Tính toán và thiết kế băng cao su ngang

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BĂNG CAO SU NGANG PHẦN 1: GIỚI THIỆU. Hình 1 Các băng tải đai thường được sử dụng để vận chuyển các loại vật liệu rời và hàng đơn chiếc theo phương ngang và phương nghiêng. Băng tải này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, phân xưởng, các xí nghiệp,… Đặc biệt là trong các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, họ thường sử dụng để vận chuyển các loại hàng rời, hàng bột, xi măng, … Vì nó có chiều dài vận chuyển lớn, năng suất vận chuyển cao, dễ chế tạo, … Ví dụ băng tải có chiều rộng 1800 mm với vận tốc 3m/giây có thể vận chuyển đến 9000 tấn vật liệu trong một giờ, điều đó tương đương với việc vận chuyển bằng 180 toa xe chứa vật liệu với tải trọng 50 tấn một toa xe. Một ưu điểm nữa của băng tải đai là dễ dàng phù hợp với các dạng chu tuyến vận chuyển, giá thành công trình không lớn do kết cấu phần nâng băng theo đường vận chuyển đơn giản và nhẹ mà vẫn đảm bảo an toàn, năng lượng tiêu tốn không cao, số người phục vụ thiết bị khi hoạt động không nhiều và điều khiển dễ dàng (với các loại băng có chiều dài lớn thì cần một người phục vụ trên đoạn băng dài 11.5 km băng). Trong băng đai thường thì vật liệu được vận chuyển ở nhánh trên của băng, còn nhánh dưới là nhánh không tải đi theo hướng ngược lại. Nhưng trong một số trường hợp đặc biệt thì cả nhánh dưới cũng được sử dụng để vận chuyển theo hướng ngược lại. Đối với vật liệu rời (bột) thường sử dụng con lăn hình lòng máng. Vật liệu được vận chuyển trong hộp kín để tránh nước và được dỡ tải ở cuối tang. PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ. A. Các thông số ban đầu. + Năng suất của băng: Q = 80 (Tấn/h). + Chiều dài vận chuyển: L = 100 (m). + Vận chuyển hàng bột (xi măng): . + Dỡ tải qua tang ở cuối nhánh chịu tải. + Điều kiện làm việc: trung bình. B. Tính chọn sơ bộ các chi tiết của băng. I. Chiều rộng của dây băng. Chọn B = 500 (mm). Trong đó: + Q = 80 (T/h): năng suất của băng. + V = 1 (m/s): vận tốc của băng (tra bảng 6.2 [I]). + : khối lượng riêng của hàng. + K = 470: hệ số phụ thuộc góc dốc tự nhiên của hàng (bảng 6.13 [I]), sử dụng con lăn lòng máng (3 con lăn đỡ), với góc dốc tự nhiên của xi măng (bảng 4.1 [I]). + = 1: hệ số phụ thuộc góc dốc tự nhiên của băng (bảng 6.14 [I]). Vậy theo qui định bảng 4.3 [I], ta chọn dây băng có công dụng chung loại 2, rộng B = 500 (mm), có 3 lớp màng cốt bằng vải bạc B-820, có bọc cao su ở bề mặt làm việc dày và mặt không làm việc . Ký hiệu dây băng đã chọn: Dây băng 20-62. II. Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng hàng (công thức 5.12 [I]). Trong đó: + Q = 80 (T/h): năng suất của băng. + V = 1 (m/s): vận tốc của băng. III. Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng băng (công thức 4.11 [I]). + Chiều dầy dây băng (công thức 4.1 [I]): ° : chiều dầy lớp bọc cao su bề mặt làm việc của dây băng. ° : chiều dầy lớp bọc cao su bề mặt không làm việc của dây băng. ° : Chiều dầy của lớp màng cốt. ° i = 3 (lớp): số lớp màng cốt. IV. Chọn con lăn đỡ: 1) Con lăn hình lòng máng. - Đường kính con lăn đỡ (bảng 6.8 [I]). dl = 102 (mm). - Khối lượng phần quay của con lăn đỡ hình lòng máng (bảng 6.15 [I]). GC = 11.5 (kG). - Khoảng cách giữa các con lăn đỡ ở nhánh làm việc (bảng 6.9 [I]). ll = 1400 (mm). - Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của con lăn. . Hình 2 2) Con lăn thẳng. - Đường kính con lăn đỡ (bảng 6.8 [I]). dl = 102 (mm). - Khối lượng phần quay của con lăn đỡ hình lòng máng (bảng 6.15 [I]). GT = 7.5 (kG). - Khoảng cách giữa các con lăn đỡ ở nhánh không làm việc (bảng 6.9 [I]). lk = 2*ll = 2800 (mm). - Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của con lăn. . Hình 3 3) Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do phần chuyển động của băng tải. . V. Chọn độ bền dự trữ theo tiêu chuẩn qui định (bảng 6.18 [I]). no = 9 VI. Chọn giới hạn bền của lớp màng cốt trong dây băng (bảng 4.7 [I]). Kc = 55 (kG/cm2) C. Tính toán và kiểm tra. I. Xác định lực căng của dây băng tại từng điểm riêng của băng theo phương pháp quanh vòng. Hình 4 Ta chia chu tuyến của băng thành 8 đoạn riêng biệt, tính từ 1 đến 8. Mỗi đoạn có dạng lực cản khác nhau. Ta bắt đầu từ điểm 1, tại đó lực căng băng là nhỏ nhất. Tại điểm 1 có lực căng của nhánh ra của tang dẫn động. 1. Xét đoạn 1-2 ở nhánh không tải. - Lực cản tại chi tiết quay (tang trống) dùng công thức 5.23 [I]. Wq = S1*(Kq-1) = S1*(1.07-1) = 0.07S1 Trong đó: + S1: lực căng của bộ phận kéo tại điểm đi vào chi tiếc quay. + Kq = 1.07: hệ số tăng lực căng của bộ phận kéo trên tang. - Lực cản chuyển động trên đoạn băng thẳng (nhánh không tải) dùng công thức 5.20 [I]. WK = W12 = (qb+qk)*L*T = (4.675+2.7)*50*0.022 = 8.2 (kG). Trong đó: + T = 0.022: hệ số cản chuyển động của băng trên các con lăn có ổ tựa (bảng 6.16 [I]). - Lực kéo căng tại điểm 2: S2 = S1 + Wq + W12 = 1.07S1 + 8.2 (kG). 2. Xét đoạn 2-3: - Lực kéo căng tại điểm 3: S3 = S2 + Wq = S2 + S2(Kq+1) = S2 + 0.07S2 = 1.15S1 + 8.774 (kG). 3. Xét đoạn 3-4: - Lực kéo căng tại điểm 4: S4 = S3 + Wq = S3 + S3(Kq+1) = S3 + 0.07S3 = 1.23S1 + 9.39 (kG). 4. Xét đoạn 4-5: - Lực kéo căng tại điểm 5: S5 = S4 + Wq = S4 + S4(Kq+1) = S4 + 0.07S4 = 1.317S1 + 10.04 (kG). 5. Xét đoạn 5-6: - Lực kéo căng tại điểm 6: S6 = S5 + Wq + W56 = S5 + S5(Kq+1) + 8.2 = 1.4S1 + 18.94 (kG). 6. Xét đoạn 6-7: - Lực kéo căng tại điểm 7: S7 = S6 + Wq = S6 + S6(Kq+1) = S6 + 0.07S6 = 1.498S1 + 20.266 (kG). 7. Xét đoạn 7-8: a) Lực cản do máng vào tải. + Lực cản tại điểm vào tải để truyền cho hàng có tốc độ của bộ phận kéo (công thức 5.24 [I]). + Lực cản do thành dẫn hướng của máng vào tải (công thức 5.25 [I]). Wm = 5*l = 5*2 = 10 (m). ° l = 2 (m): chiều dài của máng vào tải. + Tổng lực cản khi vào tải. WVT = Wt + Wm = 2.2+10 = 12.2 (kG). - Lực cản chuyển động của băng do khối lượng hàng, băng và con lăn gây nên. WC = (qb + q + qbt)*L*lm = (4.675+22.22+19.7)*100*0.025 = 117 (kG). Trong đó: + lm = 0.025: hệ số cản chuyển động của băng trên các con lăn có ổ tựa (bảng 6.16 [I]). + L = 100 (m): chiều dài vận chuyển của băng. - Tổng lực kéo căng tại điểm 8: S8 = S7 + WVT + WC = 1.498S1 + 175 (kG). Dùng biểu thức Ơle để xét quan hệ giữa lực căng của nhánh vào và nhánh ra khỏi tang truyền động. . Trong đó: + : hệ số bám của tang với dây băng (bảng 6.6 [I]). + : góc ôm của dây băng trên tang. Vậy giải các phương trình trên ta được kết quả sau: S1 = 129 (kG). S2 = 146.23 (kG). S3 = 157.13 (kG). S4 = 168 (kG). S5 = 180 (kG). S6 = 199.54 (kG). S7 = 214 (kG). S8 = 368 (kG). II. Tính kiểm nghiệm. 1. Kiểm tra độ bền của băng. - Số lớp vải của băng loại B-820 được xác định theo công thức. Như vậy là thỏa mãn. 2. Xác định lực kéo tính theo công thức 5.34 [I]: Wo = Svào – Sra = S8 – S1 = 368 – 129 = 235 (kG). Trong đó: + Svào : lực đi vào tang. + Sra : lực đi ra khỏi tang. 3. Tính toán tang dẫn động. - Đường kính tang dẫn động (công thức 6.3 [I]). Trong đó: + a = 125: hệ số bảng 6.5 [I]. + i = 3: số lớp màng cốt. Theo tiêu chuẩn của OCT ta lấy Dt = 400 (mm). - Kiểm tra việc chọn đúng đường đường kính tang truyền động theo áp lực dây băng lên tang (công thức 6.4). Trong đó: + Pt = 10000 (kG/m2): áp lực cho phép của dây băng lên tang. - Hiệu suất của tang truyền động (công thức 6.13 [I]). Trong đó: + : hệ số cản của tang. + KS = 1.54: hệ số bảng 6.19 - Tốc độ quay của tang. Trong đó: + V = 1 (m/s): vận tốc của dây băng. + K = 0.98: hệ số trượt. Vậy theo bảng III.48 chọn tang dẫn động có kí hiệu: 5040-60 có đường kính 400 (mm) khi dây băng rộng 500 (mm). 4. Tính chọn tang căng băng và tang cuối băng. - Đường kính tang (công thức 6.3). . Từ bảng III.50 ta chọn tang căng băng có kí hiệu: 5040-50 có đườmg kính 320 (mm) khi dây băng rộng 500 (mm) và có khối lượng mt = 68 (kG). - Lực căng tại vị trí căng băng. SC = + + mt = S3 + S4 + mt = 157.13 + 168 + 68 = 393 (kG). Vậy ta chọn đối trọng có khối lượng mđt = 393 (kG). 5. Tính chọn động cơ. - Công suất trên trục truyền động của băng (công thức 6.12). Trong đó: + W0 = 239 (kG): lực kéo. + Vt = 1 (m/s): vận tốc của dây băng. + : hiệu suất của tang. - Công suất động cơ để truyền động cho băng (công thức 6.15). Trong đó: + K = 1.35: hệ số bền dự trữ. + = 0.96: hiệu suất bộ truyền từ động cơ đến trục truyền động, được lấy theo bảng 5.1 với giả thuyết rằng sẽ dùng hộp giảm tốc hai cấp. Vậy từ bảng III.19 ta chọn động cơ điện loại A02-42-6 có công suất Nđm = 4 (kW), tốc độ quay của nđc = 955 (vg/ph). Hình 5 Bảng thông số. Kí hiệu D L B1 C1 L1 L2 L3 L4 H h l Giá trị 300 506 274 108 224 85 80 120 390 240 40 6. Tính toán và kiểm tra khi khởi động động cơ (công thức 6.23). Trong đó: + Nđm = 4 (kW): công suất định mức của động cơ. + = 0.96: hiệu suất bộ truyền từ động cơ đến trục truyền động. + Km= 1.3: hệ số tỷ số giữa mômen khởi động và mômen định mức của động cơ. - Kiểm tra độ bền dây băng trong thời gian khởi động (số lớp màng cốt cần thiết trong dây băng). Như vậy là thỏa mãn. Trong đó: + KC = 55 (kG/m): giới hạn bền của lớp màng cốt trong dây băng (bảng 4.7). + Kn = 0.75: hệ số độ bền chổ nối dây băng (bảng 6.20), dán nguội. + Kđ = 1-0.03*i=1-0.03*3=0.91: hệ số làm việc không đều của lớp màng cốt trong dây băng. 7. Tính chọn hộp giảm tốc. - Tỷ số truyền cần thiết của bộ truyền. Theo bảng III.22 ta chọn hộp giảm tốc hai cấp , có tỷ số truyền i = 19.83, công suất tính toán 16.9 (kW), khi tốc độ vòng quay 1000 (vg/ph) trên trục quay nhanh. Hình 6 8. Tính chính xác tốc độ dây băng (công thức 6.18). Như vậy tốc độ dây băng cũng không khác nhiều so với tốc độ đã chọn. 9. Năng suất thực của băng (công thức 6.19). Trong đó: + K = 470: hệ số bảng 6.13. + : hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng của băng (bảng 6.14). + : khối lượng riêng của hàng (bảng 4.1). + B = 500 (mm): bề rộng của băng. 10. Chọn khớp nối: Khớp nối được tính theo mômen truyền qua khớp có kể đến ảnh hưởng của chế độ làm việc. Khớp nối giữa trục động cơ điện và trục vào hộp giảm tốc. Trong đó: + K1 = 1.4: mức độ quan trọng của kết cấu. + K2 = 1.3: hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu. + Mđm : mômen định mức trên trục động cơ. . Vậy chọn khớp nối đàn hồi có kí hiệu MYB-4 có mômen quay cho phép 12 (kG.m) và mômen đà GD2 = 0.055 (kG.m2). Hình 7 III. Tính toán trục tang. 1. Tính phản lực tại các gối đỡ. Hình 8 Việc tính toán ta đưa về một dầm có một gối di động và gối cố định. Gối di động là chỗ nối giữa trục ra của hộp giảm tốc và trục vào của tang. Gối cố định nằm ở ổ của trục tang. - Hợp lực căng của dây băng. - Tải trọng tác dụng lên may-ơ tại điểm C và D. - Phản lực tại gối A và B. - Mômen uốn tại D và C. MC = MD = 200*248.5=49700 (kG.mm). Hình 9 - Mômen xoắn tác dụng lên trục tang. Mx = i*Mđm = 19.83*4.1 = 81.303 (kG.m) = 81303 (kG.mm). Hình 10 - Mômen tương đương tác dụng lên trục tang. 2. Tính đường kính trục. Chọn vật liệu làm trục tang là thép 45X có: + + + - Ứng suất uốn cho phép đối với chu kỳ đối xứng (công thức 1.12 TKCTM). Trong đó: + [n] = 1.6: hệ số an toàn. + K = 2: hệ số tập trung ứng suất. - Đường kính trục tại điểm có mômen lớn nhất (điểm C và D). Chọn d = 40 (mm). - Chiều dài may-ơ lắp với trục. lm = (1.21.5)*d = 1.5*40 = 60 (mm). 3. Kiểm nghiệm trục. Hình 11 a) Hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất pháp. - Ứng suất uốn lớn nhất. - Số giờ làm việc tổng cộng. Trong đó: + A = 10 (năm): tuổi bền của chi tiết (TKCTM). + Kn = 0.75: hệ số sử dụng trong năm. + Kng = 0.67: hệ số sử dụng trong ngày. - Số chu kỳ làm việc tổng cộng. Trong đó: + nt = 48.8 (vg/ph): số vòng quay của tang. + CĐ = 0.4: băng làm việc ở chế độ nặng. - Số chu kỳ làm việc tương ứng với các tải trọng. - Số chu kỳ làm việc tương đương. - Hệ số chế độ làm việc. - Giới hạn bền mỏi tính toán. - Kiểm tra hệ số an toàn của trục. Trong đó: + hệ số tập trung ứng suất (trục trơn). + hệ số kích thước (TKCTM). + hệ số chất lượng bề mặt (bề mặt gia công tinh). + do chu kỳ mạch động đối xứng. b) Hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp. - Giới hạn mỏi xoắn. - Biên độ ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của trục. (do chu kỳ mạch động đối xứng). Trong đó: + W0 : mômen cản xoắn (bảng 7-3a TKCTM). - Kiểm tra hệ số an toàn của trục. Trong đó: + hệ số tập trung ứng suất (trục trơn). + hệ số kích thước (TKCTM). + hệ số chất lượng bề mặt (bề mặt gia công tinh). c) Tính chính xác trục theo công thức. Trong đó: + Hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất pháp (). + Hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp (). + Hệ số an toàn cho phép [n] = 1.5. Vậy trục làm việc an toàn. 4. Tính toán và chọn then. Chọn then bằng để lắp lên phần may-ơ của trục tang. Chọn theo TCVN 150-64 có: b = 12 h = 8 t = 4.5 t1 = 3.6 k = 4.4 : ứng suất dập cho phép. : ứng suất cắt cho phép. - Tính nghiệm then. + Chiều dài làm việc của then. lth = 0.85*lm = 0.85*60 = 51 (mm). + Sức bền dập (công thức 7.11 TKCTM). + Sức bền cắt (công thức 7.12 TKCTM). Vậy then làm việc an toàn. 5. Tính chọn ổ lăn. a) Tải trọng tương đương (công thức 8.2 TKCTM). Q = R*Kv*Kn*Kt = 2485*1*1*1 = 2485 (daN). Trong đó: + Kv = 1: khi vòng trong của ổ quay (bảng 8-5). + Kn = 1: nhiệt độ làm việc dưới 1000C (bảng 8-4). + Kt = 1: tải trọng tĩnh (bảng 8-3). b) Hệ số khả năng làm việc. C = Q*(nt*h)0.3= 2485*(48.8*44000)0.3= 197200 Theo 8545-57 ta chọn ổ bi đũa lồng cầu hai dãy có số hiệu 13507, Cbảng =250000. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tính toán máy trục - Phạm Đức [I]. Máy vận chuyển liên tục -Nguyễn Hồng Ngân. Thiết kế chi tiết máy -Nguyễn Trọng Hiệp.