báo cáo môn vật liệu xây dựng

báo cáo môn vật liệu xây dựng

HỆ THỐNG ĐỊNH LƯỢNG BÊ TÔNG NHỰA NÓNG

Giáo viên hướng dẫn: Thạc sỹ Nguyễn Văn Nghĩa

Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Chung

Nguyễn Hữu TòngNguyễn Đức HạnhChu Nhất QuốcNguyễn Sĩ LongNguyễn Hoàng Anh

MỤC LỤC

Chương 1 Khái quát hệ thống định lượng Bê tông nhựa nóng……… 3

I.1 Khái niệm và vai trò hệ thống định lượng bê tông nhựa nóng……….3

I.2 Các kiểu định lượng trên trạm bê tông nhựa nóng……… 3

I.3 Đặc điểm của hệ thống định lượng bê tông nhựa nóng………6

Chương 2 Sai số của hệ thống định lượng……… 9

2.1 Sai số của hệ thống định lượng………9

2.2 Cách khắc phục sai số……… 11

Chương 3 Nguyên tắc lựa chọn và sử dụng đầu cân kiểu biến dạng………12

3.1 Cấu tạo……….12

3.2 Các thông số cơ bản của đầu cân kiểu biến dạng………18

3.3 Lựa chọn tải trọng đầu cân……… 21

3.4 Cách mắc đầu cân………21

Chương 4 Các cách bố trí buồng cân và cảm biến thường gặp trong cân bê tông nhựa nóng……….24

4.1 Các cách bố trí buồng cân………24

4.1.1 Kết cấu sử dụng dao cân……… 24

4.1.2 Cân trực tiếp……….25

4.1.3 Các kết cấu bàn cân……… 27

4.2 cảm biến thường gặp trong cân bê tông nhựa nóng……….28

Chương 5 Chống quá tải đầu cân, chống rung đầu cân……….29

Chương 6 Liên hệ thực tế hệ thống cân ngoài bê tông nhựa nóng…… 32

Tài liệu tham khảo……… 35

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG ĐỊNH LƯỢNG BÊ TÔNG NHỰA

NÓNG

1.1Khái niệm và vai trò hệ thống định lượng bê tông nhựa nóng:

- Khái niệm: Hệ thống định lượng vật liệu xây dựng là hệ thống xác địnhmột cách sơ bộ hoặc chính xác thành phần cốt liệu theo yêu cầu của mác bê tông

- Vai trò của hệ thống định lượng trong trạm bê tông nhựa nóng:

+ Hệ thống định lượng có vai trò đặc biệt quan trọng trong cấu trúc trạm Nó

là cấu trúc quyết định đến tốc độ, độ chính xác của trạm trộn BTNN nói riêng và

hệ thống pha trộn hỗn hợp nói chung

+ Quyết định đến năng suất của trạm và chất lượng của sản phẩm,đồng thờilàm tăng hiệu quả kinh tế của hệ thống nhờ tiết kiệm tối đa các vật liệu đắt tiền

1.2 Các kiểu định lượng trên trạm bê tông nhựa nóng:

Hình 1: Trạm trộn bê tông nhựa nóng

- Định lượng sơ bộ: Cốt liệu được đưa vào các phễu nguội riêng biêt Mỗiphễu chứa có một loại kích thước khác nhau Thiết bị định lượng sơ bộ đặt dướiđáy phễu có nhiệm vụ xác định lượng vật liệu vào băng tải Có thể điều chỉnhlượng cốt liệu bằng cửa mở van.

Hình 2: Các xilô cấp liệu

Hình 3: Van điều chỉnh của 1 xilô cấp liệu

- Định lương công nghệ: Ở đây, các thành phần hỗn hợp cốt liệu bê tôngasphalt sẽ được xác định một cách chính xác về khối lượng bằng cảm biến trọnglượng (Load cell) Tùy theo mác bê tông mà ta xác định trọng lượng của từng loạithành phần 1 cách chính xác

+ Buồng cân cốt liệu được ghép sát với buồng cân bột đá bằng các vít

Hình 4: 1 phần buồng cân cốt liệu

Hình 5: 1 phần buồng cân bột đá

Hình 6: 1 phần của cân nhựa đường

- Định lượng thương phẩm (Cân ô tô + bê tông nhựa nóng): Đây là khâuđịnh lượng cuối cùng trước khi đưa đến công trường, ô tô sẽ được đưa vào phíadưới cửa xả bê tông nhựa nóng để xác đinh trọng lượng, tiếp theo bê tông nhựanóng sẽ được đổ vào bồn chứa của ô tô và hệ thống cân tĩnh phía dưới sẽ xác địnhkhối lượng tổng của ô tô và sẽ xác định lượng bê tông nhựa nóng đã đưa ra

1.3Đặc điểm của hệ thống định lượng bê tông nhựa nóng:

- Cân tự động: Quá trình cân phải được điều khiển hoàn toàn bằng thiết bị tựđộng bao gồm quá trình đóng mở các nguồn cấp các thành phần khác nhau củahỗn hợp

Chọn mác bê tông cần trộn, khi đó các thành phần cát, đá nhỏ, đá mạt sẽ

tự động được điền vào các ô tương ứng với trọng lượng tương ứng với 1m3 bêtông

Chỉnh sửa lại trọng lượng của các thành phần cần thiết, Sau khi nhập xong

số liệu thì số liệu được chuyển xuống PLC và xử lý tín hiệu để trạm cân tự độngtheo yêu cầu

Hình 7: Giao diện phần mềm điều khiển trạm trộn bê tông

Hình 8: Đóng mở cửa nạp vào buồng cân bằng xy lanh thuỷ lực

- Cân động: Là quá trình cân hoạt động đồng thời với quá trình cấp liệu,

hệ vừa cân, vừa cấp liệu khi đạt yêu cầu thì ngừng cấp liệu

- Cân cộng dồn: Thực hiện cân cốt liệu sau khi sấy Việc định lượng từngthành phần cốt liệu phụ thuộc vào mác bê tông Sau mỗi lần cân 1 loại cốt liệu lạicoi vật cân là bì để cân loại cốt liệu tiếp theo

+ Cân cát Tải trọng tĩnh 1 = tải trọng của bì + khối lượng cát.

+ Cân đá mạt Tải trọng tĩnh 2 = tải trọng tĩnh 1 + khối lượng đá mạt

+ Cân đá nhỏ Tải trọng tĩnh 3 = tải trọng tĩnh 2 + khối lượng đá nhỏ

+ Cân đá lớn Tải trọng tĩnh 4 = tải trọng tĩnh 3 + khối lượng đá lớn

CHƯƠNG 2: SAI SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH LƯỢNG

2.1 Sai số của hệ thống định lượng:

Khi phân tích các yếu tố tác động đến buồng cân ta thấy quá trình cân luôngặp phải những sai số, những sai số này bao gồm:

- Trong quá trình làm việc hệ cân và cảm biến cân chịu tác động của cácđiều kiện môi trường xung quanh như sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, áp suất Cácyếu tố này sẽ tác động lên hệ cân và các cảm biến cân làm sai lệch kết quả đo.Thông thường sai số này đòi hỏi cỡ 0,5% đến 1%

- Sai số do quá trình rơi vật liệu gây ra: Trong quá trình vật liệu rơi sẽ chịutác dụng gia tốc trọng trường (g =10m/s2) gia tốc này sẽ tạo nên lực F = mg (m:làkhối lương vật liệu rơi) tác động lên buồng cân Lực này phụ thuộc vào loại vậtliệu, kích cỡ vật liệu, tốc độ rơi vật liệu, độ mở cửa cấp liệu, khối lượng vật liệu.Sai số này tác động liên tục trong quá trình làm việc Sai số này biến động liên tụctrong quá trình làm viêc Lực này sẽ mất đi hay sai số rơi tự do sẽ mất đi ngay saukhi vật nằm yên trong buồng cân

Hình 9: Buồng cân khi cốt liệu rơi

F : lực rơi tự do của vật liệu

m : khối lượng vật liệu

g : gia tốc trọng trường

- Sai số do thời gian đóng cửa xả: Khi lượng vật liệu cần cân đã đủ khốilượng yêu cầu thì hệ cân và cảm biến cân sẽ phát tín hiệu tới hệ thống xử lý Hệthống này sẽ truyền tín hiệu điều khiển đóng cửa xả và cửa xả đóng lại không chovật liệu rơi xuống buồng cân nữa Từ lúc cảm biến cân phát tín hiệu đến lúc cửa xảđóng lại thì sẽ có một lượng vật liệu tiếp tục rơi vào buồng cân Lượng vật liệunày chính là lượng vật liệu dư thừa gây nên sai số cho quá trình cân Sai số nàyphụ thuộc vào độ biến thiên thời gian tác động của cửa xả, lượng vật liệu trênbuồng chứa cấp liệu, áp lực khí nén, lượng vật liệu qua cửa xả…

Hình 9: Nạp liệu vào buồng cân

- Sai số do bố trí không đều của vật liệu trong buồng cân khi sử dụngnhiều đầu cân song song Trong quá trình vật liệu chảy xuống buồng cân thì lượngvật liệu phân bố trong buồng cân không đồng đều mà trong trạm trộn bê tông nhựanóng khi cân cốt liệu người ta thường sử dụng buồng cân 3 đầu cân kiểu treo Lúc

đó do sự phân bố vật liệu không đều mà lục tác động lên các đầu cân khác nhau.Điều này gây nên sai số quá trình cân vật liệu

- Sai số tích luỹ của loại vật liệu trước vào loại vật liệu sau: Trong quá trìnhcân cốt liệu của trạm trộn bê tông nhựa nóng người ta sử dụng phương pháp câncộng dồn 3 đến 4 loại vật liệu Như chúng ta đã nói ở phần sai số do thời gianđóng cửa xả, sẽ có một lượng vật liệu của loại vật liệu trước sẽ tính vào khối lượng

cho loại vật liệu liền sau nó Do đó dẫn đến sai số quá trình cân các loại vật liệu từthứ 2 trở về sau.

- Sai số do các thiết bị phụ trợ gây nên: Trong quá trình cân tự động, cácthiết bị nạp và xả phải được gắn sao cho khi các thiết bị này tác động, không gây

ra thay đổi tải trọng đối với hệ cân

2.2 Cách khắc phục sai số:

- Sai số tĩnh: bao gồm sai số của hệ cân và cảm biến cân, sai số do các thiết bịphụ trợ Với các sai số này chúng ta có thể khắc phục bằng cách bù trừ một lượngnào đó khi tổ chức hệ cân hoặc khi thay đổi vật liệu

- Sai số động: Là các sai số thay đổi theo quá trình cân bao gồm sai số do quátrình vật liệu rơi gây ra, sai số do sự bố trí không đều của các vật liệu

Muốn khác phục sai số này thi chúng ta phải hiệu chỉnh liên tục, tính toán lượng

CHƯƠNG 3: NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG ĐẦU CÂN KIỂU

BIẾN DẠNG

Đầu cân là thiết bị quan trọng của hệ thống cân, thông qua hệ thống cơ khítải trọng của vật cân, bì cân và bàn cân sẽ được chuyển đến cảm biến cân Cảmbiến cân có nhiều loại nhưng trong thực tế hầu hết đều sử dụng cảm biến kiểu biếndạng vì nó đơn giản,dễ chế tạo lại chắc chắn , độ chính xác cao,tốc độ đáp ứngnhanh mà có thể chất tải lớn đảm bảo độ tin cậy và chính xác

3.1 Cấu tạo:

Hình 10: Sơ đồ cầu Wheatstone và điện trở biến dạng

- Một mạch cầu Wheatstone với sự kết hợp của bốn điện trở, 1 nguồn cấp 1chiều và đồng hồ đo áp đầu ra ( vôn kế ) như hình vẽ sau Mạch cầu được hoànthành với các điện trở có độ chính xác cao 4 điện trở R1, R2, R3 và điện trở biếndạng có trị số bằng nhau, riêng điện trở biến dạng có thể thay đổi giá trị khi có sựbiến dạng về kích thước 2 đầu của mạch cầu được nối với nguồn điện 1 chiều cóđiện áp Un (có điện áp trong khoảng 10V đến 15V) Giữa 2 nhánh cầu mắc 1 vôn

kế hiển thị giá trị đầu ra của mạch Ở trạng thái bình thường cầu cân bằng vì giá trịcác điện trở là bằng nhau, khi đó vôn kế chỉ giá trị 0V

- Khi có tải trọng điện trở biến dạng chịu tác dụng của ngoại lực nó sẽ biếndạng 1 lượng ∆R (có nhiều kiểu biến dạng khác nhau như biến dạng nén, biếndạng kéo, biến dạng uốn) khi đó giá trị điện trở strain gauge sẽ thay đổi tăng hoặcgiảm làm cho cầu mất cân bằng Sự mất cân bằng đó được thể hiện qua sự biến đổi

điện áp trên vôn kế, khi đó vôn kế sẽ hiển thị 1 giá trị khác 0V Giá trị điện áp này

tỉ lệ với độ lớn của tải trọng tác dụng lực lên điện trở strain gauge

- Từ đó thông qua việc đo điện áp giữa 2 nhánh cầu ta có thể xác định được

độ lớn của lực tác dụng lên đầu cân Giả sử ta cấp nguồn vào là 10V thì cứ 100kgvật liệu sẽ chuyển thành 2mV tương ứng khi đó điện áp ra của đầu cân là 20mV.Người ta thường bố trí điện trở strain gauge trên các thanh chịu lực mà có thể đànhồi, thường là khối nhôm hoặc thép không gỉ, khi các thanh thép chịu biến dạngthì bản thân các điện trở gắn trên nó cũng chịu biến dạng theo Giống như hình vẽsau

F

Hình 11: Cách gá nắp điện trở kiểu chịu uốn

- Khi ta chỉ sử dụng 1 nhánh cầu lúc đó độ biến dạng của điện trở là ∆R,Lúc đó điện áp ra sẽ là:

Ura = Un*∆R / R

Ura: là điện áp nhận được trên vôn kế

Un: là điện áp của nguồn cấp

C : là độ biến dạng của điện trở strain gauge

R: là giá trị điện trở của các nhánh cầu

- Khi ta sử dụng 2 nhánh cầu ta có mạch như sau:

Hình 12: Sơ đồ cầu sử dụng 2 nhánh cầu

Trong đó 2 điện trở R2 và R4 bị biến dạng, R1 và R3 giữ nguyên giá trị lúc đóđiện áp đầu ra sẽ là :

Ura = 2∆R*UN/R

Ta thấy sự biến dạng của điện trở là ∆R tương đối nhỏ so với R nó chỉ ở mức mΩ/

Ω do vậy mà điện áp ra trên vôn kế cũng rất nhỏ chỉ ở mức mV Để xử lý tín hiệu

ra nhỏ này ta phải dùng bộ khuếch đại tín hiệu áp với hệ số khuếch đại lớn, mụcđích nâng mức điện áp ra từ mV lên mức V để đưa vào các bộ xử lý như vi điềukhiển hay PLC.

Việc bù nhiệt cũng được quan tâm vì đối với điện trở rất dễ bị thay đổi donhiệt, các điện trở được đặt trong cùng một môi trường do vậy mà cùng chịu tácdụng nên chúng có thể triệt tiêu được sai số do nhiệt Thông thường người ta hay

sử dụng sơ đồ cầu 4 nhánh đều chịu biến dạng để tận dụng được những sai số donhiệt mà điện áp ra lai được nâng lên nhằm tăng độ nhạy cho đầu cân

Điện áp được lấy từ 2 đầu cầu được đưa đến bộ khuếch đại, điện áp này cỡ

mV nằm trong khoảng 0mV đến 20mV Ta thấy tín hiệu ra của đầu cân là rất nhỏ

vì thế mà tín hiệu đưa vào bộ khuếch đại là đối xứng nhằm đảm bảo tránh mất máttín hiệu và hiệu chỉnh sai số do nhiệt độ Với mạch này khi 1 nhánh ra của cầu có

sự biến thiên do nhiệt độ tác động thì nhánh kia cũng sẽ biến thiên để bù lại khiđưa từ đầu cân ra Ta có mạch như hình vẽ

Hình 15: Sơ đồ bộ khuyếch đại chuyên dụng của đầu cân

Ta có điện áp đầu ra được xác định như sau:

Ura= A(U+ - U-)=A*∆UTrong đó :U+ là điện áp ở nhánh ra lớn hơn

Hình 17: Tầng thứ hai mạch khuyếch đạiKhi ghép 2 tầng vào nhau ta được

Hình 18: Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đạiVới việc ghép 2 tầng ta có hệ số khuyếch đại A=(1+2*R/Ra)*R3/R2

Để chọn được hệ số khuếch đại mong muốn ta chọn bằng việc thông qua chọn cácgiá trị điện trở R, Ra, R3, R2

- Loadcell số ra đời khắc phục được nhược điểm của loadcell analog làkhoảng cách dây tín hiệu Nó thực hiện việc chuyển đổi ADC ngay trong bản thânnhờ 1 chip ADC ở trong, hoạt động như một thiết bị độc lập

Bộ xử lý và loadcell lúc này hoạt động như một master và slave Khi hoạtđộng bộ xử lý sẽ gửi lệnh( bằng truyền thông max 485 hoặc CAN) để hỏi kết quảchuyển đổi ADC của từng loadcell, loadcell sẽ gửi kết quả đã chuyển đổi của mình

Như vậy việc truyền thông này sẽ tránh được suy giảm hoặc nhiễu tín hiệuanalog Nó chỉ phụ thuộc vào độ ổn định của phương pháp truyền thông mà thôi.

Hình 19: loadcell số

3.2 Các thông số cơ bản của đầu cân kiểu biến dạng:

- Tải trọng (Lực tác động của đầu cân) : Thanh chịu lực sẽ biến dạng đàn hồikhi chịu tải trọng Khi tính toán phải chú ý đến giá trị định mức biến dạng của đầucân, nếu quá tải đầu cân sẽ biến dạng dẻo và không phục hồi Thông thường, đầucân sẽ được chế tạo với khả năng chịu gia tốc 1g (10m/s2) tương đương với quá tải200% Tải trọng định mức: Có nhiều loại Loadcell loại 100Kg, loại 1000Kg, loại

30 tấn, loại 100 tấn

- Độ nhạy : Độ nhạy được tính theo mV/V đầu ra của bộ cảm biến sẽ có mứcđiện áp là A mV trong điều kiện đặt lên đầu cân chịu tải trọng định mức và điện ápgiữa 2 đầu vào là 1V Khi làm việc bình thường, giá trị điện áp ra sẽ bằng :

Ur = A.m%.UTrong đó : A : Độ nhạy của đầu cân

U : Điện áp đặt giữa 2 nhánh nguồn của đầu cân

m% : Tỷ số khối lượng đặt vào đầu cân / tải trọng định mức

- Độ chính xác (sai số) : sai số tương đối = sai số lớn nhất của đầu cân trongdải làm việc của thiết bị đo/dải làm việc, độ chính xác đầu cân có thể đạt tới 10-3

đến 10-6

- Điện áp nguồn nuôi : Giá trị định mức của điện áp được phép đặt vào 2 đầunguồn của cân mà không gây hiệu ứng nhiệt hoặc cháy tenzor đây chính là điện

áp cấp cho 2 dây Excitation Thông thường là 5VDC hoặc 10VDC

- Cấu trúc đầu cân : Để dễ dàng lắp gá, đấu cân được chế tạo theo một trongcác dạng sau :

Dạng thanh chịu uốn: Đầu cân được chế tạo dưới dạng một thanh thẳng chịu uốn,

hai đầu có các lỗ để thuận lợi cho việc lắp, gá Phần chịu lực sẽ được làm yếu đểtăng độ nhạy và giảm sai số

Hình 20: Đầu cân chịu uốn

Dạng treo : Đầu cân được cấu tạo dạng treo, hai đầu có móc.Thích hợp với hệ

thống đo lực kéo, lực trên cáp

Hình 21: Đầu cân chịu kéo

Dạng nén : Đầu cân có dạng khối trụ tròn, tải trọng được đặt lên trên các đầu cân.

Để đảm bảo an toàn và tăng độ nhạy, đầu cân thường được dán vào mặt trong của

lỗ khoan ngang trụ, loại này thường dùng cho các tải trọng lớn đến rất lớn, thườngđược dùng trong cân ô tô cân tàu hỏa

Hình 22: Đầu cân dạng nén

3.3 Lựa chọn tải trọng đầu cân:

- Khi sử dụng, đầu cân chịu các lực sau:

- Tự trọng của đầu cân:(trọng lượng của cảm biến cân) không đáng kể

- Trọng lượng của hệ cân: buồng cân

- trọng lượng của bì

- trọng lượng vật cân

- Lực va chạm khi vật cân+bì chạm vào buồng cân

- Lực gia tốc của toàn bộ hệ đo nếu hệ đo chuyển dộng có gia tốc

Thông thường để đảm bảo an toàn cho đầu cân,người ta chọn tải trọng địnhmức của đầu cân lớn gấp 2 lần tải trọng tĩnh.Tải trọng tĩnh là tải trọng đặt lên đầucân khi hệ ở trạng thái ổn định ko có gia tốc:

Tải trọng tĩnh = tải trọng bì + khối lượng vật cân

Ví dụ khi tính toán tải trọng tĩnh cân là 500kg ta phải chọn loadcell có thể cân gấpđôi tải trọng tĩnh, có nghĩa là loadcell cân được 1000kg

3.4 Cách mắc đầu cân:

Để giảm sai số đo, tải trọng thường được chất trực tiếp lên đầu cân Tuynhiên rất khó bố trí phương án đặt vật cân nếu sử dụng một đầu cân duy nhất Đểthuận lợi cho chất tải, để tăng tải trọng hệ đo, người ta bố trí nhiều đầu cân trongmột hệ đo Các đầu cân này được cấp nguồn chung ( song song đầu vào, song songđầu ra)

- Tải trọng hệ đo: Phụ thuộc vào phương án chất tải

- Độ nhạy của hệ đo: Giảm đi bằng số lượng đầu cân mắc song song

- Sai số hệ đo: Sai số tuyệt đối tăng theo số lượng đầu cân mắc song song

- Sai số tương đối không thay đổi