May Nghien Bi [PDF]

Zitiervorschau

t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Khoa Công Nghệ Vật Liệu

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN XƯƠNG CHÉN SỨ DÂN DỤNG NĂNG SUẤT 6 TRIỆU CHÉN/NĂM

GVHD: Thầy: T.S PHẠM TRUNG KIÊN Bộ môn Silicat

SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740 12/2014

LỜI NÓI ĐẦU

Là sinh viên khoa công nghệ vật liệu thuộc bộ môn silicat, việc nắm vững kiến thức về tính chất, qui trình để sản xuất ra vật liệu là một điều cơ bản, bên cạnh đó kiến thức về các thiết bị phục vụ cho quá trình sản xuất ra vật liệu cũng quan trọng không kém. Như chúng ta đã biết, để làm ra bất cứ loại vật liệu nào thì chúng ta đều phải sử dụng những công cụ và thiết bị nhất định. Sản xuất gốm sứ cũng không phải là ngoại lệ. Quá trình công nghệ sản xuất vật liệu gốm sứ luôn phải đi từ những nguyên liệu dạng bột mịn, vì vậy các thiết bị như đập, nghiền, sàng … là những thiết bị không thể thiếu trong lĩnh vực này. Do đó, chọn lựa được những thiết bị phù hợp để sản xuất kinh doanh luôn là nhiệm vụ hàng đầu khi sản xuất vật liệu gốm sứ. Để thực sự hiểu hết về môn học này, thì Đồ án môn học Thiết bị Silicat nhằm giúp cho sinh viên hiểu sâu hơn về từng loại thiết bị cụ thể từ sơ đồ nguyên lý, cấu tạo cho tới nguyên tắc hoạt động, vận hành và bảo dưỡng. Đồ án bổ sung rất nhiều kiến thức hữu ích cho sinh viên trong quá trình học tập cũng như ứng dụng trong thực tiễn sau này. Nội dung đồ án của em là: Thiết kế máy nghiền bi gián đoạn nghiền nguyên liệu cho xương chén sứ dân dụng với năng suất 6 triệu chén/ năm. Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy T.S PHẠM TRUNG KIÊN, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong bô ô môn Silicat. Do tài liệu, sự hiểu biết còn hạn chế, và một số điều kiện nhất định không cho phép nên đồ án này còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Trần Thị Thu Trang V1103740

MỤC LỤ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN................................................1 1.1.

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN................................................1

1.1.1.

Khái niệm :.......................................................................................... 1

1.1.2.

Các phương pháp tác dụng lực :..........................................................1

1.1.3.

Mức độ đập nghiền :............................................................................1

1.1.4.

Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền :.........................................2

1.1.5.

Phân loại theo chu trình và phương pháp nghiền:...............................2

1.2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN :.....................................4

1.2.1.

Các lý thuyết về nghiền:......................................................................4

1.2.2.

Định luật Bond và chỉ số công:............................................................5

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU............................................................6 2.1.

CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU NGHIỀN........................................6

2.1.1.

Độ cứng:.............................................................................................. 6

2.1.2.

Độ giòn:............................................................................................... 6

2.1.3.

Hệ số mài mòn:................................................................................... 7

2.1.4.

Trọng lượng riêng:................................................................................ 7

2.1.5.

Độ bền :............................................................................................... 7

2.1.6.

Kích thước hạt:.................................................................................... 8

2.1.7.

Hệ số khả năng đập nghiền:................................................................8

2.2.

THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU :...................................................................10

2.2.1.

Đất sét:.............................................................................................. 10

2.2.2.

Cao lanh:........................................................................................... 10

2.2.3.

Tràng thạch:...................................................................................... 10

2.2.4.

Cát:.................................................................................................... 11

CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN....................................12 3.1.

MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN:....................................................................12

3.1.1.

Giới thiệu sơ lược:.............................................................................. 12

3.1.2.

Nguyên lý hoạt động:........................................................................13

3.1.3.

Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián đoạn.........................13

3.2.

LÝTHUYẾT TÍNH TOÁN:.............................................................................17

3.2.1.

Lượng bi nghiền nạp vào máy:..........................................................17

3.2.2.

Tốc độ quay của thùng nghiền:.........................................................20

3.2.3.

Lượng vật liệu nạp:............................................................................25

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN XƯƠNG CHÉN SỨ NĂNG SUẤT 6 TRIỆU CHÉN/NĂM...........................................................26 4.1.

TÍNH CÂN BẲNG VẬT CHẤT:.....................................................................26

4.1.1.

Đơn phối liệu:.................................................................................... 26

4.1.2.

Quy trình sản xuất:............................................................................28

4.1.3.

Bảng tính cân bằng vật chất:............................................................30

4.2.

CÁC THÔNG SỐ........................................................................................ 32

4.3.

THÙNG NGHIỀN........................................................................................ 32

4.3.1.

Kích thước thùng nghiền:...................................................................32

Chế độ nạp bi nghiền:.................................................................................... 34 4.3.2.

Tấm lót:............................................................................................. 36

4.3.3.

Bi nghiền :......................................................................................... 38

4.3.4.

Vỏ thép :............................................................................................ 39

4.3.5.

Cửa và đối trọng:............................................................................... 40

4.3.6.

Cổ trục (gồm mặt bít và trục):...........................................................41

4.4.

TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY:......................................................41

4.4.1.

Hệ số đổ đầy:..................................................................................... 41

4.4.2.

Vận tốc thùng quay:..........................................................................42

4.4.3.

Sự chu chuyển của bi nghiền trong thùng:........................................43

4.5.

CÔNG SUẤT MÁY NGHIỀN BI:...................................................................45

4.5.1.

Công suất tiêu hao để nghiền vật liệu: ( Nn¿ .................................45

4.5.2.

Công suất tiêu hao để thắng ma sát: ( Nms ¿ .................................47

4.5.3.

Công suất tổng cộng của máy: (N)....................................................48

4.6.

BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG:.........................................................................48

4.6.1.

Lựa chọn động cơ:............................................................................. 50

4.6.2.

Hộp giảm tốc:.................................................................................... 54

4.6.3.

Bộ truyền đai thang:..........................................................................60

........................................................................65 CHƯƠNG 5. KIỂM TRA TÍNH BỀN 5.1.

............................................................................................. 65 Thân thùng:

5.2.

Bulông ghép thân và đáy thùng:..............................................................69

5.3.

Cổ trục thùng nghiền:.............................................................................. 71

CHƯƠNG 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................74

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN 1.1.

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN

1.1.1. Khái niệm : Nghiền là quá trình làm giảm kích thước cục vật liệu rắn dưới tác dụng của ngoại lực nhằm phá vỡ nội lực liên kết giữa các phần tử trong cục vật liệu, kích thước sản phẩm đầu ra là dạng hạt mịn (d ≤ 5 mm )

1.1.2.

Các phương pháp tác dụng lực :

Nén ép

Nổ

Mài xiết

Uốn Va đập Khi thiết bị làm việc có thể kết hợp nhiều phương pháp. Trong quá trình nghiền, lực tác dụng chủ yếu là lực mài xiết và lực va đập. 1.1.3. Mức độ đập nghiền : Mức độ đập, nghiền là tỉ số kích thước của cục vật liệu trước khi đập , nghiền (D) với kích thước của nó sau khi đập, nghiền (d)

ID d

max

max

Đối với hỗn hợp vật liệu có kích thước khác nhau thì ta dùng lưới sàng phân loại và tính đường kính trung bình của khối hạt 1

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Dtb 

d min  d max 2

Từ đó ta tính được hệ số đập nghiền theo công thức

I

Dtb dtb

1.1.4. Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền : - Năng lượng tiêu tốn phải là nhỏ nhất, phụ thuộc:     

Lực liên kết giữa các phân tử vật liệu. Hình dạng của vật liệu. Kích thước hạt vật liệu. Thiết bị. Hệ số ma sát giữa vật liệu với bề mặt thiết bị đập nghiền. - Chỉ đập nghiền đến mức độ cần thiết, không nên nghiền quá yêu cầu, khi đạt đến độ mịn cần thiết thì thao ra khỏi máy ngay. - Các quá trình đập nghiền phải hoàn toàn tự do, không kèm theo các quá trình phụ khác trong quá trình đập nghiền. - Khi cần mức độ đập nghiền lớn thì phải thực hiện quá trình đập nghiền qua nhiều lần và sử dụng nhiều loại máy thích hợp. (VD: Để có được đá vôi dạng bột mịn có d tb 49 . 106

Thạch cao, than đá Aratit, sa thạch Cát, kim cương, đá cẩm thạch

2.1.4. Trọng lượng riêng: Thông số này không quan trọng lắm nếu ta nghiền riêng từng loại vật liệu, nhưng nếu ta nghiền trộn hỗn hợp các vật liệu khác nhau thì nó trở nên rất quan trọng. Nếu trọng lượng riêng của các vật liệu khác nhau thì khi nghiền trộn chúng có thể bị phân lớp không hoà đều vào nhau. 2.1.5. Độ bền : Căn cứ vào dộ bền nén (σ - kG/cm 2) ta chia vật liệu ra làm nhiều loại: σ < 100 100 < σ < 500 500 < σ < 2500 σ >2500

vật liệu kém bền vật liệu bền trung bình. vật liệu bền vật liệu rất bền

2.1.6. Kích thước hạt: Kích thước trung bình của một cục vật liệu được tính bằng trung bình cộng hoặc trung bình nhân kích thước ba chiều trong không gian của nó. d

abc 3  a.b.c 3

Đối với vật liệu dạng tấm có thể bỏ qua chiều có kích thước rất nhỏ so với hai chiều còn lại. Đối với vật liệu dạng sợi chỉ tính kích thước theo chiều dài. 8

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Tính kích thước trung bình của :  Nhóm vật liệu: d

 Hỗn hợp nhóm vật liệu:

d max  d min 2

d   ai .di

ai : phần trăm khối lượng nhóm hạt thứ i. di : kích thước trung bình của nhóm hạt thứ i. 2.1.7. Hệ số khả năng đập nghiền: Là tỉ số của năng lượng tiêu hao riêng của vật chuẩn so với năng lượng tiêu hao riêng của vật nghiền ở cùng điều kiện trạng thái và mức độ đập nghiền. K

E0 E

Vật liệu chuẩn: clinker của lò quay trung bình có K = 1 Năng suất đập nghiền Q0 (tấn/h) Vật liệu

Hệ số khả năng đập nghiền

Clinke lò quay trung bình

1.0

Clinke lò quay dễ đập nghiền

1.12

Clinke lò quay khó đập nghiền

0.8 – 0.9

Clinke lò đứng tự động

1.15 – 1.25

Clinke lò đứng thủ công

1.3 – 1.4

Diệp thạch

0.9

Xỉ lò cao trung bình

1.0

Cát

0.6 – 0.7

9

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Đá vôi

1.0

Đá hoa cương to hạt

0.9

Đất sét khô

1.51 – 2.03

Tràng thạch

0.8 – 0.9

Vôi sống

1.64

Talt

1.04 – 2.02

Than đá

0.75 – 1.34

Đá Bazan

0.75

Manhezit

0.69 – 0.99

Vật liệu nào có hệ số khả năng đập nghiền càng lớn (K > 1) thì càng dễ đập nghiền. Hệ số đập nghiền K1 < K2 Độ cứng

H1 > H 2

Năng lượng

A1 > A 2

Thời gian nghiền T1 > T2 Năng suất 2.2.

Q1 < Q2

THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU :

2.2.1. Đất sét: Là tên chung chỉ nguyên liệu đất chứa Alumo-Silicát ngậm nước có cấu trúc lớp, độ phân tán cao, khi hoà tan vào nước có tính dẻo, khi nung tạo sản phẩm kết khối rắn chắc. Ta sử dụng đất sét trong thành phần phối liệu nhầm giúp các hạt vật liệu liên kết lại với nhau, để có thể tạo hình cho mộc. hạt đất sét rất nhỏ (khoảng vài micromet) không cần phải nghiền, nhưng ta vẫn đưa đất sét vào máy nghiền bi chủ yếu để đánh tơi và trộn đều với các phối liệu khác. 10

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

trọng lượng riêng của đất sét từ 2.5 ÷ 2.8 kg/dm 3 2.2.2. Cao lanh: Cao lanh cũng là một loại đất sét nhưng có thành phần khoáng chủ yếu là Kaolinite (loại khoáng sét không có tính dẻo) nên tính dẻo của cao lanh rất thấp, không dùng để làm chất kết dính cho mộc. Độ cứng theo thang Mohr : 2 ÷ 2.5 2.2.3. Tràng thạch: Tràng thạch là hợp chất của các Alumo-silicat không ngậm nước. Ngoài ra trong thành phần của nó còn có thể có: Na2O (tràng thạch natri, hay albit), độ cứng 6 ÷ 6.5 K2O (tràng thạch kali, hay orthoclaz), độ cứng 6 ÷ 6.5 CaO (tràng thạch canxi, hay anortit), độ cứng 6 ÷ 6.5 Trong đó tràng thạch kali có vai trò quan trọng nhất vì tạo ra khoáng Leucit. Tràng thạch được coi là nguyên liệu gầy, không có tính dẻo, đóng vai trò làm chất chảy trong môc và men gốm sứ (tạo pha thuỷ tinh sau khi nung). Theo biểu đồ trạng thái pha lỏng xuất hiện trong khoảng nhiệt độ 950OC và chảy thành dòng ở khoảng 1530 oC. Trong khoảng nhiệt độ chảy khá rộng này, nhờ có Leucit nên dộ nhớt pha lỏng cao nên dễ nung hơn và sản phẩm ít bị biến dạng. Tràng thạch kali là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất các loại sản phẩm sứ và bán sứ. Độ cứng theo thang Mohr của tràng thạch từ 6 ÷ 6.5 2.2.4. Cát: Cát là nguyên liệu chính cung cấp SiO2, hàm lượng SiO2 trong cát chiếm 95 ÷ 99.5%. Trong cát, SiO2 tồn tại ở dạng thù hình bền ở nhiệt độ thấp là β-quắc. Cát đóng vai trò là nguyên liệu gầy trong gốm sứ, giúp tăng độ bền cơ của mộc, giảm độ co sấy và co nung. Độ cứng theo thang Mohr của cát là 7 11

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

→ Ta nhận thấy cát là nguyên liệu có độ cứng cao nhất trong các nguyên liệu cần nghiền, ta phải tìm bi nghiền và tấm lót có độ cứng lớn hơn 7.

CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN 3.1.

MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN:

3.1.1. Giới thiệu sơ lược: Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc gián đoạn có cấu tạo đơn giản gồm thùng quay hình trụ bằng thép quay trên 2 ổ đỡ. Máy quay nhờ 12

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

động cơ truyền động qua đai (hay qua hộp giảm tốc) tới bộ ly hợp và cặp bánh răng truyền động. Vật liệu nghiền và bi được cho vào và lấy ra khỏi thùng qua của hông trên thân thùng. Bộ ly hợp giúp cho máy chạy êm và tránh quá tải tức thời. Quá trình nghiền vật liệu xảy ra nhờ lực va đập và ma sát của vật liệu với bi nghiền và thùng nghiền. Máy có thể dùng dể nghiền ướt hay khô, chu trình kín và hở. Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ nên năng suất thấp chỉ dùng cho qui mô nhỏ. Loại máy nghiền gián đoạn thường được dùng trong các nhà máy gốm sứ. Máy nghiền bi gián đoạn thường được dùng để nghiền ướt, không dùng để nghiền khô vì khó tháo liệu.

2

7

Sô ñoànguyeâ n lyùmaù y nghieà n bi giaù n ñoaïn 1- thuø ng quay 5- heäpuli 2- oåtruïc ñôõ 6- ñai truyeà n 3- ñoä ng cô 7- cöû a thaù o vaønaïp lieä u 3 4- hoä p giaû m toá c

1

2

5

6

4

Ưu điểm: -

Cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định. Nghiền trộn tương đối đồng đều. Có thể kết hợp được quá trình sấy và nghiền (nếu nghiền khô) Vận hành dễ dàng, mức độ đập nghiền cao. Khuyết điểm:

-

Thể tích sử dụng chỉ chiếm khoảng 50% thể tích thùng. Tất cả bi đạn không đồng thời tham gia làm việc. Kích thước lớn, cồng kềnh. Gây tiếng ồn khi làm việc. Mômen mở máy lớn, dễ cháy động cơ. 13

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

-

Tiêu tốn năng lượng lớn vì ở cuối chu kỳ dù chỉ còn mộtb số ít hạt chưa đạt kích thước yêu cầu máy vẫn tiêu tốn năng lượng để nghiền toàn bộ vật liệu nẳm trong máy.

3.1.2. Nguyên lý hoạt động: Vật liệu được cân sau đó cho vào máy, nước được bơm vào thùng nghiền qua một đường ống với lượng được tính trước bằng của ở thân thùng. động cơ được khởi động từ từ tránh quá tải khi mở máy. Khi thùng chuyển động quay tròn thì bi nghiền và vật liệu chịu lực ly tâm được đưa lên một độ cao nào đó rồi rơi xuống. Trong cả quá trình chuyển động tương đối với nhau giữa bi nghiền và vật liệu sinh ra lực ma sát làm mài nhỏ vật liệu. Đồng thời động năng sinh ra do bi đạn rơi tạo lực va đập đập nhỏ vật liệu. Bên cạnh đó vật liệu được mài nhỏ còn nhờ ma sát giữa vật liệu và tấm lót thân thùng nghiền. Sau một thời gian ta kiểm tra thấy vật liệu đã đạt được độ mịn yêu cầu thì cho tháo liệu. Ta thay của bằng một tấm ghi, và cho quay thùng sau cho miệng của hướng xuống. Vật liệu sẽ thoát ra qua lỗ ghi còn bi nghiền sẽ được giữ lại. Sau một thời gian có thể vật liệu không thể thoát ra ngoài được vì hai lý do: - Lỗ ghi bị bít do bi lấp kín miệng lỗ → giải quyết bằng cách lấy gậy đẩy bi ra. - Áp suất trong thùng cân bằng nên không tạo được lực dẩy vật liệu ra ngoài → giải quyết bằng cách thiết kế một lỗ nhỏ trên thân thùng để áp suất trong thân thùng tăng lên, giúp dẩy vật liệu ra ngoài. 3.1.3. Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián đoạn a. Thùng nghiền: Vỏ thép được chế tạo bằng thép với chiều dầy δ = (0.01 ÷ 0.015)D, với D là đường kính vỏ máy. Vỏ máy thường được hàn hay tán đinh rivê. Ngày nay người ta thường dùng phương pháp hàn vì làm giảm trong lượng vỏ máy, dễ lắp ghép tấm lót và vỏ máy, ít gây ăn mòn trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên khi hàn sẽ gây ra ứng suất nội tạo vết nứt, vì thế sau khi hàn ta cần phải ủ. Trên thân thùng có khoét lỗ để làm của nhập liệu. 14

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Để đảm bảo cho thùng được cân bằng, tránh khi quay thùng bị nghiên gây gẫy trục ta phải có một đối trọng trên thân thùng ở vị trí đối xứng với cửa nạp liệu. b. Tấm lót và bi nghiền: Bề mặt trong của thùng nghiền chịu tác dụng của lực va đập và chà xát bởi vật liệu và bi nghiền nên bị bào mòn đi. Tấm lót và bi nghiền thường được làm từ cùng một loại vật liệu để tránh hiện tượng bào mòn lẫn nhau. Độ cứng của tấm lót và bi nghiền phải lớn hơn độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền. Thành phần hoá của bi nghiền phải đảm bảo không làm ảnh hưởng đến màu sắt và tính chất của nguyên liệu. Ở đây, độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền là 7 của cát vì thế ta sẽ lựa chọn vật liệu có độ cứng lớn hơn 7 để làm tấm lót và bi nghiền, ta chọn vật liệu steatite (sứ cứng).Có các tính chất:

15

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Hàm lượng sắt tuy có nhưng ít, không làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm, có thể chấp nhận được.  Tấm lót: tấm lót trong máy nghiền bi là các loại gạch hình côn được sắp khích vào nhau, kết dính lại bằng vữa chịu lực nếu cần. Hay có thể ở dạng tấm có lỗ ở giữa được nối vào thân thùng bằng cách bắt ốc. Kích thước của tấm lót được tính chính xác theo tiêu chuẩn. Phổ biến là loại gạch côn kích thước 150*60*50*45

16

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Cách ghép gạch lót vào thân thùng 17

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Bề mặt của gạch lót có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhằm tăng hiệu quả nghiền, nó giúp đưa vật liệu nghiền và bi lên độ cao thích hợp nhằm có được động năng lớn nhất. Cần đảm bảo mật độ chứa vật liệu cần nghiền lớn hơn 25% để tránh hiện tượng bi và tấm lót bào mòn lẫn nhau.  Bi nghiền: Vật nghiền là bộ phận chính va đập và chà xát vật liệu. Vật nghiền có thể có nhiều hình dạng khác nhau tuỳ vào vật liệu cần nghiền. Có thể có các hình dạng như: hình cầu, trụ, vuông, lò xo… Tuy nhiên phổ biến nhất là bi cầu và bi trụ.

Bi nghiền hình cầu và hình trụ Kích thước của vật nghiền phụ thuộc vào kích thước và độ bền của vật liệu đem nghiền. nếu kích thước và độ bền của vật liệu vào máy càng lớn thì vật nghiền sẽ càng lớn. Thực nghiện chứng minh thể tích thực của viên bi chỉ chiếm 62% thể tích mà nó chiếm chỗ, còn lại 38% là khe hở giữa các viên bi. Vì vậy để giảm thể tích khe hở, tăng độ tiếp xúc giữa các viên bi và vật liệu nghiền trong máy nghiền bi người ta dùng bi với kích thước khác nhau. Dựa vào kích thước hạt đầu vào và ra ta xác định được kích thước bi nghiền.

18

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Một số đường kính bi trên thị trường 3.2.

LÝTHUYẾT TÍNH TOÁN:

3.2.1. Lượng bi nghiền nạp vào máy: Theo khối lượng riêng của bi nghiền ta phân thành 3 loại bi nghiền như sau:  Bi nghiền có khối lượng riêng thấp (2.4 ÷ 2.5 g/cm 3): bi sứ, silic dioxyt thường.  Bi nghiền có khối lượng riêng trung bình (2.6 ÷ 2.7 g/cm 3): bi steatit, sứ chứa nhiều alumin…  Bi nghiền có khối lượng riêng cao (3.4 ÷ 3.5 g/cm 3): bi alumin dạng đá túp và alubit. Vật liệu có khối lượng riêng càng lớn thì động năng do nó sinh ra cũng lớn theo, tác động đập nghiền càng lớn. Sơ đồ sau miêu tả mối quan hệ giữa trọng lượng riêng của bi và thời gian nghiền.

19

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Thời gian nghiền

Bi có trọng lượng riêng thấp. Bi có trọng lượng riêng trung bình. Bi có trọng lượng riêng cao.

1 t1

3

2

t2 t3

Kích thước hạt Bđ2-mối liên hệ giữa trọng lượng riêng bi với thời gian nghiền

Từ đồ thị ta nhận thấy khi nghiền đến cùng một kích thước hạt thì với: ρ1 < ρ2 < ρ3 

t1 > t 2 > t 3

Vậy với các vật liệu có độ cứng phù hợp ta sẽ lựa chọn loại vật liệu có khối lượng riêng lớn nhất để có hiệu quả đập nghiền tốt nhất.  Thể tích bi nạp Khối lượng bi nạp vào máy có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian nghiền vật liệu. Ttheo kết quả nghiên cứu của P.I.E thời gian nghiền sẽ nhanh nhất khi thề tích bi nghiền chiếm khoảng 60% thể tích thùng nghiền. Ta có sơ đồ sau thể hiện mối quan hệ giữa thể tích vật nghiền và thời gian nghiền:

20

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Thời gian nghiền

Vbi/Vthùng 1/4 1/3 1/2 2/3 3/4 Bđ3-mối quan hệ giữa thể tích bi và thời gian nghiền

 Góc kẹp: Góc kẹp là góc kẹp bởi 2 tiếp tuyến tại 2 điểm tiếp xúc giữa các viên bi và hạt vật liệu. Nó phụ thuộc vào bán kính R của viên bi và r của hạt vật liệu.

θ r

R

Các kết quả tính toán (tài liệu secmi) cho thấy góc kẹp cho hiệu quả nghiền tốt nhất là

 2

θ = 17o Có nghĩa là

R ≈ 90r.

Tuy nhiên sau một khoảng thời gian thì hiệu quả nghiền sẽ giảm do r giảm. Vì vậy ta phải có cùng lúc nhiều loại bi trong thùng để đảm bảo góc kẹp là tốt nhất.  Thể tích rỗng: Khi nạp bi vào thùng nghiền, do thể tích bi là hình cầu nên không thể nào lấp đầy khoảng không gian mà nó chiếm chỗ vì thế nên sinh ra các khoảng trống trong vùng thể tích bi chiếm chỗ. Thể tích thực bi chiếm khoảng 52.4 ÷ 74% toàn không gian bi chiếm. Ta dùng nhiều kích thước bi cũng nhằm giảm thể tích lỗ rỗng giữa các bi. 21

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

 Phân bố bi trong thùng nghiền: Để hiệu quả nghiền tốt nhất ta phải tăng điểm tiếp xúc giữa các viên bi và vật liệu. Có nghĩa là bi phải tiếp xúc với nhau tại nhiều điểm, giảm lỗ rỗng giữa các bi, kích thước bi phải phù hợp với kích thước vật liệu. Để đảm bảo các điều kiện trên thì bi nạp thường gổm 3 loại với tỉ lệ như sau:  15 ÷ 50% bi có đường kính nhỏ.  25 ÷ 30% bi có đường kính trung bình.  23 ÷ 30% bi có đường kính lớn. Ngoài ra phải đảm bảo tỉ lệ R ≈ 90r

 Hệ số đổ đầy bi đạn: (φ) Có một hệ số đổ đầy cho ta thời gian nghiền tối thiểu để đạt kích thước yêu cầu. Trong nghiền gián đoạn thì hệ số đó thường bằng 0.5 Có 2 cách tính hệ số đổ đầy φ: 1.

φ là tỷ số giữa tiết diện bi đạn và tiết diện thùng nghiền. 

2.

F  R2

φ là tỷ số giữa trọng lượng thực của bi đạn và trọng lượng của bi đạn nếu đổ đầy máy 

G  R L  2

Với: G- Trọng lượng bi đạn làm việc trong máy (tấn). μ- Hệ số rỗng khi đổ bi đạn (0.524 ÷ 0.74) ρ- Trọng lượng riêng của vật liệu làm bi R- bán kính trong của thùng nghiền. L- chiều dài thùng nghiền. 22

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

3.2.2. Tốc độ quay của thùng nghiền: Khi máy chuyển động thì theo quán tính các viên bi cũng sẽ chuyển động theo máy đến một độ cao nào đó. Đặc tính chuyển động của bi trong thùng phụ thộc vào số vòng quay của thùng và hệ số ma sát giữa bi với bề mặt thùng. Vận tốc quay của thùng sẽ ảnh hưởng đến chế độ chuyển động của vật liệu và bi trong thùng nghiền.Có 4 chế độ chuyển động của bi đạn trong thùng nghiền là:

23

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

24

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên Bi chuyể động dạng tầng lớp. Có lực mài xiết, không có lực va đập. SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Các chế độ chuyển động của vật liệu trong thùng nghiền Ta có thể nhận thấy chế độ chuyển động hiệu quả nhất là chuyển động dạng thác nước. Sau đây ta sẽ tìm góc nâng tối ưu cho quá trình nghiền và vận tốc quay để đạt được góc nâng đó. Bi chuyển động cùng với thùng, Bi chuyển do lực động Bi trượt ly tâm dạng trên lớn thác thành hơn nước. trọng thùng. lượng. Quá trình đập nghiền không Vừaxảy có ra. lực Chỉ màicó xiết lựcvừa màicó xiết, lực va đập. v Quá trình nghiền Không xảy có lực ra va tối đập. ưu.

T

A G1 G2

mv T R

α

G

R B

2

Để đơn giãn trong tính toán ta có một số điều kiện:  Chỉ tính cho 1 viên bi.  Xem bề mặt bên trong máy là nhẵn hoàn toàn, xem như không có lực ma sát.  Kích thước bi rất bé so với kích thước thùng.  Ta có :

T  G1

mv 2  mg cos  R

v 2  gR cos 

 Số vòng quay tới hạn của thùng : (bi gắn chặt vào máy) điều kiện α = 0o Khi đó: v 2  gR 25

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740







v  gR 2 Rn  gR 60

nth 

30 R

Khi thùng quay với vận tốc tới hạn này thì chỉ có những viên bi lớp ngoài cùng mới quay theo máy, còn các viên bi lớp trong vẫn rơi xuống theo hình parapol.  Số vòng quay tới hạn cần thiết để tất cả bi đều ly tâm Nếu tốc độ thùng quay tăng thì đến một lúc nào đó toàn bộ bi trong thùng sẽ quay theo máy. Thể tích lớp bi khi chúng ly tâm hoàn toàn là thể tích của hình ống trụ rỗng có tiết diện hình vành khăn, cũng bằng thể tích bi nghiền trong thùng có tiết diện F:

  R12  R22  L   R12 L

F R1 R2

Ta xem

R2  kR1

nên ta có:  R12  1  k 2  L   R12 L

Rút ra: k  1 

Tốc độ quay tới hạn cần thiết để cho viên bi ở lớp trong cùng cũng quay ly tâm theo thùng là: 26

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

nmax 

30 30   R2 kR1

30





1   R1



4

1 30 1   R1

Khi đó vận tốc để toàn bộ bi đều quay theo thùng sẽ bằng: nmax 

nth 4

1 2

Với φ là hệ số chứa bi đạn Vậy số vòng quay thích hợp cho máy là n với n thuộc khoảng nth < n 5 lần)

Chế tạo phức tạp, chi phí cao.

Đòi hỏi độ chính xác Tỷ số truyền bị thay đổi do cao. trượt đàn hồi và dây đai bị vận hành với vận tốc dãn trong quá trình sử lớn gây ra ồn. dụng. Lực tác dụng trên trục lớn do có lực căng đai Tuổi thọ thấp (1000 ÷ 5000 h)

Ta không cần chuyển chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, không đỏi hỏi độ chình xác cao, và do kích thước máy lớn, nhằm 57

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

giảm phần nào trọng lượng thùng nên ta sẽ sử dụng dây đai để truyền dộng. Truyền động dây đai giảm giúp giá thành đầu tư ban đầu, thuận tiện cho việc thay thế sửa chữa, không làm gián đoạn quá trình sản xuất nếu có hư hỏng ở dây đai. 4.6.1. Lựa chọn động cơ: Ta sử dụng hệ thống truyền động theo sơ đồ như sau:

Sơ đồ bộ truyền động Trong đó: (1) Thùng nghiền (2) Bộ truyền đai thang (3) Hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ răng thẳng (4) Nối trục đàn hồi (5) Động cơ Sử dụng động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch bởi vì kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc vào lưới điện 3 pha không cần biến đổi dòng điện. Căn cứ theo

Nđ c

, ta chọn loại động cơ điện không đồng bộ 3

pha, loại 3K do nhà máy động cơ điện Việt Nam Hungary sản xuất.

58

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

- Tên máy: 3K355M6 - Công suất: 200 kW - Số vòng quay: 985 vòng/phút - Điện áp định mức: 380/220 V - Dòng điện: 288/166 A - Tỷ số monment cực đại: 2.8 - Tỷ số moment khởi động: 2 - Tỷ số dòng điện khởi động: 5.6 - Khối lượng: 1900 kg - Hiệu suất : 94% - Hệ số công suất : 0.85 Vận tốc quay của động cơ lớn, ta cần phải giảm tốc để có được số vòng quay yêu cầu là 23 (v/ph). Để giảm từ 985 (v/ph) xuống 23 (v/ph) ta cần tỉ số truyền tổng là: u Σ=

985 =42.83 23

59

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Tỉ số truyền của toàn hệ thống: u Σ=ubr 1 ubr 2 u dt =42.83

Chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng 2 cấp có tỉ số truyền u br = 16 [2]

¿ ≫u dt =

42.83 =2.677 16

Số vòng quay của các trục: n I =n đ c =985

n II =

( vpòhúngt )

n I 985 v ò ng = =246.25( ) ubr 1 4 p hú t

n III =

nII 246.25 v ò ng = =61.5625 ubr 2 4 p h út

n IV =n=

(

)

n III 61.5625 v ò ng = =23( ) u dt 2.677 p hú t

Công suất trên trục máy: [2] PIV = 135.77(kW) Công suất trên trục III:

60

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

PIII

P IV 135.77 = =144.36 (kW ) ηdt η ol 0.95 ×0.99

Công suất trên trục II: PII =

P III 144.36 = =153.49 ( kW ) ηol × ηbr 0.99 ×0.95

Công suất trên trục động cơ: PI =Pđ c =

P II 153.49 = =163.20 kW ¿ ηol η br 0.99 × 0.95

Moment xoắn T trên các trục: T I =9.55× 106 ×

PI 163.20 =9.55 ×106 × =1582327.273( Nmm) nI 985

T II =9.55× 106 ×

P II 153.49 =9.55× 106 × =5952715.202(Nmm) n II 246.25

T III =9.55 ×106 ×

PIII 144.36 =9.55 ×106 × =22394114.59( Nmm) n III 61.5625

T IV =9.55 ×106 ×

PIV 135.77 =9.55 ×106 × =56374292.93(Nmm) n IV 22.99 61

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Bảng số liệu thiết kế bộ truyền động :

Trục

Trục động cơ (Trục I hộp giảm tốc)

Trục II hộp giảm tốc

Trục III hộp giảm tốc

Trục IV (Trục máy nghiền bi)

163.20

153.49

144.36

135.77

Thông số

Công suất P(kW) Tỉ số truyền

Ubr1 = 4

Số vòng quay (v/ph) Moment xoắn T (Nmm)

Ubr2 = 4

Uđt = 2.677

985

246.25

61.5625

23

1582327.273

5952715.202

22394114.59

56374292.93

4.6.2. Hộp giảm tốc: Ta sử dụng hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng 2 cấp có tỷ số truyền tổng là 16.Trong hộp giảm tốc có 2 cặp bánh răng trụ răng thẳng.

Một số loại bánh răng trụ răng thẳng Cặp thứ nhất: Số liệu ban đầu: Công suất vào: 163.20 kW 62

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Số vòng quay: 985 (v/p) Tỷ số truyền: u = 4 Moment xoắn: TI = 1582327.273 (Nmm) Chọn vật liệu và phương pháp nhiệt luyện: Chọn vật liệu là thép 40Cr được tôi cải thiện do bánh răng phải làm việc trong môi trường chịu lực mạnh nên yêu cầu của vật liệu chế tạo là có độ bền cao, độ cứng cao, rẽ tiền để tránh các dạng hỏng như: tróc rỗ bề mặt răng, gãy răng, dính răng, biến dạng dẻo bề mặt. Xác định ứng suất uốn và ứng suất tiếp cho phép: [2] Ứng suất mỏi tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [σ] H = 480 MPa Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [σ] F = 240 MPa Chọn hệ số  ba . Chọn sơ bộ hệ số KH: Phương pháp nhiệt luyện thép là thường hóa và tôi cải thiện, HB < 350 và bánh răng nằm đối xứng với ổ trục nên Theo tiêu chuẩn, chọn

 bd   ba

 ba  0,3  0,5

 ba  0, 4

(u  1) (4  1)  0.4  1 2 2

Khi đó:

K H   1, 04 a chọn T [2]

K F   1,08 và

Xác định khoảng cách trục: 63

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng thẳng:

√

a w =50 (u+ 1 ) 3

T I K Hβ 2

❑ba [ σ H ] u

√

=50× ( 4+ 1 ) × 3

1582327.273× 1.04 =412 ( mm ) 2 0.4 × 480 × 4

Chọn modul: mn=( 0.01÷ 0.02) aw m=( 0.01 ÷ 0.02 ) a w =( 0.01 ÷ 0.02 ) × 412=( 4.12÷ 8.24 )

Theo tiêu chuẩn ta chọn m = 5 [2] Xác định số răng, tính chính xác u:

Tổng số răng: Z 1 + Z2 =

2 a w 2 ×412 = ≈165 (r ă ng) m 5

Số răng bánh nhỏ: Z 1=

Z1 + Z 2 165 = =33(r ă ng) u+1 4 +1

Số răng bánh lớn: Z 2=155−Z1 =165−33=132(r ă ng)

Tính lại tỉ số truyền: ubr =

Z 2 132 = =4 Z 1 33

Kích thước bánh răng :

Đường kính vòng chia: 64

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

d 1=Z 1 m=33 ×5=165 ( mm ) d 2=Z 2 m=132 ×5=660(mm)

Đường kính vòng đỉnh: d a 1=d 1 +2 m=165+2 ×5=175 ( mm ) d a 2=d 2 +2 m=660+2 ×5=670(mm)

Đường kính vòng chân: d i 1=d 1−2.5 m=165−2.5 ×5=152.5 ( mm ) d i 2=d 2−2.5 m=660−2.5 ×5=647.5(mm)

Khoảng cách trục: a=

d1 +d 2 165+660 = =412.5(mm) 2 2

Bề rộng bánh răng: b=❑ba a=0.4 × 412.5=165(mm)

Cặp thứ hai: Số liệu ban đầu: Công suất vào: 153,49kW 65

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Số vòng quay: 246.25 (v/p) Tỷ số truyền: u = 4 Moment xoắn TII = 5952715,202(Nmm) Chọn vật liệu và phương pháp nhiệt luyện : Chọn vật liệu là thép 40Cr được tôi cải thiện do bánh răng phải làm việc trong môi trường chịu lực mạnh nên yêu cầu của vật liệu chế tạo là có độ bền cao, độ cứng cao, rẽ tiền để tránh các dạng hỏng như: tróc rỗ bề mặt răng, gãy răng, dính răng, biến dạng dẻo bề mặt. Xác định ứng suất uốn và ứng suất tiếp cho phép: [2] Ứng suất mỏi tiếp xúc của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [σ] H = 480 MPa Ứng suất uốn của vật liệu chế tạo 2 bánh răng [σ] F = 240 MPa Chọn hệ số  ba . Chọn sơ bộ hệ số KH: Phương pháp nhiệt luyện thép là thường hóa và tôi cải thiện, HB < 350 và bánh răng nằm đối xứng với ổ trục nên Theo tiêu chuẩn, chọn

 bd   ba

 ba  0,3  0,5

 ba  0, 4

(u  1) (4  1)  0.4  1 2 2

Khi đó:

K H   1, 04 a chọn T [2]

K F   1,08 và

Xác định khoảng cách trục: 66

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Khoảng cách trục của bộ truyền bánh răng thẳng:

√

a w =50 (u+ 1 ) 3

T II K Hβ 2

❑ba [ σ H ] u

√

=50× ( 4+ 1 ) × 3

5952715.202× 1.04 0.4 × 4802 × 4

¿ 64.21 ( mm )

Chọn modul:

mn  (0, 01  0, 02) aw m=( 0.01 ÷ 0.02 ) a w =( 0.01 ÷ 0.02 ) × 640,21=( 6.4 ÷ 12.8 )

Theo tiêu chuẩn ta chọn m = 8 [2]

Xác định số răng, tính chính xác u: Tổng số răng:

Z 1 + Z2 =

2 a w 2 ×636.68 = =159.17 ≈ 160(r ă ng) m 8

Số răng bánh nhỏ: Z 1=

Z1 + Z 2 160 = =32(r ă ng) u+1 4 +1

Số răng bánh lớn : Z 2=150−Z1 =160−32=128 (r ă ng) 67

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Tính lại tỉ số truyền: ubr =

Z 2 128 = =4 Z 1 32

Kích thước bánh răng :

Đường kính vòng chia: d 1=Z 1 m=32 ×8=256 ( mm ) d 2=Z 2 m=128 × 8=1024 (mm)

Đường kính vòng đỉnh: d a 1=d 1 +2 m=256+2 × 8=272 ( mm ) d a 2=d 2 +2 m=1024+ 2× 8=1040(mm)

Đường kính vòng chân: d i 1=d 1−2.5 m=256−2.5 ×8=236 ( mm ) d i 2=d 2−2.5 m=1040−2.5 ×8=1020(mm)

Khoảng cách trục: a=

d1 +d 2 256+1024 = =640(mm) 2 2

68

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Bề rộng bánh răng: b=❑ba a=0.4 × 640=256 (mm)

4.6.3. Bộ truyền đai thang: Thông số đầu vào: Công suất vào: PIII = 144,36 kW

Số vòng quay: nIII = 61.5625 (v/p) Tỷ số truyền: udt = 2.677 Moment xoắn: TIII = 22394114.59(Nmm) Chọn loại đai: [2]

Ký hiệu E

b

b

p

o

3 2

3 8

h

y

Diện tích tiết diện A, mm2

23. 5

8. 3

692

Đường kính bánh đai nhỏ d1, mm

Chiều dài giới hạn l, mm

500 - 1000

4500 18000

h

y

a

69

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Thiết kế bộ truyền động đai thang có tỉ số truyền u dd = 2.677 Đường kính ngoài của thùng nghiền có giá trị Dout = 2180 (mm) Đường kính bánh đai lớn cũng chính là đường kính thùng nghiền: d2 = Dout = 2180 mm Với tỉ số truyền cần có thì đường kính bánh đai nhỏ sẽ bằng: Chọn hệ số trượt [2] ¿ 0.01÷ 0.02

Chọn =0.01 1−¿ ¿ u dt × ¿ d d 1= 2 ¿

Theo tiêu chuẩn, chọn đường kính bánh đai nhỏ d1 = 900 (mm) [2] Kiểm tra lại tỉ số truyền ta được

1−¿ ¿ d udt = 2 ¿ d1

Vận tốc đai: 70

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

v=

π d 1 n III π ×900 ×61.5625 m = =2.9( ) 60000 60000 s

Nhận thấy vận tốc này nằm trong vận tốc an toàn của đai thang thường v < 25 (m/s).Chấp nhận d1 = 900 (mm). Khoảng cách trục a: Chọn sơ bộ khoảng cách trục a, do ud = 2.42 nên a = 1.0852d2 = 1.0852×2180 =2366(mm) Kiểm tra điều kiện khoảng cách trục: [2]

2 ( d 1+ d 2 ) ≥ a ≥ 0.55 ( d 1+d 2 ) +h 2× ( 900+2180 ) ≥ a ≥0.55 × ( 900+2180 ) +23.5 6160 ≥ a≥ 1717.5

Thõa mãn chọn sơ bộ. Tính chiều dài L theo a sơ bộ: 2

2

(d −d ) (2180−900) π π L=2 a+ ( d 1 +d 2 ) + 2 1 =2× 2366+ × ( 900+ 2180 )+ =9740.72( mm) 2 4a 2 4 × 2366

Vậy chiều dài đai (theo tiêu chuẩn) là L = 10000 (mm) = 10 (m) Để nối dây đai ta tăng L từ 100 ÷ 400 và theo tiêu chuẩn. [2] Ta chọn L=1000(mm)=10(m)

Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ:

71

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

v 2.9 1 i= = =0.29( ) l 10 s

Ta nhân thấy i thỏa điều kiện

 1 i  imax  10    s

Tính lại khoảng cách trục a:

√(

2 π ( d 2 +d 1 ) 2 d −d π L− + L− ( d 2 +d 1 ) −8 2 1 2 2 2 a= 4

) (

2

)

( 2180+900 ) π 10000− ¿ 2 ¿ 2 2180−900 ¿ 2−8 2 ¿ π 10000− ( 2180+900 )+ √ ¿ 2 ¿¿

(

)

Vậy a = 2500(mm) Tính góc ôm đai: [2] Góc ôm α1 trên bánh đai nhỏ:

α 1=180° −57 °

( d 2−d 1) (2180−900) =180 °−57 ° × =150.8° a 2499

72

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

1  120o

Thoả điều kiện cho phép Suy ra d1, d2, a thõa mãn điều kiện cho phép Tính số dây đai: [2] Số đai thang cần thiết:

Z

PIII  Po  .C .Cu .CL .Cz .Cr .Cv

Trong đó: PIII = 144,36 (kW) [Po] = 16 (kW) Cα – hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm đai:

(

C α =1.24 1−e

−α 1 110

)=1.24 × ( 1−e

−150.58 110

)=0.96

Cu – hệ số xét đến tỉ số truyền u [2] Cu = 1.14 do u ≥2.5 CL- hệ số xét đến ảnh hưởng chiều dài dây đai:

√ √

C L= 6

L 6 10000 = =0.992 L0 10500

CZ – hệ số xét đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai: Cz = 0.9 [2] 73

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Cr – hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng: Cr = 0.9 [2] Cv – hệ số ảnh hưởng vận tốc: [2] C v =1−0.05 ( 0.01 v2 −1 )=1−0.05× ( 0.01 ×2.92−1 ) =1.046

Số đai thang cần thiết: Z≥

141.99 =9.79 ≈ 10 16 × 0.93× 1.14 ×0.992 ×0.9 ×0.9 × 1.046

Kích thước bánh đai: Chiều rộng bánh đai được xác định theo công thức [4] B  zbo  ( z  1)t  2e

Với loại đai đã chọn ta có :

z=10, b0=38, t=12, e=44.5

[4]

và [ 2] ⟹ B=9 ×38+ ( 10−1 ) × 12+ 2× 44.5=539 ( mm )

Đường kính ngoài bánh đai: [4] d a=d+ 2h 0=d +2 y (v ớ i h0 là y )

Vậy: d a 1=d 1 +2 h0=900+2× 8.3=916.6 ( mm ) 74

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

d a 2=d 2 +2 h0=2180+2× 8.3=2196.6 ( mm )

Tóm lại sau cùng ta sẽ chọn bộ 9 đai hình thang có các thông số tóm tắt theo bảng sau:

Đường kính bánh đai nhỏ d1 và da1, mm

Đường kính bánh đai lớn d2 và da2, mm

Khoảng cách trục a, mm

900 / 917

2180 / 2197

2500

Chiều dài đai L, mm

Chiều rộng bánh đai B, mm

Góc ôm trên bánh đai nhỏ

Tỉ số truyề nu

10000

539

150.8o

2.677

CHƯƠNG 5. KIỂM TRA TÍNH BỀN 5.1.

Thân thùng: Ta xem thùng nghiền như một cái dầm đặt trên hai gối đỡ, thùng chịu tác dụng của mômen uốn và mômen xoắn theo thuyết ứng suất tiếp lớn nhất. Ta xem trọng lượng bản thân thùng, trọng lượng bi nghiền và vật liệu như tải trong phân bố đều suốt chiều dài thùng. Còn trọng lượng hai mặt đáy và cố trục là tải trong tập trung. Theo các tính toán ở phần trên cho thấy chỉ có 57% bi nghiền và vật liệu quay theo thùng. Tổng tải trong tác dụng lên thùng: G=Gbi +Gvl +G g +Gt +2 G dt +Gct =12050+6000+ 6220+7372+ 2× 43.285+1940 ¿ 33671.73112 ( kg ) =33.671 ( t ấ n )=330319.6823(N ) 75

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Gọi Plt là lực ly tâm do bi và vật liệu cùng quay với thùng sinh ra. [1] 2 2

m v 2 0.57 ( G bi +G vl ) π r n P¿ = = r 900 rg

2

Gbi = 118243,2404(N) Gvl = 58860 (N) n = 23 (v/ph) r = 0.750R = 0.75 (m)

Plt2

250 Plt1

Plt G

Vậy lực ly tâm bằng:

0.56 ×(118243.2404 +5 8860)× π 2 ×0.752 ×232 P¿ = =44726.62(N) 900× 0.75 ×9.81

Phương của lực ly tâm là phương từ tâm thùng đến tâm của khối vật liệu quay. Góc tạo bởi phương của lực ly tâm và phương của trọng lực là φ = 60o Hợp lực Q giữa lực ly tâm và trọng lực gây nên lực uốn ở thân thùng.

Q  G 2  Plt2  2GPlt cos(180o  60o ) Q  G 2  Plt2  GPlt

Q=√ 330319.68232 +44726.622 +330319.6823 ×44726.62=355(kN )

76

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Ta có được momen uốn tác dụng lên thân thùng: [1] Mu 

Q.L 8

Với L là khoảng cách tâm của hai gối đỡ. L=3.58+0.02 ×2+

2 ×2 ×0.8 =4.26 ( m ) 5

Mômen uốn của thân thùng bằng:

M u=

355000× 4.26 =188932.9555( Nm) 8

Mômen chống uốn của thân thùng: [1] π (Rn4 −Rt 4 ) W u= 4 Rn

Với Rn, Rt là bán kính ngoài và trong của thân thùng. Rn =1.09 m Rt = 1 m W u=

π × ( 1.094 −14 ) =0.296 ( m3 ) 4 × 1.09

Vì trên thân thùng có khoét lỗ làm cửa nên cần giảm mômen chống uốn đi 20%. 77

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Vậy ứng suất uốn sẽ bằng: [1]

σu=

Mu 189574.8278 N = =796743.65( 2 ) 0.8 W u 0.8 ×0.297 m

Mômen xoắn tác dụng lên thân thùng: [1] M x =9740

N n

Với: N là công suất tiêu hao cho máy. N = 200 kW n là số vòng quay của thùng. n = 23 v/p

⟹ M x =9740 ×

200 =84695.65217 ( N . m) 23

Mômen chống xoắn của thân thùng gấp 2 lần mômen chống uốn. [1]

3

W x =2W u=2 ×0.297=0.593(m )

Ứng suất tiếp sinh ra do mômen xoắn. [1]

78

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

τ=

Mx 84695.65217 N = =178583.7809( 2 ) 0.8 W x 0.8 × 0.594 m

Vậy ứng suất sinh ra ở thân thùng do uốn và xoắn bằng: [1]

σ =√ σ u2+ τ 2= √ 796743.652 +178583.78092=816512.4682(

N ) m2

Ta có giới hạn bền [σ] = 1000 N/mm2 =109 N/m2 Như vậyσ < [σ] nên thân thùng thỏa điều kiện về bền. 5.2. Bulông ghép thân và đáy thùng: Hai mặt đáy được nối với thân thùng nhờ bulông. Khi máy làm việc thì bulông chịu lực cắt do mômen xoắn và tổng tải trọng của thùng gây ra. Lực tổng gây ra cắt bulông : [1]

P=P1 + P2

P1 là lực cắt sinh ra do ảnh hưởng của trọng lượng và lực ly tâm.

P1=

RB l r

Với: RB là phản lực ở gối đỡ. (N) 79

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

RB = Plt1 + G RB = Plt.cos60o + G RB = 44726.62 ×cos60o + 330319,6823 =352703.5525 (N) l là khoảng cách nối tâm gối đỡ với thân thùng. l = 340 mm r là bán kính vòng phân bố bulông. r = 1090 mm Vậy lực cắt do trọng lực và lực ly tâm sinh ra có giá trị: P1=

352703.5525× 0.34 =110017.6219 (N) 1.090

P2 là lực cắt sinh ra do ảnh hưởng của lực vòng.

P2=

9740 N 9740× 200 = =77702.43319( N ) nr 23 × 1.090

❑❑

Vậy ta có lực cắt tổng cộng lên bulông là: P=110017.6219+77702.43319=187720.0551( N)

Ứng suất ở bulông do lực cắt gây ra là:

c 

Với: [2]

m

là

số

P m.0.785.d 2

lượng

⟹

bulông,

m

=

28

80

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

d=

√ √

4F 4 ×187720.0551 = =37.51(mm) π [τ ] π × 170

Trong đó F: ngoại lực tác động dọc trục bulông [τ ]: Ứng suất cắt cho phép của vật liệu bulong.

[ τ ] =( 0.2 ÷ 0.3 ) σ c =0.2 ×850=170(

N ) 2 cm

[2]

81

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

d là đường kính bulông, chọn bulông tiêu chuẩn M42 có d = 42 mm = 4.2 cm Vậy ứng suất sinh ra sẽ bằng: τ c=

187720.0551 N =484.15( 2 ) 2 30 ×0.785 × 4.2 cm

Ứng suất cắt cho phép: [τc] = (0.2 – 0.3)σch Với vật liệu làm bulông là thép hợp kim 40XHBA có σ ch = 850N/mm2 = 85000 N/cm2 Vậy [τc] = 0.2 × 85000 = 17000 N/cm2 Như vậy:τc< [τc] nên bulông thỏa về tính bền. 5.3.

Cổ trục thùng nghiền: Cổ thùng nghiền chính là nơi dễ đứt gãy nhất trong toàn bộ kết cấu thùng, tiết diện nguy hiển nhất chính là tiết diện tiếp giáp giữa cổ và đáy thùng, nơi thường có khuyết tật do đúc gây ra.

Ra A

A-A D

d

A l

Mônmen uốn tại tiết diện A – A là: [1] Mu = RA.l Trong đó: RA là phản lực gối đỡ. RA = ½.RB = 176351.7763(N) 82

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

l là khoảng cách từ tâm cổ đến tiết diện A – A. l = 340 mm = 0.34 m Vậy Mu = 176351.7763×0.34 = 59959.60393(N.m) Mômen xoắn tác dụng lên cổ trục: Mx = 84695.65217

(N.m)

Mômen tương đương bằng: [1] M td =√ M u2+ M x2

M td =√ 59959.603932+ 84695.652172=103771.42(N . m)

Mômen chống uốn bằng: 4  D3   d  W  1    32   D 

Với :

D là đường kính ngoài của cổ thùng, D = 0.34 m d là đường kính trong của cổ thùng nghiền, d = 0 m

3

W=

[ ( )]

π ×0.34 0 1− 32 0.34

4

=3.857 × 10−3 (N .m)

Ứng suất tại tiết diện A –A bằng:

σ=

M td 103771,42 N N = =26906755.89 2 =2690.68 −3 2 W 3.857 ×10 m cm

( )

( ) 83

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

Ta có [σ] = 1000 N/mm2 = 100 000 N/cm2 Như vậy: σ < [σ] nên cổ trục thỏa điều kiện về bền. Bảng tóm tắt thông số kỹ thuật máy nghiền bi : Thông số Đường kính trong Chiều dài Chiều dày gạch lót Năng suất Chiều dày vỏ thép Đường kính ngoài Đường kính trục Chiều dài trục Số gạch vòng thân Số gạch mặt đáy Khối lượng gạch lót Khối lượng vỏ thép Hệ số đổ đầy bi đạn Số vòng quay của thùng Góc rơi của bi Thời gian một chu kỳ chuyển động của bi Phần trăm bi quay theo thùng Công suất động cơ Khối lượng bi Độ ẩm phối liệu Tỷ trọng hồ Số dây đai Khoảng cách giữa 2 trục đai Góc ôm bánh đai nhỏ

Kí hiệu D L δg Q δt Dout d l nt nd Gg Gt ε

Giá trị 2000 3400 60 6 30 2180 340 800 3220 838 6222.25 7372.17 0.55

Đơn vị mm mm mm tấn/mẻ mm mm mm mm viên viên kg kg -

n

23

vòng/phút

α

54

o

T

1.83

s

η

0.57

-

N Gbi W ρh Z

200 12053 50 1.74 10

kW kg % kg/dm3 dây

a

2500

mm

α1

150.08

o

84

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm GVHD: T.S Phạm Trung Kiên SVTH: Trần Thị Thu Trang V1103740

CHƯƠNG 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Lê Viên, Các máy gia công vật liệu rắn và dẻo - Tập 1, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2003. [Trang 101-246] [2] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở Thiết kế máy, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2004. [Trang 88-581] [3] Sacmi, Applied Ceramic Technology – Volume 1, Via Selice Provinciale 17/A - 40026 Imola (BO) Italy, 2005. [Trang 331] [4] Trịnh Chất, Lê Uyển,Tính toán hệ thống dẫn động cơ khíTập I. [Trang 63]

85