CƠ SỞ LÝ THUYẾT
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHU CẦU SẢN SUẤT VÀ CÔNG NGHỆ CHUẨN BỊ HỖN HỢP LÀM KHUÔN
Hỗn hợp và vấn đề trộn hỗn hợp trong công nghiệp
Trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp như luyện kim, sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất phân bón và chế biến thức ăn gia súc, việc sử dụng vật liệu sản xuất dưới dạng hỗn hợp rất phổ biến Chẳng hạn, trong ngành đúc, hỗn hợp được sử dụng để làm khuôn và lõi, bao gồm cát, đất sét, chất dính đặc biệt và phụ gia Tương tự, trong xây dựng, vữa xây và vữa bê tông cũng là những hỗn hợp quan trọng, với vữa xây gồm cát và xi măng, còn vữa bê tông là sự kết hợp của cát, xi măng và sỏi hoặc đá dăm.
Hỗn hợp là sự kết hợp của hai hoặc nhiều nguyên liệu khác nhau theo tỉ lệ nhất định, nhằm đáp ứng các yêu cầu sử dụng hoặc công nghệ cụ thể Hỗn hợp có thể được tạo ra từ các vật liệu rời dạng hạt (hỗn hợp khô) hoặc kết hợp giữa vật liệu rời và chất lỏng (dung dịch) Trong hỗn hợp, các thành phần có thể pha trộn mà không có sự thay đổi nào (hỗn hợp cơ học) hoặc có sự tương tác giữa chúng, như quá trình hòa tan hay phản ứng hóa học, tạo ra các tính chất mới.
Tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ và trạng thái của hỗn hợp, công nghệ chế biến có thể thay đổi Dù vậy, khi chế biến một hỗn hợp, cần đảm bảo đạt được các yêu cầu chung nhất định.
- Đảm bảo thành phần theo yêu cầu
- Đạt đƣợc sự đồng nhất về thành phần trong toàn bộ thể tích hỗn hợp
Để đạt được sự phân bố hợp lý các thành phần trong hỗn hợp, như trong trường hợp chế biến hỗn hợp cát – đất sét cho khuôn và lõi, cần tạo ra màng bao đất sét đồng đều quanh các hạt cát Quá trình định lượng và trộn các vật liệu ban đầu theo quy trình nhất định là rất quan trọng Khâu trộn hỗn hợp không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn tác động đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật trong gia công vật liệu.
- Năng suất của các thiết bị trong dây chuyền
- Tiêu hao vật liệu và chi phí sản xuất
Trộn hỗn hợp có thể thực hiện bằng tay hoặc máy, nhưng trộn thủ công thường có năng suất thấp và chất lượng hỗn hợp không đảm bảo, chỉ phù hợp cho các phân xưởng nhỏ Ngược lại, hầu hết các nhà máy lớn đều sử dụng máy trộn để đảm bảo hiệu quả và chất lượng trong quá trình trộn.
Trong sản xuất đúc, phương pháp đúc trong khuôn cát chiếm ưu thế với 80% tổng lượng vật đúc hàng năm Để sản xuất 1 tấn vật đúc, cần khoảng 1,2-1,4 m³ hỗn hợp làm khuôn và lõi Do đó, việc cơ khí hóa quy trình chế biến hỗn hợp, đặc biệt là khâu trộn, là rất quan trọng.
Công nghệ chế biến hỗn hợp làm khuôn và làm lõi
1.2.1.Hỗn hợp làm khuôn, làm lõi và các yêu câu chung:
Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi là yếu tố quan trọng trong quá trình chế tạo khuôn cát – đất sét, chịu tác động trực tiếp từ kim loại khi đông đặc Tính chất của hỗn hợp không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng khuôn đúc và vật đúc mà còn tác động đến công nghệ làm khuôn và lõi Do đó, hỗn hợp này cần đáp ứng các yêu cầu cụ thể để đảm bảo hiệu quả và độ bền của sản phẩm cuối cùng.
Độ bền của hỗn hợp là khả năng chịu lực mà không bị phá hủy, cần thiết để đảm bảo khuôn không bị vỡ trong quá trình vận chuyển, lắp ráp và rót kim loại Độ bền tăng khi hàm lượng đất sét được duy trì trong giới hạn hợp lý, cùng với các hạt nhỏ, sắc cạnh và không đều Việc thay thế một phần đất sét bằng các chất dính đặc biệt như nước thủy tinh hoặc dầu thực vật cũng là một phương pháp hiệu quả để tăng cường độ bền Ngoài ra, độ đầm chặt của hỗn hợp càng cao thì độ bền cũng sẽ tăng đáng kể.
Tính dẻo là khả năng biến dạng của hỗn hợp và giữ được hình dạng sau khi lực tác dụng được loại bỏ Để đạt được lòng khuôn in rõ nét, hỗn hợp cần có tính dẻo tốt, điều này phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng đất sét và nước Độ dẻo sẽ tăng lên khi hàm lượng đất sét và nước được điều chỉnh hợp lý, và việc sử dụng hạt cát nhỏ cũng góp phần làm tăng tính dẻo của hỗn hợp.
Tính thông khí là khả năng thoát khí qua khối hỗn hợp, rất quan trọng trong quá trình đúc để tránh hiện tượng rỗ khí Để cải thiện tính thông khí, cần sử dụng cát hạt to và đều, đồng thời giảm lượng đất sét và nước Tuy nhiên, khi độ thông khí của hỗn hợp tăng, độ dầm chặt của nó sẽ giảm, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đúc.
Tính bền nhiệt là khả năng của vật liệu chịu đựng nhiệt độ cao mà không bị biến dạng hoặc chảy lỏng, giúp hỗn hợp duy trì hình dạng của lòng khuôn trong quá trình sử dụng.
DUT.LRCC là kim loại lỏng được nung nóng, với tính bền nhiệt cao nhờ sử dụng cát có hàm lượng khoáng thạch anh (SiO2) cao, ít tạp chất, và hạt cát to, đều.
Tính lún là khả năng co giãn thể tích của hỗn hợp dưới áp lực nén, giúp giảm cản trở từ khuôn và lõi khi vật đúc co lại trong quá trình đông đặc và nguội Đặc biệt, tính lún của hỗn hợp sẽ tăng lên khi sử dụng cát hạt to, đồng đều và tăng lượng chất phụ gia trong hỗn hợp.
Độ ẩm của hỗn hợp, được tính bằng tỷ lệ phần trăm nước chứa trong đó, đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ bền và độ dẻo của hỗn hợp Khi độ ẩm tăng lên đến 8%, hỗn hợp sẽ đạt được những tính chất tốt hơn Tuy nhiên, nếu vượt quá giới hạn này, nó có thể gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của hỗn hợp, đặc biệt là khả năng sinh khí khi kim loại lỏng được nung nóng.
1.2.2 Vật liệu và thành phần của hỗn hợp làm khuôn, lõi
Vật liệu chế biến hỗn hợp làm khuôn và lõi bao gồm cát, đất sét, chất dính đặc biệt và các chất phụ gia, với thành phần được lựa chọn dựa trên hợp kim đúc, khối lượng, mức độ phức tạp của kết cấu vật đúc, công nghệ làm khuôn và trạng thái của khuôn trước khi rót (khuôn khô hay khuôn tươi) Cát là thành phần cơ bản trong hỗn hợp làm khuôn.
Cát thạch anh, với thành phần chính là khoáng thạch anh (SiO2) và một số tạp chất như oxit sắt và oxit kim loại kiềm, có độ chịu nóng cao với nhiệt độ nóng chảy lên tới 1713°C Loại cát này có trữ lượng lớn và dễ khai thác, thường được phân loại theo hàm lượng thạch anh, kích thước hạt và hình dạng hạt để pha trộn hỗn hợp Đất sét, với thành phần khoáng chất chủ yếu là mAl2O3.nSiO2.qH2O cùng các tạp chất như CaCO3, Na2CO3, Fe2O3, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ bền và độ dẻo cho hỗn hợp Hai loại đất sét phổ biến là đất sét cao lanh (Al2O3.2SiO2.H2O) và đất sét bentonite.
Al 2 O 3 4SiO 2 qH 2 O) Đất sét cao lanh có độ chịu nóng cao, nhƣng độ bền và độ dẻo thấp hơn đất sét ben-tô-nit.Trong đúc sử dụng chủ yếu là đất sét cao lanh vì có nhiều trong thiên nhiên còn đất sét ben-tô-nit ít sử dụng hơn vì khan hiếm Khi pha với nước thích hợp đất sét dẻo và dính, khi sấy khô độ bền tăng nhƣng giòn dễ vỡ Đất sét đƣợc pha vào hỗn hợp dưới dạng bột khô mịn c Chất dính đặc biệt:Là chất dính khác có tỉ bền cao hơn đất sét, dùng để thay thế một phần hay toàn bộ đất sét trong hỗn hợp làm khuôn, làm lõi, nhằm tăng độ bền của hỗn hợp và tăng một số tính chất khác Các chất dính đặc biệt thường dùng là dầu thực vật ( dầu lanh, dầu sơn, dầu trẩu ), các chất dính hóa cứng ( nhựa thông, bã hắt ín), nước thủy tinh (dung dịch silicát kim loại kiềm: Na2O.nSiO 2 mH 2 O hoặc K2O.nSiO2.mH2O), nước rỉ đường, nước bả giấy Các chất dính đặc biệt pha vào hỗn hợp dạng dung dịch
Chất phụ gia trong hỗn hợp là các thành phần được thêm vào nhằm cải thiện các tính chất như thông khí, tính lún, độ nhẵn của bề mặt vật đúc và giảm độ bền còn lại để dễ dàng phá khuôn Những chất phụ gia phổ biến bao gồm vụn rơm, rạ, mùn cưa và bùn than Cụ thể, mùn cưa được sử dụng trong hỗn hợp làm khuôn và hỗn hợp lõi để tăng cường thông khí, cải thiện tính lún và giảm độ bền còn lại, trong khi bột than được pha vào hỗn hợp đúc gang để chống cháy cát và nâng cao độ nhẵn bề mặt vật đúc.
Công nghệ chế biến hỗn hợp làm khuôn và làm lõi
Trong phần này, chúng tôi sẽ bàn về công nghệ chế biến hỗn hợp dùng cho khuôn và lõi, nhấn mạnh vai trò quan trọng của khâu trộn trong việc đảm bảo chất lượng hỗn hợp Hỗn hợp làm khuôn và lõi thường được phân loại dựa trên các đặc trưng cơ bản như hợp kim đúc, trạng thái khuôn trước khi rót và công dụng khi làm khuôn Đặc biệt, theo công dụng, hỗn hợp này được chia thành các loại khác nhau để phục vụ nhu cầu sản xuất.
Hỗn hợp cát áo là thành phần quan trọng trong quá trình làm khuôn, được sử dụng để phủ sát mẫu Để đảm bảo chất lượng, cát áo cần có độ bền, độ dẻo cao và khả năng chịu nóng tốt, vì nó tiếp xúc trực tiếp với kim loại Thông thường, cát áo được chế tạo từ các vật liệu mới và chiếm khoảng 10-15% tổng lượng hỗn hợp làm khuôn.
Cát đệm được sử dụng để gia tăng độ bền cho khuôn bằng cách đệm cho phần khuôn còn lại Loại cát này không yêu cầu chất lượng cao như cát áo, chỉ cần đảm bảo thông khí Do đó, thường sử dụng từ 55-90% hỗn hợp cát cũ để pha trộn.
Hỗn hợp một loại được sử dụng để chế tạo toàn bộ khuôn, có chất lượng tương đương với cát áo Loại hỗn hợp này thích hợp cho việc làm khuôn bằng máy.
Quy trình công nghệ chế tạo hỗn hợp làm khuôn trong sản xuất đúc không đa dạng, mặc dù có nhiều loại hỗn hợp khác nhau Hình 1.1 minh họa sơ đồ chung của quy trình này.
Hình 1.1: Sơ đồ quy trình công nghệ trộn hỗn hợp
Cát sau khi khai thác được sấy khô và phân loại theo độ hạt, quá trình sấy có thể thực hiện trong lò sấy tay quay hoặc lò sấy kiểu lớp sôi Việc phân loại cát được thực hiện bằng sàng sát lắc và sàng quay kiểu tang Đất sét thường được sử dụng ở dạng bột mịn, do đó sau khi sấy, nó thường được đập nhỏ bằng máy đập trục quay, nghiền mịn bằng máy nghiền bi và sàng.
Trong các xưởng đúc nhỏ, các chất dính như nước bả giấy, nước rỉ đường và dầu thường được mua sẵn Đối với nước thủy tinh ở dạng rắn, trước khi sử dụng, cần hòa với nước để đạt tỉ trọng từ 1,27 đến 1,3 g/cm³.
Các chất phụ như mùn cưa có thể được sử dụng trực tiếp, trong khi bột than thường được chế biến từ than cốc hoặc than đá, sau đó phân loại theo kích thước hạt Để tiết kiệm nguyên liệu, hỗn hợp cũ thường được tái sử dụng, đặc biệt trong chế biến hỗn hợp cát đệm Hỗn hợp cũ được nghiền bằng máy đập trục quay để phá vỡ các cục kết dính và sau đó được xử lý qua thiết bị phân ly từ để loại bỏ các mẫu kim loại như gang và thép trước khi sang.
Sau khi chuẩn bị, các vật liệu được định lượng theo yêu cầu và trộn đều để đảm bảo độ đồng nhất về thành phần Quy trình này tạo ra màng bao chất dính quanh các hạt cát Việc trộn hỗn hợp được thực hiện trên các máy trộn chuyên dụng.
Sau khi trộn, hỗn hợp được chất thành đống để ủ, nhằm đồng đều độ ẩm trong hỗn hợp Sau đó, hỗn hợp sẽ được đánh tơi để tránh tình trạng vón cục.
Quy trình chế biến hỗn hợp gồm nhiều khâu, trong đó khâu trộn hỗn hợp đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của hỗn hợp Việc đảm bảo sự phân bố đồng đều các thành phần trong toàn bộ khối hỗn hợp là cần thiết, bên cạnh đó, việc tạo ra màng đất sét bao quanh các hạt cát cũng góp phần đáng kể vào việc nâng cao độ bền, độ dẻo và tính thông khí của hỗn hợp.
NGHỆ VÀ THIẾT BỊ TRỘN HỖN HỢP LÀM KHUÔN
Phân loại máy trộn
Máy trộn hỗn hợp có nhiều kiểu dáng và nguyên lý hoạt động khác nhau, nhưng có thể phân loại chúng thành một số loại cơ bản dựa trên các đặc trưng chính.
- Theo tính chất hoạt động, các máy trộn đƣợc chia ra :
Máy trộn làm việc theo chu kỳ là loại thiết bị mà vật liệu được đưa vào theo từng mẻ Sau khi hoàn tất quá trình trộn, hỗn hợp sẽ được tháo ra và vật liệu mới sẽ được cấp vào để trộn mẻ tiếp theo Ưu điểm của máy trộn này là khả năng điều chỉnh quy trình trộn linh hoạt theo từng loại hỗn hợp Tuy nhiên, nhược điểm lớn của chúng là năng suất không cao, khiến chúng không phù hợp với các dây chuyền sản xuất liên tục có năng suất lớn.
Máy trộn làm việc liên tục cho phép vật liệu được cấp vào và hỗn hợp đã trộn được tháo ra một cách liên tục Ƣu điểm chính của loại máy này là năng suất cao, giúp cung cấp hỗn hợp liên tục cho các dây chuyền sản xuất.
- Theo kết cấu của bộ phận làm việc, các máy trộn đƣợc chia ra:
+ Máy trộn kiểu cánh xoắn
+ Máy trộn kiểu cánh gạt
+ Máy trộn kiểu con lăn
Kết cấu và nguyên tắc làm việc của các loại máy này sẽ đƣợc trình bày kỹ trong phần sau.
Các dạng máy trộn hỗn hợp làm khuôn, làm lõi cơ bản
2.2.1 Máy trộn kiểu cánh xoắn:
Máy trộn cánh xoắn có hai loại chính: máy trộn cánh xoắn trục nằm ngang (bao gồm một trục hoặc hai trục) và máy trộn cánh xoắn trục thẳng đứng Trong đó, máy trộn cánh xoắn trục nằm ngang là một trong những dạng phổ biến nhất được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp.
Máy trộn nằm ngang một trục có cấu tạo chính bao gồm trục chính (2) và các cánh xoắn (3) được lắp đặt trên trục này, như mô tả trong hình (2.1).
Khi máy hoạt động, trục quay và vật liệu được cấp vào thùng trộn qua phểu, nơi các cánh xoắn liên tục đảo lên xuống và trộn đều Quá trình này đồng thời đẩy vật liệu ra phía cửa tháo liệu, giúp máy trộn hoạt động liên tục với năng suất cao Máy có kết cấu đơn giản, tiêu tốn ít năng lượng và dễ sử dụng Tuy nhiên, nhược điểm của máy là không tạo điều kiện tốt cho việc bọc phủ các chất dính có độ nhớt cao như đất sét quanh các hạt cát, dẫn đến chất lượng hỗn hợp không đạt yêu cầu cao.
Hình 2.1 Máy trộn cánh xoắn một trục nằm ngang
1) Phểu cấp liệu 2) Trục 3) Cánh trộn 4) Thùng trộn 5) Cửa tháo liệu
Hình 2.2 Máy trộn cánh xoắn hai trục nằm ngang
1) Phểu cấp liệu 2) Trục 3) Cánh trộn 4) Thùng trộn 5) Cửa tháo liệu
Máy trộn hai trục với cánh xoắn ngược chiều nhau giúp đảo trộn hỗn hợp hiệu quả hơn so với máy trộn cánh xoắn nằm ngang một trục Mặc dù năng suất cao hơn, nhưng máy trộn hai trục có kết cấu phức tạp hơn Ngoài ra, máy trộn cánh xoắn trục thẳng đứng cũng là một lựa chọn đáng cân nhắc.
Máy trộn hoạt động với cánh xoắn lắp trên trục thẳng đứng, được truyền động quay từ hệ thống dẫn động qua bộ bánh răng hình nón Vật liệu trộn được cấp vào thùng qua phểu cấp liệu Khi trục cánh xoắn quay, vật liệu sẽ được đảo trộn, đẩy lên phía trên và sau đó di chuyển sát thành thùng trước khi đi xuống Hỗn hợp trộn được tháo ra ngoài qua cửa tháo liệu có van Dù máy trộn kiểu này có năng suất cao, nhưng cấu trúc của nó khá phức tạp và không hiệu quả trong việc bọc phủ đất sét quanh hạt cát như máy trộn cánh xoắn ngang.
Hình 2.3 Máy trộn một trục cánh xoắn thẳng đứng
1) Bộ truyền bánh răng 2) Phểu cấp liệu 3) Trục
4) Cánh trộn 5) Thùng trộn 6) Van xả liệu c Máy trộn kiểu cánh quạt
Hình 2.4 Máy trộn kiểu cánh quạt
1) Phểu cấp liệu 2) Trục 3) Cánh trộn 4) Thùng trộn 5) Cửa tháo liệu
Máy trộn bao gồm thùng trộn với trục quay và các cánh quạt được lắp nghiêng, giúp đảo trộn vật liệu liên tục Vật liệu được đưa vào thùng qua phểu cấp, trong khi trục quay làm cho cánh quạt đảo vật liệu lên xuống và di chuyển dọc theo trục đến cửa tháo liệu Quá trình trộn diễn ra hiệu quả nhờ vào việc cánh quạt cắt và đảo hỗn hợp nhiều lần, đảm bảo trộn đều các thành phần.
Máy trộn DUT.LRCC rất phù hợp cho việc trộn các hỗn hợp khô và lỏng, với thiết kế đơn giản và năng suất cao Cánh quạt của máy trộn giúp trộn đều các thành phần, bao gồm cả chất kết dính có độ dẻo dính cao như đất sét và các hạt cát Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cánh quạt có thể bị mòn nhanh chóng, đặc biệt khi trộn các hỗn hợp có độ bền cao.
Máy trộn con lăn có hai kiểu: Máy trộn con lăn nằm ngang, máy trộn côn lăn thẳng đứng a Máy trộn con lăn nằm ngang:
Máy trộn con lăn nằm ngang gồm vỏ thùng và trục chính, với các con lăn được gắn với xà đỡ qua các trục khuỷu, cho phép điều chỉnh độ cao Khi trục chính quay nhờ hệ thống dẫn động, các con lăn quay quanh trục chính và đồng thời tự quay quanh trục của chúng do ma sát với hỗn hợp bên trong.
Hình 2.5 Máy trộn con lăn nằm ngang 1)Động cơ 2) Hộp giảm tốc 3) Nối trục 4) Bánh răng nón
5) Con lăn 6) Xà ngan 7) Trục chính 8) Thùng trộn
9) Cánh đảo ngoài 10) cánh đảo trong 11) cửa tháo liệu
Các cánh gạt (9) và (10) kết nối với xá đỡ quay quanh các con lăn trục chính, có nhiệm vụ đảo trộn hỗn hợp và dồn chúng xuống dưới các con lăn Cánh gạt trong (10) tập trung hỗn hợp xuống dưới con lăn (5), trong khi cánh gạt ngoài (9) thực hiện việc dồn hỗn hợp xuống dưới con lăn.
Vật liệu được cho vào thùng trộn theo từng mẻ, và sau khi hoàn tất quá trình trộn, hỗn hợp sẽ được tháo ra qua cửa tháo hỗn hợp (11) Trong suốt quá trình trộn, các con lăn không tiếp xúc với đáy thùng ở một khoảng cách nhất định, và khe hở này có thể được điều chỉnh bằng các vít nâng Máy trộn con lăn thẳng đứng là một thiết bị quan trọng trong quy trình này.
Máy trộn con lăn thẳng đứng có thiết kế với trục con lăn đặt theo phương thẳng đứng, bao gồm các thành phần chính như thùng trộn, mâm quay và trục thẳng đứng Hệ thống dẫn động cung cấp chuyển động quay thông qua bộ truyền bánh răng nón được lắp ở đầu dưới trục, giúp máy hoạt động hiệu quả trong quá trình trộn.
Hình 2.6 Máy trộn hỗn hợp con lăn thẳng đứng
1) Thùng trộn 2) Con lăn 3) Trục chính 4) Xà quay 5) Trục khuỷu
6) Bộ truyền bánh răng nón 7) cánh gạt 8) Cửa tháo hỗn hợp
Trên mâm quay, các con lăn được lắp đặt thông qua các trục khuỷu, tạo ra lực ly tâm khi mâm quay chuyển động Lực này ép các con lăn về phía thành thùng trộn, trong khi vị trí trục khuỷu được điều chỉnh để duy trì khe hở nhất định với thành thùng Vật liệu trộn được cấp lên mâm quay và nhờ lực ly tâm, chúng văng ra thành thùng, sau đó bị các cánh gạt quay theo chiều mâm quay hất lên dọc thành thùng và bị nén dưới các con lăn Cuối cùng, hỗn hợp trộn được tháo ra ngoài qua cửa tháo liệu.
Máy trộn con lăn đảm bảo trộn đều các thành phần hỗn hợp và tạo màng bọc đất sét quanh hạt cát hiệu quả Dưới tác dụng nén của các con lăn, các hạt cát trượt và lăn tương đối với nhau, hình thành lớp màng đất sét Ở máy trộn con lăn nằm ngang, sự trượt tương đối của con lăn trên lớp hỗn hợp diễn ra do tốc độ di chuyển tỉ lệ với khoảng cách từ điểm trên mặt con lăn Trong khi đó, máy trộn con lăn thẳng đứng không có sự trượt, tạo ra lực nén lớn nhưng có cấu trúc phức tạp.
Phương án thiết kế
Để cải thiện chất lượng phôi đúc và giảm giá thành sản phẩm trong ngành cơ khí, việc nâng cao chất lượng hỗn hợp dùng để làm khuôn và lõi là vô cùng cần thiết.
Để đạt được hỗn hợp làm khuôn có độ bền và độ dẻo cần thiết, đồng thời đảm bảo tính thông khí tốt, việc lựa chọn tỉ lệ đất sét hợp lý và thực hiện quy trình trộn hiệu quả là rất quan trọng Nếu lượng đất sét trong hỗn hợp quá cao và quá trình trộn không đạt yêu cầu, đất sét sẽ tập trung ở các lỗ hổng giữa các hạt cát, dẫn đến giảm độ bền và độ dẻo, trong khi tính thông khí bị suy giảm Ngược lại, nếu lượng đất sét được điều chỉnh hợp lý và quy trình trộn tạo ra màng bao bọc đất sét quanh hạt cát tốt, hỗn hợp sẽ không chỉ nâng cao độ bền và độ dẻo mà còn duy trì được độ thông khí cần thiết.
Từ yêu cầu đối với chất lượng hỗn hợp, ảnh hưởng của khâu trộn, qua khảo sát các loại máy trộn ta có thể rút ra kết luận:
Máy trộn kiểu cánh xoắn và máy trộn kiểu cánh quạt có thiết kế đơn giản, cho phép hoạt động liên tục với năng suất cao Tuy nhiên, chất lượng của hỗn hợp sản phẩm không đạt yêu cầu cao.
Máy trộn con lăn là thiết bị lý tưởng để đảm bảo sự đồng đều của thành phần và tạo ra màng đất sét bao quanh hạt cát hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng hỗn hợp làm khuôn và làm lõi Mặc dù máy hoạt động theo chu kỳ với thời gian dừng để cấp liệu và xả hỗn hợp, nhưng thời gian trộn nhanh chóng (chỉ từ 6-10 phút mỗi mẻ) dẫn đến năng suất thấp hơn so với máy trộn cánh xoắn và máy trộn cánh quạt.
Máy trộn con lăn nằm ngang và máy trộn con lăn thẳng đứng có chất lượng trộn tương đương nhau Tuy nhiên, máy trộn con lăn nằm ngang có kết cấu đơn giản hơn và chi phí chế tạo thấp hơn.
Dựa trên phân tích, việc chọn thiết kế máy trộn kiểu con lăn nằm ngang để trộn hỗn hợp làm khuôn và lõi là lựa chọn hợp lý nhất Máy trộn này không chỉ phục vụ cho việc trộn hỗn hợp trong ngành đúc mà còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác, bao gồm vật liệu xây dựng, gạch lát, gạch chịu lửa, thức ăn gia súc và phân bón.
TO N C C THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA M Y
Sơ đồ động học của máy
Hình 3.1.Sơ đồ động học của máy:
Xác định kích thước, kết cấu thùng trộn
Hình 3.2.Kết cấu thùng trộn và kích thước cơ bản của thùng trộn
Trong đó: D _ đường kính trong thùng trộn (m)
V mẻ _ thể tích mẻ trộn (m 3 ) h 1 _ chiều cao lớp hỗn hợp dưới con lăn h 2 _ chiều cao lớp hỗn hợp bị nén bởi con lăn Theo [1] thông thường chọn h 1 = 20 ÷
25 mm và h 2 = 50 ÷ 60 mm Chọn h 1 = 24 mm, h 2 = 56 mm
Trong đó: k _ hệ số tỉ lệ, thông thường k = 0.5 ÷ 0.7, chọn k = 0.5.
Xác định kích thước, kết cấu con lăn
Trong quá trình nén hỗn hợp làm khuôn, D đại diện cho đường kính con lăn, trong khi α là góc giữa hai phương pháp tuyến tại điểm bắt đầu và kết thúc của quá trình nén Thông thường, giá trị của α được chọn là 35 độ.
3.3.3 Định kết cấu và tính khối lượng con lăn:
Hình 3.3: Kết cấu và các kích thước cơ bản của con lăn
Các kích thước con lăn:
Từ đó ta phân bố kích thước a,b sao cho: 2a + b = B cl – C
- Chọn sơ bộ đường kính trục con lăn: d = 80 mm
Theo kết cấu con lăn:
Trong đó: ρ _ khối lƣợng riêng con lăn, chọn vật liệu con lăn là gang nên ρ = 6,8 10 3 (kg/m 3 )
Chọn khoảng các từ tâm các con lăn đến tâm trục chính :l 1 = l 2 = 0.5 (m)
3.3.3.4 Kết cấu và vị trí đặt các tấm đảo:
Hình 3.4.Kết cấu các tấm đảo r 13 = 0.54 m r 12 = 0.4 m r 11 = 0.2 m h 12 = 0.05 m h 11 = 0.13 m r 22 = 0.6 m r 21 = 0.45 m h 2 = 0.12 m r 32 = 0.75 m r 31 = 0.5 m h 2 = 0.12 m
Tính toán tốc độ quay, công suất máy, chọn động cơ điện
3.4.1 Tốc độ quay trục chính:
( / ) cl cl tb n n D vg ph
Trong đó: ncl _ tốc độ tự quay quanh trục của con lăn
V cl _ vận tốc dài của con lăn trên hỗn hợp ( V cl = 1.2 ÷ 2,2 m/s)
3.4.2 Công suất dẫn động trục chính:
Trong đó: k = 1.1 ÷ 1.5 _ hệ số dƣ quá tải
N cl _ công suất tiêu hao trên con lăn
N tr _ công suất tieu hao do con lăn trƣợt
N tđ _ công suất dịch chuyển các tấm đảo
3.4.2.1 Công suất tiêu hao con lăn:
Trong đó: G cl _ khối lƣợng con lăn (kg)
_ vận tốc góc trục chính: 28.6 3 ( d / )
a _ hệ số trở lực phụ thuộc chiều dày hỗn hợp và độ bền hỗn hợp, theo công thức trang
Với λ _ phụ thuộc vào độ bền tươi của hỗn hợp, theo [1]: λ = 0.8 + 3.2σ, σ = (0.05 ÷ 1.05) kg/cm 2
3.4.2.2 Công suất tiêu hao do con lăn trượt:
Trong đó : f _ hệ số ma sát giữa con lăn và hỗn hợp, theo [1] thường chọn f = 0.34 khi độ ẩm 5.5%
3.4.2.3 Công suất tiêu hao dịch chuyển các tấm đảo:
Trong đó: k _ hệ số phụ thuộc chất hỗn hợp, k = 2.5 ÷3 s/m 3 , chọn k = 3 s/m 3
A _ thông số hình học đặc trưng bởi kích thước, góc nghiêng, hình dáng và vị trí tấm đảo, xác định theo công thức trang 64 [1]:
Với: ρ _ khối lƣợng riêng hỗn hợp, chọn ρ = 1.2 10 3 (kg/m 3 )
Với công suất dẫn động trục chính N = 5.259 KW, hệ thống sử dụng 5 ổ lăn, 1 khớp nối, 1 bộ truyền bánh răng nón và 2 bộ truyền bánh răng trụ để truyền động đến trục của động cơ, theo công thức (2.1) trang 27 [2].
Trong đó: η _ hiệu suất truyền động, theo [2]: η = ηo 4 ηkn ηrn ηbr 2
Với: η o = 0.99 ÷ 0.995_ hiệu suất ổ lăn, tra bảng (2.1) trang 27 [2] η kn = 1 _ hiệu suất khớp nối η rn = 0.95 ÷ 0.96 _ hiệu suất bộ truyền bánh răng nón η br = 0.96 ÷ 0.98 _ hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ
Vậy công suất cần thiết của động cơ: 5.259 6.18 ( )
Để đáp ứng công suất cần thiết của động cơ N ct = 6.18 (KW), cần lựa chọn động cơ điện có công suất lớn hơn Theo bảng 2P trang 322 [2], loại động cơ điện che kín phù hợp là động cơ quạt gió AO 251-4.
- Số vòng quay: 1460 vg/ph
- Momen máy/ momen định mức: m 1.4 dm
- Momen cực đại, cực tiểu của động cơ / momen định mức: ax 2.0 ; min 0.8 m dm dm
KẾ C C BỘ TRUYỀN
Phân phối tỉ số truyền
4.1.1 Phân phối tỉ số truyền:
Trong đó: in _ tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng nón ngoài hộp, chọn i n = 3.4 i h _ tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp h nh ch i i i 50.7 15 (1) n 3.4 i
Theo trang 31 [2]: i nh = (1.2 ÷1.3)i ch , chọn inh = 1.25 i ch (2)
Hình 4.1.Sơ đồ truyền động của máy trộn
1) Động cơ 2) Bộ truyền bánh răng cấp nhanh
3) Bộ truyền bánh răng cấp châm 4) Bộ truyền bánh răng nón
4.1.3 Số vòng quay các trục:
- Số vòng quay trục I: n I = n đc = 1460 (vg/ph)
- Số vòng quay trục II:
- Số vòng quay trục III:
- Số vòng quay trục IV:
4.1.4 Momen xoắn tác dụng lên các trục:
- Momen xoắn tác dụng lên trục I:
- Momen xoắn tác dụng lên trục II:
- Momen xoắn tác dụng lên trục III:
- Momen xoắn tác dụng lên trục IV:
Bảng hệ thống các số liệu Trục
Thông số I II III IV i i nh = 4.3 i ch = 3.5 i n = 3.4 n (vg/ph) 1460 340 97 28.5
Thiết kế các bộ truyền hộp giảm tốc
4.2.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh:
(Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng)
4.2.1.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:
+ Vật liệu : thép 45 thường hóa
+ Giới hạn bền kéo: σ b = 600 N/mm 2
+ Giới hạn bền chảy: σ ch = 300 N/mm 2
+ Độ cứng: HB = 190 (giả thiết phôi rèn, đường kính phôi < 100 mm)
+ Vật liệu : thép 35 thường hóa
+ Giới hạn bền kéo: σ b = 480 N/mm 2
+ Giới hạn bền chảy: σ ch = 240 N/mm 2
+ Độ cứng: HB = 160 (giả thiết phôi rèn, đường kính phôi 300 ÷ 500 mm)
4.2.1.2 Định ứng suất cho phép:
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Trong đó: [σ] notx _ ứng suất tiếp xúc cho phép, theo bảng 3.9 [2], [σ] notx = 2.6HB k’ N _ hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc, theo công thức (3.2) [2]:
Với: N 0 _ số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc, tra bảng 3.9 [2]:
N tđ _ số chu kỳ tương đương, theo công thức (3.3) trang 42 [2]:
Với: n _ số vòng quay của bánh răng
T _ tổng số giờ làm việc u _ số làn ăn khớp của một răng khi bánh răng quay 1 vòng, u =2
+ Số chu kỳ làm việc của bánh lớn:
+ Số chu kỳ làm việc của bánh nhỏ:
Vì N tđ1 và N tđ2 đều lớn hơn N 0 theo [2]: k’N = 1
Vậy: - Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
Ứng suất uốn cho phép:
Trong đó: σ 0 , σ -1 _ giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong chu kỳ mạch đối xứng Đối với thép theo công thức trang 42 [2]: σ-1 = (0.4 ÷ 0.45)σ b
+ Đối với bánh răng nhỏ: σ -1 = 0.43 600 = 258 N/mm 2
Đối với bánh răng lớn, ứng suất σ -1 được tính là 206.4 N/mm² với hệ số an toàn n = 1.5 Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng k σ được chọn là 1.8 Ngoài ra, hệ số chu kỳ ứng suất uốn k N ” được xác định theo công thức (3.7).
Với: m _ bậc đường cong mỏi uốn theo trang 44 [2], lấy m = 6
N 0 _ số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, theo trang 44 [2] chọn N0 = 5.10 6
+ Đối với bánh răng nhỏ:
+ Đối với bánh răng lớn:
Vậy: - Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:
- Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn:
4.2.1.3 Sơ bộ chọn hệ số tải trọng K : theo trang 44 [2]: chọn K sb = 1.3
4.2.1.4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng ψ A :theo trang 44 [2]: A b ,
4.2.1.5 Xác định khoảng cách trục A:
Bộ truyền có công suất N, với n2 là số vòng quay trong 1 phút của bánh bị dẫn Hệ số θ phản ánh khả năng tải dựa trên sức bền tiếp xúc của bánh răng nghiêng so với bánh răng thẳng, được chọn là θ = 1.25.
4.2.1.6 Tính vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Tính vận tốc vòng: theo công thức (3.17) [2]:
Tra bảng 3.11 [2], chọn CCX chế tạo bánh răng là: CCX 9
4.2.1.7 Định chính xác hệ số tải trọng K:
Trong đó: K tt _ hệ số tập trung tải trọng, đối với các bộ truyềncó tải trọng thay đổi rất ít hoặc không thay đổi, có thể lấy Ktt =1
K đ _ hệ số tải trọng động, tra bảng 3.13 [2]: chọn K đ = 1.4
Tính lại khoảng cách trục A : theo công thức (3.21) [2]:
4.2.1.8 Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng:
Xác định số răng:theo trang 49 [2], chọn sơ bộ góc nghiêng β = 10 0
Tính chính xác góc nghiêng: theo công thức (3.28) [2]:
Chiều rộng b thảo mãn điều kiện :
4.2.1.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Trong đó: K _ hệ số tải trọng
Công suất của bộ truyền được xác định bởi các yếu tố như hệ số dạng răng (γ), số răng (Z) và số vòng quay của bánh răng (n vg/ph) Môđun pháp của bánh răng (m n) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán hiệu suất Hệ số phản ánh khả năng tải (θ”) là một yếu tố cần thiết để đánh giá khả năng làm việc của bộ truyền.
- Số răng tương đương của bánh nhỏ:
- Số răng tương đương của bánh lớn: d2 2 2 0
- Hệ số dạng răng theo bảng 3.18 [2]: hệ số dạng răng bánh nhỏ γ 1 = 0.392, hệ số dạng răng bánh lớn γ 2 = 0.512, lấy hệ số θ” = 1.5
Vậy: Sức bền uốn tại bánh nhỏ:
Sức bền uốn tại bánh lớn:
4.2.1.10 Các thông số chủ yếu của bộ truyền:
- Chiều rộng bánh răng: b = 45 mm
- Đường kính vòng đỉnh răng:
- Đường kính vòng chân răng:
4.2.1.11 Tính lực tác dụng lên trục:
4.2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm: tương tự bộ truyền cấp nhanh
( Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng)
4.2.2.1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:
+ Vật liệu : thép 45 thuòng hóa
+ Giới hạn bền kéo: σ b = 580 N/mm 2
+ Giới hạn bền chảy: σ ch = 290 N/mm 2
+ Độ cứng: HB = 190 (giả thiết phôi rèn, đường kính phôi < 100 mm)
+ Vật liệu : thép 35 thường hóa
+ Giới hạn bền kéo: σ b = 480 N/mm 2
+ Giới hạn bền chảy: σ ch = 240 N/mm 2
+ Độ cứng: HB = 160 (giả thiết phôi rèn, đường kính phôi 300 ÷ 500 mm)
4.2.2.2 Định ứng suất cho phép:
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
- Số chu kỳ làm việc bánh lớn:
- Số chu kỳ làm việc bánh nhỏ:
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:
- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
Ứng suất uốn cho phép:
- Giới hạn mỏi uốn của bánh nhỏ: σ -1 = 0.43 580 = 249.4 (N/mm 2 )
- Giới hạn mỏi uốn của bánh lớn: σ -1 = 0.43 480 = 206.4 (N/mm 2 )
- Hệ số chu kỳ ứng suất uốn bánh nhỏ:
- Hệ số chu kỳ ứng suất uốn bánh lớn:
- Ứng suất uốn cho phép:
4.2.2.3 Sơ bộ chọn hệ số tải trọng: chọn K sb = 1.3
4.2.2.4 Chọn hệ số chiều rộng răng: A b 0.3
4.2.2.5 Xác định khoảng cách trục:
4 2.2.6 Tính vận tốc vòng V của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
- Với V = 1.82 (m/s) tra bảng 3.11 trang 42 [2], chọn đƣợc cấp chính xác chế tạo bánh răng là: CCX 9
4.2.2.7 Định chính xác hệ số tải trọng K, khoảng cách trục A:
Trong đó: K tt = 1 _ hệ số tập trung tải trọng tĩnh
K đ = 1.45 _ hệ số tải trọng động, tra bảng 3.13 [2]
4.2.2.8 Xác định mođun, số răng, chiều rộng bánh răng:
Tra bảng 3.1 trang 34 [2], chọn m = 4 mm
4.2.2.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
- Hệ số dạng răng bánh nhỏ:
- Hệ số dạng răng bánh lớn:
- Sức bền uốn của bánh răng nhỏ:
- Sức bền uốn của bánh răng lớn:
4.2.2.10 Định các thông số bộ truyền:
- Chiều rộng bánh răng: b = 72 mm
- Đường kính vòng chia: d 3 = m Z 3 = 4 27 = 108 (mm) d 4 = m Z 4 = 4 95 = 380 (mm)
Thiết kế bộ truyền bánh răng nón
+ Vật liệu: thép 45 thường hóa
+ Giới hạn bền kéo: σ b X0 N/mm 2
+ Giới hạn bền chảy: σ ch = 290 N/mm 2
+ Độ cứng: HB = 190 (giả thiết phôi rèn, đường kính phôi 100 ÷300)
+ Vật liệu : thép 35 thường hóa
+ Giới hạn bền kéo: σ b = 480 N/mm 2
+ Giới hạn bền chảy: σ ch = 240 N/mm 2
+ Độ cứng: HB = 170 (giả thiết phôi rèn, đường kính phôi 300 ÷ 500 mm)
4.3.2 Định ứng suất cho phép:
Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Trong đó: k’ N _ hệ số chu kỳ ứng suất, k’ N = 1
[σ] NOtx _ ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài [σ] NOtx1 = 2.6HB = 2.6 190 = 494 (N/mm 2 )
Vậy: ứng suất tiếp xúc cho phép:
Ứng suất uốn cho phép:
- Giới hạn mỏi uốn của bánh nhỏ: σ -1 = 0.43 580 = 249.4 N/mm 2
- Giới hạn mỏi uốn của bánh lớn: σ -1 = 0.43 480 = 206.4 N/mm 2
- Số chu kỳ tương đương:
- Hệ số chu kỳ ứng suất uốn:
Vậy: ứng suất uốn cho phép:
4.3.3 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng, chọn K sb = 1.3 4.3.4.Chọn hệ số chiều rộng răng:
4.3.5 Xác định chiều dài nón L:
4.3.6 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
Tra theo bảng 3-11 chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng là :9
4.3.7 Định chính xác hệ số tải trọng K và chiều dài nón:
- Hệ số tải trọng K = K tt K đ = 1 1.1 = 1.1
Trong đó: K tt _ hệ số tập trung tải trọng, K tt = 1
K đ _ hệ số tải trọng động, K đ = 1.1
4.3.8 Xác định mođun, số răng, chiều rộng bánh răng:
DUT.LRCC m = (0.02 ÷ 0.03)L = 5.94 ÷ 8.91, tra bảng 3-1 [2]: chọn m = 8 mm
- Chiều rộng răng: b = ψ L L = 0.3297 = 89.1 (mm), lấy b = 90 mm
4.3.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
4.3.10 Các thông số hình học của bộ truyền:
- Mođun trung bình: m tb = 6.8 mm
- Đường kính vòng chia: d 1 = m Z 1 = 8 21 = 168 (mm) d 2 = m Z 2 = 8 72 = 576 (mm)
- Góc đầu răng: 1 2 ar ctg m 1 31' 0
- Góc mặt nón chân răng: υ i1 = υ 1 – γ = 16 – 1 0 54’ = 14 0 6’ υ i2 = υ 2 – γ = 74 – 1 0 54’ = 72 0 6’
- Góc mặt nón đỉnh răng: υ e1 = υ 1 + Δ 1 = 16 + 1 0 31’ = 17 0 31’ υ e2 = υ 2 + Δ 2 = 74 + 1 0 31’ = 75 0 31’
Tính toán thiết kế trục và then
4.4.1 Tính đường kính sơ bộ của các trục:
Trong đó: N i _ công suất truyền các trục n i _ số vòng quay các trục
C _ hệ số tính toán, theo trang 115 [2], C = 120
Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng, ta chọn trị số đường kính sơ bộ dII = 35 mm cho các trục, với d IV = 75 mm và chiều rộng ổ bi đỡ cỡ trung bình là B = 21 mm, theo bảng 14P.
Chọn sơ đồ hộp giảm tốc theo hình 7.3 trang 116 [2]→ có sơ đồ nhƣ hình vẽ:
Hình 4.2.Sơ đồ hộp giảm tốc
- Khe hở giữa các bánh răng, c = 10 mm
- Khe hở giữa các bánh răng và thành trong hộp, Δ = 10 mm
- Khoảng cách từ thành trong của hộp đến mặt bên ổ lăn: l 2 = 10 mm
- Chiều rộng bánh răng cấp nhanh: b n E mm
- Chiều rộng bánh răng cấp chậm: b c = 72 mm
Theo hình → các kích thước của sơ đồ hộp giảm tốc:
Theo sơ đồ hộp giảm tốc ta có sơ đồ phân tích lực của hộp giảm tốc nhƣ sau:
Hình 4.3.Sơ đồ phân tích lực
Hình 4.4.Sơ đồ tính toán trục I
Xác định phản lực tại hai gối A và B:
Xác định mômen uốn tại m-m: ux Ax
Tính đường kính trục tại m-m:
Trong đó: Mtđ _ mômen tương đương
M u _ mômen uốn ở tiết diện tính toán
[σ] _ ứng suất cho phép, bảng 7-2
Hình 4.5.Sơ đồ tính toán trục II
Xác định phản lực tại hai gối C và D:
Xác định mômen uốn tại n-n và i-i:
Tính đường kính trục tại n-n và i-i:
4.4.2.3 Trục III của hộp giảm tốc:
Hình 4.6.Sơ đồ tính toán trục III của hộp giảm tốc
Xác định phản lực tại hai gối E và F:
Tính mômen uốn tại tiết diện k-k: ux Fx
Tính đường kính trục tại k-k:
4.4.2.4 Trục III của bánh răng nón:
Hình 4.7 Sơ đồ tính toán trục III của bánh răng nón
Xác định phản lực tại hai gối G và H:
Xác định mômen uốn tại l-l:
Xác định đường kính trục tại l-l:
Hình 4.8.Sơ đồ tính toán trục IV
Tính phản lực tại hai gối I và K:
Xác định mômen uốn tại p-p: uy Iy 2
Xác định đường kính trục tại p-p:
Tính chính xác trục theo hệ số an toàn : Theo công thức (7-5) trang 120 [2]
Trong đó : n : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp n : hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp
[n] : hệ số an toàn cho phép; theo trang 221[3] : [n] =1.5 ÷ 2
+ Ứng suất pháp thay đổi theo chu kỳ đối xứng:
+ Ứng suất tiếp thay đổi theo chu kỳ mạch động:
Với vật liệu là thép C45 ta có : b 600
Tra bảng 7-3b trang 122 [2]: W = 1855 (mm 3 ); W 0 = 4010 (mm 3 )
Kiểm tra bền trục tại m-m:
Với vật liệu là thép C45 ta có :
Kiểm tra bền trục tại i-i:
4.4.3.3: Trục III của hộp giảm tốc:
Với vật liệu là thép C45 ta có :
Kiểm tra bền trục tại k-k:
4.4.3.4: Trục III của bánh răng nón:
Kiểm tra bền trục tại l-l:
Với vật liệu là thép C45 ta có:
Kiểm tra bền trục tại p-p:
4.4.4.1 Tính mối ghép then trục I:
Tại vị trí lắp bánh răng đường kính trục I lắp then là 28 mm, tra bảng 7-23 trang 143
[2] ta có: b = 8 (mm); h = 7(mm); t = 4.0 (mm); t 1 = 3.1 (mm);k = 4.2 (mm)
Kiểm tra điều kiện bền dập và điều kiện bền cắt theo công thức 7-11 và 7-12 trang 139 [2]:
Trong đó: M x _ mômen xoắn cần truyền d _ đường kính trục b _ chiều rộng then
[σ] d _ ứng suất dập cho phép, tra bảng 7-20 trang 142 [2], [ σ] d = 150 N/mm 2 [τ] c _ ứng suất cắt cho phép, tra bảng 7-21 [2], [τ] c = 120 N/mm 2 l _ chiều dài then, l = 0.8 l m , với lm = (1.2 ÷ 1.5)d = 1.5 28 = 42 mm, suy ra l m = 0.8 42 = 33.6 (mm)
4.4.4.2 Tính mối ghép then trục II:
Tại vị trí lắp then của bánh răng cấp nhanh và cấp chậm, đường kính trục là 38 mm Theo bảng 7-23, các thông số được xác định như sau: b = 12 mm, h = 8 mm, t = 4.5 mm, t1 = 3.6 mm, k = 6.2 mm Tính toán l m trong khoảng (1.2 ÷ 1.5)38 cho kết quả l m = 57 mm, từ đó suy ra l = 0.8 × 57 = 45.6 mm.
4.4.4.3 Tính mối ghép then trục III của hộp giảm tốc:
Tại vị trí lắp then có đường kính trục là 55 mm, tra bảng 7-23 [2]: b = 16 (mm); h = 10 (mm); t = 5.0 (mm); t 1 = 5.1 (mm); k = 6.2 (mm); l m = ( 1.2 ÷ 1.5)55 77 suy ra: l= 0.8.77a.6 (mm)
4.4.4.4 Tính mối ghép then trục III của bánh răng nón:
Tại vị trí lắp then có đường kính trục là 60 mm, tra bảng 7-23 [2]: b = 18 (mm); h 11 (mm); t = 5.5 (mm); t 1 = 5.6 (mm); K = 682 (mm); l m = ( 1.2 ÷ 1.5)60 = 90 suy ra: l = 0.8 90 = 72 (mm)
4.4.4.5 Tính mối ghép then trục IV:
Tại vị trí lắp then có đường kính trục là 85 mm, tra bảng 7-23 [2]: b = 24 (mm); h = 14 (mm); t = 7.0 (mm); t 1 = 7.2 (mm); k = 8.7 (mm); l m = ( 1.2 ÷ 1.5)85 = 119 suy ra: l = 0.8 119 = 95.2 (mm)
Thiết kế gối đỡ trục
4.5.1 Thiết kế gối đỡ trục I:
Trên trục I có lực dọc trục tác dụng nên ta chọn ổ bi đỡ chặn
Hình 4.9.Sơ đồ chọn ổ trục I
Dự kiến chọn chọn kiểu 46000 góc β& 0 bảng 17P trang346[2]
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức 8-1 trang 158[2]
Trong đó : n = 1460( vòng/phút) h = 12000 (giờ)
Q _ tải trọng tương đương (daN ), theo công thức 8-2 trang 159[2]
K t _ hệ số tải trọng động, bảng 8-3 trang 162[2], K t = 1
K n _ hệ số nhiệt độ, theo bảng 8-4 trang162[2], K n = 1
K v _ hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay, bảng 8-5 [2], K v =1
A t _ tổng đại số các lực dọc trục, theo sơ đồ:
A t > 0 chỉ có ổ B chịu lực dọc trục
Trị số (n h) 0.3 tra theo bảng 8-7 trang 164[2] là 155
Tra bảng 17P trang 347 [2], ứng với d%mm chọn ổ có ký hiệu 46305 có:
4.5.2.Thiết kế gối đỡ trục II :
Trên trục I có lực dọc trục tác dụng nên ta chọn ổ bi đỡ chặn
Hình 4.10.Sơ đồ chọn ổ trục II
Theo sơ đồ gối đỡ trục II :
A t = S C - P a2 - S D = 1388 - 406 -1730 = -748 (N), A t < 0 chỉ có ổ C chịu lực dọc trục
Tra bảng 17P, ứng với d= 35 mm lấy ổ ký hiệu 46307 có :D = 80 mm, B! mm
4.5.3.Thiết kế gối đỡ trục III của hộp giảm tốc :
Trục không chịu lực dọc trục, chọn ổ bi đỡ
Hình 4.11.Sơ đồ chọn ổ trục III
Tra bảng 17P trang 337 [2], ứng với d = 50 mm lấy ổ ký hiệu 210 có: D mm,B mm
4.5.4.Thiết kế gối đỡ trục III của bánh răng nón :
Trục III chịu lực dọc trục và lực lắp bánh răng nón nên ta chọn ổ đũa côn đỡ chặn để nâng cao độ cứng vững
Hình 4.12.Sơ đồ chọn ổ trục III của bánh răng nón
A t = S G - P a5 - S H = 1458-757 -3856 = -3155 (N), A t < 0 chỉ có ổ G chịu lực dọc trục Vậy :Q G = (148579 + 1.5 3155) 1 1 = 9589.5 (N) 9 (daN)
Tra bảng 18P trang 348 [2], ứng với dp mm, chọn ổ ký hiệu 7214 có :
4.5.2.Thiết kế gối đỡ trục IV:
Trục IV chịu lực dọc trục và lắp bánh răng nên chọn ổ đũa đỡ chặn
Hình 4.13.Sơ đồ chọn ổ trục IV
Với d = 90 mm, chọn sơ bộ β 0
Theo sơ đồ gối đỡ trục IV:
A t = S I - P a6 - S K = 1684 - 2642 - 3855 = -4813 (N), A t < 0 chỉ có ổ I chịu lực dọc trục
Trục IV, với vai trò là trục đứng chịu lực dọc trục từ giá đỡ, cần tham khảo bảng 18P trang 348 để chọn ổ lăn phù hợp Với đường kính d = 90 mm, ổ lăn an toàn được chọn là ổ có ký hiệu 7518, có các thông số D0 mm và B@ mm.
Thiết kế bôi trơn hộp giảm tốc
Bộ phận ổ được bôi trơn bằng mỡ do vận tốc của bộ truyền bánh răng thấp, vì vậy không thể sử dụng phương pháp bắn tóe để đưa dầu vào bôi trơn bộ phận ổ trong hộp giảm tốc.
Có thể dùng mỡ loại M ứng với nhiệt độ làm việc từ 60 ÷ 100 0 C và vận tốc dưới 1500 vg/ph
4.6.2 Bôi trơn hộp giảm tốc:
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hộp giảm tốc với vận tốc nhỏ, phương pháp bôi trơn ngâm dầu cho các bánh răng là lựa chọn phù hợp Sự chênh lệch bán kính giữa bánh răng thứ hai và bánh răng thứ tư là 68.5 mm, với vận tốc vòng đạt 4.41 m/s Do đó, mức dầu tối thiểu nên được chọn là 1/6 bán kính bánh.
DUT.LRCC răng thứ tƣ và mức dầu tối đa ngập chiều cao răng của bánh thứ hai được xác định dựa trên độ nhớt của dầu bôi trơn Theo bảng 10-17 trang 284, độ nhớt ở 50°C được chọn là 57 centistốc hoặc 8 độ Engle Đồng thời, theo bảng 10-20 trang 285, loại dầu công nghiệp được khuyến nghị là loại 50.
4.6.3 Cấu tạo vỏ hộp giảm tốc:
Chọn vỏ hộp đúc, vật liệu là GX 15-32 Các kích thước của hộp theo bang 10-9 trang
- Chiều dày thành thân: δ = 0.25A + 3 = 0.25 252 + 3 = 9.3 (mm)
- Chiều dày thành nắp: δ 1 = 0.02A + 3 = 0.02 252 + 3 = 8 (mm)
- Chiều dày mặt bích dưới của thân: b = 1.5δ = 1.5 9.3 = 14 (mm)
- Chiều dày mặt bích trên của nắp: b 1 = 1.5δ 1 = 1.5 8 = 12 (mm)
- Chiều dày đế hộp không có phần lồi: p = 2.35δ = 2.35 9.3 = 22 (mm)
- Chiều dày gân ở thân hộp: m = (0.85 ÷ 1)δ 1 = 7 (mm)
- Đường kính bulông nền: d n = 0.036A + 12 = 0.036 252 + 12 = 21.072 (mm), lấy dn = 22 mm
- Đường kính các bulông khác:
+ Ghép các mặt bích nắp và thân: d 2 = (0.5 ÷ 0.6)d n = 11 ÷ 13.2 (mm), lấy d 2 = 12 mm
+ Ghép nắp ổ: d 3 = (0.4 ÷ 0.5)d n = 8.8 ÷ 11 (mm), lấy d 3 = 10 mm
+ Ghép nắp cửa thăm: d 4 = (0.3 ÷ 0.4)d n = 6.6 ÷ 8.8 (mm), lấy d 4 = 8 mm
- Kích thước chỗ lắp ghép bulông:
- Chiều rộng mặt bích chỗ lắp ổ: l 1 = K + 2 = 46 + 2 = 48 mm
LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG M Y
Lắp đặt máy
Lắp đặt máy là bước quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị Để máy hoạt động ổn định và giảm rung động, hệ thống dẫn động và thùng trộn cần được gắn chặt trên nền móng bê tông Quy trình lắp đặt và cân chỉnh máy sẽ được thực hiện theo các bước cụ thể.
- Lắp thùng trộn trên móng máy, cân chỉnh mặt bằng đáy thùng trộn nằm ngang
- Lắp bộ phận trục đứng của máy trộn, yêu cầu trục đứng phải thẳng góc với đáy thùng trộn
- Lắp bộ phận trục đứng của con lăn lên trục đứng
Lắp đặt cụm trục khuỷu và con lăn bằng cách sử dụng cẩu để đưa vào thùng trộn và kết nối với xà đỡ Cần điều chỉnh khe hở giữa các con lăn và đáy thùng trộn sao cho nằm trong khoảng 25mm.
- Lắp cánh gạt, chú ý đảm bảo khe hở mặt dưới các cánh gạt với đáy thùng trộn không dưới 5mm
- Lắp cụm trục bánh răng nón, điều chỉnh sự ăn khớp của hai bánh răng
Khi lắp đặt hộp giảm tốc và động cơ, cần đảm bảo sự đồng trục giữa trục động cơ và trục vào của hộp giảm tốc, cũng như giữa trục ra của hộp giảm tốc và trục bánh răng nón nhỏ Điều này là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu và giảm thiểu sự mài mòn trong quá trình sử dụng.
- Trong quá trình lắp đặt cần kiểm tra các điều kiện đảm bảo an toàn khi lắp các bộ phận răng nón nhỏ
-Trong quá trình lắp đặt cần kiểm tra các điều kiện đảm bảo an toàn khi lắp các bộ phận nặng phải dùng cẩu để vận chuyển.
Bảo dƣỡng máy
Lắp đặt máy là bước quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị Để máy hoạt động ổn định và giảm rung động, hệ thống dẫn động và thùng trộn cần được cố định chắc chắn trên nền móng bê tông Quy trình lắp đặt và cân chỉnh máy được thực hiện theo các bước cụ thể.
- Lắp thùng trộn trên móng máy, cân chỉnh mặt bằng đáy thùng trộn nằm ngang
- Lắp bộ phận trục đứng của máy trộn, yêu cầu trục đứng phải thẳng góc với đáy thùng trộn
- Lắp bộ phận trục đứng của con lăn lên trục đứng
Lắp đặt cụm trục khuỷu và con lăn vào thùng trộn cần sử dụng cẩu để đưa vào và kết nối với xà đỡ Điều chỉnh khe hở giữa các con lăn và đáy thùng trộn phải được thực hiện trong khoảng 25mm để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
- Lắp cánh gạt, chú ý đảm bảo khe hở mặt dưới các cánh gạt với đáy thùng trộn không dưới 5mm
- Lắp cụm trục bánh răng nón, điều chỉnh sự ăn khớp của hai bánh răng
Lắp đặt hộp giảm tốc và động cơ yêu cầu đảm bảo sự đồng trục giữa trục động cơ và trục vào của hộp giảm tốc, cũng như giữa trục ra của hộp giảm tốc và trục bánh răng nón nhỏ.
- Trong quá trình lắp đặt cần kiểm tra các điều kiện đảm bảo an toàn khi lắp các bộ phận răng nón nhỏ
-Trong quá trình lắp đặt cần kiểm tra các điều kiện đảm bảo an toàn khi lắp các bộ phận nặng phải dùng cẩu để vận chuyển
5.2 Vận hành chạy thử máy:
Sau khi lắp đặt máy, cần thực hiện chạy thử không tải từ 1-2 giờ để kiểm tra sự ổn định của các bộ phận quay, nhiệt độ làm việc của gối đỡ và độ rung động của máy Chỉ sau khi kiểm tra đạt yêu cầu, mới tiến hành trộn hỗn hợp với dung tích mẻ trộn theo yêu cầu Cần đảm bảo sự đảo trộn đồng đều, tránh tình trạng ma sát tập trung thành trộn hoặc dồn vào tâm thùng Sau 4-6 ca hoạt động, cần kiểm tra và xiết chặt các bulong của các bộ phận lắp ghép trước khi đưa máy vào sử dụng.
5.3.1 Bôi trơn hộp giảm tốc và các bộ truyền
Bôi trơn các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu là một quy trình quan trọng Dầu bôi trơn được sử dụng là loại dầu công nghiệp nhãn hiệu 50, với khối lượng riêng từ 0,886 đến 0,926 g/cm³ ở nhiệt độ 20°C.
Bôi trơn các ổ đỡ trục trong hộp giảm tốc cần sử dụng mỡ do tốc độ vòng của bánh răng dưới 6m/s Lượng mỡ bôi trơn không được vượt quá 1/2 thể tích rỗng của bộ phận ổ.
Lót kín bộ phận của ổ giúp bảo vệ ổ khỏi bụi bẩn và chất bẩn bên ngoài, đồng thời ngăn chặn dầu mỡ chảy ra ngoài nhờ vào các vòng phớt Đối với bộ truyền bánh răng hở, việc bôi trơn định kỳ bằng mỡ là cần thiết.
Trước mỗi ca làm việc, cần kiểm tra mức dầu bôi trơn của hộp giảm tốc Sau khi ngừng trộn, hãy xả hết hỗn hợp trong thùng trộn và làm sạch thùng, đặc biệt khi sử dụng các chất kết dính có tính ăn mòn cao như hỗn hợp pha nước thủy tinh Định kỳ ba tháng một lần, cần kiểm tra và bổ sung dầu cho các ổ lăn đỡ con lăn, đỡ trục chính và các gối đỡ.
5 3.3 Quy định an toàn trong sử dụng: Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và máy, công nhân vận hành phải chấp hành các quy định sau:
- Trong quá trình làm việc phải sử dụng quần áo, giày, gang tay bảo hộ
- Vận hành không tải 3-5 phút sau đó mới nạp nhiên liệu
- Trong quá trình máy đang trộn tuyệt đối không đƣợc mở nắp thùng trộn
- Kiểm tra không đƣợc để lẫn vật cứng rơi vào thùng trộn khi nạp liệu
- Trong quá trình vệ sinh thùng trộn, kiểm tra máy… Cần cắt cầu dao điện DUT.LRCC
Trộn hỗn hợp là bước quan trọng trong chế biến khuôn và lõi, giúp nâng cao chất lượng hỗn hợp, tăng năng suất và cải thiện điều kiện lao động Nghiên cứu này tập trung vào các đặc trưng cơ bản của hỗn hợp, quy trình chế biến, yêu cầu đối với khâu trộn và thiết kế máy trộn Dựa trên lý thuyết, đề tài sẽ xây dựng cơ sở tính toán thiết kế và ứng dụng máy trộn hỗn hợp với dung tích 0.25 m³/mẻ.
Toàn bộ nội dung gồm có 2 phần:
Phần I: Lý thuyết: gồm có 3 nội dung
- Giới thiệu chung về nhu cầu sản xuất
- Công nghệ và thiết bị trộn hỗn hợp làm khuôn
Phần II: Thiết kế máy: gồm có 3 nội dung:
- Tính toán các thông số kỹ thuật chính của máy
- Thiết kế các bộ truyền
- Hướng dẫn lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng máy
Với sự nỗ lực cá nhân và sự hỗ trợ tận tình từ thầy giáo hướng dẫn cùng các giảng viên trong khoa, em đã hoàn thành đồ án đúng hạn Tuy nhiên, do thời gian hạn chế và yêu cầu tham khảo nhiều tài liệu, chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy, cô và các bạn đồng nghiệp để đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô trong khoa và các bạn đã hỗ trợ em trong quá trình hoàn thành đồ án này.
[1] PGS.TS Lê Văn Minh, Thiết bị đúc, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006
[2] Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiét máy, NXB giáo dục
[3] PGS.TS Ngô Văn Quyết, Đồ án môn học chi tiết máy, NXB Hải Phòng – 2007
[4] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 1, NXB giáo dục
[5] Trần Hữu Quế - Đặng Văn Cừ - Nguyễn Văn Tuấn, Vẽ kỹ thuạt cơ khí, NXB giáo dục
[6] PGS.TS Ninh Đức Tốn – GVC Trần Thị Xuân Bảy, Dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo lường, NXB giáo dục
[7] Th.s Hoàng Minh Công, công nghệ chế tạo phôi, Khoa cơ khí – ĐHBK – ĐN