Lực kéo băng, mô-men tại tang, tốc độ, quán tính quy về động cơ, mô-men gia tốc và công suất động cơ cần.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Băng tải là thiết bị vận chuyển phổ biến nhất trong xưởng: chuyển phôi giữa các trạm hàn, đưa sản phẩm ra khu đóng gói. Bài toán tính lực kéo băng, mô-men cần ở trục động cơ (gồm phần kéo tải và phần tăng tốc), công suất cần và chọn cỡ động cơ giảm tốc tiêu chuẩn.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Đẩy một thùng hàng trên sàn: lúc bắt đầu đẩy phải dùng sức nhiều hơn (để thùng từ đứng yên chuyển sang chạy), sau đó chỉ cần đủ sức thắng ma sát. Động cơ băng tải cũng vậy: mô-men cần = phần thắng ma sát và độ dốc + phần tăng tốc. Hộp số giống chiếc xe đạp ở số nhẹ: chân đạp nhanh hơn nhưng nhẹ hơn i lần.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.3 lực · 0.4 mô-men · 0.10 ma sát · 0.11 quay · 0.12 công suất · 0.13 quán tính · 0.7 hệ số an toàn
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| ml, mb | Khối lượng tải nằm trên băng cùng lúc, khối lượng băng (phần di chuyển) | kg | Cân phôi × số phôi trên băng; khối lượng băng theo catalogue băng (kg/m²) × diện tích |
| md | Khối lượng mỗi tang (puly) – sheet tính 2 tang | kg | Bản vẽ tang hoặc cân thực tế |
| μ | Hệ số ma sát băng – mặt đỡ | – | Băng trượt trên tấm thép/nhựa ≈ 0,3; chạy trên con lăn ≈ 0,05 |
| θ | Góc nghiêng băng so với phương ngang | ° | Bản vẽ bố trí; băng ngang nhập 0 |
| D, v | Đường kính tang dẫn, vận tốc băng yêu cầu | mm, m/s | Bản vẽ; v từ nhịp sản xuất (chiều dài bước / thời gian chu kỳ) |
| ta | Thời gian tăng tốc từ 0 đến v | s | Tự chọn; có biến tần thường 0,5–2 s |
| i, η | Tỉ số truyền và hiệu suất hộp số (cả xích nếu có) | – | Catalogue động cơ giảm tốc SEW, Nord, Oriental Motor; trục vít ≈ 0,5–0,8, bánh răng côn/trụ ≈ 0,9–0,95 |
| Jm | Quán tính rotor động cơ | kg·m² | Catalogue động cơ (SEW, Siemens, Oriental Motor) |
| Sf | Hệ số an toàn | – | 1,5–2 |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Tốc độ tang và tốc độ động cơ
Mỗi vòng quay tang kéo băng đi một đoạn bằng chu vi π·D. Nhân với tỉ số hộp số ra tốc độ động cơ:
nd = v·60000/(π·D) ; nm = nd · i
Bước 2. Lực kéo băng
Trọng lượng tải + băng tạo ma sát trên mặt đỡ; nếu băng dốc còn phải kéo thêm thành phần trọng lực dọc dốc:
F = (ml + mb)·g·(sinθ + μ·cosθ)
Bước 3. Mô-men tải quy về động cơ
Lực kéo nhân bán kính tang ra mô-men ở tang; qua hộp số mô-men giảm i lần nhưng bị hao do hiệu suất η:
TL = F·D / (2·i·η)
Bước 4. Quán tính quy về động cơ
Tải và băng chạy thẳng coi như khối lượng gắn ở bán kính tang; mỗi tang là trụ đặc (½·m·r²). Quy qua hộp số chia i²:
JL = [(ml + mb)·(D/2)² + 2·½·md·(D/2)²] / i²
Bước 5. Mô-men gia tốc
Mô-men cần để đưa động cơ và tải từ đứng yên lên tốc độ nm trong thời gian ta:
Ta = (Jm + JL)·ω / ta , ω = 2π·nm/60
Bước 6. Mô-men, công suất yêu cầu và chọn cỡ động cơ
Cộng hai phần, nhân hệ số an toàn; đổi ra công suất rồi lấy cỡ động cơ tiêu chuẩn kế trên trong bảng Du_lieu:
T = (TL + Ta)·Sf ; P = T·2π·nm/60000 ; Pm ≥ P
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Khối lượng tải trên băng | ml | 30 | kg | |
| 2 | Khối lượng băng | mb | 5 | kg | |
| 3 | Khối lượng mỗi tang (2 tang) | md | 2 | kg | |
| 4 | Hệ số ma sát băng – mặt trượt | μ | 0,3 | Trượt trên tấm 0,3; trên con lăn 0,05 | |
| 5 | Góc nghiêng | θ | 0 | ° | |
| 6 | Đường kính tang dẫn | D | 80 | mm | |
| 7 | Vận tốc băng | v | 0,3 | m/s | |
| 8 | Thời gian tăng tốc | ta | 1 | s | |
| 9 | Tỉ số hộp số | i | 20 | ||
| 10 | Hiệu suất truyền động | η | 0,8 | ||
| 11 | Quán tính rotor động cơ | Jm | 0,0003 | kg·m² | |
| 12 | Hệ số an toàn | Sf | 1,5 |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 13 | Tốc độ tang | nd | 71,62 | v/ph | n = v/(πD) |
| 14 | Tốc độ động cơ | nm | 1 432 | v/ph | |
| 15 | Lực kéo băng | F | 103 | N | F = m·g·(sinθ + μcosθ) |
| 16 | Mô-men tải quy về động cơ | TL | 0,258 | Nm | TL = F·D/(2·i·η) |
| 17 | Quán tính tải quy về động cơ | JL | 0,000148 | kg·m² | [m(D/2)² + 2·½·md(D/2)²]/i² |
| 18 | Mô-men gia tốc | Ta | 0,0672 | Nm | Ta = (Jm + JL)·ω/ta |
| 19 | MÔ-MEN YÊU CẦU | T | 0,487 | Nm | |
| 20 | Công suất yêu cầu | P | 0,0731 | kW | |
| 21 | Cỡ động cơ chuẩn | Pm | 0,18 | kW |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: Tốc độ động cơ = 1 432 v/ph; MÔ-MEN YÊU CẦU = 0,487 Nm; Công suất yêu cầu = 0,0731 kW.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Vận tốc băng 0,3 m/s với tang Ø80 cho tang ≈ 72 v/ph; động cơ 4 cực ≈ 1400 v/ph nên tỉ số hộp số ≈ 20. Chọn i trước theo nm ≈ 1400 rồi mới tính mô-men.
- Chọn động cơ giảm tốc trong catalogue SEW, Nord, Oriental Motor: công suất ≥ Pm, tốc độ ra gần nd, mô-men ra ≥ T·i·η; sau đó kiểm tra hệ số làm việc fB ở TB20.
- Băng nghiêng lên dốc: khi mất điện tải có thể kéo băng chạy ngược – dùng động cơ có phanh hoặc hộp số trục vít tự hãm.
- Lỗi hay gặp: quên khối lượng băng và tang, hoặc dùng μ của con lăn (0,05) cho băng trượt trên tấm (0,3) – lực kéo sai tới 6 lần.
- Nếu động cơ quá to: giảm μ (chuyển sang đỡ con lăn), tăng thời gian tăng tốc ta (dùng biến tần đặt ramp), hoặc giảm vận tốc băng.