thiết kế thiết bị nghiền bi liên tục dạng ống, ứng dụng vào nghiền đá vôi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ



------

------

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NGHIỀN BI
GIÁN ĐOẠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ngô Trương Ngọc Mai

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Tháng 5/2019


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn trường Đại học Cần Thơ, quý thầy cô Khoa Công
nghệ đã tạo điều kiện cho em hoàn thành môn học Đồ án quá trình thiết bị với đề tài
“Thiết kế hệ thống nghiền bi gián đoạn”. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
cô Ngô Trương Ngọc Mai đã trực tiếp hướng dẫn đề tài, tận tình giúp đỡ và tạo điều
kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành đồ án này. Mặc dù em đã cố gắng để hoàn thành
đồ án một cách hoàn chỉnh nhất, nhưng do hạn chế về kiến thức chuyên môn và kinh

nghiệm nên quá trình tính toán và bản vẽ của thiết bị không thể tránh được sai sót. Vì
thế, em rất mong nhận được sự góp ý nhận xét của quý thầy cô để đồ án của em được
hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC

3


TÓM TẮT
Đồ án này tập trung vào thiết kế thiết bị nghiền bi liên tục dạng ống, ứng dụng vào
nghiền đá vôi phục vụ cho sản xuất gốm sứ. Thiết bị được thiết kế tương đối hoàn
chỉnh phù hợp với các thông số của một số thiết bị được công bố trên thị trường. Với
công suất 13 tấn/giờ, máy nghiền bi này có khả năng cung cấp một số lượng lớn bột đá
vôi cho các cơ sở sản xuất gốm sứ.

4


DANH MỤC HÌNH

5


DANH MỤC BẢNG

6

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
1.1 Lý thuyết về phương pháp nghiền
1.1.1 Khái niệm về phương pháp nghiền

Nghiền là quá trình làm giảm kích thước của vật liệu rắn dưới tác dụng của
ngoại lực nhằm phá vỡ lực liên kết giữa các phân tử trong vật liệu.
Mức độ đập nghiền là tỉ số kích thước lớn nhất của vật liệu trước khi đập
(Dmax) và kích thước lớn nhất của vật liệu sau khi đập (dmax) .
Trong công nghiệp xi măng tỉ số này nằm trong khoảng giới hạn từ 5 đến
15. Quá trình đập nhỏ có thể thực hiện theo 1, 2 hay 3 giai đoạn phụ thuộc vào
yêu cầu của nguyên vật liệu sau khi đập và đặc tính kỹ thuật của thiết bị đập sử
dụng.
Năng lượng tiêu tốn phải nhỏ nhất, chỉ đập nghiền đến mức độ cần thiết, dễ
sửa chữa và thay thế các chi tiết bị hư hỏng trong máy, sản phẩm thu được phải
tương đối đồng đều về kích thước, phải có khả năng điều chỉnh mức độ đập
nghiền dễ dàng, khi lựa chọn máy cần căn cứ vào tính chất vật liệu cần đập
nghiền để lựa chọn máy thích hợp.
1.1.2 Các loại máy nghiền
1.1.2.1 Máy nghiền má (máy đập hàm)
Trong máy nghiền má, sự giảm kích thước vật liệu nạp vào là do vật liệu bị ép
giữa hai má được lót bằng các tấm lót có khía làm bằng thép cứng. Một má cố định
còn một má chuyển động tịnh tiến qua lại nhờ trục khủy. Tùy theo hình dạng quỹ
đạo chuyển động của má nghiền có thể phân thành:
• Máy nghiền má chuyển động đơn giản: má nghiền di động được treo trên
trục cố định, vì vậy quỹ đạo chuyển động của mỗi điểm trên má nghiền
là một đường cong, lực nén ở phần cửa nạp là lớn, tấm lót ít bị mài mòn
do đó thời gian sử dụng tấm lót được kéo dài. Nhưng do hành trình ép
nhỏ nên khả năng ép vở vật liệu giảm, thời gian phá vở vật liệu tăng lên,
năng suất máy giảm.
• Máy nghiền má chuyển động phức tạp: má nghiền được treo trực tiếp

vào trục lệch tâm. Quỹ đạo chuyển động của các điểm trên máy nghiền là
7


những đường cong khép kính, càng gần điểm treo của trục thì quỹ đạo
chuyển động càng gần có dạng hình tròn. Do có hành trình chuyển động
lớn nên khả năng ép và mài mòn tăng, khả năng nghiền nhỏ tăng nhưng
lại làm tăng nhanh sự mài mòn tấm lót và tăng công suất động cơ.
Công dụng: chủ yếu dùng để đập thô và đập trung bình các vật liệu có độ bền
nén trên 2000 kg.cm-3.
Ưu điểm: năng suất cao, kết cấu đơn giản, giá thành hạ và không yêu cầu
công nhân có tay nghề cao, kích thước máy gọn, có thể đập nghiền được các vật liệu
có độ cứng cao.
Nhược điểm: máy chỉ làm việc nửa chu kỳ, rung và lắc do vật liệu di chuyển
không cân bằng, vì thế móng máy cần phải xây chắc chắn, tiêu hao năng lượng lớn.
1.1.2.2 Máy nghiền nón
Trong máy nghiền nón, sự đập vỡ vật liệu xảy ra giữa nón cố định (buồng đập
và nón di động (nón đập) nằm trong buồn đập.
Có hai loại máy nghiền nón là máy nghiền nón trục treo (còn gọi là máy
nghiền gates và máy nghiền nón trục côngson (còn gọi là máy nghiền simons).
Trong cả hai loại máy này, khoảng cách giữa bề mặt của hai nón điều giảm xuống
theo hướng ra của vật liệu.
Công dụng: được sử dụng để đập thô, đập trung bình và đập nhỏ các vật liệu
rắn.
Ưu điểm: năng lượng tiêu hao riêng cho một tấn sản phẩm nhỏ hơn máy
nghiền má, vì trong máy này vật liệu không nhưng bị ép mà còn bị uốn. Năng suất
cao, chuyển động êm vì không có tải trọng động và quá trình làm việc liên tục trong
cả vòng quay nên không cần đến vô lăng trượt tải. Kích thước sản phẩm đồng nhất.
Nhược điểm: kết cấu máy phức tạp, nặng nề, giá thành cao và sữa chữa máy
phức tạp. Chiều cao của máy lớn. Với cùng một năng suất, máy đập hàm có thể đập

được vật liệu to hơn.
1.1.2.3 Máy nghiền trục

8


Quá trình nghiền vật liệu dựa trên cơ sở vật liệu được nghiền nhỏ dưới áp lực
của hai trục khi vật liệu rơi vào khe giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau. Kích
thước của vật liệu ra khỏi máy phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai trục và có thể
điều chỉnh được. Máy đập trục có thể có loại đập trục đơn, loại đập trục đôi và loại
đập trục ba.
Công dụng: dùng để đập lần hai (đập trung bình và đập nhỏ) các loại vật lệu
như: đá vôi, đá sét, đá phấn, than….. đã nung. Máy này cũng được sử dụng rộng rải
để nghiền các vật liệu mềm hoặc dẻo nhớt như đất sét, cao lanh.
Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, ổn định, tiêu hao năng lượng ít
so với máy nghiền nón.
Nhược điểm: nghiền đập vật liệu kém hiệu quả. Khi đập trục nhẵn sản phẩm
có khi ra ở dạng tấm phẳng không mong muốn, năng suất thấp, mức độ nghiền và
chất lượng không cao.
1.1.2.4 Máy đập búa
Trong máy đập búa, vật liệu nạp vào được đập nhỏ do tác dụng va đập của các
búa đập rắn trên rôto quay với tốc độ cao, do sự va đập của vật liệu với thành máy
đập hoặc do tác dụng va đập của vật liệu với nhau. Máy đập búa là máy đập rất phổ
biến trong công nghiệp xi măng được sử dụng để đập đá vôi và đá phấn.
Máy đập búa có hai dạng là máy đập búa thông thường (một rôto hay hai rôto)
và máy đập búa phản kích:
• Máy đập búa một hay hai rôto: đây là thiết bị được sử dụng rộng rải trong
công nghiệp xi măng để đập đá vôi, đất sét hay than. Vật liệu nạp vào được
đập sơ bộ bằng các búa đập, các hạt nhỏ lọt qua ghi còn các hạt lớn nằm trên
ghi lại được đập tiếp lần hai. Kích thước sản phẩm phụ thuộc vào khoảng cách

giữa các ghi và có thể điều chỉnh được.
• Máy đập búa phản kích: quá trình đập nhỏ vật liệu trải qua ba quá trình. Quá
trình đập đầu tiên chủ yếu xảy ra khi các phân tử đập gắn trên rôto đập vào vật
liệu. các tấm chắn lắp trong máy đập búa có tác dụng giữ vật liệu ở trong
buồng đập, tại đó nó lại chịu tác động của các búa đập, cứ thế cho đến khi các
hạt lọt qua khe hở giữa rôto và mép dưới của tấm chắn. Quá trình đập thứ hai
khi vật liệu đập va vào tấm chắn. Quá trình thứ ba khi các hạt vật liệu va vào
9


nhau. Với loại máy đập này, va đập là lực chủ yếu phá vỡ vật liệu và sự phá vỡ
xảy ra theo các vết nứt hình thành trong cục vật liệu.
1.1.3 QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NGHIỀN MỊN
1.1.3.1 Máy nghiền đĩa
Công dụng: máy nghiền đĩa được sử dụng trong ngành chế biến lương thực,
thực phẩm, sản xuất tinh bột, sản xuất giấy.
Ưu điểm: kích thước sản phẩm nhỏ, độ mịn cao.
Nhược điểm: công suất nghiền thấp, năng lượng tiêu hao riêng lớn so với các
loại máy nghiền khác nên khả năng và phạm vi sử dụng ngày càng hạn chế. Chỉ để
nghiền những loại vật liệu khô.
1.1.3.2 Máy nghiền bi
Công dụng: máy có thể dùng nghiền khô, nghiền mịn hoặc rất mịn. Trong lĩnh
vực công nghiệp sản xuất vật liệu xậy dựng, máy nghiền bi là máy chủ đạo để
nghiền bột vật liệu.
Ưu điểm: có thể sấy nghiền đồng thời trong cùng một máy, cấu tạo tương đối
đơn giản, làm việc ổn định và tin cậy. Sử dụng dễ dàng và mức độ đập nghiền cao,
ổn định. Vật liệu nghiền được trộn khá đồng nhất.
Nhược điểm: tốc độ chuyển động của bi đạn nhỏ, làm hạn chế số vòng quay
của máy nghiền. Tất cả bi đạn trong máy nghiền không đồng thời tham gia làm việc.
Kích thước lớn, máy nặng và làm việc ồn, tiêu hao năng lượng điện riêng lớn,

momen mở máy lớn.
Nguyên lý làm việc: máy nghiền bi là một ống thép hình trụ, bên trong có vật
liệu nghiền làm bằng thép hình dạng và kích thước khác nhau. Khi thùng máy
nghiền quay, các viên bi dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ nâng lên đến một độ cao
nhất định, khi đó trọng lượng của các viên bi sẽ lớn hơn so với lực ly tâm, các viên
bi sẽ rơi suống đập vở vật liệu nghiền. sự quay của thùng nghiền còn làm các viên
bi chuyển động trược tương đối với nhau, gây ra sự trà xát vật liệu nghiền khi nó bị
lọt vào giữa các viên bi. Vật liệu chuyển động dọc theo chiều dài của thùng nghiền
do áp lực từ phía đầu vào của thùng nghiền tạo ra bởi dòng nạp liên tục vào máy.
Vật liệu nạp vào càng nhiều thì sản phẩm nghiền ở đầu ra càng lớn, tuy nhiên thời
10


gian vật liệu ở trong máy nghiền sẽ giảm, do đó sản phẩm nghiền sẽ có kích cở hạt
thô hơn.
1.1.3.3Máy nghiền bánh xe
Công dụng: dùng để nghiền nhỏ và nghiền bột thô các loại vật liệu khác nhau
như đất sét đá vôi, cát….
Ưu điểm: làm việc tin cậy, thay thế các chi tiếc bị hỏng nhanh. Có thể nghiền
vật liệu kích thước khá lớn, mức độ đập nghiền lớn, dể điều chỉnh độ mịn trong
khoảng tương đối rộng. Có thể nghiền được vật liệu dẻo, ẩm, đồng thời cải thiện
tính chất của chúng khi nghiền trộn.
Nhược điểm: cấu tạo máy cồng kềnh, nặng nề, sữa chữa máy phức tạp. năng lượng
tiêu hao lớn, năng suất máy thấp hơn so với trọng lượng máy và giá thành.
1.2 Giới thiệu về nguồn nguyên liệu
1.2.1 Trữ lượng đá vôi ở Việt Nam
Ở Việt Nam, có khoảng 125 tụ khoáng đá vôi đã được tìm kiếm và thăm dò,
trữ lượng ước đạt 13 tỷ tấn, tài nguyên dự báo khoảng 120 tỷ tấn. Hầu hết các mỏ đá
vôi ở nước ta phân bố tập trung ở các tỉnh phía Bắc và cực Nam. Đá vôi ở Bắc Sơn và
Đồng Giao phân bố rộng và có tiềm năng lớn hơn cả [3].

Tại Kiên Giang có 440 triệu tấn đá vôi, có khả năng khai thác 342 triệu tấn.
Trong đó, trữ lượng phục vụ cho công nghiệp là 235 triệu tấn, đủ nguyên liệu để sản
xuất 4,6 triệu tấn clinker/năm trong suốt 40 năm.
Nghệ An là một trong số ít tỉnh ở Việt Nam có trữ lượng đá vôi rất lớn khoảng 2.361
triệu mét khối, phân bố hầu hết khắp các huyện trong tỉnh. Bốn vùng ở Nghệ An có trữ
lượng đá vôi tập trung lớn, có chất lượng cao là: vùng Tân Kỳ khoảng 2,7 tỷ tấn, vùng
Hoàng Mai trữ lượng 558 triệu tấn; vùng Anh Sơn - Đô Lương khoảng 300 triệu tấn,
hiện nay mới khảo sát thêm được 4 mỏ tổng lượng 157 triệu tấn. Ngoài ra, còn phân bố
rải rác ở các huyện Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Yên Thành, Diễn Châu,… Trên 4 tỷ tấn đá
vôi chất lượng cao để sản xuất xi măng, hằng năm Nghệ An cho phép sản xuất ở mức
15-20 triệu tấn xi măng chất lượng cao. Tuy nhiên, chỉ mới sản xuất được 2 triệu
tấn/năm. Hiện nay, Nghệ An có nhiều nhà máy sản xuất xi măng nhưng hầu hết đều có
những khó khăn, chỉ duy nhất Nhà máy xi măng Hoàng Mai hoạt động có hiệu quả,
đạt công suất thiết kế 1,5 triệu tấn/năm.
Hải Dương, đá vôi được phân bố chủ yếu trong phạm vi giữa sông Bạch Đằng và sông
Kinh Thày. Những núi có quy mô lớn như núi Han, núi Áng Dâu, núi Nham Dương đã
được thăm dò tỉ mỉ. Đá vôi đôlômit tập trung ở dãy núi Han, núi dãy Hoàng Thạch - Hải
Dương với trữ lượng lên tới 150 triệu tấn. Hải Phòng, đá vôi tập trung chủ yếu ở Trại sơn
11


và Tràng kênh thuộc huyện Thuỷ Nguyên. Ngoài ra còn có những mỏ đá vôi phân bố rải
rác ở Dương Xuân - Pháp Cổ, Phi Liệt, Thiếm Khê, Mai Động và Nam Quan.

1.2.2 Các tính chất của đá vôi
Bảng 1-1 mô tả các tính chất vật lý cơ bản của đá vôi như: độ cứng, khối lượng thể

tích độ hút nước,...
Bảng 1-1 Các tính chất vật lý của đá vôi
Thông số

Giá trị

Đá vôi có độ cứng

3

Khối lượng thể tích

2600 ÷ 2800 kg.m

Cường độ chịu nén

1700 ÷ 2600kg.cm

Độ hút nước

0,2 ÷ 0,5%

Độ chịu nén

60-->180 MPa

-3
-2

Bảng 1-2 liệt kê các thành phần trong đá vôi như: MgCO 3, SiO2, Al2O3,... Trong
đó, thành phần chiếm phần trăm chủ yếu là CaCO3 trên 97% [3].
Bảng 1-2 Các thành phần hóa học chủ yếu trong đá vôi
Thành phần hóa học chủ yếu

Đặc tính vật lý

CaCO3

98% Min

Độ trắng

97% Min

Fe2O3

0,01% Max

Độ sáng

92% Min

MgO

0,3% Max

Độ ẩm

0,3% Max

Al2O3

0,03% max

Mật độ

2,7g.cm

SiO2

0,1% Max

Độ cứng

3 mohs

Na2O

0,05% Max

Mất khi nung

43,1%

12

-3


1.2.3 Ứng dụng đá vôi trong ngành công nghiệp gốm sứ
Đá vôi được ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều ngành công nghiệp, ví dụ như sản xuất
kính, thuỷ tinh, nhựa và cao su,.. và một ngành được ứng dụng nhiều hơn hết đó là
gốm sứ. Ngành này đang phát triển mạnh mẽ, bột Canxi cacbonat được sử dụng như

một phụ gia trong ngành gốm sứ. Nguyên liệu sản xuất gốm sứ phải có Canxi Oxit
(CaO). Nguyên liệu để sản xuất gốm cần phải có canxi oxit bởi CaO nóng chảy ở 1050
o
C (điều này giúp cho quá trình nung giảm được độ co rút, nâng cao độ bền cơ học và
hóa học của sản phẩm gốm sứ). Canxi Cacbonat CaCO 3 chính là nguồn cung cấp đó.
Cách thức sử dụng thì CaCO3 được trộn lẫn với 1 lượng lớn gốm sứ, nhằm tạo được
độ giãn nở cần thiết giữa mảnh gốm và lớp men, phục vụ cho quá trình nung, cũng như
cung cấp nguồn CaO chủ yếu. Vì vậy kích thước của CaCO3 sau khi nghiền phải thích
hợp trong việc làm gốm sứ ( < 0.089 cm). Thiết kế máy nghiền bi gián đoạn công suất
10 tấn/mẻ nghiền nguyên liệu là đá vôi giúp chúng ta thu được lượng đá vôi dồi dào
phục vụ cho ngành gốm sứ cũng như một số ngành khác.

13


CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN VÀ SƠ ĐỒ QUY
TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Chọn phương pháp nghiền
Trong lĩnh vực sản xuất gốm sứ, nghiền bột vật liệu tới kích thước dưới 1/100
mm là bắt buộc và tốn rất nhiều năng lượng. Trong qúa trình nghiền, tận dụng các thiết
bị sẵn có , hợp lí chúng ta sẽ chọn được phương pháp nghiền phù hợp. Máy nghiền bi
là lựa chọn hàng đầu trong việc nghiền vật liệu, cụ thể ở đây là đá vôi. Máy nghiền bi
gián đoạn với năng suât 10 tấn/mẻ được thiết kế và ứng dụng vào vật liệu gốm sứ.
Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc gián đoạn có cấu tạo đơn giản gồm thùng quay
hình trụ bằng thép quay trên 2 ổ đỡ. Máy quay nhờ động cơ truyền động qua đai (hay
qua hộp giảm tốc) tới bộ ly hợp và cặp bánh răng truyền động. Vật liệu nghiền và bi
được cho vào và lấy ra khỏi thùng qua của hông trên thân thùng. Bộ ly hợp giúp cho
máy chạy êm và tránh quá tải tức thời. Quá trình nghiền vật liệu xảy ra nhờ lực va đập
và ma sát của vật liệu với bi nghiền và thùng nghiền. Máy có thể dùng dể nghiền ướt
hay khô, chu trình kín và hở [2].

14


Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ nên năng suất thấp chỉ dùng cho qui mô
nhỏ. Loại máy nghiền gián đoạn thường được dùng trong các nhà máy gốm sứ. Máy
nghiền bi gián đoạn thường được dùng để nghiền ướt, không dùng để nghiền khô vì
khó tháo liệu .
,

Hình 3. 1 Sơ đồ máy nghiền bi gián đoạn
2.1.1 Ưu điểm
•

Cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định.
• Nghiền trộn tương đối đồng đều.
• Có thể kết hợp được quá trình sấy và nghiền (nếu nghiền khô)
• Vận hành dễ dàng, mức độ đập nghiền cao.
2.1.2 Khuyết điểm
• Thể tích sử dụng chỉ chiếm khoảng 50% thể tích thùng.
• Tất cả bi đạn không đồng thời tham gia làm việc.
• Kích thước lớn, cồng kềnh. Gây tiếng ồn khi làm việc.
• Mômen mở máy lớn, dễ cháy động cơ.
15


• Tiêu tốn năng lượng lớn vì ở cuối chu kỳ dù chỉ còn mộtb số ít hạt chưa đạt kích thước
yêu cầu máy vẫn tiêu tốn năng lượng để nghiền toàn bộ vật liệu nẳm trong máy.
2.1.3 Nguyên lý hoạt động
Vật liệu được cân sau đó cho vào máy. Động cơ được khởi động từ từ tránh quá tải

khi mở máy. Khi thùng chuyển động quay tròn thì bi nghiền và vật liệu chịu lực ly tâm
được đưa lên một độ cao nào đó rồi rơi xuống. Trong cả quá trình chuyển động tương
đối với nhau giữa bi nghiền và vật liệu sinh ra lực ma sát làm mài nhỏ vật liệu. Đồng
thời động năng sinh ra do bi đạn rơi tạo lực va đập đập nhỏ vật liệu. Bên cạnh đó vật
liệu được mài nhỏ còn nhờ ma sát giữa vật liệu và tấm lót thân thùng nghiền. Sau một
thời gian ta kiểm tra thấy vật liệu đã đạt được độ mịn yêu cầu thì cho tháo liệu. Ta thay
cửa bằng một tấm ghi, và cho quay thùng sau cho miệng cửa hướng xuống. Vật liệu sẽ
thoát ra qua lỗ ghi còn bi nghiền sẽ được giữ lại. Sau một thời gian có thể vật liệu
không thể thoát ra ngoài được vì hai lý do:
Lỗ ghi bị bít do bi lấp kín miệng lỗ → giải quyết bằng cách lấy gậy đẩy bi ra.Áp
suất trong thùng cân bằng nên không tạo được lực dẩy vật liệu ra ngoài → giải quyết
bằng cách thiết kế một lỗ nhỏ trên thân thùng để áp suất trong thân thùng tăng lên,
giúp dẩy vật liệu ra ngoài [2].
2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ
2.2.1 Sơ đồ
SƠ ĐỒ

Hình 2-1 Sơ đồ quy trình công nghệ
Chú thích:
1234567-

Cối đập
Cyclo 1
Máy nghiền má đứng
Cyclo 2
Máy sàng
Cyclo 3
Cân định lượng

8- Máy nghiền bi

9- Bồn chứa
10-Đường ống
11-Máy đóng gói
12- Xe tải
13-bao bì thành phẩm

16


2.2.2 Thuyết minh quy trình
Đá vôi sau khi khai thác tại núi được cho vào cối đập (1) nhằm tạo ra các mảnh
đá vôi với kích thước thô (khoảng 1 – 10 cm). Sau đó, đá vôi được trữ trong các cyclo
1 (2) để thực hiện cho các quá trình tiếp theo. Vận chuyển nguyên liệu từ các cyclo 1
cho vào máy nghiền nón đứng (3) bằng băng tải, sản phẩm ra với kích thước trung
bình khoảng 20 – 50 mm được trữ trong các cyclo 2 (4). Sử dụng băng tải để vận
chuyển nguyên liệu từ máy sàng (5) để phân loại đá vôi từ các cyclo 2 với kích thước
sản phẩm ra là 20 – 25 mm vào cyclo 3 (6), nếu kích thước sản phẩm không phù hợp
thì cho hồi lưu lại máy nghiền nón đứng. Sau quá trình sàng, đá vôi đạt kích thước thì
cho vào cân (7), xác định khối lượng cần nghiền mới cho vào máy nghiền bi để tạo ra
sản phẩm với kích thước mong muốn (0,074 – 0,4). Đá vôi đạt kích thước được lấy ra
ở cửa tháo liệu, dùng máy hút vận chuyển đến bồn chứa(9). Từ bồn chứa, đá vôi được
chia ra hai ống, ống (10) một đến kho để vận chuyển bằng xe tải (12), ống còn lại đến
máy đóng gói(11), thực hiện đóng gói thành bao bì thành phẩm (13).


CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHI TIẾT
3.1 Quy trình tính toán
Quy trình tính toán các thông số trong máy nghiền bi được tóm tắt trong sơ đồ
bên.
dướ

Xác định các thông số vật lý của vật liệu.

Lựa chọn vật liệu nghiền

Thiết kế kết cấu của máy

Tính L, Dt, S, tấm lót, vách ngăn, cửa thăm, cơ cấu nạp tháo liệu, mặt bích, ổ trượt

Tính số vòng quay tới hạn, số vòng quay hợp lý, tổng khối lượng bi và vật liệu trong thùng, kích thước b
Thiết kế động học

Thiết kế hệ thống dẫn động

Tính và chọn hộp giảm tốc; tính bánh răng dẫn động.

Tính bền cho thân thùng và ổ trượt, tính bền cho bu lông mặt bích
Kiểm tra bền

Hình 3-1 Sơ đồ quy trình tính toán


3.2 Tính toán thiết bị chính
3.2.1 Thiết kế kết cấu máy
3.2.1.1 Tính đường kính trong và chiều dài vỏ máy nghiền
(Phần tính toán trong phần này dựa vào công thức trong sách Quá trình và thiết bị
trong CNHH & TP. Tập 2: Cơ học vật liệu rời. Trong tài liệu tham khảo số [1]).
-

Chọn năng suất thiết kế của máy nghiền là 10 tấn/mẻ. (Nhập liệu 10 tấn)

-

Chọn số ngăn trong thùng là 2 và thuộc loại máy nghiền thùng dài

-

Vật liệu làm bi là sứ, hình cầu

-

Vật liệu làm vỏ thùng là thép CT4
Ta có:

(Công thức 3.207, trang 179)
Trong đó:
-1

-

Q: năng suất của máy nghiền bi (T.h )

-

V: thể tích bên trong thùng nghiền (m )
Dt: đường kính bên trong thùng nghiền (m)
Mb: khối lượng bi nghiền trong thùng (tấn)
-1
q: năng suất riêng của máy nghiền (tấn.kWh )
K’: hệ số hiệu chỉnh độ mịn

3

Tính toán
Tính q
Giá trị của q được chọn trong bảng 3.8 trang 180
Đối với đá vôi có độ cứng trung bình thì q thuộc khoảng 0,06 – 0,07
 Chọn q = 0,065
Tính K’
Giá trị hệ số điều chỉnh độ mịn K’ được chọn trong bảng 3.9 với 5% khối lượng còn
tích lũy trên rây
 K’ = 0,77
Tính V
Chọn tỷ số vì đây là tỷ số tối ưu cho máy nghiền bi 2 ngăn gián đoạn.
 (m3)
Tính Mb
(Công thức 3.208, trang 179)
Với:

Pb là khối lượng riêng của bi nghiền (T.m-3)



Pb = 2,8 (T.m-3)
Là hệ số rỗng, có giá trị từ 0,62 – 0,85 => Chọn = 0,735
Là hệ số chứa: với bi sứ 0,3 – 0,4 => Chọn = 0,35
Vậy
 Dt = 2,2 m
 L = 4,4 m
=> V = 15,4 m

3

=> Khối lượng bi nghiền trong thùng Mb = 11,088 tấn
Bảng 3-1 Kết quả tính toán các thông số cơ bản của thùng nghiền
Thông số

Giá trị

Đường kính trong thùng Dt (m)

2,2

Chiều dài bên ngoài của thùng L (m)

4,4

3

Thể tích thùng V (m )

20,4

Tổng khối lượng bi nghiền trong thùng Mb (tấn)

16,5

3.2.1.2 Tính bề dày của thùng
Bề dày của thùng nghiền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của máy nghiền bi và
thường nằm trong khoảng 1/100 đến 1/75 so với đường kính của máy nghiền. Giá trị

bề dày của thùng được chọn trong bảng 4.4 trang 70 tài liệu tham khảo 5.
Với đường kính của thùng là 2,2 nên chọn bề dày thùng là 25,5 mm


3.2.1.3 Tấm lót
(Phần tính toán trong phần này dựa vào công thức trong sách Công nghệ và thiết bị
sản xuất xi măng POÓC LĂNG. Tài liệu tham khảo số [2]).
Tấm lót được dùng để bảo vệ vỏ ống nghiền chịu sự va đập và chà miết của vật nghiền
và vật liệu để nghiền. Ngoài ra tấm lót còn có tác dụng tăng khả năng đập nghiền, chà
miết vật liệu nghiền.
Tấm lót cần có độ bền cao hơn bi đạn và không được nứt, biến dạng. Vật liệu: tấm lót
có thể làm bằng nhiều vật liệu khác nhau như: thép mangan, thép mangan_crôm, gang,
gốm sứ, đá,... tùy theo tính chất và yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu nghiền mà chọn.
Do yêu cầu làm việc của máy nghiền đá vôi có độ cứng trung bình và tính chất của vật
liệu sau nghiền ảnh hưởng đến sản phẩm của các quá trình sau đó nên chọn vật liệu là
đá.
Hình dáng bề mặt làm việc của tấm lót, đường kính có ích của máy nghiền và đặc
tính chuyển động của vật đập ảnh hưởng lớn đến độ mòn của nó, đến năng suất của
máy nghiền, đến lượng tiêu hao công suất và hao mòn vật đập. Tấm lót được lắp theo


chu vi và chiều dài, sử dụng thép mangan có ρ=7,6T/m3. Theo chu vi của ống nghiền,
dùng tấm lót có kích thước đáy lắp với chu vi của buồng nghiền chiếm 1/40 của kích
thước chu vi (chắn 1 cung có góc 9o ).
Chu vi của ống nghiền : C = 2πR = 2π.1100 = 6912 mm
Khe hở giữa 2 tấm lót : 4 mm
⇒kích thước đáy của tấm lót : b1 = = 168,8 mm
-Theo chiều dài L của ống nghiền : chọn kích thước của tấm lót l1= 390 mm
Với chiều dài của buồng nghiền : L1 = 4400 [mm]; Khe hở giữa hai tấm lót : 4 mm
⇒ có 11 tấm lót có l1 = 390 mm

Kích thước gờ cao chọn theo kinh nghiệm thực tế máy khảo sát :
Gờ cao nhất có chiều cao : hc = 70 [mm]
Gờ thấp nhất có chiều cao: ht = 40 [mm]
Lổ lắp bu lông đai ốc : M30x2, có đường kính : d = 30 [mm]
⇒Thể tích của tấm lót ở buồng nghiền : (Tính tương đối bằng các đơn giản hóa theo
hình lăng trụ tam giác và hình hộp chữ nhật)
+ Loại có l1= 230 mm : có hai lỗ đường kính d=30 mm

=
=352180 mm3 ≈ 0,0035m3
Tấm lót ở đáy thùng:
Ở ngăn 1 của ống nghiền có tác dụng đập chính nên tấm lót ở đáy 1 cũng phải có kết
cấu tương tự sao cho có tác dụng như của tấm lót ở vỏ ống nghiền ngăn 1.
Tấm lót ở đáy thùng có tác dụng che đỡ cho đáy thùng, cho ngõng trục cũng như ống
xoắn vít dẫn liệu dưới sự va đập của vật nghiền và vật liệu nghiền ở trong máy.
Khe hở giữa các tấm lót trong 1 dãy và giữa các tấm lót với nhau là 4mm, mỗi tấm lót
lắp 2 bu lông M30x2.
Xếp theo chu vi của hình tròn đáy thùng, mỗi tấm chắn một góc 24o suy ra số lượng
tấm lót trong 1 dãy chu vi : n1 = 360 o/24o = 15 (tấm). Tấm lót có dạng hình quạt
Kích thước của tấm lót là : Chiều dài :

l = 1000 mm


Chiều rộng lớn :

bl = 600 mm

Chiều rộng nhỏ :

bn = 80 mm

Chiều dày :

h = 60 mm

Mỗi tấm lót lắp với đáy thùng 2 bu lông : M30x2
⇒mỗi tấm lót có 2 lỗ là d = 20 mm
Để đơn giản ta coi tấm lót có dạng hình thang và bề mặt làm việc nhẵn.
⇒Thể tích của tấm lót ở đáy thùng nghiền.
h
= 2039623001 [mm3] ≈ 0,0204 m3
3.2.1.5 Cửa thăm và cửa tháo liệu
Cửa thăm dùng để nạp và bổ sung vật nghiền, tháo lắp sửa chữa các tấm lót cũng như
các bộ phận khác bên trong thùng nghiền, nên phải có kích thước sao cho người công
nhân ra vào được.Cửa tháo liệu được bố trí trên thân thùng quay của máy nghiền bi
gián đoạn. Cần phải có lót đệm cho kín để tránh bụi văng ra ngoài.

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CHỦ YẾU
4.1 TÍNH BỀN VỎ ỐNG NGHIỀN
Tang nghiền coi như một dầm tròn nằm trên hai điểm tựa chịu uốn và chịu xoắn.
mômen uốn do lực tĩnh và lực ly tâm gây ra khi bi đạn và vật liệu nghiền không cân
bằng.
Lực tĩnh bao gồm trọng lực của phần quay (∑G), vật liệu nghiền và vật nghiền (∑G CH)
4.2 Trọng lực của phần quay:
∑G = G1 + G2
Trong đó:
G2: Trọng lượng của hai mặt bích hai đầu.
G1 = Gv + GTL : trọng lượng vỏ ống nghiền cùng các tấm lót.

Trong đó:
D : đường kính trong của ống nghiền
bv: bề dày của vỏ ống nghiền


L : chiều dài làm việc của ống nghiền
γ : khối lượng riêng của ống nghiền.
⇒

Trọng lượng tấm lót ở buồng nghiền: sử dụng đá γ = 2,75 T.m-3
Số lượng tấm lót cần dùng:
Theo chu vi có 40 dãy mỗi dãy có 11 tấm nhỏ
⇒có 440 tấm
⇒ trọng lượng các tấm lót ở buồng nghiền :
GTL = 320.v1.γTL
= 440.0,0035.2,75 = 4,235 T
Trọng lượng các tấm lót ở đáy ống nghiền : có 15 tấm sử dụng đá có γ = 2,75 T.m-3
Gđt = 15.Vđt.γ
= 15.0,0204.2,75 = 0,8415 T
Trọng lượng mặt bích đầu ống nghiền:

Trong đó:
d1 : đường kích lổ chừa ra để nạp tháo vật liệu nghiền. d1 = 0,6 m
d : đường kính ngõng trục. d = 0,5 m
L1 = 0.465 m
L2: chiều dài của ống vít dẫn liệu. L2 = 0,83 m
⇒ G2 = (2,22 – 0,52).0,83.7,85 + (0,52 – 0,62)..7,85.0,465 + (0,62 – 0,32). .0,83.7,6
= 5,2 T. Vì có hai mặt bích nên G2 = 10,4 T
⇒ ∑G = G1 + G2 + G3 = 21,57
Lực li tâm:

Lực ly tâm do khối lượng chung sinh ra là:
P = 0,627.m.ω2.R = 0,627..R.m
= 3,55.m = 83545,7 N
= 8,5 T


Đặt lực P, GCH tại trọng tâm của khối lượng chung tham gia quay:
Góc giữa lực ly tâm và góc thẳng đứng:
Φ=
Gọi T là lực tổng của GCH và P

= = 31,939 T
Gọi Q là hợp lực của T và ∑G

=
= 52,73 T.
Phản lực tại hai gối đỡ: R = = 26,365 T

4.3 TÍNH TOÁN Ổ TRƯỢT
Hiện nay trong ngành cơ khí chế tạo máy ổ trượt ít được dùng hơn ổ lăn. Tuy nhiên
một số trường hợp sau đây thì dùng ổ trượt rất ưu việt:
• Khi trục quay làm việc với vận tốc cao, nếu dùng ổ lăn, tuổi thọ của ổ (số giờ
làm việc cho tới khi hỏng) sẽ thấp
• Khi yêu cầu phương của trục phải rất chính xác. Ổ trượt gồm ít chi tiết nên dễ
chế tạo chính xác cao có thể điều chỉnh được khe hỡ.
• Trục có đường kính lớn ( đường kính của ổ ≥ 1m), trong trường hợp này thì chế
tạo ổ trượt dễ hơn ổ lăn.
• Khi cần dùng ổ ghép để dễ lắp tháo ( thí vụ đối với trục khuỷu).
• Khi ổ làm việc trong những điều kiện đặt biệt ( trong nước, trong môi trường ăn
mòn…) có thể chế tạo ổ trượt bằng những vật liệu thích hợp với môi trường

• Khi có tải trọng va đập và dao động ; ổ trượt làm việc tốt nhờ khả năng giảm
chấn của màng dầu.
• Trong các cơ cấu vận tốc thấp, không quan trọng và rẻ tiền.
4.3.1 Chọn loại ổ trượt:
Do đặc điểm về yêu cầu kỷ thuật của máy nghiền bi có tốc độc quay nhỏ
(v=21,1(v/ph)) nên ổ trượt không thể làm việc ở chế độ bôi trơn ma sát ướt ( phương
pháp bôi trơn thủy động) còn nếu dùng phương pháp bôi trơn thủy tỉnh thì sẻ gặp phải
những nhược điểm:


• Hệ thống thủy lực phức tạp dẫn tới giá thành cao.
• Dầu bôi trơn dùng trong hệ thống phải thật tinh khiết.
Mặt khác do đường kính ngõng trục lớn d=900 (mm) nên chọn ma sát ổ trượt loại nữa
ướt loại ổ ghép ( khi sử dụng ổ ghép thì dễ điều chỉnh khe hở giữa ngõng trục và ổ,
khi lắp ngõng trục không cần lắp từ ngoài mút vào). Mặc dù áp lực riêng nhỏ (12-16
kg/cm2) và vận tốc biên của ngõng trục không lớn (0,9-1,2 m/s). Ổ đỡ vẫn làm việc
trong điều kiện tương đối nặng nề vì bị nóng lên do dòng vật liệu hoặc dòng khí nóng
dẫn bụi vận chuyển qua ngõng trục. Mặt khác bụi bẩn dễ lọt vào khe hỡ giữ các bộ
phận của ổ dỡ làm ảnh hưởng tới chế độ làm việc của nó.
4.3.2 Tính toán ổ trượt:
Các dạng hỏng
• Mòn: lót ổ và ngõng trục bị mòn khi trong ổ không hình thành được lớp dầu bôi
trơn, ngăn cách các bề mặt làm việc.
• Dính: hiện tượng dính xảy ra thường do áp suất và nhệt độ cục bộ trong ổ quá
lớn, lớp dầu bôi trơn không hình thành được khiến ngõng trục và lót ổ trực tiếp
tiếp xúc với nhau
• Mỏi rổ: lớp bề mặt lót ổ chịu tải trọng mạch lớn có thể hỏng vì mỏi rổ.
• Ngoài ra khi khẻ hở nhỏ có thể gây kẹt ngõng trục do biến dạng nhiệt và làm
hỏng ổ.
• Để tránh các dạng hỏng trên tốt nhất tính cho ổ trượt làm việc với chế độ bôi

trơn ma sát ướt. Vì vậy tính toán bôi trơn ma sát ướt là tính toán cơ bản nhất đối
với ổ trượt. Khi thiết kế ổ trượt thường theo kết cấu trục hoặc theo kinh nghiệm
chọn đường kính d và chiều dài ổ, vật liệu lót ổ, loại dầu bôi trơn, khe hở trong
ổ và kiểu lắp, độ nhám bề mặt ngõng trục và lót ổ. Sau đó tiến hành tính toán
kiểm nghiệm ổ theo phương pháp quy ước và theo điều kiện bôi trơn ma sát
ướt.
Tính toán ổ trượt
Hệ số ma sát ướt µ = 0,01- 0,1 (chọn µ = 0,1)
Lực tác động lên ổ R = 26,365 T = 258640,65 N
Đường kính ngõng trục d = 0,5 m
Tốc độ quay của động cơ n = 23,02 v.phút-1