Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy hỗ trợ xây tường ứng dụng trong xây dựng

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY HỖ TRỢ XÂY TƯỜNG ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Kỹ thuật cơng nghệ CHUN NGÀNH: Cơ khí -Tự động hố Mã số cơng trình: …………………………… (Phần BTC Giải thưởng ghi) i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ vi DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ vii TÓM TẮT ĐỀ TÀI CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Đối tượng khách thể nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Khách thể nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu, giới hạn đề tài 1.5.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5.2 Giới hạn đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Kế hoạch nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Vữa xây dựng 2.1.1 Khái niệm chung 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Vật liệu chế tạo vữa 2.1.4 Cát xây dựng 2.1.5 Nước 10 2.1.6 Các tính chất vữa xây dựng 10 2.1.7 Vữa trát 14 2.1.8 Yêu cầu kỹ thuật 16 2.1.9 Đánh giá chất lượng lớp trát 16 2.2 Tường 17 ii 2.2.1 Yêu cầu 17 2.2.2 Kiểm tra sau xây 18 2.2.3 Vệ sinh sau xây xong 19 2.3 Tình hình nghiên cứu trong, nước 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 3.1 Khảo sát nghiên cứu đặc tính vữa 21 3.2 Xác định thông số 21 3.2.1 Lực trát 21 3.2.2 Góc nghiêng bàn chà lúc lên 23 3.2.3 Góc nghiêng bàn chà lúc xuống 25 3.2.4 Vận tốc máy lên xuống 27 3.2.5 Vận tốc băng tải 28 3.3 Cơ cấu nâng 28 3.3.1 Sơ đồ cấu nâng 28 3.3.2 Nguyên lý hoạt động 29 3.3.3 Sơ đồ lắp cáp 29 3.4 Xylanh thủy lực (Con đội thủy lực) 29 3.5 Bộ tạo rung 30 3.5.1 Ly tâm khí 31 3.5.2 Truyền dẫn lệch tâm 33 3.5.3 Truyền dẫn khí nén hay thủy lực 34 3.5.4 Điện từ 34 3.5.5 Siêu âm 35 3.6 Ly hợp 36 3.6.1 Phân loại 36 3.6.2 Yêu cầu 36 CHƯƠNG ĐƯA RA Ý TƯỞNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM 37 4.1 Yêu cầu thiết kế 37 4.2 Nguyên lý hoạt động máy TTTĐ 37 4.3 Phân tích chức để làm rõ vấn đề 38 4.3.1 Tìm chức chung hoàn chỉnh 38 4.3.2 Phân tích chức 39 4.4 Sắp xếp chức 39 iii 4.5 Đưa ý tưởng cho toán thiết kế 40 4.5.1 Triển khai ý tưởng cho chức 40 4.5.2 Phân tích chọn truyền 42 4.6 Thiết kế cấu trúc máy 43 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY TRÁT TƯỜNG TỰ ĐỘNG 47 5.1 Chọn động điện phân phối tỷ số truyền 49 5.1.1 Chọn động điện 49 5.1.2 Phân phối tỉ số truyền u 50 5.1.3 Xác định công suất, moment xoắn số vòng quay trục 51 5.2 Bộ truyền đai thang 52 5.2.1 Chọn loại đai 52 5.2.2 Chọn khoảng cách trục a 53 5.2.3 Xác định số đai z 54 5.2.4 Lực căng đai ban đầu lực tác dụng lên trục 54 5.2.5 Tuổi thọ đai 54 5.3 Bộ truyền bánh vít – trục vít 56 5.3.1 Dự đoán vận tốc trượt vs theo công thức 7.8[3] 56 5.3.2 Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh vít (7.27) 56 5.3.3 Ứng suất uốn cho phép bánh vít (7.30) 56 5.3.4 Chọn số mối ren z1 = 56 5.3.5 Chọn sơ η theo công thức 7.11 – [TL3] 57 5.3.6 Tính khoảng cách trục aw 57 5.3.7 Xác định kích thước truyền 57 5.3.8 Vận tốc trượt xác định theo công thức 7.7 58 5.3.9 Các giá trị lực 58 5.4 Bộ truyền xích 59 5.4.1 Chọn loại xích 59 5.4.2 Chọn số đĩa xích dẫn 59 5.4.3 Xác định hệ số điều kiện sử dụng xích K 59 5.4.4 Theo cơng thức (5.25) – [TL3], cơng suất tính toán 60 5.4.5 Vận tốc trung bình xích lực vịng có ích 60 5.4.6 Số mắt xích, theo công thức (5.8)[3] 60 5.4.7 Tính kiểm nghiệm xích độ an toàn 61 5.4.8 Lực tác dụng lên trục: 62 iv 5.4.9 Đường kính vịng chia đĩa xích 62 5.4.10 Đường kính vịng đỉnh đĩa xích 62 5.5 Tính tốn trục II 63 5.5.1 Phân tích lực tác dụng lên trục 63 5.5.2 Chọn vật liệu trục 63 5.5.3 Xác định đường kính trục sơ 63 5.5.4 Chọn kích thước dọc trục 63 5.5.5 Vẽ biểu đồ moment uốn xoắn 64 5.5.6 Tiết diện nguy hiểm B 65 5.5.7 Xác định hệ số an toàn B 66 5.6 Tính chọn cáp, tính tang, đầu kẹp cáp 67 5.6.1 Tính chọn dây cáp 67 5.6.2 Tính chọn tang 67 5.6.3 Tính đầu kẹp cáp 68 5.7 Thiết kế băng tải 70 5.7.1 Chọn vật liệu 70 5.7.2 Xác định thông số 70 5.7.3 Chiều rộng băng B 71 5.7.4 Xác định công suất dẫn động băng tải 71 5.7.5 Xác định lực kéo băng (W), lực căng 72 5.7.6 Kiểm tra lực căng băng 73 5.7.7 Tính tốn thiết kế tang trống chủ động 73 5.8 Tính tốn, thiết kế phận rung 75 CHƯƠNG CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 76 6.1 Thực nghiệm 76 6.2 Đánh giá 86 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 7.1 Kết luận 88 7.2 Kiến nghị 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TTTĐ: Trát tường tự động ĐATN: Đồ án tốt nghiệp CNH – HĐH: Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa TKM: Thiết kế máy CTM: Chế tạo máy HDĐCK: Hệ dẫn động khí XD: Xây dựng IOT: Internet Of Things (Internet vạn vật) vi DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ Bảng 2.1 Tiêu chuẩn cốt liệu…………………………………………………… Bảng 2.2: Yêu cầu quy định hỗn hợp vữa………………………………… 10 Bảng 2.3 Tiêu chuẩn mác vữa………………………………………………… 13 Bảng 2.4 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng lớp trát………………………………14 Bảng 2.5 Sai lệch cho phép tường………………………………………… 17 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm lực trát ………………….………………….….… 20 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm góc nghiêng bàn chà lúc lên…………………… 23 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm góc nghiêng bàn chà lúc xuống………………… 25 Bảng 5.1 Số liệu tính, phân phối cơng suất tỉ số truyền…………………… 42 vii DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ Hình 2.1 Dụng cụ thử độ lưu động vữa…………………………………… Hình 2.2 Cấu tạo lớp vữa……………………………………………………… 13 Hình 3.1 Sơ đồ cấu nâng…………………………………………………… 22 Hình 3.2 Hai sơ đồ mắc cáp cấu nâng……………………………………… 23 Hình 3.3 Cấu tạo đội thủy lực kích tay…………………………………… 24 Hình 3.4 Cấu tạo kích thủy lực máy TTTĐ…………………………………… 24 Hình 3.5 Sơ đồ hoạt động đội thủy lực…………………………………… 25 Hình 3.6 Cơ cấu lệch tâm khí……………………………………………… 25 Hình 3.7 Một số kiểu rung khí……………………………………………… 26 Hình 3.8 Cơ cấu lệch tâm……………………………………………………… 27 Hình 3.9 Cơ cấu rung điện từ…………………………………………………… 28 Hình 4.1 Sơ đồ chức con………………………………………………… 31 Hình 4.2 Sơ đồ xếp chức con………………………………………… 33 Hình 4.3 Các yếu tố máy…………………………………………………… 36 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy TTTĐ……………………………… 37 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý Palang……………………………………………… 37 Hình 4.6 Sơ đồ bố trí chung…………………………………………………… 38 Hình 4.7 Sơ đồ tương tác bản, thứ cấp máy………………………………38 Hình 5.1 Hai puly đai…………………………………………………………… 44 Hình 5.2 Biểu đồ nội lực……………………………………………………… 50 Hình 5.3 Bánh vít trục vít…………………………………………………… 51 Hình 5.4 Biểu đồ lực trục vít…………………………………………………… 52 Hình 5.5 Biểu đồ lực kết cấu trục…………………………………………… 53 Hình 5.6 Kết cấu tang…………………………………………………………… 56 Hình 5.7 Đĩa xích……………………………………………………………… 57 Hình 5.8 Kết cấu tang ………………………………………………………… 58 Hình 5.9 Kết cấu trục kéo tang biểu đồ nội lực……………………………… 61 Hình 5.10 Nối trục kết cấu………………………………………………… 63 Hình 5.11 Phanh điện từ 63 viii Hình 5.12 Đĩa xích……………………………………………………………….71 Hình 5.13 Sơ đồ điện 74 Hình 6.1 Khung máy 76 Hình 6.2 Khung đế 77 Hình 6.3.Trục tang 78 Hình 6.4 Cụm quấn cáp 78 Hình 6.5 Cụm bàn chà nhẵn 79 Hình 6.6 Mơ hình hồn thiện 80 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Thiết kế, chế tạo máy trát tường tự động” định hướng thực trường ĐH Công Nghệ Tp Hồ Chí Minh Sau q trình đưa phương án lựa chọn ý tưởng thiết kế, nhóm định lên phương án thiết kế máy trát tường có cấu hoạt động là: cấu vận thăng nâng máy lên xuống, cấu vữa cung cấp vữa để trát tường cấu trát tường chà nhẵn Việc nâng máy lên xuống phải đảm bảo máy di chuyển luôn song song với tường cần trát Di chuyển đặn theo tốc độ tính toán Máy di chuyển lên xuống nhờ vào việc cuốn, thả cáp tang quấn cáp thông qua dẫn hướng đặt song song với tường giúp dẫn hướng cho máy Cơ cấu gần giống cấu máy vận thăng phổ biến cơng trình xây dựng Việt Nam Khi máy lên, vữa chứa phễu chứa vữa Khi trục tang băng tải quay làm băng tải quay, vữa từ phễu lên ép vào mặt tường, cung cấp vữa cho phận trát Sau băng tải vữa lên, thông qua động rung bàn chà, vữa rung ép dính vào tường Khi máy lên hết tường trát phận cấp vữa động rung ngưng hoạt động Cơ cấu đẩy đẩy bàn chà sát vào tường nhằm thực chà nhẵn máy xuống Khi máy xuống, bàn chà ép sát vào mặt vữa trát, ép vữa phẵng gạt bớt lớp vữa thừa Máy thực nhiệm vụ thông qua động điện truyền chuyển động tới truyền đai, từ truyền đai tới hợp giảm tốc bánh vít - trục vít Từ hợp giảm tốc chuyển động truyền đồng thời tới truyền xích Bộ truyền xích thứ truyền chuyển động tới trục lắp tang quấn dây cáp, có nhiệm nâng máy lên xuống Bộ truyền xích thứ truyền chuyển động tới trục tang vữa, có nhiệm vụ vữa cung cấp cho phận trát Bộ phận trát lắp động gắn bánh lệch tâm làm nhiệm vụ rung ép 75 5.8 Tính tốn, thiết kế phận rung Chọn kích thước bàn chà 80 x 30 cm2 Áp lực thơng qua thí nghiệm ban đầu phần sở lý thuyết 0,16 – 0,27 N/cm2 Lực rung cần đạt là: P = (0.11ữ 0.22) ì 80 ì 30 = 360 ÷ 530 N Cơng thức tính lực rung bánh lệch tâm: P= Trong đó: G × e × ω2 ⁡(N) g G – trọng lượng khối lệch tâm g – gia tốc trọng trường = 9.8 m/s2 e – độ lệch tâm 𝜔 – vận tốc góc trục lắp đĩa lệch tâm, (ω = ⁡π n/30) n – tốc độ gốc trục Chọn động rung động AC pha, có cơng suất 100w, tốc độ 2850 v/p Để phân bố áp lực rung tương đối ta chọn động Chọn e = cm = 0.04 m Khối lượng bánh lệch tâm: G= P×g = e × ω2 265 × 9.8 2850 (π ) 0.04 × 30 = 0.72⁡(kg) Chọn khối lượng bánh lệch tâm 0.7 Dùng dimmer để điều chỉnh tốc độ động cơ, tần số rung (f) với tốc độ động n2 ⁡ = ⁡ P g π G e ( ) 30 P = 180 ÷ 265⁡N → n = 2398 ÷ 2850 v/p → f = 39 ÷ 48⁡Hz 76 CHƯƠNG CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 6.1 Thực nghiệm Do điều kiện trang thiết bị nguồn vốn có hạn Dựa nguyên lý nắm bắt nhóm tiến hành chế tạo, lắp ráp mơ hình mơ hoạt động máy, có số thay đổi mơ hình cho phù hợp với điều kiện thực tế nhóm Cụ thể sau: a Thiết kế khung máy: 1300 x 800 x 300 (mm) - Hình 2D: 77 - Hình 3D: 78 Hình 6.1 Khung máy b Thiết kế khung đế máy: 800x650x150 (mm) - Khung mơ hình 79 80 Hình 6.2 Khung đế (có gắn bánh xe đệm cao su) c Chọn động hộp giảm tốc trục vít - Động cơ: động K kiểu K112S4 công suất động Pđc = 2.2 (kW) số vòng quay động 1440 vòng/phút - 81 - Hộp giảm tốc trục vít bánh vít 82 d Thiết kế cụm tang cáp băng tải vữa - Cụm băng tải vữa gồm có trục tang chủ động trục tang bị động Hình 6.3 Trục tang băng tải 83 - Cụm tang cáp Hình 6.4 Cụm cáp e Thiết kế cụm bàn chà nhẵn - Là phận làm việc gồm có: động rung, bàn chà, chặn, cử chặn trên, phận giảm chấn 84 - Do điều kiện thực tế cịn nhiều hạn chế, nhóm chế tạo mơ hình gồm động rung, phận giảm chấn thay lị xo Hình 6.5 Cụm bàn chà nhẵn 85 f Thiết kế lắp ráp hồn thiện mơ hình máy 86 Hình 6.6 Mơ hình hồn thiện 6.2 Đánh giá - Sau thời gian thiết kế chế tạo vận hành thử nghiệm máy đáp ứng bước đầu theo tính tốn, khả vận hành truyền ồn định 87 Đánh giá tình trạng dự án: - Hồn thành tiến độ Kiểm tra mơ hình: mơ hình nhiều thuận lợi từ giúp đở nhà trường, quý môn, nguốn vốn, trang thiết bị - Là mặt hàng cạnh tranh, lãi suất cao - Mặt hàng thị trường nước chưa có, chi phí chế tạo khơng cao, lại mặt hàng có nhu cầu tiêu thụ cao - Vật liệu chế tạo phụ thuộc giá cá thị trường không ổn định - Thời gian chế tạo lâu Đánh giá tình trạng sau dự án: - Hiệu suất tiêu thụ: nhanh thu hồi lại vốn phải có hệ thống sale, quảng cáo mặt hàng tới tỉnh, thành phố - Cần cải tiến máy có suất động cao hơn, hoạt động ổn định cao để có khả đáp ứng nhu cầu thị trường - Nhìn chung dự án đáp ứng nhu cầu khách hàng 10 năm thiết bị nhu cấu thiết yếu cần cho môi trường làm việc cao nguy hiểm, bụi bặm - Mục tiêu phát triển phiên với nhiều cải tiến, rút trình chế tạo thử nghiệm 88 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 - Kết luận Với phát triển mạnh cơng nghiệp hóa, đại hóa nay, đồng thời bên cạnh phát triển dự án, sơ sở hạ tầng, công trình xây dựng đầu tư mạnh máy TTTĐ cần thiết Do đó, việc đầu tư vào thiết bị đem lại hiệu kinh tế cao - Sau suốt trình nghiên cứu thiết kế chế tạo, máy TTTĐ hoàn thiện, bước đầu vào chạy thử nghiệm Cho thấy bước đầu đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đặt ban đầu Chế tạo thành công máy TTTĐ, cải thiện suất lao động, hiệu suất cơng trình, góp phần cải tiến khoa học kỹ thuật ngành xây dựng Ngồi ra, cịn góp phần khơng nhỏ đến an toàn người lao động - Qua trình thực đề tài đồ án tốt nghiệp, nhóm hiểu biết quy trình thiết kế chế tạo sản phẩm, máy đáp ứng nhu cầu kỹ thuật đảm bảo tính kinh tế thời buổi cạnh tranh ngày Ngồi qua q trình thực đề tài khả làm việc nhóm nâng cao, tích cực nghiên cứu, đóng góp đưa ý tưởng góp phần khắc phục tình trạng thụ động suy nghĩ nghèo nàn ý tưởng 7.2 - Kiến nghị Qua tiến trình thực đề tài, nhóm nhận thấy kiểm tra đánh giá cần thiết bổ ích sinh viên học viên tất trường chuyên ngành kỹ thuật Thấy cấp thiết đề tài tốt nghiệp cho sinh viên sau trường, nên nhóm mong nhà trường quý môn tạo điều kiện thuận lợi giúp sinh viên sau thực tốt 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2015) Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 1, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, Vĩnh Phúc [2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2015) Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 2, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, Vĩnh Phúc [3] Nguyễn Hữu Lộc (2016) Giáo trình Cơ sở Thiết kế máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Hữu Lộc (2015) Bài tập Chi tiết máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [5] Huỳnh Văn Hồng (2017) Kỹ thuật Nâng Chuyển, Nhà Xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [6] Lê Đình Phương (2015) Đo lường khí dung sai lắp ghép, Nhà Xuất Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [7] Võ Minh Thiện – Trần Hữu Huy (2014) Sức bền vật liệu 1, Nhà Xuất Đại học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [8] Kinh nghiệm thi cơng: https://www.facebook.com/groups/Kinhnghiemthicong.Xaydung [9] Hội Cơ Khí Việt Nam: https://www.facebook.com/groups/CKVIETNAM [10] Diễn đàn kỹ thuật: https://grabcad.com [11] HỘI SỬ DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE-CNC 4ChaUI: http://4chaui.com/forum [12] Tiêu chuẩn & Yêu cầu kỹ thuật Việt Nam: http://vanbanphapluat.com ... nước máy trát tường tự động - Đưa ý tưởng lựa chọn ý tưởng thiết kế - Phân tích nhiệm vụ thiết kế, lập kế hoạch thiết kế - Tính tốn thiết kế - Chế tạo, xác định yêu cầu kỹ thuật - Thiết kế đánh... sở xây dựng muốn có máy trát tường tự động để giải vấn đề Xuất phát từ nhu cầu thị trường, với giúp đỡ anh chị ngành xây dựng, nhóm nghiên cứu tiến hành thực đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ... Brasil chế tạo đưa vào sử dụng với nhiều dòng máy trát tường tự động khác - Một số trường đại học có đề tài nghiên cứu máy trát tường từ lâu 20 + Đại học Tân An: Thiết kế, chế tạo máy TTTĐ leo răng,