Thiết kế hệ thống băng vít ngang vận chuyển xi măng với năng suất Q=80T-h, chiều dài v-c L=24 m

Băng vít là một loại máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo. Bộ phận công tác của vít tải là vít cánh xoắn chuyển động quay trong một vỏ kín tiết diện tròn ở dưới.

Trang 1

Giới thiệu

Băng vít là một loại máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo Bộ phận côngtác của vít tải là vít cánh xoắn chuyển động quay trong một vỏ kín tiết diện tròn ởdưới Khi vít chuyển động, cánh xoắn đẩy vật liệu di chuyển trong vỏ Vật liệu vậnchuyển không bám vào cánh xoắn là nhờ trọng lượng của nó và lực ma sat giữavật liệu và vỏ máng, do đó vật liệu chuyển động trong máng theo nguyên lý truyềnđộng vít- đai ốc Vít tải có thể có một hoặc nhiều cánh xoắn Chất tải cho vít tảiqua lỗ trên nắp máng, còn dỡ tải qua lỗ ở phía dưới của ống Vít tải thường dùng

để vận chuyển vật liệu tơi, vụn

Vít tải có các ưu điểm là: vật liệu vận chuyển trong máng kín, có thể nhận và dỡtải ở các trạm trung gian, không tổn thất rơi vãi vật liệu, an tồn khi làm việc và sửdụng, rất thuận tiện cho việc v/c vật liệu nóng và độc hại

Bên cạnh đó vít tải có một số nhược điểm là: nghiền nát một phần vật liệu v/c,chóng mòn cánh xoắn và máng khi v/c vật liệu cứng và sắc cạnh, tổn thất nănglượng lớn và không được dùng để v/c vật liệu dính ướt, ẩm

Mặc dù có những nhược điểm như vậy nhưng vít tải được dùng rộng rãi trong cácnhà máy xi măng, các nhà máy tuyển khống hoặc trong các xí nghiệp hóa chất Víttải có thể đặt ngang hoặc nghiêng dưới một góc nghiêng nhỏ

Trong đề tài này em xin trình bày về băng vít ngang vận chuyển xi măng với năngsuất Q=80T/h, chiều dài v/c L=24 m

Trang 2

Tính tốn thiết kế băng vít

1 Thơng số cơ bản

- Năng suất : 80 T/ h

- Chiều dài vận chuyển : 24 mét

2 Đường kính cần thiết của vít tải

Aùp dụng cơng thức (9.3), trang 152, tài liệu[1]

- n :Tốc độ quay quy định của trục băng vít

Chọn sơ bộ n theo bảng (9.2), trang 150, tài liệu [1] ; n = 35 vịng/ ph

- γ : Khối lượng riêng của ximăng

Tra bảng 4.1 , trang 88, tài liệu [1] chọn γ  1,5T/h

- K β: Hệ số giảm năng suất do độ nghiêng của băng; vì băng nằm ngangnên chọn Kβ  1 theo bảng 9.5, trang 151, tài liệu [1]

25.1,5.1 0,8.35.0,1

80 0,275

3 Kiểm tra tốc độ quay của vít tải

Tốc độ quay lớn nhất cho phép của vít tải :

Theo cơng thức (9.2), trang 152, tài liệu [1].ta cĩ :

D 

Trang 3

Thoả mãn điều kiện làm việc :  n max  n chon

4 Công suất trên trục vít để băng làm việc

Theo công thức ( 9.4), trang 152, tài liệu [1]

- Q : Năng suất tính tốn của băng Q = 80 T/ h

- Ln : Chiềi dài vận chuyển theo phương ngang của băng Ln= 24 mét

- ω: Hệ số cản chuyển động lăn của hàng

Tra bảng 9.3 , trang 151, tài liệu [1 ]   4,0.

- H : Chiều cao vận chuyển H = 0

0,5.35 60

Công suất động cơ để truyền động băng

Theo công thức (6.15), trang 119, tài liệu [1]

(6)

Trong đó:

N0 : Công suất trên trục vít để băng vít làm việc N0= 20,94 kw

K : Hệ số dự trữ công suất k = 1,25

η : Hiệu suất của bộ truyền

Theo bảng 5.1, trang 104, tài liệu [1] chọn   0 , 96

Trang 4

0,96

1,25 20,94



Dựa vào công suất động cơ, tra bảng (III.19.2), trang 199, tài liệu[1]chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha A02-81-6 có các thông số kỹ thuậtnhư sau:

- Công suất định mức trên trục: Nđc= 30 kw

- Tốc độ quay của trục: n = 980 v/ ph

- Hiệu suất : 91%

- Khối lượng động cơ điện : 330 kg

 Thông số kích thước của động cơ điện:

6 Kiểm nghiệm động cơ điện:

Ngồi việc kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta còn phải kiểmnghiệm động cơ về momen khởi động và sự quá tải về momen

Theo công thức trang 114, tài liệu [4]

Mđm.λ ≥ Mmaxs

Trong đó:

- λ: hệ số quá tải về momen của động cơ: tra theo katalog; λ=1,96

- Mmax : Mômen lớn nhất trong biểu đồ phụ tải

Mmax= 192 , 9 N.m

31,5.0,96

5835 i.η

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc: i  31,5

- Mđm: Mômen định mức của động cơ

Theo công thức 22, trang 13, tài liệu [5]

Trang 5

đm max

Vậy động cơ AO2-81-6 được chọn thoả mãn điều kiện quá tải về momen

980v/ph n

Theo tài liệu [20], trang 36, chọn hộp giảm tốc loại PM - 650 có các thông số

kỹ thuật như sau:

- Tỉ số truyền : i  31,5

Tốc độ quay của trục quay : 1000 v/ ph

 Thông số kích thước :

Trang 6

8.1.1 Mômen xoắn trên trục vít:

Theo công thức (9.8), trang 154, tài liệu [1]:

Mô men xoắn trên trục vít:

n

N975

M0  0 ( KG.m) (8)Trong đó :

- No : Công suất trên trục vít để băng làm việc N0 = 20,93 kw

- n : Tốc độ quay của trục vít: n = 35 vòng/ phút

583,.5 35

20,93 975

Trang 7

46 13 α

0,245 π 0,65

0,5 tgα

/ o

β

0,48 0,8.0,6 f

/ 0 d

Tải trọng ngang tác dụng lên đoạn vít đặt giữa 2 gối trục :

Theo công thức (9.10), trang 154, tài liệu [1]:

k.D.L

.l 2M

Pn  0 (KG) (10)Trong đó :

- L : Chiều dài băng vít L = 24 m

- Khoảng cách giữa các gối đỡ l =3 m

- Mo : Mômen xoắn trên trục vít Mo= 583,5 KG.m

3 5 , 583 2

M

m0  0  

Trang 8

8.2 Sơ đồ các tải trọng tác dụng lên trục vít:

Trục vít được xem như là một dầm liên tục có các ổ treo trung gian được xemnhư các gối đỡ Dầm được chia thành 8 đoạn

Vậy trục vít được đưa về thành 1 dầm siêu tĩnh bậc 8 , tách riêng từng tải trọngtác dụng lên trục vít để xác định biểu đồ nội lực tác dụng lên trục vít và xác địnhmômen lớn nhất tác dụng lên trục vít và xác định đường kính trục vít

Trục vít dùng vận chuyển ximăng nên trục chủ yếu chịu ảnh hưởng của mômenxoắn M0 và tải trọng ngang Pn phân bố đều trên trục vít, còn tải trọng dọc Pd phân

bố đều trên trục vít thì gây uốn trục nên khi tính sức bền trục thì xét ảnh hưởngcủa Pd

Sau khi tính được kích thước trục vít thì kiểm tra trục vít theo biên dạng, độvõng trụ vít, theo điều kiện bền, hoặc dùng chương trình sap.2000 kiểm tra lại xem

có thoả mãn điều kiện

8.2.1 Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do Mo gây ra:

Trang 9

2.8.2.2 Sơ đồ tải trọng dọc phân bố lên trục vít do Pd gây ra:

Trang 10

Đây là dạng bài tốn siêu tỉnh bậc 8 Ta giải bằng cách đặt vào 8 gối đỡbằng các mơmen tương đương từ Mođến M8.

Sơ đồ tương đương:

Sau đĩ lập 8 phương trình 8 ẩn giải tìm được M0, M1, M2, M3,M4,M5,M6,M7,M8.Aùp dụng cơng thức, tài liệu [6]:

Phương trình mơmen cĩ cơng thức tồng quát như sau:

a.MI-1 + 2.(a+b) MI + b.MI+1= -6 (I.ZI + I+1.ZI+1) (11)

Trong đĩ :

MI : mơmen thứ I

Khoảng cách từ điểm đặt mơmen thứ I-1 đến thứ I: a

Khoảng cách từ điểm đặt mơmen thứ I+1 đến thứ I: b

l 8

.l P 3

2 2.

2

l 2

l 8

.l P 3

Trang 12

Lữc Qy:

Mô men uốn Mu:

8.3 Tính tốn và chọn đường kính trục vít theo điều kiện bền:

Trang 13

Để tính tốn chọn đường kính trục vít trước tiên ta phải xác định nội lực lớnnhất xuất hiện ở 1 vị trí trên trục vít, sau đó ta kiểm tra cho tồn trục vít

Từ biểu đồ nội lực xác định ở mục [2.8.2] ở trên ta có nội lực lớn nhất xuấthiện ở gối thứ 2 cách đầu trục vít 3 mét có giá trị

Mx= 5103Nm

Mu= 1216,5Nm

Nz= 22442,7N

Do ảnh hưởng của Nz đến sức bền trục là nhỏ so với ảnh hưởng của Mx và Mz

Vì vậy tạm thời ta bỏ qua ảnh hưởng của Nz mà chỉ tính ảnh hưởng của Mx và Mz.Sau đó tính đến ảnh hưởng của Nz

Theo công thức trang179, tài liệu [6]về điều kiện bền của trục :

 σ

W

M σ

u

max td

td   (12)Trong đó :

- [] : Ứng suất cho phép của vật liệu: [ ]= 60 N/mm2

- max

td

M : Mômen tương đương lớn nhất

Theo công thức (7.4), trang117, tài liệu [7]

4

3 ) (M

Mmaxtd  maxu 2  maxx 2 (13)Trong công thức trên :

 Mmaxx :Mômen xoắn tại vị trí có nội lực lớn nhất max

4583,7.10 σ

4 3

Trang 14

Từ công thức:

 σ

W

M 4 F

N W

M σ

x x

2 z u

- [] : Ứng suất cho phép của vật liệu: [ ]= 50 N/mm3

- Mu: Mômen uốn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mu= 1216,5 Nm

- Mx: Mômen xoắn tại vị trí có nội lực lớn nhất Mx= 5130 Nm

D 4

4069,44

22422,7.

102021,12

1216,5.10 σ

2 3 2

Vậy kích thước trục vít được chọn thoả mãn về điều kiện bền

8.5 Kiểm tra trục vít theo hệ số an tồn cho phép :

Theo công thức (7.5), trang 120, tài liệu [7]

Hệ số an tồn được tính theo công thức sau:

 n n n

.n n n

τ σ





 (15)Trong đó :

- Hệ số an tồn cho phép : [n] = ( 1,5  2,5 )

Khi tính tốn nếu n nhỏ hơn hệ số an tồn cho phép [n] thì phải tăng đường kínhcủa trục hoặc chọn lại vật liệu của trục có sức bền cao hơn so với vật liệu đã chọn.Nếu ngược lại n quá lớn so với [n] thì giảm bớt đường kính trục hoặc chọn lại vậtliệu có sức bền thấp hơn để đảm bảo yêu cầu kết cấu nhỏ gọn và tính kinh tế

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

m σ a σ σ

1 σ

σψσβεk

σn

Trang 15

m τσ a σ τ

1 τ

τψτβτk

τn

Trong các công thức trên :

 -1: Giới hạn mỏi uốn -1 ( 0,4  0,5 ) b

Chọn -1= 0,45b= 0,45.600 = 270 N/mm2

 -1: Giới hạn mỏi xoắn -1 ( 0,2  0,3 ) b

Chọn -1= 0,25b= 0,25.600 = 150 N/mm2

 m,: Trị số trung bình của ứng suất pháp

 m : Trị số trung bình của ứng suất tiếp

 a, : Biên độ của ứng suất pháp sinh ra trong tiết diện của trục

 a : Biên độ của ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của trục

2 4

3

4 o

x m a

2 4

3

4 u

m a

25,01N/mm )

0,8 (1 0,2.120

510,3.10 W

M τ τ

11,924N/mm )

0,8 (1 0,1.120

121,65.10 W

M σ σ

 W : Mômen cản uốn của tiết diện trục

 Wo :Mômen cản xoắn của tiết diện trục

 k : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn

 k : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi xoắn

Tra bảng (7.6), trang 125, tài liệu [7]

1,6 0,64 2,5

25,01 1,6 0,53 1,52

8,9

8,9.3,26 n

n

.n n n

τ σ

Trang 16

Vậy kích thước trục vít được chọn thoả mãn điều kiện về hệ số an tồn.

- k1: Hệ số tính đến mức độ quan trọng của kết cấu

- k2: Hệ số tính đến độ làm việc của khớp nối

- Mđm: Mômen định mức của khớp

9.1 Chọn khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc.

- k1: Hệ số tính đến mức độ quan trọng của kết cấu k1=1,2

- k2: Hệ số tính đến độ làm việc của khớp nối k1=1,3

- Mômen định mức :

980

30 975 n

N 975

Trong công thức trên :

 N : Công suất động cơ N = 30 kw

mở máy

Vật liệu làm nối trục thường là thép rèn 35

 Các thông số kích thước của khớp nối trục vòng đàn hồi:

Trang 17

lc Đường kính ngồi Chiều dài tồn bộ nmax

( vg/ph ) Số chốt Z

9.2 Chọn khớp nối giữa hộp giảm tốc và trục vít

- k1: Hệ số tính đến mức độ quan trọng của kết cấu k1=1,2

- k2: Hệ số tính đến độ làm việc của khớp nối k1=1,3

- Mômen định mức :

980

30 31,5.975 n

N i.975

Trong công thức trên :

 N : Công suất động cơ: N = 30 kw

 Số vòng của trục động cơ: n = 980 v/ph

 Tỉ số truyền của hộp giảm tốc:  = 31,5

- Mômen truyền qua khớp :

 Mx= k1.k2.Mđm= 1,2.1,3.940,18 = 1466,68 KG.m

Căn cứ vào mômen truyền và đường kính trục của hộp giảm tốc ở trên

ta chọn khớp nối trục giữa hộp giảm tốc và ổ đỡ đầu trục vít là khớp nối trụcrăng M có mômen xoắn Mx= 19000 N.m

Trang 18

Khớp nối trục răng là loại khớp dùng để nối các trục bị nghiêng hoặc bịlệch đối với nhau một khoảng nhỏ do chế tạo, lắp ghép thiếu chính xác hoặc dotrục bị biến dạng đàn hồi Nối trục răng được sử dụng khá rộng rải ,nhất làtrong ngành chế tạo máy Vì so với khớp nối trục vòng đàn hồi thì khớp răng

có khả năng truyền mômen xoắn lớn hơn so với khớp vòng đàn hồi có cùngkích thước

Khớp nối trục răng cấu tạo gồm có 2 ống ngồi có răng ở phía trong và 2ống trong có răng ở phía ngồi lồng vào nhau Mỗi ống trogn lắp chặt với mộitrục và 2 ống ngồi thì ghép chặt với nhau bằng bulông, răng của nối trục códạng thân khai.Vật liệu chế tạo ống trong và ống ngồi là thép đúc 40, răng thìthì được nhiệt luyện có độ rắn không dưới 40 HRC

 Các thông số kích thước của khớp nối răng M theo OCT 5006 55:

Trang 19

10 Kiểm tra khớp nối.

10.1 Kiểm tra khớp vòng đàn hối ( khớp nối giữa động cơ- hộp giảm tốc).

Sau khi chọn kích thước nối trục theo trị số mômen xoắn và đường kínhtrục cần kiểm nghiệm theo ứng suất dập sinh ra giữa chốt và vòng cao su , ứngsuất uốn trong chốt

d

b

1 D

B L

Trang 20

10.1.1 Kiểm tra theo ứng suất dập sinh ra giữa chốt và vòng đàn hồi.

Theo công thức (9.22) , trang 234, tài liệu [7]

Điều kiện bền về ứng suất dập

 d

c v 0

x

d l Z.D

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 465,66 N.m

- Ứng suất dập cho phép của vòng cao su, có thể lấy []d = (2  3) N/mm2

d 3 1,995  σd

8 8.164.36.1

.10 2.2.465,66

Vậy khớp nối thoả mãn điều kiện về sức bền dập của vòng đàn hồi

10.1.2 Kiểm tra theo ứng suất uốn trong chốt.

Điều kiện về sức bền uốn của chốt Theo công thức (9.23), trang 234, tàiliệu [ 7]

0

3 c

c x

D 0,1.Z.d

.l K.M

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 465,66 N.m

- Ứng suất uốn cho phép của chốt, có thể lấy []u = (60  80) N/ mm2

Trang 21

u 3 3 52,6  σ u

.164 0,1.8.18

.42 0 2.465,66.1



Vậy khớp nối thoả mãn điều kiện về sức bền uốn của chốt

10.2 Kiểm tra khớp nối trục răng ( khớp nối giữa hộp giảm tốc- ổ đỡ).

Đối với nối trục răng sau khi chọn kích thước nối trục theo trị số mômenxoắn và đường kính trục cần kiểm nghiệm theo điều kiện sau:

Mt= K.Mx  M bảng. (20)

Trong đó :

- Hệ số tải trọng động : K = 1,5  2

- Mômen xoắn danh nghĩa truyền qua khớp: Mx= 940,18N.m

- Trị số mômen lớn nhất mà khớp có thể truyền qua : M bảng.=19000 N.m  Mt= 2.940,18 = 1880,36  M bảng.

Vậy khớp nối giữa hộp giảm tốc và ổ đỡ đầu trục vít là thoả mãn điều kiện

Để chọn ổ ta tiến hành theo trình tự sau :

- Tuỳ điều kiện sử dụng chọn loại ổ

- Xác định hệ số khả năng làm việc để chọn kích thước ổ

11.1.Tính tốn chọn ổ đỡ đầu trục vít ( khớp nối – trục vít ):

Chọn ổ đũa nón đỡ chặn ở đầu trục vít và khớp nối vì loại ổ này chịu đồng thờiđược các lực hướng tâm và dọc trục tác dụng về cùng 1 phía ổ này có thể tháođược ( tháo rời vòng ngồi ) Thường lắp 2 ổ đặt đối nhau, nhờ vậy mà có thể cốđịnh trục theo 2 chiều Nhưng ổ đũa nón đỡ chặn không cho phép vòng quay ổ bịlệch, vì vậy trục phải đủ cứng và lắp phải cẩn thận

Ổ đũa nón đở chặn được dùng rộng rải trong ngành chế tạo máy (sau ổ bi đỡ)Giá thành không đắt hơn nhiều so với ổ bi đỡ, nhưng có độ cứng vững lớn.Dùng ổ này có thể giảm độ võng và độ nghiêng của trục, và rất thuận tiện khi tháolắp

- Hệ số khả năng làm việc của ổ , theo công thức (8.1) , trang 158, tài liệu[7]

C = Q (n.h )0,3 < Cbảng (21)

Trang 22

- Trong đó:

- Số vòng quay thực tế của trục vít n = 31,1

31,5

980 i

ndc



- Thời gian phục vụ của ổ : h = 8000 h

- Tải trọng tương đương ( daN ) : Q = R KV Kn.Kt (22)

- Trong công thức này :

- m : Hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm

Tra bảng (8.2), trang 161, tài liệu [7] : m = 1,5

- Kt : Hệ số tải trọng động

Tra bảng (8.3), trang 162, tài liệu [7] : Kt = 1

- Kn : Hệ số nhiệt độ

Tra bảng (8.4), trang 163, tài liệu [7] : Kn=1

- KV : Hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay

Tra bảng (8.5), trang 162, tài liệu [7 ] : KV=1

- R : Tải trọng hướng tâm ( tổng phản lực gối đỡ ), daN

Tải trọng tác dụng lên trục ở đầu vít gồm phản lực tại đầu nhịp thứ nhấtcủa vít, và do mômen xoắn mà động cơ truyền cho trục

Từ biểu đồ nội lực N z ta có R = 395,06 kG

Vậy Q = R.KV Kn.Kt = 395,06.1.1.1 = 395,06kG

 C = 395,06 (28,66.8000)0,3= 203104,9

Dựa vào hệ số khả năng làm việc của ổ chọn ổ đũa côn đỡ chặn

Theo OCT 333- 59 ta chọn ổ đỡ côn có kí hiệu 2007122 trang 122 tài liệu [8]

Trang 23

11.2 Tính tốn và chọn ổ đỡ trung gian và ổ đỡ cuối trục vít

Chọn ổ bi lòng cầu hai dãy cho ổ đỡ trung gian và ổ đỡ cuối trục vít

Do đặt tính của ổ này là chịu tải hướùng tâm, nhưng có thể đồng thờichịu tải trọng hướng tâm và tải trọng chiều trục về hai phía và ổ này được sữdụng nhiều cho trục có nhiều gối đỡ

Trong quá trình xác định biểu đồ nội lực để xác định kích thước trục vít

Ta nhận thấy rằng nội lực ở nhịp đầu và nhịp cuối của trục là lớn nhất, do đó taxác định hệ

- Hệ số khả năng làm việc của ổ , theo công thức 8.1 [7]

C = Q (n.h )0,3 < Cbảng Trong đó:

 Số vòng quay thực tế của trục vít n = 31,5

31,5

980 i

ndc



 Thời gian phục vụ của ổ h = 8000 h

 Tải trọng tương đương ( daN ) :

Q = ( KV.R +m.A ) Kn.Kt (23)Trong công thức này :