Tính toán, thiết kế máy ép bã mía

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

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi mà nhu cầu sử dụng các nguồn nhiên liệu của con người ngàycàng 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 tếvẫn 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

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

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

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 bãmía 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

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 : 25% , Lignin : 18-20% , Tro : 1-4%, Sáp : <1%

20-Đặc điểm chung về lý hóa tính của bã mía : Bã mía cháy hoàn toàn tạo ra CO2

và nước , ngoài ra còn có các thành phần khí khác SO2 ,N2 … 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 đượcnhững 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

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 đãbiết 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

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 , vớiviệc 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 yêucầu 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 épcao và được kết dính lại với nhau nhờ chất lignin có trong bã mía ( chiếm từ 20-

25% thành phần bã mía ) Chát lignin này sẽ chuyển sang trạng thái lỏng dính ở nhiệt độ khoảng ( 200 -220o 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 cungcấp 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

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:

+ Cơ cấu máy phức tạp, khó chế tạo nên giá thành sản phẩm cao.

2.3.2 Máy ép tay quay

Hình 2.2 Nguyên lý máy ép bánh đà

1 Bánh đà 6- Trục tiếp liệu

2 Bánh răng 7- Ống tiếp liệu

3 Tay quay 8- Lô nén sơ bộ

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 thành bánh củi đúng yêu cầu 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

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 chữa cũng đắt , chính vì vậy nếu 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 dựa trên cơ cấu tay quay-contrượt thỏa mãn được nhưng yêu cầu đã đề ra

Vì vậy em chọn phương pháp thiết kế chế tạo máy ép củi bã mía là dạng máy ép

bã mía bánh đà lệch tâm

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

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

Kích thước 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 taxác định kích thước các khâu , vị trí tâm quay khâu dẫn

Hình 3.1: Mô hình tính góc hành trình , góc quay

ó k.1800 – k.θ = ( 1800 + θ )

ó k.1800 - 1800 = k.θ + θ

ó 1800 (k-1) = θ (k+1)

Hình 3.2: Mô hình xác định bán kính góc quay , chiều dài hành trình máy

Vẽ đường thẳng x’x’ song song và cách xx một đoạn chính bằng e Vẽ đường tròn tâm O’ đi qua hai điểmBI và BII với góc tại tâm là 2

Ta xác định được tâm O như hình vẽ

Xác định được đoạn OBI và đoạn OBII ta sẽ xác định được l và r

Như vậy điều kiện để khâu AB quay toàn vòng là khi và chỉ khi quỹ tích B1 của

nó nằm trong miền với tới của thanh truyền kề nó Ta có bất đẳng thức sau đây:

Thỏa mãn điều kiện quay toàn vòng hình học r l – e

Với các thông số trên sử dụng phương pháp vẽ như sau :

Vẽ hai đường thẳng xx và x’x’song song với nhau và cách nhau một khoảng bằng e=20(mm), từ một điểm A trên xx ta vẽ một đường tròn (A,R=174) Đườngtròn này cắt x’x’ tại đâu, đó chính là tâm của khâu dẫn, từ tâm ta vẽ đường tròn (O’,R=24) Ta vẽ một đường tròn tâm nằm trên xx tiếp xúc ngoài với đường tròn

tâm O’ tại C cách vẽ trên có 2 nghiệm hình ta lấy nghiệm hình như hình vẽ A chính là điểm chết dưới còn B chính là điểm chết trên của cơ cấu Từ đó ta xác định được góc giữa hai vị trí biên: =30

Theo thông số kỹ thuật yêu cầu thiết kế của máy được ra chế độ ép của máy liêntục 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 Vậy ta có trong một phútkhâu dẫn quay 120 vòng Vậy ta có tốc độ quay của khâu dẫn là 120 v/p coi như khâu dẫn quay đều ta có :

3

os sin e l c

l

ϕ

ϕ = +

(2)

=>

2

2 2 3

l l

λ =

Trong thực tế để tính toán đơn giản hơn và cũng đảm bảo độ chính xác cầnthiết người ta thay thế các công thức chính xác trên bằng những công thức gầnđúng, người ta sử dụng khai triển chuỗi với giả thiết đủ nhỏ so với 1 nên có thể

qua các số hạng cao hơn λ3 Cụ thể như sau:

ε3 -λ.sinφ2 - λ3 sin3φ2 (10)

sinφ3 = -λ.sinφ2 (11)

cosφ3 1 - 2λ2.sin2φ2 (12)

φ’3 -λ.cosφ2 – 0,5.λ3.sin2φ2 cosφ2 (13)

φ’’3 λ.sinφ2 + λ3.sinφ2( -1 + 1,5.sin2φ2) (14)

S l3 + l2 ( cosφ2 – 0,5λ.sin2φ2 - λ3.sin4φ2) (15)

S’ l2 ( -sinφ2 – λ.sinφ2.cosφ2 - .λ3.sin3φ2.cosφ2 (16)

S’’ l2( -cosφ2 – λ( 1- 2cos2φ2) + λ3.sin2φ2.( - 2cos2φ2) (17)

Trong phần tính toán vận tốc và gia tốc của cơ cấu này ta sử dụng công thức tínhtoán gần đúng trên

3.1.2 Xác định quy luật biến thiên lực tác động

Giả sử lực tác động của máy khi làm việc hoàn toàn được gây ra do mômen xoắn trên trục khuỷu gây ra, bỏ qua các lực ma sát trong các khớp Ta có sơ đồ phân tích lực như sau:

Ta có: P cb là lực sinh ra bởi M x lực P cb có chiều vuông góc với khâu dẫn 1.

Khi lực phát động của khâu 1 tác động lênkhâu 2 ta có sơ đồ phân tích lực tác dụng như hình bên



12

sin os

cb

P P

c

α ϕ

=

(3)Xét quy luật biến thiên của phương trình (3)

Hình 3.5 Mô hình xác định quy luật biến thiên lực tác động

Theo chiều quay của khâu dẫn ta có tại điểm A góc = 00 => sinα = 0 , P12 = 0Khi khâu chuyển động từ A đến B ta cógóc tăng dần tướng ứng sin cũng

tăng dần Khi đó góc ư cũng tăng dần khi ư tăng kéo theo sinư giảm dần Như

vậy khi chuyển động từ A tới B thì giá trị

sin os

c

α ϕ

tăng dần theo thời gian Như vậy khi khâu dẫn chuyển động từ A đến B trong hành trình làm việc thì lực tác động biến thiên từ 0 đến Pmax

Và ngược lại khi khâu dẫn chuyển động từ B đến C thì lực tác động biến thiên từ

Pmax về 0

Vậy ta có thể vẽ biểu đồ biến thiên lực như sau :

Hình 3.6 Sơ đồ biến thiên lực

3.2 Tính chọn động cơ , bánh đà và các thông số kĩ thuật của máy

Trong thời gian làm việc của máy được thiết kế thì trở lực sinh ra trong quátrình gia công có thể gấp 10 lần lực đều đặn do trục khủy tác động lên thanh truyền

tới con trượt, lực cản trung bình bằng 60% - 70% lực cản lớn nhất Và thời gian tác

động này chỉ chiếm 1/20 thời gian cho toàn bộ chu kỳ Xác định thời gian làm việc

và thời gian chạy không 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 ta

có /2/:

Nếu xem mất mát do ma sát và các khớp phụ là nhỏ, ta có:

Hiệu suất chung η = ηbt ηtv = 0,665 , trong đó:

Hiệu suất bộ truyền đai hở /2/ ηbt = 0,95

Hiệu suất bộ truyền trục vít /2/ ηtv = 0,7

Tiết diện chày ép (Φ=90mm) S = 63.59cm2

lực nén trên toàn tiết diện chày ép yêu cầu: PN = 130 tấn = 130.000 KGf

Áp suất nén trên 1 cm2 chày ép sẽ là: Pn = PN / S = 2.044,5 KGf = 20.445 N (≈

200 Mpa)

Với tốc độ 220 hành trình phút, mỗi hành trình tiến - lùi là 2 x 0.2 m, do đó:Vận tốc của chày nén yêu cầu là: V = 220 [hành trình] (2x 0.2 [m])/60 s = 1,47 m/s

Công suất yêu cầu vận hành (1W=1J/s = 1Nm/s)

P = Nm/s = Pn V = 20.445 1,47 = 29,986 kWCông suất cần thiết cho hệ thống (có tính đến hiệu suất truyền động) :

PCT = 29,986 / 0,7 = 45,092 kW

Để đảm bảo công suất phụ cho hao tổn do ma sát và những khớp khác và động

cơ không nóng, dễ dàng khởi động để thắng moment cản, công suất động cơđược chọn là 55 kW (122% công suất cần thiết)

Chọn động cơ: ta chọn động cơ không đồng bộ ba pha ro to lồng sóc động

cơ được chọn có các thông số kỹ thuật trong bảng sau:

dm

M M

max

dm

M M

Momenbánh đàcủa rô

to GD2

(kgm2)

Trọng lượng (kg)

Vòng quay đồng bộ( vg/ph)

Ta có: σ : hệ số không đồng đều của chuyển động.

Ta có công cản lớn nhất là:

A=P.S (N.m)

Với P = 130000 N , S = 0,002m

 A = 1300000 0,002 = 260 (N.m)

Trong chu kì làm việc của máy ϖmax = ϖ =4 π của trục khuỷu , ta đi tính ϖmin

Tại điểm là lực cản khi đó ϖ đạt giá trị nhỏ nhất

Ta có momen xoắn trên trục khuỷu

II

n >

=> ϖmin = = 0,7162 (rad/s)

ϖtb = (ϖmax + ϖmin) /2 = = 7,4 (rad/s)

σ = ( ϖmax – ϖmin )/2 = = 5.17 (rad/s)

2 2

3.5 Tính toán truyền động cho máy

3.5.1 Thiết kế bộ truyền động đai

Các thông số cơ bản:

D1, D2 : đường kính bánh dẫn và bánh bị dẫn

A : khoảng cách trục giữa hai bánh dẫn và bánh bị dẫn

L : chiều dài đai

δ , b : chiều dày và chiều rộng đai.

B : chiều rộng đai

i : tỷ số truyền của bộ truyền động đai

ξ: hệ số trượt Đai thang ξ = 0,02.

a/ Chọn loại đai:

Chọn tiết diện đai thang:

Theo hình 4.1 tài liệu [1]

mm 2

Đường kính bánh đai nhỏ d 1 , mm

Chiều dài giới hạn

6, 429

D i

→ thỏa mãn điều kiện

Từ khoảng cách trục a đã chọn, ta có chiều dài đai:

Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây

Theo công thức (4.15) tài liệu [1]

1 1

.

10 60.

Thỏa mãn điều kiện

d) Kiểm nghiệm góc ôm trên bánh đai

d C C C

K P Z

C [P

.

o

1 α

=

Trong đó:

+ Cα: hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm α1

Bảng 4.15 trang 61 tài liệu [1] → Cα= 1-0,0025(180- α1

) = 0,87với α = 129,520

+ C : hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai

Bảng 4.16 trang 61 tài liệu [1] → Cl = 1,15

+ Kđ : hệ số tải trọng động

Tra bảng 4.7 trang 55 ta có Kđ = 1,25

+ Cu : hệ số kể đến ảnh hưởng của tỷ số truyền

Bảng 4.17 trang 61 tài liệu [1] → Cu = 1,14

+ [P0] : Công suất cho phép

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:

n

P

= 1.486 mmTrong đó P1 là công suất trên trục dẫn [kW], P1 = 55 [kW] ηbt = 55 0,95 =52.25 kW

Trên cơ sở tốc độ chày ép là 220 hành trình/phút, tốc độ bánh đà sẽ là 220vòng/phút, tương ứng mỗi vòng quay của bánh đà sẽ thực hiện 1 dịch chuyểntiến-lùi của chày ép

n là số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn: 220 vòng/phút

Thực tế chọn đường kính bánh đà như sau

Trọng lượng,kg

Do đó, kích thước buli gắn trên motor chính sẽ là: 190mm

Bánh đà được gắn với trục khuỷu bằng then và cố định bằng bù loong M12.Bánh đà phải và bánh đà trái theo hướng nhìn từ đầu máy và khóa lại bằng 2 ecuM160 và mặt bích để chặn 2 êcu

Motor 55kW được lắp phía sau máy (bên phải) khoảng cách được xác định đểlắp dây đai (250 x 6.250 mm) với bánh đà bên phải là 1.630 mm

Đế lắp motor có bù lông tăng chỉnh để điều chỉnh khoảng cách từ motor tới bánh

đà

3.6 Tính toán thiết kế ly hợp

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Để dễ dàng trong điều khiển, đảm bảo làm việc êm ít va đập dễ điều khiển

trong máy đang thiết kế ta sử dụng ly hợp bi ma sát

Thân 2 được lắp trên trục

1 và truyền momen xoắn bằng then bằng, trên thân 2 lắp vòng điều khiển 7, trên vòng điều khiển có xẻ rãnh để chứa các con lăn Ngoài ra trên thân 2 còn lắp lò

lồng không trên trục 1 và được hãm bởi vòng cách 6

Nguyên lý hoạt động của ly hợp:

Ly hợp có nhiệm vụ đóng và cắt chuyển động từ nửa ngoài 3 tới trục 1 thông qua các con lăn 4 và nửa trong 5 Khi làm việc nửa ngoài quay theo chiều nhưngtrong hình vẽ, quay lồng không trên trục 1 Ở trạng thái mở vòng điều khiển sẽ giữ các con lăn ở vị trí Con lăn không tiếp xúc với vòng trong hoặc vòng ngoài

Ở trạng thái đóng vòng điều khiển đẩy các con lăn lệch về phía chuyển động của

vòng ngoài các con lăn 4 nêm chặt vào phần hẹp của khe, do đó nối chuyển động của nửa ngoài tới trục 1 qua các con lăn 4 và nửa trong 5

Momen xoắn trên trục

Mx = F z = N.f. z

Trong đó : z – số con lăn

F = N.f là lực ma sát

Từ đó lực nén trên 1 con lắn

c ϕ

=

Trong đó :

P là phần lực lớn nhất tác động lên con trượt

P23 là phản lực từ con trượt tác động lên thanh truyền

φ là góc giữa trục trượt và thanh truyền

Từ công thức trên => P23 = P.cosφ

Tại thời điểm khảo sát ta có P23 là lớn nhất , φ = 40

 P23 = 1300000.cos2 = 1299208 N

Vậy momen xoắn trên trục khuỷu : Mx = Pcb r

3.7.2 Chọn vật liệu chế tạo trục và tính toán sơ bộ trục

a/ Chọn vật liệu chế tạo:

Vật liệu dùng để chế tạo trục cần có độ bền cao, ít nhạy cảm với sự tập trung ứng suất dễ gia công và có thể nhiệt luyện dễ dàng Cho nên thép cacbon và théphợp kim là những vật liệu chủ yếu để chế tạo trục Việc lựa chọn thép hợp kim hay thép cacbon tuy thuộc điều kiện làm việc trục đó có chịu tải trọng lớn hay không Căn cứ vào điều kiện của trục khuỷu ta chọn vật liệu chế tạo trục là Thép C45 đã qua nhiệt luyện

Trong đó : M là momen xoắn trên trục

[τ] là ứng suất xoắn cho phép

Với các giá trị đại lượng : M = 7146000 N.mm , [τ] = 12- 25 , ta chọn [τ] = 12 (N/mm2)