CHƯƠNG 12: MÁY VẬN CHUYỂN LIÊN TỤC docx

Máy vận chuyển liên tục có khả năng thay đổi hớng vận chuyển và sử dụng đợc trong mọi địa hình, không cần có nền móng vững chắc, có thể tự thay đổi độ dốc, vị trí dỡ tải, chất tải.. Máy

Chơng 12

Máy vận chuyển liên tục

12.1 Những vấn đề cơ bản

12.1.1 Các loại máy vận chuyển liên tục

Máy vận chuyển liên tục là các loại máy móc dùng để vận chuyển vật liệu rời vụn, mà vật liệu vận chuyển tạo thành dòng liên tục hoặc từng quãng đều nhau theo một hớng nhất định Máy vận chuyển liên tục làm việc ở các công đoạn trung gian nhằm chuyển tải các sản phẩm theo quy trình công nghệ sản xuất của xí nghiệp, nhà máy Khi làm việc độc lập, máy chuyển liên tục làm nhiệm vụ cơ giới hoá một khâu nặng nhọc Máy vận chuyển liên tục có khả năng thay đổi hớng vận chuyển và sử dụng đợc trong mọi địa hình, không cần có nền móng vững chắc, có thể tự thay đổi độ dốc, vị trí dỡ tải, chất tải Nh vậy máy vận chuyển liên tục

đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền cơ giới hoá, tự động hoá sản xuất Các máy loại này

có thể lắp đặt trong các nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, xi măng, trên bến cảng, hầm mỏ, các công trờng xây dựng.v .v

Máy vận chuyển liên tục rất đa dạng, phụ thuộc vào mục đích sử dụng, chủng loại vật liệu vận chuyển, tính chất công nghệ của sản xuất mà lựa chọn máy vận chuyển liên tục thích hợp vì

Hình 12-1 Các loại máy vận chuyển liên tuc: a- Băng tải cao su, b- Băng bản, c- Vít tải,

d-Băng con lăn, e- Băng chuyền lắc, f- Guồng tải, g- Vận chuyển bằng khí nén

e)

g) f)

c) a)

vậy mỗi loại vật liệu có yêu cầu dây chuyền riêng biệt Trong quá trình làm việc, có thể nối dài thêm hoặc cắt ngắn thiết bị cho phù hợp với điều kiện chất tải, dỡ tải và vị trí đặt máy

Dựa vào kết cấu, tính chất vật liệu vận chuyển, nguyên lý và mục đích sử dụng mà ta có một số dạng máy vận chuyển liên tục tiêu biểu: Băng tải cao su, băng bản, vít tải, băng con lăn, guồng tải, băng chuyền lắc, băng chuyền rung, vận chuyển bằng khí nén, vận chuyển bằng thuỷ lực (hình 12-1)

12.1.2 Vật liệu vận chuyển.

Vật liệu vận chuyển có ảnh hởng rất lớn tới máy vận chuyển Do vậy cần nghiên cứu kỹ vật liệu vận chuyển để

lựa chọn máy vận

chuyển thích hợp, nâng

cao hiệu quả, năng suất,

nâng cao tuổi thọ máy,

hạ giá thành sản phẩm

Vật liệu vận

chuyển có thể là rời,

vụn nhỏ nh đá, sỏi, cát,

than đá, vôi bột, xi

măng, các loại ngũ cốc

v v Nhng cũng có thể

vận chuyển vật liệu rời

đã đợc bao gói nh bao

xi măng, hàng cục lớn

nh phôi đúc, một bộ

phận máy

Nh vậy đặc trng

của vật liệu cần nghiên

cứu những vấn đề sau:

1 Kích thớc hạt

vật liệu vận chuyển.

Nếu kích thớc của

các cục vật liệu là a1, a2 , a3, thì kích thớc danh nghĩa của hạt có thể tính theo công thức:

a= 3

3 2

1 a a

a (12-1) Nhóm cục vật liệu có kích thớc hạt từ amax đến 0,8 amax thì gọi đó là nhóm lớn nhất

Nếu amax , amin là kích thớc lớn nhất và nhỏ nhất của đống vật liệu vận chuyển mà tỷ số

5

,

2

a

a

min

max

 là vật liệu nguyên khai cha phân loại (hình 12-2b), tỷ số 2,5

a

a min

max

 là vật liệu đã

đ-ợc tuyển chọn (hình 12-2 c) Đặc trng của vật liệu vận chuyển là kích thớc hạt trung bình:

2

a a

a max  min



2 Khối lợng riêng

Hình 12-2 Vật liệu vận chuyển & tính chất của chúng: a- Vật liệu

sàng phân loại, b- Vật liệu cha phân loại, c- Vật liệu đã phân loại, d,

e - Xác định góc chảy tự nhiên của vật liệu

Là khối lợng vật liệu vận chuyển trên một đơn vị thể tích t/m phụ thuộc vào độ ẩm, loại vật liệu, độ nén và các tính chất cơ lý khác Tỷ số giữa khối lợng riêng của vật liệu ở dạng nguyên khối  'và khối lợng riêng vật liệu đã đợc khai thác (ở dạng rời)  đợc gọi là hệ số tơi xốp:

ktx '  1







Đối với đất đá mềm và than: ktx= 1,1  1,4;

Đối với đất đá cứng: ktx= 1,6  1,8

Có thể căn cứ vào khối lợng riêng của vật liệu để phân loại vật liệu: nhẹ   0,6 T/m3, vật liệu trung bình  = 0,6  1,1 T/m3, vật liệu nặng  = 1,1  2 T/m3, loại rất nặng > 2 T/m3

3 Góc nội ma sát

Vật liệu khi rơi chảy thành đống tạo với mặt phẳng ngang một góc  gọi là góc chảy tự nhiên hay góc nội ma sát Góc nội ma sát phụ thuộc loại vật liệu, độ ẩm, hình dạng và kích thớc hạt, độ dính kết Khi vận chuyển vật liệu trên các máy vận chuyển liên tục, góc chảy tự nhiên của vật liệu sẽ nhỏ đi do lực động khi vận chuyển và gọi là góc chảy tự nhiên động hay nội ma sát động Góc nội ma sát động nhỏ hơn góc nội ma sát tĩnh (hình 12-2d, e):

đ2= (0,35  0,7) t1

4 Tính mài mòn.

Mỗi loại vật liệu có tính mài mòn khác nhau Độ mài mòn ảnh hởng tới bề mặt thiết bị vận chuyển Do đó cần lựa chọn máy vận chuyển thích hợp để nâng cao tuổi thọ của máy và bảo

đảm tốt đợc kỹ thuật vận chuyển

5 Độ ẩm

Là lợng nớc chứa trong vật liệu Độ ẩm đợc xác định:

100%

G

G G 2

2

1





trong đó:

G1 - khối lợng vật liệu trớc khi sấy, kg;

G2 - khối lợng vật liệu sau khi sấy, kg;

Độ ẩm vận chuyển than ở vùng mỏ không vợt quá  = 2  3%; xi măng, bột  = 1,5  2%; vật liệu rời dễ đóng cục  = 2  3%

6 Tính dính bám và các tính chất hoá học khác

Một số loại vật liệu có tính chất dính kết tự nhiên đóng thành từng tảng, cũng có loại dính kết vào máy vận chuyển Nhiều vật liệu vận chuyển có tính chất ăn mòn hoá học Do vậy cần phân tích kỹ để lựa chọn thiết bị vận chuyển chống đợc những đặc tính hoá học này

12.2 Các thông số của máy vận chuyển

12.2.1 Năng suất máy vận chuyển

Năng suất vận chuyển đợc tính theo công thức:

trong đó:

V - năng suất vận chuyển m3/h;

 - khối lợng riêng của vật liệu, t/m

Năng suất có ba loại:

1 Năng suất tính toán hay năng suất lý thuyết là số lợng vật liệu lớn nhất đợc chuyển qua

thiết bị trong một đơn vị thời gian Tuỳ theo điều kiện có hệ số tiếp nhận không đều ktđ và theo năng suất ca:

tg

kd ca kd

k

k T

A k

Hệ số sử dụng tính theo thời gian:

1

T

T k

ca

tg  

Năng suất trung bình trong một ca:

h / , T

A Q

ca

ca

tb 

Đối với máy vận chuyển liên tục:

khi vận chuyển khối vật liệu phân bố đều:

trong đó:

ktđ - hệ số cấp liệu không đều;

Aca- sản lợng kế hoạch yêu cầu trong một ca, t/ca

Tm - thời gian làm việc thực của máy, h;

F - diện tích tiết diện cuả dòng vật liệu, m2;

v - vận tốc vận chuyển của máy, m/s;

qvl - khối lợng vật liệu trên một m dài

2 Năng suất kỹ thuật là khả năng vận chuyển theo kết cấu của máy hay còn gọi năng suất

lý lịch máy

Khi chọn phơng tiện vận chuyển thì : Qkt  Qtt

3 Năng suất vận hành là năng suất thực của máy khi làm việc thực tế trên công trình.

ở đây có tính tới những điều kiện cụ thể khi lắp đặt máy:

1

Q

Q k

kt

vh

12.2.2 Lực cản chuyển động

Là lực cản lại quá trình chuyển động của máy Lực cản phụ thuộc nhiều yếu tố: Kết cấu máy, độ nghiêng đặt máy, bán kính góc lợn của tuyến, tốc độ chuyển động của máy v.v Nh vậy trạm dẫn động phải tạo ra đợc lực kéo đủ lớn để thắng lực cản chuyển động để vận chuyển

vật liệu đi một quãng đờng và độ cao nhất định Đối với máy vận chuyển liên tục, lực cản

chuyển động chủ yếu là lực ma sát tỷ lệ với trọng lợng vật liệu vận chuyển, do vậy trong tính

toán thờng sử dụng hệ số cản riêng

1 Lực cản chuyển động khi trợt:

Wc= G f = Fms (12-6)

2 Lực cản chuyển động trong các ổ bánh xe và khớp Trong trờng hợp bộ phận di

chuyển là bánh xe thì (hình 12-3):

2

d W 2

d N eN

2

d

"

F 2

d ' F k

' N M

M 2

D

Từ đó:

d D

d e 2 N

Wc









 Vì D >> d nên

D

d e 2 N

Đối với bánh xe có thành, ma sát giữa thành với

đờng ray đợc đa vào hệ số c; vậy:

D

d e 2 N

Wc   = N  c, N; (12-8)

trong đó:

G - trọng lợng vật liệu lên bề mặt, N;

N - phản lực của nền lên bánh xe, N;

f - hệ số ma sát trợt;

e - hệ số ma sát lăn của bánh xe lên đờng, m;

Hình 12-3 Lực cản chuyển động

c - hệ số cản của thành bánh xe lên ray;

 - hệ số ma sát trợt của ổ trục;

D - đờng kính của bánh xe, m;

d - đờng kính ngỗng trục, m;

c- hệ số cản riêng của chuyển động chính

Hệ số cản phụ thuộc vào kết cấu, mức độ chất tải, tình trạng kỹ thuật của máy, độ ẩm của

môi trờng Một số giá trị hệ số cản của một số máy chuyển trên tuyến cố định và di động:

Băng chuyền đặt cố định: c = 0,020,03

Băng chuyền đặt nửa cố định: c = 0,03 0,04

Băng chuyền cáp đặt nửa cố định: c =0,04

Băng chuyền xích: c = 0,00,12

Băng bản đặt trên tuyến thẳng: c = 0,020,03

v

e

W N

N

c

F

F"

D

d

3 Lực cản khi vận chuyển vật liệu lên dốc

Khi vận chuyển vật liệu rời lên dốc bằng băng tải cao su, máng cào hoặc băng bản thì lực cản đợc tính theo tổng nhánh có tải và không có tải trên suốt chiều dài đó

- Lực cản trên nhánh có tải:

Wct= [(qvl+qb) (b1 cos  sin  )  qc1c1] Lg=[(qvl+qb+qcl) cos  ( qvl  qb) sin  ] Lg, N; (12-9)

- Lực cản trên nhánh không có tải:

Wkt = [qb(b2cos  sin  )  qc2cl] Lg=[(qb+qcl)cos  q b sin  ] Lg, N; (12-10)

trong đó:

 - hệ số cản chuyển động của nhánh có tải và không tảI;

cl - hệ số cản của con lăn

bl , b2 - hệ số cản chuyển động của băng trên nhánh có tải và không tải Thực tế tính toán thờng lấy các hệ số cản này có giá trị bằng nhau, do vậy các công thức chung tính lực cản của nhánh có tải và không tải chỉ lấy một ký hiệu hệ số lực cản 

là xác định chiều chuyển động lên dốc và xuống dốc của máy vận chuyển;

qb - khối lợng của băng tải trên một mét dài, kg/m;

qv l- khối lợng của vật liệu trên một mét dài, kg/m;

qc1, qc2 - khối lợng của phần các con lăn tham gia chuyển động trên một mét dài, kg/m;

L - chiều dài tuyến vận chuyển của máy, m;

 - góc nghiêng đặt máy, độ

4 Lực cản khi đi qua hai đầu tang, bánh xe, ròng rọc, dẫn hớng:

Lực cản của bộ phận chuyển động khi đi qua đoạn cong đợc tính theo công thức:

Wc= k (Wct+Wkt), N; (12-11) trong đó: k- hệ số kể đến lực cản của băng tải khi đi qua đoạn cong;

L- chiều dài băng (m) ;

g- gia tốc trọng trờng, Nm/s2

12.2.3 Bộ phận truyền lực kéo

Từ đặc điểm của loại máy vận chuyển liên tục ngời ta sử dụng các hình thức truyền chuyển động từ trạm dẫn động đến bộ công tác ( mang tải) nh sau:

Truyền động bằng ma sát, bằng ăn khớp xích, bằng lực quán tính, thuỷ lực hoặc khí nén Thông dụng và đơn giản nhất là dùng truyền động bằng ma sát dính bám và xích ăn khớp

1 Truyền lực bằng ma sát

a) Lý thuyết cơ bản

Khi nghiên cứu truyền động bằng ma sát trong dây đai thang, đai dẹt, dây cáp trên ròng rọc trong máy trục và thang máy, phanh đai trong chơng 4 ta đã gặp hình thức truyền động bằng ma sát này Trong máy vận chuyển liên tục, hình thức truyền động bằng ma sát sử dụng các tấm băng cao su uốn theo mặt tang và trên mặt băng mang theo vật liệu vận chuyển đợc sử dụng rất phổ biến Đó là các loại băng tải ngắn và băng tải dài, các guồng tải Đặc điểm của

loại truyền động này là làm việc rất êm, có tốc độ lớn và rất đơn giản, không thật đòi hỏi độ chính xác quá cao trong chế tạo và rất phù hợp điều kiện vận chuyển hàng rời

Trong phần phanh đai ở chơng 4, chúng ta đã nghiên cứu bản chất của công thức Ơ le Công thức này cho ta mối quan hệ của lực vào Sv và lực ra Sr khi đang làm việc của một tấm băng dẻo bất kỳ áp sát trên bề mặt tang không chuyển động bằng một góc ôm  nào đó và đợc thể hiện:

Sra= Svao ef (12-12)

Khi tang cha chuyển động, dới tác

dụng của hai lực căng trên hai nhánh của

băng SA và SB mà trên cung ôm xuất hiện

sự biến dạng đàn hồi từ hai đầu tiếp xúc

của băng và tang đến một điểm C nào đó

trên cung ôm Theo công thức Ơ le có thể

viết (hình 12-4):

SA= SC ef A

SB = SC ef B

Hay có thể viết:

SB= SA e ( B A)

Khi SA không thay đổi ta có thể viết:



max

S

(12-13)









 A f fA

min

S e

S

Nếu giảm tiếp SB thì xuất hiện trợt

trơn giữa băng và tang

Trên tang dẫn động, trong quá

trình truyền lực kéo từ tang sang băng,

lực căng băng ở nhánh vào tang bao

giờ cũng lớn hơn lực ở nhánh ra khỏi

tang ( SV > Sr); đồng thời giữa băng và

tang có sự trợt đàn hồi Hiện tợng trợt

đàn hồi xẩy ra theo hớng từ chỗ có lực

căng nhỏ đến chỗ có lực căng lớn trên

cung ôm của băng với tang.

Trên cung ôm  thờng có hai

thành phần: cung tĩnh t (trên nhánh

Hình 12-5 Biểu đồ quan hệ lực căng giữa

hai nhánh

vào tang lực căng trong băng không thay đổi) và cung trợt đàn hồi tr(lực căng băng giảm dần theo chiều quay):

 = t + tr

Theo nghiên cứu của N.E Giucôvski và N P Pêtrôv có thể viết:

Hình 12-4 Biểu đồ lực căng băng trên cung ôm của tang dẫn

B

A

B

S

A

S

B A

C









A

B

B

S

tr t

S

P S

S

tr

max



Sv Sref tr Sre (   tr)



b) Tăng lực kéo

Lực kéo hay lực vòng mà tang truyền cho băng bằng ma sát đợc xác định từ công thức:

P = Sv - Sr = Sr ef(-t ) =

D

M 2

(12-16) Trong đó:

ef(-t ) - Thành phần lực kéo của trạm dẫn động;

Khi Sv = Sr thì lực kéo bằng không; Sv < Sr thì lực kéo âm, trạm dẫn động làm việc ở chế độ phanh hãm ( khi đó động cơ làm việc ở chế độ máy phát

Nh vậy lực kéo đạt giá trị cực đại khi lực căng băng tại thời điểm rời khỏi tang dẫn động không thay đổi và  = tr hay:

e

1 e S S S

r f

f max v r

max v



Trên hình 12-5 là biểu đồ lực cằn băng khi truyền lực kéo cực đại Pmax và lực kéo bình th-ờng P

Khả năng dự trữ lực ma sát đợc biểu thị bằng hệ số an toàn k’:

k’=

1 e

1 e P

P

) (

f max

t 



 



(12-17)

Hệ số k’ có thể chọn trong khoảng 1,21,8 Khi 1 < k’ < 1,2 trạm dẫn động làm việc không ổn định Khi k’  khả năng dự trữ lực ma sát của trạm dẫn động không có do trợt trơn1 trên tang Nh vậy việc tăng khả năng kéo của băng phụ thuộc vào Sr, hệ số ma sát f và góc ôm

 Trong thực tế ngời ta dùng mọi biện pháp để tăng lực kéo tập trung vào hai nguyên nhân f

và Còn nếu tăng Sr thì dẫn đến tăng kích thớc tiết diện băng sẽ không kinh tế

2 Truyền lực bằng ăn khớp

Trong một số máy vận chuyển liên tục, ngời ta thờng sử dụng truyền động xích nh ở máng cào, băng bản, guồng tải xích Đặc điểm của loại máy vận chuyển này là bộ phận chất tải thờng bằng kim loại và liên kết lại thành máng dài từ những tấm ngắn xếp liền nhau

Xích dùng truyền động trong máy vận chuyển liên tục cũng là các loại xích hàn, xích bản lề

và xích bản Bớc xích hàn dùng trong máy vận chuyển thờng có tx = 50, 64, 80, 86; đối với xích dập tx = 80 và xích bản lề tx = 100, 125, 160, 200 mm

a) Động học của xích kéo:

Chuyển động của xích kéo là chuyển động không điều hoà, vtbv hoạt động của xích Sự thay đổi các bán kính quay tức thời bánh xích dẫn động làm cho xích cũng uốn theo trong quá trình ăn khớp Khi biết z mắt xích chuyển động sau một vòng quay, bớc xích t và vận tốc quay

n thì vận tốc trung bình đợc tính:

60

Znt

ở đây vận tốc vòng là:

v= R (12-19) Tại một thời điểm bất kỳ của góc  ( kể từ đỉnh vào khớp) ta có vận tốc của xích theo x

và y (hình 12-6):

vx= vcos  =  R cos (12-t 20)

Khi mắt xích chuyển động từ điểm 1 đến điểm 3 một góc  thì góc giữa mắt xích ở vị trí 1

và trục y biến đổi từ -  đến + ; còn tại điểm 2 góc  = 0

Hình 12-6 Sơ đồ xác định động học và động lực học xích kéo

Góc  phụ thuộc số răng z, vận tốc góc  và thời gian t hay có thể viết:

z

t  





Gia tốc đợc tính:

dt

d sin R dt

cos Rd dt

) z t sin(

R 2 







Nh vậy tại điệm 1 và 3 thì  =   và sin =  sin

Tại điểm 2 thì góc  = 0, sin = 0 dẫn đến ax= 0

Khi kích thớc bớc xích tx tính bằng mét, bán kính R bằng mét thì sin =

R 2

tx

Từ đó xác định gia tốc từ điểm 1 đến điểm 3:

180

t n 2 900

t n 2

t R

2

t R

x           (12-22)

Nếu thay

Zt

v 60

n tb vào công thức 12-22 thì:

t

ax 0

t

b)

S (x,t)2

L



c)







vx

y

v v

R



0

t a)

R

t z

v 20

a 2 tb

Đại lợng gia tốc cực đại của xích phụ thuộc vào vận tốc quay của bánh xe dẫn động, chiều dài mắt xích hay bớc xích Để giảm tải trọng động xuất hiện trong xích ngời ta hay sử dụng xích bớc ngắn Việc xuất hiện tải trọng động trong xích gây hỏng xích do mỏi Trên hình 12-6b

là biểu đồ vận tốc và gia tốc xích kéo theo bớc xích

b) Động lực học của xích kéo:

Tải trọng động xuất hiện trong xích kéo do chuyển động không điều hoà của xích Khi gia tốc xích thay đổi từ +amax đến - amax đợc thể hiện trên hình 12-6a thì lực quán tính của xích cũng

đợc thay đổi theo các giá trị khác nhau Khi gia tốc dơng thì lực quán tính ngợc với chiều chuyển động và xích bị căng Ngợc lại khi gia tốc âm thì lực quán tính cùng chiều chuyển động với xích và xích bị chùng Nh vậy tải trọng động ở đây luôn luôn đổi dấu và gây ra va đập giữa bánh xe và xích Khi dùng hệ số tải trọng động kđ có thể tính tải trọng động trong xích kéo:

Sự khảo sát chuyển vị hỗn hợp s của bộ phận kéo tại một thời điểm bất kỳ có thể tổng hợp từ hai thành phần:

s = s1(t) + s2(t)

L

) t ( R x

) t x (



Từ đó: s2(x,t) = x ( t )

L

R



Động năng của hệ thống: E = E1 + E2

Trong đó E1 là động năng của khối lợng chuyển động tịnh tiến:

E1 =

2

dm ) t

s ( 2 L

0

E2 là động năng của khối lợng chuyển động quay:

E2 = )2

R

1 t

s dt

d ( 2

J









(12-26) Thế năng của hệ thống với độ cứng C của cơ cấu kéo:

T 2.R2

2

C

Phơng trình vi phân của quá trình dao động:

p a(t)

dt

d

0 2 2

2









Trong đó:

m

C 3

p 