Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công nghiệp chế biến lương thực - thực phẩm, độ mịn của nguyên liệu sau khi nghiền đóng vai trò quyết định đến khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cơ thể người và vật nuôi, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của các sản phẩm bột dinh dưỡng, ngũ cốc ăn liền. Đối với sản phẩm bắp (ngô) đã qua xử lý đồ chín (ép đùn nở chín) để sản xuất bột dinh dưỡng uống liền, tiêu chuẩn kỹ thuật đòi hỏi kích thước bột thành phẩm phải đạt độ mịn cao (thông thường yêu cầu nhỏ hơn $250,\mu\text{m}$, và đối với bột bắp đồ chất lượng cao là dưới $90,\mu\text{m}$).

Các thiết bị nghiền truyền thống được sử dụng phổ biến tại Việt Nam thời điểm đó (máy nghiền búa, máy nghiền đĩa, máy nghiền trục, máy nghiền chậu con lăn) hoạt động theo nguyên lý va đập tự do, chà xát, cắt hoặc nén ép, chủ yếu tạo ra sản phẩm dạng bột có kích thước hạt từ $0,4 - 0,5,\text{mm}$. Khi vận hành để nghiền mịn xuống dưới $0,2,\text{mm}$, các hệ thống này bộc lộ nhiều nhược điểm kỹ thuật:

  • Chi phí năng lượng riêng tăng cao;
  • Năng suất làm việc suy giảm rõ rệt;
  • Nhiệt độ sản phẩm trong buồng nghiền tăng cao làm suy giảm và biến tính thành phần dinh dưỡng của thực phẩm;
  • Lượng bụi phát tán ra môi trường lớn;
  • Nhiều kết cấu máy không có khả năng đạt đến cấp hạt siêu mịn.

Nhằm giải quyết bài toán công nghệ này, đề tài "Tính toán thiết kế - Chế tạo - Khảo nghiệm máy nghiền siêu mịn dạng răng MNR-100 năng suất 100 kg/h" được sinh viên Vũ Đức Chí thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Như Nam và PGS.TS. Trần Thị Thanh tại Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh (khóa 2002 - 2006).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài gồm:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về nghiền vật liệu và lý thuyết tính toán động học, động lực học máy nghiền dạng răng.
  2. Lựa chọn mô hình và tính toán thiết kế chi tiết toàn bộ các cụm bộ phận của máy: buồng nghiền, đĩa rôto gắn thanh răng, máng cấp liệu, hệ thống phân ly và thu hồi bột bằng quạt hút, cyclon lắng kết hợp túi vải lọc bụi vi sinh.
  3. Tính toán thiết kế hệ thống truyền động và lựa chọn động cơ dẫn động phù hợp.
  4. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí chính (trục, đĩa, răng nghiền, khung máy) sử dụng vật liệu thép không gỉ nhằm đáp ứng yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm.
  5. Chế tạo mẫu máy thực tế và tiến hành khảo nghiệm thực nghiệm (chạy rà không tải và chạy có tải với nguyên liệu bắp đồ) nhằm xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: năng suất thực tế, độ mịn bột, điện năng tiêu thụ riêng, nhiệt độ sản phẩm và độ ổn định của kết cấu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng gia công: Hạt bắp đã được đồ chín (ép đùn chín có độ ẩm $6%$, đường kính tương đương $d = 7,25,\text{mm}$, khối lượng thể tích $\rho_v = 600 - 850,\text{kg/m}^3$, khối lượng riêng $\rho = 1000 - 1300,\text{kg/m}^3$).
  • Phạm vi thực hiện: Nghiên cứu thiết kế, gia công chế tạo đơn chiếc tại xưởng cơ khí và tiến hành đo đạc thực nghiệm tại Xưởng Bộ môn Máy Sau thu hoạch - Chế biến, Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM trong khoảng thời gian từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2006.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình tính toán áp dụng

  • Cơ chế phá hủy vật liệu rắn: Đề tài dựa trên cơ sở cơ học phá hủy vật liệu dưới tác dụng của tải trọng động tuần hoàn và hiệu ứng Rebinder (sự hình thành và phát triển của các vết nứt tế vi làm suy giảm độ bền cơ học của vật thể rắn từ $100 - 1000$ lần).
  • Các thuyết nghiền kinh điển:
    • Thuyết bề mặt (P. Rittinger): Công nghiền tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt mới sinh ra, thích hợp cho tính toán nghiền mịn.
    • Thuyết thể tích (V. Kirpichev - Kick): Công nghiền tỷ lệ thuận với biến thiên thể tích vật liệu, áp dụng cho quá trình biến dạng đàn hồi và nghiền thô.
    • Thuyết dung hòa (Ph. Bond): Công nghiền tỷ lệ với trung bình nhân giữa thể tích và diện tích bề mặt ($A = f(\sqrt{V \cdot S})$).
    • Thuyết tổng hợp (P. Rebinder): Công nghiền bao gồm công biến dạng thể tích và công tạo bề mặt mới ($A_n = A_v + A_s$).
  • Quy luật phân bố cỡ hạt: Áp dụng phương trình hàm mũ Rozin - Rammler: $R_x = 100 \cdot e^{-b \cdot x^n}$ để mô tả quy luật phân bố phần dư cỡ hạt trên lưới sàng.
  • Lý thuyết động học máy nghiền răng:
    • Vận tốc va đập giữa răng quay và hạt vật liệu: $$v_1 = \frac{\pi \cdot R_1 \cdot n}{30}$$
    • Động năng va đập phá hủy hạt: $$\Delta E = \frac{G \cdot (w_1^2 - w_2^2)}{2g} \ge A_p = \frac{\sigma^2 \cdot G}{2 E \cdot \gamma}$$
    • Vận tốc vòng tới hạn của răng trong cùng để phá vỡ hạt: $$v_1 \ge \sigma \sqrt{\frac{2g}{\gamma \cdot E \cdot \rho (1 - e^2)}}$$
    • Phương trình xác định số vòng răng cần thiết $r$ dựa trên mức độ nghiền qua mỗi lần va đập $i_k$ ($i_k \approx 2 - 3$) và cỡ hạt yêu cầu.

Phương pháp nghiên cứu và thu thập dữ liệu

  • Phương pháp thiết kế giải tích và động lực học máy: Sử dụng lý thuyết tính toán chi tiết máy, sức bền vật liệu và khí động lực học để xác định kích thước buồng nghiền, bán kính các vòng răng, trở lực đường ống khí nén, thông số quạt ly tâm và tính toán kiểm nghiệm bền mỏi trục rôto theo hệ số an toàn $[n]$.
  • Phương pháp chế tạo cơ khí: Quy trình công nghệ tiện, phay rãnh then, cắt nhiệt oxy - axetylen, hàn định vị và gia công nguội trên các thiết bị gia công kim loại tiêu chuẩn.
  • Phương pháp đo đạc thực nghiệm và thiết bị sử dụng:
    • Đo thông số hình học: Thước cuộn, thước cặp cơ khí, panme, thước đo góc.
    • Đo khối lượng và năng suất: Cân đồng hồ $10,\text{kg}$, $30,\text{kg}$ và cân điện tử có độ chính xác $\pm 0,01,\text{g}$.
    • Đo thông số động học: Đồng hồ đo tốc độ vòng quay tiếp xúc và bấm giờ kỹ thuật số.
    • Đo điện năng tiêu thụ: Đồng hồ đo công suất điện 3 pha chuyên dụng.
    • Đo độ mịn và phân tích cỡ hạt: Phương pháp phân tích sàng tiêu chuẩn Tyler và phương pháp lắng tụ.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Thí nghiệm đo đạc chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật được lặp lại 5 lần ($n = 5$); số liệu được xử lý thống kê toán học bằng công thức Student để xác định giá trị trung bình và khoảng tin cậy với độ tin cậy $\alpha = 0,05$.

Thiết kế và triển khai hệ thống máy nghiền MNR-100

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nguyên liệu bắp đồ được cấp vào buồng nghiền qua máng nạp liệu theo phương dọc trục. Tại đây, hạt bắp lần lượt va đập với vòng răng trong cùng của rôto đang quay với tốc độ cao ($2500,\text{vg/ph}$), văng ra va đập tiếp vào vòng răng của đĩa cố định và các dãy răng tiếp theo ở bán kính lớn hơn. Hạt bị va đập và cắt nhỏ liên tục cho đến khi đạt kích thước nhỏ hơn mắt lưới sàng dập lỗ côn nằm bao quanh buồng nghiền.

Luồng không khí do quạt ly tâm tạo ra sẽ hút các hạt bột đã lọt qua lưới sàng đi theo đường ống vận chuyển lên cyclon lắng. Tại cyclon, phần lớn bột mịn được tách ra nhờ lực ly tâm và rơi xuống túi vải thu hồi chính. Luồng khí mang theo bụi mịn siêu nhỏ tiếp tục đi qua túi vải lọc vi bụi thứ cấp để giữ lại toàn bộ hạt bụi trước khi thải khí sạch ra môi trường.

Máng cấp liệu -> Buồng nghiền răng -> Lưới sàng (Mesh-85) -> Đường ống hút -> Quạt ly tâm -> Cyclon lắng -> Túi vải thu bột chính

Thông số kỹ thuật và kích thước cơ bản

Cụm bộ phận Thông số kỹ thuật thiết kế Giá trị tính toán / chế tạo
Động lực chính Động cơ dẫn động rôto nghiền Động cơ điện 3 pha DK 63, công suất $7,5,\text{kW}$, $1460,\text{vg/ph}$
Động cơ dẫn động quạt hút Động cơ điện 3 pha DK 51-4, công suất $4,5,\text{kW}$, $1440,\text{vg/ph}$
Rôto & Buồng nghiền Đường kính bao buồng nghiền $\phi 600,\text{mm}$, bề dày $146,\text{mm}$
Đường kính đĩa rôto quay $\phi 420,\text{mm}$, bề dày $20,\text{mm}$, moay-ơ dài $80,\text{mm}$
Tốc độ quay của trục rôto $2500,\text{vg/ph}$
Vận tốc vòng răng trong cùng $v_1 = 65,\text{m/s}$ (bán kính $R_1 = 98,\text{mm}$)
Tổng số răng nghiền 45 răng (kích thước răng $115 \times 25 \times 22,\text{mm}$)
Bố trí răng rôto quay 2 vòng răng ($Z_1 = 6$ răng, $Z_2 = 11$ răng)
Bố trí răng đĩa cố định 2 vòng răng ($Z_3 = 9$ răng, $Z_4 = 18$ răng)
Lưới sàng Tiêu chuẩn & Kích thước lỗ Sàng dập lỗ côn $d_1 = 0,1,\text{mm}$, $d_2 = 0,5,\text{mm}$ (Mesh-85 Tyler), $\phi 470,\text{mm}$
Hệ thống khí động & Thu hồi Lưu lượng khí của quạt ly tâm $Q = 0,594,\text{m}^3\text{/s}$, áp suất toàn phần $H = 2736,\text{N/m}^2$, $n_{quat} = 2200,\text{vg/ph}$
Kích thước cyclon phân ly Thép tấm dày $2,\text{mm}$, đường kính thân $D = 800,\text{mm}$, chiều cao tổng thể $3600,\text{mm}$
Đường kính ống dẫn khí $d_o = 140,\text{mm}$, tổng chiều dài tương đương hệ thống $L_{td} = 87,6,\text{m}$
Trục rôto Vật liệu & Kích thước Thép cacbon 45, đường kính lắp ổ đỡ $\phi 50,\text{mm}$, chiều dài trục $520,\text{mm}$
Độ bền mỏi trục Hệ số an toàn tính toán $n = 10,8$ (cho phép $[n] = 2,197$)
Kích thước toàn máy Kích thước lắp đặt tổng thể Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao: $4,8,\text{m} \times 4,0,\text{m} \times 4,35,\text{m}$
Cụm nghiền, quạt & truyền động Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao: $810,\text{mm} \times 1200,\text{mm} \times 1560,\text{mm}$

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mục đích luận văn

Chương mở đầu xác định mục tiêu thiết kế máy nghiền mịn kiểu thanh răng đạt năng suất $100,\text{kg/h}$ phục vụ sản xuất bột dinh dưỡng bắp đồ chín. Đặt ra các giới hạn kỹ thuật bắt buộc: vật liệu chế tạo bằng thép không gỉ, sản phẩm có kích thước hạt dưới $70,\mu\text{m}$, nhiệt độ làm việc của vật liệu gia công không vượt quá nhiệt độ môi trường quá $5^\circ\text{C}$ nhằm bảo toàn chất lượng dinh dưỡng.

Chương 2, 3 & 4: Tra cứu tài liệu, đối tượng gia công và cơ sở lý thuyết

  • Đặc tính cơ lý của bắp đồ: Trình bày cấu trúc hạt bắp (gồm vỏ $10-15%$, nội nhũ $79-85%$, phôi $4-8%$), thành phần hóa học ($14%$ nước, $10,3%$ đạm, $4,9%$ lipit, $56,9%$ tinh bột), năng lượng trao đổi ($355,\text{kcal/100g}$). Nêu rõ các thông số tính toán: độ bền hạt $\sigma = 7,\text{MN/m}^2$, môđun đàn hồi $E = (9,5 - 10)\cdot 10^7,\text{N/m}^2$, hệ số hồi phục $e = 0,4 - 0,5$, hệ số ma sát với thép $\mu = 0,4 - 0,5$.
  • Tổng quan các dạng máy nghiền: Phân tích cấu tạo, ưu nhược điểm của máy nghiền đĩa, máy nghiền trục, máy nghiền chậu con lăn, máy nghiền búa và máy nghiền răng (loại một rôto và hai rôto quay).
  • Xây dựng phương trình tính toán máy nghiền răng: Thiết lập công thức tính động năng va đập, vận tốc tiếp tuyến của các vòng răng, công suất tiêu hao buồng nghiền và công thức tính gần đúng năng suất dựa trên diện tích xung quanh vòng răng trong cùng ($Q = 3600 \cdot \mu \cdot A \cdot \rho \cdot w_1$).

Chương 5: Phương pháp và phương tiện nghiên cứu

Trình bày phương pháp luận thiết kế từng cụm chức năng (máng nạp liệu tự chảy có góc nghiêng thỏa mãn $\sin\alpha > \mu$, cụm buồng nghiền - rôto, hệ thống phân ly khí động và bộ truyền đai thang). Mô tả công nghệ chế tạo đơn chiếc tại xưởng sản xuất, danh mục thiết bị đo đạc thông số hình học, động học, điện năng và quy trình khảo nghiệm 2 giai đoạn: chạy rà không tải và khảo nghiệm xác định chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật có tải.

Chương 6: Thực hiện đề tài - Kết quả và thảo luận

  • Tính toán thiết kế chi tiết: Trình bày toàn bộ chuỗi tính toán giải tích từ việc chọn bán kính vòng răng trong cùng ($R_1 = 98,\text{mm}$), vận tốc vòng ($v_1 = 65,\text{m/s}$), tính toán số răng trên các đĩa quay và đĩa cố định, kích thước buồng nghiền, thiết kế sàng dập lỗ côn Mesh-85.
  • Tính toán khí động và xử lý bụi: Xác định lưu lượng khí qua sàng ($Q_o = 0,36,\text{m}^3\text{/s}$), chọn lưu lượng hút hệ thống ($Q_h = 0,54,\text{m}^3\text{/s}$), tính toán kích thước cyclon phân ly ($\phi 800,\text{mm}$, cao $3600,\text{mm}$), trở lực đường ống ($\Delta P = 2487,\text{N/m}^2$) và chọn quạt ly tâm công suất $4,5,\text{kW}$.
  • Tính toán động lực và bộ truyền: Tính toán công suất buồng nghiền ($N_t = 5,1,\text{kW}$), chọn động cơ điện $7,5,\text{kW}$; tính toán bộ truyền đai thang từ động cơ sang trục rôto và từ trục rôto sang trục quạt; tính toán sức bền mỏi trục rôto (thép 45, kiểm tra ứng suất uốn, xoắn và hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm).
  • Quy trình công nghệ chế tạo: Thiết lập tiến trình các nguyên công chế tạo trục rôto (7 nguyên công), răng nghiền (5 nguyên công), đĩa rôto và đĩa cố định (8 nguyên công) cùng khung bệ máy.
  • Kết quả khảo nghiệm thực tế: Thu thập, xử lý thống kê số liệu chạy rà không tải (4 giờ) và khảo nghiệm có tải (5 lần đo).

Kết quả và đóng góp của đề tài

Kết quả khảo nghiệm thực nghiệm

Quá trình khảo nghiệm máy nghiền MNR-100 được tiến hành theo 2 bước:

1. Khảo nghiệm chạy rà không tải (theo dõi liên tục trong 4 giờ):

Thời gian theo dõi Công suất tiêu thụ ($kW$) Tốc độ động cơ ($vg/ph$) Tốc độ rôto ($vg/ph$) Nhiệt độ gối đỡ trái ($^\circ C$) Nhiệt độ gối đỡ phải ($^\circ C$) Hiện tượng bất thường
1 giờ 3,638 1446 2528 52,1 49,4 Không
2 giờ 3,521 1446 2528 53,6 48,3 Không
3 giờ 3,485 1446 2528 51,2 48,5 Không
4 giờ 3,492 1446 2528 52,9 47,9 Không

Nhận xét chạy rà: Máy vận hành êm ái, chỉ xuất hiện tiếng ồn khí động học và ma sát cơ học thông thường, không có tiếng va đập cơ khí lạ; nhiệt độ các ổ đỡ ổn định dưới $54^\circ\text{C}$; kết cấu cân bằng động tốt, không bị xê dịch vị trí.

2. Khảo nghiệm có tải xác định chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (5 lần đo với nguyên liệu bắp đồ ẩm độ $6%$):

Lần thí nghiệm Năng suất ($kg/h$) Độ nhỏ bột nghiền ($\mu m$) Công suất tiêu thụ ($kW$) Suất tiêu hao điện ($kWh/tấn$) Nhiệt độ bột ($^\circ C$) Lao động vận hành (người)
Lần 1 115,0 56,0 6,822 59,32 35,2 1
Lần 2 108,0 48,0 6,795 62,92 34,6 1
Lần 3 106,0 57,0 6,801 64,16 35,1 1
Lần 4 117,0 52,0 6,808 58,19 34,8 1
Lần 5 107,0 46,0 6,814 63,68 34,3 1
Trung bình 110,6 51,8 6,808 61,654 34,8 1

Khoảng tin cậy của các chỉ tiêu kỹ thuật (độ tin cậy $95%$):

  • Năng suất thực tế: $104,4,\text{kg/h} \le Q \le 116,8,\text{kg/h}$ (vượt mức thiết kế ban đầu $100,\text{kg/h}$).
  • Độ nhỏ sản phẩm bột: $45,8,\mu\text{m} \le M \le 57,8,\mu\text{m}$ (đạt độ siêu mịn, vượt yêu cầu thiết kế $< 70,\mu\text{m}$).
  • Công suất tiêu thụ có tải: $6,794,\text{kW} \le N \le 6,822,\text{kW}$ (thấp hơn công suất định mức động cơ $7,5,\text{kW}$).
  • Mức tiêu thụ điện năng riêng: $58,287,\text{kWh/tấn} \le A_{tt} \le 65,021,\text{kWh/tấn}$.
  • Nhiệt độ sản phẩm: $34,3^\circ\text{C} \le t^\circ \le 35,3^\circ\text{C}$ (chênh lệch so với nhiệt độ môi trường $32^\circ\text{C}$ là $2,8^\circ\text{C}$, đạt yêu cầu không tăng quá $5^\circ\text{C}$).

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Chế tạo thành công một mẫu máy nghiền siêu mịn dạng răng một rôto quay kết hợp hệ thống hút bột khí động tuần hoàn, giải quyết triệt để nhược điểm sinh nhiệt và nghẽn bột của các dòng máy nghiền cơ khí thông thường.
  • Chứng minh tính đúng đắn và sự phù hợp cao giữa mô hình tính toán động học lý thuyết (vận tốc va đập răng nghiền, lưu lượng hút khí động, độ bền mỏi trục) với các thông số vận hành thực nghiệm.
  • Đưa ra giải pháp công nghệ thu hồi bột hai cấp (cyclon phân ly kết hợp túi vải lọc bụi vi sinh), vừa thu hồi triệt để thành phẩm có độ mịn cao, vừa triệt tiêu bụi phát tán ra môi trường sản xuất.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Hạn chế: Quá trình chế tạo máy được thực hiện theo phương thức đơn chiếc, vật liệu đòi hỏi thép không gỉ gia công phức tạp; các khảo nghiệm thực nghiệm mới chỉ thực hiện tập trung trên đối tượng bắp đồ chín có độ ẩm $6%$ trong phạm vi phòng thí nghiệm và xưởng thực hành, chưa theo dõi độ mòn cơ học của răng nghiền qua thời gian làm việc liên tục dài hạn.
  • Hướng mở rộng đề tài: Tác giả đề nghị tiếp tục theo dõi, quan trắc hoạt động của máy trong điều kiện dây chuyền sản xuất công nghiệp thực tế; đồng thời mở rộng khảo nghiệm khả năng nghiền mịn trên các đối tượng nông sản và nguyên liệu thực phẩm khác (đậu nành, gạo, đậu xanh, nấm dược liệu...).

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Cơ khí Chế biến Nông sản Thực phẩm, Cơ khí Động lực, Máy sau thu hoạch: Cung cấp quy trình tính toán động học, động lực học máy nghiền dạng va đập - cắt, phương pháp tính toán hệ thống hút vận chuyển hạt rời bằng khí nén và thiết kế cyclon lắng.
  • Kỹ sư thiết kế máy thực phẩm: Cung cấp bản vẽ nguyên lý, công thức giải tích kiểm nghiệm trục quay tốc độ cao ($2500,\text{vg/ph}$), giải pháp kết cấu buồng nghiền có lưới sàng dập lỗ côn Mesh-85 và quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí.
  • Các cơ sở sản xuất và doanh nghiệp chế biến bột dinh dưỡng, thức ăn chức năng: Cung cấp thông số kỹ thuật thực tế của một mẫu máy nghiền công suất $100,\text{kg/h}$ có suất tiêu hao năng lượng hợp lý ($61,65,\text{kWh/tấn}$) và chi phí nhân công thấp (1 người vận hành).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn máy nghiền dạng răng một rôto quay thay vì máy nghiền búa hoặc hai rôto quay?

Máy nghiền răng tạo ra lực va đập và lực cắt với vận tốc tiếp tuyến lớn ($v_1 = 65,\text{m/s}$ ngay tại vòng trong cùng), cho phép phá vỡ hạt bắp đồ thành cấp hạt siêu mịn ($< 70,\mu\text{m}$). So với máy nghiền búa, máy nghiền răng ít sinh nhiệt và tạo độ hạt đồng đều hơn. So với máy nghiền răng hai rôto quay ngược chiều, kết cấu một rôto quay kết hợp đĩa răng cố định và lưới sàng có cấu tạo cơ khí đơn giản hơn, dễ chế tạo, chi phí năng lượng thấp hơn và hoàn toàn đáp ứng năng suất $100,\text{kg/h}$.

2. Kích thước và cách bố trí các thanh răng trên rôto và đĩa cố định được xác định như thế nào?

Máy sử dụng tổng cộng 45 răng nghiền kích thước $115 \times 25 \times 22,\text{mm}$ bằng thép 45 hàn trên đĩa. Rôto quay có đường kính $\phi 420,\text{mm}$ gồm 2 vòng răng: vòng trong bán kính $R_1 = 98,\text{mm}$ ($Z_1 = 6$ răng), vòng ngoài bán kính $R_2 = 158,\text{mm}$ ($Z_2 = 11$ răng). Đĩa cố định gồm 2 vòng răng nằm xen kẽ: vòng trong bán kính $R_3 = 128,\text{mm}$ ($Z_3 = 9$ răng), vòng ngoài bán kính $R_4 = 188,\text{mm}$ ($Z_4 = 18$ răng). Khoảng cách giữa các vòng răng là $a = 30,\text{mm}$, khe hở giữa các răng trên cùng vòng là $65,\text{mm}$.

3. Hệ thống phân ly khí động và xử lý bụi gồm những bộ phận nào và có tác dụng gì?

Hệ thống gồm quạt ly tâm (động cơ $4,5,\text{kW}$, lưu lượng $0,594,\text{m}^3\text{/s}$, áp suất $2736,\text{N/m}^2$, tốc độ $2200,\text{vg/ph}$), đường ống dẫn khí $\phi 140,\text{mm}$, cyclon lắng bằng thép tấm đường kính thân $D = 800,\text{mm}$, cao $3600,\text{mm}$, túi vải thu bột chính và túi vải lọc vi bụi. Hệ thống có tác dụng:

  • Hút liên tục bột đã lọt qua lưới sàng ra khỏi buồng nghiền, chống nghẽn buồng nghiền;
  • Làm mát luồng sản phẩm, giữ nhiệt độ bột không tăng quá $3^\circ\text{C}$ so với môi trường;
  • Thu hồi triệt để lượng bột siêu mịn và ngăn ngừa bụi phát tán ra môi trường.

4. Kết quả khảo nghiệm thực tế của máy MNR-100 có đáp ứng các chỉ tiêu thiết kế ban đầu không?

Khảo nghiệm thực nghiệm 5 lần với nguyên liệu bắp đồ ẩm độ $6%$ cho thấy máy đáp ứng và vượt toàn bộ các chỉ tiêu thiết kế:

  • Năng suất đạt trung bình $110,6,\text{kg/h}$ (mục tiêu thiết kế: $100,\text{kg/h}$);
  • Độ mịn bột đạt trung bình $51,8,\mu\text{m}$ (mục tiêu thiết kế: $< 70,\mu\text{m}$);
  • Nhiệt độ sản phẩm sau nghiền là $34,8^\circ\text{C}$ trong điều kiện môi trường $32^\circ\text{C}$, mức tăng nhiệt $2,8^\circ\text{C}$ (mục tiêu: tăng không quá $5^\circ\text{C}$);
  • Công suất tiêu thụ có tải trung bình là $6,808,\text{kW}$ với suất tiêu hao điện riêng $61,654,\text{kWh/tấn}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Vũ Đức Chí đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu nghiên cứu từ tính toán lý thuyết, thiết kế kỹ thuật, chế tạo thực tế đến khảo nghiệm máy nghiền siêu mịn dạng răng MNR-100. Máy vận hành ổn định, đạt năng suất trung bình $110,6,\text{kg/h}$, tạo ra sản phẩm bột bắp đồ có độ mịn cao ($51,8,\mu\text{m}$), kiểm soát tốt nhiệt độ sản phẩm ($34,8^\circ\text{C}$) và tiêu tốn ít điện năng. Công trình là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao, hoàn toàn có khả năng ứng dụng trực tiếp vào các dây chuyền sản xuất bột dinh dưỡng và ngũ cốc quy mô vừa và nhỏ.