* Lượng cấp liệu
Theo nguyên lý kết cấu của máy, mặt ngoài của vít xoắn có dạng trụ, máng vít cũng có dạng hình trụ. Quá trình dịch chuyển vật liệu trong máng vít xoắn cũng tương tự như quá trình vận chuyển vật liệu của vít tải ( Trần Như Khuyên, 2007) [11]. Để đảm bảo quá trình nạp liệu được liên tục từ việc trộn hỗn hợp sang bộ phận ép, năng suất vận chuyển tính theo lý thuyết Qlt của vít xoắn ở vùng cấp liệu phải bằng năng suất của bộ phận trộn Qtrộn.
Qlt = π.(R2v - r2v)
60 .S.n. γ (kg/h) (3.1)
Trong đó :
Rv , rv- bán kính ngoài và trong của vít xoắn, m; S- bước vít xoắn, m;
n - tốc độ quay của vít xoắn, vg/ph; γ - khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3;
Tuy nhiên khi vít xoắn quay thì vật liệu có thể quay theo và vận tốc góc của vật ωvl có thể dao động trong giới hạn 0 ≤ ωvl≤ ω ( ω vận tốc góc của vít xoắn).
Nếu vận tốc góc của vât liệu ɷvl = 0 thì năng suất thực tế Qc của vít xoắn ở vùng cấp liệu bằng năng suất lý thuyết Qlt:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 40 Qc = Qlt (3.2) Nếu như vật liệu quay cùng với vít xoắn với vận tốc ωvl = ω thì năng suất thực tế của vít xoắn Qc=0 vì không có sự dịch chuyển dọc trục.
Nếu 0 < ωvl < ω thì vật liệu có vận tốc quay trung bình khác với vận tốc quay của vít xoắn, khi đó năng suất của vít xoắn được tính theo công thức (Xokolov A.Ia,1976) [12], (Cokoπ A.Я, 1960) [28]:
Qc = Qb.ηnc (3.3)
Trong đó :
ηnc - hệ số thể tích nạp liệu: ηnc = 1 - ωvl
ω (3.4)
Từ các kết quả trên cho thấy, khi thiết kế chế tạo vít xoắn cần chú ý một số đặc điểm sau:
Để nâng cao năng suất cần phải giảm chuyển động quay của vật liệu theo vít xoắn, nghĩa là hình dạng và tính chất bề mặt của vít xoắn phải đảm bảo sự liên kết nhỏ nhất với sản phẩm.
Bề mặt trong của máng vít hãm được sản phẩm quay, nhưng ma sát theo chiều dọc trục phải nhỏ không cản trở sự di chuyển theo phương dọc trục của vật liệu.
Vì vậy cần phải gia công vít xoắn có độ nhẵn bóng cao, buồng vít có thể tạo các gờ theo hướng dọc trục để hạn chế chuyển động quay của vật liệu theo vít xoắn nhưng không cản trở chuyển động dọc trục của vật liệu (Trần Thị Nhị Hường, Nguyễn Đại Thành, 1995) [2], (John A.C., 1990) [13].
* Vận tốc của vật liệu trong vùng cấp liệu
Sự chuyển động của vật liệu trong vùng cấp liệu bao gồm chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến theo phương dọc trục. Để xác định các thành phần vận tốc của vật liệu, ta xét một phần tử vật liệu M tại điểm A nằm trên bán kính trung bình của vít xoắn. Nếu cắt mặt trụ đó có điểm A
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 41 chuyển động dọc theo đường sinh rồi trải phẳng ra thì đường xoắn vít sẽ trở thành những đường thẳng nghiêng với mặt cắt ngang trục vít xoắn một góc α (gọi là góc nâng cánh vít), ta được đa giác vận tốc biểu diễn sự dịch chuyển của vật liệu trong vùng cấp liệu. Như hình vẽ
Hình 3.3: Đa giác vận tốc biểu diễn sự dịch chuyển của vật liệu trong vùng cấp liệu
Như đã phân tích ở trên, quá trình dịch chuyển vật liệu trong buồng ép giống như quá trình dịch chuyển từng lớp dọc theo cánh vít, nhanh hay chậm phụ thuộc vào bước vít S, dạng vít xoắn. Do có thê giả thuyết rằng, trong quá trình dịch chuyển không có quá trình xáo trộn giữa các lớp trên cánh vít, khi đó quỹ đạo chuyển động của các phần tử mỗi vật liệu trên đường vít là chuyển động phức tạp, bao gồm:
- Chuyển động quay tương đối của vật liệu quanh trục vít xoắn với vận tóc góc ωvl:
ωvl = ω- ωqc (3.5)
Trong đó:
ωqc- vận tốc của vật liệu so với máng vít, s-1, ω- vận tốc góc của vít xoắn, s-1.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 42 Nếu bước vít không đổi, thì mọi điểm của vật liệu trong rãnh vít xoắn sẽ có quỹ đạo đường xoắn ốc. Vận tốc chuyển động vM của vật liệu tại điểm A trên bề mặt của cánh vít, cách đường tâm trục vít xoắn một khoảng Rtbc sẽ gồm vận tốc tịnh tiến theo chiều trục vnc và vận tốc tiếp tuyến vqc=Rtbc. ωqc vuông góc với trục của vít xoắn do chuyển động quay tạo ra, do đó:
vnc = v2M - v2qc = v2M - R2tbc.ω2
qc (3.6)
Giả sử phần tử vật liệu M tại vị trí bán kính trung bình Rbc di chuyển từ điểm A tới A3. Từ điểm A vẽ đoạn thẳng AA2 vuông góc với đường tâm của vít xoắn biểu diễn vận tốc vòng của vít xoắn, từ A2 vẽ đoạn thẳng biểu diễn với vận tốc trên trượt trên cánh vít khi không có trượt quay AA0 và khi có trượt quay AA3 một góc α (góc nâng cánh vít), từ các điểm A0,A3 dựng đoạn thẳng vuông góc với AA2 ta được đoạn thẳng A1A3 và AA0 biểu diễn với vận tốc dọc trục của vật liệu, trong đó:
AA3=vM biểu diễn vận tốc tuyệt đối chất điểm vật liệu M (gọi tắt là vận tốc tuyệt đối của vật liệu);
AA2=v biểu diễn vận tốc vòng của vít xoắn v=Rtb.ω;
A2A3=vt biểu diễn vận tốc trượt của vật liệu trên rãnh vít khi có trượt quay;
A2A0=v0 biểu diễn vận tốc trượt dài của vật liệu trên rãnh vít khi không có trượt quay;
AA1=vqc biểu diễn vận tốc vòng của vật liệu so với vít xoắn.
AA0= vno biểu diễn vận tốc dọc trục của vật liệu khi không có trượt quay.
A1A2=vvlc biểu diễn vận tốc vòng của vật liệu so với vít xoắn. A1A3=vnc biểu diễn vận tốc dọc trục của vật liệu khi có trượt quay.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 43 Từ đa giác vận tốc ta có thể xác định được vận tốc của vật liệu khi không có trượt quay và có trượt quay như sau:
- Khi không có trượt quay, vận tốc dọc trục của vật liệu được xác định theo công thức:
vno = Qc
3600. γ.Fc (3.7)
Trong đó:
vno -vận tốc dọc trục của vật liệu khi không có trượt quay,m/s; γ -khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3;
Qc- năng suất vận chuyển vật liệu của vít xoắn trong vùng cấp liệu,kg/h;
Fc-diện tích tiết diện ngang của vật liệu trong vùng cấp liệu,m2;
- Khi có trượt quay, vận tốc dọc trục của vật liệu được xác định từ đồ thị tam giác vận tốc A1A2A3:
vnc=vvlc.tgα=(v-vqc)tgα= ( v-Rtbc.ωqc)tgα (3.8) Trong đó:
vnc - vận tốc dọc trục của vật liệu trong vùng cấp liệu, m/s; vvlc - vận tốc vòng của vật liệu so với vít xoắn, m/s;
vqc - vận tốc vòng của vít xoắn, m/s;
Rtbc - bán kính trung bình của cánh xoắn trong vùng cấp liệu, m; α - góc nâng cánh vít, độ.
Từ công thức (3.8) cho thấy muốn tăng vận tốc dọc trục vnc của vật liệu có thể tăng vận tốc vòng của vít xoắn v, tăng góc nâng α hoặc giảm vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít vqc.
* Vận tốc của vật liệu trong vùng ép
Việc tính toán vận tốc của vật liệu trong vùng ép cũng tương tự như trong vùng cấp liệu nên có thể dung công thức (3.8) để xác định vận tốc di chuyển của vật liệu. Tuy nhiên do đường kính trục vít xoắn có dạng hình
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 44 côn với góc nghiêng so với đường tâm của vít xoắn là β nên vận tốc di chuyển dọc trục được xác định như sau:
vne= (v-vqe)tgα.cosβ (3.9)
Trong đó:
vne-vận tốc dọc trục của vật liệu trong vùng ép, m/s; v-vận tốc vòng của vít xoắn so với máng ép, m/s;
β-góc nghiêng của trục vít xoắn so với đường tâm vít xoắn, độ; vqe-vận tốc vòng của vật liệu tại bán kính trung bình của cánh vít so với máng vít ở bộ phận ép, phụ thuộc vào góc nghiêng β và được tính theo công thức:
vqe=Rtbe.ωqe= ( Rtbc + x.tgβ/2)ωqe (3.10) ωqe- vận tốc góc của vật liệu trong vùng ép, m/s;
x- khoảng cách theo chiều dọc trục của điểm đang xét đến gốc tọa độ. Thay công thức (3.10) vào (3.9), ta xác định được vận tốc di chuyển của vật liệu theo chiều dọc trục:
Vne= [v-(Rtbc + x.tgβ/2)ωqe].tgα.cosβ (3.11) Công thức (3.11) cho phép ta khảo sát mối quan hệ giữa vận tốc di chuyển của vật liệu vne theo chiều dọc trục với chiều dài vít xoắn x. Do đó góc nghiêng β của trục vít ( tính bằng radian) rất nhỏ nên khi tính toán có thể tính gần đúng
tgβ≈β và cos β≈ 1