thiết kế, tính toán, cải tiến máy trộn bê tông di động loại nhỏ

Hiện nay, ngành xây dựng đang phát triển kéo theo là các loại máy trộn vật liệu cũng xuất hiện rất đa dạng nhằm giảm sức lao động, đem lại hiệu quả cao, từ đó dưới sự hướng dẫn của thầy

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

S 0 9

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN, CẢI TIẾN

MÁY TRỘN BÊ TÔNG DI ĐỘNG LOẠI NHỎ

S 0 1

S KC 0 0 3 1 8 6

Tp Hồ Chí Minh, 2011

LỜI CẢM ƠN!!!

Nhà trường đã tạo điều kiện để chúng em có thể làm quen với thực tế trong việc thực hiện nghiên cứu đề tài, giúp chúng em có thêm nhiều kinh nghiệm để thực hiện đồ án tốt nghiệp sau này, em xim chân thành cảm ơn:

- Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, phòng Quản lý Khoa học & Quan hệ Quốc tế, Thư viện trường và Khoa Xây Dựng & Cơ Học ứng Dụng, cùng toàn thể quý Thầy Cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em

- Gửi lời tri ân đến thầy Nguyễn Văn Đoàn đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em tận tình chúng em trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài

- Sau cùng chúng em chân thành cảm ơn gia đình và các bạn đã giúp đỡ hoàn thành nghiên cứu đề tài

Sinh viên thực hiện

………

………

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2011 Giáo viên hướng dẫn

Th.S Nguyễn Văn Đoàn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

HƯỚNG DẪN

………

………

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2011

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

PHẢN BIỆN

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Trong thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển ảnh hưởng nhiều đến

sự phát triển nền kinh tế do đó nước ta chủ trương công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đưa nền kinh tế sánh vai cùng các nước trên thế giới

Trong hoàn cảnh nước ta hiện nay, nhu cầu tự động hóa với ngành công nghiệp và xây dựng rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên lâu nay trên thị trường vốn thuộc về các nhà sản xuất thiết bị nước ngoài có nhiều ưu thế về công nghệ, chất lượng, việc sản xuất máy móc trong nước không đáp ứng về các mặt trên tuy có ưu thế về giá thành Vì vậy, đòi hỏi cấp bách đối với kỹ sư trẻ hiện nay là không ngừng học hỏi, thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đạt được, tiên phong đi đầu trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật, khoa học vào thực tiễn và sản xuất

Hiện nay, ngành xây dựng đang phát triển kéo theo là các loại máy trộn vật liệu cũng xuất hiện rất đa dạng nhằm giảm sức lao động, đem lại hiệu quả cao, từ đó dưới sự hướng

dẫn của thầy Nguyễn Văn Đoàn, chúng em thực hiện đề tài: “Thiết kế, tính toán, cải tiến

máy trộn bê tông di động loại nhỏ” dựa trên những loại máy của nước ngoài để phù hợp với

đất nước ta hiện nay

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Trong ngành xây dựng dân dụng hiện nay việc tạo ra những mẻ vật liệu với thời gian ngắn, đảm bảo chất lượng, đạt năng suất cao là một trong những yêu cầu mà người kỹ sư, công nhân trong nghề rất cần, chính vì lý do này mà trong thời gian học tập tại trường với những kiến thức học hỏi được từ các thầy cô, cùng với niềm đam mê nghiên cứu và tìm hiểu dưới sự chỉ dẫn của thầy giáo Nguyễn Văn Đoàn chúng em đã bắt tay vào tìm hiểu,nghiên

cứu và thực hiện đề tài “ thiết kế, tính toán, cải tiến máy trộn bê tông di động loại nhỏ” với

mục đích cải tiến máy trộn bê tông loại nhỏ nhằm tăng năng suất lao động , giảm lượng bê tông bám vào thành thùng trộn khi dỡ vật liệu cụ thể:

- Cải tiến cơ cấu dỡ bê tông sau khi trộn bằng cách quay vô lăng làm nghiêng thùng trộn một góc khoảng -300 đến- 400 bằng tay ta thay bằng cơ cấu tự động

- Tạo moment giật làm giảm lượng bê tông bám trên thùng trộn sau khi đỗ bê tông ra ngoài

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

PHẦN I

GIỚI THIỆU CHUNG

VÀ PHÂN LOẠI MÁY TRỘN

I GIỚI THIỆU CHUNG:

Hiện nay trong các ngành xây dựng người ta thường thấy rất nhiều máy trộn vật liệu phục vụ cho các nhu cầu xây dựng Có nhiều dạng khác nhau và phong phú về chủng loại: hỗn hợp ămiăng – xi măng, hỗn hợp vữa xây dựng, hỗn hợp bê tông,… từ những vật liệu có sẵn

Viêc chọn vật liệu có thể được thực hiện với nhiều mục đích rất khác nhau:

- Để tạo bề mặt các chất phản ứng tốt nhất

- Để tăng phản ứng hóa học và mức truyền nhiệt

- Để thay đổi tình trạng cơ lý của vật liệu ( làm đông cứng, tinh hóa,…)

- Để tạo hỗn hợp huyền phù, nhũ tương, bột dẽo

Trộn bê tông bằng máy nhanh hơn rất nhiều và cho ra bê tông chất lượng đáng tin cậy hơn, đặc biệt khi có phụ gia

Nếu khối lượng bê tông xi măng có yêu cầu lớn hơn thì có thể sản xuất từ các nhà máy

bê tông, các trạm trộn liên hợp, còn nếu khối lượng yêu cầu không lớn thì có thể sản xuất trực tiếp từ công trường bằng các máy trộn độc lập các loại máy trộn bê tông hiện nay rất phong phú về chủng loại và đa dạng về kết cấu trong các số máy trộn bê tông, chúng ta chỉ

đề cập đến những loại máy trộn đang sử dụng rộng rãi với số lượng lớn nhất

II PHÂN LOẠI MÁY TRỘN:

A Giới thiệu về máy trộn bê tông:

Máy trộn bê tông cũng là loại máy trộn vật liệu được dùng rất phổ biến trong xây dựng, đặc biệt là trong việc xây dựng nhà ở, các tòa nhà cao ốc, các công trình xây dựng, bao gồm: cát, nước, xi măng và đá, có khi kèm theo phụ gia Sản phẩm đầu ra là hỗn hợp bê tông

có các yêu cầu khác nhau về độ lõng và độ đặc tùy theo nhu cầu sử dụng

B Phân loại:

1 Kiểu thùng: các loại vật liệu được quay trong thùng quay Bên trong thùng là

cái lưỡi dao để trộn làm phân tán các nguyên liệu trong hỗn hợp bê tông Các cánh trộn này được gắn trực tiếp vào thùng trộn, khi thùng trộn quay thì các cánh trộn sẽ quay theo và nâng một phần các cốt vật liệu lên cao, sau đó để

chúng rơi tự do xuống phía dưới thùng đều với nhau tạo thành hỗn hợp bê

tông

2 Kiểu máy: các máy này sử dụng sự quay của các cánh trộn trong một máy

Những máy kiểu này khng6 đáng tin cậy như máy kiểu thùng

3 Kiểu trọng lực: các vật liệu rơi xuống phía dưới dưới tác động của trọng lực

qua các phểu kế tiếp và được trộn một cách ngẫu nhiên Nhưng bê tông trộn

trong máy trộn nhờ trọng lực không đáng tin cậy về chất lượng

4 Kiểu trộn bằng khí nén: không khí nén là tác nhân trộn Máy này han chế vì

lắp đặt thêm máy nén khí lớn cho mỗi máy

5 Ô tô trộn bê tông: máy trộn thùng lưu động thường chứa 4 – 6 𝑚3

Các loại máy này có ưu điểm và nhược điểm khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích khác nhau mà ta có thể sử dụng từng loại máy sao cho phù hợp, đạt hiệu quả tốt nhất

Máy trộn bê tông cũng được chia thành các loại máy sau dựa vào phương pháp trộn vật liệu: máy trộn cưỡng bức, máy trộn tự do làm việc gián đoạn hoặc liên tục

Dưới đây là hình ảnh về một số loại máy trộn bê tông được dùng phổ biến trong lĩnh vực xây dựng:

Máy trộn bê tông kiểu tự do kết cấu đơn giản, sử dụng dòng điện 220V – 1 pha hoặc động cơ xăng – diezen Dễ di chuyển, bảo dưỡng đơn giản, hiệu quả cao

Máy trộn bê tông cố định làm việc gián đoạn

Đây là loại máy trộn bê tông dùng rất nhiều ngoài thực tế, dùng khi cần vận chuyển

bê tông từ nơi chế biến đến công trình xây dựng, khi mà công trình xây dựng không thể đặt máy trộn bê tông, khi diện tích không cần thiết dùng máy trộn cố định

PHẦN II

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY TRỘN

Các máy trộn có nhiều loại và có tính năng khác nhau, nhưng cấu tạo chung của chúng đều có các bộ phận:

- Bộ cấp liệu: bao gồm máng cấp liệu và các bộ phận định lượng thành phần cốt liệu khô như: đá, cát sỏi, xi măng…

Q:là năng suât của máy trộn (m3/h)

+ V sx: là dung tích sản xuất của thùng trộn (l)

+K:hệ số đông đặc của bê tông xi măng K0.650.7

+T :thời gian một chu kỳ trộn = 90-180(s) ck

ta chọn k=0.65; T =120 (s) ck

Từ (1) suyra: V sx= 0.103

65.0.3600

120.2

5

cơ => bộ truyền đại => cặp bánh răng hình côn, bánh răng côn sẽ ăn khớp với vành răng làm thùng trộn quay và phối liệu trong thùng sẽ được trộn đều

Trong quá trình trộn có thể thay đổi góc nghiêng của thùng nhưng để phối liệu được trộn đều thì thường nghiêng thùng một góc 0

45

38 là tốt nhất Khi đã trộn xong thì sản phẩm bê tông được lấy ra bằng cách đóng bộ ly hợp bộ ly hợp sẽ truyền chuyển động làm khung giăng đỡ thùng trộn quay ghiêng thùng trộn một góc

135 theo phương đứng kết hợp với cơ cấu đảo chiều quay khung giăng tạo ra moment giật làm cho phối liệu bên trong thùng thoát sạch ra ngoài một cách dễ dàng

2- Tính kích thước thùng trộn :

Với thùng trộn hình nón cụt ta có tỷ số: L/D = 0.81

Với : L:là chiều dài thùng trộn

D: đường kính thùng trộn

Sơ đồ của thùng trộn hình vẽ bên:

Để cho quá trình tính toán được dễ

+ Chiều cao của phần hình trụ bằng đường sinh của nón cụt

Gọi: + chiều cao của nón cụt là h2

+ bán kính nhỏ của nón cụt là r

+ bán kính lớn của nón cụt là R ,suy ra R-r = a

Giả sử: a=0.6 h2 L= 0.9D= 1.8R

H2: Sơ đồ thùng trộn

V1= 3.14R2.h12 (6)

V2= h2.3.14.(R2+r2+R.r)/3 (7)

Giải hệ 7 phương trình trên ta thu được:

r=165,4mm R=331 mm

h1=321mm

h2=276 mm Như vậy ta sẽ thiết kế thùng trộn có kích thước như sau

- Chiều dài thùng trộn : L = 597 mm

- Đường kính thùng trộn : D = 662 mm

- Đường kính miệng thùng : d = 2r =330.8 mm

II TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG:

Với máy trộn bê tông ximăng hình nón cụt thì vật liệu trộn trong thùng được chia làm 2 phần :

+ Phần vật liệu sẽ được nâng lên do thành thùng quay : G1

+ Phần vật liệu trên các cánh trên :G2

G1+ G2= G =V SX.

G1=0.85G

G2 =0.15G

1- Sơ đồ trộn khi thùng trộn làm việc:

Do ảnh hưởng của lực ma sát sinh ra giữa dòng vật liệu trong thùng và bề mặt thùng nên tạo ra một góc nghiêng scủa vật liệu tại một góc quay nào đó của thùng

Góc sđược xác định như sau:

lập phương trình cân bằng mô men

với trục quay của thùng trộn :

+ a : gia tốc ly tâm của thùng trộn khi quay =2m/s2

+ h : khoảng cách từ trọng tâm của dòng hỗn hợp vật liệu đến trục của thùng, h được xác định từ công thức trọng tâm của hình viên phân :

h=Rđ.C với =  

sin3

2sin

14.3.1453

2145sin

ag s c g s 

x1=h.sins R.C.sins 331.0.59.sin41128.3mm

x2=h.sin1 331.0,59.sin49147.6mm

)(3,2701476,0.3091283,0.1751

3,270.06,1206

Với máy trộn có Pt = 0,993 (kw) suy ra ta chọn động cơ có Pđc > Pt

Để tránh trường hợp quá tải khi đóng ly hợp tra trong atlas máy trục vận chuyển ta chọn động cơ dẫn động máy trộn là động cơ điện đồng với các thông số của động cơ như sau:

+Kiểu động cơ :AOC2-22-4

+Công suất :Nđc=1.5 kw

+số vòng quay : nđc=1400v/ph

+Hiệu suất dc 80%

+cos 0.81

III PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN :

1 Phân phối tỉ số truyền cho thùng trộn:

2 Sồ vòng quay:( nhánh truyền chuyển động đến bộ ly hợp)

nđc= 1400 (v/ph) ntrung gian = nđc/ uđai = 1400/4 = 350 (v/ph)

=> n1= ntrung gian/uđai = 350/4,5 = 77,77 (v/ph)

PHẦN III

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CẢI TIẾN TRÊN MÁY

TRỘN

A TÍNH BỘ TRUYỀN ĐAI:

 Bộ truyền đai truyền chuyển động quay cho thùng trộn và trục trung gian:

I Chọn loại đai và tiết diện đai:( sử dụng đai hình thang thường)

Nhìn vào biểu đồ chọn tiết diện đai ở trên: dựa vào công suất và tốc độ quay ta chọn đai ký hiệu là A có:

bt = 11, b = 13, h = 8, y0 = 2,8; Diện tích tiết diện A = 81mm2

II Xát định các thông số của bộ truyền:

b Đường kính bánh đai lớn d 2 :

Đường kính bánh đai lớn được tính theo công thức:

d2 = d1.u/(1 – ε) = 100.4/(1 – 0.01) = 396 mm Với ε = 0,01 – 0,02 là hệ số trượt chọn ε = 0.01

u - tỉ số truyền

tỉ số truyền tính theo đường kính đai: u = d2/d1 = 396/100 = 3,96

sai lệch của tỉ số truyền % Δu = utt – ult = 4 – 3,96 = 4% nằm trong phạm vi cho phép ( 3% - 4%)

c.Khoảng cách trục a: Dựa vào bảng 4.14 trang 4.16 ta chọn a = d2 = 396 mm

và a thỏa mãn điều kiện : 0,55( d1 + d2 ) + h ≤ a ≤ 2 ( d1 + d2 )

 0,55.(100 + 396) + 8 ≤ 396 ≤ 2 (100 + 396)

 280,8≤ 396 ≤ 992

d.Chiều dài đai l:

Ta có l được tính theo công thức : l = 2a + π( d1 + d2)/2 + ( d2 – d1)2/4a

 l = 2.396 + 3,14(100 + 396)/2 + (396 – 100)2

/(4.396) = 1626 mm Chọn chiều dài l theo tiêu chuẩn l = 1800 mm (theo bảng 4.13)

Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ : i = V/l < imax = 10  7,5/ 1,8 = 4,16 < 10

Khoảng cách trục a được xát định lại theo giá trị l theo công thức:

a = (λ + λ2 − 8𝛥2)/4 Trong đó : λ = l – π(d1+d2)/2 = 1800 – 3,14(100+396)/2 = 1021

Trong đó: P1 công suất trên trục bánh đai chủ động P1 = 4 kW

P0 công suất cho phép xát định bằng thực nghiệm P0 = 1,4 Kw (tra bảng 4.19)

IV Xát định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:

- Lực căng trên 1 đai được xát định theo công thức sau:

- Lực tác dụng lên trục: Fr = 2 F0zsin(α1/2) = 2.187.1.sin(133o/2) = 344N

 Bộ truyền đai truyền chuyển động từ trục trung gian lên bộ ly hợp: (gồm 2 bộ

- Chiều dài đai : l = 1900 mm

- Gốc ôm α1 trên bánh đai nhỏ : α1 =1240

 1

38472 20

Chọn dsb = 25 mm, tra bảng (10.2) ta được chiều rộng ổ lăn b10 = 17 mm

2 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực:

Dựa vào điều kiện thiết kế và chế tạo ta xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặc lực như sau:

Để xác định các thành phần phản lực ta xét sự cân bằng theo phương OY ta có hệ phương trình:

Thay số vào hệ phương trình trên ta xác định được YA; YB như sau:

YA = 411 ,YB = 263 N

Từ đó ta có sơ đồ lực và mômen tác dụng vào trục như sau:

Mômen tổng uốn và mômen tương đương Mtđkj ứng với các tiết diện

(M )z

(M )x

ZX

nII

OY

- Tiết diện lắp bánh đai thứ hai tại tiết diện (1) chọn theo tiêu chuẩn d(1) = 20

- Tiết diện đi qua ổ lăn tại tiết diện (2) và (3) ta chọn theo tiêu chuẩn của (ngõng trục)

d(2) = d(3) = 30

- Tiết diện lắp bánh đai thứ nhất tại tiết diện (4) chọn theo tiêu chuẩn d(1) = 20

Khi lắp khớp lên trục ta sử dụng then bằng để truyền mômen xoắn

Khi đó, theo TCVN 2261-77 ta có thông số của các loại then được sử dụng để lắp bánh đai như sau:

Tiết diện Đường kính

trục

Kích thước tiết diện then

Chiều sâu rãnh then

Bán kính góc lượn của

rãnh

b h t1 t2 Nhỏ nhất Lớn nhất

(1) 30 8 7 4 2,8 0,25 0,4

(4) 30 8 7 4 2,8 0,25 0,4

 Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then.Chọn lm =45 (mm) ;

vậy ta chọn chiều dài then là lt = (0,8 0,9)lm = 40 (mm)

3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Với thép 45 có: b 600MPa, 10, 436.b 0, 436.600261, 6MPa

j

d

t d bt d W

.2

.32

j

d

t d bt d W

2 1 1

3.32

j j

j j aj

d

t d t b d

M W

M

.2

32 3 1 1 2max

mj

W

T

.22

j

d

t d bt d W

.2

.16

3 1 1 20







j oj

j j aj

mj

d

t d bt d

T W

T

.2

.16

2

2

1 1

 Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm của trục

Dựa vào biểu đồ mômen uốn và mômen xoắn trên trục ta thấy các tiết diện nguy hiểm là tiết diện lắp bánh đai (1),(4) tiết diện lắp ổ lăn (2) và (4)

Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi nếu hế số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm

đó thỏa mãn điều kiện sau:

 sss

Trong đó : -1, -1: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứnga, avà m, m là biên

độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diên xét

Chọn lắp ghép: Các ổ lăn lắp trên trục theo k6, lắp bánh đai, theo k6 kết hợp lắp then