1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây,các nghành kinh tế của nước ta có bước phát
triển nhảy vọt, nghành nông nghiệp đã có những bước tăng trưởng khá
nhanh cả về lượng và về chất. Nhiều mặt hàng nông sản không những đã
dáp ứng nhu cầu trong nước mà còn phục vụ cho xuất khẩu như gạo, cà
phê…
Cùng với việc phát triển sản xuất nông nghiệp thì việc bảo quản và chế
biến nông sản là vấn đề cần phải đặc biệt quan tâm, nâng cao chất lượng
sản phẩm , tạo ra nhưng sản phẩm có chất lượng cao phù hợp với nhu cầu
thị trường trong và ngoài nước, nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao nhất mang
lại lợi ích thiết thực cho người dân, góp phần thực hiện mục tiêu xóa đói
giảm nghèo.
Trong thực tế , việc bảo quản và chế biến nông sản ở nức ta gặp rất nhiều
khó khăn, một mặt do công nghệ chậm đổi mới mặt khác do trang thiết bị
còn lạc hậu không đồng bộ và đặc biệtlà còn thiếu những thiết bị có hiệu
quả cao trong các quy trình công nghệ tiên tiến Vì vậy , không những gây
ra thiệt hại một khối lượng nông sản đáng kể mà còn là nguyên nhân làm
giảm chất lượng và tăng giá thành sản phẩm, từ đó giảm khả năng cạnh
tranh các măt hàng nông sản của nước ta trên trị trường.
Để góp phần khắc phục những vấn đề trên thì việc tinh toán sử dụng các
thiết bị phục vụ cho việc bảo quản và chế biến nong sản là rất cần thiết.
Vì vậy việc thiết lập cơ sở tính toán máy nghiền theo nguyên lý va đập vỡ
tự do phục vụ cho quá trình chế biến sản phẩm la rất cần thiết. Máy
nghiền là các loại máy làm nhỏ kích thước vật liệu ban đầu. Các loại máy
nghiền đều nghiền nhỏ vật liệu bằng một hoặc vài tác dụng cơ học. Tùy
theo tính chất cơ lý của vật liệu mà chọn phương pháp nghiền thích hợp.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Vận tốc va đập cần thiết để phá vỡ vật thể
Các máy nghiền kiểu búa thường làm việc theo nguyên lý va đập. Vận
tốc nghiền đập cần thiết để phá vỡ vật thể phải được xác định dựa trên lý

, nghĩa là:

l
= C
t
∆
=
t
∆
ρ
E
(2)
Theo định luật Huk thì ứng suất biến dạng đàn hồi được xác định theo
công thức:
σ
= E
l
a
(3)
a- đoạn lõm vào khi va đập (độ biến dạng đàn hồi)

l
- chiều dài vật thể theo phương tác dụng
a = v
t∆
(4)
v - vận tốc va đập
Thay (1) và 2) vào (3), sau khi biến đổi ta có:
ρ=σ Ev
(5)

Ta có thể phân tích hiện tượng va đập lệch tâm như sau: khi đầu ngoài
búa va đập vào vật nghiền sẽ tác động vào búa một lực nhưng nhờ có
khớp bản lề buá sẽ quay ngược lại theo chiều quay của đĩa nghiền.
Giả sử lực va đập P tác động vào búa ở điểm A. Vì điểm va đập A
không trùng với trọng tâm C của búa nghiền nên sau khi va đập búa chịu
một chuyển động mới tức thì phức tạp.
Chuyển động tức thì phức tạp này có thể phân tích thành 2 chuyển
động đơn giản bằng cách đặt thêm 2 lực trực đối P
1
và P
2
bằng lực P tại
trọng tâm C mà hệ lực vẫn không thay đổi. Lực P
1
sẽ gây ra chuyển động
tịnh tiến với vận tốc v
1
. Vận tốc này chính bằng hiệu số của vận tốc đầu
búa lúc chưa va đập v
0
và vận tốc sau va đập v
c
:
v
1
= v
0
- v
c


= l
2
, ta phải xác định l
2
để tìm tâm O. Áp dụng phương trình động lực học
về động lượng và xung lượng cho chuyển động của búa, ta có:
Đối với chuyển động tịnh tiến:
( )
10
mvvvmtP
c
=−=∆
(8)
Đối với chuyển động quay :
ωρω
2
1
mJtPl ==∆
(9)
Trong đó:
J- mô men quán tính của búa đối với trục đi qua trọng tâm:
2
ρ
mJ =
m - khối lượng búa
ρ
- bán kính quán tính
Mặt khác tại tâm va đập, ta có:
221
lvv

giữa tâm búa. Ta có bán kính quán tính đối với trọng tâm C là:
12
22
ba +
=
ρ
Theo kết cấu búa:
2
a
l
1
=
Do đó:
221
22
2
l
2
a
ll
12
ba
==
+
=ρ
Ta rút ra:
a
ba
l
6

- động năng của búa cuối va đập
A
bd
- động năng biến dạng tiêu thụ để nghiền
A
h
- động năng của hạt cuối va đập
A - công toàn phần để nghiền hạt
Khi búa đập vào hạt, vận tốc của búa giảm dần từ v
o
đến v
c
còn hạt sẽ
tăng vận tốc từ v
h
đến v
k
. Giả sử lúc đầu hạt rơi vuông góc với quỹ đạo
đầu của búa thì v
h
= 0 và coi hạt không đàn hồi thì vận tốc của hạt bằng
vận tốc của búa. Xung lượng do lực va đập P gây ra trong thời gian
t∆

bằng biến thiên động lượng:

( ) ( )
chkc
mvvvmvvMtP
=−=−=∆

2
222
0
0
c
h
c
b
mv
A
Mv
A
Mv
A ===
Công biến dạng để nghiền vỡ vật thể:
( )








+−=+−=
222
222
0
cco
bbd

c
≈ v
0
, khi đó:
2
v
mA
2
o
bd
≈
Sau khi búa va đập sẽ truyền cho hạt bột động năng A
h
, động năng này
không vô ích mà sẽ biến thành công phá vỡ khi hạt bột va đập vào sàng
hay tấm nhám. Vì vậy công toàn phần A được tính như sau:
A = A
bd
+ A
h
=
22
2
0
cc
v
m
v
mv +
(18)

phụ thuộc vào
tỷ số m/M: đó là đường hypebol. Ở góc phần tư I vẽ đường 1 biểu diễn
công toàn phần A phụ thuộc vào vận tốc cuối v
c
là đường parabôl, đường
2 biểu diễn công biến dạng A
bd
phụ thuộc vào vận tốc cuối v
c
là đường
thẳng.
Đường parapol và đường thẳng đã chia góc phần tư thứ I của đồ thị
thành ba miền. Ứng với mỗi giá trị của vận tốc cuối v
c
(tương ứng với
mỗi trị số m/M) ta sẽ xác định được 3 thành phần A
b
, A
h
, A
bd
.
Hình 3. Phân tích vận tốc trước và sau va đập
Mặc dù phương pháp đồ thị V.P Gơriatskin nghiên cứu năng lượng
trong các máy nghiền búa nhưng cũng có thể dùng để xác định năng
lượng cho các trường hợp nghiền khác. Ví dụ: trong trường hợp nện giã
bằng chày thì năng lượng dự trữ ban đầu A
0
có thể tiêu thụ hết để nghiền
vỡ, chế độ ấy tương ứng với điểm gốc toạ độ. Còn các điểm ngoài cùng

,
- môđuyn vận tốc pháp tuyến của vận tốc tới (trước va đập )
và vận tốc phản xạ (sau va đập).
Nếu vật thể không đàn hồi: k = 0, nếu vận thể đàn hồi tuyệt đối k =1.
Hình 4. Phân tích vận tốc trước và sau va đập
α- góc tới;β - góc phản xạ
Hệ số phục hồi k được xác định bằng thực nghiệm như sau: thả một
vật từ độ cao h
o
, va đập vào mặt phẳng nằm ngang (hình 5), nếu hạt nảy
lên độ cao h thì:
0
0
,
2
2
h
h
gh
gh
v
v
k
n
n
===
(21)
Thường chọn h
0
= 1m. Thực nghiệm đối với ngô hạt có độ ẩm 13% thì

v
h
’
- v
b
’
= k(v
b
-v
h
) (23)
Như vậy, sau khi va đập vận tốc hạt sẽ lớn hơn vận tốc búa.
Biến thiên động năng của 2 vật (búa và hạt ) sẽ là công biến dạng A
bd
:
)
2
'
2
'
()
22
(
2222
hbhb
obd
mvMvmvMv
TTA +−+=−=
(24)
Từ hai phương trình (22) và (23) ta tính được:

vv
k
mM
Mm
A
−
−
+
=
(25)
Nếu coi m rất nhỏ so với M và v
h
≈
0, thì:
A
bd
≈
m(1- k
2
)
2
2
b
v
(25)
Lúc cuối va đập:
b
v'
≈
b

)1(
b
bb
hbd
vkm
v
km
v
kmAAA +=++−=+=
(28)
Như vậy với tính chất đàn hồi của hạt, công do búa truyền cho hạt (với
vận tốc v
b
) lớn hơn một đại lượng mkv
b
2
so với trường hợp v
0
tính trong
trường hợp vật không đàn hồi. Khi nghiền hạt có hệ số phục hồi k cao
hoặc cùng loại hạt có độ ẩm thấp hơn thì quá trình nghiền sẽ thuận lợi
hơn và ngược lại.
b) Trường hợp hạt va đập vào tấm nhám hoặc mặt sàng
Sơ đồ tính toán dược trình bày trên hình 6.

Hình 6. Sơ đồ hạt va đập vào tấm nhám
Giả sử với góc tới
α
, vận tốc tới v
h

hn
ht
hn
==
,
,
,
,
(31)
( )
αα
cos1cos.
,',
bhhnhn
vkkvkkvu +===
(32)
Ta sẽ có:
Công biến dạng tính theo động năng hao tổn bằng:
2
'
2
'
2
'.
2
'
2222
0
hnhnhh
bd

α
(34)
Như vậy, nếu góc tới
α
càng nhỏ thì công biến dạng A
bd
’
càng tăng
(nếu k = 0,4 và
α
= 0) thì

A
bd
’
đạt tới giá trị lớn gấp hai lần công biến
dạng do búa va đập vào hạt.
Nếu mặt va đập là tấm nhám có các răng khía với
α
1
= 40÷45
0
;
β
l
=55÷60
0
sẽ đảm bảo cho mặt va đập ở răng khía vuông góc với hướng
của vận tốc tới v
h

ω
là gia tốc góc, thường lấy
dt
d
ω
= 10
÷
17rad/s
2
ω
- vận tốc góc, rad/s;
q- lượng cấp liệu, kg/s;
v
b
- vận tốc đầu búa, m/s;
f
c
- hệ số chà sát (hệ số cản của lớp bột).
Khi chạy không, năng lượng tiêu thụ cho trống nghiền còn để khắc
phục các lực cản N
c
vô ích khác, khi đó:
cz
N
dt
d
JN +=
ω
ω
(36)

dt
d
J =
ω
ω
(38)
Do đó :
ω
nz
z
qAk
J =
(39)
k
z
- hệ số tỷ lệ.
Với
dt
d
ω
=10 ÷ 17 rad/s
2
thì k
z
= 6 ÷ 10.
Đặc tính động học quan trọng của trống nghiền là độ quay không đều
δ
được tính theo công thức:

tb

−
=
δ
2.4. Năng suất máy nghiền kiểu búa
60
Q
lt
= 3600 DLv
r
γc (kg/h)
π
Trong đó :
D : đường kính đĩa hay trống nghiền, (m);
L : chiều dài của đĩa hay trống nghiền, (m);
v
r :
vận tốc vòng của đĩa hay trống nghiền, (m/s);
γ : khối lượng thể tích của sản phẩm nghiền, (kg/m
3
);
c : hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tính chất cơ lý của sản phẩm nghiền,
hình dạng và kích thước lỗ sàng, khe hở giữa búa và sàng, chiều dày và
số lượng búa trên đĩa hay trống
3.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
Trong thực tế có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nghiền xuất
phát từ tính chất vật nghiền và máy nghiền:
Tính chất vật nghiền: độ bền, độ cứng, độ nhớt, độ ẩm, kích thước hình
dạng, trạng thái và dạng bề mặt, hệ số ma sát và độ đồng đều …
Tính chất máy nghiền: cấu tạo của bộ phận nghiền, số lượng, kích thước
và khối lượng của bộ phận nghiền, hình dạng và trạng thái của bề mặt