Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3 h

Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu……………………………………………………………… 4
CHƯƠNG I. ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ……………. 5

1.1. Phương án I: Cấp liệu bằng máy bốc xúc………………………... 5
1.2. Phương án II: Cấp liệu bằng băng tải cao su…………………….. 8
1.3. Phương án III: Cấp liệu bằng băng gạt……………………………11
1.4. Phương án IV: Cấp liệu bằng gầu cào……………………………14
1.5. Kết luận lựa chọn phương án…………………………………….. 17
CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ…………………………... 18

2.1. Bố trí mặt bằng trạm trộn…………………………………………. 18
2.2. Tính toán thiết kế khu vực đặt buồng trộn…………………………19
2.2.1. Buồng trộn…………………………………………………….. 19
2.2.2. Cabin điều khiển trạm trộn……………………………………. 22
2.2.3. Khung chính…………………………………………………... 23
2.3. Tính toán thiết kế hệ thống cấp vật liệu…………………………... 25
2.3.1. Hệ thống băng vít cấp xi măng………………………………... 25
2.3.2. Hệ thống xe skip cấp liệu……………………………………... 26
2.4. Tính toán thiết kế khu vực đặt xyclo chứa xi măng………………. 29
2.4.1. Xyclo chứa xi măng…………………………………………… 29
2.4.2. Khung thép đỡ xyclo chứa xi măng…………………………… 30
2.5. Tính toán thiết kế khu vựa đặt phễu chứa cốt liệu………………… 31
CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ MÁY TRỘN…………………….. 33

3.1. Lựa chọn bộ máy trộn…………………………………………….. 33
3.1.1. Máy trộn trục đứng kiểu rôto………………………………….. 33
3.1.2. Máy trộn trục đứng kiểu hành tinh……………………………. 34

3.1.3 Máy trộn trục đứng có thùng trộn quay………………………... 36
3.1.4. Máy trộn trục ngang…………………………………………... 38
3.1.5. Kết luận lựa chọn bộ máy trộn………………………………... 39
Sinh viên Trần Nguyên Minh

1

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

3.2. Xác định các kích thước hình học của buồng trộn……………….. 39
3.2.1. Xác định dung tích buồng trộn………………………………... 39
3.2.2. Xác định các kích thước cơ bản của buồng trộn………………. 40
3.3. Tính toán thiết kế sơ bộ các cánh trộn……………………………. 41
3.3.1. Bố trí cánh trộn………………………………………………... 41
3.3.2. Xác định các kích thước của bàn tay trộn……………………... 43
3.4. Xác định công suát cần thiết của máy trộn……………………….. 45
3.4.1. Xác định số vòng quay của cánh trộn………………………… 45
3.4.2. Xác định hệ số cản trộn riêng…………………………………. 45
3.4.2.1. Hệ số cản trộn riêng của cánh trộn rôto…………………… 45
3.4.2.2. Hệ số cản trộn riêng của cánh trộn làm sạch bê tông……... 46
3.4.2.3. Hệ số cản trộn riêng của cánh trộn hành tinh……….…….. 48
3.4.3. Xác định công suất của máy trộn……………………………... 48
3.4.3.1. Công suất dẫn động cánh trộn rôto………………………... 49
3.4.3.2. Công suất dẫn động cánh trộn làm sạch bê tông………….. 50
3.4.3.3. Công suất dẫn động cánh trộn hành tinh..………………….51
3.4.3.4. Công suất dẫn động toàn bộ máy trộn…………………….. 52
3.5. Chọn động cơ điện và hộp giảm tốc……………………………… 52

3.6. Tính toán thiết kế bộ truyền hành tinh……………………………. 53
3.7. Tính toán thiết kế một số chi tiết của buồng trộn………………….56
3.7.1. Tính toán bàn tay trộn………………………………………… 56
3.7.2. Tính toán cánh tay trộn………………………………………...58
3.7.3. Tính toán vỏ buồng trộn………………………………………. 58
CHƯƠNG IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP LIỆU………………. 61

4.1. Lựa chọn hệ thống cấp liệu……………………………………….. 61
4.1.1. Phương pháp dùng băng gạt để vận chuyển cốt liệu………….. 61
4.1.2. Phương pháp dùng băng gầu để vận chuyển cốt liệu…………..62
4.1.3. Phương pháp dùng xe skip để vận chuyển cốt liệu…………….63
4.1.4. Kết luận lựa chọn hệ thống cấp liệu……………………………64
Sinh viên Trần Nguyên Minh

2

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

4.2. Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động…………………………….. 64
4.2.1. Xác định công suất dẫn động xe skip…………………………. 64
4.2.2. Chọn động cơ điện và hộp giảm tốc…………………………...66
4.2.3. Tính chọn cáp thép và ròng rọc………………………………..66
4.2.4. Tính toán thiết kế tang tời……………………………………..68
4.2.5. Tính toán thiết kế trục tang……………………………………71
4.3. Tính toán thiết kế xe skip…………………………………………73
4.3.1. Xác định hình dáng và kích thước xe skip…………………….73
4.3.2. Tính bền vỏ xe skip……………………………………………74

4.3.3. Tính chọn bánh xe của xe skip………………………………...77
4.3.4. Tính trục bánh xe skip…………………………………………80
4.4. Tính toán thiết kế đường chạy của xe skip……………………….. 81
CHƯƠNG V. QUY TRÌNH VẬN HÀNH TRẠM TRỘN BTXM……………….. 84

5.1. Điều kiện để vận hành trạm trộn BTXM…………………………. 84
5.1.1. Yêu cầu đối với người vận hành trạm………………………….84
5.1.2. Yêu cầu đối với máy móc thiết bị của trạm……………………85
5.1.3. Yêu cầu đối với nguyên vật liệu cung cấp cho trạm…………...85
5.2. Bảo dưỡng trạm trộn bê tông xi măng……………………………..86
5.2.1. Bảo dưỡng ca………………………………………………….. 86
5.2.2. Bảo dưỡng định kỳ……………………………………………. 87
5.3. Quy định an toàn trong vận hành trạm…………………………… 88
5.3.1. Trước khi vận hành……………………………………………. 88
5.3.2. Trong khi vận hành…………………………………………….88
5.3.3. Sau khi vận hành………………………………………………. 89
5.4. Quy trình vận hành trạm………………………………………….. 89
5.4.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu……………………………………… 89
5.4.2. Quy trình khởi động trạm……………………………………... 89
5.4.3. Quy trình dừng trạm…………………………………………... 90
Kết luận…………………………………………………………………. 91
Sinh viên Trần Nguyên Minh

3

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Tài liệu tham khảo………………………………………………………. 92

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, đất nước ta đang trong giai đoạn phát triển mạnh, đặc biệt là
về xây dựng. Rất nhiều các công trình có quy mô lớn đã và đang được thi
công. Điều đó đòi hỏi một số lượng lớn các trang thiết bị phục vụ cho việc
xây dựng công trình, trong đó có trạm trộn bê tông xi măng. Các trạm trộn
BTXM đang được sử dụng ở nước ta hiện nay rất đa dạng và phong phú cả về
chủng loại, kích cỡ và xuất sứ, trong đó có rất nhiều trạm do Việt Nam chế
tạo. Do vậy “Tính toán thiết kế trạm trộn BTXM năng suất 45 m 3/h” là một
đề tài tốt nghiệp hay, có tính thực tế cao và vừa sức dành cho sinh viên
chuyên ngành Máy xây dựng - Xếp dỡ Trường Đại học Giao thông Vận tải.
Đề tài này do hai sinh viên Trần Nguyên Minh và Nguyễn Xuân Quảng
lớp Máy xây dựng A – K42 thực hiện, trong đó nhiệm vụ cụ thể của mỗi
người như sau:
1. Trần Nguyên Minh: Đề xuất và lựa chọn phương án thiết kế, tính
toán thiết kế tổng thể, tính toán bộ máy trộn, tính toán hệ thống cấp liệu và
quy trình vận hành trạm.
2. Nguyễn Xuân Quảng: Tính toán thiết kế vít tải cấp xi măng, tính
toán thiết kế xyclo chứa xi măng, tính toán thiết kế hệ thống cấp nước, tính
toán phễu cấp liệu, xây dựng sơ đồ điện trạm và quy trình lắp dựng trạm.
Đồ án tốt nghiệp này trình bày lần lượt các nội dung em đã thực hiện
theo nhiệm vụ được giao. Do thời gian thực hiện có hạn và hiểu biết còn ít
nên chắc chắn đồ án này có nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo
của các thầy trong bộ môn và sự góp ý của các bạn sinh viên.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

4

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Văn Vịnh và thầy giáo
KS. Đoàn Văn Tú đã nhiệt tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành tốt đồ án
tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện
Trần Nguyên Minh

CHƯƠNG I
ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Các trạm trộn bê tông xi măng đang được sử dụng ở nước ta hiện nay
rất đa dạng và phong phú cả về kích cỡ đến xuất sứ, chủng loại…Tuy nhiên,
có thể phân biệt được các trạm trộn thông qua những kết cấu cơ bản như cách
bố trí mặt bằng, kết cấu buồng trộn…và đặc biệt là phương pháp cấp liệu.
Trên thực tế hiện nay, ở các trạm trộn bê tông xi măng, có rất nhiều phương
pháp cấp liệu được sử dụng như cấp liệu bằng máy bốc xúc, cấp liệu bằng
băng tải, cấp liệu bằng băng gầu…Mỗi phương án đều có những ưu nhược
điểm riêng và phù hợp với từng điều kiện hoàn cảnh cụ thể. Sau đây là một số
phương án đang được sử dụng nhiều trên thực tế hiện nay và các ưu nhược
điểm của nó, từ đó rút ra kết luận để lựa chọn ra phương án thiết kế tối ưu
nhất.
1.1. Phương án I: Cấp liệu bằng máy bốc xúc
Mô hình trạm trộn sử dụng máy bốc xúc để cấp liệu được thể hiện trên
hình 1.1 và hình 1.2.
- Nguyên lý làm việc:
Máy bốc xúc sẽ xúc vật liệu (đá, cát…) đi lên đường dốc (1) và đổ vào
phễu chứa cốt liệu (2). Phễu chứa (2) gồm có ba ngăn chứa đá lớn, đá nhỏ và

cát. Phần dưới của phễu chứa (2) có bộ phận cân định lượng cốt liệu. Cốt liệu
sau khi đã được cân định lượng chính xác theo yêu cầu của mác bê tông sẽ
được xả vào xe skip (3). Sau đó xe skip (3) sẽ được kéo lên cao bằng cáp theo

Sinh viên Trần Nguyên Minh

5

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

đường chạy số (4) nhờ hệ thống động cơ điện (10) dẫn động hộp giảm tốc,
tang tời quấn cáp. Khi lên đến vị trí cửa nạp cốt liệu của buồng trộn (7), xe
skip (3) sẽ được lật nghiêng và cửa xe skip ở phía đáy xe sẽ tự mở ra, nhờ
trọng lượng bản thân mà cốt liệu sẽ rơi vào buồng trộn (7). Sau khi đã đổ cốt
liệu vào buồng trộn, xe skip lại được hạ xuống mặt đất và tiếp tục chu kì cấp
liệu mới. Lượng cốt liệu trong một lần vận chuyển của xe skip sẽ phục vụ cho
một mẻ trộn của buồng trộn.

Hình 1.1: Trạm trộn BTXM sử dụng máy bốc xúc để cấp liệu

- Chú thích:
1- Đường lên của máy bốc xúc, 2- Phễu chứa vật liệu, 3- xe skip, 4- Đường chạy
của xe skip, 5- Cabin điều khiển, 6- Xe vận chuyển bê tông, 7- Buồng trộn, 8- Bộ phận cân
nước, 9- Động cơ điện dẫn động trục trộn, 10- Động cơ điện dẫn động xe skip, 11- Bộ
phận cân xi măng, 12- Bộ phận thông khí của xyclo, 13- Xyclo chứa xi măng, 14- Vít tải
cấp xi măng, 15- ống bơm xi măng vào xyclo, 16- Hộp giảm tốc, 17- Động cơ điện dẫn
động vít tải.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

6

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Bộ phận cân nước (7) sẽ cân đúng lượng nước theo yêu cầu rồi xả vào
buồng trộn. Nước được máy bơm nước bơm lên từ bể nước đặt ở dưới.
Xi măng được chứa trong xyclo (13). Khi trạm hoạt động, vít tải (14)
sẽ vận chuyển xi măng từ xyclo chứa (13) lên thùng cân xi măng (11). Tại
đây xi măng sẽ được cân định lượng chính xác theo yêu cầu của mác bê tông
rồi sau đó được đổ vào buồng trộn. Vít tải (14) được dẫn động nhờ động cơ
điện (16), hộp giảm tốc (17). Để đưa xi măng vào xyclo chứa, người ta sẽ
bơm xi măng vào xyclo thông qua đường ống số (15) bằng luồng khí nén áp
lực cao. Đường ống (15) được thông từ dưới lên đến đỉnh của xyclo. Phía
trên xyclo có lắp bộ phận thông khí (12), gồm có các màng vải lọc chỉ cho
phép không khí đi qua và ngăn nước cũng như hơi ẩm để tránh làm hỏng xi
măng.
Buồng trộn (7) có dạng hình trụ tròn, có một trục trộn được bố trí đặt
thẳng đứng và dẫn động nhờ động cơ điện (9), hộp giảm tốc. Quá trình trộn
gồm có hai giai đoạn: giai đoạn trộn khô (khi chưa có nước) và giai đoạn trộn
ướt (sau khi đã bơm nước). Sau khi đã trộn xong, bê tông sẽ được xả xuống
xe vận chuyển (6) qua cửa xả ở dưới thùng trộn (7).
Các cửa xả ở các bộ phận của trạm trộn như: cửa xả cốt liệu từ phễu
chứa (2) vào xe skip (3), cửa xả bê tông sau khi trộn từ buồng trộn (7) xuống
xe vận chuyển (6) đều được đóng mở bằng các xy lanh khí nén. Do vậy ở

trạm trộn còn được trang bị thêm máy nén khí.
Toàn bộ việc cân định lượng nước, xi măng, cốt liệu, đặt chế độ trộn,
thời gian trộn…đều được điều khiển một cách tự động nhờ máy tính điện tử ở
cabin (5). Do vậy việc vận hành trạm trộn đơn giản và chỉ cần một người
ngồi điều khiển trên cabin.
- Phương án cấp liệu bằng máy bốc xúc này có những ưu nhược điểm
sau:
+ Ưu điểm:

Sinh viên Trần Nguyên Minh

7

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Việc cấp liệu được thực hiện bằng máy bốc xúc trực tiếp đến phễu
chứa cốt liệu mà không cần có các thiết bị khác như băng tải, băng gầu… nên
kết cấu của trạm đơn giản, thuận tiện cho việc lắp đặt, tháo dỡ di chuyển
trạm.
Kết cấu của trạm gồm ít các bộ phận nên mặt bằng trạm nhỏ gọn và
thường được lắp dựng trên diện tích hình vuông.
Ngoài việc cấp liệu, có thể sử dụng máy bốc xúc vào các công việc
khác của trạm như vận chuyển, thu dọn mặt bằng…mà không cần điều máy
từ nơi khác đến.
+ Nhược điểm:
Trong quá trình vận hành trạm, phải luôn có máy bốc xúc và người
điều khiển thường trực làm việc, do vậy sẽ tốn thêm chi phí. Nếu không có

máy bốc xúc làm việc liên tục ở trạm thì dung tích phễu chứa cốt liệu phải
lớn, tuy nhiên lúc đó kích thước phễu sẽ lớn, kồng kềnh. Hiện nay ở các trạm
trộn cấp liệu theo cách này thường dùng phễu chứa cốt liệu gồm ba ngăn, mỗi
ngăn có dung tích không quá 10 m3.
Máy bốc xúc chạy bằng dầu diezel có giá thành đắt hơn nếu như so
sánh với các phương án cấp liệu chạy bằng điện như dùng băng tải, gầu
cào…

Sinh viên Trần Nguyên Minh

8

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 1.2: Trạm trộn BTXM năng suất 45 m3/h do Việt Nam chế tạo, sử dụng máy bốc xúc để cấp
liệu

1.2. Phương án II: Cấp liệu bằng băng tải cao su
Mô hình trạm trộn sử dụng băng tải cao su để cấp liệu được thể hiện
trên hình 1.3 và hình 1.4.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

9

Lớp Máy xây dựng A – K42

Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 1.3: Trạm trộn BTXM sử dụng băng tải cao su để cấp liệu

- Chú thích:
1- Động cơ điện dẫn động vít tải, 2- Hộp giảm tốc, 3- ống bơm xi măng vào xyclo,
4- Xe vận chuyển bê tông, 5- Vít tải cấp xi măng, 6- Xyclo chứa xi măng, 7- Bộ phận
thông khí của xyclo, 8- Bộ phận cân xi măng, 9- Động cơ điện dẫn động trục trộn, 10Động cơ điện dẫn động xe skip, 11- Bộ phận cân nuớc, 12- Buồng trộn, 13- Cabin điều
khiển, 14- Đường chạy của xe skip, 15- Phễu chứa cốt liệu, 16-Xe skip, 17- Băng tải cao
su, 18- Phễu chứa cốt liệu.

- Nguyên lý làm việc:
Cốt liệu ban đầu được chứa riêng ở các phễu chứa (18) (gồm có hai
hoặc ba phễu (18) chứa từng loại đá lớn, đá nhỏ và cát). Phía dưới các phễu
chứa (18) có đặt bộ phận cân định lượng, cốt liệu sau khi được cân định
lượng xong sẽ được băng tải cao su (17) vận chuyển đến phễu chứa (15) rồi
xả xuống xe skip (16). Xe skip (16) sẽ vận chuyển cốt liệu theo đường chạy

Sinh viên Trần Nguyên Minh

10

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

số (14) lên buồng trộn (12). Xe skip được kéo bằng cáp và dẫn động nhờ
động cơ điện (10).

Nguyên lý hoạt động của các bộ phận khác như xyclo (6), vít tải (5),
buồng trộn (12)…tương tự như trạm trộn dùng máy bốc xúc để cấp liệu đã
trình bày ở trên.
- Phương án cấp liệu bằng băng tải cao su này có những ưu nhược
điểm sau:
+ Ưu điểm:
Băng tải cao su là loại thiết bị vận chuyển vật liệu liên tục nên khi
sử dụng băng tải, năng suất cấp liệu sẽ cao. Phương pháp cấp liệu này có thể
phù hợp với các trạm có năng suất cao.
Trong quá trình vận hành, băng tải làm việc tự động, do đó không
cần có người trực tiếp để điều khiển băng tải như là dùng máy bốc xúc hay
dùng gầu cào để cấp liệu.
Băng tải chạy bằng năng lượng điện có giá thành rẻ, dễ kiếm, đồng
thời cùng loại năng lượng được sử dụng của cả trạm nên việc cung cấp năng
lượng đơn giản hơn.
+ Nhược điểm:
Kết cấu của trạm phức tạp, phải dùng hai hoặc ba băng tải cao su
để vận chuyển các loại cốt liệu khác nhau (đá lớn, đá nhỏ, cát), do vậy việc
lắp đặt tháo dỡ trạm khó khăn. Giá thành của trạm trộn cũng đắt hơn do phải
trang bị nhiều bộ phận.
Việc bố trí các băng tải tốn diện tích nên kích thước mặt bằng của
trạm trộn lớn, không phù hợp để lắp đặt ở những nơi chật hẹp.
Mặc dù dùng băng tải để cấp liệu nhưng trên thực tế vẫn phải dùng
thêm máy bốc xúc trong công đoạn đưa vật liệu vào các phễu chứa cốt liệu
ban đầu. Có thể khắc phục bằng cách đào hố và đặt phễu chứa cốt liệu ban
đầu ở dưới, sau đó dùng ô tô trực tiếp đổ vào phễu. Tuy nhiên lúc đó kết cấu
của trạm rất phức tạp, gây khó khăn cho việc lắp dựng.
Sinh viên Trần Nguyên Minh

11

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 1.4: Trạm trộn BTXM năng suất 45 m3/h do Việt Nam chế tạo, sử dụng băng tải cao su để
cấp liệu

1.3. Phương án III: Cấp liệu bằng băng gạt
Mô hình trạm trộn sử dụng băng gạt để cấp liệu được thể hiện như hình
1.5 và hình 1.6.
- Nguyên lý làm việc:
Cốt liệu gồm đá lớn, đá nhỏ, cát được chứa riêng biệt và lần lượt trong
ba ngăn phễu chứa số (14). Phía dưới mỗi phễu chứa (14) đều có bộ phận cân
định lượng cốt liệu. Đá, cát sau khi được cân định lượng chính xác theo yêu
cầu của từng mác bê tông sẽ được xả xuống băng tải cao su (15). Cửa xả cốt
liệu của các phễu chứa được đóng mở bằng các xy lanh khí nén. Băng tải cao
su (15) sau khi nhận cốt liệu từ phễu chứa sẽ vận chuyển chúng và đổ vào
đầu phía dưới của băng gạt (13). Cốt liệu tiếp tục được vận chuyển theo băng
gạt lên trên và cung cấp cho buồng trộn (10).

Sinh viên Trần Nguyên Minh

12

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 1.5: Trạm trộn BTXM sử dụng băng gạt để cấp liệu

- Chú thích:
1- Động cơ điện dẫn động vít tải, 2- Hộp giảm tốc, 3- ống bơm xi măng vào xyclo,
4- Xe vận chuyển bê tông, 5- Vít tải cấp xi măng, 6- Bộ phận cân xi măng, 7- Xyclo chứa
xi măng, 8- Bộ phận thông khí của xyclo, 9- Bộ phận cân nuớc, 10- Buồng trộn, 11- Động
cơ điện dẫn động trục trộn, 12- Cầu thang, 13- Băng gạt, 14- Phễu chứa cốt liệu, 15- Băng
tải cao su.

Buồng trộn của trạm này là loại buồng trộn cưỡng bức hai trục đặt nằm
ngang, hai trục trộn được dẫn động riêng biệt nhờ hai động cơ điện số (11)
đặt ở hai bên.
Cabin của trạm trộn loại này được đặt ở dưới mặt đất, do vậy khi lắp
dựng cần phải có thêm phần móng nền cho cabin.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

13

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 1.6: Trạm trộn BTXM năng suất 60 m3/h do Hàn Quốc và Trung Quốc chế tạo, sử dụng băng
gạt để cấp liệu

- Phương án cấp liệu bằng băng gạt này có những ưu nhược điểm sau:
+ Ưu điểm:

Khác với các phương án cấp liệu khác có dùng xe skip cấp liệu
mang tính chu kì, ở phương án này việc cấp liệu diễn ra hoàn toàn liên tục từ
băng tải cao su đến băng gạt. Do vậy năng suất cấp liệu của phương án này
cao hơn hẳn so với các phương án khác. Phương án này áp dụng thích hợp
cho các trạm trộn lớn có năng suất cao.
Các bộ phận tham gia vận chuyển cốt liệu gồm băng tải cao su,
băng gạt đều sử dụng nguồn năng lượng điện giá thành rẻ, dễ kiếm và cùng
loại năng lượng được sử dụng của cả trạm trộn.
+ Nhược điểm:
Sinh viên Trần Nguyên Minh

14

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Kết cấu của trạm khá phức tạp, gồm nhiều hệ thống như băng tải,
băng gạt. Do đó việc lắp đặt, tháo dỡ trạm khó khăn hơn so với các loại khác.
Đồng thời giá thành của trạm cũng đắt hơn do phải trang bị nhiều bộ phận.
Hệ thống băng tải cao su, băng gạt phải được bố trí thẳng hàng với
nhau, không thể bố trí vuông góc do vậy mặt bằng trạm lớn, tốn diện tích và
trải dài theo một hướng.
Việc cấp liệu ở phương án này vẫn phải dùng máy bốc xúc để đổ
vật liệu vào các phễu chứa.
1.4. Phương án IV: Cấp liệu bằng gầu cào
Mô hình trạm trộn sử dụng gầu cào để cấp liệu được thể hiện như hình
1.7 và hình 1.8.
- Nguyên lý làm việc:

Cốt liệu gồm đá lớn, đá nhỏ và cát được đổ thành từng đống ở dưới
nền đất, các đống được ngăn cách bởi các vách ngăn. Việc cấp liệu được thực
hiện bằng cách dùng gầu cào (15) để đưa vật liệu từ phía xa đến gần, từ thấp
lên cao và tạo thành từng đống. Nhờ vậy mà vật liệu sẽ được vun và rơi vào
thùng cân cốt liệu. Các thành phần cốt liệu sau khi cân định lượng xong sẽ
được đổ vào xe skip và đi lên trên cung cấp cho buồng trộn (7). Đường lên
của xe skip ở trạm trộn này được đặt thẳng đứng. Trạm trộn này sử dụng loại
buồng trộn cưỡng bức hai trục đặt nằm ngang, dẫn động bằng một động cơ
điện (6).
Trạm trộn gồm có hai cabin điều khiển: cabin số (8) để điều khiển việc
vận hành trạm, còn cabin số (13) để điều khiển gầu cào.
Các bộ phận khác như xyclo chứa xi măng (10), vít tải (15)…có cấu
tạo và nguyên lý hoạt động tương tự với các trạm khác đã trình bày ở trên.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

15

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 1.4: Trạm trộn BTXM sử dụng gầu cào để cấp liệu

- Chú thích:
1- Động cơ điện dẫn động vít tải, 2- Hộp giảm tốc, 3- ống bơm xi măng vào xyclo,
4- Xe vận chuyển bê tông, 5- Vít tải cấp xi măng, 6- Động cơ điện dẫn động trục trộn, 7Buồng trộn, 8- Cabin điều khiển trạm, 9- Bộ phận cân xi măng, 10- Xyclo chứa xi măng,
11- Bộ phận thông khí của xyclo, 12- Bộ phận cân nuớc, 13- Cabin điều khiển gầu cào,
14- Cần, 15- Gầu cào.

- Phương án cấp liệu bằng gầu cào này có những ưu nhược điểm sau:
+ Ưu điểm:
Trạm trộn sử dụng gầu cào để cấp liệu bằng cách cào vun vật liệu
thành từng đống sát khu đặt buồng trộn, do vậy kích thước của trạm nhỏ gọn.
Tầm với của gầu cào khá xa giúp cho việc vun vật liệu được dễ dàng.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

16

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Gầu cào chạy bằng năng lượng điện rẻ tiền, dễ kiếm, đồng thời
cùng loại năng lượng được sử dụng của cả trạm trộn do vậy thuận lợi cho
việc cung cấp.
Quá trình cấp liệu của gầu cào hoàn toàn độc lập, ô tô vận chuyển
vật liệu đến rồi đổ ra nền, sau đó gầu cào sẽ vươn cần ra cào gom vật liệu lại
thành đống mà không cần sự trợ giúp của máy bốc xúc như ở các phương án
khác.
+ Nhược điểm:
Năng suất của gầu cào thấp, hơn nữa phụ thuộc vào trình độ tay
nghề của người điều khiển. Do vậy phương án này chỉ thích hợp cho các trạm
trộn có năng suất trung bình và nhỏ.
Khi trạm hoạt động, phải có thêm người để điều khiển gầu cào, do
đó tốn thêm chi phí vận hành.

Hình 1.8: Trạm trộn BTXM năng suất 30 m3/h do Italia chế tạo, sử dụng gầu cào để cấp liệu

1.5. Kết luận lựa chọn phương án
Sinh viên Trần Nguyên Minh

17

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Các phương án cấp liệu trên đều có những ưu nhược điểm riêng và phù
hợp với từng điều kiện nhất định. Từ những phân tích trên, ta chọn phương án
thiết kế cho trạm trộn năng suất 45 m 3/h là phương án I: cấp liệu bằng máy
bốc xúc, vì đây phương án tối ưu hơn cả với các ưu điểm nổi bật sau:
Kết cấu đơn giản, thuận tiện cho việc lắp đặt, tháo dỡ.
Giá thành thấp vì có ít các trang thiết bị.
Diện tích mặt bằng của trạm trộn nhỏ gọn.
Hơn nữa, các phương án cấp liệu khác dù ít hay nhiều đều phải có
sự trợ giúp của máy bốc xúc.
Tham khảo trên thực tế hiện nay, do có nhiều ưu điểm đã trình bày ở
trên mà phương án cấp liệu dùng máy bốc xúc đang được sử dung rộng rãi,
đặc biệt là đối với các trạm trộn có năng suất trung bình (từ 30 đến 60 m 3/h).
Do đó việc lựa chọn phương án thiết kế dùng máy bốc xúc là hợp lý, phù hợp
với thực tế.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

18

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ
Bước đầu tiên trong công việc tính toán thiết kế một máy hay cụm
máy bất kỳ là tính toán thiết kế tổng thể máy. Đối với trạm trộn bê tông xi
măng, tính toán thiết kế tổng thể trạm nhằm mục đích xác định các thông số
cơ bản như năng suất, kích thước tổng thể… của từng bộ phận thuộc trạm
gồm buồng trộn, xyclo chứ xi măng, phễu chứa cốt liệu, hệ thống cấp liệu, vít
tải cấp xi măng…để đảm bảo năng suất của cả trạm đạt yêu cầu thiết kế.
2.1. Bố trí mặt bằng trạm trộn
Trạm trộn bê tông xi măng gồm có các bộ phận cơ bản chiếm diện tích
lớn là xyclo, buồng trộn, phễu đựng cốt liệu, cabin, đường dốc đi lên của máy
bốc xúc... Tuỳ thuộc vào đặc điểm địa hình, diện tích lắp dựng trạm mà có
các phương án bố trí mặt bằng trạm khác nhau. Về cơ bản, các bộ phận đều
được xắp xếp theo các vị trí tương tự nhau ở tất cả các trạm, chỉ khác về
phương án bố trí các đường vận chuyển vật liệu (cốt liệu, xi măng).
Nhìn từ trên xuống, có thể đặt đường cấp xi măng và đường cấp cốt
liệu vuông góc với nhau hoặc nằm trên cùng một đường thẳng.

Thùng
đựng
cốt liệu

Cấp cốt liệu

Buồng
trộn

Cấp xi măng

Xyclo
chứa
xi măng

Hình 2.1: Đường cấp cốt liệu và cấp xi măng cùng nằm trên một đường thẳng

Thùng
đựng
cốt liệu
Sinh viên Trần Nguyên
Minh

Buồng trộn
19

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Cấp cốt liệu

Cấp xi măng
Xyclo
chứa

xi măng

Hình 2.2: Đường cấp cốt liệu và cấp xi măng vuông góc với nhau

Nếu bố trí đường cấp cốt liệu và đường cấp xi măng cùng nằm trên
một đường thẳng thì diện tích trạm sẽ trải dài theo một hướng và rất tốn diện
tích. Để diện tích mặt bằng của trạm trộn nhỏ gọn, vuông vắn, ta bố trí các
cụm bộ phận của trạm trên một mặt bằng hình vuông hoặc hình chữ nhật có
các cạnh gần bằng nhau, khi đó đường cấp cốt liệu và đường cấp xi măng sẽ
vuông góc với nhau.
Để thuận tiện cho việc tính toán thiết kế tổng thể, ta phân chia trạm
trộn ra thành những khu vực và hệ thống sau: Khu vực đặt buồng trộn, khu
vực đặt xyclo chứa xi măng, khu vực đặt phễu chứa cốt liệu và các hệ thống
cung cấp vật liệu (cốt liệu, xi măng…).
2.2. Tính toán thiết kế khu vực đặt buồng trộn
2.2.1. Buồng trộn
Buồng trộn là bộ phận tiếp nhận các thành phần cốt liệu, xi măng, nước
và chất phụ gia rồi trộn chúng thành một khối hỗn hợp bê tông xi măng. Kết
cấu của một loại buồng trộn có dạng như hình 2.3.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

20

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 2.3: Buồng trộn cưỡng bức trục đứng có cánh trộn quay theo kiểu hành tinh

Chú thích:
1- Bàn tay trộn quay kiểu rô to, 2- Cánh tay trộn, 3- Bộ truyền hành tinh, 4- Động
cơ điện, 5- Hộp giảm tốc, 6- Vỏ buồng trộn, 7- Bàn tay trộn quay kiểu hành tinh.

Nguyên lý hoạt động:
Đây là loại buồng trộn có các cánh trộn quay kiểu hành tinh. Động cơ
điện (4) dẫn động hộp giảm tốc (5) làm các cánh tay (2) có gắn các bàn tay
trộn (1) quay. Nhờ có bộ truyền hành tinh mà các bàn tay trộn (7) vừa quay
quanh trục riêng của nó, vừa quay quanh trục trung tâm. Khi các bàn tay trộn
(1) và (7) quay, chúng sẽ trộn đều hỗn hợp bê tông trong thùng.
Thông số quan trọng nhất của buồng trộn là dung tích buồng trộn. Nó
quyết định đến lượng hỗn hợp bê tông được trộn trong một mẻ. Dung tích
buồng trộn gồm có các loại sau:
Vt là dung tích của hỗn hợp sau khi đã trộn xong và được dỡ ra khỏi
thùng.

Sinh viên Trần Nguyên Minh

21

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Vi là dung tích của hỗn hợp vật liệu được cấp vào thùng trước khi
trộn.
VH là dung tích hình học của thùng trộn.
Giữa Vt và Vi có quan hệ với nhau thông qua hệ số đông đặc, ký hiệu là

kt và được tính bằng:

kt =

Vt
Vi

Khi trộn bê tông xi măng, hệ số đông đặc được lấy: kt = 0,7…0,98.
Dung tích hình học VH của buồng trộn được tính qua dung tích theo V i
qua công thức kinh nghiệm sau:

VH = (2 ÷ 2,5).Vi = (2 ÷ 2,5).

Vt
kt

Để tính được VH, ta cần xácd định dung tích V t. Dung tích Vt được tính
toán theo năng suất Q của trạm. Trạm trộn dùng loại máy trộn chu kỳ, do vậy
năng suất của trạm được tính theo công thức (4-2, [1]) như sau:

Q = 3600.

Vt
, [ m 3 / h]
Tk

Trong đó Tk là thời gian một chu kỳ trộn, được tính toán theo công
thước (4-3, [1]) như sau:
Tk = tc + t +td

[s]

Trong đó:
tc là thời gian đổ vật liệu vào thùng trộn, giá trị của t c nằm trong
khoảng tc = (10…40) s, tc phụ thuộc vào kích cỡ máy trộn và hệ thống định

Sinh viên Trần Nguyên Minh

22

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

lượng cấp liệu (trị số nhỏ dùng cho các máy có hệ thống định lượng cấp liệu
tự động). Tham khảo các trạm trộn trên thực tế hiện nay, lấy tc = 10 s.
t là thời gian trộn, với máy trộn cưỡng bức t = (75…120) s. Tham
khảo các trạm trộn trrên thực tế, lấy t = 75 s.
td là thời gian đổ bê tông ra khỏi thùng. Thời gian đổ sản phẩm ra
phụ thuộc vào phương pháp dỡ và thường nằm trong khoảng t = (10…30) s.
Hiện nay các máy trộn thường dùng xy lanh khí nén để đóng mở cửa xả
thùng trộn, vậy lấy td = 10 s.
Thay các giá trị trên vào công thức tính Tk, ta có:
Tk = tc + t +td = 10 + 75 +10 = 95 (s).
Từ công thức tính Q, ta rút ra được công thức tính dung tích V t và thay
số vào như sau:

Vt =

Q.Tk 45.95
=
= 1,2(m 3 ).
3600 3600

Với năng suất trạm Q = 45 (m3/h).
Thay các giá trị vào công thức tính dung tích hình học V H của buồng
trộn, ta có:

V H = (2 ÷ 2,5).
V H = 2,5.

Vt
Kt

Vt
1,2
= 2,5.
= 3,5(m 3 ).
Kt
0,85

Trong đó hệ số đông đặc lấy bằng kt = 0,85.
Vậy dung tích Vi là:

Sinh viên Trần Nguyên Minh

23

Lớp Máy xây dựng A – K42

Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Vi =

2.2.2.

Vt
1,2
=
= 1,4(m 3 ).
k t 0,85

Cabin điều khiển trạm trộn

Cabin được thiết kế phải đủ không gian để đặt máy tính điều khiển và
người ngồi vận hành trạm. Tham khảo các trạm trộn trên thực tế hiện nay,
thiết kế cabin có diện tích 3 m2, với các chiều rộng và dài bc x lc = 1,2 m x 2,5
m. Chiều cao cabin lấy hc = 2,2 m.
2.2.3.

Khung chính

Khung chính của trạm trộn là một khung kết cấu thép có nhiệm vụ làm
bộ khung để trên đó lắp đặt các bộ phận của trạm như buồng trộn, cabin điều
khiển, giá đỡ cho vít tải, đường chạy xe skip…

Sinh viên Trần Nguyên Minh

24

Lớp Máy xây dựng A – K42


Tính toán thiết kế trạm trộn bê tông xi măng năng suất 45 m3/h

Hình 2.4: Kết cấu của khung chính

Chú thích:
1- Xe skip, 2- Khung chính, 3- Cabin điều khiển trạm, 4- Đường lên của xe skip, 5Buồng trộn, 6- Cửa xả bê tông của buồng trộn.

Các kích thước tổng thể của khung chính được xác định như sau:
- Chiều cao khung chính:
Chiều cao khung chính Hk được xác định xuất phát từ yêu cầu của
khung là đỡ buồng trộn lên độ cao nhất định để xả bê tông vào xe vận chuyển
bê tông sau khi trộn. Do vậy chiều cao Hk của khung chính phụ thuộc vào
chiều cao xả bê tông Hx.
Chiều cao xả bê tông Hx phải lớn hơn chiều cao của loại ôtô vận
chuyển bê tông lớn nhất hiện nay đang dùng ở Việt Nam. Theo bảng 5.1, tài
liệu (1) giới thiệu về một số xe vận chuyển bê tông xi măng hiện nay thường

Sinh viên Trần Nguyên Minh

25

Lớp Máy xây dựng A – K42