Giới thiệu chung về nhu cầu sản xuất
Giới thiệu chung về hỗn hợp bê tông
Bê tông là vật liệu xây dựng nhân tạo, được hình thành từ việc đổ khuôn và làm rắn chắc hỗn hợp gồm chất kết dính, dăm, cốt thép và phụ gia.
Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông hay còn lại là bê tông tươi
Bê tông cốt liệu là bộ khung chịu lực chính, trong đó chất kết dính, nước và phụ gia bao bọc xung quanh cốt liệu, đóng vai trò như chất bôi trơn và lấp đầy khoảng trống giữa các thành phần Khi cứng lại, chất kết dính liên kết các thành phần cốt liệu thành một khối đồng nhất, được gọi là bê tông Nếu bên trong bê tông có cốt thép, nó được gọi là bê tông cốt thép.
Chất kết dính có thể là các loại thạch cao, vôi, có thể là chất kết dính hữu cơ (polime)
Trong hỗn hợp bê tông xi măng, cốt liệu chiếm 80% đén 90%, xi măng chiếm 10% đến 20% khối lượng
Bê tông và bê tông cốt thép là những vật liệu xây dựng phổ biến trong ngành xây dựng hiện đại nhờ vào cường độ chịu lực cao, đa dạng về hình dáng và tính chất, giá thành hợp lý, cũng như khả năng bền vững và ổn định trước các yếu tố thời tiết như nắng, mưa, nhiệt độ và độ ẩm.
Tuy nhiên, chúng còn tồn tại những nhược điểm: nặng cách âm , cách nhiệt kém, khả năng chống ăn mòn yếu
Thành phần Đơn vị Mác Bê Tông
Thành phần Đơn vị Mác Bê Tông
1.1.2 Nhu cầu về hỗn hợp bê tông ở nước ta
Hiện nay, bê tông là vật liệu xây dựng thiết yếu tại Việt Nam, với nhu cầu lớn phục vụ cho các công trình dân dụng, cầu đường và thủy lợi Để hòa nhập với xu thế phát triển toàn cầu, Việt Nam cần tập trung vào việc phát triển cơ sở hạ tầng mạnh mẽ, dẫn đến việc gia tăng nhu cầu sử dụng bê tông trong thời gian tới.
1.1.3 Phân loại bê tông Để phân loại bê tông trường dựa vào các đặc điểm sau:
1.1.3.1 Theo dạng chất kết dính, phân ra:
Bê tông xi măng, bê tông silicat (với chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê tông polime và bê tông sử dụng chất kết dính đặc biệt là những loại bê tông phổ biến trong xây dựng Mỗi loại bê tông này có những đặc tính và ứng dụng riêng, phù hợp với nhu cầu và yêu cầu kỹ thuật khác nhau trong các công trình xây dựng.
1.1.3.2 Theo dạng cốt liệu, phân ra:
Bê tông đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu ma sát)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
1.1.3.3 Theo khối lượng riêng, phân ra:
- Bê tông đặc biệt nặng (γ > 2500 𝑘𝑔
𝑚 2 ), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt
𝑚 2 ), chế lại từ cát, đá sỏi, dung cho kết cấu chịu lực
- Bê tông tương đối nặng (γ = 1800 ÷ 2500 𝑘𝑔
𝑚 2 ), thường dùng trong kết cấu chịu lực
𝑚 2 ), trong đó bao gồm bê tông nhẹ cốt liệu rỗng, bê tông tổ ong, bê tông hốc lớn
- Bê tông đặc biệt nhẹ (γ < 500), cũng là loại bê tông tổ ong, bê tông cốt liệu tỗng
1.1.3.4 Theo công dụng, phân ra:
- Bê tông nền đường, loại này yêu cầu cường độ chịu lực cao, thường sử dụng bê tông nặng
- Bê tông thủy công dụng trong xây dựng thủy lợi, yêu cầu về độ chống thấm và độ chống mài mòn cao
- Bê tông dùng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp cần khả năng cách âm và cách nhiệt tốt
- Bê tông thường dùng các kết cấu bao che là loại bê tông nhẹ
- Bê tông dùng trong công tác quốc phòng cần khả năng chống va đập và tốc độ đông đặc nhanh
- Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, bê tông chịu axit, bê tông chống phóng xạ
1.1.4 Tính chất của hỗn hợp bê tông
Tính dẻo, hay còn gọi là tính để tạo hình, là đặc tính kỹ thuật của hỗn hợp bê tông trước khi nhào trộn, thể hiện khả năng lấp đầy khuôn trong khi vẫn duy trì độ đồng nhất dưới điều kiện đầm nhất định Để đánh giá tính dẻo của hỗn hợp bê tông, người ta sử dụng hai chỉ tiêu chính: độ lưu động và động cứng.
DUT.LRCC Độ lưu động là tính chất quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, đánh giá khả năng dễ chảy dưới tác động của trọng lượng bản thân hoặc rung động Độ rung động được xác định qua độ sụt của khối bê tông, trong khi độ cứng của hỗn hợp phản ánh thời gian rung động cần thiết để san bằng và lèn chặt bê tông.
Tính dẻo của hỗn hợp bê tông chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm lượng nước nhào trộn, loại và lượng xi măng, tỷ lệ cũng như đặc trưng của cốt liệu, cùng với chất phụ gia và quá trình gia công chấn động.
1.1.4.2 Cường độ và Mác của bê tông theo cường độ chịu nén
Cường độ của bê tông là đặc trưng cơ bản của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó
Không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trường có nhiệt độ vượt quá 250 độ C trong thời gian dài, vì điều này sẽ làm giảm cường độ chịu lực của bê tông Hiện tượng mất nước trong hỗn hợp bê tông sẽ dẫn đến sự co lại, gây ra tổn hại cho cấu trúc bê tông.
Khi xây dựng các công trình hoặc bộ phận kết cấu tiếp xúc thường xuyên với nhiệt độ cao, việc sử dụng bê tông chịu nhiệt là rất cần thiết để đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình.
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước, co lại trong không khí
Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân khác nhau nhưng chủ yếu là do mất nước và quá trình cacbonat hóa hydroxyt canxi trong đá xi măng
Bê tông có thể bị nứt do hiện tượng co ngót, dẫn đến giảm cường độ chịu lực, giảm khả năng chống thấm và ảnh hưởng đến độ ổn định của bê tông cũng như cốt thép trong môi trường xâm thực.
Vì vậy, đối với các công trình có chiều dài lớn người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giản chống nứt
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
1.2 Giới thiệu về sản phẩm ống cống bê tông cốt thép
Trước sự gia tăng nhu cầu trong lĩnh vực xây dựng cơ bản, việc tiêu chuẩn hóa các cấu kiện bê tông cốt thép đã trở thành biện pháp quan trọng để nâng cao năng suất và chất lượng Điều này không chỉ giúp đáp ứng kịp thời yêu cầu của các công trình xây dựng mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Hiện nay, các công ty xây dựng giao thông đang thiết kế và sản xuất ống bờ tụng cốt thép điển hình với các khẩu độ 600, 800, và 1000 mm bằng phương pháp quay ly tâm Những sản phẩm này được sử dụng chủ yếu trong hệ thống thoát nước kín và cho cống qua đường ô tô, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong xây dựng hạ tầng.
1.2.2 Cấu tạo và tiêu chuẩn kỹ thuật
- Hoạt tải tính toán: người đi bộ 300( kg m 2 ), đối với ống cống thông thường (loại I)
- Hoạt tải tính toán: trục xe ô tô 10 tấn, đối với ống cống đặt ngang qua đường ô tô (loại II)
- Bờ tụng ống cống M250, cốt thộp AIỉ6ữỉ10
Các loại ống cống được thiết kế và tính toán dựa trên trạng thái giới hạn, đồng thời thực hiện kiểm tra chịu nứt theo quy trình thiết kế cầu cống của Bộ Giao Thông Vận Tải.
Thông số kỹ thuật của một số loại ống cống bê tông:
Bảng 1.3 Thông số ký thuật của một số loại ống cống bê tông
CHIỀU DÀI (mm) ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI (mm) ĐƯỜNG KÍNH TRONG (mm)
DUT.LRCC Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kế Máy Đúc Ống Cống Bê Tông Li Tâm
Hình 1.1: bản vẽ sản phẩm ống cống bê tông cốt thép
Hình 1.2 Sản phẩm ống công bê tông cốt thép
Công nghệ và thiết bị sản xuất ống cống bê tông đúc sẵn
Phân tích chọn phương án thiết kế máy
Phương án điều chỉnh tốc độ quay của khuôn bằng động cơ điện không đồng bộ
3.1.1 Sơ đồ động của phương án thứ nhất
Hình 3.1 : Sơ đồ phương án thiết kế thứ nhất
01 Động cơ 04 Khớp nối cứng
02 Khớp nối mềm 05 Con lăn chủ động
03 Puli đai 06 Con lăn bị động
3.1.2 Nguyên lý hoạt động Động cơ 1 truyền chuyển động từ động cơ điện đến trục bộ truyền đai 2 Trục I quay làm cho con lăn 3 lắp trên trục I quay theo Khuôn đặt trên 2 con lăn 3 và 2 con lăn 4,hai con lăn 3 quay làm khuôn quay và hai con lăn 4 cũng quay theo Để thay đổi tốc độ quay của khuôn theo yêu cầu của quy trình sản xuất, ta thay đổi tốc độ quay của động cơ điện không đồng bộ 1 Đây là phương án sản xuất được dùng rộng rãi trong các nhà mấy sản xuất các sản phẩm bằng phương pháp quay ly tâm
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ chủ yếu được thực hiện:
Trên stato, tắt hay đổi điện áp đưa vào dây cuốn, thay đổi số đôi cực dây cuốn hay thay đổi tần số nguồn điện
Trên rôto, ta thay đổi điện trở roto hay nối nối tiếp trên các mạch điện roto một hay nhiều máy điện phụ gọi là nối cấp
3.1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp
Phương pháp này có ưu điểm là kết cấu máy nhỏ gọn, đơn giản, điều khiển vận hành máy dễ dàng
3.1.4 Nhược điểm của phương pháp
Một nhược điểm của phương pháp này là khó khăn trong việc chọn động cơ phân cấp tốc độ cho máy Nếu tìm được động cơ phù hợp, giá thành của nó thường rất cao, và việc yêu cầu phân cấp tốc độ thấp trở nên phức tạp do các bộ phận điều chỉnh phân cấp.
Phương án điều chỉnh tốc độ quay của khuôn bằng bộ bánh răng vi sai
3.2.1 Sơ đồ động học của phương án thứ hai
Hình 3.2 :Phương án thiết kế thứ 2
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
07.Máy phát tốc 11 Động cơ điện
08 Bộ truyền bánh răng 12 Bộ bánh răng vi sai
09 Bộ truyền xích 13 Con lăn chủ động
10 Nối trục 14 Con lăn bị động
Chuyển động quay từ động cơ (11) qua khớp nối đến trục I làm quay bộ truyền xích
Đĩa xích chủ động quay, kéo theo đĩa xích bị động lắp chặt trên trục II Bộ truyền bánh răng vi sai gắn với đĩa xích bị động và trục II, khiến khi đĩa xích bị động quay, bộ truyền cũng quay, làm cho trục II và hai con lăn chủ động cùng hai con lăn bị động quay, từ đó khuôn cũng quay theo Để điều chỉnh tốc độ quay của khuôn, cần thay đổi trình tự ăn khớp của bộ li hợp ma sát Để đảm bảo tốc độ ổn định, hệ thống sử dụng bộ phát tốc và cặp bánh răng ăn khớp bên cạnh bộ phát tốc.
3.2.3 Ưu nhược điểm của phương pháp
Phương án thiết kế này có kết cấu gọn gàng nhưng lại gặp khó khăn trong việc thiết kế bộ điều tốc và cặp bánh răng vi sai Hơn nữa, việc điều chỉnh tốc độ khuôn quay li tâm cũng không thuận tiện, do đó không được lựa chọn làm phương án thiết kế.
3.3 Phương án thiết kế dùng hai động cơ điện
3.3.1 Sơ đồ động của phương án thứ ba
Hình 3.3: Phương án thiết kế thứ 3
15 Con lăn bị động 20 Ly hợp ma sát
16 Con lăn chủ động 21 Đĩa xích
18 Động cơ 23 Hệ thống phanh
Trong giai đoạn phân liệu, động cơ thứ nhất được khởi động trong khi động cơ thứ hai đứng yên Chuyển động quay từ động cơ thứ nhất qua khớp nối đàn hồi làm trục I quay, sau đó truyền qua bộ truyền bánh răng Z1 và Z2 để quay trục quay II Lúc này, hiện tượng ly tâm bắt đầu xảy ra.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào, Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công Ma sát (20) đóng vai trò truyền động từ trục II đến trục III qua bộ truyền xích (21), giúp các cặp con lăn (15) và (16) quay với tốc độ đầu tiên trong suốt thời gian phân liệu Khi động cơ 2 hoạt động, động cơ 1 sẽ ngắt và hợp ma sát (20) được tách ra, cho phép chuyển động từ động cơ 2 qua khớp nối đàn hồi làm quay trục III Bộ truyền xích (21) tiếp tục quay các con lăn (15) và (16), tạo ra tốc độ thứ hai cho khuôn đến khi hết thời gian lèn chặt, sau đó hệ thống phanh sẽ dừng máy hoặc để máy dừng theo quán tính.
3.3.3 Ưu nhược điểm của phương pháp a Ưu điểm: Với phương án thiết kế này, việc thiết kế mạch điện cho hai động cơ điện dễ dàng hơn rất nhiều so với phương án thứ nhất b Nhược điểm: Kết cấu máy lớn hơn, các bộ truyền yêu cầu chế tạo phức tạp, khó khăn hơn phương án thứ nhất
Lập sơ đồ động học cho máy và thiết kế khuôn
Lập sơ đồ động học
Chọn phương án thứ 3 làm phương án thiết kế vì như đã nêu ở trên thì phương án thứ
3 này có thể thay đổi tốc độ khá thuận tiện, việc thiết kế mạch điện cho động cơ điện cũng tương đối đơn giản hơn
Sơ đồ động của phương án thứ 3 như sau:
` Hình 4.1:Phương án thiết kế thứ 3
15 Con lăn bị động 20 Ly hợp ma sát
16 Con lăn chủ động 21 Đĩa xích
18 Động cơ 23 Hệ thống phanh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Trong giai đoạn phân liệu, động cơ thứ nhất được khởi động trong khi động cơ thứ hai đứng yên, tạo chuyển động quay qua khớp nối đàn hồi đến trục I và tiếp theo là bộ truyền bánh răng Z1, Z2 để quay trục II Ly tâm ma sát (20) truyền động từ trục II đến trục III, qua bộ truyền xích (21) và các cặp con lăn (15) và (16), khiến khuôn quay với tốc độ thứ nhất cho đến khi kết thúc thời gian phân liệu Khi động cơ 2 được khởi động, động cơ 1 ngắt và ly hợp ma sát (20) được tách ra, chuyển động truyền từ động cơ 2 qua khớp nối đàn hồi làm quay trục III Nhờ bộ truyền xích (21), các con lăn (15) và (16) quay khuôn với tốc độ thứ hai cho đến khi thời gian lèn chặt kết thúc, sau đó hệ thống phanh sẽ dừng máy hoặc máy dừng theo quán tính.
Tính toán và thiết kế khuôn đúc
Khuôn là bộ phận tạo hình sản phẩm, quyết định hình dáng và kích thước của sản phẩm Ống cống bê tông có cấu tạo như sau:
Hình 4.2: Cấu tạo khuôn đúc
(1): Vành ngoài (5) : Nữa khuôn dưới ỉ 15 30 ỉ 14 00 ỉ 13 80
(2) : Gân tăng cứng dọc (6): Bu lông
( 3): Vành bắt bu lông (7) : Nữa khuôn trên
(4): Vành lăn (8): Gân tăng cứng ngang
4.2.2 Tính khối lượng khuôn đúc
Khối lượng khuôn đúc được tính theo công thức sau:
Trong đó: M là khối lượng khuôn đúc, kg
V là thể tích cần tính, m 3
là khối lượng riêng của vật liệu, với thép :
x50 (kg/ m 3 ) Vậy khối lượng của khuôn được tính theo công thức: m kh = m 1 +2 m 2 +2m 3 +6 m 4 +2m 5 +4m 6 +14m 7 +12m 8 +2m 9
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tính toán khối lượng của các thành phần trong khuôn Đầu tiên, khối lượng ống tròn dày 10mm được tính bằng công thức m1 = V1 ρ, với m1 = 3,14.(700² - 690²).2000.7850.10⁻⁹ = h5(kg) Tiếp theo, khối lượng vành cản lăn của con lăn trên khuôn, được xác định là m2 = V2 ρ = 3,14.(820² - 700²).15.7850.10⁻⁹ = 67(kg) Khối lượng vành lăn trên khuôn được tính là m3 = V3 ρ = 3,14.(800² - 700²).100.7850.10⁻⁹ = 370(kg) Khối lượng một gân tăng cứng dọc theo khuôn là m4 = V4 ρ = (2000-200).20.40.7850.10⁻⁹ = 11(kg) Đối với khối lượng hai mặt bích bắt bu lông, ta có m5 = V5 ρ = (2000-200).80.70.7850.10⁻⁹ = 79(kg) Khối lượng một gân tăng cứng vòng khuôn dày 18mm được tính là m6 = V6 ρ = 3,14.(740² - 700²).18.7850.10⁻⁹ = 26(kg) Khối lượng một con bu lông mặt bích là m7 = 0,5(kg) và khối lượng một con bu lông bắt nắp khuôn được xác định là m8.
Sinh viên Nguyễn Viết Hào, dưới sự hướng dẫn của ThS Hoàng Minh Công, đã thực hiện tính toán khối lượng nắp khuôn với công thức m9 = V9 ρ, trong đó V9 được tính bằng 3,14 nhân với (775^2 - 600^2) nhân với 15.7850 x 10^-9, kết quả là 89 kg.
Thay các số liệu vừa tính được vào công thức trên ta tính được khối lượng khuôn quay là: m kh = m 1 +2 m 2 +2m 3 +6 m 4 +2m 5 +4m 6 +14m 7 +12m 8 +2m 9 h5+2.67+2.370+6.11+2.79+4.26+14.0,5+12.0,25+89
Vậy khối lượng của khuôn là 1986 (kg)
4.2.3 Tính khối lượng vật liệu
Khối lượng vật liệu được lấy bằng khối lượng sản phẩm: m vl = m sp = V sp bêtông (kg)
V sp là thể tích sản phẩm, V sp =3,14.(690 2 − 600 2 ).2000 10 -9 =0,729( m 3 )
bêtông là khối lượng riêng của bê tông, bêtông %00(kg/m 3 )
Thay các giá trị vừa tính được vào công thức trên ta tính được khối lượng vật liệu như sau: m vl =0,729.250023 (kg)
Vậy, khối lượng vật liệu là 1823 (kg).
Tính toán kiểm tra bền khuôn
Chiều dày thân khuôn đúc được tính như sau:
Khi tính toán khuôn làm việc, trọng lượng của khuôn và vật liệu bên trong được coi là tải trọng phân bố đều Ngược lại, tải trọng của các vành đai thường là tải trọng tập trung Tuy nhiên, để đơn giản hóa quá trình tính toán, ta cũng có thể xem các tải trọng này như là tải trọng phân bố đều.
Vậy trọng lượng của khuôn là :
G t là trọng lượng bản thân khuôn, N
G vl là trọng lượng vật liệu bên trong khuôn, N
Lực phân bố trên một đơn vị chiều dài khuôn tính theo công thức: q L
Trong đó, L =2(m) là chiều dài khuôn
Do tác dụng của lực phân bố ta thấy mô men uốn có giá trị lớn nhất ở 3 vị trí là 2 vị trí đỡ và ở chính giữa khuôn
Hình 4.3: Biểu đồ mô men
Giá trị mô men ở hai vị trí đỡ khuôn quay theo công thức (20-26) Tài liệu [5]:
Giá trị mô men ở giữa khuôn quay tính theo công thức:
(Nm) Để thân khuôn quay làm việc đồng đều ta chọn khoảng cách hai vị trí đỡ 1 sao cho giá trị mô men M 1 = M 2 =M 3 nghĩa là:
Khi đó, mô men uốn lớn nhất tính theo công thức (2-29) tài liệu [5]:
Mô men xoắn sinh ra khi quay, tính theo công thức (2-30) tài liệu [5]:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Mô men tính toán khi chịu uốn và chịu xoắn tính theo công thức (2-31) tài liệu [5]:
Mô men chống uốn của tiết diện thân khuôn, tính theo công thức (2-32) tài liệu [5]:
W=0,785.D 2 S=0,785.1.0,01=0,00785 ( m 3 ) Ứng suất sinh ra ở thân khuôn , tính theo công thức (2-33) tài liệu [5]: Σ = W
Do tác động của mô men uốn, thân khuôn có hiện tượng võng, với độ võng lớn nhất xuất hiện ở giữa khuôn Để đảm bảo khuôn hoạt động ổn định, độ võng tương đối không được vượt quá 0,3 (m) trên 1 (m) chiều dài khuôn Cụ thể, độ võng lớn nhất ở giữa khuôn được xác định theo công thức y max = L.
E là mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo khuôn, E =2.10 5 ( 2 mm
J là mô men quán tính của tiết diện khuôn, J64
Với: D n là đường kính ngoài của khuôn, D n 8(cm)
D t là đường kính trong của khuôn, D t 8 (cm)
Thay số vào công thức trên ta tính được mô men quán tính của tiết diện nguy hiểm là:
Vậy, độ võng lớn nhất ở giữa khuôn là: y max= 9 , 4 10 ( ) 8 , 7 10 200 1740 10 ( ).
= Vậy, khuôn đảm bảo bền
Tính toán các thông số kĩ thuật cho máy
Tốc độ quay tới hạn
Khi sản xuất các vật phẩm định hình qua phương pháp quay li tâm, hạt vật liệu phải chịu tác động đồng thời từ hai lực: lực li tâm (Plt) và trọng lực (G).
Lực li tâm tác dụng lên hạt vật liệu của hỗn hợp bê tông được xác định theo công thức sau:
Trong đó : m: khối lượng hạt vật liệu, kg
G: trọng lượng hạt vật liệu, N Ω : Vận tốc góc của hạt vật liệu, rad/s g: Gia tốc trọng trường, lấy g= 9,81 m/s 2
Trọng lực tác dụng lên hạt vật liệu được xác định theo công thức sau:
Gọi tổng hợp lực tác dụng lên hạt vật liệu là P, ta có:
Căn cứ vào hình vẽ ( sơ đồ phân tích lực tác dụng lên hạt vật liệu), áp dụng định lý hàm số cosin trong tam giác, ta có:
Khi α = 0 0 , hạt vật liệu nằm ở vị trí trên cùng, tại điểm B thì lực P được tính như sau:
Khi α = 180 0 , hạt vật liệu nằm ở vị trí dưới cùng, tại điểm A thì lực P được tính như sau:
Vậy, lực trung bình tác dụng lên hạt vật liệu là:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Khi vật liệu trong khuôn được xáo trộn từ vị trí thấp nhất A lên vị trí cao nhất B, mức độ xáo trộn tăng lên đáng kể Để giữ cho hạt vật liệu ở vị trí cao nhất, ta cần xác định vận tốc góc thỏa mãn điều kiện này, được tính bằng công thức: th = (rad/s).
Để sản xuất ống cống bê tông bằng phương pháp li tâm, khuôn cần phải quay với hai cấp tốc độ, trong đó r là bán kính trong của sản phẩm và th là vận tốc tới hạn (rad/s).
Cấp thứ nhất dùng để phân liệu, nhằm mục đích làm cho các thành phần vật liệu được trộn đều
Cấp thứ hai dùng để lèn chặt hình sản phẩm
Sau đây là sơ đồ phân tích lực tác dụng lên hạt vật liệu:
Hình 5.1: Sơ đồ phân tích lực
5.1.1 Tốc độ quay trong giai đoạn phân liệu
Để tránh hiện tượng phân ly các thành phần trong hỗn hợp bê tông, cần giảm tối thiểu vận tốc góc trong giai đoạn phân liệu, vì trọng lượng của các thành phần bê tông là khác nhau.
Xét đến tính chất của hỗn hợp bê tông thì vận tốc góc phải lớn hơn vận tốc góc tới hạn, người ta xác định theo công thức sau:
5.1.2 Tốc độ quay trong giai đoạn lèn chặt
Trong quá trình lèn chặt, tốc độ quay được xác định bằng cách tách một lớp phân tố có độ dày drl, bán kính r1 và chiều dài l từ khối bê tông Lực ly tâm tác động lên phân tố được tính toán dựa trên các thông số này.
(N) (3.7) Ở đây, dm là khối lượng của phân tố đang xét, được tính như sau: dm =
Trong đó: l: chiều dài của lớp phân tố, m
: trọng lượng riêng của hỗn hợp bê tông, N/m 3 g: Gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s 2
Tích phân giới hạn từ r đến R ta có:
Với : R là bán kính ngoài của sản phẩm, m r là bán kính trong của sản phẩm, m Độ lớn của áp lực tác dụng lên khuôn được tính như sau:
Vận tốc góc cần thiết trong giai đoạn lèn chặt bê tông được tính như sau :
Trong thực tế thường lấy P * = 10 5 (N/m 2 ), γ=2,5 10 4 (N/m 3 )
Thay các số liệu vào ta được vận tốc góc giai đoạn lèn chặt là :
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
5.1.3 Tính toán tốc độ quay trong giai đoạn phân liệu
Ta có: =k th =(1,4 1,5) th = (rad/s)
Vậy, vận tốc góc trong giai đoạn phân liệu là:
Suy ra tốc độ quay trong giai đoạn phân liệu là: n 1 = 58
Chọn tốc độ quay trong giai đoạn phân liệu là: n 1 = 58 (vg/ph)
5.1.4 Tính toán tốc độ quay trong giai đoạn lèn chặt
Trong thực tế thường lấy P * = 10 5 (N/m 2 ), γ=2,5 10 4 (N/m 3 )
Thay các số liệu vào ta được vận tốc góc giai đoạn lèn chặt là :
Suy ra tốc độ quay trong giai đoạn lèn chặt là : n 2= 256
Vậy chọn tốc độ quay trong giai đoạn lèn chặt là : n 2 %6 (vg/ph)
Tóm lại: Khi đúc ống cống bê tông cốt thép có L=2 m, đường kính trong Ф1000 và đường kính ngoài Ф1180 thì ta cần chọn 2 tốc độ quay là :
Tốc độ quay giai đoạn phân liệu: n 1 = 58 (vg/ph)
Tốc độ quay giai đoạn lèn chặt : n 2 %6 (vg/ph)
Tính toán công suất máy
Khi hoạt động, máy đúc ống cống bê tông do động cơ dẫn động và công suất tiêu hao dùng vào 2 việc:
Bù vào năng lượng tiêu hao do ma sát trên các con lăn đỡ
Bù năng lượng tiêu hao do lực cản của không khí trên các con lăn
Bù năng lượng tiêu hao do ma sát giữa con lăn và vành đỡ
- N1 : Công suất khắc phục ma sát giữa con lăn và vành đỡ ( kW)
- N2 : Công suất khắc phục ma sát ở cổ trục con lăn ( kW)
- N3: Công suất khắc phục trở lực không khí trên các con lăn ( kW)
5.2.2 Công suất tiêu hao do ma sát giữa con lăn và vành đỡ
Gọi N1 là công suất bù ma sát trên các con lăn đỡ thì N1 được tính như sau:
Gkh : Trọng lượng của khuôn, (N)
Gvl: Trọng lượng của vật liệu, (N)
R1: Bán kính ngoài vành đỡ ( m) r1 : Bán kính con lăn
Góc lắp con lăn so với phương thẳng đứng được ký hiệu là ( ` o ), trong khi hệ số ma sát lăn giữa con lăn và vành đỡ được ký hiệu là f Ma sát lăn này xảy ra khi vật liệu thép lăn trên thép, với giá trị hệ số ma sát thường nằm trong khoảng f = (0,001-0,005) Chúng ta sẽ chọn giá trị f phù hợp cho ứng dụng cụ thể.
=0,005 Tham khảo theo Bài giảng Cơ lý thuyết ) http://dc432.4shared.com/doc/E0K7TCG9/preview.html) ω: vận tốc góc của khuôn, ω= , rad/s
5.2.3 Công suất tiêu hao do ma sát tại cổ trục cán
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Gkh : Trọng lượng của khuôn, (N)
Gvl: Trọng lượng của vật liệu, (N)
R1: Bán kính ngoài vành đỡ ( m) r1 : Bán kính con lăn ( m) r2 : Bán kính cổ trục con lăn ( m)
Góc lắp con lăn so với phương thẳng đứng được ký hiệu là \( \gamma \) (đơn vị: độ) Hệ số ma sát tại cổ trục con lăn được ký hiệu là \( f_1 \), và theo tài liệu tham khảo, chúng ta chọn giá trị \( f_1 = 0,08 \) Vận tốc góc của khuôn được ký hiệu là \( \omega \) và có đơn vị là rad/s.
5.2.4 Công suất bù lực cản không khí
N3: Công suất khắc phục trở lực không khí,( kW.)
Mc: Mô men cản, được tính như sau: Mc=k1.F.v 2 R , N.m (3.14)
Với : + k1 : Hệ số dòng chảy, lấy k1=0,7÷1, chọn k1=1
+F: Tổng diện tích gân dọc, m 2
+ v: Vận tốc trọng tâm gân dọc khi khuôn quay, tính như sau: v=ω.Rt (rad/s)
+ Rt:bán kính ngoài của khuôn, m
+ R: bán kính trọng tâm gân dọc ( m)
Vậy, công suất tiêu hao khi vận hành máy là:
5.2.5 Tính công suất ứng với tốc độ quay trong giai đoạn phân liệu, n 1 = 58
(vg/ph) Tính chọn động cơ điện
5.2.5.1 Công suất tiêu hao do ma sát giữa con lăn và vành đỡ
DUT.LRCC Được tính theo công thức sau:
Gkh : Trọng lượng của khuôn, N
Gvl: Trọng lượng của vật liệu, N
G vl =m vl g 23.9,81884 (N) r1 : Bán kính con lăn r1= 0,278 (m)
R1: Bán kính ngoài vành đỡ , R1= 0,795 (m) ω: vận tốc góc của khuôn, ω= = 6,07 (rad/s) với np (vg/ph) f: Hệ số ma sát trượt giữa con lăn và vành đỡ , f=0,005
Thay các giá trị vừa tìm được vào ta tính được công suất N 1 :
5.2.5.2 Công suất tiêu hao do ma sát tại cổ trục cán
Gkh : Trọng lượng của khuôn, N
Gvl: Trọng lượng của vật liệu, N
G vl =m vl g 23.9,81884 (N) r1 : Bán kính con lăn, r1=0,278(m) r2 : bán kính cổ trục con lăn , r2=0,035 (m)
R1: Bán kính ngoài vành đỡ , R1= 0,795 (m) ω: vận tốc góc của khuôn, ω= = 6,07 (rad/s) với nX (vg/ph) f1: Hệ số ma sát tại cổ trục con lăn , f1=0,08
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Thay vào công thức ta có:
5.2.5.3 Công suất khắc phục trở lực không khí
R:bán kính trọng tâm gân dọc , R=0,7(m)
Rt:bán kính ngoài của khuôn v= ω.R t = 6,07.0,72 = 4,2 (rad/s)
* Tính diện tích các gân dọc:
Thay các giá trị tìm được vào công thức trên ta tính được mô men cản của không khí :
Vậy công suất tiêu hao do khắc phục trở lực của không khí là:
Suy ra công suất tiêu hao khi vận hành máy:
5.2.5.4 Tính công suất động cơ điện khi khuôn quay với tốc độ n 1 X (vg/ph)
Công suất động cơ điện được tính như sau:
Trong đó: k1 là hệ số dự trữ, lấy k1 = 1,1÷1,3 Chọn k1 = 1,2 η là hiệu suất truyền động chung
Hiệu suất truyền động chung được tính như sau:
1 : hiệu suất truyền động của khớp nối, lấy 1 =1
2: hiệu suất truyền động của bộ truyền bánh răng, lấy 1 =0,96
3: hiệu suất truyền động của một cặp ổ lăn, lấy 4 =0,99
4 : hiệu suất truyền động của bộ truyền xích, lấy 1 =0,96
Thay các số liệu trên vào công thức, ta có:
Vậy công suất động cơ điện khi khuôn quay với tốc độ n 1 X (vg/ph) là:
Vậy tra bảng 2P sách TK CTM ta chọn động cơ điện thứ nhất có ký hiệu AO2-72-4
Các thông số của động cơ:
Khối lượng động cơ 208 (kg)
5.2.6 Tính công suất ứng với tốc độ quay trong giai đoạn lèn chặt n 2 %6
(vg/ph) Chọn động cơ điện
5.2.6.1 Công suất tiêu hao do ma sát giữa con lăn và vành đỡ Được tính theo công thức sau:
Gt : Trọng lượng của khuôn, N vậy G t =m kh g86.9,81482,66 (N)
Gv: Trọng lượng của vật liệu, N vậy G v =m vl g 23.9,81884 (N) ω: vận tốc góc của khuôn, ω= = 26,8
Thay các giá trị vừa tìm được vào ta tính được công suất N 1 :
5.2.6.2 Công suất tiêu hao do ma sát tại cổ trục cán
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Gkh : Trọng lượng của khuôn, N
Gvl: Trọng lượng của vật liệu, N
G vl =m vl g 23.9,81884 (N) r1 : Bán kính con lăn: r1=0,278(m) r2 : bán kính cổ trục con lăn: r2=0,035 (m)
R1: Bán kính ngoài vành đỡ , R1= 0,795 (m) ω: vận tốc góc của khuôn, ω= = 26,8 (rad/s) với n%6 (vg/ph) f: Hệ số ma sát tại cổ trục con lăn , f=0,08
Thay vào công thức ta có: N2= 1 ( )
5.2.6.3 Công suất bù lực cản không khí
* Tính diện tích các gân dọc:
Thay các giá trị tìm được vào công thức trên ta tính được mô men cản của không khí:
Vậy công suất tiêu hao do khắc phục trở lực của không khí là:
Suy ra công suất tiêu hao khi vận hành máy:
5.2.6.4 Tính công suất động cơ điện khi khuôn quay với tốc độ n 1 %6 (vg/ph)
Công suất động cơ điện được tính như sau:
Trong đó: k1 là hệ số dự trữ, lấy k1 = 1,1÷1,3 Chọn k1 = 1,1 η là hiệu suất truyền động chung
Hiệu suất truyền động chung được tính như sau:
1 : hiệu suất truyền động của khớp nối, lấy 1 =1
3: hiệu suất truyền động của một cặp ổ lăn, lấy 4 =0,99
4: hiệu suất truyền động của một cặp ổ trượt, lấy 5 =0,98
5: hiệu suất truyền động của bộ truyền xích, lấy 1 =0,96
Thay các số liệu trên vào công thức, ta có:
Vậy công suất động cơ điện khi khuôn quay với tốc độ n 1 %6 (vg/ph) là:
Trong bảng 2P của sách Thiết kế chi tiết máy, động cơ điện thứ hai được chọn là AOΠ2-91-4, đây là loại động cơ điện được thiết kế kín và đi kèm với quạt gió.
Các thông số của động cơ:
Khối lượng động cơ 530 (kg)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
CHƯƠNG VI: PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN, THIẾT TÍNH KẾ CÁC BỘ
6.1 Phân phối tỷ số truyền
6.1.1 Tỷ số truyền chung Được tính theo công thức : kh đc ch n i = n
Trong đó: n đc là tốc độ quay của động cơ, vg/ph n kh là tốc độ quay của khuôn, vg/ph
- Khi n đc 1 60 (vg/ph) thì n kh X (vg/ph)
Vậy theo sơ đồ động thì tỉ số truyền chung là : kh đc ch n i = n = 25,2
Mà ich=i1.ix.ih Trong đó : i1 là tỉ số truyền của con lăn và khuôn i1 = 0.795
0.278 = 2,8 ix là tỉ số truyền của bộ truyền xích, chọn i x =2,1
Vậy ta chọn hộp giảm tốc một cấp thỏa mãn tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc nhỏ hơn hoặc bằng 5
- Khi n đc 2 = 1470 (vg/ph), thì ứng với nkh2 = 256 (vg/ph)
Chọn ich thực = 2,1.2,8 = 5,88 cho thấy rằng việc lựa chọn và phân bố các bộ truyền như trên là hợp lý và đáp ứng các điều kiện kỹ thuật cần thiết.
6.1.1.1 Các bảng thông số các số liệu
Tính chọn động cơ điện, phân phối tỷ số truyền, thiết kế các bộ truyển 33 6.1 Phân phối tỷ số truyền
Tính toán thiết kế các bộ truyền, các chi tiết khác
Ta có sơ đồ của phương án thiết kế như sau:
Hình 6.2: Sơ đồ thiết kế x
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Việc phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc cần tuân thủ các nguyên tắc quan trọng nhằm tối ưu hóa kích thước và trọng lượng của hộp, đồng thời đảm bảo điều kiện bôi trơn đạt hiệu quả tốt nhất.
Hộp giảm tốc với tỉ số truyền 4 nên sử dụng loại 1 cấp bánh răng trụ răng thẳng, đáp ứng yêu cầu tỉ số truyền nhỏ hơn 5, đồng thời giúp kích thước thiết bị trở nên nhỏ gọn hơn.
6.2.2 Tính cặp bánh răng trụ răng thẳng
+ Kiểm nghiệm răng về độ quá tải
6.2.2.2 Chọn vật liệu làm bánh răng
Dựa vào bảng (3-8), tr 40, Tài liệu [3] ta chọn vật liệu chế tạo 2 bánh răng :
6.2.2.3 Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép
- Ứng suất tiếp xúc cho phép
Số chu kỳ tương đương của bánh răng lớn được tính theo công thức (3-4), tr42, Tài liệu [3] , ta có trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi:
Ntđ2 = 60.u.Σ(Mi/Mmax) 3 ni.Ti
Mi ; ni ; Ti – Mômen xoắn, số vòng quay trong một phút và tổng số giờ bánh răng làm việc trong chế độ i
Mmax – Mômen xoắn lớn nhất tác động lên bánh răng u – là số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng
Thay số liệu vào công thức trên, ta có :
Ntđ2 = 60.u.Σ(Mi/Mmax) 3 ni.Ti = 60.1.5.300.2.6.340 = 36,72.10 7 > N 0 7
Số chu kỳ làm việc tương đương của bánh nhỏ:
Do Ntđ1 và Ntđ2 đều lớn hơn số chu kỳ cơ sở (N0) của đường cong mỏi tiếp xúc và đường cong mỏi uốn, hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc được xác định là k’N = k’’N = 1 Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn, được chế tạo từ cùng một loại vật liệu, được tính theo bảng 3-9 trong tài liệu [3].
-Ứng suất uốn cho phép Để định ứng suất uốn cho phép lấy hệ số an toàn n=1,5 và hệ số tập trung ứng suất ở chân răng k =1,8
Giới hạn mỏi uốn của thép 45 là σ − 1 = 0,45.σbk = 0,45.580 = 261 (N/mm 2 )
Vì bánh răng quay một chiều nên ứng suất uốn cho phép của bánh răng được tính như sau:
Theo công thức (3-5), tr42, Tài liệu [3] ta có:
6.2.2.4 Chọn hệ số tải trọng
6.2.2.5 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng
Vì bộ truyền chịu tải trọng trung bình nên chọn ψA = 0,45
6.2.2.6 Xác định khoảng cách trục sơ bộ
Vì là bộ truyền ngoài nên ta chọn dấu “ + “
6.2.2.7 Tính vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng
- Tính vận tốc vòng: Áp dụng công thức (3-17), Tài liệu [3] ta có:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hào Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Minh Công
Với v = 4,87 (m/s) và tra theo bảng (3-11), Tài liệu [3] , thì ta chọn cấp chính xác để chế tạo bánh răng là 7
6.2.2.8 Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A
Vì tải trọng không thay đổi và độ rắn của các bánh răng nhỏ hơn 350 nên hệ số tập trung tải trọng Ktt =1
Với HB$0 < 350 và v=4,87 (m/s), tra bảng (3-13) Tài liệu [3] ta có hệ số tải trọng động Kđ=1,3
Vậy hệ số tải trọng là K=K tt K đ =1.1,3=1,3
Vì trị số hệ số tải trọng K trùng với trị số K sb nên ta không phải tính lại khoảng cách trục A
Xác định môđun, số răng và chiều rộng bánh răng
- Tính mô đun bánh răng:
Mô đun bánh răng được tính theo khoảng cách trục A Áp dụng công thức (3-22) TK CTM ta có: mn = (0,01 ÷ 0,02)A = (0,01÷ 0,02).169 = (1,69 ÷ 3,38) mm
Tham khảo bảng (3.1) Tài liệu [3] ta chọn mn = 3 mm
-Số răng bánh nhỏ: Áp dụng công thức (3-24), Tài liệu [3] ta có:
- Chiều rộng bánh răng: b= A A=0,45.169= 76,05mm)
6.2.2.9 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng
Hệ số dạng răng theo bảng (3-18), Tài liệu [3] :
Kiểm nghiệm ứng suất uốn theo công thức (3-33) và (3-40) -Tài liệu [3] Đối với bánh răng nhỏ:
K u = =