Đồ án chi tiết máy đề tài thiết kế băng tải nâng hạ di động

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BĂNG TẢI NÂNG HẠ DI ĐỘNG GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến SVTH : Huỳnh Văn Ngọc Sơn - 21303402 Nguyễn Trọng Trân - 21303294 Nguyễn Văn Trí - 21304360 Nguyễn Đức Thiện - 21303852 TP Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2016 Tieu luan LỜI CẢM ƠN Đề hoàn thành đồ án này, chúng em trải qua khoảng thời gian 14 tuần liên tục học tập cố gắng Đồ án hoàn thành đƣợc nhờ hƣớng dẫn tận tình thầy Nguyễn Tấn Tiến Chúng em chân thành cảm ơn thầy, thầy trực tiếp hƣớng dẫn, giảng dạy nhiệt tình chúng em suốt trình thực đồ án Lần làm đồ án nên tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận đƣợc đóng góp, lời nhận xét bổ sung q thầy để đề tài ngày hồn thiện thân chúng em rút kinh nghiệm kiến thức quý báu cho riêng Tp.HCM, ngày 03 tháng năm 2016 Nhóm trƣởng Huỳnh Văn Ngọc Sơn Tieu luan MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan băng tải 1.2 Kết cấu băng tải 1.3 Nguyên lý hoạt động băng tải 1.4 Mục tiêu thiết kế CHƢƠNG 2: LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu kỹ thuật băng tải 2.2 Phương án thiết kế i Phương án ii Phương án iii Chọn phương án CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN BỘ PHẬN CƠNG TÁC – BĂNG TẢI 3.1 Các thông số đầu vào 3.2 Tính chọn dây băng 3.3 Tính tốn tang trống 16 3.4 Tính lăn đỡ 16 3.5 Tính thiết b căng băng 17 3.6 Kiểm tra chi tiết chọn 18 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN ĐỘNG 20 4.1 Tính tốn cơng suất động dẫn động 20 4.2 Thiết kế truyền xích 21 4.3 Tính tốn thiết kế trục tang 25 i Trục tang chủ động 25 ii Tính trục b động 27 4.4 Chọn then cho trục tang chủ động 30 4.5 Kiểm nghiệm độ bền trục 30 4.6 Kiểm nghiệm độ bền trục tang chủ động 30 4.7 Chọn ổ lăn 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 Tieu luan DANH SÁCH HÌNH VẼ STT Hình Tên hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống băng tải nâng hạ di động 2 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống băng tải 1.3 Sơ đồ dẫn động hệ thống 2.1 Phương án thiết kế 5 2.2 Phương án thiết kế 6 3.1 Sơ đồ tính l c căng băng 3.2 Biểu đồ l c căng băng với góc 13 3.3 Sơ đồ tính l c căng băng với góc 15 3.4 10 4.1 Kết cấu sơ trục lắp tang dẫn động 25 11 4.2 Biểu đồ l c tác dụng biểu đồ mômen xoắn nội l c trục tang chủ động 27 12 4.3 Kết cấu sơ trục lắp tang b động 27 13 4.4 Biểu đồ l c tác dụng biểu đồ mômen xoắn nội l c trục tang b động 29 ác ích thước lăn Tieu luan Trang 17 DANH SÁCH BẢNG BIỂU STT Bảng Tên bảng 3.1 Thông số tang trống 16 3.2 Thông số tiêu chuẩn lăn 16 4.1 Các thông số động 20 4.2 Các thơng số truyền xích 24 4.3 Thơng số trục tang 29 Tieu luan Trang ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan băng tải Băng tải đƣợc sử dụng từ kỷ thứ 19 Năm 1892, Thomas Robins bắt đầu loạt phát minh băng tải, việc dẫn đến phát triển việc dùng băng tải để vận chuyển than, quặng sản phẩm khác Năm 1905, Richard Sutcliffe phát minh băng tải để sử dụng mỏ than, việc dẫn đến cách mạng hố ngành cơng nghiệp khai thác mỏ Đến năm 1913, Henry Ford giới thiệu dây chuyền băng tải xƣởng Michigan công ty Ford Hiện Việt Nam, sản xuất băng tải ngành phát triển Vấn đề đƣợc đặt việc vận chuyển sản phẩm nhƣ hàng hóa từ độ cao đến độ cao khác nhƣ: việc vận chuyển hàng hóa xƣởng sản xuất, bến cảng v.v… Điều làm cho việc phát triển băng tải có khả di chuyển nâng hạ trở nên cần thiết Năm 2014, tỷ lệ mua hệ thống băng tải từ thị trƣờng Bắc Mỹ, châu Âu châu Á tăng trƣởng Băng tải chủ yếu đƣợc mua vào dòng lăn trục băng tải, băng tải dây chuyền, băng tải nhà máy đóng gói nhà máy công nghiệp Ở lĩnh vực thƣơng mại dân (tại sân bay, trung tâm mua sắm v.v…) ngày sử dụng nhiều băng tải để đáp ứng phục vụ công việc Với tình hình nhƣ cho thấy phạm vi phát triển tích cực ngày tăng trƣởng cho ngành công nghiệp sản xuất băng tải 1.2 Kết cấu băng tải Kết cấu băng tải bao gồm phận sau: dây băng, lăn, tang trống chủ động, tang trống bị động, thiết bị căng băng, khung sƣờn, khung đặt động cơ, khung di động Trong tang chủ động đảm nhiệm vai trị dẫn động cho q trình tải băng Quá trình tải đƣợc truyền động nhờ hệ thống dẫn động gắn với động Các lăn đảm bảo cho dây băng q trình tải khơng bị chùng Bên cạnh đó, việc nâng hạ băng tải thực nhờ vào tang quấn cáp đƣợc dẫn động động Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống băng tải nâng hạ di động Trong đó: Động Dây đai Bánh đai nhỏ Con lăn đỡ nhánh có tải Khung sƣờn Máng vào tải Bánh đai lớn 10 Tang bị động Tang chủ động 11 Vít căng băng Xích truyền động 12 Con lăn đỡ nhánh khơng tải 13 Cụm bánh xe di chuyển 1.3 Nguyên lý hoạt động băng tải Nguyên lý hoat động băng tải đơn giản Băng tải đƣợc dẫn động từ động Ở đầu động ta gắn hộp giảm tốc để giảm tốc độ động cho phù hợp với tốc độ yêu cầu băng tải Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống băng Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Trong đó: Động Hộp giảm tốc Băng tải Từ nguyên lý hoạt động hệ thống băng tải Ta có sơ đồ dẫn động sau: Hình 1.3 Sơ đồ dẫn động hệ thống Trong đó: Động Nối trục đàn hồi Hộp giảm tốc bánh trụ nghiêng cấp dạng khai triển Bộ truyền bánh xích Nối trục cứng an tồn Băng tải Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 1.4 Mục tiêu thiết kế Từ tìm hiểu băng tải, nguyên lý hoạt động nhƣ kết cấu băng tải Ta đặt mục tiêu thiết kế cho đồ án nhƣ sau:  Băng tải động  Hàng hóa tải: bao đƣờng (50kg) nhà máy  Có bánh xe gắn bên dƣới để giúp hệ thống di động cách linh hoạt  Việc nâng hạ đƣợc thực pully thông qua động để đáp ứng nhu cầu làm việc khác  Các yêu cầu chi tiết:  Khả tải: tải bao đƣờng 50 (kg)  Chiều dài băng tải: 10 (m)  Góc nghiêng băng tải: 100 - 220  Năng suất: 130 tấn/giờ  Tốc độ dây băng: 1,6 (m/s) Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY CHƢƠNG 2: LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu kỹ thuật băng tải Từ mục tiêu thiết kế đặt chƣơng 1, ta có đƣợc yêu cầu sau:  Khả tải: tải bao đƣờng 50 (kg)  Chiều dài băng tải: 10 (m)  Góc nghiêng băng tải: 100 - 220  Năng suất: 130 tấn/giờ  Tốc độ dây băng: 1,6 (m/s) 2.2 Phƣơng án thiết kế Từ yêu cầu trên, ta tìm đƣợc phƣơng án để thiết kế phù hợp i Phƣơng án - Mơ hình: Hình 2.1 Phƣơng án thiết kế - Mô tả: + Động dẫn động động nâng hạ đƣợc đặt khung động + Khung đặt động đặt gần tang chủ động + Sử dụng vít căng băng + Sử dụng lăn chịu tải thẳng Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN ĐỘNG 4.1 Tính tốn cơng suất động dẫn động Lực cản tang dẫn động khơng tính đến lực cản ổ trục, xác định theo công thức (2.44[2]) Lực kéo tính theo cơng thức (2.53[2]) Số vòng quay tang phút 𝑔 𝑕 [ ] Trong đó: : tốc độ trung bình phận kéo (m/s) + + D: đƣờng kính tang (m) + K: Hệ số trƣợt, Công suất cần thiết động (CT-2.54[2]) Trong đó: : Hiệu suất hộp giảm tốc bánh làm việc kín ta thiết kế với cặp ổ + lăn cặp bánh trụ nghiêng: + : Hiệu suất truyền xích từ hộp giảm tốc đến trục tang + : Hiệu suất khớp nối, Theo tìm hiểu thị trƣờng ta chọn động điện tích hợp hộp giảm tốc: DOLIN – chân đế với công suất 5,5Hp, tốc độ 1440 (vg/ph) tỉ số truyền 12 Bảng 4.1 Các thông số động Kiểu động Công suất định Tốc độ quay Hiệu suất mức (HP) trục (v/p) (%) Khối lƣợng (kg) 𝐿 20 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Theo bảng tỉ số truyền thƣờng dùng cho truyền bảng 2.4[3] ta chọn: : tỉ số truyền truyền xích : tỉ số truyền hộp giảm tốc động Do đó: Tỉ số truyền chung hệ thống Ta tính lại vận tốc tang trống theo công thức (CT3-10[2]) 𝑖 𝑔 𝑕 Do đó: 4.2 Thiết kế truyền xích Trong phần phần sau ta tính tốn, áp dụng cơng thức bảng tra sách Hướng dẫn thiết kế Hệ thống dẫn động hí – Trinh Chất, Lê Văn Uyển’ Chọn loại xích Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp, dùng xích lăn Xác định thơng số xích truyền , chọn số đĩa nhỏ - Theo bảng 5.4, với , số xích đĩa lớn - Theo cơng thức (5.3), cơng suất tính tốn Trong + , + + 𝑔 𝑕 21 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY + Theo công thức (5.4) bảng 5.6[3]: Với: (đƣờng tâm với đĩa xích làm với phƣơng nằm ngang góc ) ( chọn 𝑎 ) (điểu chỉnh đĩa xích) (tải trọng va đập) (bộ truyền làm việc ca) (môi trƣờng làm việc không bụi, chất lƣợng bôi trơn I – bảng 5.7[3]) Nhƣ 𝑔 Theo bảng 5.5 với 𝑕, chọn truyền xích dãy có bƣớc xích thỏa mãn điều kiện bền mịn: [ ] đồng thời theo bảng 5.8, - Khoảng cách trục 𝑎 Theo cơng thức (5.12) số mắt xích 𝑎 𝑎 Lấy số mắt xích chẵn 𝑎 tính lại khoảng cách trục theo công thức (5.13) [ √( ) ( ) ] 22 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Để xích khơng chịu lực căng q lớn, giảm a lƣợng 𝑎 - 𝑎 , 𝑎 Số lần va đập xích: Theo (5.14[3]) [𝑖 ] 𝑖 Bảng 5.9[3] Tính kiểm nghiệm xích độ bền: Theo(5.15): , khối lƣợng mét xích - Theo bảng 5.2, tải trọng phá hủy 𝑔 (tải trọng mở máy lần tải trọng danh nghĩa); - 𝑎 ( truyền nghiêng góc < 400) Trong Do 𝑔 Theo bảng 5.10 với 𝑕, [ ] Vậy [ ] truyền xích đảm bảo độ bền Đƣờng kính đĩa xích: theo cơng thức (5.17[3]) bảng 13.4: 𝑑 𝑑 𝑑 [ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ] 𝑑 𝑑 𝑑 6,03 = 158,08mm 23 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 𝑑 𝑑 Với 𝑑 (xem bảng 5.2[3]) Các kích thƣớc cịn lại tính theo bảng 13.4 - Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc dĩa xích theo cơng thức (5.18) √ Trong với , 𝑎 , , 𝑎, (bảng 5.12) (xích dãy), lực va đập dãy xích theo (5.19) Nhƣ dùng thép 45 cải thiện độ rắn HB120 đạt đƣợc ứng suất tiếp xúc cho phép [ tự, [ ] 𝑎 , đảm bảo đƣợc độ bền tiếp xúc cho đĩa Tƣơng ](với vật liệu nhiệt luyện Bảng 4.2 Các thông số truyền xích Các thơng số truyền xích Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp, dùng xích lăn Loại xích Số đĩa xích , Khoảng cách trục a= [ ] Kiểm nghiệm bền thỏa độ bền 𝑑 𝑑 𝑑 Đƣờng kính đĩa xích 𝑑 𝑑 = 158,08mm 𝑑 Xác định lực tác dụng lên trục: 24 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Theo (5.20), 4.3 Tính tốn thiết kế trục tang i Trục tang chủ động Chọn vật liệu chế tạo trục thép C35, chọn sơ ứng suất xoắn cho phép τ =20MPa - Tính sơ trục: Đƣờng kính trục tính theo cơng thức: √ 𝑑 [ ] Trong đó: Mz – mômen xoắn tác dụng lên trục: P – công suất cần thiết: P = 3,62 kW n = 60 vg/ phút √ 𝑑 [ ] Sơ chọn đƣờng kính trục d = 60 mm - Tính gần trục b t a Bt Hình 4.1 Kết cấu sơ trục lắp tang dẫn động Khoảng cách hai đầu trục là: 25 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY L = Bt + 2a + 2t + b = 650 + 2×25 + 2×50 + 90 = 890 mm Trong đó: a – khe hở tang ổ lăn, a = 25 mm; Bt – chiều dài tang trống: Bt = 650 mm; t – chiều dài trục lắp ổ, t = 50 mm; b – chiều dài trục lắp moay bánh xích, b = 90 mm Lực vòng tác dụng lên trục đƣợc tính theo cơng thức: Lực căng băng tác dụng lên trục Pc: Pc = Lực tổng cộng lực căng băng lực v ng coi nhƣ đặt trục ta có: F = Pc+Ft = 2470,89 N Lực truyền xích tác dụng lên trục tang Fr = N; Xác định đƣờng kính trục tiết diện nguy hiểm √ √ Trong đó: MtđB – momen tƣơng đƣơng B 𝑑 √ [ ] √ Vậy đƣờng kính trục ta chọn sơ thỏa 26 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Fr F 104 775 Fr 𝑍 𝑌 𝑋 F D B 𝑍 C RAX 𝑋 RDX 403411 Nmm 277024 Nmm My 576183 Nmm ii Tính trục bị động Do trục bị động chịu tác dụng lực căng băng trọng lƣợng phần tang nên chọn kết cấu trục bị động nhƣ trục chủ động kích thƣớc có kết cấu nhƣ hình dƣới: Hình 4.3 Kết cấu sơ trục lắp tang bị động Đƣờng kính sơ chọn : d = 55 mm Khoảng cách hai đầu trục là: L = Bt + 2a + 2t = 650 + 2×25 + 2×50 = 800 mm 27 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Trong đó: a – khe hở tang ổ lăn, a = 25 mm; Bt – chiều dài tang trống: Bt = 650 mm; t – chiều dài trục lắp ổ, t = 50 mm; Lực vịng tác dụng lên trục đƣợc tính theo công thức: Lực căng băng tác dụng lên trục Pc: Pc = Lực tổng cộng lực căng băng lực v ng coi nhƣ đặt trục ta có: F = Pc+Ft = 2470,89 N Xác định đƣờng kính trục tiết diện nguy hiểm √ √ Trong đó: MtđB – momen tƣơng đƣơng B 𝑑 √ [ ] √ Vậy đƣờng kính trục ta chọn sơ thỏa 28 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY F 800 𝑍 𝑌 𝑋 F C A 𝑍 B 𝑋 RDX RAX 494178 Nmm My 576183 Nmm Bảng 4.3 Thông số trục tang Các thông số trục tang chủ động tang bị động Tang chủ động Các thông số Tang bị động Vật liệu chế tạo trục Thép C35 Thép C35 Đƣờng kính trục d = 60 mm d = 55 mm Khoảng cách hai đầu trục L = 879 mm L = 800 mm Khe hở tang ổ lăn a = 25 mm a = 25 mm Chiều dài tang trống Bt = 650 mm Bt = 650 mm Chiều dài trục lắp ổ t = 50 mm t = 50 mm Chiều dài trục lắp moay bánh xích b = 79 mm _ 29 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 4.4 Chọn then cho trục tang chủ động - Then vị trí bánh xích Với đƣờng kính 𝑑 cao 𝑕 , ta chọn then có chiều rộng 𝑏 ; chiều sâu rãnh then trục then mayơ ; chiều ; chiều sâu rãnh Vật liệu then ta chọn thép C45 - Kiểm nghiệm then Với tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm với mối ghép độ bền dập (9.1) độ bền cắt theo (9.2) [𝑑 𝑕 ] [ ] [ ] [𝑑 𝑏] Kết tính tốn nhƣ sau, với d Chọn bxh T(Nmm) Theo bảng 9.5, với tải trọng tĩnh [ ] (MPa) 𝑎, [ ] (MPa) 𝑎 Vậy tất mối ghép then đảm bảo độ bền dập độ bền cắt 4.5 Kiểm nghiệm độ bền trục Với thép 45 chu kỳ ứng suất đối xứng ta có: 𝑎 𝑎 𝑎 4.6 Kiểm nghiệm độ bền trục tang chủ động Ta thấy, trục có mặt cắt nguy hiểm B nên ta kiểm nghiệm cho mặt cắt này: - Tính giá trị W Wo : + Tính W: + Tính Wo 30 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Do trục truyền, nên hệ số an tồn tính theo cơng thức [ ] √ Trong đó: + [s] - hệ số an toàn nằm khoảng 1,5  xác định theo công thức: + + + + 2,5 Tra bảng 10.3[4], ta suy ra: , Tra bảng 10.8[4], ta suy Tra bảng 10.4[4], Thấm carbon, ta suy ra: So trục quay, nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng: √ √ Thay vào cơng thức, tính đƣợc:  xác định theo cơng thức: + + + + Tra bảng 10.3[4], ta suy ra: Tra bảng 10.8[4], ta suy Tra bảng 10.4[4], Thấm carbon, ta suy ra: So trục quay, nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳđối xứng: Thay vào cơng thức, tính đƣợc: Thay vào cơng thức, tính đƣợc: √ √ Vậy hệ số an toàn s = 4,5 [ ] [ ] 31 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Tính tốn tương t ta có trục tang b động Đƣờng Thơng số W (mm3) kính trục Wo (mm3) Trục tang bị động Đƣờng kính d Trục II 4.7 Chọn ổ lăn Thiết kế ổ trục tang chủ động: Lực hƣớng tâm tác động lên ổ B: √ √ Lực hƣớng tâm tác động lên ổ D: √ √ Ta có: nên Vậy lựa chọn ổ bi đỡ dãy theo ổ B: Tải trọng tƣơng đƣơng ổ B 𝑋 𝑌 Hai lực dọc trục Fa1, Fa2 có chiều ng ƣợc bị triệt tiêu nên X = 1, Y = Hệ số Do vòng quay nên V = = 1( thiết bị vận hành không liên tục, nhiệt độ làm việc Chọn Ctt Tra bảng 6.11 sách “ Vẽ kỹ thuật khí – Lê Khánh Điền “ trang 182 Ta chọn ổ lăn tự lựa loại bích mặt đầu kí hiệu ổ UCF 210D1 với d =50 mm Đƣờng kính ổ Ký hiệu ổ d = 50 mm UCF 210D1 Tính tốn tƣơng tự ta có: Thiết kế ổ trục tang bị động: Ta chọn ổ lăn tự lựa loại bích mặt đầu kí hiệu ổ UCF 218D1 với d = 40 mm 33 Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Máy vận chuyển liên tục – Phạm Đức’ [2] Kỹ thuật nâng chuyển – Nguyễn Hồng Ngân, Nguyễn Danh Sơn’ Hướng dẫn thiết kế Hệ thống dẫn động hí – Trinh Chất, Lê Văn Uyển’ [4] ISO 113-1999_Rolling bearings-Plummer block housing-Boundary dimensions [5] Sức bền vật liệu – Đỗ Kiến Quốc’ 34 Tieu luan ... cầu băng tải Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống băng Tieu luan ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Trong đó: Động Hộp giảm tốc Băng tải Từ nguyên lý hoạt động hệ thống băng tải Ta có sơ đồ dẫn động sau: Hình 1.3 Sơ đồ. .. thống băng tải nâng hạ di động Trong đó: Động Dây đai Bánh đai nhỏ Con lăn đỡ nhánh có tải Khung sƣờn Máng vào tải Bánh đai lớn 10 Tang bị động Tang chủ động 11 Vít căng băng Xích truyền động. .. tiêu thiết kế Từ tìm hiểu băng tải, nguyên lý hoạt động nhƣ kết cấu băng tải Ta đặt mục tiêu thiết kế cho đồ án nhƣ sau:  Băng tải động  Hàng hóa tải: bao đƣờng (50kg) nhà máy  Có bánh xe gắn