Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã dẫn đến việc gia tăng sử dụng máy móc công nghiệp, đòi hỏi trình độ cơ khí và tự động hóa cao hơn Điều này thúc đẩy các doanh nghiệp sản xuất cơ khí và cơ sở đào tạo trong nước nghiên cứu và chế tạo nhiều máy móc công cụ hiện đại Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng hiệu quả tính kinh tế kỹ thuật là yêu cầu cấp thiết Phát triển thiết kế và chế tạo máy vận chuyển cơ khí sẽ giúp các quốc gia tiết kiệm ngoại tệ cho nhập khẩu máy móc hàng năm và nâng cao sức cạnh tranh của nguồn nhân lực ở các nước đang phát triển.
Việc áp dụng hệ thống sàng bột công nghiệp không chỉ thay thế sức lao động mà còn nâng cao hiệu suất so với các máy sàng công suất thấp hiện tại Điều này mang lại giá trị tích cực, gia tăng hiệu quả kinh tế và đảm bảo sự ổn định cho các quy trình sản xuất.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Quy trình sản xuất bột nhang của công ty hiện đang gặp khó khăn do mức độ tự động hóa thấp, với các máy sàng có công suất nhỏ và thô sơ, không đáp ứng được yêu cầu về năng suất và chất lượng từ đối tác Bên cạnh đó, bụi nhang phát tán trong không khí gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của công nhân Do đó, công ty đang tìm cách áp dụng tự động hóa vào sản xuất nhằm giảm bớt sức lao động chân tay, thay thế con người ở những vị trí nguy hiểm, đồng thời tiết kiệm sức lao động và nâng cao năng suất.
Hình 1.1 Máy sàng rung – Năng suất 50kg trong khoảng 15 phút
(Máy đang sử dụng tại công ty – 5 máy)
Công ty đã chấp thuận ý tưởng thay thế quy trình thủ công trong cấp liệu và vận chuyển thành phẩm bằng hệ thống sàng bột kín.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Tự động hoá trong quy trình cấp liệu và sàng bột giúp công ty thay thế công nhân ở những công đoạn thủ công và nguy hiểm, đồng thời đáp ứng các yêu cầu sản xuất hiệu quả hơn.
- Nâng cao chất lượng thành phẩm
- Cải thiện điều kiện làm việc, an toàn lao động
Từ những yếu tố trên sẽ thúc đẩy lợi nhuận cho phía công ty qua từng giai đoạn
Nâng cao kiến thức khoa học kỹ thuật cho sinh viên và khuyến khích họ vận dụng sáng tạo vào thực tiễn Tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận các vấn đề thực tiễn một cách khách quan, giúp họ nhận thức rõ tầm quan trọng của đề tài và tìm ra phương thức giải quyết hợp lý.
Phương pháp nghiên cứu
Cơ sở phương pháp luận
Phương pháp tổng hợp tài liệu bao gồm việc tham khảo các nghiên cứu liên quan và đề tài từ các nguồn tài liệu uy tín, cùng với các công trình nghiên cứu khoa học từ các tác giả thuộc các trường đại học danh tiếng trong nước Mục đích của việc này là tổng hợp các cơ sở khoa học và định hướng nghiên cứu, đảm bảo không xảy ra sự trùng lặp trong nội dung.
Phương pháp phân tích lý thuyết bao gồm việc xác định rõ đối tượng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống, sau đó đưa hệ thống vào vận hành trong điều kiện thực tế.
Phương pháp thực nghiệm bao gồm việc chế tạo và thử nghiệm hệ thống trong môi trường sản xuất thực tế Quá trình này giúp thu thập và xử lý dữ liệu thực tiễn, từ đó rút ra kết luận về năng suất và chất lượng sản phẩm.
Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Nghiên cứu lý thuyết, thảo luận phương án thiết kế
- Căn cứ vào lý thuyết tiến hành tính toán thiết kế chi tiết các hệ dẫn động
- Dùng phần mềm thiết kế cơ khí SolidWorks 2020 SP5 thiết kế, mô phỏng và xuất bản vẽ gia công
- Gia công, chế tạo hệ thống theo bản vẽ thiết kế
- Đưa sản phẩm hoạt động thử trong điều kiện sản xuất thực tế
- Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm
- Đưa ra kết luận dựa trên kết quả phân tích
Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp bao gồm 8 chương, trong đó:
Chương 1 và 2 của bài viết cung cấp cái nhìn tổng quan về các khái niệm cơ bản liên quan đến sàng bột nhang tại Việt Nam, đồng thời phân tích thực trạng hiện nay của ngành này Bài viết cũng đề cập đến cấu trúc và hoạt động của các loại máy sàng đang có mặt trên thị trường, giúp người đọc hiểu rõ hơn về công nghệ và quy trình sản xuất trong lĩnh vực này.
Chương 3 sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các lý thuyết liên quan đến tính toán trong đề tài, giúp người đọc hiểu rõ hơn về cơ sở lý thuyết Trong khi đó, Chương 4 sẽ trình bày các phương án thiết kế khác nhau và tiến hành lựa chọn phương án tối ưu phù hợp với yêu cầu cụ thể của doanh nghiệp.
+ Chương 5, 6: trình bày các bước tính toán, kiểm nghiệm từng module hệ thống bao gồm module 1 – Cấp liệu, module 2 – Máy sàng và module 3 – Tải thành phẩm
Chương 7 trình bày tóm tắt quy trình thiết kế mô hình 3D và kiểm bền cơ học sử dụng phần mềm SolidWorks 2020 SP5 Bài viết mô tả chi tiết quy trình gia công toàn hệ thống, bao gồm các bước chạy thử nghiệm và kết quả đạt được Những thông tin này giúp người đọc hiểu rõ hơn về ứng dụng của SolidWorks trong thiết kế và kiểm tra độ bền của các sản phẩm cơ khí.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Tình hình sàng bột nhang tại Việt Nam hiện nay
Nhang (hương) đóng vai trò quan trọng trong đời sống tâm linh của người Việt Nam, không thể thiếu trên bàn thờ gia tiên và trong các nghi lễ Phật Giáo Nghề làm nhang không chỉ bảo tồn văn hóa truyền thống mà còn tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho lao động phổ thông, giúp họ có thêm nguồn thu nhập hàng ngày.
Trong những năm trước, vào dịp cận Tết hay ngày thường, nhiều hộ gia đình tại khu vực Tây Nam Bộ chuyên làm nhang Tuy nhiên, do nhiều yếu tố khách quan và chủ quan, ngành nghề này đang dần thay đổi, khiến cho các cơ sở sản xuất nhang trở nên im lìm và vắng lặng.
Nhiều hộ gia đình đã quyết định rời bỏ nghề làm nhang, trong khi một số ít vẫn cố gắng bám trụ bằng cách sản xuất nhang theo hình thức nhỏ lẻ để tiêu thụ trong nước, nhưng họ đang đối mặt với vấn đề giá nguyên liệu đầu vào tăng cao, khiến lợi nhuận thu về không đáng kể Chỉ những người thực sự yêu nghề mới kiên trì giữ gìn nghề truyền thống này Khác với những năm trước, vào dịp Tết, các mối lái đặt hàng liên tục, khiến bà con phải làm việc ngày đêm để đáp ứng nhu cầu Trước đây, người làm nhang phải se nhang bằng tay, dẫn đến sản phẩm không đồng đều và số lượng ít, với một người chỉ có thể làm được vài thiên (1 thiên = 1.000 cây) trong một ngày Gần đây, sự ra đời của máy làm nhang đã giúp giảm bớt vất vả cho người làm nghề, đồng thời tạo ra những cây nhang đẹp và đồng đều hơn Để sản xuất một cây nhang thành phẩm, cần sự chăm chút, miệt mài và khéo léo trong việc hòa trộn nguyên liệu như mùn cưa, keo dính và bột hương.
Trong quy trình sản xuất nhang, khâu trộn bột là công đoạn khó khăn nhất, yêu cầu bột phải mịn và có độ ẩm phù hợp để đảm bảo mùi thơm và độ cháy đều của nhang Việc sàng bột nhang để đạt độ mịn cần thời gian dài, ảnh hưởng đến năng suất sản xuất Bên cạnh đó, bột càng mịn thì bụi càng nhiều, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe, đặc biệt là đối với những người thợ thực hiện công đoạn này Ba yếu tố chính: thời gian kéo dài, năng suất thấp và tác động đến sức khỏe đã làm cho công đoạn sàng bột trở nên vất vả.
Hiện nay, các công đoạn sản xuất nhang chủ yếu được thực hiện bán thủ công, với sự hỗ trợ của máy móc, giúp người thợ linh động trong thời gian và có thể vừa làm vừa chăm sóc việc nhà, đồng thời đảm bảo số lượng nhang giao cho khách Mặc dù có nhiều mô hình máy sàng bột nhang trên thị trường, nhưng năng suất vẫn chưa đáp ứng yêu cầu, chỉ đạt khoảng 50kg thành phẩm trong 15 phút, cho thấy rằng công nghệ hiện tại vẫn chưa hoàn toàn hỗ trợ hiệu quả cho quy trình này.
Công nghệ - máy móc thiết bị phân loại vật liệu
Máy sàng, hay còn gọi là máy móc thiết bị phân loại, là thiết bị chuyên dụng dùng để phân tách và phân loại nguyên liệu theo kích thước, tỉ trọng và hình dáng Thiết bị này hoạt động dựa trên một số cơ cấu chính để thực hiện chức năng phân loại hiệu quả.
Và các loại cơ cấu khác…
Dựa trên các nguyên lý hoạt động đã nêu, nhiều loại máy sàng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xây dựng, thực phẩm và nông nghiệp, mang lại năng suất vượt trội.
Ví dụ điển hình trong lĩnh vực vật liệu xây dựng, các hệ thống máy sàng cát sỏi ngày càng phát triển cả về công nghệ lẫn quy mô
Hình 2.1 Máy sàng lồng tại công trình xây dựng
Máy sàng lồng là một thiết bị sàng lọc độc đáo, khác biệt so với máy sàng rung, vì nó không tạo ra lực rung trong quá trình hoạt động Thay vào đó, máy sử dụng lực ly tâm do động cơ thông qua hộp số để làm chuyển động lồng lưới, giúp nâng cao hiệu quả sàng lọc.
Máy sàng lồng là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp khai khoáng, giúp phân loại sản phẩm và rửa nguyên liệu Có hai loại chính của máy sàng lồng: sàng lồng có trục và sàng lồng không trục Sàng lồng có trục thường được sử dụng cho các sản phẩm có tải trọng thấp và cần nhiều lớp, trong khi sàng lồng không trục, hoạt động bằng bánh tì hoặc bánh răng, thích hợp cho nguyên liệu có tải trọng lớn, từ thô đến rất thô.
Hình 2.2 Tổng thể máy sàng lồng
- Năng suất lớn, rửa rất hiệu quả
- Bảo trì bảo dưỡng dễ dàng với chi phí thấp
- Độ ồn thấp, hoạt động êm
- Thùng sàng được thiết kế theo công nghệ tiên tiến nhất với chất lượng cao và năng suất lớn
- Loại bỏ khả năng ùn tắc trong quá trình vận hành
- Chi phí vận hành thấp
- Không sàng được nguyên liệu mịn
Sàng phẳng là thiết bị phân loại và làm sạch có nguồn gốc từ xa xưa Thiết bị này có thể là những công cụ đơn giản làm từ tre trúc hoặc là máy sàng hiện đại, cho phép phân loại chính xác các loại vật liệu rời theo kích thước khác nhau.
Nguyên tắc hoạt động của sàng phân loại là phân chia vật liệu theo kích thước thông qua một bề mặt kim loại có đục lỗ hoặc lưới Vật liệu di chuyển trên bề mặt sàng và được chia thành hai loại khác nhau.
- Phần lọt qua sàng là những hạt có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng
- Phần không qua sàng có cỡ lớn hơn kích thước lỗ sàng, do đó sẽ nằm lại trên bề mặt của sàng
Tùy thuộc vào yêu cầu phân loại vật liệu rời, có thể thiết lập hệ thống sàng nhiều lớp Ví dụ, sàng 2 lớp sẽ phân chia nguyên liệu thành 3 kích thước khác nhau, trong khi sàng 3 lớp sẽ tạo ra 4 cỡ kích thước Kích thước lỗ sàng ở lớp trên luôn lớn hơn so với lớp dưới.
Quá trình chuyển động sàng cải thiện hiệu quả phân loại và làm sạch nhờ tạo điều kiện cho hạt tiếp xúc tốt hơn với lỗ sàng Khi sàng được đặt nghiêng từ 2 - 7 độ trong quá trình làm việc liên tục, hạt sẽ di chuyển xuống phía dưới, giúp hạt nhỏ hơn dễ dàng chui qua lỗ sàng Phần hạt không qua sàng sẽ được thu gom ở đầu thấp của sàng.
Tùy thuộc vào cách bố trí hệ thống truyền động, chuyển động của sàng sẽ ảnh hưởng đến chuyển động của hạt trên sàng Thông thường, sàng được thiết kế để cho hạt di chuyển cả lên và xuống, nhưng khoảng di chuyển xuống thường dài hơn khoảng di chuyển lên.
Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của sàng có thể kể đến là:
Diện tích bề mặt sàng là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất Diện tích càng lớn thì năng suất càng cao, và tổng diện tích lỗ sàng cũng có tác động trực tiếp đến hiệu quả sàng.
- Tốc độ chuyển động của sàng Tốc độ càng lớn, năng suất càng lớn
Số lượng vật liệu qua lỗ sàng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất sàng; khi lượng vật liệu nhỏ hơn lỗ sàng tăng, năng suất giảm do thời gian tách biệt kéo dài Đối với sàng đã có sẵn, diện tích mặt sàng và tốc độ chuyển động thường không thể điều chỉnh, vì vậy để tối ưu hóa khả năng làm việc của sàng, cần điều chỉnh lượng nhập liệu.
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo sàng phẳng
Công nghệ hiện đại đã chuyển đổi hình thức vận hành thiết bị sàng từ cơ cấu cần lắc sang cơ cấu rung, nổi bật là thiết bị sàng rung chữ nhật với công suất vừa và lớn, mang lại hiệu quả sàng lọc cao Thiết bị này thường được sử dụng để xử lý nguyên liệu nhỏ và thô từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau Tương tự như máy sàng rung tròn, máy sàng rung chữ nhật cũng hoạt động dựa trên động cơ trung với trục lệch tâm, nhưng khác biệt ở chỗ nguyên liệu trên lưới máy di chuyển theo phương ngang.
Máy sàng rung hình chữ nhật được chia thành hai loại chính: loại thứ nhất sử dụng 2 động cơ rung thường, phù hợp cho nguyên liệu có kích thước vừa và nhỏ; loại thứ hai sử dụng động cơ gắn trục lệch tâm, thích hợp cho nguyên liệu có kích thước vừa, lớn và thô.
Hình 2.4 Tổng thể máy sàng rung chữ nhật
Lưới sàng Banh cao su chống nghẹt lưới
Thành phần kích thước nhỏ
Thành phần kích thước lớn
- Phân loại tốt các cỡ hạt, hình dạng
- Năng suất lớn, hoạt động ổn định
- Sàng được những nguyên liệu rất thô nên thường được sửa dụng trong công nghiệp khai khoáng
- Máy có kết cấu kín hoặc hở
- Sàng kém với nguyên liệu nhỏ, ẩm, có dầu
- Máy cần phải đặt cố định
Hình 2.5 Chế tạo máy sàng rung (VTR)
Hình 2.6 Máy sàng rung (VTR)
Máy sàng rung tròn, còn được gọi là máy sàng rung, máy sàng bột hay máy sàng rây bột, có hình dạng lưới sàng tròn đặc trưng Thiết bị này được phân loại thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng, bao gồm máy sàng rung tròn cho phòng thí nghiệm (LAB) và máy sàng dùng trong sản xuất công nghiệp Nguyên lý hoạt động của máy rung tròn dựa trên lực rung do động cơ rung lệch tâm tạo ra, kết hợp với cấu trúc máy.
Hình 2.7 Cấu tạo máy sàng rung tròn (Cơ khí Hợp Lực)
Máy được thiết kế với công nghệ tiên tiến nhất, tối ưu hóa diện tích sàng lọc và khả năng xử lý đa dạng nguyên liệu, bao gồm cả nguyên liệu khô, ẩm, chất lỏng và chất lỏng dạng sệt.
- Tự động phân tách, sàng lọc các cỡ hạt theo yêu cầu
- Máy có kết cấu kín không tạo bụi, bắn, rơi vãi chất lỏng trong quá trình hoạt động
- Máy dễ sử dụng, thay được lưới trên máy, chi phí bảo dưỡng thấp
- Tiếng ồn thấp (< 90 dB), ổn định
- Tất cả bộ phận máy đều có thể vệ sinh được
- Không sàng được nguyên liệu quá thô
Hình 2.8 Máy sàng rung tròn
Lưới sàng vật liệu
Lưới sàng Inox được sản xuất với nhiều kích cỡ và chủng loại đa dạng, giúp tối ưu hóa hiệu quả sàng lọc cho cát, đá và bột Để đạt được kết quả tốt nhất, việc lựa chọn kích thước ô lưới phù hợp là rất quan trọng Lưới Inox cung cấp nhiều cấp độ lọc và độ dày khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người sử dụng.
Chọn loại lưới phù hợp với từng hệ thống giúp tối ưu hiệu quả sử dụng Kích thước lưới phổ biến là 1m và 1,2m, với chiều dài mỗi cuộn lưới lên đến 30m.
Lưới Inox được quấn thành cuộn, dễ dàng vận chuyển và gọn gàng Đường kính sợi lưới rất đa dạng, phù hợp với kích thước ô lưới; ô lưới nhỏ có đường kính sợi nhỏ, trong khi ô lưới lớn có đường kính sợi lớn Trên thị trường Việt Nam, lưới Inox có nhiều loại, nhưng phổ biến nhất là lưới Inox 304 và Inox 201, mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng.
Hình 2.9 Một số loại lưới sàng Inox 304
2.3.2 Kích thước ô lưới phù hợp (MESH)
Lưới sàng được chế tạo từ thép không gỉ, một hợp kim sắt nổi bật với khả năng chịu nhiệt, chịu lực và chống ăn mòn vượt trội Sản phẩm này được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sàng đá, sàng bột và sàng cát xây dựng.
Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng, các nhà sản xuất đã chế tạo nhiều loại lưới với kích thước khác nhau Kích thước ô lưới Inox đóng vai trò quyết định trong khả năng sàng lọc sản phẩm Vậy loại lưới nào mang lại hiệu quả cao nhất khi sàng đá, bột và cát? Đây là vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến công năng của lưới sàng bột Inox và lợi ích cho người sử dụng.
Quy tắc đầu tiên cần nắm rõ là kích thước ô lưới sàng tỉ lệ nghịch với cấp độ lọc của sản phẩm Cụ thể, kích thước ô càng nhỏ thì cấp độ lọc càng lớn.
Để tìm hiểu chi tiết về cấp độ lọc của lưới sàng Inox, bạn có thể tham khảo bản chuyển đổi đơn vị dưới đây Hình 2.10 minh họa lưới sàng bột mịn 100.
B ảng 2.1 Chi tiết cấp độ lọc của lưới sàng Inox
2.3.3 Các loại lưới sàng Inox:
Lưới sàng Inox được chế tạo từ vật liệu Inox và chia thành nhiều loại khác nhau Sản phẩm hoàn thiện cũng được phân loại tương ứng, với ba loại phổ biến nhất là lưới sàng cát, lưới sàng đá và lưới sàng bột.
Lưới sàng Inox 316 là sản phẩm có hàm lượng Niken cao, mang lại độ bền chắc và khả năng chống oxy hóa vượt trội Loại lưới này không bị mài mòn nhanh chóng ngay cả trong môi trường ẩm ướt hoặc axit Giá bán của lưới sàng Inox 316 dao động từ 450.000 đến 470.000 đồng mỗi mét.
- Lướ i sàng Inox 304: Mức giá niêm yết dành cho dòng sản phẩm thấp hơn lưới sàng Inox
Chất lượng lưới Inox 304 được đánh giá cao nhờ khả năng chịu nhiệt bền bỉ Sản phẩm này vẫn duy trì sức chống chịu mạnh mẽ ngay cả trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.
Lưới Inox 201 là loại lưới sàng có giá thành thấp nhất, dao động từ 250.000 đến 280.000 đồng/mét Điểm nổi bật của lưới này là độ mềm dẻo cao, mang lại khả năng linh hoạt trong nhiều ứng dụng.
15 năng uốn cong theo từng dạng địa hình riêng Vì vậy lưới Inox 201 có tính ứng dụng rất phổ biến
Căn cứ vào cách thức chế tạo lưới sàng Inox, người ta còn chia sản phẩm ra thành các loại lưới sau đây:
Lưới sàng Inox đan nổi bật với thiết kế gợn sóng bắt mắt, mỗi sợi lưới được đan chắc chắn, tạo nên sự gắn kết bền chặt.
Lưới sàng Inox hàn có thiết kế sợi lưới thẳng, được hàn dính chắc chắn, mang lại độ bền cao hơn so với lưới sàng Inox đan Với công nghệ hàn hiện đại, các mối hàn rất phẳng mịn, giúp tăng cường tính thẩm mỹ Bề mặt lưới bóng bẩy cũng giúp việc lau chùi trở nên dễ dàng trong quá trình sử dụng.
Lưới sàng Inox đục lỗ là sản phẩm có bề mặt với các lỗ đục, thường được tạo ra bằng máy đục CNC hoặc máy đục cơ Kích thước lỗ lưới phụ thuộc vào mũi kim sử dụng trong quá trình đục Đối với việc sàng lọc cát, đá và bột, lưới sàng bột Inox đan hoặc đục lỗ là sự lựa chọn phổ biến vì chúng mang lại hiệu quả lọc tạp chất cao và thời gian lọc nhanh chóng.
Khi tìm kiếm sản phẩm lưới sàng chất lượng bền bỉ, lưới sàng Inox đan 316 là lựa chọn hàng đầu Tuy nhiên, nếu cần tiết kiệm chi phí cho công trình, lưới sàng Inox đục lỗ 201 sẽ là sự lựa chọn hợp lý hơn Quan trọng nhất là xác định rõ mục tiêu sử dụng sản phẩm để đưa ra quyết định phù hợp, đồng thời cần cân nhắc yêu cầu thực tế và khả năng tài chính.
Một số loại máy sàng bột mịn đang sử dụng hiện nay
Hiện nay, thị trường có nhiều loại máy sàng bột với hình dạng và kiểu dáng đa dạng Hai loại máy sàng phổ biến nhất là sàng rung tròn và sàng lắc Về mặt giá cả, các loại máy này có sự chênh lệch đáng kể.
2 loại sàng này có giá trị tương đương nhau nhưng tuỳ mục đích yêu cầu và chủng loại sản phẩm mà chúng ta lựa chọn
Sàn kéo - đẩy khung sàng là loại sàn chuyên dụng trong các nhà máy xay xát, hoạt động dựa trên nguyên lý kết hợp độ dốc của sàng để tách sản phẩm thành từng phần khác nhau Mặc dù năng suất không đạt bằng sàng rung, nhưng loại sàn này lại nổi bật với độ bền rất cao.
Hình 2.11 Tổng thể máy sàng lắc
Hình 2.12 Vận hành máy sàng lắc
2.4.2 Sàng rung tròn: Đây là loại sàng dùng động cơ rung tác động trực tiếp lên sàn bên dưới cho nhiều chân lò xo để rung kết hợp với lớp lưới bên trên làm cho các nguyên liệu tách rời nhau, tuỳ theo mục đích và đặc chủng của sản phẩm mà chúng ta thay đổi tần số và biên độ rung, hoặc thay đổi hình dáng cũng như kích thước lỗ lưới to hay nhỏ, sàng được dùng phổ biến rộng rãi trong ngành lúa gạo, bột, xây dựng
Máy sàng rung tròn là giải pháp tối ưu cho việc sàng lọc nguyên liệu dạng bột với độ chính xác cao Có hai loại máy sàng tròn dành cho bột: sàng rung tròn thông thường và sàng rung tròn siêu âm, loại thứ hai được trang bị đầu rung siêu âm với tần số trên 24kHz.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Truyền động cơ khí
Truyền động cơ khí là hệ thống bao gồm nhiều chi tiết có chức năng truyền và điều chỉnh các đặc tính của chuyển động dưới dạng năng lượng cơ học, bao gồm lực và vận tốc.
Truyền động được sử dụng nhiều trong các thiết bị và dây chuyền công nghệ Chúng có các dạng truyền động chính gồm có:
- Truyền động thủy lực, khí nén
Truyền động cơ khí là một phần quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, được sử dụng để chuyển giao cơ năng từ động cơ đến các bộ phận của máy Hệ thống này thường có khả năng biến đổi lực, vận tốc và mô-men, và đôi khi còn điều chỉnh cả đặc tính lẫn quy luật chuyển động.
Trong truyền động cơ khí có nhiều dạng chuyển động khác Nhưng chúng được chia thành
2 nhóm chính là truyền động ma sát và truyền động ăn khớp Mỗi nhóm sẽ gồm nhiều dạng truyền động khác
Truyền động cơ khí bao gồm truyền động vít – đai ốc, chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, kết nối động cơ với các bộ phận làm việc để thực hiện nhiệm vụ của máy Đối với ô tô và các thiết bị vận chuyển, mô-men xoắn lớn là cần thiết khi di chuyển Các thiết bị công nghệ có động cơ hoạt động ở nhiều dải tốc độ khác nhau, trong khi truyền động cơ khí giúp mở rộng giới hạn truyền công suất và vận tốc, giảm khối lượng và kích thước, đồng thời tăng tuổi thọ và độ tin cậy trong quá trình làm việc.
3.1.2 Chức năng của truyền động cơ khí
Truyền động cơ khí có chức năng truyền công suất, chuyển động từ nguồn (động cơ) đến bộ phận công tác
Chúng có khả năng thay đổi dạng và quy luật chuyển động, chuyển từ liên tục sang gián đoạn, từ quay sang tịnh tiến và ngược lại Ngoài ra, truyền động cơ khí còn hỗ trợ trong việc thay đổi phương và chiều chuyển động.
Truyền động cơ khí không chỉ thay đổi dạng và phương chuyển động mà còn có khả năng biến đổi tốc độ Cụ thể, nó có thể giảm tốc độ từ nhanh thành chậm, điều chỉnh tốc độ theo từng cấp độ thông qua hộp tốc độ, hoặc thay đổi tốc độ một cách liên tục bằng bộ biến tốc.
3.1.3 Các dạng truyền động chính
Truyền động ma sát là cơ cấu chuyển động quay dựa vào lực ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc của vật dẫn và vật bị dẫn Hệ thống này thực hiện việc truyền suất nhỏ hoặc trung bình với vận tốc thấp, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng cơ khí.
- Truyền động bánh ma sát (tiếp xúc trực tiếp)
- Truyền động đai (tiếp xúc gián tiếp)
Truyền động ăn khớp là hệ thống bao gồm cặp bánh răng hoặc đĩa – xích tương tác với nhau Trong cơ chế này, bánh răng hoặc đĩa xích có số răng ít hơn sẽ quay nhanh hơn Để hai bánh răng ăn khớp chính xác, khoảng cách giữa các răng kề nhau phải tương ứng với khoảng cách giữa các răng trên bánh răng đối diện Tương tự, để đĩa và xích ăn khớp, kích thước răng của đĩa cần phải phù hợp với kích thước của xích Hệ thống truyền động này bao gồm nhiều loại khác nhau.
- Truyền động bánh răng (tiếp xúc trực tiếp)
- Truyền động xích (tiếp xúc gián tiếp)
- Truyền động trục vít – bánh vít (tiếp xúc trực tiếp)
3.1.4 Các thông số chủ yếu của một bộ truyền cơ khí
- Công suất: P(kw); P 1 công suất trên trục dẫn; P 2 công suất trên trục bị dẫn
- Tốc độ quay: n (vòng/phút); n n 1 , 2
- Tỉ số truyền: u n n 1 / 2 ; u 1 là giảm tốc; u 1tăng tốc
B ảng 3.1 Phạm vi sử dụng của từng loại bộ truyền cơ khí
Truyền động đai
Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát Bộ truyền đai cơ bản bao gồm 2 bánh đai và
1 dây đai bao quanh Tải trọng được truyền đi nhờ và lực ma sát sinh ra giữa dây đai và bánh đai
Theo tiết diện ngang dây đai, ta phân ra: đai dẹt, đai hình thang, đai hình lược, đai tròn, đai răng, đai lục giác
- Trượt hình học: do hình dáng hình học của mặt cắt dây đai - bánh đai
- Trượt đàn hồi: do bản chất đàn hồi của dây đai
- Trượt trơn xảy ra khi quá tải
3.2.3 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền đai
Bộ truyền đai được đặc trưng bởi các thông số hình học chủ yếu sau:
1 , 2 d d : đường kính bánh dẫn và bánh bị dẫn (mm) a : khoảng cách trục (mm)
: góc ôm của đai trên bánh nhỏ và bánh lớn
và b : chiều dày và chiều rộng tiết diện đai (mm)
B : bề rộng bánh đai (mm)
3.2.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng Ưu điểm:
- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (>15m)
- Tính đàn hồi hấp thụ xung lực do dao động
- Đề phòng hiện tượng quá tải
- Kết cấu và vận hành đơn giản
- Kích thước bộ truyền lớn (lớn hơn khoảng 5 lần so với bộ truyền bánh răng, nếu truyền cùng công suất)
- Tỉ số truyền thay đổi khi làm việc (do hiện tượng trượt đàn hồi – trừ đai răng)
- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lăn lớn
- Tuổi thọ thấp (từ 1000 5000giờ)
Truyền động xích
3.3.1 Tổng quan về bộ truyền xích
Bộ truyền xích thường được dùng trong trường hợp:
- Các trục có khoảng cách trung bình
- Yêu cầu kích thước tương đối nhỏ gọn hoặc tỉ số truyền trong bình không thay đồi 3.3.2 Phân loại
Xích truyền động phổ biến bao gồm xích ống, xích ống con lăn và xích răng, trong đó xích ống con lăn được ưa chuộng hơn do khả năng thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn, giúp giảm thiểu sự hao mòn và không yêu cầu thiết kế phức tạp như xích răng Để đảm bảo độ bền và hiệu quả khi nối xích, số mắt xích cần phải là số chẵn, sử dụng má xích ngoài thay vì má cong, nhằm tăng cường độ bền cho hệ thống truyền động.
Khi xích hoạt động với vận tốc dưới 10 - 15 m/s, nên sử dụng xích ống con lăn Xích răng có cấu tạo phức tạp và giá thành cao hơn xích ống con lăn, vì vậy chỉ nên áp dụng cho các trường hợp có vận tốc lớn hơn 15 m/s và yêu cầu làm việc êm ái, không gây ồn.
Hình 3.1 Xích ống con lăn trong băng tải
Hình 3.2 Xích răng (Silent chain)
3.3.3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
Bộ truyền xích có khả năng hoạt động với công suất lên đến 3500 kW, tuy nhiên, công suất thường được sử dụng phổ biến là dưới 100 kW Vận tốc tối đa của bộ truyền này không vượt quá 15 m/s, và tỉ số truyền không lớn hơn 500.
8 Hiệu suất bộ truyền 0,95 0,97 Ưu điểm: (So với bộ truyền đai)
- Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn bộ truyền đai
- Lực tác dụng lên trục và ổ trục nhỏ hơn
- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn
- Không bị ảnh hưởng bởi góc ôm
- Ồn khi làm việc ở vận tốc cao
Hộp giảm tốc
Hộp giảm tốc là cơ cấu gồm các bộ truyền bánh răng hoặc trục vít, giúp giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đến máy công tác Ưu điểm nổi bật của hộp giảm tốc bao gồm hiệu suất cao, khả năng truyền tải công suất đa dạng, tuổi thọ dài, hoạt động ổn định và dễ sử dụng.
Hộp giảm tốc được phân loại theo các đặc điểm:
- Loại truyền động (bánh răng trụ, bánh răng côn, trục vít, bánh răng - trục vít)
- Số cấp (một cấp, hai cấp…)
- Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian (nằm ngang, thẳng đứng…)
- Đặc điểm của sơ đồ động (khai triển, đồng trục, có cấp tách đôi…)
Hình 3.3 Hộp giảm tốc 2 trục vuông góc
Hình 3.4 Hộp giảm tốc 2 trục song song
Động cơ giảm tốc
Motor giảm tốc, hay còn gọi là động cơ giảm tốc, động cơ hộp số, hoặc motor hộp số, là thiết bị mạnh mẽ hơn motor thông thường Nó đóng vai trò quan trọng trong việc thay thế sức lao động của con người trong nhiều ứng dụng trong cuộc sống.
Động cơ giảm tốc là loại động cơ điện kết hợp với một hệ thống bánh răng, trong đó bánh răng lớn nhất gắn liền với trục ra, đảm nhận vai trò truyền tải mô-men xoắn mạnh nhất Số lượng bánh răng trong cơ cấu truyền động càng nhiều thì tốc độ của động cơ hộp số càng giảm.
Vỏ động cơ giảm tốc thường được chế tạo từ gang hoặc nhôm, trong khi bánh răng và trục được làm từ thép cứng để đảm bảo khả năng chịu lực và chống mài mòn Bên trong vỏ động cơ, mỡ được sử dụng để làm mát các bộ phận.
Các loại động cơ giảm tốc thường dùng:
Động cơ giảm tốc trục vít bao gồm các thành phần chính như bánh răng, mặt bích trục vào, lỗ thông hơi, vòng chắn dầu và phớt cao su bảo vệ vòng bi Guồng xoắn trục vít được làm bằng thép, được tôi nhiệt để tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn.
- Động cơ giảm tốc trục đồng tâm
- Động cơ giảm tốc loại nhỏ (lắp với động cơ 220v, động cơ DC hoặc servo)
Động cơ giảm tốc mô-men lớn sử dụng bánh răng nghiêng, bánh răng côn hoặc bánh răng hình xoắn ốc để tối ưu hóa diện tích tiếp xúc giữa các bánh răng, từ đó nâng cao khả năng chịu lực và hiệu suất hoạt động.
- Động cơ giảm tốc bánh răng côn
Hình 3.5 Cấu tạo động cơ giảm tốc trục thẳng (Nguồn: Công Ty TNHH MINHMOTOR)
Hình 3.6 Cấu tạo động cơ giảm tốc trục ra vuông góc
(Nguồn: Công Ty TNHH MINHMOTOR) Động cơ giảm tốc được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực như:
- Xử lý nước thải, máy sục khí
- Khâu đóng gói, quy trình sản xuất thực phẩm và đồ uống
- Khai thác và xi măng: băng tải, gầu nâng, máy nghiền
- Cần trục: vận thăng, xe đẩy, cần trục container
- Làm băng tải vận chuyển đá, cát từ núi trong sản xuất vật liệu xây dựng
- Chế tạo máy nghiền vật cứng như gỗ, thép, sắt phế liệu
- Làm máy ép gỗ, nhựa, cao su
Ổ lăn
3.6.1 Ưu và nhược điểm Ưu điể m:
- Do sản xuất hàng loạt nên giá thành ổ lăn thấp
- Ma sát sinh ra là ma sát lăn, do đó tổn thất công suất do ma sát thấp
- Tính lắp lẫn cao, thay thế thuận tiện khi sửa chữa và bảo dưỡng máy
- Chăm sóc và bôi trơn đơn giản
- So với ổ trượt thì ổ lăn có kích thước dọc trục nhỏ hơn
- Khả năng quay nhanh, chịu va đập và chấn động kém do độ cứng (độ biến dạng) của kết cấu ổ lăn thấp
- Kích thước hướng kính tương đối lớn
- Khi làm việc với vận tốc cao, độ tin cậy thấp (do ổ bị nóng) và vỡ vòng cách do lực ly tâm của con lăn
- Ồn khi làm việc với vận tốc cao
Gối đỡ vòng bi cung cấp giải pháp tiện lợi cho việc ứng dụng vòng bi (bạc đạn) với độ tin cậy cao, mà không cần phải sản xuất gối đỡ vòng bi (bạc đạn).
Nhìn chung, gối đỡ vòng bi (bạc đạn) có các đặc điểm sau:
- Có khả năng tự lựa
- Có thể hoán đổi các cụm gối đỡ của các hãng khác
- Nhiều chủng loại thích hợp cho từng ứng dụng Hơn nữa, gối đỡ có nhiều tiện ích khi sử dụng
Hơn nữa, gối đỡ có nhiều tiện ích khi sử dụng và độ tin cậy cao
- Chốt giữ không quay ở vành ngoài
- Thích hợp với loại vòng đai khác thường
- Chân giữ định vị lắp
Vòng bi gối đỡ có hình dáng tương tự như vòng bi tròn và đảm bảo tải trọng tĩnh đáng tin cậy, đồng thời thực hiện các chức năng tương tự như vòng bi tròn.
Hình 3.7 Các loại gối đỡ thông dụng
Vít tải
Trục vít, một trong những phương pháp vận chuyển vật liệu lâu đời nhất với thiết kế có từ hơn hai nghìn năm, đã trở thành một phần quan trọng trong ngành xử lý vật liệu Kể từ khi được áp dụng rộng rãi hơn một thế kỷ trước để di chuyển ngũ cốc, than mịn và các vật liệu số lượng lớn khác, trục vít đã khẳng định vị trí độc đáo của mình Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ hiện đại, trục vít trở thành một trong những giải pháp di chuyển vật liệu rời hiệu quả và kinh tế nhất.
Vít tải thường có các loại sau:
- Vít tải dùng cho vật liệu rời
- Vít tải dùng cho vật dạng kiện
Trong đồ án tốt nghiệp này dùng loại vít tải dạng vật liệu rời
Hình 3.8 Vít tải vận chuyển vật liệu rời [6]
Vít tải là thiết bị lý tưởng để vận chuyển vật liệu rời, nổi bật với độ chắc chắn cao và khả năng vận chuyển trong máng kín Cấu tạo của vít tải bao gồm máng cố định với phần dưới hình nửa trụ, nắp máng, trục dẫn động gắn cánh vít, cùng với các gối tựa ở đầu và gối tựa trung gian, bộ phận truyền động, và máng chất tải.
Vật liệu được vận chuyển bằng vít trong máng, giữ vững nhờ trọng lực và ma sát với thành máng Quá trình dỡ tải diễn ra qua các lỗ dỡ tải ở đáy máng, được trang bị nắp và ống nối để đảm bảo hiệu quả.
Vít tải là thiết bị lý tưởng để vận chuyển vật liệu rời như bụi than, than cục nhỏ, than bùn, đất và xi măng theo phương ngang hoặc góc nghiêng Tuy nhiên, chúng không phù hợp cho việc vận chuyển các vật liệu lớn, mài mòn hoặc dính Với cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, vít tải có kích thước nhỏ gọn, khả năng vận chuyển vật nóng và chất, dỡ tải tại bất kỳ vị trí nào trong máng Hệ thống máng đậy kín giúp giảm thiểu tổn thất vật liệu và ngăn ngừa bụi, đồng thời đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc và bảo trì.
Vít tải có một số nhược điểm đáng chú ý, bao gồm việc làm vỡ vụn và mài mòn vật liệu, cần phải định lượng chính xác để tránh tạo ra “cái nút” ở các gối tựa trung gian, dẫn đến việc dừng hoạt động của vít tải Ngoài ra, sự mài mòn mạnh của máng, cánh vít và ổ đỡ treo cũng là một vấn đề cần lưu ý Chi phí năng lượng cao phát sinh do sự khuấy trộn mạnh các phần tử vật liệu dọc theo máng, trong khi năng suất lại tương đối thấp do tốc độ chuyển động tịnh tiến của các phần tử không cao Ma sát giữa vật liệu với máng và cánh vít, cũng như ma sát ở các gối tựa đầu và gối tựa trung gian, cùng với hiện tượng kẹt và đè nén các phần tử trong khe hở giữa máng và vít, đều góp phần vào hiệu suất không tối ưu của thiết bị này.
Trục vít thường được sản xuất với mối ren phải, trong khi mối ren trái ít gặp hơn Các loại trục vít hai và ba mối ren thường được sử dụng trong băng tải cấp liệu Đặc biệt, trong một số vít tải, có thể chế tạo một nửa trục vít với ren phải và nửa còn lại với ren trái, giúp vận chuyển vật liệu từ giữa ra hai đầu hoặc ngược lại, đưa vật liệu từ hai đầu vào giữa.
Thiết bị truyền động thường gắn liền với hộp giảm tốc kín, trong đó ổ trục phía dưới là loại ổ đỡ chặn để tiếp nhận lực dọc trục Hướng lắp đặt ổ trục theo hướng chuyển động của vật liệu và trục làm việc chịu kéo Khi hoạt động, trục dài chịu nén, do đó cần đảm bảo sự ổn định dọc trục.
Các thông số cơ bản của vít tải tĩnh được xác lập theo tiêu chuẩn tiêu chuẩn này quy định:
- Đường kính của trục vít: 100; 120; 150; 200; 250; 300; 400; 500 và 600 mm
- Số vòng quay danh nghĩa của trục vít trong một phút: 9,5; 11,8; 15; 19; 23,6; 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118 và 150 Độ sai lệch với số vòng quay danh nghĩa cho phép là ± 5 7%
Số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất trong một phút được lấy theo tiêu chuẩn của Công ty
“Cơ giới hoá công nghiệp” (Liên Bang Nga) được cho trong bảng 3.2
Theo bảng này, số vòng quay trong một phút lớn nhất của vít tải được xác định khi vận chuyển các vật liệu nhẹ không mài mòn Để vận chuyển các vật liệu nặng không mài mòn thì số vòng quay lớn nhất cần được giảm đi 30%, còn đối với vật liệu nặng và mài mòn thì giảm đi khoảng 50%
Bảng 3.2 trình bày số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất của vít tải theo tiêu chuẩn của Công ty “Cơ giới hóa công nghiệp” Liên Bang Nga, với các đường kính vít D (mm) từ 150 đến 600.
30 a)Đủ thành có bề mặt vít liền b) Dải c) Có cánh d) Định hình Hình 3.9 Các kiểu cánh vít của vít tải [6]
3.7.2 Các bộ phận hợp thành
Hình 3.10 Các chi tiết cơ bản của hệ thống vít tải [6]
1 Trục vít 10 Gối đỡ sau
3 Trục nối 12 Tấm đỡ sau
5 Nắp máng 14 Bộ bulong đai ốc
6 Gối treo giữa 15 Miếng đệm
7 Bạc gối treo 16 Kẹp nắp máng
8 Họng xả 17 Họng cấp liệu
9 Chân máng 18 Máng vít tải
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG SÀNG BỘT NHANG
Thông số thiết kế
- Hệ thống cấp liệu: Năng suất 20 tấn/giờ
- Hệ thống sàng: Tốc độ vòng quay của chổi quét xấp xỉ 500 vòng/phút
- Hệ thống tải thành phẩm: Năng suất 20 tấn/giờ
- Sản phẩm có độ mịn hạt là 149 177 m (lưới Inox 304, mesh 80 100 )
- Có thể hoạt động liên tục 8 giờ/ngày
- Kích thước hình học: Đảm bảo theo các tiêu chuẩn về quy phạm an toàn sử dụng tại xưởng sản xuất
Phương hướng và giải pháp thực hiện
Đề tài đã đề xuất với phía Công ty về các giải pháp thiết kế các kết cấu của hệ thống Tuy nhiên vẫn còn tồn tại một số vấn đề liên quan đến thiết kế Vì vậy đề tài cần phân tích rõ ưu nhược điểm của từng thiết kế để đưa ra phương án tối ưu nhất về kỹ thuật và kinh tế
Hình 4.1 Sơ bộ phương án thiết kế
B ảng 4.1 Phân tích phương án thiết kế
Module Phương án 1 Phương án 2
- Vận chuyển được vật liệu lớn, có thể lên cao( 75 ) m
- Chi phí vận hành và bảo dưỡng cao
- Trọng lượng lớn, khó di chuyển
- Chi phí chế tạo và bảo trì thấp
- Hệ thống kín giúp ngăn bụi phát tán ra môi trường ngoài
Dùng b ộ truy ền đai Dùng động cơ giả m t ố c
- Hoạt động êm ở tốc độ cao
- Chi phí bảo trì thấp
- Dễ dàng thay thế khi gặp sự cố
- Tính trượt trơn giúp chống nguy cơ quá tải cho động cơ
- Cần chế tạo cơ cấu căn chỉnh và căng đai
- Hoạt động êm ái nhờ ăn khớp bánh răng
- Chi phí đầu tư cao
- Không có khả năng tự bảo vệ khi lồng chổi bị kẹt
- Bảo trì phức tạp, tốn kém
Dùng vít t ả i Dùng băng tả i g ạ t cao su
- Chi phí chế tạo và bảo trì thấp
- Hệ thống kín giúp ngăn bụi phát tán ra môi trường ngoài
- Đàn hồi, hạn chế mài mòn
- Tận dụng vật tư sẵn có tại xưởng
- Chi phí bảo trì cao
- Không thể hoạt động với tốc độ cao hoặc độ dốc lớn
Lựa chọn phương án thiết kế
Bài viết đã tiến hành khảo sát không gian xưởng sản xuất bột nhang của Công ty để xác định vị trí lắp đặt máy móc và bố trí các cụm thiết yếu, nhằm nâng cao năng suất và đáp ứng nhu cầu của công ty Đồng thời, đề tài cũng tham khảo tài liệu về bố trí các module trong hệ thống dây chuyền sản xuất và ghi nhận ý kiến từ công nhân vận hành Qua đó, nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện làm việc tại xưởng sản xuất của Công ty thông qua quy trình đánh giá cụ thể.
B ảng 4.2 Đánh giá phương án thiết kế
Module Phương án Kỹ thuật Kinh tế Năng suất Bảo trì Gia công Tổng
Qua khảo sát, đề tài và Công ty đã quyết định áp dụng kết hợp hai phương án để tối ưu hóa ưu điểm và khắc phục nhược điểm của từng phương án Sau khi thảo luận, phương án thống nhất được đưa ra như sau:
- Module cấp liệu: sử dụng vít tải (phương án 2)
- Module sàng: sử dụng bộ truyền đai (phương án 1)
- Module tải thành phẩm: sử dụng vít tải (phương án 1)
Hình 4.2 Phương án thiết kế sau khi đánh giá
Sơ lược về kết cấu: Hệ thống gồm 3 phần bao gồm vít tải cấp liệu, thùng sàng và vít tải vận chuyển thành phẩm trong bồn chứa của thùng sàng Vít tải cấp liệu sẽ tải bột nguyên liệu vào đầu chờ của thùng sàng Đồng thời hệ thống chổi trong thùng sàng sẽ quay đều và chà xát nguyên liệu vào bề mặt lưới Thành phẩm sẽ rơi xuống bồn chứa, còn phế phẩm sẽ được các cánh gạt bên trong đẩy ra ngoài họng xả Khi cần lấy thành phẩm, chỉ cần tác động vào cơ cấu điều khiển làm cho vít tải quay, ta thu được các bao thành phẩm Ưu điểm máy sàng của đề tài: tiết kiệm điện năng, có độ bền cao sử dụng lâu dài, quá trình sàng bột được thực hiện nhanh chóng và dễ dàng Tiết kiệm thời gian sàng với tốc độ không tải lớn Thiết kế thông minh tiện lợi an toàn cho người dùng và công tác bảo trì thiết bị, các kích thước được thiết kế phù hợp giúp người vận hành cảm thấy thoải mái khi sử dụng trong thời gian dài Kết hợp hệ thống khởi động mềm chống sốc cho động cơ, giúp tối ưu hiệu quả khi hoạt động Lưới sàng có thể thay thế dễ dàng, chổi quét tăng chỉnh bằng cơ cấu đơn giản.
Trình tự công việc
- Khảo sát, ghi nhận ý kiến, mong muốn từ phía công ty
- Lên phương án thiết kế hệ thống
- Khảo sát mặt bằng và máy móc thiết bị phục vụ quá trình gia công
- Tính toán thiết kế chi tiết
- Xuất bản vẽ gia công cơ khí và bản vẽ gia công cắt Lazer
- Gia công tại xưởng bảo trì
- Lắp ráp hệ thống và tiến hành chạy thử nghiệm
- Ghi nhận, đánh giá kết quả
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MODULE 1 – HỆ THỐNG CẤP LIỆU
Tính toán thiết kế vít tải
Năng suất trọng lượng của vít tải (T/giờ)
Q : Năng suất trọng lượng của vít tải, T/giờ
V : Năng suất thể tích, m 3 /giờ
: Tỉ trọng của vật liệu, T/m 3
S : Bước vít, m n : Số vòng quay của trục vít trong một phút, v/p
: Hệ số điền đầy diện tích tiết diện ngang của trục vít c : Hệ số xét tới độ dốc của vít tải so với mặt phẳng ngang
5.1.2 Xác định các kích thước của trục vít
Bước vít được xác định bằng đường kính của trục vít
Do trục vít vận chuyển vật liệu nghiêng hơn 8 o so với phương ngang, ta chọn K 8 o K 0,8 và S 0,8 D
Ta thiết kế vít tải có trục vít là trục ống, vật liệu vận chuyển là vật liệu nhẹ và không mài mòn nên ta chọn số vòng quay n30 60 / v p
Giá trị của hệ số điền đầy được lấy nhỏ để tránh tích tụ vật liệu ở các gối đỡ trung gian
Theo các số liệu của công ty “Cơ giới hóa công nghiệp” của Liên Bang Nga, ta chọn 0,40
(vật liệu nhẹ, không mài mòn)
B ảng 5.1 Giá trị của hệ số c phụ thuộc vào góc nghiêng Góc nghiêng
Khi thay vào công thức (1), giá trị S theo công thức (2), ta có:
Từ đó ta có đường kính của trục vít:
Chọn D theo tiêu chuẩn D = 250 mm
5.1.3 Xác định công suất cần thiết
Công suất đối với các vít tải nghiêng được xác định theo công thức:
L Chiều dài của vít tải, m
Góc nghiêng của vít tải so với phương ngang
Hệ số cản chuyển động
Dấu “+” là khi nâng vật, dấu “–” là khi hạ vật Đối với vật liệu dính (tro, đất khuôn, vôi sống, lưu huỳnh) ta chọn giá trị 4.
Thay số vào ta có:
Công suất cần thiết của động cơ:
Vậy ta chọn động cơ có công suất 2,2 kW
5.1.4 Xác định moment xoắn và lực dọc trục
Công suất cần thiết trên trục vít được tính bằng kW, nên moment xoắn trên trục được tính theo công thức:
Trong đó n là số vòng quay của trục vít trong một phút
Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên trục vít:
Trong đó: r : Bán kính của lực tác dụng P, m
: Góc nâng đường xoắn vít ở bán kính r
: Góc ma sát tg f ' trong đó f ' là hệ số ma sát quy dẫn của vật trên bề mặt trục vít Thay vào công thức ta có:
Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
Căn cứ vào tính toán vít tải, công suất động cơ cần thiết cho hệ thống cấp liệu được xác định là 2,2 kW với số vòng quay khoảng 1400 vòng/phút.
Tỉ số truyền chung sơ bộ của hệ: u ch 25
B ảng 5.2 Thông số động cơ giảm tốc
Mã động cơ Đường kính trục ra
Công suất Điện áp Hệ số bảo vệ
Hình 5.1 Động cơ giảm tốc 2,2kW 3HP 1/15 chân đế, trục 40mm
Tính toán thiết kế bộ truyền xích
Do xích làm việc với vận tốc dưới 10 – 15 m/s nên ta chọn dùng loại xích ống con lăn 5.3.2 Xác định số răng của đĩa xích
Số răng của đĩa xích ảnh hưởng trực tiếp đến độ mòn của xích; khi số răng ít, xích sẽ bị mòn nhanh hơn và số lần va đập giữa mắt xích và răng đĩa tăng lên, dẫn đến tiếng ồn trong quá trình hoạt động Do đó, việc hạn chế số răng của đĩa xích là cần thiết để giảm thiểu mòn và tiếng ồn.
Do đó ta chọn đĩa xích nhỏ có số răng z 1 15 để bộ truyền gọn nhất có thể
Từ số răng đĩa xích nhỏ, ta xác định số răng đĩa xích lớn:
Đối với số răng đĩa xích lớn, cần giới hạn giá trị z max, do sự tăng bước xích bị ảnh hưởng bởi độ mòn của bản lề sau thời gian hoạt động Thông thường, giá trị z 2max được xác định là 120 cho xích ống con lăn.
2max 140 z đối với xích răng
Vậy số răng đĩa xích lớn được chọn như sau:
Tính toán lại tỉ số truyền và kiểm tra sai số tỉ số truyền cho phép ( 5%)
Vậy thỏa điều kiện sai số cho phép
Bước xích được xác định dựa trên điều kiện hạn chế áp suất trong bản lề, trong đó số vòng quay mỗi phút của đĩa xích cần phải thấp hơn giới hạn tối đa cho phép.
Trước tiên ta xác định hệ số điều kiện sử dụng: r a o dc b lv
K r : Hệ số tải trọng động
+ tải trọng êm : 0,8 + tải trọng va đập : 1,2÷1,5 (tương ứng tải trọng mở máy 150%) + tải trọng va đập mạnh : 1,8
Hệ số K phản ánh tác động của khoảng cách trục và chiều dài xích; khi xích dài, số lần ăn khớp của mỗi mắt xích trong một đơn vị thời gian giảm, dẫn đến việc xích ít bị mòn Các giá trị của hệ số K được phân loại như sau: a < 25 p c, 30 ≤ p c < 50, và 60 ≤ p c < 80.
K o : Hệ số xét đến ảnh hưởng cách bố trí loại truyền
+ khi đường nối tâm 2 đĩa xích hợp với phương ngang 1 góc nhỏ hơn 60 o
+ khi đường nối tâm 2 đĩa xích hợp với phương ngang 1 góc lớn hơn 60 o
K dc : Hệ số ảnh hưởng khả năng điều chỉnh của lực căng xích
+ nếu trục điều chỉnh được :K dc 1
+ điều chỉnh bằng đĩa căng xích hoặc con lăn xích :K dc 1,1 + nếu không điều chỉnh được hoặc không có bộ phận căng xích :K dc 1,25
K b : Hệ số ảnh hưởng đến điều kiện bôi trơn
+ bôi trơn liên tục :K b 0,8 + bôi trơn nhỏ giọt :K b 1 + bôi trơn định kì :K b 1,5
K lv : Hệ số ảnh hưởng chế độ làm việc (1 ca tương đương 8 giờ)
+ làm việc 1 ca :K lv 1 + làm việc 2 ca :K lv 1,12 + làm việc 3 ca :K lv 1,45 Vậy hệ số làm việc của bộ truyền xích được xác định như sau:
Đối với xích ống con lăn thì bước xích có thể được chọn theo công suất cho phép P được tra theo bảng dưới đây:
B ảng 5.3 Trị số công suất cho phép của bộ truyền xích
Công suất tính toán dùng để tra bảng được tính theo công thức:
Với P t là công suất tính toán
- Hệ số răng đĩa xích:
n Với n 1 : Số vòng quay đĩa xích nhỏ n 01 : Số vòng quay đĩa xích nhỏ của bộ truyền thí nghiệm ứng với công suất cho phép
- Hệ số xét đến số dãy xích:
K x tương ứng với số dãy xích x = 1; 2; 3; 4 Trong trường hợp này K x 1
* Vậy công suất tính toán được tính như sau:
Tra bảng trị số công suất cho phép của bộ truyền xích, ta xác định bước xích của bộ truyền là p c 25,4mm
5.3.4 Kiểm tra số vòng quay tới hạn
Kiểm tra số vòng quay tới hạn của bộ truyền xích theo bảng hướng dẫn Nếu không đạt yêu cầu, cần tăng số dãy xích, thực hiện tính toán lại hoặc thay đổi loại xích cho phù hợp.
B ảng 5.4 Số vòng quay tới hạn của bộ truyền xích
5.3.5 Tính toán vận tốc trung bình
Trong đó: d 1 : Đường kính đĩa xích dẫn (mm) n 1 : Số vòng quay đĩa xích dẫn (vòng/phút) z 1 : Số răng đĩa xích dẫn p c : Bước xích (mm)
Vậy vận tốc trung bình được tính như sau:
5.3.7 Tính toán kiểm nghiệm bước xích
B ảng 5.5 Giá trị áp suất cho phép [p 0 ]
Kiểm nghiệm bước xích theo công thức sau:
Vậy điều kiện bước xích thoả yêu cầu
5.3.8 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích
Khoảng cách trục sơ bộ a(20 30) p c Chọn giá trị bất kì trong khoảng này
Vậy ta chọn số mắt xích X = 60
Xác định lại khoảng cách trục:
Để tránh xích không chịu lực căng quá lớn, ta cần giảm bớt một lượng
Vậy khoảng cách trục a519,69 2,079 517,611 mm
5.3.10 Kiểm tra số lần va đập của xích trong 1 giây i 4v i
Giá trị i được tra theo bảng sau:
B ảng 5.6 Số lần va đập cho phép của xích trong 1 giây
Vậy số lần va đập của xích thoả điều kiện cho phép
5.3.11 Kiểm nghiệm bộ truyền xích
Q : Tải trọng phá huỷ cho phép của xích (kN)
F 1 : Lực căng trên nhánh căng, F 1 K F r t
F 0 : Lực căng ban đầu của xích, bằng trọng lượng nhánh xích tự do
K f : Hệ số phụ thuộc độ võng f của xích và vị trí bộ truyền f 6
K Khi bộ truyền nằm ngang f 4
K Khi góc nghiêng giữa đường tâm trục và phương ngang nhỏ hơn 40 o f 2
K Khi góc nghiêng giữa đường tâm trục và phương ngang lớn hơn 40 o f 1
K Khi bộ truyền thẳng đứng g : Gia tốc trọng trường q m : Khối lượng 1m xích a : Chiều dài đoạn xích tự do, thường lấy bằng khoảng cách trục (tính theo mét)
F v : Lực căng do lực li tâm sinh ra
Vậy hệ số an toàn được tính như sau:
Giá trị hệ số an toàn cho phép s được cho theo bảng
B ảng 5.7 Giá trị hệ số an toàn cho phép
So với bảng trên thì hệ số an toàn s được thoả điều kiện
*Ki ể m nghi ệm độ b ề n ti ế p xúc: Ứng suất tiếp xúc của bánh xích phải thoả điều kiện sau:
: Ứng suất tiếp xúc cho phép
F vd : Lực va đập trên dãy xích (N)
F n p k d : Hệ số phân bố tải trọng không đều cho các dãy
K r : Hệ số tải trọng động k r : Hệ số ảnh hưởng số răng đĩa xích, tra theo bảng sau z 15 20 30 40 50 60 k r 0,59 0,48 0,36 0,29 0,24 0,22
A : Diện tích hình chiếu của bản lề (mm 2 )
Xét điều kiện ứng suất tiếp xúc của xích:
Đĩa xích được thiết kế để đảm bảo độ bền khi tiếp xúc với vật liệu thép C45, đã trải qua quy trình nhiệt luyện như tôi hoặc ram Đĩa chủ động và bị động có số răng nhỏ hơn 40 và không gặp phải va đập trong quá trình hoạt động.
5.3.12 Thông số bộ truyền xích
B ảng 5.8 Thông số bộ truyền xích
Công thức tính đĩa xích
Bánh dẫn Bánh bị dẫn
Số răng đĩa xích (răng) z 15 23 Đường kính vòng chia (mm) d 122,167 186,536 Đường kính vòng đỉnh (mm) d a 134,738 200,039 Đường kính vòng đáy (mm) d f 106,137 107,506 Đường kính con lăn/ đường kính chốt (mm) d l /d c d l 15,88 d c 7,95
5.3.13 Lực tác dụng lên trục
Theo công thức thực nghiệm:
Với k x 1,05 do bộ truyền xích có góc nghiêng lớn hơn 40 o
Kiểm nghiệm ổ lăn
5.4.1 Chọn loại ổ lăn theo tải trọng hoặc kết cấu
Để đáp ứng yêu cầu làm việc với số vòng quay cao, giảm ma sát và tiếng ồn, ổ bi đỡ chặn có tự lựa góc được sử dụng với các góc tiếp xúc α khác nhau Các góc tiếp xúc này tùy thuộc vào khả năng tiếp nhận tải trọng dọc trục và khả năng quay nhanh của ổ Việc tăng góc tiếp xúc α giúp ổ chịu được lực tốt hơn.
49 dọc trục lớn hơn nhưng khả năng quay nhanh giảm Có thể chọn góc tiếp xúc α của ổ bi đỡ chặn như sau:
Trong trường hợp này ta chọn ổ bi đỡ chặn có góc 12 o
5.4.2 Xác định các phản lực tác dụng lên ổ
Lực hướng tâm của bộ truyền xích: r 4812,465
Vít tải có khối lượng 64,323 kg P64,323 9,8 630,366 N
Vậy: sin( ) 445,736 cos( ) 445,736 a r vt vt
Vậy tổng lực tác dụng lên ổ như sau:
5.4.3 Chọn ổ theo khả năng tải động
Thông số kỹ thuật của ổ lăn được chọn: UCF210
Hình 5.2 Gối đỡ UCF 210 B ảng 5.9 Thông số gối đỡ UCF210 Đường kính trục
5.4.3.1 Tính tải trọng động quy ước tác dụng lên ổ Q Đối với ổ bi đỡ, ổ bi đỡ chặn và ổ đũa côn:
Q : tải trọng động quy ước tác dụng lên ổ (N) r , a
F F : tổng các lực hướng tâm và dọc trục tác động lên ổ (N)
V : hệ số tính đến vòng nào quay, V = 1 nếu vòng trong quay và V = 1,2 nếu vòng ngoài quay
X Y : hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục
K : hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng đến tuổi thọ ổ Đặc tính tải trọng K
Thiết bị vận hành ngắn hạn hoặc không liên tục: thiết bị gia dụng, cần trục máy lắp và máy xây dựng, máy kéo 1,0 1,1
Các thiết bị như trên nhưng đòi hỏi độ tin cậy cao hơn: máy nâng, ô tô, máy nông nghiệp 1,1 1,2
Máy làm việc 1 ca, nhưng không đủ tải: động cơ điện tiêu chuẩn, hộp giảm tốc, động cơ máy bay 1,2 1,3
Máy làm việc 1 ca, đủ tải: máy cắt kim loại và gia công lỗ, máy in, máy dệt, cần trục ngầu ngoạm 1,3 1,4
Máy làm việc liên tục: hệ thống dẫn động thiết bị cán, máy nén khí, đầu máy xe lửa 1,5 1,7
Máy cán ống, lò chuyển động quay, hệ thống dẫn động thiết bị tàu thủy, thang máy 1,7 2,0
Các thiết bị quan trọng hoạt động liên tục bao gồm máy phát điện công suất lớn, máy và thiết bị chế biến giấy, máy thông khí, và máy bơm hầm mỏ.
K t : hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ đến tuổi thọ ổ (t o C) t o C 100 150 175 200 250
Do F a 0nên ta xác định tỉ số F C a / 0
B ảng 5.10 Hệ số X, Y cho các loại ổ lăn 1 dãy
0,57 0,68 0,80 0,95 1,14 Ổ đũa côn - - 1 0 0,40 0,4cotg α 1,5tg α Ổ bi chặn đỡ
1,25 2,17 4,67 Ổ đũa chặn đỡ - - - - tg α 1 1,5tg α
Tính tỉ số F a / (VF r ) và so sánh
Thời gian làm việc tương đương tính bằng triệu vòng quay (3 năm)
Với: n : số vòng quay của ổ, vg/ph
L hi : tuổi thọ của ổ tính bằng giờ tương ứng ở chế độ thứ i
5.4.3.2 Tính khả năng tải động tính toán C tt của ổ
Khả năng tải động tính toán của ổ tính theo công thức
C tt : khả năng tải động tính toán của ổ, N
Q : tải trọng động quy ước m : chỉ số mũ: m = 3 đối với ổ bi và m /3 đối với ổ đũa
L : số triệu vòng quay làm việc
So sánh giá trị C tt 28,24kN C 35,1kN
Vậy ổ lăn thoả điều kiện bền
5.4.3.3 Xác định lại tuổi thọ thực sự của ổ lăn:
Tuổi thọ của ổ được xác định theo công thức:
Kiểm nghiệm then
Then bằng gọt tròn cả hai đầu là loại then được sử dụng phổ biến, thường dùng một cái trong các kết cấu chịu tải nhỏ Tuy nhiên, trong các kết cấu chịu tải lớn, có thể sử dụng hai hoặc ba then, với hai then thường đặt lệch 180 độ và ba then đặt lệch góc 120 độ, mỗi then sẽ chịu tải 0,75T Cần lưu ý rằng then bằng không có khả năng truyền lực dọc trục, vì vậy nếu cần truyền lực theo hướng này, cần áp dụng phương pháp khác Ký hiệu của then bằng được ghi là b x h x l.
Chiều dài then theo tiêu chuẩn: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360; 400; 450;
Các trường hợp hỏng hóc có thể xảy ra là dập các bề mặt và bị cắt Do đó ta kiểm nghiệm sức bền dập và sức bền cắt
Chiều dài làm việc của then được xác định bằng công thức: then đầu tròn ll = l – b, trong khi then đầu bằng ll = l Chiều cao chịu tải của rãnh may-ơ được tính bằng mm t 2, dựa trên quan hệ hình học.
: Úng suất dập cho phép, MPa
Chiều cao chịu tải của rãnh may-ơ:
Thay số vào công thức trên ta có:
So sánh với trị số ứng suất dập cho phép ở bảng 5.11
B ảng 5.11 Ứng suất dập cho phép đối [σ d ] với mối ghép then
Vậy d d nên then được chọn thoả điều kiện bền dập
Vậy then được chọn thoả điều kiện bền cắt
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ MODULE 2 – HỆ THỐNG SÀNG
Thiết kế - kiểm nghiệm tính bền khung máy
Hình 6.1 Tổng thể khung – thùng chứa thành phẩm
6.1.1 Bài toán mô phỏng, đặt lực
*L ực tác độ ng trên khung:
Khung đỡ hệ thống sàng có và vít tải có tổng khối lượng xấp xỉ 1000 kg
Thông số đầu vào (từ dữ liệu thiết kế)
B ảng 6.1 Thông số thép C45 (Thép C45 Hoà Phát)
- Điểm đặt lực như trên hình
- Giá trị lực: 15.000N (lực phân bố đều)
Hình 6.2 Các vị trí lực tác dụng (Phần mềm SolidWorks 2020)
Hình 6.3 Chia lưới mô phỏng (Phần mềm SolidWorks 2020)
Hình 6.4 Kết quả mô phỏng ứng suất (Phần mềm SolidWorks 2020)
- Ứng suất lớn nhất tập trung tại các vị trí được đánh dấu
- Ứng suất lớn nhất: 213,7 (MPa) < 343 (MPa)
- Chịu được tải trọng của hệ thống sàng và vít tải (1,5 tấn)
- Có thể gia cường thêm bằng cách thêm các gân tam giác vào các vị trí được đánh dấu để tăng cường khả năng chịu tải của khung máy
Hình 6.5 Kết quả mô phỏng chuyển vị (Phần mềm SolidWorks 2020)
- Chuyển vị lớn nhất: 1,29 mm
- Không bị biến dạng trong quá trình sử dụng đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm
Hình 6.6 Kết quả mô phỏng hệ số an toàn (Phần mềm SolidWorks 2020)
- Hệ số an toàn nhỏ nhất: Min FOS = 1,6
- Cao hơn so với hệ số đặt ra là 1 Thỏa hệ số an toàn cho phép
- Không bị biến dạng trong quá trình sử dụng đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm
- Có thể gia cường khung thép hình V phía trên bằng gân tăng cứng để tăng khả năng chịu tải
Tính toán thiết kế bộ truyền đai thang
Giả sử vận tốc của đai là 8,5m/s và công suất truyền là 15kW Dựa vào bảng sau để chọn loại đai thích hợp
B ảng 6.2 Bảng hướng dẫn chọn loại tiết diện đai thang
Với công suất truyền là 15kW và vận tốc đai trong khoảng 5÷10 m/s, ta chọn đai loại B
6.2.2 Định đường kính bánh đai Đường kính d 1 của bánh nhỏ được chọn theo b ả ng 5.3 Trong bảng cho trị số nhỏ nhất và trị số nên dùng đối với mỗi loại thiết bị đai Chỉ khi nào yêu cầu kích thước của bộ truyền phải thật nhỏ gọn mới chọn trị số đường kính nhỏ nhất
B ảng 6.3 Bảng hướng dẫn chọn đường kính bánh đai nhỏ (dùng cho đai thang)
Lo ại đai O A B C D E F Đường kính bánh đai nhỏ 70÷140 100÷200 140÷280 200÷400 320÷630 500÷1000 800÷1600
Dựa và bảng trên ta chọn d 1 140mm
Kiểm nghiệm vận tốc của đai theo điều kiện
Vậy đường kính d 1 thỏa mãn điều kiện
Tính toán đường kính bánh đai bị dẫn d 2 :
Trong đó, là hệ số trượt ( 0,01 0,02) tùy thuộc vào tải trọng: Đai vải cao su hoặc đai vải 0,01 Đai da 0,015 Đai hình thang 0,02
Do sử dụng bộ truyền đai hình thang nên đường kính bánh đai bị dẫn được tính như sau:
Dựa vào bảng 5.4, ta chọn đường kính bánh đai bị dẫn theo tiêu chuẩn:
B ảng 6.4 Các trị số đường kính bánh đai hình thang (mm)
Kiểm nghiệm số vòng quay thực n ' 2 của trục bị dẫn và tính tỉ số truyền u thực tế
Số vòng quay thực n ' 2 của trục bị dẫn trong 1 phút:
So sánh với số vòng quay n 2 yêu cầu (n 2 500 /v p) thì n ' 2 thỏa điều kiện (3÷5%)
Vậy ta có đường kính bánh đai dẫn d 1 140mmvà đường kính bánh đai bị dẫn d 2 410mm
6.2.3 Sơ bộ khoảng cách trục a
Khoảng cách trục a phải thỏa điều kiện sau:
0,55(d d ) h a2(d d ) h – chiều cao của tiết diện đai
Vậy chọn sơ bộ khoảng cách trục a1100mm
6.2.4 Định chính xác chiều dài đai L và khoảng cách trục a
Xác định chiều dài dây đai L theo công thức:
Chọn chiều dài đai L theo tiêu chuẩn ta có L = 3150 mm
Kiểm nghiệm số vòng quay của đai trong 1 giây theo công thức: max 10
Suy ra thông số i thỏa điều kiện
Xác định khoảng cách trục a
Cả 1 và 2 đều lớn hơn 120 o nên điều kiện góc ôm được thỏa
6.2.6 Xác định số dây đai cần thiết
Số đai z được định theo điều kiện tránh xảy ra trượt trơn giữa đai và bánh đai
P 1 : Công suất trên bánh dẫn
Công suất có ích P0 được xác định thông qua thực nghiệm cho từng loại tiết diện đai, tương ứng với đường kính bánh đai nhỏ và vận tốc v, với điều kiện số đai z = 1, tỉ số truyền u = 1, góc ôm α = 180 độ, chiều dài đai L0 và tải trọng không va đập Giá trị P0 có thể được tra cứu qua đồ thị.
C v : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc
C : Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai
C u : Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ số truyền u u 1 1,1 1,2 1,4 1,8 >2,5
C L : Hệ số xét đến sự ảnh hưởng của chiều dài L
Với L 0 là chiều dài đai thực nghiệm (mm); L là chiều dài thật của dây đai (mm)
C z : Hệ số xét đến sự ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai z 2÷3 4÷6 z > 6
C r : Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng
T ả i tr ọ ng Tĩnh Dao động nhẹ Dao động mạnh Va đập
Từ đó suy ra số dây đai được tính như sau:
Ta chọn z = 3 (bộ truyền đai với 3 dây đai thang)
6.2.7 Xác định các kích thước chủ yếu của đai
Dựa vào các kích thước tiêu chuẩn của nhà sản xuất SKF để xác định các kích thước còn lại của bánh đai, dây đai
Hình 6.7 Pu-li trong thiết bị (a) Pu-li dẫn động, (b) Pu-li bị dẫn B ảng 6.5 Thông số pu-li Đường kính ngoài
OD (mm) Đường kính trục
6.2.8 Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
- Lực căng ban đầu với mỗi đai
- Lực tác dụng lên trục
Kiểm nghiệm ổ lăn
(Thực hiện các bước tương tự với mục kiểm tra ổ lăn của chương 4)
6.3.1 Chọn loại ổ lăn theo tải trọng hoặc kết cấu
Trong trường hợp này ta chọn ổ bi đỡ chặn có góc 12 o
6.3.2 Xác định các phản lực tác dụng lên ổ
Lực hướng tâm của bộ truyền đai: r 2483,9
Lồng chổi có khối lượng 267,619 kg P267,6199,8 2622,66 6N
Vậy: sin( ) 137,26 cos( ) 2619,07 a r sang sang
Vậy tổng lực tác dụng lên ổ sơ bộ như sau:
6.3.3 Chọn ổ theo khả năng tải động
Thông số kỹ thuật của ổ lăn được chọn: UCF216
B ảng 6.6 Thông số cơ bản của gối đỡ UCF216 Đường kính trục
6.3.3.1 Tính tải trọng động quy ước tác dụng lên ổ Q Đối với ổ bi đỡ, ổ bi đỡ chặn và ổ đũa côn:
Do F a 0nên ta xác định tỉ số F C a / 0
Tính tỉ số F a / (VF r ) và so sánh
Thời gian làm việc tương đương tính bằng triệu vòng quay (3 năm)
6.3.3.2 Tính khả năng tải động tính toán C tt của ổ
Khả năng tải động tính toán của ổ tính theo công thức
So sánh giá trị C tt 55,57kNC75kN
Vậy ổ lăn thoả điều kiện bền
6.3.3.3 Xác định lại tuổi thọ thực sự của ổ lăn:
Tuổi thọ của ổ được xác định theo công thức:
Kiểm nghiệm then
Chiều cao chịu tải của rãnh may-ơ:
Thay số vào công thức trên ta có:
Vậy d d nên then được chọn thoả điều kiện bền dập
Vậy then được chọn thoả điều kiện bền cắt
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MODULE 3 – HỆ THỐNG TẢI THÀNH PHẨM
Tính toán thiết kế vít tải
(Tính toán tương tự chương 4)
Năng suất trọng lượng của vít tải (T/giờ)
7.1.2 Xác định các kích thước của trục vít
Do trục vít vận chuyển vật liệu nghiêng hơn 8 o so với phương ngang, ta chọn K 8 o K 0,8 và S0,8D
Ta thiết kế vít tải có trục vít là trục ống, vật liệu vận chuyển là vật liệu nhẹ và không mài mòn nên ta chọn số vòng quay n30 60 / v p
Để tránh tích tụ vật liệu ở các gối đỡ trung gian, giá trị hệ số điền đầy được chọn nhỏ, cụ thể là = 0,40, phù hợp với vật liệu nhẹ và không mài mòn, theo số liệu từ công ty “Cơ giới hóa công nghiệp” của Liên Bang Nga Đường kính của trục vít cũng cần được xác định dựa trên các tiêu chí này.
Chọn D theo tiêu chuẩn D = 250 mm
7.1.3 Xác định công suất cần thiết
Công suất đối với các vít tải nghiêng được xác định theo công thức:
N LH , (kW) Đối với vật liệu dính (tro, đất khuôn, vôi sống, lưu huỳnh) ta chọn giá trị 4.
Thay số vào ta có:
Công suất cần thiết của động cơ:
Vậy ta chọn động cơ có công suất 1,5 kW
7.1.4 Xác định moment xoắn và lực dọc trục
Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên trục vít:
Trong đó: r : Bán kính của lực tác dụng P, m
: Góc nâng đường xoắn vít ở bán kính r
: Góc ma sát tg f ' trong đó f ' là hệ số ma sát quy dẫn của vật trên bề mặt trục vít
Thay vào công thức ta có:
Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền
Căn cứ vào việc tính toán vít tải, công suất động cơ cần thiết cho hệ thống cấp liệu được xác định là 1,5kW, với số vòng quay của động cơ khoảng 1400 vòng/phút.
Tỉ số truyền chung sơ bộ của hệ: u ch 25
B ảng 7.1 Thông số động cơ giảm tốc
Mã động cơ Đường kính trục ra
Công suất Điện áp Hệ số bảo vệ
Hình 7.1 Động cơ giảm tốc 1,5kW 3HP 1/15 chân đế, trục 32 mm
Tính toán thiết kế bộ truyền xích
(Tính toán tương tự bộ truyền xích chương 4)
Do xích làm việc với vận tốc dưới 10 – 15 m/s nên ta chọn dùng loại xích ống con lăn 7.3.2 Xác định số răng của đĩa xích
Số lượng răng của đĩa xích ít sẽ dẫn đến việc xích nhanh chóng bị mòn, làm tăng số lần va đập giữa mắt xích và răng đĩa, gây ra tiếng ồn lớn hơn trong quá trình hoạt động Vì vậy, việc hạn chế số răng của đĩa xích là cần thiết.
Do đó ta chọn đĩa xích nhỏ có số răng z 1 15 để bộ truyền gọn nhất có thể
Từ số răng đĩa xích nhỏ, ta xác định số răng đĩa xích lớn:
Đối với số răng của đĩa xích lớn, cần giới hạn z max do độ tăng bước xích gây ra bởi sự mòn của bản lề sau một thời gian làm việc Thông thường, z 2 max được xác định là 120 cho xích ống con lăn.
2 max 140 z đối với xích răng
Vậy số răng đĩa xích lớn được chọn như sau:
Tính toán lại tỉ số truyền và kiểm tra sai số tỉ số truyền cho phép (5%)
Vậy thỏa điều kiện sai số cho phép
Hệ số làm việc của bộ truyền xích được xác định như sau:
Công suất tính toán dùng để tra bảng được tính theo công thức:
Với P t là công suất tính toán
- Hệ số răng đĩa xích:
- Hệ số xét đến số dãy xích:
K x tương ứng với số dãy xích x = 1; 2; 3; 4 Trong trường hợp này K x 1
* Vậy công suất tính toán được tính như sau:
Tra bảng trị số công suất cho phép của bộ truyền xích, ta xác định bước xích của bộ truyền là p c 25,4mm
7.3.4 Kiểm tra số vòng quay tới hạn
Kiểm tra số vòng quay tới hạn của bộ truyền xích so thoả điều kiện
7.3.5 Tính toán vận tốc trung bình
Vận tốc trung bình được tính như sau:
7.3.7 Tính toán kiểm nghiệm bước xích
Kiểm nghiệm bước xích theo công thức sau:
Vậy điều kiện bước xích thoả yêu cầu
7.3.8 Xác định khoảng cách trục và số mắt xích
Khoảng cách trục sơ bộ a(20 30) p c Chọn giá trị bất kì trong khoảng này
Vậy ta chọn số mắt xích X = 60
Xác định lại khoảng cách trục:
Để tránh xích không chịu lực căng quá lớn, ta cần giảm bớt một lượng
Vậy khoảng cách trục a519,69 2,079 517,611 mm
7.3.10 Kiểm tra số lần va đập của xích trong 1 giây
Vậy số lần va đập của xích thoả điều kiện cho phép
7.3.11 Kiểm nghiệm bộ truyền xích
Vậy hệ số an toàn được tính như sau:
*Ki ể m nghi ệm độ b ề n ti ế p xúc:
Xét điều kiện ứng suất tiếp xúc của xích:
Đĩa xích được thiết kế bền với vật liệu thép C45, đã qua nhiệt luyện tôi hoặc ram Cả đĩa chủ động và đĩa bị động đều có số răng dưới 40 và không chịu va đập trong quá trình hoạt động.
7.3.12 Thông số bộ truyền xích
B ảng 7.2 Thông số bộ truyền xích
Công thức tính đĩa xích
Bánh dẫn Bánh bị dẫn
Số răng đĩa xích (răng) z 15 23 Đường kính vòng chia (mm) d 122,167 186,536 Đường kính vòng đỉnh (mm) d a 134,738 200,039 Đường kính vòng đáy (mm) d f 106,137 107,506 Đường kính con lăn/ đường kính chốt (mm) d l /d c d l 15,88 d c 7,95
7.3.13 Lực tác dụng lên trục
Theo công thức thực nghiệm:
Với k x 1,05 do bộ truyền xích có góc nghiêng lớn hơn 40 o
Kiểm nghiệm ổ lăn
(Thực hiện các bước tương tự với mục kiểm tra ổ lăn của chương 4)
7.4.1 Chọn loại ổ lăn theo tải trọng hoặc kết cấu
Trong trường hợp này ta chọn ổ bi đỡ chặn có góc 12 o
7.4.2 Xác định các phản lực tác dụng lên ổ
Lực hướng tâm của bộ truyền xích: r 4812,47
Vít tải có khối lượng 60,290 kg P60, 92 9,8 590 8 , 4N
Vậy tổng lực tác dụng lên ổ sơ bộ như sau:
7.4.3 Chọn ổ theo khả năng tải động
Thông số kỹ thuật của ổ lăn được chọn: UCF210
B ảng 7.3 Thông số cơ bản của gối đỡ UCF210 Đường kính trục
7.4.3.1 Tính tải trọng động quy ước tác dụng lên ổ Q Đối với ổ bi đỡ, ổ bi đỡ chặn và ổ đũa côn:
Do F a 0nên ta xác định tỉ số F C a / 0
Tính tỉ số F a / (VF r ) và so sánh
Thời gian làm việc tương đương tính bằng triệu vòng quay (3 năm)
7.4.3.2 Tính khả năng tải động tính toán C tt của ổ
Khả năng tải động tính toán của ổ tính theo công thức
So sánh giá trị C tt 28,91kN C35,1kN
Vậy ổ lăn thoả điều kiện bền
7.4.3.3 Xác định lại tuổi thọ thực sự của ổ lăn:
Tuổi thọ của ổ được xác định theo công thức:
Kiểm nghiệm then
Chiều cao chịu tải của rãnh may-ơ:
Thay số vào công thức trên ta có:
Vậy d d nên then được chọn thoả điều kiện bền dập
Vậy then được chọn thoả điều kiện bền cắt
CHẾ TẠO MÔ HÌNH, THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Khảo sát thực tế
Đề tài khảo sát thực tế tại xưởng sản xuất của Công ty TNHH Bửu Lợi, phân xưởng sàng bột thành phẩm, huyện Đức Hoà, tỉnh Long An, nhằm tìm hiểu về năng suất sản xuất Qua buổi trao đổi trực tiếp với giám đốc công ty, các vấn đề liên quan đến kích thước và vị trí đặt máy trong khu vực xưởng cũng đã được thảo luận.
Thiết kế mô hình bằng phần mềm SolidWorks 2020
Các chi tiết truyền động, khung máy đã được tính toán cụ thể, đáp ứng với yêu cầu của công ty đề ra
Hình 8.1 Mô hình 3D tổng thể từ phần mềm SolidWorks 2020
8.2.1 Yêu cầu từ doanh nghiệp
- Hệ thống cấp liệu và tải thành phẩm có nắng suất xấp xỉ 20 tấn/giờ
- Năng suất module sàng xấp xỉ 3-4 tấn/giờ
- Sản phẩm sau khi sàng đạt được độ mịn là 149 177 m
- Đảm bảo các tiêu chuẩn về an toàn (cover, hệ thống điện, …)
- Lưới sàng và chổi được thay thế dễ dàng
- Thùng chứa có thể tích 2,5 m 3
- Kích thước tổng thể không vượt quá (DxRxC) : 9000 mm x 2000 mm x 4000 mm
Nguyên lý vận hành
Hình 8.2 Nguyên lý vận hành hệ thống sàng
Trình tự vận hành cơ bản bao gồm 4 bước:
Trong quy trình sản xuất, bước đầu tiên, công nhân sử dụng xe đẩy để vận chuyển nguyên liệu đầu vào đến vị trí số 1, với mỗi xe đẩy có khả năng chứa 12 bao, mỗi bao nặng khoảng 30kg Tiếp theo, tại vị trí số 2, vít tải cấp liệu sẽ nạp nguyên liệu vào module sàng Cuối cùng, tại module 2 (vị trí số 3), nguyên liệu được sàng lọc, với thành phẩm rơi xuống thùng chứa, trong khi phế phẩm được chuyển đến họng xả phế phẩm thông qua cánh gạt bên trong.
+ Bước 4: Công nhân sẽ dùng bàn đạp (tín hiệu Pedal) để kích hoạt trục vít tải để lấy thành phẩm tại vị trí số 4.
Gia công và chế tạo
Sau khi khảo sát và thiết kế, bắt đầu tiến hành gia công chế tạo
Hình 8.3 Gia công trục vít cấp liệu
Hình 8.4 Căn chỉnh bộ truyền xích của vít tải
Hình 8.5 Kết cấu tay gạt
Hình 8.6 Cơ cấu tăng chỉnh chổi và cánh gạt
Hình 8.7 Gia công cửa thay chổi quét
Hình 8.9 Căn chỉnh bộ truyền đai
Hình 8.10 Vận chuyển hệ thống đến công ty
Hình 8.11 Căn chỉnh độ cao của chổi quét
Hình 8.12 Vây và cố định lưới sàng
Hình 8.13 Hoàn thiện lắp đặt hệ thống tại phân xưởng (Mặt trước)
Hình 8.14 Hoàn thiện lắp đặt hệ thống tại phân xưởng (Mặt sau)
Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Sau khi lắp đặt hoàn tất, nhóm thiết kế tiến hành chạy thử máy để đánh giá hiệu quả, tập trung vào năng suất và chất lượng sản phẩm đạt được.
Chất lượng sản phẩm a) Nguyên liệu đầu vào b) Thành phẩm
Hình 8.15 Kết quả độ mịn sau quá trình sàng
* Nhận xét: Chất lượng sản phẩm đạt mức độ mịn theo yêu cầu ban đầu được đề ra Năng suấ t:
Hệ thống giúp nâng cao năng suất xấp xỉ 4 lần
B ảng 8.1 So sánh năng suất sản xuất
Chỉ tiêu so sánh Hệ thống cũ Hệ thống mới
Năng suất tổng (tấn/giờ) 1,05 3,53
Năng suất trung bình trong 15 phút (kg) 250 875 Năng suất trung bình tính bằng đơn vị bao
Các số liệu thống kê và biểu đồ chứng minh hiệu quả của hệ thống mới, cho thấy nó đáp ứng tốt các mục tiêu mà công ty đã đề ra trong bối cảnh sản xuất hiện tại.
- Năng suất tăng vọt, mang lại hiệu quả kinh tế cao
- Việc đưa hệ thống phân loại mới vào sử dụng là việc làm cần thiết trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa
8.5.2 Đánh giá và nhận xét từ phía doanh nghiệp
B ảng 8.2 Đánh giá kết quả từ doanh nghiệp
STT Hạng mục đánh giá Đạt Không đạt Ghi chú
1 Năng suất Cải thiện đáng kể
2 Thao tác vận hành Dễ vận hành
3 Độ ổn định Ổn định, không hư hỏng vặt
4 Độ an toàn An toàn khi vận hành
5 Độ cứng vững khung máy Đạt yêu cầu kỹ thuật
6 Hệ thống điện khởi động Tiện lợi, dễ thao tác
7 Vệ sinh Hạn chế tiếp xúc với bụi mịn
8 Bảo trì bảo dưỡng Dễ dàng vệ sinh, bảo dưỡng
Thời gian (phút) BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN NĂNG SUẤT SẢN XUẤT CỦA 2 HỆ THỐNG
8.5.3 Tổng quan vận hành thiết bị Ưu điể m:
- Hệ thống chạy ổn định, sạch sẽ
- Khung máy có kích thước hợp lý, kết cấu vững chắc
- Cơ cấu căn chỉnh động cơ và các bộ truyền đơn giản, dễ thao tác
- Cơ cấu mới giúp căng lưới đơn giản hơn, dễ sử dụng, dễ thay thế
- Thao tác vận hành máy đơn giản
- Dễ dàng vệ sinh lồng máy sau khi vận hành
- Thay thế chổi quét nhanh chóng và thuận tiện
- Cần thiết kế thêm hệ thống điều tốc cho thiết bị để có thể linh hoạt điều chỉnh tốc độ và năng suất
- Khả năng quan sát thiết bị khi vận hành còn hạn chế
- Hệ thống báo đầy bồn chứa cần được tích hợp thêm, quản lý thiết bị từ xa
Hình 8.16 Một phần lô sản phẩm đầu tiên sử dụng hệ thống mới