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.
1


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

TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP
ĐỀ TÀI.

3.1. Tìm hiểu về phân vi sinh:
Phân vi sinh là một chất nền chứa một hay nhiều vi sinh vật sống có khả năng kích
thích sự tăng trưởng của cây trồng bằng cách tăng sự hấp thụ những dưỡng chất cần thiết
cho cây trồng.
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
4


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



1: Cửa nạp liệu;
2: Thùng trộn;
3: Vít trộn;
4: Đường kính trong của vít;
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:

5


6
7

5

4

3

2


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 =
Trong đó:

6m
.
π .ρ

3

(3-1)

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 .

(3-2)

Nhờ phân loại bằng sàng mà nhận được N phần có đường kính tương đương d tđ1 và
dtđ2, v.v… cùng với các phần có khối lượng tương ứng x 1, x2, …, xn. Như vậy đường kính

(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 = dmin có Qr(d) = 0, còn khi d = dmax có Qr(d) = 1. Hàm phân 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

2

3(d)

3(d)

n=1,5

n=
0,7
5

c)

1 d

z

2 d, mm

0,01

d)

0,02

,

0,03 lgdz lgmm

1 2 3 4 5 d, mm
e)

lgdz

Hình 3 - 3: Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr (d).
a) Hàm phân bố mật độ qr (d).
b) Hàm phân bố mật độ Qr (d).



lg d

∫e

 lg d − lg d Z 
−

2σ 2



(3-5).

(3-6).

lg d min

c. Độ rỗng của lớp hạt:
Độ rỗng ε của lớp hạt vật liệu rời là tỉ số giữa thể tích không gian trống V o trong
lớp hạt và thể tích lớp hạt V:
ε = Vo/V = 1 – Vr/V

(3-7).

Trong đó: Vr – tổng thể tích của các hạt rắn trong lớp.
Độ rỗng của lớp hạt phụ thuộc vào cấu trúc lớp hạt và có thể thay đổi trong khoảng
rộng. Thí dụ độ rỗng của lớp hạt cầu có cùng đường kính và cấu trúc đơn vị được xác
định theo công thức:

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:
9


Trong đó:

η = xAK/ηA + xBηB

(3-11).

η = xAηA + xB[K// (ηB + 1) - 1]

(3-12).

K ///η A (1 + η B )
η = xAηA + xBηB η A +ηB +1

(3-13).

ηi = Voi/Vri = (Vi/Vri) – 1

(3-14).

ηA, ηB – chỉ số độ rỗng của cấu tử A và B trong hỗn hợp;
xA, xB – phần thể tích của cấu tử A và B trong hỗn hợp xi = Vri/Vr.
K/, K//, K/// - các hệ số thực nghiệm và có giá trị:
K/ =

ψ (1 + 2ψ )

F
3

(3-19).

V2

Hệ số hình dạng hạt hình cầu bằng 1, của các hạt khác lớn hơn 1.
e. Bề mặt riêng của lớp hạt:
Bề mặt của một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích của lớp hạt gọi là bề
mặt riêng và kí hiệu là: O/m hoặc O/v. Bề mặt riêng khối lượng được tính theo công thức:

Trong đó:

O/m = 6.φ/γ.dtđ,

(m2 / kg)

(3-20).

O/v = 6φ.γ/dtđ.ρ,

(m-1)

(3-21).

γ – khối lượng thể tích của vật liệu, (kg/m2);
10



ε
 d tđ

Trong đó:

2


 ,


(N/m2)

(3-24).

α – sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn, (mN/m);
σ – góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn, (độ);
ε – độ rỗng khối hạt; 2,4 – hệ số lấy ở điều kiện trung bình.

Đối với lớp hạt khô và bề mặt riêng tương đối nhỏ thì τo = 0, khi đó:
τ = f.σ → f = τσ -1

(3-25).

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).

100 − Bi

i =1

0

∑ 100 − B

với B1 > B0

n1θ k 1 + n2θ k 2
n1 + n2

(3-27).

n1 – số lượng mẫu kiểm tra có Bi < B0;
n2 – số lượng mẫu kiểm tra có Bi > B0;
Bi – nồng độ của muối kiểm tra ở mẫu I;
B0 – nồng độ của muối kiểm tra trong toàn bộ hỗn hợp;
θk1, θk2, θk – mức độ trộn.

Nếu B1 = B0, ta có thể tính theo trường hợp nào cũng được.
A.A Lapsin đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:
θL1 =

1
n1

1
θL2 =

θL1, θL2, θL – mức độ trộn.

X.V. Melnhikov đã dùng hệ số biến động trong thống kê để dánh giá mức độ đồng
nhất của hỗn hợp trộn.
θM = 1 – σ/B0
Trong đó:

(3-29).

θM – mức độ trộn;
σ – sai số tiêu chuẩn thực nghiệm.

12


n

σ=

Tỉ số:

∑ (B
i =1

i

− B0 ) 2

(3-30)



Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp – Trộn nghiền.

3.4. Lý thuyết tính toán máy trộn dải băng:
3.4.1. Năng suất dải băng: dải băng đóng vai trò như vít tải, năng suất được xác định:
Q = 47,1 . D2 . S . n .ρ. φ .C.
Trong đó:

(3-31).

D – đường kính ngoài của dải băng, (m);
S – bước xoắn, (m);
n – số vòng quay của dải băng, (vg/ph);
ρ – khối lượng riêng của vật liệu, (kg/m3);
φ – hệ số chứa;
C – hệ số tính đến góc nghiêng đặt dải băng.

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

γ (T/m3)
0,48 ÷ 0,64
13

φ
0,4

A
65

α
0
5
10
15
20
30
40
50
60
C
1
0,9 0,8 0,7 0,65 0,58 0,52 0,48 0,44
3.4.3. Số vòng quay trục dải băng:

70
0,4

80
0,34

90
0,3

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

20 − 40
D


1÷3
150 ÷ 250
300 ÷ 100
48 ÷ 80
4÷5
2÷3
200 ÷ 300
5 ÷ 25
48 ÷ 80
8 ÷ 10
3
200 ÷ 400
200 ÷ 80
100 ÷ 150
5÷6
3
200 ÷ 400
60 ÷ 20
80 ÷ 100
5÷6
3
250 ÷ 300
80 ÷ 60
48 ÷ 80
5÷8
4
400 ÷ 600
300 ÷ 200
250 ÷ 300
10 ÷ 12

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

Trong đó:

600
50
150

(N/m)

(3-37).

ρ – khối lượng riêng, (tấn/m3);

Trong đó:

(kW) (3-39).

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,
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;
15


3.4.9. Xác định tổng mô men trên trục dải băng:
M = KM1 + M2
Trong đó:

(3-40).

M1 – mô men trên bề mặt vít, N.m;
M2 – mô men do sức cản ở trong các ổ đỡ trục vít, N.m.

a. Xác định mô men trên bề mặt dải băng tải:
M1 = P . 0,5 . Dtb = A . tg(α + ρ0) . 0,5 . Dtb
Trong đó:


d
+ R. f 2 .
2
2

(3-44).

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

(3-45).

dtb – đường kính trung bình của ngỗng trục, (m);
f1 – hệ số ma sát trên các ổ đỡ;
Ổ trượt: f1 = 0,1 ÷ 0,2
Ổ lăn: f1 = 0,05 ÷ 0,08.
R – tải trọng hướng tâm, (N).
16


R = (Gv . cos β ) 2 + P 2

(3-46).

3.4.10. Tính bền:
- Trọng lượng xem như phân bố đều trên dải băng với trọng lượng qv.
- Trọng lượng vật liệu qp phân bố đều trên dải băng.
- Cần kiểm tra độ cứng, độ võng.
Xem như trục được đỡ hai đầu chịu tải trọng phân bố đều.
q 2p + q v2 . cos β

Mx = M = K.M1 + M2

(N.m)

(3-51).

- Xác định ứng suất sinh ra trên trục dải băng:
σ=

M tđ
≤ [σ ]
0,1.d 3

(3-52).

b. Kiểm tra độ võng:
5q.l 4
f=
384.E.J

(3-53).

J = 0,05.d4

(3-54).

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.

17

0,3 ÷ 0,4

2 ÷2,5

15 ÷ 25
10 ÷ 20
D
d

0,3 ÷ 0,4
0,5 ÷ 0,75

5 ÷ 25
1,8 ÷ 2

400 ÷ 800

0,2 ÷ 0,4

3÷5

20 ÷ 60

18

t

20 ÷ 40
dt


• Lắp ráp các bộ phận theo mô hình đã chọn.
4.3. Phương pháp khảo nghiệm:
4.3.1. Dụng cụ khảo nghiệm:
- Để đo các thông số động học ta dùng đồng hồ đo số vòng quay
- Để đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế ta dùng Ampe kiềm.
- Để đo khối lượng ta dùng cân đĩa hoặc cân bàn loại 100 kg.
- Để đo thời gian ta dùng đồng hồ điện tử.
- Đo các thông số hình học ta dùng thước kẹp, thước cuộn, ê ke…
4.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm:
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn.

20


Chương 5.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

5.1. Các dữ liệu thiết kế:
5.1.1. Yêu cầu của máy thiết kế:
-

Đảm bảo năng suất thiết kế.

-

Máy phải phù hợp với nhu cầu sản xuất đặt ra, đồng thời kết cấu phải đơn giản,
dễ chế tạo, dễ vận hành và bảo dưỡng.

-



-

Góc ma sát của vật liệu với thép: 420.

-

Góc nghiêng đặt vít chọn β = 200.

-

Hệ số ma sát của vật liệu trộn với thép: f = 0,7.

-

Ẩm độ đưa vào trộn: 15 ÷ 20 %.

5. 2. Lựa chọn mô hình máy thiết kế và giải thích nguyên lý làm việc:
5.2.1. Lựa chọn mô hình máy:
21


Điểm khác nhau cơ bản về kết cấu và nguyên lý làm việc của máy thiết kế với các
máy khác là máy làm việc liên tục, bộ phận trộn có dải băng nằm nghiêng, với thiết kế
này máy sẽ được nâng cao năng suất nhưng chất lượng sản phẩm không đổi. Để đảm bảo
máy làm việc hiệu quả và nâng cao khả năng trộn đều ta bố trí dải băng và cánh trộn xen
kẻ nhau. Đồng thời với thiết kế này máy được nộp liệu từ các băng tải nên năng suất cao
hơn đảm bảo máy làm việc liên tục, việc thao tác và sử dụng máy cũng được thuận tiện
hơn.
Từ yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho máy thiết kế, chúng tôi lựa chọn mô hình máy thiết

Vật liệu trộn được đưa vào máng cấp liệu (5) của băng tải và được các băng tải
định lượng đưa lên đổ vào thùng trộn (3), ở đây vật liệu được dải băng trộn (1) trộn đều
và đẩy dọc theo thùng trộn. Khi vật liệu được trộn đều và được đưa đến cửa ra liệu (7), tại
đây sản phẩm của máy trộn sẽ được đưa ra ngoài. Máy được kéo bởi động cơ điện (9)
thông qua bộ phận truyền xích (8).
5.3. Tính toán các bộ phận trộn:
5.3.1. Năng suất trộn của dải băng:
Q = 47,1 . D2 . S . n .ρ. φ .C.
Trong đó:

(5-1).

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


(5-5).

b = 0,1D = 0,1 * 0,35 = 0,035 (m).
Chọn b = 0,035 (m).
5.3.6. Kiểm tra lại số vòng quay của trục dải băng:
Số vòng quay của dải băng được tính theo công thức:
n=
n=

40
D

,

40
0,3 5

(vg/p).

(5-6).

= 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


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

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,
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)

(5-12).

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;
v – vận tốc chuyển động dọc trục của vật liệu;
S .n
0,35 * 68
=
= 0,4 (m/s).
60
60



γ