Đang tải... (xem toàn văn)
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ MẾN THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CÔN ĐỨNG NĂNG SUẤT 100 KGMẺ Tp. Hồ Chí Minh Tháng 09 năm 2007 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CÔN ĐỨNG NĂNG SUẤT 100 KGMẺ Chuyên ngành: Cơ khí bảo quản và chế biến nông sản thực phẩm Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. NGUYỄN NHƯ NAM NGUYỄN THỊ MẾN Tp. Hồ Chí Minh Tháng 09 năm 2007 3 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGNING, MANUFACTURING AND TESTING THE PREMIX VERTICAL CONE TYPE MIXER WITH CAPACITY 100KGBATCH Speciality: Engineering for preserving and processing Agricultual products Supervisor: Student: DR: NGUYEN NHU NAM NGUYEN THI MEN Ho Chi Minh, city September, 2007 4 LỜI CẢM TẠ Đầu tiên con xin chân thành cảm ơn bố mẹ, những người đã sinh thành và dưỡng dục con có được ngày hôm nay. Em xin cảm ơn anh chị đã động viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã yêu thương, hết lòng truyền đạt những kiến thức mới, những kinh nghiệm quí báu về cách sống, phương pháp làm việc và nghiên cứu trong suốt quá trình học tập và phấn đấu tại trường. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Như Nam, cán bộ giảng dạy Khoa Cơ Khí Công Nghệ, trưởng bộ môn “Máy sau thu hoạch” đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp Cơ khí 29B và bạn bè đã giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. 5 TÓM TẮT Đề tài: “Thiết kế , chế tạo và khảo nghiệm máy trộn Premix dạng thùng côn đứng năng suất 100 kgmẻ”. Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. Nguyễn Như Nam Nguyễn Thị Mến 1. Mục đích đề tài: Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy trộn premix dạng thùng côn đứng năng suất 100 kgmẻ. 2. Nội dung thực hiện: Cấu tạo và phạm vi sử dụng máy trộn thùng quay. Đối tượng trộn. Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc. Tính toán thiết kế bộ phận trộn. Tính toán thiết kế các bộ truyền động. Thiết kế khung máy. Chế tạo. Khảo nghiệm. 3. Kết quả tính toán: Thùng trộn: o Đường kính hình trụ: D = 800 mm. o Chiều cao hình trụ: H = 400 mm. o Đường kính hình côn: d = 350 mm. o Chiều cao hình côn: h = 390 mm. o Tổng chiều dài: L = 1,18 mm. 6 Bộ truyền đai: o Đường kính bánh chủ động: D1 = 140 mm. o Đường kính bánh bị động: D2 = 450 mm. o Khoảng cách trục: A = 460,8 mm. o Chiều dài đai: L = 1900 mm. o Chiều rộng bánh đai: B = 20 mm. Bộ truyền động xích: o Số răng đĩa dẫn: Z1 = 25 o Số răng đĩa bị dẫn: Z2 = 75 o Đường kính vòng chia của đĩa dẫn: dc1 = 152 mm. o Đường kính vòng chia của đĩa bị dẫn: dc2 = 455 mm. o Khoảng cách trục: A = 379 mm. 4. Kết quả khảo nghiệm: Thời gian trộn thực tế t = 10 ph. Năng suất Q = 602,0 kgh. Công suất N = 0,781 kW. Chi phí năng lượng riêng A2 = 1,297 kWhT. Độ trộn đều hỗn hợp K = 97,632 %. 7 SUMMARY Thesis: “Designing – manufacturing and testing the Premix vertical cone type mixer with 100 kgbatch of capacity”. 1. Thesis purposes: Designing – manufacturing and testing the Premix vertical cone type mixer with 100 kgbatch of capacity. 2. Content of thesis: Construction and applied field of the rotary drum mixer. Materials of mixing. Selecting model and working principle. Calculating and designing the mixing part Calculating and designing the transmission. Designing the frame of the mixer. Manufacturing. Testing. 3. Results of calculating: Mixing drum: o Cylinder diameter: D = 800 mm. o Cylinder height: H = 400 mm. o Cone diameter: d = 350 mm. o Cone height: h = 390 mm. o Sum of lengths: L = 1180 mm. Belt transmission: o Diameter of the o Diameter of the o Shaft distance: A = 460,8 mm. o Length of belt: L = 1900 mm. o Width of belt wheel: B = 20 mm. 8 Chain transmission: o Amount of active chainwheel’s tooth: Z1 = 25. o Amount of passive chainwheel’s tooth: Z2 = 75. o Pitch cycle of diameter of active chainwheel: dc1 = 152 mm. o Pitch cycle of diameter of passive chainwheel: dc2 = 455 mm. o Shaft distance: A = 379 mm. 4. Testing result: Truth time of mixing t = 10 minutes. Capacity Q = 602,0 kgh. Power N = 0,781 kW. Spend on individual energy A2 = 1,297 kWhT. Degree of regular mixture of mixing K = 97,632 %. 9 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. m Khối lượng hạt. Khối lượng riêng của hạt. Khối lượng thể tích của vật liệu. d Đường kính của hạt. dtđ Đường kính tương đương của hạt. q Hàm phân Qr Hàm phân bố tổng. Hệ số hình dạng. F Diện tích bề mặt. V Thể tích. ,m O Bề mặt riêng khối lượng. ,v O Bề mặt riêng thể tích. Ứng suất tiếp. 0 Ứng suất tách. Ứng suất pháp. f Hệ số ma sát. Sức căng bề mặt của chất lỏng ở điều kiện trộn. Độ rỗng của khối hạt. B Nồng độ muối kiểm tra. Mức độ trộn. T Độ lệch bình phương trung bình lý thuyết. p Tỷ lệ cấu tử nghiên cứu trong toàn bộ hỗn hợp. v Cường độ của quá trình tạo hỗn hợp. f n, f0 Cường độ của quá trình thuận nghịch. t Thời gian trộn. Ci Tỷ lệ phần cấu tử kiểm tra. 10 P Tham số trạng thái. D Đường kính. R Bán kính. n Số vòn quay. Flt Lực li tâm. g Gia tốc trọng trường. Gia tốc góc. G Lực trọng trường. K Hằng số thực nghiệm. L Chiều dài. Q Năng suất trộn. d Hệ số đầy của thùng. t Thời gian trộn. p Thời gian phụ. n Thời gian nạp liệu. N Công suất. r ng Bán kính ngỗng trục. ftr Hệ số ma sát trong giữa ngỗng trục và ổ. h Chiều cao. tn Góc rơi tự nhiên. Vt Thể tích chiếm chỗ của vật liệu chứa trong thùng. q Khối lượng một mẻ trộn. c Hệ số chứa. V c Thể tích phần hình côn. ngh Số vòng quay giới hạn. dt Đường kính đầu mút của thùng. M Mô men. Hệ số ma sát lăn. Gth Khối lượng thùng. G sp Khối lượng sản phẩm. 11 A Khoảng cách trục. S o Lực căng ban đầu. o Ứng suất căng ban đầu. X Số mắt xích. Z Số răng. u Số lần va đập. d c Đường kính vòng chia. 12 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1. Các dạng máy thùng quay Hình 2.2. Các trạng thái hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp hai cấu tử. Hình 2.3. Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d). Hình 2.4: Các đường cong động học quá trình trộn. Hình 4.3 – Mô hình làm việc của máy trộn Premix dạng thùng côn đứng. Hình 4.5: Sơ đồ tính toán để xác định trọng tâm của sản phẩm trong thùng đối với trục xyz. Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào góc quay của thùng. Hình 7.1 :Máy trộn Premix dạng thùng côn đứng(nhìn theo phương chiếu đứng) Hình 7.2 : Máy trộn Premix dạng thùng côn đứng (nhìn theo phương chiếu cạnh) 13 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1 : Bảng kết quả khảo nghiệm 14 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM TẠ TÓM TẮT DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁC HÌNH Chương 1 : MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1 Chương 2 : TRA CỨU TÀI LIỆU SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI.................................................................................................................................. 3 2.1 Máy trộn thùng quay ............................................................................... 3 2.1.1 Cấu tạo máy trộn thùng quay............................................................... 3 2.1.2 Phạm vi sử dụng..................................................................................... 4 2.2 Lý thuyết cơ bản trộn hỗn hợp ............................................................... 5 2.2.1 Khái niệm................................................................................................ 5 2.2.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn ....................................... 6 2.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng trộn hỗn hợp................................. 10 2.2.4 Cơ chế của quá trình trộn ................................................................... 12 2.3 Lý thuyết tính toán máy trộn thùng côn đứng. (Theo TL – 4)........... 14 2.3.1 Số vòng quay của thùng....................................................................... 14 2.3.2 Thời gian trộn........................................................................................ 14 2.3.3 Năng suất của máy trộn thùng quay .................................................. 15 2.3.4 Công suất của máy trộn thùng quay ................................................... 15 Chương 3 : PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ................................................. 18 3.1 Phương pháp thiết kế.............................................................................. 18 3.2 Phương pháp chế tạo .............................................................................. 18 3.3 Phương pháp thí nghiệm........................................................................ 19 3.4 Phương pháp đo đạc và sử lý số liệu ..................................................... 19 Chương 4 : THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................ 20 4.1 Đối tượng trộn ......................................................................................... 20 4.2 Các dữ liệu thiết kế ban đầu .................................................................. 20 4.3 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc ............................................. 20 4.3.1 Lựa chọn mô hình máy........................................................................ 20 4.3.2 Nguyên lý làm việc ............................................................................... 21 4.4 Tính toán thiết kế bộ phận trộn............................................................. 21 4.4.1 Xác định thể tích chứa của thùng....................................................... 21 4.4.2 Xác định các kích thước thùng trộn................................................... 22 15 4.5 Tính toán động học của máy trộn.......................................................... 23 4.5.1 Xác định số vòng quay cần thiết cho máy trộn ................................. 23 4.5.2 Xác định thời gian trộn ....................................................................... 24 4.5.3 Tính toán mô men cản của thùng trộn............................................... 24 4.5.4 Xác định công suất để quay thùng trộn ............................................. 29 4.6 Tính toán thiết kế bộ phận truyền động ............................................... 29 4.6.1 Số liệu thiết kế đã biết.......................................................................... 29 4.6.2 Thiết kế bộ truyền động đai................................................................. 30 4.6.3 Tính bộ truyền động xích ..................................................................... 32 4.7 Thiết kế khung máy................................................................................ 34 4.8 Công nghê chế tạo ................................................................................... 35 4.8.1 Qui trình công nghệ chế tạo vỏ thùng................................................ 35 4.8.2 Qui trình chế tạo trục .......................................................................... 35 4.8.3 Qui trình công nghệ chế tạo khung .................................................... 35 4.9 Khảo nghiệm xác định các thông số kỹ thuật....................................... 35 4.9.1 Mục đích khảo nghiệm ........................................................................ 35 4.9.2 Nội dung khảo nghiệm......................................................................... 35 4.9.3 Kết quả khảo nghiệm .......................................................................... 36 4.10 Ý kiến thảo luận.................................................................................... 38 Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...................................................................... 39 5.1 Kết luận .................................................................................................... 39 5.2 Đề nghị...................................................................................................... 39 Chương 6 : TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 40 16 Chương 1. MỞ ĐẦU Hình thức chăn nuôi công nghiệp ngày càng được phổ biến rộng rãi ở nước ta. Đặc biệt là các tỉnh phía Nam, ngoài con giống, thuốc thú y, chuồng trại thì thức ăn chăn nuôi đóng một vai trò hết sức quan trọng. Chăn nuôi ở các nước phát triển chủ yếu theo mô hình chăn nuôi tập trung với đàn nuôi tới hàng ngàn con gia súc, gia cầm, thuỷ cầm và các loài thuỷ hải sản. Với sự phát triển cả về số lượng và chủng loại vật nuôi đòi hỏi phải cung cấp lớn một lượng thức ăn bổ sung dưới các dạng premix để đáp ứng nhu cầu hàng ngày. Vì vậy đặt ra cho nền kinh tế nước ta một ngành sản xuất thức ăn bổ sung phục vụ cho chăn nuôi. Loại thức ăn này nhằm đảm bảo đủ các thành phần vi lượng, vitamin, hay muối khoáng, thuốc phòng bệnh đồng thời giúp vật nuôi hấp thụ tốt thức ăn. Các prêmix qua chế biến cơ học để tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Trong đó trộn đều giữ vai trò hết sức quan trọng. Thức ăn công nghiệp phục vụ trong chăn nuôi bao gồm nhiều tỷ lệ thành phần khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại vật nuôi ví dụ như thức ăn cho heo có các thành phần khác so với thức ăn cho gia cầm, thuỷ cầm và các loài thuỷ hải sản. Đặc biệt trong thành phần thức ăn có tỷ lệ rất nhỏ được bổ sung ở dạng premix, các premix được đưa vào hỗn hợp thức ăn theo phương pháp làm giàu. Các thành phần vi lượng được cân đong cùng với chất phối trộn (thông thường là cám) và được trộn theo nhiều giai đoạn. Quá trình này được một số Xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc trong nướcthực hiện bằng tay hoặc bằng cơ khí đưa trực tiếp các chất vi lượng vào hỗn hợp chính. Do vậy ảnh hưởng đến độ đồng nhất của hỗn hợp thức ăn gia súc mà còn có hại cho gia súc do ở một phần nào đó ảnh hưởng đến trạng thai sinh lý của vật nuôi khi hấp thụ cấu tử này quá định mức. Ngoài ra về lĩnh vực kinh tế còn gây lên tinh trạng lãng phí về nguyên liệu. Với tỷ lệ thành phần các chất vi lượng dạng muối khóang, vi ta min, thuốc chữa và phòng bệnh rất nhỏ trong thành phần và nhu cầu cung cấp hang ngày, nên 17 hỗn hợp premix cần có độ trộn đều cao. Do vậy việc thiết kế, chế tạo máy trộn premix để phục vụ sản xuất có tính cấp thiết và nhu cầu cao trong sản xuất hiện nay. Chính vì vậy đề tài của chúng tôi mang tên: “Thiết kế chế tạo khảo nghiệm máy trộn premix thùng côn đứng năng suất 100kgmẻ”. Đề tài dưới sự hướng dẫn của TS: Nguyễn Như Nam. Mục đích đề tài là nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy trộn hỗn hợp premix để ứng dụng vào sản xuất có năng suất 100 kgmẻ. Nội dung thực hiện bao gồm: Xác định cơ sở thiết kế. Lựa chọn mô hình nguyên lý làm việc của máy trộn thùng côn đứng. Tính toán thiết kế các bộ phận làm việc chính: bộ phận nạp liệu, thùng trộn, khung máy, bộ phận truyền động. Tham gia chế tạo. Khảo nghiệm và chuyển giao sản xuất. Là một đề tài vừa tiến hành thiết kế, vừa chế tạo và khảo nghiệm để chuyển giao cho sản xuất, cũng như kinh nghiệm và trình độ chưa chuyên nghiệp, nên quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em xin chân thành cảm ơn sự chỉ dẫn chân tình của Quí Thầy – Cô, các bạn sinh viên, các nhà sản xuất trong suốt thời gian học tập và rèn luyện ở trong trường cũng như khi tiến hành thực hiện đề tài tốt nghiệp. 18 Chương 2. TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI. 2.1 Máy trộn thùng quay 2.1.1 Cấu tạo máy trộn thùng quay Do yêu cầu của vật liệu đưa vào phải rời xốp, độ kết dính nhỏ và cho phép làm dập nát. Máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhưng đối với loại thùng nằm ngang cũng có thể làm việc liên tục. Cấu tạo của máy gồm: thùng trộn, bộ phận dẫn động và bộ phận đỡ (khung máy). Hình 2.1. Các dạng máy thùng quay 1. Kiểu trục nằm ngang; 6. Kiểu hình trụ chéo; 2. Kiểu hình tru thẳng đứng; 7. Kiểu chữ V; 3. Kiểu lục giác nằm ngang; 8. Kiểu nồi; 19 4. Kiểu hình côn đứng; 9. Kiểu tứ diện. 5. Kiểu hình côn nằm ngang; Thùng trộn có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau (hình 2.1) để tạo ra dòng chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ. Nhận xét: Trong số nguyên lý trộn thùng quay thì máy trộn hình côn đứng (hình 2.1 3), máy trộn hình trụ chéo (hình 2.1.6), máy trộn kiểu nồi (hình 2.1.8) được dung phổ biến để trộn premix hay áp dụng trong dược phẩm. Ở các lọai máy trộn này, hỗn hợp được trộn mãnh liệt, và hạn chế được hiện tượng tích tụ trong quá trình trộn. 2.1.2 Phạm vi sử dụng Thùng trộn có dạng hình trụ nằm ngang (hình 2.1.1) hoặc thẳng đứng (hình 2.1.2) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Loại này dễ chế tạo, dễ lắp ráp, dễ điều chỉnh. Để trộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn cho phép nghiền, người ta dùng thùng quay lục giác nằm ngang (hình 2.1.3). Loại thùng quay hình trụ chéo (hình 2.1.6) đảm bảo trộn nhanh chóng và chất lượng cao, vì ở đây thực hiện đồng thời cả trộn theo chiều trục lẫn trộn theo hướng kính, cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền. Loại thùng hình trụ kép chữ V (hình 2.1.7) dùng khi trộn hiệu quả cao. Máy dùng để trộn các hỗn hợp có yêu cầu độ trộn đều cao như premix , thuốc thú y dạng bột,… Ở loại máy trộn này có đầy đủ cả năm quá trình trộn đã nêu. Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ, trục quay thường đi qua theo đường kính ống (hình trụ), hay trong những trường hợp riêng có thể trùng với đường tâm của hình trụ. Trong những máy trộn hình nón, hiệu quả trộn được tăng lên nhờ trộn được vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của hình nón. Khi trộn những vật liệu có khuynh hướng vón cục và khi cần làm ẩm chúng, trong một vài trường hợp ở các máy trộn hình nón có nạp những viên bi cầu bằng kim loại hay bằng sứ, song sự tiết kiệm của phương pháp đó không cao, vì rằng cứ mỗi mẻ trộn phải nạp và tháo bi cũng như lấy riêng chúng ra khi tháo thành phẩm. Trên hình 2.1.4 và 2.1.5 trình bày cấu tạo máy trộn hính côn đứng và máy trộn hình côn ngang. 20 Máy trộn dạng nồi quay (hình 2.1.8) gồm chủ yếu có bình dạng lập phương quay trên trục nằm ngang với đường tâm của bình chứa trùng với đương chéo chính của nó. Sử dụng hình dạng lập phương thay cho dạng hình trụ giải thích rằng ở trong những hình trụ dài, khó đảm bảo việc trộn đều và tháo sản phẩm nhanh chóng. Trộn trong nồi quay rất có hiệu quả và có thể tăng hiệu quả của nó mạnh hơn nhờ có lắp thêm những cánh đảo quay theo hướng ngược chiều quay của nồi. 2.2 Lý thuyết cơ bản trộn hỗn hợp 2.2.1 Khái niệm.(TheoTL – 3) Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhauvới mục đích nhận được một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của các phần tử ở mỗi cấu tử trong tất cả 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. Người ta trình bày hỗn hợp vật liệu rời dạng hạt hoặc dạng sợi bằng các hệ thống cơ học của nó. Trong đó hỗn hợp đều đặn hay phân bố đều đặn là trạng thái tột cùng của hỗn hợp. Trong trường hợp lý tưởng, hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp gồm hai cấu tử được trình bày ở hình 2.2.1. Trong tất cả các mẫu mà chúng ta lấy ra từ hỗn hợp đều đặn để có thành phần đồng nhất như nhau. Tuy nhiên trạng thái như vậy không bao giờ có thể đạt được trong quá trình trộn cơ học, mà chỉ có thể đạt được trạng thái kế cận với trạng thái lý tưởng. a b Hình 2.2.1. Các trạng thái hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp hai cấu tử. a) Trạng thái có trật tự; b) Trạng thái không có trật tự. 21 Trạng thái hỗn hợp đều đặn được xác định bằng thống kê là trạng thái không trật tự (hình 2.2.1.b). Ở trạng thái này thì xác xuất tính toán các phần tử cấu tử kiểm tra ở trong bất kỳ mẫu nào cũng bằng tỷ lệ của nó trong toàn bộ hỗn hợp. Trạng thái không trật tự có thể đạt được trong công đoạn trộn hỗn hợp. 2.2.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn a) Đường kính 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 các 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 đến hiệu suát của quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt cần có cùng khối lượng: 3 . 6 m d t , (mm). (2.1) Trong đó: m: khối lượng hạt, g; : khối lượng riêng của hạt, gmm3. Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a1 và a2 thì đường kính tương đương xác định theo công thức: d td a1 a2 , (mm). (2.2) 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 hạt này có thể xác định gần đúng theo công thức sau: N i i N i i tdi td d x x D 1 1 . , (mm). (2.3) b) Phân bố của lớp hạt Các lớp hạt là những tập hợp các hạt có kích thước không đều nhau rải trong một khoảng rộng từ dmin =dtđ1 tới dmax = dtđN và có các phần khối lượng tương ứng không bằng nhau x1 x2 ... x N , nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa phân tán. Để mô tả cấu trúc đó ta dùng hàm phân bố mật độ qr(d) (hình 2.2.2.a) và hàm phân bố tổng 22 Qr(d) (hình 2.2.2.b). Trong đó hàm phân bố tổng Qr(d) biểu thị phần hạt có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng d, khi d = dmin có Qr(dmin) = 0, còn khi d = dmax có Qr(dmax) = 1. Hàm phân bố mật độ qr(d) biểu thị kích thước của hạt tại đường kính 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 thước: ( ) ( ) ( ) d d dQ q r d r d hoặc d d Qr d qr d d d min ( ) ( ) ( ) ; (2.4) lgd n=1,0 m=1,5 c d e a b d(mm) d(mm) d(mm) (%) d(mm) 1 2 3 4 5 1 1 1 0,01 0,02 0,03 lgd(lgmm) 1 2 1 2 3 Hình 2.2.2. Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d). a) Hàm phân bố mật độ qr(d); b) Hàm phân bố mật độ Qr(d); c) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố chuẩn; d) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố lôgarit; e) Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố RRS. 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 ba loại: phân bố chuẩn, phân bố lôgarit, phân bố RRS (hình 2.2.2). Trong đó phân bố chuẩn, phân bố lôgarit dùng để miêu tả các vật liệu hữu cơ (thực vật) được nghiền dùng làm thức ăn gia súc. Hàm phân bố mật độ và phân bố tổng theo khối lượng của phân bố này có dạng: 2 2 lg lg ( ) lg 2 1 d d z qr d e ; (2.5) d d d d r d z Q e lg lg 2 lg lg ( ) lg min 2 2 1 ; (2.6) 23 c) Hình dạng hạt Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng tỷ số giữa bề mặt F của bề mặt hạt dạng cầu có cùng thể tích V: 3 2 0,205 F V ; (2.7) Hệ số hình dạng của hạt cầu bằng 1, của các hạt khác lớn hơn 1. Hệ số hình dạng của hạt giảm khi kích thước tương đương của hạt giảm. d ) Bề mặt riêng của lớp hạt Bề mặt của một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích khối hạt gọi là bề mặt riêng và kí hiệu là Om , hoặc Ov , . Bề mặt riêng khối lượng được tính theo công thức; td Om , 6 .d . , (m2kg); (2.8) .. 6. , td Ov d , (m2m3); (2.9) Trong đó: khối lượng thể tích của vật liệu, (kgm3); khối lượng riêng của vật liệu, (kgm3). Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau xác định theo công thức: tdi i i m d x O , 6 . ; (2.10) Trong đó: xi – là phần khối lượng của lớp hạt thứ i. e) Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng: f . 0 ; (2.11) Trong đó: ứng suất tiếp; 0 ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi = 0); ứng suất pháp; f hệ số ma sát trong. 24 Ứng suất tách 0 chính là đọ bền cắt ban đầu của môi trường vật liệu rời, nó là tác dụng qua lại của lực liên kết phân tử bên trong lớp hạt. Khi kích thước của các hạt rất nhỏ, ứng suất tách có thể còn do các lực tĩnh điện tạo nên. Lớp hạt ẩm có ứng suất tách rất lớn và giá trị cực đại của nó có thể xác định theo công thức (khi không để ý đến ảnh hưởng của trọng lực): 2 0 2,4(1 ) .cos mx d td ; (Nm2) Trong đó: sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn, (mNm); góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn, (độ); 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 0 = 0 lúc đó: = f. Rút ra: f . 1 (2.12) Như vậy có nghĩa là hệ số ma sát trong bằng tỷ số giữa ứng suất tiếp gây ra sự chuyển dịch (trượt) trong lớp hạt khô và ứng suất pháp tác dụng lên bề mặt lớp hạt. Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong có quan hệ với hệ số ma sát trong theo công thức: tg = f (2.13) Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát góc ma sát trong tương ứng với góc nghiêng tn. Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30 400. f) Độ khuếch tán Độ khuếch tán là nghịch đảo của kích thước từng phần tử của hỗn hợp. Nếu hỗn hợp mà các phần có kích thước như nhau, thì được gọi là hệ thống “Đơn khuếch tán”. Các công trình nghiên cứu của X.V.Melnhikov đã chúng tỏ rằng: nếu hỗn hợp gồm các cấu tử có phần tử mà kích thước càng bé và đồng đều về kích thước thì càng dễ dàng nhận được hỗn hợp đồng nhất và ngược lại. 25 2.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng 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. Các tác giả trong và ngoài nước đã xây dựng nhiều công thức xác định mức độ trộn hỗn hợp. V.V.Kapharov đã đưa ra công thức tính độ đồng nhất của hỗn hợp như sau: 1 1 1 0 1 1 n i i k BB n với B1 < B0 2 1 2 0 2 100 1 n 100 i i k BB n với B1 >B0 1 2 1 1 2 2 n n n n k k k ; (2.14) Trong đó: n1 số lượng mẫu kiểm tra có Bi < B0; 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; k1, k 2 , k mức độ trộn. Nếu B1 = B0, ta có thể tính ở trường hợp nào cũng được. Theo cách tính của V.V.Kapharov thì trị số k thay đổi thay đổi trong khoảng 0 100%. A.A.Lapsin đã đưa ra công thức xác định mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau: 1 1 1 0 1 1 n i i L BB n với Bi < B0 2 1 0 0 2 2 1 n 2 i i L B B B n với Bi > B0 1 2 1 1 2 2 n n n n L L L ; (2.15) Trong đó: L1, L2 , L mức độ trộn. Theo cách tính của A.A.Lapsin thì mức độ trộn của hỗn hợp có thể mang trị số đến giá trị 1. 26 X.V.Melnhikov đã dùng hệ số biến động trong thống kê để đánh giá mức độ đồng nhất của hỗn hợp trộn. 0 1 M B ; (2.16) Trong đó: M mức độ trộn; sai số tiêu chuẩn thực nghiệm. 1 1 2 0 n B B n i i Tỉ số: B0 .100 trong thốn 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 M 1. Bằng phương pháp thống kê xác suất, GS.TS. Đoàn Dụ đã đưa ra công thức sau để xác định mức độ trộn: T Trong đó: T là độ lệch bình phương trung bình lý thuyết; 1 1 2 n x p n i i T độ lệch chuẩn của mẫu: 1 1 2 n x x n i i T ; xi – hàm lượng của cấu tử trong mẫu i; x hàm lượng trung bình của cấu tử; p tỷ lệ của cấu tử nghiên cứu trong toàn bộ hỗn hợp. Độ lệch bình phương trung bình lý thuyết T luôn nhỏ hơn độ lệch chuẩn của mẫu , và vì thế sẽ luôn nhận được giá trị từ 0 1. Khi hỗn hợp đạt đến trạng thái lý tưởng thì T = , theo giá trị có thể đánh giá về mức độ trộn của 27 quá trình trộn. Sự phụ thuộc của vào thời gian trộn hỗn hợp được biểu diễn ở đồ thị trên hình 2.2.3. t (phuùt) b a % 1,0 M 0,5 5 10 15 20 t (phuùt) 0 2 1 M % 97 90 60 40 20 0 Hình 2.3. Các đường cong động học của quá trình trộn. a.Sự phụ thuộc của mức độ trộn vào thời gian trộn hỗn hợp; b.Đặc tính của quá trình ngược (sự thiên tích); M – M – Trạng thái cân bằng hỗn hợp. 2.2.4 Cơ chế của quá trình trộn Theo TL 1 Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu các lực tác dụng có hướng khác nhau và chuyển động của hạt là hệ quả tác động tổng hợp của các lực đó. Ngoài ra cơ chế trộn phụ thuộc vào cấu trúc của máy và phương pháp tiến hành quá trình, nên rất khó mô tả bằng toán học. P.M.Latxei (người Anh) đã đưa ra 5 quá trình cơ bản sau: Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng Trộn cắt. Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí này đến vị trí khác Trộn đối lưu. Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ Trộn khuếch tán. Phân tán từng phần tử do va đập vào thành thiết bị Trộn va đập. Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp Trộn nghiền. Tuỳ theo kiểu máy trộn mà có thể xuất hiện một trong số 5 quá trình trên khi trộn vật liệu rời. Khi nghiên cứu quá trình trộn thức ăn gia súc dạng rời, khô và ẩm, người ta nghiên cứu động học quá trình thay đổi phần khối lượng của các cấu tử hoạt động. Trong hệ lý tưởng người ta phát hiện ra hai quá trình trái ngược nhau: sự tạo hỗn hợp và sự thiên tích (sự phân chia ngược lại hỗn hợp đến các cấu tử thành phần). 28 Vì vậy theo các số liệu V.A.Raxkatavoi và P.K.Gievlakov đã dẫn ra rằng, sau một khoảng thời gian trộn các cấu tử thức ăn gia súc trong hỗn hợp tiến tới trạng thái giới hạn gọi là trạng thái “cân bằng động lực học”. Khi hỗn hợp đạt đến trạng thái này, mặc dù vẫn có sự phân bố lại, nhưng thực ra sự phân bố lại này xảy ra bất lợi. Nếu các phần tử của cấu tử khác biệt nhau về kích thước, hình dạng hoặc tỷ trọng, thì trong hệ thống xuật hiện các hiện tượng tự điều chỉnh lại gây lên hỗn hợp cuối cùng không đồng nhất. Sau khi đạt đến “trạng thái cân bằng động lực học” trong các hỗn hợp không lý tưởng, nếu tiếp tục quá trình trộn hỗn hợp, mức độ đồng nhất của hỗn hợp giảm xuống và hỗn hợp chung không đạt được trạng thái hỗn hợp đều đặn (hình 2.3.b, đường cong 1 và 2). Đánh giá tốc độ gia tăng của phần khối lượng kiểm tra, thì phương trình của quá trình trộn trong trường hợp chung sẽ có dạng: f (t) f 0 (t) dt dCi v n ; (2.17) Trong đó: v cường độ của quá trình tạo hỗn hợp, (1s); Ci tỷ lệ phần cấu tử kiểm tra, (gg); t khảng thời gian của quá trình trộn, (s); f n và f0 cường độ của các quá trình thuận nghịch, (1s). Từ phương trình (2.17), hiển nhiên rằng cường độ trộn hỗn hợp có thể được nâng cao bằng cách tính toán làm giảm quá trình ngược (sự thiên tích) f0(t). Điều này có thể cố gắng đạt được bằng cách làm đều thành phần cỡ hạt của các cấu tử, ví dụ như bằng sàng phân loại hoặc nghiền bổ sung để nhận được sự nghiền mịn. Đối với trộn vật liệu rời và bột nhão, Giáo sư A.I.Peleiev đã giới thiệu thời gian trộn t của quá trình trộn được xác định theo công thức: P C C C t H K H ln ; (2.18) Trong đó: CH và CK – là thành phần khối lượng của các cấu tử lúc bắt đầu và kết thúc quá trình 29 P – tham số trạng thái được xác định bằng thực nghiệm đối với điều kiện đã biết. 2.3 Lý thuyết tính toán máy trộn thùng côn đứng (Theo TL – 4) 2.3.1 Số vòng quay của thùng Số vòng quay của thùng được xác định theo công thức: D n 15 25 , (vgph) (2.19) Số vòng quay này cần phải được kiểm tra lại để đảm bảo tất cả vật liệu được đảo trộn. Thực tế cho thấy rằng khi thùng quay quay, hạt vật liệu cũng quay theo và chịu 1 lực ly tâm Flt m R n R 2 2 30 , đồng thời hạt lại chịu tác dụng của lực trọng trường G = mg. Khi giá trị của hai lực này bằng nhau (hoặc lực ly tâm lớn hơn) hạt sẽ vượt qua vị trí cao nhất của thùng và không rơi xuống nữa nên vật liệu sẽ không được đảo trộn. Vận tốc trong trường hợp này là vận tốc giới hạn và được xác định (xuất phát từ điều kiện Flt = G) theo công thức: R n gh 30 , (vgph) (2.20) Trong đó: R – bán kính thùng, (m). Số vòng quay tính theo công thức (4.19) phải nhỏ hơn ngh và tốt nhất chỉ bằng khoảng (0,5 0,7)ngh. Đôi khi giá trị này cũng được chọn làm số vòng quay làm việc của thùng nlv: D n n lv gh 15 25 0,5 0,7 , (vgph) (2.21) 2.3.2 Thời gian trộn Thời gian trộn của máy trộn thùng quay được xác định theo công thức: 1 . K n t , (ph) (2.22) Trong đó: K hằng số thực nghiệm, đối với máy trộn thùng quay K = 200 – 300 . n – số vòng quay, (vg.ph). Nếu máy trộn thùng quay làm việc liên tục và để đảm bảo thời gian trộn thì thùng quay phải có chiều dài là: 30 L = K.m.D.tg, (m) (2.23) Trong đó: góc nghiêng của thùng so với phương ngang; K – hệ số, K = 200 – 300; m – tỷ số giữa chu vi tiết diện viên phân vật liệu và chu vi tiết diện thùng. 2.3.3 Năng suất của máy trộn thùng quay a) Đối với máy làm việc gián đoạn t p V x d Q 60. . , (kgh) (2.24) b) Với máy làm việc liên tục. Q 60. d.FT. xD.tg , (kgh) (2.25) Trong đó: V – thể tích thùng quay, (m3) x khối lượng riêng xốp của vật liệu, (kgm3) d hệ số đầy của thùng (tra bảng) n số vòng quay, (vgph) D – đường kính thùng, (m) m – tỷ số giữa chu vi của tiết diện viên phân vật liệu và tiết diện thùng góc nghiêng của thùng so vơí phương ngang t thời gian trộn, (ph) p thời gian phụ, bao gồm thời gian nạp liệu n , thời gian thời gia tháo liệu và thời gian rửa r , (ph). 2.3.4 Công suất của máy trộn thùng quay Công suất cần thiết để dẫn động máy trộn thùng quay xác định theo công thức: N = N1 + N2 + N3, (kW) (2.26) Công suất N1 để khắc phục ma sát ở ổ trục của thùng quay và được xác định theo công thức: 31 N1 = 103.ftr.(mth +mlv)g.rng., (kW) (2.27) Trong đó: mth , mlv – khối lượng của thùng và của vật liệu rời, (kg); g – gia tốc trọng trường, (m2s); r ng – bán kính ngỗng trục, (m); ftr – hệ số ma sát trong giữa ngỗng trục và ổ; vận tốc góc của thùng, (1s). Đối với ổ trượt ftr = 0,05 – 0,1. Công suất N2 để nâng sản phẩm trong thùng đến góc rơi tự nhiên có thể xác định theo công thức: t m g h N 10 3 vl. . 2 , (kW) (2.28) Trong đó: h – chiều cao nâng vật liệu từ vị trí nằm ngang đến góc rơi tự nhiên, (m). Chiều cao h được xác định theo công thức: h R0 (1 costn ) , (m) (2.29) Trong đó: R0 – khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm viên phân vật liệu, (m). t – thời gian nâng sản phẩm đến độ cao h: tn t , (s) (2.30) tn góc nghiêng tự nhiên, rad. Thay các trị số của h tính theo công thức (4.29) và của t tính theo công thức (2.30) vào công thức (2.28) ta sẽ được: N2 = 103.mvl.R0(1costn )..tn 1 , (kW) (2.31) Đối với máy trộn thùng quay làm việc liên tục có thể bỏ qua công suất để nâng vật liệu lên tới góc nghiêng tự nhiên. Công suất N3 để đảo trộn vậy liệu (nâng vật liệu đến góc đổ liệu) xác định theo công thức: 3 10 3 . . 10 3 .m .g..R 0 sin dt m g dh N vl vl , (kW) (2.32) Trong đó: 32 dh – chiều cao nâng vật liệu từ góc rơi tự nhiên tới góc đảo trộn; dh = R0sin. dt – thời gian nâng tương ứng, d dt vận tốc góc, (rads); góc giữa bán kính trọng tâm tiết diện nằm nghiêng tự nhiên và phương thẳng đứng, (rad). 33 Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 3.1 Phương pháp thiết kế Qua phân tích nguyên tắc làm việc của các loại máy trộn, chúng tôi chọn nguyên tắc trộn thùng quay với dạng thùng côn đứng cho nguyên tắc làm việc của máy thiết kế. Do vậy các thông số kỹ thuật của máy được thiết kế như sau: Căn cứ vào năng suất của máy để xác định dung tích của thùng. Các kích thước hình học của thùng đảm bảo dung tích cần thiết của thùng có tính đến hệ số chứa và điều kiện tự chảy của vật liệu. Chế độ động học của thùng được đảm bảo với tốc độ quay của thùng, không xuất hiện hện tượng ly tâm. Tốc độ quay của thùng nằm trong chế độ trộn. Thời gian trộn được tính theo công thức kinh nghiệm thông qua số lần đảo trộn. Công suất chi phí cho máy được tính thông qua việc xác định mô men cản tổng cho máy. Nội dung tính toán truyền động theo sơ đồ đã chọn và được tính theo phương pháp tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí. 3.2 Phương pháp chế tạo Máy trộn vi lượng năng suất 100 kgmẻ được chế tạo tại xưởng Khoa Cơ khí – Công nghệ trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh. Quá trình chế tạo được phân thành các công nghệ chế tạo các chi tiết điển hình như sau: Công nghệ chế tạo chi tiết họ hộp gồm thùng chứa thực hiện quá trình trộn đều hỗn hợp. Công nghệ chế tạo các chi tiết họ trục gồm trục thùng. Công nghệ chế tạo các chi tiết họ khung giàn gồm khung máy. Chi tiết dùng chung: được mua trên thị trường như bu long – đai ốc, bánh đai, hộp số, động cơ điện, ổ đỡ, dây cua roa, khớp nối. 34 3.3 Phương pháp thí nghiệm Do giới hạn về kinh phí nghiên cứu nên nội dung thí nghiệm chúng tôi giới hạn ở các nội dung sau: Tiến hành tổ chức chạy rà và cho máy chạy ở chế độ không tải. Tổ chức thí nghiệm để xác định công suất, độ trộn đều ở chế độ thiết kế. 3.4 Phương pháp đo đạc và xử lý số liệu Để đo các thông số hình học dùng các loại thước: thước mét, thước kẹp, thước panme, thước đo độ. Để đo các thông số động học dùng đồng hồ đo tốc độ quay và đồng hồ đo thời gian. Để đo khối lượng dùng các loại cân đĩa (60 kg), cân đĩa (20 kg). Để đo công suất dùng thiết bị đo công suất kiểu hiện số điện tử của Nhật. Để đo độ trộn đều dùng phương pháp phân tích các thành phần hóa học. Các mẫu lấy thường đựng trọng các túi nylon, dung lượng mẫu 100 gram. Phương pháp lấy mẫu kiểu ngẫu nhiên. Xử lý số liệu bao gồm: Xác định trị số trung bình của các phép đo và khoảng tin cậy của nó. Loại bỏ sai số thô ra khỏi mẫu. 35 Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đối tượng trộn Hỗn hợp trộn là các hợp chất dưới dạng premix. Premix là hỗn hợp của Vitamin, nguyên tố vi lượng, chất kháng sinh và chất phối trộn. Chất phối trộn thường là cám và bột lương thực. Người ta thường sản xuất 3 loại premix sau đây: Premix kháng sinh Vitamin, premix khoáng vi lượng và premix thuốc phòng bệnh. Chất kháng sinh bổ sung và thức ăn có tác dụng phòng bệnh, kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật không thích hợp cho cơ quan tiêu hóa của con vật, gây tác dụng thèm ăn của vật nuôi. Các nguyên tố vi lượng dùng để làm giàu thức ăn gia súc gồm có: Kẽm, Mangan, Đồng, Moolip đen, Coban, Crôm, Iốt, Brôm, Sắt… 4.2 Các dữ liệu thiết kế ban đầu Khối lượng một mẻ trộn: 100kgmẻ. Khối lượng thể tích vật liệu trộn: = 500kgm3. Góc nghiêng tự nhiên của vật liệu trộn: m = 45o. Góc ma sát vật liệu trộn với thép: = 40o. Nguồn động lực: sử dụng động cơ có số vòng quay 1450 vòng phút. 4.3 Lựa chọn mô hình và nguyên lý làm việc 4.3.1 Lựa chọn mô hình máy Mô hình máy được chọn như hình vẽ: 36 Hình 4.3. Mô hình làm việc của máy trộn Premix dạng thùng côn đứng. 1. Động cơ 3. Bộ truyền đai 5. Thùng trộn. 2. Hộp giảm tốc 4. Bộ truyền xích 6. Cửa nạp và tháo liệu. 4.3.2 Nguyên lý làm việc Vật liệu được cung cấp vào cửa nạp, đồng thời là cửa tháo liệu. Khi thùng quay đưới tác dụng của lực li tâm, trọng lực và lực ma sát, hỗn hợp được đưa lên một góc nghiêng nào đó so với mặt phẳng nằm ngang thì hỗn hợp được trượt xuống theo hướng kính và hướng trục quay. Quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần làm cho hỗn hợp tiến dần đến cấu trúc ngẫu nhiên. Sau một khoảng thời gian hỗn hợp được tháo ra ngoài. 4.4 Tính toán thiết kế bộ phận trộn 4.4.1 Xác định thể tích chứa của thùng Thể tích hỗn hợp trong thùng trộn được tính theo công thức: q Vt , (m3). (4.1) 37 Trong đó: Vt – thể tích chiếm chỗ của vật liệu trộn chứa trong thùng, (m3); q – khối lượng một mẻ trộn, (kg); – khối lượng thể tích, (kgm3 ). 0,2 500 100 Vt (m3). Thể tích của thùng trộn được tính theo công thức: t C V V , (m3). (4.2) Trong đó: c hệ số chứa, c 0,5 . 0,4 0,5 2 0, V (m3). 4.4.2 Xác định các kích thước thùng trộn Quan hệ giữa chiều dài và đường kính thùng trộn theo Giáo sư X.V.Melnhikov là: L 1 1,5 D Chọn trước đường kính thùng trộn: D = 800 mm Chiều cao phần hình trụ: H = (0,5 1).D Chọn H = 400 mm. Phần hai hình côn ở đầu thùng phải đảm bảo điều kiện trượt vật liệu và tự chảy. Đường kính đáy thùng đảm bảo nạp và tháo liệu đễ dàng. Chọn đường kính đáy nạp liệu và tháo liệu d = 350 mm Góc nghiêng đường kính: = 60o với góc nghiêng này đều thỏa mãn điều kiện trượt và tự chảy của vật liệu. Vì >> 40o, 45o Xác định chiều cao phần hình côn h: . 60 390 2 800 350 . 2 o tg tg D d h (mm). (4.3) Xác định thể tích phần hình côn: 0,39 (0,4 0,175 0,4 0,175) 3 3,14 . ( ) 3 2 2 2 2 V h R r Rr c = 0,106 (m3). (4.4) 38 Hình 4.4. Cấu tạo phần côn của thùng trộn. Kiểm tra thể tích thùng trộn theo kích thước hình học đã chọn: V = Vt +2.Vc = 0,42 3,14 0,5 2 0,106 0,423 (m3) (4.5) Kiểm tra chiều dài thùng: L 0,5 2 0,39 1,18 (m). Đảm bảo quan hệ 1,475 1 1,5 0,8 1,18 LD (4.6) 4.5 Tính toán động học của máy trộn 4.5.1 Xác định số vòng quay cần thiết cho máy trộn Theo công thức 6 – 35 (TL – 5) ta có: d t v n , (vgph). (4.7) Trong đó: v – số vòng quay của thùng, v = ( 0,75 1,25 ) (ms). Chọn v = 0,75 ms, hay v = 45mph dt – đường kính đầu mút của thùng. d t L 1,18 (m) Vậy 38,1 1,18 45 n (vgph) 39 Kiểm tra tốc độ giới hạn: 1 39, 2 1,18 30 2 30 30 R L n gh (vgph) Tốc độ n = 38,1 vgph tính cho bán kính lớn nhất của thùng . Vì vậy chấp nhận được. 4.5.2 Xác định thời gian trộn Thời gian trộn là yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm trộn được tính theo công thức: 1 . t K n (phút). (4.8) Trong đó: K – là hằng số thực nghiệm, K = 200 300, chọn K = 250 t 250 38,1 6,56 (phút); lấy t = 6 phút 4.5.3 Tính toán mô men cản của thùng trộn Mô men làm quay thùng bao gồm: Mô men khắc phục ma sát trong gối đỡ trục thùng trộn M1. Mô men khắc phục trọng lực để nâng hỗn hợp trong thùng đến góc rơi tự nhiên M2. Mô men nâng hỗn hợp trong thùng cao hơn góc rơi tự nhiên khi đảo trộn M3. Như vậy: M = M1 + M2 +M3. Khi góc quay của thùng biến đổi thì vị trí trọng tâm của hỗn hợp cũng thay đổi. a) Khảo sát khoảng cách từ trọng tâm sản phẩm đến trục quay Xác định 1 (hình 4.5.a) 40 Hình 4.5. Sơ đồ tính toán để xác định trọng tâm của sản phẩm trong thùng đối với trục xyz. Gọi tọa độ trọng tâm là xc, yc, zc ta có ngay xc = zc = 0. 1 = yc; yc được tính theo công thức: V y dv yc Trong đó: y’ – là tọa độ trọng tâm thể tích rất nhỏ của sản phẩm đối với trục Oy. Bằng cách chia thùng thành các hình nón cụt, hình trụ ta xác định được: 1 = yc = 0,186, (m) (4.9) Xác định 2 Bán kính 2 tương ứng với 2 và 3 2 Tương tự ta có: 2 = yc mà V y dv yc Cũng bằng cách chia thùng thành các hình nón cụt, hình trụ ta xác định được yc = 0,203 (m). (4.10) Khảo sát sự thay đổi khoảng cách Khảo sát sự thay đổi khoảng cách từ trọng tâm hỗn hợp đến đường trục của thùng ( xét hỗn hợp chuẩn 50% thể tích thùng). 41 Theo Giáo sư X.V.Melnhikov đối với máy trộn thùng côn đứng thì trọng tâm sản phẩm biến đổi từ 12 và ngược lại. Trong tính toán có thể đơn giản coi quy luật biến đổi là bậc I. Dựa vào giả thiết này kết hợp với các tính toán ở trên, chúng ta lập được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào góc quay của thùng. Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào góc quay của thùng. b) Xác định M1 Theo Giáo sư A.Laxolokov: 1 0,102 Gth Gsp Rng M , (Nm). Trong đó: Gth – là khối lượng thùng được tính theo bản vẽ khai triển và chọn vỏ thùng dày 2mm, inox Gth = 55 kg hệ số ma sát lăn; = 0,015 R ng – bán kính ngỗng trục của thùng; Rng = 0,02 (m). Vậy: 0,456 0,102 55 100 0,015 0,02 1 M (Nm). (4.11) c) Xác định M2 Cũng theo A.Laxolokov ta có: 42 tn Gsp tn M 0,102. (1 cos ). 2 (Nm). 365,804. 0,102. 4 100 (1 cos 45 ). 2 o M (Nm). (4.12) Dựa vào biểu đồ ( ) ta lập được đồ thị (M2 ) bằng phép biến đổi tuyến tính. Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc M2 vào góc quay của thùng. d) Xác định M3 Mô men M3 được xác định theo công thức: 0,102 .sin . 3 Gsp M , (Nm). Trong đó: là góc giữa bán kính trọng tâm tiết diện nằm nghiêng và phương thẳng đứng được tính theo công thức của X.V.Melnhikov; tn 2 1 Ta thấy phụ thuộc vào mà là hàm của góc quay . Do vậy sin cũng là hàm của góc quay thùng . Dựa vào đồ thị ( ) ta sẽ vẽ được đồ thị (M3 ). Dựa vào đồ thị ( ) ta lập phương trình biểu diễn sự phụ thuộc vào các khoảng biến thiên của : Khoảng 0 2 0,0108. 0,1860 Khoảng 2 0,0108. 0,2200 43 Khoảng 3 2 0,0108. 0,1860 Khoảng 3 2 2 0,0108. 3 2 0,2200 (4.13) Tọa độ các điểm đặc biệt: Tại 0 có 1 0,186 o tn 45 128,94 0,102 100.sin 45 .0,186 3 o M , (Nm). (4.14) Tại 2 có 1 0,203 o tn 40,89 0,186 0,203 2 . 130,28 0,102 100.sin 40,89 .0,203 3 o M , (Nm). (4.15) Tại có 1 0,186 45o M 3 128,94 , (Nm). (4.16) Tại 3 2 có 1 0,203 M 3 130,28 , (Nm). (4.17) Tại 2 có 1 0,186 M 3 128,94, (Nm). (4.18) Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc M3 vào góc quay của thùng. 44 e) Xác định mô men tổng M = M1 +M2 +M3 Bằng phương pháp đồ thị ta thu được đồ thị (M ) như hình vẽ. Các điểm đặc biệt trên đồ thị: Tại 0 M 0,486 68,040 128,94 197,463, (Nm). (4.19) Tại 2 M 0,486 74,258 130,28 204,994, (Nm). (4.20) Tại M 197,463, (Nm). (4.21) Tại 3 2 M 204,994 , (Nm). (4.22) Tại 2 M 197,436 , (Nm). (4.23) Do đồ thị có dạng tuyến tính nên ta chỉ cần xác định tọa độ các điểm mút. f) Xác định mô men trung bình Mô men cản trung bình được tính qua xác định công để quay thùng trộn trong góc quay 2 . Công để quay thùng trong góc quay 2 là phần diện tích đồ thị hợp với trục hoành trong phạm vi từ 0 đến 2 . Ta được: 1263,63 2 197,436 204,994 A 4 2 , (J). (4.24) Vậy mô men cản trung bình: 21 201, 2 3,14 1263,63 2 A M tb , (Nm) (4.25) 4.5.4 Xác định công suất để quay thùng trộn Công suất để quay thùng trộn được xác định theo công thức: 802,4 60 38,1 2 3,14 21 N M tb. 201, , (W). (4.26) 4.6 Tính toán thiết kế bộ phận truyền động 4.6.1 Số liệu thiết kế đã biết Công suất truyền động: N = 0,802 kW. Số vòng quay của động cơ: n = 1450 vgph. Tỷ số truyền động chung: Uc = 145038,1 = 38,06. Phân phối truyền động từ động cơ điện: 45 + Bộ truyền động 1: bộ truyền động đai từ động cơ lên hộp giảm tốc. + Bộ truyền động 2: bộ truyền động xích từ hộp giảm tốc tới trục thùng quay. 4.6.2. Thiết kế bộ truyền động đai 1) Chọn loại đai. Giả thiết vận tốc đai của đai v = 5 ms, có thể dùng loại đai A hoặc Б (bảng 5 – 13), Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm “Thiết kế chi tiết máy”.NXB. Giáo dục. Kích thước tiết diện đai a h 13 8 (mm). Diện tích tiết diện đai F = 81 (mm2). (4.27) 2) Định đường kính bánh đai nhỏ Theo bảng 5 – 14, ta chọn đường kính bánh đai nhỏ D1 = 140 mm. (4.28) Kiểm tra vận tốc đai: 10,6 60.1000 3,14.1450.140 60.1000 . . 1 n D v (ms). (4.29) v < v max = (30 35) (ms). 3) Tính đường kính D2 của bánh lớn. 1 0,02 .140 442 450 1450 1 0,02 1 1 2 2 D nn D (mm). (4.30) Theo tiêu chuẩn bảng (5 – 14) lấy D2 = 450 mm. Số vòng quay thực n2 của trục bị dẫn: 442 450 140 1 0,02 1 0,02 .1450 1 2 1 2 DD n n (vgph). (4.31) Tỷ số truyền: 3,3 442 1450 11 nn i 4) Chọn sơ bộ khoảng cách trục A Theo bảng (5 – 16), ta chọn A D2 = 450 mm. (4.32) 5) Tính chiều dài L theo khoảng cách trục A DA D L A D D 2 4 2 2 2 1 2 1 (mm). 46 1880 4.450 450 140 450 140 2 3,14 2.450 2 L (mm). Lấy L theo tiêu chuẩn bảng (5 – 12), L = 1900 mm (4.33) Kiểm nghiệm số vòng chạy u trong một giây: 5,6 1,9 10,6 vL u (4.34) Thỏa mãn u < u max = 10 6) Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đã lấy theo tiêu chuẩn 8 2 2 8 2 2 1 2 L D2 D1 L D2 D1 D D A (mm). 460,8 8 2.1900 3,14. 450 140 2.1900 3,14. 450 140 2 8 450 140 2 A (mm). (4.35) Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện (5 – 19): 0,5.(D1 +D1) A 2.(D1 +D1) Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai: Amin = A – 0,015L = 460,8 – 0,015.1900 = 432,3 (mm). (4.36) Khoảng cách lớn nhất cần thiết để mắc đai: A max = A + 0,03L = 460,8 + 0,03.1900 = 517,8 (mm). (4.37) 7) Tính góc ôm Theo công thức (5 – 3): o o o o o A D D 57 142 460,8 450 140 180 2 1 57 180 1 (4.38) o o o o o A D D 57 218 460,8 450 140 180 2 1 57 180 1 8) Xác định số đai Z cần thiết Chọn ứng suất căng ban đầu 0 = 1,2 Nmm2 và theo trị số D1 tra bảng (5 – 17) tìm được ứng suất cho phép p0 (Nmm2). Các hệ số: Ct – hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng, tra bảng (5 – 6), Ct = 0,9 C hệ số xét đến sự ảnh hưởng của góc ôm, tra bảng (5 18), C = 0,89 47 C v – hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc, tra bảng (5 – 19), Cv = 1 p 0 ứng suất có ích cho phép, tra bảng (5 – 17), p 0 = 1,7 (Nmm2). Số đai Z được tính theo công thức: Z p 0.1000 v.Ct .C .N .Cv .F 1,7 10,61 ,5 0 ,9 1000 0,89 1 81 1,28 Vậy số đai Z = 1. (4.39) 9) Chiều rộng bánh đai B = (Z – 1).t + 2.S = 2.S = 2.10 = 20 (mm). (4.40) Đường kính ngoài của bánh dẫn: Dn1 = D1 +2ho = 140 + 2.3,5 = 147 (mm). (4.41) Đường kính ngoài của bánh bị dẫn: Dn2 = D2 +2ho = 450 + 2.3,5 = 457 (mm). (4.42) Các kích thước S, t, ho tra bảng (10 – 3). 10) Tính lực căng ban đầu So và lực tác dụng lên trục R Lực căng ban đầu So được tính theo công thức (5 25): S o = o F = 1,2 81 = 97,2 (N). (4.43) Lực tác dụng lên trục R được tính theo công thức (5 26): 276,5 2 R 3S .Z.sin 1 o (N). (4.44) 4.6.3 Tính bộ truyền động xích 1) Chọn xích Loại xích ống con lăn vì rẻ hơn xích răng và lại không yêu cầu bộ truyền phải làm việc êm, không ồn. 2) Số vòng quay bánh bị dẫn bằng số vòng quay của thùng: n2 = nt = 39,1 (vgph). Số vòng quay của bánh dẫn n1 = 120 (vgph). Tỷ số truyền: 3 1 39, 120 1 2 nn i (4.45) Theo bảng (6 – 3) chọn Z1 = 25 Vậy số răng đĩa bị dẫn Z2 = i Z1 = 3 25 = 75 (4.46) 3) Tính bước xích t Tính hệ số điều kiện sử dụng: 48 k = kđ.kA.ko.kđc.kb.kc Trong đó: kđ = 1,2 – tải trọng va đập kA = 1 – chọn khoảng cách trục A = (30 50).t k o = 1 – góc nghiêng nhỏ hơn 60o kđc = 1,2 – trục không điều chỉnh được kb = 1,5 – bôi trơn định kỳ k c = 1 – bộ truyền động làm việc một ca Vậy k = 1,2 1 1 1,2 1,5 1 = 2,25 (4.47) Hệ số răng đĩa dẫn: 1 25 25 1 01 ZZ k z (4.48) Hệ số vòng quay của đĩa dẫn: 1,67 120 200 1 01 nn k n (4.49) Công suất tính toán của bộ truyền xích: Nt = k.kn.kz.N = 2,25 1 1,67 0,802 = 3,01 (kW). (4.50) Tra bảng (6 4) với n01 = 200: chọn xích ống con lăn 1 dãy có bước xích t = 19,05, diện tích bản lề F = 105,8 mm2 có công suất cho phép N = 5 kW. (4.51) Tra bảng (6 1) tìm được kích thước chủ yếu của xích, tải trọng phá hỏng của xích là Q = 25000 N, khối lượng 1 mét xích q = 1,52 kg. 4) Định khoảng cách trục A và số mắt xích X Số mắt xích được tính theo công thức (6 – 4): tA Z Z At Z Z X 2 2 1 2 1 2 2 2 Ta chọn sơ bộ khoảng cách trục A = 380 mm. 93 380 19,05 14 2 3, 75 25 19,05 2 380 2 75 25 2 X Kiểm nghiệm số lần va đập trong một giây: 2,15 15 93 25 120 15. 1. nX Z u (4.52) 49 Theo bảng (6 – 7) số lần va đập cho phép trong một giây u = 35. Cho nên điều kiện u u thỏa mãn. Tính chính xác khoảng cách trục A theo số mắt xích đã chọn. Theocông thức (6 – 3) ta có: 2 2 1 2 2 1 2 1 2 8 4 2 2 Z Z Z Z A t X Z Z X (mm). 379 14 2 3, 75 25 8 2 75 25 93 2 75 25 93 4 19,05 2 2 A (mm). (4.53) Để đảm bảo độ võng bình thường tránh cho xích khỏi bị căng quá nên giảm khoảng cách trục A = 0,003A = 0,003 379 1,14 (mm). Cuối cùng lấy A = 378 mm. 5) Tính đường kính vòng chia của đĩa xích Theo công thức (6 –
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ NGUYỄN THỊ MẾN THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CÔN ĐỨNG NĂNG SUẤT 100 KG/MẺ Tp Hồ Chí Minh Tháng 09 năm 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CƠN ĐỨNG NĂNG SUẤT 100 KG/MẺ Chun ngành: Cơ khí bảo quản chế biến nông sản thực phẩm Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN NHƯ NAM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ MẾN Tp Hồ Chí Minh Tháng 09 năm 2007 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGNING, MANUFACTURING AND TESTING THE PREMIX VERTICAL CONE TYPE MIXER WITH CAPACITY 100KG/BATCH Speciality: Engineering for preserving and processing Agricultual products Supervisor: DR: NGUYEN NHU NAM Student: NGUYEN THI MEN Ho Chi Minh, city September, 2007 LỜI CẢM TẠ Đầu tiên xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người sinh thành dưỡng dục có ngày hơm Em xin cảm ơn anh chị động viên giúp đỡ em suốt thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn q thầy Trường Đại Học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ yêu thương, hết lòng truyền đạt kiến thức mới, kinh nghiệm quí báu cách sống, phương pháp làm việc nghiên cứu suốt trình học tập phấn đấu trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Như Nam, cán giảng dạy Khoa Cơ Khí Công Nghệ, trưởng môn “Máy sau thu hoạch” tận tình giúp đỡ em trình thực đề tài Cuối xin cảm ơn bạn sinh viên lớp Cơ khí 29B bạn bè giúp đỡ suốt thời gian học tập thực đề tài TÓM TẮT Đề tài: “Thiết kế , chế tạo khảo nghiệm máy trộn Premix dạng thùng côn đứng suất 100 kg/mẻ” Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS Nguyễn Như Nam Nguyễn Thị Mến Mục đích đề tài: Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm máy trộn premix dạng thùng côn đứng suất 100 kg/mẻ Nội dung thực hiện: Cấu tạo phạm vi sử dụng máy trộn thùng quay Đối tượng trộn Lựa chọn mô hình ngun lý làm việc Tính tốn thiết kế phận trộn Tính tốn thiết kế truyền động Thiết kế khung máy Chế tạo Khảo nghiệm Kết tính tốn: Thùng trộn: o Đường kính hình trụ: D = 800 mm o Chiều cao hình trụ: H = 400 mm o Đường kính hình cơn: d = 350 mm o Chiều cao hình cơn: h = 390 mm o Tổng chiều dài: L = 1,18 mm Bộ truyền đai: o Đường kính bánh chủ động: D1 = 140 mm o Đường kính bánh bị động: D2 = 450 mm o Khoảng cách trục: A = 460,8 mm o Chiều dài đai: L = 1900 mm o Chiều rộng bánh đai: B = 20 mm Bộ truyền động xích: o Số đĩa dẫn: Z1 = 25 o Số đĩa bị dẫn: Z2 = 75 o Đường kính vòng chia đĩa dẫn: dc1 = 152 mm o Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn: dc2 = 455 mm o Khoảng cách trục: A = 379 mm Kết khảo nghiệm: Thời gian trộn thực tế t = 10 ph Năng suất Q = 602,0 kg/h Công suất N = 0,781 kW Chi phí lượng riêng A2 = 1,297 kWh/T Độ trộn hỗn hợp K = 97,632 % SUMMARY Thesis: “Designing – manufacturing and testing the Premix vertical cone type mixer with 100 kg/batch of capacity” Thesis purposes: Designing – manufacturing and testing the Premix vertical cone type mixer with 100 kg/batch of capacity Content of thesis: Construction and applied field of the rotary drum mixer Materials of mixing Selecting model and working principle Calculating and designing the mixing part Calculating and designing the transmission Designing the frame of the mixer Manufacturing Testing Results of calculating: Mixing drum: o Cylinder diameter: D = 800 mm o Cylinder height: H = 400 mm o Cone diameter: d = 350 mm o Cone height: h = 390 mm o Sum of lengths: L = 1180 mm Belt transmission: o Diameter of the o Diameter of the o Shaft distance: A = 460,8 mm o Length of belt: L = 1900 mm o Width of belt wheel: B = 20 mm Chain transmission: o Amount of active chainwheel’s tooth: Z1 = 25 o Amount of passive chainwheel’s tooth: Z2 = 75 o Pitch cycle of diameter of active chainwheel: dc1 = 152 mm o Pitch cycle of diameter of passive chainwheel: dc2 = 455 mm o Shaft distance: A = 379 mm Testing result: Truth time of mixing t = 10 minutes Capacity Q = 602,0 kg/h Power N = 0,781 kW Spend on individual energy A2 = 1,297 kWh/T Degree of regular mixture of mixing K = 97,632 % DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT m Khối lượng hạt Khối lượng riêng hạt Khối lượng thể tích vật liệu d Đường kính hạt dtđ Đường kính tương đương hạt q Hàm phân Qr Hàm phân bố tổng Hệ số hình dạng F Diện tích bề mặt V Thể tích Om, Bề mặt riêng khối lượng Ov, Bề mặt riêng thể tích Ứng suất tiếp 0 Ứng suất tách Ứng suất pháp f Hệ số ma sát Sức căng bề mặt chất lỏng điều kiện trộn Độ rỗng khối hạt B Nồng độ muối kiểm tra Mức độ trộn T Độ lệch bình phương trung bình lý thuyết p Tỷ lệ cấu tử nghiên cứu toàn hỗn hợp v Cường độ trình tạo hỗn hợp f n , f0 Cường độ trình thuận nghịch t Thời gian trộn Ci Tỷ lệ phần cấu tử kiểm tra P Tham số trạng thái D Đường kính R Bán kính n Số vòn quay Flt Lực li tâm g Gia tốc trọng trường Gia tốc góc G Lực trọng trường K Hằng số thực nghiệm L Chiều dài Q Năng suất trộn d Hệ số đầy thùng t Thời gian trộn p Thời gian phụ n Thời gian nạp liệu N Cơng suất rng Bán kính ngỗng trục ftr Hệ số ma sát ngỗng trục ổ h Chiều cao tn Góc rơi tự nhiên Vt Thể tích chiếm chỗ vật liệu chứa thùng q Khối lượng mẻ trộn c Hệ số chứa Vc Thể tích phần hình ngh Số vòng quay giới hạn dt Đường kính đầu mút thùng M Mô men Hệ số ma sát lăn Gth Khối lượng thùng Gsp Khối lượng sản phẩm 10 Khoảng 3 / 0,0108. 0,1860 Khoảng 3 / 2 0,0108. 3 / 2 0,2200 (4.13) Tọa độ điểm đặc biệt: Tại có 1 0,186 tn 45 o M3 100 sin 45 o 0,186 128,94 , 0,102 (Nm) (4.14) Tại / có 1 0,203 tn M3 0,203 40,89 o 0,186 100 sin 40,89 o.0,203 130,28 , (Nm) 0,102 (4.15) Tại có 1 0,186 45 o M 128,94 , (Nm) (4.16) Tại 3 / có 1 0,203 M 130,28 , (Nm) (4.17) Tại 2 có 1 0,186 M 128,94 , (Nm) (4.18) Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc M3 vào góc quay thùng 43 e) Xác định mô men tổng M = M1 +M2 +M3 Bằng phương pháp đồ thị ta thu đồ thị (M - ) hình vẽ Các điểm đặc biệt đồ thị: Tại M 0,486 68,040 128,94 197,463 , (Nm) (4.19) Tại / M 0,486 74,258 130,28 204,994 , (Nm) (4.20) Tại M 197,463 , (Nm) (4.21) Tại 3 / M 204,994 , (Nm) (4.22) Tại 2 M 197,436 , (Nm) (4.23) Do đồ thị có dạng tuyến tính nên ta cần xác định tọa độ điểm mút f) Xác định mơ men trung bình Mơ men cản trung bình tính qua xác định cơng để quay thùng trộn góc quay 2 Cơng để quay thùng góc quay 2 phần diện tích đồ thị hợp với trục hoành phạm vi từ đến 2 Ta được: A 2 197,436 204,994 1263,63 , (J) (4.24) Vậy mơ men cản trung bình: M tb A 1263,63 201,21 , 2 3,14 (Nm) (4.25) 4.5.4 Xác định công suất để quay thùng trộn Công suất để quay thùng trộn xác định theo công thức: N M tb 201,21 38,1 3,14 802,4 , 60 (W) 4.6 Tính tốn thiết kế phận truyền động 4.6.1 Số liệu thiết kế biết Công suất truyền động: N = 0,802 kW Số vòng quay động cơ: n = 1450 vg/ph Tỷ số truyền động chung: Uc = 1450/38,1 = 38,06 Phân phối truyền động từ động điện: 44 (4.26) + Bộ truyền động 1: truyền động đai từ động lên hộp giảm tốc + Bộ truyền động 2: truyền động xích từ hộp giảm tốc tới trục thùng quay 4.6.2 Thiết kế truyền động đai 1) Chọn loại đai Giả thiết vận tốc đai đai v = m/s, dùng loại đai A Б (bảng – 13), Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm “Thiết kế chi tiết máy”.NXB Giáo dục Kích thước tiết diện đai a h 13 (mm) Diện tích tiết diện đai F = 81 (mm2) (4.27) 2) Định đường kính bánh đai nhỏ Theo bảng – 14, ta chọn đường kính bánh đai nhỏ D1 = 140 mm (4.28) Kiểm tra vận tốc đai: v n.D1 60.1000 3,14.1450.140 10,6 60.1000 (m/s) (4.29) v < vmax = (30 35) (m/s) 3) Tính đường kính D2 bánh lớn D2 n1 1 0,02D1 1450 1 0,02.140 442 n2 450 (mm) (4.30) (vg/ph) (4.31) Theo tiêu chuẩn bảng (5 – 14) lấy D2 = 450 mm Số vòng quay thực n2' trục bị dẫn: n 2' 1 0,02 n1 Tỷ số truyền: i D1 140 1 0,02 .1450 442 450 D2 n1 1450 3,3 442 n1' 4) Chọn sơ khoảng cách trục A Theo bảng (5 – 16), ta chọn A D2 = 450 mm 5) Tính chiều dài L theo khoảng cách trục A L 2A D2 D1 D2 D1 2 4A 45 (mm) (4.32) 450 140 1880 3,14 L 2.450 450 140 4.450 (mm) Lấy L theo tiêu chuẩn bảng (5 – 12), L = 1900 mm (4.33) Kiểm nghiệm số vòng chạy u giây: u v 10,6 5,6 L 1,9 (4.34) Thỏa mãn u < umax = 10 6) Xác định xác khoảng cách trục A theo chiều dài lấy theo tiêu chuẩn A A L D2 D1 2 L D2 D1 2 8D2 D1 2 2.1900 3,14.450 140 (mm) 2.1900 3,14.450 1402 8450 1402 460,8 (mm) (4.35) Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện (5 – 19): 0,5.(D1 +D1) A 2.(D1 +D1) Khoảng cách nhỏ cần thiết để mắc đai: Amin = A – 0,015L = 460,8 – 0,015.1900 = 432,3 (mm) (4.36) Khoảng cách lớn cần thiết để mắc đai: Amax = A + 0,03L = 460,8 + 0,03.1900 = 517,8 (mm) (4.37) 7) Tính góc ơm Theo cơng thức (5 – 3): 180 o D2 D1 450 140 57 o 180 o 57 o 142 o 460,8 A 180 o D2 D1 450 140 57 o 180 o 57 o 218 o A 460,8 (4.38) 8) Xác định số đai Z cần thiết Chọn ứng suất căng ban đầu 0 = 1,2 N/mm2 theo trị số D1 tra bảng (5 – 17) tìm ứng suất cho phép p 0 (N/mm2) Các hệ số: Ct – hệ số xét đến ảnh hưởng tải trọng, tra bảng (5 – 6), Ct = 0,9 C - hệ số xét đến ảnh hưởng góc ôm, tra bảng (5 -18), C = 0,89 46 Cv – hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc, tra bảng (5 – 19), Cv = p 0 - ứng suất có ích cho phép, tra bảng (5 – 17), p 0 = 1,7 (N/mm2) Số đai Z tính theo cơng thức: Z 1000.N 1,5 1000 1,28 p v.Ct C C v F 1,7 10,6 0,9 0,89 81 Vậy số đai Z = (4.39) 9) Chiều rộng bánh đai B = (Z – 1).t + 2.S = 2.S = 2.10 = 20 (mm) (4.40) Đường kính ngồi bánh dẫn: Dn1 = D1 +2ho = 140 + 2.3,5 = 147 (mm) (4.41) (mm) (4.42) Đường kính ngồi bánh bị dẫn: Dn2 = D2 +2ho = 450 + 2.3,5 = 457 Các kích thước S, t, ho tra bảng (10 – 3) 10) Tính lực căng ban đầu So lực tác dụng lên trục R Lực căng ban đầu So tính theo cơng thức (5 -25): So = o F = 1,2 81 = 97,2 (N) (4.43) Lực tác dụng lên trục R tính theo công thức (5 -26): R 3S o Z sin 1 276,5 (N) (4.44) 4.6.3 Tính truyền động xích 1) Chọn xích Loại xích ống lăn rẻ xích lại khơng yêu cầu truyền phải làm việc êm, không ồn 2) Số vòng quay bánh bị dẫn số vòng quay thùng: n2 = nt = 39,1 (vg/ph) Số vòng quay bánh dẫn n1 = 120 (vg/ph) Tỷ số truyền: i n1 120 3 n 39,1 (4.45) Theo bảng (6 – 3) chọn Z1 = 25 Vậy số đĩa bị dẫn Z2 = i Z1 = 25 = 75 3) Tính bước xích t Tính hệ số điều kiện sử dụng: 47 (4.46) k = kđ.kA.ko.kđc.kb.kc Trong đó: kđ = 1,2 – tải trọng va đập kA = – chọn khoảng cách trục A = (30 50).t ko = – góc nghiêng nhỏ 60o kđc = 1,2 – trục không điều chỉnh kb = 1,5 – bôi trơn định kỳ kc = – truyền động làm việc ca Vậy k = 1,2 1,2 1,5 = 2,25 Hệ số đĩa dẫn: k z Z 01 25 1 25 Z1 Hệ số vòng quay đĩa dẫn: k n (4.47) (4.48) n01 200 1,67 n1 120 (4.49) Cơng suất tính tốn truyền xích: Nt = k.kn.kz.N = 2,25 1,67 0,802 = 3,01 (kW) (4.50) Tra bảng (6 - 4) với n01 = 200: chọn xích ống lăn dãy có bước xích t = 19,05, diện tích lề F = 105,8 mm2 có cơng suất cho phép [N] = kW (4.51) Tra bảng (6 -1) tìm kích thước chủ yếu xích, tải trọng phá hỏng xích Q = 25000 N, khối lượng mét xích q = 1,52 kg 4) Định khoảng cách trục A số mắt xích X Số mắt xích tính theo cơng thức (6 – 4): Z Z1 A Z Z1 t X t A 2 Ta chọn sơ khoảng cách trục A = 380 mm 75 25 380 75 25 19,05 X 93 19,05 3,14 380 Kiểm nghiệm số lần va đập giây: u Z n 25 120 2,15 15 X 15 93 (4.52) 48 Theo bảng (6 – 7) số lần va đập cho phép giây [u] = 35 Cho nên điều kiện u [u] thỏa mãn Tính xác khoảng cách trục A theo số mắt xích chọn Theocơng thức (6 – 3) ta có: Z Z1 Z Z1 t Z Z1 A X X 8 4 2 2 2 (mm) 2 75 25 75 25 19,05 75 25 A 93 93 379 (mm) (4.53) 8 3,14 Để đảm bảo độ võng bình thường tránh cho xích khỏi bị căng nên giảm khoảng cách trục A = 0,003A = 0,003 379 1,14 (mm) Cuối lấy A = 378 mm 5) Tính đường kính vòng chia đĩa xích Theo cơng thức (6 – 1): Đường kính vòng chia đĩa dẫn: d c1 19,05 t 152 o 180 180 o sin sin 25 Z1 (mm) (4.54) (mm) (4.55) Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn: d c2 19,05 t 455 o 180 180 o sin sin 75 Z2 6) Tính lực tác dụng lên trục 6.10 k t N 6.10 1,05 0,802 884,1 R 25 19,05 120 Z t.n (N) (4.56) Trong đó: kt – hệ số xét đến tác dụng trọng lượng xích lên trục truyền thẳng đứng 4.7 Thiết kế khung máy Khung máy trộn chi tiết họ giàn gồm thép U – 80 cắt thành đoạn nhỏ hàn liên kết với tạo thành khung - giàn Kích thước hình 49 học khung thỏa mãn yêu cầu bố trí chi tiết máy như: kích thước hình học thùng phận truyền động 4.8 Công nghê chế tạo 4.8.1 Qui trình cơng nghệ chế tạo vỏ thùng Vỏ thùng trộn chi tiết họ hộp ghép, ngun cơng bao gồm: Cắt thép theo hình khai triển từ vẽ chi tiết vỏ thùng Cuốn vỏ thùng máy trục hàn ghép mí Hàn bích đáy vào vỏ thùng Lắp, rà truc thùng 4.8.2 Qui trình chế tạo trục Số lượng trục gia công 1, nguyên cơng bao gồm: Chọn phơi theo kích thước vẽ trục có cộng thêm lượng gia cơng Gia công mặt đầu Tiện thô tiện tinh với lần gá để gia công hai đầu Phay rãnh then 4.8.3 Qui trình cơng nghệ chế tạo khung Khung máy trộn vi lượng chi tiết họ Các ngun cơng bao gồm: Chuẩn bị khung theo vẽ chi tiết Ghép tạo thành khung máy Các chi tiết lại: bulông, đai ốc, gối đỡ trục, bánh đai, đĩa xích…được chọn theo tiêu chuẩn tính tốn thiết kế 4.9 Khảo nghiệm xác định thông số kỹ thuật 4.9.1 Mục đích khảo nghiệm Xác định thơng số kỹ thuật máy bao gồm: suất, công suất, độ trộn hỗn hợp chi phí lượng riêng 4.9.2 Nội dung khảo nghiệm Tổ chức thí nghiệm lần lặp lại với chế độ làm việc máy sau: Khối lượng trộn mẻ: 100 kg Giữ nguyên thông số kỹ thuật thiết kế thời gian trộn phút 50 Xác định đặc tính kỹ thuật: Phân bố thời gian trộn: nạp liệu, trộn liệu Đo công suất tiêu thụ Tính tốn suất Tính tốn chi phí lượng riêng Xác định độ trộn hỗn hợp 4.9.3 Kết khảo nghiệm Kết khảo nghiệm trình bày bảng 4.1 Bảng 4.1 Kết khảo nghiệm xác định tiêu kinh tế - kỹ thuật máy trộn MTTCĐ – 100 Lần đo Thông số đo, TT (đơn vị) Khối lượng mẻ trộn, M (kg/mẻ) Thời gian nạp liệu, tn (ph) TB 100100 100 100 100 100 100 3,8 4,5 3,9 4,2 4,0 4,08 6 6 6 2,8 3,2 2,5 3,1 2,9 2,9 0,784 0,748 0,794 0,756 0,729 0,762 0,784 0,748 0,794 0,756 0,729 0,762 98,75 98,12 98,56 98,23 98,61 98,45 Thời gian trộn, tt (ph) Thời gian tháo sản phẩm, (ph) Công suất tiêu thụ, N (kW) Mức tiêu thụ điện riêng, Ar (kWh/tấn) Độ trộn đều, (%) Kết xử lý số liệu: + Thời gian nạp liệu (nạp 100 kg hỗn hợp nguyên liệu trộn premix) 51 tn – t /2 4,08 – 2,776 0,28 S n ph tn n 4,08 + 2,776 4,4 ph tn 3,7 S tn tn + t /2 0,28 ph ph (4.57) + Thời gian tháo sản phẩm ( lấy 100 kg hỗn hợp premix trộn cho vô bao) tn – t /2 2,9 – 2,776 0,27 S n ph tn n 2,9 + 2,776 3,0 ph tn 2,8 S tn tn + t /2 0,27 ph ph (4.58) + Công suất tiêu thụ Ntb – t /2 0,762 – 2,776 0,027 S n kW N S N Ntb – t /2 n 0,762 + 2,776 0,728 kW N 0,027 kW 0,796 kW (4.59) + Mức tiêu thụ điện riêng S Artb – t /2 0,762 – 2,776 0,027 n S Ar Artb – t /2 kWh/tấn Ar 0,762 + n 2,776 0,027 0,728 kWh/tấn Ar 0,796 kWh/tấn kWh/tấn (4.60) + Độ trộn hỗn hợp tb – t /2 98,45 – 2,776 0,267 98,12 % S n tb – t /2 S n 98,45 + 2,776 % 98,78 % 52 0,267 % (4.61) 4.10 Ý kiến thảo luận + Máy trộn premix MTTCĐ – 100, đảm bảo yêu cầu thiết kế suất , độ trộn Máy làm việc ổn định Kết khảo nghiệm cho phép đưa máy vào phục vụ sản xuất Độ trộn mà máy đạt đảm bảo yêu cầu kỹ thguật sản xuất premix (≥98 %) + Máy có cấu tạo gọn gàng, bền vững + Mức tiêu thụ điện riêng thấp thấy phần điện phục vụ trộn, thời gian lại máy trạng thái nghỉ 53 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận + Máy trộn thùng côn đứng MTTCĐ – 100 dùng trộn hỗn hợp prêmix thiết kế, chế tạo đảm bảo yêu cầu cơng nghệ sản xuất Máy có mức tiêu thụ điện để trộn thấp.Qua khảo nghiệm xác định mức chi phí Ar = 0,728 – 0,796 kWh/tấn Độ trộn mà máy đạt = 98,12 – 98,78 Đây độ trợn đạt mức cao + Máy đưa vào phục vụ trực tiếp sản xuất công ty thuốc thú y Thành Tiến, quận Bình Tân Thành phố Hồ Chí Minh + Máy có cấu tạo gọn gang, bền vững nên độ tin cậy làm việc cao, chăm sóc kỹ thuật đơn giản + Máy khó có khả giới hóa khâu nạp liệu tháo sản phẩm Đây đặc thù tất lọai máy trộn ngành sản xuất thuốc thú ý hay dược phẩm + Máy có thùng trộn làm vật liệu Inox đảm bảo yêu cầu vệ sinh ngành sản xuất thuốc 5.2 Đề nghị + Tiếp tục nghiên cứu khảo nghiệm để xác định chế độ làm việc tốt cho máy + Nghiên cứu mối quan hệ thông số kết cấu thùng, chế độ động học, mức độ chứa để xây dựng tóan tối ưu hóa Từ kết nghiên cứu xác định thong số tối ưu phục vụ cho thiết kế chế tạo máy 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO NGUYỄN MINH TUYỂN Các máy khuấy trộn cơng nghiệp NXB.KH&KT.Hà Nội - 1987 BỘ MƠN MÁY HĨA Các máy khuấy trộn Giáo trình ĐHBK Hà Nội NGUYỄN NHƯ NAM, TRẦN THỊ THANH Máy gia công học nông sản – thực phẩm NXB Giáo dục – 2000 PGS.TS.BÙI VĂN MIÊN Máy chế biến thức ăn gia giúc NXB Nông nghiệp NGUYỄN QUANG LỘC, NGUYỄN NHƯ NAM Máy trộn vi lượng Hội khuyến nông, Đại Học nơng Lâm TPHCM BÙI ĐỨC LỢI, HỒNG THỊ NGỌC CHÂN, LÊ THỊ CÚC, LÊ THỊ HỒNG KHANH, MAI VĂN LÊ, LÊ NGỌC TÚ Kỹ thuật sản suất thức ăn hỗn hợp cho gia súc Trường ĐHBK Hà Nội 1985 NGUYỄN TRỌNG HIỆP, NGUYỄN VĂN LẪM Thiết kế chi tiết máy NXB.Giáo dục 55 Chương PHỤ LỤC Hình 7.1 :Máy trộn Premix dạng thùng đứng (nhìn theo phương chiếu đứng) 56 Hình 7.2 : Máy trộn Premix dạng thùng đứng (nhìn theo phương chiếu cạnh) 57 ... HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ, CHẾ TẠOVÀ KHẢO NGHIỆM MÁY TRỘN PREMIX DẠNG CÔN ĐỨNG NĂNG SUẤT 100 KG/MẺ Chuyên ngành: Cơ khí bảo quản chế biến nơng sản thực phẩm Giáo viên hướng... khảo nghiệm máy trộn Premix dạng thùng côn đứng suất 100 kg/mẻ” Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS Nguyễn Như Nam Nguyễn Thị Mến Mục đích đề tài: Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm máy trộn. .. Hình 7.1 :Máy trộn Premix dạng thùng đứng( nhìn theo phương chiếu đứng) Hình 7.2 : Máy trộn Premix dạng thùng đứng (nhìn theo phương chiếu cạnh) 12 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng : Bảng kết khảo nghiệm