Cụm tang quay bao gồm: -1 tang quay.
- 2 gối đỡ. - 2 ổ bi.
- Các chi tiết phụ như: vòng đệm, chắn nước, nắp gối,…
4.3.1. Tang quay:
Phần bên trong tang quay được chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc gia công cơ khí cuốn, hàn,tiện nguội. Các loại tang nhỏ có thế chế tạo từ đúc. Trên bề mặt của tang quay thường được gia công, tạo rãnh hay đục lỗ vì vậy chiều dày của tang phải đủ lớn. Khi tang làm việc thường chịu lực nén và nếu ứng suất gây ra vượt quá giới hạn cho phép thì tang sẽ bị biến dạng.
Đối với các tang lớn khi làm việc thường chịu tải trọng nén, uốn và xoắn.
4.3.1.1. Mục đích yêu cầu:
- Trong máy rửa đa năng tang quay là bộ phận nằm cuối bể rửa để vận chuyển sản phẩm nông sản đã rửa ra khỏi bể rửa. Do đó, tang quay liên tục với 1 vận tốc nhất định tùy theo công suất dạng rửa.
- Tang quay được dẫn động, thông qua động cơ và 1 hộp giảm tốc. - Xác định vận tốc tang quay tối đa (nt)
- Vận tốc tối đa của vật tại cuối bể rửa.
Ta có: Vận tốc tối đa của đường tia tại cuối bể rửa. V5 = 0,143 m/s
Để máy đạt được công suất tối đa thì: 1 0,143
Vvật = ---V5 = --- = 0,0715 m/s 2 2
Gọi Vđ : Vận tốc dài của tang quay. nt : Số vòng quay của trục tang
Để đảm bảo nguyên liệu nông sản sau khi rửa xong được vận chuyển liên tục ra ngoài thì: Vđ ≥ 0,0715m/s
60 . 1000 .V nät ≥ --- π . d
d: đường kính tang quay
Đường kính tang quay phải đủ lớn để bên trong sẽ bố trí bộ phận gạt các phần tử nhỏ dính bám bên trong để nước sau khi rửa xối sẽ chảy xuống bể chứa đễ dàng.
4.3.1.2. Kết cấu tính toán:
+ Tang quay: được chế tạo từ thép tấm và thép ống được gia công theo phương pháp tiện, hàn và làm nguội.
+ Trục tang: được làm từ thép ống hai đầu hàng thép C45 (lắp lỗ trục).
+ Thân tạng: được chế tạo từ thép tấm, hàn 2 đầu vào trục tang. Giữa trục liên kết với tôn mỏng thông qua các vít đầu tròn, có thể tháo ra được để vệ sinh bên trong thân tang, bề mặt thân tang có trục lỗ đều nhau để thoát nước, bên trong thân tang còn có thanh gạt để gạt cặn, rác.
+ Vật liệu được chọn là thép không rỉ. * Tính toán:
+ Lực tối đa tác dụng lên tang quay (tải trọng) P = m . g = 300 . 9,8 = 2940N
+ Chiều dày thân tang:
a.E.d S 3
[P] = --- . --- δ d
Trong đó: E: Mô đun đàn hồi của vật liệu làm thân tang. E= 201010 N/m2.
d: Đường kính tang quay. Chọn d = 400 mm
S : Chiều dày thép tấm lên thân tang.
a : Hệ số an toàn trong thực tế các áo tang có thành mặt đầu nên tải trọng cho phép tính theo công thức trên. Sẽ có hệ số an toàn hơn 2 lần. S 3 8P d a. E. d --- = --- => --- = --- d a . E . d S 8P d 2.10.1010.0,4 --- = --- = 4 . 106 S 8 . 196000
d
S = --- = 0,098 . 10-6 m = 0,098m 4 . 106
Chọn S = 1mm
Chiều dày thanh tang: b = 20 mm Chiều dài thân tang quay ℓt. ℓ ≤ 0,8 (bề ngang bể chứa nước) ℓ = 0,74m
Đường kính trục tang: được chế tạo từ thép C45 có d = 50 mm (lớp ở trục) và thép ống hàn ở giữa (tiết kiệm vật liệu) thép ống có d = 100 mm khoảng cách giữa 2 gối đỡ.
ℓk = ℓtang + 2K1 + 2K2 + 2K3 + 2b
K1 : Khoảng cách giữa áo tang với thành bể chứa; K1 = 0,03m K2 : Bề dày thành máy; K1 = 0,1m
K3 : Khoảng cách giữa thành ngoài máy và gối đỡ; K3 = 0,05m b : Bề dày gối đỡ
a : Khoảng cách bánh đai đến tâm gối đỡ: (0,1m) ℓk = 0,74 + 2 (0,003) + 2(0,05) + 2(0,06) = 1,2m
Phân tích lực trục tang:
Giả sử lực tác dụng lên A, B có chiều như hình vẽ. + Xét trong mặt phẳng đứng:
* đứng = 0 - RAX – RBX + Fr + P = 0 RBX = Fr + P- RAX (1) * M/B = 0 Fr (130 + 580 x 2) ) - RAX . 1160 + P . 580 = 0 (2) Fr . 1290 + P . 580 Từ (2) RAX = --- = 1581.N 1160 RAX = 1581 (ngược chiều chọn) Thay vào (1) RBX = 100 + 2940 – 1581 = 1459 N (ngược chiều chọn) + Xét trong mặt phẳng ngang: * M/B = 0 RAY . 580 = 0 RAY = 0 RAX = 0
Không gây uốn cong trong mặt phẳng XOZ
+ Moment xoắn: Mx = P . R
R: Bán kính tang 0,2 m Mx = 2940 . 0,2 = 294 N/m
+ Moment quán tính của tiết diện áo tang π JP = --- (4 . 19,93 . 0,1) + (6 . 19,92 . 0,12) + (4 . 19,9 . 0,13) + 0,14 4 = 2493,16 cm2 Ứng suất do uốn: Mu 896,7 . 102 σu = --- . R1 = --- 20,3 = 719,3 N/cm2= 7,2 N/m2 J 2493,16 Ứng suất do xoắn: Mu 588 . 102 π = --- . R1 = --- 20,2 = 472 N/cm2= 4,72 N/m2 J 2493,16
Theo điều kiện đã chọn vật liệu làm áo ngoài tang quay là thép không rỉ. Ký hiệu 20 x 13 có σu = 300 N/mm2
σx = 170 N/mm2
Vậy vật liệu đã chọn đạt yêu cầu về điều kiện làm việc. + Kiểm tra ứng suất trên cổ trục:
Ta có φ d = 50 m/m => 0,05m
Moment quán tính của mặt cắt ngang
- Ứng suất do xoắn ở cổ trục cũng như trong mối hàn (mối hàn nối cổ trục và thành đầu của tang) là:
Mx d 588
T = --- . --- = --- 0,025 = 2232. 104 N/m2 =22,32 N/mm2 Jp 2 0,625. 106
Theo điều kiện đã chọn vật liệu làm trục là thép C45 có σx = 150N/mm2
Vậy trục tang đạt yêu cầu về điều kiện làm việc.
4.3.2. Thanh chắn rác:
Tính toán thanh gạt AB xác định vận tốc quay của thanh chắn rác
Theo kết cấu thanh gạt AB có nhiệm vụ gạt các cặn rác để hỗ trợ cho việc tách nước từ sản phẩm.
- Trong chương 3 ta có vật vận có dòng tia tại cuối bể rửa đạt: 1 0,143
Vvật = --- V5 = --- = 0,0715 m/s 2 2
Để cho sản phẩm, nông sản đi qua tang quay được liên tục thì:
Vd ≥ Vvật
Gọi Vd là vận tốc dài tang quay
Vd ≥ 0,0715 m/s
0,0715 . 60 . 1000
Vd ≥ 0,0715 m/s => n ≥ ---
0,0715 . 60 . 1000
n ≥ --- =3,4 ≈ 4 vòng/phút π . 400
Xem tang quay như một hệ chuyển động với vận tốc gốc 1
Các ngoại lực tác dụng lên hệ gồm: P : trọng lực thanh gạt.
Q: Trọng lực của tang quay.
R: Phản lực tại gối đỡ và 2 điểm tiếp xúc. Ta có:
dL3
--- = m3 (P) + M3 mg (Q) + M3 (∑R) dt
- Khi năng suất ổn định, tang quay đều nên moment các ngoại lực tác dụng lên trong và thanh gạt AB đối với trục quay (đường tâm trục) = 0.
- Biểu thức moment quán tính của hệ được tính theo công thức: L3 = L3tang L3vật (AB) = J3tang . w1 + J3vật (AB) . w2 = 0
Q P --- P2 w1 + --- r2 w2 = 0 9 9 = M . p2 . w1 + m . r 2 . w2 = 0 M p2 => M p2 . w1 = - m r 2 . w2 => --- --- . w1 m r2
Trong đó: M: khối lượng tang quay. m: khối lượng thanh gạt AB p: bán kính quán tính tang.
S: bán kính quán tính thanh gạt AB.
Dấu (-) chứng tỏ thanh gạt AB cũng quay đều nhanh trục quay theo chiều ngược với tang quay và moment động lượng của vật quay đã tạo ra sự chuyển động quay cho thanh gạt AB.
- Xác định ω2 (sơ bộ)
- Khối lượng tang quay M (p thép = 7900 kg/m2) - Trục tang φ50 – dài 0,73m => mt = 11,2 kg
=> m trục+ 11,7 kg
Lưới dày 0,001m. Tiết diện 0,8 (π . 0,4) => m1 = 7,94 kg
Đầu tang là 2 miếng thép có kích thước :
2,4m - dày h = 0,02m => mđ = 39,7 kg
Mtang = 39,7 + 7,94 + 11,7 = 59,342kg
- Khối lượng thanh gạt AB theo thiết kế chọn:
OI = 0,1m bề dày thanh gạt OB = 0,2m h = 0,004m AB = 2 IB = 2. 0,22 – 0,12 AB = 0,35m
Tiết diện thanh gạt AB AB x ℓAB x 0,004 = 0,35 x 0,7 x 0,004 = 0,000097m3 => mAB = 7,663 kg p = 0,2m (bán kính quán tính) r = 0,1m M p 59,342 (0,2)2 w2 = --- . --- . 4 = --- . --- . 4 = 30 vòng/phút m r2 7,663 0,12 4.3.3. Gối đỡ:
- Mục đích: Không cố định và giữ chặt và hàn kín 2 lổ lăn. - Kết cấu: Chế tạo, từ gang xám 15 – 32 theo phương pháp đúc.
H7
Sau đó gia công qua phay và doa đạt độ chính xác --- để lắp ghép ổ lăn. 96
- Do trục làm việc chỉ chịu lực hướng tâm nên chọn ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy. - Chọn sơ bộ kích thước ổ:
Chọn ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy cở nhẹ 1210 có đường kính trong d = 50 mm; đường kính ngoài = 90 mm, khả năng tải tĩnh 11 KN.
+ Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ: Chọn ổ A để tính (vỉ ổ này chịu lực lớn hơn)
Cd = Q
Trong đó: m: Bậc của đường cong mỗi khi thủ về ổ lăn (chọn m = 3) Q: tải trọng qui ước , kN
L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng. Ta có: Q = (XVFr + YFa) Kt . Kd
Trong đó: Fr, Fa: tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục (KN) V: Hệ số kể đến vòng nào quay (V = 1)
Kt = 1 : Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ
Kđ = 1 : Hệ số ảnh hưởng đặc trưng tải trọng.
Q = RAX = 1581 N = 1,581 KN 106. L 60n . Lh 60 . 60 . 20000 LH = --- L = --- = --- = 72 triệu vòng 60n 106 106 Cd = 1,581 72 = 6,577 KN < C = 17,00 KN
Vậy ổ lăn đã chọn bảo đảm khả năng tải động.