THIẾT KẾ BĂNG VÍT

Băng vít là loại máy vận chuyển liên tục, không có bộ phận kéo. Bộ phân công tác của băng vít là vít cánh xoắn chuyển động quay trong vỏ kín có tiết diện phía dưới hình bán nguyệt.

GIỚI THIỆU VỀ BĂNG VÍT

Băng vít là loại máy vận chuyển liên tục, không có bộ phận kéo Bộ phân công tác của băng vít làvít cánh xoắn chuyển động quay trong vỏ kín có tiết diện phía dưới hình bán nguyệt Khi vít chuyển độngcánh xoắn đẩy vật liệu di chuyển trong vỏ, băng vít thường được dùng vận chuyển hàng rời, hàng vật liệu cụcnhỏ, vật liệu dính ướt, phôi thép trong nhà máy ximăng, xí nghiệp chế tạo vật liệu xây dựng

Băng vít có những ưu điểm khi sử dụng:

- Vật liệu vận chuyển trong băng kín nên có thể vào tải và dỡ tải ở các tải trung gian, không gây ônhiễm môi trường khi vận chuyển

- Không tổn thất và rơi rải khi vận chuyển vật liệu

- An tồn khi sử dụng và thuận lơi khi vận chuyển các loại vật liệu nóng, sắt cạnh

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên khi sử dụng băng vít cũng tồn tại những nhược điểm nhưbăng vít sẽ nghiền nát một phần vật liệu khi vận chuyển khi vận chuyển hàng nóng và sắt cạnh thì cánh xoắn

và máng vít nhanh chóng mòn, tiêu hao năng lượng lớn

 Nguyên lý làm việc:

Khi băng vít vận chuyển vật liệu di chuyển trong máng hình bán nguyệt, vật liệu được dẫn độngnhờ động cơ điện (1) truyền mơ men xoắn qua khớp nối (2) qua hộp giảm tốc (3) và truyền mơ men xoắn quakhớp nối (4) làm quay trục vít (10) đẩy vật liệu từ cửa vào tải (6) chuyển động trong máng (7) vật liệu chuyểnđộng trong máng khơng bám vào cánh xoắn (8) mà chuyển động nhờ trọng lượng của nĩ và lực ma sát giữa vậtliệu và thành máng Đồng thời với tác dụng của lực li tâm, khi vật liệu quay theo trục vít thì lực ma sát làmngăn cản vật liệu lọt vào bề mặt trục vít và di chuyển theo bề mặt trục vít Ở 2 đầu trục vít bố trí 2 ổ đỡ (5 ) và(11), nếu chiều dài vận lớn thì thơng thường cứ 3 mét cĩ bố trí ổ trung gian (9)

TÍNH TỐN BĂNG VÍT

 2.1 THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA BĂNG VÍT CẦN THIẾT KẾ:

- Năng suất : 60 T/ h

- Chiều dài vận chuyển : 24 mét

 2.2 ĐƯỜNG KÍNH CẦN THIẾT CỦA VÍT TẢI :

Aùp dụng cơng thức (9.3), trang 154, tài liệu[1]

(2.1)Trong đĩ :

- Q : Năng suất tính tốn : Q = 60 T/ h

- E : Tỷ số giữa bước vít và đường kính vít E = 0,8

Vì băng vít thiết kế vận chuyển ximăng nên chọn E đối với vật liệu chịu mài mịn

- γ : Khối lượng riêng củaximăng

Tra bảng 4.1 , trang 88, tài liệu [1] chọn γ=1,5T/h

- Kβ: Hệ số giảm năng suất do độ nghiêng của băng với phương ngang

Vì băng nằm ngang tra bảng 9.5, trang 151, tài liệu [1] chọn Kβ =1.

25.1,5.10,8.30.0,1

600,275

D=

 2.3 KIỂM TRA TỐC ĐỘ QUAY CỦA VÍT TẢI:

Tốc độ quay lớn nhất cho phép của vít tải :

Theo công thức (9.2), trang 152, tài liệu [1].ta có :

D

A

n= ( vòng/ phút) (2.3)Trong đó :

Thoả mãn điều kiện làm việc : ⇒nmax ≥nchon

 2.4 NĂNG SUẤT TRÊN TRỤC VÍT ĐỂ BĂNG LÀM VIỆC:

Theo công thức ( 9.4), trang 152, tài liệu [1]

- Q : Năng suất vận chuyển Q = 60 T/ h

- Ln : Chiềi dài vận chuyển theo phương ngang của băng Ln= 24 mét

- ω : Hệ số cản chuyển động lăn của hàng

Tra bảng 9.3 , trang 151, tài liệu [1 ] ω=4,0

- H : Chiều cao vận chuyển H = 0

0,5.3060

Theo công thức (6.15), trang 119, tài liệu [1]

η

kN

ñc

×

= (2.6)Trong đó:

Nđc : Công suất trên trục vít để băng vít làm việc Nđc= 15,7 kw

K : Hệ số dự trữ công suất , k=1,1-1,35 chọn k = 1,25

η : Hiệu suất của bộ truyền

Theo bảng 5.1, trang 104, tài liệu [1] với giả thuyết η=0,96

kw

5,00,96

1,25745,5

- Khối lượng động cơ điện : 200 kg

 Thông số kích thước của động cơ điện:

 2.6 KIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

Kiểm tra động cơ theo điều kiện quá tải:

Việc kiểm tra theo điều kiện phát nóng không chưa đủ , bởi vì có trường hợp động cơ đã được lựa chọnthoả mãn theo điều kiện phát nóng, nhưng lại làm việc quá tài không cho phép trong thời gian khởi động.Dòng điện khởi động chỉ xuất hiện trong thời gian rất ngắn, tuy nó ít ảnh hưởng tới sự phát nóng của động cơ,nhưng lại có tác hại rất xấu đến trường hợp đảo mạch

Nếu mômen khởi động xác định bằng tính tốn lớn hơn mômen tới hạn thì động cơ không đồng bộkhông thể khởi động được Hơn nửa trong tính tốn cũng cần lưu ý trường hợp điện áp của lưới điện giảmxuống ( ví dụ giảm k lần so với điện áp định mức ), mômen quay động cơ sẽ giảm đi k2lần Bởi vậy mômenkhởi động cần thiết để tăng tốc cho quá trình truyền động điện và kể cả trường hợp sự giảm điện áp do lướiđiện cung cấp

Đối động cơ không đồng bộ : So sánh tỉ số giữa mômen lớn nhất theo biểu đồ phụ tải chính xác vàmômen định mức của động cơ với hệ số quá tải cho phép theo mômen lm sao cho thoả mãn điều kiện :

Theo công thức trang 33, tài liệu [3]

dm

dm

max lM

745 , 15 975

5117 i.η

- Mđm: Mômen định mức của động cơ

Theo công thức 22, trang 34, tài liệu [3]:

⇒

- Đối với động cơ không đồng bộ , hệ số lđm phải kể đến trường hợp điện áp của lưới điện cung cấp giảm

đi 15% so với điện áp định mức

Theo công thức trang 34, tài liệu [3]:

M

dm dm

Dựa vào tỉ số truyền giữa trục động cơ và trục vít ta chọn hộp giảm tốc

Theo công thức (6.17), trang 120 , tài liệu [1] :

2 , 23

30

970 n

v/ph0001n

Sai lệch so với n chọn (n=30 v\ph) bé hơn 10% nên hộp giảm tốc được chọn thoả mãn

 2.8.NĂNG SUẤT THỰC CỦA TRỤC VÍT:

β

γ

S D

γ=1,5 T/m3 :khối lượng riêng hàng ximăng

k β=1 :hệ số giảm ma sát do độ nghiêng băng

Vậy, Qt=48.(0,65)2.0,5.0,125.30,8.1,5.1=58,56 T/h

Sai lệch so với năng suất tính tốn : 60 .100% 2,4% 10%.

56,5860

2.9.1 Mômen xoắn trên trục vít :

Theo công thức (9.8), trang 154, tài liệu [1]:

Mô men xoắn trên trục vít:

n

N 975

M0 = 0 ( KG.m) (2.8)Trong đó :

- No : Công suất trên trục vít để băng làm việc N0 = 15,745 kw

- n : Tốc độ quay của trục vít: n = 30 vòng/ phút

71,11530

15,745975

- Mômen xoắn trên trục vít: Mo= 511,71 kG.m

- K : Hệ số tính đến bán kính chịu tác dụng của lực k = 0,7-0,8 lấy k=0,7

- D : Đường kính vít D = 0,65 m

- α : Góc nâng ren vít :

π.Dstgα=

.4513α

0,245π 0,65

0,5tgα

/ o

f

/ 0 d

2.9.3 Tải trọng ngang tác dụng lên trục vít đặt giữa hai gối đỡ trục :

Theo công thức (9.10), trang 154, tài liệu [1]:

k.D.L

.l 2M

n = (KG) (2.10)Trong đó :

- L : Chiều dài băng vít L = 24 m

- Khoảng cách giữa các gối đỡ l =3 m

- Mo : Mômen xoắn trên trục vít Mo= 511,71 KG.m

3.71,511.2

=

=

⇒

*Trục vít được tính tốn như dầm nhiều gối chịu lực phức tạp do mômen xoắn M0;bị kéo nén dọc trục do Pd

hay uốn do tải trọng ngang Pn tác dụng lên đoạn dài l và uốn do khối lượng bản thân trục trên đoạn dài l

 Tải trọng dọc phân bố đều trên trục vít :

24

2737,73 L

M

2.9.4 Sơ đồ các tải trọng tác dụng lên trục vít:

Trục vít được xem như là một dầm liên tục có các ổ treo trung gian được xem như các gối đỡ Dầm đượcchia thành 8 đoạn

Vậy trục vít được đưa về thành 1 dầm siêu tĩnh bậc 7 , tách riêng từng tải trọng tác dụng lên trục vít để xácđịnh biểu đồ nội lực tác dụng lên trục vít và xác định mômen lớn nhất tác dụng lên trục vít và xác định đườngkính trục vít

Trục vít dùng vận chuyển ximăng nên trục chủ yếu chịu ảnh hưởng của mômen xoắn M0 và tải trọngngang Pn phân bố đều trên trục vít, còn tải trọng dọc Pd phân bố đều trên trục vít thì gây uốn trục nên khi tínhsức bền trục thì xét ảnh hưởng của Pd

Sau khi tính được kích thước trục vít thì kiểm tra trục vít theo biên dạng, độ võng trục vít (độ võng bé hơn40% so với khe hở giữa vít và máng) theo điều kiện bền, hoặc dùng chương trình sap.2000 kiểm tra lại xem cóthoả mãn điều kiện

2.9.5 Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do M o gây ra :

2.9.6.Sơ đồ tải trọng dọc phân bố lên trục vít do P d gây ra:

2.9.7.Sơ đồ tải trọng ngang phân bố lên trục vít do P n gây ra :

Trục vít là dầm liên tục đặt trên nhiều gối tựa,khoảng cách giữa các gồi tựa gọi lá các nhịp.Hệ được xemnhư hệ siêu tĩnh xác định theo công thức:

ai : khoảng cách từ gối tựa thứ i đến trọng tâm của diện tích biểu đồ mômen trên

Li ; Li+1 : độ dài nhịp thứ i, thứ i+1

E1Ji; Ei+1.Ji+1 : độ cứng dầm thứ i; i+1

Áp dụng nguyên tắc quan hệ giữa 3 mômen ở phương trình trên :

Gối 1:

32

3.2.3.8

3 3

232

3.3.8

3 3

2

6

3)

.3

33

3(

6

2 1 1

M EJ

M J E EJ

3.2.3.8

3 3

232

3.3.8

3 3

2

6

3)

.3

33

3(.6

3 1 2

M EJ

M J E EJ

M EJ

2

94

.2

1

3 2

.

.

6

) 3 3

(

1 1 1

1 1 1

1 1

1

+ + +

+ + +

+ + +

+

+

−

i i i

i i i

i i

i i i

i i

i i

i

i i i

i

i i

i

i

i

J E L

b J

E L

a M

J E

L M

J E

L J

E

L M

J

E

L

0.2

94

.2

1

2 1

0

2

94

.2

1

4 3

.2

1

5 4

.2

1

6 5

.2

1

7 6

.2

1

8 7

2

1,thu được kết quả :

Phương trình(1) <=> M2=-4M1- P n

2

9 (1’)

Thay vào phương trình (2): => M3=15M1+3 P n

2

9 (2’)

Thay M2,M3 phương trình (3): => M4=-4(14M1+3 .P n

2

9) (3’)

Phương trình (7) : <=> M6=-4M7-3 P n

2

9 (7’)

Thay vào phương trình (6): => M5=15M7+3 .P n

2

9 (6’)

Thay vào phương trình (5): => M4=-4(14M7+3 .P n

2

9) (5’)

=-71,74 kG.m

2 1

Biểu đồ mômen uốn do Pn gây ra:

Dùng quan hệ vi phân giữa mômen uốn ,lực cắt ,tải phân bố vẽ được biểu đồ lực cắt do Pn gây ra:

2.9.8.Tính tốn vàøø chọn đường kính trục vít theo điều kiện bền:

+Vị trí gối 1: Mxmax=447,75kG=4477,5N.m

Mumin=-89,13kGm=-819,3N.m

Nz =2395,5N=23955N

Kiểm tra theo hai trường hợp trên,chọn trường hợp lớn nhất:

Do ảnh hưởng của Nz đến sức bền trục là nhỏ so với ảnh hưởng của Mx và Mz Vì vậy tạm thời ta bỏ quaảnh hưởng của Nz mà chỉ tính ảnh hưởng của Mx và Mz Sau đó tính đến ảnh hưởng của Nz

Theo công thức (6.25), trang137, tài liệu [4]về điều kiện bền của trục :

Theo lí thuyết bền 4:(công thức 8.20/235 tài liệu [5])

[ ]σ

x

td z y

x x

t

W

M M M

M W

4 2

2 2 4

4

31

Với :

2 2

x u

x x

td

W W

M

3

1

0 Dn − η :mômen chớng uốn

Tại gối 0: chỉ có mômen xoắn

[ ] ( ) [ ] ( ) [ ] ( ) 116

8,01482,0

10.3.1,51171

2,0

3.1

2

,

3 3

4 3

3 4

max

4

3 ) 3 , 891 ( 8 , 0 1 1 , 0

10

n x

td t

D W

M

=>D n=112mm

Trong đó :

- [σ] : Ứng suất cho phép của vật liệu: [σ ]= 48 N/mm3

- Mmaxtd : Mômen tương đương lớn nhất

-Dn : Đường kính ngồi trục vít

-Tỉ số giữa đường kính trong và ngồi trục vít : η = 0,8

So sánh hai trường hợp trên chọn đường kính ngồi trục vít: Dn = 120 mm

Đường kính trong trục vít: d= 0,8.Dn = 96 mm

2.9.10 Kiểm tra trục vít có xét đến sự ảnh hưởng của N z :

Theo công thức (8.15), trang 176, tài liệu [5] :

W

MF

NW

Mσ

x x

2 z u

Kiểm tra hai trường hợp:

+Tại vị trí 0:

- [σ] : Ứng suất cho phép của vật liệu: [σ ]= 48 N/mm2

- Mu: Mômen uốn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mu= 0 Nm

- Mx: Mômen xoắn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mx= 5117,1.103 Nmm

D4

27377,3.

102021

0 σ

2 3 2

4477,5.10 4071,5

23955 102021

891,3 σ

2 3 2

Vậy kích thước trục vít được chọn thoả mãn về điều kiện bền

2.9.11 Kiểm tra trục vít theo hệ số an tồn cho phép :

Theo công thức (7.5), trang 120, tài liệu [6]

Hệ số an tồn được tính theo công thức sau:

[ ]nnn

.nnn

τ σ

τ

+

= (2.15)Trong đó :

- Hệ số an tồn cho phép : [n] = ( 1,5 ÷ 2,5 )

Khi tính tốn nếu n nhỏ hơn hệ số an tồn cho phép [n] thì phải tăng đường kính của trục hoặc chọn lại vậtliệu của trục có sức bền cao hơn so với vật liệu đã chọn Nếu ngược lại n quá lớn so với [n] thì giảm bớt đườngkính trục hoặc chọn lại vật liệu có sức bền thấp hơn để đảm bảo yêu cầu kết cấu nhỏ gọn và tính kinh tế

- Hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng suất pháp : nσ

a σ σ

1 σ

σ β ε k

m τ a τ

1 τ

τ ψ τ β k

τ n

+

τε

(2.17)

Trong các công thức trên :

• σ-1: Giới hạn mỏi uốn σ-1≈ ( 0,4 ÷ 0,5 ) σb

Chọn σ-1= 0,45σb= 0,45.600 = 270 N/mm2

• τ-1: Giới hạn mỏi xoắn τ-1≈ ( 0,2 ÷ 0,3 ) σb

Chọn τ-1= 0,25σb= 0,25.600 = 150 N/mm2

• σm: Trị số trung bình của ứng suất pháp

• τm : Trị số trung bình của ứng suất tiếp

• σa : Biên độ của ứng suất pháp sinh ra trong tiết diện của trục

• τa : Biên độ của ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của trục

2 4

x

x m a

2 4

u

u m a

N/mm9,1204042

4477,5.10W

Mττ

N/mm74,8102021

891,3.10W

Mσσ

• W : Mômen cản uốn của tiết diện trục

• Wx :Mômen cản xoắn của tiết diện trục

• kσ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn

• kτ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi xoắn

Tra bảng (7.6), trang 125, tài liệu [6]

270

51,20,05.9,2121,90,561,5

12,8.2,51n

n

.nnn

2 2

τ σ

τ

+

=+

=

⇒Vậy kích thước trục vít được chọn thoả mãn điều kiện an tồn

 2.10 TÍNH TỐN CHỌN KHỚP NỐI :

Khớp nối để nối cố định các trục, chỉ khi nào dừng máy tháo nối các trục thì các trục mới rời nhau Chọn khớp nối căn cứ vào mômen mà khớp phải truyền và đường kính trục mà khớp cần phải nối.Theo công thức (9.1), trang 221, tài liệu [6]

M= k.k.M (2.18)

Trong đó :

- k1: Hệ số tính đến mức độ quan trọng của kết cấu

- k2: Hệ số tính đến độ làm việc của khớp nối

N975

Trong công thức trên :

• N : Công suất động cơ N = 22 kw

Các thông số kích thước của khớp nối trục vòng đàn hồi:

++Kiểm tra khớp nối.

Sau khi chọn kích thước nối trục theo trị số mômen xoắn và đường kính trục cần kiểm nghiệmtheo ứng suất dập sinh ra giữa chốt và vòng cao su , ứng suất uốn trong chốt

* Kiểm tra theo ứng suất dập sinh ra giữa chốt và vòng đàn hồi

Theo công thức (9.22) , trang 234, tài liệu [6]

Điều kiện bền về ứng suất dập

c v 0

x

d.lZ.D

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 345.103 N.mm

- Ứng suất dập cho phép của vòng cao su, có thể lấy [σ]d = (2 ÷ 3) N/mm2

3

86.124.36.1

02.2.345.1

Vậy khớp nối thoả mãn điều kiện về sức bền dập của vòng đàn hồi

* Kiểm tra theo ứng suất uốn trong chốt.

Điều kiện về sức bền uốn của chốt Theo công thức (9.23), trang 234, tài liệu [ 6]

0

3 c

c x

D0,1.Z.d

.lK.M

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 345.103 N.mm

- Ứng suất uốn cho phép của chốt, có thể lấy [σ]u = (60 ÷ 80) N/ mm2

3

.1240,1.6.18

.422.345.10

⇒Vậy khớp nối thoả mãn điều kiện về sức bền uốn của chốt

2.10.2 Chọn khớp nối giữa hộp giảm tốc và trục vít

- k1: Hệ số tính đến mức độ quan trọng của kết cấu k1=1,2

- k: Hệ số tính đến độ làm việc của khớp nối k=1,3

- Mômen định mức :

970

2231,5.975n

Ni.975

Trong công thức trên :

• N : Công suất động cơ: N = 22kw

• Số vòng của trục động cơ: n = 970 v/ph

• Tỉ số truyền của hộp giảm tốc:  = 31,5

- Mômen truyền qua khớp :

⇒ Mx= k1.k2.Mđm= 1,2.1,3.696,57 = 1086,65 KG.m

Căn cứ vào mômen truyền và đường kính trục của hộp giảm tốc ở trên ta chọn khớp nối trục giữahộp giảm tốc và ổ đỡ đầu trục vít là khớp nối trục răng M∋ có mômen xoắn Mx= 1180 0 Nm.(Bảng 14-4,trang 301,[6])

Khớp nối trục răng là loại khớp dùng để nối các trục bị nghiêng hoặc bị lệch đối với nhau mộtkhoảng nhỏ do chế tạo, lắp ghép thiếu chính xác hoặc do trục bị biến dạng đàn hồi Nối trục răng được sửdụng khá rộng rải ,nhất là trong ngành chế tạo máy Vì so với khớp nối trục vòng đàn hồi thì khớp răng cókhả năng truyền mômen xoắn lớn hơn so với khớp vòng đàn hồi có cùng kích thước

Khớp nối trục răng cấu tạo gồm có 2 ống ngồi có răng ở phía trong và 2 ống trong có răng ở phía ngồilồng vào nhau Mỗi ống trong lắp chặt với một trục và 2 ống ngồi thì ghép chặt với nhau bằng bulông,răng của nối trục có dạng thân khai.Vật liệu chế tạo ống trong và ống ngồi là thép đúc 40, răng thì thì đượcnhiệt luyện có độ rắn không dưới 40 HRC

 Các thông số kích thước của khớp nối răng M∋ theo ΓOCT 5006 - 55: