Khảo sát dao động của máng rung vμ nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất vμ sai số của hệ thống định lượng trong trạm trộn cấp phối TS.. Nguyễn hữu lộc Công ty ô tô 1 - 5 Tóm
Trang 1Khảo sát dao động của máng rung vμ nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất vμ sai số của hệ thống định lượng trong trạm trộn cấp phối
TS Nguyễn văn vịnh
Bộ môn Máy xây dựng Khoa Cơ khí - Trường Đại học GTVT
KS Nguyễn hữu lộc
Công ty ô tô 1 - 5
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy tóm tắt kết quả khảo sát dao động của máng rung trong hệ
thống định lượng vật liệu của trạm trộn cấp phối dùng điều tiết tự chảy bằng máng rung - cửa sập Ngoμi ra, các tác giả còn giới thiệu kết quả nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất vμ sai số của hệ thống điều tiết nμy bằng thực nghiệm Kết quả nghiên cứu nhận được có thể sử dụng trực tiếp phục vụ cho việc chế tạo các trạm trộn trong nước cũng như phục vụ công tác đμo tạo, nghiên cứu khoa học
Summary: The article presents briefly the result of a study on calibrating system using
vibrating conveyors and slamming doors to be utilized at aggregate mixing plants The result can be made usable for training work, scientific research and direct application in production
i đặt vấn đề
Quá trình chế tạo hỗn hợp cấp phối phục vụ xây dựng lớp móng đường (lớp BASE) theo quy trình AASHTO khi dùng các trạm trộn thường bao gồm ba công đoạn chính Đó là công
đoạn điều tiết (định lượng); công đoạn trộn và công đoạn tích xả hỗn hợp xuống ô tô vận chuyển Trong ba công đoạn nói trên, công đoạn điều tiết đóng một vai trò hết sức quan trọng, quyết định đến tỷ phối của hỗn hợp cấp phối và chất lượng của hỗn hợp sau khi trộn Trong một
số trường hợp, ví dụ như khi sản xuất hỗn hợp cấp phối đá thuần (không có chất kết dính) nếu
điều tiết tốt chúng ta thậm chí có thể bỏ đi cả bộ máy trộn (vì hỗn hợp đã hoà lẫn nhau trên băng gom và trên băng dâng) - thực nghiệm của chúng tôi đã chứng tỏ kết luận này Chính vì vậy cần phải quan tâm nghiên cứu, xây dựng cơ sở khoa học cho việc tính toán, thiết kế hệ thống định lượng vật liệu ở đầu vào của trạm trộn cấp phối để đảm bảo chất lượng của sản phẩm Công trình nghiên cứu giới thiệu sau đây của chúng tôi sẽ đề cập đến vấn đề đã nêu ở trên
ii nội dung
2.1 Hệ thống định lượng bằng máng rung – cửa sập
Hiện nay có nhiều phương pháp điều tiết liên tục vật liệu đầu vào của trạm trộn cấp phối như điều tiết bằng máng rung - cửa sập, điều tiết bằng băng gạt - cửa sập đồng tốc, điều tiết
Trang 2bằng băng gạt - cửa sập sai tốc, điều tiết bằng băng cân- cửa sập
Trong phạm vi bài báo này, bước đầu chúng tôi lựa chọn hệ thống định lượng dùng máng rung - cửa sập là kiểu định lượng phổ biến nhất hiện nay dùng cho cả trạm trộn bê tông nhựa nóng lẫn trạm trộn cấp phối làm đối tượng nghiên cứu
1
9
8
7 6
5
3
13 14 15
Hình 1 Tổng thể trạm trộn cấp phối
1 Phễu cấp liệu; 2 Băng tải gom; 3 Ca bin điều khiển; 4 Tháp trộn; 5 Móng thép; 6 Chân tháp trộn;
7 Phễu tích xả; 8 Máy trộn; 9 Băng tải dâng; 10 Máng rung - cửa sập; 11 Động cơ rung sườn phễu;
12 Dây cáp treo máng rung; 13 ống phun nước; 14 Hộp giảm tốc; 15 Động cơ máy trộn
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống định lượng bằng máng rung - cửa sập thể hiện trên hình 2
3
4
5
6
Hình 2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống định lượng bằng máng rung - cửa sập
1 Phễu cấp liệu; 2 Vật liệu; 3 Lò xo treo máng rung; 4 Móng treo máng;
5 Động cơ rung; 6 Cửa định lượng (cửa sập)
Trang 3Nguyên lý làm việc: Vật liệu được tập kết vào phễu 1 bằng máy xúc lật hoặc các máy khác Khi hệ thống làm việc, đầm rung 5 hoạt động, do máng rung 4 được lắp đặt nghiêng 1 góc α so với mặt phẳng nằm ngang nên vật liệu được chảy ra ngoài qua cửa điều tiết 6 Muốn điều chỉnh lượng vật liệu cấp ra ta điều chỉnh độ cao của cửa điều tiết 6
2.2 Tính dao động của máng rung
Từ mô hình thực của máng rung như trên, với các giả thiết: coi máng rung như một thanh chịu lực kích động đặt lệch tâm, thực hiện dao động theo phương thẳng đứng và chuyển dịch góc (chuyển động lắc) quay quanh trọng tâm của hệ, chúng ta có mô hình tính toán như sau:
l2
e
S m
y
y1
y2
y
l1
ϕ
θ && S
Hình 3 Mô hình động lực học của máng rung
Các thông số trong hình 3:
C - Độ cứng quy kết của lò xo
m - Khối lượng quy kết của hệ
s
θ - Mô men quán tính quy kết
e - Độ lệch tâm
F - Lực kích động (lực gây rung)
ω - Tần số góc của lực gây rung
l1,l2 - Khoảng cách tương ứng từ trọng tâm đến các lò xo
y - Chuyển vị theo phương thẳng đứng
ϕ - Chuyển vị góc (lắc) xung quanh trục qua trọng tâm
Phương trình chuyển động của máng rung như sau:
t sin eF l cy l cy
t sin F cy cy y m
0 2 2 1 s
0 2 1
ω
= +
ư ϕ θ
ω
= + +
&&
&&
Từ quan hệ hình học như trên hình, chúng ta có :
y
m &&
F= F 0 sinωt
ϕ
α θS
mŸ
Trang 4y = ưϕ và y2 =y+ϕl2 (2) Thay các biểu thức (2) vào hệ phương trình chuyển động (1), ta có:
t sin eF ) l y ( cl ) l y ( cl
t sin F ) l y ( c ) l y ( c y m
0 2 2 1 1 s
0 2 1
ω
= ϕ + + ϕ
ư
ư ϕ θ
ω
= ϕ + + ϕ
ư +
&&
&&
Rút gọn chúng ta có:
t sin eF ) l l ( c y )
l l ( c
t sin F ) l l ( c cy 2 y m
0 2
2 2 1 1
2 s
0 1 2
ω
= ϕ + +
ư + ϕ θ
ω
= ϕ
ư + +
&&
&&
(4)
Giải phương trình chuyển động (4) trên với các giá trị cụ thể của hệ thống máng rung trong trạm trộn cấp phối năng suất Q = 80 - 100T/h bao gồm: m = 120kg; F0 = 4200N;
; e = 0,319; l
s / rad
69
,
303
=
ω 1 = 0,421m; l2 = 0,445m; c = 49050 N/m; bằng phần mềm MATLAB (Simulink) với thuật toán Runge - Kutta bậc 4 Chúng ta có kết quả như sau:
2
θ
Hình 4 Chuyển vị thẳng đứng của máng rung
Hình 5a Chuyển vị góc (lắc) trong mặt phẳng thẳng đứng
Trang 5Biên độ dao động theo phương thẳng đứng của máng rung A ≈ 3mm, góc lắc ϕ = 2,5.10 rad
Hình 5b Lực động trong các lò xo
Từ kết quả tính dao động đã thu được như trên, với sự trợ giúp của máy tính, chúng ta dễ dàng tính toán lựa chọn được các thông số hợp lý như độ cứng của lò xo, lực gây rung, tần số rung sao cho việc định lượng của hệ thống điều khiển kiểu này có chất lượng tốt nhất
2.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và sai số của hệ thống định lượng kiểu máng rung - cửa sập bằng thực nghiệm
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như: chiều cao cửa sập H, góc nghiêng máng rung , tần số rung của động cơ gây rung f, độ cứng của lò xo treo máng rung C, dung tích phễu cấp liệu V, ảnh hưởng của độ ẩm vật liệu W đến năng suất và sai số của hệ thống định lượng kiểu máng rung - cửa sập, chúng tôi đã tiến hành làm thực nghiệm trên trạm trộn cấp phối năng suất
Q = 80 - 100T/h tại Công Ty Ô tô 1- 5 - Tổng Công Ty Cơ Khí GTVT ở Đông Anh - Hà Nội trong khoảng thời gian 11 ngày (từ 5 - 15/4/2004) Nguyên tắc chung để nghiên cứu các ảnh hưởng bằng thực nghiệm mà chúng tôi đã tiến hành là: thay đổi yếu tố cần nghiên cứu trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại Tiến hành chạy máy, lấy mẫu, sàng phân loại, cân đong, ghi số liệu, xử
lý số liệu, vẽ các đồ thị để xem xét, đánh giá (Chi tiết xin xem [1])
α
Hình 6 Thực nghiệm với hệ thống định lượng bằng hệ thống máng rung - cửa sập
Kết quả cụ thể được biểu diễn ở các đồ thị sau:
Trang 6Q(T/h) Q(T/h)
0
0
5
10
15
20
25
30
Đá 1 Đá 2 Đá 3 Đá 4
Đá 1
Đá 4
Đá 3
Đá 2
0 5
10
15
20
25
30
35
6.79 10.21
1
11.94
4
Đá 1 Đá 2 Đá 3 Đá 4
Đá 1
Đá 4
Đá 3 Đá 2
a) H(m) b) α(độ)
c) f(Hz) d) c(N/m)
e) V(m3) f) W(%)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Đá 1 Đá 2 Đá 3
0 5 1 1 2 2
35.200 49.050 6200
Đá 4
Đá 4
Đá 1
Đá 1
Đá 2
Đá 2 Đá 3
Đá 1 Đá 2 Đá 3 Đá 4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Đá 1 Đá 2 Đá 3 Đá 4
Đá 1 Đá 2 Đá 3
Đá 4
0 2 4 6 8
10
12
14
16
18
20
Đá 1 Đá 2 Đá 3 Đá 4
Đá 4
Đá 3
Đá 2 Đá 1
Hình 6 Các đồ thị thể hiện các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của hệ thống định lượng
Trang 7Nhận xét:
- Năng suất của máng rung tăng tỷ lệ thuận với chiều cao H của cửa mở và sai số của tất cả các máng rung điều tiết với các loại đá cỡ 1, 2, 3, 4 đều dưới 2% - nằm trong phạm vi cho phép (hình 6a)
- Khi góc nghiêng α của máng rung tăng thì năng suất tăng theo và diễn biến tăng khá đều trong khoảng α = 6,790 - 10,20 Khi tính toán, thiết kế nên chọn α = 8 - 100 (hình 6b)
- Khi tần số rung f tăng thì năng suất Q tăng mạnh, đặc biệt trong phạm vi f = 40 - 50Hz
Đặc biệt với các loại đá lớn (đá cỡ 2, đá cỡ 3 và đá cỡ 4) - là những đá có độ rỗng cao, khả năng xoay (cựa) của viên đá nhiều hơn nên chúng rất dễ chảy ra ngoài Còn đá cỡ 1 có kích thước nhỏ, do ảnh hưởng của nội ma sát nên sự tăng không đột biến Với trạm trộn cấp phối nên chọn tần số f = 50Hz thì hệ thống làm việc ổn định (hình 6c)
- Khi độ cứng của lò xo C tăng thì năng suất giảm vì khi C tăng sẽ làm giảm tần số dao
động của của máng rung, dẫn đến năng suất giảm Với trạm trộn cấp phối, độ cứng của lò xo treo máng rung nên lấy trong phạm vi C = 36000 - 55000 N/m là hợp lý (hình 6d)
- Dung tích phễu ít ảnh hưởng đến năng suất của hệ thống định lượng với các loại đá lớn hơn 12,5 mm Riêng với các loại đá cỡ nhỏ, cần lưu ý đến hiện tượng tạo vòm và cần có biện pháp phòng chống (Ví dụ trang bị đầm rung sườn phễu, gõ chọc thủ công ) (hình 6e)
- Với các loại vật liệu kích thước nhỏ độ ẩm có ảnh hưởng mạnh đến năng suất và sai số của hệ thống Độ ẩm thích hợp W = 4 - 5 % (hình 6f)
iii Kết luận
Với việc khảo sát dao động của máng rung trong hệ thống định lượng của trạm trộn cấp phối và từ các kết quả thu được sau khi tiến hành làm thực nghiệm với hệ thống này của trạm, chúng ta có thể đi đến một số kết luận sau đây:
- Hệ thống điều tiết (định lượng) bằng máng rung - cửa sập hoàn toàn có thể áp dụng tốt cho việc định lượng vật liệu cấp phối liên tục trang bị cho trạm trộn cấp phối Hệ thống hoạt
động ổn định, sai số dưới 2%, thoả mãn yêu cầu về sai số của các thành phần hạt cấp phối theo quy định hiện hành
- Đối với trạm trộn cấp phối năng suất Q = 80 - 100 T/h, hợp lý nhất là chiều cao cửa sập H = 7 – 9
cm, góc nghiêng α≈10o,độ cứng lò xo C = 36000 – 55000 N/m, tần số của động cơ rung f = 50 Hz
- Đối với các loại vật liệu cấp phối hạt lớn (Cỡ hạt trên 12.5 mm), độ ẩm của vật liệu đầu vào ít ảnh hưởng đến năng suất và sai số của hệ thống định lượng liên tục bằng máng rung Đối với các loại vật liệu hạt nhỏ, độ ẩm có ảnh hưởng mạnh tới năng suất và sai số của hệ thống
định lượng Khi độ ẩm tăng, năng suất của hệ thống định lượng giảm và sai số tăng Sai số của
hệ thống tăng rất mạnh và đột biến nếu như có hiện tượng tạo vòm xảy ra trên phễu cấp liệu hoặc khi vật liệu bị ướt Độ ẩm thích hợp nhất của vật liệu đầu vào dùng trong thi công móng
đường là w = 4 % - 5 % Do đó cần có biện pháp bảo quản vật liệu trong quá trình trời mưa, nhất
là các phễu cấp liệu cần được che chống nước mưa khi không làm việc
- Cấu tạo phễu thích hợp cũng là một trong những thông số đảm bảo cho hệ thống định lượng cấp phối liên tục hoạt động ổn định, tránh hiện tượng tạo vòm vật liệu xảy ra khi thi công, nhất là với các vật liệu hạt nhỏ như cát và đá mạt Góc nghiêng thành phễu hợp lý cho các phễu chứa cát và đá mạt là ψ > 550 Nên bố trí phễu có cấu tạo dạng hai tầng với 2 giá trị góc nghiêng khác nhau để tránh hiện tượng tạo vòm Dung tích phễu hợp lý cho các trạm cấp phối chế tạo trong nước là 4 - 6 m3 để đảm bảo năng suất cấp liệu, tính kinh tế và khả năng cơ động của trạm
- Đối với hệ thống định lượng cấp phối liên tục bằng máng rung, ngoài việc lưu ý các thông số
Trang 8thiết kế, trong quá trình thi công sử dụng với mỗi loại cấp phối khác nhau, được trộn với các cỡ hạt
và tỷ lệ thành phần khác nhau cần thường xuyên được kiểm tra và thí nghiệm xác định năng suất
và sai số cụ thể để điều chỉnh kịp thời các thông số H, α, w Để đảm bảo cho hệ thống hoạt động
ổn định, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật chất lượng sản phẩm của công trình đề ra
- Biên độ dao động của máng rung với độ cứng lò xo C = 49050 N/m là A ≈ 3 mm, góc lắc
ϕ = 2,5.10-3 rad là hợp lý và nên dùng
Công trình nghiên cứu mà kết quả được trình bày tóm tắt như trên là tài liệu tham khảo có ích cho công tác đào tạo, nghiên cứu khoa học và có thể ứng dụng trực tiếp vào sản xuất
Tài liệu tham khảo
[1] Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học công đoạn điều tiết và trộn liên tục của trạm trộn cấp phối
Luận văn thạc sỹ KHKT của KS Nguyễn Hữu Lộc, hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Vịnh,
PGS TS Vũ Thế Lộc
[2] TS Nguyễn Văn Vịnh vμ cộng sự Nghiên cứu động lực học máy trộn và dao động của tháp trộn trong
trạm trộn cấp phối Tạp chí khoa học GTVT số 5 tháng 11/2003 (trang 56)
[3] Tuyển tập tiêu chuẩn thí nghiệm công trình giao thông Bộ GTVT - tháng 4 /1999♦
