ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỊU MÒN VÀ
TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA VÍT TẢI NHẰM NÂNG CAO CHẤT
LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ CHO DÂY CHUYỀN TRỘN MUỐI
IỐT Ở NƯỚC TA
Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số:
Học viên: TÔ THỊ DUNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. VŨ QUÝ ĐẠC
TS. DƯƠNG THẾ HÙNG DUYỆT BAN KHOA ĐT NGƯỜI HƯỚNG HỌC VIÊN
GIÁM HIỆU SAU ĐẠI HỌC DẪN PGS.TS. Vũ Quý Đạc Tô Thị Dung Ts. Dương Thế Hùng
THÁI NGUYÊN - 2011
1.3.2.3. Góc nghiêng khi đặt vít -22- Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1.3.2.4. Tốc độ quay của trục vít -22-
1.3.3. Lựa chọn hệ thống trộn muối Iốt bằng vít tải -23-
1.3.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy trộn
-23-
1.3.3.2. Máy trộn bằng vít tải nằm nghiêng -24-
1.4. Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu -26-
1.4.1. Khái niệm -26-
1.4.2. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn -26-
1.4.2.1. Đường kính tương đương của hạt -26-
1.4.2.2. Phân bố của lớp hạt -27-
1.4.2.3. Độ rỗng của lớp hạt -28-
1.4.2.4. Hình dạng hạt -30-
1.4.2.5. Bề mặt riêng của lớp hạt -30-
1.4.2.6. Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong -30-
1.4.2.7. Độ khuếch tán -31-
1.4.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình trộn hỗn hợp -31-
1.4.4. Cơ chế quá trình trộn -32-
1.5. Kết luận chƣơng 1 -33-
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH
VẬN CHUYỂN BẰNG VÍT TẢI -34-
2.1. Nghiên cứu động học, động lực học -34-
2.1.1. Lý thuyết tính toán máy trộn bằng vít tải -34-
2.1.1.1. Năng suất vít tải -34-
2.1.1.2. Bước xoắn -34-
3.1.1.3. Số vòng quay trục vít tải -34-
a. Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do Tv gây ra -59-
b. Sơ đồ tải trọng dọc phân bố trên trục vít do Pd gây ra
-59-
c. Sơ đồ tải trọng ngang phân bố lên trục vít do Pn gây ra
-60-
2.2.3. Kiểm tra biến dạng xoắn -64-
2.2.4. Kiểm tra ứng suất tại khớp nối -64- Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 4 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2.3. Phân tích quá trình mòn cánh vít tải -67-
2.3.1. Mòn cánh vít do hoá học -67-
2.3.1.1. Sự ăn mòn kim loại -67-
2.3.1.2. Cách chống ăn mòn kim loại -72-
2.3.2. Mòn cánh vít do ma sát -74-
2.3.2.1. Ma sát -74-
2.3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số ma sát -74-
2.3.2.`3. Mòn do ma sát -75-
2.3.2.4. Các biện pháp khắc phục hao mòn -79-
2.4. Kết luận chƣơng 2 -80-
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CHẾ TẠO VÍT
TẢI -82-
3.1. Chọn vật liệu gia công cánh vít tải -82-
3.1.1. Giới thiệu về vật liệu chịu mài mòn CeraMetal -82-
3.1.1.1. Tổng quan -82-
3.1.1.2. Ưu điểm của CeraMetal -83-
3.1.1.3. Chất lượng tiêu chuẩn của CeraMetal -83-
3.1.1.4. Các thông số tiêu chuẩn của tấm chịu mòn CeraMetal .
-84-
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 6 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Tô Thị Dung
Sinh ngày 17 tháng 05 năm 1985
Học viên lớp cao học khoá 12 – Công nghệ Chế tạo máy - Trường đại học
Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại văn phòng khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật Công
nghiệp Thái Nguyên.
Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu nâng cao khả năng chịu mòn và tính ổn
định của vít tải nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả cho dây chuyền trộn muối
Iốt ở nước ta” do thầy giáo PGS.TS Vũ Quý Đạc và Ts. Dƣơng Thế Hùng hướng
dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có
nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Thái Nguyên, ngày 13 tháng 10 năm 2011
Tô Thị Dung
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 8 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
Tên bả ng
Trang
Bảng 2.1
Bảng hệ số chứa φ phụ thuộc vào loại vật liệu
34
Bảng 2.2
Bảng hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng đặt vít tải
34
Bảng 2.3
Bảng giá trị λ
35
Bảng 2.4
Bảng giá trị a
max
35
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình
Tên hình
Trang
Hình 1.1
a) Vít tải đặt ngang: 1- Động cơ, 2 - Hộp giảm tốc, 3 -
Khớp nối, 4 - Trục vít xoắn, 5- Gối treo trung gian, 6 -
Gối đỡ hai đầu, 7 - Cơ cấu dỡ tải, 8 - Cánh vít, 9 - Vỏ
hộp, 10- Cơ cấu cấp tải, 11 - Nắp hộp.
b) Vít tải đặt đứng.
15
Hình 1.2
Các dạng vít tải: a- vít có cánh xoắn liền trục, b- vít có
cánh xoắn liên tục không liền trục, c- Vít dạng lá liên
tục, d- Vít có cánh xoắn dạng lá không liên tục.
Sơ đồ vận chuyển: e- Sang trái, g- Sang phải, f- Đẩy
sang hai phía, h- Dồn vào giữa. k- Hệ số điền đầy vít tải
17
Hình 1.3
Máng vít tải
19
Hình 1.4
Kiểu vít tải trong máy chuyển muối của Tây Ban Nha
20
Hình 1.5
Kiểu vít tải trong máy chuyển muối của Đài Loan
(Đặt tại cơ sở chế biến muối Hòn Khói - Khánh Hoà)
20
Hình 1.6
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 10 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Hình 2.5
Sơ đồ gần đúng để tính toán vòng xoắn cánh vít tải
49
Hình 2.6
Sơ đồ gá đặt vít tải
53
Hình 2.7
Bu lông gá lắp động cơ vào bệ máy
54
Hình 2.8
Lực tác dụng lên bệ máy
54
Hình 2. 9
Biểu đồ momen xoắn
59
Hình 2.10
Lực dọc
60
Hình 2.11
Lực Pn tác dụng lên trục vít
60
Hình 2.12
Hệ dầm cơ bản
61
Hình 2.13
Lực và mô mên trên các gối
61
Hình 2.14
74
Hình 2.24
Ảnh hưởng của vận tốc đến μ
75
Hình 2.25
Ảnh hưởng của điều kiện ma sát đến μ
75
Hình 2.26
Hao mòn lớp cấu trúc thứ cấp
76
Hình 2.27
Ảnh hưởng của tải trọng đến hao mòn
77
Hình 2.28
Ảnh hưởng của vận tốc đến hao mòn
77
Hình 3.1
Hình ảnh tấm chịu mài mòn CeraMetal
82 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 11 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Hình 3.2
Cấp bụi than cyclone kiểu quay
85
Hình 3.3
Cấp bụi than cyclone kiểu lớp
85
Hình 3.4
Hình 3.14
Đầu trục, cuối trục và khớp nối vít
89
Hình 3.15
Các phương án nối vít
89
Hình 3.16
Hình 3.16. a: Tấm bịt hai đầu máng
b: Ổ đỡ trục
c: Vòng bi
90
Hình 3.17
Một số loại máng vít tải
90
Hình 3.18
Đưa vít tải vào máng
91
Hình 3.19
Lắp ráp các hệ thống ổ đỡ, ổ bi
91
Hình 3.20
Lắp đặt hệ dẫn động cơ khí cho vít tải
92
Hình 3.21
Quá trình làm việc của vít tải
a. Cấp liệu
92 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 12 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Vít tải thuộc nhóm máy vận chuyển liên tục, được sử dụng rộng rãi trong
nông nghiệp và công nghiệp chế biến. Đặc biệt được sử dụng để vận chuyển các
chất rắn khô, hạt hoặc dùng để trộn các loại vật liệu và phụ gia trong công nghiệp
trên khoảng cách ngắn đến trung bình.
Đã có một số nghiên cứu trong việc tính toán, chế tạo vít tải [1], [14], [15].
Tuy nhiên các nghiên cứu này vẫn chỉ dừng lại ở mức thiết kế chế tạo đơn thuần, cụ
thể mới tính độ bền, độ cứng; chưa tính toán khả năng chịu mài mòn và độ ổn định
của trục vít tải, nên ảnh hưởng tới tuổi thọ của sản phẩm, giảm hiệu quả sản xuất và
đầu tư. Vì vậy việc chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao khả năng chịu mòn và tính
ổn định của vít tải nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả cho dây chuyền trộn
muối I ốt ở nước ta” là rất cấn thiết.
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
a. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết về
tính toán, thiết kế chế tạo vít tải về 2 vấn đề:
- Nghiên cứu động lực, động lực học. Tìm giải pháp công nghệ nâng cao khả
năng chống mài mòn của cánh vít trong môi trường muối I ốt.
- Nghiên cứu tính toán ổn định, đề xuất phương án thiết kế, chế tạo và lắp ráp
để nâng cao độ ổn định của thân trục vít tải.
b. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài hoàn thành sẽ là tiền đề cho việc thiết kế, chế tạo một bộ vít tải có
khả năng làm việc tốt trong môt trường Muối I ốt. Có độ bền, độ ổn định và khả
năng chống ăn mòn và mài mòn cao, với suất đầu tư hợp lý phù hợp với điều kiện
sản xuất của các xưởng chế biến muối ăn cho người và gia súc .
3. Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu mô hình hệ dẫn động sử dụng vít tải.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 15 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Chƣơng 1
TỔNG QUAN CÁC DẠNG VẬN CHUYỂN VÀ TRỘN VẬT LIỆU
DỜI BẰNG VÍT TẢI
1.1. CÁC HÌNH THỨC VẬN CHUYỂN BẰNG VÍT TẢI
1.1.1. Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc
Vít tải là một loại máy vận chuyển liên tục, không có bộ phận kéo. Cấu tạo
của vít tải thể hiện trên hình 1.1.
Động cơ 1 truyền chuyển động qua hộp giảm tốc 2 đến khớp nối 3 và trục vít xoắn
4. Bộ phận công tác chính của vít tải là cánh vít xoắn 8 chuyển động quay trong
một vỏ hộp kín 9 có tiết diện tròn ở phía đáy. Trục vít xoắn được đỡ chặn hai đầu
Hình 1.1. a) Vít tải đặt ngang: 1- Động cơ, 2 - Hộp giảm tốc, 3 - Khớp nối, 4 -
Trục vít xoắn, 5- Gối treo trung gian, 6 - Gối đỡ hai đầu, 7 - Cơ cấu dỡ tải, 8
- Cánh vít, 9 - Vỏ hộp, 10- Cơ cấu cấp tải, 11 - Nắp hộp.
b) Vít tải đặt đứng.
A-A
1 2 3 4 5
11 10
7 8 9
6
A
A
a)
b)Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 16 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
quy định theo dãy kích thước: 150, 200, 250, 300, 350, 400; 500; 600mm.
Thường đặt đứng, nghiêng hoặc ngang (hình 1-1). Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 17 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1.1.2. Kết cấu các bộ phận.
1.1.2.1. Cánh xoắn, trục xoắn.
Hình dạng và kết cấu của cánh xoắn phụ thuộc vào mục đích sử dụng để vận
a)
b)
c)
d)
k)
h)
f)
e)
g)
Hình 1.2. Các dạng vít tải: a- vít có cánh xoắn liền trục, b- vít có cánh xoắn
liên tục không liền trục, c- Vít dạng lá liên tục, d- Vít có cánh xoắn dạng lá
không liên tục.
Sơ đồ vận chuyển: e- Sang trái, g- Sang phải, f- Đẩy sang hai
phía, h- Dồn vào giữa.
k- Hệ số điền đầy vít tải Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 18 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 19 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
trong máng. Muốn vật liệu không có chuyển động quay khi ra đến thành máng thì
lực ly tâm phải lớn. Vì vậy vít tải đặt đứng có tốc độ quay lớn hơn nhiều so với tốc
độ của vít tải đặt nằm ngang. Vít tải đặt đứng tiết kiệm được diện tích, kín và dỡ tải
bất cứ vị trí nào cần thiết. Tuy vậy loại này tốn năng lượng, chóng mòn cánh. Chiều
cao máy bị hạn chế bởi không lắp được gối đỡ trung gian.
1.1.2.2. Máng vít tải
Máng của vít tải được chế tạo bằng phương pháp dập từ thép tấm có chiều
dày = 4 8 mm, mỗi đoạn có chiều dài đến 4m. Dung sai khe hở giữa máng và
cánh xoắn không quá 60% khe hở bình thường giữa
cánh xoắn và máng. Nửa dưới của mặt cắt ngang máng
có dạng nửa hình tròn đồng dạng với kích thước đường
kính của cánh xoắn; nửa trên có dạng hình chữ nhật có
chiều rộng bằng đường kính đáy để lắp đặt trục cánh
xoắn và dễ dàng trong việc chế tạo nắp đậy. Trên
nắp ở đầu máng tải có cửa cấp tải tiết diện vuông; còn
ở đáy máng cũng có các cửa dỡ tải đặt ở những vị trí cần thiết theo yêu cầu.
1.2. THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÍT TẢI
Vít tải được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp và công nghiệp chế biến,
chủ yếu để nâng cao hoặc vận chuyển số lượng lớn nguyên vật liệu trong khoảng
cách ngắn đến trung bình. Chúng đặc biệt hiệu quả khi vận chuyển các chất rắn
dạng hạt. Các thiết kế vít tải có xu hướng dựa nhiều vào kinh nghiệm, chủ yếu dừng
lại ở mức thiết kế chế tạo đơn thuần, cụ thể mới tính độ bền, độ cứng. Đã xét đến
hiệu suất vít tải khi làm việc chịu tác động của môi trường của nó trong các điều
kiện: tốc độ quay của trục vít, các độ nghiêng của trục vít tải, và khả năng điền vào
thể tích của nó. Tuy nhiên khi thiết kế mới tính sơ bộ, sau đó tra bảng chưa xét đến
tuổi bền khả năng chịu bền, mômen xoắn, uốn ngang - dọc trục; Chưa xét đến khả
năng chịu mài mòn và độ ổn định của trục vít tải, nên ảnh hưởng tới tuổi thọ của sản
phẩm, giảm hiệu quả sản xuất và đầu tư.
Là vít tải mà trục vít nằm trong vỏ được bao kín, loại này thường dùng cho
những trường hợp cần nâng sản phẩm theo hướng thẳng đứng, hoặc có độ nghiêng
cao và những loại bột khô nhiều bụi, trong chế biến muối thường dùng để chuyển
muối lên cao như hệ thống chuyển muối từ dưới lên đổ vào đổ vào máy rửa như ở
hệ thống máy đặt tại xưởng chế biến Hòn Khói (Khánh Hòa).
1.3.1.2. Vít tải hở
Là vít tải vỏ có tiết diện hình nửa vòng tròn, mặt trên hở dùng trong trường
hợp độ nghiêng thấp, kích thước hạt to, không có bụi
1.3.1.3 Vít tải đơn
Là vít tài chỉ có 1 trục vít làm việc trong vỏ bao. Loại này có kết cấu đơn
giản, đảm bảo khe hở đồng đều giữa đường kính ngoài của cánh vít và vỏ, nên muối
được đưa hết lên phía trên ít bị sót và hao hụt theo nước thải.
1.3.1.4 Vít tải kép
Là vít tải có 2 trục vít cùng quay trong 1 vỏ bao. Loại này kết cấu phức tạp,
thường áp dụng ở máy rửa có năng suất rất lớn cỡ trên 50 tấn/h.
Hầu hết các cơ sở mà đề tài khảo sát đều dùng kiểu vít tải loại đơn 1 trục vít.
Các kiểu thể hiện trên hình 1.4 và 1.5.
1.3.2. Một số thông số của vít tải chuyển muối
1.3.2.1. Các dạng của cánh vít
Trong các máy chuyển muối qua khảo sát ở nhiều cơ sở và tham khảo các tài
liệu các cánh vít tải là liên tục và có 2 loại.
Cánh vít kín: là loại cánh vít liền từ trục quay đến mép ngoài cùng của cánh.
Loại này thường dùng ở những vít tải nâng, vận chuyển và những máy chuyển có
công suất nhỏ 1-2 tấn/h. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 22 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Cánh vít hở: là cánh vít chỉ có ở phần ngoài, phần gần trục quay là rỗng. Khi
chế tạo người ta gắn những thanh thép xung quanh, dọc theo trục quay và cách trục
35vg/ph (tài liệu tham khảo [1]).
Muối rất dễ tác động, làm ảnh hưởng xấu đến kim loại. Dưới tác động của
muối sắt, thép rất chóng han dỉ và hư hỏng. Chính vì thế các thiết bị phải dùng loại Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 23 - Ngành Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
thép tốt (thép không gỉ) để chế tạo, trong điều kiện làm việc êm dịu, máy rất bền,
như máy của Đài loan trang bị ở cơ sở Hòn Khói sử dụng được 10 năm. Đương
nhiên dùng thép không gỉ giá thiết bị sẽ rất đắt, gấp 3-4 lần thép thường. Năm 1998,
máy rửa của Đài Loan ở cơ sở chế biến Hòn Khói người ta đã chế tạo một máy khác
theo nguyên mẫu, nhưng nguyên liệu chủ yếu bằng thép thường, chỉ khác máng vít,
dùng loại tôn dầy hơn 3- 4mm, cánh vít dày 8mm, Máy hoạt động từ 1999, đến
năm 2003, máy vẫn hoạt động bình thường. Máy rửa ở cơ sở chế biến muối Ninh
Bình, hầu hết các chi tiết đều chế tạo bằng thép thường qua 5 năm nhưng vẫn hoạt
động bình thường, tuy một vài chi tiết đã hỏng cần phải thay thế.
Qua khảo sát thực tế, trong điều kiện kinh phí có hạn, hơn nữa đây là máy thí
nghiệm kết hợp với phục vụ sản xuất, nên ta chọn vật liệu chế tạo là thép thường mạ
kẽm chống gỉ.
1.3.3. Lựa chọn hệ thống trộn muối Iốt bằng vít tải
1.3.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy trộn
a. Máy trộn kiểu vít nằm ngang
* Cấu tạo (Hình 1.6)
1
2
3
4
5
6
liệu (8).
1.3.3.2. Máy trộn bằng vít tải nằm nghiêng
* Cấu tạo (Hình 1.8)
1: Động cơ truyền động cho vít tải 2: Hộp giảm tốc
3: Cửa vào liệu 4. Trục vít tải
5: Máng vít tải trộn 6: Cánh vít tải
7: Nối trục trung gian 8: Gối đỡ trục trung gian
9: Cửa ra liệu 10: Ổ đỡ đầu trục
11: Ổ đỡ cuối trục
1: Cửa nạp liệu; 2: Ống bao; 3:
Vít;
4: Thùng trộn; 5: Động cơ
6:Cánh gạt; 7: Buly;
8: Cửa ra liệu.
Hình 1.7. Cấu tạo máy trộn vít
đứng.
1
2
3
4
5
6
7
8
Copyright: Tài liệu đại học ©