Thiết kế máy đập búa đập mảnh thủy tinh trong sản xuất thủy tinh

Lời nói đầu ĐAMH là môn học cần thiết giúp cho sinh viên tự hệ thống lại kiến thức đã học trong những năm qua, nâng cao khả năng tự học, tìm kiếm, tổng hợp tài liệu, cải thiện kĩ năng làm việc theo nhóm, đem những lý thuyết được học vận dụng vào thực tế giúp cho sinh viên đúc kết được nhiều kinh nghiệm hữu ích, quí giá làm hành trang cho quá trình làm LVTN và công việc sau khi ra trường. Đồng thời, thông qua quá trình thực hiện đồ án sẽ tạo mối quan hệ gần gũi hơn, thân thiết hơn giữa thầy cô và sinh viên. Do đây là ĐAMH đầu tiên chúng em thực hiện trong suốt quá trình học, với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế không nhiều vì thế không tránh được những thiết sót, yếu kém. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đánh giá, chỉ bảo của quí thầy cô và các bạn. Chúng em xin chân thành cám ơn quí thầy cô, các anh chị khóa trước đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành ĐAMH Thiết kế Máy đập búa này. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Trung Ngôn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này. CHƯƠNG I: NGUYÊN LIỆU – QUY TRÌNH CNSX THỦY TINH Thành phần, nguyên liệu sản xuất thủy tinh Thành phần thủy tinh được phân thành hai nhóm: thành phần chính và thành phần phụ. Thành phần chính: Các hợp chất tạo nên các tính chất cơ bản của các loại thủy tinh và thường là các oxyt axit, oxyt kiềm, oxyt kiềm thổ như: SiO2, B2O3, Na2O, Al2O3, CaO, MgO,… Thành phần phụ: Chủ yếu là các hợp chất sử dụng để khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục, rút ngắn quá trình nấu thủy tinh. Thành phần phụ so với thành phần chính chỉ chiếm một hàm lượng nhỏ. Nhóm thành phần chính SiO2: SiO2 là thành phần chủ yếu của đa số thủy tinh công nghiệp. Do sự liên kết của các tứ diện [SO4]2- tạo nên các cấu trúc khung thủy tinh. SiO2 chiếm thành phần quan trọng nhất vì nó làm tăng độ bền hoá, bền nhiệt, bền cơ của thủy tinh, nhưng nếu SiO2 quá cao sẽ làm cho thủy tinh rất khó nấu vì phải nấu ở nhiệt độ rất cao. Hàm lượng SiO2 trong thủy tinh là từ 55% đến 75%. Để nấu thủy tinh người ta thường dùng cát thạch anh hay quaczit, ngoài ra còn dùng các nguyên liệu thiên nhiên chứa SiO2 ở dạng vô định hình như diatomit, opan, trepen…là những khoáng giàu SiO2. Ở Việt Nam thường sử dụng cát Cam Ranh, Hàm Liên,… B2O3: Đưa B2O3 vào trong thủy tinh để làm hệ số giãn nở nhiệt, tăng độ bền nhiệt, độ bền hoá của thủy tinh. Dùng B2O3 làm tốc độ nấu tăng lên làm giảm quá trình kết tinh của thủy tinh (khử bọt tốt hơn) và làm giảm quá trình nấu thủy tinh (nấu nhanh hơn). Nguồn cung cấp thường là axit boric H3BO3, cũng có thể dùng borax Na2B4O7.10H2O hay asarit 2 MgO.B2O3.H2O để cung cấp B2O3 nấu thủy tinh. Na2O: Na2O đem vào nấu thủy tinh có thể là sôđa khan Na2CO3 hay soda kết tinh Na2CO3.10H2O và cũng có thể dùng Na2SO4. Đưa Na2O vào nấu thủy tinh làm cho độ bền cơ, độ bền hoá, độ bên nhiệt giảm, tính dẫn điện cao, nhưng khi đưa nó vào giúp cho nhiệt độ nấu thủy tinh giảm, làm tăng khả năng hòa tan hạt cát, tăng nhanh tốc độ khử bọt. CaO và MgO: Thường ở dạng đá vôi, đá phấn. CaO: giúp cho quá trình nấu, quá trình khử bọt dễ dàng hơn cũng như tăng độ bền hoá của thủy tinh. MgO: đưa vào làm giảm xu hướng kết tinh, tăng độ đông cứng của thủy tinh. Do đó khi đưa CaO và MgO vào sẽ làm tăng độ bền hoá của thủy tinh. Al2O3: Al2O3 có thể đưa vào dưới dạng khoáng thiên nhiên như: cao lanh pecmatit, tràng thạch…có tác dụng làm giảm quá trình kết tinh của thủy tinh, giảm hệ số giãn nở nhiệt,tăng độ bền nhiệt, độ bền hóa, độ bền cơ thủy tinh nhưng Al2O3 làm nhiệt độ nấu cao, tốc độ nấu chậm dẫn đến độ khử bọt giảm. Nhóm thành phần phụ Chất khử màu: Màu sắc của thủy tinh là do các hợp chất sắt lẫn vào trong nguyên liệu hay trong quá trình chuẩn bị phối liệu. Fe2+ nhuộm thủy tinh thành màu xanh lam, Fe3+ nhuộm thủy tinh thành màu vàng nhạt. Với cùng 1 hàm lượng thì Fe2+ gây màu mạnh hơn Fe3+ đến 10 lần. Để có thủy tinh trong suốt không màu cần phải hạn chế đến mức tối thiểu hàm lượng các hợp chất sắt. Đối với nhiều loại thủy tinh, màu xanh do sắt gây ra dù rất yếu cũng là điều không mong muốn vì vậy cần phải tiến hành khử các hợp chất sắt. Các chất khử màu thường là các chất oxy hóa mạnh như: natri, axit asenic, antimoan, dioxit seri… và các hợp chất flour. Chất nhuộm màu: Các chất nhuộm màu phân tử thường là các hợp chất của mangan, coban, crom, niken, sắt, đồng(II), các nguyên tố hiếm… MnO2 tạo cho thủy tinh có màu đỏ. CoO tạo màu xanh (xanh coban). Cr2O3 tạo màu lục vàng. Ni2O tạo màu tím đỏ. Các chất nhuộm màu keo khuếch tán thường là hợp chất selen, vàng, bạc, đồng… Chất khử bọt: Các chât khử bọt thường dùng là nitrat, trioxyt asenic va antimoan, dioxyt ceri, sunfat natri, các muối flour và amoni… Chất gây đục: Thủy tinh đục có được là nhờ việc đưa vào trong phối liệu các hợp chất flour, photpho hoặc đôi khi là hợp chất thiếc. Các chất rút ngắn quá trình nấu: Để giúp cho quá trình nấu diễn ra nhanh hơn người ta đưa thêm vào các hợp chất như flour, muối amoni, NaCl, oxyt bor, oxyt bari, các nitrit… Nguồn cung cấp nguyên liệu Cát: Cát là nguyên liệu chủ yếu cung cấp SiO2. Trong cát thạch anh có hàm lượng SiO2 rất lớn, hàm lượng tạp chất nhỏ. Cát ở Cam Ranh là loại cát nấu thủy tinh rất tốt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật sản xuất. Thành phần của cát Cam Ranh: SiO2 Na2O CaO MgO Al2O3 Fe2O3 MKN 99,5 0 0,22 0 0,13 0,02 0,13 Đá vôi: Có thể sử dụng các nguồn đá khai thác ở Châu Đốc, Cần Thơ, Nha Trang,… Đá vôi dùng để nấu thủy tinh phải có thành phần hoá học cố định và có thành phần tạp chất tối thiểu. Yêu cầu của đá vôi nấu thủy tinh là: CaO (51 ± 2)%, MgO 3% max, Fe2O3 0,05% max. Sôđa: Sôđa là nguồn cung cấp Na2O chính. Có thể sử dụng Sôđa nhập từ Nhật, Trung Quốc hay Sôđa sản xuất trong nước. Hỗn hợp màu: Nhuộm màu cho thủy tinh. Bột nhẹ: Khử bọt. Mảnh thủy tinh: Tận dụng phế phẩm của nhà máy. Giúp cho thủy tinh dễ nấu hơn. Quy trình công nghệ sản xuất thủy tinh Quá trình sản xuất thủy tinh có thể được hình dung qua sơ đồ sau: Vai trò, mục đích thiết kế hệ thống tận dụng phế phẩm Tầm quan trọng của việc tận dụng phế phẩm Việc tận dụng các phế phẩm trong sản xuất nói chung và trong sản xuất thủy tinh nói riêng đóng vai trò rất quang trọng. Các mảnh thủy tinh vỡ được tận dụng làm tăng năng suất sản xuất, giảm chi phí tiêu hủy các phế phẩm,…vì vậy mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Ngoài ra việc đưa các mảnh thủy tinh vỡ vào tái sản xuất còn giúp cho thủy tinh dễ nấu hơn. Khi có sự cố với hệ thống cân, trộn phối liệu, ta có thể dùng hoàn toàn là các mảnh thủy tinh vỡ để đảm bảo sản xuất được liên tục, tránh hiện tượng không có nguyên liệu cung cấp gây cạn lò. Vai trò của máy đập búa trong sản xuất thủy tinh Trong sản xuất thủy tinh việc tận dụng phế phẩm mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Do thủy tinh là một chất vô định hình nên các tính chất như độ chịu nén, chịu kéo, chịu uốn, chịu va đập, độ đàn hồi của thủy tinh phụ thuộc vào từng loại thủy. Thủy tinh là loại vật liệu kém chịu kéo nhưng chịu nén khá tốt thường thì gấp khoảng 10 lần. Độ cứng của thủy tinh vào loại trung bình nên có thể sử dụng được nhiều loại thiết bị đập nghiền khác nhau để làm nhỏ kích thước của thủy tinh trước khi đưa vào lò nấu chảy. Máy đập búa có cấu tạo đơn giản, gọn, trọng lượng máy nhỏ, dễ thay thế các chi tiết hỏng, giá thành thấp, tiêu thụ điện năng ít, ngoài ra máy còn có thanh ghi giúp phân loại kích thước hạt giúp cho quá trình sản xuất được liên tục, dễ đưa vào hệ thống vận hành tự động. Vì thế, trong công nghệ sản xuất thủy tinh người ta thường sử dụng máy đập búa để đập nhỏ các thủy tinh phế phẩm trước khi đưa vào lò nấu chảy. ☻♪☺ CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT ĐẬP NGHIỀN Các khái niệm cơ bản 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. Phần lớn các nguyên liệu sử dụng trong công nghệ silicat là các lọai đất đá nằm trên vỏ trái đất và có thể được khai thách bằng phương pháp lộ thiên. Các nguyên liệu thường gập như: các, đá vôi, đôlômít, tràng thạch, các quặng manhezit, quaczit, crômit,… Sau khi khai thác, nguyên liệu được chở về các nhà máy silicat, đôi khi ở dạng cục lớn 1500-2000 mm. Để sử dụng được, ta phải đập nghiền các vật liệu đó. 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. 4 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. 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. SƠ ĐỒ CHU TRÌNH KÍN Một số tính chất cơ bản của vật liệu Độ bền và độ cứng. Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của chúng dưới tác dụng của ngọai lục. Độ bền được biểu thị bằng giới hạn chịu nén của Rn (kG/cm2) của vật liệu và được chia làm 4 lọai: Kém bền: <100 (than đá, gạch đỏ…) Trung bình: 100-500 (cát kết) Bền: 500-2500 (đá vôi, hoa cương, xỉ lò cao…) Rất bền >2500 (đá quazt, đá diabaz,…) Độ cứng: hiện nay độ cứng chủ yếu xác định bằng thang 10 bậc do nhà khóan vật người Đức Fr. Mohs đề xuất với 10 vật liệu chuẩn từ mềm tới cứng: Lọai Độ cứng Vật liệu chuẩn Tính chất Mềm 1 Talc Dễ vạch bằng móng tay 2 Thạch cao Vạch bằng móng tay 3 Can xit Dễ vạch bằng dao Trung bình 4 Florit Khó vạch bằng dao 5 Apatit Không vạch dược bằng dao 6 Tràng thạch Cứng bằng kính cửa sổ Cứng 7 Đá quắc Vạch được thủy tinh 8 Topa Vạch được thủy tinh 9 Corandong Cắt được thủy tinh 10 Kim cương Cắt được thủy tinh Độ giòn Đặc trưng cho khả năng bị phá hủy của vật liệu dưới tác động của lực va đập. Độ giòn khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và bền kéo. Cấu trúc và kích thước tinh thể ảnh hưởng đến tính giòn. Cấu trúc còn quyết định hình dạng của hạt khi vỡ ra trong quá trình nghiền. Vd: Galen (PbS) vỡ thành hình khối vuông, mica vỡ thành miếng mỏng, magnetit vỡ thành các hạt tròn. Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn riêng khi đập nghiền vật liệu chuẩn và các loại vật liệu khác với cùng mức độ và trạng thái đập nghiền. Hệ số này càng lớn, vật liệu càng dễ đập nghiền. Nếu lấy hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu chuẩn là 1.0 (clinker lò quay trung bình) thì hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu sau: Vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền Clinker lò quay trung bình 1,0 Clinker lò quay dễ đập nghiền 1,1 Clinker lò quay khó đập nghiền 0.8 - 0.9 Clinker lò đứng tự động 1,15 - 1,25 Clinker lò đứng thủ công 1,3 – 1,4 Diệp thạch 0,9 Xỉ lò cao trung bình 1.0 Cát 0.6-0.7 Đá hoa cương to hạt 0.9 Tràng thạch 0.8-0.9 Vôi sống 1.64 Talc 1.04-2.02 Than đá 0.75-1.34 Khi làm việc với các lọai vật liệu khác có độ giòn khác nhau thì tính năng này của máy cũng thay đổi theo. Tính giòn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năng suất tăng lên. Môt số tính toán cơ bản cho vật liệu rời Kích thước hạt Vật liệu trước và sau khi nghiền thường có hình dạng và kích thước khác nhau. Để tính toán người ta đưa ra khái niệm kích thước (đường kính) trung bình. Kích thước trung bình của một cục vật liệu tính theo một trong những công thức sau: Trung bình cộng: (II.1) Trung bình nhân: (II.2) l,b,h: chiều dài, chiều rộng, chiều cao lớn nhất của cục vật liệu Kích thước trung bình của một nhóm hạt. (II.3) Dmax, Dmin kích thước hạt vật liệu lớn nhất và bé nhất. Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt: (II.4) ,,,: kích thước trung bình của nhóm i. a1, a2,…, an: trọng lượng của nhóm 1,2,…,n trong hỗn hợp. Mức độ đập nghiền Đối với hạt vật liệu: (II.5) Đối với một nhóm hạt vật liệu: (II.6) Đối với hỗn hợp nhiều nhóm vật liệu: (II.7) với D, d là kích thước trước và sau khi đập. Các thuyết cơ bản về đập nghiền Một trong các chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản của các quá trình đập nghiền là tiêu hao năng lượng riêng cho 1 đơn vị sản phẩm (thường là 1 tấn). Năng lượng này rất khó xax1 định vì nó phụ thuộc vào quá nhiều yếu tố như: độ cứng, độ ẩm, độ quánh, độ nhớt , trạng thái bề mặt, kích thước và hình dạng cũng như các sai sót bên trong hạt vật liệu,…đồng thời nó còn phụ thuộc vào sơ đồ và kết cấu máy nữa. Vì thế, hiện nay vẫn chưa có một công thức toán học nào cho phép xác định chính xác quá trình đập nghiền. Một số thuyết được công nhận hơn cả là: Thuyết diện tích bề mặt Do P.R.Rittinger (Germany) đề xuất năm 1867, phát biểu như sau: “công tiêu hao troang quá trình đập nghiền tỉ lệ với diện tích bề mặt mới sinh hay mức độ đập nghiền”. Để đơn giản, ta giả thiết cục vật liệu đem đập ban đầu có dạng hình lập phương có kích thước là D, sau khi đập nghiền cục vật liệu có cũng có dạng hình lập phương và có kích thước là d. Mức độ đập nghiền là i. (II.8) Muốn tạo ra sản phẩm lập phương cạnh d, số nhát cắt phải là 3(i – 1). Diện tích các nhát cắt (bề mắt mới sinh) sẽ là: (II.9) Gọi a là công cần thiết để tạo ra 1 đơn vị diện tích mới sinh, toàn bộ quá trình đập vật liệu công sẽ là: (II.10) Khi mức độ đập nghiền lớn ià ∞ và (i – 1)ài hay: (II.11) vậy công Ai tỉ lệ với mức độ đập nghiền i hay diện tích bề mặt mới sinh F. Trong thực tế, hạt vật liệu không có dạng khối lập phương lí tưởng như trên mà có hình dạng bất kì. Do đó, người ta có thể bổ sung hệ số K – phụ thuộc vào hình dạng và kích thước hạt vật liệu. (II.12) thông thường K = 1,2 – 1,7 Thuyết Rittinger không cho phép xác định giá trị tuyệt đối của công Ai (vì a rất khó xác định) nhưng cho phép ta so sánh công tiêu hao khi đập nghiền cùng 1 loại vật liệu với mức độ đập nghiền khác nhau i1 và i2. (II.13) Khi i1 và i2 đủ lớn thì: (II.14) Thuyết này chỉ xét tới công tiêu hao tạo bề mặt mới sinh mà chưa xét quá trình biến dạng cục. Thuyết thể tích: Do Ph.Kich và V.I.Kiapichep đưa ra măm 1874, nội dung phát biểu: “Công tiêu hao cho quá trình đập nghiền chính là công nội lực đàn hồi và tỉ lệ với thể tích (hay chính xác hơn là độ giảm thể tích) của vật liệu khi đập nghiền”. Thuyết này dựa trên cơ sở phân tích sự biến dạng xảy ra khi đập nghiền. Khi bị đập (ép, kéo) trong vật liệu xuất hiện phản lực ở dạng ứng lực nội. Tăng dần lực ép ứng lực nội và biến dạng tăng lên. Khi các lực này tăng đến giá trị tới hạn của cục vật liệu nó sẽ bị phá hủy. Công đập nghiền chính là công tiêu hao cho quá trình này. Công đó chính là công nội lực đàn hồi (khi không có tổn thất) và bằng công ngoại lực gây biến dạng đàn hồi khi nén. Giả sử cục vật liệu có kích thước l và tiết diện F bị nén bởi lực P và bị giảm kích thước đi Δl, thì công tiêu tốn cho quá trình nén tỉ lệ với tích của lực P và độ biến dạng Δl đó, tức là: (II.15) Mà (ứng suất nội) Nên (II.16) với σ0: ứng suất phá hủy cục vật liệu Mặt khác, do định luật biến dạng đàn hồi ta có: (E – modul đàn hồi) (II.17) Nên (II.18) V = F.l, thể tích cục vật liệu Sau khi lấy tích phân ta có: (II.19) K – hệ số phụ thuộc tính chất cơ lí của vật liệu Như vậy, công A tỉ lệ với thể tích vật liệu cần đập nghiền V. Thuyết thể tích chỉ xét tới năng lượng tiêu tốn cho quá trình biến dạng đàn hồi và sau đó là biến dạng dẻo mà không tính đến năng lượng tạo bề mặt mới sinh. Tuy nhiên nó cũng gần với thực tế và cho phép định hướng tính toán các máy đập nghiền làm việc theo nguyên lí nén (ép). Từ công thức tính A có thể xác định công suất động cơ dẫn và lực tác dụng lên các chi tiết máy khi biết E và σ. Tổng hợp 2 thuyết trên ta thấymỗi thuyết chỉ phản ánh được 1 phầncủa quá trình phức tạp khi đập nghiền. Thuyết thể tích phù hợp cho quá trình đập còn thuyết diện tích phù hợp cho quá trình nghiền. Tuy nhiên cả 2 thuyết bổ sung cho nhau và cùng phản ánh được những hiện tượng vật lí xảy ra trong khi đập nghiền. Thuyết Bond Năm 1950, Bond đưa ra một thuyết mới “Công tiêu hao khi đập nghiền tỉ lệ với chiều dài khe nứt tạo ra và phụ thuộc vào kích thước cục vật liệu, mức độ đập nghiền, lượng vật liệu” và xác định theo công thức: (II.20) K – hệ số tỉ lệ Q – lượng vật liệu đem đập nghiền Công thứ công trên chỉ áp dụng xác định gần đúng công suất toàn phần khi đập trung bình. Tóm lại, công đập nghiền một cục vật liệu với mức độ đập nghiền xác định có thể biểu diễn bởi các công thức: Theo Rittinger A = KR.D2 Theo Bond A = KB.D2,5 Theo Kiapichep A = KK.D3 Phân loại các máy đập nghiền Tùy theo chỉ tiêu đánh giá người ta có thể phân loại các máy đập nghiền theo nhiều các khác nhau. Căn cứ vào kích thước sản phẩm Người ta qui ước chia quá trình đập nghiền thành các giai đoạn sau: Giaiđoạn Kích thước sản phẩm (mm) Hệ số i Đập Đập thô >100 2 – 5 Đập trung bình 100 – 30 5 – 10 Đậpnhỏ 30 – 3 10 – 30 Đập mịn 3 – 0,5 >30 Nghiền Nghiền thô 0,5 – 0,1 >100 Nghiền mịn <0,1 >500 Căn cứ vào nguyên lí và kết cấu máy Máy đập Máy nghiền Máy đập hàm Máy nghiền bi Máy đập nón Máy nghiền con lăn Máy đập trục Máy nghiền búa Máy đập búa Máy nghiền khí nén Máy đập va đập đàn hồi Máy nghiền rung Máy nghiền bánh xe Máy nghiền tia năng lượng Một số máy đập nghiền trong thực tế sản xuất MÁY ĐẬP HÀM MÁY ĐẬP CON LĂN MÁY ĐẬP VA ĐẬP MÁY NGHIỀN BI MÁY ĐẬP NÓN MÁY DẬP BÚA 1 ROTO MÁY ĐẬP THÙNG QUAY CHƯƠNG 3: MÁY ĐẬP BÚA Máy đập búa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Silicate để đập các vật liệu mềm hoặc có độ bền trung bình như: đá vôi, đá phấn, đất sét khô, than đá, samốt, mảnh thủy tinh,… Nguyên lý làm việc: vật liệu bị đập vỡ thành các hạt nhỏ hơn do các nguyên nhân sau: Do búa quay quanh trục với động năng đủ lớn va đập vào vật liệu đồng thời các vật liệu tự va đập vào nhau. Vật liệu văng vào tấm đập và bị vỡ ra. Khi búa quay vật liệu bị đập giữa búa và tấm lót, hoặc bị đập giữa búa và tấm ghi. Phân loại Tùy theo cách thức làm việc, kết cấu máy,…người ta phân loại máy đập búa như sau: Theo số trục mang búa ( rôto) Máy đập búa 1 rôto: máy chỉ có 1 trục và các búa phân bố đều doc theo trục (i = 30 – 40). Máy đập búa 2 rôto: 2 trục búa song song và quay ngược chiều nhau. Theo phương pháp treo búa vào rôto: Búa lắp lỏng: để đập trung bình và đập nhỏ vật liệu. Búa lắp cứng: để đập thô các vật liệu, cũng có trường hợp sử dụng làm máy nghiền để nghiền mịn các vật liệu. Theo cách tiếp liệu vào máy Tiếp liệu theo phương tiếp Cùng chiều quay roto Ngược chiều quay rôto Tiếp liệu theo phương thẳng đứng. Ưu nhược điểm Ưu: Cấu tạo đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước bé. Làm việc với độ tin cậy cao và liên tục. Năng suất cao và mức độ đập nghiền lớn (i = 10 – 90). Máy có ghi tức là có quá trình phân loại trong khi đập. Tránh lãng phí năng lượng do đập nghiền các hạt đã đạt yêu cầu. Nhược: Các chi tiết máy, nhất là ghi và búa rất mau bị mòn. Không đập được các vật liệu ẩm (w >15%) vì lúc đó khe ghi bị bịt kín. Khi có dị vật cứng rơi vào máy rất dễ bị hỏng. Rôto của máy quay với vận tốc lớn vì thế phải cân chỉnh Tôto thật cẩn thận để tránh làm mất cần bằng máy. Cấu tạo chi tiết máy đập búa: Tùy theo từng loại máy, loại vật liệu đem đập, yêu cầu của vật liệu khi ra khỏi máy mà máy đập búa có cấu tạo rất khác nhau. Trong khuôn khổ ĐAMH này chỉ trình bày cấu tạo chi tiết của máy đập búa 1 rôto nhiều đĩa búa có búa lắp lỏng là loại máy mà ta sẽ thiết kế. Các bộ phận chính của máy được mô tả như ở hình vẽ: MẶT CẮT DỌC VÀ NGANG 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. 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. 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. VỎ MÁY NẠP LIỆU THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG VỎ MÁY NẠP LIỆU THEO PHƯƠNG TIẾP TUYẾN CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÁY ĐẬP BÚA Tính toán công nghệ. Vận tốc đầu búa: Kích thước giới hạn của viên vật liệu có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau: (IV.1) - ứng suất kéo của vật liệu, [N/m2], đối với thủy tinh = 3,4.106 [N/m2] - khối lượng riêng của vật liệu; đối với thủy tinh = 2600 [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: (IV.2) Trong đó: d – kích thước đá sản phẩm Chọn vận tốc đầu búa: v = 39 [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: (IV.3) 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: (IV.4) - vận tốc của búa sau khi đập [m/s] Như vậy, động năng của búa truyền cho vật liệu đem đập là: (IV.5) Hoặc: (IV.6) 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 thủy tinh là: = 0,895 Theo thuyết thể tích thì công cần thiết để phá vỡ vật liệu bằng: (IV.7) Như vậy, điều kiện để búa đập vỡ vật liệu sẽ là: (IV.8) Tức là: (IV.9) Từ đây, tìm được khối lượng búa đập, bằng: (IV.10) (IV.11) - 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: = 0,065 [m] E = 4,7.109 [N/m2] s = 9,8.107 [N/m2] v1 [m/s] = 0,895 Thay vào (IV.11) ta được: Ta chọn khối lượng búa: m = 2 [kg] Kích thước rôto, chiều dài búa, năng suất máy: Các thông số cơ bản của máy đập búa là chiều dài rôto Lr và đường kính rôto Dr của nó (đường kính rôto là khoảng cách xa nhất giữa mép hai quả búa đối diện qua trục rôto). Các máy đập búa hiện đại có tỉ số với đường kính [mm] Từ năng suất thiết kế ban đầu ta tính được đường kính roto dựa theo công thức tính năng suất của máy như sau: (IV.12) n – số vòng quay của rôto - hệ số; k = 4 6,2. chọn k = 4. - chiều dài rôto. Chọn . - mức độ đập nghiền. = 60/12 = 5. Thay các giá trị của n, , vào (IV.12). Ta được: 0,763 Chọn Dr = 800 [mm] Chiều dài rôto: 400 [mm] Chiều dài búa nghiền: (IV.13) Chọn 160 [mm] Ta thiết kế búa có mặt cắt ngang hình chữ nhật, trọng tâm búa chính là tâm hình chữ nhật, vì thế ta chọn chiều dài búa có cả phần gắn vào đĩa búa là: 210 [mm] Vận tốc rôto: 665[v/ph] Tính lại năng suất máy: = 31,45 [t/h] Công suất động cơ: Đối với máy đập thô và đập vừa: (IV.14) Hoặc: (IV.15) Hoặc: (IV.16) Trong các công thức trên: , - là đường kính và chiều dài rôto [m] - mức độ đập nghiền - số vòng quay của rôto [v/ph] - năng suất của máy [t/h] Ta tính công suất động cơ theo (IV.16). Ndc = 0,15.31,45.5 = 23,58 [kW] Để đề phòng trường hợp quá tải ta phải chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất tính ở trên. Theo tiêu chuẩn ta chọn động cơ có công suất: Ndc = 30 [kW] Số lượng búa: Động năng do các búa sinh ra bằng: (IV.17) - số lượng búa trong rôto. - khối lượng một búa [kg] - vận tốc của búa [m/s] Phần động năng để sinh ra công đập vật liệu sẽ là: (IV.18) - hệ số phụ thuộc vận tốc vòng của búa, chọn như sau: (m/s)... 17 23 30 40 K... 0,285 0,13 0,039 0,020 Sau khi biết được công đập vật liệu , ta xác định công suất: (IV.19) (IV.20) Khi đã biết được công suất của máy, từ công thức (IV.20) ta xác định được số lượng búa trong rôto như sau: (IV.21) 69,94 Thông thường số búa là bội của 4 nên ta chọn số búa i = 72 [búa] Số đĩa treo búa: Khi cục vật liệu rơi vào máy thì nó chuyển động thẳng đứng nhanh dần đều với gia tốc của lực trọng trường g [] Để cục vật liệu bị búa đập vỡ thì thời gian cục vật liệu rơi từ đầu búa tới vị trí đập bằng thời gian búa quay hết góc đặt búa. Khoảng cách từ đầu búa tới vị trí đập thường lấy bằng Dr / 18 và thời gian cục vật liệu rơi hết khoảng cách này là: (IV.21) Còn thời gian quay hết góc đặt búa là: (IV.22) Theo điều kiện trên ta có: Từ đây ta rút ra số hàng búa là: (IV.23) - đường kính rôto [m] - gia tốc trọng trường [] - số vòng quay của rôto [v/ph] - số búa trên đĩa búa Thay số vào (4-) ta được: 0,8 Số búa trên đĩa thường là bội của 3 hay 4 (tức là 3, 4, 6, 8,...). Trong bài này, máy đập vừa do đó theo kinh nghiệm có thể chọn a = 8 Vậy số đĩa treo búa là: 72/8 = 9 đĩa Sàng ghi: Ghi máy: d là kích thước hạt thì kích thước lỗ ghi được tính như sau: d = Lcosα - S.sinα L – kích thước lỗ ghi [mm] S – bề dầy sàn ghi [mm] α - góc nghiêng [0] Thông thường chọn theo kinh nghiệm như sau: d < 5 chọn L = d + (0,5 – 1) [mm] 5 < d < 25 chọn L = d + (1 – 3) [mm] d > 25 chọn L = d + (3 – 5) [mm] Chọn kích thước lỗ ghi 16 [mm] KÍCH THƯỚC LỖ GHI Chiều dầy ghi phụ thuộc kích thước lỗ ghi L < 5 thì S = 0,75L 5< L < 10 thì S = 0,7L L > 10 thì S = 0,625L Chọn bề dầy ghi là 10 [mm] Tính toán cơ khí Lựa chọn động cơ: Máy đập búa trên đòi hỏi động cơ phải có công suất 30 [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 Trong đó: - mômen mở máy. - mômen định mức. - mômen lớn nhất. - moment nhỏ nhất Kích thước động cơ Kiểu động cơ điện Khuôn khổ (Không lớn hơn) Kích thước lắp L B1 B4 B5 H L15 2C 2C2 A02-72 669 393 300 230 461 133 110 14 318 267 48 18 200 52 Hệ thống truyền động: Hệ thống truyền động với công suất 30 [kW] (< 50 kW), tỉ số truyền u = 2,47(<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 sau: Ta có: P1 = 30 [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 250400 Bước 2: Tính đường kính bánh đai nhỏ, vận tốc đai. Đường kính bánh đai nhỏ d1 = 1,2. dmin = 1,2.250 = 300 [mm] Chọn d1 theo giá trị tiêu chuẩn theo dãy sau [mm]: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 150, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000. d1 = 315 [mm] Vận tốc đai: 24,08 [m/s] Bước 3: Tính đường kính bánh đai lớn, tính lại tỉ số truyền. Chọn hệ số trượt tương đối: 0,01 Đường kính bánh đai lớn: 2,47.315.(1-0.01) = 770,27 [mm] Chọn d2 theo tiêu chuẩn: d2 = 800 [mm] Tỉ số truyền u = Sai lệch: 2,83 [%] Bước 4: Tính chiều dài đai, khoảng cách trục. Khoảng cách trục : 2.(d1+d2)0,55.(d1+d2)+h 2320a626,75 Chọn sơ bộ: = 800 [mm] Chiều dài đai: 3739,94 [mm] 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 = 3550 [mm] Số vòng chạy của đai trong 1 giây: i = v/L = 6,78 s-1 ; [i] = 10 s-1, do đó điều kiện thỏa. Tính toán lại khoảng cách trục : 1798,56 [mm] 242,5 [mm] 865,3[mm] Giá trị vẫn thỏa mãn điều kiện cho phép Bước 5: Tính góc ôm bánh đai nhỏ. Góc ôm bánh đai nhỏ: 1480 = 2,58 rad Bước 6: Tính số đai Z. Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai: 0,917 Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc: 0,76 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= 2,47 1,14 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: 0,991 Chọn hệ số công suất có ích [P0] theo đồ thi sau: Theo đồ thị: [P0] = 13 [kW] Số đai: Z Ta chọn Z = 5 [đai] Bước 7: Tính lực tác động lên trục, tuổi thọ đai. Lực căng ban đầuu: [N] Lực căng mỗi dây đai: F0/5 = 345 [N] Lực vòng có ích: 1245,85 [N] Lực vòng trên mỗi dây đai: Ft/5 = 249,17 [N] Từ công thức: Suy ra: 0,295 Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trượt trơn: 0,1 Lực tác dụng lên trục: 3316,77[N] Ứng suất lớn nhất trong dây đai: Tuổi thọ đai được xác định theo công thức sau: [h] = 242,16 [ngày] Trong đó: = 9 [Mpa], i = 9,63; m = 8. 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] Tính bền cho trục máy: Trục máy được thiết kế theo trình tự sau: Chọn Vật liệu chế tạo trục: thép C35 (= 304 [Mpa]; = 255 [MPa], = 510 [MPa] = 128 [MPa]). Chọn sơ bộ ứng suất xoắn cho phép: = 20 [Mpa] Chọn sơ bộ đường kính trục theo công suất động cơ: Xuất phát từ điều kiện: Đặt Chọn d = 50 [mm] Phân tích lực tác dụng lên trục từ các chi tiết quay của hệ thống. Lực tác dụng của bộ truyền đai: Fr = 3316,77 [N] Tải trọng phân bố đều của búa và đĩa: q = 24 [N/mm] Mômen xoắn truyền từ động cơ: = 430,83 [N.m] Mômen xoắn phân bố dọc theo trục: m = 1075 [Nm/m] Ta có biểu đồ nội lực: Mặt cắt tại B nguy hiểm nhất. Giá trị và được xác định theo công thức sau: =42454400 N/m2 = 42,45[Mpa] =17233200 N/m2 = 17,23 [Mpa] Kiểm tra điều kiện bền: =51,89 MPa < thỏa điều kiện bền Kiểm nghiệm độ bền trục theo hệ số an toàn Đối với trục tâm quay, ứng suất thay đổi theo chu kì đối xứng : hệ số an toàn cho phép, nằm trong khoảng 1,5 – 2,5 =255 [Mpa]: giới hạn mỏi của vật liệu. =0,84: hệ số kích thước. Tra theo bảng 1 = 1,35: hệ số xét đến ảnh hưởng của sự tập trung tải trọng đến độ bền mỏi. Tra bảng 2 =1,5: hệ số tăng bền bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công. (bang 10.4) = = 42,45 [MPa] Thỏa điều kiện mỏi. Chọn đường kính trục 50 [mm] Lựa chọn ổ đỡ: Ổ đỡ được dùng là ổ lăn, ta lựa chọn ổ lăn vì vận tốc trục không lớn lắm, ổ lăn có hệ sồ ma sát nhỏ tổn hao năng lượng thấp. Ổ lăn trên trục gồm 2 ổ giống nhau: ổ đặt tại B và ổ đặt tại C. Ổ lăn tại B chịu tải trọng lớn hơn do đó trong quá trình tính toán, ta chỉ cần tính cho ổ B. Tính toán ổ lăn tại B: Đường kính vòng trong của ổ lăn bằng đường kính trục: d = 180 [mm] Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ : Lực tác dụng lên ổ do khối lượng của búa máy và đĩa máy (xem biểu đồ nội lực QY) Ftr: F1 = 4800 [N] Lực tác dụng lên ổ do lực của đai tác dụng lên trục Fr: F2 = 3316,77 [N] Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ: Fr5834,46 [N] Các hệ số K0 chọn bằng 1,1; Kt và V chọn bằng 1. Trong đó: K0 - hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng. K0 được chọn theo bảng sau: Đặc tính tải trọng K0 Thiết bị vận hành ngắn hạn hoặc không liên tục: thiết bị gia dụng, cần trục lắp máy và máy xây dựng, máy kéo. 1,0 – 1,1 Các thiết bị như trên nhưng đòi hỏi độ tin cậy cao hơn: máy nâng, ôtô, máy nông nghiệp. 1,1 – 1,2 Máy làm việc một ca nhưng không đủ tải: động cơ điện tiêu chuẩn, hộp giảm tốc, động cơ máy bay. 1,2 – 1,3 Máy làm việc 1 ca đủ tải: máy cắt kim loại và gia công gỗ, máy in, máy dệt, cần trục máy ngoạm. 1,3 – 1,4 Máy làm việc liên tục: hệ thống dẫn động thiết bi cán, máy nén khí, đầu máy xe lửa... 1,5 – 1,7 Máy cán ống lò, lò chuyển động quay, hệ thống dẫn động thiết bị tàu thủy, thang máy. 1,7 – 2.0 Các thiết bị quan trọng làm việc suốt ngày đêm: máy phát điện công suất lớn, máy và thiết bị chế biến giấy, máy thông khí và máy bơm hầm mỏ... 2,0 – 2,5 Kt - hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến tuổi thọ ổ: T0C < 100 150 175 200 250 Kt 1,00 1,11 1,15 1,25 1,40 V - hệ số tính đến vòng nào quay: V= 1 nếu vòng trong quay; V = 0,5 nếu vòng ngoài quay. Tải trọng qui ước: Do không có lực dọc trục nên hệ số X = 1 và Y = 0. Q = (X.V.Fr + Y.Fa) K0.Kt Q = (1.1.Fr+0.0).1,1.1 = (5834,46).1,1 = 6417,91 [N] Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay: 331,68 [triệu vòng] Với: n - vận tốc góc của trục [v/ph] - thời gian làm việc tính bằng giờ (= 8000) Khả năng tải động tính toán: 44425,61 [N] Với Q - tải trọng qui ước - chỉ số mũ (m = 3 khi dùng ổ bi; m = 10/3 nếu dùng ổ đũa) Theo phụ lục ta chọn ổ cỡ nặng hẹp với kí hiệu 66410, với C = 98900 [N] và C0 = 60100 [N]. Kí hiệu Các kích thước ổ, mm C, N C0, N Số vòng quay tới hạn khi bôi trơn Khối lượng, kg D B T Bằng mỡ Bằng dầu 66410 50 130 31 31 3,5 2 98900 60100 2800 3400 2,17 Tuổi thọ ổ được tính lại theo công thức: 3659,38 [triệu vòng] Tuổi thọ tính bằng giờ: 91713,88 [h] = 10 [năm] Tính bền cho búa máy: Kích thước búa [mm3]: 210x60x20 Diện tích mặt cắt tại A: FA = 20.50 = 1000 [mm2] Diện tích mặt cắt tại B: FB = 20.40 = 800 [mm2] Khi rôto máy đập búa quay, do búa máy có khối lượng m, nên xuất hiện lực li tâm C gây ra ứng suất trong búa. Lực li tâm được tính như sau: m - khối lượng của búa (m= 2 kg) v - vận tốc tại trọng tâm búa Lực li tâm được tính như sau: m - khối lượng của búa (m= 2 kg) v - vận tốc tại trọng tâm búa 33,43 [m/s] Như vậy, lực li tâm: 4656,52 [N] Kiểm tra bền cho các mặt cắt nguy hiểm: Tiết diện A chịu kéo, tiết diện B chịu cắt. Ứng suất sinh ra trên các mặt cắt như sau: Tiết diện A [N/mm2] Tiết diện B: 5,82 [N/mm2] Kết luận: Ứng suất sinh ra trong búa không đủ để làm hỏng búa, búa chỉ bị hỏng do làm việc nhiều búa bị mòn. Tính toán thiết bị phụ trợ. Băng tải là thiết bị vận chuyển liên tục được sử dụng rộng rãi vì có nhiều ưu điểm: Cơ cấu đơn giản, bền. Có thể vận chuyển theo phương ngang, thẳng đưng hay kết hợp cả hay. Làm việc êm. Tiêu hao năng lượng không lớn lắm. Tuy nhiên băng tải cũng có một số hạng chế như: Tốc độ vận chuyển không cao. Độ nghiêng của băng nhỏ (<240). Không vận chuyển được theo đường cong. Băng tải tháo liệu Với những ưu – khuyết điểm trên, ta thấy băng tải thích hợp cho việc vận chuyển mảnh thủy tinh. Băng tải nhập liệu: MỘT SỐ BỘ PHẬN CỦA BĂNG TẢI Ta thiết kế băng tải nhập liệu có năng suất lớn hơn năng suất của máy khoảng 10%, Q = 31,45.110% = 34,6 [t/h]. Chọn năng suất băng 35 [t/h]. Năngng suất băng tải được tính theo: Q = 155.B2..v với Q - năng suất băng [t/h] B - bề rộng băng [m] - khối lượng riêng của liệu [t/m3] Nếu chọn B = 0,4 [m] thì vận tốc băng tải: v = 0.56[m/s] Băng có chiều dài 2 [m] được bố trí như hình vẽ, để đưa mảnh thủy tinh vào máy đập búa H = 0 [m] Công suất của băng: [mã lực] K1 - phụ thuộc vào chiều rộng băng, tra bảng 3 đươc K1 = 26 K2 - phụ thuộc vào chiều dài băng, tra bảng 4 được K2 = 1,25 L - tổng chiều dài phần nằm ngang và nghiêng của băng đo theo phương nằm ngang [m] v - tốc độ di chuyển của băng [m/s] Q - năng suất băng [t/h] H - chiều cao nâng tải khi vận chuyển nghiêng [m], trong bài H = 0 [m] Công suất của băng: = 0,036 [mã lực] = 0,027 [kW] Chọn động cơ có năng suất 0,5 [kw] Băng tải tháo liệu Ta thiết kế băng tải tháo liệu có năng suất lớn hơn năng suất của máy khoảng 10%, Q = 31,45.110% = 34,6 [t/h]. Chọn năng suất băng 35 [t/h]. Năngng suất băng tải được tính theo: Q = 155.B2..v Nếu chọn B = 0,4 [m] thì vận tốc băng tải: v = 0.56[m/s] Băng được bố trí như hình vẽ ở trên, để đưa thủy tinh sau khi đập vào Silo chứa cao H = 5 [m] Công suất của băng: [mã lực] Tra bảng ở trên được K1 = 26, K2 = 1,25. Công suất của băng: = 1[mã lực] = 0,73 [kW] Chọn động cơ có năng suất 1 [kw] CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH Số lượng [cái] Khối lượng [kg] Giá [USD] Vỏ máy 1 312 312x4 Búa 72 2 144x4 Đĩa treo búa 10 82 820x4 Tấm lót 4 16 64x4 Trục 1 9,17 9,17x4 Lưới ghi 1 3136 3136x4 Động cơ 1 600 Giá tiền cả máy 18540,68 Do chế tạo các chi tiết máy đập búa khó khăn nên giá thành khi gia công chi tiết máy lên cao. Giá thành của các thiết bị phụ cũng phải tính nên lấy giá thành gia công máy là 200%. Vậy giá máy là: 18540, 68 + 18540, 68.2 = 55622,04 [USD] 89.000.000 [VNĐ] TỔNG KẾT Chu trình tính toán Tính toán công nghệ Bước 1: tính vận tốc đầu búa dựa theo kích thước hạt vật liệu ra khỏi máy. Bước 2: tính khối lượng búa dựa theo đường kính hạt vật liệu trung bình vào máy. Bước 3: tính đường kính rôto dựa trên công thức tính nang suất máy Bước 4: tính chiều dài, số vòng quay rôto, chiều dài búa, tính lại năng suất máy. Bước 5: tính công suất động cơ dựa trên năng suất máy, mức độ đập nghiền. Bước 6: tính số búa. Bước 7: Từ chiều rộng rôto, số búa, khối lượng búa, ước lượng khỏang cách hợp lí chọn số búa trên 1 đĩa, số đĩa treo búa. Tính toán cơ khí Bước 1: chọn động cơ dựa trên công suất động cơ và số vòng quay của rôto. Bước 2: chọn hệ thống truyền động, tính lực tác dụng lên trục máy. Bước 3: phân tích lực tác dụng lên trục, số vòng quay trục, tính bền cho trục máy. Bước 4: phân tích lực tác dụng lên ổ đỡ, đường kính trong của ổ đỡ, lựa chọn ổ đỡ. Bước 5: tính bền cho búa máy. Lựa chọn thiết bị phụ trợ Bước 1: chọn thiết bị phụ trợ dựa trên tính chất và năng suất máy Bước 2: tính toán băng tải dựa trên năng suất máy, hề rộng khe nạp liệu, tháo liệu. 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] 65 Kích thước tháo liệu lớn nhất [mm] 13 Rôto Dr [mm] 800 Lr [mm] 400 Số vòng quay [v/ph] 691 Búa máy Số lượng [cái] 72 Số đĩa treo búa [cái] 9 Kích thước búa [mm3] 210x60x20 Khối lượng [kg] 2 Vận tốc đầu búa [m/s] 39 Kích thước bao máy Dài [m] 1,28 Rộng [m] 0,56 Cao [m] 1,60 Năng suất máy [t/h] 31,45 Động cơ [kw] 30 Khối lượng tổng cộng của máy [kg] Lắp ráp, vận hành, bảo trì máy đập búa đã thiết kế Lắp ráp Những máy đập 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 đặt máy vào bệ, cần kiểm tra mặt ngang và mặt đứng của bệ. Sau khi kiểm tra xong đặt thân máy (nửa dưới vỏ máy) lên bệ và vặn bu-lông bệ vừa tay. Lắp ghi tháo liệu. Tiếp đến đặt rôto đã gắn sẵn cánh búa và đĩa búa lên hai ổ đỡ. Sau đó lắp các tấm va đập vào nữa trên của võ máy rồi đậy hai nắp lại, gài chốt. Lắp đặt động cơ điện. Kiểm tra lại toàn bộ công việc lắp ráp, nếu đạt yêu cầu thì mới cho máy chạy thử. Thời gian chạy thử không ít hơn 2 giờ. 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 rôto (tính toán cho băng tải nạp liệu phải thõa các yêu cầu này). Có thể đặt thêm thiết bị định lượng để đảm bảo vật liệu vào máy được đều đặn. Nếu tốc độ nạp liệu quá lớn máy dễ bị quá tải, các cục liệu rơi nhanh qua khu 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 của máy giảm. 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, ghi, 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. PHỤ LỤC Bảng 1 - Hệ số es, et Đường kính dt [mm] 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 100-120 120-140 Thép cacbon, es et 0,91 0,89 0,88 0,81 0,84 0,78 0,81 0,76 0,78 0,74 0,75 0,73 0,73 0,72 0,70 0,70 0,68 0,68 Thép hợp kim es et 0,83 0,89 0,73 0,78 0,70 0,76 0,68 0,74 0,66 0,73 0,64 0,72 0,62 0,70 0,60 0,68 Bảng 2 - Hệ số Ks, Kt, khi trên bề mặt chuyển tiếp có góc lượn t/r r/d Ks khi giới hạn bền sb [MPa] Kt khi giới hạn bền sb [MPa] 500 700 900 1200 500 700 900 1200 1 0,01 1,35 1,4 1,45 1,5 1,3 1,3 1,3 1,3 0,02 1,45 1,5 1,55 1,6 1,35 1,35 1,4 1,4 0,03 1,65 1,7 1,7 1,9 1,4 1,45 1,45 1,5 0,05 1,60 1,7 1,7 1,95 1,45 1,45 1,5 1,55 0,10 1,45 1,55 1,55 1,85 1,4 1,4 1,45 1,5 2 0,01 1,55 1,6 1,6 1,65 1,4 1,4 1,45 1,45 0,02 1,8 1,9 1,9 2,0 1,55 1,6 1,65 1,7 0,03 1,8 1,95 1,95 2,05 1,55 1,6 1,65 1,7 0,05 1,75 1,9 1,9 2,0 1,55 1,6 1,65 1,75 3 0,01 1,9 1,9 2,0 2,1 1,55 1,6 1,65 1,75 0,02 1,95 1,95 2,1 2,2 1,6 1,7 1,75 1,85 0,03 1,95 1,95 2,1 2,25 1,65 1,7 1,75 1,9 5 0,01 2,1 2,25 2,25 2,35 2,2 2,3 2,4 2,6 0,02 2,15 2,3 2,3 2,45 2,1 2,15 2,25 2,4 Bảng 3 - Hệ số phụ thuộc chiều rộng băng tải Chiều rộng băng [mm] Giá trị K1 Chiều rộng băng [mm] Giá trị K1 400 26 900 62 500 32 1100 77 600 36 1300 93 Bảng 4 - Hệ số phụ thuộc chiều dài băng tải Chiều dài băng [m] Giá trị K2 Đến 15 1,25 15-40 1,1 Dài hơn 40 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Bá Minh - Hoàng Minh Nam, Cơ học vật liệu rời, NXB ĐHQG TP. HCM (2004) Thiết bị nhà máy Silicat I & II, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội (1990) Trần Quang Quý, Nguyễn Văn Vinh – Nguyễn Bính, Máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, NXB XD (2000) Hồ Lê Viên, Máy gia công vật liệu rắn và dẻo - tập I, ĐHBK HN (1997) Nhà máy sản xuất vật liệu & cấu kiện xây dựng, NXB GD Nguyễn Hồng Ngân, Máy sản xuất vật liệu cấu kiện xây dựng, NXB ĐHQG TP. HCM (2001) Phùng Văn Lự - Phạm Duy Hữu – Phan Khắc Trí, Vật liệu xây dựng, NXB GD (1995) Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQG TP. HCM (2004) Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập chi tiết máy, NXB ĐHQG TP. HCM (2003) Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, NXB GD (2003) Trương tích Thiện - Võ Duy Cương, Cơ kĩ Thuật, ĐHBK TP. HCM (1999) Bài giảng chuyên môn Silicat, ĐHBK HN – Bộ môn Silicat Nguyễn Trọng Đức, ĐAMH Máy nghiền búa, ĐHBK TP. HCM (2003) Phạm Đức Ánh, ĐAMH Máy đập búa 2 trục, ĐHBK TP. HCM (2004) Một số trang web về thiết bị: Mục lục