THIẾT kế và CHẾ tạo máy lát GẠCH lớp mặt PHỤC vụ xây DỰNG các CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÁT GẠCH LỚP MẶT PHỤC VỤ XÂY
DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
Bùi Văn Trầm, Nguyễn Xuân Hòa, Đỗ Hữu Tuấn
Trường Đại học Công nghệ GTVT
TÓM TẮT:
Ở nước ta hiện nay, mặt đường lát gạch bê
tông đã được ứng dụng nhưng chưa nhiều. Bên
cạnh đó ở các nước phát triển như Anh, Mỹ, Đức,
Hà Lan và các nước trong khu vực như Singapor,
Malaysia,… lại sử dụng loại mặt đường lát gạch
rất phổ biến do có nhiều ưu điểm nổi bật về khả
năng chịu lực, chống nứt, độ nhám, khả năng
thoát nước và tính thẩm mỹ.
Khi khối lượng thi công lớn, việc áp dụng
phương pháp thủ công không còn phù hợp. Từ

yêu cầu đó phải nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
máy phục vụ công việc lát gạch mặt đường, nhằm
nâng cao chất lượng, tiến độ và hiệu quả kinh tế.
Bài báo này trình bày nội dung nghiên cứu,
thiết kế và chế tạo máy lát gạch lớp mặt, được
chế tạo hoàn toàn trong nước, tận dụng được
năng lực con người và tiềm năng cơ khí trong
nước, đáp ứng nhu cầu thi công công nghệ mặt
đường mới.

Từ khóa: thiết bị lát gạch, máy lát gạch mặt đường, đường lát gạch, thiết kế máy lát gạch, chế tạo
máy lát gạch,…

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, loại mặt đường
lát được nghiên cứu và áp dụng có hiệu quả ở
nhiều nước như Mỹ, Anh và nhất là ở Hà Lan.
Loại mặt đường này hiện nay có chi phí xây dựng
ban đầu khá cạnh tranh, đồng thời so với mặt
đường cứng bê tông xi măng và mặt đường mềm
bê tông nhựa truyền thống, mặt đường lát gạch
lại đạt được những ưu điểm nổi bật về khả năng
chịu lực, chống nứt, độ nhám và khả năng thoát
nước. Đặc biệt, mặt đường lát còn dễ dàng duy
tu, bảo dưỡng và tận dụng gần như hoàn toàn khi
đại tu hoặc nâng cao đường cũ.
Ở nước ta, việc thi công mặt đường gạch lát
chủ yếu là phương pháp thủ công. Cho nên để
nâng cao chất lượng và đẩy nhanh tiến độ thi
công thì cần phải cơ giới hóa quá trình lát gạch.

Tuy nhiên hiện nay trong nước chưa có cơ sở
nào chế tạo máy rải gạch lát này, mà phải nhập
khẩu thiết bị này với giá thành cao. Vì vậy, nhu
cầu thiết kế chế tạo máy rải gạch lát bằng nguồn
lực trong nước là rất cần thiết.
2. THIẾT KẾ TỔNG THỂ MÁY
Trên thế giới, nhiều hãng chế tạo thiết bị lát
gạch đã cho ra đời nhiều chủng loại với tính năng
kỹ thuật cũng như mức độ hiện đại khác nhau. Có
thể kể tới sản phẩm TIGER STONE của Hà Lan,
TÉGLAKÓ của Hungary, hãng GAIFENG của
Trung Quốc, hãng ONRUST của Australia,… Cụ

thể sản phẩm DY-6 Tiger Stone của Hà Lan có
thể điều chỉnh được kích thước vệt rải từ 3 ÷ 6 m,
năng suất đạt từ 500 ÷ 1000 m2/ca. Tác giả lựa
chọn phương án thiết kế chế tạo là máy rải gạch
mặt trượt.

Hình 1. Máy lát gạch kiểu máng trượt, kiểu cánh tay rô bốt và đoạn mặt đường gạch lát

Trang 375


HI NGH KHCN TON QUC V C KH - NG LC NM 2017
Ngy 14 thỏng 10 nm 2017 ti Trng H Bỏch Khoa HQG TP HCM
Động cơ đốt trong
Cánh tay rô bốt
Động cơ điện

Bộ công tác

Nguồn động lực

Mặt tr-ợt
Động cơ thủy lực
Thay đổi đ-ợc
Vệt rải

Bánh lốp

Không thay đổi
Bánh xích

Bộ di chuyển

Gầm chuyên dùng

Má Y Rả I
Gạ CH
BLOCK

Điều khiển cơ khí
Điều khiển điện

Thay đổi đ-ợc
Góc nghiêng rải
Không thay đổi

Hệ thống đ.khiển

Lắp ghép
Thân máy

Đ.khiển thủy lực

Liền khối

Tr.động cơ khí
Có
Truyền động điện

Hệ thống tr.động

Hệ thống san gạt
Không

Tr.động thủy lực

Hỡnh 2. Cỏc phng ỏn thit k mỏy
Sau khi phõn tớch ỏnh giỏ u nhc im v
mỏy lỏt gch kiu mt trt, ngun dn ng l
tựy theo iu kin thc t ti Vit Nam, nhúm tỏc
ng c t trong, c cu di chuyn bỏnh xớch,
gi la chn phng ỏn thit k ch to ca
b cụng tỏc mt trt vi vt ri thay i c.
1 - B mỏy di chuyn;
3 - Li san gt t cỏt;
4 - Cm iu khin;
5 - Mt nghiờng trt
gch;
7 - Phu cha gch;
9 - Dóy con ln kp khớt
v dn gch

Hỡnh 3. Mụ hỡnh mỏy lỏt gch bờ tụng dựng thit k ch to
Bng 1. Thụng s k thut ca mỏy ri gch mt trt cn tớnh toỏn thit k v ch to
TT
TấN GI
THễNG S K THUT
1
Cụng sut ng c:
15 HP

2
Trng lng mỏy:
1,8 tn
3
Kớch thc bao khi mỏy lm vic:
DxRxC = 2,4m x 3,0m x 1,65m
4
B rng vt ri ti a:
2,75 m
5
Tc lỳc mỏy lỏt:
0 2 m/phỳt
6
Tc di chuyn:
0 5 km/h
7
Gúc nghiờng ri:
500
8
Nng sut ri ln nht:
330 m2/h
9
Tng trng lng gch trờn mỏy:
1,7 tn
Hỡnh vuụng; ch nht; zớc zc; lc giỏc;
10 Loi gch ri:
bỏt giỏc;
Chiu dy gch t (48 - 60) mm
11 H thng iu khin
iu khin c khớ

12 H thng truyn ng
Truyn ng c khớ

Trang 376


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM
6

5

4

Hướng thi công

3

2

1

Hình 4. Dây chuyền thiết bị thi công lớp gạch lát
1 - Máy san gạt nền
4 - Máy bốc xúc cấp gạch
2 - Máy lu lèn
5 - Máy rải và san cát đặc biệt chèn khe
3 - Máy rải gạch block
6 - Máy đầm tạo độ phẳng mặt lát

3. THIẾT KẾ CHI TIẾT VÀ CỤM MÁY
3.1. Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển xích
Theo điều kiện kéo – bám – cản theo [3]:
W ≤ Pk < Pb
(1)
Trong đó:
W - tổng các lực cản tác dụng lên cơ cấu di
chuyển bánh xích, (kN);
Pk - lực kéo tiếp tuyến của máy rải gạch lát nền;
được xác định theo điều kiện: Pk ≥ W (kN); tính
chọn Pk = 16 kN; Pb - lực bám của cơ cấu di
chuyển với mặt nền rải gạch, Pb = 16,8 (kN).
Tổng các lực cản W được xác định theo
công thức:
W = Wn + W v + Wf ± W i + Wq + Wk +
+ W g + W u + W bdn (kN)
(2)
Trong đó: W n - nội lực cản trong cơ cấu di
chuyển bánh xích (kN); W v - lực cản quay vòng
của cơ cấu di chuyển bánh xích (kN); W f - lực
cản lăn (kN);
W i - lực cản do độ dốc của mặt nền rải gạch tạo
ra (kN); W q - lực cản quán tính khi máy rải gạch
di chuyển có gia tốc (kN); W k - lực cản gió khi

máy rải gạch di chuyển gặp gió lớn (kN); W g lực cản do ma sát của gạch trượt trên mặt trượt
(kN); W u - lực cản do lưỡi ủi làm việc đồng thời
(kN);
W bdn - lực cản do nền biến dạng (kN).
W = Wn + W v + Wf ± W i + Wq +

+ W k + W g + W u + W bdn
= 1,78 + 1,68 + 3,36 + 0,049 + 0,08 +
+ 1,76 + 1,77 + 1,56 + 2,8 = 14,77 kN
Kiểm tra lại điều kiện kéo bám cản, ta có:
16 > 14,5 và 16 < 16,8 hay Pk > W và Pk <
Pb => thỏa mãn điều kiện.

3.2. Tính toán thiết kế kết cấu thép của
máy rải
Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn
trên phần mềm SAP2000 và khai báo đầy đủ các
thông số điều kiện ban đầu cho kết cấu thép của
tất cả các bộ phận trên máy rải, cuối cùng ta lựa
chọn mặt cắt tiết diện và chủng loại vật liệu hợp
lý cho kết cấu. Kiểm tra bền đều thỏa mãn.

Hình 5. Kết cấu thép hoàn thiện của máy trên phần mềm SAP2000

Hình 6. Biểu đồ mômen đã gán mặt cắt và kết cấu thép CT3 mặt cắt 80x80x5 của tầng dưới

Trang 377


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Hình 7. Biểu đồ mômen đã gán mặt cắt và kết cấu thép CT3 mặt cắt 40x40x3 của tầng trên

Hình 8. Biểu đồ mômen đã gán mặt cắt và kết cấu thép CT3 40x40x3 của khung đỡ khoang gạch

Hình 9. Biểu đồ mômen đã gán mặt cắt và kết cấu thép CT3 ø 16x1 của khung đỡ khoang gạch

3.3. Tính toán lựa chọn nguồn động cơ
Công suất động cơ của máy rải gạch được

Pk .vlv , kW
1000.ηtl

(1.3)

Trong đó:
Pk - lực kéo tiếp tuyến, Pk = 16000 (N); vlv vận tốc di chuyển khi làm việc của máy rải gạch,
(m/s); trong thực tế, máy rải gạch làm việc với
tốc độ chậm khoảng 1 ÷ 10 m/p.
Ta tính cho vlv = 10 m/p = 0,167 m/s.
ηtl – hiệu suất hệ thống truyền lực của máy,
thường ηtl = 0,7 ÷ 0,9.

P .v
16000.0,167
N ct  k lv 
 2,67 (kW)
1000.ηtl
1000.0,7

Trang 378

ứng đủ công suất cho việc cải tiến mở rộng vệt
rải, tăng khối lượng toàn máy khi làm việc, lai

xác định theo tài liệu [1]:

N

Để thuận lợi theo thực tế, đồng thời đáp

dẫn các hoạt động khác thì ta có thể lựa chọn
động cơ có công suất lớn hơn.
Ta chọn động cơ diesel D15 có hệ thống làm
mát bằng nước, hệ thống khởi động và phun dầu
trực tiếp, công suất động cơ 15 kW. Chọn mức
công suất 6,6 kW để tính toán thiết kế hệ thống
truyền lực.

3.4. Tính toán thiết kế hệ thống truyền
lực
Tính toán thiết kế từng cơ cấu trong hệ thống
truyền lực theo tài liệu [1]. Gồm bộ truyền đai
thang thứ nhất, hộp giảm tốc trục vít, bộ truyền
đai thang thứ hai, hộp số liền truyền lực cuối
(Hình 10).


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

1- Động cơ;
2- Bộ truyền đai thứ nhất;
3- Bộ truyền trục vít;
4- Bộ truyền đai thứ hai;

5- Hộp số có bộ giảm tốc;
6- Bán trục; 7- Đĩa xích
chủ động

1
2
3
4
5
6
7

Hình 10. Sơ đồ hệ thống truyền lực máy rải gạch

Bảng 2. Thông số chính của các bộ truyền

Hình 11. Tổng thể kết cấu khung gầm

Đường truyền mômen của các tay số
Số 1: 4:10 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15;
Số 2: 2:6 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15;
Số 3: 3:9 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15;
Lùi: 1:5 - 6:7 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15;
Hình 12. Sơ đồ động học hộp số liền truyền lực
cuối cùng.

3.5. Tính toán thiết kế hệ thống điều
khiển khác
- Cơ cấu quay vòng của máy rải gạch dùng
ly hợp lò xo kết hợp để ngắt và truyền mômen

đến hai bánh sao chủ động, tạo độ chênh lệch
tốc độ di chuyển của hai bên dải xích cao su, từ
đó thực hiện quay vòng máy.
- Cơ cấu điều khiển tiến lùi, điều khiển mức
ga của động cơ cũng như các cơ cấu điều khiển
khác trên máy rải gạch đều được tính toán thiết
kế đảm bảo hoạt động tốt, tuổi thọ cao, độ tin
cậy cao, độ nhạy cao.

Trang 379


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM
9

5

8

7

6
5
4

1

2

3

Hình 13. Sơ đồ hệ thống điều khiển máy
1 - Động cơ Diesel; 2 - Sàn máy; 3 - Hộp số
và bộ ly hợp; 4 - Cần số; 5 - Cần lái trái - phải;

6 - Cần điều chỉnh ga; 7 - Cần ly hợp;
8 - Cần tăng giảm áp động cơ; 9 - Chìa khóa
Hình 3.10. Sơ đồ bố trí các tay điều khiển của hệ
thống điều khiển

4. CHẾ TẠO, VẬN HÀNH VÀ THỬ NGHIỆM MÁY RẢI GẠCH
4.1. Chế tạo cơ cấu di chuyển, máy cơ sở và kết cấu thép máy rải gạch

Hình 14. Chế tạo cơ cấu di chuyển, máy cơ sở và kết cấu thép

4.2. Chế tạo hệ thống truyền lực và hệ thống điều khiển máy

Hình 15. Chế tạo hệ thống truyền lực và điều khiển máy

4.3. Lắp tổng thể và vận hành thử nghiệm máy rải gạch mặt trượt

Hình 16. Lắp tổng thể và vận hành thử nghiệm máy rải gạch mặt trượt

Trang 380


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận
- Kết quả nghiên cứu đã kết hợp có hiệu quả
giữa việc giải mã công nghệ với việc nghiên cứu
tính toán có cơ sở khoa học để tạo ra sản phẩm
nội địa mang bản sắc riêng, sản phẩm làm tăng
khả năng ứng dụng công nghệ mới vào thi công
mặt đường giao thông.
- Các hồ sơ thiết kế được nghiên cứu, biên
soạn phù hợp với trình độ công nghệ trong nước,
phù hợp với trang thiết bị hiện có và trình độ gia
công của đội ngũ thợ hiện nay. Điều đó đảm bảo
tính ổn định của các thông số thiết bị chủ yếu
cũng như chất lượng sản phẩm.

5.2. Kiến nghị
Do có nhiều ưu điểm trong thi công và khai
thác mặt đường lát, đề nghị cơ quan chủ quản
sớm xây dựng và ban hành quy trình thiết kế TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2010), Tính toán
thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Nhà xuất bản
Giáo dục;
[2]. Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa (1996),
Kết cấu thép máy xây dựng, Nhà xuất bản
GTVT;
[3]. Lưu Bá Thuận (2010), Tính toán máy thi công
đất, NXB Xây dựng;
[4]. UBND TP Hà Nội, Thiết kế mẫu hè đường đô
thị trên địa bàn thành phố Hà Nội, tháng
8/2014;

thi công và nghiệm thu mặt đường lát áp dụng
cho đường cao cấp ở Việt Nam để sản phẩm
sớm được ứng dụng vào thực tế.
Đề nghị với Bộ GTVT và Trường Đại học
Công nghệ GTVT ủng hộ việc sử dụng máy và
thiết bị do nhóm nghiên cứu đã chế tạo để triển
khai dự án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ, để sản
phẩm của đề tài trở thành thương phẩm góp phần
vào việc nâng cao chất lượng và hiệu quả trong
xây dựng mặt đường lát ở Việt Nam.
Mặc dù thiết bị mới cơ giới hóa một phần
công tác lát gạch, tuy nhiên để thiết bị thực sự
hoàn thiện và mang hiệu quả thi công cao cần
phải nghiên cứu phương án xếp gạch tự động lên
mặt trượt cũng như hiện đại hóa tính công nghệ
trên máy.

[5]. Phạm Minh Phúc (2010), Nghiên cứu tính
toán kết cấu mặt đường bê tông gạch lát và
khả năng ứng dụng cho điều kiện Việt Nam.
Luận văn thạc sĩ khoa học kĩ thuật, Trường đại
học Giao thông vận tải;
[6]. Đào Văn Đông (2011), Nghiên cứu ứng dụng
mặt đường bán mềm xây dựng mặt đường cấp
cao ở Việt Nam, Tạp chí GTVT, tháng 5/2011;
[7]. Paving machine: Tiger stone;
[8]. RD/GN/044 - 2014: Design and construction
of pavements with paving units, Hong Kong
10/2014;

Trang 381


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

DESIGN AND MANUFACTURE OF PAVER LAYING BRICK MACHINE
FOR THE CONSTRUCTION OF TRAFFIC WORKS
ABSTRACT:
Now a day, in Viet Nam, concrete brick has
been used for road surface layer; however the
road is not common. In addition, the developed
countries such as England, American, Germany,
Netherlands and Asian countries such as
Singapore, Malaysia use commonly road surface
paved concrete brick because the road surface
has many outstanding features, for example
bearing strength, crack resistance, roughness,
drainage capacity and aesthetics.
When the volume of construction is large, the
application of manual methods is no longer

appropriate. From that reason, it is necessary to
research, design and manufacture machines for
paving the road surface, in order to improve the
quality, progress and economic efficiency.
This paper presents the contents of research,
design and manufacture of brick paving machine,
made entirely in Viet Nam, making full use of

human capacity and mechanical potentiality in
Viet Nam, meeting to the construction demands of
new road surface technology.

Keywords: brick paving equipment, brick paving machine, brick paver laying road, design of brick paving
machine, manufacture of brick paving machine

Trang 382