ĐỒ ÁN VÍT TẢI CẤP LIỆU, THÙNG TRỘN THAN TỔ ONG

                THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VIÊN THAN TỔ ONG BẰNG MÁY ÉP TRỤC KHUỶU

1. Nhiệm vụ:

                -              Khảo sát về than tổ ong và thị trường sản xuất – tiêu thụ than tổ ong.

                -              Tìm hiểu các công nghệ chế tạo. Các phương án tạo hình.

                -              Thiết kế nguyên lý làm việc của máy

                -              Tính toán thiết kế các cơ cấu chính.

                -              Hoàn thiện tài liệu thiết kế. Ghi nhận kết quả và các vấn đề trong quá trình hoạt động của máy.

                -              Số bản vẽ dự kiến:             10         gồm:

                                +             2 bản vẽ A0, về: Sơ đồ nguyên lý, tổng thể cụm máy.

                                +             5 bản vẽ A0, về: Máy tạo hình than, Máy trộn liệu, Vít tải cấp liệu.

                                +             3 bản vẽ A0, về: Bản vẽ chế tạo các chi tiết máy tạo hình than tổ ong.

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG THÙNG TRỘN

5.1

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trộn:

- Đường kính tương đương của hạt.

- Phân bố của lớp hạt.

- Hình dạng hạt.

- Hệ số ma sát.

- Độ khuếch tán.

- Yếu tố môi trường (độ ẩm,…)

5.2 Tính toán máy trộn

Xác định dữ liệu thiết kế:

- Dạng trộn: Than bột mịn, than đá, nước, các chất phụ gia tạo độ kết dính.

- Các tính chất vật liệu trộn: dạng hạt mịn, khối lượng riêng 1500 kg/m³.

- Thời gian: nạp liệu 10 phút, trộn 10 phút, xả liệu 20 phút

- Năng suất: thể tích chứa, thể tích trộn 1m³

- Công suất yêu cầu 3600 kg v.lieu/giờ

- Chọn dạng thiết bị trộn : cánh trộn quay

Tính toán các kích thước hình học

Cho công thức năng suất trộn của dải băng:

 = 3600 kg/giờ =2,4 m³/giờ

ðD =

( Công thức lấy từ nguồn: Giáo trình bày giảng Trộn vật liệu rời – Khoa cơ khí- Bộ môn nâng vận chuyển – Đại học BK TPHCM)

Trong đó:

V: năng suất máy trộn: (tấn/giờ)

D: Đường kính ngoài của dải băng (m)

b: chiều rộng cánh trộn.

k: hệ số tính đến việc đưa liệu không đều k = 0,6.

φ = 0,5 – hệ số điền đầy máy trộn.

ρ: khối lượng riêng của vật liệu 1500kg/m3;

β: hệ số tính đến một phần hỗn hợp chuyển động ngược, thường lấy từ 0,7-0,8.

 n: số vòng quay của dải băng (vòng/phút)

5.3 Tính toán hệ thống dẫn động thùng trộn

Hệ thống dẫn động thùng trộn gồm:

1. Động cơ điện 3 pha không đồng bộ

 2. Bộ truyền đai thang

 3. Bộ giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp không đồng trục

 4. Thùng trộn ( Quay 1 chiều, tải trọng va đập nhẹ, 1 ca làm việc 4 giờ, làm việc 2 ca)

Bảng 5.2 Thông số thùng trộn

5. 3.1 Tính toán chọn động cơ, bộ truyền và các thông số kỹ thuật của máy

Hệ thống dẫn động thùng trộn gồm:

1. Động cơ điện 3 pha không đồng bộ

2 .Bộ truyền đai thang

3.  Bộ giảm tốc bánh răng 2 cấp không đồng trục,

4. Thùng trộn ( Quay 1 chiều, tải trọng va đập nhẹ, 1 ca làm việc 4 giờ, làm việc 2 ca)

Với cấu hình:

Động cơ – Bộ truyền đai hở - Bộ truyền bánh răng – Thùng trộn

Hiệu suất chung:

Theo (2) ta chọn được các hiệu suất sau:

  Hiệu suất bộ đai

 Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ

 Hiệu suất của một cặp ổ lăn.

  Hiệu suất khớp nối

Công suất tính toán:

Trường hợp cho tải trọng thay đổi thì P_t=P_td (Công suất tương đương)

Công suất tương đương được xác định bởi công thức

(kw)

Công suất cần thiết cho hệ thống:

Tính toán chọn động cơ

Hiệu suất truyền động:

Số vòng quay của trục công tác :

n = 20 vòng/phút

Tỉ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động:

u_ch = u_d.u_hgt

Theo (2)  ta chọn:

Đối với bộ truyền đai , tỉ số truyền u_x trong khoảng 2÷4

Đối với hộp giảm tốc 2 cấp, tỉ số truyền u_hgt trong khoảng 8÷40

Ta chọn sơ bộ tỉ số truyền như sau :

Số vòng quay sơ bộ của động cơ được xác định bởi:

Chọn động cơ điện:

Ở đây, ta chọn động cơ thõa mãn điều kiện sau:

, tức là ta phải tìm động cơ thỏa mãn  P_đc > 9 kw và n_đc  960 vòng/phút

Theo (1) ta chọn được động cơ sau:

Bảng 5.3: Thông số động cơ chính

Tính lại tỷ số truyền :

Bộ truyền đai :

Phân bố tỷ số truyền cấp nhanh cấp chậm :

Áp dụng sách (2) để tính các thông số mô ment xoắn, số vòng quay trục chính và công suất ta được bảng số liệu sau

Bảng 5.4: Phân phối tỉ số truyền hệ dẫn động  máy công tác

5.3.2 Thiết kế bộ truyền đai:

Bảng 5.5 : Thông số đầu vào cho bộ truyền đai của máy công tác

Theo công suất P và số vòng quay n. Sau đó tra (2) để biết các thông số của loại đai  cần chọn.

Hình 5.1: Lựa chọn đai theo công suất và số vòng quay

Dựa vào đồ thị ta có thể lựa chọn loại đai truyền động dựa vào thông số công suất và số vòng quay tính toán hoặc cho trước

Bảng 5.6: Các kích thước đai thang

Theo đồ thị ta chọn đai thang loại B, đai loại B có các thông số sau:

,,,,

Theo (2) sau khi tính toán ta được các thông số của bộ truyền đai như sau

Bảng 5.7: Thông số bánh đai

5.3.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

A Cặp bánh răng cấp nhanh

   Bảng 5.8: Thông số đầu vào của cặp bánh răng cấp nhanh

Vật liệu chọn thép C45 được tôi cải thiện.

Theo (2) đối với bánh dẫn, ta chọn độ rắn, đối với bánh bị dẫn, ta chọn độ rắn.

Theo (2) sau khi tính toán ta được các thông số của cặp bánh răng cấp nhanh như sau

Bảng 5.9: Thông số bánh răng cấp nhanh

B Cặp bánh răng cấp chậm

Bảng 5.10: Thông số đầu vào của cặp bánh răng cấp chậm

Vật liệu chọn thép C45 được tôi cải thiện.

Theo (2) đối với bánh dẫn, ta chọn độ rắn, đối với bánh bị dẫn, ta chọn độ rắn.

Theo (2) sau khi tính toán ta được các thông số của cặp bánh răng cấp chậm như sau

Bảng 5.11: Thông số bánh răng cấp chậm

5.3.4 Thiết kế trục - chọn then

Bảng 5.12 Thông số đầu vào trên 3 đoạn trục

Chọn vật liệu thép 45 có , ứng  suất xoắn cho phép

Các lực tác dụng :

F_t1= F_t2 = 5298 N                            F_t3= F_t4 = 9257 N

F_r1= F_r2 = 1721 N                            F_r3= F_r4 = 3008 N

F_d = 708 N

Trục I

Trục II

Trục III

Theo (2) sau khi tính toán ta được các thông số sau

Bảng 5.13: Thông số khoảng cách và đường kính trục

Bảng 5.14: Thông số then

Kiểm nghiệm độ bền then, độ bền trục

Theo (1) , (2) độ bền dập cho phép  = 150 MPa, độ bền cắt cho phép = 90 MPa

Độ bền mỏi với hệ số an toàn cho phép là s > [ 1,5…2,5 ]

Bảng 5.15 Bảng kiểm nghiệm độ bền then và trục

Từ bảng số liệu đã tính toán trên, ta thấy then và các tiết diện đều đảm bảo đủ bền và an toàn.

5.3.5 Chọn ổ lăn

Lực tại vị trí các ổ lăn là

= 1821 N             = 293 N

= 3477 N              = 1306 N

= 42632 N           = 183 N

= 7292 N             = 1470 N

= 9912 N             = 3221 N

= 655 N                = 213 N

Điều kiện ổ lăn quay một chiều, làm việc 2 ca, mỗi ca làm việc 4 giờ, một năm làm việc 30 ngày, nhiệt độ là việc của ổ dưới 100⁰ C, thời gian phục vụ là 5 năm.

Thời gian làm việc của ổ là  L_h = 5.300.4.2 = 12000 ( giờ)

Theo phụ lục (3) sau khi tính toán ta chọn được các ổ lăn trên các trục với thông số như sau

Bảng 5.16: Kết quả chọn ổ lăn:

Hình 5.1 Hệ thống dẫn động chính của thùng trộn liệu

..........

CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

6.1 Hệ thống sản xuất than tổ ong tự động.

6.1.1 Cụm hệ thống sản xuất than tổ ông tự động.

1. Cụm máy tạo hình than tổ ong

2. Vít tải cung cấp nhiên liệu cho máy tạo hình

3. Cụm máy trộn nhiêu liệu

Hình 6.1: Hệ thống sản xuất than viên gáo dừa tự động

Hình 6.1 Toàn bộ hệ thống sản xuất tự động than viên gáo dừa được thiết kế 3D trên phần mềm SOLIDWORKS

Quy trình làm việc của hệ thống:

Than nguyên liệu sẽ được cấp vào thùng chứa của cụm máy trộn (3), than sẽ đươc trộn với thêm

 một số chất phụ gia tăng độ liên kết cho hỗn hợp (Thành phần than không bị thay đổi tính chất hóa học). Sau khi nguyên liệu được trộn vào thì cửa thoát liệu của cụm (3) được mở ra và nhiên liệu được đưa qua nhờ cụm vít tải (2), vít tải cấp liệu cho cụm  máy tạo hình than (1).

Với năng suất đã tính toán trước thì đảm bảo lượng than cấp vào cối chứa vừa đủ và liên tục cho quá trình làm việc của cụm máy tạo hình than (1). Các cơ cấu trong cụm (3) thực hiện các quá trình cấp liệu vào mâm xoay (khuôn tạo hình), ép than chặt vào khuôn, tạo lỗ, đẩy than ra khỏi  mâm và rớt xuống băng tải nhỏ (được liên kết với trục 3 của cụm máy tạo hình than) và đi ra khỏi máy. Sau đó sản phẩm người công nhân được xếp và đưa ra khu vực chứa để tiếp tục cho công đoạn phơi (sấy).

Nhận xét:

Hệ thống đã cơ bản tự động hóa các khâu chính ( khoảng 70-85% ). Hạn chế được số lượng công nhân ( chỉ cần 1 công nhân cho cả hệ thống – khi yêu cầu cho 1 ca làm việc/1 lần cấp liệu).

Hạn chế được khâu cấp liệu thủ công do sử dụng vít tải cấp liệu.

Cụm máy phù hợp với trình độ và điều kiện thực tế của công ty.

6.1.2 Cụm máy tạo hình than tổ ong

Hình 6.2: Cụm máy tạo hình than tổ ong

Hình 6.3: Cụm máy tạo hình than tổ ong

Hình 6.2, 6.3  Giới thiệu về kết cấu của máy qua thiết kế 3D trên phần mềm SOLIDWORKS..

Các chi tiết được thiết kế tiết kiệm đối đa không gian của cụm máy nhằm tăng mức độ đơn giản, gọn gang của cụm, giảm bớt sự cồng kềnh.

Các cơ cấu đã được lắp ráp thử qua phần mềm với kích thước như thực tế. Từ đó, tránh được các sai sót trong sử dụng không gian, kích thước lắp ráp.

So với các máy trên thị trường thì kích thước và trọng lượng máy đã giảm đáng kể.

Hình 6.4  Trình bày nguyên lý hoạt động của máy thông qua mô hình 3D

Dựa trên sơ đồ nguyên lý ban đầu đã thiết kế và qua thiết kế mô phỏng trên phần mềm, các cơ cấu cơ bản đã thực hiện đúng theo yêu cầu đặt ra. Quá trình tạo hình diễn ra như sau:

Than nguyên liệu được cấp từ vít tải sẽ được chuyển vào cối chứa, thanh gạt trong cối chứa sẽ lùa than vào mâm (khuôn). Hai bánh đà lệch tâm nhận truyền động từ động cơ qua bộ giảm tốc và đạt được momen cần thiết để di chuyển tay biên, tạo hành trình lên xuống cho tay đòn và các cơ cấu chấp hành trên tay đòn.

Nhờ vào cơ cấu cam malt (cải biến) mà thực hiện quá trình thay đổi vị trí mâm. Mâm xoay sẽ xoay 1 góc 60 độ trong một chu kì lên xuống của tay đòn. Khi hết 1 hành trình kép thì đồng nghĩa thực hiện xong 1 quá trình (ép than, tạo lỗ, đẩy than ra khỏi mâm). Kể từ khi bắt đầu khởi động máy, thì phải mất 2 hành trình kép mới tạo ra các viên than đầu tiên, sau đó mỗi chu trình sẽ tạo ra liên tục các viên than (2 viên /1 hành trình kép).

Máy đã được tích hợp các cơ cấu tạo hình hoàn chỉnh nên chỉ trong 1 cụm máy ta có thể tạo ra sản phẩm than viên mà không cần phải thực hiện thêm các quá trình tạo hình trung gian khác.

6.2 Các vấn đề đã xuất hiện trong quá trình thực hiện và phương án giải quyết

6.2.1 Khắc phục nhong tạo lỗ:

Hình 6.5 Phân tích ứng suất biến dạng khi có lực tác dụng lên nhong nhờ phần mềm SOLIDWORKS

Tình trạng: Trong quá trình hoạt động bộ phận bị hỏng và gặp vấn đề thường xuyên nhất đó là nhong tạo lỗ.

+ Vấn đề ăn mòn: Nhong thường xuyên bi ăn mòn phần làm việc, 1/3 chiều dài bị mài mòn gây sai số lỗ than khi thực hiện tạo lỗ

ð  Giải pháp thực hiện để khắc phục tình trạng:

• Nhiệt luyện phần làm việc (tôi), tăng độ cứng chống mài mòn
• Sử dụng vật liệu chống mài mòn vật hoặc vật liệu có độ cứng cao để tăng cao tuổi thọ nhong

+ Vấn đề độ rơ của nhong làm sai số vị trí và cong nhong khi thực hiện hành trình đi xuống

ð  Giải pháp thực hiện để khắc phục tình trạng:

• Thiết kế thêm phần định vị phía dưới, giúp nhong không bị rung lắc khi đi xuống.
• Thiết kế thêm phần định vị giữa, giúp nhong không bị cong vẹo khi đi xuống.
• Thiết kế tháo lắp nhanh để giảm thời gian bảo trì khi nhong bị sự cố.

Hình 6.6 Cơ cấu gia cố, định vị nhông

Kết hợp 2 giải pháp nhiệt luyện và thiết kế gia cố, định vị đã giúp giảm bớt thời gian bảo trì cho nhong khi có sự cố, đồng thời nhong cũng có tuổi thọ làm việc cao hơn, chịu mài mòn từ than tốt hơn.

6.2.2 Khắc phục rơ bánh răng 4

Tình trạng: Việc cấp chuyển động cho bánh đà dẫn động làm tay đòn tịnh tiến lên xuống (Kiểu cơ cấu tay quay con trượt) rất quan trọng vì nó ràng buộc cùng với cơ cấu cam và các cơ cấu chấp hành chính ( Nhong, chày ép, chày đẩy). Khi bánh răng bị rơ sẽ làm ảnh đến các cơ cấu khác, trường hợp xấu làm hỏng luôn các cơ cấu chấp hành:

+ Khi bị rơ bánh răng 4: Bánh dẫn quay làm cho tay biên quay theo nhưng khi vào hành trình thực hiện công có ích thì tay biên sẽ bị dựng lại. Điều này có 2 tác động:

• Làm ổ lăn tại vị trí dưới lắp vào bánh dẫn của tay biên bị dao động mạnh làm cho ổ chóng hỏng.
• Khi bị dựng lại và làm cho ổ giao động, đồng thời lực dao động này cũng tác động vào trục 3 làm trục từ chịu lực tuần hoàn theo chu kỳ chuyển thành chịu lực không theo chu kỳ. Vừa gây tác động vào trục 3, vào ổ lăn trục 3 cũng vừa gây sai số cho hành trình. Khi sai số hành trình không đồng bộ, tay biên không di chuyển đúng làm cho tay đòn di chuyển chậm hơn so với mâm xoay. Như vậy khả năng nhong sẽ lệch và ăn vào mâm xoay gây hỏng mâm. Trường hợp xấu mâm xoay mà nhong chưa xuống hết thì sẽ làm cong nhong, lệch nhong. Nếu xảy ra nhiều lần sẽ tay biên sẽ bị gãy do chịu lực kéo nén do nhong đâm chệch vào mâm xoay. Ổ lăn phía trên của tay biên cũng chịu lực không đều dẫn đến hỏng ổ.

ð  Giải pháp thực hiện để khắc phục tình trạng:

• Vấn đề rơ của bánh răng chủ yếu nằm ở việc lắp bánh răng lên trục nên khi lắp máy cần chú ý đến then tại vị trí bánh răng. Cần lắp chặt bằng máy ép nhằm tránh độ hở gây rơ bánh răng.
• Các chi tiết trụ trên cam cần được gia xử lý nhiệt sau khi gia công vì khi làm việc sẽ tiếp xúc nhiều với các chấu trên mâm xoay, độ mài mòn sẽ rất lơn và dễ làm sai số vị trí khi thực hiện chu kỳ quay. Cần nhiệt luyện tôi ram để tăng độ cứng so với thép ban đầu và tăng độ bền cho cam.

Sau khi chạy thử các phương án mới thì tình trạng rơ của bánh răng 4 đã được hạn chế. Máy chạy êm hơn và ít bị rung lắc. Cơ cấu hoạt động hiệu quả trong thời gian dài. Tăng hiệu suất sản xuất.

6.2.3 Khắc phục kẹt điểm chết trong hành trình lên xuống bánh đà

Tình trạng: Cơ cấu bánh đà (tay quay con trượt kiểu máy ép cơ khí) có khuyết điểm dễ kẹt điểm chết dưới khi hành trình đi xuống đến điểm cuối cùng của bánh lệch tâm.

ð  Giải pháp thực hiện để khắc phục tình trạng:

• Để khắc phục ta chế tạo máy theo kiểu bánh lệch tâm và trục của tay biên không đồng tâm nhau. Thực tế đã cho thấy sự hiệu quả khi thực hiện cơ cấu kiểu bánh dẫn – tay biên không đồng tâm giúp cho máy chạy ổn hơn, không bị kẹt điểm dưới như cơ cấu đồng tâm ban dầu đã chế tạo.

Sau khi chạy thử các phương án mới thì tình trạng kẹt điểm chết hành trình dưới đã được hạn chế. Máy chạy êm hơn và ít bị rung lắc. Cơ cấu hoạt động hiệu quả trong thời gian dài. Tăng hiệu suất sản xuất.

6.2.4 Tự động hóa cho hệ thống

Với việc tích hợp cơ cấu cam vào hệ thống máy giúp ta tự động hoàn toàn cho quá trình thực hiện tạo hình.

Máy trộn nguyên liệu cùng với vít tải giúp làm giảm bớt sự tham gia của công nhân vào quá trình sản xuất ( khâu cấp liệu vào thùng chứa than ).

Băng tải nhỏ được thiết kế thêm trên trục 3 đã có tác dụng vô cùng lớn ở khâu lấy sản phẩm tạo hình. Điều này làm cho quá hệ thống hoạt động tự động đạt mức cao.

Tuy còn vài hạn chế về khâu chế tạo nhưng việc hệ thống sản xuất than tự động cơ bản đã có thể chủ động sản xuất với số lượng lớn cung cấp cho thị trường trong và cả ngoài nước.

6.2.5 Mức độ ổn định của hệ thống cao

Điều kiện làm việc khắc nghiêt ( môi trường than đặc biệt bụi ) sẽ làm cho các cơ cấu hoạt động không tốt. Tuy nhiên với sự lựa chọn kết cấu máy thuần cơ khí đã giúp cho máy làm việc tốt hơn so với các loại máy dùng năng lượng thủy lực khí nén.

Các cơ cấu đã được đơn giản hóa nên dễ dàng sửa chữa khắc phục cũng như cải tiến mới.

6.2.6 Hạ giá thành chế tạo

Các kết cấu có thể chế tạo tại xưởng cơ khí thông thường.

Các chi tiết đổi lẫn thì ta mua bên ngoài và lắp vào.

Cải biến các cơ cấu thích hợp nhằm tăng khả năng công nghệ và mức độ tự động hóa cho máy.

6.2.7 Chi phí bảo dưỡng thấp

Các chi tiết hoàn toàn được chế tạo trong nước và có thể thay thế ngay khi gặp sự cố nên chi phí sửa chữa thấp.

Cơ cấu đơn giản không phức tạp, dễ bảo dưỡng, thời gian bảo dưỡng nhanh.

6.2.8 Cơ cấu đơn giản

Trục 3 truyền chuyển động cho bánh dẫn cho tay biên, băng tải nhỏ trên trục 3 đưa than ra ngoài điều này giúp máy gọn nhẹ dễ chế tạo mà không cần quá nhiều công nghệ cao.

6.3 Điểm hạn chế

Do các bộ truyền chỉ làm việc một chiều nên dễ khi có tạp chất lẫn vào bột than dễ gây ra quá tải, giảm tuổi thọ máy và động cơ, hao mòn các chi tiết, giảm độ chính xác của máy.

Thời gian nghiên cứu còn khá hạn chế nên chưa thể phát triển 100% cho toàn hệ thống.

Tuy các cơ cấu đã được đơn giản nhưng cần thêm nhiều thời gian để kiểm nghiệm, ghi nhận các thông số.

6.4 Khả năng phát triển của đề tài

Với nguồn tài nguyên than dồi dào của nước ta, đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người. Yêu cầu đặt ra là không ngừng nâng cao chất lượng than, hình dạng, kích thước viên than phù hợp với yêu cầu người sử dụng.

Đối với nước ta hiện nay, việc sản xuất than là vấn đề cần thiết vì than có thể thay thế một số nguyên liệu khác như củi, dầu.. nhiệt tỏa ra nhiều và đồng đều.

Giải quyết phần lớn vấn đề công ăn việc làm cho người lao động, cải thiện điều kiện làm việc, phù hợp với trình độ của người lao động.

Việc sử dụng than tổ ông ngày này với thành phần nguyên liệu viên than đã được thay đổi góp phần hạn chế được tình trạng ngộ độc, gây ô nhiễm môi trường... (Than sạch oxi, than tổ ông làm từ than gáo dừa).

Nhu cầu sử dụng than sạch nói riêng và than tổ ông nói chung sẽ ngày càng tăng cao khi loại nhiên liệu này ngày càng tiện dụng trong đời sống thời công nghiệp hóa. Vì thấy khả năng cần sẽ xây dựng 1 hệ thống tự động hóa cả khâu tạo hình và khâu sấy khô để tránh phụ thuộc vào yếu tố thời tiết và môi trường.