Bài báo trình bày việc xác định một số thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý (khối lệch tâm m0, độ cứng lò xo đàn hồi C, tốc độ quay trục lệch tâm ω) của máy sàng rung vô hướng bằng thực nghiệm. Sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu để xây dựng ma trận thực nghiệm. Từ kết quả thực nghiệm theo ma trận thực nghiệm xác định được giá trị hợp lý của các thông số khảo sát thông qua phần mềm Minitab 18. Kết quả nhận được làm cơ sở cho việc tính toán năng suất và hiệu quả của máy sàng rung vô hướng

Bùi Khắc Gầy

Nguyễn Mạnh Hùng

Nguyễn Viết Tân

English

Journal of Science and Technique

    Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    40 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ  KẾT CẤU HỢP LÝ CỦA MÁY SÀNG RUNG VÔ HƯỚNG  Nguyễn Mạnh Hùng1,, Nguyễn Viết Tân1, Bùi Khắc Gầy1   1Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn  Tóm tắt Bài báo trình bày việc xác định một số thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý (khối lệch tâm m0, độ cứng lò xo đàn hồi C, tốc độ quay trục lệch tâm ω) của máy sàng rung vô hướng bằng thực nghiệm. Sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu để xây dựng ma trận thực nghiệm. Từ kết quả thực nghiệm theo ma trận thực nghiệm xác định được giá trị hợp lý của các thông số khảo sát thông qua phần mềm Minitab 18. Kết quả nhận được làm cơ sở cho việc tính toán năng suất và hiệu quả của máy sàng rung vô hướng. Từ khóa: Thông số động lực học; thông số kết cấu; máy sàng rung vô hướng. 1. Đặt vấn đề  Máy sàng rung vô hướng là máy sàng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vật liệu xây dựng và trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Nguyên lý hoạt động của chúng dựa trên nguyên lý rung tần số cao đối với hộp sàng và mặt sàng. Lực kích động (lực rung) được trục lệch tâm tạo ra trên hộp sàng, mặt sàng được đặt nghiêng một góc α nhất định so với phương ngang. Lực kích động này làm các hạt vật liệu chuyển động bắn lên rơi xuống theo quỹ đạo là một đường răng cưa. Nhờ lực rung mạnh hạt vật liệu chuyển động vừa “nhảy” và “lăn” trên mặt sàng nên năng suất sàng vật liệu lớn hơn các loại máy sàng khác. Máy có cấu tạo hình chữ nhật với công suất lớn, khối lượng nhỏ, hiệu quả sàng lọc cao, tần số cao dễ dàng thay đổi biên độ rung, xử lý được nhiều loại vật liệu khác nhau. Máy có ưu điểm là: Có thể sàng độc lập hoặc nằm trong cùng một dây chuyền công nghệ sản xuất vật liệu; Tách hạt có hình dạng nhất định và tách hạt dạng thô.  Với những ưu điểm vượt trội như trên nên máy rất phù hợp trong phân loại vật liệu đá xây dựng. Việc lựa chọn và đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến các thông số động lực học của máy sàng rung vô hướng nhằm tìm ra các thông số kết cấu hợp lý để máy đạt được năng suất và hiệu quả sàng tốt nhất, làm cơ sở phục vụ cho việc thiết kế và sản xuất máy sàng rung vô hướng tại Việt Nam.                                                    Email: hoangsonhung72@gmail.com                                    https://doi.org/10.56651/lqdtu.jst.v14.n2.431     Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    41 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy sàng rung vô hướng Máy sàng rung vô hướng sử dụng nguyên lý rung tần số cao đối với hộp sàng và mặt sàng. Nhờ lực rung mạnh vật liệu vừa chuyển động vừa “nhảy” trên mặt sàng.   Hình 1. Máy sàng rung vô hướng trong làm thí nghiệm 1. Động cơ điện; 2. Bộ truyền đai; 3. Trục chứa bộ gây rung; 4, 7. Gối đỡ lò xo; 5. Hộp sàng; 6. Mặt sàng Nguyên lý làm việc: Khi động cơ điện làm việc sẽ truyền chuyển động quay cho trục lệch tâm. Khối lệch tâm trên trục khi quay sẽ tạo ra lực ly tâm tác dụng lên hộp sàng. Lực này có độ lớn không đổi nhưng phương và chiều luôn thay đổi (xoay tròn) nên khi tác dụng lên hộp sàng sẽ tạo nên rung động vô hướng (hộp sàng được tựa trên 4 gối lò xo nên sẽ tạo ra một hệ dao động vô hướng). Trong quá trình như vậy, vật liệu trên mặt sàng sẽ chuyển động và các hạt có kích thước nhỏ hơn lỗ sàng sẽ lọt qua và thực hiện quá trình phân loại. 2.2. Hiệu quả sàng vật liệu xây dựng của máy sàng rung vô hướng Trong quá trình làm việc, hiệu quả sàng vật liệu đá xây dựng trên máy sàng rung phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động trên mặt sàng và xác suất lọt qua lỗ sàng của hạt vật liệu. Theo [3], thực nghiệm ở loại mặt sàng nghiêng (máy sàng rung vô hướng) khi máy làm việc hạt vật liệu sẽ được bắn lên và quỹ đạo chuyển động có dạng hình parabol như hình 2.  Hình 2. Sơ đồ xác định tốc độ lớn nhất của mặt sàng rung vô hướng     Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    42 Vận tốc hộp sàng ứng với vận tốc ban đầu của hạt vật liệu khi bay lên khỏi mặt sàng hợp lý của mặt sàng đặt nghiêng một góc α = 20° so với phương ngang là hv 28,40  . Bằng thực nghiệm, các nhà khoa học đã chứng minh rằng lỗ sàng sẽ không bị hạt vật liệu bịt tắc (Đảm bảo hiệu quả và năng suất sàng tốt nhất) nếu quỹ đạo chuyển động của hạt vật liệu đạt được độ cao h so với mặt sàng lớn hơn 0,4 lần kích thước lỗ sàng, nghĩa là h ≥ 4l, trong đó l là kích thước lỗ sàng (Kích thước hạt vật liệu lớn nhất lọt qua lỗ sàng vuông là 0,75 2d l ). Với h là chiều cao bay lên của hạt vật liệu so với mặt sàng, tức là:  0 4,28 4,28 0,4v h l   (1) Theo [3], xác suất lọt lỗ sàng của hạt vật liệu được tính theo công thức sau:  Pn = 1- (1- P)n; (1> P > 0)   (2) Pn là xác suất lọt lỗ sàng của hạt vật liệu sau n lần “thử lọt qua”. Với cùng một loại sản phẩm vật liệu sàng và cùng một loại lưới sàng, xác suất lọt qua lỗ sàng Pn phụ thuộc vào số lần gặp mặt sàng n, theo (2), nếu n càng lớn thì Pn càng lớn. Do n là số lần hạt vật liệu gặp mặt sàng, còn h là chiều cao của bước nhảy hạt vật liệu trên mặt sàng (Hình 2) nên khi h càng lớn thì n càng nhỏ.  Như vậy, để quá trình sàng vật liệu đạt hiệu quả lớn nhất với sàng rung vô hướng thì cần đảm bảo h đủ nhỏ, n đủ lớn. Kết hợp với điều kiện (1) cho phép lựa chọn h nhỏ nhất có thể là h = 0,4d. Tức là để hiệu quả sàng lớn thất với máy sàng sàng rung vô hướng thì: 0 4,28 0,4v l  (3) Vận tốc ban đầu bay lên khỏi mặt sàng của hạt vật liệu 0v  phụ thuộc vào vận tốc, gia tốc, biên độ và góc lắc của hộp sàng, đây chính là các thông số động lực học của hộp sàng. Hiệu quả sàng lớn nhất sẽ phụ thuộc vào vùng làm việc hợp lý của các thông số động lực học của hộp sàng. Với đá 1x2 quy cách, để hạt vật liệu có kích thước lớn nhất lọt lỗ sàng, tức là chọn kích thước đá d = 0,020 m tương ứng có có kích thước lỗ sàng vuông là l = 0,019 m. Điều kiện về động lực học để hiệu quả sàng lớn nhất là khi 0 4,28 0,4v l , khi đó tìm được vận tốc hợp lý 0v = 0,373 (m/s). 2.3. Xây dựng ma trận thực nghiệm, xác định các thông số kết cấu hợp lý của máy sàng rung vô hướng  Thử nghiệm sàng với mẫu đá dăm quy cách 1x2 theo TCVN:1771:1987.     Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    43 Lấy số liệu theo kết cấu tính theo máy sàng rung vô hướng tại Phòng thí nghiệm Khoa Động lực - Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn như sau: Bán kính quay lệch tâm  r0 = 0,04 m; Khối lượng hộp sàng cùng vật liệu dao động m = 120 kg;  Tiến hành xây dựng ma trận thực nghiệm bằng cách thay đổi các thông số kết cấu theo bảng quy hoạch thực nghiệm [1] được lựa chọn trong khoảng cho trước (Hình 3). Ảnh hưởng của khối lượng khối lệch tâm (gây rung) m0; Ảnh hưởng của độ cứng lò xo đàn hồi Cx; Ảnh hưởng của tốc độ quay trục lệch tâm ω; Ảnh hưởng của góc nghiêng hộp sàng 𝛼0.  Hình 3. Sơ đồ khối tiến hành làm thí nghiệm ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số  kết cấu đến các thông số động lực học máy sàng rung vô hướng Ghi kết quả như bảng 1 dưới đây cho ta giá trị tương ứng là các thông số kết cấu của máy sàng gồm: Khối lượng khối lệch tâm m0, độ cứng lò xo Cx, tốc độ quay trục lệch tâm ω và góc nghiêng hộp sàng 𝛼0. Bảng 1. Bảng ma trận thực nghiệm thay đổi các thông số kết cấu ảnh hưởng  đến các thông số động lực học của máy sàng rung vô hướng      Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    44 Tiến hành làm thí nghiệm, kết quả đo được (Bảng 1) là các thông số động lực học gồm: Biên độ dao động, vận tốc, gia tốc, góc lắc, vận tốc góc lắc và gia tốc góc lắc của hộp sàng rung vô hướng. Kết quả chạy chương trình bằng phần mềm Minitab 18 để xác định sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu lên các thông số động lực học của máy, từ đó lựa chọn các thông số kết cấu hợp lý dựa trên vùng làm việc hợp lý của các thông số động lực học của hộp sàng rung vô hướng ta được đồ thị hình 4, 5, 6 và 7 dưới đây. Vận tốc hộp sàng theo phương x là vx, và theo phương y là vy, ta có vx = v0cosα,  vy = v0sinα. Tương tự với gia tốc và biên độ hộp sàng. Theo 2.2, với đá dăm quy cách 1x2, để hiệu quả sàng lớn nhất thì vo được tính như công thức (3), khi ta đặt góc nghiêng mặt sàng α0 = 20°, v0 = 0,373 (m/s), hay  vx0 = v0sinα0 = 0,216 (m/s), vy0 = v0cosα0 = 0,306 (m/s). Giá trị vx và vy vừa tính là các giá trị vận tốc của hộp sàng theo phương x và phương y cần đạt được, các giá trị này tương ứng bằng giá trị vận tốc bay lên khỏi mặt sàng của hạt vật liệu, hay vx = vox, vy = voy. So sánh giá trị vx và vy lên đồ thị ảnh hưởng của các thông số kết cấu lên vận tốc hộp sàng rung vô hướng nhận được từ phần mềm Minitab 18 (Hình 5), ta sẽ lựa chọn được các thông số kết cấu hợp lý của hộp sàng.   Hình 4. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến chuyển vị hộp sàng   Hình 5. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến vận tốc hộp sàng     Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    45   Hình 6. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến gia tốc hộp sàng    Hình 7. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến góc lắc, vận tốc góc lắc và gia tốc góc lắc Với đá dăm quy cách 1x2, để hiệu quả sàng lớn nhất là khi v0 = 0,373 (m/s), tương ứng là vận tốc vx = 0,216 m/s = vx0, vy = 0,306 m/s = vy0. Chiếu lên trên đồ thị vận tốc hộp sàng (Hình 5) sẽ nhận được bộ thông số kết cấu hợp lý như bảng 2. Bảng 2. Thông số kết cấu hợp lý của máy sàng rung vô hướng khi sàng đá 1x2 mo (kg) Cx (N/m) ω (rad/s) 𝛼0 (độ) 4 62474 125 20 * Nhận xét:  - Đồ thị hình 5 cho thấy: Khi tăng giá trị của các thông số kết cấu thì vận tốc hộp sàng đều tăng; Khi tốc độ quay trục lệch tâm và độ cứng lò xo C tăng thì vận tốc hộp sàng tăng là lớn nhất; Khối lượng m0 tăng thì vận tốc hộp sàng cũng tăng nhưng mức độ tăng nhỏ hơn; Góc 𝛼0 tăng thì vận tốc hộp sàng rung tăng nhưng ít chịu ảnh hưởng nhất. - Đồ thị hình 6 cho thấy độ cứng lò xo tăng thì gia tốc hộp sàng tăng và có ảnh hưởng lớn nhất so với mức độ ảnh hưởng của ba thông số ω, 𝛼0 và m0 đến gia tốc hộp sàng.     Journal of Science and Technique – ISSN 1859-0209    46 Từ bảng 2, giá trị của các thông số kết cấu chiếu lên đồ thị hình 6 cho giá trị gia tốc hộp sàng theo phương x và phương y là gx = 21,5 (m/s2) và gy = 27,6 (m/s2) tương ứng  g ≈ 35 (m/s2) đủ lớn, đồ thị hình 4 cho giá trị biên độ dao động hộp sàng theo phương  x = 0,0031 (m), theo phương y = 0,0088 (m) và hình 7 góc lắc 𝛳 = 4,65° (0,081 rad),  vận tốc góc lắc = 18 (rad/s), gia tốc góc lắc = 155 (rad/s2) chính là các thông số động lực học hợp lý của máy sàng rung vô hướng khi sàng đá dăm quy cách 1x2. 3. Kết luận Bài báo trình bày phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến các thông số động lực học của máy sàng rung vô hướng. Từ giá trị thông số động lực học (ở đây là vận tốc hộp sàng) sao cho hiệu quả sàng hợp lý nhất, đối chiếu lên đồ thị nhận được từ phần mềm Minitab 18 sẽ tìm được các thông số kết cấu hợp lý của máy sàng rung vô hướng. Từ thông số kết cấu hợp lý nhận được, chiếu lên các đồ thị ảnh hưởng các thông số kết cấu lên các thông số động lực học sẽ cho phép tìm được các thông số động lực học còn lại của máy sàng rung vô hướng mà tại đó năng suất và hiệu quả sàng phù hợp. Kết quả bài báo trình bày phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm với đá dăm 1x2 là tiền đề xây dựng bài toán tối ưu bằng phương pháp thực nghiệm đối với máy sàng rung vô hướng mà mục tiêu là xác định các thông số kết cấu hợp lý sao cho thông số động lực học của máy sàng rung vô hướng làm việc trong vùng hợp lý để hiệu quả và năng suất sàng là tốt nhất. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình (2011). Quy hoạch thực nghiệm trong kỹ thuật.  Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2. Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998). Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp. Nxb Nông nghiệp, Hà Nội. 3. Trần Minh Tuấn, Chu Văn Đạt, Bùi Khắc Gầy (2013). Máy sản xuất vật liệu xây dựng.  Học viện KTQS. 4. Sergey Rumyantsev, Dmitry Tarasov (2010). Numerical Simulation of Non-linear Dynamics of Vibration Transport Machines in Case of Three Independently Rotating Vibration Exciters. Recent Advances in Applied Mathematics, ISSN 1790-2769. 5. Delxov Nicolaievich (2015). Динамика вибрационного проxoта на комбинационном параметрическом реэонансе. Ижний Новгород.     Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật – ISSN 1859-0209    47 EXPERIMENTAL RESEARCH TO DETERMINE THE REASONABLE STRUCTURAL PARAMETERS OF THE INDURATED VIBRATING  SCREENING MACHINE Abstract: The aim of this article is to identify some structural parameters and reasonable working parameters (eccentric block m0, stiffness spring feedback C, eccentric shaft rotation speed ω) of the indurated vibrating screening machine by experiment. Use the response surface method to build an experimental matrix. From the experimental results according to the experimental matrix, it is possible to determine the reasonable value of the survey parameters through the software Minitab 18. The results obtained serve as a basis for calculating the productivity and efficiency of the indurated vibrating screening machine. Keywords: Dynamic parameters; structural parameters; the indurated vibrating screening machine. Ngày nhận bài: 25/02/2019; Ngày nhận bản sửa lần cuối: 23/5/2019; Ngày duyệt đăng: 22/5/2019  

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU HỢP LÝ CỦA MÁY SÀNG RUNG VÔ HƯỚNG

http://jst.lqdtu.edu.vn/index.php/jst/article/download/431/287

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU HỢP LÝ CỦA MÁY SÀNG RUNG VÔ HƯỚNG

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Journal of Science and Technique