Thiết kế máy trộn bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY TRỘN BÊ TÔNG

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

PGS.TS ĐINH MINH DIỆM
TRƯƠNG VŨ QUỐC

Đà Nẵng, 2018


Thiết kế máy trộn bê tông

MỤC LỤC
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÊ TÔNG VÀ TRANG BỊ SẢN XUẤT 1
1.1. Giới thiệu về bê tông và thành phần của bê tông. ....................................................1
1.1.1. Bê tông. ..................................................................................................................1
1.1.2. Các mác bê tông và thành phần hỗn hợp. .............................................................. 1
1.1.2.1. Bảng định mức tỷ lệ thành phần hỗn hợp........................................................... 1
1.2 Giới thiệu dây chuyền sản xuất Bê tông ....................................................................3
1.2.1 Phân loại máy trộn bê tông. ....................................................................................3
CHƢƠNG II: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY TRỘN ............................................7
2.1 .Lựa chọn phương án thiết kế. ...................................................................................7

2.1.1Phương án thiết kế máy theo dạng hình nón cụt. ....................................................7
2.1.1.1. Cấu tạo: ...............................................................................................................7

C
C

2.1.1.2.Ưu, nhược điểm: ..................................................................................................8

R
L
T.

2.1.2. Phương án thiết kế máy theo dạng hình trụ. .......................................................... 8
2.1.2.1. Cấu tạo: ...............................................................................................................9

DU

2.1.2.2. Ưu, nhược điểm: .................................................................................................9
2.2. Phương án thiết kế máy theo dạng hình quả trám. ...................................................9
2.2.1. Sử dụng phương pháp dỡ liệu bằng cách nghiêng lật thùng. .............................. 10
2.2.2. Sử dụng phương pháp dỡ liệu bằng cách quay ngược chiều. .............................. 10
2.2.2.1. Cấu tạo: .............................................................................................................10
2.2.2. Ưu, nhược điểm: ..................................................................................................10
2.3 Lập sơ đồ động học. ................................................................................................ 11
2.3.1 Chọn sơ đồ động học. ........................................................................................... 11
2.1.2. Nguyên lý hoạt động. .......................................................................................... 12
CHƢƠNG III: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA MÁY
.......................................................................................................................................13
3.1 Thiết kế thùng trộn ..................................................................................................13
3.2 Tính tốn thiết kế cơ cấu dẫn động thùng trộn và nâng máng cấp liệu. ..................16

3.3 Chọn động cơ điện. ..................................................................................................26
3.4 Tỷ số truyền chung. .................................................................................................26
3.5. Thiết kế bộ truyền đai. ............................................................................................ 28
3.5.1. Chọn loại đai và tiết diện đai. ..............................................................................28
SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm


Thiết kế máy trộn bê tông

3.5.2. Xác định các thông số của bộ truyền. ..................................................................29
3.5.2.1. Đường kính bánh đai nhỏ. ................................................................................29
3.5.2.2. Khoảng cách trục a. .......................................................................................... 30
3.5.2.3. Chiều dài đai. ....................................................................................................30
3.5.2.4. Góc ơm (1). .....................................................................................................31
3.5.2.5. Xác định số đai. ................................................................................................ 31
3.5.2.6. Xác định lực căn ban đầu và lức tác dụng lên trục. ..........................................32
3.6. Thiết kế hộp giảm tốc. ............................................................................................ 33
3.6.1. Tỷ số truyền của hộp giảm tốc. ...........................................................................33
3.6.2. Xác định cơng suất, mơmen và số vịng quay trên các trục. ............................... 33
3.6.3. Thiết kế bộ truyền trong hộp giảm tốc. ............................................................... 34
3.6.3.1. Chọn vật liệu. ....................................................................................................34

C
C

3.6.3.2. Xác định ứng suất cho phép [H], [F]. ............................................................ 34

R

L
T.

3.6.3.3. Truyền động bánh răng. ....................................................................................38
3.6.4. Thiết kế trục và then. ........................................................................................... 46

DU

3.6.4.1. Chọn vật liệu. ....................................................................................................46
3.6.4.2.Tính thiết kế trục. .............................................................................................. 46
3.6.4.3. Thiết kế then. ....................................................................................................62
3.6.5. Tính chọn khớp nối.............................................................................................. 65
3.6.5.1. Chọn khớp nối trục vòng đàn hồi. ....................................................................65
3.6.5.2. Kiểm nghiệm điều kiện bền của vòng đàn hồi và chốt. ...................................66
3.6.6 Những vẫn đề khác của cấu tạo vỏ hộp. ............................................................... 67
3.6.6.1. Bôi trơn hộp giảm tốc. ......................................................................................69
3.6.6.2. Dung sai và lắp ghép. ....................................................................................... 70
3.7 Thiết kế cặp bánh răng trụ dẫn động thùng trộn......................................................71
3.7.1. Chọn vật liệu: ......................................................................................................71
3.7.2. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép. .......................................71
3.7.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K. ..............................................................................73
3.7.4. Chọn sơ bộ hệ số chiều rộng bánh răng. ............................................................. 73
3.7.5. Xác định khoảng cách trục A. .............................................................................73
3.7.6. Tính vận tốc vịng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng. .....73
3.7.7. Xác định hệ số tải trọng và khoảng cách trục A. .................................................73
SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

Thiết kế máy trộn bê tông

3.7.8. Xác định mô đun, số răng và chiều rộng bánh răng. ...........................................74
3.7.9. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn..75
3.7.10. Kiểm tra điều kiện quay. ...................................................................................76
3.7.11. Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền. ..................................................76
3.7.12. Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền. ..................................................76
3.8 Tính tốn thiết kế gối đỡ.......................................................................................... 77
3.8.1 Cấu tạo gối đỡ. ......................................................................................................77
3.8.2 Tính gối đỡ. ..........................................................................................................77
CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ CƠ CẤU NẠP LIỆU .....................................................81
4.1. Tính chọn cơ cấu nâng hạ phễu cấp liệu. ............................................................... 81
4.1.1. Tính lực căng cáp. ............................................................................................... 81
4.1.2. Tính, chọn dây cáp. ............................................................................................. 83

C
C

4.1.3. Tính, chọn kích thước cơ bản của tang................................................................ 83

R
L
T.

4.1.4. Tính trục đỡ phễu cấp liệu. ..................................................................................85
4.1.5. Tính trục dẫn động tang nâng hạ phễu cấp liệu. ..................................................88

DU

4.1.5.1. Tính sơ bộ trục:.................................................................................................89

4.1.5.2. Tính gần đúng trục: .......................................................................................... 90
4.1.5.4. Kiểm nghiệm then: ........................................................................................... 95
4.2. Thiết kế ly hợp ma sát. ........................................................................................... 96
4.2.1. Chọn ly hợp ma sát. ............................................................................................. 96
4.2.2. Tính tốn ly hợp ma sát. ......................................................................................97
4.2.3. Tính tốn hệ thơng phanh (phanh đai). ................................................................ 99
CHƢƠNG V: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁNH TRỘN ........................................100
5.1. Tính tốn thiết kế cánh trộn. .................................................................................100
5.1.1. Xác định các kích thước của cánh trộn..............................................................100
5.1.1.1. Kiểm tra bền cánh trộn. ..................................................................................101
CHƢƠNG VI: YÊU CẦU VỀ LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƢỠNG .......106
6.1 Yêu cầu về lắp đặt. ................................................................................................106
6.2. Yêu cầu về vận hành, sử dụng. .............................................................................106
6.2.1. Kiểm tra kỹ thuật trước khi vận hành máy. .......................................................106
6.2.2 .Yêu cầu về kỹ thuật an toàn và bảo hộ lao động. ..............................................107
6.2.2.1. Yêu cầu đối với cán bộ công nhân. ................................................................107
SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm


Thiết kế máy trộn bê tông

6.2.2.2 .Yêu cầu đối với các chi tiết máy và máy. .......................................................108
6.3. Yêu cầu về bảo quản và bảo dưỡng. .....................................................................108
6.3.1. Bảo dưỡng hằng ngày. .......................................................................................108
6.3.2. Bảo dưỡng định kỳ. ...........................................................................................109
6.4 Vệ sinh công nghiệp máy. .....................................................................................110
KẾT LUẬN ................................................................................................................111
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................112

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm


Thiết kế máy trộn bê tông

CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÊ TÔNG VÀ TRANG
BỊ SẢN XUẤT
1.1.

Giới thiệu về bê tông và thành phần của bê tông.

1.1.1. Bê tông.
Bê tông (gốc là từ béton trong tiếng pháp) là một loại đá nhân tạo, được hình thành
bởi việc nhào trộn các thành phần: cốt liệu thô; cốt liệu mịn; chất kết dính theo một tỷ
lệ nhất định. Trong bê tơng, chất kết dính là (xi măng + nước, nhựa đường…) làm vai
trị liên kết các cốt liệu khơ (đá, sỏi… đơi khi sử dụng vật liệu tổng hợptrong bê tông
nhẹ) và cốt liệu mịn (cát, đá mạt, đá xoay…) và khi đóng rắn, làm cho tất cả thành một
khối cứng như đá.

Hiện nay các cơng trình xây dựng đang sử dụng 2 dạng bê tơng chính:
+ Hỗn hợp bê tơng xi măng do các cốt liệu cứng dạng đá (sỏi) được trộn với cát,
đá, chất phụ gia và nước, các sản phẩm bê tông này gọi là bê tông xi măng.

C
C

+ Bê tông do các cốt liệu dạng bột như cát, xi măng hoặc vôi được trộn với nước,
các sản phẩm này được gọi là vữa bê tông.

R
L
T.

Tác dụng của bê tông được coi là hiệu quả nhất nếu các cốt liệu được trộn đều, và
hàm lượng khơng khí trong bê tơng chiếm tỷ lệ ít.

DU

1.1.2. Các mác bê tơng và thành phần hỗn hợp.
Hiện nay trong các cơng trình xây dựng đang sử dụng các mác bê tông chủ yếu
sau:
P150; P200; P250; P300; P400….
Mỗi cơng trình xây dựng dều phải được tính tốn để xác định chọn loại mác bê
tơng cho phù hợp:
Móng nhà phổ thơng cần mác bê tơng: 200-250.
Nhà cao tầng:

300-350.

Silo, bể chứa lớn:

350-400.

Mống trụ cầu:

400 trở lên.

1.1.2.1. Bảng định mức tỷ lệ thành phần hỗn hợp.
Theo định mức thành phần bê tông xi măng, lưọng vật liệu tính cho 1m3 bê tơng xi
măng PC- 40 với các loại đá khác nhau như sau:

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

1


Thiết kế máy trộn bê tông

a. Với loại đá 1x2 (cm).
Bảng 1.1
Thành
phần

Đơn vị

Mác Bê Tông
P150

P200

P250

P300

P400

Xi măng

Kg

273,4

283,3

327,2

373,7

424,2

Cát

m3

0,431

0,421

0,421

0,408

0,403

Đá

m3

0,851

0,844

0,841

0,834

0,829

Nước

Kg

180

185

190

190

195

b. Với loại đá 2x4 (cm).

Thành
phần

Đơn vị

R
L
.

T
U

D

C
C

Bảng 1.2

Mác Bê Tơng

P150

P200

P250

P300

P400

Xi măng

Kg

222,2

267,7

306,6

348,5

410,1

Cát

m3

0,45

0,447

0,439

0,437

0,442

Đá

m3

0,889

0,879

0,865

0,853

0,828

Nước

Kg

175

180

185

190

190

1.1.2.2. Đặc tính của vật liệu.
a. Khối lượng riêng của vật liệu:
- Xi măng

: xm = (1.3  1.6) T/m3

- Cát

: c = (1.4  1.8) T/m3

- Đá

: đ = (1.8  2) T/m3

- Hỗn hợp bê tông xi măng: bt = (1.8  2.5) T/m3

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

2


Thiết kế máy trộn bê tơng

b. Góc chân nón của vật liệu:

-

Xi măng

: x = 300  400

-

Cát

: c = 300380

-

Đá

: đ = 350

-

Hỗn hợp bê tông

: bt =350500

-

Xi măng

: x = 0,65  0,9

-

Cát

: c = 0,42  0,62

-

Đá

: đ = 0,56

-

Hỗn hợp bê tông

: bt = 0,84  1,0

1.2 Giới thiệu dây chuyền sản xuất Bê tông

C
C

Máy trộn bê tông là máy dùng để trộn đều các phối liệu hỗn hợp bê tông và vữa
như: cát, đá, xi măng, và nước và các phụ gia khác theo một cấp phối xác định, đảm
bảo mật độ của các chất này được đồng đều cho năng suất, chất lượng cao và tiết kiệm
xi măng hơn trộn thủ công.

R
L

T.

DU

1.2.1 Phân loại máy trộn bê tông.

1.2.2 Căn cứ vào chế độ làm việc của máy chia làm 2 loại.
a. Máy trộn bê tơng xi măng chu kỳ.
Q trình đưa cốt liệu vào thùng trộn và dỡ sản phẩm ra theo từng mẻ. Do vậy có
thể khống chế được thời gian trộn nên chất lượng bê tông tốt.
b. Máy trộn bê tông xi măng liên tục.
Đây là các loại máy trộn mà quá trình đưa vật liệu vào thùng, trộn và dỡ sản
phẩm bê tông xi măng ra khỏi thùng được tiến hành liên tục do vậy mà máy có năng
suất trộn cao. Nhược điểm chủ yếu của loại máy trộn này là khó kiểm tra thành phần
cốt liệu và chất lượng trộn, nên chất lượng sản phẩm có thể khơng đồng đều. Chiều dài
của thùng trộn lớn hơn, loại này ít được sử dụng.

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

3


Thiết kế máy trộn bê tơng

1.2.3 Phân loại theo hình dạng và dung tích thùng.
a. Theo hình dạng có thể chia thành.

C

C

R
L
T.

DU
-

Máy trộn bê tơng hình trụ.

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

4


Thiết kế máy trộn bê tơng

-

Máy trộn bê tơng hình nó cụt.

C
C

R
L
T.

DU

-

Máy trộn bê tơng hình quả tram.

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

5


Thiết kế máy trộn bê tơng

b. Theo dung tích thùng có.
- Máy trộn bê tơng xi măng hình nón cụt thường dung tích thùng nhỏ có loại 50
lít; 100 lít; 150 lít; 175 lít; 250 lít…
- Máy trộn bê tơng bình quả trám thường dung tích khoảng 250 - 750 lít và đổ
theo phương pháp nghiên thùng nhờ xi lanh thủy lực hoặc hơi ép.
- Máy trộn bê tông xi măng hình trụ đứng dung tích lớn 450 - 2000 lít và hình
trụ nang dung tích 450 - 1000 lít.

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

6


Thiết kế máy trộn bê tông

CHƢƠNG II: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY TRỘN
2.1 .Lựa chọn phƣơng án thiết kế.
Để thiết kế máy trộn bê tơng với dung tích sản xuất 350 lít ta đề xuất 3 phương án
sau:
2.1.1Phƣơng án thiết kế máy theo dạng hình nón cụt.
Máy trộn hình nón cụt, cánh trộn được gắn trưc tiếp lên vỏ thùng trộn. Việc hoà
trộn vật liệu cho vào thùng như sau: Trong quá trình thung quay, các cánh trộn nâng
một phần vật liệu lên trên, sau đó để cho nó rơi tư do xuống phía dưới thùng hồ trộn
với nhau. Việc hồ trộn hỗn hợp vật liệu có thể thực hiện được với sự lựa chọn hợp lý
góc nghiêng của cánh trộn và trục trùng trộn. Việc dỡ vật liệu thực hiện bằng cách
nghiêng lật thùng. Thường sử dụng cho máy trộn có dung tích nhỏ.
2.1.1.1. Cấu tạo:

C
C

R
L

T.

DU

Hình 2.1: Máy trộn hình nón cụt

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

7


Thiết kế máy trộn bê tông

2.1.1.2.Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm:
- Quá trình dỡ sản phẩm ra khỏi thùng bằng phương pháp lật thùng, nên đổ tương
đối sạch.
- Do sử dụng phương pháp cấp liệu bằng phễu chạy trên đường ray, nên kết cấu
của phễu nhỏ gọn.
- Tiêu hao năng lượng ít.

- Kết cấu của cánh trộn đơn giản.
- Kết cấu của thùng trộn nhỏ gọn hơn so với các loại máy có cùng dung tích.

C
C

+ Nhược điểm:

R
L
T.

- Do sử dụng phương pháp trộn tự do nên chất lượng bê tông không cao so với
trộn cưỡng bức.

DU

- Do sử dụng phương pháp cấp liệu bằng phễu chậy trên đường ray, nên khi thiết
kế phải tính thêm đường ray.

- Do sử dụng phương pháp dỡ liệu bằng cách lật thùng, nên khi dung tích thùng
lớn địi hỏi lực tác động lớn.
- Chỉ thích hợp cho năng suất thấp.
- Chỉ thích hợp cho năng suất thấp.
2.1.2. Phƣơng án thiết kế máy theo dạng hình trụ.
Loại máy này có thùng trộn cố định, cịn trục trộn trên có gắn các cánh trộn. Khi
trục trộn quay các cánh trộn khuấy đều hỗn hợp bê tông.

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

8


Thiết kế máy trộn bê tơng

2.1.2.1. Cấu tạo:

Hình 2.2: Máy trộn hình trụ
2.1.2.2. Ưu, nhược điểm:

C
C

+ Ưu điểm:

R
L
T.

- Năng suất cao, chất lượng bêtông đồng đều và tốt hơn máy trộn tự do.

DU

- Do sử dụng phương pháp dỡ liệu qua đáy thùng nên quá trình dỡ tương đối sạch.

- Do việc dỡ liệu qua đáy thùng được thực hiện bằng xi lanh, nên quá trình dỡ nhẹ
nhàng.
+ Nhược điểm:
- Năng lượng tiêu hao lớn.
- Kết cấu của cánh trộn và trục trộn phức tạp.
- Do sử dụng xi lanh để đóng mở cửa xả, nên phải tính thêm cơ cấu đóng mở.
2.2. Phƣơng án thiết kế máy theo dạng hình quả trám.
Máy trộn hình quả trám, cánh trộn được gắn trưc tiếp lên vỏ thung trộn. Việc hoà
trộn vật liệu cho vào thùng như sau: Trong quá trình thung quay, các cánh trộn nâng
một phần vật liệu lên trên, sau đó để cho nó rơi tư do xuống phía dưới thùng hoà trộn

với nhau. Việc hoà trộn hỗn hợp vật liệu có thể thực hiện được với sự lựa chọn hợp lý
góc nghiêng của cánh trộn và trục trùng trộn. Việc dỡ vật liệu thực hiện bằng cách
nghiêng lật thùng, hoặc quay ngược chiều so với chiều trộn.

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

9


Thiết kế máy trộn bê tông

2.2.1. Sử dụng phƣơng pháp dỡ liệu bằng cách nghiêng lật thùng.
+ Ưu điểm:
- Do sử dụng phương pháp dỡ liệu bằng cách lật thùng nên quá trình dỡ
tương đối sạch.
- Do việc dỡ liệu bằng cách lật thùng nên kết cấu của cánh trộn đơn giản.
- Kết cấu thùng trộn gọn.
+ Nhược điểm:
- Khi tính tốn thiết kế phải thiết kế thêm cơ cấu nghiêng lật thùng, nên tính
tốn phức tạp hơn.
2.2.2. Sử dụng phƣơng pháp dỡ liệu bằng cách quay ngƣợc chiều.

C
C

2.2.2.1. Cấu tạo:

R

L
T.

DU

Hình 2.3: Máy trộn hình quả trám
2.2.2. Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm:
- Do sử dụng phương pháp dỡ liệu bằng cách quay ngược chiều, nên khơng phải
bố trí thêm cơ cấu nghiêng lật thùng.

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

10


Thiết kế máy trộn bê tông

- Do sử dụng phương pháp cấp liệu bằng phễu không sử dụng đường ray mà
quay quanh trục, nên việc tính tốn đơn giản hơn.
+ Nhược điểm:
- Do không sử dụng đường ray dẫn hướng phễu, nên kết cấu của phễu lớn hơn
so với sử dụng đường ray.
- Kết cấu của cánh trộn phức tạp hơn.
Kết luận: Như vậy căn cứ vào phương pháp cấp liệu, dỡ liệu và yêu cầu năng suất
đề ra. Ta chọn phương án thiết kế máy theo dạng hình quả trám, sử dụng phương pháp
cấp liệu bằng phễu không cần đường ray dẫn hướng, và dỡ liệu bằng cách quay ngược
chiều. Nó vừa tiết kiệm được chi phí vừa đảm bảo được năng suất.

2.3 Lập sơ đồ động học.
2.3.1 Chọn sơ đồ động học.

C
C

R
L
T.

Như đã trình bày ở trên, ta chọn phương án thứ 3 làm phương án thiết kế. Bởi vì
phương án thứ 3 này áp dụng được rất nhiều kiến thức cơ khí đã học vào trong tính

DU

tốn thiết kế.

Sơ đồ động của phương án thứ 3 như sau:

12

11

10

9

3
4

5
1

6

7

8

2

Hình 4.1: Phương án thiết kế.
SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

11


Thiết kế máy trộn bê tông

1. Động cơ.

7. Tang.

2. Bộ truyền đai.

8. Ly hợp ma sát.

3. Hộp giảm tốc.

9. Hệ thống phanh

4. Khớp nối.

10. Thùng trộn. .

5. Bánh răng dẫn.

11. Vành răng.

6. Gối đỡ.

12. Con lăn đỡ.

2.1.2. Nguyên lý hoạt động.
Khi khởi động động cơ điện (1), thông qua bộ truyền đai (2) truyền động mômen
xoắn đến hộp giảm tốc (3), trục ra hộp giảm tốc sẽ nối với khớp nối (4) truyền chuyển
động qua bánh răng dẫn (5), dẫn động thùng trộn làm thùng quay để trộn liệu.ly hợp
(8) nối với tang (7) làm tang quấn cáp nâng hạ vật liệu trộn đổ vào thùng trộn. Khi
tháo liệu ta cho thùng trộn quay ngược chiều quay ban đầu vật liệu sẽ đổ ra ngoài.

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

12


Thiết kế máy trộn bê tơng

CHƢƠNG III: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT
CHÍNH CỦA MÁY
3.1 Thiết kế thùng trộn
Theo yêu cầu đề tài: Thiết kế máy trộn bê tông xi măng, dung tích sản xuất: 350
lít.
Xuất phát từ cơng thức (3.45, [1]) tính năng suất của máy trộn được xác định như
sau:
II = Vsx.f.m.Ktg

(1)

Trong đó:
II - Năng suất của máy trộn: Q1 (m3/h)
Vsx - Dung tích sản xuất của thùng trộn, hay là khả năng chứa các
phối liệu cần trộn của thùng trộn (m3).

C
C

R

L
T.

Ktg - Hệ số sử dụng thời gian. Chọn Ktg= 0.9
f - Hệ số xuất liệu.

DU
f 

Vb
Vsx

Vb - Dung tích bê tơng đã trộn xong, (m3)
Thơng thường f = (0.650.7),

chọn

f = 0.7

m - Số mẻ vữa trộn được trong 1 giờ.

m

3600
t1  t2  t3

t1: Thời gian nạp các phối liệu vào thùng trộn, (s)
t1=10(s)
t2: Thời gian trộn hỗn hợp, (s)
t2=80(s)

t3: Thời gian xả bêtông, (s)
t3=10(s)
=>
SVTH: Trương Vũ Quốc

m

3600
 36
10  80  10

GVHD:Đinh Minh Diệm

13


Thiết kế máy trộn bê tông

m = 36
Thay vào (1) ta có:
II = Vsx.f.m.Ktg

 0.35.0.7.36.0.9  8m3 / h .
Dung tích hình học của thùng trộn là:
VH = (1,53)Vsx
= (1,53) x 0.35 = (0,5251.05) (m3)
Ta chọn: VH = 1,05 (m3).
Bán kính của thùng trộn với độ chính xác cần thiết có thể lấy bằng bán kính phần
hình trụ của thùng trộn, bởi lẽ phần lớn hỗn hợp tập trung ở đoạn này trong quá trình
trộn.

Chọn sơ bộ kết cấu của thùng trộn có dạng:

C
C

3

d2

D

DU

a1

a

d1

Ø620

R
L
T.

100

500

700

1,600

Hình 3.1: Kết cấu thùng trộn
Kết cấu thùng trộn được chia làm ba phần, gồm có hai phần hình nón ở hai bên,
cịn phần hình trụ ở giữa:
+ Đối với phần hình nón cụt ở phần cấp liệu thì góc nghiêng được chọn sao cho
phải lớn hơn góc dốc tự nhiên của vật liệu, thì trong q trình cấp liệu vật liệu mới
chảy vào khoang trộn nhanh để đảm bảo năng suất trộn.
+ Đối với phần hình nón ở phía dỡ liệu, thì góc nghiêng của nó phải nhỏ hơn góc
dốc tự nhiên của hỗn hợp bê tơng thì q trình dỡ liệu mơí đảm bảo được năng suất.
SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

14


Thiết kế máy trộn bê tông

Theo các thông số của vật liệu đã nêu ở phần trước:
+ Để đảm bảo nộp liệu được thì α1 > góc chân nón của vật liệu.
Chọn sơ bộ α1=34 .
+ Để đảm bảo xả liệu thì α < góc chân nón của vật liệu.
Chọn sơ bộ α =53
 Tính chọn D, d1, d2.
+ tag α =

=> d1=D-0,5.tag34 .

+ tag α1 =

=> d2 = D - 0,3.tag53 .

Ta có thể tích của thùng trộn được tính như sau:
Vhh = (1,5÷ 3).Vsx=(0,5÷3)0,35=(0,525÷1,05) , (m3)

C
C

Chọn sơ bộ Vhh = 1,05 m3

R
L
T.

Thể tích của thùng trộn được chia làm 3 phần như sau:
V=V1+V2+V3
Trong đó:

DU

V1: thể tích phần nón xả liệu.
V2: thể tích phần trụ

V3: thể tích phần nón nộp liệu.
V1 =

(
V2 =

V3 =

) ,m3
,m3

(

(1)
) ,m3

=> Tổng thể tích của thùng trộn là:
(

V=

) +

+

(

)

(2)

Thay (1) vào (2) ta được:
(

)

+

+

(

) = 1,05
<=> 1,17D2 - 0,44D-0,797 = 0
SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

15


Thiết kế máy trộn bê tông

D = 1,05 m
Chọn sơ bộ D = 1,2 m
=> d1 = D-0,67 = 0,53 m
d2 = D-0,79 = 0,41 m
+ Kiểm tra điều kiện nạp, xả:
tagα =

= 34
=

tagα1 =

= 53 .

 Vậy thông số hình học của thùng trộn là:

Ø1,200

Ø530

Ø620

C
C

34°

DU
100

500

53°

R
L
T.

Ø441

3

700

1,600

Hình 3.2: Kết cấu thùng trộn.
3.2 Tính tốn thiết kế cơ cấu dẫn động thùng trộn và nâng máng cấp liệu.
Phần lớn năng lượng truyền động cho máy trộn tự do bị tiêu hao cho việc nâng
hỗn hợp trong thùng trộn khi quay thùng.
Ở dạng tổng quát, công tiêu hao cho một chu kỳ di chuyển khép kín của hỗn hợp
theo cơng thức (3.48, [1]) ta có:
A = GcM.H , (J)
Trong đó:
GcM - Trọng lượng của hỗn hợp, (N).
H - Chiều cao nâng hỗn hợp ở trong trùng trộn, (m).

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

16


Thiết kế máy trộn bê tông

Trọng lượng của hỗn hợp bêtông ở trong thùng trộn được xác định theo công thức
(3.49, [1]) có:
GcM = V..g, (N)
Trong đó:
V- Dung tích của hỗn hợp bê tông ở trong thùng trộn, (m3).
- Khối lượng riêng của hỗn hợp bê tông, (Kg/m3).
g- Gia tốc rơi tự do, (m/s2).
Quỹ đạo chuyển động của 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.
Công suất cần tiêu haođể nâng hỗn hợp xác định theo công thức (3.50, [1]):

N1 

(G1.h1.Z1  G2 .h2 .Z 2 )n
, (kW)
1000

Trong đó:

C
C

R
L
T.

G1- Trọng lượng hỗn hợp vật liệu được nâng lên do tác dụng của lực ma sát.
Chọn G1= 0,85.GcM , (N)

DU

G2- Trọng lượng hỗn hợp vật liệu được nâng lên bằng các cánh trộn.
Chọn G2= 0,15xGcM , (N)

h1 - Chiều cao nâng của hỗn hợp do tác dụng của lực ma sát, (m).
h2 - Chiều cao nâng của hỗn hợp bằng cánh trộn, (m).
Z1 và Z2 - Số lượng chu trình khép kín của hỗn hợp sau một vịng quay của

thùng trộn, được thực hiện tương ứng do lực ma sát và bằng các cánh trộn.
n - Số vòng quay của thùng trộn, (v/s).

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

17




Thiết kế máy trộn bê tơng

1



Hình 3.3 : Sơ đồ xác định cơng suất quay thùng trộn.

Theo sơ đồ tính tốn trên hình vẽ ta có:

C
C

R
L
T.

h2 = R+ RSin = R(1 + Sin)

DU

Với R là bán kính thùng trộn.

Góc  có thể lấy bằng góc ma sát, chọn  = 450.
Khi đó h2  1.7R

Chuyển động của hỗn hợp dưới tác dụng của lực ma sát phức tạp hơn so với
trường hợp đã xét ở trên. Xét chuyển động của phần tử hỗn hợp nằm trên thành tang
trộn tài điểm A. Khi thùng trộn quay thì phần tử này sẽ được nâng lên tới điểm B,
được xác định bằng góc ma sát 1, nhưng do chịu ảnh hưởng của các cánh trộn và
được tì lên các phần tử khác. Do đó góc nâng thực 2 sẽ lớn hơn (khoảng 900), sau đó
phần tử này sẽ bị trượt xuống theo bề mặt của hỗn hợp.
Tiếp nhận góc chuyển dịch của hỗn hợp từ điểm A tới diểm B1 (2 = 900), thì
chiều cao nâng của hỗn hợp do tác dụng của lực ma sát là:
h1  R
Số lượng chu trình chuyển động khép kín của hỗn hợp dưới tác dụng của lực ma
sát sau một vòng quay của thùng trộn (coi thời gian mà hỗn hợp trượt xuống về vị trí
ban đầu bằng thời gian nâng lên tới độ cao h1):

3600 3600
Z1 

2
2. 2 2.900
Z1 = 2
SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

18


Thiết kế máy trộn bê tông

Thời gian nâng hỗn hợp bằng các cánh trộn:

1  900    1  900  450  0,374
 

t1  
, (s)
n  3600  n  3600 
n

t1 

0,374
, (s)
n

Thời gian rơi tự do của hỗn hợp từ độ cao h2:

2.h2

g

t2 

2.1,7 R
 0,6 R , (s)
9,81

t2  0,6 R , (s)
Số lượng chu trình chuyển động khép kín của hỗn hợp do các cánh trộn thực hiện
được sau một vòng quay của thùng trộn:

Với tv 

C
C

R
L
T.

t
1
Z2  v 
t1  t2
 0,374

n
 0,6 R 
 n


DU

1
: Thời gian thực hiện một vòng quay của thùng trộn, (s).
n

Z2 

1
0,374  0,6 R .n

Theo kinh nghiệm chọn Z1 = Z2 = 2
Vậy số vòng quay của thùng trộn là:

n


1  1
1
1


 0,374  
  0,374   0,27, (Vg / s)
0,6 R  Z 2

 0,6. 0,6  2
n = 16,27 (vg/ph)

Vậy chọn n = 17 (vg/ph)
Vậy công tiêu hao để nâng hỗn hợp là:

N1 

(G1.h1  G2 .h2 ) Z .n
,(KW)
1000

Thay các giá trị G1, G2, h1, h2 vào công thức tính N1 ta được:

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

19


Thiết kế máy trộn bê tơng

N1 

2,2.GcM .R.n
,(KW)
1000

Bán kính của thùng trộn với độ chính xác cần thiết có thể lấy bằng bán kính
phần hình trụ của thùng trộn, bởi lẽ phần lớn hỗn hợp được tập trung ở đoạn này.
Ngồi cơng để nâng hỗn hợp, động cơ cịn phải tiêu hao năng lượng để khắc
phục lực ma sát ở các gối đỡ thùng trộn. Thành phần công suất tiêu hao này có thể
được xácđịnh theo cơng thức (3.58, [1]):

N2 

(GcM  Gt )( Rt  rp )k f .
1000Cos .rp

, (kW)

Trong đó:
GT- Trọng lượng thùng trộn, (N).
RT- Bán kính vành đai, (m)

rP -Bán kính con lăn đỡ, (m)

C
C

R
L
T.

kf – Cánh tay đòn ma sát lăn (kf = 0.001 m).

DU

 - Vận tốc góc của thùng trộn, (rad/s).

 - Góc lắp đặt con lăn đỡ thùng trộn. Chọn  = 350
 - Hệ số ma sát trong ổ trục của thùng trộn để lắp ghép thùng trộn với
đầu trục ra của hộp giảm tốc.
Vậy công suất của động cơ dẫn động cho thùng trộn:

 2,2.GCM .R.n (GCM  GT )( RT  rp ).k f .  1
N dc1  

. , (KW)
1000.Cos .rp
 1000
 1
+ Chọn sơ bộ bán kính con lăn đỡ và bán kímh vành đai:

rP = 0,115 (m).
RT = 0,613 (m).
 Tính sơ bộ trọng lượng thùng trộn:
- Thể tích của cánh trộn và cánh dỡ liệu:
Ta nhận thấy sau mỗi vòng quay của thùng trộn cánh trộn sẽ múc được 0.15 tổng
khối lượng của hỗn hợp bê tơng ở trong thùng trộn. Do đó ta chọn sơ bộ kết cấu của
cánh trộn và cánh dỡ liệu như hình vẽ:

SVTH: Trương Vũ Quốc

GVHD:Đinh Minh Diệm

20