Thiết kế dây chuyền nghiền mùn hữu cơ năng suất 10 tấn/giờ

và nhiều nước đã phải đầu tư không nhỏ để giải quyết vấn đề bằng các chương trình môi trường đặc biệt. HỆ THỐNG QUẢN LÝ CTRSH Cơ cấu và sơ đồ tổ chức quản lý chất thải rắn đô thị Quản lý chất thải rắn là vấn đề then chốt của việc đảm bảo môi trường sống của con người mà các đô thị phải có kế hoạch tổng thể quản lý chất thải rắn thích hợp mới có thể xử lý kịp thời và có hiệu quả. Hình 1.2: Những hợp thành chức năng của một hệ thống quản lý rác thải rắn. Nhiệm vụ của các cơ quan chức năng trong hệ thống quản lý chất thải rắn ở một số đô thị lớn ở Việt Nam Bộ Khoa Học Công Nghệ Và Môi Trường chịu trách nhiệm vạch chiến lược cải thiện môi trường chung cho cả nước, tư vấn cho Nhà nước trong việc đề xuất luật lệ chính sách quản lý môi trường quốc gia. Bộ Xây Dựng hướng dẫn chiến lược quản lý và xây dựng đô thị, quản lý chất thải. Ủy ban nhân dân thành phố chỉ đạo Ủy ban nhân dân các quận, huyện, sở Khoa học công nghệ và môi trường và Sở giao thông công chính thực hiện nhiệm vụ bảo vệ môi trường đô thị, chấp hành nghiêm chỉnh chiến lược chung và luật pháp chung về bảo vệ môi trường của nhà nước thông qua việc xây dựng các quy tắc, quy chế cụ thể trong việc bảo vệ môi trường của thành phố. Công ty môi trường và đô thị là cơ quan trực tiếp đảm nhận nhiệm vụ xử lý chất thải rắn, bảo vệ vệ sinh môi trường theo nhiệm vụ của sở Giao Thông Công Chính giao. Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống quản lý chất thải ở một số đô thị lớn ở Việt Nam. Chương II NGUỒN PHÁT SINH, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT 2.1 NGUỒN PHÁT SINH CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT Các nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt bao gồm: + Từ các khu dân cư; + Từ các trung tâm thương mại; + Từ các viện nghiên cứu, cơ quan, trường học, các công trình công cộng; + Từ các dịch vụ đô thị, sân bay; + Từ các trạm xử lý nước thải và từ các ống thoát nước thành phố + Từ các khu công nghiệp; Hình 2.1: Các nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt. 2.2 THÀNH PHẦN CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT Thành phần lý, hóa học của chất thải rắn đô thị rất khác nhau, tùy thuộc vào từng địa phương, vào các mùa khí hậu, vào điệu kiện kinh tế và các yếu tố khác. Bảng 2.1: Định nghĩa các thành phần của CTRSH. Bảng 2.2: Các loại chất thải đặc trưng từ nguồn thải sinh hoạt. 2.3 TÍNH CHẤT CỦA CTRSH a. Tính chất lý học. Những tính chất lý học quan trọng của chất thải rắn sinh hoạt bao gồm khối lượng riêng, độ ẩm, kích thước hạt và sự phân bố kích thước, khả năng giữ nước và độ xốp (độ rỗng) của rác đã nén. Khối lượng riêng: Khối lượng riêng được định nghĩa là khối lượng vật chất trên một đơn vị thể tích tính bằng lb/ftᶾ, lb/ydᶾ, kg/mᶾ. Điều quan trọng cần ghi nhớ rằng, khối lượng riêng của chất thải rắn sinh hoạt sẽ khác nhau tùy từng trường hợp: rác tự nhiên không chứa trong thùng, rác chứa trong thùng và không nén, rác chứa trong thùng và nén. Do đó, số liệu khối lượng riêng của chất thải sinh hoạt chỉ có ý nghĩa khi được ghi chú kèm theo phương pháp xác định khối lượng riêng. Khối lượng riêng sẽ rất khác nhau tùy vị trí địa lý, mùa trong năm, thời gian lưu trữ... Do đó, khi chọn khối lượng riêng cần phải xem xét cả những yếu tố này để giảm sai số kéo theo cho phép tính toán. Khối lượng riêng của rác thải sinh hoạt ở các khu đô thị lấy từ xe ép rác dao động trong khoảng từ 178kg/mmᶾ đến 415kg/mmᶾ, và đặc trưng thường vào khoảng 297 kg/mmᶾ. Độ ẩm: Độ ẩm của chất thải rắn thường được biểu diễn theo một trong hai cách: tính theo thành phần phần trăm khối lượng ướt và thành phần phần trăm khối lượng khô. Trong lĩnh vực quản lý chất thải rắn, phương pháp khối lượng ướt thông dụng hơn. Kích thước và sự phân bố kích thước. Kích thước và sự phân bố kích thước của các thành phần có trong chất thải rắn đóng vai trò quan trọng đối với quá trình thu hồi vật liệu, nhất là khi sử dụng các biện pháp cơ học như sàng quay và các thiết bị tách từ tính. Khả năng tích ẩm. Khả năng tích ẩm của chất thải rắn là tổng lượng ẩm mà chất thải có thể tích trữ được. Đây là thông số quan trọng trong việc xác định lượng nước rò rỉ sinh ra từ bãi chôn lấp. Phần nước dư vượt quá khả năng tích trữ của chất thải rắn sẽ thoát ra ngoài thành nước rò rỉ. Khả năng tích ẩm sẽ thay đổi tùy theo điều kiện nén ép rác và trạng thái phân hủy của chất thải. Khả năng tích ẩm của chất thải rắn sinh hoạt của khu dân cư và khu thương mại trong trường hợp không nén có thể dao động trong khoảng 50-60%. Độ thẩm thấu của rác nén. b. Tính chất hóa học của CTRSH Tính chất hóa học của chất thải rắn đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phương án xử lý và thu hồi nguyên liệu. Ví dụ, khả năng cháy phụ thuộc vào tính chất hóa học của chất thải rắn, đặc biệt trong trường hợp chất thải rắn là hỗn hợp của những thành phần cháy được và không cháy được. Nếu muốn sử dụng chất thải rắn làm nhiên liệu, cần phải xác định 4 đặc tính quan trọng sau: Những tính chất cơ bản + Độ ẩm.(phần ẩm mất đi khi sấy ở 105°C trong thời gian 1 giờ) + Thành phần các chất bay hơi. + Thành phần carbon cố định. + Tro (phần còn lại sau khi đốt trong lò hở). Điểm nóng chảy. Thành phần các nguyên tố. Năng lượng chứa trong rác. Đối với phần hữu cơ dùn làm phân compost hoặc thức ăn gia súc, ngoài thành phần những nguyên tố chính, cần phải xác định thành phần các nguyên tố vi lượng. c. Tính chất sinh học của CTRSH Ngoại trừ nhựa, cao su và da, thành phần hữu cơ của hầu hết chất thải rắn sinh hoạt có thể được phân loại như sau: Những phần tan được trong nước như đường, tinh bột, amino acids, và các acid hữu cơ khác Hemicelluso là sản phẩm ngưng tụ của đường 5 carbon và đường 6 carbon. Cellulose là sản phẩm ngưng tụ của glucose, đường 6 carbon Mỡ, dầu và sáp là những ester của rượu và acid mạch dài. Ligin là hợp chất cao phân tử chứa các vòng thơm và các nhóm methoxyl. Lignocellulose Protein là các chuỗi amino acid. Đặc tính sinh học quan trọng nhất của thành phần chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt là hầu hết các thành phần này đều có khả năng chuyển hóa sinh học tạo thành khí, chất rắn hữu cơ, và các chất vô cơ . Mùi và ruồi nhặng sinh ra trong quá trình chất hữu cơ bị thối rữa (rác thực phẩm) có trong chất thải rắn sinh hoạt. d. Chuyển hóa lý học, hóa học, sinh học của chất thải rắn Chuyển hóa lý học: Những biến đổi lý học cơ bản có thể xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống quản lý chất thải rắn bao gồm (1) phân loại, (2) giảm thể tích cơ học, (3) giảm kích thước cơ học. Những biến đổi lý học không làm chuyển pha như các quá trình biến đổi hóa học và sinh học. Chuyển hóa hóa học: Biến đổi hóa học chất thải rắn bao hàm cả quá trình chuyển pha (từ rắn sang pha lỏng, từ pha rắn sang pha khí). Để giảm thể tích và thu hồi các sản phẩm, những quá trình chuyển hóa hóa học chủ yếu sử dụng trong xử lý chất thải rắn sinh hoạt bao gồm (1) đốt (quá trình oxy hóa hóa học), (2) nhiệt phân và (3) khí hóa. Chuyển hóa sinh học: Các quá trình chuyển hóa sinh học thành phần chất hữu cơ có trong chất thải rắn sinh hoạt có thể áp dụng để giảm thể tích và khối lượng chất thải, sản xuất phân compost dùng bổ sung chất dinh dưỡng cho đất, và sản xuất khí methal. Những vi sinh vật chủ yếu tham gia quá trình chuyển hóa sinh học chất thải hữu cơ bao gồm vi khuẩn, nấm, men và antinomycetes. Các quá trình này có thể được thực hiện trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí tùy theo lượng oxy sẵn có. Những quá trình sinh học ứng dụng để chuyển hóa chất hữu cơ có trong chất thải sinh hoạt bao gồm quá trính làm phân compost hiếu khí, quá trình phân hủy kỵ khí và quá trình phân hủy kỵ khí với nộng độ chất rắn cao. Chương III KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT 3.1 CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT Các công nghệ chủ yếu được thực hiện để xử lý rác thải sinh hoạt bao gồm: Công nghệ phân loại rác thải: Tách lọc hỗn hợp rác thải ra 10 nhóm nguyên liệu để phục vụ tái sinh, tái chế, tái sử dụng, đóng rắn và đốt thu hồi nhiệt sinh. Tận dụng tài nguyên từ rác. Tạo nguyên liệu cho các công nghệ tái chế tại nhà máy hay cung cấp cho các cơ sở tái chế chuyên ngành sản xuất các sản phẩm đạt tiêu chuẩn thương mại hóa trên thị trường. Công nghệ xử lý tái chế phế thải chất dẻo: Tách lọc, thu hồi từ rác. Sản xuất nhiều loại sản phẩm nhựa dẻo tái chế thân thiện môi trường, phục vụ các nhu cầu sinh hoạt, sản xuất của cộng đồng và tạo nguyên liệu cho ngành nhựa dẻo tái chế. Công nghệ xử lý nhiệt: Đốt các chất thải hữu cơ khó phân hủy, tạo nhiệt cung cấp cho các khâu sấy khô, giảm ẩm trong dây chuyền xử lý rác thải. Công nghệ đóng rắn áp lực: Tận dụng các phế thải trơ, vô cơ thay thế một phần nguyên liệu để sản xuất các loại gạch lát đường, bó vỉa hè đường và các loại gạch xây dựng công trình phụ. Công nghệ xử lý phân hủy chất thải hữu cơ: Tái sinh mùn hữu cơ, sản xuất các loại phân bón hữu cơ (hữu cơ vi sinh, hữu cơ khoáng đa vi lượng, mùn hữu cơ cải tạo đất,…) Do chất thải rắn sinh hoạt có chứa các thành phần hữu cơ chiếm tỷ trọng lớn (từ 44-50% trọng lượng) nên ta có thể tận dụng để sản xuất phân hữu cơ, cung cấp cho khu vực ngoại thành để cải tạo đất nông nghiệp, và như vậy việc áp dụng phương pháp ủ sinh học với các thành phần hữu cơ sẽ phù hợp. Ở nước ta quá trình xử lý rác thải chủ yếu là gom thủ công và đem tập trung tại các bãi rác và chôn lấp. Một bãi chôn rác vệ sinh có vẻ là một giải pháp ít tốn kém nhất, nhưng thực ra đó chỉ là bề ngoài. Một bãi chôn rác vệ sinh và an toàn đòi hỏi phải được trang bị các lớp lót đắt tiền để bảo vệ nguồn nước mặt và nước ngầm. Có hệ thống thu và xử lý khí và nước thải rò rỉ (nước rỉ rác), cũng như hệ thống giám sát bảo đảm an toàn. Một bãi chôn lấp cần phải đặt xa hơn, xa hơn nữa so với trung tâm thành phố, phí vận chuyển rác sẽ tăng dần. Hơn thế nữa, quỹ đất dành cho các bãi chôn rác đang ngày càng bị thu hẹp đến mức báo động và trở thành nguy cơ, bức xúc của toàn xã hội. Vậy vấn đề đặt ra là cần một hệ thống thông minh để xử lý và tận dụng nguồn rác thải này. Kết hợp hài hòa trong một dây chuyền công nghệ, các giải pháp công nghệ chuyên biệt truyền thống và hiện đại như một công nghệ tích hợp đa tầng nhằm xử lý triệt để rác thải phức hợp ở Việt Nam gồm: Công nghệ cơ khí để làm chủ, tự thiết kế, chế tạo máy móc, thiết bị, và kết nối liên hoàn, giảm thiểu sức lao động thủ công nặng nhọc, độc hại Công nghệ hóa lý, để xử lý tái chế phế thải dẻo thành nguồn nguyên liệu và sản phẩm hữu dụng Công nghệ hóa nhiệt, để xử lý, đốt các chất hữu cơ khó phân hủy. Công nghệ hóa sinh, để xử lý các chất hữu cơ dễ phân hủy, tái sinh mùn hữu cơ vi sinh, sản xuất phân bón nhằm phục vụ nền công nghiệp bền vững. Công nghệ cơ lý, để xử lý đóng rắn các phế thải trơ và vô cơ thành các sản phẩm hữu dụng, hạn chế chôn lấp. Nguyên lý phân loại rác thải sinh hoạt Hình 3.1 Nguyên lý phân loại rác thải sinh hoạt Hình 3.2: Nguyên lý xử lý tài nguyên hóa phế liệu thu hồi từ rác thải 3.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN COMPOST Hình 3.3: Quy trình sản xuất phân compost Các bước kỹ thuật vận hành và theo dõi. Bưới 1: Phân loại rác. Chất lượng phân compost phụ thuộc vào chất lượng rác ban đầu. Vì thế khâu phân loại đóng vai trò quan trọng, các thành phần không phân hủy vi sinh vật phải được loại bỏ. Rác tái chế và đổ bỏ được chứa riêng sau đó bán cho vựa ve chai và vận chuyển ra bải rác chung. Rác làm compost sẽ được giữ lại xưởng. Bước 2: Nghiền rác nguyên liệu sau khi phân loại. Nhằm làm nhỏ, tạo điều kiện cho các công đoạn sàng lọc, tách các phế liệu có hại đến quá trình ủ như ny-lông, thủy tinh, kim loại... Bước 3: Đổ rác vào bể ủ Bước 4: Trộn rác với các thành phần bổ sung. Tỷ lệ Carbon và Nitrogen (gọi là C/N) rất quan trọng cho quá trình phân hủy rác. Cả C và N đều là thức ăn cho vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ. Nguyên liệu rác ban đầu nên có tỷ lệ C/N từ 25:1 đến 40:1 để quá trình phân hủy nhanh và hiệu quả. Bước 5: Đảo trộn rác. Một trong những khâu quan trọng của quá trình compost là phải đảm bảo cung cấp đầy đủ không khí. Bước 6: Kiểm soát nhiệt độ. Hoạt động của vi sinh vật hiệu quả trong khoảng nhiệt độ từ 65 - 70°C trong khoảng 1 - 3 ngày. Bước 7: Kiểm soát độ ẩm. Vi khuẩn lấy được dưỡng chất chỉ khi nó được phân hủy thành i-on trên mặt phân tử nước. Vì thế độ ẩm giữ một vai trò quan trọng. Để đảm bảo tốc độ phân hủy cần duy trì độ ẩm trong các bể compost ở mức 40 - 60%. Bước 8: Ủ chín. Sau khoảng 40 ngày, rác trong các bể sẽ ngã màu như màu đất và nhiệt độ xuống dưới 50°. Điều này cho biết đã đến quá trình chín. Cần thêm 2 tuần nữa để đảm bảo compost chín hoàn toàn và có thể sử dụng bón trực tiếp cho cây trồng. Bước 9: Sàng lọc compost. Việc sàng giúp loại bỏ các thành phần không phải hữu cơ còn sót lại trong quá trình phân loại ban đầu như: mẩu plastic, mẩu kim loại... Phần hữu cơ chưa chín còn lại sau khi sàng sẽ được sữ dụng lại để trộn với phần rác mới như một nguồn carbon vì nó có chứa sẵn các vi sinh vật của quá trình compost. Bước 10: Chứa và đóng bao. Giữ compost nơi khô ráo tránh nước mưa vì nước mưa sẽ mang đi thành phần dưỡng chất. Không nên lưu trữ compost quá 2 năm. Bao đựng compost là loại không thấm nước, nhưng vẫn đảm bảo thông khí. Lợi ích dùng phân compost - Tăng độ tơi xốp, mùn hữu cơ cho đất. - Giữ ẩm, tăng thời gian lưu nước. - Thấm lọc tốt, tránh bạc màu cho đất. - Nhả dưỡng chất từ từ, tăng hấp thụ khoáng chất. - Chống chai hóa đất. - Cải tạo tính chất cơ lý của đất. - Tăng chịu hạn, chịu bệnh. Lợi ích phân bón hữu cơ từ rác thải sinh hoạt - Giảm quỹ đất dùng chôn lấp. - Quản lý cây trồng một cách toàn diện. - Cải tạo đất, giúp đất tơi xốp, bổ sung dinh dưỡng. - Lợi ích kinh tế từ việc bán các sản phẩm compost. 3.3 CÁC NGUYÊN TẮC VÀ TIÊU CHÍ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN Nguyên tắc lựa chọn công nghệ Tiếp cận với những công nghệ tiên tiến và những kinh nghiệm trong xử lý rác thải rắn ở trong và ngoài nước (phải hiểu rõ công nghệ trước khi chọn) Công nghệ đơn giản nhưng không lạc hậu, bảm đảm xử lý có hiệu quả, an toàn và không gây ô nhiểm môi trường. Giá thành có thể chấp nhận trong điều kiện địa phương Cố gắng tận thu những giá trị của chất thải rắn để tái tạo tài nguyên Các tiêu chí cơ bản để đánh giá công nghệ khi lựa chọn Sự thích hợp với điều kiện thực tế địa phương (khối lượng, thành phần, tính chất CTR, điều kiện tự nhiên, tài chính, trình độ phát triển kinh tế - xã hội và khoa học kỹ thuật, nhu cầu của thị trường tiêu thụ sản phẩm…v.v. ) Tiêu chí môi trường: Mức độ và hiệu quả giải quyết nhiệm vụ vệ sinh môi trường của công nghệ (dựa theo tiêu chí môi trường và đánh giá nhanh tác động môi trường) Tiêu chí kinh tế: Ý nghĩa thiết thực của công nghệ xử lý định chọn trong nền kinh tế quốc dân và riêng từng địa phương. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của công nghệ xử lý bao gồm: + Vốn đầu tư ban đầu + Chi phí vận hành + Hiệu quả và thời gian hoàn vốn của công trình xử lý + Số lượng việc làm được tạo ra + Mức tiêu thụ năng lượng điện, nước + Thời gian xây dựng và hoạt động + Công suất xử lý ở mức cao nhất và trung bình + Nhân công và mức độ cơ giới hóa sản xuất. Chương IV CÁC LOẠI MÁY NGHIỀN - LỰA CHỌN MÁY NGHIỀN 4.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐẬP NGHIỀN Vai trò của đập nghiền Đập nghiền vật liệu là quá trình làm cho các vật liệu rắn bị vỡ ra thành các vật liệu có kích thước nhỏ hơn. Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngọai lực hạt vật liệu bị phá vỡ thành nhiều hạt vật liệu nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt riêng ) tạo điều kiện để dễ dàng hòan thành tốt các quá trình hóa lý xảy ra liên tiếp theo sau đó. Khi đập nghiền phải tiêu tốn năng lượng để phá vỡ liên kết hóa học giữa các phân tử và tạo ra diện tích mới sinh của vật liệu. Lượng năng lượng này phụ thuộc vào các yếu tố như: hình dạng và kích thước hạt vật liệu, bản chất và cơ cấu hoạt động của các máy đập nghiền. Các phương pháp đập nghiền cơ bản Có 4 phương pháp cơ bản để làm thay đổi kích thước hạt vật liệu. Va đập (impact): kết quả của sự va chạm tức thời của các vật liệu. Ở phương pháp này, các vật liệu chuyển động va chạm với nhau bị vỡ thành các hạt có kích thước nhỏ hơn hoặc vật liệu nằm trên một bề mặt rồi bị vật khác va chạm vào nó làm nó bị vỡ ra. Mài (Attrition): vật liệu bị đập nhỏ nằm giữa 2 bề mặt chuyển động (thường là ngươc chiều), lực đập nghiền là lực ma sát. Trượt (Shear): có 2 hình thức là cắt (trimming) và bổ (cleaving), vật liệu bị đập bởi các vật hình nêm tác động lên nó. Ép (Compression): vật liệu bị kẹp giữa 2 mặt phẳng và bị ép bởi các lực tăng dần cho đến khi nó bị vỡ ra, ứng dụng trong máy đập hàm. Hình 4.1: Bốn phương pháp đập nghiền cơ bản Các sơ đồ đập nghiền Chu trình hở: vật liệu chỉ qua máy đập nghiền 1 lần. - Dùng cho đập thô và trung bình. - Nếu vật liệu có lẫn các hạt có kích thước phù hợp với yêu cầu người ta có thể sàn phân loại trước rồi mới tiến hành đập. Hình 4.2: Sơ đồ chu trình hở Chu trình kín: vật liệu có thể qua máy đập nghiền nhiều lần. - Sản phẩm sau khi đập nghiền được sàn phân lọai để tách các hạt thô quay về đập nghiền tiếp tục. - Năng suất của quá trình đập nghiền tăng, giảm chi phí năng lượng. - Áp dụng khi yêu cầu kích thước hạt có độ đồng nhất cao, hay nghiền mịn. Hình 4.3: Sơ đồ chu trình kín 4.2 PHÂN LOẠI MÁY ĐẬP NGHIỀN Việc tìm hiểu các loại máy nghiền để lựa chọn sơ đồ nguyên lý thích hợp là cần thiết cho quá trình thiết kế. Tùy theo tính chất cơ lý, hình dạng, độ ẩm của nguyên liệu đem nghiền, yêu cầu của sản phẩm (độ lớn hạt sản phẩm), năng suất, công suất... mà ta chọn phù hợp để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất. A. MÁY NGHIỀN THÔ VÀ TRUNG BÌNH 1. Máy nghiền má đập Hình 4.4: Máy đập hàm Nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng của má đập lên hạt vật liệu sẽ làm cho hạt vật liệu vỡ ra. Phạm vi ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi để nghiền vật liệu có độ cứng cao và trung bình. Sản phẩm ra có kích thước trung bình và lớn. Ưu, nhược điểm: - Có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, năng suất cao và làm việc ổn định. - Gây tiếng ồn lớn và bụi khi hoạt động 2. Máy nghiền nón Hình 4.5: Máy nghiền nón Nguyên lý hoạt động: Máy hoạt động trên nguyên tắc chèn ép và ma sát khi bề mặt nón chuyển động tới gần bề mặt nón cố định. Chuyển động trên được thực hiện nhờ chuyển động lắc hay quay tròn của cơ cấu lệch tâm. Phạm vi ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi để nghiền thô, nghiền trung bình các loại vật liệu cứng. Ưu, nhược điểm: - Hoạt động đều, êm, ít bị rung, năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị vật liệu nghiền nhỏ hơn so với phương pháp nghiền má đập. - Kết cấu phức tạp hơn máy nghiền má đập. 3. Máy nghiền trục Hình 4.6: Máy nghiền trục Nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng của lực ép do hai trục nghiền quay ngược chiều nhau sẽ làm cho vật liệu vỡ vụn thành những hạt nhỏ theo kích thước yêu cầu. Mặt khác vật liệu cũng bị chà xát khi vận tốc quay của hai trục khác nhau. Phạm vi ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi để trong công nghiệp thực phẩm để nghiền các loại ngũ cốc, các loại hạt có dầu. Ưu, nhược điểm: - Kết cấu đơn giản, tránh được quá tải khi dùng cơ cấu điều chỉnh và có khả năng thay đổi được khe hỡ để thay đổi độ mịn của hạt. - Kích thước máy lớn, làm việc ồn. 4. Máy nghiền búa Hình 4.7: Máy nghiền búa 1 rôto Nguyên lý hoạt động: Vật liệu trong máy nghiền búa được nghiền nhỏ nhờ sự va đập của búa vào vật liệu và sự chà xát vật liệu giữa búa và thành máy. Các hạt vật liệu sau khi nghiền có kích thước nhỏ hơn lỗ lưới phân loại sẽ đi ra ngoài. Các hạt có kích thước lớn hơn lỗ lưới phân loại sẽ tiếp tục được nghiền. Phạm vi ứng dụng: Thích hợp nghiền các loại hạt, các loại củ, rễ, các loại xương, các loại hóa chất. Được sử dụng rộng rãi trong ngành lương thực và chế biến thức ăn cho gia súc. Ưu, nhược điểm: - Chất lượng nghiền cao, đảm bảo kích thước hạt, năng suất lớn. - Làm việc ở tốc độ cao, do đó yêu cầu chế tạo chính xác. 5. Máy nghiền răng Hình 4.8: Máy nghiền răng Nguyên lý hoạt động: Quá trình nghiền trong máy nghiền răng là do tác dụng va đập của các răng với vật liệu đem nghiền như ở máy nghiền búa, dùng để nghiền mịn và rất mịn. Phạm vi ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong ngành lương thực, thực phẩm, chế biến thức ăn cho gia súc, ngành hóa chất và luyện kim. Ưu, nhược điểm: - Năng suất cao, đạt được độ nghiền rất cao. - Kết cấu rôto của máy phức tạp và làm việc ở tốc độ cao nên cần chế tạo chính xác. B. CÁC LOẠI MÁY NGHIỀN MỊN 1. Máy nghiền chậu con lăn Hình 4.9: Máy nghiền chậu Nguyên lý hoạt động: Trong quá trình nghiền các con lăn hình cầu, trụ hoặc nón tự quay quanh trục của chúng. Do lực ma sát giữa chậu nghiền với vật liệu nghiền và vật liệu với con lăn, vật liệu nghiền nán nhờ lực nén, ép và chà xát. Phạm vi ứng dụng: Dùng để nghiền một số sản phẩm lương thực, thực phẩm, thực phẩm dạng bột mịn. Có thể nghiền các loại vật liệu ẩm ướt, khô, kết dính hoặc ở trạng thái nóng. Ưu, nhược điểm: - Năng suất tương đối cao, sản phẩm đạt được rất mịn. - Có kết cấu phức tạp. 2. Máy nghiền bi Hình 4.10: Máy nghiền bi Nguyên lý hoạt động: Quá trình nghiền xảy ra do sự va đập và chà xát của các viên bi với vật liệu nghiền. Bộ phận làm việc chủ yếu là các viên bi. Phạm vi ứng dụng: Dùng để nghiền các sản phẩm có độ mịn cao. Ưu, nhược điểm: - Năng suất cao, sản phẩm đạt độ đồng đều cao. - Máy làm việc an toàn khi nghiền các vật liệu có độ cứng không ổn định. - Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa. - Tiêu tốn năng lượng lớn và làm việc ồn. 4.3 LỰA CHỌN MÁY NGHIỀN Qua tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, cấu tạo, phạm vi ứng dụng và ưu, nhược điểm các các loại máy nghiền trên, ta chọn máy nghiền búa để thực hiện quá trình nghiền mùn hữu cơ là thích hợp nhất, bởi vì: + Đặc tính sản phầm: không cần độ mịn và độ đồng đều cao. + Cần năng suất lớn. + Máy nghiền búa dễ chế tạo và rẻ tiền hơn các máy nghiền khác. Các bộ phận chính của máy được mô tả như ở hình vẽ: Hình 4.11: Mặt cắt ngang và dọc máy đập búa Một số chi tiết chính của máy: Búa đập Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy. Tùy thuộc vào tính chất của vật liêu đem đập, độ mịn của vật liệu ra khỏi máy, năng suất máy,…mà búa đập có hình dạng, trọng lượng cũng như vật liệu chế tạo búa thích hợp. Thường thì khi đập thô thì dùng búa có trọng lượng lớn và số lượng búa không cần nhiều ngược lại khi đập nhỏ thì dùng búa có trọng lượng nhỏ và số lượng búa nhiều hơn. Vật liệu chế tạo búa thường là các loại thép chịu mòn cao như: thép Mangan, thép Cacbon có phủ lớp hợp kim cứng, thép Crôm,… Các chốt treo búa thường được chế tạo theo chiều dài trục rôto, một đầu chốt có bậc, đầu kia tiện ren và có chốt hãm. Chốt treo thường được làm bằng thép CT5. Cánh búa (đĩa treo búa) Cánh búa có nhiều hình dạng khác nhau như: cánh tam giác, cánh chữ nhật, cánh hình vuông,…thường gặp và phổ biến hơn cả là cánh có dạng đĩa tròn. Trên cánh búa có khoét các lỗ để xuyên các chốt treo búa. Số búa trên cánh búa có thể là 2, 3, 4, 6, 8,…máy dùng đập nhỏ số búa thường là 6 hoặc 8. Hình 4.12: Dĩa treo búa Trục máy (Rôto) Trục lắp cánh búa thường được chế tạo từ thép 45 hoặc 45 Cr. Một đầu trục được lồng bạc chặn, còn đầu kia đem tiện ren để giữ cánh búa bằng êcu. Khi lắp cánh búa trên trục thì giữa hai cánh búa liên tiếp lắp một bạc để giữ khoảng cách cần thiết giữa hai cánh búa. Gối đỡ trục được đặt phía ngoài võ máy và đặt trên khung thép hình. Một đầu trục có bu-li để nhận truyền động từ động cơ, đầu còn lại có thể gắn hoặc không gắn bánh đà (để đối trọng). Ghi tháo liệu Ghi chiếm khoảng 1350 – 1800 vòng tròn do búa vạch nên. Ghi có thể là một tấm lớn hoặc gồm nhiều tấm nhỏ ghép lại,… Lỗ ghi thường lớn hơn kích thước trung bình của liệu ra từ 1,5 – 2 lần. Khe hở giữa mặt đầu của búa khi quay với bề mặt ghi khoảng 10 – 15 mm, do đó vật liệu thường bị chà xát thêm trên mặt ghi. Ghi thường làm bằng thép mangan. Hình 4.13: Thanh ghi tháo liệu Vỏ máy Được làm bằng thép dày khoảng 10 - 20 mm. Vỏ máy được thiết kế đặc biệt có thể dễ dàng mở ra và đóng lại để xem cấu tạo bên trong, sửa chữa hoặc làm vệ sinh máy. Trong bài này vỏ máy được thiệt kế để nạp liệu theo phương thẳng đứng. Hình 4.14: Vỏ máy nạp liệu theo phương thẳng đứng Hình 4.15: Vỏ máy nạp liệu theo phương tiếp tuyến Dựa vào yêu cầu của hệ thống là một bộ phận trong hệ thống phân loại xử lý rác thải nên mùn hữu cơ có độ ẩm lớn và chứa một số tạp chất. Ta cần thiết kế máy để cắt, xé rác thải hữu cơ và đập vỡ các phế thải rắn như gạch, ngói, chai, lọ, thủy tinh có trong rác thải sinh hoạt nhằm làm nhỏ hỗn hợp rác trước khi qua hệ thống phân loại rác. Hệ thống được dựa trên kết cấu của máy đập búa, sau đó ta cải tiến một số cơ cấu nhằm phù hợp với yêu cầu sử dụng của hệ thống. Hình 2.17: Máy nghiền mùn Máy nghiền mùn bao gồm: Thân máy hình trụ tròn (2) có hai đầu bịt kín, được đặt theo phương nằm ngang, và có một cửa nạp (4) được tạo ra trên mặt trên, một cửa xả(8) được tạo ra trên mặt dưới, trên bề mặt trong của thân máy có bố trí các vấu nhô (22), trục quay (3) được lắp ở trong lòng thân máy, thanh treo dao(11), búa (10), motơ dẫn động (6), hệ thống băng tải (5),(9) dùng để vận chuyển nguyên liệu vào và ra khỏi máy. CHƯƠNG V THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT MÁY: Công suất máy được tính theo công thức sau: [KW] (5.1) Trong đó: - N : Công suất máy nghiền [KW] - G : Năng suất máy nghiền [tấn/phút] G = 10 (tấn/giờ) = 0.166 [tấn/phút] - = 4,6 : Chỉ số trung bình cho nghiền thô. - : Kích thước hạt trước và sau khi nghiền. => N = 21.44 [kW] XÁC ĐỊNH VẬN TỐC VÒNG CỦA BÚA – KÍCH THƯỚC RÔTO – CHỌN ĐỘNG CƠ: Kích thước giới hạn của viên vật liệu có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau: (5.2) - ứng suất kéo của vật liệu, [N/m2], đối với đất mùn làm phân bón = 3,4.106 [N/m2] - khối lượng riêng của vật liệu; đối với đất mùn = 1000 [kg/m3] - tốc độ va đập, bằng tốc độ dài của đầu búa [m/s] - kích thước giới hạn của viên vật liệu [m] Khi kích thước của viên vật liệu nhỏ hơn kích thước giới hạn thì sau va chạm vật liệu không vỡ. Tốc độ giới hạn của đầu búa: (5.3) Trong đó: d – kích thước đá sản phẩm Chọn vận tốc đầu búa: v = 35 [m/s] Khối lượng búa: Khi roto quay, búa tích trữ một động năng lớn và khi búa đập vào cục vật liệu thì búa sẽ biến động năng của mình thành công đập làm cho cục vật liệu bị vỡ ra. Động năng của búa đập sinh ra xác định như sau: (5.4) m – khối lượng của búa [kg] - vận tốc của búa trước khi đập [m/s] Sau khi đập búa còn dư một động năng là: (5.5) - vận tốc của búa sau khi đập [m/s] Như vậy, động năng của búa truyền cho vật liệu đem đập là: (5.6) Hoặc: (5.7) với . gọi là hệ số hồi phục, nó phụ thuộc hình dáng và bản chất của vật liệu đem đập và vật liệu làm búa, chọn nó như sau: Nham thạch với thép =0,180 Quặng apatit với thép =0,224 Đá bazan với thép =0,290 Bi đá bazan với thép =0,710 Bi thủy tinh với thép =0,895 Hệ số hồi phục của đất mùn là: = 0,224 Theo thuyết thể tích thì công cần thiết để phá vỡ vật liệu bằng: (5.8) Như vậy, điều kiện để búa đập vỡ vật liệu sẽ là: (5.9) Tức là: (5.10) Từ đây, tìm được khối lượng búa đập, bằng: (5.11) (5.12) - thể tích của vật liệu đem đập [m3] - đường kính hạt vật liệu [m] E – môdun đàn hồi của vật liệu đem đập [N/m2] - ứng suất phá vỡ cục vật liệu [N/m2] Ta có: = 0,14 [m] E = 4,8.109 [N/m2] s = 3,7.107 [N/m2] v1 [m/s] = 0,224 Thay vào (IV.11) ta được: Ta chọn khối lượng búa: m = 2 [kg] Kích thước Rôto: Theo tài liệu [4], công thức 1 trang 147 ta có: (5.13) Với Dr : đường kính rôto [mm] Dh =170 mm : đường kính hạt vật liệu vào. => Dr = 835 [mm] Vận tốc của Rôto: (5.14) Trong đó: V : vận tốc búa [m/s] n : tốc độ vòng rôto [vòng/phút] => [vòng/phút] Chọn động cơ: Máy nghiền búa trên đòi hỏi động cơ phải có công suất > 22 [kW]. Ta lựa chọn động cơ A02-72-4, có công suất 30 kW, vận tốc 1500 [v/ph] (đồng bộ). Đây là động cơ điện không đồng bộ ba pha có các số liệu kỹ thuật sau: Kiểu động cơ Công suất [W] Ở tải trọng định mức Khối lượng động cơ ứng với III2 [kg] Dạng ứng dụng chủ yếu Vận tốc [g/ph] Hiệu suất [%] A02-72-4 30 1460 90 1,2 2,0 0,8 208 III2, III/2, B3 THIẾT KẾ BÚA: Chọn kiểu búa: Có các loại búa sau: Dựa vào tính chất của vật liệu nghiền và điều kiện chế tạo, ta chọn loại búa tạo bậc có 2 lỗ treo vì nó có các ưu điểm sau: + Đơn giản, dễ chế tạo + Hệ số sử dụng cao vì nó có thể trở đầu búa khi bị mon do quá trình va đập với hạt vật liệu. Xác định chiều dài búa: Theo tài liệu [4]: (5.15) Chọn L = 180 Xác định số búa nghiền: Số búa nghiền được xác định theo công thức: (5.16) Trong đó: N=21440 [W] : Công suất máy nghiền. k : hệ số phụ thuộc vào vận tốc búa. Với V = 35 [m/s] ta có: k = 0.16 m = 2 [kg] : Khối lượng 1 búa V = 35 [m/s] n = 800 [vòng/phút] Thay các giá trị vào, ta tìm được: i = 8,2 Chọn số búa: i = 8 Các kích thước còn lại của búa: Chọn bề dày của búa: [mm] Bề rộng búa được xác định bởi công thức: (5.17) THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI. Hệ thống truyền động: Hệ thống truyền động với công suất 22 [kW] (< 50 kW), tỉ số truyền u = 1,825(<5). Do đó, ta có thể dùng hệ thống truyền động đai. Chọn loại đai: Bảng dưới đây so sánh các thông số làm việc của các loại đai: Dạng đai Hiệu suất nhỏ nhất Vận tốc lớn nhất [m/s] Đường kính dmin Dẹt Thang Thang hẹp Răng 0,98 0,80 0,86 0,98 70 30 40 50 40 67 60 16 Phương pháp chọn loại đai (đai răng, đai dẹt, đai thang, đai thang hẹp....) được trình bày theo sơ đồ sau: Theo sơ đồ trên, trong bài này ta sử dụng đai thang. Thiết kế đai thang: Bước 1: chọn dạng đai (tiết diện đai), theo công suất P1 và số vòng quay n1 theo đồ thi. Ta có: P1 = 22 [kW] = 1460 [v/ph] Chọn đai loại C với các thông số như sau: Dạng đai Kí hiệu [mm] [mm] [mm] [mm] A [mm] chiều dài đai [mm] T1 [N.m] [mm] Đai thang C 19 22 13,5 4,8 230 180010600 110550 200400 Bước 2: Tính đường kính bánh đai nhỏ, vận tốc đai. Đường kính bánh đai nhỏ d1 = 1,2. dmin = 1,2.200 = 240 [mm] Chọn d1 theo giá trị tiêu chuẩn theo dãy sau [mm]: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 150, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000. d1 = 250 [mm] Vận tốc đai: (5.18) Bước 3: Tính đường kính bánh đai lớn, tính lại tỉ số truyền. Chọn hệ số trượt tương đối: 0,02 Đường kính bánh đai lớn: 1,825.250.(1-0.02) = 447,125 [mm] (5.19) Chọn d2 theo tiêu chuẩn: d2 = 450 [mm] Tỉ số truyền Sai lệch: 1,36 [%] Bước 4: Tính chiều dài đai, khoảng cách trục. Khoảng cách trục : 2.(d1+d2)0,55.(d1+d2)+h (5.20) 1400a398,5 Chọn sơ bộ: = 800[mm] Chiều dài đai: (5.21) Chiều dài đai theo giá trị tiêu chuẩn theo dãy sau (mm): 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 5000, 5600, 6300, 7100, 8000, 9000, 10000, 1120, 12500, 14000, 16000, 18000,..... Chọn chiều dài đai: L = 2800 [mm] Số vòng chạy của đai trong 1 giây: i = v/L = 7,644 s-1 ; [i] = 10 s-1, do đó điều kiện thỏa. Tính toán lại khoảng cách trục : (5.22) (5.23) 100 [mm] (5.24) 844,5[mm] (5.25) Giá trị vẫn thỏa mãn điều kiện cho phép Bước 5: Tính góc ôm bánh đai nhỏ. Góc ôm bánh đai nhỏ: (5.26) Bước 6: Tính số đai Z. Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai: (5.27) Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc: (5.28) Hệ số xét tới ảnh hưởng của tỉ số truyền : 1 1,1 1,2 1,4 1,8 2,5 1 1,04 1,07 1,1 1,12 1,14 u= 1,825 1,12 Hệ số xét đến ảnh hưởng của số đai Cz , chọn sơ bộ Cz = 1. Z 23 46 Z > 6 Cz 0,95 0,9 0,85 Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng Cr: Tải trọng Tĩnh Dao động nhẹ Dao động mạnh Va đập Cr 10,85 0,90,8 0,80,7 0,70,6 Cr = 0,7 Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai: (5.29) Chọn hệ số công suất có ích [P0] theo đồ thi sau: Theo đồ thị: [P0] = 9,3 [kW] Số đai: Z (5.30) Ta chọn Z = 4 [đai] Bước 7: Tính lực tác động lên trục, tuổi thọ đai. Lực căng ban đầu: (5.31) Lực căng mỗi dây đai: F0/4 = 345 [N] Lực vòng có ích: (5.32) Lực vòng trên mỗi dây đai: Ft/4 = 392,46 [N] Từ công thức: (5.33) Suy ra: (5.34) Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trượt trơn: 0,154 (5.35) Lực tác dụng lên trục: (5.36) Ứng suất lớn nhất trong dây đai: = = (5.37) = + + 1200*19,112.10-6 + *100 = 10,55Mpa Bước 8: Kích thước bánh đai thang: Đường kính tính toán: 60; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2240; 2500; 2800; 3150; 3550; 4000 Tiết diện đai Kích thước rãnh Đường kính tính toán của bánh đai (mm) khi 340 360 380 400 Z 2,5 10 12 8 5,5 63-70 80-100 112-160 180 A 3,5 12,5 16 10 6 90-120 125-160 180-400 450 B 5 16 20 12,5 7,5 125-160 180-224 250-500 560 C 6 21 26 17 10 200 224-315 355-630 710 D 8,5 28,5 37 24 12 - 315-450 500-900 1000 E 10 34 44,5 29 15 - 500-560 630-1120 1250 Chú thích: ,,, không dùng cho bánh đai của bộ truyền có trục thẳng đứng, nửa chéo và bánh đai hàn. Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ: [mm] Đường kính trong của bánh đai nhỏ: [mm] Đường kính ngoài của bánh đai lớn: [mm] Đường kính trong của bánh đai lớn: [mm] Chiều rộng của bánh đai: [mm] THIẾT KẾ TRỤC MÁY NGHIỀN Sơ đồ cơ cấu: 1 : Thân búa 2 : Búa 3: Puli truyền động 4: Trục 5: Ổ bi Các thành phần lực tác dụng lên trục: a/ Trọng lượng của búa tác dụng lên trục: [N] (5.38) Trong đó: - Tổng khối lượng các búa: [kg] - Tổng khối lượng thanh treo búa: [kg] - Khối lượng của moai-ơ: [kg] Thay số ta được: [N] b/ Moment xoắn tác dụng lên trục: [N.m] c/ Lực tác dụng lên trục của bộ truyền đai: [N] Chọn sơ bộ các kích thước các gối trục: Khoảng cách từ búa đến ổ đỡ: [mm] Khoảng cách giữa hai ỗ đỡ: [mm] Khoảng cách từ puly đến ỗ đỡ: [mm] Biểu đồ moment: Ta nhận thấy tiết diện nguy hiểm là tiết diện tại B, ta có: (5.39) => =443324 [N.mm] Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: (5.40) Với =50 [N/mm2] (thép C45) => 44,59 mm Vì trục quay ở vận tốc cao và chịu va đập nên để đảm bảo an toàn ta chọn =50 mm * Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn: Hệ số an toàn được tính theo công thức sau: (5.41) trong đó: : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp. (5.42) : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp. (5.43) Trong các công thức trên thì: -và : giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng: Đối với thép C45 thì: [N/mm2] - Do trục quay một chiều nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng: và ứng suất tiếp (xoắn) thay đổi theo chu kỳ mạch động: ở đây: Vậy: - và : hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi chọn theo vật liệu. Đối với thép cacbon trung bình thì: và - =1: hệ số tăng bền. - và : hệ số kích thước, xét ảnh hưởng của kích thước đến tiết diện trục đến giới hạn mỏi. Tra bảng 7.4 tài liệu [7]. ta được: =0,78 và =0,67 - và : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn. Tra bảng 7.6 tài liệu [7], ta có: =1,51 và =1,18 Thay các giá trị vào công thức (4.42), (4.43) ta được: Thay các giá trị vào công thức (4.41) ta được: Hệ số an toàn cho phép: [n] = 2,5 - 3 Để đảm bảo an toàn cho trục trong quá trình làm việc, ta chọn đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm là: d = 80 [mm] Chon ổ lăn lắp vào trục: Vì trục làm việc với tải trọng lớn nên ta cần phải cố định chính xác theo phương dọc trục. Do đó, ta chọn ổ bi đũa hai dãy kí hiệu NSK-SN 518 có: d = 80 [mm] D = 160 [mm] B = 50 [mm] C = 106600 [N] CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BĂNG TẢI CẤP LIỆU LÊN CAO CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU: Theo yêu cầu ta phải nâng vật liệu lên độ cao 3m so với mặt đất với năng suất 10 tấn/h. Ta thiết kế băng tải có năng suất lớn hơn năng suất máy khoảng 10%, Q = 10*110% =11 [tấn/h]. Chọn năng suất băng 15 [tấn/h]. Vận tốc băng tải V = 0,5 [m/s], chiểu cao nạp liệu là 1,5m. Độ nghiêng băng tải với mặt phẳng ngang là CHỌN KẾT CẤU BĂNG TẢI: Băng Băng tải thực hiện hai chức năng: kéo và tải vật liệu. Ta chọn băng tải vãi cao su vì nó làm việc được trong môi trường ẩm ướt và có tính năng chống ăn mòn. Chọn sơ bộ bề rộng băng tải: B = 400 [mm] Đường kính tang dẫn và tang bị dẫn: D = 250 [mm] Chiều dài băng: Mặt cắt ngang của băng: 1 - Lớp phủ cao su ở bề mặt băng làm việc 2 - Lớp vải bảo vệ. 3 - Lớp đệm vải chịu kéo 4 - Lớp cao su lót 5 - Lớp cao su phủ ở bề mặt băng không làm việc. Trạm kéo băng: Để băng làm việc có hiệu quả cao, không bị trượt khi kéo, ta cần phải thiết kế trạm kéo căng. Về nguyên lý hoạt động có hai loại: kéo căng cứng và kéo căng tự động. + Trạm kéo căng cứng: không có khả năng duy trì lực căng băng cố định, nhưng có ưu điểm là đơn giản, kết cấu chắc chắn, dễ chế tạo, đảm bảo độ tin cậy khi làm việc + Trạm kéo căng tự động: tạo chế độ căng hợp lý tự động, bù trừ độ đàn hồi và độ dãn dài băng, nhưng kếu cấu phức tạp, kích thước lớn, độ nhạy lớn khi băng bị bẩn. Ở đây tải nhỏ, yêu cầu không cao lắm nên ta chọn trạm kéo căng cứng. Để đảm bảo băng không bị trượt trong quá trình làm việc, ta phải kiểm tra băng thường xuyên. Trục lăn và giá đỡ trục lăn Công dụng chủ yếu của giá đỡ trục lăn của băng tải là đảm bảo vị trí của tấm băng theo chiều dài vận chuyển và hình dạng tấm băng đó trên nhánh có tải. Vì ở đây ta vận chuyển vật liệu rời là đất mùn, để cho đất mùn không rơi rớt dọc theo băng tải ta chọn băng tải lòng máng, lòng máng của băng tải được tạo bởi hai trục lăn đặt nghiêng so với mặt phẳng khung băng tải một góc Phía nhánh không tải ta dùng trục lăn thẳng. Đường kính của các trục lăn phía trên chọn d = 80 mm. Khoảng cách giữa hai giá đỡ trục lăn trên nhánh có tải theo công thức: (6.1) + B = 400 mm: chiều rộng băng. + A = 1640 mm: hệ số phụ thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu vận chuyển. Vậy Để cho sự phân bố đồng đều, ta chọn Ở nhánh không tải, khoảng cách giữa hai trục lăn tính theo công thức: Tại vị trí nạp liệu, để cho băng tải không bị chùng do động năng của vật liệu gây ra khi rơi xuống băng tải, ta chọn khoảng cách giữa hai trục lăn là: Sơ đồ bố trí các trục lăn như sau: Tang dẫn động: Bộ phận dẫn động gồm có: cơ cấu truyền động từ động cơ đến tang dẫn động Thông thường bộ phận dẫn động được đặt ở vị trí mà tại đó nhánh cuốn của tấm băng trên tang là căng nhất. Do đó tang dẫn động được đặt tại vị trí đầu tháo liệu. Ta sử dụng động cơ hộp giảm tốc, qua bộ truyền xích đến trục tang dẫn động, bởi vì khi sử dụng động cơ hộp giảm tốc ta cí kết cấu gọn và đơn giản, không cần thêm trục trung gian (tỉ số truyền lớn), không gian bố trí nhỏ gọn, dễ điều chỉnh và dễ sửa chữa khi có sự cố. Cơ cấu nhập liệu và tháo liệu: Đất mùn được nhập vào băng tải qua máng nhập liệu. + Đáy máng nhập liệu có bề rộng: (6.2) Lấy B1=0,65.B = 0,65.400 = 260 [mm] + Góc nghiêng máng nhập liệu: (6.3) Với góc nghiêng tự nhiên của vật liệu rời : Lấy : Đất mùn được tháo ra khỏi băng tải ở phía đầu tang dẫn động. Máng nhập liệu TÍNH TOÁN BĂNG TẢI: Năng suất: Q = 11 [tấn/h] Đường kính tang: D = 250 [mm] Vận tốc băng tải: V = 0,5 [m/s] Khi vận chuyển vật liệu trên băng tải nghiêng thì năng suất của băng tải được xác định theo công thức: (6.4) (6.5) Trong đó: + B : bề rộng băng tải [m] + p = 1 [tấn/m3]: khối lượng riêng của vật liệu + kb = 580: hệ số phụ thuộc hình dạng băng +kg = 0,85 : hệ số giảm năng suất. Thay các giá trị trên ta tìm được: B = 0,232 m Để băng cong tạo dạng lòng máng, vật liệu không rơi rớt và kết hợp điều kiện: =170mm: kích thước lớn nhất của vật liệu Ta chọn B = 550 mm Số vòng quay của tang dẫn động: [vòng/phút] (6.6) Công suất của động cơ dùng cho băng tải xác định theo công thức: [kW] (6.7) Trong đó: + : Công suất dùng để khắc phục trở lực nhánh có tải của băng tải khi máy chạy không tải +: Công suất dùng để khắc phục trở lực nhánh không tải của băng tải. +: Công suất dùng để vận chuyển vật liệu theo chiều dài băng tải. + : Công suất dùng để nâng vật liệu lên độ dốc. + K : Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài băng tải đối với công suất. + k : Hệ số xét đến trở lực khi tấm băng bị uốn tại các tang và ma sát trong các ngỗng trục. + : Hệ số truyền động có ích. Tính N1 [kW] (6.8) Trong đó: + : Tải trọng riêng của các thành phần chuyển động trên nhánh có tải, bao gồm: trọng lượng của 1m băng tải và trọng lượng các phần chuyển động trên đó (6.9) Theo bảng 12-2, [10] ta có: qb = 120 [N/m] i1 =16 : Số trục lăn bố trí qtl = i1.q/L1 L1 = 6.5m : Chiều dài nhánh có tải q =10 N : Trọng lượng của một trục lăn => qtl = 16,84 [N/m] Suy ra: => q1 = 136,84 [N/m] + C1 : Hệ số trở lực của nhánh có tải, phụ thuộc vào tỷ số giữa đường kính ngỗng trục của con lăn đỡ và đường kính con lăn đỡ. d/D =1/4 => Chọn C1=0,04 + V : Vận tốc của băng tải. V = 0,5 [m/s] Thay các giá trị vào ta được: [kW] (6.10) Tính N2 [kW] (6.11) Trong đó: + : Tải trọng riêng của nhánh không tải. Theo bảng 12-2, [10] ta có: qb = 120 [N/m] i2 =4 : Số trục lăn bố trí qtl = i2.q/L1 L1 = 6.5m : Chiều dài nhánh có tải q =10 N : Trọng lượng của một trục lăn => qtl = 6,15 [N/m] Suy ra: => q2 = 126,15 [N/m] Thay các giá trị vào ta được: [kW] Tính N3 [kW] (6.12) Hay Trong đó: Q = 11 [tấn/h] L3=6,026 m : Độ dài vận chuyển vật liệu. Do đó: [kW] Tính N4 [kW] (6.13) Với Q = 11 [tấn/h] H = 2,434 m Do đó : =0.074 [kW] Tính K, k, Tra bảng 5.8, [4] ta được: K = 1,5 Hệ số k chọn bằng 0,8 Hiệu suất bộ truyền : = 0.9 Vậy: [kW] [kW] Vì trong tính toán bỏ qua ma sát giữa băng tải với các tấm lót chặn ở thùng nạp liệu, do đó để đảm bảo công suất ta chọn động cơ hộp giảm tốc ký hiệu TRC053 có: + Công suất: [kW] + Số vòng quay đầu trục ra: n = 48 [vòng/phút] THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH CHO BĂNG TẢI: Chọn loại xích: Ta chọn loại xích ống con lăn một dãy. Tỷ số truyền: (6.14) Định số răng đĩa xích Số răng của xích dẫn động: Theo bảng 5.4, tài liệu [8], ta chọn: [răng] Số răng dĩa xích bị dẫn: [răng] Định bước xích Hệ số sử dụng: (6.15) Theo bảng 5.6, tài liệu [8] ta có: +=1,25: hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền +=1 : hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích. + =1: hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng của xích. + =1,5: hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn. + =1 : hệ số tải trọng. +=1: hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền. Vậy: Công suất tính toán của bộ truyền: (6.16) Trong đó: [kW] : công suất cần truyền. :hệ số răng đĩa dẫn. :hệ số vòng quay. => [kW] Từ bảng tra 5.5, tài liệu [8], ta tìm được bước xích: t = 15,875 mm. Tra bảng 5.2, tài liệu [8], ứng với bước xích t = 15,875 mm, ta có: + Tải trọng phá hỏng : Q = 22,7 [KN] + Khối lượng 1m xích: q = 0,8 [kg] Kiểm tra số vòng quay theo điều kiện cho trong bảng 6.5, tài liệu [7]: Theo bảng 6.5, tài liệu [7], với t = 15,875 mm, số vòng quay giới hạn của đĩa dẫn có thể lên đến 2200 vòng/phút. Như vậy thỏa điều kiện bền. Định khoảng cách trục – Số mắc xích: Khoảng cách trục: a = (30 - 50).t Lấy a =30. t = 30.15,875 = 476,25 [mm] Số mắc xích: (6.17) x = 91,5 Chọn số mắt xích chẵn: x = 92 Tính chính xác số khoảng cách trục theo số mắc xích vừa tính: (6.18) a = 479,8 [mm] Lấy a = 480 [mm] Để tránh xích bị căng quá mức, ta giảm a một lượng: [mm] => a = 478,56 [mm] Số lần va đập của xích: (6.19) Thỏa điều kiện: Đường kính vòng chia của đĩa xích: Đĩa dẫn: [mm] Đĩa bị dẫn : [mm] Chọn bề rộng xích: Theo bảng 5.2, tài liệu [8], ta chọn: b = 20 [mm] ; B = 6,48 [mm] Lực tác dụng lên trục: [N] (6.20) Với: : hệ số kể đến trọng lượng xích => P = 725 [N] THIẾT KẾ TRỤC DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI Tính lực tác dụng lên tang dẫn: Lực nhánh ra khỏi tang dẫn: [N] (6.21) Lực nhánh vào tang dẫn: [N] (6.22) Lực kéo được xác định như sau: [N] (6.23) Trong đó: N = 0,75 [kW]: công suất động cơ. = 0,9 : hiệu suất của bộ truyền trạm dẫn. V = 0, 5 [m/s] = : gốc ôm của băng trên tang dẫn. = 0,2 : hệ số ma sát giữa băng và tang. = 1,2 : hệ số xét đến khả năng dự trữ ma sát giữa băng và tang. Thay các giá trị trên vào công thức, ta suy ra: [KW] [N] [N] Vậy tổng lực tác dụng lên tang dẫn là: P = = 5328,8[N] (6.24) Bề rộng băng: 400 [mm] Chọn bề rộng tang: 500 [mm] Khoảng cách hai ổ: 580 [mm] Ta coi lực phân bố trên suốt chiều dài giữa hai ổ bi đỡ tang. Do đó lực phân bố trên một đơn vị chiều dài là: [N/mm] Ta có sơ đồ chịu lực như sau: Moment xoắn tác dụng lên trục: [N.mm] Ta nhận thấy tiết diện nguy hiểm là tiết diện tại B, ta có: (6.25) => = 392707 [N.mm] Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: (6.26) Với =50 [N/mm2] (thép C45) => 42,8 [mm] Vì trục quay ở vận tốc cao và chịu va đập nên để đảm bảo an toàn ta chọn =45 mm * Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn: Hệ số an toàn được tính theo công thức sau: (6.27) trong đó: : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp. (6.28) : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp. (6.29) Trong các công thức trên thì: -và : giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng: (6.30) (6.31) Đối với thép C45 thì: [N/mm2] - Do trục quay một chiều nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng: (6.32) và ứng suất tiếp (xoắn) thay đổi theo chu kỳ mạch động: (6.33) ở đây: (6.34) (6.35) Vậy: - và : hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi chọn theo vật liệu. Đối với thép cacbon trung bình thì: và - =1: hệ số tăng bền. - và : hệ số kích thước, xét ảnh hưởng của kích thước đến tiết diện trục đến giới hạn mỏi. Tra bảng 7.4 tài liệu [7]. ta được: =0,92 và =0,73 - và : hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn. Tra bảng 7.6 tài liệu [7], ta có: =1,51 và =1,18 Thay các giá trị vào công thức (5.27), (5.28) ta được: Thay các giá trị vào công thức (5.26) ta được: Hệ số an toàn cho phép: [n] = 2,5 - 3 Để đảm bảo an toàn cho trục trong quá trình làm việc, ta chọn đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm là: d = 45 [mm] Chon ổ lăn lắp vào trục: Vì trục làm việc với tải trọng lớn nên ta cần phải cố định chính xác theo phương dọc trục. Do đó, ta chọn ổ bi đỡ một dãy kí hiệu 309 có: d = 45 [mm] D = 85 [mm] B = 23 [mm] C = 31900 [N] Sau khi kiểm nghiệm, ta thấy ổ thỏa điều kiện bền. CHƯƠNG VII LẮP RÁP - VẬN HÀNH - BẢO TRÌ I. TỔNG KẾT Bảng 7.1 : Một số thông số của máy. Một số thông số của máy đập búa đã thiết kế Thông số chính Kích thước nhập liệu lớn nhất [mm] 200 Kích thước tháo liệu lớn nhất [mm] 80 Rôto Dr [mm] 835 Lr [mm] 180 Số vòng quay [v/ph] 800 Búa máy Số lượng [cái] 8 Số đĩa treo búa [cái] 8 Kích thước búa [mm3] 210x95x16 Khối lượng [kg] 2 Vận tốc đầu búa [m/s] 35 Kích thước bao máy Dài [m] 1,83 Rộng [m] 1,13 Cao [m] 1,58 Năng suất máy [t/h] 10 Động cơ [kw] 30 Khối lượng tổng cộng của máy [kg] 1441 II. LẮP RÁP - Những máy nghiền búa có trọng lượng nhỏ hơn 10 tấn thường được lắp sẵn ở nhà máy chế tạo, còn những máy có khối lượng lớn hơn thì được lắp cụm hoặc chi tiết tại nơi sử dụng. - Trước khi lắp đặt máy vào bệ, cần kiểm tra mặt ngang và mặt đứng của bệ. - Sau khi kiểm tra xong, đặt thân máy lên bệ và vặn bu-lông bệ vừa tay. - Tiếp đến lắp đặt rôto đã gắn sẵn cánh búa và búa lên hai ổ đỡ. - Lắp đặt động cơ điện. - Kiểm tra lại toàn bộ công việc lắp ráp, đạt yêu cầu thì mới cho máy chạy thử. - Thời gian chạy thử không ít hơn 2 giờ. III. VẬN HÀNH - Trước khi vào ca sản xuất cho máy chạy không tải khoảng 2- 3 phút, rồi mới tiến hành nạp liệu. -Tốc độ nạp liệu phải phù hợp với tốc độ quay của rôto, và phải trải dài theo chiều dài búa (tính toán cho băng tải nạp liệu phải thỏa các yêu cầu này ). Tốc độ nạp liệu quá lớn dẫn đến quá tải, các cục vật liệu rơi nhanh qua lhu vực đập của búa, va chạm với cánh búa làm chúng chóng mòn. Nhưng nếu tốc độ nạp liệu quá bé thì làm cho năng suất máy giảm. - Có thể đặt thêm thiết bị định lượng để đảm bảo vật liệu vào máy được đều đặn. IV. BẢO TRÌ - SỬA CHỮA - Sau một thời gian làm việc, các búa đập (và cả cánh búa), các tấm va đập, ghi tháo liệu bì mòn nhiều vì thế cần tổ chức bảo trì, sửa chữa và thay thế chúng. - Sau khi máy làm việc được khoảng 200 – 800 giờ thì tiến hành bảo trì nhỏ như: kiểm tra lại toàn bộ trục rôto, ghi, tấm va đập, chốt treo các búa, cánh búa, bôi trơn các chi tiết… Kiểm tra độ mòn của búa, nếu búa bị mòn nhiều thì đổi đầu hoặc thay búa mới. Thời gian sửa chữa khoảng 10 giờ. - Sau khi máy làm việc được khoảng 4000 – 6000 giờ thì tiến hành bảo trì vừa gồm các công việc như: thay búa, tấm va đập, tấm lót đã quá mòn (mòn đến 30% trọng lượng của tấm), thay ổ đỡ trục,…. Thời gian dừng máy để bảo trì từ 3 – 5 ngày. - Sau khi máy làm việc được 10.000 – 12.000 giờ thì tiến hành bảo trì lớn gồm các việc như: thay trục rôto, ổ đỡ, thay búa, chốt treo búa, cánh búa, ghi,… Kiểm tra lại độ ổn định của máy. Thời gian dừng để sửa chữa từ 5 – 6 ngày. KẾT LUẬN Qua quá trình làm luận án tốt nghiệp với đề tài: "Thiết kế máy nghiền mùn hữu cơ năng suất 10 tấn/ giờ" ta có một số nhận xét sau: Ưu điểm: + Về kỹ thuật: - Vật liệu đạt độ mịn theo yêu cầu đề ra. - Chất lượng, thành phần các chất chứa trong mùn không thay đổi. - Kết cấu đơn giản có thể thực hiện ở các xưởng vừa. - Vận hành đơn giản, cần ít công nhân. - Sử dụng động cơ giảm tốc là ưu điểm lớn: động cơ nhỏ gọn, việc điều chỉnh khoảng cách trục giữa động cơ và các trục làm việc đơn giản hơn việc sử dụng động cơ và hộp giảm tốc. + Về kinh tế: - Sử dụng nguyên liệu là mùn được tách từ hỗn hợp rác thải, thông qua hệ thống có thể tái tạo sử dụng với vai trò là nguyên liệu chính sản xuất phân compost nhằm cải tạo đất trồng, phát triển nông nghiệp. - Nguyên vật liệu sẵn có trong nước, dễ kiếm và giá thành không quá cao. Nhược điểm: - Quá trình làm việc ồn và phát sinh nhiều bụi.