1) Tổng quan về nguyên liệu sấy:
3.6)Tính toán chọn ổ lăn:
Chọn ổ lăn được xác định theo 2 chỉ tiêu :
→Khả năng tải động nhằm đề phòng tróc rỗ bề mặt làm việc. →khả năng tải tĩnh nhằm đề phòng biến dạng dư
Do ổ lăn lằm việc với số vòng lăn lớn (n>10 v/p)nên không chọn ổ theo khả năng tải tĩnh mà chọn ổ theo khả năng tải động
Khả năng tải động Cd được tính như sau:
𝐶𝑑 = 𝑄. √𝐿𝑚
Trong đó: + Q: là tải trọng quy ước (KN)
+ m: Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn. Với ổ bi thì m = 3 và với ổ đũa thì m=10/3
+ L : Tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay Lh tuổi thọ tính bằng giờ
Theo 11.2[I] có
𝐿ℎ =10
6∙ 𝐿 60𝑛
60 𝐿 = 60𝑛 ∙ 𝐿ℎ
106
Xác định tải trọng động quy ước Theo 11.3[I] có :
𝑄 = (𝑋𝑉𝐹𝑟 + 𝑌 ∙ 𝐹𝑎). 𝑘𝑑. 𝑘𝑡
Với các hệ số:
• kt hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ kt = 1 (nhiệt độ t < 100C) • kd hệ số kể đến đặc tính tải trọng (tra bảng 11.5[I]
Với tải trọng tĩnh,không va đập và hộp giảm tốc có công suât nhỏ, kd = 1 • V hệ số ảnh hưởng của vòng nào quay V = 1 (vòng trong quay). • Frvà Fa tải trọng hướng tâm và dọc trục.(KN)
• Hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục
_Chọn ổ bi đỡ vì không có lực dọc trục với đường kính vòng trong d = 30 mm. _Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A là:
2 2 2 2 1638 2881 3314 rA Ay Ax F R R N Các hệ số K,K Vt, chọn bằng 1 Do không có lực dọc nên hệ số X = 1 và Y = 0 _Tải trọng quy ước:
1. rA 0.0 rA 3314( )
Q F F N
_Thời gian làm việc:
Thời gian làm việc tính bằng giờ:
7.300.2.8 33600
h
L h
61 6 6 60 60.33600.15 30, 24 10 10 h L n L trieu vong
_Khả năng tải trọng tính toán: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
9 3 3314 30, 24 10324, 76 m t C Q L N
_Ta tính toán thay ổ 7 năm 1 lần. Theo Catalog ta chọn ổ
Đầu băng tải có bộ truyền xích ta chọn loại ổ: UCP 206
Hình 3.12: Ổ lăn UCP 206
Đầu băng tải không có bộ truyền xích ta chọn loại ổ: UCT 206
62
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN 4.1) Thiết kế hệ thống điều khiển:
_Nguồn điện cho hệ thống sử dụng điện 3 pha 380V cho toàn bộ hệ thống Khởi động các động cơ bằng phương pháp sử dụng biến tần.
Ưu điểm:
+ Lắp ráp đơn giản hơn các phương pháp khác + Dễ vận hành và sửa chữa khi gặp sự cố
+ Có thể điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ + Có cơ chế bảo vệ được tích hợp sẳn
Nhược điểm:
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao
+ Kích thước lớn chiếm nhiều không gian lắp đặt
Chọn biến tần dựa trên công suất: Các động cơ dùng chung biến tần phải cùng công
suất và số vòng quay
tan 1, 2.
bien thanhphan
P P
Biến tần cho hệ thống quạt thổi:
1, 2 1, 2.5.30 180
btquatthoi
63 Ta chọn biến tần Mitsubishi F800 thường dùng cho quạt công nghiệp công suất lớn: FR- F840 với công suất từ 0,75KW đến 315KW
Biến tần cho hệ thống quạt hút:
1, 2 1, 2.15.7,5 135
btquathut
P P KW
Ta chọn biến tần Mitsubishi F800: FR-F840 với công suất từ 0,75KW đến 315KW Biến tần cho hệ thống băng tải:
1, 2 1, 2.3.0, 75 2, 7
btbangtai (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
P P KW
Ta chọn biến tần Mitsubishi E700 thường dùng cho băng tải công nghiệp: FR-F740 với công suất tối đa 15KW
Biến tần cho hệ thống quạt hút và thổi phế liệu:
Pbtquatphupham 1, 2P 1, 2.2.0, 75 1,8 KW
Ta chọn biến tần Mitsubishi F700 thường dùng cho quạt công nghiệp: FR-F720 với công suất tối đa 15KW
Sơ đồ đấu dây nhiều động cơ với biến tần
4.2) Nguyên lí hoạt động mạch động lực:
Điện 3 pha gồm 3 dây pha L1, L2,L3 và dây trung tính N. Hệ thống bao gồm:
64 + MCB: CB tổng của toàn bộ nhà máy
+ FUSE: cầu chì ngắt mạch khi gặp sự cố
+ Contactor K: điểu điều khiển từng cụm chức năng + RN: Rơle nhiệt của chống quá tải
+ Biến tần giúp khởi động và điều khiển tốc độ quay của động cơ bao gồm: Nút nhất KT để động cơ quay theo chiều thuận. Nút nhấn Star, Stop cấp nguồn cho Biến Tần, đèn báo ĐT cho biết động cơ đang hoạt động và điều khiển tốc độ động cơ thông qua tín hiệu từ biến trở 10K.
65
4.3) Nguyên lí hoạt động mạch điều khiển:
+ Hệ thống được điều khiển theo từng cụm chức năng bao gồm: quạt hút, quạt thổi, băng tải và thu hồi phụ phẩm.
+ Nhấn ON để kích hoạt các từ các contactor K để chạy từng cụm chức nằng đồng thời có đèn báo cho từng cụm chức năng.
+ Nhấn OFF khi muốn ngắt hệ thống từng cụm chức năng.
+ Mỗi cụm chức năng được bảo vệ bằng cầu chì và rơ le nhiệt RN. Khi gặp sự cố quá tải Rơle ngắt hệ thống và đồng thời kích hoạt đèn báo Đ5 là đèn báo động sự cố.
66
4.4) Phần làm thêm: Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt bằng PLC
Đề bài: Sử dụng PLC Mitsubishi lập trình điều khiển nhiệt độ cho Máy Sấy:
Hình 4.1 bộ điều khiển PLC mitsubishi
_ Mô-đun (FX 4AD) này có 4 kênh dùng để chuyển đổi bốn tín hiệu tương tự từ những
cảm biến thành giá trị nhị phân trong một khoảng thời gian xác định. Giá trị chuyển đổi này được sử dụng để so sánh, tính toán trong chương trình PLC. Tín hiệu tương tự đi vào mô-đun có thể là điện áp hoặc dòng điện.
67 Hình 4.2 sơ đồ Môđun FX 4AD
68 Hình 4.3 Môđun FX 4AD
_Van điều khiển: hay còn gọi là van hoạt động theo tỷ lệ và cũng là một loại của van điều khiển. Van vận hành trên cở sở nhận tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10VDC từ các thiết bị điều khiển (thiết bị đầu cuối) như bộ điều khiển PID, PLC… để điều khiển lưu lượng, áp suất, nhiệt độ theo chế độ tuyến tính hoặc đường đặc tuyến theo dạng tăng giảm tuyến tính.
_Thông thường trên thị trường thường chia ra 2 loại là van điều khiển bằng điện và van điều khiển bằng khí nén. Trong bài toán này ta chọn Van điều khiển bằng động cơ điện
69 _Chọn động cơ 3 pha hộp giảm tốc cho tất cả các thiết bị trong Máy Sấy:
+ 3 Động cơ băng tải + 5 Động cơ quạt thổi + 15 Động cơ quạt hút (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ 2 quạt thổi, quạt hút phụ phẩm
Yêu cầu bài toán:
_Mở khóa hệ thống bằng 4 chữ số cuối của MSSV của từng sinh viên, nếu mở khóa sai 3 lần thì hệ thống khóa cả hệ thống 1h, sau 1h cho phép nhập lại, sau khi mở khóa xong nhập dữ liệu nhiệt độ cài đặt vào D5
_Cho modun FX 4 A/D được gắn ở block thứ 2, 4 kênh dùng cho 4 cảm biến nhiệt độ với ngõ vào điện áp ±10v(nhiệt độ đo ±400 độ C).
_Viết chương trình nhận dạng, khởi tạo, kiểm tra lỗi, _Số lượng lấy mẫu trung bình là 4
_Tốc độ chuyển đổi cần là 10 ms/kênh, đọc nhiệt độ trung bình của cảm biến đọc về, điều khiển nhiệt độ cho khuôn nhiệt.
_Nhiệt độ được lưu vào thanh ghi theo 4 cặp nhiệt điện: D0, D1, D2, D3 _Mô phỏng bàn phím 10 phím để nhập ngõ vào
_Sau khi so sánh nhiệt độ, viết chương trình điều khiển hệ thống.
- Bên ngoài PLC - Bên trong PLC
5 Động cơ quạt thổi: 3 phase 380v AC 15 Động cơ quạt hút: : 3 phase 380v AC 3 Động cơ băng tải: 3 phase 380v AC
2 Động cơ quạt phụ phẩm: 3 phase 380v AC
Y10 Y11 Y12 Y13
70 CB Nhiệt ( Cặp nhiệt điện )
Van 220 V AC Đi xuống Đi Lên Y2, X2 Y3, X3 - Bàn phím 10 số X1-X10 - Nút ON, Off X11, X12 Bảng 4.1: bảng thiết bị ngõ vào/ ra
71 Hình 4.6: SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRONG PLC
72 _Van điều khiển (Y2 , Y3) lên xuống bằng cách đổi chiều Động Cơ 3 Pha 380V, Động Cơ có Rơle nhiệt đề phòng quá tải.
Hình 4.7: MẠCH ĐỘNG LỰC CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN
_Tất cả các động cơ trong máy sấy sửa dụng động cơ 3 pha 380V hộp giảm tốc. Ký hiệu ngõ ra: Y10 tới Y13
73 Hình 4.8: Mạch điều khiển chương trình khởi động
_Chương trình khởi động và nhập mật khẩu theo 4 số cuối MSSV, và chuyển dữ liệu vào thanh ghi
74 Hình 4.9: Mạch khởi tạo cảm biến và Calip Cảm biến
_Nhận dạng Modun FX 4AD _Khởi tạo
_Kiểm tra lỗi _Xử lý lấy mẫu
75 Hình 4.10: Mạch so sánh giá trị trung bình trên từng kênh
76 Hình 4.11: Mạch lập trình hệ thống
Nguyên lý hoạt động:
_Ta cài đặt giá trị nhiệt độ cần so sánh.
_Nhập mật khẩu 4 số cuối MSSV để chạy hệ thống
_Cảm biến đọc giá trị về thông qua Modun FX 4AD chuyển dữ liệu thành Digital với 4 kênh, đọc 4 lần và lấy giá trị trung bình so sánh với giá trị cài đặt
_Nếu giá trị lớn hơn hoặc bằng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Đóng van điều khiển để không tiếp tục gia nhiệt tác nhân sấy _Nếu giá trị nhỏ hơn
+ Mở van điều khiển để gia nhiệt tác nhân sấy.
77
CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG 5.1) Mô phỏng truyền nhiệt và dòng chảy trong buống sấy.
Yêu cầu: Vận tốc dòng tác nhân sấy đi vào buống sấy là 3 m/s với nhiệt độ là 35oC, các băng tải được làm từ vật liệu có nhiệt độ 35oC, nhiệt dung riêng: c = 3,53 kJ/kg độ, hệ số dẫn nhiệt: = 0,59 W/m.K. Kiểm nghiệm nhiệt độ tác nhân sấy đầu ra của buồng và vận tốc của dòng tác nhân sấy.
5.1.1) Lập mô hình cần mô phỏng tính toán.
_Ta thiết lập mô hình buồng sấy với kích thước + Cao 2,8 m
+ Rộng 1,5 m + Dài 1,5 m
+ Các vật liệu sấy dạng lưới cách nhau 0,36 m
Hình 5.1 mô hình buồng sấy
5.1.2) Tiến hành chia lưới phần tử hữu hạn cho hệ thống.
_Khi chia lưới chú ý để các mặt tiếp xúc với khối cần phải chia kích thước cho thích hợp để tăng độ chính xác cũng như không bị lỗi interface.
78 Hình 5.2 mô hình buồng sấy sau khi chia lưới
_Sau khi chia lưới tiến hành thiết lặp các Object: + Khối tác nhân sấy (Fluid domain)
+ Bề mặt vô của tác nhân sấy (Inlet) + Bề mặt ra của tác nhân sấy (Outlet) + Bề mặt của vật liệu sấy (wall dry) + Khối vật liệu sấy (dry)
Hình 5.3 thiết lặp các Object sau khi chia lưới
5.1.3) Tiến hành thiết lập điều kiện biên của bài toán.
_Chọn Steady: chỉ tính hệ thống ở trạng thái ổn định _Thiết lập gia tốc trọng trường 9,81 m/s2
79 Hình 5.4 thiết lập các điều kiện
_Cài đặt thông số vận tốc và nhiệt độ của tác nhân sấy và bề mặt vật liệu sấy
Hình 5.5 thiết lập các điều kiện
80 Hình 5.6 thiết lập các điều kiện
Nhiệt độ bề mặt của vật liệu sấy là 35oC
_Thiết lập mô hình toán: Cơ sở lý thuyết:
+ Kích hoạt bài toán phương trình năng lượng do bài toán truyền nhiệt ( thermal tranfer)
+ Độ nhớt động học theo lớp (Viscous – Laminar ) và độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ (Visous- heating)
+ Thành các vật rắn (solid ) làm các lớp lưu chất trượt lên nhau để giảm tài nguyên máy tính và đảm bảo độ ổn định cho hệ thống ( Slip wall )
_Xem xét dòng chất lỏng trên một tấm phẳng, như thể hiện trong hình bên dưới. Biên dạng vận tốc đồng đều chạm vào cạnh hàng đầu của thành vật rắn, và một lớp ranh giới nhiều lớp bắt đầu phát triển. Dòng chảy trong khu vực này rất dễ doán do dòng chảy tầng. Sau một khoảng cách nào đó, các dao động hỗn loạn nhỏ bắt đầu phát triển trong lớp biên và dòng chảy bắt đầu chuyển sang trạng thái chảy rối , cuối cùng trở thành chảy rối hoàn toàn.
81 Hình 5.7 thiết lập mô hình tính toán
_Sự chuyển đổi giữa ba vùng này có thể được xác định theo số Reynolds (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
_Đó là mật độ chất lỏng; vận tốc; chiều dài đặc trưng (trong trường hợp này là khoảng cách từ cạnh hàng đầu); và là độ nhớt động lực học của chất lỏng.
82
Mô hình k-ε: Giải quyết cho hai biến: k động năng chảy rối
ε (epsilon), tốc độ tiêu tán của động năng nhiễu loạn.
_Các chức năng Wall được sử dụng trong mô hình này, do đó dòng chảy trong vùng đệm không được mô phỏng. Mô hình k-ε trước đây rất phổ biến cho các ứng dụng công nghiệp do tốc độ hội tụ tốt và yêu cầu bộ nhớ tương đối thấp. Nó không tính toán chính xác các trường dòng chảy thể hiện độ dốc áp suất bất lợi, độ cong mạnh đối với dòng chảy, hoặc có dòng hồi ngược. Nó hoạt động tốt đối với các vấn đề về dòng chảy bên ngoài xung quanh các hình học phức tạp.Các mô hình nhiễu loạn được đều là phi tuyến tính hơn so với mô hình k-ε và chúng thường có thể khó hội tụ trừ khi có một dự đoán ban đầu tốt. Mô hình k-ε có thể được sử dụng để đưa ra một phỏng đoán ban đầu tốt. _Kiểm nghiệm kết quả tính toán: chọn phương pháp tính ( Green- Gause cell based ) cho dạng bài toán phi tuyến
_Chọn tần số tính toán là 50.
Hình 5.9 Mô hình k-ε
Ta có thể thấy các đường tính toán có độ hội tụ cao và ổn định trong hệ thống 5.1.4) Kiểm nghiệm kết quả tính toán mô phỏng.
_Chúng ta chỉ mới xét tới trọng lực chưa xét tới tính đối lưu của không khí và áp suất quạt thổi, quạt hút đồng thời kết quả sự chảy rối của không khí không thể xác định được nên kết quả chỉ có thể tham khảo không tính chính xác được.
83 Hình 5.10 mô phòng dòng không khí trong buồng sấy
Vận tốc không khí đầu ra từ 2-3 m/s
_Nhiệt độ tác nhân sấy phân bố không đều ở output.
_Giá trị trung bình trong buồng sấy của tác nhân sấy là 50-60oC
84 _Đây ta chỉ mô phỏng ở trạng thái steady ( ổn định ) và chưa tính đến thất thoát ra bên ngoài theo thời gian (dt) nên nhiệt độ này là chấp nhận được.
Do đó giá trị mô phỏng gần giống với giá trị tính toán. Việc mô phỏng chỉ mang ý nghĩa kiểm tra tham khảo cần được chứng minh bằng thực nghiệm để ra kết quả chính xác hơn.
5.2) Mô phỏng tĩnh học về ứng suất chịu lực của khung máy.
Yêu cầu: Ta có kết cấu quạt thổi và calorife đặt trên 1 modun khung máy với khối lượng là 300 kg cho 1 quạt thổi và 1 calorife. Kiểm tra ứng suất và biến dạng của kết cấu và kiểm nghiệm đảm bảo độ bền của kết cấu.
5.2.1) Lập mô hình cần mô phỏng tính toán.
Ta thiết lập mô hình kích thước giàn sấy.
Hình 5.12 lập mô hình tính toán giàn sấy
Ta dựng mô hình như thiết kế với thép hộp 50 x 50 x 2 (mm) Vật liệu ta chọn là stainless steel.
85 Hình 5.13 lập mô hình tính toán giàn sấy
5.2.2) Cài đặt điều kiện biên cho mô phỏng tĩnh học cho cơ cấu.
_Gia tốc trọng trường hướng xuống với giá trị 9,81 m/s2 _Đặt các giá cố định tại các chân của khung.
_Áp lực đặt vào là 300kg cho 1 modun tương đương 1 N/mm cho khung chịu lực với chiều dài 1500 mm.
86
5.2.3) Mô phỏng tĩnh và cho ra kết quả.
a) Kết quả chuyển vị của kết cấu.
Hình 5.15 kết quả chuyển vị của kết cấu
Chuyển vị tối đa 0,62 mm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b) Kết quả ứng suất của kết cấu.
87 Hình 5.17 Biểu đồ ứng suất của một thanh chịu lực trong kết cấu