CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ ĐẬP NGHIỀN VÀ LỰA CHỌN MÁY NGHIỀN
Cơ sở lí thuyết về đập nghiền
Clinker là sản phẩm thu được từ quá trình nung hỗn hợp đá vôi, đất sét và các phụ gia khác như quặng sắt, cát, boxit ở nhiệt độ lên đến 1450 độ C Thành phần hóa học chính của Clinker bao gồm các oxit kim loại như CaO (đá vôi), Al2O3 (đất sét), Fe2O3 (sắt), SiO2, cùng với các phụ gia bổ sung khác.
Khi nung ở nhiệt độ 1450 độ C, các oxit kim loại phản ứng tạo ra 4 khoáng chính trong Clinker: C2S (2CaO.SiO2), C3A (3CaO.Al2O3), C3S (3CaO.SiO2) và C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3) Cấu trúc tinh thể không đồng nhất của các khoáng này ảnh hưởng đến tính chất của Clinker, từ đó quyết định đặc trưng của từng loại xi măng.
1.1.2 Cơ sở vật lí của quá trình nghiền vỡ vật thể
Nghiên cứu của các Viện sĩ A.Ph.Iophphe, P.A.Rebinder và I.A.Phrenkel cho thấy mọi vật thể rắn đều có các khuyết tật nhỏ, phân bố thống kê theo chiều dày và thể hiện cục bộ trên bề mặt Những khuyết tật này làm giảm độ bền của vật thể từ 100 đến 1000 lần so với độ bền thực tế Do đó, tồn tại hai khái niệm độ bền: độ bền phân hủy và độ bền kỹ thuật Trong thiết kế kỹ thuật, yêu cầu đầu tiên là sản xuất kim loại thuần khiết Quá trình biến dạng của vật rắn dẫn đến sự gia tăng số lượng khuyết tật, và khi khuyết tật vượt quá giới hạn, vết nứt phát triển nhanh chóng dẫn đến sự phá vỡ Hai dạng năng lượng quan trọng trong quá trình phá hủy là năng lượng tích tụ của biến dạng đàn hồi và năng lượng tự do Nhiều nghiên cứu cho thấy vai trò của năng lượng bề mặt trong quá trình nghiền là không đáng kể, và hiện tại chưa có phương pháp xác định giá trị năng lượng cho vật thể cứng.
Khi vật thể chịu tải trọng tuần hoàn, số lượng vết nứt gia tăng theo từng chu kỳ, dẫn đến sự giảm độ bền của vật thể Sự xuất hiện của các vết nứt tế vi làm giảm lực liên kết phân tử, gây ra sự suy giảm độ bền đột ngột Hiện tượng này được Viện sĩ P.A Rebider phát hiện và gọi là “hiệu ứng Rebider”, một hiện tượng quan trọng trong kỹ thuật.
Cơ học phá hủy nguyên liệu hạt là nền tảng của quá trình động lực nghiền, trong đó cơ chế phá vỡ hạt chủ yếu diễn ra thông qua nén ép và theo sơ đồ phá hủy giòn, không có biến dạng dẻo rõ rệt Lý thuyết nghiền không chỉ nghiên cứu quy luật phân bố kích thước các phần tử sản phẩm nghiền mà còn xem xét mối quan hệ giữa chi phí năng lượng và mức độ nghiền của vật liệu.
Năng lượng cần thiết để nghiền vỡ phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng như kích thước và hình dạng hạt, cách sắp xếp của hạt, độ bền và độ giòn của vật liệu, sự đồng nhất, độ ẩm cũng như trạng thái bề mặt của máy nghiền.
Thuyết này do giáo sư P.Ritinger người Đức nêu ra năm 1867 được phát triển như sau:
“ Công tiêu hao để nghiền vật liệu tỷ lệ với diện tích bề mặt mới tạo ra trong quá trình nghiền “
As: công chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo thành bề mặt mới [J]
∆S: diện tích bề mặt mới được tạo thành
Thuyết thể tích, được đề xuất bởi nhà cơ học người Nga V.L Kirpitrev vào năm 1874, đã được giáo sư người Đức Ph Kik kiểm tra thực nghiệm trên máy nghiền kiểu búa.
1885 Nội dung cơ bản của thuyết thể tích: “công cần thiết để nghiền vật liệu tỷ lệ thuận với mức độ biến thiên thể tích của vật liệu”
Av:công biến dạng σ: ứng suất lúc biến dạng
V: Thể tích vật thể biến dạng
Thuyết dung hòa cho thấy rằng trong thuyết bề mặt, việc xác định hệ số K gặp khó khăn, dẫn đến ý nghĩa thực tế của công thức bị giảm sút Ngược lại, trong thuyết thể tích, sự thiếu hụt hệ số tỷ lệ cho các trường hợp cụ thể khiến công thức không thể áp dụng rộng rãi.
Thuyết dung hòa, được Ph.C.Bon đề xuất vào năm 1952, kết hợp hai thuyết trước đó Nội dung chính của thuyết này cho rằng công nghiền tỷ lệ thuận với trung bình nhân giữa thể tích V và bề mặt S của vật liệu được nghiền.
Kdh: hệ số tỷ lệ d: Đường kính sản phẩm
D: đường kính vật liệu nghiền
Do những hạn chế của thuyết bề mặt và thuyết thể tích, viện sĩ P.A Rebinder đã giới thiệu thuyết nghiền tổng hợp vào năm 1928 Thuyết này, còn được gọi là thuyết nghiền cơ bản, khẳng định rằng công nghiền vật liệu bao gồm hai thành phần chính: công tiêu hao để tạo ra bề mặt mới và công để làm biến dạng vật liệu.
Ath: Công để nghiền vật liệu
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 tỷ lệ Α: Hệ số có tính năng lượng sức căng bề mặt của vật thể cứng α: Hệ số có tính đến năng lượng sức căng bề mặt của vật thể cứng
Quá trình nghiền là một quá trình phức tạp với nhiều biến đổi cơ lý của vật liệu Hai định luật bề mặt và thể tích chỉ tập trung vào từng giai đoạn riêng lẻ của quá trình này Định luật thể tích xác định năng lượng cho biến dạng đàn hồi mà không xem xét số bề mặt mới hình thành do miết vỡ, trong khi định luật mặt phẳng chỉ tính đến năng lượng cần thiết để tạo ra các bề mặt mới Khi nghiền ở mức độ lớn (nghiền bột), định luật mặt phẳng cho kết quả chính xác hơn, còn khi nghiền ở mức độ nhỏ (nghiền hạt), định luật thể tích lại đúng hơn.
1.1.4 Các phương pháp nghiền cơ bản
Sự phá vỡ vật liệu bằng ngoại lực dựa vào bốn phương pháp chính sau:
Dưới tác động của ngoại lực, thể tích cục vật liệu sẽ bị biến dạng Khi nội ứng suất trong cục vật liệu vượt quá giới hạn bền nén, cục vật liệu sẽ bị phá vỡ, dẫn đến việc hình dạng và kích thước của nó thay đổi, trở nên nhỏ hơn so với kích thước ban đầu.
Bổ là quá trình phá vỡ vật liệu bằng cách áp dụng lực tập trung tại vị trí cụ thể Phương pháp này cho phép điều chỉnh kích thước của vật liệu sau khi bị đập, mang lại tính linh hoạt trong việc xử lý vật liệu.
Va đập là hiện tượng vật liệu bị phá vỡ do tác động của tải trọng động Khi tải trọng tập trung, hiệu quả phá vỡ tương tự như khi bổ, trong khi tải trọng phân bố trên toàn bộ thể tích vật liệu sẽ dẫn đến hiệu quả phá vỡ tương tự như khi ép.
• Chà xát : Vật liệu bị phá vỡ do chịu tác dụng đồng thời của lực nén và kéo, sản phẩm thu được dạng bột
Khi lựa chọn phương pháp đập, nghiền cần phải căn cứ vào các yếu tố sau:
• Cơ tính của vật liệu (cứng, giòn, mềm,… )
• Kích thước vật liệu trước khi đập, nghiền
Bảng 1.1 – Phân chia nghiền theo kích thước của vật liệu trước và sau khi nghiền
Phương pháp Đập thô Đập vừa Đập nhỏ Nghiền mịn Nghiền keo
D(mm) 1500÷300 350÷100 100÷40 30÷5 1.2÷0.1 d (mm) 350÷100 100÷40 30÷5 2÷0.075 0.0001 i 3÷5 6÷10 16÷20 100 1000 Đập thô, đập vừa thường thực hiện ở trạng thái khô, còn đập nhỏ, nghiền mịn, nghiền keo có thể thực hiện ở trạng thái khô hoặc ướt
Lựa chọn máy nghiền
1.2.1 Các loại máy nghiền hiện nay 1.2.1.1 Máy đập má
Có hai loại máy đập má:
• Máy đập má đơn giản
• Máy đập má phức tạp
Máy đập có công dụng chính là đập thô và đập trung bình các loại vật liệu có độ bền nén trên 2000 kg/cm2 Với năng suất cao, kết cấu đơn giản và giá thành thấp, máy không yêu cầu công nhân có tay nghề cao để vận hành Kích thước máy nhỏ gọn giúp dễ dàng trong việc sử dụng và bảo trì Đặc biệt, máy có khả năng đập nghiền các vật liệu có độ cứng cao, mang lại hiệu quả tối ưu cho quá trình sản xuất.
Máy đập má có một số nhược điểm như chỉ hoạt động nửa chu kỳ, gây rung lắc do vật liệu di chuyển không cân bằng Để đảm bảo hiệu suất, móng máy cần được xây dựng chắc chắn, đồng thời máy tiêu hao năng lượng lớn do cơ chế chuyển động phức tạp.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị này bao gồm má động được lồng trực tiếp vào trục lệch tâm, trong khi bánh đà và puli được lắp ở hai đầu của trục Tấm đẩy có một đầu tì vào má động và đầu còn lại tì vào khối trượt, tạo ra sự chuyển động hiệu quả.
Thanh giằng (10) và lò xo (9) đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho má động, tấm đẩy và khối trượt luôn tiếp xúc chặt chẽ với nhau, tạo thành khớp động hiệu quả cho bộ phận điều chỉnh khe tháo liệu (11).
Hình 1.1 - Cơ cấu máy đập má phức tạp
(1) thân máy; (2) tấm đập; (3) thành bên; (4) má động; (5) trục lệch tâm; (6) bánh đai;
(7) vít nâng hạ; (8) khối điều chỉnh; (9) lò xo; (10) thanh giằng; (11) khối đẩy;
Trục lệch tâm chia thành bốn vùng bởi hai đường thẳng A-B-C-D, trong đó các điểm A và C nằm trên trục tâm phương ngang, còn B và D đi qua tâm trục của má động Khi trục lệch tâm di chuyển từ A đến D, cả phần trên và dưới của má động tách ra khỏi má cố định, tạo ra hành trình không tải và vật liệu được tháo ra khỏi không gian đập Khi di chuyển từ D đến C, phần trên má động tách xa má cố định trong khi phần dưới tiến gần, bắt đầu quá trình đập vật liệu Tiếp theo, khi trục chuyển từ C đến B, cả hai phần của má động tiến gần má cố định, dẫn đến sự đập vật liệu diễn ra trên toàn bộ má Cuối cùng, khi từ B trở về A, phần trên tiếp tục đập vật liệu trong khi phần dưới tách ra khỏi má cố định, và sản phẩm được tháo ra Ưu điểm của hệ thống này là hành trình không tải chỉ chiếm 1/5 vòng quay của trục lệch tâm, trong khi chỉ 1/5 vòng là cả hai phần của má động tham gia vào quá trình đập, còn lại 3/5 vòng là sự luân phiên đập vật liệu của cả hai phần.
Loại máy này hoạt động ổn định hơn nhờ vào việc vật liệu bị phá vỡ dưới tác động đồng thời của lực nén và ma sát, giúp giảm thiểu năng lượng tiêu hao và có kích thước gọn nhẹ.
Nhược điểm: lực đập tác dụng trực tiếp lên trục lệch tâm gây hỏng ổ đỡ hay phá hủy trục b) Máy đập má chuyển động đơn giản
Nguyên lý làm việc của máy nghiền là khi trục lệch tâm quay, tay biên chuyển động lên xuống, tạo ra góc mở giữa hai tấm đẩy Khi tay biên đi lên, góc giữa hai tấm đẩy mở rộng, má động tiến lại gần và bắt đầu quá trình đập vật liệu Ngược lại, khi tay biên đi xuống, góc giữa hai tấm đẩy thu hẹp, dưới tác dụng của lò xo và trọng lượng của má động, má động rời xa má cố định, giúp vật liệu rơi ra khỏi máy Khi tay biên ở vị trí thấp nhất, góc giữa tấm đáy và đường nằm ngang khoảng 10-12 độ Để điều chỉnh kích thước sản phẩm, cần điều chỉnh khe hở giữa hai má bằng cách quay vít nâng hạ, làm cho khối đẩy trượt trên khối điều chỉnh.
Khi má động chuyển động, các điểm trên má sẽ vẽ thành cung tròn, dẫn đến việc vật liệu bị phá vỡ do lực ép Sau khi trục lệch tâm quay một vòng, chỉ có nửa vũng quay tác dụng lên vật liệu, khiến máy không hoạt động cân bằng trong quá trình khụng tải Để khắc phục điều này, người ta thường lắp hai bánh đà vào trục lệch tâm nhằm tích trữ năng lượng khi không tải và truyền năng lượng đó ra ngoài khi có tải Ưu điểm của loại máy này là dễ dàng thay thế tấm đẩy gãy và trục lệch tâm chụ lực gián tiếp.
Máy làm việc không đều, dễ mất cân bằng và vật liệu bị đập không đồng nhất là những nhược điểm chính Hơn nữa, mức tiêu hao năng lượng trên mỗi đơn vị sản phẩm cao hơn so với máy đập má có chuyển động phức tạp.
Hình 1.2 - Máy đập có má động chuyển động đơn giản
1-Thân máy; 2- tấm đập; 3- thành bên; 4- má động; 5- trục treo má; 6- bánh đai;
7- trục lệch tâm; 8- tay biên; 9- vít nâng hạ; 10- khối điều chỉnh; 11- khối đẩy; 12- tấm đẩy; 13- thanh giằng
Nguyên lý hoạt động của máy đập nón dựa trên quá trình đập vật liệu diễn ra trong khoảng không gian giữa nón cố định (nón ngoài) và nón di động (nón trong) Nón ngoài được gắn cố định vào thân máy, trong khi nón trong được lắp trên trục, với một đầu của trục được gắn vào bạc lệch tâm Bề mặt làm việc bao gồm mặt ngoài của nón trong và mặt trong của nón ngoài, có thể là phẳng hoặc có gân Khi bạc lệch tâm quay, khe hở giữa hai nón thay đổi tuần hoàn từ lớn nhất đến nhỏ nhất, tạo ra hiệu ứng đập vật liệu hiệu quả.
Khi khe hở giữa hai nón giảm, quá trình đập vật liệu diễn ra, trong khi khi khe hở tăng, quá trình tháo và nạp liệu xảy ra Sự đập vật liệu và tháo liệu diễn ra luân phiên tại các vị trí xung quanh chu vi của mặt nón.
Quá trình va đập và tháo liệu diễn ra liên tục giữa nón trong và nón ngoài, với sự chuyển động tương đối tạo ra lực ép, lực uốn và lực chà sát Điều này giúp quá trình đập vật liệu diễn ra hiệu quả và tiêu hao năng lượng đồng đều, không cần thiết phải có vô lăng tích trữ năng lượng Nhờ đó, năng suất của máy đập này vượt trội hơn so với máy đập má.
Mức độ đập nghiền của máy khá lớn, khi đập thô i= 3 – 8, khi đập vừa và đập nhỏ i = 6-
Căn cứ vào nhiêm vụ máy, ta chia ra thành máy đập thô, máy đập trung bình và máy đập nhỏ
Máy đập nón thô khác biệt với máy đập trung bình và nhỏ ở độ lệch tâm của bạc lệch tâm Cụ thể, máy đập thô có độ lệch tâm 25mm, trong khi máy đập trung bình và nhỏ có độ lệch tâm lên đến 100mm.
Hình 1.3 - Cấu tạo máy đập nón
Máy nghiền bao gồm các bộ phận chính như thân máy, trục dẫn động, thân lệch tâm, khối đỡ mặt cầu, nón trong, thiết bị điều chỉnh, tấm điều chỉnh, lò xo, bu lông nối và động cơ Ưu điểm nổi bật của máy là năng suất lớn, với quá trình đập vỡ vật liệu chịu tác dụng của lực ép, lực uốn và lực chà sát, trong đó trở lực do uốn nhỏ hơn trở lực do ép từ 10-15 lần.
Máy làm việc êm không có tải trọng động, sản phẩm thu được đồng đều hơn
Máy có nhược điểm là chiều cao lớn, quá trình chế tạo và lắp ráp phức tạp, sửa chữa tốn nhiều thời gian và không thể xử lý các vật liệu dẻo, dính.
• Máy đập trục có một trục di động
• Máy đập trục có hai trục di động
• Máy đập trục có hai trục cố định
Hình 1.4 - Cấu tạo máy đập trục
(1) Phễu nạp liệu; (2) Bánh đai; (3), (7) Trục đập; (4) Lò xo; (5) Vít điều chỉnh;
(6) Gối di động; (8) Gối di động; (9) Thân máy; (10) Các miếng đệm; (11) Cặp bánh răng; (12), (13) Trục truyền động;
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO MÁY NGHIỀN BI
Các thông số cơ bản của máy nghiền bi
- Năng suất yêu cầu: 14 tấn/giờ
- Đường kính vật liệu vào: 5 mm
- Đường kính vật liệu sau khi nghiền: 0.075 mm.
Tính và chọn kích thước thùng
- D: đường kính trong của thùng nghiền, m
- V: thể tích thùng nghiền sau khi lót, m 3 𝑉 = 𝜋𝐷 2
- Gv: trọng lượng bi nạp vào thùng, tấn
- q: năng suất riêng của máy nghiền, tấn/kWh
- k: hệ số hiệu chỉnh độ mịn
Tra bảng 7-3: Giá trị của năng suất riêng q [1−168], ta có với vật liệu đem nghiền là Clinke lò quay với phương pháp nghiền khô q = 0.04 (tấn/kWh)
Tra bảng 7-4: Giá trị của hệ số hiệu chỉnh độ mịn k [1−169], với 5% khối lượng tích lũy trên rây, k = 0.77
Trọng lượng của vật liệu nghiền được tính như sau:
𝜑: hệ số chứa vật nghiền
Hệ số chứa vật nghiền đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả hoạt động của máy nghiền, với giá trị tối ưu từ 0.34 đến 0.4 Đối với hệ số chứa vật nghiền, lựa chọn 𝜑 = 0.4 là hợp lý Bên cạnh đó, hệ số rỗng bi đạn 𝜇 có giá trị dao động từ 0.62 đến 0.85, trong đó lựa chọn 𝜇 = 0.62 là thích hợp.
𝜌 𝑣 : khối lượng riêng của bi thép, tấn/m 3 Vật liệu làm bi nghiền là thép khi đó 𝜌 𝑣 = 4.65 (tấn/m 3 )
𝑉 ) 0.8 = 14 (tấn/giờ) Đối với máy nghiền bi, tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng là L/D = 2÷5 Chọn 𝐿
Chia ngăn cho máy nghiền bi
Để nâng cao năng suất và độ mịn trong quá trình nghiền, máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn được sử dụng phổ biến trong ngành sản xuất xi măng Việc phân chia quá trình nghiền thành nhiều giai đoạn thông qua các ngăn giúp tối ưu hóa kích thước bi đạn phù hợp với kích thước vật liệu trong từng ngăn Điều này không chỉ giảm thiểu năng lượng tiêu thụ trong quá trình nghiền mà còn cải thiện hiệu quả nghiền so với các loại máy nghiền khác.
Tỉ lệ D = 3 được áp dụng cho máy nghiền bi 2 ngăn Trong ngăn đầu tiên của máy nghiền bi thùng dài, quá trình hoạt động diễn ra theo chế độ thác nước, tương tự như ở máy nghiền bi thùng ngắn Điều này cho thấy mối liên hệ giữa kích thước của máy nghiền bi thùng dài và thùng ngắn.
𝐷< 2 Ta chọn tỉ lệ kích thước cho ngăn thứ nhất là 𝐿
𝐷= 1.5 Vậy chiều dài của ngăn 1 là: L = 1.5 2.6 3.9( )= m
Khi đó chiều dài ngăn 2 là: L 2 = − =L L 1 7.8 3.9 3.9( )− = m
Tính toán số vòng quay tới hạn của thùng nghiền
Hình 2.1 - Sơ đồ chuyển động của một viên bi theo thùng nghiền
Theo công thức (7 – 4) [1 – 141], số vòng quay của thùng nghiền:
Trong đó: α: góc nâng của viên bi f: hệ số ma sát giữa viên bi với mặt trong thùng nghiền
R: bán kính trong thùng nghiền, m
Từ công thức ta thấy nếu viên bi được nâng lên điểm A2 nghĩa là ở góc 𝛼 = 90° thì số vòng quay của thùng sẽ là:
Khi viên bi được nâng lên vị trí cao nhất điểm A3 tức là 𝛼 = 180° thì số vòng quay của thùng nghiền là:
Khi viên bi đạt đến vị trí A3, trọng lượng G của nó cân bằng với lực ly tâm C tác động lên nó Kết quả là viên bi không rơi xuống thùng để nghiền nát vật liệu, dẫn đến việc không xảy ra quá trình nghiền.
Do đó tốc độ quay nA3 gọi là tốc độ quay tới hạn của thùng nghiền, vậy theo công thức (7-7) [1 - 141]:
Số vòng quay tới hạn của máy nghiền:
Trong quá trình nghiền, thùng chứa đầy viên bi (tải trọng bi) quay với tốc độ tới hạn theo công thức (3-5) Ở tốc độ này, chỉ có lớp bi tiếp xúc với thùng bắt đầu chuyển động ly tâm, trong khi các lớp bi bên trong vẫn chưa đạt đến trạng thái ly tâm, dẫn đến việc quá trình nghiền vẫn tiếp tục diễn ra hiệu quả.
Khi tăng số vòng quay của thùng vượt quá số vòng quay tới hạn, tất cả các viên bi trong thùng sẽ chuyển động theo lực ly tâm, tạo thành các lớp đường tròn đồng tâm.
Ta có tốc độ quay tới hạn cần thiết để cho tất cả các lớp bi trong thùng đều ly tâm hoàn toàn là:
Ta chọn 𝜑 = 0.4, thay các giá trị vào (2 – 6) ta được:
Tính toán số vòng quay thích hợp của thùng nghiền
Khi góc nâng α nhỏ hơn hoặc bằng 90 độ, các viên bi sau khi rời khỏi bề mặt thùng nghiền sẽ trượt lên nhau theo các lớp, được gọi là viên bi làm việc ở chế độ tầng lớp Lúc này, tốc độ quay của thùng nghiền sẽ nhỏ hơn hoặc bằng nA2.
Khi góc nâng nằm trong khoảng 90° < α < 180°, các viên bi sau khi rời khỏi bề mặt thùng nghiền sẽ di chuyển lên cao một đoạn trước khi rơi xuống và tác động lên vật liệu, được gọi là chế độ thác nước Tốc độ quay n của thùng nghiền trong chế độ này nằm trong khoảng nA2 < n < nA3 Trong chế độ thác nước, quá trình nghiền chủ yếu diễn ra do va đập của các viên bi vào vật liệu, trái ngược với chế độ tầng lớp, nơi sự nghiền chủ yếu xảy ra do chà xát.
Trong máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn, ngăn đầu hoạt động theo chế độ thác nước, trong khi ngăn cuối hoạt động theo chế độ tầng lớp Chế độ làm việc của tải trọng bi được xác định bởi góc α, phụ thuộc vào số vòng quay của thùng và hình dạng bề mặt tấm lót Góc rời tối ưu được chọn là α = 54 độ 40 phút.
Từ đó ta có số vòng quay thích hợp nhất chính là số vòng quay làm việc của thùng nghiền là:
Mà xét ngăn thứ 2 của thùng nghiền, thùng nghiền hoạt động theo chế độ tầng lớp Khi bi được nâng lên góc 𝛼 = 90°, số vòng quay của thùng sẽ được xác định.
= fR với f là hệ số ma sát giữa bi và thùng nghiền, lấy f = 1.1
Số vòng quay tối ưu của thùng nghiền thấp hơn số vòng quay khi thùng hoạt động ở chế độ tầng lớp, do đó điều kiện làm việc cho thùng 2 được thỏa mãn.
Kích thước, khối lượng bi nghiền và khối lượng vật liệu đem nghiền
Khi chọn vật nghiền, cần xem xét độ cứng và kích thước của vật liệu Kích thước của vật liệu càng lớn thì vật nghiền cũng phải có kích thước tương ứng lớn hơn, và ngược lại.
Chọn vật nghiền là bi thép, khối lượng riêng là 4650 kg/m 3
Theo Levenxon đã đề xuất một công thức thực nghiệm để xác định đường kính của vật nghiền, được trình bày qua công thức dv = 28.3 d (mm), trong đó d là đường kính của vật liệu đưa vào máy (mm).
Thay số vào (3-8) ta có : d v = 28 3 d = 28 5 3 = 47.88( mm )
Trong đó D là đường kính trong của thùng nghiền
Theo Olepxki [1-153]: v 6 lg c d = d d (2 – 8) Trong đó: d (mm): kích thước vật liệu vào máy dc (àm): kớch thước sản phẩm
Chọn quặng sau nghiền cú dc = 75 àm => 6lgdc = 11.25 Thay vào (3-9) ta được dv = 25.16 (mm)
Kích thước của Clinke trước khi nghiền là 5mm Trong ngăn nghiền 1, va đập là phương thức chính, do đó cần sử dụng bi có đường kính lớn Qua thực nghiệm, bi được chọn có đường kính từ 20 đến 40 mm Dựa vào đồ thị 14.2a về lựa chọn kích thước bi cầu, bi có đường kính 40 mm được chọn cho ngăn 1.
Vậy vật liệu sau khi ra khỏi buồng 1 có kích thước là :
Kích thước Clinker sau khi ra khỏi buồng 1 là 0.958 mm, trong khi kích thước Clinker sau khi qua thiết bị nghiền đạt 0.075 mm Do đó, kích thước bi nghiền trong ngăn 2 cần được xác định.
Vậy chọn kích thước bi nghiền ở ngăn 2 là 20 mm
Từ mục 2.2 Tính và chọn kích thước thùng ta có :
4 × 3.9 = 23.81 (tấn) Đối với ngăn 2: Với D = 2.6 m, L = 3.9 m
4 × 3.9 = 23.81 (tấn) Vậy khối lượng bi đem vào thùng là:
Sau một thời gian hoạt động, bi nghiền sẽ bị mòn và cần được bổ sung để duy trì số lượng ban đầu Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy bi nghiền Clinke có độ mòn từ 0.3 đến 0.9 kg/tấn sản phẩm Với sản lượng 14 tấn sản phẩm sau một giờ, lượng bi nghiền cần bổ sung sẽ được tính toán dựa trên mức độ mòn này.
2.6.3 Khối lượng vật liệu đem nghiền Lượng vật liệu đem nghiền cho vào máy có quan hệ với trọng lượng vật nghiền và vật liệu làm vật nghiền, ta dùng vật nghiền bằng kim loại nên lấy trọng lượng vật liệu cho vào máy theo công thức (7 – 47) [1-154]:
𝐺 𝑣𝑙 = 0.14𝐺 𝑣 (2 – 9) Thay số vào (2 – 9), ta có: 𝐺 𝑣𝑙 = 0.14𝐺 𝑣 = 0.14 × 47.62 = 6.67 (Tấn)
Bảng 2.1 – Thông số cho máy nghiền bi
Thông số Số liệu Đường kính trong (D) 2.6 (m)
Thùng làm việc có số vòng quay là 19.8 vòng/phút, với tổng khối lượng vật nghiền đạt 47.62 tấn Trong đó, khối lượng vật nghiền ở ngăn 1 và ngăn 2 đều là 23.81 tấn Khối lượng vật liệu nghiền được sử dụng là 6.67 tấn.
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO MÁY NGHIỀN BI
Tính và chọn kết cấu chính của máy nghiền bi
Vỏ thùng nghiền được chế tạo từ thép nồi hơi, thường sử dụng phương pháp hàn để giảm trọng lượng và dễ dàng lắp ráp Việc hàn giúp vỏ máy ít bị ăn mòn trong quá trình sử dụng Cần chú ý đảm bảo tất cả mặt cắt ngang đồng tâm và tròn đều để tránh lực ly tâm phụ khi thùng nghiền quay Sau khi hàn, cần ủ để giảm ứng suất nội và ngăn ngừa vết nứt Các mối hàn ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của thùng và phải được bố trí theo chu vi mà không giao nhau Trên thân thùng, thường khoét lỗ làm cửa nạp vật nghiền, mỗi ngăn của máy nghiền bi dài sẽ có một cửa riêng.
Vỏ thùng nghiền được chế tạo từ thép CT3, loại thép có hệ số giãn nở lớn, giúp chịu đựng tốt tải trọng va đập và nhiệt độ phát sinh trong quá trình nghiền quặng.
Bề dày của thân thùng phụ thuộc vào đường kính thùng, thường lấy = (0.01 0.015) D
Chiều dày thùng nghiền phụ thuộc vào đường kính D, theo bảng 4.4 Cụ thể, với đường kính thùng nghiền D = 2.6 m, chiều dày tương ứng là = 38 mm Tuy nhiên, quy chuẩn yêu cầu chiều dày là = 40 mm.
3.1.2 Tấm lót cho máy nghiền bi Tấm lót được dung để bảo thùng nghiền khỏi sự va đập và chà xát của vật nghiền và vật liệu nghiền Ngoài ra tấm lót còn có tác dụng làm tăng khả năng đập nghiền Tấm lót cần có độ bền cao hơn bi đạn và không được nứt, biến dạng Vật liệu làm tấm lót có thể làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau như thép mangan, thép mangan-crom, gang, đá,… tùy theo tính chất và yêu cầu kĩ thuật của vật liệu nghiền để chọn loại vật liệu phù hợp Vì vật liệu cần nghiền là Clinker có độ cứng không lớn lắm nên chọn vật liệu làm tấm lót là thép mangan
Hình dáng bề mặt tấm lót, đường kính máy nghiền và đặc tính chuyển động của vật đập có ảnh hưởng lớn đến độ mòn, năng suất và tiêu hao công suất của máy nghiền Trong phần nghiền thô (ngăn 1), sử dụng bi cỡ lớn và tấm lót hình sóng hoặc bậc để nâng bi lên cao, tăng lực đập và năng suất Ở phần nghiền tinh (ngăn 2), tấm lót có gờ thấp và bề mặt khía hoặc trơn giúp cải thiện quá trình mài mịn.
Tấm lót cho ngăn 1 có vai trò quan trọng trong quá trình nghiền thô, với tác dụng chính là đập nhiều hơn là chà xát Do đó, việc sử dụng tấm lót mặt hình sóng hoặc bậc là rất cần thiết Khuyến nghị chọn tấm lót hình sóng dạng lót giày để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình nghiền.
Kích thước cơ bản của tấm lót: { dài 250 ÷ 500 [mm] rộng 300 ÷ 420 [mm] dày 40 ÷ 50 [mm]
Chọn bề dày tấm lót bằng 40 mm Chọn kích thước tấm lót là 450 mm x 300 mm
Khoảng cách khe hở giữa 2 tấm lót không được lớn hơn 10 mm [1 – 136] Vậy chọn khoảng cách khe hở giữa 2 tấm lót là 8 mm.
Số tấm lót theo chiều dài thùng là: 1 3.9 12.66
Chọn a1 = 13 tấm Theo chu vi của thùng nghiền: C = 2 R = D = 2.6 = 8.17( ) m
Số tấm lót theo chu vi thùng là: 1 8.17 17.84
Chọn b1 = 18 tấm Tổng số tấm lót ở trong thùng là: n= 13 234(tấm) Vậy khối lượng tấm lót trong ngăn 1 là:
G lót =nV g = = N Đường kính gót giày d =(0.8 1.0) d v [1 – 135] Chọn d =0.9d v =0.9 40 36( = mm) Khoảng cách giữa các gót giày t =(1.5 2.0) d v [1 – 135]
Tấm lót cho ngăn 2 của ống nghiền là yếu tố quan trọng trong quá trình nghiền mịn Ở ngăn 2, tác dụng chính là sự chà xát của bi đạn lên tấm lót, vì vậy việc sử dụng tấm lót trơn là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất nghiền.
Chọn bề dày tấm lót bằng 40 mm Chọn kích thước tấm lót là 450 mm x 300 mm
Khoảng cách khe hở giữa 2 tấm lót không được lớn hơn 10 mm [1 – 136] Vậy chọn khoảng cách khe hở giữa 2 tấm lót là 8 mm
Số tấm lót theo chiều dài thùng là: 2 3.9 12.66
Chọn a2 = 13 tấm Theo chu vi của thùng nghiền: C = 2 R = D = 2.6 = 8.17( ) m
Số tấm lót theo chu vi thùng là: 2 8.17 17.84
Chọn b2 = 18 tấm Tổng số tấm lót ở trong thùng là: n= 13 234(tấm) Vậy khối lượng tấm lót trong ngăn 2 là:
3.1.3 Cửa thăm của máy nghiền bi Cửa thăm dùng để nạp và bổ sung vật nghiền, tháo lắp sửa chữa các vách ngăn, tấm lót cũng như các bộ phận khác bên trong thùng nghiền, nên phải có kích thước sao cho công nhân, các tấm ghi, tấm lót vào ra được Ống nghiền được bố trí 2 cửa thăm trên cùng một đường thẳng song song với đường tâm của ống nghiền: ngăn 1 có một cửa và ngăn
2 có một cửa Cần phải có lót đệm cho kín để tránh bụi văng ra ngoài
3.1.4 Vách ngăn (ghi) của máy nghiền bi Tấm ngăn dùng để chia thùng nghiền ra làm nhiều ngăn riêng biệt, cản trở sự dịch chuyển của vật nghiền từ ngăn này sang ngăn khác, chỉ cho vật liệu đã được nghiền đến kích thước quy định chui ra Ghi bao gồm các loại sau:
+ Ghi kép phân li (có nón phân li cỡ hạt)
+ Ghi kép nâng (không có nón phân li cỡ hạt)
- Ghi đơn + Ghi đơn có lỗ tâm
+ Ghi đơn không có lỗ tâm
Hình dạng, kích thước và cách bố trí lỗ lưới đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến năng suất của máy nghiền cũng như kích thước sản phẩm nghiền, với lỗ thường có dạng chữ nhật hoặc hình tròn.
Lỗ lưới ghi có thể được phân bố theo ba cách: theo hướng bán kính, vuông góc với bán kính, và trên các đường tròn đồng tâm với máy nghiền Bố trí theo hướng bán kính giúp sản phẩm không bị cuốn trở lại nhưng dễ bị tắc, trong khi bố trí theo đường tròn có thể khiến sản phẩm quay trở lại Do đó, cách bố trí lỗ vuông góc với bán kính thường được ưa chuộng nhất trong thiết kế lưới ghi.
Để đảm bảo các tấm ngăn có khả năng chịu va đập từ vật nghiền, cần sử dụng vật liệu chế tạo chất lượng cao và chống mòn Thép mangan là lựa chọn lý tưởng cho vật liệu này.
Vách ngăn được chia thành hai phần: phần đầu tiên gồm các đường gân được chế tạo từ thanh sắt hàn đồng tâm, có tác dụng bảo vệ lưới bên trong khỏi va đập của bi nghiền Phần thứ hai là lưới bên trong, được sử dụng để phân loại kích thước vật liệu nghiền.
3.1.5 Đầu nạp liệu và tháo liệu Hai đáy ở hai đầu thùng thường được đúc liền luôn với cổ trục thành một khối, đáy và thân thùng ghép lại với nhau bằng bulong Có thể coi đáy nạp liệu và đáy tháo liệu có kích thước và trọng lượng như nhau: G n =G t
Hình 4.1 – Sơ đồ đầu nạp liệu và tháo liệu
Chọn chiều dày đáy hình côn bằng với chiều dày của thân thùng: 1 = 8(mm)
Vậy đường kính ngoài của thùng nghiền D ' = +D 2 =2.6 2 0.04 2.68( )+ = m
Chọn chiều dày cổ trục bằng 2 lần chiều dày đáy hình côn: 2 =2 1 = =2 40 80(mm)
Ta có đường kính ngoài của cổ trục: D n =2R c
Với Rc là bán kính ngoài cổ trục máy nghiền bi, thường lấy
Do đó đường kính trong của cổ trục: D t =D n −2 2 =0.8 2 0.08 0.64( )− = m
Chọn chiều dài cổ trục thùng nghiền và góc đáy côn: l = 0.6 (m) và α = 120°
Công suất của máy nghiền bi
- Công suất tiêu hao để nghiền vật liệu N n
- Công suất tiêu hao để thắng ma sát ở gối đỡ N ms
3.2.1 Công suất tiêu hao để nghiền vật liệu
Ta có công thức sau:
N n = − QR n (2 – 10) [1 – 171] (3 – 2) Trong đó: Nn là công suất tiêu hao để nghiền vật liệu, kW
Q là trọng lượng vật nghiền nạp vào, N
R1 là đường kính trong của thiết bị, m n là số vòng quay của thùng trong 1 phút, vòng/phút
Thay số liệu vào ta có:
3.2.2 Công suất tiêu hao để thắng ma sát ở gối đỡ
• f - hệ số ma sát ở hai cổ trục máy nghiền với ổ đỡ, thường lấy f = (0.07 ÷ 0.10)
• vc - vận tốc vòng của cổ trục, theo công thức (7-96) [1-171]:
30 c c v = nR (3 – 4) Trong đó: Rc là bán kính ngoài cổ trục máy nghiền, Rc = 0.4 (m) n là số vòng quay của thùng, n = 19.8 (vòng/phút)
• P là tổng tải trọng tác dụng lên các gối đỡ (N), theo công thức (7 – 97) [1 – 171]
- Gt - trọng lượng bản thân thùng nghiền kể cả khối lượng tấm lót, bánh răng vòng…, (N);
Ta có: Gt = Gth + Gbr + Glót + Gn + Gt
Bỏ qua trọng lượng của bánh răng, ta có:
Với G là trọng lượng tổng các bộ phận cùng tham gia quay Theo công thức (7-100) [1-172]:
G = 1,14Gvn + Glót + Gn + Gt + Gtn (3 – 6)
Gvn - Trọng lượng tải trọng bi nạp vào thùng, (N);
Glót - Trọng lượng các tấm lót, (N);
Gn - Trọng lượng đáy nạp liệu (kể cả cổ trục), (N);
Gt - Trọng lượng đáy tháo liệu (kể cả cổ trục), (N);
Gtn – Trọng lượng tấm ngăn, (N);
Bỏ qua trọng lượng các tấm ngăn, khi đó ta có:
- Plt là lực ly tâm do tải trọng bi quay gây nên, (N)
- Góc tạo bởi phương của lực ly tâm Plt với đường kính thẳng đứng của thùng, thông thường = 60 o
P = (575 499 12.3sin 60) + + 2 + (12.3cos 60) 2 = 1085( kN ) Khi đó ta có:
Vậy tổng công suất của máy nghiền là:
Tính chọn công suất động cơ
K là hệ số dự trữ, lấy K = 1.1÷1.15 ta chọn K = 1.15
- hiệu suất bộ truyền động, với bộ truyền động bằng bánh răng vòng thì lấy = 0.85 ÷ 0.88 [1 - 172]: Chọn = 0.87
Tính toán thiết bị phụ trợ cho máy nghiền bi
3.4.1 Tính toán và chọn hộp giảm tốc Động cơ có tốc độ: ndc = 1500 (vòng/phút)
Thùng nghiền có tốc độ thích hợp: nth= 19.8 (vòng/phút)
Tỷ số truyền từ hộp giảm tốc đến cặp thùng quay của máy nghiền bi là: u t = n dc : n th = 1500 :19.8 75.76 =
Máy nghiền có tải trọng lớn, vì vậy cần sử dụng hộp giảm tốc với sự phân bố đều trên các ổ trục để gia tăng tuổi thọ Lựa chọn hộp giảm tốc có cấp phân đôi mang lại nhiều ưu điểm.
- Tải trọng phân bố đều trên các ổ trục
- Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh
- Bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng ít
Tỉ số truyền của hệ dẫn động được xác định bằng công thức ut = un * uh, trong đó un là tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc và uh là tỉ số truyền của hộp giảm tốc.
Từ bảng 2.4 – Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ [4 – 21] Chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc truyền động bánh răng trụ 2 cấp là uh = 10
= u = Phân phối tỉ số truyền cho từng bộ truyền trong hộp giảm tốc: u h =u u 1 2
Trong đó: u1 là tỉ số truyền bộ truyền cấp nhanh; u2 tỉ số truyền bộ truyền cấp chậm
Từ bảng 3.1 – Kết quả phân phối tỉ số truyền cho các cấp bánh răng trong hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ [4 – 43] ta được: u1 = 3.83, u2 = 2.61
Tính tại un theo u1 và u2
• Xác định công suất, momen và số vòng quay trên các trục
Ta có: công suất động cơ Pct = 1000 HP = 750 kW
Pct là công suất cần thiết trên động cơ, ud là tỷ số truyền của bộ truyền đai, và ηd, ηol, ηbr lần lượt đại diện cho hiệu suất của bộ truyền đai, ổ lăn và bộ truyền bánh răng Các giá trị hiệu suất này có thể được tra cứu từ bảng 3.2, cung cấp thông tin về trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ.
Bảng 3.1: Kết quả tính toán công suất, momen, số vòng quay trên các trục
Trục Thông số Động cơ 1 2 3
Số vòng quay n, vòng/phút
Khi thiết kế bộ truyền bánh răng cho hộp giảm tốc 2 cấp, không có yêu cầu đặc biệt về vật liệu chế tạo Do đó, nên lựa chọn cùng một loại vật liệu cho toàn bộ thiết kế Bánh răng cần được tôi bề mặt và thấm cacbon để đảm bảo khả năng chịu tải và công suất lớn của máy.
3.4.2 Tính toán bánh răng dẫn động Thiết bị làm việc trong 20 năm, mỗi năm 365 ngày, mỗi ngày làm việc khoảng 15 giờ
Vậy tổng số thời gian làm việc là t = 110000 giờ
Tỉ số truyền bánh răng un = 7.58 a) Chọn vật liệu làm bánh răng
Tra bảng 6.1 – Cơ tính của một số vật liệu làm bánh răng [4 – 92], ta có:
• Vật liệu làm bánh lớn:
- Nhãn hiệu thép: 45 thường hóa
- Độ rắn: HB = 170÷217 Ta chọn HB2 = 200 phôi rèn
- Giới hạn chảy: σ ch2 = 340 (N/mm 2 )
• Vật liệu làm bánh nhỏ:
- Nhãn hiệu thép: 25XTT thẩm cacbon
- Độ rắn: HB = 580÷630 Ta chọn HB1 = 580 phôi rèn
- Giới hạn chảy: σ ch1 = 950 (N/mm 2 ) b) Tính toán ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc và uốn cho phép được tính toán theo công thức sau:
Lấy sơ bộZ Z K R V xH =1 và Y Y K R S xF =1 Khi đó ta có:
• H o lim và F o lim lần lượt là ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở
Tra bảng 6.2 – Trị số của H o lim và F o lim ứng với số chu kì cơ sở [4 – 94] Ta có:
➢ Đối với bánh chủ động:
+ H o lim #HRC m với HRCm là độ rắn mặt răng HRCm = 57÷63 Chọn HRCm = 58 khi đó: H o lim1 #HRC m = # 58 1334(MPa)
➢ Đối với bánh bị động:
+ H o lim2 =2HB+ = 70 2 200 70 470(+ = MPa) + F o lim2 =1.8HB= 1.8 200 360(= MPa)
• SH và SF hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn Tra bảng 6.2 [4 – 94] ta có:
➢ Đối với bánh chủ động: SH1 = 1.2 và SF1 = 1.55
➢ Đối với bánh bị động: SH2 = 1.1 và SF2 = 1.75
• KFC hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải
Do đặt tải một phía (bộ truyền quay một chiều) nên KFC1 = KFC2 = 1
• KHL, KFL là hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời gian làm việc và chế độ tải trọng của bộ truyền
Đối với bánh chủ động có độ cứng HB > 350, bậc mH và mF của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn lần lượt là mH1 = 6 và mF1 = 9 Trong khi đó, đối với bánh bị động có độ cứng HB ≤ 350, bậc mH và mF được xác định là mH2 = 6 và mF2 = 6.
➢ NHO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc
Với HHB là độ rắn Brinen Nội suy từ bảng 6.3 – Quan hệ giữa độ rắn Rocoen và độ rắn Brinen [4 – 94], ta có: với HRC = 58 thì HHB = 579.8
Vậy đối với bánh chủ độngN HO 1 0H HB 2.4 = 30 579.8 2.4 =1.29 10 8 Đối với bánh bị động N HO 2 0H HB 2.4 = 30 200 2.4 8
➢ NFO là số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn N FO = 4 10 6
➢ NHE, NFE là số chu kì thay đổi ứng suất tương đương
Đối với bánh răng chủ động, c là số lần ăn khớp trong một vòng quay, với c = 1 và n là số vòng quay trong một phút Thêm vào đó, t∑ đại diện cho tổng số giờ làm việc của bánh răng đang xét.
N =N = cn t = = + Đối với bánh răng bị động
+ Đối với bánh chủ động: N HE 1 N HO 1 nên K HL 1 = 1
+ Đối với bánh bị động: N HE 2 N HO 2 nên K HL 2 = 1
Vậy ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép tính cho 2 bánh răng như sau:
➢ Đối với bánh răng chủ động
➢ Đối với bánh răng bị động
[ F ]= F o K FC K FL /S F 60 1 1/1.75 205.71( = MPa) Vậy khi đó ta có đối với bánh răng trụ răng thẳng:
= + = + ➢ Ứng suất cho phép khi quá tải + Đối với bánh chủ động:
[ F ] = 0.6 ch = 0.6 950 = 570( MPa ) + Đối với bánh bị động:
[ F ] = 0.8 ch = 0.8 340 = 272( MPa ) c) Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền
Hệ số Ka, phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng, được xác định từ bảng 6.5 – Trị số của các hệ số Ka, Kd và ZM [4 – 96] Cụ thể, giá trị của hệ số Ka là 49.5.
➢ T1 là momen xoắn trên trục bánh chủ động, Nmm
T1 đã được tính toán tại mục tính toán hộp giảm tốc, T 1 16.4 10 ( 6 Nmm)
➢ [ H ]là ứng suất tiếp xúc cho phép
➢ ba là hệ số tra bảng 6.6 [4 – 97] ta có: đối với vị trí bánh răng đối xứng thì có giá trị trong khoảng 0.3 đến 0.5 Chọn ba = 0.5
Hệ số K H phản ánh sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành khăn trong quá trình tính toán tiếp xúc Để tham khảo, hãy xem bảng 6.7, trong đó trình bày trị số của hệ số phân bố không đều tải trọng KHB và KFB.
= + = + = nên từ bảng ta có K H = 1.1
• Xác định modun ta có: m = (0.01 0.02) a w = 17.8 35.6 Chọn m = 25 (mm)
• Bánh răng trụ là răng thẳng nên = 0
• Xác định số răng của bánh nhỏ: 1 2 2 1787 16.66
• Xác định số răng bánh lớn: Z 2 = u n Z 1 = 7.58 17 128.86 = Chọn Z2 = 129 (răng)
Tổng số răng của bộ truyền: Z t = Z 1 + Z 2 = 17 129 146 + = (răng)
Xác định khoảng cách trục: 25 146 1825( )
Để đảm bảo độ bền tiếp xúc của răng trong bộ truyền, cần kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng, đảm bảo nó thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật đã được quy định.
➢ ZM là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp Tra bảng 6.5 [4 – 96] ta có ZM = 274 (MPa) 1/3
➢ ZH là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc Do các kích thước không cần dịch chỉnh nên chọn ZH = 1.76
➢ Zɛ là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
Ta có hệ số trùng khớp dọc được tính theo công thức: sin / ( ) sin 0 / ( ) 0 w w b m b m
Với là hệ số trùng khớp ngang, có thể tính gần đúng bằng công thức:
Z = − = − ➢ dw1 là đường kính vòng lăn bánh nhỏ
➢ bw là chiều rộng vành răng w ba w b = a
Chọn ba = 0.3ta có b w = ba a w = 0.3 1825 = 547.5( mm )
➢ KH là hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
K H là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, tra bảng 6.7 [4 -98] ta có: K H =1.1
K H là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp Đối với bánh răng thẳng K H = 1
K H trị số cấp chính xác phụ thuộc vào vận tốc vòng:
Tra bảng 6.13 và 6.14 [4 – 107] ta có: K H = 1.06 Vậy K H = K H K H K H = 1.1 1 1.06 1.17 =
Vậy khi đó ta có:
Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, cần kiểm nghiệm răng về khả năng chịu lực, trong đó ứng suất uốn tại chân răng không được vượt quá giá trị cho phép.
➢ T1 là momen xoắn trên bánh chủ động, Nmm
➢ bw là chiều rộng vành răng, mm
➢ dw1 là đường kính vòng lăn bánh chủ động, mm
➢ Y là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, Y = 1/ = 1/ 1.67 = 0.599
➢ Y là hệ số kể đến độ nghiêng của răng, vì chọn răng thẳng nên Y = 1
Hệ số dạng răng YF1 và YF2 của bánh 1 và 2 phụ thuộc vào số răng tương đương và hệ số dịch chỉnh Theo bảng 6.18, với zv1 = 17, YF1 được tính là 4.26, trong khi zv2 = 129 dẫn đến YF2 là 3.6.
➢ KF là hệ số tải trọng khi tính về uốn
+ K F là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về uốn
+ K F là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn Với bánh răng thẳng K F = 1
+ K Fv là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn với:
Tra bảng 6.15 – Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp [4 – 107]
F = Tra bảng 6.16 – Trị số kể đến ảnh hưởng của sai lệch bước răng [4 – 107] go = 48
Suy ra: K F = K F K F K Fv = 1.1 1 1.12 1.23 = Vậy ta có:
= = = f) Kiểm nghiệm răng về quá tải
Hệ số quá tải K qt =T max /T=2.5 Ứng suất tiếp xúc cực đại: H 1max = H k qt
= = = = Ứng suất uốn cực đại tại mặt lượn chân răng: max1 1 [ ] max 243.07 2.2 534.75( ) [ 1 max ]
Vậy các thông số kiểm nghiệm thỏa mãn cho nên bánh răng chọn đủ bền
Bảng 3.2 – Thông số và kích thước bộ truyền bánh răng
Chiều rộng vành răng b w 1=b w + =5 553 mm b w 2 72 mm
Hệ số dịch chỉnh x 1 =0 x 2 =0 Đường kính vòng chia 1 z 1 425 d m cos
= Đường kính đỉnh răng d a 1 =d 1+2mG5
Để tính toán và chọn ổ trượt, trước tiên cần lựa chọn vật liệu lót ổ Vật liệu đồng thanh được tráng một lớp babit chì thiếc antimony COC 6-6 (bao gồm 88% chì, 6% thiếc và 6% antimon) nhằm nâng cao độ bền mỏi, giảm ma sát, giảm mòn và cải thiện khả năng chống dính Tiếp theo, cần xác định các thông số kỹ thuật của ổ trượt để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình hoạt động.
• Tỉ số l d/ là tỉ số giữa chiều dài lót ổ và đường kính ngõng trục 0.5l d/ 1Chọn l d/ =0.8
• Hệ số ma sát nửa ướt = 0,01- 0,1 (chọn = 0,01)
• Tốc độ quay n = 19.8 (vòng/phút)
• Chọn khe hở tương đối:
Do đó độ hở S = d = 5.97 10 − 4 300 = 0.18( mm ) Tra bảng P4.1 và P4.2 [5 – 218,219] chọn lắp theo H8/e8 có sai lệch giới hạn của lỗ là +0.063 và 0; trục là -0.085 và -0.143
Khi đó ta có: S min = 0.085( mm )và S max = 0.206( mm )
Vậy độ hở trung bình bằng: min max 0.085 0.206
= = Do đó trị số độ hở tương đối là: 0.146 4.87 10 4
Nhiệt độ trung bình của dầu tra trong ổ trượt nằm trong khoảng từ 45÷75°C Chọn nhiệt độ trung bình 50°C, tra bảng 12.2 – Độ nhớt động lực của một số loại dầu [4 –
229] ta chọn dầu công nghiệp 30 có độ nhớt động lực = 11.8( cP ) = 0.0118( MPa s ), khối lượng riêng = 0.8( / g cm 3 ) c) Tính kiểm nghiệm ổ trượt
• Tính kiểm nghiệm ổ về độ bền mòn và khả năng chống dính Tra bảng 12.1 – Trị số của áp suất cho phép [p] và tích số [pv] [4 – 228] ta có:
- Áp suất trung bình p được tính: p F r
Với Fr là lực hướng tâm, ta có 2 2 740 2.07 2 2.6 420( )
- Tích số của vận tốc trung bình với áp suất trung bình
• Tính kiểm nghiệm ổ về hệ số an toàn theo chiều dày màng dầu bôi trơn
Ta có hệ số khả năng tải của ổ:
= = Tra bảng 12.3 – Quan hệ giữa hệ số khả năng tải CF và độ lệch tâm tương đối [4 –
230] với l/d = 0.8 và CF = 0.56, nội suy ta được = 0.46 Vậy chiều dày nhỏ nhất của màng dầu bôi trơn là: min 0.5 (1 ) 0.5 0.146 (1 0.46) 0.04( ) h = S − = − = mm
Chọn độ nhám bề mặt ngõng trục R z 1 = 3.2 m và độ nhám bề mặt lót ổ R z 2 = 6.3( m )
Ta có hệ số an toàn về chiều dày màng dầu bôi trơn là: min 1 2
S =h R +R = = S + Vậy với các thông số đã chọn ổ trượt làm việc trong điều kiện bôi trơn ma sát ướt
• Tính kiểm nghiệm về nhiệt Theo đồ thị 12.2 – Đồ thị xác định lưu lượng dầu Q [4 – 231], với = 0.46và l/d 0.8 ta có Q 2 0.07
Theo đồ thị 12.1 – Quan hệ giữa độ ma sát và độ lệch tâm tương đối [4 – 231], với với = 0.46và l/d = 0.8 ta có f 5.8
Vậy chênh lệch nhiệt độ vào và ra:
Với: C = 1.8( kJ kg C / ), = 800( kg m / 3 ), K T = 0.05( kW m C / 2 ) Vậy nhiệt độ trung bình của dầu là:
Nhiệt độ làm việc trong ổ trượt thấp hơn 50 độ C, đảm bảo độ nhớt và điều kiện bôi trơn ma sát ướt hiệu quả.
Kiểm nghiệm bền một số chi tiết cho máy nghiền bi
Thùng được xem như một dầm đặt trên hai gối đỡ, chịu tác động của cả momen uốn và momen xoắn, với ứng suất tiếp lớn nhất được xác định Trọng lượng của vỏ thùng, các tấm lót, tải trọng bi và vật liệu nghiền được coi là tải trọng phân bố đều Trong khi đó, trọng lượng của các tấm ngăn, đáy thùng, cổ nạp liệu và tháo liệu, cùng với trọng lượng bánh răng vòng được xem như các tải trọng tập trung.
L là chiều dài thùng nghiền: L = 7.8 (m) l1 là chiều dài cổ thùng nghiền, 1 0.5( ' ) tan 30 0.5 (2.68 0.8) 3 0.54( ) n 3 l = D − D = − = m l là chiều dài cổ thùng nghiền, l = 0.6 (m) Vậy: L ' = + L 2 l 1 + = 2 l 7.8 0.54 2 0.6 2 10.08( ) + + = m
Tải trọng phân bố đều gồm trọng lượng thùng, tấm lót, vật nghiền và vật liệu nghiền:
Lực li tâm do tải trọng bi quay gây nên đã được tính ở mục 3.3.2: P lt = 12.3( kN ) Lực phân bố đều trên thùng:
• Xác định phản lực tại gối đỡ:
Cân bằng lực theo phương Oy và cân bằng momen cho thùng theo phương Ox ta có
Tại vị trí x = 0 ta có: 388937( )
Tại vị trí x = 5.04 (m) ta có: 0( )
Tại vị trí x = 10.08 (m) ta có:
• Momen chống uốn của thùng
Ta có công thức tính momen chống uốn của thùng theo (7-106) [1 – 174]:
S là bề dày của thùng sau khi lót: S = 40+40 (mm) = 0.08 (m)
Rn là bán kính ngoài của thân thùng ngoài: Rn = 1.3 (m) Vậy W u = SR n 2 = 0.08 1.3 2 = 0.425( m 3 )
Do thân thùng có khoét lỗ nên momen chống uốn giảm đi 20%
Vậy ứng suất uốn được tính theo công thức: max 980121 2
Momen xoắn tác dụng lên thùng được tính như sau: x 9740
Trong đó: N là công suất tiêu thụ cho máy: N = 562 (kW)
N là số vòng quay của thùng, n = 19.8 (vòng/phút)
= n = • Momen chống xoắn của thân thùng
Momen chống xoắn của thân thùng lấy gấp 2 lần momen chống uống theo công thức (7 – 109) [1 – 174]:
Vậy ứng suất do monmen xoắn gây ra tính theo công thức (7 – 110) [1 – 174]:
• Vậy ứng suất sinh ra ở thân thùng do uốn và xoắn bằng, theo công thức: (7 – 111) [1 – 174]
= + = + = Vật liệu làm thùng đã chọn là thép CT3 có ứng suất chảy tới hạn là [ ch ] = 210( Mpa )
So sánh ta thấy: [ ]Vậy thỏa mãn bền thân thùng
3.5.2 Tính bền cho bulong ghép mặt bích Đáy và thân thùng được ghép với nhau bằng bulong Khi máy nghiền bi làm việc, các bulong này chịu lực cắt do momen xoắn và do tải trọng tổng của thùng
Lực cắt P1 được hình thành từ trọng lượng của tất cả các phần quay và lực ly tâm, trong khi lực cắt P2 là kết quả từ tác động của lực vòng.
= nr = Trong đó: Ra là phản lực tại gối đỡ
L là khoảng cách từ tâm gối đỡ đến mặt phẳng ghép thân với đáy, L = 0.3+0.54
= 0.84 và r là bán kính vòng phân bố bulong r = D ’ /2
Vậy ứng suất của bulong do lực cắt gây ra bằng (7 – 115) [1 – 175]
= md = Trong đó: m là số lượng bulong m = 16 và d là đường kính bulong, d = 36 (mm) Ứng suất chảy cho phép của vật liệu [ ch ] = 350( Mpa )
So sánh [ ] c vậy nên bulong đủ độ bền cắt cần thiết
3.5.3 Tính bền cho cổ thùng nghiền Tiết diện nguy hiểm của cổ thùng nghiền là tiết diện tiếp giáp giữa cổ và đáy:
Tiết diện ở mặt cắt A – A thường có khuyết tật do đúc gây ra Momen uốn tại tiết diện của mặt cắt A – A được tính theo công thức (7 – 116) [1 – 175]: u a A
Ra là phản lực tại gối đỡ lA là khoảng cách từ tâm cổ đến tiết diện A – A: l A = 0.6 / 2 = 0.3( ) m
Vậy: M u = R l a A 88937 0.3 116681( = Nm) Momen xoắn đã tính: M x = 276459( Nm )
Vậy momen tương đương được tính theo công thức (7 – 117) [1 – 175]:
Momen chống uốn được tính theo công thức (7 – 118) [1 – 175]:
D là đường kính ngoài cổ thùng nghiền, D = 0.8 (m) d là đường kính trong cổ thùng nghiền, d = 0.64 (m)
= − = − Ứng suất tại tiết diện A – A được tính theo công thức (7 – 119) [1 – 176]:
So sánh: u [ ] Vậy thỏa mãn điều kiện bền cho cổ thùng.
LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH AN TOÀN VÀ BẢO DƯỠNG MÁY
Vận hành máy nghiền bi
Xi măng thành phẩm được đưa vào Silô chứa, trong đó bộ phận phân ly động là các cụm máy nằm sau máy nghiền Các máy này cần hoạt động hiệu quả trước khi máy nghiền khởi động Trước khi quá trình nghiền diễn ra, các cụm máy như bộ phận cấp clinker, cấp thạch cao và phụ gia cũng phải được chuẩn bị và khởi động sau khi máy nghiền đã hoạt động.
4.1.2 Kiểm tra các bộ phận của máy nghiền
- Bộ phận che chắn quạt gió đã đậy kín chưa
- Kiểm tra xung quanh cụm máy, chỉ có những công nhân vận hành máy nghiền mới được đứng gần bộ phận điều khiển
4.1.3 Khởi động máy và cho máy hoạt động
- Máy nghiền được khởi động từ trung tâm điều khiển
Trong quá trình máy hoạt động, cần phải theo dõi nhiệt độ ổ trượt của vỏ nghiền bằng các cảm biến nhiệt độ, đồng thời giám sát khối lượng vật liệu nghiền được đổ vào máy và lắng nghe âm thanh từ bi để đánh giá hiệu suất hoạt động của máy.
Trước khi ngừng máy, cần thực hiện quy trình ngược lại với quá trình khởi động, tức là các cụm máy trước máy nghiền phải ngừng hoạt động trước Sau đó, để đảm bảo hiệu quả, máy nghiền cần được vận hành thêm một thời gian để loại bỏ bớt sản phẩm còn sót lại trong máy.
- Tắt động cơ chính, cho động cơ quạt thông gió chạy thêm một lúc để hút hơi ẩm trong máy, sau đó mới ngừng động cơ thông gió
Trước khi ngừng máy, cần thực hiện quy trình ngược lại so với khi khởi động, tức là tắt các cụm máy trước máy nghiền trước Sau đó, để máy nghiền hoạt động thêm một thời gian nhằm tháo bớt sản phẩm còn lại bên trong.
Trước khi ngừng động cơ chính, hãy tắt động cơ và để quạt thông gió hoạt động thêm một thời gian để hút ẩm trong máy Sau khi hoàn tất, mới tiến hành ngừng động cơ quạt thông gió.
Trước khi khởi động máy nghiền, việc chuẩn bị và kiểm tra là rất quan trọng Tất cả các bộ phận của máy nghiền cần được lắp đặt đúng theo yêu cầu kỹ thuật, bao gồm việc siết chặt các bu lông tấm lót và bu lông liên kết Các phần tử của máy nghiền phải được lắp đặt chính xác, đảm bảo ghi thoát liệu thông thoáng và nắp cửa máy nghiền được lắp chắc chắn Hệ thống nước làm mát cần phải không rò rỉ và không bị tắc nghẽn Đĩa nạo dầu và bàn chải của cổ trục phải được lắp đúng hướng, trong khi mô tơ và hộp số máy nghiền cần tuân theo sổ tay hướng dẫn kỹ thuật Hệ thống điện điều khiển phải được lắp đặt hoàn chỉnh, an toàn và đáng tin cậy Cuối cùng, các thiết bị phụ trợ trong quá trình nghiền phải hoạt động hoàn hảo để phục vụ cho công tác chạy thử.
Máy nghiền hoạt động liên tục trong 12 giờ mà không cần bi đạn, với nhiệt độ cổ trục duy trì dưới 60ºC Hệ thống hộp số và bánh răng lớn, nhỏ cần đảm bảo vận hành êm ái Cần siết chặt các bu lông và điều chỉnh lại những vấn đề cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
- Đưa vào buồng thô và buồng tinh một phần ba lượng bi đạn chạy liên tục trong vòng
24 giờ, kiểm tra nhiệt độ cổ trục và tất cả các bộ phận khác có được hoàn hảo hay không nếu thấy trục trặc thì phải khắc phục ngay
Chạy thử toàn tải sau khi hoàn thành chạy thử không tải và đạt kết quả tốt là rất quan trọng Để đảm bảo hiệu suất, cần sử dụng 3/4 lượng bi đạn và thực hiện quá trình này trong vòng 72 giờ Khi mọi thứ diễn ra suôn sẻ, có thể coi như chạy thử toàn tải đã thành công.
• Sau một tuần chạy thử
Sau một tuần thử nghiệm với tải, cần mở cửa máy nghiền để đo lại chiều dài mỗi ngăn Tiến hành tính toán lại lượng bi đạn và lựa chọn lại bi cho phù hợp trước khi chạy máy.
Những khoản mục sau đây công nhân vận hành phải kiểm tra khi máy chạy
- Kiểm tra bu lông tấm lót có bị long ra không
- Kiểm tra nhiệt độ dầu cổ trục, dầu hộp giảm tốc và nhiệt độ mô tơ
- Kiểm tra độ dao động máy nghiền khi nó hoạt động
- Kiểm tra hệ thống nước làm mát của máy nghiền, cổ trục, hộp số
- Kiểm tra độ ồn của hộp giảm tốc, bánh răng lớn và bánh răng nhỏ khi máy đang vận hành
- Kiểm tra dòng điện của mô tơ, năng suất máy nghiền và khả năng thông liệu của máy nghiền d Dừng máy khẩn cấp
Nếu một trong những điều kiện sau đây được phát hiện trong lúc chạy máy thì phải dừng máy khẩn cấp
- Khi nhiệt độ của cổ trục vượt 60 độ
- Khi bu lông bắt tấm lót và cửa máy nghiền bị lỏng và rơi ra
- Khi vách ngăn và vách ghi tháo liệu bị tắc
- Khi những bộ phận của máy nghiền và tấm lót bị lỏng hoặc vỡ
- Khi bị sự cố ở hệ thống bôi trơn
- Khi hộp giảm tốc và mô tơ có biểu hiện không bình thường
- Khi hệ thống nước làm mát bị rò rỉ vào dầu bôi trơn
- Khi bu lông liên kết vành bánh răng lớn bị long ra.
Bảo dưỡng máy nghiền bi
- Dầu mỡ bôi trơn phải đúng chủng loại, phải sạch, việc bôi trơn phải thường xuyên và đầy đủ và tiến hành thay thế đúng thời gian qui định
- Nhiệt độ của cổ trục phải nhỏ hơn 60 độ, thường xuyên kiểm tra mức dầu cổ bạc và giảm nước làm mát khi nhiệt độ nhỏ hơn 15 độ
Bu lông của các tấm lót mới có thể bị lỏng theo thời gian, vì vậy cần thực hiện kiểm tra định kỳ để siết chặt lại Đồng thời, cũng cần kiểm tra tình trạng bể vỡ của tấm lót để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.
Kiểm tra ghi chép giá trị dòng điện của mô tơ máy nghiền là rất quan trọng Nếu phát hiện dòng điện sụt giảm, điều này cho thấy máy đang gặp sự cố nghiêm trọng Trong trường hợp này, cần phải dừng máy ngay lập tức để tiến hành sửa chữa.
- Ổ bạc, cổ trục, bánh răng lớn bánh răng nhỏ, hộp giảm tốc phải được kiểm tra định kỳ
- Khi dừng máy nghiền phải tiếp tục làm mát bằng nước tiếp tục thêm 15-20 phút để tránh cho vỏ máy nghiền khỏi bị biến dạng
- Cắt điện ra khỏi mô tơ và thiết bị phụ trợ khi mà dòng máy nghiền tụt xuống đột ngột
- Nếu máy nghiền dừng trong thời gian dài thì phải lấy bi đạn ra khỏi máy để tránh vỏ máy nghiền bị cong
- Vào mùa đông thì dừng hệ thống làm mát và hâm nóng dầu đến 20 độ và đổ đầy trở lại trước khi khởi động
- Kiểm tra thân máy nghiền và các bề mặt truyền động và lổ thăm về nứt, chu kỳ bảo dưỡng: hằng năm.
Sửa chữa máy nghiền bi
- Mô tơ được sửa chữa theo yêu cầu kỹ thuật của sổ tay hướng dẫn
- Hộp giam tốc được sửa chữa theo sổ tay hướng dẫn hộp giảm tốc
- Bánh răng được sửa chữa và thay thế khi bị mòn 25% chiều dày của bánh răng hoặc bánh răng bị nứt vỡ hoặc bước răng bị hỏng
- Sàng quay được sửa chữa hoặc thay thế khi chiều dày chỉ còn 2 mm
- Chốt nối nhựa phải được thay thế khi bị nứt
- Đệm su nối phải được thay thế khi bị nứt hoặc hư hỏng nặng
- Bạc đỡ phải được thay thế hoặc sửa chữa nếu đường kính của chúng rộng hơn 0.3mm
- Bàn chải nạo dầu phải được thay thế nếu bị hư hỏng nặng
- Tấm chắn kín của bao che bánh răng phải được điều chỉnh hoặc thay thế nếu tấm chắn không đạt hoặc rò rỉ
- Lớp hợp kim ba bít của cổ bạc được tráng lại khi bị mòn đến 5mm
Cổ trục chính có khả năng sửa chữa nếu bề mặt chê tạo bị hư hỏng vượt quá 1mm Trong khi đó, trục trống có thể được sửa chữa hoặc thay thế khi phát hiện vết nứt trên bề mặt.
- Vòng đệm chắn kín cổ trục phải được chắn kín nếu không kín thì phải thay thế ngay
- Lưỡi nạo dầu phải được lắp đúng góc và hướng quay của máy nghiền
- Khi nước bị rò dầu vào hộp số và cổ bạc thì phải thay thế ngay
- Trục xoắn liệu hỏng đến 70% thì phải thay thế ngay
- Vỉ chắn và vách ngăn hỏng đến 50% thì phải thay thế ngay
- Tấm lót của hai buồng bị hỏng đến 70% thì phải thay thế
- Vỏ nghiền hỏng 20% hoặc bị nứt hoặc bị biến dạng thì phải thay thế.
