Đồ Án Môn Học: Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Băng Tải

Khám phá đồ án thiết kế hệ thống dẫn động băng tải, ứng dụng trong công nghiệp, tối ưu hóa quy trình vận chuyển và nâng cao hiệu suất làm việc.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Băng Tải Hiệu Quả
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỎ ÁN
• 1.1. Giới thiệu hệ thống dẫn động băng tải
• 2. CHƯƠNG 2: CHON DONG CO VA PHAN PHÓI TỶ SỐ TRUYÈN
• 2.1. Công suất cần thiết của động cơ
• 2.2. Các thông số kỹ thuật của hệ thống truyền động
• 3. CHƯƠNG 3: THIET KE CAC BO TRUYEN HO
• 3.1. Số liệu ban đầu
• 3.2. Chọn số răng đĩa xích
• 3.3. Xác định bước xích
• 3.4. Xác định khoảng cách trục và số mắt xích
• 3.5. Kiểm nghiệm
• 3.6. Thông số bộ truyền xích
• 4. CHƯƠNG 4: THIET KE CAC BANH RANG
• 4.1. Số liệu ban đầu
• 4.2. Thông số ban đầu
• 4.3. Chọn vật liệu và ứng suất cho phép
• 4.4. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh
• 4.5. Xác định thông số cơ bản của bộ truyền
• 4.6. Chọn cấp chính xác cho bộ truyền
• 4.7. Xác định các giá trị lực tác dụng lên bộ truyền
• 4.8. Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc
• 4.9. Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất uốn

Tóm tắt

I. Tổng Quan Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Băng Tải Hiệu Quả

Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải là một bài toán kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp chính xác giữa lý thuyết cơ học và ứng dụng thực tiễn. Một hệ thống được thiết kế hiệu quả không chỉ đảm bảo khả năng vận chuyển vật liệu liên tục, ổn định mà còn giúp tối ưu hóa hệ thống băng tải, giảm thiểu chi phí vận hành và nâng cao tuổi thọ thiết bị. Mục tiêu cốt lõi là chuyển đổi chuyển động quay từ nguồn cấp (động cơ) thành chuyển động tịnh tiến của bề mặt băng tải một cách tối ưu nhất. Theo nghiên cứu của Nguyễn Huỳnh Trọng Phong (2023), nguyên lý hoạt động băng tải dựa trên việc truyền công suất qua một chuỗi các cơ cấu trung gian. Các cơ cấu này bao gồm khớp nối, hộp giảm tốc, và các bộ truyền ngoài như xích hoặc đai. Mỗi thành phần đều đóng một vai trò quan trọng và có hiệu suất riêng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chung của toàn hệ thống. Việc hiểu rõ cấu tạo hệ thống dẫn động băng tải là bước đầu tiên và quan trọng nhất. Một hệ thống điển hình bao gồm: động cơ điện cung cấp momen xoắn, hộp số băng tải (hộp giảm tốc) điều chỉnh tốc độ và tăng momen, bộ truyền động cuối cùng (xích, đai) truyền lực tới tang chủ động, và cuối cùng là dải băng tải di chuyển trên các con lăn băng tải. Việc lựa chọn đúng từng thành phần, từ vật liệu làm băng tải như băng tải PVC hay băng tải cao su cho đến khung sườn băng tải, đều là yếu tố quyết định đến sự thành công của một dự án thiết kế.

1.1. Nguyên lý hoạt động băng tải và tầm quan trọng của hiệu suất

Nguyên lý hoạt động của một hệ thống dẫn động băng tải bắt đầu từ nguồn năng lượng là động cơ điện. Động cơ tạo ra chuyển động quay với tốc độ cao và momen xoắn thấp. Chuyển động này được truyền qua khớp nối đến trục vào của hộp giảm tốc băng tải. Tại đây, hệ thống bánh răng sẽ thực hiện nhiệm vụ giảm tốc độ quay và đồng thời tăng momen xoắn đầu ra. Momen xoắn lớn này sau đó được truyền tới tang chủ động thông qua bộ truyền xích hoặc đai. Tang chủ động quay, tạo ra lực ma sát kéo theo dải băng tải chuyển động tịnh tiến, vận chuyển vật liệu từ điểm này đến điểm khác. Tầm quan trọng của hiệu suất thể hiện ở hai khía cạnh chính: năng lượng và độ bền. Một thiết kế kém hiệu quả sẽ tiêu tốn nhiều điện năng hơn mức cần thiết để vận chuyển cùng một khối lượng hàng hóa, làm tăng chi phí vận hành. Hơn nữa, hiệu suất thấp thường đi kèm với tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt và rung động, gây mài mòn nhanh các chi tiết cơ khí, giảm tuổi thọ hệ thống và tăng chi phí bảo trì hệ thống dẫn động.

1.2. Phân tích cấu tạo hệ thống dẫn động băng tải cốt lõi

Cấu tạo hệ thống dẫn động băng tải gồm nhiều thành phần liên kết chặt chẽ. Động cơ điện (thường là động cơ 3 pha không đồng bộ) là trái tim của hệ thống. Khớp nối đàn hồi được sử dụng để nối trục động cơ và trục vào của hộp giảm tốc, có tác dụng giảm chấn và bù sai lệch đồng tâm. Hộp số băng tải là bộ não, thường là loại bánh răng trụ 2 cấp khai triển, quyết định tỷ số truyền và momen đầu ra. Bộ truyền ngoài, như bộ truyền xích ống con lăn, là cơ cấu linh hoạt để truyền chuyển động từ hộp giảm tốc đến trục công tác. Cuối cùng, bộ phận công tác bao gồm tang chủ động và tang bị động để căng và dẫn hướng băng tải, hệ thống con lăn băng tải để nâng đỡ, và bề mặt băng tải (ví dụ băng tải cao su cho vật liệu nặng) để trực tiếp mang tải. Tất cả được đặt trên một khung sườn băng tải vững chắc. Sự đồng bộ và tương thích giữa các thành phần này là chìa khóa để đạt hiệu quả cao nhất.

II. Top Thách Thức Khi Thiết Kế Dẫn Động Băng Tải Sai Lầm

Quá trình thiết kế một hệ thống truyền động công nghiệp cho băng tải chứa đựng nhiều thách thức kỹ thuật. Một sai lầm nhỏ trong tính toán hoặc lựa chọn thiết bị có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, từ việc hệ thống không đạt công suất yêu cầu, vận hành kém ổn định, cho đến hỏng hóc sớm và gây mất an toàn vận hành băng tải. Thách thức lớn nhất và phổ biến nhất là việc tính toán công suất động cơ băng tải không chính xác. Nếu chọn động cơ quá yếu, băng tải sẽ không thể khởi động khi đủ tải hoặc bị quá tải liên tục, dẫn đến cháy động cơ. Ngược lại, một động cơ quá mạnh sẽ gây lãng phí năng lượng và chi phí đầu tư ban đầu, đồng thời có thể gây ra lực giật lớn khi khởi động, ảnh hưởng đến kết cấu cơ khí. Một thách thức khác là việc phân phối tỷ số truyền không hợp lý giữa hộp số băng tải và bộ truyền ngoài. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và momen tại trục công tác, có thể không đáp ứng được yêu cầu vận tốc của dây chuyền sản xuất. Việc bỏ qua các yếu tố như môi trường làm việc (bụi, ẩm, nhiệt độ), chế độ tải (va đập nhẹ hay nặng), và thời gian vận hành liên tục cũng là một sai lầm phổ biến, dẫn đến việc lựa chọn vật liệu và cấp độ bền của thiết bị không phù hợp, làm giảm đáng kể tuổi thọ của toàn bộ hệ thống dẫn động.

2.1. Hậu quả của việc tính toán lực căng băng tải sai lệch

Tính toán lực căng băng tải là một bước nền tảng nhưng thường bị xem nhẹ. Lực căng quá thấp sẽ gây ra hiện tượng trượt băng trên tang chủ động, đặc biệt khi khởi động hoặc tải nặng. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất truyền động mà còn gây mài mòn nhanh bề mặt tang và băng tải. Ngược lại, lực căng quá lớn sẽ tạo ra tải trọng không cần thiết lên các trục, ổ lăn và kết cấu khung sườn băng tải. Tải trọng dư thừa này làm tăng ma sát, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, và là nguyên nhân hàng đầu gây hỏng ổ lăn và biến dạng trục. Việc xác định sai lực vòng trên băng tải (F) ngay từ đầu sẽ kéo theo một chuỗi các tính toán sai lệch về sau, từ momen xoắn cần thiết cho đến công suất động cơ, dẫn đến một thiết kế hoàn toàn thất bại.

2.2. Rủi ro từ việc chọn động cơ giảm tốc băng tải không phù hợp

Việc lựa chọn động cơ giảm tốc băng tải không chỉ đơn thuần dựa trên công suất. Các yếu tố như tỷ số truyền, momen đầu ra, kiểu lắp, và cấp hiệu suất năng lượng (IE) đều phải được xem xét. Một động cơ giảm tốc có tỷ số truyền không phù hợp sẽ không thể cung cấp đúng tốc độ quay cho trục băng tải, ảnh hưởng đến năng suất của cả dây chuyền. Rủi ro lớn khác đến từ việc không xem xét đến hệ số phục vụ (service factor). Mỗi ứng dụng băng tải có một chế độ làm việc riêng (8 giờ/ngày, 24/7, tải va đập...). Bỏ qua hệ số này và chọn một động cơ giảm tốc chỉ vừa đủ công suất danh nghĩa sẽ khiến nó hoạt động ở giới hạn chịu đựng, nhanh chóng xuống cấp và hỏng hóc. Điều này nhấn mạnh sự cần thiết của việc phân tích kỹ lưỡng điều kiện làm việc trước khi ra quyết định lựa chọn thiết bị.

III. Hướng Dẫn Tính Toán Hệ Thống Dẫn Động Băng Tải Chuẩn Xác

Để có một thiết kế hiệu quả, việc tính toán các thông số kỹ thuật phải được thực hiện một cách bài bản và chính xác. Quy trình này là nền tảng để lựa chọn đúng các thiết bị và đảm bảo hệ thống vận hành ổn định. Dựa trên phương pháp luận trong tài liệu của PGS. Vũ Công Hòa, quy trình bắt đầu bằng việc xác định các thông số đầu vào: lực vòng trên băng tải (F) và vận tốc băng tải (v). Từ đó, công suất trên trục công tác (trục lắp tang trống) được tính toán. Bước tiếp theo và quan trọng nhất là xác định hiệu suất chung của toàn bộ hệ thống truyền động. Hiệu suất này là tích của hiệu suất từng thành phần: khớp nối, các cặp ổ lăn, các cấp bánh răng trong hộp giảm tốc, và bộ truyền ngoài. Việc ước tính chính xác hiệu suất này sẽ quyết định độ chính xác của công suất động cơ cần thiết. Sau khi có công suất, bước tiếp theo là tính toán công suất động cơ băng tải cần thiết trên trục động cơ. Quá trình này không chỉ là một phép chia đơn giản mà còn cần lựa chọn một động cơ tiêu chuẩn có công suất lớn hơn liền kề so với giá trị tính toán. Cuối cùng là phân phối tỷ số truyền chung cho hộp số băng tải và bộ truyền xích, một bước đòi hỏi kinh nghiệm để cân bằng giữa kích thước, chi phí và hiệu quả truyền động.

3.1. Phương pháp tính toán công suất động cơ băng tải cần thiết

Công suất cần thiết trên trục động cơ (P_ct) được xác định dựa trên công suất làm việc trên trục tang (P_lv) và hiệu suất chung của hệ thống (η_ch). Công thức cơ bản là: P_ct = P_lv / η_ch. Trong đó, P_lv được tính từ lực vòng F (N) và vận tốc băng tải v (m/s) qua công thức: P_lv = (F * v) / 1000 (kW). Hiệu suất chung η_ch là yếu tố quyết định, được tính bằng tích hiệu suất của các bộ phận: η_ch = η_kn * η_ol^n * η_br1 * η_br2 * η_x, trong đó η_kn là hiệu suất khớp nối, η_ol là hiệu suất một cặp ổ lăn (với n là số cặp), η_br là hiệu suất các cấp bánh răng, và η_x là hiệu suất bộ truyền xích. Theo tài liệu tham khảo, các giá trị này thường được chọn trong các bảng tiêu chuẩn kỹ thuật. Sau khi tính được P_ct, tiến hành chọn động cơ điện 3 pha không đồng bộ tiêu chuẩn có công suất danh nghĩa (P_đm) và số vòng quay đồng bộ (n_đb) phù hợp, theo điều kiện P_đm ≥ P_ct.

3.2. Phân phối tỷ số truyền cho hộp số băng tải và bộ truyền ngoài

Sau khi chọn được động cơ với số vòng quay n_đc, và đã có số vòng quay yêu cầu của trục công tác n_ct (tính từ vận tốc băng tải và đường kính tang), tỷ số truyền chung của hệ thống được xác định: u_ch = n_đc / n_ct. Tỷ số truyền này cần được phân phối hợp lý cho các bộ phận trung gian, thường là hộp số băng tải (u_h) và bộ truyền xích (u_x), sao cho u_ch = u_h * u_x. Việc phân phối này không có một công thức cố định mà dựa trên kinh nghiệm và khuyến nghị kỹ thuật. Thông thường, tỷ số truyền của bộ truyền xích (u_x) được chọn trước trong khoảng từ 2 đến 5 để đảm bảo bộ truyền nhỏ gọn và hoạt động êm. Từ đó, tỷ số truyền của hộp giảm tốc được suy ra: u_h = u_ch / u_x. Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triển, tỷ số truyền u_h lại tiếp tục được phân phối cho cấp nhanh (u_n) và cấp chậm (u_c) theo kinh nghiệm để tối ưu hóa kích thước và khả năng chịu tải của các cặp bánh răng.

IV. Bí Quyết Lựa Chọn Thiết Bị Cho Hệ Thống Truyền Động Tối Ưu

Lựa chọn thiết bị là bước hiện thực hóa các thông số đã tính toán. Việc chọn đúng không chỉ đảm bảo hệ thống hoạt động mà còn quyết định độ bền, chi phí và hiệu quả năng lượng. Quá trình này yêu cầu kiến thức sâu về đặc tính của từng loại thiết bị. Đối với bộ truyền bánh răng trong hộp số băng tải, vật liệu là yếu tố hàng đầu. Thép 40Cr tôi cải thiện thường được lựa chọn vì cân bằng tốt giữa độ bền và khả năng gia công. Các thông số hình học như mô-đun, số răng, góc nghiêng phải được tính toán cẩn thận để đảm bảo khoảng cách trục tiêu chuẩn và tỷ số truyền chính xác. Sau khi thiết kế sơ bộ, cần tiến hành kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc và độ bền uốn của răng bánh răng để đảm bảo chúng không bị phá hủy trong quá trình làm việc. Đối với trục, việc lựa chọn vật liệu như thép 45 hoặc 40X và xác định đường kính tại các tiết diện lắp ghép là cực kỳ quan trọng. Phải dựa vào biểu đồ momen uốn và momen xoắn để tính toán, đồng thời kiểm nghiệm độ bền mỏi tại các tiết diện nguy hiểm có rãnh then. Cuối cùng, việc chọn ổ lăn phải dựa trên tải trọng hướng tâm và dọc trục đã tính, đảm bảo tuổi thọ của ổ lăn đáp ứng yêu cầu vận hành của toàn bộ hệ thống dẫn động.

4.1. Thiết kế và kiểm nghiệm độ bền cho bộ truyền xích

Bộ truyền xích ống con lăn thường được sử dụng để truyền động từ trục ra của hộp giảm tốc tới tang chủ động. Quá trình thiết kế bắt đầu bằng việc chọn số răng đĩa xích dẫn (z1) và tính số răng đĩa bị dẫn (z2) dựa trên tỷ số truyền u_x. Sau đó, bước xích (p) được xác định dựa trên công suất tính toán, có kể đến các hệ số điều kiện làm việc (tải trọng động, bôi trơn, chế độ làm việc). Sau khi có bước xích và số răng, cần kiểm nghiệm độ bền của bộ truyền qua hai chỉ tiêu chính: hệ số an toàn và áp suất trong bản lề. Hệ số an toàn, được tính bằng tỷ lệ giữa tải trọng phá hủy của xích và lực căng lớn nhất trên nhánh căng, phải lớn hơn giá trị cho phép. Áp suất trong bản lề cũng phải nhỏ hơn giới hạn cho phép để tránh mòn nhanh. Việc tính toán kiểm nghiệm này đảm bảo bộ truyền xích hoạt động bền bỉ, không bị đứt hoặc mòn quá nhanh.

4.2. Lựa chọn trục và ổ lăn dựa trên tải trọng tính toán

Trục là chi tiết cơ sở để lắp các bộ phận quay. Thiết kế trục bắt đầu bằng việc xác định sơ bộ đường kính dựa trên momen xoắn. Sau đó, một sơ đồ lực chi tiết được dựng lên, bao gồm các lực từ bánh răng (lực vòng, hướng tâm, dọc trục) và lực căng từ bộ truyền xích. Từ sơ đồ lực, các phản lực tại gối đỡ (ổ lăn) được xác định và biểu đồ momen uốn, momen xoắn được vẽ ra. Đường kính trục tại các tiết diện quan trọng được tính toán chính xác dựa trên momen tương đương. Bước quan trọng nhất là kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục tại các tiết diện có khả năng tập trung ứng suất cao (lắp ổ lăn, rãnh then). Dựa trên đường kính trục tại vị trí gối đỡ và các phản lực đã tính, ổ lăn (thường là ổ bi đỡ chặn) được lựa chọn từ catalogue. Khả năng tải động của ổ lăn được kiểm tra để đảm bảo tuổi thọ làm việc (tính bằng triệu vòng quay) đáp ứng yêu cầu thiết kế, đảm bảo bảo trì hệ thống dẫn động ở mức tối thiểu.

V. Phân Tích Case Study Thiết Kế Dẫn Động Băng Tải Thực Tế

Để hiểu rõ hơn về quy trình ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn, việc phân tích một trường hợp cụ thể là rất cần thiết. Dựa trên đồ án "Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải" của tác giả Nguyễn Huỳnh Trọng Phong, một hệ thống cụ thể đã được tính toán và thiết kế chi tiết. Đề bài yêu cầu thiết kế một hệ thống có khả năng tạo ra lực vòng trên băng tải là 7500 N và duy trì vận tốc băng tải ổn định ở 0.5 m/s. Đây là những dữ liệu đầu vào cốt lõi, từ đó toàn bộ các thông số khác của hệ thống được suy ra. Từ hai thông số này, công suất trên trục công tác được tính là 3.75 kW. Qua việc phân tích và lựa chọn hiệu suất cho từng thành phần trong hệ thống truyền động công nghiệp, công suất cần thiết trên trục động cơ được xác định. Quá trình tính toán chi tiết đã dẫn đến việc lựa chọn một động cơ điện 3 pha không đồng bộ cụ thể, cùng với việc phân phối tỷ số truyền cho hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp và bộ truyền xích. Các bước tiếp theo bao gồm thiết kế chi tiết từng bánh răng, trục, then và lựa chọn ổ lăn, tất cả đều dựa trên các thông số đã được xác định ở giai đoạn đầu. Phân tích này cho thấy mỗi quyết định thiết kế đều được xây dựng dựa trên một chuỗi các tính toán logic và có cơ sở khoa học.

5.1. Các thông số đầu vào và yêu cầu kỹ thuật của đề tài

Đề tài nghiên cứu cung cấp các thông số thiết kế ban đầu rất rõ ràng. Lực vòng trên băng tải được cho là F = 7500 (N), và vận tốc băng tải là v = 0.5 (m/s). Thời gian phục vụ của hệ thống được yêu cầu là 5 năm, với chế độ làm việc hai ca mỗi ngày. Tải trọng được xác định là va đập nhẹ và quay một chiều. Từ vận tốc băng tải và đường kính tang chủ động (chọn sơ bộ), số vòng quay của trục công tác được tính toán. Những dữ liệu này là nền tảng không thể thiếu, đóng vai trò là điều kiện biên cho toàn bộ bài toán thiết kế. Bất kỳ sự thay đổi nào trong các yêu cầu ban đầu này cũng sẽ dẫn đến một bộ thông số kỹ thuật và lựa chọn thiết bị hoàn toàn khác.

5.2. Tổng hợp thông số kỹ thuật động cơ và các bộ truyền

Từ các tính toán chi tiết, đồ án đã đưa ra lựa chọn cuối cùng là động cơ điện kiểu 4A132M2Y3 có công suất 11 kW và tốc độ quay 2907 vòng/phút. Tỷ số truyền chung của hệ thống là 50.8. Tỷ số này được phân phối thành tỷ số truyền của hộp số băng tải là 11.78 (chia thành cấp nhanh 5.38 và cấp chậm 2.19) và tỷ số truyền của bộ truyền xích là 4.31. Các thông số quan trọng như công suất, số vòng quay, và momen xoắn trên từng trục (trục động cơ, trục I, II, III và trục công tác) đều được tính toán và lập thành bảng đặc tính kỹ thuật. Bảng thông số này là kết quả cuối cùng của quá trình phân tích động học và động lực học, là cơ sở để chế tạo, lắp đặt và vận hành hệ thống dẫn động băng tải một cách chính xác.

VI. Cách Tối Ưu Hóa Hệ Thống Băng Tải Tiết Kiệm An Toàn

Một thiết kế tốt không chỉ dừng lại ở việc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản. Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc tối ưu hóa hệ thống băng tải còn bao gồm các yếu tố về tiết kiệm năng lượng, khả năng điều khiển linh hoạt và đảm bảo an toàn tuyệt đối. Các phương pháp thiết kế truyền thống thường tập trung vào độ bền cơ học, nhưng các giải pháp hiện đại mang lại nhiều lợi ích hơn. Một trong những cải tiến quan trọng nhất là việc sử dụng bộ biến tần để điều khiển tốc độ động cơ. Điều này không chỉ giúp khởi động êm, giảm sốc cơ khí mà còn cho phép điều chỉnh tốc độ băng tải một cách linh hoạt để phù hợp với nhịp độ sản xuất, từ đó mang lại giải pháp tiết kiệm năng lượng cho băng tải một cách đáng kể. Bên cạnh đó, việc lựa chọn các vật liệu tiên tiến, các loại ổ lăn hiệu suất cao với ma sát thấp cũng góp phần giảm tổn thất năng lượng. Vấn đề an toàn vận hành băng tải cũng phải được đặt lên hàng đầu, với việc thiết kế các che chắn an toàn cho bộ truyền, các nút dừng khẩn cấp và hệ thống điều khiển băng tải thông minh có khả năng phát hiện sự cố sớm. Cuối cùng, một kế hoạch bảo trì hệ thống dẫn động định kỳ là yếu tố không thể thiếu để duy trì hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của hệ thống.

6.1. Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho băng tải bằng biến tần

Việc tích hợp biến tần cho băng tải (VFD) là giải pháp tối ưu hóa hàng đầu hiện nay. Thay vì để động cơ luôn chạy ở tốc độ định mức, biến tần cho phép điều chỉnh tần số dòng điện, qua đó thay đổi tốc độ quay của động cơ một cách mượt mà. Lợi ích chính là khả năng tiết kiệm điện năng, đặc biệt khi băng tải không phải lúc nào cũng chạy đầy tải hoặc ở tốc độ tối đa. Bằng cách giảm tốc độ động cơ xuống mức cần thiết, lượng điện tiêu thụ có thể giảm theo hàm số bậc ba. Ngoài ra, biến tần còn cung cấp tính năng khởi động mềm, giúp loại bỏ dòng khởi động đỉnh và giảm sốc cơ khí lên hộp số băng tải và các bộ phận khác, từ đó tăng độ bền. Hệ thống điều khiển băng tải tích hợp biến tần cũng trở nên thông minh hơn, dễ dàng kết nối với PLC và hệ thống quản lý sản xuất chung.

6.2. Tầm quan trọng của bảo trì hệ thống dẫn động và an toàn vận hành

Thiết kế dù hoàn hảo đến đâu cũng không thể loại bỏ hoàn toàn nhu cầu bảo trì. Bảo trì hệ thống dẫn động là hoạt động bắt buộc để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy. Một lịch trình bảo trì cần bao gồm việc kiểm tra độ căng của xích, bôi trơn định kỳ cho các bộ truyền và ổ lăn, kiểm tra độ mòn của bánh răng và bề mặt tang chủ động. Việc theo dõi các dấu hiệu bất thường như tiếng ồn, rung động, hoặc nhiệt độ tăng cao có thể giúp phát hiện sớm các sự cố tiềm ẩn. Về an toàn vận hành băng tải, cần trang bị đầy đủ các tấm che chắn cho các bộ phận quay như khớp nối, bộ truyền xích và bánh răng. Các nút dừng khẩn cấp phải được bố trí ở các vị trí dễ tiếp cận dọc theo chiều dài băng tải. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình vận hành và bảo trì không chỉ bảo vệ thiết bị mà quan trọng hơn là bảo vệ an toàn cho người lao động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỎ ÁN 1. - Giới thiệu hệ thống dẫn động băng tải Hệ thống dẫn động băng tải là một thiết bị xử lí vật liệu cơ khí di chuyên hàng hóa, vật tư từ nơi này đến nơi khác trong một đường dẫn xác định trước bằng cách sử dụng công suất từ một động cơ truyền động cho băng tải di chuyên thông qua một hộp giảm tốc đề điều chỉnh vận tốc cho phù hợp. Với mục đích là biến chuyền động quay của trục tang trồng băng tải thành chuyển động tịnh tiến của băng tải đề di chuyển sản phẩm hoặc di chuyền sản phâm ra khỏi dây chuyền để tiên hành khâu đóng gói. Cấu tạo của hệ thống gốm: - _ Động cơ điện: Cung cấp công suất cho hệ thông hoạt động.

Lõi thép STATO à Quạt gió Hình 1. Động cơ điện - Nối trục đàn hồi: Là một bộ phận nổi trục của động cơ với trục sơ cấp của hộp giảm tốc. Khi động cơ hoạt động, trục động cơ sé tang tốc đột ngột, do đó noi trục có nhiệm vụ đàn hồi, giám chắn, giúp trục sơ cấp hoạt động êm hơn, trục sơ cấp sẽ có thời gian tăng tốc đề bằng với tốc độ của trục động cơ. SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS.

Vũ Công Hòa 20mm ao" > à— —_ > e Hình 1. Khớp nỗi trục đàn hồi - H6p giam toc: Thay đổi tỷ số truyền từ trục động cơ đến trục tang trồng đề băng tải có được vận tốc thích hợp. Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển - _ Bộ truyền xích ống con lăn: Dùng để nối trục tang trồng băng tải giúp băng tải di chuyên. Má xích ngoài Má xích trong = Chét xich Hình 1.

Cầu tạo xích ống con lăn - Bang tải: Trục băng tải chuyển động quay làm băng tải chuyên động tịnh tiền theo một chiều xác định để di chuyển sản phẩm. Băng tải đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng liên quan đên việc vận chuyên từ vật liệu nhẹ đên vật liệu nặng hoặc công SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS. Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng và hiệu quá đối với nhiều loại vật liệu. Nguyên lý hoạt động Hệ thống dẫn động băng tải sử dụng động cơ (1) làm nguồn cung cấp công suất cho hệ thống hoạt động, qua nồi trục đàn hồi (2) tới trục sơ cấp của hộp giảm tốc (3) tại hộp giảm tốc sẽ có nhiệm vụ thay đổi momen xoắn cũng như vận tốc quay để có được momen quay, vận tốc thích hợp tại đầu ra hộp giảm tốc là trục thứ cấp, công suất tiếp tục được truyền đến bộ truyền xích ống con lăn (4) làm quay trục tang trồng băng tải từ đó làm cho băng tai (5) di chuyền tịnh tiền, tại đó sẽ giúp ta đưa sản phẩm ra khỏi dây chuyên.

Sơ đồ hệ thống dẫn động băng tải SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS. Vũ Công Hòa Dưới đây là hình ảnh ứng dụng của băng tải: Hình 1. Băng tải vận Hình 1. Băng tải xích vận chuyền hàng hóa chuyên sữa hộp SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS.

Vũ Công Hòa CHUONG 2: CHON DONG CO VA PHAN PHÓI TỶ SỐ TRUYÈN 2.1 Công suất cần thiết của động cơ Trường hợp tải trọng thay đối: Dựa vào công thức 3.4 trang 94 tài liệu [1], ta xác định được công suất làm việc — công suât trên trục tang: Trong đó: F là lực vòng trên bang tai, V v là vận tốc xich tai, m/s là công suất trên dia xich, AW Hiệu suat cua bộ truyền của hệ thông trên được xác định: Trong đó: - hiệu suất bộ truyền xích. - hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh. - hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm. - hiệu suất bộ cặp ô lăn.

- hiệu suất khớp đàn hồi.3 trang 19 tai liéu [2], ta chon dugc các giá trị hiệu suất như sau: 323232 Từ đó, ta xác định được hiệu suất của bộ truyền: SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS. Vũ Công Hòa Công suất cần thiết trên trục động cơ: Số vòng quay trên trục công tác: Trong đó: v— vận tốc bang tai, m/s d—dwong kinh tang dan, mm Chon ty s6 truyén: : tỷ số truyền của HGT hai cấp. : tỷ số truyền của bộ truyền xích. (Chọn theo bảng 2.4 trang 2[ tài liệu [2]) Sô vòng quay sơ bộ của động cơ: Lựa chọn động cơ theo quy tắc: Dựa vào kết quả và và phụ lục tài liệu [2] (bảng PI.3 — Thông số của động cơ 4A trang 236), ta chọn được động cơ có các thông sô được trình bày ở Bảng I như sau: Bang I.

Động cơ Kiểu động cơ |Công suất | Vận tốc quay Cosọ |ị% (kW) (Vong/phut) 4A132M2Y3 | II 2907 0. Tỷ số truyền chung Tính lại tỷ số truyền: SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS. Vũ Công Hòa Phân phối lại tý số truyền: Hộp giảm tốc, ty số truyền chọn sơ bộ là: Phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc: Ta chọn: (Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triền, ). Tỷ số truyền cấp nhanh: Tỷ số truyền cấp chậm: Ty sô truyền cuỗi cùng của hộp giảm tôc: Sai số tỷ số truyền hộp giảm tốc: (nằm trong phạm vi sai lệch cho phép) Tỷ số truyền còn lại là: Chọn vật liệu chế tạo bánh răng là thép nhóm I (HB350), và bánh răng nghiêng nên c = 2.

Từ đó dựa vào đồ thị hình 3.24 tài liệu [2] ta xác định được: và 2. Các thông số kỹ thuật của hệ thống truyền động 2. Công suất trên các trục Trong đó: - hiệu suât bộ truyền xích. SVTH: Nguyén Huynh Trong PhongGVHD: PGS.

Vũ Công Hòa - hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ cấp nhanh. - hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm. - hiệu suất bộ cặp ô lăn. - hiệu suất khớp đàn hồi.

Số vòng quay trên các trục Tốc độ quay của trục Ï: Tốc độ quay của trục II: Tốc độ quay của trục III: 2. Moment trên các trục Trục động cơ: Trục |: Truc II: Truc III: Trục công tác: SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS. Bảng đặc tính kỹ thuật của động cơ Động cơ I II II Công tác Công suât 8.7400 truyén u SỐ vòng quay 2907 2907 (vong/phut ) Moment xoan (Nmm) CHUONG 3: THIET KE CAC BO TRUYEN HO 3. Số liệu ban đầu Công suất 7.4925 (kW) Sô vòng quay (v/p) Tỉ sô truyền Momen xoăn (N.mm) Điều kiện làm việc + Tải trong va đập nhẹ.

- Làm việc hai ca. + Quay một chiều. Tính toán lựa chọn xích 3. Chọn số răng đĩa xích SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS.

Vũ Công Hòa Với tỉ số truyền. Dựa vào mục 5.I trang 80 tài liệu [2] ta chọn được: Số răng đĩa nhỏ (đĩa tải): Ta chọn là số lẻ (nên chọn số răng đĩa xích là số lẻ để xích mòn đều), chọn được Số răng đĩa lớn (đĩa bị tải): Chọn Sau đó, ta tiễn hành tính lại tỉ số truyền và kiểm tra xem sai số có trong khoảng cho phép 5% so với tỉ số truyền khi phân phôi hay không. Sai lệch tỉ số truyền: (Chọn và hợp lí) 3. Xác định bước xích Bước xích được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong các bản lề, số vòng quay trong một phút phải nhỏ hơn số vòng quay tới hạn.

Theo công thức 5.25 trang 202 tài liệu [ L], ta xác định được công suất tính toán: Trong đó: là công suất tính toán. Hệ số vòng quay: Dựa vào bảng 5.5 trang 81 tai liéu [2], ta tra bảng chọn có giá trị lớn hơn liền kể so với. Trong đó: - số vòng quay của đĩa nhỏ của bộ truyền thí nghiệm ứng với công suất cho phép. Chọn có giá trị lớn hơn liền kề so với.

- số vòng quay đĩa xích nhỏ. Hệ sô răng: Dựa vào công thức 5.4 trang 81 va bang 5.6 trang 82 tài liệu [2|], ta xác định được các hệ số điều kiện sử dụng: Trong đó: - Hệ số tải trọng động, tải trọng va đập nhẹ. SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS. Vũ Công Hòa - Hệ sô xét đên ảnh hưởng của khoảng cách trục hay chiều dài xích với tỉ sô chiêu dài trục và bước xích chọn sơ là.

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của cách bồ trí loại truyền, bộ truyền nằm ngang. - Hệ số xét đến ảnh hưởng của khả năng điều chỉnh lực căng của xích, trục điều chỉnh được. - Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, môi trường làm việc có bụi. - Hệ số xét đến chế độ làm việc, làm việc 2 ca.

Vậy, ta tính được: Hệ số xét đến số dãy xích: (Xích I dãy) Sau khi xác định được các hệ số K, tính được: Dựa vào bảng 5.5 trang 81 tài liệu [2], ta chọn được cùng với các thông SỐ Sau: Bước xích Đường kính ống chốt Chiều dài ống 3. Xác định khoảng cách trục và số mắt xích Khoảng cách trục sơ bộ chọn giá trị bất kì trong khoảng nảy. Chọn Sô mặt xích: (mắt xích) Chọn X = 140 mắt xích. Chiều dài xích L tính theo công thức: SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS.

Vũ Công Hòa Xác định lại khoảng cách trục: Để bộ truyền xích làm việc có độ trùng, không chịu lực căng quá lớn, ta cần giảm bớt chiều dài trục một đoạn ta được khoảng giá trị trục a: Chọn chiều dài trục a = 1520 mm. Số lần va đập của bản lề xích trong một giây: Dựa vào bảng 5.9 trang 85 tài liệu [2]: tra được số lần đập cho phép ( ứng với ). Kiểm nghiệm: thỏa. Vậy số lần va đập của xích trong một giây: 3.

Tính toán kiếm nghiệm 3. Kiểm nghiệm bước xích Kiểm tra số vòng quay tới hạn của bộ truyền xích, ta tiễn hành tra bang 5.8 [2] Bước xích giới hạn lớn nhất với số vòng quay tới hạn là 300 vòng/ phút là: Dựa theo bảng 5.3 trang 201 tài liệu [I] với số vòng quay của bánh xích nhỏ , áp lực cho phép trong bán lề xích là Bước xích giới hạn nhỏ nhất: Ta có: Như vậy, bước xích đã chọn thỏa điều kiện tới hạn. SVTH: Nguyễn Huỳnh Trọng PhongGVHD: PGS. Kiểm nghiệm hệ số an toàn Vận tốc trung bình của xích: Theo bảng 6.5 [3] ta thấy bộ truyền thỏa điều kiện số vòng quay tới hạn.

Trong đó: là số vòng quay đĩa xích dẫn (vòng/phú0). là bước xích của bộ truyền (mm). là số răng của đĩa xích dẫn. Vậy phương pháp bôi trơn nhỏ giọt là phù hợp theo bảng 5.7 trang 82 tài liệu [2] với điều kiện.

Tính lực vòng có ích trên bánh xích: Trong đó: là công cuất của trục đĩa xích dẫn (kW). là vận tốc trung bình của xích (m⁄s). Lực căng F¿ do lực lï tâm sinh ra: Trong đó: là khối lượng I mét xích, được tra từ bảng 5.2 trang 78 tài liệu [2].