Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý cho máy trộn bê tông xi măng kiểu cưỡng bức, chu kỳ hai trục ngang do Việt Nam chế tạo

Từ những nội dung nghiên cứu của các tác giả [47], [61] và [66], thấy rằng: Chưa có công trình nào nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số kết cấu và thông số làm việc của máy trộn

Trang 1

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây công tác xây dựng các công trình giao thông, thủy lợi, thủy điện, nhà cao tầng đang phát triển hết sức mạnh mẽ Một trong những loại vật liệu không thể thiếu được trong quá trình thi công các công trình đó là hỗn hợp

bê tông, có nhiều loại bê tông khác nhau và chúng có thể được phân loại theo các tiêu chí sau [11]: Theo cường độ bê tông có: Bê tông thường, bê tông chất lượng cao, bê tông chất lượng rất cao; theo loại chất kết dính có: Bê tông xi măng (BTXM), bê tông silicat, bê tông polime, bê tông đặc biệt ; theo loại cốt liệu có: Bê tông cốt liệu đặc, rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt; theo khối lượng thể tích có: Bê tông đặc biệt nặng, bê tông nặng, bê tông nhẹ Trong các loại bê tông kể trên, thì bê tông có chất kết dính

là xi măng hay còn gọi là BTXM được sử dụng nhiều hơn cả

Để tạo ra hỗn hợp BTXM, người ta sử dụng các loại máy trộn khác nhau, trong

đó loại máy trộn cưỡng bức kiểu hai trục ngang được sử dụng phổ biến hơn cả, vì chúng có những ưu điểm sau: Chất lượng trộn đồng đều, thời gian trộn nhanh, năng suất cao có thể đạt đến 250 m3/h, rất thích hợp với những trạm trộn yêu cầu khối lượng cung cấp hỗn hợp bê tông lớn và liên tục

Để có được các loại máy trộn nêu trên, các đơn vị chế tạo trạm trộn trong nước chủ yếu nhập ngoại chúng với giá thành đắt, thời gian chờ đợi lâu, do đó làm tăng đáng kể giá thành của cả trạm trộn Để giảm bớt giá thành chế tạo trạm trộn, giảm bớt thời gian chế tạo sản phẩm, tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm trong nước, các đơn vị chế tạo cơ khí trong nước đang tìm cách nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy trộn nhằm tiến tới thay thế hoàn toàn các thiết bị ngoại nhập

Tuy nhiên đây là một trong những máy quan trọng nhất của mỗi trạm trộn, nó quyết định đến chất lượng sản phẩm, thời gian trộn, độ tin cậy của toàn trạm, do đó đòi hỏi phải có các nghiên cứu cơ bản, có cơ sở khoa học trong việc thiết kế, chế tạo sản phẩm cơ khí phù hợp với trình độ công nghệ của nước ta hiện nay

Xuất phát từ yêu cầu của thực tế sản xuất đã nêu ở trên, một số đơn vị chế tạo

cơ khí trong nước đã chế tạo các máy trộn nêu trên để cung cấp ra thị trường trong nước Tuy nhiên việc nghiên cứu, chế tạo sản phẩm của các đơn vị cơ khí chủ yếu theo kiểu chép mẫu và theo kinh nghiệm thực tế, chưa có những nghiên cứu cơ bản

Chính vì vậy, luận án có tên: “Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ

Trang 2

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứ u xây dựng được công thức xác đi ̣nh công suất của đô ̣ng cơ dẫn

đô ̣ng máy trô ̣n, đồng thời nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy

trộn nhằm đạt công suất tiêu thụ riêng là nhỏ nhất

3 Đối tượng va ̀ pha ̣m vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu

Một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy trộn BTXM hai trục ngang do Việt Nam chế tạo

b) Phạm vi nghiên cứu

- Máy trộn BTXM kiểu cưỡng bức chu kỳ hai trục ngang, dung tích thùng trộn 1m3

do Việt Nam chế tạo Sơ đồ cấu tạo và thông số kỹ thuật chính của máy được thể hiện như hình I và bảng I dưới đây:

Hình I Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM hai trục ngang, dung tích thùng trộn 1m 3 do Việt Nam chế tạo 1- Ổ đỡ; 2- Trục trộn; 3- Vỏ thùng trộn; 4- Bánh răng dẫn động; 5- Hộp giảm tốc; 6- Động cơ điện; 7- Cặp bánh răng ăn khớp ngoài; 8- Bộ truyền đai; 9- Bàn tay trộn; 10- Cánh tay trộn; 11- Cửa xả hỗn hợp bê tông

Trang 3

3

Bảng I Bảng thông số kỹ thuật chính của máy trộn BTXM hai trục ngang,

dung tích thùng trộn 1m 3 do Việt Nam chế tạo

4 Nô ̣i dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các phần sau:

- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

- Xác đi ̣nh khối lượng vâ ̣t liê ̣u chuyển đô ̣ng theo các phương trong quá trình

làm viê ̣c của máy trô ̣n và nghiên cứu xây dựng công thức tính công suất của

đô ̣ng cơ dẫn đô ̣ng máy trô ̣n

- Nghiên cứ u xác đi ̣nh mă ̣t cắt hợp lý của cánh tay trô ̣n theo tiêu chí tiết kiê ̣m năng lượng trô ̣n

- Nghiên cứ u ảnh hưởng của kích thước hình ho ̣c của thùng trô ̣n đến công suất

đô ̣ng cơ dẫn đô ̣ng máy trô ̣n

Trang 4

- So sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết và kết quả thực nghiệm

- Xác định dãy máy trộn trong điều kiện thực tế

- Kết luận và kiến nghị

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

a/ Ý nghĩa khoa học

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có ở trong nước và trên thế giới, tác giả

đã tiến hành xác định quy luật và khối lượng vâ ̣t liê ̣u chuyển động theo các phương trong quá trình làm viê ̣c của máy trô ̣n, làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất công thức tính toán công suất của động cơ dẫn động máy trô ̣n BTXM hai tru ̣c ngang do Viê ̣t Nam chế ta ̣o

- Tác giả sử dụng công thức xác định công suất của động cơ dẫn động máy trộn luận án đã xây dựng được để xác đi ̣nh mă ̣t cắt hợp lý của cánh tay trô ̣n và kích thước hình ho ̣c của thùng trô ̣n theo tiêu chí tiết kiê ̣m năng lượng trô ̣n, từ đó làm cơ

sở khoa học cho việc tính toán, thiết kế hợp lý máy trộn BTXM hai trục ngang do Việt Nam chế ta ̣o

- Tác giả đã đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến tiêu thụ năng lượng riêng của động cơ dẫn động máy trộn và xác định giá trị tối ưu của các yếu tố này theo mục tiêu giảm chi phí công suất riêng, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc xác định dãy máy trộn trong điều kiện thực tế

b/ Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có ích cho các đơn vị thiết kế, chế tạo máy trô ̣n BTXM hai tru ̣c ngang; các đơn vi ̣ thiết kế, chế ta ̣o tra ̣m trô ̣n BTXM trong nước khi chế ta ̣o các sản phẩm cùng loa ̣i có dung tích thù ng trô ̣n và năng suất khác nhau

Trang 5

5

- Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng công thức tính công suất

của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang

- Chương 3: Nghiên cư ́ u ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và thông số làm việc cu ̉a máy trộn đến công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang do Viê ̣t Nam chế tạo

- Chương 4: Nghiên cứu thư ̣c nghiê ̣m xác đi ̣nh một số thông số ảnh hưởng đến công suất của động cơ dẫn động máy trộn và xác định dãy máy trộn trong điều kiện thực tế

7 Điểm mới của Luận án

- Luận án đã xác đi ̣nh được tỉ lê ̣ % khối lượng vâ ̣t liê ̣u chuyển đô ̣ng theo các phương, từ đó làm cơ sở khoa ho ̣c cho viê ̣c đề xuất mô ̣t công thức tính công suất đô ̣ng

cơ dẫn đô ̣ng máy trô ̣n ở giai đoa ̣n trô ̣n khô, trô ̣n ướt và công suất tiêu hao trung bình

củ a quá trình trô ̣n trên cơ sở kế thừa và phát triển những công thức, hê ̣ số của các tác giả trước đó Kết quả tính toán theo công thức do tác giả đề xuất tương đối sát với giá trị thực tế

- Luận án đã nghiên cứu ảnh hưởng của hình da ̣ng mă ̣t cắt cánh tay trô ̣n và

kích thước hình ho ̣c của thùng trô ̣n đến công suất tiêu thu ̣ của đô ̣ng cơ dẫn đô ̣ng máy trộn BTXM hai tru ̣c ngang do Viê ̣t Nam chế ta ̣o

- Luận án đã nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của mô ̣t số thông kết cấu và thông số làm viê ̣c đến công suất tiêu thu ̣ của đô ̣ng cơ dẫn đô ̣ng máy trô ̣n BTXM hai trục ngang, dung tích thùng trô ̣n 1m3 do Việt Nam chế ta ̣o; xác định được các giá trị thông số kỹ thuật hợp lý cho máy trộn

- Thông qua nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng lý thuyết mô hình đồng dạng, phân tích thứ nguyên; luận án đã xác định được các thông số kỹ thuật của các máy trộn có dung tích thùng trộn 2, 3, 4 (m3) Từ đó làm cơ sở khoa học cho việc tính toán, thiết kế các máy trộn BTXM hai trục ngang sản xuất tại Việt Nam

Trang 6

6

Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả đã hết sức cố gắng để hoàn thành những nội dung đã đặt ra Tuy nhiên, bản luận án khó tránh khỏi những sai sót nhất định Rất mong nhận được các ý kiến góp ý của các nhà khoa học, các đồng nghiệp

để bản luận án hoàn chỉnh hơn

Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 6 năm 2016

Tác giả

Trang 7

7

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG

HAI TRỤC NGANG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG TRÊN THẾ GIỚI

1.1.1 Các công trình nghiên cứu về kết cấu của máy trộn

Có nhiều công trình của các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu về kết cấu máy trộn BTXM như dưới đây:

Các tác giả [49] đã nghiên cứu máy trộn kiểu cưỡng bức hai trục ngang, hoạt động chu kỳ và liên tục Để giảm thời gian xả hỗn hợp và xả sạch hỗn hợp bên trong thùng trộn, các tác giả đề xuất sử dụng cửa xả mở rộng về hai phía theo phương hướng kính (phương vuông góc với trục trộn) và để nâng cao năng suất của máy trộn, nên

bố trí các cửa cấp vật liệu đầu vào kể cả dạng chất lỏng dọc theo trục trộn Sơ đồ cấu tạo của máy trộn thử nghiệm được thể hiện trên hình 1.1

Hình 1 1 Sơ đồ cấu tạo tổng thể và mặt cắt ngang của máy trộn

BTXM hai trục ngang, các tác giả [49] đã thử nghiệm

Trang 8

8

Cấu tạo:

1- Vỏ thùng trộn; 2- Cửa xả chính; 3- Cửa xả phụ; 4- Trục trộn; 5- Tấm ốp cánh tay trộn; 6- Cánh tay trộn; 7- Hộp giảm tốc; 8- Gối đỡ; 9- Cơ cấu mở cửa xả phụ; 10- Cơ cấu mở cửa xả chính; 11- Tấm ngăn phụ; 12,13- Vách ngăn chính; 14-Cánh tay trộn; 15- Bàn tay trộn; 16- Cánh tay trộn vét thành thùng; 17- Bàn tay trộn vét thành thùng; 18- Tấm ngăn tùy chỉnh; 19- Nắp đậy thùng; 20, 21- Ống cấp vật liệu dạng hạt, bột; 22,23- Ống cấp chất lỏng; 24- Vòi phun chất lỏng; 25,26- Các chỗ nối và chân liên kết với thùng trộn; 27- Đường ống cấp chất lỏng vào.

Qua nghiên cứu, thấy rằng: Công trình của các tác giả chủ yếu tập trung vào nghiên cứu kết cấu hợp lý của cửa cấp vật liệu vào thùng trộn và cửa xả hỗn hợp sau khi trộn, nhằm nâng cao năng suất của máy trộn Các tác giả chưa quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và thông số làm việc khác của máy trộn như: Tốc độ quay của trục trộn, góc nghiêng của bàn tay trộn so với trục trộn, khe hở giữa bàn tay trộn với vỏ thùng trộn, bề rộng của bàn tay trộn đến công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn động máy trộn

Tác giả [41] đã nghiên cứu hình dạng của cánh tay trộn nhằm mục đích: Giảm bớt trọng lượng và nâng cao tuổi thọ cho cánh tay trộn, đồng thời nâng cao hiệu quả nhào trộn các hỗn hợp Tác giả đã thử nghiệm trên máy trộn có công suất động cơ Nđc = 30 (kW), năng suất Q = 50 (m3/h), thời gian trộn 1,86 (phút), số bàn tay trộn 16 (chiếc), hệ số điền đầy thùng  = 0,6; bán kính thùng trộn Rt = 0,55 (m) Cánh tay trộn nghiên cứu và thử nghiệm có mặt cắt ngang là hình e líp đứng, kích thước lớn nhất của e líp (đầu to - liên kết với trục trộn) có bán trục lớn Ra = 0,066 (m), bán trục nhỏ Rb = 0,032 (m), chiều dài cánh tay trộn a = 400 (mm), trong điều kiện góc nghiêng của bàn tay trộn  = 450 (không đổi) Sơ đồ cấu tạo của máy trộn nghiên cứu được thể hiện trên hình 1.2 Sau khi nghiên cứu, tác giả đã đề xuất mô hình cánh tay trộn như dưới đây (Hình 1.3) và thấy rằng, trọng lượng của các cánh tay trộn giảm được 11% so với các loại cánh tay trộn có mặt cắt hình e líp đứng thông thường

Trang 9

9

Hình 1 2 Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM hai trục ngang,

tác giả [41] đã nghiên cứu và thử nghiệm 1- Tai liên kết với nắp thùng, 2- Vỏ thùng trộn, 3- Hệ thống truyền động, 4- Trục trộn có gắn các cánh tay trộn, 5- Bàn tay trộn, 6- Cửa xả

Hình 1 3 Sơ đồ cấu tạo của cánh tay trộn có mặt cắt ngang là hình e líp đứng, tác giả [41] đã nghiên cứu và thử nghiệm a) Hình dạng cánh tay trộn ban đầu;

b) Hình dạng cánh tay trộn đã được tính toán thiết kế tối ưu

Từ kết quả nghiên cứu ở trên, thấy rằng: Tác giả chỉ nghiên cứu hình dạng của cánh tay trộn có mặt cắt ngang là hình e líp đứng theo tiêu chí giảm trọng lượng và nâng cao tuổi thọ cho cánh tay trộn Tác giả chưa quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng của các loại cánh tay trộn có mặt cắt ngang kiểu: Hình tròn, hình e líp, hình tam giác, hình chữ nhật đến công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn động máy trộn

Tác giả [64] đã sử dụng phần mềm Ansys để thiết kế và mô phỏng máy trộn BTXM hai trục ngang, dung tích thùng trộn 2m3 theo hướng làm giảm ảnh hưởng của

Trang 10

10

vùng trộn không hiệu quả, từ đó nâng cao chất lượng trộn Thông qua phần mềm Ansys, tác giả đã kiểm tra, đánh giá tình hình chịu lực của các cánh tay trộn và bàn tay trộn; nghiên cứu thay đổi số lượng cánh trộn, góc nghiêng của cánh trộn nhằm giảm mức độ rung động đến trục trộn và máy trộn Trên hình 1.4 thể hiện một số kết quả tính toán thiết kế của tác giả

Hình 1 4 Kết quả tính toán thiết kế cánh tay trộn, bàn tay trộn và trục trộn

bằng phần mềm Ansys của tác giả [64]

Qua nghiên cứu, thấy rằng: Tác giả mới dừng lại ở việc, ứng dụng phần mềm Ansys để thiết kế và mô phỏng máy trộn BTXM hai trục ngang, dung tích thùng trộn 2m3 Sử dụng phần mềm đó, tác giả đã thay đổi một số thông số kết cấu của cánh tay trộn nhằm mục đích nâng cao chất lượng trộn và giảm rung động cho máy Tác giả chưa quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và thông số làm việc khác của máy trộn đến công suất của động cơ dẫn động máy trộn theo tiêu chí tiết kiệm năng lượng trộn

1.1.2 Các công trình nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả trộn

Để nâng cao tính đồng nhất và chất lượng của sản phẩm sau khi trộn, đồng thời giảm thời gian trộn, các tác giả [47] đã phát minh ra loại máy trộn bê tông xi măng hai trục ngang kiểu có rung kết hợp Theo kết quả thử nghiệm của các tác giả, thì cường độ chịu nén của bê tông sau khi trộn tăng lên từ (10 ÷ 15)% so với những máy trộn bê tông hai trục ngang thông thường Sơ đồ cấu tạo máy trộn nghiên cứu của các tác giả được thể hiện trên hình 1.5

Trang 11

11

kiểu trộn và rung kết hợp (rung ở bên ngoài trục trộn) 1- Vỏ thùng trộn; 2- Chân đế; 3,4 - Tấm lót thành thùng; 5- Vị trí cửa xả; 6,7- Tai lắp xi lanh đóng mở cửa xả; 8- Xi lanh đóng mở cửa xả; 9- Miệng thùng trộn; 10,14,16-Cánh tay trộn; 11, 12- Ổ đỡ; 13- Trục trộn; 15- Vòng ốp cánh tay trộn; 17-Bàn tay trộn; 18-Hộp giảm tốc; 19- Bộ truyền đai; 20-Động cơ quay trục trộn; 21-Quỹ đạo chuyển động của hai trục trộn (có chồng lấn lên nhau); 22- Vỏ trục gây rung; 30- Trục gây rung; 31, 37- Gối đỡ trục gây rung; 32- Mặt bích và bu lông; 38-Trục trung gian và khớp nối; 39- Động cơ lai bộ gây rung

Để khắc phục các hiện tượng “ứ đọng” của vùng vật liệu ở gần với trục trộn bằng cách cho trục trộn chuyển động quay kết hợp với rung ở bên trong trục trộn Tác giả [61] đã thử nghiệm trên máy trộn BTXM mô hình, dung tích thùng trộn là 100 lít; với biên độ dao động của trục trộn là 1,0 (mm); tần số rung động 230,1 (s-1); góc nghiêng của bàn tay trộn 450; tốc độ trộn 1,6 (m/s) và so sánh với các loại máy trộn cưỡng bức khác, thu được: Cùng một thời gian trộn như nhau, thì cường độ của bê tông tăng khoảng 23% Với chất lượng của bê tông như nhau, thì thời gian trộn giảm khoảng một nửa và tiêu thụ năng lượng cho máy trộn giảm khoảng 11% Còn tác giả [66] đã nghiên cứu và thử nghiệm trên máy trộn BTXM có dung tích thùng trộn là 1m3 Theo tác giả với loại bê tông C20, C35 và tốc độ quay của trục trộn là 1,6 (m/s); tần số kích thích 29,4 (Hz); thời gian rung và khuấy là 45 (s) thì: Cường độ chịu nén trung bình của bê tông sau 7 ngày tuổi tăng khoảng 40% và hàm lượng của xi măng

có thể giảm đến 15% so với sử dụng máy trộn hai trục ngang thông thường Có thể

mô tả sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM hai trục ngang kiểu trộn và rung kết hợp của các tác giả như hình 1.6 dưới đây

Trang 12

12

kiểu trộn và rung kết hợp (rung ở bên trong trục trộn) 1- Động cơ điện dẫn động cho trục trộn; 2- Hệ thống truyền động; 3,4,7- Các ổ đỡ; 5- Trục trộn; 6- Cơ cấu mở cửa xả; 8 - Động cơ dẫn động cơ cấu gây rung

Từ những nội dung nghiên cứu của các tác giả [47], [61] và [66], thấy rằng: Chưa có công trình nào nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số kết cấu và thông số làm việc của máy trộn (Tốc độ quay của trục trộn, góc nghiêng của bàn tay trộn so với trục trộn, khe hở giữa bàn tay trộn với vỏ thùng trộn, bề rộng của bàn tay trộn) đến công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn động máy trộn Các tác giả mới chỉ quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng trộn và tiết kiệm vật liệu đầu vào bằng cách trộn kết hợp với rung bên trong thùng trộn

1.1.3 Các công trình nghiên cứu về thực nghiệm quá trình trộn

Tác giả [55] đã dùng mô hình nghiên cứu thực nghiệm quá trình trộn bê tông

xi măng, sử dụng các phần mềm mô phỏng để xác định quỹ đạo chuyển động của các hạt cốt liệu trong máy trộn và xây dựng chương trình tính toán các thông số động học trong quá trình trộn Qua nghiên cứu, tác giả đưa ra đồ thị quan hệ giữa lực cản lên bàn tay trộn theo vị trí của cánh tay trộn trong khối vật liệu; trong đó vị trí có lực cản lớn nhất ứng với trường hợp góc nghiêng của bàn tay trộn so với trục trộn α = 00 (bàn tay trộn song song với trục trộn) Nội dung chính của công trình nghiên cứu là xác định công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn động máy trộn và xác định lực cản sinh

ra trên bàn tay trộn, khi thay đổi góc nghiêng của bàn tay trộn Tác giả chưa nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và thông số làm việc khác của máy trộn đến công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn động máy trộn

Trang 13

Bảng 1 1 Một số đơn vị tiêu biểu về sa ̉n xuất trạm trộn BTXM ở Viê ̣t Nam

TT Tên đơn vi ̣ Năng suất tra ̣m (m 3 /h) Xuất sư ́ máy trô ̣n

2 Công ty TNHH

Đầu tư máy xây

dựng Viê ̣t Nam

3 Công ty cổ phần

thương ma ̣i và cơ

khí công trình

25-120 Sicoma- Italia, Elba - CHLB

Đức, Hàn Quốc, Trung Quốc

4 Công ty CP xây

dựng và thiết bi ̣

công nghiệp CIE1

25-120

có thể đến 500 đối với bê tông lạnh và bê tông đầm lăn

Sicoma- Italia, Elba - CHLB Đức, Việt Nam

Trang 14

14

5 Công ty CP vật tư

thiết bị giao

25-80 Sicoma- Italia, Elba – CHLB

Đức, Hàn Quốc, Trung Quốc,

Vớ i các tra ̣m BTXM có năng suất  60 m3/h đa số các đơn vị sử du ̣ng máy trộn kiểu tru ̣c đứng hoặc hai trục ngang được sản xuất ta ̣i Viê ̣t Nam theo công nghê ̣

củ a Nga hoă ̣c Trung Quốc, còn những tra ̣m có năng suất > 60 m3/h chủ yếu sử du ̣ng

máy trô ̣n kiểu hai tru ̣c ngang nhâ ̣p ngoa ̣i

1.2.2 Các công trình nghiên cứu về kết cấu và tuổi thọ của máy trộn

Các tác giả [17] chủ yếu nghiên cứu về các dạng hư hỏng của cánh trộn như

bị mòn, bị mỏi và bị gãy trong quá trình làm việc của máy trộn BTXM hai trục ngang Các tác giả chưa quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và thông

số làm việc khác đến công suất tiêu thụ của động cơ dẫn động máy trộn

Qua nghiên cứu một số dạng hư hỏng của cánh trộn trong thùng trộn BTXM hai trục ngang, các tác giả đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao tuổi thọ và giảm

hư hỏng các cánh trộn như sau:

Trang 15

- Sử dụng các vật liệu làm cánh trộn có tính chịu mài mòn và chịu va đập cao hơn

Tác giả [1] đã nghiên cứu thiết kế máy trộn vật liệu rời kiểu hai trục ngang (Hình 1.7) cho các trạm trộn bê tông cỡ lớn 80200 (m3/h) Nội dung chính của công trình nghiên cứu chủ yếu là tính bền cho các chi tiết trên cơ sở các máy trộn của nước ngoài để chế tạo trong nước, chứ chưa quan tâm đến các thông số hợp lý của máy trộn như góc nghiêng của bàn tay trộn, tốc độ trộn, khe hở giữa bàn tay trộn với vỏ

thùng trộn

Hình 1 7 Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM 2500M2T (2,5m 3 )

1- Vỏ thùng trộn; 2- Trục trộn; 3- Cụm cửa xả; 4- Cụm ổ đỡ; 5- Động cơ điện

1.3 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG

CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG

1.3.1 Các tác giả [56]

Các tác giả đã sử dụng tiêu chuẩn Ơle, tiêu chuẩn Râynôn và tiêu chuẩn Fruit

để xây dựng phương trình chuyển động của hỗn hợp trong quá trình trộn Sau đó, các tác giả đã giải phương trình chuyển động và tiến hành làm thực nghiệm để xác định các hệ số trong phương trình Từ kết quả nghiên cứu đó các tác giả đã xây dựng được công thức xác định công suất cần thiết của động cơ dẫn động máy trộn như dưới đây

Trang 16

16

)kW(,.g d.n.cos.z.)d

b.(

)d

t.(

Các thông số trong công thức (1.1) có thể mô tả như hình 1.8 dưới đây

Hình 1 8 Sơ đồ giải thích các thông số trong công thức tính công suất động cơ dẫn

động máy trộn BTXM hai trục ngang được tính theo [56]

Từ công thức (1.1), thấy rằng: Về hình thức thì công thức không quá phức tạp, tuy nhiên có rất nhiều hệ số trong công thức được xác định bằng thực nghiệm Do đó, công thức có thể chỉ đúng với một số loại máy trộn cụ thể và có thể chỉ đúng với một

số loại vật liệu cấp phối đem vào trộn Mặt khác công thức mới chỉ xác định công suất của động cơ dẫn động máy trộn ở giai đoạn trộn ướt, chưa xét đến ở giai đoạn

Trang 17

17

)W(,

.r.32

a.c)ar.(

b.[

sin.C.C.3

2)a.cos Csin C).(

cb(a

]3

ar.g)

(2

r)

cos.[(cos

b.r C.C

3 1 3 2 1

3 2

2

3 3 2 1 3

2 1 3

3 1

trộn khô, điều đó được thể hiện sự có mặt của thông số "0" trong công thức Trong

thực tế sử dụng, công suất của động cơ dẫn động máy trộn ở giai đoạn trộn khô có

thể lớn hơn giai đoạn trộn ướt Chính vì vậy công thức (1.1) chưa bao trùm hết các

giai đoạn làm việc của máy trộn

1.3.2 Các tác giả [20]

Theo công thức của Szevrov, các tác giả đã triển khai công thức tính toán công

suất của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang dựa trên việc xác định các

thành phần lực cản chủ yếu như lực ma sát của hỗn hợp trên cánh trộn, lực ma sát của

hỗn hợp trên vỏ thùng trộn, lực nâng vật liệu và các lực cản xuất hiện khi cánh trộn

cắt vật liệu Sau khi tính toán và biến đổi, các tác giả đã thu được công thức xác định

công suất trung bình của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang như dưới

đây

(1 2)

Trong đó:

Nđc - Công suất tiêu thụ của động cơ quay trục trộn, (W);

Z1 - Số cánh trộn đồng thời trong hỗn hợp BTXM, (chiếc);

ω - Tốc độ góc của cánh trộn (rad/giây);

C1 = 1 + μ.cotgα; C3 = ρ.g.sinα;

2

2sin.1

C2   

; α- Góc nghiêng bàn tay trộn so với trục trộn, (độ);

ρ - Khối lượng riêng của hỗn hợp bê tông, (kg/m3);

g - Gia tốc trọng trường, (m/s2);

μ - Hệ số ma sát giữa hỗn hợp bê tông và thành thùng trộn;

r - Khoảng cách từ tâm của trục trộn đến mép ngoài của bàn tay trộn, (m);

Trang 18

18

b - Bề rộng của bàn tay trộn, (m);

φ1 - Góc ma sát trong của vật liệu, (rad);

φ3 - Góc giữa mặt phẳng ngang và tiếp tuyến cánh trộn, (rad);

a - Khoảng cách từ tâm của trục trộn đến mép trong của bàn tay trộn, (m);

c - Bề rộng của cánh tay trộn, (m);

τ - Ứng suất cắt của hỗn hợp bê tông, (N/m2)

Các thông số trong công thức (1.2) có thể mô tả như hình 1.9 dưới đây

Hình 1 9 Sơ đồ giải thích các thông số trong công thức tính công suất động cơ dẫn

động máy trộn BTXM hai trục ngang được tính theo [20]

Trong công thức (1.2), đã kể đến đầy đủ các thành phần lực cản và lực ma sát giữa bàn tay trộn, cánh tay trộn, thành thùng trộn với vật liệu trộn Do đó, kết quả tính toán phản ánh tương đối chính xác tình trạng làm việc của máy trộn BTXM hai trục ngang Tuy nhiên cũng như công thức (1.1), công thức (1.2) mới chỉ xác định công suất của động cơ dẫn động máy trộn ở giai đoạn trộn ướt, chưa xét đến ở giai đoạn trộn khô, điều đó được thể hiện sự có mặt của thông số "" trong công thức Mặt khác trong công thức (1.2) chưa đề cập đến hệ số điền đầy thùng trộn, đây cũng là một nhược điểm nữa của công thức này



Trang 19

19

)

kW(,

1000

)NNNN.(

N4- Công suất tiêu hao để quay các cánh tay trộn, (W)

Biểu thức để xác định công suất tiêu thụ của động cơ dẫn động máy trộn được thể hiện như dưới đây:

(1 3)

)

W(,

8

)rR.(

S k.z c

2 2 3 3 đ 1

6

)rR.(

f.S k.z cN

3 3 3 3 đ

tg)

rR.(

.k.z c.2N

5 5 3 đ 3

)rr.(

.b.k.z cN

4 0 4 3 1 đ 4

 = 1,11,3 - Hệ số kể tới các tổn thất năng lượng dùng để nâng một phần hỗn hợp

bê tông khi quay các cánh trộn, tổn thất trong của hỗn hợp bê tông

c- Hệ số cản của hỗn hợp bê tông khi trộn, c = 56;

- Khối lượng riêng của hỗn hợp bê tông,  = 1730  2220 (kg/m3);

360



  - Hệ số độ dài của bàn tay trộn theo vòng tròn;

 - Góc trung tâm bao chiếu bề rộng mép ngoài bàn tay trộn lên mặt phẳng vuông góc với trục trộn trên một bước vít, (độ);

z- Số bàn tay trộn của máy trộn;

kđ- Hệ số đầy thùng trộn, kđ = 0,550,6;

- Vận tốc góc của trục trộn, (rad/giây);

S - Bước vít, (m);

R- Bán kính mép ngoài của bàn tay trộn, (m);

r- Bán kính mép trong của bàn tay trộn, (m);

 - Hiệu suất truyền động,  = 0,850,9;

Trang 20

20

f- Hệ số ma sát giữa hỗn hợp bê tông và bàn tay trộn, f = 0,40,5;

α- Góc nghiêng của bàn tay trộn so với trục trộn, α = 450;

b1- Bề rộng của cánh tay trộn (m);

r0- Bán kính của trục trộn (m)

Các thông số trong công thức (1.3) ÷ (1.7) có thể mô tả như hình 1.10 dưới đây

Hình 1 10 Sơ đồ giải thích các thông số trong công thức tính công suất động cơ

dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang được tính theo [2]

Trong công thức (1.3), đã kể đến đầy đủ các thành phần công suất tiêu hao do quay các bàn tay trộn, cánh tay trộn trong hỗn hợp bê tông; công suất tiêu hao để vận chuyển hỗn hợp bê tông dọc trục trộn; công suất tiêu hao do ma sát giữa bàn tay trộn

và hỗn hợp bê tông Do đó, kết quả tính toán phản ánh tương đối chính xác tình trạng làm việc của máy trộn BTXM hai trục ngang Tuy nhiên cũng như công thức (1.1) và (1.2), công thức (1.3) mới chỉ xác định công suất của động cơ dẫn động máy trộn ở giai đoạn trộn ướt, chưa xét đến ở giai đoạn trộn khô, điều đó được thể hiện sự có mặt của hệ số "c" trong các công thức tính công suất thành phần (1.4 ÷ 1.7) Mặt khác công thức (1.3) được xây dựng trên cơ sở máy trộn BTXM trục ngang kiểu có cánh liên tục (chỉ có một bàn tay trộn trên suốt chiều dài trục trộn) Do đó, khi áp dụng công thức (1.3) để tính công suất của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang có cánh không liên tục có thể cho kết quả chưa sát với thực tế sử dụng



i



Trục trộn

Trang 21

21

1.3.4 So sánh kết quả xác định công suất của động cơ dẫn động máy trộn

BTXM hai trục ngang của các tác giả [2], [20], [56]

Để so sánh kết quả xác định công suất của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang của các tác giả khác nhau, luận án đã sử dụng mác bê tông C30/38,5, thành phần cấp phối của vật liệu được trình bày trong phần "Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án" để đưa vào tính theo các công thức (1.1), (1.2) và (1.3) Sau khi tính toán thu được kết quả như bảng 1.5 dưới đây Các máy trộn dùng để so sánh

về công suất có dung tích thùng trộn là: 1, 2, 3, 4 (m3) chế tạo tại Việt Nam Giá trị các thông số đưa vào tính toán được thể hiện trên các bảng 1.2, 1.3, 1.4 dưới đây

Bảng 1 2 Giá trị các thông số đưa vào công thức [56] để tính toán

Trang 24

suất theo [2]

Công suất theo [20]

Công suất theo [56]

Việt Nam sản xuất

Trung Quốc sản xuất

Italia sản xuất

xác đi ̣nh các hê ̣ số thực nghiê ̣m cũng khác nhau

- Công suất của động cơ dẫn động máy trộn được tính bằng lý thuyết nhỏ hơn so với công suất thực tế của động cơ lắp trên các máy trộn hiện nay

Trang 25

25

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Qua phân tích tình hình nghiên cứu những vấn đề liên quan đến đề tài luận án trên thế giới và trong nước cho thấy một số điểm còn tồn tại mà đề tài cần quan tâm giải quyết là:

- Việc tính toán thiết kế các máy trộn và các trạm trộn BTXM chế tạo trong nước chủ yếu dựa trên các tài liệu của nước ngoài, lựa chọn các tham số theo kinh nghiệm, theo hình thức chép mẫu, trong đó có nhiều tham số có giá trị trong phạm vi rộng, gây khó khăn cho người thiết kế Nếu xác định được miền giá trị hợp lý của các tham số này thì sẽ thiết kế được các trạm trộn có chất lượng tốt, tiết kiệm được chi phí năng lượng, tăng tuổi thọ và hạ giá thành sản phẩm của trạm

Đối với máy trộn của các trạm trộn BTXM do Việt Nam chế tạo đều là kiểu cánh gạt, hoạt động cưỡng bức, chu kỳ, có trục ngang hoặc trục thẳng đứng

Việc tính toán công suất dẫn động máy trộn của trạm trộn BTXM hiện nay có nhiều phương pháp được nhiều nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam đưa ra với nhiều quan điểm khác nhau và phụ thuộc nhiều yếu tố; giá trị công suất tính toán có

sự chênh lệch đáng kể (bảng 1.5) Do đó cần thiết phải xây dựng một công thức tính công suất động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang sát với thực tế sản xuất hơn Mặt khác, các công thức tính toán đều là những công thức lý thuyết nên có tính gần đúng Vì vậy cần thông qua thực nghiệm để đánh giá, kiểm chứng sự đúng đắn của các công thức này

- Việc nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật (kết cấu, khai thác…) đến công suất của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang chưa được xem xét đầy đủ trong các tài liệu ở trong và ngoài nước Vì vậy, việc xem xét, đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến công suất của động cơ dẫn động máy trộn

là cần thiết

- Luận án sẽ đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động máy trộn; nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến công suất động cơ dẫn động máy trộn, xác định các giá trị hợp lý của các thông số đó theo mục tiêu chi phí năng lượng riêng cho quá trình trộn là nhỏ nhất và đảm bảo chất lượng của bê tông sau khi trộn

Các thông số kỹ thuật của máy trộn và mác bê tông để nghiên cứu tính toán lý thuyết và làm thí nghiệm được thể hiện trong mục: "Đối tượng và phạm vi nghiên cứu" phần Mở Đầu của luận án này

Trang 26

26

).

kW ( ,

1000

N N N N N N

CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN

BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG

Công suất của động cơ dẫn động các máy trộn BTXM hai trục ngang rất lớn,

từ vài chục kilô oát đến vài trăm kilô oát Do đó việc tính toán chính xác công suất tiêu thụ của động cơ dẫn động máy trộn đóng một vai trò rất quan trọng; nó quyết định đến chi phí đầu tư mua sắm trạm trộn, mức tiêu thụ điện và giá thành của bê tông sau khi trộn Có nhiều công thức tính công suất tiêu thụ của động cơ dẫn động máy trộn của các tác giả khác nhau Tuy nhiên, theo ý kiến chủ quan của tác giả, thì

có công thức khó áp dụng trong tính toán vì quá phức tạp, có công thức dễ áp dụng trong tính toán thì cho kết quả chưa sát với thực tế sử dụng Mặt khác, các công thức này chủ yếu tính cho giai đoạn trộn ướt, khi hỗn hợp trộn đã thành bê tông Chính vì vậy, công suất tính được bằng lý thuyết thường nhỏ hơn so với thực tế (bảng 1.5) Chưa có công thức nào tính cho cả hai giai đoạn là trộn khô và trộn ướt Do đó, việc nghiên cứu và triển khai một công thức mới để thuận lợi hơn trong quá trình tính toán

và phù hợp với quá trình làm việc của máy trộn BTXM là một việc làm cần thiết Trong khuôn khổ của luận án này, tác giả đề xuất cách xác định công suất của động

cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang ở hai giai đoạn là trộn khô và trộn ướt, thông qua khối lượng vật liệu vận chuyển trong buồng trộn như dưới đây

2.1 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN Ở GIAI ĐOẠN TRỘN KHÔ

Công suất của động cơ dẫn động máy trộn ở giai đoạn trộn khô tác giả đề xuất như sau:

Trong đó:

N1 - Công suất để quay các bàn tay trộn trong cấp phối vật liệu, (W);

N2- Công suất để quay các cánh tay trộn trong cấp phối vật liệu, (W);

N3- Công suất để thắng lực ma sát sinh ra do chuyển động của cấp phối vật liệu với vỏ thùng trộn, (W);

Trang 27

27

N4- Công suất để vận chuyển cấp phối vật liệu đi dọc theo thùng trộn, (W); N5- Công suất để nâng cấp phối vật liệu lên cao trong quá trình trộn, (W); N6- Công suất để thắng lực ma sát giữa cấp phối vật liệu với các ca ̣nh của bàn tay trộn, cánh tay trô ̣n; lực ma sát do ke ̣t đá ngẫu nhiên ;

- Hiệu suất của truyền động cơ khí, bao gồm: Tổn thất ma sát trong các ổ đỡ trục trộn, tổn thất ma sát do hộp giảm tốc, tổn thất ma sát do bộ truyền động đai , =0,85

v- Vận tốc dài của bàn tay trộn, (m/s);

Hình 2 1 Sơ đồ tính lực cản tác dụng lên bàn tay trộn

Sau khi tính toán và biến đổi, thu được công suất để quay bàn tay trộn trong hỗn hợp trộn như sau:

Trục trộn

Cánh tay trộn dx

dP

r a

Trang 28

28

)

W(,2

)ar cos.b.K.zN

2 2 1

)rặ.b.K.zN

2 1 2 1 2

x- Khoảng cách từ tâm của trục trộn đến phần tử dF, (m);

r- Khoảng cách từ tâm của trục trộn đến đầu mút của bàn tay trộn (r = Rt - k), (m); Rt- Bán kính cong của thùng trộn, (m);

k- Khe hở giữa bàn tay trộn và vỏ thùng trộn, (m);

a- Khoảng cách từ tâm của trục trộn đến mép trong của bàn tay trộn, (m);

Trong đó: b1- Bề rộng của cánh tay trộn, (m)

Xác định N3, N4, N5: Trong quá trình máy trộn làm việc, các hạt vật liệu trong thùng trộn sẽ thực hiện các chuyển động chính như sau (mục 2.3.2): Vật liệu chuyển động dọc theo thùng trộn do các bàn tay trộn được bố trí một góc nghiêng  so với trục trộn; vật liệu chuyển động vòng theo vỏ thùng trộn do các bàn tay trộn mang đi trong quá trình quay trục trộn; vật liệu bị nâng lên cao và hòa trộn với nhau do các bàn tay trộn ở hai trục trộn bố trí ngược chiều nhau và chuyển động quay ngược chiều nhaụ Quá trình di chuyển của vật liệu trong thùng trộn và các lực phát sinh trong quá trình máy trộn làm việc ở giai đoạn trộn khô được mô tả ở hình 2.2

Trang 29

29

)

W(,.r.g.m

N3 1 1 

Hình 2 2 Hình ảnh mô tả quá trình di chuyển của vật liệu trong buồng trộn

và các lực phát sinh trong quá trình máy trộn làm việc ở giai đoạn trộn khô

m1- Khối lượng vật liệu chuyển động vòng theo vỏ thùng trộn, (kg)

Thay (2.6) vào (2.5) và thay v = r., thu được:

Trang 30

30

)

giây(,

2t

.S.g.m

.St

Fms - Lực ma sát giữa vật liệu và vỏ thùng trộn gây ra (N);

vd - Vận tốc trượt của vật liệu chuyển động do ̣c theo thùng trộn (m/s)

Xác định lực ma sát giữa vật liệu và vỏ thùng trộn Fms:

Khi vật liê ̣u di chuyển do ̣c theo thùng trô ̣n, sẽ phát sinh ma sát giữa vâ ̣t liê ̣u

vớ i vỏ thùng trô ̣n Lực ma sát đó được tính như sau:

Xác định vận tốc trượt của vật liệu chuyển động do ̣c theo thùng trộn vd:

Nếu coi các cánh trô ̣n trên mô ̣t tru ̣c trô ̣n được bố trí theo hình xoắn vít, thì cứ sau một vòng quay của tru ̣c trô ̣n, vật liệu sẽ chuyển dịch dọc thùng trộn được một đoạn bằng một bước vít S Do đó:

- Thờ i gian để tru ̣c trô ̣n quay hết 1 vòng là:

(2 10)

- Vận tốc di ̣ch chuyển của vâ ̣t liê ̣u do ̣c thùng trô ̣n được tính như sau:

(2 11)

Trong đó: - Vâ ̣n tốc góc của tru ̣c trô ̣n, (1/giây)

Thay (2.9); (2.10); (2.11) vào (2.8), ta được:

(2 12)

Trang 31

31

)

giây(,.180

H.g.mN

.sin.r.g.m.180

ta có:

Trong đó:

H- Chiều cao nâng của vật liệu lên cao, (m);

m3- Khối lượng vật liệu được nâng lên cao, (kg);

- Góc nghiêng của cánh trộn so với phương nằm ngang, (độ);

t2- Thời gian để cánh trộn quay từ vị trí nằm ngang đến vị trí vật liệu bị rơi khỏi cánh trộn

Thời gian để cánh trộn quay được một góc , (giây) được xác định như sau:

Công suất này rất khó xác định, luận án tham khảo [2] và kiến nghị lấy bằng

(10-30)% tổng công suất của (N1+N2+N3+ N4+ N5)

Thay các giá trị của N1, N2, N3, N4, N5, N6 đã tính được ở trên vào biểu thức (2.1) và biến đổi, thu được công suất dẫn động máy trộn bê tông hai trục ngang ở giai đoạn trộn khô như dưới đây:

Trang 32

32

)

kW(,

sin.r.g.m.180)2

S.mr.m(g

)]

ra.(

b)ar.(

cos.b.[

2

K.z 1000

.N

3 2

1 1

2 1

2 1 2 2

1000

NNNNNN

Trong đó:  = 1,11,3 - Hệ số kể tới ảnh hưởng của công suất tiêu hao do: Lực ma

sát giữa vâ ̣t liê ̣u với các ca ̣nh của bàn tay trô ̣n, cánh tay trô ̣n; lực phá vỡ đá do ke ̣t đá ngẫu nhiên chưa tính được

2.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN Ở GIAI ĐOẠN TRỘN ƯỚT

Công suất của động cơ dẫn động máy trộn ở giai đoạn trộn ướt tác giả đề xuất như sau:

(2 18)

Trong đó:

N1 - Công suất để quay các bàn tay trộn trong hỗn hợp bê tông, (W);

N2- Công suất để quay các cánh tay trộn trong hỗn hợp bê tông, (W);

N3- Công suất để thắng lực ma sát sinh ra do chuyển động của bê tông với vỏ thùng trộn, (W);

N4- Công suất để vận chuyển hỗn hợp bê tông đi dọc theo thùng trộn, (W); N5- Công suất để nâng hỗn hợp bê tông lên cao trong quá trình trộn, (W); N6- Công suất để thắng lực ma sát giữa bê tông với các ca ̣nh của cánh trô ̣n,

bàn tay trô ̣n và ke ̣t đá do yếu tố ngẫu nhiên ,(W);

- Hiệu suất của truyền động cơ khí, bao gồm: Tổn thất ma sát trong các ổ đỡ trục trộn, tổn thất ma sát do hộp giảm tốc, tổn thất ma sát do bộ truyền động đai =0,85

2.2.1 Xác định công suất N 1

Công suất lý thuyết để quay 1 bàn tay trộn trong hỗn hợp bê tông có thể được xác định theo công thức sau đây:

Trang 33

33

)

W(),ar.(

.cos.b.g4.c.z

N1   3 4 4

)

W(),ra.(

.b.g4.c.z

N2   13 4  14

)

kG(,v.F.g.c

P  2

Trong đó:

P - Lực cản của dòng bê tông lên bàn tay trộn, (N);

v- Vận tốc chuyển động của bàn tay trộn trong hỗn hợp, (m/s)

Xác định lực cản của dòng bê tông lên bàn tay trộn P: Xuất phát từ công thức của Niutơn [20] xét cho trường hợp chuyển động có trượt của một vật rắn (bàn tay trộn) trong môi trường chất lỏng không nhớt (Hình 2.1) như sau:

c- Hệ số cản chuyển động của hỗn hợp lên bàn tay trộn; [2], c =56

Sau khi tính toán và biến đổi, thu được công suất để quay bàn tay trộn trong hỗn hợp bê tông như sau:

Trang 34

34

)

W(,.r.g.m

N3 2 1 

)

W(,2

.S.g.m

.sin.r.g.m.180

sin.r.g.m.180)2

S.mr.m.(

g.[

)]

ra.(

b)ar.(

cos.b.[

g.c.z 1000

N

3 2

1 2

3 4 1

4 1 4 4

(2 26)

Trong đó:

 = 1,1 - Hệ số kể tới ảnh hưởng của công suất tiêu hao do: Lực ma sát giữa vâ ̣t liê ̣u

vớ i các ca ̣nh của bàn tay trô ̣n, cánh tay trô ̣n; lực phá vỡ đá do kẹt đá ngẫu nhiên chưa

tính được

Trang 35

35

Từ công suất của động cơ dẫn động máy trộn ở giai đoạn trộn khô và trộn ướt

đã xây dựng được ở trên, ta hoàn toàn có thể tính được công suất tiêu hao của quá trình trộn như sau:

Vm - Thể tích hỗn hợp bê tông/mẻ trộn, (m3 bê tông/mẻ trộn);

TK - Thời gian trộn khô trong một mẻ trộn, (giây);

TU - Thời gian trộn ướt trong một mẻ trộn, (giây)

Nhận xét:

- Từ công thức (2.17), (2.26), (2.27) và (2.28), thấy rằng: Tất cả các thông số kết cấu

và thông số làm việc của máy trộn hoàn toàn xác định được giá trị ứng với từng máy trộn cụ thể, chỉ còn các thông số trong công thức là: m1, m2, m3 chưa xác định được Luận án sẽ tiến hành xác định giá trị của các thông số này như mục 2.3 dưới đây

- Có thể căn cứ vào kết quả tính toán của công thức (2.17), (2.26), (2.27) và (2.28)

để so sánh với kết quả thực nghiệm ở chương IV từ đó đánh giá được mức độ đúng đắn của các công thức, luận án đã xây dựng được

- Có thể dựa vào kết quả tính toán của công thức (2.17) và (2.26) để lựa chọn công suất động cơ dẫn động máy trộn

- Từ công thức (2.17), (2.26), (2.27) và (2.28), thấy rằng: Công suất của động cơ dẫn động máy trộn sẽ bị thay đổi nếu ta thay đổi bất kỳ một thông số nào trong công thức

Do đó, cần phải khảo sát sự thay đổi của các thông số đó bằng lý thuyết và thực nghiệm, sao cho công suất của động cơ dẫn động máy trộn là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo năng suất của máy cũng như chất lượng của bê tông sau khi trộn

Trang 36

36

2.3 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VẬT LIỆU VẬN CHUYỂN TRONG THÙNG TRỘN

CỦA MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG

Để xác định được khối lượng vật liệu vận chuyển trong thùng trộn của máy

trộn BTXM hai trục ngang, trước hết cần phải tìm hiểu sơ đồ cấu tạo và nguyên lý

làm việc của máy, sau đó mô tả quá trình di chuyển của các hạt vật liệu trong thùng

trộn như những phần dưới đây

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy trộn nghiên cứu

dung tích thùng trộn 1m 3 do Việt Nam chế tạo 1- Ổ đỡ; 2- Trục trộn; 3- Vỏ thùng trộn; 4- Bánh răng dẫn động; 5- Hộp giảm tốc;

6- Động cơ điện; 7- Cặp bánh răng ăn khớp ngoài; 8- Bộ truyền đai; 9- Bàn tay trộn;

10- Cánh tay trộn; 11- Cửa xả hỗn hợp bê tông

Nguyên lý làm việc của máy: Động cơ (6) quay, thông qua bộ truyền đai (8),

hộp giảm tốc (5), bánh răng nhỏ (4), cặp bánh răng (7), làm cho hai trục trộn (2) có

gắn các cánh tay trộn (10) và bàn tay trộn (9) chuyển động quay ngược chiều nhau

Vật liệu: Đá, cát, xi măng, nước và phụ gia được cấp vào thùng trộn Sau khi trộn

xong, mở cửa xả (11) để đổ hỗn hợp bê tông ra ngoài

2.3.2 Mô tả quá trình di chuyển của hạt vật liệu khi máy trộn làm việc

Theo [61], trong quá trình máy trộn làm việc, các hạt vật liệu trong thùng trộn

sẽ thực hiện các chuyển động chính như sau: Vật liệu chuyển động dọc theo trục trộn

do các bàn tay trộn được bố trí một góc nghiêng  so với trục trộn; vật liệu chuyển

Trang 37

37

1 (5)

4

1 (5)

động vòng theo vỏ thùng trộn do các bàn tay trộn mang đi trong quá trình quay trục trộn; vật liệu bị nâng lên cao và hòa trộn với nhau do các bàn tay trộn ở hai trục trộn

bố trí ngược chiều nhau và chuyển động quay ngược chiều nhau

Có thể mô tả các ha ̣t vâ ̣t liê ̣u chuyển đô ̣ng trên mô ̣t mă ̣t phẳng nằm ngang như

hình 2.4 dưới đây Đối với những bàn tay trộn trên cùng một trục trộn có hướng như nhau, thì hạt vật liệu sẽ thực hiện 3 chuyển động, đó là: Chuyển động từ bàn tay trộn phía trước đến bàn tay trộn phía sau trên cùng một trục (mũi tên do ̣c tru ̣c), chuyển động sang hướng của trục trộn đối diện đó là chuyển đô ̣ng vòng theo vỏ thùng trộn (mũi tên ngang) và chuyển đô ̣ng nâng vâ ̣t liê ̣u lên cao (mũi tên chéo)

Đối với những bàn tay trộn được lắp theo hướng ngược lại với những bàn tay trộn nêu trên (bàn tay trộn 5), thì hạt vật liệu sẽ thực hiện 2 chuyển động: Một chuyển động sẽ đẩy hạt vật liệu ngược lại với chiều chuyển động do 4 bàn tay trộn trước nó tạo ra; một chuyển động sang hướng của trục trộn đối diện

Hình 2 4 Sơ đồ mô tả quá trình chuyển động của các cánh trộn

và vật liệu trong buồng trộn (không kể cánh vét thùng trộn)

Trang 38

38

Hình 2 5 Sơ đồ mô tả quá trình chuyển động của các cánh trộn

trong buồng trộn (không kể cánh vét thùng trộn)

Trong sơ đồ trên thì: I, II là thứ tự các trục trộn; 1, 2, 3, 4, 5 là thứ tự các bàn tay trộn trên mỗi trục trộn;  là góc quay của trục trộn

- Khi trục trộn quay được góc  = 450 thì vật liệu sẽ chuyển động như sau:

I1->I2; I1->II1; I4->I3; I4->II4; I4->II3; I5->I4; I5->II5; I5->II4

II2->II3; II2->I2; II2->I3; II3->II4; II3->I3; II3->I4; II4->I4; II4->I5

I1->I2; I1->II1; I2->II2; I2->II1; I4->I3; I4->II4; I4->II3; I5->I4; I5->II5; I5->II4

II2->II3; II2->I2; II2->I3; II3->II4; II3->I3; II3->I4

I1->I2; I1->II1; I2->II2; I2->II1; I5->I4; I5->II5; I5->II4 II1->II2; II1->I1; II1->I2; II2->II3; II2->I2; II2->I3; II3->II4; II3->I3; II3->I4; II5->II4; II5->I5

I1->I2; I1->II1; I2->II2; I2->II1; I3->I2; I3->II3; I3->II2; I5->I4; I5->II5; I5->II4

II1->II2; II1->I1; II1->I2; II2->II3; II2->I2; II2->I3; II5->II4; II5->I5

2

4

1 (5)

2

3

4

Trang 39

39

I2->II2; I2->II1; I3->I2; I3->II3; I3->II2 II1->II2; II1->I1; II1->I2; II2->II3; II2->I2;

II2->I3; II4->I4; II4->I5; II5->II4; II5->I5

I2->II2; I2->II1; I3->I2; I3->II3; I3->II2; I4->I3; I4->II4; I4->II3 II1->II2; II1->I1; II1->I2; II4->I4; II4->I5; II5->II4; II5->I5

I3->I2; I3->II3; I3->II2; I4->I3; I4->II4; I4->II3 II1->II2; II1->I1; II1->I2; II3->II4; II3->I3; II3->I4; II4->I4; II4->I5; II5->II4; II5->I5

- Khi trục trộn quay được góc  = 3600 (00 ) thì vật liệu sẽ chuyển động như sau: I1->I2; I1->II1; I3->I2; I3->II3; I3->II2; I4->I3; I4->II4; I4->II3; I5->I4; I5->II5;

I5->II4 II3->II4; II3->I3; II3->I4; II4->I4; II4->I5 

Cứ sau mô ̣t vòng quay của tru ̣c trô ̣n thì vâ ̣t liê ̣u ta ̣i mô ̣t điểm trong thùng trô ̣n

sẽ được quét qua 1 lần Nếu coi các cánh trô ̣n trên mô ̣t tru ̣c trô ̣n được bố trí theo hình xoắn vít, thì sau mô ̣t vòng quay của tru ̣c trô ̣n vâ ̣t liê ̣u sẽ di chuyển bằng mô ̣t bước của

hình xoắn vít Hay nói mô ̣t cách khác, nếu giả thiết lượng vâ ̣t liê ̣u ở trước các bàn tay trộn là như nhau, khi máy trô ̣n làm viê ̣c ta tưởng tượng tru ̣c trô ̣n đứng yên còn vâ ̣t liệu cùng với thùng trô ̣n sẽ quay (giống như bu lông đứng yên còn đai ốc sẽ quay) Sau một vòng quay của thùng trô ̣n, thì vâ ̣t liê ̣u sẽ di ̣ch chuyển được mô ̣t đoa ̣n bằng

- Mọi hạt vật liệu nằm trong hình vành khăn (Hình 2.6) sẽ có quỹ đạo tròn, các đường tròn quỹ đạo của chúng có cùng một trục (trục trộn), có bán kính r là khác nhau

- Trong cùng một khoảng thời gian, bán kính của mọi hạt vật liệu trong hình vành khăn đều quay được một góc như nhau

- Mọi hạt vật liệu nằm trong hình vành khăn có cùng vận tốc góc và gia tốc góc

- Trong cùng một khoảng thời gian, khối lượng vật liệu vận chuyển dọc theo trục trộn

Trang 40

40

là như nhau

- Góc chân nón động của các hạt vật liệu nằm trên bàn tay trộn là bằng nhau

- Không xét đến va chạm và ma sát giữa các lớp vật liệu trong quá trình chuyển động

2.3.3.1 Xác định khối lượng vật liệu chuyển động vòng theo vỏ thùng trộn - m 1

Khi bàn tay trộn chuyển động quay, sẽ quét các hạt vật liệu thành một hình vành khăn theo phương hướng kính Trong đó, bán kính ngoài của hình vành khăn chính là khoảng cách từ tâm trục trộn đến đầu mút của bàn tay trộn r, khoảng cách này xấp xỉ bằng bán kính của vỏ thùng trộn; bán kính trong của hình vành khăn chính

là khoảng cách từ tâm trục trộn đến mép trong của bàn tay trộn a Chiều dầy của hình vành khăn sẽ bằng bề rộng của bàn tay trộn theo phương vuông góc với chiều chuyển động b.cos, như hình 2.6

Hình 2 6 Sơ đồ tính khối lượng vật liệu chuyển động vòng theo vỏ thùng trộn

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	4,97 MB