Kết quả Thiết kế chế tạo và khảo nghiệm máy ép ván dăm 900 Tấn

Kết quảThiết kếchếtạo vàkhảo nghiệm

máy ép ván dăm 900 Tấn

Nguyễn Mạnh Hoạt

Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam

Nhu cầu ván dăm trên thị trường trong nước ngày càng cao, trong khi đó ván dăm sản xuất trong nước chiếm thị phần rất nhỏ, chủ yếu là ván nhập khẩu từ các nước trong vùng. Bộ Nông nghiệp & PTNT đã trình Chính phủ chương trình phát triển ngành Chế biến Lâm sản đến năm 2010 trong đó sản xuất ván nhân tạo từ gỗ rừng trồng chiếm tỷ trọng lớn (khoảng 1.000.000 m³). Trong dây chuyền công nghệ sản xuất ván dăm thì máy ép nhiệt đơn nạp ván dọc là một thiết bị chủ chốt, phải đồng bộ với các máy được lựa chọn theo yêu cầu công nghệ của toàn bộ dây chuyền. Vì thế một số thông số chính của máy được xác định trước theo yêu cầu của Đề tài cấp Nhà nước KC.07.10 mà không cần phải nghiên cứu tính toán,các thông số kỹ thuật cơ bản củamáy như sau:

– áp suất trên mặt bàn ép tối đa:pmax = 25 kg/cm²

– Tổng áp lực trên bàn ép : P = 900 tấn

– Khe hở giữa hai bàn ép : h = 250mm

– Thời gian nâng bàn ép : t = 30 giây

– Thời gian giữ áp lực : T = 15 phút

– Kích thước của bàn ép : * Dài: 2650 mm

* Rộng: 1350 mm

– Máy ép trực tiếp không qua ép sơ bộ

– Nhiệt độ ép tối đa: T ^max = 180^oC

– Pha nhiệt : Dùng hơi nước quá nhiệt

– Nguồn động lực : Động cơ điện và thủy lực

– Hướng nạp ván : Theo chiều dọc của máy ép

1. Nội dung nghiên cứu

1.1. Nghiên cứu lựa chọn mẫu máy ép

Căn cứ vào các thông số đã lựa chọn, chúng tôi đã khảo sát kết cấu của một số loại máy ép nhiệt trong dây chuyền sản xuất ván dăm, ván sợi hiện đại của Đức, Đài Loan, Trung Quốc – thuộc thế hệ mới, có mặt ở nước ta trong vài năm gần đây và thấy rằng: các loại máy này đều có kết cấu gần giống nhau với các cặp khung hình chữ nhật đặt song song với nhau theo phương thẳng đứng và cách đều nhau một khoảng L nhất định. Nếu công suất dây chuyền lớn thì số lượng cặp khung được kéo dài ra để mỗi lần ép được số lượng sản phẩm nhiều hơn; chiều dọc máy ép là bội số của con số = 2.610(mm) như : 5.220/7.830/15.660(mm). Đồng thời các con số trên cũng ứng với các cặp khung hình chữ nhật là 4/6/12. Từ đó chúng tôi quyết định chọn kết cấu khung máy gồm 2 cặp khung hình chữ nhật và được liên kết với nhau bằng 4 trục tròn dọc. Lựa chọn này là cơ sở để tính toán sức bền và định kết cấu máy.

1.2.Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ kết cấu máy ép

Để chọn sơ đồ kết cấu máy ta dựa vào công nghệ ép, kích thước yêu cầu của sản phẩm và sơ đồ bố trí dây chuyền thiết bị sản xuất.

Chọn sơ đồ kết cấu máy

Khungmáy ép Thớt lực Tĩnh

Thớt lực động Thùng dầu Thuỷ lực

Xi lanh Thuỷ lực

Hình 1 Sơ đò kết cấu máy

Chọn và tính toán các hệ thống chính của máy

+ Lựa chọn hệ thống thuỷ lực (nguồn động lực)

Máy ép tạo được áp lực trên bề mặt bàn ép bằng hệ thống thủy lực gồm có các xi lanh thủy lực và bộ nguồn thủy lực bao gồm: Thùng chứa dầu thuỷ lực, hệ thống bơm gồm bơm lưu lượng và bơm cao áp. Bơm lưu lượng phải đạt thông số phù hợp với yêu cầu công nghệ ép ván, phụ thuộc vào lượng dầu cần cấp cho các xi lanh thuỷ lực với thời gian nâng bàn ép [t] = 30 giây. Bơm cao áp phải đạt đến áp suất 350kg/cm². Các van điều khiển, van an toàn, van một chiều phải kín khít để giữ áp lực và có thể điều chỉnh áp suất trên mặt bàn ép theo yêu cầu công nghệ. Bơm lưu lượng và bơm cao áp được vận hành bằng động cơ điện. Có 2 phương án lựa chọn số xi lanh thủy lực là:

1/- Dùng 4 xi lanh, mỗi xi lanh có áp lực 225 tấn thì P = 225 x 4 = 900tấn

2/- Dùng 6 xi lanh, mỗi xi lanh có áp lực 150 tấn thì P = 150 x 6 = 900tấn

Ta chọn phương án 4 xi lanh, phù hợp với kết cấu khung máy đã chọn ở trên và như vậy tra bảng tìm chọn được loại xi lanh kép có đường kính piston d = 300mm. Từ đó tính được lượng dầu thuỷ lực cần thiết như sau:

Lượng dầu đẩy vào xi lanh khi ép sản phẩm: m = ?d²/4 x 4 x h

m = 3,14 x 3 x3 x2,5 = 70 (lít)

Lượng dầu tối thiểu cần cho cả hệ thống: M = m x 5 = 70 x 5 = 350 lít

+ Để tính kích thước thùng dầu phải căn cứ vào lượng dầu cần thiết trên và sơ đồ bố trí hệ thống bộ nguồn thuỷ lực và các van điều khiển đặt trên nắp thùng dầu. Từ các tính toán về thuỷ lực theo các thông số công nghệ yêu cầu trên ta chọn và bố trí sơ đồ hệ thống thuỷ lực và chọn mua các loại thiết bị thuỷ lực chủ yếu là:Bơm lưu lượng 150 lít/phút với áp suất 40 – 70kg/cm²và bơm tăng áp kép đạt áp suất tối đa = 350 kg/cm². Các loại van phân phối, van điều khiển, van một chiều, van xả nhanh, van xảchậm, van an toàn,… phải cùng hãng sản xuất với bơm để đảm bảo sự đồng bộ.

1.3. Lựa chọn hệ thống vận chuyển ván ra vào máy ép

Vận chuyển thảm dăm vào máy ép và ván đã ép ra

Dăm được trải trên tấm lót từ máy trải thảm, thảm dăm nằm trước máy ép, trên hệ thống con lăn. Để sản xuất nhịp nhàng thì phải tính chu kỳ ép ván phù hợp với công suất yêu cầu để sau khi ép xong, thớt lực động hạ xuống kéo theo tấm lót, tấm lót này móc vào tấm lót chứa thảm dăm đang nằm phía trước máy ép Khi tời kéo tấm ván đã ép ra khỏi máy ép (Hình 2) thì thảm dăm chưa ép được kéo vào máy ép đúng vị trí yêu cầu.

Như vậy thời gian yêu cầu cho một chu kỳ ép là: T = T _nạp+ T _xa+ T _ep

+ Thời gian nạp ván vào bằng thời đưa ván ra = T _nạp

+ Thời gian xả áp = T _xa

+ Thời gian ép ván = T _ep

Ván đang ép Thớt lực tĩnh

Thảm dăm chưa ép Tấm lót

Thớt lực động

Xi lanh ép

Dàn con lăn

Hình2: Sơ đồ vận chuyển thảm dăm và ván ép

Khi tấm ván đã ép xong lại được kéo tiếp đến vị trí tập kết, ván được lấy ra khỏi tấm lót. Lúc này tấm lót được tự do và được đưa quay trở lại máy trải thảm bằng hệ thống vận chuyển cơ học để tiếp tục chu trình khép kín.

Kéo ván ra nhờ một tời liên tục có tốc độ dài của dây cáp < 30 m/phút với động cơ điện công suất 1 kw x 1450 v/ph. Các con lăn kiểu trục có thể thay thế bằng gối quay hai trục tự do. Ngoài ra trước khi kéo tấm ván đã ép đến vị trí tập kết phải sử dụng một cơ cấu tháo khớp giữa hai tấm lót đang móc vào nhau. Cơ cấu này dùng cam để nâng tấm lót của ván chuẩn bị ép ( Hình 3 ):

Thớt lực Ván chuẩn bị ép Cam tháo móc

Ván đã ép

Máy ép

Tấm lót

Con lăn đỡ

Hình 3: Cơ cấu nâng ván ép

1.4. Tính toán hệ khung của máy

Như trên ta đã lựa chọn kết cấu khung máy ép sử dụng hai cặp vì (Hình 4), trên hai cặp vì được lắp đặt các hệ thống như xi lanh thủy lực, thớt lực tĩnh, bàn nhiệt, hệ thống dẫn hướng cho thớt lực động chuyển động đúng quỹ đạo.

Gugiông

Vì Thớt lực

xi lanh thủy lực

Hình 4: Khung máy ép

Khung máy ép có hai vì được chế tạo độc lập và được lắp với nhau nhờ những gugiông lớn kéo suốt chiều dài máy. Vì vậy khi xây dựng sơ đồ tính toán chúng tôi cho một vì chỉ chịu một nửa tải trọng của máy ép. Kết cấu vì là sự liên kết giữa hai tấm tôn dày = 35 mm đặt song song.

P = 900/2

Hình 5

Như vậy, sơ đồ tính toán là hệ khung siêu tĩnh, lực P = 900/2 = 450tấn.

Theo sổ tay sức bền vật liệu ta có biểu đồ và giá trị các lực như sau:

+Biểu đồ mô men uốn trên vì

P.l 16

(M) 3P.l 16

+ Lực cắt

` (Q)

+ Lực kéo trên vì khung

(N)

Từ các biểu đồ lực trên và các kết quả của các phép tính ta tìm được các thông số chính để thiết kế, chế tạo khung máy ép, thớt lực tĩnh, thớt lực động; đồng thời lựa chọn các thiết bị, vật tư mà trong nước chưa thể chế tạo đáp ứng yêu cầu công nghệ của đề tài là:

+ Gia nhiệt bằng hơi quá nhiệt, trong nước chưa chế tạo được thớt nhiệt hơi chịu áp lực cao p > 6 at; trong khi yêu cầu: p = 10 at

+ Hệ thống các thiết bị thuỷ lực với các van phân phối, van tiết lưu, van an toàn có độ chính xác cao để đảm bảo quá trình thực hiện công nghệ chuẩn xác. Các thiết bị đó trong nước cũng chưa có Công ty nào chế tạo được nên phải nhập khẩu của Đài Loan, để vừa đảm bảo chất lượng vừa có giá thành hợp lý.

Ngoài ra các chi tiết, vật tư thiết bị theo tiêu chuẩn như: Động cơ Điện, ống thép ,… chúng tôi lựa chọn mua của các Công ty trong nước sản xuất đảm bảo yêu cầu thiết kế đặt ra.

2. Kết luận

Sau khi thiết kế xong, chúng tôi đã tiến hành chế tạo tại xưởng của Trung tâm Công nghiệp Rừng thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và tiến hành thử nghiệm máy. Kết quả cho thấy máy hoạt động đạt các thông số kỹ thuật chủ yếu đặt ra ban đầu. Hiện nay máy ép nhiệt 900 tấn đang hoạt động tốt trong dây chuyền sản xuất ván dăm qui mô nhỏ từ gỗ rừng trồng của Đề tài cấp nhà nước: KC 07. 10, tại Lâm trường Xuân Đài, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ.

Kết quả trên chứng tỏ với trình độ công nghệ và thiết bị hiện nay chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế, chế tạo được máy ép nhiệt hơi trong dây chuyền sản xuất ván dăm qui mô vừa và nhỏ, giảm được ít nhất 50% giá thành máy do chỉ phải nhập một số loại vật tư mà trong nước chưa chế tạo được.

Tài liệu tham khảo chính

1. Nguyễn Trọng Hiệp (1980), Thiết kế chi tiết máy, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.

2. X.M. Lô- xép (1960), Tuốc bin hơi, NXB Công nghiệp, Hà Nội.

3. Sổ tay Sức bền vật liệu (1960), NXB Công nghiệp, Hà Nội.

Summary

In the production particle board, thermo-pressing machine is popularity, which is the last phase of the line determining productivity and quality of the product. Unlike those single machines, those of the production line should be synchronous and in compliance with the technological requirements as set in the project. The main parameters of the designed machines are calculated according to the technological requirements, from which dimension and components are computed, durability, stability and specific design are tested.