Thiết kế máy đập búa nghiền thủy tinh

ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Lời nói đầu
ĐAMH là môn học cần thiết giúp cho sinh viên tự hệ thống lại kiến
thức đã học trong những năm qua, nâng cao khả năng tự học, tìm kiếm,
tổng hợp tài liệu, cải thiện kĩ năng làm việc theo nhóm, đem những lý
thuyết được học vận dụng vào thực tế giúp cho sinh viên đúc kết được
nhiều kinh nghiệm hữu ích, quí giá làm hành trang cho quá trình làm
LVTN và công việc sau khi ra trường. Đồng thời, thông qua quá trình thực
hiện đồ án sẽ tạo mối quan hệ gần gũi hơn, thân thiết hơn giữa thầy cô và
sinh viên.
Do đây là ĐAMH đầu tiên chúng em thực hiện trong suốt quá trình
học, với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế không nhiều vì thế
không tránh được những thiết sót, yếu kém. Chúng em rất mong nhận
được những ý kiến đánh giá, chỉ bảo của quí thầy cô và các bạn.
Chúng em xin chân thành cám ơn quí thầy cô, các anh chị khóa
trước đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành ĐAMH Thiết
kế Máy đập búa này. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy
Hoàng Trung Ngôn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn chúng em hoàn thành
đồ án này.

1


ĐAMH: Máy đập búa

CHƯƠNG I:

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

NGUYÊN LIỆU – QUY TRÌNH CNSX THỦY TINH

I. Thành phần, nguyên liệu sản xuất thủy tinh
Thành phần thủy tinh được phân thành hai nhóm: thành phần chính và thành
phần phụ.


Thành phần chính:

Các hợp chất tạo nên các tính chất cơ bản của các loại thủy tinh và thường là
các oxyt axit, oxyt kiềm, oxyt kiềm thổ như: SiO2, B2O3, Na2O, Al2O3, CaO, MgO,…


Thành phần phụ:

Chủ yếu là các hợp chất sử dụng để khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục,
rút ngắn quá trình nấu thủy tinh. Thành phần phụ so với thành phần chính chỉ chiếm
một hàm lượng nhỏ.
1. Nhóm thành phần chính


SiO2:
 SiO2 là thành phần chủ yếu của đa số thủy tinh công nghiệp. Do sự liên
kết của các tứ diện [SO4]2- tạo nên các cấu trúc khung thủy tinh. SiO2
chiếm thành phần quan trọng nhất vì nó làm tăng độ bền hoá, bền nhiệt,
bền cơ của thủy tinh, nhưng nếu SiO2 quá cao sẽ làm cho thủy tinh rất
khó nấu vì phải nấu ở nhiệt độ rất cao.
 Hàm lượng SiO2 trong thủy tinh là từ 55% đến 75%.
 Để nấu thủy tinh người ta thường dùng cát thạch anh hay quaczit, ngoài

ra còn dùng các nguyên liệu thiên nhiên chứa SiO 2 ở dạng vô định hình
như diatomit, opan, trepen…là những khoáng giàu SiO2.
 Ở Việt Nam thường sử dụng cát Cam Ranh, Hàm Liên,…



B2O3:
 Đưa B2O3 vào trong thủy tinh để làm hệ số giãn nở nhiệt, tăng độ bền
nhiệt, độ bền hoá của thủy tinh. Dùng B 2O3 làm tốc độ nấu tăng lên làm
giảm quá trình kết tinh của thủy tinh (khử bọt tốt hơn) và làm giảm quá
trình nấu thủy tinh (nấu nhanh hơn).
 Nguồn cung cấp thường là axit boric H 3BO3, cũng có thể dùng borax
Na2B4O7.10H2O hay asarit 2 MgO.B2O3.H2O để cung cấp B2O3 nấu thủy
tinh.



Na2O:

2


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

 Na2O đem vào nấu thủy tinh có thể là sôđa khan Na 2CO3 hay soda kết
tinh Na2CO3.10H2O và cũng có thể dùng Na2SO4.
 Đưa Na2O vào nấu thủy tinh làm cho độ bền cơ, độ bền hoá, độ bên
nhiệt giảm, tính dẫn điện cao, nhưng khi đưa nó vào giúp cho nhiệt độ

nấu thủy tinh giảm, làm tăng khả năng hòa tan hạt cát, tăng nhanh tốc độ
khử bọt.


CaO và MgO:
 Thường ở dạng đá vôi, đá phấn.
▬

CaO: giúp cho quá trình nấu, quá trình khử bọt dễ dàng hơn cũng như
tăng độ bền hoá của thủy tinh.

▬

MgO: đưa vào làm giảm xu hướng kết tinh, tăng độ đông cứng của
thủy tinh.

 Do đó khi đưa CaO và MgO vào sẽ làm tăng độ bền hoá của thủy tinh.


Al2O3:
 Al2O3 có thể đưa vào dưới dạng khoáng thiên nhiên như: cao lanh
pecmatit, tràng thạch…có tác dụng làm giảm quá trình kết tinh của thủy
tinh, giảm hệ số giãn nở nhiệt,tăng độ bền nhiệt, độ bền hóa, độ bền cơ
thủy tinh nhưng Al2O3 làm nhiệt độ nấu cao, tốc độ nấu chậm dẫn đến
độ khử bọt giảm.

2. Nhóm thành phần phu


Chất khử màu:

 Màu sắc của thủy tinh là do các hợp chất sắt lẫn vào trong nguyên liệu
hay trong quá trình chuẩn bị phối liệu. Fe 2+ nhuộm thủy tinh thành màu
xanh lam, Fe3+ nhuộm thủy tinh thành màu vàng nhạt. Với cùng 1 hàm
lượng thì Fe2+ gây màu mạnh hơn Fe3+ đến 10 lần. Để có thủy tinh trong
suốt không màu cần phải hạn chế đến mức tối thiểu hàm lượng các hợp
chất sắt.
 Đối với nhiều loại thủy tinh, màu xanh do sắt gây ra dù rất yếu cũng là
điều không mong muốn vì vậy cần phải tiến hành khử các hợp chất sắt.
 Các chất khử màu thường là các chất oxy hóa mạnh như: natri, axit
asenic, antimoan, dioxit seri… và các hợp chất flour.



Chất nhuộm màu:
 Các chất nhuộm màu phân tử thường là các hợp chất của mangan,
coban, crom, niken, sắt, đồng(II), các nguyên tố hiếm…
▬

MnO2 tạo cho thủy tinh có màu đỏ.
3


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

▬

CoO tạo màu xanh (xanh coban).

▬

Cr2O3 tạo màu lục vàng.

▬

Ni2O tạo màu tím đỏ.

 Các chất nhuộm màu keo khuếch tán thường là hợp chất selen, vàng,
bạc, đồng…


Chất khử bọt:
 Các chât khử bọt thường dùng là nitrat, trioxyt asenic va antimoan,
dioxyt ceri, sunfat natri, các muối flour và amoni…



Chất gây đục:
 Thủy tinh đục có được là nhờ việc đưa vào trong phối liệu các hợp chất
flour, photpho hoặc đôi khi là hợp chất thiếc.



Các chất rút ngắn quá trình nấu:
 Để giúp cho quá trình nấu diễn ra nhanh hơn người ta đưa thêm vào các
hợp chất như flour, muối amoni, NaCl, oxyt bor, oxyt bari, các nitrit…

3. Nguồn cung cấp nguyên liệu


Cát:
 Cát là nguyên liệu chủ yếu cung cấp SiO2. Trong cát thạch anh có hàm
lượng SiO2 rất lớn, hàm lượng tạp chất nhỏ.
 Cát ở Cam Ranh là loại cát nấu thủy tinh rất tốt, đáp ứng đầy đủ các yêu
cầu kỹ thuật sản xuất.
 Thành phần của cát Cam Ranh:

SiO2
99,5

Na2O
0


CaO
0,22

MgO
0

Al2O3
0,13

Fe2O3
0,02

MKN
0,13

Đá vôi:
 Có thể sử dụng các nguồn đá khai thác ở Châu Đốc, Cần Thơ, Nha
Trang,…
 Đá vôi dùng để nấu thủy tinh phải có thành phần hoá học cố định và có
thành phần tạp chất tối thiểu. Yêu cầu của đá vôi nấu thủy tinh là: CaO
(51 ± 2)%, MgO 3% max, Fe2O3 0,05% max.



Sôđa:
 Sôđa là nguồn cung cấp Na2O chính.
4


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

 Có thể sử dụng Sôđa nhập từ Nhật, Trung Quốc hay Sôđa sản xuất trong
nước.
Hỗn hợp màu:




Nhuộm màu cho thủy tinh.
Bột nhẹ:



 Khử bọt.
Mảnh thủy tinh:




Tận dụng phế phẩm của nhà máy.

 Giúp cho thủy tinh dễ nấu hơn.
II. Quy trình công nghệ sản xuất thủy tinh
Quá trình sản xuất thủy tinh có thể được hình dung qua sơ đồ sau:

5


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

III. Vai trò, muc đích thiết kế hệ thống tận dung phế phẩm
1. Tầm quan trọng của việc tận dung phế phẩm
Việc tận dụng các phế phẩm trong sản xuất nói chung và trong sản xuất thủy
tinh nói riêng đóng vai trò rất quang trọng.
Các mảnh thủy tinh vỡ được tận dụng làm tăng năng suất sản xuất, giảm chi
phí tiêu hủy các phế phẩm,…vì vậy mang lại lợi ích kinh tế rất lớn.
Ngoài ra việc đưa các mảnh thủy tinh vỡ vào tái sản xuất còn giúp cho thủy
tinh dễ nấu hơn. Khi có sự cố với hệ thống cân, trộn phối liệu, ta có thể dùng hoàn
toàn là các mảnh thủy tinh vỡ để đảm bảo sản xuất được liên tục, tránh hiện tượng
không có nguyên liệu cung cấp gây cạn lò.
2. Vai trò của máy đập búa trong sản xuất thủy tinh

Trong sản xuất thủy tinh việc tận dụng phế phẩm mang lại lợi ích kinh tế rất
lớn. Do thủy tinh là một chất vô định hình nên các tính chất như độ chịu nén, chịu
kéo, chịu uốn, chịu va đập, độ đàn hồi của thủy tinh phụ thuộc vào từng loại thủy.
Thủy tinh là loại vật liệu kém chịu kéo nhưng chịu nén khá tốt thường thì gấp khoảng
10 lần. Độ cứng của thủy tinh vào loại trung bình nên có thể sử dụng được nhiều loại
thiết bị đập nghiền khác nhau để làm nhỏ kích thước của thủy tinh trước khi đưa vào
lò nấu chảy.
Máy đập búa có cấu tạo đơn giản, gọn, trọng lượng máy nhỏ, dễ thay thế các
chi tiết hỏng, giá thành thấp, tiêu thụ điện năng ít, ngoài ra máy còn có thanh ghi giúp
phân loại kích thước hạt giúp cho quá trình sản xuất được liên tục, dễ đưa vào hệ
thống vận hành tự động. Vì thế, trong công nghệ sản xuất thủy tinh người ta thường
sử dụng máy đập búa để đập nhỏ các thủy tinh phế phẩm trước khi đưa vào lò nấu
chảy.
☻♪☺

6


ĐAMH: Máy đập búa

CHƯƠNG II:

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

LÝ THUYẾT ĐẬP NGHIỀN

I. Các khái niệm cơ bản
1. Vai trò của đập nghiền
Đập nghiền vật liệu là quá trình làm cho các vật liệu rắn bị vỡ ra thành các vật
liệu có kích thước nhỏ hơn.

Phần lớn các nguyên liệu sử dụng trong công nghệ silicat là các lọai đất đá nằm
trên vỏ trái đất và có thể được khai thách bằng phương pháp lộ thiên.
Các nguyên liệu thường gập như: các, đá vôi, đôlômít, tràng thạch, các quặng
manhezit, quaczit, crômit,…
Sau khi khai thác, nguyên liệu được chở về các nhà máy silicat, đôi khi ở dạng
cục lớn 1500-2000 mm. Để sử dụng được, ta phải đập nghiền các vật liệu đó.
Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngọai lực hạt vật liệu bị phá vỡ
thành nhiều hạt vật liệu nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt riêng ) tạo điều kiện để dễ
dàng hòan thành tốt các quá trình hóa lý xảy ra liên tiếp theo sau đó.
Khi đập nghiền phải tiêu tốn năng lượng để phá vỡ liên kết hóa học giữa các
phân tử và tạo ra diện tích mới sinh của vật liệu. Lượng năng lượng này phụ thuộc
vào các yếu tố như: hình dạng và kích thước hạt vật liệu, bản chất và cơ cấu hoạt động
của các máy đập nghiền.
2. Các phương pháp đập nghiền cơ bản
Có 4 phương pháp cơ bản để làm thay đổi kích thước hạt vật liệu.
Va đập (impact): kết quả của sự va chạm tức thời của các vật liệu. Ở phương
pháp này, các vật liệu chuyển động va chạm với nhau bị vỡ thành các hạt có kích
thước nhỏ hơn hoặc vật liệu nằm trên một bề mặt rồi bị vật khác va chạm vào nó làm
nó bị vỡ ra.
Mài (Attrition): vật liệu bị đập nhỏ nằm giữa 2 bề mặt chuyển động (thường
là ngươc chiều), lực đập nghiền là lực ma sát.
Trượt (Shear): có 2 hình thức là cắt (trimming) và bổ (cleaving), vật liệu bị
đập bởi các vật hình nêm tác động lên nó.
Ép (Compression): vật liệu bị kẹp giữa 2 mặt phẳng và bị ép bởi các lực tăng
dần cho đến khi nó bị vỡ ra, ứng dụng trong máy đập hàm.

7


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

4 phương pháp đập nghiền cơ bản
3. Các sơ đồ đập nghiền


Chu trình hở: vật liệu chỉ qua máy đập nghiền 1 lần.
 Dùng cho đập thô và trung bình.
 Nếu vật liệu có lẫn các hạt có kích thước phù hợp với yêu cầu người ta
có thể sàn phân loại trước rồi mới tiến hành đập.

SƠ ĐỒ CHU TRÌNH HỞ


Chu trình kín: vật liệu có thể qua máy đập nghiền nhiều lần.
 Sản phẩm sau khi đập nghiền được sàn phân lọai để tách các hạt thô
quay về đập nghiền tiếp tục.
 Năng suất của quá trình đập nghiền tăng, giảm chi phí năng lượng.
8


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

 Áp dụng khi yêu cầu kích thước hạt có độ đồng nhất cao, hay nghiền
mịn.

SƠ ĐỒ CHU TRÌNH KÍN

4. Một số tính chất cơ bản của vật liệu


Độ bền và độ cứng.
 Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của chúng
dưới tác dụng của ngọai lục. Độ bền được biểu thị bằng giới hạn chịu
nén của Rn (kG/cm2) của vật liệu và được chia làm 4 lọai:
▬

Kém bền:

<100 (than đá, gạch đỏ…)

▬

Trung bình:

100-500 (cát kết)

▬

Bền:

500-2500 (đá vôi, hoa cương, xỉ lò cao…)

▬

Rất bền

>2500 (đá quazt, đá diabaz,…)

 Độ cứng: hiện nay độ cứng chủ yếu xác định bằng thang 10 bậc do nhà
khóan vật người Đức Fr. Mohs đề xuất với 10 vật liệu chuẩn từ mềm tới
cứng:

9


ĐAMH: Máy đập búa

Lọai
Mềm
Trung bình

Cứng


GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Độ cứng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Vật liệu chuẩn
Talc
Thạch cao
Can xit
Florit
Apatit
Tràng thạch
Đá quắc
Topa
Corandong
Kim cương

Tính chất
Dễ vạch bằng móng tay
Vạch bằng móng tay
Dễ vạch bằng dao
Khó vạch bằng dao
Không vạch dược bằng dao
Cứng bằng kính cửa sổ
Vạch được thủy tinh
Vạch được thủy tinh
Cắt được thủy tinh
Cắt được thủy tinh

Độ giòn

Đặc trưng cho khả năng bị phá hủy của vật liệu dưới tác động của lực va đập.
Độ giòn khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và bền kéo.
Cấu trúc và kích thước tinh thể ảnh hưởng đến tính giòn. Cấu trúc còn quyết

định hình dạng của hạt khi vỡ ra trong quá trình nghiền. Vd: Galen (PbS) vỡ thành
hình khối vuông, mica vỡ thành miếng mỏng, magnetit vỡ thành các hạt tròn.


Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu

Hệ số khả năng đập nghiền là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn riêng khi đập
nghiền vật liệu chuẩn và các loại vật liệu khác với cùng mức độ và trạng thái đập
nghiền.
Hệ số này càng lớn, vật liệu càng dễ đập nghiền. Nếu lấy hệ số khả năng đập
nghiền của vật liệu chuẩn là 1.0 (clinker lò quay trung bình) thì hệ số khả năng đập
nghiền của một số vật liệu sau:
Vật liệu
Clinker lò quay trung bình
Clinker lò quay dễ đập nghiền
Clinker lò quay khó đập nghiền
Clinker lò đứng tự động
Clinker lò đứng thủ công
Diệp thạch
Xỉ lò cao trung bình
Cát
Đá hoa cương to hạt
Tràng thạch
Vôi sống
Talc
Than đá

Hệ số khả năng đập nghiền
1,0
1,1

0.8 - 0.9
1,15 - 1,25
1,3 – 1,4
0,9
1.0
0.6-0.7
0.9
0.8-0.9
1.64
1.04-2.02
0.75-1.34
10


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Khi làm việc với các lọai vật liệu khác có độ giòn khác nhau thì tính năng này
của máy cũng thay đổi theo. Tính giòn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năng
suất tăng lên.
5. Môt số tính toán cơ bản cho vật liệu rời


Kích thước hạt

Vật liệu trước và sau khi nghiền thường có hình dạng và kích thước khác nhau.
Để tính toán người ta đưa ra khái niệm kích thước (đường kính) trung bình.
Kích thước trung bình của một cục vật liệu tính theo một trong những công
thức sau:

 Trung bình cộng:
Dtb 

l bh
3

(II.1)

 Trung bình nhân:

Dtb 3 l.b.h

(II.2)
l,b,h: chiều dài, chiều rộng, chiều cao lớn nhất của cục vật liệu
 Kích thước trung bình của một nhóm hạt.
Dtb 

Dmax  Dmin
2

(II.3)

Dmax, Dmin kích thước hạt vật liệu lớn nhất và bé nhất.
 Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt:
n

hh
tb

D

D


ni
tb

ai

i

(II.4)

n

 ai
i

1
tb

2
tb

3
tb

nn
tb

D , D , D , D : kích thước trung bình của nhóm i.

a1, a2,…, an: trọng lượng của nhóm 1,2,…,n trong hỗn hợp.


Mức độ đập nghiền
 Đối với hạt vật liệu:
i

Dtb
d tb

(II.5)

 Đối với một nhóm hạt vật liệu:
i

Dtbn
d tbn

(II.6)
11


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

 Đối với hỗn hợp nhiều nhóm vật liệu:
Dtbhh

i  hh
d tb

(II.7)

với D, d là kích thước trước và sau khi đập.
II. Các thuyết cơ bản về đập nghiền
Một trong các chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản của các quá trình đập nghiền là tiêu hao
năng lượng riêng cho 1 đơn vị sản phẩm (thường là 1 tấn). Năng lượng này rất khó
xax1 định vì nó phụ thuộc vào quá nhiều yếu tố như: độ cứng, độ ẩm, độ quánh, độ
nhớt , trạng thái bề mặt, kích thước và hình dạng cũng như các sai sót bên trong hạt
vật liệu,…đồng thời nó còn phụ thuộc vào sơ đồ và kết cấu máy nữa.
Vì thế, hiện nay vẫn chưa có một công thức toán học nào cho phép xác định
chính xác quá trình đập nghiền. Một số thuyết được công nhận hơn cả là:
1. Thuyết diện tích bề mặt
Do P.R.Rittinger (Germany) đề xuất
năm 1867, phát biểu như sau: “công tiêu hao
troang quá trình đập nghiền tỉ lệ với diện
tích bề mặt mới sinh hay mức độ đập
nghiền”.
Để đơn giản, ta giả thiết cục vật liệu
đem đập ban đầu có dạng hình lập phương
có kích thước là D, sau khi đập nghiền cục
vật liệu có cũng có dạng hình lập phương và
có kích thước là d. Mức độ đập nghiền là i.
i

D
d

(II.8)
Muốn tạo ra sản phẩm lập phương cạnh d, số nhát cắt phải là 3(i – 1). Diện tích
các nhát cắt (bề mắt mới sinh) sẽ là:
F 6(i  1) D 2

(II.9)

Gọi a là công cần thiết để tạo ra 1 đơn vị diện tích mới sinh, toàn bộ quá trình
đập vật liệu công sẽ là:
Ai  F .a  6(i  1) D a
2

(II.10)

Khi mức độ đập nghiền lớn i ∞ và (i – 1)i hay:
2
Ai  6i D a

(II.11)
vậy công Ai tỉ lệ với mức độ đập nghiền i hay diện tích bề mặt mới sinh
F.
12


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Trong thực tế, hạt vật liệu không có dạng khối lập phương lí tưởng như trên mà
có hình dạng bất kì. Do đó, người ta có thể bổ sung hệ số K – phụ thuộc vào hình

dạng và kích thước hạt vật liệu.
2
Ai  6 K (i  1) D a

(II.12)

thông thường K = 1,2 – 1,7
Thuyết Rittinger không cho phép xác định giá trị tuyệt đối của công A i (vì a rất
khó xác định) nhưng cho phép ta so sánh công tiêu hao khi đập nghiền cùng 1 loại vật
liệu với mức độ đập nghiền khác nhau i1 và i2.
2
Ai1  3.K .(i1  1).D .a  i1  1
2
Ai 2 3.K .(i 2  1).D .a i 2  1

(II.13)

Khi i1 và i2 đủ lớn thì:
Aí  i1  1 �i1  F 1
Aì i 2  1 i 2 F 2

(II.14)

Thuyết này chỉ xét tới công tiêu hao tạo bề mặt mới sinh mà chưa xét quá trình
biến dạng cục.
2. Thuyết thể tích:
Do Ph.Kich và V.I.Kiapichep đưa ra măm 1874, nội dung phát biểu: “Công tiêu
hao cho quá trình đập nghiền chính là công nội lực đàn hồi và tỉ lệ với thể tích (hay
chính xác hơn là độ giảm thể tích) của vật liệu khi đập nghiền”.
Thuyết này dựa trên cơ sở phân tích sự biến dạng xảy ra khi đập nghiền. Khi bị

đập (ép, kéo) trong vật liệu xuất hiện phản lực ở dạng ứng lực nội. Tăng dần lực ép
ứng lực nội và biến dạng tăng lên. Khi các lực này tăng đến giá trị tới hạn của cục vật
liệu nó sẽ bị phá hủy. Công đập nghiền chính là công tiêu hao cho quá trình này.
Công đó chính là công nội lực đàn hồi (khi không có tổn thất) và bằng công
ngoại lực gây biến dạng đàn hồi khi nén. Giả sử cục vật liệu có kích thước l và tiết
diện F bị nén bởi lực P và bị giảm kích thước đi Δl, thì công tiêu tốn cho quá trình nén
tỉ lệ với tích của lực P và độ biến dạng Δl đó, tức là:
P
A  l.dP  l.F .d ( )
F

Mà

(II.15)

P
 (ứng suất nội)
F

Nên
0
A  l.Fd

(II.16)

0

với σ0: ứng suất phá hủy cục vật liệu
13

ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Mặt khác, do định luật biến dạng đàn hồi ta có:
l 

P.l
(E – modul đàn hồi)
E.F

(II.17)

Nên
A

V 0
 .d
F 
0

(II.18)

V = F.l, thể tích cục vật liệu
Sau khi lấy tích phân ta có:
 02.V  K .V
2.E
K – hệ số phụ thuộc tính chất cơ lí của vật liệu
A

(II.19)

Như vậy, công A tỉ lệ với thể tích vật liệu cần đập nghiền V.
Thuyết thể tích chỉ xét tới năng lượng tiêu tốn cho quá trình biến dạng đàn hồi
và sau đó là biến dạng dẻo mà không tính đến năng lượng tạo bề mặt mới sinh. Tuy
nhiên nó cũng gần với thực tế và cho phép định hướng tính toán các máy đập nghiền
làm việc theo nguyên lí nén (ép). Từ công thức tính A có thể xác định công suất động
cơ dẫn và lực tác dụng lên các chi tiết máy khi biết E và σ.
Tổng hợp 2 thuyết trên ta thấymỗi thuyết chỉ phản ánh được 1 phầncủa quá
trình phức tạp khi đập nghiền. Thuyết thể tích phù hợp cho quá trình đập còn thuyết
diện tích phù hợp cho quá trình nghiền. Tuy nhiên cả 2 thuyết bổ sung cho nhau và
cùng phản ánh được những hiện tượng vật lí xảy ra trong khi đập nghiền.
3. Thuyết Bond
Năm 1950, Bond đưa ra một thuyết mới “Công tiêu hao khi đập nghiền tỉ lệ với
chiều dài khe nứt tạo ra và phụ thuộc vào kích thước cục vật liệu, mức độ đập nghiền,
lượng vật liệu” và xác định theo công thức:
A  K .(

1
d tb



1
D tb

).Q

(II.20)

K – hệ số tỉ lệ
Q – lượng vật liệu đem đập nghiền
Công thứ công trên chỉ áp dụng xác định gần đúng công suất toàn phần khi đập
trung bình.
Tóm lại, công đập nghiền một cục vật liệu với mức độ đập nghiền xác định có
thể biểu diễn bởi các công thức:
▬

Theo Rittinger

A = KR.D2

▬

Theo Bond

A = KB.D2,5
14


ĐAMH: Máy đập búa

▬

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Theo Kiapichep

A = KK.D3

III. Phân loại các máy đập nghiền
Tùy theo chỉ tiêu đánh giá người ta có thể phân loại các máy đập nghiền theo
nhiều các khác nhau.
1. Căn cứ vào kích thước sản phẩm
Người ta qui ước chia quá trình đập nghiền thành các giai đoạn sau:
Giaiđoạn
Đập thô
Đập trung bình
Đập
Đậpnhỏ
Đập mịn
Nghiền thô
Nghiền
Nghiền mịn

Kích thước sản phẩm (mm)
>100
100 – 30
30 – 3
3 – 0,5
0,5 – 0,1
<0,1

2. Căn cứ vào nguyên lí và kết cấu máy
Máy đập
Máy đập hàm
Máy đập nón
Máy đập trục
Máy đập búa

Máy đập va đập đàn hồi
Máy nghiền bánh xe

Máy nghiền
Máy nghiền bi
Máy nghiền con lăn
Máy nghiền búa
Máy nghiền khí nén
Máy nghiền rung
Máy nghiền tia năng lượng

3. Một số máy đập nghiền trong thực tế sản xuất

MÁY ĐẬP HÀM
15

Hệ số i
2–5
5 – 10
10 – 30
>30
>100
>500


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

MÁY ĐẬP CON LĂN

MÁY ĐẬP VA ĐẬP
16


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

MÁY NGHIỀN BI

MÁY ĐẬP NÓN
17


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

MÁY DẬP BÚA 1 ROTO

MÁY ĐẬP THÙNG QUAY
18


ĐAMH: Máy đập búa

CHƯƠNG 3:

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

MÁY ĐẬP BÚA

Máy đập búa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Silicate để đập các vật
liệu mềm hoặc có độ bền trung bình như: đá vôi, đá phấn, đất sét khô, than đá, samốt,
mảnh thủy tinh,…
Nguyên lý làm việc: vật liệu bị đập vỡ thành các hạt nhỏ hơn do các nguyên
nhân sau:
▬ Do búa quay quanh trục với động năng đủ lớn va đập vào vật liệu
đồng thời các vật liệu tự va đập vào nhau.
▬ Vật liệu văng vào tấm đập và bị vỡ ra.
▬ Khi búa quay vật liệu bị đập giữa búa và tấm lót, hoặc bị đập giữa
búa và tấm ghi.
I. Phân loại
Tùy theo cách thức làm việc, kết cấu máy,…
người ta phân loại máy đập búa như sau:
1. Theo số truc mang búa ( rôto)
 Máy đập búa 1 rôto: máy chỉ có 1 trục và
các búa phân bố đều doc theo trục (i = 30
– 40).
 Máy đập búa 2 rôto: 2 trục búa song
song và quay ngược chiều nhau.

19


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

2. Theo phương pháp treo búa vào rôto:
 Búa lắp lỏng: để đập trung bình và đập nhỏ vật liệu.
 Búa lắp cứng: để đập thô các vật liệu, cũng có trường hợp sử dụng làm
máy nghiền để nghiền mịn các vật liệu.
3. Theo cách tiếp liệu vào máy
 Tiếp liệu theo phương tiếp
 Cùng chiều quay roto
 Ngược chiều quay rôto
 Tiếp liệu theo phương thẳng đứng.
II. Ưu nhược điểm
1. Ưu:
 Cấu tạo đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước bé.
 Làm việc với độ tin cậy cao và liên tục.
 Năng suất cao và mức độ đập nghiền lớn (i = 10 – 90).
 Máy có ghi tức là có quá trình phân loại trong khi đập. Tránh lãng phí
năng lượng do đập nghiền các hạt đã đạt yêu cầu.
2. Nhược:
 Các chi tiết máy, nhất là ghi và búa rất mau bị mòn.
 Không đập được các vật liệu ẩm (w >15%) vì lúc đó khe ghi bị bịt kín.
 Khi có dị vật cứng rơi vào máy rất dễ bị hỏng.
 Rôto của máy quay với vận tốc lớn vì thế phải cân chỉnh Tôto thật cẩn
thận để tránh làm mất cần bằng máy.
III. Cấu tạo chi tiết máy đập búa:
Tùy theo từng loại máy, loại vật liệu đem đập, yêu cầu của vật liệu khi ra khỏi
máy mà máy đập búa có cấu tạo rất khác nhau. Trong khuôn khổ ĐAMH này chỉ trình
bày cấu tạo chi tiết của máy đập búa 1 rôto nhiều đĩa búa có búa lắp lỏng là loại máy
mà ta sẽ thiết kế.
Các bộ phận chính của máy được mô tả như ở hình vẽ:

20

ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

MẶT CẮT DỌC VÀ NGANG MÁY ĐẬP BÚA
Một số chi tiết chính của máy:
1. Búa đập
Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy.
Tùy thuộc vào tính chất của vật liêu đem
đập, độ mịn của vật liệu ra khỏi máy, năng suất
máy,…mà búa đập có hình dạng, trọng lượng
cũng như vật liệu chế tạo búa thích hợp.
Thường thì khi đập thô thì dùng búa có
trọng lượng lớn và số lượng búa không cần nhiều
ngược lại khi đập nhỏ thì dùng búa có trọng
lượng nhỏ và số lượng búa nhiều hơn.
Vật liệu chế tạo búa thường là các loại thép chịu mòn cao như: thép Mangan,
thép Cacbon có phủ lớp hợp kim cứng, thép Crôm,…
Các chốt treo búa thường được chế tạo theo chiều dài trục rôto, một đầu chốt
có bậc, đầu kia tiện ren và có chốt hãm. Chốt treo thường được làm bằng thép CT5.
21


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

2. Cánh búa (đĩa treo búa)

Cánh búa có nhiều hình dạng khác nhau như: cánh tam giác, cánh chữ nhật,
cánh hình vuông,…thường gặp và phổ biến hơn cả là cánh có dạng đĩa tròn.
Trên cánh búa có khoét các lỗ để xuyên các chốt treo búa.
Số búa trên cánh búa có thể là 2, 3, 4, 6, 8,…máy dùng đập nhỏ số búa thường
là 6 hoặc 8.

3. Truc máy (Rôto)
Trục lắp cánh búa thường được chế tạo từ thép 45 hoặc 45 Cr. Một đầu trục
được lồng bạc chặn, còn đầu kia đem tiện ren để giữ cánh búa bằng êcu.
Khi lắp cánh búa trên trục thì giữa hai cánh búa liên tiếp lắp một bạc để giữ
khoảng cách cần thiết giữa hai cánh búa.
22


ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Gối đỡ trục được đặt phía ngoài võ máy và đặt trên khung thép hình.
Một đầu trục có bu-li để nhận truyền động từ động cơ, đầu còn lại có thể gắn
hoặc không gắn bánh đà (để đối trọng).
4. Ghi tháo liệu
Ghi chiếm khoảng 1350 – 1800 vòng tròn do búa vạch nên.
Ghi có thể là một tấm lớn hoặc gồm nhiều tấm nhỏ ghép lại,…
Lỗ ghi thường lớn hơn kích thước trung bình của liệu ra từ 1,5 – 2 lần.
Khe hở giữa mặt đầu của búa khi quay với bề mặt ghi khoảng 10 – 15 mm, do
đó vật liệu thường bị chà xát thêm trên mặt ghi.
Ghi thường làm bằng thép mangan.

23

ĐAMH: Máy đập búa

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

5. Vỏ máy
Được làm bằng thép dày khoảng 10 - 20 mm.
Vỏ máy được thiết kế đặc biệt có thể dễ dàng mở ra và đóng lại để xem cấu tạo
bên trong, sửa chữa hoặc làm vệ sinh máy.
Trong bài này vỏ máy được thiệt kế để nạp liệu theo phương thẳng đứng.

VỎ MÁY NẠP LIỆU THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG

VỎ MÁY NẠP LIỆU THEO PHƯƠNG TIẾP TUYẾN
24


ĐAMH: Máy đập búa

CHƯƠNG 4:

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

TÍNH TOÁN MÁY ĐẬP BÚA

I. Tính toán công nghệ.
1. Vận tốc đầu búa:
Kích thước giới hạn của viên vật liệu có thể xác định theo công thức thực
nghiệm sau:

▬

 k .105
d gh  230
(IV.1)
 m
 .v1,5
 k - ứng suất kéo của vật liệu, [N/m2], đối với thủy tinh  k = 3,4.106
[N/m2]
 - khối lượng riêng của vật liệu; đối với thủy tinh  = 2600
[kg/m3]
v - tốc độ va đập, bằng tốc độ dài của đầu búa [m/s]

▬

d gh - kích thước giới hạn của viên vật liệu [m]

▬
▬

Khi kích thước của viên vật liệu nhỏ hơn kích thước giới hạn thì sau va chạm
vật liệu không vỡ.
Tốc độ giới hạn của đầu búa:
2

� �
vgh  1,75.10 � k �
� .d �
Trong đó: d – kích thước đá sản phẩm

2

3

(IV.2)

2

� 3, 4.106 �
vgh  1,75.10 3 �
�  38,85  m / s 
2500.0,013
�
�
2

Chọn vận tốc đầu búa: v = 39 [m/s]
2. Khối lượng búa:
Khi roto quay, búa tích trữ một động năng lớn và khi búa đập vào cục vật liệu
thì búa sẽ biến động năng của mình thành công đập làm cho cục vật liệu bị vỡ ra.
Động năng của búa đập sinh ra xác định như sau:
E1 

m.v12
 N .m
2

(IV.3)

m – khối lượng của búa [kg]

v1 - vận tốc của búa trước khi đập [m/s]
25