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

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] 16 10 Hình 1.. Sơ đồ giải thích các thông số trong công thứ

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN VĂN THUYÊN

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

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2016

Trang 2

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN VĂN THUYÊN

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

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển

Mã số: 62.52.01.16.01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh

2 PGS-TS Nguyễn Đăng Điệm

HÀ NỘI - 2016

Trang 3

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận án này là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác./

Nguyễn Văn Thuyên

Trang 4

Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Giao thông vận tải, lãnh đạo và cán bộ các đơn vị chức năng của Nhà trường (Phòng Đào tạo Sau Đại học, Phòng Khoa học- Công nghệ) đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu

Trân trọng cảm ơn ông Trần Hoàng Quyền cùng toàn thể cán bô ̣ công nhân viên củ a Công ty TNHH thiết bi ̣ và máy xây dựng QVM; trân tro ̣ng cảm ơn ông Nguyễn Thành Tuyên cùng tâ ̣p thể ban lãnh đa ̣o và cán bô ̣ công nhân viên của Công

ty cổ phần Đầu tư và Xây dựng Quốc tế Asean; trân tro ̣ng cảm ơn ban lãnh đa ̣o, cán

bộ công nhân viên phòng thí nghiê ̣m xây dựng Las XD 1442 đã tận tình hỗ trợ giúp

đỡ tôi trong quá trình làm luận án

Trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng chí, đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ tôi hoàn thành luận án./

Hà Nội, tháng 6 năm 2016

Nguyễn Văn Thuyên

Trang 5

iv

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục iv

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt viii

Danh mục các bảng x

Danh mục các hình vẽ, đồ thị xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 7 1.1 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG TRÊN THẾ GIỚI 7

1.1.1 Các công trình nghiên cứu về kết cấu của máy trộn 7

1.1.2 Các công trình nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả trộn 10

1.1.3 Các công trình nghiên cứu về thực nghiệm quá trình trộn 12

1.2 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG Ở VIỆT NAM 13

1.2.1 Tổng quan về sản xuất các máy trộn và trạm trộn bê tông xi măng ở Việt Nam 13

1.2.2 Các công trình nghiên cứu về kết cấu và tuổi thọ của máy trộn 14

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 15

1.3.1 Các tác giả [56] 15

1.3.2 Các tác giả [20] 17

1.3.3 Các tác giả [2] 18

Trang 6

v

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] 21

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 25

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG 26 2.1 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN Ở GIAI ĐOẠN TRỘN KHÔ 26

2.1.1 Xác định công suất N1 27

2.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN Ở GIAI ĐOẠN TRỘN ƯỚT 32

2.3 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VẬT LIỆU VẬN CHUYỂN TRONG THÙNG TRỘN CỦA MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG HAI TRỤC NGANG 36

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy trộn nghiên cứu 36

2.3.2 Mô tả quá trình di chuyển của hạt vật liệu khi máy trộn làm việc 36

2.3.3 Xác định khối lượng vật liệu vận chuyển theo các phương trong quá trình làm việc của máy trộn 39

Trang 7

vi

2.4 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH KHỐI LƯỢNG VẬT LIỆU VẬN CHUYỂN THEO 3 PHƯƠNG TRONG THÙNG TRỘN VÀ XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN BTXM HAI TRỤC NGANG, DUNG TÍCH 1m3 DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 45

2.5 SO SÁNH CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN BTXM HAI TRỤC NGANG DO VIỆT NAM CHẾ TẠO ĐƯỢC TÍNH THEO CÔNG THỨC CỦA TÁC GIẢ ĐỀ XUẤT VÀ CÁC TÁC GIẢ KHÁC 47

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 51

CHƯƠNG III

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ

THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY TRỘN ĐẾN CÔNG SUẤT TIÊU THỤ

RIÊNG CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG

3.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KẾT CẤU CỦA MÁY TRỘN ĐẾN CÔNG SUẤT TIÊU THỤ RIÊNG CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY 53

3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DẠNG MẶT CẮT CÁNH TAY TRỘN ĐẾN CÔNG SUẤT TIÊU THỤ RIÊNG CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN 56

3.2.1 Tính công suất tiêu thụ riêng của động cơ khi quay các cánh tay trộn 58 3.2.2 Các trường hợp tải trọng tác dụng lên cánh tay trộn và dạng mặt cắt cánh tay trộn nghiên cứu 60

3.2.3 Thiết kế cánh tay trộn và xác định diện tích cản chuyển động của cánh tay trộn theo các phương 60

3.2.4 Xây dựng phần mềm tính toán các cánh tay trộn và xác định công suất tiêu thụ riêng của chúng trong quá trình làm việc 61

3.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC THÙNG TRỘN ĐẾN CÔNG SUẤT TIÊU THỤ CỦA ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG MÁY TRỘN 73 3.3.1 Xác định các thông số của thùng trộn ảnh hưởng đến công suất động cơ dẫn động máy trộn 74

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các kích thước hình học của thùng trộn đến công suất động cơ dẫn động máy trộn 75

Trang 8

vii

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 79

CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH 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 80 4.1 MỤC TIÊU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM 80

4.1.1 Mục tiêu làm thí nghiệm 80

4.1.2 Các sơ đồ khối khi tiến hành làm thí nghiệm 80

4.1.3 Thiết bị và đối tượng làm thí nghiệm 81

4.1.4 Các bước tiến hành thí nghiệm 86

4.1.5 Thí nghiệm xác định hệ số cản chuyển động (K) của bàn tay trộn trong cấp phối vật liệu và so sánh với kết quả nghiên cứu lý thuyết 88

4.1.6 Thí nghiệm ảnh hưởng đồng thời của bốn thông số kết cấu của máy trộn đến công suất tiêu thụ của động cơ dẫn động máy trộn, chất lượng của BTXM sau khi trộn và so sánh với kết quả nghiên cứu lý thuyết 90

4.2 XÁC ĐỊNH DÃY MÁY TRỘN TRONG ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ 97

4.2.1 Lý thuyết cơ bản của đồng dạng 97

4.2.2 Xác định các thông số của dãy máy trộn bằng chuẩn số đồng dạng 100

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 117

Trang 9

2 Nđc Công suất của đô ̣ng cơ dẫn đô ̣ng máy trô ̣n kW (W)

7 m Khối lượng vâ ̣t liê ̣u mang vào trô ̣n kg

8 z1 Số lượng cánh trộn trên hai trục trộn chiếc

9 z Số lượng cánh trộn chìm trong hỗn hợp trộn chiếc

12 α Góc nghiêng của bàn tay trô ̣n so với tru ̣c trô ̣n đô ̣

14 r Khoảng cách từ tâm tru ̣c trô ̣n đến đầu mút bàn tay trô ̣n m

Trang 10

26 v Vận tốc dài của bàn tay trô ̣n theo phương hướng kính m/s

27 vd Vận tốc chuyển đô ̣ng của vâ ̣t liê ̣u do ̣c theo tru ̣c trô ̣n m/s

28  Khối lượng riêng củ a hỗn hợp trô ̣n kg/m3

29 dmin Kích thước nhỏ nhất của ha ̣t vâ ̣t liê ̣u thô mm

32 µ1 Hệ số ma sát giữa vật liệu và vỏ thùng trộn -

33 K Hệ số cản chuyển động của bàn tay trộn trong hỗn hợp N/m2

34 µ2 Hệ số ma sát giữa bê tông và vỏ thùng trộn -

35 c Hệ số cản chuyển động của bê tông lên bàn tay trộn -

37 Cbt Cường đô ̣ chi ̣u nén của bê tông ở 28 ngày tuổi MPa

40 Sbtđ Đô ̣ su ̣t của bê tông tươi đa ̣t yêu cầu cm

Trang 11

x

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

ngang, dung tích thùng trộn 1m3 do Việt Nam chế tạo

3

2 Bảng 1 1 Một số đơn vị tiêu biểu về sản xuất tra ̣m trô ̣n BTXM ở

Việt Nam

13

3 Bảng 1 2 Giá trị các thông số đưa vào công thức [56] để tính toán 21

6 Bảng 1 5 Bảng so sánh kết quả xác định công suất của động cơ dẫn

động máy trộn theo [2], [20], [56] và các máy trộn đang sử dụng phổ

biến ở Việt Nam

24

7 Bảng 2 1 Tỉ lệ % khối lượng vật liệu vận chuyển theo 3 phương 46

8 Bảng 2 2 Công suất của động cơ dẫn động máy trộn 47

9 Bảng 2 3 Giá trị các thông số đưa vào công thức [tác giả đề xuất]

để tính toán

48

10 Bảng 2 4 Bảng so sánh kết quả xác định công suất của động cơ dẫn

động máy trộn theo các tác giả và các máy trộn đang sử dụng phổ

biến ở Việt Nam

50

11 Bảng 3 1 Bảng các trường hợp tính toán và làm thí nghiệm 54

12 Bảng 3 2 Bảng kết quả xác định công suất của động cơ dẫn động

máy trộn ở giai đoạn trộn khô, trộn ướt và công suất tiêu thụ riêng

55

13 Bảng 3 3 Bảng thông số mặt cắt của hình chữ nhật và N 63

14 Bảng 3 4 Bảng thông số mặt cắt của hình e líp đứng và N 65

15 Bảng 3 5 Bảng thông số mặt cắt của hình e líp ngang và N 66

16 Bảng 3 6 Bảng thông số mặt cắt của hình tam giác và N 68

17 Bảng 3 7 Bảng thông số mặt cắt của hình tròn và N 69

18 Bảng 3 8 Bảng so sánh công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn

động quay các cánh tay trộn, ứng với hệ số vượt tải của động cơ

Kvt = 1

70

Trang 12

xi

Kvt = 1,3

70

Kvt = 1,5

71

Kvt = 1,7

72

22 Bảng 3 12 Bảng kết quả tính Lt và S theo Rt 76

23 Bảng 3 13 Bảng giá trị công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn

động máy trộn BTXM hai trục ngang N thay đổi theo Rt và Lt

77

24 Bảng 4 1 Bảng các thông số vật liệu được sử dụng làm cấp phối

cho bê tông

84

25 Bảng 4 2 Khối lượng các thành phần cốt liệu của mác bê tông thiết

kế và thi công cho 1m3 bê tông thành phẩm

84

26 Bảng 4 3 Khối lượng các thành phần cốt liệu của mác bê tông thiết

kế và thi công cho 0,5m3 bê tông thành phẩm (luận án làm thí

nghiệm)

84

28 Bảng 4 5 Bảng phân tích phương sai cho Y (Analysis of Variance

động máy trộn giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm

95

31 Bảng 4 8 Các thông số "vào" liên quan đến quá trình trộn 98

32 Bảng 4 9 Các thông số của dãy máy trộn được xác định thông qua

các chuẩn số đồng dạng

104

Trang 13

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

TT Tên hi ̀nh vẽ, đồ thị Trang

1 Hình I Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM hai trục ngang, dung tích

thùng trộn 1m3 do Việt Nam chế tạo

2

2 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

7

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

[41] đã nghiên cứu và thử nghiệm

9

4 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

9

5 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]

10

6 Hình 1 5 Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM hai trục ngang, kiểu

trộn và rung kết hợp (rung ở bên ngoài trục trộn)

11

7 Hình 1 6 Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM hai trục ngang, kiểu

trộn và rung kết hợp (rung ở bên trong trục trộn)

12

8 Hình 1 7 Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM 2500M2T (2,5m3) 15

9 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]

16

theo [20]

18

theo [2]

20

12 Hình 2 1 Sơ đồ tính lực cản tác dụng lên bàn tay trộn 27

13 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

29

Trang 14

xiii

14 Hình 2 3 Sơ đồ cấu tạo của máy trộn BTXM hai trục ngang, dung

tích thùng trộn 1m3 do Việt Nam chế tạo

36

15 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)

37

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

trong buồng trộn (không kể cánh vét thùng trộn)

38

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

thùng trộn

40

18 Hình 2 7 Sơ đồ xác định khối lượng vật liệu trên một cánh trộn 43

19 Hình 2 8 Giao diện chương trình tính khối lượng vật liệu vận

chuyển trong buồng trộn BTXM hai trục ngang, có dung tích thùng

trộn 1m3 do Việt Nam chế tạo

46

20 Hình 2 9 Giao diện của chương trình tính công suất của động cơ dẫn

động máy trộn BTXM hai trục ngang, có dung tích thùng trộn 1m3 do

Việt Nam chế tạo

47

21 Hình 3 1 Cấu tạo của một số loại cánh tay trộn bê tông xi măng hai

trục ngang đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam a) Cánh tay trộn có

mặt cắt là hình chữ nhật; b) Cánh tay trộn có mặt cắt hình e líp đứng

57

22 Hình 3 2 Cấu tạo của một số loại cánh tay trộn bê tông xi măng hai

trục ngang đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam a) Cánh tay trộn có

mặt cắt ngang hình e líp ngang; b) Cánh tay trộn có mặt cắt ngang

hình tam giác; c) Cánh tay trộn có mặt cắt ngang hình tròn

57

23 Hình 3 3 Các dạng mặt cắt của cánh tay trộn luận án nghiên cứu 60

24 Hình 3 4 Sơ đồ thuật toán của chương trình tính toán thiết kế cánh

26 Hình 3 6 Đồ thị quan hệ giữa các thông số mặt cắt của cánh tay trộn

bAcn và hAcn với công suất tiêu hao N

64

Trang 15

xiv

27 Hình 3 7 Ảnh hưởng của các thông số mặt cắt hình chữ nhật đến

công suất tiêu hao của động cơ dẫn động các cánh tay trộn

64

28 Hình 3 8 Đồ thị quan hệ giữa các thông số mặt cắt của cánh tay trộn

bAeđ và hAeđ với công suất tiêu hao N

65

29 Hình 3 9 Ảnh hưởng của các thông số mặt cắt hình e líp đứng đến

66

30 Hình 3 10 Đồ thị quan hệ giữa các thông số mặt cắt của cánh tay

trộn bAen và hAen với công suất tiêu hao N

67

31 Hình 3 11 Ảnh hưởng của các thông số mặt cắt hình e líp ngang đến

67

32 Hình 3 12 Đồ thị quan hệ giữa các thông số mặt cắt của cánh tay

trộn bAtg và hAtg với công suất tiêu hao N

68

33 Hình 3 13 Ảnh hưởng của các thông số mặt cắt hình tam giác đến

69

34 Hình 3 14 Hình ảnh một số máy trộn BTXM hai trục ngang đang sử

dụng phổ biến ở Việt Nam

73

35 Hình 3 15 Các kích thước cơ bản của thùng trộn 75

37 Hình 3 17 Đồ thị quan hệ giữa công suất tiêu thụ riêng của động cơ

dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang với các thông số hình học

của thùng trộn

77

38 Hình 3 18 Đồ thị đánh giá ảnh hưởng của Rt và Lt đến công suất tiêu

thụ riêng của động cơ dẫn động máy trộn BTXM hai trục ngang

78

39 Hình 4 1 Sơ đồ khối tiến hành làm thí nghiệm xác định hệ số cản

chuyển động (K) của bàn tay trộn trong cấp phối vật liệu trộn

80

40 Hình 4 2 Sơ đồ khối tiến hành làm thí nghiệm ảnh hưởng đồng thời

của bốn thông số kết cấu của máy trộn đến công suất tiêu thụ của

động cơ dẫn động máy trộn và chất lượng của bê tông sau khi trộn

81

41 Hình 4 3 Kết cấu tổng thể và kết cấu bên trong của máy trộn làm thí

nghiệm

81

Trang 16

xv

42 Hình 4 4 Sơ đồ đo tiêu thụ năng lượng trộn và tốc độ quay của động

cơ dẫn động máy trộn

82

43 Hình 4 5 Tủ đo công suất động cơ điện 3 pha có tích hợp bộ đo tốc

độ động cơ và bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính

83

44 Hình 4 6 Kết nối thiết bị đo với máy tính bằng cổng COM 83

45 Hình 4 7 Chuẩn bị máy trộn làm thí nghiệm 85

46 Hình 4 8 Chuẩn bị kết nối tủ đo công suất với máy tính 85

49 Hình 4 11 Chuẩn bị khuôn đúc mẫu, côn đo độ sụt 86

51 Hình 4 13 Lấy mẫu và đúc mẫu bê tông làm thí nghiệm 87

52 Hình 4 14 Lấy mẫu và đo độ sụt của bê tông 87

53 Hình 4 15 Bảo dưỡng mẫu bê tông và nén mẫu bê tông 87

54 Hình 4 16 Đồ thị quan hệ giữa công suất của động cơ dẫn động máy

trộn với thời gian trộn

57 Hình 4 19 Đồ thi ̣ đánh giá ảnh hưởng của các biến thí nghiê ̣m đến

công suất tiêu thu ̣ riêng Y

94

58 Hình 4 20 Đồ thị so sánh công suất tiêu thụ riêng của động cơ dẫn

động máy trộn giữa tính toán lý thuyết với kết quả thí nghiệm

96

59 Hình 4 21 Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa các thông số “đầu vào” và

“đầu ra” của thí nghiê ̣m

103

Trang 17

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 18

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 19

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 20

- 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 21

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 22

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 23

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 24

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 25

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 26

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 27

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 28

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 29

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 30

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 31

- 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 32

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



Trục trộn

 t

d



Trang 33

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 34

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 35

19

)

kW(,

1000

)NNNN.(

N2- Công suất tiêu hao do ma sát giữa hỗn hợp bê tông và bề mặt bàn tay trộn, (W);

N3- Công suất tiêu hao để quay các bàn tay trộn, (W);

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 36

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 37

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 40

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

Định dạng
Số trang	133
Dung lượng	5,67 MB