Luận văn thạc sĩ về thiết kế thiết bị san dầm trục lăn trong thi công bê tông mái kênh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng nâng chuyền nghiên cứu thiết kế hợp lý hóa các thông số kết cấu, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Xuân Chiến
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hồng Ngân
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Hợp Lý Hóa Các Thông Số Kết Cấu & Làm Việc Của Thiết Bị San Đầm Trục Lăn Thi Công Bê Tông Mái Kênh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về tình hình thi công bê tông mái kênh

Nghiên cứu thiết kế thiết bị san dầm trục lăn cho bê tông mái kênh bắt đầu bằng việc phân tích tình hình thi công bê tông trong nước và quốc tế. Tại Việt Nam, nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng ngày càng tăng, dẫn đến việc sử dụng bê tông xi măng trong các công trình giao thông và thủy lợi. Tuy nhiên, phương pháp thi công chủ yếu vẫn là thủ công, gây ra năng suất lao động thấp và chất lượng công trình không cao. Việc áp dụng công nghệ cơ giới hóa trong thi công bê tông mái kênh là cần thiết để nâng cao hiệu quả và chất lượng công trình. Các thiết bị thi công bê tông mái kênh đã được chế tạo và ứng dụng thành công tại một số công trình, cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện quy trình thi công.

1.1 Tình hình thi công trong nước

Tại Việt Nam, tính đến năm 2008, đã có gần 2.000 km đường bê tông xi măng được xây dựng. Tuy nhiên, việc thi công chủ yếu vẫn dựa vào lao động thủ công, dẫn đến năng suất thấp và chất lượng không đảm bảo. Các công trình giao thông quan trọng như cầu, cống, sân bay đều sử dụng bê tông, cho thấy nhu cầu về thiết bị thi công là rất lớn. Việc áp dụng thiết bị san dầm trục lăn sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng công trình.

1.2 Tình hình thi công trên thế giới

Nhiều quốc gia trên thế giới đã áp dụng công nghệ thi công bê tông tiên tiến, đặc biệt là trong xây dựng đường cao tốc. Các nước như Trung Quốc, Thái Lan, Áo và Australia đã sử dụng bê tông xi măng cho các công trình giao thông chính. Việc nghiên cứu và ứng dụng thiết bị thi công bê tông đã được thực hiện từ những năm 1965, với nhiều hãng nổi tiếng như GOMACO, UNISTEEL và MASSENZA. Những thiết bị này không chỉ nâng cao hiệu quả thi công mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian.

II. Lựa chọn phương án thiết kế

Chương này tập trung vào việc tham khảo các thiết kế đã có trong và ngoài nước để lựa chọn phương án thiết kế thiết bị san dầm trục lăn. Việc tham khảo các thiết kế hiện có giúp xác định được những ưu điểm và nhược điểm của từng loại thiết bị, từ đó đưa ra quyết định hợp lý cho thiết kế mới. Các thiết bị thi công bê tông mái kênh hiện có đều có những tính năng kỹ thuật nhất định, nhưng vẫn cần cải tiến để phù hợp với điều kiện thi công tại Việt Nam. Mục tiêu là thiết kế một thiết bị có năng suất cao, dễ dàng sử dụng và bảo trì.

2.1 Tham khảo các thiết kế đã có

Việc tham khảo các thiết kế đã có giúp xác định được các thông số kỹ thuật cần thiết cho thiết bị san dầm trục lăn. Các thiết kế này bao gồm các thông số như chiều dài, đường kính của trống lăn, cũng như các cơ cấu di chuyển và rung. Những thiết kế này đã được áp dụng thành công tại nhiều công trình, cho thấy tính khả thi và hiệu quả của chúng trong thực tế.

2.2 Giới thiệu về thiết bị thiết kế

Thiết bị san dầm trục lăn được thiết kế với mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng thi công bê tông mái kênh. Thiết bị bao gồm khung chính, cơ cấu di chuyển và bộ công tác san - đầm. Các thông số kỹ thuật như năng suất, chiều dài và đường kính của trống lăn được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả làm việc. Thiết kế này không chỉ đáp ứng nhu cầu thi công mà còn giảm thiểu chi phí đầu tư cho các công trình.

III. Nghiên cứu thiết kế hợp lý hóa các thông số kết cấu và làm việc của thiết bị san đầm trục lăn

Chương này tập trung vào việc thiết kế các thông số kết cấu và làm việc của cụm san đầm trục lăn. Việc thiết kế hợp lý các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả và bền bỉ. Các yếu tố như lực đầm, tốc độ di chuyển và độ sâu đầm được tính toán dựa trên lý thuyết về làm chặt cấu kiện bê tông bằng rung động. Mô hình lý thuyết và mô phỏng quá trình làm việc của thiết bị cũng được thực hiện để đánh giá hiệu quả hoạt động.

3.1 Thiết kế các thông số kết cấu và làm việc

Thiết kế các thông số kết cấu và làm việc của cụm san đầm trục lăn bao gồm việc xác định các thông số như chiều dài, đường kính của trống lăn, cũng như các cơ cấu di chuyển và rung. Các thông số này cần được tối ưu hóa để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả nhất. Việc áp dụng lý thuyết về làm chặt cấu kiện bê tông bằng rung động giúp xác định được các thông số ảnh hưởng đến chất lượng bê tông sau khi thi công.

3.2 Xây dựng mô hình và mô phỏng

Mô hình lý thuyết và mô phỏng quá trình làm việc của thiết bị san đầm trục lăn được thực hiện để đánh giá hiệu quả hoạt động. Việc sử dụng phần mềm Simulink giúp mô phỏng các thông số kỹ thuật và quá trình làm việc của thiết bị, từ đó đưa ra các điều chỉnh cần thiết để nâng cao hiệu quả thi công. Mô phỏng cũng giúp dự đoán được các vấn đề có thể phát sinh trong quá trình thi công, từ đó có biện pháp khắc phục kịp thời.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 11 CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Tham khảo các thiết kế đã có 2.2 Tổ hợp máy thi công bêtông mái kênh.2 Giới thiệu về thiết bị 2.1 Patent 4993869 Tác giả: Ewald R. Rowe, Tóm tắt: Máy hoàn thiện bề mặt bêtông. Phần tử hoàn thiện bao gồm một hay nhiều trống hoàn thiện được gắn trên một xe con với một bộ phận rung được lắp sao cho nó tác dụng lên trống hoàn thiện, bộ phận gây rung này được tạo nên từ một cặp phần tử rung để tạo nên lực đầm thông qua khung.

Chúng được lắp trên một dầm sao cho lực đầm theo phương ngang bị khử và chỉ còn lực đầm theo phương thẳng đứng tác dụng vào bêtông. HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 12 Hình 2.1 là hình chiếu đứng và chiếu cạnh của máy hoàn thiện bề mặt bêtông bao gồm hai trống hoàn thiện được bố trí trên một khung và vít san.1A là hình cắt trích từ FIG.1 mô tả liên kết giữa trống lăn, khung và phần tử gây rung.5 mô tả nguyên lý hoạt động của bộ phận tạo rung. Bộ phận đầm lèn được tạo dao động từ hai trục lệch tâm quay ngược chiều nhau, trong một vòng quay thì các lực gây rung sẽ được cộng hưởng theo phương đứng hoặc triệt tiêu theo HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS.

Nguyễn Hồng Ngân 13 phương ngang tùy vào vị trí góc của bánh lệch tâm. Do đó trống sẽ tác dụng lực đầm theo phương đứng vào bề mặt bêtông.2 Thiết bị san và đầm bêtông mái kênh Tác giả: TS Nuyễn Hồng Ngân, TS Nguyễn Danh Sơn, cùng thành viên bộ môn Cơ Giới Hóa Xí Nghiệp − Xây dựng, Trường ĐH Bách khoa Tp.3 Thiết bị san − đầm bêtông mái kênh Thiết bị bao gồm khung chính có cấu trúc ba mặt được lắp trên cơ cấu di chuyển để di chuyển dọc bờ kênh, trong lòng khung có lắp đặt ray di chuyển. Bộ phận san − đầm được bố trí trong lòng khung và tựa trên ray di chuyển, nhờ vào cơ cấu dẫn động mà bộ phận này có khả năng di lên xuống theo bề mặt mái kênh. 4 Cụm công tác trên thiết bị san − đầm bê tông mái kênh HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS.

Nguyễn Hồng Ngân 14 Cụm công tác san − đầm bao gồm một trống lăn được lắp trên xe, phần tử rung được lắp trong lòng trống lăn, do đó mà kết cấu nhỏ gọn. Vì sử dụng một phần tử rung nên xuất hiện các lực theo phương ngang do đó mà kết cấu thiết bị đòi hỏi phải có độ cứng chắc. Liên kết giữa các chi tiết chủ yếu là đinh tán, là loại liên kết chịu được tải trọng động do lực đầm gây ra. Cơ cấu thay đổi chiều cao đầm cho phép điều chỉnh vô cấp, rất tiện cho việc căn chỉnh.

Tính năng kĩ thuật: − Năng suất: 150 m2/ giờ. − Chiều dài lu 1200 mm. − Đường kính lu 250 mm. − Chiều dài vít 300 mm.

− Đường kính vít 250 mm. − Khoảng cách tâm hai ray di chuyển cầu: 11m. − Vận tốc di chuyển xe lu: 0 ÷ 30 m/ phút. − Vận tốc quay lu: 290 vòng/ phút.

− Vận tốc di chuyển cầu: 0,2 m/s. − Điều khiển cầu di chuyển, lu rung, lu quay bằng nút bấm. − Điều khiển vận tốc di chuyển xe lu bằng nút thay đổi tốc độ.3 Máy C 450 hãng Gomaco ∗ Khung rộng 7,32m gồm: Bao gồm các đoạn khung được sản xuất theo các module có chiều dài cố định là 3,66m ( 12ft), 2,44m ( 8 ft),1,22m ( 4 ft), 0,61m ( 2ft). Các khung này được làm bằng thép cường lực cao, nối với nhau bằng chốt thép đóng mở nhanh.

Bằng cách nối thêm khung hoặc rút ngắn bớt khung, máy C450X cho phép rải bêtông với chiều rộng lớp rải thay đổi từ 2,7m đến 41,76m (khi đó khung dài là 3,66m đến 42,67m). Khi nối khung dài trên 23,16m, ta cần dùng một số thanh thép gia cường phía trên khung. HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 15 Khung chạy trên các bánh xe.

Bánh xe chạy trên ray. Các chân bánh xe có thể điều chỉnh được chiều cao. Ray có thể có dạng hình tròn hoặc vuông tuỳ theo lựa chọn của người mua. Tốt nhất là dùng các ống thép tròn sẵn có tại địa phương để làm ray theo thiết kế nhà sản xuất (Chúng tôi sẽ cung cấp thiết kế).

Trên khung có gá động cơ, môtơ thuỷ lực, bảng điều khiển,. Ghi chú: − Với khung tiêu chuẩn 7,32m máy có thể rải bêtông trong khoảng rộng từ 2,75m đến 6. Nếu cần rải rộng hơn thì mua thêm khung để nối dài. Chiều rộng rải nhỏ hơn chiều dài khung 0,91m.

− Khung có thể nối dài tối đa 42. − Khi rải rộng quá 23,60m cần mua thêm giằng gia cường. − Cần tham khảo chúng tôi để có cấu hình phù hợp. ∗ Khối điều khiển − Hệ điều khiển động cơ.

− Động cơ xăng 20HP/14,9 KW, khởi động điện 12v. − Két nhiên liệu 34 liter. − Két dầu thuỷ lực 57,9 liter. − Bộ làm mát dầu thủy lực dùng quạt điện có rơ le tự động.

− Khối điều khiển tốc độ di chuyển máy và tốc độ di chuyển. − Hệ thống tự động điều khiển máy tiến sau mỗi vệt rải. − Sàn công tác cho người điều khiển. ∗ Hệ thống khung đỡ bộ phận công tác.

− Động cơ xăng 20HP/14,9 KW, khởi động điện 12v. − Két nhiên liệu 34,1 liter. − Két dầu thuỷ lực 34,1 liter. − Tám con lăn với vòng bi kép chịu tải lớn.

∗ Hệ thống thiết bị công tác − 1 Trống lăn đường kính 254 mm dài1,219 mm. − 1 guồng xoắn rải bêtông đường kính 254 mm , quay thuận. − 1 guồng xoắn rải bêtông đường kính 254 mm , quay ngược. HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS.

Nguyễn Hồng Ngân 16 − 1 bàn xoa làm nhẵn mặt bêtông.5 Bộ công tác san − đầm hai trống lăn (bảng báo giá của hãng Gomaco) Ngoài ra: − Bánh xe có hai vai, đường kính 83mm dùng cho ray hình vuông hoặc tròn. − Bánh xe dạng có rãnh lõm để chạy trên ray bằng ống thép tròn đường kính 51mm. − Bộ phận gạt vật liệu làm sạch ray, tấm chắn bảo vệ chân và bánh xe. − Kích nâng hạ thủ công để điều chỉnh chiều cao khung.

− Nặng khoảng 2,100kgs. ∗ Thiết bị tùy chọn thêm: − Nếu cần nối thêm khung để rải rộng hơn. • Một đoạn khung rộng 4,88 m. • Một đoạn khung rộng 3,66 m.

• Một đoạn khung rộng 2. • Một đoạn khung rộng 1. • Một đoạn khung rộng 0,61 m. − Nếu cần tăng công suất rải từ 150m2/ giờ lên 300m2/giờ.

• Dùng trống lăn kép thay vì dùng trống lăn đơn. • Bao gồm hai trống lăn đường kính 254mm, dài 1,219 mm. − Đầm bàn thuỷ lực dùng khi có lưới thép đặt sát mặt bêtông. − Đầm dùi thủy lực.

HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 17 ∗ Sau khi tham khảo các thiết kế đã có, em đưa ra được thiết bị san − đầm bêtông mặt đường như sau: 2.2 Giới thiệu về thiết bị thiết kế: Chức năng: là thiết bị dùng để san, đầm lèn và hoàn thiện bề mặt bêtông mặt đường.6 Thiết bị san và đầm bêtông HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 18 Thiết bị này bao gồm các cụm: • 00.000 Khung chính.000 Cơ cấu di chuyển thiết bị.000 Bộ công tác san − đầm. Đối với thiết bị thi công bêtông này, cụm san đầm là quan trọng nhất.

Việc tính toán thiết kế cho cụm chi tiết này là mục đích chính của phần tính toán trong luận văn. Các thông số làm việc của bộ phận công tác này rất khắt khe, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của khối bêtông được đầm lèn. Qua phần tham khảo các patten đã có của thế giới và thiết bị đã được chế tạo, em đưa ra kết cấu sơ bộ của cụm chi tiết này như hình 2.7 Mô hình cụm công tác san đầm thiết kế Cụm thiết bị bao gồm kết cấu thép và ba cơ cấu chính: • Cơ cấu gây rung. • Cơ cấu di chuuyển cụm.

Ngoài ra trên cụm còn có cơ cấu thay đổi chiều cao khung treo trống lăn được thực hiện thông qua hai tăng đơ. HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 19 Thông số kỹ thuật thiết kế: • Năng suất đầm: 95 m2/giờ. • Chiều sâu đầm: 300 mm.

• Chiều dài lu (2 cái): 1200mm. • Chiều dài vít (2 cái): 600 mm. • Năng suất vít rải: 100 T/h. • Khoảng cách tâm hai ray di chuyển cầu: 9000 mm.

• Vận tốc di chuyển bộ công tác: v = 0÷35 m/ph. • Vận tốc di chuyển cầu: 12 m/ph. HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương II GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 20 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ HÓA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ SAN ĐẦM TRỤC LĂN 3.1 Thiết kế các thông số kết cấu và làm việc của cụm san đầm trục lăn.1 Lý thuyết về làm chặt cấu kiện bê tông bằng rung động.2 Thiết kế cơ cấu rung.3 Thiết kế cơ cấu di chuyển bộ công tác.4 Thiết kế cơ cấu san.2 Xây dựng mô hình.1 Lý thuyết dao động cơ hệ hai bậc tự do.2 Mô hình lý cụm rung.3 Mô hình toán cụm rung.3 Tính toán các thông số của phương trình chuyển động và mô phỏng.

HVTH: Nguyễn Xuân Chiến Chương III GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân 21 3.1 Thiết kế các thông số kết cấu và làm việc của cụm san đầm trục lăn.1 Lý thuyết về làm chặt cấu kiện bê tông bằng rung động.1 Tác dụng của rung động và các thông số ảnh hưởng đến việc làm chặt cấu kiện bê tông. Tác dụng của rung động. Trong công nghiệp sản xuất các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép, để làm chặt hỗn hợp bê tông người ta thực hiện bằng các phương pháp sau: rung động, ép hoặc quay ly tâm v.v… trong đó rung động được sử dụng phổ biến nhất vì thiết bị đơn giản, phạm vi ứng dụng rộng, hiệu quả làm chặt cao và thích hợp với nhiều dạng cấu kiện xây dựng.

Dưới tác dụng của rung động, các hạt cốt liệu của hỗn hợp bê tông được truyền năng lượng và chuyển động với các vận tốc khác nhau. Khi này liên kết giữa các hạt bị phá vỡ, nội ma sát giảm, hỗn hợp trở nên lưu động hơn, không khí được đẩy ra ngoài và các hạt tiến lại gần nhau, làm cho khối lượng thể tích của bê tông tăng lên (1,6 ÷ 1,65 lần) và khuôn được lấp đầy tốt hơn.