Giải thích chi tiết: Động cơ băng tải

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

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

Hình TB18.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

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

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.