TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Giới thiệu gạch Block và các thông số kỹ thuật
Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng phổ biến nhất trên toàn thế giới và không thể thiếu trong kỹ thuật xây dựng hiện đại Gạch block, được sản xuất từ xi măng, cát và các chất độn như sỏi hay đá dăm, là loại bê tông với tỷ lệ nước thấp và cốt liệu nhỏ Quá trình sản xuất gạch block bao gồm việc nén chặt hỗn hợp vào khuôn thép để tạo hình và sau đó dưỡng hộ cho đến khi đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết.
1.1.1 Ứng dụng của gạch Block
Gạch block được sử dụng phổ biến trong xây dựng, gồm các loại chủ yếu sau đây:
- Gạch đặc và gạch rỗng để xây tường
- Gạch lát đường, lát vỉa hè và các công trình công nghiệp
- Gạch viền, gạch trang trí
- Các cấu kiện khác như bó vỉa hè, gạch kẻ bờ hồ, sông, biển…
Gạch Block được sử dụng hết sức rộng rãi ở khắp nơi:
- Xây nhà và xây công trình
- Nơi trọng tải giao thông (lát đường, hè phố, sân bãi, nhà kho, sàn và đường đi trong nhà máy, …)
- Những nơi mật độ giao thông cao (đường và vỉa hè, chợ, bãi đỗ xe, nhà ga, bến xe,…)
- Nơi điều kiện đất không tốt, nơi dốc đứng cần bảo vệ
- Nơi có những công trình ngầm dưới đất
- Nơi vỉa hè cần trang trí có thẩm mỹ cao, nơi cần thay đổi bề mặt vỉa hè một cách nhanh chóng
Những ứng dụng khác của gạch block:
- Gạch block bó gốc cây (kerb bordering tree root)
- Gạch kè bờ hồ, bờ sông (river bank)
- Gạch trải thảm cỏ (Grass paving block)
Hình1.1 Một số ứng dụng của gạch block
1.1.2 Những ưu điểm nổi bật của gạch Block
Những ưu điểm của gạch block so với gạch đất nung:
Quá trình sản xuất gạch block không cần nung, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Việc này không chỉ tránh được tình trạng phá rừng mà còn loại bỏ sự phụ thuộc vào than củi và nhiên liệu đốt.
- Nguyên vật liệu để sản xuất gạch block hết sức phong phú và có sẵn trong nước như mạt đá, cát vàng, xi măng…, sản phẩm đa dạng
Đầu tư cho dây chuyền sản xuất gạch block là thấp, với giá dao động từ 50.000 USD đến hơn 1 triệu USD tùy thuộc vào yêu cầu sản lượng và mức độ tự động hóa So với nhà máy gạch nung cùng công suất, chi phí đầu tư cho nhà máy gạch block chỉ bằng 1/4 Bên cạnh đó, diện tích nhà xưởng và kho chứa nguyên liệu cũng như thành phẩm không lớn, giúp tiết kiệm không gian.
1500 - 2000 m2 mặt bằng là có thể sản xuất gạch block
Dây chuyền sản xuất gạch block hiện đại cho phép giảm thiểu số lượng công nhân nhờ vào việc tự động hóa hầu hết các quy trình Tại Việt Nam, với nguồn nhân lực dồi dào, doanh nghiệp có thể tự động hóa các khâu quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm, trong khi vẫn sử dụng lao động thủ công cho những công đoạn khác nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư.
Những ưu điểm của gạch block trong việc xây dựng so với gạch nung
Cường độ chịu lực của vật liệu xây dựng cần phải phù hợp với nhu cầu sử dụng cụ thể Đối với những vị trí yêu cầu cường độ rất cao từ 300 đến 400 kG/cm2, gạch nung không thể đáp ứng được Ngược lại, ở những vị trí có yêu cầu cường độ thấp, có thể giảm lượng xi măng trong phối liệu để đảm bảo giá thành hợp lý.
- Khả năng cách âm, cách nhiệt, chống thấm cao Điều này hoàn toàn phù hợp vào kết cấu của viên gạch
Viên gạch có kích thước lớn hơn gạch nung từ 5 đến 11 lần, giúp giảm chi phí nhân công và rút ngắn tiến độ thi công.
6 xây dựng nhanh hơn cho các công trình Ngoài ra lượng vữa dùng để xây tường bằng gạch block và trát giảm tới 2,5 lần so với gạch đất nung
- Trọng lượng viên gạch giảm đáng kể nếu có chất độn nhẹ (ví dụ sỏi keramzit, đá basalt nhẹ, than xỉ…)
- Đa dạng chủng loại, màu sắc, kích thước đồng đều và tính thẩm mỹ cao
Những ưu điểm của gạch block khi dùng lát đường
- Đường, vỉa hè sau khi lát xong có thể sử dụng được ngay
Gạch lát block không cần trát mạch trong quá trình thi công, giúp tiết kiệm vật liệu, giảm nhân công và rút ngắn thời gian thi công Ngoài ra, việc thay đổi kiểu dáng và kích thước đường hoặc vỉa hè trở nên dễ dàng hơn Trong quá trình sử dụng, các viên gạch lát cũ có thể được tháo dỡ nhanh chóng để thay thế bằng gạch mới.
- Hình dáng hình học và màu sắc các viên gạch rất đa dạng để tăng tính thẩm mỹ
- Do đặc điểm của gạch block là gạch bê tông tự đông cứng nên trong quá trình thi công không phụ thuộc vào thời tiết nắng mưa
1.1.3 Thông số kỹ thuật và các loa ̣i gạch Block chủ yếu
Gạch terrazzo và gạch nghệ thuật Acem đã được kiểm nghiệm tại các phòng thí nghiệm chuyên dụng, đạt tiêu chuẩn Việt Nam cũng như tiêu chuẩn Châu Âu và Quốc tế Hiện nay, sản phẩm này đang được sản xuất theo hệ thống quản lý chất lượng Quốc tế ISO 9001:2000.
Bảng 1.1.Chỉ tiêu kỹ thuật
Chỉ tiêu Mức chất lượng Chỉ tiêu Mức chất lượng
Sai lệch độ vuông góc, không lớn hơn 1 mm Độ hút nước bề mặt, không lớn hơn 0,4 g/cm 2
Cong vênh mặt mài nhẵn, không lớn hơn 0,5 lần Độ hút nước tổng, không lớn hơn 08 % Độ mài mòn lớp mặt, không lớn hơn 0,45 g/cm 2
Cường độ uốn ngang, không nhỏ hơn
Ngoại trừ gạch RT-A, không nhỏ hơn
35 daN/cm Độ chịu va đập, không nhỏ hơn 30 lần Cường độ nén, không nhỏ hơn
Sứt góc lớp mặt Không Độ cứng lớp bề mặt Đạt
Bảng 1.2.Chỉ tiêu kỹ thuật theo hình dạng
Chiều dài cạnh Chiều dày Trọng lượng Kích thước (mm)
Hình vuông 200 ±0,5 21 - 23 ±1 2,2 - 2,4 ±0,2 Hình vuông 250 ±0,5 23 - 25 ±1 3,0 - 3,2 ±0,2 Hình vuông 300 ±0,8 26 - 28 ±1,3 5,2 - 5,7 ±0,3 Hình vuông 333 ±0,8 27 - 29 ±1,3 5,8 - 6,5 ±0,3 Hình vuông 400 ±1 29 - 31 ±1,3 11,5 - 12 ±0,5 Hình chữ nhật 250x250 ±1 31 - 33 ±1,3 9,0 – 9,5 ±0,5 Hình lục lăng 250 ±0,5 24 - 36 ±1 4,0 – 4,02 ±0,2 Hình vẩy cá 400x300 ±0,8 28 - 30 ±1,2 4,5 – 4,8 ±0,3
1.1.3.2 Giới thiệu về gạch terrazzo
Gạch terrazzo được sản xuất bằng cách ép thuỷ lực hai thành phần vữa riêng biệt: lớp bề mặt và lớp dưới Sự khác biệt giữa các viên gạch lát chủ yếu nằm ở hình dạng, kích thước, độ dày và thành phần nguyên liệu của lớp bề mặt Thành phần nguyên liệu này quyết định chất lượng và mỹ thuật của gạch terrazzo.
Gạch lát có mài, hay còn gọi là gạch terrazzo, được làm từ đá cẩm thạch và xi măng, với thành phần chính bao gồm bột đá cẩm thạch, mảnh vụn đá cẩm thạch hoặc granite, bột màu, cùng với xi măng trắng hoặc đen Loại gạch này không chỉ có độ bền cao mà còn được đánh bóng như gương, mang lại vẻ đẹp sang trọng cho không gian Ngoài ra, gạch terrazzo còn có thể được vát cạnh, phù hợp cho các sàn nhà và ứng dụng trang trí.
Gạch lát chịu mài mòn cao có nhiều màu sắc đa dạng (từ 2 đến 5 màu khác nhau), bao gồm các lát đá cẩm thạch lớn ở lớp thứ nhất Cuối cùng, gạch được hoàn thiện với lớp mài, đánh bóng và vát cạnh, cùng với gạch mỏng dùng để lát sàn nhà và ốp tường, đều yêu cầu chất lượng cao.
Hình 1.2 Một số loại gạch terrazzo
Gạch nhám lát ngoài trời, hay còn gọi là "pietrino", được sản xuất từ cát, xi măng, mảnh vụn đá cẩm thạch và bột màu, tạo nên lớp bề mặt chắc chắn Loại gạch này thường được sử dụng để lát vỉa hè, khu vực dành cho người đi bộ, sân chơi, quảng trường và bãi đỗ xe Với cấu trúc bề mặt đa dạng, bao gồm các hoa văn độc đáo và kiểu giả đá, gạch nhám được tạo ra nhờ các đế cao su có hoa văn đặc biệt đặt dưới đáy khuôn.
Gạch lát ngoài trời được sản xuất thông qua quá trình mài hoặc bắn hạt, có thể là hoàn toàn hoặc một phần Quá trình này sử dụng thiết bị đặc biệt để thực hiện mài hoặc bắn hạt, hoặc cả hai Ngoài ra, một phương pháp khác là sử dụng búa gõ, trong đó bề mặt gạch được đập bằng loạt búa chạy bằng khí nén thay vì bắn hạt kim loại hình cầu.
Gạch bê tông rửa là loại gạch có bề mặt được tạo ra từ nhiều hạt có kích thước đa dạng, giúp tăng cường tính thẩm mỹ về hình dạng và màu sắc theo nhu cầu của người sử dụng.
Gạch lát hè, hay còn gọi là gạch tự chèn, được sản xuất bằng công nghệ ép kín hơi OCEM, mang đến nhiều kiểu bề mặt đa dạng như nhám, có mài, bắn hạt hoặc rửa Loại gạch này thường có kích thước nhỏ, phổ biến như 15x15 cm, 15x30 cm, 13x13 cm, 18x24 cm, 20x20 cm và 25x25 cm, với độ dày lớn, đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các công trình lát hè.
Các loại máy ép gạch và thông số kỹ thuật
Hiện nay, nhu cầu sử dụng gạch block trong các công trình xây dựng như nhà ở, xưởng và công trình công cộng đang tăng cao, dẫn đến sự gia tăng nhu cầu về máy ép gạch Hầu hết các loại máy ép gạch tại Việt Nam đều được nhập khẩu từ các quốc gia như Trung Quốc, Đài Loan và Hàn Quốc, với đa dạng mẫu mã và kiểu dáng.
1.2.1 Máy ép gạch block tự động QT 5-15
Hình 1.3 Máy ép gạch block QT 5-15
+ Đặc điểm và tính năng:
- SÊRI QT 5-15 là máy ép gạch block hoàn toàn tự động theo công nghệ Trung Quốc, Đức được nhiều nhà sản xuất gạch ở châu Âu sử dụng
Hệ thống thủy lực sử dụng công nghệ điều khiển tỷ lệ áp lực kép, cho phép điều tiết áp lực của ống dẫn dầu nhánh rời và khối lượng dầu Nhờ vào công nghệ này, có thể sử dụng các vật liệu thô khác nhau để sản xuất ra các sản phẩm cao cấp với chất lượng đồng nhất.
Hệ thống điều khiển điện sử dụng công nghệ PLC để thực hiện quá trình điều khiển thông minh, cung cấp dữ liệu cho thiết bị đầu ra và đảm bảo giao tiếp người - máy hiệu quả Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp các chức năng điều khiển logic an toàn và khả năng chẩn đoán lỗi, nâng cao độ tin cậy và hiệu suất hoạt động.
Hệ thống vật liệu bông sử dụng phương pháp tổ chức nguyên liệu kiểu cưỡng bức và thay đổi không gian khuôn để tối ưu hóa quá trình trộn Bằng cách áp dụng cọc nguyên liệu vòm chuyên dụng và tạo lực tác động hiệu quả, hệ thống này đảm bảo việc khuấy đảo hai lần, giúp trộn đều bông xỉ than đã được nghiền thành bột.
Hệ thống tạo rung được thiết kế với cách sắp xếp tối ưu, giúp truyền động cho trục một cách hiệu quả, đảm bảo tốc độ sản xuất nhanh chóng và độ chính xác cao trong việc tạo khối sản phẩm.
- Khuôn ép: Đảm bảo độ nén cao, đóng trực tiếp dấu mã sản phẩm, giúp tiết kiệm chi phí
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy ép gạch QT 5-15
STT Đặc tính kỹ thuật Thông số
4 Kích thước bản kéo (mm) 1100x550x25
5 Chu kỳ định dạng (giây/lần) 13-18
6 Tổng công suất máy (kW) 19
Bảng 1.4 Sản lượng dự kiến của máy ép gạch QT 5-15 Loại sản phẩm Kích thước Số viên/bản kéo
Gạch nhiều lỗ(Tổ ong) 240x115x90 mm 16 30720
Có thể tạo ra nhiều màu sắc trên bề mặt gạch theo yêu cầu, sử dụng hai nguyên liệu hoàn toàn tự động Quá trình tự động hóa giúp tăng cường lớp lót, đảm bảo mức lún đều và dễ dàng bảo trì, đồng thời xử lý các vấn đề khó khăn một cách hiệu quả.
Các hạng mục dự kiến cho dây chuyền sản xuất gạch block đồng bộ được xây dựng dựa trên mô hình QT 5-15, với các số liệu các hạng mục chỉ mang tính tham khảo.
+ Diện tích mặt bằng toàn nhà máy: 3000 - 5500 m2
Trong đó, bao gồm các hạng mục sau:
- Diện tích kho nguyên liệu và buồng lưu hoá gạch
- Nhà kho và khu vực xây dựng liên quan khác
+ Tiêu hao nước và điện năng sử dụng:
- Tổng công suất điện lắp đặt: 50 kW
- Tiêu hao điện trung bình: 45 kW/h
- Tiêu hao nước trung bình: 8t/ ngày +Công nhân: 9 người
+Lực rung tạo hình: 60 – 65 kN
1.2.2 Máy ép gạch 2 trạm tls-100 tấn bán tự động
(CÔNG NGHỆ OCEM-CASSANI, ITALY)
Hình 1.4 Máy ép gạch 2 trạm tls-100 tấn bán tự động + Đặc tính kỹ thuật :
Bảng 1.5 Đặc tính kỹ thuật máy ép gạch 2 trạm tls-100 tấn bán tự động
STT MODEL NO TLS-100T BÁN TỰ ĐỘNG
1 Kích thước gạch (Dài x Rộng x Cao) :
3 Chu kỳ trung bình 30 giây/viên
4 Lực ép Xilanh thủy lực Ф240 60-100 tấn
5 Hệ thống điều khiển Tự động trong 1 chu kỳ, PLC
7 Nhân lực vận hành 2 công nhân/máy
8 Năng lực sản xuất 900 viên/ca
- Cấp vật liệu lớp mặt (Xi măng màu, cát, đá màu) vào khuôn, rung dàn đều vật liệu
- Cấp vật liệu thô (cát, đá mi bụi, xi măng, nước) vào khuôn, gạt bằng mặt
- Xe con chạy vào vị trí ép gạch, ép gạch, nâng thành khuôn lên
- Công nhân lấy gạch xếp lên Ballet
- Xe con chạy ra tiếp tục chu kỳ mới
- (2 công nhân làm việc 2 bên, tương tự và xen kẽ nhau)
Bảng 1.6 Đặc tính kỹ thuật máy ép gạch ngói màu rls 3000-automatic
STT MODEL NO RLS-3000 TỰ ĐỘNG
3 Chu kỳ trung bình 6 -8 giây/viên
4 Lực ép thủy lực Piston Ф300 110 - 180 tấn
5 Hệ thống điều khiển Tự động, PLC điều khiển
7 Nhân lực vận hành máy 4 công nhân/máy
- Công nhân cấp vật liệu (Xi măng, cát, phụ gia) vào gầu tải
- Gầu tải cấp liệu vào máy trộn, cấp nước, máy trộn vừa trộn vừa nghiền
- Máy cấp phôi vào khuôn, ép, dùng ngói ra tấm thép đỡ
- Công nhân xếp lên giá đi bảo dưỡng
- Tiếp tục chu kỳ mới
Quy trình công nghệ
1.3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất gạch block
Hình 1.5 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất gạch block
NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO (xi măng, cát, phụ gia….)
1.3.2 Một số dây chuyền sản xuất
Hình 1.6 Dây chuyền ép gạch
④ Máy băng tải sản phẩm ẩm
⑤ Máy nâng xếp di động
Nguyên lý sản xuất gạch
1.4.2 Nguyên tắc trộn vật liệu Đối với việc sản xuất cần chú ý đặc biệt tới sự lựa chọn hỗn hợp nguyên liệu.Thiết kế thành phần hỗn hợp dựa trên phương pháp khối lượng tuyệt đối Trong phương pháp này khối lượng tuyệt đối của hỗn hợp nguyên liệu tương đương với tổng khối lượng tuyệt đối của các nguyên liệu thành phần và hàm lượng bọt khí trong hỗn hợp
Tổng khối lượng tuyệt đối của các nguyên liệu thành phần tương đương với tính đồng nhất của hỗn hợp và được thể hiện bằng biểu thức sau:
CKD + Cát + Nước + Sợi + Phụ gia = Khối lượng thể tích hỗn hợp h
CKD CKD CKD CKD h hợp
CKD : Khối lượng của xi măng (kg/m3) C: Khối lượng của cát trong 1m3 (kg/m3)
Trong công thức tính toán, khối lượng của phụ gia siêu dẻo trong 1 m3 được ký hiệu là SP (kg/m3), trong khi tổng khối lượng nước trong 1 m3 được ký hiệu là N (kg/m3) Khối lượng sợi xơ dừa đã xử lý trong 1 m3 được ký hiệu là S (kg/m3) Khối lượng thể tích của hỗn hợp được ký hiệu là γ0h, và khối lượng riêng của nguyên vật liệu được ký hiệu là γα (g/cm3).
1.4.3 Các bước trộn nguyên liệu
Nguyên liệu để sản xuất gạch block bao gồm xi măng, cát và các chất phụ gia, được định lượng theo tỷ lệ nhất định trước khi đưa vào máy trộn Máy trộn sẽ thực hiện việc trộn đều hỗn hợp này Đối với gạch terazzo, quy trình trộn nguyên liệu phức tạp hơn và có những yêu cầu cụ thể hơn.
+ Trộn vật liệu bằng hệ thống trộn liệu tự động: cho lớp thứ nhất
Gạch lát terrazzo bao gồm hai lớp ép chặt với nhau, yêu cầu hai hệ thống trộn riêng biệt Lớp cao cấp được trộn bằng máy trộn hành tinh, sử dụng nguyên liệu như mảnh vụn đá cẩm thạch, bột đá, cát, xi măng, bột màu và nước, tạo thành hỗn hợp bán lỏng (vữa xi măng).
Vật liệu dạng hạt và bột được nạp vào hai phễu 1-2 lần mỗi ngày bằng xe đổ, sau đó tự động được chuyển đến máy trộn hành tinh qua hệ thống nạp rung và nạp kiểu vít trên băng tải cân Mỗi thành phần vật liệu được cân chính xác trước khi đưa vào máy trộn.
Nhiều người sản xuất thường áp dụng 4 phễu chứa liệu để tiết kiệm thời gian và công sức, tránh việc phải đổ hết các hạt đá ra khỏi phễu khi chuyển đổi giữa các loại gạch khác nhau.
Xi măng được cấp vào máy trộn thông qua vít tải, nhận từ sinô sau khi xe tải nạp Trước khi vào máy trộn, xi măng được cân chính xác để đảm bảo lượng cần thiết Trong các dây chuyền hiện đại, bột đá cũng được cung cấp trực tiếp từ xe tải vào silô, sau đó chuyển tới máy trộn qua vít tải Quy trình này giúp giảm bụi bẩn, nâng cao độ chính xác trong định lượng và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Các thành phần vật liệu được đưa vào máy trộn và trộn khô trước khi thêm nước với một lượng đã được xác định Cuối cùng, toàn bộ hỗn hợp sẽ được trộn lại và xả ra khỏi máy trộn Toàn bộ quá trình này thường diễn ra trong khoảng thời gian từ 4 đến 8 phút.
+ Trộn vật liệu bằng hệ thống trộn liệu tự động: cho lớp thứ hai
Việc chuẩn bị vữa cho lớp thứ hai tương tự như lớp đầu tiên, nhưng vữa sử dụng là vữa thông thường với ít thành phần hơn, bao gồm xi măng xám loại 32,5 hoặc 42,5, cát và một lượng nước hạn chế Lượng nước trong lớp thứ hai cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng công trình.
Hệ thống ép kín hơi sẽ khiến lớp thứ hai hấp thụ nước từ lớp thứ nhất Sau khi quá trình trộn cho lớp thứ hai hoàn tất, nguyên liệu sẽ được chuyển qua băng tải đến phễu của máy ép.
1.4.4 Máy trộn kiểu nằm ngang
Máy trộn nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất gạch Giúp tạo ra hộn hợp nguyên liệu đạt tiêu chuẩn cho máy ép
Hình 1.7 Máy trộn nằm ngang
+ Sơ đồ nguyên lý trộn
1.4.5 Quá trình cấp nguyên liệu cho máy ép
Sau khi trộn nguyên liệu bằng máy trộn, bước tiếp theo là đưa nguyên liệu vào khuôn Tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng và điều kiện thực tế, có thể sử dụng công nhân hoặc thiết kế hệ thống tự động để cấp phôi.
Nguyên liệu được đưa vào máy trộn, nơi chúng được trộn đều để tạo thành hỗn hợp đồng nhất Sau khi quá trình trộn hoàn tất, nguyên liệu sẽ được chuyển tiếp vào khuôn của máy ép thông qua các cơ cấu cấp phôi, đảm bảo việc cấp nguyên liệu diễn ra liên tục và đúng khối lượng cần thiết.
+ Thiết kế khuôn theo yêu cầu của của khách hàng:
Dựa vào nhu cầu sử dụng và yêu cầu của khách hàng chúng ta sẽ thiết kế khuôn đẽ tạo ra các mẫu mã phù hợp
Dựa trên những màu cơ bản mà ta tạo ra được những màu mà khách hàng mong muốn
Hình 1.8 Nguyên liệu đã trộn được đưa vào máy ép
Tất cả các lớp nguyên liệu sẽ được đưa vào máy ép thủy lực, trong đó nước từ lớp đầu tiên sẽ thẩm thấu ngược trở lại các lớp nguyên liệu khô Quá trình này tạo ra phản ứng hóa học, giúp các nguyên vật liệu kết hợp chặt chẽ, làm cho viên gạch trở nên cứng chắc hơn.
+ Gạch sẽ được dưỡng hộ trong nước và được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời hoặc sấy cho đến khi khô hoàn toàn
Sau khi được phơi dưới ánh nắng mặt trời cho đến khi khô hoàn toàn, gạch sẽ trải qua quá trình đánh bóng và xử lý bằng sáp phù hợp nhằm hoàn thiện bề mặt.
Hình 1.10 Gạch được đánh bóng
Gạch sẽ được kiểm tra chất lượng một cách nghiêm ngặt từng viên một, và chỉ những viên đạt tiêu chuẩn mới được lựa chọn cẩn thận.
Hình 1.11 Quá trình kiểm tra chất lượng viên gạch
+ Các viên gạch đạt tiêu chuẩn này sẽ được đóng gói và đóng pallet xuất khẩu cho khách hàng theo đúng tiêu chuẩn đóng gói quốc tế
Hình 1.12 Gạch được đóng gói xuất khẩu
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, NỘI
Mục tiêu nghiên cứu
Nguồn nguyên liệu sản xuất gạch block tại Việt Nam rất phong phú và dễ dàng tìm kiếm, khiến loại gạch này trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều công trình xây dựng Với nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng tăng, luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị trong dây chuyền sản xuất gạch không nung Mục tiêu là đáp ứng nhu cầu của ngành xây dựng, mang lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần bảo vệ môi trường.
Đối tượng nghiên cứu
Máy ép gạch block không nung đang trở thành giải pháp hiệu quả trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng nhờ vào năng suất cao và khả năng tận dụng nguyên liệu tự nhiên sẵn có Hệ thống máy ép và trộn nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất gạch block, giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Phạm vi nghiên cứu
Gạch block được chế tạo từ xi măng, cát và các chất độn như sỏi, đá dăm Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực và cấu trúc khung thân trục của máy ép, cũng như máy trộn gạch block không nung.
Nội dung nghiên cứu
- Tính toán toán, thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực theo hành trình và chế độ ép gạch
- Tính toán, hệ thống điều khiển máy nén của máy ép
- Tính toán vận tốc, thiết kế trục cho máy trộn nguyên liệu ảnh hưởng tới độ nhỏ của hạt và chất kết dính giữa các hạt của gạch
2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm a Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố cấu tạo máy đến công suất tiêu hao trong quá trình ép gạch block không nung là rất quan trọng Việc phân tích các yếu tố này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu năng lượng tiêu thụ Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
- Xác định ảnh hưởng của chất lượng gạch tới tốc độ chuyển động của đầu trượt
- Ảnh hưởng của lực ép đến chất lượng của gạch
Tốc độ quay của trục vít có ảnh hưởng đáng kể đến độ mịn và khả năng kết dính của hạt nguyên liệu trước khi tiến hành ép Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố cho thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ quay có thể cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng, từ đó nâng cao hiệu suất trong quá trình sản xuất.
- Xác định sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố tới công suất tiêu hao khi ép gạch block
- Xác định lực tác dụng tạo hình lên sản phẩm, sự ảnh hưởng khi tác dụng lực lên khung thân máy trong quá trình ép gạch
- Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền mỏi của cánh vít xoắn trong quá trình nghiền bột nguyên liệu.
Phương pháp nghiên cứu
2.5.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Sau khi xác định mục tiêu nghiên cứu, việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp là rất quan trọng để đạt hiệu quả tối ưu cho vấn đề đặt ra Phương pháp nghiên cứu khoa học được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng ; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu cơ bản nhằm phát hiện các quy luật chưa được biết đến trong tự nhiên, trong khi nghiên cứu ứng dụng là bước tiếp theo, giúp áp dụng những hiểu biết mới hoặc kiến thức hiện có vào thực tiễn sản xuất.
Nghiên cứu ứng dụng hiện nay đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kỹ thuật mới, cung cấp cơ sở cho việc thu thập dữ liệu, ý tưởng và mẫu thiết kế.
25 và những cái khác được đưa ra Thông qua chúng, các đối tượng, máy mọc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất
Phần lớn nghiên cứu kỹ thuật chủ yếu là nghiên cứu ứng dụng, trong khi nghiên cứu lý thuyết nhằm thiết lập hệ thống quan điểm thông qua việc đưa ra các quy luật mới Nghiên cứu lý thuyết đặc biệt phù hợp khi phân tích các đối tượng và hệ thống có thể phân chia rõ ràng các hiện tượng và quá trình với bản chất vật lý tương đồng.
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là thu thập sự kiện mới và kiến thức khoa học thông qua quan sát đối tượng Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp với các hiện tượng và quá trình đa dạng, việc áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp với lý thuyết tương ứng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn.
Phân tích cho thấy việc sử dụng phương pháp lý thuyết để xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chi tiêu như công suất tiêu hao, năng suất máy và hình dạng, cơ tính độ kết dính của hạt nguyên liệu là cần thiết Tuy nhiên, nghiên cứu toàn diện về mức độ ảnh hưởng và cơ chế tác động của từng yếu tố sẽ tạo ra khối lượng công việc lớn Do đó, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được lựa chọn là phù hợp hơn, nhưng không phải là thực nghiệm thuần túy Chúng tôi kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và thực nghiệm, với lý thuyết làm cơ sở và định hướng ban đầu, nhằm giảm bớt khối lượng công việc và rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
Trong nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp cổ điển cho phép nhà thực nghiệm tiến hành thí nghiệm dựa vào kinh nghiệm và trực giác Các thí nghiệm được thực hiện tuần tự, thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố khác Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có thể tìm kiếm cái mới một cách đơn định giữa các tiêu chí đánh giá và các yếu tố liên quan.
Trong quá trình thực nghiệm, 26 yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt, tuy nhiên việc áp dụng các phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố chỉ cho ra kết quả riêng lẻ, không thể xác định chính xác mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong mối quan hệ tương tác giữa chúng Do đó, việc tìm kiếm phương án phối hợp tối ưu cho các yếu tố ảnh hưởng trở nên khó khăn.
Phương pháp nghiên cứu cổ điển có nhược điểm là không thể quan sát sự chuyển dịch của quá trình, dẫn đến việc tìm kiếm các điều kiện tối ưu thường mang tính chất thụ động.
Nhận thấy những hạn chế của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển, chúng tôi đã chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm Phương pháp này cho phép tiến hành khảo nghiệm máy và thu thập số liệu một cách chủ động, theo một kế hoạch và chiến lược đã được xác định trước.
2.5.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Để xây dựng các công thức toán học tính toán công suất tiêu hao trong quá trình ép, cần tham khảo và phân tích tài liệu liên quan, đồng thời kết hợp tính toán lý thuyết và ý kiến từ nhiều chuyên gia Điều này giúp xác định năng suất của máy, tốc độ ép và lực ép một cách chính xác và hiệu quả.
2.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm a.Thực nghiệm đơn yếu tố
Nguyên tắc chung của phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố là cố định các yếu tố khác trong khi thay đổi một yếu tố duy nhất để xác định ảnh hưởng của yếu tố đó đến kết quả Mục tiêu là xác định khoảng nghiên cứu cho phép của từng yếu tố và các tác động của chúng đến giá trị cực trị của thông số mục tiêu.
Nhiệm vụ chính của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnh hưởng đến các tiêu chí đánh giá, từ đó phân tích mức độ và quy luật tác động của chúng Qua đó, mục tiêu là tìm ra giá trị tối ưu để thiết lập chuẩn cho việc xác định các thông số khác.
27 b Quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố
Trong cơ khí nông nghiệp, phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố rất quan trọng trong thiết kế, chế tạo, sử dụng và thử nghiệm Phương pháp này giúp giảm khối lượng thí nghiệm và xác định đầy đủ mức độ ảnh hưởng của các yếu tố, từ đó tìm ra giải pháp tối ưu cho quá trình nghiên cứu.
Dựa vào điều kiện sản xuất thực tế và cơ sở tính toán lý thuyết, chúng ta tiến hành thiết kế máy ép gạch bloch không nung thông qua phương pháp thực nghiệm đa yếu tố Mục tiêu là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện làm việc và chất lượng sản phẩm.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP GẠCH
Các phương án động học
Sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Hình 3.1 Nguyên lý làm việc của máy ép trục khuỷu thân hở
Khi mở máy, mô tơ 1 quay và bánh đai 2 hoạt động, truyền động qua đai làm cho vô lăng 4 và li hợp 4 quay tự do trên trục khuỷu 5 nhờ vào li hợp hoặc then li hợp ma sát Khi nhấn bàn đạp hoặc nút làm việc, li hợp kết nối trục khuỷu với vô lăng, khiến trục khuỷu quay, trong khi phanh 6 nhả trục khuỷu Thanh truyền 7 đẩy đầu trượt 8 lên xuống Khi không nhấn bàn đạp, li hợp không hoạt động, vô lăng 4 quay tự do và phanh 6 giữ trục khuỷu ở vị trí cần thiết.
- Bền, chắc chắn, tạo lực áp riêng lớn, năng suất cao
- Giá thành thiết kế, chế tạo rẻ
- Làm việcở chế độ cho trước hoàn toàn chính xác b) Nhược điểm:
- Chưa có tính tự động hoá cao
- Tốc độ không đều, gây ra lực quán tính lớn, do đó gây ra rung động nên khó đạt được độ chính xác
Hình 3.2 Nguyên lý làm việc của máy ép lệch tâm
2 Bánh đai 8 Bạc lệch tâm
6 Trục lệch tâm 12 Then chặn
Khi mở máy, mô tơ 1 và bánh đai 2 bắt đầu quay, truyền động qua đai 3 khiến vô lăng và li hợp 4 quay tự do trên trục lệch tâm 6 Khi người dùng nhấn bàn đạp 11, then chắn sẽ được kích hoạt.
Khi 12 rời khỏi vị trí, lò xo kéo theo bán nguyệt quay một góc, làm cho vô lăng gắn liền với trục lệch tâm 6 quay theo Trục lệch tâm sẽ quay theo vô lăng, khiến đầu trượt 9 chuyển động lên xuống Khi nhấn bàn đạp, thanh dây 7 thả trục 6 ra để trục quay theo vô lăng, trong khi phanh hãm giữ vị trí cố định mà không chuyển động theo quán tính Để điều chỉnh hành trình của máy, bạc lệch tâm 8 được lắp vào trục 6 qua rãnh then Khi lắp khuôn, chiều cao kín của máy được điều chỉnh bằng cách tăng giảm chiều dài thanh truyền hoặc điều chỉnh chiều cao bàn máy nếu có khả năng.
+ Ưu và nhược điểm a) Ưu điểm
- Bền, chắc chắn, tạo lực ép riêng lớn
- Dễ thiết kế, chế tạo, giá thành rẻ
- Bàn máy có thể điều chỉnh
- Dễ sử dụng b) Nhược điểm
- Lực ép nhỏ, từ 50 đến 2500 KN
- Khi ép gây ra sự rung động lớn, kém chính xác
- Chưa có tính tự động hoá cao
Hình 3.3 Sơ đồ máy ép sử dụng khí nén và thủy lực 1.Xe khuôn 2.Xylanh đẩy bệ dỡ sản phẩm 3.Xy lanh đẩy thành khuôn dưới 4.Piston
5.Bu lông lò xo 6.Xylanh thủy lực
7 Khuôn 8.Bệ dỡ sản phẩm
9.Xylanh đẩy xe 10.Khung máy
Hai xe mang khuôn số 1 và 2 được điều khiển bởi các xy lanh khí nén, trượt trên các thanh ray để vào vị trí ép Khi xe số 1 với khuôn số 1 đã nạp nguyên liệu, nó sẽ di chuyển vào vị trí ép Xy lanh chính sau đó sẽ ép khuôn xuống để tạo ra sản phẩm Sau khi hoàn tất, xe số 1 sẽ được kéo trở về vị trí ban đầu để lấy sản phẩm và nạp nguyên liệu mới Đồng thời, xe số 2 cũng thực hiện quá trình ép với khuôn thứ 2 tương tự như xe số 1, và khuôn sẽ được đưa trở lại vị trí ban đầu nhờ các bulong treo.
+Ưu và nhược điểm a) Ưu điểm
- Lực ép được kiểm soát chặt chẽ trong từng chu kỳ
- Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, cố định ở bất kỳ vị trí nào hành trình làm việc khi xảy ra quá tải
- Lực tác dụng làm biến dạng vật liệu rất êm và từ từ
- Tốc độ chuyển động của xe mang khuôn ép cố định và có thể điều chỉnh được, có thể thay đổi được chiều dài hành trình
- Làm việc không có tiếng ồn
- Hệ thống điều khiển tự động hoá
- Năng suất hiệu quả cao b) Nhược điểm
Phương án số 3 được xem là tối ưu do đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật của viên gạch và đảm bảo chu kỳ ép hoàn chỉnh trong quá trình tạo hình.
- Nguyên liệu được cấp đầy vào trong lòng khuôn,rồi xe khuôn được xylanh kéo vào vi trí làm việc
- Khuôn trên được gắn vào xylanh thủy lực di xuống thực hiên quá trình ép gạch
Sau khi quá trình ép hoàn tất, hệ thống dỡ sản phẩm sẽ hoạt động để lấy sản phẩm ra Đồng thời, khuôn còn lại cũng đã được cấp nguyên liệu và sẵn sàng cho quá trình ép tiếp theo.
Trong quá trình chuyển động, sự phối hợp nhịp nhàng là rất quan trọng, đặc biệt là chu kỳ xuống của chày trên Giai đoạn đầu tiên, chày trên đi xuống với cường độ nhỏ 50 Kg/cm² Cuối giai đoạn này, khuôn cần được nâng lên để tạo khe hở nhỏ giúp thoát khí, đảm bảo không khí được loại bỏ trong các giai đoạn tiếp theo khi khuôn đóng kín hoặc mở Giai đoạn sau thực hiện với lực ép lớn hơn và tăng dần, đạt được áp suất ép cần thiết.
320 Kg/cm 2 Để sản phẩm đạt được sức bền uốn và sự chống nén
- Hơn nữa, máy ép gạch nằm trong dây chuyền sản xuất gạch nên nó phải đảm bảo năng suất để cho dây chuyền hoạt động tốt
Việc phân tích các đặc tính kỹ thuật của viên gạch, chu kỳ ép và dây chuyền sản xuất gạch cho thấy rằng việc lựa chọn máy ép gạch thủy lực là phương án hợp lý nhất Máy ép thủy lực không chỉ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mà còn mang lại những ưu điểm vượt trội trong quá trình sản xuất, đồng thời khắc phục được những nhược điểm của các loại máy khác.
Tính toán, thiết kế hệ thống thủy lực
+ Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Hình 3.4 Sơ đồ thủy lực máy ép gạch
2 Bơm dầu 7 Xy lanh thủy lực
3 Van tràn 8 Van một chiều
4 Van tiết lưu 9 Bể dầu
Dầu được bơm lên qua bộ lọc 1 và đến van phân phối 3, sau đó chảy từ cửa P sang A qua van tiết lưu 4, điều chỉnh lưu lượng dầu vào xi lanh chính để thực hiện quá trình ép Khi van phân phối 3 chuyển sang vị trí dầu hồi về, dầu từ xi lanh sẽ chảy qua van một chiều về A và đến cửa T để trở về thùng, kết thúc hình trình làm việc.
Các thông số đầu vào:
- Lực ép lớn nhất Fmax = 100 000 kg = 1 000 000 (N)
- Vận tốc ép : vmin = 600 (mm/phút)
- Vận tốc chạy nhanh : vmax = 1200 (mm/phút)
Khi trục ép tiến vào khuôn lượng dầu hồi về bể được điều chỉnh bởi van tiết lưu đặt ở đường ra
Lượng dầu tối đa chảy qua van tiết lưu ta chọn là Qmax = 30 (l/phút)
Qmin được xác định dựa trên khả năng dẫn dầu tối đa của van tiết lưu Để làm điều này, chúng ta tham khảo bảng đặc tính kỹ thuật của các loại van tiết lưu từ nhiều hãng sản xuất nổi tiếng trên thế giới, bao gồm các sản phẩm từ Nga và Pháp.
Thiết diện làm việc của Piston được tính theo công thức
35 Đường kính của xylanh được tính theo công thức:
Trên cơ sở Qmin và Qmax ta chọn van tiết lưu
Van tiết lưu chọn có lưu lượng lớn nhất là Qmax= 20 30 (lít/phút)
Để đảm bảo hiệu suất tối đa trong quá trình gia công, việc tính toán áp suất cần thiết cho chày ép là rất quan trọng Trong quá trình này, cần xem xét tổn thất áp suất của các cơ cấu dầu ép, được xác định thông qua đồ thị và sổ tay thiết kế Đối với van đảo chiều, tổn thất áp suất tại cửa vào và cửa ra được ước lượng là: Δp1 = 0,15 (MPa).
Với chiều dài đường ống dẫn ở đường vào là l= 2(m) đường kính trong của đường ống d = 8(mm)
Với lưu lượng Q = 30 lít/phút, đường kính trong của ống là d = 8 mm và độ dài đường ống là l = 4 m, khi tra đồ thị trong sách truyền động dầu ép của máy ép, ta nhận thấy có tổn thất xảy ra trên đường vào.
p ’ 2 = 2 (MPa) Van tiết lưu duy trì áp suất
p3 = 2 (MPa) Tổn thất trên các ống nối của đường vào cũng như đường ra có thể lấy
Tổn thất ở van khoá lẫn trên đường ra lấy
Áp suất tối thiểu được tính toán là p2 = 4,7 MPa, bao gồm các yếu tố áp suất chênh lệch như p1, p2, p2’, p3, p4 và p5 Để đảm bảo buồng xylanh hoạt động hiệu quả, áp suất cần thiết phải vượt qua lực ép và lực ma sát Theo phương trình cân bằng tĩnh, ta có p1.S1 = p2.S1 + Fép + Fms, từ đó suy ra p1 = p2.
Fms - là lực ma sát giữa Piston và xylanh thuỷ lực được tính theo công thức
Trong đó: h - là chiều rộng ổ đệm: h = hi.i hi - là chiều rộng của vòng đệm i - là số vòng đệm
Theo thiết kế hi = 12 mm, i = 2 => h = 24 (mm)
- là ứng suất riêng (giả sử ổ đệm bôi trơn bằng dầu khoáng)
Thay vào biểu thức trên ta có p1 = 1000000 3905 4 6
Để tính áp suất bơm cần cung cấp cho W1, ta có độ giảm áp trên van khoá là p7 = 1-3 (MPa), chọn p7 = 2 (MPa) và độ giảm áp trên van giảm áp là p8 = 3 (MPa) Áp suất bơm cần thiết được tính như sau: p = p1 + p1 + p2 + p4 + p6 + p7, với các giá trị p1 = 27, p1 = 0,15, p2 = 0,25, p4 = 0,15, p6 = 2 và p7 = 3, dẫn đến p = 32,55 (MPa) Để đảm bảo áp suất cần thiết, ta tính tổn thất bộ lọc và điều chỉnh áp suất bơm lên 35 (MPa).
Lưu lượng lớn nhất mà bơm tạo ra lúc lùi nhanh được tính theo công thức:
Qmax1 = 54,25.10 3 (cm 3 /phút) = 54 (lít/phút)
3.2.3 Lựa chọn một số thiết bị cho hệ thống thủy lực a) Xy lanh, Piston thủy lực
Từ kết quả tính toán ta chế tạo Xylanh và Piston theo bản vẽ sau:
Hình 3.5 Bản vẽ chế tạo xylanh
Hình 3.6 Bản vẽ chế tạo Piston b) Chọn bơm dầu
Bơm dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng, chuyển cơ năng thành động năng thông qua áp suất dầu Trong hệ thống dầu ép, chỉ sử dụng bơm thể tích, loại bơm này hoạt động bằng cách thay đổi thể tích của các buồng làm việc Khi thể tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu vào, và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra, hoàn thành chu trình nén.
Với tính toán như trên ta có:
- Áp xuất cần thiết là: p= (250-320) bar
- Lưu lượng lớn nhất cần cung cấp là : = 54 lít/phút Đặc điểm các loại bơm như sau:
- Bơm bánh răng: Rẻ tiền, cấu tạo đơn giản, bền nhưng hiệu suất thấp, lưu lượng cố định, không thay đổi được, áp lực làm việc thấp
- Bơm cánh gạt: Rẻ tiền, cấu tạo đơn giản, bền Hiệu suất thấp, lưu lượng chỉ thay đổi được trong phạm vi hẹp, áp lực làm việc thấp
- Bơm Piston hướng trục: thường dùng cho trường hợp cần tạo áp lực rất cao, nhưng lưu lượng yêu cầu thấp
- Bơm Piston đồng trục: thiết kế rất đa dạng, lưu lượng thay đổi dễ dàng, thuận tiện cho việc điều khiển tự động công suất theo phụ tải
Để đáp ứng yêu cầu về lưu lượng lớn và áp suất không cao, loại bơm cánh gạt là sự lựa chọn tối ưu Bơm cánh gạt được ưa chuộng nhờ vào tính ổn định về lưu lượng và hiệu suất thể tích cao Hơn nữa, lưu lượng bơm có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua việc thay đổi bộ lệch tâm.
Ta tính được công suất cần thiết của bơm như sau:
Với các yêu cầu đó ta chọn mua loại bơm cánh gạt có ký hiệu: YO2C do hãng Yuken (Nhật Bản) sản xuất với các thông số như sau:
- Áp suất cung cấp : 50 bar
- Lưu lượng tối đa:100 lít/phút
Hình 3.7 Bơm cánh gạt c) Chọn van an toàn và van tràn
Van an toàn là thiết bị quan trọng trong hệ thống dầu ép, giúp ngăn ngừa tình trạng quá tải Khi áp suất dầu vượt quá mức cho phép, van an toàn sẽ tự động mở, cho phép dầu trở lại bể dầu, từ đó giúp giảm áp suất trong hệ thống.
Van an toàn không chỉ giữ áp suất ổn định trong hệ thống dầu ép mà còn hoạt động như van áp lực hoặc van tràn, giúp xả bớt lượng dầu thừa về bể dầu.
Van tràn hoạt động thường xuyên hơn so với van an toàn, vì vậy cần chú ý đến độ chịu mòn giữa các bề mặt khép kín Do làm việc liên tục, độ kín của van tràn không yêu cầu cao hơn so với van an toàn.
Van tràn tự động và van an toàn đều có chức năng quan trọng trong hệ thống dầu ép, nhưng khác nhau ở cách hoạt động Van tràn tự động điều chỉnh áp suất để duy trì sự ổn định trong hệ thống, trong khi van an toàn chỉ mở ra khi có tình trạng quá tải để dẫn dầu ra ngoài Mặc dù chức năng khác nhau, cả hai loại van này có cấu trúc tương tự, cho phép chúng có thể thay thế cho nhau trong nhiều trường hợp.
Hình 3.8 Cấu tạo van an toàn
2: Lò xo2 6: Tiết diện chảy
Khi dầu được dẫn vào van phía dưới và phía trên của Piston (5), áp suất dầu trên cả hai bên đều bằng nhau Nếu áp suất chưa đủ để vượt qua lực lò xo (1), Piston sẽ đứng yên Khi áp suất tăng lên P3, van sẽ mở, cho phép dầu chảy qua Piston và trở về bể dầu Do sức cản của lỗ tiết lưu (7), áp suất P2 sẽ thấp hơn P1, tạo ra hiệu áp P = P1 - P2 giữa hai phía của Piston, khiến Piston di chuyển lên trên Dầu sẽ chảy qua các rãnh (6) về bể dầu, và cả hai van sẽ hoạt động đồng thời.
Nếu áp suất giảm, van bi sẽ đóng lại, hiệu áp P=0,lò xo (2) sẽ đưa Piston về phía dưới của van
Hiệu áp P chịu ảnh hưởng từ kích thước của lỗ tiết lưu và lưu lượng đi qua lỗ này Độ chính xác trong việc điều chỉnh áp suất của van sẽ cao hơn khi lưu lượng qua van bi được giữ ở mức thấp.
Van tiết lưu hoạt động êm ái, không gây chấn động và có khả năng điều chỉnh áp suất trong khoảng rộng từ 5 đến 63 bar hoặc cao hơn Một đặc tính quan trọng của van là sự thay đổi áp suất điều chỉnh P1 khi lưu lượng Q thay đổi; sự thay đổi này càng ít thì hiệu suất làm việc của van càng cao.
Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép
Van tiết lưu có thể đặt ở đường đầu vào và đường đầu ra của cơ cấu chấp hành
Van tiết lưu gồm hai loại điều chỉnh dọc trục và điều chỉnh quanh trục đối với hệ thống ta chọn van tiết lưu phải đảm bảo
- Điều chỉnh lưu lượng chính xác
- Ổn định khi điều chỉnh lưu lượng bé
- Đơn giản, đảm bảo thẩm mỹ của kết cấu máy
Do đó ta chọn van tiết lưu cho hệ thống là van tiết lưu điều chỉnh quanh trục
Hình 3.9 Cấu tạo van tiết lưu
1 Chốt tiết lưu ; 2 Rãnh tiết lưu ; 3 Lỗ dẫn dầu ra ngoài
Tính toán, thiết kế hệ thống khí nén
3.3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống khí nén cho máy ép gạch
3.3.2 Xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén
Ta xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén cho máy ép gạch theo sơ đồ tiêu chuẩn Din như sau:
Từ đó ta có sơ đồ hệ thống khí nén như sau:
Van đảo chiều,Van tiết lưu…
Van logic,Role thời gian
Máy nén khí và thiết bị xử lý
Cơ cấu chấp hành Xylanh,động cơ
Phần tử xử lý tín hiệu
Phần tử tạo tín hiệu
Phần tử cung cấp NL
48 tc 40 10 -0 3 tr 3 000 -0 3 tg u 6 3 700 Kh uô n tr á i tg u 6 3 800 Kh uô n ph ả i tg u 1 0 0 100 tr 3 000 -0 3 tg U 6 3 700 tg U 6 3 800 tg U 1 0 0 100
(SL:02 ) tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 bes n-03 ( S l :0 6 ) tg 2531- 1 0
- Khí được qua bộ lọc TC 4010 – 03 ( kiêm tiết lưu)
- Qua van phân phối TG2531 -10 để đến khuôn trái
- Nhờ vào hệ thống điều khiển điện khí nén được đi vào xylanh TGS 60x800 để kéo xe khuôn vào vị trí làm việc
- Sau khi thực hiện quá trình ép sản phẩm, thì khí nén được chuyến đến TGS 100x100 nâng thành khuôn dưới
Khí nén được chuyển đến TGS 60x700 để đẩy bệ dỡ sản phẩm ra và lấy sản phẩm, sau đó kéo về vị trí ban đầu Tiếp theo, khí nén được chuyển đến TGS 100x100 để hạ thành khuôn về vị trí cũ.
- Sau khi hạ thành khuôn, khí nén được đưa vào TGS 60x800 để đẩy xe khuôn về vị trí tiếp phôi liệu
- Sau khi khuôn trái được về vị trí tiếp phôi liệu, van phân phối TG2531-
10 chuyển khí nén sang khuôn phải
- Hệ phân phối khí của khuôn phải lúc này tương tự với hệ thống phân phối của khuôn trái ở trên
3.3.3 Tính, chọn các phần tử khí nén
Tính chọn xy lanh khí nén
Lực đẩy phát sinh khi xylanh hoạt động phụ thuộc vào nguồn áp suất, đường kính xylanh và lực ma sát của các đệm
Lực đẩy lý thuyết được xác định theo công thức sau:
A – Bề mặt làm việc của piston (cm2)
P - Áp suất cung cấp (kPa, 105N/m2, bar, 14,5 psi)
Lực đẩy lý thuyết thường có sai số so với lực đẩy thực tế, do đó để xác định lực đẩy thực, cần xem xét các sai số liên quan đến sức cản và ma sát Trong điều kiện làm việc bình thường với áp suất từ 400 đến 800 kPa (4 đến 8 bar), lực ma sát có thể được giả định dao động trong khoảng 3% đến 20% lực đẩy lý thuyết.
Lực đẩy thực tế như sau:
+ Xy lanh tác động kép:
- Hành trình ngược: = A’.P – trong đó:
A : bề mặt làm việc của piston ( ):A= /4 A’ : bề mặt làm việc của piston, phía có cần (cm2): A = π.( – )/4
D : đường kính xylanh (cm) d : đường kính cần piston (cm)
Ta tính chọn cho xy lanh làm nhiệm vụ kéo và đẩy xe mang khuôn
Theo catalog của hãng STNC (chuyên sản xuất các thiết bị khí nén và thủy lực) ta chọn các xy lanh có ký hiệu :
Hình 3.12 Xy lanh khí nén
Ta xác định lực đẩy lý thuyết:
Lực đẩy lý thuyết là lực cần thiết để vượt qua trọng lượng của xe khuôn Sử dụng phần mềm AutoDesk Inventor, sau khi hoàn thành việc vẽ mô hình 3D của cụm xe khuôn, chúng ta có thể xác định được khối lượng của cụm xe khuôn một cách chính xác.
Hình 3.13 Khối lượng xe khuôn Khối lượng xe mang khuôn 270 (kg)
Lực đẩy lý thuyết phải thắng được trọng lượng của xe mang khuôn nên ta có > P
Tiết diện bề mặt làm việc của piston là :
Để xylanh có thể đẩy được xe khuôn, lực đẩy cần phải lớn hơn trọng lượng của xe Áp suất tối thiểu cần cung cấp cho xylanh khí nén được tính bằng công thức p = Flt.k, với Flt = 4500 và k = 0,01 (hệ số ma sát lăn), dẫn đến lực đẩy là 45 N Do đó, áp suất cần thiết là 14423 N/m².
Tiết diện bề mặt làm việc của piston phía có cần là:
Lực ma sát : = (3÷20%) ta chọn = 20% = 0,2.4500 = 900 (N)
Từ đó ta tính được:
Lực đẩy thực tế của hành trình tới (thuận):
- Lực đẩy lý thực tế của hành trình về (ngược):
Kết luận: Lực đẩy trong cả hành trình thuận và hành trình ngược đều lớn hơn trọng lực P, giúp công việc trở nên dễ dàng hơn Khi chọn máy nén khí, áp suất và lưu lượng không khí cung cấp là hai tiêu chí quan trọng Máy nén khí có thể được phân loại theo nhiều loại khác nhau.
Máy thể tích hoạt động bằng cách dẫn không khí vào buồng chứa, nơi thể tích của buồng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi áp suất theo định luật Boyle - Mariotte Các loại máy nén khí như máy nén kiểu Piston, bánh răng và cánh gạt đều áp dụng nguyên lý này để tạo ra áp suất khí hiệu quả.
Máy động năng sử dụng nguyên lý dẫn không khí vào buồng chứa để tạo ra áp suất khí nén thông qua động năng của bánh dẫn Nguyên tắc này cho phép sản xuất khí nén với lưu lượng và công suất lớn, điển hình là máy nén khí kiểu ly tâm.
Chọn máy nén khí kiểu piston nhiều cấp với nguyên lý làm việc như sau:
Hình 3.14 Cấu tạo máy nén khí Không khí sau khi qua bộ phận lọc khí (1) được nén ở thân máy nén khí
Khí nén được đẩy vào bình chứa trung gian sau đó được làm mát tại bộ phận làm mát Tiếp theo, khí nén đi vào bình chứa khí nén Van điện từ điều chỉnh thông khí thông qua ống dẫn giữa thân máy nén khí và van một chiều trước bình chứa khí nén, đảm bảo áp suất trong bình được duy trì ổn định.
Hệ thống máy nén khí bao gồm 54 chứa (5) đạt tiêu chuẩn, với truyền động đai (7) từ động cơ điện (8) đến quạt gió (9) Quạt gió (9) và bánh đai truyền (10) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra luồng không khí làm mát Cả động cơ điện (8) và thân máy nén khí (2) được lắp đặt trên khung giảm chấn (11) để đảm bảo hoạt động ổn định.
Máy nén khí kiểu Piston có bộ phận giảm chấn và độ căng của đai truyền được điều chỉnh bằng bộ phận chuyên dụng Công tắc tự chọn có khả năng thực hiện hai chức năng: ngừng hoạt động khi đạt được phạm vi áp suất yêu cầu và ngừng khi chạy không tải Khi ngừng hoạt động do đạt phạm vi áp suất yêu cầu, rơ le áp suất sẽ được kích hoạt Máy nén khí kiểu Piston có nhiều ưu điểm nổi bật.
Máy nén khí kiểu piston có thiết kế gọn gàng và trọng lượng nhẹ, giúp tiết kiệm diện tích lắp đặt Thiết bị này dễ dàng tháo lắp các cụm chi tiết và có khả năng tạo ra áp suất lớn từ 2-1000 kg/cm2, thậm chí có thể đạt áp suất cao hơn Chính vì vậy, máy nén khí kiểu piston được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
Do có các khối lượng tịnh tiến qua lại nên máy nén khí piston hoạt động không cân bằng, làm việc còn khá ồn và rung động
Khí nén cung cấp không được liên tục, do đó phải có bình chứa khí nén đi kèm
Căn cứ vào các đặc điểm trên ta chọn mua loại máy có kí hiệu: Fusheng HVA-65
Với các thông số như sau:
Loại máy Máy nén khí kiểu piston
Công suất máy(w) 750 lưu lượng khí nén( 154 Áp suất khí (bar) 7
Giá bán(VND)ngày 19/05/10 6.500.000 c) Chọn các thiết bị xử lý khí nén
Bộ lọc có nhiệm vụ loại trừ tạp chất và ngưng tụ hơi nước, giúp không khí được nén vào bình chứa Qua cửa xoắn, không khí tạo ra chuyển động xoắn và lực ly tâm, làm lắng các phần tử lỏng và rắn Tạp chất được thải ra ở đáy bình và cần được xả trước khi đạt mức cao nhất Các phần tử rắn lớn hơn kích thước lỗ lọc sẽ bị giữ lại, gây nguy cơ tắc nghẽn và cần được làm sạch hoặc thay định kỳ Kích thước lỗ lọc thường từ 30 đến 70 micromet, có thể đạt tới 0,01 micromet Khi nước ngưng tụ đạt mức giới hạn, sẽ được thải ra bằng vít hoặc xả tự động.
Hình 3.15 Các loại bộ lọc Tra theo Catalog của hãng NTSC (Trung Quốc) ta chọn loại bộ lọc có ký hiệu: TC 4010-03
Bộ điều chỉnh áp suất giữ áp suất thứ cấp ổn định khi áp suất sơ cấp thay đổi, với điều kiện áp suất sơ cấp luôn cao hơn áp suất thứ cấp Màng trong bộ điều chỉnh bị tác động bởi áp suất thứ cấp và lò xo, giúp điều chỉnh áp suất Khi áp suất sơ cấp tăng, con trượt giảm tiết diện dòng khí, giữ áp suất thứ cấp không đổi Ngược lại, khi áp suất sơ cấp giảm, lò xo đẩy con trượt tăng tiết diện dòng khí, cũng giữ áp suất thứ cấp ổn định Nếu áp suất thứ cấp tăng mạnh, màng bị nén và tạo lối thoát cho khí nén qua hai lỗ bên dưới.
+) Chọn các phần tử điều khiển khí nén
Các phần tử điều khiển bao gồm van phân phối và van tiết lưu Theo catalog của hãng NTSC, loại van phân phối được chọn có ký hiệu TG2531-.
10 có cấu tạo như hình sau:
Hình 3.16.Các loại van phân phối
Tính toán, thiết kế kiểm nghiệm phần khung thân
3.4.1 Thiết kế khung thân theo phương pháp hàn
3.4.2 Chuẩn bị phôi trước khi hàn
Tùy thuộc vào kiểu lắp ghép các chi tiết, việc chuẩn bị phôi khác nhau là cần thiết để đảm bảo mối hàn chắc chắn và thẩm mỹ cho sản phẩm Trong thiết kế khung máy ép, chủ yếu sử dụng các mối hàn liên kết chữ T, do đó cần áp dụng các phương pháp hàn phù hợp như minh họa trong hình vẽ dưới đây.
Các trị số trên hình vẽ đều được tra trong bảng của “Sổ tay hàn”
3.4.3 Một số công nghệ hàn hiện nay
Hàn là một phương pháp công nghệ dùng để nối hai hoặc nhiều phần tử thành một liên kết vững chắc và không tháo rời Quá trình này sử dụng nguồn nhiệt, hoặc kết hợp giữa nhiệt và áp lực, để nung chỗ nối đến trạng thái hàn, có thể là lỏng hoặc dẻo Sau khi đạt được nhiệt độ cần thiết, kim loại sẽ kết tinh từ trạng thái lỏng hoặc được ép dưới áp lực trong trạng thái dẻo, tạo ra mối hàn chắc chắn giữa các phần tử.
Hiện nay, hàn được chia thành hai nhóm chính là hàn nóng chảy và hàn áp lực Trong mỗi nhóm này, có nhiều loại hàn khác nhau, bao gồm một số kiểu hàn tiêu biểu mà chúng ta có thể điểm qua.
- Hàn đắp: Là phủ lên trên lớp bề mặt của chi tiết một lớp kim loại
- Hàn chảy: Là phương pháp hàn mà trạng thái chỗ hàn kim loại được làm chảy để nối các phần tử liên kết
Hàn hồ quang bằng que hàn là phương pháp sử dụng nhiệt từ hồ quang để làm chảy kim loại phụ (điện cực nóng chảy – que hàn) và mép hàn của kim loại cơ bản.
Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy là phương pháp hàn sử dụng điện cực không nóng chảy, chẳng hạn như điện cực vonfram Điện cực này có nhiệm vụ tạo ra hồ quang và duy trì sự cháy của hồ quang trong suốt quá trình hàn.
Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ là phương pháp hàn mà hồ quang hoạt động trong vùng khí bảo vệ, chẳng hạn như khí argon, giúp tạo ra hồ quang dễ nhìn thấy Các loại hàn phổ biến trong phương pháp này bao gồm hàn TIG, MIG và MAG.
Khung thân máy được cấu thành từ bệ máy ngang, bệ máy đứng và các tấm đỡ, tất cả đều được chế tạo bằng phương pháp hàn và bắt ốc từ các tấm thép Sau khi hoàn thành, các bộ phận này sẽ trải qua quá trình kiểm nghiệm độ bền để đảm bảo chất lượng.
Trước khi tiến hành hàn, cần đảm bảo các chi tiết không bị cong, vênh và được làm sạch đúng cách Mối hàn phải được làm vát theo tiêu chuẩn AASHTO và đảm bảo đạt tiêu chuẩn về hàn kết cấu dầm chịu lực, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về mặt chất lượng.
Trong quá trình thẩm mỹ mối hàn, cần đảm bảo rằng các mối hàn không bị rỗ xỉ và khí bên trong Sau khi hoàn tất việc hàn, việc kiểm tra bằng siêu âm là cần thiết để phát hiện kịp thời các khuyết tật Sau đó, mối hàn cần được nắn phẳng và để ngoài trời nhằm ổn định tổ chức tế vi, trước khi tiến hành gia công tinh các bề mặt lắp ghép.
Mô hình 3D tổng thể phần khung thân được mô phỏng bằng phần mền AutoDesk Inventer như sau:
Phần bệ máy nằm ngang được chế tạo từ các tấm thép CT3 dày 10mm, được hàn chắc chắn với nhau Khung bệ máy được hình thành từ các tâm thép hàn nối với các tấm đế, đảm bảo độ bền và ổn định cho thiết bị.
Các kích thước được thể hiện như bản vẽ sau:
Hình 3.19 Kích thước bệ máy ngang và mô hình 3D
Thân máy đứng được cấu tạo từ hai tấm đứng đã qua gia công tạo hình, sau đó được hàn lại với các vách máy và gân tăng cứng để đảm bảo độ bền và ổn định cho cấu trúc.
Với các kích thước cụ thể như sau:
3.4.7 Kiểm nghiệm độ bền mối hàn chịu lực
Ta thực hiện kiểm nghiệm độ bền mối hàn giữa bệ đỡ xe khuôn và khung máy Xe khuôn di chuyển trên các thanh ray, trong khi các thanh ray được hỗ trợ bởi các gối đỡ Các gối đỡ này được hàn gắn chắc chắn vào khung máy.
Hình 3.21 Mối hàn bệ đỡ xe khuôn
Trong quá trình kiểm tra độ bền của mối hàn gối đỡ thanh ray, chúng ta có 8 gối đỡ được hàn vào thân máy, đóng vai trò quan trọng trong việc đỡ xe khuôn Các gối đỡ này được coi như dầm với sơ đồ đặt lực cụ thể.
Các gối đỡ sẽ chịu lực P chính là tải trọng của xe khuôn.Tổng trọng lượng của 2 xe khuôn tính được như sau:
= 270x2T0 (kg) lấy ≈ 600(kg) (tính cả khối lượng các thanh ray)
Mà chúng ta có 8 gối đỡ như vậy 1 gối đỡ sẽ chịu lực P trung bình là:
Lực P sẽ gây ra mônen uốn M và làm xuất hiện ứng suất tiếp trên mặt cắt nguy hiểm:
Trong đó: τ : Ứng suất tiếp trên mặt cắt nguy hiểm
M:mômen uốn do ngoại lực gây ra
' w X:momen chống uốn tính toán của chu vi đường hàn
:Ứng suất cho phép của mối hàn tra theo vật liệu hàn
Với Jx là momen quán tính của chu vi đường hàn
:hệ số liên quan đến phương pháp hàn
Theo sách tài liệu kết cấu hàn ta có công thức tính Jx như sau:
Các kích thước K,b,h được xác định từ mặt cắt mối hàn như sau:
K là cạnh mối hàn góc K= 6mm
Từ đó ta tính được :J x J x1 2 J x2
Do ta chon phương pháp hàn bán tự động trong môi trường khí hoạt tính nên ta có β=0,8.Từ đó ta tính được:
J ' X .J X 0,8.73,42 58,74 cm 4 Ứng suất do momen gây ra tại mép của mối hàn là:
Diện tích tính toán của các mối hàn đứng là:
Với F =2.3.0,6=3,6 ) => Fd.F=0,8.3,6 = 2,88 ) Ứng suất tiếp trung bình trong các mối hàn đứng là:
= 260,4 Kg/ Ứng suất tổng sẽ là:
Kg/ (đối với vật liệu là thép CT3)
Như vậy độ bền của liên kết hàn được đảm bảo
Khi máy hoạt động xe khuôn chạy trên các thanh ray nên sẽ gây ra tải trọng thay đổi Khi đó ta sẽ có: td
Với : Hệ số tải trọng động được tính theo công thức:
ch , b , : Đặc tính vật liệu của kim loại.Vơi vật liệu đã chọn ta có ch 240MPa ; b 380MPa ; 0,34
KT=1,01,2: Phương pháp hàn bán tự động
(chuyển động của xe khuôn la thẳng đều và tịnh tiến nên r = 1
Vậy các gối đỡ đủ bền ngay cả khi chịu tải trọng thay đổi