Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cối trộn bê tông có cốt liệu kích thước lớn đến 100 120 m cho các trạm trộn bê tông tự động năng suất từ 30 60 m3 giờ

1
bộ công thơng
viện máy và dụng cụ công nghiệp




Báo cáo tổng kết đề tài
m số: 179.09 rd/hđ-khcn
Tên đề tài:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cối trộn bê tông có cốt
liệu kích thớc lớn đến 100/120mm cho các trạm trộn
bê tông tự động năng suất từ 30-60 m
3
/h


Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài




ThS. Lê Hồng Sơn

7826
23/3/2010

hà nội 11/2009

2

danh sách những ngời thực hiện đề tài


TT Họ và tên Học hàm, học vị,
chuyên môn
Cơ quan
1 Lê Hồng Sơn Thạc sỹ kỹ thuật - chuyên
ngành Chế tạo máy
Chủ nhiệm đề tài
Viện Máy và DCCN
2 Nguyễn Danh Tiến Kỹ s luyện kim Viện Máy và DCCN
3 Lê Hoàng Hải Kỹ s tự động hóa Viện Máy và DCCN
4 Trần Nh Hiếu Thạc sỹ kỹ thuật - chuyên
ngành Chế tạo máy
Viện Máy và DCCN
5 Đỗ Tùng Linh Kỹ s máy xây dựng Viện Máy và DCCN
6 Nguyễn Quốc Việt Kỹ s cơ khí Viện Máy và DCCN
7 Hoàng Anh Sơn Kỹ s cơ khí Cty CP XD và thiết bị
công nghiệp
8 Nguyễn Thái Hng Kỹ s cơ khí Cty CP XD và thiết bị
công nghiệp
9 Nguyễn Hồng Quân Kỹ s cơ tin Cty CP Máy và thiết
bị công nghiệp

1
Mục Lục

MUC LUC 1
Mơ đầU 2
I. TôNG QUAN Về CôNG NGHệ Và THIếT Bị SảN XUấT Bê TôNG 3
1.1 Các phơng pháp và nguyên lý trộn bê tông: 3
1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và kết quả khảo sát các sản phẩm hiện đang đợc
ứng dụng tại Việt nam 4
1.3 Đặc điểm và cấu tạo của cối trộn cỡng bức trục ngang: 7
II. NôI DUNG NGHIêN CU, THIếT Kế Và CHế TạO 11
2.1 Thiết kế nguyên lý và cấu hình tổng thể cối trộn ITM-1250 11
2.2 Tính toán thiết kế kỹ thuật và thiết kế chi tiết 14
2.3 Chế tạo thử nghiệm: 32
2.4 Chạy thử không tải và có tải: 34
III. KếT LUậN Và KIếN NGHị 36
IV. TàI LIệU THAM KHảO 37
V. PHU LUC 38



2
Mở đầu


Trong những năm gần đây, ngành xây dựng của nớc ta đã có một sự phát triển
mạnh mẽ. Các đơn vị xây dựng đã có thể thi công các công trình lớn, phức tạp, ứng

dụng các công nghệ xây dựng tiên tiến của thế giới. Cùng với sự phát đó, công nghệ
sản xuất bê tông và các vật liệu xây dựng khác cũng không ngừng phát triển. Hiện nay
chúng ta đã chế tạo đợc các loại trạm trộn bê tông tự động với các công suất lớn và
cho nhiều loại bê tông khác nhau, chất lợng bê tông tốt. Viện máy và dụng cụ công
nghiệp (IMI) đã có nhiều kinh nghiệm và thành công trong lĩnh vực nghiên cứu, thiết
kế và chế tạo trạm trộn bê tông. Các loại cối trộn bê tông cỡng bức trục đứng kiểu
tuốc bin, cối trộn cỡng bức kiểu hành tinh, cối trộn cỡng bức kiểu trục ngang do
IMI thiết kế chế tạo đã chiếm đợc niềm tin của những đơn vị sử dụng trong nớc. Từ
nhu cầu của sản xuất, IMI đề xuất tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo loại cối trộn
bê tông trục ngang trộn đợc cốt liệu kích thớc lớn đến 100/120mm.
Tại Việt Nam, cối trộn trục ngang trộn đợc cốt liệu kích thớc lớn cũng đã
đợc sử dụng trong một số công trờng, tuy nhiên các cối trộn này đều đợc nhập
khẩu từ nớc ngoài và giá thành của các loại cối trộn này là tơng đối đắt, một chiếc
cối trộn MEO-1500/1000 của hãng Sicoma-Italy có giá 30.000 EUR, một cối trộn
EMS-1500/1000 của hãng ELBA-Germany có giá 35.000 EUR, một cối trộn DKX-
1.25 của hãng BHS-Germany có giá 40.000 EUR, còn một cối trộn DKX-3.33 của
hãng BHS-Germany có giá đến 135.000 EUR. Nh vậy việc nghiên cứu thiết kế chế
tạo cối trộn trục ngang trộn đợc cốt liệu kích thớc lớn là điều hết sức cần thiết để
chúng ta chủ động đợc trong công nghệ, đáp ứng đợc yêu cầu thực tế của các đơn vị
sử dụng, từ đó có khả năng ứng dụng rộng rãi trên thị trờng thiết bị trong nớc, tiết
kiệm ngoại tệ đồng thời giảm thiểu đầu t, góp phần vào sự phát triển của nền công
nghiệp trong nớc.

3
I. Tổng quan về công nghệ và thiết bị sản xuất bê
tông
1.1 Các phơng pháp và nguyên lý trộn bê tông:

- Theo nguyên lý làm việc, ta phân ra làm hai loại, cối trộn làm việc theo chu kì
và cối trộn làm việc liên tục.

+ Cối trộn làm việc theo chu kì có các công đoạn phân tách rõ ràng trong một
chu kì làm việc: Nạp phối liệu, nhào trộn hỗn hợp và xả hỗn hợp thành phẩm.
+ Cối trộn làm việc liên tục: quá trình nạp phối liệu và xả hỗn hợp thành phẩm
đợc diễn ra đồng thời, liên tục.
- Theo phơng pháp trộn, ta có thể phân biệt đợc cối trộn cỡng bức và cối trộn
tự do.
+ Cối trộn tự do: cánh trộn đợc bố trí ở thành trong của thùng trộn, thùng trộn
thực hiện chuyển động quay, cốt liệu đợc múc lên cao rồi đổ rơi xuống tạo ra sự nhào
trộn. Cối trộn tự do có kết cấu đơn giản, có khả năng trộn đợc các loại bê tông có cốt
liệu lớn. Chất lợng trộn (độ đồng đều của hỗn hợp sau trộn) không cao.
+ Cối trộn cỡng bức: Các cánh trộn đợc lắp trên trục trộn, khi trục trộn quay,
các cánh trộn sẽ nhào trộn hỗn hợp. Phơng pháp này cho chất lợng trộn tốt hơn so
với phơng pháp trộn tự do.
- Tuỳ theo kết cấu và cách bố trí các trục trộn, ta có các loại cối trộn cỡng bức
sau:
+ Cối trộn cỡng bức trục đứng kiểu tuốc bin (máy trộn ro to)
+ Cối trộn cỡng bức trục đứng kiểu hành tinh.
+ Cối trộn cỡng bức một trục ngang.
+ Cối trộn cỡng bức hai trục ngang.
- Cối trộn cỡng bức trục ngang hiện nay đợc sử dụng khá phổ biến, loại cối
trộn này đợc dùng để trộn đợc các loại bê tông có độ sụt thấp, bê tông nghèo, bê
tông khô, đặc biệt loại này có khả năng trộn đợc hỗn hợp có kích thớc lớn.

4
1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và kết quả khảo sát các sản phẩm hiện
đang đợc sử dụng tại Việt nam
Cối trộn bê tông 2 trục ngang đã đợc chế tạo đầu thế kỷ 20, và đến nay loại cối
trộn này không ngừng đợc cải tiến và nâng cấp. Đây là một trong những loại cối trộn
bê tông đợc sử dụng rộng rãi. Công ty BHS của Đức đã cho ra đời chiếc cối trộn 2
trục ngang đầu tiên, và từ đó đến nay công ty này đã chế tạo và cung cấp hàng nghìn

cối trộn 2 trục ngang cho các công trờng trên khắp thế giới. Cho đến nay, trên thế
giới đã có rất nhiều các công ty chế tạo và cung cấp cối trộn bê tông 2 trục ngang, các
công ty nổi tiếng trong lĩnh vực này phải kể đến là BHS, Sicoma, Eurotec, Avanti
Với các tính năng u việt của mình, cối trộn 2 trục ngang là loại cối trộn đợc ứng
dụng rộng rãi nhất hiện nay. Trung Quốc và Hàn Quốc cũng là những nớc rất mạnh
trong lĩnh vực chế tạo loại cối trộn này, các sản phẩm của họ đã chiếm lĩnh một thị
trờng lớn ở khu vực Châu á. Hiện nay, một số công ty đã nghiên cứu ứng dụng vật
liệu ceramic để chế tạo các cánh trộn và tấm lót trong cối trộn, điều này làm cho thời
gian sử dụng và sự làm việc ổn định của cối tăng lên rất nhiều.
Dới đây là một số loại cối trộn trục ngang của các hãng nổi tiếng trên thế giới
đang đợc sử dụng ở Việt Nam:
1.2.1 Cối trộn cỡng bức hai trục ngang MB1500 của hãng Eurotec:


H
ình 1-
4
Cối trộn MB1500
của Eurotec-Italy

5
Các thông số kỹ thuật:
Thể tích chứa nạp liệu: 1500 lít
Thể tích bê tông tơi không nén trộn đợc: 1250 lít
Thể tích bê tông nén trộn đợc: 1000 lít
Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 72s
Thành phần cốt liệu: Cỡ hạt 0-120
Cỡ hạt 32-80 mm chiếm tối đa 35% thành phần cốt liệu
Cỡ hạt 80-100 mm chiếm tối đa 10% thành phần cốt liệu
Cỡ hạt 100-120 mm chiếm tối đa 10% thành phần cốt liệu

Động cơ dẫn động cối trộn: 2x18,5 KW
Dẫn động cửa xả bằng hệ thống thuỷ lực
1.2.2 Cối trộn cỡng bức một trục ngang EMS 1500 của hãng ELBA:


Các thông số kỹ thuật:
Thể tích bê tông tơi không nén trộn đợc: 1500 lít
Thể tích bê tông nén trộn đợc là: 1000 lít
Kích thớc đá lớn nhất cho phép: 120 mm
Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 70 s
Động cơ dẫn động cối trộn: 37 KW
Dẫn động cửa xả bằng hệ thống khí nén.
H
ình 1-
5
Cối trộn EMS1500 của
ELBA-Germany

6
1.2.3 Cối trộn cỡng bức hai trục ngang MEO1750/1250 của hãng Sicoma:




Các thông số kỹ thuật:
Thể tích nạp liệu: 1750 lít
Thể tích bê tông nén trộn đợc là: 1250 lít
Kích thớc đá lớn nhất cho phép: 120 mm
Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 75 s
Động cơ dẫn động cối trộn: 2x22 KW

Dẫn động cửa xả bằng hệ thống thuỷ lực
1.2.4 Cối trộn cỡng bức hai trục ngang DKX1.25 của hãng BHS:


H
ình 1-6 Cối trộnMEO1750/1250
của Sicoma-Italy
H
ình 1-
4
Cối trộnDKX
1.25 của BHS- Germany

7
Các thông số kỹ thuật:
Thể tích nạp liệu: 1800 lít
Thể tích bê tông nén trộn đợc là: 1250 lít
Kích thớc đá lớn nhất cho phép: 125 mm
Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 68 s
Động cơ dẫn động cối trộn: 45KW
Dẫn động cửa xả bằng hệ thống khí nén
1.3 Đặc điểm và cấu tạo của cối trộn cỡng bức trục ngang:
1.3.1. Cối trộn cỡng bức một trục ngang:
Kết cấu cối trộn trục cỡng bức một trục ngang đợc biểu diễn trong (hình 1-1)




Cốt liệu và xi măng đợc đa vào thùng trộn qua cửa nạp liệu (3), thùng trộn (2)
có dạng hình trụ, trục trộn (1) đợc bố trí đồng tâm với thùng trộn, hai cánh trộn có

dạng các vành xoắn vít ngợc chiều nhau, 2 cánh trộn tạo ra xu hớng cho các dòng
liệu chuyển động về phía cửa xả (4) giữa cối. Sự nhào trộn hỗn hợp đợc thực hiện nhờ
các chuyển động ngợc chiều nhau của các dòng vật liệu, chuyển động vòng và
H
ình 1-1 Kết cấu cối trộn cỡng
bức một trục ngang

8
chuyển động rơi tự do, các dòng chuyển động phức tạp này giúp cho sự nhào trộn đạt
đợc độ đồng đều cao trong khoảng thời gian ngắn.
Việc chế tạo chính xác biên dạng và kích thớc cánh trộn ở đây là rất quan trọng,
vành xoắn có kích thớc lớn, đòi hỏi một công nghệ chế tạo phức tạp. Đây chính là
một trong những hạn chế của loại cối này.
1.3.2. Cối trộn cỡng bức hai trục ngang:

1 2
3
4



Thân thùng trộn (2) có dạng hình máng, hai trục trộn (1) đợc bố trí trong thùng
trộn nh (hình 1-2), hai trục trộn quay ngợc chiều nhau. Các cánh (4) trộn đợc lắp
trên các trục trộn và đợc gá nghiêng góc với trục trộn sao cho khi hai trục chuyển
H
ình 1-
2
Kết cấu cối trộn cỡng
bức hai trục ngang

9
động, các dòng vật liệu sẽ chuyển động ngợc chiều nhau và đan xen vào nhau. Việc
chuyển động hỗn loạn của các dòng vật liệu sẽ gây ra đợc một tác dụng nhào trộn tốt.
Cửa xả cối trộn đợc bố trí dọc theo thân thùng trộn, nh vậy tiết diện cửa xả là rất
lớn, điều này giúp cho quá trình xả liệu đợc thực hiện trong thời gian ngắn.
Cối trộn hai trục ngang có kết cấu đơn giản, các cánh trộn đợc bố trí tách rời
nhau, tiện lợi cho việc tháo lắp và điều chỉnh, đồng thời khiến cho việc chế tạo và lắp
ráp cối không đòi hỏi những công nghệ phức tạp, việc bảo dỡng sửa chữa thay thế
cũng đơn giản.
1.3.3. Các u điểm nổi bật của cối trộn cỡng bức hai trục ngang:
1) Chất lợng nhào trộn tốt, thời gian trộn ngắn.

0 giây 3 giây 6 giây

9 giây 12 giây


Qua biểu đồ (hình 1-3) ta thấy, sau 15s trộn độ đồng đều của hỗn hợp đã đạt
đợc 85%, và với thời gian trộn 30s độ đồng đều của hỗn hợp đạt đến 95%. Điều đó
cho thấy năng suất trộn của cối trộn hai trục ngang là rất cao.
H
ình 1-
3
Biểu đồ quan hệ giữa thời gian
và chất lợng trộn (theo BHS Sonthofen)

10
2) Tạo ra những chuyển động nhào trộn mạnh và phức tạp (hình 1-4), có thể
trộn đợc các loại bê tông với cốt liệu cỡ lớn, các loại hỗn hợp vật liệu dẻo và các loại
bê tông có độ sụt thấp.

3) Tốc độ xả hỗn hợp sau trộn nhanh, do kích thớc cửa xả lớn.
4) Diện tích chịu mài mòn nhỏ, khu vực nhào trộn khốc liệt nằm giữa hai trục
trộn, phần bị mài mòn còn lại chủ yếu là ở phía mặt dới của thùng trộn (hình 1-5).
Điều đó có nghĩa là tuổi bền của cối sẽ cao hơn.




H
ình 1-
4
Quỹ đạo chuyển động phức tạp
của vật liệu và khu vực nhào trộn
H
ình 1-
3
Phạm vi chịu mài mòn
trên thân cối

11
II. Nội dung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
2.1 Thiết kế nguyên lý và cấu hình tổng thể cối trộn ITM-1250:
Qua việc nghiên cứu kết cấu các loại cối trộn trục ngang và khả năng công nghệ
trong nớc, nhóm nghiên cứu đề tài quyết định lựa chọn đối tợng nghiên cứu thiết kế,
chế tạo trong đề tài là loại cối trộn cỡng bức hai trục ngang (dựa chính theo mẫu cối
trộn DKX-1.25 của hãng BHS - CHLB Đức), kí hiệu ITM-1250.
Các thông số của ITM-1250:

Thể tích nạp liệu: 1880 lít
Thể tích bê tông tơi không nén trộn đợc 1500 lít
Thể tích bê tông nén trộn đợc: 1250 lít
Kích thớc đá lớn nhất cho phép: 120 mm
Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 70s
Sơ đồ thời gian cho một mẻ trộn:

Nạp liệu
10s
Nạp xi măng 15s
Nạp nớc 20s
Nạp phụ gia 20s
Thời gian trộn 30s
Thời gian xả 20s
Tổng thời gian 70s


Kết cấu của cối trộn cỡng bức 2 trục ngang gồm sáu phần chính:
1) Thân thùng trộn: thể tích chứa liệu thùng trộn là 1,88m
3
, mặt trong của thùng trộn
đợc lắp các tấm lót đợc chế tạo bằng thép chịu mài mòn. Lớp lót chịu mài mòn gồm
nhiều tấm nhỏ ghép lại và đợc bắt vào vỏ thùng trộn bằng bu lông, có thể tháo lắp
thay thế dễ dàng.
H
ình
2
-1 Sơ đồ thời gian cho một
mẻ trộn của cối ITM-1250

12
b
b
b-B



2) Trục trộn: Gồm 2 trục nằm ngang, quay đồng tốc và ngợc chiều nhau. Các cánh
trộn trên mỗi trục đợc bố trí có góc nghiêng và tạo thành một đờng xoắn vít. Các
cánh trộn đợc bố trí sao cho khi hoạt động sẽ tạo ra hai dòng chuyển động ngợc
chiều nhau của các hạt vật liệu. Các cánh trộn trên hai trục đan xen với nhau theo dạng
răng lợc, điều này khiến cho các dòng liệu luôn bị xé ra và đan xen với nhau, tạo ra
quỹ đạo chuyển động phức tạp cho hỗn hợp (hình 1-4) và đảm bảo trộn khốc liệt.
Các cánh trộn đợc chế tạo bằng thép chịu mài mòn và đợc thiết kế để tháo
lắp và thay thế dễ dàng.
3) Cụm cửa xả: đợc thiết kế nh hình 2-2, tiết diện của xả rộng nên tốc độ xả liệu
nhanh, giảm thời gian xả liệu. Cửa xả cối trộn đợc dẫn động thông qua hai xi lanh khí
nén.
4) Cụm gối đỡ trục trộn: đợc thiết kế nh hình 2-3, gối ổ gồm 2 phần:
+ Phần làm kín trục gồm một hệ nhiều vòng đệm, phần này đảm bảo cho nớc
và bê tông phía trong thùng trộn không bị rò rỉ ra ngoài.
+ Phần ổ bi đỡ trục đợc thiết kế là ổ bi đũa lòng cầu 2 dãy, khử đợc sai số về
độ không đồng tâm giữa 2 gối ổ, giảm sự phức tạp khi gia công và gá lắp các gối ổ.
Các gối ổ đợc bôi trơn bằng mỡ.
H
ình
2
-
2
Sơ đồ cấu tạo cối trộn

ITM-1250

13
phần làm kín trục
ổ đỡ lòng cầu







5) Hệ thống dẫn động: mỗi trục trộn đợc dẫn động bằng một động cơ điện, qua một
bộ truyền đai đến hộp giảm tốc. Hai bộ dẫn động này đợc liên hệ với nhau thông qua
bộ đồng tốc, đảm bảo độ lệch pha góc xoay giữa hai trục là không đổi.
6) Hệ thống bôi trơn: Các gối ổ đợc bôi trơn bằng mỡ, mỡ đợc cung cấp định kỳ
bằng tay đến các gối ổ qua ống dẫn từ một vị trí trên thân cối.
Động cơ
Khớp nối đồng tốc
Hộp GT
Trục trộn
H
ình
2
-
3
Cụm gối đỡ trục trộn
H
ình
2

-
4
Sơ đồ nguyên lý hệ dẫn
động trục trộn
Bộ tru
y
ền đai

14
2.2 Tính toán thiết kế kỹ thuật và thiết kế chi tiết
2.2.1 Tính toán thiết kế động học:
2.2.1.1 Năng suất của cối trộn:
Năng suất của cối trộn đợc tính nh sau:
= V.Z (m
3
/h)
V- Dung tích hỗn hợp trộn đợc trong một mẻ trộn. (m
3
)
Z- Số mẻ trộn trong một giờ.
ở đây ta tính toán cho trờng hợp bê tông nén, V=1250 lít = 1,25 m
3

Thời gian 1 mẻ trộn là 70s, ta có Z=
70
3600
=51 mẻ
Vậy năng suất của cối trộn:
=1,25 ì 51= 63,75 m
3

/h
2.2.1.2 Công suất quay trục động cơ cối trộn:
Công suất dẫn động trục trộn dùng để tiêu hao trong việc khắc phục lực cản
biến dạng và lực cản cắt của hỗn hợp trong thùng trộn, cũng chính là dùng để vận
chuyển hỗn hợp tác động lên cánh trộn. Khi nhào trộn các hỗn hợp có độ ẩm không
cao, các cánh trộn chủ yếu là cắt chúng. Khi đa các cánh trộn vào hỗn hợp thì ban
đầu hỗn hợp bị lèn chặt từ từ cho tới khi áp lực riêng lên cánh trộn cân bằng với lực
cản cắt riêng của hỗn hợp K
p
, thì mới bắt đầu quá trình cắt và dời chuyển hỗn hợp.
dP= Kp.dF=Kp.v.cos.dr (N)
Mô men cần thiết để quay cánh trộn:
M=
2
)RR.(cos.b.K
2
B
2
Hp

(Nm)
Công suất tiêu hao dùng để quay cánh trộn:
N=


.1000.2
K.K.Z.).RR.(cos.b.K
H
2
B

2
Hp
(TLTK 1)
K
p
- Hệ số lực cản cắt riêng (đối với hỗn hợp đất sét có độ ẩm 15ữ20% thì lấy
bằng K
p
=(2ữ3).10
5
N/m
2
). Theo kết quả nghiên cứu của K.M.Korolov thì giá trị hệ số
lực cản chuyển động của các loại bê tông là:

15
+ Bê tông dẻo K
p
=3.10
4
N/m
2

+ Bê tông khô K
p
=5,5.10
4
N/m
2

b - Bề rộng cánh trộn, (m)
- Góc giữa bề mặt cánh trộn và trục trộn.
R
H
và R
B
- Bán kính mép ngoài và mép trong của cánh trộn (m)
- Vận tốc góc của cánh trộn trên trục trộn.
Z- Số lợng cánh trên trục trộn.
K
H
- Hệ số làm đầy vật liệu của thùng trộn: K
H
= 0,5ữ0,6
- Hiệu suất truyền động của máy trộn: =0,75ữ0,85
K- Hệ số xét đến tải trọng nặng và sự thay đổi đột ngột: K=1,5ữ2
Trong trờng hợp ta đang xét, hệ số lực cản cắt riêng: K
p
=5,5.10
4
N/m
2
Bề rộng cánh trộn chọn sơ bộ: b=315 mm = 0,315 m
Góc giữa bề mặt cánh trộn và trục trộn: =40
0

Bán kính mép ngoài cánh trộn: R
H
=520 mm = 0,52 m
Bán kính mép trong cánh cối: R

B
= 400 mm = 0,40 m
Tốc độ quay của cối n=29 vòng/phút. Vận tốc góc của cánh cối:
=
60
29.14,3.2
60
n2
=

= 3 rad/s
Số lợng cánh trên trục trộn Z=8
Hệ số làm đầy vật liệu của thùng trộn, chọn K
H
=0,55
Hiệu suất bộ truyền động của máy trộn : =0,85
Do cối trộn làm việc trong điều kiện tải trọng nặng có sự thay đổi đột ngột, chọn hệ
số K=1,8
Vậy ta có:

N=
85,0.1000.2
8,1.55,0.8.3).40,052,0.(40cos.315,0.10.5,5
224

o
= 20,48 KW
Chọn động cơ dẫn động cho trục trộn là động cơ có công suất 22 KW, tốc độ 1475
vòng/phút.

16
2.2.1.3 Tính toán bộ truyền đai:
Mối quan hệ giữa tốc độ quay của trục trộn và động cơ đợc biểu diễn qua công thức
sau:
n
1
=i
1
.i
2
.n
2
n
2
là tốc độ quay trục trộn
n
1
là tốc độ quay động cơ
i
1
là tỉ số truyền bộ truyền đai
i
2
là tỉ số truyền của hộp giảm tốc
Chọn tỉ số truyền của bộ truyền đai là i
1
=2,45; tốc độ quay của trục trộn là
n
2
= 29 vòng/phút

Tốc độ quay của động cơ đã đợc chọn n
1
= 1475 vòng/phút.
Vậy tỉ số truyền của hộp giảm tốc là:
i
2
=
21
1
n.i
n
=
29.45,2
1475
= 20,76
- Chọn loại đai: Tốc độ đai đợc tính theo công thức:
60000
n.d.
v
11

=

n
1
Tốc độ quay trục dẫn bánh đai nhỏ, n
1
=1475 vòng/phút
d
1

Đờng kính bánh đai nhỏ, ta chọn d
1
=200 mm
Vậy ta có:
v=
60000
1475.200.

=15,43 m/s
Với vận tốc đai v=15,43 m/s, ta chọn loại đai truyền động là đai thang hẹp kí
hiệu Y.
- Xác định khoảng cách trục a:
Khoảng cách trục a đợc xác định theo công thức sau:
0,55(d
1
+d
2
)+h a 2(d
1
+d
2
)
0,55(200+480)+13 a 2(200+480) 387 a1360
Trong đó: d
2
=i
1
.d
1
.(1-) = 480 mm

Chọn a=1000 mm

17
- Xác định góc ôm:

1
=180
0
-
a
57).dd(
0
12

= 164,04
0
- Xác định số đai Z:
Z =
zul0
d1
C.C.C.C].P[
K.P


P
1
Công suất trên trục bánh nhỏ, P
1
=22 KW
[P

0
] Công suất cho phép của một đai, [P
0
] = 12 KW
K
d
Hệ số tải trọng động, trong trờng hợp này ta chọn K
d
=1,25


C - Hệ số kể đến ảnh hởng của góc ôm
1
, với
1
= 170,

C = 0,95
C
l
Hệ số kể đến chiều dài đai, chọn C
l
=1,04
C
u
Hệ số kể đến ảnh hởng của tỉ số truyền
u=2,45 có C
u
=1,135
C

z
Hệ số kể đến ảnh hởng của sự phân bố không đều tải trọng trên các đai


==
10
22
][
0
P
P
2,2 ta chọn C
Z
= 0,95
Z=
95,0.135,1.04,1.95,0.10
25,1.22
=2,58
Vậy ta chọn số đai Z = 3.
2.2.1.4 Tính toán trục trộn:
Khi làm việc, trục trộn chịu tác dụng của các lực sau: Mô men xoắn từ khớp
nối, phản lực từ các gối ổ, phản lực của vật liệu trong cối tác động lên trục thông qua
các cánh trộn.
Trên thực tế, phản lực của vật liệu tác động lên trục trộn là một hệ lực rất phức
tạp, các phản lực tác động lên các cánh trộn một cách đồng thời và phản lực trên mỗi
cánh trộn tại mỗi thời điểm là khác nhau. Tuy nhiên, trục trộn sẽ ở trạng thái nguy
hiểm nhất khi một cánh trộn tại vị trí chính giữa 2 gối ổ bị kẹt, ta sẽ tính sức bền cho
trục ở trạng thái này.
Căn cứ vào cấu tạo của cối trộn ta có sơ đồ tính toán nh hình 2-5

18


Tính Mômen xoắn trên trục:

Mô men xoắn trên trục đợc xác định bởi công thức sau:
)Nm(
n
10.55,9.N
T
tr
3
dc
=
Trong đó:
N
dc
- Công suất truyền của động cơ hộp giảm tốc, N
đc
= 22 (Kw)
n
tr
- Số vòng quay của trục trộn, n
tr
= 29 (v/ph)
)(7245
29
10.55,9.22
3
NmT == =7,3.10

6
(Nmm)
Ta có biểu đồ mô men xoắn nh (hình 2-6) biểu đồ T.
Tính Mômen uốn trục:

- Lực vòng F
x
(lực cản khi trục trộn bị kẹt):

)(13933
52,0
7245
N
h
M
F
x
x
===

Trong đó h là khoảng cách từ lỡi trộn đến trục quay, h = 520mm = 0,52m
- Lực dọc trục F
z
đợc sinh ra do lỡi trộn đợc bố trí nghiêng góc với trục
quay:
F
z
= F
x
.tg

( - là góc nghiêng giữa lỡi trộn và trục quay, =40
o
)
Vậy ta có: F
z
= 13933.tg40
o
=11691(N)
+ Xét mặt phẳng xz:
H
ình
2
-
5
Sơ đồ tính toán trục trộn

19
Các ngoại lực tác động lên trục bao gồm: phản lực tại các gối ổ V
Bx
, V
Bx
và lực
F
x
, ta có phơng trình cân bằng lực:

0F V V
xCxBx
=++
rrr

V
Bx
+ V
Cx
=F
x
(1)
Phơng trình cân bằng mô men tại điểm A:
m
Ax
= V
Bx
.1065 - V
Cx
.1065 = 0.
V
Bx
=V
Cx
(2)
Từ (1) và (2) ta có kết quả V
Bx
=V
Cx
= F
x
/2 =
2
13933

= 6966,5(N)
Ta có phơng trình mômen uốn trên mặt xz:




=
=
lzl.5,0)l.5,0z.(Fz.VM
l.5,0z0z.VM
xBxx
Bxx

Trong đó l là khoảng cách giữa 2 gối đỡ, l= 2130 mm
Mô men uốn tại điểm A: M
Ax
=V
Bx
.
2
l

Vậy ta có: M
Ax
= 6966,5.
2
2130
= 7,4.10
6
Nmm

Biểu đồ mô men uốn trên mặt phẳng xz đợc biểu diễn nh (hình 2-6)

20
















+ XÐt mÆt ph¼ng yz:
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc theo ph−¬ng y:
V
By
– V
Cy
= 0 ⇒ V
By
=V
Cy
.

Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng m«men t¹i ®iÓm B:
M
B
= V
Cy
.2,13 = F
z
.h=11691.0,52
VËy ta cã V
Cy
=2854,2 (N) = V
By

Ta cã ph−¬ng tr×nh m«men uèn trªn mÆt yz:

⎢
⎢
⎣
⎡
≤≤−=
≤≤=
lzl.5,0h.Fz.VM
l.5,0z0z.VM
zByy
Byy

M« men uèn t¹i ®iÓm A: M
Ay
=V
By

.
2
l

M
Ay
=2854,2.
2
2130
= 3.10
6
Nmm
BiÓu ®å m« men uèn trªn mÆt ph¼ng xz ®−îc biÓu diÔn nh− (h×nh 2-6)
H
×nh
2
-6 BiÓu ®å m« men uèn vµ xo¾n

21
Theo biểu đồ mômen ta thấy tại A (điểm cánh trộn bị kẹt) là điểm nguy hiểm nhất.
Mômen tơng đơng tại A:

22
Atd
T.75,0MM +=
Trong đó:
6262622
10.9,7)10.3()10.4,7( =+=+=
AyAxA
MMM (Nmm)

Vậy:
62626
10.8,10)10.3,7.(75,0)10.9,7( =+=
td
M (Nmm)
Đờng kính trục tại tiết diện A:

[]
3
tdC
C
.1,0
M
d

=

Với []: ứng suất cho phép của thép chế tạo trục, thép 45: [] = 50 Mpa

[]
2,129
50.1,0
10.8,10
.1,0
3
6
3
===

tdC

C
M
d
(mm)
Do cấu tạo đặc thù của cối trộn, ta chọn trục có tiết diện lục giác, trục lục giác (nh
hình 2-7) đợc thiết kế có kích thớc nội tiếp đờng tròn D120mm và ngoại tiếp
đờng tròn D139mm.
Để đơn giản trong cách tính toán và vẫn đảm bảo đợc tính an toàn, chúng ta tính toán
kiểm nghiệm với trục tròn nội tiếp lục giác có đờng kính là 120mm:
Mô men quán tính J
x
=J
y
64
4
D


Mô men chống uốn W
x
=W
y
3
1,0 D
Mô men chống xoắn W
O
16
3
D

Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Theo [3], kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo đợc độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại tiết
diện nguy hiểm A thoả mãn điều kiện sau:

[]
S
SS
S.S
S
22
A
AA
AA

+
=



H
ình
2
-7 tiết diện trục

22

Trong đó:
[S] hệ số an toàn cho phép. Thông thờng [S] > 1,5. Với [S] = 2,5 3 thì không cần
kiểm nghiệm độ bền cứng của trục.
S

A
và S

A
hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếp.

mAaAdA
1
A
K
S
+

=





mAaAdA
1
A
K
S
+

=




Với:
-


= 0,05 và

= 0.
-

-1
= 0,436.
b
= 0,436.600 = 261,6 (MPa)
-

-1
= 0,58.
-1
= 0,58.261,6 = 151,7 (MPa)
Đối với trục quay ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó:


mA
= 0

A
A
aA
W
M
=
với D=120 mm, ta có W
A
=0,1.120
3
= 1,8.10
5
mm
3
.

60
10.8,1
10.8,10
5
6
===
A
A
aA
W
M

N/mm

2
Khi trục quay hai chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng do đó:


mA
= 0

A0
A
aA
W
T
=
với W
OA
=
16
120.
3

= 3,4.10
5
mm
3
5,21
10.4,3
10.3,7
5
6
0

===
A
A
aA
W
T

N/mm
2
.
- K

dA
và K

dA
: hệ số, đợc xác định theo công thức:

23

y
X
dA
K
1K
K
K

+

=





y
X
dA
K
1K
K
K








+

=




trong đó:
- k
X
= 1,35 hệ số tập trung ứng suất do phơng pháp gia công bề mặt
- k
Y
= 1,7 hệ số tăng bền bề mặt trục.
- K

, K

- hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn.
-


,

- hệ số kích thớc kể đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục đến
giới hạn mỏi.
Ta có:
K

/

= 2,18 và K

/

= 1,71
Vậy:
K

dA
= (2,18+1,35-1)/1,7 = 1,49
K

dA
= (1,71+1,35-1)/1,7 = 1,21
Vậy do đó ta có:

8,5
05,21.21,1
7,151
9,2
060.49,1
6,261
=
+
=
=
+
=
A
A
S

S




59,2
)8,5()9,2(
8,5.9,2
22
=
+
=
A
S
Ta có S
A
> [S] = 1,5, trục đạt đợc yêu cầu về độ bền mỏi.
Kiểm nghiệm trục về độ cứng uốn

Độ võng cho phép trong các máy xây dựng:
[f]= (0,00080,0012).l
Với l là khoảng cách giữa 2 gối đỡ, l=2130 mm
Trong trờng hợp này ta chọn [f] = 0,001.l, vậy ta có [f]=2,13 mm