VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP
PHÂN VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP TẠI TP.HCM.
o0o
BÁO CÁO
TÓM TẮT ĐỀ TÀI.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM TRA
VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯNG SẢN PHẨM DẠNG BỘT TRONG CÁC HỆ THỐNG
SI LÔ HÌNH TRỤ BẰNG MÔTƠ CẢM BIẾN. Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ Tp.HCM
Cơ quan chủ trì: PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN
Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Văn Ân
Đòa chỉ: 275 Hùng Vương, F9, Q6, Tp. Hồ Chí Minh TP.HỒ CHÍ MINH – 06/ 2007
Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ Tp.HCM
Cơ quan chủ trì: PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN
Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Văn Ân
Đòa chỉ: 275 Hùng Vương, F9, Q6, Tp. Hồ Chí Minh TP.HỒ CHÍ MINH – 05/ 20071DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN.
Stt Họ và Tên Học vò/
chức danh
khoa học
Ngành
chuyên
môn
Cơ quan công
tác
PHÂN VIỆN
MÁY VÀ DCCN.
7 LÊ TRƯƠNG
Kỹ sư Tự động
hoá
ĐHBK Tp.HCM.
3
Chương 6 KHẢO NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH.
6.1 Mục đích 72
6.2 Quy trình thực hiện khảo nghiệm 72
Chương 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
7.1 Nội dung nghiên cứu đạt được 78
7.2 Hướng phát triển tiếp theo của đề tài 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
PHỤ LỤC ĐỀ TÀI.
1 Bản vẽ thiết kế (bản vẽ phần điện - cơ khí).
2 Hình ảnh thiết bò tại mô hình và công trường sản xuất.
3 Phần mềm điều khiển. 4
Chương 1 TỔNG QUAN
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự cạnh tranh của các sản phẩm
ngày một gay gắt. Những yêu cầu về chất lượng, năng suất và giá thành sản phẩm
là nhân tố cơ bản để lựa chọn một sản phẩm nói chung và một hệ thống đo và xác
đònh khối lượng vật liệu rời trong silô nói riêng là phải phù hợp. Hệ thống đo mức
và xác đònh khối lượng vật liệu rời trong silô là một đề tài quan trọng và ứng dụng
nhiều trong ngành xây dựng, chế biến nông sản.
1.1 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở trên thế giới.
Ở các nước phát triển như: Đức, Ý, Nhật, Mỹ thì thiết bò báo mức và đo khối Hình 1.1 Hệ thống đo mức bằng siêu âm trong silô.
1- Đầu đo siêu âm.
2- Bộ xử lý tín hiệu và báo kết quả.
Các hãng chế tạo thiết bò siêu âm dùng để đo mức trong silô là:
PARKER JINYOUNG LTD - Hàn Quốc, VEGASON – Anh Quốc với khoảng
cách đo của từ 0,1 ÷ 70 mét.
- Thiết bò laser: Về cơ bản, nguyên lý đo khoảng cách vật liệu rời trong
silô bằng laser giống như nguyên lý đo khoảng cách vật liệu rời trong silô bằng
siêu âm nhưng khác nhau là thiết bò sử dụng.
1
2
1
2
3
6
Hình 1.2 Mô hình và thiết bò đo mức bằng laser.
1: Thiết bò đo nhiệt độ.
2: Thiết bò đo độ ẩm.
3: Thiết bò đo mức bằng laser.
Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu rời, do nhu cầu cấp bách của thực tế
nên đề tài giới hạn nghiên cứu với vật liệu rời điển hình là ximăng. Đề tài
nghiên cứu bao gồm các nội dung sau:
- Tính chất cơ lý của vật liệu rời.
- Quá trình cấp và thoát vật liệu silô, v.v… để xác đònh đường cong phân bố
của mặt thoáng (tức là mặt trên cùng của vật liệu trong silô).
- Các kết cấu cơ bản của silôâ gồm: các dạng nắp, thân và đề xuất cách lắp
đặt thiết bò có tính khả thi.
- Nghiên cứu các dạng mặt thoáng của vật liệu ở các vò trí trong silô.
- Xác đònh công thức tính khối lượng ximăng còn lại trong silô ở các thời
điểm bất kỳ.
- Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ thống đo bằng mô tơ cảm biến.
- Xây dựng phần mềm và giao diện điều khiển, hiển thò các thông số về
mức, khối lượng v.v…. và các tiện ích khác trong quá trình hoạt động của
hệ thống đo này.
- Nghiên cứu tích hợp bộ điều khiển toàn thiết bò.
8Chương 2 ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU RỜI.
2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu rời [9].
2.1.1 Khối lượng riêng: là khối lượng của một đơn vò thể tích vật liệu không
có lỗ rỗng (đơn vò là: Tấn/m
Vôi tôi 1300-1400 500
9
Cát khô - 1400-1650
Cát ướt - 1900-2050
Đá dăm khô 2620 1800
2.1.3 Độ rỗng
Độ rỗng là tỉ số giữa thể tích rỗng với thể tích tự nhiên của vật liệu.
Lỗ rỗng trong vật liệu gồm lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở. Lỗ rỗng hở là lỗ
rỗng thông với môi trường bên ngoài. Đối với vật liệu dạng hạt còn phân ra
lỗ rỗng trong hạt và lỗ rỗng giữa hạt. Vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng kín thì
cường độ cao, cách nhiệt tốt, nhưng vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng hở thì hút âm
tốt.
Độ rỗng vật liệu dao động trong phạm vi rộng từ 0 đến 98%. Dựa vào
độ rộng có thể phán đoán một số tính chất của vật liệu như: độ chòu lực, tính
chống thấm, các tính chất liên quan đến nhiệt độ, độ ẩm, cách âm v.v
2.1.4 Độ mòn
Độ mòn, hay độ lớn của vật liệu rời là đại lượng đánh giá kích thước
hạt của nó.
Độ mòn của vật liệu quyết đònh khả năng tương tác của chúng với môi
trường (khả năng hoạt động hoá học, khả năng phân tán trong môi trường),
đồng thời ảnh hưởng nhiều đến độ rỗng giữa các hạt. Vì vậy tuỳ từng loại
vật liệu và mục đích sử dụng mà người ta tăng hay giảm độ mòn của chúng.
Độ mòn của vật liệu có thể xác đònh bằng cách sàng (% lọt sàng) hay
bằng khả năng lắng đọng v.v
2.2 Vật liệu hạt và khối hạt [9].
Hạt vật liệu rời được đặc trưng bằng kích thước, hình dạng và khối
lượng riêng của chúng. Các hạt vật liệu đồng chất có khối lượng riêng bằng
khối lượng riêng trong toàn khối.
Thể tích của một hạt có hình dạng bất kỳ là:
v
h
= aD
h
3
và diện tích bề mặt là:
s
h
= 6bD
h
2
với a, b là các hằng số hình học chỉ tuỳ thuộc vào hình dạng hạt.
Ta có tỉ số giữa thể tích và diện tích bề mặt là:
λ
6)/(6
hh
h
h
D
ab
D
s
v
==
a
b
=
Một khối hạt vật liệu rời, đặc biệt khi hạt khô và không dính, có
nhiều tính chất giống như một lưu chất. Khối hạt tạo nên áp suất ở các phía
và lên vách thùng chứa, có thể chuyển động qua khe hở hoặc máng nghiêng.
Tuy nhiên, khi khối hạt và lưu chất có những điểm khác nhau như sau: các
hạt có thể lồng vào nhau dưới tác động của áp suất và không thể trượt lên
nhau cho đến khi lực tác động đạt đến một giá trò đáng kể. Hạt và khối hạt
thường chống lại sự biến dạng, nhưng khi lực tác động đủ lớn thì lớp hạt này
sẽ trượt lên lớp hạt khác xuất hiện sự ma sát đáng kể.
Khối hạt có tính chất sau:
+ Áp suất không bằng nhau về mọi phía.
+ Ứng suất tác động lên bề mặt khối hạt sẽ được truyền đi
khắp khối hạt tónh trừ khi khối hạt bò rỗng.
+ Mật độ khối hạt thay đổi theo độ nén chặt của khối hạt (tính
chất này thể hiện trong các silô chứa).
- Áp suất trong khối hạt:
Áp suất trong khối hạt theo phương pháp tuyến với áp suất tác động
thì có giá trò cực tiểu. Trong một khối hạt đồng nhất tỉ số giữa áp suất
pháp tuyến và áp suất tác động bằng hằng số K
’
, đó là một thông số đặt
trưng cho vật liệu. K
’
tuỳ thuộc vào hình dạng và khuynh hướng lồng vao
nhau của các hạt, vào tính kết dính giữa các bề mặt các hạt và mật độ
nén chặt của khối hạt. K
’
gần như độc lập với kích thước hạt trừ khi hạt
rất nhỏ và không còn lưu chuyển tự do.
K
’
- Các góc đặc trưng:
Góc hợp bởi mặt phẳng cụ thể nghiêng so với mặt nằm ngang tại đó
hạt bắt đầu trượt gọi là góc ma sát trong của vật liệu. Kí hiệu: α
m
. Tang
α
m
gọi là hệ số ma sát trong của vật liệu.
Khi hạt được đổ đóng trên mặt phẳng sẽ tạo nên khối hình nón, góc
tạo bởi đường sinh và mặt phẳng nằm ngang gọi là góc nghiêng tự nhiên
ở trạng thái tónh (α
r
).
Góc nghiêng đo ở điều kiện động học gọi là góc nghiêng động học.
2.2.4 Tồn trữ vật liệu rời
a. Tồn trữ dạng đống:
Cách tồn trữ này thường dùng cho các hạt khô, không hút ẩm,
không tan trong nước v.v Việc tính toán khối lượng vật liệu dựa vào
việc ước tính thể tích đống thường có dạng hình chóp rồi nhân với
khối lượng thể tích của vật liệu.
b. Tồn trữ trong bồn, silô:
Các vật liệu rắn có giá trò hoặc dễ bò phân huỷ khi chứa ngoài trời
đều phải được chứa trong bồn chứa. Các bồn chứa có thể có tiết diện
hình tròn hoặc hình chữ nhật, làm bằng bêtông hoặc bằng thép, có
kích thước lớn nhỏ tuỳ yêu cầu. Các thùng chứa được cấp liệu từ đỉnh
bằng một phương tiện vận chuyển vào và tháo liệu thường từ đáy.
- Áp suất trong bồn chứa:
Khi các hạt được chứa trong bồn, khối hạt sẽ tạo nên các áp suất
tác động lên thành bồn chứa có giá trò thường nhỏ hơn giá trò tính
toán. Ngoài ra còn có sự ma sát giữa tường và hạt vật liệu, và do hiện
L
= K’p
B
(N/m
2
)
+ p suất thuỷ tónh của chất lỏng tương đương:
p = ρgZ
T
(N/m
2
)
Trong đó:
K’: Hệ số
r: Bán bính bồn (m).
ρ
b
: Khối lượng thể tích vật liệu trong bồn (Kg/m
3
).
g: Gia tốc trọng trường (m/s
2
).
µ’: Hệ số ma sát.
Z
T
: Chiều cao khối hạt trong bồn (m).
- Chuyển động của vật liệu ra khỏi bồn chứa:
Vật liệu rời có khuynh hướng chuyển động ra khỏi bồn chứa qua
cửa tháo liệu ở gần đáy bồn, tuy nhiên tốt nhất là qua đáy bồn. Áp
15
(c) Chuyển động có rung [10].
Dòng chuyển động cả khối (hình 2.1.a) giúp cho vật liệu tháo dễ dàng
mà không cần dụng cụ hỗ trợ. Với dòng chảy dạng phễu dòng vật liệu có
thể bò tắc và cần dụng cụ hỗ trợ để khôi phục dòng chảy. Một yếu tố
quan trọng để thiết kế bồn chứa là góc nghiêng tự nhiên của vật liệu, giá
trò này dùng để xác đònh góc côn của đáy bồn chứa. Công thức xác đònh
dòng chảy cả khối:
2
45
m
o
α
β
+≥
Với α
m
16
2. Dòng vật liệu đồng nhất.
3. Mật độ không đổi.
4. Không có vùng chết trong khối
hạt.
5. Dòng vật liệu đều.
6. Các loại bột đã loại khí sẽ không
bốc lên khi tháo liệu.
7. Bồn chứa có thể thiết kế để
không phân cách vật liệu hoặc
hoạt động như một thiết bò trộn.
8. Dụng cụ chỉ thò lượng vật liệu
trong bồn hoạt động tốt, tin cậy.
2. Phần vật liệu đầu tiên sẽ ra cuối cùng.
3. Vật liệu có thể bò giữ lại trong vùng chết cho
đến khi vật liệu được tháo hết hoàn toàn.
4. Vật liệu có thể tạo vòm trong khối hạt và lỗ
hổng khi tháo liệu.
5. Dòng vật liệu không đều.
6. Mật độ có thể thay đổi.
7. Bồn chứa hoạt động tốt với hạt to, chuyển
động tự do.
8. Dụng cụ chỉ thò phải đặt ở vò trí thích hợp. 2.3 Tính chất cơ lý của vật liệu ximăng trong silô.
/g). Đối với ximăng
bình thường yêu cầu lượng sót trên sàng không quá 15%(có nghóa là hơn
85% hạt có kích thước nhỏ hơn 80µK), tương ứng với tỉ diện tích là 2500-
3000 cm
2
/g.
- Khối lượng riêng: khối lượng riêng của ximăng (không có phụ gia
khoáng) là 3,05-3,15 g/cm
3
. Còn khối lượng thể tích tuỳ theo độ lèn chặt:
đối với ximăng xốp là 1100 Kg/m
3
; đối với ximăng lèn chặt trung bình là
1300 Kg/m
3
; đối với ximăng lèn chặt mạnh là 1600 Kg/m
3
.
- Tính ổn đònh thể tích: Khi ximăng rắn chắc thể tích của nó thường thay
đổi. Điều đó chủ yếu là là do sự trao đổi nước giữa hồ ximăng và môi
trường (nước tự do và nước trong các gen). Thông thường nếu rắn chắc
trong không khí thì ximăng bò co, còn trong môi trường nước có thể không
co hoặc nở chút ít.
2.3.3 Một số ximăng đặc biệt:
Để chế tạo ximăng đặc biệt người ta dùng những biện pháp sau:
+ Điều chỉnh thành phần khoáng vật và cấu trúc của clinke
ximăng.
+ Dùng phụ gia vô cơ và hữu cơ để điều chỉnh tính chất và tăng
hiệu quả kinh tế.
+ Điều chỉnh độ mòn và thành phần hạt của ximăng.
các chất tạo màu vô cơ với clinke ximăng trắng. Ximăng pooclăng trắng
và màu được dùng trong vữa và bêtông trang trí.
- Ximăng aluminat: Ximăng aluminat có đặt tính là có cường độ cao và
rắn chắc nhanh. Nó được sản xuất bằng cách nghiền clinke chứa aluminat
canxi thấp kìm. Để sản xuất ximăng aluminat thường dùng đá vôi và đá
vôi giàu nhôm như quặng bauxit.
19
- Ximăng nở và ximăng không co ngót: Ximăng nở là loại chất dính kết
tổng hợp của một số chất kết dính hoặc của nhiều loại ximăng. Có nhiều
thành phần gây nở, nhưng hiệu quả nhất là 3CaO.Al
2
O
3
.3CaSO
4
.31H
2
O.
Ximăng nở chống thắm nước là chất kết dính rắn nhanh. Nó
được sản xuất bằng cách trộn lẫn ximăng aluminat (70%), thạch cao
(20%) và hroaluminat canxi cao kìm (10%).
Ximăng pooclăng nở là chất dính kết rắn trong nước được chế
tạo bằng cách nghiền chung clinke của ximăng pooclăng (58-63%), xỉ
hoặc clinke aluminat (5-7%), thạch cao (7-10%) hoặc các phụ gia hoạt
tính khác (23-28%). Nó có độ đặc và tính chống thắm nước cao, có
khả năng nở trong nước và trong không khí.
21
Hỡnh 3.1 Siloõ hỡnh truù kớch thửụực lụựn. Hỡnh 3.2 Siloõ hỡnh truù kớch thửụực
c. Xét ảnh hưởng của khối lượng thể tích ximăng theo chiều cao:
Khối lượng thể tích của ximăng trong silô được phân bố theo chiều
cao của ximăng trong silô. Chiều cao càng lớn thì khối lượng thể tích càng
lớn. Tuy nhiên với nhiều loại vật liệu rời, khi chiều cao lớp vật liệu gấp ba
lần đường kính thì thêm vật liệu vào không làm ảnh hưởng đến áp suất tại
đáy bồn [9 - tr.25]. Vì các hạt ở đáy đã lèn chặt vào nhau (độ xốp rất nhỏ).
Bằng số liệu thực nghiệm (Phòng KCS - Công ty MêKông) ta thấy
khối lượng thể tích theo chiều sâu trong silô như sau:
ρ
đ
= 1,10 ρ
c
= 1,60
9000
Copyright: Tài liệu đại học ©