3. Ph−ơng pháp cấp liệu
3.1.3. Thiết kế lựa chọn bộ phận gây rung của sàng nghiền.
1. Tính toán thiết kế lò xo treo buồng nghiền. a) Tính khối l−ợng buồng nghiền (M):
Khối l−ợng buồng nghiền (M) treo trên lò xo bao gồm tổng khối l−ợng khung buồng nghiền, sàng nghiền (MB) với khối l−ợng của động cơ gây rung (Mđ) và khối l−ợng vật liệu có trong buồng nghiền (MV).
- Khối l−ợng buồng nghiền MB : tính theo bản vẽ thiết kế hay bằng cách đ−a trực tiếp lên cân. Ta xác định đ−ợc MB = 117 kg.
- Khối l−ợng động cơ gây rung Mđ: Bộ phận gây rung th−ờng chọn là động cơ rung của đầm rung dùng trong xây dựng có kết cấu gồm 2 đầu động cơ lắp 2 khối l−ợng lệch tâm có biên độ lệch tâm từ 0,8 ữ 1,5mm.
Bảng 3.2. Một số động cơ gây rung th−ờng sử dụng trên thị tr−ờng.
Kiểu Thông số ZN 35 ZN 50 ZN 70 Đơn vị Công suất 1,1 1,1 1,5 kW Điện áp 380 380 380 V Số vòng quay 2840 2840 2840 Vòng/phút Biên độ rung 0,8/1,2 1 ữ 1,5 1,5 mm
Khối l−ợng quả văng 3 5 8 kg
Khối l−ợng động cơ 28 31 35 kg
Lực gây rung (max) 350 500 700 kG
Để có phạm vi rộng về lực gây rung, trong nghiên cứu Đề tài lựa chọn động cơ gây rung ZN50 có khối l−ợng Mđ = 31 kg.
- Khối l−ợng vật liệu có trong buồng nghiền MV:
MV = ρ. VV Trong đó: VV - Thể tích vật liệu trong buồng nghiền.
ρ - Tỉ khối vật liệu trong buồng nghiền ρ = 400kg/m3 [7]
Trong buồng nghiền khi rô to quay vật liệu bị kéo quay theo tạo thành lớp vành vật liệu bám sát vào mặt sàng nghiền. Bằng thực nghiệm Đề tài nhận thấy búa nghiền khi nghiền th−ờng bị mòn từ 10 ữ 12mm tính từ đầu búa về phía tâm chốt treo búa. Nh− vậy, vật liệu trong buồng nghiền gồm phần lớp vật liệu nằm giữa khe hở đầu búa và sàng nghiền và lớp vật liệu bị đầu búa quét qua. Ta lấy bề rộng trung bình của phần đầu búa hao mòn thể hiện qua
vết vật liệu là 10mm (theo hình 3.6) ta có thể tích của lớp vật liệu trong buồng nghiền là:
VV = π.[ R1 - ( R2 - 0,010)].h (3-5) Trong đó:
R2 : Bán kính đầu búa, (m). Theo thiết kế R2 = 575/2(mm) = 287,5mm = 0,287 m
R1 : Bán kính từ tâm máy nghiền đến mặt sàng, (m). R1 = R2 + ∆R
∆R : Khe hở giữa đầu búa và sàng nghiền. Lấy theo thiết kế
∆R = 11mm = 0,011m R1 = 0,287 + 0,011 = 0,298 m
h : Bề rộng buồng nghiền. Theo bản vẽ thiết kế. h = 450mm = 0,450m
Thay vào (3-5) ta tính đ−ợc:
Vv = 3,14.[0,298 - (0,287 - 0,010)]. 0,450 Vv = 0,0296 m3
MV = 0,0296 . 400 = 11,84 kg Thay vào công thức (3-4) ta đ−ợc:
b) Tính toán lò xo:
Theo thiết kế buồng nghiền đ−ợc treo trên 8 lò xo nh− nhau khoảng cách tâm trục của các lò xo nhỏ nên có thể coi khối l−ợng buồng nghiền phân bố đều trên các lò xo, mỗi lò xo chịu tải trọng tĩnh bằng nhau:
Pmin = 10.M/8= 10.160/8 = 200(N) M - Tổng khối l−ợng buồng nghiền.
Tải trọng lớn nhất của lò xo phải chịu là tác động của lực ly tâm quả văng của động cơ rung. Tốc độ lớn nhất của động cơ rung khi nđc = 2840 vòng/phút. Ta tính đ−ợc lực quán tính. [13]
Fqt= m.ω2.r (3-6)
Khi tiến hành thí nghiệm sẽ giảm dần tốc độ góc ω của động cơ rung nên Fqt lớn nhất khi ω lớn nhất, theo phần trên ta chọn động cơ rung ZN50 có :
m - Tổng khối l−ợng quả văng m = 5kg.
ω - Vận tốc góc lớn nhất (rad/s) = nđc . 2π/60 r - Biên độ lệch tâm r = 1,5mm.
ta có : Fqt max = m.ωmax2 .r = 5. (2840.2.3,14/60)2 . 0,0015m = 662 (N)
Theo thiết kế 8 lò xo đ−ợc bố trí t−ơng đối gần nhau nên có thể coi lực tác động lớn nhất của buồng nghiền do động cơ rung gây ra phân bố đều lên 8 lò xo là nh− nhau.
Lực tác dụng lên lò xo lớn nhất bằng tổng lực quán tính lớn nhất của động cơ rung và trọng l−ợng buồng nghiền.
Đặt Pmax là lực tác dụng lên 1 lò xo lớn nhất. ) N ( . . M F Pmax qtmax 283 8 10 160 8 662 8 10 8 + = + = = (3-7)
Vậy mỗi lò xo sẽ chịu một lực biến đổi từ Pmin = 200N đến Pmax = 283N Từ các số liệu trên theo [5] ta tính toán đ−ợc các thông số của lò xo thiết kế nh− bảng 3.3.
Bảng 3.3. Các thông số của lò xo thiết kế.
TT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Vật liệu thép lò xo cấp I
2 ứng suất xoắn cho phép [τ]x 510 N/mm2
3 Tỉ lệ đ−ờng kính c =D/d 6
4 Hệ số xét đến độ cong của dây lò xo (k) 1,24
5 Đ−ờng kính dây lò xo (d) 4 mm
6 Đ−ờng kính trung bình của lò xo (D) 24 mm 7 Số vòng làm việc của lò xo (L) 11 vòng
8 Số vòng thực của lò xo (i0) 12,5 vòng
9 Chuyển vị lớn nhất của lò xo (λ) 17 mm
10 B−ớc của lò xo khi ch−a chịu tải trọng (t) 6 mm
11 Chiều dài của lò xo lúc ch−a chịu tải (H0) 70 mm
2. Lựa chọn động cơ rung.
Để gây rung động cho sàng nghiền của máy nghiền sàng rung th−ờng sử dụng động cơ rung. ở hai đầu động cơ có gắn 2 đối trọng lệch tâm. Lực quán tính do 2 quả lệch tâm gây ra theo tần số vòng quay của động cơ chính là lực gây rung cho sàng nghiền. Theo [9]:
Chọn: FR/M (N/kg) ≥ 1 (3-8) FR : Lực tác động cần thiết của cơ cấu rung, (N);
M : Tổng khối l−ợng vật liệu bị gây rung, (kg).
FR = Fqt của 2 quả lệch tâm khi động cơ quay với vận tốc ω (rad/s) Fqt = m. ω2. r
m : Khối l−ợng của quả văng, (kg); r : Độ lệch tâm, (mm).
Lực quán tính tỉ lệ bậc hai với số vòng quay của động cơ rung. Khi tiến hành thí nghiệm ở số vòng quay thấp ωmin thì Fqt min vẫn phải đảm bảo điều kiện gây rung Fqt min/M (N/kg) > 1.
Khối l−ợng quả văng m = 5 kg. Độ lệch tâm r = 1,5 mm.
Khi sử dụng số vòng quay thấp nhất để nghiên cứu tần số rung là nmin = 1450v/p.
Ta có: ωmin = 1450.2π/60 (rad/s).
Theo tính toán ở phần trên khối l−ợng vật liệu bị gây rung M là tổng khối l−ợng buồng nghiền không đổi M = 160kg.
Fqt min = m.ωmin2.r = . . . , .0,0015 173(N) 60 14 3 2 1450 5 2 = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Fqt min/M = 173/160 > 1
Nên lựa chọn động cơ rung ZN50 là phù hợp với mục tiêu của phần thực nghiệm.
Thông số động cơ rung ZN50 ở bảng 3.2.