BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ, THIẾT KẾ MÁY ÉP VIÊN TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP NĂNG SUẤT 100KG/H TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN S[.]
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí
ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ, THIẾT KẾ MÁY ÉP VIÊN TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP NĂNG SUẤT 100KG/H TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN SẢN
XUẤT VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ HOÀNG ANH - HÀ NỘI”
HẢI DƯƠNG – NĂM 2023
Họ và tên sinh viên : BÙI XUÂN BỘ
: NGUYỄN VĂN CHUNG
: 1900
Trang 2BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1 Thông tin chung
Họ và tên nhóm sinh viên thực hiện:
Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Trình độ đào tạo: Đại họcThời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp: từ ngày 01/8/2023 đến 01/12/2023
Giảng viên hướng dẫn: Tạ Hồng Phong Học hàm, học vị: Thạc sĩ
2 Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ, thiết kế máy ép viên từ phế thải nông nghiệp
năng suất 100kg/h tại Công ty cổ phần sản xuất và phát triển công nghệ Hoàng Anh
-Hà Nội
3 Điều kiện cho trước
- Tài liệu, thông số kỹ thuật, catalog máy ép viên tham khảo tại Công ty cổ phầnsản xuất và phát triển công nghệ Hoàng Anh - Hà Nội cung cấp
- Phần mềm CAD/CAM và các trang thiết bị hiện có tại Trường Đại Học Sao Đỏ
4 Nhiệm vụ chính của đồ án tốt nghiệp
T
1 190051
- Nghiên cứu công nghệ ép viên
từ phế thải nông nghiệp
- Lựa chọn mô hình máy, thiết
kế máy ép viên; mô phỏngnguyên lý làm việc
2 1900312 Nguyễn Văn Chung DK10-CK2
- Nghiên cứu công nghệ ép viên
từ phế thải nông nghiệp
- Lập trình, mô phỏng gia côngmột số chi tiết máy điển hình
5 Sản phẩm
- Báo cáo đồ án tốt nghiệp; bản vẽ lắp: sản phẩm/cụm chi tiết, chi tiết trên khổ giấy A4
- File mô phỏng (nguyên lý làm việc, gia công một số chi tiết máy)
Hải Dương, ngày 01 tháng 8 năm 2023
TL HIỆU TRƯỞNG
(Ký, ghi rõ họ và tên và đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ và tên)
Trang 3
TS Nguyễn Văn Hinh Tạ Hồng Phong
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả đưa ra trong Đồ án tốt nghiệp này là các kết quả thuđược trong quá trình nghiên cứu, tính toán và thiết kế của tôi dưới sự hướng dẫn củaThS Tạ Hồng Phong – Trường Đại học Sao Đỏ; ThS Nguyễn Văn Mạnh - Công ty cổphần sản xuất và phát triển công nghệ Hoàng Anh - Hà Nội
Mô hình máy ép viên trong đồ án được thiết kế dựa trên các tài liệu hướng dẫntính toán phục vụ trong giáo dục đại học, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứunào của các tác giả khác
Những nội dung tham khảo được trích dẫn cụ thể và nguồn tài liệu đã được liệt kêtrong danh mục các tài liệu tham khảo
Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định
Hải Dương, ngày 5 tháng 11 năm2023
Sinh viên thực hiện
Bùi Xuân Bộ
Nguyễn Văn Chung
Trang 5Mục Lục
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2
1.1 Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF 2
1.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 2
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước 6
CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ 8
2.1.Đối tượng nghiên cứu 8
2.2 Quy trình công nghệ và thiết bị 9
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên 9
2.4 Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy máy ép tạo viên 11
CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VÀ TẠO HÌNH VIÊN 15
A Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép và tạo hình viên từ rác thải khó phân hủy 15
3.1 Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên 15
3.2 Phương trình cơ bản của quá trình tạo viên 16
3.3 Điều kiện để quá trình ép viên xảy ra 18
3.4 Tính toán lựa chọn thông số máy ép viên 20
B: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 21
3.5 Chọn động cơ điện: 21
3.6 Phân phối tỷ số truyền 21
3.7 Xác định công suất, tốc độ quay và mômen trên các trục 21
C THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN 23
3.8 Thiết kế bộ truyền đai 23
3.8.1 Chọn loại đai và xác định kích thước đai 23
3.8.2 Tính toán đai : 23
3.8.3 :Tổng Hợp kết quả tính toán 25
3.8.4 Kiểm nghiệm bằng phần mềm Inventor 25
3.8.4.1Nhập số liệu tính toán 25
3.9 Thiết kế bộ truyền bánh răng 27
3.9.1 Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép 28
3.9.2 Xác định thông số bộ truyền 30
3.9.3 Kiểm nghiệm bộ truyền răng 32
3.9.3.1 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 32
Trang 63.9.3.2 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 33
3.9.4 Phân tích và tính lực ăn khớp 35
3.9.5 Tổng Hợp kết quả tính toán 37
3.9.6 Kiểm nghiệm bằng phần mềm Inventor 39
D: TÍNH TRỤC, THEN, Ổ LĂN, CHỌN KHỚP NỐI 45
3.10 Lực tác dụng lên trục và khoảng cách các gối đỡ và điểm đặt lực 45
3.10.1 Phân tích lực chung và giá trị lực / momen xoắn 45
3.10.2 Tính sơ bộ đường kính trục 46
3.10.2.1 Chọn vật liệu chế tạo 46
3.10.2.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 46
3.10.3 Xác định khoảng cách gối đỡ và các điểm đặt lực 47
3.10.3.1 Xác định khoảng cách gối đỡ 47
3.10.3.2 Xác định chiều dài mayo 47
3.10.4 Tính Phản lực tại các trục 50
3.10.4.1.Tính phản lực tại trục I 50
3.10.4.2.Tính phản lực tại các gối đỡ trục II: 52
3.10.4.3.Tính phản lực tại các gối đỡ trục III: 54
3.10.5 Kiểm nghiệm mômen bằng Inventor 56
3.10.5.1.Trục I: 56
3.10.5.2.Trục II : 57
3.10.5.3.Trục III : 58
3.10.6 Định kết cấu trục 60
3.10.6.1.Trục I: 60
3.10.6.2.Trục II : 62
3.10.6.3 Trục III 64
3.11 Kiểm nghiệm độ bền trục 66
3.11.1 Độ bền mỏi 66
3.11.2 Độ bền tĩnh 70
3.12 Tính chọn ổ lăn 71
3.12.1 Chọn ổ lăn trục I 71
3.12.2 Chọn ổ lăn trục II 73
3.12.3 Chọn ổ lăn trục III 74
3.12.3 Cố định ổ lăn trục theo phương dọc trục 74
3.13 Chọn then 74
3.13.1 Chọn then theo vị trí 74
Trang 73.13.2 Kiểm nghiện then 75
3.13.3 Kiểm nghiệm bằng phần mềm Inventor 76
3.13.3.1 Nhập số liệu then tại vị trí đai 76
3.13.3.2 Nhập số liệu then bánh răng I 77
3.13.3.3 Nhập số liệu then bánh răng II 78
3.13.3.4 Nhập số liệu then khớp nối 79
3.13.3.5 Nhập số liệu then đĩa quay 79
3.14 Chọn khớp nối 80
3.14.1 Chọn vật liệu 80
3.14.2 Các kích thước chủ yếu của nối trục 80
3.15 Kiểm nghiệm độ bền bulong 80
E: THIẾT KẾ KẾT CẤU 81
3.16 Các kích thước cơ bản của vỏ hộp giảm tốc 81
3.16.1 Vỏ hộp 81
3.16.2 Các chi tiết khác 83
3.16.3 Kết cấu bánh răng 87
CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG BẢN VẼ, MÔ PHỎNG MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC - GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT MÁY ĐIỂN HÌNH 89
4.1.Lựa chọn mô hình máy, thiết kế máy ép viên, mô phỏng nguyên lý làm việc 89
4.1.1 Các bước để thiết kế và vẽ máy ép viên 89
4.1.2 Tính toán, lựa chọn thông số kỹ thuật theo mẫu máy 89
4.1.3 Thiết kế một số chi tiết 90
4.2.Lập trình mô phỏng gia công một số chi tiết máy 92
4.2.1Phân tích chức năng làm việc của chi tiết trục II 92
4.2.2 Chọn loại phôi và đưa ra phương pháp chế tạo phôi 92
4.2.3 Chọn chuẩn thô và tinh để gia công các bề mặt 93
4.2.4 Lập tiến trình công nghệ 93
4.2.5 Mô phỏng quá trình gia công chi tiết trục II trên mastercamX5 96
Trang 8DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT T
T
Danh mục từ,
1 CAD Thiết kế có sự trợ giúp của
2 CAM Quá trình gia công có sự hỗ
trợ của máy tính
Computer-AidedManufacturing
3 CNC Máy điều khiển tự độngdưới sự trợ giúp của máy
tính
Control
6 RDF Nhiên liệu từ rác thải Refuse Derived Fuel
Trang 9Danh Mục Bản
Bảng 1.1 Sử dụng viên nhiên liệu ở một số nước trên thế giới 2
Bảng 2.1 Thành phần chất thải sinh hoạt bao gồm: 8
Bảng 3.1 Thông số của các loại máy tạo viên 20
Bảng 3.2 Thông số của các loại máy tạo viên 21
Bảng 3.3 thông số của các trục 22
Bảng 3.4 Kết quả của đai tính được 25
Bảng 3.5 Trị Số của 𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚0 ,𝜎𝐹𝑙𝑖𝑚0 ứng với số chu kỳ cơ sở 29
Bảng 3.6 Số chu kỳ thay đổi tương ứng 29
Bảng 3.7 Các thông số và kích thước của bộ truyền bánh răng: 37
Bảng 3.8 Thông số chung 41
Bảng 3.9 Bảng thông số bánh bánh răng I,II 41
Bảng 3.10 Các lực tác dụng lên bánh răng 1 và 2 43
Bảng 3.11 Các vật liệu bánh răng 1 và 2 43
Bảng 3.12 Các hệ số và yếu tố tải bổ sung 44
Bảng 3.13 Các yếu tố liên hệ 44
Bảng 3.14 Các yếu tố uốn 44
Bảng 3.15 Kết quả tính toán Inventer 45
Bảng 3.16 Thông số khoảng cách k 1 ,hnk 2 , k 3 48
Bảng 3.17 Các tiết diện trên trục I 60
Bảng 3.18 Momen tương đương của trục I 60
Bảng 3.19 Tính toán đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm 60
Bảng 3.20 Các tiết diện trên trục II 62
Bảng 3.21 Momen tương đương của trục II 62
Bảng 3.22 Tính toán đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm 62
Bảng 3.23 Các tiết diện trên trục III 64
Bảng 3.24 Momen tương đương của trục III 64
Bảng 3.25 tính toán đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm 64
Bảng 3.26 Kết quả tính toán độ bền tĩnh trục I 70
Bảng 3.27 Kết quả tính toán độ bền tĩnh trục II 71
Bảng 3.28 Kết quả tính toán độ bền tĩnh trục II 71
Bảng 3.29 Thông số của ổ lăn côn trục I 73
Bảng 3.30 thông số của ổ lăn côn trục II 74
Trang 10Bảng 3.31 thông số của ổ lăn côn trục III 74
Bảng 3.32 Thông số then đã chọn 75
Bảng 3.33 Kết quả tính toán kiểm nghiệm then 76
Bảng 3.34 Kích thước của khớp nối truc 80
Bảng 3.35 Tổng hợp kết quả tính toán vỏ hộp 82
Bảng 3.36 Thông số bulong vòng 84
Bảng 3.37 Thông số chốt định vị 84
Bảng 3.38 Thông số của cửa thăm 85
Bảng 3.39 Thông số của nút tháo dầu 86
Bảng 3.40 Thông số của vòng phớt và vòng chắn dầu 86
Bảng 3.41 Thông số của máy đã chọn: 88
Bảng 4.1 Code gia công trục II bên phải 94
Bảng 4.2 Code gia công trục II bên trái 95
Bảng 4.3 Code gia công rãnh then trục II 96
Danh mục hình ảnh, đồ thị
Trang 11Hình 1.1 Hình ảnh các loại viên ép từ phế liệu ngành da giày 3
Hình 1.2 Máy ép tạo viên kiểu khuôn vành của hãng ZTMT (Trung Quốc) 3
Hình 1.3 Máy ép tạo viên của Đức ( Model 600) 4
Hình 1.4 Máy ép khuôn phẳng của hãng Holyphant(Trung Quốc) 4
Hình 1.5 Máy ép viên trục đứng loại nhỏ 5
Hình 1.6 Máy ép khuôn phẳng của hãng Kahl ( Đức) 5
Hình 1.7 Máy ép tạo viên 2-3 T/H 7
Hình 1.8 Một số sản phẩm viên ép từ phế liệu nông nghiệp của Viện NCTKCT máy Nông Nghiệp 7
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ép viên phế thải 9
Hình 2.2 Một số lực tác dụng lên lô ép trong quá trình làm việc 10
Hình 2.3 Phân loại máy ép viên 11
Hình 2.4 khuôn vành của máy 12
Hình 2.5 Cấu tạo quả lô, khuôn ép được sử dụng trong máy ép viên khuôn vành 12
Hình 2.6 Các kiểu lô trong máy ép viên khuôn phẳng 13
Hình 2.7 Cấu tạo quả lô ép, khuôn ép và bộ truyền động được sử dụng trong máy ép viên khuôn phẳng 14
Hình 3.1 Trạng thái nguyên liệu bột trong quá trình ép viên 15
Hình 3.2 Đồ thị phân bố áp suất dọc trục và bên cạnh của toàn bộ lỗ ép viên 16
Hình 3.3 Phân tích lực xảy ra trong quá trình ép 18
Hình 3.4 Kết cấu bộ truyền đai dẹt và lực tác dụng trên trục 25
Hình 3.5 Chọn đai trên phần mềm Inventor 26
Hình 3.6 Nhập chiều dài đai và số đai trên phần mềm Inventor 26
Hình 3.7 Thông số bánh đai 1 26
Hình 3.8 Thông số bánh đai 2 27
Hình 3.9 Nhập thông số còn lại ( vận tốc gần đúng với tính toán ) 27
Hình 3.10 Biểu diễn các thông số hình học của bánh răng côn 38
Hình 3.11 Nhập thông số đã tính toán vào Inventer 39
Hình 3.12 Nhập thông số đã tính toán (Công suất, độ cứng) vào Inventer 39
Hình 3.13 Nhập thông số đã tính toán (cấp chính xác) vào Inventer 39
Hình 3.14 Nhập thông số đã tính toán vào Inventer 40
Hình 3.15 Nhập thông số đã tính toán đảm bảo khi cho vào Inventer 40
Hình 3.16 Thông số bánh răng 42
Trang 12Hình 3.17 Biểu diễn các phản lực tại vùng bánh răng ăn khớp 45
Hình 3.18 Biểu diễn độ dài trục và lắp ghép bánh răng 47
Hình 3.19 Biểu diễn các lực tác dụng trục I 49
Hình 3.20 Biểu diễn các lực tác dụng trục II 49
Hình 3.21 Biểu diễn các lực tác dụng trục III 49
Hình 3.22 Biểu diễn các bản lực trên trục I 50
Hình 3.23 Biểu đồ momen I 51
Hình 3.24 Biểu diễn sơ bộ các phản lực trên trục II 52
Hình 3.25 Biểu đồ momen II 53
Hình 3.26 Biểu diễn sơ bộ các phản lực trên trục III 54
Hình 3.27 Biểu đồ momen III 55
Hình 3.28 Nội lực Qy Trục I trên phần mêm Inventer 56
Hình 3.29 Nội lực Qx Trục I trên phần mêm Inventer 56
Hình 3.30 Momen My Trục I trên phần mêm Inventer 56
Hình 3.31 Momen Qy Trục I trên phần mêm Inventer 57
Hình 3.32 Nội lực My Trục II trên phần mêm Inventer 57
Hình 3.33 Nội lực Mx Trục II trên phần mêm Inventer 57
Hình 3.34 Momen My Trục II trên phần mêm Inventer 58
Hình 3.35 Momen Mx Trục II trên phần mêm Inventer 58
Hình 3.36 Nội lực My Trục II trên phần mêm Inventer 58
Hình 3.37 Nội lực Mx Trục II trên phần mêm Inventer 59
Hình 3.38 Momen My Trục II trên phần mêm Inventer 59
Hình 3.39 Momen Mx Trục II trên phần mêm Inventer 59
Hình 3.40 Biểu đồ momen trục I 61
Hình 3.41 Biểu đồ momen trục II 63
Hình 3.42 Biểu đồ momen trục III 65
Hình 3.43 Sơ đồ biểu diễn lực trên trục I 71
Hình 3.44 Sơ đồ lực trên ổ lăn tại trục II 73
Hình 3.45 Sơ đồ lực trên ổ lăn tại trục III 74
Hình 3.46 Hình dạng then 74
Hình 3.47 Nhập thông số then của đai 76
Hình 3.48 Nhập chiều dài then 77
Hình 3.49 Then đảm bảo độ bền 77
Hình 3.50 Nhập thông số then bánh răng I 77
Hình 3.51 Then đảm bảo độ bền 78
Trang 13Hình 3.52 Nhập thông số then bánh răng II 78
Hình 3.53 Then đảm bảo độ bền 78
Hình 3.54 Nhập thông số then của khớp nối 79
Hình 3.55 Then đảm bảo độ bền 79
Hình 3.56 Nhập thông số then của khớp nối 79
Hình 3.57 Then đảm bảo độ bền 80
Hình 3.58 Kết cấu bulông vòng 84
Hình 3.59 Biểu diễn kết cấu chốt định vị 84
Hình 3.60 Kết cấu nắp thăm 85
Hình 3.61 Kết cấu nút thông hơi 85
Hình 3.62 Kết cấu nút tháo dầu 86
Hình 3.63 Kích thước que thăm dầu 86
Hình 3.64 Kết cấu vòng chắn dầu 87
Hình 3.65 Kết cấu cốc lót 87
Hình 3.66 Biểu diễn kết cấu bánh răng côn 88
Hình 3.67 Biểu diễn ăn khớp bánh răng côn 88
Hình 4.1 Một số mẫu máy trên hiện có thị trường 89
Hình 4.2 Sơ đồ truyền động 90
Hình 4.3 Kết cấu gối đỡ trục 90
Hình 4.4 Thiết kế hình dáng vỏ (thân trên, thân dưới) 91
Hình 4.5 Cấu tạo bên trong của thân dưới 91
Hình 4.6 Mô hình 3D và phân rã chi tiết máy 92
Hình 4.7 Hình dạng chi tiết trục II 92
Hình 4.8 Chọn chuẩn thô gia công bên phải 93
Hình 4.9 Chọn chuẩn tinh gia công bên trái 93
Trang 14MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước theo hướng côngnghiệp hóa, hiện đại hóa là sự phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp, khu đôthị và hoạt động du lịch kéo theo mật độ dân cư tăng nhanh Đời sống sinh hoạt củangười dân được cải thiện, nhu cầu tiêu thụ thực phẩm và các mặt hàng tiêu dùng ngàycàng tăng cao Đó là những nguyên nhân khiến lượng rác thải tăng đột biến
Mỗi năm cả nước thải ra hơn 15 triệu tấn rác, bao gồm: rác thải sinh hoạt khoảng2,7 triệu tấn, rác thải y tế khoảng 2,1 vạn tấn, các chất thải công nghiệp là 13 vạn tấn,rác thải nông nghiệp khoảng 4,5 vạn tấn….tỷ lệ này hiện nay đang tăng lên mức đángbáo động Dự kiến trong thời gian tới, lượng rác thải hàng năm sẽ lên tới 23 triệu tấn
và cùng với sự tăng lượng rác thải hàng năm thì tỷ lệ các chất độc hại cũng tăng lên[2]
Hiện nay, phương pháp xử lý rác thải chủ yếu vẫn là chôn lấp và đốt Phươngpháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện nhưng cũng có rất nhiều nhược điểmnhư: tốn diện tích, gây ô nhiễm nguồn nước và bầu không khí, với lò đốt rác thải phảichi phí đầu tư rất lớn Giá một lò đốt rác của Nhật Bản là 150.000USD/chiếc, côngsuất 120kg/h; Trung Quốc, Đài loan khoảng 80.000÷100.000USD/chiếc; Đức khoảng150.000EUR Mức giá đó là rất cao so với nhu cầu thị trường của Việt Nam [8] Cácphương pháp này ngày càng trở lên lỗi thời không còn phù hợp với tình hình chungcủa thế giới cũng như của nước ta
Ở nước ta, công nghệ xử lý rác thải vẫn còn là vấn đề nan giải bởi nó đòi hỏi quytrình kỹ thuật đồng bộ, khép kín và suất đầu tư cao Việc coi rác thải là nguồn tàinguyên để tái sử dụng vào các mục đích khác là phương pháp đang được chính phủ,các ban ngành và các đơn vị hết sức quan tâm như: sản xuất phân bón cho cây trồng từcác loại rác thải hữu cơ dễ phân hủy, các loại rác thải phụ phế phẩm trong nông nghiệp(vỏ trấu, rơm, cỏ, mùn cưa…) và rác thải khó phân hủy (nhựa, nilon, da giày, vải…)
có thể sản xuất thành chất đốt trong công nghiệp hoặc tái chế thành các vật dụng khác(ván ép, cốp pha, ống cống…)
Được sự hỗ trợ của doanh nghiệp trong việc cung cấp tài liệu thông tin về quytrình công nghệ chế tạo máy; sự định hướng của giảng viên hướng dẫn chúng em vậndụng những kiến thức tính toán, thiết kế, mô phỏng để thực hiện đề tài tốt nghiệp:
“Nghiên cứu công nghệ, thiết kế máy ép viên từ phế thải nông nghiệp năng suất 100kg/h tại Công ty cổ phần sản xuất và phát triển công nghệ Hoàng Anh - Hà Nội”.
Trang 15CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1 Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF.
1 Làm giảm thể tích chứa của nguyên liệu xuống 5-8 lần, rất thuận tiện cho việc bảo quản, chuyên chở, đóng bao, sử dụng…
2 Tính lưu động (dễ chảy) tốt, quản lý tiện lợi, rất thuận tiện cho việc cơ giớihóa khâu cấp liệu vào trong lò đốt
3 Hiệu suất nhiệt cao hơn so với đốt nguyên liệu dạng thô
1.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước.
Rác thải ngày nay đã trở thành vấn đề lớn của toàn thế giới Chỉ tính riêng ở cácnước Châu Âu hiện nay hơn 70% chất thải rắn đô thị được xử lý bằng phương phápchôn lấp Trong khi đó mục tiêu của các nước này là đến năm 2020 lượng rác thảichôn lấp phải giảm được 35% Vì vậy nhiều nước EU phải thay đổi triệt để thực tiễnquản lý rác thải Mục tiêu hàng đầu là tăng mức độ tái chế, thu hồi năng lượng và chếbiến rác thải thành phân bón (Thụy Điển là nước hiện đang rất phổ biến các loại máychuyên sản xuất phân bón từ rác thải sinh hoạt)[7]
Một trong những giải pháp được các nước này đặc biệt quan tâm là biến nguồngiác thải khó phân hủy này thành dạng viên RDF RDF có thể sử dụng như một nguồnthay thế than trong các lò hơi công nghiệp, điển hình là trong các nhà máy nhiệt điệnđốt than Đây là một giải pháp bền vững góp phần giảm bớt lượng giác thải chôn lấp.Công nghệ này hiện nay phát triển khá mạnh tại Italia, Anh, Đức, Pháp…
Bảng 1.1 Sử dụng viên nhiên liệu ở một số nước trên thế giới.
Trang 17Hình 1.1 Hình ảnh các loại viên ép từ phế liệu ngành da giày.
Một số tên tuổi lớn trong chế tạo máy ép viên (Pellet mill) ở châu Âu và Châu
Mỹ như: Bliss (Mĩ), Kahl (Đức), La Meccanica (Ý), Vanarsen (Hà Lan)…, còn ở Châu
Á thì có Chính Xương và Mynhiang (Trung Quốc)… Máy ép viên được ứng dụng chorất nhiều sản phẩm khác nhau như: chế biến thức ăn cho người và gia súc, ép viên phếthải nông nghiệp (rơm, cỏ, vỏ trấu, mùn cưa ), ép viên rác thải khó phân hủy (nhựa, dagiày, vải, phoi kim loại, túi nilong…), tùy thuộc vào mỗi loại đối tượng đòi hỏi có thiếtbị ép viên phù hợp
Dưới đây là một số loại máy ép viên do nước ngoài sản xuất
Hình 1.2 Máy ép tạo viên kiểu khuôn vành của hãng ZTMT (Trung Quốc).
Máy ép tạo viên kiều khuôn vành do hãng Kingoro (TQ) sản xuất (hình 1.2)được dùng phổ biến trong lĩnh vực ép cám viên từ các: vỏ trấu, vỏ hạt hướng dương,
vỏ đậu phộng và vỏ dưa khác; cành cây, thân cây, vỏ cây và phế liệu gỗ khác; tất cảcác loại rơm rạ, cao su, xi măng, xỉ xám và các nguyên liệu hóa học khác, v.v
Trang 18Hình 1.3 Máy ép tạo viên của Đức ( Model 600)
Máy ép tạo viên do Đức sản xuất (hình 1.3) là loại máy ép phế liệu thành viênnhư: bột gỗ thải, phoi tiện, phoi bào, với bột gỗ ép thành viên nhằm sản xuất nhiên liệucho các lò đốt và tái chế
Hình 1.4 Máy ép khuôn phẳng của hãng Holyphant(Trung Quốc)
Trang 19Hình 1.5 Máy ép viên trục đứng loại nhỏ.
Hình 1.6 Máy ép khuôn phẳng của hãng Kahl ( Đức)
Máy ép viên trục đứng do Trung Quốc sản xuất (hình 1.4 và 1.5) được ứng dụngcho rất nhiều loại nguyên liệu:
- Phân bón: phân bón hữu cơ, phân bón vô cơ, phân vi sinh
- Thức ăn chăn nuôi: viên thức ăn gia cầm, viên thức ăn động vật
- Nhiên liệu: viên mùn cưa
- …Và nhiều lĩnh vực khác nữa
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước.
Theo nghiên cứu khảo sát của Bộ Tài nguyên môi trường, mỗi năm cả nước
Trang 20thải ra khoảng 15 triệu tấn chất thải, trong đó 80% rác thải sinh hoạt và 20% chất thảicông nghiệp Khoảng 70% lượng rác thải đã được thu gom Mới chỉ có 20% các bãichôn lấp rác là hợp vệ sinh Dự báo, lượng rác thải hàng năm sẽ tiếp tục gia tăng, vớilượng rác thải lớn như vậy thì mức độ đầu tư là rất lớn Vì vậy,
yếu tố then chốt hiện nay là nghiên cứu tìm giải pháp công nghệ phù hợp, có suất đầu
tư nhỏ mà vẫn đáp ứng nhu cầu hiện tại của Việt Nam
Để khắc phục tình trạng đó, hiện nay nhiều địa phương đang đầu tư hàng chục
tỷ đồng để xây dựng những nhà máy xử lý rác thải với công suất từ 200 – 300tấn/ngày Đối với chất thải hữu cơ dễ phân hủy được đưa vào sản xuất phân vi sinh đachủng POLYFA nhờ công nghệ vi sinh đa chủng, công nghệ này đang được ứng dụngtại công ty TNHH Phân sinh hóa Sông Kôn (Tây Sơn – Bình Định), công ty côngnghệ môi trường xanh Seraphin ứng dụng công nghệ seraphin vào sản xuất phân visinh, Nhà máy phân lân Văn Điển(Cầu Diễn)… Đối với chất thải khó phân hủy chođến nay vẫn chưa có cách giải quyết hiệu quả mà phương pháp chủ yếu vẫn là chônlấp, đốt Theo nghiên cứu, riêng với túi nilon chôn vùi dưới đất phải mất tới 400 – 600năm mới có thể phân hủy hết gây ô nhiễm nguồn nước, còn rác thải ngành da giầy vàmay mặc cũng được xử lý bằng cách đốt Khi đốt các loại rác thải này sẽ thải ra môitrường rất nhiều chất độc hại gây ô nhiễm bầu không khí ảnh hưởng tới sức khỏe conngười
Năm 2003, công ty môi trường xanh Seraphin đã nghiên cứu thành công côngnghệ xử lý rác thải dây chuyền công nghệ xử lý rác thải, tái chế rác thải sinh hoạtthành những sản phẩm có ích cho đời sống Công nghệ này đã được cục sở hữu trí tuệViệt Nam cấp bằng độc quyền sáng chế Hiện nay công nghệ này đã và đang được ứngdụng ở nhiều nhà máy xử lý rác trên toàn quốc
Quy trình ép rác thải khó phân hủy thành viên nhiên liệu rắn RDF là một phầnquan trọng trong dây truyền công nghệ này rất được các nhà máy quan tâm và chútrọng phát triển Những chất thải rắn trong công nghiệp và sinh hoạt cũng có thể biếnthành viên nhiên liệu thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch ở chính cơ sở tạo rachúng, góp phần bảo vệ môi trường, hạn chế chôn lấp, tăng hiệu quả sản xuất kinhdoanh như:
- Phế thải ngành da giầy
- Phế thải nhà máy giấy
- Phế thải hữu cơ khó phân hủy ở nhà máy xử lý rác sinh hoạt
Ở nước ta trong những năm gần đây, công nghệ ép viên đã được ứng dụng khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như: Chế biến thức ăn gia súc, gia cầm, thức ăn thủy sản,
ép viên rác thải làm phân bón… Nhu cầu về máy ép viên là rất lớn, tuy nhiên nguồn cung cấp chủ yếu vẫn là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành rất cao không phù hợp
Trang 21với túi tiền của các nhà sản xuất trong nước Cũng đã có một số cơ quan đi vào nghiên cứu, sản xuất máy ép viên như: Viện Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Máy Nông
Nghiệp, Viện Cơ Điện Nông Nghiệp, … Nhưng kết quả còn rất hạn chế và sản phẩm chủ yếu phục vụ cho ngành chế biến thức ăn chăn nuôi và phụ phế liệu nông nghiệp còn với rác thải khó phân hủy thì vẫn còn bỏ ngỏ
Hình 1.7 Máy ép tạo viên 2-3 T/H.
Hình 1.8 Một số sản phẩm viên ép từ phế liệu nông nghiệp của Viện NCTKCT máy
Nông Nghiệp.
Từ những vấn đề thực tế trên đây, chúng tôi nhận thấy cần phải đi sâu nghiêncứu thiết kế, chế tạo thiết bị ép viên RDF từ rác thải khó phân hủy phù hợp nhằm phục
vụ cho những yêu cầu thiết thực đang đặt ra
CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ
2.1.Đối tượng nghiên cứu
Để phân loại, người ta có thể phân ra làm nhiều loại như: rác thải sinh hoạt, rácthải nông nghiệp, rác thải công nghiệp, rác thải y tế…trong đó chúng ta chủ yếu đi sâu
Trang 22vào phẩn rác thải sinh hoạt
Bảng 2.1 Thành phần chất thải sinh hoạt bao gồm:
Rác hữu cơ 41,98%
Trang 23Sản phẩm viên ép nhiên liệu (RDF) Đóng bao
2.2 Quy trình công nghệ và thiết bị.
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ép viên phế thải
Rác thải sau khi được phân loại phải làm khô sơ bộ để tạo điều kiện cho quá trìnhnghiền được dễ dàng, đường kính nguyên vật liệu càng nhỏ thì càng tiết kiệmđược năng lượng cho quá trình tạo viên Tùy thuộc vào thành phần rác thải, kíchthước và độ ẩm mà ta có thể bổ xung thêm ẩm và chất phụ gia cho nguyên liệutrước khi đưa vào ép viên nhằm đạt được năng suất và chất lượng viên ép tốt.Thường thì để đảm bảo chất lượng viên ép tốt nhất, người ta thường làm khônguyên liệu xuống dưới độ ẩm 15% Áp suất của quá trình nén từ 30 – 150 Mpa
Ma sát giữa vật liệu với khuôn ép, ma sát giữa vật liệu với nhau làm nhiệt độviên ép tăng cao khoảng 60 – 700C (đối với máy ép khuôn vành người ta còndùng hơi nước quá nhiệt để làm nóng nguyên liệu trước khi ép viên), độ ẩm viênkhoảng 13 – 15% Do đó, phải làm nguội viên ép để tránh hiện tượng hút ẩm trởlại từ môi trường, giúp cho quá trình bao gói và bảo quản được thuận tiện Đườngkính của viên ép có thể là 4; 6; 8; 10; 12 mm (Đối với rác thải chủ yếu ép viên
có đường kính là 6,8,10 và trong đề tài này tác giả cũng đi sâu vào tiến hành vớicác loại khuôn ép có đường kính lỗ như trên) Sau đó viên ép được đưa qua sàngphân loại để loại bỏ các viên bị vỡ và các mảnh vụn
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên
Muốn đạt được năng suất cao và chất lượng của viên ép tốt đáp ứng yêu cầucủa người sử dụng, cần phải quan tâm nhiều và có cách xử lý tối ưu nhất tới các yếu tốảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy ép viên như:
a) Kết cấu và chất lượng chế tạo khuôn ép và quả lô ép
Kết cấu hợp lý, chất lượng khuôn ép và quả lô ép tốt sẽ góp phần tăng năngsuất, tăng tuổi thọ máy, giảm chi phí sản xuất
Trong quá trình làm việc, khuôn và lô ép là hai bộ phận chịu ảnh hưởng lớnnhất của quá trình ép, ngoài chịu ảnh hưởng của phản lực nén ép có hướng vuông góc
Ép viên
Xử lý Vật lý
Trang 24với mặt khuôn, lực ma sát song song với mặt khuôn thì lô ép còn đồng thời chịu ảnhhưởng của lực li tâm Vì vậy trong quá trình tính toán, thiết kế cần hết sức lưu ý tới cácyếu tố trên để lựa chọn vật liệu và kết cấu cho phù hợp.
Hình 2.2 Một số lực tác dụng lên lô ép trong quá trình làm việc
c) Nhiệt độ
Trong quá trình tạo viên, khuôn chịu sức ép co dãn của vật liệu ép và quả lô nén
ép vật liệu vào lỗ khuôn gây ma sát giữa vật liệu với vật liệu và ma sát giữa vật liệuvới khuôn và quả lô ép làm phát sinh nhiệt trong buồng ép viên Nhiệt phát sinh quálớn có thể làm cháy nguyên liệu, làm biến đổi thành phần trong nguyên liệu
e) Tác động của mài mòn
Trong thành phần nguyên liệu đưa vào ép viên dù đã được tuyển chọn và làmsạch nhưng vẫn chứa một lượng cát khá lớn, trong quá trình ép viên các hạt cát nàygiống như các hạt mài, cộng với nhiệt độ cao làm cho khuôn và lô ép bị mài mòn rấtnhanh, do đó vật liệu chế tạo khuôn và lô ép phải có tính chịu mài mòn cao
Trang 252.4 Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy máy ép tạo viên
Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia máy ép viên được làm các loại cơ bảnlà:
+ Máy ép viên khuôn vành:
+ Máy ép viên khuôn phẳng:
+ Máy ép kiểu pittong, hoặc dạng vít
Hình 2.3 Phân loại máy ép viên.
a) ép viên khuôn vành 3 quả lô b) ép viên khuôn vành 2 quả lô c) ép viên khuôn vành 2 quả lô (1 to + 1 nhỏ) d) ép viên khuôn phẳng lô thẳng
e) ép viên khuôn phẳng lô côn f) ép viên dạng vít
Máy ép viên kiểu pittong hoặc dạng vít xoắn có ưu điểm là kết cấu đơn giản,nhưng lại có nhiều nhược điểm đó là tốc độ mòn của vít xoắn rất nhanh, do đókhông phù hợp với đối tượng nghiên cứu
Máy ép viên khuôn vành là loại máy ép viên kiểu khuôn quay, được ứng dụng rấtrộng rãi trong ngành chế biến thức ăn chăn nuôi Máy ép viên khuôn vành kiểukhuôn quay được chia thành 3 loại như hình 2.3.a,b,c
Máy ép viên khuôn vành khuôn ép chứa toàn bộ lô bên trong Cả khuôn và lô đều quay, trong quá trình làm việc lô đẩy nguyên liệu đã được trộn xuyên qua lỗ khuôn
Trang 26Hình 2.4 khuôn vành của máy.
+ Năng suất cao
+ Năng lượng riêng thấp
+ Điều chỉnh khe hở giữa các quả lô với khuôn ép đòi hỏi độ chính xácđồng đều cao
+ Viên ép sau khi cắt rơi xuống theo quán tính quay tròn của khuôn ép sẽbị văng vào thành của vỏ máy nên dễ bị vỡ viên
Hình 2.5 Cấu tạo quả lô, khuôn ép được sử dụng trong máy ép viên khuôn vành
Máy ép viên khuôn phẳng: bao gồm kiểu quả lô quay và kiểu khuôn quay Loạikhuôn quay thường dùng với những máy có công suất nhỏ và ít được sử dụng, loạithứ 2 là loại khuôn đứng yên và quả lô quay Loại này phổ biến hơn được sử dụngtương đối rộng rãi ở Châu Âu và các nước Đông Nam Á
Máy ép viên khuôn phẳng kiểu quả lô quay được chia làm 2 loại: kiểu quả lô thẳng
Trang 27(hình 2.5b), kiểu quả lô côn (hình 2.5a)
Hình 2.6 Các kiểu lô trong máy ép viên khuôn phẳng.
Máy ép viên khuôn phẳng đã khắc phục được những hạn chế của máy ép viênkhuôn vành như:
- Dễ chế tạo và thay thế khuôn khi bị hư hỏng
- Khe hở giữa khuôn và lô ép có thể điều chỉnh dễ dàng, thao tác đơn giản
- Góc ăn nguyên liệu giữa quả lô và khuôn phẳng lớn hơn so với khuônvành nên có thể ứng dụng cho cả những nguyên liệu dạng thô, sợi
- Khi bề mặt làm việc của khuôn bị mòn có thể lật mặt trái để sử dụng, do
đó nâng cao được tuổi thọ của khuôn
- Do nguyên liệu đi vào buồng ép từ trên xuống, đồng thời có tấm gạt trên
bề mặt khuôn cho nên nguyên liệu luôn được phân bố đồng đều trên bề mặtkhuôn, vì thế dù ở vị trí nào của khuôn đều ép ra viên bằng nhau
- Viên ép cứng hơn, ít bụi bột
- Viên ép sau khi cắt rơi thẳng xuống theo trọng lượng bản thân và đượcđưa ra ngoài dễ dàng nhờ đĩa dao gạt, viên không bị va chạm với vỏ máy nên tỉ
lệ viên vỡ ít
- Máy ép viên kiểu khuôn vành sử dụng phương pháp ép nửa khô, khi épnhiệt lượng sinh ra tương đối lớn, có thể đạt tới 700C và lớn hơn nữa, dễ làm hưhỏng bộ phận nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt Thông thường người tadùng phương pháp giảm chiều dài lỗ của khuôn để giảm thấp sự tăng nhiệt.Nhưng về phương diện khác do giảm ngắn chiều dài hữu hiệu của khuôn thì dẫntới làm tăng lượng bụi bột sinh ra khi ép, tỉ lệ thành phẩm giảm thấp xuống kéotheo sự giảm độ cứng của viên Khắc phục tình trạng này người ta dùng khuônphẳng, không cần giảm độ dài hữu hiệu của khuôn mà vẫn có thể giảm thấpnhiệt độ của viên bằng cách thiết kế ống nước làm nguội trực tiếp vừa giữ được
độ cứng của viên vừa giảm được nhiệt độ của viên
- Truyền động sử dụng dây đai hình thang, bánh vít - trục vít hoặc cặp bánhrăng côn…, truyền động sẽ ổn định và tiếng ồn thấp
Trang 28Kết luận: Từ những phân tích ưu nhược điểm của các kiểu máy ép viên khuôn phẳng,
khuôn vành và vít xoắn với tính chất của nguyên liệu ép là rác thải khó phân huỷ (dạngthô,sợi, độ đồng đều thấp), cũng như đánh giá khả năng chế tạo ở trong nước chúng tôiđã lựa chọn kiểu máy ép khuôn phẳng lô thẳng với 3 quả lô quay làm đối tượng đểnghiên cứu, thiết kế và chế tạo
Hình 2.7 Cấu tạo quả lô ép, khuôn ép và bộ truyền động được sử dụng trong máy ép
viên khuôn phẳng.
CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VÀ TẠO HÌNH VIÊN
A Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép và tạo hình viên từ rác thải khó phân hủy 3.1 Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên
Quá trình hình thành viên của máy ép viên được tạo ra trên cơ sở tồn tại khe hởgiữa nguyên liệu với khuôn và lô ép Nguyên liệu hỗn hợp dưới tác dụng của cácnhân tố: nhiệt độ, lực ma sát và lực ép của lô tổng hợp lại khiến cho khoảngkhông của nhiên liệu nhỏ lại mà hình thành viên có kích thước và độ chặt nhấtđịnh Căn cứ vào trạng thái khác nhau của nguyên liệu trong quá trình ép có thểchia ra 3 vùng: vùng cấp liệu, vùng ép biến dạng và vùng ép thành viên (hình3.1)
Trang 29a Vùng cấp liệu: về cơ bản nguyên liệu không chịu sự ảnh hưởng của ngoại lực
nào nhưng lại chịu ảnh hưởng của lực ly tâm (do khuôn ép quay) khiến cho nguyênliệu dán chặt trên mặt khuôn với mật độ 0,4 0,7g/cm3 [2]
O
H íngquaycñal«Ðp VïngbiÕnd¹ngcñaÐpviªn
VïngcÊpliÖu VïngbiÕnd¹ng VïngÐpthµnhviªn H íngquaycñakhu«n
O1
Hình 3.1 Trạng thái nguyên liệu bột trong quá trình ép viên
b Vùng ép biến dạng: khi khuôn lô quay dựa vào ma sát với khuôn, nguyên
liệu được đưa vào vùng ép chặt, nhận được tác dụng ép của khuôn và quả lô giữanguyên liệu sinh ra sự chuyển dịch tương đối theo sự gia tăng dần của lực ép.Khoảng không giữa vùng biến dạng giảm dần, nguyên liệu không thể sinh ra sự biếndạng ngược lại, độ chặt tăng đến 0,9 1g/cm3[2]
c Vùng ép thành viên: ở trong vùng ép khe hở giữa khuôn và quả lô tương đối
bé, lực ép đột ngột tăng bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu tăng mạnh; sinh ra sự nhớttương đối đồng thời nguyên liệu bị ép vào lỗ khuôn Do nguyên liệu hỗn hợp có tínhbiến dạng đàn hồi và tính biến dạng dẻo cho nên độ chặt của viên hình thành đạt tới1,2 1,4g/cm3 [2] Sau khi nguyên liệu bị ép ra khỏi lỗ khuôn, nó có tỷ lệ đàn hồinhất định (nghĩa là đường kính của viên lớn hơn đường kính của lỗ khuôn ép) nóichung tỉ lệ đàn hồi là 2 7 % [3] Tính chất vật lý của nguyên liệu và tỉ số chiều dàitrên đường kính khuôn (L/D) đều ảnh hưởng đến tỉ lệ đàn hồi
3.2 Phương trình cơ bản của quá trình tạo viên
Để xét lực ép trong lỗ khuôn ta coi lỗ khuôn như một máy ép đóng bánh liên tục(hình vẽ 3.3)
Trang 30x p
P B
A
max p
O
p x
x
q x
q do
dt p
d p
Hình 3.2 Đồ thị phân bố áp suất dọc trục và bên cạnh của toàn bộ lỗ ép viên
- Khi xét khuôn ép có chiều dài L và tiết diện là S
- Khối nguyên liệu nén có khối lượng M Khối lượng riêng ban đầu là: 0-,khối lượng riêng sau khi qua ép nén được một đoạn là H
- Coi mối quan hệ phụ thuộc giữa áp suất nén P với khối lượng riêng củanguyên liệu như sau:
f (P )=dPd(3.1)
- Trong quá trình nén ép, hàm f(P) có thể coi là tuyến tích dạng ap+b [6]
P t S−( P x +d p x ) s−f =0
(3.3)
- Lực ma sát của vật liệu với khuôn nén:
Trang 31- Áp suất cạnh qx gồm hai thành phần:
+ Thành phần do áp suất nén dọc trục Px gây ra với tỷ lệ
- Thay qx vào phương trình ta có thể viết:
Trang 32- Khi ép, lô ép quay thì chiều dài H chính là hành trình ép của lô khuôn ép
và là chiều dày của vành vật liệu trên khuôn hay chiều cao vùng cấp liệu theo
- Khối lượng nguyên liệu được ép đùn vào các lỗ khuôn cho tới khi khe hở giữa lô
ép và khuôn ép đạt nhỏ nhất (khe hở này thường là 0,1 0,3 mm) trên đồ thị ápsuất nén ta thấy Pmax ở điểm A có thể đạt tới 30 40 MPa [3] tuỳ theo khốilượng riêng cần thiết của sản phẩm
3.3 Điều kiện để quá trình ép viên xảy ra
Nguyên liệu bột bị quả lô ép đưa vào vùng ép, biến dạng chủ yếu là dựa vào masát giữa bề mặt khuôn ép và quả lô ép khi xét trạng thái lực nhận được củanguyên liệu trên từng đoạn nhỏ của vùng cấp liệu gần với vùng ép biến dạng(hình 3.4)
Hình 3.3 Phân tích lực xảy ra trong quá trình ép
- Bề mặt ngoài của quả lô ép sẽ kéo nguyên liệu vào điểm giới hạn củavùng biến dạng đường cắt tại A ở lô ép và với mặt trong của khuôn ép tại A1.Hai đường tiếp tuyến tại A của lô ép và tại A1 của khuôn ép cắt nhau tại C
- Phân tích lực nhận được của nguyên liệu Xét ACA lấy C làm gốc dựng
hệ trục xoy với CA1 là trục X lập sơ đồ (Hình 3.4)
- Theo hình vẽ góc ACA1 = DAO1 = ( đặt là góc lấy liệu) xác định điềukiện của tức là xác định điều kiện của ép viên
Trong ACA1:
+ N là áp lực nhận được của quả lô ép
+ F: là lực ma sát lô với nguyên liệu
+ Q: là áp lực nhận được của khuôn
+ T: lực ma sát khuôn với nguyên liệu
+ Nsin: là lực cản của nguyên liệu tiến vào vùng biến dạng
- Lực nguyên liệu nhận được để đưa nguyên liệu vào vùng biến dạng:
Trang 33Fcos + T
Mà F = N f Fcos + T = f.Ncos + f.Q (3.9)
T = Q.fTrong đó: f là hệ số ma sát giữa quả lô khuôn với nguyên liệu
- Điều kiện để nguyên liệu tiến vào khu vực ép biến dạng là:
fNcos + f.Q N.sin (3.10)Trong đó: Q là áp lực nhận được của khuôn do lực N của lô và lực T do ma sátkhuôn với nguyên liệu
- Thay Q vào phương trình trên ta được:
f.Ncos + f.Ncos + f 2 Nsin Nsin
2 f.Ncos + f 2 Nsin Nsin
2 f.cos + f2 sin sin
tg≤ 2 f
1−f 2
- Đối với nguyên liệu có nguồn gốc từ phế phẩm nông nghiệp có f =0,37÷0,1 nghĩa là 10 ≤ ≤40 Từ đó có thể thấy góc và hệ số ma sát f tỉ lệ thuậnvới nhau Hệ số ma sát f giữa lô, khuôn và nguyên liệu khác nhau thì góc lấy liệu
cũng khác nhau Giữa nguyên liệu không giống nhau thì sự khác của góc làtương đối rõ rệt nếu điều kiện tg≤ 2 f
1−f 2 thì sẽ tạo được viên (vật liệu tiến đượcvào vùng ép biến dạng)
- Từ hình vẽ ta nhận thấy ứng với kích thước khuôn và lô ép góc sẽ có vùng biếndạng nhất định và độ dày lớp vật liệu H tương ứng Vật liệu đưa vào quá nhiềucũng không thể tăng được năng suất và tính chất của nguyên liệu hay hệ số masát f có ảnh hưởng đến việc tạo thành viên
3.4 Tính toán lựa chọn thông số máy ép viên
Như tính toán ở phần trên để viên ép đạt được khối lượng riêng thì áp suất nénphải đạt tới Pmax Theo công thức (3.2) nhưng muốn vậy ở đoạn đùn X = L-H masát của khối ép với khuôn phải tạo ra lực đủ lớn chống đối với áp lực Pmax đó làlực ma sát tổng hợp (tĩnh) Ft được xác định bằng:
F t = ft.N = f t Sc = f t C.L1 = ft .P d C.L1 (3.12) Trong đó:
+ ft: Hệ số ma sát tĩnh
+ : ứng suất tiếp tuyến do áp suất cạnh qx gây nên; tỷ lệ với áp suất pháptuyến Pđ; = .Pd (thường theo thực nghiệm = 0,4 0,5)
Trang 34+ Sc - diện tích xung quanh khuôn (m2) Sc = C.L
+ C - Chu vi tiết diện khuôn
+ L - Chiều dài đoạn ép đùn
- Như vậy để đảm bảo điều kiện nguyên liệu được ép thành viên có khốilượng riêng là thì Ft = Pmax So = ft..Pd.C.L (N)
- Với dữ liệu ft = 0,2; P = 40 Mpa = 40 N/mm2; = 0,5 và các thông số kỹ thuậttheo thiết kế, lực ép tác dụng lên đĩa được xác định:
Q ≥ Ft = 0,2.0,5.40.3,14.390.35 = 171.444 (N)
Dựa trên cơ sở lý thuyết và tham khảo thông số kỹ thuật của một số mẫu máy tạoviên của các hãng Buhler (Anh), CPM (Mỹ); Chính Xương (Trung Quốc), Kahl(Đức):
Bảng 3.1 Thông số của các loại máy tạo viên
160 200kWĐường kính lô 150-
Kích thước viên 2mm - 30mm tùy thuộc vào vật liệu và yêu cầu
Khối lượng máy 1,150 kgs 2,430 kgs 3,400 kgs 4,600 kgs 5,400 kgs
- Dựa trên cơ sở lý thuyết của máy ép viên dùng để ép là rác thải khó phânhuỷ (dạng thô,sợi, độ đồng đều thấp) cũng như đánh giá khả năng chế tạo ở trongnước chúng em đã lựa chọn kiểu máy ép khuôn phẳng lô thẳng với 3 quả lô quaylàm đối tượng để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
- Em dựa theo bảng (3.1) để lựa chọn và thiết kế máy tạo viên năng suất
100 kg/h theo một số thông số kỹ thuật sau:
Bảng 3.2 Thông số của các loại máy tạo viên.
6 Đường kính ngoài lô ép mm 150
B: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC
3.5 Chọn động cơ điện:
Trang 35 Công suất động cơ: 22 KW
Số vòng quay: 1450v/ph
3.6 Phân phối tỷ số truyền
Ta đã biết rằng tỉ số truyền của toàn bộ cơ cấu được tinh theo công thức :
ut = un..uh Trong đó: un: tỉ số truyền của bộ truyền ngoài
uh: tỉ số truyền của hộp giảm tốc
Mặt khác tỷ số truyền thực của toàn bộ cơ cấu được xác định theo công thức, tài liệu trang 48 [12]:
u t = ndc
nlv =
1450
250 = 5 ,8(3.13)
Trong đó:ndc: số vòng quay của động cơ
nlv: số vòng quay của trục làm việc
Máy được thiết kế gồm bộ truyền trong là hộp giảm tốc bánh răng côn và bộ truyền ngoài là đai
Chọn tỉ số truyền bộ truyền răng côn: uh=4 tra bảng (2.4)Trang 21 [12]
=> Tỉ số truyền bộ truyền ngoài :
u n = ut
uh =
5,8
4 = 1,45(3.14)
3.7 Xác định công suất, tốc độ quay và mômen trên các trục.
Số vòng quay trên các trục lần lượt như sau:
n 1 =ndc
un =
14501,45 = 1000 (vg/ph)
+ Pct: công suất cần thiết trên trục động cơ
+ Pt: công suất tính toán trên trục máy công tác
+ η : hiệu suất truyền động
+ Pdc = 22 (Kw)
Theo bảng (2.3) trang 19 [12] ta có:
- Hiệu suất bộ truyền đai : đ = 0,96
- Hiệu suất bộ truyền răng côn br= 0,95
- Hiệu suất một cặp ổ lăn olan= 0,99
- Hiệu suất trục đàn hồi k = 1
P 1 = Pdc =22.0,96.0,99= 20 ,9 (Kw)
Trang 366 P2
9,55.106 19,65
250 = 750630 (Nmm) T3 = 9,55.10
6.P3
3.8 Thiết kế bộ truyền đai
3.8.1 Chọn loại đai và xác định kích thước đai
Đai thang gồm 3 loại: đai thang thường, đai thang rộng và đai thang hẹp , tachọn đai thang thường vừa phổ biến và giảm chi phí nhưng vẫn đảm bảo
sức bền , đàn hồi tốt , ít chịu ảnh hưởng bởi độ bền
3.8.2 Tính toán đai :
Với Tđc=144896,5 (Nmm) theo bảng (13.5) trang 23 [14] ta chọn đai thường B :
- Đường kính bánh đai nhỏ d1=1,2 dmin.trong đó tra theo bảng (13.5) trang23)[14]
Đều nhỏ hơn vận tốc cho phép vmax=25m/s
- Đường kính bánh đai lớn: tính theo công thức 4.2 trang 53 [12]
d 2=d 1 u (1- )= 362,5
(3.17)
u= 1,45: tỉ số truyền
=0.01-0.02 :hệ số trượt
Chọn theo tiêu chuẩn bảng :d2= 360 ( mm )
- Chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo bảng (4.14) trang 12 [12]
Trang 37a= 1,5.d2 = 540 (mm)
- Chiều dài đai theo (4.4)[12]:
l = 2.a+=2043 (mm) (3.18)
Theo bảng 4.13[12] trang 59 chiều dài đai tiêu chuẩn: l= 2000 (mm)
- Tính lại khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn theo (13.5) tr14 [12]:
+ P 1: công suất trên trục bánh đai chủ động
+ Kđ = 1,5: hệ số tải trọng động, tra bảng (4.7) tr55 [12]
+ [P0] công suất cho phép tra bảng (4.19) tr62 [12] = 9,23
+ C= hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm:
C =1- 0,0025(180- 1) = 0,97+ Cl: hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai, tra bảng (4.16)tr61 [12]
Cl = 0,89+ Cu:hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền bảng (4.17) tr61 [12]
u=1,45=> Cu =1,11 + Cz:hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai, bảng (4.18)tr61[12]:
Cz = 0,95 Vậy z = 3,92
Trang 38F0=780 P1Kđ
v.Cαz + Fv
(3.26 )
Trong đó:
+ Fv: lực căng do lực li tâm sinh ra
+ q m= 0,3( kg/m): khối lượng 1m chiều dài đai, tra bảng (4.22)tr64[12]
Vẽ sơ bộ kết cấu bộ truyền đai thang:
Hình 3.4 Kết cấu bộ truyền đai dẹt và lực tác dụng trên trục.
3.8.3 :Tổng Hợp kết quả tính toán.
Bảng 3.4 Kết quả của đai tính được.
Trang 393.8.4 Kiểm nghiệm bằng phần mềm Inventor.
3.8.4.1Nhập số liệu tính toán.
Chọn đai :
Hình 3.5 Chọn đai trên phần mềm Inventor.
Hình 3.6 Nhập chiều dài đai và số đai trên phần mềm Inventor.
Trang 40Hình 3.7 Thông số bánh đai 1.
Hình 3.8 Thông số bánh đai 2.
Hình 3.9 Nhập thông số còn lại ( vận tốc gần đúng với tính toán ).
3.9 Thiết kế bộ truyền bánh răng
Thông số yêu cầu:
- Công suất trên trục: PI = 20.9 kW
- Momen xoắn trục I: TI = 199595 N.mm
- Số vòng quay trục I: n1 = 1000 v/p
- Số vòng quay trục II: n2 = 250 v/p
- Tỉ số truyền: u = ubr = uh = 4
- Thời gian phục vụ: lh = 18000 giờ
3.9.1 Chọn vật liệu và xác định ứng suất cho phép.
Chọn vật liệu
