Thiết kế máy ép vít xoắn chân không trong dây chuyền sản xuất gạch xây dựng

i vữa dẻo, khối vữa này duy trì được hình dáng của mình sau khi ngừng tác dụng lực, có được độ bền nhất định sau khi sấy và có các tính chất như đá sau khi nung. Nguyên liệu sét là sản phẩm phong hoá của các khoáng đá trầm tích; bao gồm chủ yếu từ các khoáng sét như : caolinnít, môntmôrilônhít, mômôtermit, thủy mica, galuadít v..v.. Đất sét được tạo nên do quá trình phân huỷ vỏ trái đất, là sản phẩm phân huỷ và tác động tương hỗ với nước của nhóm khoáng fenspat (granít, đá nai, focfia) và của một số khoáng khác( tro núi lửa). Sự phân huỷ đó xảy ra do tác động nhiều năm của tác nhân khi quyển( không khí, mưa gió, mặt trời, băng tuyết v..vv), lý hoá, sinh hoá xảy ra trên bề mặt quả đất có thể biểu diễn đơn giản bằng công thức: R2O.AL2O3.6SiO2 + CO2 + H2O = AL2O3 .2SiO2.2H2O + R2CO3 + 4.SiO2 Fénpát Caolinnít - đặc trưng cho các lớp khóang có độ đồng nhất cao. Đất sét có độ phân tán cao và có cấu trúc độ xốp lớn. Người ta thấy rằng thành phần vật chất của đất sét gồm có sự tham gia của vật chất sét và các tạp chất. + Thành phần hạt - của đất sét được gọi là phần trăm hàm lượng các hạt có trị số khác nhau trong các khoáng đất sét. Thành phần hạt của đất sét thường sử dụng trong công nghệ gốm sứ nói chung và gốm sứ xâydựng nói riêng bao gồm sáu loại cỡ hạt kích thước khac nhau : từ cỡ hạt nhỏ hơn 1mm đến cỡ hạt 1000mm. Thành phần hạt của nguyên liệu đất sét rất đa dạng bao gồm Kích thước hạt Nhỏ hơn 5mm ; 8 á 60% Từ 5 đến 50mm : 6 á 65% Từ 50 đến 250mm : 1 á 22% Lớn hơn 1000mm : 10% Thành phần hạt của các loại đất sét dễ cháy có quan hệ mật thiết với thành phần khoáng những hạt có kích thước lớn hơn 10mm chủ yếu các sản phẩm trầm tích của khoáng nguyên sinh (quắc, trường thạch mi ca v..vv). Cỡ hạt 10 á 5mm cũng là các sản phẩm trầm tích của khoáng nguyên sinh đồng thời cũng là sản phẩm trầm tích của khoáng thứ sinh với số lượng ít hơn ; các cỡ hạt nhỏ hơn 5mm phần lớn ở dạng khoáng sét (caolinnít, môntmôrilônhit) và các loại khoáng thứ sinh khác. Trong đất sét phần vật chất sét thường là khoáng thuộc nhóm môntmôrilônhit, chúng có độ phân tán mịn hơn so với caolinnít. Nếu hàm lượng của Al2O3 và Fe2O3 tăng thì hàm lượng của SiO2 giảm. Nếu tiếp tục phân chia các hạt đất sét thì các phần hạt nhỏ hơn 1mm thường chứa lượng Al2O3 và Fe2O3 với số lượng hầu như bằng nhau. Trong những nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn nữa hàm lượng Fe2O3, K2O và các chất mùn tăng lên do hàm lượng CaO và N2O giảm. Các hạt kích thước nhỏ hơn 5mm là phần vật chất sét, chúng quyết định các tính chất cơ bản của nguyên liệu sét. Tăng hàm lượng của những hạt có kích thước nhỏ hơn 1mm làm cho đất sét khó tan rữa trong nước, độ dẻo và độ nhạy khi sấy tăng, độ co không khí và co toàn phần tăng. Với các loại đất sét này người ta thường đưa vào những vật liệu gày - cát, samốt ..v..vv. Hàm lượng vật chất sét trong nguyên liệu để sản xuất các loại khối đá gốm không được nhỏ hơn 30%. Tăng hàm lượng của các nhóm hạt bụi trong đất sét làm tăng độ nhạy của đất sét đối với quá trình sấy và nung, làm giảm độ bền của sản phẩm. Đặc trưng của nguyên liệu sét phụ thuộc vào hàm lượng của các nhóm hạt sét, hạt bụi, hạt cát được giới thiệu trong bảng 5 Vật liệu Hàm lượng các cỡ hạt % Hạt sét (< 5mm) Hạt bụi và cát (>5mm) Đất sét nặng Đất sét thường á sét: nặng trung bình nhẹ Cát pha Lớn hơn 60 60 á 30 30 á 20 20 á 15 15 á 10 10 á 5 Đến 40 40 á 70 70 á 80 80 á 85 85 á 90 90 á 95 Đất sét hoang thổ, các loại đất sét dạng hoang thổ và các loại á sét (sét pha) là các dạng khác nhau của nguyên liệu sét, trong đó nhóm hạt dạng bụi chủ yếu là ôxyt silic, cácbonát, canxi, ôxyt sắt. Vì cấu trúc của các loại đất dạng hoang thổ (cấu trúc hạt, cấu trúc tập hợp và cấu trúc hạt - tập hợp) phụ thuộc vào thành phần hạt, thành phần hoá và khoáng. Các loại đất hoang thổ thường chứa các phần sét, chúng phân bố thành màng mỏng (2 á 30mm) trên bề mặt các hạt. Các loại đất sét hoang thổ chứa các phần vật chất sét là caolinnít, chúng có cấu trúc hạt, độ rỗng cao khối lượng thể tích nhỏ, dễ tan ra trong nước, các loại đất hoang thổ phần vật chất hạt sét là môntmôrilônhít, chúng có cấu trúc tập hợp và đôi khi co cấu trúc hạt - tập hợp. Chiều dày của màng sét là 2 á 10mm. Các vi tập hợp kích thước 500 á 5mm bền nước hơn. Các loại đất sét hoang thổ, phần hạt sét chủ yếu là mica, ngoài ra còn có chứa caolinnít và môntmôrilônhít thì có cấu trúc hạt cũng như cấu trúc hạt - tập hợp. Các khoáng sét và các ôxyt sắt tham gia vào thành phần của đất hoang thổ và các nhóm hạt mịn 5 á 1mm. Độ ẩm tự nhiên của các loại đất hoang thổ và các loại đất sét dạng hoang thổ từ 6 á 12%, các loại đất sét thường các loại á sét và cát pha - dưới 18%, của các loại đất sét dạng dải liên kết kém chặt chẽ - dưới 35% Các vật liệu sét có khôi lượng thể tích dao động lớn đáng kê từ 11000 đến 2000 kg/m3 độ dẫn nhiệt từ 0,2326 đến 0,818 W/m.°C, nhiệt dùng dao động từ 0,7536 đến 0,9211 KJ/kg.°C. Các vật liệu sét để sản xuất gạch và khối đá gốm cần có tính tạo hình tốt (trị số dẻo không nhỏ hơn 7), phải đảm bảo sấy và nung không bị biến dạng và nứt có độ co không khí không lớn hơn 6% đối với đất sét gầy, 6 á 10% đối với đất sét dẻo và lớn hơn 10% đối với đất dẻo cao (trị số dẻo 15á25), phải đảm bảo sau khi nung sản phẩm có độ rỗng xốp theo yêu cầu và các tính chất khác của sản phẩm (theo các yêu cầu của tiêu chuẩn chất lượng. 1.1.2. Vật liệu phụ gia - Trong sản xuất sản gạch, ngoài nguyên liệu sét, người ta còn sử dụng các loại vật liệu phụ gia, chúng được chia ra các loại: + Các loại phụ gia cải thiện tính chất tạo hình của phối liệu (đất sét có độ dẻo cao, các chất hoạt tính bề mặt); + Các loại phụ gia cải thiện điều kiện nung (tro, nhiệt điện, xỉ, than đá) ; + Các loại phụ gia cải thiện tính chất sấy (samốt, cát, đất sét khử nước, mùn cưa). + Các loại phụ gia làm tăng độ bền cơ cho sản phẩm (mảnh vỡ thuỷ tinh, quặng pyrit, quặng sắt. + Các loại phụ gia có ý nghĩa chuyên dùng để cải thiện màu sắc của sản phẩm, ngăn cản quá trình bạc màu, làm trung hoà ảnh hưởng của các tạp chất tự nhiên có trong đất sét những chất nhuộm màu thuỷ tinh lỏng v..vv..) + Các phụ gia gầy không chứa các hạt lớn (trên 2 mm) và hàm lượng cỡ hạt có kích thước nhỏ hơn 0,25mm không được vượt quá 20%. Các nhóm hạt kích thước 0,3 á 1mm cần chiếm khoảng 60%. Tốt nhất là chất làm gầy có bề mặt nhám và hình dạng thì không cân đối. Sử dụng các hạt nhỏ với việc tăng hàm lượng các nhóm hạt bụi có thể làm tăng khả năng phân lớp của phối liệu. Khi đưa vào trên 25% cát thì sẽ làm giảm mác của sản phẩm, tăng độ dòn của chúng và đôi khi khả năng bị nứt cũng tăng lên. Khi đưa vào đất sét độ dẻo thấp trên 18 á 0% mùn cưa thì độ bền của sản phẩm giảm. Khi đưa vào những vật liệu có độ ẩm thấp (mảnh vỡ viên mộc đã nghiền, đất sét sấy sơ bộ, đất sét đã khử nước ..v..vv..) sẽ làm giảm độ ẩm tự nhiên của sản phẩm đem nung. Số lượng phụ gia cháy đưa vào phụ thuộc vào nhiệt lượng của chúng và có thể chiếm tới 60% hay hơn lượng nhiên liệu cần thiết cho quá trình nung (còn phụ thuộc vào tính chất của nhiên liệu và yêu cầu của sản phẩm). 1.4. Chọn phương án máy tạo hình. Máy đùn ép để tạo hình theo phương pháp dẻo có thể được chia ra các nhóm sau (H.1) : H.1. Sơ đồ các loại máy ép tạo hình gốm xây dựng H.1a - Máy ép kiểu vít xoắn ( còn gọi là máy ép Lento ). H.1b - Máy ép kiểu pít tông : Đất sét được cho vào xilanh và dùng pít tông đẩy ra qua miệng thu nhỏ dần của xi lanh. H.1c - Máy dập : Được sử dụng chủ yếu để làm ngói. H.1d - Máy ép Lentô không vít xoắn : Dùng ma sát để chuyền và đùn đất sét qua một miệng thu hẹp dần thiết diện. -Trong các loại máy kể trên, loại máy ép vít xoắn được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất do chúng có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, cho năng suất cao và cho phép đa dạng hoá được nhiều sản phẩm trên một máy bằng cách thay đổi miệng đùn * Do tính năng ưu việt và đặc trưng chuyên dùng để sản xuất gạch nên em chọn thiết kế máy ép vít xoắn. 1.5. Thiết lập dây chuyền công nghệ và chọn thiết bị. - Sơ đồ công nghệ sản xuất gạch theo phương pháp dẻo : Máy cán thô Cấp liệu thùng Băng tải Bunke Gầu nâng Máy nghiền Sấy thùng quay P.thải làm giàu than Mùn cưa Lò nung tunen Kho thành phẩm Máy trộn hai trục Băng tải Xe goòng sấy Máy cắt tự động Băng tải Máy cán mịn ép lentô chân không Đất sét Băng tải Máy nghiền con lăn Sàng Tiếp liệu Nước Cấp liệu thùng - Sơ đồ dây chuyền Máy cán thô Máy cán mịn Máy nhào lọc 2 trục Máy nhào đùn Máy cắt tự động Băng tải 2 Băng tải 3 Sản phẩm Phối liệu Băng tải 1 đùn - Chọn thiết bị cho dây chuyền : + Để chọn thiết bị cho dây chuyền ta phải dựa vào năng suất thực tế của máy ép : Năng suất theo giờ của máy là: Qh = ịNăng suất làm việc của máy ép: Qn = Qh .n.c.h n: Số ngày làm việc của máy trên năm n = 290 ngày c: Số ca làm việc của máy c = 1,5 ca = 12 h h: Hiệu suất giờ h = 0,8 Qn = Qh .n.c.h = 5500.290.12.0,8 = 15312000 (vien) -Thể tích của một viên gạch: thông số mẫu gạch 2 lỗ tiêu chuẩn : 220 x 105 x65 Vgach = 0.065 x 0.22 x 0.105 = 1,5015.10-3 - Thể tích của phôi gạch: ị Vphôi = + kj : Hệ số tơi xốp của đất : kj = 0.45 ị Vphôi = = 3,84.10-3 m3 ị Năng suất thực tế của máy sẽ là: QTT = 7200.3,84.10-3 = 27,6 m3/h Với năng suất tính toán như trên ta chon loại máy CM - 443 Chọn băng tải : Với năng suất tính toán ở trên ta chọn băng tải cho dây chuyền như sau : +Băng tải vận chuyển than đá ta chọn loại băng tải có : Băng tải cao su :B = 500 mm ; l = 5000 mm. +Băng tải giữa máy cấp liệu hình hộp và máy nghiền thô : Băng tải cao su :B = 400 mm; l = 20000 mm. +Băng tải giữa máy nhào hai trục có lưới lọc và máy nghiền tinh : Băng tải cao su :B = 500 mm ; l = 14500 mm. +Băng tải vận chuyển phối liệu giữa máy nghiền tinh và máy nhào đùn: Băng tải cao su :B = 400 mm ; l = 11500 mm. +Băng tải vận chuyển sản phẩm từ máy cắt gạch chuyển lên xe bốc xếp Băng tải cao su :B = 300 mm ; l = 11500 mm. Chương 2: Mô tả máy tạo hình vít xoắn 2.1. sơ đồ chung, nguyên lý làm việc của máy ép vít xoắn + Sơ đồ chung máy ép vít xoắn có buồng chân không để sản xuất gạch: H.2. Sơ đồ cấu tạo máy ép gạch vít xoắn có buồng chân không Cấu tạo của máy (H.2) có bộ phận chính sau đây: trục dẫn động (1), ly hợp (2), hộp giảm tốc (3), thùng trộn (4), trục trộn (5), cánh trộn (6), buồng chân không (7), trục cấp liệu (8), vít xoắn (9), thân máy (10), đầu ép (11), miệng đùn (12) + Nguyên lí làm việc của máy đùn ép vít xoắn : Đất sét được nghiền và trộn kỹ với độ ẩm thích hợp, được băng tải cho vào buồng nạp, tại đây các trục nạp liệu sẽ cuốn đất vào trục cánh vít. Khi trục quay sẽ làm cho đất chuyển dịch về phía trước và bị ép chặt lại tại đầu ép và bịo đẩy ra khỏi miệng đùn dưới dạng một dải đất liên tục có kích thước định sẵn. 2.2. Cấu tạo các cụm và bộ phận của máy ép vít xoắn a) Cấu tạo các bộ phận chính của máy ép vít xoắn có buồng chân không : - Bộ phận dẫn động : Gồm một động cơ dẫn động tới trục trộn và trục vít thông qua bộ truyền đai và hộp giảm tốc. - Phần trộn : Là một máy trộn có bộ phận cắt đất ra thành từng viên và lớp mỏng - Buồng nạp liệu: dùng để hứng đát sét và chuyển dịch tới thân máy. Trong buồng, có thể có một hoặc hai trục nạp liệu nhằm kéo đất xuống dưới cho cánh vít. Để kéo được đất, phải đảm bảo góc α giữa đường nối tâm trục nạp và tâm trục cánh vít với đường nằm ngang. Góc α có giá trị: α≤ 2φ φ - Góc ma sát. Thực tế α = 350 á 500. Khoảng cách giữa bề mặt của trục nạp với vành ngoài của cánh vít được xác định khoảng 2 á 3 mm. Khi khoảng cách này lớn hoặc góc α nhỏ, đều có thể giảm khả năng kéo đất xuống. Đường kính trục nạp bằng 0,7 á 0,75 đường kính ngoài của cánh vít, số vòng quay cảu trục nạp bằng 2 á 3 lần số vòng quay của trục cánh vít. H.3. Sơ đồ cấu tạo các buồng nạp liệu và trục nạp liệu H.3a – Kiểu một trục nạp liệu H.3b – Kiểu hai trục nạp liệu H.3c – Kiểu trục nạp liệu có cánh - Thân máy: là bộ phận nối giữa thùng nạp liệu và đầu ép. Tại đây đất sét được chuyển dịch và được từ từ lèn chặt. H.4. Các loại thân máy Cấu tạo của thân máy có thể là hình trụ (H.4a); hình côn (H.4b); hình côn bậc thang (H.4c). Khe hở giữa các mặt trong của thân máy với cạnh ngoài cùng của cánh vít là 1 á 3 mm, nhằm hạn chế sự quay trở lại của đất khi bị ép. Trong các loại thân máy trên thì loại hình trụ là phổ biến, dùng cho các loại sét thường, còn các loại khác có khả năng đảm bảo cho việc ép được tốt hơn và hạn chế được việc quay trở lại của đất, nhưng có cấu tạo phức tạp, ma sát lớn và tiêu hao năng lượng nhiều hơn. Để hạn chế việc quay của đất theo cánh vít, ở trong thân máy có lớp lót mà trên bề mặt của chúng được tạo gân chạy dọc theo thân máy. Chính các thân máy đảm bảo cho máy có được năng suất cao, giảm năng lượng và tăng chất lượng sản phẩm. Gân có chiều rộng là 10 á 20 mm; chiều cao 5 á 8 mm. - Trục cánh vít: H.5. Cấu tạo các loại cánh vít Là bộ phận rất quan trọng của máy ép vít xoắn. Khi trục quay, đất được đẩy về phía trước và được lèn chặt lại. Trục vít có thể các dạng: Vít đứt đoạn (H.5a), vít liền có đường kính không đổi (H.5b), vít đứt đoạn theo bậc (H.5c), vít liền có đường kính côn nhỏ dần (H.5d). Cánh vít được lắp với trục bằng nhiều phương pháp nhằm truyền mô men xoắn từ trục sang cánh vít: dùng then, bu lông, trục vuông. H.6. Sơ đồ lắp cánh vít với trục - Đầu ép: Là bộ phận giữa thân máy và miệng đùn, tại vùng đầu ép, đất sét được lèn chặt với áp lực cao nhất và vận tốc vận chuyển của các lớp đất nằm ở khoang cân bằng nhằm hạn chế việc rạn nứt. Cũng tại đây, dòng đất sét có thiết diện tròn sẽ được thay đổi thành vùng chữ nhật hay các hình khác theo yêu cầu. Đầu ép có dạng hình côn và diện tích thiết diện ở đáy lớn thường gấp 2 á 2,5 lần so với đáy bé. Chiều dài đầu ép là 0,15 á 0,25 m. Đầu ép có thể một hoặc hai cửa ra. H.7. Cấu tạo của đầu ép một cửa ra Khi sản xuất gạch có lỗ, ta phải lắp thêm giá tạo lỗ ở vùng cuối đầu ép. - Miệng đùn: Là bộ phận nằm ở phần cuối máy ép, nhằm tạo cho sản phẩm có được hình dạng, kích thước và bề mặt theo yêu cầu và nhằm cân bằng vận tốc giữa các lớp đất sét. Miệng đùn có thể làm bằng kim loại hoặc bằng gỗ. Với mục đích giảm ma sát và tạo cho bề mặt sản phẩm nhẵn hơn, có thể sử dụng nước bôi trơn liên tục bề mặt phía trong của miệng đùn. - Buồng chân không: Tại buồng này phần lớn không khí trong đất được hút ra trong quá trình từng viên hoặc lớp đất mong rơi từ máy nhào xuống máy ép. Điều này cho phép ta có được sản phẩm có độ lèn chặt cao hơn, kích thước chuẩn hơn do độ dãn nở của phôi khi ra khỏi miệng đùn ít hơn, do vậy mà sản phẩm sẽ có chất lượng cao hơn. Tất nhiên, năng lượng tiêu hao trên một đơn vị sản phẩm ép trên máy chân không là lớn hơn. b) Cấu tạo các bộ phận chính của máy ép vít xoắn không có buồng chân không : Về cơ bản thì giống với máy ép vít xoắn có buồng chân không chỉ khác không có phần trộn và buồng hút chân không Chương 3 : tính các thông số cơ bản của máy 3.1. Thông số hình học của máy : - Trong phần 1.5 ta đã tính được năng suất thực tế của máy ép : QTT = 27,6 m3/h - Mặt khác ta có năng suất thực tế của máy được tình gần đúng theo công thức: QTT = ( D2 – d2)(S - d)(1- a)n.K.3600 d - Chiều dày cánh vít (m) d = 0,02 ; S - Bước cánh vít, (m) S = 0,35 ; K - Hệ số kể đến lượng đất quay lại K = 0,85 ; a - Hệ số giảm thể tích của đất khi bị ép a = 0,45 d - Đường kính trục vít D - Đường kính ngoài của cánh vít ép D = 1,4d n - Số vòng quay của trục n = 0,4 v/s ị QTT = ( (1,4d)2 – d2)(S - d)(1- a)n.K.3600 (1,4d)2 – d2 = 0.165 ị d = 0,4 m D = 1,4d =1,4.0,4 = 0,56 m 3.2. chọn phương pháp bố trí bộ phận dẫn động : Hiện nay có hai phương pháp dẫn động cho may ép là dẫn động chung va riêng, sơ đồ như sau : H.8. Sơ đồ dẫn động chung của máy ép vít xoắn. H.9. Sơ đồ dẫn động riêng của máy ép vít xoắn. Dẫn động chung và riêng đều có những ưu và nhược điểm riêng, trong đồ án này em chọn phương pháp dẫn động chung vì rất thuận lợi cho việc chọn động cơ, bộ truyền đai, hộp giảm tốc chỉ cần chọn một lần. 3.3. Tính các thông số: N, n, Q. - áp lực ép đất sét p: H.8. Biểu đồ áp lực ép phụ thuộc vào độ ẩm của đất sét áp lực p phụ thuộc vào rất nhiều vào độ ẩm của đất cũng như các thông số hình học của máy, nhìn vào biểu đồ H.8 với độ ẩm trung bình W = 17 % ta lấy p = 0,8. 3.3.1. Tính công suất tiêu hao của máy ép chân không : a) Công suất tiêu hao trong quá trình ép : Công suất của động cơ dùng trong máy ép vít xoắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kết cấu của máy, tính chất cơ lý, độ ẩm của đất ; hình dạng và kích thước sản phẩm. Nếu ta coi năng lượng chỉ tiêu hao cho việc đẩy đất qua miệng đùn thì theo các định luật cơ học, công suất được tính : N1 = A.n, (W) + A – Công suất để lèn đất sau mỗi vòng quay của trục, (J) ; + n – Số vòng quay của trục, (v/s) Công A có thể tính A = S.l = p.F.l = p.V, + S – Lực để di chuyển đất, N + l – Quãng đường mà đất đi được sau mỗi vòng quay của cánh vít, m + P – áp lực , (PA) + F – Diện tích thiết diện vòng đất (m2) + V – Thể tích đất sau mỗi vòng quay, cánh vít đẩy được, (m3). Năng suất sau mỗi giây của máy ra : Qv = , + t – Thời gian để thực hiện một vòng quay của trục, (s) t = = = 2,5 (s) Như vậy N1 = p.V.n hay N1 = p.Qv Ta có: - Diện tích thiết diện dòng đất sét: F = p. = 3,14. = 0,12 m2 - Quãng đường mà đất đi được sau mỗi vòng quay của cánh vít : l = S = 0,35 m - Thể tích sau mỗi vòng quay cánh vít đẩy được là : V = F.l = 0,12.0,35 = 0,042 m3 - Năng suất sau mỗi giây của máy ra : Qv = = = 0,0168 ị Công suất tiêu hao để đẩy đất ra khỏi đầu ép và miệng đùn : N1 = p.Qv = 80000.0,0168 = 1,344 (KW) b) Công suất tiêu hao do ma sát Nms. Ta thấy áp lực p từ đất phản lại cánh có thể phân tích thành: H.9. Sơ đồ xác định công suất tiêu hao để ép đất - áp lực pháp tuyến vuông góc với mặt cánh vít: p1 = p.cosa - áp lực tiếp tuyến : p2 = p.sina a : góc giữa chiều tác dụng của áp lực với thành phần pháp tuyến (góc nâng của cánh vít) Lực tác dụng lên cánh vít : Pc = p1.F1 , F1 – Hình chiếu của diện tích một bước cánh vít F trong mặt phẳng nghiêng. F2 = Từ đó : p1F1 = p.cosa. = p.F Ta lấy trên mặt cánh vít một phần tử vòng tròn chiều rộng dr cách tâm một bán kính r, lúc này thành phần áp lực dr tác dụng lên vòng tròn đó sẽ là dP = p.2p.r.dr Lực ma sát dT được xác định : dT = dP.f = p.f.2p.r.dr f : Hệ số ma sát giữa đất với mặt cánh vít (0,3á0,4) chọn f = 0,4 Mô men ma sát : dMms = dT.r = 2p.r.f.r2.dr Mms = 2p.p.f. = 2pp.f. R, r – Bán kính của cánh vít và của trục, (m) Công suất tiêu hao do ma sát: Nms = Mms.v = , (W) v : Vận tốc góc của trục (rad/s). v = 2p.n = 2.3,14.0,4 = 2,512 (rad/s) ị Nms = = 2,58 (KW) c) Công suất tiêu hao để chuyển đất được tính tương tự như trong vít tải : N2 = p..v1 .g.L.w hay N2 = Qv.g.L.w D - Đường kính ngoài của cánh vít D = 0,56 m v1 – Vận tốc dọc trục của đất (m/s) v1 =v. = 2,512. = 0,14 (m/s) t: Bước vít t = 0,35 (m) ; g - Trọng lượng riêng của đất, (g = 16000 N/m3) ; L - Chiều dài đoạn trục trong thân máy L = m.t = 4.0,35 = 1,4 (m) m - Số lượng vít ép m = 4 w - Hệ số cản chuyển động của đất (w = 4 á 5) chọn w = 5 ị N2 = 3,14..0,14.16000.1,4.5 = 29 KW d) Công suất tiêu hao để ép chặt đất : N3 = Ae.n Ae – Công để ép (N.m) : Ae = t.a.V, t - ứng suất nén thể tích : t = , (Pa) x - Hệ số áp lực thành bên x = 0,7 do đó t = 0,8 a – Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự giảm thể tích đất khi bị ép, phụ thuộc vào p Bảng 1 P(Mpa) 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 A 0,105 0,131 0,152 0,174 0,185 0,208 P(Mpa) 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 A 0,231 0,250 0,273 0,304 0,328 0,346 Nhìn vào bảng 1 với p = 0,8 ị a = 0,208 Như vậy có thể tính : Ae = 0,8.0,208.0,042 = 7.10-3 Và công suất : N3 = 7.10-3.0,4 = 2,8 (KW) ị Công suất thực tế của máy ép sẽ là : N = h : Hiệu suất máy ép h = 0,75 ị N = 42 (KW) 3.3.2. Tính công suất tiêu hao của máy trộn. - Máy trộn sử dụng ở đây là loại máy trộn cưỡng bức Năng suất máy trộn Qmt = = = 35,2 m3/h Mô men cần thiết để quay cánh trộn : M = = , (N.m) - Công suất động cơ tương ứng : N1 = , (KW) K – Hệ số lực cản riêng khi cánh trộn chuyển động trong hỗn hợp, (N/m2) ; K = (2 á 3).105 N/m2 chọn K = 2.105 b – Chiếu của bề rộng cánh trộn trên mặt phẳng vuông góc với hướng quay, (m) b = 0,16 mm w - Vận tốc góc của trục trộn, (Rad/s) ; w = 2.512 (rad/s) rH va rB – Bán kính ngoài và bán kính trong của cánh trộn, (m) rH = 0,6 ; rB = 0,1 Z – Số lượng cánh trộn ; Z = 24 j - Hệ số làm đầy thùng j = 0,5 ị N1 = = 40,5 (KW) - Công suất tiêu hao để vận chuyển hỗn hợp, được xác định theo phương pháp tính toán vít tải : N2 = , (KW) Qmt – Năng suất máy trộn, (m3/h) Qmt = 35,2 m3/h r - Khối lượng riêng của hỗn hợp, (kg/m3) r = 1600 (kg/m3) L – Chiều dài lòng máng thùng trộn, (m) L = 2,5 m w - Hệ số lực cản chuyển động w = 5 ị N2 = = 1,95 (KW) - Công suất động cơ máy trộn : Nđc = , (KW) h - Hiệu suất truyền động. ị Nđc = = 53 (KW) Vậy công suất động cơ dùng chung cho máy ép và máy trộn sẽ là: N = 53 + 42 = 95 (KW) - Chọn loại động cơ : A02 – 92 – 4 N = 100 KW, n = 1470, Hiệu suất h = 93%, = 1,1 , = 2, = 0,8. Chương 4: Tính bền một số cụm chi tiết 4.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng. 4.2.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng giữa trục vít và trục nạp liệu a/ Chọn vật liệu chế tạo bánh răng Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 245 sb = 850 MPa sCh = 580 MPa Bánh lớn: Thép 45 thường hóa : HB = 230 sb = 750 MPa sCh = 450 MPa b/ Xác định ứng suất cho phép Theo bảng 6.2 (sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1) với thép tôi cải thiện có : s0Hlim = 2HB +70 ; SH = 1,1 , s0Flim = 1,8HB , SF = 1,75. s0Hlim1 = 2x245 + 70 = 560 MPa s0Hlim2 = 2x230 + 70 = 530 MPa s0Flim1 = 1,8 x245 = 441 MPa s0Flim2 = 1,8x230 = 414 MPa NHO = 30HHB2,4 . Do vậy : NHO1 = 30x2452,4 = 1,6.107 NHO2 = 30x2302,4 = 1,39.107 Số chu kỳ tương đương của bánh lớn : NHE2 = 60x5x300x12x19 = 20,52. 106 > NHO2 Do đó : KHL2 = 1. ibnx NHE2 = 6,25x20,52. 106 = 128,25.106 NHE1 > NHO1 vậy KHL1 = 1. Từ đó ta có : [sH] = s0Hlim KHL /SH [sH1] = 560x1/1,1 = 509 MPa [sH2] = 530 x1/1,1 = 481,8 MPa Với răng thẳng do đó lấy [sH] = 481,8 MPa Với bộ truyền quay 1 chiều lấy : KFC = 1 Lấy KFL = 1 cho cả 2 bánh . Do vậy : [sF] = (s0Flim /SF) YR.YS.KXF Các hệ số : YR = YS = KXF = 1 SF = 1,75 [sF1] = MPa [sF2] = MPa ứng suất tiếp xúc khi quá tải [sH1]Max = 2,8. sCh = 2,8x580 = 1624 MPa [sH2]Max = 2,8. sCh = 2,8x450 = 1260 MPa [sF1]Max = 0,8. sCh = 0,8x580 = 464 MPa [sF2]Max = 0,8x450 = 360 Mpa - Chọn sơ bộ số vòng quay nnl của trục nạp liệu nnl = (2 á 3) nv = 2.24 = 48 v/ph ị Tỉ số truyền ibr = 48/24 = 2 Mô men xoắn trên trục nạp liệu: Tnl = Tv./ibr.h Tv = 9,55.106.Nv/nv Nv : Công suất trên trục vít theo 3.3.1 ta đã tính được Nv = 42 KW nv : Số vòng quay trên trục vít nv = 24 h : Hiệu suất bộ truyền bánh răng h = 0,94 ị Tnl = 9,55.106.42/(2.0,94.24) = 8,9.106 ( N.mm ) c/ Tính sơ bộ các kích thước cơ bản Xác định sơ bộ khoảng cách trục theo công thức : aW2 = Ka (ibr +1) Trong đó : yba = 0,4 ( tra bảng 6.6 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 ) Ka = 49,5 ( tra bảng 6.5 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 với răng thẳng và vật liệu là thép) ybd = 0,5. yba (ibt +1) = 0,5x0,4(2 + 1) = 0,6 KHb = 1,15 ( tra bảng 6.7 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1) Vậy : aW = 49,5 (2 + 1) (mm) Xác định các thông số ăn khớp Mô đun pháp : m = ( 0,01 á 0,02 ) aW = 5,65 á 11,3 Vậy chọn mô đun tiêu chuẩn của bánh răng là : m =9. Số răng bánh nhỏ : Z1 = 2. aW /[m(i+1)] = 2x565/[9(2 + 1)] = 41,8 Lấy Z1 = 42 Số răng bánh lớn : Z2 = ibr x Z1 =2 x42 = 84 Lấy Z2 = 84 Do đó : aW = m(Z1 + Z2)/2 = (mm) Lấy aW = 567 (mm) Xác định góc ăn khớp CosatW = m(Z1 + Z2) Cosa/(2 aW) . CosatW = 9(42 +84) Cos200/(2x567) = 20,030 d/ Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc sH = ZM.ZH.Ze Trong đó : ZM = 274 (MPa)1/3 ( tra bảng 6.5 ) ZH = Với răng thẳng : Ze = ea = 1,88 – 3,2(1/Z1 + 1/Z2 )cosb = 1,88 – 3,2(1/42 + 1/84 ).1 = 1,77 Vậy : Ze = Đường kính vòng lăn bánh nhỏ : dW1 = 2 aW/(i+1) = 2x 567/ ( 2 + 1 ) = 378 (mm) Vận tốc vòng : v = pdW1n2 /60000 = 3,14x378x48/60000 = 1 (m/s) Tra bảng 6.13 chọn cấp chính xác 9 để chế tạo bánh răng , do đó tra bảng 6.16 chọn g0 = 82 . gH = g0 . dH. v. dH = 0,006 (tra bảng 6.15 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 ) gH = 82x0,006x1 = 8,28 KHV = 1 + Chiều rộng vành răng : bW = jd .dW1 jd =0,5 ja (ibt +1) ja = 0,4 ị jd = 0,5.0,4(2 + 1 )= 0,6 Vậy : bW = 0,6x567 = 340,2 mm Lấy : bW = 340 mm KHa = 149 (tra bảng 6.14sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 ) KHb = 1,15 : Từ đó ta có : KHV = 1 + KH = KHa . KHb . KHV = 1,15x1,09x1,01 = 1,26 Do đó : sH = 274x1,77x0,862 (MPa) sH = 347,8 (MPa) < [ sH ] = 481,8 (MPa). Như vậy thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc : e/ Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn sF1= < [sF1] sF2 = sF1.YF2/ YF1 Trong đó : Tnl =8,9.106 ( Nmm) m = 9 (mm) bW = 340 mm dW1 = 378 mm Ye = 1/ea = 1/1,77 = 0,565 Yb = 1 Hệ số dạng răng phụ thuộc vào số răng tương đương . ZTđ1 = ZTđ2 = Tra bảng 6.18 được : YF1 = 3,75, YF2 = 3,6 KF = KFa . KFb . KFV : Là hệ số tải trọng khi tính về uốn KFb = 1,3 ( tra bảng 6.7 ) KFa = 1,27 (tra bảng 6.14 ) KFV = 1 + gF = dF . g0.v. dF = 0,016 g0 = 73 gF = 0,016x82x1,586 Vậy : KFV = 1 + Từ đó ta có : KF = KFa . KFb . KFV = 1,27x1,3x1,2 = 1,98 ị sF1 = (MPa) sF1 = 39 (MPa) < [sF1 ] = 252 (MPa) sF2 = (MPa) < [sF2 ] = 236,5 (MPa) Vậy thoả mãn đk bền uốn : f/ Kiểm nghiệm răng về độ bền quá tải Hệ số quá tải Kqt = Để tránh biến dạng dư hoặc gẫy dòn lớp bề mặt , ứng suất tiếp xúc cực đại sHmax không vượt quá giá trị cho phép . sHmax = sH Ê [sH]Max sH = 463 MPa [sH]Max = 1624 MPa Vậy ta có sHmax = 463 MPa Đồng thời để đề phòng biến dạng dư hoặc phá hỏng mặt lượn chân răng ứng suất uốn cực đại sFmax không vượt quá giá trị cho phép . sFmax = sF Kqt Ê [sF]Max sF1 = 38 (MPa ) ị sF1Max = 38x 1,8 = 122,5 (MPa) < [sF1]Max = 464 (MPa) sF2= 166 (MPa ) ị sF2Max = 35x1,8 = 63 (MPa) < [sF2]Max = 360 (MPa) Vậy thỏa mãn đk bền khi quá tải 4.3 Tính trục 4.3.1 Tính toán trục vít : Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có sb = 600 (MPa) ứng suất tiếp xúc cho phép : [t] = 12 á 20 MPa. Đường kính trục được xác định bởi công thức : d = Mô men xoắn trên trục vít là : Tv = 9,55106 .Nv/nv = 9,55.106.42/24 = 16,7.106 Dv = =161 lấy Dv = 160 mm Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực Dựa theo đường kính trục và sử dụng bảng 10.2 (TKHDĐCK) ta chọn chiều dài ổ lăn như sau: bv = 71 Chiều dài mayơ bánh răng trụ tính bởi công thức : Lm = (1,2 á 1,5 )D = 1,4.160 = 224 Từ các thông số trên dựa vào bảng 10.4 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 ta xác định được khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực như sau : FT1 = 2Tv/dW1 = Ft2 FT1 = 2.16,7.106/378 = 88,3 (KN) = Ft2 Fr1 = FT1 . tg atW / cosb = 88,3.tang20088//1 = 33,68 (KN) = Fr2 Lực tác dụng từ khớp nối lên trục : FK = ( 0,2 á 0,3 ) x2T/Dt: Dt : Là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt Dt = 2500 mm ị Fk = 0,25.2.8,9.106/2500 = 1,78 kN Xét : SMZ0Y = 380.FY1 – 200Fr = 0 FY1 = = 17,7 KN SY= Fr – FY0 –FY1 = 0 ị FY0 = Fr – FY1 = 33,68 – 17,7 = 15,98 KN Xét : SMZ0X = 100.FK1 + 200.FT –380.FX1 – Mms= 0 ị FX1 = (kN) Xét : SX= FK1+ FX0 –FT+ FX1 = 0 ị FX0 = 88,3 – 1,78 - 47 = 39,52 (KN) Biểu đồ mômen của trục vít: e/ Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục Tính mô men uốn tổng MJ và mô men tương đương MTđJ tại các tiết diện trên chiều dài trục - Công thức tính : MJ = (kNmm) M TđJ = (kNmm) - Trên trục vít: M10 = 178, M12 = 9022, M13 = 0,675 Mtd10 = 14474, Mtd12 = 17054, Mtd13 = 14474 Tính đường kính trục tại các tiết diện Công thức tính: DJ = (mm) Với vật liệu chế tạo trục là thép 45 ta có : [s] = 63 (MPa) ( tra bảng 10.5) - Trên trục vít : D10 = 132 mm, D12 = 140 mm, D13 = 132 4.3.2 Tính toán trục cấp liệu : Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có sb = 600 (MPa) ứng suất tiếp xúc cho phép : [t] = 12 á 20 MPa. Đường kính trục được xác định bởi công thức : d = Mô men xoắn trên trục cấp liệu là : Tcl = 8,9.106. Dcl = =130 lấy Dcl = 130 mm Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực : Dựa theo đường kính trục và sử dụng bảng 10.2 (TKHDĐCK) ta chọn chiều dài ổ lăn như sau: bcl = 59 Chiều dài mayơ bánh răng trụ tính bởi công thức : Lm = (1,2 á 1,5 )D = 1,3.130 = 170 Từ các thông số trên dựa vào bảng 10.4 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí ta xác định được khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực như sau : Xét SMZ0Y =180.Fr2 - 1500FY1 = 0 FY1 = 180.33,68/1500 = 4 KN Xét SY= Fr2- FY0 –FY1 = 0 FY0 = Fr2 – FY1 = 33,68 – 4 = 29,68 KN Xét SMZ0X = 180.FT2 – 1500.FX1 = 0 FX1 = 180.88,3./1500 = 10,6 KN Xét SX= FT2+ FX0 +FT1+ FX1 = 0 FX0 = - FT2 – FX1 = - 10,6 – 88,3 = - 98,9 KN Biểu đồ mômen trục nạp liệu : - Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục Tính mô men uốn tổng MJ và mô men tương đương MTđJ tại các tiết diện trên chiều dài trục Công thức tính : MJ = (kNmm) M TđJ = (kNmm) M12 = 0, M10 = 8570,7 , M11 = 0 ị Mtd12 = 7707, Mtd10 = 17011, Mtd11 = 7707 Tính đường kính trục tại các tiết diện Công thức tính: DJ = (mm) Với vật liệu chế tạo trục là thép 45 ta có : [s] = 63 (MPa) ( tra bảng 10.5) : D12= 105 mm, D10 = 140 mm, D11 = 105 mm 4.4. Tính các vít - Tính bền cánh vít : - áp lực pháp tuyến vuông góc với mặt cánh vít: p1 = p.cosa - áp lực tiếp tuyến : p2 = p.sina a : góc giữa chiều tác dụng của áp lực với thành phần pháp tuyến (góc nâng của cánh vít) Lực tác dụng lên cánh vít : Pc = p1.F1 , F1 – Hình chiếu của diện tích một bước cánh vít F trong mặt phẳng nghiêng. F2 = Từ đó : p1F1 = p.cosa. = p.F Ta lấy trên mặt cánh vít một phần tử vòng tròn chiều rộng dr cách tâm một bán kính r, lúc này thành phần áp lực dr tác dụng lên vòng tròn đó sẽ là dP = p.2p.r.dr Mô men tác dụng lên cánh vít : dM = 2p.r.f.r2.dr M = 2p.p. = 2pp. R, r – Bán kính của cánh vít và của trục, (m) M = 2.3,143.8000.(5603 – 4003)/24 = ._.