NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN: THIẾT KẾ MÁY

KHOA: CƠ KHÍ

   Tên tóm tắt yêu cầu, nội dung đề tài:

           “ Tính toán thiết kế và mô phỏng máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa ”

    Số liệu cần thiết để thiết kế:       

       - Máy nghiền dăm gỗ năng suất 800  1000 kg/h

       - Phần mềm công nghệ CAD/CAM.

    Nội dung của bản thuyết minh, yêu cầu giải thích quá trình tính toán thiết kế đồ án tốt nghiệp :

             - Lời nói đầu.

- Chương 1: Tổng quan về máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa.

1.1. Khái niệm và chức năng.

1.2. Một số loại máy nghiền phổ biến.

1.3. Lựa chọn loại máy nghiền để tính toán và thiết kế.

1.4.Nguyên lý làm việc và chức năng từng bộ phận của máy nghiền búa.

            - Chương 2: Tính toán thiết kế máy.

              2.1. Cơ sở thiết kế máy.

              2.2. Tính toán các thông số của máy.

            - Chương 3: Thiết kế và mô phỏng máy trên phần mềm.

3.1. Thiết kế máy.

3.2. Lắp ráp các bộ phận và mô phỏng chuyển động của máy.

3.3. Kết luận.

     Các bản vẽ chính :

      Bản vẽ lắp tổng thể máy nghiền.

      Bản vẽ chi tiết cho các chi tiết cấu tạo máy..

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MÁY NGHIỀN DĂM GỖ THÀNH MÙN CƯA

 

MỞ ĐẦU

1.Lý do chọn đề tài.

Do nhu càu ngày càng lớn của việc sử dụng mùn cưa trong các ngành sản xuất, tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu dồi dào và để tăng năng suất lao động cho người nông dân. Em đã đề xuất và được cô … giao nhiệm vụ tốt nghiệp với đề tài “ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MÁY NGHIỀN DĂM GỖ THÀNH MÙN CƯA”.

2. Mục đích, đối tượng nghiên cứu, giới hạn phậm vi nghiên cứu.

 A. Mục đích.

- Tìm hiểu về cấu tạo máy nghiền dăm gỗ.

- Biết cách tính toán các thông số máy, chi tiết của máy.

- Có thể thiết kế máy và các chi tiết của máy trên phần mềm

- Có thể mô phỏng hoạt động của máy.

B. Đối tượng nghiên cứu.

- Máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa.

C. Phạm vi nghiên cứu.

       - Tổng quan về máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa.

3. Ý nghĩa khoa học và giá trị ứng dụng của đề tài

A. Ý nghĩa khoa học.

Nghiên cứu các thông số công nghệ, ứng dụng mô phỏng quá trình hoạt động của máy, đưa ra giải pháp cải tiến máy nếu có.

B. Gía trị ứng dụng của đề tài.

Đề tài mang tính ứng dụng trong thực tế.

Mục lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY NGHIỀN DĂM GỖ THÀNH MÙN CƯA.. 2

1.1 Khái niệm và chức năng. 2

1.1.1 Khái niệm.. 2

1.1.2 Chức năng. 2

1.2 Một số loại máy nghiền phổ biến. 3

1.2.1 Máy nghiền hàm.. 3

1.2.2 Máy nghiền hai trục. 5

1.2.3 Máy nghiền búa. 6

1.3 Lựa chọn loại máy nghiền để tính toán và thiết kế.9

1.4 Nguyên lý làm việc và chức năng từng bộ phận của máy nghiền búa. 9

1.4.1   Nguyên lý làm việc. 9

1.4.2  Chức năng từng bộ phận. 11

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY.. 14

2.1 Cơ sở thiết kế máy. 14

2.1.1 Số liệu thiết kế ban đầu. 14

2.1.2 Yêu cầu kĩ thuật của máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa. 14

2.2 Tính toán các thông số máy. 15

2.2.1 xác định vận tốc búa. 15

2.2.2 Tính toán trống. 19

2.2.3  Tính toán búa nghiền. 21

2.2.4  Kích thước đĩa lắp búa. 23

2.2.5  Tính toán công suất máy. 23

2.2.6 Chọn động cơ. 24

2.2.7 Tính toán thiết kế bộ truyền đai25

2.2.8 Tính toán thiết kế trục. 31

2.2.9 Lựa chọn ổ lăn. 40

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MÁY TRÊN PHẦN MỀM... 42

3.1 Thiết kế máy. 42

3.1.1 Thiết kế các chi tiết trong cụm roto. 42

3.1.2 Thiết kế bộ truyền đai thamg. 47

3.1.3 Thiết kế quạt và vỏ máy. 51

3.1.4 Thiết kế các chi tiết khác. 56

3.2 Lắp ráp và mô phỏng chuyển động. 62

3.2.1 Lắp ráp:62

3.2.2 Mô phỏng chuyển động.65

3.3 Kết luận. 70

Tài liệu tham khảo…………………………………………………….…………....71

LỜI NÓI ĐẦU

Trong ngành công nghiệp gỗ, công nghiệp sản xuất mùn cưa là một nhánh mới phát triển về sau tuy nhiên tốc độ phát triển tương đối nhanh. Ban đầu, mùn cưa bị coi là phế phẩm công nghiệp và chủ yếu được sử dụng làm chất đốt hoặc thải bỏ. Tuy nhiên từ những năm 1950 – 1970 sản lượng mùn cưa trên thế giới tăng mạnh nhờ vào việc phát hiện các tác dụng khác của mùn cưa như việc sử dụng để ép ván dăm…

Ngày nay, mùn cưa được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau với rất nhiều công dụng. Trong công nghiệp, mùn cưa được sử dụng làm viên nén sinh khối, hay trong nông nghiệp, mùn cưa được sử dụng để làm phân bón, cải tạo đất, trong chăn nuôi mùn cưa được sử dụng như chất độn chuồng…

Ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất mùn cưa cũng rất phát triển. Đã có rất nhiều công ty chuyên sản suất mùn cưa và xuất khẩu dưới dạng viên nén mang lại lợi nhuận cao. Ở quy mô nhỏ hơn, mùn cưa được các hộ gia đình sản suất để phục vụ quá trình canh tác nông nghiệp như trồng nấm, cải tạo môi trường đất…

Đứng trước nhu cầu ngày càng lớn của việc sử dụng mùn cưa trong sản suất, được sự chấp thuận của bộ môn Thiết Kế Máy -  Khoa Cơ Khí và sự hướng dẫn của cô …, em xin phép thực hiện đề tài “ Tính toán, thiết kế và mô phỏng máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa”.

Em xin chân thành cảm ơn cô … đã hướng dẫn tận tình cho em trong thời gian em thực hiện đồ án. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế em kính mong thầy (cô) góp ý để em có thể hoàn thành bài tốt hơn.

Sinh viên thực hiện  

……………………

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY NGHIỀN DĂM GỖ THÀNH MÙN CƯA

1.1 Khái niệm và chức năng

1.1.1 Khái niệm

Nghiền là quá trình phá vỡ nguyên vật liệu từ cỡ lớn thành cỡ nhỏ bằng lực cơ học. Quá trình gia công này không phải tiến hành ngay một lần mà có thể phải qua nhiều lần, với nhiều công đoạn để đạt được chất lượng sản phẩm đồng đều mà không tốn nhiều công sức và năng suất cao.

Tuỳ theo độ lớn của sản phẩm nghiền, người ta phân biệt quá trình nghiền hạt và nghiền bột thành các loại sau:

Nghiền hạt:

                                 Nghiền thô  100 - 350 mm

                                 Nghiền vừa 40 - 100 mm

                                 Nghiền nhỏ 5 - 40 mm

Nghiền bột:

                                    Bột thô       0,1 - 5 mm

                                    Bột mịn      0,05 - 0,1 mm

                                    Siêu mịn     <  0,05 mm

Máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa là thiết bị được sử dụng để xử lý dăm gỗ thành mùn cưa kích thước từ 1 - 3 mm tương đương mức bột thô.

1.1.2 Chức năng

Nghiền nhỏ dăm gỗ, tạo mùn cưa làm chất đốt, sử dụng trong trồng trọt hoặc làm nguyên liệu cho dây chuyền ép viên nén mùn cưa…

1.2 Một số loại máy nghiền phổ biến

1.2.1 Máy nghiền hàm ( nghiền theo nguyên lý chà xát )

Hình 1.1 Máy nghiền hàm

Động cơ	4. Má cố định
Trục máy	5. Thớt nghiền
Má chuyển động	6. Miếng chắn miệng cấp liệu

Bộ phận xay gồm 2 má nghiền, má cố định 4 và má chuyển động 3, hai má úp mặt thớt xay 5 vào nhau. Vật liệu được cung cấp vào miệng cấp liệu 6 qua khoảng trống giữa hai thớt xay 5 sau đó lọt vào khe giữa hai mặt xay. Tại hai mặt này, các mép, rãnh chà xát vật liệu tạo ra những phần tử nhỏ hơn và dần đưa ra ngoài. Điều chỉnh độ to nhỏ của bột nghiền bằng cách điều chỉnh khe hở giữa hai mặt say xát của hai thớt. Ngoài ra hình dạng của hai mặt thớt cũng ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng nghiền. Với những bề mặt gồ ghề sẽ cho ra hạt bột nhỏ và độ đồng đều cao hơn do bề mặt chà xát có hệ số ma sát cao. Hiện nay người ta hay làm hai mặt thớt có nhiều rãnh, khía để tăng độ nghiền. Vật liệu làm thớt cũng phải đảm bảo về độ cứng, ít mài mòn, không bị nứt, hai mặt thớt cũng phải được làm từ vật liệu có độ đồng đều cao, đồng nhất về cấu trúc.

Ưu điểm:

- Năng suất cao.

- Thích hợp cho xay nguyên liệu có độ phá vỡ bé.

Nhược điểm:

- Giá thành tương đối cao.

- Cấu tạo phức tạp.

- Khó nghiền nhỏ.

- Dễ gây nhiều bụi bột.

- Sản phẩn sau nghiền có thể vón cục.

- Khi hoạt động gây tiếng ồn lớn.

- Không thích hợp cho nghiền gỗ.

1.2.2 Máy nghiền hai trục

Hình 1.2 Máy nghiền hai trục

Động cơ Trục 2 Thân máy Bánh nghiền Trục 1

Bộ phận nghiền gồm hai trục cuốn 3 và 4. Trên hai trục này gắn các bánh nghiền 5 so le với nhau, bánh nghiền có các mấu, rãnh để khi hai trục quay ngược chiều các rãnh sẽ kẹp vật liệu và nghiền vỡ. Chất lượng bột nghiền được quyết định bởi các khe hở giữa các bánh nghiền và tốc độ trục quay. Khi khe hở giữa các bánh nghiền lớn sẽ làm cho kích thước hạt bột lớn và không đồng đều, độ mịn không được cao. Khi khe hở quá nhỏ sẽ làm sinh nhiều bụi, ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng thành phẩm sau nghiền vì vậy việc điều chỉnh khe hở giữa hai trục cuốn rất quan trọng.

Ưu điểm:

- Là máy nghiền vạn năng, có thể nghiền nhiều loại vật liệu.

- Kết cấu đơn giản.

- Năng suất cao, ít sinh bụi.

- Thích hợp để nghiền khô dầu và bánh cám.

Nhược điểm:

- Khó nghiền nhỏ.

- Khó áp dụng với nguyên liệu gỗ.

1.2.3 Máy nghiền búa

Hình 1.3 Máy nghiền búa

Hình 1.4 Cấu tạo máy nghiền búa

Thân trên	6. Trống bên	11. Chốt búa
Tấm sàng	7. Thân dưới	12. Tấm chắn
Đĩa lắp búa	8. Đế	13. Cửa cấp liệu
Thùng	9. Động cơ
Búa	10. Trục

 

Vật liệu nghiền được đưa vào phễu nạp qua tấm chắn 12 để đến bộ phận nghiền. Bộ phận nghiền gồm các búa nghiền 5 lắp vào trống 3 (đĩa nghiền hoặc trống), các búa nghiền được lắp lỏng và xoay được theo khớp bản lề, xung quanh có các tấm sàng 2 và các tấm nhám (tấm đập). Sau khi vật liệu được nghiền đủ nhỏ, chúng sẽ lọt qua những lỗ lưới đi ra khỏi máy, những mảnh to hơn sẽ bị đập đến khi kích thước đủ nhỏ để đi ra ngoài.

Theo nguyên tắc của các máy nghiền búa sử dụng va đập tự do thì bộ phận nghiền thường có các búa 5 lắp trên các chốt búa 11. Chốt búa được lắp trên các đĩa 3 và các đĩa này lại được lắp chặt trên trục 10 tạo thành roto nghiền. Lưới sàng 2 được lắp một phần hoặc xung quanh roto nghiền tạo thành buồng nghiền. Ngoài ra còn có máng cấp liệu và thoát tải. Sản phẩm sau nghiền sẽ lọt qua lưới, sau đó trục vis (có thể có hoặc không) đẩy sản phẩm đi ra băng tải. Để máy làm việc tốt, phải đảm bảo tốc độ làm việc, có nghĩa vận tốc làm việc của búa phải đạt được vận tốc phá vỡ vật thể 30-100 m/s (phụ thuộc vào vật liệu nghiền và độ nhỏ bột nghiền theo yêu cầu), khe hở giữa lưới sàng và đầu búa nghiền ( 1 - 3 mm ), đường kính lỗ sàng phải thích hợp…

Qua thực nghiệm, ta rút ra một số đặc điểm:

+ Khe hở giữa đầu búa khi quay và lưới sàng càng nhỏ thì sản phẩm sau nghiền càng nhỏ. Khoảng cách về khe hở này phụ thuộc vào yêu cầu về mức độ nghiền nhỏ của sản phẩm, loại búa, trình độ kĩ thuật chế tạo máy và lưới sàng.

+ Chi phí năng lượng riêng (KWh/t) sẽ tăng khi khe hở giữa lưới sàng và đầu búa càng lớn.

+Năng suất của máy Q (t/h) giảm khi khe hở tăng lên vì khả năng chà sát kém đi

Lưới sàng của máy nghiền búa thường được làm bằng thép tấm dày được dập thành lưới sàng lỗ tròn hoặc dạng rãnh, có kích thước lỗ phù hợp với yêu cầu nghiền và loại máy.

Búa nghiền có nhiều kiểu với nhiều hình dạng khác nhau. Các loại máy nghiền nhỏ và mịn thì búa phải được dập từ thép tấm có chất lượng cao, độ cứng lớn, chịu mài mòn. Ở các máy nghiền lớn hơn thì búa dùng có khối lượng lớn, trường hợp này búa thường được đúc tạo nên các đầu đập có góc cạnh để tăng hiệu quả phá vỡ các vật liệu to.

Các máy nghiền búa đơn giản thường không có các bộ phận tháo liệu và lọc khí, tuy nhiên một số máy có công suất cao và phức tạp có thể có thêm bộ phận tháo liệu bằng vít tải, qụat hút và bộ phận lọc khí xyclon

Ưu điểm

- Là máy nghiền vạn năng, năng suất cao.

- Thích hợp để nghiền gỗ.

- Khả năng điều chỉnh độ nhỏ bột nghiền dễ dàng.

- Máy có cấu tạo đơn giản, dễ thay thế các chi tiết khi bị hư hỏng.

Nhược điểm

- Quá trình làm việc sinh nhiều bụi bột gây tổn thất và khó khăn trong việc xử lý bụi về sau.

- Máy hoạt động gây tiếng ồn lớn ảnh hưởng tới môi trường làm việc.

- Nghiền các hạt dẻo, dính, vật liệu có độ ẩm cao tương đối kém.

1.3 Lựa chọn loại máy nghiền để tính toán và thiết kế.

Qua phân tích các ưu – nhược điểm của các loại máy nghiền và dựa vào yêu cầu đề bài, em chọn máy nghiền búa có tháo liệu bằng quạt hút để làm cơ sở cho việc tính toán và thiết kế. Máy có các ưu điểm nổi bật như dễ chế tạo, thay thế các bộ phận, thích hợp với việc nghiền gỗ đồng thời kích thước tương đối nhỏ gọn, công suất phù hợp với hộ gia đình và các công xưởng nhỏ.

1.4   Nguyên lý làm việc và chức năng từng bộ phận của máy nghiền búa.

1.4.1  Nguyên lý làm việc

Hình 2.1 Cấu tạo máy nghiền búa có quạt hút

1.Bu lông	5.Vỏ trên	9.Gối đỡ ổ bi
2.Vỏ quạt	6.Chốt lắp búa	10.Ổ bi
3.Roto + bánh đà	7.Cụm trục roto máy	11.Bánh đai

Quá trình nghiền trong máy nghiền là do sự va đập của búa vào vật liệu (dăm gỗ), và sự va đập giữa vật liệu và vỏ máy.

Hình 2.1 giới thiệu về sơ đồ cấu tạo của máy nghiền gỗ. Bộ phận gây ra sự va đập vào vật liệu là các búa 8  được treo trên các chốt 6  của roto 7 đặt nằm ngang. Khi roto 7 quay thì lực ly tâm làm các búa nằm ở vị trí hướng tâm và dự trữ một động năng lớn. Nguyên liệu qua máng cấp liệu đi vào máy ngay lập tức bị các búa quay đập vào và va chạm với các chi tiết trong buồng nghiền. Trong quá trình va đập, búa sẽ truyền cho nguyên liệu một phần động năng tạo thành công phá vỡ. Các phần tử vỡ ra từ nguyên liệu có kích thước bé hơn lỗ lưới sàng sẽ lọt qua và đi ra ngoài nhờ sức hút của quạt hút. Các phần tử có kích thước lớn hơn tiếp tục bị va đập cho đến khi đạt được kích thước yêu cầu.

Như vậy quá trình làm việc của máy nghiền búa trục ngang bao gồm 3 giai đoạn diễn ra liên tục. Các giai đoạn này được đặc trưng bởi sự biến đổi của vật liệu trong buồng nghiền. Các giai đoạn gồm:

+ Giai đoạn 1: Cung cấp nguyên liệu.

+ Giai đoạn 2: Gia công nguyên liệu trong buồng nghiền.

+ Giai đoạn 3: Vận chuyển sản phẩm sau nghiền ra khỏi buồng.

1.4.2  Chức năng từng bộ phận

Các đĩa lắp chốt treo búa có thể sử dụng nhiều hình dạng khác nhau, tùy theo số lượng búa, số hàng búa. Số búa thường được sử dụng là 3,4,6 hoặc 8 dãy.

+  Roto:

Roto búa nghiền là bộ phận làm việc chính của máy. Nó nhận chuyển động thông qua bộ truyền động đai hoặc khớp. Trong truyền động khớp nối trục thường áp dụng kiểu khớp nối trục răng vì khi làm việc máy thường rung động do roto không được cân bằng tuyệt đối. Trục roto được chế tạo từ thép tốt, thông thường là thép 45 hoặc 45X.

+ Búa:

Các búa là bộ phận làm việc chủ yếu của máy. Hình dạng, vật liệu chế tạo búa ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, độ nghiền sản phẩm. Nó được xác định tùy theo cơ - lý tính của vật liệu nghiền cũng như kích thước của chúng. Búa nghiền thường được chế tạo từ thép C45 hoặc thép mangan mã hiệu 65T. Khi chế tạo búa, bề mặt búa không được có những khuyết tật, vết nứt, khối lượng của búa phải được tính toán phù hợp với quá trình nghiền, phù hợp với vận tốc nghiền, ví dụ khi nghiền thô ta cần khối lượng búa lớn hơn khi nghiền mịn đồng thời vận tốc nghiền phải nhỏ. Búa nghiền thường được chế tạo bằng phương pháp đúc, rèn hoặc dập, có chiều dày từ 2 – 12

Hính 2.2 Các dạng búa nghiền

Búa được lắp phải đẩm bảo quét đều không gian trong buồng nghiền và điều kiện cân bằng động của roto. Thông thường búa bố trí trên roto theo đường xoắn ốc.

+ Chốt treo búa:

Các chốt treo búa có chiều dài xuyên suốt roto. Để hạn chế việc xê dịch, hai đầu chốt búa có bố trí chốt chặn. Chốt búa được lắp với đĩa treo theo kiểu lắp trung gian nhằm hạn chế giao động khi roto quay. Các chốt treo búa thường được chế tạo từ thép CT3 hoặc C45

+ Lưới sàng:

Lưới sàng lắp trong máy nghiền bao quanh các đầu búa nghiền có nhiệm vụ lọc cho các bột có kích thước  theo chế tạo chui ra ngoài, giữ các hạt bột có kích thước to lại và tiếp tục gia công đập vỡ.Lưới sàng của máy nghiền thường được làm bằng thép tấm dày 1,5 – 3 mm được dập thành lưới dạng lỗ tròn hoặc rãnh. Kích thước lỗ và rãnh phải phù hợp với yêu cầu và loại máy nghiền.

+ Má đập phụ:

Ngoài phần lưới sàng bao quanh roto, người ta còn bố trí má đập phụ để làm tăng hiệu quả va đập, chà xát của vật liệu vào mặt trong của buồng nghiền. Má đạp phụ thường được làm bằng gang đúc hoặc thép lá có các lỗ.

+ Máng tháo liệu:

Được cấu tạo bởi những tấm thép cắt đúng kích thước rồi hàn với nhau. Máng tháo liệu đảm bảo tháo liệu kịp thời không gây tắc nghẽn. Máng tháo liệu phải được bố trí hợp lý, sao cho vật liệu có thể thoát hết ra ngoài.

+ Quạt và xyclon:

Quạt và xyclon có tác dụng hút những sản phẩm đã đạt yêu cầu và đưa những sản phẩm chưa đạt yêu cầu trở lại buồng nghiền.

+ Vít tải:

Vít tải có tác dụng đưa vật liệu ra bên ngoài thông qua máng tháo liệu. Vít tải có cấu tạo dạng vít xoắn, có thể tải vật liệu với năng suất cao, gồm trục vít và cánh vít 16 được hàn lại với nhau. Cánh vít được làm bằng thép CT3, được cắt thành đường tròn sau đó được kéo dài và hàn với trục vít. Trục vít phải đảm bảo trong quá trình làm việc không bị xoắn, bị uốn và bị gãy. Còn cánh vít phải được tính toán sao cho có thể tải được nhiều vật liệu nhất và không bị hư hỏng trong quá trình làm việc.

+ Khung đỡ:

Có hình dạng cong theo buồng nghiền, được làm rất cứng để đỡ lưới sàng. Vì lưới sàng rất mỏng chỉ khoảng 1mm nên rất dễ bị rách. Khung đỡ được cấu tạo là các thanh được hàn lại với nhau. Các khung được đặt ở cửa ra liệu còn lưới sàng thì được đặt ở trên khung sàng, có cấu tạo cong theo hình dạng buồng nghiền. Bộ phận khung đỡ phải đảm bảo độ cứng chắc để không làm cho lưới sàng bị rách.

Ngoài ra, tùy theo cấu tạo và chức năng của từng máy mà trong hệ thống nghiền còn có bộ phận thu sản phẩm, bộ phận lọc bụi…

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

2.1 Cơ sở thiết kế máy

2.1.1 Số liệu thiết kế ban đầu

+ Nguyên liệu : dăm gỗ tạp.

+ Kích thước dăm gỗ : 20 – 50 mm.

+ Năng suất : 800 – 1000 kg/h.

+ Kích thước mùn cưa : 1 – 3 mm.

+ Khối lượng riêng của gỗ : 500 kg/.

+ Ứng suất phá hủy gỗ : s_pv = 4.10⁵ N/m²

+ Độ ẩm gỗ : 15 – 18 %.

2.1.2 Yêu cầu kĩ thuật của máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa

+ Đảm bảo năng suất thiết kế : 800 – 1000 kg/h

+ Dễ tháo lắp, thay thế linh kiện và sửa chữa.

+ Giảm thiểu tiếng ồn.

Hình 3.1 Sơ đồ máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa tháo liệu bằng quạt hút

1.Bu lông	5.Vỏ trên	9.Gối đỡ ổ bi
2.Vỏ quạt	6.Chốt lắp búa	10.Ổ bi
3.Roto + bánh đà	7.Cụm trục roto máy	11.Bánh đai
4.Ống xả	8.Búa	12.Khung

2.2 Tính toán các thông số máy

2.2.1 xác định vận tốc búa (v_b) cần thiết để phá vỡ dăm gỗ

Khi phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của máy nghiền búa, người ta thấy rằng vận tốc làm việc của búa là thông số đầu tiên ảnh hưởng tới quá trình nghiền ở các máy nghiền hiện đại. Vận tốc búa giới hạn từ 30 – 80 m/s đối với các vật liệu thô như gỗ, đá hoặc than đá. Riêng vận tốc búa của các máy nghiền ở các nhà máy chế biến thức ăn liên hợp thì cao hơn, có thể lên đến 100 m/s do yêu cầu chất lượng nghiền cao hơn.

Để có được vận tốc va đập thực sự trong máy nghiền giữa các búa và các mảnh nguyên liệu, vận tốc làm việc của búa (v_b) được quy định phải cao hơn vận tốc phá vỡ (v_pv) vì phải tính thêm vận tốc tuần hoàn (v_th) của lớp không khí lẫn nguyên liệu chuyển động vòng trong buồng nghiền. Như vậy vận tốc búa được xác định theo công thức:

v_b = v_pv + v_th hay v_b =                                   (2.1)

Trong đó b_hp là hệ số hồi phục b_hp =  = 0,4 – 0,5. Chọn b_hp = 0,4. [TL1]

v_pv  là vận tốc phá vỡ dăm gỗ

Vậy để phá hủy vật liệu chỉ trong một lần va đập thì vận tốc búa (v_b) nhất thiết phải cao hơn vận tốc phá vỡ (v_pv) từ 1,5 đến 2 lần, thật ra trong quá trình làm việc xảy ra sự va đập nhiều lần giữa búa và nguyên liệu nên vận tốc làm việc của búa có thể lấy giá trị nhỏ hơn.

Để có thể xác định được vận tốc búa (V_b), trước tiên ta phải xác định tốc độ phá vỡ dăm gỗ (v_pv) của búa nghiền tác động vào vật liệu sau một lần va đập tự do.

v_pv =                                            (2.2)

Trong đó:

a là chiều dài hạt (mm)

x₁ là chiều dài phần không biến dạng (phần còn lại sau va đập) (mm)

rlàkhối lượng riêng của gỗ, của thông là 480, của keo là 570 (kg/m³)

( Do nguyên liệu đầu vào là dăm gỗ tạp nên ta chọn r = 500 kg/m³ )

s_pv= 4.10⁵ N/m²là ứng suất phá vỡ gỗ

Hệ số K:

K_d = 1,6  2 : hệ số động lực  [ TL1 ]

Chọn K_d = 1,8

Ta có mối quan hệ giữa vận tốc va đập cần thiết và chỉ số mức nghiền (l) thông qua chiều dài hạt (a) :

a = 2,25. (  là đường kính hạt)                         (2.3)

Giả sử chiều dài của phần không bị biến dạng (x₁) của hạt là các mảnh mùn cưa có kích thước xác định (d_b) nhận được sau mỗi lần va đập, có nghĩa là x₁ = d_b.

Với giả thiết như vậy, ta có đẳng thức sau:

 = 2,25.  = 2,25.l

Với llà chỉ số mức độ nghiền. l=  = 10

  là đường kính hạt. (chọn  = 20 mm)

  Là độ nhỏ bột nghiền. ( =  = 2 mm)

Với  = 20 (mm) theo CT (2.3) => a = 2,25.20 = 45 (mm)

Vận tốc phá vỡ cần thiết tính theo trường hợp va đập một lần là:

v_pv =  

=

= 66.95 m/s

Vậy v_pv = 66.95 m/s

Vận tốc búa

v_b =  =  = 111.58 m/s

Để đạt được vận tốc này đòi hỏi búa quay với vận tốc lớn và về phương diện chế tạo, chi phí thì không hợp lý. Do đó vận tốc búa trong trường hợp này được xác định trong điều kiện va đập nhiều lần:

Xác định chỉ số nghiền quy ước  khi va đập nhiều lần:

+ Số lần va đập chọn Z = 3 – 7. Chọn Z = 3

+ Chỉ số nghiền quy ước:  Z = =>  = 0,6675

Vận tốc phá vỡ dăm gỗ trong trường hợp va đập nhiều lần:

V_pv =                                 (2.4)

=  )

= 24,14 m/s

V_b =  =  = 40,24 m/s

Vậy vận tốc búa thỏa mãn điều kiện trong khoảng 30-100 m/s, ta chọn vận tốc búa là 41 m/s.

Vấn đề ảnh hưởng của vận tốc búa nghiền đến hiệu quả làm việc của máy chỉ có thể giải quyết đúng trong trường hợp nghiên cứu đồng thời các tương quan khác như số lần va đập, cường độ, thời gian nguyên liệu trong buồng nghiền… Khi chọn vận tốc búa, ngoài sự hợp lý về kĩ thuật còn phải quan tâm tới hiệu quả kinh tế vì khi số vòng quay của trống tăng thì chi phí và năng lượng tiêu hao cũng tăng theo.

Để tăng năng suất máy nghiền, ngoài vận tốc búa ta cần chú ý tới khoảng cách khe hở giữa đầu búa và mặt lưới sàng. Khe hở này có ý nghĩa trong việc xác định dung tích buồng nghiền, vì vậy khi tăng hoặc giảm vận tốc búa ta cần phải chú ý điều chỉnh khoảng cách này sao cho phù hợp.

2.2.2 Tính toán trống

Các thông số cơ bản của trống máy nghiền dùng trong thiết kế kích thước trống bao gồm các chỉ số của chế độ động học, kích thước búa và cách sắp xếp chúng trên trống, các chỉ số năng lượng và kinh tế. Các số liệu cần thiết ban đầu là hiệu suất máy, chỉ số nghiền và cơ tính vật liệu.

Để xác định năng suất thiết kế của máy nghiền, điều kiện đầu tiên là phải tính các thông số cơ bản của trống như đường kính D và chiều dài L. Mối quan hệ giữa các kích thước trống và năng suất máy đã cho thể hiện qua chỉ số tải trọng riêng q^’ (kg/s.m²). Tải trọng riêng của máy là tỉ số giữa năng suất tính toán q₀ với diện tích hình chiếu hướng kính DL của trống:

q^’ =   (kg/s.m²)                                                            (2.5)

+ Với vận tốc búa là 40 ÷ 55 (m/s) thì q’ = 2÷ 3 kg/s.m²

+ Với vận tốc búa là 60 ÷ 80 (m/s) thì q’ = 1,5÷ 2 kg/s.m²

+ Với vận tốc búa là 70 ÷ 80 (m/s) thì q’ = 3÷ 6 kg/s.m²

Với vận tốc búa v_b = 41 m/s, ta chọn q^’ = 2 kg/s.m²

Khi tính toán và thiết kế máy nghiền cần lưu ý đến hai loại trống khác nhau bởi tỉ lệ các kích thước đường kính D và chiều dài L là khác nhau. Tuy nhiên tỉ lệ này giao động trong giới hạn:

K₁ =  = 1 2                               K₂ =  = 4 7      

Ta lựa chọn dạng trống kiểu 1 => K = 2

Trong trường hợp này 50% khối lượng của trống tập trung ở cụm búa. Chốt búa kề sát trục quay của trống nên momen quán tính trống không quá lớn, từ đó có sự cân bằng về mặt động lực học.

Tính toán kích thước trống dựa vào các thông số đã biết:

+ Chọn lỗ sàng có kích thước lỗ F3 làm cơ sở thiết kế

+ Kích thước trung bình của mùn cưa sau nghiền: 1 – 3 mm (vật liệu thô)

+ Máy có năng suất thiết kế 800 kg/h hay q = 0,28 kg/s

+ Giá trị tải trọng lượng ứng với sàng F3 và vận tốc búa nghiền từ 40 - 55 m/s có q^’ = 2 – 3 kg/s.m². Chọn q^’= 2 kg/s.m².

+ Đường kính trống:

D =  =  =0,53 m                                      (2.6)

Chọn D = 600 mm

Chiều dài trống: L= D/2 = 300 mm

+ Số vòng quay của trống trong một phút :

Số vòng quay của trống: w =                                                  (2.7)

Trong đó: V_b = 41m/s là vận tốc dài của búa

R = L là bán kính trống quay

Vậy w=  =136,7 rad/s

Số vòng quay của trống là : n =   =1306 v/ph                                   (2.8)

 

2.2.3  Tính toán búa nghiền

Để đảm bảo độ ổn định chuyển động của búa, ta cần chọn kích thước búa và đĩa trống theo điều kiện

R_n = 2,25.l hoặc R_n = 4.l                                                   (2.9)

Trong đó: l là khoảng cách từ tâm treo búa đến đầu va đập của búa

R_n là khoảng cách từ tâm trống đến tâm va đập của búa

Sự ổn định chuyển động của búa phụ thuộc vào mối quan hệ giữa các kích thước R_n và l cũng như vào khối lượng búa và vận tốc quay của trống.

Chọn R_n = 2,25.l ta có l = R_n=0,154.D=0,154.600 = 92,4 mm

Chọn L = 92 mm

Chiều dài (a) và chiều rộng (b) của búa được tính theo điều kiện cân bằng khi va đập. ta chọn giá trị tương ứng:

a = 1,5.L hoặc 0,23.D => a ≈ 138 mm

Chọn a = 140 mm

b = (0,4 – 0,5).a hoặc 0,1.D => b = 60 mm

Chọn b = 60 mm

Với búa có dạng tấm chữ nhật một hoặc hai lỗ treo, khoảng cách từ tâm chốt treo búa đến đầu gần nhất (c) được xác định theo công thức (2.10)  . Trong trường hợp tổng quát, búa có hình dạng bất kì sẽ không truyền va đập vào trục nếu điều kiện (2.10)  được thỏa mãn:

c =                                                               (2.10)

=

= 27.62 mm

Chọn c = 30  mm

Đường kính lỗ treo búa được xác định từ điều kiện bền là d = 24 mm

Bề dày búa chọn S = 12 mm

Khối lượng riêng của thép: r = 7800 kg/m³

Khối lượng búa :  =   = 0,7 kg

Hình 2.1 Búa nghiền

Số lượng búa z:

Ta có số lượng búa z =  = 37,5                                               (2.11)

Trong đó: L là chiều dài trống ( 300mm )

ΔL là tổng chiều dày các đĩa

ΔL = 2.20 + 11.10 = 140 mm

K_z là số búa treo một vết ( K_z = 1 – 6)

Chọn K_z = 3

 là chiều dày một búa ( = 12 mm)

Để phân bố cho 6 cụm, mỗi cụm 6 búa, ta chọn số búa z = 36

2.2.4  Kích thước đĩa lắp búa

Đường kính đĩa lắp búa D_c = D – 2.L = 600 – 2.92 = 416 (mm)

Chọn đường kính đĩa lắp búa là 420 mm

Đường kính đến mép ngài đĩa lắp búa: D_d = D + 3.d = 420 + 3.24 = 492 (mm)

Chọn D = 470 mm

Chiều dày đĩa: hai đĩa sát buồng nghiền có δ = 20 (mm), các đĩa còn lại có δ = 10 (mm)

2.2.5  Tính toán công suất máy

Theo [TL2] ta có công thức tính công suất nghiền:

N_n =  =  =  ( W )                          (2.12)

Trong đó:

A_b =   (N/m) động năng của búa                                                 (2.13)

A = . A_b =  (N/m) công nghiền

Hệ số phụ thuộc vào vận tốc vòng

z : Số lượng búa nghiền

Khối lượng búa nghiền

v_b : Vận tốc búa nghiền

Công nghiền thực chất chỉ chiếm một phần toàn bộ công tiêu hao khi chạy máy, có nghĩa chỉ một phần động năng chuyển thành công nghiền.

N_n =  = 4,61 Kw                           (2.14)

Lấy N_n = 7,5 kW

Năng suất máy nghiền kiểu búa:

q = K_n.D.L                                                                      (2.15)

Trong đó K_n là hệ số đặc trưng cho sự thoát thành sản phẩm từ 1m² diện tích mặt cắt hướng kính buồng nghiền.

K_n = 2,4 – 2,6 [TL2] => Chọn K_n = 2,4

ðQ = 2,4.0,6.0,3 = 0,43 kg/s = 1548 kg/h

Như vậy, năng suất nghiền tính được là 1548 kg/h thỏa mãn yêu cầu thiết kế.

2.2.6 Chọn động cơ

Dựa trên kết quả tính toán công suất nghiền N_n 4,6 Kw, số vòng quay của trống n = 1306 v/ph, động cơ ta chọn cho máy là động cơ điện 3 pha 7,5 Kw tốc độ 1460 v/ph.Động cơ bao gồm các thông số sau:

3.3 Kết luận

Đề tài “Tính toán, thiết kế máy nghiền dăm gỗ thành mùn cưa” là một đề tài tương đối mới đối với sinh viên sắp ra trường. Tuy các máy nghiền loại này đã xuất hiện từ rất lâu trên thị trường nhưng tài liệu nghiên cứu về máy lại tương đối ít, do đó trong quá trình thực hiện gặp không ít những khó khăn. Các mô hình tính toán, thiết kế trong đồ án được xây dựng trên cơ sở đồng dạng, được tổng hợp từ nhiều tài liệu khác nhau cho nên kết quả tính toán chỉ mang tính chất gần đúng, nhiều công thức được đưa ra dựa trên quá trình thực nghiệm.

Dù gặp không ít khó khăn nhưng nhờ sự hướng dẫn tận tình của giảng viên em đã có thể hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn cô đã hướng dẫn tận tình cho em trong thời gian em thực hiện đồ án. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế em kính mong thầy (cô) có thể góp ý để em hoàn thành bài làm của mình tốt hơn.