tóm tắt luận án (tiếng việt) 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

1


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài:
Để phục vụ nhu cầu xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông, trong những năm qua đã có trên
500 trạm trộn BTNN đƣợc đƣa vào sử dụng ở Việt Nam; trong đó phần lớn (khoảng 80%)
là các trạm do Việt Nam chế tạo
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” bƣớc đầu giải
quyết những vấn đề còn tồn tại trong việc thiết kế, chế tạo và khai thác trạm trộn BTNN tại
Việt Nam.
2.Mục đích của luận án:
Nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của các trạm trộn BTNN đƣợc chế tạo và khai thác ở Việt
Nam; đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn; nghiên cứu ảnh hƣởng
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 tƣợng và phạm vi nghiên cứu của Luận án trạm
trộn BTNN chế tạo tại Việt Nam, 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
cƣỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang.
- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng 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 lƣợng riêng thấp nhất và đảm bảo độ trộn đều của mẻ trộn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a/ Ý nghĩa khoa học:

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có ở trong nƣớc và trên thế giới, 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.
2


- Đánh giá ảnh hƣởng của một số yếu tố; xác định các giá trị tối ƣu 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 lƣợng mẻ trộn khác nhau.
6. Điểm mới của luận án:
- Thống kê đƣợc những hỏng hóc thƣờng gặp, nguyên nhân và giải pháp khắc phục; 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 hƣớng để tập trung giải quyết nâng cao độ tin cậy.
- Đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn 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 về ảnh hƣởng của các yếu tố đến độ đồng đều mẻ trộn và mức độ
tiêu thụ năng lƣợng riêng; xác định đƣợc các giá trị thông số kỹ thuật hợp lý cho buồng
trộn.
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:
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, trong đó có bê tông Asphalt (hay BTNN).
1.1.2- Thành phần của BTNN và phân loại BTNN:

1.1.2.1- Thành phần của 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.
1.1.2.2- Phân loại BTNN: BTNN có nhiều loại và có thể phân loại theo độ chặt, mức độ và
cỡ hạt đá dăm…
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: Công nghệ sản xuất BTNN gồm các giai
đoạn: Chuẩn bị cốt liệu; sấy nóng nguyên liệu, trộn khô, nấu nhựa đƣờng; trộn hỗn hợp.
3


1.1.3.2- Giới thiệu thiết bị sản xuất BTNN: Trạm trộn BTNN là một tổ hợp thiết bị gồm
nhiều khối thiết bị để nhào trộn hỗn hợp vật liệu (cát đá nóng, phụ gia với nhựa đƣờng
nóng) đã đƣợc định lƣợng theo tỷ lệ quy định.
1.2-Tình hình nghiên cứu các vấn đề có liên quan đến đề tài luận án:
1.2.1- Tình hình nghiên cứu về độ tin cậy của trạm trộn BTNN: Theo thông tin mà tác giả
có đƣợc, cho đến nay chƣa có công trình nghiên cứu nào ở ở trong nƣớc và ở nƣớc ngoài về
độ tin cậy của trạm trộn BTNN đƣợc công bố.
1.2.2- Tình hình nghiên cứu về trộn vật liệu rời:
1.2.2.1- Tình hình nghiên cứu trên thế giới:
a- Các xu hướng nghiên cứu nâng cao hiệu quả buồng trộn: Đêmin O.B [48] qua nghiên
cứu đã lựa chọn kết cấu và chế độ làm việc hợp lý của buồng trộn cánh gạt: bàn tay trộn bố
trí theo đƣờng xoắn trục vít; hệ số làm đầy thùng chứa của buồng trộn vào khoảng 0,35-0,6
dung tích thùng chứa; vận tốc vòng tối thiểu của các bộ công tác vào khoảng W
min
=

0,15m/s.
b- Nghiên cứu động học của quá trình nhào trộn trong buồng trộn hoạt động chu kỳ:
Đêmin O.B [48] đã chứng minh trong quá trình trộn sẽ tạo thành vùng “ứ đọng” trƣớc bàn
tay trộn. Kích thƣớc của vùng “ứ đọng” sẽ giảm cùng với mức tăng của góc nghiêng của
bàn tay trộn so với đƣờng tâm vuông góc với phƣơng chuyển động quay.
c- Các phương pháp tính toán công suất tiêu thụ của buồng trộn

Tính toán công suất dẫn động buồng trộn theo công thức A.S. Corolko: A.S. Corolko cho
rằng bản trộn khấy trộn trong môi chất rời rạc có thể coi nhƣ môi trƣờng chất lỏng không
nhớt, do đó có thể sử dụng công thức Newton và không kể đến ma sát cạnh của quá trình.
Giả thiết này của Corolko ứng với giai đoạn trộn khô.

Tính toán công suất dẫn động buồng trộn theo công thức của I.P Kerov
I.P Kerov xây dựng công thức dựa trên giả thiết môi chất trộn là một chất lỏng nhớt chịu
nén. Giả thiết này ứng với giai đoạn trộn ƣớt. Kerov sử dụng hệ phƣơng trình Nave- Stoke
và lý thuyết đồng dạng để đi đến kết quả.


Tính toán công suất dẫn động buồng trộn theo I.P Borodatrep.:
I.P Borodatrep cho rằng: Lực cản của vật liệu đối với các cánh trộn đƣợc xét nhƣ lực cản
thuỷ lực của vật rắn chuyển động trong khối chất lỏng không nhớt. Với các máy trộn chế
tạo tại Liên Xô (cũ) và ở Việt Nam, chủ yếu sử dụng công thức của I.P Borodatrep trong
tính toán các thông số hình học và công suất dẫn động buồng trộn.
4



Tính toán công suất buồng trộn theo Szevrov K.P: Công suất dẫn động trục trộn dựa trên
việc xác định các thành phần lực cản: lực ma sát của hỗn hợp trên cánh trộn, lực ma sát của
hỗn hợp trên thành buồng trộn, lực nâng vật liệu và các lực cản cắt vật liệu.

d- Nghiên cứu thực nghiệm quá trình trộn: Racz Kornelia (Bộ môn Máy xây dựng- Trƣờng
Đại học kỹ thuật Tổng hợp Budapet- Hung-ga-ri) [51] đã dùng mô hình nghiên cứu thực
nghiệm quá trình trộn bê tông xi măng.
e- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến công suất dẫn động buồng trộn:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng bàn tay trộn đến công suất buồng trộn: Đemin O.
B. [48] nghiên cứu vấn đề này đƣợc tiến hành cho loại buồng trộn cánh gạt một trục
1.2.2.2- Các công trình nghiên cứu trong nước:
a/ Nghiên cứu tính toán công suất dẫn động buồng trộn:
- PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh, PGS-TS Vũ Thế Lộc và các cộng sự Trƣờng Đại học Giao
thông vận tải [43] dùng phƣơng pháp năng lƣợng; nghĩa là tìm năng lƣợng hao phí cần thiết
dùng để trộn hỗn hợp.
- KS Đoàn Tài Ngọ, PGS-TS Trần Văn Tuấn, TS Nguyễn Thiệu Xuân và các cộng sự
Trƣờng Đại học Xây dựng [26] nghiên cứu về mối tƣơng quan giữa góc nghiêng của các
cánh trộn với vận tốc góc của trục trộn, đƣợc xác định bằng những thực nghiệm.
- Ngô Thanh Long [23]; tác giả đã tập hợp và đƣa ra 4 phƣơng pháp tính toán để xác định
công suất động cơ của trạm trộn cấp phối theo chu kỳ năng suất 80T/h.
b/ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến công suất dẫn động buồng trộn
*/Nghiên cứu về quan hệ giữa thời gian trộn và hiệu quả trộn:
- PGS-TS Trần Quang Quý, PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh và các cộng sự Trƣờng Đại học
Giao thông vận tải [29] giới thiệu các công trình nghiên cứu về quan hệ giữa hiệu quả trộn
V% theo thời gian trộn, kích thƣớc cánh trộn và số lần trộn N khi trộn bê tông xi măng.
- Ngô Thanh Long [23] đã bƣớc đầu nghiên cứu quan hệ giữa góc nghiêng của bàn tay trộn,
tốc độ vòng quay của trục trộn với công suất dẫn động buồng trộn.
d/ Nghiên cứu động học quá trình trộn:
- Nguyễn Hoàn Thiện [33] đã xác định đƣợc quỹ đạo chuyển động của các hạt vật liệu trong
buồng trộn và tác động của bàn tay trộn lên hỗn hợp trong quá trình trộn
1.3-Những vấn đề còn tồn tại mà luận án tập trung giải quyết:
Qua phân tích trên cho thấy một số điểm còn tồn tại mà đề tài cần quan tâm giải quyết là:
5

- Việc tính toán thiết kế các trạm trộn BTNN chế tạo trong nƣớc chủ yếu dựa trên các tài
liệu của nƣớc 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 ngƣời thiết kế.
- 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 chƣa đƣợc quan tâm.
- Việc nghiên cứu về ảnh hƣởng của các thông số kỹ thuật (kết cấu, khai thác…) đến công
suất dẫn động buồng trộn loại chu kỳ, hai trục ngang chƣa đƣợc xem xét đầy đủ trong các
tài liệu ở trong và ngoài nƣớc.
1.4. Mục tiêu của đề tài luận án:
a/ Mục tiêu chung:
Nghiên cứu, đề xuất công thức mới dùng để tính toán công suất dẫn động buồng trộn theo
hƣớng phản ánh cơ bản các thành phần trở lực chính; nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu
tố đến công suất dẫn động buồng trộn và độ đồng đều của mẻ trộn về lý thuyết cũng nhƣ
trên mô hình; đề xuất các các thông số kỹ thuật hợp lý dùng trong thiết kế buồng trộn.
b/ Mục tiêu phần lý thuyết:
- Khảo sát, đánh giá độ tin cậy của các trạm trộn BTNN chế tạo tại Việt Nam bằng lý thuyết
độ tin cậy.
- Xây dựng, đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn theo mục tiêu chi
phí công suất riêng (kW/tấn sp) là nhỏ nhất và đảm bảo độ đồng đều của mẻ trộn.
c/ Mục tiêu phần thực nghiệm:
- Kiểm chứng đánh giá mức độ xác thực của công thức tính toán công suất dẫn động buồng
trộn đã đề xuất.
- Thực nghiệm để xem xét ảnh hƣởng của một số yếu tố nhƣ kiểu bố trí cánh trộn, hƣớng
nghiêng cánh trộn so với trục trộn đến năng lƣợng tiêu thụ và độ đồng đều của mẻ trộn.
- Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để xác định các giá trị thông số kỹ thuật hợp lý của
buồng trộn theo mục tiêu chi phí công suất riêng là nhỏ nhất và độ đồng đều của mẻ trộn.
1.5. Phương pháp nghiên cứu:
a/ Nghiên cứu lý thuyết:
Phƣơng pháp phân tích, xử lý số liệu thống kê, lý thuyết đồng dạng mô hình lý thuyết tính

toán hồi quy.
b/ Nghiên cứu thực nghiệm:
6


- Sử dụng phƣơng pháp “nhuộm màu cốt liệu”, đo đạc, xác định các thông số động học của
buồng trộn trong quá trình trộn để có thể quan sát trực tiếp và ghi nhận bằng phim, ảnh.
- Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm, lý thuyết đồng dạng, phép phân tích thứ
nguyên để xây dựng mô hình nghiên cứu, thực nghiệm trên mô hình.
Kết luận chương 1:
1. Trạm trộn BTNN là một tổ hợp gồm nhiều khối máy, cụm máy, thiết bị khác nhau. Ở
Việt Nam hiện đã trang bị trên 500 trạm, trong đó hơn 80% số trạm chế tạo trong nƣớc.
Công tác thiết kế trạm chủ yếu dựa trên các tài liệu của nƣớc ngoài. Trong quá trình khai
thác, các trạm cũng chƣa đƣợc khảo sát, đánh giá độ tin cậy của các khối máy chính và của
toàn trạm làm định hƣớng nâng cao chất lƣợng cho công tác thiết kế, chế tạo.
2. Các công trình nghiên cứu ở ngoài nƣớc về buồng trộn trạm trộn BTNN bƣớc đầu đã
thiết lập những cơ sở khoa học để nghiên cứu quá trình trộn trong buồng trộn; ảnh hƣởng
của các yếu tố đến chất lƣợng trộn và công suất tiêu thụ của buồng trộn; đƣa ra các công
thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn. Tuy nhiên các công thức tính toán phần lớn
là công thức thực nghiệm, giá trị các thông số đƣợc lựa chọn trong một phạm vi khá rộng
đòi hỏi ngƣời thiết kế phải có kinh nghiệm mới có thể đƣa ra những kết quả chính xác.
3. Các công trình nghiên cứu ở trong nƣớc về quá trình trộn vật liệu rời nói chung, trộn hỗn
hợp BTNN nói riêng còn rất khiêm tốn và phần lớn là các nghiên cứu thực nghiệm trên cơ
sở lý thuyết của các tác giả nƣớc ngoài; chƣa có công trình nghiên cứu sâu nào làm sáng tỏ
những căn cứ khi lựa chọn các giá trị hệ số thực nghiệm trong các công thức tính toán
buồng trộn.
4. Việc tính toán, thiết kế các trạm BTNN chế tạo trong nƣớc chủ yếu dựa trên các tài liệu
của nƣớc ngoài, nhiều tham số lựa chọn theo kinh nghiệm và có phạm vi rộng, gây khó
khăn cho ngƣời thiết kế.
CHƢƠNG 2

KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA TRẠM TRỘN VÀ CỦA CÁC
KHỐI MÁY CHÍNH TRÊN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG NHỰA NÓNG
DO VIỆT NAM CHẾ TẠO
2.1- Tình hình trang bị và sử dụng trạm trộn BTNN ở Việt Nam
2.1.1 Số lượng trạm trộn BTNN được trang bị ở Việt Nam: Theo thống kê [2] , đến năm
2009, trên cả nƣớc đã có 512 trạm trộn BTNN, trong đó do Việt Nam chế tạo là 413 trạm,
chiếm tỷ lệ hơn 80%. Chất lƣợng trạm trộn BTNN do Việt Nam chế tạo không thua kém
các trạm do nƣớc ngoài.
2.2. Khảo sát, đánh giá độ tin cậy của trạm trộn BTNN do Việt Nam chế tạo
7


2.2.1-Cơ sở lý thuyết và các giả thiết cho quá trình khảo sát:
2.2.1.1- Cơ sở lý thuyết: Sử dụng lý thuyết độ tin cậy và phương pháp chuyên gia; tiến
hành đánh giá mức độ tin cậy của các khối máy chính và của toàn trạm.
2.2.1.2- Các giả thiết cho quá trình khảo sát:Theo quan điểm độ tin cậy, hệ thống cơ khí
của trạm trộn có thể phân thành 6 khối máy cơ bản là: Khối 1: Cấp vật liệu nguội; Khối 2:
Cấp vật liệu nong; Khối 3: Cấp phụ gia; Khối 4: Cấp nhựa đƣờng, Khối 5: Buồng trộn và
Khối 6: Lọc bụi. Riêng đối với hệ thống điều khiển của trạm trộn BTNN bao gồm các linh
kiện điện tử, do điều kiện về chuyên môn không thể khảo sát, đánh giá đƣợc nên giả thiết
nhƣ một hệ thống hoàn hảo.
2.2.2- Khảo sát quá trình làm việc và đánh giá độ tin cậy của các trạm trộn BTNN do
Việt Nam chế tạo
2.2.2.1- Lựa chọn trạm mẫu để khảo sát: Khảo sát 10 trạm trộn BNTT do Việt Nam sản
xuất, lắp đặt ở khu vực phía Bắc.
Nhận xét chung về kết quả khảo sát: Các trạm hoạt động chủ yếu vào các tháng mùa khô
trong năm (từ tháng 9 đến tháng tƣ năm sau). Các hỏng hóc của trạm cũng thƣờng rơi vào
các tháng mùa khô
2.2.2.2- Tổng hợp số liệu hỏng hóc của các khối máy thuộc trạm trộn: a-
Nguyên tắc tổng hợp:

- Chỉ tổng hợp hỏng hóc của các trạm với phạm vi là 8 tháng trong 1 năm làm việc.
- Trong thời gian hoạt động, sản lƣợng của các trạm sản xuất ra là tƣơng đƣơng nhau, dẫn tới
cƣờng độ làm việc của các trạm là cũng tƣơng đƣơng nhau.
- Các trạm trộn BTNN đƣợc đƣa vào khai thác là trạm mới hoặc mới qua một lần đại tu nên
có thể coi trạng thái kỹ thuật của các trạm cũng là tƣơng đƣơng nhau.
Bảng 2.11- Tổng hợp số lần hỏng hóc của cả 2 năm 2007 và 2008
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Khối 1
9
16
23
23
28
27

17
11
9
9
6
5
7
16
4
6
Khối 2
8
15
12
14
20
7
4
12
8
6
12
7
14
8
7
2
Khối 3
4
7

5
5
16
2
3
2
1
5
6
3
5
5
5
4
Khối 4
6
9
10
8
11
3
5
3
2
4
5
3
6
4
7

3
Khối 5
8
8
10
7
12
7
7
7
11
5
5
3
6
7
11
2
Khối 6
8
5
6
5
7
4
5
2
5
2
6

4
7
6
7
2
Bảng 2.12. Bảng tổng hợp số liệu thời gian làm việc tới hỏng và thời gian phục hồi của
các khối máy trong các trạm trộn BTNN đã khảo sát.

Khối
Thông số
Trạm
số 1
Trạm
số 2
Trạm
số 3
Trạm
số 4
Trạm
số 5
Trạm
số 6
Trạm
số 7
Trạm
số 8
Trạm
số 9
Trạm
số 10

Khối 1
(cấp VL nguội)
Thời gian làm việc tới
hỏng, h
240
240
240
1920
1920
480
720
240
480
960
Thời gian phục hồi, h
0,5
1,5
1,0
30
33
4
16
10
1,0
0,5
8


Khối 2
(cấp VL nóng)

Thời gian làm việc tới
hỏng, h
240
240
240
1920
240
240
480
480
240
240
Thời gian phục hồi, h
8
1,0
4
10
24
36
14
72
1,0
6
Khối 3
(cấp phụ gia)
Thời gian làm việc tới
hỏng, h
960
2160
240

2880
2880
1200
960
240
240
480
Thời gian phục hồi, h
8
2
8
0
0
2
6
5
7
10
Khối 4
(cấp nhựa đƣờng)
Thời gian làm việc tới
hỏng, h
480
240
480
2880
720
480
240
480

240
240
Thời gian phục hồi, h
12
3
24
0
4
12
72
72
2
12
Khối 5
(buồng trộn)
Thời gian làm việc tới
hỏng, h
240
240
480
960
480
240
480
480
240
720
Thời gian phục hồi, h
8
5

13
72
12
18
3
10
4
8

Khối 6
(hút bụi)
Thời gian làm việc tới
hỏng, h
240
480
720
1920
960
960
480
240
480
240
Thời gian phục hồi, h
48
2
9
72
4
48

5
12
3
8

Bảng 2.13. Kết quả tính toán các thông số độ tin cậy của các khối máy trong trạm trộn
BTNN
TT
Các thông số
Khối 1

Khối 2

Khối 3

Khối 4

Khối 5

Khối 6

Trạm
trộn
1
Kỳ vọng toán thời gian
làm việc tới hỏng, T
lvi
,
[h]
823,33

590,000
1401,11
790,00
490,00
706,66
737,51
2
Cƣờng độ hỏng, 
i
,[h
-1
]
0,00121
0,10359
0,00071
0,00127
0,00204
0,00142
0,00136
3
Kỳ vọng toán thời gian
phục hồi, T
phi
, [h]
11,78
20,72
5,09
23,33
17.38
23,06

15,47
4
Cƣờng độ phục hồi hƣ
hỏng, 
i
,[h
-1
]
0,08486
0,04826
0,19636
0,04286
0,05755
0,78363
0,06464
5
Hệ số sẵn sàng, S
i

0,98589
0,96607
0,99638
0,97132
0.96575
0,96840
0,86904
Bảng 2.14. Hàm tin cậy của các khối máy trong trạm trộn BTNN
TT
Khối
Hàm tin cậy P(t)

Phƣơng án 1 (không xét quá trình
phục hồi)
Hàm tin cậy P(t)
Phƣơng án 2 (có xét quá trình phục hồi)
1
Khối 1 (cấp VL nguội)
P
1
(t) = exp(-0,00121.t)
P
1
(t) = 0,98589+0,01411.exp(-0,0861.t)
2
Khối 2 (cấp VL nóng)
P
2
(t) = exp(-0,00169.t)
P
2
(t) = 0,96607+0,03393.exp(-0,04996.t)
3
Khối 3 (cấp phụ gia)
P
3
(t) = exp(-0,00071.t)
P
3
(t) = 0,99638+0,00362.exp(-0,19718.t)
4
Khối 4 (cấp nhựa đƣờng)

P
4
(t) = exp(-0,00127.t)
P
4
(t) = 0,97132+0,02868.exp(-0,04413.t)
9


5
Khối 5 (buồng trộn)
P
5
(t) = exp(-0,00204.t)
P
5
(t) = 0,96575+0,03425.exp(-0,05958.t)
6
Khối 6 (hút bụi)
P
6
(t) = exp(-0,00834.t)
P
6
(t) = 0,96840+0,03160.exp(-0,04478.t)
7
Tổng hợp trạm trộn
P
s
(t) = exp(-0,00834.t)

P
s
(t) = 0,86904+0,13096.exp(-0,06372.t)
Bảng 2.15. Mức độ tin cậy của các khối máy trong trạm trộn BTNN
TT
Mức
tin cậy
Khối 1
(cấp VL
nguội)
Khối 2
(cấp VL
nóng)
Khối 3
(cấp phụ
gia)
Khối 4
(cấp
nhựa
đƣờng)
Khối 5
(buồng
trộn)
Khối 6
(hút bụi)
Tổng hợp
trạm trộn
1
0,99638

Khối 3




2
0,98589
Khối 1






3
0,97132



Khối 4



4
0,96840

Khối 6

5
0,96607

Khối 2





6
0,96575




Khối 5


7
0,86904






Trạm trộn

Kết luận chương 2:
- Số lƣợng trạm trộn BTNN hiện có ở Việt Nam là khá lớn (512 trạm); có nguồn gốc từ
nhiều nƣớc, thời điểm đƣa vào sử dụng khác nhau, tình trạng kỹ thuật của các trạm cũng rất
khác nhau. Phần lớn các trạm trộn đang sử dụng ở Việt Nam là do chế tạo trong nƣớc.
Thông số kỹ thuật của các trạm trộn do Việt Nam chế tạo không thua kém các trạm nhập
ngoại nhƣng giá thành thấp hơn nhiều.
- Qua khảo sát, thu thập số liệu về hỏng hóc của các 10 trạm trong thời gian 2 năm 2007-
2008 và xử lý số liệu bằng phần mềm chuyên dụng, luận án đã đánh giá đƣợc độ tin cậy của
các khối máy chính và của toàn trạm, làm cơ sở định hƣớng cho công tác thiết kế, chế tạo
và vận hành các trạm.
- Cũng qua khảo sát cho thấy buồng trộn của trạm trộn bê tông nhựa nóng là khối máy có
vai trò quan trọng trong việc quyết định tới năng suất, chất lƣợng của trạm; tuy nhiên độ tin
cậy của khối buồng trộn thấp hơn so với các khối máy khác, vì vậy cần đƣợc quan tâm,
nghiên cứu đầy đủ.
CHƢƠNG 3
NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT
DẪN ĐỘNG BUỒNG TRỘN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG NHỰA NÓNG, KIỂU
CƯỠNG BỨC CHU KỲ, HAI TRỤC NGANG
10


3.1. Nghiên cứu về buồng trộn trạm trộn BTNN kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục
ngang:
3.1.1- Các hình thức trộn trong sản xuất BTNN: Hiện nay có các hình thức trộn sau: Trộn
cƣỡng bức theo chu kỳ (trộn theo từng mẻ); trộn liên tục; trộn liên tục kết hợp sấy vật liệu.
3.1.2- Các loại buồng trộn BTNN kiểu cưỡng bức chu kỳ đang sử dụng hiện nay: Trên
các trạm trộn do Việt Nam chế tạo chủ yếu dùng loại bố trí bàn tay trộn đối xứng tại một
điểm. Tổng thành của buồng trộn đƣợc thể hiện ở hình 3.8.
Việc tính toán thiết kế buồng trộn ở Việt Nam hiện nay thƣờng dựa trên các tài liệu
của nƣớc ngoài, trong đó dung lƣợng mẻ trộn Q đƣợc coi là thông số dẫn.

)(
3600
T
t
Q
ck



Trong đó: - : năng suất thiết kế (tấn/h)
- t
ck
là thời gian một mẻ trộn (s); t
ck
=1/401/70(h)
Để có thể trộn đều hỗn hợp trong khoảng thời gian định trƣớc, số vòng quay của trục
trộn đƣợc xác định số vòng quay n theo công thức sau [29]:

R
n
3.45

(v/phút)
52
8.9

Q
n

(v/phút)
Tuy nhiên, số vòng quay của trục trộn không đƣợc vƣợt quá giới hạn 80(v/ph), giá trị tối đa
vận tốc vòng của điểm mút bàn tay trộn

v
t
 2,32,5 (m/s)

Hình 3.8- Cấu tạo tổng thể buồng trộn BTNN do Việt Nam chế tạo
1- Bánh răng bị động 2- Gối đỡ đầu trục 3- Đáy thùng trộn 4- Dầm đỡ thùng trộn
5- Xi lanh mở cửa thùng trộn 6- Gối đỡ cuối trục 7- Cụm cánh tay trộn 8- Trục trộn
9- Bánh răng chủ động 10- Động cơ dẫn động 11- Cửa xả 12- Vỏ thùng trộn.
(3.1)

(3.15)

11


3.2 Đề xuất công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn của trạm trộn BTNN
kiểu cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang.
3.2.1- Định hướng nghiên cứu:
Nhƣ đã trình bày ở chƣơng 1, hiện nay, việc tính toán công suất dẫn động buồng trộn trạm
trộn BTNN ở Việt Nam chủ yếu dựa trên các tài liệu của nƣớc ngoài.
Việc nghiên cứu đề xuất công thức mới sẽ kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm.
3.2.2 Khai triển công thức tính toán mới:
3.2.2.1- Xác định các trở lực của máy trộn:
Tiến hành định lƣợng nghiên cứu nhƣ vừa liệt kê ở trên tác giả thấy những trở lực của máy
trộn khi hoạt động sẽ là:

P
1
- Trở lực của bàn tay trộn khuấy trộn trong môi trƣờng vật liệu rời (trộn khô)
P
2
- Trở lực do ma sát với đáy buồng trộn của vật liệu khi bàn tay trộn gạt qua.
P
3
- Trở lực nâng cao vật liệu lên trong thùng trộn
P
4
- Trở lực kẹt cỡ đá ngẫu nhiên.
P
5
- Trở lực do hiệu suất cơ khí máy trộn.
Ngoài ra, các trở lực khác nhƣ ảnh hƣởng của lực ly tâm, ảnh hƣởng do va đập, ảnh hƣởng
do dịch chuyển dọc thùng trộn… qua phân tích, đo đạc và tính toán đều có trị số không
đáng kể.
Nhƣ vậy, công thức tổng quát tính công suất máy trộn sẽ là:






4
1
102
ii
T

i
PV
W
(KW)
Trong đó:
W
T
– Tổng công suất máy trộn (KW)
P
i
V
i
– Lực cản và tốc độ tƣơng ứng của các thành phần.

- Hiệu suất cơ khí máy trộn.
3.2.2.2 Xác định trở lực P
1
V
1
cho W
1

Ứng dụng công thức Newton về bản cứng khuấy động trong môi trƣờng rời rạc hoặc chất
lỏng không nhớt (Hình 3.14)



2
1
.dP dF V

g

Trong đó :
dP
1
– Vi phân lực cản.

- Hệ số cản môi chất

- Mật độ môi chất (kg/m
3
)
R, r- Bán kính nhỏ và lớn bàn tay trộn (m)

B- Chiều rộng bàn tay trộn (m) dF =Bdx

g- Gia tốc trọng trƣờng.(g=9,81
m/s
2
)


(3.16)

(3.17)

12


V- Tốc độ tiếp tuyến bàn tay trộn ở dF, v =


x
(m/s)
Ta đƣợc kết quả.

  

3
44
1
. .(0.1 )
()
408
n Bcos
W z R r
g
(KW)

Theo Newton, β cơ bản phụ thuộc vào tốc độ
khuấy và mật độ môi chất. Theo Corlko đã cho β=
5-6 trung bình là β = 5,5 [1]

3.2.2.3 Xác định trở lực P
2
V
2
cho W2: P
2
có trị số
lớn nhất là lúc bắt đầu trộn sau khi đã nạp đủ vật

liệu. Khi đó tối thiểu 1/2 số bản trộn sẽ liên tiếp lần
lƣợt vét 1/2 khối vật liệu (chƣa xả nhựa) đƣa sang
ngang dựa trên đáy buồng trộn. Chính từ đó phát
sinh trở lực cản do ma sát P
2
.




dP
1





Hình 3.14. Sơ đồ xác định trở lực
P
1
V
1


22
2
.
102
PV
W 

(KW)
Trở lại với trƣờng hợp phổ biến là:
- Số bàn tay trộn tham gia trộn có tải là 1/2 tổng số bàn tay trộn
- Lƣợng vật liệu tựa đáy máng trộn là 1/2 tổng lƣợng mẻ.
2
. .0,1 .
204
G f n R
W 
(KW)
Trong đó:
G- Khối lƣợng mẻ trộn (kg); f – Hệ số ma sát thép cốt liệu; R – Bán kính lớn bàn tay trộn
(m); n – Số vòng quay của trục trộn, (v/phút).
3.2.1.3 Xác định trở lực P
3
V
3
cho W
3
.
Trở lực P
3
có hai tác dụng là:
- Nâng cao 1/2 vật liệu (tung lên) để hoà trộn.
- Dịch chuyển 1/2 vật liệu theo chiều dọc máy trộn do rơi xuống trên mặt bàn tay trộn
có góc nghiêng phổ biến

= 45
0
.

00
3
(180 270 )
.
W
204.
GH
t



(KW)
Trong đó: G: Khối lƣợng mẻ trộn (kg)


H : Cao độ trọng tâm (m).
Bằng phƣơng pháp chia hình để tính tọa độ trọng tâm các khối vật liệu:


H= R.sin


(3.22)

(3.23)


(3.24)

(3.25)

dx
dx
1
x
1
R
bsina
csin
r
x
(3.21)

13


Với - R: Bán kính đầu mút cánh trộn.
-

: Góc nội ma sát của vật liệu (tang

= f )
3
. . .sin
15.204
nG R
W



(KW)
3.2.1.4 Xác định trở lực P
4
và P
5
.
P
5
và công suất tiêu tốn của nó phản ánh qua

- hiệu suất cơ khí của máy trộn.
P
4
cũng sẽ đƣợc xác định qua thực nghiệm.Theo tác giả Nguyễn Minh Tuyển [37], giá trị
K= 1,5- 2 đối với máy trộn cánh.
Công thức xác định công suất máy trộn BTNN do luận án đề xuất có thể nhƣ sau:
1 2 3
()
T
K
W W W W

  
(KW)


Hình 3.15. Sơ đồ để tính trở lực P
3
V
3

Với các thành phần W
1
,W
2
, W
3
đã xác định nhƣ trên, cụ thể là:
  


   


3
44
(0,1 ) sin
( ) 0,1 . .
204 2 15
T
K n Bcos nGR
W z R r nG f R
g
(KW)
Trên cơ sở công thức đề xuất, tính toán kiểm nghiệm ứng với các mẻ trộn có dung
lƣợng 1000 kg, 1200 kg và 1400 kg; so sánh với các giá trị công suất dẫn động buồng trộn
của trạm trộn BTNN do Việt Nam và một số nƣớc sản xuất (bảng 3.2)
Bảng 3.2. So sánh cách tính công suất dẫn động buồng trộn theo công thức đề xuất
Dung lƣợng mẻ trộn (kg)
1000
1200

1400
Công suất dẫn động buồng trộn tính theo công thức
của I.P Borodatrep (KW)
39,5
48,5
59,4
Công suất dẫn động buồng trộn tính theo công thức đề
xuất (KW)
36,7
45,6
46
Công suất dẫn động buồng trộn do Hàn Quốc chế tạo
(KW) (Hãng SPECO)
32
37
40
Công suất dẫn động buồng trộn do Hàn Quốc chế tạo
(KW) (Hãng Dong Sung)
-
-
45
(3.28)

(3.16)

(3.15)

(3.14)

(3.26)

(3.27)

14


Công suất dẫn động buồng trộn do Trung Quốc chế tạo
(KW) (Hãng LBQ)
33
37
45
Công suất dẫn động buồng trộn do Nhật Bản chế tạo
(KW) (Hãng Nigata)
-
37
-
Công suất sử dụng trên các trạm do Việt Nam chế tạo
(KW) (Công ty Ô tô 1-5)
32
42
44
Kết luận chương 3:
1.Buồng trộn là bộ phận quan trọng của trạm trộn BTNN, quyết định năng suất, chất lƣợng
mẻ trộn. Tuy nhiên những vấn đề tính toán, kết cấu của buồng trộn hiện còn chƣa đƣợc
hoàn thiện, buồng trộn của các hãng khác nhau có sự khác biệt đáng kể về các thông số kỹ
thuật khi có cùng năng suất trộn (Ví dụ: Cùng một mẻ trộn BTNN có năng xuất, dung tích
mẻ trộn nhƣ nhau, công suất động cơ của buồng trộn có thể chênh lệch nhau khá lớn). Điều
đó cho thấy các công thức xác định công suất dẫn động buồng trộn trƣớc đây là chƣa tiệm
cận thực tế và không hội tụ kết quả.
Phần lớn các trạm trộn BTNN sản xuất tại Việt Nam sử dụng hình thức trộn cƣỡng bức, chu

kỳ, 2 trục ngang.
2. Khi nghiên cứu chế độ tải trọng trong quá trình trộn của buồng trộn trạm trộn BTNN cho
thấy: công suất tiêu thụ trong giai đoạn trộn khô là lớn nhất, có thể xem nhƣ công suất đại
diện trong quá trình tính toán, thiết kế buồng trộn.
Mặt khác, khi tính toán, thiết kế cũng cần quan tâm tới công suất vƣợt tải do hiện tƣợng kẹt
đá trong buồng trộn nhất là khi bàn tay trộn mòn nhiều, dẫn đến tình trạng trộn nghiền.
3. Phân tích các công thức tính toán công suất dẫn động các buồng trộn hiện có cho thấy
những căn cứ khoa học và ƣu nhƣợc điểm của từng công thức. Nhƣ đã trình bày trong
chƣơng 1, những công thức này phần lớn là các công thức thực nghiệm, có công thức quá
phức tạp nhƣ nhƣ công thức của Szevrov K.P, có công thức mà khoảng lựa chọn giá trị các
hệ số thực nghiệm quá lớn nhƣ công thức của I.P. Borodatrev gây khó khăn cho quá trình
thiết kế.
4. Trên quan điểm kế thừa những gì hợp lý, sát với thực tế, khai triển mới những gì chƣa đề
cập, lƣợng hoá những gì có định tính bằng thực nghiệm; luận án đề xuất công thức mới để
tính toán công suất dẫn động buồng trộn giản đơn hơn nhƣng phản ánh đẩy đủ các thành
phần lực cản, có khả năng ứng dụng rộng rãi, tiệm cận giá trị thực tế (công thức 3.84).
5. Khi nghiên cứu buồng trộn cƣỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang, bằng phƣơng pháp tính
toán lý thuyết khó có thể xác định đƣợc đầy đủ, chính xác giá trị, sự biến thiên các thông số
kỹ thuật và quan hệ giữa chúng. Mặt khác, nghiên cứu lý thuyết bằng các phƣơng trình toán
học cũng khá khó khăn, không tránh khỏi việc phải xác định các hệ số thực nghiệm. Trong
chƣơng 4 sẽ trình bày việc nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hƣởng của một số thông số đến
công suất dẫn động buồng trộn BTNN và độ đồng đều của mẻ trộn.
15


CHƢƠNG 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG
SỐ ĐẾN CÔNG SUẤT DẪN ĐỘNG BUỒNG TRỘN BTNN
VÀ ĐỘ ĐỒNG ĐỀU CỦA MẺ TRỘN.
4.1- Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu thực nghiệm:

4.1.1. Lý thuyết mô hình hóa: Lý thuyết đồng dạng và thứ nguyên có khả năng mô tả đƣợc
mối liên quan giữa những đại lƣợng cơ bản mà không cần phải giải các phƣơng trình vi
phân. Các đại lƣợng cơ bản này đƣợc gọi là các chuẩn số đồng dạng, và đƣợc xem là những
thông số phức hợp thể hiện ảnh hƣởng tổng hợp của các yếu tố riêng rẽ đối với quá trình.
4.1.2. Lý thuyết đồng dạng: Cơ sở của mô hình hoá là sự đồng dạng của đối tƣợng đƣợc
tổng quát theo những phƣơng trình, công thức và đƣợc gọi là chuẩn số đồng dạng. Những
tập hợp này bao gồm các thông số vật lý đặc trƣng cho đối tƣợng nghiên cứu.
ta có các chuẩn số:
   
 
 
1
1
1
3121





 LMLTLTLM

Với: M - khối lƣợng, kg; L - chiều dài, m; T - Thời gian, s
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 cưỡng bức, chu kỳ, hai trục ngang:
4.2.1 Xác định các thông số “vào”, “ra”
Có rất nhiều thông số ảnh hƣởng đến tiêu thụ năng lƣợng của máy trộn cũng nhƣ độ đồng
đều của sản phẩm trộn với mức độ ảnh hƣởng khác nhau.
Thông số đầu ra đƣợc xác định trong thực nghiệm trên mô hình buồng trộn hai trục ngang
là tiêu thụ năng lƣợng riêng N/Q.

Năng suất trộn Q phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
Q = f (D, , L
c
, l
1
,

S, , , , , , f, W, g)
Theo phƣơng trình thứ nguyên, các chuẩn số nhận đƣợc sẽ là:

;

3
1
Dn
Q




1
2


rc
F
g
D

;

;
3
D
L
c



;
4
D
S



;
5
D





;
1
6
D
l



;
7
D
d



8
=

; 
9
= f; 
10
=

; 
11
= W
4.2.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
(4.1)
)
(4.6)
(4.4)
16


Trong quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến chi phí năng lƣợng và chất lƣợng sản
phẩm sau trộn của máy trộn ngang, luận án áp dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm đa

yếu tố.
4.2.2.1. Bộ thông số thí nghiệm
Trong điều kiện và khuôn khổ của đề tài, luận án chọn những thông số chính ảnh hƣởng đến
độ trộn đều và mức tiêu thụ điện năng riêng, đó là:
- Chọn x
1
=
rc
F
g
D


2

Để thay đổi x
1
ta thay  thông qua tốc độ vòng quay n; hay x
1
= n (vòng/phút);
- Chọn x
2
=


8
(độ)
- Chọn x
3
=



10
là hệ số điền đầy; hệ số điền đầy đƣợc tính gián tiếp thông qua khối
lƣợng trên một mẻ trộn, vì thế chọn x
3
= q (kg);
- Thời gian trộn: 1,5 phút (90s);





Hình 4.1- Mô hình bài toán quy hoạch thực nghiệm
4.2.2.2. Lập ma trận thí nghiệm, chọn phương án quy hoạch thực nghiệm
Sử dụng kế hoạch thực nghiệm bậc 2 Box- Behnken 3 thông số.
4.2.2.3. Xác định mô hình toán
Mô hình toán biểu thị bằng phƣơng trình hồi quy bậc 2 là [21]:

 
 

n
i
n
i
iii
n
ki
jiijii

xbxxbxbby
1 1
2
1,
0



















 
 


  
N

u
u
n
j
N
u
u
ju
u
N
u
iujj
u
ju
N
u
iuij
u
N
u
iui
u
N
u
n
i
N
u
iu
u

ykyxkyxkb
yxxkb
yxkb
yxkykb
1
2
1 1
2
6
1
2
5
1
4
1
3
1 1 1
2
210

Quá trình trộn
x
1
= n;
x
2
=

;
x

2
= q
Y
K:
Mức tiêu thụ điện năng
riêng
Y
N:
Độ trộn đều
(4.12)
17


Sau khi tính xong các hệ số hồi quy cần phải đánh giá mô hình, trong đó phải kiểm tra
tính tƣơng thích của mô hình so với kết quả thực nghiệm, kiểm tra mức ý nghĩa của các
hệ số đã tính.
4.2.2.4. Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố hàm mục tiêu
Sau khi đã lập đƣợc phƣơng trình hồi quy y = f(x
i
) có thể xác định đƣợc cực trị của y bằng
cách lấy đạo hàm riêng đối với mỗi yếu tố và cho đạo hàm đó bằng 0, sẽ đƣợc một hệ
phƣơng trình tuyến tính:


Giải phƣơng trình sẽ xác định đƣợc các giá trị của các yếu tố x
1
,x
2
ứng với giá trị y, thay
vào phƣơng trình hồi quy sẽ đƣợc giá trị của y.

4.2.2.5. Giải bài toán thương lượng các giá trị tối ưu giữa hai hàm mục tiêu
Áp dụng các phƣơng pháp giải quyết vấn đề thƣơng lƣợng có điều kiện. Chọn hàm điều
kiện là độ trộn đều Y
N
và tìm cực trị của hàm mục tiêu Y
K
là mức tiêu thụ điện năng riêng.
Kết quả sẽ xác định đƣợc giá trị thƣơng lƣợng của 2 yếu tố cho và mức tiêu thụ điện năng
riêng Y
K
tƣơng đối nhỏ nhất và độ trộn đều Y
N
cần thiết [46].
4.2.3. Phương pháp xác định độ trộn đều của hỗn hợp sau khi trộn
Độ trộn đều đƣợc xác định bằng cách phân tích mẫu (sàng) và xây dựng đồ thị phần trăm
lọt sàng, so sánh với tiêu chuẩn TCVN 8819:2011[2].
4.3. Nghiên cứu thực nghiệm
4.3.1.Mục đích :
- Kiểm chứng công thức tính toán công suất dẫn động buồng trộn; xác định hệ số vƣợt tải K
- Xác định ảnh hƣởng của một số yếu tố chính (hƣớng bố trí bàn tay trộn; đặc tính tải trọng
trong quá trình trộn, ảnh hƣởng của tốc độ vòng quay trục trộn, góc nghiêng bàn tay trộn, hệ
số điền đầy) đến tiêu thụ năng lƣợng và độ trộn đều mẻ trộn.
- Lựa chọn thông số kỹ thuật hợp lý theo mục tiêu chi phí năng lƣợng riêng nhỏ nhất và
đảm bảo độ đồng đều của mẻ trộn.
4.3.2. Các thông số, chỉ tiêu cần xác định bằng thực nghiệm
Thông số đầu vào:
- Góc nghiêng giữa bàn tay trộn và cánh trộn

, rad;
- Tốc độ của trục trộn n, v/ph;

- Khối lƣợng một mẻ trộn q, kg.
Thông số đầu ra:
- Năng lƣợng tiêu thụ Y
K
, kwh; (ws)
- Độ trộn đều Y
N
(4.34)
1 2 3
0; 0; 0
y y y
x x x
  
  
  
18












4.3.3. Thiết bị thực nghiệm
Với K

L
= 2 xác định đƣợc các thông số của mô hình dựa theo mẫu buồng trộn trạm trộn
BTNN năng suất 60- 80T/h do Xí nghiệp Cơ khí Công trình chế tạo nhƣ bảng dƣới đây:
Bảng 4.2.Các thông số của mô hình buồng trộn thí nghiệm:
TT
Thông số
Máy thực
Mô hình
1
Dung lƣợng mẻ trộn
800 kg
100 kg
2
Chiều dài buồng trộn L
1.430 mm
720 mm
3
Bán kính đáy buồng trộn R
420mm
210 mm
4
Tốc độ vòng quay trục trộn
60v/phút
60 v/phút
5
Tổng số cánh trộn
24
24
6
Chiều dài cánh tay trộn (tính từ tâm

trục tới đỉnh bàn tay trộn)
320 mm
160 mm
7
Công suất động cơ điện dẫn động
buồng trộn
30 kw
2,0 kw
4.3.3.3. Phương pháp và thiết bị đo thông số đầu ra
a/ Đo mức hao phí năng lượng trong quá trình trộn: Đo trực tiếp mức tiêu thụ điện năng
riêng W
r
đƣợc xác định bằng phƣơng pháp đo điện thông dụng:
b/ Đo đặc tính tải trọng trong quá trình trộn thông qua biến dạng trên trục trộn: Sử dụng
nguyên lý mạch cầu Wheatstone để đo mômen xoắn do biến dạng của dầm đàn hồi lắp trên
trục trộn.
THỰC NGHIỆM
TRÊN MÔ HÌNH
BỐ TRÍ
CÁNH TRỘN:
- Có cánh đảo
-Không cánh
đảo
- Vòng tròn

ẢNH HƯỞNG
GÓC NGHIÊNG
BÀN TAY TRỘN
α= 35
0

, α= 40
0
α= 45
0
, α= 50
0

α= 55
0

ẢNH HƯỞNG
ĐA YẾU TỐ:
n= 40,60,80 v/ph
α= 40
0
, 45
0
, 50
0

φ= 0.6; 0.8; 1.0
19


4.3.4- Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của hướng bố trí bàn tay trộn đến tiêu thụ
năng lượng riêng và độ trộn đều:
4.3.4.1: Chuẩn bị vật liệu:
a- Lấy vật liệu: tại Trạm trộn BTNN của Công ty CP Xây dựng Công trình Giao thông 116
(TCT Xây dựng công trình Giao thông 1) đặt tại Yên Nghĩa- Hà Đông (Hà Nội).
Vật liệu đƣợc rang sấy, sàng phân loại theo 4 cỡ hạt của trạm trộn: cỡ hạt từ 15- 25 mm; cỡ

hạt 10- 15 mm, cỡ hạt 5- 10 mm và cỡ hạt 0- 5 mm; nhuộm màu.
b-Xác định tỷ lệ thành phần mẻ trộn theo tiêu chuẩn Việt Nam về cấp phối BTNN
Tỷ lệ % theo khối lƣợng của các thành phần vật liệu là: Vật liệu cỡ hạt từ 15- 25 mm: 6%;
cỡ hạt 10- 15 mm: 35%, cỡ hạt 5- 10 mm: 20% và cỡ hạt 0- 5 mm:33%, Phụ gia: 6%.
4.3.4.2 - Chuẩn bị thiết bị thực nghiệm


4.3.4.3- Tiến hành thực nghiệm
4.3.4.4- Kết quả thực nghiệm
a- Phương án 1: Bố trí cánh trộn theo kiểu vật liệu chuyển động vòng tròn, có cánh đảo
Nhận xét: Vật liệu phân bố đều trên suốt chiều dài thùng trộn, các thành phần vật liệu đƣợc
trộn đồng đều.
b- Phương án 2: Bố trí cánh trộn theo kiểu vật liệu chuyển động vòng tròn, không có cánh
đảo
20


Nhận xét: Vật liệu phân bố tƣơng đối đều nhƣng có xu hƣớng dồn ép vào tấm đầu thùng
trộn.
c- Phương án 3: Bố trí cánh trộn theo kiểu vật liệu dồn vào giữa thùng
Nhận xét: Vật liệu phân bố không đều, có xu hƣớng dồn ép vào giữa thùng trộn.
4.3.5-Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính tải trọng trong quá trình trộn:
Bằng cách đo biến dạng của dầm đàn hồi lắp trên trục trộn, có thể cho thấy đƣờng đặc tính
tải trọng trong quá trình trộn khô và trộn ƣớt.
Qua biểu đồ này cho thấy, ở giây thứ 40 khi cấp nhựa đƣờng, ứng suất trên trục giảm
(tƣơng đƣơng với tải trọng trên trục giảm) nhƣng nếu trộn vƣợt qua chu kỳ trộn (90 s) thì tải
trọng không giảm và có thể gây ra hiện tƣợng kẹt đá làm tăng tải trọng. Điều này là phù hợp
với tình hình thực tế vì khi trộn thời gian quá dài có thể gây ra tình trạng trộn nghiền.
4.3.6- Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số (Tốc độ vòng quay n,
góc nghiêng bàn tay trộn


, hệ số điền đầy

) đến tiêu thụ năng lượng riêng và độ trộn
đều:
4.3.6.1 Tiến hành thí nghiệm:
* Số vòng quay trung bình của trục trộn: Chọn mức thí nghiệm: n= 40 vg/ph ứng với mã -1;
n= 60 vg/ph ứng với mã 0; n= 80 vg/ph ứng với mã +1. Mức biến thiên k = 3; Khoảng biến
thiên là 20 v/ph
* Góc giữa trục trộn và bàn tay trộn:

= 40
0
ứng với mã -1;

= 45
0
ứng với mã 0;

=
50
0
ứng với mã +1. Mức biến thiên k = 3; Khoảng biến thiên là 5
0

* Giá trị biến thiên của khối lượng tải: 60 kg tƣơng ứng với hệ số đầy thùng β = 0, 6 ứng
với mã -1; 80 kg tƣơng ứng với hệ số đầy thùng β = 0,8 ứng với mã 0; 100 kg tƣơng ứng
với hệ số đầy thùng β = 1,0 ứng với mã 1. Mức biến thiên k = 3; Khoảng biến thiên là 20 kg
* Thời gian trộn: Thời gian trộn có ích: t = 1,5 ph cho các lần thực nghiệm; mỗi thí nghiệm
thực hiện 3 lần.

4.3.6.2. Xử lý số liệu sau thí nghiệm:
a/ Xử lý lựa chọn thông số tối ưu theo hàm mục tiêu năng lượng chi phí nhỏ nhất:
Kết quả xử lý bằng phần mềm Minitab 16 cho phƣơng trình hồi quy ảnh hƣởng của các yếu
tố x
1
, x
2
,
x
3
đến năng lƣợng tiêu thụ Y
K
nhƣ sau:
Y
K
= 20,7718- 13,0252x
1
+ 10,2696x
2
+ 23,3370 x
3
+ 94,7259 x
1
2
+ 143,788x
2
2
+
120,851 x
3

2
– 37,9167 x
1
x
2
– 56,0833 x
2
x
3
.
Xét cực trị của hàm Y
K
cho các giá trị tối ƣu trên máy mô hình:
(4.42)
21


x
1 =
40,3544 v/phút
x
2
= 46,1108 độ
Bảng 4.5. Kết quả tối ưu trên buồng trộn mô hình
Dạng Thực
Y
K
ws/kg
Y
N

x
1
(n) v/ph
x
2
() độ
x
3
(q)

kg

2800
Đạt
40,3544
46,1108
86,532
b/ Kiểm tra điều kiện về độ trộn đều: Thực hiện thí nghiệm trộn với các thông số tối ƣu,
sàng phân loại vật liệu và dựng đồ thị phần trăm lọt sàng theo tiêu chuẩn TCVN 8819:2011
[2] cho thấy độ đồng đều của mẻ trộn đảm bảo.
4.3.6.3- Xác định các thông số dãy máy mẫu bằng chuẩn số đồng dạng: Từ các chuẩn số
đồng dạng xác định các thông số của dãy máy mẫu:
Bảng 4.6: Các thông số của dãy máy mẫu
TT
Các chỉ tiêu
Máy trộn
MT – 1A
MT - 1
MT -2

1
Dung lƣợng mẻ trộn (kg)
86,5
800
1000
2
Số vòng qua của trục trộn n (v/ph)

40
62
65
3
Góc nghiêng cánh trộn

(độ)
45
45
45
4
Công suất dẫn động (kW)
2,5
23
29
4.3.7- Xác định hệ số vượt tải K:
Căn cứ đồ thị đƣờng đặc tính tải trọng đo đƣợc trên trục trong quá trình trộn cho thấy K=
1,226 – 1,512; nhƣ vậy có thể chọn hệ số vƣợt tải K= 1,3 là phù hợp.
Bảng 4.7- So sánh công suất tính theo công thức đề xuất và thực tế sử dụng:

Kết luận chương 4:
22

1. Bằng cách ứng dụng lý thuyết mô hình đồng dạng và phân tích thứ nguyên, luận án đã
xác định đƣợc các thông số của máy mô hình trên cơ sở buồng trộn thực của trạm trộn
năng suất 60- 80 T/h của Công ty ôtô 1-5 chế tạọ; xác định đƣợc các chuẩn số đồng dạng,
xác định thông số “vào”, “ra” của kế hoạch thực nghiệm; lập ma trận thí nghiệm để tiến
hành xác định các giá trị đầu vào tối ƣu theo hàm mục tiêu chi phí năng lƣợng nhỏ nhất và
đảm bảo độ trộn đều của hỗn hợp sau trộn.
2. Sử dụng phƣơng pháp nhuộm màu vật liệu, đã xem xét ảnh hƣởng của việc bố trí hƣớng
bàn tay trộn đến năng lƣợng tiêu thụ và chất lƣợng trộn. Qua khảo sát cho thấy việc bố trí
bàn tay trộn theo kiểu vòng tròn, có cánh đảo nhƣ phần lớn các trạm trộn BTNN do Việt
Nam sản xuất hiện nay đang dùng là hợp lý.
3. Sau khi tiến hành các thí nghiệm và phân tích, xử lý số liệu bằng phần mềm Minitab 16,
đã xác định đƣợc các giá trị tối ƣu của thông số vào x
1
(tốc độ vòng quay trục trộn) =
40,3544 v/phút; x
2
(góc nghiêng bàn tay trộn) = 46,1108 độ và x
3
(khối lƣợng mẻ trộn ) =
86,532 kg; từ đó ứng dụng các chuẩn số đồng dạng để xác định các thông số cho các máy
loại có dung lƣợng mẻ trộn 800 kg và 1000kg.
Qua xác định các chuẩn số đồng dạng cho thấy việc thay đổi kích thƣớc đƣờng kính buồng
trộn và tốc độ quay của trục trộn có ảnh hƣởng rất lớn đến công suất dẫn động buồng trộn.
Cụ thể là: Khi thay đổi kích thƣớc đƣờng kính buồn g trộn sẽ có tác động bậc 3 đến công
suất dẫn động của buồng trộn; khi thay đổi tốc độ quay có tác động bậc 5 đến công suất dẫn
động của buồng trộn
4. Thông qua việc đo biến dạng trên trục quay của buồng trộn, có thể xác định đƣợc đƣờng
đặc tính tải trọng. Trên cơ sở phân tích đặc tính tải trọng trong quá trình trộn có thể xác

định đƣợc hệ số vƣợt tải K = 1,3 để tính chọn công suất động cơ dẫn động buồng trộn có kể
đến ảnh hƣởng của việc kẹt đá trong quá trình trộn.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:
1. Kết luận:
1.1. Luận án đã nghiên cứu, khảo sát việc sử dụng các trạm trộn BTNN ở Việt Nam; trên cơ
sở số liệu khảo sát về tình trạng hỏng hóc của các trạm trộn, đánh giá mức độ tin cậy của
các khối máy chính thuộc hệ cơ khí của trạm trộn. Theo quan điểm độ tin cậy, trạm trộn
BTNN là một hệ thống kỹ thuật phức hợp, bao gồm nhiều phần tử cấu thành, mỗi phần tử
có một chức năng xác định và có những chỉ tiêu độ tin cậy riêng của nó. Bằng việc ứng
dụng lý thuyết độ tin cậy, đã xác định một số khối máy trong tổng thể trạm có độ tin cậy
thấp hơn, cần đƣợc quan tâm đầy đủ trong quá trình thiết kế, chế tạo.
1.2. Kế thừa những gì hợp lý, sát với thực tế, khai triển mới những gì chƣa đề cập, lƣợng
hoá những gì có định tính bằng thực nghiệm; Luận án đề xuất công thức mới để tính toán
23


công suất dẫn động buồng trộn giản đơn hơn nhƣng phản ánh đầy đủ các thành phần lực
cản, có khả năng ứng dụng rộng rãi, tiệm cận giá trị thực tế (công thức 3.28).
1.3. Bằng cách ứng dụng lý thuyết mô hình đồng dạng và phân tích thứ nguyên, luận án đã
xác định đƣợc các thông số của máy mô hình trên cơ sở buồng trộn thực của trạm trộn
năng săng suất 60- 80 T/h của Công ty ôtô 1-5 chế tạọ; xác định đƣợc các chuẩn số đồng
dạng, xác định thông số “vào”, “ra” của kế hoạch thực nghiệm;lập ma trận thí nghiệm để
tiến hành xác định các giá trị đầu vào hợp lý theo hàm mục tiêu chi phí năng lƣợng nhỏ nhất
và đảm bảo độ trộn đều của hỗn hợp sau trộn.
1.4. Thực nghiệm, đo đạc các thông số trên mô hình và ứng dụng phần mềm Minitab 16 để
xử lý số liệu thực nghiệm; xác định đƣợc các giá trị thông số tối ƣu trên mô hình (bảng 4.5);
từ đó ứng dụng các chuẩn số đồng dạng để xác định các thông số cho các máy mẫu loại có
dung lƣợng mẻ trộn 800 kg và 1000kg (Bảng 4.6).
Qua xử lý thực nghiệm cũng đánh giá đƣợc mức độ ảnh hƣởng rất lớn của các thông

số đƣờng kính buồng trộn và tốc độ quay của trục trộn đến công suất dẫn động buồng trộn
(Kích thƣớc đƣờng kính buồng trộn sẽ có tác động bậc 3, tốc độ quay trục trộn có tác động
bậc 5 đến công suất dẫn động của buồng trộn)
1.5. Qua phƣơng pháp nhuộm màu cốt liệu và đo biến dạng trên trục quay của buồng trộn,
đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của cách bố trí hƣớng bàn tay trộn đến năng lƣợng tiêu thụ khi
trộn và chất lƣợng của mẻ trộn. Việc bố trí bàn tay trộn kiểu có cánh đảo cho độ trộn đều tốt
nhất.
1.6. Thông qua các kết quả nghiên cứu, khẳng định tính hợp lý của các thông số kỹ thuật
của buồng trộn trạm trộn BTNN chế tạo tại Việt Nam hiện nay; đồng thời phải có biện pháp
điều chỉnh tốc độ tƣơng thích với dung lƣợng mẻ trộn nhằm đảm bảo tính tối ƣu trong sử
dụng công suất dẫn động.
2. Kiến nghị:
2.1. Nhƣ đã phân tích ở chƣơng 4, có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến năng lƣợng tiêu thụ và
chất lƣợng mẻ trộn BTNN. Đề tài mới dừng ở nghiên cứu 3 thông số ảnh hƣởng là tốc độ
vòng quay của trục, góc nghiêng của bàn tay trộn và hệ số điền đầy của buồng trộn. Vì vậy
cần tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số khác để hoàn chỉnh
cơ sở khoa học cho công tác thiết kế buồng trộn.
2.2. Các cơ sở sản xuất hỗ trợ tác giả để chế tạo máy thực với các thông số là kết quả
nghiên cứu của luận án và tiến hành khảo nghiệm trên máy thực; trên cơ sở đó hoàn thiện
và áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.
24


3. Hướng nghiên cứu tiếp theo:
3.1- Tiếp tục nghiên cứu ảnh hƣởng của một số thông khác nhƣ cách bố trí cánh trộn (xoắn
vít, xoắn vít đứt đoạn…), khe hở giữa bàn tay trộn với đáy thùng trộn, độ hạt của vật liệu…
đến công suất dẫn động buồng trộn để hoàn chỉnh bộ thông số hợp lý khi thiết kế buồng
trộn.
3.2- Nghiên cứu,xác định lực cản trên bàn tay trộn, cánh tay trộn bằng thực nghiệm để
khẳng định tính đúng đắn của công thức đề xuất tính toán công suất dẫn động buồng trộn;

đồng thời làm cơ sở cho việc tính toán sức bền của các chi tiết này khi thiết kế.
3.2- Nghiên cứu động lực học buồng trộn trên cơ sở lý thuyết mô hình hóa và phƣơng pháp
quy hoạch thực nghiệm nhằm nâng cao tuổi thọ khai thác buồng trộn nói riêng và trạm trộn
nói chung.