Giáo trình Máy xây dựng - Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu

v.v... - Sản xuất vật liệu chịu lửa, chịu nhiệt: đất sét chịu lửa, quặng manhêzít, quarít, cromít.v.v... - Sản xuất thủy tinh xây dựng cần: cát, đá vôi, đá đôlômít, tràng thạch v.v... - Sản xuất béton cần: cát, sỏi, các loại đá Tùy theo tình hình phân bố địa chất người ta chia các mỏ khai thác làm hai loại: Mỏ lộ thiên: nguyên liệu khai thác nằm ngay trên lớp bề mặt trái đất, hoặc cách bề mặt trái đất không sâu. Nguyên liệu được khai thác theo phương pháp lộ thiên. Mỏ ngầm: nguyên liệu khai thác nằm sâu trong lòng đất. Nguyên liệu được khai thác theo phương pháp hầm lò. Nhìn chung, các nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp sản xuất VLXD hầu hết đều nằm trong lớp bề mặt vỏ trái đất, hoặc cách lớp bề mặt trái đất không sâu. Vì vậy, việc khai thác nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng hầu hết là khai thác lộ thiên. Do đó, trong chương này chủ yếu giới thiệu các máy và thiết bị chính sử dụng trong khai thác mỏ lộ thiên. Việc chọn phương pháp khai thác, việc lựa chọn máy và thiết bị khai thác tùy thuộc vào tính chất loại nguyên liệu cần khai thác. Nguyên liệu cần khai thác trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng được chia làm 6 loại theo bảng 1.1: BẢNG I.1 Nguyên liệu và loại máy khai thác Loại nguyên liệu Tên nguyên liệu khai thác Khối lượng thể tích trung bình (Kg/m3) Phương tiện khai thác I Cát Sét pha Đất mùn 1500 1600 1200 - Cuốc, xẻng - Máy xúc II Sét pha nhẹ Đá dăm nhỏ KT = 15mm Đất mùn chắc có rễ cây 1600 1700 1400 Cuốc, xẻng - Máy xúc Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 3 III Đất sét béo Sét pha nặng Đá dăm to (15-40)mm 1800 1750 1750 Cuốc chim, xẻng - Máy xúc IV Đất sét nặng Đất sét phiến thạch ...đá cuội, đá dăm Đá cuội, đá dăm to φ = 90mm 1950 1950 1950 cuốc chim, xẻng, búa khoáng - Máy xúc, máy gạt V Hoàng thổ rắn Đá mergel và opoka. Trépen và đá phấn Đá thạch cao Đá túp, đá bọt Đá vôi mềm, vỏ trai ốc 1800 1900 1800 2200 1100 1200 - Búa khoan lỗ và nổ mìn - Máy xúc - Búa khoan lỗ và nổ mìn VI Đá phấn chắc Mergel cứng trung bình Mergel rắn Đá vôi rắn Đá manhêzít Đá đolomít Đá vôi có độ rắn cao 2600 2300 2500 2500-2700 3000 2700 2900-3100 -Máy xúc II. CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ KHAI THÁC NGUYÊN LIỆU Quá trình khai thác nguyên liệu được thực hiện qua các công đoạn: • Bóc lớp phủ mặt • Tách rời nguyên liệu khai thác ra khỏi mỏ. • Đập sơ bộ những tảng nguyên liệu lớn đã được tách ra khỏi mỏ. • Vận chuyển nguyên liệu đã khai thác về nhà máy Để thực hiện những nhiệm vụ khai thác trên, cần sử dụng các loại máy khai thác thích ứng: • Máy khoan lỗ để nổ mìn • Máy gạt • Máy xúc • Máy cào • Máy đập • Máy khai thác cơ khí thủy lực • Các máy vận chuyển v.v... Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 4 II.1. Máy xúc Máy xúc được chia làm 2 loại, tùy thuộc vào tính năng làm việc của máy: Máy xúc gián đoạn- máy xúc một gàu: máy làm việc theo chu kỳ. Các công đoạn xúc- chuyển- đổ nguyên liệu không xảy ra đồng thời. Máy xúc liên tục-Máy xúc nhiều gầu: toàn bộ quá trình làm việc theo một chu kỳ kín.Các công việc xúc- chuyển- đỗ nguyên liệu xảy ra đồng thời II.1.1 Máy xúc một gầu Máy xúc một gầu gián đoạn có nhiều loại. Có thể phân loại theo nhiều phương thức khác nhau Phân loại theo thiết bị làm việc: máy xúc gầu xuôi, máy xúc gầu ngược, máy xúc gầu dây, gầu ngoạm... Phân loại theo tính năng của máy: - Máy xúc vạn năng: làm việc với bất kỳ các loại nguyên liệu. - Máy xúc bán vạn năng: làm việc với một vài loại nguyên liệu xác định. - Máy xúc đặc biệt: chỉ lắp một loại gầu cố định. Trong phần này chúng ta chỉ khảo sát sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc làm việc và phạm vi sử dụng của một số loại máy xúc một gầu thông dụng. 12 13 6 8 5 3 2 1 10 411 6 7 9 A B Hình 1-1a Sơ đồ nguyên lý máy xúc gầu xuôi Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 5 Hình 1.1b Máy xúc gầu xuôi thủy lực (hãng Liebhlerr – Model 984) Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 6 ‰ Máy xúc gầu xuôi • Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Gầu (1) gắn vào cán gầu (2), thân cán gầu có răng (3) ăn khớp vào bánh xe răng lắp trên trục áp lực (4) gắn trên cần trục (5) được đặt nghiêng một góc 35- 60o. Do cấu tạo cán gầu (2) có thể chuyển động qua lại dọc theo trục của nó, hoặc xoay xung quanh trục áp lực (4) khi nâng hay hạ gầu. Buồng máy (6) mang toàn bộ cần trục (5), cán gầu và gầu có thể quay 360o trong mặt phẳng ngang nhờ đặt trên mâm quay (13) Trong khi máy làm việc, tời (7) quay nhả cáp (8) ra, trục áp lực (4) quay, cán gầu (2) di chuyển nhấn hàm gầu vào nguyên liệu ở vị trí A, tiếp theo tời (7) quay ngược lại cuộn cáp (8) vào, gầu dịch chuyển từ vị trí A-B xúc đầy nguyên liệu. Buồng máy mang cần trục, cán gầu và gầu chứa đầy nguyên liệu quay một góc xác định ( 90÷180o) đến vị trí đổ nguyên liệu. Nhờ tời (9), cáp (10) được cuộn lại, đáy gầu mở ra tháo nguyên liệu vào đóng hoặc vào thiết bị vận chuyển. Tời (11) và cáp (12) dùng điều chỉnh độ nghiên thích hợp của cần trục (5). • Phạm vi sử dụng: Máy xúc gầu xuôi được dùng rất phổ biến để khai thác nguyên liệu từ loại I-III (bảng A-1) ở độ cao hơn mức đặt máy từ 1,5÷ 2,5m. Dung tích gầu có thể từ 0,25- 30m 3. Thông dụng gầu có dung tích: 0,25- 3 m3. ‰ Máy xúc gầu ngược B A 1 2 3 4 6 7 8 5 Hình 1-2a Sơ đồ nguyên lý máy xúc gầu ngược Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 7 Hình 1-2b Máy xúc gầu ngược Hãng Liebherr (Đức) Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 8 ƒ Cấu tạo và nguyên tắc làm việc Gầu (1) gắn vào cán gầu (2) khớp vào cần trục (3), khi máy làm việc cáp nâng(4) được cuộn vào nhờ tời (5). Cáp (6) qua tời (7) được nhả ra, đặt gầu ở vị trí A cắt vào nguyên liệu. Tiếp theo cáp nâng (4) lại được nhả ra, cáp (6) cuộn vào kéo gầu dịch chuyển từ vị trí A- B, gầu xúc đầy nguyên liệu. giữ cáp (6), cuộn cáp nâng (4), nâng cần trục (3) lên. Tiếp theo buồng máy (8) mang cần trục, cán gầu và gầu chứa đầy nguyên liệu quay một góc xác định đến vị trí đổ nguyên liệu. Lúc này cáp(4) cuộn vào, cáp (6) nhả ra đổ nguyên liệu vào đóng hoặc vào thiết bị vận chuyển. ƒ Phạm vi sử dụng: Máy xúc gầu ngược được sử dụng để khai thác nguyên liệu ở cao độ ngang hoặc thấp hơn mức đặt máy. Loại máy này thường được lắp gầu có dung tích 0,3÷1,5 m3. Hình 1.2c Máy đào và gạt đất vạn năng – Model 308Pa – Liebherr (Đức) Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 9 Hình 1.2d Các loại gầu thông dụng Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 10 ‰ Máy xúc gầu dây ƒ Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Gầu (1) có cấu tạo hở trước và trên được treo vào cần trục (2) qua cáp nâng (3), liên kết với cáp kéo (4). Khi máy làm việc cáp (3) và cáp kéo (4) được nhả ra, gầu dưới tác dụng của trọng lượng văng xa và cắt vào nguyên liệu ở vị trí A, tiếp theo kéo cáp (4) gầu dịch chuyển từ vị trí A-B xúc đầy nguyên liệu. Lúc này hãm cáo kéo (4), qua cáp nâng (3) nâng gầu lên ở vị trí thăng bằng để vật liệu khỏi đổ ra ngoài. Sau đó buồng máy (5) mang cần trục và gầu chứa đầy nguyên liệu quay một góc xác định đến vị trí đổ nguyên liệu. Khi đổ nguyên liệu kéo cáp nâng (3) đồng thời nhả cáp kéo (4) ra gầu bị dốc ngược đổ nguyên liệu vào đóng hoặc thiết bị vận chuyển. Ngoài ra, còn cáp 6 giữ cần trục ở một góc xác định. ƒ Phạm vi sử dụng Máy xúc gầu dây dùng khai thác nguyên liệu ở ngang hoặc thấp hơn mức đặt máy từ 25÷30m, khi mà các máy xúc khác không làm việc được. Loại máy xúc này ưu việc hơn các máy xúc khác là có đường kính khai thác lớn ( 60÷75m) và chiều sâu khai thác lớn. Khi khai thác nguyên liệu nặng chắc cần phải làm tơi sơ bộ, vì gầu cắt vào nguyên liệu chỉ do tác dụng trọng lượng của gầu. Đối với máy xúc gầu dây khi đổ nguyên liệu vào thiết bị vận chuyển có khó khăn vì gầu bị dao động nhiều. Chi tiết gầu B 1 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy xúc gầu dây 2 6 3 4 5 A Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 11 ‰ Máy xúc gầu ngoạm ‰ Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Máy xúc gầu ngoạm cấu tạo dạng hàm: gồm có hàm gầu (1) quay quanh trục của ròng rọc(2). Hai đầu thanh kéo (3) liên kết động với hàm gầu (1) và mũ (4). Khi máy làm việc: nhả cáp (5) ra, dưới tác dụng trọng lượng của ròng rọc (2) hai hàm gầu mở ra, hạ cáp (6) xuống đặt 2 hàm gầu vào nguyên liệu. Tiếp theo cuộn cáp (5) lại, kéo ròng rọc (2) lên làm cho 2 hàm gầu đóng lại, ngoạm nguyên liệu vào đầy gầu, đồng thời cuộn cáp (6) lại nâng gầu chứa đầy nguyên liệu lên cao và hãm lại. Buồng máy (7) mang cần trục (8) và đầy chứa đầy nguyên liệu xoay một góc xác định đến vị trí đổ nguyên liệu. Khi đổ nguyên liệu, nhả cáp (5) ra, dưới tác dụng trọng lượng của ròng rọc và nguyên liệu hai hàm gầu mở ra, nguyên liệu được tháo vào thiết bị vận chuyển. 8 1 2 3 4 5 6 8 Hình 1.4a Sơ đồ nguyên lý máy xúc gầu ngoạm Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 12 Hình 1.4b Các loại gầu xúc (cho máy xúc gầu ngoạm) Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 13 ƒ Phạm vi sử dụng: Máy xúc gầu ngoạm được dùng để bóc dỡ nguyên liệu rời ở bến xe, bến cảng, trong các kho chứa nguyên nhiên liệu. Máy có thể bóc dỡ nguyên liệu ở độ cao, thấp hay ngang tầm đặt máy. Hình 1.4c Máy xúc gầu ngoạm – Khai thác cát trên sông Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 14 Hình 1.4d Tàu xúc gàu ngoạm, Hãng Kawasaki Nhật Bản Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I - 15 Hình 1.4e Gầu ngoạm Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-16 II.1.2 Máy xúc nhiều gầu Máy xúc nhiều gầu là loại máy xúc liên tục nhờ có các gầu gắn vào xích vô tận hoặc rôto. Quy trình làm việc của máy: xúc, vận chuyển, đổ nguyên liệu, di chuyển máy đều xảy ra đồng thời. Máy xúc nhiều gầu có thể khai thác nguyên liệu ở cao độ ngang mức đặt máy, chỉ cần thay đổi vị trí của giá mang gầu. - Dung tích của gầu thường từ 0,115-0,6m3. - Chiều sâu hoặc chiều cao khai thác 15-29m. - Độ nghiêng của giá gầu lớn nhất 50o. - Tốc độ di chuyển của gầu 0,3-1,0m/sec. - Tốc độ di chuyển của máy trên đường sắt ( ray) 3-8m/ phút - Tốc độ di chuyển bằng xích 3-5m/ phút. Máy xúc nhiều gầu có năng suất rất cao, nhưng chỉ khai thác được nguyên liệu từ loại I-III (bảng A-1). Thường máy xúc nhiều gầu được phân loại theo thiết bị mang gầu: - Máy xúc nhiều gầu loại băng hay xích mang gầu - Máy xúc nhiều gầu loại rôto mang gầu. Hình 1.5a Sơ đồ làm việc máy xúc nhiều gàu loạI băng hoặc xích mang gàu 7 3 6 4 2 5 1 12 8 9 11 10 Gàu xúc Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-17 Hình 1.5b hệ thống máy xúc nhiều gàu tại nhà máy xi măng Hà tiên 2 Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-18 ‰ Máy xúc nhiều gầu loại băng hoặc xích mang gầu ƒ Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc Máy gồm xích (1), trên gắn các gầu (2) cách đều nhau. Xích mang gầu (1) đầu được kéo căng bởi đĩa quay (3) hình đa cạnh đều; đĩa quay được nhờ động cơ qua hệ truyền động, còn đầu kia được kéo căng bởi đĩa (4). Giá gầu (5) được treo cân bằng nhờ cần treo (6) và đối trọng (7). Khi máy làm việc, xích mang gầu di chuyển (theo chiều mũi tên) gầu sẽ cắt vào nguyên liệu, dần dần nguyên liệu chứa đầy gầu. Theo giá gầu (5), gầu di chuyển qua đĩa (3) rồi vòng lại đổ nguyên liệu chứa trong gầu (gầu hở hai mặt) vào phễu chứa (8) (phễu đóng mở tự động nhờ đối trọng (9)), nguyên liệu từ phễu chứa (8) được tháo tự động vào thiết bị vận chuyển (10) ( xe, goòng, hay băng tải...) Trong quá trình làm việc thiết bị di chuyển (11) của máy xúc nhiều gầu mang bu ồng máy (12), xích (1), gầu (2), giá gầu (5), cần treo (6), đối trọng (7), phễu chứa (8)...di chuyển dọc theo tầng khai thác. Thiết bị vận chuyển nguyên liệu (10) cũng di chuyển theo máy xúc nhiều gầu. ƒ Phạm vi sử dụng: Máy xúc nhiều gầu loại băng hoặc hoặc xích mang gầu có khả năng khai thác nguyên liệu từ I-II ở trên, dưới hoặc ngang mức đặt máy. ‰ Máy xúc nhiều gầu loại rôto mang gầu ƒ Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc Hình 1.5c Gàu xúc đất Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-19 Máy gồm rôto (1) được lắp vào cuối ống kim loại rỗng (2). Trên rôto lắp đều các gầu xúc có răng (3). Trong ống kim loại (2) có đặt thiết bị vận chuyển ( 4) (băng tải ) và (6) (xe, goòng, băng tải...). Rôto, ống kim loại (2) và thiết bị vận chuyển (5) được giữ ở vị trí cân bằng xác định nhờ các cần treo (7) và (8). Khi máy làm việc rôto quay, các gầu (3) gắn trên rôto xúc vào tầng nguyên liệu và đổ nguyên liệu vào thiết bị vận chuyển (4), rơi xuống thiết bị vận chuyển( 5), chảy vào thiết bị vận chuyển (6), chuyển về nhà máy. Chuyển động quay của rôto (1) nhờ một động cơ qua hệ thống truyền động đặt trong buồng máy (9). Ống kim loại (2) có thể nâng lên hay hạ xuống theo yêu cầu khai thác. Thiết bị vận chuyển (5) cũng có thể nâng lên hay hạ xuống và có thể quay 145o trong mặt phẳng nằm ngang. ƒ Phạm vi sử dụng : Máy xúc nhiều gầu loại rôto mang gầu thường dùng để khai thác nguyên liệu loại I- III, máy được đặt ở cao trình thấp hơn mặt nguyên liệu. So với máy xúc nhiều gầu loại băng hay xích mang gầu, loại rôto mang gầu có nhiều ưu điểm hơn: - Trọng lượng máy xúc nhỏ - Năng lượng tiêu hao riêng cho khai thác 1m3 nguyên liệu nhỏ. - Lực cắt vào nguyên liệu lớn hơn nên khai thác được nguyên liệu rắn hơn. - Năng suất khai thác cao. Với những ưu điểm trên hiện nay nó được sử dụng phổ biến hơn loại băng hoặc xích mang gầu. 9 7 4 2 3 5 8 10 6 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đào đất loại Roto mang gầu 1 Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-20 II.2 Máy gạt Máy gạt chính là loại máy kéo, nhưng được lắp lưỡi gạt ở phía trước hay giữa thân máy. Trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, máy gạt có thể dùng để khai thác tất cả các loại nguyên liệu; tuy nhiên đối với nguyên liệu từ IV-VI cần phải làm tơi sơ bộ trước. Nó cũng có thể dùng để thu gọn hoặc vun đóng nguyên liệu khai thác, bóc lớp phủ mặt hoặc san phẳng mặt bằng và di chuyển nguyên liệu với khoảng cách 70-100m. ‰ Phân loại máy gạt: - Máy gạt lưỡi gạt không quay - Máy gạt lưỡi gạt quay (theo mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng đứng). Trong công nghiệp thường dùng máy gạt lưỡi gạt không quay ‰ Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc Máy gạt gồm lưỡi gạt (1) ( không quay) có lắp dao cắt (2). Lưỡi gạt được lắp vào cần động (3). Lưỡi gạt có thể nâng lên hay hạ xuống nhờ píttong (4) một đầu đặt trong xi lanh (5), đầu kia nối với cần động (3) qua khớp cầu (6). pittong làm việc được nhờ bơm dầu (7) qua hệ ống dẫn ( 8). Cũng có thể nâng hay hạ lưỡi gạt bằng hệ tời và cáp kéo. Khi máy làm việc lưỡi gạt được hạ xuống nhờ hệ pittong (4). Khi máy di chuyển về phía trước, dao cắt (2) cắt vào nguyên liệu và đẩy nguyên liệu khai thác về phía trước. Khi máy di chuyển không tải lưỡi gạt lại được nâng lên. Vì vậy, máy gạt vừa khai thác nguyên liệu lại vừa vận chuyển nguyên liệu về phía trước. Hình 1.7a Sơ đồ nguyên lý họat động của máy ủi 6 3 2 1 5 8 7 Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-21 Hình 1.7b Máy ủi hiệu Liebherr (Đức) 2 1 3 6 4 8 5 8 7 Hình 1.7c Máy ủI hiệu Liebherr Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-22 II.3 Thiết bị khai thác cơ khí thủy lực Phương pháp khai thác cơ khí thủy lực cơ bản là dùng động năng của tia nước có áp suất cao 4-70 kG/cm2 và tốc độ 10-90m/sec để bóc nguyên liệu ra khỏi mỏ và làm giàu nguyên liệu khai thác. Phương pháp khai thác cơ khí thủy lực trong công nghiệp vật liệu xây dựng dùng để khai thác nguyên liệu từ loại I-III Phương pháp cơ khí thủy lực có những ưu khuyết điểm chính: ‰ Ưu điểm - Thiết bị đơn giản, trọng lượng nhỏ, giá thành rẻ. - Có thể phân loại nguyên liệu khai thác thành những nhóm hạt có kích thước khác nhau và có thể làm giàu nguyên liệu khai thác. - Vốn đầu tư nhỏ hơn các phương pháp khai thác khác. ‰ Khuyết điểm: - Không gian làm việc yêu cầu rộng - Phải gần nguồn nước và năng lượng điện rẻ. - Chỉ thích hợp cho nguyên liệu tương đối mềm. ƒ Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc 1 7 65 4 2 2 3 Hình 1.8a Sơ đồ hoạt động thiết bị khai thác thủy lực Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-23 Phương pháp khai thác cơ khí thủy lực dựa trên cơ sở dùng nước có áp suất cao do bơm ly tâm tạo nên theo ống dẫn (1) cung cấp, cho các vòi phun (2). Dưới áp lực cao tia nước xói vào tầng nguyên liệu (3), nguyên liệu bị bóc ra theo các kênh dẫn (4) chảy vào bể chứa (5). Tại đây nhờ bơm ly tâm 6 nguyên liệu được dẫn theo ống dẫn (7) (vận chuyển có áp lực) hoặc dẫn theo kênh máng (vận chuyển không có áp lực ) về nơi sử dụng. Trong phương pháp khai thác cơ khí thủy lực vòi phun cao áp đóng vai trò quan trọng. ‰ Cấu tạo vòi phun: Hình 1.8c Chi tiết đầu xối cho nạo vét (ống hút) Hình 1.8b Sơ đồ nguyên lý họat động vòi phun 1 2 3 4 5 6 7 Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-24 Vòi phun gồm khớp dưới (1), đầu cuối được nối với ống dẫn nước vào, đầu trên nối với khớp trên (2) qua khớp động (3). Khớp động 3 có thể quay 360o trong mặt phẳng nằm ngang. Khớp trên (2) nối với thân vòi phun (4) qua khớp cầu động (5), khớp cầu động (5) có thể quay 1 góc 75o trong mặt phẳng thẳng đứng (50o về phía trên và 25o về phía dưới). Dọc phía trong thân vòi phun (4) có xẻ (3) gờ định hướng (6) để tránh hiện tượng xoáy của tia nước, nhờ đó nước khi ra khỏi mũi vòi (7) không bị rời và phân tán. Ngoài vòi phun thiết bị khai thác cơ khí thủy lực còn có các phụ kiện khác như: bơm ly tâm, ống vận chuyển hoặc máng vận chuyển nước. Hình 1.8c Chi tiết mũi ống xối Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-25 Hình 1.10 Tàu hút bùn cát (Hãng chế tạo Kawasaki, Nhật bản) Hình 1.11 Tàu khai thác cát (Nhật bản chế tạo) Chương 1: Máy khai thác nguyên liệu Trang I-26 Hình 1.12 Hệ thống dây chuyền khai thác vật liệu dưới nước Hình 1.14 Đầu phá đất của tàu hút Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 1 CHƯƠNG II CÁC MÁY ĐẬP NGHIỀN Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 2 I. ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐẬP NGHIỀN Trong kỹ thuật sản xuất Vật liệu xây dựng, chúng ta luôn gặp quá trình đập nghiền nguyên vật liệu. Quá trình này chủ yếu nhằm tăng diện tích bề mặt (diện tích riêng) của vật thể, nhằm tạo điều kiện dễ dàng thực hiện tốt các quá trình hóa lý xảy ra tiếp theo. Để xác định được quá trình đập nghiền cần chú ý đến một số khái niệm sau: I.1 Những khái niệm cơ sở I.1.1. Đường kính trung bình Vật liệu trước và sau khi đập nghiền thường có hình dáng kích thước khác nhau. Để có thể tiến hành tính toán được cần xác định kích thước trung bình của vật thể. ‰ Kích thước trung bình của từng cục vật liệu: + +=Tb l b hd 3 hoặc = 3Tbd l.b.h (2.1) Trong đó: l,b,h - kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao tương ứng của cục vật liệu. ‰ Kích thước trung bình của nhóm cục (hạt) vật liệu: += max minN d dd 2 (2.2) Trong đó: dmax - kích thước hạt to nhất dmin - kích thước hạt bé nhất ‰ Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt vật liệu + + += + + N1 1 N2 2 Nn n HH 1 2 3 n d .a d .a ....... d .a d a +a a ...a (2.3) Trong đó: a1,a2,...an: hàm lượng % mỗi nhóm trong hỗn hợp vật liệu dN1,dN2,...dNn: kích thước t.bình của mỗi nhóm hạt vật liệu. I.1.2. Mức độ đập nghiền Mức độ đập nghiền là tỷ số kích thước trung bình của hạt, của nhóm hạt hay hỗn hợp nhóm hạt vật liệu trước và sau khi đập nghiền. ‰ Mức độ đập nghiền của hạt vật liệu: = tb Tb D i d (2.4a) ‰ Mức độ đập nghiền của nhóm hạt vật liệu: = N N D i d (2.4b) Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 3 ‰ Mức độ đập nghiền của hạt vật liệu: HH HH D i= d (2.4c) Trong đó: D - kích thước vật liệu trước khi đập nghiền d - kích thước vật liệu sau khi đập nghiền. I.1.3. Độ bền và độ rắn của vật liệu Vật liệu có nhiều loại, chúng có cấu tạo khác nhau, nên tính chất của từng loại cũng khác nhau. Trong quá trình đập nghiền cần chú ý đến 2 tính chất quan trọng nhất là : độ bền và độ rắn của vật liệu. ‰ Độ bền của vật liệu. Độ bền của vật liệu được tính bằng giới hạn bền chịu nén của vật liệu. Độ bền của vật liệu có thể được phân loại như sau: Bảng 2.1 Giới hạn độ bền của vật liệu Tính chất vật liệu Giới hạn bền chịu nén (kgf/cm2) Kém bền Trung bình Bền Rất bền <100 100 – 500 500 – 2500 2500 – 4500 ‰ Độ rắn của vật liệu ( được biểu thị bằng 2 cách) • Độ rắn Mohs (cương giai): được xác định bằng cách so với các vật liệu chuẩn. Các vật liệu chuẩn được sắp xếp theo thứ tự từ mềm đến rắn. Ký hiệu từ 1 ÷10 Bảng 2.2 Thang độ rắn Mohs của một số vật liệu Loại Độ rắn Vật liệu chuẩn Tính chất Mềm 1 2 3 Hoạt thạch (talk) Thạch cao Tinh thạch vôi Dễ vạch bằng móng tay Vạch được bằng móng tay Dễ vạch bằng dao Trung bình 4 5 6 7 Fluorin Apatit Tràng thạch Thạch anh Khó vạch bằng dao Không vạch được bằng dao Rắn bằng thủy tinh thường Vạch được thủy tinh thường Rắn 8 9 10 Topazơ Corindon Kim cương Vạch được thủy tinh thường Cắt được thủy tinh Cắt được thủy tinh Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 4 • Độ rắn Protodipkonov: cũng được phân thành 10 bậc, mỗi bậc được đặc trưng bằng hệ số A. Hệ số A được tính bằng % giới hạn bền chịu nén của vật liệu [kG/cm2] Ví dụ: Vật liệu có σn = 2000 KG/ cm2 Độ rắn Protodipkonov A = 20 I.1.4 Hệ số khả năng đập nghiền. Phân loại vật liệu theo độ bền và độ rắn như trên cho phép xác định được lực đập nghiền cần thiết, nhưng như thế cũng chưa đủ để đánh giá khả năng đập nghiền của các vật liệu. Như ta đã biết: có thể có 2 loại vật liệu có cùng độ bền cũng như độ rắn bằng nhau, nhưng loại nào dòn hơn rõ ràng dễ đập nghiền hơn (cùng một lực đập). Do đó để đánh giá khả năng đập nghiền của từng loại vật liệu, người ta dùng hệ số khả năng đập nghiền. • Hệ số khả năng đập nghiền : “là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn riêng khi đập nghiền vật liệu chuẩn so với loại vật liệu thường khác có cùng một mức độ và trạng thái đập nghiền.” Nếu gọi hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu chuẩn bằng 1 (vật liệu chuẩn thường chọn clinker lò quay trung bình), thì hệ số khả năng đập nghiền của một số loại vật liệu như sau: Bảng 2.3. Hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu Tên vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền Đá vân mẫu đá vôi rắn Tràng thạch Clinker lò quay Clinker lò đứng Vôi sống 0,75 0,8-0,9 0,8-0,9 1 1,3-1,4 1,64 Mỗi loại vật liệu được đặt trưng một hệ số khả năng đập nghiền nhất định (tham khảo tài liệu). Î Biết năng suất của máy nghiền khi nghiền vật liệu A, có thể xác định được năng suất của máy nghiền đó khi nghiền vật liệu B, nếu biết hệ số khả năng đập nghiền của 2 loại vật liệu đó. Ví dụ: năng suất của máy nghiền bi khi nghiền clinker lò quay là 15T/h. Xác định năng suất của máy nghiền đó khi nghiền vôi sống. Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 5 Tra bảng biết được hệ số khả năng đập nghiền của clinker lò quay = 1 và của vôi sống = 1,64. Vậy năng suất của máy nghiền đó khi nghiền vôi sống là: = × =Q 15 1,64 1,0 24,6 [T/h] I.2 Cơ sở lý thuyết về đập nghiền Một trong những yếu tố quan trọng nhất để xác định quá trình đập nghiền là năng lượng tiêu hao riêng cho 1 đơn vị sản phẩm. Quá trình đập nghiền là một quá trình rất phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ đồng nhất, độ bền, độ rắn, độ quánh, độ ẩm, hình dáng, kích thước của vật liệu v.v...Trên cơ sở đó nhiều tác giả đã nghiên cứu về lý thuyết đập nghiền. Sau đây là một số lý thuyết cơ bản. I.2.1 Thuyết điện tích (của RittHinger) Theo Ritthinger ” Công cần thiết đập nghiền vật liệu tỷ lệ với diện tích mới sinh sau khi đập nghiền vật liệu đó”. Chứng minh: Giả thiết vật liệu có dạng khối vuông vắn cạnh là D (H2.1a), được đập ra thành những khối vuông nhỏ có cạnh là d.Vậy mức độ đập nghiền : =i D / d (2.5) Số mặt cắt ở mỗi chiều: (i-1) Số mặt cắt 3 chiều của khối vuông là : 3(i-1) Tổng diện tích mới sinh của 3 mặt cắt là : = 2F 3D (i-1) [cm2] (2.6) Gọi A : công cần thiết để tạo ra 1 cm2 diện tích mới sinh, với mức độ đập nghiền i và kích thước vật liệu ban đầu D, thì công đập nghiền của vật liệu như sau: = = 2iA AF 3AD (i-1) [KG.cm] (2.7) Khi mức độ độ đập nghiền rất lớn, nghĩa là i →∞, có thể xem (i -1) ≈ i. Từ đó có thể rút ra :”công đập nghiền vật liệu tỷ lệ thuận với mức độ đập nghiền “. Trong thực tế vật liệu có hình dáng bất kỳ, nên công thức có dạng tổng quát sau: = −2iA 3kAD (i 1) [KG.cm] (2.8) k: hệ số phụ thuộc vào hình dáng của vật liệu, thông thường k = 1,2÷1,7. d D Hình 2.1a Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 6 I.2.2 Thuyết thể tích ( của Kirpisev) Theo Kirpiser ” công cần thiết để đập nghiền vật liệu tỷ lệ với thể tích hay trọng lượng của vật liệu bị biến dạng khi đập nghiền “. Cơ sở của thuyết này dựa vào thuyết biến dạng của vật liệu khi chịu kéo hay chịu nén đến giới hạn đàn hồi hay phá hủy. Khi chịu kéo hay chịu nén đến giới hạn đàn hồi hoặc phá hủy, vật liệu sẽ tuân theo định luật Hook (H.2.1) PLL EF ∆ = (2.9) Trong đó: ∆L- biến dạng dài tuyệt đối [cm] P - lực kéo hoặc nén [KG] F- tiết diện chịu kéo hoặc nén [cm2] E- mođun đàn hồi của vật liệu [Kg/cm2] L- chiều cao ban đầu của mẫu [cm] Công làm biến dạng một cục vật liệu: + + λ= ≈ λ(p p dp)ddA pd 2 =λ ∆ dp P d L Î ∆λ = Ld dp P ∆ ∆ ∆ ∆= = λ = =∫ ∫ ∫L L P1 0 0 0 L P L A dA pd pdp P 2 Thay ∆ = P.LL EF vào công thức A1 Ta có: ∆= 2 1 P L A 2 (2.10) Ứng suất đàn hồi của vật liệu: σ = P F [KG/cm2] = σP F σ σ= = 2 2 2 1 L F V A 2EF 2E [KG/cm ] (2.11) Khi đập các hạt vật liệu có kích thước khác nhau, công đập nghiền vật liệu: ( ) = σ σ= = + + =∑ ∑2 2 ni 1 2 n i n i 1 A A V V ...V V 2E 2E [KG.cm] (2.12) Biến dạng Lực ∆λ ∆L P ∆p Hình 2.1b Quan hệ lực và biến dạng λ p dA Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 7 I.2.3. Thuyết tổ hợp ( Rebinder) Theo Rebinder “ công đập nghiền vật liệu gồm 2 thành phần : - Công tạo nên diện tích mới sinh - Công làm biến dạng vật liệu Tùy theo quá trình đập nghiền cụ thể mà thành phần nào sẽ là chủ yếu Như vậy: N σ= + = − +  2 2 1 2 Cong tao dien tich moi sinh Cong lam bien dang V A A A 3kAD (i 1) 2E [KG.cm] (2.13) Có thể viết lại dưới dạng: = δ ∆ + ∆A . S k V (2.14) Trong đó: δ: năng lượng bề mặt riêng của vật liệu (cho một đơn vị ∆S: Biến đổi bề mặt riêng của vật liệu (diện tích mới sinh) K: Công đàn hồi và biến dạng dẻo riêng của vật liệu ∆V: thể tích của vật liệu bị biến dạng Do vậy: - Khi đập nghiền thật nhỏ, công tạo ra diện tích mới sinh rất lớn so với công làm biến dạng vật liệu. - Khi đập thô thì trái lại, công làm biến dạng vật liệu rất lớn so với công tạo ra diện tích mới sinh. Như vậy, thuyết diện tích và thuyết thể tích chỉ là những trường hợp đặc biệt của thuyết tổ hợp. I.3. Các phương pháp tác dụng lực khi đập nghiền. Những phương pháp tác dụng lực cơ bản: Đập Ép mài uốnbổ Hình 2.2 Các phương pháp tác dụng lực cơ bản Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 8 Để tăng hiệu quả đập nghiền, đại đa số các máy đập nghiền được cấu tạo bởi hai hoặc nhiều phương pháp tác dụng lực đồng thời, rất ít khi được cấu tạo với một phương pháp tác dụng lực riêng lẻ. Việc chọn phương pháp tác dụng lực trong chế tạo máy đập nghiền phụ thuộc vào các yếu tố : • Tính chất cơ lý của vật liệu • Kích thước ban đầu của vật liệu • Mức độ đập nghiền i của vật liệu Vật liệu có độ cứng lớn (hoa cương, vân mẫu) chọn phương pháp tác dụng lực: ép + đập Vật liệu dòn chọn phương pháp tác dụng lực: Bổ + đập Vật liệu dẻo chọn phương pháp tác dụng lực: ép + mài I.4. Phân loại các máy đập nghiền Được phân thành 2 nhóm chính: nhóm máy đập và máy nghiền I.4.1. Máy đập Các máy đập dùng để đập sơ bộ vật liệu. Kích thước vật liệu vào và ra khỏi máy còn thô. Mức độ đập nghiền i = 2÷20 Theo kích thước vật liệu được phân thành các loại: Bảng 2.4a Mức độ đập vật liệu Mức đập nghiền Đường kính ra Dra(mm) Đập thô Đập trung bình Đập nhỏ Đập rất nhỏ 250 –25 25-5 5-1 1-0,5 Theo kết cấu và nguyên tắc làm việc được phân thành các loại: Máy đập hàm - Máy đập nón - Máy đập trục Máy đập búa- Máy nghiền bánh xe I.4.2. Các máy nghiền. Các máy nghiền dùng để nghiền vật liệu đã được đập sơ bộ, theo kích thước vật liệu được phân thành các loại: Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 9 Bảng 2.4b Mức độ đập nghiền vật liệu Mức độ nghiền Dra (mm) Nghiền thô Nghiền mịn Nghiền rất mịn 0,5 ÷ 0,1 0,1 ÷ 0,01 0,01 ÷ 0,0001 Mức độ đập nghiền i = 100÷1000 Theo kết cấu và nguyên tắc làm việc được phân thành các loại: Máy nghiền bi - máy nghiền bi chấn động Máy nghiền búa- Máy nghiền khí nén. II. MÁY ĐẬP HÀM II.1. Đại cương và phân loại Trong công nghiệp vật liệu xây dựng máy đập hàm dùng để đập thô và đập trung bình các loại vật liệu rắn. Kích thước vật liệu vào máy: 200 - 1500mm và “ ra khỏi máy: 5- 250 mm Phương pháp tác dụng lực là ép dập giữa 2 má máy. Nếu má chuyển động song phẳng có thêm lực mài, nếu má có dạng làn sóng có thêm lực uốn. Nhưng nói chung lực uốn và mài rất nhỏ. Máy đập hàm có nhiều kiểu khác nhau, cơ bản thường được phân loại theo tính chất chuyển động của má động. ‰ Máy có má chuyển động đơn giản (tịnh tiến) Ưu: Lực đập rất lớn Dùng đập những vật liệu có kích thước rất lớn Máy làm việc an toàn Trục lệch tâm ít bị hư hại Khuyết: Máy có cấu tạo phức tạp Hiệu quả đập nghiền thấp ( khả năng kéo vật liệu vào kém) ‰ Máy có má chuyển động phức tạp Ưu: Hiệu q... nhỏ, phần lớn năng lượng (dùng cho va đập) lại biến thành chuyển động có gia tốc, nên vật rắn bị văng ra ngoài theo trục (1) vào máng dẫn. Máy đập trục tách đá có ưu điểm: ngoài đập ép xé đất sét còn có thể loại các vật liệu rắn ra ngoài. V.2.4. Máy đập trục 1 trục Máy đập trục 1 trục được dùng để đập các loại vật liệu mềm và vật liệu có độ rắn trung bình như: thạch cao, puzoland, trong các nhà máy sản xuất xi măng... ‰ Cấu tạo Máy cấu tạo gồm trục quay (1), bề mặt được lót các tấm lót có răng (2). Má máy (3) được treo vào ổ trục (4). Phía trong má có lót tấm lót (5) bằng thép cứng. Trục căng (6) và lò xo (7) có tác dụng giữ cho má (5) ở vị trí thích hợp, đồng thời bảo đảm an toàn cho máy khi gặp vật liệu lạ. Mức độ đập nghiền của máy lớn i >15. Tùy theo yêu cầu kích thước sản phẩm mà lắp răng có chiều cao thích hợp. Yêu cầu kích thước sản phẩm lớn, lắp răng cao Yêu cầu kích thước sản phẩm nhỏ, lắp răng thấp. Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý máy đập 1 trục 1 2 3 5 6 7 4 Chương II: Các loại máy đập nghiền búa Trang II- 36 V.3. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy đập trục V.3.1. Xác định góc kẹp α Góc kẹp α là góc tạo bởi 2 đường tiếp tuyến tại 2 tiếp điểm giữa cục vật liệu và bề mặt 2 trục. Tùy theo kích thước của trục và và kích thước vật liệu mà bố trí khe hở giữa 2 trục cho thích hợp để vật liệu có thể bị cuốn vào khe hở giữa 2 trục. Khe hở lại liên quan mật thiết đến góc kẹp α. Nếu khe hở lớn, góc kẹp α nhỏ, mức độ đập nghiền i nhỏ. Ngược lại nếu khe hở quá nhỏ, góc kẹp α lớn, vật liệu sẽ bị bắn ra ngoài, hiệu quả đập nghiền kém. Khi máy làm việc, các trục sẽ tác dụng vào vật liệu một lực P, đồng thời tạo ra lực ma sát giữa bề mặt trục và vật liệu Pf. Qua phân tích lực ta thấy: muốn vật liệu bị cuốn vào khe hở giữa 2 trục: α α≥2Pf.cos 2P sin 2 2 (2.49) (công thức trên bỏ qua trọng lượng G của cục vật liệu) f ≥ tg(α/2) tgϕ ≥ tg(α/2) Î α ≤ 2ϕ (2.50) Điều kiện để máy làm việc tốt nhất α ≤ 2ϕ Đa số trường hợp α = 32÷48o, tương ứng f = 0,3-0,45 α/2 I O’ O P Pcosα/2 Pfcosα/2 Pf Psinα/2 Pfsinα/2 α Hình 2.20 Xác định góc kẹp α D/2 a/2 a/2 Chương II: Các loại máy đập nghiền búa Trang II- 37 V.3.2. Xác định tỷ lệ giữa đường kính trục và đường kính cục vật liệu Theo hình (H.2.20), xét tam giác OO’I, ta có: + α +=(D d) (D a)cos 2 2 2 (2.51) Mức độ đập nghiền của máy đập trục thường i = 4 Với a/d = 0,25 Æ ( ) ( ) α −= − α cos / 2 0,25D d 1 cos / 2 (2.52) ‰ Nhận xét: - Đối với vật liệu rắn (đá vôi, đá hoa cương...) f = 0,3. Do đó góc α = o/2 16 40' . Thay vào công thức trên: D = 17d. Qua đó cho thấy máy đập trục bị hạn chế dùng để đập thô vật liệu rắn. - Đối với vật liệu mềm ( đất sét ẩm) f = 0,45 Æ α/2 = 24o20’. Từ đó, tính được D = 7,5d. Như vậy, máy đập trục thích hợp dùng để đập vật liệu mềm. Để máy làm việc tốt hơn nên tăng D/d: 20÷25%. - Đối với máy đập trục có răng D = (2÷ 6)d - Đối với máy đập trục có gờ D = (10 ÷12)d Đối với máy đập trục có răng hoặc có gờ tỷ lệ D/d bé hơn, vì ngoài lực ma sát kéo vật liệu, còn chịu tác dụng cuốn của răng hoặc của gờ vào khe hở giữa 2 trục. V.3.3. Xác định số vòng quay của trục Chọn số vòng quay thích hợp của trục có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả làm việc của máy. Qua tính toán xác định được số vòng quay lý thuyết của trục : ≤ γmax f n 616 .d.D [v/ph] (2.53) trong đó: f - hệ số ma sát giữa trục và vật liệu f = 0,3 ÷ 0,45 γ - trọng lượng thể tích của vật liệu [g/cm3] d - đường kính cục vật liệu [cm] D - đường kính trục [cm] để giảm sự mài mòn tấm lót, số vòng quay thực tế: = ÷tt maxn (0,4 0,7) n (2.54) Chương II: Các loại máy đập nghiền búa Trang II- 38 V.3.4. Xác định năng suất của máy đập trục ‰ Năng suất máy đập trục khi đập vật liệu mềm. = γQ 3600 B.a.v. .K [T/h] (2.55) trong đó: B - chiều dài trục [m] a- khe hở giữa 2 trục [m] v- tốc độ dài của trục [m/sec] γ - trọng lượng thể tích của vật liệu [T/m3] K- hệ số chú ý đến việc sử dụng chiều dài trục và mức độ tơi của vật liệu. Đối với vật liệu rắn K = 0,2 ÷ 0,3 Đối với vật liệu mềm dẻo K = 0,4 ÷ 0,6 thay π= Dnv 60 ta được : = γQ 188,4 K B.a.D.n. [T/h] (2.56) ‰ Năng suất máy đập trục khi đập vật liệu rắn Khi đập vật liệu rắn lò xo bị nén lại, lúc đó a sẽ tăng là a1 = 1,25a. Do đó: = γQ 235. k.B.a. D.n. [T/h] (2.57) V.3.5. Xác định công suất của máy đập trục Việc xác định công suất lý thuyết của máy đập trục là vấn đề phức tạp Vì thế, nhiều tác giả đã nêu lên những công thức thực nghiệm: Dựa theo thuyết thể tích Levenson đã nêu lên công thức:  = +   2B. R. n R N r 13000 6000 [ml] (2.58) trong đó: B - chiều dài trục [cm] R - bán kính trục [cm] r - bán kính cục vật liệu nạp [cm] n - tốc độ quay của trục [v/ph] - Đối với vật liệu có độ rắn trung bình có thể dùng công thức của Argama: =N 1,08.v.B.k [ml] (2.59) trong đó: v - vận tốc dài của trục [m/ph] B - chiều dài trục [m] k - hệ số = +Dk 0,6 0,15 d D - đường kính trục [m] Chương II: Các loại máy đập nghiền búa Trang II- 39 d - đường kính cục vật liệu [m] Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 39 VI. MÁY NGHIỀN BÁNH XE VI.1. Đại cương và phân loại Máy nghiền bánh xe được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp VLXD để đập nhỏ đất sét, tràng thạch, đá đôlômít, cát... đến kích thước 3÷8mm và đập mịn đến kích thước 0,2 ÷ 0,5mm. Nguyên tắc tác dụng lực của máy nghiền bánh xe là vật liệu bị ép và mài giữa bánh xe và đĩa. Máy nghiền bánh xe có nhiều kiểu, có thể phân loại theo các phương thức: ‰ Phân loại theo cấu tạo máy - Đĩa cố định: bánh xe quay quanh trục thẳng đứng, đồng thời quay quanh trục ngang. Lực ly tâm đặt vào bánh xe nên dễ hư trục giữa. - Đĩa quay: bánh xe chỉ quay quanh trục ngang. Tránh được khuyết điểm của đĩa cố định và máy làm việc yên tĩnh. Nhưng lực ly tâm lại đặt vào vật liệu, nếu không có thành chắn tốt, hiệu quả làm việc sẽ kém. Tùy theo vật liệu nghiền (cho phép lẫn kim loại hay không) mà bánh xe của máy nghiền được chế tạo bằng kim loại hoặc phi kim loại như đá hoa cương, thạch anh, tấm gốm v.v... ‰ Phân loại theo đặc trưng kỹ thuật - Máy nghiền bánh xe nghiền vật liệu ẩm: Độ ẩm của vật liệu nghiền cho phép W= 15÷16%. Nó được sử dụng để gia công đất sét trong sản xuất gạch ngói và các sản phẩm gốm khác. - Máy nghiền bánh xe nghiền vật liệu khô: Độ ẩm của vật liệu vào máy W = 10 ÷11% - Máy nghiền trộn phối liệu đồng thời: Độ ẩm vật liệu W = 10÷12% Trên quan điểm kinh tế, máy nghiền bánh xe nghiền khô so với đập trục nghiền nhỏ có hiệu quả làm việc kém hơn, năng lượng tiêu hao riêng lớn hơn [KW/Th]. Kết cấu máy phức tạp, sửa chữa khó. Cho nên máy nghiền bánh xe chỉ dùng trong những trường hợp cần thiết về kỹ thuật như làm sít đặc vật liệu, đuổi không khí ra khỏi vật liệu, tránh lẫn sắt... Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 40 VI.2. Sơ đồ cấu tạo máy nghiền bánh xe VI.2.1. Máy nghiền bánh xe nghiền ướt Đặc trưng: máy làm việc liên tục, đĩa ố định, truyền động dưới, dùng để nghiền đất sét có độ ẩm W = 15-16% Hình 2.21b Máy nghiền bánh xe, nghiền ướt Hình 2.21a Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bánh xe, nghiền ướt 5 6 1 7 8 3 11 1 2 9 4 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 41 ‰ Cấu tạo: Máy cấu tạo gồm đế máy (1) gắn với đĩa cố định (2). Trục chính (3) trên có ổ trục (4) gắn với trục ngang (5), 2 đầu lắp động 2 bánh xe(6). Trục chính (3) quay được nhờ động cơ truyền động qua trục ngang (7) và cặp bánh khía hình côn (8). ‰ Nguyên lý hoạt động Khi trục (3) quay đồng thời kéo trục ngang quay quanh trục (3). Khi trục (5) quay do lực ma sát làm 2 bánh xe (6) quay chung quanh trục (5) nghiền nhỏ vật liệu. Cấu tạo của ổ trục (4) có tác dụng làm cho bánh xe có thể nâng lên hay hạ xuống khi bề dày của lớp vật liệu trên đĩa thay đổi, hoặc khi gặp vật liệu rắn lẫn vào.Với cấu tạo như vậy tránh gây hư hại các chi tiết máy, bảo đảm máy làm việc an toàn. Trên mặt đĩa, có tấm lót có lỗ thủng hình ellip. Kích thước lỗ thủng tùy thuộc mức độ đập nghiền i. Hệ thống cánh gạt (9) dùng để gạt vật liệu vào đường lăn của bánh xe. Vật liệu được nghiền nhỏ sẽ chui qua lỗ thủng của tấm lót và rơi xuống đĩa (10), sau đó chúng được cánh gạt (9) gạt ra ngoài. VI.2.2. Máy nghiền bánh xe nghiền khô Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bánh xe 8 1 2 9 10 7 1 45 3 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 42 Đặc trưng của máy là làm việc liên tục, bánh xe, đĩa quay, truyền động trên: dùng để nghiền đất sét bán khô, sa mốt, tràng thạch, cát... ‰ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Máy cấu tạo gồm 2 bánh xe (1) lắp động vào trục ngang (2), trục ngang (2) lắp trượt vào trục chính (3). Trục chính quay được nhờ động cơ truyền động qua trục ngang (4) và và cặp bánh khía hình côn (5). Trục chính (3) quay kéo theo đĩa (6) quay. Trên đĩa (6) có tấm lót không có lỗ, nhưng vành ngoài đĩa có đặt vành ghi (7). Khi đĩa (6) quay, do lực ma sát làm cho 2 bánh xe (1) quay quanh trục ngang (2) nghiền nhỏ vật liệu. Để bảo đảm an toàn máy trục ngang (2) được lắp trượt vào trục chính (3) và ổ định hướng (8). Khi gặp vật liệu rắn rơi vào hoặc khi bề dày lớp vật liệu thay đổi bánh xe (1) có thể nâng lên hay hạ xuống, bảo đảm máy làm việc an toàn. Trong máy còn lắp hệ thống cánh gạt, gạt vật liệu vào đường lăn của bánh xe và gạt vật liệu đã được nghiền nhỏ ra vòng ghi (7) ; ở đó hạt to lại được gạt trở vào đường lăn của bánh xe. Hạt nhỏ đạt kích thước sẽ rơi xuống đĩa (9), được gạt ra ngoài bởi dao gạt (10) Kiểu máy nghiền khô này tốc độ quay của trục chính n = 20-30 v/ph. Nếu tốc độ lớn hơn, hiệu quả nghiền sẽ kém, vì do lực ly tâm sẽ làm văng vật liệu ra thành máy. Hình 2.22b. Máy nghiền bánh xe, nghiền khô Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 43 VI.2.3. Máy nghiền bánh xe kiểu Rit den Để lợi dụng lực ly tâm tác dụng vào vật liệu nhằm nâng cao năng suất máy, người ta chế tạo loại máy nghiền bánh xe kiểu Ritden. ‰ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Máy có cấu tạo tương tự máy nghiền bánh xe-nghiền khô. Điều khác biệt mang tính đặc trưng là máy có số vòng quay của đĩa tăng n = 50 v/ph. Đĩa máy không có vành ghi ngoài có lỗ. Giữa đĩa (1) và thành máy (2) có khe hở (3) có thể điều chỉnh kích thước theo yêu cầu. Với số vòng quay của đĩa cao, dưới tác dụng của lực ly tâm các hạt vật liệu nhỏ sẽ văng qua khe hở (3) lọt ra ngoài, còn các hạt to bị dao gạt gạt vào tâm của đường lăn bánh xe. Năng suất của loại máy này rất cao, vật liệu có thể nghiền rất mịn, tiêu tốn năng lượng ít, có thể nghiền được đất sét có độ ẩm W = 12÷14%. Để giảm tải trọng tác động vào đĩa do bánh xe và giảm momen khởi động máy, người ta dùng phương pháp treo bánh xe (4). Qua thanh kéo (5) trục ngang (6) được treo vào xà (7) đặt lên dầm (8) qua lò xo (9). 1 5 9 8 7 2 4 Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền kiểu Rit đen 3 6 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 44 VI.2.4. Máy nghiền có lực ép lò xo đặt vào bánh xe Để tăng hiệu quả nghiền của bánh xe, cần tăng trọng lượng của bánh xe. Nhưng nếu tăng trọng lượng của bánh xe thì cấu tạo máy sẽ phức tạp, tiêu hao năng lượng lớn.Từ đó người ta chế tạo máy nghiền bánh xe có lực ép lò xo đặt vào bánh xe thay cho sự tăng trọng lượng bánh xe. ‰ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Máy có cấu tạo giống máy nghiền bánh xe nghiền ướt, chỉ khác là có lực ép của lò xo đặt vào bánh xe. Máy cấu tạo gồm trục cố định (1), có lắp ổ tự do (2), đồng thời lắp vào trục ngang (3) của bánh xe(4). Trên ổ tự do (2) gắn liền với díp (5) tựa trên lò xo (6). Bánh xe (4) tựa trên trục cố định (1) và vít điều chỉnh (7). Nhờ vậy áp lực của bánh xe tác dụng lên đĩa có thể điều chỉnh tùy theo yêu cầu qua díp (5) và lò xo (6). 5 6 4 1 3 2 7 Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền có lực ép lò xo đặt vào bánh xe Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 45 VI.3. Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản. ‰ Tính góc kẹp α Góc kẹp α là góc tạo bởi tiếp tuyến tại tiếp điểm giữa bánh xe và cục vật liệu với đường nằm ngang của đĩa. Muốn máy làm việc có hiệu quả, vật liệu không bắn ra ngoài cần phải xác định góc kẹp α. Qua phân tích thành phần lực tác dụng và vật liệu hình (H.2.25), ta thấy điều kiện để vật liệu không bị văng ra ngoài: α ≤ + α1P sin P f Pf cos (2.60a) = + α1P Pcos Pfsin (2.60b) Thay P1 vào phương trình (a) và chia 2 vế cho Pcosα ta có: α ≤ − 2 2f tg 1 f thay = ϕf tg (2.61) Æ ϕα ≤ = ϕ− ϕ2 2tg tg 2tg 1 tg Î Muốn máy làm việc có hiệu quả: α < ϕ2 (2.62) ‰ Xác định tỷ lệ đường kính bánh xe D và đường kính vật liệu d Từ phân tích hình vẽ, ta thấy: − += αD d D d cos 2 2 Æ + α= − α D 1 cos d 1 cos (2.63) Để máy làm việc bảo đảm hơn cần tăng tỷ lệ = ÷D d 10 20% ‰ Xác định trọng lượng bánh xe Đối với máy nghiền khô 2 bánh xe cách đều trục chính, có trọng lượng bằng nhau. Nhưng đối với máy nghiền bánh xe nghiền ướt 2 bánh xe không cách đều trục chính; do đó phải chú ý đến trọng lượng từng bánh xe để cho lực ly tâm quán tính tác dụng vào 2 bánh xe bằng nhau. Nghĩa là: P1 = P2 (2.64) Hình 2.26 Xác định trọng lượng bánh xe P2 P1 G1 G2 I II r1 r2 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 46 Trong đó: P1, P2 - lực ly tâm quán tính của bánh xe I và bánh xe II = 2 1 1 1 1 m V P r và = 2 2 2 2 2 m V P r (2.65a) Hay = 2 1 1 1 1 G V P gr và = 2 2 2 2 2 G V P gr (2.65b) Trong đó: r1,r2 - khoảng cách từ tâm trục chính đến tâm bánh xe I và II m1,m2 - khối lượng bánh xe I và II V1,V2, Vận tốc góc của hai bánh xe π= 11 r nV 30 và π= 22 r nV 30 Điều kiện cân bằng là: =1 2P P Æ =1 1 2 2G r G r hay =1 1 2 2m r m r Thông thường người ta lấy: 2 1r =(1,45 - 1,6) r từ đó sẽ chọn được khối lượng tương ứng của các bánh xe. ‰ Xác định số vòng quay của đĩa (kiểu đĩa quay) Khi đĩa quay vật liệu chịu tác dụng lực ly tâm quán tính sẽ có thể văng ra ngoài, như vậy hiệu quả nghiền sẽ kém đi. Do đó, sốvòng quay phải được tính toán thích hợp để giảm lực ly tâm quán tính, nâng cao hiệu quả đập nghiền. Qua phân tích lực ta thấy điều kiện để vật liệu không bị văng ra khỏi đĩa: ≥ms ltF P hay ≥ 2mV mgf r Æ ≤V f.g.r (2.66) Với π= .r.nV 30 Î ≤n 30 f r [v/ph] (2.67) Trong đó: r- bán kính của vòng lăn bánh xe trên đĩa [m] V- vận tốc dài của cục vật liệu trên vòng lăn của bánh xe [m /sec] f- hệ số ma sát giữa đĩa và vật liệu m- khối lượng của vật liệu [Kg] g- gia tốc trọng trường [m/sec2] Để máy làm việc được bảo đảm ntt (số vòng quay thức tế ) nên giảm 10% ‰ Xác định năng suất máy nghiền bánh xe Plitâm Fm G Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 47 Năng suất máy nghiền bánh xe phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Vì vậy, cho đến nay chưa xác định được công thức lý thuyết để tính toán chính xác, mà chỉ dựa theo các công thức thực nghiệm: ♦ Khi nghiền đất sét ẩm, đĩa có lỗ: = + µV 60 n.l.F. (a b) [m3/h] (2.68) Trong đó: µ - hệ số hữu ích, µ = 0,8÷0,9. n- số vòng quay trục chính [v/ph] l - chiều dài thỏi đất xuyên qua lỗ của đĩa sau 1 vòng quay [m] F - tiết diện của lỗ thũng [m2] a - số lỗ bánh xe trong lăn lên sau 1 vòng quay của trục chính. b - số lỗ bánh xe ngoài lăn lên sau 1 vòng quay của trục chính ♦ Khi nghiền vật liệu rắn hoặc đất sét khô = × 3 nGD Q 28 10 [T/h] (2.69) trong đó: n - số vòng quay của trục chính (hay đĩa quay) [v/ph] D - đường kính đĩa [m] G - trọng lượng bánh xe [T] ‰ Xác định công suất máy nghiền bánh xe Công suất tiêu tốn cho máy nghiền bánh xe gồm: - Công suất tiêu tốn khắc phục ma sát cho bánh xe lăn - Công suất tiêu tốn khắc phục ma sát cho bánh xe trượt - Công suất tiêu tốn khắc phục ma sát cho cánh xe gạt - Công suất tiêu tốn khắc phục ma sát cho các chi tiết máy khác. ♦ Công suất tiêu tốn khắc phục ma sát cho bánh xe lăn Lực kéo cần thiết để bánh xe lăn = µP G. [KG] (2.70) Trong đó: G - trọng lượng bánh xe [KG] µ - hệ số kéo, µ = 0,05- 0,1 Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát lăn µ π µ= = =× bt bt 1 1 G. .k. .R .n G. .k.R .n N kPV 75 30 716 [ml hay CV] Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 48 µ= bt1 G. .k.R .nN 716 (2.71) Trong đó: V- vận tốc lăn trung bình của bánh xe [m/sec] k - số lượng bánh xe Rtb: bán kính lăn trung bình của bánh xe [m] n - số vòng quay của trục chính [v/ph] ♦ Công suất tiêu tốn để khắc phục ma sát trượt = 22 k.G.f.VN 75 (2.72) Trong đó: G - trọng lượng bánh xe [KG] f - hệ số ma sát giưa bánh xe và vật liệu. + Vật liệu rắn, khô f = 0,3 + Vật liệu ẩm, dẻo f = 0,45 V2 - vận tốc trượt trung bình [m/sec] Xác định V2, theo hình vẽ ta có vận tốc từng điểm π= aa R .nV 30 (2.73a) π= bb R .nV 30 (2.73b) π= cc R .nV 30 (2.73c) Tại điểm C của bánh xe không bị trượt. Các điểm ở nửa phía ngoài bánh xe trượt về phía trước. Các điểm ở nữa phía trong bánh xe trượt về phía sau. = − = −Tbmax a c c bV V V V V Î π=Tbmax nbV 60 (2.74) Như vậy, tốc độ trượt trung bình về phía trước hoặc phía sau + π= = Tb Tb max max 0 V .n.b V 2 120 (2.75) ♦ Công suất tiêu tốn khắc phục ma sát cho bánh xe trượt: a c b b πbn/60 πbn/60 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 49 π =×2 k G f V k G f n.b k G f b n N = = 75 75 120 2870 [ml] (2.76) ♦ Công suất tiêu tốn để khắc phục ma sát ở cánh gạt π= = =× 3 1 1 tb 1 tb 3 P.i.V f .P.i f R n P.i f R .n N 75 75 30 716 [ml] (2.77) Trong đó: P- lực ép của cánh gạt xuống đĩa [KG] thường R = 100KG i - số cánh gạt V3- tốc độ chuyển động tương đối của cánh gạt [m/sec], thường được lấy bằng tốc độ lăn của bánh xe f1- hệ số ma sát giữa cánh gạt và đĩa, thường f1 = 0,2. ♦ Công suất tiêu tốn để khắc phục các ma sát khác Công suất tiêu tốn để khắc phục các ma sát khác thường tính qua hệ số tác dụng hữu ích η = 0,75÷0,8 Công suất động cơ của máy n ghiền bánh xe : η 1 2 3 dc N + N + N N = (2.78) Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 50 VII. MÁY NGHIỀN BI VII.1. Đại cương và phân loại Trong công nghiệp sản xuất VLXD máy nghiền bi đóng một vai trò rất quan trọng. Nó được dùng phổ biến để nghiền thô, nghiền mịn và nghiền rất mịn các loại nguyên vật liệu. Cấu tạo: máy nghiền bi gồm vỏ máy hình trụ hay hình nón bằng thép, bên trong có lót các tấm lót bằng thép cứng đặc biệt và đổ bi đạn bằng thép hoặc bằng sứ, sỏi hay bằng các vật liệu rắn khác. Tùy theo từng loại máy có thể chia máy nghiền bi thành một hay nhiều ngăn ( 2,3,4 ngăn). Nguyên tắc làm việc: nhờ vỏ máy quay tròn qua một bộ phận truyền động bi đạn chịu một lực ly tâm được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi rơi xuống đập vào vật liệu. Mặt khác vật liệu bị chà xát giữa bi đạn và tấm lót, cũng như giũa bi đạn và bi đạn cho đến khi nhỏ ra. Nguyên tắc tác dụng lực: của máy nghiền bi là đập và mài. Phân loại: máy nghiền bi có nhiều kiểu khác nhau, có thể phân loại theo các phương thức: • Theo hình dáng vỏ máy: Máy có dạng hình trụ dài Máy có dạng hình trụ ngắn Máy có dạng hình nón • Theo phương thức làm việc: Máy nghiền bi gián đoạn Máy nghiền bi liên tục tháo sản phẩm qua ngỗng trục Máy nghiền bi liên tục tháo sản phẩm xung quanh thành máy Máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín. Máy nghiền bi làm việc theo chu trình hở. • Theo vật liệu chế tạo tấm lót và bi đạn: - Tấm lót và bi đạn bằng kim loại - Tấm lót và bi đạn bằng vật liệu phi kim loại : sỏi, sứ, đá rắn Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 51 Hình 2.27 Máy nghiền hình trụ ngắn Hình 2.28a Máy nghiền trụ dài tháo liệu qua cửa Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 52 Hình 2.29 Máy nghiền rô lích Hình 2.28b Máy nghiền hình trụ dài Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 53 VII.2. Sơ đồ cấu tạo các loại máy nghiền bi VII.2.1.Máy nghiền bi gián đoạn Hình 2.30b Máy nghiền bi gián đoạn Hình 2.30a Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi gián đoạn 5 7 2 6 4 3 1 2 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 54 ‰ Cấu tạo: Máy gồm thùng quay (1), quay trên 2 ổ trục đỡ (2). Máy chuyển động nhờ động cơ (3) truyền chuyển động qua hộp giảm tốc (4), qua hệ puli (5) và đai truyền (6). Tỷ lệ đường kính D và chiều dài L:D/L ≠ 1. Vật liệu được nạp và tháo qua cửa (7). ‰ Nguyên tắc hoạt động Máy làm việc theo phương pháp ướt, lượng nước cho vào máy vừa đủ để tháo sản phẩm ra. Máy không nên sử dụng để nghiền khô, vì quá trình tháo sản phẩm khó khăn. Loại máy này thường được sử dụng trong công nghiệp gốm sứ. Tùy theo yêu cầu của sản phẩm mà tấm lót và bi đạn chế tạo bằng sứ, côranh đông, ziêc-côn...hoặc bằng vật liệu có thành phần gần giống vật liệu nghiền. Lượng nguyên liệu nạp vào máy xấp trọng lượng bi đạn. Năng suất máy nghiền bi gián đoạn tùy theo chu trình làm việc (nạp, nghiền, tháo sản phẩm) mà xác định. ‰ Khuyết điểm Khuyết điểm lớn nhất của máy nghiền bi gián đoạn là tiêu tốn năng lượng lớn. Vì ở giai đoạn cuối còn 1 số hạt chưa đạt kích thước yêu cầu nhưng vẫn cứ phải nghiền. Do khuyết điểm trên nên trong công nghiệp hiện đại thường được thay thế bằng máy nghiền bi liên tục, từ đó đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao hơn. VII.2.2. Máy nghiền bi liên tục hình nón Máy nghiền bi liên tục hình nón thường được sử dụng để nghiền khô hoặc ướt các vật liệu gầy trong công nghiệp vật liệu xây dựng như: cao lanh, cát, tràng thạch v.v... ‰ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: 5 1 2 4 Hình 2.31a Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi liên lục hình nón 3 6 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 55 Đầu máy (1) có dạng hình nón, góc ở đỉnh bằng 120o. Phần hình trụ (2) ở giữa có chiều dài ÷L = (0,25 0,8)D . Phần hình nón cuối máy (3) có góc ở đỉnh xấp xỉ 60o. Vật liệu từ phễu nạp liệu (4) nạp vào cổ trục rỗng (5) ở đầu máy và sản phẩm nghiền mịn được tháo ra ở cổ trục rỗng tháo liệu (6). Nếu máy làm việc với bi đạn bằng sứ, đá, sỏi, phần hình trụ dài bằng đường kính L= D. • Tác dụng của sự thay đổi hình dạng máy. Khi máy làm việc, bi lớn được phân bố tự nhiên vào phần hình trụ ở đầu máy, còn bi đạn nhỏ tự động dồn về phần hình nón cuối máy. Sự phân bố bi đạn tự nhiên như vậy là do sự phân bố lực ly tâm quán tính theo chiều dài máy: π2 2 2 2 2 lt 2 mv G R n GRn P = = = R 30 900gR (2.79) Trọng lượng bi đạn và bán kính máy càng lớn thì lực ly tâm quán tính càng lớn. Sự phân loại tự nhiên bi đạn lại tương ứng với sự phân loại kích thước bi đạn lớn và độ nâng bi đạn cao để đập nhỏ. Năng lượng đập ở đầu máy lớn hơn 20 lần năng lượng đập ở cuối máy. Ngược lại ở cuối máy, vật liệu có kích thước nhỏ không cần chiều cao nâng bi đạn lớn, mà cần bề mặt làm việc của bi đạn lớn để mài xát vật liệu. Vì vậy, ở cuối máy bề mặt làm việc của bi đạn tăng gấp 4 lần so với ở đầu máy. Do cấu tạo của máy, vận tốc dài của bi đạn theo chiều dài máy giảm dần, nghĩa là động năng của bi đạn cũng giảm dần ( 2E = mv 2 ), lực đập giảm. Tương ứng với kích thước của vật liệu cũng nhỏ dần. Nhờ thế mà năng lượng nghiền tiêu tốn cũng giảm. VII.2.3. Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn Để tăng năng suất đập nghiền, cũng như tăng độ mịn, người ta sử dụng máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn trong công nghiệp sản xuất VLXD đặc biệt trong công nghiệp xi măng. Máy nghiền bi nhiều ngăn có kích thước lớn. đường kính D = 2÷5m, chiều dài L = 9 ÷ 18m. Nhờ việc phân quá trình nghiền ra thành nhiều giai đoạn bằng các ngăn, nên kích thước bi đạn tương ứng với kích thước vật liệu trong từng ngăn. Điều đó dẫn đến việc tiêu tốn năng lượng nghiền đập ít hơn so với các máy nghiền khác, cũng như biện pháp đập nghiền tốt hơn. Máy nghiền bi nhiều ngăn có thể làm việc theo phương pháp ướt cũng như phương pháp khô, máy có thể làm việc theo chu trình kín cũng như chu trình hở. Máy nghiền bi nhiều ngăn so với các máy nghiền bi 1 ngăn có kích thước tương ứng có năng suất cao và sản phẩm đồng nhất hơn, đặc biệt là máy nghiền bi nhiều làm việc theo chu trình kín. Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 56 Hình 2.31b Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo máy nghiền bi liên tục Hình 2.32. Sơ đồ nguyên lý máy nghiền liên tục nhiều ngăn 8 4 6 2 7 11 10 1 3 9 7 5 Hình 2.32b. Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn 8 10 2 4 7 6 11 5 9 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 57 ‰ Cấu tạo Máy gồm có vỏ máy hình trụ (1) bằng thép, 2 nắp máy (2) và (3) được gắn với cổ ngỗng trục (4) và (5). Hai ngỗng trục quay trên bạc được làm bằng hợp kim (6), trong ngỗng trục có lắp vít xoắn (7) để nạp liệu vào máy và tháo liệu ra khỏi máy. Đầu máy có phễu nạp liệu (8), cuối máy có ngăn tháo liệu (9). Trong vỏ máy có lót các tấm lót bằng thép (10). Các ghi (11) chia máy ra làm nhiều ngăn để phân loại bi đạn tương ứng kích thước của vật liệu. Kích thước bi đạn phân chia như sau: Bảng 2.6 Phân vùng kích thước bi đạn Kích thước bi đạn Ngăn 1: bi cầu φ = 45 ÷ 100mm Ngăn 2: bi cầu, đạn trụ φ = 19 ÷ 37mm Ngăn 3: đạn trụ φ = 10 ÷16mm Hệ số đổ đầy bi đạn ϕ = 0,23 ÷ 0,28 Trong ngăn đầu, vật liệu có kích thước lớn, lực tác dụng vào vật liệu chủ yếu là lực đập của bi hình cầu có kích thước lớn. Trong ngăn 2 vật liệu tiếp tục được đập nhỏ bởi lực đập của bi kết hợp với lực ma sát mài mòn của bi đạn có kích thước nhỏ hơn. Các ngăn sau lực tác dụng chủ yếu là lực ma sát mài mòn giữa vật liệu - bi đạn - đạn, vật liệu - đạn - tấm lót, cho đến nhỏ mịn theo kích thước sản phẩm yêu cầu. ‰ Nguyên tắc làm việc - Đối với máy nghiền bi làm việc theo chu trình hở: Vật liệu được nạp vào phễu nạp liệu (8), nhờ vít xoắn (7) lắp trong ngỗng trục (4) chuyển vật liệu vào nghiền. vật liệu tiếp tục qua các ngăn dưới tác dụng của lực đập và lực mài xát được nghiền đập đến độ mịn yêu cầu và được tháo ra ngoài qua ngỗng trục (5) bằng vít xoắn (7) vào ngăn tháo liệu (9) ra ngoài. Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 58 Hình 3.33a hệ thống nghiền bi theo chu trình kín Đem đi sử dụng 4 1 2 5 8 6 7 10 11 12 9 6 I II III 3 Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 59 Hình 3.33b Hệ thống nghiền sấy chu trình kín – SKET (Đức) Hình 3.33c hệ thống nghiền sấy nung chu trình kín – SKET (Đức) Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 60 - Đối với máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín: Sơ đồ máy nghiền bi nhiều ngăn theo chu trình kín có thiết bị phân ly không khí. Đối với máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín hiệu quả đập nghiền tăng lên, cũng có nghĩa là năng suất của máy tăng lên rất lớn. Nguyên nhân chủ yếu là nhờ thiết bị phân ly trung gian phân loại những hạt vật liệu đã được nghiền mịn khỏi khối vật liệu nghiền làm cho tác dụng đập nghiền đạt hiệu quả tốt hơn. ‰ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Theo sơ đồ vật liệu được nạp vào phễu nạp liệu (1), qua vít xoắn lắp trong ngỗng trục (2) vào máy nghiền bi (3). Vật liệu qua các ngăn I và II được nghiền mịn đi qua ghi tháo (4) (tháo liệu xung quanh thành máy) xuống phễu tháo (5). Nhờ gầu nâng (6) vật liệu đã nghiền mịn được chuyển lên thiết bị phân ly không khí (7) (thiết bị phân ly không khí loại kín). Qua thiết bị phân ly không khí những hạt mịn được tháo xuống thiết bị vận chuyển vít đưa đi sử dụng, còn các hạt vật liệu rơi xuống vít vận chuyển đi đến đầu nạp liệu (8), qua ngỗng trục đi vào ngăn III của máy nghiền được nghiền mịn trở lại. Quá trình cứ tiếp diễn như thế theo một chu trình kín. Mặt khác, để khử bụi, làm nguội bi đạn, cũng như làm giảm hàm ẩm của vật liệu nghiền nhằm tăng hiệu suất đập nghiền tốt hơn, máy nghiền cần được thông khí. Nhờ quạt hút (9) không khí mang theo bụi và hơi ẩm đi vào cyclon (10) tiếp tục qua lọc bụi điện (11), hầu hết bụi được khử thu hồi trở lại., còn không khí sạch qua quạt (9) vào ống khói thải ra ngoài. VII.3. Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của máy nghiền bi. VII.1. Số vòng quay tới hạn và số vòng quay hợp lý máy nghiền bi Máy nghiền bi làm việc chủ yếu là sử dụng động năng của bi đạn để đập nghiền vật liệu. Do đó, cần nghiên cứu phương thức làm việc của máy nghiền bi để đạt năng suất cao nhất. Nhận xét: - Nếu máy quay chậm, bi đạn sẽ được nâng lên theo thành máy đến một độ cao nào đó rồi trượt xuống. Khi đó vật liệu chỉ bị mài xiết giữa bi đạn- bi đạn hoặc giữa bi đạn tấm lót, như thế hiệu quả đập nghiền sẽ kém. Nếu máy quay nhanh, do lực ly tâm bi đạn sẽ được nâng lên đến một góc nào đó rồi rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực. Lúc này vật liệu không chỉ bị mài xiết mà còn chịu tác dụng của lực đập, lực đập này rất quan trọng đối với phương thức làm việc của máy nghiền bi. Chương II: Các loại máy đập nghiền Trang II- 61 Nếu tốc độ rơi của bi đạn càng nhanh, động năng của bi đạn càng lớn, nghĩa là lực đập nghiền vật liệu càng lớn. Do đó năng suất máy càng cao. Nếu máy quay quá nhanh, lúc này lực ly tâm quán tính sẽ thắng trọng lực, bi đạn sẽ dính vào thành máy, chuyển động theo thành máy mà không rơi xuống. Như vậy, hiệu quả đập nghiền sẽ kém. Qua nhận xét trên ta thấy cần phải xác định số vòng quay của máy cho hợp lý để bi đạn được nâng lên đến chiều cao tối đa, có động năng lớn nhất để có lực đập vật liệu lớn nhất. ‰ Tính số vòng quay tới hạn ( n th) của máy nghiền bi Để tính toán được đơn giản ta quy ước: - Tính cho 1 viên bi, sau đó suy ra tập hợp bi đạn - Xem kích thước bi đạn không đáng kể so với kích thước máy. - Thành máy bên trong tròn, nhẵn. Khi máy quay nhờ lực ly tâm bi đạn được nâng lên cao đến điểm K nào đó bi đạn chịu tác dụng của 2 lực: - Lực ly tâm = = 2 2mv Gv P R gR (2.80) Trong đó: m - khối lượng bi đạn [ Kg] G - trọng lượng bi đạn[Kgf] v - vận tốc dài của máy [ m/sec] g - gia tốc trọng trường [m/sec2] R - khoảng cách từ tâm máy đến tâm b