Thiết kế - chế tạo và khảo nghiệm máy trộn phân vi sinh kiểu băng chuyền liên tục năng suất 2 ÷ 10 Th

Chương 1.
MỞ ĐẦU.

Trong sản xuất nông nghiệp phân bón giữ vai trò rất quan trọng, người dân ta
thường có câu: “nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống”. Tuy Việt Nam là nước nông
nghiệp nhưng lượng phân bón chủ yếu là dựa vào nhập khẩu. Hiện nay, người dân chủ
yếu sử dụng phân hóa học để bón cho cây trồng, việc này vừa tốn rất nhiều tiền, còn gây
ra ô nhiễm môi trường và làm cho đất nhanh bị thoái hóa.
Ở nước ta cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, thì công nghệ sản
xuất phân hữu cơ rất phát triển. Đặc biệt là ngành sản suất phân vi sinh. Loại phân này
được chế biến từ nhiều chất hữu cơ khác nhau như: bả bùn, rác thải sinh hoạt, men vi sinh
từ các nhà máy đường…
Trong công nghiệp việc xử lí bả bùn và rác thải sinh hoạt… tạo thành phân vi sinh
phục vụ nông nghiệp, ngày càng trở nên phổ biến. Nó mang lại nhiều lợi ích kinh tế, đồng
thời giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí cho sản xuất nông nghiệp…
Để tạo ra một sản phẩm vi sinh hoàn chỉnh phải trải qua nhiều công đoạn, nhiều
quá trình. Trong đó trộn là một công đoạn rất quan trọng, trộn để làm đều các thành phần
có trong phân vi sinh. Bả bùn và rác thải sau khi phân loại được mang đi ủ và được
nghiền nhỏ, rồi sàng lọc để chọn những hạt có kích thước đạt yêu cầu. Sau đó trộn với các
thành phần hỗn hợp khác và men vi sinh để tạo ra phân vi sinh.
1


Xuất phát từ các yêu cầu trên và theo đơn đặt hàng của công ty TNHH – DV – TM
Hóa Nông, được sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ, bộ môn máy
sau thu hoạch và chế biến, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Nguyễn Như Nam –
trưởng bộ môn máy sau thu hoạch và chế biến, chúng tôi thực hiện đề tài:

“Thiết kế -

chế tạo và khảo nghiệm máy trộn phân vi sinh kiểu băng chuyền liên

tục năng suất 2 ÷ 10 T/h”.

2


Chương 2.
MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI.

Máy được chế tạo theo yêu cầu của công ty TNHH – TM – DV HÓA NÔNG.
Công ty cần trang bị một máy trộn để trộn các thành phần của phân vi sinh trước khi đưa
qua máy vo viên tạo ra sản phẩm phân vi sinh hoàn chỉnh.
Máy có các bộ phận làm việc dạng dải băng xoắn nằm nghiêng, năng suất 10
Tấn/giờ. Yêu cầu máy thiết kế phải đạt được năng suất trên và phù hợp với thực tế sản
xuất của công ty, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ lắp ráp và vận hành. Ngoài ra máy phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
• Sản phẩm trộn phải đều, đảm bảo được chất lượng sản phẩm.
• Dễ vận hành và bảo dưỡng, sửa chữa.
• Sử dụng thuận tiện và an toàn lao động.
• Không gây bụi ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
Để thực hiện được những yêu cầu trên thì nhiệm vụ phải thực hiện trong luận văn
là:
• Lựa chọn nguyên tắc làm việc và chọn mô hình máy phù hợp với yêu cầu
đặt ra.
• Tính toán, thiết kế theo mô hình máy đã chọn.
• Chế tạo máy.
• Khảo nghiệm và đánh giá kết quả.
3


Chương 3.

TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP
ĐỀ TÀI.

3.1. Tìm hiểu về phân vi sinh:
Phân vi sinh là một chất nền chứa một hay nhiều vi sinh vật sống có khả năng kích
thích sự tăng trưởng của cây trồng bằng cách tăng sự hấp thụ những dưỡng chất cần thiết
cho cây trồng.
Tác dụng của phân hữu cơ vi sinh là: một mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho cây
trồng, mặt khác (quan trọng hơn nhiều) cải thiện đặc tính vật lý của đất, làm tơi xốp,
thông thoáng, giữ ẩm tốt, nhờ vậy cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng trong đất được tốt
hơn, cho năng suất cao hơn.
Phân hữu cơ hay hữu cơ vi sinh có thể chia thành 3 nhóm như sau:
 Nhóm vi sinh vật có: chế phẩm vi sinh vật, phân vi sinh
 Nhóm hữu cơ có: phân hữu cơ, phân sinh học
 Nhóm hỗn hợp có: phân hữu cơ – vi sinh, phân phức hợp hữu cơ vi sinh.
3.1.1 Một số tính chất cơ lý của nguyên liệu:
- Kích thước hạt: 1 ÷ 1,5 mm.
- Ẩm độ: 15 ÷ 20%.
- Hình dạng hạt: hạt có dạng hình cầu.
- Khối lượng riêng: 550 ÷ 650 tấn/m3.
3.1.2. Công nghệ sản xuất phân vi sinh:
Quá trình chế biến phân hữu cơ vi sinh thực chất là quá trình biến đổi sinh hóa các
nguyên liệu hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật trong điều kiện hiếm khí. Kết quả của
4


quá trình này là nguyên liệu ban đầu được chuyển hóa thành mùn hữu cơ vi sinh . Quá
trình biến đổi hóa sinh nguyên liệu hữu cơ được giới thiệu theo sơ đồ sau:
O2, H2O

CO2, H2O.
Chất hữu
cơ, bã bùn,
rác thải.

Phân hủy

Vi sinh vật

Tổng hợp mùn
hữu cơ vi sinh.

Năng lượng

Tỏa nhiệt

3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số máy trộn:
3.2.1. Máy trộn kiểu vít nằm ngang:
a/ Cấu tạo:

1

2

3

4

6
5

1: Cửa nạp liệu;
2: Thùng trộn;
3: Vít trộn;
4: Đường kính trong của vít;
5: Cửa tháo liệu;
6: Puli.
Hình 3.1: Cấu tạo máy trộn kiểu vít nằm ngang.
b/ Nguyên lý làm việc:
Hỗn hợp vật liệu được đưa vào cửa (1) sẽ được vít trộn (3) đẩy dọc theo thùng trộn
(2) và thùng trộn có tác dụng như ống khuếch tán nên trong quá trình trộn vật liệu
được di chuyển và đưa đến cửa tháo liệu (5) để đưa ra ngoài. Máy được truyền động
qua puly (6).
3.2.2. Máy trộn có trục thẳng đứng:
a/ Cấu tạo:

5


6
7

5

4

3

2

8
1

1: Cửa nạp liệu; 2: Ống bao; 3: Vít;
4: Thùng trộn;
6:Cánh gạt;
7: Buly;
8: Cửa ra liệu.
Hình 3.2: Cấu tạo máy trộn vít đứng.

5: Động cơ

b/ Nguyên lý làm việc:
Vật liệu được đưa vào máng cấp liệu (1), nhờ vít (3) vật liệu được đưa lên trên.
Khi đến đầu ống bao (2) chúng sẽ được cánh gạt (6) gạt tung ra xung quanh và rơi
xuống phần thân hình nón. Từ đó vật liệu được tiếp tục đưa lên để lặp lại chu trình.
Vòng tuần hoàn của vật liệu trong máy sẽ được đi lặp lại nhiều lần cho đến khi hỗn
hợp vật liệu đều. Vật liệu sau khi trộn sẽ được đưa ra ngoài theo cửa thoát liệu (8).
3.3. Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu:
3.3.1. Khái niệm:

6


Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhau với mục đích
nhận được một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của các phân
tử ở mỗi cấu tử trong tất cả các khối lượng hỗn hợp, bằng cách sắp xếp lại chúng dưới tác
dụng của ngoại lực. Hỗn hợp tạo ra như thế để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và trao
đổi khối lượng.
3.3.2. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn:

a. Đường kính tương đương của hạt:
Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu nên
kích thước dài của chúng theo những chiều khác nhau rất khác nhau. Vì vậy người ta
dùng đường kính tương đương d tđ để đặc trưng cho kích thước hạt. Yếu tố ảnh hưởng lớn
đến hiệu suất quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt cần có
khối lượng.
dtđ =
Trong đó:

6m
.
π .ρ

3

(3-1)

m – khối lượng hạt, [g];
ρ – khối lượng riêng của hạt, [g/mm3].

Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a 1 và a2 thì đường kính tương
đương được xác định theo công thức:
dtđ =

a1 + a 2 .

(3-2)

Nhờ phân loại bằng sàng mà nhận được N phần có đường kính tương đương d tđ1 và
dtđ2, v.v… cùng với các phần có khối lượng tương ứng x 1, x2, …, xn. Như vậy đường kính

tương đương của cả tập hợp này có thể xác định gần đúng theo công thức:
N

Dtđ =

∑ x .d
i

i =1

N

∑ xi

tđđ

, (mm)

(3-3)

i =1

b. Phân bố của lớp hạt:
Các lớp hạt là những tập hợp hạt bao gồm các hạt có kích thước không đều nhau
rải trong khoảng rộng từ dmin = dtđ1 tới dmax = dtđN và có các phần khối lượng tương ứng
7


cũng không bằng nhau x1 ≠ x2 ≠ …≠ xN, nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa phân tán. Để mô tả
cấu trúc đó ta dùng các hàm phân bố mạt độ q r(d) (hình 2-2a) và hàm phân bố tổng Qr(d)

(hình 2-2b). Trong đó hàm phân bố tổng Qr(d) biểu thị phần hạt có đường kính nhỏ hơn
hoặc bằng d, khi d = dmin có Qr(d) = 0, còn khi d = dmax có Qr(d) = 1. Hàm phân bố mật độ
qr(d) biểu thị của hạt ở tại kích thước d và giá trị của q r(d) càng lớn khi mật độ hạt tại kích
thước d càng lớn. Quan hệ giưa Qr(d) và qr(d) được xác định theo công thức:
hoặc Qr(d) =

d (d )

∫q

r (d )

d (d ) .

(3-4)

d min

1
b)

d, mm

2

3(d)

3(d)

n=1,5

n=1

100
80
60
40
20

3 d, mm
q , %/(mm) .

1 2

q , %/(mm) .

a)

3(d)

q , %/(mm) .

q r(d) , %/(mm)

qr(d) =

d

dQr ( d )

n=
0,7
5

c)

1 d

z

2 d, mm

0,01

d)

0,02

,

0,03 lgdz lgmm

1 2 3 4 5 d, mm
e)

lgdz

Hình 3 - 3: Các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr (d).
a) Hàm phân bố mật độ qr (d).
b) Hàm phân bố mật độ Qr (d).

c) Hàm phân bố mật độ qr (d) của phân bố chuẩn;
d) Hàm phân bố mật độ qr (d) của phân bố loogarit;
e) Hàm phân bố mật độ qr (d) của phân bố RRS.
Các loại vật liệu rời khác nhau có cấu trúc tuân theo những qui luật phân bố khác
nhau. Tập trung lại có thể quy về ba loại: phân bố chuẩn, phân bố loogarit, phân bố RRS
8


(hình 2-1). Trong đó phân bố chuẩn, phân bố loogarit dùng để mô tả các vật liệu hữu cơ
(thực vật) được nghiền dùng làm thức ăn gia súc. Hàm phân bố mật độ và phân bố tổng
theo khối lượng của phân bố này có dạng:
qr (d) lg =

Qr (d) lg =

1

σ 2π

.e

1

σ . 2π

 lg d − lg d Z 
−

2σ 2




lg d

∫e

 lg d − lg d Z 
−

2σ 2



(3-5).

(3-6).

lg d min

c. Độ rỗng của lớp hạt:
Độ rỗng ε của lớp hạt vật liệu rời là tỉ số giữa thể tích không gian trống V o trong
lớp hạt và thể tích lớp hạt V:
ε = Vo/V = 1 – Vr/V

(3-7).

Trong đó: Vr – tổng thể tích của các hạt rắn trong lớp.
Độ rỗng của lớp hạt phụ thuộc vào cấu trúc lớp hạt và có thể thay đổi trong khoảng
rộng. Thí dụ độ rỗng của lớp hạt cầu có cùng đường kính và cấu trúc đơn vị được xác
định theo công thức:

ε = 1−

π
6(1 − cos β ) 1 + 2 cos β

(3-8).

Trong đó: β – góc tạo bởi các đường nối tâm của các hình cầu sát nhau, góc β thay
đổi từ 900 đến 600. Lúc này độ rỗng ε thay đổi từ 0,476 đến 0,259 nghĩa là gần 2 lần.
Độ rỗng của lớp hạt hình cầu có cùng đường kính và có cấu trúc ngẫu nhiên xác
định theo công thức:
ε = πk-1

(3-9).

Trong đó: k – số tọa độ, nghĩa là số hạt gần kề một hạt bất kỳ.
Trong tập hợp các hạt có cấu trúc ngẫu nhiên bao giờ cũng tồn tại một khoảng cách
trung bình giữa các hạt ở cạnh nhau và được xác định bằng công thức:


π
− 1
3 1,5
( ε −π ) / π
3 (1 − ε )2
 , mm
a = dtđ 

(3-10).

Độ rỗng của hỗn hợp trộn với nhau không có tính chất cộng, vì vậy được xác định
xuất phát từ chỉ số độ rỗng ηmax lớn nhất trong ba giá trị dưới đây:
9


Trong đó:

η = xAK/ηA + xBηB

(3-11).

η = xAηA + xB[K// (ηB + 1) - 1]

(3-12).

K ///η A (1 + η B )
η = xAηA + xBηB η A +ηB +1

(3-13).

ηi = Voi/Vri = (Vi/Vri) – 1

(3-14).

ηA, ηB – chỉ số độ rỗng của cấu tử A và B trong hỗn hợp;
xA, xB – phần thể tích của cấu tử A và B trong hỗn hợp xi = Vri/Vr.
K/, K//, K/// - các hệ số thực nghiệm và có giá trị:
K/ =

ψ (1 + 2ψ )

ψ (1 + 2ψ ) + (1 − ψ ) 2

(3-15).

K// =

ψ 2 (3 + ψ )
ψ 2 (3 + ψ ) + (1 − ψ ) 3

(3-16).

(1 − ψ ) 2
K =
ψ (1 + 5ψ ) + (1 − ψ ) 2

(3-17).

///

Ở đây: ψ – tỉ số đường kính tương đương của hạt và có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 1.
Từ công thức (2-14) có thể tìm ra mối quan hệ giữa độ rỗng và chỉ số độ rỗng:
ε = η/(1+η)

(3-18).

d. Hình dạng hạt:
Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng φ – tỷ số giữa bề mặt F của bề
mặt hạt dạng hình cầu cùng thể tích V:
ϕ = 0,205

F
3

(3-19).

V2

Hệ số hình dạng hạt hình cầu bằng 1, của các hạt khác lớn hơn 1.
e. Bề mặt riêng của lớp hạt:
Bề mặt của một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích của lớp hạt gọi là bề
mặt riêng và kí hiệu là: O/m hoặc O/v. Bề mặt riêng khối lượng được tính theo công thức:

Trong đó:

O/m = 6.φ/γ.dtđ,

(m2 / kg)

(3-20).

O/v = 6φ.γ/dtđ.ρ,

(m-1)

(3-21).

γ – khối lượng thể tích của vật liệu, (kg/m2);
10

ρ – khối lượng riêng của hạt, (kg/m3).
Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau xác
định theo công thức:
O/ m =

6
ϕi .xi
∑
ρ
d tđ

(3-22).

Trong đó: xi – là phần khối lượng của lớp hạt thứ i.
f. Hệ số ma sát trong và góc ma sát trong:
Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng:
τ = f.σ + τo
Trong đó:

(3-23).

τ - ứng suất tiếp;
τo - ứng suất tách (ứng suất tiếp ban đầu khi σ = 0);
σ - ứng suất pháp;
f – hệ số ma sát trong.

Lớp hạt ẩm có ứng suất tách rất lớn và giá trị cực đại của nó có thể xác định theo:
2,4(1 − ε )  α cos σ

τomax =

ε
 d tđ

Trong đó:

2


 ,


(N/m2)

(3-24).

α – sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn, (mN/m);
σ – góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn, (độ);
ε – độ rỗng khối hạt; 2,4 – hệ số lấy ở điều kiện trung bình.

Đối với lớp hạt khô và bề mặt riêng tương đối nhỏ thì τo = 0, khi đó:
τ = f.σ → f = τσ -1

(3-25).

Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong φ có quan hệ với hệ số ma
sát trong theo công thức:

tgφ = f

(3-26).

Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát trong tương ứng vói góc nghiêng φ tđ.
Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30 ÷ 400.
g. Độ khuếch tán:
Độ khuếch tán là số nghịch đảo của kích thước từng phần tử của hỗn hợp. Nếu hỗn
hợp mà các thành phần có kích thước như nhau, thì gọi là hệ thống “Đơn khuếch tán”.
3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình trộn hỗn hợp:
11


Đặc trưng cho chất lượng của quá trình trộn hỗn hợp là mức độ đồng nhất của hỗn
hợp còn gọi là độ trộn đều hay mức độ trộn.
V.V Kapharov đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:
θk1 =

1 n1 Bi
∑
n1 i =1 Bo

1
θk2 =
n2

θk =
Trong đó:

với B1 < Bo

n2

100 − Bi

i =1

0

∑ 100 − B

với B1 > B0

n1θ k 1 + n2θ k 2
n1 + n2

(3-27).

n1 – số lượng mẫu kiểm tra có Bi < B0;
n2 – số lượng mẫu kiểm tra có Bi > B0;
Bi – nồng độ của muối kiểm tra ở mẫu I;
B0 – nồng độ của muối kiểm tra trong toàn bộ hỗn hợp;
θk1, θk2, θk – mức độ trộn.

Nếu B1 = B0, ta có thể tính theo trường hợp nào cũng được.
A.A Lapsin đã đưa ra công thức tính mức độ đồng nhất của hỗn hợp như sau:
θL1 =

1
n1

1
θL2 =

n2

θL =
Trong đó:

n1

Bi

i =1

o

∑B
n2

∑
i =1

với B1 < Bo

2 Bi − B0
B0

n1θ L1 + n 2θ L 2
n1 + n2

với B1 > B0
(3-28).

θL1, θL2, θL – mức độ trộn.

X.V. Melnhikov đã dùng hệ số biến động trong thống kê để dánh giá mức độ đồng
nhất của hỗn hợp trộn.
θM = 1 – σ/B0
Trong đó:

(3-29).

θM – mức độ trộn;
σ – sai số tiêu chuẩn thực nghiệm.

12


n

σ=

Tỉ số:

∑ (B
i =1

i

− B0 ) 2

(3-30)

n −1

σ
.100 trong thống kê gọi là hệ số biến động.
B

Bắt đầu quá trình trộn thì hệ số biến động bằng 1, còn mức độ trộn bằng 0 về cuối
quá trình trộn thì θM → 1.
3.3.4. Cơ chế quá trình trộn:
Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau và
chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động hỗn hợp của các lực đó. Ngoài ra cơ chế
trộn còn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình. P.M.Latxei
(người Anh) đã đưa ra 5 quá trình cơ bản trong các máy trộn như sau:
-

Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng – Trộn cắt.

-

Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí nay đến vị trí khác – Trộn đối lưu.

-

Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ - Trộn khuếch tán.

-

Phân tán từng phân tử do va đập vào thành thiết bị - Trộn va đập.

-

Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp – Trộn nghiền.

3.4. Lý thuyết tính toán máy trộn dải băng:
3.4.1. Năng suất dải băng: dải băng đóng vai trò như vít tải, năng suất được xác định:
Q = 47,1 . D2 . S . n .ρ. φ .C.
Trong đó:

(3-31).

D – đường kính ngoài của dải băng, (m);
S – bước xoắn, (m);
n – số vòng quay của dải băng, (vg/ph);
ρ – khối lượng riêng của vật liệu, (kg/m3);
φ – hệ số chứa;
C – hệ số tính đến góc nghiêng đặt dải băng.

Bảng 4.1: Bảng hệ số chứa φ phụ thuộc vào loại vật liệu.
Vật liệu.
Bột rời nhẹ

γ (T/m3)
0,48 ÷ 0,64
13

φ
0,4

A
65

Hạt bé
Hạt cục bé (muối, đường…)
Vôi cục, thạch cao.
3.4.2. Bước xoắn:

0,64 ÷ 0,8
0,84 ÷ 1,2
0,8 ÷ 1,6

0,4
0,3
0,25

63
56
45

Đối với vật liệu nặng hoặc chất lỏng thì: S = (0,3 ÷ 0,6). D.

(3-32).

Đối với vật liệu dạng khô rời thì:

(3-33).

S = (0,8 ÷ 1,2). D.

Bảng 4.2: Bảng hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng đặt dải băng.

α
0
5
10
15
20
30
40
50
60
C
1
0,9 0,8 0,7 0,65 0,58 0,52 0,48 0,44
3.4.3. Số vòng quay trục dải băng:

70
0,4

80
0,34

90
0,3

Số vòng quay của trục vít được xác định theo công thức thực nghiệm.
n=

20 − 40
D

, vg/ph.

(3-34).

3.4.4. Vận tốc dải băng:
V = S.n.C/60

(3-35).

Bảng 4.3: Bảng giá trị λ.
Số vòng
quay vít
(vg/ph).

Đường kính ngoài
của vít D (mm).

Khe hở
Đường kính
hướng tâm Bề dày vít
trong của vít
với máng vít
(mm).
d (mm).
λ (mm).

60 ÷ 250
400 ÷ 60
20 ÷ 80
6÷7

1÷3
150 ÷ 250
300 ÷ 100
48 ÷ 80
4÷5
2÷3
200 ÷ 300
5 ÷ 25
48 ÷ 80
8 ÷ 10
3
200 ÷ 400
200 ÷ 80
100 ÷ 150
5÷6
3
200 ÷ 400
60 ÷ 20
80 ÷ 100
5÷6
3
250 ÷ 300
80 ÷ 60
48 ÷ 80
5÷8
4
400 ÷ 600
300 ÷ 200
250 ÷ 300
10 ÷ 12

2÷3
3.4.5. Kiểm tra đường kính dải băng theo kích thước của vật liệu :
D = x . amax.
Trong đó:

Hệ số
chứa φ.
0,3 ÷ 0,4
0,9 ÷ 1
0,8 ÷ 0,9
0,4
0,4
0,6 ÷ 0,8
0,3
(3-36).

x – là mối quan hệ. Đối với cục vật liệu to chọn x = 6 ÷ 8, dạng hạt

và bột chọn x = 10 ÷ 12.
amax – kích thước của cục vật liệu lớn nhất (tra bảng).
14


Bảng 4.4: Bảng giá trị amax.
Đường kính vít (mm).
Loại vật liệu.

200

300

400
500
Kích thước cho phép cục vật liệu.
Nhỏ, bụi.
18
25
35
45
To, hạt.
40
70
100
125
3.4.6. Xác định trọng lượng vật liệu trên 1 m chiều dài dải băng:
1000.π .D 2
.g.ρ .ϕ .C
q=
4

Trong đó:

600
50
150

(N/m)

(3-37).

ρ – khối lượng riêng, (tấn/m3);

q – trọng lượng vít trên 1m chiều dài;
g – gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s.

3.4.7. Xác định đường kính trong của dải băng:
d = (0,2 ÷ 0,4). D.

(3-38).

Bảng 4.5: Bảng tra trọng lượng vít qv trên 1 m dải băng.
D (mm).
qv (N/m).
3.4.8. Tính công suất:

200
132

300
236

400
314

500
412

600
537

Công suất cần thiết trên trục của băng xoắn được xác định theo công thức:
N = 2,7.10-6 Q.H + 2,7.10-6Q.Ln.ω + 0,02K1.qT.L.v.ωB + 10-3K1.Q

Trong đó:

(kW) (3-39).

K1 – hệ số xác định đặc tính chuyển động của bộ phận công tác
K1 = 0,15.
qT – khối lượng các bộ phận quay băng xoắn trên 1 mét dài,
qT = 80.D
Q – năng suất của vít trộn;
L – chiều dài vận chuyển;
H – độ cao vận chuyển;
ω – hệ số cản di chuyển của vật liệu. Đối với vật liệu nửa nhám chọn
ω = 2,5.
ωB– hệ số cản ở các ổ trục. Đối với ổ lăn chọn ωB = 0,08;
15


3.4.9. Xác định tổng mô men trên trục dải băng:
M = KM1 + M2
Trong đó:

(3-40).

M1 – mô men trên bề mặt vít, N.m;
M2 – mô men do sức cản ở trong các ổ đỡ trục vít, N.m.

a. Xác định mô men trên bề mặt dải băng tải:
M1 = P . 0,5 . Dtb = A . tg(α + ρ0) . 0,5 . Dtb
Trong đó:

(3-41).

P – lực vòng đặt ở cánh dải băng;
Dtb – đường kính tưởng tượng đặt P, Dtb = 0,8D;
A – lực dọc trục, (N);
ρ0 – góc ma sát giữa vật liệu với dải băng;
α – góc nâng của dải băng theo đường kính Dtb.
α = actg

S
πDtb

(3-42).

Lực dọc trục được xác định theo công thức:
A = q.L . (sinβ + f.cosβ)
Trong đó:

(3-43).

q – trọng lượng vật liệu trộn trên 1m chiều dài vận chuyển;
L – chiều dài dãi băng;
f – hệ số ma sát giữa vật liệu với vỏ máy;
β – góc nghiêng đặt dải băng.

b. Xác định mô men cản trong các gối đỡ:
M2 = (A + Gvsinβ).f2.
Trong đó:

d tb

d
+ R. f 2 .
2
2

(3-44).

Gv – trọng lượng của dải băng, (N);
Gv = qv . L

(3-45).

dtb – đường kính trung bình của ngỗng trục, (m);
f1 – hệ số ma sát trên các ổ đỡ;
Ổ trượt: f1 = 0,1 ÷ 0,2
Ổ lăn: f1 = 0,05 ÷ 0,08.
R – tải trọng hướng tâm, (N).
16


R = (Gv . cos β ) 2 + P 2

(3-46).

3.4.10. Tính bền:
- Trọng lượng xem như phân bố đều trên dải băng với trọng lượng qv.
- Trọng lượng vật liệu qp phân bố đều trên dải băng.
- Cần kiểm tra độ cứng, độ võng.
Xem như trục được đỡ hai đầu chịu tải trọng phân bố đều.
q 2p + q v2 . cos β

q=
Trong đó:

(3-47).

q – tải trọng chung phân bố đều;
qv – tải trọng 1m dải băng;
qp – trọng lượng vật liệu đè lên dải băng.
qp = P/L

(3-48).

a. Tính độ cứng:
- Xác định mô men tương đương:
Mtd =
Trong đó:

M u2 + M x2

(3-49).

Mu – mô men gây uốn trục;
Mu = q.L2/8

(N.m)

(3-50).

Mx – mô men xoắn.

Mx = M = K.M1 + M2

(N.m)

(3-51).

- Xác định ứng suất sinh ra trên trục dải băng:
σ=

M tđ
≤ [σ ]
0,1.d 3

(3-52).

b. Kiểm tra độ võng:
5q.l 4
f=
384.E.J

(3-53).

J = 0,05.d4

(3-54).

Khe hở giữa dải băng với máng phải lớn hơn f.
Bảng 4.6: Tỷ lệ thích hợp giữa chiều dài L và đường kính D của thùng trộn.

17

Các máy trộn.
Thùng quay trụ:
Trục quay.
Trục chéo.
Chữ V
Trộn cánh gián
đoạn.
Trộn vít tải liên tục.
Trộn ly tâm.
Trộn sợi có cánh
đảo.

Tỉ lệ giữa chiều
Hệ số đầy φ. dài và đường kính
L/D.

Số vòng quay n trong
một phút (D,dt tính
bằng m).

0,35 ÷0,50
0,35 ÷0,50
0,3 ÷ 0,4

1 ÷ 1,5
1 ÷ 1,5
1,5 ÷ 2

0,3 ÷ 0,4

2 ÷2,5

15 ÷ 25
10 ÷ 20
D
d

0,3 ÷ 0,4
0,5 ÷ 0,75

5 ÷ 25
1,8 ÷ 2

400 ÷ 800

0,2 ÷ 0,4

3÷5

20 ÷ 60

18

t

20 ÷ 40
dt

Chương 4.
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN.

4.1. Phương pháp thiết kế:
Dựa vào cơ sở nguyên lý cấu tạo, nguyên tắc làm việc của máy trộn có bộ phận
trộn quay và phạm vi ứng dụng của máy chúng tôi chọn máy thiết kế là:
Máy trộn kiểu một vít nằm nghiêng, cấp liệu tự chảy bằng băng tải. Máy được thiết
kế theo nguyên tắc làm việc trộn khuếch tán, ngoài ra còn có các quá trình trộn phụ như:
trộn va đập, trộn cắt, trộn nghiền và trộn đối lưu.
Để tiến hành thiết kế chúng tôi dựa theo yêu cầu về năng suất và các yêu cầu đặt ra
cho máy.
Như vậy nội dung thiết kế máy trộn bao gồm:
• Xác định cơ sở thiết kế.
• Lựa chọn mô hình máy hợp lý nhất.
• Tính toán các thông số cơ bản như: các kích thước hình học, các thông số
động học của thùng và bộ phận trộn, công suất truyền động
• Chọn và tính hệ thống truyền động cho máy.
• Kiểm tra lại các kết quả và kiểm tra bền.
4.2. Phương pháp chế tạo:
Máy được chế tạo đơn lẻ theo đơn đặt hàng.
Để tiến hành chế tạo chúng tôi chia máy thành các chi tiết cơ bản và phân thành
các công nghệ chế tạo điển hình sau:
19


• Chế tạo chi tiết và cụm chi tiết dạng hộp: vỏ thùng trộn, máng xả liệu…
• Chi tiết có bề mặt dạng vít.
• Chi tiết dạng trục: trục vít.
• Một số chi tiết như: nhông, xích, ổ bi được tính toán và mua trên thị trường.

• Lắp ráp các bộ phận theo mô hình đã chọn.
4.3. Phương pháp khảo nghiệm:
4.3.1. Dụng cụ khảo nghiệm:
- Để đo các thông số động học ta dùng đồng hồ đo số vòng quay
- Để đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế ta dùng Ampe kiềm.
- Để đo khối lượng ta dùng cân đĩa hoặc cân bàn loại 100 kg.
- Để đo thời gian ta dùng đồng hồ điện tử.
- Đo các thông số hình học ta dùng thước kẹp, thước cuộn, ê ke…
4.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm:
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn.

20


Chương 5.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

5.1. Các dữ liệu thiết kế:
5.1.1. Yêu cầu của máy thiết kế:
-

Đảm bảo năng suất thiết kế.

-

Máy phải phù hợp với nhu cầu sản xuất đặt ra, đồng thời kết cấu phải đơn giản,
dễ chế tạo, dễ vận hành và bảo dưỡng.

-

Máy làm việc theo kiểu liên tục.

-

Đảm bảo độ trộn đều cao.

-

Sử dụng thuận tiện và an toàn lao động.

-

Không gây bụi ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

-

Máy phải làm việc êm dịu, vững chắc, không ồn.

5.1.2. Các số liệu thiết kế ban đầu:
-

Năng suất: 10 tấn/giờ.

-

Nguồn động lực: động cơ điện 3 pha.

-

Khối lượng riêng của vật liệu trộn: ρ = 550 (kg/m3).

-

Góc ma sát của vật liệu với thép: 420.

-

Góc nghiêng đặt vít chọn β = 200.

-

Hệ số ma sát của vật liệu trộn với thép: f = 0,7.

-

Ẩm độ đưa vào trộn: 15 ÷ 20 %.

5. 2. Lựa chọn mô hình máy thiết kế và giải thích nguyên lý làm việc:
5.2.1. Lựa chọn mô hình máy:
21


Điểm khác nhau cơ bản về kết cấu và nguyên lý làm việc của máy thiết kế với các
máy khác là máy làm việc liên tục, bộ phận trộn có dải băng nằm nghiêng, với thiết kế
này máy sẽ được nâng cao năng suất nhưng chất lượng sản phẩm không đổi. Để đảm bảo
máy làm việc hiệu quả và nâng cao khả năng trộn đều ta bố trí dải băng và cánh trộn xen
kẻ nhau. Đồng thời với thiết kế này máy được nộp liệu từ các băng tải nên năng suất cao
hơn đảm bảo máy làm việc liên tục, việc thao tác và sử dụng máy cũng được thuận tiện
hơn.
Từ yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho máy thiết kế, chúng tôi lựa chọn mô hình máy thiết

kế như sau:

10

5

9
8

4
7
6

4
4
1 2 3

4

22


Hình 5.1: Mô hình máy trộn.
1: Vít trộn; 2: Trục vít; 3: Thùng trộn;
4: Các băng tải cấp liệu;
5: Máng cấp liệu; 6: Khung máy;
7: Cửa ra liệu;
8: Bộ truyền xích;
9: Động cơ; 10: Cánh trộn.
5.2.2. Nguyên lý làm việc của máy:

Vật liệu trộn được đưa vào máng cấp liệu (5) của băng tải và được các băng tải
định lượng đưa lên đổ vào thùng trộn (3), ở đây vật liệu được dải băng trộn (1) trộn đều
và đẩy dọc theo thùng trộn. Khi vật liệu được trộn đều và được đưa đến cửa ra liệu (7), tại
đây sản phẩm của máy trộn sẽ được đưa ra ngoài. Máy được kéo bởi động cơ điện (9)
thông qua bộ phận truyền xích (8).
5.3. Tính toán các bộ phận trộn:
5.3.1. Năng suất trộn của dải băng:
Q = 47,1 . D2 . S . n .ρ. φ .C.
Trong đó:

(5-1).

S = (0,8 ÷ 1,2).D, chọn S = 0,8D;
φ = 0,3 – hệ số chứa;
ρ = 550 kg/m3;
C: hệ số tính đến góc nghiêng đặt dải băng β, với β = 20 0 tra bảng

(4.2) ta có: C = 0,65.
Số vòng quay của dải băng trong một phút, tra bảng (4.3), n = 60 (vòng/phút).
5.3.2. Xác định đường kính ngoài của dải băng:

`

D=

3

Q
47,1.n.ρ .ϕ .C.0,8

D=

3

10
= 0,35 (m).
47,1 * 60 * 0,55 * 0,3 * 0,65 * 0,8

(5-2).

Theo tiêu chuẩn chọn D = 0,35 (m).
5.3.3. Tính lại bước xoắn của dải băng:
S = 1 * D = 1 * 0,35 = 0,35 (m), chọn S = 0,35 (m)

(5-3).

Ta lấy đường kính ngoài của cánh trộn và bước xoắn của cánh trộn bằng đường
kính và bước xoắn của dải băng: Dc = 0,35 (m), Sc = 0,35 (m).
5.3.4. Tính đường kính trục dải băng:
23


d = (0,2 ÷ 0,4) * D = (0,2 ÷ 0,4) * 0,3 = (0,07 ÷ 0,14)

(5-4).

Chọn d = 0,08 (m).
5.3.5. Bề rộng dải băng:
b = (0,05 ÷ 0,1)D

(5-5).

b = 0,1D = 0,1 * 0,35 = 0,035 (m).
Chọn b = 0,035 (m).
5.3.6. Kiểm tra lại số vòng quay của trục dải băng:
Số vòng quay của dải băng được tính theo công thức:
n=
n=

40
D

,

40
0,3 5

(vg/p).

(5-6).

= 68 (vòng/phút).

5.3.7. Chiều dài phần dải băng xoắn dựa vào tỉ lệ chiều dài và đường kính L/D:
Theo bảng (4.6).
Ta có: L = (5 ÷ 25) * D

(5-7).

L = (5 ÷ 25) * 0,35

L = 1,75 ÷ 8,75
Ta chọn tổng chiều dài thùng trộn là L = 4 m. Trong đó tổng chiều dài phần
dải băng chọn Ldb = 3,65 (m), chọn tổng chiều dài phần cánh xoắn là Lc = 0,35(m).
5.3.8. Đường kính phần máng hình tròn:
Dm = D + 2λ

(5-8).

Trong đó: λ – khe hở giữa dải băng với thùng trộn, chọn λ = 5 mm.
Dm = 0,35 + 2 * 0,005 = 0,36 (m).
Dm = 0,36 (m).
5.3.9. Xác định trọng lượng vật liệu trên 1 m dải băng:
q=

1000.π .D 2
.g.ρ .ϕ .C
4

(N/m).

1000 * 3,14 * (0,35) 2
* 9,81 * 0,55 * 0,3 * 0,65
q=
4

q = 101 (N/m).
24

(5-9).

5.3.10. Tính năng suất máy trộn:
Công suất cần thiết trên trục của băng xoắn được xác định theo công thức:
N = 2,7.10-6 Q.H + 2,7.10-6Q.L.ω + 0,02K1.qT.L.v.ωB + 10-3K1.Q

K1 – hệ số xác định đặc tính chuyển động của bộ phận công tác
K1 = 0,15.
qT – khối lượng các bộ phận quay băng xoắn trên 1 mét dài,
qT = 80.D = 80 * 0,35 = 28 (kg/m).

(5-11).

Q – năng suất của dải băng trộn, Q = 10 T/h = 10000 kg/h.
L – chiều dài vận chuyển;
H – độ cao vận chuyển;
H = Lsin200 = 4*sin200 = 1,37 (m)

(5-12).

ω – hệ số cản di chuyển của vật liệu. Đối với vật liệu nửa nhám chọn
ω = 2,5.
ωB– hệ số cản ở các ổ trục. Đối với ổ lăn chọn ωB = 0,08;
v – vận tốc chuyển động dọc trục của vật liệu;
S .n
0,35 * 68
=
= 0,4 (m/s).
60
60

(5-13).

L1
R

1

l1
r1

R
ψ

r

H

v=

h

Trong đó:

(kW) (5-10).

Di?n tích Sv

Hình 5.2: Cấu tạo dải băng.

25

γ