Thiết kế chế tạo máy ép trục khuỷu sản xuất viên nhiên liệu làm chất đốt từ phế thải sinh khối

TÓM TẮT KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN Dự án “Thiết kế chế tạo máy ép trục khuỷu sản xuất viên nhiên liệu làm chất ñốt từ phế thải sinh khối “ , do Công ty TNHH Thiết bị Công nghiệp M.T.C.. Sản

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM

SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TP.HCM CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP M.T.C

BÁO CÁO NGHIỆM THU DỰ ÁN

Mục lục

Trang

Tóm tắt kết quả dự án

Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan

1.1 Mở ñầu

1.2 Khảo sát các loại thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ biomass

1.3 Lựa chọn cấu hình thiết bị máy ép viên nhiên liệu MTC

1.4 ðưa ra cấu hình mẫu máy phù hợp giữa tính năng và giá thành, phù hợp

với ñiều kiện Việt Nam

1.5 Xác ñịnh các yêu cầu thiết bị khác ñể hình thành dây chuyền sản xuất hoàn

3.2 Thiết kế cấu hình hệ thống ñiện cho máy ép viên MTC

3.3 Thiết kế hệ thống ñiện cho máy ép viên nhiên liệu MTC

3.3.1 Thiết kế hệ thống ñiện ñộng lực tổng thể

3.3.2 Thiết kế Bộ ñiều khiển cho máy bơm dầu

3.3.3 Thiết kế Bộ ñiều khiển cho motor trục ép

3.3.4 Thiết kế Bộ ñiều khiển cấp nguyên liệu

3.3.5 Thiết kế bộ ñiều khiển nhiệt ñộ và hệ thống an toàn và bảo vệ

Nội dung 5: Thiết kế quy trình lắp ráp máy ép viên nhiên liệu MTC

5.1 Quy trình chuẩn bị và hàn - lắp các cụm thiết bị

5.2 Quy trình lắp ráp các cụm thiết bị

5.3 Hình ảnh các chi tiết và cụm lắp ráp

66

Nội dung 6: Thiết kế quy trình kiểm tra trước khi vận hành, quy trình bảo

dưỡng, sửa chữa máy ép viên nhiên liệu MTC

6.1 Quy trình kiểm tra trước khi vận hành máy

6.2 Quy trình bảo trì bảo dưỡng, sữa chữa máy ép viên MTC

Nội dung 8: Thực nghiệm xác ñịnh thông số kỹ thuật thiết bị

8.1.Biên bản kiểm ñịnh xuất xưởng

2 Các hợp ñồng kinh kế với ñơn vị ứng dụng sản phẩm

3 Các biên bản bàn giao, nghiệm thu thiết bị với ñơn vị sử dụng

TÓM TẮT KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN

Dự án “Thiết kế chế tạo máy ép trục khuỷu sản xuất viên nhiên liệu làm chất ñốt từ phế thải sinh khối “ , do Công ty TNHH Thiết bị Công nghiệp M.T.C chủ trì và KS Nguyễn Minh Văn là chủ nhiệm Dự án, ñược tiến hành từ tháng 11-2011 ñến tháng 11-2012

Cùng với sự ñòi hỏi cấp bách của thị trường trong nước và với sự nỗ lực của nhóm thực hiện Dự án và Công ty MTC, Dự án ñã ñược hoàn thành trước thời hạn 6 tháng Sản phẩm là mẫu thiết kế ñã hoàn thiện công nghệ ñể có thể sản xuất hàng loạt và sản phẩm 2 máy ép viên nhiên liệu briquette, có công suất 1,5-1,8 tấn giờ với nguyên liệu mùn cưa + dăm bào, ñạt các yêu cầu ñăng ký trong Dự án

Các kết quả Dự án ñã ñáp ứng các mục tiêu nhằm tạo sản phẩm thiết bị thương hiệu Việt

có mức công nghệ phù hợp với ñiều kiện nguyên liệu và sản xuất trong nước, ñáp ứng yêu cầu phát triển các nguồn năng lượng tái tạo từ phế thải sinh khối (mùn cưa, vỏ bào, trấu,…), góp phần giải quyết vấn ñề năng lượng tại chỗ Viên nhiên liệu sản xuất ra từ thiết bị của Dự án (tại Công ty TNHH Phát Triển Năng Lượng Tái Tạo VIỆT QUANG/ ðồng Nai) có các thông số kỹ thuật ñã ñược kiểm ñịnh theo TCVN, ñã ñược sử dụng và ñáp ứng yêu cầu nhiên liệu trong nước và xuất khẩu

Máy ép viên MTC có các thông số kỹ thuật và sản phẩm viên nhiên liệu tương ñương với máy ép viên của Ấn ðộ Sản phẩm thiết bị Dự án có giá thành thấp, thuận tiện bảo trì

và hoàn toàn có thể thay thế thiết bị nhập ngoại và tiến tới xuất khẩu ra nước ngoài Các sản phẩm Dự án – Máy ép viên nhiên liệu - ñã ñược cung cấp cho Công ty TNHH Phát Triển Năng Lượng Tái Tạo VIỆT QUANG (ðồng Nai) ñưa vào sản xuất, ñáp ứng yêu cầu sản xuất viên nhiên liệu và mở ra hướng sản xuất thiết bị này ñể cung cấp cho thị trường trong nước Hiện nay, Công ty M.T.C ñang triển khai chế tạo 23 máy ép viên theo

ñơn ñặt hàng của khách hàng

Việc thiết kế chế tạo máy ép sản xuất viên nhiên liệu từ sinh khối với giá thành thấp, cho phép chủ ñộng công nghệ, góp phần giải quyết nhiệm vụ cấp bách vấn ñề chất ñốt và tạo ñiều kiện ñể khai thác nguồn sinh khối vô cùng lớn ở nước ta

Các Tác giả của Dự án xin trân trọng cảm ơn Sở Khoa Học & Công nghệ TP.HCM, Phòng Quản lý Công nghệ, Phòng Quản Lý Khoa học & Công nghệ ñã tạo ñiều kiện, hỗ trợ và giúp ñỡ cho chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành Dự án

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN CHỦ CHỐT CỦA CÔNG TY TBCN M.T.C THAM GIA DỰ ÁN

2 CN.Nguyễn Thị Huệ Phụ trách tài chính, Thư ký Dự án

Ủ Y BAN NHÂN DÂN TP.HCM

SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TP.HCM CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP MTC

BÁO CÁO CHUYÊN đỀ - NỘI DUNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1 Mở ựầu

Giải quyết vấn ựề năng lượng ựang là nhiệm vụ cấp bách của mỗi quốc gia, với nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, trong khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch ựang ngày càng cạn kiệt Ngoài ra, việc sử dụng các nguyên liệu hoá thạch còn gây ra ô nhiễm môi trường, khắ thải, hiệu ứng nhà kắnh v.vẦViệc sử dụng năng lượng hạt nhân luôn tiềm ẩn nguy cơ về an toàn phóng xạ (như sự cố ở Trecnobun/Ucraina hoặc ở Fukushima/Nhật Bản) Vì vậy việc sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, sinh khối (Biomass) v.vẦ ựược xem là một giải pháp có tắnh chiến lược, bởi vì ựây là nguồn năng lượng gần như vô tận và việc sử dụng chúng hầu như không gây ô nhiễm môi trường đối tượng của Dự án sau ựây là sử dụng năng lượng từ các phế thải sinh khối Trên thế giới, nguồn phế thải sinh khối của các ngành nông, lâm nghiệp là rất lớn Theo số liệu ước tắnh năm 1987: lượng trấu: 100 triệu tấn, vỏ ựậu phộng: 4,5 triệu tấn, vỏ hạt ựiều, bã mắa: 250 triệu tấn, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn: 400 triệu tấn Theo thống kê, hơn 60% lượng phế thải này là từ các nước ựang phát triển Các nước tiên tiến như Mỹ, đức, nhật , Thụy điển v.vẦ ựã chế tạo nhiều loại thiết bị và công nghệ ựể biến hàng triệu tấn sinh khối này thành năng lượng phục vụ sản xuất như chạy máy phát ựiện, ựốt lò hơi, chất ựốt, lò sưởi v.vẦ Dưới ựây là số lượng viên nhiên liệu ựược sử dụng ở một số nước trên thế giới: Mỹ: 650.000 tấn, Canada: 690.000 tấn, Thuỵ điển: 1.400.000 tấn, Italia: 550.000 tấn, đan mạch: 400.000 tấn, đức: 420.000 tấn Ở các nước Châu Âu, Bắc Mỹ, đông Á ựã phát triển công nghệ tạo viên nén nhiên liệu sản xuất ra viên nhiên liệu có nhiệt lượng rất cao (từ 4300 Ờ 4700 kcal/kg ), có thể sử dụng cho các nhà máy nhiệt ựiện ựể phát ựiện, ựốt lò sưởi v.vẦvì vậy tạo ra một thị trường rộng lớn cho việc tiêu thụ loại sản phẩm sinh khối này

Ở Việt Nam, việc phát triển năng lượng mặt trời và gió còn hạn chế do giá thành của các hệ thống này ựắt (~6USD/W), vì vậy việc sử dụng hiệu quả năng lượng sinh khối Biomass là vấn ựề ựang rất ựược quan tâm Trong những năm gần ựây, với sự phát triển mạnh của các ngành công - nông nghiệp, nhiều mặt hàng nông sản của nước ta ựã vươn lên hàng ựầu thế giới như gạo, cà phê, hạt ựiều, hạt tiêu.v.vẦ Vì vậy lượng sinh khối phế thải rất lớn (trấu: khoảng 11 - 12 triệu tấn, mùn cưa: 5,8 Ờ 6 triệu tấn, vỏ cà phê: 0,3 Ờ 0,5 triệu tấn,Ầ) Nguồn sinh khối lớn như vậy tạo ra các ựiều kiện cần ựể phát triển sản xuất viên nhiên liệu

Các phụ phẩm nói trên hiện nay thường ựược sử dụng trực tiếp làm chất ựốt tại chỗ cho các lò sấy,

lò gạch, chất ựốt gia ựình.v.vẦ kể cả sử dụng làm thức ăn gia súc, phân bón, trồng nấm Tại Bình Dương, đồng Nai ựã có một số ựơn vị nhập thiết bị sử dụng công nghệ nén mùn cưa ựể tạo ra thanh củi có ựường kắnh khoảng 80 - 90mm có nhiệt lượng khá cao sử dụng ựể ựốt lò hơi v.vẦ ựã giảm ựáng kể chi phắ nguyên liệu sử dụng như than ựá, dầu FO Tại Nhà máy ựường Sóc Trăng tận dụng trực tiếp bã mắa ựể ựốt lò hơi phát ựiện phục vụ sản xuất Mặc dù vậy, có thể nói hiệu suất tận dụng phụ phẩm nói trên còn rất thấp vì qui mô nhỏ bé, các phụ phẩm ựể nguyên trạng nhiệt lượng thấp, khó áp dụng ở qui mô công nghiệp

Từ hàng chục năm nay nhiều nước trên thế giới ựã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ nguồn sinh khối nói trên và sử dụng hiệu quả viên nhiên liệu này làm chất ựốt thay thế nguồn năng lượng hóa thạch Trong quy trình sản xuất viên nhiên liệu, nguyên liệu ựược

xử lý ựơn giản và ựưa vào máy nén với lực nén rất lớn ựể ép nguyên liệu thành viên rất rắn chắc Dưới lực nén của máy, trấu hoặc mùn cưa, rơm rạ v.vẦ ựược nén lại thành viên, cung cấp nhiệt lượng khá cao, có thể dùng thay thế cho than ựá (viên nhiên liệu mùn cưa: 4300 Ờ 4700 kcal/kg, viên nhiên liệu trấu: 3700 Ờ 3900 kcal/kg, so với than ựá loại nhiệt lượng thấp: 4500kcal/kg)

Viên nhiên liệu trở thành vật liệu dùng ñể làm chất ñốt ñược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng, như sử dụng ñốt nồi hơi nhà máy ñiện, lò hơi, lò sưởi v.v… Ở nước ta, viên nhiên liệu

có thể ñược làm từ các loại phế thải của các ngành nông nghiệp như rơm, rạ, trấu, cây bắp, vỏ cà phê v.v… hoặc của các xưởng chế biến gỗ như mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn.v.v… hoặc của các ngành mía ñường, giấy.v.v…

Hiện nay, thị trường trong nước ñang rất sôi ñộng với nhiều cơ sở kinh doanh máy ép viên nhiên liệu nhập từ Tây Âu, Trung quốc, Ấn ñộ, Thái Lan Tuy nhiên các máy do Việt Nam sản xuất, qua khảo sát thị trường, chưa thấy xuất hiện Do giá máy nhập khẩu khá cao, rẻ nhất cũng trên 1 tỷ ñồng, nên việc sản xuất viên nhiên liệu trong nước từ sinh khối Biomass còn rất hạn chế Chính vì vậy, việc thiết kế chế tạo máy ép sản xuất viên nhiên liệu từ sinh khối với giá thành thấp có tính cấp thiết, tạo ñiều kiện ñể khai thác nguồn sinh khối vô cùng lớn ở nước ta

1.2 Khảo sát các loại thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ biomass

1.2.1 Phân loại viên nhiên liệu

Hiện nay, có nhiều nước tiên tiến trên thế giới ñã thiết kế, chế tạo và cung cấp cho thị trường nhiều loại máy ép viên nhiên liệu Các thiết bị này hoạt ñộng theo nguyên lý chung là nén sinh khối dưới

áp lực lớn Lực ép càng lớn thì nhiệt lượng của viên nhiên liệu càng cao Tùy theo kích thước , có 2 loại viên nhiên liệu (hình 1.1):

- Dạng viên (Pellet): là loại viên nhỏ, có ñường kính từ 6 – 8 mm, chiều dài từ 15 – 30mm

- Dạng bánh (Briquette): loại viên lớn có ñường kính từ 40 – 120mm, chiều dài thông thường

từ 200 – 300mm

Ưu ñiểm của viên nhiên liệu pellet là có nhiệt lượng cao (từ 4300 – 4600kcal/kg, rất dễ ñóng gói vận chuyển do kích thước nhỏ (6 – 8 mm), rất rắn chắc do ñược nén dưới áp lực cao (lên ñến 400 Mpa), giá bán viên pellet là cao nhất trong các loại viên nhiên liệu Tuy nhiên việc sản xuất viên pellet có những ñòi hỏi cao về kỹ thuật và nguyên liệu

Loại viên nhiên liệu Briquette phổ biến nhất có ñường kính trong khoảng 80 - 90mm , chiều dài

200 – 300mm, loại này có nhiệt lượng tuy không cao bằng pellet nhưng cũng khá cao từ 4200 - 4300kcal/kg (ñối với mùn cưa)

a) Viên Pellet b) Viên Briquette

Hình 1.1: Sản phẩm viên nhiên liệu sản xuất ra từ máy ép viên nhiên liệu

1.2.2 Một số thiết bị sản xuất viên nhiên liệu của các Hãng nước ngoài

1.2.2.1 Máy BP 6000, Hãng C.F.Nielsen, ðan Mạch

Máy BP 6000 [1] là loại máy ép sản phẩm công nghệ hàng ñầu của Hãng C.F.Nielsen (ðan Mạch) (hình 1.2) Công suất máy 1200- 1800 kg/h, sản xuất viên nhiên liệu briquette ñường kính Ø90

mm, thiết bị hoàn toàn tự ñộng giá bán là 220.000 EURO

Hình 1.2: Máy ép viên nhiên liệu briquette BP.6000

Thiết bị ép viên này có các tính năng kỹ thuật sau:

Hệ thống BP 600HD là thiết bị ép cơ học tạo viên briquette cho phép hoạt ñộng 24 giờ/ngày và chỉ dừng vài lần Máy ép thường ñược kết nối với silo lớn với thiết bị cấp liệu tự ñộng Hệ thống có 2

2 loại, chỉ khác nhau về hệ thống ñiều khiển ñiện tử

Hệ ñiều khiển xây dựng trên PLC Siemens cho phép khởi ñộng máy ép khi cảm biến mức trong silo báo nguyên liệu ñã sẵn sàng và dừng máy ép trước khi nguyên liệu cạn trong silo Hệ thống có thể kết nối với modem ñể cho phép giám sát hoạt ñộng máy ép hoặc tái lập trình từ xa

Máy ép BP 6000 HD có khung máy vững làm bằng thép ñặc biệt Hai bánh ñà nặng, cân bằng và tất cả những cấu kiện quan trọng ñược kết nối vào khung hoặc tấm thép bảo vệ, làm cho máy có dáng thuôn và ñảm bảo dễ dàng làm vệ sinh máy Sàn cho máy ñược tăng cường bằng bê tông cốt thép ñảm bảo hoạt ñộng ổn ñịnh, ít rung

Thiết bị cũng có thể tạo viên có lỗ ở giữa Năng suất cao cho máy ñược ñảm bảo khi sử dụng 2 hệ thống cấp liệu ñáp ứng cho hành trình của mỗi piston cho 2 trục vít làm bằng thép hợp kim ñặc biệt

có lớp phủ chịu nhiệt

1.2.2.2 Máy ép viên của Hãng Pawert-SPM, CHLB ðức

Trên hình 1.3 giới thiệu hình dạng thiết bị SPM I-90/200, sử dụng nguyên lý ép viên briquette dạng trục khuỷu [2]

Hình 1.3: Máy SPM I-90/200

Thiết bị ép viên briquete SPM I-90/200 có các tính năng kỹ thuật sau:

Loại máy SPM Năng suất

(kg/h)

Kích thước Briquette (mm)

Công suất ñiện (kw)

Kích thước máy (m3)

Trọng lượng (kg)

Máy sử dụng motor ựiện làm quay bánh ựà có kết nối với trục, thực hiện chuyển ựổi chuyển ựộng quay thành trượt Có thể thực hiện 200 hành trình nén / phút với lực tới 60 tấn ( tương ựương 120N/mm2), cho phép tạo viên briquette với năng suất cao

Giá thiết bị ~ trên 200.000 Euro

1.2.2.3 Máy ép viên của Hãng Jay-Khodiyar, Ấn độ

Máy ép viên Briquette của hãng Jay-Khodiyar [3] là loại thiết bị có cấu trúc ựơn giản, ép viên theo kiểu trục khuỷu

Hình 1.4: Máy ép viên Jumbo-90, Hãng Jay-Khodiyar, Ấn độ

Thiết bị BRIQUETTING PLANT JUMBO-BRQ 9050 (hình 1.4) có các ựặc trưng sau:

Kắch thước viên/ ựường kắnh : 90 mm

Giá thiết bị :45.000 USD/ máy nén

1.2.3 Tình hình nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép viên nhiên liệu trong nước:

đáp ứng nhu cầu cấp thiết về máy ép viên nhiên liệu, một số cơ sở nghiên cứu và sản xuất trong nước ựã bắt ựầu tiến hành nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy ép viên nhiên liệu

đề tài ỘNghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép viên phụ phế liệu nông nghiệp và rác thải ựể làm phân bónỢ, Mã số: 255-08RD/Hđ-KHCN, 2008-2009, chủ nhiệm ựề tài: Th.S đỗ Mai Trang, Viện NC Thiết kế Chế tạo Máy Nông nghiệp, Bộ Công Thương [4] , ựã thiết kế, chế tạo thành công máy ép viên pellet 6 ọ 8 mm từ trấu và mùn cưa với năng suất ép: 300 ọ 1200 kg/h, ựộng cơ ép: 2 x 22 kW,

3 pha 380 V, 1500 v/ph Các tác giả thiết kế chế tạo khuôn khuôn quay (hình 1.5)

Hình 1.5: Máy ép viên Pellet của Viện NC Thiết kế Chế tạo Máy Nông nghiệp

Các tác giả cũng cho biết khó khăn của thiết bị này là ñối với nguyên liệu như trấu, mùn cưa thì tiêu hao công suất lớn, chi phí chế tạo loại khuôn vành cao và ñòi hỏi công nghệ chế tạo phức tạp Ngoài ra, dây chuyền ñòi hỏi các thiết bị ñi kèm ñể tạo ñộ ñồng nhất (xay nghiền), ñộ ẩm (sấy), nên tăng sự phức tạp của hệ thống và chi phí ñầu tư

Một ñơn vị khác là Viện Năng lượng (Tổng công ty ðiện lực Việt Nam) ñã thực hiện dự án “Công nghệ ñịnh hình sinh khối các phế thải - phụ phẩm nông nghiệp ñể sản xuất thanh nhiên liệu có chất lượng cao” Sản phẩm là máy ép trục vít dùng ñể ép các phế thải - phụ phẩm nông nghiệp thành thanh nhiên liệu với nhiệt năng cao, tiện lợi trong vận chuyển Máy có các chỉ tiêu kỹ thuật tương ñương với máy của Thái Lan và Bangladesh nhưng giá thành chỉ bằng 1/2 ñến 1/3 Máy ép hoạt ñộng nhờ một ñộng cơ ñiện công suất 11 kW, trục vít quay trong khuôn ép với tốc ñộ 200 ñến 400 vòng/phút nhờ bộ truyền ñai Xung quanh khuôn ép ñược gia nhiệt bằng 3 vòng ñiện trở có công suất 6 ñến 8 kW Mục ñích của việc gia nhiệt nhằm làm mềm nguyên liệu - giảm ma sát và lực ép, ñồng thời làm chảy lignin có sẵn trong nguyên liệu thô tạo ñộ kết dính Sản phẩm ñang trong quá trình thử nghiệm

Công ty Cổ phần Phát triển Công nghệ HI-T xây dựng máy ép viên nhiên liệu sử dụng các thiết bị thủy lực

Như vậy, có thể nói nhu cầu ứng dụng máy ép viên nhiên liệu ở nước ta là rất lớn, tuy nhiên chưa

có doanh nghiệp nào thực hiện sản xuất dạng thương phẩm các thiết bị này ñể cung cấp cho thị trường Xuất phát từ yêu cầu này, trong thời gian qua, Công ty M.T.C ñã tích cực nghiên cứu chế tạo thử máy ép viên nhiên liệu MEV-90 thế hệ ñầu tiên, nhằm ñúc rút kinh nghiệm ñể chế tạo mẫu máy hoàn chỉnh

1.3 Lựa chọn cấu hình thiết bị máy ép viên nhiên liệu MTC

1.3.1 Lựa chọn loại viên nhiên liệu sản xuất ra

Các tài liệu của các Hãng hàng ñầu về chế tạo máy ép viên nhiên liệu cho thấy việc sản xuất viên briquette có một số ưu thế hơn viên pellet, khi chúng có cùng mật ñộ và nhiệt lượng:

- Viên briquettes có thể ñược sản xuất trên máy ép cơ học với năng suất trải rộng từ 225 kg/giờ tới 1.800 kg/giờ Với dải rộng năng suất như vậy, các nhà ñầu tư có thể chọn giải pháp thích hợp theo khả năng của mình

- Vốn ñầu tư cho xưởng sản xuất viên briquette thấp hơn sản xuất viên pellet

- Chi phí vận hành (tính theo tấn sản phẩm) về nhân công và ñiện cho sản xuất viên briquette thấp hơn sản xuất viên pellet

- Chi phí bảo hành (tính theo tấn sản phẩm) thấp hơn Thiết bị cho pellet ñắt tiền, khi vận hành ñòi hỏi tay nghề công nhân tương ñối cao

- Viên briquette có thể sản xuất từ những nguyên liệu mà máy ép viên pellet không tạo ñược

- Kích thước nguyên liệu cho Briquette có thể lớn hơn so với cho pellete khi ở cùng ñộ ẩm Nhìn chung, sản xuất viên pellet cần phải có dây chuyền hoàn chỉnh, nguyên liệu ñầu vào phải ñược xử lý tốt về ñộ ẩm, kích thước, ñộ ñồng nhất Vấn ñề này rất khó khăn khi triển khai ở nước

ta do ñiều kiện sản xuất nhỏ, phân tán, tập hợp nguyên liệu khó khăn dẫn ñến giá thành rất cao Ngoài ra, khuôn ñể ép pellet hiện nay ñều phải nhập khẩu, trong nước chưa chế tạo ñược Chính vì

vậy Dự án chưa xây dựng thiết bị sản xuất viên pellet mà chọn sản xuất viên briquette ðặc ñiểm

của các máy ép briquette là không kén nguyên liệu ñầu vào, tuy có ñòi hỏi nghiền, sấy, nhưng yêu cầu không cao như máy tạo Pellet Máy có thể ép cả mùn cưa lẫn dăm bào, kết cấu máy gọn nhẹ vì vậy có thể ñặt ở gần vùng nguyên liệu

Dự án tập trung giải quyết khâu nén – là khâu quan trọng nhất trong quy trình sản xuất viên nhiên liệu

sử dụng phải thay thế rất tốn kém, ña số các linh kiện thủy lực phải nhập khẩu, rất ñắt tiền Các loại máy này thường chế tạo với năng suất không cao - khoảng từ 50 – 400 kg/giờ

Hình 1.6: Máy ép thuỷ lực

Các máy ép cơ học cho khoảng năng suất sản xuất khá rộng và cao từ 200 kg/giờ tới 2.500 kg/giờ Máy ép cơ học ñược thiết kế như sức ép của bánh lệch tâm Khi bánh lệch tâm quay làm dịch

chuyển trục piston kết nối và ép nguyên liệu chạy qua khuôn Trong máy ép cơ học, áp suất ñòi hỏi chỉ có thể ñiều chỉnh bằng việc lắp vị trí khuôn với bánh lệch tâm

Bởi vì máy ép cơ học vận hành bằng các motor ñiện mà không phải bằng motor thuỷ lực, sự mất mát năng lượng trong máy ñược giới hạn và mối quan hệ với công suất tiêu tốn là tối ưu Thời gian sống vận hành của máy ép cơ học là dài hơn máy ép thuỷ lực Trong thời gian khai thác dài, máy

ép cơ học có khả năng hoàn vốn nhanh hơn máy ép thuỷ lực

Máy ép loại trục vít (hình 1.7) ñể nén nguyên liệu cho sản phẩm có tiết diện tròn hoặc vuông (vì dễ làm khuôn) loại này thường cho sản phẩm có lỗ ở giữa , do lõi của trục vít , sản phẩm có thể dùng làm loại than không khói dùng ñể nướng thực phẩm Nhược ñiểm quan trọng nhất của ép trục vít là năng suất rất thấp, lực nén không cao và trục vít chế tạo ñắt tiền hơn so với các loại ép briquette khác và rất mau mòn

Hình 1.7: Máy ép với 2 trục vít, vận hành bằng motor

Máy ép trục khuỷu là thiết bị tạo lực ép cơ học, trong ñó năng lượng ñược truyền ñến qua cơ cấu trục khuỷu hoặc tương tự với trục khuỷu - trục lệch tâm, cũng có thể kết hợp giữa cơ cấu trục khuỷu với một số cơ cấu khác như tay quay thanh truyền hoặc cam thanh truyền, vv Máy ép trục khuỷu có thể có một khuỷu hoặc nhiều khuỷu

Máy ép trục khuỷu ñược sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ, công nghiệp xây dựng …

Trên hình 1.8 giới thiệu một cơ cấu ép trục khuỷu Khi ñóng li hợp, trục khuỷu quay, thông qua tay biên làm cho ñầu trượt chuyển ñộng tịnh tiến lên xuống, thực hiện chu trình ép

- Trục khuỷu là trục lệch tâm, chiều dài hành trình ngắn

- ðầu trượt có ñuôi dẫn hướng phụ

- ðộ cứng vững của máy tăng

- Có thanh ñẩy trên và ñẩy dưới cho hành trình ñẩy của máy

- Cơ cấu cân bằng ñầu trượt bằng nửa khuôn trên làm việc bằng khí nén Bánh ñà ñặt ở trục chính

- Ly hợp ma sát và phanh ma sát lắp liên ñộng làm việc bằng khí nén ñặt ở trục chính có cư cấu ñặc biệt ñể cứu kẹt (có thể ñặt ở ñai ốc của bu lông kéo)

- Khoảng không gian dập nhỏ

Hình 1.8: Cấu tạo máy ép trục khuỷu

Máy ép dựa theo cơ cấu trục khuỷu có những ưu ñiểm sau:

- Sử dụng máy và kết cấu máy ñơn giản

- Chuyển ñộng của ñầu trượt êm

- Năng suất máy cao, xưởng không ồn, nền móng ít rung ñộng như máy búa

- Tổn hao năng lượng ít

vì vậy hệ thống khuôn phải ñược giải nhiệt bằng nước Sản phẩm sau khi ra khỏi khuôn ñược dẫn trên máng ra ngoài ñóng gói

Qua phân tích thiết bị và công nghệ, chúng tôi quyết ñịnh lựa chọn chế tạo máy ép trục khuỷu ñể

ép sinh khối thành viên nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu sản xuất trong nước và xuất khẩu Máy sử dụng trục khuỷu ñể tạo lực ép tạo sản phẩm với năng suất khá cao, chi phí ñầu tư không cao Kết

cấu máy dễ bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế Tồn bộ máy đều cĩ thể sản xuất trong nước (trừ 01

số linh kiện điện)

1.4 ðưa ra cấu hình mẫu máy tối ưu giữa tính năng và giá thành, phù hợp với điều kiện Việt Nam

Từ các phân tích ở trên, cấu hình máy ép viên nhiên liệu được lựa chọn sẽ bao gồm các phần sau (hình 1.9):

Baêng

taûi v

ít cấp lieäu

Motor cấp liệu

Motor vít tải

Vít tải Bánh đà

Hình 1.9: Cấu hình máy ép viên nhiên liệu MTC

• Cơ cấu ép: dạng 2 trục khuỷu kết nối với hai bánh đà, bố trí nằm ngang, vận hành bằng motor điện

• Nguyên liệu được cấp nhờ một băng tải trục vít nắm nghiêng đưa nguyên liệu lên cao tới phễu lớn và một trục vít tải đứng để đẩy nguyên liệu từ trên xuống phễu nhỏ của cụm khuơn ép

• Máy ép viên bao gồm các bộ phận:

1- Cụm thân máy

Thân máy là chi tiết quan trọng nhất của máy ép , đặc điểm của thân máy là to, nặng và gia cơng rất khĩ khăn vì các vị trí gia cơng địi hỏi độ chính xác cao về kích thước và vị trí tương quan Ở đây cụm thân máy cĩ kết cấu hàn, gồm nhiều chi tiết ghép lại

Thân máy bao gồm các chi tiết sau:

- Vách máy phải và trái

- Vách giữa

- ðế thân máy

- Xi lanh

- Mặt trước máy (chỗ lắp khuôn)

Các chi tiết ñược gia công thô sau ñó ñược hàn liên kết với nhau Sau khi hàn thân máy ñược ñưa lên máy phay giường CNC ñể gia công các lỗ lắp trục khuỷu, lỗ xi lanh, lỗ lắp khuôn v.v…

2- Cụm truyền ñộng

Bao gồm ñộng cơ AC 3 pha công suất 50kW, kết nối với trục buli và hệ thống dây ñai ñể kéo bánh ñà

3- Cụm tay biên – trục khuỷu :

Tay biên và trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất của máy ép Cụm tay biên trục khuỷu bao gồm các chi tiết cơ bản như sau :

- Bộ kẹp thân khuôn

Thân khuôn cũng là một trong những chi tiết quan trọng nhất của máy ép, có những lỗ nhỏ và rất sâu ñể dẫn nước giải nhiệt cho khuôn

6- Cụm cấp nguyên liệu :

Cụm cấp nguyên liệu bao gồm :

- Vít tải nguyên liệu từ mặt bằng sàn lên phễu lớn của máy

- Phễu lớn chứa nguyên liệu trung gian

- Vít tải ñứng : ñưa nguyên liệu xuống phễu nhỏ (cụm khuôn ép)

Chứa các thiết bị cung cấp ñiện, bảo vệ, khởi ñộng và ñiều khiển máy

1.5 Xác ñịnh các yêu cầu thiết bị khác ñể hình thành dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh

1.5.1 Công nghệ tạo viên nhiên liệu :

Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu ñã ñược nhiều nước trên thế giới xây dựng khá hoàn chỉnh Viên nhiên liệu briquette ñược tạo thành khi nén nguyên liệu biomass (mùn cưa, dăm bào, trấu,…)

ở áp suất cao Với lực nén lên ñến từ 200 – 400Mpa, những nguyên liệu có nguồn gốc từ gỗ sẽ giải phóng lượng Lignin (chiếm từ 10 – 15 % khối lượng biomass) và gắn kết nguyên liệu thành viên briquette

Trong quá trình nén nguyên liệu, sự gia tăng nhiệt ñủ ñể làm cho nguyên liệu giải phóng chất kết dính khác nhau, Do ñó, ñể quá trình tạo viên briquette ñạt chất lượng, ñộ ẩm nguyên liệu cần tối thiểu là 6%

Nhiệt ñộ cao cũng làm bốc hơi ẩm trong nguyên liệu ðộ ẩm cao cũng ảnh hưởng ñến mật ñộ viên nhiên liệu Kinh nghiệm cho thấy [1] ñộ ẩm thích hợp ñể tạo viên briquette là từ 6 ñến 16% tùy theo loại biomass ðộ ẩm nguyên liệu cao hơn 16% sẽ không thể tạo viên briquette chất lượng Khối lượng riêng của viên nhiên liệu phụ thuộc vào kích thước của biomass Nguyên liệu càng nhỏ thì mật ñộ viên nhiên liệu càng dày, khối lượng riêng của viên nhiên liệu có thể ñạt 700 – 800 kg/m3

Qui trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu briquette cơ bản như sau (hình 1.10 ):

Hình 1.10: Quy trình sản xuất viên nhiên liệu dạng briquette

1.5.2 Phân tắch qui trình và các yêu cầu thiết bị khác ựể hình thành dây chuyền sản xuất:

- Nguyên liệu : ựưa vào hệ thống là các loại mùn cưa, dăm bào

- Sấy: sau khi nguyên liệu ựưa vào, ựược ựi qua máy sấy ựể ựạt ựược ựộ ẩm ựồng nhất (khoảng 13%-15% ) với nhiệt ựộ sấy trên 700C Nhiên liệu dùng ựể sấy có thể sử dụng chắnh viên nhiên liệu sản xuất ra từ dây chuyền này

- Nghiền: sau khi sấy, nguyên liệu ựược chuyển qua hệ thống nghiền, sàng ựể ựạt ựộ ựồng nhất về kắch thước, các loại mùn cưa to, dăm bào ựược nghiền nhỏ (kắch thước < 1mm) Việc nghiền sẽ làm giảm công suất tiêu hao cho quá trình nén và tạo viên nén có chất lượng cao, khi ựốt có nhiệt lượng ổn ựịnh

- Nén: nguyên liệu sau khi nghiền ựược ựưa vào máy nén ựể nén thành viên nhiên liệu Lực nén ở ựây lên tới 200 Ờ 400Mpa Quá trình nén là quan trọng nhất, quyết ựịnh chất lượng viên nhiên liệu Quá trình nén ựòi hỏi lực nén rất lớn cần thắng ựược lực ựàn hồi của nguyên liệu, sau ựó dưới tác dụng của lực nén và nhiệt phát sinh trong quá trình nén, nguyên liệu ựược ép thành viên rất rắn chắc

- Làm nguội: sau khi nén, viên nén có nhiệt ựộ khá cao, vì vậy trước khi ựóng gói, viên nén

ựi qua hệ thống làm nguội bằng không khắ hoặc quạt gió

- đóng gói: sau khi làm nguội, viên nén ựược ựưa vào hệ thống ựóng gói, tùy theo nhu cầu khách hàng, việc ựóng gói có thể ựóng những gói từ 10kg ựến 1.000kg/bao

Tài liệu tham khảo

[1] www.cfnielsen.com

[2] www pawert-SPM ch/en/index/htm

[3] Jay-Khodiriyar Machine Toola, Products, 2011

[4] Th.S đỗ Mai Trang, ỘNghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép viên phụ phế liệu nông nghiệp và rác

thải ựể làm phân bónỢ, Báo cáo ựề tài Mã số: 255-08RD/Hđ-KHCN, 2008-2009, Viện NC Thiết

kế Chế tạo Máy Nông nghiệp, Bộ Công Thương

BÁO CÁO CHUYÊN ðỀ - NỘI DUNG 2:

THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY ÉP VIÊN NHIÊN LIỆU MTC

2.1 Mở ñầu

Như ñã trình bày trong báo cáo nội dung 1, Máy ép viên nhiên liệu MTC (viết tắt là MEV) sử dụng cơ cấu ép trục khuỷu, kết nối với hai bánh ñà, bố trí nằm ngang, vận hành bằng motor ñiện Nguyên liệu ñược cấp nhờ một băng tải trục vít nắm nghiêng ñưa nguyên liệu lên cao tới phễu lớn

và một trục vít tải ñứng ñể ñẩy nguyên liệu từ trên xuống phễu nhỏ của cụm khuôn ép (hình 1.9) Máy ép viên nhiên liệu dạng trục khuỷu MEV là một dây chuyền sản xuất khép kín từ khâu cấp nguyên liệu ñến khâu ra sản phẩm bao gồm:

1 Cụm truyền ñộng (ñộng cơ dẫn ñộng, bánh ñà, dây ñai)

2 Cụm tay biên trục khuỷu

13.Cụm cấp dầu bôi trơn

14.Cụm cấp nước giải nhiệt

15.Móng máy

Các phần thiết kế cho Cụm cấp dầu bôi trơn, Cụm cấp nước giải nhiệt và Móng máy ñược trình

bày trong báo cáo Nội dung 4: Thiết kế các thiết bị phụ trợ cho máy ép viên nhiên liệu MTC

Trong phần này chỉ trình bày thiết kế cơ khí các phần chính cho máy ép viên nhiên liệu Các hình

vẽ mô tả cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng Kích thước của chúng, vậy liệu và yêu cầu gia công

ñược cung cấp trong bản vẽ chi tiết và files Autocad trong ñĩa CD của hồ sơ ñi kèm

Các dữ liệu nguồn, dựa trên thảm khảo thông số của máy Ấn ðộ tương ñương và thiết bị MTC ñã chế tạo thử nghiệm, các dữ liệu ñã ñược ñăng ký chỉ tiêu sản phẩm Dự án gồm:

MEV-01 Nguyên liệu: mùn cưa vỏ bào, trấu

- ðường kính cực ñại viên nhiên liệu (mm) : 90 hoặc vuông 80 x 80

Máy ép viên nhiên liệu sử dụng cơ cấu trục khuỷu kép với 2 bánh ñà và trục khuỷu kết nối, dẫn ñộng chung một piston + chày ép Cơ cấu kép cho phép ñảm bảo phân chia lực ép, hệ thống dễ chế tạo hơn, hoạt ñộng cân bằng và ổn ñịnh hơn

Do bánh ñà phía bên phải, tức phía bên có motor trục chính, chịu thêm lực căng của dây ñai và lực kéo của dây ñai, nên bánh ñà phía bên phải có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn bánh ñà phía bên trái Trên bánh ñà nhỏ, nơi kết nối với motor, có các ñường rãnh chống trượt

Lựa chọn cấu trúc bánh ñà dạng vành, ñúc bằng gang xám chất lượng cao Với cấu trúc ñối xứng,

có thể ñảm bảo ứng xuất phân bố ñều trên tiết diện vành Bánh ñà ñược thiết kế ñủ dày ñể vành bánh ñà không bị uốn theo phương ñường sinh

• Chọn công suất ñộng cơ

Với cấu hình ñộng cơ – bộ truyền ñai hở - bánh ñà - trục vít cho máy ép viên ta có /2/:

Nếu xem mất mát do ma sát và các khớp phụ là nhỏ, ta có:

Hiệu suất chung η = ηbt ηtv = 0,665 , trong ñó:

Hiệu suất bộ truyền ñai hở /2/ ηbt = 0,95

Hiệu suất bộ truyền trục vít /2/ ηtv = 0,7

• Tiết diện chày ép (Φ=90mm) S = 63.59cm2

lực nén trên toàn tiết diện chày ép yêu cầu: PN = 130 tấn = 130.000 KGf

Áp suất nén trên 1 cm2 chày ép sẽ là: Pn = PN / S = 2.044,5 KGf = 20.445 N (≈ 200 Mpa)

Với tốc ñộ 220 hành trình phút, mỗi hành trình tiến - lùi là 2 x 0.2 m, do ñó:

Vận tốc của chày nén yêu cầu là: V = 220 [hành trình] (2x 0.2 [m])/60 s = 1,47 m/s

Công suất yêu cầu vận hành (1W=1J/s = 1Nm/s)

P = Nm/s = Pn V = 20.445 1,47 = 29,986 kW Công suất cần thiết cho hệ thống (có tính ñến hiệu suất truyền ñộng) :

PCT = 29,986 / 0,7 = 45,092 kW

ðể ñảm bảo công suất phụ cho hao tổn do ma sát và những khớp khác và ñộng cơ không nóng, dễ dàng khởi ñộng ñể thắng moment cản, công suất ñộng cơ ñược chọn là 55 kW (122% công suất cần thiết)

• Chọn ñường kính bánh ñà và buli motor

ðường kính bánh ñà ñược tính theo công thức thực nghiệm Xavêrin /2/:

(1100 1300)3 1

n

P

Trong ñó P1 là công suất trên trục dẫn [kW], P1 = 55 [kW] ηbt = 55 0,95 = 52.25 kW

Trên cơ sở tốc ñộ chày ép là 220 hành trình/phút, tốc ñộ bánh ñà sẽ là 220 vòng/phút, tương ứng mỗi vòng quay của bánh ñà sẽ thực hiện 1 dịch chuyển tiến-lùi của chày ép

n là số vòng quay trong 1 phút của trục dẫn: 220 vòng/phút

Thực tế chọn ñường kính bánh ñà như sau:

mm

Kích thước trong vành ngoài, mm

Do ñó, kích thước buli gắn trên motor chính sẽ là: 215mm

Bánh ñà trái và bánh ñà phải ñược thiết kế như trên hình 2.1

Bánh ñà ñược gắn với trục khuỷu bằng then và cố ñịnh bằng bù loong M12 Bánh ñà phải và bánh

ñà trái theo hướng nhìn từ ñầu máy và khóa lại bằng 2 ecu M160 và mặt bích ñể chặn 2 êcu

Motor 55kW ñược lắp phía sau máy (bên phải) khoảng cách ñược xác ñịnh ñể lắp dây ñai (250 x 6.250 mm) với bánh ñà bên phải là 1.630 mm (hình 2.2)

ðế lắp motor có bù loong tăng chỉnh ñể ñiều chỉnh khoảng cách từ motor tới bánh ñà

Hình 2.1a: Bánh ñà trái

A - A

Hình 2.1a: Bánh đà phải (liên kết qua bằng truyền đai với motor dẫn động)

Hình 2.2: Cụm bánh đà - trục khuỷu và motor trục chính

Motor 55KW

Puly Bánh đà

Trục khuỷu

Thân máy

A - A

2.2.2 Cụm tay biên - trục khuỷu

Nhiệm vụ của Cụm tay biên, trục khuỷu là nhận năng lượng từ chuyển ñộng quay của bánh ñà ñể chuyển thành chuyển ñộng thẳng, qua tay biên ñẩy tịnh tiến piston trục ép Trục khuỷu làm việc trong ñiều kiện chịu lực và moment tác dụng luôn thay ñổi, các lực này gây ra ứng suất và xoắn, ñồng thời gây nên hiện tượng dao ñộng dọc và ngang làm rung máy và có thể làm mất cân bằng Cấu trúc của cụm trục khuỷu – tay biên – piston – chày ép – khuôn ñược thiết kế dựa theo việc tham khảo mẫu máy nước ngoài Cấu trúc cơ bản trình bày trên hình 2.3

Vì lực truyền ñộng là rất lớn (130 tấn từ năng lượng tích trữ của bánh ñà) nên trục khuỷu có kết cấu và kích thước ñảm bảo sự vững chắc

1 Ống xy lanh 2 Bạc thau 3 Piston 4 Trục khuỷu 5.Cụm bạc gang 6 Cụm tay biên 7 Chốt ắc

8 Bạc thau 2 nửa 9 Chi tiết chặn chày 10 Cụm phễu nhỏ 11 Collet 12 Mặt bích vách giữa

13 Cụm khuôn 14 Mặt bích kẹp khuôn 15 Vít kẹp khuôn M38 16 Then bắt bánh ñà

Hình 2.3: Cấu tạo cụm trục khuỷu – tay biên – piston – chày ép - khuôn

• Chi tiết trục khuỷu

Trục khuỷu (Chi tiết 4 – Hình 2-3) ñược bắt vào bánh ñà nhờ then (16) Trục khuỷu gắn với tay biên (6), piston (3) ñể ñẩy chày ép, nén nguyên liệu trong phễu nhỏ (10) vào khuôn (13) Thiết kế chi tiết trục khuỷu trình bày trên hình 2.4

Trên chi tiết trục khuỷu có 2 rảnh ở 2 phía phải – trái Trục khuỷu chuyển ñộng xoay, nên chịu mài mòn và ma sát rất lớn ðể giàm ma sát và mài mòn cho trục khuỷu cần có những giải pháp sau:

- Tất cả các vị trí tiếp xúc với bạc thau (bạc thau trục khuỷu thân máy, bạc thau 2 nửa tay biên trục khuỷu) trên bạc thau ñều có các rảnh dẫn dầu bôi trơn cho trục khuỷu Áp suất dầu là 15 Pa - 20 Pa 02 bạc thau (Ø200 - Ø225 x L140) và 02 bạc gang (Ø225 - Ø315 - Ø400 x L25 - L163) ñược thiết kế ñảm bảo 2 lỗ dầu vào của bạc gang trùng khớp với 2 lỗ bạc thau (hình 2.5)

- Trục khuỷu cần ñược gia công tôi ñạt ñộ cứng 35 HRC và mài bóng ∆7

16

Chọn theo dãy tiêu chuẩn D = 200 mm

Hình 2.4: Trục khuỷu máy ép viên MTC

Hình 2.5 : Chi tiết bạc gang và bạc thau của trục khuỷu

Bạc gang Bạc thau

• Chi tiết tay biên

Tay biên (Chi tiết 6 – Hình 2-4) được lắp với trục khuỷu và piston Trên tay biên cĩ các đường cấp

dầu bơi trơn vào bạc thau Phần kết nối với trục khuỷu, tay biên được chia làm 2 nửa và được cố định bằng 06 bulong M20 Phần kết nối với piston cĩ bạc thau chốt ắc và chốt ắc (hình 2.6)

Hình 2.6: Bạc thau và bạc chốt ắc

Tay biên và trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất của máy ép; Việc chế tạo chi tiết trục khuỷu cần phải cĩ máy tiện và mài trục khuỷu chuyên dùng Vì vậy chi tiết này sẽ được gia cơng tại Cty TNHHMTV CƠ ðIỆN – Sơng Cơng – Thái Nguyên Chi tiết tay biên cần được gia cơng trên máy CNC với độ chính xác cao

Các chi tiết được đặt đúc bằng hộp kim đồng , chịu mài mịn và được gia cơng trên máy tiện CNC Bạc đỡ được đúc bằng gang

2.2.3 Cụm Piston - xylanh

Trên hình 2.4 mơ tả cụm ống xy lanh (1) được thiết kế để lắp bạc thau (2) vào bên trong để gắn piston (3) vào xylanh

Piston truyền lực từ tay biên đến chày ép Bạc piston cĩ các rãnh dẫn dầu bơi trơn cung cấp cho

piston Chốt ắc kết nối tay biên và piston Chặn chày (chi tiết 9, hình 2.4): chặn chày và dầu bên

trong máy

Cụm xy lanh – Piston được thiết kế như hình 2.7

Piston chịu mài mịn và ma sát nên cần gia cơng tơi đạt độ cứng 35 HRC và mài đạt độ bĩng tam giác 7

Lắp bạc thau chốt ắc Lắp bạc

thau 2 nửa

Collét (11) được lắp vào pistơng và được giữ bằng 6 bù loong M12 Các bù loong này cho

phép chỉnh chày cho chính tâm phễu nhỏ

Hình 2.8: Collét và chày

Collet kẹp chày

3 lỗ M16

6 M16 bắt M12vào đầu PistonChày

7

?

Lắp vòngAmiang

Lắp mặt bíchphễu nhỏ

Nắp épkhuôn

Khuôn côn Nước làmmát vào Nước làmmát ra

Cảm biếnnhiệt

Khuônđịnh hìnhÁo

khuôn

cụm khuơn (kích thước và chi tiết bên trong áo khuơn xem bản vẽ chi tiết) Áo khuơn cĩ

xẻ 4 rãnh để điều chỉnh và giãn nở khi nhiệt phát sinh và thốt hơi nước cho sản phẩm trong quá trính vận hành Trên áo khuơn cĩ đầu đo nhiệt độ và cĩ đường nước giải nhiệt cho áo khuơn

2 Khuơn định hình: tạo hình và định kích thước sản phẩm, trong quá trình ép tạo ra nhiệt lượng, khuơn định hình giản nở, thốt hơi nước và tránh kẹt phơi, nên khuơn cĩ xẻ 4 rảnh trùng với 4 rảnh của áo khuơn Vật liệu chế tạo khuơn là thép 65 Γ, tơi sau khi gia cơng

3 Khuơn cơn: lắp vào áo khuơn liền kề với khuơn định hình, dẫn hướng nguyên liệu vào khuơn định hình Là chi tiết chịu mài mịn và sinh nhiệt lượng, Vật liệu chế tạo khuơn là thép 65 Γ, tơi đạt độ cứng 35 HRC

4 Bạc ép khuơn: là chi tiết cĩ tác dụng như bạc lĩt để cố định khuơn cơn và khuơn định hình trong áo khuơn, nơi tiếp xúc với chày ép, sinh nhiệt dễ mài mịn, nên chi tiết cĩ kích thước

và hình dáng dễ gia cơng và thay thế

5 Nắp ép khuơn: cố định bạc ép khuơn, khuơn cơn và khuơn định hình trong áo khuơn

6 Kẹp khuơn và con đội (hình 2.11) : Dùng để cố định kích thước áo khuơn bằng con đội Áo khuơn và khuơn định hình cĩ thể giãn nở nhờ 4 rãnh thốt hơi nước

Hình 2.5 d: Kẹp khuơn và con đội

Con đội

Thanh kẹp trên

Thanh kẹp dưới

Thanh đế

Áo khuôn

Chốt

Tay xách

2.2.7 Cụm thân máy

Thân máy là chi tiết quan trọng nhất của máy ép, ñặc ñiểm của thân máy là to, nặng và gia công rất khó khăn vì các vị trí gia công ñòi hỏi ñộ chính xác cao về kích thước và vị trí tương quan Máy ép viên MTC ñược thiết kế theo các cụm chi tiết Các chi tiết ñược gia công thô sau ñó ñược hàn liên kết với nhau Sau khi hàn, thân máy ñược ñưa lên máy phay giường CNC ñể gia công các lỗ lắp trục khuỷu, lỗ xi lanh, lỗ lắp khuôn v.v…

Cụm thân máy là chi tiết ñỡ toàn bộ máy, ñòi hỏi có ñộ dày, cao và chiều ngang và chiều rộng thích hợp ñể ñỡ toàn bộ thân máy và có ñộ cứng vững ñể chiụ ñược áp lực là 130 tấn, tỉ số nén là

11 lần và làm việc liên tục 220 hành trình/ phút Do ñó các thành của thân máy bằng thép có chiều dày là a ≈0,09x 130.000= 32mm Thân máy có các chi tiết (hình 2.11):

- Vách máy phải và trái

1 Vách phải: có bạc thân máy, bên phải trục khuỷu và bánh ñà phải

2 Vách trái : có bạc thân máy, bên phải trục khuỷu và bánh ñà phải

32

180 2060

15 10

11

5 3

8 7

3 Vách giữa : cĩ lỗ để lắp mặt bích vách giữa và vịng chắn dầu

4 Vách sau: gắn bộ chia dầu lớn, lỗ thơng hơi và ống hồi dầu, là một vách chắn dầu

5 Vách trước (mặt đầu): nơi lắp phễu nhỏ, cụm khuơn, cĩ đường nước giải nhiệt cho cụm khuơn

6 Bạc thân máy (2 bạc trái, phải): đỡ trục khuỷu

7 Ống xylanh (được gia cơng lỗ bậc 2 đầu): gắn bạc thau, 2 lỗ dẫn dầu bơi trơn, đỡ piston

Cĩ 2 lỗ M10

8 Tấm đỡ xylanh (2 tấm): hàn vào 2 vách phải trái,

9 Gân đế máy: ðược hàn giữa đế máy và thân máy để tăng thêm độ cũng vững cho tồn bộ thân máy

10.Tấm đế: ðược hàn tồn bộ vách máy với đế máy, đế máy cĩ các lỗ để cố định máy vào nền mĩng

11.Viền thân máy: tăng độ cứng vững cho thân máy, cĩ bề rộng để gia cơng các lỗ để cố định nắp máy

12.Gân bạc thân máy: tăng độ cứng vững cho bạc thân máy

13.Ống thơng hơi: để thơng hơi cho máy

14.Ống hồi dầu: hồi dầu từ thân máy về bồn chứa

15.Nắp hơng thân máy: được lắp vào thân máy để chống dầu trong máy văng ra ngồi

16.Mĩc cáp: Cĩ 4 chốt được hàn vào thân máy dùng để mĩc cáp khi di chuyển máy (cẩu thân máy)

2.2.8 Cụm cấp nguyên liệu lối vào

Cụm cấp liệu gồm 2 phần:

1 Hệ thống máng cấp liệu (hình 2.12) gồm máng cấp liệu, vít tải nguyên liệu được điều khiển thơng qua tốc độ motor cấp liệu 2,2 KW và hộp tốc độ Nguyên liệu được cấp ở đầu vào và được vít tải dẫn đến hộp cấp liệu phễu lớn

2 Hộp cấp liệu cĩ cửa thăm trong suốt để thấy nguyên liệu cĩ đến được phễu lớn Phểu lớn (hình 2.13) chứa nguyên liệu và vít tải nén nguyên liệu từ phễu lớn xuống phễu nhỏ Vít tải được điều khiển thơng qua tốc độ motor 5,5 KW và hộp giảm tốc Phễu lớn cĩ đế bắt vào thân máy

Hình 2.12: Cụm cấp liệu lối vào

Motor5,5 Kw Hộp giảmtốcNhiên liệu vào phễu lớn

Cấp nhiên liệu vào máng dẫn

2.2.9 Cụm phễu lớn – Vít tải đứng

Cụm phễu lớn nằm phía trên thân máy là bộ phận chứa nguyên liệu trung gian cấp cho vít tải đứng Mặt trên của phễu lớn nối với đầu ra của băng tải cấp liệu và đầu dưới của phễu lớn bắt vào đầu trên của ống nối

Nguyên liệu từ cụm phễu lớn được tải vàp phễu nhỏ nhờ trục vít tải đứng, được vận hành bằng motor + hộp giảm tốc Khối này cịn cĩ balăng, cửa thăm, hộp dẫn nguyên liệu, bộ căng dây đai (hình 2.13) Ba lăng được lắp vào phễu lớn, bên dưới motor của phễu lớn (phía áo khuơn) dùng để nâng và hạ áo khuơn khi thay khuơn định hình

Hình 2.13: Cụm phễu lớn – Vít tải đứng trên thân máy

trục vít tải côn

Ống nốiphễu

Phễu nhỏ

Mặtbích

2 nữaCửa thămỐng cấp liệu lớn

2 Phần kết nối với phần 1, gồm 3 đoạn kết nối với nhau, cĩ nhiệm vụ dẫn sản phẩm ra xa máy, làm cho sản phẩm nguội bằng khơng khí trước khi đĩng bao Máng dẫn dài cĩ tác dụng làm cho sản phẩm ổn định

B Đầu ra sản phẩm

Kết nối vào áo khuôn

Hình 2.16: Nắp máy trên thân máy

2.2.12 Tủ điện (hình 2.17)

Hình 2.17: Tủ điện

Lắp nắpmáy

Nắp máy

Chi tiết mặt đầu

Áo khuôn

Bộ chianước

Ống dẫnnước

Lắp các nút điềukhiển và đèn báo

2.3 Kết luận

Trong phần này, các thiết kế cơ bản cho máy ép viên ñã ñược trình bày

Với khuôn khổ của một dự án, báo cáo ñã không trình bày tất cả các tính toán cho thiết kế, mà chỉ tập trung cho một số ñiểm chính Nhiều chi tiết ñược thiết kế lại theo mẫu máy MEV-1 do Công ty MTC ñã thực hiện trước ñây hoặc theo mẫu máy nước ngoài

Các chi tiết ñã ñược chế tạo, lắp ráp và vận hành sản xuất trong thời gian vài tháng, chứng tỏ tính ñúng ñắn của các sơ ñồ thiết kế

Tài liệu tham khảo

[1] TCVN 2244-1999(ISO 286 – 2, 1998)

[2] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế Chi tiết máy, NXB Giáo Dục, 2007

BÁO CÁO CHUYÊN ðỀ - NỘI DUNG 3:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN CHO MÁY ÉP VIÊN MTC

13%-Máy nén hay máy ép viên nhiên liệu ñược Công ty MTC thiết kế có cơ cấu ép dạng hai trục khuỷu,

bố trí nằm ngang, sử dụng trục khuỷu ñể ñẩy ñầu ép mang 1 chày ép nguyên liệu Nguyên liệu ñược vít tải ñưa từ dưới lên vào phễu lớn cấp liệu, nguyên liệu trong phễu lớn ñược ñưa vào máy

từ trên xuống vào phễu nhỏ của khoang ép, chày ép sẽ ñẩy nguyên liệu từ lối vào bộ khuôn ép tới khuôn nén Nguyên liệu ñược ép nối tiếp từng phần liên kết với nhau trong khuôn Trong quá trình

ép, do lực ép và do ma sát, nhiệt ñộ bên trong khuôn gia tăng

Thiết bị cần ñạt các thông số kỹ thuật như sau:

ðường kính cực ñại viên nhiên liệu (mm) Ø90 hoặc vuông 80 x 80

Các phần thiết bị liên quan ñến hệ thống ñiện bao gồm:

• Cụm cấp nguyên liệu: Bao gồm trục vít cấp nguyên liệu từ sàn lên phễu lớn trên máy và trục

vít tải ñứng ñể ñưa nguyên liệu từ phễu lớn xuống phễu nhỏ (cụm khuôn ép)

Hệ thống sử dụng các ñộng cơ ñiện và hộp số ñể vận hành các trục vít ở tốc ñộ tương ứng Căn

cứ thông số kỹ thuật yêu cầu của thiết bị, ñộng cơ dẫn ñộng cho trục vít cấp liệu có công suất

là 2,2 KW và cho trục vít tải là 5,5 kW

• Cụm truyền ñộng tạo lực ép: Bao gồm ñộng cơ AC 3 pha công suất 55kW, kết nối với trục

buli và hệ thống dây ñai ñể kéo bánh ñà

• Cụm dầu bôi trơn: bơm dầu bôi trơn các phần chuyển ñộng của máy (xylanh, bạc ñạn,…)

• Cụm tủ ñiện : Chứa các thiết bị cung cấp ñiện, bảo vệ, khởi ñộng và ñiều khiển máy

Trong quá trình nén nguyên liệu ñòi hỏi lực nén rất lớn ñể thắng ñược lực ñàn hồi của nguyên liệu, sau ñó dưới tác dụng của lực nén và nhiệt phát sinh trong quá trình nén, nguyên liệu ñược ép thành

viên rất rắn chắc Sự phát sinh nhiệt trong khuơn, xylanh do kết quả của sự nén và sự tăng nhiệt độ của dầu bơi trơn luơn cần được kiểm sốt để đảm bảo thiết bị hoạt động bền, an tồn và sản xuất

cĩ hiệu quả

3.2 Thiết kế cấu hình hệ thống điện cho máy ép viên MTC

Hệ thống điện cho máy ép viên MTC bao gồm 3 phần chính (hình 3.1): Khối cấp nguồn 3 pha, Khối điều khiển và bảo vệ và Khối thiết bị động lực (motor, quạt,…)

N

Khối điều khiển và bảo vệ TỦ ĐIỆN

Khối thiết bị động lực

Khối cấp nguồn

L1 L2 L3

Hình 3.1: Sơ đồ khối thiết bị điện cho máy ép viên nhiên liệu MTC

Trong các hệ thống ép viên nhiên liệu của các Hãng tiên tiến, thiết bị ở mức tự động hố cao, hoạt động với logic điều khiển lập trình /1,2/

Cấu hình tự động hố của các thiết bị này cho phép tự động thực hiện các tác vụ:

- ðiều khiển vận hành đạt áp lực nén viên nhiên liệu

- ðiều khiển phối hợp tự động cấp liệu, thơng qua điều khiển tự động biến tần cho các motor trục vít cấp liệu

- ðo và điều khiển mức trong bồn nhiên liệu đầu vào của máy

- ðo và điều khiển giải nhiệt cho xylanh, khuơn trong máy và cho dầu bơi trơn cho máy

- ðiều khiển khởi động và dừng tuần tự các phần thiết bị của dây chuyền

- Thay đổi chế độ làm việc của máy để tạo các sản phẩm khác nhau bằng phần mềm

- Kết nối mạng để giám sát và điều khiển từ xa hệ thống sản xuất

- Quản lý sản phẩm

Với yêu cầu của Dự án, nhằm thiết kế chế tạo thiết bị giá thành thấp, cĩ khả năng ứng dụng rộng rãi ở các nước đang phát triển như ở Việt Nam, Thiết bị ép viên nhiên liệu của MTC cĩ mức điều khiển bán tự động:

Cấu hình bán tự động của thiết bị ép viên nhiên liệu MTC bao gồm các tác vụ:

- ðiều khiển vận hành đạt áp lực nén viên nhiên liệu

- ðiều khiển cấp liệu bằng tay thơng qua điều khiển tốc độ bằng biến tần cho motor trục vít cấp liệu

- ðo nhiệt độ xylanh, khuơn trong máy và cho dầu bơi trơn cho máy Thực hiện dừng máy

và cảnh báo khi quá nhiệt

- ðiều khiển khởi động vận hành tuần tự các phần thiết bị của dây chuyền

Các tác vụ này sẽ được trình bày kỹ hơn trong phần thiết kế chi tiết phía sau

3.3 Thiết kế hệ thống điện cho máy ép viên nhiên liệu MTC

3.3.1 Thiết kế hệ thống điện động lực tổng thể

Hệ thống điện tổng thể cung cấp cho máy ép viên MTC được trình bày trên hình 3.2

K6 CONTACTOR

L1

T

MOTOR TRỤC CHÍNH

A2

A2

K1 CONTACTOR

BIẾN TẦN

R

K7 CONTACTOR

CB4/20A

A1

Digital V L3

CB3/32A

25A/30mA

Digital A1

MOTOR VÍT TẢI N

A1

L

K3 CONTACTOR

MOTOR BƠM DẦU

RCCB5 Digital A2

MOTOR CẤP LIỆU A1

K4 CONTACTOR

AA2

TỚI NHÁNH ĐIỀU KHIỂN

VÀ BẢO VỆ

V2

TR1

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống điện tổng thể cung cấp cho máy ép viên MTC

ðiện lưới 3 pha (L1, L2, L3) ñược cung cấp cho máy thông qua CB tổng (CB1) ðiện thế và dòng tải ñược kiểm soát nhờ các ñồng hồ ño hiện số Digital V và Digital A2 Dòng mỗi pha ñược chọn

ño nhờ chuyển mạch S1 và các biến dòng tương ứng ðiện thế mỗi pha ñược chọn ño nhờ chuyển mạch S2

ðiện thế 1 pha cho mạch ñiều khiển ñược cách ly bằng biến thế TF1 (380V/220V và 110V) và ñiều khiển cấp nguồn bằng RCCB5

Nguồn ñiện sau CB chính ñược cấp cho 4 mảng vận hành gồm:

lực

TR1, ðồng hồ ño dòng Digital A1

Motor bơm dầu

2 Vận hành trục chính Contactors K2-K3-K4 chuyển ñổi sao-tam

giác, Rơle bảo vệ nhiệt OL

chính (trục ép)

thuận nghịch, Rơle bảo vệ nhiệt TR5, ðồng hồ ño dòng Digital A3

Motor vít tải ñưa nguyên liệu

từ phễu lớn xuống phễu nhỏ dẫn vào xylanh

4 Vận hành motor cấp liệu CB4, Contactor K7, Rơle bảo vệ nhiệt

TR10, ðồng hồ ño dòng Digital A4 Mỗi mảng ñộng lực nêu trên ñược ñiều khiển vận hành bằng các sơ ñồ ñiều khiển riêng và có các khoá an toàn ñể vận hành tuần tự và bảo vệ nhiệt, sự cố

3.3.2 Thiết kế Bộ ñiều khiển cho máy bơm dầu

Hệ thống bơm dầu bôi trơn cho máy ép viên nhiên liệu MTC thực hiện việc bôi trơn liên tục cho cụm xylanh-piston , các bạc ñạn và các phần chuyển ñộng của máy, nhằm giảm ma sát, ñảm bảo vận hành êm trơn, giảm tiếng ồn,…

Hệ thống bao gồm máy bơm dầu, bình chứa dầu, van 1 chiều, ñường ống dẫn, ñường hồi dầu về bình chứa, bộ tản nhiệt dầu, bộ lọc dầu Trên cơ sở tính toán kích thước máy và lưu lượng dầu bôi trơn cần thiết, motor bơm dầu ñược chọn là loại 3 pha có công suất là 2,2kW

Motor bơm dầu ñược ñấu kiểu sao (hình 3.3), ñiện lưới ñược cấp khi ñóng CB2/20A, qua các rơ le nhiệt bảo vệ TR1 và contactor K1 Các ñộng cơ KðB 3 pha công suất nhỏ (~ vài hp) có thể khởi ñộng bằng cách ñưa trực tiếp ñiện áp nguồn vào ñộng cơ Khi khởi ñộng, ñộng cơ ñạt moment quay tối ña và dòng khởi ñộng cao hơn dòng vận hành cỡ 3-5 lần, do ñó không làm ảnh hưởng nghiêm trọng ñến mạng ñiện cung cấp

Mạch ñiều khiển gồm các công tắc vận hành “ON” SW3 và dừng “OFF” SW2 Khi nhấn nút

“ON”, cuộn K1 của contactor K1 ñược cấp ñiện, làm ñóng K1, cấp ñiện cho motor bơm dầu Tiếp ñiểm K1b ñóng lại và duy trì cấp ñiện cho cuộn dây K1 Khi có sự cố, hoặc dòng qua motor tăng làm rơ le TR1 nóng quá nhiệt, dẫn tới rơ le nhiệt Tr1 ngắt, làm dừng motor bơm dầu