Trong cuộc sống xã hội hiện đại ngày nay, con người luôn bận rộn trong việc làm giàu và đổi đời, họ cố phát minh ra hàng loạt máy móc kỹ thuật và trang thiết bị hiện đại để giảm bớt sức lao động của con người. Mục đích của đề tài là nghiên cứu về máy nghiền phục vụ cho việc nghiền rác thải, đá, thực phẩm khô, phân,… Ở đây chúng em nghiên cứu và tính toán máy nghiền phân khô.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ***** BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Đề tài: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế máy đánh tơi với độ ẩm từ 22% đến 30% cho dây truyền làm phân vi sinh từ đến Sinh viên thực hiện: Đỗ Ngọc Soái - Chủ nhiệm đề tài Đào Văn Trường Lê Việt Trung Nguyễn Đức Cường Lê Hồng Sơn Hà Nội, 8/2018 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở lý luận và thực tiễn 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngoài Phân vi sinh hay phân bón vi sinh loại phân bón dùng phổ biến lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao nhiều nước giới, có Việt Nam Bản chất phân vi sinh chế phẩm có chứa lồi vi sinh vật có ích Có nhiều nhóm vi sinh vật có ích bao gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn sử dụng để làm phân bón Máy đánh tơi phận sử dụng dây truyền sản xuất phân vi sinh, nghiên cứu ứng dụng nhiều nơi giới Tuy nhiên giá thành cao, không phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Các máy đánh tơi nghiên cứu sử dụng nhiều lĩnh vực sản xuất nước như: sản xuất than bùn, sản xuất cám ngô, cám gạo …Vấn đề sản xuất phân vi sinh hầu hết máy đáp ứng ẩm độ 21% Nhóm nghiên cứu tập chung nghiên cứu để máy đạt sản xuất phân với ẩm độ từ 22% đến 30% Độ ẩm phân cao hàm lượng hữu cao tăng suất cho nhà sản xuất 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế máy đánh tơi với độ ẩm từ 22% đến 30% cho dây truyền làm phân vi sinh từ đến 1.2.2 Mục tiêu kinh tế - xã hội Đảm bảo yếu tố giá thành rẻ, hợp lý điều kiện Việt Nam 1.2.3 Mục tiêu khoa học công nghệ Đảm bảo chất lượng cấu chế tạo Hệ thống dễ vận hành sử dụng, đạt suất theo yêu cầu 1.3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu, khảo sát máy đánh tơi có ngồi nước - Tính tốn, lựa chọn mơ hình ngun lý phù hợp với đề tài - Thiết kế hệ cấu đảm bảo chất lượng giá thành - Tối ưu hóa tốc độ để đạt suất cao CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chung Trong sống xã hội đại ngày nay, người bận rộn việc làm giàu đổi đời, họ cố phát minh hàng loạt máy móc kỹ thuật trang thiết bị giảm bớt sức lao động người Mục đích đề tài nghiên cứu máy nghiền phục vụ cho việc nghiền rác thải, đá, thực phẩm khô, phân,… Ở chúng em nghiên cứu tính tốn máy nghiền phân khơ 2.2 Giới thiệu hệ thống máy làm nhỏ nguyên vật liệu 2.2.1 Khái niệm • Là q trình phá hủy vật thể rắn lực học thành phần tử, nghĩa cách má đặt vào vật rắn ngoại lực mà lực lớn lực hút phân tử vật thể rắn 2.2.2 Yêu cầu • Ít tạo bụi • Khơng làm phần tử nhỏ q nóng • Nghiền đa • Điều chỉnh độ nhỏ vật liệu nghiền • Có thể nghiền vật liệu ẩm tới 19-20% • Có suất cao • Ít tốn điện 2.2.3 Chỉ tiêu • Diện tích bề mặt dùng để đánh giá cách định lượng phân tán vật liệu rời Diện tích riêng bề mặt vật liệu tỷ số tổng diện tích bề mặt tất phần tử chứa đơn vị khối lượng (m2/kg) hay đơn vị thể tích (m2/m3) • Dùng mức độ nghiền để đánh giá lượng, phản ánh chiều sâu q trình phân tán 2.2.4 Thành phần cỡ hạt sản phần nghiền a) Độ hạt vật liệu rời: - Được đánh giá phương pháp thống kế theo thành phần lớp hạt - Xác định phân tích sàng, lắng tụ, soi kính hiển vi b) Kích thước hạt bột sau nghiền Bảng 2.1 Kích thước hạt sau nghiền 2.3 Nguyên lý cấu tạo và làm việc • Va đập Làm việc va đập búa má đập phụ nghiền nhỏ vật liệu Hình 2.1 Cụm roto búa máy nghiền búa • C hà xát Làm việc dự chà sát bi trục nghiền nhỏ vật liệu Hình 2.2 Cụm nghiền máy nghiền bi • Cắt nghiến Thơng qua đĩa tốc độ cao luân phiên dao, tác dộng dao cố định cắt mài để nghiền nát nguyên liệu Hình 2.3 Cụm đĩa nghiền máy nghiền đĩa • Ép dập Cán nhỏ nguyên liệu thông qua cụm trục Hình 2.4 Cụm trục máy nghiền trục 2.3.1 Phân loại máy nghiền • Theo nguyên lý cấu tạo: máy nghiền búa, máy nghiền đĩa, máy nghiền trục • Theo nhiệm vụ: máy nghiền vạn năng, máy nghiền chuyên dùng • Theo kết cấu: máy nghiền có quạt, máy nghiền không quạt, máy nghiền trục ngang, máy nghiền trục đứng, máy nghiền có sàng, máy nghiền khơng sàng, 2.3.2 Các loại máy nghiền thường gặp a) Máy nghiền đĩa • Nghiền khơ • Nghiền ướt dịch bột, • Năng suất thấp • Yêu cầu đĩa nghiền có độ cứng cao • Giá dao động từ 12 triệu -> 50 triệu Máy gồm có hai đĩa nghiền lắp vỏ máy Giữa hai đĩa khe nghiền điều chỉnh cách dịch chuyển hai đĩa Vật liệu cho vào khe nghiền qua lỗ nạp liệu tâm đĩa bị nghiền nhỏ di chuyển khe nghiền từ tâm đến phía chu vi đĩa Các đĩa nghiền thường chế tạo kim loại hỗn hợp vơ cứng Hình 2.5 Máy nghiền đĩa b) Máy nghiền trục • Cấu tạo đơn giản, làm việc chắn • Dễ sử dụng, chi phí thấp Điểm nhấn tất phận điều khiển điện đặt bên trục nghiền, tiết kiệm khơng gian, chắn an tồn • Sử dụng thường xuyên cho mục đích nghiền, trộn, phân tán đồng • Sản phần cần nghiền qua khe hở hai trục nghiền Hai trục nghiền hình trụ, đặt nằm ngang, có bề mặt cứng, bề mặt trơn hặc gia cơng tuỳ theo ngun liệu nghiền • Đối với sản phẩm nghiền thơ, bề mặt trục có xẻ rãnh để đưa nguyên liệu vào dễ Trường hợp cần nghiền thật mịn Bề mặt trục thường trơn Nguyên liệu qua khe hở hai trục bị ép, kích thước nhỏ lại Đối với q trình nghiền thật mịn, nhiều nguyên liệu cần nghiền ướt Để đảm bảo kích thước hạt sau nghiền, nghiền nhiều lần cách hồi lưu lại sản phẩm nghiền hay nghiền qua nhiều máy liên tục • Vật liệu sau nghiền hay bị dẹt, không thích hợp với nghiền vật liệu có độ cứng cao Cấu tạo: Gồm hai trục hình trụ đặt song song quay trái chiều Trục lắp ổ trục di động được, trục lắp ổ trục cố định Trục bị giữ cố định hệ thống lò xo Trên bề mặt trục làm nhẵn hay nhám phụ thuộc vào độ cứng vật liệu nghiền Vật liệu bị nghiền chủ yếu bị lực chèn ép Hình 2.6 Máy nghiền trục c) Máy nghiền bi • Máy nghiền cho nguyên liệu mịn • Sử dụng cho sản xuất: sơn, men, bột màu, sản phẩm vi sinh, mỹ phẩm, sơn tĩnh điện, dầu nhờn, Cấu tạo: Một thùng rỗng đặt nằm ngang tì lên ổ đỡ, bên có chứa nhiều bi cầu hay bi trụ dài Khi quay tác dụng lực li tâm, vật nghiền áp sát vào mặt vỏ thùng Hình 2.7 Máy nghiền bi d) Máy nghiền má • Nghiền hạt thơ hạt trung bình • Bộ phận hai má nghiền, có má cố định má di động Hai má tạo thành buồng nghiền có dạng hình nêm, phía buồng nghiền rộng, phía hẹp dần • Một chu kì gồm hành trình nghiền hành trình xả Hình 2.8 Máy nghiền má e) Máy nghiền búa Cấu tạo: Có vỏ làm gang thép có trục 10 ⇔ I ω δ = A Ở phần tính cơng suất động máy nghiền ta tính lượng nghiền : A=1863,57 (Nm) Từ cơng thức ta có I= A 1863,57 = = 1, 52 2 2ω δ 2.221, 42.0, 015 (kg/ m ) Trong phần tính tốn ta bỏ qua mơmen qn tính trục lệch tâm nói phần tính bánh đai, ta chọn khối lượng bánh đà khối lượng bánh đai để kết cấu đối xứng nhỏ gọn Do kết cấu bánh đà khối lượng chủ yếu phân bố vành nên I= D2 G D02 =m g 4 Trong phần tính tốn bánh đai ta có : Đường kính ngồi bánh đai Dn =367 (mm) Đường kính vành bánh đai: Dc = Dn -2(e+k)=367-2.(21+10)=305 (mm) Đường kính D0 tính gần D0 = 367 + 305 =336 (mm) Từ cơng thức ta có khối lượng tổng cộng bánh đà bánh đai : m= I 4.1,52 = = 53,85 D02 0,3362 (kg) Do khối lượng bánh đà bánh đai nên ta có : m1 = m2 = 27 (kg) Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế chia tiết máy khối lượng mayyơ nan hoa chiếm (10-15%) khối lượng tồn bánh đà nên ta tính khối lượng bánh đà sau : m1 = V γ π D π Dc2 V = 1, n − B Với γ khối lượng riêng gang, ta có γ =7,6 (kg/ dm ) 37 B= 27 = 90(mm) π 2 1, .7, ( 3, 67 − 3, 05 ) 3.2.4 Tính bền cho trục máy Trục máy thiết kế theo trình tự sau: Chọn Vật liệu chế tạo trục: thép C45 có σ b = 850 (MPa) Chọn sơ ứng suất xoắn cho phép: [ τ ] = 10 (Mpa) Chọn sơ đường kính trục theo cơng suất động cơ: Xuất phát từ điều kiện: τ= τ ≤ [τ ] M 9,55.106.N = ≤ [τ ] Wx 0, 2.d n 9,55.106.N →d ≥ 0, 2.n.[ τ ] d≥ 22.1, 42.0,99.9,55.106 = 42,3(mm) 975.0, 2.20 Chọn d = 50 mm Phân tích lực tác dụng lên trục từ chi tiết quay hệ thống ▬ Lực tác dụng truyền đai: Fr = 1377,78 (N) ▬ Tải trọng phân bố búa đĩa: q = 1430 (N/m) Mz = 9550.N n = 307,81 (N.m) ▬ Mômen xoắn truyền từ động cơ: ▬ Mômen xoắn phân bố dọc theo trục: m = 910,1 (N.m) ▬ Ta có biểu đồ nội lực: 38 Hình 3.5 Biểu đị momen Nhận thấy biểu đồ có điểm có momen tương đương lớn B,C,H nên ta tính đường kính trục điểm Momen tương đương B: M tdB = M x + M y + 0,75M z = + 150,982 + 0,75.307,84 =306,38 (Nm) Momen tương đương C: M tdC = M x + M y + 0,75M z = 30,82 + 135,62 + 0,75.307,84 =300,96 (Nm) Momen tương đương H: M tdH = M x + M y + 0,75M z = 93.89, +72, 452 + 0,75.187,052 Tính đường kính trục tiết diện : Với đường kính sơ d=50 mm ta chọn σ =65 [Mpa] 39 =200,8 (Nm) dj = dA = M tdj 0,1[σ ] Tại A: M tdA 307, 45.103 =3 0,1[σ ] 0,1.65 =36,1 (mm) Tại B: M tdB 306,38.103 dB = = 0,1[σ ] 0,1.65 =36.1 (mm) Tại C: dC = M tdC 300,96.103 =3 = 0,1[σ ] 0,1.65 35,9 (mm) dH = M tdH = 0,1[σ ] Tại H: 200,8.103 = 0,1.65 31,8 (mm) Chọn đường kính đoạn trục theo tiêu chuẩn sau: (các vị trí lắp then phải tăng thêm 5% độ lớn đường kính) A: chọn đường kính d=40 (mm) (đoạn lắp bánh đai) B F: chọn đường kính d=45 (mm) (đoạn lắp ổ lăn ) C D: chọn đường kính d=50 (mm) (đoạn lắp bánh đà ) H : chọn đường kính d=5 (mm) (đoạn lắp roto ) 40 Hình 3.6 Sơ đồ phác thảo sơ đường kính trục Mặt cắt B nguy hiểm Giá trị σ τ xác định theo công thức sau: σ= Mu Mu = Wx 0,1.d =16565157,75 (N/m2 )= 16,6 (Mpa) τ= Mz Mz = W0 0, 2.d =16888888,89 N/m2 = 16,9 (Mpa) Kiểm tra điều kiện bền: σ td = σ + 3τ ≤ [ σ ] σ td =33,65 (MPa) < [ σ ] thỏa điều kiện bền Kiểm nghiệm độ bền trục theo hệ số an toàn Đối với trục tâm quay, ứng suất thay đổi theo chu kì đối xứng s= σ −1.ε σ β ≥ [ s] Kσ σ a [ s ] : hệ số an toàn cho phép, nằm khoảng 1,5 ÷ 2,5 σ −1 =255 (Mpa): giới hạn mỏi vật liệu ε σ =0,84: hệ số kích thước 41 Kσ = 1,35: hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung tải trọng đến độ bền mỏi β =1,5: hệ số tăng bền bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công M σ a = W = 33,65 MPa s= 255.0,84.1,5 = 7,07 ≥ [ s ] 1,35.33,65 Thỏa điều kiện mỏi Chọn đường kính trục: 45 (mm) 3.2.5 Lựa chọn ổ đỡ Ổ đỡ dùng ổ lăn, ta lựa chọn ổ lăn vận tốc trục khơng lớn lắm, ổ lăn có hệ số ma sát nhỏ → tổn hao lượng thấp Ổ lăn trục gồm ổ giống nhau: ổ đặt B ổ đặt F Ổ lăn B chịu tải trọng lớn q trình tính tốn, ta cần tính cho ổ B Tính tốn ổ lăn B: ♦ Đường kính vịng ổ lăn đường kính trục: d = 45 (mm) ♦ Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ : Lực tác dụng lên ổ lực đai tác dụng lên trục Fr: Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ: Fr=1377,78 (N) Các hệ số K0 chọn 1,1; Kt V chọn Trong đó: K0 - hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng K0 chọn theo bảng sau: 42 Đặc tính tải trọng Thiết bị vận hành ngắn hạn không liên tục: thiết bị gia dụng, cần trục lắp máy máy xây dựng, máy kéo Các thiết bị đòi hỏi độ tin cậy cao hơn: máy nâng, ôtô, máy nông nghiệp Máy làm việc ca không đủ tải: động điện tiêu K0 1,0 – 1,1 1,1 – 1,2 1,2 – 1,3 chuẩn, hộp giảm tốc, động máy bay Máy làm việc ca đủ tải: máy cắt kim loại gia công gỗ, máy 1,3 – 1,4 in, máy dệt, cần trục máy ngoạm Máy làm việc liên tục: hệ thống dẫn động thiết bi cán, máy nén 1,5 – 1,7 khí, đầu máy xe lửa Máy cán ống lò, lò chuyển động quay, hệ thống dẫn động thiết bị 1,7 – 2.0 tàu thủy, thang máy Các thiết bị quan trọng làm việc suốt ngày đêm: máy phát điện công suất lớn, máy thiết bị chế biến giấy, máy thơng khí 2,0 – 2,5 máy bơm hầm mỏ Kt - hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ đến tuổi thọ ổ: T0C Kt < 100 1,00 150 1,11 175 1,15 200 1,25 250 1,40 V - hệ số tính đến vịng quay: V= vòng quay; V = 0,5 vịng ngồi quay ♦ Tải trọng qui ước: Do khơng có lực dọc trục nên hệ số X = Y = Q = (X.V.Fr + Y.Fa) K0.Kt Q = (1.1.Fr+0.0).1,1.1 = (1377,78).1,1 = 1515,558 (N) ♦ Thời gian làm việc tính triệu vịng quay: L= 60.Lh n 60.8000.682 = = 106 106 327,36 (triệu vịng) Với: n - vận tốc góc trục (v/ph) Lh - thời gian làm việc tính ( Lh = 8000) ♦ Khả tải động tính tốn: 43 Ct1 = Q m L = 1515,558 807,84 = 14115,004 (N) Với Q - tải trọng qui ước m - số mũ (m=3 dùng ổ bi; m=10/3 dùng ổ đũa) ♦ Theo phụ lục ta chọn ổ cỡ nặng hẹp với kí hiệu 46209, với C = 30400(N) C0 = (23600N) Số vịng Kí Các kích thước ổ, mm C, N C0, N hiệu d D B T 4620 1 5 9 r r1 quay tới Khối hạn bôi lượng trơn Bằn Bằn , kg g g dầu 340 3040 2360 mỡ 280 0 44 2,17 ♦ Tuổi thọ ổ tính lại theo công thức: m C 30400 L= ÷ = ÷ = 1148,17 Q 2903,16 (triệu vịng) ♦ Tuổi thọ tính giờ: Lh = 106 L 106.1148,17 = = 60n 60.682 28058,89 h = 3,2(năm) 3.2.6 Tính và chọn then - Đườnh kính trục vị trí lắp bánh đai : d = 45 (mm) +Chọn then Mômen xoắn: T1 = 307,81 (Nm) Chọn then Bề rộng then b = 10 (mm) Chiều cao then h = (mm) Chiều sâu rãnh then trục = (mm) Chiều sâu rãnh then lỗ = 3,3 (mm) -Chiều dài then = 63 (mm) + Kiểm tra then : Độ bền dập: σd = 2T1 2.307,81.103 = = 69, 79 MPa < [ σ d ] = 100( MPa ) d lt ( h − t1 ) 45.63.(8 − 5) bánh làm thép có [ δ d ] = 100(MPa ) với điều kiện lắp chặt (bảng 9.5 trang 178) Độ bền cắt: 2.T1 2.307, 81.103 τc = = = 18, 09( MPa) d lt b 45.63.12 ⇒ τ c = 75 = 25( MPa) Then làm thép C45 tải trọng va đập nhẹ So sánh với điều kiện thấy thoả mãn , Nên then đủ bền 45 - Tại vị trí lắp bánh đà + Chọn then Đường kính trục d = 50 (mm) Mômen xoắn T2 = 307,81 (Nm) - Chọn then có : b = 14 (mm) h =9(mm) t1 = 5,5 (mm) t2 = 3,8 (mm) lt = 100 (mm) + Kiểm tra then : Ứng suất dập: 2T2 2.307,81.103 σd = = = 35,17 MPa ≤ [ σ d ] = 100( MPa ) d lt ( h − t1 ) 50.100(9 − 5,5) Độ bền cắt : 2.T1 2.307,81.103 τc = = = 8, 79( MPa ) ≤ 25( MPa ) d lt b 50.100.14 ⇒ τ c = 75 = 25( MPa) Then làm thép C45 tải trọng va đập nhẹ So sánh với điều kiện thấy thoả mãn , Nên then đủ bền - Tại vị trí lắp roto + Chọn then Đường kính trục d = 55 (mm) Mơmen xoắn T2 = 307,81 (Nm) - Chọn then có : b = 16 (mm) h =10 (mm) t1 = (mm) t2 = 4,3 (mm) lt = 460 (mm) 46 + Kiểm tra then : ứng suất dập: 2T2 2.307,81.103 σd = = = 22,8MPa ≤ [ σ d ] = 100( MPa ) d lt ( h − t1 ) 55.460(10 − 6) độ bền cắt : 2.T1 2.307,81.103 τc = = = 1,5( MPa) ≤ 25( MPa) d lt b 55.460.16 Then làm thép C45 tải trọng va đập nhẹ ⇒ τ c = 75 = 25( MPa) So sánh với điều kiện thấy thoả mãn , Nên then đủ bền 3.2.7 Tính bền cho búa máy Kích thước búa mm3: 200x60x5 47 Hình 3.7 Búa nghiền Diện tích mặt cắt A: FA = 60.5 = 300 (mm2) Diện tích mặt cắt B: FB = 5.200 = 1000 (mm2) Khi rôto máy đập búa quay, búa máy có khối lượng m, nên xuất lực li tâm C gây ứng suất búa m.v C= R Lực li tâm tính sau: m - khối lượng búa, m= 0,3 (kg) v - vận tốc trọng tâm búa v= v0 960 = 1120 59,2 (m/s) Như vậy, lực li tâm: C= 2.59, 22 = 0, 17523,2 (N) Kiểm tra bền cho mặt cắt nguy hiểm: Tiết diện A chịu kéo, tiết diện B chịu cắt Ứng suất sinh mặt cắt sau: ♦ Tiết diện A σA = C 17523, = = 58, 41 FA 300 (N/mm2) σ A < [σ ] ♦ Tiết diện B: τB = C 17523, = = FB 1000 17,52 (N/mm2) 48 Kết luận: Ứng suất sinh búa không đủ để làm hỏng búa, búa bị hỏng làm việc nhiều → búa bị mòn 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Nhóm nghiên cứu tính tốn, lựa chọn mơ hình máy phù hợp với đề tài - Từ thiết kế hệ cấu đảm bảo chất lượng giá thành - Bên cạnh tối ưu hóa tốc độ để đạt suất cao 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Trần Quang Quý, Nguyễn Quang Vinh, Nguyễn Bính, Máy thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, NXB XD (2000) [2] Nguyễn Hồng Ngân, Nguyễn Danh Sơn, Kỹ thuật nâng chuyển tập Nhà xuất Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 51 ... • Theo nhiệm vụ: máy nghiền vạn năng, máy nghiền chun dùng • Theo kết cấu: máy nghiền có quạt, máy nghiền không quạt, máy nghiền trục ngang, máy nghiền trục đứng, máy nghiền có sàng, máy nghiền. .. nghiền máy nghiền đĩa • Ép dập Cán nhỏ ngun liệu thơng qua cụm trục Hình 2.4 Cụm trục máy nghiền trục 2.3.1 Phân loại máy nghiền • Theo nguyên lý cấu tạo: máy nghiền búa, máy nghiền đĩa, máy nghiền. .. nhỏ Vật liệu sau nghiền đưa qua sàng để phân loại Sàng điều chỉnh lỗ to nhỏ theo đồ nghiền • Máy nghiền búa nghiền mịn Vật liệu sau nghiền quạt hút mang mà không cần qua sàng Khi nghiền mịn vật