ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY ĐẬP ĐÁ ĐHBK ĐN
Thiết kế máy nghiền má
(Dùng để nghiền đập sơ bộ đá vôi hoặc thạch cao cung cấp cho dây chuyền sản xuất xi măng)
PHẦN I
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHU CẦU SẢN XUẤT ĐÁ XÂY DỰNG
1.1. Giới thiệu về vật liệu đá và đá dăm dùng trong sản xuất các cấu kiện bê tông và làm đường sá.
Đá hay còn gọi là nguyên liệu khoáng sản thể rắn. Khái niệm đá như sau: tất cả các vật rắn tồn tại trong thiên nhiên có nguồn gốc về cơ bản đều là khoáng vật. Khoáng vật là những phần tử vật rắn mà trong đó chứa các nguyên tố cùng loại. Có đến hàng trăm loại khoáng vật có số lượng đáng kể tham gia vào cấu tạo của vỏ Trái đất. Các khoáng vật không tồn tại một cách riêng rẽ trong thiên nhiên mà hình thành những tập hợp lớn bao gồm nhiều khoáng vật, chúng xuất hiện ở những địa điểm khác nhau và được tạo thành trong những niên đại khác nhau. Những tập hợp khoáng vật như vậy gọi là đá.
Đá là loại vật liệu rất quan trọng trong ngành xây dựng, chúng được dùng làm chất độn trong bê tông (xây dựng mố cầu, đập nước, rải mặt đường, làm đường ôtô, đường sắt). Đá cũng là nguyên liệu cơ bản để sản xuất xi măng, vôi và các chất kết dính khác. Trong xây dựng đá còn là loại vật liệu trang trí rất quan trọng.
Thành phần chủ yếu nhất trong đá là thạch anh, các khoáng vật quặng, cácbonnat, các khoáng vật sét, các haloit, fenspat, pirôxen và ôlivin. Thành phần hoá học, thành phần khoáng vật và cấu tạo quyết định tính chất vật lý của đá, được dùng làm cơ sở cho việc ứng dụng vào thực tế. Các tính chất của đá còn phụ thuộc vào trạng thái cơ học của chúng như mức độ phong hoá, độ nứt nẻ, độ tách chẻ, tính cát khai.
Trong số các khoáng vật tạo đá thì thạch anh có độ bền cao nhất. Giới hạn bền nén của thạch anh vượt quá 5000kG/cm2, của fenspat, pirôxen, ogit, đá sừng, olivin và các khoáng vật manhe sắt khác là 2000 ÷ 5000kG/cm2, canxit khoảng 100kG/cm2, giới hạn bền nén của quazit và nêfrit hạt nhỏ đạt giá trị cao nhất đến 5000 ÷ 6000kG/cm2, granit hạt nhỏ cũng có độ bền khá lớn 3500kG/cm2 và nhỏ hơn một ít là đá gabrô, điabazơ và granit hạt thô. Đá thuộc poocfia thạch anh và poocfiarit có độ bền nén cao (500 ÷ 2400kG/cm2). Nhưng có nhược điểm là bề mặt vỡ rất trơn, không đảm bảo độ dính kết cao giữa đá dăm và vữa ximăng.
Bảng độ bền nén của các loại đá macma, kG/cm2
Bảng 1.1
|
Loại đá |
Trạng thái khô |
Trạng thái ướt |
|
Granit Sienit Gabrô Foofia quazit Bazan Diabazơ Diorit |
1270¸1859 679¸1055 1029¸2942 924¸2400 612¸1940 1119¸1271 1040¸2300 |
1195¸1788 575¸896 801¸2836
617¸1558 1118¸1271 900¸1700 |
Hiện nay, trong các loại đá thì đá trầm tích, đá vôi và đá đôlômit được sửdụng phổ biến trong xây dựng.
Đá vôi được tạo thành chủ yếu từ canxi (CaCO3) trong đó có cả tạp chất đôlômit, có cỡ hạt dạng cát và sét. Khi các tạp chất đôlômit tăng lên từ 5 ÷ 25% gọi là đá vôi đôlômit; khi tăng lên đến 25 ÷ 50% thì gọi là đá vôi đôlômit hóa.
Đá đôlômit [CaMg(CO3)2] là loại đá cacbônat trầm tích chứa hơn 90% đôlômit. Khi trong đá có từ 50 ÷ 90% đôlômit thì gọi là đôlômit vôi, còn khi tỷ lệ đôlômit thấp hơn thì gọi là đá vôi đôlômit hóa.
Các khoáng vật chủ yếu để tạo thành các loại đá trầm tích là canxit và đôlômit. Canxit thuộc loại khoáng vật phổ biến nhất.
Các loại đá cacbonat có đặc tính là không đồng nhất về tính cơ lý. Độ bền nén ở trạng thái khô là 550 ÷ 2800 kG/cm2,ở trạng thái no nước là 500 ÷ 1700 kG/cm2.
Trong đá trầm tích, phấn sa là loại đá được tạo thành từ những hạt cát kết tủa 0,1÷ 1mm. Độ bền nén trung bình ở trạng thái khô là 580kG/cm2. Ở trạng thái no nước là 573kG/cm2 - Ta có các bảng.
Độ bền nén của các loại đá trầm tích và biến chất
Bảng 1.2
|
Loại đá |
Trạng thái khô |
Trạng thái no nước |
|
Sa thạch, thạch anh Phần sa Đôlomit Đá vôi Goncugranit Diệp thạch |
980¸2069 250¸1300 106¸2776 94¸2390 1048¸2032 1480 |
749¸1760 100¸1200 128¸2560 79¸1900 1091¸2001 1472 |
Độ bền nén của một số loại đá ở Việt Nam kG/cm2 (giá trị trung bình)
Bảng1.3
|
Loại đá |
Trạng thái khô |
Trạng thái no nước |
|
Đá vôi Sa thạch Granit Phần sa Diệp thạch |
626 692 732 310 230 |
530 550 665
94 |
Yêu cầu kỹ thuật đối với các loại vật liệu làm bằng đá được đề ra rất chặt chẽ. Vật liệu bằng đá được sử dụng trong nhiều ngành, đặc biệt là trong xây dựng cơ bản. Đó là loại vật liệu quan trọng được sử dụng trong hầu hết các công trình giao thông, thủy lợi, xây dựng công nghiệp và dân dụng. Đối với các loại đá xây dựng có hai yêu cầu cơ bản là cỡ hạt và chất lượng.
Về cỡ hạt - Trong ngành xây dựng đá được chia ra hai loại chủ yếu là đá hộc và đá dăm (kể cả cát nhân tạo).
+ Đá hộc, theo quy phạm kỹ thuật đó là loại đá cục lớn có kích thước lớn hơn 150mm dùng để xây trụ cầu, mố cầu, tường chắn, xếp cống vòm, lát đường ngầm, xây đê đập.
Trong giao thông còn sử dụng đá có kích thước trung gian giữa đá hộc và đá dăm cỡ lớn, gọi là đá ba. Đá ba có ba cỡ hạt 10 ÷ 15; 15 ÷ 18 và 16 ÷ 20mm. Nó dùng làm móng mặt đường, xếp rãnh, lát mặt trên đường ngầm ...
+ Đá dăm có nhiều cỡ với kích thước khác nhau rất nhiều và thường được dùng để đổ bê tông, cấp phối bê tông. Nó gồm 4 loại chính có kích thước 5 ÷ 150mm như sau:
Loại nhỏ có kích thước: 5 ÷ 10 và 10 ÷ 20mm.
Loại vừa: 20 ÷ 40mm
Loại lớn: 40 ÷ 70mm
Loại đặc biệt có kích thước: 70 ÷ 150mm
Ngoài các cỡ trên đôi khi còn dùng đá dăm cỡ 3 ÷ 10mm thay cho cỡ 5¸10mm.
Đối với bê tông cho các công trình lớn đôi khi dùng đá cấp phối đến 250mm.
Trong xây dựng đường ôtô còn có quy định riêng về đá dăm rải mặt đường. Loại mặt đường đá dăm thông thường gồm các cỡ đá: 40 ÷ 70, 50 ÷ 80, 60 ÷ 90mm. Đá dăm có kích thước mở rộng gồm 2 loại: 25 ÷ 60mm và 40 ÷ 80mm. Đá dăm nhỏ gồm các cỡ: 15 ÷ 25 hoặc 10 ÷ 30mm. Đá cỡ 15 ÷ 40 hoặc 20 ÷ 40mm. Đá dăm có kích thước: 5 ÷ 15, 5 ÷ 10 hoặc 5 ÷ 20mm còn được gọi là đá mạt.
Về chất lượng - Độ chống đập của đá có ý nghĩa lớn đối với đá dăm dùng làm chất đệm (ba lát) của đường sắt. Tùy thuộc vào độ bền của đá mà chia ra 4 loại.
Loại có độ bền chịu đập từ 30 ÷ 39, loại từ 40 ÷ 49, loại từ 50 ÷ 74 và loại từ 75 trở lên. Đá dùng làm balat của đường sắt thường có độ bền chịu đập từ 50 ÷ 70.
Độ chịu mòn là tính chất quan trọng của các loại đá dùng để rãi đường ôtô. Đá dùng để rãi đường ôtô, nhất là đường cấp cao cần có độ chịu mòn cao.
1.2. Giới thiệu về quá trình và thiết bị khai thác, gia công vật liệu đá và đá dăm.
Đá là một trong những loại vật liệu cơ bản được sử dụng nhiều trong các công trình giao thông như: đường sá, sân bay, bến cảng ...
Để rải mặt đường sắt, để xây dựng đường ôtô, hoặc để chế tạo các dầmbêtông ... cần phải sử dụng khối lượng lớn các loại kích cỡ đá. Trong xây dựng người ta thường phân ra các loại phổ biến như: đá dăm, đá cuội, sỏi, vật liệu cấp phối và cát.
Trung bình mỗi kilômét đường ôtô cần từ 1500 đến 3000 m3 đá các loại. Tính ra vật liệu đá chiếm tới 50 ÷ 60% tổng giá thành xây dựng đường.
Tốc độ thi công và chất lượng công trình phụ thuộc nhiều vào khả năng cung cấp vật liệu và chất lượng vật liệu. Vì vậy, tổ chức sản xuất ở các mỏ đá tốt và gia công đá theo các quy cách cần thiết là góp phần đẩy nhanh tiến độ thi công và chất lượng công trình.
Đá sau khi khai thác ở các mỏ, trước khi sử dụng vào các công trình, cần phải tiến hành gia công theo 3 bước sau:
- Đập đá (nghiền đá): làm cho đá nhỏ theo các kích thước.
- Sàng đá: phân loại kích cỡ đá.
- Rửa đá: làm sạch đất cát và các tạp chất khác.
Việc gia công đá rất vất vả và nặng nhọc, nếu chỉ dùng sức người và dùng các công cụ thủ công để làm thì năng suất rất thấp và khối lượng không được là bao. Cho nên việc cơ giới hóa công tác làm đá ngày càng được áp dụng rộng rãi, chiếm tỷ lệ ngày càng lớn trong toàn bộ công tác làm đá.
Máy làm đá là danh từ chung chỉ các loại máy phục vụ việc nghiền, sàng và sửa đá ... theo kích cỡ và không lẫn tạp chất.
Để thuận tiện trong sử dụng, người ta chế tạo ra máy nghiền sàng ly hợp làm cả 2 chức năng: nghiền và sàng.
Sơ đồ công nghệ khai thác đá được biểu diễn như sau:
Máy cạp (1) dùng để đào bỏ lớp đất trên của mỏ đá. Máy khoan (2) khoan các lỗ sâu vào lớp đất để đặt chất nổ bắn đá ra. Máy xúc (3) dùng để bốc đá vào ôtô vận chuyển (4). Các ôtô này dùng để chở đá đến phân xưởng gia công đá khối hay đưa ra bãi gia công đá dăm. Để phân loại đá theo kích thước nhất định người ta sử dụng các máy sàng đá (10) và (15). Trong sơ đồ này máy nghiền đá (8) được sử dụng trong bước nghiền sơ bộ và trước khi đá đến máy nghiền này từ ôtô (4) thì đá được đổ vào phểu chứa liệu. Sau đó đến bộ phận sàng sơ bộ (5), ở đây các loại cát, đất còn dính lại và đá nhỏ từ 0-5mm được tách ra. Còn toàn bộ đá, đa số là đá lớn, khai thác được đưa vào máy nghiền má (8). Sau khi ra khỏi máy nghiền má thì đá lúc này có kích thước đa dạng từ 5-90mm. Các đá này được truyền bằng băng tải (9) đến máy sàng rung (10). Máy sàng rung (10) có nhiều loại lưới phân cấp đá từ 5-20mm, 20-75mm và lớn hơn 75mm. Đá từ 5-20mm được băng tải (14) đưa ra bãi chứa. Những đá có kích thước lớn hơn 75mm lại được băng tải (11) đưa đến máy nghiền má thứ cấp (12). Sau khi qua máy nghiền má (12) thì đá có kích thước phần lớn nhỏ hơn 60mm và lại được băng tải (13) đưa đến máy sàng rung (15). Máy sàng rung (15) có nhiều loại lưới phân cấp đá từ 5-20mm, 20-40m và 40-60mm. Những đá có kích thước lớn hơn 60mm lại được băng tải (17) đưa đến máy nghiền côn (19). Sau khi qua máy nghiền côn thì đá được nghiền nhỏ và đưa trở lại máy sàng (15). Đá phân loại xong sẽ được các băng tải (22) và (23) đưa vào kho chứa (24). Sau đó các ôtô đưa đi theo công việc của mình.
1. Máy cạp đất 2. Máy khoan lỗ đặt mìn 3. Máy xúc đá 4. Ôtô 5. Sàng sơ bộ
6,9,11,13,14,15,17,18,20,21,22.Băng tải
7. Phế phẩm 8. Máy nghiền má sơ cấp
10,16. Máy sàng đá
12. Máy nghiền má thứ cấp
19. Máy nghiền côn
24. Kho chứa
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ khai thác và gia công đá.
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA
QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN
2.1. Mục đích và ý nghĩa của đập nghiền
Đập và nghiền là quá trình công nghệ làm giảm kích thước của vật liệu khoáng sản. Quá trình này dùng tác dụng của ngoại lực để phá vỡ những cục vật liệu lớn thành những cục và hạt nhỏ. Ngoại lực có tác dụng phá vỡ những lực liên kết bên trong cục vật liệu làm cho nó rạn nứt và vỡ nhỏ ra.
Về nguyên lý đập và nghiền không khác nhau nhưng người ta qui ước đập là quá trình cho ra sản phẩm có độ hạt lớn hơn 5mm và nghiền là quá trình tạo ra sản phẩm nhỏ hơn 5mm. Đập và nghiền là một khâu quan trọng trong các xưởng tuyển khoáng, trong các ngành công nghiệp hoá chất, vật liệu xây dựng,…
Đa số nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp silicat đều là các loại đất đá, nham thạch nằm trên vỏ trái đất và có thể khai thác theo phương pháp lộ thiên. Ví dụ như:
- Công nghiệp thuỷ tinh cần cát, đá vôi, đôlômit, trường thạch...
- Công nghiệp gốm sứ cần đất sét, cao lanh trường thạch, thạch anh, thạch cao...
- Công nghiệp vật liệu chịu lửa cần đất sét chịu lửa, quặng manhêzit, quắczit, cromit...
- Công nghiệp các chất kết dính cần đá vôi, đất sét, thạch cao...
Sau khi khai thác nguyên liệu được chở về các nhà máy silicat, đôi khi ở dạng cục lớn tới 1500 ÷ 2000 mm. Để sử dụng được, ta phải đập và nghiền các nguyên liệu đó. Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngoại lực hạt vật liệu bị phá vỡ thành nhiều hạt nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt riêng) tạo điều kiện dễ dàng hoàn thành các quá trình hoá lý xảy ra tiếp sau đó, nhất là các phản ứng pha rắn.
Có trường hợp nguyên liệu khoáng sản bao gồm các khoáng vật có tính chất cơ lí khác nhau. Sau khi đập và nghiền những khoáng vật cứng và bền hơn sẽ ít bị vỡ sẽ là cục lớn hơn, các khoáng vật mềm và giòn sẽ bị vỡ vụn nhiều hơn sẽ là những hạt tương đối nhỏ. Nếu sau khi đập đem sàng thì có thể tách riêng được các khoáng vật đó ra khỏi nhau. Trong trường hợp này đập - nghiền - sàng có tác dụng như quá trình tuyển.
Đập và nghiền không chỉ dùng trong quá trình khai thác đá, ở các xưởng tuyển khoáng. Ở các nhà máy nhiệt điện phải đập và nghiền than để sản xuất nhiên liệu ở dạng bụi. Ở nhà máy luyện cốc phải đập và nghiền than trước khi nạp than vào lò luyện. Ở nhà máy luyện kim phải đập đá vôi và đôlômit để làm trợ dung. Trong ngành vật liệu xây dựng phải đập đá hộc, đá tảng thành đá dăm. Đập và nghiền đá vôi để sản xuất ximăng. Trong công nghiệp hoá chất phải đập quặng secpentin và apatit trước khi nạp vào lò cao và phải nghiền mịn bán thành phẩm phân lân nung chảy; phải nghiền fenpat (trường thạch), mica, inmenhit và các nguyên liệu khoáng sản khác để phối liệu làm vỏ que hàn điện, phải đập nghiền quặng mangan để làm pin ... Trong các trường hợp này, sản phẩm đập nghiền được dùng ngay nên quá trình đập và nghiền có ý nghĩa riêng và việc quy định độ hạt của sản phẩm phải căn cứ vào yêu cầu kỹ thật của các quá trình công nghệ tiếp theo.
2.2. Các tính chất cơ bản của vật liệu nghiền.
Khi sử dụng máy nghiền, cần quan tâm đến các tính chất sau đây của vật liệu nghiền: Độ bền, độ giòn và tính mài mòn của vật liệu.
2.2.1. Độ bền
Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá huỷ của chúng dưới tác dụng của ngoại lực. Độ bền được đặc trưng bởi giới hạn bền nén (σn) và giới hạn bền kéo (σk)
σn = và σk = (MN/m2) (2.1)
Pn : lực nén vỡ (MN)
T: lực kéo đứt (MN)
F: tiết diện chịu kéo hoặc nén (m2)
Đối với đá, giới hạn bền nén lớn hơn giới hạn bền kéo, do vậy các máy nghiền đá thường được chế tạo dùng lực nén, ép vỡ.
Tuỳ thuộc vào độ bền σn người ta phân đá thành các loại sau:
Siêu bền > 250 MN/m2
Bền 150 ÷ 250 MN/m2
Bền trung bình 80 ÷ 150 MN/m2
Kém bền < 80 MN/m2
2.2.2. Độ giòn.
Độ giòn đặc trưng cho khả năng bị phá huỷ của vật liệu dưới tác dụng của lực va đập. Vật liệu giòn có sự sai khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và bền kéo. Xác định độ giòn bằng thí nghiệm va đập. Dựa vào số lần va đập cần thiết để làm vỡ vật liệu, người ta phân đá thành các loại sau:
Rất giòn dưới 2 lần va đập
Giòn 2 ÷ 5 lần va đập
Dai 5 ÷ 10 lần va đập
Rất dai trên 10 lần va đập.
Khi làm việc với các loại vật liệu có độ giòn khác nhau thì tính năng của máy cũng thay đổi theo. Tính giòn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năng suất tăng theo.
2.2.3. Tính mài mòn.
Tính mài mòn đặc trưng cho khả năng của vật liệu làm mòn bộ phận công tác khi làm việc. Tính mài mòn được xác định theo công thức
I = (g/t) (2.2)
Ag1 ,Ag2 ,Ag3 - hao mòn đầu búa được xác định với độ chính xác ± 0,2mg
G1 ,G2 , G3 -khối lượng của đá gia công.
2.3. Đặc tính của quá trình nghiền.
Quá trình nghiền có các đặc tính được thể hiện qua mức độ nghiền, độ lớn của hạt và thành phần hạt của vật liệu nghiền.
2.3.1 Độ lớn của hạt:
Hạt vật liệu có hình dạng khác nhau và thường được xác định bằng các số đo: chiều dài a, chiều rộng b, bề dày c. Khi nghiên cứu để đơn giản người ta xem viên đá là khối cầu có đường kính quy ước D và sản phẩm được nghiền có đường kính quy ước d.
Đường kính quy ước d được xác định theo nhiều cách khác nhau như sau :
+ Theo trung bình cộng : d =.
+ Theo trung bình nhân : d =.
+ Theo trung bình bình phương : d =.
2.3.2 Thành phần hạt của sản phẩm:
Thành phần hạt của sản phẩm nghiền được thể hiện qua đồ thị đặc tính độ hạt như sau :
Hình 2.1 Đồ thị đặc tính độ hạt.
Để xác định nó người ta lấy mẫu sản phẩm đem phân loại trên máy sàng mẫu. Khối lượng mẫu thử phụ thuộc vào kích thước lớn nhất của hạt và được xác định qua biểu thức:
P = 0,02.d2 + 0,5.d (kg) (2.3)
d: Kích thước lớn nhất của hạt (mm).
2.3.3. Mức độ nghiền
Tỷ số giữa kích thước của cục vật liệu trước khi đập với kích thước của hạt sản phẩm gọi là mức độ nghiền (mức đập), ký hiệu là i. Mức đập là một chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng của quá trình, nó chỉ rõ sau khi đập cục vật liệu đã nhỏ đi mấy lần. Mức đập có liên quan đến năng suất và công suất máy.
Có thể xác định mức đập nghiền theo một trong các công thức sau đây:
Trước hết mức đập được xác định bằng tỷ số kích thước cục hay hạt lớn nhất trước và sau khi đập.
i =
Trong đó:
Dmax:đường kính cục lớn nhất trong vật liệu trước khi đập hoặc nghiền(mm).
dmax: đường kính cục lớn nhất của sản phẩm sau khi đập hoặc nghiền (mm).
Trong thực tế đường kính của cục lớn nhất trong vật liệu lấy bằng kích thước lỗ lưới vuông mà toàn bộ vật liệu lọt qua được. Vì vậy mức đập có thể lấy bằng tỷ số kích thước của lỗ lưới mà toàn bộ sản phẩm có thể lọt qua khi sàng vật liệu trước và sau khi đập. Khi sàng phải dùng lưới có dạng lỗ như nhau vì nó ảnh hưởng đến kết quả sàng. Khi dùng lưới sàng có hình dạng lỗ khác nhau (ví dụ trước khi đập dùng sàng chấn song, sau khi đập dùng sàng đan lỗ vuông) thì phải tính mức đập theo công thức:
i =
Trong đó:
L: chiều rộng khe lưới chấn song vừa đủ để toàn bộ vật liệu trước khi đập có thể lọt qua (mm).
d: kích thước lỗ lưới vuông vừa đủ để toàn bộ sản phẩm đập có thể lọt qua(mm).
f : hệ số điều chỉnh phản ánh ảnh hưởng của hình dạng lỗ lưới, bằng tỷ số chiều rộng và chiều dày của cục vật liệu, thường lấy từ 1,7 (đối với hạt có hình thù cân đối) đến 3,3 (đối với cục dẹt).
Nếu không tiến hành sàng vật liệu trước và sau khi đập thì có thể tính mức đập theo công thức:
i =
Trong đó:
B, b: chiều rộng miệng cấp liệu và tháo liệu của máy đập (mm).
Trị số 0,85.B là chiều rộng có hiệu quả của miệng cấp khoáng ở máy đập. Đối với máy đập nón để đập vừa và đập nhỏ, b lấy bằng chiều rộng vùng song song, còn đối với máy đập khác thì lấy bằng chiều rộng nhất của miệng tháo liệu.
Mức đập tính theo các công thức trên không đủ đặc trưng cho quá trình đập và nghiền. Nhiều trường hợp các sản phẩm đập có đường kính cục lớn nhất là bằng nhau, nhưng có đường kính đặc tính độ hạt khác nhau (ví dụ một đường cong lồi và một đường cong lõm). Do đó, muốn xác định mức đập một cách chính xác phải tính theo đường kính trung bình để nó phản ánh được ảnh hưởng của thành phần độ hạt của cả khối vật liệu:
i =
Trong đó:
Dtb, dtb: đường kính trung bình của vật liệu trước khi đập và sản phẩm (mm).
Đôi khi mức đập còn tính theo công thức sau:
i =
Trong đó:
Dt : kích thước lỗ lưới mà t% vật liệu trước khi đập có thể lọt qua (mm).
dt : kích thước lỗ lưới mà t% sản phẩm có thể lọt qua (mm).
Đối với quá trình đập lấy t = 80% còn quá trình nghiền lấy t = 95%. Kinh nghiệm cho thấy những cục lớn chiếm tỷ lệ không cao (nhỏ hơn 20% đối với sản phẩm đập và nhỏ hơn 5% đối với sản phẩm nghiền) nên không đại diện cho độ hạt của vật liệu.
Tuỳ thuộc vào số liệu cần thu được có thể tính mức đập theo một trong năm công thức kể trên.
Trong một máy nghiền không thể nhận được mức độ nghiền lớn, vì vậy người ta thường đặt các máy nghiền làm việc nối tiếp nhau. Như vậy mỗi máy sẽ thực hiện một giai đoạn của quá trình nghiền. Máy nghiền có thể làm việc theo chu trình kín hay hở, trong chu trình hở vật liệu đi qua máy nghiền một lần. Khi đó trong sản phẩm cuối cùng luôn có các mẫu vật liệu quá kích thước đã chọn. Trong chu trình kín sản phẩm cuối cùng được phân loại và các mẫu có kích thước lớn được đưa trở lại máy nghiền.
Tuỳ theo độ hạt của vật liệu đầu Dmax và của sản phẩm cuối cùng dmax người ta chia ra các giai đoạn đập và nghiền như ở bảng sau.
Bảng 2.1
|
Giai đoạn |
Dmax (mm) |
dmax (mm) |
|
Đập thô |
1500 ¸ 500 |
350 ¸ 100 |
|
Đập vừa |
350 ¸ 100 |
100 ¸ 40 |
|
Đập nhỏ |
100 ¸ 40 |
30 ¸ 10 |
|
Nghiền nhỏ |
30 ¸ 10 |
6 ¸ 2 |
|
Nghiền vụn |
0 ¸ 2 |
1 ¸ 0,5 và nhỏ hơn |
2.4. Năng lượng nghiền
Năng lượng cần để nghiền vỡ đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước, hình dạng hạt, sự phân bố xếp đặt của hạt, độ bền, độ giòn, sự đồng nhất của đá, độ ẩm, hình dạng và trạng thái bề mặt làm việc của máy nghiền ... Do vậy việc xác lập quan hệ giữa năng lượng để nghiền và các tính chất cơ lý của vật liệu nghiền rất khó khăn.
Hiện nay tồn tại ba giả thuyết được coi là các định luật nghiền.
2.4.1. Định luật nghiền thứ nhất (Định luật mặt phẳng)
Định luật này do giáo sư P.Rittingger nêu ra năm 1867, được phát biểu như sau: "Công tiêu hao để nghiền vật liệu tỉ lệ với diện tích bề mặt mới tạo ra trong quá trình nghiền"
A = K.DF (2.4)
K : hệ số tỷ lệ
DF : số lượng diện tích bề mặt gia tăng.
Giả thiết viên đá đem nghiền là khối lập phương có cạnh bằng 1 và năng lượng (công) cần để tách vỡ nó theo một mặt là A. Vậy khi nghiền viên đá đó với mức độ nghiền i = 2, nghĩa là viên đá sản phẩm có các cạnh bằng 1/2 viên đá ban đầu. Cần phải dùng 3 mặt phẳng tách vỡ.
Hình 2.2 Sơ đồ minh hoạ quá trình nghiền theo định luật mặt phẳng.
Do vậy số công tiêu hao là 3A, số đá thu được là 23 = 8.
Tương tự: nếu mức độ nghiền là i = 3, cần 6 mặt tách và số công tiêu hao là
6A, số viên đá thu được là 33 = 27.
Tổng quát, nếu mức độ nghiền i = in cần 3(in-1) mặt tách vỡ, trị số công nghiền sẽ là An = 3A(in-1). Cũng vậy nếu i = im, công nghiền sẽ là Am = 3A(im-1).
Do vậy ta có: (2.5)
Khi mức độ nghiền lớn có thể viết: (2.6)
Nếu các viên đá đem nghiền có kích thước như nhau và bằng D thì in = D/dn và im = D/dm.
Ta có:, nên:
(2.7)
Công tiêu hao để nghiền tỷ lệ thuận với độ nghiền và tỷ lệ nghịch với kích thước sản phẩm nghiền.
Một viên đá hình lập phương cạnh D(mm) có diện tích bề mặt là 6D2. Khi nghiền khối đá đó đến kích thước d thì mức độ nghiền i = D/d và số viên sản phẩm là i3 (hình lập phương).
Do diện tích bề mặt của mỗi viên sản phẩm hình lập phương là 6d2 nên diện tích bề mặt được gia tăng là:
DF = 6.d2.i3-6D2 = 6D2 (i-1) (2.8)
Công để nghiền một viên đá có cạnh D là:
A = K.DF = 6K.D2(i-1) (2.9)
Hay A = K1.D2(i-1) (2.10)
Nếu nghiền Q kg viên đá hay Q/γ m3 (γ=kg/m3 là khối lượng thể tích) và coi kích thước trung bình của các viên đá là Dtk thì số viên đá đem nghiền sẽ là
Do công để nghiền một viên bằng A = K.6.(i-1)nên công để nghiền Q kg sẽ là:
A = K.6.
A = (2.11)
Ở đây: KR =
Trong công thức trên có nhiều thông số phản ánh quá trình nghiền, song khó
xác định hệ số KR nên ý nghĩa thực tế của công thức bị giảm thấp.
2.4.2. Định luật nghiền thứ hai - Định luật thể tích
Định luật này được đưa ra từ năm 1885 do các giáo sư Ph.kich và V.L.Kiapichep. Dựa trên các công thức của lý thuyết đàn hồi, ta có các công thức sau:
A = (2.12)
Ở đây: K2 = là hệ số tỷ lệ.
V : thể tích vật biến dạng
d : ứng suất lúc biến dạng
E : Môdun đàn hồi
A : năng lượng gây biến dạng
Năng lượng để thay đổi hình dạng những vật giống nhau về hình thể và đồng nhất tỷ lệ với thể tích vật nghiền hoặc khối lượng của chúng.
Ta có quan hệ:
(2.13)
Mặt khác ta có:
A = P.S (2.14)
S : biến dạng của vật theo hướng lực tác dụng
P : lực gây biến dạng
Hình 2.3.Sơ đồ minh hoạ quá trình nghiền
theo định luật thể tích.
Với viên đá hình lập phương theo định luật Húc biến dạng tỷ lệ thuận với kích thước l của nó:
Từ đó: (2.15)
Lực nghiền tỉ lệ bậc nhất với diện tích tiết diện ngang của vật.
Công để nghiền một viên đá hình lập phương mà cạnh có kích thước D là:
A = K2. D3 (2.16)
Công để nghiền Q kg đá với các viên có kích thước trung bình Dtk là:
A = K2 .
Hay A = K3.Q
Nếu giả thiết rằng mức độ nghiền i = Qtk/dtk đạt được sau n giai đoạn nghiền mà trong mỗi giai đoạn nghiền đó mức độ nghiền đều như nhau và bằng r thì i = rn
Công của mỗi giai đoạn nghiền đó đều như nhau và có giá trị:
A1 = K3.Q ; A2 = K3.Q; .... An = K3.Q
Công nghiền tổng hợp
A = A1+A2 + ... + An = n.K3.Q
Bởi vì: n = nên
A = Kk.Q.lg (2.17)
Trong đó: Kk = hệ số tỷ lệ (trong định luật thể tích).
Quá trình nghiền đá là quá trình phức tạp, trong đó đá bị nghiền nhỏ do nhiều tác động: ép vỡ, miết vỡ, kéo đứt ... Hai định luật trên chỉ mới quan tâm đơn thuần đến từng giai đoạn riêng rẽ của quá trình phức tạp đó. Định luật thể tích chỉ xác định năng lượng cho quá trình biến dạng đàn hồi của vật liệu mà không kể tới số bề mặt mới được tạo thành do miết vỡ gây ra. Định luật mặt phẳng không tính đến năng lượng biến dạng, mà chỉ kể tới năng lượng cần để tạo ra các bề mặt mới do miết vỡ. Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng khi nghiền với mức độ nghiền nhỏ (nghiền hạt) định luật thể tích, với mức độ nghiền lớn (nghiền bột), định luật mặt phẳng cho kế quả gần sát với thực tế.
Năng lượng nghiền phải là tổng hợp của hai năng lượng: năng lượng để biến dạng và để tạo thành bề mặt mới. Khi đó công nghiền đá được biểu thị bằng công thức sau:
A = K.DV+d.DF (2.18)
Trong đó:
K, d: các hệ số tỷ lệ
DV : thể tích bị biến dạng
DF : bề mặt mới được tạo ra
Do thiếu các hệ số tỷ lệ cho các trường hợp cụ thể nên công thức trên không được sử dụng rộng rãi.
2.4.3. Định luật nghiền thứ ba
Vào năm 1951 xuất hiện định luật nghiền thứ ba do Ph-Bôn đưa ra sau khi đã biến đổi công để nghiền Q kg vật liệu có dạng sau:
A = KR (2.19)
Trong đó n là chỉ số
Nếu thay n = 2 và 1, công thức trên trở nên biểu thức của định luật mặt phẳng và định luật thể tích.
Quá trình thực nghiệm chứng tỏ rằng, với máy nghiền má chỉ số n trong công thức (2.19) bằng 1,5.
Công suất động cơ máy nghiền má:
N = 0,13 Ei.KM. (2.20)
Ei: công suất tiêu hao năng lượng (KWh/t) là năng lượng để nghiền 1 tấn vật liệu từ kích thước vô định đến kích thước 1mm.
KM : hệ số phụ thuộc vào kích thước đá
i : mức độ nghiền
Dtk : kích thước trung bình theo khối lượng của đá đem nghiền (m).
Q : năng suất (m3/s)
γ : khối lượng thể tích của đá (kg/m3).
Giá trị của Ei được xác định theo các bảng chuyên ngành, phụ thuộc vào loại đá và địa danh khai thác Ei = 4,58 ¸ 8,51KWh/t. Khi tính sơ bộ, để đảm bảo cho máy nghiền có thể làm việc được với bất kỳ loại đá nào, người ta chọn Ei có trị số gần với giá trị lớn nhất Ei = 8KWh/t. Giá trị KM xác định theo chọn Ei có trị số gần với giá trị lớn nhất Ei = 8KWh/t. Giá trị KM xác định theo
........................................
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY
Để tính toán các thông số kỹ thuật của máy ta dựa vào các số liệu đã có ở phần trước.
4.1. Xác định kích thước buồng nghiền
Trong các máy nghiền má, quá trình nghiền vỡ vật liệu xẩy ra trong buồng nghiền (khoang nghiền) được giới hạn bởi hai má nghiền.
Các kích thước cơ bản của buồng nghiền bao gồm chiều cao buồng nghiền H, chiều dài buồng nghiền L, chiều rộng cửa nạp B và chiều rộng cửa xả b
4.1.1 Chiều rộng cửa nạp B
Trong sản xuất máy đập hàm chỉ đập được những cục khoáng sản có đường kính D nhỏ hơn chiều rộng miệng cấp khoáng B của máy từ 15 ÷ 20%, nghĩa là:
Dmax= (0,8 ¸ 0,85)B (4.1)
Hay B = == (400 ¸ 425)mm
Chọn B = 400 mm = 0,4 m
4.1.2. Chiều rộng cửa xả b
Chiều rộng cửa xả b liên quan đến kích thước của sản phẩm, được xác định theo quan hệ sau:
dmax = 1,2.b (4.2)
Vậy b = = = 75 mm
4.1.3. Chiều dài và chiều cao buồng nghiền
Theo sách các máy gia công vật liệu rắn và dẻo thì chiều dài của buồng nghiền được xác định như sau:
L = (1,5 ¸ 3,5)B = (1,5 ¸ 3,5)0,4 = (0,6 ¸ 1,4)m (4.3)
Ta chọn L = 0,6m
Chiều cao buồng nghiền:
H = (2 ¸ 2,5)B = (2 ¸ 2,5)0,4 = (0,8 ¸ 1)m (4.4)
Chọn H = 0,9m = 900mm
4.2. Xác định góc kẹp đá
Góc kẹp đá hay còn gọi là góc ngoạm đá, là góc tạo thành giữa bề mặt của hàm động và hàm tĩnh, ký hiệu là a. Khi máy đập làm việc, do hàm động chuyển động lắc nên góc ngoạm thay đổi (hình vẽ). Khi hàm động ở gần hàm tĩnh nhất (ứng với vị trí OB) góc ngoạm là a2 có giá trị lớn nhất. Khi hàm động ở xa hàm tĩnh nhất (ứng với vị trí OB1) góc ngoạm là a1, nhỏ nhất. Giá trị góc ngoạm chênh lệch không đáng kể nên xem như nó bằng góc ngoạm lúc hàm động gần hàm tĩnh nhất a2.
Hình 4.1. Góc ngoạm của máy nghiền má
Mặt khác khi điều chỉnh chiều rộng miệng tháo khoáng, góc ngoạm cũng thay đổi. Khi giảm chiều rộng miệng tháo khoáng thì góc ngoạm tăng lên. Tức là khi tăng góc ngoạm thì mức đập i sẽ tăng và năng suất máy sẽ giảm vì chiều rộng miệng tháo khoáng bị thu hẹp lại. Khi tăng chiều rộng miệng tháo khoáng thì góc ngoạm sẽ giảm. Cũng có nghĩa là khi giảm góc ngoạm thì mức đập i sẽ giảm và năng suất sẽ tăng do chiều rộng miệng tháo khoáng mở rộng ra. Rõ ràng là góc ngoạm có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng và số lượng của khâu đập.
Cục vật liệu bị ép giữa 2 hàm chịu tác dụng của những lực sau đây:
P1 : áp lực của hàm động
P2 : phản lực của hàm tĩnh
(Phương của 2 lực này vuông góc với bề mặt các hàm tương ứng)
Hình .4.2. Các lực tác dụng lên cục vật liệu trong máy nghiền má
fP1 : lực ma sát giữa cục vật liệu và hàm động
fP2: lực ma sát giữa cục vật liệu và hàm tĩnh
(f là hệ số ma sát, phương của hai lực này song song với bề mặt các hàm)
Trọng lượng cục vật liệu rất nhỏ so với các lực P1 và P2 nên không cần tính đến.
Áp lực của hàm động P1 có thể phân tích ra hai thành phần: thành phần nằm ngang T và thành phần thẳng đứng N. Thành phần thẳng đứng N xác định theo:
N = P1sina (4.5)
và hướng lên trên, có tác dụng đẩy cục vật liệu trượt lên trên dọc theo hàm, nếu góc ngoạm a tăng thì lực đẩy N sẽ tăng và lực ma sát giữa cục vật liệu và bề mặt hàm không đảm bảo giữ chắc nó trong vùng đập của máy.
Nếu góc ngoạm tăng quá giới hạn nào đó, lực đẩy N có thể vượt quá lực ma sát và cục vật liệu bị văng ra ngoài vùng đập. Góc ngoạm giới hạn là góc mà khi đó lực đẩy cân bằng với ma sát, ký hiệu a0.
Nếu coi cục vật liệu như một vật cô lập và đặt gốc toạ độ ở tâm của cục thì có thể viết được phương trình cân bằng của các lực trên trục OX và OY như sau:
= 0 (4.6)
= 0 (4.7)
Trong đó:
f: hệ số ma sát giữa kim loại chế tạo tấm lót má nghiền với vật liệu. Đối với vật liệu silicát và mỏ thép có thể lấy f = 0,25 ¸ 0,3.
Thay P2 rút từ (4.6) vào (4.7) và chia cả hai vế cho P1.cosa0, ta có:
(4.8)
Mặt khác f = tgj (j - góc ma sát) nên:
(4.9)
Vậy a0 = 2j.
Muốn cho cục vật liệu không bị trượt lên thì góc ngoạm phải nhỏ hơn hai lần góc ma sát
a0 < 2j
Hệ số ma sát giữa vật liệu và bề mặt hàm f = 0,3 tương ứng với góc ma sát a=16,70 và góc ngoạm có thể đạt đến 330. Thực tế góc ngoạm a của máy đập hàm thường lấy từ 180 đến 220. Nếu giảm góc ngoạm thì năng suất của máy tăng lên nhất là khi đập quặng cứng. Tuy nhiên khi giảm góc ngoạm sẽ làm cho mức đập giảm theo hay nói khác đi là tăng độ hạt của sản phẩm đập. Nếu như độ hạt của sản phẩm tăng lên không có ảnh hưởng gì đến giai đoạn đập ở phía sau hoặc yêu cầu của hộ tiêu thụ thì có thể giảm góc ngoạm một cách thích đáng để tăng năng suất của máy. Thực tế người ta thường lấy a = 200 nhằm mục đích để tránh khỏi kẹt đá trong lúc nghiền.
4.3. Hành trình của má nghiền
Hành trình của má nghiền liên quan đến hành trình nén đá trong buồng nghiền . Để cho đá bị ép vỡ đòi hỏi hành trình của má nghiền S phải không nhỏ hơn giá trị nén vỡ cần thiết. Hành trình của má nghiền được tính theo công thức sau:
S > k.D (4.10 )
Trong đó:
k =: giá trị nén tương đối
sn : giới hạn bền nén của đá
E : mô đun đàn hồi của đá
D : kích thước của đá
Do viên đá có hình dạng không xác định, sự tiếp xúc giữa đá với má nghiền không phải là mặt phẳng mà là tiếp xúc điểm nên giá trị thực tế của hành trình S phải lớn hơn. Trị số hợp lý của hành trình S được xác định bằng thực nghiệm.
Đối với máy nghiền má có chuyển động lắc phức tạp:
Sn = (0,06 ¸ 0,03).B; Sx = 7 + 0,1.b (4.11)
Trong đó:
B: chiều rộng cửa nạp liệu (mm)
b: chiều rộng cửa tháo liệu (mm)
Sn : hành trình nén ở cửa nạp
Sx : hành trình nén ở cửa xả.
Chọn Sn = 0,04.B = 0,04.400 = 16 mm
Và Sx= 7 + 0,1.75 = 14,5 mm
Hành trình nén chính là hình chiếu của đường chuyển động má di động lên phương vuông góc với má cố định.
4.4. Số vòng quay của trục lệch tâm
Ta có mô hình tính toán như sau:
Hình 4.3 Sơ đồ tính
số vòng quay
Số vòng quay hợp lý của trục lệch tâm là số vòng quay để đảm bảo cho năng suất của máy lớn nhất. Chúng ta quan sát chuyển động của vật liệu ở phần dưới của buồng nghiền khi máy làm việc. Khi má di động tách xa má cố định thì lúc này vật liệu đã được nghiền và chuyển động tụt xuống phía dưới sau đó rơi ra ngoài qua cửa xả (theo mô hình trên). Để có năng suất cao, trong khi má nghiền di động tách xa má nghiền cố định, những vật liệu nằm thấp hơn mặt phẳng CDEF phải được rơi ra. Nghĩa là thể tích đá có hình lăng trụ ABCDEFGM, mà cạnh DC = b (b - Chiều rộng cửa xả) phải rơi được một đoạn h để thoát ra khỏi buồng nghiền do trọng lực. Muốn vậy số vòng quay của trục lệch tâm phải như thế nào đó để trong khoảng thời gian t của hành trình xả, lúc má di động chuyển từ vị trí cực trái sang cực phải, phải bằng thời gian để vật rơi tự do được một đoạn dài h. Nếu trục quay chậm hơn thì sẽ làm giảm khối lượng đá rơi ra ngoài trong một đơn vị thời gian, nghĩa là làm giảm năng suất máy. Nếu trục quay nhanh hơn giá trị cần thiết thì khối vật liệu kể trên không rơi hết khỏi buồng nghiền và sẽ nằm đọng lại ở vị trí nào đó của buồng nghiền. Thành thử năng suất giảm đi mà tiêu hao năng lượng vẫn tăng lên. Vì thế số vòng quay của trục lệch tâm phải là số vòng quay có hiệu quả.
Thời gian hàm động ra xa hàm tĩnh t1 (thời gian tháo) phải đủ để vật liệu nằm ở mặt đáy lớn của hình thang rơi tự do qua chiều cao h để thoát ra khỏi vùng đập của máy. Thời gian này bằng trục lệch tâm quay được nửa vòng.
t1 = (4.12)
Thời gian t2 cần thiết để vật liệu rơi tự do được chiều cao h xác định theo phương trình.
h = (4.13)
Từ đây rút ra t2 = (4.14)
Trong đó g là gia tốc trọng trường
Để đảm bảo toàn bộ lượng vật liệu hình lăng trụ ABCDEFGM (có tiết diện hình thang) rơi hết ra khỏi vùng đập thì thời gian tháo t1 tối thiểu phải bằng thời gian t2 đển nó rơi tự do qua được độ cao h ra khỏi máy. Cân bằng t1 và t2 ta có:
(4.15)
Tư đó rút ra:
n = 30 (4.16)
Căn cứ vào quan hệ hình học ở hình 4.3 ta tính được:
h = (4.17)
Trong đó:
S : đoạn dời của hàm động (cm)
a: góc ngoạm (độ)
Thay trị số vào biểu thức tính trên ta được công thức để xác định số vòng quay tương ứng với năng suất lớn nhất của máy đập hàm và gọi là số vòng quay tối ưu ntư.
ntư = 30 (v/ph) (4.18)
a = 200
Nếu lấy g = 9,81 m/s2 thì công thức trên có dạng:
ntư = 30= (v/ph) (4.19)
Trong công thức (4.19) chưa kể lực ma sát giữa vật liệu và các má nghiền. Vì vậy khi lấy n và ntư theo công thức này nên lấy giá trị n giảm từ 5 ¸ 10%.
Từ (4.19) ta có nhận xét. Tốc độ quay hợp lý n của trục lệch tâm chỉ phụ thuộc vào hành trình của má động ở bước tháo liệu, để chọn trước hành trình S (mm) hợp lý ta tham khảo thông số kỹ thuật của một số máy nghiền má trong tài liệu bảng sau.
Bảng 4.1
|
Ký hiệu máy |
Công suất N (KW) |
Hành trình S |
Vòng quay n (v/p) |
|
C-182G |
20 |
15 |
300 |
|
CM-PG |
28 |
18 |
250 |
|
CM-166A |
28 |
18 |
275 |
|
C6 ´ 9 |
75 |
24 |
250 |
|
p6 ´ 9 |
75 |
36 |
250 |
Theo công thức tính năng suất:
(4.20)
khi S tăng thì năng suất máy tăng, còn theo (4.19) khi S tăng thì vận tốc quay ω giảm (ω = 2πn). Do đó, nếu cùng 1 công suất thiết kế N thì Mx trên trục lệch tâm lớn hơn, do đó kết cấu máy cồng kềnh hơn, ở đây do yêu cầu thực tế của máy thiết kế năng suất làm việc trung bình. Công suất thiết kế không lớn lắm cho phép chọn S nhỏ để tiện cho việc tính toán kết cấu của máy về sau. Mặt khác ở phần trước ta đã tính được S = 14,5mm, dựa vào bảng ta chọn S = 15mm = 0,015m.
Sử dụng công thức (4.19)
n = = 326 (v/ph)
Như đã nói để kể đến ma sát giữa vật liệu với vách nghiền, ta lấy n giảm đi từ (5 ¸ 10)% và theo dãy số ưu tiên ta chọn n = 300 (v/ph)
Tốc độ quay trục lệch tâm máy thiết kế n =300 v/ph.
4.5. Xác định năng suất máy
4.5.1.Tính năng suất máy theo lý thuyết
Khi tính năng suất máy ta cũng giả thiết như khi tính số vòng quay hợp lý, coi như vật liệu chỉ tháo ra trong thời gian má động đi ra xa và đây cũng chính là lượng vật liệu rơi ra trong một vòng quay của trục lệch tâm. Diện tích mặt cắt F(m2) của vật liệu rơi xuống từ buồng nghiền được xác định theo công thức:
F = (4.21)
Với h =
e: chiều rộng cửa ra đá khi hai má nghiền sát nhau nhất (m)
Thể tích lăng trụ vật liệu rơi xuống được xác định:
V = (4.22)
L: Chiều dài của buồng nghiền (m)
Năng suất máy (m3/s) và (kg/s) được xác định với các công thức tương ứng sau đây:
QV = V.n.k (4.23)
QS = V.n.k.D (4.24)
n: số vòng quay trục lệch tâm (v/s)
k: hệ số tơi xốp của vật liệu thường k = 0,25 ¸ 0,7 phụ thuộc vào phương pháp cấp liệu, lấy k = 0,4 đối với máy thiết kế.
D: khối lượng riêng của vật liệu nghiền (kg/m3)
Vật liệu tháo ra được xem như có kích thước như sau:
dmin = e và dmax = e + S
Khi đó kích thước trung bình của mẫu vật liệu rơi xuống được xác định theo
công thức sau:
dcp = (4.25)
Thay giá trị (4.22) và (4.25) vào công thức (4.23) và (4.24) ta có:
QV = (4.26)
QS = .D (4.27)
Khi a = 200, tga = 0,3639, n = (v/ph) = (v/s)
Thay vào công thức (4.26) và (4.27) ta được:
QV = 1,9 dcp .L.k.K (4.28)
QS = 1,9 dcp.L.k.D. (4.29)
Ta tính năng suất của máy tương ứng với giá trị tới hạn dcp1 = 0,04m và
dcp2 = 0,09m
= 1,9 ´ 0,04 ´ 0,6 ´ 0,4 . = 0,00223 (m3/s)
= 1,9 ´ 0,09´ 0,6´ 0,4. = 0,005 (m3/s)
QV = (0,00223 ¸0,005 ) ´ 3600 = (8,03 ¸ 18) m3/h
Năng suất QS của máy được tính:
QS = D.QV
với D = 2,65 tấn/m3 thay vào ta có:
QS = 2,65.(8,03 ¸ 18) = (21,28 ¸ 47,7)T/h
4.5.2. Các công thức thực nghiệm để tính năng suất.
Năng suất của máy tính ở trên chỉ gần đúng vì trong thực tế có một phần vật liệu chứa trong thể tích khối lăng trụ tính toán có kích thước nhỏ hơn chiều rộng của khe tháo liệu. Vì vậy sự tháo liệu xẩy ra liên tục nhưng không đồng đều.
Để tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của máy nghiền nhai. Người ta đã đưa ra một số công thức thực nghiệm. Vì cho đến nay chưa có một lý thuyết hoàn chỉnh để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất máy nghiền nhai. Trong các công thức này các hệ số kể đến ảnh hưởng của điều kiện nghiền được xác định bằng thực nghiệm.
Công thức tính năng suất máy nghiền má (m3/s)
QV = (4.30)
Trong đó:
QV - năng suất máy nghiền (m3/s)
K : hệ số tính đến kích thước máy nghiền phụ thuộc vào giá trị khe nạp liệu.
|
Kích thước khe nạp liệu |
≤ 600.900 |
900.1200 |
1200.1500 |
|
Số K |
1 |
1,25 |
1,35 |
Chọn K=1
C: hệ số động học kể đến đặc trưng của quỹ đạo chuyển động của má động, với má chuyển động phức tạp lấy C = 1, với má có chuyển động đơn giản lấy C = 0,84.
L, b: chiều dài và chiều rộng kheo tháo liệu (m)
b = dcp + S = (0,04 ¸ 0,09) + 0,015 = (0,055 ¸ 0,105) m
SCP: giá trị hành trình trung bình của má
SCP = == 0,0075(m) (4.31)
S1: hành trình của má ở mức nạp liệu (m)
S2: hành trình của má ở mức tháo liệu (m)
n = = 5,4 (v/s)
tg190 = 0,34
Thay các giá trị trên vào (4.30) ta được:
Tính năng suất của máy trong 1 giờ có:
QV = (0,0025 ¸ 0,00478).3600 = (9 ¸ 17,21) m3/h
Để tính năng suất QS của máy sử dụng:
QS = D.QV
vớiD = 2,65 (T/m3).
QS = (9 ¸ 17,21).2,65 = (23,85 ¸ 45,6) T/h
Theo Mexahospa, năng suất của máy đập hàm còn được tính:
Q = Kkp.Kbr.Ktb (150 + 750.B).L.A.gH (4.32)
Trong đó:
B: chiều rộng khe nạp liệu (m).
L: chiều dài khe nạp liệu (m).
A = b+S: chiều rộng lớn nhất ở mức tháo liệu.(m)
Kkp: hệ số ứng với cỡ nạp liệu.
Ta chọn: Kkp = 1,1
Kbr: hệ số ứng với độ ẩm vật liệu.
Ta chọn: Kbr = 0,85
Ktb: hệ số ứng với độ cứng vật liệu.
Ta chọn: Ktb = 1,2
Các giá trị này được chọn như sau:
Giá trị Kbr theo độ ẩm
Bảng 4.2
|
Độ ẩm đá % |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
Hệ số Kbr |
1,0 |
1,0 |
0,95 |
0,9 |
0,85 |
0,8 |
0,75 |
0,7 |
Giá trị Ktb theo thang chia
Bảng 4.3
|
MN |
5-9 |
10 |
11-14 |
15 |
16-17 |
18 |
19-20 |
|
Hệ số Ktb |
1,2 |
1,1 |
1,0 |
0,97 |
0,95 |
0,93 |
0,9 |
|
Lượng chứa mức 0,5B% |
5 |
10 |
20 |
25-30 |
40 |
50 |
60 |
|
Hệ số Kkp |
1,1 |
1,08 |
1,05 |
1,03 |
1,0 |
0,97 |
0,95 |
gH: khối lượng vun đống (T/m3).
Ta chọn: gH = 1,8
Thay các số liệu trên vào công thức tính Q, ta được:
Q = 1,1.0,85.1,2.(150 + 750.0,4).0,6.(0,055 ¸ 0,105).1,8
Q = (30 ¸ 57,3) T/h.
Qua tính toán năng suất theo lý thuyết và kiểm nghiệm theo thực tế, ta thấy năng suất của máy thích hợp với yêu cầu máy thiết kế có năng suất là 40 T/h.
4.6. Tính công suất động cơ điện.
Giả thiết là đá xếp đầy buồng nghiền theo chiều dài của 2 má đập, lúc đó:
Khối đá V1 trước khi đập có đường kính đá lớn nhất sẽ là:
V1 = (4.33)
Khối đá V2 sau khi đập có đường kính đá nhỏ nhất sẽ là:
V2 = (4.34)
D, d - đường kính đá trước và sau khi nghiền
D = 0,34 m
d = (0,04 ¸ 0,09)m, ta chọn d = 0,04 m để tính toán.
L - chiều dài buồng nghiền (m)
Hình 4.4. Sơ đồ tính công suất và lực nghiền cần thiết
Khi nghiền đá cỡ thô và trung bình thì công để phá vỡ được tính theo định luật thể tích của Kirpicsev - Kick.
A = (4.35)
Với giá trị E = 7.1010 N/m2 , δ = 15.107 N/m2; L = 0,6 m
A = = 5753 (N.m)
Công suất
N = (4.36)
N: công suất động cơ (W)
n: số vòng quay trục lệch tâm (v/ph)
: hiệu suất truyền dẫn từ trục động cơ đến buồng nghiền.
h =
Trong đó:
1 = 0,95: hiệu suất của bộ truyền đai
2 = 0,992: hiệu suất của một cặp ổ lăn
Vậy = 0,95.0,9922 = 0,935
Do đó N = = 30765 (W) = 30,8 (KW)
4.7. Chọn động cơ điện
Chọn động cơ điện bao gồm các việc chính sau:
- Chọn loại và kiểu động cơ điện.
- Chọn công suất, điện áp và số vòng quay động cơ.
4.7.1. Chọn loại và kiểu động cơ
Chọn loại và kiểu động cơ đúng thì động cơ sẽ có tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu truyền động của máy, phù hợp với môi trường bên ngoài, vận hành máy được an toàn và ổn định.
4.7.1.1 Chọn loại động cơ
Hiện nay trong công nghiệp, các nhà máy thường dùng các loại động cơ điện sau:
a) Động cơ điện một chiều
Là loại động cơ dùng dòng điện một chiều để làm việc (có thể mắc song song, nối tiếp hoặc mắc hỗn hợp), hoặc dùng dòng điện một chiều điều chỉnh được (hệ thống máy phát - động cơ). Động cơ điện một chiều có thể điều chỉnh êm tốc độ trong một phạm vi rộng từ 3 : 1 đến 4 : 1. Khi dùng hệ thống máy phát - động cơ thì phạm vi điều chỉnh tốc độ có thể lên tới 100 : 1 hay hơn nữa. Ngoài ra dùng động cơ điện một chiều bảo đảm khởi động êm, hãm và đổi chiều dễ dàng. Những ưu điểm kể trên chỉ cần thiết và thích hợp cho các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục... Nhưng đối với máy thiết kế không yêu cầu, hơn nữa động cơ điện một chiều đắt, khối lượng sửa chữa lớn và mau hỏng hơn động cơ điện xoay chiều và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu nên ta không chọn loại động cơ này.
b) Động cơ điện không đồng bộ 1 pha
Công suất của loại động cơ này nhỏ nên không thể dùng được.
c) Động cơ điện xoay chiều 3 pha đồng bộ và không đồng bộ
- Động cơ điện đồng bộ 3 pha giá đắt, mở máy phức tạp. Chỉ sử dụng khi công suất N ≥ 100kW và không cần điều chỉnh vận tốc. Ưu điểm của nó là có được hệ số cosφ cao, phí tổn vận hành của động cơ sẽ rẻ hơn động cơ không đồng bộ.
- Động cơ điện không đồng bộ 3 pha kiểu dây quấn so với động cơ lồng sóc thì đắt, kích thước lớn, vận hành phức tạp và hệ số cosφ thấp hơn. Ưu điểm là dòng điện mở máy nhỏ và có khả năng điều chỉnh vận tốc bằng phẳng trong một phạm vi
hẹp. Nhưng máy thiết kế không yêu cầu điều chỉnh tốc độ.
- Động cơ điện không đồng bộ kiểu lồng sóc: loại này có ưu điểm là rẻ, cấu tạo vận hành đơn giản, mắc trực tiếp với mạng điện xoay chiều mà không cần biến đổi dòng điện. Loại này ứng dụng rộng rãi và dễ tìm kiếm trên thị trường, phù hợp với máy thiết kế, không yêu cầu điều chỉnh tốc độ và có công suất trung bình nên ta chọn loại này.
4.7.1.2. Chọn kiểu động cơ
Căn cứ vào điều kiện và môi trường làm việc của máy để chọn kiểu động cơ thích hợp. Cần chú ý bảo vệ động cơ khỏi ảnh hưởng của nước, bụi hoặc các hoá chất ăn mòn bộ phận cách điện. Ở đây máy thiết kế phục vụ cho các công trường khai thác đá, hoặc bố trí các dây chuyền sản xuất của nhà máy Ciment, nhà máy vôi. Do đó máy làm việc trong môi trường nhiều bụi bặm, chịu tác động của môi trường bên ngoài như nhiệt độ, khí, độ ẩm, v.v.
Động cơ kiểu hở có nhiều lỗ thông gió lớn ở thân và 2 bên nắp nên điều kiện thông gió tốt, kích thước động cơ nhỏ và giá thành rẻ. Tuy vậy, ít dùng loại này vì động cơ không tránh được bụi, nước và các vật khác ở bên ngoài rơi vào.
Với động cơ kiểu bảo vệ các lỗ thông gió có che lưới sắt, bảo vệ động cơ tránh được nước mưa và các vật bên ngoài rơi vào nhưng vẫn không ngăn được bụi. Động cơ này có thể đặt ngoài trời.
Để tránh được bụi và nước, máy có thể đặt ngoài trời ta dùng động cơ kiểu kín, có những ống thông gió riêng để dẫn khí làm nguội vào và ra khỏi động cơ.
4.7.2. Chọn công suất, điện áp và số vòng quay động cơ
4.7.2.1. Chọn công suất
Chọn đúng công suất động cơ có một ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn. Nếu chọn công suất động cơ bé hơn công suất cần thiết kế để đập đá thì động cơ sẽ luôn làm việc quá tải, nhiệt độ tăng quá nhiệt độ phát nóng cho phép, dẫn đến động cơ chóng hỏng. Nhưng nếu chọn công suất động cơ lớn quá thì sẽ tăng vốn đầu tư, kích thước cồng kềnh, động cơ luôn làm việc non tải, dẫn đến hiệu suất động cơ thấp. Hệ số cosφ giảm. Do vậy ta phải chọn động cơ thoả mãn 3 điều kiện sau:
- Động cơ không phát nóng quá nhiệt độ cho phép
- Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn
- Có mômen mở máy lớn đủ thắng mômen cản ban đầu khi mới khởi động.
Ở đây chọn động cơ theo điều kiện nhiệt và có chú ý đến điều kiện 2. Còn điều kiện mở máy ta sẽ kiểm tra lại sau khi tính toán sức bền các chi tiết máy, biết được khối lượng và mômen quán tính của các khâu.
Trong phần trước ta tính được công suất cần thiết trên trục động cơ là:
NCT = 30,8 KW
Do đó công suất tính toán là:
Nt = k.NCT
Trong đó k - hệ số dự trữ, lấy k = 1,5
Nt = 1,5 ´ 30,8 = 46,2 KW
4.7.2.2. Chọn điện áp và số vòng quay
Để phù hợp với mạng điện công nghiệp hiện nay chọn U = 220V
Để chọn số vòng quay hợp lý của động cơ ta cần chú ý: máy làm việc có tốc độ của trục lệch tâm n = 300 v/ph, trục được dẫn động bởi động cơ nhờ bộ truyền đai có tỷ số truyền (iđ = 2 ÷ 6). Nếu chọn số vòng quay lớn thì kích thước khuôn khổ, trọng lượng, giá thành của động cơ giảm. Tuy nhiên nếu nđc lớn thì iđ lớn, dẫn đến kích thước bộ truyền đai cồng kềnh. Theo một số máy chuẩn ta chọn nđc = 980 v/ph, vừa đảm bảo iđ ≈ (2 ÷ 6) vừa đảm bảo khối lượng và giá thành động cơ vừa phải.
Tổng hợp các yếu tố đã phân tích ở trên, theo hướng dẫn của tài liệu [I] tra bảng 2P trang 323 ta chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha được che kín có quạt gió loại A02-91-6.
Các số liệu kỹ thuật của động cơ như sau:
Công suất động cơ N=55kW
Số vòng quay n = 980 v/ph
Khối lượng động cơ m = 520 kg
Hiệu suất ở tải trọng định mức η = 0,925
Các giá trị mômen:
= 1,1
= 1,8
= 0,8
Trong đó:
Mm : Mômen ban đầu
Mđm : Mômen định mức
Mmax : Mômen lớn nhất
Mmin : Mômen nhỏ nhất
4.8. Tính lực nghiền tác dụng lên má
Để tính lực nghiền cần thiết tác dụng lên má đủ để phá vỡ vật liệu. Ta giả thiết rằng má động đi từ vị trí xa nhất đến gần nhất. Nghĩa là lực nghiền tăng từ 0 đến Pmax. Lực nghiền Pmax phải cân bằng với lực Qmax của vật liệu trong buồng nghiền tác dụng lên má. Trong thời gian tháo liệu ta coi như lực tác dụng lên má bằng không. Do đó giá trị trung bình của lực nghiền sẽ là:
Ptb = (N) (4.37)
Trong hành trình công tác điểm đặc lực P dịch chuyển đoạn S0 và công nghiền A được tính:
A = (N.m) (4.38)
Với S0 là chuyển dịch của má động theo chiều tác dụng của lực nghiền.
H.A.MOLLING đã khảo sát, nghiên cứu quy luật phân bố của lực nghiền dọc theo chiều dài má nghiền đối với máy nghiền có các thông số điều chỉnh được có cấu tạo đặc biệt. Các kết quả đo đạc cho thấy nếu khoang nghiền chất đầy vật liệu (trường hợp tải trọng định mức) thì lực tác dụng trên một đơn vị diện tích tăng dần về phía khoảng hẹp ở phía dưới khoang nghiền. Kết luận này đã được BOND nhấn mạnh, vì theo ông năng lượng yêu cầu riêng cũng lớn hơn đối với các hạt nhỏ hơn.
Hình 4.5. Sơ đồ xác định lực nghiền
Để đơn giản khi tính toán ta xem như vị trí M điểm đặt lực Q nằm ở độ cao 1/3 chiều cao buồng đập.
Tương ứng với đoạn dịch chuyển S0 là:
S0 = = = 0,01064 m.
Từ công thức (4.38) ta có được:
Pmax =
Pmax = = 1081400 (N) = 1081 (kN).
CHƯƠNG V
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHO TOÀN MÁY
5.1. Xác định kích thước động học
5.1.1. Đặt vấn đề
Ở phần trước sau khi phân tích các phương án nghiền đá, ta chọn máy thiết kế là máy nghiền má có má lắc chuyển động phức tạp, từ kết cấu của một số máy đã có sẵn ta tìm được lược đồ cơ cấu của máy thiết kế như hình vẽ.
.................................
CHƯƠNG VI
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU
VÀ SỨC BỀN TOÀN MÁY
6.1. Thiết kế bộ truyền đai
Bộ truyền đai thường được dùng để truyền dẫn giữa các trục tương đối xa nhau và yêu cầu làm việc êm. Bộ truyền có kết cấu khá đơn giản và có thể giữ an toàn cho các chi tiết máy khác khi bị quá tải đột ngột. Tuy nhiên vì có trượt giữa đai và bánh đai nên tỷ số truyền không ổn định.
Bộ truyền đai có thể làm việc với công suất đến 1500 KW, nhưng thường dùng trong khoảng 0,3 ÷ 500 KW. Tỷ số truyền của bộ truyền đai dẹt thường không quá 5, đối với bộ truyền đai có răng i có thể đến 10, đối với bộ truyền đai hình thang i không quá 10.
Các số liệu ban đầu ta có như sau:
+ Công suất cần truyền trên trục dẫn: N = 30,8 KW
+ Số vòng quay trên 1 phút của trục dẫn: n1 = 980 v/ph
+ Số vòng quay trên 1 phút của trục bị dẫn: n2 = 300 v/ph
6.1.1. Chọn loại đai
Do yêu cầu kỹ thuật nghiền đá nên ta chọn loại đai thang cho quá trình thiết kế .
Giả thiết vận tốc của đai V > 10 m/s, theo sách thiết kế chi tiết máy của Nguyễn Trọng Hiệp thì có thể dùng đai B hoặc đai Γ, ta tính toán cho cả hai phương án và chọn phương án nào có lợi hơn.
Hình 6.1.Sơ đồ tiết diện đai
Ta có bảng số liệu sau:
Bảng 6.1
|
Ký hiệu |
Kích thước tiết diện các loại đai(mm) |
|
|
B |
G |
|
|
ao h a ho F, mm2 (diện tích) |
19 13,5 22 4,8 230 |
27 19 32 6,9 476 |
6.1.2. Định đường kính bánh đai nhỏ
Loại đai B Γ
Theo bảng 5.14 ta chọn đường kính D1(mm) 320 360
Kiểm nghiệm vận tốc của đai theo điều kiện sau:
v = ≤ vmax (6.1)
Với vmax = (30 ÷ 35)m/s
Theo công thức (6.1) ta tính được
v = = 0,0513 D1 (m/s) 16,4 18,5
Ta thấy cả hai loại đều thoả mãn điều kiện (6.1)
6.1.3. Tính đường kính D2 của bánh lớn
Đường kính D2 được tính theo công thức sau:
D2 = i. D1(1 - x ) = .D1(1 - x ) mm. (6.2)
Trong đó: x - là hệ số trượt đai, đối với đai hình thang x= 0,02
D2 = = 3,2.D1 1024 1152
Lấy D2 theo tiêu chuẩn bảng (5.15) 1000 1120
Tính lại số vòng quay thực của trục lệch tâm theo công thức sau:
= (1 - x ).. = (1- 0,02).980. (6.3)
= 960,4. [v/ph] 307 309
Trị số sai lệch Dn = 2,3% 3%
Dnnằm trong phạm vi (3 ÷ 5)% nên thoả mãn yêu cầu.
6.1.4. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A
Khoảng cách trục A phải thoả mãn điều kiện sau:
0,55(D1 + D2) + h £ A £ 2 (D1 + D2). (6.4)
Trong đó h : chiều cao của tiết diện đai .
Tỷ số truyền i = 3,125 3,111
Theo bảng 5.16 ta chọn
A = D2 [mm] 1000 1120
thoả mãn điều kiện (6.4)
6.1.5. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục A sơ bộ và quy tròn theo tiêu chuẩn.
Chiều dài đai L được xác định theo công thức sau:
L = 2A+[mm] (6.5)
Thay số vào ta có 4188 4693
Chọn theo tiêu chuẩn (bảng 5.12) 4250 4750
Kiểm nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây theo công thức:
u = ≤ umax = 10 (6.6)
v là vận tốc đai, thay số vào ta có trị số u 3,86 3,89
thoả mãn điều kiện u ≤ umax
6.1.6. Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn.
Khoảng cách trục A được xác định theo công thức sau:
A =(mm) (6.7)
Thay số vào có 1032 1150
Khoảng cách A thỏa mãn điều kiện
0,55(D1 + D2) + h £ A £ 2 (D1+D2)
Khoảng cách trục nhỏ nhất cần thiết để mắc đai
Amin = A - 0,015L 968 1079
Khoảng cách trục lớn nhất để tạo lực căng
Amax = A + 0,03L 1160 1293
6.1.7. Tính góc ôm a1
Góc ôm a1 được tính theo công thức
a1 = 1800 - (6.8)
Thay số vào có 142,44 0 142,330
Góc ôm thỏa mãn điều kiện a1 ≥ 1200
6.1.8. Xác định số dây đai cần thiết
Số dây đai Z được định theo điều kiện tránh xảy ra trượt trơn giữa dây đai và bánh đai theo công thức sau:
Z ³ (6.9 )
Trong đó :
N : Công suất cần truyền từ động cơ đến trục lệch tâm.
N = 30,8 (KW).
F : diện tích tiết diện đai, mm2 (tra bảng 6.1).
: ứng suất có ích cho phép (N/mm2)
v : vận tốc đai, m/s
Chọn trị số ứng suất căng ban đầu = 1,2 N/mm2 và theo trị số D1 (bảng 5.17) tìm được ứng suất có ích cho phép N/mm2 1,91 1,72
Các hệ số ảnh hưởng
Ct -hệ số chế độ tải trọng, tra bảng (5.6) 0,6 0,6
Ca -hệ số ảnh hưởng góc ôm, tra bảng (5.18) 0,89 0,89
Cv - hệ số ảnh hưởng vận tốc, tra bảng (5.19) 0,94 0,85
Số đai được xác định theo công thức (6.9) 8,52 4,48
Lấy số đai z 9 5
6.1.9. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai
Đường kinh ngoài cùng của bánh đai
Bánh dẫn Dn1 = D1+2h0 332 377
Bánh bị dẫn Dn2 = D2+2h0 1012 1137
Đường kính trong của bánh đai
Bánh dẫn Dt1 = Dn1-2e 290 320
Bánh bị dẫn Dt2 = Dn2-2e 970 1080
Chiều rộng bánh đai:
B = (Z-1) t +2S 242 198
Trong đó t, S được tra trong bảng 10.3
6.1.10. Tính lực căng ban đầu S0
Lực căng ban đầu đối với mỗi đai được xác định theo công thức sau:
So = .F (N) (6.10)
Trong đó : Ứng suất ban đầu (N/mm2);
F : Diện tích một đai (mm2).
Thay số vào ta có 276 571,2
Lực tác dụng lên trục R
R =3.S0.Z.sin(N) 7055 8109
Kết luận:
Sau khi tính toán và so sánh 2 phương án, ta chọn phương án dùng bộ truyền loại B có khuôn khổ và lực tác dụng lên trục nhỏ hơn tuy chiều rộng bánh đai lớn hơn một ít so với phương án dùng đai loại Γ. Mặt khác tuy chiều rộng B lớn hơn, nhưng ở phần sau khi tính bánh đà, ta cũng lợi dụng bánh đai lắp trên trục lệch tâm nhằm tăng mômen quán tính và để kết cấu máy gọn gàng.
Do vận tốc làm việc v ≤ 25m/s nên ta chọn phương pháp chế tạo bánh đai là đúc bằng vật liệu GX12-28.
Hình 6.2. Kích thước bánh đai thang
6.2. Tính toán bánh đà
6.2.1. Mục đích
Trong giai đoạn máy chuyển động bình ổn, vận tốc thực của khâu dẫn biến thiên tuần hoàn quanh một giá trị trung bình nhất định, nói một cách khác khâu dẫn chuyển động không đều. Để cho máy chuyển động đều ta lắp trên khâu dẫn hay bất kỳ khâu nào khác của máy, có vận tốc tỷ lệ với vận tốc khâu dẫn, một hoặc nhiều đĩa gọi là bánh đà. Những bánh đà này ở hành trình không tải được trích luỹ năng lượng, còn ở hành trình nghiền chúng giải phóng năng lượng kể trên để thực hiện quá trình nghiền đá. Bánh đà này làm đồng đều tải trọng tác dụng lên động cơ và làm san phẳng tải trọng động tác dụng vào các cơ cấu truyền lực.
6.2.2. Tính toán các thông số của bánh đà
Năng lượng mà bánh đà tích luỹ được khi thay đổi tốc độ góc được tính theo công thức sau :
E = I. ( J ) (6.11)
Trong đó
E: Năng lượng trích luỹ (J) .
I: Mômen quán tính của khối lượng bánh đà, (kg.m2).
ωmax, ωmin: Tốc độ góc của bánh đà tại thời điểm cuối và đầu ở hành trình không tải, (rad/s).
Khi tính toán bánh đà, người ta coi năng lượng bánh đà tích luỹ (hoặc giải phóng) E phải bằng 1/2 năng lượng nghiền đá trong một vòng quay A:
E = .A (6.12)
Hay I.= .A (6.13)
Gọi: là tốc độ góc trung bình;
là hệ số không đều tốc độ góc, lấy bằng 0,015 ¸ 0,035; ta chọn d = 0,03 để tính toán.
Từ các công thức trên ta có mối quan hệ sau :
I. =
I.= (6.14)
Ở phần tính toán công suất động cơ ta đã tính được năng lượng nghiền:
A = 5753 (N.m)
Từ biểu thức (6.14) ta có:
I = = 97.25 (kg.m2 )
Trong phần tính toán này ta bỏ qua mômen quá tính của trục lệch tâm và như đã nói ở phần tính bánh đai, ta sẽ chọn khối lượng bánh đà bằng khối lượng bánh đai để kết cấu máy đối xứng và gọn hơn.
Do kết cấu bánh đà khối lượng chủ yếu phân bố ở vành ngoài nên.
I = (6.15)
Trong phần tính toán bánh đai ta đã có:
+ Đường kính ngoài cùng của bánh đai Dn=1012mm.
+ Đường kính trong của vành ngoài bánh đai:
Dc = Dn - 2(e + k) = 1012 - 2(21 + 10) = 950 mm
+ Đường kính D0 được tính gần đúng
D0 = = 981mm
Từ công thức (6.15) ta có khối lượng tổng cộng của bánh đà và bánh đai:
m = » 404 (kg)
Do khối lượng bánh đà và bánh đai như nhau nên ta có:
m1 = m2 = = 202 (kg)
Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế chi tiết máy thì khối lượng mayơ và nan hoa chiếm (10 ÷ 20)% khối lượng toàn bộ của bánh đà nên ta tính khối lượng bánh đà như sau:
m1 = V.g (6.16)
V = 1,2 (6.17)
Với γ là khối lượng riêng của gang, ta có: γ = 7,6 kg/dm3
B =
Dựa theo tiêu chuẩn của bánh đai thang nên lấy đường kính trong của vành ngoài bánh đà Dc = 950mm, vậy chiều rộng bánh đai là:
B = = 2,3 (dm)
Sau khi tính được B và các kích thước đã có ta vẽ được kết cấu bánh đà như sau:
Hình 6.3. Kết cấu bánh đai
6.3. Tính toán thiết kế trục lệch tâm
Các số liệu có được sau khi đã tính toán công suất máy và phân tích lực
Công suất cần truyền N = 30,8 KW
Số vòng quay của trục lệch tâm n = 300 v/ph
Lực tác dụng từ má động lên trục ở vị trí nguy hiểm nhất tương ứng vị trí R21max, trên họa đồ lực ta thấy chính là vị trí 1.
= 78,42.104 N; = 36.104 N; R21 = 86,3.104 N
Lực R21 xem như tác dụng lên trục lệch tâm qua hai ổ đỡ ở vị trí B và C.
RBX = RCX = = 18.104 N
RBY = RCY = = 39,21.104 N
Gđà = Gđai = 2020 N
Lực căng đai Rđ = 7055 N
6.3.1. Tính toán thiết kế trục
6.3.1.1. Chọn vật liệu
Vì trục lệch tâm làm việc trong điều kiện chịu tải lớn, va đập. Để đảm bảo an
toàn trong khi làm việc ta chọn loại thép 40Cr (40X ) có nhiệt luyện là thép có độ bền cao.
Cơ tính của thép 40X tôi cải thiện cho trong bảng (3.8) sách thiết kế chi tiết máy, đối với phôi có đường kính từ 180 - 250mm tra bảng ta có:
Độ cứng sau khi tôi HB = 210 ÷ 240
Giới hạn bền kéo σbk = (750 ÷ 850) N/mm2
Giới hạn chảy σch = 500 N/mm2
6.3.1.2. Tính đường kính sơ bộ
Đường kính sơ bộ trục tính theo công thức:
d ³ C . (6.18)
Trong đó:
d - đường kính trục
N - công suất cần truyền trên trục (kW)
n - số vòng quay trong một phút của trục
C - hệ số tính toán, phụ thuộc ứng suất xoắn cho phép [τ]x và phạm vi sử dụng trục. Đối với trục làm việc quan trọng, chịu uốn lớn lấy C = 210 ÷ 220, ở đây ta chọn C = 220. Vậy có:
d ³ 220. = 103,01 (mm)
Ta chọn sơ bộ d = 110mm
Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng ta vẽ sơ đồ chịu lực và chọn các khoảng cách như hình vẽ (6.4)
Hình 6.4. Biểu đồ mômen của trục chính
6.3.1.3. Tính gần đúng trục
RBX = RCX = 18.104N RCY = RBY = 39,21.104N
Gđà = Gđai = 2020 N Rđ = 7055 N
Tính phản lực ở các gối trục
= RBY.680 + RCY.180 + (Rđ+ Gđai ).250 - RAY .860 -
- Gđà (250 + 180 + 500 +180) = 0
RAY = = 39,21.104 N
RDY = RBY + RCY - RAY - Rđ - Gđai - Gđà
RDY = 38,1.104 (N)
RAX = RDX = RBX = RCX = 18.104 (N
