Xem mẫu
- LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khi mà nhu cầu sử dụng các nguồn nhiên liệu của con người ngày
càng cao , đặc biệt là các nguồn nhiên liệu sạch không gây ra các tác động xấu đến
môi trường như : các nguồn nhiên liệu xuất phát từ năng lượng mặt trời , gió , các
nguồn nhiên liệu sinh khối ….
Việt Nam với đặc thù là một nước nông nghiệp , khoa học kĩ thuật , kinh tế
vẫn chưa phát triển ở trình độ cao , vì vậy để sản xuất ra được các nguồn nhiên
liệu mới xuất phát từ mặt trời , gió … là một điều không hề đơn giản . Những
nguồn nhiên liệu sinh khối như gỗ thì lại đang cạn kiệt dần , chính điều đó đã thúc
- đẩy chúng ta phải tìm ra được những nguồn nhiên liệu sinh khối mới để phục vụ
cho nhu cầu cho con người trong cả đời sống lẫn sản xuất . Từ những ý tưởng
trên những nguồn sinh khối mới như củi trấu , củi bã mía , củi mùn cưa…. ra đời
là một hệ quả tất yếu . Củi mùn cưa , bã mía … được sản xuất dựa trên những
nguồn nguyên liệu có sẵn như mùn cưa , bã mía nó không những giúp chúng ta giải
quyết tốt việc thay thế sử dụng củi gỗ trong đời sống và sản xuất hàng ngày mà
nó còn mang lại những lợi ích kinh tế rất lớn
Cùng với ý tưởng đó, nhằm mục đích gắn việc nghiên cứu khoa học với
mục đích sản xuất, nhằm giúp sinh viên làm quen với phương pháp nghiên cứu
khoa học, vận dụng một cách sáng tạo lý thuyết đã được học ở trường vào thực
tiễn sản xuất. Em được khoa cơ khí, trường Học viện Kỹ thuật Quân sự phân
công nghiên cứu thực hiện đề tài:
“ Tính toán , thiết kế máy ép bã mía “
Nội dung đề tài gồm :
1 – Tổng quan về nhu cầu và thực tế sản xuất củi bã mía trong nước
2- Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế
3- Tính toán , thiết kế máy ép bã mía
4- Lập quy trình công nghệ chế tạo một chi tiết điển hình
5- Hướng dẫn cách bảo trì , vận hành máy ép bã mía
Trong thời gian vừa qua đề tài này đã nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình quý
báu. Trước hết em xin chân thành cảm ơn thầy, Hồ Việt Hải , Dương Văn Ngụy
đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này và đã góp ý cho em nhiều ý kiến
hay . Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong Khoa Cơ khí đã giúp đỡ cũng như
trong bị kiến thức cho em trong suốt khóa học
Nhưng do trình độ bản thân cùng thời gian nghiên cứu có hạn , lần đầu tiếp
xúc với một đề tài nghiên cứu nên đề tài khó có thể tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong nhận được những sự chỉ bảo góp ý tận tình cua các thầy và các bạn .
Em xin chân thành cảm ơn
Hà Nội , ngày 24 tháng 4 năm 2014
- Sinh viên thực hiện
Lê Xuân Đạt
GIỚI THIỆU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay , khi mà sự phát triển của con người đang ngày càng đe dọa sự sống trên
địa cầu nghiêm trọng . Bằng chứng là khí hậu đang dần thay đổi , mực nước biển
dâng cao , tình trạng chặt phá rừng ngày càng nhiều , diện tích cây xanh ( lá phổi)
của chúng ta đang ngày càng bị thu hẹp , trái đất đang ấm dần lên , hiệu ứng nhà
kính…. Đang dần hủy hoại đi ngôi nhà mà chúng ta đang ở.
Chính vì thế , việc chúng ta nghĩ đến những vấn đề , những việc làm , những hành
động của chính chúng ta trong việc chung tay xây dựng lại màu xanh của ngôi nhà
hành tinh chúng ta đang cư trú cần phải được lân rộng và cần phải tìm ra nhiều
giải pháp hữu ích , và một trong những biện pháp hữu ích nhất chính là việc hạn
chế tiêu hao , khai thác các năng lượng , tài nguyên thiên nhiên , thay vào đó chúng
ta cùng tái chế , sử dụng những tìa nguyên có sẵn trong cuộc sống để tránh gây
lãng phí
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam ( 12/2010) năm 2010 diện tích
trồng mía trên cả nước đạt 271.000 ha , năng suất bình quân đặt 60,5 tấn/ha . Với
một phép tính đơn giản , chúng ta sẽ thấy được sản lượng mía trên cả nước năm
2010 đạt một con số rất ấn tượng 17.615.000 tấn ( xấp xỉ 17,62 triệu tấn ) , Trong
- một cây mía , bã mía chiếm khoảng từ 25-30% trọng lượng cây mía , như vậy năm
2010 , sản lượng bã mía chúng ta thu được sẽ là khoảng 5,87 triệu tấn
Nếu so sánh với củi gỗ , chúng ta sẽ có bài toán như sau
5,87 triệu tấn bã mía ~ 5,5 triệu tấn củi từ bã mía
1 ha rừng có thể trồng được tầm 2500 cây cách đều nhau 2m và cho ra khoảng
50kg củi/cây/năm
Số lượng củi gỗ của một năm
1 * 50 = 125.000 kg = 125 tấn củi gỗ
1 kg củi từ bã mía cho nhiệt lượng khoảng 4200 kcal
1 kg củi khô cho nhiệt lượng khoảng tầm 2100 kcal
1kg củi từ bã mía ~ 4200/2100 = 2 kg củi khô
5,5 triệu tấn củi từ bã mía tương đương với khoảng 11 triệu tấn củi khô ~ 88.000
ha rừng bằng xấp xỉ ~ 26.48 % diện tích Hà Nội
Đây là một con số thống kê rất đáng kinh ngạc nếu chuyển đổi từ bã mía sang củi
bã mía để thay thế cho các chất đốt khác trong mỗi năm , chúng ta sẽ tiết kiệm
được một khoảng năng lượng khổng lồ bằng cách tận dụng năng lượng từ củi bã
mía . Điều đó cũng có nghĩa là Trái Đất của chúng ta sẽ xanh hơn và Việt Nam ta
nói riêng cũng vẫn được những cánh rừng xanh bất tận phủ bóng .
Xuất phát từ ý tưởng trên , vì vậy em đã thực hiện đề tài “ Thiết kế máy ép bã mía
“
2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu ngắn hạn
Tạo ra làn sóng hưởng ứng sử dụng nguyên liệu , vật liệu , nhiên liệu có sẵn ( củi
bã mía ) trong ngành công nghiệp chất đốt . Nâng cao ý thức của các nhà sản xuất
có sử dụng các chất đốt truyền thống : than đá , củi , dầu … chuyển sang sử
dụng chất đốt xanh có ý nghĩa với môi trường như các nhà máy dệt , các lò gạch ,
gốm sứ
Kêu gọi sự ủng trợ , hỗ trợ bằng những cơ chế chính sách của chính phủ trong
việc khuyến khích sử dụng nguyên liệu bã mía – một loại nguyên liệu luôn luôn có
sẵn và có giá trị kinh tế thấp
- Mục tiêu dài hạn
Xây dựng được một ngành củi bã mía thay thế một phần cung cấp cho
các nhiên liệu tương đương như củi , than đá , dầu … là các nguyên liệu đang
ngày càng cạn kiệt dần và gây ra ô nhiễm môi trường
3. Lợi ích và đặc điểm nổi bật của đề tài
Đề tài của em là nghiên cứu , tính toán thiết kế và nêu lên cách vận hành , sử dụng
một loại máy ép bã mía ( máy ép bã mía thủy lực ) , và từ những máy ép bã mía trên
, chúng ta có thể dùng nó để sản xuất ra củi bã mía để dùng làm chất đốt trong
cuộc sống hàng ngày ngoài ra lợi ích kinh tế từ việc sử dụng máy ép bã mía mang
lại cũng không hề nhỏ , chúng ta có một phép tính đơn giản :
Giá của các bã mía trên thị trường : 400-600 đồng/kg
Điện năng tiêu thụ trung bình : 150 – 200 đồng/kg
Nhân công : 200 đồng/kg ( chỉ cần một người đứng máy )
Chi phí để sản xuất 1 kg củi bã mía 900-1000 đồng/kg
Giá thành 1kg củi bã mía bán trên thị trường : 1500-1700 đồng/kg
Theo tính toán cứ khoảng 1,3 kg bã mía sẽ cho ra 1,0 kg củi bã mía . Chỉ với một
máy ép bã mía năng suất trung bình ( 180-220 kg /giờ) thì chúng ta sẽ thu được đến
hơn 1 triệu đồng / ngày . Chỉ với một phép tính nhỏ chúng ta đã thấy được lợi ích
và giá trị kinh tế của máy ép bã mía mang lại lớn như thế nào. Chính từ những
điều trên , chúng ta có thể thấy việc sản xuất “ máy ép bã mía “ rất gần thực tế và
đang dần trở nên quan trọng trong cuộc sống hàng ngày .
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Đặc điểm , thành phần cấu tạo của bã mía
Bã mía là phần xơ còn lại của cây mía sau quá trình ép mía , bã mía gồm các sợi xơ
, nước và một số thành phần hóa học khác thành phần trung bình của bã mía gồm :
Xơ : 48% , độ ẩm : 50% , chất hòa tan : 2%
- Đặc điểm của Xơ bã mía gồm các : Xenlulosse : 45-55 % , Hemicelulose : 20-
25% , Lignin : 18-20% , Tro : 1-4%, Sáp :
- để trở thành những chất đốt dùng trong sinh hoạt , việc sử dụng máy ép bã mía đã
góp phần sử dụng triệt để những nguyên liệu có sẵn ( từ những cây mía đã được
ép hết nước ) để trở thành những chất đốt dung trong sinh hoạt hằng ngày , không
những vậy việc sử dụng chất đốt từ bã mía không gây ra ô nhiễm môi trường , ô
nhiễm không khí như một số chất đốt khác ( các loại than …) , ngoài ra những
chất đốt từ bã mía cũng không gây nguy hiểm , và có hại đến sức khỏe con người
( khí gas )
1.3 Thực tế sản xuất hiện nay
Tiềm năng trong nước : Việt Nam là một nước nhiệt đới nhiều nắng nhiều mưa, ,
từ thủa xa xưa cùng với lúa nước , mía là một cây trồng truyền thống của dân ta
bởi mía mang lại nhiều lợi ích , ngoài việc sản xuất đường từ mía , ông cha ta đã
biết sử dụng triệt để bã mía sau khi sử dụng , được đem phơi khô để trở thành củi
đun , phục vụ đời sống hàng ngày . Ngày nay khi mà ngành công nhiệp sản xuất
đường từ cây mía ngày càng phát triển , thì bã mía ngày một nhiều hơn , chúng ta
thường tự đặt ra câu hỏi liệu có cái máy nào có thể được sản xuất củi đun ngay từ
những bã mía sau khi đã được sử dụng mà không cần phải phơi khô dưới ánh nắng
mặt trời , từ nhu cầu thực tế đó , việc máy ép bã mía ra đời là điều tất yếu . Máy
ép bã mía đã đáp ứng đầy đủ những yêu cầu của con người , bã mía từ những cây
mía đã được sử dụng , thông qua máy ép bã mía đã nhanh chóng trở thành củi đun
mà không cần phải phơi khô dưới ánh nắng mặt trời
Ở Việt Nam với việc những năng lượng cũ như than đá, dầu mỏ , dầu khí …
thường có trữ lượng không lớn , những năng lượng mới như năng lượng gió , năng
lượng mặt trời lại gây tốn kém chi phí thì những năng lượng sinh khối từ bã mía
lại ngày càng trở nên quan trọng và thiết thực hơn , còn trên thế giới , với việc
những năng lượng cũ đang dần trở nên cạn kiệt lại gây ảnh hưởng xấu đến môi
trường nên họ cũng đang dần chuyển sang những năng lượng sinh khối từ bã mía ,
vỏ trấu mùn cưa….
Xuất phát chính từ những nhu cầu ngày càng lớn trên , những máy ép bã mía được
chế tạo ngày càng hiện đại với công suất lớn hơn để phục vụ tốt những yêu cầu
trong nước lẫn ngoài nước
- CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH , LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1 Nguyên lý ép củi bã mía
Củi bã mía được tạo từ bã mía bằng cách ép các bã mía với nhau dưới áp suất ép
cao và được kết dính lại với nhau nhờ chất lignin có trong bã mía ( chiếm từ 20-
25% thành phần bã mía ) . Chát lignin này sẽ chuyển sang trạng thái lỏng dính ở
nhiệt độ khoảng ( 200 -220o C) giúp kết dính các bã mía lại với nhau
Trong quá trình ép do ma sát giữa bã mía và các chi tiết máy cũng như ma sát giữa
các bã mía với nhau sẽ sinh ra nhiệt làm cháy chất lignin . Ngoài ra để cung cấp
thêm nhiệt làm cháy chất lignin người ta thường gắn thêm một bộ gia nhiệt vào
trong khuôn ép
Như vậy theo nguyên lý ép này , nguyên liệu đầu vào không cần phải cho thêm
chất kết dính nào nhưng sản phẩm gỗ đầu ra vẫn cứng tự nhiên và bề mặt được
cacbon hóa
2.2 Quy trình công nghệ ép củi bã mía
- 2.3 Lựa chọn phương án thiết kế
Một số phương án lựa chọn thiết kế
2.3.1 Máy ép thủy lực
- Hình 2.1 Nguyên lý máy ép thủy lực
1- Chày tinh 6- Piston 8
2- Vật liệu chuẩn bị ép 7- Ống thủy lực 11- Ốc hãm
3- Phễu tiếp liệu 8- Cửa tiếp dầu 12- Vòng bít kín
4- Khuôn ép 9- Vòng bít kín 13- Ống thủy lực
5- Chày ép 10- Vít điều chỉnh 14- Piston
Ưu điểm :
+ Tạo năng suất và áp lực ép cao.
+ Có thể tạo được các bánh lớn.
Nhược điểm:
+ Cơ cấu máy phức tạp, khó chế tạo nên giá thành sản phẩm cao.
2.3.2 Máy ép tay quay
Hình 2.2 Nguyên lý máy ép bánh đà
1- Bánh đà 6- Trục tiếp liệu
2- Bánh răng 7- Ống tiếp liệu
3- Tay quay 8- Lô nén sơ bộ
4- Cánh đảo 9- Piston
5- Phễu tiếp liệu 10- Khoang ép
Ưu điểm :
- + Áp suất nén cao
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nên giá thành sản phẩm hạ
Nhược điểm:
+ Vì máy hoạt động theo chu kỳ , nén ép một phía cho nên khối lượng riêng của
bánh không đồng đều.
2.3.4 Máy ép trục vít
.
Hình 2.3 Nguyên lý máy ép trục vít
1- Đầu ép 6 – Thân máy
2- Xi lanh 7- Bộ dẫn động
3- Bộ đốt 8- Ổ đỡ chặn
4- Trục vít
5- Phễu tiếp liệu
Ưu điểm : Chi phí vận hành không cao , nhỏ gọn , độ bền cao ít tốn công bảo trì
Nhược điểm : Đắt tiền, sửa chữa phức tạp
• Lựa chọn phương án thiết kế
Dựa vào cấu tạo đặc điểm của các loại máy ép và nhiệm vụ yêu cầu kĩ thuật của
máy ép là :
- + Hỗn hợp sau khi ép phải tạo thành bánh củi đúng yêu cầu kích thước mong
muốn
+ Bánh củi sau khi ép phải có độ bền , độ kết dính cao
--- Đối với các xưởng sản xuất củi bã mía , để có khả năng cạnh tranh cao thì sản
phẩm củi phải có giá thành rẻ , chất lượng sản phẩm tốt . Nếu dùng các loại máy
ép thủy lực , máy ép trục vít thì năng suất cho ra sản phẩm cao nhưng các máy
móc trang thiết bị lại phức tạp , khó thiết kế chế tạo , ngài ra chi phí bảo trì , sửa
chữa cũng đắt , chính vì vậy nếu sử dụng các loại máy ép bã mía thủy lực , máy ép
bã mía trục vít thì giá thành sản phẩm sẽ cao . Chọn phương án thiết kế sao cho
phải dễ chế tạo , dễ bảo trì , sửa chữa khi hỏng hóc có như vậy thì giá thành sản
phẩm mới hạ , ngoài ra năng suất phải đạt yêu cầu ( năng suất không nên quá thấp
) và chất lượng củi phải bền , kết dính tốt . Dựa trên các yêu tố trên thì em thấy
máy ép bã mía bánh đà lệch tâm dựa trên cơ cấu tay quay-con trượt thỏa mãn được
nhưng yêu cầu đã đề ra
Vì vậy em chọn phương pháp thiết kế chế tạo máy ép củi bã mía là dạng máy ép
bã mía bánh đà lệch tâm.
- PHẦN 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
MÁY ÉP BÃ MÍA BÁNH ĐÀ LỆCH TÂM
Ta có các thông số kỹ thuật cho máy cần được thiết kế như bảng sau
Công suất máy ( tấn/giờ) 1,5-1,8
Khoảng lực ép ( tấn ) 130
Tốc độ của chày ép ( hành trình/phút) 120
Hành trình của chày ép (mm/phút) 50
Chiều dài viên nhiên liệu (mm) 50-300mm
Công suất của máy
Kích thước của máy
Khối lượng (KG)
3.1 Thiết kế kỹ thuật cho máy
3.1.1 Tính toán động lực học cho cơ cấu dẫn động của máy
3.1.1.1 Tính toán cơ cấu tay quay con trượt
Căn cứ vào thông số kỹ thuật theo yêu cầu với h = 50mm , e = 20mm , k = 1,1 ta
xác định kích thước các khâu , vị trí tâm quay khâu dẫn
k: Hệ số về nhanh
k=
Ta có : φv = 1800 – θ
Φd =1800 + θ
- Hình 3.1: Mô hình tính góc hành trình , góc quay
ó k.1800 – k.θ = ( 1800 + θ )
ó k.1800 - 1800 = k.θ + θ
ó 1800 (k-1) = θ (k+1)
- Với k = 1,1
Từ các đại lượng đã biết e=20(mm), h=50(mm), =8,570 ta xác định r, l và vị trí tâm
quay của khâu dẫn bằng phương pháp vẽ
Cách vẽ như sau: vẽ một đường thẳng xx bất kỳ trên đó đặt đoạn BI BII =h:
- Hình 3.2: Mô hình xác định bán kính góc quay , chiều dài hành trình máy
Vẽ đường thẳng x’x’ song song và cách xx một đoạn chính bằng e. Vẽ đường
tròn tâm O’ đi qua hai điểm BI và BII với góc tại tâm là 2.
Ta xác định được tâm O như hình vẽ
Xác định được đoạn OBI và đoạn OBII ta sẽ xác định được l và r .
Ta có :
l + r = OBII
l – r = OBI
ó l + r = 144,655
l – r = 95,39
=> r = 24,632 , l = 120,022
Xét điều kiện quay toàn vòng hình học của cơ cấu tay quay con trượt vừa tính toán
Miền với tới của thanh truyền 2 khi tháo khớp B là một dải giới hạn bởi 2 đường
thẳng song song cách đều Cx một đoạn là l2 ( l2 là kích thước của thanh truyền)
như hình vẽ.
Như vậy điều kiện để khâu AB quay toàn vòng là khi và chỉ khi quỹ tích B1 của nó
nằm trong miền với tới của thanh truyền kề nó. Ta có bất đẳng thức sau đây:
l1 l2 - e
Với l1 = r = 24,632 ; l2 =l = 120,022 ; e = 20
Ta có l2 – e = 120,022 – 20 = 95,389 > r = 24,632 ( thỏa mãn điều kiện quay toàn
vòng hình học của cơ cấu )
Để đảm bảo khả năng chế tạo của các cơ cấu dựa trên các kết quả đã tính toán
được ta chọn lại kích thước các khâu như sau :
r = 24 (mm)
l = 150 (mm)
e = 20 (mm)
Thỏa mãn điều kiện quay toàn vòng hình học r l – e
Với các thông số trên sử dụng phương pháp vẽ như sau :
- Vẽ hai đường thẳng xx và x’x’song song với nhau và cách nhau một khoảng bằng
e=20(mm), từ một điểm A trên xx ta vẽ một đường tròn (A,R=174). Đường tròn
này cắt x’x’ tại đâu, đó chính là tâm của khâu dẫn, từ tâm ta vẽ đường tròn
(O’,R=24). Ta vẽ một đường tròn tâm nằm trên xx tiếp xúc ngoài với đường tròn
tâm O’ tại C cách vẽ trên có 2 nghiệm hình ta lấy nghiệm hình như hình vẽ. A
chính là điểm chết dưới còn B chính là điểm chết trên của cơ cấu. Từ đó ta xác
định được góc giữa hai vị trí biên: =30
=>
Đảm bảo được các yêu cầu đề ra
- Hình 3.3
3.1.1.2 Tính toán vận tốc , gia tốc
a) Xác định tốc độ quay của khâu dẫn
- Theo thông số kỹ thuật yêu cầu thiết kế của máy được ra chế độ ép của máy liên
tục là 120 p/m . Với một lần ép ta có con trượt của máy thực hiện một lượt đi và
một lượt về , ta gọi là một hành trình kép . Tương ứng với mỗi một hành trình kép
của con trượt khâu dẫn thực hiện một vòng quay . . Vậy ta có trong một phút khâu
dẫn quay 120 vòng . Vậy ta có tốc độ quay của khâu dẫn là 120 v/p coi như khâu
dẫn quay đều ta có :
ϖ=
Với n = 120 v/ p => ϖ = 4π
b) Tính toán vận tốc , gia tốc của cơ cấu
Hình 3.4 Mô hình tính vận tốc , gia tốc
Các kích thước đều đã biết, ta có các ràng buộc :
f1 = l2.cos φ2 + l3.cosφ3 - s = 0 (1)
f2 = l2.sinφ2 + l3.cosφ3 + e = 0
=> (2)
=>
Thay (2) vào (1) ta được hàm truyền
(3)
Đạo hàm phương trình (1) theo thời gian ta được :
- -l3.sinφ3.φ3 – S’ = l2.sinφ2.φ2 (4)
l3.cosφ3.φ3 = - l2.cosφ2.cosφ2
ϖ3 = - φ3.φ2 = = ϖ2. φ3 (5)
Từ (4) ta thu được :
Vc = S’ = (6)
V4 = VC = ϖ2.S’
Để tìm gia tốc ta tiếp tục đạo hàm (4) theo t :
(7)
Giả hệ phương trình (7) và chú ý tới (5) ta được
(8)
Trong đó
Trong thực tế để tính toán đơn giản hơn và cũng đảm bảo độ chính xác cần
thiết người ta thay thế các công thức chính xác trên bằng những công thức gần
đúng, người ta sử dụng khai triển chuỗi với giả thiết đủ nhỏ so với 1 nên có thể
bỏ
qua các số hạng cao hơn λ3. Cụ thể như sau:
ε3 -λ.sinφ2 - .λ3. sin3φ2 (10)
sinφ3 = -λ.sinφ2 (11)
cosφ3 1 - 2λ2.sin2φ2 (12)
φ’3 -λ.cosφ2 – 0,5.λ3.sin2φ2 .cosφ2 (13)
φ’’3 λ.sinφ2. + λ3.sinφ2( -1 + 1,5.sin2φ2) (14)
S l3 + l2 ( cosφ2 – 0,5λ.sin2φ2 - λ3.sin4φ2) (15)
S’ l2 ( -sinφ2 – λ.sinφ2.cosφ2 - .λ3.sin3φ2.cosφ2 (16)
S’’ l2( -cosφ2 – λ( 1- 2cos2φ2) + λ3.sin2φ2.( - 2cos2φ2) (17)
Trong phần tính toán vận tốc và gia tốc của cơ cấu này ta sử dụng công thức tính
toán gần đúng trên
nguon tai.lieu . vn
