Xác định các thông số hợp lý của băng tải theo tiêu chuẩn ISO 5048:1989 (P2)

>> Xác định các thông số hợp lý của băng tải theo tiêu chuẩn ISO 5048:1989 (P1)

2.2. Năng suất và công suất dẫn động

Năng suất băng tải I_v trong các công thức tính toán lực cản kể trên phụ thuộc vào diện tích mặt cắt ngang băng, vận tốc băng, hệ số phụ thuộc độ nghiêng băng. Trong [5,7] quy định tính như sau:
I_v = S kv                 (14)
Diện tích mặt cắt băng tùy vào dạng băng tải loại 1 con lăn S = S₁, 2 con và 3 con lăn thì S = S₁ + S₂ như Hình 2: Trong đó:
 
F_U = F_(xi) là tổng các lực cản phụ thuộc vào các thông số cần lựa chọn và thiết kế hợp lý,(N). Ký hiệu các thông số trong công thức trên và đơn vị tính trình bày trong Bảng 1 và Bảng 2.

2.3. Phương pháp tính toán các thông số theo hệ số kéo và giới hạn lực bền kéo

Trong thiết kế băng tải, thông thường một số thông số về kết cấu con lăn đỡ, góc nghiêng con lăn và kích thước con lăn lấy theo con lăn tiêu chuẩn hoặc công thức kinh nghiệm [1, 2, 5, 15]. Việc chọn băng tải theo chiều rộng băng và kết cấu băng thông qua lực kéo phá hủy băng tải F_F, giá trị F_F càng lớn thì kết cấu băng càng phức tạp và đắt tiền. Đặc biệt ngày nay băng tải được sản xuất theo các dãy tiêu chuẩn, việc lựa chọn băng tải cần phù hợp với thông số định trước. Hệ số kéo băng cần đảm bảo điều kiện không bị trượt tương ứng công suất cần thiết. Khoảng cách con lăn đỡ trên và con lăn đỡ dưới phải đảm bảo điều kiện độ võng cho phép. Lực kéo lớn nhất 2 nhánh tương đương nhau, sẽ cho phép phát huy hết khả năng chịu tải của băng đã chọn và đặc biệt giảm số lượng con lăn không cần thiết ở góc nghiêng băng tải khác nhau. Các vấn đề trên đặc biệt có ý nghĩa khi thiết kế kỹ thuật băng tải, giúp nhanh chóng lựa chọn loại băng, khoảng cách con lăn đỡ, công suất dẫn động và có thể đánh giá mức độ dự trữ an toàn thiết bị khi cần tăng năng suất vận chuyển.

Gọi e^μφ là hệ số kéo của tang dẫn băng tải, từcông thức (13) ta có: Theo [5, 7] lực căng băng tải cần thiết để đảm bảo độ võng cho phép đối với nhánh mang tải và không mang tải là:
  Trong đó, ký hiệu các thông số trong công thức và đơn vị tính trình bày trong Bảng 1 và Bảng 2. Công thức (19) áp dụng cho nhánh mang tải, công thức số (20) cho nhánh không tải. Ở đây lực căng băng tối thiểu F_min(N) trên nhánh có tải và không tải để đảm bảo băng không bị võng vượt quá giá trị cho phép là tỉ số độ võng trên khoảng cách 2 con lăn, h/a=(0,005÷0,002) [5, 7]. Trường hợp F₂ là sức căng nhánh nhả của tang dẫn được xác định ở điều kiện đảm bảo độ võng cho phép của băng tương ứng Fⁿ_min, khi đó hệ số kéo của tang dẫn ma sát là: Trong mô hình tính, ta xét trường hợp F₂ là sức căng nhánh nhả tang chủ động tương ứng điều kiện đảm bảo độ võng cho phép Fⁿ_min, khoảng cách con lăn trên nhánh có tải nhỏ hơn nhánh không tải a₀ < a_u. Với giả thiết trên điều kiện bền khi tính chọn băng tải theo công thức (22), trong phạm vi bài viết chỉ là: Chọn băng tải theo giá trị giới hạn lực bền kéo băng tải {F_F}, giá trị giới hạn lực bền kéo thuộc miền: Trong đó, {F_Fu}, {F_F0} là miền giá trị giới hạn lực bền kéo băng tải nhánh không tải và nhánh có tải tính bởi công thức (25) và (28). Giá trị F_u được theo công thức (3) tới (11) tùy dạng kết cấu con lăn đỡ và kết cấu băng, chiều dài vận chuyển. Khi xét điều kiện lực kéo nhánh căng cuốn vào tang chủ động và tang bị động thiết kế coi như có giá trị tương đương nhau, ta xác định được quan hệ khoảng cách con lăn đỡ giữa nhánh có tải và không tải.  
3. Mô hình bài toán, thuật toán và ví dụ khảo sát

3.1. Mô hình bài toán và thuật toán
   
Mô hình chung bài toán tính toán xác định các thông số hợp lý băng tải được mô tả gồm các thông số cho trước X₀, các thông số cần khảo sát xác định hợp lý X, các công thức, điều kiện bài toán và thuật toán tính toán. Trong bài viết sử dụng phương pháp số với các công cụ và đồ họa trong phần mềm Matlab là cơ sở xác định các thông số hợp lý. Các thông số cho trước X₀ bao gồm các thông số liên quan vật liệu, kích thước hình học, các hệ số tính toán, thông số kết cấu con lăn... các giá trị này cho Bảng 2. Các thông số khảo sát xác định hợp lý X gồm khoảng cách các con lăn đỡ trên và dưới, hệ số kéo cho phép, công suất dẫn động. Các thông số này theo mô hình bài toán sẽ khảo sát theo các góc nghiêng băng tải δ_i. Tập xác định các thông số từ giá trị kinh nghiệm, yêu cầu vật liệu và điều kiện tính toán. Mô tả các thông số như sau: Các công thức, điều kiện bài toán và thuật toán tính toán của phương pháp tính theo giới hạn lực bền kéo và hệ số kéo của băng như mục 2.3: Khoảng cách 2 con lăn nhánh có tải và không tải phụ thuộc vào cả góc nghiêng băng, giá trị khoảng cách tăng dần theo góc nghiêng băng. Đồ thị Hình 5 và Hình 6 kết hợp với điều kiện a_0min = a_umin = 0,5(m), a_0max = a_umax = 5(m) sẽ giúp thu hẹp miền xác định khoảng cách 2 con lăn đỡ. Đối với hệ số kéo để đảm bảo điều kiện làm việc theo lực kéo tới hạn, cần chọn giá trị thiết kế ở bên trên đồ thị Hình7. Khoảng cách 2 con lăn đỡ càng nhỏ thì giá trị hệ số kéo yêu cầu càng lớn. Rõ ràng để tăng hệ số kéo, cần thiết kế kết cấu phức tạp hơn như dùng tang phụ, dùng nhiều tang dẫn, tăng lực căng băng... Qua khảo sát và tính toán góc nghiêng băng tải δ hầu như ít ảnh hưởng tới hệ số kéo. Với các giá trị lực kéo băng khác nhau trong dãy tiêu chuẩn lựa chọn, khoảng cách 2 con lăn nhánh không tải lớn hơn 3m thì giá trị hệ số kéo giảm tuy nhiên không nhiều, còn nhỏ hơn 3m thì hệ số kéo tăng lên nhanh chóng. Như vậy nếu chọn khoảng cách 2 con lăn nhánh không tải lớn hơn 3m thì hệ số kéo cho phép cần lớn hơn 4.  
Về quan hệ giữa năng suất và công suất dẫn động cũng được nhiều nghiên cứu chỉ ra, với thông số cho trước đã nêu, quan hệ giữa 2 thông số này tương ứng góc nghiêng băng tải được xác định như Hình 8. Năng suất và công suất đồng biến, góc nghiêng băng tải càng lớn thì công suất càng tăng nhanh. Hệ số kéo tăng, công suất dẫn động cho phép tăng. Ví dụ với băng tải chọn có lực kéo phá hủy 1000KN thì kết quả khảo sát công suất theo hệ số kéo cho phép tương ứng góc nghiêng băng tải δ_i như Hình9. Hệ số kéo chọn tối thiểu đều phải lớn hơn 4 của điều kiện khoảng cách con lăn. Kết quả cuối cùng ta xác định được miền các thông số hợp lý như Bảng 3 gồm hệ số kéo, khoảng cách các con lăn, công suất dẫn động cấn thiết. Kết quả tính toán khảo sát ở Bảng 3 và Hình 8, Hình 9 so sánh số liệu trong [4] khi cùng năng suất là 0,22m³/s, góc nghiêng băng tải 180 các dữ liệu về vật liệu và tải trọng, khoảng cách vận chuyển tương đương. Kết quả cho thấy nếu giới hạn lực bền kéo băng tải là 1000KN công suất cần thiết là 400kW nhỏ hơn là 20% so với [4], tương ứng hệ số kéo tối thiểu 7,5. Miền thông số khoảng cách con lăn được khuyến cáo với nhánh có tải từ 2,3m tới 2,6m, nhánh không tải từ 3 - 5m. Trường hợp sử dụng động cơ có công suất tối đa 500kW như [4] hoàn toàn có thể nâng cao được năng suất tăng 36% từ 0,22m³/s lên 0,3m³/s, với hệ số kéo cần thiết tối thiểu cần đạt 8,5. Miền thông số khoảng cách con lăn được khuyến cáo không thay đổi.

4. Kết luận

Trên cơ sở phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước, bài viết đã nêu phương pháp tính toán băng tải theo tiêu chuẩn ISO 5048:1989, JIS B 8805:1992, DIN 2210:2002 và mô hình bài toán để khảo sát xác định các thông số hợp lý. Nghiên cứu này đặc biệt có ý nghĩa khi thiết kế kỹ thuật, giúp phát huy hết khả năng làm việc băng tải. Dựa trên cơ sở các tiêu chuẩn này đã đưa ra phương pháp tính toán các thông số theo hệ số kéo và lực giới hạn bền kéo băng tải. Phương pháp này áp dụng chung cho băng tải cao su có tang dẫn truyền lực bằng ma sát. Bài viết đã thiết lập bài toán và xây dựng thuật toán khảo sát xác định các thông số hợp lý là khoảng cách các con lăn đỡ, hệ số kéo cho phép, công suất dẫn động cần thiết. Kết quả ví dụ tính toán khảo sát đã đưa ra bộ thông số cho phép phát huy tối đa dự trữ bền của băng, tăng năng suất và công suất thiết kế. Kết quả khảo sát cho thấy có thể tăng năng suất 36% khi cùng công suất dẫn động so với [4] với các thông số hợp lý lựa chọn, kết quả tính cũng có thể đánh giá được mức độ dự trữ an toàn thiết bị đã có khi cần tăng năng suất vận chuyển.
(Hết)

Tài liệu tham khảo

[1] Ngân, N. H., Sơn, N. D. (2004).Kỹ thuật nâng chuyển - Máy vận chuyển liên tục. Nhà xuất bản đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.

[2] Đức, P. (2010).Máy vận chuyển liên tục. Nhà xuất bản Giao thông vận tải.

[3] Thạch, L. D., Linh, N. N., Tuấn, V. A. (2012). Nghiên cứu xác định các thông số động lực học của máng trọng lực vận chuyển vật liệu.Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 6(4):7-16.

[4] Djouema, N., Belhamra, A. (2018). Simulation and optimization of realized traction factor of belt con-veyor.Synthèse: Revue des Sciences et de la Technologie, 37:170-182.

[5] ISO 5048:1989.Continuous mechanical handling equipment - belt conveyors with carrying idlers - cal-culation of operating power and tensile forces. International Organization for Standardization.

[6] DIN 22101:2002.Continuous conveyors-belt conveyors for loose bulk materials - basis for calculationand dimensioning. German Institute for Standardization.

[7] JIS B 8805:1992. Rubber belt conveyors with carrying idlers calculation of operating power and tensileforces. Japan Industrial Standard.

[8] Zhang, S., Xia, X. (2011). Modeling and energy efficiency optimization of belt conveyors.AppliedEnergy, 88(9):3061–3071.

[9] Akparibo, A. R., Normanyo, E. (2019). Application of resistance energy model to optimising electricpower consumption of a belt conveyor system.International Journal of Power Systems, 4.

[10] Kumar, P. V., Goriparti, S., Ganesh, C. V. (2022). A study on belt conveyor system for improving dynamicresponse and energy efficiency.Journal of Engineering Sciences, 13(6):913-921.

[11] Mehul, A. K. (2018). Optimization of belt conveyor system by increasing its energy efficiency. International Journal of Innovative Research In Technology, 5(5):79-85.

[12] Salawu, G., Bright, G., Onunka, C. (2020). Modelling and simulation of a conveyor belt system for optimal productivity. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET), 11(1):115-121.

[13] Youssef, G. S., Taha, I., Shihata, L. A., Abdel-ghany, W. E., Ebeid, S. J. (2015). Improved energy effi-ciency in troughed belt conveyors: Selected factors and effects. International Journal of Engineering and Technical Research, 3(6):174-180.

[14] Tuyến, L. Q., Nam, L. P., Thủy, B. T. (2022). Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình cân định lượng ứng dụng PLC và biến tần. Đặc san khoa học Công nghệ - Đại học Việt Trì, 1:45-48.

[15] Rulli Rulmeca S.p.A (2003). Rollers and components for bulk handling. Truy cập ngày 10/2/2023.