BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN BÚA
TN-1200.
Họ và tên sinh viên : TẠ THỊ QUẾ
Ngành
:CƠ KHÍ
Niên khóa
: 2005 – 2009
TP. HỒ CHÍ MINH- 07/2009
1
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN BÚA TN-1200.
Tác giả
TẠ THỊ QUẾ
Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
CƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Giáo viên hướng dẫn :
PGS -TS . TRẦN THỊ THANH
Tháng 07 năm 2009
Biết được tính chất cơ lý tính của vật liệu đem nghiền.
Nguyên lý hoạt động của máy nghiền búa.
Tính toán được kích thước của máy nghiền : bộ phận cấp liệu, bộ phận
nghiền, bộ phận thu liệu từ năng suất và số liệu thiết kế ban đầu .
Lập được bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết của máy nghiền.
Quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết chính của máy nghiền.
4
MỤC LỤC
Trang tựa
i
Cảm tạ :
ii
Tóm tắt :
iii
Mục lục :
iv
Danh sách các hình
2.2. Phân tích kết cấu của máy: ..................................................................................14
2.3.
Tính chất cơ lý của vật liệu nghiền: ................................................................18
2.4. Nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với máy nghiền:............................................19
2.5.
Lý thuyết của máy nghiền búa kiểu búa trục ngang: ......................................19
2.5.1.
Mô hình toán học mô tả quá trình nghiền hạt:.............................................19
2.5.2.
Sự tuần hoàn của nguyên liệu trong buồng nghiền: ....................................20
2.5.3.
Các yếu tố cơ học của quá trình làm việc của máy nghiền hạt kiểu búa:....20
5
2.5.4.
Điều kiện vận tốc búa phá vỡ vật thể: .........................................................21
2.5.5.
5.1. Kết luận: ..............................................................................................................68
5.2. Đề nghị: ...............................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................70
PHỤ LỤC
6
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Các dạng cấp liệu kiểu tiếp tuyến .................................................................15
Hình 4.1: Sơ đồ thiết kế.................................................................................................31
Hình 4.2: Sơ đồ truyền động .........................................................................................31
Hình 4.3 : Dạng trống của máy nghiền kiểu búa...........................................................34
Hình 4.4: Búa nghiền ....................................................................................................36
Hình 4.5 : Kích thước máng cấp liệu ............................................................................38
Hình 4.6: Kích thước đai...............................................................................................43
Hình 4.7: Sơ đồ lực tác dụng.........................................................................................48
Hình 4.8 : Biểu đồ momen lực tác dụng .......................................................................50
Hình 4.9 : Sơ đồ kích thước trục nghiền .......................................................................50
Hình 4.10 : Trục rô to nghiền........................................................................................54
Hình 4.11 : Búa nghiền ................................................................................................59
Hình 4.12 : Đĩa nghiền ..................................................................................................61
Hình 4.13 : Tấm nhám...................................................................................................63
Hình 4.14 : Vít tải..........................................................................................................65
7
Chương 1
MỞ ĐẦU
thường. Bộ phận thu hồi bột nghiền sử dụng vít tải, có bộ phận lọc bụi gắn trên đường
ra liệu. Máy nghiền theo phương pháp cải tiến giúp chất lượng bột nghiền được cải
thiện, chi phí năng lượng giảm, tránh gây ô nhiễm môi trường…
1.2. Mục đích nghiên cứu:
1.2.1. Mục đích:
- Tính toán thiết kế 1 máy nghiền than đá.
- Lập qui trình công nghệ chế tạo một số chi tiết điển hình.
1.2.2. Nhiệm vụ :
Để thực hiện mục đích trên, nhiệm vụ của đề tài bao gồm:
o Tìm hiểu máy nghiền than đá đã có sẵn.
Đối tượng nghiên cứu: máy nghiền than đá.
o Tính toán thiết kế máy nghiền với năng suất 1200 kg/h.
o Lập bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết.
o Lập quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết chính của máy.
1.3. Phạm vi nghiên cứu:
1.3.1.Phạm vi về nội dung nghiên cứu:
- Tính toán thiết kế máy nghiền than đá năng suất 1200 kg/h.
- Lập quy trình công nghệ chế tạo máy nghiền búa TN- 1200.
1.3.2.Phạm vi về địa bàn nghiên cứu:
- Địa điểm thực hiện: xưởng thực tập sản xuất, bộ môn máy sau thu hoạch, khoa
cơ khí – công nghệ trường đại học Nông Lâm TPHCM.
1.3.3.Phạm vi đối tượng nghiên cứu:
Máy nghiền búa trục ngang với năng suất 1200 kg/h.
1.3.4.Phạm vi về thời gian:
9
Máy được tính toán thiết kế và chế tạo tại xưởng thực tập sản xuất, khoa cơ khícông nghệ từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2009.
1.4. Cấu trúc khóa luận:
Khóa luận bao gồm 5 chương:
phụ tùng thay thế. Các thiết kế này phải đáp ứng những yêu cầu cơ bản sau:
• Phải đảm bảo chất lượng sản phẩm.
• Phương pháp gia công kinh tế nhất.
• Áp dụng thành tựu mới của khoa học kỹ thuật.
• Thích hợp với điều kiện cụ thể của nơi sản xuất .
11
2.1 Lý thuyết về quá trình nghiền:
Theo tài liệu: máy gia công cơ học nông sản thực phẩm – TS. Nguyễn Như Nam,
PGS.TS Trần Thị Thanh.
Cùng với quy luật phân bố các phần tử sản phẩm nghiền theo các kích thước của
chúng thì lý thuyết nghiền còn nghiên cứu sự phụ thuộc hàm số giữa chi phí năng
lượng đến quá trình nghiền vỡ vật liệu và mức độ nghiền.
2.1.1. Thuyết bề mặt:
Thuyết bề mặt do nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingo đề xuất năm 1867 với
nội dung: “Công dùng cho quá trình nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt mới tạo thành của
vật liệu đem nghiền”.
As = f(ΔS),(J) (2.1)
Trong đó: As : Công chi phí để nghiền vỡ vật thể tạo thành bề mặt mới, (J)
ΔS: Diện tích bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện tích riêng bề mặt)
Thuyết bề mặt được áp dụng nhiều hơn để đánh giá quá trình nghiền mịn, khi đó
sản phẩm nhận được với diện tích riêng bề mặt phát triển cao.
Khi nghiền các nguyên liệu hạt làm thức ăn gia súc có sản phẩm dạng bột nghiền mịn
(d ≤ 0,4 ± 0,6 mm và λ ≥ 7) thì sự phục thuộc giữa chi phí và mức độ nghiền có dạng
tuyến tính.
2.1.2. Thuyết thể tích:
Thuyết thể tích được nhà cơ học người Nga V.L.Kirpitrev đề xuất vào năm 1874
và được giáo sư người Đức Ph.Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên các máy nghiền
Adh = kdh * D2 (2.3)
Sau khi biến đổi chúng ta nhận được:
1 ⎞
⎛ 1
−
⎟;
D⎠
⎝ d
Adh = kdh ⎜
(2.4)
Sau này còn có công trình nghiên cứu của nhà bác học người Nga A.K.
Rungbixt (1956) và nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958). Các nhà bác học này đã
giới thiệu phương trình:
dA = - c * d *
Trong đó :
dΔ
δz
(2.5)
A – công biến dạng, (J)
δ – kích thước đặc trưng (đối với cục vật liệu là D và các phân tử bột
nghiền là d) , (mm)
c và z – các hệ số
Lấy tích phân phương trình (2.5) sau đó cho các giá trị rời rạc z = 1;2; 1,5 bằng
Av – Công chi phí cho sự biến dạng của vật liệu
As – Công chi phí cho sự tạo thành bề mặt mới
k – hệ số tỉ lệ
α – hệ số tỉ lệ có tính toán đến sức căng bề mặt của vật thể cứng
Từ phương trình (2.6) cho thấy công đầy đủ để nghiền vật thể vỡ bằng tổng các công
cho phí cho biến dạng lẫn tạo ra bề mặt mới.
2.2. Phân tích kết cấu của máy:
2.2.1. Cấu tạo của máy:
Máy nghiền gồm các bộ phận chính sau :
a. Bộ phận cấp liệu:
Nguyên liệu hạt được cung cấp vào buồng nghiền theo phương: hướng kính,
tiếp tuyến, dọc trục hoặc bên hông. Bộ phận nạp liệu gồm: thùng chứa liệu, cửa điều
chỉnh lượng cung cấp theo nguyên tắc tự chảy, tự hút hoặc trục cuốn (cấp liệu cưỡng
bức) .
14
Hình 2.1: Các dạng cấp liệu kiểu tiếp tuyến
b. Bộ phận nghiền:
- Roto búa nghiền:
Roto búa nghiền là bộ phận làm việc chính của máy. Nó nhận chuyển động
thông qua bộ truyền động đai hoặc khớp. Trong truyền động khớp nối trục thường áp
dụng kiểu khớp nối trục răng vì khi làm việc máy thường rung động do roto không
được cân bằng tuyệt đối. Trục roto được chế tạo từ thép tốt, thông thường là thép 45
hoặc 45X.
- Búa nghiền:
Búa nghiền là bộ phận làm việc chủ yếu của máy. Hình dáng, vật liệu chế tạo
của búa có ảnh hưởng đến năng suất, độ mịn của sản phẩm. Nó được xác định tùy theo
liệu, người ta thường bố trí má đập phụ làm tăng hiệu quả va đập, chà xát của vật liệu
vào bề mặt trong buồng nghiền. Má đập phụ thường làm bằng gang đúc hoặc thép lá.
c. Bộ phận thu sản phẩm:
- Máng tháo liệu:
Được cấu tạo bởi những tấm thép cắt đúng kích thước rồi hàn với nhau. Máng
tháo liệu đảm bảo tháo liệu kịp thời không gây tắc nghẽn. Máng tháo liệu phải được bố
trí hợp lý, sao cho vật liệu có thể thoát hết ra ngoài.
- Quạt và xyclon:
Quạt và xyclon có tác dụng hút những sản phẩm đã đạt yêu cầu và đưa những
sản phẩm chưa đạt yêu cầu trở lại buồng nghiền.
- Vít tải:
Vít tải có tác dụng đưa vật liệu ra bên ngoài thông qua máng tháo liệu. Vít tải có
cấu tạo dạng vít xoắn, có thể tải vật liệu với năng suất cao, gồm trục vít và cánh vít
16
được hàn lại với nhau. Cánh vít được làm bằng thép CT3, được cắt thành đường tròn
sau đó được kéo dài và hàn với trục vít. Trục vít phải đảm bảo trong quá trình làm việc
không bị xoắn, bị uốn và bị gãy. Còn cánh vít phải được tính toán sao cho có thể tải
được nhiều vật liệu nhất và không bị hư hỏng trong quá trình làm việc.
d. Bộ phận khung đỡ:
Có hình dạng cong theo buồng nghiền, được làm rất cứng để đỡ lưới sàng. Vì
lưới sàng rất mỏng chỉ khoảng 1mm nên rất dễ bị rách. Khung đỡ được cấu tạo là các
thanh được hàn lại với nhau. Các khung được đặt ở cửa ra liệu còn lưới sàng thì được
đặt ở trên khung sàng, có cấu tạo cong theo hình dạng buồng nghiền. Bộ phận khung
đỡ phải đảm bảo độ cứng chắc để không làm cho lưới sàng bị rách.
2.2.2. Ưu nhược điểm của máy nghiền búa:
a. Ưu điểm:
- Là máy nghiền vạn năng.
- Khả năng điều chỉnh độ nhỏ bột nghiền dễ dàng.
khoảng cách cho phép giữa 2 vết búa, khe hở đầu búa đến lưới sàng…
- Khối lượng riêng và khối lượng thể tích: dao động trong một giới hạn tùy thuộc
hình dạng vật liệu, trạng thái bề mặt, độ ẩm, độ lớn….. Sử dụng khi xác định khối
lượng hay thể tích bộ phận làm việc của máy.
- Độ ẩm: Độ ẩm thường ảnh hưởng khá lớn đến khả năng làm việc của máy, thông
thường độ ẩm phải khống chế.
- Độ cứng, độ bền: Đặc trưng bằng mođun đàn hồi và ứng suất phá vỡ vật thể. Sử
dụng để xác định chế độ làm việc và lực tác dụng cần thiết.
- Vận tốc cân bằng trong dòng khí: Sử dụng khi tính toán vận chuyển hay phân loại
bằng dòng khí.
- Góc ma sát trong và góc ma sát ngoài: Sử dụng khi tính toán góc chuyển động của
vật liệu.
- Đối với than đá: Theo tài liệu :”Khoáng sản Việt Nam”.
Chọn đường kính trung bình là 20 (mm)
Hệ số ma sát: 0,6 ÷ 0,8
18
Khối lượng riêng: 2416 kg/m3
Khối lượng thể tích: 600 kg/ m3
Độ ẩm trung bình: 9 %
2.4. Nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với máy nghiền:
a. Nhiệm vụ:
Nghiền là một công việc tốn năng lượng nhất trong quá trình làm nhỏ từ dạng hạt,
cục sang dạng bột. Máy nghiền có nhiệm vụ nghiền nhỏ vật liệu đem nghiền.
b. Yêu cầu kỹ thuật đối với máy nghiền:
Nghiền được nhiều loại sản phẩm khác nhau với mức độ nhỏ khác nhau
tùy yêu cầu đề ra.
Nhiệt độ bột nghiền không quá cao.
µs – thông số quá trình sàng
Bằng thực nghiệm, µs = 0,11 ÷ 0,12; αn = 0,06 ÷ 0,37
19
2.5.2.
Sự tuần hoàn của nguyên liệu trong buồng nghiền:
Số vòng tuần hoàn của nguyên liệu trong buồng nghiền, đặc trưng cho
nguyên liệu đã thực hiện bao nhiêu vòng quay toàn phần trong buồng nghiền sau
thời gian nghiền t, để có kích thước yêu cầu.
Số vòng tuần hoàn trong buồng nghiền tính theo công thức:
kt =
Trong đó:
t * Vth
M t * Vth
=
(2.10)
π * Db q * π * Db
t – thời gian nghiền (thời gian hạt tồn tại trong buồng nghiền), (s)
Vth – vận tốc của nguyên liệu trong buồng nghiền, (m/s)
q – lượng cung cấp, (kg/s)
Db – đường kính buồng nghiền, (m)
Mt – khối lượng lớp nguyên liệu tuần hoàn, (kg)
Bằng thực nghiệm, Vth = (0,4 ÷0,5) vb với vb là vận tốc dài đầu búa nghiền
2.5.3.
Trong đó:
D, B – đường kính và chiều dài trống, (m)
hcl - chiều dày lớp nguyên liệu, (m)
ρ – khối lượng riêng của vật liệu
µ - nồng độ vật liệu trong lớp, (kg/h)
2.5.4.
Điều kiện vận tốc búa phá vỡ vật thể:
- Vận tốc phá hủy khi nghiền hạt bằng va đập
- Vận tốc giới hạn:
σ fv *
vgh =
Trong đó:
E
ρ
E
(2.12)
ρ – khối lượng riêng của vật liệu, (kg/m3)
E – modun đàn hồi của vật liệu, (N/m2)
σfv - ứng suất phá vỡ vật liệu, (N/m2)
tốc búa tại các máy sản xuất thức ăn liên hợp thì lại cao hơn, đến 100 m/s hoặc cao hơn
nữa.
Để có được vận tốc va đập thực sự trong máy nghiền, giữa các búa với
các mảnh thức ăn, vận tốc làm việc của búa được quy định cao hơn vì phải tính đến
vận tốc tuần hoàn vth của lớp không khí lẫn nguyên liệu nghiền chuyển động vòng
trong máy nghiền.
Như vậy vận tốc búa được tính theo công thức:
vb = vfv + vth hay vb =
v fv
1 − β cl
Trong đó βcl là hệ số phục hồi : βcl =
(2.14)
vth
= 0,4 ÷ 0,5
vb
Từ công thức (2.14)
ta thấy rằng: để phá hủy hạt sau một lần va đập thì vận tốc búa nhất thiết phải cao hơn
vận tốc phá vỡ từ 1,5 đến 2 lần. Thật ra trong quá trình làm việc, xảy ra sự va đập
nhiều lần giữa búa với nguyên liệu nên vận tốc làm việc có thể lấy nhỏ hơn một chút.
Công thức tính vận tốc bị va đập nhiều lần sẽ là:
k cl * (0,81 + 2,3 * lg λ )
vvd = vfv =
Trong đó:
q – lượng cung cấp liệu trong một giây
vb – vận tốc búa, (m/s)
22
dω
- gia tốc góc, (rad/s2)
dt
fn – hệ số nghiền nhỏ
N0 – công suất chạy không; (W)
Giá trị N0 được tính theo biểu thức:
N0 = A*ω + B*ω3
Trong đó:
A*ω – chi phí năng lượng hao phí cho ma sát gối đỡ
B*ω3 – các chi phí cho lực cản không khí
Gia tốc góc ε =
dω
= 10 ÷17 (rad/s2)
dt
Từ phương trình (2.16) ta thấy rằng năng lượng cung cấp cho quá trình nghiền là:
Nn = Iz*ω*
Trong đó:
dω
= P * vb
D
. Từ đó D =
k
-
Loại roto thứ nhất A1 = 0,7 ÷ 0,9
-
Loại roto thứ hai A2 = 1 ÷ 1,9
kq
=A q
q'
2.6.3. Tính toán búa nghiền:
2.6.3.1.
Kích thước búa:
Với búa có dạng tấm chữ nhật, có một lỗ treo, khoảng cách c được xác định theo
công thức:
c=
Trong đó:
a2 + b2
6*a
a – chiều dài búa, (mm)
a = 1,5 * l ~ 0,23 * D và b = (0,4 ÷ 0.5) * a ~ 0,1 * D
o Đường kính lỗ lắp chốt treo búa được xác định từ điều kiện bền của
chốt treo tính theo dầm liên tục. Thông thường d = 18 ÷ 20 mm
24
2.6.3.2. Số lượng búa:
Số lượng búa được xác định theo công thức:
z=
Trong đó:
( L − ΔL) * k z
δ
L – chiều dài roto
ΔL – tổng bề dày các đĩa lắp chốt treo búa
kz – số vết búa; kz = 1÷ 6
δ – chiều dày búa, (m)
Theo thực nghiệm cho thấy kết quả tối ưu là 15 búa nghiền có chiều dày 30 mm
cho 100mm bề rộng buồng nghiền
2.6.3.3. Đường kính đĩa lắp búa:
Đĩa lắp búa là trung gian truyền động từ trục roto đến các búa. Theo Xokolov
thì khoảng cách từ tâm trục roto đến tâm lỗ mang chốt treo búa không được xấp xỉ
bằng khoảng cách từ đầu va đập của búa đến tâm lỗ trục búa vì như vậy sẽ gây ra hiện
tượng cộng hưởng gây mất ổn định máy.
Theo Malgin đường kính lắp búa:
a = 0,23* Dđ
Trong đó:
z – số lượng búa
25
(W)
Copyright: Tài liệu đại học ©