thiết kế băng tải cao su

Tang bị động tăng góc ôm 1.2 Nguyên lí hoạt động: Khi động cơ điện 11 hoạt động sẽ truyền chuyển động quay qua hộp giảm tốc 9 tới tang trống chủ động 4 làm tang trống quay và nhờ có ma s

Lời nói đầu

Thiết kế môn học là một trong những nội dung quan trọng đối với sinh viên thuộc ngành kĩ thuật Nó không những giúp sinh viên củng cố kiến thức đã học mà còn là bớc chuẩn bị quan trọng cho công việc sau này của ngời kĩ s Tập dợt cho mỗi sinh viên làm quen với công việc thiết kế Với ý nghĩa đó, môn học Máy trục- vận chuyển cũng tạo điều kiện cho mỗi sinh viên thực hiện thiết kế môn học với những đề tài cụ thể.

Trong đề tài thiết kế của mình, em đã đợc giao thiết kế băng tải cao su- đề tài 10.

Quá trình thiết kế đòi hỏi ngời thiết kế phải vận dụng tốt lí thuyết, tìm hiểu về máy móc, đa ra đợc ý tởng của mình.

Tuy thời gian và kiến thức có hạn, song em cũng đã cố gắng

để hoàn thành đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo Nguyễn Văn Vịnh, thầy Bùi Thanh Danh cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn đã giúp

em hoàn thành đề tài này.

Hà Nội ngày 10/07/2005

Sinh viên thực hiện

Bùi Minh Dũng

Chơng 1

GiớI THIệU CHUNG về BĂNG TảI CAO SU

1.1 Cấu tạo tổng thể:

1 Phễu cấp liệu 8 Cơ cấu căng băng

2 Băng tải (thay đổi khoảng cách trục)

3 Con lăn đỡ 9 Hộp giảm tốc

4 Tang chủ động 10 Khớp nối

5 Phễu dỡ liệu 11 Động cơ

6 Con lăn tì 12 Bánh căng băng

7 Tang bị động (tăng góc ôm)

1.2 Nguyên lí hoạt động:

Khi động cơ điện (11) hoạt động sẽ truyền chuyển động quay qua hộp giảm tốc (9) tới tang trống chủ động (4) làm tang trống quay và nhờ có ma sát giữa tang trống chủ động và tấm băng (2) mà băng tải chuyển động theo.Vật liệu qua phễu cấp liệu (1) đợc rót vào tấm băng và cùng chuyển

động theo tấm băng tải đai và đợc dỡ ra khỏi băng qua phễu dỡ liệu (5) Các con lăn đỡ (3) có tác dụng đỡ băng ở nhánh làm việc và nhánh không làm việc Khi băng tải làm việc theo phơng ngiêng 1 góc  nào đó cần phải có thiết bị an toàn để đề phòng băng quay ngợc lại làm đổ vỡ hàng hoá và gây tai nạn cho con ngời

1.3 Phạm vi ứng dụng:

Trong các máy vận chuyển liên tục thì băng tải đai là loại máy đợc sử dụng nhiều nhất Nó đợc sử dụng rộng rãi trong các hầm mỏ xí nghiệp sản xuất, trên các công trờng xây dựng bến bãi nhà ga, kho chứa để vận chuyển các loại hàng hoá, vật liệu xốp rời, vật liệu có cục nhỏ (nh xi măng, ngũ cốc, than đá, cát sỏi v.v ) Vật liệu dính ớt (nh hỗn hợp vữa ,bê tông ,đất sét ớt ) Các loại hàng kiện (nh vật liệu rời đợc đóng trong thùng hòm …), bọc gói v.v

Băng tải đợc sử dụng nhiều nh vậy là do chúng có những u điểm nh : Cấu tạo đơn giản, độ an toàn cao, bền, có khả năng vận chuyển vật liệu rời và

đơn chiếc theo các hớng nằm ngang và nằm ngiêng hoặc kết hợp (nằm ngang

và nằm ngiêng ) Vốn đầu t và chế tạo không lớn lắm Có thể tự động hoá

đ-ợc, vận hành đơn giản ,bảo dỡng dễ dàng ,làm việc không ồn ào ,năng suất cao Tiêu hao năng lợng so với các máy vận chuyển khác không lớn lắm Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải cũng bị hạn chế vì chúng có độ dốc cho phép vận chuyển không cao (thờng từ 16-24 tuỳ theo tính chất vật liệu đợc vận chuyển ) và không thể vận chuyển theo đờng cong đợc

Chơng 2

Thiết Kế tổng thể Băng Tải

2.1 Chọn vật liệu chế tạo băng tải:

2.1.1 Tấm băng:

Căn cứ vào điều kiện làm việc thực tế của băng là vận chuyển vật liệu

là xi mang ( = 1 tấn /m3), chiều dài vận chuyển dài, vật liệu không có độ nhám nhiều Kết cấu băng cần đơn giản Mặt khác theo yêu cầu là thiết kế băng tải cao su do đó ta lựa chọn băng tải cao su cốt vải để sử dụng

Chọn loại thép thông thờng để chế tạo kết cấu thép (thép CT3) Sau đó sơn bảo vệ bên ngoài bởi vì nó đáp ứng đợc khả năng làm việc trong điều kiện chịu đợc tác dụng trực tiếp của môi trờng bên ngoài, dễ gia công chế tạo

và giá thành hợp lí

Các tang trống đợc chế tạo bằng thép hàn CT3 Bề mặt tang trống đợc gia công cẩn thận Đối với loại băng tải cao su, để tăng hệ số ma sát giữa

băng và tang trống ngời ta thờng bọc cao su Loại tang trống làm bằng thép hàn CT3 có u điểm là dễ gia công chế tạo và giá thành hợp lí

Các con lăn thờng đợc chế tạo bằng thép ống CT3 Con lăn đợc đặt trên ổ lăn hoặc ổ trợt và quay quanh trục gắn chặt trên giá đỡ băng (khung đỡ băng )

2.2 Xác định các thông số cơ bản của băng tải

2.2.1 Năng suất yêu cầu: N (T/h)

N=40m3/h;  = 1 tấn/ m3

 N=40 tấn/h

2.2.2 Chiều dài băng tải : L(m)

L =22 (m)

Do góc chảy tự nhiên của vật liệu đợc vận chuyển t = 45 nên góc ngiêng đặt băng lớn nhất của băng tải phải đảm bảo sao cho vật liệu trong suốt quá trình vận chuyển sẽ không bị tụt xuống dới Với góc chảy vật liệu

nh trên ta chọn đợc  max=18

Thiết kế với  = 18

2.2.4 Vận tốc băng tải:

Vvcvl = 0,7 m/s

Để đảm bảo năng suất và tốc độ băng tải ta chọn loại băng lòng máng

2 con lăn đỡ để thiết kế

Băng lòng máng 2 con lăn đỡ

Chiều rộng băng tải B đợc xác định thông qua diện tích tiết diện của dòng vật liệu đợc vận chuyển trên băng Fb Diện tích tiết diện Fb đợc xác định theo công thức :

Fb = Ft+ Ft'

Trong trờng hợp này vì vật liệu vận chuyển là hàng kiện (xi măng) nên

ta chọn đợc các thông số sau :

Ta sử dụng loại băng B820 có :

-  = 600 (N/cm) : giới hạn bền kéo của 1 lớp vải có chiều rộng 1 cm

- B = 500 (mm) : bề rộng băng

2.3 Xác định công suất dẫn động băng tải

Công suất dẫn động băng tải có thể xác định theo công thức sau :

N = N1 + N2

N1: công suất cần thiết để nâng vật liệu lên chiều cao H ( không tính trọng l-ợng băng)

N1 =  

367

. H L n 

N2: công suất cần thiết để thắng lực cản di chuyển băng trên chiều dài Ln

N2 =

102

.

2q b L n 0 v

Trong đó :

Q : năng suất của băng tải (T/h) Q = 40 (T/h)

Ln: Hình chiếu độ dài vận chuyển (m)

Ln =L.cos= 20.cos18o = 21 (m)

H : Chiều cao vận chuyển vật liệu (m)

H= L.sin= 20.sin18 o = 6,8 (m)

 : hệ số cản chuyển động riêng của vật liệu,  = 0,030,04

chọn  = 0,04 (băng làm việc trong nhà, bụi)

0: hệ số cản di chuyển riêng của băng trên con lăn

v : vận tốc của băng (m/s) v = 0,7 (m/s)

 N = N1 + N2

367

. H L n 

+

102

.

2q b L n 0 v

367

04 , 0 21 8 , 6

+

102

7 , 0 05 , 0 21 7 2

= 0,83 + 0,1

 N = 0,93 (kW)

2.4 Xác định lực kéo của băng : W (tổng lực cản ).

Từ công thức :

N =

1000

.v W



(Kw)

 W = 1328 (N)

2.5 Xác định lực căng băng nhánh vào và nhánh ra của tang trống chủ động :

Lực căng băng trên nhánh vào và nhánh ra đợc xác định theo công

thức sau:

Sv =

1

.









e

e W

Sr =

1







e

W

Trong đó W = 1328 (N): Lực kéo băng tải

 : Hệ số ma sát

Đối với tang làm việc trong môi trờng bụi thì :  = 0,25

 : = 180o ( Góc ôm )

 e =2,19

 Sv = 13282,19.2,191

 = 2444 (N)

Sr = 21328,19 1

 = 1116 (N)

2.6 Kiểm tra lực căng băng

W = Sv- Sr

Điều kiện để không có hiện tợng trợt băng trên tang trống chủ động

là :

S0 

1

W







e = 2,19 1

1328

 = 1116 (N)= Sr

S0: lực căng ban đầu

Chơng 3

Thiết Kế Tính Toán cụm máy dẫn động Băng Tải 3.1 Tính toán thiết kế tang trống chủ động

3.1.1 Công dụng của tang trống chủ động

Tang trống chủ động có nhiệm vụ truyền chuyển động cho băng Nhờ

có ma sát giữa băng và tang trống chủ động làm cho băng chuyển động theo

3.1.2 Xác định chiều dài, đờng kính tang trống chủ động

Chiều dài L và đờng kính Dc

t của tang trống chủ động phụ thuộc vào loại băng Đối với loại băng đã chọn ở trên là băng cao su cốt vải thì chiều dài và đờng kính chọn tang trống chủ động đợc xác định nh sau :

L = B + 100 (mm)

Dc

t = (120  150 ).i (mm)

B = 400 (mm) : Chiều rộng băng

i : Số cốt vải

i = 1,1.B S.[max'] (công thức 3.9 - tài liệu 3)

Smax : Lực căng băng lớn nhất (N)

Smax = Sv = 2444 (N)

['] Lực kéo cho phép của 1 lớp vải có chiều rộng 1 cm (N/cm)

['] = /k1

 = 600 N/cm

k1: hệ số an toan bền lấy theo chiều rộng băng và số lớp vải cho phép: B = 50 (cm) , i0 = 8  k1 =10 (trang 18 - tài liệu 3)

['] =600/10 = 60N/cm

i = 1,1

60 50

2444

= 1,24  chọn i = 2

Do đó :

L = 500 + 100 = 600 (mm)

Dc

t = (120  150 ).2 = 240  300 (mm) Chọn Dc

t = 300 (mm)

3.1.3 Tính toán thiết kế các chi tiết của tang trống chủ động

a) Tính chọn vỏ tang trống

Chọn vật liệu là thép CT3 có cơ tính nh sau :

- ứng suất cho phép về uốn : u = 1500 (KG/cm2)

- giới hạn chảy : ch = 2400 (KG/cm2)

Khi băng tải làm việc dới tác dụng của lực kéo băng (W) làm phát sinh lực căng trong băng Tại mỗi vị trí (điểm) trên băng có một lực căng xác

định Lực căng có giá trị lớn nhất ở điểm cuối nhánh dẫn (nhánh có tải) vào tang trống chủ động và có giá trị nhỏ nhất ở điểm cuối nhánh bị dẫn ( nhánh không có tải ) khi vừa ra khỏi tang trống chủ động

- Lực tác dụng lên vỏ tang đợc xác định theo công thức :

R = 2Sv.sin

2



(N) Trong đó :

R - Lực tác dụng lên vỏ tang (N)

Sv - Lực căng lớn nhất của băng trên nhánh vào ( nhánh dẫn ) (N)

Sv = 2444 (N)

 : Góc ôm của băng = 180o

Thay số vào ta có :

R = 2.2444.sin

2

180  = 4888 (N)

Để xác định chiều dày vỏ tang (t) ta có thể coi vỏ nh một dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều trên suốt chiều dài vỏ tang (L) mà gối đỡ là các thành bên của tang

Lực phân bố q đợc xác định theo công thức :

q =

L R

(N/mm)

q =

600

4888

= 8,15 (N/mm)

Theo sơ đồ tính vỏ tang trống Mô men lớn uốn lớn nhất xuất hiện trên

vỏ tang khi chịu lực phân bố q là :

Mu

max =

8

2

qL (Nmm)

Trong đó : q = 8,15 (N/mm) -Lực phân bố trên chiều dài vỏ tang

L = 600 (mm) -Chiều dài vỏ tang

Do đó :

Mu

max =

8

2

qL =

8

600 15 ,

= 366750 (N.mm)

-ứng suất uốn lớn nhất sinh ra trong vỏ tang : max (N/mm)

max =

u

u

W

M max

 u

Mu

max : - Mô men uốn lớn nhất sinh ra trên vỏ tang (N.mm)

Wu : - Mô men chống uốn của vỏ tang

Wu = 0,1

D

d

D4 4

D,d : Đờng kính ngoài và trong của vỏ tang

u : ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm vỏ tang (Thép CT3 )

 Wu 

 u

u

M



max

Hay: 0,1

D

d

D4  4 

 u

u

M



max

 d   

 

4 1 , 0

.

1 , 0

u

u

u D M D



 

Mumax q=11,3 (N/mm)

ở đây D = 300 (mm) ; u = 150 (N/mm2)

Mu

max = 366750 (N.mm)

Thay các giá trị này vào công thức ta đợc:

d  299 (mm) Lấy d = 280 (mm)

Từ đây ta tìm đợc bề dày vỏ tang ( v) :

v =

2

d

D 

=

2

280

300 

= 10 (mm)

b) Tính chọn vỏ thành tang

Vật liệu chế tạo là thép CT3 :

- Bề dày thành tang : t = 10 (mm)

- Đờng kính ngoài : 1 = d = 280 (mm)

-Đờng kính trong 2 lấy bằng đờng kính trục

c) Tính toán thiết kế trục tang trống chủ động và chọn ổ

Phần này đợc trình bày riêng ở phần sau

3.2 Tính toán thiết kế tang trống bị động

3.2.1 Công dụng của tang trống bị động

Tang trống bị động dùng để kéo căng băng và điều chỉnh sức căng của băng

3.2.2 Xác định chiều dài và đờng kính tang trống bị động

Đờng kính của tang trống bị động dợc xác định từ quan hệ sau :

Db

t 

3

2

Dc

t Trong đó :

Dc

t : Đờng kính tang trống chủ động (mm)

Db

t : Đờng kính tang bị động (mm)

 Db

t 

3

2

300 = 200 (mm)

Để thuận tiện cho việc gia công chế tạo ta thiết kế tang bị động giống

nh tang chủ động

Nh vậy các kích thớc của tang bị động sẽ là :

L = 600 (mm) ; v = 10 (mm)

Dc

t = 300 (mm) ; t = 10 (mm)

3.3 Tính chọn động cơ - hộp giảm tốc

3.3.1 Chọn sơ đồ dẫn động băng tải

1 Động cơ 3 Băng

2 Hộp giảm tốc 4 Tang dẫn

3.3.2 Chọn động cơ

Ta có công suất trên băng tải là N = 0,93 (Kw)

Gọi Nct là công suất cần thiết thì :

Nct = K.Ko



N

(Kw)

: là hiệu suất truyền động chung,  = 0,7  0,8

Lấy  = 0,8

K: hệ số phụ thuộc vào chiều dài băng

L = 15  40 (m)  K = 1,1

Ko: hệ số cản tại tang chủ động, Ko = 1,2  1,3

Lấy Ko = 1,3

 Nct = 1,1.1,3.00,,938 = 1,66 (Kw)

Tra bảng 5.4, tài liệu 3 ta chọn loại động cơ: MTK-112-6 có:

- Công suất : 2 (Kw)

- Số vòng quay : n = 780 (v/p)

- CĐ = 40 

- Trọng lợng : W = 47 (kg)

Ta có: vận tốc quay của tang:

n =

D

v

.

1000 60

 (v/p) Với D = 300 (mm) ; v = 0,7 (m/s) ta đợc :

nt = 603.,100014.300.0,7 = 54,6 (v/p)

M

1

2

3

4

- Tỉ số truyền động: i =

t

c d

n

n /

= 54780,6 = 14,3 Tra bảng 5.5 (tài liệu 3), theo i, Nđc, nđc, ta chọn hộp giảm tốc U2-200

- Tỉ số truyền: i = 16,3

- Công suất trên trục vào: N = 5,9 (kW)

- Tốc độ quay: n = 1000 (v/p)

3.4 Tính toán thiết kế trục tang trống chủ động

- Vật liệu chế tạo trục : Thép 45 thờng hoá có giới hạn bền kéo bk= 600 (N/

mm2) Giới hạn chảy ch= 300 (N/mm2)

Lực tác dụng từ băng tải R

R = 4888 (N)

Tải trọng tác dụng lên vị trí lắp thành bên của tang với trục RC,RD có giá trị nh sau :

RC =RD =

2

P 48882



=2444 (N)

l1 = 80 (mm) (chọn)

l2 = 600 (mm)

l3 = 140 (mm) (chọn)

Đờng kính trục đợc xác định nh sau:

d  c

n

N

(mm) (công thức 14.2 - tài liệu 4) Trong đó :

c = 120 : Hệ số phụ thuộc vào ứng suất xoắn

N = 0,93 (Kw) : Công suất trên trục tang

n = 54,6 (v/p) : Số vòng quay của trục tang chủ động

R Ay

R

A

B

Tang

R By

l 3

E

 d  120

6 , 54

93 , 0

= 15,66 (mm)  16 (mm)

3.4.2 Tính gần đúng trục

1) Xác định phản lực ở gối đỡ trục

+ Tính RAx,RBx :

MAx = 0  RBx(2l1 + l2) = 0

 RBx = 0 (N)

X = 0  RBx + RAx = 0

 RAx = - RBx = 0 (N) + Tính RAy, RBy:

Ay = 0  RC.l1 + RD.(l1 + l2) - RBy(2l1 + l2) = 0

 RBy =

2 1

2 1 1

2

) (

.

l l

l l R l







 RBy =

600 80 2

) 600 80 (

2444 80

2444







= 2444 (N)

Y = 0  RAy + RBy - RC - RD = 0

 RAy = RC + RD - RBy

 RAy = 2444 + 2444 - 2444 = 2444 (N)

2) Vẽ biểu đồ nội lực

* Tính mômen uốn:

- Tiết diện A, B :

MA

u = MB

u = 0 (N.mm)

- Tiết diện C :

MC

u = MC

uy = l1.RAy

= 80.2444 = 195520 (N.mm)

- ở tiết diện D :

MD

u = MD

uy = RBy.l1

= 2444.80 = 195520 (N.mm)

* Tính mômen xoắn:

Mx = 162665

6 , 54

93 , 0 10 55 , 9 10 55 ,





n

N

(N.mm)

Đờng kính trục ở các tiết diện này đợc tính theo công thức :

d 

  1 , 0

td

M

Mtđ : mô men tơng đơng

Mtđ = M  u2 0 , 75 M x2

: ứng suất cho phép của vật liệu làm trục (Thép 45)

 = 70 (N/mm) (Thép 45)

+) Tính Mtđ:

- Tại tiết diện C :

MC

tđ = Mu

c = 195520 (N.mm)

- Tại tiết diện D :

MD

tđ = 195520  2 0 , 75 162665 2 = 240983(N.mm)

- Tại tiết diện B,E :

MB

tđ = ME

tđ = 0 , 75 162665 2 = 140872 (N.mm)

Ta có đờng kính trục tơng ứng với từng tiết diện :

- Tiết diện C :

dC  30 , 3

70 1 , 0

270640

- Tiết diện D :

dD  32 , 5

70 1 , 0

240983

A

R Ay

B

M uy

M z

E

- Tiết diện B, E :

dB = dE  29 , 2

70 1 , 0

140872

Căn cứ vào kết quả tính toán ở trên ta có thể chọn đờng kính trục nh sau :

dC = dD = 40 (mm)

dA = dB = dE = 35 (mm)

3.4.3 Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn

Phần này ta tiến hành kiểm nghiệm trục ở tiết diện D vì ở đó trục chịu mô men tổng cộng lớn nhất ( MD

tđ = 240983 N.mm)

Hệ số an toàn đợc tính theo công thức sau :

n = 2. 2









n n

n n

 ( Công thức 11.11, tài liệu 4)

n : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

n =

m a

K



















1





n : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp

n =

m a

K



















1





-1,-1 : Giới hạn mỏi uốn và mỏi xuắn ứng với chu kì đối xứng Có

thể lấy gần đúng :

-1 = ( 0,4  0,5 ) b

 -1 = 0,45.b = 0,45.600 = 270 (N/mm2)

-1 = ( 0,4  0,5 ) b

 -1 = 0,25.b = 0,25.600 = 150 (N/mm2)

a,a : Biên độ ứng suất pháp, ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện trục :

a =

2

min max 

a =

2

min max 

 

m,m : trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp Là thành phần không đổi trong chu kì ứng suất :

m =

2

min max 