Chương 1.
MỞ ĐẦU
Trong sản xuất nông nghiệp phân bón giữ vai trò rất quan trọng, người dân ta
thường có câu: “nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống”. Tuy Việt Nam là nước nông
nghiệp nhưng lượng phân bón chủ yếu là dựa vào nhập khẩu. Hiện nay, người dân chủ
yếu sử dụng phân hóa học để bón cho cây trồng, việc này vừa tốn rất nhiều tiền, còn
gây ra ô nhiễm môi trường và làm cho đất nhanh bị thoái hóa.
Ở nước ta cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, thì công nghệ sản
xuất phân hữu cơ rất phát triển. Đặc biệt là ngành sản suất phân vi sinh. Loại phân này
được chế biến từ nhiều chất hữu cơ khác nhau như: bả bùn, rác thải sinh hoạt, men vi
sinh từ các nhà máy đường…
Trong công nghiệp việc xử lí bả bùn và rác thải sinh hoạt… tạo thành phân vi
sinh phục vụ nông nghiệp, ngày càng trở nên phổ biến. Nó mang lại nhiều lợi ích kinh
tế, đồng thời giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí cho sản xuất nông nghiệp…
Để tạo ra một sản phẩm vi sinh hoàn chỉnh phải trải qua nhiều công đoạn, nhiều
quá trình. Trong đó trộn là một công đoạn rất quan trọng, trộn để làm đều các thành
phần có trong phân vi sinh. Bả bùn và rác thải sau khi phân loại được mang đi ủ và
được nghiền nhỏ, rồi sàng lọc để chọn những hạt có kích thước đạt yêu cầu. Sau đó
trộn với các thành phần hỗn hợp khác và men vi sinh để tạo ra phân vi sinh.
Xuất phát từ các yêu cầu trên và theo đơn đặt hàng của công ty TNHH – DV –
TM Hóa Nông, được sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ, bộ môn
máy sau thu hoạch và chế biến, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Nguyễn Như
Nam – trưởng bộ môn máy sau thu hoạch và chế biến, chúng tôi thực hiện đề tài:

“Thiết kế - chế tạo và khảo nghiệm máy trộn phân vi sinh kiểu băng
chuyền liên tục năng suất 2 ÷ 10 T/h”.

1


Chương 2.

Tác dụng của phân hữu cơ vi sinh là: một mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho
cây trồng, mặt khác (quan trọng hơn nhiều) cải thiện đặc tính vật lý của đất, làm tơi
xốp, thông thoáng, giữ ẩm tốt, nhờ vậy cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng trong đất
được tốt hơn, cho năng suất cao hơn.
Phân hữu cơ hay hữu cơ vi sinh có thể chia thành 3 nhóm như sau:
 Nhóm vi sinh vật có: chế phẩm vi sinh vật, phân vi sinh
 Nhóm hữu cơ có: phân hữu cơ, phân sinh học
 Nhóm hỗn hợp có: phân hữu cơ – vi sinh, phân phức hợp hữu cơ vi sinh.
3.1.1 Một số tính chất cơ lý của nguyên liệu:
- Kích thước hạt: 1 ÷ 1,5 mm.
- Ẩm độ: 15 ÷ 20%.
- Hình dạng hạt: hạt có dạng hình cầu.
- Khối lượng riêng: 550 ÷ 650 tấn/m3.
3.1.2. Công nghệ sản xuất phân vi sinh:
Quá trình chế biến phân hữu cơ vi sinh thực chất là quá trình biến đổi sinh hóa
các nguyên liệu hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật trong điều kiện hiếm khí. Kết quả
của
quá trình này là nguyên liệu ban đầu được chuyển hóa thành mùn hữu cơ vi sinh . Quá
trình biến đổi hóa sinh nguyên liệu hữu cơ được giới thiệu theo sơ đồ sau:
O2, H2O

CO2, H2O.
Chất hữu
cơ, bã bùn,
rác thải.

Phân hủy

Vi sinh vật


3: Vít trộn;

5: Cửa tháo liệu;

6: Puli.

Hình 3.1: Cấu tạo máy trộn kiểu vít nằm ngang.
b/ Nguyên lý làm việc:
Hỗn hợp vật liệu được đưa vào cửa (1) sẽ được vít trộn (3) đẩy dọc theo thùng
trộn (2) và thùng trộn có tác dụng như ống khuếch tán nên trong quá trình trộn vật
liệu được di chuyển và đưa đến cửa tháo liệu (5) để đưa ra ngoài. Máy được truyền
động qua puly (6).
3.2.2. Máy trộn có trục thẳng đứng:
a/ Cấu tạo:

4


6
7

5

4

3

2

8

trao đổi nhiệt và trao đổi khối lượng.
3.3.2. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn:
a. Đường kính tương đương của hạt:
Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu nên
kích thước dài của chúng theo những chiều khác nhau rất khác nhau. Vì vậy người ta
dùng đường kính tương đương d tđ để đặc trưng cho kích thước hạt. Yếu tố ảnh hưởng
lớn đến hiệu suất quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt
cần có khối lượng.
dtđ =

6m
.
π .ρ

3

(3-

1)
Trong đó:

m – khối lượng hạt, [g];
ρ – khối lượng riêng của hạt, [g/mm3].

Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a 1 và a2 thì đường kính tương
đương được xác định theo công thức:
dtđ =

a1 + a 2 .


Các lớp hạt là những tập hợp hạt bao gồm các hạt có kích thước không đều
nhau rải trong khoảng rộng từ dmin = dtđ1 tới dmax = dtđN và có các phần khối lượng tương
ứng cũng không bằng nhau x 1 ≠ x2 ≠ …≠ xN, nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa phân tán.
Để mô tả cấu trúc đó ta dùng các hàm phân bố mạt độ q r(d) (hình 2-2a) và hàm phân bố
tổng Qr(d) (hình 2-2b). Trong đó hàm phân bố tổng Qr(d) biểu thị phần hạt có đường kính
nhỏ hơn hoặc bằng d, khi d = d min có Qr(d) = 0, còn khi d = dmax có Qr(d) = 1. Hàm phân

6


bố mật độ qr(d) biểu thị của hạt ở tại kích thước d và giá trị của q r(d) càng lớn khi mật độ
hạt tại kích thước d càng lớn. Quan hệ giưa Qr(d) và qr(d) được xác định theo công thức:
hoặc Qr(d) =

d (d )

∫q

r (d )

d (d ) .

(3-4)

d min

1
b)

d, mm

q r(d) , %/(mm)

qr(d) =

d

dQr ( d )

n=
0,7
5

c)

1 d

z

2 d, mm

0,01

d)

0,02

1 2 3 4 5 d, mm
e)

,

2σ 2



(3-


Qr (d) lg =

lg d

1

σ . 2π

∫e

 lg d − lg d Z 
−

2σ 2



(3-

lg d min

6).
c. Độ rỗng của lớp hạt:

Trong tập hợp các hạt có cấu trúc ngẫu nhiên bao giờ cũng tồn tại một khoảng
cách trung bình giữa các hạt ở cạnh nhau và được xác định bằng công thức:


π
−
1
3 1,5

3 (1 − ε )2 (ε −π ) / π

 , mm
a = dtđ

(3-

10).
Độ rỗng của hỗn hợp trộn với nhau không có tính chất cộng, vì vậy được xác
định xuất phát từ chỉ số độ rỗng ηmax lớn nhất trong ba giá trị dưới đây:
η = xAK/ηA + xBηB
11).

8

(3-


η = xAηA + xB[K// (ηB + 1) - 1]

(3-

(1 − ψ ) 2
ψ (1 + 5ψ ) + (1 − ψ ) 2

(3-

K/ =
15).
//

16).
K/// =
17).
Ở đây: ψ – tỉ số đường kính tương đương của hạt và có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 1.
Từ công thức (2-14) có thể tìm ra mối quan hệ giữa độ rỗng và chỉ số độ rỗng:
ε = η/(1+η)

(3-

18).
d. Hình dạng hạt:
Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng φ – tỷ số giữa bề mặt F của
bề mặt hạt dạng hình cầu cùng thể tích V:
ϕ = 0,205

F
3

(3-

V2

Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau
xác định theo công thức:
O/ m =

6
ϕi .xi
∑
ρ
d tđ

(3-

22).
Trong đó: xi – là phần khối lượng của lớp hạt thứ i.
f. Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong:
Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng:
τ = f.σ + τo

(3-

23).
Trong đó:

τ - ứng suất tiếp;
τo - ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi σ = 0);
σ - ứng suất pháp;
f – hệ số ma sát trong.

Lớp hạt ẩm có ứng suất tách rất lớn và giá trị cực đại của nó có thể xác định
theo:


Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong φ có quan hệ với hệ số
ma sát trong theo công thức:

tgφ = f

(3-26).
Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát trong tương ứng vói góc nghiêng φtđ.
Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30 ÷ 400.
g. Độ khuếch tán:
Độ khuếch tán là số nghịch đảo của kích thước từng phần tử của hỗn hợp. Nếu
hỗn hợp mà các thành phần có kích thước như nhau, thì gọi là hệ thống “Đơn khuếch
tán”.
3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình trộn hỗn hợp:
Đặc trưng cho chất lượng của quá trình trộn hỗn hợp là mức độ đồng nhất của
hỗn hợp còn gọi là độ trộn đều hay mức độ trộn.
V.V Kapharov đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như
sau:
1 n1 Bi
θk1 = ∑
n1 i =1 Bo
1
θk2 =
n2

θk =

với B1 < Bo

n2


θL2 =

1
n2

n1

Bi

i =1

o

∑B
n2

∑
i =1

với B1 < Bo

2 Bi − B0
B0

11

với B1 > B0



i

− B0 ) 2

(3-

n −1

30)
Tỉ số:

σ
.100 trong thống kê gọi là hệ số biến động.
B

Bắt đầu quá trình trộn thì hệ số biến động bằng 1, còn mức độ trộn bằng 0 về
cuối quá trình trộn thì θM → 1.
3.3.4. Cơ chế quá trình trộn:
Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau
và chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động hỗn hợp của các lực đó. Ngoài ra cơ
chế trộn còn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình.
P.M.Latxei (người Anh) đã đưa ra 5 quá trình cơ bản trong các máy trộn như sau:
-

Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng – Trộn cắt.

-

Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí nay đến vị trí khác – Trộn đối lưu.


Bảng 4.1: Bảng hệ số chứa φ phụ thuộc vào loại vật liệu.
Vật liệu.

γ (T/m3)
0,48 ÷ 0,64
0,64 ÷ 0,8
0,84 ÷ 1,2
0,8 ÷ 1,6

Bột rời nhẹ
Hạt bé
Hạt cục bé (muối, đường…)
Vôi cục, thạch cao.
3.4.2. Bước xoắn:

φ
0,4
0,4
0,3
0,25

A
65
63
56
45

Đối với vật liệu nặng hoặc chất lỏng thì: S = (0,3 ÷ 0,6). D.

(3-


90
0,3

Số vòng quay của trục vít được xác định theo công thức thực nghiệm.
n=

20 − 40
D

, vg/ph.

(3-

34).
3.4.4. Vận tốc dải băng:
V = S.n.C/60

(3-

35).
Bảng 4.3: Bảng giá trị λ.
Đường kính ngoài
của vít D (mm).
60 ÷ 250
150 ÷ 250
200 ÷ 300
200 ÷ 400

Số vòng

với máng vít

(mm).

chứa φ.

λ (mm).
6÷7
4÷5
8 ÷ 10
5÷6

1÷3
2÷3
3
3

0,3 ÷ 0,4
0,9 ÷ 1
0,8 ÷ 0,9
0,4


200 ÷ 400
60 ÷ 20
80 ÷ 100
5÷6
3
250 ÷ 300
80 ÷ 60


300
400
500
Kích thước cho phép cục vật liệu.
Nhỏ, bụi.
18
25
35
45
To, hạt.
40
70
100
125
3.4.6. Xác định trọng lượng vật liệu trên 1 m chiều dài dải băng:
1000.π .D 2
.g.ρ .ϕ .C
q=
4

600
50
150

(N/m)

(3-

37).

537

Công suất cần thiết trên trục của băng xoắn được xác định theo công thức:
N = 2,7.10-6 Q.H + 2,7.10-6Q.Ln.ω + 0,02K1.qT.L.v.ωB + 10-3K1.Q
39).

Trong đó:

(kW) (3-

K1 – hệ số xác định đặc tính chuyển động của bộ phận

công tác
K1 = 0,15.

14


qT – khối lượng các bộ phận quay băng xoắn trên 1 mét dài,
qT = 80.D
Q – năng suất của vít trộn;
L – chiều dài vận chuyển;
H – độ cao vận chuyển;
ω – hệ số cản di chuyển của vật liệu. Đối với vật liệu nửa nhám
chọn ω = 2,5.
ωB– hệ số cản ở các ổ trục. Đối với ổ lăn chọn ωB = 0,08;
3.4.9. Xác định tổng mô men trên trục dải băng:
M = KM1 + M2

(3-

43).
Trong đó:

q – trọng lượng vật liệu trộn trên 1m chiều dài vận chuyển;
L – chiều dài dãi băng;
f – hệ số ma sát giữa vật liệu với vỏ máy;
β – góc nghiêng đặt dải băng.

b. Xác định mô men cản trong các gối đỡ:

15

(3-


d tb
d
+ R. f 2 .
2
2

M2 = (A + Gvsinβ).f2.

(3-

44).
Trong đó:

Gv – trọng lượng của dải băng, (N);
Gv = qv . L

qp – trọng lượng vật liệu đè lên dải băng.
qp = P/L

(3-

48).
a. Tính độ cứng:
- Xác định mô men tương đương:
Mtd =

M u2 + M x2

(3-

49).
Trong đó:

Mu – mô men gây uốn trục;
Mu = q.L2/8

(N.m)

50).

16

(3-


Mx – mô men xoắn.


Khe hở giữa dải băng với máng phải lớn hơn f.
Bảng 4.6: Tỷ lệ thích hợp giữa chiều dài L và đường kính D của thùng trộn.
Tỉ lệ giữa chiều
Các máy trộn.

Hệ số đầy φ. dài và đường kính
L/D.

Thùng quay
trụ:
15 ÷ 25
Trục quay.D
Trục chéo.
Chữ V
Trộn cánh gián

0,35 ÷0,50
0,35 ÷0,50
0,3 ÷ 0,4

Số vòng quay n trong
một phút (D,dt tính
bằng m).

1 ÷ 1,5
1 ÷ 1,5
1,5 ÷ 2
10 ÷ 20
dt



Chương 4.
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN.
4.1. Phương pháp thiết kế:
Dựa vào cơ sở nguyên lý cấu tạo, nguyên tắc làm việc của máy trộn có bộ phận
trộn quay và phạm vi ứng dụng của máy chúng tôi chọn máy thiết kế là:
Máy trộn kiểu một vít nằm nghiêng, cấp liệu tự chảy bằng băng tải. Máy được
thiết kế theo nguyên tắc làm việc trộn khuếch tán, ngoài ra còn có các quá trình trộn
phụ như: trộn va đập, trộn cắt, trộn nghiền và trộn đối lưu.
Để tiến hành thiết kế chúng tôi dựa theo yêu cầu về năng suất và các yêu cầu
đặt ra cho máy.
Như vậy nội dung thiết kế máy trộn bao gồm:
• Xác định cơ sở thiết kế.
• Lựa chọn mô hình máy hợp lý nhất.
• Tính toán các thông số cơ bản như: các kích thước hình học, các thông
số động học của thùng và bộ phận trộn, công suất truyền động
• Chọn và tính hệ thống truyền động cho máy.
• Kiểm tra lại các kết quả và kiểm tra bền.
4.2. Phương pháp chế tạo:
Máy được chế tạo đơn lẻ theo đơn đặt hàng.
Để tiến hành chế tạo chúng tôi chia máy thành các chi tiết cơ bản và phân thành
các công nghệ chế tạo điển hình sau:
• Chế tạo chi tiết và cụm chi tiết dạng hộp: vỏ thùng trộn, máng xả liệu…
• Chi tiết có bề mặt dạng vít.
• Chi tiết dạng trục: trục vít.
• Một số chi tiết như: nhông, xích, ổ bi được tính toán và mua trên thị
trường.
• Lắp ráp các bộ phận theo mô hình đã chọn.
4.3. Phương pháp khảo nghiệm:

-

Máy làm việc theo kiểu liên tục.

-

Đảm bảo độ trộn đều cao.

-

Sử dụng thuận tiện và an toàn lao động.

-

Không gây bụi ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

-

Máy phải làm việc êm dịu, vững chắc, không ồn.

5.1.2. Các số liệu thiết kế ban đầu:
-

Năng suất: 10 tấn/giờ.

-

Nguồn động lực: động cơ điện 3 pha.

-


20


10

5

9
8

4
7
6

4
4
1 2 3

4

Hình 5.1: Mô hình máy trộn.
1: Vít trộn;

2: Trục vít;

5: Máng cấp liệu;

3: Thùng trộn;


1).
Trong đó:

S = (0,8 ÷ 1,2).D, chọn S = 0,8D;
φ = 0,3 – hệ số chứa;
ρ = 550 kg/m3;
C: hệ số tính đến góc nghiêng đặt dải băng β, với β = 20 0 tra bảng

(4.2) ta có: C = 0,65.
Số vòng quay của dải băng trong một phút, tra bảng (4.3), n = 60 (vòng/phút).
5.3.2. Xác định đường kính ngoài của dải băng:
D=

3

Q
47,1.n.ρ .ϕ .C.0,8

D=

3

10
= 0,35 (m).
47,1 * 60 * 0,55 * 0,3 * 0,65 * 0,8

(5-

2).
`


n=

40
D

,

(vg/p).

(5-

6).
n=

40
0,3 5

= 68 (vòng/phút).

5.3.7. Chiều dài phần dải băng xoắn dựa vào tỉ lệ chiều dài và đường kính L/D:
Theo bảng (4.6).
Ta có: L = (5 ÷ 25) * D

(5-

7).
L = (5 ÷ 25) * 0,35
L = 1,75 ÷ 8,75
Ta chọn tổng chiều dài thùng trộn là L = 4 m. Trong đó tổng chiều dài


q = 101 (N/m).
5.3.10. Tính năng suất máy trộn:
Công suất cần thiết trên trục của băng xoắn được xác định theo công thức:
N = 2,7.10-6 Q.H + 2,7.10-6Q.L.ω + 0,02K1.qT.L.v.ωB + 10-3K1.Q
10).

Trong đó:

(kW) (5-

K1 – hệ số xác định đặc tính chuyển động của bộ phận

công tác
K1 = 0,15.
qT – khối lượng các bộ phận quay băng xoắn trên 1 mét dài,

23


qT = 80.D = 80 * 0,35 = 28 (kg/m).

(5-

11).
Q – năng suất của dải băng trộn, Q = 10 T/h = 10000 kg/h.
L – chiều dài vận chuyển;
H – độ cao vận chuyển;
H = Lsin200 = 4*sin200 = 1,37 (m)


H

h

r

ψ

Di?n tích Sv

γ

Hình 5.2: Cấu tạo dải băng.
Vậy ta có:
N = 2,7 * 10-6 * 104 * 1,37 + 2,7 * 10 -6 * 104 * 4 * 2,5 + 0,02 * 0,15 * 28 * 4 * 0,4 *
0,08
+ 10-3 * 0,15 * 104 = 1,8 (kW).
Để đảm bảo khả năng vượt tải của dải băng khi làm việc ta chọn hệ số dự trữ K = 2,5.
Ta có công suất cần thiết cần cung cấp cho trục của băng xoắn là:

24


Nct = K.N = 2,5 * 1,8= 4,5 (kW)

(5-

23).
5.3.11. Chọn động cơ:
Để đảm bảo số vòng quay của dải băng là 68 vòng/phút ta phải sử dụng hộp

A = 404 (N).

5.4.2 Mô men trên bề mặt dải băng và cánh xoắn:
M1 = A . tg(α + ρ0) . 0,5 . Dtb

(5-

25).
Trong đó:

Dtb – đường kính tưởng tượng đặt P,
Dtb = 0,8D = 0,8 * 0,35 = 0,28 (m).
ρ0 – góc ma sát giữa vật liệu với dải băng;
tgρ0 = 0,7 ⇒ ρ0 = 350.

Suy ra:

M1 = 404 * tg(19030 + 350) * 0,5 * 0,28
M1 = 79,3 (Nm).

5.4.3. Trọng lượng dải băng:
Gv = qv . L

(5-

26).

25