Xây dựng mô hình thí nghiệm và nội dung các bài thí nghiệm cho môn máy vận chuyển liên tục

Nội dung: nghiên cứu các tính chất cơ lý cơ bản của vật liệu rời, các phương pháp xác định chúng và những ảnh hưởng của chúng đến việc lựa chọn các thông số làm việc của máy vận chuyển

ĐHQG TP.Hồ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM & NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ

NGHIỆM CHO MÔN MÁY VẬN CHUYỂN LIÊN TỤC

Chủ nhiệm đề tài: ThS Vũ Như Phan Thiện

Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 5 - 2012

Danh sách những người thực hiện đề tài và các đơn vị phối hợp chính

Họ và tên Đơn vị công tác, điện thoại và

Máy xây dựng nâng chuyển

Cùng nghiên cứu thiết

kế xây dựng các mô hình

MỤC LỤC

Tóm tắt kết quả nghiên cứu đề tài khoa học và công nghệ cấp trường

Các bài thí nghiệm:

Bài 1: Nghiên cứu đặc tính cơ lý của vật liệu rời

Nội dung: nghiên cứu các tính chất cơ lý cơ bản của vật liệu rời, các phương pháp

xác định chúng và những ảnh hưởng của chúng đến việc lựa chọn các thông số làm việc của máy vận chuyển liên tục

Bài 2: Xác định hệ số cản chuyển động của băng tải trên các con lăn

Nội dung: nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến các đại lượng hệ số cản chuyển

động của băng trên các con lăn của băng chuyền

Bài 3: Nghiên cứu các thông số của băng chuyền rung

Nội dung: nghiên cứu kết cấu của băng chuyền rung, các phương pháp xác định và

khảo sát các thông số cơ bản

TÓM TẮT KẾT QUẢ NHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP

TRƯỜNG

Tên đề tài: Xây dựng mô hình thí nghiệm và nội dung các bài thí nghiệm cho môn Máy

vận chuyển liên tục

Chủ nhiệm đề tài: ThS Vũ Như Phan Thiện

Cơ quan chủ trì: Trường ĐHBK TP.HCM

Thời gian thực hiện: 3/2011 ÷ 3/2012

1 Mục tiêu đề tài

Xây dựng nội dung thực hiện 03 bài thí nghiệm

• Bài 1: Nghiên cứu đặc tính cơ lý của vật liệu rời Nội dung: nghiên cứu các tính chất

cơ lý cơ bản của vật liệu rời, các phương pháp xác định chúng và những ảnh hưởng của chúng đến việc lựa chọn các thông số làm việc của máy vận chuyển liên tục

• Bài 2: Xác định hệ số cản chuyển động của băng tải trên các con lăn Nội dung:

nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến các đại lượng hệ số cản chuyển động của băng trên các con lăn của băng chuyền

• Bài 3: Nghiên cứu các thông số của băng chuyền rung Nội dung: nghiên cứu kết cấu

của băng chuyền rung, các phương pháp xác định và khảo sát các thông số cơ bản

2 Nội dung nghiên cứu chủ yếu

a Mô hình thí nghiệm

• Bài 1: Bình đo vật liệu, thiết bị đo lực ma sát ngoài, thiết bị đo lực ma sát trong

• Bài 2: Hệ thống các con lăn và băng tải, khung kết cấu điều chỉnh góc nghiêng băng

• Bài 3: Hệ thống kết cấu băng chuyền rung dạng trục khuỷu thanh truyền, nằm trên

kết cấu thanh nghiêng có bộ phận điều chỉnh góc nghiêng

b Tài liệu hướng dẫn

Các mô hình này cho phép trang bị những kỹ năng thực hành thí nghiệm cho sinh viên kỹ thuật trong các trường đại học nói chung và cho đào tạo chuyên ngành máy nâng - vận chuyển nói riêng Những kết quả nghiên cứu còn có thể được ứng dụng cho các cơ sở sản xuất trong việc nghiên cứu vận chuyển vật liệu rời bằng phương pháp rung động

BÀI 1 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU RỜI

là độ lớn của hạt, tỉ trọng tơi, độ linh động, độ dính Ngoài ra, còn một số tính chất khác như: độ ẩm, độ dính, độ nén chặt, độ sắc cạnh, tính đông cứng, khả năng cháy nổ, tính tự bốc cháy, tính độc hại cũng như tính chất làm rỉ sét vật liệu cũng có thể ảnh hưởng đến sự lựa chọn khả năng vận chuyển và kết cấu của bộ phận công tác

Độ lớn của hạt được đặc trưng bằng kích thước của các hạt vật liệu đồng nhất trong một thể tích đã cho Theo kích thước hạt tất cả các loại vật liệu rời được chia theo các loại vật liệu: bụi, bột, hạt, cở cục nhỏ, trung bình, lớn, cực lớn…

Theo tính chất độ đồng nhất của vật liệu rời có thể có loại vật liệu chưa được phân loại và vật liệu đã phân loại:

min

max K

α

α

=

max

α và αmin - tương ứng với kích thước lớn nhất và nhỏ nhất trong ống đo

Khi vật liệu thuộc nhóm chưa được phân loại được đặc trưng bởi kích thước các hạt lớn

=α

Độ lớn của hạt vật liệu rời cần được tính đến khi lựa chọn máy vận chuyển, chiều rộng của

bộ phận làm việc và tính toán khe ra của các bunker (thùng chứa) Tỉ trọng tơi ρlà khối lượng vật liệu trên 1 đơn vị thể tích Nó phụ thuộc vào độ lớn của hạt và độ ẩm vật liệu

Theo giá trị của tỉ trọng tơi tất cả các vật liệu được chia thành: nhẹ (than cốc), trung bình (hạt, than), nặng (cát, đá dăm) và rất nặng (quặng, đá)

Tỉ trọng sẽ được sử dụng khi xác định năng suất lớn của máy và tính toán không tải

Tính linh động của hạt được đặc trưng bằng hệ số ma sát trong, bằng góc xoãi tự nhiên của vật liệu và bằng hệ số ma sát ngoài

Hệ số ma sát ngoài phụ thuộc vào áp lực của vật liệu và vào lực liên kết giữa các thành phần

Sự phụ thuộc vào ứng suất cắt riêng τ với ứng suất tiếp nén σ được biểu diễn trên Hình-1

Hình-1 Đồ thị tương quan giữa ứng suất cắt τ và ứng suất nén σ

Mối tương quan đó được đặc trưng bởi đường “ac” trên biểu đồ ứng suất, xuất hiện trong vật liệu tơi Góc nghiêng α của “ac” là góc ma sát, còn tg góc đó: - hệ số ma sát trong Góc là góc cản sự trượt, nó sẽ tăng cùng với việc tăng ứng suất cắt Đoạn

Góc xoãi tự nhiên - là góc giữa bề mặt xoãi tự do và mặt nằm ngang Giá trị phụ thuộc vào độ lớn của hạt, và độ ẩm của vật liệu Người ta phải biết góc xoãi tự nhiên ở trạng thái tĩnh và chuyển động Thông thường

Khi muốn có góc nghiêng lớn nhất của băng, của các góc nghiêng ở thành thùng chứa, của các máng mang vật liệu, của góc bố trí tấm phóng liệu thì cần phải tính đến hệ số ma sát ngoài của vật liệu với thép , gỗ , cao su f c f g f p

Người ta phân biệt hệ số ma sát ngoài ở trạng thái tĩnh và động Đối với trường hợp sau có thể lấy nhỏ hơn 30% so với giá trị hệ số ở trạng thái tĩnh

Tính mài mòn – là khả năng vật liệu làm mài mòn bề mặt của bộ phận công tác Theo mức

độ mài mòn vật liệu được chia làm 4 nhóm:

A – không mài mòn (phấn, bụi gỗ, than bùn)

B – ít mài mòn (than, vôi, đất)

C - mài mòn trung bình (xi măng, cát, đá)

D – mài mòn cao (đá dăm, quặng, tro)

Mức độ mài mòn phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng, và kích thước của các hạt vật liệu được tính đến khi lựa chọn phương pháp vận chuyển và kết cấu của bộ phận mang vật liệu

Giá trị khối lượng tơi, góc xoãi tự nhiên, hệ số ma sát cũng như các nhóm mài mòn tương đối phổ biến được trình bày ở Bảng-1

Sử dụng dụng cụ ở Hình-2 để xác định tỉ trọng vật liệu theo công thức:

c

vl V

m

= ρTrong đó: m vl - khối lượng vật liệu trong dụng cụ

V – thể tích dụng cụ

Hình 2 Dụng cụ xác định tỉ trọng vật liệu

Để xác định hệ số ma sát ngoài, sử dụng thiết bị đo trên Hình-3

Dưới tác dụng của tải P treo trên dây sẽ làm khung dịch chuyển tương đối với vật liệu tơi hoặc với các vật liệu thép thay thể khác Thay các tải 2 (lực N) ta xác định được lực T (bằng cách lựa chọn tải 6) là tải tương ứng với thời điểm khung bắt đầu chuyển động

Hình 3 Mô hình thí nghiệm xác định ma sát trong và ma sát ngoài

Để xác định góc xoãi tự nhiên sử dụng thiết bị (Hình-4), vật liệu tơi đổ vào phần bên phải của hộp khi vách ngăn đã được hạ xuống (Hình-4a) Khi nâng vách ngăn lên (Hình-4b), vật liệu sẽ trôi xuống tạo ra mặt phẳng của góc nghiêng xoãi tự do α0 so với phương ngang, đó chính là góc xoãi tự nhiên ở trạng thái tĩnh Đo giá trị góc α0bằng thước góc

Hình 4 Mô hình thí nghiệm xác định góc xoãi tự nhiên vật liệu rời

3 Thứ tự thực hiện thí nghiệm

ật liệu ( cát, đá dăm) sử dụng dụng cụ đo

Bảng-1 Vật liệu Khối lượng vật liệu trong Thể tích ống dụng cụ đo Tình trạng

3.1 Xác định tỉ trọng của một số v

vật liệu ống dụng cụ đo

Cát

Đá dăm

.2 Xác định hệ số ma sát trong, ngoài của vật liệu (cát)

ngoài của mối liên kết các hạt

3

Lực T cản sự trượt của khung phụ thuộc vào ma sát trong và

vật liệu với nhau Trên cơ sở phương trình cân bằng tới hạn của vật liệu tơi khi trượt có:

cF Nf

T= +Trong đó: N – lực pháp tuyến (N)

ặt cắt mà theo đó xảy ra sự trượt; c – hệ số liên kết đối

t dưới dạng ứng suất nếu tất cả các

f– hệ số ma sát; F (m2)– diện tích m

với vật liệu tơi khi nén tức thời, c = 400……1000 (Pa)

Phương trình cân bằng tới hạn của vật liệu tơi có thể viế

thành phần chia cho F:

c tg

σ

= τỨng suất pháp tuyến khi trượt được xác định theo tỉ ố giữa lực pháp tuyến N trên diện tích

Bảng-2 Ứng suất khi trượt Pa

s

F, còn ứng suất tiếp tuyến là lực cản trượt trên diện tích Ta lưu ý rằng lực T nhỏ hơn khối lượng P mất một hiệu suất của puli (ηpl=0,95….0,96) Khi xác định lực N cần phân tích đến trường hợp vật liệu trong khuôn Khi thay giá trị N, ta xác định được ứng suất σ và τ và xây dựng biểu đồ ứng suất, theo biểu đồ đó người ta xác định ma sát trong f = tgϕ Tất cả các thông số đo và tính toán đưa vào Bảng-2

Lực pháp Lực cản Diện tích

Góc nghiêng ϕ Hệ số ma

tuyến N

(N)

trượt T, (N)

ặt khuôn háp tuyến Tiếp tuyến

3.3 Xác định hệ số ma sát ngoài của cát với thép và cát với cao su

hung mang liệu đặt lên

Bảng-3 Vật liệu Lực pháp tuyến N Lực cản trượt T, (N) Hệ số ma

Sử dụng sơ đồ như Hình-3 Tại đáy của hộp 3 thay vì vật liệu thì k

tấm làm từ vật liệu sẽ khảo sát (như thép hoặc cao su) Hệ số ma sát ngoài được xác định bằng tỉ lệ của lực trượt T (tải 6) trên lực pháp tuyến N (tải 2 và trọng lượng của vật trong khuôn) Các thông số được đưa vào Bảng-3

sát (N)

4 Báo cáo thí nghiệm:

n mục đích nội dung công việc

1 Tên gọi và ghi ngắn gọ

2 Mô tả thiết bị thí nghiệm

BÀI 2 NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CỦA BĂNG CHUYỀN RUNG

Mục đích thí nghiệm:

huyền rung, phương pháp xác định các chế độ làm việc của máy

một máng hở hoặc một ống với gối tựa trên khung cố định Máng được

1

Nghiên cứu kết cấu băng c

và nghiên cứu các thông số cơ bản

2 Cơ sở lý thuyết:

Băng chuyền rung là

chuyền chuyển động tới – lui, từ đó vật liệu trong máng sẽ thực hiện sự dịch chuyển ngắn với vận tốc xác định dưới tác dụng của lực quán tính; khi đó ở băng chuyền rung gia tốc thành phần theo phương đứng của máng lớn hơn gia tốc của lực trọng trường của vật, từ đó vật sẽ tách khỏi máng và dịch chuyển nhảy cóc trên máng

Kết cấu băng chuyền rung trên Hình-5

Hình-5 Mô hình thí nghiệm băng truyền rung

ặc tính chuyển động của vật liệu trên băng chuyền rung được xác định bằng hệ số chế độ Đ

làm việc mà có thể xác định theo sơ đồ tính toán trên Hình-6

Hình-6 Sơ đồ chuyển động của máng và vật liệu trên máng

=α

−

= J sin a sin sin

m y

) sin sin a cos g ( m

N= β− ω ϕ α

m- k

a – biên độ dao độn

ϕ=ωt – góc pha của dao động

α - góc của phương dao động

β - góc nghiêng của băng chuyề

30

n

π

=ωTrong đó: n – vận tốc quay của trục dẫn động băng chuyền, phút

đặc trưng cho áp lực của

Tổng áp lực về phía dưới, tải trọng nằm trên đáy máng Khi đó, có mối tương quan ngược

ị cực đại của thành phần pháp tuyến của gia tốc máng trên thành phần pháp

Tương quan giữa các giá trị trong phần phải của phương trình (33)

vật lên mặt phẳng khi:

αϕωα

>

β sin sin cos

αω

=

cos g

sin a

A 2

Đối với các băng chuyền rung, ta có 1,2 < A < 3,5

Vận tốc vận chuyển vật liệu trên băng chuyền được xác định theo công thức Bauman:

2 2

1

11

A cos

a ) sin k k (

v= ± β ω α −Trong đó, k1 và k2 – hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào đặc tính cơ lý của vật liệu

Bảng-7 Các hệ số

Độ lắc của hạt vật liệu vận chuyển

1,5…2,0 1,6…2,5 1,8…3,0 2,0…5,0

Từ Bảng-7, thấy rằng k1 và k2 phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn của hạt

Dấu ‘-‘ trước hệ số k2 trong công thức Bauman sẽ thực hiện khi băng nâng vật liệu, dấu “+” – hạ vật liệu về phía dưới

Đối với băng chuyền nằm ngang: 1 1 12

A cos a k

v= ω −Năng suất của băng chuyền: Q1 =3600 F0.ψ.ρ v

Trong đó, F0 – diện tích mặt cắt của máng, m2; ψ - hệ số điền đầy máng (đối với máng hở ψ

= 0,6…0,9 ; đối với ống ψ=0,5…0,7)

Công suất dẫn động của băng chuyền ngắn (L<10m)

) ,

H L k (

Q c

3670

103 0 3 +η

=

,

H k

).

L ( k [

Q c

367 0 10

10

10 3 0 3+ − 4+ η

=Trong đó:

c - hệ số vận chuyển (đối với vật liệu hạt cỡ cục c=1; đối với vật liệu bột c=1,5; đối với loại bụi c = 2)

η - hiệu suất truyền động của cơ cấu dẫn động (η=0,95…0,97)

H (m) - độ cao nâng vật (khi vận chuyển theo phương nghiêng)

k3 và k4 – hệ số tiêu hao riêng của công suất khi vận chuyển 1 tấn vật liệu trên 1 mét dài, w (Bảng-8)

Bảng-8 Các hệ số, W/T.m

Kết cấu băng Năng suất tính toán

-

- Tựa, 1 khối lượng 5…50

Hơn 50

7…10 5…6

5…6 3,5…4 Trong thí nghiệm hiện tại cần phải nghiên cứu kết cấu của băng chuyền và cụm cơ bản của

nó, xác định thực nghiệm các chế độ làm việc khi có các góc nghiêng khác nhau của băng chuyền; vận tốc vận chuyển, năng suất, cũng như giá trị tính toán của năng suất của băng chuyền

Thí nghiệm được tiến hành trên mô hình thực của băng chuyền rung

3 Trình tự thí nghiệm:

3.1 Nghiên cứu kết cấu băng chuyền

Vẽ phát thảo mặt cắt ngang của máng và kết cấu gối tựa của bộ phận mang Đo và chỉ ra trên bản vẽ các kích thước cơ bản (chiều rộng, chiều cao và diện tích mặt cắt máng, góc nghiêng của gối đỡ α) Trình bày sơ đồ động của trạm dẫn động băng chuyền, đo và chỉ ra biên độ dao động của máng

3.2 Xác định chế độ làm việc đối với tất cả các vị trí của băng chuyền (β=00; β=30; β=60), tần số dao động Các kích thước đo và tính toán được trình bày ở Bảng-9

Bảng-9 Các thông

số Góc của phương

dao động

α, độ

Biên độ dao động a,m

Tần số quay của trục động

cơ n,

Tần số quay ω, l/giây

Góc nghiêng băng chuyền, (0)

Hệ số chế

độ làm việc

Thông số thực tế được xác định bằng đồng hồ đo thời gian đi qua của vật liệu trên một đoạn dài 1m Đối với hạt vật liệu có hình dạng khác nhau thì thời gian đi qua được đo 3 lần, vì hình dạng các hạt vật liệu ảnh hưởng đến vận tốc vận chuyển động Xác định vận tốc lý thuyết và thực nghiệm phân tích nguyên nhân sự khác biệt của vận tốc thực tế và tính toán Xây dựng mối quan hệ v tt = (β)

Bảng-10 Các thông số Góc nghiêng

băng chuyền

β (0)

Thời gian đi qua của các hạt vật liệu trên đoạn đo t1 t2 t3 t4

Vận tốc thực tế vtt, m/giây

Muốn vậy đổ một lớp vật liệu đều bằng nhau trên toàn bộ chiều dài, trong khi giữ nguyên giá trị tính toán hệ số điền đầy

Năng suất được xác định theo công thức:

g t

Q , Q

vl th

6 3

=Trong đó: Qvl – trọng lượng tích, N; t – thời gian làm việc của băng chuyền, giây

Bảng-11 Các hệ số thực

Góc nghiêng băng chuyền β(0)

Hệ số chế độ làm việc

A

Vận tốc tính toán m/giâyGiá trị

băng chuyền

β (0)

Thời gian làm việc của băng chuyền, giây t1 t2 t3

ttb

Trọng lượng vật liệu, N GvlI GvlII GvlIII

GvlI

Năng suất thực tế

Xác định giá trị tính toán công suất dẫn động theo công thức So sánh giá trị nhận được với công suất của dẫn động của băng chuyền

Bảng-13 Các thông số Diện tích mặt

cắt của máng

Fo, (m2)

Hệ số điền đầy của máng

ψ

Tỉ trọng vật liệu ρ, (T/m3)

Vận tốc tính toán v, (m/giây)

Năng suất tính toán

Qth, (T/giờ) Giá trị các

thông số

4 Nội dung báo cáo:

4.1 Ý nghĩa và nêu ngắn gọn mục đích và nội dung thí nghiệm

4.2 Sơ đồ băng chuyền, bản vẽ phát thảo bộ phận mang và kết cấu tựa cùng với các kích thước

4.3 Sơ đồ động của trạm dẫn động

4.4 Tất cả các bảng với các kết quả

4.5 Xây dựng mối tương quan Q th = (β)