Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cối trộn bê tông có cốt liệu kích thước lớn đến 100 120 m cho các trạm trộn bê tông tự động năng suất từ 30 60 m3 giờ

Các loại cối trộn bê tông cưỡng bức trục đứng kiểu tuốc bin, cối trộn cưỡng bức kiểu hành tinh, cối trộn cưỡng bức kiểu trục ngang do IMI thiết kế chế tạo đã chiếm được niềm tin của nhữn

bộ công thương viện máy và dụng cụ công nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài m∙ số: 179.09 rd/hđ-khcn

danh sách những người thực hiện đề tài

ngành Chế tạo máy

Viện Máy và DCCN

Môc Lôc

MUC LUC 1

M¬ ®ÇU 2

I T«NG QUAN VÒ C«NG NGHÖ Vµ THIÕT BÞ S¶N XUÊT Bª T«NG 3

1.1 C¸c phư¬ng ph¸p vµ nguyªn lý trén bª t«ng: 3

1.2 T×nh h×nh nghiªn cøu trªn thÕ giíi vµ kÕt qu¶ kh¶o s¸t c¸c s¶n phÈm hiÖn ®ang ®ưîc øng dông t¹i ViÖt nam 4

1.3 §Æc ®iÓm vµ cÊu t¹o cña cèi trén cưìng bøc trôc ngang: 7

II N«I DUNG NGHIªN CưU, THIÕT KÕ Vµ CHÕ T¹O 11

2.1 ThiÕt kÕ nguyªn lý vµ cÊu h×nh tæng thÓ cèi trén ITM-1250 11

2.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ kü thuËt vµ thiÕt kÕ chi tiÕt 14

2.3 ChÕ t¹o thö nghiÖm: 32

2.4 Ch¹y thö kh«ng t¶i vµ cã t¶i: 34

III KÕT LUËN Vµ KIÕN NGHÞ 36

IV TµI LIÖU THAM KH¶O 37

V PHU LUC 38

Mở đầu

Trong những năm gần đây, ngành xây dựng của nước ta đã có một sự phát triển mạnh mẽ Các đơn vị xây dựng đã có thể thi công các công trình lớn, phức tạp, ứng dụng các công nghệ xây dựng tiên tiến của thế giới Cùng với sự phát đó, công nghệ sản xuất bê tông và các vật liệu xây dựng khác cũng không ngừng phát triển Hiện nay chúng ta đã chế tạo được các loại trạm trộn bê tông tự động với các công suất lớn và cho nhiều loại bê tông khác nhau, chất lượng bê tông tốt Viện máy và dụng cụ công nghiệp (IMI) đã có nhiều kinh nghiệm và thành công trong lĩnh vực nghiên cứu, thiết

kế và chế tạo trạm trộn bê tông Các loại cối trộn bê tông cưỡng bức trục đứng kiểu tuốc bin, cối trộn cưỡng bức kiểu hành tinh, cối trộn cưỡng bức kiểu trục ngang do IMI thiết kế chế tạo đã chiếm được niềm tin của những đơn vị sử dụng trong nước Từ nhu cầu của sản xuất, IMI đề xuất tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo loại cối trộn

bê tông trục ngang trộn được cốt liệu kích thước lớn đến 100/120mm

Tại Việt Nam, cối trộn trục ngang trộn được cốt liệu kích thước lớn cũng đã

được sử dụng trong một số công trường, tuy nhiên các cối trộn này đều được nhập khẩu từ nước ngoài và giá thành của các loại cối trộn này là tương đối đắt, một chiếc cối trộn MEO-1500/1000 của hãng Sicoma-Italy có giá 30.000 EUR, một cối trộn EMS-1500/1000 của hãng ELBA-Germany có giá 35.000 EUR, một cối trộn DKX-1.25 của hãng BHS-Germany có giá 40.000 EUR, còn một cối trộn DKX-3.33 của hãng BHS-Germany có giá đến 135.000 EUR Như vậy việc nghiên cứu thiết kế chế tạo cối trộn trục ngang trộn được cốt liệu kích thước lớn là điều hết sức cần thiết để chúng ta chủ động được trong công nghệ, đáp ứng được yêu cầu thực tế của các đơn vị

sử dụng, từ đó có khả năng ứng dụng rộng rãi trên thị trường thiết bị trong nước, tiết kiệm ngoại tệ đồng thời giảm thiểu đầu tư, góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp trong nước

I Tổng quan về công nghệ và thiết bị sản xuất bê

tông

1.1 Các phương pháp và nguyên lý trộn bê tông:

- Theo nguyên lý làm việc, ta phân ra làm hai loại, cối trộn làm việc theo chu kì

và cối trộn làm việc liên tục

+ Cối trộn làm việc theo chu kì có các công đoạn phân tách rõ ràng trong một chu kì làm việc: Nạp phối liệu, nhào trộn hỗn hợp và xả hỗn hợp thành phẩm

+ Cối trộn làm việc liên tục: quá trình nạp phối liệu và xả hỗn hợp thành phẩm

được diễn ra đồng thời, liên tục

- Theo phương pháp trộn, ta có thể phân biệt được cối trộn cưỡng bức và cối trộn

tự do

+ Cối trộn tự do: cánh trộn được bố trí ở thành trong của thùng trộn, thùng trộn thực hiện chuyển động quay, cốt liệu được múc lên cao rồi đổ rơi xuống tạo ra sự nhào trộn Cối trộn tự do có kết cấu đơn giản, có khả năng trộn được các loại bê tông có cốt liệu lớn Chất lượng trộn (độ đồng đều của hỗn hợp sau trộn) không cao

+ Cối trộn cưỡng bức: Các cánh trộn được lắp trên trục trộn, khi trục trộn quay, các cánh trộn sẽ nhào trộn hỗn hợp Phương pháp này cho chất lượng trộn tốt hơn so với phương pháp trộn tự do

- Tuỳ theo kết cấu và cách bố trí các trục trộn, ta có các loại cối trộn cưỡng bức sau:

+ Cối trộn cưỡng bức trục đứng kiểu tuốc bin (máy trộn ro to)

+ Cối trộn cưỡng bức trục đứng kiểu hành tinh

+ Cối trộn cưỡng bức một trục ngang

+ Cối trộn cưỡng bức hai trục ngang

- Cối trộn cưỡng bức trục ngang hiện nay được sử dụng khá phổ biến, loại cối trộn này được dùng để trộn được các loại bê tông có độ sụt thấp, bê tông nghèo, bê tông khô, đặc biệt loại này có khả năng trộn được hỗn hợp có kích thước lớn

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và kết quả khảo sát các sản phẩm hiện

đang được sử dụng tại Việt nam

Cối trộn bê tông 2 trục ngang đã được chế tạo đầu thế kỷ 20, và đến nay loại cối trộn này không ngừng được cải tiến và nâng cấp Đây là một trong những loại cối trộn

bê tông được sử dụng rộng rãi Công ty BHS của Đức đã cho ra đời chiếc cối trộn 2 trục ngang đầu tiên, và từ đó đến nay công ty này đã chế tạo và cung cấp hàng nghìn cối trộn 2 trục ngang cho các công trường trên khắp thế giới Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều các công ty chế tạo và cung cấp cối trộn bê tông 2 trục ngang, các công ty nổi tiếng trong lĩnh vực này phải kể đến là BHS, Sicoma, Eurotec, Avanti… Với các tính năng ưu việt của mình, cối trộn 2 trục ngang là loại cối trộn được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay Trung Quốc và Hàn Quốc cũng là những nước rất mạnh trong lĩnh vực chế tạo loại cối trộn này, các sản phẩm của họ đã chiếm lĩnh một thị trường lớn ở khu vực Châu á Hiện nay, một số công ty đã nghiên cứu ứng dụng vật liệu ceramic để chế tạo các cánh trộn và tấm lót trong cối trộn, điều này làm cho thời gian sử dụng và sự làm việc ổn định của cối tăng lên rất nhiều

Dưới đây là một số loại cối trộn trục ngang của các hãng nổi tiếng trên thế giới

đang được sử dụng ở Việt Nam:

1.2.1 Cối trộn cưỡng bức hai trục ngang MB1500 của hãng Eurotec:

Hình 1-4 Cối trộn MB1500 của Eurotec-Italy

Cì h¹t 32-80 mm chiÕm tèi ®a 35% thµnh phÇn cèt liÖu

Cì h¹t 80-100 mm chiÕm tèi ®a 10% thµnh phÇn cèt liÖu

Cì h¹t 100-120 mm chiÕm tèi ®a 10% thµnh phÇn cèt liÖu

1.2.3 Cèi trén c−ìng bøc hai trôc ngang MEO1750/1250 cña h·ng Sicoma:

1.3 Đặc điểm và cấu tạo của cối trộn cưỡng bức trục ngang:

1.3.1 Cối trộn cưỡng bức một trục ngang:

Kết cấu cối trộn trục cưỡng bức một trục ngang được biểu diễn trong (hình 1-1)

Cốt liệu và xi măng được đưa vào thùng trộn qua cửa nạp liệu (3), thùng trộn (2)

có dạng hình trụ, trục trộn (1) được bố trí đồng tâm với thùng trộn, hai cánh trộn có dạng các vành xoắn vít ngược chiều nhau, 2 cánh trộn tạo ra xu hướng cho các dòng liệu chuyển động về phía cửa xả (4) giữa cối Sự nhào trộn hỗn hợp được thực hiện nhờ các chuyển động ngược chiều nhau của các dòng vật liệu, chuyển động vòng và

Hình 1-1 Kết cấu cối trộn cưỡng

bức một trục ngang

chuyển động rơi tự do, các dòng chuyển động phức tạp này giúp cho sự nhào trộn đạt

được độ đồng đều cao trong khoảng thời gian ngắn

Việc chế tạo chính xác biên dạng và kích thước cánh trộn ở đây là rất quan trọng, vành xoắn có kích thước lớn, đòi hỏi một công nghệ chế tạo phức tạp Đây chính là một trong những hạn chế của loại cối này

1.3.2 Cối trộn cưỡng bức hai trục ngang:

Thân thùng trộn (2) có dạng hình máng, hai trục trộn (1) được bố trí trong thùng trộn như (hình 1-2), hai trục trộn quay ngược chiều nhau Các cánh (4) trộn được lắp trên các trục trộn và được gá nghiêng góc với trục trộn sao cho khi hai trục chuyển

Hình 1-2 Kết cấu cối trộn cưỡng

bức hai trục ngang

động, các dòng vật liệu sẽ chuyển động ng−ợc chiều nhau và đan xen vào nhau Việc chuyển động hỗn loạn của các dòng vật liệu sẽ gây ra đ−ợc một tác dụng nhào trộn tốt Cửa xả cối trộn đ−ợc bố trí dọc theo thân thùng trộn, nh− vậy tiết diện cửa xả là rất lớn, điều này giúp cho quá trình xả liệu đ−ợc thực hiện trong thời gian ngắn

Cối trộn hai trục ngang có kết cấu đơn giản, các cánh trộn đ−ợc bố trí tách rời nhau, tiện lợi cho việc tháo lắp và điều chỉnh, đồng thời khiến cho việc chế tạo và lắp ráp cối không đòi hỏi những công nghệ phức tạp, việc bảo d−ỡng sửa chữa thay thế cũng đơn giản

1.3.3 Các −u điểm nổi bật của cối trộn c−ỡng bức hai trục ngang:

1) Chất l−ợng nhào trộn tốt, thời gian trộn ngắn

Qua biểu đồ (hình 1-3) ta thấy, sau 15s trộn độ đồng đều của hỗn hợp đã đạt

đ−ợc 85%, và với thời gian trộn 30s độ đồng đều của hỗn hợp đạt đến 95% Điều đó cho thấy năng suất trộn của cối trộn hai trục ngang là rất cao

Hình 1-3 Biểu đồ quan hệ giữa thời gian

và chất l−ợng trộn (theo BHS Sonthofen)

2) Tạo ra những chuyển động nhào trộn mạnh và phức tạp (hình 1-4), có thể trộn được các loại bê tông với cốt liệu cỡ lớn, các loại hỗn hợp vật liệu dẻo và các loại

bê tông có độ sụt thấp

3) Tốc độ xả hỗn hợp sau trộn nhanh, do kích thước cửa xả lớn

4) Diện tích chịu mài mòn nhỏ, khu vực nhào trộn khốc liệt nằm giữa hai trục trộn, phần bị mài mòn còn lại chủ yếu là ở phía mặt dưới của thùng trộn (hình 1-5)

Điều đó có nghĩa là tuổi bền của cối sẽ cao hơn

Hình 1-4 Quỹ đạo chuyển động phức tạp của vật liệu và khu vực nhào trộn

Hình 1-3 Phạm vi chịu mài mòn

trên thân cối

II Nội dung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo

2.1 Thiết kế nguyên lý và cấu hình tổng thể cối trộn ITM-1250:

Qua việc nghiên cứu kết cấu các loại cối trộn trục ngang và khả năng công nghệ

trong nước, nhóm nghiên cứu đề tài quyết định lựa chọn đối tượng nghiên cứu thiết kế,

chế tạo trong đề tài là loại cối trộn cưỡng bức hai trục ngang (dựa chính theo mẫu cối

trộn DKX-1.25 của hãng BHS - CHLB Đức), kí hiệu ITM-1250

Các thông số của ITM-1250:

Thể tích nạp liệu: 1880 lít

Thể tích bê tông tươi không nén trộn được 1500 lít

Thể tích bê tông nén trộn được: 1250 lít

Kích thước đá lớn nhất cho phép: 120 mm

Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 70s

Sơ đồ thời gian cho một mẻ trộn:

Nạp liệu 10s

Nạp xi măng 15s

Nạp nước 20s

Nạp phụ gia 20s

Kết cấu của cối trộn cưỡng bức 2 trục ngang gồm sáu phần chính:

1) Thân thùng trộn: thể tích chứa liệu thùng trộn là 1,88m3, mặt trong của thùng trộn

được lắp các tấm lót được chế tạo bằng thép chịu mài mòn Lớp lót chịu mài mòn gồm

nhiều tấm nhỏ ghép lại và được bắt vào vỏ thùng trộn bằng bu lông, có thể tháo lắp

thay thế dễ dàng

Hình 2-1 Sơ đồ thời gian cho một

mẻ trộn của cối ITM-1250

b b

2) Trục trộn: Gồm 2 trục nằm ngang, quay đồng tốc và ngược chiều nhau Các cánh trộn trên mỗi trục được bố trí có góc nghiêng và tạo thành một đường xoắn vít Các cánh trộn được bố trí sao cho khi hoạt động sẽ tạo ra hai dòng chuyển động ngược chiều nhau của các hạt vật liệu Các cánh trộn trên hai trục đan xen với nhau theo dạng răng lược, điều này khiến cho các dòng liệu luôn bị xé ra và đan xen với nhau, tạo ra quỹ đạo chuyển động phức tạp cho hỗn hợp (hình 1-4) và đảm bảo trộn khốc liệt

Các cánh trộn được chế tạo bằng thép chịu mài mòn và được thiết kế để tháo lắp và thay thế dễ dàng

3) Cụm cửa xả: được thiết kế như hình 2-2, tiết diện của xả rộng nên tốc độ xả liệu nhanh, giảm thời gian xả liệu Cửa xả cối trộn được dẫn động thông qua hai xi lanh khí nén

4) Cụm gối đỡ trục trộn: được thiết kế như hình 2-3, gối ổ gồm 2 phần:

+ Phần làm kín trục gồm một hệ nhiều vòng đệm, phần này đảm bảo cho nước

và bê tông phía trong thùng trộn không bị rò rỉ ra ngoài

+ Phần ổ bi đỡ trục được thiết kế là ổ bi đũa lòng cầu 2 dãy, khử được sai số về

độ không đồng tâm giữa 2 gối ổ, giảm sự phức tạp khi gia công và gá lắp các gối ổ Các gối ổ được bôi trơn bằng mỡ

Hình 2-2 Sơ đồ cấu tạo cối trộn

ITM-1250

phần làm kín trục

ổ đỡ lòng cầu

5) Hệ thống dẫn động: mỗi trục trộn đ−ợc dẫn động bằng một động cơ điện, qua một

bộ truyền đai đến hộp giảm tốc Hai bộ dẫn động này đ−ợc liên hệ với nhau thông qua

bộ đồng tốc, đảm bảo độ lệch pha góc xoay giữa hai trục là không đổi

6) Hệ thống bôi trơn: Các gối ổ đ−ợc bôi trơn bằng mỡ, mỡ đ−ợc cung cấp định kỳ bằng tay đến các gối ổ qua ống dẫn từ một vị trí trên thân cối

Động cơ

Khớp nối đồng tốc Hộp GT

2.2 Tính toán thiết kế kỹ thuật và thiết kế chi tiết

2.2.1 Tính toán thiết kế động học:

2.2.1.1 Năng suất của cối trộn:

Năng suất của cối trộn đ−ợc tính nh− sau:

∏=1,25 ì 51= 63,75 m3

/h

2.2.1.2 Công suất quay trục động cơ cối trộn:

Công suất dẫn động trục trộn dùng để tiêu hao trong việc khắc phục lực cản biến dạng và lực cản cắt của hỗn hợp trong thùng trộn, cũng chính là dùng để vận chuyển hỗn hợp tác động lên cánh trộn Khi nhào trộn các hỗn hợp có độ ẩm không cao, các cánh trộn chủ yếu là cắt chúng Khi đ−a các cánh trộn vào hỗn hợp thì ban

đầu hỗn hợp bị lèn chặt từ từ cho tới khi áp lực riêng lên cánh trộn cân bằng với lực cản cắt riêng của hỗn hợp Kp, thì mới bắt đầu quá trình cắt và dời chuyển hỗn hợp dP= Kp.dF=Kp.v.cosγ.dr (N)

Mô men cần thiết để quay cánh trộn:

M=

2

)RR.(

cos.b

B

2 H

(Nm) Công suất tiêu hao dùng để quay cánh trộn:

N=

η

ω

−γ

.1000.2

K.K.Z.)

RR.(

cos.b

B

2 H p

Kp - Hệ số lực cản cắt riêng (đối với hỗn hợp đất sét có độ ẩm 15ữ20% thì lấy bằng Kp=(2ữ3).105 N/m2) Theo kết quả nghiên cứu của K.M.Korolov thì giá trị hệ số lực cản chuyển động của các loại bê tông là:

KH - Hệ số làm đầy vật liệu của thùng trộn: KH= 0,5ữ0,6

η- Hiệu suất truyền động của máy trộn: η=0,75ữ0,85

K- Hệ số xét đến tải trọng nặng và sự thay đổi đột ngột: K=1,5ữ2

Trong trường hợp ta đang xét, hệ số lực cản cắt riêng: Kp=5,5.104 N/m2

n

2π = = 3 rad/s

Số lượng cánh trên trục trộn Z=8

Hệ số làm đầy vật liệu của thùng trộn, chọn KH=0,55

Hiệu suất bộ truyền động của máy trộn : η=0,85

Do cối trộn làm việc trong điều kiện tải trọng nặng có sự thay đổi đột ngột, chọn hệ

số K=1,8

Vậy ta có:

N=

85 , 0 1000 2

8 , 1 55 , 0 8 3 ).

40 , 0 52 , 0 (

40 cos 315

2.2.1.3 Tính toán bộ truyền đai:

Mối quan hệ giữa tốc độ quay của trục trộn và động cơ đ−ợc biểu diễn qua công thức sau:

n1=i1.i2.n2

n2 – là tốc độ quay trục trộn

n1 – là tốc độ quay động cơ

i1 – là tỉ số truyền bộ truyền đai

i2 – là tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Chọn tỉ số truyền của bộ truyền đai là i1=2,45; tốc độ quay của trục trộn là

π

=15,43 m/s Với vận tốc đai v=15,43 m/s, ta chọn loại đai truyền động là đai thang hẹp kí hiệu YБ

- Xác định góc ôm:

α1=1800 -

a

57)

dd

d 1

C.C.C.C]

P

[

K.P

α

P1 – Công suất trên trục bánh nhỏ, P1=22 KW

[P0] – Công suất cho phép của một đai, [P0] = 12 KW

Kd – Hệ số tải trọng động, trong trường hợp này ta chọn Kd=1,25

22][P0

P

2,2 ta chọn CZ= 0,95

Z=

95,0.135,1.04,1.95,0.10

25,1.22

=2,58 Vậy ta chọn số đai Z = 3 2.2.1.4 Tính toán trục trộn:

Khi làm việc, trục trộn chịu tác dụng của các lực sau: Mô men xoắn từ khớp nối, phản lực từ các gối ổ, phản lực của vật liệu trong cối tác động lên trục thông qua các cánh trộn

Trên thực tế, phản lực của vật liệu tác động lên trục trộn là một hệ lực rất phức tạp, các phản lực tác động lên các cánh trộn một cách đồng thời và phản lực trên mỗi cánh trộn tại mỗi thời điểm là khác nhau Tuy nhiên, trục trộn sẽ ở trạng thái nguy hiểm nhất khi một cánh trộn tại vị trí chính giữa 2 gối ổ bị kẹt, ta sẽ tính sức bền cho trục ở trạng thái này

Căn cứ vào cấu tạo của cối trộn ta có sơ đồ tính toán như hình 2-5

Tính Mômen xoắn trên trục:

Mô men xoắn trên trục đ−ợc xác định bởi công thức sau:

)Nm(n

10.55,9.NT

tr

3 dc

=Trong đó:

Ndc - Công suất truyền của động cơ hộp giảm tốc, Nđc = 22 (Kw)

ntr - Số vòng quay của trục trộn, ntr = 29 (v/ph)

)(724529

10.55,9

22 3

Nm

Ta có biểu đồ mô men xoắn nh− (hình 2-6) biểu đồ T

Tính Mômen uốn trục:

- Lực vòng Fx (lực cản khi trục trộn bị kẹt):

52,0

7245

N h

M

x = = =

Trong đó h là khoảng cách từ l−ỡi trộn đến trục quay, h = 520mm = 0,52m

- Lực dọc trục Fz đ−ợc sinh ra do l−ỡi trộn đ−ợc bố trí nghiêng góc với trục quay:

Fz = Fx.tgα (α - là góc nghiêng giữa l−ỡi trộn và trục quay, α=40o)

Vậy ta có: Fz= 13933.tg40o=11691(N)

+ Xét mặt phẳng xz:

Hình 2-5 Sơ đồ tính toán trục trộn

Các ngoại lực tác động lên trục bao gồm: phản lực tại các gối ổ VBx, VBx và lực

Fx, ta có phương trình cân bằng lực:

0FV

VrBx + rCx +rx =

⇒ VBx + VCx =Fx (1) Phương trình cân bằng mô men tại điểm A:

5,0)l

5,0z.(

Fz.VM

l

5,0z0z.VM

x Bx x

Bx x

Trong đó l là khoảng cách giữa 2 gối đỡ, l= 2130 mm

Mô men uốn tại điểm A: MAx =VBx

2

l

Vậy ta có: MAx = 6966,5

2

2130

= 7,4.106 Nmm Biểu đồ mô men uốn trên mặt phẳng xz được biểu diễn như (hình 2-6)

+ Xét mặt phẳng yz:

Phương trình cân bằng lực theo phương y:

VBy – VCy = 0 ⇒ VBy=VCy Phương trình cân bằng mômen tại điểm B:

MB = VCy.2,13 = Fz.h=11691.0,52 Vậy ta có VCy=2854,2 (N) = VBy

Ta có phương trình mômen uốn trên mặt yz:

5,0h.Fz.VM

l

5,0z0z.VM

z By y

By y

Mô men uốn tại điểm A: MAy =VBy

2l

MAy=2854,2

2

2130 = 3.106 Nmm Biểu đồ mô men uốn trên mặt phẳng xz được biểu diễn như (hình 2-6)

Hình 2-6 Biểu đồ mô men uốn và xoắn

Theo biểu đồ mômen ta thấy tại A (điểm cánh trộn bị kẹt) là điểm nguy hiểm nhất Mômen tương đương tại A:

Md

1 ,

Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Theo [3], kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm A thoả mãn điều kiện sau:

[ ]S

SS

S.SS

2 2 A

A A

τ σ

Hình 2-7 tiết diện trục

1 A

K

S

σψ+σ

σ

=

σ σ

− σ

mA aA

dA

1 A

K

S

τψ+τ

τ

=

τ τ

− τ

W

M

=σ

với D=120 mm, ta có WA=0,1.1203 = 1,8.105 mm3

60

10.8,1

10.8,10

A aA

W

T

=τ

với WOA=

16

120 3

π

= 3,4.105 mm3

21,5

10.4,3

10.3,7

5 6 0

W

T

- Kσ dA và Kτ dA : hệ số, đ−ợc xác định theo công thức:

y

X dA

K

1KK

K ⎜⎜⎝⎛ ε + ư ⎟⎟⎠⎞

σ σ

y

X dA

K

1KK

τ τ

trong đó:

- kX = 1,35 – hệ số tập trung ứng suất do phương pháp gia công bề mặt

- kY = 1,7 – hệ số tăng bền bề mặt trục

- Kσ , Kτ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn

- εσ ,ετ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi

7 , 151

9 , 2 0 60 49 , 1

6 , 261

= +

=

= +

2,59

)8,5()9,2(

8,5.9,2

Ta có SA > [S] = 1,5, trục đạt được yêu cầu về độ bền mỏi

Kiểm nghiệm trục về độ cứng uốn

Độ võng cho phép trong các máy xây dựng:

Với l là khoảng cách giữa 2 gối đỡ, l=2130 mm

Trong trường hợp này ta chọn [f] = 0,001.l, vậy ta có [f]=2,13 mm

Với sơ đồ tính như (hình 2-5), độ võng trục f được tính theo công thức sau:

l

J.E.3

)zl.(

z.Ff

2

F – lực tác dụng vuông góc với trục (N), F = Fx = 13933 N

z – Vị trí lực tác dụng (mm), trong trường hợp này ta có z=l/2 = 1065 mm

l – khoảng cách giữa 2 gối đỡ, l= 2130 mm

E – Mô dun đàn hồi, đối với thép C45, E = 2.105 N/mm2

J – Mô men quán tính của trục, J =

64

120.64

2130.13933

48

3

).(

7 5

3 3

2 2

l F l

J E

z l z F

Biểu đồ mô men uốn theo phương yz được biểu diễn trong (hình 2-9)

Mô men tại điểm O:

=+

z

2 x

M (6,5.106)2 +(5,4.106)2 = 8,5.106 Nmm

Hình 2-9 Biểu đồ mô men

của tay trộn

Do đặc điểm kết cấu cối trộn, ta chọn kết cấu tay trộn có tiết diện và các đặc trưng hình học của tiết diện đươc thể hiện trong (hình 2-10)

Các kí hiệu I1, I2 là các mô men quán tính theo các phương (1) và (2), bảng thông số

đặc trưng hình học trên hình 2-10 có được qua tính toán bằng phần mềm Mechanic desktop

Như vậy ta có mô men quán tính nhỏ nhất trên tiết diện Jmin= I2

Mô men chống uốn nhỏ nhất của tiết diện trên là

55

5161000

max 2

10.3,9

10.5,8

O

O a

W

M

Kiểm nghiệm độ bền mỏi:

Khi làm việc, tay trộn chỉ chịu tác động của mô men uốn, nên để kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi, ta sẽ tính hệ số an toàn khi xét riêng ứng suất pháp

mA aA

dA

1 A

K

S

σψ+σ

σ

=

σ σ

ư σ

Tay trộn được chế tạo từ thép các bon, ta có các thông số sau:

- ψσ = 0,05 và ψτ = 0

Hình 2-10 Tiết diện của tay trộn

4 91 2

=

aj aj

σσ

y

X dA

K

1KK

σ σ

6,261+ = 2,2 > [S]>1,5

Như vậy tay trộn đạt được yêu cầu về độ bền mỏi

- Lực dọc trục tác dụng lên ổ trục chính bằng thành phần lực Fz =11691 (N)

Điều đó có nghĩa ổ trục phải chịu được tải dọc trục F a ≥11691 (N)

- Lực hướng tâm tác dụng lên ổ:

Fr = VB = 7528,5(N)