Trạm trộn bêtông phải có khả năng sản xuất được bêtông hỗn hợp (dạng khô dạng ướt) có nhiều mác bêtông với các thành phần cấp phối khác nhau với thời gian điều chỉnh là nhỏ nhất. Trạm trộn bêtông phải được trang bị hệ thống điều khiển có thể làm việc ở cả ba chế độ điều khiển: Bằng tay, bán tự động và tự động. Trạm trộn phải đảm bảo xả hỗn hợp bêtông dễ dàng, tiện lợi cho các phương tiện vận chuyển khác. Việc vận chuyển bêtông phải khoa học tiện lợi và dễ dàng để tránh hiện tượng dồn ứ ách tắc giao thông. Tuỳ thuộc vào mục đích chức năng, công suất và đặc tính của đối tượng tiêu thụ hỗn hợp bêtông mà lựa chọn phương án thiết kế trạm trộn bêtông sao cho phù hợp và hiện đại.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. Ta lựa chọn phương án theo chỉ tiêu cấp liệu cho trạm.
QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
Giới thiệu chung về bê tông
Bê tông đóng vai trò quan trọng trong ngành xây dựng, vì chất lượng của nó là yếu tố quyết định đến độ bền và an toàn của công trình Để đánh giá chất lượng bê tông, cần xem xét các thành phần cấu thành như cát, đá, nước và xi măng.
Bê tông là loại đá nhân tạo được tạo ra từ sự kết hợp giữa chất kết dính vô cơ như ximăng, thạch cao, vôi và cốt liệu như sỏi, cát, đá, cùng với nước Quá trình đông kết của hỗn hợp này có thể diễn ra tự nhiên hoặc nhân tạo Sau khi trộn đều, hỗn hợp bê tông cần đạt độ dẻo nhất định để dễ dàng tạo hình và dầm chặt.
1.1.1 Các thành phần cấu tạo bê tông
Việc lựa chọn xi măng là yếu tố quan trọng trong sản xuất bê tông, với nhiều loại xi măng khác nhau Xi măng có mác cao mang lại khả năng kết dính tốt hơn, nâng cao chất lượng bê tông, nhưng giá thành cũng rất cao Do đó, trong thiết kế, cần đảm bảo chất lượng kỹ thuật đồng thời cân nhắc yếu tố kinh tế.
Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng giữa các hạt cốt liệu, góp phần vào tính linh động của bê tông Mác xi măng cần phải lớn hơn mác bê tông sản xuất, và sự phân bố cũng như tính chất của các hạt cốt liệu ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của bê tông.
Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại bê tông, có thể sử dụng các loại xi măng khác nhau như xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng nền sunfat, xi măng pooclăng xỉ, xi măng puzolan và các chất kết dính khác để đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết.
Cát sử dụng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hoặc cát nhân tạo, với kích thước hạt từ 0.4 đến 5mm Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, tạp chất và kích thước hạt Trong bê tông, cát chiếm khoảng 29% thành phần.
1.1.1.3 Đá dăm Đá dăm có nhiều loại tuỳ thuộc vào kích cỡ của đá, do đó tuỳ thuộc vào kích cỡ của bê tông mà ta chọn kích cỡ đá phù hợp Trong thành phần của bê tông đá dăm chiếm khoảng 52%
Nước sử dụng trong sản xuất bê tông cần phải đạt tiêu chuẩn chất lượng nhằm đảm bảo không ảnh hưởng đến quá trình ninh kết của bê tông và khả năng chống ăn mòn của các kim loại.
Trong quá trình sản xuất bê tông, người ta thường thêm các chất phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ để cải thiện một số tính chất của bê tông, đảm bảo đáp ứng yêu cầu sử dụng Các chất phụ gia này được lựa chọn với tỉ lệ hợp lý Hỗn hợp bê tông bao gồm ximăng, phụ gia và nước, tạo thành hồ kết dính Cốt liệu như cát, đá, sỏi, xỉ liên kết với nhau, hình thành bộ khung chịu lực cho bê tông Việc lựa chọn cấp phối cốt liệu hợp lý rất quan trọng để đạt được hỗn hợp bê tông mong muốn.
Hồ kết dính có vai trò quan trọng trong việc bao bọc các hạt cốt liệu và lấp đầy các lỗ rỗng giữa chúng, đồng thời hoạt động như chất nhờn giúp tăng độ dẻo cho hỗn hợp bê tông Sau khi đông kết, hồ kết dính liên kết các hạt cốt liệu lại với nhau, tạo thành bê tông - một loại vật liệu được sử dụng phổ biến trong xây dựng dân dụng, giao thông và thuỷ lợi nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
- Cường độ chịu nén tương đối cao
- Vật liệu sản xuất dễ khai thác và sử dụng ngay tại địa phương
- Khả năng linh hoạt cao có thể tạo thành các dạng khác nhau và tính chất khác nhau
- Bêtông kết hợp với cốt thép tạo ra vật liệu có khả năng chịu lực rất cao
+ Các nhược điểm của bêtông:
- Cách âm cách nhiệt kém
- Khả năng chống ăn mòn yếu
1.1.1.6 Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông a) Xi măng P400, đá dăm 10 20, cát vàng :Tính cho 1m 3 bê tông
Bảng 1.1.Tỷ lệ pha trộn xi măng P400, đá dăm 10 20, cát vàng b) Xi Măng P500,đá dăm 10×20, cát vàng :Tính cho 1m 3 bê tông
Bảng 1.2.Tỷ lệ pha trộn xi măng P500, đá dăm 10 20, cát vàng
Hiện nay, bê tông được phân loại đa dạng để phù hợp với từng loại công trình cụ thể Mỗi loại công trình sẽ yêu cầu một loại bê tông tương ứng, nhằm đảm bảo chất lượng và hiệu quả sử dụng.
- Theo dạng cốt liệu phân ra : Bêtông cốt liệu đặc, cốt liệu rỗng, bêtông cốt liệu đặc biệt( chống phóng xạ , chịu nhiệt, chịu axít)
- Theo khối lượng thể tích phân ra:
+ Bêtông đặc biệt nặng ( > 2500kg/m 3 ), dùng cho những kết cấu đặc biệt
+ Bêtông nặng = 2200 2500(kg/m 3 ), chế tạo từ đá sỏi bình thường, dùng cho kết cấu chịu lực
+ Bêtông tương đối nặng = 1800 2200(kg/m 3 ), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực
Bêtông nhẹ có khối lượng riêng từ 500 đến 1800 kg/m3, bao gồm bêtông cốt liệu rỗng và bêtông tổ ong, như bêtông khí và bêtông bọt Loại bêtông này được chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, silíc nghiền mịn và chất tạo rỗng.
+ Bêtông đặc biệt nhẹ cũng là loại bêtông tổ ong và bêtông cốt liệu rỗng nhưng có < 500(kh/m 3 )
- Theo công dụng bêtông được phân ra:
Bêtông là vật liệu xây dựng quan trọng, được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau Các kết cấu bêtông cốt thép như móng, cột và dầm đảm bảo tính bền vững cho công trình Bêtông thuỷ công được sử dụng để xây dựng đập và phủ lớp mái kênh, giúp quản lý nước hiệu quả Ngoài ra, bêtông cũng được áp dụng cho mặt đường sân bay và lát vỉa hè, đảm bảo độ bền và an toàn cho giao thông.
+ Bêtông dùng cho kết cấu bao che
+ Bêtông công dụng đặc biệt như bêtông chịu nhiệt, chịu axít chống phóng xạ
Trạm trộn bêtông hiện nay cần đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng về mác bêtông và thành phần cấp phối Để tính toán và lựa chọn thiết bị định lượng cho trạm trộn, việc xác định khối lượng tối đa của các thành phần cốt liệu cho 1m³ bêtông là rất quan trọng Theo kinh nghiệm thực tế, khối lượng tối đa của các thành phần phối liệu cho 1m³ hỗn hợp bêtông được quy định cụ thể.
Khối lượng đá dăm( = 1800kg/m 3 ) mdmax= 1500kg; Vdmax= 0.83m 3
Khối lượng cát( = 1600kg/m 3 ) mcmax= 1000kg/m 3 ; Vcmax= 0.62m 3
Khối lượng nước ( = 1000kg/m 3 ) mnmax= 400 kg/m 3 ; Vnmax= 0.4m 3
Khối lượng ximăng PC – 30 ( = 1400kg/m 3 ) mxmax= 700kg/m 3 ; Vxmax= 0.5m 3
Trạm trộn bêtông xi măng
1.2.1 Khái niệm chung về trạm trộn bêtông
Trạm trộn bê tông là thiết bị chuyên dụng để sản xuất hỗn hợp bê tông, bao gồm cả dạng khô và ướt, phục vụ cho các phân xưởng tạo hình và công trình xây dựng Trạm này thường bao gồm ba bộ phận chính: kho chứa nguyên liệu như cát và đá, thiết bị định lượng, và máy trộn bê tông Ngoài ra, giữa các bộ phận còn có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trung gian để đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra hiệu quả.
Công nghệ sản xuất bê tông và vữa xây dựng tương tự nhau, và việc kết hợp sản xuất cả hai trong một dây chuyền có thể tiết kiệm 32% diện tích mặt bằng, giảm 30-35% số lượng công nhân và 8-10% vốn đầu tư thiết bị Một nhà máy bê tông và vữa liên hiệp hoạt động hiệu quả khi sản lượng cung cấp hàng năm không vượt quá 300.000 m³.
Trạm trộn bê tông cần đảm bảo khả năng trộn và cung cấp đa dạng các mác bê tông với thời gian điều chỉnh tối thiểu Bên cạnh đó, trạm cũng phải cho phép sản xuất cả hỗn hợp bê tông khô và bê tông ướt.
Trạm cần đảm bảo quá trình xả bê tông diễn ra thuận lợi cho các phương tiện vận chuyển khác nhau như ô tô, tàu hỏa và ô tô trộn Việc tổ chức tiếp nhận bê tông cần được thực hiện dễ dàng và tiện lợi, nhằm tránh tình trạng dồn ứ và tắc nghẽn các phương tiện vận tải bê tông.
1.2.2.Phân loại trạm trộn bêtông a) Theo phương pháp bố trí thiết bị trạm trộn
- Trạm trộn bêtông dạng tháp
Các phối liệu vận chuyển một lần được nâng lên bằng các thiết bị như băng tải, gàu tải, vít tải và máy bơm ximăng Trong quá trình rơi tự do, các quy trình công nghệ như định lượng, nạp vào máy trộn, nhào trộn và thải ra thiết bị vận chuyển hỗn hợp bêtông được thực hiện.
Hình 1.1 Hình ảnh trạm trộn bê tông dạng tháp
Trạm trộn này có nhiều ưu điểm như thời gian chu kỳ làm việc ngắn, khả năng bố trí nhiều máy trộn trên một tầng, tự động hóa, tiện lợi và năng suất cao lên tới 240m³/h Tuy nhiên, nhược điểm của nó là kích thước cồng kềnh, yêu cầu bunke chứa nguyên liệu khô phải có sức dự trữ đủ cho hai giờ hoạt động, vốn đầu tư ban đầu lớn và khó khăn trong việc di chuyển.
Trạm trộn bêtông dạng bậc là hệ thống thiết bị được sắp xếp theo các khối chức năng độc lập trên một mặt bằng riêng biệt Các khối này được kết nối với nhau thông qua các thiết bị nâng-vận chuyển, cùng với bunke chứa định lượng và bunke tập kết các phối liệu khô đã được định lượng.
Khối nhào trộn bao gồm các thiết bị định lượng chất lỏng như nước và phụ gia, máy trộn bê tông và phễu nạp hỗn hợp bê tông cho các thiết bị vận chuyển Trạm trộn này có nhiều ưu điểm như vốn đầu tư ban đầu thấp, dễ dàng tháo lắp và di chuyển, gọn nhẹ cùng với năng suất tương đối cao, đạt khoảng 120m³/h.
Trạm trộn này gặp phải một số nhược điểm như khó khăn trong việc bố trí nhiều máy trộn, chỉ có thể đảm bảo tối đa 2 máy trộn hoạt động cùng lúc Thêm vào đó, thời gian chu kỳ làm việc của trạm tương đối lớn và việc tự động hóa trong điều khiển trạm trộn cũng khá phức tạp.
Hình 1.2 Trạm trộn bê tông dạng bậc b)Theo nguyên lý làm việc của trạm trộn
Trạm trộn bêtông làm việc theo chu kỳ có khả năng linh hoạt trong việc thay đổi mác bêtông và thành phần cấp phối, đáp ứng đầy đủ nhu cầu của mọi đối tượng sử dụng.
Trạm trộn bê tông làm việc liên tục rất hiệu quả cho các dự án lớn, đặc biệt là trong lĩnh vực thủy điện và giao thông, khi có nhu cầu cao về hỗn hợp bê tông cùng mác Ngoài ra, trạm trộn cũng được phân loại theo khả năng di động, đáp ứng linh hoạt các yêu cầu công trình khác nhau.
Trạm trộn cố định là thiết bị quan trọng phục vụ cho công tác xây lắp trong một khu vực nhất định, đồng thời cung cấp bê tông thương phẩm cho vùng bán kính hiệu quả Thiết bị của trạm trộn cố định thường được bố trí theo dạng tháp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và phân phối bê tông.
Trạm trộn dạng tháo lắp nhanh là giải pháp lý tưởng cho các công trình có thời hạn khai thác ngắn, từ một đến vài năm Để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng, trạm trộn cần có khả năng tháo lắp nhanh chóng với chi phí thấp cho việc tháo dỡ và vận chuyển Các thiết bị trong trạm trộn được bố trí theo dạng bậc, giúp thuận tiện cho việc vận chuyển và lắp đặt.
Trạm trộn di động thường có thiết kế bậc với các khối chức năng được bố trí trên hệ thống di chuyển Loại trạm trộn này thường có năng suất nhỏ (Q ≤ 30m³/h), phục vụ cho các công trình giao thông, thủy lợi và xây dựng cần khối lượng bê tông nhỏ và không tập trung.
Loại lớn : 70m3/h Q 120 m3/h e) Theo phương pháp điều khiển trạm trộn
Hệ thống điều khiển trong trạm trộn hiện đại bao gồm ba chế độ: điều khiển bằng tay, bán tự động và tự động Các thiết bị điều khiển hiện nay thường được trang bị để hoạt động hiệu quả ở cả ba chế độ này.
ÁN LỰA CHỌN THIẾT KẾ TRẠM BTXM
Phương án lựa chọn thiết kế trạm sản xuất BTXM
Trạm trộn bê tông cần có khả năng sản xuất bê tông hỗn hợp ở cả hai dạng khô và ướt, với nhiều mác bê tông khác nhau và các thành phần cấp phối đa dạng, đồng thời yêu cầu thời gian điều chỉnh tối thiểu.
Trạm trộn bêtông cần được trang bị hệ thống điều khiển linh hoạt, cho phép hoạt động ở ba chế độ: bằng tay, bán tự động và tự động Để đảm bảo hiệu quả, trạm trộn phải có khả năng xả hỗn hợp bêtông một cách dễ dàng, thuận tiện cho việc vận chuyển Việc vận chuyển bêtông cần được thực hiện một cách khoa học và tiện lợi để tránh tình trạng ùn tắc giao thông Thiết kế trạm trộn bêtông cần dựa trên mục đích sử dụng, công suất và đặc tính của đối tượng tiêu thụ để đạt được tính hiện đại và phù hợp.
Hiện nay, các trạm trộn bê tông xi măng ở Việt Nam rất đa dạng về kích cỡ, xuất xứ và chủng loại Chúng có thể được phân loại dựa trên các kết cấu cơ bản như cách bố trí mặt bằng, kết cấu buồng trộn và đặc biệt là phương pháp cấp liệu Các phương pháp cấp liệu phổ biến hiện nay bao gồm cấp liệu bằng máy xúc, băng tải và băng gầu, mỗi phương án đều có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện cụ thể Việc lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất cho trạm trộn bê tông sẽ dựa trên các chỉ tiêu cấp liệu cụ thể.
2.1.1.Phương án 1: Cấp liệu nhờ máy bốc xúc
+ Cấp liệu bằng xúc lật + Cân phối liệu bằng xe skip + Vận chuyển phôi liệu bằng xe skíp
+ Buồng trộn kiểu trục đứng
Hình 2.1: Trạm trộn BTXM sử dụng máy bốc xúc để cấp liệu
1 Lan can 6 Phễu cân nước 11 Cabin điều khiển trạm
2 Phễu cấp xi măng bao 7 Phễu cân xi măng 12 Phễu chứa cốt liệu
3 Động cơ vít tải xiên 8 Bầu lọc 13 Xe skip
4 Xiclo xi măng 9 Động cơ vít tải 14 Xe bốc xúc
5 Buồng trộn 10 Bộ tời kéo xe skip
Trạm gồm có 3 tuyến chính: Tuyến cấp cốt liệu, tuyến cấp xi măng và phụ gia, tuyến cấp nước
Tuyến cấp cốt liệu sử dụng máy bốc xúc để đưa cốt liệu vào các phễu chứa gồm ba ngăn: đá nhỏ, đá to và cát Cốt liệu được xả xuống xe skíp thông qua cửa phễu, với phương pháp định lượng cộng dồn khi xả.
(13) đưa lên buồng trộn (5) Tuyến cấp xi măng: Xi măng chứa trong các xiclô xi măng
(4) và được vít tải (3) đưa lên thùng cân xi măng đặt phía trên buồng trộn (5) Tại đây xi măng được định lượng và được xả vào buồng trộn (5)
Tuyến cấp nước: Nước được đưa lên thùng cân nước (6) nhờ bơm nước và được xả xuống thùng trộn (5)
Hỗn hợp được đưa vào thùng trộn và được khuấy trộn đều Hỗn hợp sau trộn được lấy ra thông qua cửa xả
Các dây truyền trên được thực hiện một cách nhịp nhàng
Hình 2.2: Trạm trộn BTXM máy bốc xúc để cấp liệu
Phương pháp cấp liệu bằng máy bốc xúc có những ưu, khuyết điểm sau:
+ Giá thành trạm vừa phải
+ Kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp
+ Điều khiển dễ dàng, nhẹ nhàng và chính xác
+ Thời gian trộn nhanh, chất lượng sản phẩm cao
+ Chi phí của toàn trạm cao
+ Phải có nền móng vững chắc
Trong quá trình vận hành trạm, cần có máy bốc xúc và người điều khiển thường trực, dẫn đến chi phí cao Nếu không duy trì hoạt động liên tục của máy bốc xúc, dung tích phễu chứa cốt liệu sẽ phải lớn hơn, gây ra kích thước phễu cồng kềnh Hiện nay, các trạm trộn thường sử dụng phễu chứa cốt liệu ba ngăn, mỗi ngăn có dung tích tối đa 10 m³.
Máy bốc xúc chạy bằng dầu diesel có giá thành cao hơn so với các phương án cấp liệu sử dụng điện, chẳng hạn như băng tải và gầu cào.
2.1.2.Phương án 2: Cấp liệu bằng gầu cào
+ Cấp liệu bằng gầu cào + Cân phối liệu bằng hệ cân xe skíp + Vận chuyển phôi liệu bằng xe skíp + Buồng trộn kiểu trục đứng
Hình 2.3: Trạm trộn BTXM sử dụng gầu cào để cấp liệu
Hình 2.4: Trạm trộn BTXM sử dụng gầu cào để cấp liệu
1 Lan can 6 Phễu cân nước 11 Cabin điều khiển
2 Phễu cấp xi măng bao 7 Phễu cân xi măng 12 Cabin gầu cào
3 Động cơ vít tải xiên 8 Bầu lọc 13 Xe skip
4 Xiclo xi măng 9 Động cơ vít tải
5 Buồng trộn 10 Bộ tời kéo xe skip
Cốt liệu bao gồm đá lớn, đá nhỏ và cát được xếp thành từng đống trên nền đất, với các vách ngăn phân cách Việc cấp liệu diễn ra bằng cách sử dụng gầu cào để di chuyển vật liệu từ xa đến gần, từ thấp lên cao, tạo thành từng đống Quá trình này giúp vật liệu rơi vào thùng cân cốt liệu Sau khi các thành phần cốt liệu được cân định lượng, chúng sẽ được chuyển vào xe skip để cung cấp cho buồng trộn.
(5) Trạm trộn này sử dụng loại buồng trộn cưỡng bức hai trục đặt nằm ngang hoặc kiểu trục đứng dẫn động bằng một động cơ điện
Trạm trộn bao gồm hai cabin điều khiển: cabin số 11 quản lý vận hành trạm và cabin số 12 điều khiển gầu cào Ngoài ra, trạm còn có các bộ phận như xyclo chứa xi măng và vít tải, hoạt động theo cấu trúc và nguyên lý tương tự như trạm đã được trình bày trước đó.
Phương án cấp liệu bằng gầu cào này có những ưu nhược điểm sau:
Trạm trộn sử dụng gầu cào để cấp liệu, giúp cào vun vật liệu thành từng đống gần buồng trộn, mang lại kích thước nhỏ gọn cho trạm Với tầm với xa của gầu cào, việc vun vật liệu trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.
Gầu cào sử dụng năng lượng điện, mang lại hiệu quả kinh tế và dễ dàng tiếp cận Hệ thống này sử dụng cùng loại năng lượng với trạm trộn, giúp tối ưu hóa quá trình cung cấp và vận hành.
Quá trình cấp liệu của gầu cào diễn ra độc lập, với ô tô vận chuyển và đổ vật liệu xuống nền Sau đó, gầu cào tự động vươn cần để gom vật liệu thành đống mà không cần sự hỗ trợ của máy bốc xúc, mang lại hiệu quả cao hơn so với các phương án khác.
Gầu cào có nhược điểm là năng suất thấp và phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển, vì vậy phương án này chỉ phù 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
2.1.3 Phương án 3: Cấp liệu bằng băng gạt
Phương án cấp liệu bằng băng gạt có những ưu nhược điểm sau:
Phương pháp cấp liệu liên tục từ băng tải cao su đến băng gạt mang lại năng suất vượt trội cho các trạm trộn bê tông cao, khác với các phương án cấp liệu chu kỳ như xe skip Các bộ phận vận chuyển cốt liệu, bao gồm băng tải cao su và băng gạt, sử dụng nguồn năng lượng điện giá rẻ và dễ kiếm, đồng thời phù hợp với loại năng lượng sử dụng trên toàn bộ trạm trộn.
Kết cấu của trạm rất phức tạp với nhiều hệ thống như băng tải và băng gạt, khiến cho việc lắp đặt và tháo dỡ trở nên khó khăn hơn so với các loại trạm khác Ngoài ra, giá thành của trạm cũng cao hơn do cần trang bị nhiều bộ phận.
Hệ thống băng tải cao su và băng gạt cần được sắp xếp thẳng hàng, tránh bố trí vuông góc để tiết kiệm diện tích và đảm bảo hiệu quả hoạt động Để cấp liệu cho hệ thống này, vẫn cần sử dụng máy bốc xúc để đổ vật liệu vào các phễu chứa.
Hình 2.6: Trạm trộn BTXMsử dụng băng gạt để cấp liệu
Hình 2.5: Trạm trộn BTXM sử dụng băng gạt để cấp liệu
1 Động cơ vít tải 6 Cân xi măng 11 Động cơ buồng trộn
2 Hộp giảm tốc 7 Xiclo xi măng 12 Cầu thang
3 Bơm xi măng 8 Thông khí xiclo 13 Băng gạt
4 Xe ô tô 9 Cân nước 14 Phễu chứa cốt liệu
5 Vít tải xiên 10 Buồng trộn 15 Băng tải cao su
Kết luận của việc lựa chọn phương án
Các phương án cấp liệu đều có ưu nhược điểm riêng và phù hợp với từng điều kiện cụ thể Dựa trên phân tích, phương án thiết kế cho trạm trộn có năng suất 100 m³/h được chọn là phương án 4, sử dụng băng tải cao su, nhờ vào những ưu điểm nổi bật mà nó mang lại.
Năng suất cấp liệu cao
Năng lượng điện sử dụng rẻ
Phù hợp với trạm có năng suất lớn
Khối lượng vật liệu lớn dùng băng tải nên giảm được tải trọng động khi cấp liệu vào buồng trộn
2.3 Bố trí mặt bằng trạm trộn
Trạm trộn bê tông xi măng bao gồm các bộ phận chính như xyclo, buồng trộn, phễu đựng cốt liệu, cabin và đường dốc cho máy bốc xúc Việc bố trí mặt bằng trạm phụ thuộc vào đặc điểm địa hình và diện tích lắp đặt, dẫn đến các phương án khác nhau Mặc dù các bộ phận thường được sắp xếp ở vị trí tương tự, phương án bố trí đường vận chuyển vật liệu (cốt liệu, xi măng) có thể khác nhau Từ trên nhìn xuống, đường cấp xi măng và đường cấp cốt liệu có thể được đặt vuông góc hoặc trên cùng một đường thẳng.
Cấp cốt liệu Cấp xi măng
Hình 2.10: Đường cấp cốt liệu và cấp xi măng cùng nằm trên một đường thẳng
Hình 2.11: Đường cấp cốt liệu và cấp xi măng vuông góc với nhau
Để tiết kiệm diện tích cho trạm trộn, cần bố trí đường cấp cốt liệu và đường cấp xi măng không nằm trên cùng một đường thẳng Việc này giúp tạo ra một mặt bằng nhỏ gọn và vuông vắn hơn, giảm thiểu không gian sử dụng.
Thùng đựng cốt liệu Buồng trộn
Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông sử dụng băng tải cao su cân và vận chuyển cốt liệu
Để tối ưu hóa quá trình thiết kế tổng thể, trạm trộn được chia thành các khu vực và hệ thống cụ thể, bao gồm khu vực đặt buồng trộn, khu vực chứa xyclo xi măng, khu vực chứa phễu cốt liệu, cùng với các hệ thống cung cấp vật liệu như cốt liệu và xi măng.
2.3 Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông sử dụng băng tải cao su cân và vận chuyển cốt liệu
Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông sử dụng băng tải cao su cân và vận chuyển cốt liệu được thể hiện như hình bên
Dây truyền cấp liệu là hệ thống đưa vật liệu vào các ngăn của phễu cấp liệu theo thứ tự từ ngăn đá nhỏ, ngăn cát đến ngăn đá to bằng máy xúc lật Vật liệu sau đó được xả vào băng tải cân để thực hiện cân theo phương pháp cộng dồn Tỉ lệ thành phần cấp phối được thiết lập trước theo quy định của mác bê tông, và số liệu được nhập trực tiếp qua bàn phím vào máy tính.
Dây chuyền cấp xi măng sử dụng vít tải đứng để cung cấp xi măng pooc-lăng vào xiclô Lượng xi măng cần thiết cho mỗi mẻ trộn được nạp trực tiếp qua bàn phím vào máy tính.
Dây truyền cấp nước và phụ gia đảm bảo cung cấp nước đạt yêu cầu sử dụng qua máy bơm vào buồng nước chính Nước bơm được tuần hoàn qua các ống trở về thùng, và khi cần, xi lanh nạp nước sẽ hoạt động để điều chỉnh dòng chảy xuống phễu, đảm bảo đủ lượng nước cần thiết Lượng nước trong mỗi mẻ trộn được nhập trực tiếp qua bàn phím vào máy tính Sau khi nước được nạp qua phễu cân, nó sẽ được xả xuống thùng trộn để thực hiện quá trình trộn ướt Đồng thời, phụ gia cũng được định lượng và đưa vào thùng cân để hòa trộn với nước.
Bãi vật liệu Bình nước phụ gia
Xe bốc xúc Bơm nước
Silo đá1 đá2 cát Cân nước
Vít tải Băng tải cân
Cân định lượng Băng tải xiên
Hình 2.9 :Sơ đồ công nghệ trạm sản xuất bê tông ximăng
Bố trí mặt bằng trạm trộn
Bước đầu tiên trong thiết kế máy là tính toán tổng thể, đặc biệt đối với trạm trộn bê tông xi măng Mục tiêu của việc này là xác định các thông số cơ bản như năng suất và kích thước của từng bộ phận, bao gồm buồng trộn, xyclo chứa xi măng, phễu chứa cốt liệu, hệ thống cấp liệu và vít tải cấp xi măng Điều này đảm bảo rằng năng suất của toàn bộ trạm đáp ứng yêu cầu thiết kế.
Máy trộn hỗn hợp bê tông là thiết bị quan trọng để sản xuất hỗn hợp bê tông xi măng theo yêu cầu Đối với khối lượng lớn, bê tông có thể được sản xuất tại các nhà máy hoặc trạm trộn liên hợp, trong khi khối lượng nhỏ có thể được trộn trực tiếp tại công trường bằng máy trộn độc lập Hiện nay, máy trộn bê tông rất đa dạng về chủng loại và cấu trúc, đáp ứng nhu cầu của nhiều dự án xây dựng khác nhau.
Máy trộn bê tông tự do là thiết bị có cánh trộn gắn trực tiếp vào thùng trộn Khi thùng trộn quay, các cánh trộn sẽ nâng các cốt liệu lên cao và thả chúng rơi tự do xuống, giúp trộn đều các thành phần để tạo ra hỗn hợp bê tông đồng nhất.
Máy trộn bê tông loại này có thiết kế đơn giản và tiêu thụ năng lượng ít, nhưng thời gian trộn lâu và chất lượng hỗn hợp bê tông không đạt yêu cầu so với phương pháp trộn cưỡng bức.
Máy trộn cưỡng bức là thiết bị có thùng trộn cố định và trục trộn gắn cánh trộn, giúp khuấy đều hỗn hợp bê tông khi trục quay Loại máy này thường hoạt động theo chu kỳ và dỡ sản phẩm qua đáy thùng, đảm bảo sự đồng nhất trong quá trình trộn.
Máy trộn này mang lại hiệu quả trộn nhanh chóng và đồng đều, vượt trội hơn so với máy trộn tự do, đồng thời tiết kiệm từ 20-30% xi măng Tuy nhiên, nhược điểm của nó là cấu trúc phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng điện hơn Loại máy này thường được sử dụng để trộn các hỗn hợp bê tông khô, mác cao, hoặc các sản phẩm đòi hỏi chất lượng cao.
TOÁN MÁY TRỘN
Tính số mẻ trộn và khối lượng của một mẻ trộn
Thời gian một mẻ trộn ta chọn: Tk = 1/50(h) = 72s
+ Số mẻ trộn trong 1 giờ :
N = 3600/ Tk = 3600/72 = 50 (mẻ/h) + Khối lượng của một mẻ trộn:
Tính toán thiết kế buồng trộn
Buồng trộn là thiết bị quan trọng trong quá trình sản xuất bê tông, có chức năng tiếp nhận và trộn đều các thành phần như cốt liệu, xi măng, nước và chất phụ gia Kết cấu của buồng trộn thường có dạng trục ngang, giúp tạo ra một khối hỗn hợp bê tông xi măng đồng nhất và chất lượng.
Hình3.3.Buồng trộn trục ngang
1 Động cơ điện 4 Trục trộn 7 Cặp bánh răng
2 Bộ truyền đai 5 Cánh tay trộn 8 Bàn tay trộn
3 Khớp nối 6 Hộp giảm tốc
Khi động cơ quay, thông qua bộ truyền đai và hộp giảm tốc, cặp bánh răng sẽ làm cho hai trục trộn nằm ngang quay ngược chiều nhau Điều này khiến các cánh tay trộn và bàn tay trộn gắn trên trục quay theo, giúp trộn đều bê tông trong thùng.
Trong loại máy trộn này, cánh trộn di chuyển vuông góc với trục và có bán kính đồng nhất Để tạo ra dòng hỗn hợp theo phương trục trộn, các cánh trộn được đặt nghiêng với góc từ ±40 đến 50 độ.
Máy trộn trục ngang hiện đang được sử dụng phổ biến tại các trạm trộn Thiết bị này có thể được vận hành bằng một hoặc hai động cơ điện, với mỗi động cơ đảm nhiệm một trục trộn riêng biệt.
Dung tích buồng trộn là thông số quan trọng nhất, quyết định lượng hỗn hợp bê tông được trộn trong một mẻ Các loại dung tích buồng trộn khác nhau sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng sản xuất bê tông.
Vt là dung tích của hỗn hợp sau khi đã trộn xong và được dỡ ra khỏi thùng
Vl 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 Vl có quan hệ với nhau thông qua hệ số đông đặc, ký hiệu là kt và được tính bằng:
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 Vl qua công thức kinh nghiệm sau:
Để tính toán thể tích VH, trước tiên cần xác định dung tích Vt, được tính dựa trên năng suất Q của trạm Với trạm trộn sử dụng máy trộn chu kỳ, năng suất của trạm được tính theo công thức (4.2).
Trong đó Tk là thời gian một chu kỳ trộn
Từ công thức tính Q, ta rút ra được công thức tính dung tích Vt và thay số vào như sau:
Thay các giá trị vào công thức tính dung tích hình học VH của buồng trộn, ta có:
Trong đó hệ số đông đặc lấy bằng kt = 0,85
Vậy dung tích Vl là:
= k = 3.2.3 Xác định các thông số cơ bản của buồng trộn
3.2.3.1 Xác định dung lượng mẻ trộn Q của buộng trộn
Ta có năng suất của trạm thiết kế là và thời gian một mẻ trộn là tCK Từ đó ta xác định được dung lượng một mẻ trộn là:
Q = .tCK (T) Trong đó: = 100m 3 /h là năng suất của trạm (T/h)
Ta có 1m 3 (bê tông) = 2000kg = 2T
40 70(h) hay tương ứng với 90(s)-52(s) Ta chọn tck = 1
Vậy ta có dung lượng mẻ trộn Q của buồng trộn là:
3.2.3.2 Xác định bán kính R của buồng trộn
Hình 3.4 Dạng hình học và kích thước cơ bản của của buồng trộn kiểu cưỡng bức
Bán kính R của buồng trộn được xác định dựa trên kiểu buồng trộn, hệ số điền đầy buồng trộn (β), tỷ trọng hỗn hợp (γ) và dung lượng (Q), theo công thức cụ thể.
= 1 đối với buồng trộn chu kỳ
= 1,2 -1,5 đối với buồng trộn liên tục
C là số lượng cánh tay trộn trong buồng trộn, kinh nghiệm cho thấy C nên có các giá trị sau:
C = 14 - 18 đối với buồng trộn liên tục và C = 6 -10 đối với buồng trộn chu kỳ ( số lớn ứng với buồng trộn lớn)
= 1 với buồng trộn chu kỳ
3.2.3.3 Khoảng cách giữa hai trục trộn a
Theo Hình 3.4, giá trị của a được xác định bằng công thức a = 2R.cos, với R = 0,5 và = 45 độ, cho ra kết quả a = 0,7 m Trong đó, là góc giữa đường thẳng giao nhau của hai đáy cong nối với tâm trục trộn và đường nối tâm của hai trục trộn.
3.2.3.4 Bề rộng của buồng trộn B
3.2.3.5 Chiều dài của buồng trộn L
Có thể xác định L từ công thức xác định Q theo dung tích hình học của buồng trộn khi trộn:
L = Q/(F. ) (m) Trong đó F(m 2 ) là tiết diện hỗn hợp trong buồng trộn thì có thể tính F theo công thức:
- Chiều cao vách trên: h = (1 - 1,2).R với loại chu kỳ h = (1,2 - 1,4).R với loại liên tục Vậy: h = (1- 1.2).R = 0,5 - 0,6 (m)
3.2.3.7 Khoảng cách giữa các cánh trộn liền nhau
= =C 3.2.3.8 Kích thước bàn tay trộn thường chọn như sau
Hình 3.5 Dạng hình học bàn tay trộn
3.2.3.9 Số vòng quay của trục trộn n
A-A Để có thể trộn đều hỗn hợp trong khoảng thời gian định trước, số vòng quay của trục trộn phải đủ lớn Có thể xác định số vòng quay n theo công thức sau:
Số vòng quay tối đa của trục trộn không nên vượt quá 80 vòng/phút, vì việc vượt quá giới hạn này sẽ chỉ làm tăng mức tiêu thụ công suất mà không cải thiện hiệu quả trộn.
Tính toán công suất động cơ dẫn động buồng trộn
Công suất động cơ của buồng trộn cần đủ lớn để vượt qua tổng momen cản trong quá trình trộn vật liệu, bao gồm cả các lực cản cơ học khác Lực cản của vật liệu tác động lên cánh trộn được xem như lực cản thủy lực của vật rắn trong chất lỏng không nhớt Quan điểm này dựa trên các lý thuyết tính toán phù hợp với hoạt động của buồng trộn kiểu cưỡng bức.
Để xác định lực cản trong buồng trộn, ta áp dụng công thức của Newton cho trường hợp chuyển động có trượt của vật rắn trong chất lỏng không nhớt.
Trong đó: P - lực cản của hỗn hợp trộn lên vật rắn chuyển động là bàn tay trộn
- khối lượng riêng của hỗn hợp , = 1800(kg/m 3 ) g - gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s 2 )
F - diện tích hình chiếu của vật chuyển động, xét theo phương vuông góc với phương của vận tốc v (m 2 )
Nếu gọi là vận tốc góc của trục trộn thì:
Khi phân tích lực cản lên bàn tay trộn trong quá trình trộn hỗn hợp, ta tách một phần tử có bề rộng dx và chiều cao b Lực vi phân dF được xác định là dF = b.dx Phần tử dF này cách tâm trục một khoảng x, do đó vận tốc chuyển động của nó được tính bằng công thức vdF = .x Lực cản của dòng vật liệu tác động lên phần tử dF sẽ được xác định dựa trên các yếu tố này.
Trong đó: ( 1 s ), x(m), là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào n như sau: n = (60 - 70) v/ph thì = 6 n = (70 - 80) v/ph thì = 5 Vậy = 6
Lực P tác dụng lên toàn bộ tay trộn là:
Lực P này có điểm đặt trên bàn tay trộn ở vị trí cách tâm trục trộn một đoạn x0, tại đó có vận tốc: v0 = .x0
Ta cần xác định giá trị của x0 xuất phát từ biểu thức:
(mômen của hợp lực bằng tổng các mômen do các vi phân lực tác dụng lên các phần tử dF của bàn tay trộn)
Thay giá trị của P ở biểu thức tính P vào biểu thức tính x0 ta có:
− Khi đó vận tốc của điêm đặt lực P sẽ là:
Công suất cần thiết để làm cho một bàn tay trộn chuyển động với vận tốc dài v0 là:
= Với = 0,85 là hiệu suất truyền động của động cơ
Thay các giá trị của v0,P vào, ta có:
Với buồng trộn có 2 trục quay với số cánh tay trộn là 2z thì công suất cần thiết là:
Tính toán bền một số kết cấu của buồng trộn
3.4.1.Tính toán cánh tay trộn
Khi sử dụng buồng trộn, cánh tay trộn có thể rơi vào trạng thái nguy hiểm nếu bị kẹt do đá dẹt hoặc vật cứng giữa bàn tay trộn và vỏ thùng Trong tình huống này, phần lớn mômen xoắn trên trục trộn sẽ được truyền xuống cụm cánh tay và bàn tay bị kẹt Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng giá trị mômen xoắn này thường đạt một mức độ đáng kể.
N :Công suất truyền đến đầu trục, N = 70hp = 133,6.0,746 = 100(kW)
: Vận tốc góc của trục trộn , (1/s) ; = 5,5 (1/s) ;
Có thể mô tả sơ đồ tính toán như sau:
Khi cánh tay trộn bị kẹt cứng, nó giống như một thanh bị ngàm vào trục trộn, và mặt cắt nguy hiểm nhất nằm ở vị trí "cổ chân" của cánh tay trộn (điểm A).
Gía trị lực P truyền đến cánh tay trộn sẽ là:
0, 5 = 29 (kN) ; Khi đó mômen uốn tại A là:
M u = P.h = 29.0,2 =5,8 (kN.m) =5,8 10 6 (N.mm) Ứng suất uốn tại A :
M u d ; Vậy đường kính cánh tay trộn có giá trị: d 3 0,1.[ ] u u
; Chọn vật liệu là thép 35 có [] = 225 (N/mm 2 )
Chọn tay trộn có d = 63 (mm);
Sơ đồ tính toán cánh tay trộn:
Hình 3.7: Sơ đồ tính toán cánh tay trộn Kiểm tra ứng suất cắt c:
Qc : là lực cắt lớn nhất trên cánh tay trộn: Qc = 29 (kN) ;
F: là tiết diện của cánh tay trộn, F= 2
M u d = = 0,2 (kN/mm 2 ) ; Ứng suất lớn nhất được lấy theo lý thuyết bền :
Vậy cánh trộn đủ bền
3.4.2.Tính toán thiết kế trục trộn
Ta chọn vật liệu làm trục trộn là thép 45 thường hoá
Khi làm việc 2 trục trộn có tình trạng chịu lực tương đương nhau, vì vậy ta xét cho một trục
Trục trộn được coi là đảm bảo bền khi mà thoả mãn 2 trường hợp có tải và bị kẹt
3.4.2.1.Trường hợp máy làm việc bình thường
Trong trường hợp máy trộn làm việc bình thường mỗi cánh chịu một lực là Pi: Theo tính toán phần trên ta có: P = 242kg = 2420 (N)
Hình 3.8 Sơ đồ hóa trục trộn cùng bàn tay trộn và cánh tay trộn
Do cánh trộn đặt nghiêng 1 góc so với đường tâm trục trộn nên Pi được chia làm 2 phần
Pn : vuông góc với bề mặt cánh trộn
Pt : song song với phương nghiêng
3.4.2.2 Máy làm việc trong trường hợp bị kẹt
Tình trạng nguy hiểm nhất của trục trộn xảy ra khi cánh tay trộn bị kẹt hoàn toàn ở giữa trục, khiến nó đứng yên và chịu lực P tại đầu cánh tay Lực này tạo ra mômen xoắn cân bằng với mômen xoắn chủ động trên trục Trong quá trình tính toán, mômen xoắn truyền đến cánh tay trộn được xác định là 0,8Mxt, trong khi mômen trên trục trộn được tính là M = Mxt.
Sơ đồ tính toán trục trộn như sau:
Hình 3.9 Sơ đồ tính toán trục trộn
Mômen uốn tại điểm C cách B một khoảng CB = x đạt giá trị lớn nhất tại x = x0 Để xác định quy luật biến thiên của mômen uốn, cần khảo sát các phương trình cân bằng lực tại gối A và B.
Khi cho dM u dx = 0 tìm được x = x0 , ở đó :
Ta coi gần đúng rằng x0 = L/2 = 3,5/2 = 1,75 (m) ;
Mu cmax = XB.x0 ; Theo tính toán ở trên ta có P = 2420(N)
Mu cmax = 1,2.1,75 = 2,1 (kN.m) Để tính kiểm bền cho trục ở mặt cắt C có Mu cmax và mômen xoắn Mx , ta tính
6 a , a là kích thước của trục trộn vuông (a.a)
W =a , với mặt cắt vuông thì = 0,203 Đối với buồng trộn cưỡng bức kiểu chu kỳ :
Ta có công thức kinh nghiệm là: a = 50 +0,051.Q Trong đó: a: kích thước tiết diện cánh trộn (a*a)
Q(kg) : là dung lượng mẻ trộn , Q = 4(T) = 4000(kg)
Khi đó điều kiện bền với trục là:
Ta chọn vật liệu làm trục trộn là thép 45
Ta chọn vật liệu làm trục trộn là thép 45
Các đoạn khác của trục có tiết diện tròn.
Tính toán cặp bánh răng đồng tốc
Kích thước cơ bản của cặp bánh răng đồng tốc được xác định khi chọn cặp bánh răng thẳng Để chế tạo bánh răng, vật liệu được lựa chọn là thép 40x tôi cải thiện, theo thông tin từ bảng 6-1.
Theo tính toán phần trên ta có khoảng cách trục: a = 0,7 (m)
Ta có mô đun bánh răng: m = (0,01 - 0,02)0,7 = 7.10 -3 – 0,014 (m)
Tra bảng 6.8 sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí ta có m = 8 (mm);
Số bánh răng theo công thức 6.19 sách Tính toán thiết kế HDĐCK:
Lại có: b = a.ba b: bề rộng của bánh răng
ba : hệ số tra theo bảng 6.6 ta có: ba = 0,25
Chọn ổ lăn
Ta chọn ổ theo hệ số làm việc:
C=Q(n.h) 0,3 trong đó: n: tốc độ quay của ổ(v/ph); h: thời gian phục vụ của ổ ; lấy 10500 (h) Khi làm việc thì vùng ngoài của ổ quay với vận tốc bằng vận tốc trục trộn
Vậy vận tốc dài của ổ được xác định theo công thức
V1 : vận tốc dài trục trộn
Vận tốc dài của ổ là:
Vận tốc quay của ổ là: n = 60 2 60.0.291 55, 57( / ) cl 0,1
d = = Q: tải trọng tương đương(daN) Q = (Kv.R + mA)Knkt
Kt : hệ số tải trọng động ; lấy Kt = 1,5
Kn : hệ số nhiệt độ ; lấy Kn = 1,15
Kv :hệ số xét đến vùng nào của ổ là vùng quay Do vùng trong của ổ quay nên ta lấy Kv = 1
R: tải trọng hướng tâm ; R = 8.106 (N) 02(N) Vậy
Q = (1,1.1102+ 3.1102).1,5.1,15 = 7794 (N) Vậy hệ số khả năng làm việc là:
C = 7794.(55,57.10500) 0,3 9 (kN) Chọn ổ kiểu 3522 theo tiêu chuẩn Gost 5721-75 có các thông số sau:
TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ THIẾT BỊ CỦA TRẠM
Giới thiệu về thành phần chính của hỗn hợp BTXM
4.1.1.Bảng định mức tỷ lệ thành phần hỗn hợp
Theo định mức thành phần bê tông xi măng, lượng vật liệu cần thiết cho 1m³ bê tông xi măng PC-40 được xác định khác nhau tùy thuộc vào loại đá sử dụng Cụ thể, với loại đá 1x2 (cm), cần tính toán chính xác để đảm bảo chất lượng và độ bền của bê tông.
Thành phần Đơn vị Mác Bê Tông
Bảng 4.1 Bảng định mức thành phần hỗn hợp xi măng PC-40 với loại đá 1x2cm b)Với loại đá 2x4 (cm)
Thành phần Đơn vị Mác Bê Tông
Bảng 4.2 Bảng định mức thành phần hỗn hợp xi măng PC-40 với loại đá 2x4cm
4.1.2.Đặc tính của vật liệu
4.1.2.1.Khối lượng riêng của vật liệu
- Hỗn hợp bê tông xi măng : bt = (1.8 2.5) T/m 3
4.1.2.2.Góc chân nón của vật liệu
- Hỗn hợp bê tông : bt 5 0 50 0
4.1.2.3.Hệ số ma sát của vật liệu với thép
- Hỗn hợp bê tông :bt = 0,84 1,0
Tính toán thùng cân nước
4.2.1.Tính thể tích thùng cân nước
Do ta chọn bê tông mác P400 và tính được 1 m 3 bê tông cần khối lượng nước là
Vậy mỗi mẻ trộn cần khối lượng nước là:
Mn =2.195 = 390 (Kg) Gọi Vn là thể tích nước trong một mẻ trộn
Ta chọn Vcân nước = 0,4m 3 Chọn kết cấu thùng cân như Hình 4.1
Tham khảo thực tế ta chọn: Đường kính của thùng là :D = 750 mm Đường kính cửa xả là d = 90 mm
Vật liệu là tôn dày = 3 mm
Thay số vào ta có:
Thùng cân nước được trang bị đầu cân điện tử, vì vậy cần sử dụng hệ thống thanh đòn để treo thùng cân Ngoài ra, thùng cân cũng cần có cáp treo để thuận tiện cho việc di chuyển.
Cửa xả thùng cân nước phải đảm bảo xả nước nhanh và kín khít khi đổ nước vào
Theo kết cấu thực chọn đường kính cửa xả 90 Phải có gioăng cao su để cho cửa xả đóng kín
4.2.2.Tính toán lực cản tác dụng lên thùng cân nước
Các lực tác động lên thùng cân nước bao gồm áp lực ngang p1 và p2 tác dụng lên thành thùng, cùng với áp lực thẳng đứng q tác động lên thùng, tạo ra sự kéo nén bên trong thùng Những lực này được gọi là nội lực trong thùng cân nước.
+ Nội lực kéo vòng(NX)
+ Lực nén thẳng đứng(Ny) áp lực gió tác dụng lên thùng cân nước
Trọng lượng của bản thân , của nước chứa trong thùng cân nước
Hình 4.2 Các tải trọng gây lực kéo vòng và lực nén a)Tính toán với thân trên
Gọi áp lực do nước tác dụng lên thành thùng cân nước là p tc p tc Ms
Trong đó: xm , fms- Là trọng lượng riêng và hệ số ma sát trong của hạt vật liệu, xm
Theo phương đường sinh của thùng nước r – bán kính thuỷ lực xác định theo công thức r A
F F: Diện tích mặt cắt ngang
A – Chu vi tiết diện ngang, A= D1
Để tính toán hệ số z, ta sử dụng công thức z = 1 - e − k f ms y / R, trong đó y là khoảng cách từ mặt thoáng của vật liệu đến điểm khảo sát, và k là tỷ số giữa áp lực ngang và áp lực thẳng đứng, được xác định bằng k = tg 2 (45° - /2) Với D1/4 = 0,75/4, ta có D1/4 = 0,1875(m).
Với - Góc nội ma sát của hạt vật liệu, lấy = 30 0
Ta có lực kéo vòng: Nx = m.n2.p tc
Với - hệ số kể đến điều kiện làm việc = 0,8 n2- hệ số vượt tải, với áp lực của hạt vật liệu lấy n2 =1,3
D - đường kính thân thùng cân nước D = D1 = 0,75(m) p tc - áp lực ngang tiêu chuẩn Đối với phần dưới của thân, ở khoảng
Chiều cao của thùng cân nước ảnh hưởng đến lực vòng Nx, được tính theo công thức với m = 2 Khi tháo tải trong quá trình làm lạnh vỏ thùng, phần trên sẽ được áp dụng trị số m = 1.
Ta xác định được Nx với một số vị trí: y(m) z p tc (T/m 2 ) NX(T/m)
Bảng 4.3 Giá trị lực kéo vòng trong thân thùng cân nước
Lực nén thẳng đứng trong thân thùng cân nước do lực ma sát của nước với cạnh thùng được tính theo công thức:
Trong đó qtc- áp lực thẳng đứng của vật liệu, qtc k f r Z ms
. thay số các số liệu đã biết vào ta được qtc = Z.
Kể thêm trọng lượng bản thân của kết cấu và tải trọng gió là
Bảng 4.4 Giá trị của lực nén thẳng đứng trong thân thùng cân nước b) Tính toán với phễu dưới
- Góc nghiêng của phễu với mặt phẳng nằm ngang = 60 0
Dp -Đường kính phễu tại điểm khảo sát
P tc - áp lực tác dụng lên mặt phẳng nghiêng được xác định theo công thức trang
Công thức tính P tc = (cos 2 + k.sin 2 ).q tc, trong đó q tc được tính theo công thức với các giá trị z khác từ bảng 4.3, với hệ số kinh nghiệm m = 1,25 n2, đã biết, n2 = 1,3 và = 1 (T/m³) Khi thay vào công thức tính Ny, ta có thể xác định được giá trị cần thiết.
Tại y = 1(m)- khảng cách từ mặt thoáng nước trong thùng cân nước xuống điểm cần khảo sát: y(m) qtc(T/m 2 ) Ny(T/m)
0 = 0,458(T/m 2 ) p tc = (cos 2 + k.sin 2 )q tc = (cos 2 60 0 + 1/3 sin 2 60 0 ) q tc
1 = 0,104(T/m 2 ) p tc = (cos 2 + k.sin 2 )q tc = (cos 2 60 0 + 1/3 sin 2 60 0 ) q tc
Bảng 4.5 Giá trị lực kéo vòng ở vỏ phễu
*Lực kéo theo phương đường sinh:
Pp – trọng lượng phễu và vật liệu ở dưới tiết diện khảo sát m – hệ số kinh nghiệm, m =1,25
Pp = v V p + mp, chiều dày thép tấm làm phễu t = 6 mm
[(Dp/2) 2 + (D2/2) 2 + Dp.D2/4](1,16 – y), (m 3 ) y = 1(m), Dp = 0,473(m) => Vp = 0,012 (m 3 ) => mp = 94,2(kg)
Ta có bảng giá trị lực kéo theo phương đường sinh
Bảng 4.6 Giá trị lực kéo N 0 theo phương đường sinh
4.2.3 Kiểm tra ổn định của thùng cân nước a)Kiểm tra ổn định theo ứng suất dọc theo phương đường sinh
Thân thùng cân nước có thể gặp mất ổn định do ứng suất dọc theo phương đường sinh (σ1) và ứng suất nén đều theo phương đường kính (σ2), hoặc do sự tác động đồng thời của cả hai loại ứng suất này Sự ổn định của thân thùng chủ yếu phụ thuộc vào ứng suất nén đều theo phương đường sinh Để đảm bảo điều kiện ổn định, cần thỏa mãn yêu cầu rằng σ1 không vượt quá γ σ th1.
- Hệ số điều kiện làm việc khi tính thân thùng cân nước theo ổn định, =1
Ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh của vỏ trụ không có chuyển vị theo phương bán kính được xác định là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị của σ th1.
R – Là cường độ tính toán của thép làm thùng cân nước thép CT3
Với: r- bán kính thân thùng cân nước r = 75/2 = 37,5 (cm)
- Chiều dày thân thùng cân nước = 0,3(cm)
E – Mô đun đàn hồi của thép E =2.10 6 (dN/cm 2 )
C – Hệ số phụ thuộc tỷ số
Bảng 4.7 Hệ số phụ thuộc tỷ số
r Để xác định t h 1 theo(a) ta xác định
Mặt khác theo công thức(b) với
= 1481,6 (daN/cm 2 ) Lấy t h 1 = 1 1 6 1 ( d a N / c m 2 ) để so sánh
Từ bảng xác định tải trọng theo phương thẳng đứng ta có:
1 < th1 = 1491(dN/cm 2 ), Thoả mãn b) Kiểm tra ổn định thân thùng cân nước do ứng suất nén đều theo phương ngang(đường vòng) Điều kiện ổn định 2 th 2
Trong đó: - Hệ số điều kiện làm việc, =1
th 2 - ứng suất nén tới hạn theo phương vòng được xác định như sau:
Khi 10< r l < 20, th 2 nội suy theo hai trường hợp trên
Với l –chiều cao thân thùng cân nước l = 0,76(m) r- bán kính vòng thân thùng cân nước r = 0,375 (m)
Từ bảng 4.3 ta có Nxmax = 0,0854 T/m = 0,8(dN/cm)
Như vậy 2 < th 2 thoả mãn
Kiểm tra ổn định của thân thùng cân nước là cần thiết để đánh giá tác động của ứng suất nén theo phương đường sinh (σ1) và nén đều theo phương bán kính (σ2) Việc phân tích này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế thùng cân nước.
Thay các giá trị tính được ở trên vào ta có:
2 = 0,035 < 1 Vậy thoả mãn điều kiện
Tính toán thể tích thùng chứa nước chính
Nước là thành phần thiết yếu trong sản xuất bê tông xi măng, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra chất lượng bê tông Bên cạnh đó, nước cũng được sử dụng để vệ sinh máy móc và thùng trộn, đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra hiệu quả và sạch sẽ.
Với nhu cầu xây dựng các công trình ngày càng tăng, khối lượng bê tông xi măng cần được cung cấp một cách hiệu quả Để đạt được điều này, mỗi trạm cần thiết lập sơ đồ bố trí dây chuyền hợp lý, trong đó hệ thống nước cũng phải được sắp xếp một cách khoa học.
Thông thường hệ thống nước thường có 2 mô hình bố trí
- Nước luôn có trên thùng, không sợ bị mất điện, nó không ảnh hưởng tới năng suất của trạm
- Phải đặt thêm một thùng nước trên cao và hệ thống kết cấu thép đỡ nó, không hiệu quả kinh tế
- Không cần thùng nước trên cao
Bể Nước Bơm Thùng Thùng cân Thùng trộn
Thùng nước Bơm Thùng cân Thùng trộn
- Không cần hệ thống kết cấu thép đỡ thùng nước
- Cần lưu lượng bơm lớn
Phân tích ưu nhược điểm của từng mô hình cùng với tham khảo thực tế ta đi đến chọn mô hình 2
Trạm trộn bêtông ximăng yêu cầu tính cơ động cao và khả năng vận chuyển dễ dàng, do đó thiết kế thùng nước cần có dung tích hợp lý để bơm hoạt động liên tục Việc lựa chọn thùng hình trụ giúp tiết kiệm không gian, giảm thiểu sự cồng kềnh trong quá trình sử dụng.
Dựa vào thực tế ta chọn thùng nước có thể tích là : V = 8(m 3 )
Theo công thức tính thể tích : V = R 2 h
R - Bán kính thùng chứa h - chiều cao thùng chứa Chọn h = 2,6(m)
Chọn bề dày thùng chứa nước là : a = 4(mm)
Kết cấu thùng chứa nước :
Tính chọn bơm nước
Bơm phải cấp nước cho hệ thống kịp thời định lượng và đầy đủ Với năng suất của trạm 100 m 3 /h
Do ta chọn bê tông mác P400 và tính được 1m 3 bê tông cần khối lượng nước là 195 (Kg) Vậy mỗi mẻ trộn cần khối lượng nước là:
Trong một giờ cần có lượng nước là: 50.390 500(Kg)
- Thể tích chiếm chỗ là : V = 19500
- Khối lượng riêng của nước có = 1000(Kg/m 3 )
Vậy trong một giờ làm việc cần một thể tích nước là 19,5 (m 3 )
Lưu lượng cần thiết của bơm Qct = 19,5(m 3 /h)
Công suất của bơm (cần thiết) ( )
P : áp suất vận chuyển nước P = 0,6( MPa )
Q : Lưu lượng ( khối lượng vận chuyển )
Thay số ta được công suất bơm cần thiết:
3, 6.0, 9 = 3,6 (Kw ) Chọn công suất động cơ Nđc Nct Chọn công suất của bơm N = 4(kW)
Trạm bê tông ximăng 100m³/h kiểu nằm được thiết kế với tính năng cơ động và dễ dàng vận chuyển Để đáp ứng yêu cầu này, thùng nước có dung tích vừa phải được chế tạo, cho phép bơm nước hoạt động liên tục trong nhiều giờ.
Tính toán -Thiết kế thùng cân ximăng
Theo định mức thành phần bêtông ximăng, lượng vật liệu tính cho 1m 3 bêtông ximăng PC40 với các loại đá khác nhau
Với mác bêtông P400 và với loại đá 12 thì lượng ximăng và lượng nước là lớn nhất ( Số liệu lấy trong sách Vật liệu xây dựng_ nxb Xây dựng 2000)
Tỉ trọng của ximăng x = 1300 1600 (kg/m 3 )
Tỉ trọng của nước n = 1000 (kg/m 3 )
Ta thiết kế trạm trộn 100 m 3 /h mà lượng bêtông trộn được 1 lần là 2 (m 3 )
Lượng ximăng dùng cho 1 mẻ sẽ là 2 424,2 = 848,4 (kg)
Thể tích cần chứa cho 1 mẻ sẽ là:
Khi thiết kế thùng ta lấy dung tích thùng V= 0,7 (m 3 )
Kích thước thùng cần được tối ưu để tiết kiệm không gian làm việc và thuận tiện trong việc bố trí trên trạm Hình dáng thùng cần đảm bảo việc lắp đặt các đầu cân điện tử một cách dễ dàng và hợp lý Đồng thời, cơ cấu đóng mở thùng phải được thiết kế sao cho dòng vật liệu có thể chảy ra ngoài một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Hình 4.3 Thùng cân xi măng
* Kiểm tra lại kích thước cửa xả:
Kích thước cửa xả ximăng tính theo công thức sau
(tài liệu máy sản xuất vật liệu xây dựng.trường ĐHXD) k(a+80)tg x
Khi xác định các thông số cho vật liệu, hệ số k phụ thuộc vào kích thước vật liệu, với k được chọn là 2,6 Kích thước lớn nhất của hạt vật liệu ximăng là 0,16 mm Ngoài ra, góc chân nón của ximăng được xác định là 40 độ.
Để đảm bảo vật liệu chảy dễ dàng qua cửa xả mà không bị kẹt, và rút ngắn thời gian chảy, chúng ta lựa chọn tiết diện cửa xả hình tròn với đường kính d = 300 mm, dựa trên điều kiện A ≥ 2,6(0,16 + 80)tg40° = 178 mm.
Góc đổ vật liệu của thùng cân yêu cầu phải lớn hơn góc chân nón của vật liệu Đối với ximăng góc chân nón là 40 0 Vậy 40 0
Do vậy kích thước của thùng cân ximăng là hoàn toàn thoả mãn
Chiều dày vỏ thùng theo thực tế là =3(mm) Đường kính của cửa nạp ximăng phía trên thùng lấy theo đường kính vít tải
Chọn đường kính cửa nạp là d = 250(mm)
Kiểm tra thể tích của thùng cân ximăng
F1 = .D1 2/4 = 3,14.1/ 4 = 0,785 m 2 diện tích phần thân trên
F2 = .D2 2/4 = 3,14 0,32 2 /4 = 0,08m 2 diện tích cửa xả ximăng
H2 = 820mm chiều cao phần phễu
4.5.1.Tính toán lực cản tác dụng lên thùng cân xi măng
Các lực tác dụng lên thùng cân xi măng bao gồm:
+Áp lực ngang p1, p2 tác dụng lên thành thùng cân xi măng
+Áp lực thẳng đứng q tác dụng lên thùng xi măng gây sự kéo nén trong thùng cân xi măng đó là các nội lực
+ Nội lực kéo vòng(NX)
+ Lực nén thẳng đứng(Ny)
+ Áp lực gió tác dụng lên thùng cân xi măng
+Trọng lượng của bản thân , của xi măng chứa trong thùng cân xi măng a)Tính toán với thân trên
Gọi áp lực do xi măng tác dụng lên thành thùng cân xi măng là p tc p tc tính theo công thức : p tc Ms
(T/m 2 ) Trong đó: xm , fms- Là trọng lượng riêng và hệ số ma sát trong của ximăng
xm =1,4 (T/m 3 ), fms= 0,65 r – bán kính thuỷ lực xác định theo công thức r A
F F: Diện tích mặt cắt ngang
A – Chu vi tiết diện ngang, A= D1 r A
Để tính toán áp lực trong hệ thống, ta sử dụng công thức = D1/4 = 1/4 = 0,25 (m) Hệ số z được xác định bằng công thức z = 1 - e − k f ms y / R, trong đó y là khoảng cách từ mặt thoáng của vật liệu đến điểm khảo sát, và k là tỷ số giữa áp lực ngang và áp lực thẳng đứng, được tính bằng k = tg 2 (45° - /2).
Với - Góc nội ma sát của hạt vật liệu, lấy = 30 0
Ta có lực kéo vòng: Nx = n2.p tc
Với - hệ số kể đến điều kiện làm việc = 0,8 n2- hệ số vượt tải, với áp lực của hạt vật liệu lấy n2 =1,3
D - đường kính thân thùng cân nước D = D1 = 0,75(m) p tc - áp lực ngang tiêu chuẩn
Lực nén thẳng đứng trong thân thùng do lực ma sát của xiămng với cạnh thùng được tính theo công thức:
Trong đó qtc- áp lực thẳng đứng của vật liệu, qtc k f r Z ms
. thay số các số liệu đã biết vào ta được qtc = Z.
1 = 1,62.z, Kể thêm trọng lượng bản thân của kết cấu và tải trọng gió là: P = 0,05(T/m) thì Ny trở thành:
Hình 4.4.Các tải trọng gây lực kéo vòng và lực nén
Ta xác định được Nx với một số vị trí: y(m) z p tc (T/m 2 ) NX(T/m)
Bảng 4.8 Giá trị lực kéo vòng trong thùng cân xi măng
Bảng 4.9 Giá trị lực nén thẳng đứng trong thân xi măng b) Tính toán với phễu dưới
- Góc nghiêng của phễu với mặt phẳng nằm ngang ` 0
Dp -Đường kính phễu tại điểm khảo sát
P tc - áp lực tác dụng lên mặt phẳng nghiêng được xác định theo công thức y(m) z qtc(T/m 2 ) Ny(T/m)
P tc = (cos 2 + k.sin 2 ).q tc , với q tc vẫn tính theo công thức, nhưng các giá trị của z khác ở bảng 4.9 m- hệ số kinh nghiệm m=1,25 n2, đã biết ở trên, n2 =1,3; =0,8
Thay vào công thức tính Ny ta có :
Tại y = 0,7(m)- khảng cách từ mặt thoáng trong thùng cân xuống điểm cần khảo sát
P tc = (cos 2 + k.sin 2 )q tc = (cos 2 60 0 + 1/3 sin 2 60 0 ) q tc
P tc = (cos 2 + k.sin 2 )q tc = (cos 2 60 0 + 1/3 sin 2 60 0 ) q tc
Tại y = 1,36 m tại đáy của thùng cân
Dp = 0,32 (m), bán kính thuỷ lực r 4
P tc = (cos 2 + k.sin 2 )q tc = (cos 2 60 0 + 1/3 sin 2 60 0 ) q tc
Bảng 4.10 Giá trị lực kéo vòng ở phễu
*Lực kéo theo phương đường sinh:
Pp – trọng lượng phễu và vật liệu ở dưới tiết diện khảo sát m – hệ số kinh nghiệm, m =1,25 y ( m ) Z qt c( T / m 2 ) p tc ( T / m 2 ) Nv( T / m )
Pp = v V p + mp, chiều dày thép tấm làm phễu t = 4 mm
[(Dp/2) 2 + (D2/2) 2 + Dp.D2/4](1,36 – y), (m 3 ) y = 0,7 (m), Dp = 0,815 (m) => Vp = 0,1774 (m 3 ) => mp = 30,87 (kg)
Ta có : Dp = 0,32 m , Vp = 0 , Pp = 0 , q tc = 0,504 (T/m 2 )
Ta có bảng giá trị lực kéo theo phương đường sinh:
Bảng 4.11 Giá trị lực kéo N 0 theo phương đường sinh
4.5.2.Kiểm tra ổn định của thùng cân ximăng Thân thùng cân ximăng có thể mất ổn định do tác dụng của ứng suất dọc theo phương đường sinh 1, do ứng suất nén đều theo phương đường kính 2 hoặc do tác dụng đồng thời của 1 và 2 a) Ổn định của thân thùng cân do ứng suất nén đều theo phương đường sinh Theo công thức: Điều kiện ổn định: 1 th1
- Hệ số điều kiện làm việc khi tính thân thùng cân nước theo ổn định, =1
Ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh của vỏ trụ không có chuyển vị theo phương bán kính được ký hiệu là σ th1, và giá trị của σ th1 được xác định là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị tính toán.
R – Là cường độ tính toán của thép làm thùng cân thép CT3
Với: r- bán kính thân thùng cân nước r = 100/2 = 50 (cm)
- Chiều dày thân thùng cân nước = 0,3(cm)
E – Mô đun đàn hồi của thép E =2.10 6 (dN/cm 2 )
C – Hệ số phụ thuộc tỷ số
r lấy theo bảng 4.7 Để xác định t h 1 theo(a) ta xác định
Mặt khác theo công thức(b) với
Từ bảng xác định tải trọng theo phương thẳng đứng ta có:
1 < th1 = 1610(dN/cm 2 ), Thoả mãn b) Kiểm tra ổn định thân Silô do ứng suất nén đều theo phương ngang(đường vòng) Điều kiện ổn định 1 th2
Trong đó: - Hệ số điều kiện làm việc, =1
th2- ứng suất nén tới hạn theo phương vòng được xác định như sau:
Khi 10< r l < 20, th2 nội suy theo hai trường hợp trên
Với l –chiều cao thân thùng cân l = 0,54(m) r- bán kính vòng thân thùng cân nước r = 0,5 (m)
Từ bảng 4.8 ta có: Nxmax = 0,165 T/m = 1,6(dN/cm)
1 = 5,33(dN/cm 2 ), như vậy 2 < t h 2 thỏa mãn
Kiểm tra ổn định của thân thùng cân nước là cần thiết để đánh giá tác động của ứng suất nén theo phương đường sinh (σ1) và ứng suất nén đều theo phương bán kính (σ2) Việc này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng thùng cân nước.
Thay các giá trị tính được ở trên vào ta có:
5 = 0,035 < 1 Vậy thoả mãn điều kiện.
Hệ thống vít tải xi măng
Băng vít cấp xi măng có chức năng chính là vận chuyển xi măng từ xyclo chứa đến thùng cân xi măng, hỗ trợ quá trình trộn bê tông trong buồng trộn.
Hinh 4.5 Vít tải cấp xi măng
1 Cân xi măng 4 Thùng trộn 7 Động cơ điện
2 Động cơ điện 5 Băng vít 8 Xyclo xi măng
3 Cân nước 6 Hộp giảm tốc
Nguyên lý hoạt động của hệ thống vận chuyển xi măng là khi động cơ điện quay, thông qua hộp giảm tốc, trục bánh vít sẽ quay và vận chuyển xi măng từ xyclo đến buồng trộn Trong các trạm trộn hiện nay, băng vít thường được lắp đặt nghiêng với góc từ 30 đến 60 độ.
Thông số cơ bản của băng vít là năng suất vận chuyển, được tính bằng T/h, nhằm cung cấp đủ xi măng cho buồng trộn với năng suất trạm trộn đạt Q = 100 m³/h Lượng xi măng trong 1 m³ bê tông khác nhau tùy thuộc vào mác bê tông, nằm trong khoảng x (0,2 ÷ 0,48) T/m³ Để đảm bảo băng vít cung cấp đủ xi măng cho tất cả các loại bê tông, cần tính toán với giá trị xmax = 0,48 T/m³.
Vậy năng suất băng vít phải thoả mãn:
Qbv là năng suất băng vít (T/h)
Qbv là năng suất băng vít (T/h)
Mặt khác năng suất của vít tải được tính theo công thức:
Q = 3600.F.V. (T/h) Trong đó: F – diện tích trung bình của mặt cắt dòng vật liệu trong máng (m 2 ),
Với : - Hệ số đầy mỏng, = (0,3 0,45);
Dv - Đường kính của cánh vít (m)
V - Tốc độ vận chuyển của dòng xi măng trong lòng máng;
Với: n - Số vòng quay của trục vít (v/p), n = 50 120 (v/p), chọn n = 120 (v/p);
Sv - bước vít; mà Sv = .Dv ở đây: = (0,8 1) tương ứng với góc nâng của cánh vít = 14 0 18 0
Chọn = 1, tương ứng với góc nâng cánh vít = 18 0
Thay vào công thức tính V ta có: V =
- Hệ số năng suất khi vận chuyển vật liệu theo phương nghiêng, khi góc nghiêng 40 0 , ta có = 50%
Thay S, V vào công thức tính Qvt ta có:
Với trọng lượng riêng của xi măng = 1,4 (T/m 3 )
Thay các giá trị vào công thức ta có:
1176, 6= 0.344 (m) = 344 (mm) Đường kính Dv của băng vít có các giá trị tiêu chuẩn sau:
Từ kết quả tính toán và đường kính tiêu chuẩn ta chọn đường kính vít tải :
Năng suất thực tế của vít tải tính theo công thức :
Bước vít tải : Sv = 1 Dv = 1 350 = 350 (mm).
Tính toán xyclo chứa xi măng
Xyclo chứa xi măng là một loại bun ke được thiết kế để lưu trữ và bảo quản xi măng trong thời gian ngắn, phục vụ cho quá trình sản xuất bê tông tại trạm trộn Với hình dạng trụ tròn và phần dưới có đoạn vát côn, xyclo giúp xi măng dễ dàng rơi xuống băng vít Kết cấu cơ bản của xyclo được minh họa trong hình 4.6 và hình 4.7.
Trong quá trình sản xuất bê tông, cần lưu ý rằng xyclo chứa xi măng chỉ nên được dựng trong một ngày để tránh hiện tượng vón cục và ảnh hưởng tiêu cực từ thời tiết, điều này có thể làm giảm chất lượng xi măng Do đó, việc tính toán dung tích xyclo là cần thiết để đảm bảo đủ lượng xi măng cho năng suất trạm trộn đạt 100 m³/h.
Theo tính toán trước đó, năng suất của băng vít vận chuyển xi măng là Qbv 48 T/h Giả sử trạm trộn hoạt động trong một ca với thời gian t = 4h, do đó, xyclo cần có khả năng chứa lượng xi măng đủ để phục vụ cho một ngày làm việc.
Vậy dựng 2 xyclo để chứa xi măng, mỗi xyclo chứa 96 T Dung tích của mỗi xyclo là:
Vx là dung tích mỗi xyclo (m 3 )
Mx là khối lượng xi măng trong mỗi xyclo (T)
xm là khối lượng riêng của xi măng bột, xm = 1,3 (T/m 3 )
Từ dung tích Vx của 1 xyclo, ta sẽ xác định được các kích thước cơ bản của xyclo như sau:
Tham khảo thực tế chọn : Đường kính ngoài của xiclo D = 2600 (mm);
Góc ` 0 Đường kính cửa xả: d = 350 (mm)
Khi đó chiều dài phía dưới H2 2
Chiều cao H1: Được tính toán theo thể tích của xyclo
Thể tích của một xiclo là:
Phía trên đỉnh xyclo có lắp ống thông khí cao khoảng 1,5 m
Khung thép có chức năng nâng xyclo lên cao để lắp đặt đầu băng vít vào cửa xả của xyclo, bao gồm bốn cột có chiều cao L Để xác định chiều cao chân cột (L), cần thực hiện các bước cụ thể.
Trong đó: H2 = 1950 (mm) h1 = 390 (mm) h2 = 1100 (mm) Suy ra L = 1950 + 390 + 1100 = 3440 (mm)
Tham khảo thực tế, ta lấy L = 3800 (mm)
Chiều cao của xyclo H = L+H1 + 1500 = 3800 + 11000 + 1500 300 mm
- Xác định khoảng cách giữa các cột a:
- Bốn chân cột được đặt ở bốn góc của hình vuông như hình vẽ
Hình 4.7 Khung thép đặt xiclo a a R1300
Hình 4.8 Khoảng cách giữa các cột
Tính toán thiết kế phễu chứa cốt liệu
Phễu chứa cốt liệu có chức năng tiếp nhận cốt liệu từ máy bốc xúc và sau đó xả vào băng tải ngang để tiến hành định lượng Hình dạng cơ bản của phễu chứa được thể hiện trong hình 4.9.
Hình 4.9 Phễu chứa cốt liệu
Dung tích phễu chứa cần đủ lớn để đảm bảo năng suất trạm nhưng không nên quá lớn để tránh kích thước cồng kềnh Theo các trạm trộn thực tế, với năng suất 100 m³/h, phễu chứa nên được thiết kế với 3 ngăn bằng nhau, mỗi ngăn có dung tích 10 m³ Đường vận chuyển của máy bốc xúc nên được xây dốc để thuận tiện cho việc vận chuyển.
Tính toán phễu chứa cốt liệu trung gian
Theo bảng địng mức mác bê tông ta có khối lượng đá cát cho 1m 3 bê tông là mác P400 với cát VC = 0,403m 3 , VC = 0,829m 3
Ta có V = 0,403 + 0,829 = 1,232 m 3 Đối với trạm 100m 3 /h thì 1 mẻ trộn có 2m 3 bêtông vậy thể tích đá cát là :
Như vậy thể tích của phễu chứa trung gian là :
Kiểm tra thể tích của phễu trung gian
Ta có : Vp = Vt + VD
Trong đó : Vt thể tích của phần trên phễu
VD thể tích phần dưới phễu
Vậy Vp = Vt + VD = 2,56 + 0,796 = 3,356 m 3 (thoả mãn )
Ta có kích thước của phễu trung gian như sau :
Cabin điều khiển trạm trộn
Cabin điều khiển cần được thiết kế với không gian đủ rộng để đặt máy tính và cho người vận hành trạm Theo khảo sát các trạm trộn hiện nay, diện tích cabin lý tưởng nằm trong khoảng 3 m² đến 4,5 m² Do đó, chúng tôi chọn cabin có kích thước chiều rộng 1,5 m và chiều dài 3 m, với chiều cao đạt 2,5 m.
Khung chính
Khung chính của trạm trộn được thiết kế bằng kết cấu thép, đóng vai trò là bộ khung vững chắc để lắp đặt các bộ phận quan trọng như buồng trộn, cabin điều khiển, giá đỡ cho vít tải và phễu chứa cốt liệu trung gian.
Các kích thước tổng thể của khung chính được xác định như sau:
Chiều cao khung chính Hk được xác định dựa trên yêu cầu cần thiết để hỗ trợ buồng trộn ở độ cao tối ưu, giúp việc xả bê tông vào xe vận chuyển sau khi trộn diễn ra thuận lợi.
Do vậy chiều cao Hk của khung chính phụ thuộc vào chiều cao xả bê tông Hx
Chiều cao xả bê tông Hx cần phải lớn hơn chiều cao của các xe vận chuyển bê tông lớn nhất hiện nay tại Việt Nam, với chiều cao tối đa của xe là hmax = 3780 mm Do đó, chiều cao cửa xả bê tông được chọn là Hx = 3900 mm.
Với điều kiện Hk > Hx, vậy chọn Hk = 4500 mm
- Chiều rộng khung chính Bk:
Chiều rộng khung chính của Bk cần được thiết kế vừa đủ, không quá rộng cũng không quá hẹp Theo thực tế tại các trạm trộn hiện nay, buồng trộn thường được đặt ở giữa khung chính, xung quanh buồng trộn cần có lối đi rộng 1 m để thuận tiện cho việc lắp đặt, kiểm tra và bảo trì Do đó, bề rộng khung chính sẽ được tính toán dựa trên yêu cầu này.
Trong đó : R bán kính của buồng trộn, a là lối đi a = 1m
Kích thước rộng lớn nhất của các xe vận chuyển bê tông hiện nay đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam là bmax = 2750 mm, vậy chiều rộng khung chính
Bk = 4 m là phù hợp để xe vận chuyển lùi vào nhận bê tông
- Chiều dài khung chính Lk:
Ta thấy chiều dài khung chính Lk phải thoả mãn điều kiện sau:
Trong đó: bc là chiều rộng của cabin điều khiển, bc = 1500 mm
R là bán kính buồng trộn, R = 500 mm a là bề rộng lối đi, a = 1000 mm
Tính toán băng tải
4.12.1 Băng tải nghiêng vận chuyển
Theo thiết kế băng tải có bề rộng B = 800mm , góc nghiêng của băng tải là = 22 0 ta có chiều cao của khung thép băng tải :
Trong đó : HK = 4500 mm chiều cao của khung chính dưới
HBT = 1000 mm chiều cao của buồng trộn
HP = 2500 mm chiều cao của phễu chứa cốt liệu trung gian h = 200 mm là khoảng cách giữa các thiết bị băng tải và phễu
Thay vào ta có H = 4500 + 2140+2500 + 200 = 9340 mm
Hình 4.11 Kích thước sơ bộ băng tải xiên
Chiều dài của băng tải xiên :
Hình 4.12 :cấu tạo tổng thể băng tải
1 Động cơ 5 Khung thép 9 Tang bị động
2 Hộp giảm tốc 6 Con lăn đỡ trên 10 Máng cấp liệu
3 Tấm băng 7 Con lăn đỡ dưới
4 Tang chủ động 8 Cơ cấu căng băng
Khi động cơ điện (1) hoạt động sẽ truyền chuyển động quay qua hộp giảm tốc
Tang trống chủ động quay nhờ vào ma sát với tấm băng, từ đó giúp băng tải di chuyển Vật liệu được cung cấp qua phễu cấp liệu để tiếp tục quá trình vận chuyển.
Hàng hóa được rót vào tấm băng và di chuyển theo băng tải, sau đó được dỡ ra qua phễu hoặc chảy tự do Các con lăn đỡ giữ cho băng ổn định ở cả nhánh làm việc và nhánh không làm việc Khi băng tải hoạt động ở góc nghiêng, cần trang bị thiết bị an toàn để ngăn chặn băng quay ngược, nhằm bảo vệ hàng hóa và đảm bảo an toàn cho con người.
Băng tải đai là loại máy vận chuyển liên tục phổ biến nhất, được ứng dụng rộng rãi trong các hầm mỏ, nhà máy sản xuất, công trường xây dựng, bến bãi, nhà ga và kho chứa Thiết bị này hiệu quả trong việc vận chuyển nhiều loại hàng hóa và vật liệu, bao gồm vật liệu rời như xi măng, ngũ cốc, than đá, cát sỏi, cũng như vật liệu ướt như hỗn hợp vữa, bê tông và đất sét Ngoài ra, băng tải đai còn thích hợp cho việc vận chuyển hàng kiện, bao gồm vật liệu rời được đóng trong thùng hòm và hàng hóa đã được bọc gói.
Băng tải được ưa chuộng nhờ vào cấu tạo đơn giản, độ an toàn cao, và khả năng vận chuyển vật liệu rời cũng như đơn chiếc theo nhiều hướng, bao gồm cả nằm ngang và nghiêng Đầu tư và chế tạo băng tải không tốn kém, dễ dàng tự động hóa và vận hành, đồng thời bảo trì cũng rất thuận tiện Hệ thống này hoạt động êm ái và có năng suất cao, trong khi mức tiêu hao năng lượng so với các thiết bị vận chuyển khác là khá thấp Tuy nhiên, băng tải có hạn chế về độ dốc cho phép (thường từ 16° - 24° tùy vào loại vật liệu) và không thể vận chuyển theo đường cong.
4.12.1.4 Tính toán thiết kế tổng thể băng tải
4.12.1.4.1 Chọn vật liệu chế tạo băng tải
1) Tấm băng: Căn cứ vào điều kiện làm việc thực tế của băng là vận chuyển vật liệu là đá cát ( = 1,4 1.8 tấn /m 3 ), chiều dài vận chuyển dài, vật liệu không có độ nhám nhiều Kết cấu băng cần đơn giản Mặt khác theo yêu cầu là thiết kế băng tải cao su do đó ta lựa chọn băng tải cao su cốt vải để sử dụng
2) Kết cấu thép: Chọn loại thép thông thường để chế tạo kết cấu thép (thép CT3, dạng thép hình kết cấu dạng dầm nhiều nhịp hoặc kết cấu dạng dàn không gian ) Sau đó sơn bảo vệ bên ngoài bởi vì nó đáp ứng được khả năng làm việc trong điều kiện chịu được tác dụng trực tiếp của môi trường bên ngoài, dễ gia công chế tạo và giá thành hợp lí
3) Hệ thống tang dẫn và các con lăn đỡ, con lăn đứng: Các tang trống được chế tạo bằng thép hàn CT3 Bề mặt tang trống được gia công cẩn thận Đối với loại băng tải cao su, để tăng hệ số ma sát giữa băng và tang trống người ta thường bọc cao su
Tang trống làm bằng thép hàn CT3 nổi bật với khả năng gia công dễ dàng và chi phí hợp lý Các con lăn thường được sản xuất từ thép ống CT3, được lắp đặt trên ổ lăn hoặc ổ trượt, giúp chúng quay quanh trục gắn chắc chắn trên giá đỡ băng.
4.12.1.4.2 Tính toán các thông số cơ bản của băng tải
1) Chiều dài băng: Theo thiết kế sơ bộ ta có chiều dài băng tải : L = 25 (m)
2) Góc nghiêng của băng tải: Theo thiết kế thì băng tải có góc nghiêng so với phương ngang là = 22
3) Vận tốc của băng tải: Để đảm bảo yêu cầu về năng xuất của một dây truyền công nghệ thì việc lựa chọn băng có vận tốc hợp lý phù hợp với năng xuất của dây truyền là điều hết sức cần thiết
Thực tế vận tốc vận chuyển của các băng tải vận chuyển vật liệu xây dựng (bêtông tươi) thường có vận tốc v= (11,6) m/s
Khi tính toán chọn vận tốc băng v = 1,5 m/s
4) Vận tốc của băng tải: Theo thiết kế trong 1m 3 bê tông xi măng sản phẩm cần lượng cấp phối như sau: Đá 1: cỡ 2-4cm hoặc 1-2cm:800kg Đá 2: 350kg
Khối lượng cốt liệu cần là 2000kg
Theo thiết kế buồng trộn 2m³, khối lượng cốt liệu cần thiết là 4000 kg Thời gian băng tải xiên để vận chuyển toàn bộ 4000 kg cũng được tính toán trong chu kỳ thiết kế.
Ta có năng suất của băng tải vận chuyển là:
Q = (60/t).60.q = (60/45).60.4000 = 320000 (kg/h) Trong đó: t là thời gian vận chuyển hết cốt liệu trong một mẻ trộn q là khối lượng cốt liệu vận chuyển trong một mẻ trộn
Q là năng suất của băng tải vận chuyển
5) Bề rộng của băng tải:
F- diện tích mặt cắt ngang của dòng vật liệu trên băng
V- tốc độ chuyển động của băng
Gọi B là chiều rộng băng F là diện tích mặt cắt ngang của dòng vật liệu trên bănng phụ thuộc vào loại băng
0 = 1.8 T/m3 khối lượng riêng của vật liệu
Diện tích mặt cắt ngang của dòng vật liệu được tính theo công thức là tổng của diện tích tam giác (Ft) với diện tích hình thang (Fth)
4.13 Băng lòng máng 3 con lăn
* Tính diện tích tam giác Ft
Trong đó : 3 _ góc ở đáy của tam giác 3 0,5 2 0.351 15 0
2 = 30 0 góc tự nhiên khi chuyển động
1 E 0 -50 0 góc tự nhiên ở trạng thái tĩnh C- hệ số tính đến sự giảm diên tích vật liệu trên băng chuyển động theo mặt phẳng nghiêng
* Tính diện tích hình thang Fth
Trong đó: -góc nghiêng của con lăn so với phương ngang
B1 - chiều dài của con lăn đặt B
Khi góc nghiêng của băng là 22 0 thì C= 0,9
Kết hợp với quy cách băng thường được chế tạo với chiều rộng 400, 500, 650 ,(700), 800, (900), 1000, 1200, 1400, 1600, 2000, 2600 (mm)
Ta chọn băng có chiều rộng băng B = 800(mm)
6) Xác định công suất dẫn động băng tải: Công suất có thể xác định theo công thức sau: N = N1 + N2
N1: Công suất cần thiết để nâng vật liệu nên chiều cao H
Trong đó: là tổng lực cản tác dụng lên băng tải
G là tổng trọng lượng của vật liệu
N2: Công suất cần thiết để thắng lực cản di chuyển băng trên chiều dài Ln
Hình 4.14 Phân tích lực tác dụng lên băng tải
Trong đó: Q: năng suất của băng tải (T/h), Q = 320T/h
Ln: Hình chiếu độ dài vận chuyển (m)
H : Chiều cao vận chuyển vật liệu (m)
: hệ số cản chuyển động riêng của vật liệu, = 0,030,04 Chọn
0: hệ số cản di chuyển riêng của băng trên con lăn 0 = 0,05 v : vận tốc của băng (m/s) v = 1,2 (m/s) qb (kg/m) là trọng lượng của băng tải trên 1m
4.12.1.4.3 Tính toán mốt số bộ phận của băng tải
1) Tính chọn băng tải: Do băng cao su làm việc với độ dốc tương đối lớn và chịu tải lớn Nên khi tính chọn băng, băng phải có số lớp vải nhiều làm tăng khả năng chịu kéo, băng phải thiết kế thêm hệ thống gờ tăng hệ số ma sát giữa băng và vật liệu
Lực căng băng mới nhất được sử dụng để tính toán và kiểm tra độ bền của băng, với lực căng lớn nhất xuất hiện ở điểm cuối khi băng vào tang dẫn động.
Ta có số lớp vải: i d m
Trong đó : i-số lớp vải có trong băng
Kđ-lực kéo đứt 1mm chiều rộng một lớp vải trong băng(mm) m- hệ số dự trữ độ bền của băng
Với khối lượng riêng của vật liệu chuyển động trên băng đạt từ 1,3 đến 1,8 T/m³, việc lựa chọn băng tải có số lớp vải lớn là cần thiết để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
Do đó ta lấy i= 3 lớp
Ta chọn băng theo tiêu chuẩn C20-57
* Băng có gờ, chiều rộng B= 800(mm)
* Cách nối băng bằng cách dùng bản lề
2) Tính toán tang trống chủ động ỉ420 ỉ400
Chiều dài L và đường kính D của tang trống chủ động phụ thuộc vào loại băng sử dụng Đối với băng cao su cốt vải, đường kính của tang trống chủ động được xác định theo các tiêu chuẩn cụ thể.
D t c = (120 150).i (mm) Trong đó: B = 800 (mm): chiều rộng băng i: Số cốt vải
Chọn đường kính tang trống D t c = 420 mm và vật liệu thép CT3 với các thông số cơ tính như sau: ứng suất cho phép về uốn là 1600 kg/cm² và giới hạn chảy là 2400 kg/cm².
