Tài liệu Ứng dụng cơ điện tử trong nghiên cứu, chế tạo trạm trộn bê tông tự động.. pdf

ứng dụng cơ điện tử trong nghiên cứu, chế tạo
trạm trộn bê tông tự động và bơm bê tông
của Viện Máy và dụng cụ công nghiệp (IMI)

Ths. Hoàng Việt Hồng
Viện Máy và dụng cụ công nghiệp

Email : ttc.imi@.hn.vnn.vn
Tóm tắt
Việc ứng dụng Cơ Điện tử trong nghiên cứu chế tạo, các sản phẩm khoa học công nghệ
cao nh: Trạm trộn bê tông tự động, Bơm bê tông tự động là định hớng quan trọng góp
phần nâng cao mức độ hiện đại , khả năng canh tranh của sản phẩm trên thị trờng thiết bị
xây dựng trong và ngoài nớc.
Bằng việc ứng dụng kỹ thuật đo lờng và điều khiển điện tử hiện đại, công nghệ thông tin,
và kiến thức, kinh nghiệm trong thiết kế và chế tạo cơ khí, Viện IMI đã chế tạo thành công
Trạm trộn bê tông tự động năng suất 15- 60m
3
/h, Bơm bê tông năng suất 60-85m
3
/h. Các
sản phẩm này là các sản phẩm công nghệ cao tiêu biểu của Viện đã đợc chuyển giao cho
sản xuất .

The application Mechatronics in researching,
manufacturing Automatic concrete batching
plants and concrete pump of Institute for
Machinery and industrial instruments (IMI)

Abstract

The application mechatronics in researching, manufacturing automatic concrete
batching plants and concrete pumps is the very important orientation to upgrade
modernization levels and competition abilities of construction equipments market in and
out of countries.
Applying modern measuring techniques, electronic controlling systems, informatics and
experiences in designing and manufacturing industrial equipments, IMI is specialized in
reseaching, manufacturing the automatic concrete batching plants with the various rated
output of 15- 60m
3
/h and concrete pumps with capacity of 60-85m
3
/h. The typical high
technology products were transfered into production.

Trong những năm đổi mới vừa qua, trớc những đòi hỏi cấp bách về sản lợng, chất
lợng bê tông xi măng và bơm bê tông phục vụ cho các công trình xây dựng trong cả nớc,
Viện Máy và dụng cụ công nghiệp ( IMI ) - Bộ công nghiệp đã tự đầu t kinh phí nghiên
cứu và ứng dụng thành công một số công nghệ hiện đại trong nhiều lĩnh vực khác nhau để
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cung cấp cho thị trờng các trạm trộn bê tông xi măng tự động
( TTBT ) công suất
15 ữ60
m
3
/h và bơm bê tông tự động năng suất
60ữ85
m
3
/h.
Trạm trộn bê tông xi măng tự động và bơm bê tông tự động là các sản phẩm cơ điện tử (
mechatronic ) có hàm lợng khoa học công nghệ cao, ứng dụng nhiều thành tựu trong các

lĩnh vực khác nhau : Cơ khí - Điện tử - Thuỷ khí - Công nghệ thông tin đã đợc chuyển
giao cho sản xuất và có đủ khả năng cạnh tranh trên thị trờng thay thế hàng nhập ngoại.

Cho đến nay, Viện IMI đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra hơn 20 sản phẩm cơ điện tử
đáp ứng đợc các đòi hỏi của thị trờng, trong đó sản phẩm trạm trộn bê tông tự động là
sản phẩm tiêu biểu nhất.


Trên cơ sở ứng dụng các công nghệ mới trong thiết kế chế tạo hệ khung dầm không gian
chịu lực phức tạp và các kỹ thuật trộn bê tông tiến tiến năng suất cao, các thiết bị cơ khí của
TTBT đợc nghiên cứu thiết kế và giải quyết đợc các yêu cầu đặt ra cho việc sản xuất bê
tông chất lợng cao. Hệ thống khung TTBT có dạng khung dầm chịu lực nhiều nút, phân
bố tải trọng đều và đợc chia thành các mô đun. Các mô đun đợc nối ghép với nhau bằng
mối ghép bu lông nên tháo lắp và sửa chữa dễ dàng.
Thiết bị trộn bê tông hoạt động trong điều kiện tải trọng lớn, thay đổi liên tục và ma sát
giữa vật liệu trộn với hệ thống cánh trộn lớn nên gây ra hiện tợng mài mòn lớn. Nguyên lý
trộn cỡng trục đứng hoặc cỡng bức hành tinh đợc ứng dụng tạo ra các vòng xoáy khi
trộn nên độ đồng đều các thành phần vật liệu cao.
Cấu hình của TTBT có kiểu dáng công nghiệp hiện đại, thích ứng với điều kiện vận
chuyển trong nớc và phù hợp với nhiều dạng mặt bằng sản xuất.
Hệ thống điều khiển TTBT đợc xây dựng trên nền tảng của các công nghệ tiên tiến, mà
trớc tiên là làm chủ kỹ thuật định lợng hiện đại, bao gồm các việc thiết kế chế tạo và ứng
dụng các hệ thống cân điện tử chuyên dụng có độ chính xác và ổn định cao, việc xây dựng
và tích hợp quá trình điều khiển định lợng tối u nh điều khiển thích nghi, bù trực tiếp
dòng liệu trễ, kết hợp xử lý triệt để các nhiễu đặc thù của từng hệ thống thiết bị cơ, cơ -
điện, điện từ, Từ đó đã tạo ra và phát triển một hệ thống định lợng mở, có tính linh hoạt
cao nhờ khả năng thay đổi nhanh chóng cấu hình hệ thống nh số điểm cân ( Multi-points),
số thành phần của từng điểm cân (multi-components), phơng pháp định lợng cân ( cân
hoặc đo dòng liệu ). Hơn nữa những kỹ thuật xử lý số liệu hiện đại nhất cho bê tông xi
măng chất lợng đặc biệt nh xử lý theo độ ẩm, xử lý theo độ sụt, cũng đã đợc IMI

nghiên cứu ứng dụng thành công.
ứng dụng kỹ thuật số và PLC ( Programable Logical Controller ) đã mang lại cho hệ
thống điều khiển TTBT của IMI một loạt các u điểm : Cấu trúc hệ thống gọn nhẹ, vững
chắc hoạt động ổn định hơn, công tác thiết kế, lắp ráp, bảo trì, chuẩn đoán lỗi, sửa chữa
thuận lợi và nhanh chóng hơn, Hệ thống điều khiển dùng PLC cũng mang lại khả năng
linh hoạt cao trong thay đổi, nâng cấp cấu hình hệ thống cho TTBT của IMI.
Khí nén áp suất cao đợc ứng dụng làm nguồn động lực cho các cơ cấu chấp hành. Sử
dụng hợp lý các thiết bị điện, điện khí cho hệ thống cơ cấu chấp hành và động lực đã tạo ra
sự hoạt động tin cậy, chính xác cho toàn trạm.
Viện IMI cũng đã ứng dụng hiệu quả CNTT vào cả hai khâu điều khiển - giám sát - thu
thập dữ liệu ( tơng đơng các hệ SCADA cỡ vừa ) cũng nh hỗ trợ sản xuất cho TTBT.

Với những thành công lớn trong việc ứng dụng khoa học công nghệ tự động hoá hiện đại
và sản xuất trạm trộn bê tông, viện tiếp tục triển khai nghiên cứu, chế tạo và cung cấp cho
thị trờng bơm bê tông tự động. Bơm bê tông tự động cũng là một sản phẩm cơ điện tử bao
hàm nhiều lĩnh vực khác nhau : Cơ khí, tự động hoá, thuỷ lực.
Bơm bê tông là thiết bị vận chuyển bê tông tơi đến vị trí có khoảng cách xa nhất là
400m và cao nhất là 200m kể từ vị trí đặt bơm nên thiết bị này đặc biệt cần thiết trong thi
công cầu bê tông và các nhà cao tầng. Ngoài ra, thiết bị phải có khả năng di động tốt để có
thể dễ dàng vận chuyển đến các vị trí khác nhau tại công trờng xây dựng.
Hệ thống thiết bị chính của bơm bê tông bao gồm : Động cơ chạy bằng dầu diesen, bơm
dầu thuỷ lực, khối điều điều khiển thuỷ lực, hệ thống xi lanh thuỷ lực, xi lanh dẫn bê tông,
các cơ cấu báo mức và hạn vị, hệ thống khung đỡ, các cơ cấu di chuyển và hệ thống điều
khiển điện tử.
Các kết cấu cơ khí của bơm đợc thiết kế , chế tạo chắc chắn, đủ độ bền với kích thớc
nhỏ gọn làm việc trong môi trờng rung động và va đập nhiều. Các cơ cấu chịu mài mòn
nh các xi lanh dẫn bê tông, buồng trộn bê tông đợc làm bằng vật liệu chịu mài mòn.
Hệ thống điều khiển bơm bê tông đợc xây dựng trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật PLC đã
mang lại cho hệ thống điều khiển bơm bê tông của IMI một loạt các u điểm : Cấu trúc hệ
thống gọn nhẹ, vững chắc hoạt động ổn định hơn. Hệ thống điều khiển mở có khả năng lập

trình tích hợp nhiều chức năng.


Hệ thống thuỷ lực áp suất cao đợc ứng dụng làm nguồn động lực cho các cơ cấu chấp
hành. Hệ thống thuỷ lực đợc thiết kế đủ áp suất và lu lợng để bơm có thể hoạt động đạt
năng suất yêu cầu. Sử dụng hợp lý các thiết bị điện, van thuỷ lực cho hệ thống cơ cấu chấp
hành và động lực đã tạo ra sự hoạt động tin cậy, chính xác cho bơm bê tông.

Năm 1995, Viện đã tự bỏ vốn và huy động vốn của cán bộ công nhân viên để chế tạo
trạm trộn bê tông xi măng và bơm bê tông đầu tiên. Chỉ trong năm đầu tiên Viện đã ký hợp
đồng kinh tế cung cấp 07 trạm trộn, 02 bơm bê tông. Tính đến nay, Viện đã cung cấp gần
200 trạm trộn bê tông xi măng các loại chiếm trên 90% thị phần toàn quốc, và 12 bơm bê
tông mang lại cho Viện trên 200 tỷ đồng hợp đồng kinh tế. Trạm trộn do Viện chế tạo có
giá thành khoảng 1,1 tỷ đồng, trong đó phần tự chế tạo trong nớc chiếm trên 90% giá
thành của sản phẩm. Do vậy, Viện đã tiết kiệm đợc cho đất nớc trên 200.000 USD/ 1 sản
phẩm.
Sản phẩm do Viện chế tạo có độ hiện đại tơng đơng với các sản phẩm cùng loại nhập
từ châu âu nhng giá thành chỉ bằng 25ữ40% giá nhập ngoại.


Thông số kỹ thuật của các loại Trạm trộn bê tông.



Thông số kỹ thuật ĐV BM-15TC BM-20 BM-30 BM-45 BM-60
Dung tích thùng trộn cỡng bức lít 500/750 500/750 750/1000 1000/1500 1000/1500
Năng suất bê tông đặc ứng với t/g
trộn
(30s 45s )
m

3
10ữ15 15ữ20 25ữ30 40ữ45 52ữ60
Chiều cao miệng xả bê tông mm 1880 3850 3850 3850 3850
Cân cốt liệu kg 850 1200 1500 2200 2800
Số thành phần cốt liệu 2 2(3) 3 3 3
Cân xi măng kg 200 300 400 500 600
Số thành phần xi măng (cho phép
đến)
1 1 2 2 2
Cân nớc kg 150 200 250 300 350
Phễu chứa cốt liệu m
3
- 10 15 20 20
Silô chứa xi măng T - 20 40 40 40(80)
Vít tải xi măng xiên T/h 20 20 25 30 30
Vít tải xi măng đứng T/h - 20 20 25 25
Gầu cào cát đá: (tuỳ chọn)
Dung tích gầu/chiều dài cần
m
3
/m - 0.25/10 0.3/12 0.35/12 0.4/15
Công suất điện tiêu thụ kW 42 45 62 70 85
Điện áp làm việc V/Hz 380/50 380/50 380/50 380/50 380/50
Công suất máy phát điện cần thiết kV 100 125 150 175 200



Thông số kỹ thuật của các loại bơm bê tông.
Thông số kỹ thuật
Loại trạm bơm THP 60 THP 85

Chế độ I 60 85 Năng suất lý thuyết lớn nhất m
3
/h
Chế độ II 40 52
Chế độ I 75 71
áp suất lý thuyết lớn nhất
Bar
Chế độ II 111 121
Đờng kính xi lanh chuyển bê tông mm 180 200
Hành trình xi lanh chuyển bê tông mm 1400 1400
Chế độ I 22,5 32 Số hành trình HT/phút
Chế độ II 15 20
Động cơ Deutz Diesel Model
Công suất động cơ
kw BM4L101
3
84
BM6L101
3
141
áp suất thuỷ lực lớn nhất cho nhóm bơm
bar 300 310
áp suất thuỷ lực lớn nhất cho bộ khuấy
bar 250 250
Chiều cao bơm lớn nhất m 100 120
Chiều xa bơm lớn nhất m 400 500
Dung tích thùng chứa dầu lít 350 500
Tốc độ di chuyển (trên đờng) lớn nhất km/giờ 25 25
Khối lợng tổng cộng kg 5200 5600

Trạm trộn bê tông tự động 60 m
3
/h
Bơm bê tôn
g
tự độn
g
60 ữ85 m
3
/h

Địa chỉ liên hệ :
Tác giả. Thạc sỹ . Hoàng Việt Hồng.
Cơ quan .Viện Máy và dụng cụ công nghiệp.
Add. 46 Láng hạ - Đống đa - Hà nội
Tel . 04.8351006 fax. 04.8344975
Email . ttc.imi@.hn.vnn.vn