Nội dung bài viết
Khi thiết kế một băng tải, câu hỏi đầu tiên về điện luôn là: động cơ bao nhiêu kW là đủ? Chọn nhỏ thì băng không kéo nổi khi đầy hàng, động cơ nóng, biến tần báo quá tải. Chọn quá lớn thì tốn tiền động cơ, hộp số, biến tần và tủ điện. Bài này trình bày cách tính đơn giản theo tài liệu tính toán băng tải của nhà sản xuất dây băng Forbo Siegling, kèm 3 ví dụ tính đủ bước.
Cách tính ở đây phù hợp cho băng tải hàng kiện (thùng, bao, khay) và băng tải hàng rời cỡ nhỏ, trung bình trong nhà xưởng. Băng tải hàng rời dài, tải lớn (mỏ, cảng, nhà máy xi măng) cần tính đầy đủ theo tiêu chuẩn như DIN 22101 hoặc phần mềm của nhà sản xuất dây băng.
Công suất động cơ đi từ lực kéo
Mọi phép tính đều đi theo 3 bước:
- Tính lực kéo hiệu dụng Fu (N): lực mà tang dẫn động phải kéo để băng chạy đều. Lực này gồm ma sát (băng trượt trên bàn đỡ hoặc lăn trên con lăn) và thành phần trọng lực khi băng tải nghiêng.
- Tính công suất trên tang dẫn động: Pa = Fu × v / 1000 (kW), với v là tốc độ băng (m/s).
- Tính công suất động cơ: Pm = Pa / η, với η là hiệu suất truyền động (hộp số, xích, đai). Tài liệu Forbo dùng η = 0,8 trong ví dụ. Sau đó chọn động cơ tiêu chuẩn lớn hơn gần nhất (0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3; 4; 5,5; 7,5 kW...).
Các ký hiệu và hệ số ma sát
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị |
|---|---|---|
| m | Khối lượng hàng nằm trên băng cùng một lúc | kg |
| mB | Khối lượng dây băng (cả nhánh trên và nhánh dưới) | kg |
| mR | Khối lượng các tang, con lăn quay (trừ tang dẫn động) | kg |
| g | Gia tốc trọng trường, 9,81 | m/s² |
| α | Góc nghiêng của băng tải | độ |
| v | Tốc độ băng | m/s |
Khối lượng dây băng = khối lượng 1 m² dây băng (trên bảng thông số của dây băng) × chiều dài dây băng × bề rộng băng. Chiều dài dây băng xấp xỉ 2 lần chiều dài băng tải cộng phần ôm qua hai tang.
Hệ số ma sát tham khảo theo tài liệu Forbo Siegling cho các loại dây băng PVC, PU thông dụng:
| Hệ số | Băng trượt trên bàn đỡ (μT) | Băng lăn trên con lăn (μR) | Hàng dồn ứ trên băng đang chạy (μST) |
|---|---|---|---|
| Mặt dưới không phủ (mã Forbo 0, U0, A0, E0, T, P, NOVO) | 0,33 | 0,033 | 0,33 |
| Mặt dưới có lớp phủ (mã Forbo U1, V1, VH, UH, V2H, U2H, V5H, V10H) | 0,5 | 0,033 | 0,5 |
Tài liệu ghi rõ các hệ số này lấy theo bề mặt đã mòn và bám bẩn sau thời gian sử dụng, lớn hơn bề mặt mới khoảng 1,5 lần, tức là đã có sẵn một phần dự phòng. Dây băng cụ thể nên lấy hệ số trên bảng thông số của chính dây băng đó.
Công thức lực kéo cho từng kiểu băng tải
| Kiểu băng tải | Lực kéo hiệu dụng Fu |
|---|---|
| Nằm ngang, băng chạy trên con lăn | μR · g · (m + mB + mR) |
| Nằm ngang, băng trượt trên bàn đỡ | μT · g · (m + mB/2) + μR · g · (mB/2 + mR) |
| Nghiêng, chạy trên con lăn | μR · g · (m + mB + mR) ± g · m · sinα |
| Nghiêng, trượt trên bàn đỡ | μT · g · (m + mB/2) + μR · g · (mB/2 + mR) ± g · m · sinα |
| Có hàng dồn ứ (băng chạy dưới hàng đang bị chặn lại) | Cộng thêm μST · g · m (khối lượng hàng bị dồn) |
Dấu + khi hàng đi lên, dấu − khi hàng đi xuống. Với băng tải trượt trên bàn, chỉ một nửa dây băng (nhánh trên) trượt trên bàn, nửa còn lại chạy trên con lăn nhánh dưới, nên khối lượng băng chia đôi.
Ví dụ 1: băng tải thùng carton trượt trên bàn, nằm ngang
Băng tải PVC trong kho, dài 12 m, rộng 600 mm, băng trượt trên bàn đỡ bằng tôn. Trên băng cùng lúc có tối đa 24 thùng, mỗi thùng 25 kg. Tốc độ băng 0,5 m/s.
- m = 24 × 25 = 600 kg
- Dây băng giả định 2,5 kg/m², dài khoảng 2 × 12 + 0,5 = 24,5 m: mB = 2,5 × 24,5 × 0,6 ≈ 36,8 kg
- Các tang, con lăn nhánh dưới (giả định): mR = 60 kg
- Mặt dưới băng là vải: μT = 0,33; μR = 0,033
Fu = 0,33 × 9,81 × (600 + 18,4) + 0,033 × 9,81 × (18,4 + 60) ≈ 2.002 + 25 ≈ 2.027 N
Pa = 2.027 × 0,5 / 1000 ≈ 1,01 kW; Pm = 1,01 / 0,8 ≈ 1,27 kW → chọn động cơ 1,5 kW.
Nhận xét: gần như toàn bộ lực kéo đến từ ma sát của hàng trên bàn trượt (2.002 N trên tổng 2.027 N). Nếu đổi sang băng chạy trên con lăn, ma sát giảm khoảng 10 lần và công suất cần giảm mạnh. Băng trượt trên bàn rẻ và êm cho hàng nhẹ, nhưng với hàng nặng thì băng chạy trên con lăn tiết kiệm điện hơn nhiều.
Ví dụ 2: băng tải nghiêng 15°, chạy lên và chạy xuống
Băng tải nghiêng dài 8 m, rộng 600 mm, góc nghiêng 15°, trên băng có 300 kg hàng, tốc độ 0,5 m/s. Thành phần trọng lực của hàng: g × m × sin15° = 9,81 × 300 × 0,259 ≈ 762 N.
Băng trượt trên bàn, chở hàng đi lên: ma sát ≈ 1.030 N, cộng 762 N → Fu ≈ 1.792 N; Pa ≈ 0,90 kW; Pm ≈ 1,12 kW → động cơ 1,1 kW không đủ, chọn 1,5 kW.
Băng chạy trên con lăn, chở hàng đi xuống: ma sát chỉ khoảng 120 N, trừ đi 762 N → Fu ≈ −642 N. Lực kéo âm nghĩa là hàng tự kéo băng chạy xuống, động cơ phải hãm chứ không kéo, và trả năng lượng ngược về biến tần (khoảng 0,32 kW ở 0,5 m/s). Đây chính là trường hợp cần điện trở hãm, xem hướng dẫn chọn biến tần và điện trở hãm cho băng tải.
Cùng một băng tải nghiêng, chiều đi lên quyết định công suất động cơ, còn chiều đi xuống quyết định có cần hãm hay không. Nên tính cả hai chiều.
Ví dụ 3: băng tải muối hàng rời, có độ dốc
Với hàng rời (muối, cát, quặng, nông sản), khối lượng hàng trên băng tính từ năng suất Q (tấn/giờ) và tốc độ băng: khối lượng trên 1 m băng = Q / (3,6 × v) kg/m.
Tài liệu Forbo dùng công thức lực kéo cho hàng rời trên con lăn lòng máng: Fu = g · C4 · f · (m + mB + mR) ± g · m · sinα, trong đó f = 0,025 với con lăn dùng ổ bi, và C4 là hệ số cộng thêm lực cản phụ (bộ gạt, làm sạch băng), giảm dần theo chiều dài: 2 với băng dài 25 m, 1,9 với 50 m, 1,7 với 100 m.
Băng tải muối hạt mịn: dài 25 m, nâng cao 4 m (góc nghiêng khoảng 9,2°), năng suất 30 tấn/giờ, tốc độ 1 m/s, băng cao su rộng 500 mm.
- Hàng trên băng: m = 30 / (3,6 × 1) × 25 ≈ 208 kg
- Dây băng cao su giả định 10 kg/m², dài khoảng 51 m: mB = 10 × 51 × 0,5 = 255 kg
- Con lăn và tang (giả định): mR = 300 kg
Fu = 9,81 × 2 × 0,025 × (208 + 255 + 300) + 9,81 × 208 × (4/25) ≈ 374 + 327 ≈ 701 N
Pa ≈ 0,70 kW; Pm ≈ 0,88 kW → chọn động cơ 1,1 kW.
Góc nghiêng cũng bị giới hạn bởi chính loại hàng: hàng rời sẽ trôi ngược trên băng nếu dốc quá. Tài liệu Forbo đưa góc nghiêng tham khảo theo loại hàng (không phụ thuộc lớp phủ của dây băng), ví dụ: muối mịn 15–18°, muối cục 18–20°, ngũ cốc (trừ yến mạch) 14°, xi măng 15–20°, cát khô hoặc ướt 16–22°. Góc thực tế của băng tải phải nhỏ hơn các giá trị này.
Từ công suất động cơ tới biến tần
Công suất tính ở trên là cho chế độ chạy đều. Lúc khởi động, đặc biệt khi băng dừng lúc đang đầy hàng, động cơ còn phải thắng quán tính và ma sát tĩnh lớn hơn ma sát lúc chạy. Vì vậy:
- Chọn động cơ theo kết quả tính, làm tròn lên cỡ tiêu chuẩn kế tiếp như trên.
- Chọn biến tần theo dòng điện trên nhãn động cơ và chế độ tải nặng (HD); băng hay khởi động khi đầy hàng thì chọn biến tần lớn hơn một cấp. Ví dụ, động cơ 1,5 kW ở ví dụ 1, 2 dùng MV820G1-4T1.5B (dòng ra 4,2 A), hoặc MV820G1-4T2.2B nếu thường xuyên khởi động có tải. Động cơ 1,1 kW ở ví dụ 3 dùng MV820G1-4T1.5B, vì dòng MV820 3 pha 380 V không có cỡ 1,1 kW.
- Cách đọc dòng điện trên nhãn: đọc nhãn động cơ điện. Bảng chọn biến tần, điện trở hãm và các thông số cài đặt cho băng tải: chọn và cài đặt biến tần cho băng tải.
VITCO cung cấp động cơ điện, hộp số giảm tốc và biến tần Megmeet cho băng tải. Gửi chiều dài, bề rộng, độ dốc, tốc độ băng và khối lượng hàng kèm yêu cầu báo giá, kỹ sư VITCO sẽ kiểm tra lại phép tính và đề xuất trọn bộ động cơ, biến tần, tủ điện.
Nguồn tham khảo
- Forbo Siegling, Calculation methods – conveyor belts, ref. no. 304-2 (07/2021): công thức lực kéo hàng kiện (trang 5), hệ số ma sát (trang 6), công suất Pa, Pm và ví dụ (trang 7, 15–16), góc nghiêng cho hàng rời (trang 12), hệ số C4 (trang 13), lực cản con lăn f (trang 14).
- DIN 22101: tiêu chuẩn tính toán băng tải hàng rời trên con lăn (dùng cho băng tải lớn).
- Các số liệu giả định trong ví dụ (khối lượng dây băng, khối lượng tang và con lăn) chỉ để minh họa; khi thiết kế thật, lấy theo bảng thông số dây băng và bản vẽ của băng tải.
