thiết kế hệ thông băng tải ống

Công việc này đã được băng tải đảm nhận từ rất sớm, tuy nhiên để có thể vận chuyển được vật liệu trên những quãng đường không thẳng khá xa, ở những độ cao khác nhau và bảo đảm việc vận c

VÍ DỤ BÀI TOÁN THIẾT KẾ DO SINH VIÊN

KHOA CƠ KHÍ THỰC HIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

Bộ Môn CSTKM

Khoa: Cơ Khí BÀI TẬP LỚN

-oOo - MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KỸ THUẬT TÊN ĐỀ TÀI: Sinh viên thực hiện 1: MSSV:

Sinh viên thực hiện 2: MSSV:

Sinh viên thực hiện 3: MSSV:

Ngày nộp:

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN:

Thiết kế một sản phẩm cơ khí thực hiện một chức năng cụ thể bao gồm các nội dung và lịch trình sau:

3,4 Phân tích nhiệm vụ thiết kế:

Mô tả nhóm thiết kế Phát biểu bài toán thiết kế

5 Lập kế hoạch thực hiện:

Các bước tiến hành thiết kế Sử dụng biểu đồ thanh lập lịch trình thiết kế

6 Xác định các yêu cầu kỹ thuật của bài toán thiết kế:

Xác định yêu cầu khách hàng Sử dụng ‘ngôi nhà chất lượng’ (phương pháp QFD) xác định yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

7,8 Đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế:

Tham khảo các thiết kế liên quan Đưa ra các phương án thiết kế 9,10 Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế:

Đưa ra các ma trận quyết định (đánh giá) Lựa chọn một ý tưởng để triển khai thiết kế

TUẦN THỨ NỘI DUNG

11,12 Tính toán thiết kế sản phẩm:

Tính toán thiết kế chi tiết các bộ phận Thiết kế hình dáng kết cấu của các chi tiết Bản vẽ chung

Bản vẽ lắp, bảng kê chi tiết Bản vẽ chi tiết

13 Đánh giá sản phẩm (theo các chỉ tiêu sau):

Khả năng làm việc Giá thành sản phẩm Khả năng chế tạo Khả năng lắp ráp Độ tin cậy Khả năng thử nghiệm bảo trì Khả năng bảo vệ môi trường

14 Viết thuyết minh và báo cáo:

Thuyết minh có tờ nhiệm vụ, trình bày như một báo cáo kỹ thuật Báo cáo tóm tắt dưới dạng Powerpoint

15 Nộp bài

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Chữ ký: Bảng kiểm tra tiến độ thực hiện:

Tên SV T.3 T.4 T.5 T.6 T.7 T.8 T.9 T.10 T.11 T.12 T.13 T.14 T.15

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU

1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Thành lập nhóm thiết kế

1.2 Phát biểu bài toán thiết kế

2 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN – BIỂU ĐỒ THANH

3 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT BÀI TOÁN

4.2.1 Mô tả kết cấu 4.2.2 Mô tả hoạt động 4.2.3 Đánh giá ưu nhược điểm

5 ĐÁNH GIÁ Ý TƯỞNG, CHỌN RA PHƯƠNG PHÁP

THIẾT KẾ

6 THIẾT KẾ SẢN PHẨM

6.1 Tính toán động học và động lực học

6.2 Quy trình tính toán thiết kế

6.2.1 Tính toán băng tải 6.2.2 Thiết kế hệ thống truyền động

7 MÔ PHỎNG SẢN PHẨM THIẾT KẾ

7.1 Sơ đồ hệ thống

7.1.1 Sơ đồ hệ thống 2D

7.1.2 Sơ đồ hệ thống 3D 7.2 Các bản vẽ cụm chi tiết

7.2.1 Các bản vẽ cụm chi tiết 2D 7.2.2 Các bản vẽ cụm chi tiết 3D 7.3 Mô tả hệ thống

7.3.1 Mô tả lắp ráp 7.3.2 Mô tả hoạt động

8 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Lời nói đầu

Sự phát triển của công nghiệp đòi hỏi phải có những sáng tạo và cải tiến kỹ thuật không ngừng Bên cạnh đó những yêu cầu về bảo vệ môi trường và sinh thái lại đòi hỏi rằng sáng tạo kỹ thuật ấy không chỉ có hiệu quả kinh tế, hiệu quả sản xuất mà còn phải ít ô nhiễm

Vận chuyển nguyên vật liệu là một khâu không thể thiếu trong tất cả các qui trình sản xuất mà đặc biệt là những ngành như hóa chất, xi măng Công việc này đã được băng tải đảm nhận từ rất sớm, tuy nhiên để có thể vận chuyển được vật liệu trên những quãng đường không thẳng khá xa, ở những độ cao khác nhau và bảo đảm việc vận chuyển không gây ô nhiễm môi trường thì băng tải ống chính là một trong những sản phẩm đáp ứng được yêu cầu đó

Đề tài “Thiết kế hệ thống băng tải ống” do nhóm thực hiện sẽ áp dụng các bước của quá trình thiết kế cũng như sử dụng các công cụ được trình bày trong môn học Phương pháp thiết kế kỹ thuật để đưa ra một thiết kế có chất lượng của hệ thống băng tải ống

Xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Thanh Nam đã giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tập lớn này.

1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Thành lập nhóm thiết kế

Để phù hợp với công việc được giao và thuận tiện cho công việc thiết kế, nhóm của chúng tôi đã tiến hành trắc nghiệm tính cách của các thành viên trong nhóm Sau đây xin giới thiệu về các thành viên trong nhóm và đặc điểm tính cách của mỗi người:

Sinh viên thực hiện 1: NGUYỄN VĂN A

Sở thích: thể thao, đọc sách, âm nhạc

Tính cách: Sống nội tâm, biết lắng nghe, xem xét vấn đề

dưới nhiều góc độ rồi mới phát biểu ý kiến; có cách suy nghĩ theo lý thuyết; dè dặt, khó ra quyết định

Sinh viên thực hiện 2: HỒ VĂN B

Sở thích: thể thao, âm nhạc, công nghệ thông tin, tìm hiểu về xe hơi

Tính cách: Sống nội tâm, thích độc lập giải quyết công việc; có cách suy nghĩ theo lý thuyết, có tính khách quan khi ra quyết định; quyết đoán, thường làm việc có kế hoạch, kiểm soát kỹ càng

Sinh viên thực hiện 3: TRẦN ĐÌNH C

Sở thích: thể thao, đọc sách

Tính cách: Sống nội tâm, biết lắng nghe, suy nghĩ rồi mới

phát biểu; có cách suy nghĩ thực tế, dựa vào hoàn cảnh cụ thể; có tính khách quan; quyết đoán, dễ dàng ra quyết định

Sinh viên thực hiện 4: BÙI VĂN D

Sở thích: đọc sách, du lịch

Tính cách: Là người chính chắn tự tin, đáng tin cậy có khả

năng làm rõ mục tiêu và triển khai các quyết định

Sinh viên thực hiện 5: NGUYỄN HỮU E

Sở thích: thể thao, chơi cờ

Tính cách: Là người giàu ý tưởng, năng động thẳng thắn, quyết đoán, thường sắp đặt công việc hợp lý, đưa ra những quyết định khách quan

Sinh viên thực hiện 6: MAI THANH G

Sở thích: âm nhạc, vi tính

Tính cách: Là người biến ý tưởng thành công việc thực tế,

Rất quả quyết, có kỷ luật và hiệu quả, thường lo lắng về tiến độ công việc

Để nhóm làm việc c ù hiệu q ả thì cần c ù 8 v i tr ø mỗi ng ời đảm nhận ít nhất 1 v i tr ø) Sau khi xem xét kỹ tính cách của từng cá nhân và khả năng cụ thể của từng người, nhóm chúng tôi quyết định phân công vai trò như sau:

1 Người điều phối: D

2 Người lập kế hoạch: G

3 Người phát kiến: E

4 Người đánh giá: C

5 Người khám phá: B

6 Người làm việc: G

7 Người chăm sóc nhóm: A

8 Người kết thúc công việc: D

1.2 Phát biểu bài toán thiết kế

Băng tải là một dạng của máy nâng chuyển, được phổ biến trong nền công nghiệp thế giới đã hơn 20 năm và ngày càng phát triển do các ưu điểm nổi bật của nó về năng suất, thời gian và tính hiệu quả Hệ thống băng tải ống là bước đột phá trong kỹ thuật vận chuyển băng tải Việc vận chuyển vật liệu trên một băng tải khép kín đã khẳng định ưu thế trước các băng tải thông thường với các

ưu điểm nổi bật như: Có khả năng vận chuyển xa, linh hoạt trong các địa hình mà các loại băng tải truyền thống bị giới hạn như uốn cong, dốc…; Bảo vệ, không làm hao phí vật liệu trước các điều kiện của thời tiết và không làm ô nhiễm môi trường xung quanh; Thiết kế nhỏ gọn, chiếm ít diện tích lắp đặt và có thể đi qua các địa hình cong, hẹp nhờ băng tải được cuộn tròn khi di chuyển…

Khảo sát khách hàng tại các khu công nghiệp, nhóm thiết kế nhận được nhu cầu của khách hàng cần có một hệ thống băng tải vận chuyển xi măng trong nhà máy với yêu cầu về việc cách ly chất tải khỏi tác động của môi trường, phù hợp với địa hình phức tạp,

hoàn cảnh về chiều dài, chiều cao, các góc cong… mà những băng tải thường không thực hiện được Nhóm thiết kế nghĩ đến giải pháp hệ thống băng tải ống và bắt tay vào thiết kế, chế tạo hệ thống băng tải ống vận chuyển xi măng rời

2 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN – BIỂU ĐỒ THANH

Một nhóm thiết kế gồm 6 người cùng thực hiện dự án Nhóm lớn chia thành 3 nhóm nhỏ thực hiện 3 mảng công việc khác nhau nhưng có sự thống nhất với nhau Cụ thể như sau:

Nguyễn Văn A & Nguyễn Hữu E: nhóm 1

Hồ Văn B & Bùi Văn D: nhóm 2

Trần Đình C & Mai Thanh G: nhóm 3

- Nhiệm vụ 1: Lập kế hoạch

+ Công việc: Xác định các công việc phải thực hiện, nguồn nhân lực, đưa ra lịch trình thiết kế

+ Nhân lực: nhóm 3

+ Thời gian: 2 tuần

- Nhiệm vụ 2: Xác định nhu cầu khách hàng

+ Công việc: Gặp gỡ khách hàng, thực hiện thăm dò nhu cầu tại 10 nhà máy và khu chế xuất có sử dụng các băng tải vận chuyển vật liệu rời

+ Nhân lực: nhóm 2

+ Thời gian: 2 tuần

- Nhiệm vụ 3: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

+ Công việc: Phân tích những nhu cầu khách hàng thu thập được thành những yêu cầu rõ ràng, cụ thể và cô đọng, sẵn sàng cho việc biên dịch sang các thông số kỹ thuật có thể đo lường được

+ Nhân lực: nhóm 1

+ Thời gian: 2 tuần

- Nhiệm vụ 4: Xác định yêu cầu kỹ thuật

+ Công việc: Sử dụng phương pháp QFD và ngôi nhà chất lượng để xác định các yêu cầu kỹ thuật từ các yêu cầu khách hàng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên

thị trường

+ Nhân lực: 3 nhóm

+ Thời gian: 2 tuần

- Nhiệm vụ 5: Đưa ra ý tưởng thiết kế

+ Công việc: Phân tích các chức năng thành các chức năng con, cốt lõi; tham khảo các thiết kế liên quan; đưa ra ý tưởng cho từng chức năng con và tổng hợp thành các ý tưởng chung cho sản phẩm thiết kế

+ Nhân lực: 3 nhóm

+ Thời gian: 2 tuần

- Nhiệm vụ 6: Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế

+ Công việc: Sử dụng ma trận quyết định để lựa chọn một ý tưởng để thiết kế

+ Nhân lực: 3 nhóm

+ Thời gian: 2 tuần

- Nhiệm vụ 7: Tính toán thiết kế sản phẩm

+ Công việc: Tính toán thiết kế chi tiết các bộ phận, thiết kế hình dáng kết cấu của các chi tiết, xây dựng các bản vẽ, mô hình hệ thống

+ Nhân lực: Nhóm 1: Thực hiện việc tính toán lý thuyết các thông số chủ yếu của băng tải ống Nhóm 2: Lập chương trình tính toán bằng máy tính để thực hiện tính toán số một cách tổng quát cho các công thức mà nhóm một đã thực hiện được Nhóm 3: Mô phỏng mô hình trong điều kiện làm việc với các lý thuyết đã cho và công thức tính được

+ Thời gian: 5 tuần

- Nhiệm vụ 8: Đánh giá sản phẩm

+ Công việc: Đánh giá khả năng làm việc, khả năng chế tạo của sản phẩm thông qua mô hình hệ thống và các bộ phận; đánh giá các chỉ tiêu khác

+ Nhân lực: 3 nhóm

+ Thời gian: 2 tuần

- Nhiệm vụ 9: Viết thuyết minh và báo cáo

+ Công việc: Viết báo cáo kỹ thuật, thực hiện báo cáo thuyết trình cho dự án

+ Nhân lực: nhóm 3

+ Thời gian: 2 tuần

Biểu đồ công việc thực hiện của từng nhóm như sau:

3 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KHÁCH HÀNG

Bước 1: Xác định các thông tin cần thiết

- Đối tượng sẽ phải tiến hành thu thập thông tin: nhà cung cấp thiết bị máy móc, công nhân trực tiếp vận hành, nhà thiết kế công nghiệp,…

- Đối tượng nào sẽ là khách hàng chính sử dụng hệ thống băng tải ống

- Các thông tin về hệ thống băng tải ống như: mục đích sử dụng, tính năng, mức độ an toàn…

Bước 2: Xác định các phương pháp thu thập dữ liệu được dùng

Sử dụng phương pháp thăm dò khảo sát đối tượng:

- Nhà cung cấp: hỏi 10 người

- Công nhân trực tiếp vận hành: hỏi 20 người

- Nhà thiết kế công nghiệp: hỏi 15 người

Bước 3: Xác định bảng câu hỏi cá nhân

Cần đưa ra 10 câu hỏi phạm vi tập trung vào hệ thống băng tải

ống, gồm các nội dung chính sau:

- Mục đích sử dụng

- Tính năng

- Mức độ an toàn cần tới đâu

Bước 4: Thiết kế câu hỏi

Q1: Nếu nhà máy bạn phải sử dụng một hệ thống truyền động, bạn sẽ chọn:

a) Băng tải ống

b) Băng tải máng

c) Băng tải

d) Hệ thống khác

Q2: Nhà máy bạn sử dụng hệ thống băng tải ống để vận chuyển nguyên liệu, hàng hóa gì:

a) Các loại khoáng sản dạng viên: than đá, xi măng,…

b) Nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất, phân bón

c) Các loại nông sản: củ, quả, hạt…

d) Những thứ hàng hóa khác

Q3: Theo yêu cầu nơi bạn sản xuất, khối lượng nguyên liệu 1 hệ thống băng tải cần vận chuyển trong 1 giờ là:

d) Vật liệu khác

Q5 Điều bạn đòi hỏi đầu tiên của một hệ thống băng tải là: a) Phải tuyệt đối an toàn, hiệu quả

b) Phải đạt năng suất cao

c) Phải dễ vận hành, lắp ráp, bảo trì

d) Chi phí thấp nhất

Q6: Bạn đánh giá hệ thống băng tải ống có những tính năng nào vượt trội hơn các hệ thống khác:

a) Vận chuyển đảm bảo môi trường nơi sản xuất

b) Năng suất cao

c) Tính an toàn cao

d) Nguyên liệu, hàng hóa được vệ sinh

Q7: Theo bạn, hệ thống băng tải ống hoạt động có hiệu quả ở các loại hình nhà máy sản xuất nào?

a) Nhà máy luyện kim, khai khoáng

b) Nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm

c) Nơi bến cảng xuất nhập nguyên liệu, hàng hóa

d) Nhà máy nào cũng cần cả

Q8: Bạn yêu cầu một hệ thống băng tải hoạt động như thế nào? a) Tự động hoàn toàn

b) Bán tự động

c) Tự động hay không đều được

d) Không cần thiết tự động

Q9: Bạn dùng hệ thống băng tải ống để làm gì?

a) Để vận chuyển nguyên liệu trong quá trình sản xuất b) Để xuất nhập hàng hóa

c) Để phân loại hàng hóa, nguyên liệu

d) Dùng cho mục đích khác

Q10: Bạn thấy có thực sự cần thiết khi thiết kế thêm những bộ phận bảo vệ an toàn cho hệ thống:

a) Rất cần thiết

b Cần an toàn đối với người vận hành và hàng hóa

c) Hệ thống phải dừng lại khi có sự cố và phát tín hiệu đến phòng điều khiển

d) Hàng hóa phải đảm bảo số lượng trong khi vận chuyển

Bước 5: Sắp xếp các câu hỏi

1 Câu hỏi dành cho khách hàng là người sử dụng và nhà

cung cấp máy móc công nghiệp

a) Về mục đích sử dụng:

Q1: Nếu nhà máy bạn phải sử dụng một hệ thống truyền động, bạn sẽ chọn:

a) Băng tải ống

b) Băng tải máng

c) Băng tải

d) Hệ thống khác

Q2: Nhà máy bạn sử dụng hệ thống băng tải ống để vận chuyển nguyên liệu, hàng hóa gì:

a) Các loại khoáng sản dạng viên: than đá, xi măng,…

b) Nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất, phân bón

c) Các loại nông sản: củ, quả, hạt…

d) Những thứ hàng hóa khác

Q3: Bạn dùng hệ thống băng tải ống để làm gì?

a) Để vận chuyển nguyên liệu trong quá trình sản xuất b) Để xuất nhập hàng hóa

c) Để phân loại hàng hóa, nguyên liệu

d) Dùng cho mục đích khác

Q4: Theo bạn, hệ thống băng tải ống hoạt động có hiệu quả ở các loại hình nhà máy sản xuất nào?

a) Nhà máy luyện kim, khai khoáng

b) Nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm

c) Nơi bến cảng xuất nhập nguyên liệu, hàng hóa

d) Nhà máy nào cũng cần cả

Q6: Theo bạn, vật liệu dùng làm băng tải ống tốt nhất là:

a) Cao su

b) Vải cao su

c) Nhựa dẻo

d) Vật liệu khác

Q7: Điều bạn đòi hỏi đầu tiên của một hệ thống băng tải là: a) Phải tuyệt đối an toàn, hiệu quả

b) Phải đạt năng suất cao

c) Phải dễ vận hành, lắp ráp, bảo trì

d) Chi phí thấp nhất

Q8: Bạn đánh giá hệ thống băng tải ống có những tính năng nào vượt trội hơn các hệ thống khác:

a) Vận chuyển đảm bảo môi trường nơi sản xuất

b) Năng suất cao

c) Tính an toàn cao

d) Nguyên liệu, hàng hóa được vệ sinh

Q9: Bạn yêu cầu một hệ thống băng tải hoạt động như thế nào? a) Tự động hoàn toàn

b) Bán tự động

c) Tự động hay không đều được

d) Không cần thiết tự động

c) Về mức độ an toàn:

Q10: Bạn thấy có thực sự cần thiết khi thiết kế thêm những bộ phận bảo vệ an toàn cho hệ thống:

a) Rất cần thiết

b) Cần an toàn đối với người vận hành và hàng hóa

c) Hệ thống phải dừng lại khi có sự cố và phát tín hiệu đến phòng điều khiển

d) Hàng hóa phải đảm bảo số lượng trong khi vận chuyển

2 Câu hỏi cho nhóm chuyên trách

Q1: Theo bạn thì hệ thống băng tải ống có ưu điểm và nhược điểm gì?

Q2: Bạn hãy mô tả một hệ thống băng tải ống như thế nào là hiệu quả nhất

Q3: Đối tượng nhà máy sản xuất nào là khách hàng quan tâm nhiều nhất đến sản phẩm này?

Bước 6: Thu thập dữ liệu

Những câu trả lời của khách hàng

A1: Các hệ thống băng tải nói chung

A2: Để vận chuyển khoáng sản, phân bón, các loại nông sản Nói chung là sản phẩm dạng viên, hạt, nhỏ

A3: Dùng để vận chuyển, để xuất nhập nguyên liệu

A4: Cả ba loại nhà máy sản xuất trên

A5: Dưới 50 tấn

A6: Vải cao su

A7: Tất cả những đặc tính đã đưa ra

A8: Không ô nhiễm môi trường, sản phẩm vận chuyển vệ sinh A9: Tự động hoàn toàn

A10: Hệ thống phải tự động dừng lại và phát tín hiệu khi gặp sự cố

Bước 7: Rút gọn dữ liệu

1 Về mục đích sử dụng

Mục đích chủ yếu của khách hàng là đảm bảo vệ sinh khi vận chuyển, an toàn, hiệu quả

2 Về đặc tính

Hệ thống băng tải ống phải làm việc hoàn toàn tự động, dễ vận hành, vận chuyển nhanh, ổn định

3 Về mức độ an toàn

Phải đảm bảo tuyệt đối an toàn cho người vận hành hệ thống Qua kết quả khảo sát ở trên ta rút ra các yêu cầu khách hàng như sau:

- Dễ sử dụng

- Ít ồn

- Năng suất cao

- Vận chuyển nhanh

- Dễ bảo trì, sửa chữa

- An toàn, đảm bảo các yêu cầu vệ sinh môi trường

- Tuổi thọ cao, dễ thay thế phụ kiện

- Kết cấu có thẩm mỹ cao

- Giá thành thấp

4 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT

Bước 1: Xác định khách hàng

Những xí nghiệp nhà máy, công ty phân xưởng (người trực tiếp điều hành hoạt động vận chuyển) sử dụng băng tải hoặc các nơi kinh doanh vật liệu xây dựng, nhà máy phân bón

Bước 2: Xác định yêu cầu khách hàng

Từ những khách hàng sử dụng và thu thập thông tin từ khách hàng, ta có thể đưa ra các yêu cầu sau:

- Dễ sử dụng

- Ít ồn

- Năng suất cao

- Vận chuyển nhanh

- Dễ bảo trì, sửa chữa

- An toàn, đảm bảo các yêu cầu vệ sinh môi trường

- Tuổi thọ cao, dễ thay thế phụ kiện

- Kết cấu có thẩm mỹ cao

- Giá thành thấp

Bước 3: Xác định mức độ quan trọng của các yêu cầu khách hàng

Các yêu cầu khách hàng Hệ số tầm quan trọng

Bước 4: xác định và đánh giá mức độ cạnh tranh

Bước 5: Đưa ra các thông số kỹ thuật (bảng dưới)

Bước 6: Đánh giá mối quan hệ giữa yêu cầu của khách hàng với các thông số kỹ thuật (bảng dưới)

Các yêu cầu

khách hàng Mức yêu cầu Mức hiện tại Mức thiết kế

Bước 7 – Đánh giá mối liên hệ giữa các thông số kỹ thuật

Giá thành sản xuất Công suất động cơ 9

Bước 8 - Thiết lập giá trị giới hạn của các thông số kỹ thuật

Sau khi xây dựng ngôâi nhà chất lượïng dựa trên các yêu cầu khách hàng, khả năng cạnh tranh và tầm quan trọng của từng yêu

cầu khách hàng (hình dưới), ta nhận đượïc các yêu cầu kỹ thuật cho

hệ thống băng tải ống như sau:

1 Công suất tải: 3kW

2 Chiều dài vận chuyển:10m

3 Chiều rộng băng: 0,6m

4 Góc nghiêng băng: 20 độ

5 Đường kính con lăn: 0,13m

6 Đường kính tang: 0,5m

Số lượng chi tiết, công suất 1 Dễ sử dụng

Gọn nhẹ, Ít ồn

Chiều dài, chiều rộng băng 3 Công suất bộ truyền động 9

Năng suất cao

Đường kính băng tải 1

Giá thành thấp

Dễ bảo trì, sửa chữa Chiều dài, rộng, đường kính, số lượng con

lăn

3 Hệ số an toàn, vận tốc 9

An toàn

Tỉ lệ thất thoát rơi vãi Tuổi thọ cao Vận tốc băng, số con lăn 3 Kết cấu có thẩm mỹ cao Hình dạng thiết bị 9

Ít ồn 1 3 3 4 3 3 1 1 4 0.08 Kết cấu đơn giản 9 9 9 9 9 9 5 4 5 1.3 1 6.5 0.14 Dễ vận hành 1 3 5 4 5 1.3 1 6.5 0.14 Trọng số tuyệt đối 2.18 1.87 1.74 1.79 2.03 1.79 1.86 2.11 1.8 17.17 47.2 1.0

Trọng số tương đối 0.13 0.11 0.1 0.1 0.12 0.1 0.11 0.12 0.1

Giá trị chuẩn cạnh

tranh 2.8 20 20 0.6 0.13 0.5 1.5 8000

Khả năng cạnh

giá trị giới hạn của

các thông số kỹ

7 Vận tốc băng: 2m/s

8 Giá thành: 8000USD

9 Năng suất băng tải: P = 45 t/h

10 Phần trăm diện tích vật liệu chiếm trong ống: α =60%

11 Loại băng: băng cao su có nhiều lớp vải

9

3 3

1

3 3

3

3

3

1 3

5 ĐƯA RA Ý TƯỞNG

5.1 Phân tích chức năng

5.1.1 Tìm ra chức năng chung

Đối với hệ thống băng tải ống, chức năng chung quan trọng

nhất của nó là “vận chuyển xi măng đi xa 10m, lên cao 3m”, thông

tin này được nhập vào hộp trên hình dưới

Dù chưa rõ là loại năng lượng gì sẽ được sử dụng bởi hệ thống

đang thiết kế; tuy nhiên, động năng của băng tải, trọng lực và năng

lượng cuốn ống có thể sử dụng Những năng lượng này được ký hiệu bằng nét mảnh đi vào hệ thống

Dòng vật liệu đi vào hệ thống là xi măng và băng tải Xi măng và băng tải phải đi ra khỏi hệ thống trừ khi chúng bị giữ lại ở một

nơi nào đó, tương tự phần trên của hộp cho thấy các đối tượng khác

có ảnh hưởng đến hệ thống băng tải ống là “xa 10m” và “cao 3m” Hai đối tượng này tương tác với hệ thống chứ không phải là đi qua nó và do đó ảnh hưởng tới hệ thống

Sau cùng là việc nhận biết những thông tin do hệ thống biến đổi Rà soát lại những yêu cầu của khách hàng triển khai từ chương

trước ta xác định được các thông tin về hệ thống băng tải ống mà người sử dụng nhận biết được: hệ thống băng tải ống có giúp vận

chuyển xi măng đi xa 10m và lên cao 3m được không? Câu hỏi “vận chuyển được không” là thông tin ngõ vào phải được trả lời để thỏa mãn yêu cầu thiết kế Câu trả lời được biểu diễn ở ngõ ra của sơ đồ

Hộp chức năng dưới dạng sơ đồ khối

Vận chuyển xi măng đi xa 10m, lên cao 3m

Động năng băng tải

Trọng lực băng tải

Xi măng

Băng tải

Cuốn ống

Vận chuyển được?

Động năng băng tải Trọng lực băng tải Cuốn được ống Băng tải

Xi măng Vận chuyển được

Đi xa 10m

Lên cao 3m

5.1.2 Phân tích chức năng con

Lôgic của nhóm thiết kế ở bước này như sau:

Đầu tiên, nhóm xem xét các chức năng liên quan đến 3 bước thao tác: khi lắp đặt hệ thống băng tải ống (chuẩn bị), vận chuyển

xi măng (sử dụng) và khi nó được tháo ra khỏi hệ thống (kết thúc) Sau đó nhóm nghĩ đến tất cả các chức năng mà họ đã cùng nhau suy nghĩ đưa ra

Phân tích chức năng con dưới dạng sơ đồ khối

5.1.3 Sắp xếp các chức năng con:

Tính logic của chúng như sau:

1 “Mở bao lấy xi măng ra” không nằm trong phạm vi của hệ

Cuốn ống

Vận hành

Xả đều

Làm sạch băng

Định lượng

Cuộn băng

Uốn băng

Mở băng

Điều chỉnh băng

Vận chuyển Xi măng đi xa 10m và lên cao 3m

Lắp ráp

Nạp liệu

Truyền động

Xả liệu

Tháo rời

thống nên không đưa vào (loại bỏ)

2 Ta có sơ đồ sắp xếp chức năng con của “nạp liệu” theo trật tự logic trên hình, hai dòng vật liệu và thông tin bảo toàn qua hệ thống

Sắp xếp chức năng con cho ví dụ thiết kế băng tải ống

5.1.4 Hoàn thiện các chức năng con

Chức năng “truyền động” như trên hình được hoàn thiện hơn với

các chức năng con theo trật tự logic: “cấp năng lượng”, “dẫn động”,

“chịu tải” và “điều chỉnh băng” Các chức năng con trên có thể được đáp ứng bằng các đối tượng hiện hữu…

5.2 Đưa ra ý tưởng

5.2.1 Triển khai ý tưởng cho từng chức năng

Các ý tưởng đưa ra trong danh sách này có từ sự hiểu biết và sáng tạo của nhóm thiết kế Ý tưởng sau cùng về các bộ phận

“truyền động” được hình thành từ danh sách các ý tưởng này…

Xây dựng ý tưởng về bộ phận truyền động băng tải ống

01 Cấp năng Động cơ điện Động cơ diesel Động cơ xăng

Cấp liệu

Định lượng

Nạp đều

Xi măng

Nạp đủ?

Nạp đều?

Xi măng Nạp đủ

Nạp đều

lượng

02 Dẫn động Hộp giảm tốc +

Bộ truyền đai

Hộp giảm tốc + Bộ truyền xích

Hộp giảm tốc

03 Chịu tải Băng tải ống Băng tải máng Băng tải phẳng

04 Điều chỉnh

băng

Vít me căng đai Bánh căng đai Lò xo căng đai

5.2.2 Phối hợp các ý tưởng

Ba ý tưởng là kết quả từ nhiều sáng kiến được triển khai

Ý tưởng 1:

Băng tải có kết cấu gồm hệ thống cuốn ống đi và về song song nhau xếp mép kín, có các kết cấu khung đỡ được chế tạo trước, tháo lắp được Băng tải vải cao su được đỡ bằng hệ thống 6 con lăn

Một tang dẫn để hệ thống hoạt động được nối với động cơ điện thông qua hộp giảm tốc Điều chỉnh băng bằng bộ vít me

Ý tưởng 2:

Băng tải được tạo dạng ống bằng cách thêm hệ thống cuốn để tạo hình ống chiều đi, còn chiều về dạng phẳng không tải Băng tải về được đỡ bằng 1 con lăn duy nhất

Một tang dẫn để hệ thống hoạt động được nối với động cơ điện thông qua hộp giảm tốc Điều chỉnh băng bằng bộ vít me

Ý tưởng 3:

Băng tải có hệ thống cuốn để tạo hình ống, có bộ phận cài mép ống Hệ gồm con lăn lớn để đỡ đoạn máng và hai con lăn để cuốn ống và liên kết hai mép ống lại với nhau

Một tang dẫn để hệ thống hoạt động được nối với động cơ điện thông qua hộp giảm tốc Điều chỉnh băng bằng bộ vít me

6 ĐÁNH GIÁ Ý TƯỞNG, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Ba phương án đều có một tang dẫn để hệ thống hoạt động Tang dẫn được nối với động cơ điện thông qua hộp giảm tốc, vận hành đơn giản, dễ sử dụng

Phương án 2 có đoạn về là băng phẳng nên không đảm bảo vệ sinh

Phương án 3 có hệ thống cài mép băng nên khó chế tạo, lắp đặt

Cả ba phương án đều có tuổi thọ cao và vận hành tốt trong mọi điều kiện thời tiết

Phương án 1 có hai ống song song vận chuyển cả đi và về nên khối lượng vận chuyển cao hơn hai phương án còn lại

Phương án 2, hệ thống con lăn ít hơn nên đơn giản, hai phương án còn lại do hệ thống con lăn nhiều nên khá phức tạp

Tốc độ vận chuyển thông thường bằng với băng tải máng Phương án 3 do có hệ thống cài mép khó đóng mở nên chậm hơn Hệ thống băng tải ống do có thêm các con lăn và giá đỡ con lăn nên giá thành đắt hơn Tuy nhiên, với địa hình phức tạp đòi hỏi băng tải máng có nhiều trạm trung chuyển thì băng tải ống sẽ có giá thành hạ hơn

Ma trận ra quyết định cho bài toán thiết kế hệ thống băng tải ống:

Ý tưởng Tiêu chuẩn Trọng số (Wt)

Tổng điểm + 4 2 4

Ta thấy trong ba ý tưởng, ý tưởng 1 có điểm cao nhất Phương án 1 là phù hợp nhất

Lựa chọn ý tưởng hệ thống băng tải ống

Vận chuyển Xi măng đi xa 10m và lên cao 3m

Xả đều

Làm sạch băng

Định lượng

Cấp

năng

lượng

Dẫn động

Chịu tải

Cuộn băng băng Uốn

Mở băng

Điều chỉnh băng

Phễu cấp liệu đều có

BT đai

Băng vải

CS

Vitme điều chỉnh

Bộ con lăn dẫn hướng

Hệ thống băng tải ống

7 THIẾT KẾ SẢN PHẨM

7.1 Các dữ liệu ban đầu

- Vật liệu vận chuyển: Xi măng

- Năng suất băng tải: P = 45 t/h

- Vận tốc băng: v = 2 m/s

- Phần trăm diện tích vật liệu chiếm trong ống: α = 60%

- Loại băng: băng cao su có nhiều lớp vải

Các cơng việc triển khai bao gồm thiết kế hệ thống (định cấu trúc); tính tốn giúp ra quyết định về hình dạng, kích thước các chi tiết; xác định phần giao tiếp và

sự sắp xếp khơng gian của các bộ phận

7.2 Thiết kế hệ thống

Nhóm yếu tố trong lược đồ hệ thống băng tải ống

Vitme điều chỉnh

Phễu cấp liệu đều, có

BT đai

Băng vải cao su

Bộ con lăn dẫn hướng Hệ thống băng tải ống

Sơ đồ hệ thống băng tải ống

Chú thích:

1: tang dẫn 2: phễu cấp liệu

3: con lăn đỡ băng tải 4: con lăn định hình ống cho băng tải

5: băng tải 6: hệ thống truyền động

7: phễu tháo liệu 8: tang bị động

9: chân đỡ 10: con lăn cuốn ống từng bước

11: cụm điều chỉnh sức căng băng (vít me căng đai)

7.3 Tính toán các thông số của băng tải

- Khối lượng riêng của xi măng:

- Hệ thống có công suất: 45 t/h, quy ra đơn vị kg/s: 12.5

- Suy ra diện tích dòng vật liệu trong ống băng:

nhau, do đó bề rộng của băng cần phải lớn hơn giá trị trên

- Ta chọn bề rộng băng B = 500mm, khi tạo ống với đường kính 150mm sẽ làm hai mép băng phủ lên nhau một góc:

0 3832

- Chọn bề dày lớp cao su mặt bên trong và bên ngoài lần lượt

là 2mm và 4mm Bề dày trung bình một lớp vải là 0.3mm Suy ra tấm băng có bề dày vào khoảng e = 7mm

- Khối lượng riêng của băng: q b Suy ra trọng lượng băng trên

1m chiều dài:

70 ( / )

- Dựa vào các tài liệu thực nghiệm nước ngoài về băng tải ống,

ta tra bảng được các thông số của băng:

o Chiều dài đoạn chuyển tiếp (transition length): T = 3m

với 6 bộ con lăn

o Khoảng cách giữa các bộ con lăn trên đoạn băng thẳng

(Idler spacing): d s = 1.2m

o Khoảng cách giữa các bộ con lăn trên đoạn băng cong [d c]

với bán kính cung ôm R = 30m Tra bảng ứng với R = 200.D, khi đó d c = 0.6*d s = 0.72 m

- Các góc tạo bởi đoạn cong:

o Góc tạo bởi hình chiếu của băng trên mặt phẳng nằm ngang so với phương ban đầu: 30 độ

o Góc tạo bởi hình chiếu của băng trên mặt phẳng thẳng đứng so với phương ban đầu: 30 độ

o Suy ra góc trong không gian của băng so với phương ban đầu: 40 độ

- Không có đoạn chuyển tiếp giữa hai cung cong Chỉ có một

điểm uốn trên mặt phẳng đặt băng Tại điểm uốn này ta đặt một bộ con lăn

- Với các số liệu trên, dùng AutoCAD ta vẽ nên hình dạng quỹ đạo băng Đo đạc ta được các số liệu:

o Chiều dài một cung cong: 20.5m, phân bố 28 bộ con lăn, khoảng cách 0.707m

o Chiều dài băng được giữ ở dạng ống: L c = 2*20.5 = 41m

o Tổng chiều dài một nhánh của băng: L = L c + 2.T = 47m

o Tổng số bộ con lăn trên một nhánh: N = (6 + 28)*2 + 1 =

69

o Chiều cao của băng: H = 9.56m

o Chiều dài hình chiếu của băng: L d = 44m

o Hình chiếu bề ngang của băng: L n = 9.56m

o Trọng lượng phần quay: p t = 700N

Tính toán công suất tải

Ở chế độ hoạt động ổn định, luôn có sự cân bằng giữa lực kéo băng bởi động cơ với các lực cản dọc trên băng Cụ thể các lực cản này có nguồn gốc:

1 Ma sát, do:

a) Trọng lượng của vật liệu F vl

b) Trọng lượng của băng F b

c) Trọng lượng của con lăn F cl

d) Lực nén lên trục con lăn do băng bị giữ ở dạng ống F p

e) Lực nén lên con lăn do băng đổi hướng

f) Trọng lượng và lực căng băng tại tang

2 Thế năng biến dạng đàn hồi: lực cản băng khi biến đổi từ dạng phẳng sang ống Fp

3 Năng lượng tiêu hao do vật liệu: Fm

Tính toán chi tiết:

Ma sát:

Trọng lượng của vật liệu F vl :

- Toàn bộ khối vật liệu trên nhánh có tải sẽ nén lên các con lăn Lực nén này chính là toàn bộ trọng lượng của khối vật liệu trên băng:

Trọng lượng của băng F b

- Tương tự với vật liệu, băng cũng

nén lên các con lăn, gây ra lực ma

sát Lực nén do trọng lượng của

Trọng lượng của con lăn F cl

- Trọng lượng phần quay của mỗi con lăn tác dụng trực tiếp lên trục của nó gây ra ma sát Lực nén lên trục các con lăn

do trọng lực của nó gây ra trên toàn bộ một nhánh của băng:

6

trong đó: p cl - trọng lượng phần quay của con lăn: 10 N

N - số bộ con lăn: 69

- Giá trị: F cl = 4140 N

Lực nén lên trục con lăn do băng bị giữ ở dạng ống F p

- Xét một phần vi phân của băng với góc ở tâm, đường kính D, chiều dài dz

- Ứng suất: 2 r E

D

σ =

với r là vị trí của lớp đang xét so với lớp trung hòa

- Nội lực trong băng:

với: λ1, λ2 lần lượt là bề dày bên trong và bên ngoài của lớp

cao su so với lớp trung hòa: 2.5mm và 4.5mm

E - môđun đàn hồi của cao su: 8.106 N/m2

- Xét sự cân bằng của đoạn băng vi phân dưới tác dụng của hai

lực df x và df y của con lăn

00

.[cos( ) cos( )]

.[sin( ) sin( )]

x y

cos( ) cos( ) sin( ).sin( ) sin( )

sin( ) sin( ) sin( ).cos( ) cos( )

E

D E

- Giá trị trên là lực nén của phần băng có chiều dài dz, vậy lực

ma sát gây ra do phần băng có chiều dài L c là:

Lực nén lên con lăn do băng đổi hướng

- Băng đổi hướng và chuyển động trên một cung tròn bán kính

R một góc gây ra một lực tác dụng lên các con lăn đặt trên cung cong này

- Gia tốc hướng tâm trên cung tròn:

- Vật liệu và băng chuyển động trên cung này do lực quán tính sẽ nén lên các con lăn:

.( b)

qt

a R q q f

trong đó: q b - trọng lượng băng trên 1m: 70N/m

q - trọng lượng vật liệu trên 1m: 250N/m

α - góc ở tâm do băng chuyển động trên cung tròn: π/4

- Lực nén lên các con lăn ở nhánh có tải (gồm hai đoạn cong):

Trọng lượng và lực căng băng tại tang

- Tại tang dẫn động, các lực nén lên trục của tang gồm:

Trọng lượng của tang F t

Lực căng băng tại nhánh vào Wv o và nhánh ra Wr o

- Lực nén tổng hợp:

trong đó Wo là lực căng băng tại tang phụ

Lực cản khi băng biến đổi từ dạng phẳng sang ống

- Một phần năng lượng/công suất của động cơ được dùng để đưa băng tải từ dạng phẳng sang dạng ống

- Năng lượng này được tích lũy trong băng dưới dạng thế năng biến dạng đàn hồi

- Ta sẽ tính năng lượng mà động cơ cung cấp cho băng để chuyển thành thế năng biến dạng đàn hồi thông qua đoạn chuyển tiếp trong mỗi đơn vị thời gian

- Ta biết rằng vật liệu sợi so với cao su có độ biến dạng dài không đáng kể khi chịu cùng một úng suất kéo

Do đó trong kết cấu composit băng tải này, lớp vải sợi sẽ đóng vai trò lớp chịu lực chính và là lớp trung hòa trong nền cao su (do nếu chỉ xét trong nền cao su thì lớp nằm đan xen với lớp sợi sẽ có biến dạng dài vô cùng bé như đã nói phần trên kéo theo suất tại lớp này vô cùng bé xem như bằng 0 và đó là định nghĩa của lớp trung hòa)

- Thế năng biến dạng đàn hồi chỉ được tích lũy trong phần vật liệu bị biến dạng - phần cao su

- Ta tính năng lượng này cho phần băng được chuyển đổi trong

1 giây:

du dP s= ∆

trong đó: s∆ - độ dãn dài tuyệt đối của lớp cao su cách lớp

trung hòa đoạn y

∆ =∫ =∫ + θ − θ =∫ θ2

( )

s y

∆ = π + β với β là góc overlap

dP - ứng lực trong băng tại bề mặt vi phân dS cách lớp trung hòa đoạn y

( ) ( )

dP= σ y dS= σ y dy dl dựa theo tính toán bằng phương pháp sức bền vật liệu:

2/2

2

1

1 2 0

D

- Giá trị: F tf = 25.3N

Năng lượng tiêu hao cho vật liệu

- Trong từng khoảng thời gian, băng tải nhận được một lượng vật liệu và giải phóng một lượng vật liệu tương ứng

- Tuy nhiên, phần vật liệu nhận được - một cách gần đúng có

cơ năng bằng 0 Trong

khi đó, phần vật liệu

được giải phóng lại có

cơ năng dương

- Điều này có nghĩa là ở

chế độ dừng, một phần

công suất của động cơ

được dùng để bù trừ cho

phần cơ năng bị tiêu

hao này

- Ta tính công suất này:

Xét cho 1m3 vật liệu:

trong đó H là độ cao của băng so với đầu vào

Lưu lượng của vật liệu: Q = S.vo

Suy ra công suất tiêu hao:

2

12 .( )

P =e Q S v= ρv + ρg H

- Suy ra biểu thức của lực cản:

trong đó: S - tiết diện dòng vật liệu: 0.0106 m2

H - chiều cao của băng: 9.56 m

- Giá trị: F m = 2340 N

Tính toán lực cản do các lực nén lên các con lăn gây ra

- Lực nén tổng cộng lên con lăn phần băng có tải:

N ct =F vl+F b+F cl+F p +Fc o

N ct = 223297.2 N Giá trị làm tròn: N ct = 225 kN

- Lực nén tổng cộng lên con lăn phần băng không tải:

N kt =F b+F cl +F p+Fc1

N kt = 211652.5 N

Giá trị làm tròn: N kt = 212 kN

- Lực ma sát trên ổ trục của con lăn khi nó chịu lực nén N và

có hệ số ma sát w:

F ms = w.N

- Gọi D cl , d cl lần lượt là đường kính của con lăn và trục của nó Suy ra lực cản chuyển động của băng do lực ma sát trên gây ra:

Lực cản tại nhánh không tải:

Giá trị: F kt = 2 kN

Tính lực kéo băng cần thiết:

- Bài toán công suất băng tải có 8 ẩn số:

Wo lực kéo căng băng tại tang phụ

Wvo lực căng băng tại nhánh vào của tang dẫn động

Wro lực căng băng tại nhánh ra của tang dẫn động

Wv1 lực căng băng tại nhánh vào của tang phụ

Wr1 lực căng băng tại nhánh ra của tang phụ

F td lực cản băng tại tang dẫn động

F tp lực cản băng tại tang phụ

α cung trượt của băng trên tang

- Tuy nhiên ta chỉ có bảy phương trình, do đó sẽ có một ẩn tự

do, ta chọn biến độc lập đó là góc trượt của băng trên tang α (0< α < π) Các phương trình:

.

Wv +F =Wr eµ α

w - hệ số ma sát của ổ trục

µ - hệ số ma sát giữa tang và băng

Đặt:

t t

- Công suất tính toán: P tt = F k vo = 2.8 kW

Chọn động cơ

Sau khi ta tìm được lực kéo ta xác định động cơ cần chọn:

trong đó: P ct - công suất cần thiết trên trục động cơ

η - hiệu suất truyền động

Ta tính η theo sơ đồ nguyên lý đã được chọn sau:

ct

×

Phân phối tỉ số truyền:

+ Số vòng quay của trục máy công tác

60000 60000 0 4 40

200

,

đường kính tang quay D = 200mm

• Chọn sơ bộ tỷ số truyền: u t = 35

• Số vòng quay sơ bộ của động cơ: