KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG

Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng
Số 13/8-2012

51

NGHIấN CU KHO ST CC THễNG S C BN
CHO MY C Bể VA Bấ TễNG T HNH

Lu c Thch
1
, Nguyn Anh Tun
2
, V Anh Tun
3
, Nguyn Ngc Linh
4Túm tt: Bi bỏo trỡnh by mụ hỡnh nghiờn cu vớt ựn s dng phng trỡnh
Navie Stock thit lp cỏc mi quan h c bn ca vớt ựn nh lu lng Q, ỏp
lc
p
vi cỏc thụng s hỡnh hc v ng hc. Kt qu s cho phộp ỏnh giỏ nh
hng ca tc vớt n lu lng v ỏp lc to hỡnh.
T khúa: bờtụng, bú va, vớt ựn
Summary: This paper presents the model for screw extruder derived from the
Navie Stock equation to describe the relationship of the flow rate Q, the pressure
drop
p

khuụn ựn.

1
TS, Khoa C khớ Xõy dng, Trng i hc Xõy dng. Email: [email protected]
2
ThS, Khoa C khớ Xõy dng, Trng i hc Xõy dng.
3
KS, Khoa C khớ Xõy dng, Trng i hc Xõy dng.
4
ThS, Trng Cao ng Xõy dng s 1.
KÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG

Sè 13/8-2012
T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng
52

Hình 1. Cấu tạo máy đùn ép trục vít đơn
1. Phễu cấp liệu; 2. Vỏ vít 3. vít đùn; 4.Khuôn côn; 5. Khuôn thẳng;
I: Vùng tạo áp; II: Vùng làm chặt sơ bộ; III: Vùng làm chặt tạo hình
2. Mô hình nghiên cứu vít đùn
Trong thực tế rất khó mô tả chính xác quỹ đạo chuyển động của vật liệu trong rãnh trục
vít. Có nhiều mô hình theo đó có nhiều giả thiết nghiên cứu vít đùn được xây dựng để mô tả
quỹ đạo chuyển
động của các hạt vật liệu hay dòng vật liệu.
Trong bài báo này trình bày mô hình nghiên cứu vít đùn [9,10] với các giả thiết sau:
- Hỗn hợp bê tông trong vít đùn là dòng Newton;
- Ảnh hưởng của trọng lực, lực quán tính và lực ly tâm là không đáng kể khi so sánh với
độ nhớt và áp lực;
- Độ cong rãnh không đáng kể (H<<D);
- Rãnh trải ra là hình chữ nhật;

v
w - Chiu dy cỏnh vớt (m)

- Gúc nõng ren vớt () ar
s
b
L
ctg
D



=



v
D - ng kớnh nh cỏnh vớt( m)
v
d - ng kớnh trc vớt (m)
W - Chiu rng rónh vớt (m)
os w
s
v
WLc

=
cv
L - chiu di phn mang cỏnh vớt (m)
v


= (2.b)
Vn tc dc rónh
bz
V kộo dũng vt liu v phớa ca ra, vn tc ngang rónh
bx
V to ra
chuyn ng theo phng ngang rónh ca dũng vt liu.
Theo nh lut 2 Newton, phng trỡnh chuyn ng ca dũng vt liu l

2

v
vv P g
t



+=++

(3)
trong ú:
l toỏn t vi phõn,

l khi lng riờng ca vt liu (kg/m
3
),
P
l gradient ỏp sut
dũng,


(4)
trong ú:
.
v
vv
t


+

: lc quỏn tớnh; P

: ỏp lc thy ng;
2
v


: lc nht;
g

: lc khi
Khai trin phng trỡnh NavierStokes (4) trong h ta cỏc, ta cú:

222
222
x x x x xxx
x
yz x
vvvv P vvv

P
vvv g
txyzyxyz
vvvv P vvv
vvv g
txyzzxyz
ρ
ηρ
ρηρ
⎛⎞
∂ ∂ ∂ ∂ ∂∂∂
⎛⎞
∂
+++ =−+ +++
⎜⎟
⎜⎟
⎜⎟
∂∂∂∂ ∂∂∂∂
⎝⎠
⎝⎠
⎛⎞
⎛⎞
∂∂∂∂ ∂∂∂∂
+++ =−+ +++
⎜⎟
⎜⎟
∂∂∂∂ ∂ ∂∂∂
⎝⎠
⎝⎠
(5)


0
v
z
∂
=
∂
(7)
Tương tự, khi dòng chảy trong phương ngang rãnh cũng được phát triển đầy đủ theo
hướng trục x, ta có:

/ 0,/,/ 0,/ 0
xyyz
vx vxvx vx∂∂=∂∂∂∂=∂∂=
(8)
Từ phương trình liên tục (6), có
0
y
v
y
∂
=
∂
hay
y
vC
=
,với C là hằng số. Vì coi dòng chỉ
có chuyển động theo phương dọc rãnh (trục z) và phương ngang rãnh (trục x), dòng không có
chuyển động theo trục y nên:

=+
⎜⎟
∂∂∂
⎝⎠
(12)
Công thức (11) cho thấy áp lực là một hàm phụ thuộc x và z. Trong công thức (10), vế
bên phải chỉ là một hàm chỉ phụ thuộc y, trong khi đó, vế bên trái áp lực P là một hàm của x và
z. Không bên nào phụ thuộc vào biến của nhau, nên cả hai vế phải bằng một hằng số hay
2
2
onst
x
Pv
c
xy
η
∂∂
==
∂∂
. Tích phân công thức (10) được vận tốc dòng theo phương x là:

2
12
2
x
yP
vCyC
x
η
∂

x
xbx
uvV= gọi là profile vận tốc và /
y
H
ζ
=
, thay các điều kiện biên vào công thức (13)
thu được profile vận tốc theo phương ngang rãnh

()
2
1.
2
x
bx
HP
u
Vx
ζζζ
η
⎛⎞
∂
=− + −
⎜⎟
∂
⎝⎠
(14)
Công thức profile vận tốc này theo phương ngang rãnh phụ thuộc vào gradient áp lực
theo phương ngang rãnh. Nhưng khi bỏ qua dòng rò rỉ, lưu lượng dòng chảy theo phương


()
23
x
u
ζ
ζ
=− (17)

Theo hướng xuôi chiều rãnh, với các điều kiện biên
(
)
,0 0
z
vx
=
;

()
,
zbz
vxH V
=
,
()
0,
z
vy
;
()

HP
ui i
ih V z c i h
πχ
πζ
π
χ
ζζ
π
ζ
ππ η π π
∞ ∞
= =
⎡
⎤
−
⎛⎞
∂
=+−+
⎢
⎥
⎜⎟
∂
⎢
⎥
⎝⎠
⎣
⎦
∑∑


Δ
⎛⎞
=+= + −
⎜⎟
⎝⎠
(20)

33
1,3,5
16 1
tanh
2
d
i
WiH
F
Hi W
π
π
∞
=
⎛⎞
=
⎜⎟
⎝⎠
∑
(21.a)
KÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG

Sè 13/8-2012

, F
2
, F
3
, F
4
:
lực tác động lên phần tử vật liệu do chênh lệch áp lực trong dòng áp lực
trong đó:

d
Q

đại diện của dòng kéo, do chuyển động tương đối giữa hai tấm song song cố định và
di động làm cho dòng vật liệu được kéo chuyển động theo hướng dọc trục vít (hình 4A);

p
Q : đại diện của dòng áp lực, do ảnh hưởng cản chuyển động giữa hai vị trí áp lực cao
và áp lực thấp ở hai đầu cửa nạp và cửa xả của vít đùn (hình 4B);

d
F và
p
F gọi là các hệ số hình dạng cho dòng kéo và dòng áp lực có giá trị <1, đặc
trưng cho ảnh hưởng cản của cánh vít đối với dòng giữa hai tấm song song vô hạn.
3. Khảo sát các thông số cơ bản của máy đùn bó vỉa trên sản phẩm bó vỉa bê tông có
kích thước rộng x cao = 200(mm) x 180(mm)
Từ phương trình (20), tiến hành khảo sát các thông số cơ bản của máy đùn bó vỉa bê
tông cụ thể bằng phần mềm Mathematical 7.0. Năng suất của máy
đùn 60(m/h) tương đương


Hình 5. Đường đặc tính của vít đùn
- Đường (1): tương ứng tốc độ vít
n = 3v/s; đường (2): tương ứng tốc độ vít n = 5v/s;
đường (3): tương ứng tốc độ vít
n = 7.64v/s; đường (4): tương ứng tốc độ vít n = 9v/s;
- A: điểm làm việc, với
p
Δ = 617378.4 N/m
2
, Qk = 0.00083m
3
/s
3.2 Khảo sát quan hệ tốc độ dòng bê tông qua vít
bz
V và bước vít
s
L
Kết quả khảo sát trong hình 6 cho thấy:
- Với bước vít
0,10
s
Lm< , tốc độ dòng bê tông qua vít
bz
V ứng với các giá trị độ nhớt
của bê tông không ổn định, lúc tăng lúc giảm. Với bước vít 0,10
s
Lm≥ , tốc độ dòng bê tông
qua vít
bz

thay đổi từ 25Ns/m
2
đến 65Ns/m
2
thì tốc độ dòng bê tông qua vít
bz
V thay đổi nhiều. Khi tăng
η
lớn hơn 65Ns/m
2
thì tốc độ dòng bê tông qua vít giảm của
bz
V ít hơn.
4. Ứng dụng cụ thể
Từ các kết quả nghiên cứu và khảo sát, chúng tôi đã ứng dụng cho việc thiết kế, chế tạo
và lắp đặt cho máy đúc bó vỉa bê tông tự hành, hình 7.
(
)
2
(
)
4
()
1
(
)
3
A
(
)

=17.65
(); ng kớnh trc vớt
v
d =0.05 (m); Khe h cỏnh v thnh trong v vớt
f

= 0.002 (m)
- Kt qu ny ó c s dng lm c s cho vic thit k v ch to mỏy ựn bú va bờ
tụng t hnh.

Ti liu tham kho
1. V Liờm Chớnh, Phm Quang Dng, Trng Quc Thnh (2002), C s thit k Mỏy xõy
dng, H Ni.
2. on Ti Ng, Nguyn Thiu Xuõn, Trn Vn Tun, Nguyn Th Mai, Nguyn Kim Anh
(2000), Mỏy v thit b sn xut v
t liu xõy dng, NXB Xõy dng.
3. Nguyn Vn Phiờu (2006), Thit b cụng ngh vt liu xõy dng, NXB Xõy dng.
4. Trn Vn Tun (2005), C s k thut rung trong xõy dng v sn xut vt liu xõy dng,
NXB Xõy dng.
5. Nguyn Anh Tun (2010), Nghiờn cu tớnh toỏn, xỏc nh cỏc thụng s c bn ca mỏy ỳc
bú va bờ tụng t hnh, Lun vn Thc s k thut. Tr
ng i hc xõy dng.
6. ACI 309R-96. Guide for Consolidation of Concrete. Reported by ACI Committee 309 - 1996.
7. Tim A. Osswald, Juan P. Hernỏndez-Ortiz (2006), Polymer Processing - Modeling and
Simulation, Carl Hanser Verlag, Munich.
8. Natti S.Rao, Gunter Schumacher (2004), Design formulas for Plastic Engineers. Hanser
Publishers, Munich.
9. Zehev Tadmor and Costas G.gogos (2006), Principles of Polymer Processing. John Willey &
Sons Publishers, New Jersey.
10. Frank Họndle (Ed.) (2007), Extrusion in Ceramic, Springer.