TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP THANH TRẤU NĂNG SUẤT 200 kgh.

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
MÁY ÉP THANH TRẤU
NĂNG SUẤT 200 kg/h.

Họ và tên sinh viên :

LÊ MINH TÂM

Ngành

:

CƠ KHÍ CHẾ BIẾN NSTP

Niên khóa

:

2007 – 2011

TP. HỒ CHÍ MINH- 05/2011


Khóa luận tốt nghiệp

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

MÁY ÉP THANH TRẤU
NĂNG SUẤT 200 kg/h.

Tác giả

LÊ MINH TÂM

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

Giáo viên hướng dẫn :
TS. BÙI NGỌC HÙNG

Tháng 05 năm 2011

i


Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM TẠ
- Lời cảm ơn đầu tiên tôi muốn gửi đến ông bà, cha mẹ những người đã có công
ơn sinh thành dưỡng dục cùng các anh chị em đã yêu thương đùm bọc và giáo dục tôi
nên người.
- Chân thành biết ơn ban giám hiệu nhà trường và các thầy cô ở các trường:
mẫu giáo Phước Sơn, tiểu học số 3 Phước Sơn, THCS Phước Sơn và trường THPT
Nguyễn Diêu đã truyền đạt kiến thức giúp tôi bước chân vào cổng trường đại học. Tiếp
đến là ban giám hiệu, ban chủ nhiệm khoa cơ khí CN và các quí thầy cô giáo trường
đại học Nông Lâm TPHCM đã tận tình dìu dắt, truyền đạt những kiến thức và kinh
nghiệm quí báu giúp tôi bước vào đời.

- Đặc biệt tôi xin gửi lời ghi ân chân thành đến thầy-TS.Bùi Ngọc Hùng đã tận
tình hướng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp này.
- Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn trong và ngoài lớp đã sát cánh
động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài.

ii


Khóa luận tốt nghiệp

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu hoàn chỉnh và tính toán thiết kế máy ép thanh trấu năng suất
200 kg/h được tiến hành tại xưởng gia công cơ khí trường đại học Nông Lâm TPHCM
từ 3/2011 đến 6/2011 đã thu được những kết quả sau:
Đường kính thanh trấu ép: đường kính ngoài 100 mm, đường kính trong 25mm.
Đã thu được những số liệu về mặt kĩ thuật của máy ép thanh trấu năng suất 200
kg/h. Công suất động cơ: 10 kw; tỉ số truyền: i=14,6.
Kích thước của máy: 950mm x 950mm x 1140 mm.

iii


Khóa luận tốt nghiệp

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM TẠ ................................................................................................................ ii
TÓM TẮT .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... vi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .................................................................................................1

Chương 2: TỔNG QUAN .............................................................................................3
2.1. Đối tượng nghiên cứu: ..........................................................................................3
2.1.1. Trấu nguyên liệu: ...........................................................................................3
2.1.1.1. Giới thiệu về trấu: ....................................................................................3
2.1.1.2. Các tính chất cơ lí của trấu: .....................................................................3
2.1.2. Củi trấu: ..........................................................................................................4
2.1.1.1. Giới thiệu về củi trấu: ..............................................................................4
2.1.1.2. Nguyên liệu sản suất và công nghệ chế tạo:............................................5
2.2. Một số phương pháp tạo hình sản phẩm: ..............................................................6
2.3. Cơ sở lí thuyết quá trình nén ép vật thể: ...............................................................6
2.3.1. Khái niệm nén ép: ..........................................................................................6
2.3.2. Sự chuyển động của nguyên liệu trong vít xoắn nằm ngang: ........................6
2.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình ép: ......................................................7
2.3.4. Lý thuyết tính máy ép trục vít đẩy: ................................................................8
2.3.5. Giới thiệu một số loại máy ép: .....................................................................17
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................20
3.1. Phương pháp nghiêng cứu lí thuyết: ...................................................................20
3.2. Phương pháp thiết kế và lựa chọn phương án: ...................................................20
3.3. Phương pháp chế tạo:..........................................................................................21
3.4. Phương pháp lắp ghép: .......................................................................................22
3.5. Phương pháp khảo nghiệm: ................................................................................22
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................23
4.1.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình nén ép: ..............................................23
4.1.2. Các thông số thiết kế ban đầu: .....................................................................24
iv


Khóa luận tốt nghiệp
4.1.3. Lựa chọn mô hình máy và sơ đồ truyền động:.............................................24
4.1.4. Nguyên lí làm việc của máy:........................................................................24

4.2. Tính toán các kích thước chính của máy: ...........................................................25
4.2.1. Các kích thước hình học của vít xoắn: .........................................................25
4.2.2. Tính toán thiết kế bunke cấp liệu: ................................................................26
4.2.3. Chọn trục và then: ........................................................................................27
4.2.4. Chọn gối đỡ: .................................................................................................28
4.3. Tính toán nhiệt cho buồng ép: ............................................................................28
4.4. Tính toán bền cho một số chi tiết: ......................................................................30
4.5. Tính toán truyền động: ........................................................................................32
4.6. Qui trình công nghệ chế tạo: ...............................................................................35
4.7. Khảo nghiệm: ......................................................................................................52
4.7.1. Mục đích khảo nghiệm:................................................................................52
4.7.2. Nội dung khảo nghiệm: ................................................................................52
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................53
5.1. Kết luận: ..............................................................................................................53
5.2. Đề nghị:...............................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................54

v


Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1:Thanh củi trấu .....................................................................................................4
Hình 2:Máy ép gạch ngói .............................................................................................17
Hình 3:Máy ép thủy lực ..............................................................................................18
Hình 4 Máy ép viên ......................................................................................................18
Hình 5:Máy ép phun .....................................................................................................18
Hình 6: Máy ép nhựa ....................................................................................................18
Hình 7:Máy dập nổi

..................................................................................................19

Hình 8 Máy ép bùn băng tải ........................................................................................19
Hình 9 :Máy ép dầu ......................................................................................................19
Hình 10:Máy ép bằng trục khuỷu .................................................................................20
Hình 11:Máy ép bằng trục vít xoắn ..............................................................................21
Hình 12:Mô hình máy và sơ đồ truyền động ................................................................24
Hình 13:Vít xoắn ..........................................................................................................25
Hình 14:Bunke cấp liệu ................................................................................................26
Hình 15:Phân tích lực tác dụng lên vít xoắn ................................................................30
Hình 16:Lực tác dụng lên vòng xoắn vít ép .................................................................31
Hình 17:Bunke hoàn chỉnh ...........................................................................................36
Hình 18:Vỏ máy hoàn chỉnh.........................................................................................37
Hình 19:Hàn bun ke vào vỏ máy ..................................................................................38
Hình 20: Phoi thép (CT5) sau khi tiện..........................................................................38
Hình 21: Phoi thép (CT5) sau khi tiện và phay ............................................................39
Hình 22:Vít ép hoàn chỉnh ...........................................................................................39
Hình 23:Khung máy .....................................................................................................40
Hình 24:Tấm đỡ động cơ ..............................................................................................41
Hình 25:Ống thép 35X sau khi gia công ......................................................................42
Hình 26:Tấm thép CT3 sau khi gia công......................................................................42
Hình 27:Khuôn ép hoàn chỉnh ......................................................................................43
Hình 28 :Vật đúc của moayơ ........................................................................................43
Hình 29:Vật đúc của xilanh ép .....................................................................................44
vi


Khóa luận tốt nghiệp
Hình 30:Mẫu của moayơ ..............................................................................................44

Hình 31:Mẫu của xilanh ép ..........................................................................................45
Hình 32:Hộp lõi của moayơ .........................................................................................45
Hình 33:Hộp lõi của xilanh ép......................................................................................45
Hình 34:Khuôn có gắn lõi của moayơ ..........................................................................46
Hình 35:Khuôn có gắn lõi của xilanh ép ......................................................................47
Hình 36:Lõi của moayơ ................................................................................................47
Hình 37:Lõi của xilanh ép ............................................................................................47
Hình 38: Vị trí các lỗ Ø15 sau khi khoan của moayơ ..................................................48
Hình 39:Mặt cắt dọc của moayơ sau khi tiện trong......................................................48
Hình 40:Vị trí các lỗ Ø15 sau khi khoan của xilanh ép ...............................................49
Hình 41:Xilanh ép hoàn chỉnh ......................................................................................49
Hình 42:Trục sau khi gia công hoàn chỉnh...................................................................50

vii


Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
A/Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ định hình sinh khối để sản xuất thanh nhiên liệu
có chất lượng cao từ trấu là một giải pháp khả thi, mở ra triển vọng
giải quyết tình trạng khan hiếm chất đốt ở các vùng nông thôn,
Mới có khoảng
1/3 phụ phẩm
nông nghiệp được
sử dụng.

đồng thời góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường.
Ước tính hàng năm có khoảng gần 2 triệu tấn trấu được thải

ra từ các cơ sở xay xát. Nhiều nhà máy, xí nghiệp mà chủ yếu ở
phía Nam đang phải đối mặt với việc xử lý lượng phế thải khổng lồ
trên (không đủ mặt bằng kho chứa và thiếu đầu ra...). Chẳng hạn,

một nhà máy xay xát có công suất trung bình 100 tấn/ca, 1 giờ sẽ thải ra 2,5 tấn trấu, 1
ngày là 60 tấn và 1 tháng là 1.800 tấn. Với khối lượng riêng của trấu là 110 kg/m3 thì
phải cần một thể tích kho chứa trên 11.000 m3. Mặt khác, do khối lượng riêng nhỏ nên
chi phí vận chuyển đến các vùng nông thôn, nơi đang thiếu chất đốt và vẫn phải chặt
phá rừng để lấy củi, là rất tốn kém.
Kết quả phân tích cho thấy thanh nhiên liệu có ưu điểm hơn hẳn nhiên liệu thô
ban đầu do một số đặc tính cơ - lý - hóa được cải thiện như: tăng được khối lượng
riêng lên 5 đến 10 lần, rất dễ dàng cho vận chuyển đi xa với chi phí thấp; nhiệt lượng
tăng theo đơn vị khối; dễ dàng cải tiến công nghệ đốt để có hiệu suất sử dụng cao,
giảm ô nhiễm môi trường. Hiện nay máy do Viện Năng lượng chế tạo đang được ứng
dụng thử nghiệm ở thị trấn Trôi (Hà Tây) cho kết quả khả quan, mở ra triển vọng cho
phát triển công nghệ này ở Việt Nam. Sau khi công nghệ được hoàn thiện, ước tính có
thể phát triển được gần 10.000 máy ở khắp các vùng trong cả nước. Nó sẽ giúp giải
quyết tình trạng khan hiếm chất đốt ở các vùng nông thôn và thay thế cho gỗ củi, giảm
chặt phá rừng. Hiện nay, giá 1 kg sản phẩm tương đương với giá củi trên thị trường (từ
400 đến 450 đ/kg).
Tóm lại máy ép thanh trấu ra đời đã giải quyết được những nhu cầu thực tiễn
trong sản xuất và những lợi ích kinh tế.

1


Khóa luận tốt nghiệp
B/Mục đích của đề tài
Tính toán thiết kế máy ép thanh trấu NS 200 kg/h
Nội dung cụ thể như sau:

+ Tìm hiểu về tính chất cơ lý của trấu
+ Tìm hiểu về một số nguyên lý ép
+ Tính toán, thiết kế một số bộ phận chính của máy ép trấu
+ Viết quy trình công nghệ chế tạo các bộ phận chính của máy

2


Khóa luận tốt nghiệp

Chương 2: TỔNG QUAN
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Trấu nguyên liệu
2.1.1.1. Giới thiệu về trấu
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay
xát.Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt
và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro.
Bề mặt trấu khá ráp và có tính mài mòn cao vì hàm lượng silic lớn. Đây là đặc
điểm nổi bật có ảnh hưởng lớn đến quá trình làm việc của vít xoắn.
2.1.1.2. Các tính chất cơ lí của trấu
Trấu là loại vật liệu có đặc tính thay đổi rất lớn theo không gian và thời gian.
A/ Nhiệt trị
Nhiệt trị của trấu khoảng 14 MJ/Kg (3400 Kcal/kg) xấp xỉ 1/3 dầu hỏa,3 kg trấu
cháy hoàn toàn tạo ra một nhiệt lượng tương đương với 1 kg dầu hỏa.
+ Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ:

3


Khóa luận tốt nghiệp

Theo bảng trên thì 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/3 năng lượng
được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006).
B/ Thành phần công nghệ
Trấu chứa 14%-16% cacbon cố định, 54%-70% chất bay hơi, 17%-26% tro,
hàm lượng cacbon thấp và hàm lượng oxy cao nên nhiệt trị trấu thấp.
Macheshwari và Ojha 1980 đã kê ra thành phần tổng hợp của trấu:
Cacbon

39,26%

Hydrogen 4,99%

silic

32,7%

Nitrogen

0,1%

Nước

Lưu huỳnh
Tro

1,99%
3,56%

17,4%

C/ Các kích thước và đặc tính khác
Tùy theo từng loại lúa mà trấu có chiều dài từ 5-10 mm, chiều ngang từ 1/3-1/2
chiều dài.
Góc nghỉ của trấu từ 450-500, mật độ khối của trấu chỉ khoảng 110 kg/m3 chỉ
bằng 1/6 của than đá.
2.1.2. Củi trấu
2.1.1.1. Giới thiệu về củi trấu
Củi trấu - Giải pháp tiết kiệm và hạn chế ô nhiễm môi trường.

Hình 1:Thanh củi trấu
Khi nói đến củi trấu nhiều người vẫn chưa hình dung ra sản phẩm đó như thế nào, hiệu
quả ra sao nhưng hiện nay trên thị trường sản phẩm được Công ty TNHN Mai Hân
phân phối khá rộng trong và ngoài nước. Củi trấu là sản phẩm tích tụ các ưu điểm mà
4


Khóa luận tốt nghiệp
hầu như những sản phẩm về nhiên liệu đốt khác không có, trong đó hai tính năng nổi
bật nhất vẫn là tiết kiệm và hạn chế ô nhiễm môi trường. Nói đến vấn đề này chị Mai
Hân – Giám đốc Công ty Mai Hân cho biết: “Trong tình huống ngẫu nhiên, tình cờ tôi
biết đến sản phẩm, qua thời gian tìm hiểu so sánh và đánh giá tổng quát, công ty chúng
tôi nhận thấy tiềm năng của củi trấu là rất đáng kể, phù hợp và rất hữu ích cho người
tiêu dùng. Công ty Mai Hân đã thẩm định, đánh giá Củi trấu qua các nghiên cứu thực
tiễn về chức năng tiết kiệm và hạn chế ô nhiễm môi trường.
A/ Giải Pháp tiết kiệm
Củi trấu cháy triệt để, khi đốt sinh nhiệt tốt khoảng 3400 Kcal/kg, do trong trấu
thành phần chất xơ chiếm 75%, dễ bén lửa, khi cháy không có khói và mùi tỏa ra rất
dễ chịu, không những vậy khả năng duy trì sự cháy của củi trấu lâu hơn so với các
nhiên liệu đốt khác như than đá, củi, và các loại chất đốt khác, có thể sử dụng củi trấu
cho nhiều dạng lò đốt truyền thống và công nghiệp. Về mặt kinh tế, Công ty Mai Hân

đưa ra các số liệu tính toán cho thấy: củi trấu có giá khoảng 1000 đồng/kg, so sánh với
các chất đốt khác củi trấu tiết kiệm được khoảng gần 50%, như vậy xét tính tiết kiệm
củi trấu được người tiêu dùng đánh giá cao của khi sử dụng.
B/ Hạn chế ô nhiễm môi trường
Nói cách khác, củi trấu là sản phẩm vừa giảm thiểu được lượng chất thải ra môi
trường, vừa đảm bảo tỉ lệ ô nhiễm khi sử dụng là không đáng kể, không những vậy tàn
tro của củi trấu sau khi đốt có chứa trên 80% là silic oxyt, hiện nay có thể tận dụng cho
rất nhiều lĩnh vực (về mặt này nhiều doanh nghiệp sản xuất gạch và gốm đã bán lại
cho nông dân tàn tro sử dụng trong việc cải tạo đất ) như vậy xét về mặt môi trường
củi trấu hoàn toàn là sản phẩm tiện ích cho môi trường trong sạch.
2.1.1.2. Nguyên liệu sản suất và công nghệ chế tạo
A/ Nguyên liệu sản suất
Nguyên liệu sản suất ra thanh củi trấu chính là trấu, do trong bản thân phế phẩm
nông nghiệp này đã chứa sẵn chất kết dính gọi là lignin nên bản thân nó cũng có thể tự
kết dính và nén ép dưới tác dụng của lực ép từ vít ép. Tuy nhiên để khả năng kết dính
của trấu tốt hơn trong quá trình ép có thể pha trộn thêm nhựa với tỉ lệ 90% trấu với
10% nhựa.
5


Khóa luận tốt nghiệp
B/ Công nghệ chế tạo
Khi cho trấu vào máy ép dưới tác dụng nhiệt truyền từ bộ gia nhiệt qua khuôn
ép sẽ làm độ ẩm của trấu giảm xuống dưới 12% và đến một nhiệt độ nào đó sẽ tạo ra
chất kết dính và dưới tác dụng của vít ép thì trấu sẽ tạo thành thanh củi khi đi qua
khuôn ép.
2.2. Một số phương pháp tạo hình sản phẩm
Trong nghành sản suất, để tạo ra những sản phẩm có hình dạng theo yêu
cầu,với mục đích cải tiến điều kiện vận chuyển để áp ứng nhu cầu ngày càng tiến bộ
hiện nay.

Do đó có nhiều phương pháp ép tạo hình sản phẩm rời:
+Phương pháp ép bằng trục.
+Phương pháp ép bằng cần đẩy.
+Phương pháp ép thủy lực.
2.3. Cơ sở lí thuyết quá trình nén ép vật thể
2.3.1. Khái niệm nén ép
Nén ép là quá trình xích lại gần nhau của các phần tử nguyên liệu dưới tác dụng
của ngoại lực, kết quả là khối lượng riêng tăng lên.
Nhìn từ góc độ sản phẩm thì quá trình nén ép là quá trình tạo ra khối sản phẩm
phụ thuộc vào khối lượng riêng và độ sệt của nó. Khối sản phẩm tạo ra có thể giữ được
hình dạng dưới ảnh hưởng của nội lực liên kết hay phản lực ngoài từ các vật giới hạn.
2.3.2. Sự chuyển động của nguyên liệu trong vít xoắn nằm ngang
Theo sơ đồ của máy đã chọn thì khi máy hoạt động, trục vít quay làm cho bề
mặt cánh vít tác động lên nguyên liệu đẩy chúng di chuyển theo bề mặt cánh vít và
lòng xilanh, vít xoắn gồm có trục và cánh xoắn hàn với nhau, chiều dài mỗi đoạn bằng
một bước xoắn. Như vậy khi trục chuyển động thì quĩ tích chuyển động của nhiên liệu
như một đường xoắn ốc và tốc độ quay của nó dao động:

Trong đó:

vận tốc góc của vít.
:vận tốc góc của sản phẩm.

-Nếu

thì Nlt=Ntt với N năng suất máy.
6


Khóa luận tốt nghiệp

-Nếu

thì N=0 không có sản phẩm di chuyển dọc trục.

Như vậy 0

lúc đó Ntt=

với

=1-

/

:hệ số tích nạp

nguyên liệu.
2.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình ép
Ép là một quá trình nén vật liệu rời từ nguyên liệu ban đầu đến khi chúng kết
dính và liên kết lại hoàn toàn dưới dạng viên, thanh…
Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến quá trình nén ép: áp lực ép, nhiệt độ
nung,ma sát giữa vít với lòng xi lanh, hời gian nạp liệu, thời gian kết dính, áp suất nén.
A/ Kích thước hạt trấu
Trấu có kích thước chiều dài từ 5-10 mm, chiều ngang khoảng 1/3-1/2 chiều
dài, góc nghỉ 40-500 và chúng có độ nhám rất cao.
B/ Độ ẩm của trấu
Trong quá trình ép nén tạo thanh dạng tròn rỗng từ trấu, ta không dùng keo mà
ta chỉ gia nhiệt bên ngoài buồng ép bằng điện trở nhằm tạo chất keo kết dính từ trấu.
Thực chất là khi nhiệt độ nâng lên từ 250-4500C thì các phần tử tự do không ổn định
được tạo ra sẽ phản ứng với hydrogen trong nhiên liệu tạo thành hắc ín hoặc phản ứng

với chất khác tạo nên các liên kết, kết quả là sự đóng bánh xuất hiện, đó là sự kết dính
các phần tử tơi vụn.
C/ Áp suất đúc (ép)
Là áp suất tác dụng lên vật liệu trấu nằm trong khuôn, áp xuất này tạo ra bởi vít
ép của máy áp suất lớn nhất tạo ra trong máy nhằm khắc phục các trợ lực trong xilanh,
đầu phun và tạo ra áp suất đúc, áp suất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cấu tạo máy,
hình dạng khuôn, dạng vít ép, thể tích đúc, tính chất cơ lý của vật liệu và nhiệt độ
buồng ép. Áp suất ép ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tính chất của sản phẩm, yêu
cầu là áp suất ép phải đảm bảo độ điền đầy khuôn, độ mịn khít của sản phẩm, phải
đảm bảo thời gian ép và tốc độ ép thích hợp,áp suất ép càng cao thì độ nhớt vật liệu
càng cao.
D/ Thể tích ép
Đây là thông số quan trọng của máy ép, hệ số này quyết định đến kích thước và
các đặc tính công nghệ khác của máy. Thể tích ép của máy là do thể tích của sản phẩm
7


Khóa luận tốt nghiệp
ép quyết định, tùy thuộc vào ép một lần một sản phẩm hay nhiều sản phẩm, thể tích
của sản phẩm được xác định theo công thức.
V0=m.Vsp

(cm3)

V0: thể tích đúc của máy (cm3)
m:số sản phẩm ép trong một lần
Vsp:thể tích một sản phẩm ép (cm3)
E/ Tốc độ cấp liệu và thời gian tạo thành sản phẩm
Để đưa vật liệu trấu từ bên ngoài vào xilanh ép phải đưa vật liệu vào cửa nạp
liệu và cho chúng rơi tự do qua cửa nạp liệu và đưa vào buồng ép, tốc độ này đảm bảo

sao cho lượng trấu cung cấp một cách đầy đủ và đều đặn cho vít ép, không làm cho vít
ép quá tải không tạo ra sự đóng bánh của trấu trước khi ra khỏi khuôn.
2.3.4. Lý thuyết tính máy ép trục vít đẩy
A/ Tính toán bộ phận tiếp liệu
Trong các máy ép bộ phận tiếp liệu có nhiệm vụ bảo đảm trữ lượng nhiên liệu
nạp vào máy, việc chọn cơ cấu tiếp liệu phụ thuộc vào tính chất của nhiên liệu.
Đối với vật liệu dạng hạt thì khả năng rơi vật liệu dễ dàng nên có thể dùng bộ
phận tiếp liệu thông thường gồm có tiếp liệu và bunke đáy côn.
Trong loại này chiều dài cửa tiếp liệu thường sử dụng trong khoảng =(2,5-5)D.
Trong đó D là đường kính trục vít, còn góc nón bunke thường từ (60-80)0.
Đối với vật liệu dạng bột nhẹ do khả năng tự rơi của nó kém nên khi tiếp liệu dễ
sinh ra hầm ếch, vì vậy đối với vật liệu dạng này cần có cơ cấu xáo trộn cưỡng bức và
người ta thường sử dụng loại xáo trộn kiểu cánh và trục thẳng đứng.
Để đảm bảo vật liệu điền đầy vào khuôn để tạo thành sản phẩm thì hành trình
của pittông phải được xác định theo phương trình sau:
H = h+h1

(4-2)

Trong đó : l1: khoảng lùi của pittông ở phía sau cửa tiếp liệu, thường chọn l1=(1-1,5).d
h1: chiều dài cửa tiếp liệu
h: hành trình của pittông để tạo ra áp suất đúc,h=(2-3).d
Trong các công thức trên d là đường kính pittông nếu ta gọi trọng lượng của vật liệu
ép là G1 thì ta có:
G1=V0.

(4-3)
8

Khóa luận tốt nghiệp
Trong đó : V0:thể tích vật ép (cm3)
:Trọng lượng riêng của vật ép (g.cm-3)
Trọng lượng riêng của vật liệu đưa vào ta lấy bằng:
Gp=1,25. G1. (g)

(4-4)

Mặt khác trọng lượng được tính :
‘

Gp=
Trong đó :

‘

(4-5)

là trọng lượng xốp của vật liệu g/cm3,đây là hành trình cần thiết

để tạo ra áp suất ép.
Đối với máy ép trục vít để ép ra sản phẩm thì nó chỉ cần thực hiện hành trình
phun mà thôi,vì nó không cần có khoảng lùi và đi qua cửa tiếp liệu nên toà bộ hành
trình của nó chỉ là:
H =h=1,6.

(cm)

B/Tính toán vít đẩy
Để tính toán và thiết kế bộ phận dẻo hóa của trục vít ta phải xác định lại thông

số.Để xác định đường kính của xi lanh chúng ta phải xuất phát từ điều kiện đảm bảo
thể tích ép của máy.
Thể tích chứa của xilanh là:
V=k1.V0 (cm3)
Trong đó:

(4-7)

V0:thể tích đúc (cm3)
k1:hệ số chứa k1từ 1,25 1,3.

Mặt khác ta cũng có thể tích chứa được tính như sau:
V=
Trong đó:

.H=

.k2 (cm3)

(4-8)

D: Đường kính xilanh (cm)
H: Hành trình của trục vít
k2: Hệ số hành trình k2 từ 2 3.

Từ hai công thức trên ta tính được đường kính xi lanh:
D=

(cm)

9


Khóa luận tốt nghiệp
Độ nén vật liệu của trục vít là tỉ số chiều sâu rãnh vít ở điểm vào và điểm ra của vùng
nén:
E=
Trong đó:
: Chiều sâu của rãnh vít ở vị trí vào của vùng nén (cm)
: Chiều sâu rãnh vít ở vị trí của vùng nén (cm)
: Trọng lượng riêng của vật liệu (g/cm-3)
’: Trọng lượng riêng xốp của vật liệu (g/cm-3)
Số vòng quay của trục vít được xác định từ năng suất của máy. Năng suất của máy:
Q=47(D2-d2)(s-b).n.
Trong đó:

(cm-3.h-1)

D: Đường kính trục vít (cm)
d: Đường kính lõi trục vít ở vùng định lượng (cm)
s: Bước của trục vít (cm);s=(0,8 1)D
b: Bề rộng của cánh vít (cm)
n: Số vòng quay của trục vít (vg/phút)
: Hệ số dịch chuyển của vật liệu, thông thường =0,8 0,9

Mặt khác năng suất Q cũng được tính theo công thức:
Q=

(cm-3.h-1)

Trong đó:
V0: Thể tích đúc (cm3)
k1: Hệ số kể tới lượng dư, k1=1,2
: Thời gian một chu kì đúc (s)
Công suất tiêu hao để làm quay trục vít được xác định:
Nt=0,736.C.Dm (KW)
Trong đó:
D: Đường kính trục vít (cm)
C: Hệ số,C=0.15 0,2
m: Số mũ thực nghiệm m=2 2,5
Hoặc có thể xác định theo công thức sau:
10


Khóa luận tốt nghiệp
Nt=

(

+

) (KW)

Trong đó:
b: Độ nhớt vật liệu (kgs.cm3)
l0: Chiều dài làm việc của trục vít (cm)
: Khe hở giữa trục vít và xilanh
h: Chiều sâu của rãnh vít
: Góc nghiên của rãnh vít, tg =
Còn công suất của bộ phận thủy lực để tạo ra hành trình ép của máy phụ thuộc

vào áp suất ép của máy,trợ lực của xilanh và năng suất của máy. Áp suất cực đại phát
sinh trong xilanh khi thực hiện được một hành trình ép là:
pmax=p0+

lp+

xl

(kg.cm-2)

Trong đó:
p0: Áp suất ép cần thiết (kg.cm-3)
lp:

Trợ lực lỗ phun (kg.cm-3)

xl:

Trợ lực của xilanh (kg.cm-3)

Công suất của bộ phận thủy lực để tạo ra áp áp suất đúc được xác định:
N1=

(KW)

Trong đó:
Q1: Năng suất của bộ thủy lực
: Hiệu suất của bộ thủy lực
Năng suất của bộ thủy lực được xác định bằng:
Q1=

Trong đó:
: Thời gian phun (s)
H: Hành trình ép (cm)
D1: Đường kính xilanh thủy lực (cm)
Đường kính xilanh thủy lực được tính theo công thức:

11


Khóa luận tốt nghiệp

D1=K.D.

(cm)

Ở đây:
K: Hệ số tổn thất K=1,1 1,2
P1 : Áp suất làm việc của chất lỏng trong bộ phận thủy lực (kg.cm-2)
C/ Tính toán quá trình nung nóng vật liệu trong buồng ép
Quá trình nung nóng vật liệu trong buồng ép của máy ép trục vít được thực hiện
nhờ bộ phận gia nhiệt điện trở bên ngoài. Lượng nhiệt cần thiết để cung cấp cho buồng
ép làm cho vật liệu chảy nhớt hoàn toàn trong quá trình ép:
Q1’=k1.V0. .C.(tc-tđ)/tck (kcal.s-1)
Trong đó:
: Khối lượng riêng vật liệu (kg.cm-2)
C: Nhiệt dung riêng vật liệu (Kcal.kg-1)
tc : Nhiệt độ cuối của vật liệu (0C)
tck : Thời gian một chu kì ép (s)
tck=tđk+tls+tthk=tp+tgiữ+tlùi+tng (s)
Trong đó:

tđk : Thời gian đóng khuôn (s)
tp: Thời gian phun (s)
tls: Thời gian làm sạch (s)
tthk: Thời gian tháo khuôn (s)
tgiữ: Thời gian giữ áp lực (s)
tlùi: Thời gian lùi của trục (s)
tng: Thời gian nghỉ của trục vít (s)
Ở đây tck chỉ phụ thuộc vào tls và nó được xác định bằng điều kiện truyền nhiệt
trong khuôn.
Mặt khác lượng nhiệt này được cấp qua thành xilanh vào vật liệu và được tính
như sau:
Q1’’= .D.L. ttb (kcal.s-1)
Trong công thức này:
L: Chiều dài xilanh ở phần truyền nhiệt (cm)
12


Khóa luận tốt nghiệp
D: Đường kính xilanh (cm)
K: Hệ số truyền nhiệt (Kcal/cm2.s.0C)
(Kcal/cm2.s.0C)

K=
Trong đó:
xl:

Chiều dày thành xilanh (cm)

: Hệ số dẫn nhiệt của xilanh (Kcal/cm2.s.0C)
α: Hệ số cấp nhiệt từ thành xilanh vào vật liệu (Kcal/cm2.s.0C)

Ở đây chế độ truyền nhiệt là ổn định, đối lưu cưỡng bức dọc theo thành xilanh
Khi Re<105 phương trình chuẩn số là:
Nu=0,76.Re0,5.Prt0,43.(Prt/Prv)0,25
Khi Re>105 thì ta có phương trình:
Nu=0,37.Re0,8.Prt0,43.(Prt/Prv)0,25
Trong công thức này Nu là chuẩn số Nuy-xen: Nu=
Re=

: Chuẩn số Rây Nôn.

Prt=

: Chuẩn số Pran của tường .

Prv=

: Chuẩn số Pran của vật liệu.

Ở đây:
s: Chu vi của xilanh (cm)
: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (Kcal/cm-2.s-1.0C)
v: Vận tốc của vật liệu trong xilanh (cm.s-1)
: Khối lượng riêng của vật liệu (kg.cm-3)
: Nhiệt dung riêng của thành xilanh (Kcal/cm-2.s-1.0C)
ttb: Hệ số nhiệt trung bình của vật liệu và thành xilanh (0C)
ttb=

(0C)

=txl-tđ

= txl-tc
Trong đó:
13


Khóa luận tốt nghiệp
txl: Nhiệt độ thành ngoài xilanh
tđ,tc: Nhiệt độ đầu và cuối của vật liệu.

14


Khóa luận tốt nghiệp
D/ Tính toán bền cho trục vít
Khi trục vít làm việc đồng thời chịu 3 tải trọng là uốn do trọng lượng bản
thân,nén do lực chiều trục và xoắn do sức cản vòng của vật liệu. Vì vậy khi kiểm tra
bền cho nó ta phải kiểm tra theo cả hai điều kiện bền và ổn định, trước hết ta xác định
hệ số dẻo của trục:

Trong đó:
b: Hệ số liên kết, ở đây ta chọn b=2
L: Chiều dài trục vít (cm)
i: Bán kính quán tính trục (cm)

Ở đây:
D: Đường kính trong của trục vít ở cửa tiếp liệu (cm)
d: Đường kính lỗ làm lạnh trục vít (cm)
Khi

ta kiểm tra trục vít theo điều kiện bền, nó được thể hiện như sau:

(Kg.cm-2)

Trong đó:
: Ứng suất cho phép về bền của vật liệu làm vít (kg.cm-2)
max:

Ứng suất nén lớn nhất sinh ra trong trục vít do sự uốn của trọng

lượng và sự nén của áp suất (Kg.cm-2).
(Kg.cm-2)

max=4.

Ở đây:
F: Là lực chiều trục tác dụng lên trục vít (kg)
F=Pmax.

(kg)

Pmax : Áp suất lớn nhất trong xilanh đúc (kg.cm-2)
D1: Đường kính trục vít (cm)
a=d/D;

Trọng lượng riêng của vật liệu trục vít (Kg.cm-2)

15


Khóa luận tốt nghiệp
(Kg.cm-2)

max=

Mx=97400.

(Kg.cm-2)

N: Công suất động cơ để quay trục vít (kw)
n: Số vòng quay của trục vít (vg/phút)
Hiệu suất bộ truyền động
Wp: Mômen cản trượt của trục vít (cm3)
Độ võng của trục vít khi chịu tải trọng sẽ là:
(cm)

f=
Trong đó:

Khe hở giữa trục vít và xilanh (cm)
q: Tải trọng phân bố trên trục vít (kg.cm-1)
E: môđun đàn hồi (Kg.cm-2)
I: mômen quán tính của tiết diện trục (cm4)
I=
cần kiểm tra trục vít theo điều kiện ổn định:

Khi

(Kg.cm-2)

Ở đây:
ứng suất giới hạn về ổn định (kg.cm-2)

(Kg.cm-2)

=

E: Môđun đàn hồi của vật liệu làm trục vít (Kg.cm-2)
Hệ số an toàn ổn định n=1,8 3
Ngoài ra người ta còn kiểm tra trục vít theo điều kiện mới do uốn và xoắn gây
nên:
-1

(Kg.cm-2)

Ở đây:
16


Khóa luận tốt nghiệp
-1:

Ứng suất cho phép khi uốn do tải trọng thay đổi cả về giá trị lẫn dấu

(Kg.cm-2)
M: Mômen uốn tại tiết diện nguy hiểm
Mx: Mômen xoắn trên trục vít (kg.cm)
Hệ số kể tới sự thay đổi khác nhau của ứng suất uốn và xoắn.
Ta có mômen uốn được tính như sau:
M=

0:

(Kg.cm-1)

Là ứng suất cho phép đối với tải trọng thay đổi về giá trị (Kg.cm-2).

2.3.5.Giới thiệu một số loại máy ép

Hình 2:Máy ép gạch ngói

17