Đề tài Máy sản xuất vật liệu xây dựng Thiết kế dây chuyền thiết bị sản xuất gạch đỏ

-----š›&š›----- ĐỀ TÀI “Thiết kế dây chuyền thiết bị sản xuất gạch đỏ” Giáo viên hướng dẫn : Họ tên sinh viên : -----š›&š›----- Mục lục LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………1 Phần I :Giới thiệu về dây chuyền sản xuất gạch đỏ xây dựng……….2 I.Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất gạch đỏ xây dựng..2 1.Nguyên liệu dùng để sản xuất gạch đỏ xây dựng………………2 2.Mô tả quá trình sản xuất gạch đỏ……………………………….2 3.Cách bố trí máy trong dây chuyền công nghệ………………….3 4.Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất gạch……………….4 5.Tính năng suất của dây chuyền…………………………………6 II.Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất gạch. 8 1.Thiết bị cấp liệu…………………………………………………8 2.Máy nghiền thô đất sét………………………………………….10 3.Máy nhào trộn…………………………………………………..11 4.Máy nghiền tinh đất sét………………………………………....14 5.Máy tạo hình gạch……………………………………………....15 6.Máy tách đá……………………………………………………..17 7.Tính chọn băng tải……………………………………………....18 Phần II: Tính toán thiết kế máy đùn ép chân không………………...19 1.Tính toán các thông số cơ bản của máy………………………...19 2.Xác định công suất động cơ dẫn động………………………….21 3.Thiết bị cấp liệu………………………………………………...25 4.Kiểm tra năng suất của máy thiết kế……………………………25 5.Tính toán thiết kế bộ truyền…………………………………….26 6.Tính toán cụm trục vít ép……………………………………….31 Tài liệu tham khảo……………………………………………………37`LỜI NÓI ĐẦU Nền kinh tế phát triển nhanh nhu cầu về cơ sở hạ tầng ngày càng cấp thiết,để đáp ứng yêu cầu này của nền kinh tế thìcông nghệ xây dựng ngày càng phải phát triển.Trong đó một điều không thể thiếu chính là sự phát triển của ngành vật liệu xây dựng. Hiên nay ngành vật liệu xây dựng ở nước ta đã đạt được những thành tựu nhất định đáp ứng được yêu cầu của nền kinh tế.sản phẩm đa dạng về chủng loại và mẫu mã,chất lượng ngày càng được nâng cao.Gạch ngói là loại vật liệu không thể thiếu trong các công trình xây dựng.Công nghệ sản xuất gạch ngói ở nước ta đã có từ lâu và phát triển nhanh,từ sản xuất thủ công riêng lẻ đến nay một phần đã chuyển sang sản xuất theo phương pháp công nghiệp với việc sử dụng lò sấy tuylen cho năng suất cao và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.Gạch đỏ xây dựng được sản xuất từ đất sét,đất sét là nguồn nguyên liệu dồi dào nên gạch đỏ có giá thành rẻ nhất trong các loại vật liệu. Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN THIỆU XUÂN và các thầy trong bộ môn đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án môn học MSXVL với đề tài“Thiết kế dây chuyền thiết bị sản xuất gạch đỏ”. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện. phạm văn nguyên PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH ĐỎ XÂY DỰNG MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH 1.Nguyên liệu dùng để sản xuất gạch đỏ xây dựng. Nguyên liệu chính để sản xuất gạch đỏ xây dưng là đất sét.khi cần thiết hoặc đất không đạt tiêu chuẩn có thể cho thêm một số phụ gia. Gốm sứ xây dựng thường được sản xuất theo hai phương pháp: phương pháp dẻo và phương pháp bán khô. Theo phương pháp bán khô thì bột đất sét có độ ẩm từ 6÷8℅ ,theo phương pháp này gạch mộc có kích thước và hình dạng chính xác,cường độ cao,độ co ngót khi sấy và khi nung nhỏ vì sau khi ép thì lượng nước và không khí còn lại trong gạch ít.trong khi đó phương pháp dẻo yêu cầu độ ẩm của đất sét cao hơn từ 15 ÷ 20℅.Tùy thuộc vào điều kiện và loại sản phẩm mà lựa chọn phương pháp cho hợp lý.do điều kiện ở nước ta nguyên liệu khai thác được thường có độ ẩm cao cho nên việc sản xuất gốm sứ xây dựng nói chung thường được tạo hình theo phương pháp dẻo. 2.Mô tả quá trình công nghệ sản xuất gạch đỏ. Quá trình sản xuất gạch theo phương pháp dẻo bao gồm các công đoạn sau: ♦khai thác nguyên liệu. ♦Gia công nguyên liêu. ♦Giai đoạn tạo hình. ♦Giai đoạn sấy và nung. Dây chuyền công nghệ sản xuất gạch đỏ được bố trí theo sơ đồ sau: ♦Cấp liệu → nghiền thô → nhào trộn,lọc tạp chất → trộn ép,cắt thành viên nhỏ để hút chân không → đùn ép → cắt thành sản phẩm. Đất sét được khai thác đưa về kho bãi của nhà máy và được ủ một thời gian(thường là 3 tháng) để chúng phong hóa và đạt độ đồng nhất cao.Sau đó,dùng các máy đào,máy xúc chuyển vào máy cấp liệu thùng tại đây đất sét được đánh tơi và định lượng sơ bộ.Sau đó đất sét được băng tải đưa vào máy tách đá để loại bớt đá,và vào máy nghiền xa luân để nghiền thô.Sau đó được làm ẩm ở máy nhào trộn hai trục.Tiếp theo đất sét được nghiền mịn bằng máy nghiền trục lăn trước khi đưa vào máy đùn ép để tạo hình sản phẩm.các chất phụ gia và than sẽ được nghiền nhỏ và định lượng trước khi cho vào máy nhào trộn để trộn đều với đất sét.Từ máy đùn ép,đất sét được ép thành từng dải liên tục và được một máy cắt ở ngay miệng đùn cắt ra thành từng viên có kích thước đã định sẵn.Sau đó đất sét được vào buồng sấy nhờ các máy xếp tự động (thủ công) rồi được đưa vào lò nung tuynel nhờ các kích thủy lực,ở đây gạch mộc được nung với nhiệt độ khoảng 1050°c sau khi ra khởi lò ta thu được gạch đỏ. 3.Cách bố trí máy trong dây truyền công nghệ. Các máy móc thiết bị phải được bố trí hợp lý trong nhà xưởng phụ thuộc vào từng dây chuyền công nghệ và mặt bằng nhà xưởng. Máy và thiết bị trong dây chuyền có thể bố trí theo các sơ đồ sau: ♦Bố trí theo đường thẳng. Máy cấp liệu → nghiền → trộn → ép. ♦ Bố trí theo sơ đồ chữ L: Máy cấp liệu ↓ Nghiền → trộn → ép. ♦ Bố trí theo sơ đồ chữ Z. Máy cấp liệu → nghiền → trộn ↓ ép. ♦Bố trí chồng chéo. Nghiền thô Nghiền tinh → đùn → ép. Máy cấp liệu Nhào trộn Vậy ta chọn bố trí theo sơ đồ bố trí theo đường thẳng do có điều kiện thuận lợi về vị trí đặt nhà xưởng. 4.Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất gạch. Vận chuyển Nghiền thô Kho chứa Tách đá Băng tải nghiền mịn Khai thác Than nghiền mịn Băng tải sàng Máy địng lựợng Băng tải Xuất Kho chứa sản phẩm Lò nung Hầm sấy Va gông Tạo hình Nhào trộn Băng tải 5.Tính năng suất của dây chuyền. ♦Chế độ làm việc của dây chuyền. •số ngày nghỉ trong năm: → số ngày nghỉ lễ,tết: 8 ngày. → số ngày nghỉ chủ nhật: 52 ngày. → số ngày nghỉ bảo dưỡng,sửa chữa: 15 ngày. •số ngày làm việc trong năm:T = 365 – 8 – 52 – 15 = 290 (ngày). • số ca làm việc trong một ngày: m = 2 (ca). • số giờ làm việc trong một ca: h = 8 (giờ). => số giờ làm việc trong năm: h = T.m.h = 290.2.8 = 4640 (giờ) Năng suất dây chuyền của nhà máy cần thiết kế là: Q = 15 ( triệu viên/năm ). ♦Xác định năng suất theo giờ cho dây chuyền: Q = (m³/h). Trong đó: Q: năng suất của dây chuyền (triệu viên/năm). V : thể tích gạch tiêu chuẩn sau khi nung (m³). Gạch tiêu chuẩn có kích thước như sau: 210x110x65(mm). → V = 210.110.65.10 = 0.0015 (m³). : hệ số co ngót sản phẩm từ sau khi tạo hình gạch. → Chọn 0,1. : hệ số độ rỗng. → chọn 0,33 (gạch lỗ). a : hệ số lèn chặt từ đất tự nhiên thành gạch mộc. độ ẩm tạo hình là 19% , tra biểu đồ áp lực ép ta được lực ép là 0.8 MPa. Từ đó tra bảng 6.1 ta được hệ số nèn chặt là a = 0.208 : hệ số tơi của đất → chọn 0,6 T : số ngày làm việc trong năm. m : số ca làm việc trong ngày. K : hệ số sử dụng thời gian. → chọn K = 0,6. →Q = 3 (m³/h). ♦Xác định năng suất tính theo: ( số viên / giờ ). → Q = (viên/giờ). MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH Để lựa chọn thiết bị cho dây chuyền ta dựa vào năng suất yêu cầu Q= 12,53 (m³/h). Để đơn giản trong việc lựa chọn máy ta coi như năng suất của dây chuyền không bị tổn hao qua các công đoạn. 1.Thiết bị cấp liệu. Chọn máy cấp liệu thùng ( băng tải xích). H1.Cấp liệu thùng. 1.Bản nạp liệu; 2.Khung hình hộp; 3.Trục bị dẫn; 4.Cơ cấu căng xích; 7.Động cơ ;5.Các tấm ngăn; 6.Búa ; 8.Bộ truyền đai; 9.Bộ truyền bánh răng ; 10.Trục mang dao thái. ♦Nguyên lý làm việc. Máy gồm:bản 1,trên có khung hình hộp 2,trục dẫn 11,trục bị dẫn 3,mặt bên trong 2 có lót các tấm thép.Trong các thanh dẫn hướng của khung có đặt các tấm ngăn 5,chia hộp nạp liệu thành 3 ngăn.vì vậy máy cấp liệu có thể định lượng sơ bộ các loại vật liệu khác nhau,vật liệu được đưa vào phía trên bản nạp liệu,được tạo bởi các bản,thành bên và các tấm ngăn.Vật liệu được định lượng bằng cách thay đổi khoảng cách giữa mép dưới của ngăn với mặt bản. Bản nạp liệu gồm 2 dải xích kéo kiểu bản - ống con lăn.giữa 2 dải xích được hàn các tấm thép.các dao nắp trên trục 10 để cắt nhũng khối đất lớn và trộn đều các thành phần vật liệu. Cơ cấu dẫn động của máy gồm có động cơ điện 7,hộp giảm tốc,bộ truyền đai 8,bộ truyền bánh răng 9. ♦ Chọn máy : CM – 664. →các thông số của máy. - Năng suất ( Q ) : 15 (m³/h) - Thể tích thùng : 2,2 (m³) - Số khoang : 3 - Vận tốc băng : 1,8 ÷ 2 (m/ph) - Số vòng quay của trục dao thái : 12,6 (v/ph) - Công suát động cơ : 5,5 (KW) - Kích thước bao: Dài 5930 (mm) Rộng 2070 (mm) Cao 1200 (mm) - Khối lượng máy: 2,5 (tấn) * 2.Máy nghiền thô đất sét. H2.Máy nghiền xa luân. 1,4: Các bánh nghiền; 2:Trục mang bánh nghiền; 3:Trục chính ; 5: Mân nghiền ; 6: Hộp giảm tốc ; 7: Khớp nối ; 8: Động cơ ; 9: Trục dẫn động cặp bánh răng nón ; 10: Bộ truyền bánh răng nón. ♦Sau khi ra khỏi máy cấp liệu,đất sét được băng tải đưa đến máy nghiền thô.Tại đây đất sét được nghiền để có kích thước d= 20(mm).Do trong đất sét có nhiều thành phần đá,sỏi ruồi..nên ta chọn máy nghiền thô là máy nghiền xa luân. ♦Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nghiền xa luân. Bộ phận công tác chính của máy là 2 con lăn nghiền,lăn trên một mặt phẳng nào đó,nhờ sức nặng của con lăn để nghiền vật liệu.sơ đồ nguyên lý của máy được thể hiện trên hình H2.Khi trục 3 quay làm các con lăn lăn trên mâm nghiền 5,đồng thời chúng cũng tự quay quanh trục 2.Trục 2 được gắn khớp với trục 1 nên các con lăn dễ dang được nâng lên hạ xuống,khi gặp cục vật liệu quá cứng không nghiền nhỏ được,sẽ tránh làm gẫy trục 2.Các khối nghiền có thể được nâng lên hạ xuống nhờ hệ cánh tay đòn,nhằm đảm bảo chiều dày cần thiết của vật liệu trên mâm. Trục 3 được đẫn động nhờ động cơ 8 thông qua khớp nối 7 va hộp giảm tốc 6 tới bộ truyền bánh răng nón 10.ngoài ra trên trục 3 còn lắp các cánh gạt để gạt sạch vật liệu dính bám ở thành bên và đáy mâm. ♦Chọn máy : CM – 568 → Các thông số của máy: Năng suất : 12 (m³/h). Đường kính bánh lu : 1600 (mm). Chiều rộng bánh lu : 450 (mm). Khối lượng bánh lu : 3,4 (tấn). Áp lực tại bánh lu : 5000 (kG). Công suất động cơ : 52,7 (kw). Kích thước bao : Dài : 5880 (mm). Rộng : 4350 (mm). Cao : 3700 (mm). Khối lượng máy : 28,8 (tấn). 3.Máy nhào trộn 2 trục có lưới lọc. Máy nhào trộn 2 trục có tác dụng đồng nhất nguyên liệu và tạo cho nguyên liệu có độ ẩm nhất định theo yêu cầu. H3.Máy nhào trộn 2 trục. 1.Cửa xả. 2.Nắp thùng. 3.Cánh trộn. 4.Trục trộn. 5.Cặp bánh răng truyền động. 6.Khớp nối 9.Động cơ. 7.Hộp giảm tốc. 8.Khớp nối ma sát. 10.Thùng trộn. ♦Cấu tạo của máy nhào trộn 2 trục: Máy trộn bao gồm: thùng trộn 10,nắp thùng trộn 2,trong thùng trộn bố trí các trục trộn 4 trên có lắp các cánh trộn 3.Hai trục trộn quay ngược chiều nhau và được dẫn động từ động cơ 9,thong qua khớp nối ma sát 8,hộp giảm tốc 7 và cặp bánh răng truyền động 5. ♦ Nguyên lý làm việc: Phối liệu được nạp qua cửa nạp,cánh trộn được bố trí nghiêng,sao cho đạt được sự tương quan hợp lí nhất giữa vận tốc chuyển động vòng và vận tốc di chuyển dọc trục của các hạt vật liệu,để đảm bảo được thời gian cần thiết cho các phối liệu di chuyển từ của nạp đến của xả và đã đạt được chất lượng nhào trộn cần thiết.Ngoài ra còn có hệ thống phun nước để đảm bảo độ ẩm cần thiết cho phối liệu. ♦Chọn máy: CM – 117A → Các thông số của máy : Năng suất : 18 (m³/h). Kích thước thùng trộn : Dài : 3000 (mm). Rộng : _ Đường kính quét của cánh : 2R: 600 (mm). Số vòng quay của trục : 31 (v/p). Khe hở giữa cánh và vỏ : 25 (mm). Công suất động cơ : 22 (KW). Kích thước bao : Dài : 5340 (mm). Rộng : 1420 (mm). Cao : 915 (mm). Khối lượng : 2,7 (tấn). 4.Máy nghiền tinh đất sét. Trước lúc đưa vào ép thành gạch mộc,đất sét phải được nghiền tinh (nghiền nhỏ).Để thực hiện công đoạn này,ta chọn máy nghiền trục lăn có bề mặt nhẵn. H4.Máy nghiền trục lăn. 1.Hộp giảm tốc. 2.Động cơ. 3.Trục nghiền. 4.Bộ phận điều chỉnh khe hở giữa 2 trục nghiền (e). 5.Cặp bánh răng đặc biệt. 6.Bộ truyền đai. ♦Cấu tạo máy nghiền trục lăn: Máy gồm 2 trục nghiền (3),trong đó một trục cố định một trục di động,2 trục được dẫn động chung bởi động cơ (2) thông qua hộp giảm tốc (1),bộ truyền đai (6) và cặp bánh răng đặc biệt (5).Cặp bánh răng này có răng kéo dài mục đích để điều chỉnh khe hở giữa 2 trục nghiền cùng với bộ phận điều chỉnh (4). ♦Nguyên lý làm việc của máy: Hai trục nghiền quay ngược chiều nhau,vật liệu được nghiền nhờ lục ép giữa 2 trục nghiền.Kích sản phẩm được xác định bởi khe hở (e).Ta có thể điều chỉnh khe hở này nhờ bộ phận điều chỉnh (4).Ngoài ra khi có vật liệu không nghiền được lọt vào buồng nghiền,trục nghiền di động bị đẩy sang phải,lò so của bộ phận điều chỉnh (4) bị ép lại mở rộng cửa xả để vật đó lọt qua,bảo vệ máy không bị gãy hỏng. ♦Chọn máy : CM – 696B → Các thông số của máy : Năng suất : 18 (m³/h). Khe hở (e) : 2 (mm). Đường kính trục D : 800 (mm). Chiều dài trục L : 600 (mm). Số vòng quay (n) : 180 (v/p). Công suất dẫn động : 13 (KW). Kích thước bao : Dài : 37400 (mm). Rộng : 2855 (mm). Cao : 1000 (mm). Khối lượng máy : 4,5 (tấn). 5.Máy tạo hình gạch. ♦Nguyên lý làm việc của máy đùn ép vít xoắn: Đất sét được nghiền và trộn kỹ với độ ẩm thích hợp,được băng tải cho vào buồng nạp liệu,tại đây các trục nạp liệu sẽ cuốn đất vào trục nhào để trộn tiếp,máy nhào có bộ phận cắt đất thành từng lớp mỏng.Tại buồng hút chân không phần lớn không khí trong đất được hút ra trong quá trình các lớp đất rơi từ máy nhào xuống máy ép.vì vậy sản phẩm thu được có độ lèn chặt cao hơn,kích thước chuẩn hơn do độ dãn nở của phôi khi ra khởi miệng đùn ít hơn,do vậy sản phẩm có chất lượng cao hơn.Tuy nhiên năng lượng tiêu hao trên 1 đơn vị sản phẩm là lớn. H5.Máy ép vít xoắn có buồng chân không. 1.Trục dẫn. 2.Pu li. 3.Hộp giảm tốc. 4;12.Trục nạp liệu. 5.Thân máng trộn. 6.Cánh trộn. 7.Vít ép. 8.Đầu ép. 9.Miệng đùn của máng trộn. 10.Dao cắt 13.Thân máy ép. 11.Buồng hút chân không. 14.miệng đùn (tạo hình gạch). 15.Cánh ép. 16.Bộ truyền bánh răng. 17.Gối đỡ. 18.Trục truyền. 19.Khớp nối. ♦Chọn máy : CM – 277 → Các thông số của máy : Năng suất : 4000 – 5500 (viên/giờ). Đường kính vít ép : 0,45 (m). Số vòng quay: Trục dẫn : 2,68;3,35;4 (1/s). Trục trộn : 0,34;0,42;0,6 (1/s). Trục ép vít : 0,34;0,42;0,6 (1/s). Trục cấp liệu : 0,67;0,83;1,17 (1/s). Đường kính ngoài cánh trộn : 0,6 (m). Số lượng cánh trộn : 30 Công suất : 95 (KW). Kích thước : Dài : 6435 (m). Rộng : 1750 (m). Cao : 2085 (m). Khối lượng máy : 11 (tấn). 6.Máy tách đá. H6.Máy tách đá. ♦Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy tách đá. Máy có 2 trục nghiền có đường kính khác nhau.Trục (1) có đường kính lớn và bề mặt nhẵn.Trục (3) đường kính nhỏ có gân Và quay với tốc độ lớn 500 (v/ph).Vật liệu được rót vào phễu (2),rơi vào trục (1) bị biến dạng và được gân đẩy qua khe hở giữa 2 trục nghiền.Những tạp chất rắn sẽ được gân phóng ra xa và rơi vào phễu thải.Như vậy đất sét vừa được nghiền vừa được làm sạch khỏi các tạp chất rắn. 7.Tính chọn băng tải. ♦Sơ đồ dẫn động băng tải. H7.Sơ đồ dẫn động băng tải. 1.Tang cuối. 2.ổ đỡ. 3.Động cơ. 4.Khớp nối. 5.Hộp giảm tốc 6.Tang dẫn. Tượng như các máy ở trên để chọn băng tải,ta cũng chọn băng tải từ năng suất yêu cầu. Năng suất yêu cầu : Q= 12,5 (m³/h). Ta có : Q = 3600.F.v (m³/h). Trong đó : - F : diện tích mặt cắt dòng vật liệu (m²). - V : vận tốc của băng (m/s) → chọn V = 0,2 (m/s). F = .tgα với α = 15˚. → Q = 3600.(.tgα).v (m³/h). => B = = = 0,249 (m). → B = 250 (mm). Đối với vật liệu xây dựng ta có: Vậy chiều rộng băng yêu cầu là : (m). Theo tiêu chuẩn chọn băng tải có bề rộng : (m). PHẦN II TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ MÁY ĐÙN ÉP CHÂN KHÔNG Máy đùn ép chân không bao gồm : máy nhào trộn có trang bị lưỡi thái (lưỡi cắt),buồng chân không,bơm hút chân không và máy đùn ép. Dẫn động cho máy nhào trộn và máy đùn ép có thể là dẫn động chung hoặc dẫn động riêng.Ở đây ta chọn dẫn động chung cho máy. 1.Tính các thông số cơ bản của máy đùn ép. ♦Thông số hình học : Đường kính ngoài cánh vít: Năng suất của máy đã cho: Q = 12,5 (m³/h). Q = (m³/h). Trong đó : - D: đường kính ngoài cánh vít (m). - d: đường kính trong cánh vít (m) → lấy d = .D - ρ: chiều dài trung bình bước vít (m). → ρ = (0,8 ÷ 0,9).D - δ: độ dày cánh vít (cm). → δ = 1,5 ÷ 2,5 (cm). - a: hệ số giảm thể tích khi ép. → a = 0,25. - n: số vòng quay của trục (v/s). với n =(0,3÷0,5) (v/s). → chọn n = 0,3 (v/s). k: hệ số kể đến lượng đất quay lại. k = (0,45 ÷ 0,47) → chọn k = 0,47. Thay các giá trị trên vào biểu thức tính Q ta được: Q = → Q = → 12,5 = . → Gải phương trình bậc ba ta được: D = 0,365 (m). → chọn D = 0,38 (m). Các thông số hình học khác của máy: - Đường kính trục vít: d = .0,38 = 0,127 (m). → chọn d = 1,30 (m). - Chiều dài trung bình bước vít: ρ = 0,8.0,38 = 0,304 (m). - Chiều dài thân máy: L = (2,5÷3,5).ρ (m). → L = (2,5÷3,5).0,304 = (0,76 ÷ 1,064) (m). → chọn L = 1,0 (m). - Chiều dài trục vít ép: L= (3,5 ÷ 4,5).ρ (m). → L= (3,5 ÷ 4,5).0,304 = (1,064 ÷ 1,368) (m). →chọn L= 1,30 (m). - chiều dài phần đùn ép: L= (0,15 ÷ 0,3) (m). → L= 0,2 (m). - độ côn của miệng đùn: (4 ÷ 8)℅. 2.Công suất dẫn động của động cơ. Công suất dẫn động bao gồm:công suất dẫn động máy ép,công suất dẫn động máy nhào,công suất dẫn động bơm hút chân không.Do bơm hút chân không được dẫn động riêng nên ta không xét đến,chỉ tính công suất cho máy nhào trộn và máy đùn ép. ●Công suất dẫn động của máy đùn ép. N = N +N+N+N. Trong đó: - N: công suất tiêu hao để đẩy đất ra khởi miệng đùn. - N: công suất tiêu hao để vận chuyển đất trong máy. - N: công suất tiêu hao để lèn chặt đất. - N: công suất tiêu hao để khắc phục ma sát giữa đất và cánh vít (đất trượt trên bề mặt cánh vít). N = p.V.n = p.Q (W). Trong đó: - p: áp lực ép (pa). - n: số vào quay của trục (v/s). - V: thể tích đất bị đẩy ra sau 1 vòng quay (m³). - Q: năng suất của máy (m³/s). → xác định áp lực ép p,tính gần đúng theo công thức sau. P = 0,1.k. k.k.(0,215.W- 10,62.W + 130,5 + 11,5.D) (Mpa) Trong đó: - k: hệ số phụ thuộc vào chiều dài đầu ép → k= 0.988. - k: hệ số phụ thuộc chiều dài miệng đùn → k= 0,910. - k: hệ số phụ thuộc vào độ rỗng của gạch.độ rỗng vừa và nhỏ k = 1. - W: độ ẩm của đất sét (℅). - D: đường kính cánh vít ép (m). → p = 0,1.0,988.0,91.(0,215.17² - 10,62.17+130,5 + 11,5.0,38²) → p = 1,24 (Mpa). → N = (w). → N = 4,305 (kw). ▪Tính N: N= (W). Trong đó: -D: đường kính ngoài cánh vít (m). - v: vận tốc di chuyển dọc trục của đất (m/s). v= n.ρ = 0,3.0,304 = 0,0912 (m/s). - L: chiều dài thân máy (m). - k: hệ số cản di chuyển. k= 4÷5,5 →chọn k= 5. - γ: dung trọng thể tích. → γ = 16000 (N/m³). →N= = 1075 (W). ▪Tính N: N = A.n (W). Trong đó: - A:công ép đất. A= τ.a.V với τ = p. (pa). Với ξ : hệ số áp lực thành bên. ξ = 0,7 ÷ 0,74. τ: ứng suất nén thể tích. τ = (0,8 ÷ 0,825).p. a: hệ số lèn chặt. với p = 1,238 → a = 0,310. V: thể tích đất sau 1 vòng quay cánh vít đẩy được. → V = → Q = V.n → N = (0,8 ÷ 0,825).p.a.V.n = (0,8 ÷ 0,825).p.a.Q (W). → N = 0,825.1,24.10.0,310.12,5. = 1102 (W)=1,102(KW) ▪Tính N: N = (W). Trong đó: - R,r: bán kính ngoài và trong cánh vít (m). - f: hệ số ma sát giữa đất và cánh vít → f = 0,45. - ω: Vận tốc góc của trục vít (rad/s). →N= (W). ▪Vậy công suất dẫn động máy ép: N = 4,305 + 1,075 + 1,102 + 14,620 = 21,102 (KW). ●Công suất dẫn động phần nhào trộn: Công suất này bao gồm công suất khắc phục lực cản biến dạng và lực cản cắt của hỗn hợp,do các cánh trộn tạo nên và dùng để dịch chuyển hỗn hợp trong thùng trộn. N’ = N’ + N’. Trong đó: - N’: công suất tiêu hao để quay trục mang cánh trộn. - N’: công suất tiêu hao để khắc phục lực cản ma sát với thành khi vận chuyển đất. ▪Tính N’: Ta có: N’ = (KW). Trong đó: - k = hệ số cản cắt riêng khi đất sét có độ ẩm từ 15℅ ÷ 20℅ k = (2 ÷ 3).10 (N/m²) → chọn k= 2.10 (N/m²). - b: chiều rộng cánh trộn → chọn b = 0,08 (m). - γ : góc giữa bề mặt cánh trộn và trục trộn → chọn α = 12˚. - r: khoảng cách mép trong cánh trộn đến tâm quay (m). - R: khoảng cách mép ngoài cánh trộn đến tâm quay (m). - z : số cánh trộn → chọn z = 30 (cánh). - n: số vòng quay của trục (v/s) → chọn n = 0,5 (v/s). → N’ = = 4,70 (KW). ▪Tính N’: N’= (KW). Trong đó: - k: hệ số cản,với đất sét k = (4 ÷ 5,5). → chọn k= 5. - Q: năng suất máy nhào trộn đất sét (m³/h). - γ : dung trọng thể tích (kG/m³). với γ = 16000 (kG/m³). - L: chiều dài thùng trộn. L = 1,2 (m). → N’ = = 0,681 (KW). ▪Vậy công suất dẫn động phần nhào trộn: N’ = 4,70 + 0,681 = 5,381 (KW). ●công suất của động cơ dẫn động là: N = (KW). 3.Thiết bị cấp liệu. ♦ Khoảng cách giữa trục vít chính và trục con lăn cấp liệu: A. A = 0,5.(D + d) + 0,002 (m). d = (0,7 ÷ 0,75).D (m). n = (2 ÷ 3).n Trong đó: - D: đường kính vít ép (m). - d: đường kính con lăn cấp liệu (m). - D: đường kính thân máy ép (m). Khoảng cách giữa mặt trong của thân máy với cạnh ngoài cùng của cánh vít từ 1÷ 3 (mm).ta chọn khoảng cách này là: 2 (mm). Ta có: D= D + 2.0,002 (m). → D= 0,38 + 2.0,002 = 0,384 (m). → d = (0,7 ÷ 0,75).0,38 = ( 0,266 ÷ 0,285 ) (m). → chọn d= 0,28 (m). → A = 0,5.(0,38 + 0,28) + 0,002 = 0,332 (m). → chọn n = 2.n → n= 2.0,3 = 0,6 (v/s). 4.Năng suất của máy. Kiểm tra lại năng suất của máy: Q = (m³/h). Thay các giá trị đã tính ở các phần trên vào biểu tức tính Q : Q = 3600..(0,38² - 0,13²).(0,304 – 0,02).(1-0,208).0,3.0,47 → Q = 12,75 (m³/h). Vậy máy thiết kế thỏa mãn yêu cầu với Q= 12,5 (m³/h). 5.Tính toán thiết kế bộ truyền. ♦Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng dẫn động trục nạp liệu cho trục vít ép. ●Các số liệu cho trước: - vận tốc con lăn trục nạp liệu: n = 2.n - công suất dẫn động trục vít ép: N = 19,865 (KW). → tỉ số truyền của cặp bánh răng : i = = . → mô men xoắn trên trục vít ép: T = 9,55.106 . T = 9,55.106. = 11,2.106 (Nmm). ●Chọn vật liệu: → Chọn thép 45,tôi cải thiện cho cả 2 bánh răng,có: HB _ 350. σ = 850 (Mpa). σ = 580 (Mpa). → xác định ứng suất cho phép của vật liệu. Theo bảng 6.2_TTTK với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB _ 180 ÷ 350 .ta có: σ = 2.HB + 70 và S = 1,1. σ = 1,8.HB và S = 1,75. Với: - σ, σ: lần lượt là ứng suất uốn và ứng suất cho phép ứng với chu kì cơ sở. - S,S : hệ số an toàn khi tính về uốn và tiếp xúc. → σ = σ = 2.350 + 70 = 770 (Mpa). → σ = σ = 1,8.350 = 630 (Mpa). Giả sử số chu kỳ thay đổi ứng suất khi làm việc lớn hơn số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn và tiếp xúc. → K = K = 1. và K = K = 1. - ứng suất tiếp xúc cho phép: [σ] = σ. K/ S. → [σ] = [σ] = (Mpa). - ứng suất uốn cho phép: [σ] = σ.K.K/ S. → [σ] = [σ] = (Mpa). ●Tính toán các thông số cơ bản. ▪ Xác định mô đun m : ở phần tước ta đã tính được A = a = 332 (mm). m = (0,01 ÷ 0,02). a → m = (0,01 ÷ 0,02).332 = (3,32 ÷ 6,64) (mm). Theo dãy mô đun tiêu chuẩn chọn m = 6,0 (mm). ▪ Xác định các thông số: Do bộ truyền ăn khớp ngoài,răng thẳng nên ta có: a = với Z = i.Z → Z = = → chọn Z= 74 (răng). → Z = 0,5.74 = 37 (răng). - Tính lại khoảng cách trục: a = = → a = 333 (mm). - đường kính vòng lăn bánh lớn: d = → d= (mm). - chiều rọng vành răng: b= ψ d = 0,3.444 = 133,2 (mm). → chọn b= 135 (mm). - vận tốc vòng xác định cấp chính xác động học: v = . → v = (m/s). Theo bảng 6.13_TTTK → cấp chính xác là: 9. ●Kiểm tra răng về độ bền tiếp xúc. - ứng suất tiếp xúc được xác định theo công thức: σ = Z.Z.Z. (Mpa). Trong đó: - Z: hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp,theo bảng 6.5_TTTK → Z= 274 (Mpa)1/3. - Z: hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc,theo bảng 6.12_TTTK → Z = 1,76 (với β = 0). - Z: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng. Với Z= và . → → Z= . - K: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc,với K = K.K.K. K: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp.Răng thẳng (β = 0) thì K=1,0. K: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng,theo bảng 6.7_TTTK → K= 1,01. K:hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp. K= với δ: hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp,theo bảng 6.15_TTTK → δ = 0,006. g: hệ số kể đến ảnh hưởng sai lệch các bước răng bánh 1 và 2 theo bảng 6.16_ TTTK → g = 82. → . → K= . → K = 1.1,01.1,015 = 1,025. → σ= 274.1,76.0,866. = 652 (Mpa). → σ < [σ] = 700 (Mpa). → điều kiện bền tiếp xúc được đảm bảo. ●Kiểm tra răng về độ bền uốn. - ứng suất uốn được xác định theo công thức: σ = (Mpa). K: hệ số quá tải khi tính về uốn,với K=K.KK. K= 1,02 (do bộ truyền để đứng), K= 1 (răng thẳng β = 0). K= với . Theo bảng 6.15_TTTK → δ= 0,016. → . → K= . Y: hệ số kể đến sự trùng khớp của răng, Y= . Y: hệ số kể đến độ nghiêng của răng,với răng thẳng Y= 1,0. Y:hệ số dạng răng,bảng 6.18_TTTK → Y= 3,61. → K = 1,02.1.1,04 = 1,061. → σ = (Mpa). → σ< [σ] = 360 (Mpa) → điều kiện bền uốn được đảm bảo ●Các thông số của bộ truyền. ▪khoảng cách trục: a = 333 (mm). ▪mô đun: m = 6 (mm). ▪đường kính vòng lăn: d = d = m.Z = 6.74 = 444 (mm). d = d = m.Z = 6.37 = 222 (mm). ▪đường kính đỉnh răng: d = d + 2.m = 444 + 2.6 = 456 (mm). d = d + 2.m = 222 + 2.6 = 234 (mm). ▪đường kính chân răng: d = d - 2,5.m = 444 – 2,5.6 = 429 (mm). d = d - 2,5.m = 222 – 2,5.6 = 207 (mm). ▪chiều rộng vành răng: b = 135 (mm). ▪số răng: Z = 74. Z = 37. ▪góc ăn khớp: α = 200. ●Lực tác dụng lên vùng ăn khớp. - lực vòng: F = (N). - lực hướng tâm: F = F.tgα = 47478.tg200 = 17280 (N). - lực dọc trục: F = 0. - lực pháp tuyến: F = (N). 6.Tính toán cụm trục vít ép. ♦Tính sơ bộ đường kính trục. ●Lực tác dụng lên trục. Lực tác dụng lên trục vít bao gồm: mô men xoắn truyền động từ động cơ,lực tác dụng từ bộ truyền bánh răng,trọng lượng vít ép. ▪ mô men xoắn trên trục vít ép: T = 9,55.106 . T = 9,55.106. = 11,2.106 (Nmm). ▪ lực từ cặp bánh răng tác dụng lên trục: - lực vòng: F = 47478 (N). - lực hướng tâm: F = 17280 (N). ▪ Trọng lượng vít ép: - G = V.γ = F.h. γ (N). Trong đó: - V: thể tích của trục vít ép (m³). - γ : dung trọng thể tích của thép (N/ m³). - F : diện tích tiết diện của cánh ép (m²). - h : chiều cao cánh vít (m). Trong công thức trên ta chỉ tính khối lượng phần cánh vít,vì vậy để tính trọng lượng của cả trục vít.Ta coi vít là một trục đặc với chiều cao h = .(D-d) và F = .(D² - d²). - D: đường kính ngoài của cánh vít ép (m). - d: đường kính trục (m). → G= .(D² - d²)..(D-d) γ). → G=.(0,38² - 0,13²)..(0,38 – 0,13).78000 = 976 (N). ● Chọn vật liệu. - chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có: σ = 750 (Mpa). σ= 580 (Mpa). ●Sơ đồ đặt lực tác dụng lên trục. H8.Sơ đồ đặt lực và biểu đồ mô men tác dụng lên trục. ▪ Xác định các phản lực tại 2 ổ 0 và 0 Trong xoz: -= 0. → F.0,28 + G.1,25 + X.0,474 = 0. → X= .( F.0,28 + G.1,25). → X= .(17280.0,28 + 976.1,25) = 12781 (N). - = 0 → X.0,474 + G.0,776 - F.0,194 = 0. → X = .( F.0,194 - G.0,776). → X = .(17280.0,194 – 976.0,776) = 5475 (N). → M = X.0,28 = 5475.0,28 = 1533 (Nm). → M = F.0,97 - X.0,28 - X.0,776. → M= 17280.0,97 – 5475.0,28 – 12781.0,776 = 5331(Nm). Trong yoz : - = 0. → M - Y.0,474 + F.0,28 = 0. → Y= .( M+ F.0,28) = .(10540 + 47478.0,28). → Y= 50282 (N). Ta có:Y- Y= F→ Y= Y- F= 50282 – 47478 =2804 (N) → Mt = Y.0,28 = 2804.0,20 = 785 (Nm). → Mp = M- Mt = 10540 – 785 = 9755 (Nm). → M= 0. ▪ Mô men uốn tổng và mô men tương đương tại tiết diện A,B. - tại A: M = = = 9875 (Nm). M = = 13447,5 (Nm). - tại B: M = = 5331 (Nm). M = = 10571 (Nm). ● Xác định đương kính trục tại các tiết diện A,B. - đường kính trục tại tiết diện A: d = (mm). Theo bảng 10.5_ TTTK → = 50 (Mpa). Với : ứng suất cho phép của thép chế tạo trục (thép 45). → d = = 139 (mm). → lấy d = 140 (mm). - đường kính trục tại tiết diện B: d = (mm). → d = = 128,3 (mm). → lấy d = 130 (mm). Ta thấy trong bước tính sơ bộ ta đã tính được d = 130 (mm) theo đường kính cánh vít D → vậy là hợp lý nên không cần kiểm tra lại năng suất. ●Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi. - ở trên khi xác định đường kính trục chưa xét đến 1 số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kì ứng suất,sự tập trung ứng suất,yếu tố kích thước,chất lượng bề mặt nên phải kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi. - kết cấu trục sẽ đảm bảo độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: S= S.S.. Trong đó: - : hệ số an toàn cho phép,thường = 1,5 ÷ 2,5 → Nếu lấy 3 thì không cần kiểm tra độ cứng của trục. - S: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại tiết diện. - S: hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện. Với: S = và S = Ψ, Ψ : hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số trung bình đến độ bền mỏi. (bảng 10.7 → Ψ= 0,1 và Ψ= 0.05). K,K: hệ số, được xác định như sau: K = và K = Trong đó: - K: hệ số tập trung ứng ứng suất do trạng thái bề mặt,phụ thuộc phương pháp gia công và trạng thái bề mặt. → theo bảng 10.8_TTTK → K = 1. - K: hệ số tăng bền bề mặt trục,phụ thuộc phương pháp tăng bền và tính chất vật liệu. → theo bảng 10.9_TTTK → K = 1,4. - ε,ε : hệ số kích thước kể đến ảnh của kích thước tiết diện trục đến độ bền mỏi. → theo bảng 10.10_TTTK → ε= 0,7 và ε = 0,7. - K,K: hệ số tập trung ứng suất thực tế. → theo bảng 10.10_TTTK → K= 1,62 và K = 1,88. → K = = . → K = = . - σ,τ: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng. Với thép các bon : σ = 0,436. σ = 0,436.850 = 370,6 (Mpa). τ = 0,58. σ = 0,58.370,6 = 215 (Mpa). -đối với trục quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng: → σ= 0 và σ = σ = - do trục quay 1 chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động: → τ = τ = τ = W,W: là mô men cản uốn và mô men cản xoắn tại tiết diện j. - σ,τ,σ,τ: là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j. theo bảng 10.6_ TTTK → W = và W = . ▪Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm (A,B). - tại tiết diện A: W = = 269255 (mm³). W = = 538510 (mm³). → σ = = 36,68. và τ= τ = = 19,57. → S= = 6,1 → S==5,58 → S= = 4,1. - tại tiết diện B: : W = = 215581 (mm³). W = = 431162 (mm³). → σ = = 24,73. và τ= τ= = 24,45. → S= . → S= . → S = = 3,95. → vậy cả S, S = 3→ trục đảm bảo an toàn về mỏi. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Máy sản xuất vật liệu và cấu kiện xây dựng. TS.Nguyễn Thiệu Xuân. Ks.Nguyễn Thị Thanh Mai. THs.Nguyễn kiếm Anh. 2.Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí. Trịnh Chất - Lê Văn Uyển. 3.Atlat Máy Xây Dựng.