3.3.1. Xác định kích thước buồng nghiền:
Trong các máy nghiền má, quá trình nghiền vỡ vật liệu xảy ra trong buồng nghiền (khoang nghiền) được giới hạn bởi hai má nghiền.
Các kích thước cơ bản của buồng nghiền bao gôm chiều cao buồng nghiền H, chiều dài buồng nghiền L, chiều rộng cửa nạp B và chiều rộng cửa xả b
a. Chiêu rộng cửa nạp B
Trong sản xuất máy đập hàm chỉ đập được những cục khống sản có đường kính D nhỏ hơn chiều rộng miệng cấp khống B của máy từ 15 ÷ 20%, nghĩa là:
Dmax= (0,8 0,85)B (3.1) Hay B = (0,8 0,85Dmax )= 400 (0.8 - 0.85) = (470 500)mm Chọn B = 500 mm = 0,5 m b. Chiều rộng cửa xả b
Chiều rộng cửa xả b liên quan đến kích thước của sản phẩm, được xác định theo quan hệ sau:
dmax = 1,2.b (3.2) Vậy b = dmax
1, 2 = 40
1.2 = 33.3 mm
c. Chiều dài và chiều cao buồng nghiền
Theo sách các máy gia công vật liệu rắn và dẻo thì chiều dài của buồng nghiền được xác định như sau:
L = (1,5 3,5)B = (1,5 3,5)0,5 = (0,75 1,75)m (3.3) Ta chọn L = 1,5m
Chiều cao buồng nghiền:
H = (2 2,5)B = (2 2,5)0,5 = (1 1,25)m (3.4) Chọn H = 1.2m = 1200mm
3.3.2. Xác định góc kẹp đá
Góc kẹp đá hay cịn gọi là góc ngoạm đá, là góc tạo thành giữa bề mặt của hàm động và hàm tĩnh, ký hiệu là . Khi máy đập làm việc, do hàm động chuyển động lắc nên góc ngoạm thay đổi (hình vẽ). Khi hàm động ở gần hàm tĩnh nhất (ứng với vị trí OB) góc ngoạm là 2 có giá trị lớn nhất. Khi hàm động ở xa hàm tĩnh nhất (ứng với vị trí OB1) góc ngoạm là 1, nhỏ nhất. Giá trị góc ngoạm chênh lệch khơng đáng kể nên xem như nó bằng góc ngoạm lúc hàm động gần hàm tĩnh nhất 2.
Hình 3.2. Góc ngoạm đá của máy nghiền má
Mặt khác khi điều chỉnh chiều rộng miệng tháo khoáng, góc ngoạm cũng thay đổi. Khi giảm chiều rộng miệng tháo khống thì góc ngoạm tăng lên. Tức là khi tăng góc ngoạm thì mức đập i sẽ tăng và năng suất máy sẽ giảm vì chiều rộng miệng tháo khống bị thu hẹp lại. Khi tăng chiều rộng miệng tháo khống thì góc ngoạm sẽ giảm. Cũng có nghĩa là khi giảm góc ngoạm thì mức đập i sẽ giảm và năng suất sẽ tăng do chiều rộng miệng tháo khống mở rộng ra. Rõ ràng là góc ngoạm có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng và số lượng của khâu đập.
Vật liệu bị ép giữa 2 hàm chịu tác dụng của những lực sau đây: P1 : áp lực của hàm động P2 : phản lực của hàm tĩnh B1 2 1 P2 A P1 T A1 B N
(Phương của 2 lực này vng góc với bề mặt các hàm tương ứng)
Hình 3.3. Các lực tác dụng lên vật liệu trong máy nghiền má fP1 : lực ma sát giữa cục vật liệu và hàm động
fP2: lực ma sát giữa cục vật liệu và hàm tĩnh
(f là hệ số ma sát, phương của hai lực này song song với bề mặt các hàm) Trọng lượng cục vật liệu rất nhỏ so với các lực P1 và P2 nên khơng cần tính đến. Áp lực của hàm động P1 có thể phân tích ra hai thành phần: thành phần nằm ngang T và thành phần thẳng đứng N. Thành phần thẳng đứng N xác định theo:
N = P1sin (3.5)
và hướng lên trên, có tác dụng đẩy cục vật liệu trượt lên trên dọc theo hàm, nếu góc ngoạm tăng thì lực đẩy N sẽ tăng và lực ma sát giữa cục vật liệu và bề mặt hàm không đảm bảo giữ chắc nó trong vùng đập của máy.
Nếu góc ngoạm tăng quá giới hạn nào đó, lực đẩy N có thể vượt quá lực ma sát và cục vật liệu bị văng ra ngồi vùng đập. Góc ngoạm giới hạn là góc mà khi đó lực đẩy cân bằng với ma sát, ký hiệu 0.
Nếu coi cục vật liệu như một vật cô lập và đặt gốc toạ độ ở tâm của cục thì có thể viết được phương trình cân bằng của các lực trên trục OX và OY như sau:
2 1 0 1 0 X=P −f .P .sin −P .cos = 0 (3.6) 1 0 2 1 0 Y=P .sin −f .P −f .P cos = 0 (3.7) I II P1 P2 fP1 fP2 h A B C D e S
Trong đó:
f: hệ số ma sát giữa kim loại chế tạo tấm lót má nghiền với vật liệu. Đối với vật liệu silicát và mỏ thép có thể lấy f = 0,25 0,3.
Thay P2 rút từ (3.6) vào (3.7) và chia cả hai vế cho P1.cos0, ta có:
2 2f tg 1 f = − (3.8) Mặt khác f = tg ( - góc ma sát) nên: 0 2.tg2 tg tg2 1 tg = = − (3.9) Vậy 0 = 2.
Muốn cho cục vật liệu khơng bị trượt lên thì góc ngoạm phải nhỏ hơn hai lần góc ma sát
0 ≤ 2
Hệ số ma sát giữa vật liệu và bề mặt hàm f = 0,3 tương ứng với góc ma sát =16,70 và góc ngoạm có thể đạt đến 330. Thực tế góc ngoạm của máy đập hàm thường lấy từ 180 đến 220. Nếu giảm góc ngoạm thì năng suất của máy tăng lên nhất là khi đập quặng cứng. Tuy nhiên khi giảm góc ngoạm sẽ làm cho mức đập giảm theo hay nói khác đi là tăng độ hạt của sản phẩm đập. Nếu như độ hạt của sản phẩm tăng lên khơng có ảnh hưởng gì đến giai đoạn đập ở phía sau hoặc u cầu của hộ tiêu thụ thì có thể giảm góc ngoạm một cách thích đáng để tăng năng suất của máy. Thực tế người ta thường lấy = 200 nhằm mục đích để tránh khỏi kẹt đá trong lúc nghiền.
3.3.3. Hành trình chuyển động của má nghiền
Hành trình của má nghiền liên quan đến hành trình nén đá trong buồng nghiền . Để cho đá bị ép vỡ địi hỏi hành trình của má nghiền S phải khơng nhỏ hơn giá trị nén vỡ cần thiết. Hành trình của má nghiền được tính theo công thức sau:
S > k.D (3.10) Trong đó:
k = n
E
: giá trị nén tương đối
E : mô đun đàn hồi của đá D : kích thước của đá
Do viên đá có hình dạng khơng xác định, sự tiếp xúc giữa đá với má nghiền không phải là mặt phẳng mà là tiếp xúc điểm nên giá trị thực tế của hành trình S phải lớn hơn. Trị số hợp lý của hành trình S được xác định bằng thực nghiệm. Đối với máy nghiền má có chuyển động lắc phức tạp:
Sn = (0,06 0,03).B; Sx = 7 + 0,1.b (3.11) Trong đó:
B: chiều rộng cửa nạp liệu (mm) b: chiều rộng cửa tháo liệu (mm) Sn : hành trình nén ở cửa nạp Sx : hành trình nén ở cửa xả. Chọn Sn = 0,04.B = 0,04.500 = 20 mm Và Sx= 7 + 0,1.33,3 = 10.3 mm
Hành trình nén chính là hình chiếu của đường chuyển động má di động lên phương vng góc với má cố định. 3.3.4. Xác định vận tốc góc hợp lý của trục lệch tâm Hình 3.4 Sơ đồ tính số vịng quay O G B E b M L F B1 B S e A D C h H
Số vòng quay hợp lý của trục lệch tâm là số vòng quay để đảm bảo cho năng suất của máy lớn nhất. Chúng ta quan sát chuyển động của vật liệu ở phần dưới của buồng nghiền khi máy làm việc. Khi má di động tách xa má cố định thì lúc này vật liệu đã được nghiền và chuyển động tụt xuống phía dưới sau đó rơi ra ngồi qua cửa xả (theo mơ hình trên). Để có năng suất cao, trong khi má nghiền di động tách xa má nghiền cố định, những vật liệu nằm thấp hơn mặt phẳng CDEF phải được rơi ra. Nghĩa là thể tích đá có hình lăng trụ ABCDEFGM, mà cạnh DC = b (b - Chiều rộng cửa xả) phải rơi được một đoạn h để thoát ra khỏi buồng nghiền do trọng lực. Muốn vậy số vòng quay của trục lệch tâm phải như thế nào đó để trong khoảng thời gian t của hành trình xả, lúc má di động chuyển từ vị trí cực trái sang cực phải, phải bằng thời gian để vật rơi tự do được một đoạn dài h. Nếu trục quay chậm hơn thì sẽ làm giảm khối lượng đá rơi ra ngoài trong một đơn vị thời gian, nghĩa là làm giảm năng suất máy. Nếu trục quay nhanh hơn giá trị cần thiết thì khối vật liệu kể trên không rơi hết khỏi buồng nghiền và sẽ nằm đọng lại ở vị trí nào đó của buồng nghiền. Thành thử năng suất giảm đi mà tiêu hao năng lượng vẫn tăng lên. Vì thế số vịng quay của trục lệch tâm phải là số vịng quay có hiệu quả.
Thời gian hàm động ra xa hàm tĩnh t1 (thời gian tháo) phải đủ để vật liệu nằm ở mặt đáy lớn của hình thang rơi tự do qua chiều cao h để thoát ra khỏi vùng đập của máy. Thời gian này bằng trục lệch tâm quay được nửa vòng.
t1 = n 30 n 60 . 2 1 = (3.12)
Thời gian t2 cần thiết để vật liệu rơi tự do được chiều cao h xác định theo phương trình. h = .g.t22 2 1 (3.13) Từ đây rút ra t2 = 2h( ) s g (3.14)
Trong đó g là gia tốc trọng trường
Để đảm bảo tồn bộ lượng vật liệu hình lăng trụ ABCDEFGM (có tiết diện hình thang) rơi hết ra khỏi vùng đập thì thời gian tháo t1 tối thiểu phải bằng thời gian t2 đển nó rơi tự do qua được độ cao h ra khỏi máy. Cân bằng t1 và t2 ta có:
g h 2 n 30= (3.15) Tư đó rút ra: n = 30 (3.16)
Căn cứ vào quan hệ hình học ở hình 4.3 ta tính được: h = tg S (3.17) Trong đó:
S : đoạn dời của hàm động (cm) : góc ngoạm (độ)
Thay trị số vào biểu thức tính trên ta được cơng thức để xác định số vòng quay tương ứng với năng suất lớn nhất của máy đập hàm và gọi là số vòng quay tối ưu ntư. ntư = 30 g.tg 2S (v/ph) (3.18) = 200
Nếu lấy g = 9,81 m/s2 thì cơng thức trên có dạng: ntư = 30 0 9,81.tg20 2S = 40 S (v/ph) (3.19)
Trong công thức (3.19) chưa kể lực ma sát giữa vật liệu và các má nghiền. Vì vậy khi lấy n và ntư theo công thức này nên lấy giá trị n giảm từ 5 10%.
ntư = 40
S = 394 (v/ph) chọn ntư = 360 (v/ph) Tốc độ quay trục lệch tâm máy thiết kế n =360 v/ph
3.3.5. Xác định năng suất máy
a.Tính năng suất máy theo lý thuyết
Khi tính năng suất máy ta cũng giả thiết như khi tính số vòng quay hợp lý, coi như vật liệu chỉ tháo ra trong thời gian má động đi ra xa và đây cũng chính là lượng vật liệu rơi ra trong một vịng quay của trục lệch tâm. Diện tích mặt cắt F(m2) của vật liệu rơi xuống từ buồng nghiền được xác định theo công thức:
F = e S e 2e S S
.h .
2 2 tg
+ + = +
Với h = S tg
e: chiều rộng cửa ra đá khi hai má nghiền sát nhau nhất (m) Thể tích lăng trụ vật liệu rơi xuống được xác định:
V = 2e S S . .L 2 tg
+
(3.21)
L: Chiều dài của buồng nghiền (m)
Năng suất máy (m3/s) và (kg/s) được xác định với các công thức tương ứng sau đây:
QV = V.n.k (3.22)
QS = V.n.k. (3.23) n: số vòng quay trục lệch tâm (v/s)
k: hệ số tơi xốp của vật liệu thường k = 0,25 0,7 phụ thuộc vào phương pháp cấp liệu, lấy k = 0,4 đối với máy thiết kế.
: khối lượng riêng của vật liệu nghiền (kg/m3) Vật liệu tháo ra được xem như có kích thước như sau:
dmin = e và dmax = e + S
Khi đó kích thước trung bình của mẫu vật liệu rơi xuống được xác định theo công thức sau:
dcp = e S e 2e S
2 2
+ + = +
(3.24) Thay giá trị (3.21) và (3.24) vào cơng thức (3.22) và (3.23) ta có:
QV = L.S.d .k.ncp tg (3.25) QS = L.S.d .k.ncp tg . (3.26) Khi = 200, tg = 0,3639, n = 40 S (v/ph) = 0, 67 S (v/s) Thay vào công thức (3.25) và (3.26) ta được:
QV = 1,9 dcp .L.k. S (3.27)
QS = 1,9 dcp.L.k.. S (3.28)
Ta tính năng suất của máy tương ứng với giá trị tới hạn dcp1 = 0,04m và dcp2 = 0,09m
1 V Q = 1,9 0,04 1,5 0,4 0,0103 = 0,00463 (m3/s) 2 V Q = 1,9 0,09 1,5 0,4 0,0103 = 0.0104(m3/s) QV = (0,00463 0,0104 ) 3600 = (16,7 37,4) m3/h Năng suất QS của máy được tính:
QS = .QV
với = 2,60 tấn/m3 thay vào ta có:
QS = 2,60.(16,7 37,4) = (43,4 97,2)T/h
b. Các công thức thực nghiệm để tính năng suất
Năng suất của máy tính ở trên chỉ gần đúng vì trong thực tế có một phần vật liệu chứa trong thể tích khối lăng trụ tính tốn có kích thước nhỏ hơn chiều rộng của khe tháo liệu. Vì vậy sự tháo liệu xẩy ra liên tục nhưng khơng đồng đều.
Để tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của máy nghiền má. Người ta đã đưa ra một số cơng thức thực nghiệm. Vì cho đến nay chưa có một lý thuyết hồn chỉnh để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất máy nghiền má. Trong các công thức này các hệ số kể đến ảnh hưởng của điều kiện nghiền được xác định bằng thực nghiệm.
Cơng thức tính năng suất máy nghiền má (m3/s) QV = 0 CP 2.K.S .C.L.b.n.tg19 tg (3.29) Trong đó:
QV - năng suất máy nghiền (m3/s)
K : hệ số tính đến kích thước máy nghiền phụ thuộc vào giá trị khe nạp liệu.
Chọn K=1
C: hệ số động học kể đến đặc trưng của quỹ đạo chuyển động của má động, với má chuyển động phức tạp lấy C = 1, với má có chuyển động đơn giản lấy C = 0,84.
L, b: chiều dài và chiều rộng kheo tháo liệu (m)
b = dcp + S = (0,04 0,09) + 0,0103 = (0,0503 0,1) m
Kích thước khe nạp liệu ≤ 600x900 900x1200 1200x1500
SCP: giá trị hành trình trung bình của má SCP = S1+S2 2 = 0+0.0103 2 = 0,00515 (m) (3.30) S1: hành trình của má ở mức nạp liệu (m)
S2: hành trình của má ở mức tháo liệu (m) n = 0,67
0,0103 = 6,6 (v/s) tg190 = 0,34
Thay các giá trị trên vào (3.29) ta được: Qv = 2.1.0,00515.1.1,5.6,6.tg19
tg20 (0,0503 ÷ 0,1) Qv = (0,0049 ÷ 0,0096)
Tính năng suất của máy trong 1 giờ có:
QV = (0,0049 ÷ 0,0096).3600 = (17,64 ÷ 34,56) m3/h Để tính năng suất QS của máy sử dụng:
QS = .QV với = 2,60 (T/m3).
QS = (17,64 34,56).2,60 = (45,9 90,0) T/h
Theo chương 2 ta tính được năng suất lý thuyết của máy là Qlt = 28(m3/h) Như vậy ta thấy năng suất của máy phù hợp với yêu cầu máy thiết kế
3.3.6. Tính cơng suất động cơ điện
Giả thiết là đá xếp đầy buồng nghiền theo chiều dài của 2 má đập, lúc đó: Khối đá V1 trước khi đập có đường kính đá lớn nhất sẽ là:
V1 = 3 2 .D L .L.D . 6 D 6 = (3.31)
Khối đá V2 sau khi đập có đường kính đá nhỏ nhất sẽ là: V2 = 3 2 .d L .L.d . 6 d 6 = (3.32) D, d - đường kính đá trước và sau khi nghiền
D = 0,4 m d = 0,04 m
Hình 3.5. Sơ đồ tính cơng suất và lực nghiền cần thiết
Khi nghiền đá cỡ thơ và trung bình thì cơng để phá vỡ được tính theo định luật thể tích của Kirpicsev - Kick.
A = 2 2 ( ) 2 ( ) 2 2 1 2 .L V V V D d 2E 2V 12E = − = − (3.33) Với giá trị E = 7.1010 N/m2 , δ = 15.107 N/m2; L = 1,5 m A = 3,14.(15.10 7 )2 .1,5.(0,42-0.042) 12.7.1010 = 19984 (N.m) Công suất N = A.n 60. (3.34) N: cơng suất động cơ (W)
n: số vịng quay trục lệch tâm (v/ph)
: hiệu suất truyền dẫn từ trục động cơ đến buồng nghiền. = 2
1. 2
Trong đó:
1 = 0,95: hiệu suất của bộ truyền đai 2 = 0,992: hiệu suất của một cặp ổ lăn Vậy = 0,95.0,9922 = 0,935 d P1 P2 P3 P4 H P’1 P’2 P’3 P’4 D Q M C S0 00 o
Do đó N = 19984.360
60.0,935 = 128240 (W) = 128,2 (KW)
3.3.7. Chọn động cơ điện
Chọn động cơ điện bao gồm các việc chính sau: - Chọn loại và kiểu động cơ điện.
- Chọn cơng suất, điện áp và số vịng quay động cơ.
3.3.7.1. Chọn loại và kiểu động cơ
Chọn loại và kiểu động cơ đúng thì động cơ sẽ có tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu truyền động của máy, phù hợp với môi trường bên ngoài, vận hành máy được an toàn và ổn định.
* Chọn loại động cơ
Hiện nay trong công nghiệp, các nhà máy thường dùng các loại động cơ điện sau: a) Động cơ điện một chiều
Là loại động cơ dùng dòng điện một chiều để làm việc (có thể mắc song song, nối tiếp hoặc mắc hỗn hợp), hoặc dùng dòng điện một chiều điều chỉnh được (hệ thống máy phát - động cơ). Động cơ điện một chiều có thể điều chỉnh êm tốc độ trong một phạm vi rộng từ 3 : 1 đến 4 : 1. Khi dùng hệ thống máy phát - động cơ thì