Tính toán, thiết kế máy ép bã mía

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khi mà nhu cầu sử dụng các nguồn nhiên liệu của con người ngày càng cao , đặc biệt là các nguồn nhiên liệu sạch không gây ra các tác động xấu đến môi trường như : các nguồn nhiên liệu xuất phát từ năng lượng mặt trời , gió , các nguồn nhiên liệu sinh khối …. Việt Nam với đặc thù là một nước nông nghiệp , khoa học kĩ thuật , kinh tế vẫn chưa phát triển ở trình độ cao , vì vậy để sản xuất ra được các nguồn nhiên liệu mới xuất phát từ mặt trời , gió … là một điều không hề đơn giản . Những nguồn nhiên liệu sinh khối như gỗ thì lại đang cạn kiệt dần , chính điều đó đã thúc đẩy chúng ta phải tìm ra được những nguồn nhiên liệu sinh khối mới để phục vụ cho nhu cầu cho con người trong cả đời sống lẫn sản xuất . Từ những ý tưởng trên những nguồn sinh khối mới như củi trấu , củi bã mía , củi mùn cưa…. ra đời là một hệ quả tất yếu . Củi mùn cưa , bã mía … được sản xuất dựa trên những nguồn nguyên liệu có sẵn như mùn cưa , bã mía nó không những giúp chúng ta giải quyết tốt việc thay thế sử dụng củi gỗ trong đời sống và sản xuất hàng ngày mà nó còn mang lại những lợi ích kinh tế rất lớn Cùng với ý tưởng đó, nhằm mục đích gắn việc nghiên cứu khoa học với mục đích sản xuất, nhằm giúp sinh viên làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học, vận dụng một cách sáng tạo lý thuyết đã được học ở trường vào thực tiễn sản xuất. Em được khoa cơ khí, trường Học viện Kỹ thuật Quân sự phân công nghiên cứu thực hiện đề tài: “ Tính toán , thiết kế máy ép bã mía “ Nội dung đề tài gồm : 1 – Tổng quan về nhu cầu và thực tế sản xuất củi bã mía trong nước 2- Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế 3- Tính toán , thiết kế máy ép bã mía 4- Lập quy trình công nghệ chế tạo một chi tiết điển hình 5- Hướng dẫn cách bảo trì , vận hành máy ép bã mía Trong thời gian vừa qua đề tài này đã nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình quý báu. Trước hết em xin chân thành cảm ơn thầy, Hồ Việt Hải , Dương Văn Ngụy đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này và đã góp ý cho em nhiều ý kiến hay . Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong Khoa Cơ khí đã giúp đỡ cũng như trong bị kiến thức cho em trong suốt khóa học Nhưng do trình độ bản thân cùng thời gian nghiên cứu có hạn , lần đầu tiếp xúc với một đề tài nghiên cứu nên đề tài khó có thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những sự chỉ bảo góp ý tận tình cua các thầy và các bạn . Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội , ngày 24 tháng 4 năm 2014 Sinh viên thực hiện Lê Xuân Đạt GIỚI THIỆU 1. Đặt vấn đề Hiện nay , khi mà sự phát triển của con người đang ngày càng đe dọa sự sống trên địa cầu nghiêm trọng . Bằng chứng là khí hậu đang dần thay đổi , mực nước biển dâng cao , tình trạng chặt phá rừng ngày càng nhiều , diện tích cây xanh ( lá phổi) của chúng ta đang ngày càng bị thu hẹp , trái đất đang ấm dần lên , hiệu ứng nhà kính…. Đang dần hủy hoại đi ngôi nhà mà chúng ta đang ở. Chính vì thế , việc chúng ta nghĩ đến những vấn đề , những việc làm , những hành động của chính chúng ta trong việc chung tay xây dựng lại màu xanh của ngôi nhà hành tinh chúng ta đang cư trú cần phải được lân rộng và cần phải tìm ra nhiều giải pháp hữu ích , và một trong những biện pháp hữu ích nhất chính là việc hạn chế tiêu hao , khai thác các năng lượng , tài nguyên thiên nhiên , thay vào đó chúng ta cùng tái chế , sử dụng những tìa nguyên có sẵn trong cuộc sống để tránh gây lãng phí Theo số liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam ( 12/2010) năm 2010 diện tích trồng mía trên cả nước đạt 271.000 ha , năng suất bình quân đặt 60,5 tấn/ha . Với một phép tính đơn giản , chúng ta sẽ thấy được sản lượng mía trên cả nước năm 2010 đạt một con số rất ấn tượng 17.615.000 tấn ( xấp xỉ 17,62 triệu tấn ) , Trong một cây mía , bã mía chiếm khoảng từ 25-30% trọng lượng cây mía , như vậy năm 2010 , sản lượng bã mía chúng ta thu được sẽ là khoảng 5,87 triệu tấn 4 Nếu so sánh với củi gỗ , chúng ta sẽ có bài toán như sau 5,87 triệu tấn bã mía ~ 5,5 triệu tấn củi từ bã mía 1 ha rừng có thể trồng được tầm 2500 cây cách đều nhau 2m và cho ra khoảng 50kg củi/cây/năm Số lượng củi gỗ của một năm 1 * 50 = 125.000 kg = 125 tấn củi gỗ 1 kg củi từ bã mía cho nhiệt lượng khoảng 4200 kcal 1 kg củi khô cho nhiệt lượng khoảng tầm 2100 kcal 1kg củi từ bã mía ~ 4200/2100 = 2 kg củi khô 5,5 triệu tấn củi từ bã mía tương đương với khoảng 11 triệu tấn củi khô ~ 88.000 ha rừng bằng xấp xỉ ~ 26.48 % diện tích Hà Nội Đây là một con số thống kê rất đáng kinh ngạc nếu chuyển đổi từ bã mía sang củi bã mía để thay thế cho các chất đốt khác trong mỗi năm , chúng ta sẽ tiết kiệm được một khoảng năng lượng khổng lồ bằng cách tận dụng năng lượng từ củi bã mía . Điều đó cũng có nghĩa là Trái Đất của chúng ta sẽ xanh hơn và Việt Nam ta nói riêng cũng vẫn được những cánh rừng xanh bất tận phủ bóng . Xuất phát từ ý tưởng trên , vì vậy em đã thực hiện đề tài “ Thiết kế máy ép bã mía “ 2. Mục tiêu đề tài Mục tiêu ngắn hạn Tạo ra làn sóng hưởng ứng sử dụng nguyên liệu , vật liệu , nhiên liệu có sẵn ( củi bã mía ) trong ngành công nghiệp chất đốt . Nâng cao ý thức của các nhà sản xuất có sử dụng các chất đốt truyền thống : than đá , củi , dầu … chuyển sang sử dụng chất đốt xanh có ý nghĩa với môi trường như các nhà máy dệt , các lò gạch , gốm sứ Kêu gọi sự ủng trợ , hỗ trợ bằng những cơ chế chính sách của chính phủ trong việc khuyến khích sử dụng nguyên liệu bã mía – một loại nguyên liệu luôn luôn có sẵn và có giá trị kinh tế thấp Mục tiêu dài hạn 5 Xây dựng được một ngành củi bã mía thay thế một phần cung cấp cho các nhiên liệu tương đương như củi , than đá , dầu … là các nguyên liệu đang ngày càng cạn kiệt dần và gây ra ô nhiễm môi trường 3. Lợi ích và đặc điểm nổi bật của đề tài Đề tài của em là nghiên cứu , tính toán thiết kế và nêu lên cách vận hành , sử dụng một loại máy ép bã mía ( máy ép bã mía thủy lực ) , và từ những máy ép bã mía trên , chúng ta có thể dùng nó để sản xuất ra củi bã mía để dùng làm chất đốt trong cuộc sống hàng ngày ngoài ra lợi ích kinh tế từ việc sử dụng máy ép bã mía mang lại cũng không hề nhỏ , chúng ta có một phép tính đơn giản : Giá của các bã mía trên thị trường : 400-600 đồng/kg Điện năng tiêu thụ trung bình : 150 – 200 đồng/kg Nhân công : 200 đồng/kg ( chỉ cần một người đứng máy ) Chi phí để sản xuất 1 kg củi bã mía 900-1000 đồng/kg Giá thành 1kg củi bã mía bán trên thị trường : 1500-1700 đồng/kg Theo tính toán cứ khoảng 1,3 kg bã mía sẽ cho ra 1,0 kg củi bã mía . Chỉ với một máy ép bã mía năng suất trung bình ( 180-220 kg /giờ) thì chúng ta sẽ thu được đến hơn 1 triệu đồng / ngày . Chỉ với một phép tính nhỏ chúng ta đã thấy được lợi ích và giá trị kinh tế của máy ép bã mía mang lại lớn như thế nào. Chính từ những điều trên , chúng ta có thể thấy việc sản xuất “ máy ép bã mía “ rất gần thực tế và đang dần trở nên quan trọng trong cuộc sống hàng ngày . 6 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm , thành phần cấu tạo của bã mía Bã mía là phần xơ còn lại của cây mía sau quá trình ép mía , bã mía gồm các sợi xơ , nước và một số thành phần hóa học khác thành phần trung bình của bã mía gồm : Xơ : 48% , độ ẩm : 50% , chất hòa tan : 2% Đặc điểm của Xơ bã mía gồm các : Xenlulosse : 45-55 % , Hemicelulose : 20- 25% , Lignin : 18-20% , Tro : 1-4%, Sáp : <1% Đặc điểm chung về lý hóa tính của bã mía : Bã mía cháy hoàn toàn tạo ra CO 2 và nước , ngoài ra còn có các thành phần khí khác SO 2 ,N 2 …. Phản ứng trong quá trình đốt cháy bã mía tỏa ra nhiệt lượng rất lớn . Bã mía có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống , trong đó phần lớn bã mía được dùng để sản xuất trở thành củi đốt bã mía phục vụ cho cuộc sống hàng ngày. 1.2 Nhu cầu xã hội hiện nay Hiện nay nhân loại đang phải đối mặt với cuộc khủng hoảng năng lượng khi mà nguồn nguyên liệu chất đốt ngày càng giảm ( than đá, dầu khí , dầu mỏ…) nhưng nhu cầu sử dụng lại ngày một tăng cao thì bắt buộc con người cần luôn luôn có nhưng phát minh , những cải tiến mới để tạo ra những nguồn nhiên liệu mới , đồng thời cũng để tận dụng những nguồn nhiên liệu có sẵn . Giải pháp mà con người tìm đến để khắc phục những vấn đề đó là phải phải tìm ra và sử dụng những nguồn năng lượng mới như gió , mặt trời , sinh khối ….Khác với những nguồn năng lượng khác , những năng lượng mới này không những đáp ứng được những yêu cầu năng lượng để phục vụ cho cuộc sống con người , mà nó còn không gây ô nhiễm môi trường . Tại Việt Nam , với đặc thù là một nước nông nghiệp , kinh tế lại chưa phát triển , việc sử dụng những nguồn năng lượng sạch như năng lượng gió , năng lượng mặt trời còn gặp nhiều khó khăn chính vì vậy việc nghiên cứu các vật liệu 7 và các nguồn năng lượng sinh khối được ưu tiên hàng đầu . Vỏ trấu , bã mía , mùn cưa… hay các nguyên liệu từ các sinh khối khác được nhiên liệu là những nguyên liệu sạch ,rẻ tiền và cũng là những chất đốt truyền thống được sử dụng từ thời xa xưa cho đến nay , nhưng sử dụng như thế nào để tránh sự lãng phí nhất thì không phải ai cũng biết . Chính từ những nhu cầu cấp thiết như vậy , những máy ép vỏ trấu , máy ép bã mía ra đời với mục đích tận dụng những nguồn nhiên liệu có sẵn đó để tạo nên những chất đốt sử dụng trong đời sống sinh hoạt hằng ngày . Từ những bã mía, thông qua việc sử dụng máy ép bã mía , những bã mía đó được ép thành bánh , củi để trở thành những chất đốt dùng trong sinh hoạt , việc sử dụng máy ép bã mía đã góp phần sử dụng triệt để những nguyên liệu có sẵn ( từ những cây mía đã được ép hết nước ) để trở thành những chất đốt dung trong sinh hoạt hằng ngày , không những vậy việc sử dụng chất đốt từ bã mía không gây ra ô nhiễm môi trường , ô nhiễm không khí như một số chất đốt khác ( các loại than …) , ngoài ra những chất đốt từ bã mía cũng không gây nguy hiểm , và có hại đến sức khỏe con người ( khí gas ) 1.3 Thực tế sản xuất hiện nay Tiềm năng trong nước : Việt Nam là một nước nhiệt đới nhiều nắng nhiều mưa, , từ thủa xa xưa cùng với lúa nước , mía là một cây trồng truyền thống của dân ta bởi mía mang lại nhiều lợi ích , ngoài việc sản xuất đường từ mía , ông cha ta đã biết sử dụng triệt để bã mía sau khi sử dụng , được đem phơi khô để trở thành củi đun , phục vụ đời sống hàng ngày . Ngày nay khi mà ngành công nhiệp sản xuất đường từ cây mía ngày càng phát triển , thì bã mía ngày một nhiều hơn , chúng ta thường tự đặt ra câu hỏi liệu có cái máy nào có thể được sản xuất củi đun ngay từ những bã mía sau khi đã được sử dụng mà không cần phải phơi khô dưới ánh nắng mặt trời , từ nhu cầu thực tế đó , việc máy ép bã mía ra đời là điều tất yếu . Máy ép bã mía đã đáp ứng đầy đủ những yêu cầu của con người , bã mía từ những cây mía đã được sử dụng , thông qua máy ép bã mía đã nhanh chóng trở thành củi đun mà không cần phải phơi khô dưới ánh nắng mặt trời 8 Ở Việt Nam với việc những năng lượng cũ như than đá, dầu mỏ , dầu khí … thường có trữ lượng không lớn , những năng lượng mới như năng lượng gió , năng lượng mặt trời lại gây tốn kém chi phí thì những năng lượng sinh khối từ bã mía lại ngày càng trở nên quan trọng và thiết thực hơn , còn trên thế giới , với việc những năng lượng cũ đang dần trở nên cạn kiệt lại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường nên họ cũng đang dần chuyển sang những năng lượng sinh khối từ bã mía , vỏ trấu mùn cưa…. Xuất phát chính từ những nhu cầu ngày càng lớn trên , những máy ép bã mía được chế tạo ngày càng hiện đại với công suất lớn hơn để phục vụ tốt những yêu cầu trong nước lẫn ngoài nước CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH , LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Nguyên lý ép củi bã mía Củi bã mía được tạo từ bã mía bằng cách ép các bã mía với nhau dưới áp suất ép cao và được kết dính lại với nhau nhờ chất lignin có trong bã mía ( chiếm từ 20- 9 25% thành phần bã mía ) . Chát lignin này sẽ chuyển sang trạng thái lỏng dính ở nhiệt độ khoảng ( 200 -220 o C) giúp kết dính các bã mía lại với nhau Trong quá trình ép do ma sát giữa bã mía và các chi tiết máy cũng như ma sát giữa các bã mía với nhau sẽ sinh ra nhiệt làm cháy chất lignin . Ngoài ra để cung cấp thêm nhiệt làm cháy chất lignin người ta thường gắn thêm một bộ gia nhiệt vào trong khuôn ép Như vậy theo nguyên lý ép này , nguyên liệu đầu vào không cần phải cho thêm chất kết dính nào nhưng sản phẩm gỗ đầu ra vẫn cứng tự nhiên và bề mặt được cacbon hóa 2.2 Quy trình công nghệ ép củi bã mía 2.3 Lựa chọn phương án thiết kế Một số phương án lựa chọn thiết kế 10 [...]... pháp thiết kế chế tạo máy ép củi bã mía là dạng máy ép bã mía bánh đà lệch tâm 14 PHẦN 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP BÃ MÍA BÁNH ĐÀ LỆCH TÂM Ta có các thông số kỹ thuật cho máy cần được thiết kế như bảng sau Công suất máy ( tấn/giờ) 1,5-1,8 Khoảng lực ép ( tấn ) 130 Tốc độ của chày ép ( hành trình/phút) 120 Hành trình của chày ép (mm/phút) 50 Chiều dài viên nhiên liệu (mm) 50-300mm Công suất của máy. .. sử dụng các loại máy ép bã mía thủy lực , máy ép bã mía trục vít thì giá thành sản phẩm sẽ cao Chọn phương án thiết kế sao cho phải dễ chế tạo , dễ bảo trì , sửa chữa khi hỏng hóc có như vậy thì giá thành sản phẩm mới hạ , ngoài ra năng suất phải đạt yêu cầu ( năng suất không nên quá thấp ) và chất lượng củi phải bền , kết dính tốt Dựa trên các yêu tố trên thì em thấy máy ép bã mía bánh đà lệch tâm... kích thước mong muốn + Bánh củi sau khi ép phải có độ bền , độ kết dính cao - Đối với các xưởng sản xuất củi bã mía , để có khả năng cạnh tranh cao thì sản phẩm củi phải có giá thành rẻ , chất lượng sản phẩm tốt Nếu dùng các loại 13 máy ép thủy lực , máy ép trục vít thì năng suất cho ra sản phẩm cao nhưng các máy móc trang thiết bị lại phức tạp , khó thiết kế chế tạo , ngài ra chi phí bảo trì , sửa... 2.3 Nguyên lý máy ép trục vít 1- Đầu ép 6 – Thân máy 2- Xi lanh 7- Bộ dẫn động 3- Bộ đốt 8- Ổ đỡ chặn 4- Trục vít 5- Phễu tiếp liệu Ưu điểm : Chi phí vận hành không cao , nhỏ gọn , độ bền cao ít tốn công bảo trì Nhược điểm : Đắt tiền, sửa chữa phức tạp • Lựa chọn phương án thiết kế Dựa vào cấu tạo đặc điểm của các loại máy ép và nhiệm vụ yêu cầu kĩ thuật của máy ép là : + Hỗn hợp sau khi ép phải tạo... 2.3.2 Máy ép tay quay Hình 2.2 Nguyên lý máy ép bánh đà 1 2 3 4 5 Bánh đà Bánh răng Tay quay Cánh đảo Phễu tiếp liệu 6- Trục tiếp liệu 7- Ống tiếp liệu 8- Lô nén sơ bộ 9- Piston 10- Khoang ép Ưu điểm : + Áp suất nén cao + Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nên giá thành sản phẩm hạ Nhược điểm: + Vì máy hoạt động theo chu kỳ , nén ép một phía cho nên khối lượng riêng của bánh không đồng đều 2.3.4 Máy ép trục... Đảm bảo được các yêu cầu đề ra 20 Hình 3.3 3.1.1.2 Tính toán vận tốc , gia tốc a) Xác định tốc độ quay của khâu dẫn 21 Theo thông số kỹ thuật yêu cầu thiết kế của máy được ra chế độ ép của máy liên tục là 120 p/m Với một lần ép ta có con trượt của máy thực hiện một lượt đi và một lượt về , ta gọi là một hành trình kép Tương ứng với mỗi một hành trình kép của con trượt khâu dẫn thực hiện một vòng quay...2.3.1 Máy ép thủy lực Hình 2.1 Nguyên lý máy ép thủy lực 1- Chày tinh 6- Piston 8 2- Vật liệu chuẩn bị ép 7- Ống thủy lực 11- Ốc hãm 3- Phễu tiếp liệu 8- Cửa tiếp dầu 12- Vòng bít kín 4- Khuôn ép 9- Vòng bít kín 13- Ống thủy lực 5- Chày ép 10- Vít điều chỉnh 14- Piston Ưu điểm : + Tạo năng suất và áp lực ép cao + Có thể tạo được các bánh lớn Nhược điểm: 11 + Cơ cấu máy phức tạp, khó chế... = 1497,9 N 3.5.2 Thiết kế bánh đà Để giảm chi phí chế tạo và máy đảm bảo gọn nhẹ ta đặt bánh đà trên trục khuỷu Bánh đà là bánh đai được nâng khối lượng và thiết kế hình dạng, phù hợp với chức năng vừa là một bánh đà vừa là một bánh đai mà vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật cho máy Trong phần trước ta đã tính được momen quán tính của bánh đà: J = 0,918(kG.m2 ) Đường kính bánh đà được tính theo công thức... của máy Khối lượng (KG) 3.1 Thiết kế kỹ thuật cho máy 3.1.1 Tính toán động lực học cho cơ cấu dẫn động của máy 3.1.1.1 Tính toán cơ cấu tay quay con trượt Căn cứ vào thông số kỹ thuật theo yêu cầu với h = 50mm , e = 20mm , k = 1,1 ta xác định kích thước các khâu , vị trí tâm quay khâu dẫn k: Hệ số về nhanh k= ϕd = 1,1 ϕv Ta có : φv = 1800 – θ Φd =1800 + θ k=  1800 + θ 1800 − θ 15 Hình 3.1: Mô hình tính. .. của máy Theo yêu cầu trở lực lớn nhất máy có thể đáp ứng được là 1300 KN Như vậy ta có thể xác định được công suất yêu cầu của động cơ dẫn động máy như sau: Do lực tác động của động cơ là lực đều đặn tác động lên trục khuỷu và từ trục khuỷu tác động vào thanh truyền nên ta có thể coi như động cơ làm việc với tải không thay đổi Với cấu hình động cơ – bộ truyền đai hở - bánh đà - trục vít cho máy ép viên . kế chế tạo máy ép củi bã mía là dạng máy ép bã mía bánh đà lệch tâm. 14 PHẦN 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP BÃ MÍA BÁNH ĐÀ LỆCH TÂM Ta có các thông số kỹ thuật cho máy cần được thiết kế như bảng. , tính toán thiết kế và nêu lên cách vận hành , sử dụng một loại máy ép bã mía ( máy ép bã mía thủy lực ) , và từ những máy ép bã mía trên , chúng ta có thể dùng nó để sản xuất ra củi bã mía. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Nguyên lý ép củi bã mía Củi bã mía được tạo từ bã mía bằng cách ép các bã mía với nhau dưới áp suất ép cao và được kết dính lại với nhau nhờ chất lignin có trong bã mía ( chiếm