Thiết kế băng gầu nóng - Chương 4

Chương 4.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BĂNG GẦU NÓNG
I. Các thông số cơ bản của băng gầu nóng.
Với yêu cầu thiết kế là thiết kế băng gầu nóng phục vụ trạm trộn BTNN có
năng suất 90 m
3
/ h. Qua tham khảo các tài liệu và khảo sát thực tế ta có thể đưa
ra các thông số cơ bản của băng gầu cần thiết kế như sau :
Băng gầu nóng thiết kế là băng gầu đứng.
Năng suất băng gầu : Q = 90 [m
3
/ h].
Vận tốc băng gầu : v = 1,6 [m/s]
Trọng lượng riêng của vật liệu: γ = 1,8 [T/ m
3
].
Chiều cao nâng: H = 12 [m].
Gầu được chọn gầu đáy tròn sâu.
Hệ số làm đầy gầu: ε = 0,6.
Dùng 2 xích kéo loại xích bản lề.
Bước xích t
x
= 125 [mm].
II. Tính toán và thiết kế bộ truyền động.
1. Tính dung tích của gầu.
Loại gầu được chọn là gầu có đáy tròn và sâu.
Dung tích gầu, CT (8-29) [01] :
Ta có :
Q =
3, 6. . .v i
t

ε
[m
3
/ h]
⇒
i =
.
3, 6. .
Q t
v
ε
Q - Năng suất yêu cầu của máy [m
3
/ h].
Q = 90 (m
3
/ h).
i - Dung tích của gầu ( lít ).
ε
- Hệ số làm đầy gầu. Nó phụ thuộc vào vật liệu và hình dạng gầu.
ε
= 0,6
t - Bước gầu (m). t = 3t
x
= 3.125 = 375 mm = 0,375 m
Trang 17
v - Vận tốc băng gầu ( m/s ). v = 1,6 m/s
Thay các giá trò vào ta có :
i =
90.0,375

3, 6.1,6.0,6
= 9,8 ( l ).
2. Tính chọn bộ phận kéo là xích.
Chọn xích:
Loại xích được chọn là xích bản lề loại bạc lót con lăn theo TCVN 1588 –
74.
Ký hiệu : BL 125 – 200000 – 2 TCVN 1588 – 74.
Các thông số của xích :
Bước xích
Danh
nghóa
t
Sai
lệch
giới
hạn
∆
t
Chiều
rộng
má
B
Chiều dày má Đường kính
Chiều
dài
chốt
ở
mối
nối
Trong

S
Ngoài
S
1
Chốt
d
bạc
d
1
Con
lăn
D
Lớn
nhất
l
Từ
tâm
xích
đến
đầu
lớn
nhất
l
1
Tải
trọng
phá
huỷ
không
nhỏ

hơn

N
Khối
lượng
1 m
xích
có
má
thường
không
lớn
hơn
kg
125
+ 0,30
- 0,13
50 7 7 20 30 44 100 54 200000 16,1
Trang 18
64
50
125
44
32
114
146
16
R5.5
7
Hình 3.1 Thông số của xích kéo

Tính bộ phận kéo xích.
12
3 4
q vl +q x
q x
H
Hình 3.2 Sơ đồ tính lực kéo
Trang 19
Bộ phận kéo của băng gầu gồm có 2 dãy xích.
Tính lực căng trong xích.
Lực căng xích tại điểm ( vò trí ) 1, CT (8-22) [01].
S
1
= S
min
(N).
Đối với các máy vận chuyển dùng xích kéo thường lấy S
min
= 500 ÷ 2000 (N).
Chọn S
min
= 1500 (N).
Lực căng xích tại điểm ( vò trí ) 2: vò trí cấp liệu.
S
2
= S
1
+ ∑
W
(N).

Trong đó
∑
W
: tổng lực cản của bộ phận kéo.
∑
W
=W
C
+ W
XL
(N).
W
C
lực cản chuyển động tại trục bò động [N].
W
C
=ξ*S
min
(N).
ξ : hệ số lực cản ma sát lấy theo bảng:
Bộ phận kéo Trò số ξ
trượt lăn
Xích 0.06 ÷ 0.08 0.01 ÷ 0.05
Băng 0.05 ÷ 0.06 0.03 ÷ 0.04
Do chọn ổ đỡ là ổ lăn nên chọn ξ = 0.03
⇒ W
C
= 0.03*1500
= 45 (N).
W

xl
:lực cản xúc liệu,CT (8-13) [01].
W
xl
= k
1
*q
vl
k
1
= 2.5 ÷ 3 hệ số múc vật liệu,tra bảng (8-13) [01].
Chọn k
1
= 3
q
vl
: trọng lượng vật liệu trên 1 mét chiều dài,CT (5-12) [01].
v
Q
q
vl
*6.3
=
Q = 90 m
3
/h: năng suất của băng gầu.
V = 1.6 m/s: vận tốc của xích.
⇒ q
vl
=

90.1,8.1000
3600.1,6
Trang 20
q
vl
= 28,125 kG/m.
q
vl
= 275,71 N/m.
⇒ W
xl
= 3*275,91
= 827,13 (N).
⇒
∑
W
= 45 + 827,13
= 872,13 (N).
⇒ Lực căng xích tại điểm ( vò trí ) 2.
S
2
= 1500 + 872,13
= 2372,13 (N).
Lực căng xích tại vò trí 3.
S
3
= S
max
= 1,15 [2S
2

+ ( q
vl
+2q
x
) H ] (N).
Trong đó :
H: Chiều cao băng gầu (m).
H = 12 (m).
1,15: Hệ số kể đến sự phân bố lực căng không đều.
q
x
: Trọng lượng xích trên 1m dài (N/m).
q
x
= 157,94 (N/m).
q
vl
: Trọng lượng vật liệu trên 1m dài (N/m).
q
vl
= 275,71 (N/m).
⇒ S
3
= 1,15[2.2372,13 + (275,71 + 2.157,94).12]
= 13619,84 (N).
Lực căng xích tại vò trí 4
S
4
= S
min

+ q
vl
.H
= 1500 + 275,71.12
= 4808 (N).
Tải trọng động của xích, CT ( 8-27 ) [01].
S
đ
=
)2(
..
..60
2
2
vlx
x
qq
gtZ
Hv
+
[ N ].
Trong đó :
H: Chiều cao băng gầu (m).
H = 12 (m).
Z = 6 ÷ 12: Số răng trên đóa xích.
Trang 21
t
x
= 0,125 (m): Bước xích.
q

x
: Trọng lượng xích trên 1m dài (N/m).
q
x
= 157,94 (N/m).
q
vl
: Trọng lượng vật liệu trên 1m dài (N/m).
q
vl
= 275,71 (N/m).
S
đ
=
)71,27594,157.2(
8,9.125,0.12
12.6,1.60
2
2
+
S
đ
= 6059,92 (N).
Xích chọn theo tải trọng cho phép, CT (7-21) [01].
[S] =
2
k
S
P

≥
S
max
S
P
= 200000 (N): lực kéo đứt xích.
k
2
: hệ số dự trữ bền.
Xích con lăn k
2
= 8 ÷ 12.
Xích hàn k
2
= 8 ÷ 14.
⇒ [S] =
10
200000
=20000
≥
13619,84 (N).
Vậy xích chọn thõa yêu cầu đặt ra.
3. Tính công suất cần thiết cho động cơ điện..
Lực vòng trên trục dẫn.
P = (S
3
– S
4
).(1+ξ) (N).
= (13619,84 – 4808).(1+0,03)

= 9076,2 (N).
Công suất trên trục dẫn, CT (10-10) [02].
N
t
=
1000
.vP
(kW).
=
1000
6,1.2,9076
= 14,5 (kW).
Trang 22
Công suất cần thiết trên trục động cơ, CT (6-15) [01].
N =
η
t
Nk.
(kW).
Trong đó:
η = 0,8 : Hiệu suất của máy.
K = 1,1 ÷ 1,35 : Hệ số dự trữ công suất.
⇒ N =
8,0
5,14.2,1
= 21,75 (kW).
4. Thiết kế đóa xích truyền động.
Số răng của đóa xích thường là Z = 6
÷
12 ; phụ thuộc vào bước xích. Giá trò

nhỏ cho xích bước dài, giá trò lớn cho xích bước ngắn. Dựa trên thực tế và tài liệu
tham khảo ta thấy: Số răng đóa xích càng ít, đóa bò động quay càng không đều,
động năng va đập càng lớn và xích bò mòn càng nhanh. Với bước xích đã chọn là
t = 125 mm. Ta chọn số răng đóa xích là Z = 12.
Đường kính vòng chia đóa xích
D
C
= t
x
/ [sin(180/Z)]
= 125/ [sin(180/12)]
=482,96 mm.
Đường kính vòng đỉnh răng:
D
e
= t
x
.[0,5 + cotg (180
0
/ Z)]
= 125.[0,5 + cotg (180
0
/ 12)]
= 527,28 mm.
Đường kính vòng chân:
D
i
= D
C
-2r

r : Bán kính đáy
r = 0,5025d
1
+ 0,05
D: Đường kính con lăn xích
D = 44 mm
⇒
r = 22,16 mm
Vậy D
i
= 482,96 - 2.22,16
= 438,64 mm
Trang 23
Đường kính vành đóa:
D
v
= pcotg(180 / Z) – 1,3h
= 125.cotg(180 / 12) – 1,3.50
= 401,51 mm.
Các góc của đóa
ϕ
= 360
0
/Z
= 360
0
/ 12
=30
0

α
= 55
0
- 60
0
/Z
= 55
0
- 60
0
/12
= 50
0

β
= 18
0
- 56
0
/Z
=18
0
- 56
0
/ 12
= 13,3
0

γ
= 17

0
- 64
0
/Z
=17
0
- 64
0
/ 10
= 11,67
0
Bán kính profin răng
r
1
= 0,8.D + r
= 0,8.44 + 22,16
= 57,36 mm.
r
2
= D.(0,8Cos
β
+1,24ùCos
γ
- 1,3025) - 0,05
= 44.(0,8 Cos 13,3 +1,24Cos 11,67 -1,3025 ) - 0,05
= 30,36 mm.
Bán kính góc lượn
r
3
= 1,7.D

= 1,7. 44
= 74,8 mm.
r
4
= 1,5 mm khi t
x
≤ 10mm.
r
4
= 2,5 mm khi t
x
> 40mm.
Chọn r
4
= 2,5 mm.
Trang 24
Tọa độ
x
1
= 0,8.D.sin
α
= 0,8.44.sin 50
0
= 26,96 mm.
x
2
=1,24.D.cos(180
0
/ Z)
=1,24.44.Cos (180

0
/ 12 )
= 52,7 mm.
y
1
= 0,8D.Cos
α
= 0,8 . 44 . Cos 50
0
= 22,63 mm.
y
2
= 1,24D.Sin(180
0
/ Z)
= 1,24 . 44 .Sin (180
0
/ 12)
= 14,12 mm.
Chiều dài đoạn profin thẳng
f
d
= d
1
(1,24Sin
γ
- 0,8Sin
β
)
= 44.( 1,24.Sin 11,67 – 0,8 Sin 13,3 )

= 2,94 mm.
Chiều rộng răng đóa
b = 0,93B - 0,15
Với B : Khoảng cách giữa các má trong của xích B = 44 mm
b = 0,93 . 44 - 0,15
b = 40,77 mm.
Chiều dày vành đóa :
δ
= 0,7p
= 0,7.87,5
= 61,25 mm.
Chiều dài Ma :
l = (0,8
÷
1,8)d
d: đường kính trục.
Khi tăng chiều dài Ma sẽ làm tăng độ ổn đònh của bánh răng trong mặt
phẳng vuông góc với trục, cũng như làm tăng độ đồng tâm. Tuy nhiên, tăng
Trang 25
chiều dài Ma sẽ làm tăng khuôn khổ, kích thước, trọng lượng và phức tạp hơn
khi chế tạo.
Đường kính ngoài của Ma :
D = (1,5
÷
1,8)d
Đóa hoặc nan hoa dùng để nối Ma với vành răng.
Chiều dày của đóa:
C = (0,2
÷
0,3)b

= (0,2
÷
0,3).40,77
= 8,154
÷
12,231
Chọn C = 10 mm
Trên đóa có 6 lỗ. Các lỗ này được sử dụng khi vận chuyển, cũng như để
kẹp chặt khi gia công. Kích thước và vò trí tâm lỗ được xác đònh như sau:
Đường kính lỗ : d
0
= 20 mm.
Đường kính tâm lỗ :
D
0
= 0,5( D + D
V
)
= 0,5( 200 + 401,51)
= 300,76 mm.
Hình 3.3 Chi tiết đóa xích
Trang 26
5. Chọn động cơ điện.
a.Sơ đồ truyền động.
1234
56
7
Hình 3.4 Sơ đồ truyền động
1-Động cơ điện; 2-Khớp nối; 3-Hộp giảm tốc; 4-Khớp nối trục
đàn hồi; 5-Gối đỡ; 6-Đóa xích; 7-Cơ cấu hãm bánh cóc.

Số vòng quay của trục đóa xích chủ động, CT (7-16) [01].
V =
1000.60
..
xlv
tnZ
(m/s).
⇒ n
lv
=
x
tZ
v
.
.1000.60
=
125.12
6,1.1000.60
= 64 (vòng/phút).
Trong đó :
n
lv
: Số vòng quay đóa xích tải (vg/ph).
v : Vận tốc băng gầu (m/s), v = 1,6 m/s.
z : Số răng đóa xích, z = 12.
t
x
: Bước xích (mm), t
x
= 125 mm.

Số vòng quay sơ bộ của động cơ :
n
sb=
n
lv
. i
Trong đó :
n
sb
: Số vòng quay sơ bộ của động cơ (vg/ph).
i: Tỉ số truyền của toàn bộ hệ thống.
Nếu chọn động cơ điện có số vòng quay lớn thì kích thước động cơ nhỏ giá
thành thấp nhưng bù lại tỉ số truyền của hệ thống sẽ lớn điều này dẫn tới kích
thứơc hộp giảm tốc, bánh đai, đóa xích sẽ lớn kéo theo giá thành thiết bò sẽ cao.
Nếu chọn động cơ có vận tốc thấp thì kích thước động cơ sẽ lớn và giá thành cao
Trang 27
nhưng tỉ số truyền sẽ nhỏ và kích thước hộp giảm tốc, bánh đai, đóa xích sẽ nhỏ
làm cho giá thành hạ. Do đó việc lựa chọn động cơ điện phải có sự tính toán kỹ
lưỡng nhằm đạt được tính kinh tế cao nhất.
Theo kinh nghiệm và tham khảo một số tài liệu và sau một thời gian đi
thực tế thì động cơ có số vòng quay từ 1000 đến 1500 vg/ph là thích hợp nhất.
Do động cơ làm việc ngoài trời nên phải chọn loại động cơ được che kín.
Động cơ được chọn phải có công suất

P
đc
và số vòng quay đồng bộ thỏa
mãn những điều kiện sau đây :
P
đc

≥
P
Sb
.
n
đb

;
n
sb
.
Kiểu động
cơ
Công
suất
kW
Vận tốc
quay,
vg/ph
Mômen
bánh đà
kG.m
2
cos
ϕ
%
η
dn
M

M
max
dn
K
M
M
Khối
lượn
g kg
Đường
kính
trục
mm
W-DF180LJ 22 1470 35,28 0.86 92 2,9 2,5 108 42
473
386
Hình 3.5 Kích thước động cơ điện
283
254
278
239
Trang 28
Tỉ số truyền của toàn hệ thống.
i =
lv
dc
n
n
=
64

1470
= 23.
b.Kiểm tra thời gian khởi động của động cơ điện.
Mômen cản tónh trên trục động cơ khi khởi động, CT (2-32) [01].
M
t
=
η
..2
.
max
i
DS
C
=
8,0.23.2
48296,0.84,13619
= 178,75 (Nm).
Mômen đònh mức trên trục đông cơ.
M
dn
=
n
N
.9550
=
1470
22
.9550
= 143 (Nm).

Mômen khởi động trên trục động cơ.
M
K
= M
dn
.2,5
= 143.2,5
= 357,5 Nm.
Thời gian khởi động, CT (3-3) [03].
( )
η
β
.)..(375
..
).(375
..
2
2
0
2
iMM
nDQ
MM
nGD
t
tK
dcC
tK
dc
Kd

−
+
−
=
∑
(s).
Trong đó:
Q
0
: trọng lượng chuyển động của bộ phận xích và gầu (N).
Q
0
= (2.q
x
+ q
vl
)H (N).
= (2.157,94 + 275,71).12
= 7101,48 (N).
β.∑(GD
2
) ≈ 1,2. (GD
2
)
roto
≈ 1,2.35,28
= 8,94 (kG m
2
)
Trang 29

= 89,4 (Nm
2
).
n
dc
:số vòng quay trên trục động cơ.
n
dc
=1470 (vòng/phút).
M
K
: mômen khởi động trên trục động cơ (Nm).
M
t
: mômen cản tónh trên trục động cơ (Nm).
(GD
2
)
roto
: mômen vô lăng của roto động cơ điện (Nm
2
).
(GD
2
)
roto
= 35,28 (N m
2
).
⇒

( )
8,0.23.75,1785,357.375
1470.48296,0.48,7101
)75,1785,357.(375
1470.4,89
2
2
−
+
−
=
kd
t
= 2,046 (s).
Gia tốc khi khởi động máy.
kd
t
v
j =

046,2
6,1
=
= 0,78 (m/s
2
).
Mômen phanh cần thiết trên trục đóa xích chủ động, CT (5-36) [01].
M
ph
= η.[q

vl
.H – C
T
.(W
0
– q
vl
.H).
2
C
D
(Nm).
Trong đó:
η = 0,91: hiệu suất của đóa xích.
Q
vl
: khối lượng vật liệu trên 1 mét chiều dài (N/m).
H: chiều cao nâng (m).
D
C
: đường kính vòng chia của đóa xích (mm).
W
0
= S
4
: lực kéo của xích tại vò trí ra liệu (N).
C
T
= 0,5: hệ số giảm nhỏ có thể lực căng của xích.
⇒ M

ph
= 0,9.[275,71.12 – 0,5.(4808,52 – 275,71.12).
2
48296,0
= 562,23 (Nm).
Thời gian phanh cần thiết, CT (3-6) [03].
( )
2
2
0
2
)..(375
...
).(375
..
iMM
nDQ
MM
nGD
t
tph
dcC
tph
dc
ph
+
+
+
=
∑

η
β
(s).
Trong đó:
Q
0
: trọng lượng chuyển động của bộ phận xích và gầu (N).
Trang 30
Q
0
= (2.q
x
+ q
vl
)H (N).
= (2.157,94 + 275,71).12
= 7101,48 (N).
β.∑(GD
2
) ≈ 1,2. (GD
2
)
roto
≈ 1,2.35,28
= 8,94 (kG m
2
)
= 89,4 (Nm
2
).

n
dc
:số vòng quay trên trục động cơ.
n
dc
=1470 (vòng/phút).
M
ph
: mômen khởi phanh trên trục đóa xích chủ động (Nm).
M
t
: mômen cản tónh trên trục động cơ (Nm).
(GD
2
)
roto
: mômen vô lăng của roto động cơ điện (Nm
2
).
(GD
2
)
roto
= 35,28 (N m
2
).
⇒
( )
2
2

23.75,17823,562.375
8,0.1470.48296,0.48,7101
)75,17823,562.(375
1470.4,89
+
+
+
=
kd
t
= 0,49 (s).
6. Chọn hộp giảm tốc cho hệ thống.
Chọn hộp giảm tốc phải dựa vào các thông số do yêu cầu của máy như: chế
độ làm việc, vò trí lắp đặt, công suất truyền, số vòng quay của trục vào và tỉ số
truyền cần thiết của cụm dẫn động.Từ các yêu cầu đó ta chọn được hộp giảm tốc
với các thông số:
Loại hộp giảm tốc: MC3PLSF02.
Hãng sản xuất: SEW-EURODIVE OF SINGAPORE.
Công suất: P
e
= 25 kW.
Tỉ số truyền: i = 23,21.
Số vòng quay trục nhanh khi ứng với P
e
= 25 kW là: n = 1500 vòng/phút.
Khối lượng hộp giảm tốc: m = 210 kg.
Đường kính trục vào (trục nhanh): d
1
= 32 mm.
Đường kính trục ra (trục chậm): d

2
= 80 mm.
Trang 31
662
368
382
260
594
80
Hình 3.6 Kích thước hộp giảm tốc
32
Tính chính xác tốc độ chuyển động của xích, CT (6-17) [01].
i
nD
v
dcC
.60
..
π
=
=
21,23.60
1470.48296,0.14,3
= 1,59 (m/s).
Tính chính xác số vòng quay trên trục đóa xích chủ động.
n
lv
=
i
n

dc
=
21,23
1470
= 63,33 (vòng/phút).
Năng suất thực tế của băng gầu nóng, CT (8-29) [01].
Q =
3, 6. . .v i
t
ε
[m
3
/ h]
=
375,0
8,9.6,0.59,1.6,3
= 89,75 [m
3
/ h].
Trang 32