Tính Toán Và Thiết Kế Máy Phân Loại Gạo, Năng Suất 1000Kg.docx

Phần IICÁC PHƯƠNG ÁN MÁY SÀNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ CHO MÁY THIẾT KẾ I.Giới thiệu về máy sàng Từ thực tế trên làm xuất hiện nhu cầu phân loại gạo theo kích cỡ, phục vụ chonhiều mục đí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -THIẾT KẾ CÁC MÁY GIA CÔNG CƠ TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY PHÂN LOẠI GẠO,

- Đường kính 2- 3 mm tùy loại

II, Tổng quan về gạo

1 Tình hình nuôi trồng gạo ở Việt Nam

- Việt Nam có hai vùng trồng lúa chính là đồng bằng sông Hồng ở phía Bắc

và đồng bằng sông Cửu Long ở miền Nam

- Ở thế kỷ 21 hàng năm sản lượng của cả nước đạt 33-34 triệu tấn thóc,trong đó chỉ sử dụng khoảng 8 triệu tấn (tương đương 4 triệu tấn gạo saukhi xay xát) cho xuất khẩu, còn lại là tiêu thụ trong nước và bổ sung dựtrữ quốc gia

2 Tình hình xuất khẩu gạo ở Việt Nam

- Việt Nam xuất khẩu gạo đứng thứ 2 thế giới, chủ yếu phục vụ cho cácnước châu Á

- Mặc dù được xuất khẩu sang nhiều quốc gia, nhưng một số thị trườngnhập khẩu gạo nhiều nhất của Việt Nam phải kể đến là:

- Trung Quốc, Philippines,

- Ngoài các thị trường lớn kể trên, gạo nước ta cũng được xuất khẩu với sốlượng lớn sang nhiều thị trường khác như châu Phi, Trung Đông

- Tại khu vực Trung Đông, xuất khẩu gạo sang Các Tiểu vương quốc Ả rậpThống nhất (UAE)

- Hiện nay, các doanh nghiệp xuất khẩu gạo ở nước ta phải chịu sự cạnhtranh gay gắt trên thị trường thế giới với các nguồn cung cấp chính nhưThái Lan, Ấn Độ, Pakistan, Myanmar Do đó, nhà nước ta đang cố gắngthay đổi các giống lúa và làm tăng khả năng cạnh tranh của gạo Việt Nam

3 Công dụng của gạo đối với đời sống

- Gạo là nguồn cung cấp năng lượng chính cho con người, duy trị sự sốngcho con người…

- Tạo ra giá trị tiền tệ, trao đổi hàng hóa giúp thúc đấy giao thương giữa cácnước, thúc đẩy phát triển kinh tế…

- Là nguồn thức ăn chính cho một số gia súc gia cầm,…

- Là nguyên liệu tạo gia các loại mỳ, bún phở, các loại bánh kẹo,…

Phần II

CÁC PHƯƠNG ÁN MÁY SÀNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ CHO

MÁY THIẾT KẾ

I.Giới thiệu về máy sàng

Từ thực tế trên làm xuất hiện nhu cầu phân loại gạo theo kích cỡ, phục vụ chonhiều mục đích khác nhau.Các máy phân loại gạo được thiết kế, gọi là máy sànggạo.Để phân loại gạo theo kích cỡ khác nhau, người ta dùng các mặt sàng là cáctấm có các lỗ kích thước khác nhau được bố trí liên tiếp, song song, hay kết hợptuỳ ý và cho các mặt sàng này dao động để phân loại gạo.Dưới đây là một số kiểumặt sàng và cách bố trí các sàng:

a) b) c)

Hình 1- Các kiểu cấu tạo mặt sàngHình 1.a - Mặt sàng đan, cấu tạo từ các sợi thép hay đồng thau đan với nhau,dùng cho vật liệu nhẹ

Hình 1.b - Mặt sàng thanh ghi: làm từ các thanh thép ghép dọc ngang vớinhau, dùng cho vật liệu nặng và to hạt

Hình 1.c - Mặt sàng tấm: làm từ thép tấm, được đục lỗ vuông, tròn, lục giáchoặc chữ nhật Để đảm bảo mặt sàng không gãy, đường kính mắt sàng khôngđược lớn hơn 1.6 lần chiều dày mặt sàng và diện tích đục lỗ không quá 45 diệntích hình học mặt sàng

a,

b, Hình 2 – Cách bố trí mặt sàng

c,

5 4

2 1

6

Hình 2.a - Mặt sàng đặt liên tiếp theo thứ tự tăng dần cỡ mắt sàng và theo hướngdịch chuyển của vật liệu

Hình 2.b - Mặt sàng đặt song song: mặt sàng bố trí 2 tầng,theo thứ tự giảm dần

cỡ mắt sàng từ trên xuống dưới

Loại này đơn giản,dễ sử dụng nhưng không điều chỉnh được tần số dao động

Sàng lắc ngang:

Sàng lắc ngang có 2 loại là treo và chống.Loại treo tuy kết cấu không gọnnhưng do các thanh treo chỉ đơn giản chịu lực kéo nên được sử dụng rộng rãi hơnloại chống.Cấu tạo của nó được thể hiện ở hình 4 với các bộ phận chính sau: 1-Mặt sàng, 2-các thanh treo sàng; 3- thanh kéo đẩy sàng; 4-bánh quay lệch tâm; 5-

bộ truyền động đai

7 5

Hình 4Đầu các thanh treo và thanh kéo đẩy là các khớp xoay trơn Độ lệch tâm giữađầu thanh kéo đẩy với trục truyền động bánh đai từ 0.5-1cm Khi được truyềnđộng, trục bánh đai quay nhanh làm cho khối lệch tâm quay theo Đầu các thanhkéo đẩy quay tròn sẽ làm các thanh này kéo qua lại mặt sàng, tức là làm mặt sànglắc qua lại theo phương nằm ngang

Hình 5

Mặt sàng có kích thước 1.23m, được đặt nằm ngang, dao động với tần số 80lần/phút, biên độ dao động là 810mm Động cơ điện có công suất 56kW.Nhíp đặt vuông góc với hướng chấn động để chịu lực uốn; lò xo đặt songsong để chịu lực nén.Bộ gây chấn gồm 2 trục cam có bánh lệch tâm, song songquay cùng tốc độ và ngược chiều nhau.

Khi được truyền cơ năng từ động cơ tới, các bánh lệch tâm sẽ quay nhanh,gây chấn động làm rung mặt sàng và vật liệu như gạo,hạt giống Do đó vật liệuhợp cỡ sẽ lọt qua mắt sàng

Loại này có ưu điểm là công suất cao,sàng được nhiều loại vật liệu.Năng suấtriêng của mặt sàng lớn,từ 1080m3/h cho 1m2,tương ứng với lỗ mặt sàng từ 0.5đến 7cm

Sàng rung vô hướng:

Máy có kết cấu đơn giản,mặt sàng được đặt nghiêng với phương ngang mộtgóc 1015,bộ gây chấn là một bánh lệch tâm.Khi được truyền động,bánh lệchtâm quay nhanh gây rung động.Chấn động có quỹ đạo tròn, độ sàng chấn động cóthể điều chỉnh.Máy sàng loại này được dùng nhiều trong thực tế.Cấu tạo của máysàng rung vô hướng vô hướng được thể hiện ở hình 6.Trong đó:1-mặt sàng; 2-bộgây chấn; 3-lò xo

1 2

3

Hình 6

II.Các phương án thiết kế máy sàng:

Máy được chọn thiết kế là máy sàng rung động có hướng dùng cho dâychuyền sản xuất gạo.Đây là kiểu máy sàng mà mặt sàng được đặt nằm ngang với

bộ gây rung có hướng.Yêu cầu của máy thiết kế là phải đảm bảo được chất lượngsàng thông qua các chỉ tiêu sau:năng suất Q(m3/giờ),hiệu quả sàng E() và độsạch s()

Năng suất sàng là lượng sản phẩm được sàng trong một đơn vị thời gian.Hiệuquả và độ sạch là các chỉ tiêu quan trọng về chất lượng sàng.Các chỉ tiêu trên có

sự phụ thuộc lẫn nhau,phụ thuộc vào các thông số máy sàng,thành phần hạt vàphương pháp sàng,sàng ướt hay khô

Cấu tạo máy sàng rung bao gồm các cụm chính như: mặt sàng,hộp sàng,cơ cấugây rung,lò xo hoặc chi tiết đàn hồi

Sau đây là một số phương án thiết kế máy sàng rung có hướng:

Phương án 1: Máy sàng với bộ gây rung điện từ:

Bộ phận đáng chú ý của loại máy sàng này là bộ gây rung điện từ.Cấu tạo của

bộ phận này bao gồm 2 nam châm điện đặt ở 2 đầu,chính giữa 2 nam châm điện

là bánh khối lượng bằng thép với 2 lò xo ở hai bên kiểu con lắc lò xo.Khi máyhoạt động,các nam châm điện liên tục đóng ngắt xen kẽ nhau với tần số bằng tần

số mong muốn của sàng.Dưới tác dụng của lực điện trường,bánh thép sẽ đượchút về phía nam châm đang hoạt động và sẽ dao động qua lại theo thứ tự hoạtđộng của các nam châm

Hai lò xo hai bên đóng vai trò ngăn chặn va đập,triệt tiêu lực quán tính khi bánhthép đảo chiều,đây mới là mục đích quan trọng nhất của lò xo.Như vậy, khi bánhthép dao động sẽ chỉ chịu tác động của lực điện từ,quá trình đảo chiều diễn ranhanh gọn hơn

Kết cấu của máy được biểu diễn ở hình 7.Trong đó: 1-Thân máy; 2-lò xo; 3-Bộgây chấn; 4-hai lò xo cùng độ cứng; 5- nam châm điện; 6- bánh thép

Ưu điểm của loại máy sàng này là kết cấu rất gọn nhẹ,bộ gây chấn tháo lắp dễdàng,không dây dầu mỡ nên có thể ứng dụng cho nhiều ngành khác như thựcphẩm, dược phẩm

Nhược điểm: bộ gây rung chế tạo phức tạp

Hình 7

Phương án 2: Máy sàng có bộ gây chấn là hai quả lệch tâm quay ngược chiều:

Đây là kiểu máy sàng rung có hướng khá phổ biến, với bộ gây chấn gồm haitrục cam có bánh lệch tâm quay cùng tốc độ, ngược chiều nhau.Khi được truyền

cơ năng từ động cơ tới, các bánh lệch tâm sẽ quay nhanh, gây chấn động làmrung mặt sàng, các vật liệu hợp cỡ sẽ lọt qua mắt sàng.Kết cấu máy sàng đượcbiểu diễn trong hình 8.Trong đó: 1- động cơ; 2- lò xo; 3-mặt sàng; 4- thân sàng;5-bộ gây chấn

1

2

3 4

Phương án 3: Máy sàng lắc lệch tâm:

Bộ gây chấn động là cơ cấu tay quay - thanh truyền.Lực phát động từ động cơtruyền qua cơ cấu tay quay, thanh truyền đến thùng sàng.Kết cấu của máy sàngđược thể hiện trong hình 9.Trong đó: 1-Thân máy; 2-nhíp; 3-tay quay; 4- thanhtruyền

Đối với máy sàng loại này, không tìm ra được ưu điểm vượt trội nào so với hailoại máy sàng đã nêu ở trên

Hình 9III.Chọn phương án thiết kế máy:

Từ 3 phương án trên, ta thấy chỉ có phương án 2 (máy sàng có bộ gây chấn là

2 quả lệch tâm quay ngược chiều) là phù hợp nhất với mục đích thiết kế và ứngdụng của máy.Do vậy quyết định chọn phương án này làm phương án thiết kếmáy

IV.Những vấn đề liên quan đến máy thiết kế:

Máy được chọn thiết kế là máy sàng rung có hướng.Trước khi bước vào phầntính toán động học và động lực học toàn máy, ta tìm hiểu kĩ hơn các vấn đề củamáy thiết kế và những đặc điểm của nó

Như phương án đã chọn ở phần trước, máy thiết kế thuộc kiểu máy sàngphẳng.Máy có cấu tạo phức tạp hơn so với các loại máy sàng rung khác ( do cấutạo của bộ gây rung có hướng ).Mặt sàng của máy đặt nằm ngang nên giảm đượcchiều cao đặt máy, thường được dùng trong trạm nghiền sàng di động hoặc tạicác nơi công trình có chiều cao bị giới hạn.Cấu tạo của máy được thể hiện trênhình 10:

Hình 10

Hộp sàng với các lưới sàng được liên kết với khung cố định nằm ngang quacác tay đòn và lò xo giảm chấn Bộ gây rung có hướng gắn vào hai thành bên củahộp sàng sao cho đường tác dụng của nó tạo với mặt sàng một góc 35°.

Cấu tạo của bộ gây rung có hướng vẽ trên hình 11

Nó gồm hai trục lệch tâm giống nhau, các trục này đều đặt trên các ổ bi Mộttrong hai trục trên nhận chuyển động quay của động cơ qua puli và truyềnchuyển động cho trục thứ hai qua cặp bánh răng Khi hai trục quay đồng tốc vàngược chiều, dao động vô hướng được tạo thành có hướng, hướng dao động làhướng vuông góc với đường nối tâm của hai trục lệch tâm

Mặt sàng phải đạt được những yêu cầu sau:

+Có tổng diện tích lỗ sàng lớn nhất, bảo toàn được kích thước lỗ và chốngmòn cao.Trong sản xuất vật liệu xây dựng có các loại mặt sàng: mặt bản đột lỗ,lưới thép(đan hoặc hàn), mặt sàng dạng thanh và mặt sàng dạng cao su

Mặt sàng bản đột lỗ cho độ bền cao nhất, song tổng diện tích lỗ sàng lai nhỏnhất ( với lỗ tròn, nhỏ hơn 50% so với diện tích mặt sàng) chúng được dùng khiđường kính lỗ từ 10÷80 mm.Khi hạt có kích thước lớn dùng mặt sàng thanh vớicác tiết diện nêu trong hình 12

Hình 12Mặt sàng lưới thép cho tổng diện tích lỗ sàng lớn nhất (đến 70% ) nên rấthiệu quả khi sàng vật liệu có độ hạt nhỏ Đường kính của sợi thép được chọntheo kích thước lỗ Để bảo toàn khoảng cách của lỗ, sợi thép được uốn dạng sónghoặc được hàn Để có tính chống mòn cao, các sợi thép được chế tạp bằng thépcácbon cao, thép mangan hoặc thép hợp kim chất lượng cao

Hình dạng lỗ ảnh hưởng lớn đến chất lượng sàng.Khi sàng hỗn hợp sỏi cáttheo phương pháp khô tốt nhất là dùng lưới sàng có lỗ chữ nhật có tỉ số D×R =2×1 Nếu sàng chúng theo phương pháp ướt thì tỉ lệ D×R=4×1 Sử dụng mặt sànglưới tăng được năng suất lên 1.5÷2 lần, đồng thời nâng cao được chất lượng phânloại Song nếu sản phẩm có số lượng hạt bẹt lớn thì nó dễ dàng lọt qua, làm tăng

độ tạp của sản phẩm Lưới sàng lỗ chữ nhật tránh cho lỗ sàng bị bít do diện tích

lỗ sàng lớn Lỗ vuông và lỗ tròn thì ngược lại với lỗ chữ nhật, có độ tạp ít, chấtlượng sản phẩm cao và thường dùng để sàng vật liệu nghiền

Độ bền của mặt sàng phụ thuộc chính vào việc kẹp và căng lưới sàng Lướisàng cần được kẹp chắc vào các gối đỡ của mặt sàng Khoảng cách của các gối

đỡ phải hợp lý, sao cho lưới sàng không bị uốn trũng do trọng lượng vật liệu Các mặt sàng được đặt theo các cách khác nhau theo trình bày ở phần hai.Khi đặt liên tiếp, việc kiểm tra bảo trì mặt sàng dễ làm Cách đặt song song được

sử dụng thông thường nhằm tách các hạt theo độ lớn nên chất lượng phân loạicao

a) b)

c)

Hình 14- Sơ đồ đặt mặt sànga) đặt liên tiếp ; b) đặt song song

c) đặt hỗn hợpKhi đặt liên tiếp, việc kiểm tra bảo trì mặt sàng dễ làm Cách đặt song songđược sử dụng thông thường nhằm tách lần lượt các hạt theo độ lớn nên chấtlượng phân loại cao

Quá trình sàng được đánh giá qua các chỉ tiêu sau: năng suất Q (m3/h) ; hiệuquả sàng E (%) và độ sạch ftr (%) Năng suất Q là chỉ tiêu về số lượng vật liệuđược sàng trong một đơn vị thời gian Hiệu quả và độ sạch là chỉ tiêu về chấtlượng Các chỉ tiêu trên ràng buộc nhau và phụ thuộc vào các thông số cấu tạomáy sàng ( loại sàng, kích thước lỗ sàng, tốc độ và quỹ đạo chuyển động ) ; phụthuộc vào thành phần độ hạt và phương pháp sàng ( khô hay ướt ) khi dunglượng các hạt loại dưới sàng trong vật liệu đem sàng khác nhau thì độ sạch cũngthay đổi theo, mặc dù hiệu quả sàng không đổi

Khi các điều kiện khác như nhau, hiệu quả sàng phụ thuộc vào chiều dài mặtsàng L Khi L tăng ( trong vòng 2÷2,5m) hiệu quả sàng tăng theo vì khả năng hạtvật liệu gặp lỗ sàng tăng Song nếu tiếp tục tăng L quá giới hạn trên, hiệu quảsàng hầu như không thay đổi Bởi vậy, chiều dài L ≤ 2,5m Đối với máy sàngrung, tỉ lệ tối ưu giữa B : L = 1 : 2,5 Với tỉ lệ đó, năng suốt sàng tăng tỉ lệ vớidiện tích mặt sàng Mặt sàng có B rộng và L ngắn là không hợp lí, do khó đảmbảo việc nạp liệu đều theo chiều rộng và làm xấu các chỉ tiêu kỹ thuật

5 4

3

Phần III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SÀNG

Để máy sàng rung có thể hoạt động được, cần thiết phải có các bộ truyền độngtruyền chuyển động từ trục động cơ đến cơ cấu chấp hành, là bộ gây rung Từphương án thiết kế đã chọn và trên cơ sở máy mẫu, ta có thể thiết lập được môhình dẫn động của máy như sau:

1- động cơ điện ; 2 - bộ truyền đai ; 3 - trục lệch tâm ;

4 – bánh răng ; 5 - vỏ máy Trong sơ đồ trên, bộ truyền đai (2) truyền chuyển động từ động cơ đến trụclệch tâm thứ nhất.Chuyển động này sẽ được truyền qua cặp bánh răng (4) đếntrục thứ hai Do yêu cầu của máy khi hoạt động là hai khối lệch tâm phải quayvới cùng tốc độ và ngược hướng nhau Do đó, cặp bánh răng (4) phải được thiết

kế để đảm bảo yêu cầu trên Yêu cầu này sẽ được xem xét cụ thể khi thiết kế các

bộ truyền động

1.Tính toán kích thước sàng

1.1 Tính các kích thước của sàng

Kích thước hạt lớn nhất cho phép lọt qua sàng, chọn: d=2 (mm)

Coi hạt có dạng hình cầu, đường kính d, ta có kích thước lỗ sàng: l=d=2 (mm)

1.2 Kiểm tra kích thước hạt rơi qua lưới sàng

Đường kính tối thiểu của lỗ lưới:

Để cho vật liệu dễ lọt qua sàng thì nên lấy kích thước lỗ sàng lớn hơn kích thướccủa hạt vật liệu

d' >d => kích thước lỗ sàng đạt yêu cầu

1.3 Tính toán tốc độ quay của trục lệch tâm

Biên độ dao động của sàng thường từ 5 đến 13 mm, chọn biên độ dao động củasàng:

ra khi lực ly tâm P lớn hơn trọng lượng G của cục vật liệu:

k – hệ số sử dụng hiệu quả, thường k = 1,5 – 2,5;

e – biên độ dao động của sàng, e = 10 mm

3.1.1.2 Kích thước và khối lượng của từng chi tiết.

Chiều cao lớn nhất của khung sàng: Hks = 1000 (mm) (Hks ≤ Bt)

Chiều rộng lớn nhất của khung sàng: Bks = 1000 (mm)

Chiều dài lớn nhất của khung sàng: 2500 (mm)

Lấy sơ bộ tổng diện tích của thép tấm 2 bên thành máy và máng nạp liệu, mángtháo sản phẩm trên sàng:

Tổng diện tích của thép tấm cần dùng:

Tổng khối lượng thép tấm: Chọn sơ bộ kết của khung đỡ lưới sàng gồm:

- Số lượng dầm dọc theo chiều dài lưới: 3

- Số lượng dầm ngang: 5

- Lấy sơ bộ chiều dài dầm dọc theo chiều dài lưới: l1=L= 2500 (mm)

- Lấy sơ bộ chiều dài dầm ngang: l2=B = 1000 (mm)

Tổng chiều dài thép hộp chế tạo khung đỡ lưới sàng:

l3 = 3.l1 + 5.l2 = 3.2500 + 5.1000 = 12500 (mm)Lấy sơ bộ tổng chiều dài thép hộp tăng cứng cho 2 bên khung sàng:

l4 =4.Aks + 4Hks = 4 2500 + 4 1000 =1400 (mm)Tổng chiều dài thép hộp chế tạo khung sàng:

lh =l3+ l4 + l5 = 2500 + 14000 + 5000 = 31500 (mm)Tổng khối lượng thép hộp cần dùng:

Khối lượng vật liệu trong máy: