Thiết kế máy nghiền búa trong hệ thống xử lý chất thải rắn

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Trong cuộc sống xã hội hiện đại ngày nay, con người luôn bận rộn trong việc làm giàu và đổi đời, họ cố phát minh ra hàng loạt máy móc kỹ thuật và trang thiết bị hiện đại để giảm bớt sức lao động của con người. Nhưng đồng thời, họ cũng cho ra đời hàng trăm tấn rác thải mà không nghĩ về những hậu quả do nó gây ra. Mà phần lớn ở đây là rác thải rắn. Sự hình thành chất thải rắn Chất thải rắn sinh ra từ hoạt động hàng ngày của con người. Rác sinh hoạt thải ra mọi lúc mọi nơi trong phạm vi thành phố hoặc khu dân cư, từ các hộ gia đình, khu thương mại, chợ và các tụ điểm buôn bán, nhà hàng, khách sạn, công viên, khu vui chơi giải trí, các viện nghiên cứu, trường học, các cơ quan nhà nước… Cuộc cách mạng về công nghiệp đã mang về nhiều lợi ích cho con người như nâng cao mức sống, công tác phục vụ ngày càng tốt hơn, nhưng đồng thời cũng sinh ra một lượng rác thải rắn khá lớn. Những năm đầu thập kỷ 80, chất thải rắn công nghiệp đặc biệt là chất thải độc hại đã trở thành vấn đề được quan tâm hàng đầu. Cho đến những năm 1990, khi các thông tin khoa học đang trình bày các vấn đề có thể xảy ra thì rác thải rắn đã liên tục gây ảnh hưởng đến môi trường và nhiều nước đã phải đầu tư không nhỏ để giải quyết vấn đề bằng các chương trình môi trường đặc biệt. 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. Những hợp thành chức năng của một hệ thống quản lý rác thải rắn. 1.2 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 Nguyên lý xử lý tài nguyên hóa phế liệu thu hồi từ rác thải 2.1 Giới thiệu hệ thống phân loại rác thải Một số hình ảnh của hệ thống tái chế rác của công ty CDEGlobal (Nguồn từ Construction & Demolition Waste Recycling Plants Construction & Demolition Waste Recycling Plants Hệ thống CD-Waste trong nước. 2.2 Các yếu tố làm căn cứ lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn(CTR) Để lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn đô thị phải căn cứ: Thành phần, đặc tính và khối lượng chất thải rắn của địa phương. Điều kiện cụ thể của địa phương: + Khí hậu, thổ nhưỡng, địa chất công trình, địa chất thủy văn, thủy văn. + Phong tục tập quán. + Có diện tích đất đai đáp ứng cho nơi xử lý Yêu cầu mức độ kỹ thuật, vệ sinh môi trường. Trình độ KHKT và năng lực cán bộ, công nhân Nhu cầu của thị trường về sử dụng các sản phẩm từ việc xử lý chất thải rắn Khả năng tài chính địa phương (vốn đầu tư, vận hành, duy tu sửa chữa) Độ tin cậy của công nghệ trong quá trình hoạt động 2.3 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 2: 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. 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 khoáng 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. 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 NGHIỀN BÚA Máy đập búa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp 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 rôto 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 Rôto 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 BÚA VĂNG XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT MÁY: Công suất máy được tính theo công thức sau: [KW] 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: (IV.1) - ứng suất kéo của vật liệu, [N/m2], đối với đất mùn làm phân bón = 6,8.106 [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: (IV.2) 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: (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 đất mùn là: = 0,224 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: = 0,14 [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: (IV.12) Với Dr : đường kính rôto [mm] Dh =170 mm : đường kính hạt vật liệu vào. => Dr = 835 [mm] Vận tốc của Rôto: (IV.13) Trong đó: V : vận tốc búa [m/s] n : tốc độ vòng rôto [vòng/phút] => [vòng/phút] Chọn động cơ: Máy búa văng 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 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 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]: (IV.14) Chọn L = 180 Xác định số búa nghiền: Số búa nghiền được xác định theo công thức: (IV.15) 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: 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 sau: 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: 19,11 [m/s] 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] Chọn d2 theo tiêu chuẩn: d2 = 450 [mm] Tỉ số truyền u = Sai lệch: 1,36 [%] Bước 4: Tính chiều dài đai, khoảng cách trục. Khoảng cách trục : 2.(d1+d2)0,55.(d1+d2)+h 1400a398,5 Chọn sơ bộ: = 600 [mm] Chiều dài đai: 2351,333 [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 = 2500 [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 : 1401 [mm] 100 [mm] 693,3[mm] Giá trị vẫn thỏa mãn điều kiện cho phép Bước 5: Tính góc ôm bánh đai nhỏ. Góc ôm bánh đai nhỏ: 163,50 = 2,85 rad Bước 6: Tính số đai Z. Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm đai: 0,96 Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc: 0,867 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: 1,01 Chọn hệ số công suất có ích [P0] theo đồ thi sau: Theo đồ thị: [P0] = 9,3 [kW] Số đai: Z Ta chọn Z = 4 [đai] Bước 7: Tính lực tác động lên trục, tuổi thọ đai. Lực căng ban đầu: [N] Lực căng mỗi dây đai: F0/4 = 345 [N] Lực vòng có ích: Lực vòng trên mỗi dây đai: Ft/4 = 392,46 [N] Từ công thức: Suy ra: Hệ số ma sát nhỏ nhất để bộ truyền không bị trượt trơn: 0,154 Lực tác dụng lên trục: Ứng suất lớn nhất trong dây đai: = = = + + 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: CHƯƠNG 5: 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: 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: + 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: Lấy B1=0,65.B = 0,65.400 = 260 [mm] + Góc nghiêng máng nhập liệu: Với góc nghiêng tự nhiên của vật liệu rời : Lấy : Đất mùn được tháo ra khỏi băng tải ở phía đầu tang dẫn động. 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: 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] Công suất của động cơ dùng cho băng tải xác định theo công thức: [kW] 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] 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 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] Tính N2 [kW] 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] Hay Trong đó: Q = 11 [tấn/h] L3=6,026 m : Độ dài vận chuyển vật liệu. Do đó: [kW] Tính N4 [kW] 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: 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: 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: 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: x = 91,5 Chọn số mắt xích chẵn: x = 92 Tính chính xác số khoảng cách trục theo số mắc xích vừa tính: 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: 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] 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] Lực nhánh vào tang dẫn: [N] Lực kéo được xác định như sau: [N] 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] 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]