I. Tính Toán Công Suất và Chọn Động Cơ
Bước đầu tiên trong tính toán thiết kế hệ thống dẫn động băng tải là xác định công suất cần thiết cho động cơ. Công suất này phụ thuộc vào các yếu tố như vận tốc băng, khối lượng vật liệu, độ dốc, và điều kiện làm việc. Để chọn được động cơ phù hợp và kinh tế nhất, cần phải tính công suất tương đương dựa trên chế độ làm việc. Hệ thống dẫn động băng tải thường hoạt động trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ, do đó cần áp dụng công thức tính công suất tương đương. Công suất tính toán trên trục máy công tác được xác định từ các thông số thiết kế cụ thể như vận tốc băng 1,35 m/s, đường kính tang 280 mm, và tuổi thọ hệ thống 6500 giờ. Hiệu suất truyền động tổng hợp cũng cần được tính toán để đạt được công suất động cơ cần thiết.
1.1. Xác Định Công Suất Tính Toán
Công suất tính toán được xác định dựa trên biểu đồ tải trọng và thời gian làm việc của hệ thống. Khi tải trọng T₁ tác động trong thời gian t₁ = 2 giờ và tải trọng T₂ = 0,6T₁ tác động trong t₂ = 5 giờ, công suất tương đương được tính bằng công thức kết hợp cả hai giai đoạn. Công suất đạt được khoảng 2,984 kW, đại diện cho công suất không đổi tương đương với quá trình làm việc thực tế biến đổi theo thời gian.
1.2. Chọn Động Cơ Phù Hợp
Sau khi tính được công suất tương đương, cần chọn động cơ điện có công suất từ 3,44 kW phù hợp. Động cơ phải đáp ứng yêu cầu về số ca làm việc (2 ca), độ bền tuổi thọ 6500 giờ, và đặc tính làm việc vừa đập nhẹ. Tính chất làm việc của hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến việc chọn loại động cơ, công suất, và cách bảo vệ động cơ khỏi quá tải.
II. Phân Phối Tỷ Số Truyền và Tính Toán Tốc Độ
Phân phối tỷ số truyền là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của hệ thống dẫn động. Tỷ số truyền tổng hợp được chia thành các cấp truyền khác nhau: hộp giảm tốc và bộ truyền xích. Hộp giảm tốc có tỷ số truyền uₕ = 15 lần, giảm tốc độ từ động cơ xuống các trục bên trong hộp. Bộ truyền xích có tỷ số truyền uₙ = 2 lần, truyền động từ hộp giảm tốc đến trục đầu cuối. Tỷ số truyền tổng hợp của hệ thống là usb = uₕ × uₙ = 30 lần. Việc phân bố này giúp tối ưu hóa kích thước các bộ truyền, giảm chi phí sản xuất, và đảm bảo độ bền lâu dài của hệ thống.
2.1. Tính Toán Tỷ Số Truyền Hộp Giảm Tốc
Hộp giảm tốc có tỷ số truyền uₕ = 15 lần được chọn để giảm tốc độ từ 1440 vòng/phút (động cơ tiêu chuẩn) xuống tốc độ phù hợp cho các trục bên trong. Tốc độ vòng quay trên trục I được tính từ công thức n₁ = nđm/uₕ = 1440/15 = 96 vòng/phút. Tỷ số này được phân chia giữa cấp nhanh và cấp chậm để đảm bảo hiệu suất truyền động cao nhất.
2.2. Tính Toán Tỷ Số Truyền Bộ Xích
Bộ truyền xích với tỷ số uₙ = 2 lần tiếp tục giảm tốc độ để đạt được vận tốc băng tải 1,35 m/s. Tốc độ vòng quay trên trục dẫn được xác định từ vận tốc băng và đường kính tang: n = v/(πD) = 1,35/(π × 0,28) ≈ 1,54 vòng/giây = 92,4 vòng/phút. Sự kết hợp hai tỷ số truyền này đảm bảo hệ thống hoạt động ở tốc độ tối ưu.
III. Thiết Kế Các Bộ Truyền Trong Hộp Giảm Tốc
Thiết kế các bộ truyền là phần quan trọng trong quá trình tính toán thiết kế hệ thống dẫn động băng tải. Hộp giảm tốc chứa hai cấp truyền bánh răng: cấp nhanh (tỷ số nhỏ hơn) và cấp chậm (tỷ số lớn hơn). Cấp nhanh sử dụng bánh răng thẳng với tỷ số u₁, trong khi cấp chậm sử dụng bánh răng nghiêng với tỷ số u₂, với u₁ × u₂ = 15. Lựa chọn loại bánh răng phụ thuộc vào độ dốc nối tâm (25°) và yêu cầu về tiếng ồn. Các bánh răng được chế tạo từ vật liệu thích hợp và được xử lý nhiệt để đạt độ bền cao. Ứng suất cho phép được xác định dựa trên tuổi thọ thiết kế 6500 giờ và yêu cầu độ bền mặt răng cũng như độ bền chân răng.
3.1. Tính Toán Cấp Nhanh Bánh Răng
Cấp nhanh với bánh răng thẳng có tỷ số u₁ được tính toán dựa trên lực truyền động và momen xoắn từ động cơ. Momen trên trục động cơ M = P × 9550/n được sử dụng làm cơ sở. Ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn được kiểm tra theo tiêu chuẩn độ bền. Các thông số như số răng, mô đun, góc áp lực, và góc nghiêng được lựa chọn để đảm bảo tuổi thọ 6500 giờ với độ an toàn thích hợp.
3.2. Tính Toán Cấp Chậm Bánh Răng Nghiêng
Cấp chậm sử dụng bánh răng nghiêng với góc nghiêng phù hợp, giảm tiếng ồn và tăng độ bền so với bánh răng thẳng. Tỷ số u₂ được lựa chọn sao cho u₁ × u₂ = 15 và độ dư mức độ bền tối ưu. Momen xoắn trên trục II được tính từ momen trục I nhân với tỷ số u₂. Tính toán ứng suất và kiểm tra độ bền mặt răng, chân răng theo tiêu chuẩn GOST để đảm bảo hoạt động an toàn.
IV. Thiết Kế Trục và Lựa Chọn Ổ Lăn
Thiết kế trục và lựa chọn ổ lăn là những công việc cuối cùng nhưng vô cùng quan trọng trong tính toán thiết kế hệ thống dẫn động. Hệ thống dẫn động băng tải có ba trục chính: trục động cơ (trục 0), trục I, trục II, và trục III (trục dẫn động). Mỗi trục chịu các lực tác động khác nhau từ bánh răng và ổ lăn. Sơ đồ phân tích lực được lập để xác định các lực ép khớp ngang trên các trục. Đường kính và chiều dài các đoạn trục được xác định dựa trên momen xoắn, lực cắt ngang, và ứng suất cho phép. Ổ lăn phải được chọn với tải trọng tương đương và tuổi thọ phù hợp với 6500 giờ làm việc. Các then truyền lực được kiểm tra độ bền uốn và trượt để đảm bảo an toàn truyền động.
4.1. Tính Toán Sơ Đồ Lực Trên Trục
Sơ đồ phân tích lực xác định các lực ép khớp từ bánh răng tác động lên trục. Lực tiếp tuyến Ft = 2M/d, lực hướng tâm Fr = Ft × tanα với α = 20° được tính toán chi tiết. Các lực này tạo ra momen uốn trên trục cần được phân tích để xác định điểm có ứng suất lớn nhất. Tính sơ đồ momen uốn và momen xoắn theo chiều dài trục để lựa chọn đúng đường kính từng đoạn.
4.2. Lựa Chọn Ổ Lăn và Kiểm Tra Độ Bền
Ổ lăn được chọn dựa trên lực tĩnh và động tác động lên ổ. Tải trọng tương đương P = (X×Fr + Y×Fa) được tính, sau đó tuổi thọ ổ Lh = (C/P)³ × 10⁶ vòng quay phải ≥ tuổi thọ thiết kế. Kiểm tra then đảm bảo không bị trượt hoặc uốn gãy. Các ổ lăn côn hoặc ổ lăn bóng được lựa chọn tùy thuộc vào hướng và độ lớn của lực tác động.
