THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT TƯỜNG ỐP GẠCH HỖ TRỢ TRONG XÂY DỰNG

Ngô Tấn Thống, Nguyễn Lê Châu Thành, Huỳnh Thị Tâm Thương 32 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT TƯỜNG ỐP GẠCH HỖ TRỢ TRONG XÂY DỰNG DESIGN AND MANUFACTURE BRICK WALL CUTTING MACHINE IN SUPPORT FOR CONSTRUCTION Ngô Tấn Thống1*, Nguyễn Lê Châu Thành1, Huỳnh Thị Tâm Thương2 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng Đại học Đà Nẵng * Tác giả liên hệ: ngotanthong77@yahoo.com (Nhận bài: 14/10/2021; Chấp nhận đăng: 25/12/2021) Tóm tắt - Trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng máy móc, trang thiết bị đại trở thành phần thiếu Các hệ máy cắt gạch đa đời giúp ích nhiều cho người cơng nhân việc cắt xác loại gạch lát nền, lát sàn Máy cắt tường ốp gạch hỗ trợ xây dựng nhóm nghiên cứu đưa phương án thiết kế có hình dạng thích hợp phục vụ tốt cho cơng tác thi cơng ứng dụng máy móc vào hoạt động sản xuất, với kích thước thu gọn (600mm x 600mm x 1700mm, cơng suất 5000W) Máy có tính hỗ trợ cơng nhân thi công xây dựng thực công đoạn định vị nhanh, tạo rãnh lên bề mặt tường hỗ trợ công đoạn chuẩn bị lắp gạch, chạy hệ thống dây điện ngầm, ống nước âm tường với suất cao, an tồn cho cơng nhân thi cơng, đảm bảo sức khỏe thao tác máy cầm tay sử dụng Abstract - In the fields of construction, the application of modern machinery and equipments has become an indispensable part Generations of multi-functional tiles cutting machines have been very helpful for workers in accurately cutting floor tiles The construction support brick wall cutting machine is designed by the research team with an appropriate shape to serve well for the construction and application of machinery in production activities, with a compact size (600mm x 600mm x 1700mm, capacity 5000W) The machine owns the feature to support construction workers in performing quick positioning, creating grooves on the wall surface, supporting the preparation of brick installation, running underground electrical wiring, underground water pipes with high productivity and safety for construction workers, ensuring their health when operating on handheld machines as currently used Từ khóa – Máy cắt rãnh; Cử hành trình; Phần mềm Solidworks; Tủ điều khiển; Thùng chứa nước làm mát Key words - Grooving machine; Celebrate itineraries; Solidworks software; Control cabinet; Cooling water tank Đặt vấn đề Các đô thị lớn nước ta Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phịng có tảng phát triển kinh tế vững chắc, số lượng sở sản xuất công nghiệp dịch vụ thương mại tăng mạnh Hạ tầng xã hội hạ tầng kỹ thuật đô thị loại II trở lên tăng cường, đô thị loại IV trở lên nâng cấp, cải thiện điều kiện hạ tầng sở Với tốc độ thị hóa ngành xây dựng phải cố gắng cải tiến trang thiết bị để đáp ứng nhu cầu Việc ứng dụng máy móc vào hỗ trợ thi cơng giúp sở hạ tầng xây dựng với tốc độ nhanh đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng, nâng cao tính thẩm mĩ, cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân trực tiếp thi công Công tác cắt rãnh áp gạch chân tường khâu quan trọng giúp cho công tác thi công thuận tiện khâu hồn thiện cơng trình Đây công việc thiếu cơng trình xây dựng Máy cắt rãnh tường thiết kế để thực công việc sau: Áp gạch viền; hỗ trợ công tác lắp hệ thống cáp điện âm; Lắp hệ thống cấp nước âm tường Với tính vậy, hệ thống máy cắt rãnh tường phải đảm bảo tính động, dễ vận hành, đặc biệt đảm bảo điều kiện làm việc cho công nhân trực tiếp thi công, tránh ô nhiễm tiếp xúc trực tiếp với lượng bụi phát trình cắt Do vậy, máy thiết kế phải phù hợp với điều kiện khắc phục nhược điểm tồn phương pháp thi cơng nay, Hình [2] Hình Thao tác cắt rãnh tường thủ cơng Hình Công đoạn thi công lắp ống âm tường The University of Danang - University of Technology and Education (Ngo Tan Thong, Nguyen Le Chau Thanh) The University of Danang (Huynh Thi Tam Thuong) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 1, 2022 Một ưu điểm khác thiết bị phải kể đến tính xác cao, định vị nhanh vị trí cắt máy bố trí thước đo gá cố định máy, cố định máy q trình làm việc nhờ bố trí bánh xe loại có cần hãm Ngồi ra, cịn có hỗ trợ máy lấy dấu laser có sẵn thị trường, chuẩn hóa kích thước tạo rãnh theo kích thước lưỡi cắt tiêu chuẩn Máy gọn nhẹ thích nghi làm việc môi trường khác nhau, điều thuận tiện cho công nhân tiến hành sử dụng máy hỗ trợ thi công Mục tiêu nghiên cứu khảo sát thực trạng trình cắt rãnh tường, cơng đoạn hồn thiện cơng trình xây dựng Nhóm nghiên cứu tìm hiểu phương pháp thực hiện, kiểu tạo rãnh bề mặt vách ngăn tường, điều kiện làm việc người thợ thi cơng Trên sở đó, đưa giải pháp nhằm cải thiện điều kiện lao động chân tay, tăng suất, tăng tính thẩm mỹ, chuẩn hóa đường cắt sản phẩm áp dụng cơng trình xây dựng địa bàn Miền Trung Thiết kế chế tạo sản phẩm thực nghiệm Với yêu cầu đề từ thực tiễn đơn vị thi cơng khâu hồn thiện cơng trình xây dựng cần lắp âm thiết bị cáp điện, ống dẫn nước, áp gạch chân tường Xuất phát từ yêu cầu công việc mà máy cần thực để tạo rãnh cắt cách tự động, rãnh cắt hình thành theo phương góc nghiên khác bề mặt tường Nhiệm vụ tạo rãnh phụ thuộc yêu cầu rãnh, vị trí rãnh, hướng rãnh, máy thiết kế phải đảm nhiệm u cầu cơng việc, góc nghiên điều chỉnh dao động từ độ đến 270 độ Nên yêu cầu thiết kế máy phải bố trí cấu truyền động hoạt động tự động, phương lưỡi cắt đổi hướng cắt khống chế hành trình di chuyển cắt tạo rãnh [1], [2], Hình Yêu cầu kết cấu máy phải thực thay đổi hướng cắt khác nhau, nhóm nghiên cứu đưa phương án xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động Hình 33 ma sát, tăng tuổi thọ cho lưỡi cắt, Hình 2.1 Linh kiện phương pháp nghiên cứu Với yêu cầu tính cần thiết cho việc cấu tạo nên máy cắt tường mà nhóm nghiên cứu hướng tới Do kết cấu máy bố trí số phận cấu thành, điển hình máy cắt tạo rãnh hệ thống thu gom bụi phát sinh trình cắt Hình Máy cắt hệ thống hút bụi Máy cắt rãnh lưỡi cắt có tốc độ cao, sử dụng làm cấu cắt, bố trí kết cấu tổng thể máy hồn chỉnh, Hình Hình Chi tiết máy cắt rãnh Các chi tiết phần hệ điều khiển hành trình máy cắt rãnh bao gồm: - Cơng tắc hành trình: Với nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho cho cấu làm việc hành trình cho phép máy tự động di chuyển trình cắt tạo rãnh, Hình Hình Sơ đồ ngun lý máy cắt rãnh Thơng thường với tính thực cơng việc cắt bỏ phôi vữa tạo rãnh bề mặt tường xây dựng, kết cấu máy sử dụng thiết bị tạo lực cắt cấu thực chuyển động di chuyển máy cắt để tạo rãnh bề mặt tường [3] Phối liệu cắt bỏ qua lưỡi cắt, hệ thống máy cắt bố trí ống hút đưa ngoài, để giảm lượng bụi sinh trình cắt hệ thống máy cịn bố trí hệ thống bơm nước đẩy nước vào vùng cắt để thu gom bụi có kích thước nhỏ đồng thời giảm nhiệt phát sinh Hình Cơng tắc giới hạn hành trình 34 Ngơ Tấn Thống, Nguyễn Lê Châu Thành, Huỳnh Thị Tâm Thương - Mô tơ giảm tốc: Với nhiệm vụ đảm bảo, bình ổn tốc độ làm việc di chuyển hệ thống thang cắt tạo rãnh với tốc độ cho phép, nên cần bố trí hệ thống mơ tơ giảm tốc đảm nhiệm công việc Mô tơ điều tốc qua điều tốc (biến trở) thay đổi tốc độ di chuyển thang cắt rãnh trình thao tác, Hình CAOWANG 4800LS (CW-6121), mẫu máy cải tiến CW-4800A với thiết kế thêm hệ thống đèn laser với khả cắt không cần kẻ vạch máy kết hợp bơm nước, dụng cụ đồ nghề kèm theo, 05 lưỡi cắt có sẵn sử dụng lưỡi cắt khơ ước đường kính 121 mm Đây phiên máy cắt rãnh tường ống điện nước, phá rãnh lắp gạch đánh giá tốt chất lượng nay, Hình - Hệ thống bơm nước: Việc nhóm nghiên cứu bố trí hệ thống bơm nước vào khu vực cắt với mục đích thu gom bụi phát sinh trình tách liên kết, giảm nhiệt ma sát sinh đảm bảo tuổi thọ cho lưỡi cắt Máy bơm nước cho máy cắt rãnh tường phụ tùng kèm theo máy cắt rãnh tường, loại máy bơm chìm, thả vào thùng nước chậu nước, sử dụng điện áp 220V qua adapter giảm xuống cịn điện 12V sử dụng động điện chiều nên đảm bảo an toàn, chống giật, sản phẩm nhóm tác giả cung cấp thương hiệu Caowang có độ bền bơm mạnh mẽ, Hình 10 Hình Mơ tơ điều tốc mi ni - Khởi động từ chế đảo chiều động cơ: Để thay đổi chiều quay cho mô tơ giảm tốc trình vận hành mang thang cắt lên xuống Với nhiệm vụ làm thay đổi chiều quay mô tơ truyền động di chuyển hệ thống thang cắt tạo rãnh, nên cần bố trí cấu làm thay đổi chiều quay cho hệ truyền động điện Cơ cấu bố trí nút nhấn, relay khởi động từ thực chức [4], Hình Hình 10 Máy bơm nước DC-12V Hình Sơ đồ đảo chiều moto pha 2.2 Thiết kế kết cấu khí Xuất phát từ nhu cầu thực tế cơng trình xây dựng, việc hỗ trợ cơng nhân cơng đoạn tạo rãnh lắp gạch âm bề mặt tường sau tô trác, nhiệm vụ thiết kế máy cắt có tính cắt phần vữa sau tô trác với chiều sâu từ 10mm đến 50mm, mác từ 50-200 để tiến hành lắp gạch âm tường kết hợp với chạy hệ thống ống cấp nước, chạy cáp cho hệ thống điện Thơng số tính tốn chọn kích thước máy phù hợp với điều kiện làm việc cơng trình xây dựng Bảng Bảng Thông số kỹ thuật máy cắt Thông số kỹ thuật Kích thước Hình Máy cắt rãnh tường lưỡi cắt - Máy cắt rãnh: Với nhiệm vụ đảm nhận việc phá vữa tạo rãnh cắt bề mặt tường Hiện nay, thị trường nhiều loại máy cắt khác nhau, phổ biến loại lưỡi cắt Ở để thuận tiện cho công việc lắp ống, nẹp gạch, chạy cáp hệ thống điện… q trình thi cơng hồn thiện, nhóm tác giả chọn máy cắt rãnh tường hiệu Nguồn điện Công suất Chiều sâu cắt - Dài: 600mm - Rộng: 600mm - AC220V 10mm- Cao, dao động - DC 12V 5000W 50mm từ: 1700mm đến 3500mm Tốc độ di chuyển 0-10m/phút Việc thiết kế kết cấu máy nhóm nghiên cứu đưa số phương án cho hệ truyền động làm di chuyển hệ thống dao cắt, hệ truyền động bánh răng, ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 1, 2022 truyền động đai, truyền động xích… Xét điều kiện làm việc thuận tiện cho trình thao tác vận hành máy, nhóm nghiên cứu chọn phương án dẫn động cho cấu lưỡi cắt truyền động xích, hệ thống thang cắt điều chỉnh kết cấu khí điều chỉnh góc cắt từ độ đến 270 độ Do môi trường làm việc, hệ truyền động di chuyển hệ thống đầu cắt thực tốc độ chậm, nên giải pháp nhóm nghiên cứu lựa chọn truyền động làm di chuyển cấu đầu cắt truyền động xích Nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế mô phần mềm Solidworks Phần mềm Solidworks phần mềm chuyên thiết kế 3D hãng Dassault System phát hành dành cho xí nghiệp vừa nhỏ, đáp ứng hầu hết nhu cầu thiết kế khí [5] Solidworks biết đến từ phiên Solidworks 1998 du nhập vào nước ta với phiên 2003 với phiên 2021 SolidWorks phát triển đồ sộ thư viện khí phần mềm khơng dành cho khí mà cịn dành cho nhiều lĩnh vực khác Chính ưu việc thiết kế mơ 3D, nên nhóm tác giả lựa chọn phần mềm để hỗ trợ cho việc thiết kế lắp ráp mô mô hình trước chế tạo, nhằm giảm sai số q trình gia cơng lắp ghép Sau thiết lập cấu cần bố trí cho máy cắt rãnh tường bán tự động, nhóm tác giả tiến hành lắp ráp sơ mô máy cắt rãnh Hình 11 Hình 11 Máy cắt rãnh dựng hình SolidWorks Hình 12 Bản vẽ phân rã máy cắt rãnh tường 35 Sau lắp ráp phận lại với nhau, phần mềm SolidWorks cho phép ta thực phân rã thể hiển chi tiết phận đính kèm bảng kê chi tiết kèm theo việc thuận tiện cho công tác kiểm tra q trình gia cơng lắp ráp sản phẩm hồn chỉnh, Hình 12 Thiết lập vẽ tổng thể hệ thống máy cắt rãnh Trên sở thiết kế chi tiết thành phần, gồm hệ khung sườn, cấu di chuyển, cấu truyền động cho thang cắt, bệ gá máy kèm cấu điều chỉnh vị trí lưỡi cắt, cấu xoay làm nhiệm vụ thay đổi góc cắt từ độ đến 270 độ Khi có chi tiết thành phần, nhóm nghiên cứu tiến hành thực bước để thực công tác lắp ghép phận với nhau, hoàn chỉnh kết cấu máy Trên phần mềm thiết kế SolidWorks ta quan sát rõ kết cấu tổng thể máy cắt trước chế tạo Phần mềm cho phép xây dựng vẽ tổng thể, vẽ cho phép thể kết cấu máy hình chiếu đính kèm hình chiếu trục đo tiện cho việc kiểm tra hiệu chỉnh cần thiết, Hình 13 Hình 13 Bản vẽ hình chiếu máy cắt rãnh tường Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Nguyên lý vận hành hoạt động máy cắt rãnh tường bán tự động làm việc mơ theo sơ đồ khối Hình 14 Nhiệm vụ khối: - Thiết lập trạng thái ban đầu, để chuẩn bị cho chu trình làm việc máy cắt rãnh, ban đầu người vận hành cài đặt thơng số cần thiết: Góc cắt, tốc độ, hành trình cần di chuyển - Khối mô tơ máy cắt: Cấp nguồn cung cấp cho mô tơ cắt, điều chỉnh chiều sâu rãnh cắt tạo từ hệ thống lưỡi cắt cho phép lựa chọn chiều sâu tùy thuộc đường kính lưỡi cắt dao động từ 0-50mm, bề rộng rãnh cắt tùy thuộc vào số lưỡi cắt chọn rộng 30mm - Mạch điều khiển hành trình bao gồm mô tơ hoạt động chế tay hoạc bán tự động Cơ cấu này, trình làm việc mang hệ dao cắt rãnh di chuyển kèm theo thang 36 Ngô Tấn Thống, Nguyễn Lê Châu Thành, Huỳnh Thị Tâm Thương cắt để đảm bảo chiều dài rãnh cắt, giới hạn cử hành trình cử hành trình - Khối làm mát giảm ma sát vùng cắt, khối bao gồm hệ thống máy bơm với nguồn DC 12V có nhiệm vụ đưa nước từ bình chứa vào giải nhiệt vùng cắt đồng thời giảm lượng bụi phát sinh trình cắt tạo rãnh cơng tắc hành trình cơng tắc hành trình Hình 15, mơ Protues 8.8 Thiết lập trạng thái ban đầu Cân chỉnh vị trí, góc cắt, cài đặt chế làm việc Cấp nguồn cho moto máy cắt Nhấn nút ON Moto máy cắt hoạt động, di chuyển cấu điều chỉnh chiều sâu cắt Hình 15 Sơ đồ mơ Protues 8.8 4.1 Sản phẩm sau chế tạo Sau hồn thiện thiết kế mơ làm việc phần mềm thiết kế 3D SolidWorks, nhóm nghiên cứu tiến hành gia công chế tạo vận hành thử nghiệm chỉnh sửa hoàn thiện máy cắt gạch ốp chân tường Máy hoạt động đáp ứng yêu cầu đặt ra, chạy êm hoạt động tốt hai chế vận hành tay bán tự động Máy áp dụng để thực hỗ trợ thi công cơng trình xây dựng giai đoạn hồn thiện Ngồi cơng dụng máy khai thác để cắt rãnh lắp hệ thống ống nước, hệ thống rãnh chạy dây cáp điện Máy dễ thao tác, vận hành phù hợp với trình độ cơng nhân cơng trình xây dựng, Hình 16 Chọn chế điều khiển tay, hay bán tự động Mo tơ giảm tốc làm việc, khống chế cử hành trình cắt KẾT THÚC CHU TRÌNH Hình 14 Sơ đồ khối mơ chu trình hoạt động Thiết kế hệ thống phải đạt yêu cầu sau: - Thiết kế cấu phải vững, điều khiển trình cắt ổn định, tốc độ di chuyển phù hợp với chu trình cắt bề mặt tường khác nhau, việc cân tải trọng nhóm nghiên cứu xử lý phần mềm SolidWorks - Thiết kế, lắp ráp mô hệ thống điều khiển hành trình cấu nâng hạ di chuyển lưỡi cắt điều tốc qua biến trở làm ổn định cấu di chuyển - Sử dụng phần mềm máy tính tối ưu hóa q trình thiết kế cấu xuất vẽ gia công cấu truyền động xác, đảm bảo sai số cho phép trình lắp ghép, tổ hợp cấu khí với - Các chi tiết lắp ghép xác, hệ truyền động êm, chi tiết gia cơng có hỗ trợ từ máy cnc Sử dụng phần mềm Protues 8.8, [6] xây dựng sơ đồ mạch điều khiển hành trình kéo hệ máy cắt khống chế Hình 16 Máy cắt rãnh tường bán tự động 4.2 Phạm vi ứng dụng hướng phát triển Hiện nay, việc ứng dụng máy móc vào hỗ trợ thi cơng việc quan trọng cần thiết cho phát triển chung xã hội, điều thể rõ nét nhà máy xí nghiệp cơng nghiệp… Về lĩnh vực xây dựng, cơng trình xây dựng nước ta, việc sử dụng máy móc tham gia hỗ trợ thi công áp dụng để thay hoạt động chân tay người tăng xuất thi công rút ngắn đáng kể thời gian thi cơng hồn thành [2] Các hướng phát triển nghiên cứu tương lai, xây dựng mơ hình máy phục vụ cho khâu hoàn thiện mãng thi cơng xây dựng, với tính tích hợp phát triển theo hướng sau: ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 1, 2022 - Về kết cấu mơ hình: Sẽ thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt để đáp ứng khả đạt độ xác cao, đảm bảo yếu tố chất lượng suất, rút ngắt thời gian sản xuất, cho hiệu cao - Về tính ứng dụng: Nâng cấp thêm chức để máy cắt rãnh tường có thêm tính năng, khoan, cắt ván… lắp đặt thêm loại cảm biến, ứng dụng code để thiết lập chu trình làm việc theo chế độ định trước để dễ dàng thao tác, vận hành đơn giản hơn… Kết luận Bài báo trình bày kết nghiên cứu, thiết kế chế tạo “Máy định vị cắt rãnh chân tường hỗ trợ áp gạch thi cơng xây dựng” Nhóm tác giả thực hoàn tất mục tiêu đề ra, cấu hoạt động tốt, cấu kết hợp làm việc hợp ổn định Máy cắt sản phẩm thực tế, áp dụng vào thực tế cho cơng trình thi cơng xây dựng nước ta 37 nay, với suất gấp nhiều lần so với phương pháp thi công truyền thống Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ - Đại học Đà Nẵng đề tài có mã số B2018-ĐN06-13 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Bùi Ngọc Toàn, Quản lý dự án xây dựng, Nhà xuất NXB; 2020 [2] Nguyễn Văn Hùng, Giáo trình Máy Thiết bị xây dựng, Nhà xuất Xây dựng; 2016 [3] Tôn Thất Minh, Giáo trình Máy - thiết bị vận chuyển, NXB Bách khoa Hà Nội; 2013 [4] Nguyễn Trọng Thắng, Trần Thế San, Điện công nghiệp điều khiển động cơ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật; 2016 [5] Đinh Văn Thuận, Giáo trình Thiết kế khí với Solidword, Trung tâm Advance cad; 2016 [6] PGS.TS Trần Thu Hà-KS Phạm Quang Huy; Giáo trình tự học Protues, Nhà xuất Thanh niên; 2018