thiết kế máy nghiền con lăn - đồ án máy xây dựng

Lời Nói Đầu Trong thời đại ngày nay khi mà nền khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì việc xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng là một yếu tố hàng đầu để có được một nền kinh tế công

MỤC LỤC

Phần 1 : Giới Thiệu Chung……… 2

I: Tổng Quan Chung……… 3

II:Kết Cấu Một Số Loại Máy Nghiền Con Lăn………4

Phần 2 : Tính Toán Thiết Kế……… 7

I: Đặc Tình Kỹ Thuật ……….7

II: Cấu Tạo ……… 7

III: Xác Định Góc Ôâm ……… 9

IV: Xác Định Tỷ Số Đường Kính Con Lăn Và Vật Ghiền……….9

V: Xác Định Tốc Độ Quay Trục Chính……….9

VI:Xác Định Năng Suất……….10

VII:Xác Định Công Suất Nghiền ………11

VIII: Xác Định Công Suất Động Cơ ……….13

IX: Xác Định Tỷ Số Truyền Hệ Dẫn Động Cơ Khí……… 14

X: Tính Toán Kích Thước Bánh Răng Cone………15

XI: Tính Bền Một Số Chi Tiết………21

XII: Tính Chọn Đường Kính Trục Chính……….22

Tài Liệu Tham Khảo ……… 27

Lời Nói Đầu

Trong thời đại ngày nay khi mà nền khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì việc xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng là một yếu tố hàng đầu để có được một nền kinh tế công nghiệp phát triển.Trong giai đoạn này hơn lúc nào hết chúng ta cần có nhiều nguồn nhân lực và vât lực để phát triển,những máy móc thiết bị phục vụ cho công cuộc xây dựng ngày càng cần thiết và trở nên quan trọng.Việc ra đời của những chiếc máy sản xuất vật liệu xây dựng là rất cần thiết và có ý nghĩa.Trong công cuộc chung đó, chúng em là những kỹ sư tương lai được phân công nhiệm vụ nghiên cứu tìm tòi để cho ra đời những cái máy hữu dụng hơn thiết thực hơn đưa vào sản xuất mong rằng sẽ đem lại nhiều lợi ích đất nước

Trong suốt thời gian tìm tòi và nghiên cứu chúng em luôn nhận được sự quan tâm hướng dẫn của các thầy cô trong bộ môn đặc biệt là cô Nguyễn Hồng Ngân, chúng em xin chân thàng cảm ơn những sự tận tình chỉ dạy đó vì đó là những kinh nghiệm qúy báu nhất mà sẽ giúp chúng em vững bước trên con đường khoa học kỹ thuật.Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng không thể tránh được những thiếu xót mong thầy cô tận tình góp ý và rộng lòng bỏ qua

Tp HCM ngày… tháng… năm2005

Sinh viên thực hiện Phạm Duy Quyết

Phần I: GIỚI THIỆU CHUNGI/ Khái niệm chung và phân loại máy nghiền con lăn

Trong sản xuất vật liệu xây dựng máy nghiền con lăn dùng để nghiền thô các loại vật liệu( kích thước cuối cùng 3÷8mm ) và nghiền nhỏ( kích thước đến 0,2÷0,5mm ) các vật liệu đất sét ướt, khô, thạch anh( SiO2 ), sa mot( vật liệu chịu lửa )

Về phương diện nghiền, máy nghiền con lăn kém hiệu quả hơn so với các loại máy nghiền khác (vi dụ máy nghiền trục) do tiêu hao năng lượng nhiều,cấu tạo cồng kềnh và phức tạp, chi phí lắp đặt,bảo dưỡng, sửa chữa lớn.Nó chỉ được dùng khi công nghệ sản xuất yêu cầu vừa nghiền vừa trộn vừa làm chặt và lam dẻo vật liệu

Các máy nghiền con lăn có thể phân loại theo kết cấu, đặc điểm công nghệ, khả năng tác dụng

1/ Theo kết cấu:

Gồm có các loại máy :

* Có chậu đứng yên còn quả lăn quay xung quanh trục thẳng đứng

* Có chậu quay và quả lăn đứng yên đối với trục thẳng đứng, nhưng lại quay quanh trục chính nó nhờ lực ma sát giữa chậu và quả lăn

* Có trạm dẫn động đặt trên hoặc đặt dưới, quả lăn có thể làm từ kim loại hoặc từ vật liệu phi kim loại

* Loại có lực ép bổ sung hoặc không có lực ép bổ sung

* Loại quả lăn đá được dùng cho việc nghiền các loại vật liệu không có kim loại, khi đó chậu máy cũng được phủ những tấm không đá( granit, kvarsit, đá đúc … )

2/ Theo đặc điểm công nghệ có

* Loại máy để nghiền ướt: độ ẩm vật liệu vượt 15%÷16%

* Loại nghiền khô hay bán khô: độ ẩm vật liệu không vượt quá 10%÷11%

* Loại nghiền trộn cho hỗn hợp có độ ẩm không vượt quá 10%÷12%

3/ Theo chế độ làm việc

* Loại làm việc liên tục vật liệu nạp và lấy ra liên tục

* Loại làm việc theo chu kỳ vật liệu được nạp vào máy (tuỳ theo kích thước máy) và nghiề khoảng 5-15phút kết thúc môt( chu kỳ làm việc

II/ Kết cấu của máy nghiền con lăn

1/ Máy nghiền ướt

1 6

2

5

Dùng để nghiền vật liệu có độ ẩm 15%÷16%

Kết cấu máy là loại máy làm việc liên tục dẫn động dưới, chậu đứng yên Máy nghiền lắp những tấm cào để gạt vật liệu ướt dính vào con lăn Vật liệu được nghiền sẽ được nén qua lỗ ở tấm cửa chặn, để cho lỗ khỏi bị bít người

ta làm lỗ hình côn rộng dần về phía dưới, trên đĩa rơi có dao gạt đưa vật liệu ra cửa tháo

Bộ phận công tác chính của máy gồm hai con lăn nghiền, lăn trên một mặt phẳng nào đó, khi lăn nhờ sức nặng mà mà nghiền vật liệu nằm trên đường lăn Hình trên là sơ đồ nguyên lý làm việc của máy nghiền dùng để nghiền ướt Phía đầu trên cũa trục chính có gắn khớp trục truyền (2) có lắp các khối lăn nghiền (3) và (4) Khi trục (1) quay làm các khối nghiền lăn trên mâm cố định )

2/ Máy nghiền khô

56

1

3

2

47

8

Thường là loại máy làm việc liên tục với chậu quay và trạm dẫn động đặt

ở phía trên Dùng để nghiền các loại vật liệu khô( bán khô ), sét, samot, thạch anh…

Do lực quán tính phát sinh khi con lăn quay theo trục thẳng nên không cho phép máy quay với tốc độ lớn nên năng suất của máy thấp Do đó còn có loại nghiền khô với kết cấu chặn quay, vật liệu nghiền xong sẽ được đi ra bằng lực

do vật liệu cứng lẫn trong đó nhờ cơ cấu dẫn hướng (7)

Đầu trên của trục (1) có lắp cặp bánh răng côn (6) nhận chuyển động từ động cơ qua hộp giảm tốc Đầu dưới trục (1) lắp moay ơ mâm Nửa trong, gần tâm mâm được chế tạo liền, nửa ngoài có lỗ dạng lưới sàng (8)

Các cánh gạt có tác dụng hướng vật liệu chưa nghiền tới vùng nghiền của khối nghiền và hướng vật liệu đã nghiền tới sàng (8) Lượng vật liệu không lọt qua mắt sàng lại được các cánh gạt hướng tới vùng nghiền Vật liệu qua được sàng rơi vào một mâm cố định để từ đó nhờ các cánh gạt đưa vào máng gom liệu

12 3

1110

Năng suất loại máy này đạt tới 75T / h chi phí năng lượng 0,7÷1kWh / T , khối lượng nghiền 5÷6,5T

Trục (11) của các khối nghiền (3) và (4) được lắp với giá treo (12), giá )

12

( liên kết với giá máy qua (13) và lò xo, độ cứng lò xo được tính chọn sao cho khi không tải khe hở giữa mâm và thành chắn chiếm khoảng 8 ÷ 10mm Khi làm việc, các khối nghiền được nâng lên lò xo tự do( không chịu kéo nữa ) Thiết kế máy như vậy dễ dàng khởi động, giảm tải trọng trên trục khối nghiền )

3

( và(4)

32

1

5

Ngoài các loại máy trên còn có các loại máy nghiền có khối lượng con lăn

nghiền nhỏ, lực nghiền phụ được tạo ra nhờ các lò xo, hệ thống thuỷ lực hay khí nén Hình trên là sơ đồ nguyên lý, cánh tay đòn (2) một đầu lắp khớp với giá cố định (1), đầu kia gắn với trục pittông của xi lanh (4) Trên (2) lắp các ổ đỡ của khối nghiền (3) Mâm quay (5) nhận chuyển động từ động cơ qua hộp giảm tốc và cặp bánh răng côn (6)

Ưu điểm của loại máy này là có kích thước gọn hơn, khối lượng nhỏ hơn các loại trên, có thể thay đổi dễ dàng áp lực tác dụng lên vật nghiền

Phần II: TÍNH TOÁN

I/ Đặc tính kỹ thuật của máy nghiền con lăn làm việc liên tục cho việc nghiền ướt với con lăn quay

1/ Kích thước con lăn

Đường kính: D=1, 2m

Chiều rộng: b=0,35m

Tổng khối lượng con lăn: m cl = 4T

Số vòng quay của trục thẳng đứng: n=0, 45 vòng/phú

2/ Khoảng cách từ tâm trục đến điểm giữa các con lăn

Con lăn trong: R1=0,9m

Con lăn ngoài: R2 =0,51m

3/ Các kích thước bao

3 2 4

1: Trục chính

2: Trục truyền

3: Con lăn trong

4: Con lăn ngoài

5: Chậu

6: Bánh răng côn

III/ Xác định góc ôm

α α

fP1

Sơ đồ xác định góc ôm

Góc ôm là góc α tạo giữa đường tiếp tuyến T với phương ngang cần phải lớn hơn một giá trị nào đó thì mới đảm bảo điều kiện để nghiền

Để xác định điều kiện góc ôm ta có các lực tác dụng sau

P: áp lực lên cục vật liệu, chia thành hai thành phần Psinα và Pcosα

Pf : lực ma sát giữa cục vật liệu và con lăn sinh ra bởi áp lực, cũng được chia

ra thành hai thành phần Pf sinα và Pf cosα

1

P : áp lực của cục vật liệu lên đáy chậu

Điều kiện để cục vật liệu đi vào máy

Psinα ≤ fPcosα + fP1

Chiếu các lực lên phương đứng

P1−Pcosα − fPsinα =0⇒P1 =P(cosα + f sinα)

Thay giá trị P1 vào ta được

Psinα ≤ fP(cosα − f sinα)+ fPcosα

Chia hai vế cho Pcosα và thay f =tgϕ( ϕ: góc ma sát ) Cuối cùng ta có:

Đối với đất sét ướt: f =0,45⇒ϕ =24,2o

Vậy góc ôm là: α =48,4o

IV/ Xác định tỉ số giữa đường kính con lăn và kích thước cục vật liệu nghiền

4,48cos1cos1

cos12

2

cos2

Vậy kích thước cục vật liệu vào khoảng 360mm

V/ Xác định tốc độ quay của trục chính

Đối với các máy nghiền con lăn có chậu đứng yên,lực li tâm chỉ tác động

lên các khối nghiền được bố trí với khoảng cách khác nhau tính từ tâm trục chính nhằm tăng năng suất thường người ta chọn R2=(1.45-1.60)R1

Nhưng ở lọai máy nghiền CM 365 người ta thiết kế khoảng cách các con lăn trong và ngoài bằng nhau vì loại này bề rộng con lăn lớn,và người ta bố trí các thanh gạt sole nhau dể có thể gạt hết phần vật liệu nghiền vào vùng làm việc của con lăn Do đó ta chọn khối lượng của hai con lăn bằng nhau và tốc độ quay của trục chính phải đảm bảo cho các hạt vật liệu nghiền không bị văng ly tâm ra thành chậu

Năng suất thể tích

Diện tích được quét bởi con lăn trong sau một vòng quay.

b D

F k1 =π 1

Trong đó:

m R

D1=2 1 =1,8 : hai lần khoảng cách từ trục thẳng đứng con lăn đến tâm con lăn gần

0,35

b= m chiều rộng con lăn

Diện tích được quét bởi con lăn ngoài sau một vòng quay

b D

VII/ Xác định công suất nghiền

Xác định khối lượng các con lăn

N : công suất tiêu tốn cho thanh cào

Lực kéo cần thiết để làm một con lăn quay

P=G.µ

Trong đó

G: áp lực( trọng lượng ) của con lăn lên đáy chậu

µ =0,08: hệ số kéo.

Lực kéo cần thiết để làm con lăn trong quay

ra

rc b

r

Sơ đồ xác định vận tốc trượt của con lănVận tốc của các điểm trên con lăn

v a =2π.r a.n; v b =2π.r b.n; v c =2π.r c.n

Ta thấy chỉ có điểm giữa khi lăn là không bị trượt còn lại mọi điểm khác đều

bị trượt ít hay nhiều, càng xa điểm giữa càng bị trượt nhiều

Giá trị trượt lớn nhất sẽ được xác định bởi hiệu vận tốc của điểm a và b với

VIII/ Xác định công suất động cơ

Hiệu suất tổng: η =ηc.ηol3.ηbr2.ηk3 =0,94.0,983.0,982.13 =0,85

η : hiệu suất khớp

Công suất cần thiết của động cơ

Số vòng quay: n o =1480vg ph/

IX/ Xác định tỉ số truyền của hệ dẫn động

Tỉ số truyền của hệ

1470 54, 44

27

o t

n u n

u : tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Chọn sơ bộ:

t c

Để chế tạo bánh dẫn và bánh bị dẫn ta chọn thép 40Cr được tôi cải thiện với các số liệu sau:

Đối với bánh dẫn: σb =930MPa,σch =690MPa,HB=260 280

Đối với bánh bị dẫn: σb =830MPa,σch =540MPa,HB=230 260

Ứng suất tiếp xúc cho phép theo công thức (5.86, [II])

HL H

xH L V R

o H

S

Z Z Z Z

K : hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng

Chọn sơ bộ: Z R Z V Z L K xH =0,9

1.9,0.610]

MPa

1,1

1.9,0.570]

o F FL F

FC x R

o F

K K

S

Y Y Y

F FL

o F

2

1.5,472]

MPa S

K

F FL

o F

2

1.5,437]

2

][)1(.1

H c be be

H c

R e

u K K

K M u

Khi độ rắn mặt răng HB< 350 thì z1 =1,6z1p =1,6.27,5=44

Trong đó: z1p =27,5(bảng 6.22, [II])

Tính đường kính trung bình và môdun trung bình

1 (1 0,5 ) 1 (1 0,5.0, 25).267,18 233,78

1 1

233,78

5,3144

m tm

44,53

5, 25

m tm

t

z u

z

Góc côn chia

0 1

Hệ số dịch chỉnh với z1=44 theo(bảng 6.20, [II]) chọn hệ số dịch chỉnh

x1=-x2= a+b(u-2,5) với a=0,03 , b=0,008 ta tính được x1=-x2= 0,0317Các thông số của bộ truyền bánh răng côn

Chiều dài côn ngoài: R e =387, 4mm

Môđun: m te = 6mm

Tỉ số truyền: u c =2,72

Số răng bánh răng nhỏ: z1=44

Số răng bánh răng lớn: z2 =120

Đường kính chia ngoài của bánh nhỏ: d e1 =m z te 1=6.44 264= mm

Đường kính chia ngoài của bánh lớn: d e2 =m z te 2 =6.120 720= mm

Góc côn chia: 0

,0

c H H

M H

u bd

u K

M Z Z

Trong đó:

M

Z : hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp

Z M =274MPa1 / 3(bảng 6.5, [II])

H

Z : hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

76,10

z z

v

z z

Vậy thoả điều kiện bền uốn.

XI/ Tính bền một số chi tiết chính

Đối với máy nghiền ướt, tay quay của khối nghiền phía ngoài chịu chế độ làm việc nặng hơn Tay quay thường được chế tạo theo từng đoạn sau đó ghép lại Mối ghép đủ chặt nên trong tính toán coi tất cả như là một chi tiết Công suất chi phí do khối nghiền phía ngoài bao gồm N1 =k.P2.v=k.P2.2π.R2.n và

f v

2

K

P

X K

M

R

Trong đó: R2 là khoảng cách từ tâm trục chính tới giữa tâm khối nghiền

Lực dẫn đông sẽ sinh ra mômen uốn là:

M u =P R k 2 =5463.510 2786000= Nmm

Trạng thái uốn vênh xảy ra khi cạnh ngoài khối nghiền tì lên hạt vật liệu quá cứng, thành phần lực thẳng đứng tác dụng lên ống lót trong khối nghiền được xác định như sau:

XII/ Tính chọn đường kính trục

Ta sẽ tính sơ bộ đường kính tại các đoạn trục của trục chính và kiểm nghiệm nó để đảm bảo nó đủ bền cho điều kiện làm việc

Chọn vật liệu:thép C45 tôi cải thiện

MPa MPa ch

Ứng suất xoắn cho phép: [ ]τ =15 30MPa

Xác định sơ bộ đường kính trục

Trục dẫn động

[ ]1 3

3 1

M d

.160 450 0.160 19390.160

6890

t x

450 160

775597 Nmm

284043 Nmm By

T

3102400 Nmm

Fa z y x0

Fr Ft B A

Ay By Fr

M 0 z y

Ft 0 z x Ax

Mx

My

2266198 Nmm

2 Tính thiết kế trục đứng

Trong mặt oyz ta có

540 1830

z Fr

Fa Ft

z

Fr M

My

T

6156058 Nmm

3089340 Nmm

2 Kiểm Nghiệm Trục

a.Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi :

1

2 1

1

1.τ σ

τ σ

S S

S S

+ ≥[S] ;

[s] = 1,5 … 2,5 :hệ số an toàn cho phép

Sσ1,Sτ1 : hệ số an toàn theo ứng suất pháp, ứng suất tiếp tại cacù điểm nguy hiểm

Sσ1 =

1 1

1

1

m a

Sτ1 =

1 1

1

1

m a

; biên độ ứng suất pháp trung bình tại các tiết diện

τaj,τmj: biên độ tiếp và biên độ ứng suất trung bình tại các tiết diện

Do trục quay một chiều ứng suất thay đổi theo chu kỳ mạch động

14579000

= 16,9 (N/mm2 )Trong đó:

Sσ1= 2.67327,59= 2,42

Sτ1 = 1,484.16189,97,66+16,97.0,1= 7,1

⇒ S1 = 2,422 7,12

1,7.42,2

+ = 2,3 > [s]

⇒ đảm bảo độ bền mỏi

Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Quang Quý, Máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng [2] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí [3] Nguyễn Hồng Ngân, Máy Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng

[4] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy

[5] Trần Hữu Quế ,Vẽ kỹ thuật

[6] At lat máy trục

[7] Sổ tay máy xây dựng – Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật