MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Chương I. GIỚI THIỆU CHUNG
I. Phân loại các máy và thiết bị trộn bê tông xi măng theo các quan điểm sau:
1. Căn cứ theo phương pháp trộn:
2. Căn cứ vào phương pháp đổ bê tông xi măng ra khỏi thùng chia làm bốn:
II. Tầm quan trọng của BTXM
III. Giới thiệu về thành phần chính của hỗn hợp Bê tông xi măng.
1. Bảng định mức tỷ lệ thành phần hỗn hợp:
2. Đặc tính của vật liệu:
Chương II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
I. Xác định dung tích hình học bồn trộn:
II. Xác định các kích thước hình học của bồn trộn:
Chương III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG BỒN TRỘN
I. Xác định tốc độ quay và công suất dẫn động bồn trộn:
II. Chọn động cơ điện:
III. Tỷ số truyền chung:
IV. Chọn hộp giảm tốc:
V. Thiết kế cặp báng răng trụ dẫn động thùng trộn:
1. Chọn vật liệu làm bánh răng nhỏ:
2. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:
3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K:
4. Chọn sơ bộ hệ số chiều rộng bánh răng:
5. Xác định khoảng cách trục A:
6. Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:
7. Xác định hệ số tải trọng và khoảng cách trục A:
8. Xác định mô đun, số răng và chiều rộng bánh răng:
9. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn:
10. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:
11. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:
Chương IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
I. Tính toán thiết kế bồn trộn:
1. Xác định các lực tác dụng lên bồn trộn:
2. Kiểm tra bền theo chiều dầy bồn trộn:
3. Kiểm tra bền vỏ thùng trộn:
II. Tính toán thiết kế cánh trộn:
1. Xác định các kích thước của cánh trộn:
2. Kiểm tra bền cánh trộn:
III. Hình ảnh bồn trộn bê tông xi măng:
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI MỞ ĐẦU
Những năm gần đây,đất nước ta đã có những bước phát triển vượt bậc cả về kinh tế khoa học kỹ thuật và đời sống văn hoá tinh thần. Để đạt được những thành quả to lớn đó phải có sự đóng góp của tất cả các ngành,các cấp vào mọi lĩnh vực như kinh tế,chính trị,văn hoá,khoa học kỹ thuật.
Nền tảng cho sự phát triển đó có sự đóng góp to lớn của sự phát triển kinh tế và kỹ thuật. Nước ta đang đẩy mạnh phát triển công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước.
Để thực hiện công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, trước tiên chúng ta phải xây dựng một cơ sở hạ tầng vững mạnh như: đường xá,cầu cống,nhà kho,bến cảng,sân bay... Để phục vụ cho công việc xây dựng các công trình đó chúng ta cần rất nhiều loại máy móc như: máy đào, máy đầm lèn, cần trục, trạm trộn bê tông xi măng, trạm trộn bê tông nhựa nóng, máy trộn bêtông xi măng…
Đối với các công trình xây dựng như cầu cống,đường xá,nhà ở...thì chất lượng bê tông xi măng góp phần quan trọng vào chất lượng các công trình đó. Để sản phẩm bê tông xi măng có chất lượng tốt chúng ta cần phải có những thiết bị máy móc hiện đại mà chủ yếu lại là các loại máy trộn và các loại trạm trộn bê tông xi măng.
Trong những năm gần đây do điều kiện cạnh tranh gay gắt của thị trường xây dựng hầu hết các đơn vị trong và ngoài ngành xây lắp đều tìm mọi biện pháp đầu tư,đổi mới thiết bị công nghệ. Trong đó có các máy trộn bê tông xi măng vừa và nhỏ, điển hình là các máy trộn của các nước như: Đức, Hungary, Trung Quốc.v.v.
Trong đề tài này nhiệm vụ của em là “Tính toán thiết kế bồn trộn bê tông xi măng V=2,5 (m3)”. Trong đó nhiệm vụ cụ thể của em là:
- Tìm hiểu thực tế dạng bồn trộn thiết kế.
- Lựa chọn phương án thiết kế.
- Thiết kế tổng thể.
- Thiết kế chi tiết:
+ Thiết kế thùng trộn.
+ Thiết kế cánh trộn.
+ Tính, chọn cơ cấu dẫn động thùng trộn
+ Tính toán kết cấu thép.
Trong quá trình thực hiện đề tài em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong bộ môn để em hoàn thiện hơn cho những thiết kế sau này.
Xin trân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn ,thầy: TS…….…… đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TPHCM, ngày… tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………….
Chương I
GIỚI THIỆU CHUNG
Bồn trộn hỗn hợp bê tông dùng để tạo ra hỗn hợp bê tông xi măng nhằm đáp ứng được yêu cầu đề ra. Hiện nay trong các công trình xây dựng đang sử dụng hai dạng bê tông:
- Hỗn hợp bê tông xi măng do các cốt liệu cứng dạng hạt như đá (sỏi) được trộn với cát, xi măng, chất phụ gia và nước. Các sản phẩm bê tông này được gọi là bê tông xi măng.
- Bê tông xi măng do các cốt liệu dạng bột như cát, xi măng hoặc vôi được trộn với nước tạo thành các sản phẩm này được gọi là hỗn hợp vữa bê tông.
Tác dụng của việc trộn bê tông được coi là hiệu quả nếu các cốt liệu được trộn đều và hàm lượng không khí trong hỗn hợp chiếm tỷ lệ nhỏ.
I. Phân loại các máy và thiết bị trộn bê tông xi măng theo các quan điểm sau:
1. Căn cứ theo phương pháp trộn:
Được phân thành hai nhóm là nhóm máy trộn tự do và nhóm máy trộn cưỡng bức:
a. Nhóm máy trộn tự do:
Các trộn được gắn trực tiếp vào thùng trộn, khi thùng trộn quay các cánh trộn sẽ quay theo và nâng một phần các cốt liệu lên cao, sau đó để chúng rơi tự do xuống phía dưới thùng trộn đều với nhau tạo thành hỗn hợp bê tông.
b. Nhóm máy trộn cưỡng bức:
Là loại máy có thùng trộn cố định còn trục trộn trên có gắn các cánh trộn khi trục quay các cánh trộn khuấy đều hỗn hợp bê tông.
Loại máy này cho phép trộn nhanh, chất lượng đồng đều và tốt hơn máy trộn tự do. Nhược điểm của nó là kết cấu phức tạp, năng lượng điện tiêu hao lớn hơn. Thường dùng các loại máy này để trộn các hỗn hợp bê tông khô, mác cao hoặc các sản phẩm yêu cầu chất lượng cao.
2. Căn cứ vào phương pháp đổ bê tông xi măng ra khỏi thùng chia làm bốn loại:
- Loại đổ bê tông bằng cách lật nghiêng thùng
- Loại đổ bê tông bằng máng dỡ liệu
- Loại đổ bê tông qua đáy thùng
- Loại đổ bê tông bằng cách thùng quay ngược lại
a. Phương pháp đổ bằng cách lật nghiêng thùng:
Chỉ thích hợp với các máy trộn kiểu tự do có dung tích thùng nhỏ hơn 250 lít (đối với loại lật thùng bằng lực quay tay) và nhỏ hơn 350 lít (loại lật thùng nhờ lực cưỡng bức)
b. Phương pháp đổ bằng máng:
Khi muốn lấy bê tông xi măng ra ta đưa máng vào, thùng trộn quay sẽ đổ bê tông vào máng để chảy ra ngoài. Phương pháp này đổ chậm và không triệt để. Thường áp dụng với các máy trộn kiểu tự do hình trụ có dung tích thùng từ 450 lít đến 1000 lít.
II. Tầm quan trọng của BTXM
Ngày nay các công trình xây dựng dân dụng (như nhà cao tầng, nhà ở vĩnh cửu), các công trình xây dựng công nghiệp (các công trình xây dựng thủy lợi, các nhà máy thuỷ điện và các công trình xây dựng giao thông như cầu, đường sân bay, bến cảng ...) thường được xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép. Vì các vật liệu này có tính bền vững, mỹ quan, và có khả năng chống cháy tốt.
III. Giới thiệu về thành phần chính của hỗn hợp Bê tông xi măng.
1. Bảng định mức tỷ lệ thành phần hỗn hợp:
Theo định mức thành phần bê tông xi măng , lưọng vật liệu tính cho 1m3 bê tông xi măng PC- 40 với các loại đá khác nhau như sau:
a. Với loại đá 1x2 (cm):
b. Với loại đá 2x4 (cm):
2. Đặc tính của vật liệu:
2.1. Khối lượng riêng của vật liệu:
- Xi măng : gxm = (1.3 - 1.6) T/m3
- Cát : gc = (1.4 - 1.8) T/m3
- Đá : gđ = (1.8 - 2) T/m3
- Hỗn hợp bê tông xi măng :gbt = (1.8 - 2.5) T/m3
2.3. Hệ số ma sát của vật liệu với thép:
- Xi măng :mx = 0,65 ¸ 0,9
- Cát :mc = 0,42 ¸ 0,62
- Đá :mđ = 0,56
- Hỗn hợp bê tông :mbt = 0,84 - 1,0
Chương II
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
I. Xác định dung tích hình học bồn trộn:
Theo yêu cầu đề tài :thiết kế bồn trộn bê tông xi măng.
Thể tích : 2.5[m3]
Ta có : VH = 2.5(m3)
II. Xác định các kích thước hình học của bồn trộn:
Bán kính của bồn trộn với độ chính xác cần thiết có thể lấy bằng bán kính phần hình trụ của bồn trộn, bởi lẽ phần lớn hỗn hợp tập trung ở đoạn này trong quá trình trộn.
D = 1.57 (m)
Chọn D = 1600 (mm)
L = 1.3x1600 = 2080 (mm)
Chọn L = 2100 (mm)
Chọn sơ bộ kết cấu của bồn trộn có dạng hình 1.
+ Đối với phần hình nón cụt ở phần cấp liệu thì góc nghiêng được chọn sao cho phải lớn hơn góc dốc tự nhiên của vật liệu, thì trong quá trình cấp liệu vật liệu mới chảy vào khoang trộn nhanh để đảm bảo năng suất trộn.
+ Đối với phần hình nón ở phía dỡ liệu, thì góc nghiêng của nó phải nhỏ hơn góc dốc tự nhiên của hỗn hợp bê tông thì quá trình dỡ liệu mới đảm bảo được năng suất.
* Tính chiều dày phần trụ:
Phần vỏ hình trụ được hàn nối từ các đoạn vỏ hình trụ. Các đoạn này được máy lốc cuốn sau đó hàn từ các tấm thép phẳng .
Ta có:
+ Dt (m) : Đường kính trong của bồn chứa Dt=1600 mm
+ p (N/m2) : áp suất trong của bể .
Tra bảng (2.7 tài liệu 1) p=750 kg/m3
Ta có p=750.9,81.2,4=17660 (N/m2).
+ [s] (N/m2): ứng suất cho phép của vật liệu.
Chọn vật liệu chế tạo là thép số N0 1020 (theo tiêu chuẩn Mỹ AISI). Tra bảng (3.32 tài liệu 4)
Ta có:
Sb=448,2Mpa=448,2.106 N/m2.
Sc=330,9 Mpa=330,9. 106 N/m2.
E=185. 109 N/m2.
Để cho an toàn trong tính toán ta chọn giá trị bé hơn trong 2 giá trị trên.
[s]=220,6.106 (N/m2).
+ c (m): Hệ số dư: c=c1+c2+c3
c1 :Hệ số dư do lưu thể ăn mòn vật liệu ,chon c1=0,002 m.
c2 :Hệ số dư do bào mòn cơ học chọn c2 =0.
c3 :Hệ số dư do gia công chọn c3=0,001 m.
=> c=0,002+0+0,001 =0,003 (m)
Thay số vào công thức trên ta có chiều dày phần trụ là: S = 0,0032 (m) =3,2(mm).
Chương III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG BỒN TRỘN
I. Xác định tốc độ quay và công suất dẫn động bồn trộn:
Phần lớn năng lượng truyền động cho máy trộn tự do bị tiêu hao cho việc nâng hỗn hợp trong bồn trộn khi quay bồn
Ở dạng tổng quát, công tiêu hao cho một chu kỳ di chuyển khép kín của hỗn hợp theo công thức (3.48, [1]) ta có:
A = GcM.H , (J)
Ta có:
GcM- Trọng lượng của hỗn hợp, (N).
H- Chiều cao nâng hỗn hợp ở trong bồn trộn, (m).
Trọng lượng của hỗn hợp bêtông ở trong bồn trộn được xác định theo công thức (3.49,[1]) có: GcM = V.r.g=9.81x103(N)
G1- Trọng lượng hỗn hợp vật liệu được nâng lên do tác dụng của lực ma sát. Chọn: G1= 0,85xGcM , (N)
G2- Trọng lượng hỗn hợp vật liệu được nâng lên bằng các cánh trộn. Chọn; G2= 0,15xGcM , (N)
h1- Chiều cao nâng của hỗn hợp do tác dụng của lực ma sát, (m).
h2- Chiều cao nâng của hỗn hợp bằng cánh trộn, (m).
Z1 và Z2 - Số lượng chu trình khép kín của hỗn hợp sau một vòngquay của bồn trộn, được thực hiện tương ứngdo lực ma sát và bằng các cánh trộn.
n- Số vòng quay của bồn trộn, (v/s).
Theo sơ đồ tính toán trên hình vẽ ta có: h2 = R+ RSinb = R(1 + Sinb)
Bán kính của bồn trộn với độ chính xác cần thiết có thể lấy bằng bán kính phần hình trụ của bồn trộn, bởi lẽ phần lớn hỗn hợp được tập trung ở đoạn này. Ngoài công để nâng hỗn hợp, động cơ còn phải tiêu hao năng lượng để khắc phục lực ma sát ở các gối đỡ bồn trộn.
Vậy thay số ta được: Nđc = 3.9(kw)
II. Chọn động cơ điện:
Công suất dẫn động bồn trộn: N = 3.9(kw)
Theo (bảng 2P, [2]), chọn sơ bộ động cơ điện loại A02-41-4, có các đặc tính sau:
Công suất danh nghĩa : Nđc= 4 (kw)
Số vòng quay danh nghĩa: nđc= 1450(vg/ph)
III. Tỷ số truyền chung:
Ta có:
i1: Tỷ số truyền của bộ truyền đai
i2: Tỷ số truyền của hộp giảm tốc.
i3: Tỷ số truyền của cặp bánh răng ăn khớp ngoài. Chọn: i3 = 5
Thay số ta được:
i1 = 1.1
i2 = 15,75
V. Thiết kế cặp báng răng trụ dẫn động thùng trộn:
Thiết kế cặp bánh răng trụ răng thẳng dẫn động thùng trộn với các số liệu sau: Công suất N = 4(kw), số vòng quay trong một phútcủa trục dẫn n1 = 85(v/ph), tỷ số truyền i = 5, bộ truyền quay hai chiều, làm việc trong 5 năm, mỗi năm 300 ngày, mỗi ngày 12 giờ. Tải trọng ổn định, bộ truyền ăn khớp ngoài.
1. Chọn vật liệu làm bánh răng nhỏ:
Thép 45, bánh răng lớn: thép 35, đều thường hoá. Tra bảng (3-8,[2]) có cơ tính của hai loại thép này:
Thép 45:
sb = 580(N/mm2) ;sch = 290(N/mm2); HB = 200
Thép 35:
sb = 400(N/mm2) ;sch = 160(N/mm2); HB = 150
2. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép:
- Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Số chu kỳ tương đương của bánh lớn xác định theo công thức (3-3,[2]): Ntđ2 = 60.u.n2.T
Số chu kỳ làm việc tương đương của bánh răng nhỏ: Ntđ1 = Ntđ2.i =18.36x106x5 = 91.8x106> N0
Do Ntđ> N0 nên chọn hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc K,N =1
+ Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn: [s]tx2 = 2.6x160 = 410(N/mm2)
+ Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ: [s]tx1 = 2.6x200 = 520(N/mm2)
- Ứng suất uốn cho phép:
Do tải trọng không thay đổi và Ntđ>N0 , do đó ta chọn hệ số chu kỳ ứng suất uốn K,,N =1.
+ Giới hạn mỏi uốn của thép 45: s-1 = 0.42sb = 0.42x580 = 243.6(N/mm2)
+ Giới hạn mỏi uốn của thép 35: s-1 = 0.42sb = 0.42x400 = 168(N/mm2)
3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K:
K = 1.3 - 1.5. Chọn, K = 1.4
5. Xác định khoảng cách trục A:
Theo công thức (3-9,[2]) chọn A = 400 (mm)
8. Xác định mô đun, số răng và chiều rộng bánh răng:
+ Mô đun pháp mn được chọn theo khoảng cách trục A:
mn = (0.01-0.02)A = (0.01-0.02).400 =(4¸8)(mm). Chọn mn = m = 8(mm)
9. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn:
- Ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức (3-43,[2]) có:
+ Bánh nhỏ:
[s]txqt1 = 2.5[s]tx1 = 2.5x520 =1300(N/mm2)
[s]txqt1 = 1300(N/mm2)
+ Bánh lớn:
[s]txqt2 = 2.5[s]tx2 = 2.5x410 =1025(N/mm2)
[s]txqt2 = 1025(N/mm2)
- Ứng suất uốn cho phép được xác định theo công thức (3-46,[2]) ta có:
+ Bánh nhỏ:
[s]uqt1 =0.8sch = 0.8x290 = 232(N/mm2)
[s]uqt1 = 232(N/mm2)
+ Bánh lớn:
[s]uqt2 =0.8sch = 0.8x160 = 128(N/mm2)
[s]uqt2 = 128(N/mm2)
10. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:
+ Mô đun pháp: mn = m = 8(mm)
+ Số răng:
Z1 = 17
Z2 = 85
+ Góc ăn khớp: a = 200
+ Đường kính vòng chia: d1 = m.Z1 = 8.17 = 136(mm)
+ Khoảng cách trục: A = 400(mm)
+ Chiều rộng bánh răng: b = 120(mm)
+ Đường kính vòng đỉnh răng: De1 = d1 + 2.m = 136 + 2.8 = 152(mm)
Chương IV
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
I. Tính toán thiết kế bồn trộn:
1. Xác định các lực tác dụng lên bồn trộn:
Trong quá trình trộn, bồn trộn chủ yếu chịu lực ly tâm do dòng vật liệu gây ra và trọng lượng của vật liệu.
Ta có:
R: Bán kính bồn trộn, (m)
n: Tốc độ quay của bồn trộn, (vg/ph); n = 17(vg/ph)
m: Khối lượng của hỗn hợp bê tông ở trong bồn trộn, (kg); m = 1000(kg)
=> Flt =1.9(kN)
Gọi áp lực tác dụng lên bồn trộn là Pa ta có: Pa = GCM + Flt =9.81 + 1.9 = 11.71(kN)
2. Kiểm tra bền theo chiều dầy bồn trộn:
Ta có:
Pa: áp lực tác dụng lên vỏ bồn trộn, (kN/m2)
Pb = 0 : áp lực bên ngoài vỏ bồn trộn.
a: Bán kính trong bồn trộn, a= 0.6(m)
b: Bán kính ngoài bồn trộn, b=0.603(m)
[sk]: Giới hạn bền kéo của vật liệu làm vỏ bồn trộn
[sn]: Giới hạn bền nén của vật liệu làm vỏ bồn trộn
Ta chọn vật liệu chế tạo bồn trộn là thép CT3 ta có:
[sk] = 3800(daN/cm2) = 380000(kN/m2)
[sn] = 4200(daN/cm2) = 420000(kN/m2)
=> sbMo = 2358.5(kN/m2) < [sk] (Thoả mãn điều kiện bền)
3. Kiểm tra bền vỏ thùng trộn:
Coi thùng trộn như bình hình trụ kín, chịu áp lực Pa
Ta có:
t: chiều dầy thùng trộn, (m)
D: đường kính thùng trộn, (m)
sk: ứng suất theo phương kinh tuyến
sbMo = 1060(kn/m2) < [sk] => (Thoả mãn điều kiện bền)
II. Tính toán thiết kế cánh trộn:
1. Xác định các kích thước của cánh trộn:
Ta nhận thấy khi bồn trộn quay, tại mỗi thời điểm các cánh trộn nâng được khoảng 15% hỗn hợp.
Trọng lượng của hỗn hợp bê tông ở trong bồn trộn là GCM = 9810(N), do đó sau mỗi vòng quay cánh trộn múc được lượng bê tông là: GC = 0.036(T)
Cánh trộn được uốn lượn theo dạng xoắn hàn cứng với chiều dài bồn trộn. Ta coi diện tích mặt cắt ngang của hỗn hợp bê tông chứa trên cánh trộn có dạng hình tam giác, có góc ở đáy cạnh là r.
2. Kiểm tra bền cánh trộn:
a. Đối với cánh trộn hàn trực vào vỏ bồn trộn:
Coi trọng lượng của hỗn hợp bê tông phân bố đều trên cánh trộn. Ta coi kết cấu như một dạng dầm ngàm một đầu.
Ta coi cánh trộn có dạng hình chữ nhật, có chiều rộng là b, chiều dài là L và chiều cao là h.
=> t = 2.8(N/mm2) < [t] => (Thoả mãn)
III. Hình ảnh bồn trộn bê tông xi măng:
Hình ảnh bồn trộn bê tông xi măng thực tế như hình 4.4.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[01]. Nguyễn Trọng Hiệp, Trương Văn Lẫm.
THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY.
[02]. Trịnh Chất.
CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ CHI TIẾT MÁY.
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[03]. Ths. Nguyễn Hữu Quảng – Ths. Phạm Văn Giám
Hiệu đính Ts. Nguyễn Hồng Ngân.
KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC.
Trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP. Hồ Chí Minh 2005.
[04]. Nguyễn Trọng Hiệp.
CHI TIẾT MÁY TẬP 1.
Nhà xuất bản Giáo Dục.
[05]. Phạm Đức.
TÍNH TOÁN MÁY NÂNG CHUYỂN
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"