Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép thanh củi trấu

Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép thanh củi trấu Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép thanh củi trấu Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép thanh củi trấu Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép thanh củi trấu

MỤC LỤC Trang QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH x DANH MỤC BẢNG xiv MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết cấu đề tài TỔNG QUAN 1.1 Trấu ứng dụng 1.1.1 Khái quát trấu 1.1.2 Ứng dụng sản phẩm chế biến từ trấu 1.2 Máy ép củi trấu .7 1.3 Trục vít ép củi trấu 1.3.1 Chức vii 1.3.2 Kết cấu .9 1.3.3 Mịn trục vít ép củi trấu 1.3.4 Tuổi bền 10 1.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài .10 1.4.1 Nghiên cứu nước 10 1.4.2 Nghiên cứu nước 13 1.5 Các vấn đề tồn định hướng nghiên cứu 16 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .17 2.1 Nội dung nghiên cứu 17 2.2 Phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 17 2.2.2 Phương pháp khảo sát 17 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 17 2.2.4 Phương pháp đo đạc thực nghiệm 20 2.2.5 Phương pháp bố trí thực nghiệm 20 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 3.1 Khái quát phun phủ nhiệt 21 3.1.1 Nguyên lý công nghệ phun phủ nhiệt 21 3.1.2 Mục đích phân loại công nghệ phun phủ nhiệt 22 3.1.3 Sơ lược số phương pháp phun phủ 24 3.1.4 Quy trình cơng nghệ phun phủ 28 3.2 Quy trình nhiệt luyện thép SKD61 .36 3.2.1 Nung nóng tơi 36 3.2.2 Ram 42 viii KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 44 4.1 Nghiên cứu đề xuất phương án kết cấu cho trục vít ép 44 4.1.1 Mục đích 44 4.1.2 Đề xuất phương án kết cấu cho trục vít ép 44 4.1.3 Lựa chọn phương án 55 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm trục vít ép có phần ép chế tạo từ thép SKD61 56 4.2.1 Gia cơng phần phần trục vít ép 56 4.2.2 Gia công phần trục vít ép 58 4.2.3 Thực nghiệm 60 4.3 Nghiên cứu thực nghiệm trục vít ép có phần ép chế tạo từ thép S45C phủ wolfram carbide 66 4.3.1 Gia công phần trục vít 66 4.3.2 Thực nghiệm 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC .81 ix DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Cấu tạo hạt lúa [2] Hình 1.2: Một số ứng dụng sản phẩm từ trấu Hình 1.3: Sơ đồ máy ép củi trấu điển hình (kiểu Bangladesh) [3] Hình 1.4: Kết cấu trục vít ép Hình 1.5: Vị trí mịn trục vít ép [8] 10 Hình 1.6: Trục vít ép hàn đắp [8] 10 Hình 1.7: Hàn đắp trục vít que hàn Cobalarc 9E [7] 11 Hình 1.8: Trục vít hai vật liệu ghép nối hàn [7] 11 Hình 1.9: Phục hồi ngõng trục trục vít máy nén khí [10] .13 Hình 1.10: Phục hồi trục khuỷu động ô tô [10] .13 Hình 1.11: Trục vít trước sau bị mịn [5] 13 Hình 1.12: Một kiểu trục vít ép đùn [6] 14 Hình 1.13: Ảnh hưởng độ ẩm đến độ bền vật liệu sinh khối [11] 15 Hình 1.14: Ảnh hưởng tốc độ trục vít đến độ bền vật liệu sinh khối [11] 15 Hình 1.15: Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ bền vật liệu sinh khối [11] 16 Hình 2.1: Máy ép củi trấu [8] .18 Hình 2.2: Đồng hồ đo thời gian .18 Hình 2.3: Máy đo chiều dày lớp phủ Elcometer 456B [12] 19 Hình 2.4: Máy đo độ cứng Rockwell HR 150A [13] .19 Hình 3.1: Nguyên lý chung công nghệ phun phủ nhiệt [14] 21 Hình 3.2: Phun dây lửa khí [15] 24 Hình 3.3: Nguyên lý phun bột lửa khí [15] 25 x Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý phun nổ [15] 25 Hình 3.5: Nguyên lý phun phủ hồ quang điện điện cực [14] 26 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý phun hồ quang điện [14] .26 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý phun plasma [16] 27 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý phun HVOF [16] 28 Hình 3.9: Sơ đồ cơng nghệ quy trình phun phủ kim loại [14] 29 Hình 3.10: Quy trình cơng nghệ tổng qt nhiệt luyện thép SKD61 [18] .36 Hình 3.11: Tính chất lý nhiệt độ cao thép SKD61 [18] 39 Hình 3.12: Sự phụ thuộc độ cứng sau với nhiệt độ [18] .39 Hình 3.13: Mối liên quan độ cứng, nhiệt độ thời gian giữ nhiệt [18] 40 Hình 3.14: Đường cong làm nguội thép SKD61 dầu [18] 41 Hình 3.15: Đường cong làm nguội thép SKD61 dd muối nóng chảy [18] 41 Hình 3.16: Đường cong làm nguội thép SKD61 ngồi khơng khí [18] 42 Hình 3.17: Sự phụ thuộc độ cứng vào nhiệt độ ram [18] 43 Hình 3.18: Sự phụ thuộc độ cứng vào nhiệt độ thời gian ram [18] 43 Hình 4.1: Kết cấu, kích thước trục vít ép [8] 44 Hình 4.2: Kết cấu tổng thể trục vít ép ba phần 45 Hình 4.3: Mối ghép phần phần 47 Hình 4.4: Lực ép tác dụng vào bề mặt côn 47 Hình 4.5: Kết cấu trục vít ép mối ghép then 49 Hình 4.6: Kích thước sơ 50 Hình 4.7: Chuyển vị ứng suất mối ghép then 52 Hình 4.8: Kết cấu trục vít ép sử dụng mối ghép then hoa .53 Hình 4.9: Chuyển vị ứng suất mối ghép then hoa 54 xi Hình 4.10: Trục vít ép sử dụng mối ghép then .55 Hình 4.11: Các kích thước phần trục vít ép 56 Hình 4.12: Phần trục vít ép 57 Hình 4.13: Các kích thước phần trục vít ép 57 Hình 4.14: Phơi phần 57 Hình 4.15: Kéo giãn cánh vít bước xoắn 58 Hình 4.16: Phần trục vít ép 58 Hình 4.17: Phần trục vít ép chế tạo từ thép SKD61 59 Hình 4.18: Gia cơng biên dạng cánh vít máy CNC trục 59 Hình 4.19: Phần trục vít ép trước sau nhiệt luyện 60 Hình 4.20: Kiểm tra độ cứng sau nhiệt luyện 60 Hình 4.21: Trục vít có phần thép SKD61 lắp ghép .60 Hình 4.22: Thực nghiệm chạy máy ép củi trấu 61 Hình 4.23: Tuổi bền trục vít S45C, hàn đắp Cobalarc 9E SKD61 .63 Hình 4.24: So sánh chi phí chế tạo 66 Hình 4.25: So sánh lợi nhuận 66 Hình 4.26: Chi tiết sau bắn cát 67 Hình 4.27: Vật liệu phủ WC10%Co4%Cr .68 Hình 4.28: Sơ đồ gá đặt chi tiết phun 68 Hình 4.29: Quá trình phun phủ 69 Hình 4.30: Phần trục vít ép trước sau phủ carbide 70 Hình 4.31: Kiểm tra chiều dày lớp phủ 70 Hình 4.32: Trục vít ép có phần chế tạo từ thép S45C phủ wolfram carbide 71 Hình 4.33: Tuổi bền trục vít S45C phủ carbide, hàn đắp Cobalarc 9E S45C .72 xii Hình 4.34: So sánh chi phí chế tạo 73 Hình 4.35: So sánh lợi nhuận 73 Hình 4.36: So sánh tuổi bền mịn trục vít ép .73 Hình 4.37: So sánh chi phí chế tạo 74 Hình 4.38: So sánh lợi nhuận 74 xiii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Thành phần hữu vỏ trấu [2] Bảng 1.2: Thành phần hóa học vỏ trấu [2] Bảng 1.3: Que hàn dùng để thử nghiệm [6] 14 Bảng 1.4: Mịn trục vít ép đùn [6] 14 Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy ép củi trấu [8] 18 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật đồng hồ đo thời gian 18 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật máy đo chiều dày lớp phủ Elcometer 456B [12] 19 Bảng 2.4:Thông số kỹ thuật máy đo độ cứng Rockwell HR 150A [13] 19 Bảng 3.1: So sánh đặc điểm số phương pháp phun phủ nhiệt [14] 23 Bảng 3.2: Các kim loại dùng làm vật liệu phun [17] .29 Bảng 3.3: Thành phần hóa học loại dây thép [17] 30 Bảng 3.4: Vật liệu điều kiện xử lý lớp phủ [17] 35 Bảng 4.1: So sánh ưu nhược điểm mối ghép then mối ghép hàn 56 Bảng 4.2: Thời gian làm việc tổng khối lượng 62 Bảng 4.3: Bảng giá chi phí gia cơng phần trục vít ép 63 Bảng 4.4: Bảng giá chi phí sản xuất kg củi trấu (1/2018) [8] .64 Bảng 4.5: Bảng thời gian làm việc tổng khối lượng 71 Bảng 4.6: Bảng giá chi phí gia cơng phần trục vít ép 72 xiv MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ở Việt Nam bình quân năm sản xuất 40 triệu lúa Theo thống kê năm 2014 sản lượng lúa đạt 44,84 triệu Khối lượng trấu chiếm 20% thành phần hạt lúa, năm có xấp xỉ triệu trấu thải môi trường, số lượng chất thải khổng lồ mà không xử lý gây ô nhiễm môi trường lãng phí lớn [1] Trong thực tế trấu chất thải khó tái chế, vật liệu khó cháy, khó mục nát mơi trường Theo truyền thống nước ta trấu thường dùng làm nhiên liệu đốt trực tiếp, vài năm gần trấu chế biến thành củi, trấu chế tạo thành ép phục vụ xây dựng trang trí nội thất Nhưng số lượng trấu dùng cho mục đích nêu chiếm tỷ lệ nhỏ so với khối lượng trấu lớn năm thải môi trường Để sử dụng hiệu nguồn lượng nhiệt từ vỏ trấu, Việt Nam giới chế tạo máy ép sinh khối nhiều cấu ép đùn trục vít, ép lăn, ép piston thủy lực để tạo nhiên liệu đốt dạng viên nhỏ dạng Hiện nhờ ưu điểm khả ép liên tục, hao tốn nguyên liệu…, máy ép củi trấu sử dụng cấu trục vít sử dụng rộng rãi sản xuất Trong phận máy ép củi trấu trục vít ép thành phần quan trọng, định đến suất chất lượng sản phẩm Tuy nhiên trục vít ép phận nhanh bị mài mịn phải làm việc mơi trường áp suất, nhiệt độ ma sát lớn Để khắc phục hạn chế nhiều giải pháp đưa ra: gia công nhiệt để cải thiện tính chất vật liệu sản xuất vật liệu mới, hợp kim, phun phủ bề mặt,… Trong đó, giải pháp ứng dụng vật liệu có tính chịu nhiệt mịn cao, pháp phủ lên bề mặt chi tiết lớp kim loại chống mài mòn quan tâm nghiên cứu Giải pháp sử dụng kim loại có tính cao không yêu cầu cao công nghệ thiết bị, cịn giải pháp phun phủ kim loại khơng u cầu vật liệu có tính tốt lại đòi hỏi thiết bị chuyên dụng phức tạp Việc nghiên cứu xác định giải pháp phù hợp để chế tạo trục vít ép tuổi bền cao, chi phí chế tạo giảm có ý nghĩa kinh tế tăng tính cạnh tranh cho sở sản xuất Với định hướng đó, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mòn trục vít ép củi trấu” triển khai thực nhằm đề xuất giải pháp phù hợp tăng tuổi bền trục vít ép, giảm giá thành sản xuất, đẩy mạnh việc tiêu thụ củi trấu tỉnh đồng sơng Cửu Long Qua đó, giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường thải, sử dụng trấu trực tiếp sản xuất, sinh hoạt trấu làm tăng giá trị gia tăng trấu Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu, phân tích, đánh giá giải pháp khả thi đề xuất giải pháp hợp lý nhằm tăng tuổi bền trục vít ép củi trấu giúp giảm chi phí sản xuất 2.2 Mục tiêu cụ thể Để đạt mục tiêu chung trên, đề tài có mục tiêu cụ thể sau: - Nghiên cứu, đề xuất phương án kết cấu cho trục vít ép ba phần với vật liệu khác nhau, ghép mối ghép tháo lắp - Nghiên cứu giải pháp phần đầu trục vít chế tạo từ thép SKD61 (40Cr5MoV) - Nghiên cứu giải pháp phần đầu trục vít chế tạo từ thép S45C phủ carbide bề mặt - Thực nghiệm đánh giá giải pháp xác định giải pháp hợp lý, kinh tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Trục vít ép máy ép củi trấu - Máy ép củi trấu trục vít TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách [17] Hoàng Tùng Phục hồi bảo vệ bề mặt phun phủ, Đại học Bách khoa Hà Nội,1993 [15] Nguyễn Văn Thông Công nghệ phun phủ bảo vệ phục hồi, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [25] Trần Văn Địch, Ngơ Trí Phúc, Sổ tay thép giới, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [26] Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 [27] Bùi Tuyên, Sản xuất viên nhiên liệu sinh khối, Viện Chuyển Giao Công Nghệ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM [4] Tôn Thất Minh, Cơ sở tính tốn thiết kế máy thiết bị thực phẩm, NXB Bách khoa Hà Nội, 2012 [23] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 1, NXB Giáo dục, 2007 [28] Trần Văn Địch, Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2003 [22] Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật khí tập 1, NXB Giáo dục, 2004 [24] Ninh Đức Tốn, Giáo trình dung sai, NXB Giáo dục, 2006 [29] Bùi Minh Trí, Xác suất thống kê Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2011 [20] S C Bhattacharya, S Kumar, Screw-press briquetting machines and briquettefired stoves, Asian Institute of Technology, Regional Energy Resources Information Center (RERIC), 2010 [16] John Wiley & Sons, Ltd, The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings: Second Edition, Lech Pawlowski © 2008, ISBN:978-0-471-49049-4 [30] Edited by J.R Davis Davis & Associates, Handbook of Thermal Spray 78 Technology #06994G – ASM International, Thermal Spray society, 2004 [21] Khurmi RS, Gupta JK, A Textbook of Machine Design, (14thedn), Eurasia Publishing house (PVT) LTD, Ram Nagar, New Delhi (2005) Bài báo, nghiên cứu [31] Lê Trọng Hậu, Trần Thị Thanh Vân cộng sự, Nghiên cứu công nghệ phun phủ lớp hợp kim sở Cr – Ni cho chi tiết máy làm việc điều kiện khắc nghiệt, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, 1999 [10] Nguyễn Trung Kiên, Ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt phục hồi bề mặt chi tiết, Trung tâm NCƯD&PT KHCN ĐS – Trường CĐN Đường sắt, 2015 [14] Lý Quốc Cường, Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc, tính chất hệ lớp phủ kép nhôm hợp kim Ni-20Cr thép, Luận án Tiến sĩ, Học viện khoa học công nghệ - Hà Nội, 2016 [7] Dương Vĩnh Nghi, Nghiên cứu thực nghiệm xác định vật liệu kết cấu để nâng cao tuổi thọ trục vít côn máy ép củi trấu, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, 2017 [9] Nguyễn Thị Thanh Hải, Nghiên cứu phát triển đầu ép máy ép củi trấu chịu mịn, nhiệt, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, 2014 [8] Báo cáo hoạt động sản xuất củi trấu, DNTN Châu Hưng, 2015 [1] Báo cáo kết thực kế hoạch tháng 12 năm 2014 ngành Nông nghiệp phát triển nông thôn, trung tâm Tin học Thống kê, Nông nghiệp phát triển nông thôn, 2014 [32] Uông Sĩ Áp, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt để tạo bề mặt có độ chịu mài mịn độ bám dính cao phục hồi chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt, đề tài KHCN cấp nhà nước, 2006 [3] A Regional Research and Dissemination Programme Heated-die Screw-press Biomass Briquetting Machine Design, Construction and Operation Manual 79 [5] Mridaney S Poudel, Krishna R Poudel, Krishna R Shrestha Ramesh M Singh, Scerew Extruder Biomass Briquetting, Rentech Symposium Compendium, Volume 1, March 2012, pp 27-31 [6] R.M Singh – Study on Wearing of Screw of Biomass Briquetting Extruder – Nepal Journal of Technology (2000), pp 83-86 [11] Muhammad et al, Design and Fabrication of Biomass Extruder of 50 mm Diameter Briquette Size, Innov Ener Res 2016 [33] Material Product Data Sheet Tungsten Carbide – 10% Cobalt % Chromium Powders – Oerlikon Trang Web [2] Sử dụng tro trấu nông nghiệp, Diễn đàn Hồ tiêu Việt Nam, link: http://hotieuvietnam.com/index.php?option=com_content&view=article&id= 230: tro-tru-dung-trong-nong-nghip&catid=48:qun-ly-dinh-dng&Itemid=54 [34] Ứng dụng vỏ trấu, Công ty TNHH Năng lượng sinh thái, link: http://ecoenergy-vn.com/information/ung-dung-cua-vo-trau-13.html [18] Vũ Ngọc Phan, Nhiệt luyện thép làm khuôn bền nóng, Viện cơng nghệ - Bộ cơng thương, link: http://viencongnghe.com/nhiet-luyen-thep-lam-khuon-ben-nong/ [19] Part 2, Briquetting technology, link: http://www.fao.org/docrep/t0275e/T0275E04.htm [12] Máy đo độ dày lớp phủ sơn Elcometer, Vinaco, link: http://www.vinacomm.vn/May-do-do-day-lop-phu-son-Elcometer-456p36180.vnc [13] Máy đo độ cứng thép Rockwell, Công ty TNHH TM DV Kỹ thuật Tiến Minh, link: http://www.tienminhvn.com/may-do-do-cung-thep-rockwell-hr-150ap320.html 80 PHỤ LỤC Các bảng số liệu thực nghiệm Bảng số liệu thực nghiệm trục vít có phần chế tạo từ thép SKD61 STT Ca Số giờ/ca (h) Khối lượng (kg) 4 8 8 8 2,25 8 1,5 4950 4940 4970 1270 4980 4960 4900 1400 4960 4970 4910 980 Bảng số liệu thực nghiệm trục vít có phần chế tạo từ thép S45C phủ carbide STT Ca 10 Số giờ/ca (h) 8 8 8 8 7,5 81 Khối lượng (kg) 4970 4980 4960 4950 4970 4940 4980 4950 4960 4630 4910 3 10 11 10 8 8 8 8 0,25 8 8 8 8 82 4990 4980 4950 4940 4980 4950 4980 4950 4940 130 4980 4950 4970 4960 4930 4970 4980 4950 4960 4300 Quy trình phun phủ ( Cơng ty Phun phủ An Bình cung cấp) 83 84 85 86 87 88 Giấy chứng nhận hiệu chuẩn 89 90 91 Phương pháp đo chiều dày lớp phủ máy Elcometer 456B Bước 1: Khởi động máy, cài đặt vật liệu (hình a) Bước 2: Đưa phim mẫu 488 µm  0,1% lên vật liệu để kiểm tra độ xác máy đo (hình b) a) Cài đặt vật liệu b) Kiểm tra độ xác Hình: Các bước sử dụng máy đo chiều dày lớp phủ Bước 3: Đưa đầu dị vào vị trí khơng có lớp phủ để cài đặt vật liệu nền, chi tiết phủ tồn bề mặt trước phủ ta phải cài đặt lưu lại vật liệu Bước 4: Sau lưu lại vật liệu ta tiến hành đo vị trí phủ để xác định chiều dày trung bình lớp phủ 92 ... nghiên cứu - Trục vít ép máy ép củi trấu - Máy ép củi trấu trục vít 3.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mịn cho trục vít ép máy ép củi trấu Các... trung nghiên cứu: Nghiên cứu tổng quan trục vít ép củi trấu; Nghiên cứu đề xuất phương án kết cấu cho trục vít ép; Nghiên cứu thực nghiệm trục vít ép có phần ép chế tạo từ thép SKD61; Nghiên cứu thực. .. ? ?Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giải pháp nâng cao tuổi bền mịn trục vít ép củi trấu? ?? triển khai thực nhằm đề xuất giải pháp phù hợp tăng tuổi bền trục vít ép, giảm giá thành sản xuất, đẩy mạnh