Thiết kế máy nghiền má

Tài liệu tham khảo Thiết kế máy nghiền má

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta ngày cang phát triển, tiến tới côngnghiệp hóa, hiện đại hóa Đâu đâu nhà máy, xí nghiệp, cơsở hạ tầng đua nhau mọc lên Mỗi một xí nghiệp, ngànhnghề đảm đương một nhiệm vụ quan trọng của mình.Ngành này hỗ trợ ngành kia phát triển với ngành cơ khítrên thế giới hay nước ta cũng vậy nó quan hệ với cácngành khác và có vai trò hết sức quan trọng Chẳng hạnngành xây dựng tạo ra biết bao nhà ở, công trình là vậythì hầu hết các phương tiện, thiết bị là do ngành cơ khíchế tạo ra

Hiện nay nhu cầu xây dựng ở nước ta rất lớn, do vậyviệc cung cấp vật liệu như đá, ximăng, sắt thép là cầnthiết; mà với năng suất cao Đi đôi với nguyên vật liệu làcác thiết bị máy móc tạo ra chúng mà chúng ta đang rấtcần nhiều Với em, một sinh viên sắp ra trường được giaothiết kế Máy Nghiền Má là một loại máy nghiền đá trongxây dựng là đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp là một đồ án hết sức quan trọngvà là một nhiệm vụ khó khăn Nhưng với những gì đãhọc, kinh nghiệm qua 5 năm học Đại học, với sự hướngdẫn của thầy cô giáo, đặc biệt là thầy Lê Cung em vữngtin là mình sẽ hoàn thành nhiệm vụ được giao

Đồ án được hoàn thành, nhưng do trình độ hiểu biếtcủa em và thời gian có hạn, trong quá trình thiết kế khôngtránh khỏi những sai sót, kính mong sự chỉ bảo của thầycô

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 1

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo hướng dẫn, cácthầy cô trong Khoa.

Người thiết kế

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU ĐÁ VÀ

QUÁ TRÌNH KHAI THÁC ĐÁ

1.1 Giới thiệu về vật liệu đá và đá dăm dùng trong sản xuất các cấu kiện bê tông và làm đường sá

Các loại thuộc nhóm đá, sỏi, cát ngày nay được sửdụng rộng rãi làm nguyên liệu cho các ngành xây dựng.Đối với các loại vật liệu này người ta đặt yêu cầu vềđộ hạt và dạng hạt

Đá là loại vật liệu rất quan tọng trong ngành xâydựng chúng được là chất độn trong bê tông (xây dựngmố cầu, đập nước, rãi mặt đường, làm đường ôtô,đường sắt) Đá cũng là nguyên liệu cơ bản để sản xuấtximăng, vôi và các chất kế dính khác Trong xây dựng đácòn là loại vật liệu trang trí rất quan trọng Thành phầnchủ yếu nhất trong đá thạch anh, các khoáng vật quặng,cácbonnat các khoáng vật sét, các halolt; penpat; penspat vàdimin thành phần hóa học, thành phần khoáng vật và cấutạo quyết định tính chất vật lý của đá Các tính chất cònlại phụ thuộc vào tính cơ học của chúng như mức độphân hóa; độ nứt nẻ, độ tách chẽ; tính cát khai Trong sốcác khoáng vật tạo đá thì thạch anh có độ bền cao nhất

Giới hạn bền nén của thạch anh vượt quá 5000kg/cm2của penspat, phoven, ogit đá sừng, olivin và các khoáng vậtmanhe sắt khác là 2000÷5000kg/cm2, can xi khoáng400KG/cm2, giới hạn bền nén của quazit và nefrit hạt nhỏ

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 3

đạt giá trị cao nhất đến 500÷6000kg/cm2, granit hạt nhỏcũng có độ bền khá lớn 3500kg/cm2 Đá thuộc foofin thạchanh và foocfiarit có độ bền nén cao (500÷2400kg/cm2) Nhưngcó nhược điểm là bề mặt rất trơn; không đảm bảo độdính kết cao giữa đá dăm và vữa ximăng thông qua bảngđộ bền nén của các loại macma kg/cm2 (Bảng 1).

Loại đá Trạng thái khô Trạng thái ướt

Đá đôlomit (CaMg(Co3) là loại đá tràm tích chứa hơn90% đôlomit Khi trong đá có từ 50÷90 đôlomit thì gọi làđôlomit vôi, còn trong khi tỷ lệ đôlomit thấp hơn thì gọi là đávôi đôlomit hóa

Các khoáng vật chủ yếu để tạo thành đá trầm tíchlà canxit và đôlomit, canxit là loại khoáng vật phổ biếnnhất

Các loại đá cacbonnat có đặc tính là khôngoồng nhấtvề tính cơ lý Độ bền nén ở trạng thái khô là 550÷280kg/cm2 ở trạng thái no nước là 500÷1700 kg/cm2.

Trong đá trầm tích, phấn sa là loại đá được tạothành từ những hạt kết tưa 0,1÷1mm Độ nén trung bình ởtrạng thái khô là 580KG/cm2 Ở trạng thái no nước là573KG/cm2 - Ta có các bảng

Độ bền nén của các loại đá trầm tích và biến chất

(Bảng 2)Loại đá Trạng thái khô Trạng thái no

nước

Sa thạch,

thạch anh

Phần saĐôlomitĐá vôiGoncugranit

Độ bền nén của một số loại đá ở Việt Nam

KG/cm2 (giá trị trung bình) Bảng 3Loại đá Trạng thái khô Trạng thái no

nướcĐá vôi

Sa thạch

GranitPhần saDiệp thạch

626692732310230

53055066594

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 5

Đối với các laọi vật liệu bằng đá yêu cầu kỹ thuậtđược đề ra rất chặt chẽ Đá được sử dụng trong nhiềungành đặc biệt là trong xây dựng cơ bản, nó là loại vậtliệu quan trọng được sử dụng trong hầu hết các côngtrình giao thông như: Thủy lợi, sử dụng công nghiệp và dândụng.

Đối với các loại đá xây dựng có hai yêu cầu cơ bảnlà cở hạt và tính chất

Về cỡ hạt trong ngành đá được chia ra hai loại chủyếu là đá hộc và đá dăm

Đá hộc theo quy phạm kỹ thuật đá là loại cục cókích thước lớn hợn 150mm dùng để xây trục cầu, tườngchắn, xếp cống vòm, lát đường ngầm, xây đê đập

Trong giao thông đá có kích thước trung gian giữa đáhộc và đá dăm cở lớn, gọi là đá ba Đá ba có ba cở hạt

10÷15; 15÷18 và 16÷20 Nó dùng làm móng mặt đường, xếprãnh, lát mặt trên đường ngầm

Đá dăm có nhiều cở với kích thước khác nhau vàthường được dùng để đổ bê tông, cấp phối bê tông Nógồm 4 loại chính có kích thước 5÷150mm như sau:

Loại nhỏ có kích thước: 5÷10 và 10÷20mm

Loại lớn: 40÷70mm

Loại đặc biệt có kích thước:70÷150mm

Ngoài các cở trên đôi khi còn dùng đá dăm cở 3÷10mmthay cho cở 5÷10mm

Trong xây dựng đường ôtô có quy định riêng về đá dămrãi mặt đường Loại mặt đường đá dăm thông thường

gồm các cở đá 40÷70, 50÷80, 60÷90mm Đá dăm có kíchthước mở rộng gồm 2 loại: 25÷60mm và 40÷80mm Đá dămnhỏ gồm các cở: 15÷25 hoặc 10÷30mm.

Đá dăm có kích thước: 5÷15, 5÷10 hoặc 5÷20mm còngọi là đá mạt

Độ chống dập của đá có ý nghĩa lớn đối với đá dămdùng làm chất đệm của đường sắt Tùy thuộc vào độbền của đá mà chia ra 4 loại

Loại có độ bền chịu dập từ 30÷39, loại từ 40÷49,loại từ 50÷74 và loại từ 5 trở lên Đá dùng làm balat củađường sắt thường có độ bền chịu dập từ 50÷70

Độ chịu mòn là tính chất quan trọng của các loại đádùng để rãi đường ôtô, nhất là đường cao cấp cần có độchịu mòn cao

1.2 Giới thiệu về quá trình và thiết bị khai thác và gia công vật liệu đá và đá dăm

Đá là một trong những loại vật liệu cơ bản được sửdụng nhiều trong các công trình giao thông như: đường sá,sân bay, bến cảng

Để rải mặt đường sắt, để xây dựng đường ôtô,hoặc để chế tạo các dầm bêtông cần phải sử dụngkhối lượng lớn các loại kích cở đá Trong xây dựng người

ta thường phân ra các loại phổ biến như: đá dăm, đá cuội,sỏi, vật liệu cấp phối và cát

Trung bình mỗi kilomét đường ôtô từ 1500 đến 3000 m3đá các loại Tính ra, vật liệu đá chiếm tới 50÷60% tổnggiá thành xây dựng đường

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 7

Tốc độ thi công và chất lượng công trình phụ thuộcnhiều vào vào khả năng cung cấp vật liệu và chất lượngvật liệu Vì vậy, tổ chức sản xuất ở các mỏ đá tốt vàgia công đá theo các quy cách cần thiết là góp phần đẩynhanh tiến độ thi công và chất lượng công trình.

Đá sau khi khai thác ở các mỏ, trước khi sử dụng vàocác công trình, cần phải tiến hành gia công theo 3 bước sau:

- Đập đá (nghiền đá): làm cho đá nhỏ theo các kíchthước

- Sàng đá (phân loại kích cở đá)

- Rửa đá (làm sạch đất cát và các tạp chất khác)Việc gia công đá rất vất vả và nặng nhọc, nếu chỉdùng sức người và dùng các công cụ thủ công để làm thìnăng suất rất thấp và khối lượng không được là bao Chonên việc cơ giới hóa công tác làm đá ngày càng được ápdụng rộng rãi, chiếm tỷ lệ ngày càng lớn trong toàn bộcông tác là đá

Máy làm đá là danh từ chung chỉ các loại máy phụcvụ việc nghiền, sàng và sửa đá theo kích cở và khônglẫn tạp chất

Để thuận tiện trong sử dụng, người ta chế tạo ramáy nghiền sàng ly hợp làm cả 2 chức năng: nghiền vàsàng

Sơ đồ công nghệ khai thác đá được biểu diễn nhưsau:

Máy cạp (1) dùng để đào bỏ lớp đất trên của mỏ đá.Máy khoan (2) khoan các lỗ sau vào lớp đất để đặt chấtnổ bắn đá ra Máy xúc (3) dùng để bóc đá vào ôtô vậnchuyển (4) và (5) Các ôtô này dùng để chở đá đến phân

xưởng gia công đá khối hay đưa ra bãi gia công đá dăm Đểphân loại đá theo kích thước nhất định người ta sử dụngcác máy sàng đá (10) Trong sơ đồ này máy nghiền đá (8)được sử dụng trong bước nghiền sơ bộ và trước khi đáđến máy nghiền này từ ôtô (5) thì đá được đổ vào phểuchứa liệu (6) sau đó đến bộ sàng phân sơ bộ (6) ở đây cácloại cát còn dính lại và đá nhỏ từ 0-10mm được tách ra.Còn toàn bộ đá đa số là đá lớn khai thác được đưa vàomáy nghiền má Sau khi ra khỏi máy nghiền má thì đá lúcnày có kích thước đa dạng từ 0-90mm Các đá này đượctruyền bằng băng tải (9) đến máy sàng rung (10) Máy sàngrung có nhiều loại lưới để phân cấp đá từ 0-10mm; 10-20mm; 20-40mm; 40-60mm Những đá còn lại có kích thướclớn hơn 60mm và lại được băng tải (11) đưa đến máynghiền nón (12) Sau khi qua máy nghiền nón thì đá có kíchthước phần lớn nhỏ hơn 60mm và lại được băng tải (13)truyền tiếp vào băng tải (9) Khi các ôtô (14) muốn đến lấyđá theo cở nào thì xe xúc (15) thực hiện công việc xúctừng loại đá Sau đó các ôtô đưa đi theo công việc củamình.

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 9

123456789101112

13

Đá

20÷4015

Đá

40÷6015

Đá 0÷5

15

Đá 5÷2015

Hình 1.1 Công nghệ khai thác đá

1 Máy cạp 7 Máy sàng sơ bộ 12.Máy nghiền nón

2 Máy khoan lỗ đặt mìn 8 Máy nghiền má

13 Băng tải

xúc

4,5,14 Ôtô 10 Máy sàng rung

6 Phểu cấp liệu 11 Băng tải

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA

QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN

2.1 Mục đích và ý nghĩa của đập nghiền:

Đập và nghiền là quá trình công nghệ làm giảm kíchthước của vật liệu khoáng sản Quá trình này dùng tácdụng của ngoại lực để phá vỡ những cục vật liệu lớnthành những cục và hạt nhỏ

Về nguyên lý đập và nghiền là không khác nhau nhưngngười ta qui ước đập là quá trình cho ra sản phẩm có kíchthước hạt lớn hơn nghiền Đập và nghiền là một khâuquan trọng trong các xưởng tuyển khoáng, trong các ngànhcông nghiệp hóa chất, vật liệu xây dựng.

Trong các loại đá, độ bền dính giữa các hạt tinh thểthấp hơn độ bền bản thân của các hạt tinh thể Bởi vì bêntrong nó có hai nhóm lực liên kết Một nhóm lực liên kếtbên trong tinh thể và một nhóm lực liên kết tác dụnggiữa các tinh thể, các lực của nhóm thứ nhất lớn hơnlực của các nhóm thứ hai Do khoảng cách giữa các phântử tạo thành tinh thể nhỏ hơn khoảng cách giữa các phântử nằm trên các tinh thể khác nhau Dưới tác dụng củacác lực cơ giới nó sẽ bị vỡ theo những bề mặt có lựcliên kết yếu nhất Do đó bề mặt nứt vỡ thường là bềtiếp xúc giữa các tinh thể

Có trường hợp nguyên vật liệu khoáng sản cao gồmcác khoáng vật có tính chất cơ lý khác nhau Sau khi dậpvà nghiền những khoáng vật cứng và bền hơn sẽ ít bị vỡsẽ là cục lớn hơn, các khoáng vật mềm và giòn sẽ bị vỡvụn nhiều hơn sẽ là những hạt có ít tương đối nhỏ Nếusau khi dập đem sàng thì có thể tách riêng được cáckhoáng vật đó ra khỏi nhau Trong trường hợp này dập -nghiền - sàng cóÏ tác dụng như quá trình tuyển

Đập và nghiền không chỉ trong quá trình khai thác đá,dùng ở các xưởng tuyển khoáng ở các nhà máy nhiệtđiện phải dập và nghiền than để sản xuất nhiên vật liệu

ở dạng bụi, ở nhà máy luyện cốc phải dập và nghiềnthan trước khi nạp than vào lò luyện Ở nhà máy luyện kim,

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 11

phải đập đá vôi và dolomit để là trợ dung Trong ngành vậtliệu xây dựng phải đập đá hộc đá tảng thành đá dăm.Đập và nghiền để sản xuất ximăng trong công nghiệp hóachất phải đập quặng secpentin và apatit trước khi nạp vàolò cao, phải nghiền Fenpat (trương thạch), mica, amehit vàcác nguyên liệu khoáng sản khác để làm phối liệu là vỏque hàn điện, phải đập nghiền quặng mangan để làmpin việc qui định độ hạt của sản phẩm phải căn cứ vàoyêu cầu kỹ thuật của các quá trình công nghệ tiếp theo.

2.2 Các phương pháp đập nghiền

Trong công nghiệp vật liệu xây dựng sản phẩm cuốicùng được sử dụng trực tiếp để sản xuất vật liệu xâydựng khác người ta dùng các phương pháp:

2.2.1 Ép:

Hình 2.1:

Cơ cấu tạo lực của máy đập dịch lại gần nhau gây

ra lực ép lên cục khoáng sản làm nó vỡ ra Đặc điểm củaphương pháp này là lực tác dụng tăng lên đều đặn vàtạo được lực mạch vì vậy thường dùng để đập loạivật liệu tương đối cứng

2.2.2 Cắt:

PP

Hình 2.2

Cơ cấu tạo lực có dạng răng nhọn, lực tác dụngtập trung gây ra rạn nứt cục bộ, do đó phương pháp nàydùng để đập loại vật liệu giòn

2.2.3 Xiết:

Hình 2.3

Bề mặt cơ cấu tạo lực của máy xiết lên bề mặtcủa cục khoáng sản làm cho lớp bên trong của nó bị biếndạng trượt Khi ứng suất tiếp tuyến vượt quá giới hạnbền thì cục khoáng sản bị vỡ ra

2.2.4 Đập

Hình 2.4.

Ở phương pháp này lực tác dụng là lực va đập khácvới ba phương pháp kể trên, lực va đập mang tính chất tảitọng động và tác dụng định kỳ, lực làm vở cục vật liệucũng không ngoài lực ép, lực cắt, lực xiết, chỉ khác ởchổ lực mang tính chất tải trọng động nên thường gọi làép động, cắt động và xiết động Những phương pháp trênđược dùng cho nghiền Về mặt công nghệ nghiền đá làquá trình biến đá từ cỡ rất lớn thành cỡ nhỏ ngay mộtlần vì tốn nhiều công, năng suất thấp và chất lượng đá

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 13

không đúng yêu cầu kỹ thuật do đó cần nghiền nhiều lần,ngoài ra chọn loại máy nghiền theo yêu cầu kỹ thuật Vậtliệu cứng và rất cứng dùng phương pháp ép và dập Vậtliệu dai dùng phương pháp ép và xiết để kéo dài thời giantác dụng của lực Vật liệu giòn như than thì dùng phươngpháp cắt là hợp lý nhất vì sẽ làn cho vật liệu không bịvỡ quá vụn Ở các máy dập vật liệu cứng và giòn thìlực tác dụng chủ yếu là lực ép và lực dập, có thêmlực tác dụng của lực xiết và uốn Đối với vật liệumềm và dai, ở giai đoạn đập thô lực cắt ở giai đoạn đậpvừa và đập nhỏ thì dùng lực va đập Khi nghiền chủ yếulà lực đập và lực xiết.

2.3 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

2.3.1 Mức đập

Là chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng đánh giá hiệuquả kinh tế Mức đập nghiền là tỷ số giữa kích thướctrung bình của cục vật liệu ban đầu với kích thước trungbình của hạt sản phẩm gọi là mức đập (hoặc mức

nghiền) ký hiệu là i.

Có thể xác định mức đập (mức nghiền) theo mộttrong các công thức sau đây:

Trước hết mức đập được xác địng bằng tỷ số kíchthước cục hay hạt lớn nhất trước và sau khi đập

i =

max

max

d D

Dmax: Đường kính cục lớn nhất trong vật liệu trước khidập hoặc trong thực tế đường kính của cục lớn nhấttrong vật liệu lấy bằng kích thước lổ lưới vuông góc màtoàn bộ vật liệu lọt qua được Vì vậy, mức đập có thể

lấy bằng tỷ số kích thước của lổ lưới mà toàn bộ sảnphẩm có thể lọt qua khi sàng vật liệu trước và sau khidập phải dùng lưới có dạng lổ như nhau vì nó ảnh hưởngđến kết quả sàng Khi dùng lưới sàng có hình dạng lổkhác nhau (ví dụ trước khi dập dùng sàng chắn song, saukhi đập dùng sàng đan lổ vuông) thì phải tính mức đậptheo công thức:

Nếu không tiến hành sàng vật liệu trước khi dập thìcó thể tính mức dập theo công thức:

i = 0,85b.BTrong đó:

B : chiều rộng miệng cấp liệu (mm)

b : chiều rộng miệng thảo liệu (mm)

trị số 0,85.B chiều rộng có hiện quả của miệng cấpkhoáng ở máy đập Đối với máy nón để đập vừa và đậpnhỏ: b lấy bằng chiều rộng vùng song song, còn đối vớimáy dập khác thì lấy bằng chiều rộng nhất của miệngthảo liệu

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 15

Mức đập tính theo các công thức trên không đủ đặctrưng cho quá trình đập và nghiền Nhiều trường hợp cósản phẩm dập có đường kính cục lớn nhất là bằng nhau,nhưng có đường kính đặc tính độ hạt khác nhau (ví dụmột đường cong lồi và một đường cong lõm) Do đó,muốn xác định mức dập một cách chính xác phải tínhtheo đường kính trung bình của nó phản ảnh được ảnhhưởng của thành phần của cả khối vật liệu.

i =

tb

tb

d D

Dt : kích thước lổ lưới mà 1% vật liệu trước khi đậpcó thể lọt qua (mm)

Đối với quá trình dập lấy t = 80% cong quá trìnhnghiền lấy t = 95%

Tùy thuộc vào số liệu cần thu được có thể tínhmức dập theo một trong năm công thức kể trên

Trong một máy nghiền không thể nhận được mứcđộ nghiền lớn, vì vậy người ta thường đặt các máynghiền làm việc nối tiếp nhau Như vậy mỗi máy sẽthực hiện một giai đoạn của quá trình nghiền

Máy nghiền có thể làm việc theo chu trình kín hay hở,trong chu trình hở vật liệu đi qua máy nghiền một lần Khi

đó trong sản phẩm cuối cùng luôn có các mẫu vật liệuquá kích thước đã chọn Trong chu trình kín sản phẩm cuốicùng được phân loại và các mẫu có kích thước lớn đượcđưa trở lại máy nghiền.

2.3.2 Năng lượng nghiền

Năng lượng cần để nghiền vở đá phụ thuộc vàonhiều yếu tố, kích thước, hình dạng hạt, sự phân bốxếp đặt của hạt, độ bền, độ giòn, sự đồng nhất củađá, độ ẩm, hình dạng và trạng thái bề mặt làm việccủa máy nghiền Do vậy việc xác lập quan hệ giữa nănglượng để nghiền và các tính chất cơ lý của vật nghiềnrất khó khăn

Hiện nay tồn tại ba giả thuyết được coi là các địnhluật nghiền

2.3.2.1 Định luật nghiền thứ nhất (Định luật mặt phẳng)

Định luật này do giáo sư P.Rittingger nêu ra năm 1867,được phát biểu như sau: "Công hao để nghiền vật liệu tỷlệ với diện tích bề mặt mới tạo ra trong quá trìnhnghiền"

A = K.∆F

K : hệ số tỷ lệ

∆F : số lượng diện tích bề mặt gia tăng

Giả thiết viên đá đem nghiền là khối lập phương cócạnh bằng 1 và năng lượng (công) cần để tách vở nó theomột mặt là A Vậy khi nghiền viên đá đó với mức độnghiền i =2, nghĩa là viên đá sản phẩm có các cạnh bằng1/2 viên đá ban đầu Cần phải dùng 3 mặt phẳng tách vở

SVTH: Trần Quốc Hùng - Lớp 97C1C Trang 17

1

3

3 1

2 2 2

Hình 2.5.

Do vậy số công tiêu hao là 3A, số đá thu được là 23= 8Tương tự: nếu mức độ nghiền i=3, cần 6 mặt táchvà số công tiêu hao là 6A, số viên đá thu được là 33 = 27

Tổng quát, nếu mức độ nghiền i=in cần 3(in-1) mặttách vở, trị số công nghiền sẽ là An = 3A(in-1) Cũng vậynếu i=im, công nghiền sẽ là Am = 3A(im-1)

Do vậy ta có: AA ii 11

m

n m

n

i

i A

n

d

d i

i = nên

n

m m

n m

n

d

d i

i A