Tính toán thiết kế guồng tải nông sản

Thiết kế gầu tải sấy thóc với quy mô nhỏ 10 tấn

Lời nói đầu MỤC LỤC 1 1 PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ GẦU TẢI 1. Giới thiệu chung về gầu tải 1.1. Đặc điểm chung về gầu tải 1.2. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của cơ cấu gầu tải 1.2.1. Ưu điểm 1.2.2. Nhược điểm 1.2.3. Phạm vi sử dụng 1.3. Mục tiêu thiết kế 2 2 PHẦN II TÍNH TOÁN GẦU TẢI 2.1. Tính toán các thông số của gầu tải 2.1.1. Bộ phận kéo Cấu tạo gầu gồm những bộ phận chính sau: - Bộ phận kéo (có thể là băng hoặc xích), trên đó có gắn các gầu, được uốn vòng qua tang hay đĩa xích ở trên và dưới máy. Chân máy gồm có tang hay đĩa xích, cơ cấu căng băng, hộp nạp liệu. Đầu máy gồm có tang dẫn động hay đĩa xích, động cơ và hộp giảm tốc, bộ phận tháo liệu. Phần bao che xung quang bao gồm các tấm che, các cửa vệ sinh, chân đỡ. Khi làm việc gầu tải xúc vật liệu trong khu vực chân máy và vận chuyển lên phía trên máy. Ở đây dưới tác dụng của trọng lực và lực quán tính vật liệu được rỡ từ gầu vào bộ phận tháo liệu và được chuyển đến nới sử dụng. Vật liệu cần vận chuyển được đổ vào bộ phận nhập liệu ở phía dưới chân máy. Theo kết cấu bộ phận kéo người ta chia gầu tải ra làm hai loại: - Gầu tải băng: Cơ cấu kéo là băng, dùng để vận chuyển vật liệu nhẹ, vận tốc có thể đạt tới 3,5m/s. - Gầu tải xích: Cơ cấu kéo là xích, dùng để vận chuyển vật liệu có kích thước thô nặng. Vận tốc chuyển động nhỏ hơn 1,25 m/s. Băng: băng được làm là băng vải cao su có số lớp vải i > 4, được nối hai đầu bằng đinh tán hoặc hấp chìm. Gầu được kẹp chặt với băng bằng bu lông, mũ bu lông to có mặt côn để giảm tập trung ứng suất. 2.2.2. Chọn loại Gầu Gầu được chế tạo hàn, tán hoặc đúc, chất dẻo. Vì yêu cầu của sản phẩm là vận chuyển thóc để sấy dùng kiểu ly tâm tháo liệu nên ta sẽ chọn loại gầu tải nông đáy tròn, kích thước loại 5 inch có thể tích chứa là 1.88 lít Bảng 1. Thông số gầu: 3 3 Gầu sâu Ký hiệu Kiểu gầu Chiều rộng gầu (mm) Bước gầu (mm) Vận tốc (mm) Số lượng đai Guồng băng vận tốc cao 1 Bảng 2. Thông số kích thước gầu: Kiểu gầu Kích thước (mm) Dung tích B A h Đối với gầu bắt vào băng, phần kim loại xung quang chỗ bắt vít được đập lõm để khi bắt gầu với băng, mặt băng và đầu bu lông nằm trên một mặt phẳng, như vậy băng sẽ ôm khít vào tang. 2.2.3. Tang dẫn động Tang của gầu tải được chế tạo bằng cách đúc hoặc hàn. Đường kính tang phụ thuộc vào số lớp trong băng và được xác định theo công thức: iD )125100( ÷= (2.1) Trong đó i là số lớp vải của băng. Chọn i = 5 [1] Tr 413, suy ra )625400(5).125100( ÷=÷= D (mm) Đường kính tang được làm tròn theo dãy: 250, 320, 400, 500, 800, 1000 mm. Chọn theo tiêu chuẩn: D = 500 (mm) 2.2.4. Xác định vận tốc của gầu tải Ta có giới hạn của v (m/s): Vì hạt có độ ẩm cao nên ta dùng phương pháp ly tâm để tháo liệu. Do đó lực ly tâm cần phải lớn hơn trọng lực P>G Trong đó trọng lực G = m.g, lực ly tâm P= m. v 2 R với R là bán kính tang dẫn  m. v ² R >m . g 4 4  v> √ R.g Đường kính bánh tang: D = 500mm nên R = 250 = 0,25m; g là momen trọng trường 9,8  v > √ 0,25.9,8=1.56 m/s Theo tiêu chuẩn guồng tải thẳng đứng chọn vận tốc theo dãy số: 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2 m/s.  Chọn vận tốc của gầu theo tiêu chuẩn: v = 1.6 m/s Năng suất 7 tấn/h  11.11 63.0 7 ==Q (m³/h) (2.3) Ở đây: 0.63 là khối lượng riêng của thóc trước khi sấy.  Tỉ số giữa dung tích gầu tải và bước gầu: Q 3,6. ε . v = 11.11 3,6.0,6 .1.6 =3,21= q t k (2.4) Chọn loại gầu có dung tích: q = 0,77 lít (Tra catalog gầu tải của hãng go4b)  Bước gầu: t k= q t k = 0,77 3,21 =240 mm  Trên 1 m chiều dài băng sẽ có: 1000/240= 4,17 gầu Tổng chiều dài băng tải : l =1500*2 + π*D = 31571 (mm)  Số gầu cần thiết: 31571/210= 132 (gầu) Tính toán bộ phận kéo: + Chọn sơ bộ lực căng nhỏ nhất trong bộ phận kéo, chọn sơ bộ: S min = 2000N + Trọng lượng của gầu tải: 4,5 N (0,45 kg) + Bề rộng của băng tải: 200 mm + Trọng lượng của 1m băng tải: 31,8N  Trọng lượng tổng cộng của băng tải và gầu trên 1m băng tải: q b =4,5. 4,17 + 31,8 = 50,565 N (5) Trọng lượng của vật liệu trên 1m chạy: q vl = Q.0 , 63 0,36. v = 11,11.0,63 0,36.1,6 =12,15 N (6) Ngoại lực tác dụng cản trục dưới: W d = ξ. S min (7) Trong đó: ξ là hệ số lực cản, ta dùng băng tải nên lấy ξ = 0.04 5 5 ta có : W d = 80N Ngoại lực cản khi xúc vật liệu: W x =k 1 . q vl =2. 12,15=24,3 N (8) Trong đó: k 1 là hệ số phụ thuộc guồng tải k 1 = 2÷5, ta chọn k 1 = 2 Tổng ngoại lực: ƩW = ƩW =W d +W x = 80 + 24,3 = 104,3 (9) Hệ số ma sát của tang khi bề mặt tiếp xúc hơi ẩm là : µ = 0.2 Góc ôm tang quay là :α = 180° S min ≥ ( q b +q vl ) .H−q b .H. e α .µ +Ʃ W e α. µ −1 (10) Với H = 15m là khoảng cách giữa 2 trục tang Ta chọn được S min = 1000N S d = S min + ƩW = 1000 + 104,3 = 1104,3 N (11) S v = S max = S d + ( q b + q vl ).H (12) = 1104,3 + (50,565 +12,15).15 = 2045,025 N S r = S min + q b .H = 1000 + 50,565.15 = 1758,475 N (13) 2.2.5. Công suất cần thiết của gầu tải Lực vòng tác dụng lên tang dẫn là: =+−=+−= )04,01).(475,1758025,2045()1).(( ζ rvt SSF 286,55 N (14) Trong đó: - ζ - là hệ số lực cản theo Bảng 16-1 [3] Công suất trên trục tang dẫn: 764,0 6,0.1000 6,1.55,286 .1000 . === η vF P t ct Kw (14) Trong đó: v - là vận tốc cần thiết của gầu tải, (m/s) η - là hiệu suất của gầu tải F t - là lực vòng trên tang dẫn: 6 6 Công suất động cơ: P đc = 1,2.P ct = 1,2.0,764 = 0,92 kW (15) 2.2.6. Số vòng quay của tang dẫn trong 1 phút Số vòng quay tang dẫn trong 1 phút được tính theo công thức sau: 12,61 5,0.14,3 6,1.60 . 60 === D v n ct π (vg/ph) (16) 2.2.7. Tính mô men xoắn trên cơ cấu gầu tải Momen xoắn trên trục gầu tải được tính theo công thức: 12,61 764,0 .10.55,9.10.55,9 66 == ct ct n P T = 119375 (N.mm) =119,375 N.m (17) Trong đó: P ct -là công suất trên trục tang dẫn. n ct -là tốc độ quay trên trục ra. PHẦN III TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÀ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG MÁY 3.1. Chọn loại hộp giảm tốc Vì hộp giảm tốc ta đặt ở trên cao nên ta sẽ chọn loại động cơ giảm tốc(động cơ gắn liền với hộp giảm tốc) để có kích thước và trọng lượng nhỏ gọn. Chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển: Các yêu cầu trục công tác: - Công suất trên trục công tác: P ct = 0,764 kW - Công suất trên trục động cơ: P đc = 0.92kW - Mô men xoắn trên trục công tác: T ct = 119,375 N.m - Số vòng quay trục công tác: n ct = 61,12 v/ph Từ đó chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn: Z.38-M90S4; có mô men xoắn trên đầu trục ra là 161 Nm. Thỏa mãn điều kiện T ct < [T]; Số vòng quay n 2 = 65 v/ph 3.2. Tính toán các chi tiết của thiết bị vận chuyển 3.2.1. Tính toán thiết kế trục tang bị dẫn và kiểm nghiệm 7 7 a. Chọn vật liệu làm trục Chọn vật liệu làm trục là thép 45HB = 200-210,σb = 600MPa, σch = 340MPa và ứng suất xoắn cho phép [τ] = 15-30 MPa, lấy [τ] = 15 Mpa b.Tính sơ bộ trục Momen xoắn của trục tang dẫn là: T ct = 119,375 N.m d tr ≥ 3 √ T ct [ 0,2 ] .15 = 3 √ 119375 [ 0,2 ] .15 = 34,14 mm (3.1) Chọn theo tiêu chuẩn đường kính trục sơ bộ của pulley d tr = 35 mm c. Tính lại đường kính trục theo momen xoắn -Kết cấu sơ bộ trục tang dẫn và bị dẫn: Hình 3.1: Trục tang dẫn chủ động Hình 3.1: Trục tang dẫn bị động - Xác định tải trọng tác dụng lên trục: • Momen xoắn trên trục: T ct = 119,375 N.m • Lực căng lớn nhất ở điểm vào tang bị dẫn: S d = 1104,3 N • Lực căng lớn nhất ở điểm vào tang ra dẫn: S min = 2000 N • Lực tổng cộng của lực căng băng coi như đặt ở giữa trục: F r = S d + S min = 1104,3 + 2000 = 3104,3 N 8 8 Hình 3.3: Sơ đồ đặt lực trên trục tang - Phản lực ở các gối tựa:  Lấy momen tại A: Ʃm A = 0 F r .165 – F B .340 = 0  F b = F r .165 340 = 3104,3.165 340 =1506,5 N  Tổng lực tác dụng lên trục: ƩF = F r – F a – F b = 0  F a = F r – F b = 3104,3 – 1506,5 = 1597,8 N - Xét đoạn trục bên phải điểm C: Momen uốn: M C = F a .165 = 1597,8.165 = 293637 N.mm Momen xoắn T C = 119375 N.mm - Xác định đường kính trúc: Ta xét 2 tiết diện, tiết diện giữa thanh và tiết diện lắp với ổ lăn. o Đường kính trục d trục tại các tiết diện được xác định theo công thức 10.17[2]: d tr ụ c ≥ 3 √ M t đ 0,1.[σ ] Trong đó: M tđ là momen tương đương tại tiết diện j, Nm M t đ 1 = √ M j 2 +0,75.T j 2 [σ] - ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục, MPA Thép 45 có [σ] = 50 MPa o Đường kính tại tiết diện giữa trục: M t đ = √ 293637 2 +0,75. 119375 2 =311304,48 N.mm  d tr ục ≥ 3 √ 311304,48 0,1.50 =39,63 mm  Chọn theo tiêu chuẩn đường kính trục d trục = 40 mm d.Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục Khi xác định đường kính trục ta chưa xét đến một số ảnh hưởng đến độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kỳ ứng suất, sự tập trùn ứng suất, yếu tố kích thước, chất 9 9 lượng bề mặt… Vì vậy ta cần thiết tiền hành kiểm nghiệm. Để trục đảm bảo độ bền mỏi thì hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm phải thỏa mãn điều kiện: s j = s σ j . s τ j √ s σ j 2 +s τ j 2 ≥[s] (3.2) Trong đó: [s] – hệ số an toàn cho phép, [s] = 1.5÷2.5 s σj – hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và được xác định theo công thức: s σj = σ −1 K σdj . σ aj+ψ σ . σ mj s τj – hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp, được xác định theo công thức: s τj = τ −1 K τdj . τ aj +ψ τ . τ mj Trong đó: σ -1 – giới hạn mỏi uốn của chu kì đối xứng. σ -1 = 0.436. = 261.6 N/mm² τ -1 – giới hạn mỏi xoắn của chu kì đối xứng: τ -1 = 0.58. = 251.8 N/mm² σ aj , τ aj , σ mj , τ mj là biên độ và trị số ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j: σ aj = σ maxj −σ m ị n 2 σ mj = σ maxj +σ mị n 2 (4.1) Với trục quay ứng suất thay đổi theo chu kỳ đối xứng: σ mj = 0; σ aj = σ maxj = M j W J ; = (4.2) W j : momen cản uốn của tiết diện trục Với trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động do đó: τ aj =τ mj = τ maxj 2 = T j 2. W oj W oj : momen cản xoắn của tiết diện trục 10 10