A động cơ bánh răng băng tải Đây là một thông số kỹ thuật có vẻ đơn giản cho đến khi băng tải được lắp đặt nghiêng, có chức năng tích lũy hàng hóa hoặc được khởi động hai mươi lần mỗi giờ. Khi đó, hệ thống truyền động không còn chỉ là tỷ số truyền và công suất định mức nữa, mà trở thành một loạt các quyết định liên quan đến độ trượt, khả năng giữ tải, nhiệt độ và cách lắp đặt cơ khí. Hướng dẫn này đề cập đến các quyết định đó đối với băng tải đai, theo thứ tự cần thực hiện, kèm theo các số liệu cụ thể cho từng quyết định.
Trước khi mở bất kỳ danh mục nào, cần phải xác định bốn thông số. Các thông số này xuất phát từ thiết kế băng tải, chứ không phải từ động cơ, và chúng quyết định mọi yếu tố ở các công đoạn tiếp theo.
| Biến | Phạm vi điển hình | Tại sao yếu tố này lại quyết định việc lựa chọn động cơ |
|---|---|---|
| Tốc độ băng tải | 0,1 – 1,5 m/s đối với băng tải công nghiệp | Kết hợp với đường kính ròng rọc, thông số này xác định số vòng quay trên phút (r/min) của đầu ra và do đó xác định tỷ số truyền |
| Đường kính ròng rọc truyền động | 80 – 300 mm trên các băng tải nhẹ và trung bình | Điều chỉnh thanh truyền mô-men xoắn: một ròng rọc nhỏ cần mô-men xoắn lớn hơn để tạo ra lực kéo dây đai tương đương |
| Tổng khối lượng chuyển động | Dây đai + sản phẩm + bất kỳ chất tích tụ nào | Đặt lực tiếp tuyến và tải trọng khởi động trong trường hợp đai chịu tải khi đang ở trạng thái đứng yên |
| Số lần khởi động mỗi giờ và ca làm việc | 1 – 60 lần khởi động/giờ, 8 – 24 giờ/ngày | Xác định hệ số tải, cấp độ làm việc của động cơ và liệu có cần sử dụng biến tần (VFD) hay không |
Việc chuyển đổi từ tốc độ dây đai sang tốc độ trục sử dụng đường kính hiệu dụng của ròng rọc, bao gồm cả lớp bọc:
n = 60 × v ÷ (π × D)
Một dây đai có tốc độ 0,4 m/s trên ròng rọc đường kính 125 mm cần khoảng 61 vòng/phút tại trục truyền động. Cùng một dây đai đó khi được lắp trên puli có đường kính 250 mm chỉ cần 31 vòng/phút — tốc độ bằng một nửa nhưng mô-men xoắn gấp đôi so với cùng một lực kéo của dây đai. Đây là lý do tại sao đường kính puli là một quyết định liên quan đến hệ thống truyền động, chứ không chỉ đơn thuần là vấn đề cơ học.
Đối với băng tải ngang, lực cản chủ yếu phụ thuộc vào cách băng tải được đỡ. Với cấu trúc giường trượt, nơi băng tải trượt trên một tấm thép hoặc polymer, hệ số ma sát nằm trong khoảng 0,05–0,10 tùy thuộc vào mặt sau của băng tải và tải trọng. Đối với băng tải được đỡ bằng con lăn, hệ số ma sát thấp hơn, thường dưới 0,05 khi ở trạng thái tốt. Khi nhân lên trên toàn bộ chiều dài của băng tải, sự chênh lệch này sẽ quyết định liệu cần sử dụng động cơ 0,4 kW hay 1,5 kW.
Đối với băng tải nghiêng, hãy thêm thành phần trọng lực và lưu ý rằng nó chỉ hoạt động theo một hướng duy nhất:
F = m × g × (sin θ + μ × cos θ)
Khi băng tải đi xuống, dấu của thành phần trọng lực sẽ đảo ngược, và băng tải có thể trượt tự do khi mang tải. Trường hợp này không cần động cơ công suất lớn hơn; mà cần động cơ có phanh hoặc bộ chặn ngược, và hai thiết bị này không thể thay thế cho nhau. Bộ chặn ngược ngăn chặn sự quay ngược lại một cách cơ học và là lựa chọn đúng đắn cho các băng tải nghiêng phải giữ nguyên vị trí khi dừng lại. Phanh điện từ giữ tải và cũng làm dừng tải, nhưng phanh được kích hoạt theo chu kỳ như một điểm dừng sản xuất sẽ bị mòn trước khi động cơ hỏng.
Các băng tải tích lũy sản phẩm — chẳng hạn như băng tải liên tục cấp liệu cho máy định vị, hoặc đoạn băng tải làm mát bị đầy sản phẩm khi có sự cố dừng máy ở công đoạn sau — có thể tạo ra tải khởi động gấp nhiều lần so với tải hoạt động. Lúc đó, hệ thống truyền động phải giải phóng băng tải đang chở đầy tải, và mô-men xoắn khởi động của động cơ cảm ứng xoay chiều (AC), khoảng từ hai đến hai lần rưỡi so với giá trị định mức, có thể không đủ.
Ba giải pháp thiết thực, theo thứ tự ưu tiên:
Tần suất khởi động là khía cạnh còn lại của cùng một vấn đề. Một băng tải thực hiện 30 lần khởi động mỗi giờ không được coi là ứng dụng hoạt động liên tục S1 về mặt nhiệt, mặc dù băng tải không bao giờ dừng lại trong thời gian dài. Mỗi lần khởi động đều tạo ra dòng điện và nhiệt do rôto bị khóa trong các cuộn dây; tần suất chu kỳ cho phép của động cơ phụ thuộc vào khả năng chịu nhiệt của nó, do đó, một bộ biến tần được lựa chọn chỉ dựa trên mô-men xoắn hoạt động có thể bị quá nhiệt trong điều kiện làm việc theo chu kỳ cao.
| Sắp xếp | Phù hợp nhất cho | Hãy chú ý đến |
|---|---|---|
| Động cơ bánh răng gắn trên chân đế + khớp nối | Băng tải cố định có không gian dành cho tấm đế | Mài mòn do sai lệch trục và kết nối; cần lắp tấm chắn |
| Lắp bằng mặt bích (B5/B14) ở đầu trục truyền động | Bố trí gọn gàng, cải tạo | Mặt bích và trục phải chịu được trọng lượng của bộ truyền động và mô-men phản ứng |
| Hộp giảm tốc gắn trên trục có thanh truyền mô-men xoắn | Băng tải nặng, không có tấm đế | Thanh mô-men xoắn phải có thể di chuyển tự do; không cần căn chỉnh nhưng cần có chốt chặn khi di chuyển trên dốc |
| Động cơ bánh răng góc vuông kết nối trực tiếp | Các băng tải mà bộ truyền động phải được lắp đặt song song với khung | Hiệu suất của mỗi cấp giảm nhẹ; hãy kiểm tra tải trọng treo trên trục |
Vị trí truyền động cũng rất quan trọng. Hệ thống truyền động đầu dây tạo lực căng cho đai khi có tải và là lựa chọn thông thường; hệ thống truyền động cuối dây giúp giảm nhẹ yêu cầu mô-men xoắn đối với các đai dài nhưng khiến bộ truyền động dễ bị rò rỉ hơn. Dù là trường hợp nào, chỉ số tải treo của hộp giảm tốc sẽ trở nên quan trọng ngay khi một ròng rọc hoặc bánh xích được lắp vào trục đầu ra của nó — đai bị căng quá mức là nguyên nhân dẫn đến hỏng ổ trục, và không có mức dự phòng nào của động cơ có thể bù đắp được điều này.
Băng tải tốc độ cố định có giá thành rẻ nhất khi sử dụng động cơ giảm tốc AC khởi động trực tiếp. Biến tần (VFD) sẽ phát huy tác dụng khi đáp ứng bất kỳ điều kiện nào sau đây: tốc độ băng tải phải được điều chỉnh phù hợp với máy móc ở công đoạn tiếp theo; sản phẩm cần khởi động từ từ để tránh bị lật hoặc trượt; băng tải phải chạy ở các tốc độ khác nhau cho các mã sản phẩm (SKU) khác nhau; hoặc bộ truyền động phải có khả năng đảo chiều. Dưới đây là hai điểm cần lưu ý về thông số kỹ thuật:
Việc định vị băng tải, lớp bọc ròng rọc và hành trình của bộ căng cũng đều có mối liên hệ với việc lựa chọn hệ thống truyền động: một băng tải phải chạy với tốc độ cao mới có thể định vị chính xác thường là do vấn đề liên quan đến bộ căng hoặc việc căn chỉnh, chứ không phải do hệ thống truyền động. Các hệ thống truyền động vận chuyển vật liệu quy mô lớn hơn, bao gồm cả hệ thống chuyển tải và thang máy, được so sánh trong động cơ bánh răng dùng trong vận chuyển vật liệu.
Các băng tải thường phải hoạt động trong môi trường bụi bặm, ẩm ướt hoặc phải chịu rửa trôi thường xuyên hơn nhiều so với điều kiện thiết kế của bộ truyền động. Có ba lựa chọn phù hợp với hầu hết các trường hợp: tiêu chuẩn IP55 cho các băng tải trong nhà và ngoài trời thông thường có nắp che chống nhỏ giọt; vỏ máy đạt tiêu chuẩn chống rửa trôi sử dụng chất bôi trơn đạt tiêu chuẩn thực phẩm khi dây chuyền được làm sạch bằng nước; và các điểm nối cáp kín khi động cơ nằm gần khu vực có nguy cơ bị tràn chất lỏng. Bụi là nguyên nhân gây hỏng hóc phổ biến hơn nước đối với các băng tải chở hàng rời — bụi bám vào các cánh tản nhiệt, và động cơ không thể tản nhiệt sẽ giảm công suất một cách âm thầm cho đến khi ngắt mạch.
Các phép tính liên quan đến các bước từ 2 đến 4 được trình bày kèm theo một ví dụ giải chi tiết trong Xác định kích thước hộp giảm tốc; mục đích của bài viết này là đưa ra đánh giá cụ thể về hệ thống băng tải. Các hệ thống truyền động băng tải tiêu chuẩn thường được lắp đặt trên các khung cỡ trung bình — các 750 W và Động cơ bánh răng 1500 W phù hợp với phần lớn các ứng dụng băng tải đai có tải trọng nhẹ và trung bình, với Khung 400 W phù hợp với các lô hàng nhỏ và nhẹ.
Việc lựa chọn động cơ bánh răng cho băng tải chủ yếu tập trung vào những trường hợp mà tính toán vận hành thông thường bỏ sót: khởi động khi tải đầy, băng tải nghiêng có xu hướng chạy ngược, 30 lần khởi động mỗi giờ, và ròng rọc gây ra tải uốn lên trục ra. Nếu xử lý rõ ràng bốn yếu tố này, việc xác định tỷ số truyền và công suất định mức sẽ trở nên đơn giản. Nếu bạn có thể cung cấp tốc độ dây đai, đường kính ròng rọc, tải trọng và độ dốc, thì động cơ giảm tốc bánh răng trung bình có thể được đối chiếu trực tiếp với nhiệm vụ.
Chia 60 lần tốc độ dây đai (tính bằng m/s) cho π nhân với đường kính hiệu dụng của ròng rọc (tính bằng mét). Một dây đai có tốc độ 0,5 m/s chạy trên ròng rọc có đường kính 200 mm cần tốc độ khoảng 48 vòng/phút tại trục truyền động.
Nếu băng tải đang chở hàng sẽ chạy ngược lại khi hệ thống truyền động dừng lại, thì đúng vậy — cần có bộ chặn ngược để chỉ giữ nguyên vị trí, và cần có động cơ phanh nếu tải cũng phải được dừng lại. Các băng tải ngang thông thường không cần cả hai thiết bị này.
Do mô-men xoắn khởi động của dây đai khi có tải vượt quá mô-men xoắn khởi động của động cơ, hoặc hệ thống truyền động chỉ được thiết kế dựa trên tải hoạt động. Hãy kiểm tra điều kiện khởi động trước tiên, sau đó kiểm tra hệ số an toàn đã được sử dụng trong quá trình lựa chọn ban đầu.
Đúng vậy, với động cơ được thiết kế để hoạt động với biến tần và tỷ số truyền giúp duy trì tần số hoạt động bình thường trong khoảng từ 30 đến 60 Hz. Nên trang bị hệ thống làm mát cưỡng bức nếu băng tải hoạt động ở tốc độ rất thấp trong thời gian dài.
Các bộ truyền động gắn trên trục giúp tiết kiệm không gian và giảm bớt công việc căn chỉnh trên các băng tải nặng, trong khi các bộ truyền động gắn trên chân lại dễ bảo trì hơn trên các băng tải nhẹ. Việc lựa chọn thường phụ thuộc vào thiết kế khung hơn là chính bộ truyền động.
