TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN MẪU CA CAO NĂNG SUẤT 2 KGMẺ

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN MẪU
CA CAO NĂNG SUẤT 2 KG/MẺ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ HƯỜNG
Ngành: CƠKHÍ CHẾ BIẾN BQNSTP
Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 6/ 2013


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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN MẪU
CA CAO NĂNG SUẤT 2 KG/MẺ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ HƯỜNG
Ngành: CƠKHÍ CHẾ BIẾN BQNSTP
Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 6/ 2013


TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

MÁY NGHIỀN MẪU CA CAO NĂNG SUẤT 2 KG/MẺ

Tác giả

NGUYỄN THỊ HƯỜNG

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
Kỹ sư: PHẠM DUY LAM

Tháng 06/2013

i


LỜI CẢM TẠ

Em là Nguyễn Thị Hường sinh viên lớp DH09CC thuộc khoa Cơ Khí – Công
Nghệ Trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh xin được gửi lời cảm ơn sâu
sắc đến: Ban Giám hiệu Trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, ban chủ
nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ và các quý thầy cô trong khoa đã hết mình truyền
đạt kiến thức đồng thời luôn sẵn lòng chỉ bảo, giúp đỡ và giải quyết triệt để vướng
mắc, khó khăn của em trong học tập.
Đặc biệt, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Kỹ sư Phạm
Duy Lam thuộc Trung tâm Năng Lượng và Máy Nông Nghiệp đã tận tình giúp đỡ,
hướng dẫn tỉ mỉ và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm để em hoàn thành đề tài tốt
nghiệp này.
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến các anh tại xưởng chế tạo của Trung tâm Năng

Lượng và máy Nông Nghiệp nhất là anh Kỹ sư Hấu Đức Hòa cùng tất cả thầy cô, bạn
bè đã giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

ii


TÓM TẮT
Đề tài: “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca cao năng suất 2 kg/mẻ”
được tiến hành tại Trung tâm Năng Lượng và máy Nông Nghiệp Trường đại học Nông
Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian thực hiện đề tài từ tháng 3 đến tháng 6 năm
2013.
 Kết quả thu được:
 Khung máy:
Chiều cao: 900 mm.
Chiều rộng: 570 mm.
 Bộ truyền đai:
Đường kính bánh chủ động: 100 mm; đường kính bánh bị động: 200 mm.
Khoảng cách trục: 316 mm.
Chiều dài đai: 1000mm.
Số dây đai: 1
 Kích thước trục truyền động:
Chiều dài trục: 383 mm.
Đường kính trục: 40 mm.
Đường kính lắp ổ lăn trên trục: 35 mm.
Đường kính lắp bánh đai: 32 mm.
Đường kính lắp chậu nghiền: 34 mm.
 Kích thước chậu nghiền:
Đường kính chậu: 500 mm.
Chiều cao chậu: 250 mm.
Chiều dày đáy chậu: 10 mm.

Chiều dày thành chậu: 3 mm.
 Kích thước con lăn:
Đường kính con lăn: 200 mm.
Bề rộng con lăn: 156 mm.
iii


MỤC LỤC
Chương 1 MỞ ĐẦU ............................................................................... 1 
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1 
1.2 Mục đích đề tài ................................................................................................ 1 

Chương 2 TỔNG QUAN ....................................................................... 2 
2.1 Tìm hiểu chung về cây ca cao ......................................................................... 2 
2.1.1 Nguồn gốc cây ca cao và sự phát triển của cây cao tại Việt Nam ........... 2 
2.1.2 Đặc điểm sinh thái và một số tính chất của cây ca cao và hạt ca cao ...... 3 
2.2 Khái niệm chung về quá trình nghiền /TL3/, /TL6/, /TL10/ ........................... 4 
2.2.1 Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể rắn...................................... 4 
2.2.2 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình nghiền hạt ............................................... 5 
2.2.3 Các nguyên lý nghiền ............................................................................... 7 
2.2.4 Các thuyết nghiền ................................................................................... 13 
2.2.5 Lý thuyết tính toán máy nghiền chậu con lăn /TL6/, /TL9/ ................... 17 

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 26 
3.1 Phương pháp nghiên cứu về lý thuyết ........................................................... 26 
3.2 Lựa chọn mô hình và nguyên tắc làm việc của máy thiết kế ........................ 26 
3.3 Phương pháp thiết kế ..................................................................................... 26 
3.3.1 Phương pháp thiết kế bộ phận nghiền .................................................... 26 
3.3.2 Phương pháp thiết kế bộ phận chứa liệu ................................................ 27 
3.3.3 Phương pháp thiết kế bộ phận truyền động ............................................ 27 

3.4 Phương pháp chế tạo ..................................................................................... 27 
3.5 Phương tiện: .................................................................................................. 28 

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 29
iv


4.1 Cơ sở thiết kế máy nghiền chậu con lăn........................................................ 29 
4.1.1 Các số liệu thiết kế ban đầu .................................................................... 29 
4.1.2 Lựa chọn mô hình máy thiết kế .............................................................. 29 
4.2 Tính toán bộ phận nghiền .............................................................................. 30 
4.2.1 Tính chọn các thông số của con lăn ....................................................... 30 
4.2.2 Tính toán các thông số của chậu ............................................................ 31 
4.3 Tính công suất buồng nghiền và chọn động cơ ............................................. 33 
4.3.1 Công suất buồng nghiền ......................................................................... 33 
4.3.2 Chọn động cơ ......................................................................................... 33 
4.3.3 Tính toán thiết kế bộ truyền đai /TL1/, /TL2/ ........................................ 34 
4.4 Tính toán thiết kế trục /TL1/, /TL2/, /TL11/, /TL8/ ...................................... 37 
4.4.1 Tính toán thiết kế trục con lăn ................................................................ 37 
4.4.2 Thiết kế trục truyền động chính ............................................................. 43 
4.5 Tính bền then: ................................................................................................ 48 
4.6 Công nghệ chế tạo /TL4/, /TL7/ .................................................................... 49 
4.6.1 Chế tạo khung máy ................................................................................. 49 
4.6.2 Chế tạo chậu ........................................................................................... 52 
4.6.3 Chế tạo trục ............................................................................................ 54 

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................. 57 
5.1 Kết luận ......................................................................................................... 57 
5.2 Đề nghị .......................................................................................................... 57 

v


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Cây ca cao ...................................................................................... 4 
Hình 2.2. Hạt ca cao ....................................................................................... 4 
Hình 2.3. Máy nghiền búa ............................................................................... 7 
Hình 2.4. Máy nghiền đĩa ................................................................................ 8 
Hình 2.5. Máy nghiền răng ............................................................................. 10 
Hình 2.6. Máy nghiền 2 trục ............................................................................ 11 
Hình 2.7. Máy nghiền con lăn trụ loại chậu đứng yên ............................................ 12 
Hình 2.8. Sơ đồ xác định góc ôm và kích thước con lăn ......................................... 19 
Hình 2.9. Sơ đồ phân bố tốc độ trên con lăn ........................................................ 23 
Hình 4.1. Sơ đồ thiết kế máy ........................................................................... 30 
Hình 4.2. Kích thước con lăn ........................................................................... 31 
Hình 4.3. Biểu đồ Mômen trục con lăn .............................................................. 39 
Hình 4.4. Biểu đồ Mômen trục làm việc ............................................................. 45 
Hình 4.5. Khung máy .................................................................................... 50 
Hình 4.6. Hàn khung máy ............................................................................... 51 
Hình 4.7. Khung máy sau khi hàn ..................................................................... 51 
Hình 4.8. Hình khai triển thành chậu và đáy chậu ................................................. 52 
Hình 4.9. Chậu nghiền khi hàn thành chậu với đáy chậu ........................................ 53 
Hình 4.10. Chậu nghiền hoàn chỉnh .................................................................. 53 
Hình 4.11. Trục chính sau khi gia công .............................................................. 54 
Hình 4.12. Máy nghiền chậu con lăn sau khi lắp ráp hoàn chỉnh .............................. 55 
Hình 4.13. Cho ca cao vào máy để nghiền .......................................................... 56 
Hình 4.14. Hạt ca cao sau khi bị nghiền thành bột nhão ......................................... 56 

vi

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Cùng với chè, tiêu, điều, cà phê, cao su thì ca cao cũng là một loại cây công
nghiệp đang ngày càng được mở rộng diện tích canh tác tại Việt Nam. Hiện được
trồng nhiều ở các tỉnh: Đắc Lắc, Đắc Nông, Tiền Giang, Bến Tre, Bình Phước, Đồng
Nai,…Sản phẩm chính của cây ca cao là hạt ca cao. Nó là nguồn nguyên liệu chủ yếu
và có giá trị cao trong nghành công nghiệp chế biến bánh kẹo, đồ uống. Trong đó sôcô-la là sản phẩm được chế biến từ ca cao có thương hiệu trên toàn thế giới, được
nhiều người ưa chuộng, phù hợp với mọi lứa tuổi và có giá trị kinh tế cao.
Để tạo ra được sản phẩm sô-cô-la có chất lượng cao thì khâu nghiền hạt ca cao
tạo bột mịn đóng vai trò quyết định.
Vì vậy, việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ nghiền hạt ca cao đạt hiệu quả
tối ưu là rất cần thiết. Được sự chấp thuận của khoa Cơ khí – Công nghệ Trường đại
học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh và đặc biệt dưới sự hướng dẫn của thầy Kỹ sư
Phạm Duy Lam, em thực hiện đề tài: “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca
cao năng suất 2 kg/mẻ”.
1.2 Mục đích đề tài
Tính toán, thiết kế, chế tạo máy nghiền mẫu ca cao phục vụ cho mục đích thử
nghiệm nếu đạt hiệu quả cao sẽ tiến tới chế tạo máy có năng suất cao hơn và sử dụng
rộng rãi trong sản xuất thực tế.

1


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tìm hiểu chung về cây ca cao
2.1.1 Nguồn gốc cây ca cao và sự phát triển của cây cao tại Việt Nam
 Nguồn gốc cây ca cao:

Cây ca cao có tên khoa học là Theobroma ca cao, trong tiếng Hy Lạp có nghĩa
là: “Thức ăn của các vị thần”, thuộc họ Sterculiaceae, bộ Malvales. Nguồn gốc của cây
ca cao xuất phát từ Trung Mỹ và Mexico, được người Maya và Aztec bản xứ khám
phá, nhưng hầu hết những nước nhiệt đới đều có thể trồng được loại cây này. Trong đó
có Việt Nam, loại cây này theo chân người Pháp đến Nam Bộ từ năm 1878. Và ngày
càng được mở rộng diện tích canh tác.
 Sự phát triển của cây ca cao tại Việt Nam tính đến năm 2011:
Diện tích cây cao cao tại Việt Nam đang ngày một tăng cao. Theo số liệu tổng
hợp của nghành nông nghiệp các tỉnh, tổng diện tích ca cao cả nước đến cuối năm
2011 là 20100 ha, tăng bình quân 2638 ha/năm (từ 2005 – 2011). Trong đó có khoảng
2300 ha trồng thuần số còn lại là ca cao trồng xen với một số cây công nghiệp (dừa,
điều, cà phê, tiêu) và cây ăn quả. Đề án phát triển ca cao của Bộ Nông nghiệp & PTNT
là 60000 ha năm 2015 và 80000 ha vào năm 2020. Dưới đây là bảng thống kê diện tích
ca cao 2005 - 2011(Nguồn: />
2


Diện tích

Diện tích ca cao Việt Nam 2005 - 2011
25000
20100
20000
15515
15000

12233
8972

10000

5000

10233

7320

Series 1

4270

0
2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Năm
Diện tích ca cao Việt Nam 2005 – 2011
2.1.2 Đặc điểm sinh thái và một số tính chất của cây ca cao và hạt ca cao
 Cây ca cao:
Ca cao là một cây thân gỗ loại nhỏ, cao 5 - 8 m, đường kính thân từ 12 – 18 cm,

tuổi thọ của cây khoảng 30 – 35 năm. Cây ca cao là một loại cây ưa bóng râm, đó là
điều không thể thiếu cho sự phát triển của cây trong những năm đầu và rất phù hợp khi
trồng xen dưới tán các loại cây khác như vườn dừa, vườn cây,… Sau 3 năm ca cao sẽ
ra hoa và cho quả nhiều vào năm thứ 4 trở đi. Mỗi năm ca cao sẽ cho 2 mùa quả. Các
loại ca cao được trồng rộng rãi trên thế giới là: Crillo và Forastero nhưng thường gặp
nhất là Trinitario là loài được lai tạo từ 2 loài trên.
Cây ca cao phát triển tốt ở điều kiện khí hậu nhiệt đới nhiều mưa, lượng mưa có
thể lên đến 1500 – 2000 mm. Nhiệt độ của môi trường sống cây ca cao có một khoảng
dao động khá rộng, thấp nhất khoảng 180 – 210C và cao nhất vào khoảng 300 – 320C,
độ ẩm môi trường phải tương đối cao vào khoảng 80% trở lên.

3


 Hạt ca cao:
Hạt cacao không có nhân, dài 20 ÷ 30 mm, rộng 10 ÷ 17 mm và dày 7 ÷ 12 mm
có cùi nhớt màu trắng và có vị hơi chua. Hạt ca cao có vị đắng chát, phía trong có màu
tím nâu. Bên ngoài là lớp vỏ mỏng chiếm khoảng 12% khối lượng hạt, và phôi nhũ
chiếm toàn bộ thể tích hạt, có màu thay đổi từ trắng (Criollo) sang tím đậm (Forastero)
và màu trung gian (các giống lai Trinitario).

Hình 2.1. Cây ca cao

Hình 2.2. Hạt ca cao
2.2 Khái niệm chung về quá trình nghiền /TL3/, /TL6/, /TL10/
2.2.1 Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể rắn
Nghiền là quá trình phá hủy vật thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử,
nghĩa là đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn lực hút phân tử của
vật thể rắn đó. Khi đó phần tử rắn sẽ bị phá vỡ đột ngột hoặc bị biến dạng đàn hồi,
biến dạng dẻo và cuối cùng bị phá vỡ.

4


Các nhà khoa học nghiên cứu cơ học phá vỡ vật thể đã phát hiện rằng ứng suất
tác động phá vỡ vật thể theo một hướng lại gây cho vật thể chịu nén ở tất cả mọi
hướng. Khi vật thể rắn chịu một lực va đập tự do để phá vỡ lực đó sẽ gây ra những
sóng chấn động truyền trong vật thể theo chiều lực va đập (với vận tốc bằng vận tốc
truyền âm trong vật thể đó). Chỉ có lực va đập đủ lớn để các sóng chấn động đó truyền
hết chiều dài của vật thể (theo chiều tác động của lực) thì vật thể đó mới có khả năng
bị phá vỡ.
Kết quả của quá trình nghiền là tạo ra nhiều phần tử hơn cùng với sự hình thành
thêm nhiều bề mặt mới.
Xuất phát từ các công trình nghiên cứu của Iophphe, Rebinder và Phrenkel
(1928) đã xác nhận: Đặc điểm cấu trúc của bất kỳ vật thể rắn nào cũng đều tồn tại các
khuyết tật tế vi bên trong vật thể. Các khuyết tật đó có thể là các vết nứt, các bọt khí,
các tạp chất,… tồn tại và phân bố ngẫu nhiên trong vật thể, đồng thời chúng cũng thể
hiện cục bộ ra bề mặt ngoài. Quá trình biến dạng của vật rắn xảy ra với sự gia tăng các
phần tử hiện có và số lượng các khuyết tật, khi quy mô các khuyết tật gia tăng vượt
quá giới hạn là sự phát triển nhanh theo chiều dài của các vết nứt làm vật thể bị phá
vỡ. Chính vì có đặc điểm như vậy mà độ bền (khả năng chống lại sự phá vỡ) bị giảm
đi rất nhiều lần so với độ bền thực của vật rắn.
Trong quá trình nghiền, tác động của ngoại lực lên vật thể rắn vừa trực tiếp phá
hủy nó thành những phần tử nhỏ hơn, đồng thời tạo nên các vết nứt bên trong những
phần tử mới, hệ quả là mật độ vết nứt trong phần tử này tăng lên làm giảm nội lực liên
kết, giảm độ bền cơ học một cách rõ rệt. Hiện tượng này đã được Rebinder (1928) phát
hiện nên được gọi là: “Hiệu ứng Renbinder”.
2.2.2 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình nghiền hạt
 Diện tích riêng bề mặt: Để đánh giá một cách định lượng về sự phân tán của
các vật liệu rời. Diện tích riêng bề mặt của vật liệu chính là tỷ số của tổng diện tích bề

mặt của tất cả các phần tử được chứa trong một đơn vị khối lượng (m2/kg) hay một
đơn vị thể tích (m2/m3).
5


S
V

Sr 

(2.1)

Nếu vật thể có hình cầu đường kính D hoặc hình lập phương mỗi cạnh L:
Diện tích riêng bề mặt thể tích:
S rv 

6 6 2 3
 ,m / m
D L

(2.2)

Diện tích riêng bề mặt khối lượng:
S rm 

6
6
, m2/kg.

*D *L

(2.3)

Trong đó: ρ là khối lượng riêng của hạt, kg/m3.
Khi các vật thể được nghiền thành nhiều phần tử tương đương với hình cầu
đường kính d hay hình lập phương mỗi cạnh l (nghĩa là diện tích riêng sr = 6/d hay sr =
6/l) thì rõ ràng là vì d < D hay l < L nên sr > Sr. Như vậy quá trình nghiền là quá trình
làm tăng diện tích riêng của vật thể, do đó đặc tính nghiền nhỏ còn có thể được đặc
trưng bằng diện tích riêng của hạt bột.
 Độ nghiền nhỏ và độ nhỏ (đây là chỉ tiêu đánh giá chất lượng nghiền):
Độ nghiền λ (hay mức độ nghiền, chỉ số nghiền) là tỷ số giữa kích thước ban
đầu của vật thể chưa nghiền và kích thước bột sau nghiền.


D
L
hay 
d
l

(2.4)

Độ nhỏ M của bột là kích thước trung bình của chúng.
Như vậy độ nghiền λ sẽ là tỷ số giữa độ nhỏ hạt ban đầu và độ nhỏ bột đã
nghiền:



Mh
Mb

(2.5)
6


Để đánh giá được chất lượng nghiền ta phải xác định được M và λ.
2.2.3 Các nguyên lý nghiền
Tùy theo tính chất vật lý của vật liệu đem nghiền như ẩm độ, hàm lượng ẩm,…
và yêu cầu của sản lượng sau khi nghiền như: Độ nhỏ, năng suất của máy mà áp dụng
một số nguyên lý nghiền sau:
 Nguyên lý va đập (Máy nghiền búa):

5

6

4

3
2

1

Hình 2.3. Máy nghiền búa
 Cấu tạo:
1: Buồng nghiền

2: Lưới sàng

3: Búa nghiền

4: Má đập phụ

5: Roto

6: Chốt treo búa

 Nguyên lý hoạt động:
Quá trình nghiền hạt trong máy nghiền kiểu búa là do sự va đập của búa vào
hạt, va đập giữa các hạt vào vỏ máy và do sự chà xát của hạt với búa hoặc với thành
trong của vỏ máy. Trong quá trình va đập búa sẽ truyền cho hạt phần động năng tạo

7


thành công phá vỡ hạt. Các phần tử tách ra từ hạt có kích thước bé hơn lỗ lưới sàng thì
lọt ra ngoài buồng nghiền tạo thành sản phẩm.
 Ưu điểm:
Là loại máy nghiền vạn năng, có thể điều chỉnh được kích thước hạt nghiền qua
điều chỉnh kích thước lỗ sàng.
Cấu tạo đơn giản, gọn gàng, khối lượng máy không lớn, giá thành rẻ, dễ thay
thế các chi tiết bị mòn hay hư hỏng.
 Nhược điểm:
Máy sinh nhiều bụi bột, gây tổn thất và khó trong xử lý bụi.
Máy quay với vận tốc lớn nên gây tiếng ồn.
Nghiền các hạt dẻo, dính, có độ ẩm cao thì kém.
 Nguyên lý chà xát (Máy nghiền kiểu đĩa):
1
2

3

Hình 2.4. Máy nghiền đĩa
 Cấu tạo:

1: Miệng cấp liệu

2: Đĩa đá trên

8

3: Đĩa đá dưới


 Nguyên lý hoạt động:
Gồm hai đĩa, một đĩa dưới quay tròn còn đĩa trên đứng yên do đó chà xát vật
liệu ở các khe giữa hai đĩa. Ngoài ra, trên bề mặt làm việc của đĩa dưới có gia công các
rãnh nhỏ để tạo ứng suất cắt làm hạt dễ vỡ ra. Bộ phận làm việc theo nguyên tắc này
còn gọi là bộ phận xay. Vật liệu bị phá vỡ do tác dụng đồng thời của các lực ép và lực
kéo.
 Ưu điểm:
 Máy nghiền ra được sản phẩm có độ mịn cao.
 Hoạt động ổn định và sạch sẽ.
 Nhược điểm:
 Năng suất không cao.
 Tiêu tốn nhiều điện năng.
 Chi phí nghiền cao, mất nhiều thời gian.

9

 Nguyên lý cắt nghiến (Máy nghiền trục răng):

2
1

v1

3
v2

Hình 2.5. Máy nghiền răng
 Cấu tạo:
1: Máng cấp liệu

2: Trục răng 1

3: Trục răng 2

 Nguyên lý hoạt động:
Trên bề mặt hai trục khía rãnh có đường kính bằng nhau nhưng trục quay với
vận tốc khác nhau (v1 ≠ v2), hạt bị trục cuốn vào khe hở giữa hai trục khiến hạt vừa bị
ép vừa bị cắt nghiến.
 Ưu điểm:
Máy có cấu tạo đơn giản.
 Nhược điểm:
 Khả năng nghền mịn kém.
 Khó nghiền các vật liệu ẩm hoặc có dầu.

10

 Nguyên lý ép dập (Máy nghiền trục):

2
1

v1

3

v2

Hình 2.6. Máy nghiền 2 trục
 Cấu tạo:
1: Máng cấp liệu

2: Trục 1

3: Trục 2

 Nguyên lý hoạt động:
Thường có hai trục cuốn nhẵn quay với vận tốc dài bằng nhau (v1 = v2). Vật
liệu bị nghiền nhỏ dưới lực ép của hai trục quay. Ngoài ra còn có các loại máy nghiền
trục nhiều hơn hai trục: loại bốn trục, năm trục,….
 Ưu điểm:
 Máy có cấu tạo đơn giản.
 Điều chỉnh được kích thước của sản phẩm nghiền bằng việc điều chỉnh
khoảng cách của các trục nghiền.
 Nhược điểm:

 Khả năng nghiền mịn kém.
 Khó nghiền các thức ăn ẩm hoặc có dầu.
 Nguyên lý: nén, ép, chà xát (Máy nghiền chậu con lăn):

11


3

1

2

4

5

6

Hình 2.7. Máy nghiền con lăn trụ loại chậu đứng yên
 Cấu tạo:
1: Trục con lăn

2: Ổ đỡ đầu trục

3: Con lăn

4: Chậu nghiền

5: Trục truyền động chính

6: Cặp bánh răng truyền động

 Nguyên lý hoạt động:
Động cơ truyền động cho trục chính 5 thông qua bộ truyền bánh răng 6. Gắn
với ổ đỡ đầu trục 2 là cặp trục 1 của quả lăn trụ 3 làm cho nó quay quanh trục chính,
còn chậu nghiền được lắp vào giá máy. Vật liệu trong buồng nghiền dưới tác dụng của
lực nén, ép của con lăn và ma sát giữa con lăn với vật liệu, giữa vật liệu với chậu mà
vật liệu được nghiền nhỏ.
 Ưu điểm:
 Sản phẩm nghiền ra có độ mịn rất cao.
 Có thể nghiền được các vật liệu dính, quoánh ở trạng thái nóng.
 Nhược điểm:
 Năng suất loại máy này không cao.
12


 Thời gian nghiền kéo dài và chỉ nghiền theo mẻ.
 Con lăn và chậu nghiền nhanh bị mòn.
Ngoài loại chậu đứng yên còn có: Máy nghiền có chậu quay, còn các con lăn
hình trụ quay quanh trục của nó; máy nghiền có chậu quay còn các con lăn hình nón tự
quanh trục bản thân đồng thời quay quanh trục chính; máy nghiền có chậu quay nằm
ngang hoặc thẳng đứng còn con lăn dùng để nghiền có hình cầu; máy nghiền gồm
nhiều tầng chậu quay còn các con lăn cầu xếp thành một dãy hay nhiều dãy; máy
nghiền trục lăn với vòng nghiền quay theo trục dùng để chà xát vật liệu.
Vậy, dựa theo tính chất của hạt ca cao:
 Có tới gần một nửa khối lượng hạt là bơ ca cao nên hỗn hợp sau khi
nghiền ở dạng bột nhão.
 Yêu cầu kích thước hạt sau nghiền đạt độ mịn rất cao.
 Năng suất yêu cầu thấp, sản xuất theo mẻ.

 Ta chọn: Máy nghiền kiểu chậu con lăn để nghiền hạt ca cao.
2.2.4 Các thuyết nghiền
Cùng với quy luật phân bố các phần tử của sản phẩm nghiền theo các kích
thước của chúng thì lý thuyết nghiền còn nghiên cứu sự phụ thuộc hàm số giữa chi phí
năng lượng đến quá trình nghiền vỡ vật liệu và mức độ nghiền.
 Thuyết bề mặt:
Thuyết bề mặt là do bác học người Đức P.Rv.Ritingo đề xuất vào năm 1867 với
nội dung: “Công dùng trong quá trình nghiền tỷ lệ thuận với bề mặt mới tạo thành của
vật liệu đem nghiền”.
AS = f (S).

(2.6)

Trong đó AS: Công chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo thành bề mặt mới.
S: Diện tích bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện tích bề mặt).
13


Thuyết bề mặt được áp dụng nhiều hơn để đánh giá quá trình nghiền mịn, khi
đó sản phẩm nhận được với diện tích riêng bề mặt phát triển cao.
 Thuyết thể tích:
Thuyết thể tích được nhà cơ học người Nga V.L.Kirpitrev đề xuất vào năm
1874.
Đặc tính của vật liệu giòn, cứng là ngay sau khi chúng bị nén ép đến giới hạn
đàn hồi thì quá trình vỡ vật liệu xảy ra tức thì. Công làm vỡ vật liệu được coi bằng
công nén ép vật liệu đạt đến giới hạn đàn hồi. Trong quá trình biến dạng đàn hồi, độ
biến dạng của vật liệu thay đổi tỷ lệ thuận với lực nghiền.
AV = f (V).

(2.7)

Trong đó:
AV: Công chi phí để nghiền vỡ vật thể.
V: Phần thể tích vật thể bị biến dạng.
Nhưng phần thể tích vật thể bị biến dạng V lại tỷ lệ thuận với thể tích ban đầu
V của tất cả các cục vật liệu, nghĩa là: V = k1*V.
Cho nên: AV = k*k1*V = k2*V = kV*D3
Hay: AV = k2*V = k2*ρ*m = kV’*m

(2.8)

Trong đó:
kV, kV’: Các hệ số tỷ lệ trong thuyết thể tích.
m: Khối lượng cục vật thể nghiền (kg).
Thuyết thể tích của Kirpitrev – Kik cho kết quả chính xác hơn trong tính toán
quá trình nghiền thô. Bởi vì khi nghiền thô, phần năng lượng chi phí cho biến dạng
đàn hồi vật thể là chủ yếu, còn năng lượng chi phí cho việc gia tăng diện tích riêng bề
mặt thì không đáng kể.
14


 Thuyết dung hòa:
Hai thuyết thể tích và diện tích có nhược điểm như đã nêu cho nên Ph.C.Bon
đã đề xuất một thuyết nghiền thứ ba để dung hòa hai thuyết trên vào năm 1952. Nội
dung của thuyết dung hòa cho rằng: “Công nghiền tỷ lệ với trung bình nhân giữa thể
tích (V) và bề mặt (S) của vật liệu đem nghiền”.
3
2
Adh = k* V * S = k* kv *D * ks *D

(2.9)

Adh = kdh*D2.5
Sau biến đổi ta có:
Adh = kdh*  1  1 
 d

(2.10)

D

Sau này có công 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*dδ/δZ

(2.11)

Trong đó:
A: Công biến dạng (j).
δ: Kích thước đặc trưng, đối với cục vật liệu là D và các phần tử bột nghiền là d
(mm).
c, z: Là các hệ số.
Lấy tích phân phương trình và sau khi cho các giá trị rời rạc z = 1; 2; 3/2 bằng
sự tính toán đến giá trị cuối cùng của các kích thước chúng ta sẽ nhận được các giá trị
gần đúng tích phân có dạng:
A = k*Dq

(2.12)

Khi đó chỉ số mũ q có giá trị 3; 2 và 2.5. Tương ứng với các biểu thức sau:
15


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.
Rõ ràng cả hai thuyết thể tích và diện tích không mâu thuẫn nhau mà chúng bổ
sung cho nhau. Nếu nghiền tương đối to (nghiền thô) thì phần diện tích riêng tạo ra
nhỏ, có thể bỏ qua nghĩa là áp dụng thuyết thể tích. Đồng thời qua nghiên cứu cho
chúng ta thấy quá trình nghiền là quá trình phức tạp bao gồm nhiều biến đổi cơ lý của
vật liệu khi nghiền.
Như vậy, các thuyết nghiền nêu trên chỉ là gần đúng để nghiên cứu và được
hiệu chỉnh về mặt thực nghiệm.
 Thuyết tổng hợp:
Do thiếu sót của hai thuyết diện tích và thuyết thể tích khi dựa vào các tính chất
cơ lý của vật liệu nghiền trong biến dạng. 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 như 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 (V) + f (S)

(2.13)

Trong đó:
V: Phần thể tích bị biến dạng của vật nghiền.
S: Diện tích riêng bề mặt được gia tăng.
Ath = Av + As = k*V + α*S

(2.14)

Trong đó:
Av: Công chi phí cho sự biến dạng của vật liệu.
As: Công chi phí cho sự tạo thành bề mặt mới.
16


k: Hệ số tỷ lệ.
α: Hệ số tỷ lệ có tính toán đến năng lượng sức căng bề mặt của vật thể cứng.
Từ phương trình trên cho ta thấy công đủ để nghiền vỡ vật thể bằng tổng các
công chi phí cho biến dạng lẫn tạo ra bề mặt mới.
2.2.5 Lý thuyết tính toán máy nghiền chậu con lăn /TL6/, /TL9/
 Góc ôm:
Cục vật liệu có kích thước d, con lăn có đường kính D.
Khi máy làm việc con lăn tác dụng lên cục vật liệu một lực ép P và chậu tác
dụng lên cục vật liệu phản lực P1, ta có:
P1 = P*cosα

(2.15)

Tại điểm cục vật liệu tiếp xúc với con lăn sinh ra lực ma sát T.
Tại điểm cục vật liệu tiếp xúc với chậu sinh ra lực ma sát T1, ta có:
T = f*P

(2.16)

T1 = f*P1 = f*P*cosα

(2.17)

Trong đó:
f: Hệ số ma sát = tgφ.
Hợp lực của lực ép là SP, hợp lực của lực ma sát là ST.
Để cho cục vật liệu nghiền nát mà không bị bật ra thì lực ST phải lớn hơn lực
SP. Chiếu các lực lên phương ngang, ta có:
SP ≤ ST
 P*sinα ≤ T*cosα + T1
 P*sinα ≤ f*P*cosα + f*P*cosα
17