nghiên cứu nâng cao khả năng chịu mòn và tính ổn định của vít tải nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả cho dây chuyền trộn muối iốt ở nước ta

Tính toán vít tải trong dây chuyền trộn muối Iốt và qua đó đề xuất quy trình công nghệ nhằm nâng cao chất lượng chế tạo loại thiết bị vận chuyển này.. Kết cấu của luận văn Chương 1: Tổn

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỊU MÒN VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA VÍT TẢI NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ CHO DÂY CHUYỀN TRỘN MUỐI

Trang 2

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 1 - Ngành Công nghệ chế tạo máy

MỤC LỤC

Lời cam đoan -6-

Lời cảm ơn -7-

Danh mục các bảng -8-

Danh mục các hình vẽ và đồ thị -9-

MỞ ĐẦU -13-

1 Tính cấp thiết của đề tài -13-

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn -13-

3 Đối tượng và mục đích nghiên cứu -13-

4 Kết cấu của luận văn -14-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC DẠNG VẬN CHUYỂN VÀ TRỘN VẬT LIỆU DỜI BẰNG VÍT TẢI -15-

1.1 Các hình thức vận chuyển bằng vít tải -15-

1.1.1 Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc -15-

1.1.2 Kết cấu các bộ phận -17-

1.1.2.1 Cánh xoắn, trục xoắn -17-

1.1.2.2 Máng vít tải -19-

1.2 Thực trạng nghiên cứu thiết kế chế tạo vít tải -19-

1.3 Lựa chọn hệ thống trộn muối iốt bằng vít tải -20-

1.3.1 Giới thiệu một số loại vít tải chuyển muối -20

1.3.1.1 Vít tải kín -21-

1.3.1.2 Vít tải hở -21-

1.3.1.3 Vít tải đơn -21-

1.3.1.4 Vít tải kép -21-

1.3.2 Một số thông số của vít tải chuyển muối -21-

1.3.2.1 Các dạng của cánh vít -21-

1.3.2.2 Chiều dài làm việc của vít -22-

1.3.2.3 Góc nghiêng khi đặt vít -22-

Trang 3

1.3.2.4 Tốc độ quay của trục vít -22-

1.3.3 Lựa chọn hệ thống trộn muối Iốt bằng vít tải -23-

1.3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy trộn

-23-

1.3.3.2 Máy trộn bằng vít tải nằm nghiêng -24-

1.4 Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu -26-

1.4.1 Khái niệm -26-

1.4.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn -26-

1.4.2.1 Đường kính tương đương của hạt -26-

1.4.2.2 Phân bố của lớp hạt -27-

1.4.2.3 Độ rỗng của lớp hạt -28-

1.4.2.4 Hình dạng hạt -30-

1.4.2.5 Bề mặt riêng của lớp hạt -30-

1.4.2.6 Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong -30-

1.4.2.7 Độ khuếch tán -31-

1.4.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình trộn hỗn hợp -31-

1.4.4 Cơ chế quá trình trộn -32-

1.5 Kết luận chương 1 -33-

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN BẰNG VÍT TẢI -34-

2.1 Nghiên cứu động học, động lực học -34-

2.1.1 Lý thuyết tính toán máy trộn bằng vít tải -34-

2.1.1.1 Năng suất vít tải -34-

2.1.1.2 Bước xoắn -34-

3.1.1.3 Số vòng quay trục vít tải -34-

2.1.1.4 Vận tốc của vít tải -35-

2.1.1.5 Kiểm tra đường kính vít tải theo kích thước của vật liệu -35 2.1.1.6 Xác định trọng lượng vật liệu trên 1 m chiều dài vít tải

Trang 4

-35-

2.1.1.7 Xác định đường kính trong của vít tải -36-

2.1.1.8 Tính công suất -36-

2.1.1.9 Xác định tổng mô men trên trục vít tải -36-

2.1.1.10 Tính bền -37-

2.1.2 Nghiên cứu động học, động lực học -39-

2.1.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên vít tải -39-

2.1.2.2 Xác định mô men uốn ngang, dọc -43-

2.1.2.3 Xác định ứng suất tương đương và kiểm tra sức bền của vít tải -45-

2.1.2.4 Tính toán sức bền vòng xoắn cánh vít tải -48-

2.2 Phân tích độ ổn định của vít tải -52-

2.2.1 Lực tác dụng lên bu lông bệ máy -54-

2.2.2 Tính toán ổn định trục vít -56-

2.2.2.1 Tính công suất trên vít tải -56-

2.2.2.2 Momen xoắn trên trục vít -56-

a Xác định đường kính vít tải -56-

b Mô men xoắn tác dụng lên vít tải -57-

2.2.2.3 Lực dọc trục vít 57-

2.2.2.4 Tải trọng ngang tác dụng lên trục vít đặt giữa 2 gối đỡ .-58-

2.2.2.5 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên trục vít -59-

a Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do Tv gây ra -59-

b Sơ đồ tải trọng dọc phân bố trên trục vít do Pd gây ra

-59-

c Sơ đồ tải trọng ngang phân bố lên trục vít do Pn gây ra

-60-

2.2.3 Kiểm tra biến dạng xoắn -64-

2.2.4 Kiểm tra ứng suất tại khớp nối -64-

Trang 5

2.3 Phân tích quá trình mòn cánh vít tải -67-

2.3.1 Mòn cánh vít do hoá học -67-

2.3.1.1 Sự ăn mòn kim loại -67-

2.3.1.2 Cách chống ăn mòn kim loại -72-

2.3.2 Mòn cánh vít do ma sát -74-

2.3.2.1 Ma sát -74-

2.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số ma sát -74-

2.3.2.`3 Mòn do ma sát -75-

2.3.2.4 Các biện pháp khắc phục hao mòn -79-

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHẾ TẠO VÍT TẢI -82-

3.1 Chọn vật liệu gia công cánh vít tải -82-

3.1.1 Giới thiệu về vật liệu chịu mài mòn CeraMetal -82-

3.1.1.1 Tổng quan -82-

3.1.1.2 Ưu điểm của CeraMetal -83-

3.1.1.3 Chất lượng tiêu chuẩn của CeraMetal -83-

3.1.1.4 Các thông số tiêu chuẩn của tấm chịu mòn CeraMetal -84-

3.1.1.5 Kích thước tiêu chuẩn của tấm chịu mòn CeraMetal

-84-

3.1.1.6 Một só chi tiết được gia công bằng vật liệu CeraMetal -85-

3.1.2 Gia công vít tải bằng Cerametal -86-

3.2 Lắp ghép các bộ phận vít tải -88-

3.2.1 Đầu trục (Phía nối với động cơ), cuối trục và khớp nối vít tải

-88-

3.2.1.1 Đầu trục vít -88-

3.2.1.2 Cuối trục vít -88-

Trang 6

3.2.1.3 Khớp nối vít tải -88-

3.2.2 Tấm bịt hai đầu máng, ổ đỡ trục và vòng bi -90-

3.2.3 Máng vít tải -90-

3.2.4 Lắp ráp vít tải vào máng, ổ đỡ trục, vòng bi và cho vít tải làm việc -91-

3.2.5 Vận hành, bảo dưỡng hệ thống vít tải -93-

3.2.5.1 Vận hành -93-

3.2.5.2 Bảo dưỡng -93-

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ -96-

4.1 Kết luận -96-

4.2 Kiến nghị -96-

TÀI LIỆU THAM KHẢO -97-

Trang 7

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Tô Thị Dung

Sinh ngày 17 tháng 05 năm 1985

Học viên lớp cao học khoá 12 – Công nghệ Chế tạo máy - Trường đại học

Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại văn phòng khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu nâng cao khả năng chịu mòn và tính ổn

định của vít tải nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả cho dây chuyền trộn muối

Iốt ở nước ta” do thầy giáo PGS.TS Vũ Quý Đạc và Ts Dương Thế Hùng hướng

dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Thái Nguyên, ngày 13 tháng 10 năm 2011

Tác giả luận văn

Tô Thị Dung

Trang 8

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương, được sự động viên,

giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Vũ Quý Đạc và

Ts Dương Thế Hùng, luận văn với đề tài “Nghiên cứu nâng cao khả năng chịu

mòn và tính ổn định của vít tải nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả cho dây chuyền trộn muối I ốt ở nước ta” đã hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến:

Thầy giáo hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Vũ Quý Đạc - Người Thầy đã tận

tình chỉ dẫn, giúp đỡ và động viên tác giả hoàn thành luận văn này

Thầy giáo Ts Dương Thế Hùng đã đóng góp những ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình làm luận văn

Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Cơ khí và Khoa Điện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn

Tác giả luận văn

Tô Thị Dung

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng hệ số chứa φ phụ thuộc vào loại vật liệu 34 Bảng 2.2 Bảng hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng đặt vít tải 34

Bảng 3.2 Các thông số tiêu chuẩn của tấm CeraMetal 84 Bảng 3.3 Bảng kích thước tấm Cerametal tiêu chuẩn 85

Trang 10

Sơ đồ vận chuyển: e- Sang trái, g- Sang phải, f- Đẩy sang hai phía, h- Dồn vào giữa k- Hệ số điền đầy vít tải

Sơ đồ tính toán sự thay đổi áp suất pháp tuyến theo

Hình 2.2 Tải trọng tác dụng lên vít tải 41 Hình 2.3 Sự phụ thuộc của lực ngang vào tải trọng dọc 44 Hình 2.4 Biểu đồ lực dọc và mômen xoắn 46

Trang 11

Hình 2.5 Sơ đồ gần đúng để tính toán vòng xoắn cánh vít tải 49 Hình 2.6 Sơ đồ gá đặt vít tải 53 Hình 2.7 Bu lông gá lắp động cơ vào bệ máy 54 Hình 2.8 Lực tác dụng lên bệ máy 54

Trang 12

Hình 3.2 Cấp bụi than cyclone kiểu quay 85 Hình 3.3 Cấp bụi than cyclone kiểu lớp 85 Hình 3.4 Ống hơi cấp than non 85

Hình 3.16

Hình 3.16 a: Tấm bịt hai đầu máng b: Ổ đỡ trục

c: Vòng bi

90

Hình 3.17 Một số loại máng vít tải 90 Hình 3.18 Đưa vít tải vào máng 91 Hình 3.19 Lắp ráp các hệ thống ổ đỡ, ổ bi 91 Hình 3.20 Lắp đặt hệ dẫn động cơ khí cho vít tải 92 Hình 3.21 Quá trình làm việc của vít tải

Trang 13

b Xả liệu

Trang 14

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Vít tải thuộc nhóm máy vận chuyển liên tục, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp và công nghiệp chế biến Đặc biệt được sử dụng để vận chuyển các chất rắn khô, hạt hoặc dùng để trộn các loại vật liệu và phụ gia trong công nghiệp trên khoảng cách ngắn đến trung bình

Đã có một số nghiên cứu trong việc tính toán, chế tạo vít tải [1], [14], [15] Tuy nhiên các nghiên cứu này vẫn chỉ dừng lại ở mức thiết kế chế tạo đơn thuần, cụ thể mới tính độ bền, độ cứng; chưa tính toán khả năng chịu mài mòn và độ ổn định của trục vít tải, nên ảnh hưởng tới tuổi thọ của sản phẩm, giảm hiệu quả sản xuất và

đầu tư Vì vậy việc chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao khả năng chịu mòn và tính

ổn định của vít tải nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả cho dây chuyền trộn muối I ốt ở nước ta” là rất cấn thiết

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Nghiên cứu tính toán ổn định, đề xuất phương án thiết kế, chế tạo và lắp ráp

để nâng cao độ ổn định của thân trục vít tải

b Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài hoàn thành sẽ là tiền đề cho việc thiết kế, chế tạo một bộ vít tải có khả năng làm việc tốt trong môt trường Muối I ốt Có độ bền, độ ổn định và khả năng chống ăn mòn và mài mòn cao, với suất đầu tư hợp lý phù hợp với điều kiện sản xuất của các xưởng chế biến muối ăn cho người và gia súc

3 Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu mô hình hệ dẫn động sử dụng vít tải

Trang 15

- Tìm hiểu các tiêu chuẩn của quá trình trộn vật liệu

Tìm hiểu về cấu tạo, phân tích những ưu nhược điểm của vít tải khi làm việc trong môi trường Muối I ốt Tính toán vít tải trong dây chuyền trộn muối Iốt và qua

đó đề xuất quy trình công nghệ nhằm nâng cao chất lượng chế tạo loại thiết bị vận chuyển này

4 Kết cấu của luận văn

Chương 1: Tổng quan các dạng vận chuyển và trộn vật liệu dời bằng vít tải Chương 2: Nghiên cứu động học, động lực học quá trình vận chuyển bằng vít tải

Chương 3: Nnghiên cứu nâng cao chất lượng chế tạo vít tải

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Trang 16

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC DẠNG VẬN CHUYỂN VÀ TRỘN VẬT LIỆU

DỜI BẰNG VÍT TẢI 1.1 CÁC HÌNH THỨC VẬN CHUYỂN BẰNG VÍT TẢI

1.1.1 Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc

Vít tải là một loại máy vận chuyển liên tục, không có bộ phận kéo Cấu tạo của vít tải thể hiện trên hình 1.1

Động cơ 1 truyền chuyển động qua hộp giảm tốc 2 đến khớp nối 3 và trục vít xoắn

4 Bộ phận công tác chính của vít tải là cánh vít xoắn 8 chuyển động quay trong

một vỏ hộp kín 9 có tiết diện tròn ở phía đáy Trục vít xoắn được đỡ chặn hai đầu

Hình 1.1 a) Vít tải đặt ngang: 1- Động cơ, 2 - Hộp giảm tốc, 3 - Khớp nối, 4 -

Trục vít xoắn, 5- Gối treo trung gian, 6 - Gối đỡ hai đầu, 7 - Cơ cấu dỡ tải, 8

- Cánh vít, 9 - Vỏ hộp, 10- Cơ cấu cấp tải, 11 - Nắp hộp

A

A a)

b)

Trang 17

nhờ các gối 6 Đối với trục dài quá 3 m có thêm các gối đỡ treo trung gian 5 Khi vít

chuyển động, cánh xoắn đẩy vật liệu di chuyển tịnh tiến dọc trong lòng vỏ máng Vật liệu vận chuyển không bám vào cánh là nhờ trọng lượng bản thân vật liệu và

ma sát giữa vật liệu và vỏ máng, do đó vật liệu chuyển động trong máng theo nguyên lý vít đai ốc; vai trò đai ốc ở đây là vật liệu vận chuyển Vít tải có thể có một hoặc nhiều cánh xoắn Cánh xoắn càng nhiều vật liệu chuyển động càng êm

Vật liệu được cấp vào đầu máng từ cơ cấu 10 và lấy tải ra khỏi máng bằng cơ cấu 7

Để bảo đảm an toàn, vít tải có thêm nắp 11

Vận chuyển vật liệu bằng vít tải có nhiều ưu điểm: Vật liệu chuyển động trong hộp kín, nhận và dỡ tải bất cứ vị trí nào nên không bị tổn thất, rơi vãi, an toàn Loại này sử dụng tốt nhất cho vật liệu nóng và độc hại Kết cấu đơn giản, rẻ tiền, có thể vừa vận chuyển vừa trộn Diện tích chiếm chỗ lắp đặt nhỏ

Tuy vậy cũng có những nhược điểm và hạn chế nhất định: Do có khe hở giữa lòng máng và cánh vít nên dễ nghiền nát một phần vật liệu Vì có ma sát lớn và chủ yếu là ma sát trượt nên chóng mòn cánh xoắn và lòng máng Cũng chính nguyên nhân này mà tổn thất năng lượng lớn, không dùng cho vật liệu dính nhiều

Do có những ưu điểm nhất định và thích hợp với một số loại vật liệu và công nghệ vận chuyển nên vít tải được sử dụng trong ngành xây dựng và các ngành công nghiệp hoá chất, thực phẩm

Vít tải dùng để vận chuyển vật liệu có chiều dài đến 40 m, chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu hạt rời và mịn như xi măng, sỏi, cát, đá dăm và các loại hỗn hợp

ẩm nước như bê tông, vữa Dùng làm cơ cấu cấp liệu cưỡng bức (hình 1.1b), trong các trạm trộn bê tông, máy san hỗn hợp làm đường nhựa

Năng suất vận chuyển có thể đạt 20  30 m3/h, đối với loại vít có kích thước lớn có thể đạt 100m3

Trang 18

g)

Hình 1.2 Các dạng vít tải: a- vít có cánh xoắn liền trục, b- vít có cánh xoắn

liên tục không liền trục, c- Vít dạng lá liên tục, d- Vít có cánh xoắn dạng lá không liên tục

phía, h- Dồn vào giữa

k- Hệ số điền đầy vít tải

Trang 19

chuyển các loại vật liệu khác nhau Dựa vào tính chất vật liệu vận chuyển người ta

sử dụng các loại vít xoắn:

Khi vận chuyển các loại vật liệu có dạng bột, hạt nhỏ và trung bình rời khô mịn như: xi măng, tro, bột, cát khô thì dùng vít có cánh xoắn liền trục (hình 1.2a) Loại này cho năng suất vận chuyển cao Hệ số điền đầy  = 0,125  0,45 và tốc độ quay của vít từ n = 50  120 vg/ph

Vít liên tục không liền trục (hình 1.2b) dùng vận chuyển hạt cỡ lớn như: sỏi thô, đá vụn .Hệ số điền đầy của loại này đạt  = 0,25  0,40, và tốc độ quay của vít từ n = 40  100 vg/ph

Vít tải dạng lá liền trục (hình 1.2c) dùng cho vật liệu dính, dùng vừa trộn, tẩm vừa vận chuyển như: đất sét ẩm, bê tông, xi măng Hệ số điền đầy của loại này đạt  = 0,150,3 và tốc độ quay của vít n = 30  60 vg/ph

Vít tải dạng lá không liên tục (hình 1.2d) dùng để vận chuyển loại hạt thô, có

độ ẩm như: sỏi thô, đá dăm, đất sét ẩm, bê tông, xi măng Hệ số điền đầy của loại này đạt  = 0,15  0,4 và tốc độ quay của vít từ n = 30  60 vg/ph

Kích thước của trục vít xoắn và bước xoắn vít thường được tiêu chuẩn hoá: Đường kính d = 100 đến 320 mm, bước xoắn từ 80 đến 320 mm Theo tiêu chuẩn trên bước xoắn thường bằng 0,8 đến 1 lần đường kính cánh xoắn Tốc độ quay thường từ 10 - 300 vòng/ phút

Trên hình 1.2 e  h là sơ đồ hướng vận chuyển vật liêu: Vận chuyển sang trái, sang phải, phân sang hai phía, hai đầu dồn vào giữa

Trong trường hợp vận chuyển vật liệu dính, ẩm người ta sử dụng vít có hai cánh xoắn hay còn gọi là vít kép Loại này thích hợp trong vận chuyển vữa bê tông hoặc bột than

Đối với vít tải đặt đứng thường vận chuyển vật liệu tơi vụn Ở đây sử dụng cánh xoắn liên tục liền trục, trong quá trình vận chuyển có xuất hiện ma sát giữa vật liệu và cánh xoắn Dưới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu áp sát vào thành máng và

Trang 20

trong máng Muốn vật liệu không có chuyển động quay khi ra đến thành máng thì lực ly tâm phải lớn Vì vậy vít tải đặt đứng có tốc độ quay lớn hơn nhiều so với tốc

độ của vít tải đặt nằm ngang Vít tải đặt đứng tiết kiệm được diện tích, kín và dỡ tải bất cứ vị trí nào cần thiết Tuy vậy loại này tốn năng lượng, chóng mòn cánh Chiều cao máy bị hạn chế bởi không lắp được gối đỡ trung gian

1.1.2.2 Máng vít tải

Máng của vít tải được chế tạo bằng phương pháp dập từ thép tấm có chiều dày  = 4  8 mm, mỗi đoạn có chiều dài đến 4m Dung sai khe hở giữa máng và cánh xoắn không quá 60% khe hở bình thường giữa

cánh xoắn và máng Nửa dưới của mặt cắt ngang máng

có dạng nửa hình tròn đồng dạng với kích thước đường

kính của cánh xoắn; nửa trên có dạng hình chữ nhật có

chiều rộng bằng đường kính đáy để lắp đặt trục cánh

xoắn và dễ dàng trong việc chế tạo nắp đậy Trên

nắp ở đầu máng tải có cửa cấp tải tiết diện vuông; còn

ở đáy máng cũng có các cửa dỡ tải đặt ở những vị trí cần thiết theo yêu cầu

1.2 THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÍT TẢI

Vít tải được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp và công nghiệp chế biến, chủ yếu để nâng cao hoặc vận chuyển số lượng lớn nguyên vật liệu trong khoảng cách ngắn đến trung bình Chúng đặc biệt hiệu quả khi vận chuyển các chất rắn dạng hạt Các thiết kế vít tải có xu hướng dựa nhiều vào kinh nghiệm, chủ yếu dừng lại ở mức thiết kế chế tạo đơn thuần, cụ thể mới tính độ bền, độ cứng Đã xét đến hiệu suất vít tải khi làm việc chịu tác động của môi trường của nó trong các điều kiện: tốc độ quay của trục vít, các độ nghiêng của trục vít tải, và khả năng điền vào thể tích của nó Tuy nhiên khi thiết kế mới tính sơ bộ, sau đó tra bảng chưa xét đến tuổi bền khả năng chịu bền, mômen xoắn, uốn ngang - dọc trục; Chưa xét đến khả năng chịu mài mòn và độ ổn định của trục vít tải, nên ảnh hưởng tới tuổi thọ của sản phẩm, giảm hiệu quả sản xuất và đầu tư

Trong đề tài này ta đặc biệt quan tâm tới hai vấn đề lớn sau:

Hình 1.3 Máng vít tải

Trang 21

- Khả năng chịu mài mòn của:

+ Ăn mòn điện hoá giữa vật liệu muối I ốt với vật liệu bề mặt cánh vít tải + Ma sát giữa dòng vật liệu muối I ốt với vật liệu nòng máng vít tải

Trên cơ sở phân tích làm rõ cơ chế, nguyên nhân gây mòn chủ yếu , từ đó đề xuất giải pháp tìm cách khắc phục: lựa chọn vật liệu; tạo cơ tính lớp vật liệu bề mặt; bôi trơn (hoặc phủ bề mặt); chọn tốc độ quay và đảm bảo độ cứng vững của hệ thống…

- Tính toán kiểm tra độ bền

- Tính toán ổn định vít tải

1.3 LỰA CHỌN HỆ THỐNG TRỘN MUỐI IỐT BẰNG VÍT TẢI

1.3.1 Giới thiệu một số loại vít tải chuyển muối

Hình 1.4 Kiểu vít tải trong máy chuyển muối của Tây Ban Nha

Trang 22

(Đặt tại cơ sở chế biến muối Hòn Khói - Khánh Hoà)

Qua các tài liệu tham khảo máy vận chuyển kiểu vít tải của nước ngoài và điều tra ở các cơ sở chế biến muối trong nước có những thông tin chung về thiết vận chuyển muối như sau:

1.3.1.1 Vít tải kín

Là vít tải mà trục vít nằm trong vỏ được bao kín, loại này thường dùng cho những trường hợp cần nâng sản phẩm theo hướng thẳng đứng, hoặc có độ nghiêng cao và những loại bột khô nhiều bụi, trong chế biến muối thường dùng để chuyển muối lên cao như hệ thống chuyển muối từ dưới lên đổ vào đổ vào máy rửa như ở

hệ thống máy đặt tại xưởng chế biến Hòn Khói (Khánh Hòa)

Trang 23

Cánh vít hở: là cánh vít chỉ có ở phần ngoài, phần gần trục quay là rỗng Khi chế tạo người ta gắn những thanh thép xung quanh, dọc theo trục quay và cách trục quay 1 khoảng cách nhất định Cánh vít được được lắp trên thanh thép đó và tạo với các thanh thép như một cái lồng Do vít tải có độ nghiêng thấp nên trong quá trình làm việc muối chuyển động ở phần ngoài cánh vít

1.3.2.2 Chiều dài làm việc của vít

Chiều dài làm việc của vít tải phụ thuộc vào yêu cầu khi chuyển muối và công suất vận chuyển muối Thông thường có độ dài 5 – 20m

1.3.2.3 Góc nghiêng khi đặt vít

Góc nghiêng khi đặt vít tải có ý nghĩa quan trọng trong việc vận chuyển muối Một số vít tải làm công việc vận chuyển đồng thời rửa muối Góc nghiêng lớn quá, nước theo muối chảy quá nhanh, các tạp chất chưa kịp chảy theo, góc nghiêng nhỏ quá, nước chảy quá chậm, khả năng tách nước ra khỏi muối kém Ví dụ máy rửa của Trung Quốc 25 tấn/h góc nghiêng 150 Máy rửa của Đài loan lắp ở cơ sở chế biến muối Hòn Khói (Khánh Hòa) góc nghiêng 250, Máy ở cơ sở chế biến muối Ninh Bình góc nghiêng 300

1.3.2.4 Tốc độ quay của trục vít

Đối với muối thành phẩm, thì tốc độ quay trục vít ít ảnh hưởng đến chất lượng muối Tuy nhiên đối với công đoạn rửa muối, hoặc trộn muối Iốt thì tốc độ trục vít có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của muối, vòng quay nhanh quá, thời gian muối rửa trong nước ít, các cánh vít va đập mạnh làm vỡ tinh thể muối, tỷ lệ hao hụt nhiều, chi phí năng lượng lớn, nước dễ bắn ra khu vực xung quanh, nhưng khi muối dịch chuyển lên phần trên của trục vít dễ tách nước Qua khảo sát các máy như máy của Trung Quốc có tốc độ trục quay 40vg/ph, máy của Đài loan ở cơ sở chế biến Hòn Khói, có tốc độ trục quay 25vg/ph, máy ở Ninh Bình có tốc độ trục quay 35vg/ph (tài liệu tham khảo [1])

Muối rất dễ tác động, làm ảnh hưởng xấu đến kim loại Dưới tác động của muối sắt, thép rất chóng han dỉ và hư hỏng Chính vì thế các thiết bị phải dùng loại

Trang 24

thép tốt (thép không gỉ) để chế tạo, trong điều kiện làm việc êm dịu, máy rất bền, như máy của Đài loan trang bị ở cơ sở Hòn Khói sử dụng được 10 năm Đương nhiên dùng thép không gỉ giá thiết bị sẽ rất đắt, gấp 3-4 lần thép thường Năm 1998, máy rửa của Đài Loan ở cơ sở chế biến Hòn Khói người ta đã chế tạo một máy khác theo nguyên mẫu, nhưng nguyên liệu chủ yếu bằng thép thường, chỉ khác máng vít, dùng loại tôn dầy hơn 3- 4mm, cánh vít dày 8mm, Máy hoạt động từ 1999, đến năm 2003, máy vẫn hoạt động bình thường Máy rửa ở cơ sở chế biến muối Ninh Bình, hầu hết các chi tiết đều chế tạo bằng thép thường qua 5 năm nhưng vẫn hoạt động bình thường, tuy một vài chi tiết đã hỏng cần phải thay thế

Qua khảo sát thực tế, trong điều kiện kinh phí có hạn, hơn nữa đây là máy thí nghiệm kết hợp với phục vụ sản xuất, nên ta chọn vật liệu chế tạo là thép thường mạ kẽm chống gỉ

1.3.3 Lựa chọn hệ thống trộn muối Iốt bằng vít tải

1.3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy trộn

a Máy trộn kiểu vít nằm ngang

1: Cửa nạp liệu; 2: Thùng trộn; 3: Vít trộn; 4: Đường kính trong của vít; 5: Cửa tháo liệu; 6: Puli

Hình 1.6 Cấu tạo máy trộn kiểu vít nằm ngang

* Nguyên lý làm việc

Hỗn hợp vật liệu được đưa vào cửa (1) sẽ được vít trộn (3) đẩy dọc theo thùng trộn (2) và thùng trộn có tác dụng như ống khuếch tán nên trong quá trình

Trang 25

trộn vật liệu được di chuyển và đưa đến cửa tháo liệu (5) để đưa ra ngoài Máy được truyền động qua puly (6)

1.3.3.2 Máy trộn bằng vít tải nằm nghiêng

* Cấu tạo (Hình 1.8)

1: Động cơ truyền động cho vít tải 2: Hộp giảm tốc

3: Cửa vào liệu 4 Trục vít tải

5: Máng vít tải trộn 6: Cánh vít tải

7: Nối trục trung gian 8: Gối đỡ trục trung gian

9: Cửa ra liệu 10: Ổ đỡ đầu trục

5

6 7

8

Trang 26

Trang 27

1.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TRỘN VẬT LIỆU

1.4.1 Khái niệm

Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhau với mục đích nhận được một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của các phân tử ở mỗi cấu tử trong tất cả các khối lượng hỗn hợp, bằng cách sắp xếp lại chúng dưới tác dụng của ngoại lực Hỗn hợp tạo ra như thế để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi khối lượng

1.4.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn

1.4.2.1 Đường kính tương đương của hạt

Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu nên kích thước dài của chúng theo những chiều khác nhau rất khác nhau Vì vậy người ta dùng đường kính tương đương dtđ để đặc trưng cho kích thước hạt Yếu tố ảnh hưởng lớn đến hiệu suất quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt cần có khối lượng

Trang 28

Trong đó: m – khối lượng hạt, [g];

ρ – khối lượng riêng của hạt, [g/mm3

]

Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a1 và a2 thì đường kính tương đương được xác định theo công thức:

Nhờ phân loại bằng sàng mà nhận được N phần có đường kính tương đương

dtđ1 và dtđ2, v.v… cùng với các phần có khối lượng tương ứng x1, x2, …, xn Như vậy đường kính tương đương của cả tập hợp này có thể xác định gần đúng theo công thức:

N

i tđđ i

x

d x

Qr(d) = 1 Hàm phân bố mật độ qr(d) biểu thị của hạt ở tại kích thước d và giá trị của

qr(d) càng lớn khi mật độ hạt tại kích thước d càng lớn Quan hệ giữa Qr(d) và qr(d)được xác định theo công thức:

qr(d) =

) (

d d

hoặc Qr(d) = d

d d

r d d q

min

)(

)

Các loại vật liệu rời khác nhau có cấu trúc tuân theo những quy luật phân bố khác nhau Tập trung lại có thể quy về hai loại: phân bố chuẩn, phân bố logarit (hình 1.9) Hàm phân bố mật độ và phân bố tổng theo khối lượng của phân bố này

có dạng:

Trang 29

.2





Z d d

min

2

d) Hàm phân bố mật độ q r (d) của phân bố logarit

Trang 30

Độ rỗng của lớp hạt phụ thuộc vào cấu trúc lớp hạt và có thể thay đổi trong khoảng rộng Thí dụ độ rỗng của lớp hạt cầu có cùng đường kính và cấu trúc đơn vị được xác định theo công thức:

Trong tập hợp các hạt có cấu trúc ngẫu nhiên bao giờ cũng tồn tại một khoảng cách trung bình giữa các hạt ở cạnh nhau và được xác định bằng công thức:

3

/ ( 5

B A

xA, xB – phần thể tích của cấu tử A và B trong hỗn hợp xi =

Vri/Vr

K/, K//, K/// - các hệ số thực nghiệm và có giá trị:

)1()21(

)21(

Trang 31

2

)1()3(

)3(

)1(

Ở đây: ψ – tỉ số đường kính tương đương của hạt và có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 1

Từ các công thức trên có thể tìm ra mối quan hệ giữa độ rỗng và chỉ số độ rỗng:

1.4.2.4 Hình dạng hạt

Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng υ – tỷ số giữa bề mặt F của bề mặt hạt dạng hình cầu cùng thể tích V:

205 , 0

);

ρ – khối lượng riêng của hạt, (kg/m3)

Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau xác định theo công thức:

O/m = 

tđ

i i

Trang 32

τo - ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi σ = 0);

1 ( 4 , 2

σ – góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn, (độ);

ε – độ rỗng khối hạt; 2,4 – hệ số lấy ở điều kiện trung bình Đối với lớp hạt khô và bề mặt riêng tương đối nhỏ thì τo = 0, khi đó:

τ = f.σ → f = τσ -1

Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong υ có quan hệ với hệ

số ma sát trong theo công thức: tgυ = f (1.26)

Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát trong tương ứng vói góc nghiêng

υtđ Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30 ÷ 400

1.4.2.7 Độ khuếch tán

Độ khuếch tán là số nghịch đảo của kích thước từng phần tử của hỗn hợp Nếu hỗn hợp mà các thành phần có kích thước như nhau, thì gọi là hệ thống “Đơn khuếch tán”

1.4.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng quá trình trộn hỗn hợp

Đặc trưng cho chất lượng của quá trình trộn hỗn hợp là mức độ đồng nhất của hỗn hợp còn gọi là độ trộn đều hay mức độ trộn

V.V Kapharov đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:

θk1 = 



1

1 1

n với B1 > B0 (1.28)

Trang 33

θk =

2 1

2 2 1 1

n n

n2 – số lượng mẫu kiểm tra có Bi > B0;

Bi – nồng độ của muối kiểm tra ở mẫu I;

B0 – nồng độ của muối kiểm tra trong toàn bộ hỗn hợp;

θk1, θk2, θk – mức độ trộn

Nếu B1 = B0, ta có thể tính theo trường hợp nào cũng được

A.A Lapsin đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:

θL1 = 



1

1 1

n với B1 > B0 (1.31)

θL =

2 1

2 2 1 1

n n

1

2 0

trong thống kê gọi là hệ số biến động

Bắt đầu quá trình trộn thì hệ số biến động bằng 1, còn mức độ trộn bằng 0 về cuối quá trình trộn thì θM → 1

1.4.4 Cơ chế quá trình trộn

Trang 34

Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau và chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động hỗn hợp của các lực đó Ngoài ra cơ chế trộn còn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình P.M.Latxei (người Anh) đã đưa ra 5 quá trình cơ bản trong các máy trộn như sau:

- Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng – Trộn cắt

- Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí nay đến vị trí khác – Trộn đối lưu

- Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ - Trộn khuếch tán

- Phân tán từng phân tử do va đập vào thành thiết bị - Trộn va đập

- Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp – Trộn nghiền

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Vít tải là một loại máy vận chuyển liên tục, không có bộ phận kéo Chủ yếu

để vận chuyển và trộn các loại vận liệu ở dạng hạt, rắn Nội dung của chương 1, tác giả chủ yếu đi giới thiệu về vai trò, cấu tạo, phân tích ưu nhược điểm của vít tải, đồng thời đánh giá tổng quan về tình hình nghiên cứu chế tạo vít tải trong và ngoài nước Tìm hiểu của một số loại vít tải: Vít tải đặt nằm ngang, đặt thẳng đứng, đặt nằm nghiêng trên cơ sở phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc Từ đó chọn loại vít tải nằm nghiêng để nghiên cứu quá trình trộn muối iốt Trước đó tác giả cũng đưa ra

và phân tích một số loại vít tải đang được sử dụng để vận chuyển muối tại nước ta Cuối chương 1 là phần đánh giá sơ bộ về các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn, phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình trộn hỗn hợp và kết luận

về Cơ chế quá trình trộn: Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực

có hướng khác nhau và chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động hỗn hợp của các lực đó Ngoài ra cơ chế trộn còn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình

Trang 35

Chương 2 NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH VẬN

CHUYỂN BẰNG VÍT TẢI 2.1 NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

2.1.1 Lý thuyết tính toán máy trộn bằng vít tải

2.1.1.1 Năng suất vít tải

Năng suất của vít tải được tính bằng biểu thức sau:

2

60

Q D S.n .C4



Trong đó: D – đường kính ngoài của vít tải, (m);

S – bước xoắn, (m);

n – số vòng quay của vít tải, (vg/ph);

ρ – khối lượng riêng của vật liệu, (T/m3

Trang 36

Đường kính trong của vít d (mm)

Khe hở hướng tâm với máng vít

λ (mm)

Bề dày vít (mm)

Hệ số chứa φ

Trang 37

q = D g .C

4

Q- Năng suất của vít tải (Tấn/giờ)

L- Chiều dài vận chuyển của vật liệu (m)

C0- Hệ số lực cản.Với Vật liệu là muối iot C0=2,5

H- Chiều cao vận chuyển vật liệu theo phương đứng (m)

2.1.1.9 Xác định tổng mô men trên trục vít tải

Trong đó: M1 – mô men trên bề mặt vít, N.m;

M2 – mô men do sức cản ở trong các ổ đỡ trục vít, N.m

a Xác định mô men trên bề mặt vít tải

M1 = P 0,5 Dtb = A tg(α + ρ0) 0,5 Dtb (2.11) Trong đó: P – lực vòng đặt ở cánh vít tải;

Dtb – đường kính tưởng tượng đặt P, Dtb = 0,8D;

A – lực dọc trục, (N);

ρ0 – góc ma sát giữa vật liệu với vít tải;

Trang 38

α – góc nâng của vít tải theo đường kính Dtb

L – chiều dài vít tải;

f – hệ số ma sát giữa vật liệu với vỏ máy;

β – góc nghiêng đặt vít tải

b Xác định mô men cản trong các gối đỡ

M2 = (A + Gvsinβ).f2

2

d f R

2.1.1.10 Tính bền

- Trọng lượng xem như phân bố đều trên vít tải với trọng lượng qv

- Trọng lượng vật liệu qp phân bố đều trên vít tải

- Cần kiểm tra độ cứng, độ võng

Xem như trục được đỡ hai đầu chịu tải trọng phân bố đều

q = q2p q v2.cos (2.16) Trong đó: q – tải trọng chung phân bố đều;

qv – tải trọng 1m vít tải;

qp – trọng lượng vật liệu đè lên vít tải

Trang 39

l q

384

5 4

Khe hở giữa vít tải với máng phải lớn hơn f

Bảng 2.6: Tỷ lệ thích hợp giữa chiều dài L và đường kính D của thùng trộn

Các máy trộn Hệ số đầy φ

Tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính L/D

Số vòng quay n trong một phút (D,dt tính bằng m)

40

20

Trộn ly tâm 0,5 ÷ 0,75 1,8 ÷ 2 400 ÷ 800

D

25

15

Trang 40

Trộn sợi có cánh

2.1.2 Nghiên cứu động học, động lực học

2.1.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên vít tải

Vít tải có bề mặt xoắn ốc theo toàn bộ chiều dài, đồng thời bước của đường xoắn ốc thường là một đại lượng không đổi Chỉ ở trong một vài vít tải có tăng thể tích khoan xoắn ở lỗ nạp

Để thể hiện tải trọng tác dụng, ta xét sự làm việc của vít tải hai ổ tựa có bước của đường xoắn ốc không đổi Năng suất của vít tải và áp suất ép của vật liệu đã biết Giả thiết rằng sự phân bố áp suất theo chiều dài vít có thể coi như biến đổi theo quy luật tăng đều từ 0 đến áp suất làm việc

Ta có các ký hiệu sau :

pmax - áp suất pháp tuyến lớn nhất trên bề mặt vít

pN - áp suất pháp tuyến thay đổi theo chiều dài guồng xoắn

px - áp suất chiều trục

pr - áp suất vuông góc với bán kính, ngược với chiều quay

py - áp suất thành phần theo trục y

pz - áp suất thành phần theo trục z

q - cường độ của tải trọng liên tục

 - góc nâng của đường vít

R2 - bán kính trong của vít

R1 - bán ngoài của vít

t - bước của vít tải