Đề tài Công nghệ tuyển nổi quặng Apatit loại 3

y thích hợp nhất của thùng. = cosa = cos54o40’ = 0,58 Từ đây rút ra số vòng quay thích hợp nhất cũng chính là số vòng quay làm việc của thùng nghiền theo công thức (7–22), tài liệu [1-148]: n = = [vg/ph] (3 – 26) Trong đó: D là đường kính trong của thùng, m. Đối với máy nghiền bi làm việc gián đoạn và máy nghiền bi ướt thì số vòng quay của thùng được tính như sau: Thùng có đường kính trong D ≥ 1,25 m thì theo công thức (7-23), tài liệu [1-148] n = [vg/ph] (3 – 27) Với D = 3,2 m > 1,25 m Do đó ta có: n = = 20 [vg/ph] Khi đã biết góc rời α thì ta có thể xác định được góc rơi β như sau: Từ hình (3-6), ta có: sinb = Với m là hình chiếu của B trên trục nằm ngang. Mà: = yB - R.cosa Thay giá trị của yB vào, ta được: sinb = - = 4cos(1 - cos2a) - cosa = = 3cosa - 4cos3a = -cos3a Mặt khác: sinb = cos( - b) Cho nên: cos( - b) = -cos3a = cos(p - 3a) Từ đó ta có: - b = p - 3a Góc rơi theo công thức (7-25), tài liệu [1-149] sẽ bằng: b = 3a - (3 – 28) Thay α vào (3-8), ta có: b = 3.55o - 45o = 120o III.4.1.4. Hình dạng và kích thước vật nghiền. Khi lựa chọn vật nghiền cần căn cứ vào độ cứng của và kích thước của vật đem nghiền. Kích thước vật đem nghiền càng lớn thì kích thước vật nghiền càng lớn và ngược lại. Nếu nghiền các vật liệu có độ bền lớn và trung bình thì dùng vật ngiền làm bằng thép, gang hoặc thép hợp kim crôm,mangan. Để vật nghiền phá huỷ được vật liệu khi va đập thì động năng của nó phải lớn hơn công cần thiết để phá huỷ vật liệu. Theo Levẽnon nêu ra công thức thực nghiệm để xác định đường kính vật nghiền như công thức (7-44), tài liệu [1-153]: dv = 28. [mm] (3 –29) Trong đó: d_kích thước vật liệu vào máy, mm. Thay số vào (3-29) ta có: dv = 28. = 24 [mm] Theo công thức (7-43), tài liệu [1-153]: dv < - (3– 30) Trong đó: D_đường kính thùng nghiền, mm. Thay vào (3 – 30) ta có: dv < - = 133 - 177 mm Theo Oleyxky ở CT (7-45), TL [1-153]: dv = 6lgdc (3 –31) Trong đó: dc_kích thước sản phẩm, μm. Thay vào (3 – 31), ta có: dv = 6lg150 = 26 mm Do vậy đường kính vật nghiền phải nằm trong dải kích thước từ 24¸130mm. Trong thùng nghiền, người ta thường nạp vào hỗn hợp vật nghiền có kích thước khác nhau và thường là hai hoặc ba loại kích thước. Vậy để cho máy nghiền làm việc có hiệu quả thì cần dùng bốn loại bi khác nhau với tỷ lệ như sau: Bi có đường kính dv = 40 mm chiếm 30% khối lượng. Bi có đường kính dv = 50 mm chiếm 20% khối lượng. Bi có đường kính dv = 60 mm chiếm 30% khối lượng. Bi có đường kính dv = 70 mm chiếm 30% khối lượng. III.4.1.5. Chế độ nạp vật nghiền. Để cho máy nghiềnlàm việc có hiệu quả thì hệ số chứa vật nghiền ở trong thùng có một ý nghĩa quyết định. Hệ số chứa vật nghiền thích hợp nhất là j = 0,3. Trọng lượng của vật nghiền nạp vào thùng phụ thuộc vào loại vật nghiền, vật liệu làm vật nghiền, hệ số chứa. Trọng lượng vật nghiền được tính theo công thức (7–46), tài liệu [1–154]: Gvn = pR2Lj.m.rvn [Tấn] (3 - 32) Trong đó: R – bán kính trong của thùng nghiền: R = 3,2 m. L – chiều dài thùng nghiền: L = 3,3 m. j – hệ số chứa của vật nghiền: j = 0,3. m – hệ số tơi của vật nghiền m = 0,62 rvn – Khối lượng riêng của vật nghiền rvn = 7,8 Tấn/m3 Thay các số liệu trên vào (3–32) ta có: Gvn = p(3,2)2.3,3.0,3.0,62.7,8 = 38,5 Tấn Lượng vật liệu đem nghiền cho máy có quan hệ với trọng lượng vật nghiền và vật liệu làm vật nghiền, ta dùng vật nghiền bằng kim loại nên lấy trọng lượng vật liệu cho vào máy theo công thức (7–47), tài liệu [1–154]: Gvl = 0,14Gvn (3 - 33) Thay số vào (3 – 33), ta có: Gvl = 0,14.38,5 = 5,39 Tấn Sau một thời gian nạp vật làm việc, vật nghiền bị mòn, do đó phải bổ sung cho đủ trọng lượng bi nạp lúc đầu. Bằng nghiên cứu thực nghiệm, người ta tìm được độ mòn của bi như sau: vật nghiền bằng thép dùng để nghiền các loại quặng thì độ mòn là (0,5 ¸ 1,4) kg/tấn. Với năng suất của máy là Q = 34,2 Tấn/h thì mỗi giờ lượng bi mòn cần bổ sung là: Gbs = 0,5.34,2 = 17,1 kg/h Nghĩa là sau khoảng 500 giờ làm việc cần bổ sung là: Gbs = 17,1.500 = 8550 kg = 8,5 tấn bi Đồng thời bổ sung vào loại bi có kích thước lớn nhất và trung bình. III.4.1.6. Công suất máy nghiền bi Công suất tiêu hao cho máy nghiền bi làm việc bao gồmhai thành phần: – Công suất tiêu hao để nghiền vật liệu Nn. – Công suất tiêu hao để thắng ma sát ở gối đỡ Nms, theo công thức (7–89a), tài liệu [1–169]. N = Nn + Nms (3–34) III.4.1.6.1. Xác định công suất Nn. Gọi G là trọng lượng của vật nghiền nạp vào thùng thì chỉ có 55% trọng lượng của nó cùng quay với thùng. Ngoài ra lượng vật liệu đem nghiền nằm trong thùng bằng 14% trọng lượng vật nghiền, do đó theo công thức (7–89), tài liệu [1–170]: Nn = (3 - 35) Trong đó: Q– trọng lượng vật nghiền nạp vào thùng, N. v– thành phần thẳng đứng của tốc độ quay của trọng tâm tải trọng bi, theo công thức (7–90), tài liệu [1–170]: v = (3–36) Khoảng cách theo phương thẳng đứng từ trọng tâm tải trọng bi đến tâm thùng nghiền là a, theo công thức (7–91), tài liệu [1–170], hình (3–7): a = r.sinj (3 - 37) Ở đây r là khoảng cách từ trọng tâm tải trọng bi đến tâm thùng, theo công thức (7–92), tài liệu [1–170]: r = Ro. (3-38) Plt Q a B A Gt D C R1 R2 Ro r j j a ao Hình 3 – 7. Sơ đồ các lực tác dụng bên trong thùng nghiền. Ro = Với hệ số chứa bi: j = 0,3 thì R2 = 0,7R1, do đó theo công thức (7–93), tài liệu [1–170]: Ro = 0,863R1 (3–39) Còn góc: ao = 60o Mà góc: y = 360o - 4ao = 120o Vậy: r = 0,863R1. = 0,715R1 Với góc: y = 120o; a = 60o; j = 60o Do đó: a = r.sinj = 0,715R1.sin60o = 0,62R1 Và như vậy, thành phần thẳng đứng cảu tốc độ quay của thùng sẽ là: v = Thay giá trị của v vào (3 – 35), ta có công suất Nn Nn = = 0,04.10-3.QR1n [kW] Hay theo công thức (7–94), tài liệu [1–171]: Nn = 4.10-5.QR1n kW (3 - 40) Trong đó: Q – trọng lượng vật nghiền nạp vào thùng, N Q = Gvn.g = 38,5.1000.9,81 = 377685 N R1 – bán kính trong của thùng trong một phút: R1 = 1,6 m. n – Số vòng quay của thùng trong một phút: n = 20 vg/ph. Thay các thông số đã có vào (3–40), ta được: Nn = 4.10-5.377685.20 = 302 kW III.4.1.6.2. Xác định công xuất Nms. Theo công thức ( 7 – 95 ), tài liệu [1- 171] ta có Nms = (3 - 41) Trong đó: f - hệ số ma sát ở cổ trục máy nghiền với ổ đỡ, thường lấy f = 0,07 ¸ 0,1 Chọn: f =0,09 vc - vận tốc vòng củacổ trục, theo công thức( 7 -96 ), tài liệu vc = [m/s] (3 - 42) Trong đó: Rc – Bán kính ngoài của cổ trục máy nghiền, theo tài liệu [3-205] thường lấy: 2.Rc = (0,25¸0,33).D = (0.25¸0,33).3,2 2.Rc = (0,8¸1,056) m chọn Rc = 0,5 m n - Số vòng quay của thùng nghiền, vòng/phút: ta có n = 20 vg/phút. Nên thay các giá trị trên vào (3-42), ta có: vc = = 1,047 m/s. P - Tổng tải trọng tác dụng lên các gối đỡ, theo công thức (7 - 97), tài liệu [1-171], ta có: P = (3-43) Trong đó: Gt - trọng lượng bản thân thùng nghiền, N. Gq - trọng lượng phần tải trọng quay theo thùng: Gq = 0,55.G Plt - lực ly tâm do phần tải trọng quay gây nên, N. Plt = = (3 - 44) G: trọng lượng tổng toàn bộ thùng nghiền quay, theo công thức (7- 100), tài liệu [1-172] ta có: G = 1,14Gv + Gl + Gn + Gdn + Gdt (3 - 45) Trong đó: Gv: trọng lượng tải trọng bi nạp vào thùng’ Gl: trọng lượng các tám ngăn. Gn: trọng lượng tấm ngăn. Gdn: trọng lượng đáy nạp liệu( kể cả cổ trục). Gdt: trọng lượng đáy tháo liệu( kể cả cổ trục) * Tính Gv: Ta có trọng lượng vật nghiền: Gv= 377685 N * Tính Gl: Chiều dài thùng: L = 3,3 m Chu vi thùng: C = p.D = 3,14.3,2 = 10,05 m Theo tài liệu [ 3-217], chọn chiều dày tấm lót: d = 40 mm = 0,04m. Và kích thước tấm lót là: 1090 ´ 502 mm = 1,09 ´ 0,502 m. Theo tài liệu [1-136] thì khe hở giữa các tấm lót là 10mm = 0,01 m. Vậy: số tấm lót theo chiều dài thùng là: a = = = 3 tấm Số tấm lót theo chu vi thùng là: b = = = 20 tấm Tổng số tấm lót ở trong thùng nghiền là: n = a.b = 3.20 = 60 tấm Trọng lượng của một tấm lót là: g1 = V.r.g = 1,09.0,502.0,04.7800.9,81 = 2061 N Trọng lượng toàn bộ các tấm lót là: Gl = n. g1 = 60.2061 = 100440 N * Tính Gn: Theo tài liệu [1-137] ta chọn chiều dày tấm ngăn: dn = 40 mm = 0,04 m và tiết diện tự do lấy 15% Do vậy: Gn = 0,85.p.(1,6)2.0,04.7800.9,81 = 20912 N * Tính Gdn: d2 Dt d1 Dn D' l Có thể coi đáy nạp liệu và đáy tháo liệu có kích thước và trọng lượng như nhau: Gdt = Gdn, hình (3 – 8). Hình 3-8. Sơ đồ tính trọng lượng đáy thùng. Chọn chiều dày đáy thùng nghiền: d1 = 30 mm = 0,03 m và d2 = 50 mm = 0,05 m. Ta đã có đường kính ngoài của cổ trục thùng nghiền: Dn = 2.Rc = 1 m. Do đó đường kính trong của cổ trục thùng nghiền: Dt = D + 2.(dth+ d1) = 3,2 + 2.(0,032 + 0,04) = 3,344 m. Trong đó: dth và d1 tương ứng là chiều dày thùng và tấm lót, xác định theo tài liệu [1-134] chọn: dth = 0,01.D = 0,01 . 3,2 = 0,032 m Chọn chiều dài cổ trục thùng nghiền: l = 0,5 m và góc nghiêng a = 600. Ta có: Gdn = .rg.[(D’2 – Dn2) + l(Dn2 – Dt2)] = = .7800.9,81[(3,3442 – 12)0,03. + 0,5(12 – 0,92)] = = 21928 N. * Tính Gdt: Ta có Gdt = Gdn = 21928 N. Do đáy nạp còn có trọng lượng gầu nạp liệu, do vậy kể thêm trọng lượng gầu múc thì trọng lượng của đáy nạp liệu sẽ là: Gdn’ = Gdt + Ggầu Theo tài liệu của nhà máy ta có trọng lượng gầu múc là : Ggầu = 23307 N Gdn’= 21928 + 23307 = 45235 N Do đáy tháo liệu còn có thêm đoạn cổ trục xoắn để vận chuyển bi loại ra ngoài, do vậy ta có khối lượng đáy tháo như sau: Gdt’ = Gdt + Gtx Trọng lượng trụ xoắn được xác định như sau: Gtx=(DN2-DT2)..g.L = 3,14.(1-0,92).7,8.9,81.1,2 = 5584 N Gdt’= Gdt + Gtx= 21928 + 5584 = 26771 N Thay các thông số đã có vào (3-45) ta được: G = 1,14.377685 + 100440 + 20912 + 45235 + 26771 = 623920 N Nên Gq = 0,55.623920 = 343156 N Còn theo (3 – 39),ta có: R0 = 0,863.R1 = 0,863 . 1,6 = 1,3808 m Thay các số liệu ở trên vào (3 – 44) ta có: Plt = = 210591 N Ta có: Gt = Gth + Gbr + Gl + Gn + Gdn’ + Gdt’ + Gn­íc (*) * Tính trọng lượng bánh răng: Gbr C Hình 3 – 9. Bánh răng lắp trên thùng nghiền. Đường kính ngoài của bánh răng D2, theo tài liệu ( 3 – 205) ta lấy D2 = (1,4 ¸ 1,6).D’ Ta lấy: D2 = 1,4.3,344 = 4,68 m. Đường kính bánh răng nhỏ: D1 = D2/u với u là tỉ số truyền lấy u = 12 D1 = 4,68/12 = 0,39 m Chọn C = 10 mm; S = 10 mm. Khoảng cách giữa hai tâm của bánh răng là: aw= = = 2,535m chọn m= 14 Số răng trên bánh chủ động được tính theo công thức (6.19) tài liệu [4–99] ta có: Z1= (răng) Số răng bị động là: Z2= UZ1= 336 (răng) Trọng lượng của bánh răng được tính như sau: Gbr = .rg.[(D22 – (D2- 0,01)2).bw + ((D2- 0,01)2 – D’2).C Gbr = .7800.9,81.[(4,682 – 4,672).0,064 + (4,672 – 3,3442).0.01 Gbr = 6742 N * Tính Gth: Trọng lượng thùng sẽ được tính như sau: Gth = p.D.L.d.r.g = 3,14.3,2.3,3.0,032.7800.9,81 = 81190 N. * Trọng lượng của nước cho vào thùng theo vật liệu:Gnước Gnước = Gvl / x Trong đó: x: hàm lượng % pha rắn trong huyền phù ra khỏi máy nghiền bi theo kết quả thực nghịêm ta có: x = 27% Gnước = 5,39.100.1000.9,81/27 = 143226 N Thay các số liệu trên vào (*) ta được: Gt = 81190 + 6742 + 143226 + 100440+ 20912 + 45235 + 26771 Gt= 424516 N Góc j tạo bởi phương của lực ly tâm Plt với đường kính thẳng đứng của thùng, thông thường j = 600. Thay vào (3 – 43) ta có: P = = 891814 N Thay vào (3-41) ta có: Nms = = 84,0 kW Cuối cùng thay vào (3 – 34) ta có: N = 302 + 84 = 386 (KW) Xác định công suất của động cơ theo công thức (7 – 99), tài liệu [1-172]: Ndc = K. [kW] (3 - 46) Trong đó: K: hệ số dự trữ, lấy K = 1,15. h: hiệu suất bộ truyền động, với bộ truyền động bánh răng vòng thì theo tài liệu [1- 209], lấy h = 0,75. Thay vào (3 – 46) ta có: Ndc = = 592 kW III.4.1.7. Chọn động cơ điện Với công suất yêu cầu của động cơ tính được Ndc = 592 kW, ta chọn động cơ có công suất phải đảm bảo yêu cầu cho máy khởi động tốt lúc ban đầu và ổn định khi làm việc. Tức là: NdcNyêu cầu Ndc592 kW Theo tài liệu [5-237] ta chọn động cơ kiểu ЦC212-29-24 có: Công suất: Ndc = 600 kW Số vòng quay: n = 250 vòng/phút. III.4.1.7.Chọn hộp giảm tốc Chọn tỷ số truyền cho toàn bộ hệ thống là: i = = = 12 Trong đó: ndc và nth lần lượt tương ứng là số vòng quay của động cơ và thùng nghiền trong một phút. Chọn hộp giảm tốc một cấp, hộp bao gồm cặp bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp trực tiếp, do đó ta có: Khi đó tỉ số truyền của hộp chính là tỉ số truyền của cặp bánh răng: i = ibr Vậy theo tài liệu [4 - 25] ta chọn loại hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp có tỉ số truyền i = 12. Từ đường kính bánh răng lớn D = 4,68 ta tính được đường kính bánh răng nhỏ như sau: d = 4,68/12 = 0,39 m III.4.2. Tính kiển tra bền một số chi tiết chủ yếu của máy nghiền III.4.2.1. Thân thùng. Ta xem thân thùng như một cái dầm đặt trên hai gối đỡ, nó chịu tác dụng đồng thời của mômen uốn và xác định theo thuyết ứng suất tiếp lớn nhất. Trọng lượng bản thân vỏ thùng, trọng lượng các tấm lót, trọng lượng tải trọng bi và trọng lượng vật liệu đem nghiền, tất cả trọng lượng này xem như tải trọng phân bố đều Còn trọng lượng các tấm ngăn, trọng lượng các đáy , trọng lượng các cổ trục nạp liệu và tháo liệu, trọng lượng bánh răng vòng xem như các tải trọng tập trung. Ta biết rằng trọng lượng bi cùng quay với thùng chỉ chiếm 55% trọng lượng tải trọng bi nạp vào thùng, còn trọng lượng vật liệu nằm trong thùng chỉ chiếm 14% tải trọng bi nạp vào thùng. Trọng lượng của tất cả các bộ phận cùng tham gia quay tính theo (3 – 45) ta có: G = 623920 N. Gọi lực ly tâm do bi và vật liệu cùng quay sinh ra, theo công thức ( 7 – 101), tài liệu [1 - 172] thì: Plt = = (3 - 47) Ta đã có theo (3 – 27) ở trên: n = = Và Ro = 0,715R1 Do đó, thay hai đại lượng này vào (3 – 47), theo công thức (7 – 102), tài liệu [1-173], ta có: Plt = 0,49.Gv Thay các giá trị của Gv vào (3 – 48), ta có: Plt = 0,49.623920 = 305721 N Phương của lực ly tâm trùng với bán kính thùng đi qua trọng tâm của khối quay. Góc tạo bởi phương của lực ly tâm với phương của trọng lực bằng 600, hình (3-10a). D l' A-A A A l Q G Plt 120° 60° Ra Ra d D a; b; c; Hình 3 – 10. Sơ đồ để tính các chi tiết của máy nghiền. Hợp lực Q gây nên uốn thân thùng sẽ là: Q = Hay theo công thức (7 - 103), tài liệu [1 - 173]: Q = (3 - 49) Thay các giá trị đã có vào (3 - 49) ta có: Q = = 820662 N * Vậy momen uốn theo công thức (7 - 104), tài liệu [1 - 174] bằng: Mu = [N.m] (3 - 50) Trong đó: L – Khoảng cách giữa hai tâm hai của hati gối đỡ (3 – 11) L1 l1 l2 Dn D’ Hình 3-11. Sơ đồ tính chi ều dài. Ta có: L = L1 + 2.l1 + l2 (*) Với: l1 chiều dài đáy thùng nghiền, ta có: l1 = 0,5(D’ - Dn).tg30o = 0,5.(3,344 - 1). = 0,67 m. Trong đó: D’ và Dn lần lượt tương ứng là đường kính ngoài của thùng nghiền và đường kính trong của cổ trục thùng nghiền, m. l2: chiều dài của cổ trục thùng nghiền, m Ta đã chọn l2 = 0,564 m L1: Chiều dài thùng nghiền, L1 = 3,3 m Thay vào (*) ta có: L = 3,3 + 0,564 + 0,67 = 4,54 m Thay vào (3 – 50) ta có: Mu = = 465725 Nm Momen chống uốn của thân thùng theo công thức (7-105), tài liệu [1-174], bằng: Wu = (3 - 51) Trong đó: Rn và Rt - bán kính ngoài và bán kính trong của thân thùng, m Ta có: Rn = = = 1,672 m Rt = = = 1,6 m Thay vào (3-51) ta có: Wu = = 0,592 m3 Vì trên thân thùng có khoét lỗ làm cửa người và lỗ để lắp tấm lót vào thân thùng bằng bulong, do đó cần giảm mômen chống uốn đi 20%. Vậy, ứng suất uốn theo công thức ( 7-107), tài liệu [1-174] bằng: su = (3 - 52) Thay các giá trị vào (4-51) ta có: su = = 983374 N/m2 * Mômen xoắn tác dụng lên thân thùng theo công thức (1-108), tài liệu [1- 174] ta có: Mx = [N.m] (3 - 53) Trong đó: N – Công suất tiêu hao cho máy, kW. n - Số vòng quay của thùng vg/phút: n = 20 vg/ph Thay các giá trị vào (3 – 53) ta có: Mx = = 288304 Nm Còn momen chống xoắn của thân thùng lấy gấp hai lần momen chống uốn, theo công thức (7- 109), tài liệu [1-212] nghĩa là: Wx = 2.Wu (3 - 54) Thay Wu từ (3 - 51) vào (3 - 54) ta có: Wx =2.0,592 = 1,184 m3 Vậy ứng suất tiếp sinh ra do momen xoắn xác định theo công thức (7 - 110), tài liệu [1 – 174]: t = (3 -55) Thay các giá trị đã có vào (3 - 55) ta có: t = = 304375 N/m2 Do ứng suất sinh ra ở thân thùng do uốn và xoắn, theo công thức (7- 111), tài liệu [1-174], bằng: s = £ [s] (3 - 56) Dùng thép CT5 làm thân thùng, theo bảng (6 – 1), tài liệu [4 - 92]: Giới hạn chảy: sch = 270 MPa = 270.106 N/m2 Theo công thức (10 – 30), tài liệu [4 - 200]: [s] = 0,8sch (3 - 57) Thay giá trị của sch vào (3 – 57) ta có: [s] = 0,8.270.106 = 210.106 N/m2 Thay vào (3 – 56), ta có: s = = 1,03. 106 N/m2 Ta thấy: s [s]. Vậy thoả mãn điều kiện bền cho thùng. III.4.2.2. Bulong ghép thân thùng với đáy thùng. Đáy và thân thùng được ghép với nhau bằng bulong. Khi máy làm việc, các bulong này bị cắt do momen xoắn và do tải trọng tổng của thùng. Gọi P1 là lực cắt sinh ra do ảnh hưởng của trọng lượng tất cả các phần quay và lực ly tâm. Gọi P2 là lực cắt sinh ra do ảnh hưởng của lực vòng thì lực tổng gây ra cắt bulong theo công thức (7 – 112), tài liệu [1 - 174] là: P = P1 + P2 [N] (3 –58) Từ biểu đồ lực cắt ở hình (3 – 10b) ta xác định được đại lượng lực cắt P1 như sau: P1. = RA.l Hay theo công thức (7 - 113), tài liệu [1 - 175] P1 = = (3 - 59) Trong đó: RA – Phản lực ở các gối đỡ, N. l – khoảng cách từ tâm gối đỡ đến mặt phẳng ghép bulong với đáy, m. r – bán kính vòng phân bố bulong,, m. Ta có: l = l1 + 0,5.l2 = 0,67 + 0,5.0,5 = 0,92 m. Với: l1 và l2– tương ứng là chiều dài đáy thùng nghiền và của cổ trục thùng nghiền, m. Ta có: RA = 0,5.G = 0,5.623920 = 311960 N. Với G – trọng lượng của tất cả các bộ phận cùng tham gia quay tính theo (3 – 45). Ta lấy: r = 0,5.D’ + 0,05 = 0,5.3,344 + 0,05 = 1,722 m Với D’ – là đường kính ngoài của thùng nghiền, m Thay vào (3 – 59) ta có: P1 = = 166668 N Còn P2 tính theo công thức (7 – 114), tài liệu [1 – 175]: P2 = (3 - 60) Trong đó: N – công suất máy nghiền, kW. Theo (3 – 34) ta có: N = 592 kW. n – số vòng quay của thùng/phút: n = 20 vg/phút. Thay các thông số vào (3 – 60) ta có: P2 = = 167424 N Thay giá trị của P1 và P2 vào (3 – 58) ta có: P = 166668 + 167424 = 334092 N Vậy, ứng suất ở bulông do lực cắt gây ra, theo công thức (7 – 115), tài liệu [1–175]: tc = [N/cm2] (3 - 61) Trong đó: m – số lượng bulông, ta chọn m = 16. d – đường kính bulông, ta lấy d = 4,2 cm. Ứng suất cắt cho phép: [tc] = 0,2sch Với: sch – ứng suất chảy của vật liệu làm bulông, N/cm2. Dùng thép CT3 làm bulông thì theo bảng 2, tài liệu [1–246] sch = 220 MPa = 220.102 N/cm2. Vậy: [tc] = 0,2.22000 = 4400 N/cm2. Thay các thông số trên vào (3 – 61) ta có: tc = = 1508 N/cm2 Do đó: t £ [tc ]. Thoả mãn điều kiện bền cho bulông. III.4.2.3. Cổ thùng nghiền. Tiết diện nguy hiểm của cổ thùng nghiền là tiết diện tiếp giáp giữa cổ và đáy: tiết diện A–A ở hình (3 – 10c), ở đấy lại thường có khuyết tật do đúc gây ra. Momen uốn tại tiết diện A – A, theo công thức (7 – 116), tài liệu [1– 175] bằng: Mu = RA.l (3– 62) Trong đó: RA – phản lực ở gối đỡ, N. Ta đã có: RA = 311960 N. l – khoảng cách từ tâm cổ đến tiết diện A–A: l = 0,25 m. Thay các giá trị vào (3 – 62) ta có: Mu = 311960.0,25 = 77990 Nm Còn momen xoắn đã tính theo (3 – 54): Mx = 288304 Nm Vậy momen tương đương theo công thức (7–117), tài liệu [1 – 214], bằng: Mtd = (3– 63) Thay các giá trị của momen vào (4 – 62), ta có: Mtd = = 298666 Nm Còn momen chống uốn theo công thức (7 – 118), tài liệu [1 – 175] sẽ là: W = (3– 64) Trong đó: d, D – tương ứng là đường kính trong và đường kính ngoài của cổ trục thùng nghiền, m. Thay các giá trị của d và D vào (3 – 64), ta có: W = ] = 0,0337 m3 Ứng suất tại tiết diện A–A, theo công thức (7–119), tài liệu [1–176] bằng: s = £ [s] [N/m2] (3– 65) Thay các giá trị của momen và ứng suất vào (3 –65), ta có: s = = 8,86.106 N/m2 Theo (3 –57) ta đã có: [s] = 216.106 N/m2 Vậy: s < [s]. Thoả mãn điều kiện bền cho cổ thùng. III.4.2.4. Kiểm tra điều kiện bền tiếp xúc cho cặp bánh răng truyền động. Cặp bánh răng truyền động là bộ phận quan trọng của máy nghiền bi. Nó là bộ phận dẫn động trực tiếp cho thùng nghiền. Với trọng lượng thùng nghiền rất lớn , momen truyền động lớn vì vậy bánh răng làm việc ở điều kiện vô cùng khắc nghiệt . Do vậy ta cần phải tiến hành kiểm tra điều kiện bền tiếp xúc cho cặp bánh răng truyền động. Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên cặp bánh răng truyền động phải thoả mãn điều kiện sau: σH = σH (3-66) Trong đó: * ZM: hệ số kể đến cơ tính của vật liệu của các bánh răng ăn khớp, trị số của ZM tra theo bảng 6.5, tài liệu [4 – 96] Ta có: ZM = 274; * ZH: hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, được tính theo công thức (6–34), tài liệu [4–105] ZH = (3-67) Trong đó: bb – là góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở at, atw : là các hệ số được tính theo công thức sau. tgβb = cosαt .tgβ (a) αt = arctg(tgα/cosβ) (b) αtw = arcos(acosαt/a0 ) (c) * Tính bb: với b = 0; a = 200 Theo công thức (b) ta tính được at = 200 Do đó ta thay at vào công thức (a) ta được tgbb = cos20.tg0 = 0,9396 Þ bb = 43,220. * Tính atw. theo công thức (a), với các giá trị a ≈ aw Do Þ ZH = * Tính Ze Ze hệ số phụ thuộc vào eb Ta có: εβ = bw.sinβ/m = = 0 ( do β = 0) Do vậy sử dụng công thức (6–36a), tài liệu [4–105] ta có: Zε = (3– 68) ea: Hệ số trùng khớp ngang, xác định theo công thức (6 – 36b), tài liệu [4–105] ta có: εα = [ 1,88 – 3,2()cosβ] (3– 69) Với Z1 = 28, Z2 = 336 thay vào công thức (3 – 69) ta được: εα = 1,88 – 3,2() = 1,756 Do đó Zε = =0,865 * KHV : hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp, trị số KHV tra bảng phụ lục phụ thuộc vào vận tốc vòng. v = (m/s) Từ vận tốc vòng ta tra ra cấp chính xác của bộ truyền là: 8 Tra bảng P2.3 phụ lục với cấp chính xác là 8 ta được KHV = 1,16 * Tính KHb: hệ số kể đến sự phân bố tải trọng không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng, giá trị tra bảng 6.7 tài liệu [4–97] ta được: KHβ = 1.01 * T1: momen xoắn trên bánh răng chủ động theo (3–53) ta có T1 = 288304 Nm Thay các giá trị tìm được vào công thức (3–66) ta được: σH = == 0,9176.76 σH = 69,4 (MPa) Ta có: [σH] = 481,8 MPa Do vậy: σH < [σH]. Vậy bánh răng thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc. III.4.3. Sửa chữa và lắp ráp máy nghiền bi. III.4.3.1.Sửa chữa máy. Sau một thời gian sử dụng các chi tiết máy sau đây của máy nghiền bi mòn nhiều cần phải sửa chữa và thay thế: Các tấm lót thùng, vật nghiền, cổ trục, các bánh răng truyền động. Ngoài ra các bulong lắp tấm lót đứt hoặc bị dãn dài ra, vì vậy cần phải tổ chức sửa chữa các chi tiết đó. * Sửa chữa nhỏ: Sau khi máy đã làm việc được từ 50¸1000 giờ thì phải siết lại các bulon lắp tấm lót, xem lại độ ăn khớp của các bánh răng,xem lại các ống lót, thay bộ phận bít kín ở cổ trục, thay bi mới, thời gian sửa chữa từ 12¸18 giờ. * Sửa chữa vừa: Sau khi máy làm việc từ 6500¸8500 giờ thì phải đắp thêm và gọt lại cổ trục, thay thế các tấm lót đã mòn quá quy định, thay các bulong lắp tấm lót, sửa chữa các bánh răng, thời gian sữa chữa từ 3¸5 ngày. *Sửa chữa lớn: Sau khi máy làm việc được từ 3¸5 năm thì phải thay toàn bộ các tấm lót trong thùng, thay các bánh răng, thay gối trục sửa chữa hoặc thay thế bộ phận nạp liệu, thời gian sửa chữa từ 15¸20 ngày. Các trường hợp cần chú ý khi thay thế và sửa chữa: + Các bánh răng bị mòn mặt răng tiếp xúc đến mưc độ cần thay thế thì tháo bánh răng ra đảo lại bề mặt tiếp xúc rồi lại dùng tiếp tục và khi mặt thứ hai bị mòn hết thì mói phải thay bánh răng khác. + Khi tháo bánh răng ra khỏi trục không nên dùng búa đóng vì làm như vậy sẽ ảnh hưởng đến bánh răngvà có thể làm hỏng trục hoặc chờn trục. + Mỗi khi thay thế bánh răng đều phải rà lại để đảm bảo mặt tiếp xúc của răng. + Mỗi khi thay thế các tấm lót thừơng phải thay cả bulong lắp tấm lót. III.4.3.2. Lắp ráp máy. Sau khi bệ máy bằng bê tông đã khô thì tiến hành đặt máy và làm việc tuần tự như sau : Đặt hai gối đỡ lên bệ bê tông, rà hai gối đỡ để xác định chính xác kích thước, căng dây và dùng nivo để kiểm tra độ thăng bằng của hai gối đỡ theo hai phương nằm ngang. Hạ thân máy xuống hai gối đỡ, xoay và rà sơ bộ, việc hạ thân máy cố thể dùng cầu chạy, cần trục hoặc kích. Hạ bộ phận giảm tốc xuống gần mặt bê tông và đâỷ vào cho bánh nhỏ ăn khớp với bánh răng vòng và sau đó hạ hẳn xuống bệ bê tông. Căn và rà lại chính xác các phần liên hệ giữa bộ phận giảm tốc. Độ đảo hướng tâm của bánh răng vòng chỉ cho phép nhỏ hơn 0,4mm khi modul đến 20mm. Đổ bê tông vào các lỗ bulon nền của gối đỡ và hộp giảm tốc. Lắp các tấm lót vào bên trong thân thùng, tất cả các bulon đèu phải có ecu phụ hoặc đệm lò xo. Tiếp theo là lắp các bộ phận tiếp liệu và tháo sản phẩm cùng với các bộ phận phụ khác. Sau đó là rà lại chính xác toàn bộ máy lần cuối cùng. Trong khi rà không được đóng điện cho máy chạy và không được dùng đòn bẩy để bẩy trực tiếp vào răng mà chỉ dùng đòn bẩy để xoay các nan hoa của bánh răng vòng và lấy bệ hộp giảm tốc làm điểm tựa. Trước khi chạy thử máy cần chạy thử hộp giảm tốc trong 3 ¸ 4 giờ. Sau đó nối hộp giảm tốc với trục dẫn và chạy thử máy nghiền không có vật nghiền trong 3 ¸ 4 giờ. Sau khi chạy thử thì sửa chữa nốt những sai sót còn lại, bắt đầu cho vật nghiền và máy chạy thử 3¸ 4 giờ nữa, sau đó xem xét lại toàn bộ và xiết chặt lại các bulong lắp trên tấm lót, các bulong bệ mới bắt đầu cho máy làm việc có vật liệu. CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY PHÂN CẤP VÍT TẢI ĐƠN IV . 1. Nguyên lý hoạt động và phân loại IV.1.1 - Máy phân cấp cơ học nói chung Máy phân cấp cơ học là một loại máy phân cấp thuỷ lực đơn giản gồm một thùng máng nghiêng trong đó bùn quặng được phân chia ra làm hai cấp hạt to và nhỏ (mịn). Sở dĩ máy được gọi là phân cấp cơ học vì sản phẩm cát (loại hạt to) được tháo ra nhờ bộ phận cơ học như cào, ruột xoắn. Bùn quặng trực tiếp đi thẳng vào máng, máng được đặt hơi nghiêng. Nhờ chuyển động của bộ phận cơ học bùn quặng trong máng được xáo trộn các hạt nhỏ mịn sẽ lơ lửng và tràn ra ngoài qua ngưỡng máy còn các hạt lớn (cát) thì lắng xuống đáy và được cào ra ngoài. Độ lớn của quặng đưa vào phân cấp không được lớn quá 3 -10mm, còn độ lớn của bùn tràn dao động trong một khoảng rất lớn trong thực tế sản xuất lại máy ruột xoắn có thể cho ta bùn tràn có kích thước nhỏ tới 40 (70) micrông (μK). Hình 4–1. Sơ đồ máy phân cấp cơ học A – Vùng đệm B – Vùng cát( hạt to). C – Vùng chuyển tiếp D – Vùng bùn tràn. Sau khi đã nạp bùn quặng vào máy thì giữa bộ phận cơ học (cào, ruột xoắn) và đáy máng tạo thành lớp đệm A (hình 1) lớp đệm này là do các hạt to lắng xuống có nhiệm vụ bảo vệ đáy máng khỏi bị bào mòn. Trong vùng B tập trung tất cả cát lắng (loại hạt to) để tháo ra ngoài qua vùng khử nước. Ở vùng làm ráo nước này nước từ cát sẽ tự chảy và cuốn theo các hạt nhỏ mịn còn lại. Trong vùng C, các hạt khoáng ở trạng thái lơ lửng và càng xuống sâu nồng độ bùn quặng càng đậm đặc. Vùng D là vùng bùn tràn chứa các hạt nhỏ mịn và sẽ tràn qua ngưỡng máy đi vào các khâu làm giàu khác. Năng suất máy và cỡ hạt phân chia được xác định bởi diện tích máng, tốc độ lắng các hạt lớn và tốc độ chảy của bùn tràn. Tốc độ lắng của các hạt phụ thuộc vào nồng độ bùn quặng trong vùng phân cấp và nồng độ càng đậm đặc thì độ dính càng lớn và do đó tốc độ lắng càng giảm, cho nên nồng độ của bùn tràn có liên quan chặt chẽ với nồng độ của bùn quặng trong vùng phân cấp, vì vậy việc cấp thêm hay bớt nước vào máy phân cấp có thể làm thay đổi nồng độ và độ hạt trong bùn tràn. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm phân cấp như hàm lượng đất sét chứa trong quặng, nhiệt độ bùn quặng, diện tích lắng, độ nghiêng của máy, nồng độ bùn quặng, v.v Nếu tăng góc nghiêng của máy thì lượng hạt lớn đi vào bùn tràn cũng tăng. Trong cát sẽ ít lẫn các hạt nhỏ mịn. Trong thực tế góc nghiêng thường vào khoảng 10-180. Muốn thu bùn tràn có cỡ hạt khoảng 75μm thì góc nghiêng khooảng 100 nhưng muốn có cỡ hạt 0,3 mm thì góc nghiêng phải khoảng 15-180. Diện tích lắng của máy cũng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm trong quá trình phân cấp và phụ thuộc vào bề rộng, vào chiều cao của ngưỡng bùn và độ nghiêng của máy. Diện tích bề mặt lắng tính theo tài liệu (5 – 85): F= (4 -1) _ Chiều rộng của đáy màng (m) h _ Chiều cao của ngưỡng bùn tràn (m) _ Góc nghiêng của máy. Diện tích lắng F càng lớn thì phân cấp càng nhanh và bùn tràn càng mịn. Khi gia công quặng có tỷ trọng lớn cần thiết phải giữ cho bùn quặng có nồng độ cao để các hạt nhỏ nhưng nặng có thể dâng lên trên ngưỡng bùn tràn. Tất nhiên trong trường hợp này rất khó tạo điều kiện để phân chia tốt, thường một hạt nhỏ đáng lẽ phái đi vào bùn tràn thì lại lắng vào cát. Nồng độ bùn quặng là yếu tố chính trong quá trình phân cấp, nhờ nó có thể dễ dàng nhanh chóng điều khiển độ hạt của bùn tràn. Trong thực tế sản xuất cứ 15-30 phút phải đo nồng độ bùn quặng một lần. Máy phân cấp cơ họcthường được dùng liên hợp với máy nghiền bi hay nghiền đũa để đưa cát trở lại máy nghiền. (hình 2). 1 2 3 4 Hình 4–2. Sơ đồ nghiền bi liên hợp với máy phân cấp vít tải 1 – Máy nghiền bi 2 – Máng dẫn bùn quặng 3 – Máng dẫn cát (sản phẩm hạt to) 4 – Máy phân cấp. IV.1.2 - Máy phân cấp ruột xoắn. Máy phân cấp vỉt tải xoắn đơn là một thiết bị phân cấp cơ học hoạt động dựa trên nguyên lý của một thiết bị lắng phân riêng hệ lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của trọng lực. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy phân cấp vít tải xoắn đơn (hình 2) Cát Bùn tràn Huyền phù vào Hình 4 –3. Máy phân cấp vít tải xoắn đơn So với máy phân cấp kiếu cào, máy phân cấp ruột xoắn được chế tạo muộn hơn, có cấu tạo là nửa hình trụ đặt nghiêng, trong có chứa bộ phận ruột xoắn quay rất chậm, tốc độ vào khoảng 4-20 v/phút. Các hạt nghiêng (cát) lắng xuống đáy thùng và được ruột xoắn guồng lên phía trên để tháo vào máng và đưa vào máy nghiền tiếp hay đưa qua các khâu làm giàu khác, còn bùn mịn thì tháo ở đầu dưới qua ngưỡng bùn tràn. Trong mỗi máy có thể mắc từ 1 đến 2 hệ thống ruột xoắn và nếu 2 ruột xoắn thì chúng quay ngược chiều nhau. Máy phân cấp ruột xoắn có 2 loại: Một phần ruột xoắn ngập trong bùn quặng chia làm hai loại: Loại có ngưỡng bùn tràn cao Loại có bùn tràn thấp. Đầu trục ruột xoắn ngập trong bùn. Loại máy phân cấp quặng có ngưỡng bùn tràn thấp (ruột xoắn được đặt cao hơn mặt bùn quặng). Loại này thường dùng để phân chia bùn quặng cỡ hạt lớn cho to bùn tràn có độ hạt thô (0,8 - 0,1mm); và có khi dùng để tuyển rửa quặng sa khoáng, có diện tích lắng nhỏ và năng suất tính theo lượng bùn tràn thấp. Loại có ngưỡng bùn tràn cao cho ta bùn tràn có độ hạt mịn hơn và năng suất tính theo lượng bùn tràn cũng cao hơn. Loại 2 là loại có đầu trục xoắn ngập trong bùn quặng, cho nên vùng lắng tương đối yên tĩnh, do đó ta thu sản phẩm (bùn tràn) rất mịn. Trong thực tế sản xuất thường gặp những loại máy phân cấp có đường kính ruột xoắn ngập tới 3 mét, chiều dài tới 12,5m, góc nghiêng 15-18,50, còn tốc độ quay của ruột xoắn phụ thuộc vào độ lớn của bùn quặng. Thí dụ, cỡ hạt 0,8mm thì tốc độ quay là 2,5m/ph, cỡ hạt 0,074mm thì tốc độ là 5m/ph. Khi các máy phân cấp ruột xoắn không làm việc thì không cần gạt bùn quặng ra khỏi ruột xoắn mà người ta nâng đầu ruột xoắn ngập trong bùn lên. So với máy phân cấp kiểu cào máy ruột xoắn có một số ưu điểm sau: Cấu tạo đơn giản, có thể đóng và mở máy mà không cần gạt ra, có góc nghiêng lớn cho phép bùn quặng tự chảy, có năng suất tính theo lượng bùn tràn cao. Chiếm diện tích nhỏ và năng lượng tiêu hao không lớn lắm dao động trong khoảng 1,4-2,3 KW cho 1000 T cát (sản phẩm loại to)/ngày. Ngày nay, trong thực tế sản xuất máy phân cấp ruột xoắn đã thay thế hoàn toàn máy kiểu cào. IV.2. Tính toán máy phân cấp vít tải xoắn đơn. IV.2.1. Cơ sở lý thuyết Để tính toán máy phân cấp vít tải ta xem thiết bị gồm hai phần riêng biệt: phần thứ nhất có chức năng lắng phân cấp hạt như là một đường lắng và phần thứ hai là phần vít tải có tác dụng vận tải phần hạt thô đã lắng xuống đáy ra khỏi máy. IV.2.1.1 Lý thuyết phân riêng hệ không đồng nhất dưới tác dụng của trọng lực trong thiết bị lắng. Phân riêng hệ thống không đồng nhất dưới tác dụng của trọng lực là một trong những phương pháp đơn giản nhất để làm sạch sơ bộ các hệ đó. Trong phương pháp này, năng suất và hiệu suất làm sạch phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc lắng của hạt rắn và vào cấu tạo của thiết bị. Do đó trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu kỹ về vận tốc lắng của hạt và khả năng phân cấp của thiết bị phân cấp vít tải xoắn đơn. IV.2.1.2. Vận tốc lắng của hạt và các yếu tố ảnh hưởng Như ta đã biết, nếu một vật thể rơi trong chân không thì vận tốc rơi của nó có thể xác định theo công thức: W = g.τ (m./s) Trong đó: g: gia tốc trọng trường, m/s2 Τ: thời gian rơi (s) Công thức trên cũng có thể áp dụng cho các vật có kích thước lớn rơi trong không khí (hay môi trường lỏng) bởi vì với trường hợp này sức cản của môi trường không đáng kể và chỉ giảm lực trọng lực xuống 0,05 ÷ 0,1%. Còn đối với các vật có kích thước nhỏ (khoảng 100 µK hay nhỏ hơn), thì sức cản của môi trường tăng lên nhiều (so với trọng lực) nên chỉ sau khi bắt đầu rơi một thời gian ngắn, lực cản cân bằng với lực trọng lượng ( có kể đên sức đẩy Accimét của môi trường ) và vật bắt đầu rơi với vận tốc không đổi. Vận tốc không đổi của vật rơi trong môi trường khí hay lỏng đó gọi là vận tốc lắng tự do và kí hiệu là W0, thứ nguyên là m/s. Vận tốc có thể xác định như sau: A S G d Khi hạt chuyển động ổn định nghĩa là vận tốc rơi của nó không đổi ( chính là vận tốc lắng tự do thì các lực: lực trọng lượng G, lực đẩy Acsimét: A và trở lực môi trường S cân bằng nhau), cụ thể: G = A + B Nếu hạt có dạng cầu thì giá trị các lực như sau: G = V.ρ.g = A = S = ξ. (trở lực môi trường tuân theo định luật Niutơn). Thay giá trị các lực vào phương trình cân bằng lực ở trên ta sẽ rút ra được công thức tính vận tốc lắng tự do của hạt khi trở lực môi trường tuân theo định luật Niutơn, công thức [1- 1] tài liệu (2-31) W0 = , m/s (4 – 2) Trong đó: ρ: khôi lượng riêng của hạt, kg/m3 ρ0: khối lượng riêng của môi trường, kg/m3 d: đường kính hạt, m g: gia tốc trọng trường m/s2 ξ: hệ số trở lực – là một hàm số của Re được xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của hạt, vào khối lượng riêng và độ nhớt của môi trường: Khi Re ≤ 2 thì ξ = (4 – 3) Khi 2 < Re ≤ 500 thì Re = (4 – 4) Khi 500< Re < 15000 thì ξ = 0,44 (4 – 5) Do đó vận tốc lắng tự do của hạt trong môi trường lỏng hay khí ( quá trình lắng tự do chỉ xảy ra khi nồng độ của các hạt trong môi trường nhỏ, khi lắng các hạt không bị va chạm vào nhau, không có ma sát giữa các hạt )phụ thuộc vào chế độ chuyển động, nghĩa là phụ thuộc vào trị số của Re. Khi chuyển động dòng Re ≤ 2, thay giá trị của ξ từ phương trình (4-3) vào phương trình (4-2) ta được phương trình Stốc để tính vận tốc lắng: W0 = (4 – 6) Tương ứng với vận tốc lắng tính theo phương trình Stốc, trở lực của môi trường bằng, xác định theo công thức [1- 6] tài liệu (2-32) S = 3 . π . a . μ . W0 (4 – 7) Từ đó ta rút ra hai kết luận sau đây đối với chế độ chuyển động dòng (qua quá trình lắng tuân theo định luật Stốc ) là: Trở lực của môi trường tỷ lệ thuận bậc nhất với tốc độ lắng của hạt. Vận tốc lắng của hạt tỷ lệ với bình phương của đường kính hạt. Phạm vi ứng dụng của phương trình Stốc là: Giới hạn trên là: Re ≤ 2 Đường kính hạt không vượt quá một giá trị cực đại. Giá trị này xác định bằng cách thay trị số W0 trong phương trình (4 - 6) từ phương trình chuẩn số Re = với Re = 2, ta được: dmax = ≈ 1,375. (4 – 8) Giới hạn dưới là khi kích thước hạt đạt tới giá trị của quãng đường tự do trung bình của phân tử môi trường l0. Khi đó trở lực bằng: S = (4 – 9) Trong đó: μ: độ nhớt động học của môi trường l0: quãng đường tự do trung bình của phân tử khí A: hằng số và bằng: 14 ÷ 20 Vận tốc lắng khi đó xác định theo phương trình sau: W0 = - (4– 10) Khi chuyển động quá độ trong giới hạn 2 ≤ Re ≤ 500, ta có phương trình A-len sau đây để xác định vận tốc lắng của hạt, xác định theo công tbức [1-10] tài liệu (2 - 33) W0 = 114d . (4– 11) Từ phương trình A-len ta thấy vận tốc lắng của hạt trong chế độ quá độ, tỷ lệ thuận với đường kính d của hạt. Khi chuyển động xoay trong giới hạn 500 < Re <150000, hệ số trở lực ξ = 0,44. Thay giá trị của ξ vào phương trình sau đây của Niutơn để xác định vận tốc lắng của hạt trong khu vực chuyển động xoáy, xác định theo công thức [1-11] tài liệu (2-34). W0 = 5,48 . (4 – 12) Theo phương trình Niutơn vận tốc lắng tỷ lệ với . Như vậy để xác định vận tốc lắng theo các công thức trên, trước hết, phải biết giá trị của Re, nhưng trong công thức tính Re, lại có vận tốc lắng là đại lượng cần xác định. Khi đó phải dùng phương pháp tính gần đúng: Cho trước một giá trị nào đó của Re, tính hệ số trở lực ξ theo một trong những công thức trên, từ đó xác định vận tốc lắng W0, khi trị số giữa hai giá trị của Re (giả thiết và thực tế) nằm trong giới hạn cho phép thì thôi. Cách tính như trên dài dòng và bất tiện nên thường dùng phương pháp sau đây của Liasencô đơn giản hơn. Từ phương trình (4-2) ta có: ξ . W02 = (a) Thay giá trị của W0 rút từ phương trình chuẩn Re: W0 = vào phương trình (a) ta được: ξ . Re3 = hoặc là viết dưới dạng chuẩn số: ξ . Re2 = Từ đó rút ra: Ar = .ξ . Re2 Thay thế các giá trị tới hạn của chuẩn số Re vào phương trình vừa nhân được ta sẽ tìm được giá trị tới hạn tương ứng của chuẩn số Ar, trong đó không có mặt đại lượng vận tốc W0: - Trong phạm vi áp dụng chương trình Stốc (nghĩa là Re ≤ 2), ξ = thì giá trị tới hạn của chuẩn số Acsimét bằng : Argh = = 18.2 = 36 Trong khu vực chuyển động quá độ, ứng dụng phương trình A-len (khi 2 < Re ≤ 500), ξ = . Ta có: Argh = = 84000 Trong khu vực chuyển động xoáy ứng dụng phương trình Niutơn (khi Re >500) ta có giá trị giới hạn chuẩn số là: Argh > 84000 Tóm lại, theo phương pháp này trình tự tính vận tốc lắng như sau: Trước tiên tính chuẩn số Acsimét theo công thức sau tài liệu (2-35) Ar = (4– 13) Theo giá trị tìm được của chuẩn số Ar xác định chế độ lắng và trên cơ sở đó xác định Re: Khi Ar ≤ 36 thì Re = hay Re = - (4– 14) Khi 36 < Ar ≤ 84000 thì Re = (4– 15) Khi Ar > 84000 thì Re = 1,71 (4– 16) Sau cùng xác định vận tốc lắng thực tế theo phương trình: W = φ . m/s (4– 17) Trong đó φ là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng hạt và nồng độ của hạt trong môi trường: φ = φ1 .φ2 Trong đó: + φ1 = (4– 18) Yt: nồng độ thể tích của hệ(%) Yt= (4– 19) Yk:nồng độ khối lượng của hệ (%) ρh: khối lượng riêng của hệ (kg/m3) ρr: khối lượng riêng của hạt rắn.(kg/m3) + φ2 : hệ số phụ thuộc vào tính chất hạt và hình dạng hạt IV.2. Tính toán công nghệ máy phân cấp vít tải đơn IV.2.1. Xác định vận tốc lắng của hạt Sử dụng phương pháp Liasencô để xác định vận tốc lắng của hạt rắn có kích thước d (mm) theo trình tự sau: Trước hết ta tính chuẩn số Accimét theo tài liệu ( 2 - 35 ) ta có: Ar = Trong đó: d: đường kính của hạt cần lắng (m) g: gia tốc trọng trường (m/s2) ρ: Khối lượng riêng của hạt rắn (kg/m3) ρ0: Khối lượng riêng của môi trường(kg/m3) μ: Độ nhớt động học của môi trường. Thay số: d = 0,1.10-3 m; g = 10 m/s2; ρ = 3190 kg/m3; ρ0 = 1000 kg/m3; μ = 10-3 Ar = Ar = < 36 Vậy chế độ lắng của hạt rắn là chế độ lắng dòng. Do vậy vận tốc lắng của hạt W0 được xác định theo công thức stock, tài liệu (2 -32 ) W0 = = 121,67.10-4 (m/s) = 0,012 (m/s) τlắng = Do vận tốc lắng thực tế lấy: W’ttế = φ.W0 Với φ: là hệ số kể đến hình dạng và kích thước của hạt rắn. Xác định hệ số φ: Theo công thức (4-18) ta tính được φ1 với Yt được tính theo công thức (4-19) Yt = = 0,1 Vậy φ1 = 0,96 Xác định φ2 : hệ số phụ thuộc vào tính chất hạt và hình dạng hạt lấy φ2 = 0,52 Vậy φ = 0,52.0,96 = 0,5 Do đó : τlắng ttế = 2. τlắng = 250 (s) IV.2.2 Tính chiều dài máy và đường kính của vít tải Để cho quá trình lắng được đảm bảo thì: τlưu ≥ τlắng Với: τlưu = Trong đó: L: chiều dài quãng đường lắng (m) W’: vận tốc của dòng huyền phù đi trong đường lắng Do đó: ð Theo số liệu của nhà máy ta có vận tốc dòng huyền phù chảy trong máng của máy phân cấp vít tải xoắn đơn là: W’= 0,12 m/s Ta có: L ≥ 250.0,012 = 3 (m) ð 3L ≥ 9 m Chọn chiều dài cả thiết bị L’ = 3.L = 9,185 (m) Theo công thức tính năng suất của máy phân cấp vít tải, tài liệu (5 - 90) Q = D3.n.150.K (T/ngày), (4–20) Trong đó: n: Vận tốc quay của vít tải. (vòng/phút) Chọn vận tốc quay của vít n = 5 vòng/phút. Q: Năng suất của máy (T/h). D: Đường kính của cánh vít (m) K: Hệ số hiệu chỉnh tỉ trọng quặng. Theo sơ đồ cân bằng định tính định lượng ta có: tổng lượng huyền phù đưa vào 5 máy phân cấp đơn là: 342 T/h, Do vậy năng suất của một máy sẽ là: Q = D3 = ; K=0,77 D = 2,4 (m) Vậy chiều dài và đường kính của máy là: L = 9,185 m. D = 2,4 m. IV.2.3 Tính đường kính trục vít và bước vít. * Bước vít xác định theo công thức [22 - 5] tài liệu (6 – 78) ta có: s = (0,6÷1,0) D Với D = 2400 mm ta có: s = 1500 mm Với đường kính của cánh vít sử dụng ở đây là rất lớn vì vậy ta chọn trục vít tải là trục trụ rỗng để giảm khối lượng của trục máy và giảm chi phí, tiết kiệm vận liệu. Đường kính của trục rỗng được xác định theo công thức [17 – 6] tài liệu (7-188) d = (0,2÷0,33) .D Với D = 2400 ta có: d = 0,3 . 2400 = 800 mm IV.2.4 Khe hở hướng tâm của cánh vít với vỏ và bề dày cánh vít Khe hở hướng tâm của vít với vỏ tra bảng 22 tài liệu ( 7 - 187) ta có: λ = 15 mm Bề dày cánh vít xác định theo bảng 22 tài liệu ( 7 – 187) ta có: δ = 10 mm IV.2.5. Công suất tiêu hao cho vít tải. Công suất tiêu hao cho vít tải chủ yếu là dùng để nâng vật liệu, thắng ma sát của vật liệu với thành máy và để thắng ma sát ở các gối đỡ trục vít. Công suất tiêu hao cho vít tải xác định theo công thức [22 - 10] tài liệu (6 - 78) ta có: N = . (L.C + H) (Kw) (4 – 21) Trong đó: Q: năng suất của máy (T/h) L: chiều dài vận chuyển (m) C: hệ số trở lực, C = 1.8 ÷ 2,5 H: chiều cao vận chuyển (m) Trong đó H = 9,185.sin120 = 1,91 (m) Vậy N = N = 3,78 (Kw) ðNđc = K. K: hệ số dự trữ ŋ: hiệu suất bộ chuyển động Nđc = 1,1. (kW) IV.2.6 Chọn động cơ và phân bố tỷ số truyền Chọn động cơ: N ≥ 4,92 K Wh phải đảm bảo chạy tốt khi khởi động máy tức là phải thắng được sức ì ban đầu và duy trì truyển động tốt khi hoạt động do đó ta lấy Nđctt = 4.Nđc. Do đó ta chọn: Nđc = 22 Kw ŋ = 975 v/p Tỉ số truyền chung của cả hệ là: Uhệ = Chọn hộp giảm tốc côn trụ - 3 cấp. Uh = U1.U2.U3 (4 – 22) Theo hình.3.23 tài liệu (4 – 46) tra tỉ số truyền của các cặp bánh răng như sau: Tra ứng với U = 200 ta có: U1 = 7,5, U2 = 5,3 ð U3 = U3: là tỉ số truyền của cặp bánh răng côn ăn khớp. Chọn đường kính của bánh răng côn lớn: Dbrlớn= 1,5.Dtrục rỗng = 800.1,5 = 1200 dbr nhỏ = . Vậy với động cơ có: Nđc = 22 KWh. ŋ = 975 v/p. Uh = 195; U1 = 7,5 ; U2 = 5,3 ; U3 = 4,9 IV.3 Tính toán cơ khí máy phân cấp vít tải xoắn đơn II.3.1 Kiểm tra bền trục vít tải. Trọng lượng vât liệu trên 1m chiều dài vận chuyển, xác định theo công thức [17-5] tài liệu (7-188). q = (N/m) (4 – 23) Trong đó D: đường kính ngoài vít (m) d: đường kính trục vít (m) φ: hệ số đầy của vít tải ρ: khối lượng thể tích vật liệu. (v/m3) c: hệ số phụ thuộc α s: bước vít (m) Với C = 0,65 ; α ≈200 ; φ = 0,125 Thay số vào ta có: q = q = 2563 (N/m) Trọng lượng vít tải Gv = L.qv Trong đó: Gv là trọng lượng vít tải (N) L: chiều dài vít tải (m) qv: trọng lượng vít tải trên 1m chiều dài vít (N/m) Gi á trị của qv phụ thuộc vào đường kính ngoài của vít, bảng 25 tài liệu (7–192). 1,515 1,261 1,274 1,214 1,12 D(mm) 200 300 400 500 600 Chọn , D = 2400 ðqv = Lực chiều trục tác dụng lên vít xác định theo công thức [17-12 ] tài liệu ( 7-190) A = q.L.(sinβ + f,cosβ) (`4 – 24 ) Thay số vào ta được: A = 2563.9,2.(sin18 + 0,06.cos18) A = 8532 (N) Mômen xoắn M1 tác dụng lên trục xác định theo công thức [17-11] tài liệu (7-190 ) M1 = 0.5.Dtb.A.tg(α + ρ0) ( 4 – 25) Trong đ ó: Dtb = 0,8.D M1 = 0,5.192.8632.tg(α + ρ0) tgα = tgρ0 = 0,10 ð ρ0 = 5,710 M1 = 0,5.1,92.8632tg(13,980 + 5,710) M1 = 2965 (N.m) Trọng lượng vít tải. Gv = L.qv = 9,2.2143 = 19715,6 (N) (4 – 26) Lực vòng đặt trên vít tải, xác định theo công thức (17–11) tài liệu [7-190] ta có: P = = 3089 (N) (4 – 27) Xác định tải trọng hướng tâm công thức (7-14) tài liệu [7-191] P = (N) Xác định mômen xoắn trên trục vít do trở lực ở các ổ đỡ, xác định theo công thức (17-13) tài liệu [7-191]. dtb = 1,2dtrục đặc = 1,2.160 = 192 mm M2 = (A + Gvsinβ) . f1 . (4 – 28) = (8632 + 19715,6sin180) . 0,1 . M2 = 141,35 + 760,08 = 901,43 (N.m) Mômen xoắn tổng được xác định theo công thức (17-10) tài liệu [7-192] M = K.M1 + M2 = 1,1 . 2965 + 901,43 M = 4163 (N.m) Mômen uốn gây gãy trục được xác định như sau: q’ = Mu = (N.m) Mômen uốn tương đương là: Mtđ = Chọn vật liệu chế tạo trục là thép CT5 khi đó [σ] =6,2.108 σ = Thoả mãn điều kiện bền cho trục vít. IV.3. Lắp đặt và vận hành. IV.3.1 Chạy thử máy không tải Sau khi tiến hành lắp đặt kiểm tra máy, người vận hành có thể tiến hành cho chạy thử máy theo trình tự sau đây: * Thời gian chạy thử liên tục trong 4h Nếu trong thời gian chạy thử mà phải dừng máy sửa chữa thì thời gian chạy thử phải tính lại từ đầu sau khi đã hiệu chỉnh xong hoặc sửa chữa xong. * Những yêu cầu chủ yếu cần theo dõi khi máy chạy. Nhiệt độ ở các ổ đỡ. Tiếng ồn do các cặp bánh răng côn ăn khớp và hộp giảm tốc phát ra * Hiệu chỉnh chạy lại Nếu trong quá trình chạy máy mà thấy ổ nóng quá mức quy định hoặc các sự cố nào khác thì phải cho dừng máy để xem xét, sửa chữa hoặc khắc phục các khuyết tật và hiệu chỉnh lại. Sau đó lại cho chạy lại. * Kết luận và đánh giá Việc chạy thử không tải được xem là đạt yêu cầu khi máy đạt được các chỉ tiêu sau đây: Nhiệt độ ở các ổ đỡ khi máy làm việc không vượt quá mức600C Tiếng ồn do các cặp bánh răng ăn khớp và các hộp giảm tốc phát ra phải đều, không có xung động( tăng giảm theo chu kỳ). Hệ thống điều khiển các bộ truyền động guồng xoắn và cơ cấu nâng hoạt động chính xác và ổn định. IV.3.2 Chạy thử máy có tải * Chuẩn bị Thực hiện chạy thử không tải Các máy và thiết bị cấp liệu và tháo sản phẩm ra khỏi máy đã ở tình trạng sẵn sàng làm việc. * Thời gian chạy Máy được chạy thử có tải trong 72h có dừng để kiểm tra tức thời khoảng 30 phút. * Trình tự thao tác Đóng điện cho máy phân loại chạy không tải. Sau khi mở máy hạ guồng xoắn xuống vị trí làm việc Nạp liệu dần dần vào máy; lượng vật liệu cấp vào máy phải đồng đều về số lượng cũng như về tỉ trọng quặng. Lượng nước bổ sung cho máy được đưa vào ở chỗ nạp liệu cần phải đều và liên tục ở áp suất không đổi trên đường ống. * Kết luận và đánh giá chất lượng Nhiệt độ ở các ổ đỡ khi máy làm việc không vượt quá 600C Độ hạt và năng suất của máy đạt yêu cầu theo công nghệ tuyển của dây chuyền sản xuất. LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian tìm tòi nghiên cứu, tính toán thiết kế với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Máy & TBCNHC – Dầu khí em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp được giao với đề tài. Tính toán thiết kế cải tiến dây chuyền tuyển quặng Apatit ở công ty Apatit Việt Nam trong đó tập trung vào các thiết bị trong chu trình nghiền quặng Apatit trước tuyển bao gồm máy nghiền bi nước và phân cấp vít tải đơn. Em xin chân thành cám ơn các thầy giáo, cô giáo đặc biệt là cô giáo PGS.TS Hà Thị An, thầy giáo Nguyễn Trung Dũng đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này. Tôi xin cám ơn tập thể cán bộ công nhân viên nhà máy tuyển quặng Apatit trực thuộc công ty Apatit Việt Nam, những người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực tập, tìm hiểu tại nhà máy. Tôi cũng xin cảm ơn các bạn của tôi những con người đã cùng tôi học tập, nghiên cứu, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Qua những lần làm đồ án, tôi đã học hỏi được rất nhiều kinh nghiệm bổ ích cộng với những kiến thức quý báu mà tôi tích lũy được qua năm năm ngồi trên ghế nhà trường và đặc biệt là sau khi làm xong đồ án tốt nghiệp này tôi nhận thấy mình đã trưởng thành lên rất nhiều, tự tin hơn, vững vàng hơn, sẵn sàng đón nhận những thử thách, khó khăn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Máy & Thiết Bị CNHC – Dầu khí đã giúp em có được như ngày hôm nay. Em kính chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe để tiếp tục đào tạo, dạy dỗ các lớp sinh viên trở thành những kỹ sư tài năng, những con người làm chủ đất nước trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Hồ Lê Viên Các máy gia công vật liệu rắn và dẻo, tập 1 Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 2003. II. Hà Thị An. Giáo trình quá trình và thiết bị thuỷ cơ toàn tập. Nhà xuất bản đại học Bách Khoa Hà Nội – 1976. III. Lã Đình Trạo. Các quá trình và máy gia công cơ học trong công nghiệp hoá chất, tập 1. Nhà xuất bản đại học Bách Khoa Hà Nội – 1968. IV. Trịnh Chất–Lê Văn Uyển. Tính toán hệ thống dẫn động cơ khí, tập 1, 2. Nhà xuất bản giáo dục– 2001 V. Bộ môn Tuyển Khoáng trường đại học Bách Khoa. Giáo trình tuyển khoáng đại cương. Nhà xuất bản đại học Bách Khoa Hà Nội. VI. Hồ Lê Viên Các máy gia công vật liệu rắn và dẻo, tập 2. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – 2003. VII. Hồ Lê Viên Hướng dẫn tính toán thiết kế thiết bị hoá chất, tập 1 Nhà xuất bản đại học Bách Khoa Hà Nội – 1968. VIII. Hồ Lê Viên Giáo trình máy hoá chất toàn tập. Nhà xuất bản đại học Bách Khoa Hà Nội – 1968. IX. Tài liệu nhà máy tuyển quặng. Quy trình vận hành thiết bị – Máy phân loại kiểu guồng xoắn. Quy trình vận hành thiết bị – Máy nghiền bi nước. XI. Perry’s handbook Handling of Bulk Solids and Packaging of Solids and Liquids. XII. Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Phạm Xuân Toản. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ Hoá Học, tập 1, 2 Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – 1999.