TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN BÚA TN1200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN BÚA
TN-1200.

Họ và tên sinh viên : TẠ THỊ QUẾ
Ngành
:CƠ KHÍ
Niên khóa
: 2005 – 2009

TP. HỒ CHÍ MINH- 07/2009
1


TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN BÚA TN-1200.

Tác giả

TẠ THỊ QUẾ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
CƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NÔNG SẢN THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn :
PGS -TS . TRẦN THỊ THANH

Tháng 07 năm 2009

2


LỜI CẢM TẠ

Để hồn thành tốt đề tài này tơi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ phía thầy cô
và bạn bè. Đặc biệt tôi xin gửi tới cô PGS. TS Trần Thị Thanh những lời cảm ơn chân
thành nhất.
Chân thành cảm tạ:
™ Cô PGS.TS Trần Thị Thanh.
™ Thầy TS. Nguyễn Như Nam.
™ Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí - Cơng Nghệ Trường Đại Học Nơng Lâm TP.Hồ
Chí Minh.
™ Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm - TP Hồ Chí Minh.
™ Q thầy cơ Khoa Cơ Khí - Cơng Nghệ đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.
™ Các bạn sinh viên đã giúp tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài.

3


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “ Thiết kế, chế tạo máy nghiền búa TN - 1200” được tiến
hành tại xưởng thực tập sản xuất bộ môn máy sau thu hoạch khoa cơ khí – cơng nghệ
trường đại học nơng lâm TP. Hồ Chí Minh, thời gian từ 05/2009 đến 08/2009 . Phương
pháp thực hiện được bố trí theo kiểu : khảo sát, tìm hiểu trên thực tế đặc điểm máy
nghiền búa tại xưởng .
Kết quả thu được :
Tìm hiểu được cấu tạo của máy nghiền búa kiểu trục ngang.

Biết được tính chất cơ lý tính của vật liệu đem nghiền.
Nguyên lý hoạt động của máy nghiền búa.
Tính tốn được kích thước của máy nghiền : bộ phận cấp liệu, bộ phận
nghiền, bộ phận thu liệu từ năng suất và số liệu thiết kế ban đầu .
Lập được bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết của máy nghiền.
Quy trình cơng nghệ chế tạo các chi tiết chính của máy nghiền.

4


MỤC LỤC

Trang tựa

i

Cảm tạ :

ii

Tóm tắt :

iii

Mục lục :

iv

Danh sách các hình

v

Chương 1 MỞ ĐẦU ......................................................................................................8
1.1.

Đặt vấn đề:.........................................................................................................8

1.2. Mục đích nghiên cứu:............................................................................................9
1.3. Phạm vi nghiên cứu:..............................................................................................9
1.4. Cấu trúc khóa luận:..............................................................................................10
Chương 2 TỔNG QUAN .............................................................................................11
2.1

Lý thuyết về quá trình nghiền: ........................................................................12

2.1.1.

Thuyết bề mặt: .............................................................................................12

2.1.2.

Thuyết thể tích:............................................................................................12

2.1.3.

Thuyết dung hịa: .........................................................................................13

2.1.4.

Thuyết tổng hợp:..........................................................................................14

2.2. Phân tích kết cấu của máy: ..................................................................................14
2.3.

Tính chất cơ lý của vật liệu nghiền: ................................................................18

2.4. Nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với máy nghiền:............................................19
2.5.

Lý thuyết của máy nghiền búa kiểu búa trục ngang: ......................................19

2.5.1.

Mơ hình tốn học mơ tả q trình nghiền hạt:.............................................19

2.5.2.

Sự tuần hồn của ngun liệu trong buồng nghiền: ....................................20

2.5.3.

Các yếu tố cơ học của quá trình làm việc của máy nghiền hạt kiểu búa:....20
5


2.5.4.

Điều kiện vận tốc búa phá vỡ vật thể: .........................................................21

2.5.5.

Động lực học máy nghiền búa:....................................................................22

2.6.

Nội dung lý thuyết tính tốn bộ phận nghiền kiểu búa: ..................................23

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................27
U

3.1.

Phương pháp thiết kế :.....................................................................................27

3.1.1. Lựa chọn phương pháp làm việc của máy thiết kế :........................................27
3.1.2. Phương pháp thiết kế bộ phận cung cấp:..........................................................27
3.1.3. Phương pháp thiết kế bộ phận nghiền: .............................................................27
3.1.4. Phương pháp thiết kế bộ phận lọc bụi :............................................................28
3.1.5. Phương pháp thiết kế bộ phận truyền động :....................................................28
3.2. Phương pháp chế tạo: ..........................................................................................28
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................29
4.1. Các số liệu thiết kế ban đầu:................................................................................29
4.2. u cầu kĩ thuật:..................................................................................................29
4.3. Lựa chọn mơ hình máy thiết kế và sơ đồ truyền động :.....................................30
4.4. Tính tốn bộ phận nghiền:...................................................................................32
4.5. Tính tốn bộ phận thu liệu và bộ phận lọc túi vải:..............................................40
4.6. Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động đai: ......................................................42
4.7. Tính bền một số chi tiết:......................................................................................46
4.8. Quy trình cơng nghệ chế tạo máy nghiền:...........................................................53
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ........................................................................68

5.1. Kết luận: ..............................................................................................................68
5.2. Đề nghị: ...............................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................70
PHỤ LỤC

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Các dạng cấp liệu kiểu tiếp tuyến .................................................................15
Hình 4.1: Sơ đồ thiết kế.................................................................................................31
Hình 4.2: Sơ đồ truyền động .........................................................................................31
Hình 4.3 : Dạng trống của máy nghiền kiểu búa...........................................................34
Hình 4.4: Búa nghiền ....................................................................................................36
Hình 4.5 : Kích thước máng cấp liệu ............................................................................38
Hình 4.6: Kích thước đai...............................................................................................43
Hình 4.7: Sơ đồ lực tác dụng.........................................................................................48
Hình 4.8 : Biểu đồ momen lực tác dụng .......................................................................50
Hình 4.9 : Sơ đồ kích thước trục nghiền .......................................................................50
Hình 4.10 : Trục rơ to nghiền........................................................................................54
Hình 4.11 : Búa nghiền ................................................................................................59
Hình 4.12 : Đĩa nghiền ..................................................................................................61
Hình 4.13 : Tấm nhám...................................................................................................63
Hình 4.14 : Vít tải..........................................................................................................65

7


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1.

Đặt vấn đề:

Nước ta đang trong thời kì đổi mới. Một trong những chủ trương của Đảng ta là
cơng nghiệp hóa đất nước, đưa máy móc thiết bị vào phục vụ công nghiệp, nhằm nâng
cao năng suất và giảm nhẹ sức lao động cho người lao động.
Với mục tiêu phát triển nơng nghiệp tồn diện, nhiều năm qua trong các kế hoạch
phát triển kinh tế xã hội toàn diện của Đảng và Chính phủ đều nêu rõ phải đưa nông
nghiệp lên hàng đầu. Ngành công nghiệp sản xuất gạch nung bằng lị Tynel có thể phát
triển tốt khi có vốn và máy móc trang thiết bị tốt.
Trong ngành công nghiệp sản xuất gạch nung, công đoạn nghiền nhỏ là rất quan
trọng. Than đá sau khi được nghiền nhỏ 0,25 ÷ 0,5 mm rồi được trộn với phụ gia phục
vụ quá trình sản xuất gạch. Máy nghiền thường được sử dụng là máy nghiền búa. Các
loại máy nghiền búa nói chung là máy nghiền vạn năng. Khả năng điều chỉnh độ nhỏ
bột nghiền dễ dàng. Hơn nữa, giá thành máy lại rẻ. So với máy đập má và máy nghiền
trục giá thành rẻ hơn từ (1,5 ÷ 5,5) lần, khối lượng máy nhẹ hơn 4,5 lần và chi phí điện
năng riêng thấp hơn (1,5 ÷2) lần. Tuy nhiên, quá trình nghiền sinh ra nhiều bụi, tiếng
ồn, tiếng va đập lớn, ảnh hưởng xấu đến môi trường lao động. Để có một máy nghiền
búa có thể hạn chế được những khuyết điểm trên, phát huy được ưu điểm của máy thì
cần phải có quy trình tính tốn thiết kế và chế tạo máy nghiền hợp lý.

8


Xuất phát từ vấn đề đó. Được sự đồng ý, giúp đỡ của khoa cơ khí và sự hướng dẫn
tận tình của cơ: PGS.TS. Trần Thị Thanh. Tơi thực hiện đề tài : “TÍNH TỐN
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN TN – 1200”.
Máy thiết kế chế tạo có bộ phận nghiền theo nguyên tắc kiểu búa va đập tự do thông

thường. Bộ phận thu hồi bột nghiền sử dụng vít tải, có bộ phận lọc bụi gắn trên đường
ra liệu. Máy nghiền theo phương pháp cải tiến giúp chất lượng bột nghiền được cải
thiện, chi phí năng lượng giảm, tránh gây ơ nhiễm mơi trường…
1.2. Mục đích nghiên cứu:
1.2.1. Mục đích:
- Tính tốn thiết kế 1 máy nghiền than đá.
- Lập qui trình cơng nghệ chế tạo một số chi tiết điển hình.
1.2.2. Nhiệm vụ :
Để thực hiện mục đích trên, nhiệm vụ của đề tài bao gồm:
o Tìm hiểu máy nghiền than đá đã có sẵn.
Đối tượng nghiên cứu: máy nghiền than đá.
o Tính tốn thiết kế máy nghiền với năng suất 1200 kg/h.
o Lập bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết.
o Lập quy trình cơng nghệ chế tạo các chi tiết chính của máy.
1.3. Phạm vi nghiên cứu:
1.3.1.Phạm vi về nội dung nghiên cứu:
- Tính tốn thiết kế máy nghiền than đá năng suất 1200 kg/h.
- Lập quy trình cơng nghệ chế tạo máy nghiền búa TN- 1200.
1.3.2.Phạm vi về địa bàn nghiên cứu:
- Địa điểm thực hiện: xưởng thực tập sản xuất, bộ môn máy sau thu hoạch, khoa
cơ khí – cơng nghệ trường đại học Nông Lâm TPHCM.
1.3.3.Phạm vi đối tượng nghiên cứu:
Máy nghiền búa trục ngang với năng suất 1200 kg/h.
1.3.4.Phạm vi về thời gian:
9


Máy được tính tốn thiết kế và chế tạo tại xưởng thực tập sản xuất, khoa cơ khícơng nghệ từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2009.
1.4. Cấu trúc khóa luận:
Khóa luận bao gồm 5 chương:

Chương 1. Mở đầu. Chương này bao gồm: đặt vấn đề, mục tiêu và phạm vi
nghiên cứu.
Chương 2. Tổng quan. Chương này mô tả về cấu tạo máy nghiền, ưu nhược
điểm của máy nghiền và giới thiệu chung một số loại máy nghiền.
Chương 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương này trình bày cụ thể
những nội dung cần làm và những phương pháp áp dụng. Gồm những cơng thức tính
tốn, hình vẽ và qui trình cơng nghệ chế tạo.
Chương 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận. Đây là chương quan trọng nhất vì
nó phản ánh những kết quả mà khóa luận nghiên cứu thu được.
Chương 5. Kết luận và đề nghị. Chương này sẽ tóm tắt lại kết quả thu được và
nêu ra những kết luận và đề nghị sau quá trình nghiên cứu.

10


Chương 2
TỔNG QUAN

Bất cứ một sản phẩm nào trước khi đưa vào sản xuất đều phải trải qua giai đoạn
chuẩn bị sản xuất – giai đoạn này rất quan trọng và chiếm nhiều thời gian. Thiết kế và
chế tạo là một nội dung cơ bản của giai đoạn chuẩn bị sản xuất. Để thiết kế và chế tạo
một sản phẩm, có thể có nhiều phương án cơng nghệ. Vấn đề đặt ra là làm sao chọn
được phương án công nghệ hợp lý hoặc cao hơn là một phương án tối ưu. Quy trình
thiết kế và chế tạo được lập ra nhằm mục đích hướng dẫn cơng nghệ, lập các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật, lập kế hoạch sản xuất và điều hành sản xuất. Ngày nay do nhu cầu xã
hội về đa dạng hóa sản phẩm nhằm thỏa mãn những nhu cầu sử dụng khác nhau dẫn
đến đặc tính và hình dạng của sản phẩm ln ln có những điểm khác nhau. Để có thể
đáp ứng các nhu cầu trên, người ta đưa ra các thiết kế và quy trình cơng nghệ chế tạo
linh hoạt (quy trình cơng nghệ mềm). Quy trình cơng nghệ linh hoạt khơng những đáp
ứng được nhu cầu sử dụng khác nhau mà cịn có ý nghĩa lớn trong việc sản xuất các

phụ tùng thay thế. Các thiết kế này phải đáp ứng những yêu cầu cơ bản sau:
• Phải đảm bảo chất lượng sản phẩm.
• Phương pháp gia cơng kinh tế nhất.
• Áp dụng thành tựu mới của khoa học kỹ thuật.
• Thích hợp với điều kiện cụ thể của nơi sản xuất .

11


2.1 Lý thuyết về quá trình nghiền:
Theo tài liệu: máy gia công cơ học nông sản thực phẩm – TS. Nguyễn Như Nam,
PGS.TS Trần Thị Thanh.
Cùng với quy luật phân bố các phần tử sản phẩm nghiền theo các kích thước của
chúng thì lý thuyết nghiền cịn nghiên cứu sự phụ thuộc hàm số giữa chi phí năng
lượng đến quá trình nghiền vỡ vật liệu và mức độ nghiền.
2.1.1. Thuyết bề mặt:
Thuyết bề mặt do nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingo đề xuất năm 1867 với
nội dung: “Công dùng cho quá trình nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt mới tạo thành của
vật liệu đem nghiền”.
As = f(ΔS),(J) (2.1)
Trong đó: As : Cơng chi phí để nghiền vỡ vật thể tạo thành bề mặt mới, (J)
ΔS: Diện tích bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện tích riêng bề mặt)
Thuyết bề mặt được áp dụng nhiều hơn để đánh giá q trình nghiền mịn, khi đó
sản phẩm nhận được với diện tích riêng bề mặt phát triển cao.
Khi nghiền các nguyên liệu hạt làm thức ăn gia súc có sản phẩm dạng bột nghiền mịn
(d ≤ 0,4 ± 0,6 mm và λ ≥ 7) thì sự phục thuộc giữa chi phí và mức độ nghiền có dạng
tuyến tính.
2.1.2. Thuyết thể tích:
Thuyết thể tích được nhà cơ học người Nga V.L.Kirpitrev đề xuất vào năm 1874
và được giáo sư người Đức Ph.Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên các máy nghiền

kiểu búa vào năm 1885. Nội dung cơ bản của thuyết thể tích là : “Cơng cần thiết để
nghiền vật liệu tỷ lệ thuần với mức độ biến đổi thể tích của vật liệu”
Av = f(ΔV),(J) (2.2)
Trong đó :

Av – cơng chi phí để nghiền vỡ vật thể
ΔV – phần thể tích vật thể bị biến dạng

Nhưng phần thể tích vật thể bị biến dạng tỷ lệ thuận với thể tích ban đầu V của tất cả
các cục vật liệu, nghĩa là ΔV = k1 * V. Cho nên:
Av = k * k1 * V = k2 * V = kv * D3
12


Hay Av = k2 * V = k2 * ρ * m = kv’ * m
Trong đó: kv và kv’ – các hệ số tỉ trọng trong công thức thuyết thể tích;
m – khối lượng của cục vật liệu nghiền (kg)
Thuyết thể tích của Kirpitrev – Kik cho biết kết quả chính xác hơn trong tính tốn q
trình nghiền thơ. Bởi vì khi nghiền thơ, phần năng lượng chi phí cho biến dạng đàn hồi
của vật thể chủ yếu, còn chi phí năng lượng cho sự gia tăng diện tích riêng của bề mặt
là khơng đáng kể.
2.1.3. Thuyết dung hịa:
Hai thuyết thể tích và thuyết diện tích có nhược điểm như đã nêu nên Ph.C.Bon
đã đề xuất một thuyết nghiền thứ ba để dung hòa 2 thuyết trên vào năm 1952. Nội dung
của thuyết dung hịa cho rằng : “Cơng nghiền tỷ lệ với trung bình nhân giữa thể tích
(V) và bề mặt (S) của vật liệu đem nghiền”
Adh = k * V * S = k *

kv * D 3 * k s * D 2

Adh = kdh * D2 (2.3)
Sau khi biến đổi chúng ta nhận được:
1 ⎞
⎛ 1
−
⎟;
D⎠
⎝ d

Adh = kdh ⎜

(2.4)

Sau này cịn có cơng trình nghiên cứu của nhà bác học người Nga A.K.
Rungbixt (1956) và nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958). Các nhà bác học này đã
giới thiệu phương trình:
dA = - c * d *
Trong đó :

dΔ
δz

(2.5)

A – cơng biến dạng, (J)
δ – kích thước đặc trưng (đối với cục vật liệu là D và các phân tử bột

nghiền là d) , (mm)
c và z – các hệ số
Lấy tích phân phương trình (2.5) sau đó cho các giá trị rời rạc z = 1;2; 1,5 bằng

sự tính tốn đến giá trị cuối cùng của các kích thước chúng ta sẽ nhận được giá trị gần
đúng tích phân có dạng:
13


A = k * Dq
Khi đó q có các giá trị 3; 2 và 2,5 Tương ứng với các biểu thức
Av = kv * D3 – Thuyết thể tích của Kirpitrev – Kik
As = ks * D2 – Thuyết diện tích của Ritingo
Adh = kdh * D2,5 – Thuyết dung hòa của Bon
2.1.4.

Thuyết tổng hợp:

Viện sĩ người Nga P.A.Rebinder lần đầu tiên vào năm 1928 đã đưa ra thuyết
nghiền tổng hợp còn gọi là thuyết nghiền cơ bản với nội dung sau: “Công nghiền vật
liệu bao gồm công tiêu hao để tạo ra bề mặt mới và công để làm biến dạng vật liệu” và
được thể hiện dưới dạng biểu thức sau:
Ath= f (ΔV) + f (ΔS);
Trong đó

(2.6)

ΔV – phần thể tích bị biến dạng của vật liệu nghiền
ΔS – diện tích riêng bề mặt được gia tăng
Ath = Av + Av = k * ΔV + α * ΔS

Trong đó:

(2.7)

Av – Cơng chi phí cho sự biến dạng của vật liệu
As – Cơng chi phí cho sự tạo thành bề mặt mới
k – hệ số tỉ lệ
α – hệ số tỉ lệ có tính tốn đến sức căng bề mặt của vật thể cứng

Từ phương trình (2.6) cho thấy công đầy đủ để nghiền vật thể vỡ bằng tổng các cơng
cho phí cho biến dạng lẫn tạo ra bề mặt mới.
2.2. Phân tích kết cấu của máy:
2.2.1. Cấu tạo của máy:
Máy nghiền gồm các bộ phận chính sau :
a. Bộ phận cấp liệu:
Nguyên liệu hạt được cung cấp vào buồng nghiền theo phương: hướng kính,
tiếp tuyến, dọc trục hoặc bên hông. Bộ phận nạp liệu gồm: thùng chứa liệu, cửa điều
chỉnh lượng cung cấp theo nguyên tắc tự chảy, tự hút hoặc trục cuốn (cấp liệu cưỡng
bức) .
14


Hình 2.1: Các dạng cấp liệu kiểu tiếp tuyến
b. Bộ phận nghiền:
- Roto búa nghiền:
Roto búa nghiền là bộ phận làm việc chính của máy. Nó nhận chuyển động
thơng qua bộ truyền động đai hoặc khớp. Trong truyền động khớp nối trục thường áp
dụng kiểu khớp nối trục răng vì khi làm việc máy thường rung động do roto không
được cân bằng tuyệt đối. Trục roto được chế tạo từ thép tốt, thông thường là thép 45
hoặc 45X.
- Búa nghiền:
Búa nghiền là bộ phận làm việc chủ yếu của máy. Hình dáng, vật liệu chế tạo
của búa có ảnh hưởng đến năng suất, độ mịn của sản phẩm. Nó được xác định tùy theo

cơ lý tính của vật liệu nghiền và kích thước của chúng. Búa nghiền được chế tạo từ
thép mangan (65 ґ). Khi chế tạo búa, khối lượng búa khơng được sai lệch nhiều, bề mặt
búa khơng có vết nứt hay khuyết tật khác. Búa nghiền được chế tạo bằng phương pháp
đúc, rèn hoặc dập và có chiều dày thơng thường và có chiều dày thơng thường 2 ÷ 12
mm. Thời hạn phục vụ của búa nghiền tùy theo vật liệu chế tạo và điều kiện là việc của
búa. Thông thường thời hạn phục vụ này từ 72 ÷ 280 h. Búa chữ nhật có một chốt treo
búa thì có hai góc làm việc. Búa chữ nhật có hai lỗ treo búa thì có 4 góc làm việc. Búa
được lắp phải đảm bảo các búa quét đều khắp trong không gian buồng nghiền và điều
kiện cân bằng động của roto. Thơng thường búa bố trí trên roto theo đường xoắn ốc với
số bước ren k = 1,2,3.
- Các đĩa lắp chốt treo búa:
15


Có thể sử dụng nhiều hình dạng khác nhau, tùy theo số lượng búa, số hàng búa.
Số dãy búa thường sử dụng là 3,4,6 và 8 dãy.
- Lưới sàng:
Lưới sàng dùng để thoát sản phẩm nghiền và điều chỉnh mức độ nghiền. Trong
một giới hạn, đường kính lỗ sàng và diện tích tiết diện sống của sàng ảnh hưởng đến
năng suất sàng. Lưới sàng của máy nghiền làm bằng thép tấm dày từ 1,5 ÷ 2 mm được
dập thành lưới dạng lỗ trịn hoặc rãnh. Kích thước lỗ và rãnh phải phù hợp với yêu cầu
và loại máy nghiền .Việc chọn lưới sàng dạng lỗ hoặc rãnh cần qua thực nghiệm. Tùy
thuộc vật liệu nghiền, việc dùng lưới sàng lỗ tròn cho năng suất cao hơn hoặc ngược
lại. Đa số các lưới sàng có mặt nhẵn, lỗ trịn hoặc lỗ côn. Để nâng cao hiệu quả nghiền
nhỏ, người ta chế tạo loại lưới sàng sàng lỗ nửa elip hoặc lỗ chữ nhật nhưng mép lỗ và
rãnh có gờ sắc tạo nên mặt sàng nhám. Tuy nhiên loại sàng này dễ bị mịn gờ nhám.
Góc bao của sàng với roto khoảng từ 1200 ÷ 3600. Diện tích sống của sàng chiếm tỷ lệ
tử 0,08 ÷ 0,35 tùy thuộc vào vật liệu và mức độ nghiền nhỏ yêu cầu.
- Tấm nhám:
Ngoài phần bao của sàng xung quanh roto và khoảng không gian bố trí cửa nạp

liệu, người ta thường bố trí má đập phụ làm tăng hiệu quả va đập, chà xát của vật liệu
vào bề mặt trong buồng nghiền. Má đập phụ thường làm bằng gang đúc hoặc thép lá.
c. Bộ phận thu sản phẩm:
- Máng tháo liệu:
Được cấu tạo bởi những tấm thép cắt đúng kích thước rồi hàn với nhau. Máng
tháo liệu đảm bảo tháo liệu kịp thời không gây tắc nghẽn. Máng tháo liệu phải được bố
trí hợp lý, sao cho vật liệu có thể thốt hết ra ngồi.
- Quạt và xyclon:
Quạt và xyclon có tác dụng hút những sản phẩm đã đạt yêu cầu và đưa những
sản phẩm chưa đạt yêu cầu trở lại buồng nghiền.
- Vít tải:
Vít tải có tác dụng đưa vật liệu ra bên ngồi thơng qua máng tháo liệu. Vít tải có
cấu tạo dạng vít xoắn, có thể tải vật liệu với năng suất cao, gồm trục vít và cánh vít
16


được hàn lại với nhau. Cánh vít được làm bằng thép CT3, được cắt thành đường trịn
sau đó được kéo dài và hàn với trục vít. Trục vít phải đảm bảo trong q trình làm việc
khơng bị xoắn, bị uốn và bị gãy. Cịn cánh vít phải được tính tốn sao cho có thể tải
được nhiều vật liệu nhất và khơng bị hư hỏng trong q trình làm việc.
d. Bộ phận khung đỡ:
Có hình dạng cong theo buồng nghiền, được làm rất cứng để đỡ lưới sàng. Vì
lưới sàng rất mỏng chỉ khoảng 1mm nên rất dễ bị rách. Khung đỡ được cấu tạo là các
thanh được hàn lại với nhau. Các khung được đặt ở cửa ra liệu còn lưới sàng thì được
đặt ở trên khung sàng, có cấu tạo cong theo hình dạng buồng nghiền. Bộ phận khung
đỡ phải đảm bảo độ cứng chắc để không làm cho lưới sàng bị rách.
2.2.2. Ưu nhược điểm của máy nghiền búa:
a. Ưu điểm:
- Là máy nghiền vạn năng.
- Khả năng điều chỉnh độ nhỏ bột nghiền dễ dàng.

- Máy có cấu tạo đơn giản, gọn gàng, máy có khối lượng không lớn, giá thành rẻ, dễ
thay thế các chi tiết bị ăn mòn hay hư hỏng.
b. Nhược điểm:
- Trong quá trình làm việc sinh ra nhiều bột bụi, gây tổn thất và khó khăn trong xử lý
bụi về sau.
- Do máy quay với vận tốc lớn nên gay tiếng ồn và chấn động, làm ảnh hưởng tới môi
trường lao động.
- Nghiền các hạt dẻo, dính có độ ẩm cao thì kém.
2.2.3. Một số loại máy nghiền:
1. Máy nghiền kiểu búa tháo liệu trực tiếp: Dễ chế tạo vận hành và chăm sóc
nhưng sinh ra nhiều bụi gây khó khăn cho việc thu hồi sản phẩm và ảnh hưởng tới môi
trường làm việc xung quanh. (Hình 1a – phụ lục 1)
2. Máy nghiền kiểu búa DK4: Cấp liệu chiều trục, sản phẩm nghiền được đẩy ra
bằng cánh gạt qua cyclon thu gió tách bột và túi thu bụi. Máy kiểu này có năng suất
17


cao, nghiền được nhiều loại vật liệu, có thể kết hợp băm thái và nghiền nhưng khó chế
tạo và địi hỏi chế độ vận hành và chăm sóc cao. (Hình 1b- phụ lục 1)
3. Máy nghiền kiểu búa tháo liệu bằng quạt hút: Sản phẩm được quạt hút và thổi
qua cyclon lắng. Loại này có năng suất cao nhưng chỉ dùng nghiền hạt thành bột, gây
bụi. (Hình 1c- phụ lục 1)
4. Máy nghiền kiểu búa tháo liệu bằng vít tải và cánh gạt: Sản phẩm nghiền
được vít tải vận chuyển và cánh gạt hết qua cyclon lắng, loại này hiện nay khá thơng
dụng nhưng chi phí năng lượng nghiền cao. (Hình 1d – phụ lục 1)
2.3. Tính chất cơ lý của vật liệu nghiền:
- Để làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy, nhằm xác định thông số kỹ thuật để
đạt được mức sử dụng tối đa về mặt hiệu suất ta phải nghiên cứu cơ lý tính của vật liệu.
- Đặc điểm hình học của vật liệu đặc trưng bằng hình dáng và các thơng số kích
thước. Đối với máy nghiền búa, dựa vào đặc điểm hình học ta có thể xác định được

khoảng cách cho phép giữa 2 vết búa, khe hở đầu búa đến lưới sàng…
- Khối lượng riêng và khối lượng thể tích: dao động trong một giới hạn tùy thuộc
hình dạng vật liệu, trạng thái bề mặt, độ ẩm, độ lớn….. Sử dụng khi xác định khối
lượng hay thể tích bộ phận làm việc của máy.
- Độ ẩm: Độ ẩm thường ảnh hưởng khá lớn đến khả năng làm việc của máy, thông
thường độ ẩm phải khống chế.
- Độ cứng, độ bền: Đặc trưng bằng mođun đàn hồi và ứng suất phá vỡ vật thể. Sử
dụng để xác định chế độ làm việc và lực tác dụng cần thiết.
- Vận tốc cân bằng trong dịng khí: Sử dụng khi tính tốn vận chuyển hay phân loại
bằng dịng khí.
- Góc ma sát trong và góc ma sát ngồi: Sử dụng khi tính tốn góc chuyển động của
vật liệu.
- Đối với than đá: Theo tài liệu :”Khống sản Việt Nam”.
Chọn đường kính trung bình là 20 (mm)
Hệ số ma sát: 0,6 ÷ 0,8

18


Khối lượng riêng: 2416 kg/m3
Khối lượng thể tích: 600 kg/ m3
Độ ẩm trung bình: 9 %
2.4. Nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với máy nghiền:
a. Nhiệm vụ:
Nghiền là một cơng việc tốn năng lượng nhất trong q trình làm nhỏ từ dạng hạt,
cục sang dạng bột. Máy nghiền có nhiệm vụ nghiền nhỏ vật liệu đem nghiền.
b. Yêu cầu kỹ thuật đối với máy nghiền:
ƒ Nghiền được nhiều loại sản phẩm khác nhau với mức độ nhỏ khác nhau
tùy yêu cầu đề ra.
ƒ Nhiệt độ bột nghiền không quá cao.

ƒ Nghiền nhỏ nhưng không tạo quá nhiều bụi vì bụi sẽ làm ơ nhiễm mơi
trường, ảnh hưởng đến sức khỏe cơng nhân, tăng chi phí sản xuất.
ƒ Mức chi phí năng lượng riêng thấp.
ƒ Năng suất cao, chất lượng nghiền bảo đảm.
ƒ Máy có độ bền, vững cao, an toàn sử dụng thuận tiện đơn giản.
2.5.

Lý thuyết của máy nghiền búa kiểu búa trục ngang:

2.5.1. Mơ hình tốn học mơ tả q trình nghiền hạt:
Q trình nghiền hạt của máy nghiền hạt kiểu búa được thể hiện qua chỉ số
nghiền λ, lượng vật liệu nghiền G và được mơ tả bởi mơ hình tốn học sau:
λ = eα *ln(t +1) (2.8)
n

Trong đó:

αn – thơng số q trình
t – thời gian hạt nằm trong buồng nghiền
G = G0 * eα *ln(t +1)−μ *t (2.9)
n

Trong đó:

s

G0 – số mảnh nguyền liệu có trong buồng nghiền ở thời điểm ban

đầu khi t = 0.
G – số mảnh có sau thời gian nghiền t

µs – thơng số q trình sàng
Bằng thực nghiệm, µs = 0,11 ÷ 0,12; αn = 0,06 ÷ 0,37
19


2.5.2.

Sự tuần hồn của ngun liệu trong buồng nghiền:

Số vịng tuần hoàn của nguyên liệu trong buồng nghiền, đặc trưng cho
ngun liệu đã thực hiện bao nhiêu vịng quay tồn phần trong buồng nghiền sau
thời gian nghiền t, để có kích thước u cầu.
Số vịng tuần hồn trong buồng nghiền tính theo cơng thức:
kt =
Trong đó:

t * Vth
M t * Vth
=
(2.10)
π * Db q * π * Db

t – thời gian nghiền (thời gian hạt tồn tại trong buồng nghiền), (s)
Vth – vận tốc của nguyên liệu trong buồng nghiền, (m/s)
q – lượng cung cấp, (kg/s)
Db – đường kính buồng nghiền, (m)
Mt – khối lượng lớp nguyên liệu tuần hoàn, (kg)

Bằng thực nghiệm, Vth = (0,4 ÷0,5) vb với vb là vận tốc dài đầu búa nghiền
2.5.3.

Các yếu tố cơ học của quá trình làm việc của máy nghiền hạt kiểu búa:

• Cơng biến dạng theo lớp
Cơng biến dạng của một lần va đập được tính bằng động năng của búa và
của hạt trước và sau va đập. Thực tế va đập của búa vào hạt là va đập nhiều lần,
vì vậy cần tính theo cơng biến dạng theo lớp:
Aol =
Trong đó:

z * t * n M t * vbl2
*
60
2

(2.11)

z – số búa lắp trên roto
t – thời gian hạt tồn tại trong buồng nghiền, (s)
n – số vòng quay của trống,
vbl – vận tốc của búa đối với nguyên liệu, (m/s)

Nếu thể hiện công thức (2.11) với Mt thông qua các thông số của vật liệu và
buồng nghiền, ta có:
Aol =

z * t * n * π * D * B * hcl * ρ * μ * vbl2
120

20

Trong đó:

D, B – đường kính và chiều dài trống, (m)
hcl - chiều dày lớp nguyên liệu, (m)
ρ – khối lượng riêng của vật liệu
µ - nồng độ vật liệu trong lớp, (kg/h)

2.5.4.

Điều kiện vận tốc búa phá vỡ vật thể:
- Vận tốc phá hủy khi nghiền hạt bằng va đập
- Vận tốc giới hạn:
σ fv *

vgh =
Trong đó:

E

ρ

E

(2.12)

ρ – khối lượng riêng của vật liệu, (kg/m3)
E – modun đàn hồi của vật liệu, (N/m2)
σfv - ứng suất phá vỡ vật liệu, (N/m2)

Tốc độ phá vỡ vfv của búa nghiền tác động vào hạt sau một lần va đập có
dạng :

vfv =
Trong đó:

⎛a⎞
k d * σ fv * ln⎜⎜ ⎟⎟
⎝ x1 ⎠ ,

ρ

(m/s) (2.13)

a – chiều dài hạt vật liệu, (mm)
x1 – chiều dài phần không biến dạng (được giữ lại sau va đập),

(mm)
ρ – khối lượng riêng của hạt, (kg/m3)
kđ – hệ số động học, (kg/m3), kđ = 1,6÷2
σfv - ứng suất phá vỡ, (N/m2)
- Vận tốc làm việc của búa:
Từ kết quả phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của
máy nghiền, người ta thấy rằng vận tốc làm việc của búa là yếu tố đầu tiên để gia tăng
quá trình nghiền. Ở các máy nghiền hiện tại, vận tốc búa giới hạn 40 ÷ 80 m/s. Còn vận

21

tốc búa tại các máy sản xuất thức ăn liên hợp thì lại cao hơn, đến 100 m/s hoặc cao hơn
nữa.
Để có được vận tốc va đập thực sự trong máy nghiền, giữa các búa với
các mảnh thức ăn, vận tốc làm việc của búa được quy định cao hơn vì phải tính đến
vận tốc tuần hồn vth của lớp khơng khí lẫn ngun liệu nghiền chuyển động vịng
trong máy nghiền.
Như vậy vận tốc búa được tính theo cơng thức:
vb = vfv + vth hay vb =

v fv
1 − β cl

Trong đó βcl là hệ số phục hồi : βcl =

(2.14)

vth
= 0,4 ÷ 0,5
vb

Từ cơng thức (2.14)
ta thấy rằng: để phá hủy hạt sau một lần va đập thì vận tốc búa nhất thiết phải cao hơn
vận tốc phá vỡ từ 1,5 đến 2 lần. Thật ra trong quá trình làm việc, xảy ra sự va đập
nhiều lần giữa búa với nguyên liệu nên vận tốc làm việc có thể lấy nhỏ hơn một chút.
Cơng thức tính vận tốc bị va đập nhiều lần sẽ là:
k cl * (0,81 + 2,3 * lg λ )

vvd = vfv =
Trong đó:

vfv – vận tốc phá vỡ của búa khi đập nhiều lần
kcl =

2.5.5.

(2.15)

κ d * σ fv
σ

đặc trưng cơ lý tính của hạt

Động lực học máy nghiền búa:

- Các phương trình cơ bản:
Phương trình cơ bản có dạng:
Nt = Iz*ω*
Trong đó :

q * vb2
dω
+N0 =
+N0
dt
1 − fn

(2.16)

Nt – công suất tiêu thụ, (W)
Iz – momen quán tính của trống, (kg/s)

q – lượng cung cấp liệu trong một giây
vb – vận tốc búa, (m/s)
22


dω
- gia tốc góc, (rad/s2)
dt

fn – hệ số nghiền nhỏ
N0 – cơng suất chạy khơng; (W)
Giá trị N0 được tính theo biểu thức:
N0 = A*ω + B*ω3
Trong đó:

A*ω – chi phí năng lượng hao phí cho ma sát gối đỡ
B*ω3 – các chi phí cho lực cản khơng khí

Gia tốc góc ε =

dω
= 10 ÷17 (rad/s2)
dt

Từ phương trình (2.16) ta thấy rằng năng lượng cung cấp cho quá trình nghiền là:
Nn = Iz*ω*
Trong đó:

dω
= P * vb

dt

(W) (2.17)

P – lực vòng, (N)
vb – vận tốc búa

2.6. Nội dung lý thuyết tính tốn bộ phận nghiền kiểu búa:
2.6.1. Các số liệu thiết kế ban đầu:
- Cơ lý tính của nguyên liệu.
- Hiệu suất máy.
- Chỉ số nghiền .
2.6.2. Các kích thước cơ bản của roto:
Các thông số cơ bản của roto bao gồm đường kính D và chiều dài L. Mối quan
hệ giữa các kích thước và năng suất của máy thể hiện qua chỉ số tải trọng riêng q’
(kg/s.m2)
q’ =

qp
D*L

- Với vận tốc búa là 45 ÷ 55 (m/s) thì q’ = 2÷ 3 kg/s.m2
- Với vận tốc búa là 70 ÷ 80 (m/s) thì q’ = 3÷ 6 kg/s.m2. Lưới sàng có lỗ φ 6 mm
- Với vận tốc búa là 60 ÷ 80 (m/s) thì q’ = 1,5÷ 2 kg/s.m2. Lưới sàng có lỗ φ 2 mm

23


Chiều dài roto là L =

D
. Từ đó D =
k

-

Loại roto thứ nhất A1 = 0,7 ÷ 0,9

-

Loại roto thứ hai A2 = 1 ÷ 1,9

kq
=A q
q'

2.6.3. Tính tốn búa nghiền:
2.6.3.1.

Kích thước búa:

Với búa có dạng tấm chữ nhật, có một lỗ treo, khoảng cách c được xác định theo
công thức:
c=
Trong đó:

a2 + b2
6*a

a – chiều dài búa, (mm)

b – chiều rộng búa , (mm)
Cũng loại búa chữ nhật nhưng có 2 lỗ treo đường kính d thì:
c= −
Trong đó:

A
+
2

A2
+B
4

a2 * b d
A=
−
π *d2 2

a * b * (a 2 + b 2 ) d 2
−
B=
6 *π * d 2
8

Kích thước l được tính gần đúng như sau:
l = 0,154 * D
o Khi D < 0,4 m ta lấy l = 0,2 * D
o Chiều dài a và chiều rộng b được tính theo điều kiện cân bằng khi va
đập:

a = 1,5 * l ~ 0,23 * D và b = (0,4 ÷ 0.5) * a ~ 0,1 * D
o Đường kính lỗ lắp chốt treo búa được xác định từ điều kiện bền của
chốt treo tính theo dầm liên tục. Thơng thường d = 18 ÷ 20 mm

24


2.6.3.2. Số lượng búa:
Số lượng búa được xác định theo cơng thức:
z=
Trong đó:

( L − ΔL) * k z

δ

L – chiều dài roto

ΔL – tổng bề dày các đĩa lắp chốt treo búa
kz – số vết búa; kz = 1÷ 6
δ – chiều dày búa, (m)
Theo thực nghiệm cho thấy kết quả tối ưu là 15 búa nghiền có chiều dày 30 mm
cho 100mm bề rộng buồng nghiền
2.6.3.3. Đường kính đĩa lắp búa:
Đĩa lắp búa là trung gian truyền động từ trục roto đến các búa. Theo Xokolov
thì khoảng cách từ tâm trục roto đến tâm lỗ mang chốt treo búa không được xấp xỉ
bằng khoảng cách từ đầu va đập của búa đến tâm lỗ trục búa vì như vậy sẽ gây ra hiện
tượng cộng hưởng gây mất ổn định máy.
Theo Malgin đường kính lắp búa:
a = 0,23* Dđ

b = 0,1 * Dđ
2.6.3.4.

Tính tốn cơng suất:

Động năng của búa được tính:
A=Z*m*

v2
2

(Nm)

Cơng nghiền chỉ chiếm một phần trong tồn bộ cơng tiêu hao khi chạy máy. Có
nghĩa là chỉ một phần động năng biến thành công nghiền và được xác định :
A = k * A1
Trong đó:

(Nm)

k – hệ số phụ thuộc vận tốc vịng của búa

Cơng suất của máy nghiền được tính:
A * n k * z * m * v2 * n
N= =
=
τ
60
120
A

Trong đó:

z – số lượng búa
25

(W)