CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC 4.1 Động học máy ép viên con lăn cối trụ
12. Tính lực tác dụng lên trục
4.8 Thiết kế máy trộn
4.8.1 Giới thiệu vít tải.
Những máy trộn vận chuyển dùng để trộn các sản phẩm rời khô, gồm có các máy trộn dùng băng xoắn, dùng cánh đảo và máy trộn kiểu vít tải. Những bộ phận làm việc của máy trộn vận chuyển có thể là trục vít, trong số đó loại băng xoắn hay cánh đảo thì lắp chặt trên trục.
Kết cấu của vít tải cố định công dụng chung phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Thuận tiện cho việc kiểm tra xem xét, bôi trơn các bộ phận quay dễ dàng, tháo lắp bộ phận dẫn động và vít xoắn độc lập với nhau, các chi tiết và các bộ phận của vít tải phải đảm bảo tính đổi lẫn.Vật liệu dùng để chế tạo vít xoắn và máng của vít tải là:
+ Nếu vít tải dùng để vận chuyển các vật liệu gây gỉ thì phải chế tạo bằng các loại thép chống gỉ.
+ Nếu vít tải dùng để vận chuyển vật liệu cứng sắc cạnh phải chế tạo bằng các loại thép bền mòn.
+ Nếu dùng để vận tải các vật liệu nóng trên 2000 phải chế tạo bằng gang hoặc thép lá.
Vít tải là vít xoắn dùng để đẩy vật liệu chuyển động dọc theo máng. Hình dạng và kết cấu của cánh xoắn phụ thuộc vào mục đích sử dụng để vận chuyển các loại vật liệu khác nhau.
Vít xoắn gồm nhiều đoạn vít nối với nhau, chiều dài mỗi đoạn không quá 3m.
Mỗi đoạn vít xoắn gồm có trục và cánh xoắn hàn với trục. Cánh xoắn gồm nhiều đoạn hàn với nhau chiều dài mỗi đoạn bằng một bước xoắn. Người ta chế tạo cánh xoắn bằng cách dập. Trục vít xoắn được chế tạo từ thép ống, đầu mỗi đoạn ống có hàn một mặt bích bằng thép có các lỗ để bắt với các mặt bích của ổ treo trung gian. Hình dạng và kết cấu của cánh xoắn phụ thuộc vào mục đích sử dụng để vận chuyển các loại vật liệu khác nhau. Dựa vào tính chất vật liệu vận chuyển người ta sử dụng các loại vít xoắn:
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học
Khi vận chuyển các loại vật liệu có dạng bột, hạt nhỏ và trung bình rời khô mịn như: xi măng, trấu, bột, cát khô thì dùng vít có cánh xoắn liền trục hình 5.13a. Loại này cho năng suất vận chuyển cao. Hệ số điền đầy ε = 0,125 ÷ 0,45.
Vít liên tục không liền trục hình 5.13b dùng vận chuyển hạt cỡ lớn như: sỏi thô, đá vụn… Hệ số đầy của loại này đạt ε = 0,25 ÷ 0,40.
Vít tải dạng lá liền trục hình 5.13c dùng cho vật liệu dính, dùng vừa trộn, tẩm vừa vận chuyển như: đất sét ẩm, bê tông, xi măng. Hệ số điền đầy của loại này đạt ε = 0, 15 ÷ 0,3.
Vít tải dạng lá không liên tục hình 5.13d dùng để vận chuyển loại hạt thô, có độ ẩm như: sỏi thô, đá dăm, đất sét ẩm, bê tông, xi măng. Hệ số điền đầy của loại này đạt ε = 0,15 ÷ 0,4.
Hình 4.15 Hình dạng các loại cánh xoắn a/ Vít có cánh xoắn liền trục;
b/ Vít có cánh xoắn liên tục không liền trục;
c/Vít dạng lá liên tục;
d/ Vít có cánh xoắn dạng lá không liên tục.
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học
Sơ đồ vận chuyển:
e/ Sang trái;
f/ Sang phải;
g/ Đẩy sang hai phía;
h/ Dồn vào giữa;
k/ Hệ số điền đầy vít tải.
Kích thước của trục vít xoắn và bước xoắn vít thường được tiêu chuẩn hóa:
đường kính d = 100 đến 320mm, bước xoắn từ 80 đến 320 mm. Theo tiêu chuẩn trên bước xoắn thường bằng 0,8 đến 1 lần đường kính cánh xoắn. Tốc độ quay thường từ 10 ÷ 300 vòng/phút.
Trong trường hợp vận chuyển vật liệu dính, ẩm người ta sử dụng vít có hai cánh xoắn hay còn gọi là vít kép. Loại này thích hợp trong vận chuyển vữa bê tông hoặc bột than.
Đối với vít tải đặt đứng thường vận chuyển vật liệu tơi vụn. Ở đây sử dụng cánh xoắn liên tục liền trục, trong quá trình vận chuyển có xuất hiện ma sát giữa vật liệu và cánh xoắn. Dưới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu áp sát vào thành máng và bị vỏ máy hãm chuyển động quay lại và nhờ cánh xoắn đẩy nâng vật liệu đè lên trong máng. Muốn vật liệu không có chuyển động quay khi ra đến thành máng thì lực ly tâm phải lớn. Vì vậy vít tải đặt đứng có tốc độ quay lớn hơn nhiều so với tốc độ của vít tải đặt nằm ngang. Vít tải đặt đứng tiết kiệm được diện tích, kín và đỡ tải bất cứ vị trí nào cần thiết. Tuy vậy loại này tốn năng lượng, chóng mòn cánh. Chiều cao máy bị hạn chế bởi không lắp được gối đỡ trung gian.
Ở đây vật liệu vận chuyển là mùn cưa cần tơi và để đảm bảo đủ độ ẩm cho quá trình ép viên nên ta kết hợp cả vít tải liệu dạng vít có cánh không liên tục, bên cạnh đó vít tải cánh xoắn liên tục không cho vật liệu chuyển động ngược lại. Do đó khi cùng vận tốc quay và đường kính vít xoắn, năng suất của nó đạt được cao hơn các loại khác.
4.8.2 Tính toán vít tải a. Xác định đường kính vít tải
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học
Năng suất của vít tải tấn/h được xác định theo công thức 5.28 [5, trang 208]
: Q = 47.D2.n.s.ρ.φ.C (4.44) Trong đó:
D: Đường kính ngoài của cánh vít, m.
s: Bước vít tải, mét, chọn s = 0,8D.
ρ : Khối lượng riêng của vật liệu vận chuyển, tấn/m3, = 0,12 tấn/m3.
n: Số vòng quay của trục vít, vòng/phút; được xác định theo công thức 5.29
[5, trang 209]
n A
= D
Trong đó A là hệ số phụ thuộc vật liệu; đối với vật liệu hạt A = 30 ÷ 60, đối với vật liệu mịn A = 22 ÷ 45 ta chọn A = 30 với trấu là vật liệu nhẹ.
φ: Hệ số chứa đầy tiết diện máng, phụ thuộc vật liệu.
Đối với vật liệu dạng hạt: φ = 0, 35 ÷ 0,45.
Đối với vật liệu đã nghiền nhỏ: φ = 0,45 ÷ 0,55.
Đối với vật liệu dạng củ: φ = 0,6 ÷ 0,7.
Vật liệu mùn cưa ta chọn: φ = 0,45
C: hệ số phụ thuộc góc nghiêng của vít tải β và được chọn theo bảng 5.17
[5, trang 209]
khi C = 1 khi β = 00 vít tải nằm ngang.
Tiếp tục biến đổi ta có công thức 5.28 [5, trang 208]
ta được:
2/5 2/5
1,5 0,1575
47. .0,8. . . 47.30.0,8.0,3.0, 45.1
D Q m
A ρ ϕC
= = ≈
Theo dãy số quy chuẩn của đường kính số vít tải: 100; 125; 150;160; 200; 250;320
theo bảng 5.15 [5, trang 209]
ta chọn D = 160 mm.
Chọn khe hở giữa cánh vít và máng vít 8 mm ,Chọn đường kính vít trộn d = 50mm.
b.Tính số vòng quay của vít tải
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học
Ta chọn công thức xác định số vòng quay của vít tải theo đường kính vít tải như sau
30 75 òng / út 0,16
n A v ph
= D = =
. Chọn nv = 75 vòng/phút c.Xác định công suất trên vít tải
Đối với vít tải nằm ngang, công suất trên trục vít tải được xác định theo công thức 5.30
[5, trang 209]
0367 P C= QL
(5.45) Trong đó:
Q: Năng suất của vít tải, T/h.
L: Chiều dài vận chuyển của vật liệu theo phương ngang, L = 1 m.
C0: Hệ số lực cản ma sát với vật liệu vận chuyển là trấu có C0 = 1,2 theo bảng 5.17
[5, trang 239]
3 0
1, 2.1,5.1
4,9.10
367 367
P C= QL = = − kW
d. Công suất máy trộn có cánh:
Công suất cung cấp cho máy trộn có cánh dùng để thắng trở lực theo phương
tiếp tuyến và phương dọc trục theo công thức 4.27 [5, trang 179]
:
N = N1 + N2, Kw (4.46) Công suất để thắng trở lực do vật liệu gây ra theo phương tiếp tuyến theo công thức
4.28 [5, trang 179]
:
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học
3
1 10 1 1,
z i i i
N = − ∑T v kW (4.47)
Trong đó:
T1i: Thành phần lực cản do vật liệu tác dụng lên cánh thứ i theo phương tiếp tuyến N.
V1i: Vận tốc vòng của cánh tại điểm đặt lực T1i, m/s.
Thành phần lực cản được xác định theo công thức 4.29[5, trang 179]
:
2
1i i i (45 r / 2)(cos i sin )i T =ρgh Ftg +α α à+ α
(4.48) Vận tốc vòng của cánh tại điểm đặt lực E1itheo công thức:
1
2 cos 3cos
t i
i i
i
R b
v ωr θ ω
θ
+
= = ÷
(4.49) Công suất để khắc phục trở lực dọc trục của vật liệu được xác định theo công thức
4.30[5, trang 179]
:
3
2 10 Z 2i 2i
i
N = − ∑T v (4.50)
T2i:Thành phần lực cản do vật liệu tác dụng lên cánh thứ I theo phương dọc trục, N.
V2i: Vận tốc vòng của cánh tại điểm đặt lực T1i, m/s.
Thành phần lực cản theo chiều dọc trục được xác định theo công thức 4.31
[5,trang180]
:
2
2i i i (45 r / 2)( cos i sin )i T =ρgh F tg +α −à α + α
(4.51) Vận tốc dọc trục của điểm đặt lực T2i được tính theo công thức 4.32 [5,trang180]
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học
V2i= (1,5K1.v1i.sin2αi)/2 (4.52) Thay các công thức trên vào công thức 4.27 ban đầu ta được
3 2 1
1
1,5 sin2 2 cos
10 (45 / 2) (cos sin ) (sin cos )
2 3cos
z
i t i
r i i i i i
i i i
K R b
N ρ ωg tg α h F α à α α α à α θ
θ
−
=
+
= + ∑ + + −
(4.53) αr
:Góc nghiêng tự nhiên, bằng 850
μ : Hệ số ma sát của vật liệu với cánh trộn , μ= 0,01 0.2
αi : Góc nghiêng của mặt phẳng cánh thứ i so với trục quay, 00 Fi : Diện tích của cánh thứ i nhúng vào vật liệu, m2
ω: Vận tốc góc của trục trộn, ω= 2 .75
7,85 / 60 rad s π =
g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2
ρ: Khối lượng riêng của vật liệu trộn, ρ= 300 kg/m3, hi : Độ sâu của cánh thứ I nhúng vào vật liệu, h = 0,04m.
b : Khoảng cách từ tâm quay đến mặt thoáng của sản phẩm trong thùng trộn, b=
0,015.
Rt : Chiều dài cánh kể từ trục quay bằng 0,075m.
=> Tli = 300.9,81.0,04.3,2.(tg(45+85/2))2 197,6N
=> vli =
2.0,075cos 0 0,015
.7,85 0, 43 /
3cos 0+ m s
≈
÷
=> T2i = 120.9,81.0,04.3,2.10-3.tg(45+85/2).(-0,2cos0+sin0) ≈ -15,8 N
=> v2i = 1,5 K1.v1i.cosα1.sin α1= 1,5 K1.v1i. 2 1
2 sin α
=0 Công suất thắng trở lực theo phương vòng:
N1= 10-3
1 1 1 Z
i i i
T v
∑=
= 10-3.12.197,6.0,43= 1 kW Công suất để thắng lực gây ra theo phương dọc trục bằng 0.
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học
Hiệu suất của máy trộn có cánh η=0,85 0,95÷ Do đó công suất cần thiết là : 0,68 + 0,85=1,5kW
Vậy công suất cần thiết đáp ứng cho trục cánh gạt bằng 1,5 kW.
Do thiết kế vít trộn và cánh gạt trên một trục nên công suất của động cơ cần sẽ bằng tổng hai công suất này bằng 1,5 kW.
Theo 4.1[5, trang 174] ta chọn tỉ lệ chiều dài và đường kính bằng 2,5. Do đó chiều dài
sẽ bằng 1,2m và bước cánh sẽ bằng 100mm.
Momen xoắn tác dụng lên vít tải Tv xác định theo công thức 3.4[5,trang 86]:
Tv=
6 6 1,5
9,55.10 9,55.10 . 191000
v 75
P Nmm
n = =
(4.54) Lực dọc trục lên vít tải được xác định theo công thức 9[8]:
191000 ( ) 50. (22, 2 21,8) 3956
Tv
Fav N
Rtg α γ tg
= = ≈
+ +
(4.55) Trong đó:
R : Khoảng cách điểm đặt lực ma sát của vật liệu với cánh vít đến trục của vít tải,mm
R= (0,30,4)D, Chọn R=50mm.
α : Góc nâng của đường xoắn vít, xác định theo công thức 2 tg p
α R
= π
γ : Góc ma sát của vật liệu vận chuyển với cánh vít, tgγ =f=0,4 do vật liệu mùn cưa.
e. Chọn động cơ:
Dựa vào bảng P1.3 [3, trang 236] ta chọn động cơ 4AX90L4Y3 có công suất 2,2
kW, số vòng quay của trục chính 1420 vòng/phút, cosϕ =0,83 η=0,8 ,
max 2, 2
dn
T T =
Để đạt được số vòng quay 75 vòng/phút ta chọn hộp giảm tốc HB-209 tỉ số truyền 1/19, công suất 2,2 kW của công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam – Hungary 1.
Chương 4. Thiết kế động học, động lực học