NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN RÁC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH NĂNG SUẤT 5 TẤNGIỜ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN RÁC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH NĂNG SU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN RÁC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

PHÂN HỮU CƠ VI SINH NĂNG SUẤT 5 TẤN/GIỜ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ THO Ngành: CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGHỆ Niên khóa: 2007 - 2011

Tháng 6/2011

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN RÁC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH NĂNG SUẤT 5 TẤN/GIỜ

Tác giả

Nguyễn Thị Tho

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành

Cơ khí chế biến nông sản thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn:

PGS TS Trần Thị Thanh

Tháng 6 năm 2011

ii

CẢM TẠ

Sau ba tháng nỗ lực làm đề tài tốt nghiệp tôi đã hoàn thành Để có thể hoàn

thành được đề tài này, tôi chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu trường Đại Học Nông

Lâm TP.Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ, quý thầy cô đã tận

tình dạy bảo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian 4 năm qua

Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS.TS Trần Thị Thanh giảng viên

khoa Cơ Khí - Công Nghệ, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo

mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suất quá trình thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm tạ các chú, các anh ở xưởng cơ khí, cùng các bạn sinh viên

đã quan tâm, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm đề tài, cũng như trong quá trình học

tập

Nguyễn Thị Tho

Kết quả thu được:

a) Lựa chọn mô hình máy thiết kế

b) Tính toán và thu kết quả sau:

- Kết quả tính toán bộ phận nghiền:

+ Đường kính buồng nghiền: 680 mm

+ Chiều rộng buồng nghiền: 340 mm

+ Số lượng búa: 96

+ Kích thước búa: 150 mm  60 mm  10 mm

+ Đường kính chốt treo búa: 23 mm

+ Trục rôto:

- Kết quả tính toán bộ phận truyền động:

+ Truyền động bằng đai thang: đai B

+ Công suất động cơ nghiền: 40 kW

Đưa máy nghiền rác năng suất 5 tấn/giờ vào dây chuyền sản xuất phân hữu cơ

vi sinh

iv

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các hình vii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Mở đầu 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.2.1 Mục tiêu 2

1.2.2 Nhiệm vụ 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về rác 3

2.1.1 Rác thải là gì? 3

2.1.2 Một số tính chất cơ lý của rác 3

2.1.3 Công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác 4

2.2 Tổng quan về máy nghiền 5

2.2.1 Khái niệm về nghiền 5

2.2.2 Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể rắn 5

2.2.3 Các tiêu chuẩn của quá trình nghiền 6

2.2.4 Các thuyết nghiền 6

2.2.5 Các nguyên lí nghiền 9

2.3 Lý thuyết tính toán máy nghiền rác 11

2.3.1 Vận tốc phá vỡ hạt 11

2.3.2 Các yếu tố cơ học của quá trình làm việc ở máy nghiền 12

2.3.3 Động lực học của máy nghiền búa 13

2.3.4 Tính toán máy nghiền búa 15

2.4 Lý thuyết tính toán công suất cần thiết 19

2.5 Lý thuyết tính toán truyền động đai 19

2.6 Một số mẫu máy nghiền 22

2.7 Nhận xét 23

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 24

3.1 Phương pháp thiết kế 24

3.1.1 Lựa chọn nguyên tắc làm việc của máy thiết kế 24

3.1.2 Phương pháp thiết kế bộ phận cấp liệu 24

3.1.3 Phương pháp thiết kế bộ phận nghiền 24

3.1.4 Phương pháp thiết kế bộ phận thu hồi sản phẩm 24

3.1.5 Phương pháp thiết kế bộ phận truyền động 25

3.2 Công nghệ chế tạo 25

3.3 Phương pháp đo đạc 25

3.4 Phương pháp khảo nghiệm và xử lý số liệu 26

3.4.1 Phương pháp khảo nghiệm 26

3.4.2 Phương pháp lấy mẫu đo đạc 26

3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 26

CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Các dữ liệu thiết kế ban đầu 27

4.2 Lựa chọn mô hình máy nghiền thiết kế 27

4.2.1 Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của máy nghiền 27

4.2.2 Sơ đồ nguyên lý của máy nghiền rác 29

4.3 Tính toán thiết kế bộ phận nghiền 29

4.3.1 Tính toán vận tốc búa nghiền 29

4.3.2 Lựa chọn dạng buồng nghiền 30

4.3.3 Tính toán các kích thước của buồng nghiền 31

4.3.4 Xác định số vòng quay trong một phút của trống 31

4.3.5 Tính toán búa nghiền 31

4.3.6 Tính toán kích thước đĩa lắp búa 32

vi

4.3.7 Tính toán số lượng búa 32

4.4 Tính toán bộ phận nạp liệu 33

4.5 Tính toán công suất cần thiết 33

4.6 Tính toán truyền động đai 34

4.7 Tính toán thiết kế trục rôto nghiền 36

4.8 Quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết 42

4.8.1 Quy trình công nghệ chế tạo trục rôto nghiền 42

4.8.2 Quy trình công nghệ chế tạo búa nghiền 45

4.9 Theo dõi chế tạo máy 47

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Đề nghị 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 50

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Va đập vỡ tự do 9

Hình 2.2: Cắt nghiền vỡ 10

Hình 2.3: Chà xát vỡ 10

Hình 2.4: Cấu tạo búa nghiền 14

Hình 2.5: Máy nghiền rác của Nguyễn Quốc Tuấn ở Tánh Linh 22

Hình 2.6: Máy nghiền rác của ông Nguyễn Hòa ở Đà Lạt – Lâm Đồng 23

Hình 4.1: Mô hình máy nghiền thiết kế 28

Hình 4.2: Buồng nghiền 30

Hình 4.3: Sơ đồ đặt lực tác dụng lên trục 38

Hình 4.4: Biểu đồ mômen tác dụng lên trục nghiền 39

Hình 4.5: Cấu tạo của trục rôto 40

Hình 4.6: Phôi để tiện trục rôto 43

Hình 4.7: Cấu tạo búa nghiền 46

Hình 4.8: Phôi búa nghiền 47

Trên thế giới hiện nay, đặc biệt là các nước đang phát triển, mật độ dân số càng cao thì rác thải càng trở thành vấn đề quan trọng Ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm rác nói riêng đang thật sự là mối quan tâm của toàn xã hội Mặt khác, với sản xuất nông nghiệp, phân bón có vai trò quyết định cả về chất lượng và sản lượng thu hoạch Ở nước ta, tình trạng sử dụng phân bón còn chưa hợp lý, đa số người dân chưa biết sử dụng bón phân hóa học kết hợp với phân hữu cơ vi sinh Nhưng qua thời gian dài sử dụng phân hóa học mà không bón phân hữu cơ vi sinh đã làm cạn kiệt nguồn hữu cơ và vi sinh vật trong đất dẫn đến đất bị trai cứng, khả năng hấp thụ dinh dưỡng, khả năng tạo chất dinh dưỡng và giữ nước kém Không những thế mà giá thành phân bón hóa học ngày càng tăng Trong khi đó, phân hữu cơ vi sinh có rất nhiều ưu điểm: cải tạo đất tốt, làm tăng dinh dưỡng trong đất, giúp đất giữ dinh dưỡng và giữ nước tốt, nâng cao chất lượng và sản lượng cây trồng, giúp cây chống chịu bệnh tốt, giá thành thấp Vì vậy, cần phải kết hợp bón phân hữu cơ vi sinh để cải tạo lại đất trồng Trong canh tác nông nghiệp, phế phụ phẩm nông nghiệp là nguồn hữu cơ rất lớn nhưng chưa được sử dụng hợp lý, thông thường lượng phế phụ phẩm này bị đốt đi hoặc vứt bỏ sau thu hoạch vừa làm ô nhiễm môi trường vừa làm phí phạm nguồn hữu

cơ đáng lẽ ra phải trả lại cho đất Nếu chúng ta cứ canh tác như vậy thì đất sẽ thiếu nguồn hữu cơ và là nguyên nhân chính dẫn đến đất bị bạc màu và môi trường bị ô

nhiễm Nên cần phải trả lại cho đất nguồn hữu cơ mà cây đã lấy đi bằng cách sử lý nguồn nguyên liệu này bằng chế phẩm vi sinh làm phân bón hữu cơ vi sinh Vấn đề

xử lý rác thải sinh hoạt của các vùng trên cả nước đang được quan tâm và từng bước thực hiện Để xử lý rác thải hữu cơ hiệu quả cần thiết có chế phẩm vi sinh chất lượng giúp quá trình phân hủy nhanh, giảm mùi hôi thối của rác Nước thải từ các nhà máy, bệnh viện, trường học, cơ sở chăn nuôi, chế biến thực phẩm… chứa thành phần, hàm lượng chất thải khác nhau Do đó, cần phải có những nghiên cứu, tuyển chọn các chủng vi sinh vật phát triển tốt trên nước thải đó và có hoạt tính cao thì mới tăng hiệu quả xử lý nước thải Chính vì vấn đề xử lý chất thải hữu cơ làm nguyên liệu cho sản xuất phân hữu cơ vi sinh và làm sạch môi trường, cho nên cần phải có nhiều nghiên cứu và ứng dụng nhằm đưa ra chế phẩm vi sinh vật tốt, quy trình xử lý hiệu quả để có thể biến toàn bộ nguồn chất thải hữu cơ thành phân bón, khi đó sẽ có một lượng phân bón khổng lồ, giảm áp lực phải nhập phân hóa học từ nước ngoài, tiết kiệm chi phí sản xuất cho người dân và làm sạch môi trường

Quy trình chế biến rác thành phân hữu cơ vi sinh gồm nhiều công đoạn, trong đó nghiền là một công đoạn rất quan trọng

Từ những yêu cầu trên và thực tế yêu cầu sản xuất Được sự đồng ý của BCN Khoa

Cơ khí – Công nghệ, bộ môn máy sau thu hoạch và chế biến, dưới sự hướng dẫn của

cô PGS.TS Trần Thị Thanh nên em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy nghiền rác thải làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ vi sinh năng suất 5 tấn/h”

- Lựa chọn nguyên tắc làm việc cho máy thiết kế

- Chọn mô hình máy thiết kế

- Tính toán thiết kế các bộ phận làm việc của máy theo mô hình, đảm bảo năng suất thiết kế 5 tấn/h

- Khảo nghiệm và đánh giá kết quả

- Rác thải được phân ra nhiều loại, một số trong đó là:

+ Rác tự phân hủy (các loại thức ăn thừa, thực vật chết,…) là các thành phần xuất phát từ thiên nhiên

+ Rác thải tái chế được: vật liệu xây dựng, kim loại, thủy tinh, bìa giấy,… + Chất thải có thành phần độc hại (hóa chất, pin, …), không tái chế được ( túi nilon) thậm chí nguy hiểm cho thiên nhiên và con người

2.1.3 Công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rác

Phân vi sinh là chế phẩm chứa các vi sinh vật (VSV) sống có hoạt lực cao đã được tuyển chọn, thông qua các hoạt động của nó tạo ra các chất dinh dưỡng cho đất và cây trồng làm cho cây trồng phát triển tốt hơn

Quá trình sản xuất phân vi sinh theo 2 giai đoạn chủ yếu:

Giai đoạn 1: Tạo nguyên liệu cho sản xuất còn gọi là chất mang Chất mang

được dùng là các hợp chất vô cơ (bột photphorit, bột apatit, bột xương, bột vỏ sò, ) hay các chất hữu cơ (than bùn, bã nấm, phế thải nông nghiệp, rác thải, ) Chất mang được ủ yếm khí hoặc hiếu khí nhằm tiêu diệt một phần VSV tạp và trứng sâu bọ, bay hơi các hợp chất dễ bay hơi và phân giải phần nhỏ các chất hữu cơ khó tan

Giai đoạn 2: Cấy vào nguyên liệu trên các chủng vi sinh vật thuần khiết trong

điều kiện nhất định để đạt được hiệu suất cao Mặc dù VSV nhỏ bé nhưng trong điều kiện thuận lợi: đủ chất dinh dưỡng, có độ pH thích hợp, CO2 và nhiệt độ môi trường tối

ưu chúng sẽ phát triển cực kỳ nhanh chóng (hệ số nhân đôi chỉ 2-3giờ); Ngược lại trong điều kiện bất lợi chúng sẽ không phát triển hoặc bị tiêu diệt, dẫn đến hiệu quả của phân bị giảm sút Để cho phân vi sinh được sử dụng rộng rãi, người ta thường chọn các chủng vi sinh có khả năng thích nghi rộng hoặc dùng nhiều chủng trong cùng một loại phân

Như vậy, qui trình sản xuất phân vi sinh trước tiên là tạo thành phân mùn hữu cơ cao cấp Tùy từng địa phương và cơ sở sản xuất cụ thể mà lựa chọn nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ cao cấp khác nhau như than bùn, mùn rác thành phố (phân rác lên men), phân bắc (hầm cầu), phân gà công nghiệp, phân heo, trâu, bò, dê, hoặc phân từ nguồn phế thải của quá trình chế biến của các nhà máy như mía, mụn dừa, vỏ trái cây, Nói chung là đi từ nguyên liệu nào có thể biến thành mùn Sau đó là quá trình phối trộn, cấy các chủng vi sinh vào mùn

Phân phức hợp hữu cơ vi sinh được sản xuất từ phế thải của nhà máy đường theo công nghệ của FITOHOOCMON được Bộ Khoa học và công nghệ cấp Bằng độc

Tóm lại: Công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh gồm

Ban đầu rác vơi ẩm độ 40%  50% được ủ hiếm khí trong 3 tháng cho phân hủy hữu cơ  Phơi khô cho thoát còn 20%  30%  Đưa vào máy phân ly tách đá, nilon,… ra ngoài  Sau đó cho nguyên liệu vào máy nghiền sản phẩm nghiền từ 1

 3 mm  Phun men vào sản phẩm nghiền và ủ chín từ 7  10 ngày  Trộn đều với các nguyên tố vi lượng khác  Đóng bao

2.2 Tổng quan về máy nghiền (Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh – 2000)

2.2.1 Khái niệm về nghiền

Nghiền là quá trình phá hủy vật thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn lực hút phân tử của vật thể rắn đó

Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều phần tử cũng như hình thành nên nhiều bề mặt mới

2.2.2 Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể rắn

Xuất phát từ các công trình nghiên cứu của các Viện sĩ A.Ph Iophphe, P.A Rebinder và I.A.Phrenkel xác nhận: đặc điểm cấu trúc của bất kỳ vật thể rắn nào cũng đều tồn tại các khuyết tật cực nhỏ Các khuyết tật này có phân bố thống kê theo chiều dày của vật thể Đồng thời chúng cũng thể hiện cục bộ ra bề mặt ngoài Chính vì đặc điểm như vậy mà độ bền (khả năng chống lại sự phá vỡ) bị giảm từ 1001000 lần so với độ bền của vật rắn thực có cấu trúc bị phá hủy

Quá trình biến dạng của vật rắn được xảy ra với sự gia tăng các phần tử hiện có

và số lượng các khuyết tật Khi quy mô các khuyết tật được gia tăng vượt quá giới hạn, cùng với điều đó, là sự phát triển nhanh theo chiều dài vết nứt làm vật thể bị phá vỡ

Khi có tải trọng tuần hoàn với chu kỳ tiếp theo thì số lượng các vết nứt trong vật thể gia tăng và độ bền của vật thể bị giảm xuống Sự xuất hiện các vết nứt tế vi trong cấu trúc vật thể sẽ làm giảm lực liên kết phân tử, làm giảm độ bền một cách đột ngột Hiện tượng này đã được Viện sĩ P.A Rebinder phát hiện và đặt tên là “Hiệu ứng Rebinder” Hiệu ứng này được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật

Khái niệm chung về cơ học phá hủy nguyên liệu hạt được gọi là cơ sở quá trình động lực học nghiền Cơ chế phá vỡ hạt có dạng cơ chế phá hủy bằng nén ép và quá trình diễn ra theo sơ đồ phá hủy dòn, nghĩa là không có quá trình biến dạng dẻo rõ rệt

2.2.3 Các tiêu chuẩn của quá trình nghiền

- Năng suất đạt yêu cầu

- Năng lượng tiêu tốn cho 1 đơn vị sản phẩm nhỏ

- Sản phẩm của quá trình nghiền có kích thước đồng đều hoặc sự phân phối kích thước như mong muốn

2.2.4 Các thuyết nghiền

Cùng với quy luật phân bố các phần tử sản phẩm nghiền theo các kích thước của chúng thì lý thuyết nghiền còn nghiên cứu sự phụ thuộc hàm số giữa chi phí năng lượng đến quá trình nghiền vỡ vật liệu và mức độ nghiền

a Thuyết bề mặt

Thuyết bề mặt do nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingo đề xuất vào năm 1867

với nội dung: “Công dùng cho quá trình nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt mới tạo

thành của vật liệu đem nghiền”

As = f (S), (J) (2.1) Trong đó: As – công chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo thành bề mặt mới (J)

S – diện tích bề mặt mới được tạo thành

7

Thuyết bề mặt được áp dụng nhiều hơn để đánh giá quá trình nghiền mịn, khi

đó sản phẩm nhận được với diện tích riêng bề mặt phát triển cao

b Thuyết thể tích

Thuyết cơ học được nhà cơ học người Nga V.L Kirpitrev đề xuất vào năm

1874 và được Giáo sư người Đức Ph.Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy nghiền

kiểu búa vào năm 1885 Nội dung cơ bản của thuyết thể tích là: “Công cần thiết để

nghiền vật liệu tỷ lệ thuận với mức độ biến đổi thể tích của vật liệu”

Av = f(V), (J) (2.2)

Trong đo: Av – công chi phí để nghiền vỡ vật thể, (J)

V – phần thể tích vật thể bị biến dạng

Nhưng phần thể tích bị biến dạng V lại tỷ lệ thuận với thể tích ban đầu V của tất cả

các cục vật liệu, nghĩa là V = k1.V Cho nên:

Av = k.k1.V = k2.V = kv.D3

Trong đó: kv và k v - các hệ số tỷ lệ trong các công thức theo thuyết thể tích

m – khối lượng cục vật liệu nghiền, (kg)

Thuyết thể tích của Kirpitrer – Kik cho kết quả chính xác hơn trong tính toán

quá trình nghiền thô Bởi vì khi nghiền thô, phần năng lượng chi phí cho biến dạng

đàn hồi vật thể là chủ yếu, còn năng lượng chi phí cho việc gia tăng diện tích riêng bề

mặt thì không đáng kể

c Thuyết dung hòa

Hai thuyết diện tích và thể tích còn có những nhược điểm nên Ph.C Bon đã đề

xuất một thuyết nghiền thứ ba để dung hòa hai thuyết trên vào năm 1952 Nội dung:

“Công nghiền tỷ lệ với trung bình nhân giữa thể tích (V) và bề mặt (S) của vật liệu

(3.5)

Sau này còn có công trình nghiên cứu của nhà bác học Nga A.K Rungbixt

(1956) và nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958) Các nhà bác học này đã giới thiệu

phươngtrình:

(2.6) Trong đó: A – công biến dạng, (J)

 - kích thước đặc trưng (đối với cục vật liệu là D và các phần tử bột nghiền

Khi đó chỉ số mũ q có các giá trị 3; 2 và 2,5 Tương ứng với các biểu thức sau:

Av = kv.D3 - Thuyết thể tích của Kirpitrev – Kik

As = ks.D2 – Thuyết diện tích của Ritingo

Adh = kdh.D2,5 – Thuyết dung hòa của Bon

Rõ ràng là cả hai thuyết diện tích và thể tích không mâu thuẫn nhau mà chúng

bổ sung cho nhau

d Thuyết tổng hợp

Do nhiều chỗ thiếu sót của cả hai thuyết diện tích và thể tích khi dựa vào các

tính chất cơ lý của vật liệu nghiền trong biến dạng Viện sĩ người Nga P.A Rebider

lần đầu tiên vào năm 1928 đã đưa ra thuyết nghiền tổng hợp còn gọi là thuyết nghiền

cơ bản với nội dung: “Công nghiền vật liệu bao gồm công tiêu hao để tạo ra bề mặt

mới và công làm biến dạng vật liệu” và được thể hiện dưới dạng biểu thức sau:

Trong đó: V – phần thể tích bị biến dạng của vật nghiền

S – diện tích riêng bề mặt được gia tăng

Trong đó: Av – công chi phí cho sự biến dạng của vật liệu

z

d d c d





.







a Va đập vỡ tự do

Máy quay với vận tốc 35 70 m/s do đó động năng (mv2/2) rất lớn và khi gặp các phần tử thức ăn đang rơi vào máy tự do thì búa đập vỡ rồi văng các hạt vỡ đó vào thành máy và các tấm sàng Ngoài ra các loại hạt khi va đập vào vỏ máy và chà xát vào các tấm sàng cũng vỡ them Loại máy nghiền này có năng suất cao, nghiền được nhiều loại thức ăn theo nhiều độ nghiền khác nhau Cấu tạo đơn giản và sử dụng thuận tiện

1 Nguyên liệu nghiền

Loại máy này có thể nghiền hạt nhỏ thành tấm, ít sinh ra bụi bột nhưng khi nghiền thức ăn ẩm (trên 18%) hay có khô dầu thì dễ sinh ra răng khía và làm nóng thức ăn

1 Nguyên liệu nghiền

đó chà xát ở khe giữa các thớt Loại máy này cũng tương đối vạn năng xay theo nhiều

độ nghiền khác nhau nhưng dễ làm nóng thức ăn và có khi nghiền quá nhỏ thành bụi bột làm giảm chất lượng thức ăn

1 Nguyên liệu nghiền

2 Đĩa quay

3 Bột nghiền

4 Đĩa cố định

Hình 2.3: Chà xát vỡ

11

d Ép dập vỡ

Áp dụng ở các máy xay có hai trục cuốn nhẵn, quay với vận tốc dài bằng nhau (V1 = V2) Hạt đi vào khe được kéo vào giữa 2 khe của hai trục cuốn (do lực ma sát của hạt với hai mặt trụ) rồi đựơc ép dập vỡ ra Loại này ít dùng và chỉ nghiền được ít thức

- Xác định vận tốc cần thiết để phá hủy dạng vật liệu đã cho

- Đánh giá ảnh hưởng vận tốc tiếp tuyến làm việc của búa lên các chỉ tiêu chế độ làm việc và hiệu suất chung của máy nghiền

a Vận tốc phá hủy khi nghiền hạt bằng va đập

Từ ảnh hưởng của đặc tính độ bền của vật liệu, ta có thể xác định giá trị động lực học

về độ bền cho phép bằng phương pháp phân tích Tốc độ phá vỡ vfv của búa nghiền tác động vào vật liệu sau lần va đập tự do có dạng:

x

a k

V

fv d

Trong đó: Vpv – tốc độ phá hủy (m/s)

a - chiều dài hạt (m/s)

x1 – chiều dài phần không biến dạng của hạt (mm)

 - khối lượng riêng của hạt (kg/m3)

kd – hệ số động lực học, kd = 1,6 2

fv

 - ứng suất phá vỡ của vật liệu (N/m2) Công thức này là cơ sở để chọn vận tốc thích ứng của búa nghiền

b Vận tốc làm việc của búa

Để có được vận tốc va đập thực sự trong máy nghiền, giữa các búa với các mảnh

nguyên liệu, vận tốc làm việc của búa được quy định cao hơn vì phải tính đến vận tốc

tuần hoàn vth của lớp không khí lẫn nguyên liệu nghiền chuyển động vòng trong máy

v v

v

Từ công thức (3- 11) ta thấy rằng: để phá hủy hạt sau một lần va đập thì vận tốc búa

nhất thiết phải cao hơn vận tốc phá vỡ từ 1,5 đến 2 lần Thật ra trong quá trình làm việc,

xảy ra sự va đập nhiều lần giữa búa với nguyên liệu nên vận tốc làm việc của búa có thể

lấy nhỏ hơn một chút X.V Melnhikov đã xây dựng công thức tính vận tốc bị va đập

k

k  . - đặc trưng cơ lý tính của hạt

qu

 - chỉ số nghiền

2.3.2 Các yếu tố cơ học của quá trình làm việc ở máy nghiền

Công biến dạng theo lớp:

Va đập của búa vào vật liệu trong máy nghiền là va đập nhiều lần, vì vậy cần phải

tính công biến dạng theo lớp

Để đánh giá các yếu tố cơ học và kết cấu nghiền, chúng ta xác định công biến

dạng A01 do búa tác động vào khối lượng nguyên liệu Mt tuần hoàn sau thời gian t:

2

60

2

v ztn 



Trong đó: z – số búa lắp trên rôto

t – thời gian nguyên liệu tồn tại trong buồng nghiền, (s)

bl

cl v h B D t n



Trong đó: D, B – đường kính và chiều dài trống, (m)

hcl – chiều dày lớp nguyên liệu, (m)

 - khối lượng riêng của hạt, (kg/m3)

 - nồng độ vật liệu trên lớp (kg/kg)

Đặt hệ số

120

.  

Ngoài tác động va chạm, các cánh búa còn phá hủy các phần tử nguyên liệu bằng sự

mài mòn Năng lượng cung cấp cho sự mài mòn được tính gần đúng qua hệ số cản lớp

nguyên liệu chuyển động trong khe hở giữa các đầu cuối búa và sàng fcl Năng lượng chi

phí cho va đập và làm mài mòn lớp nguyên liệu được tính theo công thức:

  .D.B.( 1  f cl).v bl2 (2.17)

Trong đó  và fct là các hệ số được xác định qua thực nghiệm

2.3.3 Động lực học máy nghiền búa

d I N

n

b z

Trong đó: Nt – công suất tiêu thụ (W)

Iz – mô men quán tính của trống, (kg.m2)

q - lượng cung cấp trong một giây, (kg/s)

vb – vận tốc búa, (m/s)

dt

d - gia tốc góc, (rad/s2)

fn - hệ số nghiền nhỏ

N0 – công suất chạy không, (W)

Giá trị N0 – được tính theo biểu thức:

3

Trong đó: A- chi phí năng lượng hao phí cho ma sát các gối đỡ

B3 - các chi phí cho lực cản không khí

Năng lượng cung cấp cho quá trình làm việc là:

n z P v b

dt

d I

A

v f

2

1 Theo các số liệu đã cho, đối với máy nghiền búa fn = 0,8 0,9 khi vận tốc búa

vb = 80  100 m/s

b Hệ động lực học rôto – búa

Hình 2.4: Cấu tạo búa nghiền

Rôto với các búa có khớp treo không là hệ cứng mà là hệ đàn hồi giả định có

“tính dễ biến dạng” của các khâu Có thể mô tả hệ rôto – búa là hệ có hai bậc tự do Đặc tính này ảnh hưởng lớn đến quá trình làm việc của búa

15

Theo V.P Goriatxkin về lý thuyết con lắc vật lý thì:

Khi để tâm lắc trùng với tâm va đập, cần có điều kiện:

 - bán kính quán tính của búa nghiền (m)

c – khoảng cách từ trọng tâm búa đến chốt treo búa (m)

l – chiều dài tính từ đầu búa đến chốt treo búa, (m)

Để đảm bảo độ ổn định chuyển động của búa, cần chọn kích thước búa (l) và bán kính

đĩa trống (Rn) theo điều kiện:

Rn = 2,25.l hay Rn = 4.l (2.21) Chúng ta có thể kết luận rằng: hệ động lực học liên kết lẫn nhau, rôto – búa là con

lắc vật lý kép có ma sát trong các khớp Ở đây, con lắc vật lý thứ nhất là rôto, con lắc thứ

hai là búa làm việc trong vùng lực ly tâm Trục trống cùng với các đĩa lắp trên nó thực

hiện dao động tự do, trống thực hiện cả dao động cưỡng bức gây nên dao động các khớp

treo của búa

2.3.4 Tính toán máy nghiền búa

Các thông số cơ bản của rôto máy nghiền dùng trong thiết kế là: kích thước rôto, các

chỉ số của chế độ động học, kích thước búa và cách sắp xếp chúng trên rôto, các chỉ số

năng lượng và kinh tế - kỹ thuật

Các số liệu cần biết ban đầu: hiệu suất máy, chỉ số nghiền, cơ lý tính nguyên liệu

a Các kích thước cơ bản của rôto

Để xác định năng suất thiết kế của máy nghiền, đầu tiên phải tính các thông số cơ

bản của rôto: đó là đường kính D và chiều dài L Mối quan hệ giữa các kích thước của

trống và năng suất máy đã được thể hiện qua chỉ số tải trọng riêng q ( kg/s.m2) Tải

trọng riêng của máy là tỷ số giữa năng suất tính toán qp với diện tích hướng kính quy

ước DL của trống Nghĩa là:

Rôto loại thứ hai A2 = 11,9

b Kích thước búa nghiền

Với búa có dạng tấm chữ nhật, một lỗ treo, khoảng cách c được xác định theo công

thức:

(2.24) Trong đó: a – chiều dài búa, (m)

b – chiều rộng búa, (m)

Cũng loại búa dạng tấm chữ nhật nhưng có hai lỗ treo đường kính d thì:

B A A

4 2

2

(2.25) Trong đó:

Tính toán sự cân bằng của các búa và đĩa rôto khi va đập được tiến hành theo

trình tự sau: trước tiên, xác định các kích thước l, Rn và theo đường kính D của rôto Bởi

Chiều dài a và bề rộng b của búa nghiền được tính theo điều kiện cân bằng khi va

đập Người ta thường chọn theo giá trị tương ứng:

a = 1,5.l  0,23.D và b = 0 , 4a 0 , 5 a 0 , 1D

a

b a c

4 9

17

Đường kính lỗ lắp chốt treo búa d được xác định từ điều kiện bền của chốt treo tính theo dầm liên tục Thông thường d = 18  20 mm

c Số lượng búa

Số lượng búa z cần phải thỏa mãn theo hai yêu cầu:

- Khi làm việc các búa quét hết bề rộng buồng nghiền Tuy nhiên còn phải trừ khoảng bề rộng buồng nghiền do các đĩa lắp chốt treo búa và khe hở của rôto với thành buồng nghiền

- Đảm bảo điều kiện cân bằng động lực học và cân bằng thống kê của rôto

Sau khi chọn sơ đồ phân bố búa, số lượng búa z được xác định theo công thức:

 

 z

k L L

 - chiều dày búa, (m)

Số lượng búa z có thể lấy theo kết quả nghiên cứu của A.T Hendrix Theo ông,

số lượng búa trong máy nghiền sẽ tác động đến năng suất và độ nhỏ bột nghiền Kết quả tối ưu cho thấy: với 15 búa nghiền có chiều dày 30 mm bố trí cho 100 mm bề rộng buồng nghiền

d Các chỉ tiêu năng lượng

Chi phí năng lượng của máy nghiền búa được đặc trưng bằng phương trình cân bằng công suất:

N = Nn + Nth + Nck , (W) (2.28) Trong đó:

Nn – Công suất chi phí cho quá trình nghiền vỡ, (W)

Nth - Công suất chi phí cho sự tuần hoàn của nguyên liệu, (W)

Nck – Công suất chi phí cho máy nghiền chạy không, (W)

Chi phí công suất cho quá trình nghiền vỡ bằng:

Trong đó: qc – lượng cung cấp riêng, (kg/s)

An – công chi phí riêng để nghiền vật liệu, (J/kg)

Công suất cho quá trình nghiền vỡ Nn có thể tính được tính theo công thức:

 - nồng độ vật liệu của lớp vật liệu tuần hoàn, (kg/kg)

vb – vận tốc tiếp tuyến của búa nghiền, (m/s)

Tuy nhiên công suất chi phí chạy không Nck xác định khó khăn Vì vậy người ta

tính công suất chi phí cho máy nghiền như sau:

(2.32)

e Năng suất máy nghiền

Năng suất của máy nghiền búa phụ thuộc vào kích thước cấu tạo của rôto, được tính

f Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Đặc tính kinh tế kỹ - thuật của máy rất quan trọng khi cần đánh giá máy thiết kế và

chọn chế độ làm việc tối ưu cho máy

Mức tiêu thụ năng lượng riêng Ar (kWh/t):

Q

N

Trong đó: Nt – công suất tiêu thụ của máy nghiền, (kW)

Q – năng suất máy nghiền, (tấn/h)

Hiệu suất chung  (tấn/kWh):

n

N

N (1,151,20)

19

t M N

b

b V m z k

Với k là hệ số phụ thuộc vận tốc búa, vận tốc càng lớn k càng nhỏ

mb – là khối lượng búa

Khối lượng búa được tính theo công thức (6.5):







4

2

(Trong đó:  = 7800 kg/m3 - là khối lượng riêng của vật liệu làm búa)

Công suất động cơ cần thiết theo (6.6):



n n

N N

d

Trong đó: nd – hiệu suất bộ truyền đai



n - hiệu suất cặp ổ lăn

2.5 Lý thuyết tính toán truyền động đai (Trịnh Chất – Lê Văn Uyển)

a) Chọn loại đai

Chọn đai thang

- Số liệu ban đầu: Công suất

Số vòng quay ban đầu: n1

Số vòng quay chọn theo động cơ: n2

- Tỉ số truyền theo (2.18) ta co:

Theo bảng 4.14 chọn sơ bộ khoảng cách trục a: a = 1,5d2 = 1,5.315 = 472,5 mm

- Tính chiều dài đai

Theo công thức (4.4) ta có chiều dài đai là:

a

d d d d a

l

4 ) (

5 , 0 2

2 1 2 2 1

C - Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm 1

C1 – Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai

Cu – Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền

Cz – Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai

Số đai z tính được cần lấy tròn đến số nguyên và không nên quá 6 vì số đai càng

nhiều tải trọng phân bố cho các đai càng không đều

K P



1 0

2F0z 1