máy ép viên khuôn phẳng

Báo cáo tính toán thiết kế máy ép viên khuôn phẳng. Máy ép viên khuôn phẳng dùng để ép viên từ các phế liệu nông nghiệp. như bã sắn, lõi ngô, bã mía... Các sản phẩm viên có thể là nhiên liệu nấu hay thức ăn gia súc. Nội dung báo cáo gồm phần giới thiệu chung, phân loại máy ép viên, tính toán thiết kế khuôn và con lăn, tính toán hệ số ma sát, thiết kế 3D máy ép viên với phần mềm solid Edge.

Mục lục Mục lục 1 Chương I.Giới thiệu chung 2 Chương II.Phân loại máy ép viên 6 Máy ép khuôn phẳng: 6 Máy ép khuôn vành: 8 Chương III.Tính toán thiết kế khuôn và con lăn 9 1.Thiết kế khuôn: 10 a.Lỗ ép: 12 b.Các kích thước khuôn ép 13 2. Thiết kế Con lăn: 13 a.Vận tốc góc & vận tốc dài 13 b.Lực tác dụng lên khối vật liệu trong lỗ ép: 14 c.Kích thước con lăn 16 Lưu đồ tính toán: 17 Chương IV.Hệ số ma sat và phương pháp đo 18 a.Lý thuyết đo hệ số ma sat: 18 b.Phương pháp đo hệ số ma sat: 19 Chương V.Thiết kế và mô phỏng máy ép khuôn phẳng 20 1.Thiết kế chi tiết (Part design) 20 2.Lắp ráp (Assembly Design) 22 3.Mô phỏng 23 Tài liệu tham khảo: 24 1 Chương I.Giới thiệu chung Sự cần thiết của việc ép viên Hiện nay đất nước ta ngày càng đổi mới, nền kinh tế đã có những thành tựu to lớn và nổi bật. Với những thành tựu ấy, không thể không kể đến những đóng góp của ngành nông nghiệp. Ngày nay việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất, chế tạo là rất quan trọng và không còn mới lạ, nhưng làm thế nào để các ứng dụng khoa học đó có thể đi vào thực tế, giúp cho người nông dân giảm được sức lao động và tăng năng suất thì vẫn còn là một vấn đề thời sự. Đặc biệt trong lĩnh vực máy chế biến thực phẩm, loại máy giúp chế biến các loại sản phẩm nông nghiệp sau thu hoạch, làm đầu vào cho các khâu chế biến tiếp theo. Sản phẩm có được chế biến tốt thì mới có chất lượng tốt và nâng cao được giá trị, có khả năng thâm nhập vào cả những thị trường khó tính như xuất khẩu, qua đó có thể cải thiện và nâng cao được đời sống của người nông dân. Trong sản xuất nông nghiệp, có nhiều loại phụ phế liệu có thể được tái sử dụng như rơm, rạ, vỏ trấu, vỏ lạc .Tuy nhiên những loại phụ phế liệu này chưa được tận dụng vì nói chung chúng thường tồn tại dưới dạng bột, sinh khối kèm theo các nhược điểm là kích cỡ không đồng đều, tỷ trọng nhỏ, chiếm nhiều diện tích, năng lượng thấp, độ ẩm cao (có thể lên đến 80%), chi phí vận chuyển lớn. Vấn đề này có thể khắc phục bằng cách chế tạo viên ép. Vì vậy nhu cầu chế tạo viên ép từ các phụ phế liệu ngày càng lớn đối với nền nông nghiệp trong nước cũng như trên thế giới. Nhận thức được tầm quan trọng của công việc này và được sự giúp đỡ của PGS. TS. Đinh Văn Phong –Trưởng bộ môn Cơ Ứng Dụng trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và TS. Nguyễn Tường Vân - Viện Trưởng Viện Máy Nông Nghiệp RIAM, em đã mạnh dạn tìm hiểu, nghiên cứu, thết kế và mô phỏng máy ép viên khuôn phẳng. 2 Các đặc điểm của viên ép: Viên ép có dạng khối rắn với chất lượng phù hợp, độ ẩm thấp, năng lượng cao, có mật độ , kích thước và hình dạng viên đồng nhất. Ưu điểm của viên ép: - Thể tích thu gọn đáng kể (5 ÷ 8 lần) nên rất thuận tiện cho việc bảo quản và giúp giảm chi phí vận chuyển. - Độ ẩm nhỏ (6÷8%) - Viên nhiên liệu có nguồn gốc thực vật, không có chất phụ gia nên là nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường, góp phần cân bằng lượng CO 2 trong khí quyển. - Viên nhiên liệu tiện cho việc cơ giới hóa, tự động hóa các lò đốt. - Nhiệt trị của các viên nhiên liệu đạt khá cao (từ 3.800 đến 4.500 kCal/kg) nên có thể thay thế được than với giá rẻ hơn từ 40 ÷ 50%. Điểm yếu của các dạng nhiên liệu dạng bột, lại là điểm mạnh của viên ép vì vậy những nhược điểm này có thể được giảm bớt hoặc thậm chí loại bỏ hoàn toàn bằng cách sử dụng nhiên liệu dạng viên. Những phụ, phế liệu nông nghiệp có thể biến thành viên nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường bằng công nghệ và thiết bị, phục vụ đa mục đích kể cả xuất khẩu như: - Rơm rạ - Vỏ trấu - Vỏ cà phê - Lõi ngô - Vỏ sắn 3 - Bã sắn - Mùn cưa và gỗ vụn, cành, ngọn - Bã mía - Vỏ lạc Ứng dụng: Ngoài việc sử dụng viên ép với các phụ phế liệu nông sản để làm nhiên liêu như đã đề cập ở trên. Viên ép có thể ứng dụng vào các lĩnh vực sau: +Thức ăn gia súc: Nhờ ứng dụng ép viên với các loại thức ăn gia súc, nhà nông có thể cho thêm các vitamin & khoáng chất thích hợp vào thức ăn cho từng loại gia súc. Người ta có thể canh cữ lượng thức ăn mỗi ngày cho gia súc vừa đủ mà không lo thiếu hoặc cho ăn quá nhiều. +Chất thải công nghiệp: Những chất thải rắn trong công nghiệp và sinh hoạt cũng có thể chế biến thành viên nhiên liệu thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch ở chính cơ sở tạo ra chúng, góp phần bảo vệ môi trường, hạn chế chôn lấp, tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh như: - Phế thải ngành da giầy. - Phế thải nhà máy giấy. - Phế thải hữu cơ khó phân hủy ở nhà máy xử lý rác sinh hoạt. 4 Hình 1.1.Phế liệu dạng bột 1 Hình 1.2. Viên ép Quy trình sản suất viên ép: Nguyên liệu dạng bột được sấy, nghiền, xử lý vật lý trước khi được cấp vào máy ép, quá trình ép giúp chuyển các nguyên liệu từ dạng bột thành dạng viên ép. Khi các viên ép vừa được đẩy ra khỏi máy có nhiệt độ cao, cần được làm nguội trước khi đem vào sử dụng. Chi phí sản xuất: Việc ép viên phụ phế liệu nông nghiệp đã được nghiên cứu, thí nghiệm và đưa vào sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới. Năm 2006 khoa hóa sinh trường đại học Anh-Columbia (University of British Columbia) đã thí nghiệm & xây dựng mô hình sản xuất viên ép mùn cưa. Mô hình bao gồm +Khối lượng mùn cưa 25 tấn. +Độ ẩm 45% +Khoảng cách vận chuyển 5km +Năng suất 6 tấn/h Với mô hình như vậy họ đã thống kê để ép 1 tấn mùn cưa thành viên chỉ tiêu tốn 36$ ( bao gồm cả các chi phí phục vụ cho việc ép viên như thu hoạch, vận chuyển, lưu trữ, sấy, nghiền…) 5 Nguyên liệu Sấy Nghiền Trộn Xử lý vật lý Ép viênLàm nguội Sản phẩm Chương II.Phân loại máy ép viên Dựa vào hình dáng, kích cỡ và kết cấu các loại máy ép viên hiện nay trên thế giới có thể chia ra 2 loại : máy ép khuôn phẳng và máy ép khuôn vành. Máy ép khuôn phẳng còn được gọi là máy ép viên loại nhỏ vì chúng thường được sử dụng trong sản xuất nhỏ lẻ. Trái lại máy ép khuôn vành được ưa chuộng hơn khi cần sản xuất hàng loạt lớn. Máy ép khuôn phẳng: Máy ép khuôn phẳng được thiết kế khoảng đầu thế kỉ 20 để sản xuất thức ăn cho gia súc. Kích thước của máy ép khuôn phẳng nói chung khá nhỏ gọn so với máy ép khuôn vành nhờ kết cấu điều hành đơn giản. Vì vậy thiết kế máy ép khuôn phẳng được sử dụng nhiều hơn cho các loại máy ép viên nhỏ. Bộ phận làm việc của máy ép khuôn phẳng gồm 2 thành phần chính: khuôn và con lăn. Khi máy làm việc luôn có chuyển động tương đối giữa khuôn và con lăn ( khuôn quay thì con lăn cố định, ngược lại khuôn cố định thì con lăn quay). Vật liệu ép (được cấp từ trên xuống qua phễu nạp liệu) sẽ được nén 1 cách tự nhiên thành dạng viên ép hình trụ thông qua các lỗ trên khuôn Ưu điểm của máy ép khuôn phẳng: +Kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, vận hành. +Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhỏ nên không chiếm nhiều diện tích và dễ dàng di chuyển cũng như lau chùi, bảo dưỡng. +Nhờ ưu thế kết cấu đơn giản mà ngày nay người ta có thể chế tạo sao cho có thể nhìn trực tiếp vào buồng ép khi máy đang làm việc. Vì vậy người sử dụng có thể phát hiện và khắc phục các vấn đề phát sinh trong quá trình ép một cách dễ dàng và nhanh chóng. Nhược điểm: +Con lăn nhanh bị mòn trong quá trình làm việc. 6 +Lực ép phân bố không đồng đều trên toàn bộ diện tích khuôn, càng xa tâm khuôn lực ép càng giảm dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều. Tuy nhiên nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách chế tạo con lăn dạng côn. Hình 2.1.Thiết kế của máy ép khuôn phẳng Hình 2.2. Máy ép khuôn phẳng 7 Nguyên liệu thô dạng bột Con lăn Viên ép Khuôn ép Lỗ ép Phễu nạp liệu Máy ép khuôn vành: Là một trong hai kiểu thiết kế phổ biến của máy ép viên , thiết kế máy ép khuôn vành bắt đầu phát triển những năm 1950. Khác với máy ép khuôn phẳng, máy ép khuôn vành luôn được sử dụng để sản xuất viên gỗ hàng loạt lớn hoặc hàng khối. Máy ép khuôn vành không phổ biến như máy ép khuôn phẳng vì giá cao và kết cấu phức tạp, nhưng nó có lợi thế vượt trội so với máy ép khuôn phẳng trong sản xuất viên gỗ hàng loạt lớn. Bộ phận làm việc của máy ép khuôn vành bao gồm khuôn ép hình vành khăn được đặt thẳng đứng và các con lăn được đặt phía trong của mặt khuôn. Nói cách khác các con lăn là một phần của khuôn. Khi làm việc khuôn quay, các con lăn được cố định sẽ chuyển động theo nhờ ma sat giữa các bề mặt tiếp xúc. Một ống nạp liệu được sử dụng để cấp vật liệu ép từ bộ phận trộn vào cửa khuôn. Hầu hết các loại máy ép viên khuôn vành chỉ có 2 con lăn, tuy nhiên cũng có 1 vài máy có thể thiết kế 3 hoặc 4 con lăn. Ưu điểm: +Hao mòn sinh ra khi làm việc ít hơn so với máy ép khuôn phẳng. +Lực ép phân bố đều trên bề mặt làm việc nên đảm bảo chất lượng viên ép đồng đều +Có lợi về năng lượng: khi làm việc có hiện tượng trượt giữa con lăn với khuôn, làm tăng ma sat và nhiệt cho quá trình ép, điều này sẽ giúp viên ép có chất lượng tốt hơn. Nhược điểm: +Kết cấu phức tạp so với máy ép khuôn phẳng. Không thích hợp với dạng sản xuất nhỏ, đơn lẻ. +Giá thành cao +Cồng kềnh, khối lượng lớn, tính di động kém 8 Hình 2.3.Thiết kế máy ép khuôn vành Hình 2.4.Máy ép khuôn vành Chương III.Tính toán thiết kế khuôn và con lăn Trong quá trình sản xuất viên ép, chất lượng viên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như biến thiên nhiệt độ, độ ẩm vật liệu ép, loại vật liệu chế tạo khuôn và con lăn, loại vật liệu ép Trong tài liệu này để đơn giản quá trình tính toán, yếu tố độ ẩm và nhiệt độ sẽ không được xét đến ( coi như lý tưởng và không đổi). Bộ phận truyền động máy ép khuôn phẳng khá đơn giản Hình 3.1 thể hiện kết cấu thường thấy của loại máy ép này. Phần tính toán hộp giảm tốc và động cơ sẽ không thực hiện trong báo cáo này. 9 Khuôn ép Con lăn Viên ép Nguyên liệu thô dạng bột Lỗ ép Ống nạp liệu Bộ phận trộn Hình 3. 1 1.Thiết kế khuôn: Khuôn phẳng (hình 3.2) có cấu tạo đơn giản nhưng chất lượng khuôn ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm ép. Để tạo ra các lỗ ép trên khuôn thường phải dùng các loại máy khoan nòng sùng ( gun drilling machine) vì tỷ lệ L/d lớn. Để đảm bảo độ nhám bề mặt thành lỗ, sau khi khoan phải làm nguội khuôn trong môi trường chân không để tránh oxy hóa. Vì vậy giá thành của khuôn ép chất lượng tốt rất cao. Có thể chiếm đến 1/3 ÷ 1/2 tổng giá trị cuả cả máy 10 [...]... Hình 3 2 a.Lỗ ép: Khi máy ép viên mới ra đời lỗ ép trên khuôn được thiết kế có hình trụ trơn Sau một thời gian nghiên cứu và phát triển, hiện nay lỗ ép được cải tiến có hình dạng như hình 3.1 Lỗ ép có 3 phần: -Miệng lỗ: hình côn, phần tiếp nhận vật liệu vào lỗ -Thân lỗ: hình trụ , đây là phần làm việc của lỗ, tạo hình cho viên ép Đường kính d của thân lỗ chính là đường kính của viên ép vì vậy đường... vòng có 2 lượt vật liệu được cấp vào thân lỗ  Trục 2 phải quay y/2 vòng để cho ra 1 viên ép/ lỗ có x lỗ trên khuôn x viên cho cả khuôn  số vòng cần thiết để tạo thành 1 viên ép là j=y/2x (vòng /viên) Năng suất: N = m1/t (kg/h) (2.3) với m1 là khối lượng vật liệu ép đc / t=1 giờ  số viên ép được / 1h là G = N/m (viên/ h) (2.4)  Tốc độ quay của trục 2 để đạt năng suất yêu cầu: n=j.G (vòng/h) (2.5)... lượng viên và năng suất cao nên chọn như sau: (1.1) ( Tỷ số thực nghiệm theo tài liệu [1]) 12 Tổng chiều dài lỗ lấy xấp xỉ L = 2l (1.2) Các lỗ được phân bố đều trên khuôn, và được đặt gần nhau Trên 1 khuôn ép có thể có khoảng vài nghìn lỗ ép b.Các kích thước khuôn ép có đường kính ngoài D, đường kính trong Dt vàChiều dày B (B=L) Gọi số lỗ trên khuôn x Diện tích của khuôn: Vậy đường kính ngoài của khuôn. .. tốc dài Khối lượng riêng của viên ép : Với m: khối lượng 1 viên, V: thể tích của 1 viên dài viên 13 với lp là chiều  (2.1)  Gọi ∆l là chiều dày lớp vật liệu được cấp vào thân lỗ mỗi lần con lăn chạy qua miệng lỗ với h là khoảng cách giữa con lăn và khuôn ép, Sc là diện tích miệng lỗ, S là diện tích thân lỗ  Vậy để cấp đủ số vật liệu tương ứng với chiều dài của 1 viên ép thì 1 con lăn phải chạy qua... l của thân lỗ là một nhân tố quan trọng, đóng vai trò quyết định Hình 3.3 Lỗ ép chất lượng của viên ép l/d càng cao thì ma sat sinh ra khi làm việc càng lớn, chất lượng viên ép càng cao -Đáy lỗ: hình trụ, có đường kính d1> d Đáy lỗ là phần không làm việc Sau khi viên ép đi hết chiều dài thân lỗ nếu không có phần đáy lỗ viên ép dễ gãy, vỡ do hiện tượng giãn nở nhiệt Đường kính miệng lỗ, thân lỗ, đáy... trượt trên mặt phẳng nghiêng +Dùng thước đo góc đo giá trị α0 Giá trị tg α0 chính là giá trị k cần tìm cho vật liệu ép +Để đảm bảo độ chính xác có thể lặp lại phép đo cho cùng 1 loại vật liệu ép từ 3 đến 5 lần và lấy giá trị trung bình 19 Chương V.Thiết kế và mô phỏng máy ép khuôn phẳng Sử dụng phần mềm Solid Edge ST3 để thiết kế và mô phỏng 1.Thiết kế chi tiết (Part design) Hình 5 1 Khuôn Hình 5 2... dài Lr=(D - Dt)/2 (2.11) và đường kính Dr Nguyên liệu ép liên tục được cấp từ trên xuống & bám vào bề mặt con lăn Do chuyển động quay của trục 2 từng lớp nguyên liệu bị ép vào các lỗ ép Áp suất lớn được sinh ra do lực ép và ma sat Áp suất này giúp nén chặt các hạt nguyên liệu lại với nhau Quá trình này làm những viên ép bị đẩy ra khỏi khuôn Lực ép sinh ra từ con lăn Fr cũng đồng thời là lực ly tâm... khuôn ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: Độ ẩm, nhiệt độ khuôn, độ nhám bề mặt lỗ, vật liệu ép Vì vậy đối với mỗi loại vật liệu ở những điều kiện khác nhau sẽ cho hệ số ma sat khác nhau Để xác định chín xác hệ số này cho từng loại vật liệu và trong những điều kiện khác nhau ta phải tiến hành đo một cách cụ thể a.Lý thuyết đo hệ số ma sat: Coi lớp vật liệu là chât điểm có khối P1 lượng m Đặt trên mặt phẳng. .. hệ số ma sat giữa vật liệu ép và khuôn chính là tgα Vậy để tìm k ta chỉ cần tìm được giá trị góc α0 khi vật liệu bắt đầu trượt trên bề mặt nghiêng Trong thực tế để đo k ta có thể làm như sau: m   α0 Hình 4 2 Dụng cụ: +1 quả cân có khối lượng m +Bề mặt cùng loại vật liệu chế tạo khuôn, có thể quay như khớp bản lề +Thước đo góc Tiến hành đo: +Ở đáy quả cân dính 1 lớp vật liệu ép thật mỏng và đều, có thể... Fr= Fms + ml/t2 (2.6) l F0 m = ρlπd2/4 (2.7) (2.8) Fms=F0.k với k là hệ số ma sat giữa vật liệu và thành khuôn Hệ số ma sat k ảnh hưởng bởi nhiều Fms Hình 3.5 Lực tác dụng trong lỗ ép  yếu tố, cách đo hệ số ma sat ở chương sau F0 là áp lực giữa vật liệu và thành khuôn (*) Coi áp lực trong lỗ ép là đẳng hướng  (S là diện tích miệng lỗ ) Thay vào(*) (2.9) Thế (2.7),(2.8),(2.9) vào (2.6) rút được . của máy ép khuôn phẳng Hình 2.2. Máy ép khuôn phẳng 7 Nguyên liệu thô dạng bột Con lăn Viên ép Khuôn ép Lỗ ép Phễu nạp liệu Máy ép khuôn vành: Là một trong hai kiểu thiết kế phổ biến của máy ép. kích cỡ và kết cấu các loại máy ép viên hiện nay trên thế giới có thể chia ra 2 loại : máy ép khuôn phẳng và máy ép khuôn vành. Máy ép khuôn phẳng còn được gọi là máy ép viên loại nhỏ vì chúng thường. 2 Chương II.Phân loại máy ép viên 6 Máy ép khuôn phẳng: 6 Máy ép khuôn vành: 8 Chương III.Tính toán thiết kế khuôn và con lăn 9 1.Thiết kế khuôn: 10 a.Lỗ ép: 12 b.Các kích thước khuôn ép 13 2. Thiết