I. Tổng quan về hệ thống dẫn động xích tải
Hệ thống dẫn động xích tải là một giải pháp truyền động hiệu quả được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Đề án này trình bày chi tiết về thiết kế hệ thống dẫn động xích tải với các thông số kỹ thuật cụ thể. Hệ thống bao gồm năm thành phần chính: động cơ điện 3 pha không đồng bộ, nối trục đàn hồi, hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, bộ truyền xích ống con lăn, và xích tải. Với lực vòng 4000N và vận tốc 1,25 m/s, hệ thống này được thiết kế cho điều kiện tải va đập nhẹ, làm việc 1 ca 8 giờ mỗi ngày. Thời gian phục vụ dự kiến là 3 năm với 230 ngày làm việc mỗi năm. Đây là một mẫu thiết kế hệ thống dẫn động xích tải tiêu chuẩn trong lĩnh vực cơ khí công nghiệp.
1.1. Cấu tạo và thành phần chính
Động cơ điện 3 pha không đồng bộ là nguồn động lực chính của hệ thống. Nối trục đàn hồi giúp kết nối động cơ với hộp giảm tốc bánh răng trụ, đảm bảo mềm mại và giảm sốc. Hộp giảm tốc hai cấp phân đôi cấp nhanh cung cấp tỉ số truyền phù hợp. Bộ truyền xích ống con lăn và xích tải hoàn thành quá trình truyền động cuối cùng.
1.2. Điều kiện làm việc và yêu cầu thiết kế
Hệ thống được thiết kế với lực kéo xích tải F = 4000N và vận tốc v = 1,25 m/s. Số răng đĩa xích z = 11 và bước xích p = 110mm là những thông số quan trọng. Điều kiện tải va đập nhẹ với 1 ca làm việc đặt yêu cầu cao về độ an toàn và độ bền của các linh kiện.
II. Tính toán công suất và chọn động cơ
Tính toán công suất động cơ là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ thống dẫn động xích tải. Công suất làm việc được xác định từ công thức: Plv = F.v/1000 = 4000 × 1,25/1000 = 5 kW. Tuy nhiên, do hệ thống hoạt động với các chu kỳ tải khác nhau (t1 = 35 giây, t2 = 22 giây, t3 = 23 giây), công suất tương đương cần được tính toán: Ptđ = Plv × (T1×t1 + T2×t2 + T3×t3)/(t1+t2+t3). Với hiệu suất chung ղch = 0,84 (bao gồm hiệu suất xích 0,93, hiệu suất bánh răng 0,98, hiệu suất ổ lăn 0,99), công suất cần thiết Pct = 4,24 kW. Động cơ được chọn là 4A112M4Y3 với Pđc = 5,5 kW, đáp ứng đầy đủ yêu cầu thiết kế.
2.1. Xác định công suất làm việc và tương đương
Công suất làm việc từ lực kéo và vận tốc xích là 5 kW. Công suất tương đương Ptđ = 3,56 kW được tính dựa trên các điều kiện hoạt động khác nhau. Hiệu suất chung hệ thống 0,84 bao gồm các thành phần chính của bộ truyền, đảm bảo tính toán chính xác công suất cần thiết.
2.2. Phân phối tỉ số truyền toàn bộ hệ thống
Tỉ số truyền toàn bộ uch = 20 được phân chia giữa truyền xích ux = 2,5 và truyền bánh răng uh = 8. Tỉ số truyền cấp nhanh u1 = 3,08 và cấp chậm u2 = 2,60 được chọn từ tiêu chuẩn. Số vòng quay trục máy nlv = 62 vg/ph được xác định từ thông số xích.
III. Tính toán các bộ truyền và momen xoắn
Trong thuyết minh đồ án hệ thống dẫn động xích tải, tính toán chi tiết các bộ truyền là cần thiết. Bộ truyền xích được thiết kế với số răng đĩa dẫn z1 = 25 và bước xích p = 25,4mm. Công suất tính toán Pt = 9,49 kW (bao gồm các hệ số điều kiện sử dụng: k0 = 1, ka = 1, kđc = 1,25, kđ = 1,35, kc = 1, kbt = 1,3). Bộ truyền xích con lăn được chọn với công suất cho phép [P] = 11 kW, đáp ứng yêu cầu. Momen xoắn được tính tại các trục khác nhau: trục động cơ T1 = 28415,44 Nmm, trục 1 T = 82359,62 Nmm, trục 2 T = 207690,36 Nmm, và trục công tác T = 548354,84 Nmm.
3.1. Thiết kế bộ truyền xích con lăn
Bộ truyền xích ống con lăn được lựa chọn do điều kiện tải va đập nhẹ và vận tốc quay thấp. Số mắc xích X = 130 được chọn là số chẵn. Khoảng cách trục a = 1034 mm được tính chính xác. Bước xích p = 25,4mm thỏa mãn điều kiện kiểm nghiệm. Tải trọng phá hỏng xích Q = 56700N đảm bảo độ an toàn.
3.2. Tính toán momen xoắn trên các trục
Momen xoắn được tính bằng công thức T = 9,55.P/n. Các giá trị momen xoắn tăng dần từ trục động cơ đến trục công tác, phản ánh hiệu quả của hệ thống giảm tốc. Bảng kết quả trình bày chi tiết công suất, tỉ số truyền, số vòng quay, và momen xoắn trên từng trục.
IV. Kiểm nghiệm và đánh giá kết quả thiết kế
Kiểm nghiệm độ bền xích là bước cuối cùng trong thiết kế hệ thống dẫn động xích tải. Tính toán lực căng xích Qs = k.(F + Fo + Fv) bao gồm lực kéo, lực ngoài, và lực do khối lượng xích. Với khối lượng 1 mét xích q = 2,6 kg ứng với bước xích p = 25,4mm, hệ thống đảm bảo độ an toàn. Số lần va đập xích được tính để kiểm tra tuổi thọ xích, với số lần cho phép [i] = 30. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy tất cả các thông số đều nằm trong giới hạn cho phép, hệ thống dẫn động được thiết kế có độ tin cậy cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghiệp với điều kiện làm việc 1 ca 8 giờ và thời gian phục vụ 3 năm.
4.1. Kiểm nghiệm độ bền và tuổi thọ xích
Lực căng xích tối đa được tính từ các thành phần lực khác nhau. Tải trọng phá hỏng Q = 56700N của xích được so sánh với lực tác dụng để đảm bảo hệ số an toàn. Số lần va đập cho phép [i] = 30 xác định tuổi thọ xích trong điều kiện làm việc thực tế.
4.2. Kết luận và khuyến nghị
Đề án thiết kế hệ thống dẫn động xích tải đã hoàn thành tất cả các tính toán và kiểm nghiệm cần thiết. Hệ thống được thiết kế có đủ khả năng đáp ứng yêu cầu công nghiệp với độ an toàn cao. Các linh kiện được chọn đều là tiêu chuẩn, dễ tìm và thay thế trên thị trường.
