TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Giới thiệu gạch Block và các thông số kỹ thuật
Bê tông, bên cạnh thép, là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trên toàn cầu và trở thành phần không thể thiếu trong kỹ thuật xây dựng hiện đại Gạch block, được sản xuất từ xi măng, cát và các chất độn như sỏi, đá dăm, là loại bê tông với tỷ lệ nước thấp và cốt liệu nhỏ, được nén chặt trong khuôn thép để tạo ra sản phẩm theo mẫu hình dạng cụ thể, sau đó được dưỡng hộ cho đến khi đạt yêu cầu kỹ thuật.
1.1.1 Ứng dụng của gạch Block
Gạch block được sử dụng phổ biến trong xây dựng, gồm các loaịchủ yếu sau đây:
- Gạch đặc và gạch rỗng để xây tường
- Gạch lát đường, lát vỉa hè và các công trình công nghiệp.
- Gạch viền, gạch trang trí
-Các cấu kiện khác như bó vỉa hè, gạch kẻ bờ hồ, sông, biển…
Gạch Block được sử dụng hết sức rộng raĩ ở khắp nơi:
- Xây nhà và xây công trình.
- Nơi trọng tải giao thông (lát đường, hè phố, sân baĩ, nhà kho, sàn và đường đi trong nhà máy, …).
- Những nơi mật độ giao thông cao (đường và vỉa hè, chợ, baĩ đỗ xe, nhà ga, bến xe,…)
- Nơi điều kiện đất không tốt, nơi dốc đứng cần bảo vệ
- Nơi có những công trình ngầm dưới đất.
- Nơi vỉa hè cần trang trí có thẩm mỹ cao, nơi cần thay đổi bề mặt vỉa hè một cách nhanh chóng.
Những ứng dụng khác của gạch block:
- Gạch block bó gốc cây (kerb bordering tree root)
- Gạch kè bờ hồ, bờ sông (river bank)
- Gạch trải thảm cỏ (Grass paving block)
Hình1.1 Một số ứng dụng của gạch block
1.1.2 Những ưu điểm nổi bật của gạch Block
Những ưu điểm của gạch block so với gạch đất nung:
Quá trình sản xuất gạch block không cần nung, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu việc sử dụng than củi Điều này không chỉ ngăn chặn tình trạng phá rừng mà còn bảo vệ môi trường, tránh ô nhiễm.
- Nguyên vật liệu để sản xuất gạch block hết sức phong phú và có sẵn trong nước như mạt đá, cát vàng, xi măng…, sản phẩm đa dạng.
Đầu tư cho dây chuyền sản xuất gạch block có chi phí thấp, dao động từ 50.000 USD đến hơn 1 triệu USD tùy thuộc vào yêu cầu sản lượng và mức độ tự động hóa So với nhà máy gạch nung cùng công suất, chi phí đầu tư cho nhà máy gạch block chỉ bằng 1/4 Bên cạnh đó, diện tích nhà xưởng và kho chứa nguyên liệu cũng như thành phẩm không lớn, tạo thuận lợi cho việc thiết lập và vận hành.
1500 - 2000 m2 mặt bằng là có thể sản xuất gạch block.
Dây chuyền sản xuất gạch block hiện đại chủ yếu tự động hóa, giúp giảm thiểu số lượng công nhân cần thiết Tại Việt Nam, với nguồn nhân lực dồi dào, có thể chỉ cần tự động hóa những khâu quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm, trong khi vẫn duy trì một số công đoạn bằng lao động thủ công để tiết kiệm chi phí đầu tư.
Những ưu điểm của gạch block trong việc xây dưngg̣ so với gạch nung
Cường độ chịu lực của vật liệu xây dựng cần phù hợp với nhu cầu sử dụng cụ thể Ở những vị trí yêu cầu cường độ rất cao (300 – 400 kG/cm2), gạch nung không thể đáp ứng được Ngược lại, tại những vị trí yêu cầu cường độ thấp, có thể giảm lượng xi măng trong phối liệu để tối ưu hóa chi phí.
- Khả năng cách âm, cách nhiệt, chống thấm cao Điều này hoàn toàn phù hợp vào kết cấu của viên gạch.
Viên gạch block có kích thước lớn hơn gạch nung từ 5 đến 11 lần, giúp giảm chi phí nhân công và rút ngắn tiến độ xây dựng Bên cạnh đó, lượng vữa sử dụng để xây tường và trát khi dùng gạch block giảm tới 2,5 lần so với gạch đất nung.
- Trọng lượng viên gạch giảm đáng kể nếu có chất độn nhẹ (ví dụ sỏi keramzit, đá basalt nhẹ, than xỉ…)
- Đa dạng chủng loaị, màu sắc, kích thước đồng đều và tính thẩm mỹ cao.
- Đường, vỉa hè sau khi lát xong có thể sử dụng được ngay
Gạch lát block trong thi công không cần trát mạch, giúp tiết kiệm vật liệu và nhân công, đồng thời rút ngắn thời gian thi công Việc thay đổi kiểu dáng và kích thước đường hoặc vỉa hè trở nên dễ dàng, và trong quá trình sử dụng, các viên gạch cũ có thể được tháo dỡ nhanh chóng để thay thế bằng gạch mới.
- Hình dáng hình học và màu sắc các viên gạch rất đa dạng để tăng tính thẩm mỹ.
- Do đặc điểm của gạch block là gạch bê tông tự đông cứng nên trong quá trình thi công không phụ thuộc vào thời tiết nắng mưa.
1.1.3 Thông số kỹ thuật và các loaị gạch Block chủ yếu
Gạch terrazzo và gạch nghệ thuật Acem đã được kiểm nghiệm tại các phòng thí nghiệm chuyên dụng, đạt tiêu chuẩn Việt Nam cũng như tiêu chuẩn Châu Âu và Quốc tế Hiện nay, sản phẩm này đang được sản xuất và quản lý theo hệ thống chất lượng Quốc tế ISO 9001:2000.
Bảng 1.1.Chỉ tiêu kỹ thuật.
Sai lệch độ góc, không lớn hơn
Cong vênh mặt mai nhẵn, không lớn hơn Độ mai mòn lớp mặt, ̀̀ không lớn hơn Độ chịu va không nhỏ hơn
Bảng 1.2.Chỉ tiêu kỹ thuật theo hình dạng.
1.1.3.2 Giới thiệu về gạch terrazzo
Gạch terrazzo được sản xuất bằng cách ép thủy lực hai thành phần vữa riêng biệt: lớp bề mặt và lớp dưới Sự khác biệt giữa các viên gạch lát chủ yếu nằm ở hình dạng, kích thước, độ dày và thành phần nguyên liệu của lớp bề mặt Thành phần nguyên liệu này là yếu tố quyết định chất lượng và mỹ thuật bề mặt của gạch terrazzo.
Gạch terrazzo, được làm từ đá cẩm thạch và xi măng, bao gồm nhiều thành phần như bột đá cẩm thạch, mảnh vụn đá cẩm thạch hoặc granite, bột màu, cùng với xi măng trắng hoặc đen Loại gạch này có thể được đánh bóng như gương và có cạnh vát, phù hợp cho sàn nhà chất lượng cao Ngoài ra, gạch terrazzo còn có nhiều mẫu mã với 2 - 5 màu khác nhau, chịu mài mòn tốt, với lớp đá cẩm thạch lớn ở lớp đầu tiên, và lớp gạch mài, đánh bóng, vát cạnh, cùng gạch mỏng dùng để lát sàn và ốp tường, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng cao.
Hình 1.2 Một số loại gạch terrazzo
Gạch nhám lát ngoài trời, hay còn gọi là "pietrino", được sản xuất từ cát, xi măng, mảnh vụn đá cẩm thạch, và bột màu, với hai màu chủ yếu là đen và trắng Loại gạch này thường được sử dụng để lát vỉa hè, khu vực dành cho người đi bộ, sân chơi, quảng trường và bãi đỗ xe Bề mặt gạch có cấu trúc đa dạng với hoa văn độc đáo hoặc bề mặt thô, được tạo ra nhờ các đế cao su có hoa văn đặc biệt đặt dưới đáy khuôn.
Gạch lát ngoài trời có thể được chế tạo bằng phương pháp mài hoặc bắn hạt, hoặc kết hợp cả hai Quy trình này sử dụng thiết bị đặc biệt để mài hoặc bắn hạt một phần viên gạch Ngoài ra, còn có phương pháp khác là dùng búa gõ, trong đó bề mặt viên gạch được đập bằng loạt búa gõ chạy bằng khí nén thay vì sử dụng hạt kim loại hình cầu.
Gạch bê tông rửa là loại gạch có bề mặt được tạo thành từ nhiều hạt có kích thước khác nhau, giúp tăng cường tính thẩm mỹ với hình dạng và màu sắc đa dạng, đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.
Gạch lát hè, hay còn gọi là gạch tự chèn, được sản xuất bằng công nghệ ép kín hơi của OCEM, cho phép tạo ra nhiều loại bề mặt khác nhau như mặt nhám, mài, bắn hạt hoặc rửa Loại gạch này thường có kích thước nhỏ, phổ biến như 15x15, 15x30, 13x13, 18x24, 20x20 và 25x25 cm, với độ dày lớn, đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng trong xây dựng và trang trí.
Các loại máy ép gạch và thông số kỹ thuật
Hiện nay, nhu cầu sử dụng gạch block trong xây dựng, bao gồm nhà ở, xưởng và công trình công cộng, đang gia tăng mạnh mẽ Điều này dẫn đến sự cần thiết phải sử dụng máy ép gạch, với hầu hết các loại máy này được nhập khẩu từ các quốc gia như Trung Quốc, Đài Loan và Hàn Quốc, cung cấp nhiều mẫu mã và kiểu dáng đa dạng.
1.2.1 Máy ép gạch block tự động QT 5-15
Hình 1.3 Máy ép gạch block QT 5-15
+ Đặc điểm và tính năng:
- SÊRI QT 5-15 là máy ép gạch block hoàn toàn tự động theo công nghệ
Trung Quốc, Đức được nhiều nhà sản xuất gạch ở châu Âu sử dụng.
Hệ thống thủy lực sử dụng công nghệ điều khiển tỷ lệ áp lực kép để điều chỉnh áp lực của ống dẫn dầu nhánh rời và khối lượng dầu Nhờ đó, người dùng có thể áp dụng các loại vật liệu thô khác nhau mà vẫn tạo ra sản phẩm cao cấp với chất lượng đồng nhất.
Hệ thống điều khiển điện thông minh PLC cung cấp dữ liệu cho thiết bị đầu ra, đảm bảo giao tiếp người - máy hiệu quả Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp chức năng điều khiển logic an toàn và khả năng chẩn đoán lỗi, nâng cao độ tin cậy và hiệu suất hoạt động.
Hệ thống vật liệu bông sử dụng nguyên liệu kiểu cưỡng bức và thay đổi không gian khuôn để tối ưu hóa quá trình trộn Cọc nguyên liệu vòm chuyên dụng tạo ra lực tác động hiệu quả, kết hợp với việc khuấy đảo hai lần, đảm bảo rằng nguyên liệu bông xỉ than được nghiền thành bột được trộn đều.
Hệ thống tạo rung sử dụng cách sắp xếp tối ưu để truyền động cho trục, giúp tăng tốc độ sản xuất sản phẩm và đảm bảo độ chính xác cao.
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy ép gạch QT 5-15
Bảng 1.4 Sản lượng dự kiến của máy ép gạch QT 5-15 Loại sản phẩm
Gạch nhiều lỗ(Tổ ong)
Có thể tùy chỉnh nhiều màu sắc cho bề mặt gạch theo yêu cầu, sử dụng hai nguyên liệu tự động hoàn toàn Hệ thống tự động hóa giúp tăng cường lớp lót, đảm bảo mức lún đồng đều và dễ dàng bảo trì, đồng thời xử lý hiệu quả các vấn đề khó khăn.
Dây chuyền sản xuất gạch block đồng bộ được thiết lập dựa trên model QT 5-15, với các hạng mục dự kiến được liệt kê chỉ mang tính chất tham khảo.
+ Diện tích mặt bằng toàn nhà máy: 3000 - 5500 m2
Trong đó, bao gồm các hạng mục sau:
- Diện tích kho nguyên liệu và buồng lưu hoá gạch
- Nhà kho và khu vực xây dựng liên quan khác. + Tiêu hao nước và điện năng sử dụng:
- Tổng công suất điện lắp đặt: 50 kW
- Tiêu hao điện trung bình: 45 kW/h
- Tiêu hao nước trung bình: 8t/ ngày
+Lực rung tạo hình: 60 – 65 kN
1.2.2 Máy ép gạch 2 trạm tls-100 tấn bán tự động
(CÔNG NGHỆ OCEM-CASSANI, ITALY)
Hình 1.4 Máy ép gạch 2 trạm tls-100 tấn bán tự động+ Đặc tính kỹ thuật :
Bảng 1.5 Đặc tính kỹ thuật máy ép gạch 2 trạm tls-100 tấn bán tự động
1 Kích thước gạch (Dài x Rộng x Cao) :
4 Lực ép Xilanh thủy lực Ф240
- Cấp vật liệu lớp mặt (Xi măng màu, cát, đá màu) vào khuôn, rung dàn đều vật liệu
- Cấp vật liệu thô (cát, đá mi bụi, xi măng, nước) vào khuôn, gạt bằng mặt
- Xe con chạy vào vị trí ép gạch, ép gạch, nâng thành khuôn lên
- Công nhân lấy gạch xếp lên Ballet
- Xe con chạy ra tiếp tục chu kỳ mới
- (2 công nhân làm việc 2 bên, tương tự và xen kẽ nhau)
Bảng 1.6 Đặc tính kỹ thuật máy ép gạch ngói màu rls 3000-automatic
4 Lực ép thủy lực Piston Ф300
7 Nhân lực vận hành máy
- Công nhân cấp vật liệu (Xi măng, cát, phụ gia) vào gầu tải
- Gầu tải cấp liệu vào máy trộn, cấp nước, máy trộn vừa trộn vừa nghiền
- Máy cấp phôi vào khuôn, ép, dùng ngói ra tấm thép đỡ
- Công nhân xếp lên giá đi bảo dưỡng
- Tiếp tục chu kỳ mới
Quy trình công nghệ
1.3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất gạch block
NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO (xi măng, cát, phụ gia….)
SẢN PHẨMHình 1.5 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất gạch block
1.3.2 Một số dây chuyền sản xuất
Hình 1.6 Dây chuyền ép gạch
④ Máy băng tải sản phẩm ẩm
⑤ Máy nâng xếp di động
Nguyên lý sản xuất gạch
1.4.2 Nguyên tắc trộn vật liệu Đối với việc sản xuất cần chú ý đặc biệt tới sự lựa chọn hỗn hợp nguyên liệu.Thiết kế thành phần hỗn hợp dựa trên phương pháp khối lượng tuyệt đối. Trong phương pháp này khối lượng tuyệt đối của hỗn hợp nguyên liệu tương đương với tổng khối lượng tuyệt đối của các nguyên liệu thành phần và hàm lượng bọt khí trong hỗn hợp.
Tổng khối lượng tuyệt đối của các nguyên liệu thành phần tương đương với tính đồng nhất của hỗn hợp và được thể hiện bằng biểu thức sau:
CKD + Cát + Nước + Sợi + Phụ gia = Khối lượng thể tích hỗn hợp
CKD : Khối lượng của xi măng (kg/m3) C: Khối lượng của cát trong 1m3 (kg/m3)
Khối lượng của phụ gia siêu dẻo trong 1 m3 được tính bằng kg/m3, trong khi tổng khối lượng nước trong 1m3 là N (kg/m3) Khối lượng sợi xơ dừa đã xử lý trong 1m3 được ký hiệu là S (kg/m3) Hỗn hợp có khối lượng thể tích γ0h, và khối lượng riêng của nguyên vật liệu được biểu thị bằng γα (g/cm3).
1.4.3 Các bước trộn nguyên liệu
Nguyên liệu để sản xuất gạch block bao gồm xi măng, cát và các chất phụ gia, được định lượng theo tỷ lệ nhất định trước khi đưa vào máy trộn Máy trộn sẽ thực hiện nhiệm vụ trộn đều hỗn hợp này Đối với gạch terazzo, quy trình trộn nguyên liệu phức tạp hơn và có những yêu cầu cụ thể.
+ Trộn vật liệu bằng hệ thống trộn liệu tự động: cho lớp thứ nhất
Gạch lát terrazzo bao gồm hai lớp được ép chặt với nhau, yêu cầu hai hệ thống trộn riêng biệt Lớp cao cấp được trộn bằng máy trộn hành tinh, sử dụng nguyên liệu gồm mảnh vụn đá cẩm thạch, bột đá, cát, xi măng, bột màu và nước để tạo thành hỗn hợp bán lỏng (vữa xi măng).
Vật liệu dạng hạt và bột được cấp vào hai phễu nạp liệu từ một đến hai lần mỗi ngày bằng xe đổ Từ hai phễu này, nguyên liệu được tự động chuyển vào máy trộn hành tinh thông qua hệ thống nạp rung và nạp kiểu vít trên băng tải cân Mỗi thành phần vật liệu được cân một cách chính xác trước khi đưa vào máy trộn.
Người sản xuất thường sử dụng 4 phễu chứa liệu để thuận tiện trong quá trình sản xuất, giúp họ không cần phải đổ hết các hạt đá ra khỏi phễu mỗi khi chuyển đổi sang sản xuất các loại gạch khác nhau.
Xi măng được chuyển vào máy trộn qua vít tải, nhận xi măng từ sinô sau khi xe tải nạp Trước khi đưa vào máy trộn, xi măng được cân chính xác để đảm bảo lượng cần thiết Trong các dây chuyền hiện đại, bột đá cũng được cung cấp trực tiếp từ xe tải vào silô và sau đó chuyển đến máy trộn qua vít tải Quy trình này giúp giảm bụi bẩn, nâng cao độ chính xác trong định lượng và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Các thành phần vật liệu được đưa vào máy trộn, trộn khô trước, sau đó thêm nước theo tỷ lệ đã định sẵn Cuối cùng, hỗn hợp được trộn lại và xả ra khỏi máy Toàn bộ quy trình này thường diễn ra trong khoảng 4 - 8 phút.
+ Trộn vật liệu bằng hệ thống trộn liệu tự động: cho lớp thứ hai
Việc trộn liệu cho lớp thứ hai tương tự như lớp đầu tiên, nhưng vữa sử dụng là vữa thông thường với ít thành phần hơn, bao gồm xi măng xám loại 32,5 hoặc 42,5, cát và một lượng nước nhỏ Lượng nước trong lớp thứ hai rất hạn chế để đảm bảo quá trình thi công hiệu quả.
Hệ thống ép kín hơi sẽ khiến lớp thứ hai hấp thụ nước từ lớp thứ nhất Sau khi hoàn tất quá trình trộn cho lớp thứ hai, nguyên liệu sẽ được chuyển qua băng tải đến phễu của máy ép.
1.4.4 Máy trộn kiểu nằm ngang
Máy trộn nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất gạch Giúp tạo ra hộn hợp nguyên liệu đạt tiêu chuẩn cho máy ép.
Hình 1.7 Máy trộn nằm ngang
+ Sơ đồ nguyên lý trộn
1.4.5 Quá trình cấp nguyên liệu cho máy ép
Sau khi trộn nguyên liệu tại máy trộn, bước tiếp theo là đưa nguyên liệu vào khuôn Việc này có thể thực hiện bằng tay thông qua công nhân hoặc sử dụng hệ thống tự động cấp phôi, tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng và điều kiện thực tế.
Nguyên liệu được đưa vào máy trộn để trộn đều, sau đó sẽ được cấp vào khuôn của máy ép thông qua các cơ cấu cấp phôi Việc cấp nguyên liệu cần được thực hiện liên tục và đảm bảo đúng khối lượng cần thiết.
+ Thiết kế khuôn theo yêu cầu của của khách hàng:
Dựa vào nhu cầu sử dụng và yêu cầu của khách hàng chúng ta sẽ thiết kế khuôn đẽ tạo ra các mẫu mã phù hợp.
Dựa trên những màu cơ bản mà ta tạo ra được những màu mà khách hàng mong muốn.
Hình 1.8 Nguyên liệu đã trộn được đưa vào máy ép.
Tất cả các lớp nguyên liệu sẽ được đưa vào máy ép thủy lực, trong đó nước từ lớp đầu tiên sẽ thấm ngược vào các lớp nguyên liệu khô Quá trình này tạo ra phản ứng hóa học, giúp các lớp nguyên liệu kết hợp chặt chẽ, làm cho viên gạch trở nên cứng cáp hơn.
+ Gạch sẽ được dưỡng hộ trong nước và được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời hoặc sấy cho đến khi khô hoàn toàn.
Sau khi gạch được phơi dưới ánh nắng mặt trời cho đến khi khô hoàn toàn, quá trình tiếp theo là đánh bóng và xử lý bề mặt bằng sáp phù hợp để đạt được độ hoàn thiện tốt nhất.
Hình 1.10 Gạch được đánh bóng
Gạch sẽ được kiểm tra chất lượng một cách nghiêm ngặt từng viên một và chỉ những viên đạt tiêu chuẩn mới được lựa chọn cẩn thận.
Hình 1.11 Quá trình kiểm tra chất lượng viên gạch
+ Các viên gạch đạt tiêu chuẩn này sẽ được đóng gói và đóng pallet xuất khẩu cho khách hàng theo đúng tiêu chuẩn đóng gói quốc tế.
Hình 1.12 Gạch được đóng gói xuất khẩu
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI
Mục tiêu nghiên cứu
Nguồn nguyên liệu sản xuất gạch block ở Việt Nam rất phong phú và dễ tìm, khiến loại gạch này trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều công trình xây dựng Nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng ngày càng tăng cao, do đó, nghiên cứu tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị trong dây chuyền sản xuất gạch không nung là cần thiết Mục tiêu là đáp ứng nhu cầu ngành xây dựng, mang lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần bảo vệ môi trường.
Đối tượng nghiên cứu
Máy ép gạch block không nung đang trở thành công cụ quan trọng trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng nhờ vào năng suất cao và khả năng tận dụng nguyên liệu tự nhiên sẵn có Hệ thống máy ép và trộn nguyên liệu trong dây chuyền sản xuất gạch block giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế.
Phạm vi nghiên cứu
Gạch block được chế tạo từ xi măng, cát và các chất độn như sỏi, đá dăm Đề tài nghiên cứu tập trung vào thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực và cấu trúc khung thân trục của máy ép cũng như máy trộn gạch block không nung.
Nội dung nghiên cứu
- Tính toán toán, thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực theo hành trình và chế độ ép gạch.
- Tính toán, hệ thống điều khiển máy nén của máy ép
- Tính toán vận tốc, thiết kế trục cho máy trộn nguyên liệu ảnh hưởng tới độ nhỏ của hạt và chất kết dính giữa các hạt của gạch.
2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm a Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của các yếu tố cấu tạo máy đến công suất tiêu hao trong quá trình ép gạch block không nung là rất quan trọng Việc phân tích này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu lãng phí năng lượng Các yếu tố cấu tạo như kích thước, chất liệu và thiết kế máy cần được xem xét kỹ lưỡng để nâng cao hiệu quả sản xuất.
- Xác định ảnh hưởng của chất lượng gạch tới tốc độ chuyển động của đầu trượt.
- Ảnh hưởng của lực ép đến chất lượng của gạch.
Tốc độ quay của trục vít có ảnh hưởng đáng kể đến độ mịn và khả năng kết dính của hạt nguyên liệu trước khi ép Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố cho thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ quay có thể tối ưu hóa các đặc tính của nguyên liệu, từ đó nâng cao hiệu suất trong quá trình sản xuất.
- Xác định sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố tới công suất tiêu hao khi ép gạch block.
- Xác định lực tác dụng tạo hình lên sản phẩm, sự ảnh hưởng khi tác dụng lực lên khung thân máy trong quá trình ép gạch.
- Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền mỏi của cánh vít xoắn trong quá trình nghiền bột nguyên liệu.
Phương pháp nghiên cứu
2.5.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Sau khi xác định mục tiêu nghiên cứu, việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối ưu cho vấn đề được đặt ra Các phương pháp nghiên cứu khoa học được phân loại rõ ràng, giúp nhà nghiên cứu tập trung vào các yếu tố cần thiết để thực hiện nghiên cứu thành công.
Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng ; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.
Nghiên cứu cơ bản nhằm phát hiện các quy luật chưa được biết đến trong tự nhiên, trong khi nghiên cứu ứng dụng là bước tiếp theo, giúp áp dụng những hiểu biết mới hoặc kiến thức hiện có vào thực tiễn sản xuất.
Nghiên cứu ứng dụng hiện nay đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kỹ thuật mới, cung cấp dữ liệu, ý tưởng và mẫu thiết kế Qua đó, các đối tượng, máy móc và quy trình công nghệ mới được hình thành và đề xuất.
Phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật chủ yếu là nghiên cứu ứng dụng, trong khi nghiên cứu lý thuyết nhằm thiết lập các hệ thống quan điểm mới thông qua việc đề xuất các quy luật Nghiên cứu lý thuyết thường phù hợp nhất khi khảo sát các đối tượng và hệ thống có thể phân chia rõ ràng các hiện tượng và quá trình với bản chất vật lý tương đồng.
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận kiến thức và số liệu khoa học thông qua quan sát đối tượng Đối với các hệ thống phức tạp, việc áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp với lý thuyết tương ứng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn trong việc hiểu rõ các hiện tượng và quá trình đa dạng diễn ra trong hệ thống đó.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến chi tiêu chất lượng sản phẩm trong quá trình ép cần phân tích toàn diện, tuy nhiên, để giảm khối lượng công việc, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là lựa chọn tối ưu Chúng tôi áp dụng một phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, trong đó lý thuyết đóng vai trò định hướng, giúp rút ngắn thời gian và giảm bớt khối lượng công việc nghiên cứu thực nghiệm.
Trong nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp cổ điển cho phép nhà thực nghiệm tiến hành thí nghiệm dựa vào kinh nghiệm và trực giác Các thí nghiệm được thực hiện lần lượt, thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố khác Phương pháp này chỉ tìm kiếm cái mới dựa trên mối quan hệ đơn định giữa các tiêu chí đánh giá và các yếu tố liên quan.
Trong quá trình thực nghiệm, 26 yếu tố ảnh hưởng riêng biệt đến kết quả, tuy nhiên, việc sử dụng các phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố không cung cấp cái nhìn tổng thể về mức độ tác động của từng yếu tố Điều này dẫn đến việc khó khăn trong việc xác định mối quan hệ tương tác giữa các yếu tố và tìm ra phương án phối hợp tối ưu cho chúng.
Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là không thể quan sát được sự chuyển dịch của quá trình Khi tìm kiếm các điều kiện tối ưu, các thí nghiệm thường mang tính thụ động.
Chúng tôi đã nhận thấy những hạn chế của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển, do đó đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mới Phương pháp này bao gồm việc khảo nghiệm máy và thu thập dữ liệu một cách chủ động, dựa trên một kế hoạch và chiến lược đã được xác định trước Đây chính là phương pháp quy hoạch thực nghiệm.
2.5.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Để xây dựng các công thức toán học tính toán công suất tiêu hao trong quá trình ép, cần phân tích tài liệu liên quan và tham khảo ý kiến của nhiều chuyên gia Việc này bao gồm tính toán lý thuyết về năng suất máy, tốc độ ép và lực ép, nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình sản xuất.
2.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm a.Thực nghiệm đơn yếu tố
Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố là một nguyên tắc chung trong nghiên cứu, trong đó các yếu tố khác được cố định trong khi chỉ thay đổi một yếu tố duy nhất Mục đích của phương pháp này là xác định ảnh hưởng của yếu tố đó đến sự biến thiên của thông số, từ đó tìm ra khoảng nghiên cứu cho phép của từng yếu tố và các tác động của chúng đến giá trị cực trị của thông số mục tiêu.
Nhiệm vụ chính của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnh hưởng đến các chi tiêu đánh giá, từ đó làm rõ mức độ và quy luật tác động của chúng tới chỉ tiêu quan tâm Qua đó, mục tiêu là tìm ra giá trị tối ưu để làm căn cứ cho việc xác định các thông số khác Đồng thời, quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp, phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố rất quan trọng trong thiết kế, chế tạo, sử dụng và thử nghiệm Phương pháp này giúp giảm khối lượng thí nghiệm và xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố, từ đó tìm ra giải pháp tối ưu cho quá trình nghiên cứu.
Dựa vào điều kiện sản xuất thực tế và cơ sở tính toán lý thuyết, chúng ta tiến hành thiết kế máy ép gạch bloch không nung thông qua phương pháp thực nghiệm đa yếu tố Mục tiêu là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện làm việc và chất lượng sản phẩm.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP GẠCH
Các phương án động học
Sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.
Hình 3.1 Nguyên lý làm việc của máy ép trục khuỷu thân hở.
Khi khởi động máy, mô tơ 1 và bánh đai 2 quay, truyền động qua đai làm cho vô lăng 4 quay tự do trên trục khuỷu 5 nhờ vào li hợp Khi nhấn bàn đạp, li hợp kết nối trục khuỷu với vô lăng, làm cho trục khuỷu quay và phanh 6 nhả trục khuỷu Thanh truyền 7 sau đó đẩy đầu trượt 8 lên xuống Nếu không nhấn bàn đạp, li hợp không hoạt động, vô lăng 4 quay tự do và phanh 6 giữ trục khuỷu ở vị trí cần thiết.
+ Ưu và nhược điểm: a) Ưu điểm:
- Bền, chắc chắn, tạo lực áp riêng lớn, năng suất cao.
- Giá thành thiết kế, chế tạo rẻ.
-Làm việcở chế độ cho trước hoàn toàn chính xác b) Nhược điểm:
- Chưa có tính tự động hoá cao.
- Tốc độ không đều, gây ra lực quán tính lớn, do đó gây ra rung động nên khó đạt được độ chính xác.
Hình 3.2 Nguyên lý làm việc của máy ép lệch tâm
Khi mở máy, mô tơ và bánh đai quay, vô lăng cùng với li hợp quay tự do trên trục lệch tâm Khi nhấn bàn đạp, then chắn rời khỏi vị trí, lò so kéo theo bán nguyệt quay, khiến vô lăng gắn liền với trục lệch tâm Trục lệch tâm quay theo vô lăng, đầu trượt chuyển động lên xuống Khi nhấn bàn đạp, thanh dây thả trục ra để trục quay theo vô lăng, trong khi phanh hãm giữ vị trí cố định Để điều chỉnh hành trình máy, bạc lệch tâm được lắp vào trục bằng rãnh then, và chiều cao kín của máy được điều chỉnh bằng cách thay đổi chiều dài thanh truyền hoặc điều chỉnh chiều cao bàn máy.
+ Ưu và nhược điểm. a) Ưu điểm
- Bền, chắc chắn, tạo lực ép riêng lớn.
- Dễ thiết kế, chế tạo, giá thành rẻ.
- Bàn máy có thể điều chỉnh.
- Dễ sử dụng. b) Nhược điểm
- Lực ép nhỏ, từ 50 đến 2500 KN.
- Khi ép gây ra sự rung động lớn, kém chính xác.
- Chưa có tính tự động hoá cao.
Máy ép thủy lực+ Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.3 Sơ đồ máy ép sử dụng khí nén và thủy lực
1.Xe khuôn 2.Xylanh đẩy bệ dỡ sản phẩm
3.Xy lanh đẩy thành khuôn dưới 4.Piston
5.Bu lông lò xo 6.Xylanh thủy lực
7 Khuôn 8.Bệ dỡ sản phẩm
9.Xylanh đẩy xe 10.Khung máy
Hai xe mang khuôn số 1 và 2 được điều khiển bởi các xy lanh khí nén, trượt trên các thanh ray vào vị trí ép Xe số 1, sau khi nạp nguyên liệu vào khuôn số 1, sẽ di chuyển vào vị trí ép, nơi xy lanh chính ép khuôn xuống để tạo ra sản phẩm Sau khi quá trình ép hoàn tất, xe số 1 trở về vị trí ban đầu để lấy sản phẩm và nạp nguyên liệu mới Cùng lúc đó, xe số 2 mang khuôn thứ 2 và thực hiện quá trình ép tương tự như khuôn số 1, với khuôn được đưa trở lại vị trí ban đầu nhờ các bulong treo.
+Ưu và nhược điểm a) Ưu điểm
- Lực ép được kiểm soát chặt chẽ trong từng chu kỳ.
- Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, cố định ở bất kỳ vị trí nào hành trình làm việc khi xảy ra quá tải.
- Lực tác dụng làm biến dạng vật liệu rất êm và từ từ.
- Tốc độ chuyển động của xe mang khuôn ép cố định và có thể điều chỉnh được, có thể thay đổi được chiều dài hành trình.
- Làm việc không có tiếng ồn.
- Hệ thống điều khiển tự động hoá.
- Năng suất hiệu quả cao. b) Nhược điểm
Phương án số 3 là lựa chọn tối ưu cho việc sản xuất viên gạch, nhờ vào việc đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo chu kỳ ép đầy đủ trong quá trình tạo hình.
- Nguyên liệu được cấp đầy vào trong lòng khuôn,rồi xe khuôn được xylanh kéo vào vi trí làm việc
- Khuôn trên được gắn vào xylanh thủy lực di xuống thực hiên quá trình ép gạch
Sau khi quá trình ép hoàn tất, hệ thống dỡ sản phẩm sẽ hoạt động để lấy sản phẩm ra Đồng thời, khuôn còn lại đã được cung cấp nguyên liệu và sẵn sàng cho quá trình ép tiếp theo.
Trong quá trình chuyển động, sự phối hợp nhịp nhàng là rất quan trọng, đặc biệt là chu kỳ xuống của chày trên Giai đoạn đầu tiên diễn ra với cường độ nhỏ 50 Kg/cm², trong đó khuôn cần được nâng lên để tạo khe hở nhỏ thoát khí Việc loại bỏ không khí là cần thiết trong các giai đoạn tiếp theo khi khuôn đóng kín hoặc mở Giai đoạn sau sẽ thực hiện với lực ép lớn hơn, tăng dần đến áp suất 320 Kg/cm², nhằm đảm bảo sản phẩm đạt được sức bền uốn và khả năng chống nén tốt.
- Hơn nữa, máy ép gạch nằm trong dây chuyền sản xuất gạch nên nó phải đảm bảo năng suất để cho dây chuyền hoạt động tốt.
Việc phân tích các đặc tính kỹ thuật của viên gạch, chu kỳ ép và dây chuyền sản xuất gạch cho thấy rằng lựa chọn máy ép gạch thủy lực là hợp lý nhất Máy ép này không chỉ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mà còn có nhiều ưu điểm vượt trội, đảm bảo hiệu quả trong quá trình sản xuất.
Tính toán, thiết kế hệ thống thủy lực
+ Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Hình 3.4 Sơ đồ thủy lực máy ép gạch
Dầu được bơm lên qua bộ lọc 1 và đến van phân phối 3, sau đó chảy từ cửa P sang A qua van tiết lưu 4 để điều chỉnh lưu lượng dầu vào xi lanh chính Quá trình ép diễn ra khi dầu được ép xuống qua đầu trượt của Piston Khi van phân phối 3 chuyển sang vị trí hồi dầu, dầu từ xi lanh qua van một chiều trở về A và chảy đến cửa T để trở về thùng, kết thúc hình trình làm việc.
Các thông số đầu vào:
- Lực ép lớn nhất Fmax = 100 000 kg = 1 000 000 (N)
- Vận tốc ép : vmin = 600 (mm/phút)
- Vận tốc chạy nhanh : vmax = 1200 (mm/phút) p1, S1
Khi trục ép tiến vào khuôn lượng dầu hồi về bể được điều chỉnh bởi van tiết lưu đặt ở đường ra.
Lượng dầu tối đa chảy qua van tiết lưu ta chọn là Qmax = 30 (l/phút)
Qmin được xác định dựa trên khả năng dẫn dầu tối đa của van tiết lưu Thông tin này được lấy từ bảng đặc tính kỹ thuật của các loại van tiết lưu phổ biến từ các nhà sản xuất nổi tiếng trên thế giới, bao gồm cả Nga và Pháp.
Thiết diện làm việc của Piston được tính theo công thức.
S 1 = Q min 27000 452 (cm 2 ). v min 60 Đường kính của xylanh được tính theo công thức:
Trên cơ sở Qmin và Qmax ta chọn van tiết lưu.
Van tiết lưu chọn có lưu lượng lớn nhất là Qmax= 20 30 (lít/phút).
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu khi sử dụng chày ép, cần tính toán áp suất làm việc với sự chú ý đến tổn thất của các cơ cấu dầu ép Việc tính toán tổn thất áp suất dựa vào đồ thị và sổ tay thiết kế Đối với van đảo chiều, tổn thất áp suất tại cửa vào và cửa ra có thể được xác định, với áp suất p1 = 0,15 MPa Chiều dài ống dẫn vào là l = 2 m và đường kính trong của ống là d = 8 mm.
Với lưu lượng Q = 30 lít/phút và đường kính trong của ống d = 8 mm, độ dài đường ống là l = 4 m, ta tra đồ thị sách truyền động dầu ép trong máy ép và nhận thấy tổn thất áp suất trên đường vào là p2 = 2 MPa Trên đường ra, áp suất p’2 cũng là 2 MPa, trong khi van tiết lưu duy trì áp suất p3 = 2 MPa Tổn thất trên các ống nối của đường vào và đường ra được xác định là p4 = 0,25 MPa.
Tổn thất áp suất ở van khóa và trên đường ra lấy là một yếu tố quan trọng cần xem xét Áp suất tối thiểu được tính toán là p2 = 0,15 + 2 + 0,25 + 0,15 + 0,15 + 2, dẫn đến p2 = 4,7 (MPa) Áp suất này là cần thiết để buồng xylanh có thể thắng lực ép và lực ma sát Để đảm bảo cân bằng tĩnh, phương trình p1.S1 = p2.S1 + p1 = p2 cần được áp dụng.
Fms - là lực ma sát giữa Piston và xylanh thuỷ lực được tính theo công thức Fms = D.h.
Trong đó: h - là chiều rộng ổ đệm: h = hi.i hi - là chiều rộng của vòng đệm. i - là số vòng đệm.
Theo thiết kế hi = 12 mm, i = 2 => h = 24 (mm)
- là ứng suất riêng (giả sử ổ đệm bôi trơn bằng dầu khoáng).
Thay vào biểu thức trên ta có.
Để tính toán áp suất bơm cần cung cấp cho W1, ta cần xem xét độ giảm áp trên van khoá và van giảm áp Độ giảm áp trên van khoá p7 là từ 1 đến 3 MPa, trong đó chọn p7 = 2 MPa Đối với van giảm áp p8, độ giảm áp là 3 MPa Áp suất bơm cần thiết được tính theo công thức: p = p1 + p1 + p2 + p4 + p6 + p7, với các giá trị cụ thể là p1 = 27 MPa, p2 = 0,15 MPa, p4 = 0,25 MPa, p6 = 0,15 MPa, p7 = 2 MPa và p8 = 3 MPa, dẫn đến kết quả cuối cùng là p = 32,55 MPa.
Để tính toán tổn thất bộ lọc nhằm đảm bảo áp suất cần thiết, ta sử dụng giá trị p = 35 MPa Lưu lượng lớn nhất mà bơm có thể tạo ra khi lùi nhanh sẽ được xác định theo công thức cụ thể.
Qmax1 = 54,25.10 3 (cm 3 /phút) = 54 (lít/phút)
3.2.3 Lựa chọn một số thiết bị cho hệ thống thủy lực a) Xy lanh, Piston thủy lực
Từ kết quả tính toán ta chế tạo Xylanh và Piston theo bản vẽ sau:
Hình 3.5 Bản vẽ chế tạo xylanh
Hình 3.6 Bản vẽ chế tạo Piston b) Chọn bơm dầu
Bơm dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng, chuyển cơ năng thành động năng dưới dạng áp suất dầu Trong hệ thống dầu ép, chỉ sử dụng bơm thể tích, loại bơm này hoạt động bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc Khi thể tích buồng làm việc tăng, bơm sẽ hút dầu vào, và khi thể tích giảm, bơm sẽ đẩy dầu ra, thực hiện chu trình nén.
Với tính toán như trên ta có:
- Áp xuất cần thiết là: p= (250-320) bar
- Lưu lượng lớn nhất cần cung cấp là : = 54 lít/phút Đặc điểm các loại bơm như sau:
- Bơm bánh răng: Rẻ tiền, cấu tạo đơn giản, bền nhưng hiệu suất thấp, lưu lượng cố định, không thay đổi được, áp lực làm việc thấp
- Bơm cánh gạt: Rẻ tiền, cấu tạo đơn giản, bền Hiệu suất thấp, lưu lượng chỉ thay đổi được trong phạm vi hẹp, áp lực làm việc thấp.
- Bơm Piston hướng trục: thường dùng cho trường hợp cần tạo áp lực rất cao, nhưng lưu lượng yêu cầu thấp.
- Bơm Piston đồng trục: thiết kế rất đa dạng, lưu lượng thay đổi dễ dàng, thuận tiện cho việc điều khiển tự động công suất theo phụ tải
Để đáp ứng yêu cầu về lưu lượng lớn và áp suất không cao, chúng ta nên chọn bơm cánh gạt Loại bơm này được ưa chuộng nhờ vào sự ổn định về lưu lượng và hiệu suất thể tích cao Đặc biệt, lưu lượng bơm có thể điều chỉnh linh hoạt thông qua việc thay đổi bộ lệch tâm.
Ta tính được công suất cần thiết của bơm như sau:
Với các yêu cầu đó ta chọn mua loại bơm cánh gạt có ký hiệu: YO2C do hãng Yuken (Nhật Bản) sản xuất với các thông số như sau:
- Áp suất cung cấp : 50 bar
- Lưu lượng tối đa:100 lít/phút
Hình 3.7 Bơm cánh gạt c) Chọn van an toàn và van tràn Ký hiệu :
Van an toàn là thiết bị quan trọng giúp ngăn ngừa tình trạng quá tải trong hệ thống dầu ép Khi áp suất dầu vượt quá mức quy định, van an toàn sẽ tự động mở để xả dầu về bể chứa, từ đó giúp giảm áp suất trong hệ thống.
Van an toàn không chỉ giữ nhiệm vụ duy trì áp suất ổn định trong hệ thống dầu ép mà còn hoạt động như van áp lực hoặc van tràn, giúp xả bớt lượng dầu thừa về bể dầu.
Van tràn hoạt động thường xuyên hơn so với van an toàn, do đó cần chú ý đến độ chịu mòn giữa các bề mặt khép kín Tuy nhiên, vì van tràn làm việc liên tục, nên yêu cầu về độ kín của nó không cần cao hơn so với van an toàn.
Van tràn tự động điều chỉnh áp suất trong hệ thống dầu ép, trong khi van an toàn chỉ mở khi hệ thống bị quá tải để dẫn dầu ra Mặc dù chức năng của chúng khác nhau, nhưng cả hai loại van này có kết cấu tương tự, cho phép chúng có thể thay thế cho nhau.
Hình 3.8 Cấu tạo van an toàn
2: Lò xo2 6: Tiết diện chảy
Khi dầu được dẫn vào van phía dưới và phía trên của Piston (5), cả hai bên đều có áp suất dầu Nếu áp suất dầu chưa đủ lớn để vượt qua lực lò xo (1), áp suất P1 và P2 trên Piston sẽ bằng nhau, khiến Piston đứng yên Khi áp suất tăng lên đến P3, van sẽ mở, cho phép dầu chảy qua Piston và van bi trở về bể dầu Do sức cản của lỗ tiết lưu (7), áp suất P2 sẽ thấp hơn P1, tạo ra hiệu áp P = P1 - P2 giữa hai phía của Piston, làm cho Piston di chuyển lên trên và dầu chảy theo các rãnh (6) về bể dầu, lúc này cả hai van đều hoạt động.
Nếu áp suất giảm, van bi sẽ đóng lại, hiệu áp P=0,lò xo (2) sẽ đưa Piston về phía dưới của van.
Hiệu áp P chịu ảnh hưởng bởi kích thước lỗ tiết lưu và lưu lượng qua lỗ này Độ chính xác của áp suất điều chỉnh ở van sẽ cao hơn khi lưu lượng qua van bi giảm.
Tính toán, thiết kế hệ thống khí nén
3.3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống khí nén cho máy ép gạch
3.3.2 Xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén
Ta xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén cho máy ép gạch theo sơ đồ tiêu chuẩn Din như sau:
Phần tử xử lý tín hiệu
Phần tử tạo tín hiệu
Phần tử cung cấp NL
Từ đó ta có sơ đồ hệ thống khí nén như sau:
Máy nén khí và thiết bị xử lý
Van đảo chiều,Van tiết lưu….
Van logic,Role thời gian
Khuôn trái tgU 63 700 tgU 63 800 tg2531-10 tg2531-10
- Khí được qua bộ lọc TC 4010 – 03 ( kiêm tiết lưu)
- Qua van phân phối TG2531 -10 để đến khuôn trái
- Nhờ vào hệ thống điều khiển điện khí nén được đi vào xylanh TGS
60x800 để kéo xe khuôn vào vị trí làm việc.
- Sau khi thực hiện quá trình ép sản phẩm, thì khí nén được chuyến đến TGS 100x100 nâng thành khuôn dưới.
Khí nén được chuyển đến TGS 60x700 để đẩy bệ dỡ sản phẩm ra và lấy sản phẩm, sau đó được kéo về vị trí cũ Tiếp theo, khí nén chuyển đến TGS 100x100 để hạ thành khuôn về vị trí cũ.
- Sau khi hạ thành khuôn, khí nén được đưa vào TGS 60x800 để đẩy xe khuôn về vị trí tiếp phôi liệu.
- Sau khi khuôn trái được về vị trí tiếp phôi liệu, van phân phối TG2531-
10 chuyển khí nén sang khuôn phải.
- Hệ phân phối khí của khuôn phải lúc này tương tự với hệ thống phân phối của khuôn trái ở trên.
3.3.3 Tính, chọn các phần tử khí nén
Tính chọn xy lanh khí nén Lực đẩy:
Lực đẩy phát sinh khi xylanh hoạt động phụ thuộc vào nguồn áp suất, đường kính xylanh và lực ma sát của các đệm.
Lực đẩy lý thuyết được xác định theo công thức sau:
A – Bề mặt làm việc của piston (cm2)
Áp suất cung cấp thường được đo bằng các đơn vị như kPa, bar, hoặc psi Tuy nhiên, lực đẩy lý thuyết thường có sai số so với lực đẩy thực tế do ảnh hưởng của sức cản và ma sát Để xác định lực đẩy thực, cần phải tính toán các sai số này Trong điều kiện làm việc bình thường, với áp suất từ 400 đến 800 kPa (4 đến 8 bar), lực ma sát có thể chiếm từ 3% đến 20% lực đẩy lý thuyết.
Lực đẩy thực tế như sau:
+ Xy lanh tác động kép:
-Hành trình ngược: = A’.P – trong đó:
A : bề mặt làm việc của piston ( ):A= /4 A’ : bề mặt làm việc của piston, phía có cần (cm2): A = π.( – )/4 : lực ma sát, bằng 3 ÷ 20% (N)
D : đường kính xylanh (cm) d : đường kính cần piston (cm).
Chúng tôi đã lựa chọn xy lanh để thực hiện nhiệm vụ kéo và đẩy xe mang khuôn Dựa trên catalog của hãng STNC, chuyên sản xuất thiết bị khí nén và thủy lực, chúng tôi đã chọn các xy lanh với ký hiệu phù hợp.
Hình 3.12 Xy lanh khí nén
Ta xác định lực đẩy lý thuyết:
Lực đẩy lý thuyết cần thiết để vượt qua trọng lượng của xe khuôn Sử dụng phần mềm AutoDesk Inventor, sau khi hoàn thành việc vẽ mô hình 3D của cụm xe khuôn, chúng ta có thể xác định chính xác khối lượng của cụm xe khuôn như hình minh họa.
Hình 3.13 Khối lượng xe khuôn Khối lượng xe mang khuôn 270 (kg)
Lực đẩy lý thuyết phải thắng được trọng lượng của xe mang khuôn nên ta có > P
Tiết diện bề mặt làm việc của piston là :
Để xylanh có thể đẩy xe khuôn, lực đẩy cần phải lớn hơn trọng lượng của xe Từ đó, ta có thể tính áp suất tối thiểu cần cung cấp cho xylanh khí nén bằng công thức p = Flt.k, với Flt = 4500 và k = 0,01 (hệ số ma sát lăn), dẫn đến áp suất cần thiết là 45(N).
Tiết diện bề mặt làm việc của piston phía có cần là:
Lực ma sát : = (3÷20%) ta chọn = 20% = 0,2.4500 = 900 (N)
Từ đó ta tính được:
Lực đẩy thực tế của hành trình tới (thuận):
- Lực đẩy lý thực tế của hành trình về (ngược):
Kết luận: Lực đẩy thực tế trong cả hành trình thuận và hành trình ngược luôn lớn hơn trọng lực P, giúp việc thực hiện dễ dàng hơn Khi chọn máy nén khí, áp suất và lưu lượng không khí cung cấp là những tiêu chí quan trọng nhất Máy nén khí có thể được phân loại theo nhiều loại khác nhau.
Máy thể tích hoạt động bằng cách dẫn không khí vào buồng chứa, nơi thể tích của buồng thay đổi Theo định luật Boyle - Mariotte, áp suất trong buồng chứa cũng sẽ thay đổi tương ứng Ví dụ về các loại máy nén khí bao gồm máy nén kiểu piston, bánh răng và cánh gạt.
Máy động năng là thiết bị dẫn không khí vào buồng chứa, nơi áp suất khí nén được tạo ra nhờ động năng của bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động này cho phép sản xuất khí nén với lưu lượng và công suất lớn Một ví dụ điển hình về máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này là máy nén kiểu li tâm.
Chọn máy nén khí kiểu piston nhiều cấp với nguyên lý làm việc như sau:
Hình 3.14 Cấu tạo máy nén khí Không khí sau khi qua bộ phận lọc khí (1) được nén ở thân máy nén khí
Khí nén được đẩy vào bình chứa trung gian sau đó được làm mát trước khi vào bình chứa khí nén Van điện từ điều khiển thông khí thông qua ống dẫn giữa máy nén khí và van một chiều trước bình chứa khí nén, giúp duy trì áp suất trong bình.
54 chứa (5) đã đạt mức quy định Truyền động cho thân máy nén khí (2) sử dụng truyền động đai (7) từ động cơ điện (8) kết hợp với quạt gió (9) Quạt gió (9) và bánh đai truyền (10) tạo ra luồng không khí làm mát Động cơ điện (8) và thân máy nén khí (2) được lắp đặt trên khung giảm chấn (11) để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Máy nén khí kiểu piston có nhiều ưu điểm nổi bật Đầu tiên, độ căng của đai truyền có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua bộ phận điều chỉnh Hệ thống công tắc tự chọn cho phép thực hiện hai chức năng điều khiển, bao gồm ngừng hoạt động khi đạt được phạm vi áp suất yêu cầu và ngừng khi chạy không tải Đặc biệt, việc ngừng hoạt động khi đạt được áp suất yêu cầu được thực hiện thông qua rơ le áp suất, giúp đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu.
Máy nén khí kiểu piston có thiết kế gọn nhẹ, tiết kiệm không gian lắp đặt và dễ dàng tháo lắp các chi tiết Máy có khả năng tạo ra áp suất lớn từ 2-1000 kg/cm2, thậm chí cao hơn, nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
Do có các khối lượng tịnh tiến qua lại nên máy nén khí piston hoạt động không cân bằng, làm việc còn khá ồn và rung động.
Khí nén không được cung cấp liên tục, vì vậy cần có bình chứa khí nén đi kèm Dựa trên các đặc điểm này, chúng ta nên chọn mua máy có ký hiệu Fusheng HVA-65.
Với các thông số như sau:
Công suất máy(w) lưu lượng khí nén( Áp suất khí (bar)
Giá bán(VND)ngày 19/05/10 c) Chọn các thiết bị xử lý khí nén
Bộ lọc có nhiệm vụ loại bỏ tạp chất và ngưng tụ hơi nước, giúp không khí được nén vào bình chứa Qua cửa xoắn, không khí tạo ra chuyển động xoắn và lực ly tâm, làm lắng các phần tử lỏng và rắn Tạp chất sẽ được thải ra ở đáy bình, và cần xả ra trước khi đạt mức cao nhất theo vạch chỉ thị Các phần tử rắn lớn hơn lỗ lọc sẽ bị giữ lại, có nguy cơ làm tắc nghẽn lưới lọc, vì vậy cần vệ sinh hoặc thay lưới lọc định kỳ Kích thước lỗ lọc thường từ 30 đến 70 micromet, có thể đạt tới 0,01 micromet Khi nước ngưng tụ đạt vạch giới hạn, cần xả bằng vít hoặc tự động.
Hình 3.15 Các loại bộ lọc Tra theo Catalog của hãng NTSC (Trung Quốc) ta chọn loại bộ lọc có ký hiệu: TC 4010-03
Bộ điều chỉnh áp suất có chức năng duy trì áp suất làm việc ổn định (áp suất thứ cấp) bất chấp sự biến động của áp suất trong mạng phân phối (áp suất sơ cấp), với điều kiện áp suất sơ cấp luôn cao hơn áp suất thứ cấp Màng điều chỉnh áp suất, chịu tác động từ áp suất thứ cấp và lò xo, giúp duy trì áp suất ổn định Khi áp suất sơ cấp tăng, con trượt sẽ hạ xuống, giảm tiết diện dòng khí để giữ áp suất thứ cấp không đổi Ngược lại, khi áp suất sơ cấp giảm, lò xo đẩy con trượt lên, làm tăng tiết diện dòng khí Nếu áp suất thứ cấp tăng mạnh, màng sẽ bị nén, tạo ra lối thoát cho khí nén qua hai lỗ bên dưới.
+) Chọn các phần tử điều khiển khí nén
Tính toán, thiết kế kiểm nghiệm phần khung thân
3.4.1 Thiết kế khung thân theo phương pháp hàn
3.4.2 Chuẩn bị phôi trước khi hàn
Tùy thuộc vào kiểu lắp ghép giữa các chi tiết, cần chuẩn bị phôi phù hợp để đảm bảo mối hàn vừa chắc chắn vừa thẩm mỹ Trong thiết kế khung máy ép, các mối hàn chủ yếu là liên kết chữ T, vì vậy có nhiều phương pháp hàn khác nhau như minh họa trong hình vẽ dưới đây.
Các trị số trên hình vẽ đều được tra trong bảng của “Sổ tay hàn”.
3.4.3 Một số công nghệ hàn hiện nay
Hàn là một phương pháp công nghệ để nối hai hay nhiều phần tử thành một liên kết vững chắc và không tháo rời Quá trình này sử dụng nguồn nhiệt hoặc kết hợp nhiệt và áp lực để nung chỗ nối đến trạng thái hàn, có thể là trạng thái lỏng hoặc dẻo Sau khi đạt được nhiệt độ cần thiết, kim loại sẽ kết tinh từ trạng thái lỏng hoặc được ép lại bằng áp lực từ trạng thái dẻo, tạo ra mối hàn chắc chắn giữa các phần tử.
Hiện nay, hàn được phân thành hai nhóm chính: hàn nóng chảy và hàn áp lực Trong mỗi nhóm này, có nhiều loại hàn khác nhau, bao gồm một số kiểu hàn tiêu biểu mà chúng ta có thể điểm qua.
- Hàn đắp: Là phủ lên trên lớp bề mặt của chi tiết một lớp kim loại.
- Hàn chảy: Là phương pháp hàn mà trạng thái chỗ hàn kim loại được làm chảy để nối các phần tử liên kết.
Hàn hồ quang bằng que hàn là quá trình sử dụng nhiệt từ hồ quang điện để làm chảy kim loại phụ, tức là que hàn, cùng với mép hàn của kim loại cơ bản.
Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy là phương pháp hàn sử dụng điện cực không nóng chảy, chẳng hạn như điện cực vonfram Điện cực này có nhiệm vụ tạo ra hồ quang và duy trì sự cháy của hồ quang trong quá trình hàn, đảm bảo hiệu quả và chất lượng của mối hàn.
Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ là phương pháp hàn mà hồ quang cháy trong vùng khí bảo vệ như argon, giúp tạo ra hồ quang rõ ràng và ổn định Phương pháp này bao gồm các kiểu hàn TIG, MIG và MAG, mỗi kiểu đều có những ứng dụng và ưu điểm riêng trong ngành công nghiệp hàn.
Khung thân máy được cấu tạo từ bệ máy ngang, bệ máy đứng và các tấm đỡ, được chế tạo bằng phương pháp hàn và bắt ốc từ các tấm thép Sau khi hoàn thiện, các thành phần này sẽ trải qua quá trình kiểm nghiệm độ bền để đảm bảo chất lượng.
Trong quá trình hàn, cần đảm bảo các mối hàn đạt tiêu chuẩn 59 thẩm mỹ và 10, không có rỗ xỉ hay khí bên trong Sau khi hàn, việc kiểm tra bằng siêu âm là cần thiết để phát hiện kịp thời các khuyết tật Tiếp theo, cần nắn phẳng các mối hàn và để ngoài trời nhằm ổn định tổ chức tế vi, sau đó thực hiện gia công tinh cho các bề mặt lắp ghép.
Mô hình 3D tổng thể phần khung thân được mô phỏng bằng phần mền AutoDesk Inventer như sau:
Phần bệ máy nằm ngang được chế tạo từ tấm thép CT3 dày 10mm, được hàn chắc chắn với nhau Khung bệ máy được hình thành từ các tâm thép hàn nối với các tấm đế, đảm bảo độ bền và ổn định cho toàn bộ cấu trúc.
Các kích thước được thể hiện như bản vẽ sau:
Hình 3.19 Kích thước bệ máy ngang và mô hình 3D
Thân máy đứng được cấu tạo từ hai tấm đứng, sau khi gia công tạo hình sẽ được hàn lại với các vách máy và gân tăng cứng.
Với các kích thước cụ thể như sau:
3.4.7 Kiểm nghiệm độ bền mối hàn chịu lực
Ta kiểm nghiệm độ bền mối hàn giữa bệ đỡ xe khuôn và khung máy, nơi xe khuôn di chuyển trên các thanh ray được hỗ trợ bởi các gối đỡ Các gối đỡ này được hàn chắc chắn vào khung máy.
Hình 3.21 Mối hàn bệ đỡ xe khuôn
Số lượng gối đỡ thanh ray là 8 cái, được hàn chắc chắn vào thân máy để hỗ trợ xe khuôn Chúng tôi sẽ tiến hành kiểm tra độ bền của mối hàn các gối đỡ, coi gối đỡ như một dầm với sơ đồ đặt lực phù hợp.
Các gối đỡ sẽ chịu lực P chính là tải trọng của xe khuôn.Tổng trọng lượng của 2 xe khuôn tính được như sau:
= 270x2T0 (kg) lấy ≈ 600(kg) (tính cả khối lượng các thanh ray)
Mà chúng ta có 8 gối đỡ như vậy 1 gối đỡ sẽ chịu lực P trung bình là:
P = 600/8 = 75(kg) = 750 (N) Lực P sẽ gây ra mônen uốn M và làm xuất hiện ứng suất tiếp trên mặt cắt nguy hiểm:
Trong đó: τ : Ứng suất tiếp trên mặt cắt nguy hiểm.
M:mômen uốn do ngoại lực gây ra.
' w X :momen chống uốn tính toán của chu vi đường hàn.
:Ứng suất cho phép của mối hàn tra theo vật liệu hàn.
Với Jx là momen quán tính của chu vi đường hàn.
:hệ số liên quan đến phương pháp hàn.
Theo sách tài liệu kết cấu hàn ta có công thức tính Jx như sau:
21212 Các kích thước K,b,h được xác định từ mặt cắt mối hàn như sau:
K là cạnh mối hàn góc K= 6mm
Từ đó ta tính được : J x J x1
2J ta chon phương pháp hàn bán tự β=0,8.Từ đó ta tính được:
) động trong môi trường khí hoạt tính
J X J X 0,8.73,42 58,74 cm Ứng suất do momen gây ra tại mép của mối hàn là:
Diện tích tính toán của các mối hàn đứng là:
Với F =2.3.0,6=3,6 Ứng suất tiếp trung bình trong các mối q Ứng suất tổng sẽ là:
Kg/ (đối với vật liệu là thép CT3)
Như vậy độ bền của liên kết hàn được đảm bảo.
Khi máy hoạt động xe khuôn chạy trên các thanh ray nên sẽ gây ra tải
66 ch , b ,: Đặc tính vật liệu của kim loại.Vơi vật liệu đã chọn ta có ch 240MPa ; b 380MPa ; 0,34
KT=1,0 1,2: Phương pháp hàn bán tự động.
Vậy 1,2(chuyển động của xe khuôn la thẳng đều và tịnh tiến nên r = 1 td 1,2.292,9 = 351,48 Kg/
Vậy các gối đỡ đủ bền ngay cả khi chịu tải trọng thay đổi.