Thiết kế hệ thống băng vít ngang vận chuyển xi măng với năng suất Q=80T-h, chiều dài v-c L=24 m

Giới thiệu
Băng vít là một loại máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo. Bộ phận công
tác của vít tải là vít cánh xoắn chuyển động quay trong một vỏ kín tiết diện tròn ở
dưới. Khi vít chuyển động, cánh xoắn đẩy vật liệu di chuyển trong vỏ. Vật liệu vận
chuyển không bám vào cánh xoắn là nhờ trọng lượng của nó và lực ma sat giữa vật
liệu và vỏ máng, do đó vật liệu chuyển động trong máng theo nguyên lý truyền
động vít- đai ốc. Vít tải có thể có một hoặc nhiều cánh xoắn. Chất tải cho vít tải qua
lỗ trên nắp máng, còn dỡ tải qua lỗ ở phía dưới của ống. Vít tải thường dùng để vận
chuyển vật liệu tơi, vụn.
Vít tải có các ưu điểm là: vật liệu vận chuyển trong máng kín, có thể nhận và dỡ tải
ở các trạm trung gian, không tổn thất rơi vãi vật liệu, an tồn khi làm việc và sử
dụng, rất thuận tiện cho việc v/c vật liệu nóng và độc hại.
Bên cạnh đó vít tải có một số nhược điểm là: nghiền nát một phần vật liệu v/c,
chóng mòn cánh xoắn và máng khi v/c vật liệu cứng và sắc cạnh, tổn thất năng
lượng lớn và không được dùng để v/c vật liệu dính ướt, ẩm.
Mặc dù có những nhược điểm như vậy nhưng vít tải được dùng rộng rãi trong các
nhà máy xi măng, các nhà máy tuyển khống hoặc trong các xí nghiệp hóa chất. Vít
tải có thể đặt ngang hoặc nghiêng dưới một góc nghiêng nhỏ.
Trong đề tài này em xin trình bày về băng vít ngang vận chuyển xi măng với năng
suất Q=80T/h, chiều dài v/c L=24 m
1
Tính tốn thiết kế băng vít
1. Thông số cơ bản
- Năng suất : 80 T/ h.
- Chiều dài vận chuyển : 24 mét.
2. Đường kính cần thiết của vít tải
Aùp dụng công thức (9.3), trang 152, tài liệu[1]
(1)
Trong đó :
- Q : Năng suất tính tốn : Q = 80 T/ h.
- E : Tỷ số giữa bước vít và đường kính vít; ta chọn E = 0,8 (xi măng là

hàng mài mòn)
- n :Tốc độ quay quy định của trục băng vít.
Chọn sơ bộ n theo bảng (9.2), trang 150, tài liệu [1] ; n = 35 vòng/ ph.
-
γ
: Khối lượng riêng của ximăng
Tra bảng 4.1 , trang 88, tài liệu [1] chọn
1,5T/hγ
=
-
β
K
: Hệ số giảm năng suất do độ nghiêng của băng; vì băng nằm ngang
nên chọn
1K
β
=
theo bảng 9.5, trang 151, tài liệu [1].
Vậy
0,681(m)
25.1,5.10,8.35.0,1
80
0,275D
3
==
(2)
Theo tiêu chuẩn về đường kính và bước vít của
65ΓOCT2037
−
, tra bảng (9.1),

trang 150, tài liệu [1] chọn:
- Đường kính vít : D = 650 mm.
- Bước vít : S = 500 mm.
Kích thước của máng :
- Chiều rộng máng : 700 mm.
- Chiều sâu máng : 750 mm.
- Chiều dày tấm :
8mm.4
÷
3. Kiểm tra tốc độ quay của vít tải
Tốc độ quay lớn nhất cho phép của vít tải :
Theo công thức (9.2), trang 152, tài liệu [1].ta có :
D
A
n
=
( vòng/ phút). (3)
Trong đó :
2
3
β
E.n.ψ.n.ψ
Q
0,275D
=
- A: hệ số phụ thuộc vật liệu .
Trabảng (9.3) , trang 151, tài liệu [1] với vật liệu ximăng : A = 30.
- D : đường kính trục vít D = 650 mm.

37,2

0,65
30
n
max
==⇒
(vòng/ phút )
Thoả mãn điều kiện làm việc :
chonmax
nn
≥⇒
4 . Công suất trên trục vít để băng làm việc
Theo công thức ( 9.4), trang 152, tài liệu [1]

( )
bnbn0
.v..L0,02.k.qH.L
367
Q
N
ωω
++=
(KW) (4)
Trong đó :
- Q : Năng suất tính tốn của băng Q = 80 T/ h.
- L
n
: Chiềi dài vận chuyển theo phương ngang của băng L
n
= 24 mét.
- ω: Hệ số cản chuyển động lăn của hàng.

Tra bảng 9.3 , trang 151, tài liệu [1 ]
4,0.
=
ω
- H : Chiều cao vận chuyển H = 0.
- k : Hệ số đặc tính chuyển động của vít k = 0,2
-
b
q
: Khối lượng trên 1 đơn vị chiều dài phần quay của băng

80.Dq
b
≈
Với đường kính băng vít: D = 650 mm :
52kG/m.q
b
=⇒
- Tốc độ vận chuyển dọc trục vít của hàng:
Theo công thức (9.5), trang 153, tài liệu [1]
0,292(m/s)
60
0,5.35
60
s.n
v
===
(5)
Với Bước vít : s = 0,5 m
Tốc độ quay của vít: n =35 v/ph.

20,94(kw).0,012.24.0,2920,02.0,2.5(24.4)
367
80
N
0
=+=⇒
5. Tính chọn động cơ điện:
Công suất động cơ để truyền động băng
Theo công thức (6.15), trang 119, tài liệu [1]
(6)
Trong đó:
N
0
: Công suất trên trục vít để băng vít làm việc N
0
= 20,94 kw.
K : Hệ số dự trữ công suất k = 1,25.

η
: Hiệu suất của bộ truyền .
Theo bảng 5.1, trang 104, tài liệu [1] chọn
96,0
=
η
3

27,267kw.
0,96
1,2520,94

N
dc
=
×
=⇒
Dựa vào công suất động cơ, tra bảng (III.19.2), trang 199, tài liệu[1] chọn
động cơ điện không đồng bộ 3 pha A02-81-6 có các thông số kỹ thuật như sau:
- Công suất định mức trên trục: N
đc
= 30 kw.
- Tốc độ quay của trục: n = 980 v/ ph.
- Hiệu suất : 91%.
- Khối lượng động cơ điện : 330 kg.
 Thông số kích thước của động cơ điện:
Kiểu động cơ b 2C 2C
2
d h t
1
A02-81-6 18 406 311 60 250 65,5
L B
1
B
4
B
5
H L
8
l
850 491 369 260 551 190 140

6. Kiểm nghiệm động cơ điện:
Ngồi việc kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta còn phải kiểm
nghiệm động cơ về momen khởi động và sự quá tải về momen
Theo công thức trang 114, tài liệu [4]
M
đm
.λ ≥ M
maxs
Trong đó:
- λ: hệ số quá tải về momen của động cơ: tra theo katalog; λ=1,96
- M
max
: Mômen lớn nhất trong biểu đồ phụ tải .
M
max
=
N.m9,192
31,5.0,96
5835
i.η
Mx
==
Trong đó :
Mômen xoắn: M
x
= 583,5 kG.m
Tỉ số truyền của hộp giảm tốc:
31,5i
=
.

- M
đm
: Mômen định mức của động cơ.
Theo công thức 22, trang 13, tài liệu [5]

dm
dm
dm
n
P
975.M
=
4
Trong đó :
Công suất định mức: P
đm
= 30 kw.
Số vòng quay định mức của động cơ: n
đm
= 980 ( v/ph).

29,85kG.m
980
30
975.M
dm
==⇒
- Đối với động cơ không đồng bộ , hệ số l
đm
phải kể đến trường hợp điện áp

của lưới điện cung cấp giảm đi 15% so với điện áp định mức.

λ
≤==⇒
0,64
298,5
192,9
M
M
đm
max
Vậy động cơ AO2-81-6 được chọn thoả mãn điều kiện quá tải về momen.
7. Chọn hộp giảm tốc:
Dựa vào tỉ số truyền giữa trục động cơ và trục vít ta chọn hộp giảm tốc.
Theo công thức (6.17), trang 120 , tài liệu [1] :

28.
35
980
n
n
i
đc
===
(7)
Trong đó :
- Tốc độ quay của trục động cơ: n
đc
= 980 vòng/ phút.
- Tốc độ quay của trục vít: n = 35 vòng/ phút.

- Căn cứ vào tỉ số truyền và công suất động cơ
30kwN
980v/phn
28.i
dc
dc
=
=
=
Theo tài liệu [20], trang 36, chọn hộp giảm tốc loại PM - 650 có các thông số kỹ
thuật như sau:
- Tỉ số truyền :
31,5i
=
Tốc độ quay của trục quay : 1000 v/ ph.
 Thông số kích thước :
Kiểu HGT a
a
σ
a
τ
g B
1
B
2
B
3
A
1
B

5
PM- 650 650 250 400 35 430 452 342 183 470
B
6
B
7
C C
1
H H
0
H
1
L L
1
K
310 410 150 85 697 320 95 1278 830 495
d
1
d
2
d
3
l
1
l
2
l
3
l
4

d
3
t
1
t
2
60 110 130 290 108 265 165 110 32,5 127
8.Tính tốn trục vít :
8.1. Các tải trọng tác dụng lên trục vít:
8.1.1. Mômen xoắn trên trục vít:
Theo công thức (9.8), trang 154, tài liệu [1]:
Mô men xoắn trên trục vít:

n
N
975M
0
0
=
( KG.m) (8)
Trong đó :
- N
o
: Công suất trên trục vít để băng làm việc N
0
= 20,93 kw.
- n : Tốc độ quay của trục vít: n = 35 vòng/ phút.
583,.5
35
20,93

975M
0
==⇒
(kG.m).
8.1.2. Lực dọc trục vít
Theo công thức (9.9), trang 154, tài liệu [1]:
Lực dọc trục vít:

( )
βαk.D.tg
2M
P
0
d
+
=
(KG) (9)
Trong đó :
- Mômen xoắn trên trục vít: M
o
= 583,5 kG.m.
- K : Hệ số tính đến bán kính chịu tác dụng của lực k = 0,7
- D : Đường kính vít D = 0,65 m.
- α : Góc nâng ren vít :

π.D
s
tgα
=
6

.4613α
0,245
π..0,65
0,5
tgα
/o
=⇒
==
- Với s : Bước vít s = 0,5 m.
- β : Góc ma sát giữa hàng vận chuyển với vít
)acrtg(fβ
d
=
Với f
đ
: Hệ số ma sát ở trạng thái động f
đ
= 0,8 f
o.
F
o
: Hệ số ma sát ở trạng thái tĩnh f
o
= 0,6.

( )
.6425farctgβ
0,480,8.0,6f
/0

d
d
==
==

( )
3074,8KG
64254613g0,7.0,65.t
2.583,5
P
/0/o
d
=
+
=⇒
8.1.3. Tải trọng ngang
Tải trọng ngang tác dụng lên đoạn vít đặt giữa 2 gối trục :
Theo công thức (9.10), trang 154, tài liệu [1]:
k.D.L
.l2M
P
0
n
=
(KG) (10)
Trong đó :
- L : Chiều dài băng vít L = 24 m.
- Khoảng cách giữa các gối đỡ l =3 m
- M
o

: Mômen xoắn trên trục vít M
o
= 583,5 KG.m.
- K : Hệ số tính đến bán kính chịu tác dụng của lực k = 0,7
- D : Đường kính vít D = 0,65 m.
KGP
n
6,320
24.65,0.7,0
3.5,583.2
==⇒
 Tải trọng dọc phân bố đều trên trục vít :

128,12KG/m
24
3074,8
L
P
p
d
d
===
 Tải trọng ngang phân bố đều trên trục vít :

106,87KG/m
3
320,6
l
P
p

n
n
===
 Mômen xoắn phân bố đều trên trục vít :

24,3KG
24
583,5
L
M
m
0
0
===
7
8.2. Sơ đồ các tải trọng tác dụng lên trục vít:
Trục vít được xem như là một dầm liên tục có các ổ treo trung gian được xem
như các gối đỡ . Dầm được chia thành 8 đoạn.
Vậy trục vít được đưa về thành 1 dầm siêu tĩnh bậc 8 , tách riêng từng tải trọng
tác dụng lên trục vít để xác định biểu đồ nội lực tác dụng lên trục vít và xác định
mômen lớn nhất tác dụng lên trục vít và xác định đường kính trục vít .
Trục vít dùng vận chuyển ximăng nên trục chủ yếu chịu ảnh hưởng của mômen
xoắn M
0
và tải trọng ngang P
n
phân bố đều trên trục vít, còn tải trọng dọc P
d
phân bố
đều trên trục vít thì gây uốn trục nên khi tính sức bền trục thì xét ảnh hưởng của P

d
.
Sau khi tính được kích thước trục vít thì kiểm tra trục vít theo biên dạng, độ
võng trụ vít, theo điều kiện bền, hoặc dùng chương trình sap.2000 kiểm tra lại xem
có thoả mãn điều kiện.
8.2.1. Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do M
o
gây ra:
Mômen xoắn M
x
:
8
M
0
3m
24 m
= 583,5 KG.m m
0
= 24,3 KG
2.8.2.2. Sơ đồ tải trọng dọc phân bố lên trục vít do P
d
gây ra:

Lực dọc N
z
:
8.2.3. Sơ đồ tải trọng ngang phân bố lên trục vít do P
n
gây ra :
9

M = 583,5 KG.m
Mx
Nz
N
z
= 3074,8 KG
P
n
= 106,87 KG/m
p
d

128,
12
3 m
24 m
= 128,12KG/ m
Đây là dạng bài tốn siêu tỉnh bậc 8. Ta giải bằng cách đặt vào 8 gối đỡ
bằng các mômen tương đương từ M
o
đến M
8
.
Sơ đồ tương đương:
Sau đó lập 8 phương trình 8 ẩn giải tìm được M
0
, M
1
, M
2

, M
3
,M
4
,M
5
,M
6
,M
7
,M
8
.
Aùp dụng công thức, tài liệu [6]:
Phương trình mômen có công thức tồng quát như sau:
a.M
I-1
+ 2.(a+b) M
I
+ b.M
I+1
= -6 (Ω
I
.Z
I
+ Ω
I+1
.Z
I+1
). (11)

Trong đó :
M
I
: mômen thứ I.
Khoảng cách từ điểm đặt mômen thứ I-1 đến thứ I: a .
Khoảng cách từ điểm đặt mômen thứ I+1 đến thứ I: b.
Diện tích nhịp thứ nhất : Ω
I
.
Khoảng cách từ trọng tâm diện tích nhịp thứ I đến gối : Z
I
.
Đối với nhịp thứ nhất : a= l=3 m.
b= l =3 m
Ω
I
.= P
n
.l
2
/8.
Z
I
= l/2 .
Phương trình mômen cho nhịp thứ nhất:
l.M
0
+ 2.(l+l) M
1
+ l.M

2
= -6 ( 2.
)
2
l
.
2
l
.
8
.lP
.
3
2
2.
2
l
.
2
l
.
8
.lP
.
3
2
2
n
2
n

+
⇔ M
0
+ 2.M
1
+M
2
= -
2
.lP
3
n
Tương tự cho nhịp 2,3, 4, 5, 6,7, 8 ta lập được các phương trình mômen sau:
M
1
+ 2.M
2
+M
3
= -
2
.lP
3
n
10
M
0
M
1
M

2
M
3
M
4
M
5
M
6
M
7
M
8
p
n