Đồ án thiết kế hệ thống băng tải B800

Qua đồ án này sẽ giúp sinh viên nắm chắc những kiến thức đã đợc học và dần tiếp cận với công việc thực tế tính toán thiết kế các mỏy vận tải trong vận tải mỏ.. Việc đa các qui trình công

Lời nói đầu

Đồ án môn học MÁY VẬN TẢI là một đồ án chuyên ngành của ngành Máy

& Thiết bị mỏ Qua đồ án này sẽ giúp sinh viên nắm chắc những kiến thức đã đợc học và dần tiếp cận với công việc thực tế tính toán thiết kế các mỏy vận tải trong vận tải mỏ Trong đồ án môn học này em đã đợc giao nhiệm vụ tính toán thiết kế băng tải với các thông số:

- Năng suất yêu cầu: Q yc (t/h)=100

- Chiều dài làm việc: L(m)= 120

- Vận tải lên dốc: β(độ)= 100.

- Khối lợng riêng của vật liệu vận tải: γ(t/m 3 ) = 1,1

Đồ án đợc thực hiện với sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn

Hữu Việt Tuy nhiên do trình độ bản thân còn hạn chế nên trong quá trình tính

toán không tránh khỏi những sai sót, vì vậy em mong đợc sự chỉ bảo thêm của các thầy và những ý kiến đóng góp của các bạn để bản đồ án của em đợc hoàn thiện

hơn Qua đây em bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến PGS TS Nguyễn Hữu Việt

đã tận tình hớng dẫn để em có thể hoàn thành đợc đồ án môn học này.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà nội, tháng 11 năm 2013

Nguyễn Chí Tình

Chơng I Giới thiệu chung về băng tải

1.1 Chức năng nhiệm vụ và đặc tính kĩ thuật và lĩnh vực ứng dụng

Khoáng sản hữu ích, vật liệu xây dựng đang chiếm tỉ lệ quan trọng trong nềnkinh tế quốc dân Việc cơ giới hóa vận tải sẽ đảm bảo năng suất yêu cầu ngày càngtăng cao, giảm sức lao động cho công nhân vận tải Việc đa các qui trình công nghệmới, cơ giới hoá toàn bộ, đòi hỏi phải hoàn thiện các sơ đồ và các thiết bị vận tải, vềkết cấu các chề độ vận hành Muốn đợc nh vậy phải áp dụng chế độ vận tải liên tục

đảm bảo năng suất cao, chất lợng tốt Một trong những thiết bị đó là băng tải Băngtải là thiết bị vận tải liên tục có năng suất cao, đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiềunghành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp nỏ dùng để vận chuyển đất đá thải,khoáng sản hữu ích ( than, đá , quặng… ) vật liệu, chèn lò, các chi tiết cụm chi tiếtcủa các máy móc, thiết bị Trong các nhà máy cơ khí sản suất dây truyền để vậnchuyển các chi tiết bán thành phẩm Bên cạnh đó băng tải còn đợc ứng dụng trongcác dây truyền sản xuất xi măng hay còn ứng dụng vận chuyển hàng hoá tại các sânbay, cửa khẩu, nhà máy bánh kẹo… Trong các mỏ hầm lò băng tải đợc sử dụng trongcác lò vận tải chính và trong các giếng nghiêng Trong các đờng lò nối với lò chợngời ta cũng lắp đặt các băng tải bán cố định có kiết cấu thích hợp cho việc thay đổichiều dài liên tục hay định kỳ Đối với quặng cứng cần đập vỡ trớc khi vận chuyểnlên băng tải chỉ dùng trong các lò bằng, trong giếng nghiêng và trên mặt bằng mỏ Tiền đầu t các thiết bị băng tải lúc đầu không lớn lắm so với các thiết bị vận tảikhác dùng trong công nghiệp mỏ, giá thành vận tải tính theo tấn/ km rẻ hơn rấtnhiều so với ô tô trừ đờng sắt Ngày nay nhiều nớc trên thế giới có công nghiệp pháttriển đã tự thiết kế và chế tạo băng tải dùng hoặc xuất khẩu Trớc đây chúng ta vẫnthờng nhập băng tải của các nớc trên thế giới để dùng trong công nghiệp mỏ : LiênXô, Ba lan, Trung Quốc, Nhật Bản nhng trong giai đoạn hiện nay chúng ta đã chếtạo đợc băng tải có B =800 ữ 1000 mm, i =4-5 lớp

1.2 Giới thiệu kết cấu băng tải.

Băng tải gồm có trạm dẫn động, trạm kéo căng và hệ thống con lăn đỡ băng,tấm băng và hệ thống dỡ tải Băng tải có thể đặt và làm việc trên mặt phẳng nằmngang hay nghiêng Vật liệu trên băng tải đợc dỡ ra đầu cuối của hành trình bănghoặc giữa băng Lực kéo băng đợc truyền từ tang dẫn động bằng ma sát và lực kéo

đó phụ thuộc nhiều vào hệ số ma sát, góc ôm của băng với tang dẫn động và sứccằng ban đầu của băng Những thông số cơ bản của băng tải là năng suất , chiềurộng băng , tốc độ chuyển động băng và công suất động cơ Băng tải có các loại cố

định nửa cố định và di động

Băng tải sẽ thiết kế là băng tải cố định , Có năng suất yêu cầu Q= 100 t/h.chiêu dài băng tải L = 120 m, β =10o , γ = 1,1 t/m3

Hình 2- Trạm dẫn động

Trạm dẫn động của băng tải gồm tang dẫn động, hộp giảm tốc, khớp nối vàcơ cấu làm sạch băng Tất cả các bộ phận trên đây phục vụ cho mục đích dẫn độngbăng tải Trạm dẫn động hoạt động bằng cách trạm truyền lực kéo bằng ma sát vì sựnén băng vào tang dẫn động nhờ sức căng của nó

Hình3- Trạm kéo căng bằng đối trọng

Trạm kéo căng làm nhiệm vụ tạo ra lực căng ban đầu cần thiết để truyền lựckéo từ tang sang cho băng, hạn chế độ võng quá mức cho phép giữa hai hàng con lăntrên nhánh có tải, bù trừ độ giãn dài của băng tải trong quá trình làm việc

Hình 4- Tấm băng

Trong các bộ phận cấu thành băng tải thì tấm băng là một bộ phân chủ yếulàm nhiệm vụ kéo tải và đồng thời làm nhiệm vụ chứa đựng vật liệu vận tải

Hình 5- Hệ thống dỡ tải

1 Hệ thống dỡ tải

2 Tang dẫn động

1.3 Sơ đồ động học của máy

- Nguyên lí làm việc của băng tải cố định.

Dây băng 1 vòng qua các tang chủ động ở đầu 2 và tang kéo căng phía đuôi 3rồi đợc nối thành vòng kín Các con lăn nhánh có tải 5 và nhánh không tải 4 dùng để

đỡ dây băng, đợc lắp trên cả chiều dài băng tải Để tăng góc ôm trên tang chủ động (tăng khả năng kéo) ngời ta lắp thêm con lăn ép băng 7

Q

1,1

β

1 2

2

: k = 470v: Tốc độ chuyển động của băng , m/s

Ta chọn chiều rộng băng tiêu chuẩn với Btc > B

→ Vậy lấy sơ bộ chiều rộng băng tải B= 800 mmKiểm tra chiều rộng băng theo kích thớc cỡ hạt vật liệu:

Với vật liệu nguyên khai: B≥2,5.amax +200

Lấy amax =200(mm) là kích thớc lớn nhất của vật liệu vận tải ( than )

Theo [2] Năng suất thiết kế tính theo công thức

Qtt =3600.F.v.γ (t/h) (5)

Với v: Tốc độ chuyển của băng v = 1,6 (m/s)

γ: Khối lợng riêng vật liệu vận tải δ = 1,1 t/m3

 Năng suất thiết kế lớn hơn năng suất yêu cầu là hợp lý

2.1.3 Xác định khối lợng phân bố trên 1 mét chiều dài của băng

Căn cứ vào chiều rộng băng B= 800 mm, theo bảng 5.1 [ ]

162

2

ta chọn loại băng tải Б-820

- Khối lợng phân bố trên 1 mét vật liệu vận tải trên băng (q):

120

17, 43,6 3,6.1,6

Q q

n1: Số lớp vải trong băng , phụ thuộc vào chiều rộng băng B (m)

δ= 1 ữ 3 mm: Chiều dày mỗi lớp vải, chọn δ= 1,5 mm

γb = 1,1 t/m3 : Khối lợng riêng của vật liệu làm băng

Thay các số liệu vào (2) ta đợc:

'

' ' cl

l

G

q = (kg/m) (3)Khối lợng phân bố của phần quay con lăn trên nhánh không tải, kg/m

''

'' ''

500,9

cl

6,110,8

'' '' cl b

W = + ω cosβ−qb.sinβ].L.g (N) (6)Sức cản chuyển động trên nhánh có tải là:

.)

qqq[(

Wct = + b + 'cl ω' cosβ+(q+qb).sinβ].L.g (N) (7) Trong đó:

qb: Khối lợng 1m băng qb =13,2 kg/mq: Khối lợng phân bố trên một mét vật liệu vận tải , q= 17,4 kg/m

' cl

q : Khối lợng phần quay con lăn nhánh có tải trên 1(m) chiều dài

' cl

q = 50 kg/m

'' cl

q : Khối lợng phần quay con lăn nhánh không tải trên 1(m) chiềudài : q cl'' =6,11 kg/m

Theo bảng [ ]

191

2 : Ta lấy ω’ = ω’’ = 0,032 Thay các số liệu vào công thức (6), (7) ta đợc:

2.3 Tính toán và vẽ biểu đồ sức căng băng.

- Để tính toán sức căng băng ta dùng phơng pháp đuổi điểm

Smax : Lực căng lớn nhất kiểm tra sức bền

min

S : Lực căng nhỏ nhất để kiểm tra độ võng ,

r

S : Lực căng tại điểm ra khỏi tang đẫn động

St : Lực căng tại điểm tới tang dẫn độngTheo 5.3 [ ]

f

e : Nhân tố kéo tang chủ động e fα= 3,51Nhng ta có:

WW

.K

1,03.( 2001, 24) 9241.02

3006,843,51 1,03

min 2

S =S phải thỏa mãn điều kiện

S2> 5.( q + qb).g.l’.cosβ = 5 (17,4 + 13,2).1,3.9,81.cos10o = 1921,6 N

Lấy l’ = 1,3 tra bảng khi ɣ € 0,81 ữ 1,6, B =800 mm

Cú S2 = 1005,6 N < 1921,6 N cho nờn ta phải chọn lại:

Smax = Sr = S4≤ [ Sd ] =

n

p.n.B

103 1 d Trong đó:

pd = 550 N/mm Tra theo bảng 5.1

162

]2[

o

k.k.k.k

n

Khi chuyển động ổn định : no = 7

kol - hệ số kể trên sự làm việc không đều của các lớp vải trong băng lấy kol = 1

kmn - hệ số kể đến độ bền mối nối lấy kmn= 0,9

kpt - hệ số tính đến mức độ phức tạp của tuyến lấy kpt= 1

kchd - hệ số tính đến chế độ làm việc của băng lấy kchd = 0,95

n =

95,0.1.9,0.1

=> Vậy thoả mãn điều kiện bền đứt

2.4 Tính toán công suất và lựa chọn động cơ :

- Trạm dẫn động phải tạo ra lực kéo đủ lớn khắc phục tất cả sức cản chuyển độngcủa băng

- Do Wct > 0 , Wkt < 0 , W0 > 0 nên vị trí trạm dẫn động sẽ đợc đặt ở phía trên nhhình vẽ trên

Tổng công suất tính toán động cơ có trạm đẫn động do là Wo > 0 nên tính công suất

đợc tính theo công thức sau: Theo công thức 5.59

196

]2[

η.1000

v)

SS(.K

Ntt = dt t − r (KW) ( ** )Trong đó:

v = 1,6 m/s

dt

K : Hệ số dự trữ công suất

K=(1,1ữ1,15) Ta lấy K =1,1

η : Hiệu suất bộ chuyển động

Với tang hình trụ η=0,87ữ0,92

Ta lấy tang có η=0,92Thay vào phơng trình ( ** ):

Dt = k1.kc.n1 , mmTrong đó:

k1 : Hệ số phụ thuộc chủng loại lớp vải , lấy k1 = 125

kc : Hệ số phụ thuộc công dụng của tang , lấy kc = 1 trạm dẫn

động một tang

n1 : Số lớp vải trong băng , n1 = 6 Vậy ta tính đợc :

Dt = 125.1.6 = 750mmLấy theo tiêu chuẩn kích thớc đờng kính tang: Dt = 800 mm

- Đờng kính tang đợc kiểm tra theo áp suất do băng tác dụng lên bề mặt tang pb

Theo công thức 5.23

177

]2[

Pb = (S S )

BD

360

r t t

+

360

.(11220, 24 3922,84) 0,012240.3,14.800.800 + =

Pb = 0,032 Mpa < 0,2 ữ 0,3 Mpa Vậy thoả mãn điều kiện áp suất

kdt : Hệ số dự trữ tính đến tổn thất cha kể đến, lấy kdt = 1,15

W = (St - Sr) = (11220,24 – 3922,84) = 7297,4 N : Lực vòng trên tang dẫn

động

Vậy ta tính đợc :

Mx = 0,5.1,15.7297,4.800 = 3,36.106 , Nmm

2.6: Tính kiểm tra chiều dài băng tải theo công suất đã chọn

-Ta kiểm tra chiều dài băng tải theo công thức [ ]

581 :

’

1000 .η .[( 2 b cl cl) .cosβ sin β]

N L

K v g q q q q ω q

=

N : Công suất động cơ, ta chọn động cơ cho tang dẫn động với N =22 kw

η : hiệu suất động cơ η = 0,85

k = 0,95 : hệ số tớnh đến chế độ làm việc của băng

ω’ = 0,032 : hệ số sức cản chuyển động trờn nhỏnh cú tải và khụng tải

β = 10o gúc nghiờng

qvl = 17,4 kg/m khối lượng vất liệu trờn 1 m băng chiều dài

qb = 13,2 kg/m khối lượng 1 m băng

Vậy với chiều dài làm việc là L = 120m thì công suất lắp đặt đủ đáp ứng yêu cầu

2.7 Tính chọn bộ truyền động trung gian

→ ntg =

t

tg

D

v.60

60.1, 6π.0,8 = 38,22 vg/ph

Tỷ số truyền của hộp giảm tốc , i :

38, 22 =

Theo tài liệu

26

]4[ :

Từ tỷ số truyền trên ta chọn loai hộp giảm tốc bánh răng trụ Sơ đồ hộp giảm tốc

nh sau:

- Công suất trục ra của hộp giảm tốc :

Ntr = Nđc ηkn.ηđ.2ηbr.Trong đó:

Nđc : Công suất động cơ , Nđc = 22 kW

ηkn : Hiệu suât khớp nối , chọn loai khơp nối có ηkn = 0,99

ηbr : Hiệu suất bộ truyền bánh răng , lấy ηbr = 2.0,98

ηđ : Hiệu suất bộ truyền đai , lấy ηđ = 0,98Vậy ta tính đợc công suất trục ra của hộp giảm tốc:

Ntr = 22.0,98.0,99 0,982 = 20,5 kW

- Mômen xoắn trên trục ra của hộp giảm tốc :

Mx =

tg tr 6

n

N.10.55,9

= 9,55.10 20,56 5

51.10

38, 22 = , Nmm

- Đờng kính trục ra của hộp giảm tốc :

Theo tài liệu

114

]3[ ta có:

dtr 3

x

x

].[

2,0

Mτ

- Khớp nối :

•Khớp nối đợc tính toán theo mômen xoắn :

Mônmen xoắn trên trục động cơ: Theo công thức 9-1

221

]3[

= 9,55.106.1, 2.22

1450 =0,17.106 N/mm( K hệ số tải trọng động , theo bảng 9-1

222

]3[ )

Mt = 0,17.106 NmmVậy từ Mt theo tài liệu

11

]4[ Chọn loại khớp nối chữ thập ( chỳ ý : khi cần nhả khớp ở khớp nối chữ nhật khụng cú sự dịch chuyển 2 trục, thỡ 1 đầu trục khụng được mài quỏ tạo ra khe hở,dõy độ rơ ngang đầu trục do khụng được mài nhọn ) -Chọn phanh 2 mỏ điện từ thủy lực

- Chọn khớp nối là khớp nối đàn hồi.: là khớp nối cú sử dụng vũng , đệm đàn hồi ( vật liệ u bằng cao su) Vũng cú tỏc dụng lựa theo sai lệch vị trớ của trục để truyền chuyển động Đệm đàn hồi cú tỏc dụng bự sai lẹch của trục + khả năng giảm chấn đột ngột từ trục này sang trục kia

- Chọn phanh 2 mỏ điện từ thủy lực cú đường kớnh phanh Dph = Dkn

2.8 Tính toán cơ cấu kéo băng tải

- Trong quá trình làm việc, băng bị giãn dài và trùng lại làm cho độ võng giữa haigiá đỡ con lăn vợt quá giới hạn cho phép , gây sức cản phụ khi băng đi qua các conlăn , làm giảm sức căng ban đầu của băng tại thời điểm rời tang dẫn động gây rahiện tợng trợt băng trên tang

- Để khắc phục hiện tợng trên, ta lắp đặt trạm kéo căng Trạm kéo căng làm nhiệm

vụ tạo ra lực căng ban đầu cần thiết để truyền lực kéo từ tang sang cho băng, hạnchế độ võng quá mức cho phép giữa hai hàng con lăn trên nhánh có tải, bù trừ độgiãn dài của băng tải trong quá trình làm việc

Trạm kéo căng phải đảm bảo:

•Chiều dài hành trình kéo căng của băng

- Vì sức căng tại điểm 2 là nhỏ nhất nên ta bố trí thiết bị kéo căng tại điểm 2

Dựa vào sơ đồ kết cấu trong át lát

Vì sơ đồ băng có bốn điểm nên lực cần kéo căng ở đuôi băng tính theo công thức:

mđt =

pl pl

kc

.i

g

F

η , kgTrong đó :

Fkc : Lực kéo căng cần thiết, Fkc = P

ηpl : Hiệu suất palăng lấy ηpl = 0,95

ipl : Bội suất palăng lấy ipl = 1

g : gia tốc trọng trờng, lấy g = 9,81 m/s2

mđt = 3842 412, 25

9,81.1.0,95= kg => Với gần 413 kg thỡ ta cú thể lấy 10 phiến gang làm đối trọng ( với mỗiphiến nặng 50kg )

- Chọn khoảng cách giữa hai đờng ray :

mm B

L.( Stb’ + Stb’’)

∆L =

th

l

S.2

L.ε.( Stb’ + Stb’’) , m Trong đó :

Eo : Độ cứng của băng , N

L : Chiều dài làm việc của băng , L = 120 m

εl : Độ giãn dài tơng đối của băng lấy theo tiêu chuẩn, băng cao su εl = 0,015

Stb’ , Stb’’: Sức căng trung bình nhánh có tải và nhánh không tải

• Đờng kính trục tang đợc tính nh sau:

Theo tài liệu

114

]II[ ta có:

dtr 3

x

tg

].[

2,0

Mτ

2,0

Mτ

≥ = 3 3,36.10 6

0, 2.20 = 94,35 mm Lấy theo tiêu chuẩn : dtr = 100 mm

• Bề rộng tang : Bt = 950 mm

• Chiều dài trục tang :

Theo tài liệu [ ]

324 chọn sơ bộ theo Bt :

L = 1989 mm

• Các lực tác dụng vào trục tang :

Mômen xoắn trên trục ra của hộp giảm tốc tác dụng lên :

Mx = 51.105 , NmmLực vòng tác dụng vào trục tang :

P = St -Sr = 11220, 24 3922,84− = 7297,4 N

→ P1 = P2 =

2

P = 3648,7 NLực uốn do trọng lợng bản thân của tang dẫn :

→ Pu = 92,8 7,852 = 728,6 kg = 7148 N

→ P1’ = P2’ = Pu / 2 = 3574 N

- Tính phản lực trên gối đỡ :

∑M x (A) = P1 120 + P2.950 - RBx1070 = 0 (1)

∑M y (A) = P1’.120 + P2’.950 - RBy.1070 =0 (2)

∑F x = RAx - P1 - P2 +RBX = 0 (3)

∑F y = RAy - P1’ - P2’ + RBY = 0 (4)-Từ (1) và (2) ta tìm đợc :

Bản vẽ biểu đồ nội lực trục tang.

• Xét mômen tại các tiết diện nguy hiểm để kiểm nghiệm tang :

Xét bên trái tiết diện I-I nơi có mômen nguy hiểm:

• Tiết diện I-I:

= (6,12.10 )5 2+0,75.(51.10 )5 2 = 4,5.106 N/mm2

→ d1I≥ 3 td

].[

1,0

M

σ =

6

3 4,5.100,1.20 = 130 mm Xuất phát từ yêu cầu về độ bền lắp ghép, công nghệ ta chọn đờng kính các đoạn trục nh sau :

∗Đờng kính chỗ lắp tang : d1I = 140 mm

∗Đờng kính chỗ lắp ổ lăn : d1I =d1o = 135 mm

∗Đờng kính chỗ lắp khớp nối : dkn= 130 mm

• Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

- Do tác dụng của ứng suất uốn và ứng suất xoắn nên trục bị hỏng do mỏi vìvậy phải kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi theo hệ số an toàn

- Theo công thức 7.5

104

]III[ :

nn

n.n

τ σ

τ σ

m a

1

k

σψσε

σ

σ σβ

m a

1

k

τψτε

τ

τ τβ

σ-1=(0,4 ữ 0,5 ).σb =0,45 600 = 270

τ-1 =(0,2 ữ 0,3) σb =0,25 600 = 150

+ Hệ số ảnh hởng ứng suất trung bình độ bền mỏi ψσ, ψτ Vật liệu làm trục bằng thép cácbon C45 : ψσ = 0,15 ψτ =0,12

+ Hệ số ảnh hởng của kích thớc, tiết diện trục tới độ bền mỏi:

εσ = 0,78 ετ = 0,67 + Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn ( kσ ,kτ )

kσ = 1,75 ; kτ = 1,50 + Trục không đợc tăng độ bền nên β = 1 + Môn men chống uốn W =

5 3

6,12.10

2, 2π.140

1 51.10.π.1402

1

k

σψσε

σ

σ σβ

.2, 2 0,15.2, 20,78

=+

nτ =

m a

1

k

τψτε

τ

τ τβ

.4,7 0,12.4,70,67

Dùng cơ cấu làm sạch băng là thanh gạt co ép 2 tấm cao su hai bên

Cơ cấu lắp băng là :một đầu đơc lắp bản lề và một đầu đợc gắn vớ lò so có thể điều chỉnh đợc

Kết Luận:

Đánh giá sơ bộ băng tải