GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề nêu tính cấp thiết thực hiện đề tài (tính cấp thiết của đề tài)
Sản phẩm nông nghiệp cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho con người và vật nuôi Nhiều lĩnh vực như y học và hóa thực phẩm đã nghiên cứu để nâng cao chất dinh dưỡng trong thực phẩm Ngành cơ khí cũng đóng góp vào việc này, chẳng hạn như thông qua việc nghiền hạt thành những phần tử nhỏ mịn, giúp dễ bảo quản, sử dụng và tiêu hóa, đồng thời tạo ra hỗn hợp dinh dưỡng phong phú hơn khi kết hợp với các thành phần khác.
Nghiền là quá trình quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm thông qua việc giảm kích thước, tăng giá trị tiêu hóa và cải thiện quá trình trộn Tuy nhiên, quá trình này cũng tạo ra bụi bột không thu hồi, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đồng thời làm tăng chi phí chế biến Do đó, nghiên cứu và phát triển máy nghiền với tính năng kỹ thuật tối ưu như độ nhỏ sản phẩm, chi phí năng lượng và giảm bớt lao động thủ công là rất cần thiết Kích thước sản phẩm nghiền là một yêu cầu kỹ thuật quan trọng, thay đổi tùy theo công nghệ sản xuất Ví dụ, trong sản xuất thức ăn thủy sản, kích thước phải dưới 250µm, trong khi sản xuất bột dinh dưỡng ngũ cốc yêu cầu dưới 90µm, và đối với sản phẩm thực phẩm màng và sợi, kích thước cần dưới 70µm để đảm bảo độ dẻo và mỏng cho quá trình tạo hình sau này.
Công nghệ nghiền nguyên liệu với kích thước dưới 100 micron được gọi là công nghệ micro, trong khi kích thước dưới 0,1 micron được gọi là công nghệ nano Cả hai công nghệ này đều phức tạp và liên quan đến nhiều biến đổi trong các quá trình lý, hóa, cơ học và sinh học Việc nghiền nhỏ để đạt được công nghệ micro thường đòi hỏi kỹ thuật và công nghệ phức tạp, dẫn đến năng suất thấp và chi phí năng lượng cao.
Các loại bột thực phẩm thường được sản xuất từ lương thực và củ quả, chủ yếu sử dụng công nghệ nghiền micro, do đó việc nghiền trở nên khó khăn So với củ quả, việc nghiền hạt lương thực khó hơn vì chúng có độ bền cơ học và cấu trúc vật liệu chắc chắn hơn Trong nghiền cơ học, có hai công nghệ chính là nghiền khô và nghiền ướt, trong đó nghiền khô thường được áp dụng cho các sản phẩm nhất định.
Nghiền ướt được sử dụng chủ yếu để lưu trữ một số loại hạt dễ nghiền, như bột mì, nhằm tạo ra keo tốt khi trộn với nước Thiết bị nghiền thường là cối xay đá truyền thống hoặc hệ thống máy nghiền trục hiện đại kết hợp với rây phân loại Phương pháp này chỉ áp dụng cho sản phẩm sẽ được chế biến ngay sau đó, trong đó nước là thành phần quan trọng Để lưu trữ lâu dài, sản phẩm nghiền ướt cần được sấy khô sau khi hoàn tất quá trình nghiền.
Hiện nay, có nhiều loại máy nghiền hoạt động theo nguyên tắc khác nhau, trong đó máy nghiền búa trục ngang với nguyên tắc va đập vỡ được sử dụng phổ biến trong chế biến thực phẩm Máy có tính đa năng và cấu trúc gọn nhẹ, phù hợp với nhiều quy mô sản xuất Tuy nhiên, máy búa trục ngang còn một số hạn chế như chi phí năng lượng cao và phát sinh nhiều bụi, đặc biệt trong các nhà máy chế biến quy mô lớn Mặc dù có nhiều nghiên cứu cải tiến, các máy nghiền búa thông thường vẫn gặp khó khăn về chất lượng sản phẩm, với độ mịn tối đa chỉ đạt 0,4÷0,5mm và độ đồng đều 50% Khi yêu cầu độ mịn dưới 0,2mm, chi phí năng lượng tăng cao và lượng bụi thoát ra cũng nhiều hơn.
Máy nghiền ướt đang được nghiên cứu để cải thiện hiệu quả trong quá trình nghiền bột nước phục vụ sản xuất thực phẩm dạng màng và sợi Năm 2011, Trung Quốc đã giới thiệu máy nghiền bột nước dựa trên nguyên lý nghiền côn thủy lực, cho phép nghiền các loại hạt lương thực trong môi trường nước với kích thước sản phẩm đạt yêu cầu công nghệ Tuy nhiên, máy nghiền này có hạn chế về kích thước nguyên liệu không được vượt quá 1 mm và chưa có công bố khoa học về cấu trúc, lý thuyết tính toán hay ứng dụng tại Việt Nam Thông tin thương mại cho thấy nguyên lý nghiền côn thủy lực có tiềm năng ứng dụng trong ngành thực phẩm, do đó, việc nghiên cứu và thiết kế máy nghiền côn thủy lực là cần thiết và cấp bách để kiểm định các giả thuyết khoa học Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành thực phẩm.
Nguyên lý nghiền côn thủy lực đóng vai trò quan trọng trong các máy nghiền bột nước, giúp xử lý hiệu quả các loại hạt lương thực Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm dạng màng và sợi, mang lại sản phẩm chất lượng cao Việc hiểu rõ ba nguyên lý chính của nghiền côn thủy lực sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất nghiền.
Dựa trên yêu cầu thực tế trong sản xuất, một trong những hướng nghiên cứu quan trọng là phát triển một nguyên lý nghiền mới, khắc phục các nhược điểm của máy nghiền hiện tại Mục tiêu là nâng cao hiệu quả trong quá trình nghiền bột phục vụ cho công nghệ sản xuất sản phẩm từ lương thực và thực phẩm Đề tài này đã nhận được sự đồng ý từ Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Trường Đại Học Sư Phạm.
Kỹ Thuật TPHCM cùng với sự hướng dẫn tận tình của Th.S Trần Văn Trọn nhóm chúng em đã tiến hành thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị nghiền tinh bột từ ngũ cốc”
Mục đích, nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu và cải tiến công nghệ máy nghiền kiểu búa trục đứng và máy nghiền côn thủy lực nhằm khám phá nguyên lý nghiền mới, cả lý thuyết và thực nghiệm Mục tiêu là đánh giá khả năng ứng dụng của các loại máy nghiền này trong ngành công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm tại Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về máy nghiền búa và máy nghiền côn thủy lực
Nghiên cứu tính chất cơ lý của một số loại lương thực dùng làm cơ sở dữ liệu trong việc thiết kế máy nghiền
Nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị của máy nghiền hạt dạng máy nghiền kiểu búa trục đứng năng suất 80 kg/h
Nghiên cứu, đề xuất và cải tiến công nghệ, thiết bị của máy nghiền hạt dạng côn thủy lực MNCTL-100 năng suất 100 kg/h.
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nguyên lý nghiền được tiếp cận qua cả lý thuyết và thực nghiệm nhằm kiểm định khả năng ứng dụng của nó vào các máy nghiền ngũ cốc Điều này phục vụ cho công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng bột trong quá trình nghiền.
Nghiên cứu, đề xuất công nghệ nghiền hạt Đề xuất, cải tiến kết cấu thiết bị của máy nghiền kiểu búa và máy nghiền côn thủy lực.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nội dung nguyên cứu của đề tài phải gắn với yêu cầu cấp thiết của công nghệ sản xuất bột từ ngũ cốc
Nghiên cứu và cải tiến công nghệ, thiết bị máy nghiền hạt là cần thiết để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nghiền.
Đề tài này là một giải pháp kỹ thuật mới, với thời gian thực hiện ngắn và tài liệu thông tin hạn chế Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế, đề tài không thể tránh khỏi một số thiếu sót Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và đóng góp của Quý Thầy.
Cô, các Nhà khoa học, kỹ thuật ở các chuyên ngành liên quan cùng các đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
Cách tiếp cận
Tiếp cận các tài liệu, công trình khoa học nghiên cứu liên quan :
+ Về công nghệ và thiết bị sản xuất các sản phẩm thực phẩm dạng bột, dạng màng và dạng sợi từ các loại hạt ngũ cốc ;
+ Về công nghệ và thiết bị nghiền ;
+ Về lý thuyết quá trình và thiết bị ngiền vỡ vật thể ;
+ Về lý thuyết vận chuyển khí động lực học và thủy lực ;
+ Về lý thuyết truyền động cơ khí ;
+ Về công nghệ chế tạo máy để lập quy trình công nghệ thiết kế máy nghiền kiểu búa và máy nghiền côn thủy lực
Bài viết này tập trung vào việc nghiên cứu và khảo sát các mẫu máy nghiền kiểu búa và máy nghiền thủy lực tại các doanh nghiệp thương mại Chúng tôi thu thập thông tin từ mạng internet cũng như các giáo trình liên quan để kế thừa và áp dụng các thông số kỹ thuật cho thiết kế máy.
Tiếp cận theo phương pháp mô hình hóa vật lý
Tiếp cận thực nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm đo đạc các tính chất cơ lý của hạt lương thực, sử dụng làm nguyên liệu cho sản phẩm thực phẩm dạng bột, màng và sợi, là rất quan trọng để cung cấp dữ liệu thiết kế đầu vào.
Tiếp cận bằng phân tích hệ thống kỹ thuật.
Phương pháp nghiên cứu
Lý thuyết về quá trình và thiết bị nghiền vật liệu đã được tổng hợp và biên soạn thành các ấn phẩm như sách giáo khoa, sách chuyên khảo, bài báo khoa học, cũng như thông tin trên internet.
Kết quả nghiên cứu về máy nghiền kiểu búa và máy nghiền thủy lực đã được tổng hợp và công bố dưới dạng báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, bài báo khoa học, khóa luận tốt nghiệp đại học và luận văn thạc sĩ.
Kế thừa các mẫu máy nghiền kiểu búa và máy nghiền thủy lực dưới dạng sản phẩm thương mại
3.2.2 Phương pháp phân tích hệ thống kỹ thuật
Phân tích mô hình máy nghiền kiểu búa và máy nghiền côn thủy lực theo các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật và yêu cầu công nghệ
Phân tích mô hình máy nghiền kiểu búa và máy nghiền côn thủy lực theo các quá trình kỹ thuật diễn ra trong quá trình làm viêc.
Phương pháp thiết kế
3.3.1 Lựa chọn nguyên tắc làm việc của máy thiết kế
Dựa trên kết quả phân tích các nguyên tắc làm việc và tính chất cơ lý của vật liệu nghiền, máy nghiền kiểu búa được chọn với nguyên tắc làm việc kiểu va đập vỡ tự do, trong khi máy nghiền côn thủy lực áp dụng nguyên tắc chà xát vỡ.
Dựa vào lý thuyết nghiền để tiến hành tính toán thiết kế cho các bộ phận của máy nghiền
3.3.2.1 Thiết kế bộ phận cấp liệu
Bộ phận cấp liệu được thiết kế với dung tích phù hợp để đảm bảo quy trình nạp gián đoạn, tương thích với năng suất của máy Đối với máy nghiền kiểu búa, thiết kế dựa trên nguyên tắc vít tải, trong khi máy nghiền côn thủy lực áp dụng nguyên tắc tự chảy.
3.3.2.2 Phương pháp thiết kế bộ phận nghiền
Cụm roto-búa là bộ phận quan trọng nhất của máy nghiền kiểu búa, với vận tốc búa là thông số cơ bản Bề rộng buồng nghiền và roto được thiết kế dựa trên năng suất máy, trong khi các thông số khác của bộ phận nghiền được tính toán theo lý thuyết nghiền đã được trình bày.
Cụm roto côn xoắn là bộ phận nghiền quan trọng nhất của máy nghiền côn thủy lực, được thiết kế dựa trên mẫu máy nghiền JMF – 80 Các thông số kỹ thuật của roto côn xoắn máy nghiền JMF – 80 rất đáng chú ý.
+ Góc côn của roto côn xoắn là 11,42 0 ;
+ Chiều sâu dải xoắn 4 mm
3.3.2.3 Thiết kế bộ phận truyền động Đai truyền động được tính toán dựa trên lý thuyết truyền động cơ khí
3.3.2.4 Thiết kế trục máy và chọn ổ lăn
Trục và ổ lăn được tính toán dựa trên lý thuyết truyền động cơ khí
Phương tiện thiết kế
Sử dụng phần mềm AUTOCAD và SOLIDWORKS để thiết kế
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Thiết kế máy nghiền búa trục đứng
4.1.1.1 Số liệu thiết kế do yêu cầu đặt ra
Loại nguyên liệu chế biến: Các loại hạt lương thực, ở đây ta xét chủ yếu hạt ngô
Kích thước bột nghiền yêu cầu: db = 0,1 ÷ 0,2 mm
4.1.1.2 Số liệu thiết kế ban đầu
Thuộc về loại dữ liệu này gồm có:
Khối lượng riêng của ngô: ρb = 1250 ÷ 1350kg/m 3
Độ ẩm của nguyên liệu (hạt ngô) : W = 13 ÷ 15 %
+ Chiều dài = 5,5 ÷ 13,5 mm + Chiều rộng = 5 ÷ 11,5 mm + Chiều dày = 2,5 ÷ 8 mm
Khối lượng thể tích : 𝛾 = 600 ÷ 800 kg/m 3
Hệ số ma sát trong của ngô: 0,4 ÷ 0,6
Hệ số ma sát của ngô với sắt: 0,4 ÷ 0,5
4.1.2 Lựa chọn mô hình máy thiết kế và sơ đồ truyền động
Chọn mô hình máy thiết kế như hình (4.1)
Cấu tạo của máy gồm có:
- Bộ phận nghiền: chủ yếu là cụm roto – búa nghiền và tấm đập phụ
- Bộ phận cấp liệu: cấp liệu bên hông dùng vít tải
- Bộ phận phân ly bột nghiền: dùng bộ phận phân loại và ống thu bột
Hình 4.1 Mô hình máy thiết kế
1 –Động cơ 7 – Phễu cấp liệu
2 – Bánh đai dẫn 8 – Vòng dẫn hướng
3 – Bánh đai bị dẫn 9 – Ống thoát liệu
4 – Cụm roto, búa nghiền 10 – Vòng phân loại
5 – Vòng đập phụ 11 – Ống cấp khí
4.1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy
Nguyên liệu được đưa vào buồng nghiền qua phễu cấp liệu (1) và được vít tải
Khi roto quay, các búa nghiền gắn trên roto di chuyển và tạo thành vòng tròn với khoảng cách nhỏ đến tấm đập phụ, phụ thuộc vào kích thước sản phẩm Nguyên liệu được đưa vào khe hẹp giữa đầu búa và vòng đập phụ, nơi lực va đập và ma sát làm nguyên liệu vỡ ra Các phần tử tách ra sẽ được khí từ ống cấp khí làm di chuyển trong buồng nghiền, và được vòng dẫn hướng cùng với vòng phân loại dẫn ra qua ống thoát liệu, thu được sản phẩm Những hạt bột có kích thước lớn hơn sẽ tiếp tục bị va đập và phá vỡ.
Nguyên lý nghiền búa cho phép sản phẩm được phân loại và thu hồi ngay lập tức, giúp giảm thiểu thời gian lưu trữ trong buồng nghiền Điều này không chỉ ngăn chặn hiện tượng nghiền quá mức mà còn tiết kiệm chi phí năng lượng và giữ cho bột không bị nóng lên.
4.1.2.3 Sơ đồ truyền động của máy
Hình 4.2 Sơ đồ truyền động
1 – Động cơ 2 – Puly 3 – Đai 4 – Roto búa nghiền
4.1.3 Tính toán bộ phận nghiền
4.1.3.1 Tính toán vận tốc búa nghiền
Các số liệu chọn và tính toán:
+ Hệ số động học cl đặc trưng cho mức độ lưu chuyển của lớp vật liệu trong buồng nghiền: cl = 0,4 ÷ 0,5 Ta chọn cl =0,4
+ Ứng suất phá vỡ của ngô : pv 5.10 6 N m / 2
+ Hệ số động học của ngô: K d =1,6÷2 ta chọn K d =1,6
+ Đặc trưng cơ lý của hạt xác định theo công thức:
Với db=0,1 ÷ 0,2 mm Ta chọn db=0,175mm
+ Xác định chỉ số nghiền qui ước khi va đập nhiều lần:
Số lần va đập Zvđ, chọn Zvđ=7
+ Vận tốc va đập cần thiết tính theo trường hợp va đập 1 lần:
Vfv6 (m/s) Nếu chỉ xét 1 lần va đập thì vận tốc cần thiết là:
Để đạt được sự va đập hiệu quả, cần sử dụng búa quay với vận tốc lớn Tuy nhiên, việc chế tạo và tiêu tốn năng lượng cho thiết bị này là không khả thi, bởi vì khi số vòng quay của trống tăng, chi phí năng lượng không tăng theo tỷ lệ lũy thừa ba.
+ Xác định vận tốc búa trong điện kiện va đập nhiều lần :
4.1.3.2 Lựa chọn dạng buồng nghiền
Ta chọn dạng buồng nghiền theo kiểu trống hẹp (ứng với năng suất 80 kg/h)
Theo Melnhikov, trong thiết kế này, 50% khối lượng của trống được tập trung ở cụm búa, giúp giảm momen quán tính của trống do chốt búa được đặt gần trục quay Điều này tạo ra sự cân bằng động học tốt hơn và đồng thời làm cho quá trình chế tạo và lắp ráp trở nên dễ dàng hơn.
Hình 4.3 Dạng trống của máy nghiền kiểu búa
4.1.3.3 Tính toán các kích thước cơ bản của buồng nghiền
Máy có năng suất thiết kế là: 80 kg/h
Năng suất giây của máy nghiền:
Tải trọng riêng của búa nghiền được xác định là q' = (1 ÷ 3) kg/s.m² với vận tốc búa từ 45 đến 55 m/s Khi vận tốc búa đạt 55 m/s, giá trị tải trọng riêng được chọn là q' = 1 kg/s.m² Đường kính trống được tính theo công thức D = ' q q.
Chọn đường kính trống D = 400 mm
4.1.3.4 Xác định số vòng quay trong một phút của đĩa nghiền
Số vòng quay xác định bởi công thức:
Trong đó: Vb – vận tốc dài của búa, Vb = 55 m/s;
Vậy số vòng quay của đĩa nghiền trong một phút là:
4.1.4 Tính công suất cần thiết cho động cơ
An = Cnp [Cv lgλ 3 +Cs (λ - 1)] (4.10) Trong đó: Các hệ số đã chọn theo bảng
Bảng 4.1: Trị số các hệ số C n , C v , C s của một số loại hạt
(Theo thực nghiệm của Melnhikov)
Kg/m 2 Đường kính tương đương
Cn Cv, kJ/kg Cs, kJ/kg Đại mạch
+ Cnp = 1,2±0,3 ta chọn Cnp=1,2 Hệ số phụ thuộc quá trình tính chất hạt, phương pháp nghiền cấu tạo thiết bị
+ Cv = 10,7 kJ/kg Hệ số tỷ lệ có thứ nguyên như công riêng (kJ/kg) và tương ứng hệ số ở thuyết thể tích
+ Cs = 3,66 kJ/kg Hệ số tỷ lệ có thứ nguyên như công riêng (kJ/kg) và tương ứng hệ số ở thuyết diện tích
Công suất cần thiết để phá vỡ hạt
Vậy công suất chi phí cho quá trình theo cách tính gần đúng là:
Nđc = Nn/(nđ.nt) Theo bảng 2.3/TL18 trong đó:
+ nđ = 0,95 – hiệu suất bộ truyền đai
+ nt = 0,995 – hiệu suất 1 cặp ổ lăn
Vậy công suất động cơ là:
Nđc = 5,73 / (0,95.0,955) = 6,062 kW Chọn động cơ (theo bảng 1.3 [2]) 4A kiểu 4A132S4Y3 công suất động cơ Nđc
= 7,5 kW và số vòng quay động cơ nđc = 1455 vòng/phút
4.1.5 Tính toán cơ cấu truyền động đai [2]
Truyền động cho rôto nghiền sử dụng bộ truyền đai thang
+ Số vòng quay của động cơ : n1 = 1455 vòng/phút + Số vòng quay của trống : n2 = 2627 vòng/phút + Công suất động cơ P1 = 7,5 kW
- Tỉ số truyền yêu cầu : u = 1
Theo hình 4.1/ trang 59/ [2] chọn loại đai tiết diện đai hình thang thường, ký hiệu: ƃ với các thông số sau:
Kích thước tiết diện (mm): bt = 14 A = 138 b = 17 d1 = (140 - 280) mm h = 10,5 l = (800 - 6300) mm yo = 4
4.1.5.2 Đường kính bánh đai dẫn d 1
4.1.5.3 Đường kính của bánh đai bị dẫn d 2
Theo công thức (4.2)/ [2], đường kính bánh đai lớn: d2= 1
Uđ = 0,55 tỉ số truyền của đai
Dựa vào bảng 4.26/ [2] chọn đường kính tiêu chuẩn d2 = 140 mm
Như vậy tỉ số truyền thực tế: ut = 2
Vậy chọn d1 = 160 mm d2 = 90 mm là hợp lý
4.1.5.4 Xác định khoảng cách trục a và chiều dài đai l
Theo công thức 4-14/[2] ta có:
= 2016 mm l= 2016 mm, dưạ¨ vào bảng 4.13 chọn l = 2000 mm
Kiểm nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây theo (4.15)/ [2]
V l s -1 < imax s -1 (4.20) i : số lần cuốn của đai/giây
Xác định chính xác khoảng cách trục a theo công thức (4.6)/ [2]
Theo (4.7)/ [2] ta có Điều kiện α 1 ≥ 120 0 α 1 = 180 0 - (d1 – d2)57 0 /a= 172 0 (4.22)
4.1.5.6 Xác định số đai cấn thiết
C : hệ số ảnh hưởng góc ôm
Cu: hệ số ảnh hưởng tới tỉ số truyền
C z : hệ số ảnh hưởng tới số đai
C l: hệ số ảnh hưởng đến chiều dài đai
Chiều rộng bánh đai B theo công thức:
B = (Z – 1) t +2e= (2-1) + 2.12,5 = 44mm (4.24) Đường kính ngoài bánh đai d1a = d1 + 2ho = 250 + 2.2,4 = 254,8mm (4.25) d2a = d2 + 2ho = 140 + 2.2,4 = 144,8mm (4.26)
4.1.5.7 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
Fv = qm V 2 = 0,178.19,04 2 = 64,53N (định kỳ điều chỉnh lực căng)
Lực tác dụng lên trục theo (4.21)/ [2]
4.1.6 Tính toán trục roto nghiền
4.1.6.1 Các số liệu ban đầu
Vật liệu làm trục :trục chịu tải trọng trung bình nên dùng thép 45 có δb`0Mpa, ứng suất xoắn cho phép [τ]-30Mpa
Số vòng quay trục : n = 2627v/ph
Chiều dài trục chọn sơ bộ : l = 400mm
Lực ly tâm: do búa bối trí đối xứng vơi nhau nên lực ly tâm tự khử nhau
Tính sơ bộ đường kính trục: theo công thức 10.9/ [2]
Chiều rộng ổ lăn theo bảng 10.2 với d0mm → bo= 47mm
4.1.6.2 Biểu đồ lực cắt và mômen uốn (hình 4.4) c 0 m
Hình 4.4 Biểu đồ momen của trục
4.1.6.2 Tính momen uốn tổng M j và momen tương đương M tđj tại các tiết diện j trên chiều dài trục dựa vào biểu đồ momen của trục
(4.32) Tại A ta có MxA= 0; MA= 0, M t A d 0 2 0, 75.27265 2 23612 N mm
Tại B ta có MxB= 143500N.mm; MB= 143500N.mm
M tdB N mm Đường kính trục tại các tiết diện j theo công thức 10.17/ [2]
Trong đó ứng suất cho phép chế tạo trục cho trong bảng 10.5 với d= 100mm chọn [ ] = 48MPa
4.1.6.3 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi
Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện có mặt cắt nguy hiểm (tại B)
MxB = 143500 (Nmm) ; TB = 27265 (Nmm) ; dB = 70 (mm)
Xét điều kiện kiểm tra : s s s / s 2 s 2 s (4.34) Trong đó:
*** S : hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại B
Theo công thức (10.20)/ [2]: 1 aB mB s K
. 1 :giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng
-Với thép Cacbon 45 có b = 600 (MPa)
-Đối với trục quay m = 0 ; theo công thức (10.22)/ [2] : a = maxB = MB/WB
Theo bảng (10.6)/ [2] với trục tiết diện tròn :
- : hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình
+Kx: hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Theo bảng (10.8)/ [2]:
+Ky: hệ số tăng bền mặt trục Theo bảng (10.9)/ [2]: Ky=1,5
+Theo bảng (10.11)/ [2],với kiểu lắp k6 và b = 600 (MPa): K 2, 03
Thay các số liệu vừa tìm được vào công thức (10.20)/ [2]:
***S : hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng tiếp tại B:
Theo bảng (10.6)/ [2] với trục tiết diện tròn:
-Theo công thức (10.26): K d K / K x 1 / K y (4.41) + Theo bảng (10.8)/ [2]: Kx=1,06
+ Theo bảng (10.11)/ [2],với kiểu lắp k6 và b = 600 (MPa): K 2, 03
K d Thay các số liệu vừa tìm được vào công thức (10.20)/ [2]:
Vậy tiết diện tại B bảo đảm điều kiện an toàn
Do trục chỉ chịu lực hướng tâm Fr nên ta sử dụng ổ bi đỡ
Theo bảng P2.7/ [2] ta chọn ổ bi đỡ một dãy 215 (Theo GOST 8338-75) cỡ nhẹ, số hiệu 215 Có:
Khả năng tải trọng động C = 51,9 kN
Khả năng tải tĩnh Co = 41,9 kN
4.1.7.3 Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ
Khả năng tải động của ổ Theo công thức (11.16)/ [2]
Cd = Q 𝑚 √𝐿 (Theo công thức 11.1)/ [2] (4.43) Trong đó: m - bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.Đối với ổ bi m = 3
L – Tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay
Q - tải trọng đông quy ước, kN Theo công thức 11.3/ [2] Đối với ổ bi đỡ
Do không có lực dọc trục nên:
Kđ = 1,2 tải trọng va đập nhẹ quá tải ngắn (bảng 11.3)/ [2]
X = 1 (bảng 11.4)/ [2] hệ số tải trọng hướng tâm
Fr = Fly1 = 2,46 kN Vậy Q = 1 1 2,46 1 1,2 = 2,95 kN
Vậy khả năng tải động thõa mãn
4.1.7.4 Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ
Trong đó: Qt – tải trọng tĩnh quy ước, kN, được xác định như sau:
Xo = 0,6 hệ số tải trọng hướng tâm (bảng 11.6)/ [2]
Vậy khả năng tải tĩnh thỏa mãn
Vậy chọn ổ bi đỡ 1 dãy 215 là đạt yêu cầu
4.1.8 Thiết kế cụm đĩa dao nghiền
Cụm đĩa nghiền là bộ phận quan trọng nhất trong máy nghiền, đóng vai trò then chốt trong quá trình nghiền Nó không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất mà còn quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Dựa trên tài liệu tham khảo và kinh nghiệm thực tiễn về các loại cụm búa nghiền, nhóm chúng em đề xuất thiết kế cấu tạo của cụm đĩa dao nghiền như hình 4.5.
Hình 4.5 Cấu tạo cụm đĩa dao nghiền
Cụm đĩa dao nghiền có cấu tạo khá đơn giản bao gồm đĩa dao, dao nghiền và mẫu điều chỉnh dao nghiền
Dao nghiền và mẫu điều chỉnh được gắn trên đĩa nghiền bằng bulong và đai ốc Nhóm nghiên cứu đã đề xuất sử dụng cục mẫu chuẩn để điều chỉnh khe hở giữa đầu dao nghiền và tấm đập phụ của máy nghiền, từ đó cho phép điều chỉnh độ mịn sản phẩm nghiền theo yêu cầu.
Cụm đĩa dao nghiền hoạt động thông qua trục roto quay, được kết nối bằng then Khi trục roto quay, cụm đĩa dao nghiền cũng quay, tạo ra lực va đập với nguyên liệu trong buồng nghiền Sự kết hợp giữa đầu dao nghiền và tấm đập phụ giúp tạo ra sản phẩm nghiền theo yêu cầu.
4.1.8.1 Thiết kế đĩa dao nghiền
Cấu tạo đĩa nghiền được thiết kế như hình 4.6
Đĩa dao hình tròn được chế tạo từ thép không gỉ SS 304, với bốn góc được phay rãnh đối xứng nhằm gắn dao nghiền và mẫu điều chỉnh dao.
Theo tham khảo trên các tài liệu và ngoài thực tiễn về các loại búa nghiền, chúng em đề xuất cấu tạo búa nghiền như hình 4.7
Hình 4.7 Cấu tạo dao nghiền
Dao nghiền được chế tạo từ thép không gỉ SS 304, có thiết kế hình hộp chữ nhật với một đầu nhọn, đóng vai trò là đầu làm việc chính Phần giữa của dao có rãnh phay để cố định với đĩa nghiền thông qua bulong và đai ốc.
Khi làm việc một thời gian đầu làm việc có thể bị mòn theo thời gian nên ta có thể thay thế một cách dễ dàng
Cấu tạo và thiết kế cụ thể được trình bày trong tập bảng vẽ
Chọn số lượng dao nghiền gắn trên đĩa nghiền là 4 dao nghiền
Kiểm nghiệm độ bền của dao nghiền bằng phần mềm SOLIDWORKS (phụ lục)
4.1.8.3 Thiết kế mẫu điều chỉnh dao
Cấu tạo mẫu được nhóm thiết kế có cấu tạo như hình 4.8
Hình 4.8 Cấu tạo của mẫu điều chỉnh dao
Mẫu điều chỉnh dao được làm từ thép không gỉ SS 304
Trên thị trường hiện nay, máy nghiền kiểu búa được sử dụng phổ biến với khả năng điều chỉnh khe hở giữa cụm đĩa dao nghiền và tấm đập phụ Để đáp ứng nhu cầu của người dùng, nhiều loại cụm đĩa nghiền với hình dạng dao khác nhau đã được phát triển Nhóm chúng tôi đã thiết kế cụm đĩa nghiền với hình dáng dao nghiền cố định, cho phép điều chỉnh khe hở dễ dàng bằng cách sử dụng các mẫu điều chỉnh có kích thước khác nhau Điều này giúp việc điều chỉnh khe hở diễn ra thuận tiện và hiệu quả.
4.1.9 Một số bộ phận khác trong buồng nghiền
Bên cạnh cụm đĩa dao nghiền, buồng nghiền còn chứa nhiều bộ phận quan trọng ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm Nhóm chúng tôi đã nghiên cứu và cải tiến thiết kế cho các bộ phận như vòng đập phụ, vòng chắn, vòng dẫn hướng và vòng phân loại để tối ưu hóa hiệu suất của buồng nghiền.
Cấu tạo của vòng đập phụ được thiết kế như hình 4.9
Hình 4.9 Cấu tạo tấm đập phụ
Vòng đập phụ được làm từ thép không gỉ SS 304
Vòng đập phụ được lắp đặt trên đĩa gá hình trụ trống, với bề mặt bên trong có các đỉnh nhấp nhô, giúp kết hợp với đầu dao nghiền để phá vỡ hạt nguyên liệu và tạo ra khe hở nghiền hiệu quả.
Cấu tạo của vòng trung gian được thiết kế như hình 4.10
Hình 4.10 Cấu tạo vòng chắn
Vòng trung gian được làm từ thép không gỉ SS 304
Vòng trung gian được đặt trên vòng tấm đập phụ, là bộ phận trung gian giữa tấm đập phụ và vòng dẫn hướng
Cấu tạo của vòng dẫn hướng được thiết kế như hình 4.11
Hình 4.11 Cấu tạo vòng dẫn hướng
Vòng dẫn hướng được làm thép không gỉ SS 304
Vòng dẫn hướng nằm trên vòng trung gian có nhiệm vụ ngăn cách bụi hạt nguyên liệu đã được nghiền nhỏ với bụi hạt có kích thước được đưa trở lại khu vực dao nghiền và vòng đập phụ.
Cấu tạo của vòng phân loại được thiết kế như hình 4.12
Hình 4.12 Cấu tạo vòng phân loại
Vòng phân loại được làm từ thép không gỉ SS 304 Với những lá thép mỏng được hàn lại với nhau như dạng hình nón cụt
Thiết kế máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100
4.2.1 Xác định mô hình máy dạng côn thủy lực MNCTL – năng suất 100kg/h
Mẫu máy nghiền côn thủy lực JMF – 80 đã được tham khảo và phân tích, dẫn đến việc chọn thiết kế cho mô hình máy nghiền côn thủy lực MNCTL – 100 như thể hiện trong hình 4.23.
Hình 4.23 Cấu tạo máy nghiền côn thủy lực
1 Động cơ điện 2 Bộ truyền động đai
5 Côn nghiền cố định 6 Cơ cấu nâng hạ
7 Cánh gạt 8 Phễu cấp liệu
Như vậy cấu tạo của máy nghiền côn thủy lực MNCTL-100 gồm có các bộ phận làm việc như sau :
Bộ phận cấp liệu kiểu dọc trục có hình phễu và hoạt động theo nguyên tắc tự chảy, giúp nước được cung cấp trực tiếp vào máng Nước chảy qua các khe hở của hạt, tạo thành hỗn hợp để vào buồng nghiền côn thủy lực.
+ Bộ phận nghiền côn thủy lực
Bộ phận nghiền côn thủy lực dạng côn đứng được thiết kế với buồng nghiền bao quanh côn thủy lực, có bề mặt gia công các rãnh xoắn nhằm nâng cao hiệu quả nghiền Hỗn hợp nghiền di chuyển trong khe hở giữa buồng nghiền và roto côn thủy lực nhờ vào trọng lực và lực đẩy từ các rãnh xoắn Kích thước sản phẩm nghiền qua buồng côn thủy lực phụ thuộc vào tốc độ quay của roto côn xoắn.
76 còn phụ thuộc vào khe hở này Khi khe hở càng nhỏ thì sản phẩm nghiền có độ nhỏ càng bé và ngược lại
+ Bộ phận thu hồi sản phẩm nghiền
Buồng thu hồi sản phẩm nghiền được kết nối với buồng nghiền 6, trong đó có cánh gạt hoạt động như một bơm ly tâm Cánh gạt này có nhiệm vụ hút hỗn hợp phần tử nghiền từ buồng nghiền, tăng tốc và đẩy chúng ra ngoài.
Trục máy được nhận trực tiếp truyền động từ động cơ điện thông qua bộ truyền động đai
Vật liệu nghiền được đưa vào phễu cấp liệu 8, nơi cánh gạt 7 quay va đập và chà xát để làm nhỏ chúng thành các phần tử nhỏ hơn Tác động này không chỉ giúp giảm kích thước vật liệu mà còn ép chúng vào thành buồng nghiền, tạo ra áp lực hỗ trợ từ nước để đẩy vật liệu vào buồng nghiền Trong quá trình này, các phần tử nghiền cũng tương tác với nhau, gây ra hiện tượng nghiền vỡ Dưới tác dụng của trọng lực, vật liệu nghiền di chuyển từ trên xuống để tham gia vào quá trình nghiền.
Trong buồng nghiền, các phần tử nghiền bị tác động bởi các cạnh rãnh, gân và bề mặt côn xoắn, dẫn đến các quá trình cắt, chà xát và va đập để phá hủy chúng Quá trình này tạo ra các phần tử nghiền nhỏ hơn về kích thước và nhiều hơn về số lượng theo chiều dài côn xoắn Đồng thời, khối vật liệu nghiền được roto côn xoắn truyền động năng để tham gia vào chuyển động quay, tạo ra tác động nghiền mạnh mẽ lên bề mặt buồng nghiền Chuyển động quay của khối vật liệu nghiền được tăng cường bởi tác động của roto côn xoắn, làm tăng hiệu quả của quá trình nghiền.
Khi roto côn xoắn quay theo hướng xoắn, tác động của trọng lực và nước kết hợp với lực tán động đẩy vật liệu nghiền xuống dưới Độ nhỏ của sản phẩm nghiền phụ thuộc vào khe hở giữa bề mặt buồng nghiền và bề mặt côn xoắn, đặc biệt là ở mặt cắt cuối cùng khi vật liệu ra khỏi buồng nghiền.
Sau khi rời khỏi buồng nghiền, sản phẩm nghiền được cánh gạt 3 tạo động năng để di chuyển vào buồng thu sản phẩm hoặc quay lại phễu cấp liệu 5 để tiếp tục quá trình nghiền.
Máy nghiền bột nước dạng côn xoắn hoạt động tương tự như máy nghiền kiểu đĩa chà xát, với cấu tạo đặc biệt khi góc côn của roto và côn xoắn gần 180 độ Đây là loại máy nghiền bột nước không sử dụng sàng phân ly, mang lại hiệu quả cao trong quá trình nghiền.
4.2.2 Xác định các dữ liệu thiết kế máy nghiền côn thủy lực
4.2.2.1 Dữ liệu về công nghệ
Đối tượng nghiền bao gồm các hạt lương thực như ngô hạt, gạo và đậu xanh, thường được sử dụng trong quá trình nghiền ướt để chế biến thực phẩm dạng sợi, màng hoặc bột khô Các loại hạt lương thực khác ít được sử dụng trong việc sản xuất các sản phẩm này.
+ Dạng sản phẩm: dạng hỗn hợp lỏng
+ Độ nhỏ sản phẩm nghiền: ≤ 100 àm
4.2.2.1.1 Dữ liệu về đối tượng gia công Đối tượng gia công là gạo ngâm Tính chất cơ lý của gạo ngâm được trình bày ở các bảng 2.2, 2.3, 2.4, 2.5.(chương 2)
4.2.2.1.2 Dữ liệu về nguồn động lực
Máy nghiền côn thủy lực hoạt động nhờ vào động cơ điện 3 pha Công suất và tốc độ vòng quay của động cơ được xác định dựa trên các tính toán thiết kế chính xác.
4.2.2.1.3 Dữ liệu về máy tương tự
Máy nghiền côn thủy lực kiểu trục đứng JMF – 80 là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy được nhà cung cấp giới thiệu chi tiết trong bảng 2.2, giúp người dùng hiểu rõ hơn về khả năng và hiệu suất của sản phẩm.
- Độ nhỏ (độ mịn) sản phẩm nghiền: 5 ữ 40 àm;
- Cỡ nguyên liệu đầu vào nghiền: 0,01 ÷ 1 mm;
- Công suất nguồn động lực: 3 kW;
- Số vòng quay rôto nghiền: 1800 ÷ 3200 vg/ph Số vòng quay định mức 2900 vg/ph,
- Đường kớnh đầu nhỏ cụn nghiền: ứ80 mm;
- Đường kớnh đầu lớn cụn nghiền: ứ100 mm;
- Chiều cao côn nghiền: 80 mm;
- Số rãnh xoắn trên rôto côn nghiền (Số đầu mối): 19;
- Chiều sâu rãnh xoắn 2,5 mm, chiều rộng rãnh xoắn 6,8 mm;
- Chiều rộng bề mặt gân xoắn rôto côn nghiền đầu nhỏ 6,4 mm, đầu lớn 9,7 mm;
- Đường kớnh đầu nhỏ buồng nghiền cụn xoắn: ứ80 mm;
- Đường kớnh đầu lớn buồng nghiền cụn xoắn: ứ100 mm;
- Số dãy xoắn trên bề mặt buồng nghiền (Số đầu mối): 19;
- Chiều sâu rãnh xoắn 2,5 mm, chiều rộng rãnh xoắn 6,8 mm;
- Chiều rộng bề mắt gân xoắn buồng nghiền côn xoắn đầu nhỏ 8,4 mm, đầu lớn 9,7 mm;
- Mức độ nghiền ở mỏy nghiền tương tự: 25 ữ 200 àm (tớnh toỏn từ bảng 2.2)
4.2.2.2 Tính toán thiết kế máy nghiền côn thủy lực
4.2.2.2.1 Sơ đồ động máy nghiền côn thủy lực
Hình 4.24 Sơ đồ động máy nghiền côn thủy lực
4.2.2.2.2 Tính toán thiết kế bộ phận nghiền côn - thủy lực
4.2.2.2.2.1 Tính toán thiết kế rôto côn nghiền
4.2.2.2.2.1.1 Xác định kích thước hình học rôto côn nghiền
Do mức độ nghiền của máy thiết kế nằm trong mức độ nghiền của máy tương tự
(25 ÷ 200) nên chọn kích thước hình học của rôto côn nghiền máy thiết kế như kích thước của máy nghiền tương tự JMF – 80 (hình 4.25,4.26)
Hình a Cấu tạo đỉnh rôto côn nghiền Hình b Cấu tạo đáy rôto côn nghiền
Hinh 4.25 Cấu tạo rôto côn nghiền
Hình 4.26 Cấu tạo rôto côn nghiền
4.2.2.2.2.1.2 Xác định số vòng quay cho rôto côn nghiền
Số vòng quay của rôto côn nghiền lấy theo đồng dạng vận tốc dài của rôto côn nghiền máy nghiền JMF - 80: n = (1800÷3200) (80/80) = 2500 vg.ph -1 ; (4.56)
4.2.2.2.2.2 Tính toán thiết kế buồng nghiền côn thủy lực
Xác định các kích thước hình học buồng nghiền côn - thủy lực
Buồng nghiền côn – thủy lực được thiết kế có dạng dình trụ như hình 4.27
Hình 4.27 Cấu tạo buồng nghiền côn – thủy lực
Khe hở giữa bề mặt rôto côn nghiền và bề mặt buồng nghiền côn thủy lực ở đầu vào là 6 mm, được tính từ (92+80)/2 Kích thước này đảm bảo rằng các loại hạt lương thực có tính cầu lớn như hạt đậu và hạt gạo đều có thể lọt qua Đối với hạt ngô, mặc dù có tính cầu thấp, nhưng kích thước của nó vẫn phù hợp với khe hở này.
Cánh nạp liệu gắn ở đầu rôto côn nghiền giúp nghiền nhỏ hạt thành các mảnh dễ dàng lọt vào buồng nghiền côn thủy lực Khe hở đầu ra có thể điều chỉnh từ 0 đến 0.2 mm, cho phép sản phẩm nghiền đạt độ mịn siêu vi.
Bề mặt buồng nghiền được thiết kế với 19 rãnh xoắn, tạo ra các cạnh sắc của dao xoắn, với chiều sâu rãnh là 2,5 mm và chiều rộng là 6,8 mm Phần đầu nhỏ của buồng nghiền có đường kính 92 mm và chiều rộng bề mặt dài xoắn là 8,4 mm, trong khi phần đầu lớn với đường kính 100 mm có chiều rộng bề mặt dài xoắn là 9,7 mm.
