Đề tài Thiết kế máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít đứng năng suất 400kg/mẻ

ấm; 0,8 kg bột vụn và 66 kg gạo chuốt (bóng). Trong 7,2 kg cám thì cám 1 là 3,7; cám 2 là 1,5 và cám 3 là 2 kg. Theo số liệu điều tra thì tỷ lệ gạo lẫn tấm đạt 70 –72 %, cám 5-8 % và 20 – 22% trấu. * Cám gạo: ở ta hiện nay có khuynh hướng phân làm 2 loại cám : cám to có được sau quá trình tách trấu để có gạo sô (lức) và cám mịn có được khi đánh bóng gạo thành gạo thương phẩm. Đôi khi người ta gộp chung cả 2 loại thành cám gạo để sử dụng trong chăn nuôi hoặc chế biến dầu cám. Thuật ngữ “rice bran” cũng được dùng để chỉ cám gạo nói chung. Khuynh hướng chung của thế giới là gia tăng khối lượng cám được ép hoặc trích ly dầu. Dầu cám được ưa chuộng trong công nghiệp thược phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm nhờ hàm lượng acid limoleic cao hơn hẳn đến 35%. Bánh dầu cám có hàm lượng đạm cao, ít béo (75% là các acid béo chưa no như linoleic và oleic) nên thuận lợi trong bảo quản và sử dụng. Hàm lượng chất béo của cám gạo biến động từ 16 -25%, ở ta hiện nay cám mới, trừ của nhà máy Satake( Thành phố Hồ Chí Minh) đạt 22% dầu, hầu hết chỉ đạt 14-15%. Cám còn lẫn quá nhiều tấm và trấu, thí dụ cám của nhà máy xay Sóc Trăng có đến 38,6% tấm và 5% vụn trấu ( Vũ Huy, 1989). Thóc rất dễ dự trữ nhưng sau khi xay xát enzym lipolytic (nhân giải chất béo) trở nên hoạt động do đó làm gia tăng nhanh hàm lượng acid béo tự do (chưa no). Có thể ngăn chặn mức độ này bằng xử lý nhiệt ngay sau khi xát. Có thể sử dụng hơi nước nóng 1000 C trong 4-5 phút để làm chậm quá trình này, cũng có thể sấy trống quay ở 2000 C trong 10 phút, hoặc làm giảm ẩm độ xuống dưới 4%. Các chất ức chế hóa học tỏ ra không có hiệu quả. Cám gạo là một thức ăn giàu vitamin nhóm B và rất hấp dẫn đỗi với mọi loài vật nuôi. Tuy nhiên, chất béo của nó có ảnh hưởng làm nhão mỡ vật nuôi và mềm bơ sữa. Vì vậy, nếu chú ý thích đáng đến hàm lượng dầu của cám thì đây là một loại thức ăn có giá trị cho tất cả gia súc, gia cầm ở vùng nhiệt đới. Lượng tối đa trong khẩu phần của bò là 40%. ở heo không nên vượt quá 30 -40% khẩu phần tránh thịt nhão và nên giảm thấp ở những tuần cuối trước khi xuất chuồng. Có thể đưa vào khẩu phần của gia cầm đến 25% và trong thí nghiệm cũng đã thành công với tỉ lệ cao gấp đôi. Cám chưa khử béo là một chất phối hợp thông dụng trong các thức ăn trộn sẵn. Cám gạo thường bị trộn lẫn với vỏ trấu nên hàm lượng xơ thô lên đến 10-15%. Khi cám chứa một lượng lớn vụn trấu thì tên thương mại của nó là “rice mill feed” có giá trị dinh dưỡng thấp hơn nhiều. Cám chuốt (lau) được sử dụng rông rãi hơn cám gạo (to) vì ít xơ hơn. Nó được dùng trong các khẩu phần nuôi heo, gà nhưng sử dụng giới hạn ở heo con theo mẹ vì có thể gây tiêu chảy. Do hàm lượng béo cao nên cũng phải sử dụng hạn chế trước khi hạ thịt. Có thể sử dụng đến 5 kg trong khẩu phần nuôi bò sữa. * Tấm: Tấm được tách ra sau quá trình đánh bóng và có giá trị tương đương với gạo chuốt. Gạo chứa càng nhiều tấm thì giá càng hạ nên tùy nhu cầu tiêu thụ của con người mà tỉ lệ tấm xuất dùng cho chăn nuôi thay đổi. Tấm là một thực liệu ngon miệng, giàu năng lượng nên được ưa dùng cho mọi hạng vật nuôi, đặc biệt nhờ giàu năng lượng và ít xơ nên rất có giá trị trong khẩu phần gà đang lớn. Bảng 3.3. Thành phần dinh dưỡng của cám, tấm, gạo. Thành phần Cám gạo Tấm Cám to Cám mịn Tấm Vật chất khô,% 88,0 88,0 88,01 89,85 92,22 Protein thô, % 12,0 8,0 9,50 12,62 8,60 Béo thô, % 12,0 0,9 6,69 11,63 1,26 Xơ thô, % 11,0 1,0 10,17 5,05 2,50 Ca, % 0,06 0,03 0,26 0,27 0,18 P,% 0,47 0,04 0,59 1,63 0,15 Lysin,% 0,55 0,27 Met-Cys,% 0,5 0,32 Tryptophan,% 0,40 0,10 Threomin,% 0,40 0,36 ME-MEO(Kcal/kg) 3120 3596 ME – GA(Kcal/kg) 2710 3500 TND % 59,73 78,82 76,94 2. Bắp Ngô: Có nhiều giống bắp được trồng nhưng loại bắp đá và bắp răng ngựa là phổ biến trong chăn nuôi. Bắp hạt là thực liệu giàu carborhydrat dễ tiêu hóa và được dùng để nuôi các hạng gia súc, gia cầm, tỉ lệ tiêu hóa chất hữu cơ đạt đến 90%. Thành phần hóa học trung bình, tính theo % VCK 85 trong số đó: protein 8,5% - 10,3%, chất béo 4% - 4,3%, xơ thô 3,5% - 4,3%, chiết chất không đạm 64,8% và tro 1,97%. Trên 1 đơn vị thức ăn ( 2.500 kcal ) chỉ có 57- 60g protein tiêu hóa, protein này lại nghèo lysin methiomin và tryptophan. Khiếm khuyết Calci và một số khoáng chất, Vitamin (đặc biệt nhóm B và caroten) do đó cần phải sử dụng phối hợp bắp chung với các thức ăn khác nhằm đảm bảo dinh dưỡng vật nuôi, cân đối về protein, các chất khoáng Vitamin. Các loại bắp vàng chứa từ 1,5 – 9 mg là thành phần không thể thiếu được trong tất cả các loại thức ăn hỗn hợp. Các loại bắp lại giàu lysin chứa lượng lysin cao gấp 1,5 – 1,8 lần so với bắp thường và có thể đạt tới 4,6% - 5,4 % tính đến việc có thể giảm tỉ lệ dùng tổng khẩu phần. Các nghiên cứu của Mirosshnichenko (1976) cho thấy có thể tiết kiệm 18% - 25% protein trong nuôi vỗ heo ở giai đoạn đầu và 10% - 35% ở giai đoạn sau, so với tiêu chuẩn của Viện chăn nuôi toàn Liên Xô (1972). Các tác giả Anh (D.Assche et al.1983) làm thí nghiệm cho thấy dùng bắp giàu lysin có thể giảm bớt 3% bánh dầu đậu nành, tăng tỉ lệ hao tốn thức ăn tương đương với khẩu phần đối chứng. Hai dòng bắp lai giàu lysin là Opaque-2 và Ploury-2 có thành phần hóa học tương tự nhau những hạt của Floury-2 mềm hơn. Hàm lượng protein và khoáng trong bắp giàu lysin hơi thấp hơn, nhưng béo và xơ thì cao hơn so với bắp thường. Bắp thường được cho ăn dưới dạng nghiền: Nghiền thô cho trâu bò, cừu mịn cho heo và dạng mảnh cho gia cầm. Bắp nghiền rất dễ bị hỏng so với hạt nguyên, do đó chỉ nên nghiền trước trong thời gian ngắn (không quá 2 tháng). Chế biến bằng cách rang, cán ép, hấp ép có thể làm tăng tỉ lệ tiêu hóa vừa mức ngon nạn của bắp. Hấp ép là phương pháp rất phổ biến hạt được hấp bằng hơi nước rồi cho qua trục cám khi còn đang nóng và mềm. Bắp hấp đi qua ống tiêu hóa nhanh hơn khoảng 25%. Do hàm lượng dầu khá nên không thể sử dụng nhiều bắp trong khẩu phần vỗ béo vì làm mỡ mềm. Ngoài ra bắp vàng còn có sắc tố cryptozanthin cũng ảnh hưởng vàng mở heo nhưng lại rất có giá trị trong khẩu phần nuôi gà thịt, lẫn gà trứng. Bảng 3.5 Thành phần dinh dưỡng của bắp và hạt. Tác giả VCK CP EE CF Ca P Lys/Try Met+cys/Thre Uthai Kanto 1989 87 8,0 4 2,5 0,01 0,4 0,25/0,09 0,39/0,32 Lê Thước 1966 88,8 8,4 6,1 2,8 0,08 0,16 Số liệu của Uthai Kanto cũng cho biết ME-Heo là 3300 và ME-Ga là 3370 Kcal/kg.TND tính theo Lê Thước là 86,33%. 3.Lúa Miến ( Cao Lương): Theo thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng thì các loại lúa miến rất gần với bắp, nhưng nhiều protein hơn và hơi ít béo. Nếu được bổ sung thích hợp, lúa miến rất tốt cho tất cả các hạng vật nuôi. Lớp sáp bao quanh hạt là khó được tiêu hóa kể cả khi cho trâu bò ăn hạt nguyên. Nghiền là biện pháp đơn giản nhất, rẻ tiền để chế biến hạt nuôi bò, các phương pháp khác bao gồm cán khô cám dùng hơi nước, hấp - cán và làm nổ cho sản phẩm cuối cùng có độ tiêu hóa khác nhau. Hạt nguyên cũng có thể được dùng nuôi heo, gia cầm nhưng nghiền mạnh hoăc hơi mịn thì tốt hơn, đặc biệt đối với trường hợp hạt quá nhỏ hoặc quá khô. Nông dân Nam Bộ có kinh nghiệm xát hạt để loại vỏ vừa nâng cao tỉ lệ tiêu hóa, vừa tính ngon miệng vì đã loại bỏ lớp vỏ hạt thương chứa nhiều Vitamin. Khi sử dụng làm miến để thay bắp cần nhớ là nó khiếm khuyết caroten, điều này có thể khắc phục bằng cách dùng 3% bột cỏ. Bảng 3.6 : Thành phần dinh dưỡng % của lúa miến hạt : Thành phần Thái Lan Miền Nam Thành phần Thái Lan Miền Nam Vật chất khô 87 88,6 Lysin 0,23 Protein thô 11,8 11,5 Mst+Gys 0,27 Béo thô 3 2,4 Tryptophan 0,10 Xơ thô 2,5 0,4 Threonin 0,33 Calci 0,04 0,12 ME-Heo 3140 Phospho 0,1 0,3 ME-Ga 3250 4.Khoai mì (sắn): Củ sắn thường được dùng để sản xuất tinh bột chất lượng cao, dù vậy cũng vẫn được sử dụng cho bò, heo và gia cầm ăn dưới dạng khô hoặc tươi. Thường dùng nhất là ở dạng xắt lát hoặc khúc phơi khô, khi dùng đem nghiền thành bột. Đây là một thực liệu khá phổ biến trong thức ăn hỗn hợp, kể cả ở các nước ôn đới phải nhập khẩu. Bột sắn thương mại có ẩm độ 12,5% - 13,5%, protein 1,8% -3,0%, béo 0,3% – 0,4%, xơ 1,5% – 4,2%, trong đó tinh bột chiếm đến 68%, khoáng chất 1,3% – 3,3%, trong đó calci 0,07% – 0,09%, và phospho 0,05% – 0,09 %. Các dưỡng chất của khoai mì dễ tiêu hóa. Hàm lượng ME biến động từ 13,5 – 18,05 MJ/kg, tương đương với 1-1,4 DVTA. Protein khoai mì chứa 3,5% lysin – methemin; 0,6 – 1,6 mg thiamin và 0,8 mg ribòlavin, nghèo các acid béo thiết yếu. Khoai mì chứa 2 glucosid có gốc – C=N là linamarin và lotaustrralin, chúng dễ bị phân hủy phóng thích ra acid cyan-hydric gây ngộ độc cho gia súc ở vật non, trao đổi chất khoáng bị vi phạm và giảm năng suất. Những phương pháp xử lý có thể là bị vi phạm và giảm năng suất. Những phương pháp xử lý có thể là hấp, bào nạo và vắt, hoặc xay nghiền thành bột và sau đó đem ép. Chủ yếu được dùng nuôi gia súc lớn có sừng. Trong khẩu phần có thể dùng không quá 10% để nuôi gia cầm, không quá 40% để nuôi heo và 40% - 70%, tính theo giá trị năng lượng của khẩu phần, để nuôi vỏ trâu bò. Việc cân đối các dưỡng chất khiếm khuyết phải được chú ý. 5. Khoai Lang: Củ khoai lang dễ tiêu hóa và là một thực liệu cung cấp năng lượng rất tốt. Củ tươi rất hấp khẩu đối với trâu bò. Thức ăn tinh dặm thêm của bò sữa có thể gồm 50% khoai lang xắt lát khô, 25% bắp, 25% mật đường cộng thêm urê tươi có thể thay thế 30 – 50% tỉ lệ thức ăn hạt trong các khẩu phần của heo. Nấu với lượng lớn nên sử dụng cho heo trưởng thành tốt hơn. Khoai lang khô có giá trị thức ăn tương đương 90% so với bắp khi chúng chiếm đến 60% khẩu phần. Chăn thả người ta cho heo nái ăn thêm 0,5 kg thức ăn bổ sung protein hàm lượng cao, nhưng hãy coi chừng heo nái dễ bị mập mỡ. Quay thịt của heo ăn khoai lang săn chắc. Bột khoai lang có thể đưa vào khẩu gia cầm đến 50%, nếu có bổ sung protein thích hợp, cho kết quả tốt. 6.Các nguyên tố vi lượng: Là thành phần không thể thiếu trong khẩu phần của thức ăn chăn nuôi, chúng gồm các chất khoáng: Canxi, muối, sắt,...và các loại Vitamin, thuốc phòng bệnh, chất chống mốc, ... D. Kỹ thuật chế biến thức ăn gia súc: Việc chế biến mỗi loại phải tiến hành theo quy trình công nghệ đã định, gồm một hay nhiều khâu công việc liên tục dựa trên cơ sở nghiên cứu lựa chọn các khâu đó sao cho đáp ứng mọi nhu cầu của cơ thể vật nuôi ở mỗi lứa tuổi. Quy trình công nghệ chế biến chỉ tương đối ổn định, nghĩa là có thể thêm bớt một vài khâu tuỳ theo trình độ khoa học kỹ thuật phát triển. Ví dụ, trước kia còn phổ biến khâu nấu thức ăn ở nhiều trại chăn nuôi, nhưng hiện nay hầu như đã bỏ nấu mà chuyển sang cho ăn sống, ủ men. Nhưng khi thức ăn tổng hợp hoàn chỉnh được chế biến đầy đủ thì có thể bỏ khâu ủ men sẽ kinh tế hơn. Trên cơ sở quy trình tương đối ổn định sau đó, các nhà chăn nuôi sẽ lựa chọn sử dụng những công cụ máy móc chăn nuôi. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số máy chế biến thông dụng ở nước ta đã đáp ứng các yêu cầu chăn nuôi. bảng III.1: Trình bày sơ đồ công nghệ chế biến thức ăn tổng hợp khô. TA thô, rau, cỏ, thân ngô,đậu, lạc Khô Tươi Vận chuyển dây truyền, xe Kho thức ăn tinh Dạng bột Dạng hạt Cám, bột, cá thóc, ngô Máy nghiền Máy sấy, phơi Định mức, cân Máy thái Cân chính xác cao Thức ăn bổ sung prêmic sinh tố- kháng sinh, khoáng nguyên tố vi lượng (ôxit Mn, Fe, Cu, Zn, cacbonat,CO, Iodat, Ca) Rửa Máy rửa ủ men Máy trộn ẩm Trộn Máy trộn khô Vận chuyển phân phát (xe, dây truyền) Đóng bao (cân định lượng) Tạo viên M.ép viên, trộn ẩm, lò hơi làm nguội Củ quả (khoai sắn) (Tham khảo từ tài liệu II) Bảng các loại thức ăn và kỹ thuật chế biến Loại thức ăn Kiểu quy trình Các khâu cơ bản Cho loại vật nuôi Thức ăn tinh a. TV: hạt, khô dầu b. ĐV: bột xương, bột thịt, bã mắm 1 2 3 4 5 Làm sạch- nghiền to(ủ men)-trộn Làm sạch- nghiền to(ủ men)-trộn Nghiền – trộn Sấy –nghiền- trộn Làm sạch – nghiền- định mức- trộn -Trâu, bò, ngựa, lợn, gà, vịt - cho các loại vật nuôi Thức ăn thô a. Tươi: rau, cỏ xanh b. Khô: rau,cỏ khô, thân cây đậu, rơm, lõi ngô 1 2 3 Rửa- thái(ủ) – trộn Thái- phơi- sấy- nghiền (ủ) - trộn Thái – nghiền (ủ) – trộn Cho các loại: lợn, gà, vịt Củ, quả, khoai, sắn, bầu, bí 1 2 3 4 Rửa – thái Rửa – nấu- nghiền nát – trộn Rửa – mài – sấy – trộn Rửa- thái- sấy – nghiền – trộn Cho các loại: lợn, bê, gia cầm Thức ăn khoáng Vỏ sò, vỏ hến, phấn, đá vôi, muối 1 2 1 (Nghiền ) – trộn Làm sạch - nướng - nghiền - trộn Định mức – trộn – tạo viên Cho các loại: lợn, bê, gia cầm Thức ăn bổ xung Prêmic sinh tố, kháng sinh, nguyên tố vi lượng, thức ăn đậm đặc. Cho các loại: lợn, bê, gia cầm Thức ăn tổng hợp Tơi hoặc đóng bánh, ép viên 1 2 Làm sạch- nghiền- định mức-trộn Tạo viên – ép viên, bánh Cho các loại: lợn, bê, gia cầm (Tham khảo từ tài liệu II) II- Các thiết bị trong chế biến thức ăn hỗn hợp. Máy làm sạch: gồm các loại máy sàng, rây,.. Máy thái thức ăn chăn nuôi: dành cho các nguyên liệu là củ, quả,.. Máy nghiền:dành cho các loại nguyên liệu là hạt, các chất khoáng,.. Máy định mức. Máy trộn. Máy tạo viên:dùng trong dây chuyền sản xuất thức ăn gia súc dạng viên. ở đây ta chỉ đi tìm hiểu về các dạng máy trộn. chương III nhiệm vụ ở khoá học này, với chuyên ngành học là Máy_TĐH Công nghệ Sinh học _ Công nghệ thực phẩm, em được giao nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tính toán, thiết kế máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít đứng năng suất 400kg/mẻ.” Yêu cầu công nghệ cần đạt được: + Hỗn hợp thức ăn được trộn đều 90-90%. + Có thể đóng bao định lượng. + Vận hành đơn giản. phần hai lựa chọn phương án Chương I sơ lược về Máy trộn thức ăn chăn nuôi I. Cơ sở lý thuyết quá trình trộn vật liệu rời : 1.1-Khái niệm: Trộn là quá trình kết hợp các khối lượng của các vật liệu khác nhau với mục đích nhận được một hỗn hợp đồng nhất, nghĩa là tạo thành sự phân bố đồng nhất của các phần tử ở mỗi cấu tử trong tất cả khối lượng hỗn hợp, bằng cách sắp xếp chúng lại dưới tác dụng của ngoại lực. Hỗn hợp tạo ra như thế để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi khối lượng. Người ta trình bày hỗn hợp vật liệu rời dạng hạt hoặc sợi bằng các hệ thống cơ học của nó.Trong đó hỗn hợp đều đặn hay phân bố đều đặn là trạng thái tột cùng của hỗn hợp. Trường hợp lý tưởng, hỗn hợp đều đặn của hỗn hợp gồm hai cấu tử được trình bày ở hình dưới đây. Trong tất cả các mẫu mà chúng ta lấy ra từ hỗn hợp đều đặn đều có thành phần đồng nhất như nhau. Tuy nhiên trạng thái như vậy không bao giờ đạt được trong quá trình trộn cơ học, mà chỉ có thể đạt được trạng thái kế cận với trạng thái lý tưởng. Trạng thái hỗn hợp đều đặn được xác định bằng thống kê là trạng thái không trật tự (hình trên). Trong trạng thái này xác suất tính toán các phần tử cấu tử kiểm tra trong bất kỳ mẫu nào cũng bằng tỷ lệ của nó trong toàn bộ hỗn hợp. Trạng thái không trật tự có thể đạt được trong công đoạn trộn hỗn hợp. 1.2-Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trộn : a)Đường kính tương đương của hạt : Các hạt vật liệu thường có hình dạng không đều và không phải là hình cầu nên kích thước dài của chúng theo những chiều khác nhau là rất khác nhau. Vì vậy người ta dùng đường kính tương đương dtd để đặc trưng cho kích thước hạt. Yếu tố ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quá trình trộn là khối lượng hạt, nên việc xác định đường kính hạt cần có cùng khối lượng . , (mm) Trong đó : m- khối lượng hạt , [kg] - khối lượng riêng của hạt, [g/mm3]. Nếu vật liệu rời bị chặn trên lỗ sàng có kích thước a1 và a2 thì đường kính tương đương xác định theo công thức : ; Nhờ phân loại bằng cách sàng mà nhận được N phần có đường kính tương đương dtd1 và dtd2, vv cùng với các phần có khối lượng tương ứng x1, x2 ,, xn.Như vậy đường kính tương đương của cả tập hợp hạt này có thể xác định gần đúng theo công thức : ,(mm) b)Phân bố của hạt : Các lớp hạt là những tập hợp hạt bao gồm các hạt có kích thước không đều nhau rải trong khoảng rộng từ dmin = dtd1 tới dmax = dtdN và có các phần khối lượng tương ứng cũng không bằng nhau x1 x2 xN , nghĩa là lớp hạt có cấu trúc đa phân tán. Để mô tả cấu trúc đó ta dùng các hàm phân bố mật độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d).Trong đó hàm phân bố tổng Qr(d) biểu thị phần hạt có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng d, khi d = dmin có Qr(dmin) = 0, còn khi d = dmax có Qr(dmax) =1. Hàm phân bố mật độ qr(d) biểu thị của hạt ở tại kích thước d và giá trị của qr(d) càng lớn khi mật độ hạt tại kích thước càng lớn. Quan hệ giữa Qr(d) và qr(d) được xác định theo công thức: hoặc d qr(d) qr (d) d (mm) qr (d) lgd(mm) Hình 2.2 Các hàm phân bố nhiệt độ qr(d) và hàm phân bố tổng Qr(d) a/ Hàm phân bố mật độ qr(d) b/ Hàm phân bố mật độ Qr(d) c/Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố chuẩn d/Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố logarit e/Hàm phân bố mật độ qr(d) của phân bố RRS Các loại vật liệu rời khác nhau có cấu trúc tuân theo những quy luật phân bố khác nhau. Tập trung lại có thể phân làm 3 loại : Phân bố chuẩn, phân bố logarit và phân bố RRS. Trong phân bố chuẩn thì phân bố logarit dùng để mô tả các vật liệu hữu cơ (thực vật ) đuợc nghiền làm thức ăn gia súc. Hàm phân bố nhiệt độ và hàm phân bố tổng theo khối lượng của phân bố này có dạng : c) Hình dạng hạt Hình dạng hạt được xác định bằng hệ số hình dạng - tỷ số bề mặt F của bề mặt hạt có dạng cầu có cùng thể tích V: Hệ số hình dạng của hạt cầu bằng một, của các hạt khác lớn hơn một. Hệ số hình dạng giảm thì kích thước tương đương của hạt giảm. d) Bề mặt riêng của lớp hạt Bề mặt riêng của một đơn vị khối lượng hơặc một đơn vị thể tích của lớp hạt gọi là bề mặt riêng và ký hiệu là O’m hoặc O’v Bề mặt riêng khối lượng được tính theo công thức : ; (m2/kg) ;(m2/m3) Trong đó: : khối lượng thể tích của vật liệu [kg/m3] : khối lượng riêng của hạt [kg/m3] Bề mặt riêng của hỗn hợp các lớp hạt có đường kính tương đương khác nhau xác định theo công thức : Trong đó : xi phần khối lượng của lớp hạt i. e) Hệ số ma sát và góc ma sát trong Phương trình cân bằng lực trong môi trường vật liệu rời có dạng : ; Trong đó : - ứng suất tiếp - ứng suất tách ( ứng suất tiếp ban đầu khi ) - ứng suất pháp - hệ số ma sát trong ứng suất tách chính là độ bên cắt ban đầu của môi trường vật liệu rời, nó là kết quả tác dụng qua lại của lực liên kết phân tử bên trong lớp hạt. Khi kích thước của các hạt rất nhỏ, ứng suất tách có thể còn do các lực tĩnh điện tạo nên. Lớp hạt ẩm có ứng suất tách rất lớn và giá trị cực đại của nó có thể xác định theo công thức (khi không để ý đến ảnh hưởng của trọng lực): (N/m2) trong đó - sức căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ trộn, [mN/m]; - góc thấm ướt của chất lỏng với bề mặt hạt rắn [độ]; -độ rỗng khối hạt ; 2,4- hệ số lấy ở điều kiện trung bình Đối với lớp hạt khô và bề mặt riêng tương đối nhỏ thì = 0 lúc đó : Rút ra: ; Như vậy có nghĩa là hệ số ma sát trong bằng tỷ số giữa ứng suất tiếp gây ra sự chuyển dịch (trượt) trong lớp hạt khô và ứng suất pháp tác dụng lên bề mặt lớp hạt. Trong thực tế người ta dùng khái niệm góc ma sát trong có quan hệ với hệ số ma sát trong theo công thức : Đối với lớp vật liệu đứng yên, góc ma sát trong tương ứng với góc nghiêng . Góc này rất dễ đo và thường có giá trị khoảng 30 á 40o g) Độ khuếch tán Độ khuếch tán là số nghịch đảo của kích thước từng phần tử của hỗn hợp. Nếu hỗn hợp mà các phần tử có kích thước như nhau, thì được gọi là hệ thống “ Đơn khuếch tán”. Các công trình nghiên cứu của X.V.Melnhikov đã chứng tỏ rằng: nếu hỗn hợp gồm các cấu tử có phần tử mà kích thước càng bé và đồng đều về kích thước thì càng dễ dàng nhận được hỗn hợp đồng nhất và ngược lại. 1.3-Cơ chế quá trình trộn Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau và chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động tổng hợp của các lực đó. Ngoài ra cơ chế trộn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình, nên rất khó mô tả bằng toán học. P.M.Latxei (người Anh) đã đưa ra 5 quá trình cơ bản trong các máy trộn như sau: - Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng – Trộn cắt. - Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí này sang vị trí khác – Trộn đối lưu - Thay đổi vị tri của từng hạt riêng lẻ – Trộn khuếch tán. - Phân tán từng phần tử do va đập vào thành thiết bị – Trộn va đập. - Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ phận lớp – Trộn nghiền. Tuỳ theo kiểu máy trộn mà có thể xuất hiện chỉ một hoặc một số trong 5 quá trình trên khi trộn vật liệu rời. Khi nghiên cứu quá trình trộn thức ăn gia súc dạng rời khô và ẩm, người ta nghiên cứu động học quá trình thay đổi phần khối lượng của các cấu tử hoạt động. Từ đó cho thấy rằng, hỗn hợp đều đặn chỉ có thể đạt được trong hệ lý tưởng. Trong hệ lý tưởng người ta phát hiện ra hai quá trình trái ngược nhau: sự tạo hỗn hợp và sự thiên tích (sự phân chia ngược lại hỗn hợp đến các cấu tử thành phần). Vì vậy theo các số liệu V.A.Raxkatavoi va P.K.Gievlakov đã dẫn ra rằng, sau một khoảng thời gian trộn các cấu tử thức ăn gia súc hỗn hợp thì hỗn hợp tiến tới trạng thái này, mặc dù vẫn tiếp tục có sự phân bố lại thì một bộ phận nào đó của các cấu tử lại tách ra khỏi các liên kết cân bằng đó. Mặc dù hỗn hợp vẫn tiếp tục có sự phân bố lại, nhưng thực ra sự phân bố lại này xảy ra bất lợi. Nếu các phần tử của các cấu tử khác biệt nhau về mặt kích thước, hình dạng hoặc tỷ trọng, thì trong hệ thống xuất hiện các hiện tượng tự điều chỉnh lại gây nên hỗn hợp cuối cùng không đồng nhất. Sau khi đã đạt tới “ trạng thái cân bằng động học” trong các hỗn hợp không lý tưởng, nếu tiếp tục quá trình trộn hỗn hợp, mức độ đồng nhất của hỗn hợp giảm xuống và hỗn hợp chung không đạt được trạng thái hỗn hợp đều đặn. Đánh giá tốc độ gia tăng của phần khối lượng cấu tử kiểm tra, thì phương trình động học của quá trình trộn trong trường hợp chung sẽ có dạng: trong đó: V- cường độ của quá trình tạo hỗn hợp, [1/s]. Ci – tỉ lệ phần cấu tử kiểm tra [g/g]. t- khoảng thời gian của quá trình trộn [s]. fn và f0 – cường độ của các quá trình thuận nghịch [1/s]. Từ phương trình, hiển nhiên rằng cường độ trộn hỗn hợp có thể được nâng cao bằng cách tính toán làm giảm tốc độ quá trình ngược (sự thiên tích) f0(t). Điều này có thể cố gắng đạt được bằng cách làm đều thành phần cỡ hạt của các cấu tử, ví như bằng sàng phân loại hoặc nghiền bổ sung để nhận được sự nghiền mịn. Đối với trộn vật liệu rời và bột nhão, giáo sư A.I.Peleiev đã giới thiệu thời gian trộn t của quá trình trộn được xác định theo công thức : Trong đó : CH và Ck – là thành phần khối lượng của các cấu tử lúc bắt đầu và kết thúc quá trình; P – tham số trạng thái được xác định bằng thực nghiệm đối với điều kiện đã biết. II.Nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật của máy trộn thức ăn chăn nuôi: 1.1. Nhiệm vụ: Máy trộn thức ăn có nhiệm vụ khuấy trộn các thành phần đã được định mức thành một hỗn hợp đồng đều, đảm bảo cho vật nuôi ăn đủ tỷ lệ các thành phần đó trong hỗn hợp. Thức ăn tổng hợp được trộn đều, bổ sung chất lượng, mùi vị cho nhau giữa các thành phần, tạo điều kiện cho súc vật ăn nhiều và đủ, tăng hệ số tiêu hoá, nhờ đó tăng được sản lượng chăn nuôi, giảm mức tiêu thụ thức ăn cho mỗi kilôgam thịt tăng trọng. Ngoài ra, máy trộn còn có nhiệm vụ tăng cường phản ứng hoá học hay sinh học khi chế biến thức ăn. VD: trộn nước vôi với rơm thái để kiềm hoá, trộn men với thức ăn để ủ men,...) nhiệm vụ tăng cường trao đổi nhiệt khi đun nóng hay làm lạnh, nhiệm vụ hoà tan các chất (hoà tan muối, đường với chất khác). 1.2. Yêu cầu kỹ thuật: +Đảm bảo chất lượng trộn cao (độ trộn đều), nhất là khi trong hỗn hợp có những thành phần với tỷ lệ rất ít. +Có thể trộn những dạng khô, ẩm. +Có năng suất cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp (yêu cầu hiện nay về năng suất tới 1-2T/h nhưng mức tiêu thụ điện năng còn cao, trên 1,5kWh/t) +Sử dụng, chăm sóc thuận tiện. 1.3. Nguyên lý làm việc và nguyên lý cấu tạo: Máy trộn thức ăn chăn nuôi hiện nayđều theo nguyên lý khuấy trộn thức ăn bằng các cơ cấu quay, với những nguyên lý cấu tạo sau: a) Máy trộn có bộ phận trộn quay: Loại này được dùng phổ biến trong nông nghiệp gồm các kiểu: vít tải, cánh gạt, hành tinh, cánh quạt, ... ưu điểm chủ yếu của loại này là chất lượng cao, dễ nạp và xả liệu, dễ sử dụng, làm việc liên tục được, có thể trộn vật liều ở trạng thái khô, ẩm, lỏng. Nhược điểm là khó làm sạch nhất là khi trộn ẩm, mức tiêu thụ điện năng cao. Cấu tạo máy trộn có bộ phận trộn quay bao gồm các cơ cấu trộn, thùng trộn và bộ phận dẫn động. Máy trộn dải băng xoắn hình thuộc loại máy trộn vận chuyển. Việc trộn được tiến hành bằng băng xoắn. Vì vậy, ngoài trộn vật liệu, băng xoắn cong có tác dụng làm dịch chuyển vật liệu trộn. Thùng trộn ở máy trộn dải băng xoắn có tác dụng làm dịch chuyển vật liệu trộn. Thùng trộn ở máy trộn dải băng xoắn có dạng máng hay bình kín khi thích ứng làm việc với chân không. Để chuyển chỗ sản phẩm khi trộn ở hai hướng ngược chiều nhau, trong một vài cấu tạo của máy trộn dùng băng xoắn người ta lắp hai dải băng có đường vít trái và băng xoắn để trộn sản phẩm rời rắn và đông thời làm ẩm vật liệu thì trục máy trộn phải có những cào đặc biệt. Để làm sạch thành máng, khi đó băng phải quay với khe hở thành thùng chỉ vài milimet. Loại máy trộn này được sử dụng ở Nhà máy Thức ăn Gia súc An Phúc, Viphaco... Máy trộn dạng cánh đảo cũng thuộc loại máy trộn vận chuyển. Việc khuấy trộn được tiến hành bằng cánh đảo, thông thường thì các cánh này được lặp chặt trên trục nằm ngang. Các máy trộn loại này có thể làm việc liên tục hay gián đoạn. ở những máy làm việc liên tục, các cánh đảo được lắp chặt trên trục theo đường ren vít, nhằm đảm bảo đồng thời khuấy trộn và chuyển dời sản phẩm dọc trục. Chất lượng của loại máy trộn này phụ thuộc vào thời gian trộn và được xác định bằng thực nghiệm. Thời gian trộn phải phù hợp với thời gian chuyển dời sản phẩm trong máy trộn từ cửa nạp đến cửa tháo. Thời gian đó có thể thay đổi bằng cách thay đổi số vòng quay của trục cánh đảo cũng như góc xoay của cánh đảo đối với trục. Trong máy trộn dùng cánh đảo làm việc gián đoạn, sản phẩm thường được trộn bằng các cánh đảo hướng tâm, hơi nghiêng một chút đối với tục thùng quay. Cách bố trí như vậy của những bộ phận làm việc đảm bảo quá trình trộn và đồng thời tuần hoàn sản phẩm ở trong máy trộn. Máy trộn kiểu vít có thể làm việc gián đoạn hay liên tục. ở máy trộn vít tải cánh đứt thực hiện trộn vật liệu bằng cả 5 quá trình trộn. Nó được sử dụng khi vừa trộn vừa vận chuyển vật liệu. Vật liệu được đảo trộn mãnh liệt hơn nếu trộn ở máy trộn vít tải hai trục. Các bộ phận của loại máy này tương tự như ở máy trộn cánh, nhưng trục trộn ở đây dài hơn và cánh phải nằm trên bề mặt vít hoặc cánh liền thành bề mặt mặt vít. Như vậy máy trộn vít tải cánh đứt là trường hợp riêng của máy trộn cánh. Máy trộn vít tải thẳng đứng làm việc gián đoạn gồm có cơ cấu trộn dạng vít tải nằm trong ống khuếch tán. ở máy trộn này, vật liệu được tuần hoàn nhiều lần và đảo trộn khá mạnh, nên được dùng để trộn những sản phẩm dạng bột. Hầu hết các cơ sở chế biến thức ăn gia súc và các xí nghiệp chăn nuôi phía Nam dùng loại máy trộn này. Cũng thuộc loại máy trộn vít tải làm việc gián đoạn còn có máy trộn vít xoắn nghiêng, còn gọi là máy trộn hành tinh. Loại máy trộn này được mô tả như hình, gồm thùng trộn hình nón, bên trong đặt vít xoắn nghiêng. Vít xoắn đặt nghiêng theo độ nghiêng của đường sinh của vỏ thùng. Ngoài ra ở trên vít còn được nối với cơ cấu quay vít do động cơ quay để quay vít theo trục thẳng đứng của thùng. Vít xoắn được chuyền động từ động cơ qua hộp giảm tốc tới khớp Cacđăng. Sau thời gian đảo trộn đạt yêu cầu, mở van chắn của ống tháo sản phẩm để thu hồi sản phẩm bột hộn hợp. Máy trộn loại này được công ty liên doanh Proconco sử dụng để chế biến thức ăn gia súc từ năm 1993. Để trộn vật liệu dạng bột khô, người ta còn dùng máy trộn ly tâm. Cấu tạo của máy gồm vỏ cố định rô to hình nón cụt có gắn các cánh trộn và có các lỗ vào của thùng. Quá trình cứ tiếp tục như thế cho tới khi đạt yêu cầu. b) Máy trộn thùng quay: Loại này gồm các kiểu trống, lập thể, côn ... được dùng rộng rãi trong công nghiệp. Ưu điểm của loại này là có cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch, công suất thấp. Nhược điểm là tốc độ trộn thấp, chỉ làm việc gián đoạn thể tích hưũ ích thấp, không thể trộn nguyên liệu dính. Máy trộn thùng quay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Trong công nghiệp hoá học sử dụng để trộn các phối liệu, trong công nghiệp thực phẩm để trộn các loại hạt liệu rời.v.v ... Yêu cầu của vật liệu đưa vào trộn phải rời xốp, độ kết dính nhỏ và cho phép làm dập nát. Máy trộn loại này chủ yếu làm việc gián đoạn, nhưng đối với loại thùng nằm ngang cũng có thể làm việc liên tục. Cấu tạo của máy gồm: thùng trộn, bộ phận dẫn đông và bộ phận đỡ. Thùng quay có nhiều cách bố trí và có nhiều hình dạng khác nhau để tạo ra dòng vật liệu chuyển động khác theo yêu cầu công nghệ. Thông thường là hình trụ nằm ngang hoặc thẳng đứng. Loại này dễ chế tạo, dễ lắp ráp, dễ điều chỉnh. Để trộn sản phẩm thật mãnh liệt và khi trộn cho phép nghiền, người ta dùng thùng quay lục giác nằm ngang. Loại thùng quay hình trụ chéo bảo đảm trộn nhanh chóng và chất lượng cao, vì ở đây thực hiện đồng thời cả trộn chiều trục lẫn trộn hướng kính, cả trộn khuếch tán lẫn trộn đối lưu, va đập và nghiền. 2 1 3 4 6 5 8 7 9 Hình 2-3 Các dạng máy trộn thùng quay Kiểu trục nằm ngang. Kiểu hình trụ thẳng đứng. Kiểu lục giác nằm ngang. Kiểu hình côn đứng. Kiểu hình côn nằm ngang. Kiểu lăng trụ. Kiểu lăng trụ chéo. Kiểu tứ diện. Kiểu “ống quần” hay chữ V. Loại thùng hình trụ chữ V dùng khi cần trộn hiệu quả cao. Máy dùng để trộn các hỗn hợp có yêu cầu độ trộn đều cao như prêmix, thuốc thú y dạng bột,... ở loại máy trộn này có đầy đủ cả năm quá trình trộn đã nêu. Máy trộn hình nón gồm hai hình nón cụt nối với ống hình trụ như trục quay thường đi qua theo đường kính ống (hình trụ), hay trong những trường hợp riêng có thể trùng với đường tâm của hình trụ. Trong những máy trộn hình nón, hiệu quả trộn tăng lên nhờ trộn được vật liệu rời dọc theo bề mặt thay đổi của hình nón. Khi trộn những vật liệu có khuynh hướng vón cục và khi cần làm ẩm chúng, trong một vài trường hợp ở các máy trộn hình nón có nạp những viên bi cầu bằng kim loại hay bằng sứ, song sự tiết kiệm của phương pháp đó không cao, vì rằng cứ mỗi một mẻ trộn phải nạp và tháo bi cũng như lấy riêng chúng ra khi tháo thành phẩm. Trên hình 4 và 5 trình bày cấu tạo máy trộn hình côn đứng và máy trộn hình côn ngang. Máy trộn dạng nồi quay gồm chủ yếu có bình chứa dạng lập phương quay trên trục nằm ngang với đường tâm quay của bình chứa trùng với đường chéo chính của nó. Sử dụng hình dạng lập phương thay cho dạng hình trụ giải thích rằng ở trong những hình trụ dài, khó đảm ảo việc trộn đều và tháo sản phẩm nhanh chóng. Trộn trong nồi quay rất có hiều quả và có thể còn tăng hiệu quả của nó mạnh hơn nhờ có lắp thêm những cánh đảo quay theo hướng ngược chiều quay của nồi. II- Phân loại máy trộn vật liệu rời 1.Phân loại theo phương pháp làm việc Theo phương pháp làm việc, các máy trộn hỗn hợp rời hoạt động theo 3 phương pháp cơ học sau: a) Sự chuyển động của các quá trình cánh trộn. b)Sự quay của thùng có chứa hỗn hợp trộn. c) Cho hỗn hợp cần trộn đi qua một lỗ phun. 2.Phân loại theo nguyên tắc làm việc Theo nguyên tắc làm việc, người ta chia máy trộn ra làm hai loại: liên tục và gián đoạn. Thuộc về máy trộn làm việc gián đoạn gồm những loại sau : a)Máy trộn thùng quay. b)Máy trộn cánh nằm ngang, thẳng đứng. c) Máy trộn vít tải đứng. d) Máy trộn lớp sôi có cánh đảo. Thuộc về máy trộn làm việc liên tục gồm những loại sau: a) Máy trộn vít tải ngang. b) Máy trộn ly tâm. 3.Phân loại theo cách bố trí bộ phận trộn: -Máy trộn kiểu vít (hay cánh gạt) ngang. -Máy trộn kiểu vít nghiêng. -Máy trộn kiểu vít (hay cánh gạt) đứng. 4.Phân loại theo số bộ phận trộn: -Máy trộn (vít, cánh) đơn, kép. -Máy trộn kiểu thùng (trống) đơn, kép. 5.Phân loại theo tính chất thức ăn: -Máy trộn khô, máy trộn ẩm. 6.Phân loại theo nguyên tắc cấu tạo Về cấu tạo gồm hai loại chính sau đây : -Máy trộn có bộ phận trộn quay. -Máy trộn có bộ phận thùng quay. III. Lựa chọn phương án: Từ yêu cầu đề ra cùng với những ưu, nhược điểm của từng loại máy trộn, ở bản đồ án này em xin trình bày phương án tính toán, thiết kế máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít tải đứng. Máy trộn thức ăn chăn nuôi kiểu vít tải đứng thường là làm việc gián đoạn và dùng để trộn bột khô. Cấu tạo gồm: Vít đứng 1 quay trong một đoạn ống bao 2 có những cửa sổ 3, lắp trong thùng máy 4 có phần dưới hình nón cụt và phần trên hình trụ. Phễu cấp liệu 5 có nắp đóng mở, ống xả hỗn hợp 6 cũng có nắp đóng mở. Thùng máy chứa hỗn hợp để trộn, có một cửa 7 ở phần trụ có ống che để quan sát và chăm sóc máy. ở dưới cùng cũng có một cửa 8 có nắp che để tháo bột đọng. Bộ phận động lực và truyền động gồm một động cơ điện và bộ bánh đai thang lắp phía trên thùng và nắp. 1.Quy trình vận hành máy trộn kiểu vít đứng: Sau khi định mức các thành phần thức ăn đủ một mẻ trộn (400kg) đổ vào máy trộn qua phễu cấp liệu 5, đồng thời cho chạy vít tải, vít 1 sẽ chuyền bột vào trong thùng, đẩy bột lên qua ống bao và các cửa sổ của ống bao. Nạp xong khối bột thì đóng nắp phễu cấp liệu, máy tiếp tục làm việc, vít tiếp tục đẩy bột lên. Khi bột đã khuếch tán qua các cửa sổ và miệng trên của ống bao, rơi xuống lại được vít chuyển lên, hỗn hợp được xáo trộn. Sau giai đoạn trộn (3-8 phút tuỳ theo khối lượng hỗn hợp trộn), mở nắp ống xả 6 để thu bột. Sau đó tiến hành mẻ khác với trình tự như trên. 2.Các chú ý khi vận hành máy trộn: - Trước khi vận hành máy trộn phải kiểm tra xem thiết bị có an toàn hay không, nếu hỏng hóc thì phải được sửa chữa kịp thời, khi vào sửa thì phải tắt hết nguồn điện vào động cơ, trục vít và phải có người cảnh giới. Thiết bị phải thật an toàn mới được vận hành. - Sau khi trộn xong phải chú ý vệ sinh thiết bị, tránh để bột đọng nhiều dưới đáy thùng, chuẩn bị cho mẻ trộn sau. Phần ba tính toán thiết kế máy trộn thức ăn gia súc kiểu vít đứng năng suất 400kg/mẻ. I.Thể tích thùng trộn và kích thước thùng trộn: 1)Thể tích thùng trộn: Năng suất yêu cầu là: q = 400kg/ mẻ Từ công thức xác định năng xuất máy: (149-II) Trong đó : Q: năng suất thuần tuý của máy trộn(kg/h). :khối lượng hỗn hợp trong một mẻ trộn (400kg). : khối lượng riêng của vật liệu trộn : 700 kg/m3 : hệ số chứa đầy của thùng chứa, chọn = 0,6 : tổng thời gian trộn 1 mẻ :12 phút thời gian trộn : 8 phút thời gian nạp liệu : 2 phút thời gian xả liệu : 2 phút. Ta có: 2) Kích thước thùng trộn: (bỏ qua phần đáy trụ ở dưới có chiều cao h2 và bỏ qua phần vít tải chiếm chỗ). Ta có: Trong đó: là thể tích thùng tính sơ bộ (m3). là thể tích phần thân trụ (m3). là thể tích phần đáy nón (m3). là bán kính phần thân trụ (m). là chiều sâu đáy nón (m). là chiều cao phần thân trụ (m). là đường kính phần thân trụ (m). Chọn góc nghiêng đáy nón dựa vào góc thoải tự nhiên của vật liệu. Căn cứ vào loại vật liệu là thức ăn gia súc loại bột và dựa vào bảng 4-1, tài liệu III (trang 85, giáo trình Máy và Thiết bị vận chuyển và định lượng), ta chọn được góc nghiêng đáy nón =550 Chọn tỷ lệ: Lấy: Chọn: . D = 2R Thể tích thùng thiết kế: H H0 Chọn bề dày thiết bị: =3 mm. h1 h2 Chọn bề mặt đỡ là bê tông, tải trọng trung bình là : Chọn đường kính chân đỡ :. Chiều cao chân đỡ : h=1600(mm). II.Tính năng suất riêng của vít tải: Năng suất thuần tuý của máy trộn tính được: Từ công thức tính năng suất thuần tuý của máy trộn: Theo thực tế cho thấy, hỗn hợp vật liệu trong máy trộn đứng được đảo trộn lên xuống tuần hoàn trong máy khoảng 8-10 lần thì đạt yêu cầu về độ trộn đều. Lấy k = 8 lần ta có: Năng suất riêng của vít tải trong quá trình trộn: III. Tính toán thiết kế bộ phận vít tải đứng: 1.Tính năng suất riêng của vít tải: Năng suất riêng của vít tải thẳng đứng dùng khi vận chuyển các vật liệu rời còn được xác định theo công thức: (*) (105-III) trong đó: là đường kính trong của máng (m). là bước của cánh vít (m). là số vòng quay trong 1 phút: n =500(vg/ph).(giả thiết) là hệ số hình học xét đến phần tiết diện do trục vít và cánh vít chiếm chỗ, thường chọn từ 0,9 – 0,95. : khối lượng riêng của vật liệu trộn : 700 kg/m3 : hệ số năng suất xét đến điều kiện nạp liệu, mức độ chứa đầy của vít tải, tính chất của vật liệu và sự quay của nó xung quanh trục vít. Hệ số này của các vít tải thẳng đứng nạp liệu bằng phương pháp trọng lực có thể tính gần đúng theo công thức thực nghiệm: (105-III) Nếu vận chuyển vật liệu khô và rời thì người ta chọn khi chiều cao cửa nạp liệu h =s và khi h =3s. ở đây ta chọn chiều cao cửa nạp liệu h =s nên: ; suy ra: 2.Tính đường kính trục vít: Vì nên coi Bước vít: ; chọn Kết hợp với (*) ta có: Suy ra: Chọn đường kính cánh vít: d = 260mm. Suy ra bước của cánh vít: s = 0,8.260=208(mm). Chiều cao cửa tiếp liệu: h = s = 208(mm). Chọn h2 = 500(mm) 3.Chọn chiều cao vít trộn là: L =1800mm 4.Góc nâng khai triển vít: Khi trục vít quay thì vật liệu chịu tác dụng của lực ly tâm và phân bố đều ra thành máy và nó được nâng lên theo một đường xoắn ốc là và được xác định như sau: Ta có công thức góc nâng khai triển cánh vít: (150-III) r bán kính trung bình của vít, với là đường kính của vít vàlà đường kính trục vít, (m) biết: Chọn Suy ra: - Vận tốc vận chuyển vật liệu dọc trục: - Vận tốc tuyệt đối của vật liệu: - Vận tốc quay của vật liệu: - Lực ly tâm tác dụng lên thành ống bao: Trong đó: L: chiều dài vận chuyển: 1,8 m :lần lượt là đường kính của trục vít và cánh vít (m). : hệ số đầy của vít tải. : vận tốc góc của vật liệu: IV.Công suất tiêu hao của máy: Công suất truyền động của vít tải thẳng đứng xác định theo công thức: Trong đó: :năng suất riêng vít tải,(T/h). : chiều cao nâng vật liệu,(m) :hệ số xét đến tổn thất do ma sát trục vít trong các gối trục. Chọn : hiệu suất truyền động. chọn : hệ số trở lực vật liệu. Suy ra: 5/Tính toán bộ truyền đai thang: a/ Chọn loại đai: V/ Tính bền trục vít và cánh vít: 1/Xác định các lực tác dụng lên trục. * Xác định trọng lượng vật liệu trên 1m chiều cao vít: Theo công thức (17-5) “Các máy gia công vật liệu rắn,dẻo” + : Đường kính cánh vít: 0,26 (m). + : Đường kính trục vít: 0,06 (m). + : Hệ số đầy:0,8 + c: Hệ số:0,7 + r: Khối lượng riêng của vật liệu.700kg/m3 + g: Gia tốc trọng trường: 10(m/s2). Thay số: * Xác định lực chiều trục theo (17-12) “Các máy gia công vật liệu rắn,dẻo” E0=qL(sin- fcosb) q- Khối lượng vật liệu trên 1m chiều dài vận chuyển. f- Hệ số ma sát của vật liệu với vật liệu làm vít tải:0,4 - Góc nghiêng đặt vít tải :900 -góc ma sát của vật liệu với vít tải:220 L- chiều dài vít tải: vít tải có nhiệm vụ đưa vật liệu lên thùng trộn,được đặt nghiêng một góc là 450 và có chiều dài :2,5m Thay số vào công thức trên: * Trọng lượng vít tải: Gv=qv.L qv - xác định theo bảng 5-1 “Máy và thiết bị vận chuyển và định lượng “ qv=330(N/m). Thay số: Gv=330.2,5=820 (N) * Xác định lực vòng: Ep- Lực vòng đặt ở mặt vít trên đường tròn có đường kính Dtb. Ep=qL(sin+fcosb) * Xác định tải trọng hướng tâm theo (17-14): R= Gv- Trọng lượng vít tải. Ep- Lực vòng tác dụng vào vít tải. - Góc nghiêng đặt vít tải. Thay số: R=(N). 2/ Xác định mô men xoắn * Mô men xoắn M1 được xác định theo (17-11): M1=E0 tg(a+).0,5. Dtb Trong đó: Dtb: đường kính trung bình cánh vít Ep- Lực chiều trục (N). Thay số vào công thức trên: ị M1=63. tg(14,29+ 22).0,5.0,12 =3 (N.m). * Mô men xoắn trên trục vít do trở lực ở trong các ổ đỡ (17-13). M2=(E0+Gvsin)f1. E0- Lực chiều trục. f1 – Hệ số ma sát trong ổ trượt (f1=0,1) R- Tải trọng hướng tâm. d- đường kính trục vít (m) Thay số: * Xác định mô men xoắn tổng theo công thức (17-10): M=kM1+M2 (N.m). k- Hệ số, chọn k=1,2 thay số vào công thức trên: M=1,2.3+2,65=6,25 (Nm) * Xác định mô men uốn trục: - Giả sử tải trọng tác dụng là phân bố đều thì lực phân bố: q’= (N/m). R- Lực hướng tâm tác dụng lên trục vít. L- Chiều dài vít Khi đó: q’= (N/m) Mômen uốn trên trục: Thay số: (Nm) - Mô men tương đương: Mtđ= Thay số: (N.m). - ứng suất sinh ra trong trục vít: s= thay số: (N/m2) ta thấy đtrục vít thoả mãn điều kiện bền. - Xác định độ võng của trục theo chiều dài L: f= q’- Tải trọng phân bố đều trên trục. L- Chiều dài trục vít. E- Môdul đàn hồi của vật liệu làm vít. E=2.1011 N/m. J- Mô men quán tính của trục vít: J=0,05.d4. Thay vào công thức trên ta được: Thay số: (m)=1,24 (mm). ị Khe hở giữa máy và vít: r-f = 2-1,24 = 0,76(mm). * Tính khai triển cánh vít: ( hình vẽ ) Đường kính đường tròn khai triển của cánh vít là: b- Bề rộng cánh vít: ( mm) dtb=1,2d=1,2.40=48mm=0,048(m) b- Góc nghiêng đặt vít tải. a- Góc nâng cánh vít. Thay số vào công thức trên ta có: (mm) - Chiều dài đoạn cung bị cắt trên đường tròn khai triển là: thay số: (mm) VI/ Chọn động cơ truyền động cho trục vít. 1/chọn động cơ : - Từ phần tính toán trên ta tính được công suất yêu cầu của vít tải là. N=0,6(Kw). Khi đó công suất cần thiết của động cơ được xác định theo công thức (2-11) “TTTK hệ dẫn động cơ khí” Trong đó; N : công suất yêu cầu vít tải : 0,6 Kw : hiệu suất truyền động được : 0,85 k : hệ số an toàn : 1,2 Thay số: ( Kw) - Từ bảng phụ lục P1.1 ta chọn động cơ có ký hiệu: K90L2 với các thông số kỹ thuật: + Công suất: N = 1,1 Kw + Tần số: 50Hz + Số vòng quay của trục động cơ: n=1445 vòng/phút. + Hiệu suất: h=0,83 + Hệ số: cosj=0,87 + Tỷ số: Ik/Idn=6,7 + Tỷ số:Tk/Tdn=2,4 + Khối lượng: 20(kg) Động cơ truyền động qua hộp giảm tốc và bộ truyền xích (bộ tryền đai 2 dãy- tỷ số truyền đai là 2) tới trục vít. Tốc độ yêu cầu của trục vít là 60 vòng/phút nên bộ truyền động trung gian (hộp giảm tốc) yêu cầu tỷ số truyền là: u= Tỷ số truyền nhỏ nên ta có thể chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp . * Tính một số thông số trên hộp giảm tốc : Tỷ số truyền yêu cầu là u=12đ chọn hộp giảm tốc 2 cấp phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc uh cho các cấp theo bảng 3.1-Trang 43-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: u1 = 4,05 u2 = 2,97 Mômen trên trục 3 của hộp giảm tốc: N- Công suất yêu cầu làm việc: 0,6 Kw hol- Hiệu suất ổ lăn. Từ bảng 2- Trang 19-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: hol=0,99. : hiệu suất truyền động bắnh răng cấp chậm : 0,95 Thay số: - Công suất trên trục hai: hbr- Hiệu suất cặp bánh răng ăn khớp cấp nhanh . Theo bảng 2- Trang 19-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: hbr=0,95. Thay số: - Công suất trên trục một: hK- Hiệu suất khớp nối: 0,99 thay số: - Số vòng quay trên trục một bằng số vòng quay trên trục động cơ: n1=n2=1445(vòng/phút). - Số vòng quay trục hai: (vòng/phút) - Số vòng quay trục ba: (vòng/phút). - Mômen xoắn trên trục một: - Mômen xoắn trên trục hai: - Mômen xoắn trên trục ba: - Mômen xoắn trên trục động cơ: trong đó: : công suất động cơ : 1,1 Kw thay số vào trên: Ta có bảng sau: Trục Thông số Động cơ I II III Công suất P (Kw) 1,1 0,74 0,72 0,64 Tỷ số truyền 1 4,05 2,79 Số vòng quay (vòng/phút) 1445 1445 334,8 120 Mômen xoắn (Nm) 7270 4890 20537 50933 2/ Tính bộ truyền đai từ động cơ sang trục vít: - Đai được mắc lên hai bánh với lực căng ban đầu F0,nhờ đó có thể tạo ra lựcma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi a/ Chọn loại đai: Trong công nghiệp sử dụng các loại đai gồm:đai dẹt và đai thang -Đối với đai dẹt: +Đai da,đai vải cao su,đai vải bông,đai sợi len và đai sợi tổng hợp. Đai da có độ bền mòn cao,chịu va đập tốt nhưng không dùng được ở nơi có axít hoặc ẩm ướt ,giá thành đắt nên ít dùng .Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hoá,được xếp từng lớp cuộn từng vòng kín hoặc cuộn xoắn ốc.nhờ các đặc tính:bền dẻo ít bị ảnh hưởng của độ ẩm và sự thay đổi nhiệt độ,đai vải cao su được dùng khá phổ biến.Đai sợi bông nhẹ,mềm,thích hợp với bánh đai đường kính nhỏ và với vận tốc lớn nhơng khả năng tải và tuổi thọ thấp.Đai sợi len nhờ có sự đàn hồi tốt nên chịu được tải trọng va đập,đồng thời cũng ít ảnh hưởng bởi nhiệt độ,độ ẩm,axít ,tuy nhiên khả năng tải thấp hơn các đai khác -Đối với đai thang: +Đai thang thường,đai thang hẹp,đai thang rộng.Đai thang thường tỷ số giữa chiều rộng tính toán bt đo theo lớp trung hoà và chiều cao h của tiết diện hình thang bt/h =1,4.Đai thang hẹp bt/h =1,05- 1,1và ở đai thang rộng bt/h =2- 4,5.Đai thang rộng thường dùng trong các biến tốc đai.Nhờ lớp sợi có độ bền cao hơn,tải trọng phân bố nhiều hơn trên chiều rộng của lớp chịu tải trong đai thang hẹp nên khả năng tải của nó lớn hơn so với đai thang thường,do đó với cùng một công suất cần truyền,chi phí làm vật liệu làm đai và bánh đai giảm xuống (=2 lần);đai thang hẹp có thể làm việc với vận tốc cao hơn so với đai thang thường. +Tất cả các loại đai hình thang đều được chế tạo thành vòng liền, do đó ngoài kích thước tiết diện ngang của đai, chiều dài đai cũng được tiêu chuẩn hoá.Với đai có chiều dài tới 1600mm, chiều dài đai đo theo mặt trong của đai là chiều dài tiêu chuẩn, còn lại chiều dài đo theo lớp trung hoà là chiều dài tiêu chuẩn, góc chêm của đai .Như vậy từ những ưu nhược điểm của đai thang và đai dẹt ta chọn đai thang là đai cần truyền công suất từ trục động cơ sang trục vít. b/ Xác định các thông số của bộ truyền đai: - Đường kính bánh đai nhỏ được xác định theo công thức (4.1) “TTTK hệ dẫn động cơ khí” T- Mômen xoắn ở trục ra của hộp giảm tốc (chính bằng T3) Thay vào công thức trên: chọn d1 theo tiêu chuẩn: d1=200 (mm) - Vận tốc: Đường kính bánh đai lớn là: Trong đó: u: tỷ số truyền:2 :hệ số trượt (0,01-0,02) thay số: Chọn d2 theo tiêu chuẩn: d2=400 (mm). Tỷ số truyền thực tế: Trong đó là hệ số trượt, khi đó: - Sai lệch tỷ số truyền: thay số: (thoả mãn). - Tính khoảng cách trục theo công thức (4.3)-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: Trong đó hệ số 1,5 dùng cho bộ truyền quay nhanh,hệ số 2 dùng cho bộ truyền quay chậm.Vì bộ truyền quay chậm nên: Chọn a=1200 (mm) - Tính chiều dài đai theo công thức (4.4): thay số: Chiều dài thực tế của đai cộng thêm 100 (mm), ta được: lt=l+100=3350+100=3450 (mm) - Số vòng chạy của đai: (thoả mãn điều kiện truyền động). - Tính góc ôm ở bánh đai một theo công thức (4.7)-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: thay số: (thoả mãn điều kiện về góc ôm nhỏ nhất). - Xác định số đai z Theo công thức (4.16) )-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: Trong đó: Theo bảng 4.7: Kd=1,25 – hệ số tải trọng động Với =1350, C=0,88 C1: hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài đai theo bảng (4.16) C1=1 ;công suất cho phép,theo bảng( 4.19) :1,83 Kw Cu: hệ số kể đến ảnh hưởng tỷ số truyền:1 Cz: hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng :0,9 Chọn số đai z=2 - Chiều rộng đai được xác định theo công thức Trong đó: t : khoảng cách giữa hai đai:19mm e: khoảng cách giữa tâm đai đến cạnh ngoài bánh đai:12,5mm (mm) -Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ: ( mm) -Đường kính ngoài của bánh đai lớn: ( mm) - ứng suất có ích cho phép, tính theo công thức (4.10): - ứng suất cho phép xác định bằng thực nghiệm. Ca- Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm của bánh đai truyền động:0,88 Cv- Hệ số kể đến ảnh hưởng của lực ly tâm:1,03 C0- Hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền đặt trong không gian:1 Theo các bảng (4.10); (4.11); (4.12) “TTTK hệ dẫn động cơ khí” có: được tính theo công thức sau: Từ bảng (4.9) tra được hệ số k1, k2: k1=2,3; k2=9,0 : số lớp lót của đai:5 Nên: Thay vào công thức trên ta được: Chiều rộng bánh đai xác định theo bảng (20.16) được: B=80 (mm). - Xác định căng ban đầu và lực tác dụng lên trục: Theo công thức (4.19) lực tác dụng lên trục được xác định có: Trong đó : Với qm = 0,178kg/m theo bảng (4.22) N N - Theo công thức (4.13) xác định được lực tác dụng lên đầu trục: Thay số: 3/ Chọn ổ lăn cho trục vít: - Lực dọc trục: E0=63(N) - Lực vòng: Ep=199(N) - Mômen xoắn: Mx=M=6,25(Nm) - Mômen uốn: Mu= 191 (Nm) Ta thấy: đchọn ổ đỡ chặn, theo bảng P2.11 chọn ổ ký hiệu: 7208 với các thông số kỹ thuật sau: d=30(mm) ; D=620(mm) ; B=16(mm) ; a=14,330 ; C=17,2 (KN) ; C0=12,2 (KN). - Kiểm tra bền cho trục ổ lăn: Tải trọng động theo công thức (11.3)-Trang 214-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: X,Y- Hệ số phụ thuộc tỷ số (tra bảng 11.4-Trang 215) V- Hệ số (V=1) Fr=Ep- Lực vòng. Fa=E0- Lực dọc trục Kt- Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, do ở nhiệt độ thường nên chọn Kt=1. Kđ- Hệ số kể đến ảnh hưởng của tải trọng động, tra bảng 11.3 ta được Kđ=1,1. e- hệ số tra bảng 11.4 ta được :e=0,014 = nên theo bảng (11.4) ta có: X=0,4; Y=0,4.cotg : góc tiếp xúc đối với ổ bi đỡ chặn: 120 Y=0,4.cotg=0,4.cotg12=1,57 thay số vào công thức trên ta được: Q=(0,4.1.213,8+1,57.96,72).1.1,1=260(N) Theo công thức (11.1)-Trang 213-TTTK Hệ dẫn động cơ khí, ta có khả năng tải động của ổ lăn là: (kN) trong đó: Cđ- Khả năng tải động của ổ lăn. Q- Tải trọng qui ước (Kw) m- Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn (với ổ lăn chọn m=3). L- Tuổi thọ của ổ lăn tính bằng triệu vòng quay và được xác định theo công thức (11.2)-Trang 213-TTTK Hệ dẫn động cơ khí: trong đó: Lh- Tuổi thọ tính bằng giờ. Tra bảng 11.2-Trang 214, ta có: Lh=(40-50).103 (giờ) n- Số vòng quay của trục. Thay số: (triệu vòng) Khả năng tải động của ổ lăn: Ta nhận thấy ổ đảm bảo điều kiện bền Công suất cần thiết của máy trộn vít tải đứng được xác định bằng: trong đó: =1,8m: là chiều cao vít trộn( chiều cao nâng vật liệu),(m). : năng suất giây của vít trộn,(kg/s), tính theo vận tốc vận chuyển dọc trục cực đại: , nghĩa là: Suy ra công suất cần thiết của vít trộn là: Riêng trong thời gian trộn: ta có thể tính được số lần vít vận chuyển hỗn hợp thức ăn chứa trong thùng trộn, nếu ta tính vận tốc dọc trục vít tối thiểu (theo GS. Pêlêev A.L) như sau: (150-III) bán kính trung bình của vít, (m). hệ số ma sát giữa vật liệu và thành ống. vận tốc góc, (s-1), Khi đó, năng suất vận chuyển tối thiểu của vít sẽ bằng: (150-III) Thời gian mỗi lần vít vận chuyển hỗn hợp được tính bằng: Số lần k của vít tải vận chuyển hỗn hợp trong thời gian trộn sẽ bằng: ==>