Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm tính toán, thiết kế hệ thống thiết bị trong dây chuyền sản xuất gạch không nung. Để đáp ứng được một nhu cầu trong ngành xây dựng, đem lại hiệu quá kinh tế cao, góp phần bảo vệ môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Giới thiệu gạch Block và các thông số kỹ thuật
Bê tông, bên cạnh thép, là vật liệu xây dựng phổ biến nhất trên toàn cầu và đóng vai trò thiết yếu 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 Các thành phần kết cấu mềm như đất sét và hợp chất hữu cơ không được sử dụng trong sản xuất gạch block Gạch block được tạo ra bằng cách lèn chặt hỗn hợp trong khuôn thép theo hình dạng mong muốn và được dưỡng hộ cho đến khi đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
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 cũng ngăn chặn tình trạng phá rừng do không sử dụng than củi hay 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 có chi phí thấp, dao động từ 50.000 USD đến hơn 1 triệu USD tùy thuộc vào 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, đồng thời yêu cầu diện tích nhà xưởng và kho chứa nguyên liệu cũng như thành phẩm không lớn.
1500 - 2000 m2 mặt bằng là có thể sản xuất gạch block
Dây chuyền sản xuất gạch block hiện đại hóa với mức độ tự động hóa cao, giúp giảm thiểu số lượng công nhân cần thiết Tại Việt Nam, nơi có nguồn nhân lực dồi dào, có thể áp dụng tự động hóa cho những khâu quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm, trong khi vẫn sử dụng lao động thủ công cho các khâu 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 cần được điều chỉnh theo 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 Trong khi đó, đối với 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 về thể tích, 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 mang lại nhiều lợi ích trong thi công, không cần trát mạch giúp tiết kiệm vật liệu và nhân công, đồng thời rút ngắn thời gian thi công Việc thay đổi kiểu dáng và kích thước đường hoặc vỉa hè trở nên dễ dàng, và trong quá trình sử dụng, các viên gạch cũ có thể được tháo dỡ và thay thế bằng gạch mới một cách nhanh chóng.
- 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 trải qua kiểm nghiệm tại các phòng thí nghiệm chuyên dụng, đạt tiêu chuẩn Việt Nam và phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu, Quốc tế Hiện nay, sản phẩm gạch này được sản xuất theo hệ thống quản lý chất lượng 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 là yếu tố quyết định chất lượng và mỹ thuật của gạch terrazzo.
Gạch lát có mài, hay còn gọi là gạch terrazzo, được sản xuất từ đá cẩm thạch và xi măng, với thành phần chính là bột đá cẩm thạch, mảnh vụn đá cẩm thạch hoặc granite, cùng với bột màu và xi măng trắng hoặc đen Loại gạch này không chỉ có bề mặt được đánh bóng như gương mà còn có thể được vát cạnh, mang lại vẻ đẹp sang trọng cho sàn nhà và được sử dụng cho các mục đích trang trí cao cấp.
Gạch lát chịu mài mòn cao được sản xuất với từ 2 đến 5 màu sắc khác nhau, bao gồm các lát đá cẩm thạch lớn ở lớp thứ nhất Cuối cùng, gạch có mài, đánh bóng, vát cạnh và gạch mỏng được sử dụng để lát sàn nhà và ốp tường, tất cả 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, và có thể bao gồm mảnh vụn đá cẩm thạch, xi măng đen hoặc trắng hiếm gặp cùng với bột màu 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 Bề mặt gạch có cấu trúc đa dạng với hoa văn phong phú hoặc kiểu thô, nhờ vào các đế cao su tạo hoa văn đặc biệt được đặt dưới đáy khuôn.
Gạch lát ngoài trời có thể được hoàn thiện bằng cách mài hoặc bắn hạt, hoặc kết hợp cả hai phương pháp Quá trình này sử dụng thiết bị chuyên dụng để mài hoặc bắn hạt một phần viên gạch Ngoài ra, một phương pháp khác là sử dụng búa gõ, trong đó bề mặt viên gạch được đập bằng loạt búa gõ chạy bằng khí nén thay vì bắn các hạt kim loại hình cầu.
Gạch bê tông rửa là loại gạch có bề mặt được phủ bởi nhiều hạt có kích thước khác nhau, giúp tạo ra vẻ đẹp thẩm mỹ đa dạng về hình dạng và màu sắc.
Gạch lát hè, hay còn gọi là gạch tự chèn, được sản xuất bằng công nghệ ép kín hơi của OCEM, cho phép tạo ra nhiều kiểu bề mặt khác nhau như mặt 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, từ đó đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng trong xây dựng và trang trí.
Các loại máy ép gạch và thông số kỹ thuật
Hiện nay, nhu cầu sử dụng gạch block cho các công trình xây dựng như nhà ở, xưởng, và công trình công cộng đang tăng cao Điều này dẫn đến sự gia tăng nhu cầu về máy ép gạch Hầu hết máy ép gạch tại Việt Nam được nhập khẩu từ các nước 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 để điều tiết áp lực của ống dẫn dầu nhánh rời và khối lượng dầu, cho phép áp dụng các vật liệu thô khác nhau mà vẫn tạo ra sản phẩm cao cấp với chất lượng đồng nhất.
Hệ thống điều khiển điện sử dụng PLC để quản lý quá trình 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 nguyên liệu cưỡng bức và thay đổi không gian khuôn để tối ưu hóa quá trình trộn Việc áp dụng cọc nguyên liệu vòm chuyên dụng tạo ra lực tác động hiệu quả, kết hợp với quá trình khuấy đảo hai lần, giúp đảm bảo nguyên liệu bông xỉ than được trộn đều sau khi nghiền thành bột.
Hệ thống tạo rung được thiết kế với cách sắp xếp tối ưu nhằm truyền động hiệu quả cho trục, giúp tăng tốc độ sản xuất và đảm bảo độ chính xác cao trong việc tạo ra 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 cho bề mặt gạch theo yêu cầu, với hai nguyên liệu hoàn toàn tự động Quá trình tự động hóa giúp tăng cường lớp lót, đảm bảo mức lún đều, đồng thời dễ dàng trong việc bảo trì và xử lý các vấn đề khó khăn.
Dự kiến các hạng mục cho dây chuyền sản xuất gạch block đồng bộ được thiết lập dựa trên model QT 5-15, với 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)
Khối lượng phụ gia siêu dẻo trong 1m3 được ký hiệu là SP (kg/m3), trong khi tổng khối lượng nước trong 1m3 là N (kg/m3) Khối lượng sợi xơ dừa đã được xử lý trong 1m3 được ký hiệu là S (kg/m3) Hỗn hợp có khối lượng thể tích 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 tỉ lệ nhất định trước khi đưa vào máy trộn Máy trộn sẽ thực hiện việc trộn đều các thành phần này Đối với gạch terazzo, quy trình trộn nguyên liệu phức tạp hơn và có những yêu cầu cụ thể riêng.
+ Trộn vật liệu bằng hệ thống trộn liệu tự động: cho lớp thứ nhất
Gạch lát terrazzo được cấu tạo từ hai lớp ép chặt với nhau, yêu cầu hai hệ thống trộn riêng biệt Lớp cao cấp đầu tiên được trộn bằng máy trộn hành tinh, sử dụng nguyên liệu bao gồm mảnh vụn đá cẩm thạch, bột đá, cát, xi măng, bột màu và nước, tạo thành một 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 Từ hai phễu này, nguyên liệu được tự động chuyển đến máy trộn hành tinh qua hệ thống nạp rung và nạp kiểu vít trên băng tải cân, với mỗi thành phần vật liệu được cân chính xác.
Người sản xuất thường sử dụng 4 phễu chứa liệu để tiết kiệm thời gian và công sức, giúp họ không cần phải đổ hết các hạt đá ra khỏi phễu mỗi khi chuyển đổi giữa các loại gạch khác nhau.
Xi măng được cấp vào máy trộn qua vít tải, nhận từ sinô sau khi xe tải nạp Trước khi đưa vào máy trộn, xi măng được cân chính xác để xác định lượng cần thiết Trong các dây chuyền hiện đại, bột đá cũng được cung cấp trực tiếp từ xe tải vào silô và sau đó chuyển tới máy trộn qua vít tải Điều 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 theo lượng đã định sẵn Cuối cùng, toàn bộ hỗn hợp được trộn lại và xả ra khỏi máy trộn Toàn bộ quá trình này thường diễn ra trong khoảng 4 đến 8 phút.
+ Trộn vật liệu bằng hệ thống trộn liệu tự động: cho lớp thứ hai
Việc trộn liệu cho lớp thứ hai tương tự như lớp thứ nhất, 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 ít nước Lượng nước trong lớp thứ hai cần được kiểm soát chặt chẽ vì quá trình thi công yêu cầu độ bền cao hơn.
Khi lớp thứ hai được ép kín hơi, nó sẽ hút nước từ lớp thứ nhất Sau khi hệ thống trộn cho lớp thứ hai hoàn tất, sản phẩm 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 Việc này có thể thực hiện bằng tay hoặc thông qua hệ thống tự động cấp phôi, tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng và điều kiện thực tế.
Nguyên liệu được đưa vào máy trộn để trộn đều, sau đó sẽ được chuyển vào khuôn của máy ép thông qua hệ thống cấp phôi Việc cung cấp nguyên liệu cần diễn ra liên tục và đảm bảo đúng khối lượng yêu cầu.
+ 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, nơi nước từ lớp đầu tiên thấm ngược trở lại các lớp nguyên liệu khô Quá trình này tạo ra phản ứng hóa học, giúp các lớp nguyên liệu kết hợp chặt chẽ và 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 gạch được phơi dưới ánh nắng mặt trời cho đến khi khô hoàn toàn, quy trình tiếp theo là đánh bóng và xử lý bề mặt bằng sáp phù hợp để đạt được độ hoàn thiện tối ưu.
Hình 1.10 Gạch được đánh bóng
Gạch sẽ được kiểm tra chất lượng 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 ở Việt Nam rất phong phú và dễ kiếm, dẫn đến việc gạch block được sử dụng rộng rãi trong nhiều công trình xây dựng Nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng gia tăng, vì vậy, luận văn này tập trung vào nghiên cứu 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 ngày càng được ưa chuộng 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 trong dây chuyền sản xuất gạch block giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Phạm vi nghiên cứu
Gạch block được làm từ xi măng, cát và các chất độn như sỏi, đá dăm Đề tài nghiên cứu tập trung vào thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực và kết cấu 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 các quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố cấu tạo máy là rất quan trọng để tối ưu hóa công suất tiêu hao trong quá trình ép gạch block không nung Việc phân tích này giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các yếu tố cấu tạo và hiệu suất làm việc của máy, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm năng lượng.
- 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 ép Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố cho thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ quay có thể cải thiện hiệu suất chế biến và chất lượng sản phẩm cuối cùng.
- 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 chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp là rất quan trọng để đạt hiệu quả tối ưu cho vấn đề đã đặt ra Các phương pháp nghiên cứu khoa học được phân loại rõ ràng, giúp tập trung vào việc giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.
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 dữ liệu, ý tưởng và mẫu thiết kế cần thiết cho quá trình sáng tạo.
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 các nghiên cứu kỹ thuật chủ yếu là nghiên cứu ứng dụng, trong khi nghiên cứu lý thuyết nhằm thiết lập hệ thống quan điểm mới bằng cách đưa ra các quy luật Nghiên cứu lý thuyết thường phù hợp nhất 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 nhiều hiện tượng và quá trình khác nhau, 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 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 đến chất lượng sản phẩm sẽ tốn nhiều thời gian và công sức Do đó, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được lựa chọn là phù hợp hơn, với sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, nhằm giảm bớt khối lượng công việc và rút ngắn thời gian nghiên cứu.
Trong nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp cổ điển cho phép nhà thực nghiệm dựa vào kinh nghiệm và trực giác để lựa chọn hướng nghiên cứu Các thí nghiệm được thực hiện lần lượt, thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố khác Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có khả năng tìm kiếm cái mới dựa vào mối quan hệ đơn định giữa các tiêu chí đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng.
Trong quá trình thực nghiệm, 26 yếu tố ảnh hưởng riêng biệt cần được xem xét một cách độc lập Mặc dù có nhiều phương pháp thực nghiệm cho từng yếu tố, nhưng việc chỉ nghiên cứu từng trường hợp riêng lẻ không mang lại kết quả rõ ràng về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố cũng như không giúp xác định được phương án phối hợp tối ưu giữa các yếu tố này.
Phương pháp nghiên cứu cổ điển có nhược điểm là không thể quan sát sự chuyển dịch của quá trình Khi tìm kiếm các điều kiện tối ưu, các thực nghiệm thường mang tính chất thụ động.
Chúng tôi đã nhận thấy những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển, vì vậy đã quyết định áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Phương pháp này cho phép chúng tôi 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, kết hợp với 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.
2.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm a.Thực nghiệm đơn yếu tố
Nguyên tắc của phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố là giữ cố định các yếu tố khác và chỉ thay đổi một yếu tố 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 những ảnh hưởng 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, chúng ta có thể tìm ra giá trị tối ưu để làm cơ sở 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 cho thiết kế, chế tạo, sử dụng và thử nghiệm Phương pháp này giúp giảm khối lượng thí nghiệm và xác định 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 lý thuyết, chúng ta tiến hành thiết kế máy ép gạch block 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 máy được khởi động, mô tơ 1 và bánh đai 2 bắt đầu quay, truyền động qua đai làm cho vô lăng 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 và xuống Nếu 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 khởi động 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 nhấn bàn đạp 11, then chắn sẽ được tác động.
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 này sẽ di chuyển 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 bị ảnh hưởng bởi 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 thay đổi 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, di chuyển trên các thanh ray vào vị trí ép Khi xe số 1 mang khuôn số 1 đã nạp nguyên liệu, nó sẽ vào vị trí ép, sau đó xy lanh chính sẽ ép khuôn xuống để tạo ra sản phẩm Sau khi hoàn tất, xe số 1 sẽ trở về vị trí ban đầu để lấy sản phẩm và nạp nguyên liệu mới Đồng thời, xe số 2 mang khuôn thứ 2 sẽ thực hiện quá trình ép tương tự như xe số 1, với xy lanh chính thực hiện ép và khuôn 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
Với yêu cầu kỹ thuật và chu kỳ ép cần thiết để tạo hình viên gạch, phương án số 3 được xác định là lựa chọn tối ưu nhất.
- 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 chày hoàn tất, hệ thống dỡ sản phẩm sẽ hoạt động để lấy sản phẩm ra Đồng thời, khuôn còn lại đã được cung cấp nguyên liệu và sẵn sàng cho quá trình ép tiếp theo.
Trong quá trình chuyển động, sự phối hợp diễn ra nhịp nhàng, đặc biệt là chu kỳ xuống của chày trên Giai đoạn đầu, chày trên đi xuống với cường độ 50 Kg/cm², và vào cuối giai đoạn này, khuôn cần được nâng lên để tạo ra khe hở nhỏ cho việc thoát khí Việc loại bỏ không khí là cần thiết trong các giai đoạn tiếp theo, khi khuôn đóng kín hoặc mở Ở giai đoạn sau, lực ép sẽ được tăng dần để đạt áp suất ép cao hơn.
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 hợp lý nhất Máy ép thủy lực không chỉ đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật mà còn tối ưu hóa hiệu suất 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 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 Quá trình ép diễn ra khi dầu được ép xuống thông qua đầu trượt của Piston Khi van phân phối 3 chuyển sang vị trí hồi dầu, dầu từ xi lanh qua van một chiều trở về A và đến cửa T, kết thúc hành 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 van tiết lưu từ các nhà sản xuất nổi tiếng trên thế giới, bao gồm các thương hiệu 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 đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình gia công với chày ép, việc tính toán áp suất cần thiết là rất quan trọng Cần xem xét tổn thất áp suất của các cơ cấu dầu ép để đảm bảo lượng chạy dao lớn nhất Những tổn thất này có thể 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 xác định 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 chiều dài ống là l = 4 m, theo đồ thị trong sách truyền động dầu ép, ta có thể xác định tổn thất 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 = 0,15 + 2 + 0,25 + 0,15 + 0,15 + 2, dẫn đến p2 = 4,7 (MPa) Áp suất này cần thiết để buồng xylanh có thể thắng lực ép và lực ma sát Theo phương trình cân bằng tĩnh, ta có p1.S1 = p2.S1 + Fép + Fms, trong đó 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
Áp suất bơm cần cung cấp cho W1 được tính toán dựa trên các yếu tố như độ giảm áp trên van khoá (p7 = 1-3 MPa, chọn p7 = 2 MPa) và độ giảm áp trên van giảm áp (p8 = 3 MPa) Công thức tính áp suất bơm cần thiết là: p = p1 + p1 + p2 + p4 + p6 + p7, với các giá trị cụ thể là p = 27 + 0,15 + 0,25 + 0,15 + 2 + 3, dẫn đến p = 32,55 MPa Để đảm bảo áp suất cần thiết, cần tính thêm tổn thất bộ lọc, do đó áp suất bơm cần thiết được điều chỉnh 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, biến cơ năng thành động năng dưới dạng áp suất dầu Trong hệ thống dầu ép, chỉ sử dụng bơm thể tích, loại bơm hoạt động bằng cách thay đổi thể tích của các buồng làm việc Khi thể tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu vào; ngược lại, khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra, thực hiện 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 mà áp suất không cần cao, chúng ta nên chọn bơm cánh gạt Loại bơm này được ưa chuộng nhờ vào sự ổn định về lưu lượng và hiệu suất thể tích cao, đồng thời 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 nhằm ngăn ngừa tình trạng quá tải trong hệ thống dầu ép Khi áp suất dầu vượt quá mức cho phép, van an toàn sẽ tự động mở để xả dầu về bể, giúp giảm áp suất trong hệ thống.
Van an toàn không chỉ giữ nhiệm vụ duy trì 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 van an toàn, do đó cần chú ý đến độ chịu mòn giữa các bề mặt khép kín Bên cạnh đó, vì van tràn làm việc liên tục, độ kín của nó không cần phải cao hơn so với van an toàn.
Van tràn tự động và van an toàn có sự khác biệt chủ yếu ở chức năng hoạt động: van tràn tự động điều chỉnh áp suất trong hệ thống dầu ép, trong khi van an toàn chỉ mở khi hệ thống bị quá tải để dẫn dầu ra ngoài Mặc dù chúng có chức năng khác nhau, nhưng kết cấu của hai loại van này tương tự, do đó có thể thay thế cho nhau trong một số 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), cả hai bên đều có áp suất dầu Nếu áp suất chưa đủ để thắng lực lò xo (1), áp suất P1 và P2 trên Piston sẽ bằng nhau, khiến Piston đứng yên Khi áp suất tăng lên P3, van sẽ mở, dầu chảy qua Piston và vào van bi để trở về bể dầu Do sức cản của lỗ tiết lưu (7), P2 sẽ nhỏ hơn P1, tạo ra hiệu áp P = P1 - P2 giữa hai bên Piston, khiến Piston di chuyển lên trên, và dầu sẽ theo các rãnh (6) về bể dầu Lúc này, cả hai van đều hoạt động.
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 phụ thuộc vào kích thước lỗ tiết lưu và lưu lượng qua lỗ này Áp suất điều chỉnh của van sẽ chính xác hơn khi lưu lượng qua van bi nhỏ.
Van tiết lưu hoạt động êm ái và không gây chấn động, với khả năng điều chỉnh áp suất trong khoảng rộng từ 5 đến 63 bar hoặc cao hơn Một đặc điểm 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 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 được 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 ảnh hưởng của sức cản và ma sát Để xác định lực đẩy thực, cần xem xét các yếu tố này, đặc biệt trong điều kiện làm việc bình thường với áp suất từ 400 đến 800 kPa (4 đến 8 bar) Trong khoảng áp suất này, lực ma sát có thể ước lượng chiếm từ 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 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 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 F = 4500 N và k = 0,01 (hệ số ma sát lăn), ta có 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 thực tế trong cả hành trình thuận và ngược đều lớn hơn trọng lực P, giúp công việc trở nên dễ dàng hơn Để 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 dựa trên nguyên lý dẫn khí vào buồng chứa, nơi thể tích của buồng này thay đổi Theo định luật Boyle - Mariotte, áp suất trong buồng chứa cũng sẽ thay đổi tương ứng Ví dụ về các loại máy nén khí bao gồm máy nén kiểu Piston, bánh răng và cánh gạt.
Máy động năng là thiết bị dẫn không khí vào buồng chứa, nơi áp suất khí nén được tạo ra nhờ động năng từ bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động này cho phép sản xuất khí nén với lưu lượng và công suất lớn Một ví dụ điển hình về máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này là máy nén 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 khi được nén Sau khi được làm mát, khí nén sẽ vào bình chứa khí nén Van điện từ điều khiển thông khí thông qua ống dẫn giữa máy nén khí và van một chiều trước bình chứa khí nén, giúp duy trì áp suất trong bình.
Máy nén khí (2) sử dụng truyền động đai (7) từ động cơ điện (8) để vận hành quạt gió (9), tạo ra luồng không khí làm mát Quạt gió (9) kết hợp với bánh đai truyền (10) đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm mát Cả động cơ điện (8) và thân máy nén khí (2) được lắp đặt trên khung giảm chấn (11) để tăng cường ổn định và hiệu suất hoạt động.
Máy nén khí kiểu Piston có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng điều chỉnh độ căng của đai truyền thông qua bộ phận giảm chấn Công tắc tự chọn cho phép thực hiện hai chức năng: ngừng hoạt động khi đạt áp suất yêu cầu và ngừng khi không tải Việc ngừng hoạt động khi đạt áp suất yêu cầu được thực hiện bằng rơ le áp suất, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho máy.
Máy nén khí kiểu piston có thiết kế gọn nhẹ, chiếm ít diện tích lắp đặt và dễ dàng tháo lắp các chi tiết Với khả năng tạo ra áp suất từ 2-1000 kg/cm2, thậm chí có thể lớn hơn, máy nén khí này 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 bỏ tạp chất và ngưng tụ hơi nước, giúp không khí được nén vào bình chứa Khi không khí đi qua cửa xoắn, nó 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 định kỳ trước khi đạt mức cao nhất theo chỉ thị Các phần tử rắn lớn hơn lỗ lọc sẽ bị giữ lại, gây nguy cơ làm tắc nghẽn, do đó cần làm sạch hoặc thay thế vòng lưới lọc thường xuyên Kích thước lỗ lọc thường từ 30 đến 70 micromet, có thể đạt đến 0,01 micromet, và khi nước ngưng tụ đạt vạch mức giới hạn, cần 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 là thiết bị quan trọng giúp duy trì áp suất thứ cấp ổn định, ngay cả khi áp suất sơ cấp trong mạng phân phối thay đổi Áp suất sơ cấp luôn phải cao hơn áp suất thứ cấp, và việc điều chỉnh áp suất được thực hiện thông qua màng Màng này chịu tác động của áp suất thứ cấp từ một phía và lực lò xo từ phía còn lại, với khả năng điều chỉnh lực lò xo thông qua vít chỉnh Khi áp suất sơ cấp tăng, con trượt sẽ hạ xuống, giảm tiết diện dòng khí để giữ áp suất thứ cấp không đổi Ngược lại, khi áp suất sơ cấp giảm, lò xo sẽ đẩy con trượt lên, làm tăng tiết diện dòng khí Nếu áp suất thứ cấp tăng quá cao, màng sẽ bị nén, tạo điều kiện cho khí nén thoát qua hai lỗ bên dưới.
+) Chọn các phần tử điều khiển khí nén
Các phần tử điều khiển trong hệ thống 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 của các chi tiết, cần chuẩn bị phôi khác nhau để đảm bảo mối hàn chắc chắn và thẩm mỹ Trong thiết kế khung máy ép, chủ yếu sử dụng các mối hàn liên kết chữ T, vì vậy có thể áp dụng các phương pháp hàn như 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 chắc chắn và không thể tháo rời Quá trình này diễn ra bằng cách 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 đó, kim loại sẽ kết tinh từ trạng thái lỏng hoặc được ép lại dưới áp lực khi ở trạng thái dẻo, tạo nên mối hàn bền vững giữa các phần tử.
Hiện nay, hàn được chia thành hai nhóm chính: hàn nóng chảy và hàn áp lực Mỗi nhóm này lại bao gồm nhiều loại hàn khác nhau, trong đó có thể kể đến một số kiểu hàn tiêu biểu.
- 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 điện để làm chảy kim loại phụ, cụ thể là que hàn (điện cực nóng chảy), kết hợp với 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 vai trò quan trọng trong việc tạo ra và duy trì hồ quang trong suốt quá trình hàn.
Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ là phương pháp hàn sử dụng khí bảo vệ như argon để tạo ra hồ quang Phương pháp này bao gồm các kiểu hàn TIG, MIG và MAG, giúp đảm bảo chất lượng mối hàn cao và ổn định.
Khung thân máy được cấu tạo 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 thiện, các thành phần này sẽ trải qua quy 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 kỹ lưỡng Mối hàn cần được làm vát theo tiêu chuẩn AASHTO và phải đáp ứng các tiêu chuẩn về hàn kết cấu dầm chịu lực, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về mặt.
Trong quy trình thẩm mỹ hàn 59, các mối hàn cần đạt tiêu chuẩn 10 và phải đảm bảo không có rỗ xỉ hay khí bên trong Sau khi hoàn tất việc hàn, cần thực hiện kiểm tra bằng siêu âm để kịp thời phát hiện và xử lý các khuyết tật Tiếp theo, các mối hàn phải 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 chặt với nhau Khung bệ máy được hình thành từ các tâm thép hàn gắn với các tấm đế.
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 thành từ hai tấm đứng, sau khi gia công tạo hình sẽ được hàn lại với các vách máy và gân tăng cứng, tạo nên một mô hình 3D chắc chắn và bền bỉ.
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, được hỗ trợ bởi các gối đỡ Những gối đỡ này được hàn gắn chắc chắn vào khung máy.
Hình 3.21 Mối hàn bệ đỡ xe khuôn
Số lượng gối đỡ thanh ray là 8 cái, được hàn chắc chắn vào thân máy nhằm hỗ trợ xe khuôn Chúng ta sẽ tiến hành kiểm tra độ bền của các mối hàn gối đỡ, coi gối đỡ như một dầm và áp dụng sơ đồ đặt lực tương ứng.
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