1
bộ công thơng
viện máy và dụng cụ công nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài
m số: 179.09 rd/hđ-khcn
Tên đề tài:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cối trộn bê tông có cốt
liệu kích thớc lớn đến 100/120mm cho các trạm trộn
bê tông tự động năng suất từ 30-60 m
3
/h Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài

ThS. Lê Hồng Sơn 1
Mục Lục

MUC LUC 1
Mơ đầU 2
I. TôNG QUAN Về CôNG NGHệ Và THIếT Bị SảN XUấT Bê TôNG 3
1.1 Các phơng pháp và nguyên lý trộn bê tông: 3
1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và kết quả khảo sát các sản phẩm hiện đang đợc
ứng dụng tại Việt nam 4
1.3 Đặc điểm và cấu tạo của cối trộn cỡng bức trục ngang: 7
II. NôI DUNG NGHIêN CU, THIếT Kế Và CHế TạO 11
2.1 Thiết kế nguyên lý và cấu hình tổng thể cối trộn ITM-1250 11
2.2 Tính toán thiết kế kỹ thuật và thiết kế chi tiết 14
2.3 Chế tạo thử nghiệm: 32
2.4 Chạy thử không tải và có tải: 34
III. KếT LUậN Và KIếN NGHị 36
IV. TàI LIệU THAM KHảO 37
V. PHU LUC 38
2
Mở đầu Trong những năm gần đây, ngành xây dựng của nớc ta đã có một sự phát triển
mạnh mẽ. Các đơn vị xây dựng đã có thể thi công các công trình lớn, phức tạp, ứng

+ Cối trộn làm việc theo chu kì có các công đoạn phân tách rõ ràng trong một
chu kì làm việc: Nạp phối liệu, nhào trộn hỗn hợp và xả hỗn hợp thành phẩm.
+ Cối trộn làm việc liên tục: quá trình nạp phối liệu và xả hỗn hợp thành phẩm
đợc diễn ra đồng thời, liên tục.
- Theo phơng pháp trộn, ta có thể phân biệt đợc cối trộn cỡng bức và cối trộn
tự do.
+ Cối trộn tự do: cánh trộn đợc bố trí ở thành trong của thùng trộn, thùng trộn
thực hiện chuyển động quay, cốt liệu đợc múc lên cao rồi đổ rơi xuống tạo ra sự nhào
trộn. Cối trộn tự do có kết cấu đơn giản, có khả năng trộn đợc các loại bê tông có cốt
liệu lớn. Chất lợng trộn (độ đồng đều của hỗn hợp sau trộn) không cao.
+ Cối trộn cỡng bức: Các cánh trộn đợc lắp trên trục trộn, khi trục trộn quay,
các cánh trộn sẽ nhào trộn hỗn hợp. Phơng pháp này cho chất lợng trộn tốt hơn so
với phơng pháp trộn tự do.
- Tuỳ theo kết cấu và cách bố trí các trục trộn, ta có các loại cối trộn cỡng bức
sau:
+ Cối trộn cỡng bức trục đứng kiểu tuốc bin (máy trộn ro to)
+ Cối trộn cỡng bức trục đứng kiểu hành tinh.
+ Cối trộn cỡng bức một trục ngang.
+ Cối trộn cỡng bức hai trục ngang.
- Cối trộn cỡng bức trục ngang hiện nay đợc sử dụng khá phổ biến, loại cối
trộn này đợc dùng để trộn đợc các loại bê tông có độ sụt thấp, bê tông nghèo, bê
tông khô, đặc biệt loại này có khả năng trộn đợc hỗn hợp có kích thớc lớn.

4
1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và kết quả khảo sát các sản phẩm hiện
đang đợc sử dụng tại Việt nam
Cối trộn bê tông 2 trục ngang đã đợc chế tạo đầu thế kỷ 20, và đến nay loại cối
trộn này không ngừng đợc cải tiến và nâng cấp. Đây là một trong những loại cối trộn
bê tông đợc sử dụng rộng rãi. Công ty BHS của Đức đã cho ra đời chiếc cối trộn 2
trục ngang đầu tiên, và từ đó đến nay công ty này đã chế tạo và cung cấp hàng nghìn

Động cơ dẫn động cối trộn: 2x18,5 KW
Dẫn động cửa xả bằng hệ thống thuỷ lực
1.2.2 Cối trộn cỡng bức một trục ngang EMS 1500 của hãng ELBA: Các thông số kỹ thuật:
Thể tích bê tông tơi không nén trộn đợc: 1500 lít
Thể tích bê tông nén trộn đợc là: 1000 lít
Kích thớc đá lớn nhất cho phép: 120 mm
Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 70 s
Động cơ dẫn động cối trộn: 37 KW
Dẫn động cửa xả bằng hệ thống khí nén.
H
ình 1-
5
Cối trộn EMS1500 của
ELBA-Germany

6
1.2.3 Cối trộn cỡng bức hai trục ngang MEO1750/1250 của hãng Sicoma:

Các thông số kỹ thuật:
Thể tích nạp liệu: 1750 lít
Thể tích bê tông nén trộn đợc là: 1250 lít
Kích thớc đá lớn nhất cho phép: 120 mm
Thời gian trung bình cho một mẻ trộn: 75 s
Động cơ dẫn động cối trộn: 2x22 KW

dạng các vành xoắn vít ngợc chiều nhau, 2 cánh trộn tạo ra xu hớng cho các dòng
liệu chuyển động về phía cửa xả (4) giữa cối. Sự nhào trộn hỗn hợp đợc thực hiện nhờ
các chuyển động ngợc chiều nhau của các dòng vật liệu, chuyển động vòng và
H
ình 1-1 Kết cấu cối trộn cỡng
bức một trục ngang

8
chuyển động rơi tự do, các dòng chuyển động phức tạp này giúp cho sự nhào trộn đạt
đợc độ đồng đều cao trong khoảng thời gian ngắn.
Việc chế tạo chính xác biên dạng và kích thớc cánh trộn ở đây là rất quan trọng,
vành xoắn có kích thớc lớn, đòi hỏi một công nghệ chế tạo phức tạp. Đây chính là
một trong những hạn chế của loại cối này.
1.3.2. Cối trộn cỡng bức hai trục ngang:

1 2
3
4
Thân thùng trộn (2) có dạng hình máng, hai trục trộn (1) đợc bố trí trong thùng
trộn nh (hình 1-2), hai trục trộn quay ngợc chiều nhau. Các cánh (4) trộn đợc lắp
trên các trục trộn và đợc gá nghiêng góc với trục trộn sao cho khi hai trục chuyển
H
ình 1-
2
Kết cấu cối trộn cỡng
bức hai trục ngang 3) Tốc độ xả hỗn hợp sau trộn nhanh, do kích thớc cửa xả lớn.
4) Diện tích chịu mài mòn nhỏ, khu vực nhào trộn khốc liệt nằm giữa hai trục
trộn, phần bị mài mòn còn lại chủ yếu là ở phía mặt dới của thùng trộn (hình 1-5).
Điều đó có nghĩa là tuổi bền của cối sẽ cao hơn.

H
ình 1-
4
Quỹ đạo chuyển động phức tạp
của vật liệu và khu vực nhào trộn
H
ình 1-
3
Phạm vi chịu mài mòn
trên thân cối

11
II. Nội dung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
2.1 Thiết kế nguyên lý và cấu hình tổng thể cối trộn ITM-1250:
Qua việc nghiên cứu kết cấu các loại cối trộn trục ngang và khả năng công nghệ
trong nớc, nhóm nghiên cứu đề tài quyết định lựa chọn đối tợng nghiên cứu thiết kế,
chế tạo trong đề tài là loại cối trộn cỡng bức hai trục ngang (dựa chính theo mẫu cối
trộn DKX-1.25 của hãng BHS - CHLB Đức), kí hiệu ITM-1250.
Các thông số của ITM-1250:

12
b
b
b-B
2) Trục trộn: Gồm 2 trục nằm ngang, quay đồng tốc và ngợc chiều nhau. Các cánh
trộn trên mỗi trục đợc bố trí có góc nghiêng và tạo thành một đờng xoắn vít. Các
cánh trộn đợc bố trí sao cho khi hoạt động sẽ tạo ra hai dòng chuyển động ngợc
chiều nhau của các hạt vật liệu. Các cánh trộn trên hai trục đan xen với nhau theo dạng
răng lợc, điều này khiến cho các dòng liệu luôn bị xé ra và đan xen với nhau, tạo ra
quỹ đạo chuyển động phức tạp cho hỗn hợp (hình 1-4) và đảm bảo trộn khốc liệt.
Các cánh trộn đợc chế tạo bằng thép chịu mài mòn và đợc thiết kế để tháo
lắp và thay thế dễ dàng.
3) Cụm cửa xả: đợc thiết kế nh hình 2-2, tiết diện của xả rộng nên tốc độ xả liệu
nhanh, giảm thời gian xả liệu. Cửa xả cối trộn đợc dẫn động thông qua hai xi lanh khí
nén.
4) Cụm gối đỡ trục trộn: đợc thiết kế nh hình 2-3, gối ổ gồm 2 phần:
+ Phần làm kín trục gồm một hệ nhiều vòng đệm, phần này đảm bảo cho nớc
và bê tông phía trong thùng trộn không bị rò rỉ ra ngoài.
+ Phần ổ bi đỡ trục đợc thiết kế là ổ bi đũa lòng cầu 2 dãy, khử đợc sai số về
độ không đồng tâm giữa 2 gối ổ, giảm sự phức tạp khi gia công và gá lắp các gối ổ.
Các gối ổ đợc bôi trơn bằng mỡ.
H
ình
2
-
2
Sơ đồ cấu tạo cối trộn

-
4
Sơ đồ nguyên lý hệ dẫn
động trục trộn
Bộ tru
y
ền đai

14
2.2 Tính toán thiết kế kỹ thuật và thiết kế chi tiết
2.2.1 Tính toán thiết kế động học:
2.2.1.1 Năng suất của cối trộn:
Năng suất của cối trộn đợc tính nh sau:
= V.Z (m
3
/h)
V- Dung tích hỗn hợp trộn đợc trong một mẻ trộn. (m
3
)
Z- Số mẻ trộn trong một giờ.
ở đây ta tính toán cho trờng hợp bê tông nén, V=1250 lít = 1,25 m
3

Thời gian 1 mẻ trộn là 70s, ta có Z=
70
3600
=51 mẻ
Vậy năng suất của cối trộn:
=1,25 ì 51= 63,75 m
3

2
Hp
(TLTK 1)
K
p
- Hệ số lực cản cắt riêng (đối với hỗn hợp đất sét có độ ẩm 15ữ20% thì lấy
bằng K
p
=(2ữ3).10
5
N/m
2
). Theo kết quả nghiên cứu của K.M.Korolov thì giá trị hệ số
lực cản chuyển động của các loại bê tông là:

15
+ Bê tông dẻo K
p
=3.10
4
N/m
2

+ Bê tông khô K
p
=5,5.10
4
N/m
2


B
= 400 mm = 0,40 m
Tốc độ quay của cối n=29 vòng/phút. Vận tốc góc của cánh cối:
=
60
29.14,3.2
60
n2
=

= 3 rad/s
Số lợng cánh trên trục trộn Z=8
Hệ số làm đầy vật liệu của thùng trộn, chọn K
H
=0,55
Hiệu suất bộ truyền động của máy trộn : =0,85
Do cối trộn làm việc trong điều kiện tải trọng nặng có sự thay đổi đột ngột, chọn hệ
số K=1,8
Vậy ta có:

N=
85,0.1000.2
8,1.55,0.8.3).40,052,0.(40cos.315,0.10.5,5
224

o
= 20,48 KW
Chọn động cơ dẫn động cho trục trộn là động cơ có công suất 22 KW, tốc độ 1475
vòng/phút.


Tốc độ quay của động cơ đã đợc chọn n
1
= 1475 vòng/phút.
Vậy tỉ số truyền của hộp giảm tốc là:
i
2
=
21
1
n.i
n
=
29.45,2
1475
= 20,76
- Chọn loại đai: Tốc độ đai đợc tính theo công thức:
60000
n.d.
v
11

=

n
1
Tốc độ quay trục dẫn bánh đai nhỏ, n
1
=1475 vòng/phút
d
1

Chọn a=1000 mm

17
- Xác định góc ôm:

1
=180
0
-
a
57).dd(
0
12

= 164,04
0
- Xác định số đai Z:
Z =
zul0
d1
C.C.C.C].P[
K.P


P
1
Công suất trên trục bánh nhỏ, P
1
=22 KW
[P

z
Hệ số kể đến ảnh hởng của sự phân bố không đều tải trọng trên các đai ==
10
22
][
0
P
P
2,2 ta chọn C
Z
= 0,95
Z=
95,0.135,1.04,1.95,0.10
25,1.22
=2,58
Vậy ta chọn số đai Z = 3.
2.2.1.4 Tính toán trục trộn:
Khi làm việc, trục trộn chịu tác dụng của các lực sau: Mô men xoắn từ khớp
nối, phản lực từ các gối ổ, phản lực của vật liệu trong cối tác động lên trục thông qua
các cánh trộn.
Trên thực tế, phản lực của vật liệu tác động lên trục trộn là một hệ lực rất phức
tạp, các phản lực tác động lên các cánh trộn một cách đồng thời và phản lực trên mỗi
cánh trộn tại mỗi thời điểm là khác nhau. Tuy nhiên, trục trộn sẽ ở trạng thái nguy
hiểm nhất khi một cánh trộn tại vị trí chính giữa 2 gối ổ bị kẹt, ta sẽ tính sức bền cho
trục ở trạng thái này.
Căn cứ vào cấu tạo của cối trộn ta có sơ đồ tính toán nh hình 2-5


6
(Nmm)
Ta có biểu đồ mô men xoắn nh (hình 2-6) biểu đồ T.
Tính Mômen uốn trục:

- Lực vòng F
x
(lực cản khi trục trộn bị kẹt):

)(13933
52,0
7245
N
h
M
F
x
x
===

Trong đó h là khoảng cách từ lỡi trộn đến trục quay, h = 520mm = 0,52m
- Lực dọc trục F
z
đợc sinh ra do lỡi trộn đợc bố trí nghiêng góc với trục
quay:
F
z
= F
x
.tg


V
Bx
+ V
Cx
=F
x
(1)
Phơng trình cân bằng mô men tại điểm A:
m
Ax
= V
Bx
.1065 - V
Cx
.1065 = 0.
V
Bx
=V
Cx
(2)
Từ (1) và (2) ta có kết quả V
Bx
=V
Cx
= F
x
/2 =
2
13933

Biểu đồ mô men uốn trên mặt phẳng xz đợc biểu diễn nh (hình 2-6)

20

+ XÐt mÆt ph¼ng yz:
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng lùc theo ph−¬ng y:
V
By
– V
Cy
= 0 ⇒ V
By
=V
Cy
.

.
2
l

M
Ay
=2854,2.
2
2130
= 3.10
6
Nmm
BiÓu ®å m« men uèn trªn mÆt ph¼ng xz ®−îc biÓu diÔn nh− (h×nh 2-6)
H
×nh
2
-6 BiÓu ®å m« men uèn vµ xo¾n

21
Theo biểu đồ mômen ta thấy tại A (điểm cánh trộn bị kẹt) là điểm nguy hiểm nhất.
Mômen tơng đơng tại A:

22
Atd
T.75,0MM +=
Trong đó:
6262622
10.9,7)10.3()10.4,7( =+=+=
AyAxA
MMM (Nmm)

C
M
d
(mm)
Do cấu tạo đặc thù của cối trộn, ta chọn trục có tiết diện lục giác, trục lục giác (nh
hình 2-7) đợc thiết kế có kích thớc nội tiếp đờng tròn D120mm và ngoại tiếp
đờng tròn D139mm.
Để đơn giản trong cách tính toán và vẫn đảm bảo đợc tính an toàn, chúng ta tính toán
kiểm nghiệm với trục tròn nội tiếp lục giác có đờng kính là 120mm:
Mô men quán tính J
x
=J
y
64
4
D


Mô men chống uốn W
x
=W
y
3
1,0 D
Mô men chống xoắn W
O
16
3
D


Trong đó:
[S] hệ số an toàn cho phép. Thông thờng [S] > 1,5. Với [S] = 2,5 3 thì không cần
kiểm nghiệm độ bền cứng của trục.
S

A
và S

A
hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếp.

mAaAdA
1
A
K
S
+

=


mAaAdA
1
A
K
S
+


A
A
aA
W
M
=
với D=120 mm, ta có W
A
=0,1.120
3
= 1,8.10
5
mm
3
.

60
10.8,1
10.8,10
5
6
===
A
A
aA
W
M

N/mm

===
A
A
aA
W
T

N/mm
2
.
- K

dA
và K

dA
: hệ số, đợc xác định theo công thức:

23

y
X
dA
K
1K
K
K




=




trong đó:
- k
X
= 1,35 hệ số tập trung ứng suất do phơng pháp gia công bề mặt
- k
Y
= 1,7 hệ số tăng bền bề mặt trục.
- K

, K

- hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn.
-


,

- hệ số kích thớc kể đến ảnh hởng của kích thớc tiết diện trục đến
giới hạn mỏi.
Ta có:
K

/

= 2,18 và K

S

59,2
)8,5()9,2(
8,5.9,2
22
=
+
=
A
S
Ta có S
A
> [S] = 1,5, trục đạt đợc yêu cầu về độ bền mỏi.
Kiểm nghiệm trục về độ cứng uốn

Độ võng cho phép trong các máy xây dựng:
[f]= (0,00080,0012).l
Với l là khoảng cách giữa 2 gối đỡ, l=2130 mm
Trong trờng hợp này ta chọn [f] = 0,001.l, vậy ta có [f]=2,13 mm

Trích đoạn Chạy thử không tải và có tải:

---