L ỜI CẢM ƠN
2.3.4 Phương án 4: Phương pháp dùng vít ép và đùn
Hình 2.5 : Sơ đồ động của cơ cấu ép vít đùn
Chú thích:
A: Trục vít
B: Thân máy đùn (xylanh) C:Thiết bị gia nhiệt
D: Đầu đo nhiệt E: Họng cấp liệu F: Phễu cấp liệu G: Giảm áp lực đẩy H: Giảm tốc bằng bánh răng I: Motor J: Vùng cấp liệu K: Vùng nén L: Vùng đẩy
Đặc trưng là máy ép trục vít dùng chuyển động quay của trục vít kết hợp với buồng ép tạo áp lực để tách pha lỏng và pha rắn trong vật liệu
Máy ép trục vít có thể sử dụng cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau. Bộ phận làm việc chính của máy là trục vít có bước vít nhỏ dầu hay đường kính trục lớn dần quay trong xi lanh nằm ngang. Nguyên liệu ép khi di chuyển theo trục ép chịu áp suất tăng dần. sự ép xảy ra do khe hở giữa xi lanh và bước vít giảm dần.
17
Máy ép kiểu trục vít thường dùng trong các nhà máy tinh dầu, nhà máy đồ hộp (ép nước cà chua v.v…)
Sơ đồ động:
Hình 2.6: Sơ đồ động của cơ cấu ép trục vít côn
Chú thích 1: Động cơ 2: Hộp giảm tốc 3: Hệ thống đai 4: Phễu cấp liệu 5: Trục vít 6: Buồng ép 7: Cửa thoát bã 8: Máng chứa dầu
Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu được đưa vào phễu cấp liệu (4), nhờ
tác dụng của trục ép (5) nguyên liệu di chuyển dọc theo trục ép, do trục ép có đường kính thay đổi nên áp xuất tạo ra trong buồng ép có xu hướng tăng dần, từ đó tạo ra áp lực để tách pha rắn và pha lỏng trong nguyên liệu ra, chảy xuống máng chứa dầu (8), nguyên liệu sau khi được ép
Nhận xét:
Ưu điểm: - Lực ép tốt.
- Ép liên tục, tự động hóa cao. - Khả năng phân tách tốt
Nhược điểm:
18
2.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.4.1 Yêu cầu của thiết kế
Mỗi phương án đều có ưu – nhược điểm nhất định. Để chọn được phương án tối ưu nhất ta phải dựa trên yêu cầu của khác hàng, yêu cầu về kỹ thuật của máy như:
-Khi sản xuất maý thì khách hàng có 3 yêu cầu cần đặc biệt quan tâm: An toàn là trên hết: Hệ thống làm việc trong môi trường khép kín, nếu có hư hỏng thì không gây ra bất cứ ảnh hưởng nào tới công nhân và máy móc khác.
Dễ điều khiển, bảo trì, thay thế, sữa chữa: Khi máy hư hỏng, sữa chữa nhanh chóng không làm ảnh hưởng tới quá trình sản xuất…
Năng suất cao hoặc phù hợp với yêu càu của khách hàng: Với yêu cầu thì máy hoạt động liên tục 2 ca. Mỗi ca 4 tiếng. Dừng giữa giờ là 1 tiếng. Công suất 2 tấn/giờ. Khối lượng hoàn lại khoảng 70-80% khối lượng tịnh của gói dầu.
-Đặc điểm của mỗi phương án khác nhau: Tận dụng những linh kiện tìm kiếm dễ trên thị trường, dễ thay thế ( đại đa số là sử dụng máy điện)
Sau khi xem xét kỹ lưỡng yêu cầu, ta dùng phương pháp ma trận quyết
định để chọn ra phương pháp tối ưu nhất.
2.4.2 Phương pháp ma trận quyết định.
Phương pháp ma trận quyết định là một phương pháp đánh giá lặp, nó kiểm nghiệm mức độ hoàn thiện và dễ hiểu của các tiêu chuẩn, xác định ý tưởng khả thi nhất và giúp nuôi dưỡng ý tưởng mới.
Phương pháp này có 4 bước như sau: Bước 1: Chọn tiêu chuẩn so sánh. Bước 2: Chọn các ý tưởng để so sánh. Bước 3: Đưa ra điểm số.
Chọn 1 ý tưởng làm chuẩn. Đối với mỗi so sánh, nếu tốt hơn chuẩn thì ghi dấu (+), nếu xấu hơn chuẩn thì ghi dấu (-), nếu tương đương thì ghi (S).
Bước 4: Tính điểm ta tính 4 loại chỉ số như sau: Số điểm cộng (+)
Số điểm trừ (-)
Tổng số điểm là tổng của số điểm cộng (+) và số điểm trừ (-) Điểm tỷ lệ: là tổng mỗi điểm nhân với hệ số mức quan trọng của chỉ tiêu
19
2.4.3 Bảng kết quả
Bảng 2.2 : Bảng ma trận quyết định phương án thiết kế máy
Từ ma trận quyết định ta chọn phương án 4 làm phương án để thiết kế và chế tạo máy tách vỏ dầu bị lỗi.
2.5 TỔNG HỢP
Từ ma trận quyết định ta chọn phương án 4 làm phương án để thiết kế và chế tạo máy tách vỏ dầu bị lỗi.
2.6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ÉP ĐÙN
2.6.1 Các loại thiết bịđùn
- Loại đơn trục vít:
Trong công nghiệp chất dẻo, có 3 loại máy đùn chính: đùn trục vít, đùn pittong và đùn trống hay đĩa (ít sử dụng hơn).
Tiêu chuẩn Hệ số mức độ quan trọng Ý tưởng ( Phương án) 1 2 3 4 Năng suất 10 - - C
Cấu tạo đơn giản 9 + - + H
Độ ổn định cao 8 S + - U
Dễ tháo lắp 8 - - + Ẩ
Vận hành nhanh chóng
9 - + S N
Bảo trì, bảo dưỡng 10 S - -
Tuổi thọ cao 7 - S -
Tổng điểm + 1 2 2 0
Tổng điểm - 4 3 4 0
20
Hình 2.7: Trục vít đơn
-Loại hai trục vít:
Loại 2 trục, cùng chiều: Hai trục dặt cạnh nhau, quay cùng chiều với nhau. Dùng ở tốc độ cao 100 - 300 vòng/phút (rpm). Các loại thiết bị mới có thể đạt tốc độ 1000-1600 rpm.
21
Loại 2 trục ngược chiều: tốc độ làm việc phụ thuộc vào ứng dụng. Sử dụng chủ yếu để phối trộn, chạy ở tốc độ 200 – 250 vòng/phút (rpm). Loại tốc độ thấp hay sử dụng hơn như 10 - 40 vòng/phút (rpm).
Loại ngược chiều có đặc tính vận chuyển tốt hơn so với loại cùng chiều. Một đặc tính khá để phân loại máy đùn là mức độ ăn khớp vào nhau của cánh trục vít.
Thông thường, các trục vít xen vào nhau. Hai trục vít không xen kẽ nhau có ưu điểm là không có tiếp xúc giữa kim loại - kim loại. Tỷ số L/D đạt đến 100:1 hay cao hơn. L/D của trục vít xen kẽ thường nhỏ hơn 60:1. Một nhược điểm cùa 2 trục không ăn khớp nhau là khả năng trộn bị hạn chế.
Máy đùn kiểu píttong: nhờ pittong tạo một lực đẩy vật liệu đi qua khuôn. Loại này có vùng đẩy liệu tốt, tạo được áp suất cao. Nhược điểm là khả năng làm nóng chảy vật liệu thấp. Thiết bị có thể hoạt động liên tục tốc độ dây chuyền rất thấp từ 25-75 cm/h.
2.6.2 Các thành phần của máy ép dạng vít đùn
2.6.2.1 Vít đùn
Hình trụ dài, có các cánh xoắn xung quanh. Các chức năng của trục vít – vận chuyển, gia nhiệt, nóng chảy và trộn vật liệu nhựa. Độ ổn định của quá trình làm việc, chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trục vít.
Hình 2.9 : Trục vít
-Các thông số quan trọng của trục vít: 1: Bước vít P 2: Thân vít d 3: Cánh vít 4: Đường kính buồng 5: Góc nâng vít 6: Chiều dài vít L 7: Độ hở giữa cánh vít và buồng 8: Chiều cao cánh vít h 9: Chiều dày cánh vít b
22
Hình 2.10: Một số dạng trục vít 2.6.2.2 Thân máy đùn
Có dạng trụ, bên trong được phủ vật liệu cứng và chống mài mòn. Trên thân máy có các lỗ khí để thoát các chất bay hơi trong nhựa – gọi là quá trình tách khí. Ví dụ như tách lượng ẩm trong nhựa hút ẩm.
23
- Các thành phần của thân máy đùn: 1. Nguồn cấp 2. Cổng trút 3. Vít đùn 4. Bã 5. Phễu cấp liệu 6. Chất bay hơi 2.6.2.3 Cấp liệu
Bộ phận cấp liệu được nối vào thân máy đùn. Họng cấp liệu có hệ thống nước làm mát tránh hiện tượng nóng chảy vật liệu, dính vào thành thiết bị. Chiều dài của họng khoảng 1.5 lần, rộng ¾ đường kính của thân máy đùn.
Một số máy đùn không có họng cấp liệu, vật liệu được đưa trực tiếp vào thân máy đùn. Ưu điểm: chi phí thấp, ít chi tiết, không khó khăn để bố trí họng cấp liêu với thân máy đùn. Nhược điểm: rất khó tạo được cách nhiệt giữa vùng nhiệt độ cao thân máy với vùng nhiệt độ thấp họng cấp liệu, rất khó làm lạnh họng cấp liệu.
Phễu nạp liệu được thiết kế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn định. Có các thiết bị hỗ trợ để giúp quá trình nạp liệu ổn định
Hình 2.12: Một số dạng phễu cấp liệu Chú thích: 1. Nhìn trên 2. Nhìn ngang 3. Nhìn thực tế 4. Nhìn trên 5. Nhìn ngang 6. Nhìn thực tế
24
2.6.2.4 Gia nhiệt và làm lạnh
Các thiệt bị gia nhiệt bằng điện được đặt dọc theo thân máy đùn. Các máy đùn thường có ít nhất 3 vòng nhiệt độ dọc theo chiều dài của thân máy. Các mày đùn dài hơn, có trên 8 vùng nhiệt độ. Mỗi vùng có hệ thống gia nhiệt và làm lạnh riêng, có sensor nhiệt độ. Nhiệt độ thường đó bên trong thân máy. Khuôn có thể có một hay nhiều vùng nhiệt độ phụ thuộc vào độ phức tạp của nó. Khuôn thường được gia nhiệt, ít khi làm lạnh.
Hình 2.13 : Các đoạn cần làm lạnh Chú thích: 1. Lỗ thoát 2. Vít 3. Buồng xoắn 4. Mặt buồng 5. Khu vực thổi 6. Phễu 7. Bộ động cơ 8. Họng nạp
Khi cần lấy đi một lượng nhiệt lớn, có thể dùng nước. Máy đùn làm việc tốt khi trục vít cấp đủ năng lượng cho quá trình, gia nhiệt hoặc làm lạnh cũng sẽ ít đi. Do vậy, với máy đùn trục vít đơn, làm lạnh bằng không khí là đủ. Nước làm lạnh quá nhanh sẽ gây khó khăn cho việc khống chế đúng nhiệt độ.
2.6.2.5 Tấm chắn
Được đặt ở cuối thân máy đùn, là một tấm kim loại dày , dạng địa và có lỗ.
Mục đích chính: đỡ các lưới lọc, ngăn cản chuyển động xoáy của nhựa chảy theo một đường thẳng vào khuôn. Có thể kết hợp bộ phận khuấy đảo vào tấm chắn này. Tấm chắn khuấy đảo này có nhiều rãnh nhỏ dần, sẽ chia dòng
25
chảy, kéo dài dòng chảy. Thiết bị này sẽ cải thiện khuấy đảo phân bố và phân tán.
Lưới lọc nhiệm vụ: giữa các tạp chất. Thông thường, nhiều tấm lọc được
kết llại với nhau, bắt đầu là tấm lưới thô, kế đến là tấm lưới có kích thước nhỏ dần, rồi một tấm lưới thô, áp sát vào tấm chắn. Tấm lưới tho sau cùng làm nhiệm vụ đỡ tấm lưới tinh. Sắp xếp các lưới lọc tạo nên hộp lọc.
Hình 2.14 : Tấm chắn
2.6.2.6 Bộ lọc
Ngoài chức năng lọc các tạp chất, hộp lọc còm làm tăng khuấy trộn trong máy đùn. hộp lọc thường gồm: lưới lọc 20 mesh, tiếp đến là 40,60,80, lưới lọc 20 mesh được áp sát vào tấm chắn.(mesh: số dây kim loại đan lưới trên 1 inch – 25mm, mesh càng cao, lỗ lưới càng nhỏ).
Micron rate: kích thước hạt có thể qua lưới.
Bảng 2.3: Bảng so sánh vật liệu làm lưới Dây lưới vuông Dây lưới chéo Hà Lan Bột kim loại gắn kết
Sợi kim loại ngẫu nhiên Dạng Gel Kém Kém Tốt Rất tốt Khả năng ô nhiễm Cân bằng Tốt Kém Rất tốt Khả năng thấm Rất tốt Kém Kém Tốt
26
2.6.2.7 Động cơ
Động cơ điện dùng để kéo quay trục vít. Tốc độ quay của động cơ thường là 1400 vòng/phút (rpm). Tốc độ quay của trục vít thường 100 vòng/phút (rpm). Do vậy cần có bộ giảm tốc. Khi gắn trực tiếp động cơ và hộp số - truyền động trực tiếp. Nếu truyền động qua dây đai giữa động cơ và hộp giảm tốc – truyền động gián tiếp.
Đỗng cơ DC được sử dụng trong những năm 90, bây giờ nó được thay thế bằng động cơ AC.
Hình 2.15: Bố trí động cơ loại 1
Hình 2.16: Bố trí động cơ loại 2
Cần phải sử dụng bô giảm tốc, vì tốc độ của motor lớn hơn nhiều so với tốc độ của trục vít. Thường tỷ lệ này là 15:1 đến 20:1; có thể thấp nhất là 5:1 và cao nhất là 40:1.
Để tạo ra độ ổn định của sản phẩm, bơm bánh răng (gear pump) được gắn thêm vào máy đùn, đặt giữa máy đùn và đầu tạo hình. Vật liệu đi vào vùng không gian giữa 2 bánh răng và di chuyển lên phía trước. Khi 2 bánh răng bắt
27
đầu ăn khớp vào nhau, nhựa nóng chảy bị đẩy ra khỏi bánh răng và đi ra khỏi bơm.
Nhựa trong bánh răng được bơm bánh răng đẩy,tạo ra độ ổn định ở đầu ra tốt hơn là không có bơm bánh răng. Một thuận lợi khác là tạo ra một áp lực hiệu quả cho máy đùn. Bơm bánh răng được sử dụng trong trường hợp:
i/ Đùn với độ chính xác cao, yêu cầu độ ổn định ở đầu ra nhỏ hơn 1%. ii/ Khi máy đùn không tạo ra đủ áp lực, ví dụ trong máy đùn có thoát khí cần hoạt động ở áp suất cao.
Tuy nhiên, khi sử dụng bơm bánh răng cần chú ý:
Khi trong nhựa có các hạt độn có tính mài mòn cao, bánh răng sẽ bị mài mòn, làm giảm độ chính xác của bơm.
Nhựa nóng chảy sẽ hoạt động như chất bô trơ, nếu nhựa lưu lại trong bơm lâu ( hơn 15 phút), với nhiệt cao thì nhựa sẽ phân hủy.
Hình 2.17: Bơm
Chú thích:
1. Nhiên liệu chảy 2. Bánh răng 3. Bơm
28
2.7 TỔNG KẾT
Mục này em xin đưa ra quy trình thiết kế Máy tách vỏ dầu bị lỗi: Bước 1: Xác định lại rõ ràng yêu cầu của Luận Văn
Bước 2: Xác định lại yêu cầu của máy như về kích thước giới hạn, sử dụng nguyên liệu gì, hoạt động bao lâu, bảo trì…
Bước 3: Thiết kế máy
- Thiết kế trục vít dựa trên số liệu tính toán
- Sau khi thiết kế trục vít xong, ta thiết kế buồng xoắn dựa trên trục vít trước đó.
- Thiết kế các chi tiết trên buồng xoắn như bộ khung, khe thoát dầu, khe thoát bã…
- Thiết kế cơ cấu hoặc bộ phận tiếp nhiên liệu - Thiết kế bộ khung của máy
- Các bộ phận có thể có như hệ thống truyền động đai - Bố trí các cơ cấu trên bộ khung của máy
- Bố trí động cơ và hộp giảm tốc
Bước 4: Kiểm tra lại cơ cấu đảm bảo được yêu cầu Bước 5: Bắt đầu tính toán và thiết kế
29
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ