TÍNH CH ỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ XÁC ĐỊ NH THÔNG S Ố ĐẦ U VÀO CHO CÁC B Ộ TRUY Ề N
Ch ọn động cơ điệ n
Chọn động cơ điện được tiến hành theo các bước sau:
- Tính công suất cần thiết của động cơ;
- Xác định số vòng quay của động cơ và chọn động cơ;
- Kiểm tra điều kiện mở máy và quá tải để chọn động cơ phù hợp yêu cầu thiết kế
1.2.1 Tính công suất cần thiết của động cơ Động cơ điện được tiêu chuẩn hóa và sản xuất hàng loạt Các thông số cơ bản của động cơ điện được cho trong phụ lục P1 Khi tính toán thiết kế phải chọn động cơ điện theo tiêu chuẩn với 3 điều kiện sau:
1) Động cơ khi làm việc dài hạn không bị quá nóng, đảm bảo nhiệt độ động cơ nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ cho phép
2) Động cơ có thể thắng sức cản ban đầu để khởi động được
3) Động cơ có thể làm việc quá tải trong thời gian ngắn (một vài giây) Động cơ điện được chọn theo điều kiện 1 và kiểm nghiệm lại theo điều kiện
Theo điều kiện 1 thì công suất động cơ phải thỏa mãn: ®t®c ®c
N N (1.1) trong đó: N đtđc là công suất đẳng trị trên trục động cơ được xác định theo điều kiện nhiệt, N đc là công suất định mức của động cơ
Gọi N đtbt là công suất đẳng trị trên trục của băng tải, ta có:
N N (1.2) với ht là hiệu suất hệ thống và N đtbt được xác định theo công thức sau: ®tbt
Trong bài viết này, chúng ta xem xét các thông số liên quan đến công suất làm việc của băng tải Cụ thể, N0 và t0 đại diện cho công suất và thời gian làm việc trong chế độ mở máy và quá tải, trong khi N1 và t1 thể hiện công suất và thời gian làm việc ở chế độ đủ tải Cuối cùng, N2 và t2 phản ánh công suất và thời gian làm việc trong chế độ non tải Do thời gian mở máy và quá tải rất ngắn (thường chỉ từ 2 đến 3 giây), nên có thể coi t0 gần bằng 0 và không ảnh hưởng đáng kể đến Nđtbt.
Với đề bài không cho công suất làm việc của băng tải mà cho lực vòng thì:
N Fv (1.4) ở đây F (N) là lực vòng trên băng tải, v (m/s) là vận tốc vòng của băng tải
Công suất trên trục băng tải ở chế độ non tải:
N 2 =K nt N 1 (1.5) với K nt là hệ số non tải
Hiệu suất của hệ thống dẫn động phụ thuộc vào sơ đồ dẫn động trong đề đồ án Để xác định hiệu suất toàn hệ thống, cần xem xét các yếu tố liên quan đến thiết kế và hoạt động của nó.
(1.6) với η i là hiệu suất của tất cả các bộ phận trong hệ thống, lấy theo bảng 1.1
Bảng 1.1 Trị số hiệu suất của các bộ truyền, ổ, khớp nối
Bộ truyền bánh răng trụ brt 0,96 0,98
Bộ truyền bánh răng côn brc 0,95 0,97
Bộ truyền trục vít TV 0,70 0,75
Một khớp nối ống – chốt đàn hồi K 0,995 1
Theo phụ lục P1.1 đến P1.3, cần chọn động cơ có giá trị N lớn hơn gần nhất so với giá trị N đtđc đã xác định, nhằm tránh lãng phí công suất động cơ.
1.2.2 Xác định số vòng quay của động cơ
Khi lựa chọn động cơ với công suất định mức 4 kW, cần lưu ý rằng có nhiều loại động cơ với tốc độ khác nhau Cụ thể, có bốn loại động cơ có thể được chọn, bao gồm: động cơ 3K112M2 với tốc độ 90 vòng/phút, động cơ 3K112M4 với tốc độ 1440 vòng/phút, động cơ 3K132Ma6 với tốc độ 5 vòng/phút và động cơ 3K160Sa8 với tốc độ 0 vòng/phút.
Khi lựa chọn động cơ, cần cân nhắc giữa tốc độ và chi phí Động cơ có tốc độ nhỏ thường có giá thành cao và kích thước, khối lượng lớn, nhưng các bộ truyền trong hệ thống dẫn động lại nhỏ gọn Ngược lại, động cơ tốc độ lớn có giá rẻ hơn, kích thước và khối lượng nhỏ hơn, nhưng lại làm tăng chi phí và kích thước của các bộ truyền do tỷ số truyền lớn Trong trường hợp hệ thống dẫn động sử dụng bộ truyền trục vít - bánh vít hoặc có từ ba bộ truyền trở lên, có thể lựa chọn động cơ điện tốc độ cao Tuy nhiên, nếu hệ thống dẫn động có ít bộ truyền hoặc sử dụng bộ truyền với tỷ số truyền nhỏ, cần chọn động cơ có tốc độ thấp hơn Để xác định tốc độ quay hợp lý cho động cơ, trong thiết kế nên sử dụng công thức n sb = n lv u ht.
- n lv (vòng/phút) là tốc độ quay của trục công tác (trục băng tải, trục xích tải, trục thùng trộn…):
Nếu trục công tác là trục băng tải, công thức tính tốc độ là n lv = n bt = 60000 / (v πD) Ngược lại, nếu trục công tác là trục xích tải, công thức sẽ là n lv = n xt = 60000 / (v zP x) Trong đó, v (m/s) là tốc độ của băng tải hoặc xích tải, D (mm) là đường kính tang quay, z là số răng của đĩa xích tải, và P x (mm) là bước của xích tải.
Tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động (u ht) được tính bằng tích tỷ số truyền của các bộ truyền trong hệ thống, theo công thức: u ht = u 1 u 2 u 3 … (1.9) Trong đó, u 1, u 2, u 3, là tỷ số truyền của từng bộ truyền cụ thể Để chọn tỷ số truyền cho các bộ truyền, bạn có thể tham khảo bảng 1.2.
Bảng 1.2 Tỷ số truyền nên dùng cho các bộ truyền
Loại bộ truyền Tỷ số truyền u
Bộ truyền bánh răng trụ:
Bộ truyền bánh răng côn:
+ Hộp giảm tốc côn – trụ 2 cấp 2…4
+ Hộp giảm tốc 2 cấp trục vít – bánh răng hay bánh răng – trục vít 10…40
+ Không có bánh căng đai
Khi chọn sơ bộ tỷ số truyền cho các bộ truyền cần chú ý:
- Do đường kính bánh đai của bộ truyền đai được tiêu chuẩn hóa nên chọn tỷ số truyền của bộ truyền đai theo dãy số tiêu chuẩn sau:
Tỷ số truyền của các bộ truyền được lựa chọn để đảm bảo rằng số vòng quay sơ bộ của động cơ gần bằng số vòng quay đồng bộ, cụ thể là 750, 1000, 1500 hoặc 3000 vòng/phút.
Sau khi có được sốvòng quay sơ bộ theo (1.7) thì chọn số vòng quay động cơ xấp xỉ bằng số vòng quay sơ bộ (tra phụ lục P1.1, P1.2, P1.3): n đc ≈n sb (1.10)
Để chọn động cơ với số vòng quay hợp lý, cần phân tích các yếu tố quan trọng nhằm xác định tỷ số truyền của các bộ truyền một cách chính xác.
1.2.3 Kiểm nghiệm động cơ Để khẳng định động cơ đã chọn là động cơ dùng được cho hệ thống thì phải kiểm nghiệm điều kiện mở máy khi khởi động và điều kiện quá tải ngắn hạn trong quá trình làm việc
Kiểm tra điều kiện mở máy Để mở máy được, thì phải thỏa mãn điều kiện:
- T mm là mômen cản của hệ thống tác động lên trục của động cơ khi ấn nút mở máy (khởi động): mm bt mm ht ht
(1.12) với: T bt là mômen trên trục băng tải ở chế độ đủ tải: bt 2
- K mm là hệ số cản ban đầu được đưa vào để kểđến sựtăng mômen cản trên trục động cơ khi mở máy (K mm được chọn trong đềđồ án)
- T K là mômen cản động cơ khi mở máy (khởi động):
(1.14) với T dn là mômen của động cơ khi làm việc ở chếđộ định mức, còn gọi là mômen danh nghĩa:
Công suất danh nghĩa (N đc) của động cơ được đo bằng kilowatt (kW), trong khi tốc độ quay danh nghĩa (n đc) được tính bằng vòng/phút Tỷ số K dn phản ánh mối quan hệ giữa công suất và tốc độ quay của động cơ.
được cho trong bảng số liệu của động cơ
Kiểm tra điều kiện quá tải Điều kiện quá tải trong thời gian gian ngắn của động cơ là: qt cp
- T qt là mômen tải tác động lên trục của động cơ khi quá tải: qt bt qt ht ht
(1.17) với K qt là hệ số quá tải, được đưa vào để kể đến sự tăng mômen truyền khi quá tải; T bt là mômen trên băng tải
Mômen cực đại (T cp) là giá trị lớn nhất cho phép động cơ hoạt động trong tình trạng quá tải mà không bị ngắt Theo thông tin ở mục 1.1, điều kiện cần thiết là T qt ≤ T cp, với T cp = s T max, trong đó hệ số an toàn [s] thường được lấy là 0,81.
Để chọn động cơ phù hợp, cần tham khảo bảng số liệu trong phụ lục P1.1, P1.2 và P1.3 Nếu các điều kiện tại (1.11) và (1.16) không được thỏa mãn đồng thời, cần phải lựa chọn lại động cơ theo điều kiện (1.1) và kiểm tra lại các điều kiện (1.11) và (1.16) Khi cả ba điều kiện (1.1), (1.11) và (1.16) đều được thỏa mãn, việc chọn động cơ sẽ được chấp nhận.
Xác định tỷ số truyền cho các bộ truyền, tốc độ quay, công suất và mômen
1.3.1 Xác định tỷ số truyền cho các bộ truyền
Sau khi chọn được số vòng quay của động cơ thì tỷ số truyền chung của hệ thống được xác đinh theo công thức:
Tỷ số truyền chung của hệ thống được xác định dựa trên n lv theo công thức (1.8a) hoặc (1.8b) Để đảm bảo tính chính xác, tích các tỷ số truyền của các bộ truyền phải bằng tỷ số truyền chung của hệ thống, như đã nêu trong công thức (1.9).
Khi phân tỷ số truyền cho các bộ truyền cần chú ý:
- Tỷ số truyền của bộ truyền đai nên chọn theo dãy số tiêu chuẩn
- Với các hệ thống có 3 bộ truyền trong đó có hộp giảm tốc bánh răng 1 cấp,
1 bộ truyền đai, 1 bộ truyền xích để giảm kích thước cho hệ thống thì nên lấy: u đai