Chơng 15 Vít tải 15.1. Những vấn đề chung 15.1.1. Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc . Vít tải là một loại máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo. Cấu tạo của vít tải thể hiện trên hình 15-1. Động cơ 1 truyền chuyển động qua hộp giảm tốc 2 đến khớp nối 3 và trục vít xoắn 4. Bộ phận công tác chính của vít tải là cánh vít xoắn 8 chuyển động quay trong một vỏ hộp kín 9 có tiết diện tròn ở phía đáy. Trục vít xoắn đợc đỡ chặn hai đầu nhờ các gối 6. Đối với trục dài quá 3 m có thêm các gối đỡ treo trung gian 5. Khi vít chuyển động, cánh xoắn đẩy vật liệu di chuyển tịnh tiến dọc trong lòng vỏ máng. Vật liệu vận chuyển không bám vào cánh là nhờ trọng lợng bản thân vật liệu và ma sát giữa vật liệu và vỏ máng, do đó vật liệu chuyển động trong máng theo nguyên lý vít đai ốc; vai trò đai ốc ở 140 Hình 15-1. a) Vít tải đặt ngang: 1- Động cơ, 2 - Hộp giảm tốc, 3 - Khớp nối, 4 - Trục vít xoắn, 5- Gối treo trung gian, 6 - Gối đỡ hai đầu, 7 - Cơ cấu dỡ tải, 8 - Cánh vít, 9 - Vỏ hộp, 10- Cơ cấu cấp tải, 11 - Nắp hộp. b) Vít tải đặt đứng. A-A 1 2 3 4 5 11 10 7 8 9 6 A A a) b) đây là vật liệu vận chuyển. Vít tải có thể có một hoặc nhiều cánh xoắn. Cánh xoắn càng nhiều vật liệu chuyển động càng êm. Vật liệu đợc cấp vào đầu máng từ cơ cấu 10 và lấy tải ra khỏi máng bằng cơ cấu 7. Để bảo đảm an toàn, vít tải có thêm nắp 11. Vận chuyển vật liệu bằng vít tải có nhiều u điểm: Vật liệu chuyển động trong hộp kín, nhận và dỡ tải bất cứ vị trí nào nên không bị tổn thất, rơi vãi, an toàn. Loại này sử dụng tốt nhất cho vật liệu nóng và độc hại. Kết cấu đơn giản, rẻ tiền, có thể vừa vận chuyển vừa trộn. Diện tích chiếm chỗ lắp đặt nhỏ. Tuy vậy cũng có những nhợc điểm và hạn chế nhất định: Do có khe hở giữa lòng máng và cánh vít nên dễ nghiền nát một phần vật liệu. Vì có ma sát lớn và chủ yếu là ma sát trợt nên chóng mòn cánh xoắn và lòng máng. Cũng chính nguyên nhân này mà tổn thất năng l - ợng lớn, không dùng cho vật liệu dính nhiều. Do có những u điểm nhất định và thích hợp với một số loại vật liệu và công nghệ vận chuyển nên vít tải đợc sử dụng trong ngành xây dựng và các ngành công nghiệp hoá chất, thực phẩm. Vít tải dùng để vận chuyển vật liệu có chiều dài đến 40 m, chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu hạt rời và mịn nh xi măng, sỏi, cát, đá dăm và các loại hỗn hợp ẩm nớc nh bê tông, vữa Dùng làm cơ cấu cấp liệu cỡng bức (hình 15-1b), trong các trạm trộn bê tông, máy san hỗn hợp làm đờng nhựa Năng suất vận chuyển có thể đạt 20 ữ 30 m 3 /h, đối với loại vít có kích thớc lớn có thể đạt 100m 3 /h. Kích thớc đờng kính ngoài của vít tải thờng đợc tiêu chuẩn hoá và đợc quy định theo dãy kích thớc: 150, 200, 250, 30, 400; 500; 600mm. - Thờng đặt đứng, nghiêng hoặc ngang (hình 15-1). 15.1.2. Kết cấu các bộ phận. 1. Cánh xoắn Hình dạng và kết cấu của cánh xoắn phụ thuộc vào mục đích sử dụng để vận chuyển các loại vật liệu khác nhau. Dựa vào tính chất vật liệu vận chuyển ngời ta sử dụng các loại vít xoắn: Khi vận chuyển các loại vật liệu có dạng bột, hạt nhỏ và trung bình rời khô min nh: xi măng, tro, bột, cát khô thì dùng vít có cánh xoắn liền trục (hình 15-2a). Loại này cho năng suất vận chuyển cao. Hệ số điền đầy = 0,125 ữ 0,45 và tốc độ quay của vít từ n = 50 ữ 120 vg/ph. Vít liên tục không liền trục (hình 15-2b) dùng vận chuyển hạt cỡ lớn nh: sỏi thô, đá vụn. . .Hệ số điền đầy của loại này đạt = 0,25 ữ 0,40, và tốc độ quay của vít từ n = 40 ữ 100 vg/ph. Vít tải dạng lá liền trục (hình 15-2c) dùng cho vật liệu dính, dùng vừa trộn, tẩm vừa vận chuyển nh: đất sét ẩm, bê tông, xi măng. Hệ số điền đầy của loại này đạt = 0,15ữ0,3 và tốc độ quay của vít n = 30 ữ 60 vg/ph. Vít tải dạng lá không liên tục (hình 15-2d) dùng để vận chuyển loại hạt thô, có độ ẩm 141 nh: sỏi thô, đá dăm, đất sét ẩm, bê tông, xi măng. Hệ số điền đầy của loại này đạt = 0,15 ữ 0,4 và tốc độ quay của vít từ n = 30 ữ 60 vg/ph Kích thớc của trục vít xoắn và bớc xoắn vít thờng đợc tiêu chuẩn hoá: Đờng kính d = 100 đến 320 mm, bớc xoắn từ 80 đến 320 mm. Theo tiêu chuẩn trên bớc xoắn thờng bằng 0,8 đến 1 lần đờng kính cánh xoắn. Tốc độ quay thờng từ 10 ữ 300 vòng/ phút. 142 Hình 15-2. Các dạng vít tải: a- vít có cánh xoắn liền trục, b- vít có cánh xoắn liên tục không liền trục, c- Vít dạng lá liên tục, c- Vít có cánh xoắn dạng lá không liên tục. Sơ đồ vận chuyển: e- Sang trái, f- Sang phải, g- Đẩy sang hai phía, h- Dồn vào giữa. k- Hệ số điền đầy vít tải =45% =40% =30% =25% =15% a) b) c) d) k) h) f) e) g) Trên hình 15-2 e ữ h là sơ đồ hớng vận chuyển vật liêu: Vận chuyển sang trái, sang phải, phân sang hai phía, hai đầu dồn vào giữa. Trong trờng hợp vận chuyển vật liệu dính, ẩm ngời ta sử dụng vít có hai cánh xoắn hay còn gọi là vít kép. Loại này thích hợp trong vận chuyển vữa bê tông hoặc bột than. Đối với vít tải đặt đứng th- ờng vận chuyển vật liệu tơi vụn. ở đây sử dụng cánh xoắn liên tục liền trục, trong quá trình vận chuyển có xuất hiện ma sát giữa vật liệu và cánh xoắn. Dới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu áp sát vào thành máng và bị vỏ máy hãm chuyển động quay lại và nhờ cánh xoắn đẩy nâng vật liệu đè lên trong máng. Muốn vật liệu không có chuyển động quay khi ra đến thành máng thì lực ly tâm phải lớn. Vì vậy vít tải đặt đứng có tốc độ quay lớn hơn nhiều so với tốc độ của vít tải đặt nằm ngang. Vít tải đặt đứng tiết kiệm đợc diện tích, kín và dỡ tải bất cứ vị trí nào cần thiết. Tuy vậy loại này tốn năng lợng, chóng mòn cánh. Chiều cao máy bị hạn chế bởi không lắp đợc gối đỡ trung gian. 2. Kết cấu chi tiết: Máng của vít tải đợc chế tạo bằng phơng pháp dập từ thép tấm có chiều dày = 4 ữ 8 mm, mỗi đoạn có chiều dài đến 4m. Dung sai khe hở giữa máng và cánh xoắn không quá 60% khe hở bình thờng giữa cánh xoắn và máng. Nửa dới của mặt cắt ngang máng có dạng nửa hình tròn đồng dạng với kích thớc đờng kính của cánh xoắn; nửa trên có dạng hình chữ nhật có chiều rộng bằng đờng kính đáy để lắp đặt trục cánh xoắn và dễ dàng trong việc chế tạo nắp đậy.Trên nắp ở đầu máng tải có cửa cấp tải tiết diện vuông; còn ở đáy máng cũng có các cửa dỡ tải đặt ở những vị trí cần thiết theo yêu cầu. 15.2. Tính toán vít tải 15.2.1. Xác định kích thớc cơ bản 1. Cách tạo cánh xoắn Bộ phận quan trọng nhất của vít tải là cánh xoắn. Cánh xoắn hàn với trục tạo thành vít xoắn. Vít xoắn gồm nhiều đoạn vít nối lại với nhau, mỗi đoạn là một bớc xoắn t (hình 15-3). 143 Hình 15-3. Xác định kích thớc vít xoắn: a- Tạo cánh xoắn và trục, b- Triển khai góc nâng theo đờng kính ngoài, c- Triển khai góc nâng theo đờng kính trong D ' d ' b t D d a ' t t c) b) a) - c o s = D - 2 D D 2 d ' = d ' d c o s d D N P Chiều dài mỗi đoạn cả trục không quá 3 m (hình 15-2 aữd). Nh vậy mỗi bớc vít xoắn đợc chế tạo từ một hình vành khuyên có đờng kính ngoài D', đờng kính trong d'. Chiều rộng của cánh vít là (hình 15-3a): b = 0,5(D' - d') Gọi góc nâng của vít là và triển khai chu vi theo đờng kính trong và ngoài cánh vít đợc hình 15-b, c. 'D)5,0.('D5,0'D cos D == = arctg D. t )5,0('d'd5,0'd cos d == ' = arctg d. t Từ các biểu thức trên ta xác định đợc đờng kính ngoài cánh vít: 1 cos 'cos d D cos 'cos d D b2 'D = (15-1) 2 1 cos'D D = Đờng kính trong lỗ cánh vít: d' = D' - 2b (15-2) Bớc vít xoắn: t = D tg = D (15-3) ở đây: = tg = 0,8 ữ 1 cho góc nâng vít =14 ữ 18 0 . Đối với các loại vít thông th- ờng chọn = 0,5 cho 9 0 Mỗi một vít tải có 2 ổ đỡ hai đầu trục vít, trờng hợp trục dài hơn 3m phải cấu tạo thêm các ổ trung gian. Khi làm việc trục vít tải chủ yếu chịu lực dọc tâm trục, do đó các ổ bi phải đỡ chặn và chặn là chủ yếu. Các ổ bi có thể lắp trong gối đỡ đặt trên thành hai đầu máng và cũng có thể đặt riêng biệt ra ngoài (hình 15-1a). Cần chú ý sự dãn nở của trục trong quá trình làm việc. Các ổ đỡ trung gian, phần đế đợc treo ngợc lên nắp để không chặn đờng vận chuyển của vật liệu trong lòng máng. Diện tích tiết diện của gối đỡ trung gian không lớn hơn 25% diện tích tiết diện máng kể từ trục vít đến đáy máng. 2. Kích thớc cơ bản và năng suất: 144 Đờng kính D, bớc t, tốc độ quay trục vít n, - hệ số điền đầy, hệ số ảnh hởng góc nghiêng đặt máy c = 1 ữ 0,65 khi từ 0 ữ 20 o ), là trọng lợng riêng vật liệu vận chuyển. Năng suất của máy vận chuyển liên tục đợc tính theo công thức: Q= V = 3,6 F v t/h (15-4) Diện tích trung bình của dòng vật liệu trong vít tải: 2 2 D785,0 4 D F = = , m 2 . (15-5) Vận tốc của dòng vật liệu trong máng đợc tính: 60 tn v = , m/s; (15-6) trong đó: - hệ số điền đầy vật liệu vào máng vít; n - tốc độ quay của vít, vg/ph. t = Dtg= D 60 Dn. v = Thay vào công thức năng suất: Q = V = 3,6 F v = 3,6. 2 D 785,0 60 Dn = 0,047 n D 3 (15-7) Năng suất vít tải còn phụ thuộc vào góc nghiêng đặt máy ; vì vậy cần thêm vào công thức hệ số c . Hệ số này có thể chọn theo bảng 15-1. Bảng 15-1. Hệ số ảnh hởng do độ dốc đặt máy c . Góc nghiêng đặt máy , độ 0 5 10 15 20 c 1 0,9 0,8 0,7 0,65 Từ công thức trên tính đợc đờng kính của vít tải: 3 nc047,0 Q D = (15-8) Khi tính đờng kính vít tải cần kiểm tra lạitheo đờng kíng lớn nhất của cục vật liệu: D = (4 ữ 6)a max đối với vật liệu nguyên khai; D = (8 ữ 10)a max đối với vật liệu đã phân loại. Số vòng quay của vít tải đợc lựa chọn phụ thuộc loại vật liệu vận chuyển và đờng kính của vít: D K n = (15-9) 145 Các gia trị K phụ thuộc loại vật liệu vận chuyển cho trong bảng 15-2. 15.2.2. Công suất vít tải Khi làm việc, lực cản xuất hiện trong máy chống lại chuyển động vít gồm: ma sát giữa máng và vật liệu, ma sát giữa vật liệu và cánh vít, lực đẩy giữa vật liệu với nhau, lực cản trong các ổ trục, các vật liệu bị vỡ. Công suất cần thiết của vít xoắn để khắc phục các lực đó cũng rất phức tạp và khó xác định chính xác, do vậy thờng tính theo công thức kinh nghiệm: )sin( 360 QL N vit = , KW; (15-10) -hệ số lực cản, ví dụ than bụi = 2,5 Công suất động cơ của vít tải: = vit dc N N , KW; (15-11) = 0,8 ữ 0,85 - hiệu suất c hộp giảm tốc. Mô men xoắn trên trục vít tải: n N 9550M vit = , Nm (15-12) Lực dọc trục: )(rtg M P + = , N; (15-13) r - bán kính trung bình đặt lực P, r = (0,35 ữ 0,4)D, m; - Góc nâng vít - góc ma sát giữa vật liệu và vít xoắn, = 45 0 Bảng 15-2. Các hệ số tính toán cho vật liệu vận chuyển trong vít tải Vật liệu Ví dụ loại vật liệu Hệ số tính toán K Nhẹ và không sắc cạnh bụi than, ngũ cốc, bột mì, mùn ca ) 0,4 65 1,2 Nhẹ và ít sắc cạnh 0,32 50 1,6 cho vật liệu nặng, không sắc cạnh: than đá, muối 0,25 45 2,5 cho vật liệu nặng, sắc cạnh: cát, xi măng, crômit 0,125 30 4,0 Bảng 15-3. Tốc độ quay của vít xoắn phụ thuộc đờng kính vít Đờng kính vít, mm n min , vg/ph n max vg/ph 150 23,6 150 146 200 23,6 150 250 23,6 118 300 19,0 118 400 19,0 95 500 19,0 95 600 15,0 75 15-3. thí dụ Tính toán vít tải Tính toán các thông số cơ bản vít tải dùng để chuyên chở xi măng khô có trọng lợng riêng = 1,2T/m 3 , có độ dốc đặt máy = 10 0 , năng suất yêu cầu Q = 35T/h; chiều dài máy L = 20 m. Năng suất của vít tải tính theo công thức: = ctn 4 D. 60Q 2 , T/h; trong đó: D - đờng kính vít, D=100ữ800mm; t - bớc xoắn của vít, mm; n - tốc độ quay của vít, vg/ph; - hệ số điền đầy vật liệu vào lòng máng; c - hệ số ảnh hởng của góc nghiêng đặt máy. Bớc vít t đợc chọn theo công thức: t = (0,5 ữ 1)D, giá trị lớn dùng cho vật liệu nhẹ. ở đây vận chuyển xi măng nên chọn t = 0,8D. Vậy ta chọn sơ bộ n = 36 vg/ph phù hợp điều kiện cho trong bảng 15-3. Chuyên chở xi măng ta có hệ số K = 30 và = 0,125 ( bảng 15-2). Góc đặt máy =10 0 nên c =0,8 ( bảng15-1). Thay các giá trị vào công thức tính năng suất ta đơc: 358,0.125,0.2,1.36.8,0. 4 D14,3 60Q 3 == T/h. Từ đó tính đợc D 600 mm Đờng kính này phải kiểm tra theo điều kiện: D (4 ữ 6)a max đối với vật liệu nguyên khai là hoàn toàn thoả mãn. Vậy t = 0,8.600 = 480mm. Tốc độ quay của vít kiểm tra theo điều kiện: n n max = 7,38 6,0 30 D K == vg/ph. Tốc độ chọn phù hợp điều kiện. 147 Công suất trên trục vít tải: 55,9)1736,04.( 360 20.35.2,1 )sin( 367 L.Qk N t vit =+== , KW; k t - hệ số tăng công suất, k t =1,2 = 4 - hệ số lực cản (bảng 15-2). Công suất cần thiết của động cơ: 2,11 85,0 55,9 N N vit dc == = KW. Tra theo catalô chọn đợc động cơ loại AO2-61-4 có các thông số: N đc =13 KW, n =1440 vg/ph, J = 0, 102 Nm/s 2 , 8,1 M M ;2,2 M M dn kd dn max == Tỷ số truyền chung: 40 36 1440 n n i dc === Có thể thiết kế hoặc lựa chon hộp giảm tốc theo ca ta lô. Ví dụ ở đây có thể chọn hộp giảm tốc PM-650-II có tỷ số truyền i gt = 40,17. Tính lại tốc độ quay thực của vít tải: 8,35 17,40 1440 i n n gt dc th === vg/ph. Mô men xoắn trên trục vít: 2600 8,35 55,9 .9750 n N 975M dc x === Nm Lực dọc trục: 8921 )33'4818(tg.225,0 2548 )(rtg M P 00 = + = + = N r - bán kính trung bình đặt lực P, r = (0,35 ữ 0,4)D, m; r = 0,75.0,3=0,225m - góc nâng vít xoắn: '481834,0 225,0.14,3.2 48,0 r2 t tg 0 === = - góc ma sát giữa xi măng và máng, lấy f = tg = 0,65 = 33 0 . Từ đó có thể thiết kế vít tải nh hình 15-1a 148 . ly tâm phải lớn. Vì vậy vít tải đặt đứng có tốc độ quay lớn hơn nhiều so với tốc độ của vít tải đặt nằm ngang. Vít tải đặt đứng tiết kiệm đợc diện tích, kín và dỡ tải bất cứ vị trí nào cần. Cơ cấu dỡ tải, 8 - Cánh vít, 9 - Vỏ hộp, 10- Cơ cấu cấp tải, 11 - Nắp hộp. b) Vít tải đặt đứng. A-A 1 2 3 4 5 11 10 7 8 9 6 A A a) b) đây là vật liệu vận chuyển. Vít tải có thể có một hoặc. 10 và lấy tải ra khỏi máng bằng cơ cấu 7. Để bảo đảm an toàn, vít tải có thêm nắp 11. Vận chuyển vật liệu bằng vít tải có nhiều u điểm: Vật liệu chuyển động trong hộp kín, nhận và dỡ tải bất