Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất N = 30h (Thuyết minh+bản vẽ)

Để khắc phục một số khuyết điểm của mình, như vậy thực trạng đặt ra cho chúng ta một vấn đề, thiết kế trạm trộn bê tông xi măng có mức độ hiện đại cao và giá thành phù hợpvới điều kiện thực tế của nước ta hiện nay. Nhằm mục đích giảm nguồn chi phí ngoại tệ trong nước và đẩy mạnh sự phát triển ngành cơ khí chuyên dùng Việt Nam nói chung. Với nhiệm vụ: Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất N = 30h

Lời nói đầu

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá Do vậycông tác xây dựng cơ sơ hạ tầng, các công trình xây dựng cơ bản đã và đangđược nhà nước đầu tư xây dựng rất lớn như: cầu đường, xây dựng nhà cửa …

Các công trình lớn đã góp phần làm bộ mặt đất nước thay đổi, để đấtnước có thể vươn ra thế giới Để đáp ứng nhu cầu đó tại các trường Đại họcđào tạo ra các kỹ sư, đảm nhận công việc thiết kế, thi công các công trình lớncủa đất nước

Muốn công tác bê tông hoá được đẩy mạnh và phát triển không ngừngthì phải có máy móc chuyên dùng Một trong những thiết bị không thể thiếuđược trong công tác sản xuất bê tông xi măng đó là trạm trộn bê tông ximăng

Hiện nay nước ta đang sử dụng nhiều loại trạm trộn bê tông khácnhau, sản xuất trong nước có, ngoài nước có Với các trạm trộn đang sử dụng,chúng đều có những ưu nhược điểm khác nhau Trạm trộn bê tông xi măng củanước ngoài sử dụng tương đối tốt tại điều kiện khí hậu, địa hình Việt Nam,nhưng giá thành cao Trạm trộn bê tông xi măng của Việt Nam giá thành phùhợp nhưng chất lượng còn thấp

Để khắc phục một số khuyết điểm của mình, như vậy thực trạng đặt racho chúng ta một vấn đề, thiết kế trạm trộn bê tông xi măng có mức độ hiệnđại cao và giá thành phù hợpvới điều kiện thực tế của nước ta hiện nay Nhằmmục đích giảm nguồn chi phí ngoại tệ trong nước và đẩy mạnh sự phát triểnngành cơ khí chuyên dùng Việt Nam nói chung

Với nhiệm vụ: Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng

suất N = 30/h.

Trong quá trình tính toán, đã được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo bộmôn máy Xây Dựng, Trường ĐH Giao Thông Vận tải đã giúp em hoàn thànhđề tài này Đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo:T.S Nguyễn VănVịnh, K.S Nguyễn Quang Minh Tuy nhiên, với thời gian và trình độ có hạnnên không thể tránh được những sai sót Rất mong được sự góp ý của các thầycô, các nhà chuyên môn và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 1 tháng 5 năm 2004

Sinh viên thực hiện:

Vũ Duy Hải

CHƯƠNG ITÍNH TOÁN THIẾT KẾ GẦU CÀO

I.1 Phương án cấp liệu bằng gầu cào:

Ở phương án này, thay vì phải có phễu chứa cốt liệu, cốt liệu sẽ đượctập kết trên bãi chứa với các ngăn chia cát đá riêng biệt Cốt liệu sẽ được gầucào vun đống đưa đến các phễu định lượng nhờ hệ thống máng rung Sau khiđịnh lượng phễu sẽ xả cát đá xuống xe Skip phía dưới

+ Đòi hỏi phải có mặt bằng rộng

I.2 Giới thiệu chung về hệ gầu cào:

Hệ gầu cào gồm có cần, gầu cào, ca bin, nguồn động lực Tất cả được đặttrên khung giá đỡ, người điều khiển sẽ ngồi trên ca bin điều khiển để gầu vunvật liệu Tham khảo một số trạm ngoài thực tế Ta sơ bộ chọn hệ cấp liệu gầucào với các thông số như sau:

- Cần của gầu cào dài khoảng 10 m kết cấu gồm hai bản thép chữ [ hànghép lại với nhau như hình vẽ

- Dung tích của gầu cào 0,2 (m3)

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

2

- Cần được neo nghiêng một góc 15o nhờ hệ thống cáp neo ở 2 vị trí giữacần và đỉnh cần.

Hình 1: Mặt cắt cần

- Hệ thống gầu cào được đặt trên khung thép có chiều cao khoảng 6 ÷7(m)

I.3.Tính toán chọn hình dáng, kích thước gầu cào:

Hình dáng, kích thước gầu được tính trên cơ sở năng suất thiết kế củatrạm tức là tuỳ thuộc vào lượng cát đá cần thiết cung cấp cho trạm

Qua khảo sát thực tế một số trạm có cùng công suất ta sơ bộ chọn hìnhdáng, kích thước của gầu cào như hình vẽ sau (hình vẽ 2)

Theo tính toán thể tích cát đá cho một mẻ trộn là:

V1 mẻ =0.532 m3

Và năng suất của trạm là 30m3/h Dung tích của một mẻ trộn la ø0.8m3

Số mẻ của trạm trong một giờ là 45m3

Như vậy để cung cấp đầy đủ cát đá cho trạm thì yêu cầu gầu phải cónăng suất tối thiểu:

Ng.c min = 45 0,532 = 23,94 (m3/h)Năng suất sử dụng của gầu cào được tính như năng suất của máy xúc 1gầu Theo công thức (6-26) -Tài liệu [1] ta có:

+ q: là dung tích hình học của gầu tính ở trên

+ n0:số chu kì làm việc lý thuyết trong 1 giờ chọn bảng 6-5 tàiliệu (1) ta có n0 = 3,2

+ K1:hệ số sử dụng máy theo thời gian lấy K1 = 0,8

+ KQ: hệ số sử dụng theo năng suất lấy = 0,81

+ Kck:hệ số kể đến ảnh hưởng của thời gian 1 chu kỳ chọn theobảng 6-6 tài liệu (1) lấy Kck = 0,9

+ Kd: hệ số làm đầy gầu chọn theo bảng 6-7 tài liệu (1) Kd = 1,2 + Ktx: hệ số tơi xốp của cốt liệu chọn Ktx = 1 theo bảng 1.5 – Tàiliệu (2)

Khi đó ta xác định được năng suất của gầu cào thiết kế

Q = 60 0,2 3,2 11,2 0,9 0,8 0,81  26,87 (m3/h)Như vậy với dung tích gầu cào đã chọn, đảm bảo việc cung cấp cát đácho trạm làm việc đạt được năng suất thiết kế

I.4 Xác định lực tác dụng lên gầu cào khi cào vật liệu:

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

4

Việc tính lực tác dụng lên gầu cào được xác định như tính lực của cơ cấugầu quăng Theo tài liệu (2) ta có sơ đồ lực tác dụng lên gầu.

Hình 6: Sơ đồ lực tác dụng lên gầu càoGóc  lấy = 500

Theo công thức (2.6) và (2.7) tài liệu (2) ta có:

P01max = G

1 3

1

2.cos sin

C C

C C

01

C

C G P

G: là khối lượng gầu và vật liệu

G = Ggầu + Gcắt đá = (36 + 0,2 2000) 9,81 = 4267 (N)

50 sin 20 50 cos

P02max = 4267 cos500 = 274,27 (KG)

Rmax =

20

50 cos 300 4267 100

.

= 14358,3 (N) = 1435,83 (KG)

I.5 Tính toán cần gầu cào:

I.5.1 Sơ đồ mắc cáp của cơ cấu gầu cào

Hình : Sơ đồ mắc cáp của gầu cào

Ở đây tang tời được thiết kế dạng tang kép, 2 đầu cáp được mắc ngượcđể khi kéo gầu thì 1 đầu cáp quận vào còn đầu kia tở ra

1.5.2 Tải trọng tác dụng lên cần:

Các tải trọng tác dụng lên cần bao gồm: trọng lượng bản thân của kếtcấu, trọng lượng vật nâng, tải trọng gió, lực quán tính và lực căng cáp nânghàng

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

6

1.5.2.1 Trọng lượng bản thân của kết cấu G t :

Ở đây cần nhỏ, sơ bộ ta chọn cầu là 2 bản thép chữ [ ghép lại với nhau

 trọng lượng cần coi như đặt ở giữa cần

Trọng lượng tính toán: Gt = G 1

1: hệ số lực động lấy  = 1,2 Tài liệu (1)

 Gt = 246 1,2 = 295,2 (KG)

I.5.2.2 Tải trọng vật nâng:

Ơ Ûđây khi gầu đang cào vật liệu thì 1 đầu cáp vào tang căng còn cáp kiatrùng

( cáp qua puli đầu cần)  khi đó cần không chịu tải trọng của vật

Khi gầu được quăng ra thì cáp qua puli đầu cần căng còn cáp đầu kiatrùng lại Lúc này cần sẽ chịu tác dụng của tải trọng gầu nhưng gầu không cóvật liệu Sơ bộ chọn gầu có khối lượng = 50 (KG)

K0: là hệ số cản khí động học: + với cần lấy K0 = 1,4

+ với gầu lấy K0 = 1,2q: là áp lực gió trên 1 đơn vị diện tích, tra bảng 6-3 tài liệu (1) chọn q =25(KG/m2)

Fg: diện tích chịu gió tính toán

+ Với cần F1 = 0,14 10 = 1,4 (m2)+ Với gầu F2 = 0,2 m2

Thay vào ta được:

W1 = 1,4 1,4 25 =49(KG)

W2 = 1,2 0,2 25 = 6 (KG)

 Pg = W1 + W2 = 49 + 6 = 55 (kG)

I.5.2.4 Lực quán tính ngang:

+ Lực quán tính ngang do trọng lượng kết cấu xuất hiện khi đóng mởmáy

Glng = 0,1 Gt Công thức (6-9) - Tài liệu (1) = 0,1 295,2 = 29,52 (KG)

+ Lực quán tính ngang do tải trọng:

Png = 0,1 Pg = 0,1 50 =5 (KG)

I.5.2.5 Lực căng trong dây cáp treo vật:

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

8

Sv =

p a

Q

 =

a: bội suất palăng lấy = 1

p : hiệu suất palăng lấy = 0,8

 Sv = 1.500,8 = 662,5 (KG)

I.5.2.6 Lực căng của cáp treo cần:

Hình 9: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên cầnKhảo sát thực tế do trạm có năng suất tương tự ta có:

 Sc =

n m

L P

L

c t c



0

t cos15 cos152

.G

=

76 , 1 7 , 1

15 cos 10 50 15 cos 2

10 2 ,





= 551,64 (KG)

I.5.2.3 Phản lực tại chốt cầu:

Xét cân bằng lực theo phương y

I.5.3 Nội lực của tại trọng tác dụng lên cần:

Khi tính nội lực cần trong mặt phẳng thẳng đứng ta coi dàn như mộtdầm giản đơn tựa lên 2 gối tựa như hình vẽ:

Các phản lực tại gối:

Hình 10: Sơ đồ tính nội lực

RAy RAx

H A

V A

I.5.4 Tính chọn mặt cắt kết cấu cần:

Sau khi xác định được nội lực trong cần, ta sử dụng lý thuyết tính toáncột tài liệu (1) để xác định mặt cắt của cần cho phù hợp

Sơ bộ chọn hình thức kết cấu cần dạng hộp kín được ghép bằng 2 dầmthép chữ [ với nhau bằng liên kết hàn

Ở đây cần chịu lực không lớn nên ta chọn hình thức hộp này để kết cấugọn nhẹ, hình dáng đẹp và ổn định

I.5.4.1 Xác định kích thước cơ bản của mặt cắt cần

Mặt cắt của cần được chọn theo điều kiện ổn định Diện tích cần thiếtmặt cắt cần Fct được xác định theo công thức:

Fct = N  (Công thức (4 - 4) – Tài liệu(1))Với N nội lực tính toán của cần với lực nén lớn nhất:

Nmax = 1198,28 (KG)[]: ứng suất nén cho phép của thép làm cần

[] =  n ch

Chọn thép cán CT3 làm cần có ch =250 N/mm2 = 25(KG/mm2) hệ số antoàn cho phép [n] = 1,6

[] = 125,6 = 15,625 (KG/mm2)

: hệ số uốn dọc chonï theo độ mảnh 

Giả định độ mảnh  = 120 tra phụ lục 2 – Tài liệu (1) chọn  = 0,45

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

14

Thay vào ta tính được:

hct =

x ct

r



bct =

y ct

h = 160 (mm), b = 2b’ = 2.64 = 128 (mm)Tổng diện tích mặt cắt:

F = r.F’ = 2.1810 (mm2) = 3620 (mm2)

I.5.4 2.Kiểm tra độ bền của mặt cắt cần:

Từ mặt cắt gồm 2 bản thép chữ [ 16 ghép lại ta tính được các bán kínhquán tính rx, ry

 =0,1108425.3620,28 = 0,72 (KG/mm2)  [] = 15,625 (KG/mm2)

 Cần đảm bảo độ bền nén khi làm việc

- Kiểm tra cầu theo điều kiện chịu nén:

Theo công thức (3-4) – Tài liệu (1) ta có:

Wx, Wy là mômen chống uốn theo phương x và y của mặt cắt cần:

160 2

= 2621440 (mm2) = 0,00262144 (m3)

Từ biểu đồ nội lực ta thấy mc tại A chịu uốn nguy hiểm nhất theo 2 phương

x và y Xét mặt cắt đó ta có:

 Cần đảm bảo đủ độ bền khi chịu uốn

I.5.5 Tính toán chốt cần

Chốt cần ở đây được tính toán dựa trên lý thuyết bền khi làm việc, chốtsẽ chịu lực gây ra có thể bị cắt hoặc bị dập Theo lý thuyết bền ta có:

c = F P  [  ]d

 d  .P 

Từ tính toán ở trên ta có: P = RA = 1172,35(KG)

Chọn thép chốt là CT3  []d = 0,4 ch = 0,4.250 = 100 (MPa) = 100 (KG/

mm2)

Thay vào ta có:

d  117210,3,,1435 = 23 (mm)

Chọn chốt có: d = 30 (mm)

Kiểm tra điều kiện chịu dập:

 Chốt chọn thoả mãn

Các chốt ở đầu puli ta cũng chọn d = 30 (mm) kiểm tra bền tương tự nhưtrên đều thoả mãn

Chọn đường kính ròng rọc theo tiêu chuan để đủ độ bền lâu cho cáp:

D0 20.d = 20.11,5 = 230 (mm)

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

18

Chọn D0 = 250 (mm)

I.6 Tính toán cáp neo cần và cáp nâng gầu:

Cáp được chọn trong trường hợp chịu lực lớn nhất

Theo tài liệu (3) ta có lực kéo cáp được xác định theo công thức:

Sd = Smax n (CT 2-10 – Tài liệu (4))

Smax: lực kéo cáp lớn nhất

n: hệ số an toàn tra bảng 14 – tài liệu (4) chọn = 5

Ở đây cáp được dùng để kéo gầu và quăng gầu Theo tính toán ở trên tathấy cáp kéo gầu sẽ chịu lực lớn hơn  ta chọn cáp theo lực kéo gầu

Để thuận lợi trong quá trình chế tạo ta chọn cáp quăng gầu theo cápkéo gầu

Smax= 1090,225 (KG) = Rmax

 Sd = 1090,225 = 5451,125 (KG)Từ Sd chọn cáp theo bảng (1) tài liệu (4) ta chọn cáp loại

rK – P 6  19 = 144 ( OCT 2688 - 55)Với: + Đường kính cáp dk = 11,5 (mm)

+ Đường kính sợi: - Lõi 1= 0,95 (mm)

- Lõi 1: 2 = 0,75 (mm)

- Lõi 2: 3 = 0,65 (mm) + Diện tích tiết diện sợi F = 51,68 (mm2)

+ Trọng lượng 100m cáp = 48,22 (KG)

+ Giới hạn bền cho phép: [  ] = 160 (KG/mm2)

Cáp neo cần chịu lực kéo Sc = 551,64 (KG)

 Lực kéo đứt cáp:

Sd = Sc n = 551,64 5 = 2758,2 (KG)Tra bảng ta chọn cáp K-P (619 = 114) có các thông số:

+ Diện tích tiết diện sợi = 26,18 (mm2)+ Trọng lượng 100m cáp = 24,42 (KG)+ Giới hạn bền cho phép: [  ] = 160 (KG/mm2)

I.7 Tính toán tang quấn cáp:

Ở đây khi gầu cào làm việc, nếu cáp kéo gầu quấn vào tang thì cápquăng gầu được tở ra và trùng lại, như vậy tang quấn cáp ở đây cần phải thiếtkế dạng kép nhưng 1 đầu quấn vào 1 đầu tở ra

Chọn vật liệu chế tạo gang là sám CU15-32, dạng tang trơn Đườngkính của tang được xác định:

Dt  dk (e - 1) (công thức 2 – 12 tài liệu (4))Trong đó:

e: là hệ số thực nghiệm theo bảng 2 -4 tài liệu (4) lấy e = 20

dk: đường kính dây quấn trên tang = 11,5 (mm)

Thay vào ta được:

Dt  11,5(20 - 1) = 218,5 (mm)Chọn đường kính tang Dt = 250 (mm)

Chiều dài toàn bộ của tang:

L’ = 2 L'

0 + 2 L1 + 2 L2 + L3 (Công thức 2-14 – Tài liệu(4))

Với: L1: phần tang để kẹp đầu cáp

L2: phần tang để làm thành bên

L3: phần giữa tang không cắt rãnh

Với hệ gầu cào thiết kế có tầm với là 10 m Khảo sát thực tế ta có chiềudài hữu ích của cáp là: l = 20 (m)

 Số vòng cáp làm việc trên tang:

c

t d D

l



Thay vào ta được: L’ = 298 + 2.46 + 2 10 + 20 = 420 (mm)

Chiều dày vỏ tang được xác định theo công thức kinh nghiệm:

 = 0,02 Dt + (810) (mm)Chọn  = 0,02 Dt + 8 = 0,02 250 + 8 = 13 (mm)

I.7.1 Kiểm tra đồ bền của tang:

Khi làm việc, thành tang bị nén, uốn và xoắn

 ứng suất uốn và nén sẽ không vượt quá 15% ứng suất nén

 sức bền của tang được kiểm tra theo ứng suất nén (Tài liệu (4))

Ta có:

 n =

t

S k

.

. max





(KG/mm2) (CT2 – 15 – Tài liệu (4))k: hệ số phụ thuộc cáp quấn trên tang = 1

 : hệ số làm giảm ứng suất  = 0,8

+ Bước cáp = dc = 11,5 (mm)

Smax: Lực căng cáp lớn nhất = Rmax = 1090,225 (KG)

Thay các giá trị vào ta được:

Như vậy tang tính toán ở trên đảm bảo đủ độ bền

I.7.2 Tính toán kẹp cáp trên tang:

Ở nay ta sử dụng cặp đầu cáp = 3 tấm cặp bắt vít M15

Lực tính toán S0 đối với cặp cáp được xác định:

S0 = f

e

Smax

(KG)

Công thức 2-16 (Tài liệu (4))

Trong đó:

f: hệ số ma sát giữa tang và cáp = 0,14

: góc ôm của các vòng cáp dự trữ trên tang

P0 = P.f = 590,84 0,14 = 82,72 (KG)

Kiểm tra độ bền của bulông kẹp cáp

Bulông bị kéo và bị uốn  theo công thức 2-17 (Tài liệu (4))

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

24

z =

4

3,1

2 1

d z

P

1

0 0

1,0

d z

l P

 []

z: số bulông kẹp cáp = 3

d1: đường kính trong của bulông = 12,5 (mm)

l0: tay đòn đặt lực P0 vào bulông = e/2 + dc = 5 + 11,5 = 16,5 (mm)

Thay vào ta được:

z =

4

5 , 12 14 , 3 3

84 , 590 3 , 1

2 + 0 , 1 3 12 , 5 3

5 , 16 72 , 82

= 2,087 + 2,34 = 4,427 (KG/mm2)Với bulông làm bằng thép CT3 thì [] = 7,5  8,5 (KG/mm2)

 z  [] Vậy bulông đảm bảo độ bền

I.8 Các bộ phận khác của tang:

I.8.1 Tính toán trục tang:

Ở đây tang được thiết kế dạng tang đơn nhưng khi làm việc thì chỉ có 1đầu cáp làm việc, còn 1 đầu thả lỏng Như vậy hợp lực tác dụng lên trục tangchỉ tính cho trường hợp chịu lực lớn nhất tức là trường hợp kéo gầu đầu vậtliệu

R = Smax = 1090,225 (KG)

Sơ đồ trục tang như hình vẽ

Tải trọng tác dụng lên máy ở C và D bằng nhau và bằng:

Rc = Rd = R2 = 545,1125 (KG)Phản lực ở các gầu A, B

RA = RB = 545,1125 (KG)Trục tang chịu uốn theo chu kỳ đối xứng và bị xoắn từ bộ truyền:

U = RA 100 = 545,1125 100 = 54511,25 (KG/mm)

U = RB 100 = 545,1125 100 = 54511,25 (KG/mm)Mômen xoắn trục tang:

Mx = Mdc

max = 1,7 Mdn = 1,7 9550 N n = 1,7 9550 7257,5 = 167,948 (N.m) = 16794,8(KGmm)

Xét tiết diện nguy hiểm tại C với d = 45 (mm) có khoét rãnh then bh

-

45 2

) 5 45 ( 5

2

) (  2

=

16

45 14 ,

-

45 2

) 5 45 ( 5

14  2

= 16638,8(mm3)

Hệ số kích thước tra bảng 7-4 – Tài liệu (5) với d = 45 (mm) lấy:

 = 0,83

T = 0,71Hệ số tập trung ứng suất với tiết diện trụ có rãnh then tra bảng 7-6 –Tài liệu (5) – lấy:

Mtd = M U2  0 , 75M X2 = 54511 , 25 2  0 , 75 16794 , 8 2 = 57039,83 (KG/mm

Chọn vật liệu làm trục tang là thép 45 có:



 = 1250,6.2 = 78 (N/mm2) = 7,8 (KG/mm2)

 đường kính trục:

1,

83 , 57039

= 41,82(mm)Chọn trục có đường kính d = 45 (mm)

Kiểm tra trục tại diện A, B, C, D

Xét tiết diện C ứng suất lớn nhất

Số chu kỳ làm việc tổng cộng:

3 8

106

= 15,666 106 = 1,5666 107

 Giới hạn mỏi tính toán theo uốn:

SINH VIÊN: VŨ DUY HẢI LỚP: CGHK40

28