thiết kế và chế tạo máy nghiền thủy tinh vô cơ cỡ nhỏ

ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KÉ VÀ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN THUỶ TINH CỠ NHỎ Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp tái chế thủy tinh đem lại một số lợi ích: góp phần bảo vệ môi trường, giảm t

TỔNG QUAN

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Công nghiệp tái chế thuỷ tinh trong và ngoài nước

- Mỹ: đã liệt mảnh vụn thủy tinh và các loại chai lọ là những vật ô nhiễm môi trường cần phải loại bỏ Là quốc gia có ngành công nghiệp tái chế thuỷ tinh lớn nhất trên thế giới Có nhiều công ty lớn như Owens-Illinois, Ardagh Group và Strategic Materials chuyên sản xuất và tái chế thuỷ tinh Công nghiệp tái chế thuỷ tinh ở Mỹ tập trung vào việc thu gom và tái chế chai, hũ thuỷ tinh và các sản phẩm khác từ nguồn rác thải thuỷ tinh [1]

- Châu Âu: Châu Âu cũng có một ngành công nghiệp tái chế thuỷ tinh phát triển Các quốc gia như Đức, Pháp, Anh và Thụy Điển có một số công ty hàng đầu trong lĩnh vực này Các công ty như Vetropack, Ardagh Group và Raffinerie Tirlemontoise chuyên sản xuất và tái chế thuỷ tinh ở Châu Âu

- Nhật Bản: tỉ lệ thuỷ tinh nghiền làm nguyên liệu thô cho việc sản xuất chai thuỷ tinh của Nhật Bản tăng từ 40,5% vào năm 1990 lên tới 77,6% trong năm 2020 Nhật Bản cũng là một quốc gia có công nghiệp tái chế thuỷ tinh phát triển Các công ty như Taisei Lamick, Toyo Glass và Nippon Electric Glass chuyên sản xuất và tái chế thuỷ tinh ở Nhật Bản [2]

Ngành công nghiệp tái chế thủy tinh đang trên đà phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới, đóng góp đáng kể vào việc bảo vệ môi trường và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính.

- Sản lượng tái chế: sản lượng tái chế thuỷ tinh trong nước đã tăng lên đáng kể Có nhiều cơ sở đã được thành lập nhằm thu gom, xử lý và tái chế rác thải thuỷ tinh Tuy nhiên, chủ yếu vẫn là thu gom và phân loại Xử lý và tái chế rác thải thuỷ tinh vẫn là các nhà máy lớn như: Nhà máy tái chế và

Trang 2 sản xuất sản phẩm từ thuỷ tinh Vina Glass tại Vĩnh Long, nhà máy Rạng Đông tại Hà Nội

- Quy trình tái chế: quy trình tái chế thuỷ tinh thường bao gồm các bước sau: thu gom, phân loại, rửa sạch và nghiền nhỏ rác thải thuỷ tinh Sau đó, rác thải thuỷ tinh được chế tạo lại và sử dụng để sản xuất các sản phẩm thuỷ tinh mới, như chai lọ, hũ thuỷ tinh, vật liệu xây dựng và nhiều sản phẩm khác [3]

Ứng dụng của sản phẩm tái chế đa dạng trong nhiều lĩnh vực Thủy tinh tái chế được dùng trong ngành thực phẩm, đồ uống, còn vật liệu xây dựng tái chế từ thủy tinh được ứng dụng trong các công trình xây dựng.

Tuy nhiên, mặc dù công nghiệp tái chế thuỷ tinh đã phát triển, còn nhiều thách thức cần được vượt qua, bao gồm nâng cao công nghệ tái chế, tăng cường hệ thống thu gom và xử lý rác thải thuỷ tinh, và tăng cường ý thức của người dân về tái chế và phân loại rác thải thuỷ tinh đúng cách

1.1.2 Nhu cầu nghiền thủy tinh trong và ngoài nước

- Trên thế giới, thủy tinh cũ được nghiền thành vụn được gọi là cullet Sản phẩm thủy tinh tái chế từ cullet sẽ tiêu thụ ít hơn 40% năng lượng so với việc làm ra thủy tinh mới Châu Âu là nơi sản xuất thủy tinh lớn nhất thế giới, chiếm 1/3 tổng sản lượng toàn thế giới dẫn đến tỷ lệ tái chế thủy tinh trung bình là 74% (12 triệu tấn chai thủy tinh) làm cho nhu cầu sử dụng máy nghiền thủy tinh trở nên cần thiết [4]

- Ngày nay máy nghiền thủy tinh được thiết kế với nhiều kiểu dáng và kích thước khác nhau phù hợp với nhiều đối tượng sử dụng như nhà máy quản lý chất thải, cơ sở tái chế, địa điểm khách sạn hay một gia đình Không giống như nhựa, thủy tinh có thể tái chế vô hạn, đó là lý do có nhiều doanh nghiệp có ý thức bảo vệ môi trường và đang thực hiện tái chế hoặc tái sử dụng thủy tinh một cách nghiêm túc

- Một số nhà sản xuất máy nghiền thủy tinh trên thị trường quốc tế, bao gồm Andela Products và REMco Các công ty này sản xuất nhiều loại máy

Trang 3 nghiền được thiết kế để xử lý các loại và kích cỡ thủy tinh khác nhau, từ chai nhỏ đến tấm kính lớn Dưới đây là một số sản phẩm của các công ty trên:

Hình 1.1 Máy nghiền thuỷ tinh GR-8 [5]

GR-8 là máy nghiền chai thủy tinh công nghiệp có khả năng xử lý tới 60 chai mỗi phút Hệ thống này được trang bị các bộ phận mài mòn cacbua crom (Cr23C6) để có hiệu suất lâu dài Thiết kế hạng nặng và diện tích nhỏ khiến nó trở nên hoàn hảo cho các nhà hàng và quán bar với khối lượng kính lớn GR-8 có thể xử lý các chai có kích thước 20 cm một cách dễ dàng, giảm thể tích xuống còn 1/6 kích thước ban đầu

Hình 1.2 Máy nghiền kính AGC-1 [5]

Máy nghiền thủy tinh Andela Model AGC-1 sẽ xử lý tới 3 tấn mỗi giờ Đây là máy nghiền thủy tinh đa năng kết hợp với băng tải để dễ dàng đưa thủy tinh vào máy nghiền Mảnh thủy tinh vụn sau đó được thả vào thùng hoặc thùng rác dưới máng xả AGC-1 có thể dễ dàng di chuyển từ nơi này sang nơi khác trong cơ sở của bạn, cho phép bạn thiết lập ở nhiều khu vực với một thiết bị

- REMco: công ty chuyên về thiết bị nghiền

Hình 1.3 Hệ thống máy nghiền SandMax VSI [6]

Hình 1.4 Hệ thống máy nghiền RockMax [6]

- Việt Nam là đất nước có vùng nguyên liệu cát trắng với trữ lượng lớn trải dài từ Bắc tới Nam nên việc sản xuất thủy tinh từ thủy tinh tái chế còn chưa

Trang 5 được phổ biến dẫn đến nhu cầu sử dụng máy nghiền thủy tinh ở Việt Nam còn hạn chế Thị trường máy nghiền thủy tinh ở Việt Nam có thể rất lớn do nhận thức ngày càng tăng về các vấn đề môi trường và nhu cầu giảm thiểu chất thải

Tính cấp thiết của đề tài

Công nghiệp thuỷ tinh hiện tại đã trở thành một trong những ngành công nghiệp của Việt Nam Tuy nhiên, việc phát triển công nghiệp sản xuất thuỷ tinh cũng có những nguy hại Để sản suất thuỷ tinh cần khai thác một lượng nguyên liệu thô đáng kể, ngoài ra lượng chất thải khi sản suất thuỷ tinh thải ra có ảnh hưởng xấu đến môi trường và cũng là tác nhân thúc đẩy hiệu ứng nhà kính Vì lẽ đó, tái chế thuỷ tinh là vấn đề đang được chú trọng và triển khai

Trong quy trình tái chế thuỷ tinh, xử lý chất thải thuỷ tinh chuẩn bị cho tái chế là quá trình bắt buộc cho bất kỳ hệ thống tái chế nào, nhất là vấn đề nghiền nhỏ thuỷ tinh để có thể tái chế đa dạng sản phẩm

Như chúng ta đã biết, công nghệ phát triển nhằm mục đích phục vụ cho nhu cầu của đời sống con người một cách nhanh chóng và hiệu quả Đề tài chúng tôi cũng không ngoại trừ mục đích đó, việc phát triển đề tài nhằm cải thiện năng suất lao động, giải phóng sức lao động của con người, tiết kiệm thời gian cũng như là kinh tế so với quy trình thủ công Trên thị trường hiện nay cũng có không ít sản phẩm máy nghiền thuỷ tinh vô cơ, tuy nhiên những sản phẩm này thường được sử dụng với quy mô sản xuất lớn đặc biệt trong các xí nghiệp nhà máy, việc sử dụng những sản phẩm này ở các doanh nghiệp nhỏ hay gia đình là hoàn toàn không hiệu quả

Nhận thấy tầm quan trọng của vấn đề tái chế thủy tinh tại Việt Nam, Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường - Đại học Bách khoa TP.HCM phối hợp cùng các đối tác đã triển khai dự án "Nghiên cứu thiết kế chế tạo dây chuyền phân loại và tái chế thủy tinh tự động hiệu suất cao" Dự án này nhằm giải quyết nhu cầu tái chế thủy tinh trong nước, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nền công nghiệp tái chế thủy tinh tại Việt Nam.

Cơ khí Chế tạo máy (CKM) cùng với sự hỗ trợ của giáo viên hướng dẫn, nhóm chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài tốt nghiệp máy nghiền thủy tinh vô cơ cỡ nhỏ.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu tỷ lệ hạt thuỷ tinh trong vật liệu xây dựng

- Tìm hiểu, nghiên cứu các loại máy nghiền thuỷ tinh hiện nay

- Nghiên cứu, phân tích nguyên lý hoạt động

- Tính toán, thiết kế hệ thống của máy nghiền thuỷ tinh

- Chế tạo, thử nghiệm máy nghiền thuỷ tinh

- Vận hành thực tế và cải tiến từ việc thử nghiệm máy

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Kích thước đầu ra hạt thuỷ tinh từ 5 đến 10 mm.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

- Dựa trên sự phát triển của ngành tái chế thuỷ tinh hiện nay và nhu cầu tái chế thuỷ tinh của các cơ sở doanh nghiệp nhỏ và gia đình

- Dựa trên việc nghiên cứu vật liệu trong ngành công nghiệp xây dựng

- Dựa trên cơ sở lý thuyết về công nghệ đập nghiền

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ nghiền

- Tính toán, thiết kế các chi tiết máy

- Chế tạo và lắp ghép các chi tiết

- Thử nghiệm máy thực tế, ghi nhận ưu và nhược điểm của máy.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Đề xuất lựa chọn phương án

- Chương 4: Tính toán phương án đã chọn

- Chương 5: Sản phẩm đề tài

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu về công nghệ tái chế thuỷ tinh

2.1.1 Công nghệ tái chế thuỷ tinh là gì?

Công nghệ tái chế thủy tinh đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu lượng rác thải ra môi trường, bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiết kiệm năng lượng Tại Việt Nam, công nghệ tái chế thủy tinh đã phát triển đáng kể với hơn 10 nhà máy sản xuất và tái chế hoạt động theo quy trình tiêu chuẩn, khép kín Trong những năm gần đây, công nghệ tái chế thủy tinh đã có nhiều cải tiến, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc thu hồi và tái sử dụng nguồn nguyên liệu này.

Phân loại quang học sử dụng cảm biến và máy ảnh để phân loại thủy tinh theo màu sắc và loại Công nghệ này làm tăng hiệu quả phân loại và giảm ô nhiễm.

- Sản xuất thủy tinh xốp: công nghệ này bao gồm việc sử dụng thủy tinh tái chế để tạo ra một loại vật liệu nhẹ và xốp có thể sử dụng trong xây dựng

- Glassphalt: công nghệ này liên quan đến việc sử dụng thủy tinh nghiền làm cốt liệu trong mặt đường nhựa Nó có thể cải thiện độ bền và khả năng chống trượt của mặt đường

Nhìn chung, công nghệ tái chế thủy tinh là một quy trình quan trọng giúp bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và giảm chất thải Với những tiến bộ trong công nghệ, quy trình tái chế thủy tinh đã trở nên hiệu quả hơn, dẫn đến các hoạt động bền vững hơn

2.1.2 Quy trình tái chế thuỷ tinh

- Bước 1: rác thải sau khi sử dụng được để chung vào thùng riêng biệt

- Bước 3: rác thải thủy tinh sẽ được vận chuyển tới các cơ sở phân loại

- Bước 4: vật liệu không phải thủy tinh (giấy, nhựa, kim loại,…) sẽ được loại bỏ bằng cách sử dụng khí thổi hoặc nam châm

- Bước 5: sau khi được phân loại, rác thuỷ tinh sẽ đưa đến các công ty tái chế

- Bước 6: rác thủy tinh được phân loại một lần nữa để loại bỏ các chất ô nhiễm khác, sau đó phân loại theo màu sắc và rửa sạch

- Bước 7: tái chế thủy tinh để tạo ra các sản phẩm thuỷ tinh mới

- Bước 8: các sản phẩm thuỷ tinh tái chế đến tay người tiêu dùng

Hình 2.1 Quy trình phân loại và tái chế thuỷ tinh [3]

Trong quy trình trên, nghiền thuỷ tinh là công đoạn quan trọng và khó khăn nhất Thuỷ tinh sau nghiền yêu cầu phải đạt kích thước phù hợp với mục đích tái chế, quá trình nghiền thuỷ tinh sẽ tạo ra bụi và các vụn thuỷ tinh, nên cần đảm bảo các biện pháp an toàn cho người thực hiện Thêm vào đó, rác thải thuỷ tinh hiện nay phần lớn là thuỷ tinh vô cơ với độ cứng và độ bền cao, do đó việc nghiền thuỷ tinh đạt kích thước yêu cầu rất khó khăn và nguy hiểm

2.1.3 Tính chất của thuỷ tinh vô cơ

Thuỷ tinh vô cơ: được tạo thành bởi các hợp chất vô cơ như silic, boron, sodium, calcium, aluminum, potassium, magnesium và đồng Thuỷ tinh vô cơ có tính

Trang 10 chất không dẫn điện và không dẫn nhiệt, chịu được nhiệt độ cao, chịu được hoá chất, có độ cứng và độ bền cao

Bảng 2.1 Thang độ cứng vật liệu Mohs [8] Độ cứng Vật liệu hay khoáng vật

6 đến 7 Thủy tinh, silica nguyên chất

Theo thang độ cứng Mohs, thủy tinh có độ cứng cao hơn các kim loại như đồng, sắt Điều này cho thấy việc nghiền thủy tinh thủ công gặp nhiều khó khăn và đòi hỏi phải sử dụng máy móc để hỗ trợ.

Thuỷ tinh vô cơ là một vật liệu không có cấu trúc tinh thể đặc trưng và không có một độ giòn cụ thể như kim loại hay các vật liệu có cấu trúc tinh thể khác Điều này đồng nghĩa với việc thuỷ tinh vô cơ không có một "điểm giòn" rõ ràng, nghĩa là không có một ngưỡng nhất định của áp suất hay lực tác động mà khi vượt qua sẽ gây ra vỡ vụn hay nứt vỡ của vật liệu

Thay vào đó, thuỷ tinh vô cơ thường có tính chất "giòn" (brittle) tức là có xu hướng vỡ vụn mà không có khả năng chịu biến dạng nhiều trước khi vỡ Khi áp lực hoặc lực tác động vượt quá mức chịu đựng của thuỷ tinh, nó sẽ vỡ thành các mảnh nhỏ hoặc nứt vỡ mà không có khả năng đàn hồi hay chịu tải trọng tiếp.

Ứng dụng của hạt thuỷ tinh

2.2.1 Ứng dụng trong một số ngành công nghiệp phổ biến

- Ngành dược phẩm: hạt thuỷ tinh có vai trò quan trọng trong việc sản xuất dụng cụ bảo quản và vận chuyển thuốc Nổi bật nhất là bảo quản vaccine chống COVID-19 [9]

- Công nghệ môi trường: hạt thuỷ tinh có thể được sử dụng trong công nghệ môi trường như là một phương tiện hấp thụ và tách chất ô nhiễm trong quá trình xử lý nước thải và xử lý khí thải [10]

- Công nghiệp điện tử: hạt thuỷ tinh được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm điện tử như mạch in, linh kiện và vi mạch Fairfield, NJ - Bộ phận Vật liệu GBC của Morgan Advanced Ceramics (MAC) chuyên sản xuất hạt thủy tinh cỡ micro cho ngành công nghiệp điện tử, nhằm tạo ra các lớp bảo vệ cho các linh kiện điện tử trong IC khỏi các yếu tố thời tiết [11]

- Công nghệ in ấn: hạt thuỷ tinh có thể được sử dụng trong công nghệ in ấn để tạo ra các hiệu ứng đặc biệt như đánh bóng và hiệu ứng ánh sáng trong các sản phẩm in ấn Ngoài ra còn có vai trò là chất độn trong vật liệu in 3D

Các sản phẩm có ứng dụng hạt thuỷ tinh đã và đang được sử dụng rộng rãi trên khắp mọi nơi trên thế giới do nhiều ưu điểm mà nó mang lại

2.2.2 Ứng dụng trong vật liệu xây dựng

Một số ứng dụng cụ thể của hạt thuỷ tinh trong bê tông:

- Tăng cường cơ học: hạt thuỷ tinh có khả năng tăng cường cơ học của bê tông Có báo cáo cho thấy khi kích thước hạt càng nhỏ, độ dẫn nhiệt và mật độ của khối vật liệu càng giảm trong khi cường độ nén lại tăng, hạt thuỷ tinh tạo ra các cầu nối cơ học trong ma trận bê tông, nó đóng vai trò như một loại vật liệu liên kết Do đó nâng cao tính chất chịu tải, chống nứt và chống biến dạng của bê tông [12]

- Giảm trọng lượng: so với cốt liệu truyền thống như sỏi, hạt thuỷ tinh có khối lượng nhẹ hơn Sử dụng hạt thuỷ tinh trong bê tông có thể giảm trọng lượng tổng thể của kết cấu xây dựng, làm giảm tải trọng và sức căng lên các thành phần kết cấu

- Cải thiện tính chống thấm: hạt thuỷ tinh có tính chống thấm tốt hơn so với các vật liệu truyền thống như sỏi Khi sử dụng trong bê tông, hạt thuỷ tinh giúp tăng cường tính chống thấm của vật liệu, làm giảm sự thâm nhập của nước và các chất lỏng khác qua các lỗ và khe hở trong bê tông

Tính năng thân thiện với môi trường của bê tông có hạt thủy tinh tái chế giúp giảm đáng kể tác động tiêu cực đến môi trường Bằng cách tái sử dụng các hạt thủy tinh bỏ đi, bê tông này góp phần bảo tồn tài nguyên thiên nhiên, giảm lượng chất thải rắn và lượng khí thải carbon dioxide (CO2) sinh ra từ việc sản xuất xi măng Nhờ đó, bê tông có hạt thủy tinh tái chế trở thành một giải pháp xây dựng xanh và bền vững, thúc đẩy sự phát triển của các công trình thân thiện với môi trường.

- Tính thẩm mỹ: hạt thuỷ tinh có thể có nhiều màu sắc và kích thước khác nhau, tạo ra hiệu ứng thẩm mỹ và độc đáo cho bề mặt bê tông Chúng có thể được sử dụng trong các ứng dụng trang trí như đường đi, sàn nhà, lối vào, hoặc các bề mặt bê tông trang trí khác

Hàm lượng hạt thuỷ tinh trong bê tông có thể thay đổi tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật của dự án xây dựng cụ thể Tuy nhiên, thông thường, hàm lượng hạt thuỷ tinh trong bê tông thường nằm trong khoảng từ 5% đến 20% theo thể tích của bê tông

Hạt thuỷ tinh trong nhựa đường, còn được gọi là hạt thuỷ tinh đường, là một thành phần quan trọng trong sự phát triển và cải thiện tính năng của bề mặt đường Trong ngành xây dựng đường bộ, hạt thuỷ tinh có thể được sử dụng để cải tiến khả năng chỉ dẫn và báo hiệu của vạch kẻ đường, phổ biến bao gồm: [13]

- Đường phủ phản quang: hạt thuỷ tinh được trải trên bề mặt nhựa đường còn ẩm sau khi thi công, tạo ra một lớp phủ phản quang Điều này giúp tăng cường độ sáng và tăng khả năng nhìn thấy của đường vào ban đêm

- Đường phân tách làn: hạt thuỷ tinh cũng được sử dụng để tạo ra đường phân tách làn Khi hạt thuỷ tinh được trải trên bề mặt đường được phủ nhựa, chúng giúp loại bỏ mờ mịt và tạo ra đường phân tách rõ ràng giữa các làn đường

Hạt thủy tinh phản quang không chỉ được ứng dụng trong sơn kẻ đường mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các đường chỉ dẫn và biển báo phản quang Nhờ khả năng phản chiếu ánh sáng xuất sắc, hạt thủy tinh giúp tăng cường khả năng quan sát của người lái xe, đặc biệt vào ban đêm và trong điều kiện thời tiết xấu Bằng cách này, hạt thủy tinh góp phần hướng dẫn người lái xe an toàn, giảm nguy cơ tai nạn giao thông.

Một số máy nghiền có trên thị trường

2.3.1 Máy nghiền hàm PE (China)

Bảng 2.2 Thông số máy nghiền hàm PE

Kiểu máy Mẫu máy Kích cỡ vào (mm)

- Khoang nghiền sâu, tỷ lệ nghiền lớn và nhiều ứng dụng, do đó thủy tinh có độ cứng khác nhau như chai bia và cửa sổ kính ô tô cũng có thể được nghiền bằng cách ép, mài và các phương pháp khác

- Đây là máy nghiền thủy tinh có năng suất cao với công suất từ 1 đến 2.200 tấn mỗi giờ và nó có một loạt các mô hình hoàn chỉnh để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của người dùng

- Bề mặt tấm kẹp dễ bị tổn thương sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến công việc nghiền ngay khi máy bắt đầu chạy Do đó, người vận hành nên theo dõi kịp thời trạng thái của tấm hàm để kiểm soát kích thước xả trong phạm vi quy định

2.3.2 Máy nghiền búa PC (China)

Nghiền trực tiếp từ đá nguyên liệu thành cát thủy tinh đạt kích thước hạt nhỏ, đồng đều, hình khối và ít bị nghiền quá mức Quá trình nghiền một lần này không cần thực hiện thêm các công đoạn nghiền thứ cấp và tạo hình, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất Kết quả thu được là cát thủy tinh chất lượng cao, lý tưởng để sử dụng trong sản xuất thủy tinh, giúp nâng cao hiệu suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

- Kích thước đầu ra có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh khoảng cách sàn ở cổng ra Máy nghiền thủy tinh có nhiều ứng dụng, thiết kế kết cấu tiên tiến, nền nhỏ, tiếng ồn thấp và ít ô nhiễm

- Máy nghiền búa thủy tinh dễ bị tắc nghẽn khi xử lý vật liệu thủy tinh dính và ướt, do đó gây ra thời gian chết, yêu cầu độ ẩm của vật liệu không được vượt quá 10%

- Trong khi nghiền vật liệu thủy tinh khô, rất dễ tạo ra bụi Bụi sẽ xâm nhập vào ổ trục và trộn với dầu mỡ, dẫn đến khả năng bôi trơn kém và làm hỏng ổ trục

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật máy nghiền búa PC

Mẫu máy Đầu vào (mm) Đầu ra (mm) Công suất (m³/giờ)

2.3.3 Máy nghiền hợp chất (China)

Hình 2.5 Máy nghiền hợp chất [14]

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật máy nghiền hợp chất

Mẫu máy Năng suất (tấn/giờ) Công suất (kW)

Máy được thiết kế chuyên dụng để nghiền nát vật liệu thủy tinh có độ ẩm cao mà không bị tắc nghẽn Hàm lượng độ ẩm của vật liệu khi đưa vào có thể đạt tối đa 8%.

- Áp dụng một cơ chế điều chỉnh đàn hồi để tự động đưa các vật liệu không thể phá vỡ ra ngoài mà không gây ra bất kỳ hư hỏng nào cho máy khởi động

- Hiệu suất làm việc ít bị ảnh hưởng bởi độ ẩm của vật liệu Sản phẩm có định dạng khối, có mật độ lớn và ô nhiễm sắt nhỏ, cải thiện hiệu quả cho việc tái chế thủy tinh

- Tiếng ồn thấp (thấp hơn 75 dB) và ít ô nhiễm bụi hơn

- Hiệu suất giới hạn: máy nghiền hợp chất có thể gặp khó khăn trong việc nghiền những hợp chất có tính chất vật lý đặc biệt như độ cứng cao, độ nhớt lớn hoặc kích thước hạt lớn

- Mài mòn: đặc biệt khi nghiền các hợp chất có tính chất cứng hoặc chứa các tạp chất gồm kim loại hoặc vật liệu gây mài mòn khác Điều này đòi hỏi việc bảo dưỡng thường xuyên và thay thế linh kiện để duy trì hiệu suất của máy nghiền

- Tiêu thụ năng lượng cao: máy nghiền hợp chất thường tiêu tốn một lượng lớn năng lượng để hoạt động, đặc biệt là khi nghiền các hợp chất cứng và khó nghiền Điều này có thể gây ra tăng chi phí vận hành và gây tác động tiêu cực đến môi trường

2.3.4 Máy nghiền cuộn PG (China)

Hình 2.6 Máy nghiền cuộn thuỷ tinh [14]

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật máy nghiền cuộn PG

Mẫu máy Đường kính trục cuộn (mm)

Chiều rộng trục cuộn (mm)

Kích thước đầu ra (mm)

Công suất động cơ (kW)

- Đầu ra lớn, sản lượng có thể tăng 30-40% khi nghiền chai thủy tinh Tiết kiệm năng lượng hơn trong quá trình nghiền

- Cơ chế nghiền vật liệu bằng cách ép và có một cổng ra có thể điều chỉnh dễ dàng để đáp ứng các nhu cầu kích cỡ đầu ra khác nhau

- Thiết kế đơn giản, diện tích nhỏ, dễ dàng lắp đặt và thay thế phụ kiện

- Được trang bị bảng chống bụi, phễu cấp liệu chống văng và nắp bảo vệ, nó tránh được bụi thủy tinh bắn vào Nó cũng đảm bảo sự an toàn của người vận hành và cải thiện hơn nữa hiệu suất của máy nghiền

Cơ sở lý thuyết về nghiền

2.4.1 Các phương pháp nghiền vật liệu

Theo tài liệu [15], các phương pháp nghiền phổ biến hiện nay như:

• Nghiền nén: nghiền nén được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khai thác mỏ và tổng hợp để giảm kích thước của đá, quặng và các vật liệu khác Máy nghiền hàm, máy nghiền hồi chuyển và máy nghiền hình nón là những máy được sử dụng phổ biến để nghiền nén

• Nghiền va đập: máy nghiền va đập là loại máy đa năng có thể xử lý nhiều loại vật liệu Sử dụng nguyên lý va đập nhanh để nghiền nát vật liệu Vật liệu được đưa vào buồng hoặc rotor, và búa hoặc thanh thổi quay tốc độ cao va đập vào vật liệu, khiến vật liệu vỡ thành các mảnh nhỏ hơn Máy nghiền va đập thường được sử dụng trong ngành xây dựng và khai thác mỏ để nghiền các vật liệu có độ cứng cao như đá vôi, thuỷ tinh, bê tông và nhựa đường

• Nghiền ma sát: nghiền ma sát là phương pháp dựa vào sự va chạm lặp đi lặp lại giữa các hạt vật chất để phá vỡ chúng Thường được sử dụng cho các vật liệu không dễ bị nghiền nát bằng các phương pháp khác Khi

Trang 20 nghiền, vật nghiền tác động và nghiền vật liệu, khiến vật liệu bị vỡ ra Phương pháp này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như khai thác mỏ, sản xuất xi măng và chế biến hóa chất

• Nghiền cắt: nghiền cắt bao gồm việc tác dụng một lực cắt lên vật liệu, khiến vật liệu bị phá vỡ theo mặt phẳng yếu tự nhiên của nó Phương pháp này đặc biệt phù hợp với các vật liệu có cấu trúc dạng sợi hoặc kéo dài như gỗ, nhựa và một số khoáng chất

Những phương pháp nghiền vật liệu này cung cấp nhiều lựa chọn để phù hợp với các loại vật liệu khác nhau và kết quả mong muốn Việc lựa chọn phương pháp nghiền thích hợp với nhu cầu sử dụng, phụ thuộc vào các yếu tố như sau:

- Tính chất vật liệu: đối với thuỷ tinh có độ cứng và độ bền cao phù hợp với phương pháp nghiền nén và nghiền va đập

- Kích thước hạt yêu cầu: đảm bào đồng đều và có thể điều chỉnh kích thước sản phẩm, phù hợp với phương pháp nghiền va đập

- Khả năng kỹ thuật: với quy mô cỡ nhỏ và kết cấu không quá phức tạp, phương pháp nghiền va đập hoàn toàn phù hợp

- Ứng dụng cụ thể: ứng dụng trong vật liệu xây dựng như xi măng, vữa xây, nhựa đường

- Tác động môi trường: đa phần các xí nghiệp, nhà máy đều được xây dựng ở ví trí dân cư thưa thớt nhằm giảm thiểu tiếng ồn, cũng như là chất thải khi vận hành

Kết luận: phương pháp nghiền va đập thường được sử dụng cho các vật liệu cứng và vật liệu giòn, cần tác dụng lực lớn để có thể làm nứt vỡ vật liệu Lựa chọn phương pháp nghiền va đập cho vật liệu thuỷ tinh vô cơ có độ cứng và giòn cao cùng với quy mô cỡ nhỏ là hoàn toàn phù hợp

2.4.2 Các chu trình nghiền va đập

Chu trình nghiền hở (Open Circuit Grinding) và chu trình nghiền kín (Closed Circuit Grinding) là hai phương pháp nghiền được sử dụng trong quá trình nghiền và phân loại vật liệu Dưới đây là mô tả về hai chu trình này:

• Chu trình nghiền hở (còn được gọi là chu trình mở) là quá trình nghiền vật liệu trong một không gian không bị kín lại Vật liệu được đưa vào máy nghiền và sau đó bị nghiền bởi các bộ phận nghiền

- Ưu điểm: dễ dàng thay thế phụ tùng nghiền và bảo dưỡng máy Không gây áp suất và nhiệt độ cao trong quá trình nghiền Dễ dàng kiểm soát quá trình và tháo lắp vật liệu

- Nhược điểm: mất mát vật liệu và môi trường do quá trình nghiền mở

Có thể tạo ra ô nhiễm môi trường (bụi, tiếng ồn, và khí thải) Không thích hợp cho việc xử lý các vật liệu nhạy cảm nhiệt

Hình 2.7 Sơ đồ chu trình nghiền hở

• Chu trình nghiền kín (còn được gọi là chu trình đóng) là quá trình nghiền vật liệu trong một không gian kín, thường được điều khiển bằng hệ thống chân không hoặc hệ thống khí quyển

- Ưu điểm: giảm mất mát vật liệu và ô nhiễm môi trường Kiểm soát tốt hơn quá trình nghiền và thu hồi các chất thải Thích hợp cho việc xử lý các vật liệu nhạy cảm nhiệt

- Nhược điểm: yêu cầu hệ thống kín và phức tạp hơn Cần thiết lập áp suất và điều kiện chân không hoặc khí quyển Có thể yêu cầu quá trình bảo trì và thay thế phụ tùng phức tạp hơn

Hình 2.8 Sơ đồ chu trình nghiền kín

2.4.3 Giới thiệu các máy nghiền va đập

Hiện nay, có nhiều loại máy nghiền sử dụng phương pháp nghiền va đập phổ biến trên thị trường, tiêu biểu là máy nghiền bi và máy nghiền búa:

- Máy nghiền bi: hoạt động bằng cách đặt một số lượng lớn các bi nghiền cùng với vật liệu cần nghiền vào trong thùng chứa Khi thùng chứa quay, các bi nghiền va đập với vật liệu cần nghiền, tạo ra lực ma sát và va đập giữa các bi nghiền và vật liệu, dẫn đến nghiền và pha trộn hiệu quả

Hình 2.9 Kết cấu lồng máy nghiền bi [16]

Máy nghiền búa

Hình 2.11 Kết cấu máy nghiền búa [15]

- Khi máy nghiền búa hoạt động, trục rotor (6) quay kéo theo cánh búa (2) quay và búa đập (3) gắn trên cánh búa

- Vật liệu được đập vỡ bởi các búa đập (3) đang chuyển động và ma sát với các thanh ghi (4)

- Sau một quá trình đập, hạt vật liệu đạt kích thước mong muốn sẽ rơi xuống thông qua tấm sàng lọc (5)

Theo tài liệu [15], các công thức tính toán, đơn vị về thiết kế máy nghiền búa như sau:

• Vận tốc đầu búa đập

Có thể chọn vận tốc của búa đập theo tài liệu [15] trang 95, như sau:

- Máy đập thô và vừa, chọn v 1 25 m/s

- Máy đập nhỏ và mịn, chọn v 1 %  m/s

Khi rotor quay, búa đập tích trữ một động năng lớn và khi búa đập vào khối vật liệu thì búa sẽ biến động năng của mình thành công đập làm cho khối vật liệu bị vỡ ra Động năng của búa đập sinh ra xác định theo công thức (5-1), tài liệu [15]:

Trong đó: m – khối lượng của búa (kg) v 1 - vận tốc của búa trước khi đập (m/s) Động năng còn lại của búa sau khi đập được tính theo công thức (5-2), tài liệu [15]:

E = m v (N.m) v 2- vận tốc của búa sau khi đập (m/s)

Do đó, động năng của búa truyền cho khối vật liệu theo công thức (5-3) và (5-4), tài liệu [15]:

Với v 2 =.v 1 ( - hệ số hồi phục phụ thuộc hình dáng và bản chất của vật liệu đem đập và vật liệu làm búa)

Công cần thiết để phá vỡ vật liệu theo công thức (5-5), tài liệu [15]:

D h - đường kính hạt vật liệu (m)

E - môdun đàn hồi của vật liệu đem đập (N/m 2 )

 - ứng suất phá vỡ cục vật liệu (N/m 2 ) Như vậy, điều kiện để búa đập vỡ vật liệu theo công thức (5-6), tài liệu [15]:

Từ đây, tìm được khối lượng búa đập, bằng:

Trong đó: D h - đường kính hạt vật liệu (m)

E - môdun đàn hồi của vật liệu đem đập (N/m 2 )

 - ứng suất phá vỡ cục vật liệu (N/m 2 )

• Vị trí chốt treo búa trên búa đập

- Khoảng cách từ trục rotor đến chốt treo búa: 3

Trong đó: D r (m) - đường kính rotor

- Khoảng cách từ bề mặt làm việc của búa đến chốt treo búa thường được chọn theo thực nghiệm: l b =0, 4.R(m) (2.6)

Các thông số cơ bản của máy đập búa là đường kính rotor D r (đường kính mâm búa) và chiều dài rotor L r Các máy đập búa hiện đại có tỉ số thường được xác định theo công thức sau, theo tài liệu [15]:

Năng suất máy đập búa xác định theo các công thức thực nghiệm (5-14) và (5-15) tài liệu [15]:

= (vòng/phút) – số vòng quay rotor (2.10)

D r , L r - là đường kính và chiều dài rotor (m)

Từ công thức (2.9), (2.10) và (2.11) ta thu được công thức xác định năng suất:

• Công suất động cơ điện Đối với máy đập thô và đập vừa, có thể sử dụng một trong những công thức (5-19), (5-20) và (5-21) tài liệu [15]:

Hoặc: N dc = ( 0,1 0,15  ) Q i (kW) (2.15) Trong các công thức trên:

D r , L r - là đường kính và chiều dài rotor (m) i - mức độ đập nghiền

Trang 28 n - số vòng quay của rotor (vòng/phút)

Q - năng suất của máy (m 3 /h) Để đề phòng trường hợp quá tải, cần phải chọn động cơ điện có công suất lớn hơn công suất tính ở trên

Theo công thức (2.1), động năng do i b búa đập sinh ra bằng:

Suy ra phần động năng để sinh ra công đập vật liệu sẽ là:

E =K E Trong đó: i b - số lượng búa trong rotor m - khối lượng một búa (kg) v 1 - vận tốc đầu của búa (m/s)

K - hệ số phụ thuộc vận tốc vòng của búa, chọn như sau:

Bảng 2.7 Hệ số phụ thuộc vận tốc vòng búa v (m/s) 17 23 30 40

Sau khi biết được công đập vật liệu E 1 và công suất động cơ N dc :

Trong đó: T(s) – chu kỳ một vòng quay của động cơ

Từ công thức (2.16) xác định được số lượng búa trong rotor:

Khi khối vật liệu rơi vào máy thì nó chuyển động thẳng đứng nhanh dần đều với gia tốc của lực trọng trường g (m/s 2 )

Khoảng cách từ đầu búa tới vị trí đập thường lấy bằng

D r và thời gian khối vật liệu rơi hết khoảng cách này là:

Thời gian quay hết góc đặt búa là:

= k n (s) (2.19) Điều kiện để khối vật liệu bị búa đập vỡ là thời gian khối vật liệu rơi từ đầu búa tới vị trí đập bằng thời gian búa quay hết góc đặt búa

Từ công thức (2.18), (2.19) và điều kiện (2.20):

Từ đây ta rút ra số lượng búa giữa hai đĩa treo búa theo công thức (5-22), tài liệu [15]:

Trong đó: D r - đường kính rotor (m) g - gia tốc trọng trường (m/s 2 ) n - số vòng quay của rotor (vòng/phút) k - số lượng búa giữa hai đĩa treo búa

Số lượng búa giữa hai đĩa treo búa thường là bội của 3 hoặc 4

2.5.2 Một số bộ phận chính

Búa đập là bộ phận làm việc chính của máy đập búa Hình dáng, trọng lượng và vật liệu chế tạo của búa có liên quan trực tiếp đến tính chất của vật liệu đem đập, đến năng suất và độ mịn của sản phẩm Thường được chế tạo từ vật liệu chịu mòn cao như thép mangan hoặc thép cacbon thường có phủ một lớp hợp kim cứng hoặc thép crom Với sự phổ biến của thép cacbon thường trong thị trường vật liệu, quyết định dùng thép cacbon thường để chế tạo búa đập

Tuỳ thuộc vào tính chất của vật liệu đem đập và kích cỡ của sản phẩm mà búa đập được chế tạo có những hình dạng khác nhau

Chia các dạng búa ở hình sau thành 3 loại:

- Dạng búa a và c: thường đập thô và đập các vật liệu có độ cứng trung bình hoặc mềm

- Dạng búa d và đ: đập thô và đập vật liệu cứng

- Dạng búa b: dùng để đập vừa và nhỏ

Nguyên tắc khi thiết kế búa đập

- Đập thô: cần dùng búa có trọng lượng lớn nhưng số lượng búa không cần nhiều

- Đập vừa và nhỏ: dùng búa có trọng lượng nhỏ nhưng số lượng búa nhiều a b c d đ

(a) Búa một đầu (b) Búa xoắn (c) Búa hai đầu

(d) Búa đầu vuông (đ) Búa đầu dạng thang vuông

Hình 2.12 Các hình dạng của búa đập [15]

2.5.2.b Đĩa treo búa (cánh búa)

- Tuỳ thuộc vào chức năng của máy đập búa, cánh búa có thể được chế tạo với nhiều hình dáng khác nhau như cánh tròn, cánh chữ nhật và cánh tam giác Trên cánh búa có các lỗ để xuyên các chốt treo búa

- Số búa trên cánh búa có thể từ 2, 3, 4, 6 và 8 Máy dùng để đập nhỏ và mịn thì số búa trên cánh búa thường là 6 hoặc 8

(a) (b) (c) Cánh búa tròn Cánh búa chữ nhật Cánh búa tam giác

Hình 2.13 Các hình dạng của cánh búa [15]

- Ghi chiếm khoảng 135 0 – 180 0 vòng tròn do búa vạch nên

- Ghi có thể là một tấm lớn hoặc gồm nhiều tấm nhỏ ghép lại

- Lỗ ghi thường lớn hơn kích thước trung bình của liệu ra từ 1,5 – 2 lần

- Khe hở giữa mặt đầu của búa khi quay với bề mặt ghi khoảng 10 – 15 mm, do đó vật liệu thường bị chà xát thêm trên mặt ghi

- Khe hở giữa các thanh ghi quyết định kích thước sản phẩm dưới sảng lọc

- Ghi thường làm bằng thép mangan

- Được làm bằng thép dày khoảng 10 - 20 mm

- Vỏ máy được thiết kế đặc biệt có thể dễ dàng mở ra và đóng lại để xem cấu tạo bên trong, sửa chữa hoặc làm vệ sinh máy

Hình 2.15 Vỏ máy nạp liệu theo phương thẳng đứng [17]

Hình 2.16 Vỏ máy nạp liệu theo phương tiếp tuyến [17]

ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Dữ liệu ban đầu

Thiết kế máy nghiền thuỷ tinh vô cơ cỡ nhỏ phục vụ cho các cơ sở sản xuất nhỏ như xí nghiệp nhỏ, hộ gia đình:

- Kích thước đầu vào D h : 20÷30 Chọn giá trị tính toán D h %(mm)

- Kích thước đầu ra d: dưới 5 (mm)

Hình 3.1 Quy trình tổng quát

Thu gom rác thuỷ tinh dạng chai, lọ

Làm vỡ đến kích thước phù hợp

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý tổng thể

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý tổng thể

Thủy tinh (1) qua phễu cấp liệu (2) được đưa vào buồng máy Búa đập (5) sẽ nghiền thủy tinh đến kích thước phù hợp để lọt qua sàng lọc (3) gọi là sản phẩm (4).

Phương án thiết kế

Sau khi tham khảo những thiết kế hiện có trên thị trường, tiến hành phân tích những khía cạnh quan trọng kết hợp với yêu cầu đề tài cũng như khả năng thực hiện để chọn được phương án phù hợp nhất

Hướng nạp liệu sẽ ảnh hưởng đến cách vận hành, bộ khung của máy và kích thước đầu ra của vật liệu Có hai cách nạp liệu thông thường:

• Nạp liệu vào máy theo phương tiếp tuyến với đường tròn do búa quay: vật liệu sẽ được nghiền và trải dài liên tục theo vòng quay của búa, điều này giúp kích thước đầu ra đồng đều Hướng nạp liệu này phù hợp với vật liệu có kích thước vừa và nhỏ, dễ dàng được nghiền đều theo vòng quay của búa Việc cấp liệu không yêu cầu liên tục nên có thể thực hiện dễ dàng bằng thao tác thủ công

Hình 3.3 Hướng nạp liệu tiếp tuyến [15]

• Nạp liệu vào máy theo phương thẳng đứng từ trên xuống: vật liệu sẽ được nghiền thông qua sự va đập của búa và thành trên của máy Hướng nạp liệu này phù hợp với vật liệu có kích thước ban đầu lớn cần giảm kích thước để dễ dàng vận chuyển, thường được áp dụng trong việc khai thác khoáng sản Việc cấp liệu yêu cầu tính liên tục nên thường sử dụng băng tải để cấp liệu, khó thực hiện bằng thao tác thủ công, nếu quá trình cấp liệu không được đồng đều sẽ làm giảm hiệu suất của máy

Hình 3.4 Hướng nạp liệu thẳng đứng [15]

Kết luận: vật liệu chúng ta dùng là thủy tinh, có kích thước vừa và nhỏ, đồng thời thao tác máy sẽ là thủ công để dễ dàng thực nghiệm cũng như kiểm soát chất lượng của kích thước đầu ra Dựa vào điều này chúng ta chọn phương án cấp liệu theo phương tiếp tuyến với đường tròn do búa quay tạo ra

3.2.1.b Theo phương thức treo búa

Búa là bộ phận quan trọng của máy nghiền búa, việc thiết kế búa trên cánh búa sẽ ảnh hưởng nhiều đến qua trình hoạt động của máy Có hai cách thiết kế búa chủ yếu là:

Búa treo tự do được thiết kế để bung ra khi rôto quay, tạo lực va đập mạnh trong quá trình nghiền Cấu trúc này ngăn chặn búa va chạm với vật liệu cứng, giảm thiệt hại va đập và mài mòn Phương pháp treo búa tự do thích hợp cho máy nghiền nhỏ và nghiền vật liệu có độ cứng từ trung bình đến thấp.

Hình 3.5 Búa treo tự do [19]

- Búa được cố định vào trục làm việc: cách gắn này giúp tạo thành một khối liền mạch tạo ra một lực va đập lớn Phù hợp với các vật liệu có độ cứng cao, kích thước lớn Thường được sử dụng trong các máy nghiền khai thác khoáng sản Tuy nhiên, phương án này không phù hợp với việc thay thế và sửa chữa khi các búa bị mòn, hư hỏng

Hình 3.6 Búa cố định vào trục chính [20]

Để đảm bảo thuận tiện cho công tác sửa chữa và thay thế các búa đập trong tương lai, giải pháp lựa chọn là sử dụng búa treo tự do.

3.2.1.c Theo phương thức truyền chuyển động Để chọn được động cơ phù hợp chúng ta sẽ xem xét cách truyền động giữa trục động cơ và rotor, có hai cách truyền chuyển động là:

- Nối trục: trục động cơ nối trực tiếp với rotor mà không thông qua bất kì hệ truyền trung gian nào.

• Ưu điểm: cho phép truyền động chính xác, giúp đảm bảo hiệu suất của máy Thường được sử dụng trong máy truyền tải lực lớn.

• Nhược điểm: cần bảo trì định kỳ để đảm bảo về hiệu suất và tuổi thọ gây tốn nhiều chi phí, độ chính xác của trục có thể bị ảnh hưởng, gây ra lỗi chuyển động và mất mát hiệu suất.

Hình 3.7 Động cơ được nối trực tiếp với rotor [17]

- Bộ truyền đai: truyền chuyển động thông qua các bánh đai và dây đai

• Ưu điểm: cho phép truyền chuyển động linh hoạt giữa các trục không đồng trục hoặc không đồng phẳng, giúp tăng tính linh hoạt trong việc thiết kế và lắp đặt Giảm thiểu độ rung và tiếng ồn cũng như bảo vệ trục khi gặp tải quá mức hoặc va đập Dễ dàng bảo trì và thay thế cũng như chi phí đầu tư thấp

• Nhược điểm: có thể làm giảm hiệu suất truyền động và tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động Độ chính xác thấp nên yêu cầu sự chính xác trong việc tính toán

Hình 3.8 Sử dụng bộ truyền đai [17]

Kết luận: với việc hướng tới quy mô của máy là vừa hoặc nhỏ, nên việc tìm mua động cơ có thể nối trực tiếp với trục rotor sẽ tốn chi phí, bên cạnh đó cũng không linh hoạt trong việc điều chỉnh tốc độ Chọn phương án dùng bộ truyền đai để có thể linh hoạt trong thiết kế tính toán cũng như trong lắp đặt hệ thống máy

3.2.2 Kết luận phương án thiết kế Đề tài thiết kế máy nghiền thuỷ tinh vô cơ cỡ nhỏ hướng tới các yếu tố sau:

- Mức độ đập nghiền vừa và mịn

- Kích thước máy nhỏ, không chiếm nhiều diện tích

- Kết cấu không quá phức tạp, dễ vận hành, nạp liệu liên tục

- Dễ dàng sửa chữa hoặc thay thế khi cần thiết

- Chi phí đầu tư thấp

Kết luận: Thiết kế và chế tạo máy nghiền thuỷ tinh vô cơ cỡ nhỏ với:

- Nạp liệu liên tục theo cách thủ công

- Hướng nạp liệu tiếp tuyến với vòng búa

- Các búa đập treo tự do và bố trí lệch

- Sử dụng bộ truyền đai thang tăng tốc

Sơ đồ nguyên lý hoạt động cụ thể

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Mô tả nguyên lý hoạt động:

Thủy tinh (1) được đưa và giữ bên trong phễu cấp liệu (2) theo hướng mũi tên, cửa (12) để điều chỉnh lượng thủy tinh theo nhu cầu Khởi động động cơ điện (6), trục động cơ quay làm bộ truyền đai (5) quay Trục rotor (4) được cố định bằng ổ lăn (3) nhờ vào bộ truyền đai (5) sẽ bắt đầu quay Mâm búa (9) lắp trên trục chính quay Các búa đập (11) được ghép nối với mâm búa (9) thông qua chốt treo búa (10) chuyển động theo nguyên lý lực ly tâm và quay đều quanh trục (4) Búa đập bố trí xen kẽ với nhau nhằm tạo khoảng trống giúp nghiền vật liệu dễ dàng vừa tối ưu được khoảng không gian làm việc trong buồng máy Sau khi liệu đã vào buồng máy thông qua phễu cấp liệu (2), búa sẽ va đập vào liệu đến khi đạt được kích thước hạt phù hợp với những lỗ được thiết kế trên sàng (8), liệu sau khi sàng được chuyển đến thùng chứa (7) Tắt động cơ (6)

TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN ĐÃ CHỌN

Tính toán cụm búa đập

Có thể chọn vận tốc của búa đập theo tài liệu [15] trang 95 như sau:

- Máy đập thô và vừa, chọn v 1 25 m/s

- Máy đập nhỏ và mịn, chọn v 1 %  m/s

Với đối tượng hướng đến của đồ án thiết kế phù hợp cho các cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ như hộ gia đình, xí nghiệp nhỏ Chọn vận tốc v 1 = 15 (m/s)

Theo công thức (2.5), trong đó: D h = 0,025 (m)

4.1.2 Rotor và công suất máy

4.1.2.a Xác định kích thước rotor ( D L ) r , r

Xét thấy năng suất Q phụ thuộc vào tỷ số r r

D Cần xác định tỷ số r r

D phù hợp với năng suất yêu cầu Tỷ số r r

D được xác định dựa vào công thức (2.7) và các thông số D L n r , r , đảm bảo về mặt kết cấu cũng như thoả yêu cầu về năng suất Q và vận tốc búa v 1 cũng như mục đích của đề tài

D quyết định hình dạng của ống dẫn liệu cũng như lực đập của búa khi hoạt động

- Trường hợp nếu khoảng cách từ điểm trục tới bề mặt làm việc của búa đập dài (D r lớn hơn L r) sẽ tạo thành buồng nghiền hình chữ nhật đứng cao Điều này tạo nên lực đập lớn, phù hợp với mục đích nghiền mịn vật liệu Bên cạnh đó, khoảng cách này cũng giúp giảm bụi phát sinh trong quá trình hoạt động ở mức tối thiểu.

- Trường hợpD r L r phù hợp với mục tiêu

Thế Q =0, 2 (m 3 /giờ) và v 1 (m/s) vào công thức (2.11):

Thứ tự tính toán cho cho kết quả trong bảng 4.1:

- Gọi X là giá trị trong khoảng (0,65 0,95)

Bảng 4 1 Bảng kết quả tính toán giá trịD và r L r

Dựa vào giá trị các thông số ở bảng thống kê trên có thể thấy:

D tăng dẫn đến số vòng quay n tăng theo, số vòng quay càng lớn dẫn đến các chi tiết như trục rotor, ổ lăn nhanh chóng bị mòn và hư hỏng Thêm vào đó là nguy cơ rung lắc trong quá trình hoạt động

D tăng thì thông số D r giảm dần, khoảng cách từ bề mặt làm việc của búa đến trục rotor nhỏ dần dẫn đến lực đập nhỏ, hiệu quả đập nghiền thấp

Kết luận: Chọn tỉ số: r 0, 65 r

D 4.1.2.b Xác định vị trí chốt treo búa ( l , R ) b

- Khoảng cách từ trục rotor đến chốt treo búa:

- Khoảng cách từ bề mặt làm việc của búa đến chốt treo búa:

Công suất rotor đối với đập vừa theo công thức (2.14):

N = = (kW) Để đề phòng trường hợp quá tải ta phải chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất rotor Theo tiêu chuẩn ta chọn động cơ có công suất: N dc =3 (kW)

Theo mục (3.2.1), kết cấu máy có sử dụng bộ truyền đai thang tăng tốc với tỉ số truyền 1:2, chọn số vòng quay động cơ n d c 50 (vòng/phút)

Thông số động cơ điện: 3kW, 3 cực, 3 pha, nguồn điện 220/380V, 50Hz, 1450 vòng/phút

4.1.4 Số lượng búa và số lượng đĩa búa

Ta xác định được số lượng búa trong rotor theo công thức (2.17):

Trong đó: N dc =3 (kW), m=0, 2 (kg)

12.10 3 0,385.0, 2.15 2754, 6 7,54 i b = Thông thường số lượng búa là bội của 4 nên chọn số lượng búa i b =8 (búa)

4.1.4.b Số lượng đĩa treo búa ( i ): d

Trong đó: k – số lượng búa treo giữa hai đĩa búa

Trong thiết kế máy đập nghiền, số lượng búa treo giữa hai đĩa búa thường là bội của 3 hoặc 4 Đối với máy đập vừa và mịn có thể chọn k = 4 Do đó, số lượng búa b8i bằng 8, suy ra số lượng khoảng treo búa cũng bằng 8.

= = =k (khoảng) Vậy số đĩa treo búa: i d = + =2 1 3 (đĩa)

Bảng 4.2 Tổng hợp thông số tính toán cụm búa đập

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Khối lượng một búa m (kg) 0,2

Số lượng búa i b 8 Đường kính rotor D r (mm) D r 4

Số vòng quay rotor n r (vòng/phút) 2754,6

Tính toán bộ truyền đai thang tăng tốc

Tham khảo tài liệu [21] trang 50 – 75 (bao gồm công thức, hình ảnh và bảng biểu), tiến hành tính toán bộ truyền đai thang tăng tốc như sau

4.2.1 Thông số đầu vào lấy trên trục động cơ

- Công suất trên trục động cơ: N d c =3 (kW)

- Tốc độ quay trên trục động cơ: n d c 50 (vòng/phút)

- Tỉ số truyền cho bộ truyền đai: 1450

- Chọn loại đai và tiết diện đai:

Dựa vào công suất động cơ N d c =3 (kW) và n d c 50(vòng/phút) Theo hình 4.1, chọn đai thang thường tiết diện А

- Xác định đường kính 2 bánh đai:

Xác định đường kính bánh đai dẫn 𝑑 1 theo bảng 4.13:

Theo bảng 4.13: d 1 =1, 2.d min =1, 2.100 120= (mm) Chọn d 1 0 mm (tiêu chuẩn)

Kiểm tra vận tốc bánh đai dẫn (v =v 1 15m/s) theo công thức:

1 140 d = (mm) - đường kính bánh đai dẫn d c 1450 n = (vòng/phút) - tốc độ vòng trục động cơ Chọn hệ số trượt  =0, 02, ta tính được đường kính đai lớn:

- Tính lại tỷ số truyền thực tế:

Sai lệch tỉ số truyền (