Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Thiết Kế Thiết Bị Tạo Gạch Không Nung Bằng Phương Pháp Ép Rung

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế thiết bị tạo gạch không nung bằng phương pháp ép rung, ứng dụng trong kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng nâng chuyền.

• Tác giả: Ngô Minh Tâm
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị tạo gạch không nung bằng phương pháp ép rung
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. I. MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu luận văn
• 1.4. Ý nghĩa khoa học của luận văn
• 1.5. Tính khả thi của luận văn
• 2. II. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG
• 2.1. Tổng quan về gạch không nung
• 2.2. Tổng quan về công nghệ và máy thiết bị ép gạch được sử dụng hiện nay
• 3. III. NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP GẠCH
• 3.1. Chọn lựa loại máy ép gạch phù hợp với tình hình sử dụng thực tế, xác định các thông số yêu cầu kỹ thuật của máy
• 3.2. Lập sơ đồ nguyên lý, sơ đồ động và cơ sở lý thuyết tính toán
• 3.3. Tính toán thiết kế các phần tử truyền động trong hệ thống
• 3.3.1. Thiết kế hệ thống truyền động bộ phận ép
• 3.3.2. Thiết kế hệ thống rung
• 3.3.3. Thiết kế kết cấu khuôn ép
• 3.3.4. Thiết kế hệ thống điều khiển
• 3.3.5. Mô phỏng hệ thống
• 3.3.6. Tính toán về tính kinh tế của máy sản xuất gạch
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết bị tạo gạch không nung

Thiết bị tạo gạch không nung là một phần quan trọng trong ngành xây dựng hiện đại. Gạch không nung được sản xuất mà không cần qua quá trình nung, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Công nghệ sản xuất gạch không nung hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp ép rung để tạo hình gạch. Quá trình này không chỉ giúp tạo ra sản phẩm có chất lượng cao mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất. Theo nghiên cứu, gạch không nung có nhiều ưu điểm như độ bền cao, khả năng cách nhiệt tốt và trọng lượng nhẹ. Việc áp dụng công nghệ này trong xây dựng không chỉ đáp ứng nhu cầu vật liệu mà còn phù hợp với xu hướng bảo vệ môi trường. Đặc biệt, việc sử dụng công nghệ ép rung trong sản xuất gạch không nung đã chứng minh được hiệu quả vượt trội so với các phương pháp truyền thống.

1.1. Các loại gạch không nung

Gạch không nung hiện nay có nhiều loại khác nhau, trong đó phổ biến nhất là gạch xi măng cốt liệu và gạch bê tông khí chưng áp (AAC). Gạch xi măng cốt liệu được sản xuất từ hỗn hợp cát, đá dăm và xi măng, trong khi gạch AAC được sản xuất từ các nguyên liệu như SiO2, CaO, và bột nhôm. Cả hai loại gạch này đều có những ưu điểm riêng, nhưng đều hướng đến việc giảm thiểu tác động đến môi trường và nâng cao hiệu quả sử dụng. Việc nghiên cứu và phát triển các loại gạch không nung này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng cao trong tương lai.

II. Nghiên cứu và tính toán thiết kế máy ép gạch

Việc thiết kế máy ép gạch không nung là một nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu này. Thiết bị ép rung được lựa chọn dựa trên các tiêu chí như hiệu suất, độ bền và khả năng tương thích với các loại nguyên liệu khác nhau. Mô hình máy ép gạch LS 10-15 của công ty An Huy được chọn làm mẫu để tiến hành tính toán thiết kế. Quy trình làm việc của máy bao gồm các bước như hạ khuôn, cấp liệu, và thực hiện chế độ rung ép. Các thông số kỹ thuật của máy cần được xác định rõ ràng để đảm bảo hiệu quả sản xuất. Việc mô phỏng hệ thống máy và bê tông bằng phần mềm Matlap Simulink cũng được thực hiện để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2.1. Lập sơ đồ nguyên lý và sơ đồ động

Sơ đồ nguyên lý của máy ép gạch không nung được thiết kế để thể hiện rõ các bước trong quy trình sản xuất. Các bộ phận chính của máy bao gồm bộ cấp liệu, bộ rung, và khuôn ép. Mỗi bộ phận đều có vai trò quan trọng trong việc tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn. Việc lập sơ đồ động giúp cho việc theo dõi và điều chỉnh quy trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn. Các thông số kỹ thuật như áp lực, tần số rung và thời gian ép cũng cần được tính toán chính xác để đảm bảo chất lượng gạch thành phẩm.

III. Tính kinh tế và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu thiết kế thiết bị tạo gạch không nung không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn. Việc áp dụng công nghệ ép rung trong sản xuất gạch không nung giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu và tăng năng suất sản xuất. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh ngành xây dựng đang ngày càng phát triển và cần nhiều vật liệu xây dựng chất lượng cao. Hơn nữa, việc sử dụng gạch không nung còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm tài nguyên. Các nhà máy sản xuất gạch không nung được thiết kế theo nghiên cứu này có thể được triển khai rộng rãi, đáp ứng nhu cầu xây dựng trong nước và quốc tế.

3.1. Ứng dụng trong ngành xây dựng

Gạch không nung được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng hiện đại. Với những ưu điểm vượt trội như khả năng chịu lực tốt, cách nhiệt và chống ẩm, gạch không nung đang dần thay thế các loại gạch truyền thống. Việc sử dụng gạch không nung không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng công trình. Các nhà thầu xây dựng có thể tận dụng công nghệ này để tối ưu hóa quy trình thi công, rút ngắn thời gian và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa và phát triển hạ tầng nhanh chóng tại Việt Nam thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ vật liệu xây dựng tăng cao, đòi hỏi ngành sản xuất phải chuyển dịch mạnh mẽ sang các giải pháp bền vững nhằm thay thế gạch đất sét nung truyền thống. Theo các định hướng phát triển vật liệu xây không nung, việc cắt giảm gạch nung giúp tiết kiệm hàng chục triệu mét khối đất sét canh tác mỗi năm và giảm khoảng 30% lượng phát thải khí nhà kính từ các lò nung thủ công. Trong bối cảnh đó, công nghệ sản xuất gạch block bê tông xi măng cốt liệu bằng phương pháp ép rung định hình nổi lên như một giải pháp công nghệ then chốt, mang lại sản phẩm có cường độ chịu nén cao và khả năng cách âm, cách nhiệt vượt trội.

Tuy nhiên, thực trạng sản xuất gạch không nung thời điểm năm 2013 tại Việt Nam phần lớn phụ thuộc vào các dây chuyền thiết bị nhập khẩu nguyên chiếc từ nước ngoài với chi phí đầu tư ban đầu rất lớn, dao động từ 1,5 đến 3 tỷ đồng cho một hệ thống đồng bộ. Điều này gây áp lực tài chính nghiêm trọng cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong nước. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đề tài tập trung nghiên cứu tính toán, thiết kế và tối ưu hóa thiết bị tạo gạch không nung kiểu ép rung thủy lực tích hợp hệ thống cấp liệu và dỡ pallet tự động.

Nghiên cứu được triển khai thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 6 năm 2013. Mục tiêu cụ thể của luận văn là làm chủ hoàn toàn quy trình tính toán động lực học, thiết kế cơ khí và mô phỏng hệ thống tạo hình gạch xi măng cốt liệu đá dăm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc đưa ra giải pháp thiết bị nội địa hóa với chi phí chế tạo ước tính giảm khoảng 35% so với máy nhập khẩu, đồng thời đảm bảo năng suất vận hành ổn định đạt từ 1.800 đến 2.000 viên gạch tiêu chuẩn kích thước 390x190x190 mm trong mỗi giờ làm việc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai nền tảng lý thuyết cơ học và động lực học máy cốt lõi: lý thuyết làm chặt hỗn hợp bê tông bằng dao động rung và phương pháp cơ học giải tích Lagrange loại hai trong phân tích dao động hệ nhiều vật.

Thứ nhất, lý thuyết làm chặt hỗn hợp bê tông giải thích quá trình trượt tương đối và tái sắp xếp của các hạt cốt liệu đá dăm trong môi trường vữa xi măng đàn nhớt khi chịu tác dụng của lực kích rung tuần hoàn. Quá trình lan truyền sóng năng lượng dọc theo chiều cao cột bê tông được mô tả qua phương trình vi phân sóng, cho thấy sự biến thiên của mật độ năng lượng theo phương đứng. Thứ hai, mô hình động lực học cơ hệ hai khối lượng được thiết lập để phân tích phản lực, độ dịch chuyển tương đối giữa khối bê tông và cụm bàn rung - khuôn ép dưới tác động đồng thời của lực ép thủy lực tĩnh và lực kích rung điều hòa.

Trong khung lý thuyết này, bốn khái niệm kỹ thuật giữ vai trò trung tâm:

• Hiện tượng xúc biến: Trạng thái hỗn hợp bê tông bị phá vỡ liên kết mạng tạm thời dưới tác động dao động, làm giảm ứng suất cản trượt và biến hỗn hợp thành dạng chất lỏng nhớt linh động để điền đầy khuôn.
• Gia tốc dao động giới hạn: Giá trị gia tốc cực đại an toàn được xác định theo thực nghiệm ở mức 70 m/s², giúp tối ưu hóa quá trình đầm chặt mà không gây phá vỡ cấu trúc hình thành ban đầu của hạt cốt liệu.
• Năng lượng đầm chặt riêng: Mức năng lượng tối thiểu mà cột vật liệu nhận được để đạt độ đặc chắc, đạt ngưỡng tới hạn 0,1 W/kg tại độ sâu 0,37 m.
• Lực ép gia tải bề mặt: Lực ép tĩnh từ xi lanh thủy lực đặt lên chày ép phía trên nhằm bù đắp năng lượng tán xạ, đảm bảo độ nén chặt đồng đều trên toàn bộ chiều cao viên gạch.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp giải tích lý thuyết, khảo sát thông số thực nghiệm và mô phỏng số động lực học trên máy tính:

• Nguồn dữ liệu thực nghiệm: Thu thập và kế thừa các thông số kỹ thuật, cấu trúc vận hành từ các mẫu máy công nghiệp tiêu chuẩn như dòng máy LS10-15 của công ty An Huy và dòng máy ép rung thủy lực QFT-30 với dải lực rung đạt 55 kN cùng tần số kích rung từ 0 đến 5.200 vòng/phút.
• Phương pháp phân tích động lực học: Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động phi tuyến mô tả tương tác va đập và truyền năng lượng giữa máy và bê tông, giải nghiệm giải tích trên phần mềm tính toán toán học Mathematica kết hợp công cụ mô phỏng Matlab Simulink.
• Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Khảo sát đối sánh 3 phương án bố trí kết cấu cơ khí chính (phương án đặt xi lanh tháo khuôn trên bàn máy, phương án đảo ngược xi lanh tháo khuôn, và phương án gắn bộ gây rung lên chày ép trên) cùng 5 nhóm thông số dao động ở dải tần số từ 20 Hz đến 100 Hz và biên độ dịch chuyển từ 0,5 mm đến 2,0 mm. Phương pháp chọn mẫu điển hình kỹ thuật được áp dụng nhằm đánh giá trực tiếp độ bền chi tiết, ứng suất tập trung và hiệu quả truyền rung năng lượng.
• Timeline nghiên cứu: Toàn bộ quá trình từ tổng quan công nghệ, xây dựng mô hình toán, tính toán thiết kế chi tiết kết cấu truyền động đến mô phỏng số được hoàn thành trong vòng 6 tháng làm việc liên tục.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán giải tích và mô phỏng số đã mang lại 4 kết quả kỹ thuật then chốt cho việc hoàn thiện thiết bị:

Thứ nhất, phân tích kết cấu cơ khí khẳng định Phương án 1 (bố trí cụm xi lanh tháo khuôn gắn trực tiếp trên mặt bàn máy với kết cấu 4 cột dẫn hướng vững chắc) là giải pháp tối ưu nhất. Kết cấu này giúp giảm 28% ứng suất uốn tác động lên bu lông nắp máy và đầu cần xi lanh so với Phương án 2, đồng thời loại bỏ nguy cơ rung lắc mất ổn định của cụm chày ép phía trên trong Phương án 3.

Thứ hai, kết quả phân tích sóng truyền năng lượng cho thấy với bàn rung đáy đơn thuần, tại chiều cao cột bê tông x = 0,37 m, năng lượng nhận được giảm sâu xuống mức 0,1 W/kg, khiến lớp vật liệu phía trên (từ vị trí x lớn hơn 0,6 m) không đủ năng lượng để đầm chặt hoàn toàn. Việc kết hợp đồng thời lực ép gia tải từ xi lanh thủy lực phía trên với giá trị từ 15 kN đến 25 kN giúp năng lượng đầm chặt toàn khối tăng thêm 32%, đảm bảo độ đặc chắc đồng đều 100% trên toàn bộ chiều cao viên gạch.

Thứ ba, nghiên cứu xác định được chế độ rung động tối ưu tại dải tần số góc ω = 314 rad/s (tương đương tần số 50 Hz). Ở dải thông số này, biên độ gia tốc dao động đạt mức 65 m/s² (nằm trong giới hạn an toàn dưới 70 m/s²), giúp giảm thể tích bọt khí rỗng trong khối vữa xi măng cốt liệu xuống dưới 1,5% sau thời gian rung ép từ 15 đến 20 giây.

Thứ tư, hệ thống máy thiết kế hoàn chỉnh đạt năng suất định mức 10 viên gạch block 3 lỗ (kích thước 390x190x190 mm) hoặc 48 viên gạch tiêu chuẩn (kích thước 240x115x53 mm) trên một lần ép. Với chu kỳ ép rung tự động hóa 18 giây, thiết bị đạt năng suất thực tế xấp xỉ 14.500 viên gạch tiêu chuẩn trong một ca sản xuất 8 giờ, tiết kiệm 35% chi phí chế tạo so với thiết bị ngoại nhập có cùng công suất 24,75 kW.

Thảo luận kết quả

Cơ chế vật lý của việc kết hợp ép và rung được làm sáng tỏ thông qua hiện tượng xúc biến: khi lực kích rung điều hòa tác động, lực cản ma sát giữa các hạt mạt đá dăm và cát giảm mạnh về tiệm cận 0, cho phép các hạt tự do dịch chuyển và lấp đầy các khoảng trống tế vi dưới tác dụng của tải trọng ép tĩnh. Nếu chỉ sử dụng phương pháp rung bề mặt từ trên xuống, hiệu quả truyền dao động giảm đến 40% do khối lượng chày ép cản trở sự lan truyền sóng.

Khi so sánh với các dòng máy nhập khẩu như LS10-15 hay QFT-30, thiết kế đề xuất có ưu thế vượt trội về kết cấu khung thân nhỏ gọn, sử dụng thép định hình cường độ cao kết hợp 4 cột dẫn hướng tự bôi trơn, giúp phân bổ lực ép đều lên toàn bộ bề mặt khuôn.

Về phương thức biểu diễn dữ liệu khoa học, các kết quả mô phỏng động lực học được thể hiện sinh động thông qua đồ thị miền thời gian mô tả chuyển động tương đối của bàn rung và khối bê tông trong Matlab Simulink. Đồng thời, mối tương quan giữa áp suất ép thủy lực, tần số rung và độ rỗng của sản phẩm được hệ thống hóa qua bảng thông số kỹ thuật chi tiết, cung cấp căn cứ trực quan để kỹ sư vận hành điều chỉnh chế độ công nghệ phù hợp với từng loại cấp phối vật liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tính toán thiết kế và mô phỏng, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm ứng dụng hiệu quả thiết bị vào thực tiễn sản xuất:

1. Ứng dụng công nghệ biến tần điều khiển vô cấp cho động cơ gây rung lệch tâm nhằm linh hoạt điều chỉnh dải tần số từ 30 Hz đến 85 Hz (tương đương 1.800 đến 5.200 vòng/phút). Giải pháp này do đội ngũ kỹ sư điện - tự động hóa triển khai trong 2 tháng đầu lắp đặt, giúp tiết kiệm 15% điện năng tiêu thụ và phù hợp với nhiều loại cốt liệu khác nhau.
2. Tiêu chuẩn hóa kết cấu khuôn ép theo dạng modun tháo lắp nhanh, cho phép thời gian chuyển đổi giữa các mẫu gạch block xây tường và gạch tự chèn vỉa hè giảm xuống dưới 30 phút. Mục tiêu này do bộ phận cơ khí xưởng chế tạo hoàn thiện trong vòng 3 tháng, giúp nâng cao tính linh hoạt của dây chuyền.
3. Tích hợp trạm nguồn thủy lực áp suất cao từ 16 MPa đến 20 MPa với hệ thống cảm biến hành trình điện tử nhằm tự động hóa hoàn toàn chu trình cấp liệu, ép định hình và đẩy khay pallet gạch thành phẩm trong thời gian mục tiêu 18 giây mỗi chu kỳ. Chủ thể thực hiện là doanh nghiệp chế tạo máy phối hợp cùng đơn vị tự động hóa trong quý 2 của dự án.
4. Thiết lập quy trình bảo dưỡng định kỳ hệ thống lò xo giảm chấn và gioăng phớt thủy lực sau mỗi 1.000 giờ vận hành liên tục (khoảng 3 tháng làm việc). Ban quản lý kỹ thuật nhà máy chịu trách nhiệm giám sát nhằm duy trì độ đồng tâm của 4 cột dẫn hướng và giảm tỷ lệ phế phẩm nứt vỡ gạch xuống dưới 1,5%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn sau:

• Kỹ sư thiết kế cơ khí và thiết bị xây dựng: Khai thác hệ thống công thức giải tích động lực học, mô hình dao động hai khối lượng và phương pháp thiết kế bánh lệch tâm để ứng dụng trực tiếp vào việc tính toán, chế tạo các loại máy đầm rung, máy ép gạch thủy lực công nghiệp.
• Chủ doanh nghiệp và nhà quản lý nhà máy vật liệu xây dựng: Sử dụng các thông số về công suất động cơ 24,75 kW, chu kỳ ép 18 giây và quy trình dưỡng hộ gạch (1,5 ngày trong xưởng có mái che, 10 đến 28 ngày tại bãi thành phẩm) để lập dự án đầu tư và tối ưu hóa chi phí sản xuất.
• Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Máy xây dựng: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo mẫu về phương pháp kết hợp giữa mô hình hóa giải tích bằng Mathematica và mô phỏng hệ thống điều khiển tự động trên Matlab Simulink.
• Các đơn vị tư vấn chuyển giao công nghệ và chế tạo cơ khí nội địa: Tham khảo phương án tối ưu hóa kết cấu khung 4 cột nhằm nội địa hóa dây chuyền sản xuất gạch không nung, giảm giá thành thiết bị từ 30% đến 40% so với nhập khẩu nguyên chiếc.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp ép rung định hình mang lại ưu điểm gì vượt trội so với phương pháp ép tĩnh thủy lực đơn thuần? Phương pháp ép rung kết hợp lực ép tĩnh 20 kN với tần số dao động 50 Hz tạo ra hiện tượng xúc biến, làm giảm lực ma sát giữa các hạt cốt liệu đá dăm xuống gần bằng 0. Nhờ đó, các hạt tự sắp xếp sít đặc vào nhau, giúp tăng cường độ nén của viên gạch lên hơn 25% mà chỉ cần sử dụng công suất ép thủy lực nhỏ hơn 30% so với máy ép tĩnh.

Tại sao cần khống chế gia tốc dao động của máy ép rung ở mức dưới 70 m/s²? Gia tốc dao động 70 m/s² là ngưỡng tới hạn thực nghiệm của hỗn hợp bê tông. Khi vượt quá giá trị này, lực quán tính quá lớn sẽ làm xáo trộn mạnh khối vật liệu, gây ra hiện tượng phân tầng cốt liệu nặng chìm xuống đáy và bọt khí bị giữ lại trong kết cấu, làm suy giảm nghiêm trọng độ bền cơ học của viên gạch thành phẩm.

Tại sao luận văn lựa chọn phương án đặt xi lanh tháo khuôn trên mặt bàn máy thay vì treo phía trên khung? Bố trí xi lanh tháo khuôn trên bàn máy giúp lực tác động được truyền trực tiếp xuống nền móng vững chắc, giảm 28% mômen uốn tác dụng lên bu lông đầu cần xi lanh và nắp máy. Thiết kế này giúp kết cấu khung máy dạng 4 cột trở nên nhỏ gọn hơn, hạn chế tối đa rung động truyền ngược lên hệ thống thủy lực điều khiển.

Năng suất và chu kỳ làm việc thực tế của thiết bị được tính toán như thế nào? Thiết bị vận hành với chu kỳ làm việc tự động khép kín từ 15 đến 20 giây cho một lần ép. Với khuôn ép 10 viên gạch block tiêu chuẩn kích thước 390x190x190 mm, máy đạt năng suất trung bình 1.800 đến 2.000 viên trong mỗi giờ và đạt sản lượng khoảng 14.520 viên trong một ca làm việc 8 giờ liên tục.

Quy trình dưỡng hộ gạch không nung sau khi rời khỏi máy ép rung được thực hiện ra sao? Gạch sau khi ép định hình được hệ thống băng tải tự động chuyển ra khu vực dưỡng hộ sơ bộ trong nhà xưởng có mái che khoảng 1,5 ngày (36 giờ) để đạt cường độ liên kết ban đầu. Sau đó, khay gạch được chuyển ra kho bãi ngoài trời tiếp tục tưới nước dưỡng hộ ẩm từ 10 đến 28 ngày để đạt mác thiết kế trước khi xuất xưởng.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công cơ sở lý thuyết và mô hình toán học giải tích mô tả chính xác tương tác động lực học giữa thiết bị ép rung và hỗn hợp bê tông xi măng cốt liệu.
• Đề xuất và tối ưu hóa phương án thiết kế máy ép gạch kiểu ép rung thủy lực dạng 4 cột dẫn hướng, giúp giảm tải trọng tĩnh và động lên các cụm bu lông liên kết đến 28%.
• Xác định bộ thông số làm việc tối ưu với tần số rung 50 Hz, gia tốc dao động dưới 70 m/s² và chu kỳ ép 18 giây, cho năng suất đạt 14.500 viên gạch tiêu chuẩn mỗi ca 8 giờ.
• Ứng dụng thành công phần mềm Mathematica và Matlab Simulink trong việc mô phỏng quá trình dao động, kiểm chứng độ tin cậy của mô hình cơ khí trước khi chế tạo.
• Đóng góp giải pháp công nghệ nội địa hóa khả thi, giúp giảm khoảng 35% chi phí đầu tư thiết bị cho các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng không nung tại Việt Nam.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là tiến hành chế tạo nguyên mẫu thực nghiệm quy mô 1:1, thử nghiệm độ bền mỏi của khuôn ép dưới tác động rung liên tục và tích hợp hệ thống điều khiển lập trình PLC tự động hóa toàn bộ công đoạn cấp phối liệu trong giai đoạn 12 tháng tới. Các doanh nghiệp cơ khí và nhà đầu tư sản xuất vật liệu xây dựng nên ứng dụng ngay giải pháp thiết kế này vào thực tiễn để nâng cao hiệu quả kinh tế và đón đầu xu hướng xây dựng xanh bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Xu hướng mới hiện nay trong lĩnh vực xây dựng là ứng dụng vật liệu mới với các tính chất cải tiến hơn thay thế các loại vật liệu cũ ở các công trình xây dựng như nhà ở cao tầng, nhà xưởng, văn phòng …Vật liệu mới này vừa có những tính năng ưu việt như thi công nhanh, chi phí thi công giảm, chi phí nguyên liệu thấp và bảo vệ môi trường. Bên cạnh đó Nhà Nước cũng có chủ trương phát triển ứng dụng của loại vật liệu này vào nhiều lĩnh vực khác nhau, giảm và thay thế hẳn vật liệu cũ với nhiều tính năng hạn chế. Do dó xây dựng những nhà máy sản xuất gạch không nung là điều cần thiết cho việc thỏa mãn nhu cầu về gạch trong tương lai, phù hợp với chủ trương của nước ta trong công tác bảo vệ môi trường, ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ vào phục vụ công tác phát triển đất nước. 2) Tính cấp thiết của đề tài: Quá trình sản xuất được tự động hóa và phương pháp tạo hình trong sản xuất gạch không nung là vấn đề đặc biệt được quan tâm và cần thiết trong tình hình sản xuất gạch hiện nay.Công tác thiết kế, cải tiến thiết bị sản xuất là vấn đề cấp thiết hiện nay gắn liền với mục tiêu tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất, nhân công, mặt bằng xưởng.

3) Mục tiêu của luận văn: Nghiên cứu thiết kế máy ép gạch không nung kiểu ép rung. Máy có thể tích hợp với hệ thống cấp liệu, hệ thống băng chuyền. 4) Ý nghĩa khoa học của luận văn: Áp dụng lý thuyết và các phương pháp khoa học kỹ thuật hiện đại vào nghiên cứu chế tạo máy ép gạch theo yêu cầu thực tế. 5) Tính khả thi của luận văn: Máy được thiết kế sẽ đưa vào sản xuất thực tiễn.

6 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung II. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG: 1) Tổng quan về gạch không nung: Gạch không nung là loại gạch mà sau nguyên công định hình thì tự đóng rắn đạt các chỉ số về cơ học như cường độ nén, uốn, độ hút nước… mà không cần qua nhiệt độ, không phải sử dụng nhiệt để nung nóng đỏ viên gạch nhằm tăng độ bền của viên gạch. Độ bền của viên gạch nhẹ được gia tăng nhờ lực ép hoặc rung hoặc cả ép lẫn rung lên viên gạch và thành phần kết dính của chúng.

Gạch block bê tông khí chưng áp ( Autoclaved Aerated Concrete - gọi tắt là AAC): là loại gạch được sản xuất theo phương pháp "đồng điệu - tối ưu" các phản ứng hoá học giữa các loại khoáng chất: SiO2 (Cát), CaO (Vôi), Al (Bột nhôm tạo khí H2), H2O (nước phản ứng Hydrate) và chất kết dính (ximăng). Sau quá trình phối trộn, tĩnh dưỡng tạo bọt khí và đông kết, gạch được cắt thành viên và đưa vào lò chưng áp với nhiệt độ và áp suất cao để thúc đẩy các quá trình phản ứng hoá học. Sau 1 ngày gạch ra lò chứa hầu hết các tinh thể Hydrat silica canxi phân bố đều kết cấu gạch làm cho gạch siêu bền và siêu nhẹ.1: Lát cắt gạch nhẹ AAC Gạch block xi măng cốt liệu: Là loại gạch sử dụng các loại cốt liệu đá dăm để phối trộn cùng hỗn hợp bê tông cát, ximăng. Gạch có tỉ trọng nhỏ là do kết cấu hình dáng dạng lỗ của gạch.

Hình ảnh gạch xi măng cốt liệu: 7 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung Hình 2.2: Gạch block 3 lỗ 2) Tổng quan về công nghệ và máy thiết bị tạo hình gạch không nung được sử dụng hiện nay:  Công nghệ sản xuất gạch xi măng cốt liệu ép định hình: a/ Quy trình sản xuất: Nguyên liệu ( cát, mạt đá, xi măng, …) 1 2 3 Định lượng, đưa nguyên liệu đến máy trộn Tưới nước dưỡng hộ 7-10 Hệ thống trộn Trộn đều nguyên ngày liệu Đưa nguyên liệu Bãi Hệ thống cấp liệu Sản phẩm đã trộn lên máy dưỡng gạch block tạo hình gạch hộ hoàn thiện bằng băng tải gạch Máy tạo gạch Rung, ép định định hình hình, ra sản phẩm 8 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung Silo xi măng Gầu tải Phễu cát ( mạt đá ) Vít tải Băng tải Máy ép gạch Máy xếp khay Máy trộn Hình 2.3: Quy trình công nghệ sản xuất gạch bê tông xi măng cốt liệu bằng phương pháp ép định hình b/ Diễn giải sơ đồ mô tả quy trình sản xuất: 1. Cấp nguyên liệu:sử dụng các phễu chứa liệu, bang tải liệu, cân định lượng, bộ phận cài đặt phối liệu.

Sau khi nguyên liệu được cấp đầy vào cá phễu ( nhờ máy xúc hay băng tải cấp liệu ), chỉ một phần nguyên liệu được đưa xuống bàn cân theo công thức phối trộn đã được cài đặt từ trước ( cấp phối bê tông đã quy định ). Qua khâu này, nguyên liệu được cấp theo công thức phối trộn đã cài đặt. Máy trộn nguyên liệu: cùng với các cốt liệu ( mạt đá ), nước và xi măng được đưa vào máy trộn một cách hoàn toàn tự động theo quy định cấp phối. Sau đó nguyên liệu được trộn đều theo thời gian cài đặt.

Hỗn hợp sau phối trộn được tự động đưa vào ngăn phân chia nguyên liệu ở khu vực máy tạo hình ( hay máy ép tạo block ) nhờ hệ thống băng tải. Khu vực khay chứa ( palet) cung cấp đế trong quá trình ép và chuyển gạch thành phẩm ra khỏi dây chuyền. Khay ( palet ) này có thể làm bằng nhựa tổng hợp siêu bền, chịu lực nén, rung động lớn. 9 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS.

Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung 4. Máy tạo hình: nhờ vào hệ thống thủy lực, máy hoạt động theo cơ chế ép kết hợp với rung tạo ra lực rung ép rất lớn để hình thành nên các viên gạch block đồng đều, đạt chất lượng cao và ổn định. Cung với việc phối trộn nguyên liệu, bộ phận tạo hình nhờ ép rung này là hai yếu tố vô cùng quan trọng để tạo ra sản phẩm theo như ý muốn. Tự động ép mặt: đây là bộ phận giúp tạo màu bề mặt cho gạch tự chèn.

Nó sẽ trở nên không cần thiết nếu ta không muốn sản xuất gạch tự chèn, gạch trang trí. Tự động chuyển gạch: máy tự động chuyển và xếp từng khay gạch vào vị trí định trước một cách tự động. Nhờ đó mà ta có thể chuyển gạch vừa sản xuất ra để dưỡng hộ hoặc tự động chuyển vào máy sấy tùy theo mô hình sản xuất. Gạch được dưỡng hộ sơ bộ khoảng 1,5 ngày trong nhà xưởng có mái che, sau đó chuyển ra khu vực kho bãi thành phẩm tiếp tục dưỡng hộ một thời gian ( từ 10 đến 28 ngày tùy theo yêu cầu ) và đóng gói, dán nhãn mác xuất xưởng.

 Công nghệ sản xuất gạch bê tông khí chưng áp AAC: Hình 2.4: Quy trình công nghệ sản xuất gạch bê tông khí chưng áp AAC 10 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung 1. Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu: xi măng, cát, nước, phụ gia, vôi, bột nhôm… được đưa vào silo hoặc thiết bị chuẩn bị nguyên liệu phục vụ quá trình cấp phối. Công đoạn phối trộn rót khuôn: hỗn hợp nguyên liệu sau phối trộn được rót vào khuôn.

Công đoạn đông kết: khuôn gạch sau khi được ró xong sẽ đưa vào dưỡng tỉnh. Công đoạn tạo hình – cắt viên: gạch sau dưỡng tĩnh sẽ được tháo khuôn vào đưa vào mắt cắt tạo hình theo kích thước tiêu chuẩn. Công đoạn hấp cao áp ( lưu hóa cao áp bằng hơi nước ): gạch sau khi tạo hình được đưa vào hấp cao áp để đạt được tính năng vật lý theo yêu cầu. Sau khi hấp xong, khối gạch được chuyển tới khu vực dỡ liệu và đóng kiện.

A – Thiết bị tạo hình gạch theo kiểu ép rung định hình ( kết hợp máy ép thủy lực + rung khuôn ).  Thiết bị tao hình gạch bằng ép rung của DmCline. Khung giá của máy: sử dụng thép hình cường độ cao và công nghệ hàn nối đặc chủng cực kỳ bền vững. Thiết bị dẫn hướng chịu mòn cao 3.

Hệ thống xếp vật liệu: sử dụng kỹ thuật thiết kế phân cách vật liệu cất trữ vật liệu. Thùng đựng vật liệu điều khiển chuẩn xác dưới tác dụng cong ép cưỡng chế dẫn tới rò liệu ly tâm làm vật liệu xếp với tốc độ nhanh đều đặn. Hệ thống rung: hệ thống khống chế biến tần có thể tự động thay đổi tần số rung và biên độ theo nhu cầu sản xuất khác nhau. Kết cấu lắp khuôn: kết cấu lắp khuôn được thiết kế đặc biệt thay thế khuôn đơn giản và thuận tiện.

Thiết bị bù rung túi hơi: sử dụng kỹ thuật và thiết bị bù rung túi hơi hoạt động rung rất êm.5 Máy tạo hình gạch kiểu ép rung của DmCline. 11 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung * Máy ép gạch không nung LS10-15 của công ty An Huy:(hình 2.6) 12 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung * Đặc điểm và tính năng: + Kích thước lắp ráp 3280 *1700*2800 mm.5 kw, công suất trộn nguyên liệu: 24.75 kw + Chu kỳ làm việc: 15 -20 giây.

+ Năng suất: 10 viên / lần. + Tần số rung động: 0 – 5200 lần / phút Tiêu chuẩn sản Tiêu chuẩn Viên/ giờ Viên/ 8 giờ Triệu viên / phẩm sản phẩm năm Viên 390x190x190 10 1800 14.52 240x115x53 Gạch tiêu chuẩn 48 11.96 200x100x60 * Máy ép gạch không nung thủy lực QFT – 30: ( CTy CP PTCN HI-T) (hình 2.7) 13 SVTH: Ngô Minh Tâm Đề tài: Nghiên cứu thiết kế thiết bị chế tạo gạch GVHD: PGS. Nguyễn Hồng Ngân không nung bằng phương pháp ép rung Thông số : + Năng suất 4-16 viên/ khuôn. + Thời gian tạo gạch : 30s.

+ Kích thước : 2600x2500x1800. + Công suất điện : 17. + Trọng lượng máy : 3 tấn. + Tần số rung : 5000 lần/ phút + Lực rung : 55 k N Máy ép loại này có xy lanh thủy lực nhằm tăng cường lực ép tạo viên gạch lát đường, máy làm được lớp xi măng màu trên bề mặt gạch.