Thiết kế máy sàng rung có hướng chương 3

Máy được chọn thiết kế là máy sàng rung có hướng.Trước khi bước vào phần tính toán động học và động lực học toàn máy, ta tìm hiểu kĩ hơn các vấn đề của máy thiết kế và những đặc điểm của nó.

Phần III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC

VÀ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY

I.Những vấn đề liên quan đến máy thiết kế:

Máy được chọn thiết kế là máy sàng rung có hướng.Trước khi bước vào phần tínhtoán động học và động lực học toàn máy, ta tìm hiểu kĩ hơn các vấn đề của máy thiết

kế và những đặc điểm của nó

Như phương án đã chọn ở phần trước, máy thiết kế thuộc kiểu máy sàng phẳng.Máy

có cấu tạo phức tạp hơn so với các loại máy sàng rung khác ( do cấu tạo của bộ gâyrung có hướng ).Mặt sàng của máy đặt nằm ngang nên giảm được chiều cao đặt máy,thường được dùng trong trạm nghiền sàng di động hoặc tại các nơi công trình có chiềucao bị giới hạn.Cấu tạo của máy được thể hiện trên hình 10:

Hình 10Hộp sàng với các lưới sàng được liên kết với khung cố định nằm ngang qua các tayđòn và lò xo giảm chấn Bộ gây rung có hướng gắn vào hai thành bên của hộp sàngsao cho đường tác dụng của nó tạo với mặt sàng một góc 35°

Cấu tạo của bộ gây rung có hướng vẽ trên hình 11

Nó gồm hai trục lệch tâm giống nhau, các trục này đều đặt trên các ổ bi Một tronghai trục trên nhận chuyển động quay của động cơ qua puli và truyền chuyển động chotrục thứ hai qua cặp bánh răng Khi hai trục quay đồng tốc và ngược chiều, dao động

vô hướng được tạo thành có hướng, hướng dao động là hướng vuông góc với đườngnối tâm của hai trục lệch tâm

Mặt sàng phải đạt được những yêu cầu sau:

+Có tổng diện tích lỗ sàng lớn nhất, bảo toàn được kích thước lỗ và chống mòncao.Trong sản xuất vật liệu xây dựng có các loại mặt sàng: mặt bản đột lỗ, lướithép(đan hoặc hàn), mặt sàng dạng thanh và mặt sàng dạng cao su

Mặt sàng bản đột lỗ cho độ bền cao nhất, song tổng diện tích lỗ sàng lai nhỏ nhất( với lỗ tròn, nhỏ hơn 50% so với diện tích mặt sàng) chúng được dùng khi đường kính

lỗ từ 10÷80 mm.Khi hạt có kích thước lớn dùng mặt sàng thanh với các tiết diện nêutrong hình 12

Hình 12Mặt sàng lưới thép cho tổng diện tích lỗ sàng lớn nhất (đến 70% ) nên rất hiệuquả khi sàng vật liệu có độ hạt nhỏ Đường kính của sợi thép được chọn theo kíchthước lỗ Để bảo toàn khoảng cách của lỗ, sợi thép được uốn dạng sóng hoặc đượchàn Để có tính chống mòn cao, các sợi thép được chế tạp bằng thép cácbon cao, thépmangan hoặc thép hợp kim chất lượng cao

Hình dạng lỗ ảnh hưởng lớn đến chất lượng sàng.Khi sàng hỗn hợp sỏi cát theophương pháp khô tốt nhất là dùng lưới sàng có lỗ chữ nhật có tỉ số D×R = 2×1 Nếu

sàng chúng theo phương pháp ướt thì tỉ lệ D×R=4×1 Sử dụng mặt sàng lưới tăng đượcnăng suất lên 1.5÷2 lần, đồng thời nâng cao được chất lượng phân loại Song nếu sảnphẩm có số lượng hạt bẹt lớn thì nó dễ dàng lọt qua, làm tăng độ tạp của sản phẩm.Lưới sàng lỗ chữ nhật tránh cho lỗ sàng bị bít do diện tích lỗ sàng lớn Lỗ vuông và lỗtròn thì ngược lại với lỗ chữ nhật, có độ tạp ít, chất lượng sản phẩm cao và thườngdùng để sàng vật liệu nghiền.

Độ bền của mặt sàng phụ thuộc chính vào việc kẹp và căng lưới sàng Lưới sàngcần được kẹp chắc vào các gối đỡ của mặt sàng Khoảng cách của các gối đỡ phải hợp

lý, sao cho lưới sàng không bị uốn trũng do trọng lượng vật liệu

Các mặt sàng được đặt theo các cách khác nhau theo trình bày ở phần hai Khiđặt liên tiếp, việc kiểm tra bảo trì mặt sàng dễ làm Cách đặt song song được sử dụngthông thường nhằm tách các hạt theo độ lớn nên chất lượng phân loại cao

Bố trí các mặt sàng:

Các mặt sàng có thể được bố trí theo nhiều cách khác nhau.Có thể đặt liên tiếp cácmặt sàng theo thứ tự tăng dần cỡ mắt sàng Có thể đặt song song, mặt sàng bố trí haitầng theo thứ tự giảm dần cỡ mắt sàng từ trên xuống dưới Hoặc có thể đặt kết hợp từhai phương án trên Các phương án đặt sàng được mô tả trong hình dưới:

c)

Hình 14- Sơ đồ đặt mặt sànga) đặt liên tiếp ; b) đặt song song

c) đặt hỗn hợpKhi đặt liên tiếp, việc kiểm tra bảo trì mặt sàng dễ làm Cách đặt song song được sửdụng thông thường nhằm tách lần lượt các hạt theo độ lớn nên chất lượng phân loạicao

Từ những kiến thức trên cộng với định hướng thiết kế đã trình bày ở phần trước, ta xác định hướng thiết kế cụ thể như sau:

+Máy sàng rung có hướng.

+Tiếp nhận được đá đầu vào có kích thước <100 mm.

+Sản phẩm đá đầu ra phân làm 3 loại: một thành phẩm và hai thứ phẩm.

+Kích cỡ đá đầu ra có thể điều chỉnh theo yêu cầu từ 5÷50 mm.

+Năng suất thiết kế: 50÷75t/h.

II.Những chỉ tiêu đánh giá quá trình sàng:

_Quá trình sàng được đánh giá qua các chỉ tiêu sau: năng suất Q (m3/h) ; hiệu quảsàng E (%) và độ sạch ftr (%) Năng suất Q là chỉ tiêu về số lượng vật liệu được sàngtrong một đơn vị thời gian Hiệu quả và độ sạch là chỉ tiêu về chất lượng Các chỉ tiêutrên ràng buộc nhau và phụ thuộc vào các thông số cấu tạo máy sàng ( loại sàng, kíchthước lỗ sàng, tốc độ và quỹ đạo chuyển động ) ; phụ thuộc vào thành phần độ hạt vàphương pháp sàng ( khô hay ướt )

1 Hiệu quả sàng E: là tỉ số % hạt dưới sàng đã lọt qua lỗ sàng với toàn bộ hạt dưới

sàng chứa trong vật liệu đem sàng:

Ở đây : c - Lượng hạt dưới sàng chứa trong vật liệu đem sàng, (%)

b - Lượng hạt dưới sàng đã không lọt qua lỗ sàng, (%)

2 Độ sạch (f tr ): là tỉ số phần trăm khối lượng các hạt khác loại lẫn trong đó so với

khối lượng của chúng

Khi các điều kiện khác như nhau, hiệu quả sàng phụ thuộc vào chiều dài mặt sàng

L Khi L tăng ( trong vòng 2÷2,5m) hiệu quả sàng tăng theo vì khả năng hạt vật liệugặp lỗ sàng tăng Song nếu tiếp tục tăng L quá giới hạn trên, hiệu quả sàng hầu nhưkhông thay đổi Bởi vậy, chiều dài L ≤ 2,5m Đối với máy sàng rung, tỉ lệ tối ưu giữa

B : L = 1 : 2,5 Với tỉ lệ đó, năng suốt sàng tăng tỉ lệ với diện tích mặt sàng Mặt sàng

có B rộng và L ngắn là không hợp lí, do khó đảm bảo việc nạp liệu đều theo chiềurộng và làm xấu các chỉ tiêu kỹ thuật.

Đối với phương án thiết kế máy sàng này, sau khi tham khảo máy mẫu CM-742vàcác máy cùng dạng của Trung Quốc (2YA1230, 3YA1230) về năng suất, ta chọn kíchthước sàng như sau:

B × L = 1200 × 3000 (mm)Máy sàng thiết kế gồm hai sàng bố trí song song nhau Với hệ thống khung giàn đỡ sàng, ta sẽ thiết kế sao cho coe thể đảm bảo được khả năng mở rộng phạm vi công nghệ, như có thể bố trí mặt sàng theo kiểu hỗn hợp

Các kích thước sàng được thể hiện trong hình dưới :

Kx

Ky

x y

Hình 16 - Sơ đồ máy sàng rung vô hướngChuyển động của hộp sàng trong chế độ ổn định không tính đến sức cản vàmômen do động cơ gây ra được mô tả bằng các phương trình vi phân:

(M+ m)x” + Kxx = mrω2cosωt(M+ m)y” + Kyy = mrω2cosωtTrong đó: M - khối lượng của hộp sàng

m - khối lượng của khối lệch tâm x”, y”- gia tốc theo trục x và y

Kx, Ky- độ cứng của gối giảm chấn theo hướng ngang và thẳng đứng

r - toạ độ lệch tâm của khối lệch tâm

x

y

? t

Fa.cos ? t Fa.sin ? t

Fa = mr ? 2

? t

Hình 18 – Sơ đồ phân tích lực tác động lên hai khối lệch tâm quay ngược chiều

Mô phỏng từ mô hình chuyển động của sàng rung có hướng: hai khối lệch tâm cùngkhối lượng quay ngược chiều nhau và cùng một tốc độ

Từ hình trên, ta suy ra được giá trị của lực gây rung của máy sàng rung có hướng:

Ftx = 2Fa.cosωt = 2mrω2cosωt ;

Fty = 0 ;

Sơ đồ lực tác dụng được thể hiện tromg hình 19

Từ phân tích trong hình 19, ta thấy: dao động theo phương y đã bị triệt tiêu Do đótrong hệ phương trình vi phân của máy sàng rung có hướng chỉ còn một thành phầntheo phương x

x = Axcosωt ;

Ở đây Ax là hằng số mà giá trị của nó cần thoã mãn phương trình (1) , chúng ta nhậnđược nghiệm riêng của phương trình khi thay giá trị x vào phương trình (1), ta tìmđược:

- x.M = 2mr ; Trong đó : x- biên độ dao động của hộp sàng

M- khối lượng của hộp sàng 2mr- mômen tĩnh của bộ gây rung, dấu (-) trong vế trái của phươngtrình trên chứng tỏ rằng, ở chế độ dao động sau cộng hưởng, sự dịch chuyển của hộpsàng ngược pha với lực kích thích

Từ phương trình trên, nếu biết được các giá trị x và M ta sẽ tính được mômen tĩnhcủa bộ gây rung

Xác định giá trị x và M:

Xác định giá trị biên độ dao động x:

Theo kinh nghiệm, giá trị biên độ dao động a = 2 ÷ 5 mm Tham khảo biên độ daođộng của máy mẫu và của các máy cùng loại do Trung Quốc sản xuất, ta có các số liệusau:

Máy CM-742 ( Nga ) : a = 8,5 mm Máy 2YA1230, 3YA1230 ( TQ ) : a = 8 mm

Từ các số liệu tham khảo, ta chọn thiết kế máy có biên độ dao động a = 8 mm

Tính khối lượng các phần rung M:

Khối lượng này lấy bằng tổng khối lượng quy dẫn của các thành phần sau:

Khối lượng quy dẫn của phần vật liệu cần phân loại M2

Khối lượng của sàng rung động M1

Tính khối lượng M2:

Do sàng rung động liên tục nên khi đưa vật liệu vào máy sàng, ta coi như vật liệuđược phân bố đều trên lưới sàng với bề dày c = 100 mm

Theo mục 1, kích thước khung sàng là: a = 1200 mm, b = 3000 mm

Thể tích gần đúng của khối vật liệu trên sàng:

V = a×b×c = 1.2×3×0.1 = 0.36 m3 ; Khối lượng vật liệu trên lưới sàng là:

G = V.γ = 0,36.2,7 = 0,972 (tấn)Trong đó: γ = 2,7 tấn/m3 là khối lượng riêng của đá

Khối lượng quy dẫn của vật liệu trên lưới sàng có xét đến phân bố không đồng đềucủa vật liệu là:

M2 = αb.G Trong đó: αb- hệ số quy dẫn tính đến sự phân bố không đồng đều của đá trên lướisàng.Với hỗn hợp đá ẩm ướt: αb = 0,25 Với hỗn hợp đá khô: αb = 0,4

Suy ra : M2 = 0,4.0,972 = 0,389 (tấn) = 389 (kg)

Tính khối lượng M1:

Khối lượng này bằng tổng khối lượng các phần sau:

Khối lượng nôi rung: G1

Khối lượng của bộ phận gây rung: G2

Khối lượng tổng cộng của lưới sàng: G3

Khối lượng của puli bị động: G4



4 1

i i

Xác định khối lượng của nôi rung G1:

Theo kết cấu máy mẫu, nôi rung được hàn từ các tấm thép 45 có bề dày h = 25 mmthành một khung hình chữ nhật Vì vậy, ta tính khối lượng của nôi rung này thông quathể tích của tấm thép và khối lượng riêng của nó

Chọn:

Chiều dài nôi rung là : a = 3,3 m

Chiều rộng nôi rung là : b = 1,25 m

Chiều cao nôi rung là : c = 0,5 m

Thể tích của các tấm thép tạo nên kết cấu nôi rung là:

V = 2.c.h.(a+b) , cm3

V = 2.50.2,5.(330+125) = 113750 cm3.Vậy khối lượng của nôi rung:

G1 = V.γ = 113750.7,8.10-3 = 887,25 kg ≈ 890 kg Xác định khối lượng của bộ phận gây rung động G2 :

Dựa vào tài liệu của Liên Xô về máy sàng đá CM-742, khối lượng của bộ phậngây rung là : 665 kg Khi thiết kế ta lấy theo giá trị này

Xác định khối lượng tổng cộng của lưới sàng G3 :

Lưới sàng được chế tạo từ các sợi thép 45 có đường kính chọn d = 6 mm, đồng thờidựa vào máy mẫu CM-742, ta lấy : G3 = 98 kg

Khối lượng của puli bị động 2:

3 Tần số và biên độ dao động tối ưu:

a) Đặt vấn đề: Biên độ và tần số dao động tối ưu phụ thuộc vào hình dạng của quỹđạo chuyển động Tổ hợp của ba yếu tố trên ảnh hưởng đến năng suất, hiệu quả sàng

và khả năng kháng bịt lỗ sàng ( kháng tắc ) của mặt sàng Vì khi hạt vật liệu bị kẹt ở lỗsàng một cách phổ biến, quá trình phân loại trên máy sàng rung bị xấu đi nên chỉ tiêukháng bịt lỗ sàng được coi là ưu tiên để chọn các thông số dao động Tốc độ và dạngquỹ đạo chuyển động là những nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình kháng bịt lỗsàng Khi tăng tốc độ chuyển động của mặt sàng thì điều kiện kháng bịt lỗ sàng tốt lên,song hiệu quả sàng bị giảm đi vì khi tốc độ ném hạt tăng thì khoảng cách giữa cácđiểm chạm kề nhau của hạt vật liệu và mặt sàng tăng, nên số lần tiếp xúc của hạt vật

liệu và mặt sàng giảm, do vậy, hạt vật liệu ít có cơ hội gặp lỗ sàng để làm công việcphân loại.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng, lỗ sàng sẽ không bị hạt vật liệu bịt tắc nếu quỹ đạochuyển động của hạt vật liệu đạt được độ cao h so với mặt sàng lớn hơn 0,4 lần kíchthước lỗ sàng, nghĩa là h ≥ 0,4 l Xuất phát từ điều kiện trên, tốc độ lớn nhất của mặtsàng được tính như sau:

Các thông số cho mặt sàng đặt ngang kèm với bộ gây rung có hướng được thể hiệntrong hình dưới:

v0 - tốc độ lớn nhất theo hướng dao động ;

γ – góc giữa hướng dao động và mặt sàng ;

Từ hai phương trình trên chúng ta suy ra:

y = x.tgγ -

 2 2 0

2

cos 2

.

v

x g

;Chúng ta tìm được giá trị x1 mà với nó y đạt giá trị lớn nhất, bằng cách đạo hàmphương trình trên và cho bằng không

x1 = v tgg 

2 2

; Khi thay x = x1 và lấy y = h chúng ta có:

;Khi góc nghiêng γ = 35º, ta có :

v0 = 7,72 h ;Dựa vào tốc độ dao động của mặt sàng, ta xác định các thông số dao động cơ bản

v0 = a.ω ;Trong đó: a- biên độ dao động, ở phần trước ta đã chọn a = 8 mm

ω - tần số góc của dao động, tần số này tính theo công thức:

cơ qua bộ truyền đai có tỉ số truyền id = 3.

Sơ bộ ta chọ loại động cơ có tốc độ quay ndc = 1430 vg/ph, tương tự máy sàngCM-742 của Liên Xô

1450 14 , 3

s rad

Từ các thông số trên, ta có:

v0 = 0,008.50,6 = 0,4 (m/s) ;b) Để cho máy lâu hỏng, cần phải khống chế gia tốc dao động j không được vượtquá 80 m/s2

Gia tốc dao động j:

j = ω2.a ;Kiểm tra với các giá trị đã chọn:

j = 50,62.0,008 = 20,5 m/s2 < 80 m/s2 ;Như vậy với các giá trị đã chọn, máy hoạt động an toàn

4 Góc của dao động:

Đối với loại sàng đặt ngang, để hạt vật liệu có thể di chuyển trên sàng và thực hiệnquá trình phân loại thì lực kích động phải nghiêng với phương ngang một góc nào đó.Đối với máy thiết kế, ta chọ góc nghiêng của lực phát động γ = 35°

5.Xác định những chỉ tiêu kĩ thuật Q và E:

Những chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản của quá trình sàng là năng suất Q và hiệu quả sàng E.a) Quan hệ giữa Q và E: quan hệ giữa Q và E được biểu diễn bằng đồ thị Hình 21 biểudiễn quan hệ E = f(Q) thu được trên máy sàng C.724 Từ đồ thị đó thấy rằng, vớinhững điều kiện cụ thể đã xác định, không nên tăng hiệu quả sàng bằng cách thay đổi (tăng hay giảm ) năng suất Để giải thích đặc tính này, chúng ta quan sát đặc điểmchuyển động của lớp vật liệu hạt trên mặt sàng

Quá trình phân loại trên mặt sàng của máy sàng rung gồm hai giai đoạn xảy ra đồngthời và liên tục Ở giai đoạn đầu, những hạt nhỏ nằm trên cùng cần phải lọt xuống quachiều dày của lớp vật liệu tiếp xúc với mặt sàng Ở giai đoạn hai, các hạt nhỏ cần đi lọtqua lỗ sàng Giai đoạn đầu được kết thúc tại một bộ phận nhất định của mặt sàng, hầunhư bằng cả chiều dài, nếu chiều dày của lớp vật liệu không vượt quá giá trị đã đượcxác định ( giới hạn ), và trong điều kiện đó, hiệu quả sàng vô cùng cao Giai đoạn haiđược tiếp tục trong hành trình chuyển động của vật liệu trên suốt cả chiều dài mặtsàng Bởi vậy năng suất sàng cần phải lựa chọn sao cho chiều dày của lớp vật liệu trênmặt sàng không vượt quá giá trị giới hạn Trên cơ sở đó, giá trị lớn nhất của năng suấtđược coi là năng suất tối ưu và khi đó hiệu quả sàng sẽ là lớn nhất hoặc cận tối đa đốivới các điều kiện cụ thể đã cho

Người ta đã chứng minh rằng, năng suất càng tăng lên khi tăng kích thước lỗ sàng,còn hiệu quả sàng không phụ thuộc vào kích thước lỗ sàng với các điều kiện gần nhưbằng nhau.

70 80 90 E%

Q 3

Một dây chuyền nghiền sàng đá gồm nhiều thành phần Mỗi thành phần có thông sốnăng suất xác định Đây là một trong những nhân tố chi phối năng suất của máy sàngrung Do đó khi thiết kế dây chuyền nghiền sàng đá, điều quan trọng là chọn năng suấtcác thiết bị trong dây chuyền cho phù hợp

Để xác định các thông số chi phối tiếp theo, ta nghiên cứu công thức tính năng suấtmáy sàng

Q = q.F.K1.K2.K3.m , ( m3/h )

Từ công thức này, ta thấy ba thông số quan trọng ảnh hưởng đến năng suất sàng là:năng suất riêng của máy sàng ( phụ thuộc vào kích thước lỗ sàng ) , dung lượng hạtdưới sàng (Cd) và lượng % hạt nhỏ hơn một nửa kích thước lỗ sàng có trong vật liệudưới sàng ( Cd1/2)

Trong các thông số trên, Cd và Cd1/2 không cố định và phụ thuộc vào sự tác động củacon người Khi lỗ sàng cố định, năng suất sàng phụ thuộc vào Cd và Cd1/2 Khi Cd và

Cd1/2 cố định, năng suất sàng phụ thuộc vào kích thước lỗ sàng