dây băng, nó có tác dụng dẫn hướng cho dây băng, đồng thời làm căng dây băng, vì vậy còn gọi là tang căng băng. Tang dẫn động thường được đúc bằng gang hoặc hàn bằng thép tấm. Để tăng hệ số ma sát giữa bề mặt tăng và dây băng, người ta phủ lên bề mặt làm việc của tang bằng một lớp cao su khía có rãnh, hệ số ma sát sẽ tăng 50% so với tang thép trơn. Việc tính toán tang dẫn bao gồm: tính kiểm tra bền vỏ tang, trục tang, tính chọn ổ bi và vỏ lắp ổ bi. 1.8.2. Tính toán tang chủ động: a. Các thông số cơ bản của tang: Đường kính tang được xác định theo công thức (3.8)[2]: Dn k.i (1.58)[2] Trong đó: + k: hệ số tỉ lệ. Chọn k = 125. + i: số lớp đệm trong băng tẩm cao su, i = 5. => Dn 125. 5 = 625mm Chọn Dn = 650mm. Chiều rộng của tang thường lấy lớn hơn chiều rộng băng từ 100 200mm. Chọn chiều rộng tang Lt = 1500mm. Các thông số cơ bản của tang chủ động: Dn = 650 mm : đường kính ngoài của tang. Dt = 630 mm : đường kính trong của tang. Lt = 1500mm : chiều dài tang. = 10 mm : bề dày tang. b. Tính bền tang: Chọn kết cấu của tang chủ động là loại tang thép hàn. Vật liệu chế tạo của tang là thép CT3 có ứng suất uốn cho phép là: . Aùp lực tác dụng lên bề mặt tang chủ động: P (1.59)[1] Trong đó: +S: lực căng băng tại điểm tính toán, kG. + D0: đường kính tang, cm. + B: chiều rộng của băng, cm. + [P]: áp lực cho phép, [P] 4kG/cm2. => P = = 0,215kG/cm2 Theo phương pháp tính ống dày của Lame thì ứng suất lớn nhất của tang được xác định như sau: (kG/cm2) (1.60)[5] = = 7,1 (kG/cm2) < Trong quá trình làm việc, vỏ tang bị uốn do tải trọng vật liệu và sức căng của băng gây ra. Tải trọng tác dụng lên tang là tải trọng phân bố đều nhưng ta coi như tải trọng tập trung tại giữa tang và nơi đó có mômen uốn lớn nhất. Lực tác dụng lên tang: Pt = Sv + Sr (1.61) = 699,18 + 277,1 = 976,28 (kG) Momen uốn cực đại được xác định theo công thức: = (1.62) = = 366105 (kG.mm) Sơ đồ tính tang như hình vẽ: Hình 1.16. Sơ đồ tính tang chủ động. Ứng suất uốn do P gây ra: = (1.63) Trong đó: + Wu: momen chống uốn. =>Wu = 0,1Dn3 – 0,1Dt (1.64) = 0,1.6503 – 0,1.6303 = 2457800 mm3 = 2457,8 cm3 => = = 148,96 kG/cm2 < [] Vậy tang đủ bền với những thông số và vật liệu đã đưa ra. 1.8.3. Tính toán thiết kế trục tang chủ động: Trong quá trình băng tải hoạt động trục tang vừa có nhiệm vụ đỡ tang vừa truyền mômen xoắn. Do đó trục tang chủ động vừa chịu uốn vừa chịu xoắn. a. Tính gần đúng trục tang: Lực tác dụng lên trục tang được tính theo công thức (2.36)[2]: R = (Sv + Sr).sin (1.65)[2] Trong đó: + Sv, Sr: lực căng trong nhánh vào và ra của tang chủ động. + : góc ôm của bộ phận kéo, = 2100 . => R = (699,18 + 277,1).sin = 943 (kG) Chọn đường kính sơ bộ của trục là D = 125mm. Momen xoắn mà trục truyền được xác định theo công thức (2.37)[2]: Mx = (1.66)[2] = = 58937,5kGmm Trọng lượng của động cơ và hộp giảm tốc truyền động cho tang dẫn động: G = Gđc + Ghgt = 310 kG Lực tác dụng lên trục: P = = = 471,5 kG Sơ đồ tính trục như hình vẽ: Hình 1.17. Sơ đồ tính trục tang dẫn động. Momen tương đương tại các tiết diện nguy hiểm: Tiết diện 1-1: = (1.67)[4] = = 120879,7 (kGmm) Tiết diện 2-2: = (1.68)[4] = = 128923,3 (kGmm) Chọn tiết diện 2-2 để tính bền trục. Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm được xác định theo công thức: (1.69)[4] Trong đó: + Mtd: momen tương đương tại tiết diện nguy hiểm, Nmm. + : hệ số rỗng của trục. + : ứng suất cho phép của trục, phụ thuộc vào vật liệu chế tạo trục. Theo bảng 7-2[4], ta chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có ứng suất bền uốn , ứng suất uốn cho phép = 48 N/mm2. Vậy chọn đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm nhất là 125mm. b. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn: Chọn then để lắp mayơ của tang có kích thước như sau: chọn then bằng theo TCVN 150 -64: b = 32 , h = 18, t =9, t1 = 9,2; k = 11,2. Ở đây xét ảnh hưởng của một yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thứơc, chất lượng bề mặt v.v… vì vậy sau khi đã xác định kết cấu của trục tang cần phải kiểm nghiệm hệ số an toàn tại những tiết diện nguy hiểm. Xét tiết diện nguy hiểm là tại chỗ lắp mayơ phía bên phải của tang. Theo bảng 7-3a [5], momen chống uốn của tiết diện = (1.70)[4] = = 176149,1 (mm3) Momen chống xoắn của tiết diện = (1.71)[4] = = 367799,5 (mm3) Các ứng suất uốn và xoắn gây ra tại tiết diện đang xét = (1.72)[4] = = 0,72 (kG/mm2) = (1.73)[4] = = 0,068 (kG/mm2) Hệ số an toàn được tính theo công thức (7.5)[5]: (1.74)[4] Trong đó: + : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp (1.75)[4] + : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp (1.76)[4] + : giới hạn mỏi uốn và giới hạn mỏi xoắn ứng với chu kì đối xứng. Có thể lấy gần đúng: + : biên độ ứng suất pháp và ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện trục. + : trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. Do trục quay một chiều nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng: Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động: + : hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi. Chọn = 0,1, = 0,05 đối với thép cácbon trung bình. + : hệ số kích thước. Theo bảng 7-4[5] chọn , + : hệ số tăng bền bề mặt trục. Theo bảng 7-5[5], chọn. + : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi chịu uốn và chịu xoắn. Tra bảng 7-6[5] ta chọn: . = = = 20,9 = = = 250 Vậy trục đảm bảo làm việc tốt thỏa điều kiện bền mỏi. c. Kiểm nghiệm then: Theo TCVN 150-64, tưng ứng với đường kính trục tang d=125mm, ta chọn then bằng có các kích thước: b=32mm; h= 18mm; t= 9mm; t1=9,2mm; k= 11,2. Chiều dài then: Lt = 80mm Kiểm tra then theo điều kiện bền dập: = (1.77)[4] = = Kiểm tra then theo điều kiện bền cắt: = (1.78)[4] = = Theo bảng 7-20 và 7-21 [5] ta được : Ta thấy Vậy then đảm bảo điều kiện bền. 1.8.4. Tính toán chọn ổ bi đỡ trục tang dẫn động: Chọn tiết diện của trục tại chỗ lắp ổ có đường kính d= 110mm. Phản lực tại các gối đỡ trục: Ra = 1013,3 kG Rb = 416,71 kG Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ tính theo công thức (8-2)[5] Q = (kvR + mA)knkt (1.79)[4] Trong đó: + R: tải trọng hướng tâm. + A: tải trọng theo chiều dọc trục. + m: hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm. + kt: hệ số tải trọng động. + kn: hệ số nhiệt độ. + kv: hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay. Theo [5] chọn m= 2,5 ; kt = 1 ;kn = 1 ; kv = 1,1. => Q = (1,1.1013,3 + 2,5. 0).1.1 = 1114,63 daN Hệ số khả năng làm việc C = Q(n.h)0,3 Trong đó: n: số vòng quay của tang trong một phút, n = 56,4 v/p. h: số giờ làm việc của ổ, chọn h = 10000 giờ. =>C = 1114,63.(56,4.10000)0,3 = 59226,3 Dựa vào hệ số khả năng làm việc, tra bảng chọn ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy theo tiêu chuẩn GOST 5721-75 kí hiệu 300-3122. Hình 1.18. Con lăn đỡ trục tang chủ động. Hình 1.19. Kết cấu tang chủ động. 1.8.5. Tính toán tang bị động: Nhằm tạo điều kiện dễ dàng cho việc chế tạo và lắp đặt, an toàn trong vận hành, ta chọn tang chủ động có các thông số cơ bản như tang chủ động. Cụ thể là: Dn = 650 mm : đường kính ngoài tang bị động. Dt = 630 mm : đường kính trong tang bị động. = 10 mm : bề dày tang bị động. Lt = 1500 mm : chiều dài tang. 1.9. Tính toán trạm kéo căng: Thiết bị kéo căng tạo ra lực căng sơ bộ khi lắp đặt cho băng. Theo phương pháp tác dụng, người ta phân ra thiết bị kéo căng kiểu vít, kiểu đối trọng hoặc kiểu vít – lò xo. Ta chọn thiết bị căng băng kiểu vít vì nó chắc chắn, đơn giản và được sử dụng rộng rãi, phù hợp với các loại băng tải co chiều dài ngắn mặc dù nó có những nhược điểm như: cần phải xiết bằng tay một cách có chu kì, không giảm nhẹ được va đập. Tính toán thiết bị kéo căng đối với băng tải có các nhánh cáp song song nhau theo công thức (3.14)[2]: Sc = K.(Sv + Sr + T) kG (1.80)[2] Trong đó: + Sv, Sr: lực căng nhánh cáp vào và ra của bộ phận kéo. + T: tổn thất di chuyển của các con trượt hoặc xe con của thiết bị kéo căng, lấy theo số liệu thí nghiệm. Chọn sơ bộ T = 15kG + K: hệ số tính đến tổn thất ở các tang bị động, được lấy bằng 1,1. => Sc = 1,1(699,18 + 277,1 + 15) = 1090,4 kG Đối với thiết bị kéo căng kiểu vít có hai vít kéo căng thì lực tiếp nhận của một vít được tính theo công thức (3.15)[2]: P = (1.81)[2] Trong đó: : hệ số tính đến sự phân bố lực không đều giữa các vít. Chọn = 1,5. =>P = = 817,8 (kG) Chọn trạm kéo căng kiểu vít với ren vít hệ mét M30 có đường kính chân ren là dc = 25,5mm. Ứng suất kéo tại mặt cắt của vít là: = (1.82)[2] = = 160,2 kG/cm2< Số vòng ren z cần thiết của đai ốc được xác định từ điều kiện áp suất đơn vị cho phép [p] ở các vòng ren: z = (1.83)[2] Trong đó: + d: đường kính đỉnh ren, d = 30mm. + [p]dv = 40kG/cm2: áp suất đơn vị cho phép. + dc: đường kính chân ren, dc = 25,5 mm. => z = = 10,43 Chọn z = 12. Chiều cao cần thiết của đai ốc: H = z.s (1.84)[2] Trong đó: s: bước ren, chọn s = 2. => H = 12.2 = 24 mm