ĐỒ ÁN MÁY CÔNG NGHIỆP - THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI

ĐỒ ÁN MÁY CÔNG NGHIỆP - THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BIĐỒ ÁN MÁY CÔNG NGHIỆP - THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BIĐỒ ÁN MÁY CÔNG NGHIỆP - THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BIĐỒ ÁN MÁY CÔNG NGHIỆP - THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BIĐỒ ÁN MÁY CÔNG NGHIỆP - THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ -0o0 -

ĐỒ ÁN MÁY CÔNG NGHIỆP

MÁY NGHIỀN BI

GVHD: NGÔ QUANG TRỌNG SVTH: TRẦN VĂN HOÀNG LỚP: 62 KTCK

MSSV: 62133745

Khánh Hòa, 2024

Chương 1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm chung về nghiền vật liệu

Nghiền là quá trình gồm một hoặc nhiều công đoạn nhằm làm giảm kích thước của vật liệu ban đầu cần nghiền đến kích thước yêu cầu Có nhiều phươngpháp giảm kích thước khác nhau song phổ biến hơn là quá trình nghiền cơ học

Đặc trưng cho công đoạn nghiền là mức độ nghiền (Hay còn gọi là tỷ số nghiền) i Có khá nhiều định nghĩa về mức độ nghiền song mức độ nghiền i được xem là tỷ số giữa kích thước trung bình của hạt vật liệu trước khi nghiền

và sau khi nghiền

i = D tb

d tb

Với D tb - Kích thước trung bình của hạt vật liệu trước khi nghiền

d tb- Kích thước trung bình của hạt vật liệu sau khi nghiền

Tùy theo kích thước sản phẩm có thể phân quá trình nghiền thành quá trình nghiền thô với sản phẩm dạng hạt và nghiền bột, sau đó chúng lại phân nhỏthành nhóm có kích thước cụ thể hơn, ví dụ:

Nghiền hạt được phân thành:

 Nghiền thô to: có kích thước hạt trong khoảng (125÷ 250)mm

 Nghiền thô vừa: có kích thước hạt trong khoảng (20÷ 125)mm

 Nghiền nhỏ: có kích thước hạt trong khoảng (3÷ 20)mm

Nghiền mịn được phân thành:

 Nghiền bột thô: có kích thước hạt khoảng (0,3÷ 3)mm.

 Nghiền bột mịn: có kích thước hạt khoảng (0,1÷ 0,05)mm

 Nghiền bột siêu mịn: có kích thước hạt khoảng (5÷ 10).10 3mm

 Vật liệu sau khi nghiền không cần sấy lại.

 Có thể kết hợp quá trình nghiền và sấy

 Nhược điểm:

 Tiêu tốn nhiều năng lượng

 Sinh ra bụi

 Cần lực nghiền lớn

 Do lực ma sát lớn nên sinh nhiều nhiệt làm nóng thiết bị

 Vật liệu hay dính bết vào thành máy

b) Nghiền ướt:

 Ưu điểm:

 Không sinh ra bụi

 Tiêu tốn năng lượng ít hơn nhờ có nước len vào các vết nứt có trong hạt vật liệugiúp chúng dễ nứt ra

uốn

Va đập

nổ Mài xiết

Nén ép

 Vật liệu không bị dính bết vào thiết bị.

 Giảm lực ma sát nên thiết bị ít bị nóng, tăng tuổi thọ

 Nhược điểm:

 Tiêu tốn năng lượng để sấy khô vật liệu sau khi nghiền

 Năng suất bị giảm vì phải tốn một phần trọng lượng là nước

1.1.4 Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền:

 Lực liên kết giữa các phân tử vật liệu

 Hình dạng của vật liệu

 Kích thước hạt vật liệu

 Thiết bị

 Hệ số ma sát giữa vật liệu với bề mặt thiết bị đập nghiền

Để có được đá vôi dạng bột mịn có dtb<1mm từ các khối đá vôi lớn kích thước vài chục m3 ta phải thực hiện nhiều công đoạn: đập thô với máy đập hàm, đập mịn với máy đập búa, và cuối cùng là nghiền mịn với máy nghiền bi

1.1.5 Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiền vỡ vật thể.

Trong công nghiệp sản xuất bột nghiền và nhiều ngành công nghiệp khác thường tiến hành quá trình nghiền nhỏ vật liệu từ các khối lớn, và các hạt thành dạng bột thô, vừa hoặc bột mịn Nếu ta gọi kích thước trung bình của các khối vật liệu, các loại hạt trước khi đem nghiền là D và kích thước trung bình của bột thành phẩm sau khi nghiền là d thì

có thể phân loại các mức nghiền theo.

Bảng 1.1 Bảng phân loại mức nghiền.

cơ cấu truyền động mà còn phụ thuộc vào cơ lý tính của vật liệu đem nghiền như: độ cứng, độ ẩm, tính chất của vỏ hạt Công nghiền dùng để khắc phục các lực liên kết giữa các phần tử của vật liệu đem nghiền, các lực ma sát giữa vật liệu với nhau, giữa vật liệu với các cơ cấu nghiền và ma sát của các bộ phận chuyển động trong máy.

1.1.6 Các thuyết về nghiền.

a) Thuyết diện tích bề mặt của Rittinger:

Thuyết bề mặt của P Rv Ritingơ nêu ra với nội dung: công dùng cho quá trình nghiền tỉ lệ thuận với bề mặt mới hình thành của vật liệu đem nghiền.

Giả thiết rằng cục vật liệu đem nghiền có hình lập phương, kích thước ban đầu là

D, sau khi được nghiền nhỏ vẫn có hình dạng lập phương với kích thước d và trong quá trình nghiền không có hao tổn vật liệu ở dạng bụi nhỏ Nếu gọi tỉ số D/d = i là mức độ nghiền (theo kích thước dài) thì số cục sản phẩm Z thu được sau khi nghiền sẽ tỉ lệ bậc ba với mức độ nghiền:

Tổng bề mặt cục sản phẩm sau khi nghiền (d) từ một cục vật liệu ban đầu là:

F 2 = 6zd 2 = 6i 3 d 3 = 6.D

3

d3 d2

F 2 = 6(D d )D 2 = 6iD 2 Vậy tổng bề mặt mới được tạo ra sau quá trình nghiền đập là:

F = F 2 – F 1 = 6iD 2 – 6D 2 = 6D 2 (i – 1).

b) Thuyết thể tích của V N Kirpitrev:

V N Kirpitrev đề ra và được kiểm tra bằng thực nghiệm với nội dung như sau: Công cần thiết để phá vỡ vật liệu tỉ lệ thuận với độ biến đổi thể tích của vật liệu.

Nó được xác định như công làm biến dạng vật liệu khi bị nén (hoặc kéo) theo định luật Hook trong sức bền vật liệu, nghĩa là:

A 2 = , (N.m) (156 -157 – [3]) Trong đó: - Giới hạn bền nén (kéo) của vật liệu, N/m 2

E - Modun đàn hồi của vật liệu, N/m 2

- Hiệu số thể tích của vật liêu trước và sau khi nghiền

Cả hai thuyết trên chưa thật hoàn toàn phù hợp với thực tế Thuyết bề mặt thích hợp với nghiền nhỏ và mịn còn thuyết thể tích còn thuyết thể tích phù hợp với nghiền thô

và vừa.

c) Thuyết tổ hợp của Rêbinđê:

Theo P A Rêbinđê: “ Công tiêu hao làm biến dạng vật liệu và công tạo ra bề măt mới ”.

A = A 2 + A 1 = + 6A r D 2 (i – 1), (N.cm) (160-161 – [3]) Các công thức tính công của ba thuyết nghiền nêu trên điều được áp dụng trong

Điều đó chứng tỏ quá trình nghiền thực chất rất phức tạp bao gồm nhiều quá trình biến đổi xử lý của vật liệu trong khi nghiền.

1.2 Lý thuyết về vật liệu gia công.

 Đá vôi:

Đá vôi là một loại đá trầm tích, có thành phần hóa học chủ yếu là khoángchất canxi và aragonit Ngoài ra chứa các loại tạp chất như bùn đất, đá silic, cát,bitum…)

Hình 1.1 Đá vôi 1.2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu nghiền

Tính chất cơ bản của vật liệu nghiền thường gặp trong sản xuất vật liệu là độbền, độ cứng, độ giòn , độ mài mòn, khối lượng riêng, mô đun đàn hồi và độ hạt…

a) Độ bền:

Là tính chất đặc trưng cho khả năng chống lại sự phá hủy của vật liệu dướitác dụng của ngoại lực

Bảng 1.1 độ bền khác nhau của đá vôi so với bền nén.

b) Độ cứng:

Độ cứng của vật liệu là tính chất đặc trưng cho khả năng chống lại sự biếndạng dưới tác dụng của ngoại lực

Bảng 1.2 Khối lượng và giới hạn bền của đá vôi.

Loại vật liệu Khối

lượngriêng(kg/m3)

Một trong các chỉ tiêu khác đánh giá khả năng nghiền là tính nghiền của

vật liệu Tính nghiền của vật liệu được đánh giá thông qua chỉ tiêu nghiền K là

tỷ số giữa năng lượng tiêu hao khi nghiền vật liệu tiêu chuẩn và năng lượng riêng tiêu hao khi nghiền vật liệu cần xem xét với mức độ nghiền trong điều kiệnthô Như vậy, giá trị K càng nhỏ thì khả năng nghiền càng khó

Hệ số K của đá vôi là 0,8 – 0,9 tra ở bảng 1.6 hệ số tính nghiền K của một

số loại vật liệu

1.3 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY NGHIỀN BI.

1.3.1 Các loại máy nghiền bi đã được sản xuất trên thị trường:

Hiện nay trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng có rất nhiều loại máynghiền bi được sử dụng khá phổ biến cho quá trình nghiền mịn vật liệu Vài chụcnăm trở về đây thì các loại máy này được mua và nhập khẩu từ nước ngoài nên giathành của máy và thiết bị có giá thành cao, nhiều cơ sở sản xuất vừa và nhỏ không

đủ điều kiện để mua Trong những năm gần đây nước ta đã thiết kế chế tạo những

 Máy nghiền bi nano ngành BVTV-SƠN.

Hình 1.2 Máy nghiền bi nano.

 Thông số kỹ thuật:

NGANG MOTOR NGHIỀN, BIẾN TẦN 30 HP (22 KW)

304

RỈ

BÁO PHA VÀ BIẾN TẦN

ON/OFF,DỪNG KHẨN CẤP, MÀN HÌNH TỐC ĐỘ, AMPE VÀ

VOLUME ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

 Chỉ phù hợp với doanh nghiệp nhỏ lẻ.

 Năng suất khá thấp, buồng nghiền tương đối nhỏ ko phù hợp với vật liệu nghiền lớn

 Máy nghiền bi lăn siêu mịn

Hình 1.3 Máy nghiền bi MM 500 Control – Retsch.

 Thông số kỹ thuật:

Kích thước hạt đầu vào khoảng 3mm, với đất <10mm

Kích thước hạt đầu ra 300 – 1000 mesh (có thể tốt hơn

mức đạt 100-200nm, tùy thuộc vào

độ cứng vật liệu và chế độ nghiền, thời gian nghiền)

 Máy nghiền bi 2 chạm Station, lượng mẫu lớn, 0.75KW

Hình 1.4 Máy nghiền bi 2 chạm Station, lượng mẫu lớn, 0.75KW

 Nhược điểm:

 Không phù hợp với các loại vật liệu nghiền lớn do thể tích bình chứa nhỏ

1.3.2 Sơ đồ máy nghiền bi.

a) Máy nghiền bi có chậu quay.

Hình 1.5 Máy nghiền bi ly tâm.

1- hộp giảm tốc; 2- vỏ máy; 3- chậu; 4- vòng nghiền; 5- ghi lưới; 6- bộ phận ly; 7- ống thoát; 8- quạt gió; 9- cửa nạp bi và vật liệu; 10- bi; 11- cửa hút không khí; 12- động cơ diện

 Nguyên lý hoạt động:

Trên hình 1.5 trình bày cấu tạo của máy nghiền bi chậu quay hay còn gọi

là máy nghiền bi ly tâm

Chậu 3 quay xung quanh trục đứng nhờ bộ truyền bánh răng nón ở phía dưới

Khi chậu quay các viên bi và vật liệu chịu tác dụng của lực ly tâm văng rakhỏi miệng chậu quay 3 đến đập vào vòng nghiền 4 rồi rơi ngược trở lại về chậu Chính động năng của các viên bi tạo ra lực đập vật liệu Quạt gió 8 hút

hỗn hợp không khí và vật liệu đã bị nghiền đi qua ghi lưới 5; các hạt to không chui qua lưới được bị rơi trở lại và được nghiền tiếp.

 Ưu điểm:

 Nhỏ gọn, dễ di chuyển, tiết kiệm không gian

 Nghiền đạt đến độ mịn 0,07 mm

 Nhược điểm:

 Máy này chủ yếu dùng để nghiền khô các vật liệu có độ cứng trung bình

 Năng suất không lớn, làm việc ồn và bụi

b) Máy nghiền bi rung.

Hình 1.6 Sơ đồ máy nghiền bi rung loại quán tính (hình a) và loại rung

(hình b).

1- vỏ mảy; 2- bộ phận rung; 3- các lò xo đỡ; 4- bệ máy; 5- động cơ điện; 6- nối

trục mềm; 7- bi nghiền; 8- cửa

2- Nguyên lý hoạt động:

Trên hình 1.6 trình bày sơ đồ máy nghiền bi rung (gọi tắt là máy nghiền rung) Máy gồm cố vỏ hình trụ 1, có cửa 8 để nạp và tháo bi cùng với vật liệu đem nghiền Vỏ máy được đặt trên các lò xo đỡ 3 Và lò xo đặt trên bệ máy 4

Bộ phận rung 2 (trục lệch tâm hoặc trục khuỷu) tựa lên hai gối đỡ đã được lắp với vỏ máy Thường trục 2 được lồng vào trong một ống bảo vệ bằng cao su cứng

Trục 2 của bộ phận rung nối với trục động cơ điện bằng nối trục mềm để tránh truyền sự rung từ máy nghiền đến động cơ điện

Trục 2 của bộ phận rung có thể làm ở dạng trục khuỷu hoặc dạng lệch tâm, bên trên nó còn gắn thêm các miếng đối trọng để điều chỉnh biên độ dao động

Biên độ dao động của thùng nghiền 3÷5 mm Số vòng quay của trục 2 thường đến 1500÷3000 vòng/phút

1.4 Chọn sơ đồ nguyên lý thực hiện:

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi gián đoạn.

1 – Thùng quay; 2- Ổ trục đỡ; 3- Động cơ; 4- Hộp giảm tốc; 5 – Hệ puli; 6- Đai truyền; 7- Cửa tháo và nạp liệu

 Ưu điểm:

 Cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định

 Dễ vận hành, mức độ đập nghiền cho ra hạt mịn cao

 Thùng lớn nghiền được nhiều, tiết kiệm thời gian

 Nhược điểm:

 Kích thước lớn, chiếm diện tích, gây tiếng ồn

 Tiêu hao năng lượng lớn, một số hạt chưa đạt kích thước yêu cầu máy vẫn tiêu tốn năng lượng để nghiền toàn bộ vật liệu nẳm trong máy.

 Thể tích sử dụng chỉ chiếm 50%

 Nguyên lý hoạt động:

Vật liệu được cân sau đó cho vào máy, nước được bơm vào thùng nghiền quamột đường ống với lượng được tính trước bằng của ở thân thùng động cơ được khởi động từ từ tránh quá tải khi mở máy

Khi thùng chuyển động quay tròn thì bị nghiền và vật liệu chịu lực ly tâm được đưa lên một độ cao nào đó rồi rơi xuống Trong cả quá trình chuyển động

tương đối với nhau giữa bị nghiền và vật liệu sinh ra lực ma sát làm mài nhỏ vật liệu Đồng thời động năng sinh ra do bị đạn rơi tạo lực va đập đập nhỏ vật liệu Bên cạnh đó vật liệu được mài nhỏ còn nhờ ma sát giữa vật liệu và tấm lót thân thùng nghiên.

Sau một thời gian ta kiểm tra thấy vật liệu đã đạt được độ mịn yêu cầu thì cho tháo liệu Ta thay của bằng một tấm ghi, và cho quay thùng sau cho miệng của hướng xuống Vật liệu sẽ thoát ra qua lỗ ghi còn bị nghiền sẽ được giữ lại Sau một thời gian có thể vật liệu không thể thoát ra ngoài được vì hai lý do:

Lỗ ghi bị bít do bị lấp kín miệng lỗ - giải quyết bằng cách lấy gậy đẩy bi ra

Áp suất trong thùng cân bằng nên không tạo được lực dầy vật liệu ra ngoài → giải quyết bằng cách thiết kế một lỗ nhỏ trên thân thùng để áp suất trong thân thùng tăng lên, giúp dấy vật liệu ra ngoài

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

2.1.YÊU CẦU KỸ THUẬT MÁY THIẾT KẾ

 Năng suất: 57 tấn/giờ

 vật liệu nghiền: Đá vôi

 Sản phẩm gia công: nghiền ra bột mịn

2.1.1 Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi.

Hình 1.8 Bảng tiêu chuẩn kích thước một số loại tấm lót.

b) Bi nghiền:

 Bộ phận chính va đập và chà xát vật liệu

 Kích thước của bi phụ thuộc vào kích thước và độ bền của vật liệu đem nghiền

 Thực nghiện chứng minh thể tích thực của viên bi chỉ chiếm 62% thể tích mà

nó chiếm chỗ, còn lại 38% là khe hở giữa các viên bi

Hình 1.9 Bi nghiền.

Hình 1.10 Bảng thông số đường kính bi nghiền trên thị trường.

 Lượng bi nghiền nạp vào máy:

Theo khối lượng riêng của bi nghiền ta phân thành 3 loại bi nghiền như sau:

 Bi nghiền có khối lượng riêng thấp (2.4 ÷ 2.5 g/cm3): bi sứ, silic dioxyt thường

 Bi nghiền có khối lượng riêng trung bình (2.6 ÷ 2.7 g/cm3): bi steatit, sứ chứanhiều alumin…

 Bi nghiền có khối lượng riêng cao (3.4 ÷ 3.5 g/cm3): bi alumin dạng đá túp vàalubit

 Vật liệu có khối lượng riêng càng lớn thì động năng do nó sinh ra cũng lớntheo, tác động đập nghiền càng lớn Sơ đồ sau miêu tả mối quan hệ giữa trọnglượng riêng của bi và thời gian nghiền

Từ đồ thị ta nhận thấy khi nghiền đến cùng một kích thước hạt thì với:

Biểu đồ mối liên hệ giữa trọng lượng riêng bi với thời gian nghiền.

 Góc kẹp:

Góc kẹp là góc kẹp bởi 2 tiếp tuyến tại 2điểm tiếp xúc giữa các viên bi và hạt vậtliệu Nó phụ thuộc vào bán kính R của viên

bi và r của hạt vật liệu

Các kết quả tính toán (tài liệu secmi)

cho thấy góc kẹp cho hiệu quả nghiền tốt

nhất là θ = 17 o Có nghĩa là R ≈ 90r.

Tuy nhiên sau một khoảng thời gian thìhiệu quả nghiền sẽ giảm do r giảm Vì vậy ta phải có cùng lúc nhiều loại bi trongthùng để đảm bảo góc kẹp là tốt nhất

 Thể tích rỗng:

Khi nạp bi vào thùng nghiền, do thể tích bi là hình cầu nên không thể nàolấp đầy khoảng không gian mà nó chiếm chỗ vì thế nên sinh ra các khoảng trốngtrong vùng thể tích bi chiếm chỗ Thể tích thực bi chiếm khoảng 52.4 ÷ 74% toànkhông gian bi chiếm

Biểu đồ mối quan hệ giữa thể tích bi và thời gian nghiền.

3/42/3

1/21/3

 Phân bố bi trong thùng nghiền:

Để hiệu quả nghiền tốt nhất ta phải tăng điểm tiếp xúc giữa các viên bi vàvật liệu Có nghĩa là bi phải tiếp xúc với nhau tại nhiều điểm, giảm lỗ rỗng giữa các

bi, kích thước bi phải phù hợp với kích thước vật liệu

Để đảm bảo các điều kiện trên thì bi nạp thường gổm 3 loại với tỉ lệ như sau:

ρ- Trọng lượng riêng của vật liệu làm bi

R- bán kính trong của thùng nghiền

L- chiều dài thùng nghiền

2.2 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN LÀM VIỆC CỦA MÁY.

2.2.1 Các thông số ban đầu:

 Tổng Khối lượng đá vôi 1 lần nghiền: = 28,5 tấn

 Trọng lượng riêng của bi: 2,7 kg/dm3

 Kích thước hạt đầu vào: 6 mm.

 Kích thước hạt đầu ra: (0,1÷ 0,05)mm

 Trọng lượng riêng của đá vôi: 3100 (kg/m3)

 Tổng thề tích bi và vật liệu nghiền chiếm chỗ:

Số lượng (viên) 13684

4) Vỏ thép :

Thông thường chiều dày vỏ thép δ=(0.01 ÷ 0.015)*D

( D là đường kính trong của thùng nghiền.)

Ta chọn :

δ = 0.0125.D = 0.0125 x 3.0 = 0.0375 (m)Chọn vật liệu làm vỏ thùng là thép hợp kim 40XHMA có:

Trên thân thùng khoét một lỗ kích thước (60x50)cm để làm lỗ nhập vàtháo liệu, đồng thời cũng đủ lớn để công nhân ra vào sửa chữa