THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN NGUYÊN LIỆU CHO XƯƠNG CHÉN SỨ DÂN DỤNG

THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN
NGHIỀN NGUYÊN LIỆU CHO XƯƠNG
CHÉN SỨ DÂN DỤNG
Sinh viên : Lưu Thị Thanh Mai
MSSV: V0401484
Lớp: VL04Si
LỜI MỞ ĐẦU
Là sinh viên khoa công nghệ vật liệu, việc nắm vững kiến thức về tính chất, qui trình
để sản xuất ra vật liệu là một điều cơ bản, bên cạnh đó kiến thức về các thiết bị phục vụ
cho quá trình sản xuất ra vật liệu cũng quan trọng không kém.Thông qua việc thực hiện
đồ án môn học về thiết kế máy đã hướng tôi đến việc tìm hiểu sâu hơn về các thiết bị
phục vụ việc sản xuất vật liệu mà cụ thể là các thiết bị phục vụ quá trình đập nghiền.
Công nghệ ceramic là công nghệ tạo ra vật liệu từ nguyên liệu bột, tạo hình rồi nung
kết khối. Bột nguyên liệu ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất của vật liệu sau này, bên
cạnh việc có đủ các khoáng cần thiết thì kích thước hạt vật liệu cũng là điều được quan
tâm. Bột nguyên liệu phải đạt được kích thước và độ đồng đều thích hợp thì việc kết khối
mới diễn ra tốt, và tính chất vật liệu sau này mới đảm bảo. Vì vậy, quá trình nghiền đóng
một vai trò lớn trong quá trình sản xuất vật liệu. Thật vậy, 70% năng lượng để tạo ra vật
liệu là phục vụ cho quá trình đập nghiền.
Trong phạm vi đồ án này, chỉ xin trình bày về thiết kế máy nghiền bi gián đoạn được
dùng trong công nghệ gốm sứ. Đặt yêu cầu là ta sẽ thiết kế máy nghiền bi gián đoạn để
nghiền nguyên liệu làm xương của chén sứ dân dụng với năng xuất là 10 triệu chén/năm.
Trong quá trình thực hiện đồ án này, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ quí
thầy cô trong bộ môn. Đặc biệt là cô Lê Thị Duy Hạnh, cán bộ hướng dẫn chính, đã tận
tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành đồ án này. Em cũng chân
thành cám ơn các thầy cô trong bộ môn luôn nhiệt tình giải đáp các thắc mắc, giúp đỡ em
trong quá trình thực hiện đồ án.
Lưu Thị Thanh Mai
Khoa công nghệ vật liệu
Lớp VL04Si
Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn

Mục lục :
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN.
I. Khái niệm chung về quá trình nghiền. ……………………... 1
1. Khái niệm. 1
2. Các phương pháp tác dụng lực 1
3. Mức độ đập nghiền. 1
4. Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền. 2
5. Phân loại theo chu trình và phương pháp nghiền. 2
II. Cơ sở lý thuyết quá trình đập nghiền. ……………………... 3
1. Các lý thuyết về đập nghiền. 3
2. Định luật Bond về chỉ số công. 4
Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU.
I. Các tính chất cơ bản của vật liệu nghiền. …………………. 5
1. Độ cứng. 5
2. Độ giòn 5
3. Hệ số mài mòn 5
4. Trọng lượng riêng. 6
5. Độ bền 6
6. Hệ số khả năng đập nghiền 6
7. Kích thước hạt. 6
II. Thành phần nguyên liệu. …………………………………... 7
1. Đất sét. 7
2. Cao lanh. 7
3. Tràng thạch. 8
4. Cát. 8
Chương 3 : GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN.
I. Giới thiệu cấu tạo máy nghiền bi gián đoạn. ……………….. 9
1. Giới thiệu sơ lược. 9
2. Nguyên lý hoạt động. 10
3. Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián đoạn. 10

- thùng nghiền. 10
- tấm lót và bi nghiền. 10
II. Lý thuyết tính toán. ………………………………………… 14
1. Lượng bi nghiền nạp vào máy. 14
2. Tốc độ quay của thùng. 16
3. Lượng vật liệu nạp. 20
SVTH: Lưu Thị Thanh Mai GVHD: Lê Thị Duy Hạnh
Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn
Chương 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN
NGHIỀN XƯƠNG CHÉN SỨ NĂNG SUẤT 10 TRIỆU
CHÉN/NĂM
I. Tính cân bằng vật chất. ……………………………………. 21
1. Đơn phối liệu. 21
2. Qui trìmh sản xuất. 22
3. Bảng tính cân bằng vật chất. 23
II. Các thông số ban đầu. ……………………………………... 24
III. Thùng nghiền. ……………………………………………... 24
1. Kích thước thùng. 24
2. Gạch lót. 25
3. Bi nghiền. 27
4. Vỏ thép. 27
5. Cửa và đối trọng. 28
6. Cổ trục. 29
IV. Tính toán chuyển động của máy. …………………………... 29
A. Hệ số đổ đầy bi đạn. 29
B. Vận tốc quay của thùng. 30
C. Sự chu chuyển của bi nghiền trong thùng. 30
1. Số chu kỳ chuyển động của bi. 31
2. Số bi trên quĩ đạo tròn và parabol 31
V. Công suất máy nghiền bi. …………………………………. 32

1. công suất tiêu hao để nghiền vật liệu. 32
2. công suất têu hao để thắng ma sát. 33
3. công suất tổng cộng của máy. 34
VI. Bộ phận truyền động. ……………………………………… 34
1. Lựa chọn động cơ. 36
2. Hộp giảm tốc. 36
3. Dây đai cấp 1. 36
4. Dây đai cấp 2. 39
KIỂM TRA TÍNH BỀN 43
1. Thân thùng 43
2. Bulông ghép thân và đáy thùng. 45
3. Cổ trục thùng nghiền. 46
Tài liệu tham khảo 47
SVTH: Lưu Thị Thanh Mai GVHD: Lê Thị Duy Hạnh
Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn
SVTH: Lưu Thị Thanh Mai GVHD: Lê Thị Duy Hạnh
Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền
Chương 1 :
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN
I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN
1. Khái niệm :
Nghiền là quá trình làm giảm kích thước cục vật liệu rắn dưới tác dụng của ngoại lực
nhằm phá vỡ nội lực liên kết giữa các phần tử trong cục vật liệu, kích thước sản phẩm
đầu ra là dạng hạt mịn (d ≤ 5 mm )
2. Các phương pháp tác dụng lực :

Khi thiết bị làm việc có thể kết hợp nhiều phương pháp. Trong quá trình nghiền, lực
tác dụng chủ yếu là lực mài xiết và lực va đập.
3. Mức độ đập nghiền :
Mức độ đập, nghiền là tỉ số kích thước của cục vật liệu trước khi đập , nghiền (D) với

kích thước của nó sau khi đập, nghiền (d)
max
max
D
I
d
=
Đối với hỗn hợp vật liệu có kích thước khác nhau thì ta dùng lưới sàng phân loại và
tính đường kính trung bình của khối hạt
min max
2
tb
d d
D
+
=
Từ đó ta tính được hệ số đập nghiền theo công thức
tb
tb
D
I
d
=
Nén ép Mài xiết nổ
Va đập
uốn
1
Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền
4. Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền :
- Năng lượng tiêu tốn phải là nhỏ nhất, phụ thuộc:

• Lực liên kết giữa các phân tử vật liệu.
• Hình dạng của vật liệu.
• Kích thước hạt vật liệu.
• Thiết bị.
• Hệ số ma sát giữa vật liệu với bề mặt thiết bị đập nghiền.
- Chỉ đập nghiền đến mức độ cần thiết, không nên nghiền quá yêu cầu, khi đạt
đến độ mịn cần thiết thì thao ra khỏi máy ngay.
- Các quá trình đập nghiền phải hoàn toàn tự do, không kèm theo các quá trình
phụ khác trong quá trình đập nghiền.
- Khi cần mức độ đập nghiền lớn thì phải thực hiện quá trình đập nghiền qua
nhiều lần và sử dụng nhiều loại máy thích hợp.
(VD: Để có được đá vôi dạng bột mịn có d
tb
<1mm từ các khối đá vôi lớn kích
thước vài chục m
3
ta phải thực hiện nhiều công đoạn: đập thô với máy đập hàm,
đập mịn với máy đập búa, và cuối cùng là nghiền mịn với máy nghiền bi .)
- Dễ sửa chữa và thay thế các chi tiết bị hư hỏng trong máy.
- Sản phẩm thu được phải tương đối đồng đều về kích thước.
- Phải có khả năng điều chỉnh mức độ đập nghiền dễ dàng.
- Khi lựa chọn máy cần căn cứ vào tính chất vật liệu cần đập nghiền để lựa
chọn máy thích hợp.
….
5. Phân loại theo chu trình và phương pháp nghiền:
a. Phân loại theo chu trình làm việc:
• Làm việc theo chu trình hở: không có dòng hồi lưu.
• Làm việc theo chu trình kín: có dòng hồi lưu.
vật liệu đập nghiền sản phẩm
vật liệu đập nghiền sản phẩm

sản phẩm
vật liệu Phân loại
dưới sàn
sản phẩm
Trên sàn
đập nghiền sản phẩm
2
Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền
b. Theo phương pháp nghiền :
Nghiền khô:
Ưu điểm:
- Vật liệu sau khi nghiền không cần sấy lại.
- Có thể kết hợp quá trình nghiền và sấy.
Khuyết điểm:
- Tiêu tốn nhiều năng lượng.
- Sinh ra bụi
- Cần lực nghiền lớn.
- Do lực ma sát lớn nên sinh nhiều nhiệt làm nóng thiết bị.
- Vật liệu hay dính bết vào thành máy.
Nghiền ướt:
Ưu điểm:
- Không sinh ra bụi.
- Tiêu tốn năng lượng ít hơn nhờ có nước len vào các vết nứt có trong hạt vật
liệu giúp chúng dễ nứt ra.
- Vật liệu không bị dính bết vào thiết bị.
- Giảm lực ma sát nên thiết bị ít bị nóng, tăng tuổi thọ.
Khuyết điểm:
- Tiêu tốn năng lượng để sấy khô vật liệu sau khi nghiền.
- Năng suất bị giảm vì phải tốn một phần trọng lượng là nước
II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN :

1. Các lý thuyết về nghiền:
a. Thuyết diện tích bề mặt của Rittinger:
Thuyết này được phát biểu như sau: “Công cần thiết để đập nghiền tỉ lệ với bề mặt
mới tạo thành của vật liệu.”
Công cần thiết để đập nghiền vật liệu theo thuyết bề mặt sẽ là :
A
1
= 6.A
r
KD
2
(i-1)
với:
• A
r
: (N.cm/cm
2
) là công tiêu tốn riêng phá vỡ vật liệu theo một mặt phẳng có diện
tích 1cm
2
. Được xác định bằng thực nghiệm.
• K: phụ thuộc vào hình dáng, tính chất vật liệu, và phương pháp sử dụng. Được
xác định bằng thực nghiệm (K=1.2 ÷ 1.7 )
• D: (cm
2
) là kích thước cạnh bên của cục vật liệu ban đầu khi giả sử cục vật liệu
ban đầu có hình khối lập phương.
3
Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền
• i là mức độ đập nghiền. Công thức này thường được áp dụng cho quá trình

nghiền, i << 1.
Thuyết này chỉ mới xét đến công tiêu hao để tạo bề mặt mới mà chưa xét đến quá
trình biến dạng của cục vật liệu nghiền.
b. Thuyết thể tích của Kick:
Được phát biểu như sau: “Công tiêu hao trong quá trình đập nghiền tỉ lệ với biến
thiên thể tích”.
2
2
V
A
E
σ
∆
=
Với:
σ (N/cm
2
) là giới hạn bền nén của vật liệu.
E (N/cm
2
) là modul đàn hồi của vật liệu
∆V (cm
3
) là hiệu số thể tích của vật liệu trước và sau đập nghiền.
∆V = D
3
− d
3
Thuyết này phù hợp với quá trình đập thô và đập vừa
c. Thuyết tổ hợp của Rêbinderơ:

“Công đập vật liệu gồm cả 2 phần là ; công tiêu hao để làm biến dang vật liệu và công
để tạo ra bề mặt mới.”
2
2
1 2 6 ( 1)
2
r
V
A A A A KD i
E
σ
∆
= + = + −
Thuyết bề mặt và thuyết thể tích là trường hợp riêng của thuyết tổ hợp.
2. Định luật Bond và chỉ số công:
“công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính d từ cục vật liệu ban đầu rất lớn tỉ lệ với
căn bậc hai tỉ số diện tích bề mặt thể tích sản phẩm”
2.5
1 1
.
A KB
d D
A K D
 
= −
 ÷
 
=
4
Chương 2 : Giới thiệu về nguyên liệu

Chương 2:
GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU
I. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU NGHIỀN
1. Độ cứng:
Độ cứng là một thông số quan trọng trong quá trình đập nghiền, nó giúp ta lựa chọn
vật liệu làm bi đạn và tấm lót thích hợp. yêu cầu độ cứng của bi nghiền và tấm lót phải
bằng nhau và lớn hơn độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền.
Hiện nay độ cứng thường được đo bằng thang Mohs gồm 10 bậc với 10 vật liệu
chuẩn được xắp theo thứ tự từ cứng tới mền.
Độ cứng Vật liệu chuẩn
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Kim cương
Sapphire
Topaz
Quatz
Tràng thạch
Apatite
Florite
Cancite
Thạch cao
Talt

2. Độ giòn :
Đặc trưng cho khả năng bị phá huỷ dưới tác dụng va đập của vật liệu. dựa vào số lần
va đập cần thiết để phá huỷ vật liệu người ta chia thành các loại sau:
Rất giòn < 2 lần va đập
Giòn 2 – 5 lần va đập
Dai 5 – 10 lần va đập
rất dai > 10 lần va đập
Vật liệu càng giòn thì càng dễ đập nghiền, năng lượng tiêu tốn càng nhỏ.
3. Hệ số mài mòn :
Hệ số đặc trưng cho mức độ làm mòn các bộ phận tiếp xúc với nó trong quá trình làm
việc. Đây là một thông số quan trọng trong nghiền ướt vật liệu cứng. Khả năng mài mòn
của các loại vật liệu là khác nhau và được đo bằng hệ số tương đối so với bột mài là
corundum (tinh thể nhôm). Biết được hệ số khả năng mài mòn của vật liệu ta sẽ tính
được thời gian cần phải thay bi nghiền và tấm lót.
Tuỳ theo độ bền cơ học ta chia làm 3 loại.
5
Chương 2 : Giới thiệu về nguyên liệu
giới hạn bền nén S, N/m
2
vật liệu điển hình
mềm < 9,81 . 10
6
thạch cao, than đá
cứng trung bình 9,81 . 10
6
Aratit, sa thạch
cứng > 49 . 10
6
Cát, kim cương, đá cẩm thạch
4. Trọng lượng riêng:

Thông số này không quan trọng lắm nếu ta nghiền riêng từng loại vật liệu, nhưng nếu
ta nghiền trộn hỗn hợp các vật liệu khác nhau thì nó trở nên rất quan trọng. Nếu trọng
lượng riêng của các vật liệu khác nhau thì khi nghiền trộn chúng có thể bị phân lớp
không hoà đều vào nhau.
5. Độ bền :
Căn cứ vào dộ bền nén (σ - kG/cm
2
) ta chia vật liệu ra làm nhiều loại:
σ < 100 vật liệu kém bền
100 < σ < 500 vật liệu bền trung bình.
500 < σ < 2500 vật liệu bền
σ >2500 vật liệu rất bền
6. Kích thước hạt:
Kích thước trung bình của một cục vật liệu được tính bằng trung bình cộng hoặc
trung bình nhân kích thước ba chiều trong không gian của nó.
3
. .
3
a b c
d a b c
+ +
= =
Đối với vật liệu dạng tấm có thể bỏ qua chiều có kích thước rất nhỏ so với hai chiều
còn lại.
Đối với vật liệu dạng sợi chỉ tính kích thước theo chiều dài.
Tính kích thước trung bình của :
• Nhóm vật liệu:
max min
2
d d

d
+
=
• Hỗn hợp nhóm vật liệu:
.
i i
d a d=
∑
a
i
: phần trăm khối lượng nhóm hạt thứ i.
d
i
: kích thước trung bình của nhóm hạt thứ i.
7. Hệ số khả năng đập nghiền:
Là tỉ số của năng lượng tiêu hao riêng của vật chuẩn so với năng lượng tiêu hao riêng
của vật nghiền ở cùng điều kiện trạng thái và mức độ đập nghiền.
0
E
K
E
=
Vật liệu chuẩn: clinker của lò quay trung bình có K = 1
Năng suất đập nghiền Q
0
(tấn/h)
6
Chương 2 : Giới thiệu về nguyên liệu
vật liệu hệ số khả năng đập nghiền
Clinke lò quay trung bình

Clinke lò quay dễ đập nghiền
Clinke lò quay khó đập nghiền
Clinke lò đứng tự động
Clinke lò đứng thủ công
diệp thạch
xỉ lò cao trung bình
cát
đá vôi
đá hoa cương to hạt
đất sét khô
tràng thạch
vôi sống
talt
than đá
đá Bazan
Manhezit
1.0
1.12
0.8 – 0.9
1.15 – 1.25
1.3 – 1.4
0.9
1.0
0.6 – 0.7
1.0
0.9
1.51 – 2.03
0.8 – 0.9
1.64
1.04 – 2.02

0.75 – 1.34
0.75
0.69 – 0.99
Vật liệu nào có hệ số khả năng đập nghiền càng lớn (K > 1) thì càng dễ đập nghiền.
Hệ số đập nghiền K
1
< K
2
Độ cứng H
1
> H
2
Năng lượng A
1
> A
2
Thời gian nghiền T
1
> T
2
Năng suất Q
1
< Q
2
II. THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU :
1. Đất sét:
Là tên chung chỉ nguyên liệu đất chứa Alumo-Silicát ngậm nước có cấu trúc lớp, độ
phân tán cao, khi hoà tan vào nước có tính dẻo, khi nung tạo sản phẩm kết khối rắn chắc.
Ta sử dụng đất sét trong thành phần phối liệu nhầm giúp các hạt vật liệu liên kết lại với
nhau, để có thể tạo hình cho mộc.

hạt đất sét rất nhỏ (khoảng vài micromet) không cần phải nghiền, nhưng ta vẫn đưa đất
sét vào máy nghiền bi chủ yếu để đánh tơi và trộn đều với các phối liệu khác.
trọng lượng riêng của đất sét từ 2.5 ÷ 2.8 kg/dm
3
2. Cao lanh:
Cao lanh cũng là một loại đất sét nhưng có thành phần khoáng chủ yếu là Kaolinite
(loại khoáng sét không có tính dẻo) nên tính dẻo của cao lanh rất thấp, không dùng để
làm chất kết dính cho mộc.
Độ cứng theo thang Mohr : 2 ÷ 2.5
3. Tràng thạch:
7
Chương 2 : Giới thiệu về nguyên liệu
Tràng thạch là hợp chất của các Alumo-silicat không ngậm nước. Ngoài ra trong thành
phần của nó còn có thể có:
Na
2
O (tràng thạch natri, hay albit), độ cứng 6 ÷ 6.5
K
2
O (tràng thạch kali, hay orthoclaz), độ cứng 6 ÷ 6.5
CaO (tràng thạch canxi, hay anortit), độ cứng 6 ÷ 6.5
Trong đó tràng thạch kali có vai trò quan trọng nhất vì tạo ra khoáng Leucit.
Tràng thạch được coi là nguyên liệu gầy, không có tính dẻo, đóng vai trò làm chất chảy
trong môc và men gốm sứ (tạo pha thuỷ tinh sau khi nung).
Theo biểu đồ trạng thái pha lỏng xuất hiện trong khoảng nhiệt độ 950
O
C và chảy thành
dòng ở khoảng 1530
o
C. Trong khoảng nhiệt độ chảy khá rộng này, nhờ có Leucit nên dộ

nhớt pha lỏng cao nên dễ nung hơn và sản phẩm ít bị biến dạng. Tràng thạch kali là
nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất các loại sản phẩm sứ và bán sứ.
Độ cứng theo thang Mohr của tràng thạch từ 6 ÷ 6.5
4. Cát:
Cát là nguyên liệu chính cung cấp SiO
2
, hàm lượng SiO
2
trong cát chiếm 95 ÷ 99.5%.
Trong cát, SiO
2
tồn tại ở dạng thù hình bền ở nhiệt độ thấp là β-quắc.
Cát đóng vai trò là nguyên liệu gầy trong gốm sứ, giúp tăng độ bền cơ của mộc, giảm
độ co sấy và co nung.
Độ cứng theo thang Mohr của cát là 7
→ Ta nhận thấy cát là nguyên liệu có độ cứng cao nhất trong các nguyên liệu cần
nghiền, ta phải tìm bi nghiền và tấm lót có độ cứng lớn hơn 7.
8
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Chương 3:
GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI
GIÁN ĐOẠN
I MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN:
1. Giới thiệu sơ lược :
Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc gián đoạn có cấu tạo đơn giản gồm thùng quay
hình trụ bằng thép quay trên 2 ổ đỡ. Máy quay nhờ động cơ truyền động qua đai (hay qua
hộp giảm tốc) tới bộ ly hợp và cặp bánh răng truyền động. Vật liệu nghiền và bi được
cho vào và lấy ra khỏi thùng qua của hơng trên thân thùng. Bộ ly hợp giúp cho máy chạy
êm và tránh q tải tức thời.
Q trình nghiền vật liệu xảy ra nhờ lực va đập và ma sát của vật liệu với bi nghiền

và thùng nghiền. Máy có thể dùng dể nghiền ướt hay khơ, chu trình kín và hở.
Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ nên năng suất thấp chỉ dùng cho qui mơ nhỏ.
Loại máy nghiền gián đoạn thường được dùng trong các nhà máy gốm sứ. Máy nghiền bi
gián đoạn thường được dùng để nghiền ướt, khơng dùng để nghiền khơ vì khó tháo liệu.
2
6
3
4
7
1
5
2
Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi gián đoạn
1- thùng quay 5- hệ puli
2- ổ trục đỡ 6- đai truyền
3- động cơ 7- cửa tháo và nạp liệu
4- hộp giảm tốc
Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định.
- Nghiền trộn tương đối đồng đều.
- Có thể kết hợp được q trình sấy và nghiền (nếu nghiền khơ)
- Vận hành dễ dàng, mức độ đập nghiền cao.
Khuyết điểm:
- Thể tích sử dụng chỉ chiếm khoảng 50% thể tích thùng.
- Tất cả bi đạn khơng đồng thời tham gia làm việc.
- Kích thước lớn, cồng kềnh. Gây tiếng ồn khi làm việc.
9
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
- Mômen mở máy lớn, dễ cháy động cơ.
- Tiêu tốn năng lượng lớn vì ở cuối chu kỳ dù chỉ còn mộtb số ít hạt chưa đạt kích

thước yêu cầu máy vẫn tiêu tốn năng lượng để nghiền toàn bộ vật liệu nẳm trong
máy.
2. Nguyên lý hoạt động:
Vật liệu được cân sau đó cho vào máy, nước được bơm vào thùng nghiền qua một
đường ống với lượng được tính trước bằng của ở thân thùng. động cơ được khởi động từ
từ tránh quá tải khi mở máy.
Khi thùng chuyển động quay tròn thì bi nghiền và vật liệu chịu lực ly tâm được đưa
lên một độ cao nào đó rồi rơi xuống. Trong cả quá trình chuyển động tương đối với nhau
giữa bi nghiền và vật liệu sinh ra lực ma sát làm mài nhỏ vật liệu. Đồng thời động năng
sinh ra do bi đạn rơi tạo lực va đập đập nhỏ vật liệu. Bên cạnh đó vật liệu được mài nhỏ
còn nhờ ma sát giữa vật liệu và tấm lót thân thùng nghiền.
Sau một thời gian ta kiểm tra thấy vật liệu đã đạt được độ mịn yêu cầu thì cho tháo
liệu. Ta thay của bằng một tấm ghi, và cho quay thùng sau cho miệng của hướng xuống.
Vật liệu sẽ thoát ra qua lỗ ghi còn bi nghiền sẽ được giữ lại. Sau một thời gian có thể vật
liệu không thể thoát ra ngoài được vì hai lý do:
- Lỗ ghi bị bít do bi lấp kín miệng lỗ → giải quyết bằng cách lấy gậy đẩy bi ra.
- Áp suất trong thùng cân bằng nên không tạo được lực dẩy vật liệu ra ngoài → giải
quyết bằng cách thiết kế một lỗ nhỏ trên thân thùng để áp suất trong thân thùng tăng lên,
giúp dẩy vật liệu ra ngoài.
3. Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián
đoạn
a. Thùng nghiền:
Vỏ thép được chế tạo bằng thép với chiều dầy δ = (0.01 ÷ 0.015)D, với D là đường
kính vỏ máy.
Vỏ máy thường được hàn hay tán đinh rivê. Ngày nay người ta thường dùng phương
pháp hàn vì làm giảm trong lượng vỏ máy, dễ lắp ghép tấm lót và vỏ máy, ít gây ăn mòn
trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên khi hàn sẽ gây ra ứng suất nội tạo vết nứt, vì thế sau
khi hàn ta cần phải ủ. Trên thân thùng có khoét lỗ để làm của nhập liệu. Để đảm bảo cho
thùng được cân bằng, tránh khi quay thùng bị nghiên gây gẫy trục ta phải có một đối
trọng trên thân thùng ở vị trí đối xứng với cửa nạp liệu.

b. Tấm lót và bi nghiền:
Bề mặt trong của thùng nghiền chịu tác dụng của lực va đập và chà xát bởi vật liệu và
bi nghiền nên bị bào mòn đi. Tấm lót và bi nghiền thường được làm từ cùng một loại vật
liệu để tránh hiện tượng bào mòn lẫn nhau. Độ cứng của tấm lót và bi nghiền phải lớn
hơn độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền. Thành phần hoá của bi nghiền phải đảm
bảo không làm ảnh hưởng đến màu sắt và tính chất của nguyên liệu.
10
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Ở đây, độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền là 7 của cát vì thế ta sẽ lựa chọn vật
liệu có độ cứng lớn hơn 7 để làm tấm lót và bi nghiền, ta chọn vật liệu steatite (sứ
cứng).Có các tính chất:
11
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Hàm lượng sắt tuy có nhưng ít, không làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm, có
thể chấp nhận được.
 Tấm lót:
tấm lót trong máy nghiền bi là các loại gạch hình côn được sắp khích vào nhau, kết
dính lại bằng vữa chịu lực nếu cần. Hay có thể ở dạng tấm có lỗ ở giữa được nối vào thân
thùng bằng cách bắt ốc. Kích thước của tấm lót được tính chính xác theo tiêu chuẩn. Phổ
biến là loại gạch côn kích thước 150*65*55*50
12
Bảng tiêu chuẩn kích thước một số loại gạch lót
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Bề mặt của gạch lót có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhằm tăng hiệu quả nghiền,
nó giúp đưa vật liệu nghiền và bi lên độ cao thích hợp nhằm có được động năng lớn nhất.
Cần đảm bảo mật độ chứa vật liệu cần nghiền lớn hơn 25% để tránh hiện tượng bi và
tấm lót bào mòn lẫn nhau.
 Bi nghiền:
Vật nghiền là bộ phận chính va đập và chà xát vật liệu. Vật nghiền có thể có nhiều
hình dạng khác nhau tuỳ vào vật liệu cần nghiền. Có thể có các hình dạng như: hình cầu,

trụ, vuông, lò xo… Tuy nhiên phổ biến nhất là bi cầu và bi trụ.
Kích thước của vật nghiền phụ thuộc vào kích thước và độ bền của vật liệu đem
nghiền. nếu kích thước và độ bền của vật liệu vào máy càng lớn thì vật nghiền sẽ càng
lớn. Thực nghiện chứng minh thể tích thực của viên bi chỉ chiếm 62% thể tích mà nó
chiếm chỗ, còn lại 38% là khe hở giữa các viên bi.
Vì vậy để giảm thể tích khe hở, tăng độ tiếp xúc giữa các viên bi và vật liệu nghiền
trong máy nghiền bi người ta dùng bi với kích thước khác nhau. Dựa vào kích thước hạt
đầu vào và ra ta xác định được kích thước bi nghiền.
Cách ghép gạch lót vào thân thùng
Bi nghiền hình cầu và hình trụ
13
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
II LÝTHUYẾT TÍNH TOÁN:
1. Lượng bi nghiền nạp vào máy:
Theo khối lượng riêng của bi nghiền ta phân thành 3 loại bi nghiền như sau:
• Bi nghiền có khối lượng riêng thấp (2.4 ÷ 2.5 g/cm
3
): bi sứ, silic dioxyt thường.
• Bi nghiền có khối lượng riêng trung bình (2.6 ÷ 2.7 g/cm
3
): bi steatit, sứ chứa
nhiều alumin…
• Bi nghiền có khối lượng riêng cao (3.4 ÷ 3.5 g/cm
3
): bi alumin dạng đá túp và
alubit.
Vật liệu có khối lượng riêng càng lớn thì động năng do nó sinh ra cũng lớn theo, tác
động đập nghiền càng lớn. Sơ đồ sau miêu tả mối quan hệ giữa trọng lượng riêng của bi
và thời gian nghiền.
1

2
3
Bi có trọng lượng riêng
thấp.
Bi có trọng lượng riêng
trung bình.
Bi có trọng lượng riêng cao.
Kích thước hạt
thời gian nghiền
t
1
t
2
t
3
Bđ2-mối liên hệ giữa trọng lượng riêng bi với thời gian nghiền
14
một số đường kính bi trên thị trường
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Từ đồ thị ta nhận thấy khi nghiền đến cùng một kích thước hạt thì với:
ρ
1
< ρ
2
< ρ
3
⇒
t
1
> t

2
> t
3
Vậy với các vật liệu có độ cứng phù hợp ta sẽ lựa chọn loại vật liệu có khối lượng
riêng lớn nhất để có hiệu quả đập nghiền tốt nhất.
 Thể tích bi nạp
Khối lượng bi nạp vào máy có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian nghiền vật liệu. Ttheo
kết quả nghiên cứu của P.I.E thời gian nghiền sẽ nhanh nhất khi thề tích bi nghiền chiếm
khoảng 60% thể tích thùng nghiền. Ta có sơ đồ sau thể hiện mối quan hệ giữa thể tích vật
nghiền và thời gian nghiền:
 Góc kẹp:
Góc kẹp là góc kẹp bởi 2 tiếp tuyến tại 2 điểm
tiếp xúc giữa các viên bi và hạt vật liệu. Nó phụ
thuộc vào bán kính R của viên bi và r của hạt vật
liệu.
Các kết quả tính toán (tài liệu secmi) cho thấy
góc kẹp cho hiệu quả nghiền tốt nhất là
θ = 17
o
Có nghĩa là R ≈ 90r.
Tuy nhiên sau một khoảng thời gian thì hiệu
quả nghiền sẽ giảm do r giảm. Vì vậy ta phải có
cùng lúc nhiều loại bi trong thùng để đảm bảo góc
kẹp là tốt nhất.
V
bi
/V
thùng
thời gian nghiền
1/4 1/3 1/2 2/3 3/4

Bđ3-mối quan hệ giữa thể tích bi và thời gian nghiền
15
θ
R
r
2
θ
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
 Thể tích rỗng:
Khi nạp bi vào thùng nghiền, do thể tích bi là hình cầu nên không thể nào lấp đầy
khoảng không gian mà nó chiếm chỗ vì thế nên sinh ra các khoảng trống trong vùng thể
tích bi chiếm chỗ. Thể tích thực bi chiếm khoảng 52.4 ÷ 74% toàn không gian bi chiếm.
Ta dùng nhiều kích thước bi cũng nhằm giảm thể tích lỗ rỗng giữa các bi.
 Phân bố bi trong thùng nghiền:
Để hiệu quả nghiền tốt nhất ta phải tăng điểm tiếp xúc giữa các viên bi và vật liệu. Có
nghĩa là bi phải tiếp xúc với nhau tại nhiều điểm, giảm lỗ rỗng giữa các bi, kích thước bi
phải phù hợp với kích thước vật liệu.
Để đảm bảo các điều kiện trên thì bi nạp thường gổm 3 loại với tỉ lệ như sau:
• 15 ÷ 50% bi có đường kính nhỏ.
• 25 ÷ 30% bi có đường kính trung bình.
• 23 ÷ 30% bi có đường kính lớn.
Ngoài ra phải đảm bảo tỉ lệ R ≈ 90r
 Hệ số đổ đầy bi đạn: (φ)
Có một hệ số đổ đầy cho ta thời gian nghiền tối thiểu để đạt kích thước yêu cầu.
Trong nghiền gián đoạn thì hệ số đó thường bằng 0.5
Có 2 cách tính hệ số đổ đầy φ:
1.φ là tỷ số giữa tiết diện bi đạn và tiết diện thùng nghiền.
2
F
R

ϕ
π
=
2.φ là tỷ số giữa trọng lượng thực của bi đạn và trọng lượng của bi đạn nếu đổ
đầy máy
2
G
R L
ϕ
π µρ
=
Với: G- Trọng lượng bi đạn làm việc trong máy (tấn).
μ- Hệ số rỗng khi đổ bi đạn (0.524 ÷ 0.74)
ρ- Trọng lượng riêng của vật liệu làm bi
R- bán kính trong của thùng nghiền.
L- chiều dài thùng nghiền.

2. Tốc độ quay của thùng nghiền:
Khi máy chuyển động thì theo quán tính các viên bi cũng sẽ chuyển động theo máy đến
một độ cao nào đó. Đặc tính chuyển động của bi trong thùng phụ thộc vào số vòng quay
của thùng và hệ số ma sát giữa bi với bề mặt thùng.
Vận tốc quay của thùng sẽ ảnh hưởng đến chế độ chuyển động của vật liệu và bi
trong thùng nghiền.Có 4 chế độ chuyển động của bi đạn trong thùng nghiền là:
16
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Ta có thể nhận thấy chế độ chuyển động hiệu quả nhất là chuyển động dạng thác
nước. Sau đây ta sẽ tìm góc nâng tối ưu cho quá trình nghiền và vận tốc quay để đạt được
góc nâng đó.
Để đơn giãn trong tính toán ta có một số điều kiện:
• chỉ tính cho 1 viên bi.

• Xem bề mặt bên trong máy là nhẵn hoàn toàn, xem như không có lực ma sát.
• Kích thước bi rất bé so với kích thước thùng.
Bi trượt trên
thành thùng.
Chỉ có lực mài
xiết,
không có lực
va đập.
Bi chuyển động
cùng với thùng,
do lực ly tâm lớn
hơn trọng lượng.
Quá trình đập
nghiền không xảy
ra.
Bi chuyển động
dạng thác nước.
Vừa có lực mài
xiết vừa có lực va
đập.
Quá trình nghiền
xảy ra tối ưu.
Bi chuyể động
dạng tầng lớp.
Có lực mài xiết,
không có lực va
đập.
Các chế độ chuyển động của vật liệu trong thùng nghiền
T
G2

G1
G
α
A
B
T-lực ly tâm
G-trọng lực
G1=Gcosα
G2=Gsinα
α = góc rơi
R-bán kính thùng
R
v
17
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Ta có :
1
T G
=
2
cos
mv
mg
R
α
=
2
cosv gR
α
=

 Số vòng quay tới hạn của thùng : (bi gắn chặt vào máy) điều kiện α = 0
o
Khi đó:
2
v gR=
⇔

v gR=

⇔
2
60
Rn
gR
π
=
⇒

30
th
n
R
=
Khi thùng quay với vận tốc tới hạn này thì chỉ có những viên bi lớp ngoài cùng mới
quay theo máy, còn các viên bi lớp trong vẫn rơi xuống theo hình parapol.
 Số vòng quay tới hạn cần thiết để tất cả bi đều ly tâm
Nếu tốc độ thùng quay tăng thì đến một lúc nào đó toàn bộ bi trong thùng sẽ quay
theo máy.
Thể tích lớp bi khi chúng ly tâm hoàn toàn là thể tích của hình ống trụ rỗng có tiết
diện hình vành khăn, cũng bằng thể tích bi nghiền trong thùng có tiết diện F:

( )
2 2 2
1 2 1
R R L R L
π ϕπ
− =
Ta xem
2 1
R kR=
nên ta có:
( )
2 2 2
1 1
1R k L R L
π ϕπ
− =
Rút ra:
1k
ϕ
= −
Tốc độ quay tới hạn cần
thiết để cho viên bi ở lớp trong
cùng cũng quay ly tâm theo
thùng là:
( )
max
4
2 1 1
1
30 30 30 1 30

1
1
n
R kR R
R
ϕ
ϕ
= = = =
−
−
18
R
2
R
1
F
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Khi đó vận tốc để toàn bộ bi đều quay theo thùng sẽ bằng:
max
2
4
1
th
n
n
ϕ
=
−
Với φ là hệ số chứa bi đạn
Vậy số vòng quay thích hợp cho máy là n với n thuộc khoảng

n
th
< n <n
max
 Số vòng quay thích hợp:
Chế độ làm việc của tải trọng bi được đặc trưng bằng góc α phụ thuộc vào số vòng
quay và bề mặt tấm lót.
Khi viên bi lên đến điểm rời A thì lực ly tâm T sẽ cân bằng với thành phần hướng tâm
G
1
của trọng lượng G.
1
T G=
2
*cos cos
mv
G mg
R
α α
= =
2
cosv Rg
α
=
Mà
30
Rn
v
π
=

Nên
2 2 2
2
cos
30
R n
Rg
π
α
=
Rút ra
30
cos
g
n
R
α
π
=
Vì
g
π
≈
nên
30
cosn
R
α
=
Vậy n là số vòng quay của thùng để viên bi ở lớp có bán kính R rơi theo góc rời α.Vì

thế muốn bi chuyển động dạng thác nước ta phải tìm được góc rời α thích hợp
Để lực đập sinh ra lớn nhất thì chiều cao rơi của bi phải là lớn nhất, ta tìm được góc
rơi thích hợp là:
α = 54
o
40’
Từ đây ta rút ra được số vòng quay thích hợp nhất cũng là số vòng quay làm việc của
thùng nghiền là:
22.8 32
N
R D
= =
 Số vòng quay thích hợp có sét đến hệ số đổ đầy φ:
Công thức tính số vòng quay trên chưa xét đến hệ rố đổ đầy φ, đó chỉ là trường hợp
riêng của công thức quan hệ giữa số vòng quay n với hệ số đổ đầy φ và đường kính thùng
nghiền D sau đây:
8
(5 2)n
D
ϕ
= +
Ta sẽ dùng công thức trên để tính số vòng quay thích hợp cho thùng nghiền.
19
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Ta nhận thấy rằng, lúc đầu khi tăng vận tốc quay sẽ rút ngắn được thời gian nghiền.
Nhưng sau đó nếu vận tốc vượt quá giới hạn, đạt tới n
max
thì tác dụng nghiền không xảy
ra do ảnh hưởng của lực ly tâm tác động lại vật liệu nghiền. Vì vậy ta sẽ có một vận tốc
mà tại đó thời gian nghiền là ngắn nhất.

3. Lượng vật liệu nạp:
Lượng vật liệu nạp vào buồng nghiền ít nhất phải phủ kín được toàn bộ các bi nghiền.
Nếu nạp vật liệu quá ít sẽ làm bi nghiền và tấm lót bị mài mòn nhanh chóng. Lượng vật
liệu ít nhất phải lấp đầy các khoang trống giữa các bi nghiền, tuy nhiên ta nên nạp dư một
ít so với lượng dó để tạo tấm đệm tránh việc bi nghiền rơi trực tiếp lên bề mặt tấm lót.
Ví dụ nếu nạp bi đạn đến 50% thể tích thùng thì có thể tích lỗ trống khoảng 20%, vì
vậy lượng vật liệu ít nhất ta nạp vào phải chiếm 20% thể tích thùng nghiền. Tuy nhiên để
tạo tác dụng đệm ta nạp lượng bằng 25% thể tích thùng nghiền.
Vậy tổng thể tích của bi và vật liệu nghiền chiếm 30% + 25% = 55% thể tích thùng.
Để bi nghiền chiếm hơn ½ thể tích thùng nghiền cần tỷ số chất tải (bi nghiền và vật
liệu cần nghiền) như sau:
• 700 ÷ 800 kg/m
3
đối với bi nghiền có khối lượng riêng thấp.
• 800 ÷ 900 kg/m
3
đối với bi nghiền có khối lượng riêng trung bình.
• 1000 ÷ 1100 kg/m
3
đối với bi nghiền có khối lượng riêng cao.
Vậy ta sẽ nạp một lượng vật liệu có thể tích thực bằng 25% thể tích thùng nghiền
thời gian nghiền
vận tốc quay
t
min
n
Bđ1-thời gian nghiền và vận tốc quay
20
Chương 4: Tính toán thiết kế máy nghiền bi gián đoạn
Chương IV:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI
CÓ NĂNG SUẤT 10 TRIỆU CHÉN/NĂM
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
1. Đơn phối liệu:
Nguyên liệu
%Oxit
%MKN
SiO2 Al2O3 K2O Na2O CaO MgO Fe2O3 TiO2
Đất sét 59.92 26.63 3.01 0.49 0.1 1.59 1.17 0.87 6.22
Cao lanh 49.97 34.20 0.93 0.28 0.09 0.59 1.86 0.09 11.99
Tràng thạch 66.77 18.69 11.2 2.49 0.25 0.18 0.08 - 0.34
Cát 99.42 0.17 0.08 - 0.08 - - 0.08 0.17
Thành phần % của phối liệu ban đầu:
Nguyên liệu Thành phần % % MKN
Đất sét 15 0.933
Cao lanh 35 4.1965
Tràng thạch 20 0.068
Cát 30 0.051
Tổng 100 5.2485
2. Qui trình sản xuất:
21