Nghiên cứu xác định mô hình máy nghiền than đá mntđ – 2 và một số thông số tối ưu cho mô hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ CÔNG MINH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH MÁY NGHIỀN THAN ĐÁ MNTĐ – 2 VÀ MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÔ HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỒNG NAI, NĂM 20

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ CÔNG MINH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH

MÔ HÌNH MÁY NGHIỀN THAN ĐÁ MNTĐ – 2

VÀ MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO MÔ HÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ĐỒNG NAI, NĂM 2016 Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá của luận văn của Hội đồng khoa học

Đồng Nai, ngày 12 tháng 05 năm 2016

Người cam đoan

Lê Công Minh

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành cảm ơn đến:

Quý cô PGS.TS Trần Thị Thanh, giảng viên khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh là giảng viên hướng dẫn đề tài Thầy

đã tận tình chỉ bảo giúp đở tạo mọi điều kiện thuận lơi cho tôi trong suốt quá trình làm đề tài Qua thời gian làm việc cùng thầy, tôi đã có những kiến thức nghiên cứu khoa học, cách nhận định đánh giá một vấn đề Đó là nền tảng cho tôi tiếp bước vững chắc trong công tác giảng dạy của mình sau này

Quý thầy PGS.TS.Dương Văn Tài, chủ nhiệm khoa Cơ điện và Công trình, Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ và máy chuyên dùng Trường Đại Học Lâm nghiệp

Quý thầy PGS.TS Nguyễn Phan Thiết, trưởng phòng Đào tạo Sau Đại Học, Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi trong quá trình làm việc và thực hiện luận văn

Ban Giám Hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Ban Giám đốc cơ sở

II, Ban Chủ nhiệm khoa Cơ điện và Công trình, Lãnh đạo phòng Đào Tạo Sau Đại Học cùng toàn thể giảng viên đã giảng dạy và hướng dẫn các môn học ở chương trình cao học ngành kỹ thuật cơ khí của trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này

Xin cảm ơn các quý Thầy, Cô đã phản biện đề tài, cho những lời nhận xét quý báu để qua những phản hồi đó, tôi có thể hoàn thiện tốt luận văn và công trình nghiên cứu của mình

Tác giả

Lê Công Minh Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Than đá là nguồn năng lượng hóa thạch có ở nhiều quốc gia trên thế giới Nước ta là một trong những quốc gia có trữ lượng than đá vào loại lớn trên thế giới Các mỏ than đá của nước ta nằm tập trung ở các tỉnh Phìa Bắc như Quảng Ninh, Thái Nguyên, Ninh Bính, Hòa Bính Trong số này có nhiều mỏ than đã được khai thác hàng trăm năm nay Hiện tại qua thăm dò, cho thấy vỉa than nằm trên lưu vực sông Hồng mà chủ yếu ở hai tỉnh Thái Binh và Hưng Yên có trữ lượng dự đoán lên tới hàng tỷ tấn

Than đá được phân loại ngay trong khai thác theo tình chất của từng mỏ than như than mỡ, than kìp lê,… Do than đá được khai thác từ mỏ tự nhiên nên có các kìch thước khác nhau, từ kìch thước rất bé dạng bụi đến những cục rất lớn Tùy theo mục đìch sử dụng mà người ta cần chủng loại than đá và kìch thước yêu cầu khác nhau Nên sau khai thác, than đá tiếp tục được phân loại theo kìch thước (tuyển than) để đáp ứng mục tiêu của thị trường

Than đá có vị trì, vai trò quan trọng trong an ninh năng lượng để sản xuất điện năng, xi măng, thép…hoặc sử dụng nhiệt trực tiếp Trước đây việc xuất khẩu than thường chỉ là xuất khẩu thô không qua chế biến nên mang lại giá trị kinh tế không cao Vì dụ với than đá cục nặng, giá xuất khẩu từ 180  220 USD/tấn, nhưng nếu qua chế biến thành than đá nặng có kìch thước hạt từ 0,6  8,0 mm thí giá xuất khảu lên tới 250  280 USD/tấn

Mặc dù có giá bán cao, trong xuất khẩu cũng không thể lấy than cám có giá bán rất thấp chỉ vào khoảng 100  140 USD/tấn để sàng phân loại ra than đá có kìch thước hạt từ 0,6  8,0 mm Ví trong than cám có lẫn nhiều bụi đất làm giảm chất lượng (đặc biệt là nhiệt trị và có các thành phần khác không phải than)

Than đá là loại vật liệu có cấu tạo vô định hính, độ bền rất thấp nhưng độ cứng rất cao Theo Nguyễn Đính Tuyển, đường cong phân bố các phần tử khi nghiền than đá có dạng đường cong lôgarit [6] hay sản phẩm nghiền bởi tác động va

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

đập sẽ sinh ra nhiều phần tử có kìch thước bụi bột Ví vậy với máy nghiền búa thông thường dùng nghiền than đá thí sản phẩm nghiền có tỉ lệ các phần tử nghiền kìch thước bé rất cao, ví vậy sau khi nghiền phải chi phì nhiều cho công việc phân loại Đồng thời những sản phẩm nghiền có kìch thước quá nhỏ lại trở thành thứ phẩm vừa gây bụi tạo nguồn ô nhiễm, vừa làm thất thoát sản phẩm nên không mang lại hiệu quả kinh tế cao

Do việc ứng dụng nguyên l ý nghiền búa không mang lại hiệu quả kinh tế, nhiều cơ sờ chế biến than đá trong nước đã áp dụng các nguyên lý nghiền khác như nghiền trục, chậu con lăn, …để hạn chế lực va đập gây bụi bột Mặc dù các nguyên

lý nghiền này có giảm tỉ lệ sản phẩm nghiền than đá dạng bụi bột, nhưng vẫn còn cao Mặt khác do than đá là loại vật liệu có độ cứng cao (nên cũng rất giòn, dễ vỡ vụn), làm nhanh hư hỏng các chi tiết tạo lực nghiền như bề mặt trục nghiền Đồng thời các nguyên lý nghiền này cho mức tiêu thụ điện năng lớn, năng suất thấp

Ví vậy, việc nghiên cứu tím ra mô hính máy nghiền than đá hợp lý theo yêu cầu công nghệ để từ đó xác định một số thông số tối ưu cho mô hính có tình cấp thiết cao, ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc

Được sự chấp thuận của phòng Sau đại học, khoa Cơ điện và Công trính, Ban Giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Thị Thanh, tôi xin thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu xác định mô hình máy nghiền than đá và một số thông số tối

ưu cho mô hình”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Lựa chọn mô hính máy nghiền than đá và một số thông số kết cấu và công nghệ tối ưu của máy để ứng dụng vào sản xuất tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh tỉnh Trà Vinh nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong chế biến than đá xuất khẩu của doanh nghiệp

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là quá trính và thiết bị nghiền than đá phục vụ chế biến than đá xuất khẩu

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu về thiết bị là hệ thống nghiền than đá hoàn chỉnh có bộ phận nghiền làm việc theo nguyên tắc kiểu búa va đập tự do

4 Phương pháp nghiên cứu

Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu phần nội dung tổng luận và cơ sở lý luận của đề tài

Dựa trên kết quả nghiên cứu tổng quan và vận dụng lý thuyết tình toán máy nghiền búa, lý thuyết tình toán vìt tải, lý thuyết tình toán xyclon, lý thuyết tình toán

bộ phận lọc túi vải để xác định mô hính máy nghiền than đá theo yêu cầu công nghệ sản xuất chế biến than đá

Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) để xây dựng hai mô hính toán học nhằm điều khiển quá trính công nghệ nghiền than đá yêu cầu là tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6  8 mm TL [%] và chi phì điện năng riêng để nghiền Ar [kWh/t]

Các thông số tối ưu hóa TƯH được xác định bằng tối ưu hóa các mô hính toán học được lập theo phương pháp TƯH đơn và đa mục tiêu Quá trính tình toán TƯH được tiến hành trên máy tình điện tử bằng phần mềm của các tác giả Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn (1998) và kiểm tra lại bằng thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học của đề tài là:

+ Xây dựng được hai mô hính toán học mô tả công nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá cho xuất khẩu sang Nhật Bản làm nguyên liệu cho các ngành xử lý nước và năng lượng là tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6  8 mm TL [%]

và chi phì điện năng riêng để nghiền Ar [kWh/t]

+ Điều khiển “tĩnh” quá trính công nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá cho xuất khẩu

+ Xác định được các thông số tối ưu hóa cho quá trính và thiết bị nghiền than đá cho máy nghiền than đá MNTĐ – 2 do công ty TNHH Sản xuất – Thương mại –

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Cơ khì – Như Thành chế tạo chuyển giao lắp đặt tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là:

Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã được ứng dụng trực tiếp vào sản xuất chế biến than đá tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh đã nâng cao được hiệu quả chế biến than đá phục vụ yêu cầu xuất khẩu sang Nhật Bản làm nguyên liệu cho các ngành xử lý nước và năng lượng

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng luận các công trình đã công bố về quá trình nghiền vỡ vật thể và

ứng dụng máy nghiền than đá vào sản xuất ở ngoài nước

1.1.1 Tổng luận các công trình đã công bố về quá trình nghiền vỡ vật thể

Quá trính nghiền là một trong những quá trính cơ học được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp như chế biến thực phẩm, dược phẩm cho người và gia súc, khai thác mỏ, công nghiệp hóa chất,…Ví vậy lý thuyết nghiền nói chung và cho từng nguyên lý nghiền được xây dựng thành hệ thống hoàn chỉnh Với mục đìch xác định chi phì năng lượng phục vụ cho việc tình toán thiết kế máy nghiền, nên các thuyết nghiền lần lượt ra đời Năm 1867 nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingon [6] đã đề xuất thuyết bề mặt với nội dung: "Công dùng cho quá trính nghiền với bề mặt mới tạo thành của vật liệu đem nghiền" Biểu diễn định luật nghiền diện tìch dưới dạng biều thức toán học là:

 S f

Phát hiện bằng thực nghiệm cho thấy thuyết diện tìch có sai số lớn khi nghiền cho sản phẩm nghiền có kìch thước lớn ( nghiền thô), năm 1874 nhà bác học người Nga V.L.Kirpitrev đề xuất thuyết thể tìch và được giáo sư người Đức Ph.Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy nghiền kiểu búa vào năm 1885 [6] Nội dung

cơ bản của thuyết thể tìch là : "Công cần thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ thuận với mức biến đổi thể tìch của vật liệu" Biểu thức biểu diễn thuyết nghiền thể tìch là:

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

 V f

Trong đó: k1,k2 – các hệ số tỉ lệ trong các công thức theo thuyết thể tìch

m – khối lượng cục vật liệu nghiền

Trái ngược với thuyết diện tìch, thuyết thể tìch lại có sai số lớn khi giải thìch

về chi phì năng lượng cho quá trính nghiền mịn đến siêu mịn, đặc biệt là cho các ngành sản xuất xi măng, bột đá mịn vốn rất thịnh hành trong thời kỳ này Ví vậy nằm 1952, nhà bác học người Đức Ph.C.Bon [6] đã đề xuất một thuyết nghiền thứ

ba để dung hoà hai thuyết trên Nội dung của thuyết dung hoà cho rằng:" Công nghiền tỉ lệ với trung bính nhân giữa thể tìch (V) và bề mặt (S) của vật liệu đem nghiền"

k D D

1

Sau này còn có công trính nghiên cứu của nhà bác học Nga A.K.Rungbixt (1956) và nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958) [6] Các nhà bác học này đã giới thiệu phương trính:

Trong đó: A – công biến dạng, [J];

– kìch thước đặc trưng (đối với cục vật liệu là D và các phần

tử bột nghiền là d), (mm)

c và z – các hệ số

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Lấy tìch phân phương trính (1.7) và khi cho các giá trị rời rạc z = 1; 2; 3/2 bằng sự tình toán đến giá trị cuối cùng của các kìch thước chúng ta sẽ nhận được giá trị gần đúng tìch phân có dạng:

Khi đó chỉ số mũ q có các giá trị 3; 2 và 2,5 Tương ứng với các biểu thức sau:

Av = kv.D3 – Thuyết thể tìch của Kirpitrev – Kik

As = ks.D2 – Thuyết diện tìch của Ritigo

Adh =kdhD2,5 – Thuyết dung hoà của Bon

Dựa vào các tìch chất cơ lý của vật liệu nghiền trong biến dạng và thiếu sót của hai thuyết diện tìch và thể tìch khi, năm 1928 viện sỹ người Nga P.A.Rebinder [6] lần đầu tiên đã đưa ra thuyết nghiền tông hợp còn gọi là thuyết nghiền cơ bản với nội dung như sau: "Công nghiền vật liệu bao gồm tiêu hao để tạo ra bề mặt mới

và công để làm biến dạng vật liệu" Biểu diễn toán học của thuyết nghiền tổng hợp là:

Ath = f(V) + f(s) = Av + As = k.V + .S (1.9) Trong đó: V – phần thể tìch bị biến dạng của vật nghiền;

S – diện tìch riêng bề mặt được gia tăng;

Av – công chi phì cho sự biến dạng của vật liệu;

As – công chi phì cho sự hính thành các bề mặt mới;

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

ở máy nghiền kiểu búa đã được X V Melnhikov (1978) [45] đưa ra mô hính toán học biểu diễn chỉ số nghiền  theo thời gian t:

1) ln(t n

α

e

Trong đó: n – thông số của quá trính;

Và mô hính toán học đặc trưng cho quá trính động học nghiền có dạng:

μ.t 1) ln(t n

α

.e0G

Trong đó: G0 – số mảnh nguyên liệu có trong buồng khi t=0, tức thời

điểm đầu của quá trính;

G – số mảnh hiện có sau thời gian nghiền;

s – thông số của quá trính sàng

Bằng thực nghiệm V.R.Aleskin (1978) [45] đã tím được  =0,11 ÷ 0,12; n = 0,37÷0,06 với xác suất tin cậy 0,95

Nghiên cứu về hệ động lực học rô to – búa nghiền, nhằm xác định điều kiện

ổn định của búa trong quá trính làm việc đã được nhiều tác giả tiến hành Đáng chú

ý là mô tả phương trính dao động của búa có dạng phương trính vi phân cấp II gồm các tọa độ suy rộng, vận tốc và lực tác dụng trong hệ rô to – búa nghiền Năm 1962,

M M Gernhet cùng các công sự N N Kazansev và V A Elisev [45] đã chứng minh rằng, rô to – búa nghiền dù có được cân bằng, khi va đập cũng mất ổn định nếu khoảng cách từ trục rô to đến trục chốt treo búa bằng khoảng cách từ trục chốt treo búa đến đầu búa Theo X V Melnhikov (1978) [45] cho rằng sự phá hủy vật liệu trong quá trính nghiền ở máy nghiền búa xẩy ra tác dụng đập – mài của các bộ phận làm việc khi lực cản của lớp không khì lẫn vật liệu nghiền chuyển động vòng trong buồng nghiền không đổi Trong quá trính làm việc, búa nghiền sẽ thắng lực cản của lớp vật liệu nghiền chuyển động tuần hoàn để từ vị trì lệch hướng kinh về vị trì cân bằng Tuy nhiên trong trường hợp này búa vẫn dao động với biên độ rất nhỏ

có được bởi sự không đồng nhất của lớp vật liệu nghiền

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Quá trính tuần hoàn của lớp vật liệu nghiền được đánh giá bởi số vòng tuần hoàn của nguyên liệu trong buồng nghiền Đây là thông số đặc trưng cho vật liệu nghiền đã thực hiện được bao nhiêu vòng tuần hoàn trong buồng nghiền sau thời gian t để có kìch thước nghiền theo yêu cầu đã được Ph G Plokhov (1969) [45] đề xuất công thức tình:

b

cl t b

cl

q.π.π

.VMπ.D

t.V

Trong đó: t – thời gian nghiền, thời gian hạt tồn tại trong buồng nghiền, [s];

Vcl – vận tốc của nguyên liệu trong buồng nghiền, [m/s];

Db – đường kình buồng nghiền, [m];

Mt – khối lượng lớp nguyên liệu tuần hoàn, [kg];

Cũng nghiên cứu vận tốc dài búa nghiền, E.A Silver [36] cho rằng: “vận tốc búa nghiền hữu hiệu nhất nằm trong khoảng 35,6 ÷ 45,7 m/s” E.A Silver cũng đưa

ra ý kiến, khi vận tốc thấp thí hiẹu quả của các máy nghiền búa khá giống nhau Còn theo Bruhn [36] lại đưa ra ý kiến: “vận tốc búa nghiền cần thiết từ 61,0 ÷ 76,2 m/s” Sử dụng lý thuyết sóng ứng suất, H.Rumpf và Ing Friedrich đã đề nghị vận tốc búa nghiền thìch hợp là 64,0 ÷ 100,6 m/s Tuy nhiên chỉ sau khi nghiên cứu hiện tượng lưu chuyển trong buồng nghiền, thí kết quả tình toán lý thuyết vận tốc búa nghiền mới gần với thực tế hơn Tổng hợp các ý kién trên, H B Pfost thuộc trường đại học Quốc gia Bang Kanscas [36] đã đề nghị vận tốc búa nghiền có thể lầy từ

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

35,2 ÷ 127,0 [m/s] khi nghiền hạt nông sản Đồng thời H B Pfost đề xuất dùng quạt để vận chuyển bột nghiền vừa làm mát bột, vừa tăng khả năng qua sàng Để giảm việc gây ô nhiễm không khì do hệ thống khì động tạo ra, ông đề nghị đưa không khì hồi lưu vào bên trong buồng nghiền

Cũng trong công trính khoa học đã nêu, Ing Friedrich [36] đã chứng minh rằng việc cấp liệu theo hướng tiếp tuyến làm tăng năng suất lên tới 20 % cùng với

sự tăng tương ứng về hiệu suất nghiền Theo Ing Friedrich nếu cấp liệu tiếp tuyến thí vật liệu nghiền có sự trợ giúp của không khì bên ngoài buồng nghiền sẽ trực tiếp rơi vào vùng có tốc độ búa nghiền lớn nhất (tương ứng với tốc độ đầu búa) Còn nếu cấp liệu dọc trục thí vật liệu nghiền chuyển động theo đường xoắn ốc làm giảm hiệu quả va đập

1.1.2 Tổng luận các công trình đã công bố về ứng dụng máy nghiền than đá vào

sản xuất

Ở các nước có nền khai thác than đá phát triển như Anh, Công Hòa Liên Bang Đức, than đá sau khi khai thác cũng được tuyển lựa theo từng loại than và kìch thước Theo mục đìch sử dụng, than đá có kìch thước nhỏ yêu cầu cũng được nghiền từ than đá cục lớn Với than đá có kìch thước quá lớn được đập sơ bộ bằng máy đập ngàm Mỗi lần vật liệu được nghiền thí sản phẩm nghiền sau đó đều được tiến hành sàng phân loại bằng các loại thiết bị sàng thùng quay (phổ biến là sàng lục lăng), hoặc với kìch thước hỗn hợp sản phẩm nghiền khá nhỏ ( 15  20 mm) có thể dùng sàng lắc phẳng hoặc sàng rung để phân loại theo kìch thước Mục đìch của quá trính phân loại nhằm hạn chế nghiền lại các phần tử nghiền đạt kìch thước yêu cầu phải nghiền đi, nghiền lại nhiều lần Sản phẩm than đá sau khi nghiền thô được đưa

đi nghiền nhỏ theo kìch thước yêu cầu bằng máy nghiền búa và cũng được tiếp tục sàng để có sản phẩm nghiền theo kìch thước quy định Máy nghiền sử dụng chủ yếu

là máy nghiền búa có các hệ thống xử lý bụi hoàn chỉnh, cơ giới hóa và tự động hóa hoàn toàn các khâu nạp liệu và tháo sản phẩm nghiền Do đối tượng khách hàng tương đối đa dạng, nên các yêu cầu công nghệ đặt ra chỉ với mục tiêu là hiệu quả nghiền cao, đảm bảo các quy định nghiêm ngặt về môi trường Ví vậy, rất khó “giải

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

mã” máy nghiền than đá của nước ngoài để kế thừa cả về tình toán thiết kế lẫn chế tạo sử dụng

1.2 Tổng luận các công trình đã công bố về về quá trình nghiền vỡ vật thể

và ứng dụng máy nghiền than đá vào sản xuất ở trong nước

1.2.1 Tổng luận các công trình đã công bố về quá trình nghiền vỡ vật thể

Trong nước có khá nhiều công trính nghiên cứu về quá trính nghiền nói chung và máy nghiền búa nói riêng Ngay từ năm 1971, tác giả Nguyễn Thành Bang

đã có công bố “báo cáo về vấn đề thông số thiết kế máy nghiền” [13] tại hội nghị bàn về “Dao động máy” Năm 1993, Trần Minh Vượng [25] cùng các công sự đã công bố về công trính nghiên cứu động lực học máy nghiền búa trục ngang cũng như trục đứng Hệ “rô to – búa nghiền” được các tác giả mô phỏng là hệ đàn hồi

“đĩa – búa nghiền” có hai bậc tự do như một con lắc vật lý kép Trong đó con lắc I

là đĩa (dãn đàn hồi) và con lắc II là búa nghiền chuyển động lắc trong trường lực ly tâm

Năm 1997, các tác giả Hoàng Tam Ngọc và Nguyễn Thị Hồng thuộc Viện

Cơ Điện Nông nghiệp Hà Nội [8] đã đề xuất mẫu máy nghiền không sàng nhằm Mẫu máy nghiền này rất giống sáng chế của các tác giả A V Timanovski, A N Pilinpenko, V Ie Khrapatr (Liên Xô cũ) cấp có số hiệu SU – 1065010 A đăng ký ngày 12/05/1982 và được công nhận bằng sáng chế ngày 27/01’1984 [47] Thực tế mẫu máy nghiền không sàng đề xuất là mẫu máy nghiền có sàng phân ly ngoài buồng nghiền được thiết kế nhằm hạn chế quá trính nghiền lại các sản phẩm nghiền

đủ nhỏ và gia tăng diện tìch sàng nhời bố trì bên ngoài buồng nghiền Mẫu máy nghiền này hiện đang được dùng phổ biến trong các trang trại chăn nuôi ở Liên Bang Nga Theo các ý kiến của các tác giả Nguyễn Như Thung, Lê Nguyên Đương, Phan Lê [24] thí để tăng hiệu quả và mức độ nghiền cần tăng cường má nghiền phụ vào tất cả các vị trì không bố trì lưới sàng trong buồng nghiền

1.2.2 Tổng luận các công trình đã công bố về ứng dụng MNTĐ vào sản xuất

Trước năm 1986, than đá được thương mại cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu ngay sau khi khai thác và tuyển than Với việc nhập công nghệ mới trong sản

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

xuất gạch nung bằng lò tuy nel, đã chuyển đổi từ việc sử dụng nhiên liệu đốt bằng dầu FO sang nhiên liệu là than đá dạng bột nhỏ có kìch thước từ 0  1 mm Nhờ chuyển đổi nhiên liệu sử dụng không chỉ giảm chi phì, giá thành sản xuất gạch nung

mà còn giảm một lượng lớn ngoại tệ nhập khẩu dầu FO Đổi mới công nghệ này có tác động kinh tế không nhỏ trong ngành xây dựng trong thập niên 1980 đến năm

2010 và cho đến ngày hôm nay Lượng than đá sử dụng trong sản xuất gạch nung bằng lò tuy nel, tùy theo nhiệt trị của than đá sử chiếm bằng 4  6 % khối lượng gạch Nên chỉ tình riêng lượng than đá sử dụng trong sản xuất gạch nung ở nưuớc ta hàng năm lên tới hàng trăm ngàn tấn Trong số than đá sử dụng thí than đá phun vào

lò chiếm 5 % lượng than đá sử dụng và có kìch thước từ 0  0,5, còn than đá trộn cùng với đất để tạo hính gạch nung chiếm 95 % lượng than đá sử dụng và có kìch thước từ 0,2  1,0 mm

Hính 1.1 MNTĐ của công ty Quang Minh.(*)

(*) Nguồn: (http://www.maynghien.com/hang-san-xuat/may-nghien-da-binh-quan)

Từ nhu cầu này than đá sử dụng trong sản xuất gạch nung bằng lò tuy nel đã

có hàng trăm máy nghiền than đá được thiết kế, chế tạo trang bị cho các doanh nghiệp sản xuất gạch nung bằng lò tuy nel hay tại các bãi than tại các vùng mỏ than, bến cảng Hính 1.1, giới thiệu MNTĐ do công ty Quang Minh sản xuất chế tạo

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

MNTĐ của công ty Quang Minh chế tạo có các thông số kỹ thuật trính bày như bảng 1.1

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của MNTĐ Quang Minh

MNTĐ của công ty Quang Minh là mẫu máy nghiền kiểu búa làm việc theo nguyên lý va đập tự do, có sàng lắp trong buồng nghiền Máy có vận tốc đầu búa từ

60  70 m/s Với bề rộng buồng nghiền khá rộng lên tới 420 mm nên cho năng suất khá cao Điều chỉnh độ nhỏ sản phẩm nghiền bằng sàng có kìch thước lỗ tương ứng

Do máy nghiền than đá của công ty Quang Minh không có bộ phận lọc bụi, nên khì bụi thoát ra từ của máng cấp liệu, các khe hở của buồng nghiền và cửa thu hồi sản phẩm nghiền gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Cho đến nay các máy nghiền này cung cấp ra thị trường (chủ yếu là các tỉnh Phìa Bắc) hàng chục máy Tuy nhiên, ngoại trừ các đơn vị sản xuất có sân bãi hay nhà xưởng đủ lớn, xa vùng dân

cư, là còn sử dụng máy nghiền than đá do công ty Quang Minh sản xuất, còn lại bị cấm sử dụng Điểm lưu ý là mặc dù có thể thay đổi kìch cỡ sản phẩm nghiền bằng cách dùng sàng có kìch thước lỗ phù hợp, nhưng dù thay đổi sàng có kìch thước đến đâu chăng nữa thí sản phẩm nghiền có kìch thước nhỏ hơn 0,6 mm vẫn chiếm tới trên 30 % Ví vậy có thể nói, mô hính máy nghiền do công ty Quang Minh không thỏa mãn mục tiêu của đề tài

Vào năm 1997, tác giả Nguyễn Như Nam cùng với các công sự của trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chì Minh phối hợp với công ty TNHH Sản xuất – Thương mại – Cơ khì Như Thành nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công nhiều mẫu MNTĐ như MNTĐ – 3 (hính 1.2), MNTĐ – 5 (hính 1.3), phục vụ công nghệ sản xuất gạch nung bằng lò tuy nel Kể từ đó cho đến nay đã có trên 50 MNTĐ – 3

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

và hàng chục MNTĐ – 5 được chế tạo trang bị cho hầu hết các công ty sản xuất gạch nung bằng lò tuy nel trên khắp cả nước

Hính 1.2 MNTĐ – 3

Hính 1.3 giới thiệu MNTĐ – 5 do công ty TNHH Sản xuất – Thương mại –

Cơ khì Như Thành chế tạo, lắp đặt cho công ty Cổ Phần Gạch Ngói Đồng Nai (tỉnh Đồng Nai) Điểm khác biệt giữa MNTĐ – 3 và MNTĐ – 5 về năng suất và kết cấu buồng nghiền Ở MNTĐ – 3, cấp liệu kiểu tiếp tuyến còn MNTĐ – 5 cấp liệu kiểu hướng kình MNTĐ – 3 chỉ có 1 sàng kìch thước Dài x Rộng = 920 [mm] x 300 [mm] bao quanh buồng nghiền với góc 1650, còn MNTĐ – 5 có hai sàng, mỗi sàng

có kìch thước Dài x Rộng = 780 [mm] x 450 [mm] bao quanh buồng nghiền với góc 1350 Như vậy không chỉ có diện tìch sàng lớn hơn mà góc bao quanh buồng nghiền của sàng MNTĐ – 5 cũng lớn hơn nhiều so với MNTĐ – 3 Ví vậy năng suất của MNTĐ – 5 lớn hơn rất nhiều so với MNTĐ – 3, và quá trính nghiền ìt sinh bụi bột MNTĐ – 3 cấp liệu vào nghiền còn thủ công, nhưng ở MNTĐ – 5 việc cấp liệu

tự động bằng băng tải, nên chi phì lao động giảm hơn nhiều Đồng thời hệ thống lọc bụi của MNTĐ – 5 hoàn chỉnh hơn, nên hạn chế sinh bụi bột gây ô nhiễm môi trường tốt hơn so với MNTĐ – 3

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Hính 1.3 MNTĐ – 5

Các thông số kỹ thuật của MNTĐ – 3 và MNTĐ – 5 trính bày như bảng 1.2 Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật của MNTĐ – 3 và MNTĐ – 5

1 Công suất động cơ truyền động cho rô to

6.200 x 4.800

x 5.200

Ưu điểm của máy nghiền MNTĐ – 3 và MNTĐ – 5 đều là các hệ thống nghiền hoàn chỉnh có cả bộ phận lọc và thu hồi bụi, vận chuyển sản phẩm nghiền ra khỏi khu vực máy hoạt động Nhờ bố trì quạt hút sau buồng nghiền nên tăng khả năng phần tử nghiền phân ly qua sàng làm giảm chi phì năng lượng riêng để nghiền, tăng hiệu quả nghiền

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Tồn tại của máy nghiền MNTĐ – 3 là không đáp ứng được công nghệ chế biến than đá thành nguyên liệu cho ngành xử lý nước phục vụ xuất khẩu sang Nhật Bản Ví kìch thước sản phẩm nghiền quá nhỏ, lượng bụi bột nghiền có kìch thước nhỏ hơn 0,6 mm vẫn chiếm tới hơn 30 % Đối với MNTĐ – 5, mặc dù tăng thêm sàng, diện tìch sàng và không có má đập phụ, nhưng vẫn cho kìch thước sản phẩm nghiền quá nhỏ, lượng bụi bột nghiền có kìch thước nhỏ hơn 0,6 mm có cải thiện hơn, nhưng vẫn còn chiếm tới hơn 20 %

+ Đảm bảo quá trính sản xuất không gây ô nhiễm môi trường

+ Thuận tiện cho việc cơ giới hóa và tự động hóa quá trính sản xuất

2) Nguyên lý nghiến trục (trục có bề mặt trơn hay trục có bề mặt cắt răng) không phù hợp cho nghiền than đá ví máy nghiền trục cho năng suất thấp Than đá đưa vào nghiền có kìch thước lớn sẽ khó nghiền ví khả năng kéo vật liệu vào nghiền kém Đồng thời ví than đá có độ cứng cao nên yêu cầu vật liệu chế tạo trục phải có độ bền cao và kìch thước lớn Nếu chọn trục nghiền là loại trục có bề mặt cắt răng gây khó khăn cho gia công chế tạo Đồng thời tuổi thọ của trục nghiền kém Nên có thể kết luận rắng dùng nguyên lý nghiền trục không có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong nghiền than đá

3) Các máy nghiền búa hiện tại đạt hiệu quả nghiền không cao do vật liệu nghiền được nghiền nhiều lần trong buồng nghiền, làm cho thành phần sản phẩm nghiền có nhiều phần tử kìch thước nhỏ dạng bụi bột

4) Vận tốc búa nghiền là yêu tố quan trọng dùng để điều khiển chế độ nghiền

5) Quá trính làm việc của máy nghiền búa phát sinh khì động nên đã tạo ra ô nhiễm không khì không gian làm việc của máy nghiền búa và gây tổn thất sản phẩm

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

nghiền Ví vậy mô hính máy nghiền than đá nghiên cứu cần phải có hệ thống xử lý khì bụi

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Chương 2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục đích nghiên cứu

Lựa chọn mô hính MNTĐ và một số thông số kết cấu và công nghệ tối ưu của máy để ứng dụng vào sản xuất tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh tỉnh Trà Vinh nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong chế biến than đá xuất khẩu của doanh nghiệp

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

+ Quá trính công nghệ: Quá trính nghiền than đá thành hạt và bột nghiền có kìch thước  8 mm, trong đó hỗn hợp sản phẩm nghiền có trên 90 % cấu tử nằm trong khoảng từ 0,6  8,0 mm hay thành phần bột nghiền có kìch thước dưới 0,6 mm không quá 10 %

+ Thiết bị: MNTĐ kiểu búa

Đồng thời mô hính máy nghiền than đá nghiên cứu còn thỏa mãn:

+ Đảm bảo quá trính sản xuất không gây ô nhiễm môi trường

+ Thuận tiện cho việc cơ giới hóa và tự động hóa quá trính sản xuất

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu 1: Nghiên cứu tổng quan

Nội dung nghiên cứu 2: Cơ sở lý luận của đề tài

Nội dung nghiên cứu 3: Nghiên cứu xác định mô hính MNTĐ

+ Cơ sở xác định mô hính MNTĐ

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

+ Xác định mô hính kết cấu MNTĐ

Nội dung nghiên cứu 4: Quy hoạch thực nghiệm trên mô hính MNTĐ

Nội dung nghiên cứu 5: Xác định các chỉ tiêu tối ưu và thông số tối ưu cho mô

+ Tiếp cận bằng thực nghiệm trong phòng thì nghiệm để đo đạc các tình chất cơ lý của than đá

+ Tiếp cận bằng các phương pháp thống kê để xác định các quy luật thực nghiệm về đối tượng nghiên cứu

+ Tiếp cận bằng phương pháp tối ưu hóa để lập và giải các bài toán tối ưu hóa theo nội dung luận văn

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu

2.4.2.1 Phương pháp nghiên cứu nội dung 1

Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu tính hính sản xuất, sử dụng than đá theo yêu cầu công nghệ đặt ra cho quá trính nghiên cứu

2.4.2.2 Phương pháp nghiên cứu nội dung 2

+ Áp dụng phương pháp thống kê thực nghiệm trong việc thiết kế thì nghiệm và xử

lý số liệu đo đạc các tình chất cơ lý của than đá

+ Sử dụng các thiết bị đo chuyên dùng để đo đạc thống kê các tình chất cơ lý của than đá

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

2.4.2.3 Phương pháp nghiên cứu nội dung 3

+ Kế thừa các kết quả nghiên cứu về MNTĐ

+ Sử dụng lý thuyết tình toán máy nghiền búa, lý thuyết tình toán vìt tải, lý thuyết tình toán xyclon, lý thuyết tình toán bộ phận lọc túi vải để nghiên cứu kết cấu và quá trính làm việc của MNTĐ

2.4.2.4 Phương pháp nghiên cứu nội dung 4

Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều thông số trên mô hính MNTĐ nhằm xác định mối quan hệ giữa thông số ra là tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6  8 mm TL [%] và chi phì điện năng riêng để nghiền Ar [kWh/t] với các thông số vào dự kiến là số vòng quay của rô to – búa nghiền n [vg/ph] (hay vận tốc dài của búa nghiền vb[m/s]), khe hở giữa đầu búa với bề mặt lưới sàng h [mm], lượng cung cấp q [kg/ph]

a) Thông số ra:

1) Tỷ lệ cấu tử có kìch thước từ 0,6  8 [mm] trong bột nghiền TL [%]

2) Chi phì điện năng riêng để nghiền Ar [kWh/t]

b) Thông số vào

Dự kiến các thông số vào:

1) Số vòng quay của rô to – búa nghiền n [vg/ph] (hay vận tốc dài của búa nghiền

d) Các bước tiến hành quy hoạch thực nghiệm

1) Xác định các thông số ra Thông số ra được chọn là những thông số phản ánh mục tiêu nghiên cứu như đặc trưng cho chất lượng, chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cho quá trính nghiên cứu Ngoài ra thông số ra còn phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

+ Là đại lượng phụ thuộc vào các thông số kết cấu, công nghệ và đối tượng gia công

+ Các thông số đầu ra phải là thông số định lượng và có thể đo đạc với độ chình xác yêu cầu ở bất kỳ trạng thái nào trong thực nghiệm

Thông số ra còn gọi là thông số hay yếu tố phụ thuộc (hàm trạng thái)

2) Xác định các thông số vào Thông số vào được chọn là những thông số ảnh hưởng đến thông số ra Ngoài ra thông số vào còn phải thỏa mãn các yêu cầu sau: + Thuộc về thông số kết kết cấu và thông số công nghệ của đối tượng máy nghiên cứu hoặc thông số đặc trưng cho các tình chất của đối tượng gia công

+ Ảnh hưởng tác động đến thông số ra nghĩa là khi thay đổi độ lớn sẽ làm thay đổi giá trị của các thông số ra

+ Các thông số vào biến đổi độc lập mà không phụ thuộc nhau

+ Có khả năng điều khiển độ lớn hay giá trị yêu cầu cho tất cả các thông số vào và giữ nguyên giá trị trong suốt quá trính thì nghiệm đặt

+ Có thể đo đạc với độ chình xác yêu cầu để xác định giá trị của chúng khi tiến hành thì nghiệm

Căn cứ để chọn thông số vào là những thông số có ảnh hưởng đến thông số

ra có thể dựa vào thì nghiệm thăm dò sau đó tiến hành phân tìch phương sai (mang tình chất định tình) hoặc kế thừa các kết quả nghiên cứu, công bố, tổng kết Việc chọn sai sẽ kiểm định khi phân tìch kiểm tra mô hính thông qua kiểm tra độ tin cậy (hay độ lớn) các hệ số hồi quy

3) Lập bài toán “Hộp đen” Quá trính lập mang tính hính thức có thể nêu hoặc không nêu trong trính bày

4) Chọn bậc phương án thực nghiệm

Chọn tuần tự từ bậc I đến bậc II hoặc chọn ngay bậc II nếu có cơ sở lý thuyết hay thực nghiệm khẳng định bậc của phương án thực nghiệm

5) Lập ma trận thì nghiệm (thiết kế thì nghiệm)

Ma trận thì nghiệm được viết dưới dạng mã hóa nên tổng quát cho mọi quá trính nghiên cứu thực nghiệm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Ví vậy

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

người ta chia các thì nghiệm bậc I trực giao với 2 loại đầy đủ và rút gọn, bậc II với các loại trực giao của Box – Uynson, quay của Box – Hun ter hay 3 mức đối xứng của Box – Behnken,…

Có thể lập ma trận thì nghiệm theo các mẫu đã được biên soạn trong các tài liệu liên quan hoặc bằng các phần mềm chuyên dùng như Statgraphics Thì nghiệm

có thể tiến hành lặp ở mỗi thì nghiệm hoặc chỉ cần lặp ở tâm Trong trường hợp lặp

ở mỗi thì nghiệm, cần tiến hành kiểm tra tình đồng nhất của các phương sai theo tiêu chuẩn Cochran Nếu không đảm bảo tình đồng nhất phải tiến hành thực nghiệm lại Bằng công cụ thống kê hiện đại, đã chứng minh việc lặp ở tâm phương án cho kết quả tối ưu và hiệu quả hơn Theo Box - Behnken số thì nghiệm lặp ở tâm tối ưu khi số yếu tố vào là 3 thí tiến hành lặp ở tâm với 3 thì nghiệm

Để hạn chế tác động của các yếu tố ngẫu nhiên đến quá trính nghiên cứu cần thiết ngẫu nhiên hóa thì nghiệm (nghĩa là ngẫu nhiên hóa về thời gian và điều kiện thì nghiệm)

6) Xác định miền nghiên cứu

Miền nghiên cứu được chọn thỏa mãn yêu cầu với thông số vào, khả năng bố trì thì nghiệm, các mức thì nghiệm phải thực sự khác nhau Có thể tiến hành bằng thực nghiệm hay bằng lý thuyết tất cả miền biến thiên (miền nghiên cứu) của thông

số vào Từ miền nghiên cứu chọn vùng nghiên cứu rộng (chiếm 50 – 70 % miền biến thiên) hoặc hẹp (chiếm 10 – 30 % miền biến thiên)

7) Lập kế hoạch thực nghiệm trên thông số thực

Từ MTTN và miền thực nghiệm xây dựng ma trận thực nghiệm thực

8) Tổ chức thì nghiệm theo kế hoạch lập và ghi kết quả thì nghiệm vào bảng MTTN

ta có ma trận tình toán

9) Xử lý số liệu theo thứ tự sau:

+ Xác định giá trị các hệ số hồi quy ở dạng đầy đủ

+ Phân tìch phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không bảo đảm độ tin cậy với mức ý nghĩa Nếu mô hính có trên 50 % hệ số hồi quy loại bỏ phải trở lại bước (6) thậm chì từ bước (2) hay bước (4)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

+Phân tìch phương sai trên hàm toán mới Kiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi quy

mới Nếu không bảo đảm độ tin cậy, thí cải tiến mô hính

+ Kiểm tra độ tương thìch của mô hính theo tiêu chuẩn Fisher

Với: MSLf – phương sai không tương thìch (Mean Square Lack-of-fit);

MSEp – phương sai sai số ngẫu nhiên đìch thực (Mean Square pure);

Error-Fb – giá trị trong bảng phân bố Fisher

Trên phần mềm độ tương thìch của mô hính được chấp nhận khi mức nghĩa tình theo tiêu chuẩn Fisher có mức ý‎ nghĩa p  0,05

10) Phân tìch mô hính:

Sau khi xây dựng được mô hính hồi quy thực nghiệm, tiếp tục dùng phần mềm Statgraphics Version 7.0 để nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số hồi quy đến thông số ra (mô hính) hay tác động của các thông số vào đến thông số ra và vẽ

đồ thị (bề mặt đáp ứng) các hàm mục tiêu theo từng cặp thông số vào làm cơ sở cho tím cực trị trong miền thực nghiệm

Chú ý:‎ Để đảm bảo tình đồng nhất các kết quả đo, về nguyên liệu than đưa vào nghiền được lấy ngẫu nhiên theo khối lượng cho từng thì nghiệm có tình đến khi

mở rộng phương án thực nghiệm từ bậc I lên bậc II Các thông số cố định được giữ không đổi trong suốt quá trính thực nghiệm

e) Phương pháp phân tích mô hình toán học

Phân tìch mô hính toán học mô tả quá trính nghiền than đá bằng MNTĐ – 2 theo hai nội dung:

+ Mức độ ảnh hưởng về độ lớn lẫn chiều tác động của hệ số hồi quy đến mô hính; + Phân tìch sự ảnh hưởng bằng bề mặt đáp ứng (vẽ độ thị không gian 3 chiều cho từng cặp yếu tố vào)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Bề mặt đáp ứng chình là đồ thị biểu diễn không gian 3 chiều của hàm số với một chiều là giá trị hàm số, hai chiều là 2 thông số vào, còn các thông số còn lại lấy

ở mức cơ sở

Bất kỳ bề mặt đáp ứng nào của mô hính thống kê thực nghiệm cũng có phương trính mô tả dạng:

y = b0 + b1*x1 + b2*x2 + b11* x12 + b22*x22 + b12*x1*x2 (2.2) Trong đó: y – hàm số;

b0, b1, b2, b11 ,b22, b12 – các hệ số hồi qui;

x1, x2 – các thông số vào được chọn để lập bề mặt đáp ứng

Gọi 11 và 22 là nghiệm  của phương trính bậc II sau:

2 – (b11 + b22)*  + (b11 * b22 – b122 * 1/4) = 0 (2.3)

Có các dạng bề mặt sau:

+ Nếu 11 và 22 cùng dấu thí bề mặt có dạng paraboloid elliptic Đồ thị có cực đại khi 11 và 22 0 và cực tiểu khi 11 và 22 0

+ Nếu 11 và 22 trái dấu nhau thí bề mặt có dạng paraboloid hypecbolic

+ Nếu có một trong hai nghiệm 11 hoặc 22 bằng 0 thí bề mặt là các đoạn thẳng

song song tựa trên một parabol

f) Các thông số nghiên cứu và phương pháp đo đạc

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Đo khối lượng bằng cân điện tử (hính 2.1) sản phẩm than nghiền nằm trên sàng (hoặc dưới sàng) phân tìch để xác định độ nhỏ bột nghiền theo công thức tình

độ nhỏ bột nghiền và phần trăm khối lượng sản phẩm nghiền nằm có kìch thước từ 0,6  8 [mm] (công thức 2.4)

Đo khối lượng than đá được nghiền bằng các loại cân đĩa Nhơn Hòa (hính 2.2) các loại với sai số 0,2 % Kết hợp với đo thời gian để tình năng suất hay lượng cung cấp

 Chiều dài hình học l (mm)

Chiều dài hính học là thông số đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp qua căn (mẫu),

ca lip Tùy theo đối tượng đo mà đề tài sử dụng một trong các thiết bị đo sau: thước kẹp với đơn vị đo tới 0,05 (hoặc 0,02) mm (hính 2.3) và panme với đơn vị đo tới 0,005 mm (dùng khi tiến hành chế tạo máy), thước mét dạng thước lá, thước dây, thước cuốn với đơn vị đo tới 1 mm

Lấy 100 gam sản phẩm nghiền cho vào thiết bị sàng phân tìch Cho thiết bị làm việc trong 5 phút để phân tìch thành các khối lượng nằm trên lần lượt các sàng

Độ nhỏ bột nghiền chung được tình theo công thức sau [9]:

pdp

, (mm) ; (2.4) Trong đó: di – kìch thước trung bính của lỗ sàng giữa hai sàng kề nhau [mm];

pi – khối lượng của các phần tử nằm trên mặt sàng thứ i

 Đo tỷ lệ cấu tử nghiền có kích thước trong phạm vi 0,6  8 [mm]

Dùng sàng phân tìch (hính 2.4) với 2 cỡ sàng có kìch thước lỗ 0,6 [mm] (hay sàng có số mesh 30) và kìch thước lỗ 8 [mm] (hay sàng có số mesh 5/16’’)

Lấy 100 gam sản phẩm nghiền cho vào thiết bị sàng phân tìch chỉ lắp 2 cỡ sàng có kìch thước lỗ 0,6 [mm] (hay sàng có số mesh 30) và kìch thước lỗ 8 [mm] (hay sàng có số mesh 5/16’’) Cho thiết bị làm việc trong 5 phút Cân toàn bộ khối lượng các phần tử nằm trên sàng mesh 30 tình theo đơn vị gam bằng cân điện tử (hính 2.1) Đây chình là tỷ lệ cấu tử nghiền có kìch thước trong phạm vi 0,6  8

[mm] (ví khối lượng đưa vào phân tìch cũng bằng 100 gam)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

 Đo thời gian T

 Công suất tiêu thụ N [kWh]

Dùng đồng hồ đo công suất tiêu thụ điện KYORITSU – 2017 do Nhận Bản sản xuất (hính 2.7)

 Chi phí điện năng riêng Ar [kWh/t]

Đo điện năng tiêu thụ bằng đồng hồ đo đếm điện năng của Hàn Quốc 3 pha AMSYS OMWH – 345T – 1 với thang đo tới 1/10 kWh (hính 2.8), kết hợp đo khối

lượng sản phẩm nghiền gia công để tình chi phì điện năng riêng theo định nghĩa

Hính 2.8 Công tơ điện 3 pha AMSYS

OMWH – 345T – 1

2.4.2.5 Phương pháp nghiên cứu nội dung 4

a) Phương pháp TƯH đơn mục tiêu

+ Bài toán TƯH một mục tiêu có hàm mục tiêu là hàm hồi quy được xác định bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

+ Hàm điều kiện là điều kiện tồn tại hàm mục tiêu hay chình là giới hạn miền thực nghiệm

Như vậy, đề tài thực hiện giải hai bài toán TƯH đơn mục tiêu như sau:

- Bài toán 1:

Hàm điều kiện: + 1  xi  – 1 ; i = 1,3 Trong đó: y1 – hàm hồi quy tỷ lệ cấu tử có kìch thước từ 0,6  8,0 [mm] trong

bột nghiền ở dạng mã hóa, [%];

x1 – số vòng quay của rô to - búa nghiền ở dạng mã hóa;

x2 – khe hở giữa đầu búa với bề mặt lưới sàng ở dạng mã hóa;

x3 – lượng cung cấp q ở dạng mã hóa

- Bài toán 2:

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Hàm điều kiện: + 1  xi  – 1 ; i = 1,3 Trong đó: y2 – hàm hồi quy chi phì điện năng riêng để nghiền ở dạng mã hóa,

[kWh/t];

x1 – số vòng quay của rô to - búa nghiền ở dạng mã hóa;

x2 – khe hở giữa đầu búa với bề mặt lưới sàng ở dạng mã hóa;

x3 – lượng cung cấp q ở dạng mã hóa

b) Phương pháp TƯH đa mục tiêu

Bài toán TƯH đa mục tiêu được chuyển thành bài toán TƯH đơn mục tiêu theo phương pháp trọng số của Gass và Saong (1955) Nội dung của phương pháp

là từ bài toán tối ưu đa mục tiêu chuyển thành bài toán tối ưu đơn mục tiêu qua xây dựng hàm tổng quát:

Hàm mục tiêu: y = – α (y1/y1max) + ( 1 – α ).( y2/y2min)  min (2.7) Hàm điều kiện: + 1  xi  – 1 ; i = 1,3

Với: y1 – hàm hồi quy tỷ lệ cấu tử nghiền có kìch thước từ 0,6  8,0 [mm] trong

bột nghiền ở dạng mã hóa, [%];

y1min – tỷ lệ cấu tử nghiền có kìch thước từ 0,6  8,0 [mm] trong bột nghiền đạt được lớn nhất (hay tối ưu), [%];

y2 – hàm hồi quy chi phì điện năng riêng để nghiền ở dạng mã hóa, [kWh/t];

y2min– chi phì điện năng riêng để nghiền thấp nhất (tối ưu), [kWh/t];

x1 – số vòng quay của rô to - búa nghiền ở dạng mã hóa;

x2 – Khe hở giữa đầu búa với bề mặt lưới sàng ở dạng mã hóa;

x3 – lượng cung cấp q ở dạng mã hóa

α – trọng số hay thông số điều khiển, α = 0  1

c) Giải các bài toán TƯH

Bài toán tối ưu hóa được giải bằng phần mềm TƯH do TS Nguyễn Như Nam và CN Nguyễn Trì Tấn (1998) [7] xây dựng Đây là bài toán tối ưu có các ràng buộc là các không gian siêu phẳng lấp đầy Thuật toán lập trính là thuật toán

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

dò tím ngẫu nhiên kết hợp dò tím trực tiếp tại lân cận giá trị tối ưu mà quá trính dò tím ngẫu nhiên xác định được

Các bước giải bài toán tối ưu này như sau:

1) Khai báo các hàm y1, y2 Lưu ‎ viết đúng cú pháp hàm theo ngôn ngữ của phần mềm (ngôn ngữ Pascal)

2) Vào file TU.EXE để vào chương trính (hính 2.9)

Hình 2.9 Thực đơn của chương trính tối ưu hóa

3) Lựa chọn tối ưu một hay hai mục tiêu

4) Khai báo hàm, giá trị biên của biến số mã hóa

5) Bấm Enter để chạy và xuất kết quả

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Đối tượng gia công

3.1.1 Tính chất cơ lý của than đá

Than đá có tình chất cháy triệt để (khi bị phá huỷ cấu trúc nhưng vẫn rực lửa) Than đá hay than nâu là chất rắn dễ cháy, được khai thác từ tầng lớp hay mạch của trái đất được sử dụng làm nhiên liệu giống như than củi, thành phần chình là cacbon nhưng liên kết chặt hơn, có tình hấp thụ tốt Những thực vật bị chôn vùi trong đất lâu năm cũng tạo nên lớp than đá Than đá là hợp chất hyđrocacbon với thành phần chình là cacbon, than đá cứng giòn dễ vỡ, đốt cháy tạo ra khói Tình chất cơ lý của than như bảng 3.1 [23]

Bảng 3.1 Một số tình chất cơ lý của than đá

3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm nghiền than đá

+ Kìch thước hạt từ 0  8 mm, trong đó hạt có kìch thước từ 0,6  8,0 mm chiếm 

90 %

+ Không kết dình với nhau làm hạn chế khả năng khuyếch tán của than

+ Đảm bảo nhiệt trị cần thiêt

3.2 Lý thuyết nghiền

3.2.1 Khái niệm về nghiền

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Nghiền là quá trính phá huỷ vật thể rắn bằng các lực cơ học thành các phần

tử, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn các lực phân tử của vật thể rắn đó Kết quả của quá trính nghiền là tạo nên nhiều phần

tử cũng như ngiều bề mặt mới

3.2.2 Các cơ sở vật lí của quá trình nghiền vỡ vật rắn

Xuất phát từ các công trính nghiên cứu của viện sĩ A.Ph.lophphe, P.A.Rebinde và I.A.Phrenkl [6] xác nhận đặc điểm bất kí của vật thể rắn nào cũng đểu tồn tại các khuyết tật cực nhỏ Các khuyết tật này có phân bố thống kê theo chiều dày vật thể Đồng thời chúng thể hiện cục bộ ra bề mặt ngoài Khi có tải trọng tuần hoàn với chu kí tiếp theo thí số lượng vết nứt trong vật thể gia tăng và độ bền ngày càng giảm Sự xuất hiện các vết nứt tế vi trong vật thể sẽ làm giảm lực liên kết phân tử làm giảm độ bền một cách đột ngột

3.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền

Có rất nghiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trính nghiền xuất phát từ tình chất của vật liệu nghiền như độ bền, độ cứng, độ ẩm, độ nhớt, kìch thước, hính dạng, trạng thái, dạng bề mặt, hệ số ma sát…Và tình chất của máy nghiền: Cấu tạo của bộ phận nghiền, hính dạng và trạng thái của bề mặt nghiền, vận tốc của bộ phận nghiền, lượng tải cung cấp, điều kiện khì động…Các yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề nâng cao chất lượng nghiền và vấn đề tiêu hao năng lượng riêng Nguyên lý chung

là không nên nghiền thừa nhỏ quá mức cần thiết, có như vậy mới giảm được mức tiêu hao năng lượng riêng, tăng năng suất, giảm hao mòn máy

3.2.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình nghiền

Các chỉ tiêu chình dùng đánh giá quá trính nghiền gồm có:

Mức độ nghiền hay tỷ số nghiền là tỷ số giữa kìch thước của kìch thước của hạt đem nghiền với kìch thước bột nghiền Người ta thường sử dụng tỷ số nghiền để đánh giá chất lượng sản phẩm và đánh giá năng lượng chi phì cho quá trính nghiền

Vậy theo chỉ tiêu này, nó đã phản ánh chiều sâu quá trính phân tán Trong trường hợp chung, dung tìch năng lượng của quá trính công nghệ nghiền phụ thuộc vào sự gia tăng diện tìch riêng bề mặt ∆S của vật liệu Nghĩa là:

Cùng với sự giảm kìch thước của các phần tử diện tìch riêng bề mặt tăng lên

ví vậy mức độ nghiền S là tỷ số diện tìch riêng bề mặt củâ các phần tử vật liệu cuối quá trính nghiền và diện tìch riêng bề mặt của các phần tử ban đầu

D

c s

Khi nghiền nguyên liệu bằng máy nghiền kiểu búa thông thường thí độ nhỏ của bột nghiền được điều chỉnh bằng sàng đặt trong buồng nghiền

 Chi phì năng lượng riêng để nghiền:

Chi phì năng lượng riêng để nghiền là năng lượng nghiền 1 đơn vị sản phẩm

3.2.4 Lý thuyết tính toán máy nghiền búa

3.2.4.1 Vận tốc phá huỷ khi nghiền hạt bằng va đập

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Ứng dụng lý thuyết tiếp xúc để tình vận tốc giới hạn khi nghiền hạt theo kiểu

va đập dọc thanh [6, 45]:

ρ

EE

Tốc độ phá vỡ Vfv của búa nghiền tác động vào hạt sau một lần va đập tự do

có dạng:

Vfv=

ρ

) x

a ln(

.σ K

1 fv d

(3.5) Trong đó: a – hiều dài hạt, [mm];

x1 – chiều dài không biến dạng hạt, [m];

 – khối lượng riêng của hạt, [kg/m3];

Kđ – Hệ số động lực học, Kđ = 1,6÷2

Công thức (3.5) đã tình đến quá trính động lực học vật liệu nghiền và là cơ

sở để chọn vận tốc thìch ứng của búa nghiền

3.2.4.2 Vận tốc búa nghiền

Vận tốc búa là được coi là yếu tố cơ học của quá trính nghiền [26]

Để có được vận tốc va đập thực trong máy nghiền, vận tốc làm việc của búa được qui định cao hơn Ví phải tình tới vận tốc tuần hoàn của lớp không khì lẫn nguyên liệu chuyển động vòng trong buồng nghiền Vận tốc búa tình theo công thức:

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Vấn đề ảnh hưởng của vận tốc búa đến hiệu quả làm việc của máy nghiền chỉ

có thể giải quyết đúng nếu nghiên cứu đồng thời các tương quan khác Như số lần

va đập của búa, thời gian nguyên liệu trong buồng nghiền, các thông số cấu tạo máy v.v…

Khi chọn vận tốc búa nghiền không chỉ tình đến sự hợp lý về kỹ thuật mà còn phải quan tâm đến hiệu quả kinh tế, ví khi số vòng quay của trống tăng thí năng lượng chi phì cho chế độ chạy không tăng theo n3 Bên cạnh đó, sự tăng vận tốc búa

có ảnh hưởng rất mạnh đến sự va đập không cần thiết Khi vận tốc búa tăng từ 52,4 đến 115 m/s thí chi phì năng lượng giảm đi 21%, chỉ số nghiền tăng 11%, công suất

vô ìch tăng 75% Đồng thời để tăng năng suất máy nghiền, người ta tăng vận tốc búa cần tạo giá trị khe hở giữa đầu búa và mặt sàng, khe hở này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định dung tìch buồng nghiền và chỉ số nghiền Ví vậy, khi tăng hoặc giảm kìch thước búa nghiền nhất thiết cần phải tăng hoặc giảm khe hở nói trên

3.2.4.3 Các phương trình cơ bản

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Phương trính cơ bản có dạng:

0 n

2 b 0

z

f1

q.VN

dt

dω .ωI

Trong đó: Nt – Công suất động cơ, [kW];

Iz – mô men quán tình của trống, [kg.m2];

q – Sự cấp liệu trong một giây, [kg/s];

Vb – vận tốc búa, [m/s];

dt

dω – gia tốc góc,  =

dt

dω = 10 ÷ 17 [rad/s2];

fn – hệ số nghiền nhỏ;

N0 – công suất chạy không, [kW]

Công suất chi phì chạy không N0 được tình theo công thức:

Trong đó: A. – chi phì năng lượng hao phì cho ma sát trong gối đỡ, [kW];

B.3

– chi phì năng lượng cho lực cản không khì, [kW]

Năng lượng cung cấp cho quá trính làm việc:

b z

dt

dω .ωI

Roto với các búa có khớp treo không là hệ cứng mà là hệ đàn hồi giả định có

“ tình dễ biến dạng “ của các khâu Có thể mô tả hệ roto-búa là hệ có hai bậc tự do Đặc tình này ảnh hưởng lớn đến quá trính làm việc của búa Ví vậy, trong quá trính nghiên cứu hệ động học roto – búa chúng ta nghiên cứu các khớp treo của búa

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Dựa vào lý thuyết con lắc vật lý, V.P Goriatskin đã xây dựng lý thuyết về sự

va đập lệch tâm Theo lý thuyết này những xung lượng va đập không truyền từ các búa vào các ổ trục của trống đập nếu như tâm va chạm trùng với tâm lắc Để tâm lắc trùng với tâm va đập cần có điều kiện:

Trong đó: 0 – bán kình quán tình của búa nghiền, [m];

c – khoảng cách từ trọng tâm búa đến chốt treo búa, [m];

l – chiều dài tình từ đầu búa đến chốt treo búa, [m]

Để đảm bảo độ ổn định chuyển động của búa, cần chọn kìch thước búa (l) và bán kình trống (Rn) theo điều kiện:

3.2.4.5 Tính toán kích thước rô to

Khi tình toán và thiết kế máy nghiền cần lưu ý đến hai loại ro to – búa nghiền, đặc trưng bởi tỷ lệ các kìch thước: đường kình (D) và chiều dài (L) Nhưng

tỷ lệ này dao động trong giới hạn

Mối quan hệ giữa các kìch thước rô to và năng suất máy đã được thể hiện qua chỉ số tải trọng riêng q’ (kg/m.s2) Tải trọng riêng của máy là tỷ số giữa năng suất tình toán (qp) với diện tìch hính chiếu hướng kình (D.L) của rô to – búa nghiền: