Thiết kế hệ thống nghiền bi gián đoạn

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



------

------

ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ
CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NGHIỀN BI
GIÁN ĐOẠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ngô Trương Ngọc Mai

SINH VIÊN THỰC HIỆN
Ngành: CN Kỹ thuật hóa học - Khóa 41

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 hồn thành mơn 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 hồn 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 q trình tính tốn và bản vẽ của thiết bị khơng thể tránh được sai sót. Vì
thế, em rất mong nhận được sự góp ý nhận xét của quý thầy cơ để đồ án của em được
hồn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................2
MỤC LỤC..................................................................................................................... 3
TĨM TẮT.....................................................................................................................5
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................6
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................7
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU.................................................................................................8
1.1 Lý thuyết về phương pháp nghiền............................................................................8
1.1.1 Khái niệm về phương pháp nghiền...............................................................8
1.1.2 Các loại máy nghiền.....................................................................................8
1.1.2.1 Máy nghiền hạt......................................................................................8
1.1.2.2 Máy nghiền bột....................................................................................10
1.2 Giới thiệu về nguồn nguyên liệu............................................................................11
1.2.1 Trữ lượng đá vôi ở Việt Nam......................................................................11
1.2.2 Các tính chất của đá vơi..............................................................................12
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN VÀ SƠ ĐỒ QUY TRÌNH
CƠNG NGHỆ.............................................................................................................14
2.1 Chọn phương pháp nghiền.....................................................................................14
2.2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ.....................................................................................14
2.2.1 Sơ đồ...........................................................................................................14
2.2.2 Thuyết minh quy trình................................................................................14
CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN CHI TIẾT.........................................................................15
3.1 Quy trình tính tốn.................................................................................................15
3.2 Tính tốn thiết bị chính..........................................................................................16

3.2.1 Thiết kế kết cấu máy...................................................................................16
3.2.1.1 Tính đường kính trong và chiều dài vỏ máy nghiền.............................16
3.2.1.2 Tính bề dày của thùng..........................................................................17
3.2.1.3 Tấm lót.................................................................................................17
3.2.1.4 Vách ngăn (ghi)....................................................................................20
3.2.1.5 Cửa thăm..............................................................................................21
3.2.1.6 Tính tốn cơ cấu nạp liệu và tháo liệu..................................................21
3.2.1.7 Mặt bích...............................................................................................22
3.2.1.8 Tính ổ trượt..........................................................................................23
1


3.2.2. Thiết kế động học cho máy........................................................................25
3.2.2.1 Xác định số vòng quay tới hạn của thùng............................................25
3.2.2.2 Xác định số vòng quay thích hợp của thùng nghiền.............................26
3.2.2.3 Xác định kích thước bi nghiền và lượng bi cần thiết trong máy nghiền
......................................................................................................................... 29
3.2.2.4 Tính khối lượng vật liệu trong thùng...................................................30
3.3 Tính thiết bị phụ trợ...............................................................................................31
3.3.1 Tính hộp giảm tốc.......................................................................................31
3.3.1.1 Chọn động cơ điện...............................................................................31
3.3.1.2 Tính tốn động học hệ dẫn động cơ khí...............................................31
3.3.1.3 Chọn vật liệu thiết kế...........................................................................32
3.3.1.4 Chọn các thông số bánh răng trong hộp giảm tốc................................32
3.4 Kiểm tra bền..........................................................................................................34
3.4.1 Tính trọng lực của phần quay......................................................................34
3.4.1.1 Trọng lượng của ống nghiền cùng các tấm lót.....................................34
3.4.1.2 Trọng lượng của hai mặt bích đầu ống nghiền:...................................35
3.4.1.3 Trọng lượng của hai vách ngăn:...........................................................36
3.4.2 Tính trọng lượng của bi và vật liệu.............................................................36

3.4.3 Tính lực ly tâm............................................................................................36
3.4.4 Tính tốn bền..............................................................................................37
3.4.4.1 Tính bền cho thân thùng......................................................................37
3.4.4.2 Tính bền cho bulơng ghép mặt bích.....................................................38
3.5 Tính tốn chi phí lắp đặt thiết bị.............................................................................39
3.6 So sánh với các động cơ được bán trên thị trường.................................................40
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ.................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................42


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.

3


DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1 Sơ đồ ngun lý máy nghiền má chuyển động đơn giản.................................8
Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền nón trục neo......................................................9
Hình 1-3 Máy nghiền đĩa.............................................................................................10
Hình 1-4 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi....................................................................11
Hình 3-1 Sơ đồ quy trình tính tốn..............................................................................15
Hình 3-2 Tấm lót ngăn một..........................................................................................18
Hình 3-3 Tấm lót ngăn hai...........................................................................................19
Hình 3-4 Vách ghi.......................................................................................................20
Hình 3-5 Kiểu lắp mặt bích..........................................................................................23

Hình 3-6 Mơ tả sự chuyển động của viên bi trong thùng nghiền.................................26
Hình 3-7 Quỹ đạo chuyển động của bi trong thùng nghiền..........................................27
Hình 3-8 Mặt bích........................................................................................................36
Hình 3-9 Biểu đồ phân bố nội lực trong thùng nghiền.................................................37


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1 Các tính chất vật lý của đá vơi.....................................................................12
Bảng 1-2 Các thành phần hóa học chủ yếu trong đá vơi..............................................13
Bảng 3-1 Kết quả tính tốn các thơng số cơ bản của thùng nghiền..............................17
Bảng 3-2 Các thông số kích thuật của mặt bích...........................................................23
Bảng 3-3 Cơng suất – Tỷ số truyền – Số vịng quay – Mơmen....................................32
Bảng 3-4 Các thông số kỹ thuật của bộ truyền bánh răng nghiêng..............................33
Bảng 3-5 Cơng thức tính các thơng số của bánh răng..................................................34
Bảng 3-6 Chi phí của các chi tiết trong máy nghiền bi................................................39
Bảng 3-7 Các thông số của máy..................................................................................40
Bảng 3-8 Các loại máy được bán trên thị trường.........................................................40

5


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
cịn 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 mịn
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.

1


 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
những đường cong khép kính, càng gần điểm treo của trục thì quỹ đạo
chuyển động càng gần có dạng hình trịn. 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 mịn tấm lót và tăng cơng 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 khơng u cầu
cơng 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
khơng 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 (cịn gọi là máy
nghiền gates và máy nghiền nón trục cơngson (cịn 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 thơ, 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 khơng nhưng bị ép mà cịn bị uốn. Năng suất
cao, chuyển động êm vì khơng có tải trọng động và quá trình làm việc liên tục trong
cả vịng quay nên khơng cần đến vơ 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


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.
Cơng 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 khơng 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 rơto: 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: q 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 rơto và mép dưới của tấm chắn. Q trình đập
3


thứ hai khi vật liệu đập va vào tấm chắn. Quá trình thứ ba khi các hạt vật liệu
va vào 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 khơ, 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


gian vật liệu ở trong máy nghiền sẽ giảm, do đó sản phẩm nghiền sẽ có kích cở hạt
thơ 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 khống đá vơi đã được tìm kiếm và thăm dị,
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 vơi, có khả năng khai thác 342 triệu tấn.
Trong đó, trữ lượng phục vụ cho cơng 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 vơi 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. Ngồi ra, cịn 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 Hồng 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 sơng Bạch Đằng và sơng
Kinh Thày. Những núi có quy mô lớn như núi Han, núi Áng Dâu, núi Nham Dương đã
được thăm dị tỉ mỉ. Đá vơi đơlơmit tập trung ở dãy núi Han, núi dãy Hoàng Thạch - Hải
Dương với trữ lượng lên tới 150 triệu tấn. Hải Phịng, đá vơi tập trung chủ yếu ở Trại sơn
5


và Tràng kênh thuộc huyện Thuỷ Ngun. Ngồi ra cịn có những mỏ đá vơi 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 vơi
Bảng 1-1 mơ tả các tính chất vật lý cơ bản của đá vơi như: độ cứng, khối lượng thể

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

Giá trị

Đá vơi 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 vơi 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 vơi
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%

-3


1.2.3 Ứng dụng đá vôi trong ngành công nghiệp gốm sứ
Đá vôi được ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều ngành cơng 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.

7


CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN VÀ SƠ ĐỒ QUY
TRÌNH CƠNG 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 khơ, chu trình kín và hở [2].


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, khơng dùng để nghiền khơ 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 q trình sấy và nghiền (nếu nghiền khơ)
 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.
9


 Tiêu tốn năng lượng lớn vì ở cuối chu kỳ dù chỉ cịn 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 trịn 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 cịn 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
khơng thể thốt ra ngồi 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 khơng tạo được lực dẩy vật liệu ra ngồi → 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 ngồi [2].
2.2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ
2.2.1 Sơ đồ
SƠ ĐỒ

Hình 2-1 Sơ đồ quy trình cơng 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


2.2.2 Thuyết minh quy trình
Đá vơi sau khi khai thác tại núi được cho vào cối đập (1) nhằm tạo ra các mảnh
đá vơi với kích thước thơ (khoảng 1 – 10 cm). Sau đó, đá vơi 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 khơng phù hợp
thì cho hồi lưu lại máy nghiền nón đứng. Sau q trình sàng, đá vơi 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 vơi 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 TỐN CHI TIẾT
3.1 Quy trình tính tốn
Quy trình tính tốn các thơng số trong máy nghiền bi được tóm tắt trong sơ đồ
bên.
dướ

Lựa chọn vật liệu nghiền

Xác định các thông số vật lý của
vật liệu.

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.

Thiết kế động học

Tính số vịng quay tới hạn, số
vịng quay hợp lý, tổng khối
lượng bi và vật liệu trong thùng,
kích thước bi, cơng suất động cơ.

Thiết kế hệ thống dẫn
động

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

Kiểm tra bền

Tính bền cho thân thùng và ổ
trượt, tính bền cho bu lơng mặt
bích
Hình 3-1 Sơ đồ quy trình tính tốn


3.2 Tính tốn 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 tốn trong phần này dựa vào cơng 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:

(Cơng 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 tốn
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 cịn
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


(Cơng 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
3

=> V = 15,4 m
=> Khối lượng bi nghiền trong thùng Mb = 11,088 tấn
Bảng 3-1 Kết quả tính tốn các thơng số cơ bản của thùng nghiền
Thơng số

Giá trị

Đường kính trong thùng Dt (m)

2,2

Chiều dài bên ngồi 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 tốn trong phần này dựa vào cơng thức trong sách Cơng nghệ và thiết bị
sản xuất xi măng PC 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 cịn 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 vơi có độ cứng trung bình và tính chất của vật
liệu sau nghiền ảnh hưởng đến sản phẩm của các q 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 mịn của nó, đến năng suất của
máy nghiền, đến lượng tiêu hao cơng suất và hao mịn 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 lơng 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 lơng M30x2.
Xếp theo chu vi của hình trịn 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 cơng
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 ngồi.

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN 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 TỐN 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. Ở 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 mơi trường ăn
mịn…) có thể chế tạo ổ trượt bằng những vật liệu thích hợp với mơi 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) cịn nếu dùng phương pháp bơi trơn thủy tỉnh thì sẻ gặp phải
những nhược điểm: