thiết kế máy nghiền nón - đhbkhcm - khoa cơ khí

Vật liệu trong máy được nghiền giữa haimá cố định và di động theo chu kỳ..  Máy đập trục: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt dùng để nghiền nhữ

MỤC LỤC

Tổng quan ……… 2

Tính toán ……… 7

1 Xác định tỷ số nghiền ……… 7

2 Xác định kích thước sơ bộ của máy ………7

3 Xác định năng lượng nghiền theo mức nghiền………8

4 Tính góc ôm ………10

5 Xác định vận tốc lêch tâm ……… 12

6 Xác định công suất ……… 13

7 Xác định năng suất nghiền ……… 14

8 Tính toán bộ truyền……… 15

8.1 Thiết kế bộ truyền đai ……… 16

8.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn ……… 18

8.3 Tính toán thông số bộ truyền bánh răng côn 20

9 Thiết kế trục 24

9.1 Kiểm nghiệm độ bền mỏi của trục 34

10 Chọn ổ lăn cho trục 34

Tài liệu tham khảo 36

TỔNG QUAN VỀ MÁY NGHIỀN NÓN

Hiện nay nước ta đang trên đà phát triển nên việc xây dựng cơ sở hạ tầngvà các công trình kiến trúc, nhà ở phát triển mạnh Trước đây việc xây dựng chủyêu dựa trên sức người nên năng suất không cao, chất lượng cũng không đảmbảo Trong mấy thập kỉ gần đây, nền kinh tế cũng như khoa học kỹ thuật của tarất phát triển nên ta cũng dần dần áp dụng các loại máy tự động vào quá trinhxây dựng nhằm giảm sức lao động cho con người, tăng năng suất lao động đồngthời nâng cao chất lượng của công việc Các máy phục vụ cho quá trình xâydựng có nhiều chủng loại, từ máy vận chuyển như các loại xe máy ủi, cầntrục….máy tạo ra các nguyên liệu ban dầu như máy đập đá, máy nghiền…Cácmáy xây dựng trên, nhất là các máy đập đá giữ vai trò rất quan trọng trong cáccông trình xây dựng

Có nhiều chủng loại máy đập đá, tùy vào mục đích sử dụng mà ta chọn loạimáy thích hợp Sau đây là một số loại máy đập đá tiêu biểu:

 Máy đập má: là loại máy dùng để đạo các vật liệu có kích thước, cỡ

cục trung bình và lớn Kết cấu của máy thường đơn giản, bền, dễdàng trong việc sử dụng Vật liệu trong máy được nghiền giữa haimá cố định và di động theo chu kỳ

 Máy đập trục: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất vật

liệu xây dựng, đặc biệt dùng để nghiền những loại vật liệu dính vàẩm ướt No cũng được sử dụng để đập lần hai những vật liệu cứngnhư đá vôi, than, các loại quặng…Quá trình đập vật liệu trong máyđập trục được thực hiển bởi hai trục đập quay ngược chiều nhau Vậtliệu đem đập đưa vào phía trên lọt qua khe hở giữa hai trục và bị bóp

nát ở đấy, sản phẩm sau khi đập tự tháo ra khỏi máy dưới tác dụngcủa trọng lực.

 Máy đập búa: có vỏ bằng thép, mặt trong lót các tấm đập làm bằng

thép CT5 Để các cục vật liệu được đập mạnh hơn, người ta làm cáctấm đập có gắn ở phía trên bề mặt đập Phía dưới của vỏ có haicửa(mỗi phía một cửa) có nắp đóng kín Các cửa này dùng để sửachữa máy đập và quan sát máy Khi trục quay dưới tác dụng của lực

ly tâm các búa đựơc văng ra theo chiều hướng tâm và gây nên lựcđập rất lớn đập nát vật liệu Các máy này thường dùng để đập apatitklinker…

Chúng ta sẽ nghiên cứu về máy đập nón đập thô, một loại máy đậpkhá thông dụng hiện nay thường dùng để đập các loại đá cỡ lớn và trungbình

 Máy đập nón: dùng để nghiền vật liệu có kích cỡ lớn và trung bình.

Trong máy đập nón vật liệu đựơc phá vỡ giữa nón ngoài và nóntrong bằng phương pháp ép nón trong lên vật liệu Nón này hoặc sẽlặc quanh điểm cố định hay dịch chuyển theo quỹ đạo tròn, thực hiệnchuyển động tịnh tiên Trong những chuyển động trên của nón sẽ tạo

ra những hình nón hoặc lại gần hoặc tách xa nhau Khi nón đến gần,vật liệu sẽ bị đập vỡ, khi tách xa vật liệu sẽ rơi xuống dưới

Hình minh hoạ máy nghiền nón:

Sơ đồ động của máy nghiền nón:

Nguyên lý làm việc:

Buồng nghiền trong máy nghiền nón được tạo nên bởi hai mặt nón,trong đó có một mặt nón cố định và nón di động Nón di động 2 được gắncứng với trục nón 3 ma đầu dưới của nó được lồng vào bạc lệch tâm 4 saocho đường tâm của trục nón lệch một góc nào đó so với đường tâm của máynghiền ( đường trục của chuyển động quay tròn) Trục nón được treo trênxà đỡ 1 Vì vậy những máy nghiền này còn được gọi là máy nghiền nón cótrục nón công xôn Bạc lệch tâm được dẫn động quay tròn nhờ cơ cấu dẫnđộng nên nón di động nhận được chuyển động lắc Tâm lắc của máy trùngvới tâm ổ treo trục nón

Khi máy nghiền nón làm việc đường tâm của trục nón di động vạchthành một mặt có đỉnh là điểm O, khi đó các đường sinh của mặt nón diđộng lần lượt tiến sát vào mặt cố định, rồi sau đó lại tách xa chúng, cứ nhưlà mặt nón di động lăn trên mặt nón cố định qua lớp đá nghiền trong buồngnghiền Do vậy, việc nghiền đá liên tục được thực hiện Vậy về nguyên tắcmáy nghiền nón làm việc cũng tươngtự như máy nghiền má, nhưng trìnhnghiền và xả ở đây là liên tục, vòng vùng nghiền và vùng xả là đối xứngnhau và thay đổi theo chiều quay của nón nghiền di đông Chính vậy, vàobất cứ thời điểm nào cũng xảy ra sự tiến sát hai mặt nón vào nhau tại chỗnào đó và ở đó vật liệu bị nghiền, còn vùng đối xứng qua tâm máy, mặtnón di động lại tách xa nón cố định nên tại đó cửa xả để mở rộng để đá rơixuống.

Chuyển động của nón di động là phức tạp Khi không tải, lực ma sátgiữa trục và lệch tâm lớn hơn ma sát giữa trục và ổ treo Do đó nón di độngchuyển động quay tròn quanh đường tâm mình theo hướng quay của bạclệch tâm với tốc độ n1 Phụ thuộc vào tương quan giữa các lực ma sát, sốvòng quay n1 có thể thay đổi từ 0 đến n – số vòng quay của bạc lệch tâm.Chuyển động quay đó của nón di động là không có lợi, vì sẽ tạo ra tảitrọng động lớn ở thời điểm nạp liệu Để khắc phục hiện tượng này, ta đặt

cơ cấu phanh, hãm chuyển động quay đó

Máng xả liệu có thể bố trí ở một bên hay ở chính tâm máy Máng xảliệu đặt ở một bên làm tăng chiều cao của máy và khe xả thường bị tắc.Máng xả liệu đặt hai bên khắc phục đựơc nhược điểm trên song đòi hỏi haibăng tải thu sản phẩm Máng xả liệu đặt ở chính tâm vừa đảm bảo vừakhông tắc vừa dễ tháo lắp Máy nghiền nón thường sử dụng dẫn động bằngđai vì dễ sử dụng, song cồng kềnh, nặng nề và khó khởi động khi buồng

nghiền chứa vật liệu Sau đây chúng ta sẽ đi vào phần tính toán cụ thể cácthông số kỹ thuật của máy nghiền nón nghiền thô.

TÍNH TOÁN MÁY NGHIỀN NÓN

Xác định tỷ số nghiền

Tỷ số nghiền là tỷ số giưã kích thước trung bình cục vậy liệu nạp và kíchthước trung bình của cục vật liệu xả Tỷ số nghiền i là đại lượng đặc trưng chonăng lượng nghiền , giá trị i càng lớn thì năng lượng nghiền càng cao ngược lạigiá trị i càng nhỏ thì năng lượng nghiền càng nhỏ

i 0,8b

d



Với b là chiều rộng khe nạp liệu (mm)

d là chiều rộng khe ra liệu (mm)

Theo tài liệu thiết kế máy đập nón của Liên Xô thì máy KKD-900/160 có:

Chiều rộng khe nạp liệu b=900 mm

Chiều rộng khe ra liệu d=160 mmVậy tỷ số nghiền là:

Modul đàn hồi E= (5,15 ÷ 6,14 )x104 MN/m2

Hệ số ma sát trượt giữa vật liệu và tấm đập f=0,3

2 Xác định kích thước sơ bộ của máy

Qua các tài liệu thiết kế của Liên Xô, một số đặc tinh kỹ thuật của máyđập nón đập thô KKD 900/160, ta dùng để tham khảo:

Kích thước đá nạp lớn nhất 750 mm

Chiều rộng cửa nạp 900 mm

Chiều rộng cửa xả 160 mm

Năng suất ứng với khe hở ra đá 320m3/h

Đường kính cơ sở nón côn di động 1640 mm

Bán kính lệch tâm của trục 16 mm

Số vòng quay của côn di động 2 v/s

Công suất động cơ 250 KW

Khối lượng máy không kể động cơ 150 Tấn

Kích thước bao:

Dài : 6940 mmRộng : 3940 mmCao : 3440 mmGóc ôm nón cố định 1 = 130

Góc ôm nón di động 2 = 120

3 Xác định năng lượng nghiền theo mức nghiền

Có nhiều cách xác định năng lượng nghiền, ta có thể dựa trên các định luật

cơ bản sau:

Định luật Rittinger :

Công tiêu tốn để làm nhỏ vật liệu sẽ tỉ lệ thuận với bề mặt nhận được củavật liệu thành phẩm Tức là khi phá vỡ cục vật liệu sẽ xuất hiện các bề mặt mới,

khi đó lớp phân tử của những bề mặt này sẽ tạo ra năng lượng chỉ được gọi lànăng lượng về mặt của vật thể.

Năng lượng nghiền tỷ lệ thuận với số bề mặt nhận được

A k i 1

D



 (J/kg) (1.4[1])Với i là mức nghiền

D là kích thước cỡ cục vật liệu (m)

k là hệ số không đổi

Định luật Rintinger không tính đến năng lượng cho biế dạng đàn hồi, biêndạng dẻo của vật thể mà chỉ tính đến năng lượng tạo ra bề mặt mới và các hiệntượng liên quan tới nó Đinh luật này thường được sử dụng để tính năng lượngnghiền trong quá trình nghiền mịn

Định luật Kirpitrev & Kik:

Năng lượng cần thiệt để nghiền hình dạng hình học của vật nào đó sẽ tỉ lệthuận với thể tích hay khối lượng của chính vật đó

Định luật được biểu diễn bằng công thức:

Định luật Bond

Đây là định luật kết hợp giữa hai định luật Rintinger và Kirpitrev-Kik.Theođịnh luật này thì năng lượng truyền cho vật nghiền khi nén lúc đầu phân bố theo

khối lượng sau đó sẽ tập trung vào các bề mặt xuất hiện tỉ lệ với D3, nhưng khidần xuất hiện trên bề mặt vết nứt thì năng lượng này sẽ tập trung vào các bềmặt ở các cạnh vết nứt khi đó nó sẽ tỉ lệ với D2 Trên cơ sở này cho rằng côngphá vỡ vật thể sẽ tỉ lệ với D2,5.

Như vậy định luật Bond được biểu diễn bằng công thức:

Do định luật Bond là định luật kết hợp giữa hai định luật Rintinger vàKirpitreve-Kik nên thường được sử dụng để tính năng lượng nghiền trong vùnggiữa đập nhỏ và nghiền thô

Qua ba định luật trên ta thấy định luật của Kirpitreve-Kik là phù hợp đểtính năng lượng nghiền cho máy đập nón của ta.Vì vậy ta có thể xác định nănglượng nghiền theo công thức:

2*2

V A

E





Trong đó  : ứng suất bền nén của vật liệu  = 130 (MN/m2)

E : mô đun đàn hồi của vật liệu E = 6x104 (MN/m2)

V : thể tích đá bị nghiền sau một vòng quay(m3).Thể tích nàyđược xác định là hiệu số của thể tích khi nạp và thể tích khi xả

d

D x

d D

D x

D

' 3 3

66

Trong đó: D là đường kính lớn nhất của đá nạp trong buồng nghiền (m)

d là đường kính lớn nhất của sản phẩm nghiền (m)

12

) ( 2 2 2

Ta nhận thấy quá trình đập trong máy đập nón cũng gần giống như trongmáy đập má, chỉ khác ở chỗ là trong máy đập nón quá trình tiến hành một cáchliên tục Vì vậy góc ôm của máy đập nón được tính tương tự như máy đập má,xác định dựa trên điều kiện cân bằng cục vật liệu.

Vật liệu trong máy nghiền chỉ nghiền được khi góc giữa hai má đập khôngquá một giá trị giới hạn nào đó Nếu vượt qua giá trị đó thì vật liệu không giữ lạitrên má đập mà bị trồi lên trên Nhưng mặt khác nếu góc này quá nhỏ thì mứcđộ nghiền sẽ thấp, năng suất nghiền không cao

Sơ đồ xác định góc ôm

Gọi  là góc ôm giữa hai má cố định và di động



Trong đó :

là góc ôm của hai má cố định và di động

G là trọng lượng cục vật liệu

G Nón cố định Nón di động



P1 P

y

P và P1 là lực ép của hai má tác dụng lên cục vật liệu

T và T1 là lực ma sát của hai má tác dụng lên cục vật liệu

T = fxP

Với f là hệ số ma sát giữa vật liệu và má f=0,32

Điều kiện cân bằng của cục vật liệu khi hai nón ép lại :

f tg

5 Xác định vận tốc trục lệch tâm

Xét cục vật liệu rơi ở độ cao h

Khi má di động tách hoàn toàn thì trục lệch tâm quay được nửa vòng Khiđó thời gian tách má là

Trong đó n : là số vòng quay của trục lệch tâm (vg/s)

 : là vận tốc góc (rad/s)

Khoảng thời gian đó vật liệu phải rơi kịp xuống

2h t

h





Tính độ cao h theo hành trình di động s của má di động

Hành trình má di động

Vậy n = 4x60 = 240 (vg/ph)

6 Xác định công suất

- Công suất lý thuyết

E

n d D D



Trong đó DH là đường kính đáy nón di động

D , d lần lượt là kích thước của vật liệu nạp và xả

n số vòng quay trục lệch tâm (vg/s)

E mô đun đàn hồi của vật liệu

n ứng suất nén của vật liệu Vậy ta có công suất là

N



Với  = br*kd = 0,93*0,98*0,95 = 0,87 là hiệu suất truyền động

br hiệu suất bộ truyền bánh răng

k hiệu suất khớp

Suy ra kiểu động cơ4A35554YY3

7.Xác định năng suất nghiền

Năng suất khối lượng Q k Q  v*

Trong đó  khối lượng riêng (kg/m3)

Qv năng suất thể tích Năng suất thể tích

Thay các thông số vào ta được QV=1125(m3/h)

Vậy năng suất khối lượng là

Qk = Qv x = 2958 (T/h)

8.Tính toán bộ truyền

Sơ đồ truyền động

Sơ đồ truyền động của máy nghiền bao gồm từ đ

dộng cơ (5) tới bộ truyền đai (4) thông qua khớp (6) tới bộ truyền bánhrăng côn

- Tỷ số truyền toàn bộ là

Trong đó ndc là số vòng quay của động cơ

ntruc là số vòng quay của trục lệch tâmvậy 1500 6, 25

240

Tỷ số truyền cho bộ truyền đai là id = 3,5

Tỷ số cho bộ truyền bánh răng côn là ibr = 2,5

Mô men xoắn trên trục động cơ là

15916671500

8.1 Thiết kế bộ truyền đai

1) Chọn loại đai và vật liệu:

+ Chọn loại đai:Vì tỉ số truyền đai là 3,5 nên sử dụng đai thang hẹp

+Vật liệu: cao su

2) tính toán các thông số của đai:

Chọn đai tiết diện yB có:

d2 = u.d1= 3,5*315= 1102 mm

Để thuận tiện hơn trong chế tạo ta chọn đường kính bánh đai lớn là 1120mm Khoảng cách trục a cần thoả điều kiện sau:

0,55(d1+d2) + h ≤ a ≤ 2(d1+d2)

=> 797,35 mm ≤ a ≤ 2834 mm

Ta chọn khoảng cách trục a=2000 mm

Chiều dài đai:

Theo bảng tiêu chuẩn (4.13-[2]) ta chọn L = 6300 mm

Nghiệm số vòng chạy của đai trong một giây:

Xác định số đai:

Số đai Z được tính theo (4.16-[4])

Z =   1

0

d

l u z

P K

P1: công suất trên bánh chủ động P1 = Plv = 250KW

 P0 : công suất cho phép, theo bảng 4.19 với v = 24,7, đai loại B, d1 = 315 mm tađược [P0]=6 KW

Kđ : hệ số tải động, theo bảng (4.7-[5]) với tải va đập không ổn định tải trọng mở máyđến 300%, Kđ = 1,5

C:hệ số ảnh hưởng của ogùc ôm 1:

l

l C

đường kính ngoài bánh đai nhỏ: da1 = d1 + 2h0 = 315 + 2.5= 325 mm

đường kính ngoài bánh đai lớn: da2 = d2 + 2.h0 = 1102 + 2.5 = 1115 mm

Chọn vật liệu:

+ Do không có yêu cầu đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hoá trong thiết kếchọn vật liệu hai cấp bánh răng như nhau:

+Bánh nhỏ: thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn : HB241……285 có b1850 MPa,

.15091,1

H H



 

0 lim 2 2

.1481,81,1

H H



Vậy để tính bánh răng côn răng thẳng ta lấy:

H H2 481,8 MPa

 

0 lim

8.3 Tính toán thông số bộ truyền bánh răng côn răng thẳng:

Xác định chiều dài côn ngoài:

Theo công thức (6.52a[2]):

1 2

K u K

1

Re 2

Tra bảng (6.22-[1]) ta được zp1 = 30

Số răng lớn: z2 = u.z1 =1,5.51 = 76,8 Lấy z2 = 78 răng

Tỉ số truyền thực tế:

2 1

781,52951

78

arctg 

 =330 2  90  1 570

Hệ số dịch chỉnh: tra bảng 6.20 với z1 = 8 ta chọn hệ số dịch chỉnh:

x1 = 0,16

x2 = -0,16

Đường kính trung bình của bánh nhỏ:

Bánh răng côn răng thẳng K H 1

Vận tốc vòng: 1 3,14.100, 45.428,6

( bảng 6.15-[2]): với HB1, HB2 < 350, răng thẳng tra được H 0,006

bảng 6.16-[4]: m < 3,55, cấp chính xác 8 tra được g0 = 61 )

Trong đó: b = Kbe.Re = 0,25.131,4 = 32,85 mm

Do đó: KH = 1,105.1.1,002 = 1,1072

Thay vào (6.58-[2]):

2 2

Như vậy: H H Bánh răng đủ bền về độ bền tiếp xúc

Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Các thông số và kích thước của bộ truyền bánh răng côn:

Chiều dài côn ngoài: Re = 416 mm

Monđun vòng ngoài: mte = 9 mm

Chiều rộng vành răng: bw = 111 mm

Tỉ số truyền: u = 1,5

Góc nghiêng của răng:  0

Số răng bắnh răng: z1 = 51 răng

z2 = 78 răng

Hệ số dịch chỉnh chiều cao: x1 = 0,12 ; x2 = -0,12

Đường kính chia ngoài: de1 = 461 mm

de2 = 702 mm

Góc côn chia:

 1=330 ;  2=570

Chiều cao răng ngoài: he = 9,6mm

Đường kính đỉnh răng ngoài: da1 = 653 mm

da2 = 813 mm

9.Thiết kế trục

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b= 600 MPa Ứng suất xoắn chophép   = 15…30 Mpa

Thiết kế trục của bánh răng côn nhỏ:

dc I

d ol

P P

I II

d ol

P P

 

Số vòng quay:

1 2

2

428,57

285,71,5

n n

z y

x z

a zB

0,1*[ ]

td b

M d



 trong đó b là giới hạn bền của vật liệu

b = 450 (N/mm2)Vậy d = 220,48 (mm)Theo tiêu chuẩn ta chọn d = 220 (mm)Kết cấu trục: