Tài liệu đồ án chi tiết máy thiết kế băng tải nâng hạ di động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BĂNG TẢI NÂNG HẠ DI ĐỘNG GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến SVTH : 1. Huỳnh Văn Ngọc Sơn - 21303402 2. Nguyễn Trọng Trân - 21303294 3. Nguyễn Văn Trí - 21304360 4. Nguyễn Đức Thiện - 21303852 TP Hồ Chí Minh, Ngày 3 tháng 6 năm 2016 LỜI CẢM ƠN Đề hoàn thành đồ án này, chúng em đã trải qua khoảng thời gian 14 tuần liên tục học tập và cố gắng. Đồ án đã hoàn thành được là nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tấn Tiến. Chúng em chân thành cảm ơn thầy, thầy đã trực tiếp hướng dẫn, giảng dạy và đã rất nhiệt tình cùng chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Lần đầu tiên làm đồ án nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp, những lời nhận xét bổ sung của quý thầy cô để đề tài ngày càng hoàn thiện và bản thân chúng em có thể rút ra những kinh nghiệm và kiến thức quý báu cho riêng mình. Tp.HCM, ngày 03 tháng 6 năm 2016 Nhóm trưởng Huỳnh Văn Ngọc Sơn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI DI ĐỘNG ........................ 1 1.1 Tổng quan về băng tải..................................................................................................................... 1 1.2 Kết cấu cơ bản của băng tải ......................................................................................................... 1 1.3 Nguyên lý hoạt động của băng tải ............................................................................................. 2 1.4 Mục tiêu thiết kế ................................................................................................................................. 4 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .......................................................... 5 2.1 Yêu cầu kỹ thuật về băng tải ......................................................................................................... 5 2.2 Phương án thiết kế ............................................................................................................................ 5 i. Phương án 1 ........................................................................................................................................... 5 ii. Phương án 2 ........................................................................................................................................... 6 iii. .....................................................................................................................................Chọn phương án ...................................................................................................................................................................... 7 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN BỘ PHẬN CÔNG TÁC – BĂNG TẢI ................................ 8 3.1 Các thông số đầu vào ...................................................................................................................... 8 3.2 Tính chọn dây băng .......................................................................................................................... 8 3.3 Tính toán tang trống ...................................................................................................................... 16 3.4 Tính con lăn đỡ ................................................................................................................................. 16 3.5 Tính thiết bị căng băng ................................................................................................................. 17 3.6 Kiểm tra các chi tiết đã chọn...................................................................................................... 18 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐỘNG ................................................................. 20 4.1 Tính toán công suất của động cơ dẫn động......................................................................... 20 4.2 Thiết kế bộ truyền xích .................................................................................................................. 21 4.3 Tính toán thiết kế các trục tang................................................................................................. 25 i. Trục tang chủ động ............................................................................................................................ 25 ii. Tính trục bị động ............................................................................................................................... 27 4.4 Chọn then cho trục tang chủ động ........................................................................................... 30 4.5 Kiểm nghiệm độ bền trục ............................................................................................................. 30 4.6 Kiểm nghiệm độ bền trục tang chủ động .............................................................................. 30 4.7 Chọn ổ lăn .......................................................................................................................................... 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 34 DANH SÁCH HÌNH VẼ STT Hình Tên hình Trang 1 1.1 Sơ đồ kết cấu cơ bản hệ thống băng tải nâng hạ di động 2 2 1.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống băng tải 2 3 1.3 Sơ đồ dẫn động của hệ thống 3 4 2.1 Phương án thiết kế 1 5 5 2.2 Phương án thiết kế 2 6 6 3.1 Sơ đồ tính lực căng băng 9 7 3.2 Biểu đồ lực căng trên băng với góc 8 3.3 Sơ đồ tính lực căng băng với góc 9 3.4 Các kích thước cơ bản của con lăn 10 4.1 Kết cấu sơ bộ trục lắp trên tang dẫn động. 25 11 4.2 Biểu đồ lực tác dụng và biểu đồ mômen xoắn nội lực trục tang chủ động. 27 12 4.3 Kết cấu sơ bộ trục lắp trên tang bị động. 27 13 4.4 Biểu đồ lực tác dụng và biểu đồ mômen xoắn nội lực trục tang bị động. 29 = 10° = 22° 13 15 17 DANH SÁCH BẢNG BIỂU STT Bảng Tên bảng Trang 1 3.1 Thông số tang trống 16 2 3.2 Thông số tiêu chuẩn con lăn 16 3 4.1 Các thông số cơ bản của động cơ 20 4 4.2 Các thông số của bộ truyền xích 24 5 4.3 Thông số của trục tang 29 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan về băng tải Băng tải đã được sử dụng từ thế kỷ thứ 19. Năm 1892, Thomas Robins đã bắt đầu một loạt các phát minh về băng tải, việc này dẫn đến sự phát triển của việc dùng một băng tải để vận chuyển than, quặng và sản phẩm khác. Năm 1905, Richard Sutcliffe đã phát minh ra băng tải đầu tiên để sử dụng trong các mỏ than, việc này dẫn đến cuộc cách mạng hoá ngành công nghiệp khai thác mỏ. Đến năm 1913, Henry Ford đã giới thiệu dây chuyền băng tải tại xưởng Michigan của công ty Ford. Hiện tại ở Việt Nam, sản xuất băng tải là một ngành mới và đang phát triển. Vấn đề được đặt ra là việc vận chuyển các sản phẩm cũng như hàng hóa từ độ cao này đến độ cao khác như: việc vận chuyển hàng hóa trong các xưởng sản xuất, tại các bến cảng v.v… Điều này làm cho việc phát triển một băng tải có khả năng di chuyển và nâng hạ trở nên cần thiết. Năm 2014, tỷ lệ mua các hệ thống băng tải từ các thị trường Bắc Mỹ, châu Âu và châu Á đã tăng trưởng hơn. Băng tải chủ yếu được mua vào là dòng con lăn ở trục băng tải, băng tải dây chuyền, băng tải tại nhà máy đóng gói và các nhà máy công nghiệp. Ở lĩnh vực thương mại và dân sự (tại các sân bay, trung tâm mua sắm v.v…) cũng đang ngày càng sử dụng nhiều băng tải để đáp ứng và phục vụ công việc. Với tình hình như thế đã cho thấy phạm vi phát triển tích cực và ngày càng tăng trưởng cho ngành công nghiệp sản xuất băng tải. 1.2 Kết cấu cơ bản của băng tải Kết cấu của băng tải bao gồm các bộ phận cơ bản sau: dây băng, con lăn, tang trống chủ động, tang trống bị động, thiết bị căng băng, khung sườn, khung đặt động cơ, khung di động. Trong đó tang chủ động đảm nhiệm vai trò dẫn động cho quá trình tải của băng. Quá trình tải được truyền động nhờ hệ thống dẫn động gắn với động cơ. Các con lăn đảm bảo cho dây băng trong quá trình tải không bị chùng. Bên cạnh đó, việc nâng hạ của băng tải thực hiện nhờ vào một tang quấn cáp được dẫn động bởi một động cơ. 1 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Hình 1.1. Sơ đồ kết cấu cơ bản hệ thống băng tải nâng hạ di động Trong đó: 1. Động cơ 7. Dây đai 2. Bánh đai nhỏ 8. Con lăn đỡ nhánh có tải 3. Khung sườn 9. Máng vào tải 4. Bánh đai lớn 10. Tang bị động 5. Tang chủ động 11. Vít căng băng 6. Xích truyền động 12. Con lăn đỡ nhánh không tải 13. Cụm bánh xe di chuyển 1.3 Nguyên lý hoạt động của băng tải Nguyên lý hoat động của băng tải khá đơn giản. Băng tải được dẫn động từ động cơ. Ở đầu ra của động cơ ta gắn một hộp giảm tốc để giảm tốc độ động cơ cho phù hợp với tốc độ yêu cầu của băng tải. Hình 1. 2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống băng tải 2 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Trong đó: 1. Động cơ 2. Hộp giảm tốc 3. Băng tải Từ nguyên lý hoạt động của hệ thống băng tải. Ta có sơ đồ dẫn động sau: Hình 1.3. Sơ đồ dẫn động của hệ thống Trong đó: 1. Động cơ 2. Nối trục đàn hồi 3. Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 2 cấp dạng khai triển 4. Bộ truyền bánh xích 5. Nối trục cứng an toàn 6. Băng tải 3 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY 1.4 Mục tiêu thiết kế Từ những tìm hiểu về băng tải, nguyên lý hoạt động cũng như kết cấu cơ bản của một băng tải. Ta đặt ra mục tiêu thiết kế cho đồ án như sau:  Băng tải đi động  Hàng hóa tải: bao đường (50kg) trong các nhà máy  Có bánh xe gắn bên dưới để giúp cả hệ thống có thể di động 1 cách linh hoạt  Việc nâng hạ được thực hiện bằng pully thông qua động cơ để đáp ứng các nhu cầu làm việc khác nhau  Các yêu cầu chi tiết:  Khả năng tải: tải bao đường 50 (kg)  Chiều dài băng tải: 10 (m)  Góc nghiêng băng tải: 100 - 220  Năng suất: 130 tấn/giờ  Tốc độ dây băng: 1,6 (m/s) 4 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu kỹ thuật về băng tải Từ các mục tiêu thiết kế đã đặt ra trong chương 1, ta có được các yêu cầu sau:  Khả năng tải: tải bao đường 50 (kg)  Chiều dài băng tải: 10 (m)  Góc nghiêng băng tải: 100 - 220  Năng suất: 130 tấn/giờ  Tốc độ dây băng: 1,6 (m/s) 2.2 Phương án thiết kế Từ các yêu cầu trên, ta tìm được 2 phương án để thiết kế phù hợp. i. Phương án 1 - Mô hình: Hình 2.1. Phương án thiết kế 1 - Mô tả: + Động cơ dẫn động và động cơ nâng hạ được đặt trên khung động cơ + Khung đặt động cơ đặt gần tang chủ động. + Sử dụng vít căng băng + Sử dụng con lăn chịu tải thẳng 5 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY - Ưu điểm: + Tiết kiệm vật liệu để làm khung đặt động cơ + Dễ sửa chữa và thay đổi động cơ + Kết cấu đơn giản + Thay đổi được góc nghiêng băng + Khả năng di động đảm bảo - Nhược điểm: + Mòn do ma sát với nhiều con lăn ii. Phương án 2 - Mô hình: Hình 2.2. Phương án thiết kế 2 - Mô tả: + Động cơ dẫn động đặt gần tang bị động + Động cơ nâng hạ đặt gần tang chủ động + Sử dụng con lăn chịu tải bố trí chữ V - Ưu điểm: + Thay đổi được góc nghiêng băng + Khả năng di động đảm bảo + Vật chuyển tốt do sử dụng con lăn bố trí chữ V - Nhược điểm: + Mòn do ma sát với nhiều con lăn 6 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY + Khó khăn trong việc sửa chữa do vị trí đặt 2 động cơ khác nhau + Sử dụng con lăn bố trí chữ V làm tăng số lượng con lăn làm tăng giá thành iii. Chọn phương án Từ việc phân tích những ưu điểm và nhược điểm của 2 phương án trên ta nhận thấy phương án 1 có giá thành thấp hơn mà vẫn đảm bảo được các mục tiêu thiết kế đặt ra. 7 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN BỘ PHẬN CÔNG TÁC – BĂNG TẢI 3.1 Các thông số đầu vào = 10 − 22° - Góc nghiêng của băng là: - Tốc độ dây băng: = 1,6 - Năng suất băng tải: 130 T/h / - Vật liệu tải: bao đường 50kg với chiều rộng bao là 400 mm 3.2 Tính chọn dây băng 1. Chiều rộng dây băng = + 100 = 400 + 100 = 500 Từ tiêu chuẩn ta chọn chiều rộng băng là 500mm, ta tra bảng 3.4 [1] và chọn số lớp màng cốt là 4. 2. Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng hàng = = 3,6. 130 = 22,57 3,6.1,6 / 3. Tải trọng trên một mét chiều dài do khối lượng của các phần chuyển động của băng = 2 Trong đó: + + = 2.5,225 + 15,625 + 7,813 = 33,89 : Tải trọng trên 1 đơn vị chiều dài do khối lượng dây băng = 1,1 (1,25 + Với + ) = 1,1.0,5(1,25.4 + 3 + 1.5) = 5,225 : chiều dày lớp bọc cao su ở mặt làm việc. Chọn : chiều dày lớp bọc cao su ở mặt không làm việc. Chọn =3 =3 . : Tải trọng trên 1 đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở trên nhánh có tải. : Tải trọng trên 1 đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở trên nhánh không có tải. 4. Chiều dày của dây băng : = . + + = 4.1,25 + 3 + 1,5 = 9,5 8 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Trong đó: : là chiều dày 1 lớp màng cốt phụ thuộc vào loại vải chế tạo màng cốt. = 1,25 Ta chọn . Theo tiêu chuẩn với chiều rộng dây băng là 500 nên đường kính con lăn đỡ băng là 90 Với loại tải là bao đường 50 trên nhánh chịu tải là 400 không tải là 1450 > 25 = = 0,4 0,8 . ta chọn khoảng cách giữa 2 con lăn và khoảng cách giữa các con lăn đỡ ở nhánh . Với đường kính con lăn đỡ là 90 các con lăn đỡ và là loại băng tải di động = 6,25 = = ta tìm được khối lượng phần quay của từ đây ta tính được: 6,25 = 15,625 0,4 6,25 = 4,31 1,45 5. Xác định lực căng băng Hình 3.1. Sơ đồ tính lực căng băng 9 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY = 10° Ta tính toán với → - Chia dây băng thành các đoạn 1 → 7 như hình vẽ, căng tại các điểm đó. theo thứ tự là lực - Theo công thức: = Trong đó: ± + : lực căng của dây băng tại điểm thứ i + : lực căng của dây băng tại điểm thứ i + 1 + : lực cản tại đoạn giữa hai điểm kế tiếp nhau thứ i và thứ (i+1) - Ta bắt đầu tính từ điểm thứ 1: Tại điểm thứ 1 có lực căng tại nhánh ra: = - Lực căng tại điểm 2: = , = + = , . + . = Với góc ôm giữa băng và tang là 90°, ta có = 1,05 (1 + ) (CT – 2.23[1]) = 0,05 - Lực căng tại điểm 3: = Trong đó + + , , + =( + (CT – 2.13[1]) , ) ( cos (CT – 2.14[1]) : lực căng trên đoạn không tải : chiều dài dây băng + : hệ số cản chuyển động + : góc nghiêng của băng , Vậy − sin ) = 0,035 đối với ổ lăn (bảng 4.4[2]) = 10° = (5,225 + 4,31). 9,85. (0,035. cos 10° − sin 10°) = −13,11 ( ) = + , = 1,05 − 13,11 10 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY - Lực căng tại điểm 4: = , = + , . (CT – 2.23[1]) = 0,05 khi góc ôm giữa băng và tang là 90°. Ta có: = . 1,05 = 1,05( . 1,05 − 13,11) = 1,05 = + - Lực căng tại điểm 5: Với , . 1,07 = 1,07(1,05 = = 1,18 = , − 13,77 − 13,77) − 14,74( ) = 0,07 với góc ôm của dây băng và tang là 180° - Lực căng tại điểm 6: Trong đó: = , + ( = , ) − 3,6 (CT – 2.32[1]) + : vận tốc của phần tử kéo (m/s) + : vận tốc vật liệu trước khi đặt lên phần tử kéo (m/s) + : năng suất (T/h) , = = . 3,6. = . 130.1,6 = = 57,78( ) 3,6 3,6 + 57,78 = 1,18 - Lực căng tại điểm 7: + , = + + 43,04 ( ) , : lực căng trên nhánh chịu tải Suy ra , =( + + )( + ) = (5,225 + 15,625 + 22,57)(0,035.9,85 + 1,74) = 90,52( ) = 1,18 + 43,04 + 90,52 = 1,18 + 128,56 ( ) (1) 11 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Mặt khác ta có quan hệ giữa lực căng tại điểm đầu và điểm cuối trên dây băng: , . , (2) = = = 2,86 (N) Trong đó: + : hệ số bám giữ dây băng cao su và tang thép, + : góc ôm của dây băng trên tang, Từ (1) và (2) suy ra 2,86 = 1,18 = 0,3 (bảng 2.3[1]) = 200° = 3,5 + 128,56 Từ đó ta thay vào các phương trình trên và tính được các kết quả như sau: = 76,33 = 80,15 = 62,28 = 65,39 = 70 = 127,78 = 218,3 76,33 80,15 62,28 65,39 70 127,78 218,3 - Kiểm tra độ võng của dây băng: Độ võng cho phép của dây băng trên nhánh có tải: Với: = ( + 8. ). = ( + 8. ). ≤ [ ] = 0,03 là khoảng cách con lăn nhánh chịu tải. → < [ ] = 0,012 = (CT – 2.61 [2]) (22,57 + 5,225). 0,4 = 0,009 8.62,28 Độ võng cho phép của dây băng trên nhánh không tải: Với: = 8. . ≤ [ ] = 0,03 là khoảng cách con lăn nhánh không tải. 12 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY → = 8. . = 5,225. 1,45 = 0,022 8.62,28 < [ ] = 0,024 Vậy dây băng thỏa mãn yêu cầu về độ võng cho phép. - Biểu đồ lực căng băng theo chu vi: 218,3 127,78 80,15 76,33 76,33 S2 62,28 65,39 S3 S4 70 S5 S6 S7 S1 Hình 3.2. Biểu đồ lực căng trên băng với góc α = 10° 13 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY Tương tự ta tính toán với = 112,04 = 22°, ta được = 117,64 = 76,29 = 80,11 = 85,72 = 143,53 = 320,43 112,04 117,64 76,29 80,11 85,72 143,53 320,43 - Kiểm tra độ võng của dây băng: Độ võng cho phép của dây băng nhánh có tải: Với: = ( + 8. ). = ( + 8. ). ≤ [ ] = 0,03 là khoảng cách con lăn nhánh chịu tải. → < [ ] = 0,012 = (22,57 + 5,225). 0,4 = 0,007 8.76,29 Độ võng cho phép của dây băng nhánh không tải: Với: = 8. . ≤ [ ] = 0,03 là khoảng cách con lăn nhánh không tải. → = 8. . = 5,225. 1,45 = 0,018 8.76,29 < [ ] = 0,024 Vậy dây băng thỏa mãn yêu cầu về độ võng cho phép. 14 ĐỒ ÁN CHI TIẾT MÁY - Biều đồ lực căng dây băng theo chu vi: 320,43 143,53 112,04 112,04 117,64 S2 S1 76,29 80,11 S3 S4 85,72 S5 S6 S7 S1 S7 S6 S5 S1 S2 S3 S4 Hình 3.3. Sơ đồ tính lực căng băng với góc α = 22° 15