Đề tài Thiết kế trạm trộn bê tông thương phẩm, năng suất 45m3/h

Ch­¬ng 7. ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng 7.1 Yªu cÇu kü thuËt ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn tr¹mtrén: HÖ thèng ®iÒu khiÓn tr¹m trén bª t«ng, ph¶i lµ mét hÖ thèng thiÕt bÞ ®iÖn hoµn chØnh, lµm viÖc víi ®iÖn l­íi c«ng nghiÖp 380V. Cã kh¶ n¨ng ®Þnh l­îng tù ®éng mét c¸ch chÝnh x¸c khèi l­îng cÊp phèi c¸c thµnh phÇn: Xi m¨ng, c¸t, ®¸, n­íc.. cho tõng mÎ trén còng nh­ tû lÖ cÊp phèi cho tõng lo¹i m¸c bª t«ng. §Ó ®¸p øng yªu cÇu c«ng nghÖ phï hîp víi hÖ thèng c¬ khÝ, cÇn ph¶i phèi hîp ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c chÊp hµnh nh­ c¸c ®éng c¬, xilanh khÝ nÐn.. Trªn c¬ së c«ng thøc phèi liÖu do ng­êi sö dông ®Æt vµo tr­íc ®ã, hÖ thèng ®iÒu khiÓn sÏ tiÕn hµnh ®ãng më c¸c van khÝ cÊp liÖu mét c¸ch thÝch hîp sao cho c¸c thµnh phÇn phèi liÖu ®­îc ®­a vµo buång trén theo ®óng khèi l­îng vµ c«ng nghÖ yªu cÇu. ViÖc thay ®æi tû lÖ cña tõng lo¹i m¸c bªt«n cÇn ®­îc thao t¸c thuËn tiÖn vµ nhanh chãng, kh«ng qu¸ phøc t¹p ®èi víi ng­êi sö dông. HÖ thèng còng cÇn ph¶i cã ®Çy ®ñ phÇn hiÓn thÞ t×nh tr¹ng ho¹t ®éng cña tr¹m, gióp ng­êi vËn hµnh dÔ dµng theo dâi, can thiÖp trong khi ho¹t ®éng, còng nh­ ®¶m b¶o c¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t an toµn, cho c¶ hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh cña tr¹m. Ngoµi ra vÒ mÆt c«ng nghÖ, do nhu cÇu sö dông ngoµi trêi, trong m«i tr­êng c«ng nghiÖp kh¾c nghiÖt víi nhiÖt ®é vµ ®é Èm t­¬ng ®èi lín, nªn hÖ thèng ®iÒu khiÓn cÇn cã ®é tin cËy cña c¸c thiÕt bÞ thµnh phÇn, nhÊt lµ c¸c bé xö lý, c¸c hÖ thèng ®o l­êng, c¶m biÕn...H¬n n÷a trong qu¸ tr×nh ®Þnh l­îng, nh÷ng sai sãt trong viÖc ®ãng më sím hoÆc chËm cña c¬ cÊu chÊp hµnh lµ kh«ng thÓ tr¸nh khái, do ®ã c¸c tr¹m trén hiÖn ®¹i cßn cã thªm bé so s¸nh. 7.2 Nguyªn lý lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña hÖ thèng. S¬ ®å c¸ch ®Êu nguån ®iÖn cña tñ ®iÖn (h×nh 7.1) Víi s¬ ®å trªn ®iÖn ¸p tõ ®iÖn l­íi ®­îc dÉn vµo tñ ®iÖn nhê ®ãng att«mat 200A, GZ lµ c¸c cÇu ch× ®¶m b¶o an toµn. V«n kÕ (V) ®o ®iÖn ¸p pha m¹ng ®iÖn. Dßng ®iÖn qua thiÕt bÞ kiÓm tra ba pha KTF, æn ¸p lÊy ra ®iÖn ¸p 220V cho æ c¾m b¶ng tÝnh ®iÖn tö BUCODAT vµ æ c¾m ®Çu vµo PLC. M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc lÊy ra tõ nguån ®iÖn ¸p 24(V) Tõ nh÷ng yªu cÇu trªn, hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®­îc hoÆc ®Þnh thµnh H×nh 7.1 C¸ch ®Êu vµo nguån ®iÖn cña tñ ®iÖn c¸c khèi chÝnh nh­ sau: Côm c©n (®o träng l­îng c¸c thµnh phÇn phèi liÖu): bao gåm c¸c ®Çu c©n(c¶m biÕn träng l­îng( Load cell), c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh liªn quan nh­ c¸c van khÝ nÐn ®ãng më c¸c cöa cÊp liÖu, vÝt t¶i b¬m xi m¨ng, b¬m cÊp n­íc. Côm gÇu kÐo: c¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh, ®éng c¬ kÐo gÇu Côm cöa x¶: c¸c cöa x¶ n­íc, xi m¨ng, bªt«ng sau khi ®· trén.. Khèi xö lý kh¶ lËp tr×nh (PLC): xö lý logÝc c¸c hµnh tr×nh, theo qui tr×nh c«ng nghÖ ®­îc lËp s½n. S¬ ®å nguyªn lý cña tr¹m ®­îc tr×nh bµy nh­ trªn h×nh(H×nh 7.2) * CÊu h×nh cña hÖ thèng bao gåm: - Côm c©n: 01 bé BUCODAT – 2 dïng cho c©n cèt liÖu vµ c©n xi m¨ng 01 bé WE 31-82 dïng cho c©n n­íc D­íi ®©y lµ b¶ng kª c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö: STT Tªn chi tiÕt Sè l­îng N­íc s¶n xuÊt 1 Gi¶m chÊn cao su 07 CHLB §øc 2 §Çu ®o c©n n­íc 01 CHLB §øc 3 §Çu ®o c©n cèt liÖu 03 CHLB §øc 4 §Çu ®o c©n Xim¨ng 03 CHLB §øc 5 Hép nèi ®Çu ®o c©n cèt liÖu 01 CHLB §øc 6 Hép nèi ®Çu ®o c©n Xim¨ng 01 CHLB §øc 7 Hép nèi c©n n­íc 01 CHLB §øc 8 Hép nguån c©n n­íc 01 CHLB §øc 9 C©n n­íc (TD 200 or WLC2) 01 CHLB §øc 10 Hép r¬ le ®iÒu khiÓn 01 CHLB §øc 11 BUCODAT 01 CHLB §øc * Tñ ®iÒu khiÓn trung t©m: Bé m¸y tÝnh c«ng nghiÖp PLC S7-200: ®iÒu khiÓn toµn bé qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña tr¹m trong chÕ ®é tù ®«ng. C¸c khèi rele trung gian, c¸c c«ng t¾c ®iÒu khiÓn, c¸c ®Ìn tÝn hiÖu theo s¬ ®å c«ng nghÖ ®· ®Æt ra Tñ ®iÒu khiÓn ®éng lùc: c¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t, c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ ng¾n m¹ch vµ qu¸ t¶i.. H×nh 7.2 S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn tr¹m H×nh 7.3 S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®Çu vµo PLC H×nh 7.4 S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®Çu ra PLC H×nh 7.5 S¬ ®å m¹ch c«ng t¸c hµnh tr×nh H×nh7.6 S¬ ®å m¹ch c¸c ®Ìn b¸o H×nh 7.7S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn c¸c van H×nh 7.8 S¬ ®å m¹ch ®éng lùc Côm c©n: hÖ thèng lµm viÖc ë hai chÕ ®é: chÕ ®é c©n tù ®éng vµ chÕ ®é c©n b¨ng tay. ChÕ ®é b»ng tay: ®­êng 67 cã ®iÖn ¸p 24V ®Õn ®iÓm gi÷a cña c«ng t¸c 4 vÞ trÝ 1L. Khi cÇn x¶ thµnh phÇn1(TP1: vÝ dô ®¸ 1), c«ng t¾c bËt ®Õn ®­êng 100, cÊp 24V mét chiÒu qua diode ®Õn ®iÓm 200, ®Æt ¸p ®iÒu khiÓn lªn rele trung gian R1. Khi ben cèt liÖu ë vÞ trÝ cuèi, c«ng t¾c hµnh tr×nh §T0 (§iÓm Trªn 0) ®­îc nèi, rele R1 lµm viÖc qua ®­êng 67-1L-100-200-57, tiÕp ®iÓm cña nã nèi ®­êng 66-300-56, ®Æt 220V lªn cuén hót cña van VTP1 (Van Thµnh PhÇn 1), më cña cÊp liÖu ®¸ 1 ®æ xuèng gÇu c©n. Ng­êi vËn hµnh nh×n chØ sè c©n trªn ®ång hå ®Ó ®iÒu khiÓn, khi nµo th× chuyÒn ®Õn TP2. T­¬ng tù nh­ vËy, R2 lµm viÖc qua d­êng 101-203-57, sÏ ®ãng van VTP2.. Khi ë chÕ ®é tù ®éng, chuyÓn m¹ch T-§T nèi 24V tõ ®­êng 67 ®Õn 151, cÊp ®iÖn ®Õn khèi chÊp hµnh cña PLC, khi c¸c ®Çu ra cña PCL ho¹t ®éng, Q0.0, Q0.1.. sÏ ®ãng c¸c rele R1, R2... t­¬ng øng. C¸c c¬ cÊu chÊp hµnh (VTP1, VXN..) sÏ ho¹t ®éng theo ®óng qui tr×nh ®· lËp s½n, ng­êi vËn hµnh chØ theo dâi, kh«ng ph¶i trùc tiÕp ®iÒu khiÓn c©n. C¸c côm cöa x¶, côm gÇu kÐo còng t­¬ng tù, hoÆc lµ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi c«ng t¾c chuyÓn m¹ch trªn bµn ®iÒu khiÓn( 3L-110, 3L-111.. 4L-114, 4L-115..) trong chÕ ®é b»ng tay, hoÆc ®iÒu khiÓn bëi ®Çu ra cña PLC Q1.0, Q1.1.. Q1.6 trong chÕ ®é tù ®éng. S¬ ®å ®éng lùc(H×nh8.1) §Ó ®iÒu khiÓn gÇu lªn, R¬le R15 ®ãng K21, ®ãng 3fa 380 cho ®«ng c¬ D1, tiÕp ®iÓm th­êng ®ãng R15 ng¾t m¹ch 255 cña R16, kho¸ lÉn chiÒu xuèng, ®éng c¬ ch¹y ®Õn ®iÓm hµnh tr×nh trªn, ch¹m c«ng t¾c §T1 th× dõng l¹i. TiÕp ®iÓm cña nã b¸o ®Õn ®Çu vµo I2.6 cña PLC qua ®­êng 67-26, chuyÓn tr¹ng th¸i tiÕp theo trong chÕ ®é tù ®éng, cßn trong chÕ ®é b»ng tay th× nã ng¾t t¸c dông cña chuyÓn m¹ch L4-114. Qui tr×nh ho¹t ®éng t­¬ng tù nh­ thÕ víi hµnh tr×nh xuèng cña gÇu qua R16, K20, ®Æt ¸p 380 ®¶o fa cho ®éng c¬ D1 quay theo chiÒu ng­îc l¹i. C¸c ®éng c¬ kh¸c nh­ b¬m n­íc, vÝt t¶i, ®Çm rung lµm viÖc theo chÕ ®é on/off, còng ®­îc ®iÒu khiÓn qua c¸c r¬le trung gian R6, R7.. ®ãng c¸c K12, 15. Ch­¬ng 8. TÝnh to¸n thiÕt kÕ côm têi - gÇu skÝp 8.1 Giíi thiÖu chung Têi kÐo côm gÇu n¹p cèt liÖu ®Ó vËn chuyÓn vËt liÖu tõ bunke chøa ®Õn nåi trén. GÇu n¹p gåm cã puly kÐo gÇu ®­îc dÉn ®éng nhê chuyÓn ®éng cña tang truyÒn qua c¸p. Côm b¸nh xe di chuyÓn vµ c¸c b¸nh xe ngoµi t¸c dông di chuyÓn cßn cã t¸c dông ®Ó më cöa x¶ cèt liÖu. Khi ch­a ®Ðn vÞ trÝ x¶ liÖu hai b¸nh xe sau cña gÇu ®ãng vai trß di chuyÓn, ®Õn vÞ trÝ x¶ liÖu hai b¸nh xe sau bÞ gi÷ l¹i bëi c¸c r·nh trªn ray. Lóc nµy hai b¸nh xe phô ë sau cïng b¾t ®Çu tham gia vµo qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng vµ cöa x¶ liÖu b¾t ®Çu më ra. Têi kÐo gÇu cã nhiÖm vô kÐo gÇu lªn trong 20s vµ h¹ gÇu xuèng trong 20s. Thêi gian x¶ cèt liÖu tõ gÇu n¹p ®Õn nåi trén lµ 10s 8.2 TÝnh to¸n vÒ côm gÇu – puly 8.2.1 TÝnh to¸n c¸c lùc t¸c dông lªn gÇu C¸c sè liÖu s¬ bé cña gÇu: Coi h×nh bao gÇu cã d¹ng h×nh hép ch÷ nhËt nh­ (h×nh 8.1) + ChiÒu dµi 2,3m, chiÒu réng 1,6m + ChiÒu cao 0,85m, bÒ dµy t«n chÕ t¹o gÇu 6mm + ThÓ tÝch gÇu chøa Vgµu = 0,5.2,3.1,6.0,85 = 1,6m3 + Khèi l­îng cña gÇu cã thÓ s¬ bé tÝnh nh­ sau: mgµu = 2(2,3 +1,6).085.0,006.=0,03978.7860 = 315(kg) + Khèi l­îng cña gÇu céng víi cèt liÖu: m(gµu +cl) = 315 + 1932 = 2247(kg) H×nh 8.1 C¸c kÝch th­íc bao cña gÇu Do ®ã träng l­îng cña gÇu chøa cèt liÖu lµ: G = m(gµu + cl) .g = 2247.9,81 = 22043(N) + Lùc c¶n do gÇu vµ cèt liÖu g©y ra theo ph­¬ng chuyªn ®éng Gsin= 22043.sin700 = 20713(N) + Lùc c¶n më cöa x¶ tr­íc khi gÇu b¾t ®Çu x¶. Lóc nµy b¸nh xe më cöa x¶ ®ãng vai trß b¸nh xe di chuyÓn trªn ray. Lùc c¶n ®ãng vai trß ph¶n lùc t¸c dông lªn hai b¸nh xe. Fc = N = G.cos= 22043.cos700 = 7539(N) +Lùc c¶n do di chuyÓn ma s¸t: §­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc trong trang 76 TL[7] WmS = G. (8.1) Trong ®ã: G – Träng l­îng gÇu vµ cèt liÖu, G = 22043(N) f – HÖ sè ma s¸t trong æ ®ì b¸nh xe, f = 0,015 trang 51TL [7] d- §­êng kÝnh ngçng trôc, d = 50(mm) Dbx- §­êng kÝnh b¸nh xe, Dbx = 130(mm) k- HÖ sè kÓ ®Õn lùc c¶n ma s¸t gi÷a thµnh b¸nh xe víi ray k = 1,2 trang 52 TL[7] - HÖ sè c¶n l¨n cña b¸nh xe víi ray, tra b¶ng 24 TL[7] = 0,03 Thay c¸c sè liÖu trªn vµo ta tÝnh ®­îc Wms = 12361(N) Hîp lùc c¶n t¸c dông lªn gÇu: W = G.sin700 + Wms + Fc = 40612(N) H×nh 8.2 C¸c lùc t¸c dông lªn gÇu 8.2.2 X¸c ®Þnh lùc c¨ng c¸p vµ chän c¸p - Lùc c¨ng c¸p lín nhÊt cña nh¸nh c¸p cuèn lªn tang khi n©ng vËt ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Smax = (8.2) Trong ®ã: Q- T¶i träng n©ng lín nhÊt hay lµ lùc c¨ng c¸p kÐo gÇu Q = W= 40612(N) Béi suÊt pal¨ng, a= 2 - HiÖu suÊt pal¨ng, = , víi =0,96 – ®èi víi æ tr­ît Do ®ã = 0,98 - HiÖu suÊt cña b¸nh xe, æ tr­ît = 0,96` Smax = = 10790(N) TÝnh chän c¸p C¸p ®­îc chän theo c«ng thøc: S® = Smax.k [Sd], (8.3) Trong ®ã: k- Lµ hÖ sè an toµn bÒn cña c¸p chän theo b¶ng 9 TL[7], k = 5 [S®]- Lùc kÐo ®øt c¸p, ®­îc x¸c ®Þnh trong thùc nghiÖm khi chän c¸p S® - Lùc kÐo ®øt c¸p lín nhÊt tÝnh theo lùc c¨ng Smax S® = 10790.5 = 53950(N) Chän c¸p theo TL[3] C¸p bÖn kÐp kiÓu k – O KÕt cÊu 6 19(1+9+9) 1.o.c OCT 3077 – 69 §­êng kÝnh c¸p dc = 13(mm), [S®] =82,85(KN) -§­êng kÝnh tang Dt (e-1).dc = (20 –1).13 = 247(mm) LÊy trßn Dt = 247(mm) -§­êng kÝnh tang tÝnh ®Õn t©m líp c¸p thø nhÊt D = 20.13 = 260(mm) -§­êng kÝnh puly kÐo gÇu tÝnh ®Õn t©m líp c¸p thø nhÊt: D = 18.dc=18.13 = 234(mm) - ChiÒu s©u r·nh c¸p : h = (2 2,5)dc = 2.13 = 26(mm) §­êng kÝnh puly tÝnh ®Õn r·nh c¸p: Dp =17.13=221(mm) 8.3 TÝnh to¸n tang cuèn c¸p 8.3.1 TÝnh to¸n c¸c kÝch th­íc cña tang vµ c¸p H×nh 8.3 Vá tang vµ c¸p - B­íc cña r·nh xo¾n lÊy trong kho¶ng t = dc + (23)mm = 13 +3 = 16(mm) B¸n kÝnh r·nh xo¾n R = 0,6.dc = 0,6.13= 7,8(mm) ChiÒu s©u r·nh xo¾n h = 0,5.dc =0,5.13=6,5(mm) ChiÒu dµy tang lµm b»ng thÐp ®óc =0,01.Dt + 3mm = 5,5(mm), Nh­ng chiÒu dµy tang kh«ng nhá h¬n 12mm nªn chän = 13(mm) Tang dïng trong têi lµ tang ®¬n cã xÎ r·nh v× pal¨ng lµ pal¨ng ®¬n lo¹i 2 Ta chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ líp c¸p cña tang chØ cã 1 líp c¸p. Do ®ã chiÒu dµi lµm viÖc cña tang ®¬n mét líp c¸p ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc(1.15) trong TL[8] Lt = Z.t Trong ®ã: t – b­íc c¸p, t = 16(mm) Z- Sè vßng c¸p cuèn lªn tang Z = + 7,5 = + 7,5 = 25 (vßng) Trong ®ã: H – chiÒu cao n©ng chÝnh b»ng chiÒu dµi ray mµ gÇu di chuyÓn H = S = = 7,5(m) Béi suÊt pal¨ng c¸p, a = 2 D - ®­êng kÝnh tang tÝnh tõ t©m líp c¸p thø nhÊt, D = 260mm Lt = 25.16 = 400(mm) H×nh 8.4 Tang ®¬n §èi víi tang ®¬n nh­ (h×nh 8.4), ta ph¶i ®¶m b¶o khi puly luån qua ë vÞ trÝ cao nhÊt th× kho¶ng c¸ch lR ®èi víi tang cã xÎ r·nh sao cho 60 , lR = cotg60 = 1600(mm) ChiÒu dµi c¸p cÇn thiÕt cuèn lªn tang: LC = a.H + 1,5..Dt = 2.7,5 + 1,5.3,14.0,247 = 16,2(m) ThÐp chÕ t¹o tang lµ thÐp BCT3 . §Çu mót cña c¸p ®­îc kÑp chÆt bëi bul«ng vÝt nh­ (h×nh 8.5) H×nh 8.5 Ph­¬ng ph¸p cè ®Þnh ®Çu c¸p trªn tang 8.3.2 Mét sè tÝnh bÒn cho tang - Lùc c¨ng cña nh¸nh c¸p t¸c dông lªn kÑp c¸p S0 = (8.4) Trong ®ã: e – Lµ c¬ sè tù nhiªn, e = 2,72 f – Lµ hÖ sè ma s¸t gi÷a c¸p vµ tang f = 0,14 - Gãc «m cña c¸p trªn tang, = 3 Smax = 10790(N) - Gãc nghiªng r·nh kÑp, 2= 800 Thay sè vµo ta tÝnh ®­îc: S0 = 2883(N) Lùc t¸c dông lªn bul«ng kÑp víi cÆp r·nh thang: P = (8.5) Thay c¸c sè liÖu vµo ta ®­îc: P = 8826(N) ¦ng suÊt tæng trong bul«ng kÑp cã kÓ ®Õn lùc uèn = + []k (8.6) Trong ®ã: n 1,5 – hÖ sè an toµn bªn cña bul«ng, chän n = 1,5 Z – Sè bul«ng kÑp c¸p, Z =2 l- Tay ®ßn ®Æt lùc S1 g©y uèn bul«ng vµ ®­îc tÝnh tõ ®iÓm gi÷a ®o¹n tiÖn ren trªn tang ®Õn t©m c¸p l =2(cm) 1,3 – HÖ sè kÓ ®Õn øng suÊt xo¾n xuÊt hiÖn khi siÕt bul«ng []k – øng suÊt kÐo cho phÐp cña bul«ng []k = , Víi thÐp BCT3 cã T = 22(kN/cm2) []k = 11,73(kN/cm2) d1- §­êng kÝnh bul«ng, chän d1 = 1,4(cm) Thay c¸c sè liÖu trªn vµo ta ®­îc: = 5,51 + 5,63 = 11,14(kN/cm2) < []k. Tho¶ m·n (8.6) *KiÓm tra bÒn tang: Khi Trong tr­êng hîp nµy do m«men uèn vµ m«men xo¾n g©y ra th­êng kh«ng v­ît qu¸ 15% øng suÊt nÐn nªn chØ kiÓm tra cho øng suÊt nÐn vµ øng suÊt cho phÐp []n ®­îc lÊy gi¶m ®i n = (8.7) B: Giíi h¹n bÒn cña tang víi tang b»ng thÐp []n = ch/k, ch giíi h¹n ch¶y, víi thÐp BCT3 cã ch = 22kN/cm2 . HÖ sè an toµn bÒn k khi tÝnh tang theo nÐn theo b¶ng 13 TL[7], k= 1,5 n = = 5476(N/cm2) 22000/1,5 = 14666(N/cm2) VËy tho¶ m·n ®iÒu kiÖn (8.7) 8.3.3 ThiÕt kÕ trôc tang * TÝnh s¬ bé trôc §­êng kÝnh trôc x¸c ®Þnh theo m«men xo¾n bëi c«ng thøc: d , (mm) (8.8) Trong ®ã: MX –M«men xo¾n, Nmm M«men xo¾n t¸c dông lªn trôc tang ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc MX = SMax. = 10790. = 1332565(Nmm) [] – øng suÊt cho phÐp, chän vËt liÖu chÕ t¹o trôc lµ thÐp 45 cã [] = 20Mpa = 20(N/mm2) Do ®ã : d = 68,3mm) Chän s¬ bé d = 70mm *TÝnh gÇn ®óng trôc TÝnh gÇn ®óng trôc xÐt ®Õn c¶ m«men uèn vµ m«men xo¾n Chän kho¶ng c¸ch tõ mÐp ngoµi cña tang ®Õn tiÕt diÖn l¾p æ lµ 60mm M«men uèn MU = . = ( 200 +60).5395 = 1402700(Nmm) M«men t­¬ng ®­¬ng Mt® Mt® = 1816415(Nmm) §­êng kÝnh trôc t¹i c¸c tiÕt diÖn l¾p æ còng chÝnh lµ tiÕt diÖn nguy hiÓm nhÊt, ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: d = (8.9) Trong ®ã: []- øng suÊt cho phÐp cña thÐp chÕ t¹o trôc, lÊy trong b¶ng 10.5 TL[9], [] = 60(N/mm2) d = = 67(mm) Nh­ vËy chän ®­êng kÝnh l¾p víi æ d =70(mm) *KiÓm nghÖm trôc vÒ ®é bÒn tÜnh §Ó ®Ò phßng kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo qu¸ lín hoÆc ph¸ háng do qu¸ t¶i ®ét ngét (ch¼ng h¹n khi më m¸y) cÇn tiÕn hµnh kiÓm nghiÖm trôc vÒ ®é bÒn tÜnh. C«ng thøc kiÓm nghiÖm cã d¹ng: t® = (8.10) Trong ®ã: = , , [] = 60(N/mm2) Trong ®ã MUmax, MXmax lµ m«men uèn lín nhÊt vµ m«men xo¾n lín nhÊt t¹i tiÕt diÖn nguy hiÓm lóc qu¸ t¶i = 41(N/mm2), = 20(N/mm2) t® = = 54(N/mm2) [] Tho¶ m·n (8.10) * TÝnh chÝnh x¸c trôc(kiÓm nghiÖm l¹i trôc vÒ ®é bÒn mái) - HÖ sè an toµn t¹i tiÕt diÖn nguy hiÓm n = Trong ®ã: [n] – HÖ sè an toµn cho phÐp , th«ng th­êng [n] =1,5...2,5 ,- HÖ sè an toµn chØ xÐt riªng øng suÊt ph¸p vµ øng suÊt tiÕp t¹i tiÕt diÖn nguy hiÓm : = ; = Giíi h¹n mái uèn vµ xo¾n víi chu kú ®èi xøng Cã thÓ lÊy gÇn ®óng 0,436, = 0,58=0,253 ThÐp lµm trôc lµ thÐp 45 cã = 600(N/mm2) 262(N/mm2); = 152(N/mm2) , - biªn ®é øng suÊt ph¸p vµ øng suÊt tiÕp trong tiÕt diÖn trôc = ; = , - TrÞ sè trung b×nh cña øng suÊt ph¸p vµ øng suÊt tiÕp trong tiÕt diÖn trôc = ; = Do trôc quay nªn øng suÊt uèn biÕn ®æi theo chu kú ®èi xøng = = - = ; = 0 Khi trôc quay 2 chiÒu øng suÊt xo¾n thay ®æi theo chu kú ®èi xøng, do ®ã = 0; = = W, W0 – M«men c¶n uèn vµ m«men c¶n xo¾n t¹i tiÕt diÖn trôc l¾p æ Nh­ vËy = ; = TiÕt diÖn trôc trßn nªn W = = 33657(mm3); W0 = = 67314(mm3) = = 42 (N/mm2); = = 20(N/mm2) - C¸c hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña trÞ sè øng suÊt trung Kx- HÖ sè tËp trung øng suÊt do tr¹ng th¸i bÒ mÆt, phô thuéc vµo ph­¬ng ph¸ b×nh ®Õn ®é bÒn mái tra b¶ng 10.7 TL[9], 0,05, = 0p gia c«ng vµ ®é nh½n bÒ mÆt tra b¶ng 10.8TL[9] Kx = 1,06 – ph­¬ng ph¸p gia c«ng lµ tiÖn KY- HÖ sè t¨ng bÒn bÒ mÆt trôc, tra b¶ng 10.9TL[9] , KY = 1,6 .C¸c trÞ sè cña K/vµ K/®èi víi bÒ mÆt trôc l¾p cã ®é ®«i , khi ®­êng kÝnh trôc d =70(mm), kiÓu l¾p k6, K/= 3,36; K/ = 2,52 Thay c¸c th«ng sè trªn vµo c¸c biÓu thøc , ta ®­îc = 3,1; = 4,9 n = = 2,7 > [n] = 1,5 2,5 VËy ®­êng kÝnh trôc t¹i chç l¾p æ tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn bÒn 8.3.4 TÝnh chän æ l¨n cho trôc puly 8.4 TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé truyÒn trong hép gi¶m tèc 8.4.1. TÝnh c«ng suÊt ®éng c¬ kÐo gÇu Ta cã c«ng thøc tÝnh c«ng suÊt ®éng c¬: N®c = (KW) (8.11) Trong ®ã: Q- Lµ t¶i träng n©ng danh nghÜa ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Q = Gsin+ WmS = 20713 + 12361 = 33074(N) - HiÖu suÊt truyÒn ®éng cña c¬ cÊu, = 0,98 V- Lµ vËn tèc n©ng gÇu, V = = = 0,375(m/s) N®c = = 12,65(KW) Chän lo¹i déng c¬ MTB 312 – 6, N®c =13KW Tèc ®é ®éng n®c = 970 (v/ph) 8.4.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé truyÒn trong hép gi¶m tèc Tû sè truyÒn trong hép gi¶m tèc ®­îc chän theo c«ng thøc: i = (8.12) Trong ®ã : nt – Sè vßng quay cña tang trong mét phót nt = Trong ®ã : V- Lµ vËn tèc n©ng gÇu (m/ph), V = 60.0,375= 22,5(m/ph) Béi suÊt pal¨ng n©ng vËt, a = 2 D- §­êng kÝnh tang tÝnh ®Õn t©m c¸p, D =0,26(m) nt = = 53,9(V/ph) Do ®ã: i = = 18 Ph©n phèi tû sè truyÒn cho c¸c cÊp b¸nh r¨ng trong hép gi¶m tèc hai cÊp b¸nh r¨ng trô ph©n ®«i tho¶ m·n ®ång thêi ba chØ tiªu: Khèi l­îng nhá nhÊt. M«men qu¸n tÝnh thu gän nhá nhÊt. ThÓ tÝch c¸c b¸nh lín nhóng trong dÇu Ýt nhÊt. Víi tû sè truyÒn nh­ trªn theo b¶ng 3.1 tr. 43 TL[9] Tû sè truyÒn cÊp nhanh: i1 = 5,31 Tû sè truyÒn cÊp chËm: i2 = 3,39 Nh­ vËy HGT ph©n ®«i víi c¸c sè liÖu sau: P1 = 13(KW), n1 = 970(v/ph), i = 18. Bé truyÒn quay theo hai chiÒu. Chän s¬ ®å ph©n ®«i ë cÊp nhanh v× víi kÕt cÊu nµy cÊp chËm chÞu t¶i träng lín h¬n cã thÓ chÕ t¹o víi chiÒu réng vµnh r¨ng kh¸ lín nhê vÞ trÝ b¸nh r¨ng ®èi xøng víi c¸c æ cã thÓ kh¾c phôc sù ph©n bè kh«ng ®Òu t¶i träng trªn chiÒu réng vµnh r¨ng. Chän vËt liÖu cho hai cÊp b¸nh nh­ nhau: + B¸nh nhá: ThÐp 45 t«i c¶i thiÖn ®¹t ®é r¾n HB1 =245 cã = 850(MPa); = 580(MPa) + B¸nh lín: ThÐp 45 t«i c¶i thiÖn ®¹t ®é r¾n HB2 =230 cã = 750(MPa); = 450(MPa) * X¸c ®Þnh øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp cña cÊp nhanh[] : + §èi víi b¸nh nhá[]1 = .KHL/SH + §èi víi b¸nh lín[]2 = .KHL/SH Trong ®ã: -, (MPa) lÇn l­ît lµ øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp víi sè chu kú c¬ së, trÞ sè cña chóng tra b¶ng6.2 TL[9] = 2HB1 + 70 = 2.245 + 70 = 560(MPa) = 2.HB2 +70 = 2.230 + 70 = 530(MPa) + KHL- hÖ sè tuæi thä, xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña thêi h¹n phôc vô vµ chÕ ®é t¶i träng cña bé truyÒn, KHL =1 + SH – hÖ sè an toµn tÝnh vÒ tiÕp xóc, còng theo b¶ng 6.2, SH = 1,1 []1= 560.1/1,1 = 509(MPa) []2= 530.1/1,1 = 481,8(MPa) Víi cÊp nhanh sö dông r¨ng nghiªng, do ®ã theo (6.12) TL[9] []2 = ([]1 + []2)/2 = (509+ 481,8)/2 = 495,4(MPa) []2=(509+ 481,8)/2 = 495,4(MPa) 1,25[]2 -øng suÊt tiÕp xóc cho phÐp cña cÊp chËm []’: CÊp chËm dïng r¨ng th¼ng vµ ta vÉn cã KHL = 1, do ®ã []’= []2 = 481,8(Mpa) * øng suÊt cho phÐp vÒ bÒn uèn [] : [] = .KFC. KFL/SF (8.13) Trong ®ã: - øng suÊt uèn cho phÐp øng víi sè chu kú c¬ së 1 = 1,8HB1= 1,8.245 =441(Mpa) 2 = 1,8HB2= 1,8.230 = 414(Mpa) KFC- hÖ sè xÐt ®Õn ¶nh h­ëng ®Æt t¶i, KFC = 1 KFL- hÖ sè tuæi thä, xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña thêi h¹n phôc vô vµ chÕ ®é t¶i träng cña bé truyÒn, KFL1=KFL2=1, SF= 1,75 Do ®ã øng suÊt cho phÐp vÒ bÒn uèn []1 = 441.1.1/1,75 = 252(Mpa) []2 = 414.1.1/1,75 = 236,5(MPa) * øng suÊt qu¸ t¶i cho phÐp []Max = 2,8.= 2,8.450 = 1260(Mpa) []1Max = 0,8. = 0,8.580 = 464(Mpa) []2Max = 0,8. =0,8.450 = 360(Mpa) 8.5.1 TÝnh to¸n cÊp nhanh lµ bé truyÒn b¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng X¸c ®Þnh s¬ bé kho¶ng c¸ch trôc aW1 = Ka(i1+1) (8.14) aw = 43(5,31 +1) = 196(mm) Trong ®ã: Theo b¶ng 6.6 TL[9], chän tû sè gi÷a chiÒu réng vµnh r¨ng vµ kho¶ng c¸ch trôc lµ = 0,3; víi r¨ng nghiªng hÖ sè phô thuéc vµo vËt liÖu cña cÆp b¸nh r¨ng vµ lo¹i r¨ng Ka= 43(B¶ng5.5). Theo c«ng thøc (6.16) TL[11], =0,5(i1+1) = 0,9465, do ®ã theo b¶ng 6.7 HÖ sè kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu t¶i träng trªn chiÒu réng vµnh r¨ng khi tÝnh vÒ tiÕp xóc KH= 1,14(s¬ ®å3 cña h×nh 8.6); m«men xo¾n trªn trôc nhanh T1= 9,55.106.P1/n1 T1= 9,55.106.13/970= 127989(N.mm) Nh­ vËy chän aw = 196(mm) H×nh8.6 S¬ ®å ph©n ®«i cÊp nhanh cña hép gi¶m tèc X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ¨n khíp Theo (6.17) TL[11], m«®un m =(0,010,02)196 =1,963,92mm, theo b¶ng 6.8 chän m = 3 Chän s¬ bé gãc nghiªng cña b¸nh r¨ng = 100, do ®ã cos= 0,9848, theo c«ng thøc (6.31) sè r¨ng b¸nh r¨ng nhá Z1 = 2.aw1cos/[m(i1+1)] = 2.196.0,9848/[3(5,31+1)] Z1 = 20,4, lÊy Z1= 20 Sè r¨ng b¸nh lín: Z2 = i1.Z1= 5,31.20= 106,2, lÊy trßn Z2= 106, do ®ã tû sè truyÒn thùc tÕ sÏ lµ i1m = Z2/Z1 = 106/20 = 5,3 cos = m(Z1+Z2)/(2aw) = 3(20+106)/2.196 =0,9642 Do ®ã = 15,380 = 15022’38’’ KiÓm nghiÖm r¨ng vÒ ®é bÒn tiÕp xóc Theo(6.33) trong TL[9], øng suÊt tiÕp xóc trªn mÆt r¨ng lµm viÖc = ZM.ZH.Z (8.15) Trong ®ã: ZM= 274(Mpa)1/3 -lµ hÖ sè kÓ ®Õn c¬ tÝnh vËt liÖu cña c¸c b¸nh r¨ng ¨n khíp, tra b¶ng 6.5 TL[9] ZH – lµ hÖ sè kÓ ®Õn h×nh d¹ng bÒ mÆt tiÕp xóc ZH = Trong ®ã: - Gãc nghiªng cña r¨ng trªn h×nh trô c¬ së tg=cos.tg, víi= =arctg(tg/cos) = arctg(tg200/cos15,380), =200 lµ gãc profin gèc t= 20,680 tg=0,1883, = 10,6640 Thay sè vµo vµ tÝnh to¸n ta ®­îc ZH =1,7246 Theo(6.37), hÖ sè trïng khíp däc =bW.sin/() = 0,3.196sin15,380/(3,14.3)=1,655>1, do ®ã theo(6.36c) Z = = = 0,7835 Víi = [1,88-3,2(1/z1+1/z2)]cos = 1,629 §­êng kÝnh vßng l¨n b¸nh nhá dW1 = 2aW1/(i1m +1) = 2.196/(5,3 +1)=62,22(mm) - Theo c«ng thøc (6.40), v = = v = 3,159(m/s)Theo b¶ng 6.13 chän cÊp chÝnh x¸c 9 -HÖ sè kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu t¶i träng cho c¸c ®«i r¨ng víi v<5(m/s), tra b¶ng 6.14 KH= 1,16 HÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña c¸c sai sè ¨n khíp = .g0.v = 0,002.73.3,159=2,805 - HÖ sè kÓ ®Õn t¶i träng ®éng suÊt hiÖn trong vïng ¨n khíp trÞ sè cña KHV tÝnh theo c«ng thøc (6.41) KHV = 1+.bW.dW1/(2T1KH.KH) = 1,03 Theo (6.39) KH = KH.KH.KHV=1,14.1,16.1,03 =1,362 Thay c¸c gi¸ trÞ võatÝnh ®­îc vµo (8.15) Ta tÝnh ®­îc = 465(Mpa), theo(6.1) TL[9], víi v = 3,159(m/s) < 5(m/s), Zv= 1; víi cÊp chÝnh x¸c ®éng häc lµ 9, chän cÊp chÝnh x¸c vÒ møc tiÕp xóc lµ 8, khi ®ã cÇn gia c«ng ®¹t ®é nh¸m Ra=2,5m, do ®ã ZR = 0,95; víi da< 700mm, KXH= 1 do ®ã theo (6.1) TL[9] [H] = [H].ZV.ZR.KXH = 495,4.1.0,95.1 = 470,5(MPa) Nh­ vËy H< [H], tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn vÒ tiÕp xóc KiÓm nghiÖm r¨ng vÒ ®é bÒn uèn Theo(6.43) F1 = 2.T1.KF.Y.Y.YF1/(bW.dW1.m) Theo b¶ng 6.7TL[9], KF = 1,31; theo b¶ng 6.14 víi v<5(m/s) vµ cÊp chÝnh x¸c 9 KF= 1,4; theo (6.47) = ..v= 0,006.73.3,157 = 7,4 KFV = 1+. bW. dW1/(2T1. KF.KF) = 1,057 Do ®ã KF = KF . KF. KFV = 1,9385 Víi =1,629, Y= 1/= 0,6138 Víi = 15,380, Y= 1- 15,38/140 = 0,89 Sè r¨ng t­¬ng ®­¬ng: Zv1 = Z1/cos3 = 20/(0,964)3 = 22 Zv2 = Z2/cos3 = 103/(0,964)3= 115 Tra (b¶ng 6.18) ta ®­îc c¸c hÖ sè d¹ng r¨ng cña b¸nh 1 vµ 2 , YF1= 4,0; YF2= 3,6 Víi m = 3(mm), YS = 1,08 – 0,0695ln(3) = 1,0036; YR= 1 KXF= 1, do ®ã [F1]= [F1].YR.YS.KXF= 252.1.1,0036.1 = 252,9(MPa) T­¬ng tù tÝnh ®­îc [F2] = 237,4(MPa) Thay c¸c gi¸ trÞ võa tÝnh ®­îc vµo c«ng thøc trªn: F1 = 2.127989.1,9385.0,6138.0,89.4,0/(58,8.62,22.3) F1 = 98,8(MPa) < [F1] = 252,9(MPa) F2 =F1.YF2/YF1= 98,8.3,6/4 = 88,91(Mpa)< [F2] = =237,4(MPa) KiÓm nghiÖm r¨ng vÒ qu¸ t¶i Khi lµm viÖc b¸nh r¨ng cã thÓ bÞ qua t¶i (nh­ lóc më m¸y, h·m m¸y v.v.). V× vËy cÇn kiÓm tra r¨ngvÒ qu¸ t¶i dùa vµo øng suÊt tiÕp xóc cùc ®¹i vµ øng suÊt uèn cùc ®¹i HÖ sè qu¸ t¶i Kqt = Tmax/T = 1,8 H1max = H.= 470,5. = 631(MPa) < [H]max = 1260(MPa) F1max = F1.Kqt = 98,8.1,8 = 177,84(MPa)<[ F1]max F2max = F2.Kqt = 88,91.1,8 = 160(MPa) < [ F2]max VËy ®¶m b¶o an toµn vÒ qu¸ t¶i. g) C¸c th«ng sè vµ kÝch th­íc cña bé truyÒn Kho¶ng c¸ch trôc aw1 = 196(mm) M«®un ph¸p m = 3(mm) ChiÒu réng vµnh r¨ng bw = 59(mm) Tû sè truyÒn i1m = 5,3 Gãc nghiªng cña r¨ng = 15022’38” Sè r¨ng b¸nh r¨ng Z1= 20; Z2= 103 HÖ sè dÞch chØnh x1=0; x2 = 0 Theo c¸c c«ng thøc trong b¶ng 6.11, tÝnh ®­îc §­êng kÝnh vßng chia d1= 62,23(mm); d2= 320(mm) §­êng kÝnh ®Ønh r¨ng da1= 68,23(mm);da2=326(mm) §­êng kÝnh ®¸y r¨ng df1= 54,73(mm); df2= 318,5(mm) 8.5.2 TÝnh bé truyÒn cÊp chËm X¸c ®Þnh s¬ bé kho¶ng c¸ch trôc T­¬ng tù nh­ trªn ®· lµm aw2 = 49,5(3,39 +1) = 278,8(mm) Trong ®ã theo b¶ng 6.6, chän =0,4; víi r¨ng th¼ng Ka=49,5; theo (6.14) = 0,5.0,4(3,91 +1)=0,982, do ®ã theo b¶ng 6.7, KH= 1,03 (s¬ ®å 7 cña h×nh 8.6); i2= 3,91 TÝnh ®Õn tæn thÊt do ma s¸t trªn r¨ng ë cÊp nhanh( = 0,96) vµ tæn thÊt trªn 1 cÆp æ l¨n (=0,99), c«ng suÊt trªn trôc b¸nh chñ ®éng cña cÊp chËm P1= 0,96.0,99.13 =12,3552(KW) Do ®ã T1 = 9,55.106. = 9,55.106.12,3552/(970/5,31) T1 = 645915(Nmm) LÊy aw2= 279(mm) X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ¨n khíp M«®un m =(0,01...0,02)aw2= 2,79...5,58(mm) Chän m = 4,5(mm) Z1= 2aw2/[m(i2+1)]=2.279/[4,5(3,39+1)] = 28,2 LÊy Z1 = 28, Z2= i2.Z1= 94,92, lÊy Z2=95 Do ®ã aw= m(z1+z2)/2= 276,75(mm) LÊy aw2= 278(mm) do ®ã cÇn dÞch chØnh ®Ó t¨ng kho¶ng c¸ch trôc tõ 276,75lªn 278mm TÝnh hÖ sè dÞch t©m theo(6.22): y =aw2/m – 0,5(Z1+Z2) = 278/4,5 – 0,5(28+95) =0,277 Theo (6.23), ky = 1000y/Zt= 1000.0,277/123 = 2,252 Theo b¶ng 6.10a tra ®­îc kx= 0,04; theo (6.24) hÖ sè gi¶m ®Ønh r¨ng y = kxZt/1000=0,04(28 +95)/1000=0,00492 Tæng hÖ sè dÞch chØnh: xt=y+y =0,277+0,00492=0,2819 HÖ sè dÞch chØnh cña b¸nh 1: X1 = 0,5[xt-(z2-z1)y/zt]=0,5[0,282-(95-28)0,277/123]=0,065 HÖ sè dÞch chØnh cña b¸nh 2: x2= xt-x1=0,282-0,065=0,217 Gãc ¨n khíp: Cos=zt.mcos/(2aw2)=123.4,5cos200/(2.278)=0,935, do ®ã = 20,6960 KiÓm nghiÖm r¨ng vÒ ®é bÒn tiÕp xóc Theo(6.33), = Zm.ZH.Z (8.16) Theo b¶ng6.5, ZM= 274MPa1/3, theo(6.34) ZH= = =1,739 Víi b¸nh r¨ng th¼ng dïng (6.36a) ®Ó tÝnh Z Z= = =0,869 Trong ®ã: = 1,88 – 3,2(1/28+1/95) =1,732 §­êng kÝnh vßng l¨n b¸nh nhá: dW1= 2aW2/(i2m +1) = 2.278/(3,39 +1) = 126,65(mm) Theo (6.40), v = = .Theo (b¶ng 6.13) chän cÊp chÝnh x¸c 9, do ®ã theo (b¶ng6.16) g0= 73. Theo (6.42) = 4,8 Do ®ã ta cã: KHv = 1+ bWdW1/(2T1KHKH) KHv = 1 + 4,8.111.126,65/(2.645915.1,03.1,13) = 1,045 KH = KH.KHV.KH= 1,03.1,045.1,13 = 1,216 Thay c¸c gi¸ trÞ võa tÝnh ®­îc vµo (8.16): = 274.1,739.0,869 = 422(MPa) Theo(6.1) TL[11] víi v = 1,21(m/s), ZV=1; víi cÊp chÝnh x¸c ®éng häc lµ 9, chän cÊp chÝnh x¸c vÒ møc tiÕp xóc lµ 9, khi ®ã cÇn gia c«ng ®¹t ®é nh¸m Rz = 30m, do ®ã ZR= 0,9; víi da< 700mm, KXH= 1 Ta cã : [] = []ZV.ZR.KxH = 481,8.1.0,9.1 = 433,6(MPa) Nh­ vËy < [] §¶m b¶o ®iÒu kiÖn bÒn tiÕp xóc KiÓm tra vÒ r¨ng vÒ ®é bÒn uèn vµ vÒ qu¸ t¶i ®Òu ®¹t yªu cÇu. C¸c th«ng sè vµ kÝch th­íc bé truyÒn Kho¶ng c¸ch trôc aW2 = 278(mm) M«®un m = 4,5(mm) ChiÒu réng vµnh r¨ng bW = 111(mm) Tû sè truyÒn i2m = 3,39 Gãc nghiªng cña r¨ng = 00 Sè r¨ng b¸nh r¨ng Z1 = 28; Z2 = 95 HÖ sè dÞch chØnh x1 = 0,065; x2 = 0,217 §­êng kÝnh vßng chia d1 = 126(mm); d2 = 427,5(mm) §­êng kÝnh ®Ønh r¨ng da1 = 135,54(mm); da2 =438,4(mm) §­êng kÝnh ®¸y r¨ng df1 = 115,3(mm); df2 = 418,2(mm)