thiết kế máy đập hàm trong sản xuất đá vật liệu xây dựng

Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngoại lực vật liệu bị phá vỡ thànhnhiều hạt nhỏ hơn làm tăng diện tích bề mặt nông tạo điều kiện dễ dàng hoànthành các quá trình hóa lý xảy

LỜI NÓI ĐẦU.

Trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa nước ta hiện nay Cũng như mọingành công nghiệp khác, công nghiệp vật liệu xây dựng là ngành quan trọng trongnền kinh tế quốc doanh Đặc biệt đối với nước ta hiện nay, ưu tiên hàng đầu là xâydựng cơ sở hạ tầng

Để đáp ứng nhiệm vụ cấp bách nói trên, đòi hỏi chúng ta phải xây dựng nhiều nhàmáy cung cấp vật liệu xây dựng hiện đại như nhà máy ximăng Bỉm Sơn, Hà Tiên Nhưng bên cạnh đó các địa phương cũng tận dụng nguyên liệu sẵn có để tự đáp ứngnhu cầu Trong các vật liệu xây dựng, đá chiếm vai trò quan trọng Người ta sử dụngđá để đúc bêtông, lót đường bộ, xe lửa, làm ximăng Ở khu vực miền trung có nhiềunơi khai thác đá như Phước Tường, Lăng Cô, đèo Hải Vân và các nhà máy ximăngHải Vân, Cosevco, Văn Xá Do đó đòi hỏi phải có máy đập đá Để thực hiện mụctiêu đó, đồ án tốt nghiệp khóa 1997-2002, khoa Cơ Khí, trường Đại Học Kỹ ThuậtĐại Học Đà Nẵng và thầy Trần Hữu Huế đã cho em nhận đề tài thiết kế máy nghiềnmá hay máy đập hàm

Sau thời gian hơn 3 tháng làm đề tài tốt nghiệp nay em đã hoàn thành nhiệm vụcủa mình Có được kết quả này chính là nhờ sự hướng dẫn tận tình của các thầy côtrong khoa Cơ khí, đặc biệt là thầy Trần Hữu Huế đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiệncho em hoàn thành đề tài tốt nghiệp và sự nỗ lực của bản thân, tìm hiểu học hỏi thựctế và các bạn cùng khóa

Đang còn là sinh viên, nên kiến thức kinh nghiệm thực tế, chuyên môn hạn hẹp,vốn lý thuyết chuyên ngành còn nhiều thiếu sót, tài liệu tham khảo thiếu thốn, do đótrong đề tài không tránh khỏi những sai sót, kính mong sự chỉ bảo của thầy cô Emxin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày,tháng, năm

Sinh viên thiết kế:

Nguyễn Đức Bình

CHƯƠNG 1.

VẬT LIỆU ĐÁ TRONG CÔNG

NGHIỆP SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY

DỰNG.

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng, đá là vật liệu quan trọng được sử dụngtrong ngành xây dựng cơ bản Chúng được dùng để làm chất độn trong bêtông, xâymố cầu đập nước, rải mặt đường, làm đường ôtô đường sắt Đá cũng là nguyên liệu

cơ bản để sản xuất ximăng, vôi và các chất kết dính khác Ngoài ra nó còn đượcdùng để trang trí

1.2 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU ĐÁ THEO THÀNH PHẦN ĐỊA CHẤT:Chia làm 3 loại:

1.2.1 Đá mắcma:

1.2.1.1 Đặc tính chung:

Đá mắc ma là do khối silicát nóng chảy từ lòng trái đất xâm nhập lên phần trêncủa vỏ hoặc phun ra ngoài mặt đất nguội đi tạo thành Do vị trí và điều kiện nguộicủa khối mắcma nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau, phân ra làmhai loại: xâm nhập và phún xuất

a) Đá xâm nhập:

Ở sâu hơn trong vỏ trái đất, chịu áp lực lớn hơn của lớp bên trên và nguội dần đimà thành Do đó nó có cấu trúc tinh thể lớn, đá đặc chất, cường độ cao, ít hút nước.b) Đá phún xuất:

Được tạo ra do mắc ma phun lên trên mặt đất, do nguội nhanh trong điều kiệnnhiệt độ và áp suất thấp, các khoáng vật không kịp kết tinh hoặc chỉ kết tinh đượcmột bộ phận Với kích thước tinh thể bé chưa hoàn chỉnh, còn đại bộ phận tồn tại ởdạng vô định hình Mặt khác, các chất khí và hơi nước không kịp thoát ra để lạinhiều ổ rỗng làm cho đá nhẹ, có loại nổi trên mặt nước

1.2.1.2 Các loại đá mắcma thường dùng trong công nghiệp vật liệuxây dựng:

a) Đá măcma xâm nhập:

- Granit (đá hoa cương): là loại đá axít có ở nhiều nơi, chủ yếu do thạch anh, fenspatvà một ít mica tạo thành, có khi còn có cả amfilon và Piroxen Granít có màu tronhạt, hồng nhạt hoặc vàng, phần lớn có kết tinh hạt lớn Granít rất đặc chắc, khốilượng thể tích từ 2600 ÷ 2700 Kg/cm3, cường độ nén rất lớn (1200 ÷ 2500 Kg/cm2)

- Sienit: là loại đá trung tính, thành phần khoáng vật chủ yếu là oetteela, plagielaaxít, các khoáng vật màu xẫm (ampilon, Piroxen Liatit), một ít mica, một ít thạchanh, có khối lượng riêng (2,7 ÷ 2,9) g/cm3.

- Khối lượng thể tích: (2400 ÷ 2800) Kg/m3, cường độ chịu nén: (1500 ÷ 2000)Kg/cm2

- Dionit: là loại đá trung tính, thành phần chủ yếu là palagiocla trung tính chiếmkhoảng 3/4, Hacllenaugit, Hiolit, Amilon và một ít mica pyroxen Dionít thường cómàu xám, xám nhẹ có xen các vết xẫm và trắng, khối lượng thể tích (2900 ÷ 3300)Kg/m3 Cường độ chịu nén (2000 ÷ 3500) Kg/cm2

- Gabrô: là loại đá bazơ, thành phần gồm có plogioda bazơ (khoảng 50%) và cáckhoáng vật màu xẫm như pyroxen, amfilon, oliren Gabrô có màu tro xẫm hoặc từlục thẫm đến đen Khối lượng thể tích (2900 ÷ 3300) Kg/m3 Cường độ chịu nén(2000 ÷ 3500) Kg/cm2

b) Đá mắcma phún xuất:

- Diaba: có thành phần tương tự như Gabro, là loại đá trung tính, có kết cấu hạt nhỏ,hạt vừa xen lẫn với kết cấu toàn tinh, thành phần khoáng vật gồm có: fenspat,pyroxen, màu tro xẫm hoặc lục nhạt Cường độ chịu nén (3000 ÷ 4000) Kg/cm2

- Đá bazan: là loại đá bazơ có thành phần khoáng vật giống với đá Gabro Chúng cócấu trúc bán tính hoặc cấu trúc paocphia Đá bazan là loại đá nặng nhất trong cácloại đá mắcma, khối lượng thể tích (2900 ÷ 3500) Kg/m3 Cường độ chịu nén (1000

÷ 5000) Kg/cm2 (có loại cường độ đến 8000 Kg/cm2) vật cứng giòn khả năng chốngphong hóa cao

- Andesit: là loại đá trung tính, khối lượng thể tích (2200 ÷ 2700) Kg/m3, cường độchịu nén (1200 ÷ 2400) Kg/cm2

1.2.2 Đá trầm tích:

1.2.2.1 Đặc tính chung:

Đá trầm tích được tạo thành trong điều kiện nhiệt động học của vỏ trái đất thayđổi Các loại đất đá khác nhau do sự tác động của các yếu tố nhiệt độ, nước và cáctác dụng hóa học mà bị phong hóa, vỡ vụn, sau đó chúng được gió và nước cuốn đirồi lắng đọng thành từng lớp Dưới áp lực và trãi qua các thời kỳ địa chất chúngđược gắn kết lại bằng các chất keo kết thiên nhiên tạo thành đá trầm tích

Đá trầm tích không đặc chắc bằng đá mắcma do các chất keo kết dính thiên nhiênkhông chèn đầy giữa các hạt hoặc do bản thân các chất keo kết co lại Vì thế cườngđộ của nó thấp hơn, độ hút nước cao hơn nên nó được dùng rất phổ biến

1.2.2.2 Các loại đá trầm tích thường dùng:

- Đá vôi: thành phần khoáng vật chủ yếu của đá vôi là canxit Đá tinh khiết rất hiếmmà thường bị lẩn các tạp chất như: silie, đất sét, betum Nên nó có màu sắc từ trắngđến tro, xanh nhạt, vàng và màu đen, nó có độ cứng 3 Khối lượng thể tích: (1700 ÷2600) kg/m3 Cường độ chịu nén: (1700 ÷ 2600) kg/cm2, được dùng phổ biến đểdùng sản xuất xi măng

- Sa thạch: phần lớn do cát thạch anh keo kết bằng chất keo thiên nhiên (đất sét, oxitsilic, oxit sắt, canxi cacbonat) mà thành Trong sa thạch có khi còn chứa penspat,mica và các hạt khoáng vật khác Cường độ của sa thạch cao nhất khoảng 3000kg/cm2

1.2.3 Đá biến chất:

1.2.3.1 Đặc tính chung:

Đá biến chất được hình thành từ sự biến tính của đá macma, đá trầm tích, thậm chícả từ đá biến chất trẻ, do sự tác động của áp lực, áp suất cao và các chất có hoạt tínhhóa học

1.2.3.2 Các loại đá biến chất thường được dùng trong công nghiệpvật liệu xây dựng:

- Đá gơnai (đá phiến ma): là do đá granit tái kết tinh và biến chất dưới tác dụng củaáp lực cao

- Đá hoa: là loại đá biến chất tiếp xúc hai khu vực do tái kết tinh đá vôi và đáđôlômit dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao mà thành, cường độ chịu nén

1200 kg/cm2

- Đá quăczit: là do sa thạch tái kết tinh tạo thành Đá có màu trắng đỏ hay tím, chịuphân hóa tốt, cường độ chịu nén khá cao khoảng 4000 kg/cm2, độ cứng lớn; đáquăczit được sử dụng để xây trụ cầu, chế tạo tấm ốp

- Diệp thạch sét: có cấu tạo dạng phiến, tạo thành từ sự biến chất của đất sét dưới áplực cao; đá màu xám sẫm, dùng làm vật liệu lợp rất đẹp

1.3 Phân loại đá theo tính và công dụng:

1.3.1 Dựa vào cường độ nén:

- Đá nhẹ: khối lượng thể tích nhỏ hơn 1800 kg/cm2, được phân ra làm 6 loại: 5, 10,

15, 75, 100 và 150 kg/cm2

- Đá nặng: khối lượng thể tích > 1800 kg/cm3, được phân ra làm 7 loại: 100, 150,

200, 400, 600, 800 và 1000 kg/cm2

1.3.2 Dựa vào hệ số bền:

Vật liệu đá thiên nhiên được phân ra 4 cấp: < 0,6; 0,6/0,75; 0,75/0,9 và > 0,9

1.3.3 Dựa vào yêu cầu sử dụng và mức độ gia công:

Vật liệu đá thiên nhiên được chia ra các loại sau:

- Đá hộc: được nhận bằng phương pháp nổ mìn, không gia công gọt đẽo, viên đá đạtyêu cầu chiều dày 10 ÷ 25 cm, rộng 42 lần bề dày; mặt đá không được lồi lõm quá 3

cm Đá hộc được dùng để xây móng, tường nhà, tường chắn, móng cầu, trụ cầu,v.v

- Đá đẽo thô: là loại đá hộc được gia công thô để cho mặt ngoài tương đối bằngphẳng (độ lồi lõm khoảng 10 mm), vuông vắn, bề mặt phải có cạnh dài nhỏ nhất là

15 cm và không có góc nhỏ hơn 600

- Đá đẽo kỹ: là loại đá hộc được gia công kỹ (tinh) mặt ngoài, chiều dài và dày củađá nhỏ nhất của đá là 15 và 30 cm, chiều rộng của lớp mặt nhô ra ngoài ít nhất phảigấp đôi chiều dày và không nhỏ hơn 25 cm; dùng để xây tường, vòm cuốn

- Đá kiểng: được chọn lọc rất cẩn thận và phải là loại đá tốt, rất thuần chất, tuyệt đốikhông nứt nẻ, gân hà, phân hóa, đạt thẩm mỹ cao

- Đá phiến: được dùng để ốp trang trí, hoặc ốp cho các công trình đặc biệt khác

- Đá dăm: là loại đá vụn có cỡ hạt 0,5 ÷ 40 cm, được dùng làm cốt liệu cho bê tông

Bảng 1.1: phân loại đá theo độ cứng:

Loại đá Trọng lượng riêng ở trạngthái chặt (kg/cm3) Thời gian khoan1m dài (phút)

Bảng 1.2 Cơ tính một số vật liệu

Loại đá Trọng lượngxốp (T/m3) Giới hạn bền 10Nén Uốn2 N/cmMài2 Đập Mô đunĐàn hồi

1.4 QUÁ TRÌNH KHAI THÁC VÀ GIA CÔNG ĐÁ:

Để hiểu rõ tầm quan trọng của quá trình đập nghiền đá nói chung và máy đậphàm trong công nghiệp vật liệu xây dựng, ta còn tìm hiểu:

-Quy trình khai thác đá và gia công đá của một công trường khai thác đá

-Quy trình công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất của nhà máy cement trongthực tế

-Mặt khác, nghiên cứu quy trình đập đá sẽ cho ta biết các khái niệm về phạm visử dụng của các loại máy đập, nghiền đá và đặc điểm của chúng, từ đó có cơ sở choviệc chọn phương án thiết kế sau này

1.4.1 Sơ đồ quá trình công nghệ khai thác và gia công đá ở nhà máy

xi măng:

Đá để phục vụ công nghiệp vật liệu xây dựng, sản xuất ximăng được khai thác ởcác mỏ đá Hình vẽ (1.1) là sơ đồ khai thác đá ở mỏ đá Máy cạp 1 dùng để đào bỏlớp đâït trên của mỏ đá Máy khoan 2 khoan các lỗ sâu và lớp đá để đặc chất nổ bắnđá ra Máy xúc 3 dùng để xúc đá vào các ô tô vận chuyển 4 và chở đến bãi đá I Tạibãi đá I ta bố trí máy xúc 5 xúc đá đổ vào máy đập búa 6 để đập thô, qua băng tải 7đến máy sàn 8, để phân cấp các hạt trên sàng được quay lại máy đập búa 6 Các hạtdưới sàng 8 đến băng tải 9, đến máy đập 10 dùng để đập trung bình qua băng tải 11,đến máy sàng 12 dùng để sàng phân cấp, sau đó qua băng tải 15 đưa đá vào khochứa 16

1.4.2 Dây chuyền thiết bị sản xuất xi măng, nhà máy xi măng VănXá-Thừa Thiên Huê:ú

Trong khu vực miền trung, một số nhà máy đang sử dụng máy đập hàm để đập đávào các vật liệu như than đá quặng Ở nhà máy cement Văn Xá, trên dây chuyềnthiết bị,người ta bố trí các máy đập hàm, đập trục, đập búa và nghiền bi để gia côngđá Đá vôi sau khi khai thác ở mỏ đá về sẽ được ô tô vận chuyển đến bãi chứa đá củanhà máy Kích thước trung bình (200 ÷ 300) mm để phục vụ cho dây chuyền đập,nghiền, sàng liên hợp số 1

Hệ đập, sàng, nghiền, liên hợp số một gồm: máy đập búa, máy sàng rung, máy đậphàm, máy đập trục và các băng tải Đá sau khi qua máy đập búa sẽ qua băng tải lênmáy đập hàm, sau đó qua băng tải đến máy sàng rung có kích thước lỗ sàng 50x70

mm Đá trên lưới sàng sẽ được đưa qua máy đập hàm, còn đá dưới sàng qua băng tảiđến máy đập trục xử lý, sau đó đến băng tải đưa vào kho chứa Tại đây đá sẽ đượctrộn thêm đất sét và than đá đã được sấy, sau đó được nghiền mịn theo thành phần tỉlệ nhất định với máy nghiền 5 và đưa vào lò nung N1, N2 dưới tác dụng của nhiệt độcác nguyên liệu tác dụng với nhau tạo thành clinker Clinker ra khỏi lò đưa vào kho

6 để ủ, nhằm mục đích làm lạnh clinker, để cao tự do còn trong clinker lấy hơi ẩmcủa không khí tạo thành Ca(OH)2 nở Clinker được qua hệ đập sàng liên hợp số 2 lênbăng tải chung vào máy nghiền bi thành phẩm 12 Để có đặc tính và mác củacement ta có dây chuyền đập số 3, dùng để đập và cung cấp phụ gia lên băng tảichung vào máy nghiền bi thành phẩm 10 để tạo ra cement.

Hình 12: Dây chuyền thiết bị sản xuất cement

I: hệ đập, nghiền, sàng liên hợp số 1

II: hệ đập, nghiền,sàng liên hợp số 2

III: hệ đập,nghiền, sàng liên hợp số 3

4: máy nghiền bi

12: máy nghiền bi thành phẩm

1&8: máy đập búa

2&9: máy sàng rung

3&10: máy đập hàm

4,11&7: máy đập trục

5: kho làm lạnh

8

4

9

1110

6

12

2.1 Ý NGHĨA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẬP NGHIỀN:

Đa số nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp vật liệu xây dựng đều là các loại đấtđá, nham thạch nằm trên vỏ trái đất và có thể khai thác theo phương pháp lộ thiên

Ví dụ như:

- Công nghiệp thủy tinh cần cát, đá vôi, đôlômit trường thạch

- Công nghiệp gốm sứ cần đất sét, cao lanh trường thạch, thạch anh, thạch cao

- Công nghiệp vật liệu chịu lửa cần đất sét chịu lửa, quặng manhêzit, quắczit,cromit,

- Công nghiệp các chất kết dính cần đá vôi, đất sét, thạch cao,

Sau khi khai thác nguyên liệu được chở về các nhà máy silicat, đôi khi ở dạng cụclớn tới 1500 ÷ 2000 mm Để sử dụng được, ta phải đập và nghiền các nguyên liệuđó Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngoại lực vật liệu bị phá vỡ thànhnhiều hạt nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt nông) tạo điều kiện dễ dàng hoànthành các quá trình hóa lý xảy ra tiếp sau đó, nhất là các phản ứng pha rắn

Khi đập nghiền phải tiêu tốn năng lượng (lực) để phá vỡ các mối liên kết hóa họcgiữa các phần tử và tạo ra diện tích mới sinh của vật liệu Lượng năng lượng tiêuhao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: hình dạng và kích thước hạt vật liệu, bảnchất và tính chất hóa lý của nó, sơ đồ và kết cấu máy đập nghiền Năng lượng nàyđôi khi rất lớn, ví dụ trong sản xuất ximăng chừng 70% năng lượng chi phí là dànhcho quá trình đập nghiền nguyên liệu và clinker

2.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN:2.2.1 Kích thước trung bình của vật liệu:

Vật liệu trước và sau khi đập nghiền thường có hình dáng và kích thước khácnhau Để tính toán ta sử dụng khái niệm về kích thước đường kính trung bình

- Kích thước trung bình của cục vật liệu được tính theo một trong các công thức sau:+ Trung bình cộng:

3

h b l

+ Trung bình nhân:D tb =3 l h b

Với l,b,h: chiều dài, chiều cao và chiều rộng lớn nhất của cục vật liệu

- Kích thước trung bình của một nhóm hạt:

+

=

Dmax , Dmin: kích thước hạt vật liệu lớn nhất và bé nhất trong nhóm

- Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt vật liệu:

∑

∑

=+

++

+++

n

n tb

n tb

a a

a D a

D a

D

D

i n

1

1

2 1

2 1

1

:, ,

D kích thước trung bình của nhóm n

a1, a2, , an: % trọng lượng của nhóm 1, nhóm 2, , nhóm n trong hỗn hợp

2.2.2 Mức độ đập nghiền:

Mức độ đập nghiền là tỷ số kích thước hạt, nhóm hạt hoặc hỗn hợp các nhóm hạtvật liệu trước và sau đập nghiền

Nếu ký hiệu kích thước vật liệu trước khi đập nghiền là D, sau khi đập nghiền là dthì mức độ đập nghiền xác định:

- Đối với một hạt vật liệu:

2.2.3 Độ bền và độ cứng của vật liệu:

Đây là hai tính chất cơ lý quan trọng nhất cần lưu ý trong quá trình đập nghiền

- Độ bền đặc trưng bằng giới hạn chịu nén Rn của vật liệu và chia làm 4 loại:

+ Kém bền: <100 (than đá, gạch đỏ, )

+ Trung bình: 100 ÷ 500 (cát kết)

+ Bền: 500 ÷ 2500 (đá vôi, hoa cương, xỉ, lò cao)

+ Rất bền: >2500 (đá quăc, đá diabazơ)

- Độ cứng: hiện nay độ cứng xác định bằng thang Mod 10 bậc do nhà khoáng vậthọc người Đức đề ra như bảng sau:

Bảng 2.2Loại Độ cứng Vật liệu chuẩn Tính chất

Trung bình 6 Trường thạch Cứng bằng kính cửa sổ

Để định hướng sơ bộ có thể sử dụng các vật chuẩn như dao nhíp (độ cứng 5,5 ÷ 6),đồng tiền xu (bằng đồng độ cứng 3) và móng tay (độ cứng gần 2,8)

2.2.4 Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu

Biết độ bền và độ cứng cho phép ta xác định được tính chất cần thiết, nhưng chưađủ để đánh giá khả năng đập nghiền Vì nếu hai loại vật liệu có độ bền nén nhưnhau, loại nào hơn sẽ dễ đập nghiền hơn (với cùng một lực tác động) Do đó để đánhgiá khả năng đập nghiền người ta dùng hệ số khả năng đập nghiền

Khái niệm hệ số khả năng đập nghiền: là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn năng khiđập nghiền vật liệu chuẩn và loại vật liệu khác với cùng mức độ và trạng thái đậpnghiền Bảng 2.3 giới thiệu hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu.

Bảng 2.3

Clinker lò quay trung bình 1

Clinker lò quay đập nghiền 1,1

Clinker lò quay khó đập nghiền 0,8 ÷ 0,9

Clinker lò đứng tự động 1,15 ÷ 1,25

Clinker lò đứng thủ công 1,3 ÷ 1,4

Đá vôi và vôi sắt trung bình 1

2.3 Phương pháp đập nghiền:

Trong quá trình đập nghiền thực tế chủ yếu là dựa vào tác động của lực cơ giới.Thường dùng nhất là các phương pháp:

Cơ cấu tạo lực có dạng răng nhọn Lực tác dụng tập trung, gây ra rạn nứt cục bộ

Do đó phương pháp này thường được dùng để đập loại vật liệu giòn

2.3.3 Xiết:

PP

P

Bề mặt cơ cấu tạo lực của máy xiết lên bề mặt của cục vật liệu làm cho lớp bêntrong của nó bị biến dạng trượt Khi ứng suất tiếp tuyến vượt quá giới hạn bền thìcục vật liệu vỡ ra.

2.3.4 Đập:

Ở phương pháp này lực tác dụng là lực va đập Khác với 3 phương pháp kể trên,lực va đập mang tính chất tải trọng động và tác dụng định kỳ Lực làm vỡ cục vậtliệu cũng không ngoài lực ép, cắt và xiết, chỉ khác ở chỗ lực mang tính chất tải trọngđộng nên thường gọi là ép động, cắt động và xiết động

Những phương pháp trên được dùng chung cho cả đập và nghiền Về mặt côngnghệ, đập và nghiền khác nhau ở chỗ quá trình đập cho ra sản phẩm là những cụcnhỏ, còn nghiền là biến vật liệu thành bột hoặc những hạt rất nhỏ Về mặt cấu tạothì máy đập và máy nghiền khác nhau rõ rệt

Chọn phương pháp đập và từ đó chọn loại máy đập phải căn cứ vào tính chất vật lýcủa vật liệu và yêu cầu của quá trình kỹ thuật Vật liệu cứng và rất cứng dùngphương pháp ép và đập; vật liệu dai dùng phương pháp ép và xiết để kéo dài thờigian tác dụng của lực; vật liệu giòn như than thì dùng phương pháp cắt là hợp lýnhất vì sẽ làm cho vật liệu không bị vỡ quá vụn Ở các máy đập loại vật liệu cứngvà giòn thì lực tác dụng chủ yếu là lực ép và lực đập, có thêm tác dụng của lực xiếtvà uốn Đối với vật liệu mềm và dai, ở giai đoạn đập thô dùng lực cắt, ở giai đoạnđập vừa và đập nhỏ thì dùng lực va đập Khi nghiền chủ yếu dùng lực đập và lựcxiết

2.4 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN VỀ ĐẬP VÀ NGHIỀN

2.4.1 Giả thiết diện tích bề mặt:

Giả thuyết này do R.Rittinger đề xuất năm 1867, được phát biểu như sau: “côngtiêu hao khi đập và nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt nhận được”

Ví dụ: nếu ta đập nghiền vỡ một viên đá lập phương có kích thước 1 x 1 x 1 cm ralàm đôi (có một mặt vỡ) phải tốn một công là A thì khi ta đập nghiền, đá vỡ làm 8mặt (có 3 mặt vỡ) Kích thước mỗi viên nhỏ là: 0,5 x 0,5 x 0,5 cm sẽ tốn một cônglà 3A

Nếu cứ tiếp tục đập nghiền nhỏ hơn thì số mảnh vỡ, kích thước mỗi mảnh, số mặtmới và công tiêu hao sẽ biểu diễn như bảng 2.4

Bảng 2.4Kích thước

cạnh viên đá

23

1

3

33

Hình 2.2: Dạng vỡ vụn của một viên đá lập phương qua bảng trên được tỷ số cộng:

11

3

1

Lý thuyết bề mặt đã được áp dụng trong việc đập nghiền ximăng và bột đá, đượcthực tế xác minh là tốt nhưng nó chỉ phù hợp với các loại nghiền nhỏ và nghiền mịn.Còn đối với các loại đập vừa và đập nhỏ thì lý thuyết này không ứng dụng được vìsai số quá lớn

2.4.2 Thuyết thể tích :

Lý thuyết này ra đời năm 1874 do nhà khoa học Nga Kipitrôp đề xuất, được phátbiểu như sau: “năng lượng cần thiết để thay đổi như nhau hình dạng các vật thể đồngdạng tỷ lệ với thể tích hay trọng lượng các vật thể này.”

Hình 2.3: Quan hệ giữa áp lực và biến dạng

Giải thích lý thuyết này như sau: vì đá là vật liệu giòn nên đường quan hệ giữa áplực và biến dạng có thể coi là một đường thẳng

Ta được công phá đá bằng giá trị của diện tích tam giác AOB bằng:

L P

.1

λ

⇒

E F

L P A

.2

.2 1

=

Nếu nhân cả hai vế biểu thức trên với F ta sẽ được:

V E E F

F L P E

F

F L

P

A

.2.2

2

1

2

=

Trong đó: P1: áp lực tương ứng với điểm phá hoại (N)

A: biến dạng phá hoại (M)

2: chiều dài giả định của viên đá (N/m2)

F: tiết diện của viên đá (m2)

V: thể tích gần đúng của viên đá (m3)

σ: ứng lực tương ứng với điểm phá hoại (N/m2)

Đối với một loại đá nhất định thì σ, E thay đổi rất ít có thể xem như hằng số Do đó

ta thấy công phá đá A tỷ lệ thuận với thể tích nên đá bị đập nghiền:

A = K.VK: đơn vị công phá đá (Nm/m3)

Lý thuyết thể tích thích hợp với việc đập vừa và đập trung bình, vì lúc đó công đậpnghiền đá phần lớn được dùng vào việc làm đá biến dạng

2.4.3 Giả thuyết Π.A PeδuHgep:

Giả thuyết Π.A PeδuHgep là tổng hợp của hai giả thuyết trên và phát triển nhưsau: “ công nghiền toàn phần bằng tổng công biến dạng trong thể tích đá bị biếndạng của các mẫu đang bị phá hủy và công tạo thành các bề mặt mới”

K1: hệ số tỷ lệ khi vật liệu bị biến dạng

K2: hệ số tỷ lệ hình thành bề mặt mới nhận được (Pa)

∆v: thể tích đang biến dạng của cục đang bị phá hủy (m3)

∆s: diện tích bề mặt vừa được tạo thành (m2)

Khi đập, nghiền mẫu có mức độ đập nghiền lớn thì bề mặt vật liệu đang được đậpnghiền lớn tăng lên nhanh chóng Trong trường hợp này chúng ta nhận được Ag = 0

vì công trong thể tích bị biến dạng là nhỏ so với công hình thành bề mặt mới

2.4.4.Giả thuyết БoHДa:

Giả thuyết này được xem như chuyển tiếp từ giả thuyết Pummuhzepa (Rittanger)và giả thuyết Kupnuyela - kula, đưọc phát triển như sau: “công đập nghiền tỷ lệthuận với trung bình nhân của thể tích và bề mặt mẫu”

Mô tả giả thuyết này bằng công thức:

2 , 5

3 2

6

3 1

D

ρ: khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3)

D: đường kính của cục vật liệu (m)

Bề mặt của cục vật liệu (m2) được xác định theo công thức:

D

M M

M n

ρπ

=

=

Bề mặt M(kg) vật liệu:

1 3

.6

D

M n

S S

ρπ

S Syg

PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN

ĐẬP NGHIỀN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

THÍCH HỢP CHO MÁY THIẾT

KẾ.

3.1 PHÂN LOẠI MÁY ĐẬP NGHIỀN TRONG CÔNG NGHIỆP VẬTLIỆU XÂY DỰNG:

Trong công nghiệp vật liệu xây dựng chủ yếu các máy đập nghiền cơ khí có thểchia thành các dạng cơ bản sau:

3.1.1.Máy đập hàm (máy nghiền má):

Nguyên liệu phá hủy nhờ va đập giữa các má động và má tĩnh (đôi khi hai má đều

di động) Má động có thể chuyển động đơn giản hay phức tạp, vật liệu phá hủy bằng

va đập hoặc bằng va đập và chà xát

Máy đập hàm được dùng nhiều nhất trong các công trường xây dựng cơ bản, nhàmáy sản xuất ximăng, hầm mỏ, dùng để đập sơ bộ và trung bình

3.1.2.Máy nghiền nón:

Vật liệu bị phá hủy bởi các nón cố định và di động Nón trong thực hiện chuyểnđộng lệch tâm so với nón cố định

Máy đập nón cũng được sử dụng rộng rãi ở các công trình xây dựng, nhà máy, 3.1.3.Máy nghiền trục:

Vật liệu phá hủy giữa hai trục quay ngược chiều nhau hoặc một trục quay, một trụccố định

3.1.4.Máy nghiền búa:

Vật liệu chủ yếu bị phá hủy dưới tác dụng lực động của rôto có gắn búa đập (cóthể 1 hoặc 2 rôto) đặt trên thang máy

3.1.5.Máy đập kiểu con lăn:

Trong đó sự phá vỡ vật liệu xảy ra giữa các con lăn quay và đĩa di động (hay cốđịnh) bằng nén vỡ và mài mòn

3.1.6.Máy đập kiểu khí động:

Ở đây sự phá vỡ vật liệu xảy ra nhờ sự tăng tốc các vật liệu bằng một luồng khôngkhí (khí trời) và nhờ sự va đập tiếp theo vào vỏ cố định

3.1.7.Máy nghiền đập kiểu tang quay:

Trong đó vật liệu đập phá vỡ xảy ra dưới tác dụng va đập và mài mòn cục bộ bằngcác vật đập rơi tự do

3.1.8.Máy đập kiểu đĩa:

Trong đó vật liệu đập giữa đĩa cố định và đĩa di động Các đĩa được ép chặt lênnhau

3.2 Giới thiệu một số máy đập nghiền cỡ thô (dsp > 3mm):

Để lựa chọn phương án thiết kế hợp lý, đáp ứng được yêu cầu là nghiền đá từ D =0,18 m và cỡ đá d = (0,07 ÷ 0,05) m để làm vật liệu sản xuất ximăng, ta tìm hiểumột số máy đập cỡ thô:

3.2.1.Máy đập trục:

Máy đập trục cơ bản dùng để nghiền trung bình và nghiền nhỏ các loại vật liệunhư đá vôi đá vôi sét (mác nơ), đá phấn, than, diệp thạch, sét, xỉ, samốt, manhêzit vàđôlômít đã nung (kích thước ≤ 20 mm) quắc zít và cromit sau máy nghiền bánh xe(kích thước ≤ 15 ÷ 20 mm) Nó cũng được sử dụng rộng rãi để nghiền và ép đồngthời các vật liệu mềm hoặc dẻo, nhớt như đất sét cao lanh Máy một trục có răng đểđập thô, nguyên tắc làm việc là vật liệu bị ép (có thể kết hợp với mài, vênh, bổ tùy

cấu tạo từng máy) giữa hai trục song song quay ngược chiều hoặc giữa một trục vàtấm lót.

Thực tế cho thấy khi đập vật liệu rắn máy đập trục thường cho sản phẩm cục cở hạt

to, dạng góc cạnh, hạt mịn và bụi rất ít Mức độ đập nghiền i phụ thuộc vào nhiềuyếu tố như: các tính chất cơ lý của vật liệu, cấu tạo trục, nguyên tắc tác dụng lực.Năng suất máy: 5 ÷ 100 T/h Sản phẩm ra có kích thước d = 10 ÷ 2 mm

* Ưu điểm:

- Đơn giản, gọn

- Tin cậy khi làm việc

- Làm việc ổn định

* Nhược điểm:

- Nghiền đập vật liệu bền, kém hiệu quả

- Khi đập trục nhẵn, sản phẩm có khi ra ở dạng tấm phẳng không mong muốn

* Phân loại: máy đập trục có nhiều loại:

- Máy đập một trục di động

- Máy đập hai trục di động

- Máy đập trục nhẵn

- Máy đập trục có răng

- Máy đập trục tách đá

- Máy đập trục một trục

* Sơ đồ nguyên lý một số máy:

 Hình 3-1: Máy đập một trục di động

1: trục cố định

2: trục di động

3: lò xo ép

4: phểu

Hình 3-1: Máy đập một trục di động

 Hình 3-2: Máy đập trục tách đá

1: nắp

2: phểu

3: tấm hướng liệu

4: trục đập

5: trục nhẵn di động

Hình 3-2: máy đập trục tách đá

3.2.2 Máy đập búa:

Máy đập búa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vật liệu xây dựng, để đậpcác loại vật liệu mềm hoặc có độ bền trung bình như: đá vôi, đá phấn, đất sét khô,than đá, samốt, Nó cũng có thể đập lẫn đá vôi và đá vôi sét, có độ bền trung bìnhvà cao, ở các nước công nghiệp tiên tiến có máy búa nặng đập vật liệu rắn có độ bềnrất cao

Trong quá trình máy đập búa làm việc, vật liệu bị vỡ nhỏ là do các nguyên nhânsau:

Sét lẫn đá

- Chủ yếu do búa quay nhanh trực tiếp đập vào vật liệu đồng thời vật liệu lại va đậpvào nhau.

- Búa quay nhanh văng vật liệu vào tấm lót, tấm đập làm nó vỡ ra

- Khi búa quay, vật liệu bị đập giữa búa và tấm lót hoặc giữa búa và lưới ghi

* Nhược điểm:

- Các chi tiết máy nhất là búa và ghi rất mau bị mòn

- Không đập được vật liệu ẩm (w>15%) vì lúc đó khe ghi sẽ bị bịt kín

- Khi có vật cứng (sắt, thép, ) rơi vào làm máy dễ bị hỏng

- Dễ bị mất cân bằng động

* Phân loại: máy đập búa gồm các loại sau:

- Máy đập búa một rô to một dãy búa

- Máy đập búa có tấm di động

- Máy đập búa 2 rô to có nhiều dãy búa

- Máy nghiền thanh

• Sơ đồ nguyên lý một số máy:

Hình 3-3: Máy một rôto một dãy búa

Hình 3-3: Máy một rôto một dãy búa

1: thân máy 2: khoang máy 3: tấm lót

4: quả búa 5: đĩa treo búa 6: lò xo giảm chấn

7: dầm ghi 8: lưới ghi 9: trục

10: trục treo dầm ghi 7

3.2.3 Máy đập và đập phản hồi:

Máy đập và đập phản hồi dùng để đập các vật liệu ít mài mòn có độ bền tới 1500Kg/cm3 và kích thước có thể lớn trên 1m3 Bộ phận làm việc cơ bản của máy là rôtocó các mấu đập quay với tốc độ 12 ÷ 70 m/s Khoang đập của máy khá lớn nên cóthể đập được cục vật liệu rất to trong khi kích thước rôto lại tương đối nhỏ Năngsuất máy có thể đạt 200 ÷ 500 T/h

• Ưu điểm:

- Máy có kết cấu đơn giản

- Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao

- Sử dụng được trong nhiều ngành công nghiệp

• Nhược điểm:

- Các chi tiết (đặc biệt là mấu đập) rất mau mòn

- Bụi nhiều

- Cần phải cân chỉnh chính xác rôto tránh mất cân bằng động

• Phân loại: theo cấu tạo và nguyên lý tác dụng của rôto ta có:

- Máy 1 rôto

- Máy 2 rôto, trong đó có hai loại:

+ Hai rôto đập song song

o

o

ooo

+ Hai rôto đập liên tiếp, quay ngược chiều.

* Sơ đồ nguyên lý một số máy:

• Hình 3-4: Máy đập và đập phản hồi

1,2: tấm lót chịu va đập 6: cửa tháo

3: tấm lót thay thế được 7: lưới ghi

4: các mấu đập 8: xích ngăn vật liệu văng

5: trống quay

Hình 3-4: máy đập và đập phản hồi

3.2.4 Máy nghiền bánh xe:

Máy nghiền bánh xe được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp silicat để đậpnhỏ (3 ÷ 8 mm) và nghiền thô (tới 0,5 ÷ 0,2 mm) các loại vật liệu như: đất sét khô,đất sét ẩm (15 ÷ 16%), trường thạch, samốt, quăc zit, đôlômit, than, đá vôi Nguyêntắc tác dụng lực là vật liệu bị ép và mài giữa bánh xe nặng và đĩa

* Ưu điểm:

- Làm việc tin tưởng, thay thế các chi tiết hỏng nhanh

- Có thể đập nghiền vật liệu kích thước khá lớn

- Mức độ đập nghiền lớn, dễ điều chỉnh độ mịn trong khoảng tương đối rộng

- Có thể đập nghiền vật liệu dẻo, ẩm được đồng thời cải thiện tính chất của chúngkhi nghiền trộn

* Nhược điểm:

- Cấu tạo máy cồng kềnh, nặng nề

- Sữa chữa phức tạp

- Năng lượng tiêu hao lớn

- Năng suất thấp so với trọng lượng máy và giá thành

* Phân loại: theo cấu tạo đặt trong kỹ thuật, phương pháp làm việc có:

- Máy nghiền bánh xe để nghiền ướt

- Máy nghiền bánh xe để nghiền khô

- Máy nghiền bánh xe kiểu tháo liệu qua thành bên

- Máy nghiền bánh xe có lực ép đặt vào bánh xe

- Máy nghiền trộn bánh xe

3.2.5 Máy nghiền bi:

Máy nghiền bi giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp silicat, đặc biệt trongsản xuất gốm sứ và các chất kết dính Máy có thể sử dụng để nghiền thô, nghiền mịnhoặc nghiền rất mịn Máy nghiền bi có thùng quay hình trụ hoặc hình nón bằngthép, bề mặt bên trong có các tấm lót, bên trong thùng quay chứa bi đạn chịu lực lytâm nâng lên một chiều cao nào đó rồi rơi xuống, nguyên tắc tác dụng lực của máynghiền bi là đập và mài

* Ưu điểm:

- Có thể sấy nghiền đồng thời trong cùng một máy

- Cấu tạo tương đối đơn giản, làm việc ổn định và tin cậy

87

34

5

6

- Sử dụng dễ dàng và có mức độ đập nghiền cao ổn định.

- Vật liệu nghiền được trộn khá đồng nhất

* Nhược điểm:

- Tốc độ chuyển động của bi đạn nhỏ, làm hạn chế số vòng quay của máy nghiền(20 ÷ 40 v/p)

- Tất cả bi đạn trong máy nghiền không đồng thời tham gia làm việc

- Thể tích sử dụng của thùng nghiền chỉ chiếm 35 ÷ 45%

- Kích thước lớn, máy nặng và làm việc ồn

- Tiêu hao năng điện riêng lớn, mômen mở máy lớn

3.2.6 Máy đập nón:

Trong công nghệp silicát, máy đập nón được sử dụng để đập thô, đập trung bìnhvà đập nhỏ các loại vật liệu rắn

Nguyên tắc làm việc của nó là: vật liệu bị ép kết hợp với mài và uốn giữa mặt trongnón ngoài cố định và mặt ngoài của nón trong quay trên trục, vật liệu vỡ đi dầnxuống dưới và ra ngoài khi nón trong chuyển động, tùy theo từng loại máy mà trụccủa nón trong sẽ quay quanh một điểm cố định vạch ra mặt nón, hoặc quay quanhtrục nón ngoài (trục máy), vạch ra mặt trụ

Quá trình làm việc của máy đập nón gần giống máy đập hàm, sau nửa dao động đầucủa nón trong, bề mặt nón trong gần bề mặt nón ngoài và vật liệu bị đập vỡ Sau nữadao động sau bề mặt nón trong chuyển động ra xa bề mặt nón ngoài, khi này vậtliệu đã đập xong rơi xuống, cùng lúc vật liệu nằm phía bên kia khoảng không giữahai mặt nón sẽ bị đập

Nguyên tắc làm việc của máy đập nón ưu việt hơn máy đập hàm ở chỗ nó đập liêntục trong một vòng quay của nón trong, còn máy đập hàm chỉ làm việc 1/2 vòngquay còn 1/2 vòng quay không tải

- Kích thước sản phẩm đập đồng đều hơn

- Có thể quá tải 15 ÷ 20%, vì thế vật liệu nạp vào máy có thể qua máy tiếp liệu hoặckhông

* Nhược điểm:

- Kết cấu phức tạp, nặng nề hơn

- Đắt tiền và sửa chữa phức tạp

- Chiều cao lớn (máy trục treo có khi cao tới 14 m)

- Không đập được vật liệu quánh vì có thể bị nghẽn khoảng không gian làm việcgiữa hai nón

- Với cùng năng suất, máy đập hàm có thể đập được cục vật liệu to hơn

* Phân loại:

- Loại trục treo

- Máy đập nón lệch tâm

- Máy đập nón trục console

* Sơ đồ nguyên lý máy nghiền nón lệch tâm:

1: ổ treo hình cầu hoặc côn

Hình 3-5: Máy nghiền nón lệch tâm

3.2.7 Máy đập hàm (máy nghiền má):

3.2.7.1 Công dụng:

Máy đập hàm dùng để đập thô và đập trung bình các loại vật liệu có độ bền néntrên 2000 kg/cm2 Chúng có nhiều ưu điểm: năng suất cao, kết cấu đơn giản, giáthành hạ và không yêu cầu công nhân có tay nghề cao, máy gọn

Phương pháp tác dụng lực ở đây là vật liệu bị ép giữa hai má máy (thường thì mộtmá cố định và một má di động) Ngoài ra, tùy theo kết cấu từng loại máy mà có kếthợp thêm lực uốn và mài

Máy đập hàm đặc trưng bằng kích thước cửa nạp liệu và khe thoát liệu, cục vật liệuvào có thể có kích thước trên 2000 mm và ra 25 mm hay máy có độ đập hàm là 8 3.2.7.2 Kết cấu máy đập hàm:

a Máy đập hàm chuyển động lắc đơn giản:

Kết cấu gồm có má động 2 lắp trên trục cố định 11 Khi đập đá, má động thực hiệnchuyển động lắc đơn giản quanh trục 11 Loại máy này thích hợp đập các loại đálớn, độ đập nghiền i = 4 ÷ 6 Khuyết điểm của nó là đá đập ra có nhiều viên bẹt vànhiều mạt vụn

Nguyên lý làm việc của máy như sau: động cơ truyền lực qua bộ truyền đai làm trụclệch tâm lớn quay kéo theo thanh truyền 7 lên xuống và đẩy má động 2 ra vào đậpđá

1: má tĩnh 7: tay biên

2: má động 8: thanh giằng

3: bánh đà đồng thời là bánh đai 9: thanh kéo bảo toàn khớp

4: trục lệch tâm 10: thân

5: cơ cấu điều chỉnh khe tháo liệu (cỡ đá) 11: trục cố định

6: lò xo cơ cấu bảo toàn khớp

Hình 3-6:

234511

78

910

10

(a)

(b)

a: má lắc chuyển động đơn giản.

b: má lắc chuyển động phức tạp

Ở trên má động có các tấm lót chế tạo bằng thép mangan rất cứng Răng trên haitấm lót má động và má tĩnh thường bố trí xen kẽ nhau để làm đá dễ vỡ, bộ phận điềuchỉnh cỡ đá gồm các vít 12 và miếng chêm hình thanh 5

b Máy đập hàm chuyển động lắc phức tạp:

Phần trên của má động lắp trực tiếp vào trục lệch tâm Khi trục quay thì má độngkhông những chỉ thực hiện chuyển động lắc ra vào mà còn được kéo lên hạ xuống.Nhờ kéo động có chuyển động phức tạp nên sự phá hủy đó ngoài ứng suất nén còncó hiện tượng chà xát Do đó loại máy này có thể đập vỡ được các loại đá dai đồngthời đập vỡ thành những viên đá to đều nhau, ít viên bẹt và mạt vụn Vì những ưuđiểm này nên hầu hết các công trình xây dựng và nhà máy xi măng thường sử dụngnó

Ngoài hai loại máy trên còn có các loại máy đập hàm sau:

- Máy có một má động cố định ở phía dưới

- Máy có một má động được dẫn động nhờ trục cam

- Máy có hai má động đều chuyển động

Các loại máy này rất ít dùng vì cấu tạo phức tạp, cơ cấu dễ hỏng, khó bảo quản.3.3 Chọn phương án thiết kế:

3.3.1 Những yêu cầu chung khi chọn máy đập nghiền:

Khi chọn hoặc thiết kế máy đập nghiền, ta phải chú ý tới các yêu cầu sau:

- Bảo đảm đập nghiền tới mức độ cần thiết, không đập nghiền quá yêu cầu Các hạtđạt đến mức độ yêu cầu thì phải tháo liệu ra khỏi máy

- Quá trình đập nghiền phải hoàn toàn tự do nghĩa là không kèm theo các quá trìnhphụ khác trong lúc máy làm việc

- Nếu yêu cầu mức độ đập nghiền lớn thì có thể qua nhiều lần đập nghiền và sửdụng các loại máy thích hợp

- Bảo đảm năng suất cao, lực sinh ra trong máy bé

- Sản phẩm thu được cần có kích thước đồng đều, ít bị vụn và nén bẹt

- Việc cung cấp vật liệu và tháo liệu phải liên tục và tự động

- Có khả năng điều chỉnh mức độ đập trong một phạm vi nhất định

- Quá trình đập nghiền phải ít bụi, tổn thất vật liệu ít, bảo đảm sức khỏe cho côngnhân, dễ vận hành

- Hợp với yêu cầu chung là gọn, nhẹ, đơn giản và rẻ tiền

- Bảo quản đơn giản, dễ dàng sửa chữa an toàn lúc vận hành

3.3.2 Yêu cầu của máy thiết kế:

- Phạm vi sử dụng: phục vụ cho các công trường khai thác đá và chế biến đá, ở đâylà đập đá vôi và thạch cao sơ bộ cung cấp cho dây chuyền sản xuất xi măng

- Vật liệu đập có độ cứng trung bình, khô, kích thước vật liệu đưa vào không đồngđều

- Mức độ đập nghiền có thể thay đổi được trong phạm vi cho phép

- Năng suất trung bình, kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo quản và dễchế tạo phù hợp với công nghệ nước ta hiện nay

3.3.3 Chọn phương án thiết kế:

Theo phân tích ở mục 3.2, khi tìm hiểu đặc trưng của các loại máy ta có nhận xét:với mỗi loại máy chỉ thích hợp cho mỗi yêu cầu nhất định Do đó khi lựa chọn máy,tùy theo yêu cầu sử dụng mà dựa vào điều kiện đã nêu ở mục 3.4.1 để chọn máythích hợp Ở đây ta chú ý đến phạm vi sử dụng, yêu cầu của vật liệu ban đầu và sảnphẩm ra với giá cả thích hợp, khả năng công nghệ chế tạo máy

Do yêu cầu thiết kế máy được sử dụng ở giai đoạn đập sơ bộ, kích thước trung bình,vật liệu đưa vào lớn (D ≈ 0,18 m) Theo kinh nghiệm thực tế nhận thấy hiện nayngười ta thường sử dụng máy đập nón hoặc máy đập hàm để đập đá vôi và thạch caotrong các nhà máy xi măng Dựa vào ưu nhược điểm của các loại máy này như đãphân tích ở phần 3.2 ta thường gặp máy nghiền nón ở các nhà máy nghiền cỡ lớn, tạiđó yêu cầu về lượng tiêu hao năng lượng riêng bé, còn các ưu nhược điểm của máyđập nón được khắc phục nhờ sự bố trí dây chuyền công nghệ Nhưng ở đây do điềukiện thực tế và trình độ công nghệ của ta hiện nay, ngoài việc đảm bảo các yêu cầuvề quá trình đập còn có yêu cầu gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ vận hành, dễ sửa chữa nên

ta chọn phương án thiết kế là máy nghiền má So với máy đập nón, máy nghiền máđơn giản hơn về kết cấu, độ tin cậy trong làm việc, dễ điều chỉnh kích thước sảnphẩm, dễ sửa chữa vận hành máy, không đòi hỏi trình độ cao phù hợp tay nghề củacông nhân hiện nay ở các địa phương, do đó ta chọn máy nghiền má

3.3.4 Các kiểu treo và hoạt động của máy nghiền má:

Nếu dựa vào cách treo má động và bố trí khâu dẫn động ta có các phương án nhưhình vẽ:

a: má động treo trên tay biên thẳng đứng

b: má động treo phía trên vào trục lệch tâm

c: má động treo phía trên tay biên nằm ngang

d: má động treo phía dưới tay biên thẳng đứng

e: má động treo phía dưới tay biên đặt nghiêng

f: má động hai mặt treo phía trên tay biên thẳng đứng

Hình vẽ 3-7: Các phương án treo và hoạt động của máy

- Đối với các máy có má động treo phía trên thì độ dịch chuyển của phần dưới lớnhơn những máy có má động treo ở phần dưới, làm cho quá trình tháo liệu dễ dàngnhưng những kích thước vật liệu sau khi đập không đồng đều (a, c,f)

-Đối với những máy có má động được treo ở dưới thì độ dịch chuyển phía trên lớn,còn phía dưới có độ dịch chuyển nhỏ nên khả năng tháo liệu thấp dẫn đến năng suấtthấp Nên nó chỉ sử dụng trong trường hợp năng suất nhỏ

- Đối với máy có má động treo phía trên vào trục lệch tâm thì có ưu điểm là chiềurộng của máy tháo liệu cũng được thay đổi nhưng khoảng thay đổi bé và miệng trên

o

oo

oo

cũng có bề rộng thay đổi cho nên loại máy này khắc phục được nhược điểm của hailoại máy trên.

- Trong các loại máy trên thì phổ biến nhất vẫn là hai loại máy a và b Để chọnphương án thiết kế ta chọn loại b vì như đã giới thiệu và so sánh ở mục 3.2.7.2 còncó tên gọi là máy nghiền má có má lắc chuyển động phức tạp vì so với máy đập cómá lắc chuyển động đơn giản nó có nhiều ưu điểm hơn Qua phân tích và tìm hiểu tathấy loại máy này hành trình không tải chỉ chiếm 1/5 vòng quay trục lệch tâm màkhông phải 1/2 vòng quay trục lệch tâm như máy có má lắc chuyển động đơn giản

Ở hành trình làm việc thì chỉ có 1/5 vòng quay là phần trên và phần dưới của máđộng cùng tham gia đập, còn 3/5 vòng quay còn lại thì phần trên và phần dưới củamá động thay nhau đập Vì vậy máy này làm việc đồng đều hơn, năng lượng tiêuhao bé hơn và trọng lượng bé hơn loại A (cùng năng suất) Nhược điểm là lực tácdụng trực tiếp lên trục lệch tâm nên tải trọng tác dụng lên trục lớn hơn Do đó khithiết kế loại máy này yêu cầu qui trình công nghệ chế tạo trục phải có các biện pháptăng khả năng chịu lực của trục

Tóm lại: do yêu cầu sử dụng, đặc trưng của vật liệu ban đầu và thành phẩm, đặc biệtlà khả năng thiết bị, vật liệu có sẵn trong địa phương ta chọn phương án thiết kế làmáy nghiền má có má lắc chuyển động phức tạp

Hình 3-8:Sơ đồ kết cấu máy thiết kế

1: thân máy 6: cơ cấu điều chỉnh khe tháo liệu

2: má tĩnh 7: thanh chống

3: trục lệch tâm 8: thanh kéo bảo toàn khớp

4: bánh đà 9: má động

78

1

o

oo

CHƯƠNG 4.

TÍNH TOÁN THÔNG SỐ KỸ

THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁY NGHIỀN MÁ

CHUYỂN ĐỘNG PHỨC TẠP.

4.1 XÁC ĐỊNH GÓC KẸP VÀ LỰC ĐẬP:

C

D

e sα

vì kích thước ban đầu của các cục vật liệu nạp vào máy bị giảm, do đó ta phải xácđịnh góc kẹp hợp lý để máy làm việc có hiệu quả nhất.

Khi má động tác dụng vào cục vật liệu một lực P1 thì má tĩnh có phản lực P2 và cụcvật liệu tại các điểm tiếp xúc vật liệu với các má xuất hiện lực ma sát fP1 và fP2 Nếubỏ qua trọng lượng cục vật liệu thì điều kiện để cục vật liệu không bị đẩy khỏi haimá máy (ở trạng thái cân bằng) là tổng đại số hình chiếu của các lực tác dụng lêntrục thẳng đứng Y và X đều bằng 0

( )

∑X =P2 − fP1.sinα −P1.cosα =01

( )

∑Y =P1.sinα − fP2 − fP1.cosα =0 2Trong đó:

f: hệ số ma sát giữa kim loại chế tạo tấm lót má máy với vật liệu

Đối với vật liệu silicát và mỏ thép: f = 0,25 ÷ 0,3

Thay P2 rút từ (1) vào (2) và chia cả hai vế cho P1.cosα , ta có:

21

.2

f

f tg

−

=α

Mặt khác: f=tgϕ (ϕ: góc ma sát) nên:

Kinh nghiệm cho thấy góc kẹp α càng nhỏ thì năng suất máy càng lớn, thường thì

α = 18 ÷ 220 tương ứng với hệ số ma sát nhỏ nhất: f = 0,15 ÷ 0,2

4.2 XÁC ĐỊNH SỐ VÒNG QUAY HỢP LÝ CỦA TRỤC LỆCH TÂM: Để cột vật liệu có chiều cao h sau khi bị ép giữa hai má máy có đủ thời gian rơi tự

do ra khỏi máy ta phải tính số vòng quay hợp lý của trục lệch tâm Khi trục lệch tâmquay 1/2 vòng, hai má máy rời xa nhau Má động từ vị trí gần má tĩnh nhất (vị trí I)chuyển động tới vị trí xa má tĩnh nhất (vị trí II) lúc này rơi tự do ra khỏi hai má.Theo định luật rơi tự do, ta có:

2

2 1

t g

h=

g: gia tốc trọng trường (cm/s2)

h: chiều cao khối vật liệu rơi (cm)

Vậy thời gian để khối vật liệu đó rơi là:

g

h

t1 = 2. Mặt khác, khi trục lệch tâm quay n(v/ph) thời gian để nó quay 1/2 vòng (để hai mámáy rời xa nhau) là:

( )s n n

.2

.2.30

Nên: = =  v ph

S

tg S

tg g

.2

30

Khi α = 200 thì ≈  v ph

S

s: độ rơi điểm cuối cùng của má động (cm)

Theo sách máy Silicat, tập I thì s = 1,5 ÷ 5 cm, thực tế thì s = 2 ÷ 2,5 cm

Trong thực tế, khi vật liệu rơi bị lực ma sát giữa vật liệu và má ngăn lại nên thờigian rơi tự do lớn hơn so với lý thuyết, số vòng quay thực tế phải giảm đi 5 ÷ 10%tức là:

n tt 0,09 0,95. 60 63. α (b)Từ công thức (a) trên ta có nhận xét: tốc độ quay n hợp lý của trục lệch tâm chỉ phụthuộc vào hành trình của má động ở mức tháo liệu Để chọn trưóc hành trình S(mm) ta cần tham khảo thông số kỹ thuật của một số máy nghiền má

Ký hiệu máy Công suất N(W) Hành trình S(mm) Số vòng quay(v/ph)

Q v =1,9 cp .Khi S tăng thì năng suất của máy tăng nhưng theo công thức (a) thì S tăng vận tốcquay ω giảm (ω = 2π.n) Do đó, nếu có cùng một công suất thiết kế N thì mômen

Mx trên trục lệch tâm lớn hơn, như vậy làm cho kết cấu máy cồng kềnh hơn, nhưng

ở đây do yêu cầu của máy thiết kế, năng suất làm việc trung bình của máy, côngsuất thiết kế cho phép ta chọn S không lớn để tiện cho việc thiết kế máy về sau.Theo kinh nghiệm, ta chọn S = 14 mm = 0,014 m

Thay S vào công thức (b) ta được:

Vậy tốc độ quay trục lệch tâm máy thiết kế là 300 v/ph

4.3 XÁC ĐỊNH NĂNG SUẤT MÁY:

4.3.1 Tính năng suất máy theo lý thuyết:

Khi tính năng suất máy ta giả thuyết như khi tính số vòng quay hợp lý Coi nhưvật liệu chỉ tháo ra trong thời gian má động đi ra xa và đây cũng chính là vật liệu rơi

ra trong một vòng quay của trục lệch tâm Diện tích mặt cắt F (m2) của cục vật liệurơi xuống từ buồng đập được xác định theo công thức:

F e S e h e S.h

2

2.2

+

=++

Thể tích lăng trụ vật liệu rơi xuống được xác định:

L

tg

S S e

Năng suất của máy(m3/s) và (Kg/s) được xác định tương ứng với các công thức sau:

Qv = V.n.k (a’)

Qρ= V.n.k.ρ (b’)

n: số vòng quay của trục lệch tâm (v/s)

k: hệ số tơi xốp của vật liệu, k = 0,25 ÷ 0,7

Giá trị nhỏ của hệ số tơi xốp lấy đối với máy đập lớn, giá trị lớn của hệ số tơi xốplấy đối với máy đập nhỏ Ta chọn k = 0,5 cho máy thiết kế

ρ: khối lượng riêng của vật liệu nghiền (Kg/m3) Do vật liệu ở đây là đávôi nên ta lấy ρ = 2500 (Kg/m3)

Vật liệu tháo ra được xem như có kích thước như nhau: dmin = e và dmax = e + s Khiđó kích thước trung bình của mẫu vật liệu rơi xuống được xác định theo công thức:

2

.22

s e s e e

d cp = + + = + (c’)

Thay công thức (d) và (c’) vào công thức (a’) và (b’) ta có:

( )'

d tg

n K d S L

α

=

( )'

e tg

n K d S L

S K L d Q

cp

cp v

9,1

9,1

=

=

ρ

Dựa vào các số liệu yêu cầu của máy thiết kế của phần trước ta có:

- Đường kính trung bình của mẫu nạp Dcp = 180 mm

- Đường kính trung bình của sản phẩm dcp = 50 ÷ 70 mm

Theo sách [2] trang 46 ta có được: Dcp = (0,8 ÷ 0,85)B

B: chiều rộng khe nạp liệu (m)

18,085

,08,

Q v2 =1,9.0,07.0,3.0,3 0,014 =0,00188 3/

Q v = 0,001348÷0,00188 3/-Nếu tính năng suất của máy trong 1 giờ ta có:

Qv = (0,001348 ÷ 0,00188).3600 m3/h

= (4,85 ÷ 6,768) m3/h

-Để tính năng suất Qρ của máy sử dụng ta có:

Qρ = ρ.Qv

Với f = 2,5 tấn/m3 ta có: Qρ = (4,85 ÷ 6,768).2,5 = (12,12 ÷ 16,92) tấn/h

4.3.2.Một số công thức thực nghiệm để tính công suất:

Năng suất của máy tính ở mục 4.3.1 trên chỉ gần đúng vì trong thực tế có mộtphần vật liệu chứa trong thể tích khối lăng trụ, có kích thước nhỏ hơn chiều rộng củakhe tháo liệu Vì vậy sự tháo liệu nó xảy ra liên tục nhưng không đồng đều

Để tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của máy đập hàm một số nhàbác học đã đưa ra các công thức nghiệm Vì đến nay vẫn chưa có một lý thuyết hoànchỉnh, để khảo sát đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất máy đập hàm

Trong các công thức này, các hệ số ảnh hưởng đến điều kiện đập nghiền đều đượcxác định bằng thực nghiệm

- Trong sách [2] đã đưa ra công thức tính năng suất máy đập hàm như sau:

α

tg

tg n b L S K

019 2

Qv: năng suất máy nghiền (m3/s)

K: hệ số tính đến kích thước máy nghiền, phụ thược vào giá trị nạp liệu.Giá trị K được lấy như sau:

Kích thước khe nạp liệu : ≤600 x 900 900 x 200 1200 x 1500

Hệ số K: 1 1,25 1,25

C: hệ số động học kể đến đặt trưng của quĩ đạo chuyển động của má động Với mámáy chuyển động phức tạp lấy C = 1 Với má máy chuyển động đơn giản lấy C =0,84

L,D: chiều dài và chiều rộng của khe tháo liệu (m)

Scp:giá trị hành trình trung bình của ma ï(m)

Scp = (S1 + S)/2 = (0 + 0,014)/2 = 0,007 (m)

S: hành trình của má ở khe tháo liệu

S1: hành trình của má ở khe nạp liệu

Thay các giá trị trên vào (1) ta được:

Q

v

v

300205,000156.0

35,0.660,0.084,0064,0.118,0.36,0

3,0.07.0.1.1.2

Tính năng suất của máy trong 1 giờ có:

A = b+s: chiều rộng lớn nhất ở mức tháo liệu

Kkp: hệ số ứng với cỡ nạp liệu

Ktb: hệ số ứng với độ cứng vật liệu.

4.4.Xác định công suất động cơ điện:

Để tính công suất động cơ, ta giả thiết là đá xếp đầy buồng đập suốt theo chiều dàicủa má đập

Lúc đó:

Khối đá trước khi đập có thể tích lớn nhất là:

6

6

1

D L D

L D

Khối đá sau khi đập có thể tích nhỏ nhất là:

6

6

2

d L d

L d

V E

V

E

A

.12

.2

2

2 2 2

2 1

06,018.0.107.15.3,0

10

2 2

P’4

DQM

C

so

Với: N: công suất cần thiết của động cơ (w).

n: số vòng quay trục lệch tâm (v/ph)

η: hiệu suất truyền dẫn từ buồng đập đá đến trục động cơ

300

726 =

=

Công suất cần thiết của động cơ N = 4,84 (KW)

4.5.TÍNH LỰC ĐẬP TÁC DỤNG LÊN MÁ:

Để tính lực đập cần thiết tác dụng lên má đủ để phá vỡ vật liệu, ta giả thiết khi máđộng đi từ vị trí xa nhất đến vị trí gần nhất, lực nghiền vật liệu P tăng dần từ 0 ÷

Pmax Lực đập Pmax phải cân bằng với lực Qmax của vật liệu trong buồng đập tác dụnglên má động.Trong thời gian tháo liệu ta coi như lực tác dụng lên má bằng không.Trong hành công tác điểm đặt lực P dịch chuyển một đoạn S0 và công nghiền Ađược tính:

Với S0: hành trình má động tương ứng với chiều đặt lực

Vị trí M điểm đặt lực Q nằm ở độ cao 2/3 chiều cao buồng đập Hiện nay dù có xuhướng tăng chiều cao buồng đập lên bằng 2 ÷ 2,3 lần trong cả miệng cấp khoáng đểtăng mức đập

A

01,0

726.2.20

CHƯƠNG 5.

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC-ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU CHÍNH.

5.1.XÂY DỰNG LƯỢC ĐỒ ĐỘNG CƠ CẤU:

5.1.1.Xác định các kích thước động học :

Trong thực tế kỹ thuật thường gặp một số bài toán đơn giản qua môn học nguyênlý máy và đồ án môn học nguyên lý máy, trong đó chỉ đòi hỏi cơ cấu, thực hiệnđúng vài vị trí qui định hay thỏa mãn một số điều kiện như hệ số về nhanh, góc áplực, vận tốc cực đại hoặc cực tiểu cần có Những bài toán này có thể giải bằngphương pháp dựng hình hoặc bằng giải tích Trên lý thuyết, nếu ta lập được 4phương trình biểu thị quan hệ với các thông số a1, a2, a3, a4 thì bài toán sẽ giải được

Ở đây, trong phạm vi yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế, ta dựa vào một số máy đã cósẵn để chọn các kích thước, sau đó kiểm tra lại các điều kiện

C

Dω

2/ Theo tính toán trước, góc ngoạm chọn tối ưu là α = 200 nên khi BC chuyển độnglắc phức tạp α phải nằm lân cận 200 và bé hơn góc giới hạn cho phép.

3/ Phần trước để tính số vòng quay trục lệch tâm và năng suất, ta đã chọn sơ bộ s =

14 mm Do đó, việc chọn các kích thước sao cho hành trình C theo phương nằmngang là 14 mm

4/ Thỏa mãn điều kiện động lực học tránh tự hãm cho thanh CD

Công việc này sẽ giảm nhẹ khối lượng tính toán, nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầuthiết kế

- Kích thước AB: theo sách [4] để đảm bảo hành trình S thì phải chọn bán kính lệchtâm R ≈ (0,6 ÷ 0.8)S, với hành trình S = 14 mm Ta chọn R = 9 mm

- Kích thước BC: chiều dài lbc theo sách [3] trang 344 lấy lbc ≈ 1,25H

Trong đó: H là chiều cao buồng nghiền đã tính ở phần trước; H = 440 mm

Lbc = 1,25.440 = 550 (mm)

Chọn kích thước lbc = 550 mm

Chọn kích thước còn lại CD và AD ta sẽ chọn dựa vào kết cấu của máy có sẵn Theotài liệu [6] và [4]có kích thước của máy CM 28 và CM115 như bảng 5-1 sau:

Máy Ký hiệu Kíchthước

(mm) So sánh Máy Ký hiệu

Kíchthước(mm) So sánhCMΠ28

5.1.2 Kiểm tra các điều kiện ban đầu:

5.1.2.1.Thanh AB quay tròn vòng:

Theo định lý Grasshof (1826-1893) thanh AB nối giá quay tròn vòng khi và chỉkhi quỹ tích của nó nằm trong miền với của thanh truyền của nó

Điều kiện này được kiểm ngiệm bằng biểu thức sau:

AB +BC ≤ DA + CD

9 +550 ≤ 250 + 410

Vậy các kích thước của máy đã chọn ở trên hợp lý

5.1.2.2.Thanh CD tránh hiện tượng tự hãm:

Nếu bỏ qua trọng lượng và lực quán tính trên các khâu, đồng thời chỉ kể ma sát ởkhớp quay D ta thấy, lực P do thanh BC tác động lên thanh CD sẽ nằm trên phương

BC của má động và thanh CD sẽ lắc nếu lực P không cắt vòng ma sát ρD (tại khớpquay D)

( )mm f

f r

15,01

15,0.2501

=

ρ

Trong đó: f là hệ số ma sát

R là bán kính

Do vậy, ρD nhỏ hơn khoảng cách từ D đến thanh BC rất nhiều Nên luôn luôn đảmbảo cơ cấu làm ngoài miền tự hãm

5.1.2.3 Các điều kiện khác:

Các điều kiện còn lại ta dễ dàng kiểm tra trên họa đồ chuyển vị Ta có: S = 14 mmvà góc α thay đổi không đáng kể, α = 200 (18 ≤ α ≤ 220)

5.2 Phân tích động học cơ cấu 4 khâu bản lề:

5.2.1 Dựng họa đồ chuyển vị cơ cấu:

Chọn tỷ lệ xích µl = 0,001 (m/mm) Kích thước các khâu tương ứng trên bảng vẽsố 4

AB = 9 mm BC = 550 mm

CD = 250 mm AD = 410 mm

Dựng vòng tròn tay quay AB = 9 mm, chia vòng tròn ra làm 8 phần bằng nhau và 2

vị trí tương ứng với thời điểm BC và CD gập lại và duỗi thẳng

Các khâu còn lại dựng theo kích thước đã có

5.2.2 Chọn chiều quay của khâu AB:

Chiều quay của AB được chọn sao cho bảo đảm hệ số tăng tốc K > 1 Trong đó:

Với: 1800 + θ là góc quay BAB của khâu AB, khi khâu BC đi từ vị trí bên phải sang

vị trí bên trái như hình vẽ 5-2 Căn cứ vào họa đồ chuyển vị, chọn chiều quay ABtheo kim đồng hồ

Hình 5-2

5.2.3 Vẽ họa đồ vận tốc:

Để thuận tiện cho việc hiển thị vận tốc và gia tốc bằng độ dài, ta vẽ họa đồ theo tỷlệ xích tay quay

l v

VC: chưa biết suất nhưng đã biết phương VC ⊥ CD

VCB: vận tốc tương đối khi điểm C quay quanh B, chỉ biết phương VCB ⊥ BC

VB: đã biết phương và suất

+ Từ P vẽ đường thẳng chỉ phương ∆’ của vectơ VC (∆’ ⊥ CD), giao điểm của ∆ và ∆’

chính là mút c của các vetơ vận tốc VC

1

3 C 6

3 B 2 1

8 9 10