NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN VI SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN VI SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT i NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN VI SINH NGUYỄN DUY PHÚ Hội đồng chấm luận văn: 1. Chủ tịch: PGS. TS. ĐẶNG VĂN NGHÌN Viện Cơ học và tin học ứng dụng TP. HCM 2. Thư ký: PGS. TS. TRƯƠNG VĨNH Đại học Nông Lâm TP. HCM 3. Phản biện 1: TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM 4. Phản biện 2: TS. BÙI NGỌC HÙNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN DUY PHÚ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN VI SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 10 năm 2010 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN DUY PHÚ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN VI SINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số : 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: PGS, TS. TRẦN THỊ THANH Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 10 năm 2010 iii LÝ LỊCH CÁ NHÂN Tôi tên là Nguyễn Duy Phú, sinh ngày 22 tháng 12 năm 1980 tại thành phố Hồ Chí Minh, nguyên quán huyện Phú Xuyên, thành phố Hà Nội. Con ông Nguyễn Duy Phúc và bà Nguyễn Thị Ngọc. Năm 1998, tốt nghiệp Tú tài tại trường trung học phổ thông Hùng Vương, quận 5, thành phố Hồ Chí Minh. Năm 2003, tốt nghiệp Đại học ngành Cơ khí chế tạo máy, hệ chính quy tập trung tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, niên khóa 1998 – 2003. Sau đó đến nay, công tác tại khoa Cơ khí chế tạo, trường Cao đẳng nghề số 8, bộ Quốc Phòng, Biên Hòa, Đồng Nai, nghề nghiệp giáo viên, chức vụ công nhân viên, phó trưởng khoa Cơ khí chế tạo. Tháng 10 năm 2007, học cao học ngành cơ khí nông nghiệp tại trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, niên khóa 2007 – 2010. Tình trạng gia đình: Vợ là Văn Thị Mai, sinh năm 1982, đang công tác tại bệnh xá quân dân y, trường Cao đẳng nghề số 8, bộ Quốc Phòng, Biên Hòa, Đồng Nai, nghề nghiệp y sỹ, chức vụ công nhân viên. Con gái tên là Nguyễn Anh Thư, sinh năm 2009. Địa chỉ liên lạc: Khu tập thể cán bộ, công nhân viên trường Cao đẳng nghề số 8 – đường Bùi Văn Hòa, tổ 19, khu phố 3, phường Long Bình Tân, Biên Hòa, Đồng Nai. Điện thoại: 0985.927257, Email: ckctvcsegmail.com iv LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan trên đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nguyễn Duy Phú v LỜI CẢM TẠ Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến: PGS. TS. Trần Thị Thanh, trưởng khoa Cơ Khí Công Nghệ và TS. Nguyễn Như Nam, trưởng bộ môn Máy sau thu hoạch – chế biến trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Ban giám hiệu, phòng đào tạo sau đại học, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn. Tập thể giảng viên khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh và các trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Khoa học Xã Hội và Nhân Văn, Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập. Tập thể học viên lớp Cao học Cơ khí khóa 2006, 2007 đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. vi TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu thiết bị sàng lắc rung phối hợp ứng dụng trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh” được tiến hành tại khoa Cơ khí – Công nghệ trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3 năm 2009 đến tháng 9 năm 2010. Mục đích của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm và chứng minh tính mới, ưu việt hơn các họ máy trong nước đang được sử dụng của mô hình máy sàng rung phối hợp lắc phẳng để phân loại trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh. Ý nghĩa khoa học của đề tài là giải quyết các vấn đề kỹ thuật nảy sinh, cải tiến kỹ thuật máy sàng, nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công nghệ sản xuất phân vi sinh. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là góp phần vào việc hạ giá thành, tăng chất lượng sản phẩm phân vi sinh. Kết quả đề tài thành công sẽ được lắp đặt chuyển giao cho một số công ty sản xuất phân bón nói chung và phân vi sinh nói riêng. Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu chế độ động lực học nhằm hỗ trợ công tác thiết kế, chế tạo thiết bị sàng phân loại làm việc theo nguyên lý phối hợp và nghiên cứu thực nghiệm, chuyển giao trên loại thiết bị này ra sản xuất để kiểm tra, khẳng định kết quả khoa học. Phương pháp nghiên cứu của đề tài là tiến hành nghiên cứu lí thuyết và quy hoạch, bố trí, tối ưu hóa thực nghiệm nhằm khẳng định khả năng làm việc của thiết bị mới. Kết quả đã chế tạo mẫu máy với chế độ tối ưu: lượng cung cấp 10 kgphút, góc nghiêng sàng 14,25 0, góc đặt hai khối lượng lệch tâm 36,8 0, bán kính tay quay 24,95 mm, số vòng quay trục chính 200 vòngphút. Chỉ tiêu tối ưu đạt được là hiệu suất sàng cao nhất 97,2451 % và chi phí năng lượng riêng thấp nhất 0,3810 kW.htấn. vii SUMMARY The study entitled “Research on the screen machine for vibrating combine rocking motion into the microbiological fertilizer producing technology”. It was performed at the Department of Mechanics and Technology in Nong Lam University of Ho Chi Minh city from March 2009 to September 2010. This research aims at studying theory, model experiment and demonstrable new feature, mechanical advantage of model in the microbiological fertilizer process line. The scientific significance of the research is to propose the working principles in order to improve the efficiency of classification by screening and reduce power cost in the microbiological fertilizer producing technology. The practical significance of the study is to contribute in reducing the microbiological fertilizer’s price and increasing it’s quality. The successful result of this study will be transferred to some fertilizer companies in general and to some microbiological fertilizer companies in particular. The main contents of the study is to study structural dynamics for designing and manufacturing model of the vibrating screen combine rocking motion and transfer of technology into manufacturers for checking scientific results. The research methods in this study are applying and succeeding the theorical mechanic, mathematical analysis, mathematical dynamic modelling technique and the optimal experimental research method. The experiment is arranged in accordance with Box Hunter method on the basis of polynomial of degree 2. We solved problems of optimization by analyzed and checked on computers through random algorithm and direct detection. The product of the study is the new designed machine. Design the machine optimum: material supply 10 kgminute, screening surface inclination 14 ,25 0, axial viii line angle of two aneccentric discs that out of centre 36,8 0, turning radius of two aneccentric discs 24,95 mm, revolution of main shaft 200 revminute. The reached optimum indicators is the efficiency of classification by screening 97,2451 % and proper energy cost 0,3810 kW.hourton. ix MỤC LỤC CHƯƠNG TRANG Trang tựa Trang chuẩn y i Lý lịch cá nhân ii Lời cam đoan iii Lời cảm tạ iv Tóm tắt v Summary vi Mục lục viii Danh sách các hình xiv Danh sách các bảng xvi Danh sách các kí hiệu viết tắt xvii 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. TỔNG QUAN 3 2.1 Phân vi sinh 3 2.1.1 Khái niệm phân vi sinh 3 2.1.2 Công nghệ sản xuất phân vi sinh 4 2.2 Lí thuyết tính toán, thiết kế máy sàng phân loại 5 2.2.1 Các loại mặt sàng 5 2.2.2 Cách bố trí mặt sàng 7 2.2.3 Các thông số của sàng 7 2.2.3.1 Lỗ sàng 7 2.2.3.2 Chiều rộng của sàng 9 2.2.3.3 Chiều dài của sàng 10 x 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng 10 2.3.1 Chiều dày lớp vật liệu 10 2.3.2 Chiều dài của sàng 10 2.3.3 Tình trạng kẹt lỗ sàng 10 2.3.4 Độ ẩm của vật liệu sàng 11 2.4 Xác định chế độ động học, động lực học 12 2.4.1 Xây dựng mô hình động lực học sàng tính gia tốc tới hạn của 12 sàng 2.4.2 Xây dựng mô hình động lực học của sàng xác định điều kiện 13 để hạt dịch chuyển 2.4.3 Xây dựng mô hình động lực học sàng xác định điều kiện cân 17 bằng khi không có cơ cấu tay quay và có cơ cấu dao động quán tính. 2.4.4 Xây dựng mô hình động lực học sàng đối với cơ cấu cân bằng động sử dụng hai đối trọng quay bằng nhau về moment tĩnh sao cho đồng bộ và đồng pha 20 2.4.4.1 Tính trọng lực của đối trọng quay G (N) v 20 2.4.4.2 Tính vị trí và chuyển vị trọng tâm khối lượng sàng x(m) 21 2.4.4.3 Tính biên độ dao động A(m) của thân sàng 23 2.4.4.4 Tính vận tốc vòng , vận tốc góc (rad s) của trục chính 23 2.5 Xác định công suất chi phí 24 2.5.1 Cụm cơ cấu gây rung 24 2.5.2 Cụm cơ cấu gây lắc phẳng 26 2.6 Kết quả chuyển giao công nghệ, sản xuất đại trà trong nước. 28 2.6.1 Máy sàng rung có hướng, máy sàn rung quán tính có mặt sàng 28 ngang 2.6.2 Máy sàng rung vô hướng, máy sàng rung quán tính có mặt 28 sàng nghiêng 2.6.3 Máy sàng ống 29 xi 2.6.4 Máy sàng lệch tâm hay sàng lắc vòng 30 2.6.5 Máy sàng rung tròn lệch tâm 31 2.7 Kết quả chuyển giao công nghệ, sản xuất đại trà ngoài nước. 32 2.7.1 Máy sàng rung nhiều tầng, có hướng và vô hướng của hãng 32 Shanghai Zenith Electric Power Equipment Co., Ltd 2.72 Loạt sàng áp lực dạng dòng ngoài 32 2.7.3 Máy sàng lắc tròn rung phân loại bột ZS800 của 33 hãng Shanghai Zenith Electric Power Equipment Co., Ltd 2.7.4 Sàng phân cấp độ rung 34 2.8 Ý kiến thảo luận 34 2.8.1 Máy sản xuất trong nước 35 2.8.1.1 Máy sàng rung có mặt sàng hình trụ và mặt sàng ngang phẳng dùng cho vật liệu không phải là phân vi sinh 35 2.8.1.2 Máy sàng lắc phẳng và máy sàng rung trong phân 35 loại phân vi sinh 2.8.2 Máy sản xuất ngoài nước 36 2.8.3 Ý kiến đề xuất 37 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 3.1 Nội dung nghiên cứu 38 3.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 38 3.2.1 Phương pháp cơ – lý hóa 38 3.2.2 Phương pháp tĩnh – động học 38 3.2.3 Phương pháp mô hình hóa toán học 38 3.2.4 Phương pháp mô hình hóa vật lý 39 3.2.5 Phương pháp tối ưu hóa 39 3.3 Phương pháp thực nghiệm 39 3.3.1 Vật liệu 39 3.3.2 Dụng cụ đo đạc và phương pháp xác định 40 3.3.2.1 Dụng cụ đo đạc 40 xii 3.3.2.2 Phương pháp xác định 41 3.3.3 Các thông số thực nghiệm 41 3.3.3.1 Các thông số đầu ra 41 3.3.3.2 Các thông số đầu vào 42 3.3.4 Thiết kế thí nghiệm 42 3.3.4.1 Phương án bố trí thí nghiệm 42 3.3.4.2 Phương án quy hoạch thực nghiệm 43 3.3.4.3 Phương án xử lý số liệu và phân tích mô hình thống kê thực 44 nghiệm 3.3.4.4 Tính toán tối ưu hóa 45 3.4 Phương pháp khảo sát và nhận dạng bề mặt đáp ứng 45 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 4.1 Kết quả nghiên cứu động lực học máy sàng lắc – rung 47 4.1.1 Xác định, lựa chọn mô hình nghiên cứu là mô hình dao động tuyến 47 tính hệ một bậc tự do thu gọn 47 4.1.1.1 Xác định mô hình dao động cưỡng bức không cản, một bậc tự do 47 4.1.1.2 Xác định mô hình dao động có khâu cứng tuyệt đối 48 4.1.1.3 Xác định, lựa chọn mô hình dao động máy sàng lắc – rung 49 4.1.2 Thiết lập phương trình dao động của hạt trên máy sàng lắc – rung 49 4.2 Kết quả tính toán thiết kế chế tạo máy sàng lắc – rung năng suất 51 3.000 kgh 4.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy sàng lắc rung 51 4.2.2 Các dữ liệu thiết kế máy 52 4.2.2.1 Đối tượng gia công sàng 52 4.2.2.2 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm 52 4.2.2.3 Công nghệ và thiết bị 52 4.2.2.4 Vật liệu chế tạo máy 53 4.2.2.5 Các máy tham gia chế tạo máy mô hình 53 4.2.2.6 Các thông số kỹ thuật 53 xiii 4.3 Kết quả nghiên cứu sàng lắc – rung trong công nghệ sản xuất phân 54 vi sinh bằng bề mặt đáp ứng 4.3.1 Xây dựng bài toán “Hộp đen” 54 4.3.1.1 Xác định các thông số ra 54 4.3.1.2 Xác định các thông số vào 54 4.3.1.3 Phát biểu bài toán “Hộp đen” 57 4.3.2 Thực nghiệm theo phương án bậc I 57 4.3.2.1 Xác định miền nghiên cứu 58 4.3.2.2 Lập ma trận thí nghiệm 58 4.3.2.3 Xây dựng ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm theo phương án bậc I 59 4.3.2.4 Kết quả xử lý với mô hình không có số hạng chéo 60 4.3.2.5 Kết quả xử lý với mô hình có số hạng chéo 61 4.3.3 Lập mô hình thống kê thực nghiệm bậc II 62 4.3.3.1 Xác định miền nghiên cứu 62 4.3.3.2 Lập ma trận thí nghiệm 63 4.3.3.3 Kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm 64 4.3.3.4 Phân tích hàm hiệu quả sàng y1 (Hq) 67 4.3.3.5 Phân tích hàm mức tiêu thụ điện năng riêng để sàng y2 (Ar) 73 4.3.4 Kết quả tính toán tối ưu hóa 78 4.3.4.1 Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu 78 4.3.4.2 Phát biểu các bài toán tối ưu 78 4.3.4.3 Xác định các thông số tối ưu theo chỉ tiêu hiệu quả sàng cao nhất 79 4.3.4.4 Xác định các thông số tối ưu theo chỉ tiêu mức tiêu thụ điện năng riêng để sàng thấp nhất 80 4.3.4.5 Nghiên cứu các thông số tối ưu đa mục tiêu 80 4.4 Xây dựng dãy cỡ máy sàng lắc rung có năng suất từ 100 1000 kgh 81 4.4.1 Máy mô hình 81 4.4.1.1 Các thông số hình học 81 xiv 4.4.1.2 Thông số động học 81 4.4.1.3 Các thông số khác 81 4.4.2 Mô hình vật lý xác định năng suất cho họ máy sàng lắc – rung 81 có năng suất từ 100 1000 kgh 4.4.2.1 Lập ma trận thứ nguyên (ai) 81 4.4.2.2 Xác định hạng của ma trận thứ nguyên (ai) 82 4.4.2.3 Xây dựng và giải hệ phương trình 83 4.4.2.4 Xác định không gian các chuẩn số 83 4.4.3 Thành lập dãy máy sàng lắc rung đồng dạng 83 4.4.3.1 Cơ sở thành lập 83 4.4.3.2 Thành lập dãy máy sàng lắc rung có năng suất 100 1000 kgh 83 4.5 Ý kiến thảo luận 84 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 86 5.1 Kết luận 86 5.2 Đề nghị 87 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 7. PHỤ LỤC 90 xv DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 Quy trình sản suất phân vi sinh 4 Hình 2.2 Sơ đồ chuyển động của vật liệu trên sàng 8 Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên hạt làm kẹt lỗ sàng 11 Hình 2.4 Mô hình cơ học về điều kiện chuyển động của hạt vật liệu trên sàng gắn với hệ tọa độ suy rộng 12 Hình 2.5 Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ suy rộng khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ nhất và quay cùng chiều kim 14 Hình 2.6 Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ suy rộng khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ hai và quay cùng chiều kim 16 Hình 2.7 Sơ đồ dẫn động tịnh tiến qua lại của thân sàng 18 Hình 2.8 Sơ đồ lực tác động của cơ cấu dao động quán tính khi dùng bộ gây rung mất cân bằng 19 Hình 2.9 Mô hình cơ học cơ cấu cân bằng lực quán tính của sàng nghiêng dùng hai đối trọng quay 21 Hình 2.10Máy sàng rung nhiều tầng với vật liệu đá xây dựng 29 Hình 2.11Máy sàng lắc vòng 30 Hình 2.12 Máy sàng rung nhiều tầng của hãng Shanghai Zenith Electric Power Equipment Co, Ltd 32 Hình 2.13Máy sàng thùng áp suất dùng cánh quạt kỹ thuật cao 32 Hình 2.14Máy sàng lắc tròn rung phân loại bột 33 Hình 2.15 Máy sàng rung nghiêng dùng động cơ kích rung 34 Hình 2.16Tình trạng bít lỗ sàng trên mặt sàng lắc phẳng tại công ty xvi Thiên Sinh (Bình Dương) 36 Hình 2.17 Công nhân dùng xẻng gạt liệu ùn ứ tại vị trí băng tải cấp liệu cho máy sàng rung tại công ty Thiên Sinh (Bình Dương) 36 Hình 3.1 Hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu thực nghiệm 43 Hình 4.1Mô hình động lực học sàng rung và mô hình dao động cưỡng bức không cản, một bậc tự do 47 Hình 4.2 Mô hình động lực học sàng lắc phẳng 48 Hình 4.3 Mô hình động lực học thu gọn (dao động tuyến tính hệ một bậc tự do) của máy sàng lắc – rung 49 Hình 4.4 Sơ đồ xác định tốc độ lớn nhất của hạt nằm trên mặt sàng lắc – rung. 50 Hình 4.5 Cấu tạo sàng lắc – rung 51 Hình 4.6 Mô hình bài toán “Hộp đen” 57 Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hiệu suất sàng ở dạng mã hóa 69 Hình 4.8 Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hiệu suất sàng ở dạng thực 69 Hình 4.9 Đồ thị quan hệ Hq – a – r ở dạng phẳng 70 Hình 4.10Đồ thị quan hệ Hq – a – r ở dạng không gian 3 chiều 70 Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến mức tiêu thụ điện năng riêng để sàng ở dạng mã hóa 74 Hình 4.12Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến mức tiêu thụ điện năng riêng để sàng ở dạng thực 74 Hình 4.13 Đồ thị quan hệ Ar – a – b ở dạng phẳng 75 Hình 4.14 Đồ thị quan hệ Ar – a – b ở dạng không gian 3 chiều 75 xvii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1 Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I 58 Bảng 4.2 Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm 58 Bảng 4.3 Miền thực nghiệm theo phương án quay bậc II Box –Hunter 63 Bảng 4.4 Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm 63 Bảng 4.5 Phân tích dạng và cực trị đồ thị mối quan hệ các cặp yếu tố đến chỉ tiêu tối ưu y1 72 Bảng 4.6 Phân tích dạng và cực trị đồ thị mối quan hệ các cặp yếu tố đến chỉ tiêu tối ưu y2 78 Bảng 4.7 Ma trận thứ nguyên (aiρ) 82 Bảng 4.8 Ma trận nghiệm 83 xviii DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT d (mm) : kích thước hạt vật liệu  (mm) : bán kính hạt vật liệu D (mm) : bề rộng lỗ sàng T (mm) : chiều dày sàng θ : hệ số tiết diện thực của sàng đột lỗ  (mm) : chiều dài lỗ thuôn dài  (mm) : khoảng cách các hàng lỗ theo phương chiều rộng lỗ 1  (mm) : khoảng cách các hàng lỗ theo phương chiều dài lỗ ds(mm) : đường kính dây kim loại của lưới đan M (mm) : kích thước trung bình dấu hiệu chia hết của hạt  2 : sai lệch bình phương trung bình kích thước hạt  (0 ) : góc nghiêng sàng B (m) : chiều rộng sàng m (kg) : khối lượng sàng Ls (m) : chiều dài sàng Q (kgh) : năng suất sàng qB (kgm2.h) : tải trọng riêng cho phép trên sàng. Ck : tỉ số giữa kích thước làm việc của lỗ sàng với kích thước trung bình dấu hiệu chia hết của hạt k : hệ số xét đến việc bít lỗ sàng δ (mm) : chiều dày lớp vật liệu trên sàng z0 : số lỗ trên một hàng mh (g) : là khối lượng hạt j (mms2) : là gia tốc ngang của hạt g(mms2) : là gia tốc trọng trường xix a (mm) : là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm chạm của hạt với lỗ lưới b (mm) : là khoảng cách theo phương ngang từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm chạm của hạt với lỗ lưới h (mm) : là chiều dài cánh tay đòn lực quán tính (chiều cao tính từ điểm chạm hạt với mặt sàng đến tâm hạt) G (kg.ms2) : là trọng lượng hạt  (mms2) : là gia tốc tối ưu của sàng K (N) : phản lực pháp tuyến của bề mặt lưới sàng F (N) : lực ma sát của vật liệu trên sàng  (0 ) : là góc ma sát của vật liệu trên sàng l k : là hệ số ma sát lăn của vật liệu trên sàng fvl : hệ số ma sát trượt của vật liệu trên sàng qt P (N) : lực quán tính chuyển động sàng u P (N) : lực quán tính chuyển động dọc theo sàng. Gv (N) : trọng lượng đĩa lệch tâm m0 (kg) : khối lượng đĩa lệch tâm Gk (N) : trọng lượng khung sàng m (kg) : khối lượng khung sàng Gvl (N) : trọng lượng của toàn bộ khối vật liệu trên sàng A (mm) : biên độ dao động thân sàng r1 (mm) : bán kính lệch tâm của đĩa lệch tâm r (mm) : chiều dài tay quay l (m) : chiều dài thanh truyền l1 (m) : chiều dài lò xo C (N.m) : độ cứng lò xo z : số lò xo ω (rads) : vận tốc góc của trục chính xx ωth (rads) : vận tốc góc tới hạn của trục chính n (vòngph) : vận tốc vòng trục chính nth(vòngph) : vận tốc vòng tới hạn trục chính Nđ (kW) : công suất tạo động năng sàng ms _ vl N (kW) : công suất thắng lực ma sát khối vật liệu chuyển động trên mặt sàng  : hệ số chiếm không gian (độ chặt) của vật liệu  (kgm3) : khối lượng thể tích của vật liệu  : hệ số kể tới sự chuyển động không cùng hướng ms _ lt N (kW) : công suất khắc phục ma sát ở khớp động của ổ đỡ lệch tâm lt f : hệ số ma sát ở khớp động của bạc lệch tâm R (m) : bán kính khớp động của bạc lệch tâm dc N (kW) : công suất tính toán chọn động cơ dẫn động cho máy sàng rung n D (Nm) : động năng của cụm cơ cấu chuyển động G (N) : trọng lượng cụm cơ cấu chuyển động của sàng v1, v2(ms) : tốc độ của sàng lúc tiến và lùi (qua lại) 0 v (ms) : vận tốc chuyển động trung bình của hạt 1 N (kW) : công suất để tạo ra động năng máy sàng lắc phẳng 2 N (kW) : công suất để khắc phục ma sát của vật liệu với bề mặt lưới sàng  : hệ số tơi của vật liệu  (kgm3) : khối lượng thể tích của vật liệu 3 N (kW) : công suất khắc phục ma sát ở khớp động của bạc lệch tâm tt N (kW) : công suất tính toán chọn động cơ dẫn động cho máy sàng lắc  : hiệu suất truyền động β (0) : góc đặt hai khối lượng lệch tâm  (0 ) : góc bít kín khi kích thước hạt lớn hơn lỗ Ar (kWhtấn): mức tiêu thụ điện năng riêng Hq (%) : hiệu quả sàng xxi Q (kgh) : năng suất sàng q (kgh) : lượng cung cấp vật liệu W (ms2) : gia tốc dao động của thân sàng w (%) : độ ẩm vật liệu sàng 1 Chương I ĐẶT VẤN ĐỀ Sàng phân loại là công đoạn sản xuất quan trọng trong công nghệ sản xuất phân vi sinh kể cả ở dạng bột lẫn dạng viên. Nhiệm vụ của sàng phân loại trong công nghệ sản xuất phân vi sinh là phân loại để đảm bảo độ nhỏ sản phẩm nghiền và phân loại để đảm bảo kích thước viên theo yêu cầu kỹ thuật. Đặc điểm quan trọng khi phân loại trong công nghệ sản xuất phân vi sinh là đối tượng phân loại có tính chất cơ lý hay bị dính, vón cục và hệ số ma sát rất lớn. Đây là những đặc tính ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của sàng phân loại vì nó cản trở quá trình chuyển động của vật liệu. Vì vậy với các sàng thông thường như sàng lắc phẳng, sàng rung làm việc rất kém khi phân loại đối tượng này. Ở sàng lắc phẳng, sự chuyển động của vật liệu trên sàng phụ thuộc chế độ động học, góc nghiêng của sàng. Khi góc ma sát của vật liệu lớn thì góc nghiêng của sàng tăng, nên kết cấu của sàng cồng kềnh. Sự dính bám vào nhau của các phần tử vật liệu trên sàng sẽ làm cản trở khả năng chui qua sàng với các phần tử đủ nhỏ và làm cho chúng liên kết thành khối. Vì vậy với sàng lắc phẳng thông thường khi phân loại các nguyên liệu, sản phẩm vi sinh có độ ẩm cao thì hiệu suất làm việc của sàng rất kém. Trong dây chuyền sản xuất phân hữu cơ vi sinh, người ta chỉ dùng sàng lắc phẳng để phân loại sản phẩm phân hữu cơ vi sinh dạng viên đã được làm khô. Đối với sàng rung, sự dịch chuyển khối vật liệu trên sàng dọc theo sàng nhờ vào góc nghiêng sàng. Sự dao động theo phương thẳng đứng của vật liệu trên sàng nhờ vào sự rung động của sàng. Đối với vật liệu có độ ẩm, độ dính cao, tạo thành liên kết khối không những làm cản trở chuyển động trên bề mặt sàng mà còn làm giảm khả năng dao động. Ở liên kết khối, vật liệu trên sàng hấp phụ hay làm tắt dao động. Vì vậy, tại vị trí tiếp nhận vật liệu đưa vào sàng phân loại thường bị ùn tắc. 2 Để khắc phục hiện tượng này, trong sản xuất người ta thường bố trí các lao động thủ công gạt hỗ trợ khối vật liệu nạp vào sàng. Các tồn tại này cho thấy hiệu quả làm việc của sàng rung trong công nghệ sản xuất phân vi sinh chưa cao. Từ các tồn tại trên cho thấy các thiết bị sàng hiện tại có hiệu quả làm việc thấp, chi phí lao động cao. Vì vậy việc nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công nghệ sản xuất phân vi sinh hiện nay có tính cấp thiết, tính thời sự. Được sự chấp thuận của phòng Đào tạo sau đại học trường Đại Học Nông Lâm, dưới sự hướng dẫn của Cô PGS. TS. Trần Thị Thanh chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết bị sàng lắc rung phối hợp ứng dụng trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh.” Mục đích của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm và chứng minh tính mới, ưu việt hơn các họ máy trong nước đang được sử dụng của mô hình máy sàng rung phối hợp lắc phẳng để phân loại trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh. Ý nghĩa khoa học của đề tài là giải quyết các vấn đề kỹ thuật nảy sinh, cải tiến kỹ thuật máy sàng, nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công nghệ sản xuất phân vi sinh. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là góp phần vào việc hạ giá thành, tăng chất lượng sản phẩm phân vi sinh. Kết quả đề tài thành công sẽ được lắp đặt chuyển giao cho một số công ty sản xuất phân bón nói chung và phân vi sinh nói riêng. Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu chế độ động lực học nhằm hỗ trợ công tác thiết kế, chế tạo thiết bị sàng phân loại làm việc theo nguyên lý phối hợp và nghiên cứu thực nghiệm, chuyển giao trên loại thiết bị này ra sản xuất để kiểm tra, khẳng định kết quả khoa học. Phương pháp nghiên cứu của đề tài là tiến hành nghiên cứu lí thuyết và quy hoạch, bố trí, tối ưu hóa thực nghiệm nhằm khẳng định khả năng làm việc của thiết bị mới. 3 Chương 2 TỔNG QUAN Phân vi sinh 2.1.1 Khái niệm phân vi sinh Phân vi sinh là sản phẩm được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ khác nhau, nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn qui định, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng nông sản. Phân hữu cơ vi sinh vật không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản. Phân vi sinh là chế phẩm chứa các vi sinh vật (VSV) sống có hoạt lực cao đã được tuyển chọn, thông qua các hoạt động của nó tạo ra các chất dinh dưỡng cho đất, và làm cho cây trồng phát triển tốt hơn. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại phân vi sinh vật khác nhau, nhưng theo mật độ vi sinh vật hữu ích có thể chia làm 2 loại như sau: Phân vi sinh có mật độ vi sinh vật hữu ích. Phân vi sinh có mật độ vi sinh vật hữu ích thấp. Phân bón vi sinh là một dạng hỗn hợp ướt, độ ẩm tương đối cao. Thành phần của phân bón vi sinh bao gồm: xác bả mía, than bùn, các men vi sinh và một số loại phân vi sinh khác. Hình dạng giống phân chuồng hoai. Khối lượng riêng 500 – 550 kgm3, góc tự chảy 30 – 35 o. Bã bùn có màu nâu thẳm do có sự có mặt của Caramen và Melanoit. Chất khô 75 – 80 % , trong đó: Đường Sacaroza: 46 – 58 %. Đường khử: 6 – 9 %. Rafinoza: 1 – 2 %. 4 Tổng N là: 0,4 – 2,88 %. Chất khoáng: 3 – 4 %. Ngoài ra còn có các vitamin: B1, B2, PP và Pantotenic, Mezoinozit. Yêu cầu kỹ thuật: + Kích thước hạt: 1 – 1,5 mm . + Ẩm độ: 25 – 30 %. Công nghệ sản xuất phân vi sinh. Công nghệ sản xuất phân vi sinh trình bày như hình 2.1. Hình 2.1: Quy trình sản suất phân vi sinh. ( Theo http:www.thuonghieuvungmien.vn) 5 Theo sơ đồ công nghệ cho thấy các quá trình gia công bao gồm hai quá trình chủ yếu là quá trình sinh học và cơ học. Các quá trình cơ học trong sản xuất phân vi sinh gồm có nghiền, định lượng, tạo hỗn hợp, và tạo hình sản phẩm (nếu là sản phẩm dạng viên). Lý thuyết tính toán, thiết kế máy sàng phân loại 2.2.1 Các loại mặt sàng Cấu tạo của các loại sàng khác nhau về các thông số động học, dạng và quỹ đạo của chuyển động. Thực tế hiện có hai loại sàng: sàng mặt phẳng và mặt cong. Sàng mặt phẳng dốc là loại thường dùng, bao gồm loại cố định (sàng chuỗi), loại di động (chấn động, rung). Mặt sàng – thanh ghi. Mặt sàng lưới đan hay lưới hàn từ những sợi thép. Mặt sàng bằng thép tấm có dập lỗ. Mặt sàng lưới bằng dây cao su. Lưới sàng và mặt sàng tấm cần phải có độ bền cao, kích thước mặt sàng không được thay đổi trong quá trình sàng và tổng diện tích mắt sàng trên bề mặt sàng lớn. Tấm đột lỗ có ưu điểm là bền chắc nhưng tổng diện tích lỗ (bề mặt tự do) nhỏ. Mặt sàng loại này là những tấm thép hay đồng dày 0,8 – 1,0 mm. Trên bề mặt có đục các lỗ hình tròn, bầu dục, chữ nhật hay hình vuông. Loại mặt sàng này thường được dùng để phân loại vật liệu có kích thước d > 5 mm. Các lỗ trên mặt sàng có kích thước 5 – 80 mm được bố trí song song hay xen kẽ nhau. Các lỗ hình chữ nhật thường có kích thước chiều dài gấp 2 – 3 lần chiều rộng. Đối với mặt sàng làm bằng thép tấm có chiều dày lớn, lỗ hình tròn thì lỗ được gia công hình nón có góc côn 14 0 và bố trí phần lỗ có đường kính lớn hướng về phía vật liệu lọt. Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh (2000):  Khoảng cách giữa hai mép lỗ liên tiếp nhau trên bề mặt sàng:   0,9 D(mm) , (2.1) 6  Chiều dày của sàng phụ thuộc kích thước lỗ sàng, nhưng không vượt quá 12 mm: 5( ) _ 0,75. 5 10( ) 0,7. 10( ) 0,625. D mm t D D mm t D D mm t D           , (2.2) Theo tiêu chuẩn cũ dùng trước đây, kí hiệu của sàng lỗ đột là số tương ứng với kích thước lỗ sàng (tính bằng mm) nhân với 10. Ví dụ sàng có kí hiệu N017,5 có chiều rộng lỗ thuôn dài là 1,75 mm. Hệ số tiết diện thực của sàng đột lỗ tròn được tính như sau: 2 2 . 2 3 ( ) D D      , (2.3) Hệ số tiết diện thực của sàng đột lỗ thuôn dài được tính như sau: 2 1 . 0, 22. ( )( ) D D D          , (2.4) trong đó  (mm) là chiều dài của lỗ, D (mm) là chiều rộng lỗ,  (mm) là khoảng cách giữa hai lỗ sàng theo phương chiều rộng lỗ, 1  (mm) là khoảng cách giữa hai lỗ sàng theo phương chiều dài lỗ. Lưới đan có các lỗ dạng hình vuông, hình chữ nhật và hình lục giác. Sợi đan thành lưới thường bằng kim loại (thép, đồng thau), sợi cacbon, nhựa tổng hợp,…. Dây kim loại dùng đan lưới sàng thường có kích thước nhỏ hơn kích thước của sản phẩm (0,6 0,7) s d   d (d là kích thước lỗ). Kích thước cạnh lỗ từ 0,4 – 5 mm. Theo tiêu chuẩn cũ dùng trước đây, kí hiệu của lưới sàng đan bằng sợi kim loại là số tương ứng với kích thước của cạnh lỗ sàng tính theo mm. Ví dụ sàng lưới đan lỗ vuông có kí hiệu N004 có cạnh d = 0 ,4 mm. Hiện nay trong thực tế áp dụng tiêu chuẩn lưới đan của một số nước Mĩ, châu Âu, dùng chỉ số Mesh (số lỗ trên một inch2), cho trong bảng tiêu chuẩn lưới đan của phụ lục 7 (Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh, 2000). 7 2.2.2 Cách bố trí mặt sàng Các cách bố trí mặt sàng: trên máy sàng có thể đặt tới 3 mặt sàng và chúng ta có thể bố trí các mặt sàng theo 3 cách: Bố trí liên tiếp. Bố trí song song. Bố trí kết hợp. Cách bố trí mặt sàng kiểu đặt liên tiếp có ưu điểm là kết cấu đơn giản, thuận tiện cho việc kiểm tra và sửa chữa mặt sàng, nhược điểm là máy có chiều dài lớn, mặt sàng đầu tiên bị mòn rất nhanh, chất lượng sàng kém vì các hạt có kích thước nhỏ sẽ bị các hạt có kích thước lớn cản trở không lọt qua mắt sàng. Cách bố trí mặt sàng kiểu đặt song song có ưu điểm là cho chất lượng sàng cao, mặt sàng mòn đều hơn và nhược điểm là khó kiểm tra và sửa chữa mặt sàng. Cách bố trí mặt sàng kiểu đặt kết hợp chiếm vị trí trung gian giữa 2 cách bố trí trên và được sử dụng rộng rãi hơn. 2.2.3 Các thông số của sàng 2.2.3.1 Lỗ sàng Bề mặt làm việc của sàng là cơ quan công tác chủ yếu của các thiết bị sàng phân loại theo kích thước hình học: bao gồm mặt phẳng hoặc cong, có lỗ với hình dáng và kích thước nhất định. Mặt sàng được đặc trưng bằng các đại lượng: kích thước công tác của lỗ sàng D, hệ số tiết diện thực (tỉ số tiết diện lỗ so với diện tích mặt sàng)  . Lỗ sàng có hình dáng phổ biến và hiệu suất sàng cao: vuông, chữ nhật, tròn và tam giác. Tùy theo đặc tính vật lí của hỗn hợp vật liệu cần phân loại mà dùng mặt sàng có lỗ với hình dáng tương ứng. Lỗ sàng hình tròn dùng phân loại dựa trên nguyên tắc sự khác nhau về chiều rộng hạt (viên). Để tăng hiệu quả của loại lỗ sàng này, thực tế người ta gia công lỗ tròn có tiết diện dạng phễu. Lỗ sàng dài dùng để phân loại dựa trên nguyên tắc sự khác nhau về chiều dày của hạt. Để tăng hiệu quả lọt sàng, người ta chế tạo chiều dài lỗ lớn hơn nhiều chiều dài hạt, đồng thời còn gia 8 công thêm rãnh phía trên mặt lỗ. Lỗ sàng tam giác dùng phân loại các hạt (viên) hình tam giác mà các hình dáng khác không phù hợp. Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh (2000):  Kích thước lỗ sàng được chọn dựa vào kích thước sản phẩm và các yêu cầu của vật liệu chế tạo. Một cách gần đúng các kích thước làm việc của lỗ sàng được xác định theo công thức thực nghiệm sau: với sàng ngũ cốc : D  M  3 2 , với sàng quặng, bột : D  M  (2 1,5) , (2.5) trong đó: D(m) là chiều rộng lỗ dài hay đường kính lỗ tròn. M(m) là kích thước trung bình dấu hiệu chia hết của hạt.  2 là sai lệch bình phương trung bình của kích thước hạt đang nghiên cứu.  Các kích thước làm việc của lỗ sàng sau khi tính theo công thức được làm tròn về phía kích thước lớn hơn gần nhất theo các tiêu chuẩn TCVN hay tiêu chuẩn quốc tế ISO.  Kích thước lỗ lưới và tốc độ khối hạt vật liệu: giả thiết hạt vật liệu hình cầu và sàng đặt nghiêng một góc (0 ) . Khi vận tốc ngang bằng 0, do trọng lực tác động nó rơi thẳng đứng xuống lỗ sàng nên kích thước lỗ lưới phải phù hợp. Chọn hệ tọa độ như hình 2.2, ta có: d  .cos  t.sin , (2.6) trong đó: d(mm) là kích thước của hạt vật liệu trên sàng. mmlà chiều dài lỗ lưới sàng. t mm là chiều dày mặt sàng. Hình 2.2: Sơ đồ chuyển động của vật liệu trên sàng 9 Khi khối hạt có vận tốc v(mm s)  0 thì sẽ chuyển động theo quỹ đạo parabol. Để cho khối hạt vật liệu lọt qua lỗ thì điểm chạm của nó cần bằng hoặc thấp hơn điểm B, điểm rời của nó là điểm A. Ta tính được vận tốc khối hạt thỏa điều kiện (với (mm) là bán kính hạt) là:  .( ) , ( ) 2. (cos sin . ) v tg g mm s tg             , (2.7) Nhưng khi đảm bảo điều kiện này năng suất sàng sẽ giảm theo. Do đó khi tính toán, thiết kế và sử dụng thường chọn vận tốc làm việc của sàng bằng 0,7 – 0,8 lần vận tốc tới hạn. Theo thực nghiệm, kích thước lỗ lưới được chọn theo thực nghiệm (theo Vũ Bá Minh và Hoàng Minh Nam, 2004): Khi kích thước khối hạt d  5(mm) thì kích thước lỗ lưới D  d  (0,5 1), (mm) . Khi kích thước khối hạt d  5(mm) thì kích thước lỗ lướiD  d  (3 5), (mm) , (2.8) 2.2.3.2 Chiều rộng sàng Khi tính chiều rộng sàng cần chú ý hai đặc điểm là: chiều rộng sàng càng lớn năng suất càng cao. Khi tăng chiều rộng sẽ dẫn đến hiện tượng võng tấm sàng hoặc vênh cơ cấu làm sạch. Chính vì vậy mà trong các máy phân loại – làm sạch, chiều rộng sàng không được thiết kế lớn hơn 1 mét. Khi thiết kế chú ý bố trí các thanh đỡ sàng để tránh cho sàng không bị võng hoặc vênh. Chiều dài và chiều rộng sàng được xác định thông qua năng suất và chiều dài s L tính theo công thức (theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh, 2000): , ( ) s . B L Q m B q  , (2.9) trong đó: Q(kg h) là năng suất sàng. B(m) là chiều rộng sàng. ( 2. ) B q kg m h là tải trọng riêng cho phép trên sàng. Tải trọng riêng ( 2. ) B q kg m h được xác định qua công thức tính: 10 B 1 k 2 q  k C  k , (2.10) trong đó: k C q M  là tỉ số giữa kích thước làm việc của lỗ sàng (chiều rộng lỗ chữ nhật hay đường kính lỗ tròn) với kích thước trung bình dấu hiệu chia hết của hạt, 1 2 k , k là các thông số xác định từ thực nghiệm. 2.2.3.3 Chiều dài của sàng Theo thực nghiệm, chiều dài thích hợp của sàng được xác định qua công thức (theo Vũ Bá Minh và Hoàng Minh Nam, 2004): 2 0 . . . , ( ) s 0,785. . L k B mm d z    , (2.11) trong đó k là hệ số xét đến việc bít các lỗ sàng, thường K  5  20 , B(mm) là chiều rộng sàng, d (mm) là kích thước lỗ sàng,  (mm) là chiều dày lớp vật liệu trên sàng, 0 z là số lỗ trên một hàng, mm là bước của các hàng lỗ. 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng 2.3.1 Chiều dày lớp vật liệu Chiều dày lớp vật liệu trên sàng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân loại.Nếu lớp này quá dày thì những khối hạt bên trên khó lọt qua lỗ sàng dù kích thước đủ nhỏ và ngược lại thì đảm bảo lọt sàng nhưng năng suất giảm nhiều. Do đó thực tế thường áp dụng (theo Vũ Bá Minh và Hoàng Minh Nam, 2004): Khi kích thước khối hạt d  5(mm) , bề dày lớp vật liệu:  (10 15)d, (mm) Khi kích thước khối hạt d  5  50(mm) :  (5 10)d, (mm) , (2.12) 2.3.2 Chiều dài của sàng Ảnh hưởng lớn đến hiệu quả quá trình sàng. Chiều dài sàng lớn, khối hạt có điều kiện lọt qua lỗ sàng và ngược lại. Nhưng càng dài thì càng tốn hao công suất máy. 2.3.3 Tình trạng kẹt lỗ sàng Giảm thiểu tình trạng kẹt lỗ sàng: thực nghiệm cho thấy sau một thời gian làm việc, lỗ sàng bị hạt làm bít kín, giảm năng suất sàng. Theo Nguyễn Như Nam 11 và Trần Thị Thanh (2000), ta xem hạt có dạng hình cầu, điều kiện cân bằng của hạt bị kẹt trong lỗ sàng theo hình 2.3: mh . j.a  mh .g.b , (2.13) trong đó mh (g) là khối lượng hạt, j (mms2) là gia tốc ngang của hạt, g(mms2) là gia tốc trọng trường, a (mm) là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm chạm của hạt với lỗ lưới, b (mm) là khoảng cách theo phương ngang từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm chạm của hạt với lỗ lưới. Hạt sẽ thoát ra khỏi lỗ nếu j g.b a  , (2.14) vì a  .cos(  ),b  .sin(  ), (mm) ,   d 2(mm) là bán kính hạt,  (0 ) là góc hợp bởi phương bán kính và phương vuông góc mặt sàng,  (0 ) là góc hợp bởi phương vuông góc mặt sàng và phương thẳng đứng nên: j  g.tg(  ) . Khi hạt có kích thước tương đương lỗ thì  900 và khi sàng nằm ngang 00 thì j  g.tg(  )  g.tg900  . Như vậy nếu ta tăng gia tốc cho hạt để sàng tự làm sạch lỗ là không thể được. Hình 2.3: Sơ đồ lực tác dụng lên hạt làm kẹt lỗ sàng 2.3.4 Độ ẩm của vật liệu sàng Là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình sàng. Khi các khối hạt chuyển động trên bề mặt sàng, chúng va chạm vào nhau. Do đó nếu có độ ẩm cao, chúng dính ướt vào nhau làm tăng kích thước khối hạt, không thể lọt qua lỗ sàng, thậm chí còn dính vào lỗ sàng gây bít lỗ lưới. Qua thực nghiệm, độ ẩm lý tưởng của vật liệu để sàng đạt hiệu suất cao là 5% đối với vật liệu rời dạng hạt, khối hạt. Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh (2000): khi vật liệu chuyển động trên bề mặt sàng, có một số hạt nằm kẹt trong lỗ lưới sàng. Để giảm thiểu tình trạng 12 này, ta tạo moment quán tính lớn hơn moment ổn định của trọng lượng hạt. Giả thiết hạt hình cầu, có kích thước 2. (mm), lỗ lưới có kích thước 2.R (mm), góc bít kín khi kích thước hạt lớn hơn lỗ là 2.  . Để thỏa điều kiện hạt bật ra khỏi lỗ lưới, ta có phương trình: P.H  G., (2.15) trong đó: P m. G . g     là lực quán tính, N. H là cánh tay đòn lực quán tính (chiều cao tính từ điểm chạm hạt với mặt sàng đến tâm hạt), mm. G là trọng lượng hạt, kg.ms2. m0 là khối lượng hạt, kg.  (m s2 ) là gia tốc tối ưu của sàng, ms2. g là gia tốc trọng trường, ms2. Từ đó, ta có: H .cot g ;G. . .cot g G. g.tg g              , trong đó: sin   R  , (2.16) 2.4 Xác định chế độ động học, động lực học 2.4.1 Xây dựng mô hình động lực học sàng tính gia tốc tới hạn của sàng Theo A. Ia. Xokolov (1976), điều kiện chủ yếu để vật liệu lọt qua lưới sàng là sự trượt của hạt vật liệu trên lưới sàng, bao gồm sự chuyển động tuyệt đối và tương đối của vật liệu. Xem xét điều kiện cân bằng giới hạn của hạt vật liệu trên lưới sàng có góc nghiêng trên mặt phẳng ngang từ mô hình cơ học về điều kiện chuyển động của hạt vật liệu trên sàng gắn với hệ tọa độ suy rộng: Hình 2.4: Mô hình cơ học về điều kiện chuyển động của hạt vật liệu trên sàng gắn với hệ tọa độ suy rộng 13 Trên hạt có ba lực tác dụng: trọng lực của hạt G(N) , phản lực pháp tuyến của bề mặt lưới sàng K(N) , trị số lớn nhất của lực ma sát F(N) . Điều kiện cân bằng tam giác lực là kín, do đó: F  Ktg  Ktg , trong đó  là góc ma sát, (2.17) Để hạt chuyển động được, phải thỏa điều kiện  . Để xác định tốc độ dịch chuyển của hạt, ta lập mô hình toán và giải phương trình vi phân của chuyển động của hạt dọc lưới sàng: . .sin . cos (sin .cos ) . (sin .cos ) G dv T F G f G dv g f g dt dt v g t f c                  , (2.18) Hằng số tích phân bằng 0 khi những điều kiện ban đầu: 0 t  0,v  0 , trong đó 0 v (m s) là vận tốc chuyển động trung bình của hạt. Khi hạt chuyển động với gia tốc không đổi, nếu tăng t thì v cũng tăng, tốc độ này có thể tăng đến giá trị lớn nhất. Do đó khi 0 v  0 thì v  g.t(sin  f .cos ) , (2.19) Khi chế tạo, lưới sàng được đặt nghiêng một góc , nhỏ hơn nhiều góc . Nhờ vậy hạt dịch chuyển dưới tác dụng của những lực được tạo nên do sự chuyển động không đều của sàng. Khi sàng chuyển động không đều với gia tốc a theo hướng sang phải, lực quán tính qt P  ma hướng về bên trái. Điều kiện để hạt không bám dính trên sàng là: . . . . qt P  f G m a  f G a  f g , (2.20)  Gia tốc giới hạn khi lực quán tính bằng lực ma sát gọi là gia tốc tới hạn th a  fg , (2.21)  Với hạt dạng cầu l ,( ) th a  k g m s  , (2.22) trong đó : l k là hệ số ma sát lăn. (m) là bán kính hạt. 2.4.2 Xây dựng mô hình động lực học của sàng xác định điều kiện để hạt dịch chuyển Từ mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ suy rộng : 14 Hình 2.5: Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ suy rộng khi đĩa lệch tâm và tay quay ở góc phần tư thứ nhất và quay cùng chiều kim đồng hồ Ta xác định điều kiện để hạt dịch chuyển khi đĩa lệch tâm và tay quay ở góc phần tư thứ nhất và quay cùng chiều kim: Khi sàng chuyển động không đều với gia tốc a(m s2 ) hướng về bên phải sinh ra lực quán tính có chiều ngược với gia tốc. Ngoài ra hạt chịu thêm thành phần trọng lực G(N) và lực ma sát với lưới sàng F(N) . Lực G(N) phân tách thành hai thành phần, Gsin hướng xuống dưới theo phương nghiêng lưới sàng, Gcos có phương pháp tuyến mặt sàng, hướng xuống dưới. Lực quán tính qt P được phân ra thành hai thành phần sin un qt P  P vuông góc mặt lưới sàng, hướng xuống dưới, có khuynh hướng đè hạt xuống mặt lưới sàng, cos ut qt P  P có phương song song bề mặt lưới sàng, hướng lên trên theo độ dốc sàng. Do đó hạt sẽ chuyển động theo hướng này nếu thỏa điều kiện (f là hệ số ma sát trượt): .cos .sin .( .cos .sin ) qt qt P  G   F  f G   P  , (2.23) Ta lập mô hình toán học và giải phương trình vi phân mô tả chuyển động tương đối của hạt theo mặt phẳng lưới sàng, để xác định vận tốc chuyển động của hạt lên phía trên theo độ dốc lưới sàng: ( .cos .sin ) ( .cos .sin ) qt qt m dv P G f G P dt         , (2.24) 15 Chia hai vế cho m , được biểu thức gia tốc của hạt chuyển động lên phía trên theo độ dốc lưới sàng: dv a(cos f .sin ) g( f .cos sin ) dt         , (2.25) vì .cos sin ( ) cos .sin f tg tg tg tg                    Trong đó,  (0 ) là góc ma sát của hạt với lưới sàng, nên: 1 .cos sin . ( ) cos .sin cos .sin dv a g f a g tg dt f f                             , (2.26) Để hạt chuyển động lên phía trên theo độ dốc lưới sàng, điều kiện cần: dv 0 2.r.cos t g.tg( ) dt       , vì a 2.r.cost , r (mm) là bán kính tay quay, (2.27) Đại lượng cost max  1khi tay quay nằm ngang ở hai vị trí 1 và 3. Do đó trong quá trình tay quay quay một vòng để đảm bảo điều kiện cần ta biến đổi: 2.r g.tg( ) g tg( ), (rad s) r         , (2.28) Thay   .n 30vào biểu thức (2.28), ta có: 2 2 2 . . ( ) 30 ( ) ,( ) 30 n r g tg n tg vòng phút r           , vì 2  g , (2.29) Ta xác định điều kiện để hạt dịch chuyển khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ hai và quay cùng chiều kim: Lực quán tính qt P được phân tích thành hai thành phần .sin un qt P  P  hướng lên phía trên có khuynh hướng đẩy hạt ra khỏi bề mặt lưới sàng, .cos ut qt P  P  có phương song song bề mặt sàng và hướng xuống dưới theo độ dốc lưới sàng. Ta lập mô hình toán học và giải phương trình vi phân mô tả chuyển động tương đối của hạt theo mặt phẳng lưới sàng, để xác định vận tốc chuyển động của hạt xuống phía dưới theo độ dốc lưới sàng: 16 ( .cos .sin ) ( .cos .sin ) qt qt m dv P G f G P dt         , (2.30) Hình 2.6: Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ suy rộng khi đĩa lệch tâm và tay quay ở góc phần tư thứ hai và quay cùng chiều kim đồng hồ Ta chia hai vế cho m, được biểu thức gia tốc của hạt chuyển động lên phía trên theo độ dốc lưới sàng: dv a(cos f .sin ) g( f .cos sin ) dt         , (2.31) Biến đổi tương đương và rút gọn phương trình, ta có: 1 .cos sin . ( ) cos .sin cos .sin dv a g f a g tg f dt f                 , (2.32) Ta kết luận: để hạt chuyển động xuống phía dưới , điều kiện cần là: dv 0 2.r.cos t g.tg( ) dt       , vì a 2.r.cost , (2.33) Đại lượng cost max  1khi tay quay nằm ngang ở hai vị trí 1 và 3. Do đó trong quá trình tay quay quay một vòng để đảm bảo điều kiện cần ta biến đổi biểu thức (2.33) thành: 2.r g.tg( ) g tg( ),(rad s) r         , (2.34) Thay   .n 30vào biểu thức (2.34), ta có: 2 2 2 . . ( ) 30 ( ) , ( ) 30 n r g tg n tg vòng phút r           vì 2  g , (2.35) Ta xác định điều kiện để hạt nảy lên khỏi mặt sàng: 17 Hạt được tách ra, nảy lên khỏi lưới sàng và không lọt qua lưới sàng. Để tránh hiện tượng như vậy, điều kiện cần là: G.cos  Pun G.cos  Pqt .sin , (2.36) Thay các trị số . , . , 2. , . 30 qt G  m g P  ma a  r   n ( g(m s2 ) là gia tốc trọng trường) vào bất đẳng thức (2.36) trên, ta có: , (0 ) , ( ) . 30 , ( ) . g tg g rad s r tg n vòng phút r tg                  , (2.37) Tương tự như cách xác định điều kiện để hạt dịch chuyển, điều kiện để hạt nảy lên khỏi mặt sàng khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ nhất và thứ hai quay cùng chiều kim ta có thể xác định các thông số khi tay quay ở góc phần tư thứ ba và thứ tư quay cùng chiều kim. Kết luận: ta xác định được miền giới hạn vận tốc vòng quay thực tế của trục chính: 30 ( ) ,( ) 30 ( ) ,( ) 30 30 ( ) . 30 ,( ) . n tg vòng phút r n tg vòng phút n tg r r tg r n vòng phút r tg                           , (2.38) trong đó: r(m) là chiều dài tay quay, (0 ) là góc nghiêng lưới sàng,  là góc ma sát vật liệu sàng với mặt sàng. 2.4.3 Xây dựng mô hình động lực học sàng xác định điều kiện cân bằng khi không có cơ cấu tay quay và có cơ cấu dao động quán tính Từ mô hình cơ học trạng thái cân bằng của sàng nghiêng có đối trọng quay (cũng chính là đĩa lệch tâm gây rung) gắn với hệ tọa độ suy rộng: 18  Ta xét sự cân bằng của thân sàng dùng dẫn động không có cơ cấu tay quay – thanh truyền: Hình 2.7: Sơ đồ dẫn động tịnh tiến qua lại của thân sàng Trên hình 2.7, cho mô hình động lực học dẫn động tịnh tiến qua lại của thân sàng. Trong đó m(m) là khoảng cách từ đường trục B B (đi qua trọng tâm của khối lượng thân sàng) đến đường trục O O (đi qua trọng tâm khối vật liệu ở vị trí tận cùng bên trái), a(m) là khoảng cách giữa đường trục O O và đường trục đi qua trọng tâm của tải trọng ở vị trí tận cùng bên phải, n(m) là khoảng cách giữa đường trục O O và trọng tâm của thân sàng ở vị trí tận cùng bên phải, b(m) là khoảng cách giữa đường trục O O và đường trục đi qua trọng tâm của tải trọng ở vị trí tận cùng bên trái. Trục O1 sẽ dao động cùng các hệ trục khác của thân sàng. Phản lực trên các thanh đỡ là lò xo đều có phương thẳng đứng. Áp dụng định lí về sự chuyển động của trọng tâm hệ đối với hệ đó, ta coi nó là một hệ mà tổng hình chiếu của các ngoại lực trên mặt phẳng ngang bằng 0. Vậy khi tải trọng ở vị trí tận cùng bên phải (đĩa lệch tâm quay ở vị trí nằm ngang) thì thân sàng ở vị trí bên trái và ngược lại. Biên độ dao động là: 2 m n . Thành phần ngang của lực quán tính của hai đĩa lệch tâm luôn được cân bằng với lực quán tính của thân sàng. Thành phần này gây mất cân bằng động đối với cơ cấu khi chỉ lắc ngang phẳng theo phương thẳng đứng của tải trọng đạt giá trị cũng là tại vị trí  00 , 1800 . Nhưng đối với hệ dẫn động lắc ngang phẳng kết hợp rung, nó là thành phần gây rung cho hệ lò xo đỡ. 19  Ta xét sự cân bằng của thân sàng dùng dẫn động bằng cơ cấu dao động quán tính: Hình 2.8: Sơ đồ lực tác động của cơ cấu dao động quán tính khi dùng bộ gây rung mất cân bằng Trên hình 2.8, cho sơ đồ lực tác động của cơ cấu dao động quán tính khi dùng bộ gây rung mất cân bằng. Trong đó K là điểm trọng tâm của thân sàng tương ứng với trọng lực thân sàng, K1 là điểm trọng tâm của thân sàng tương ứng với hai đĩa lệch tâm ở vị trí trên đường I I, V là điểm trọng tâm chung hai đĩa lệch tâm, t là góc quay tức thời của hai đĩa lệch tâm. Vấn đề cân bằng khi gây rung này được giải quyết khi sử dụng cơ cấu cân bằng động sử dụng hai đối trọng quay bằng nhau về moment tĩnh, quay trên trục ngược chiều nhau sao cho đồng bộ ổn định và đồng pha. Ta xét thành phần thẳng đứng của các lực quán tính li tâm của hai tải trọng Puv cost trong bất kì vị trí tương quan nào của chúng đều được cân bằng. Tổng các thành phần nằm ngang 2 sin uv P t cân bằng với lực quán tính uk P của chuyển động tịnh tiến thân sàng. Sự chuyển động của thân sàng có cơ cấu dao động quán tính. Do đó ta xét hệ thân sàng cùng cơ cấu dao động quán tính ở một trong các vị trí trung gian của con lắc vật lí (đĩa lệch tâm). Nếu bỏ qua không xét sự chuyển dịch trọng tâm của thân sàng theo hướng thẳng đứng, sự đàn hồi của lò xo đỡ, sức cản hay ma sát, nếu xem hệ là tự do trong mặt phẳng ngang thì sự dịch chuyển của thân sàng được xác định theo định lí về sự chuyển động của hình chiếu tâm của khối lượng hệ. Khi không có ngoại lực ở mặt phẳng nằm ngang thì trọng tâm khối lượng của các tải trọng quay (đĩa lệch tâm) và thân sàng phải đứng yên. Khi trọng tâm khối lượng V của các tải 20 trọng quay nằm phía bên phải của trục O1 một khoảng r1.sint thì sự chuyển vị tuyệt đối đối với vị trí trung bình của nó là 1r .sint  x , x  0 tức chuyển vị trọng tâm của sàng nằm phía bên trái. Phương trình tìm tâm của khối lượng ở trạng thái tĩnh cũng là phương trình chuyển động điều hòa tịnh tiến của thân sàng: 1 1 2 ( .sin ) . 2 .sin 2 v v k k v G r t x G x x G r t G G        , (2.39) Ngoài ra ta còn có trị số tuyệt đối của độ nghiêng lớn nhất của thân sàng (trên cơ sở chưa tính đến sức cản các thành phần chuyển động trong cơ cấu): 1 2 2 v k v A G r G G   , (2.40) Ta rút ra kết luận:  Trọng lượng của thân sàng hay của tải trọng quay (đĩa lệch tâm) ảnh hưởng đến biên độ dao động của thân sàng.  Trị số của biên độ không phụ thuộc đến tốc độ góc của tải trọng quay. 2.4.4 Xây dựng mô hình động lực học sàng đối với cơ cấu cân bằng động sử dụng hai đối trọng quay bằng nhau về moment tĩnh sao cho đồng bộ và đồng pha 2.4.4.1 Tính trọng lực của đối trọng quay G (N) v Từ mô hình cơ học cơ cấu cân bằng lực quán tính của sàng nghiêng dùng hai đối trọng quay (cũng chính là hai đĩa lệch tâm gây rung) có tải trọng bằng nhau, có moment tĩnh bằng nhau quay quanh hai trục theo hai chiều ngược nhau, đồng pha gắn với hệ tọa độ suy rộng, ta áp dụng nguyên tắc Hecman – Euler Dalambe lập mô hình toán học và giải phương trình mô tả trạng thái cân bằng động bằng phương pháp giải tích Lagrange.  Ta xét điều kiện cân bằng động của hệ ở thời điểm tức thời t(s) , khi tải trọng quay một góc tức thời t , thân sàng chuyển vị lệch về bên trái x(m) : Hợp lực của các lực quán tính trong chuyển động của đối trọng quay: 2 1 2 v . .sin v P G r t g    , (2.41) 21 Hình 2.9: Mô hình động lực học cơ cấu cân bằng lực quán tính của sàng nghiêng dùng hai đối trọng quay Lực quán tính của thân sàng có tính đến lực quán tính của đối trọng quay trong chuyển động theo: x g P Gk Gv k   2  , (2.42) Lực đàn hồi của các lò xo bị xoay nghiêng so với vị trí cân bằng (ban đầu): . . đh P  z C x , (2.43) trong đó z là số lò xo, C(N.m) là độ cứng lò xo (trường hợp thanh đỡ cứng không lò xo 3 1 C 3E.J l  , với E(N m2 ) là modun đàn hồi, J (m4 ) là moment quán tính tiết diện thanh, 1 l (m) là chiều dài lò xo hay thanh đỡ.  Thành phần theo phương ngang của trọng lực thân sàng làm lò xo quay đi một góc  so với phương thẳng đứng có trị số: ( 2 ) n k v P  G  G tg , nếu x rất nhỏ 1 tg sin x l     thì ( 2 ) ( 2 ) n k v k v P G G tg G G x l      , (2.44) 2.4.4.2 Tính vị trí và chuyển vị trọng tâm khối lượng sàng x(m) Các thành phần lực có phương pháp tuyến thân sàng, do tải trọng trong quá trình chuyển động theo có trị số tuyệt đối nhỏ nên không đưa vào phương trình mô tả. 22 Ta lập mô hình toán học và giải phương trình vi phân cân bằng động chiếu theo trục Ox : 2 1 k 2 v . . ( 2 ) 2 v . .sin k v G G x z C x G G x G r t g l g                , (2.45) Biến đổi tương đương , ta có: 2 1 . 1 2 . . .sin 2 2 v k v k v x g x C x G r t G G l G G                , (2.46) Phương trình có dạng: x k 2.x  .sint , (2.47) trong đó đặt 2 2 1 . 1 , 2 . . 2 2 v k v k v k g z C G

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP

ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN VI SINH NGUYỄN DUY PHÚ

Hội đồng chấm luận văn:

1 Chủ tịch: PGS TS ĐẶNG VĂN NGHÌN

Viện Cơ học và tin học ứng dụng TP HCM

Đại học Nông Lâm TP HCM

3 Phản biện 1: TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM

4 Phản biện 2: TS BÙI NGỌC HÙNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN DUY PHÚ

-NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SÀNG LẮC RUNG PHỐI HỢP ỨNG DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

PHÂN VI SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành phố Hồ Chí MinhTháng 10 năm 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LÝ LỊCH CÁ NHÂN

Tôi tên là Nguyễn Duy Phú, sinh ngày 22 tháng 12 năm 1980 tại thành phố

Hồ Chí Minh, nguyên quán huyện Phú Xuyên, thành phố Hà Nội Con ông NguyễnDuy Phúc và bà Nguyễn Thị Ngọc

Năm 1998, tốt nghiệp Tú tài tại trường trung học phổ thông Hùng Vương,quận 5, thành phố Hồ Chí Minh

Năm 2003, tốt nghiệp Đại học ngành Cơ khí chế tạo máy, hệ chính quy tậptrung tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, niên khóa

1998 – 2003

Sau đó đến nay, công tác tại khoa Cơ khí chế tạo, trường Cao đẳng nghề số

8, bộ Quốc Phòng, Biên Hòa, Đồng Nai, nghề nghiệp giáo viên, chức vụ công nhânviên, phó trưởng khoa Cơ khí chế tạo

Tháng 10 năm 2007, học cao học ngành cơ khí nông nghiệp tại trường Đạihọc Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, niên khóa 2007 – 2010

Tình trạng gia đình: Vợ là Văn Thị Mai, sinh năm 1982, đang công tác tạibệnh xá quân dân y, trường Cao đẳng nghề số 8, bộ Quốc Phòng, Biên Hòa, ĐồngNai, nghề nghiệp y sỹ, chức vụ công nhân viên Con gái tên là Nguyễn Anh Thư,sinh năm 2009

Địa chỉ liên lạc: Khu tập thể cán bộ, công nhân viên trường Cao đẳng nghề

số 8 – đường Bùi Văn Hòa, tổ 19, khu phố 3, phường Long Bình Tân, Biên Hòa,Đồng Nai

Điện thoại: 0985.927257, Email: ckctvcse@gmail.com

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan trên đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quảnghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳcông trình nào khác

Nguyễn Duy Phú

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến:

PGS TS Trần Thị Thanh, trưởng khoa Cơ Khí Công Nghệ và TS NguyễnNhư Nam, trưởng bộ môn Máy sau thu hoạch – chế biến trường Đại học Nông Lâmthành phố Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trìnhthực hiện luận văn

Ban giám hiệu, phòng đào tạo sau đại học, ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí CôngNghệ trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điềukiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn

Tập thể giảng viên khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại học Nông Lâm thànhphố Hồ Chí Minh và các trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, Đại học Khoa Học TựNhiên, Đại học Khoa học Xã Hội và Nhân Văn, Đại học Bách Khoa thành phố HồChí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trongsuốt quá trình học tập

Tập thể học viên lớp Cao học Cơ khí khóa 2006, 2007 đã giúp đỡ tôi trong quátrình học tập và thực hiện đề tài

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu thiết bị sàng lắc - rung phối hợp ứng dụng trong dâychuyền sản xuất phân vi sinh” được tiến hành tại khoa Cơ khí – Công nghệ trườngĐại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3 năm 2009 đếntháng 9 năm 2010

Mục đích của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm và chứng minh tínhmới, ưu việt hơn các họ máy trong nước đang được sử dụng của mô hình máy sàngrung phối hợp lắc phẳng để phân loại trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh

Ý nghĩa khoa học của đề tài là giải quyết các vấn đề kỹ thuật nảy sinh, cảitiến kỹ thuật máy sàng, nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công nghệ sản xuấtphân vi sinh

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là góp phần vào việc hạ giá thành, tăng chấtlượng sản phẩm phân vi sinh Kết quả đề tài thành công sẽ được lắp đặt chuyển giaocho một số công ty sản xuất phân bón nói chung và phân vi sinh nói riêng

Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu chế độ động lực học nhằm hỗtrợ công tác thiết kế, chế tạo thiết bị sàng phân loại làm việc theo nguyên lý phốihợp và nghiên cứu thực nghiệm, chuyển giao trên loại thiết bị này ra sản xuất đểkiểm tra, khẳng định kết quả khoa học

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là tiến hành nghiên cứu lí thuyết và quyhoạch, bố trí, tối ưu hóa thực nghiệm nhằm khẳng định khả năng làm việc của thiết

bị mới

Kết quả đã chế tạo mẫu máy với chế độ tối ưu: lượng cung cấp 10 kg/phút,góc nghiêng sàng 14,250, góc đặt hai khối lượng lệch tâm 36,80, bán kính tay quay24,95 mm, số vòng quay trục chính 200 vòng/phút Chỉ tiêu tối ưu đạt được là hiệusuất sàng cao nhất 97,2451 % và chi phí năng lượng riêng thấp nhất 0,3810kW.h/tấn

The study entitled “Research on the screen machine for vibrating

combine rocking motion into the microbiological fertilizer producing

technology” It was performed at the Department of Mechanics and Technology in

Nong Lam University of Ho Chi Minh city from March 2009 to September 2010

This research aims at studying theory, model experiment and demonstrablenew feature, mechanical advantage of model in the microbiological fertilizerprocess line

The scientific significance of the research is to propose the workingprinciples in order to improve the efficiency of classification by screening andreduce power cost in the microbiological fertilizer producing technology

The practical significance of the study is to contribute in reducing themicrobiological fertilizer’s price and increasing it’s quality The successful result ofthis study will be transferred to some fertilizer companies in general and to somemicrobiological fertilizer companies in particular

The main contents of the study is to study structural dynamics for designingand manufacturing model of the vibrating screen combine rocking motion andtransfer of technology into manufacturers for checking scientific results

The research methods in this study are applying and succeeding the theoricalmechanic, mathematical analysis, mathematical dynamic modelling technique andthe optimal experimental research method The experiment is arranged inaccordance with Box- Hunter method on the basis of polynomial of degree 2 Wesolved problems of optimization by analyzed and checked on computers throughrandom algorithm and direct detection

The product of the study is the new designed machine Design the machineoptimum: material supply 10 kg/minute, screening surface inclination 14 ,250, axial

line angle of two aneccentric discs that out of centre 36,8 0, turning radius of twoaneccentric discs 24,95 mm, revolution of main shaft 200 rev/minute The reachedoptimum indicators is the efficiency of classification by screening 97,2451 % andproper energy cost 0,3810 kW.hour/ton.

2.2 Lí thuyết tính toán, thiết kế máy sàng phân loại 5

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng 10

2.4.3 Xây dựng mô hình động lực học sàng xác định điều kiện cân 17

bằng khi không có cơ cấu tay quay và có cơ cấu dao động quán tính.2.4.4 Xây dựng mô hình động lực học sàng đối với cơ cấu cân

bằng động sử dụng hai đối trọng quay bằng nhau về moment tĩnh sao

2.4.4.1 Tính trọng lực của đối trọng quay G v (N) 202.4.4.2 Tính vị trí và chuyển vị trọng tâm khối lượng sàngx (m) 212.4.4.3 Tính biên độ dao động A (m)của thân sàng 232.4.4.4 Tính vận tốc vòng , vận tốc góc (rad/s) của trục chính 23

2.6 Kết quả chuyển giao công nghệ, sản xuất đại trà trong nước 282.6.1 Máy sàng rung có hướng, máy sàn rung quán tính có mặt sàng 28

ngang

2.6.2 Máy sàng rung vô hướng, máy sàng rung quán tính có mặt 28

sàng nghiêng

2.6.4 Máy sàng lệch tâm hay sàng lắc vòng 30

2.7 Kết quả chuyển giao công nghệ, sản xuất đại trà ngoài nước 322.7.1 Máy sàng rung nhiều tầng, có hướng và vô hướng của hãng 32

Shanghai Zenith Electric Power Equipment Co., Ltd

2.7.3 Máy sàng lắc tròn - rung phân loại bột ZS800 của 33

hãng Shanghai Zenith Electric Power Equipment Co., Ltd

2.8.1.1 Máy sàng rung có mặt sàng hình trụ và mặt sàng ngang

phẳng dùng cho vật liệu không phải là phân vi sinh 352.8.1.2 Máy sàng lắc phẳng và máy sàng rung trong phân 35

loại phân vi sinh

3.3.2 Dụng cụ đo đạc và phương pháp xác định 40

3.3.4.3 Phương án xử lý số liệu và phân tích mô hình thống kê thực 44

nghiệm

3.4 Phương pháp khảo sát và nhận dạng bề mặt đáp ứng 45

4.1 Kết quả nghiên cứu động lực học máy sàng lắc – rung 474.1.1 Xác định, lựa chọn mô hình nghiên cứu là mô hình dao động tuyến 47

4.1.1.1 Xác định mô hình dao động cưỡng bức không cản, một bậc tự do 474.1.1.2 Xác định mô hình dao động có khâu cứng tuyệt đối 484.1.1.3 Xác định, lựa chọn mô hình dao động máy sàng lắc – rung 494.1.2 Thiết lập phương trình dao động của hạt trên máy sàng lắc – rung 494.2 Kết quả tính toán thiết kế - chế tạo máy sàng lắc – rung năng suất 51

3.000 kg/h

4.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy sàng lắc rung 51

4.2.2.5 Các máy tham gia chế tạo máy mô hình 53

4.3 Kết quả nghiên cứu sàng lắc – rung trong công nghệ sản xuất phân 54

vi sinh bằng bề mặt đáp ứng

4.3.3.3 Kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm 644.3.3.4 Phân tích hàm hiệu quả sàng y1(Hq) 674.3.3.5 Phân tích hàm mức tiêu thụ điện năng riêng để sàng y2(Ar) 73

4.3.4.1 Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu 78

4.3.4.3 Xác định các thông số tối ưu theo chỉ tiêu hiệu quả sàng cao nhất 794.3.4.4 Xác định các thông số tối ưu theo chỉ tiêu mức tiêu thụ

4.3.4.5 Nghiên cứu các thông số tối ưu đa mục tiêu 804.4 Xây dựng dãy cỡ máy sàng lắc - rung có năng suất từ 100 - 1000 kg/h 81

4.4.3 Thành lập dãy máy sàng lắc - rung đồng dạng 83

4.4.3.2 Thành lập dãy máy sàng lắc - rung có năng suất 100 - 1000 kg/h 83

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.4 Mô hình cơ học về điều kiện chuyển động của hạt vật liệu trên

Hình 2.5 Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ

suy rộng khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ nhất và quay cùng

Hình 2.6 Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng gắn với hệ tọa độ suy

rộng khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần tư thứ hai và quay cùng chiều

Hình 2.7 Sơ đồ dẫn động tịnh tiến qua lại của thân sàng 18

Hình 2.8 Sơ đồ lực tác động của cơ cấu dao động quán tính khi dùng bộ gây

Hình 2.9 Mô hình cơ học cơ cấu cân bằng lực quán tính của sàng nghiêng

Hình 2.10Máy sàng rung nhiều tầng với vật liệu đá xây dựng 29

Hình 2.12 Máy sàng rung nhiều tầng của hãng Shanghai Zenith Electric Power

Hình 2.13Máy sàng thùng áp suất dùng cánh quạt kỹ thuật cao 32

Hình 2.15 Máy sàng rung nghiêng dùng động cơ kích rung 34

Hình 2.16Tình trạng bít lỗ sàng trên mặt sàng lắc phẳng tại công ty

Thiên Sinh (Bình Dương) 36

Hình 2.17 Công nhân dùng xẻng gạt liệu ùn ứ tại vị trí băng tải cấp liệu

cho máy sàng rung tại công ty Thiên Sinh (Bình Dương) 36

Hình 3.1 Hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu thực nghiệm 43

Hình 4.1Mô hình động lực học sàng rung và mô hình dao động cưỡng

Hình 4.3 Mô hình động lực học thu gọn (dao động tuyến tính hệ một bậc

Hình 4.4 Sơ đồ xác định tốc độ lớn nhất của hạt nằm trên mặt sàng lắc – rung 50

Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hiệu suất sàng ở dạng

Hình 4.8 Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến hiệu suất sàng ở dạng

Hình 4.10Đồ thị quan hệ Hq – a – r ở dạng không gian 3 chiều 70

Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến mức tiêu thụ điện

Hình 4.12Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến mức tiêu thụ điện

Hình 4.14 Đồ thị quan hệ Ar – a – b ở dạng không gian 3 chiều 75

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Miền thực nghiệm theo phương án thực nghiệm bậc I 58

Bảng 4.3 Miền thực nghiệm theo phương án quay bậc II Box –Hunter 63

Bảng 4.5 Phân tích dạng và cực trị đồ thị mối quan hệ các cặp yếu tố đến

Bảng 4.6 Phân tích dạng và cực trị đồ thị mối quan hệ các cặp yếu tố đến

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

(mm) : bán kính hạt vật liệu

D (mm) : bề rộng lỗ sàng

T (mm) : chiều dày sàng

θ : hệ số tiết diện thực của sàng đột lỗ

(mm) : chiều dài lỗ thuôn dài

(mm) : khoảng cách các hàng lỗ theo phương chiều rộng lỗ

1

 (mm) : khoảng cách các hàng lỗ theo phương chiều dài lỗ

ds(mm) : đường kính dây kim loại của lưới đan

M (mm) : kích thước trung bình dấu hiệu chia hết của hạt

qB(kg/m2.h) : tải trọng riêng cho phép trên sàng

Ck : tỉ số giữa kích thước làm việc của lỗ sàng với kích thước trung bình

dấu hiệu chia hết của hạt

a (mm) : là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm

chạm của hạt với lỗ lưới

của hạt với lỗ lưới

hạt với mặt sàng đến tâm hạt)

G (kg.m/s2) : là trọng lượng hạt

 (mm/s2) : là gia tốc tối ưu của sàng

K(N) : phản lực pháp tuyến của bề mặt lưới sàng

F (N) : lực ma sát của vật liệu trên sàng

0

( )

 : là góc ma sát của vật liệu trên sàng

l

k : là hệ số ma sát lăn của vật liệu trên sàng

fvl : hệ số ma sát trượt của vật liệu trên sàng

qt

P (N) : lực quán tính chuyển động sàng

u

P (N) : lực quán tính chuyển động dọc theo sàng

Gv(N) : trọng lượng đĩa lệch tâm

m0(kg) : khối lượng đĩa lệch tâm

Gk(N) : trọng lượng khung sàng

m (kg) : khối lượng khung sàng

Gvl(N) : trọng lượng của toàn bộ khối vật liệu trên sàng

A (mm) : biên độ dao động thân sàng

r1(mm) : bán kính lệch tâm của đĩa lệch tâm

r (mm) : chiều dài tay quay

l (m) : chiều dài thanh truyền

l1(m) : chiều dài lò xo

C (N.m) : độ cứng lò xo

ω (rad/s) : vận tốc góc của trục chính

ωth (rad/s) : vận tốc góc tới hạn của trục chính

N (kW) : công suất thắng lực ma sát khối vật liệu chuyển động trên mặt sàng

 : hệ số chiếm không gian (độ chặt) của vật liệu

(kg/m3) : khối lượng thể tích của vật liệu

 : hệ số kể tới sự chuyển động không cùng hướng

D (N/m) : động năng của cụm cơ cấu chuyển động

G (N) : trọng lượng cụm cơ cấu chuyển động của sàng

v1, v2(m/s) : tốc độ của sàng lúc tiến và lùi (qua - lại)

N (kW) : công suất để khắc phục ma sát của vật liệu với bề mặt lưới sàng

 : hệ số tơi của vật liệu

(kg/m3) : khối lượng thể tích của vật liệu

3

N (kW) : công suất khắc phục ma sát ở khớp động của bạc lệch tâm

tt

N (kW) : công suất tính toán chọn động cơ dẫn động cho máy sàng lắc

 : hiệu suất truyền động

β (0) : góc đặt hai khối lượng lệch tâm

0

( )

 : góc bít kín khi kích thước hạt lớn hơn lỗ

Ar (kWh/tấn): mức tiêu thụ điện năng riêng

Hq (%) : hiệu quả sàng

Q (kg/h) : năng suất sàng

q (kg/h) : lượng cung cấp vật liệu

W (m/s2) : gia tốc dao động của thân sàng

w (%) : độ ẩm vật liệu sàng

Chương I

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sàng phân loại là công đoạn sản xuất quan trọng trong công nghệ sản xuấtphân vi sinh kể cả ở dạng bột lẫn dạng viên Nhiệm vụ của sàng phân loại trongcông nghệ sản xuất phân vi sinh là phân loại để đảm bảo độ nhỏ sản phẩm nghiền

và phân loại để đảm bảo kích thước viên theo yêu cầu kỹ thuật Đặc điểm quantrọng khi phân loại trong công nghệ sản xuất phân vi sinh là đối tượng phân loại cótính chất cơ lý hay bị dính, vón cục và hệ số ma sát rất lớn Đây là những đặc tínhảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của sàng phân loại vì nó cản trở quá trìnhchuyển động của vật liệu Vì vậy với các sàng thông thường như sàng lắc phẳng,sàng rung làm việc rất kém khi phân loại đối tượng này

Ở sàng lắc phẳng, sự chuyển động của vật liệu trên sàng phụ thuộc chế độđộng học, góc nghiêng của sàng Khi góc ma sát của vật liệu lớn thì góc nghiêngcủa sàng tăng, nên kết cấu của sàng cồng kềnh Sự dính bám vào nhau của các phần

tử vật liệu trên sàng sẽ làm cản trở khả năng chui qua sàng với các phần tử đủ nhỏ

và làm cho chúng liên kết thành khối Vì vậy với sàng lắc phẳng thông thường khiphân loại các nguyên liệu, sản phẩm vi sinh có độ ẩm cao thì hiệu suất làm việc củasàng rất kém Trong dây chuyền sản xuất phân hữu cơ vi sinh, người ta chỉ dùngsàng lắc phẳng để phân loại sản phẩm phân hữu cơ vi sinh dạng viên đã được làmkhô

Đối với sàng rung, sự dịch chuyển khối vật liệu trên sàng dọc theo sàng nhờvào góc nghiêng sàng Sự dao động theo phương thẳng đứng của vật liệu trên sàngnhờ vào sự rung động của sàng Đối với vật liệu có độ ẩm, độ dính cao, tạo thànhliên kết khối không những làm cản trở chuyển động trên bề mặt sàng mà còn làmgiảm khả năng dao động Ở liên kết khối, vật liệu trên sàng hấp phụ hay làm tắt dao

Để khắc phục hiện tượng này, trong sản xuất người ta thường bố trí các lao độngthủ công gạt hỗ trợ khối vật liệu nạp vào sàng Các tồn tại này cho thấy hiệu quảlàm việc của sàng rung trong công nghệ sản xuất phân vi sinh chưa cao.

Từ các tồn tại trên cho thấy các thiết bị sàng hiện tại có hiệu quả làm việcthấp, chi phí lao động cao Vì vậy việc nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong côngnghệ sản xuất phân vi sinh hiện nay có tính cấp thiết, tính thời sự Được sự chấpthuận của phòng Đào tạo sau đại học trường Đại Học Nông Lâm, dưới sự hướngdẫn của Cô PGS TS Trần Thị Thanh chúng tôi thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu thiết bị sàng lắc - rung phối hợp ứng dụng trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh.”

Mục đích của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, thực nghiệm và chứng minh tínhmới, ưu việt hơn các họ máy trong nước đang được sử dụng của mô hình máy sàngrung phối hợp lắc phẳng để phân loại trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh

Ý nghĩa khoa học của đề tài là giải quyết các vấn đề kỹ thuật nảy sinh, cảitiến kỹ thuật máy sàng, nâng cao hiệu quả sàng phân loại trong công nghệ sản xuấtphân vi sinh

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là góp phần vào việc hạ giá thành, tăng chấtlượng sản phẩm phân vi sinh Kết quả đề tài thành công sẽ được lắp đặt chuyển giaocho một số công ty sản xuất phân bón nói chung và phân vi sinh nói riêng

Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu chế độ động lực học nhằm hỗtrợ công tác thiết kế, chế tạo thiết bị sàng phân loại làm việc theo nguyên lý phốihợp và nghiên cứu thực nghiệm, chuyển giao trên loại thiết bị này ra sản xuất đểkiểm tra, khẳng định kết quả khoa học

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là tiến hành nghiên cứu lí thuyết và quyhoạch, bố trí, tối ưu hóa thực nghiệm nhằm khẳng định khả năng làm việc của thiết

bị mới

Chương 2

TỔNG QUAN

Phân vi sinh

2.1.1 Khái niệm phân vi sinh

Phân vi sinh là sản phẩm được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơkhác nhau, nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, chứa một haynhiều chủng vi sinh vật sống được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn qui định,góp phần nâng cao năng suất, chất lượng nông sản Phân hữu cơ vi sinh vật khônggây ảnh hưởng xấu đến người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nôngsản

Phân vi sinh là chế phẩm chứa các vi sinh vật (VSV) sống có hoạt lực cao đãđược tuyển chọn, thông qua các hoạt động của nó tạo ra các chất dinh dưỡng chođất, và làm cho cây trồng phát triển tốt hơn

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại phân vi sinh vật khác nhau, nhưngtheo mật độ vi sinh vật hữu ích có thể chia làm 2 loại như sau:

- Phân vi sinh có mật độ vi sinh vật hữu ích

- Phân vi sinh có mật độ vi sinh vật hữu ích thấp

Phân bón vi sinh là một dạng hỗn hợp ướt, độ ẩm tương đối cao Thành phầncủa phân bón vi sinh bao gồm: xác bả mía, than bùn, các men vi sinh và một số loạiphân vi sinh khác Hình dạng giống phân chuồng hoai Khối lượng riêng 500 – 550kg/m3, góc tự chảy 30 – 35o

Bã bùn có màu nâu thẳm do có sự có mặt của Caramen và Melanoit Chấtkhô 75 – 80 % , trong đó:

- Đường Sacaroza: 46 – 58 %

- Đường khử: 6 – 9 %

Công nghệ sản xuất phân vi sinh.

Công nghệ sản xuất phân vi sinh trình bày như hình 2.1

Hình 2.1:Quy trình sản suất phân vi sinh

( Theohttp://www.thuonghieuvungmien.vn)

Theo sơ đồ công nghệ cho thấy các quá trình gia công bao gồm hai quá trìnhchủ yếu là quá trình sinh học và cơ học Các quá trình cơ học trong sản xuất phân visinh gồm có nghiền, định lượng, tạo hỗn hợp, và tạo hình sản phẩm (nếu là sảnphẩm dạng viên).

Lý thuyết tính toán, thiết kế máy sàng phân loại

2.2.1 Các loại mặt sàng

Cấu tạo của các loại sàng khác nhau về các thông số động học, dạng và quỹđạo của chuyển động Thực tế hiện có hai loại sàng: sàng mặt phẳng và mặt cong.Sàng mặt phẳng dốc là loại thường dùng, bao gồm loại cố định (sàng chuỗi), loại diđộng (chấn động, rung)

Mặt sàng – thanh ghi

Mặt sàng lưới đan hay lưới hàn từ những sợi thép

Mặt sàng bằng thép tấm có dập lỗ

Mặt sàng lưới bằng dây cao su

Lưới sàng và mặt sàng tấm cần phải có độ bền cao, kích thước mặt sàngkhông được thay đổi trong quá trình sàng và tổng diện tích mắt sàng trên bề mặtsàng lớn

Tấm đột lỗ có ưu điểm là bền chắc nhưng tổng diện tích lỗ (bề mặt tự do)nhỏ Mặt sàng loại này là những tấm thép hay đồng dày 0,8 – 1,0 mm Trên bề mặt

có đục các lỗ hình tròn, bầu dục, chữ nhật hay hình vuông Loại mặt sàng nàythường được dùng để phân loại vật liệu có kích thước d > 5 mm Các lỗ trên mặtsàng có kích thước 5 – 80 mm được bố trí song song hay xen kẽ nhau Các lỗ hìnhchữ nhật thường có kích thước chiều dài gấp 2 – 3 lần chiều rộng

Đối với mặt sàng làm bằng thép tấm có chiều dày lớn, lỗ hình tròn thì lỗđược gia công hình nón có góc côn 140 và bố trí phần lỗ có đường kính lớn hướng

về phía vật liệu lọt

Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh (2000):

 Khoảng cách giữa hai mép lỗ liên tiếp nhau trên bề mặt sàng:

 Chiều dày của sàng phụ thuộc kích thước lỗ sàng, nhưng không vượt quá 12mm:

Hệ số tiết diện thực của sàng đột lỗ tròn được tính như sau:

2 2

.

2 3

D D

trong đó (mm) là chiều dài của lỗ, D (mm) là chiều rộng lỗ, (mm) là

khoảng cách giữa hai lỗ sàng theo phương chiều rộng lỗ, 1(mm) là khoảng cách

giữa hai lỗ sàng theo phương chiều dài lỗ

Lưới đan có các lỗ dạng hình vuông, hình chữ nhật và hình lục giác Sợi đanthành lưới thường bằng kim loại (thép, đồng thau), sợi cacbon, nhựa tổng hợp,….Dây kim loại dùng đan lưới sàng thường có kích thước nhỏ hơn kích thước của sảnphẩmd s (0,6 0,7) d (d là kích thước lỗ) Kích thước cạnh lỗ từ 0,4 – 5 mm

Theo tiêu chuẩn cũ dùng trước đây, kí hiệu của lưới sàng đan bằng sợi kimloại là số tương ứng với kích thước của cạnh lỗ sàng tính theo mm Ví dụ sàng lướiđan lỗ vuông có kí hiệu N004 có cạnh d = 0 ,4 mm

Hiện nay trong thực tế áp dụng tiêu chuẩn lưới đan của một số nước Mĩ,châu Âu, dùng chỉ số Mesh (số lỗ trên một inch2), cho trong bảng tiêu chuẩn lướiđan của phụ lục 7 (Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh, 2000)

Cách bố trí mặt sàng kiểu đặt song song có ưu điểm là cho chất lượng sàngcao, mặt sàng mòn đều hơn và nhược điểm là khó kiểm tra và sửa chữa mặt sàng.

Cách bố trí mặt sàng kiểu đặt kết hợp chiếm vị trí trung gian giữa 2 cách bốtrí trên và được sử dụng rộng rãi hơn

2.2.3 Các thông số của sàng

2.2.3.1 Lỗ sàng

Bề mặt làm việc của sàng là cơ quan công tác chủ yếu của các thiết bị sàngphân loại theo kích thước hình học: bao gồm mặt phẳng hoặc cong, có lỗ với hìnhdáng và kích thước nhất định Mặt sàng được đặc trưng bằng các đại lượng: kíchthước công tác của lỗ sàng D, hệ số tiết diện thực (tỉ số tiết diện lỗ so với diện tíchmặt sàng) Lỗ sàng có hình dáng phổ biến và hiệu suất sàng cao: vuông, chữ nhật,tròn và tam giác

Tùy theo đặc tính vật lí của hỗn hợp vật liệu cần phân loại mà dùng mặt sàng

có lỗ với hình dáng tương ứng Lỗ sàng hình tròn dùng phân loại dựa trên nguyêntắc sự khác nhau về chiều rộng hạt (viên) Để tăng hiệu quả của loại lỗ sàng này,thực tế người ta gia công lỗ tròn có tiết diện dạng phễu Lỗ sàng dài dùng để phânloại dựa trên nguyên tắc sự khác nhau về chiều dày của hạt Để tăng hiệu quả lọtsàng, người ta chế tạo chiều dài lỗ lớn hơn nhiều chiều dài hạt, đồng thời còn gia

công thêm rãnh phía trên mặt lỗ Lỗ sàng tam giác dùng phân loại các hạt (viên)hình tam giác mà các hình dáng khác không phù hợp.

Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh (2000):

Kích thước lỗ sàng được chọn dựa vào kích thước sản phẩm và các yêu cầucủa vật liệu chế tạo Một cách gần đúng các kích thước làm việc của lỗ sàng đượcxác định theo công thức thực nghiệm sau: với sàng ngũ cốc : D M  32, với sàng

trong đó: - D m( )là chiều rộng lỗ dài hay đường kính lỗ tròn

-M m( ) là kích thước trung bình dấu hiệu chia hết của hạt

-2 là sai lệch bình phương trung bình của kích thước hạt đangnghiên cứu

Các kích thước làm việc của lỗ sàng sau khi tính theo công thức được làmtròn về phía kích thước lớn hơn gần nhất theo các tiêu chuẩn TCVN hay tiêu chuẩnquốc tế ISO

Kích thước lỗ lưới và tốc độ khối hạt vật liệu: giả thiết hạt vật liệu hình cầu

và sàng đặt nghiêng một góc( ) 0 Khi vận tốc ngang bằng 0, do trọng lực tác động

nó rơi thẳng đứng xuống lỗ sàng nên kích thước lỗ lưới phải phù hợp Chọn hệ tọa

độ như hình 2.2, ta có: d   cost.sin, (2.6)

trong đó: - d(mm) là kích thước của hạt vật liệu trên sàng.

-  mm là chiều dài lỗ lưới sàng

- t mm là chiều dày mặt sàng

Hình 2.2: Sơ đồ chuyển động của vật liệu trên sàng

Khi khối hạt có vận tốc v mm s( / ) 0  thì sẽ chuyển động theo quỹ đạoparabol Để cho khối hạt vật liệu lọt qua lỗ thì điểm chạm của nó cần bằng hoặcthấp hơn điểm B, điểm rời của nó là điểm A Ta tính được vận tốc khối hạt thỏađiều kiện (với  (mm) là bán kính hạt) là:

Khi kích thước khối hạt d  5(mm) thì kích thước lỗ lưới D d  (0,5 1),(  mm).Khi kích thước khối hạt d  5(mm) thì kích thước lỗ lướiD d   (3 5),(mm), (2.8)

2.2.3.2 Chiều rộng sàng

Khi tính chiều rộng sàng cần chú ý hai đặc điểm là: chiều rộng sàng càng lớnnăng suất càng cao Khi tăng chiều rộng sẽ dẫn đến hiện tượng võng tấm sàng hoặcvênh cơ cấu làm sạch Chính vì vậy mà trong các máy phân loại – làm sạch, chiềurộng sàng không được thiết kế lớn hơn 1 mét Khi thiết kế chú ý bố trí các thanh đỡsàng để tránh cho sàng không bị võng hoặc vênh Chiều dài và chiều rộng sàngđược xác định thông qua năng suất và chiều dài L stính theo công thức (theoNguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh, 2000):

,( )

s B

- q kg m h B( / 2 )là tải trọng riêng cho phép trên sàng

Tải trọng riêng q kg m h B( / 2 ) được xác định qua công thức tính:

2.2.3.3 Chiều dài của sàng

Theo thực nghiệm, chiều dài thích hợp của sàng được xác định qua côngthức (theo Vũ Bá Minh và Hoàng Minh Nam, 2004):

2 0

trong đó k là hệ số xét đến việc bít các lỗ sàng, thường K   5 20, B(mm)

là chiều rộng sàng, d (mm) là kích thước lỗ sàng, (mm)là chiều dày lớp vật liệutrên sàng, z0là số lỗ trên một hàng,  mm là bước của các hàng lỗ

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sàng

2.3.1 Chiều dày lớp vật liệu

Chiều dày lớp vật liệu trên sàng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phân loại.Nếulớp này quá dày thì những khối hạt bên trên khó lọt qua lỗ sàng dù kích thước đủnhỏ và ngược lại thì đảm bảo lọt sàng nhưng năng suất giảm nhiều Do đó thực tếthường áp dụng (theo Vũ Bá Minh và Hoàng Minh Nam, 2004):

Khi kích thước khối hạtd  5(mm), bề dày lớp vật liệu:  (10 15) ,(  d mm)

Khi kích thước khối hạtd   5 50(mm):   (5 10) ,(d mm), (2.12)

2.3.2 Chiều dài của sàng

Ảnh hưởng lớn đến hiệu quả quá trình sàng Chiều dài sàng lớn, khối hạt cóđiều kiện lọt qua lỗ sàng và ngược lại Nhưng càng dài thì càng tốn hao công suấtmáy

2.3.3 Tình trạng kẹt lỗ sàng

Giảm thiểu tình trạng kẹt lỗ sàng: thực nghiệm cho thấy sau một thời gianlàm việc, lỗ sàng bị hạt làm bít kín, giảm năng suất sàng Theo Nguyễn Như Nam

và Trần Thị Thanh (2000), ta xem hạt có dạng hình cầu, điều kiện cân bằng của hạt

bị kẹt trong lỗ sàng theo hình 2.3:

.

m j a m g b , (2.13)

trong đó m h (g) là khối lượng hạt, j (mm/s 2) là gia tốc ngang của hạt,

g(mm/s 2 ) là gia tốc trọng trường, a (mm) là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm chạm của hạt với lỗ lưới, b (mm) là khoảng cách theo

phương ngang từ tâm hạt (gốc 0) đến điểm chạm của hạt với lỗ lưới

Hạt sẽ thoát ra khỏi lỗ nếu j g b.

Là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình sàng Khi các khối hạt chuyển độngtrên bề mặt sàng, chúng va chạm vào nhau Do đó nếu có độ ẩm cao, chúng dínhướt vào nhau làm tăng kích thước khối hạt, không thể lọt qua lỗ sàng, thậm chí còndính vào lỗ sàng gây bít lỗ lưới Qua thực nghiệm, độ ẩm lý tưởng của vật liệu đểsàng đạt hiệu suất cao là 5% đối với vật liệu rời dạng hạt, khối hạt

Theo Nguyễn Như Nam và Trần Thị Thanh (2000): khi vật liệu chuyển động

này, ta tạo moment quán tính lớn hơn moment ổn định của trọng lượng hạt Giảthiết hạt hình cầu, có kích thước 2  (mm), lỗ lưới có kích thước 2.R (mm), góc bít

kín khi kích thước hạt lớn hơn lỗ là 2. Để thỏa điều kiện hạt bật ra khỏi lỗ lưới,

ta có phương trình:

P H G , (2.15)trong đó: - P m. G.

2.4.1 Xây dựng mô hình động lực học sàng tính gia tốc tới hạn của sàng

Theo A Ia Xokolov (1976), điều kiện chủ yếu để vật liệu lọt qua lưới sàng

là sự trượt của hạt vật liệu trên lưới sàng, bao gồm sự chuyển động tuyệt đối vàtương đối của vật liệu

Xem xét điều kiện cân bằng giới hạn của hạt vật liệu trên lưới sàng có gócnghiêng trên mặt phẳng ngang từ mô hình cơ học về điều kiện chuyển động của hạtvật liệu trên sàng gắn với hệ tọa độ suy rộng:

Hình 2.4: Mô hình cơ học về điều kiện chuyển động của hạt vật liệu trên sàng gắn

với hệ tọa độ suy rộng

Trên hạt có ba lực tác dụng: trọng lực của hạt G N( ), phản lực pháp tuyếncủa bề mặt lưới sàng K N( ), trị số lớn nhất của lực ma sát F N( ) Điều kiện cânbằng tam giác lực là kín, do đó:F Ktg Ktg , trong đó  là góc ma sát, (2.17)

Để hạt chuyển động được, phải thỏa điều kiện 

Để xác định tốc độ dịch chuyển của hạt, ta lập mô hình toán và giải phươngtrình vi phân của chuyển động của hạt dọc lưới sàng:

Hằng số tích phân bằng 0 khi những điều kiện ban đầu:t 0,v0  0, trong

đóv m s0( / )là vận tốc chuyển động trung bình của hạt Khi hạt chuyển động với giatốc không đổi, nếu tăng t thì vcũng tăng, tốc độ này có thể tăng đến giá trị lớn nhất

Do đó khi v0 0thì v g t (sin f.cos ) , (2.19)Khi chế tạo, lưới sàng được đặt nghiêng một góc, nhỏ hơn nhiều góc.Nhờ vậy hạt dịch chuyển dưới tác dụng của những lực được tạo nên do sự chuyểnđộng không đều của sàng Khi sàng chuyển động không đều với gia tốc a theohướng sang phải, lực quán tính P qt mahướng về bên trái Điều kiện để hạt khôngbám dính trên sàng là:P qt f G m a f G   a f g. , (2.20)

 Gia tốc giới hạn khi lực quán tính bằng lực ma sát gọi là gia tốc tới

Hình 2.5: Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng

gắn với hệ tọa độ suy rộng khi đĩa lệch tâm và tay quay ở góc phần tư thứ

nhất và quay cùng chiều kim đồng hồ

Ta xác định điều kiện để hạt dịch chuyển khi đĩa lệch tâm và tay quay ở gócphần tư thứ nhất và quay cùng chiều kim:

Khi sàng chuyển động không đều với gia tốc a(m/s2 )hướng về bên phải sinh

ra lực quán tính có chiều ngược với gia tốc Ngoài ra hạt chịu thêm thành phầntrọng lực G (N)và lực ma sát với lưới sàngF (N) Lực G (N)phân tách thành haithành phần, Gsinhướng xuống dưới theo phương nghiêng lưới sàng, Gcoscóphương pháp tuyến mặt sàng, hướng xuống dưới

Lực quán tínhP qtđược phân ra thành hai thành phần P un P qtsinvuông gócmặt lưới sàng, hướng xuống dưới, có khuynh hướng đè hạt xuống mặt lướisàng,P ut P qtcoscó phương song song bề mặt lưới sàng, hướng lên trên theo độ

dốc sàng Do đó hạt sẽ chuyển động theo hướng này nếu thỏa điều kiện (f là hệ số

( cosqt .sin ) ( cos qt.sin )

dv

dt       , (2.24)

Chia hai vế cho m, được biểu thức gia tốc của hạt chuyển động lên phía trêntheo độ dốc lưới sàng:

(cos sin ) ( cos sin )

Đại lượngcos t max   1khi tay quay nằm ngang ở hai vị trí 1 và 3 Do

đó trong quá trình tay quay quay một vòng để đảm bảo điều kiện cần ta biến đổi:

2 r g tg ( ) g tg( ),(rad s/ )

r

        , (2.28)Thay   / 30n vào biểu thức (2.28), ta có:

Ta xác định điều kiện để hạt dịch chuyển khi đĩa lệch tâm quay ở góc phần

tư thứ hai và quay cùng chiều kim:

Lực quán tính P qtđược phân tích thành hai thành phần P un P qt.sinhướnglên phía trên có khuynh hướng đẩy hạt ra khỏi bề mặt lưới sàng, P ut P qt.coscóphương song song bề mặt sàng và hướng xuống dưới theo độ dốc lưới sàng

Ta lập mô hình toán học và giải phương trình vi phân mô tả chuyển độngtương đối của hạt theo mặt phẳng lưới sàng, để xác định vận tốc chuyển động củahạt xuống phía dưới theo độ dốc lưới sàng:

( cosqt .sin ) ( cos qt.sin )

dv

dt       , (2.30)

Hình 2.6: Mô hình cơ học chuyển động của sàng nghiêng

gắn với hệ tọa độ suy rộng khi đĩa lệch tâm và tay quay ở góc phần tư thứ hai

và quay cùng chiều kim đồng hồ

Ta chia hai vế cho m, được biểu thức gia tốc của hạt chuyển động lên phíatrên theo độ dốc lưới sàng:

(cos sin ) ( cos sin )

đó trong quá trình tay quay quay một vòng để đảm bảo điều kiện cần ta biến đổibiểu thức (2.33) thành:

Hạt được tách ra, nảy lên khỏi lưới sàng và không lọt qua lưới sàng Để tránhhiện tượng như vậy, điều kiện cần là:

.cos un .cos qt.sin

G P G P , (2.36)Thay các trị số G m g P , qt m a a , 2 ,r   / 30n (g(m/s2 )là gia tốc trọngtrường) vào bất đẳng thức (2.36) trên, ta có:

0

,( )

,( / )

.

g tg

Kết luận: ta xác định được miền giới hạn vận tốc vòng quay thực tế của trụcchính:

 Ta xét sự cân bằng của thân sàng dùng dẫn động không có cơ cấu tayquay – thanh truyền:

Hình 2.7: Sơ đồ dẫn động tịnh tiến qua lại của thân sàng

Trên hình 2.7, cho mô hình động lực học dẫn động tịnh tiến qua lại của thân

sàng Trong đó m(m) là khoảng cách từ đường trục B - B (đi qua trọng tâm của khối

lượng thân sàng) đến đường trục O - O (đi qua trọng tâm khối vật liệu ở vị trí tận

cùng bên trái), a(m) là khoảng cách giữa đường trục O - O và đường trục đi qua trọng tâm của tải trọng ở vị trí tận cùng bên phải, n(m) là khoảng cách giữa đường trục O - O và trọng tâm của thân sàng ở vị trí tận cùng bên phải, b(m) là khoảng

cách giữa đường trục O - O và đường trục đi qua trọng tâm của tải trọng ở vị trí tậncùng bên trái

Trục O1 sẽ dao động cùng các hệ trục khác của thân sàng Phản lực trên cácthanh đỡ là lò xo đều có phương thẳng đứng Áp dụng định lí về sự chuyển độngcủa trọng tâm hệ đối với hệ đó, ta coi nó là một hệ mà tổng hình chiếu của các ngoạilực trên mặt phẳng ngang bằng 0 Vậy khi tải trọng ở vị trí tận cùng bên phải (đĩalệch tâm quay ở vị trí nằm ngang) thì thân sàng ở vị trí bên trái và ngược lại Biên

nó là thành phần gây rung cho hệ lò xo đỡ

 Ta xét sự cân bằng của thân sàng dùng dẫn động bằng cơ cấu daođộng quán tính:

Hình 2.8: Sơ đồ lực tác động của cơ cấu dao động quán tính khi dùng bộ gây

rung mất cân bằngTrên hình 2.8, cho sơ đồ lực tác động của cơ cấu dao động quán tính khi

dùng bộ gây rung mất cân bằng Trong đó K là điểm trọng tâm của thân sàng tương ứng với trọng lực thân sàng, K1là điểm trọng tâm của thân sàng tương ứng với hai

đĩa lệch tâm ở vị trí trên đường I - I, V là điểm trọng tâm chung hai đĩa lệch tâm, t là

góc quay tức thời của hai đĩa lệch tâm

Vấn đề cân bằng khi gây rung này được giải quyết khi sử dụng cơ cấu cânbằng động sử dụng hai đối trọng quay bằng nhau về moment tĩnh, quay trên trụcngược chiều nhau sao cho đồng bộ ổn định và đồng pha Ta xét thành phần thẳngđứng của các lực quán tính li tâm của hai tải trọng P uvcos ttrong bất kì vị trí tươngquan nào của chúng đều được cân bằng Tổng các thành phần nằmngang2 sinP uv  tcân bằng với lực quán tínhP ukcủa chuyển động tịnh tiến thân sàng

Sự chuyển động của thân sàng có cơ cấu dao động quán tính Do đó ta xét hệthân sàng cùng cơ cấu dao động quán tính ở một trong các vị trí trung gian của conlắc vật lí (đĩa lệch tâm) Nếu bỏ qua không xét sự chuyển dịch trọng tâm của thânsàng theo hướng thẳng đứng, sự đàn hồi của lò xo đỡ, sức cản hay ma sát, nếu xem

hệ là tự do trong mặt phẳng ngang thì sự dịch chuyển của thân sàng được xác địnhtheo định lí về sự chuyển động của hình chiếu tâm của khối lượng hệ Khi không cóngoại lực ở mặt phẳng nằm ngang thì trọng tâm khối lượng của các tải trọng quay