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

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

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 tanghay 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 cótang 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 phậntháo 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 tới3,5m/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 đểgiảm 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:

Gầu sâu Ký hiệu Kiểu gầu Chiều

rộng gầu(mm)

Bước gầu(mm)

Vận tốc(mm)

SốlượngđaiGuồng

băng

vận tốc

cao

1

Bảng 2 Thông số kích thước gầu:

Đối với gầu bắt vào băng, phần kim loại xung quang chỗ bắt vít được đập lõm để khi bắtgầu với băng, mặt băng và đầu bu lông nằm trên một mặt phẳng, như vậy băng sẽ ôm khítvào tang

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

Ở đây: 0.63 là khối lượng riêng của thóc trước khi sấy

 Tỉ số giữa dung tích gầu tải và bước gầu:

 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:

Smin = 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:

ta có : Wd = 80N

Ngoại lực cản khi xúc vật liệu:

Wx= k1.qvl=2.12,15=24,3 N (8)Trong đó: k1 là hệ số phụ thuộc guồng tải k1 = 2÷5, ta chọn k1 = 2

Tổng ngoại lực: ƩW = ƩW=Wd+ Wx = 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°

Sr = Smin + qb 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:

F t =(S v−S r).(1+ζ)=(2045,025−1758,475).(1+0,04)= 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

v - là vận tốc cần thiết của gầu tải, (m/s)

η - là hiệu suất của gầu tải

Ft - là lực vòng trên tang dẫn:

Công suất động cơ:

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

2.2.7 Tính mô men xoắn trên cơ cấu gầu tải

Momen xoắn trên trục gầu tải được tính theo công thức:

764 , 0 10 55 , 9 10

= 119375 (N.mm) =119,375 N.m (17)

Trong đó:

Pct -là công suất trên trục tang dẫn

nct -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 liềnvới 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: Pct = 0,764 kW

- Công suất trên trục động cơ: Pđc = 0.92kW

- Mô men xoắn trên trục công tác: Tct = 119,375 N.m

- Số vòng quay trục công tác: nct = 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 Tct < [T]; Số vòng quay n2 = 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

Chọn theo tiêu chuẩn đường kính trục sơ bộ của pulley dtr = 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: Tct = 119,375 N.m

• Lực căng lớn nhất ở điểm vào tang bị dẫn: Sd = 1104,3 N

• Lực căng lớn nhất ở điểm vào tang ra dẫn: Smin = 2000 N

• Lực tổng cộng của lực căng băng coi như đặt ở giữa trục:

Fr = Sd + Smin = 1104,3 + 2000 = 3104,3 N

Hình 3.3: Sơ đồ đặt lực trên trục tang

Ta xét 2 tiết diện, tiết diện giữa thanh và tiết diện lắp với ổ lăn

o Đường kính trục dtrục tại các tiết diện được xác định theo công thức 10.17[2]:

 Chọn theo tiêu chuẩn đường kính trục dtrục = 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

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:

Wj : momen cản uốn của tiết diện trục

Với trục quay 1 chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động do đó:

ψσ và ψτ: là hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, với

= 600 MPa: ψσ = 0.05; ψτ = 0

Kσdj và Kτdj là hệ số được xác định theo công thức sau:

= ; =

Trong đó: Kx là hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương

pháp gia công và độ nhẵn bề mặt Chọn phương pháp tiện Ra=2.5÷0.63

 Kx = 1.06

Ky là hệ số tăng bền mặt trục phụ thuộc vào phương pháp tăng bền, cơ tính vật liệu, ta

không dùng phương pháp tăng bền bề mặt Do đó = 1.6

Vì trục tang sẽ được hàn cứng vào tang nên ta coi như ta chỉ tính trục tròn

Momen cản uốn được tính theo công thức

Trục tại vị trí mặt cắt nguy hiểm đủ độ cứng

Do trục tang chủ động và bị động được thiết kế có kích thước tương đồng cộng thêm việc trục chủ động chịu nhiều lực tác động hơn nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho trục chủ động

Như vậy ta phải dùng thêm bạc lót phụ dày 5mm

b.Kiểm nghiệm khớp nối

• Điều kiện sức bền dập của vòng đàn hồi:

D0 là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt, D0= 130 mm

Dc là chiều dài của vòng đàn hồi, l3 =28mm

[σ]d ứng suất dập cho phép của vòng cao su, [σ]d = 2÷4MPa

 Ta có: σ d=2.3.161000

8.130.14.28=¿ 2.369 ≤[σ] = 2÷4(MPa)

 Thỏa mãn điều kiện bền dập

• Điều kiện sức bền của chốt

Thay các giá trị vào ta có:

σ u= 3.161000.41,5

0,1.143.130.8=70,23MPa ≤ [σ]u

Vậy khớp nối đàn hồi đã chọn thỏa mãn điều kiện bền dập và điều kiện sức bền của chốt

3.3.3 Chọn ổ bi

Sử dụng ổ bia chặn UCF cho phần tang quay phía dưới và UCP cho phần tang phía trên

Chọn và kiểm nghiệm cho phần tang quay phía dưới:

Đường kính 35 mm, ổ bi l

oại UCFG2 theo catalog ta lựa chọn được bộ thông số sau:

Hình 3.3 Gối đỡ Bảng 3.1 Thông số

Đường Vít bắt Khả năng Khả năng Số hiệu Khối lượng B(mm)

kính(mm) Vít bắt

Khảnăng tảiđộng

Khảnăng tảitĩnh

Số hiệu

Khốilượng(kg)

B

f Kiểm nghiệm ổ bi

1 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ

Do sử dụng ổ bi ở 2 trục tang là giống nhau nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho ổ bi ở phía tang dẫn chủ động

Khả năng tải động của ổ lăn được tính theo công thức 11.1 – T213 [1]

Cd= Q.m√ L

Trong đó:

Q: tải trọng quy ước

L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

m: bậc đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m=3 vì ổ của ta là ổ bi

Gọi L h= 10 6.L

60.n (công thức 11.2 – T213 [1])

Guồng tải chuyển thóc là dạng máy nông nghiệp nên tra bảng 11.2 – T214[1] ta tìm được

Lh = 12000 giờ

10 6 = 12000.60.61,12

10 6 =44 (triệu vòng)

Phản lực tại vị trí lắp ổ bi đã được tính : Flta = 1597,8 N, Fltb = 1506,5 N

Ta sử dụng Fa để kiểm nghiệm do có giá trị lớn hơn

Theo công thức 11.3 [1], với giá trị lực dọc trục Fa = 0 ta có:

Q = X.V.Flta.kt.kd

Trong đó:

 X = 1 do ổ chỉ chịu lực hướng tâm

 V = 1 vì vòng trong của vòng bi quay

 Khả năng tải tĩnh được đảm bảo

3.3 Thiết kế vít căng băng

+ Xác định lực trên trạm kéo căng:

Để cơ cấu căng băng nhỏ gọn và thuận tiện trong khi điều chỉnh Ta đặt cơ cấu căng băngtrên tang bị động, nhưng lực tác dụng lên cơ cấu: Sv

Ta chọn lực căng băng lớn nhất để tính vít căng băng nhằm đảm bảo độ bền của vít

F = Sd + Smin = 1104,3 + 1000 = 2104,3 N

+ Xác định đường kính bulong căng băng:

=

lực dọc trục : = F/2 = 1052,15 N

: Hệ số chiều cao đai ốc = H/d = (1.2 ÷2.5)

: Hệ số chiều cao ren = h/p

Chọn theo tiêu chuẩn dbl = 10 mm

Bước vít p = 2, đường kính đỉnh ren ddr =12

+ Tính các thông số của vít me – đai ốc

Để đảm bảo tính tự hãm chọn số đầu mối ren zh = 1

Bước vít được tính theo công thức: ph = zh.p = 2

Góc vít: γ = arctan [ph/(π.dbl)] = arctan[2/π.10] = 3.64°

Điều kiện γ < arctan(f/cost) với t = 15° đối với ren hình thang

γ < arctan(0.12/cos15°) =7.08 (f = 0.12 với thép đồng thanh không thiếc)

Chiều cao đai ốc và số vòng ren:

Trong đó [σk] = 34 ÷ 44 MPa đai ốc bằng đồng thanh

Chọn theo tiêu chuẩn lấy D = 14mm

Đường kính ngoài mặt bích đai ốc

Trong đó [σd] là độ bền dập cho phép của vật liệu [σd] = 80 MPa

Chọn D1 = 16mm theo tiêu chuẩn

Chiều dày mặt bích đai ốc

Với vít tương đối dài và chịu nén cần kiểm nghiệm về uồn dọc nhằm đảm bảo điều kiện

ổn định Kiểm nghiệm theo công thức:

Với µ- hệ số chiều dài tương đương, µ = 2 khi 2 đầu bị ngàm 1 đầu tự do

L – chiều dài tổng của vít, mm

L = x + Llv, mm

x-hành trình điều chỉnh lực căng tối đa

x =(1÷1.5)%.40000 = 400 mm

chiều dài làm việc, mm

≥ H.k, mm; H là chiều cao đai ốc; k là hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không

đều k = 0.7 ÷ 0.8

Bán kính quán tính của tiết diện vít, i = mm

 Vậy với chiều dài L = 420 mm đảm bảo độ ổn định

3.4 Chọn thép chữ V tạo kết cấu cho máy

Đơntrọng(kg/m)

Tọa độtrọng tâm Modun kháng uốn mặt cắt

Tài liệu tham khảo

1 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1

2 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 2

3 Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van

Phụ lục

Catalog gầu tải

Catalog băng tải

Catalog ổ bi đỡ