Đề tài Thiết kế băng gầu đứng, vận chuyển xỉ than khô, năng suất Q=100 T/h,chiều cao 40m

MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG GẦU: 2 TÍNH TOÁN THẾT KẾ BĂNG GẦU ĐỨNG: 3 PHẦN I: tính toán sơ bộ băng gầu đứng. 3 I.Tính sơ bộ gầu nghiêng. 3 1.Dung tích cần thiết của gầu trên một đơn vị chiều dài. 3 2.Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần hành trình của băng gầu. 4 II.Tính toán kiểm tra băng gầu đứng. 6 1.Tính chính xác lực kéo của băng gầu theo phương pháp đi vòng theo chu vi của băng. 6 2.Chọn động cơ điện. 7 3.Chọn hộp giảm tốc. 8 4.Kiểm tra năng suất băng. 9 5.Kiểm tra số lớp màng cốt của dây băng trong điều kiện khởi động. 10 6.Chọn phanh. 10 7.Chọn khớp nối. 11 8.Kiểm tra điều kiện dỡ tải và tính số gầu cần thiết. 13 9.Chọn tang chủ động và tang bị động. 13 10.Chọn thiết bị căng băng. 14 11.Tính toán thiết kế trục tang. 15 12.Chọn ổ lăn. 17 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tính toán máy nâng chuyển. (PHẠM ĐỨC) Cơ sở thiết kế máy. (Nguyễn Hữu Lộc) Thiết kế chi tiết máy. (Nguyễn Trọng Hiệp) A.Giới thiệu chung về băng gầu: Băng gầu là một loại máy vận chuyển liên tục dùng để vận chuyển vật liệu ở dạng tơi vụn như cát, sỏi, đá, xi-măng,… Theo phương thẳng đứng hoặc phương nghiêng với góc nghiêng lớn so với phương ngang. Chúng thường được sử dụng trong các xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, xí nghiệp khái thác than, xí nghiệp hóa chất,… *Đặc điểm: +Ưu điểm: -Có kết cấu và vận hành đơn giản. -Choáng ít diện tích trong hình chiếu bằng. +Nhược điểm: -Vốn đầu tư ban đầu cao. -Năng suất bị hạn chế. *Phân loại: +Theo phương vận chuyển: -Băng gầu vận chuyển hàng theo phương thẳng đứng. -Băng gầu vận chuyển theo phương nghiêng (với góc nghiêng lớn). +Theo bộ phận kéo: -Băng gầu dùng bộ phận kéo là xích. -Băng gầu dùng bộ phận kéo là dây băng cao su. -Băng gầu dùng bộ phận kéo là cáp. +Theo phương pháp dỡ tải: -Băng gầu dỡ tải theo phương pháp ly tâm (ở loại băng gầu có tốc độ cao). -Băng gầu dỡ tải tự chảy (ở loại băng gầu có tốc độ thấp). *Cấu tạo chung của băng gầu đứng và các thông số cơ bản:(Sẽ thêm vào sau) +Các thông số cơ bản: Thiết kế băng gầu đứng, vận chuyển xỉ than khô, năng suất Q=100 T/h,chiều cao 40m. *Nguyên lý hoạt động: Bộ phận vận chuyển vật liệu thông thường có bộ phận truyền động đặt ở phía trên, gầu được gắn trực tiếp vào bộ phận kéo thường là xích hoặc dây băng, vật liệu được kéo từ bộ phận vào tải ở phía dưới và được dỡ tải ở cửa ra tải đặt ở phía trên. Vật liệu được rót trực tiếp vào gầu thông qua cửa vào tải. Tùy theo dạng vật liệu và tốc độ băng mà người ta bố trí cho gầu dỡ tải theo phương pháp ly tâm, tự chảy hoặc hỗn hợp. Thông thường để tránh vật liệu dội ngược trở lại trong quá trình vận chuyển khi xảy ra các sự cố bất thường thì người ta bố trí các thiết bị hãm ở phía trên trục chủ động; thiết bị hãm có thể là phanh hoặc bánh cóc. Sau một thời gian hoạt động, bộ phận kéo thường bị chùng. Do đó, người ta sử dụng các thiết bị căng băng, chúng thường được lắp đặt ở nhánh bị động ( nhánh chủ động luôn được kéo căng) đối với thiết bị căng băng dùng đối trọng; và được bố trí ở tang bị động đối với thiết bị căng băng dùng vít (không gian thuận lợi hơn so với tang chủ động). B.Tính toán thiết kế băng gầu đứng: I.Tính sơ bộ băng gầu đứng: 1.Dung tích cần thiết của gầu trên một đơn vị chiều dài: = (8.14) +Trong đó: -Q=100 (T/h): năng suất tính toán của băng gầu. Vì vật liệu vận chuyển là xỉ than khô, tra theo bảng 4.1: =0,61,0T/m3 Chon =1,0T/m3; -V:tốc độ gầu, tra bảng 8.5: ta chọn được loại gầu dùng dây băng 0 có: hệ số điền đầy gầu trung bình là =0,8 ;tốc độ gầu là v=0,8 m/s. Thay tất cả vào 8.14: ===43,4 (l/m) Theo bảng 8.7 lấy =40 l/m ; =16l ;bước gầu =400 mm. Theo bảng 8.1, đối với loại gầu có ký hiệu 0, chọn kích thước gầu là: =500mm; =280 mm; =390mm; chiều rộng dây băng rộng hơn chiều rộng gầu từ 25150mm nên ta chọn chiều rộng của dây băng là B=600mm. 2.Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần hành trình của băng gầu: a.Tải trọng trên một đơn vị chiều dài của khối lượng hàng: q==34,7 (KG/m) (5.12) b.Tải trọng trên một đơn vị chiều dài của khối lượng phần chuyển động của băng: = Q.k= 100.0,55= 55 (KG/m) với k là hệ số, tra bảng 8.9 đối với loại băng gầu . c.Lực cản do múc hàng: =34,7.1,5= 52,05 (KG) với =1.5 là hệ số được tra từ bảng 8.10 đối với hàng cục nhỏ. d.Công suất cần thiết trên trục truyền động để băng làm việc: N= 0,003*Q*H(1++ ) (8.15) =0,003.100.40(1+) =16,185 (kw). với c=1,5 là hệ số được tra từ bảng 8.11 đối với gầu dùng dây đai. e.Lực vòng trên tang truyền động: P=== 1100,58 (KG). (8.16) Theo bảng 6.6, lấy hệ số bám của tang và dây băng là =0,3 (không khí khô), góc ôm của dây băng trên tang . =1100,58.=1806,08 (KG) (8.17) Theo bảng 8.12 xác định được =2,56. f.Tính số lớp màng cốt cần thiết: Theo bảng 6.18 lấy hệ số an toàn =9 (giả thiết rằng số lớp màng cốt trong dây băng là 4 lớp). Dựa vào bảng 4.7, chọn được vật liệu làm màng cốt là vải bạt -5 có giới hạn bền là =115 (KG/cm). => Số lớp màng cốt cần thiết trong dây băng: i===2,12 (8.18) chọn số lớp màng cốt là i=3. Với =0,9 là hệ số làm yếu dây băng ở chỗ lắp gầu. g.Tính sơ bộ đường kính tang truyền động: 0,6. = 0,6. = 0,384 (m). (8.12) (đối với băng gầu thấp tốc dỡ tải tự chảy) Theo 10624 lấy =400mm. So sánh điều kiện 8.19: i 10. 3 10. 0,4 (thỏa điều kiện) h.Khối lượng của 1m dây băng: theo công thức 4.11 và 4.12 Trong đó: +=6mm: chiều dài lớp bọc cao su ở mặt dây băng làm việc (đối với dây băng loại 1) tra ở bảng 4.6. +=2mm: chiều dài lớp bọc cao su ở mặt dây băng không làm việc (đối với dây băng loại 1) tra ở bảng 4.6. +=2,3mm: chiều dày một lớp màng cốt tra theo bảng 4.5 Thay tất cả vào, ta được: 1,1.0,6.(6+3.2,3+2)= 9,834 (KG/m). i.Khối lượng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng gầu: Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng gầu: ==41,895 (KG/m) (8.6) với: + Theo bảng 8.8,lấy gần đúng khối lượng của một gầu: =14,7KG +=0,4: bước gầu. +k=1,14: hệ số tính đến khối lượng các chi tiết để lắp gầu. j.Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần hành trình của băng gầu: = 9,834 + 41,895 = 51,729 (KG/m). II.Tính toán kiểm tra băng gầu đứng: 1.Tính chính xác lực kéo của băng gầu theo phương pháp đi vòng theo chu vi của băng: H.1 a.Bắt đầu từ điểm 1: = b.Lực căng ở điểm 2: ==1,05. +52,05 với =1,05: hệ số lực căng của bộ phận kéo do lực cản tại chi tiết quay, với góc ôm của bộ phận kéo trên tang: = => =1,051,07, chọn =1,05. c.Lực căng tại điểm 3: =+(q+).H=1,05. +52,05+(34,7+51,729).40 =2485,725+1,05. d.Lực căng tại điểm 4: =+.H=+1293,225 e.Điều kiện để tránh hiện tượng trượt dây băng trên tang cần thỏa mãn điều kiện: 2485,725 + 1,05 ( + 1293,225).2,56 -546,311 (KG) Theo điều kiện 5.30: 0,1P > 100 (KG) Chọn =1100.0,1=110 KG mà = Vậy lực căng trong các nhánh băng còn lại sẽ là: =1,05.110 + 52,05= 167,55 KG. =1,05.110 +2485,725 = 2601,225 KG. =110 + 1293,225 = 1403,225 KG. Vì ==2601,225 > =1806,08 KG ở bước tính sơ bộ. Do đó ta sử dụng kết quả =2601,225 KG để tính lại các kết quả. +Số lớp màng cốt: i==3,76 chọn i=4 lớp màng cốt. Điều này vẫn thỏa mãn điều kiện 8.19. +Khối lượng của 1 lớp dây băng: 1,1.0,6.(6+4.2,3+2)=11,352 (KG/m) +Tải trọng trên một đơn vị phần hành trình của băng gầu: =11,352+41,895= 53,247 (KG/m). Sai số này không đáng kể so với bước tính sơ bộ, do đó ta không cần tính lại kết quả độ lớn lực căng, sai số sẽ được bù trừ vào việc chọn các hệ số an toàn. 2.Chọn động cơ điện: +Lực kéo trên tang: .-= 1,05.2601,225-1403,225 (7.8) =1328,06 (KG). +Công suất trên trục truyền động của băng gầu: ===10,41 (KW) (7.10) +Công suất cần thiết của động cơ: N===13,0125 (KW) Với: +k=1,2: hệ số dự trữ. +=0,96: hiệu suất của hộp giảm tốc 2 cấp. Theo bảng III.19.2 ta chọn động cơ điện A02-71-6 có công suất 17 kw; =970 v/p; =90%; =200 (kg). H.2 3.Chọn hộp giảm tốc: +Xác định tốc độ quay của tang truyền động: ===38,19 v/p. (6.16) +Tỷ số truyền của bộ truyền cần thiết: i==25,399 Theo bảng III.22.2 chọn hộp giảm tốc -400 có tỷ số truyền: =24,9; công suất cho phép trên trục quay nhanh là 21,1 kw. H.3 4.Kiểm tra năng suất băng: +Dựa vào tỷ số truyền của hộp giảm tốc, tính chính xác tốc độ của dây băng: ==0,81 m/s (6.18) =24,9: tỷ số truyền +Dựa vào công thức 8.29, tính chính xác năng suất của băng gầu: Q=3,6..... (8.29) =3,6. 16. 0,81. 0,8. 1,0. =93,,312 (T/h) Trong đó: +=16l: dung tích gầu. +=0,8: hệ số đầy gầu trung bình. +=1,0 T/: trọng lượng riêng của hàng. +=0,4m: bước gầu. +Sai số năng suất của băng: =.100%=6,68% Sai số nằm trong giới hạn cho phép, không quá 10%. Vậy băng gầu thiết kế thỏa mãn yêu cầu. 5.Kiểm tra số lớp màng cốt của dây băng trong điều kiện khởi động: +Xác định lực căng của dây băng trong thời gian khởi động: =+1403,225=4074,865 KG (6.23) Trong đó: +:lực căng ở nhánh dây băng đi ra khỏi tang truyền động +=1,3: hệ số lấy theo catalog. +Dựa vào điều kiện độ bền của dây băng trong thời gian khởi động, ta xác định được số lớp màng cốt cần thiết trong dây băng trong thời gian khởi động: ===1,34 Trong đó: +=0,75: tra bảng 6.20 đối với dây băng dán nguội. +=1-0,03.i=1-0,03.4=0,88: hệ số làm việc không đều giữa các lớp màng cốt trong dây băng. +=115: giới hạn bền của 1 lớp màng cốt trong dây băng tra theo bảng 6.20. 6.Tính chọn phanh: +Mômen phanh cần thiết trên trục truyền động của băng gầu: (5.36) =0,96(45.40-0,6(1328,06-34,7.40)).0,4/2 =166,68 KGm Trong đó: +=0,6: giảm nhỏ có thể lực cản của băng gầu. +: hiệu suất của tang truyền động. +q:khối lượng hàng trên một đơn vị chiều dài (KG/m) +D:đường kính tang truyền động. Tra bảng III.31.1 chọn loại phanh -500M có mômen phanh là 200KG, hành trình má phanh là 1,05mm; khối lượng phanh là 210 kg. H.4 7.Chọn khớp nối: a.Chọn khớp nối đầu ra của động cơ với đầu vào của hộp giảm tốc: +Momen mở máy định mức của động cơ: ==17,08 KGm +Momen tính toán để chọn khớp: (1.65) =17,08.1,3.1,2=26,64 KGm Trong đó: +=1,3: hệ số xét đến mức độ quan trọng của cơ cấu. +=1,2:hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu. Tra bảng III.33 chọn khớp nối đàn hồi chốt – ống lót có bánh phanh có D=500 mm; khối lượng lớn nhất 175 kg. H.5 b.Chọn khớp nối đầu ra hộp giảm tốc với đầu vào của tang: +Momen định mức trên trục ra của hộp giảm tốc: ==425 KGm +Momen tính toán để chọn khớp: =425.1,3.1,2=663 KGm Tra bảng III.34 chọn khớp trục chốt - ống lót theo tiêu chuẩn MH 2096 – 64. H.6 8.Kiểm tra điều kiện dỡ tải và tính số gầu cần thiết: +Khoảng cách cực của băng gầu: l===0,61 (m) Vậy l=0,61 (m) > == 0,2 (m). Nên gầu được dỡ tải theo phương pháp tự chảy. Do gầu là loại có thành dẫn hướng nên gầu được dỡ tải theo phương pháp tự chảy có dẫn hướng. +Số gầu cần thiết: ===200 (gầu). 9.Chọn tang chủ động và tang bị động: a.Chọn tang chủ động: Dựa vào đường kính tang =400mm; chiều rộng dây băng B=600mm. Tra bảng III.48 chọn loại băng đai: 6550-80, ký hiệu tang 6550-80; chiều rộng dây băng 650mm. H.7 b.Chọn tang bị động: Tra bảng III.49 chọn loại tang bị động có đường kính tang: =400mm, ký hiệu tang 6550-80, chiều rộng dây băng 650mm. H.8 10.Lựa chọn thiết bị căng băng: Việc lựa chọn thiết bị căng băng được tính chính xác theo công thức: =+ Trong đó: +==110 (KG): lực căng dây băng ở điểm đi vào tang trống căng băng. +==167,55(KG): lực căng dây băng ở điểm đi ra khỏi tang trống căng băng. Thay vào: =+=110 + 167,55= 277,55 KG Tra bảng III.55, chọn được thiết bị căng băng có kí hiệu là 6550-80-50 có lực kéo lớn nhất ở tang căng băng là 2,15T chiều rộng dây băng là 650mm, khối lượng của thiết bị là 217kg. 11.Tính toán, thiết kế trục tang: (tính toán dựa theo chương 10- Cơ sở thiết kế máy, Nguyễn Hữu Lộc) a.Tính sơ bộ đường kính trục tang: +Momen xoắn đầu trục tang: 9,55.. =9,55..=5,52. (Nmm) Trong đó: +=17kw: công suất trên trục tang. +k=(1,21,5): hệ số tải trọng động, chọn k=1,3. +=38,19 v/p: số vòng quay của trục tang. +Chọn vật liệu làm trục tang là thép C35 có Mpa; = 510 Mpa; 255Mpa; =128Mpa. +Xác định sơ bộ đường kính trục: d==91,625 (mm) Theo tiêu chuẩn ta chọn d=100 mm. b.Tính chính xác trục: H.9 Ta có: ==1/2 * () =1/2 * (2601,225 + 1403,225) = 2002,225 KG. Trong đó: +=2601,225 KG +=1403,225 KG Dựa vào sơ đồ ta tính được: ==2002,225 KG +Ứng suất uốn: Vì tại mặt cắt (1-1) không có lực dọc trục nên ứng suất pháp tại vị trí tiết diện này thay đổi theo chu kỳ đối xứng với biên độ: Trong đó: Trục có 1 then, với đường kính trục d=100 mm, ta chọn then có b=28mm, h=16mm, t=10,3mm, =5,9 mm; l=100 mm. W== =86572,3 () Thay vào: ==41,39 Mpa. +Ứng suất xoắn: Trong đó: ==184747,08 () Thay vào: ==29,88 Mpa. Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, ta có: ==14,94 Mpa. +Xác định hệ số an toàn tại mặt cắt (1-1) theo công thức: ==2,57 Mpa. ==4,08 Mpa. => hệ số an toàn: S===2,17 > [s]=1,5 Vậy điều kiện bền mỏi của trục tại mặt cắt (1-1) được thỏa mãn. 12.Tính toán chọn ổ lăn: (Tính toán dựa theo chương 11 – Cơ sở thiết kế máy, Nguyễn Hữu Lộc) Ở đây ta chọn loại ổ bi đỡ vì trên trục không tồn tại lực dọc (lực dọc không đáng kể) với đường kính vòng trong của ổ bi là d=90 (mm) (đã hạ bậc trục). (hình vẽ) +Tải trọng qui ước trên trục: Q=(.R+m.A).. Trong đó: +=1: hệ số xét đến vòng nào là vòng quay. +=1: hệ số kể đến tải trọng động. +=1: hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ. +R:phản lực tại gối đỡ. Ta có: R==2002,225 KG +A=0: tải trọng dọc trục. Thay vào: Q=(1.2002,225+0.0).1.1 =2002,225 KG +Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay: L===18,3312 (triệu vòng) Với: +: thời gian làm việc tính bằng giờ. +n: số vòng quay của ổ +Khả năng tải động tính toán: =Q.= =2002,225.=5279,3 KG Vậy, tra bảng 15P, trang340-sách Thiết Kế CTM (Nguyễn Trọng Hiệp), ta chọn loại ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy có d=80mm, Q=2400(KG). H.10 HẾT