Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật xây dựng

Vật liệu trộn khô là một sản phẩm đa dạng về chủng loại và phổ biến trong xây dựng như vữa khô, bê tông trộn khô, hỗn hợp bêtông asphalt, hỗn hợp cấp phối dải đường, bêtông đầm lăn….Việc

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài.

Chúng ta đang tiến hành sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Để đạt được những kết quả như mong muốn thì cơ sở hạ tầng phải đi trước một bước Cơ sở hạ tầng được nâng cao và bền vững đồng nghĩa với việc nâng cao chất lượng của cơ sở vật chất Đối với ngành xây dựng muốn làm được điều này thì các sản phẩm vật liệu xây dựng phải có chất lượng cao và sản lượng lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội cùng với yêu cầu về kỹ thuật hiện đại đạt tiêu chuẩn quốc tế Vật liệu trộn khô là một sản phẩm đa dạng về chủng loại và phổ biến trong xây dựng như vữa khô, bê tông trộn khô, hỗn hợp bêtông asphalt, hỗn hợp cấp phối dải đường, bêtông đầm lăn….Việc nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến chất lượng cũng như chi phí năng lượng riêng của máy trộn các sản phẩn này là một việc làm cần thiết nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm và hiệu quả về kinh tế là một vấn đề cấp thiết.

Vì vậy đề tài được lựa chọn là: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng

trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật xây dựng”.

II Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

*Ý nghĩa khoa học:

- Xác định được quy luật chuyển động của vật liệu rời trong máy trộn hai trục cưỡng bức.

- Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng trộn, tiêu thụ năng lượng trong quá trình trộn.

- Xây dựng mô hình vật lý của hệ thống trộn cưỡng bức vật liệu rời.

*Ý nghĩa thực tiễn

- Đúc kết, lựa chọn xác định các thông số hợp lý của máy trộn hai trục cưỡng bức đang sử dụng trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng.

- Đề xuất dãy máy trộn hai trục cưỡng bức thích hợp.

III Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài.

3.1 Tình hình, kết quả nghiên cứu máy trộn vật liệu rời ở các nước và ở Việt Nam.

3.2 So sánh ưu nhược điểm của các loại máy trộn vật liệu rời đang phổ biến.

3.3 Kết quả của những công trình nghiên cứu về lý thuyết máy trộn của các tác giả đi trước trên thế giới và Việt Nam.

3.4 Tồn tại, những vấn đề cần nghiên cứu.

IV Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu.

* Mục đích đề tài:

Nghiên cứu cơ sở khoa học, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng trộn và tiêu thụ năng lượng riêng của máy trộn cưỡng bức, trên cơ sở đó tìm dãy máy trộn phù hợp quy mô sản xuất công nghiệp.

* Đối tượng nghiên cứu

- Một số thông số chính của máy trộn hai trục cưỡng bức trong sản xuất vật liệu xây dựng.

- Nghiên cứu chuyển động của khối phối liệu trong máy trộn.

* Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp xử lý số liệu thống kê, đánh giá kết quả thu được thông qua chương trình tính toán hồi quy.

- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm, lý thuyết đồng dạng, phép phân tích thứ nguyên.

*Mô hình thực nghiệm

Xây dựng mô hình thực nghiệm, xác định các yếu tố “vào”- “ra” tìm mối quan hệ phụ thuộc

thông số hợp lý của máy.

* Nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu của đề tài.

-Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến tính năng làm việc của máy trộn vật liệu rời.

-Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình làm việc của bộ phận trộn.

-Nghiên cứu đề xuất dãy máy trộn.

*Dự kiến kết quả đạt được.

-Xác định được tính chất vật liệu rời.

-Xác định được thông số hợp lý, thiết kế, chế tạo mô hình.

-Thực nghiệm (trên cơ sở máy mô hình), xác định các thông số hợp lý.

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của: GS.TSKH Phạm Văn Lang.Tôi xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, cảm ơn những ý kiến đóng góp của GS.TSKH Phạm Văn Lang, các thầy cô trong phòng thí nghiệm công trình-Trường đại học Giao thông vận tải, các cán bộ công nhân viên Khoa sau đại học-Trường Đại học KTCN Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thí nghiệm lấy số liệu và hoàn thành luận văn này.

Do kinh nghiệm và thời gian có hạn, chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi xin trân trọng tiếp thu những ý kiến đóng góp cho bản luận văn này.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN HỖN HỢP VẬT LIỆU XÂY DỰNG (Ở DẠNG HẠT RỜI) TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ

GIỚI.

1.1 Khái quát về các sản phẩm VLXD được sản xuất từ công nghệ trộn khô hỗn hợp vật liệu xây dựng.

1.1.1 Sản phẩm vữa khô.

1.1.2 Sản phẩm hỗn hợp cấp phối dải đường theo tiêu chuẩn AASHTO.

1.1.3 Các sản phẩm vật liệu xây dựng khác trộn ở dạng hạt rời.

1.2 Tình hình nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu rời.

1.2.1 Giới thiệu chung về trạm trộn vật liệu rời, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trạm.

Hình 1-4 Trạm trộn trong dây truyền sản xuất VLXD

1- Silô chứa xi măng 2- Vít tải 3- Cân định lượng 4- Phễu chờ cốt liệu 5- Phễu cốt liệu

6-Băng tải 7- Máy trộn 8- Cabin điều khiển

Hình 1-5 Hình ảnh Trạm trộn VLXD

.

Hình 1-6 – Sơ đồ nguyên lý hoạt động trạm

1.2.2 Tình hình và kết quả nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu rời trên thế giới.

1.2.2.1 Về nghiên cứu tính toán lý thuyết.

1.2.2.2 Nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu chính của máy trộn.

1.2.2.3 Tình hình và kết quả nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu rời ở Việt Nam.

Kết luận chương I

Đề tài luận văn cao học được lựa chọn là: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến

chất lượng trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật liệu xây dựng”.

CHƯƠNG II

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRỘN HỖN HỢP VẬT LIỆU RỜI TRONG MÁY TRỘN HAI TRỤC CƯỠNG BỨC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG

DẠNG - MÔ HÌNH - THỨ NGUYÊN 2.1 Nghiên cứu quy luật chuyển động của hỗn hợp vật liệu rời.

2.1.1 Quy trình trộn

2.1.2 Nguyên lý cấu tạo của máy trộn cưỡng bức hai trục

2.1.3 Chuyển động của các hạt vật liệu trong buồng trộn CBCK 2 trục.

2.1.3.1 Cách bố trí các cánh trộn và bàn tay trộn trong buồng trộn.

Hình 2-1 : Bố trí cánh tay trộn và bàn tay trộn trên hai trục trộn buồng trộn cưỡng bức.

2.1.3.2 Sự chuyển động của các hạt vật liệu trong buồng trộn

a) Sự chuyển động và vị trí của các bàn tay trộn trong quá trình trộn.

b) Sự chuyển động của các hạt vật liệu trong buồng trộn

2.2 Nghiên cứu ứng dụng cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm.

2.2.1 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 2.2.2 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 2.2.2.1.Xác định các thông số chính ảnh hưởng đến máy trộn

Máy trộn (Hộp đen)

K: mức tiêu thụ điện năng riêng

2.2.2.2.Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm

* Kế hoạch trung tâm hợp thành

* Kế hoạch trung tâm hợp thành trực giao

2.2.2.3 Xử lý kết quả - Xác định mô hình toán phương án bậc 1

* Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student

* Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán:

2.2.2.4.Xác định mô hình toán bậc 2

* Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn student

* Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán trước hết tính phương sai thích ứng:

2.2.2.5 Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố hàm mục tiêu

2.3 Cơ sở của lý thuyết đồng dạng - mô hình - phép phân tích thứ nguyên

2.3.1.Ứng dụng lý thuyết đồng dạng và mô hình trong phương pháp nghiên cứu về máy móc cơ điện

2 Để đảm bảo quá trình trộn đạt hiệu quả, chất lượng cao, luận văn chọn dạng buồng trộn cưỡng bức hai trục, vật liệu trong buồng trộn vừa di chuyển liên tục dọc trục và vừa trộn đều.

3 Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm chọn thông số “vào” là tốc độ quay và khối lượng nguyên liệu khi trộn nhằm xác định tiêu thụ năng lượng riêng và độ trộn đều, trên cơ sở đó tìm chế độ sử dụng hợp lý.

4 Trên cơ sở chọn các thông số hợp lý, sử dụng phương pháp đồng dạng, phân tích thứ nguyên nhằm xác định dòng máy trộn phù hợp với từng đối tượng sử dụng.

Chương III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRỘN VÀ MỨC TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY TRỘN HAI

TRỤC CƯỠNG BỨC VỚI CÁC LOẠI VẬT LIỆU RỜI 3.1 Một số tính chất cơ lý cơ bản của vật liệu rời.

Vật liệu rời trong xây dựng thường ở các dạng:

- Dạng hạt như: Đá, cát …

- Dạng bột hay còn gọi dạng hạt mịn như: Xi măng, bột đá, đất sét, tro…

- Dạng hỗn hợp như: Hỗn hợp bêtông xi măng khô, vữa khô, cấp phối dải đường, bêtông asphalt…

a) Hệ số ma sát

b) Mật độ

c) Độ rỗng

d) Độ hạt của vật liệu

e) Các thông số vật lý của vật liệu làm thí nghiệm là đá 0,5x1 và cát vàng

Do điều kiện và thời gian có hạn nên tác giả chỉ xác định được một số thông số cơ bản phục vụ cho luận văn

Khối lượng riêng của hỗn hợp đá 0,5x1: 1,44 Tấn/m3

Khối lượng riêng của hỗn hợp cát vàng: 1,43 Tấn/m3

Khối lượng riêng của hỗn hợp sau khi trộn: 1,997 Tấn/m3

3.2 Phương pháp xác định độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng.

a) Phương pháp xác định độ trộn đều.

Theo định nghĩa chung độ trộn đều là một đặc trưng định lượng của quá trình trộn, được xác định bằng tỷ số khối lượng của một chất thành phần trong mẫu phân tích với khối lượng của thành phần chất đó được quy định trong hỗn hợp.

Cho chất A, khi trộn với khối lượng a; khối lượng b thuộc chất B trộn vào nhau, cần đảm bảo tính đồng nhất của hỗn hợp Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp là:

b a

b

C B



Thời gian trộn trong phạm vi giời hạn cho phép, do đó trong hỗn hợp chịu các thành phần CA và

CB ở các thành phần thể tích khác nhau của hỗn hợp sẽ khác nhau Nếu sự khác nhau này càng ít thì hỗn hợp càng gần với hỗn hợp lý tưởng.

Độ trộn đều của các thành phần là:

% 100 ) 1

a

a a

b

b b

với: a1- Khối lượng thành phần chất A sau khi trộn.

b1- Khối lượng thành phần chất B sau khi trộn.

a - Khối lượng thành phần chất A trong mẫu.

b - Khối lượng thành phần chất B trong mẫu

b) Phương pháp xác định chi phí năng lượng riêng

Mức tiêu thụ điện năng riêng Wr được xác định bằng phương pháp đo điện thông dụng:

- Dùng công tơ điện tử để đo điện năng W trong mỗi lần thí nghiệm.

Công tơ điện tử được kết nối với máy tính và cho ta các thông số chính của động cơ bao gồm:

+ Điện năng tiêu thụ.

3.3 Giới thiệu mô hình thí nghiệm

Chiều dài thùng: L = 900 mm

Chiều cao từ tâm lên: h1 = 290 mm

Số lượng tay trộn: 32 chiếc ( có thể thay đổi được)

Bước cánh tay trộn: s = 110 mm (Với trường hợp có 8 cặp cánh tay trộn trên một trục)

Khối lượng máy: M = 350 kg

Động cơ liền Hộp giảm tốc:

+ Số vòng quay trục ra 50 vòng/phút Chuyển động xích (bước xích) t = 15,4 mm

Đĩa xích lắp trên trục để thay đổi vận tốc quay của trục trộn:

Ứng với tốc độ quay của trục:n = 40,50,60,70,80 (vòng/phút).

Các thông số thay đổi

1 Khoảng cách giữa các cánh tay trộn.

Thay đổi khoảng cách giữa các cánh tay trộn bằng cách vặn lỏng các bulông M12 của tấm quay nhê Sau đó chỉnh khoảng cánh tay trộn theo ý muốn rồi vặn chặt 2 bulông M12 lại.

2 Góc nghiêng của bàn tay trộn.

Chỉnh góc nghiêng của bàn tay trộn bằng cách vặn lỏng Êcu M24 , vặn tay trộn nghiêng một góc theo ý muốn sau đó vặn chặt Êcu aM24 đó lại.

Dùng để cân định lượng vật liệu trước khi trộn.

3.4 Các bước thực hiện thí nghiệm.

3.4.1 Chọn giá trị của các thông số đầu vào

Do điều kiện và thời gian có hạn để hoàn thành luận văn nên tác giả chọn các giá trị biến thiên của thông số đầu vào là vận tốc góc và khối lượng tải theo phương pháp thu thập thông tin qua tài liệu tham khảo và ý kiến của chuyên gia.

* Xác định giá trị biến thiên của vận tốc góc.

Theo [2] vận tốc góc của trục trộn thường nằm trong khoảng 60 ÷ 80 vòng/phút vậy ta lấy giá trị biến thiên của vận tốc góc là 60, 70, 80 vòng/phút.

* Xác định giá trị biến thiên của góc nghiêng.

Góc nghiêng bàn tay trộn thay đổi 300, 450, 600 theo [2]

3.4.2 Mục đích thí nghiệm.

3.4.3 Các bước thí nghiệm

3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng trộn.

Bảng 3.3 :Kết quả thí nghiệm loại 1

Thời gian 25 s 30 s 35 s 40 s 45 s Góc

Bảng 3-5: Số vòng quay của trục trộn để hỗn hợp trộn đạt yêu cầu

Từ bảng 3-4 trên ta chọn với số vòng quay của trục trộn N=45 vòng thì hỗn hợp trộn đạt yêu cầu

3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến mức tiêu thụ năng lượng.

Bảng 3-6: Danh sách các thí nghiệm thực hiện

Hữu Công (W/h) Vô Công (VAR/h) Hữu công/s

Các số liệu thu được tại các thí nghiệm được in trong phụ lục 1.

Với số liệu trên ta vẽ được đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa thời gian và hữu công như sau:

Hình 3.4 mối quan hệ giữa thời gian trộn và hữu công

- Ta thấy ban đầu các hat vật liệu chưa được trộn đều nên khối lượng riêng của hỗn hợp nhỏ, khi trộn thì khối lượng riêng của hỗn hợp tăng dẫn đến lực cản tăng vì vậy nên chi phí công suất tại thời điểm đó dần cao hơn và đến một mức nào đó thì ổn định chỉ tăng giảm đôi chút Lúc đó hỗn hợp coi như đã đạt đều.

- Bảng tổng hợp số liệu của toàn bộ các thí nghiệm thu được tại Bảng 3-5

3.6.1 Ảnh hưởng của vận tốc x1 và góc nghiêng x2 đến chi phí năng lượng riêng YN

Bảng 3-8: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc x1 và tải trọng x2 đến chi phí năng lượng riêng YN

** Tìm phương trình hồi quy bằng phần mềm Minitab

Tìm ra phương trình hồi quy:

Y = 17,5901 +1,5606 X1 + 2,4489 X1X1 – 0,9389X2 + 1,4259 X2

Hình 3.7 đồ thị phương trình hồi quy

Từ đồ thị dễ dàng quan sát được dưới hai yếu tố ảnh hưởng là tốc độ trục trộn và góc nghiêng bàn tay trộn ta tìm được điểm tối ưu là điểm thấp nhất của mặt cong , tại đó giá trị

Đồ thị

contour

Đồ thị surface

mức chi phí năng lượng riêng là nhỏ nhất Bằng phần mềm Minitab chỉ rõ cho chúng ta điểm

đó trên hình sau:

Hình 3.8 điểm tối ưu

 như vậy thông số tối ưu thu được như sau:

Tốc độ : 66,7776 ≈ 70 (Vg/ph)

Góc nghiêng bàn tay trộn: 50,29680 ≈ 500

Chi phí năng lượng riêng: 17,1985 (Ws/vg.kg)

Ta tìm được các giá trị thông số sau của máy:

Điểm tối ưu

Tốc độ

Chi phí năng lượng thấp nhất

v/p Độ w wh/vòng ws/vòng.kg N Nm rad/s Tối ưu 70 50 1753.846 0,4176 17,1985 103 239,29 7,33

Từ đó ta chọn được máy trộn mô hình với các thông số hợp lý sau:

- Khoảng cách giữa các cánh tay trộn: 110 mm

- Công suất tiêu thụ: 2,8 kw (Chọn hệ số quá tải 1,25)

- Tốc độ quay trục: 70 vòng/phút.

- Dung lượng một mẻ trộn: 120 kg

- Góc nghiêng bàn tay trộn 500

- Năng suất máy: 11 tấn/h

Kết luận chương III Trên cơ sở máy mô hình, bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp xử lý số

liệu bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, xác định các yếu tố ảnh hưởng đối với chỉ tiêu hao phí năng lượng Kết quả thu được cho thấy: Ở chế độ làm việc với vận tốc quay của trục trộn là 70 vòng/phút, góc nghiêng bàn tay trộn là 500 và tải trọng 120 kg thì chi phí năng lượng riêng trên một đơn vị khối lượng sản phẩm là ít nhất Với kết quả đạt được làm cơ sở cho việc tính toán dãy máy trộn với các công suất khác nhau.

Trong quy trình trộn sản phẩm vật liệu xây dựng, việc xác định một cách chính xác mức độ đồng đều của sản phẩm sau khi trộn là việc rất khó khăn, nó chỉ mang giá trị tương đối Chất lượng trộn của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào số lần đảo trộn của trục trộn, và ngoài ra nó còn phụ thuộc vào quy trình cấp liệu.

Chương IV

ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG – MÔ HÌNH – PHÉP PHÂN TÍCH THỨ

NGUYÊN ĐỂ TÌM DÃY MÁY TRỘN HỢP LÝ

4.1 Lực tác động nên cơ cấu khuấy trộn.

4.2 Tính toán tiêu thụ năng lượng trên đơn vị thể tích vật liệu của máy trộn (kiểu 2 trục nằm ngang) đề xuất dòng máy trộn.

Từ kết quả thực nghiệm trên máy trộn hai trục cưỡng bức (dùng làm máy mô hình) đã thiết kế dãy máy trộn với công suất khác nhau.

Bảng 4.2: Dùng máy trộn dự báo loại nhỏ

Máy mô hình Máy thực 1 Máy thực 2

đó giúp ta thiết kế chế tạo ra kết cấu máy hợp lý.

- Từ kết quả thực nghiệm xác định được thông số làm việc hợp lý của mô hình, kết hợp với ứng dụng lý thuyết đồng dạng – mô hình – phép phân tích thứ nguyên giúp ta tìm được dãy máy trộn thực theo yêu cầu.

KẾT LUẬN CHUNG

- Trong quá trình phát triển của xã hội hiện nay, chất lượng của sản phẩm đi đôi với giá thành hạ và sản lượng phải lớn Vì vậy trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và các sản phẩm vật liệu được sản xuất bằng máy trộn hai trục cưỡng bức nói riêng việc nghiên