Đồ án tốt nghiệp thiết kế xe trộn bê tông

Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................................. 3
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ XE CHỞ BÊ TÔNG ........................................................................ 5
1.1.

GIỚI THIỆU MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG VÀ MÁY TRỘN BÊ TÔNG. ........ 5

1.2.

CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA XE TRỞ BÊ TÔNG ................................................ 7

1.3.

BỐ TRÍ THÙNG TRỘN BÊ TÔNG ................................................................................ 11

1.3.1.

THÙNG TRỘN CÓ MIỆNG HƯỚNG VỀ PHÍA TRƯỚC .................................... 11

1.3.2.

THÙNG TRỘN CÓ MIỆNG HƯỚNG VỀ PHÍA SAU .......................................... 12

1.4.

NGUYÊN LÝ TRỘN VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THÙNG TRỘN ................. 13

1.4.1.

CẤU TẠO THÙNG TRỘN BÊ TÔNG ................................................................... 13

1.4.2.

NGUYÊN LÝ TRỘN ............................................................................................... 14

1.4.3.

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THÙNG TRỘN ........................................... 16

1.4.4.

TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CẢN VÀ MÔ MEN CẢN.......................................... 17

1.5.

LỰA CHỌN XE CƠ SỞ .................................................................................................. 24

1.5.1.

YÊU CẦU CỦA XE CƠ SƠ ............................................................................................ 24

1.5.2.

LỰA CHỌN XE CỞ SỞ .................................................................................................. 24

PHẦN 2: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC THÙNG TRỘN BÊ TÔNG
.......................................................................................................................................................... 29
2.1.

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN XE CHỞ
BÊ TÔNG. ....................................................................................................................................... 29
2.2.

GIỚI THIỆU CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH .......... 29

2.3.

GIỚI THIỆU VỀ SƠ ĐỒ MẠCH THỦY LỰC ............................................................... 33

2.3.1.

CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA THÙNG TRỘN ................................................. 33

2.3.2.

GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ MẠCH THỦY LỰC ............................................................. 34

2.4.

LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ THỦY LỰC............................................................................. 37

2.4.1.

LỰA CHỌN BỘ SƠ BỘ ĐỘNG CƠ THỦY LỰC ................................................. 37

2.4.2.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC ............................................................ 43

2.4.3.

KIỂM NGHIỆM CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC THỰC TẾ CỦA ĐỘNG CƠ THỦY LỰC 86

2.5.

LỰA CHỌN BƠM THỦY LỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG .................... 88

PHẦN 3: THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC 3D BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORK ................ 104
3.1.

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM SOLIDWORKS. ....................................... 104

3.2.

CÁC BƯỚC VẼ MỘT SỐ CHI TIẾT ĐẶC TRƯNG. .................................................. 107

3.2.1.

VẼ CÁC BÁNH RĂNG......................................................................................... 107

3.2.2.

VẼ Ổ ĐỠ. ............................................................................................................... 108

1


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

3.2.3.

VẼ THEN HOA ..................................................................................................... 108

3.2.4.

VẼ CẦN DẪN. ...................................................................................................... 109

3.2.5.

VẼ VÒNG CHẮN LÒ XO. ................................................................................... 110

3.2.6.

VẼ BU LÔNG - VÍT .............................................................................................. 111

3.2.7.

VẼ VỎ HỘP GIẢM TỐC. ..................................................................................... 112

3.3.

QUY TRÌNH THÁO LẮP HỘP GIẢM TỐC ................................................................ 114

PHẦN 4: KIỂM NGHIỆM ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH XE TRỘN BÊ TÔNG. ......... 115
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.2.

KIỂM NGHIỆM ĐỘNG LỰC HỌC ............................................................................. 115
CÔNG SUẤT LỚN NHẤT ‫ۼ‬૚‫ ܠ܉ܕ‬...................................................................... 115

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC XE ..................................................................... 117
KIỂM NGHIỆM TÍNH ỔN ĐỊNH XE CHỞ BÊ TÔNG .............................................. 128

4.2.1.

KHI XE CHUYỂN ĐỘNG LÊN RỐC .................................................................. 128

4.2.2.

KHI XE CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG NGHIÊNG NGANG ....................... 129

4.2.3.
KHI XE CHUYỂN ĐỘNG QUAY VÒNG TRÊN ĐƯỜNG BẰNG VỚI BÁN
KÍNH Rmin = 7,5 m ......................................................................................................................... 131
PHẦN 5: VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮAVẬN HÀNH .......................................... 133
5.1.

VẬN HÀNH .................................................................................................................. 133

5.2.

BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA ......................................................................................... 133

PHẦN 6: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH ....................... 135
6.1.

LỰA CHỌN CHI TIẾT GIA CÔNG ............................................................................. 135

6.2.

ĐẶC ĐIỂM CỦA BÁNH RĂNG MẶT TRỜI CẤP CHẬM ........................................ 135

6.3.

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI ......................................................... 135

6.4.

CÁC NGUYÊN CÔNG TRONG GIA CÔNG BÁNH RĂNG ...................................... 136

6.5.

XỬ LÝ NHIỆT BÁNH RĂNG. ..................................................................................... 139

KẾT LUẬN ................................................................................................................................... 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 141
PHỤ LỤC THAM KHẢO ............................................................................................................... 1

2


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển làm cho nhu cầu về xây dựng gia, tăng đặc biệt là
các tòa nhà cao tầng, công trình lớn mọc lên ngày càng nhiều tại các khu đô thị và
các thành phố, dẫn đến nhu cầu rất lớn về bê tông tươi có chất lượng tốt. Quá trình

sản xuất trực tiếp bê tông tại công trường gặp khó khăn do: việc chuyên chở, lưu trữ
nhiều vật liệu thành phần cấu thành bê tông, không gian của nhiều công trường còn
hạn chế. Lượng bê tông sản xuất trực tiếp không đảm bảo cả về mặt chất lượng
cũng như số lượng cho các công trình. Do vậy, đòi hỏi phải có những thiết bị
chuyên chở bê tông tươi từ các trạm trộn bê tông tới các công trường xây dựng.
Thiết bị đó chính là những chiếc xe chở bê tông.
Ở Việt Nam hiện nay 100% xe chuyên chở bê tông nhập khẩu nguyên chiếc từ
nước ngoài với giá của một chiếc xe là khá cao. Theo một số Website giao bán xe
chở bê tông nhập khẩu giá xe chuyên chở bê tông như sau:
-Huyndai HD 270 giá khoảng 1,5 tỉ VNĐ.
-Xe của Dongfeng giá khoảng 1 tỉ VNĐ.
-Xe của Daewoo giá khoảng 1,5 tỉ VNĐ.
Do vậy việc nghiên cứu thiết kế tính toán xe chở bê tông để tiến hành nội địa
hóa, sản xuất nội địa một số phụ tùng trên xe chuyên chở bê tông là cần thiết nhằm
mục đích giảm giá thành. Bên cạnh đó việc nghiên cứu còn giúp ích nhiều cho quá
trình sử dụng và sửa chữa bảo dưỡng xe chuyên chở bê tông.
Đồ án: “Tính Toán Thiết Kết Xe Chở Bê Tông 7 m3 ”đòi hỏi vận dụng nhiều
kiến thức chuyên nghành: nguyên lý máy, sức bền vật liệu, toán thiết kế chi tiết
máy, hệ thống truyền động thủy lực, lý thuyết ô tô, tính toán thiết kế ô tô… Thông
qua đề tài này, nhóm tác giả đã bổ sung, hoàn thiện và vận dụng một cách linh hoạt
kiến thức đã học, tạo điều kiện đáp ứng nhu cầu công việc sau khi ra trường.

3


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Để đạt được mục đích mà đề tài đã đề ra trước hết đó là nhờ sự chỉ bảo tận tình
của PGS. TS Nguyễn Trọng Hoan và các thầy trong bộ môn, bên cạnh đó là sự cố
gắng nỗ lực của nhóm tác giả: Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng.

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Hoàng

4

Kiều Đức Thịnh


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ XE CHỞ BÊ TÔNG
1.1. GIỚI THIỆU MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG VÀ MÁY TRỘN BÊ
TÔNG.
Bê tông và vữa xây dựng là loại vật liệu xây dựng thu được từ hỗn hợp các chất
kết dính (xi măng, vôi) với các cốt liệu (đá dăm, sỏi và cát). Nhờ phản ứng hoá học
giữa các chất kết dính với nước mà tạo nên đá xi măng (vôi), lấp đầy khoảng trống
giữa đá và cát. Nhằm tiết kiệm xi măng và thu được bê tông có cường độ chịu lực
cao, cần phải chọn các cốt liệu sao cho khoảng trống giữa chúng là nhỏ nhất. Để tạo
ra các bê tông nhẹ, người ta thường sử dụng các vật liệu nhẹ: xỉ lò, đá bọt…thay
cho cốt liệu bê tông.
Khối lượng chất kết dính và nước về cơ bản tạo nên độ linh động và khả năng
làm đầy khuôn của hỗn hợp, ngoài ra khối lượng này còn ảnh hưởng đến tới công
nghệ sản xuất bê tông và tạo hình chúng. Các thành phần này cũng tạo nên độ bền
của bê tông. Giới hạn độ bền nén của mẫu bê tông sau 28 ngày đông kết được gọi là
mác của bê tông.
Độ đồng nhất của hỗn hợp ảnh hưởng tới độ bền của bê tông, mà độ đồng nhất
này lại phụ thuộc vào chất lượng nhào trộn.
Việc sản xuất (nhào trộn) vữa bê tông và vữa xây dựng được thực hiện ở trong
các máy trộn bê tông và các máy trộn vữa xây dựng. Các cụm chủ yếu trong các

máy trộn là các bộ phận công tác, các thiết bị và các cơ cấu dùng để nạp liệu và xả
hỗn hợp, động cơ và hệ thống truyền động.
Các công đoạn phụ trợ không thể thiếu được cho công việc nhào trộn là việc định
lượng, nạp các phối liệu và xả hỗn hợp thành phẩm. Các thiết bị để thực hiện các
công việc phụ trợ này có thể thiết kế như các bộ phận không thể tách rời máy trộn,
cũng có thể được thiết kế như các loại máy làm việc độc lập cùng tham gia với máy
trộn trong các trạm trộn.

5


Thiết kế xe trộnn bê tông| Kiều
Ki Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Theo phương pháp nhào trộn
Máy trộn nhào trộn
ộn tự do
(Máy trộn tự
ự do)

Máy nhào trộn
ộn cưỡng
cưỡ bức
(Máy trộn cưỡng
ưỡng bức)
b

Máy trộn cưỡng bức
ức

Máy trộn tự do

Các cánh trộn được
ợc bố trí trên các Ở máy trộn tự do, các cánh trộ
trộn được bố trí
trục trộn, khi trụcc trộn quay,
qu
các ở thành trong của thùng trộộn; khi thùng
cánh trộn sẽ nhào trộn
ộn hỗn
h hợp

trộn quay các cánh trộn sẽẽ múc hhỗn hợp lên
cao rồi đổ cho rơi xuống để nh
nhào trộn. Máy
trộn tự do có kết cấu đơnn gi
giản hơn và có
khả năng trộn các loại vữa bêê tông ccốt liệu
lớn hơn.

Theo nguyên lí làm việc

Máy trộn làm việc
ệc theo chu kì

Máy trộn làm việc
ệc liên tục
t

Máy trộn làm việcc theo chu kì

k

ục
Máy trộn làm việc liên tụ

Các công đoạn
n phân tách rõ
r ràng trong Quá trình nạp phối liệu
ệu vvà xã hỗn hợp
một chu kì lam việc;
ệc; nạp
n phối liệu, thành phẩm được tiến hành
ành liên ttục. Các
nhào trộn hỗn hợp
ợp và
v xả hỗn hợp loại máy này có năng
ng su
suất tương đối cao.
thành phẩm.
m. Thông số chính của loại Thông số chính của loại
ại máy trộn
tr làm việc
máy trộn này là dung tích hỗn
h hợp bê liên tục làm việc liên tục
ục llà năng suất của
tông đã trộn sau một
ột mẻ trộn.

chúng.

6


Thiết kế xe trộnn bê tông| Ki
Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Theo khả năng di động

Máy trộn loại
ại cố
c định

Máy trộn loại cố định

Máy trộn loại
ại di động

Máy trộn loại di động

loại máy trộn cố định--ở các nhà máy Thường dùng
ùng trên các công tr
trường có
bê tông, được thiết
ết kế để khai thác khối lượng công việcc không llớn.
lâu dài.
Bê tông tươi được chuyên chở
ch từ trạm trộn tới công trường
ng xây ddựng bằng xe
chở bê tông.
1.2. CÁC THÀNH PH

PHẦN CHÍNH CỦA XE TRỞ BÊ TÔNG
1

-

Ca bin

2

-

Thùng trộn

3

-

Động cơ

6

-

Bánh xe

17

-

Giá đỡ ụ sau

18

-

Giá đỡ ụ trướcc

19

-

Thùng chứaa trước
trư

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí chung xe tr
trộn bê tông

Bên trong cabin là không gian dành cho người
ng
lái điều khiểnn xe. Ngoài các bbộ
phận thông thường như
ư bàn đạp ga, bàn đạp phanh, bàn đạpp côn, vô lă
lăng, bảng điều
khiển… trong cabin củaa xe chở
ch bê tông có thêm các bộ phần điềuu khi
khiển thùng trộn,
vòi phun nước chúng có thể
th là cần điều khiển, công tác điều khiểnn ho
hoặc nút ấn...
phụ thuộc vào mức độ hiệện đại của chiếc xe.

7


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Động cơ (3) là nguồn cung cấp năng lượng chính cho toàn bộ xe. Giúp cho chiếc
xe có thể chuyển động được và làm quay thùng trộn bê tông. Động cơ trên xe tải nói
chung và trên xe chở bê tông nói riêng thường là động cơ diezen.
Giá đỡ trước (18) và giá đỡ sau (17) làm nhiệm vụ nâng đỡ thùng trộn tạo điều
kiện cho thùng trộn có thể quay quanh trục của nó. Giái đỡ ụ sau còn là nơi bố trí
các thiết bị hỗ trợ cho việc nạp và xả bê tông được dễ dàng và thuận tiện.

Hình 1.2: Khung phụ, giá đỡ, thùng trộn

8


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Hình 1.3: Kết cấu phễu hấng bê tông và máng dẫn bê tông
Quá trình vận chuyển bê tông trên quãng đường dài khối bê tông có thể bị khô đi
khi nó cần phải bổ sung thêm một lượng nước để duy trì tỉ lệ giữa các thành phần
trong khối bê tông giúp cho bê tông luôn được tươi. Khi xe đa xả hết bê tông thì
một phần bê tông sẽ bám vào thành thùng trộn chúng sẽ bị lẫn vào bê tông trong
những lần vận chuyển sau, hiện tượng này làm giảm chất lượng cũng như khối
lượng bê tông trong những lần vận chuyển sau. Do đó sau mỗi lần xả hết bê thông
cần phải làm sạch thùng trộn. Các công trường thi công nằm ở các vị trí khác nhau,

9

Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

việc chủ động nguồn nước rất khó khăn vì vậy trên xe cần phải dự chữ một lượng
nước nhất định bằng việc sử dụng thùng chứa nước (19).

Hình 1.4: Sơ đồ bố trí chung xe chở bê tông

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí chung xe chở bê tông

10


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

4 - Hộp số

11- Bơm thủy lực

5 - Trục dẫn động bánh xe

12- Ly hợp điện từ

7 - Hộp số phụ

15- Cần số

9 - Động cơ thủy lực

20- Thiết bị điều khiển

10 - Ống dẫn
Hộp số phụ là nơi trích một thần công suất của động cơ để làm quay thùng trộn
thông qua bơm thủy lực (11), động cơ thủy lưc (9) và hộp giảm tốc. Ly hợp điện từ
và thiết bị điều khiển có thể có hoặc không tùy thuộc vào sự hiện đại của chủng loại
xe.
1.3. BỐ TRÍ THÙNG TRỘN BÊ TÔNG
Thùng trộn được bố trí ở phía sau thay vào vị trí của thùng chở hàng. Miệng
thùng trộn có thể bố trí hướng về phía trước hoặc hướng về phía sau
1.3.1.

THÙNG TRỘN CÓ MIỆNG HƯỚNG VỀ PHÍA TRƯỚC

Ưu điểm:
-

Người ngồi trên cabin dễ dàng điều khiển việc nạp và xả bê tông

-

Đảm bảo rút ngắn được kích thước của xe nhưng vẫn chở được một thể tích

lớn.

Nhược điểm:
-

Việc bố trí các hệ thống, đặc biệt là hệ thống truyền lực trở lên khó khăn. Vì

vậy, xe được bố trí thêm một động cơ nữa làm nhiệm vu dẫn động thùng trộn.

-

Tăng lực cản không khí do có tiết diện mặt đầu phức tạp. Do vừa phải bố trí

giá dẫn bê tông khi được xả ra, vừa phải có phương án bố trí thiết bị chống rò rỉ
nước và ca bin xe

11


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Hinh 1.6: Xe chở bê tông có miệng thùng trộn hướng về phía trước
1.3.2.

THÙNG TRỘN CÓ MIỆNG HƯỚNG VỀ PHÍA SAU

Kết cấu thùng trộn ngắn, thể tích vần chuyển nhỏ hơn

Hinh1.7: Xe chở bê tông có miệng thùng trộn hướng về phía sau
Ưu điểm:
-

Dễ bố trí hệ thống truyền lực. Động cơ kéo và đáy thùng trộn gần nhau
12


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

-

Đảm bảo giảm được lực cản không khí, hệ thống giá dẫn bê tông được bố trí

ở phía sau. Điều này giúp cho mặt đầu xe có hình dạng động học hợp lý hơn.

Nhược điểm:
-

Người người ngồi trên ca bin khó thao tác điều khiển thùng trộn hơn khi

không có khả năng quan sát. Việc này có thể được khắc phục khi sử dụng thêm thiết
bị điều khiển bố trí ở bên ngoài.
Những phân tích ở trên cho ta thấy đối với xe trộn bê tông với dung tích 7 m3 thì
việc bố trí theo phương án 2 có nhiều điểm hợp lý hơn.
1.4. NGUYÊN LÝ TRỘN VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THÙNG TRỘN
1.4.1.

CẤU TẠO THÙNG TRỘN BÊ TÔNG

Để hỗn hợp được nhào trộn tự do trong thùng, dung tích hình học của thùng trộn
phải lớn hơn khoảng 1,5 – 2,5 lần dung tích hỗn hợp. Tốc độ quay của thùng trộn
không lớn, bởi vì nếu quá lớn thì lực quán tính li tâm của hỗn hợp sẽ cản trở quá
trình nhào trộn tự do.

Hình 1.8: Cấu tạo miệng thùng trộn

13


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Hình 1.9: Kết cấu cánh trộn
Toàn bộ thùng trộn được làm bằng thép 16Mn. Thùng cấu tạo gồm có vỏ thùng
và 2 dải cánh hình xoắn ốc. Bê tông được nạp, xả qua miệng thùng, trên phần thân
thùng phần hình trụ có bố trí 2 cửa để xả bê tông ra ngoài khi xe gặp sự cố để bê
tông không bị đông cứng trong thùng. Khi lắp đặt trên xe thùng nghiêng một góc

15 so với mặt phẳng ngang, phần đáy thùng có mặt bích lắp với mặt bích của hộp
giảm tốc, gần miệng thùng có vành tì tì lên 2 con lăn của cụm giá đỡ thùng.
1.4.2.

NGUYÊN LÝ TRỘN

Khi nạp bê tông thì thùng quay theo chiều kim đồng hồ khi ta nhìn từ phía sau
thùng vào miệng nạp và khi xả bê tông thì thùng quay theo chiều ngược lại. Tốc độ

quay của thùng khi nạp, xả vào khoảng 14 ൊ 17 vg/ph. Các cánh của thùng trộn

theo dạng xoắn ốc, mối liên hệ chuyển động giữa bê tông và thùng giống như bu
lông và đai ốc. Ở đây bê tông đóng vai trò như là bu lông còn thùng trộn như đai ốc.

Khi nạp bê tông thì thùng quay theo chiều kim đồng hồ, bê tông chảy từ phễu trạm
trộn bê tông xuống phễu nạp của cụm thùng trộn, bê tông được hướng vào miệng
thùng. Do tác dụng của trọng lực khi bê tông được nạp từ phía trên miệng và do góc

14


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

nghiêng của thùng, bê tông có xu hướng chảy về phía đáy thùng. Bê tông ở dạng
lỏng sệt chảy trong không gian giữa 2 dải cánh theo chiều xoắn ốc đi vào thùng trộn
vì bu lông- bê tông và đai ốc- thùng trộn có chuyển động tương đối xa nhau theo
chiều trục của thùng do thùng quay trong khi đứng yên. Và cũng với nguyên lí
tương tự khi thùng quay theo chiều ngược lại tức quay ngược chiều kim đồng hồ khi
nhìn thùng từ phía sau, thùng quay và đứng yên, còn bê tông được các dải cánh đẩy
ra ngoài.
Khi nạp hoặc xả bê tông thì xe đứng yên, khi xe vận chuyển bê tông tới công
trường xây dựng thì trong khi xe chuyển động thùng quay để chống bê tông bị đông
cứng. Chiều quay của thùng giống như khi nạp bê tông nhưng tốc độ quay của
thùng thấp hơn, tốc độ lúc này vào khoảng 2 ൊ 6 vg/ph. Bê tông theo cánh thùng

dồn về phía đáy thùng, vì vậy để tránh bê tông bị dồn nén vào khe giữa cánh và đáy

thùng thì trong kết cấu của thùng có bố trí tấm chặn chặn bê tông lại và đẩy bê tông
hướng lên trên theo chiều trục thùng quay. Các dải cánh trong thùng ngoài tác dụng
hướng bê tông nạp vào thùng hay xả ra khỏi thùng còn có tác dụng lớn nữa là chống
bê tông đông cứng. Các cánh như lưỡi cắt sọc vào khối bê tông, cắt từng lớp ra để
các phần tử bê tông không liên kết với nhau. Cả khối bê tông nằm trong thùng gần
như ổn định cho nên các cánh quay theo thùng sẽ cắt vào toàn bộ phần bê tông mà
cánh đi qua. Phần bê tông nằm gần trục quay của thùng được trộn ít hơn. Chúng sẽ
dần dần thay thế các lớp bê tông mỏng nằm gần sát với cánh và thành trong của
thùng, khi các lớp này chuyển động tương đối theo thùng lên phía trên mặt thoáng
bê tông. Như vậy toàn bộ khối bê tông nằm trong thùng sẽ được xáo trộn tránh được
sự đông kết, nhưng mức độ được trộn của phần bê tông gần trục quay sẽ kém hơn
so với những phần nằm xa hơn. Để mức độ trộn đồng đều hơn ta tăng chiều rộng
của cánh, nhưng khi đó cản sẽ lớn hơn và như vậy công suất trích cung cấp cho việc
dẫn động quay thùng trộn sẽ yêu cầu lớn hơn.

15

Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

1.4.3.

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THÙNG TRỘN

Thùng trộng có kết cấu dạng hình thoi. Việc tính toán với hình dạng này gặp
nhiều khó khăn. Để đơn giản viêc tính toán, ta quy về mô hình một thùng trộn có
dạng hình trụ với bán kính tưng đương phụ thuộc vào tốc độ quay của thùng trộn
଴,ଷ ଶ

ܴൌ ቀ ቁ
௡

R :

Bán kính tương đương

n

Tốc độ quay của thùng trộn (vg/s)

:

n=17 (vg/ph) = 0.283 (vg/s)

՜ ܴൌ ቀ

଴,ଷ

଴.ଶ଼ଷ

ଶ

ቁ ൎ 1,12

(m)

Kích thước thùng trộn được lựa chọn dựa vào bán kính tính toán đương đương và
thể tích bê tông được vận chuyển. Thông số hình học của thùng trộn được chỉ rõ ở
Hình 1.10.

Hinh 1.10: Thông số hình học thùng trộn

16


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Bằng sử dụng phần mềm Solidwork để vẽ lại thùng trộn ta có được bảng số liệu
sau:
Khối lượng

1780 kg
Trọng tâm nằm trên trục quay của thùng,

Vị trí trọng tâm

cách đáy thùng 2240 mm

Mô men quán tính của thùng đối với
trục quay của thùng
1.4.4.

1307 kgm 2

TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CẢN VÀ MÔ MEN CẢN

Để quay được thùng trộn thì công suất cung cấp tới thùng sinh ra mô men phải
đủ thắng được các mô men cản tác dụng lên thùng. Các thành phần cản tác dụng lên
thùng gồm có: cản do ma sát bao gồm ma sát tại các ổ lăn đỡ thùng, ma sát giữa bê
tông và thùng, ma sát giữa thùng với không khí và cản do quán tính của thùng quay.
Vì thùng quay với tốc độ rất chậm nên cản do ma sát giữa thùng với không khí
không đáng kể có thể bỏ qua nên tổng mô men cần thiết để quay thùng được tính
như sau:

ܰ௧௧ ൌ ܰ௖௟ ൅ ܰ௤௧ ൅ ܰ௕௧
Trong đó:

ܰ௖௟

: Công suất thắng cản lăn tại các ổ đỡ

ܰ௧௛

: Công suất thắng cản quán tính của thùng

ܰ௕௧

: Công suất thắng cản giữa bê tông và thùng trộn

1.4.3.1.

CÔNG SUẤT CẢN TẠI CÁC Ổ LĂN ܰ௖௟

Thùng được đỡ trên giá tại 2 vị trí: vị trí thứ nhất tại ổ lăn của hộp giảm tốc thông
qua việc đáy thùng nối với mặt bích hộp giảm tốc, mặt có trục lắp vào ổ lăn nằm

17


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

trong vỏ hộp giảm tốc và vị trí thứ hai tại vành tì gần miệng thùng, vành tì tì lên 2
con lăn đặt trên giá đỡ.
Mô men cản lăn xác định theo:

‫ܯ‬௖௟ ൌ ‫ܯ‬ଵ ൅ ‫ܯ‬ଶ ൌ ݇ଵ ‫ܨ‬ଵ ൅ ݇ଶ ‫ܨ‬ଶ

Trong đó ‫ܯ‬ଵ , ‫ܯ‬ଶ là mô men cản lăn tại ổ thứ nhất và thứ hai.
Công thức tính mô men cản lăn tại ổ (tr116, [3]):

‫ܯ‬ൌ‫ݏ‬

ோା௥
௥

݇‫ܨ‬

Trong đó:

‫ݏ‬

:

Số bi, đũa của ổ

ܴ

:

Bán kính vòng quay của ổ

‫ݎ‬

:

Bán kính bi, đũa của ổ

k

:

Hệ số ma sát lăn ݇ ൌ 5 ‫ כ‬10ିହ

‫ܨ‬

:

Lực hướng kính tác dụng lên ổ

Ổ thứ nhất là ổ đũa đỡ 2 dãy tự lựa nằm trong hộp giảm tốc, ổ thứ hai là ổ đũa đỡ
1 dãy, các ổ tham khảo có các thông số như sau:
Như vậy:

‫ܯ‬௖௟ ൌ ‫ݏ‬

ோା௥
௥

݇‫ܨ‬ଵ ൅ ‫ݏ‬

ோା௥
௥

݇‫ܨ‬ଶ

Hình 1.11 : Sơ đồ tính lực hướng kính tác dụng lên các ổ đỡ

18


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010
Hệ phương trình xác định các lực ‫ܨ‬ଵ , ‫ܨ‬ଶ :

൜

1865 ‫ܨ כ‬ଵ െ 1650 ‫ܨ כ‬ଶ ൌ 0

‫ܨ‬ଵ ൅ ‫ܨ‬ଶ െ ‫ܩ‬௧௕௧ cosሺ15଴ ሻ ൌ 0

‫ܩ‬௧௕௧ : trọng lượng của thùng trộn có bê tông, theo bảng 4 ta có ‫ܩ‬௧௕௧ ൌ 143800 ܰ
1865 ‫ܨ כ‬ଵ െ 1650 ‫ܨ כ‬ଶ ൌ 0
‫ ܨ‬ൌ 65200 ሺܰሻ
՜ ൜
՜൜ ଵ
଴
‫ܨ‬ଶ ൌ 73700 ሺܰሻ
‫ܨ‬ଵ ൅ ‫ܨ‬ଶ െ 143800 cosሺ15 ሻ ൌ 0
Thay các giá trị vào công thức ta có:

‫ܯ‬௖௟ ൌ 5 ‫ כ‬10ିହ ‫ כ‬65200 ൅ 5 ‫ כ‬10ିହ ‫ כ‬73700 ൎ 7 (Nm)
Với

n= 17 (vg/ph) ՜ ܰ௖௟ ൌ ‫ܯ‬௖௟ ‫ ߱ כ‬ൌ 7 ‫ כ‬1,87 ൌ 12,46

n= 6 (vg/ph) ՜ ܰ′௖௟ ൌ ‫ܯ‬௖௟ ‫ ߱ כ‬ൌ 7 ‫ כ‬0,628 ൌ 4,40

MÔ MEN CẢN QUÁN TÍNH CỦA THÙNG ܰ௧௛

1.4.3.2.

(W)
(W)

Mô men cản quán tính của thùng:

‫ܯ‬௤௧ ൌ ‫ߝܬ‬

Trong đó:

‫ܬ‬

:

ߝ

:

Mô men quán tính của thùng đối với trục quay, theo bảng 2:
J = 1307 kgm 2

Gia tốc góc

Xét tại tốc độ quay lớn nhất ta có ߝ ൌ 0

՜ ‫ܯ‬௧௛ ൌ 0 ՜ ܰ௧௛ ൌ 0

1.4.3.3.

(W)

MÔ MEN CẢN GIỮA BÊ TÔNG VÀ THÙNG ܰ௕௧

Phần lớn năng lượng truyền động từ thùng trộn vào khối bê tông bị tiêu hao cho
việc nâng một phần hỗn hợp trong thùng trộn lên khi quay thùng.
Ở dạng tổng quát, công tiêu hao cho một chu kỳ di chuyển khép kín của hỗn hợp:

‫ܣ‬ൌ ‫ܪ ܩ‬

‫ܪ‬
‫ܩ‬

:

Chiều cao nâng hỗn hợp trong thùng trộn

:

Trọng lượng hỗn hợp

‫ ܩ‬ൌ ܸ߮݃ ൌ 7 ‫ כ‬1800 ‫ כ‬9,8 ൌ 123480 (N)
Trong đó:

19


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010
ܸ

Dung tích của hỗn hợp bê tông ở trong thùng trộn

߮

Khối lượng riêng của hỗn hợp bê tông

݃

ܸൌ7

(m3)

߮ ൌ 1800

(kg/m3)

݃ ൌ 9,8

(m2/s)

Gia tốc rơi tự do

Quỹ đạo của chuyển động hỗn hợp ở trong thùng trộn rất phức tạp. Một phần
hỗn hợp được nâng lên bằng các cánh trộn, phần còn lại được nâng lên do tác dụng
của lực ma sát.
Trong các loại bê tông dạng quả trám, tại mỗi thời điểm các cánh trộn nâng lên
khoảng 15% hỗn hợp.
Công suất cần tiêu hao để nâng hỗn hợp:

ܰ௕௧ ൌ ൫‫ܩ‬ଵ ݄ଵ௡௣ ܼଵ ൅ ‫ܩ‬ଶ ݄ଶ ܼଶ ൯݊

‫ܩ‬ଵ

Trọng lượng hỗn hợp được nâng lên do tác dụng của lực ma sát

‫ܩ‬ଶ

Trọng lượng hỗn hợp được nâng lên bằng các cánh trộn

݄ଵ௡௣
݄ଶ
ܼଵ

ܼଶ

n

‫ܩ‬ଵ ൌ 0,85 ‫ܩ כ‬஼ெ

‫ܩ‬ଶ ൌ 0,15 ‫ܩ כ‬஼ெ

Chiều cao nâng của hỗn hợp do tác dụng của lực ma sát
Chiều cao nâng của hỗn hợp bằng cánh trộn
Số lượng chu trình khép kín của hỗn hợp sau một vòng quay của thùng
trộn, được thực hiện tương ứng do lực ma sát và bằng các cánh trộn.
Vận tốc quay của thùng trộn

20


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Hình 1.11: Sơ đồ tính toán máy trộn bê tông
Theo sơ đồ tính toán thể hiện trên hình:

݄ଶ ൌ ܴ ൅ ܴ‫݊݅ݏ‬ሺߚሻ ൌ ܴሺ1 ൅ ‫݊݅ݏ‬ሺߚ ሻሻ
ܴ
ߚ

Trong đó:

: Bán kính cong của thùng trộn
: Có thể lấy bằng góc ma sát
Xét mô hình sau:
Điều kiện trượt:

ܲ‫݊݅ݏ‬ሺܽ ሻ ൒ ݂ܲܿ‫ݏ݋‬ሺܽሻ

Fms

՜ ‫݃ܽݐ‬ሺܽ ሻ ൒ ݂

՜ ܽ ൌ ܽ‫݃ݐܿݎ‬ሺ݂ሻ

Psin(a)
Pcos(a)
Pcos(a)
a

Hình 1.12: Sơ đồ tính góc ma sát
trượt
Áp dụng công thức trên ta tính đươc

ߚ ൌ ܽ‫݃ݐܿݎ‬ሺ݂ሻ

f: Hệ số ma sát giữa bê tông và thành cánh trộn.

21

Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010
݂ ൌ 9,2 ‫ כ‬10ିଷ

՜ ߚ ൌ ܽ‫݃ݐܿݎ‬ሺ9,2 ‫ כ‬10ିଷ ሻ ൌ 0,52564଴

՜ ݄ଶ ൎ ሺ1 ൅ sinሺ0,52564଴ ሻ ܴ ൌ 1,0092ܴ

Chuyển động của hỗn hợp dưới tác dụng của lực ma sát phức tạp hơn so với

trường hợp xét ở trên. Xét chuyển động của phần tử hỗn hợp nằm trên thành tang
trộn tại điểm A khi thùng trộn quay thì phần tử này sẽ được nâng lên tới điểm B,

được xác định bằng góc ma sát ߮ଵ , nhưng do chịu ảnh hưởng của các cánh trộn và

được tì lên các phần tử khác nên góc nâng thực là ߮ଶ sẽ lớn hơn (khoảng 90௢ ), sau

đó phần tử này sẽ trượt xuống theo bề mặt của hỗn hợp.

Tiếp nhận góc chuyển dịch của hỗn hợp từ điểm A tới điểm B (߮ଶ ൌ 90௢ ) thì

chiều cao nâng của hỗn hợp do tác dụng của lực ma sát sẽ là: ݄ଵ௡௣ ൎ ܴ . Số lượng

chu trình chuyển động khép kín của hỗn hợp dưới tác dụng của lực ma sát sau một
vòng quay của tang trộn (coi thời gian mà hỗn hợp trượt xuống về vị trí ban đầu

bằng thời gian nâng lên tới độ cao ݄ଵ௡௣ ):

ܼଵ ൌ

ଷ଺଴೚
ଶఝమ

ൎ2

Thời gian nâng hỗn hợp bằng các cánh trộn:

‫ݐ‬ଵ ൌ

ଵ ଽ଴೚ାఉ

௡

ቀ

ଷ଺଴೚

ቁൎ

଴,ଷ଻ସ
௡

Thời gian rơi tự do của hỗn hợp từ độ cao ݄ଶ

‫ݐ‬ଶ ൌ ට

ଶ௛మ
௚

ൌ ට

ଶ‫כ‬ଵ,଴଴ଽଶ‫כ‬ோ
ଽ,଼ଵ

ൎ 0,433√ܴ

Số lượng chu trình chuyển động khép kín của hỗn hợp do các cánh trộn thực hiện
được sau một vòng quay của tang trộn:

ܼଶ ൌ

௧ೡ

௧భ ା௧మ

଴.ଷ ଶ

ܴൌ ቀ ቁ

ൌ

௡

՜ ܼଶ ൌ

ଵ

బ,యళర
௡ቀ
ା଴,ସଷଷ‫√כ‬ோቁ

೙

బ,యళర

ଵ

బ.య

௡ቀ ೙ ା଴,ସଷଷ‫ כ‬೙ ቁ

ൌ

ଵ

଴,ଷ଻ସା଴,଴ଵଷ଴

ൌ 2,584

22


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Trong đó:

‫ݐ‬௩

: Thời gian thực hiện một vòng quay của thùng trộn

‫ݐ‬௩ ൌ

ଵ

௡

n: tần số của tang trộn
R

: bán kính của tang trộn

Do vậy nên công suất tiêu hao để nâng hỗn hợp:

ܰଵ ൌ ൫‫ܩ‬ଵ ݄ଵ௡௣ ܼଵ ൅ ‫ܩ‬ଶ ݄ଶ ܼଶ ൯݊ ൌ 0,15 ‫ כ ܴ כ ܩ כ‬2 ൅ 0,85 ‫ כ ܴ כ ܩ כ‬1,89
ൌ ‫ כ ܴ݊ܩ‬ሺ0,85 ‫ כ‬2 ൅ 0,15 ‫ כ‬2,584 ሻ ൌ 2,0876 ‫ܴ݊ܩ כ‬
Với

n= 17 (vg/ph) ՜ ܰ௕௧ ൌ 2,0876 ‫ כ‬123480 ‫ כ‬1,12 ‫כ‬

′
n= 6 (vg/ph) ՜ ܰ௕௧
ൌ 2,0876 ‫ כ‬123480 ‫ כ‬1,12 ‫כ‬

Tống công suất cấp cho thùng trộn

ଵ଻
଺଴

଺

଺଴

ൌ 81801,19

ൌ 28871,01

(W)
(W)

Với
n= 17 (vg/ph) ՜ ܰ௧௧ ൌ ܰ௖௟ ൅ ܰ௕௧ ൌ 12,46 ൅ 81801,19 ൌ 81813,65 (W)

′
n= 6 (vg/ph) ՜ ܰ௧௧′ ൌ ܰ௖௟ ൅ ܰ௕௧
ൌ 4,40 ൅ 28871,01 ൌ 28875,41

Mô men cản của thùng trộn

‫ܯ‬௧௧ ൌ

ܰ௧௧

߱௧௧

Với

ே೟೟

ఠ೟೟

:

Công suất cản

:

Tốc độ quay của thùng trộn

n= 17 (vg/ph) ՜ ߱௧௧ ൌ 1,78

(rad/s)

n= 6 (vg/ph) ՜ ߱௧௧ ൌ 0,63

n= 17 (vg/ph) ՜ ‫ܯ‬௧௧ ൌ
′
n= 6 (vg/ph) ՜ ‫ܯ‬௧௧
ൌ

ே೟೟

ఠ೟೟

ே೟೟

ఠ೟೟

ൌ
ൌ

(rad/s)

଼ଵ଼ଵଷ,଺ହ
ଵ,଻଼

ଶ଼଼଻ହ,ସଵ
଴,଺ଷ

ൌ 45962,72

ൌ 45833,98

23

(Nm)
(Nm)

(W)


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

1.5. LỰA CHỌN XE CƠ SỞ
1.5.1.

YÊU CẦU CỦA XE CƠ SƠ

Tải trọng thực tế của xe phải nhỏ hơn tải trọng cho phép của xe. Để đảm bảo khả
năng vận chuyển an toàn khi xe đi trên đường trong các trường hợp khi phanh, leo
dốc…
Vận tốc thực tế của xe Vmax > 60 km/h. Đối với xe trộn bê tông do vấn đề động

cơ đốt trong truyền công suất cho thùng trộn để chúng quay do đó công suất thực tế
của xe sẽ phải lớn hơn nhiếu so những chiếc xe tải thông tường có cùng tải trọng.
Nếu sử dùng cùng một loại xe cơ sở có công suất động cơ như nhau, tốc độ tối đa
của xe trộn bê tông sẽ nhỏ hơn tốc độ tối đa của xe tải.
Kết cấu phần khung của xe cơ sở phải đảm bảo cho việc bố trí khung phụ và
thùng trộn bê tông được dễ dàng, chắc chắn.
Hộp số của xe cơ sở phải có bánh răng trích công suất dùng để lấy công suất
truyền cho thùng trộn.
1.5.2.

LỰA CHỌN XE CỞ SỞ

Tính toán sơ bộ các tải trọng chính của xe trộn bê tông

STT Tên

Khối lượng (kg)

1

Thùng trộn

1780

2

Bê tông

12600

3

Nước

450

4

Hộp giảm tốc

325

5

Động cơ

63

6

Bơm

40

24


Thiết kế xe trộn bê tông| Kiều Đức Thịnh, Nguyễn Thế Hoàng 2010

Tổng khối lượng

15258

Từ các yêu cầu trên ta chọn được xe Huyndai HD270 thỏa mãn điều kiện đã đề
ra. Thông số của xe cơ sở như sau:

Thông tin chung
Công thức bánh xe

6x4

Thông số về kích thước (mm)
Kích thước bao (DxRxC)

7520x2495x2870

Chiều dài cơ sở

3290+1300

Vết bánh xe trước/ sau

2040/1850

Chiều dài đầu xe/ đuôi xe

1495/1435

Khoảng sáng gầm xe (mm)

285

Góc thoát trước/ sau (độ)

28/24

Thông số về trọng lượng (kG)
Trọng lượng bản than

12500

Phân bố lên cầu 1

4960

Phân bố lên cầu 2

1935

Phân bố lên cầu 3

1935

Số người cho phép trở

2

Trọng lượng toàn bộ

27900

25