Nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn và xác định một số thông số kỹ thuật hợp lý của buồng trộn thuộc trạm trộn BTNN do Việt Nam chế tạo

i



LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công
trình nào khác./.




Vũ Minh Đức











ii
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin đƣợc trân trọng cảm ơn PGS-TS-NGND Nguyễn Đăng Điệm, PGS-TS-
NGƢT Vũ Thế Lộc đã tận tình hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận án này.

Trân trọng cảm ơn PGS-TS-NGUT Nguyễn Văn Vịnh, PGS-TS-NGUT
Nguyễn Bính, PGS-TS-NGND Nguyễn Văn Hợp cùng các đồng nghiệp tại Bộ môn
Máy Xây dựng- Xếp dỡ, Khoa Cơ khí Trƣờng Đại học Giao thông vận tải; GS-TSKH
Phạm Văn Lang -Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, các nhà
khoa học của Trƣờng Đại học Giao thông vận tải, Trƣờng Đại học Xây dựng, Trƣờng
Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Khoa học - Công
nghệ Giao thông vận tải… đã góp ý, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận án.
Trân trọng cảm ơn KS Nguyễn Văn Liên- Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công
nghệ sau thu hoạch, Th.S Lƣơng Xuân Chiểu cùng các Cán bộ của Phòng Thí nghiệm
VILAS 47- Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải (Trƣờng Đại học Giao
thông vận tải) đã hỗ trợ tận tình trong việc chế tạo mô hình và tiến hành các thí nghiệm
theo nội dung nghiên cứu.
Trân trọng cảm ơn Lãnh đạo và cán bộ kỹ thuật của Công ty Cơ khí Công trình
(Tổng Công ty ô tô 1-5) và các đơn vị, doanh nghiệp đã giúp đỡ tôi trong việc khảo
sát, thu thập số liệu phục vụ cho đề tài.
Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Giao thông vận tải, lãnh đạo
và cán bộ các đơn vị chức năng của Nhà trƣờng (Phòng Đào tạo Sau Đại học, Phòng
Khoa học- Công nghệ, Phòng Hành chính- Tổng hợp) đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi
trong quá trình nghiên cứu.
Trân trọng cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình, bạn bè, đồng chí, đồng
nghiệp đã động viên, hỗ trợ tôi hoàn thành luận án./.
Hà Nội, tháng 7 năm 2013
Vũ Minh Đức

iii
MỤC LỤC:


Trang
MỞ ĐẦU

1
1.
Tính cấp thiết của đề tài
1
2.
Mục đích của luận án
2
3.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2
4.
Nội dung nghiên cứu
2
5.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2
6.
7.
Bố cục của luận án
Điểm mới của luận án
3
4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BTNN, THIẾT BỊ SẢN XUẤT BTNN
VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN
5
1.1
Bêtông nhựa nóng và thiết bị sản xuất bêtông nhựa nóng
5
1.1.1

Nhu cầu về sử dụng BTNN trên thế giới và ở Việt Nam
5
1.1.2
Thành phần của BTNN và phân loại BTNN
6
1.1.3
Công nghệ sản xuất BTNN và thiết bị sản xuất BTNN
7
1.2
Tình hình nghiên cứu các vấn đề có liên quan đến đề tài luận án
17
1.2.1
Tình hình nghiên cứu về độ tin cậy của trạm trộn BTNN
17
1.2.2
1.3
1.4
1.5
Tình hình nghiên cứu về trộn vật liệu rời
Những vấn đề còn tồn tại mà luận án tập trung giải quyết
Mục tiêu của đề tài luận án
Phƣơng pháp nghiên cứu
17
35
36
37
Kết luận chƣơng 1
38
CHƢƠNG 2. KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA TRẠM
TRỘN VÀ CÁC KHỐI MÁY CHÍNH TRÊN TRẠM TRỘN BTNN DO

VIỆT NAM CHẾ TẠO
40

iv
2.1
Tình hình trang bị và sử dụng trạm trộn BTNN ở Việt Nam
40
2.1.1
Số lƣợng trạm trộn BTNN đƣợc trang bị ở Việt Nam
40
2.1.2
Giới thiệu đặc tính kỹ thuật trạm trộn BTNN do Việt Nam chế tạo
42
2.2
Khảo sát, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn BTNN do Việt Nam
chế tạo
46
2.2.1
Cơ sở lý thuyết và các giả thiết cho quá trình khảo sát
46
2.2.2
Khảo sát quá trình làm việc và đánh giá độ tin cậy của các trạm trộn
BTNN đang sử dụng ở Việt Nam
49
Kết luận chƣơng 2
71
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TOÁN
CÔNG SUẤT DẪN ĐỘNG BUỒNG TRỘN TRẠM TRỘN BTNN
KIỂU CƢỠNG BỨC, CHU KỲ, HAI TRỤC NGANG
72

3.1
Nghiên cứu về buồng trộn trạm trộn BTNN kiểu cƣỡng bức, chu
kỳ, hai trục ngang
72
3.1.1
Các hình thức trộn trong sản xuất BTNN
72
3.1.2
Các loại buồng trộn BTNN kiểu cƣỡng bức chu kỳ đang sử dụng
hiện nay
73
3.1.3
Chế độ tải trọng trong quá trình trộn
83
3.2
Đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn của
trạm trộn BTNN kiểu cƣỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang
85
3.3.1
Định hƣớng nghiên cứu
85
3.3.2
Khai triển công thức đề xuất
87
Kết luận chƣơng 3
92
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA
MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CÔNG SUẤT DẪN ĐỘNG BUỒNG
TRỘN BTNN VÀ ĐỘ ĐỒNG ĐỀU MẺ TRỘN
95

4.1
Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu thực nghiệm
95
4.1.1
Lý thuyết mô hình hóa
95
4.1.2
Lý thuyết đồng dạng
95

v
4.2
Ứng dụng lý thuyết mô hình hóa và phân tích thứ nguyên trong
việc xác định các thông số thực nghiệm của buồng trộn BTNN
kiểu cƣỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang
97
4.2.1
Xác định các thông số „vào”, “ra”
97
4.2.2
Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm
99
4.2.3
Phƣơng pháp xác định độ trộn đều của hỗn hợp sau trộn
104
4.3
Nghiên cứu thực nghiệm
104
4.3.1
Mục đích

104
4.3.2
Các thông số, chỉ tiêu cần xác định bằng thực nghiệm
105
4.3.3
Thiết bị thực nghiệm
106
4.3.4
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của hƣớng bố trí bàn tay trộn
đến tiêu thụ năng lƣợng riêng và độ trộn đều
113
4.3.5
Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính tải trọng trong quá trình trộn
119
4.3.6
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông số (tốc độ
vòng quay trục trộn, góc nghiêng bàn tay trộn, hệ số điền đầy) đến
tiêu thụ năng lƣợng riêng và độ trộn đều
120
4.3.7
Xác định hệ số vƣợt tải K
128
Kết luận chƣơng 4
129
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
131
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BÓ KẾT QUẢ NGHIÊN
CỨU CỦA LUẬN ÁN
134

vi
DANH MC CC BNG, BIU:

TT
Tờn bng, biu
Trang
1
Bng 1.1: Tc phỏt trin mng li giao thụng ng b
6
2
Bng 1.2- So sỏnh cụng sut dn ng bung trn tớnh theo cụng
thc Kerov v cụng sut s dng thc t:
24
3
Bng 1.3: Kt qu tớnh toỏn cụng sut dn ng bung trn cp
phi 2 trc ngang theo cỏc phng phỏp khỏc nhau
30
4
Bng 2.1. S liu thng kờ s b v tỡnh hỡnh trang b v s dng
trm trn BTNN Vit Nam
41
5
Bng 2.2- Kh nng cung cp BTNN ca cỏc trm trn
41

6
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật chủ yếu của các trạm BTNN loại trộn
c-ỡng bức chu kỳ do Việt Nam thiết kế chế tạo.
43
7
Bn Bng 2.4. Thụng s k thut ca mt s trm BTNN do cỏc nc
tiờn tiờn tin trờn th gii ch to
45
8
Bng 2.5. Mt s trm trn BTNN lp t khu vc phớa Bc
50
9
Bng 2.6. Mt s trm trn BTNN c la chn kho sỏt
51
10
Bng 2.7. Nhng hng húc thng gp i vi trm trn BTNN
52
11
Bng 2.9- Thng kờ s ln hng húc nm 2007
57
12
Bng 2.10- Thng kờ s ln hng húc nm 2008
57
13
Bng 2.11- Tng hp s ln hng húc ca c 2 nm 2007 v 2008
57
14
Bng 2.12. Bng tng hp s liu thi gian lm vic ti hng v
thi gian phc hi ca cỏc khi mỏy trong cỏc trm trn BTNN ó
kho sỏt.

62
15
Bng 2.13. Kt qu tớnh toỏn cỏc thụng s tin cy ca cỏc khi
mỏy trong trm trn BTNN
70

vii
TT
Tên bảng, biểu
Trang
16
Bảng 2.14. Hàm tin cậy của các khối máy trong trạm trộn BTNN
70
17
Bảng 2.15. Mức độ tin cậy của các khối máy trong trạm trộn BTNN
71
18
Bảng 3.1- Các thông số cơ bản của một số loại buồng trộn BTNN
kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang
78
19
Bảng 3.2. So sánh cách tính công suất dẫn động buồng trộn theo
công thức đề xuất
92
20
Bảng 4.1. Các thông số ‘vào” liên quan đến quá trình trộn
97
21
Bảng 4.2.Các thông số của mô hình buồng trộn thí nghiệm
107

23
Bảng 4.3 Ma trận thí nghiệm
121
24
Bảng 4.4: Thông tin thí nghiệm
122
25
Bảng 4.5. Kết quả tối ưu trên buồng trộn mô hình
126
26
Bảng 4.6: Các thông số của dãy máy mẫu
128
27
Bảng 4.7- So sánh công suất tính theo công thức đề xuất và thực tế
sử dụng
128










viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ:
TT
Hình vẽ

Trang
1
Hình 1.1- Trạm trộn BTNN kiểu di động
9
2
Hình1.2- Trạm trộn BTNN kiểu cố định
9
3
Hình 1.3- Trạm trộn BTNN kiểu cơ động (móng nổi)
10
4
Hình 1.4- Sơ đồ cấu tạo trạm trộn chu kỳ sàng nóng
11
5
Hình 1.5- Sơ đồ trạm trộn liên tục theo kiểu thùng quay
12
6
Hình 1.6- Trạm trộn BTNN kiểu liên tục
13
7
Hình 1.7- Trạm BTNN bố trí theo sơ đồ nằm ngang
14
8
Hình 1.8- Trạm trộn BTNN bố trí theo sơ đồ thẳng đứng (kiểu tháp)
14
9
Hình 1.9. Quy trình công nghệ sản xuất BTNN ở trạm trộn cưỡng
bức, chu kỳ.
16
10

Hình 1.10- Sơ đồ các buồng trộn thí nghiệm
20
11
Hình 1.11- Sơ đồ thiết bị thí nghiệm buồng trộn cánh gạt
21
12
Hình 1.12- Mô hình thực nghiệm của TS Racz Kornelia
26
13
Hình 1.13- Đồ thị quan hệ giữa lực cản lên cánh tay trộn với vị trí
của cánh tay trộn trong khối vật liệu
26
14
Hình 1.14- Sơ đồ thiết bị thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng góc
nghiêng bàn tay trộn
27
15
Hình 1.15- Đồ thị ảnh hưởng của góc nghiêng bàn tay trộn đến
công suất dẫn động buồng trộn
28
16
Hình 1.16- Sự thay đổi của hiệu quả trộn V% theo thời gian trộn
của máy trộn tự do và máy trộn cưỡng bức
32

ix
TT
Hình vẽ
Trang
17

Hình 1.17- Sự thay đổi của hệ số hiệu quả trộn V% theo kích thước
cánh trộn và theo số lần trộn
32
18
Hình 1.18– Ảnh hưởng của góc nghiêng cánh trộn đến công suất
dẫn động buồng trộn
33
19
Hình 1.19 – Ảnh hưởng của tốc độ quay của trục trộn đến công
suất dẫn động buồng trộn
33
20
Hình 1.20. Quy ước đánh số vị trí các bàn tay trộn trong buồng trộn
34
21
Hình 1.21- Quy ước chiều quay và vị trí của bàn tay trộn.
34
22
Hình 1.22. Mô tả chuyển động các hạt vật liệu trong buồng trộn
35
23
Hình 2.1- Hỏng và sửa chữa tang sấy
54
24
Hình 2.2- Bê tông nhựa bị cứng giữ chặt trục trộn và bàn tay trộn
54
25
Hình 2.3- Băng tải bị rách
54
26

Hình 2.4- Sửa chữa hệ thống lọc bụi
54
27
Hình 2.5 - Sửa chữa hệ thống gia nhiệt cho tang sấy
55
28
Hình 2.6- Hỏng hệ thống gia nhiệt cho thùng nấu nhựa
55
29
Hình 2.7- Hỏng vỏ tang sấy
55
30
Hình 2.8- Hỏng bàn tay trộn
55
31
Hình 2.9-Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 1 (Cấp vật liệu
nguội)
58
32
Hình 2.10- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 2 (Cấp vật
liệu nóng)
58
33
Hình 2.11- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 3 (Cấp phụ
gia)

59

x
TT

Hình vẽ
Trang
34
Hình 2.12- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 4 (Cấp
nhựa đường)
59
35
Hình 2.13- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 5 (Buồng
trộn)

59
36
Hình 2.14- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng khối 6 (Hút bụi)
60
37
Hình 2.15- Đồ thị hàm mật độ phân bố số lần hỏng tổng hợp của
Trạm
60
38
Hình 2.16- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng
của khối 1 (Cấp vật liệu nguội)

63
39
Hình 2.17- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng của
khối 2 (Cấp vật liệu nóng)

63
40
Hình 2.18- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng của

khối 3 (Cấp phụ gia)
63
41
Hình 2.19- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng của
khối 4 (Cấp nhựa đường)
64
42
Hình 2.20- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng của
khối 5 (Buồng trộn)
64
43
Hình 2.21-Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng của
khối 6 (Hút bụi)
64
44
Hình 2.22- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian làm việc tới hỏng tổng
hợp của trạm trộn BTNN.
65
45
Hình 2.23-Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 1
(Cấp vật liệu nguội)
65
46
Hình 2.24- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 2
(Cấp vật liệu nóng)
65
47
Hình 2.25- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 3
(Cấp phụ gia)
66

48
Hình 2.26- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 4
(Cấp nhựa đường)
66
49
Hình 2.27- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 5
(Buồng trộn)
66
50
Hình 2.28- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi khối 6
(Hút bụi)
67
51
Hình 2.29- Đồ thị hàm mật độ phân bố thời gian phục hồi tổng hợp
của trạm trộn BTNN
67

xi
TT
Hình vẽ
Trang
52
Hình 2.30- Hàm tin cậy của các khối và của tổng thể trạm trộn
BTNN không xét tới cường độ phục hồi
68
53
Hình 2.31-Hàm tin cậy của các cụm và của tổng thể trạm trộn
BTNN có xét tới cường độ phục hồi
69
54

Hình 3.1- Các hình thức trộn bê tông nhựa nóng
72
55
Hình 3.2 - Quá trình nhào trộn trong buồng trộn cánh gạt hai trục
73
56
Hình 3.3- Hướng quỹ đạo vật liệu chuyển động trong buồng trộn.
74
57
Hình 3.4- Buồng trộn có cánh trộn kiểu vít xoắn liên tục
74
58
Hình 3.5- Buồng trộn có bàn tay trộn bố trí lệch nhau một góc khác
90
0
theo vòng quay trục trộn

75
59
Hình 3.6- Buồng trộn bố trí một bàn tay trộn tại một điểm trên trục
trộn
75
60
Hình 3.7- Buồng trộn có 1 cặp bàn tay đối xứng tại 1 điểm trên trục
trộn
76
61
Hình 3.8- Cấu tạo tổng thể buồng trộn BTNN do Việt Nam chế tạo
76
62

Hình 3.9- Bố trí cánh tay trộn và bàn tay trộn trên hai trục trộn của
buồng trộn cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang, cánh trộn bố trí đối
xứng qua một điểm
77
63
Hình 3.10- Dạng hình học và kích thước cơ bản của buồng trộn
BTNN cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang
80
64
Hình 3.11- Mô tả dòng chuyển động của các hạt vật liệu trong
buồng trộn do Việt Nam chế tạo
83
65
Hình 3.12- Giản đồ thời gian hoạt động của một trạm trộn BTNN
kiểu hình tháp
84
66
Hình 3.13- Giản đồ biến thiên công suất dẫn động buồng trộn trong
1 chu kỳ trộn
85
67
Hình 3.14- Sơ đồ xác định công suất cản W
1
88
68
Hình 3.15- Sơ đồ xác định công suất cản W
3
91
69
Hình 4.1- Mô hình bài toán quy hoạch thực nghiệm

100

xii
TT
Hình vẽ
Trang
70
Hình 4.2- Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm
105
71
Hình 4.3: Kết cấu tổng thể mô hình máy trộn
108
72
Hình 4.4- Hình ảnh về máy trộn thí nghiệm
108
73
Hình 4.5- Cấu tạo bên trong máy trộn thí nghiệm
108
74
Hình 4.6- Sơ đồ cách đo tiêu thụ năng lượng
109
75
Hình 4.7- Công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin
vào máy tính
110
76
Hình 4.8- Sơ đồ mạch cầu
110
77
Hình 4.9- Sơ đồ bố trí tenzo

110
78
Hình 4.10- Thiết bị Dynamic Strainmeters SDA-810C/830C
111
79
Hình 4.11- Sử dụng vành trượt để đưa điện áp đo ra ngoài
112
80
Hình 4.12- Dán tenzo trên trục
112
81
Hình 4.13- Kết nối thiết bị đo- máy tính
112
82
Hình 4.14- Cấu tạo dầm đàn hồi dán tenzo đo biến dạng
113
83
Hình 4.15-Sơn màu vật liệu bằng thùng trộn bê tông xi măng
114
84
Hình 4.16- Vật liệu sau khi sơn màu
114
85
Hình 4.17- Sàng phân loại và cân vật liệu để thiết kế thành phần
cấp phối
115
86
Hình 4.18- Kết nối thiết bị đo năng lượng tiêu thụ
115
87

Hình 4.19- Nạp vật liệu (PA1)
116

xiii
TT
Hình vẽ
Trang
88
Hình 4.20-Phân bố vật liệu sau khi trộn (PA1)
116
89
Hình 4.21- Nạp vật liệu (PA2)
117
90
Hình 4.22- Phân bố vật liệu sau khi trộn (PA2)
117
91
Hình 4.23- Nạp vật liệu (PA3)
117
92
Hình 4.24- Phân bố vật liệu sau khi trộn (PA3)
117
93
Hình 4.25- Đồ thị % lọt sàng sau thí nghiệm
118
94
Hình 4.26- Đồ thị công suất khi trộn với các cách bố trí cánh trộn
khác nhau
118
95

Hình 4.27- Đường đặc tính tải trọng trong quá trình trộn
119
96
Hình 4.28- Đồ thị % lọt sàng ứng với các thông số tối ưu của mẻ
trộn trên mô hình
126












xiv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN:
Ký hiệu
Diễn giải
Đơn vị tính


Năng suất của trạm trộn
T/h
Q
Dung lƣợng mẻ trộn
Kg (T)

L
Chiều dài buồng trộn
m
B
Chiều rộng buồng trộn
m
R
Bán kính buồng trộn
m
H
Chiều cao buồng trộn
m
Z
Số lƣợng bàn tay trộn làm việc
Chiếc
S
Khoảng cách giữa 2 bàn tay trộn liên tiếp
m
b
Bề rộng bàn tay trộn
m
h
Chiều cao bàn tay trộn
m
r
Chiều dài cánh tay đòn cánh trộn
m


Chiều dày bàn tay trộn

m
F
Diện tích bàn tay trộn
m
2
n
Số vòng quay trục trộn
v/ph


Vận tốc góc trục trộn
s
-1


Góc nghiêng bàn tay trộn
độ
v
t
Vận tốc điểm đầu mút bàn tay trộn
m/s


Khối lƣợng riêng của vật liệu
Kg/m
3


Hệ số đầy thùng
-

N
Công suất dẫn động trục trộn
kW


Góc vị trí bàn tay trộn trong khối vật liệu
độ


Góc chân nón của vật liệu
độ
d
max,
d
min
Kích thƣớc lớn nhất, nhỏ nhất của hạt vật liệu
mm

xv
Ký hiệu
Diễn giải
Đơn vị tính
V
c
Hệ số không đồng nhất của vật liệu khi trộn
%


Hệ số cản của vật liệu
-

W
p
Công suất tối đa khi trộn
kW
W
b
Công suất bình ổn khi trộn
kW
W
0
Công suất không tải khi trộn
kW


Ứng suất cắt
N/m
2
V
i
Thể tích khổi vật liệu dịch chuyển khi trộn
m
3
P
i
Lực cản trên các cánh trộn
kN


Hiệu suất truyền động
-

f
Hệ số ma sát

i


Chuẩn số đồng dạng

g
Gia tốc trọng trƣờng
m/s
2












xvi

1


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Giao thông vận tải là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh tế- xã
hội, cần được ưu tiên phát triển đi trước một bước với tốc độ nhanh, bền vững nhằm
tạo tiền đề cho phát triển kinh tế- xã hội; đảm bảo an ninh- quốc phòng, phục vụ sự
nghiệp công nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước. Chiến lược phát triển Giao thông vận
tải đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 [3] đã chỉ rõ: “Giao thông vận tải Việt Nam
phải phát triển đồng bộ cả kết cấu hạ tầng, vận tải và công nghiệp giao thông vận tải
theo hướng công nghiệp hóa- hiện đại hóa”; trong đó ngành công nghiệp ô tô và xe
máy thi công phải đạt tỷ lệ nội địa hóa trên 60%, tập trung chế tạo và lắp ráp ô tô và
một số chủng loại xe máy thi công đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và đủ sức
cạnh tranh quốc tế.
Mạng lưới đường bộ của nước ta hiện nay có tổng chiều dài trên 256.684 km;
trong đó có 17.288 km quốc lộ, 23.520 km tỉnh lộ, còn lại là đường địa phương. Theo
thống kê của Bộ Giao thông vận tải, năm 2006 có khoảng 45% tổng số km mặt quốc
lộ, 15% tổng số km mặt đường tỉnh, 8% tổng số km mặt đường huyện đã được phủ
bê tông nhựa nóng và tỷ lệ này sẽ tiếp tục được tăng lên trong thời gian tới.
Để phục vụ nhu cầu về bê tông nhựa nóng (BTNN) trong xây dựng đường bộ,
sân bay…; trong những năm qua đã có trên 500 trạm trộn BTNN được đưa vào sử
dụng; trong đó phần lớn (khoảng 80%) là các trạm do Việt Nam chế tạo với chất
lượng tương đương mà chi phí chỉ khoảng 50- 60% so với các trạm nhập ngoại.

Tuy nhiên, qua nghiên cứu, khảo sát cho thấy: Việc tính toán thiết kế các trạm
trộn BTNN chế tạo trong nước chủ yếu dựa trên các tài liệu của nước ngoài, lựa chọn
các tham số theo kinh nghiệm, trong đó có nhiều tham số có giá trị trong phạm vi
rộng, gây khó khăn cho người thiết kế. Mặt khác, trong quá trình khai thác, sử dụng
trạm trộn BTNN, việc theo dõi, đánh giá độ tin cậy của các khối máy chính và của
toàn trạm chưa được quan tâm đúng mức để có biện pháp điều chỉnh khi thiết kế, chế
2


tạo cũng như dự phòng vật tư thay thế, bố trí lịch sửa chữa phù hợp với đặc điểm khai
thác của trạm.
Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn và xác định
một số thông số kỹ thuật hợp lý của buồng trộn thuộc trạm trộn BTNN do Việt Nam
chế tạo” là một hướng đi thiết thực giúp cho việc hoàn thiện hơn công tác thiết kế -
chế tạo trạm trộn BTNN tại Việt Nam.
2. Mục đích của luận án:
Nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của các trạm trộn BTNN được chế tạo và khai
thác ở Việt Nam; đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn; nghiên
cứu ảnh hưởng của một số thông số đến công suất dẫn động buồng trộn và xác định
các giá trị hợp lý của các thông số đó. Đây là cơ sở để hoàn thiện công tác thiết kế,
chế tạo và khai thác trạm trộn BTNN ở Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của Luận án là trạm trộn và buồng trộn trạm
trộn BTNN chế tạo tại Việt Nam, sử dụng để sản xuất BTNN hạt trung; chủ yếu khảo
sát trong giai đoạn trộn khô là giai đoạn có mức độ tải trọng cao điển hình.
4. Nội dung nghiên cứu:
- Khảo sát, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn và các khối máy chính trên trạm
trộn BTNN chế tạo tại Việt Nam.
- Nghiên cứu, đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn
BTNN kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang.

- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng một số thông số kỹ thuật đến công suất
dẫn động buồng trộn BTNN. Xác định các giá trị hợp lý của một số thông số kỹ thuật
theo mục tiêu chi phí năng lượng riêng thấp nhất và đảm bảo độ trộn đều của mẻ trộn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
a/ Ý nghĩa khoa học:
3


- Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có ở trong nước và trên thế giới, xác định
quy luật chuyển động của các hạt vật liệu trong quá trình trộn của buồng trộn BTNN,
làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng
trộn.
- Xây dựng và đề xuất công thức mới để tính toán công suất dẫn động buồng
trộn BTNN.
- Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến tiêu thụ năng lượng và độ đồng
đều của mẻ trộn; xác định các giá trị tối ưu của các yếu tố này theo mục tiêu giảm chi
phí công suất riêng, đảm bảo độ đồng đều của mẻ trộn.
b/ Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sẽ là những tài liệu tham khảo cho các
đơn vị sản xuất chế tạo buồng trộn BTNN vận dụng khi thiết kế các loại buồng trộn có
dung lượng mẻ trộn khác nhau.
6. Bố cục của luận án:
Nội dung của luận án gồm:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về BTNN, thiết bị sản xuất BTNN và tình hình
nghiên cứu những vấn đề liên quan đến đề tài của luận án.
- Chương 2: Khảo sát, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn và các khối máy
chính trên trạm trộn BTNN do Việt Nam chế tạo.
- Chương 3: Nghiên cứu, đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động
buồng trộn BTNN kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang

- Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm, xác định một số thông số kỹ thuật
hợp lý của buồng trộn BTNN kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang.
- Kết luận và kiến nghị
4


- Danh mục các công trình công bố kết quả nghiên cứu của đề tài Luận án.
- Danh mục tài liệu tham khảo
- Phụ lục
7. Điểm mới của Luận án:
- Thông qua kết quả khảo sát, phân tích hoạt động của các trạm trộn BTNN
đang khai thác ở Việt Nam, luận án đã thống kê được những hỏng hóc thường gặp
của trạm trộn, nguyên nhân và giải pháp khắc phục.
Bằng lý thuyết độ tin cậy, đánh giá mức độ tin cậy của các khối máy thuộc hệ
cơ khí trên các trạm trộn, chỉ ra những khối máy có độ tin cậy thấp hơn, từ đó có
hướng để tập trung giải quyết nâng cao độ tin cậy.
- Đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn trên cơ sở phân
tích, kế thừa các công thức hiện có; đảm bảo phản ánh cơ bản các thành phần trở lực,
đơn giản và thuận lợi cho vận dụng. Kết quả tính toán theo công thức mới sát với giá
trị thực tế.
- Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình buồng trộn về ảnh hưởng của các yếu
tố đến chất lượng trộn và mức độ tiêu thụ năng lượng riêng; xác định được các giá trị
thông số kỹ thuật hợp lý cho buồng trộn. Việc rút ra kết luận về thay đổi tốc độ quay
của trục trộn tương ứng với các mẻ trộn có dung lượng khác nhau mà không làm thay
đổi thời gian trộn là rất có ý nghĩa và có khả năng ứng dụng vào thực tiễn.
Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã hết sức cố gắng để hoàn thành những
nội dung đã đặt ra. Tuy nhiên, bản luận án khó tránh khỏi những sai sót nhất định. Tôi
rất mong nhận được các ý kiến chỉ dẫn của các nhà khoa học, các đồng nghiệp để bản
luận án hoàn chỉnh hơn.
Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 8 năm 2013
Tác giả
5












5


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA NÓNG, THIẾT BỊ SẢN XUẤT
BÊ TÔNG NHỰA NÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1.1- Bê tông nhựa nóng và thiết bị sản xuất bê tông nhựa nóng (BTNN):
1.1.1- Nhu cầu về sử dụng bê tông nhựa nóng trên thế giới và ở Việt Nam
Trong xây dựng đƣờng ô tô trên thế giới và Việt Nam thƣờng sử dụng rộng rãi
các hỗn hợp vật liệu khoáng- bitum (hỗn hợp vật liệu nhựa đƣờng), trong đó có bê
tông Asphalt (hay BTNN).
BTNN là hỗn hợp vật liệu (đá, cát), bột đá và nhựa đƣờng đƣợc gia công ở nhiệt
độ 160- 200
0

C đối với đá cát, 170
0
C đối với nhựa đƣờng, ở nhiệt độ môi trƣờng đối
với bột đá.
Theo các số liệu thống kê thì có tới hơn 70% tổng số chiều dài đƣờng cao tốc
trên thế giới sử dụng kết cấu mặt đƣờng BTNN. Ở Nhật Bản, năm 2006 có trên 95%
mặt đƣờng sử dụng BTNN. Ngoài sử dụng trên mặt đƣờng còn đƣợc sử dụng làm bãi
đỗ sân bay, bãi đỗ xe, lớp phủ mặt cầu, lớp phủ mặt sàn khu công nghiệp.[17]
Ở Việt Nam, theo số liệu của Bộ Giao thông vận tải [3], mạng lƣới đƣờng bộ ở
Việt Nam có chiều dài hơn 256.684 km, trong đó đƣờng liên huyện, liên tỉnh và
đƣờng quốc gia dài hơn 40.000 km, còn lại là đƣờng cấp thấp. Đến năm 2006 đã có
45% số km mặt đƣờng quốc lộ, 15% số km mặt đƣờng tỉnh, 8% số km mặt đƣờng
huyện sử dụng BTNN và trong những năm gần đây, số lƣợng mặt đƣờng BTNN tăng
lên đáng kể, thay thế cho mặt đƣờng thấm nhập nhựa.[3]
Quy hoạch phát triển giao thông đƣờng bộ Việt Nam đến năm 2020 và định
hƣớng đến năm 2030 theo Quyết định số 1327/QĐ-TTg ngày 24/8/2009 của Thủ
tƣớng Chính phủ xác định trong những năm tới tập trung đƣa vào cấp kỹ thuật hệ
thống đƣờng bộ hiện có, đẩy nhanh tốc độ xây dựng tuyến đƣờng bộ cao tốc Bắc –
Nam (gồm 2 tuyến, chiều dài 3.262 km), các trục cao tốc trọng yếu (gồm 17 tuyến,
6


chiều dài khoảng 2.400 km), hệ thống quốc lộ chính, đƣờng nan quạt, đƣờng vành
đai gắn kết chặt chẽ hệ thống đƣờng bộ đối ngoại với hệ thống đƣờng bộ trong nƣớc
tạo thành một mạng lƣới giao thông thông suốt và có hiệu quả. 100% các tuyến đƣờng
cao tốc, quốc lộ, đƣờng chính và ít nhất 50% đƣờng giao thông nông thôn có mặt
đƣờng BTNN hoặc bê tông xi măng. Điều đó cho thấy nhu cầu về BTNN ở nƣớc ta là
rất cao. [3]
Bảng 1.1: Tốc độ phát triển mạng lưới giao thông đường bộ: (Nguồn: [4])
Loại đường

1999
2006
2008
Quốc lộ
15.520 km
17.295 km
17.228 km
Tỉnh lộ
18.344 km
23.138 km
23.520 km
Huyện lộ
37.437 km
45.962 km
49.823 km
Đƣờng đô thị
5.919 km
8.536 km
8.492

1.1.2- Thành phần của BTNN và phân loại BTNN:
1.1.2.1- Thành phần của BTNN
BTNN là hỗn hợp gồm các thành phần là cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng), chất
liên kết là nhựa đƣờng và phụ gia (nếu có) đƣợc phối hợp với nhau theo tỷ lệ hợp lý.
Mỗi thành phần trong BTNN đóng một vai trò nhất định và có liên quan chặt chẽ với
nhau trong việc tạo nên một khối liên kết có đủ cƣờng độ và các tính chất cần thiết
cho quá trình sử dụng:
- Đá dăm: Làm nên bộ khung chủ yếu của BTNN, làm cho BTNN có khả năng chịu
tác dụng của ngoại lực và tạo độ nhám bề mặt.
- Cát: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm và cùng với đá dăm làm

thành bộ khung chủ yếu của BTNN.
7


- Bột khoáng: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn, làm cho nhựa
đƣờng tăng thêm khả năng dính bám và tăng tính ổn định nhiệt.
- Nhựa đường: Là chất liên kết, kết dính các hạt cốt liệu lại với nhau thành một khối
và góp phần lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu.
- Phụ gia: Mặc dù đƣợc sử dụng với hàm lƣợng rất nhỏ, nhƣng phụ gia có vai trò
trong việc cải thiện một hoặc một số tính chất nào đó của BTNN.
Tính chất và chất lƣợng của BTNN phụ thuộc vào thành phần cấp phối, cỡ hạt,
cƣờng độ hạt và tỷ lệ nhựa đƣờng; đồng thời chịu ảnh hƣởng trực tiếp của nhiệt độ,
chế độ trộn.
1.1.2.2- Phân loại BTNN:
BTNN có nhiều loại và có thể phân loại nhƣ sau:
a- Căn cứ vào độ chặt khi lu lèn chia thành: Loại có độ chặt lớn, với độ rỗng 3-5%
dùng để rải lớp bề mặt; loại có độ chặt nhỏ với độ rỗng 5-10%, dùng cho lớp dƣới.
b- Theo hàm lượng đá dăm có cỡ hạt >5(mm), có thể chia thành: loại nhiều đá dăm
(50%-60%), loại vừa (30-50%) và loại ít (20-25%).
c- Theo kích cỡ lớn nhất của viên đá chia thành: Loại hạt thô dùng cho lớp lót có
đƣờng kính viên đá d
max
 40 (mm); loại hạt vừa có cỡ hạt d
max
 (20- 25) (mm); loại
hạt mịn dùng để rải lớp mặt, có cỡ hạt lớn nhất là 5 (mm).
1.1.3. Công nghệ sản xuất BTNN và thiết bị sản xuất BTNN.
1.1.3.1- Khái quát về công nghệ sản xuất BTNN.
Mục đích của việc sản xuất BTNN là tạo ra một hỗn hợp BTNN đồng nhất trong
đó các hạt vật liệu lớn đƣợc phân tán đều và trên bề mặt đƣợc bọc lớp nhựa đƣờng.

Công nghệ chế tạo BTNN nóng chia ra các giai đoạn sau:
- Chuẩn bị cốt liệu;
- Sấy nóng nguyên liệu, trộn khô, nấu nhựa đƣờng;
8


- Trộn hỗn hợp.
Việc sản xuất BTNN đƣợc thực hiện trên các tổ hợp thiết bị gọi là trạm trộn
BTNN.
1.1.3.2- Giới thiệu thiết bị sản xuất BTNN.
a- Giới thiệu chung về trạm trộn BTNN:
Trạm trộn BTNN là một tổ hợp thiết bị gồm nhiều khối thiết bị có những chức
năng nhất định trong quá trình nhào trộn hỗn hợp vật liệu (cát đá nóng, phụ gia với
nhựa đƣờng nóng) đã đƣợc định lƣợng theo tỷ lệ quy định để tạo thành sản phẩm là
BTNN.
Để đảm bảo chất lƣợng BTNN các trạm trộn phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu:
- Trộn đều hỗn hợp vật liệu với năng suất phù hợp;
- Nhiệt độ sấy vật liệu, nấu nhựa đƣợc khống chế chặt chẽ;
- Hệ thống cân đong đƣợc điều khiển, đảm bảo độ chính xác cao về thành phần vật
liệu trộn;
- Kết cấu hợp lý, tiêu hao năng lƣợng ít;
- Bảo đảm tránh gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh (bụi, khí độc hại do quá trình
cháy ). Khả năng thu bụi đạt đƣợc  95% những hạt bụi có kích thƣớc nhỏ hơn 8m.
b- Phân loại trạm trộn:
Có nhiều cách phân loại trạm trộn BTNN, trên thực tế thƣờng phân loại nhƣ sau:



Dựa vào tính cơ động của trạm chia ra:
- Trạm trộn di động (Hình 1.1):

Trạm BTNN kiểu di động thƣờng đƣợc bố trí trên một số kết cấu kiểu rơ-
moóc, có thể kéo di chuyển từ địa chỉ này đến địa chỉ khác. Loại này phù hợp với trạm