Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của cánh trộn đến độ mòn (tuổi thọ) của chúng trong cối trộn bê tông hai trục ngang

Thông số hình học của cánh trộn bê tông trong cối trộn hai trục ngang.. Đặc biệt là cối trộn bê tông hai trục ngang của IMI đã được sử dụng hầu hết ở các công trình trọng điểm như thủy đ

Cơ quan chủ trì

TS NGUYỄN ĐỨC MINH

Chủ nhiệm đề tài

Ths TRẦN NHƯ HIẾU

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4 

DANH MỤC BẢNG BIỂU – HỈNH ẢNH 6 

MỞ ĐẦU 3 

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CỐI TRỘN BÊ TÔNG HAI TRỤC NGANG 4 

1.1 Bê tông và đặc điểm, tính chất của cốt liệu trong bê tông 4 

1.2 Cối trộn hai trục ngang trong sản xuất bê tông 7 

1.2.1 Kết cấu của cối trộn cưỡng bức 2 trục ngang: 8 

1.2.2 Sơ đồ thời gian cho mồt mẻ trộn trong cối 2 trục ngang: 9 

1.2.3 Ưu điểm nổi bật của cối trộn hai trục ngang: 9 

1.3 Thông số hình học của cánh trộn bê tông trong cối trộn hai trục ngang 11 

1.3.1 Góc nâng cánh (góc tay trộn) λ 11 

1.3.2 Góc nghiêng của cánh α 12 

1.3.3 Biên dạng profin của cánh 13 

1.3.4 Bố trí cánh trộn trong cối trộn 2 trục ngang 14 

1.4 Các dạng hư hỏng của cánh trộn 15 

1.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 17 

1.6 Tình hình nghiên cứu trong nước 18 

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19 

2.1 Lực tác dụng lên cánh trộn 19 

2.2 Các thông số hình học ảnh hưởng đến quá trình mòn cánh 23 

2.3 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm 24 

2.3.1 Sơ đồ tổ chức thí nghiệm 24 

2.3.2 Thiết kế thí nghiệm 25 

2.3.3 Nội dung thí nghiệm : 27 

2.3.4 Phương án thí nghiệm 28 

2.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm và phân tích số liệu 30 

2.4.1 Ảnh hưởng của góc nghiêng α đến độ mòn của cánh trộn khi trộn khô 30 

2.4.2 Ảnh hưởng của góc nghiêng α đến độ mòn của cánh trộn khi trộn ướt 33 

2.4.3 Phương trình toán học mô phỏng quá trình mòn 36 

2.4.4 Kết luận 36 

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 

PHỤ LỤC 41 

DANH MỤC BẢNG BIỂU – HỈNH ẢNH

Hình 1–1: Cát vàng làm bê tông 5 

Hình 1–2: Hạt cát soi dưới kính hiển vi 5 

Hình 1–3 : Đá làm bê tông 6 

Hình 1–4: Kích thước của đá làm BTĐL 6 

Hình 1–5 : Mô tả quá trình hình thành của bê tông 7 

Hình 1–6: Sơ đồ cấu tạo cối trộn bê tông 2 trục ngang 8 

Hình 1–7: Biểu đồ quan hệ giữa thời gian và chất lượng trộn 9 

Hình 1–8: Quỹ đạo chuyển động phức tạp của vật liệu và khu vực nhào trộn 10 

Hình 1–9: Phạm vi chịu mài mòn trên thân cối 11 

Hình 1–10: Góc nâng cánh trộn 11 

Hình 1–11: Góc nâng cánh trộn 12 

Hình 1–12: Góc nghiêng cánh 12 

Hình 1–13: Cánh trộn cối EUROTEC – ITALIA 13 

Hình 1–14: Cánh trộn cối LIEBHERR–CHLB Đức 14 

Hình 1–15: Bố trí cánh trong cối 2 trục ngang của hãng LIEBHERR–CHLB Đức 14  Hình 1–16: Bố trí cánh trong cối 2 trục ngang của hãng SICOMA–CHLB Đức 15 

Hình 1–17: Cánh trộn bị mòn 16 

Hình 1–18: Cánh trộn bị mòn sau khi trộn bê tông 16 

Hình 1–19: Biểu đồ chịu tải của cánh trộn bê tông 17  Hình 2–1: Các lực cản tác dụng lên cánh trộn khi cánh trộn quay xung quanh trục

Hình 2–2: Các lực cản thành phần lên cánh trộn i 20 

Hình 2–3: Các lực cản thành phần tác dụng lên cánh trộn 22 

Hình 2–4: Thiết bị thí nghiệm quá trình trộn khô tại xưởng của IMI 26 

Hình 2–5 : Thiết bị thí nghiệm quá trình trộn khô tại xưởng của IMI 26 

Hình 2–6: Bộ cánh trộn thí nghiệm quá trình trộn 27 

Hình 2-7: Kiểm tra cánh trộn trước và sau khi thí nghiệm trộn khô 29 

Hình 2-8: Đồ thị khối lượng mòn theo số mẻ trộn 30 

Hình 2-9: Đồ thị lượng mòn theo thời gian 30 

Hình 2-10: Đồ thị tốc độ mòn theo thời gian 31 

Hình 2-11: Đồ thị khối lượng mòn theo số mẻ trộn 33 

Hình 2-12: Đồ thị lượng mòn theo thời gian 34 

Hình 2-13: Đồ thị tốc độ mòn theo thời gian 34 

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 và cối trộn bê tông hai trục ngang do IMI thiết kế chế tạo đã chiếm được niềm tin của những đơn vị sử dụng trong nước Đặc biệt là cối trộn bê tông hai trục ngang của IMI đã được sử dụng hầu hết ở các công trình trọng điểm như thủy điện Sơn la, Đồng nai 4, thủy điện Bản chát v.v…

Do đặc thù phát triển của công nghệ bê tông hiện nay như công nghệ bê tông đầm lăn, bê tông lạnh … thì việc tính toán hoàn thiện thiết kế chủng loại cối hai trục ngang là việc làm hết sức cấp bách và cần thiết, đặc biệt là nghiên cứu quá trình mòn của cánh trộn – chi tiết quan trọng nhất tạo nên chất lượng của bê tông Tiếp nối công việc hoàn thiện cho thiết kế loại cèi trén bê tông hai trôc ngang Viện máy

và dụng cụ công nghiệp sẽ tiến hành nghiên cứu đề tài : “Nghiên cứu ảnh hưởng

của các thông số hình học của cánh trộn đến độ mòn (tuổi thọ) của chúng trong cối trộn bê tông hai trục ngang”

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CỐI TRỘN BÊ TÔNG HAI TRỤC NGANG

1.1 Bê tông và đặc điểm, tính chất của cốt liệu trong bê tông

1.2 Cối trộn hai trục ngang trong sản xuất bê tông

1.3 Thông số hình học của cánh trộn bê tông hai trục ngang

1.4 Các dạng hư hỏng của cánh trộn

1.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.6 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.1 Bê tông và đặc điểm, tính chất của cốt liệu trong bê tông

Trong lĩnh vực xây dựng, bê tông là một nguyên vật liệu vô cùng quan trọng,thông qua chất lượng bê tông có thể đánh giá chất lượng của toàn bộ công trình Chấtlượng bê tông phụ thuộc vào các thành phần như: cát, đá, nước, xi măng…

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước… Trong

đó cátvà đá chiếm 80% – 85%, xi măng chiếm 8% – 15%, còn lại là khối lượng của nước,ngoài ra còn có chất phụ gia thêm vào để đáp ứng các yêu cầu cần thiết Có nhiều loại bêtông tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp trên Mọi thành phần cát,

đá, xi măng …khác nhau sẽ tạo thành nhiều mác bê tông khác nhau

Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông

Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5 mm Quy định của cát làm bê tông theo tiêu chuẩn TCVN–7570–

2006

g đá trong x

én đập tronxác định the

Cát vàng là

Hạt cát soi

ê tông thườ

g cho đập tung chịu lự

ực chính chcho bê tông

ng thép và đmác của đ1771–1987

hiển vi

hạt từ 10–4thì cỡ hạt c

ho bê tông

g được xácđược gọi là

đá dăm từ

7 Mác của

40mm, ngàcủa đá có

h 1–3 : Đá

Kích thước

cho xi măntăng lên N

ải cao hơndưới 2 lần

mặt tạo thàn

g

m BTĐL

ng tạo ra cátạo ra độ lư

n mác bê tôđối với bê

g nhất là lotrí các cánh

để tạo ra hỗnăm gần đâ

ơn vị xây dghệ xây dựn

g và các vậchế tạo đư

hất kết dínhlượng và h

a bê tông

quá trình h

ành phần thỏng chính

ong sản xu

n bê tông nkiểu 1 trục

ng đặc biệt

y nay, cối troại bê tông

h trộn làm

ỗn hợp bê

ây, ngành xdựng đã có

ng tiên tiến

ật liệu xây ược các loạ

h để liên khàm lượng

là kích thưrộn hai trụ

g có cốt liệnhiệm vụ tông

xây dựng cthể thi côn

n của thế gdựng khác

c ngang đã

ệu lớn, đó ltrộn đều h

của nước t

ng các cônggiới Cùng

ã được sử d

là loại thiếhỗn hợp vậ

ta đã có m

g trình lớnvới sự pháông ngừng

t ,

g

g

Tại Việt Nam, cối trộn 2 trục ngang cũng đã được sử dụng trong một số trạm trộn năng suất lớn, 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, vì thế việc nghiên cứu chế tạo cối trộn hai trục ngang là hết sức cần thiết

1.2.1 Kết cấu của cối trộn cưỡng bức 2 trục ngang:

Hình 1–6: Sơ đồ cấu tạo cối trộn bê tông 2 trục ngang

1.2.2 Sơ đồ thời gian cho mồt mẻ trộn trong cối 2 trục ngang:

1.2.3 Ưu điểm nổi bật của cối trộn hai trục ngang:

a) Chất lượng nhào trộn tốt, thời gian trộn ngắn:

Hình 1–7: Biểu đồ quan hệ giữa thời gian và chất lượng trộn

c cánh trộnhạt vật liệu

ho các cánh

y đổi sẽ dẫn

à khu vực

ếu là ở phíhợp sau trộmài mòn nmài mòn còiều đó có n

ía mặt dướ

ộn nhanh, dnhỏ, khu v

òn lại chủnghĩa là tuổ

eo suốt chi

ó tác dụng hạt vật liệlàm mài m

au và dọc tộng liên tụ chịu các lcánh trộn nkhốc liệt n

i của thùng

do kích thưvực nhào tr

ủ yếu là ở

ổi bền của c

động nhàoông với cốtsụt thấp

u và khu vự

được gá n

à nâng lên,

ều dài thùnnhào trộn

ệu sẽ chuyểmòn bề mặttheo suốt c

ục, tăng chấ

ực va đập nhanh bị hưnằm giữa h

g trộn

ước cửa xả rộn khốc liphía mặt cối sẽ cao h

o trộn mạn

t liệu cỡ lớ

ực nhào trộ

nghiêng gó, chuyển độùng trộn, vi

n tốt tạo nê

ển động và

t của cánh chiều dài tr

ất lượng củtheo chu k

ư hỏng Khhai trục trộ

lớn

iệt nằm giữdưới của thơn

nh và phức

ớn, các loại

ộn

óc với trụcộng ngượciệc chuyển

ên sự đồng

à trượt trêntrộn, đồngrục trộn có

ủa bê tông,

kỳ liên tục,

hu vực chịu

ộn, phần bị

ữa hai trụcthùng trộn

u

ị

c

n

(góc tay tr

là góc giữ

nh trộn mụdạng xoắn v

ếu tố góc n

Hình 1–10:

trôc trén tay trén

c¸nh trén

Phạm vi ch

nh trộn bê

ánh trộn làdạng profin

rộn)λ

ữa hai taytr

ục đích để vít làm đồnâng cánh l

lên phươnghạt vật liệutông Đặc trọng, ảnh

Góc nâng

ường từ 60

g của tay tr

à góc gá g Góc nghi

ảm tải trọncủa trường

20 – 500 thì

cánh trộn

0–900tùy yrộn

giữa cánh tiêng α có t

Trung Quốcđầu ra đạt y

ốc theo phưheo phương

i của dòng cánh trộn so

bê tông của

ều cho bê đến thời gighiêng α c

g trục trộnvật liệu trê

o với trục t

a cối 2 trụctông còn Vian trộn bêcàng tăng tàng lâu

ng góc với t

ên bề mặt ctrộn

c ngang th

Vy sẽ tạo c

ê tông diễnthì dòng vậ

2 trục ngan

UROTEC–I

g trên cánh

(1) (2) trục trộn

cánh trộn

ì Vx có nhicho dòng v

m Từ côngđộng chậm

LB Đức

a

n mòn này llượng lớn mòn

là dạng m

g quá trìnhcánh trộn b

i 2 trục nga

nh trộn

và kết cấucủa nó, có

sự kết hợp

do trong q

n đến ăn mđáng kể so cát, đá), kh

giữa mòn

uá trình làmòn Thôngvới mòn cơ

i đó các hạ

cơ học của

át sinh ra tphá huỷ bề

ề mặt cánhrượt lên bề

u trượt lêntrộn sẽ tác

hỏng cong lớn gây n

gãy do tảinên các vết

i

t

Hình dưới biểu diễn quá trình chịu tải của cánh trộn trong một chu kỳ trộn bê tông

Hình 1–19: Biểu đồ chịu tải của cánh trộn bê tông

Ở giai đoạn trộn khô và trộn ướt lực tác động lên cánh trộn tăng dần Giai

đoạn trộn hỗn hợp lực không đổi và giai đoạn xả bê tông thì lực giảm dần

1.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Ở các nước công nghiệp phát triển, các hãng nổi tiếng trong lĩnh vực sản xuất thiết bị xây dựng như: ELBA – CHLB Đức; STETTER – CHLB Đức; KABAG–CHLB Đức; BHS Sonthofen – CHLB Đức; ORU – Italia; Hãng EUROTEC – IPS Group – Italia; SICOMA – Italia; SKAKO – Pháp; đã nghiên cứu chế tạo cối trộn bê tông hai trục ngang Các loại cối trộn này có khả năng trộn nhiều loại bê tông khác nhau với chủng loại cốt liệu có kích thước khác nhau từ 0÷160mm

Tuy nhiên hiện nay chủ yếu chỉ là cácnghiên cứu đánh giá các thông số hình học của cánh trộn đến chất lượng của bê tông đầu ra, như các nghiên cứu của trường đại học Jiangsu – Trung Quốc về góc cánh trộn, sắp xếp cánh trộn

1.6 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong những năm qua, cối trộn hai trục ngang đã được ứng dụng để sản xuất nhiều loại bê tông khác nhau đặc biệt là bê tông đầm lăn, bê tông lạnh thi công các đập thủy lợi, thủy điện, các hồ chứa nước lớn

Tuy nhiên các cối trộn hai trục ngang hiện nay ở Việt nam chủ yếu là nhập ngoại hoặc chế tạo theo mẫu, do đó cho tới nay chưa có một nghiên cứu thật sự hoàn chỉnh để đánh giá ảnh hưởng của thông số hình học của cánh trộn đến quá trình mòn của chúng khi trộn bê tông

Với mục đích xác định mối quan hệ giữa các thông số hình học với quá trình mòn cánh từ đó có những cơ sở đánh giá sâu hơn trong việc thiết kế, lựa chọn vật liệu cũng như công nghệ chế tạo loại cối trộn hai trục ngang cho phù hợp với hoàn cảnh kinh tế ở Việt nam

Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp là đơn vị có nhiều thành công trong việc nghiên cứu chế tạo các thiết bị phục vụ cho công nghiệp bê tông của ngành xây dựng Viện đã nghiên cứu chế tạo và đưa vào sản xuất nhiều loại cối trộn bê tông cưỡng bức kiểu trục đứng, trục đứng hành tinh và hai trục ngang, ứng dụng thành công và đạt hiệu quả kinh tế lớn Với khả năng và kinh nghiệm sẵn có đồng thời để đáp ứng nhu cầu thực tiễn của xã hội, Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp sẽ tiến hành nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thông số hình học của cánh trộn đến quá trình mòn của chúng khi trộn bê tông

cánh trộn

n tác dụng

ch thước h

là như nhlực rất phứcản ma sát W1=q

n

g lên cánh

hình học củhau Trong

ức tạp (Hìn

do chuyểnq1.sinϕ.μ (N

ƠNG 2

GHIÊN C

ng đến quáthiết bị thí

à phân tích

trộn khi cá

ủa các cánquá trình t

nh 2–1)

n động giữaN)

ỨU

á trình mònnghiệm

h số liệu

ánh trộn qu

h là như ntrộn bê tôn

a hỗn hợp v (1)

hùng trộn

c

n

i

ma sát của

n hợp chuyW2=m2.a.μ =

ượng vật ligóc của cáncách từ trọ

hối bê tônghỗn hợp và iểm tính to

ần lên cánh

Ma sát trên

Ma sát trên c cản cắt trê

hỗn hợp syển động n

án của cán

h trộn i thành thùn cánh trộn n

ên các cạnh

sinh ra trênnhờ cánh tr.μ (N)

n động nhờ

ủa khối lư

trộn cần vậthùng trộn

- Lực W3 là lực ma sát của hỗn hợp sinh ra áp lực Q1 tác dụng vuông góc với cánh trộn đặt nghiêng 1 góc α so với hướng trộn (hình 2–2b)

q3– trọng lượng của phân tố hỗn hợp nằm trên cạnh phía trên của cánh trộn

- Lực W6 là lực cản ma sát ỏ cạnh phía trên của cánh trộn do ảnh hưởng của áp suất theo phương vuông góc sinh ra do lực cản cắt (hình 2–3b)

W6= μ.Q4.cosα Trong đó :

Q4 = W4.sinα

W6= μ.W4.sinα.cosα

W6 = μ.A1.τ.sinα.cosα =μ.A1.τ 0,5sin2α (N) (6)

) Ma s

) Các l

cản nâng

W7 = q2m2.g là trọncản ma sát thay cho WW8= μcản nâng 2–3c) W9=q4

ợng của hỗ

ần tác dụng

sát trên cạn sát trên bề m lực cản do

do trọng lư

2.cosϕ (N)

ng lượng củ

t trên bề mW4 là W7 vàμ.Q7.cosα

)

m trên cánh

trộn

ng của cánh ánh trộn;

hợp

hỗn hợp sin

(7) trên cánh t

ộn đặt nghibằng Q7 (8) vật liệu trê

- Lực W10 là lực cản ma sát sinh ra trên bề mặt cánh tay đòn (thanh nối cánh trộn và trục) đặt nghiêng góc α(hình 2–3b), nhưng W4 thay bằng W9 và Q4 thay bằng Q9

W10= μ.Q9.cosα (N) (10)

- Lực cản tỉ lệ với ứng suất cắt của hỗn hợp sinh ra trên các cạnh của cánh trộn (hình 2–2c)

W11 = A2.τ; Trong đó:

A 2 là diện tích chịu cắt do các cạnh của cánh trộn khi quay một góc dϕ

Các công thức từ (1) đến (10) ở trên được trích dẫn từ trang 227-230 tài liệu [2]

2.2.Các thông số hình học ảnh hưởng đến quá trình mòn cánh

Từ sự phân tích các lực tác dụng lên cánh trộn ở trên cũng như các dạng hư hỏng có khả năng xảy ra của cánh trộn trong quá trình trộn bê tông, tác giả thấy rằng dạng hư hỏng nghiêm trọng nhất và có ảnh hưởng đến tính kinh tế kỹ thuật nhất là dạng hư hỏng do mòn cánh trộn, từ đó ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng của bê tông

Từ sơ đồ hình 2–1; hình 2–2; hình 2–3 thì các thành phần lực gây mòn cánh

là W1; W2 ; W3 ; W5; W6 ; W8

Trong các thành phần lực ma sát trên thì các lực W1; W2 ; W5; W6 gây mòn cánh theo các cạnh, còn W3 ; W8 gây mòn trên bê mặt cánh do dưới tác dụng của

áp lực Q1 của vật liệu tác dụng vuông góc với cánh trộn sẽ sinh ra tổ hợp các lực

ma sát trên bề mặt cánh trộn, các lực ma sát này sẽ phá hỏng mối liên kết giữa các phần tử kim loại trên bề mặt cánh trộn, do tác động của tải trọng lớn (áp suất cục bộ cao) mà bề mặt cánh trộn bị biến dạng dẻo mạnh gây hiện tượng bong tróc lớp bề mặt