ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY THỬ MẪU BÊ TÔNG NHỰA
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình lịch sử phát triển khoa học kỹ thuật của nước ta nói riêng và thế giới nói chung, ngành cơ khí chế tạo máy đã góp một phần không nhỏ vào cuộc sống hằng ngày của con người. Đặc biệt con người đã biết dùng thuỷ lực vào cuộc sống. Họ sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng tự nhiên và nhân tạo để thực hiện những chuyển động có ích.
Ngày nay, truyền động bằng thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật như cơ khí, hàng không, giao thông vận tải, khai thác mỏ v.v...
Trong ngành cơ khí chế tạo máy, truyền động dầu ép có thể nói được dùng rộng rãi nhất, đặc biệt là trong máy cắt kim loại, máy điều khiển theo chương trình v.v...
Em được giao nhiệm vụ: Thiết kế máy thử mẫu bê tông nhựa
MỤC LỤC
Trang
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN...................................................... 01
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT................................................................. 02
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 03
MỤC LỤC..................................................................................................................... 04
PHẦN I. LÝ THUYẾT................................................................................................ 08
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÊ TÔNG NHỰA............................... 08
1.1. Khái niệm và phân loại bê tông nhựa..................................................... 08
1.1.1. Khái niệm............................................................................................... 08
1.1.2. Phân loại................................................................................................ 08
1.2. Cấu trúc của bê tông atfan (bê tông nhựa) .......................................... 09
1.3. Các tính chất của bê tông atfan (bê tông nhựa) .................................. 09
1.3.1. Cường độ................................................................................................ 09
1.3.2. Tính biến dạng...................................................................................... 10
1.3.3. Độ mài mòn........................................................................................... 11
1.3.4. Độ ổn định nước.................................................................................... 11
1.3.5. Độ rỗng của bê tông atfan (bê tông nhựa) ..................................... 11
1.3.6. Tính dễ tạo hình của bê tông atfan (bê tông nhựa) ...................... 11
1.4. Vật liệu chế tạo bê tông atfan (bê tông nhựa) ..................................... 12
1.4.1. Đá dăm hay sỏi..................................................................................... 12
1.4.2 Cát............................................................................................................ 13
1.4.3. Bột khoáng............................................................................................ 13
1.4.4. Bitum...................................................................................................... 14
1.5. Công nghệ chế tạo bê tông atfan (bê tông nhựa) ................................ 14
1.5.1. Công nghệ chung.................................................................................. 14
1.5.2. Xưởng chế tạo bê tông atfan (bê tông nhựa) ................................. 15
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ THỬ MẪU BÊ TÔNG.................. 16
2.1. Công nghệ thử mẫu bê tông nhựa........................................................... 16
2.1.1. Phạm vi áp dụng................................................................................... 16
2.1.2. Thuật ngữ và định nghĩa..................................................................... 16
2.1.3. Trình tự thí nghiệm.............................................................................. 16
2.2. Thiết bị thử mẫu bê tông nhựa................................................................. 17
2.2.1. Thiết bị thử............................................................................................ 17
2.2.2. Thiết bị, dụng cụ đi kèm...................................................................... 18
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY................................................................... 23
3.1. Thiết kế máy sử dụng hệ thống thủy lực................................................ 23
3.2. Thiết kế máy sử dụng kết cấu cơ khí...................................................... 23
PHẦN II. THIẾT KẾ MÁY....................................................................................... 24
CHƯƠNG 4. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY...................................................... 24
4.1. Các phương án động học........................................................................... 24
4.1.1. Phương án 1............................................................................................ 24
4.1.2. Phương án 2............................................................................................ 25
4.2. Lựa chọn phương án thiết kế máy.......................................................... 27
CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA MÁY28
5.1. Lập sơ đồ động học của máy.................................................................... 28
5.2. Tính chọn các thông số kỹ thuật chính.................................................. 29
5.2.1. Tính toán các thông số của xilanh thủy lực..................................... 29
a. Tính toán áp suất p của xilanh thủy lực............................................ 29
b. Tính toán lưu lượng cần cấp cho xilanh thủy lực............................ 32
5.2.2. Tính toán và chọn các thông số của bơm......................................... 34
a. Tính toán các tổn thất áp suất trong hệ thống................................ 34
b. Tính toán tổn thất thể tích trong hệ thống ...................................... 36
c. Tính toán lưu lượng của bơm............................................................... 37
d. Tính toán áp suất của bơm................................................................... 37
e. Tính toán công suất của bơm, công suất động cơ điện................... 37
5.2.3. Tính toán và chọn van tràn và van an toàn..................................... 40
5.2.4. Tính toán và chọn van cản.................................................................. 44
5.2.5. Tính toán và chọn van tiết lưu............................................................ 47
5.2.6. Tính toán và chọn van phân phối 4/3................................................ 50
5.2.7. Chọn lọc dầu cho hệ thống................................................................... 52
a. Bộ lọc thô................................................................................................. 53
b. Bộ lọc tinh............................................................................................... 53
5.2.8. Tính toán ống dẫn dầu........................................................................... 54
a. Yêu cầu đối với ống dẫn dầu................................................................ 54
b. Tính toán đường kính ống dẫn dầu.................................................... 55
c. Tính toán chiều dày ống dẫn dầu........................................................ 56
5.2.9. Tính toán thiết kế bể dầu...................................................................... 57
5.2.10. Chọn dầu thủy lực................................................................................ 58
5.2.11. Thiết bị làm nguội dầu........................................................................ 59
5.2.12. Các bộ nối ống...................................................................................... 60
a. Yêu cầu.................................................................................................... 60
b. Các bộ nối ống........................................................................................ 60
5.2.13. Vòng chắn.............................................................................................. 60
a. Nhiệm vụ.................................................................................................. 60
b. Phân loại.................................................................................................. 60
c. Loại chắn khít phần tử cố định........................................................... 61
d. Loại chắn khít các phần tử chuyển động tương đối với nhau....... 61
5.2.14. Đồng hồ đo áp suất.............................................................................. 61
a. Đo áp suất bằng áp kế lò xo................................................................. 61
b. Đo áp suất bằng áp kế lò xo tấm........................................................ 62
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ VÀ NGHIỆM BỀN CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA MÁY 63
6.1. Khung chịu lực............................................................................................ 63
6.1.1. Phân tích trạng thái chịu lực của hệ khung..................................... 63
6.1.2. Phương pháp tính toán......................................................................... 63
a. Đối với 2 trụ............................................................................................ 63
b. Đối với xà ngang.................................................................................... 63
6.1.3. Tính toán cho 2 trụ................................................................................ 64
a. Kết cấu tính toán................................................................................... 64
b. Tính toán................................................................................................. 64
6.1.4. Tính toán cho xà ngang........................................................................ 67
a. Kết cấu tính toán................................................................................... 67
b. Tính toán................................................................................................. 68
6.2. Nghiệm bền các bộ phận cơ bản của máy.............................................. 73
6.2.1. Kết cấu tính toán xilanh...................................................................... 73
6.2.2. Kiểm tra điều kiện bền và điều kiện ổn định của cần piston....... 74
a. Điều kiện bền............................................................................................ 74
b. Điều kiện ổn định..................................................................................... 75
6.2.3. Nghiệm bền, tính toán bề dày cho xilanh thủy lực......................... 77
6.2.4. Tính toán chọn vít để ghép mặt chắt khít......................................... 79
a. Kết cấu tính toán.................................................................................... 79
b. Tính toán.................................................................................................. 80
CHƯƠNG 7. YÊU CẦU VỀ LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG
MÁY............................................................................................................................. 83
7.1. Yêu cầu về lắp đặt máy............................................................................. 83
7.2. Vận hành máy............................................................................................. 84
7.3. Bảo dưỡng máy........................................................................................... 85
KẾT LUẬN................................................................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 87
PHẦN I. LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÊ TÔNG NHỰA
1.1. Khái niệm và phân loại bê tông nhựa
1.1.1 Khái niệm
Trên cơ sở chất dính kết hữu cơ (bitum, guđrông, nhũ tương) trong xây dựng đường thường dùng các vật liệu hỗn hợp khoáng và chất dính hữu cơ. Phổ biến nhất và có chất lượng cao nhất của vật liệu khoáng – bitum là bê tông atfan (bê tông nhựa). Bê tông atfan (bê tông nhựa) là sản phẩm nhận được sau khi làm đặc và rắn chắc hỗn hợp bê tông atfan (bê tông nhựa).
Hỗn hợp bê tông atfan (bê tông nhựa) bao gồm: đá dăm, cát, bột khoáng và bitum với một tỉ lệ hợp lý, nhào trộn và gia công thành một hỗn hợp đồng nhất.
1.1.2. Phân loại
Hỗn hợp bê tông atfan (bê tông nhựa) và bê tông atfan được phân loại theo các đặc điểm sau:
Theo nhiệt độ thi công. Hỗn hợp bê tông atfan trong lớp phủ mặt đường chia ra loại nóng, ấm và lạnh. Hỗn hợp nóng được rải và bắt đầu làm đặc khi nhiệt độ không nhỏ hơn 120ºC. Hỗn hợp này thường dùng bitum có độ quánh: 40/60, 60/90 và 90/130.
Hỗn hợp ấm được rải và bắt đầu làm đặc ở nhiệt độ >= 100ºC khi dùng bitum lỏng số 1, 2, 3 và nhiệt độ >= 70ºC với bitum mac CГ 130/200, M Г 130/200, M ГO- 130/200.
Hỗn hợp lạnh dùng bitum có độ quánh 70/130 được rải ở nhiệt độ không khí >= 5ºC và được giữ ở nhiệt độ thường.
Theo độ đặc (hoặc độ rỗng). Theo chỉ tiêu độ rỗng còn dư bê tông atfan được chia làm 3 loại: loại đặc nếu độ rỗng 2-7%, loại rỗng nếu độ rỗng 5-12% và rất rỗng nếu độ rỗng 12-18%.
Theo độ lớn của hạt cốt liệu. Theo đường kính lớn nhất của hạt vật liệu khoáng, bê tông atfan nóng và ấm được chia ra 3 loại: loại lớn (Dmax <= 40mm), loại trung bình (Dmax <= 20mm) và loại nhỏ (hỗn hợp hạt nhỏ và hỗn hợp cát Dmax <= 5mm).
Theo tỉ lệ giữa đá dăm (hoặc sỏi) và cát. Bê tông atfan nóng hoặc ấm, đặc được chia làm 3 loại: loại A nếu tỉ lệ đá dăm – cắt: 50-60%; loại B: 35-50%; loại C: 20-35%. Bê tông atfan nguội được chia làm 2 loại: Bx: 35-50%; Cx: 20-35%. Bê tông atfan nóng đặc chỉ dùng cát có các loại: D có hàm lượng cát < 30% và E > 30%.
Theo cường độ đá dăm, chất lượng bột khoáng bê tông atfan còn chia ra loại I, II và III.
1.2. Cấu trúc của bê tông atfan (bê tông nhựa)
Tính chất vật lý, cơ học của bê tông atfan phụ thuộc vào chất lượng, tỉ lệ thành phần các vật liệu chế tạo và cấu trúc của bê tông. Cấu trúc phụ thuộc vào tỉ lệ của các vật liệu và độ đặc của hỗn hợp.
Cấu trúc của bê tông atfan có hai loại: có khung và không có khung. Cấu trúc khung là cấu trúc trong đó hệ số lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt của bộ khung cát, đá dăm bằng chất liên kết atfan là nhỏ hơn hoặc bằng 1. Như vậy, các chất liên kết atfan không dễ chuyển động, những hạt đá dăm và cát tiếp xúc với nhau một cách trực tiếp hoặc thông qua lớp cứng bitum tạo cấu trúc. Bộ khung có thể chỉ là đá dăm. Trong trường hợp này đá dăm không được chuyển động cùng với hỗn hợp vữa (hỗn hợp gồm cát, bột khoáng và bitum). Sự có mặt các khung cứng không gian làm tăng độ ổn định của lớp phủ mặt đường. Cấu trúc khung quen thuộc thường chứa lượng bột khoáng từ 4-14%, và lượng bitum từ 5-7%.
Trong bê tông atfan không khung, hạt đá dăm và cát bị dịch chuyển do lượng thừa của chất kết dính atfan (hệ số lấp đầy lỗ rỗng lớn hơn 1). Cường độ và độ dính kết của cấu trúc này giảm khi chịu nhiệt làm cho lớp phủ mặt đường bị biến dạng dẻo.
Cấu trúc tối ưu của bê tông atfan phụ thuộc thành phần, chất lượng vật liệu, công nghệ sản xuất và việc lựa chọn tối ưu thành phần hỗn hợp bê tông.
1.3. Các tính chất của bê tông atfan (bê tông nhựa)
Các tính chất của bê tông atfan thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Ở nhiệt độ bình thường chúng có tính đàn hồi – dẻo; khi nhiệt độ tăng – chảy dẻo, khi nhiệt độ giảm, bê tông atfan trở nên giòn.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông atfan là cường độ, độ biến dạng khi nhiệt độ thay đổi, độ ổn định nước và tính dễ tạo hình.
1.3.1. Cường độ
Cường độ biểu thị khả năng chịu lực của bê tông atfan ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
Cường độ chịu nén của bê tông atfan được xác định tại nhiệt độ 50ºC, 20ºC, 0ºC. Cường độ ở 50ºC biểu thị tính ổn định động của vật liệu làm bê tông, còn ở 0ºC- tính chống nứt của bê tông atfan. Cường độ chịu nén là cường độ giới hạn khi nén các mẫu chuẩn trong điều kiện nhiệt độ và đặt tải theo quy định. Kích thước mẫu có đường kính bằng chiều cao (d=h và bằng 71,4 hoặc bằng 50,5 mm (tùy theo độ lớn của vật liệu khoáng)) được chế tạo ở nhiệt độ thi công.
Ở nhiệt độ 20ºC cường độ giới hạn khi nén của bê tông atfan gần bằng 25 kG/cm2, khi kéo: 6-8 lần nhỏ hơn. Ở nhiệt độ 50ºC cường độ giảm xuống chỉ còn 1-2 kG/cm2; khi nhiệt độ nhỏ hơn 0ºC cường độ tăng đến 150-200 kG/cm2. Đặc tính quan trọng của bê tông atfan là cường độ chịu kéo. Cường độ chịu kéo cao cho phép bê tông atfan có độ chống nứt cao khi khai thác. Cường độ của bê tông atfan được xác định trên thiết bị Marshall.
Cường độ chịu kéo được xác định bằng cách nén nghiêng các mẫu nén. Cường độ bê tông atfan phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần vật liệu chế tạo, đặc biệt sự thay đổi lượng bitum, lượng bột khoáng làm thay đổi đáng kể cường độ. Ngoài ra, cường độ còn phụ thuộc vào công nghệ làm đặc bê tông, nhiệt độ và tốc độ biến dạng.
Khi lượng bitum nhỏ hơn và lớn hơn lượng bitum hợp lý đều làm giảm khả năng liên kết của bitum với vật liệu khoáng và tạo nên cấu trúc không hợp lý, vì vậy làm giảm cường độ. Cường độ bê tông atfan phát triển tỉ lệ thuận với độ quánh của chất liên kết hữu cơ.
1.3.2. Tính biến dạng
Bê tông atfan là một vật liệu đàn hồi – chảy dẻo. Tùy theo trạng thái và điều kiện biến dạng có thể xuất hiện tính chất đàn hồi hoặc tính chất chảy dẻo.
Về trạng thái ứng suất – biến dạng bê tông atfan có những tính chất tổng hợp phức tạp: đàn hồi, dẻo, chảy và chùng ứng suất (sự giảm ứng suất theo thời gian biến dạng).
Như vậy để giải quyết vấn đề thực tế trên cần xét quan hệ giữa biến dạng và thời gian tác dụng của tải trọng. Sự xuất hiện tính chất đàn hồi hay tính chất chảy dẻo phụ thuộc vào tỉ lệ giữa thời gian đặt tải và thời gian chùng ứng suất.
Bê tông atfan cần có độ đàn hồi cao để đảm bảo ổn định khi khai thác. Biến dạng dẻo lớn lớp phủ mặt đường sẽ có hiện tượng: trượt, lượn sóng, dồn đống, hằn vết bánh xe. Các hiện tượng biến dạng dẻo đó xuất hiện và phát triển nhiều ở các vùng nóng trong những ngày hè. Độ dẻo được xác định bằng độ giãn dài tương đối khi kéo ở nhiệt độ thấp nhất và cao nhất khi khai thác.
Khi tải trọng tác dụng thường xuyên sự phát triển của biến dạng phụ thuộc vào trị số ứng suất.
Đặc trưng cơ học của bê tông atfan được thể hiện qua hai chỉ tiêu: mođun đàn hồi và độ nhớt.
Mođun đàn hồi: Ứng với hai trạng thái biến dạng đàn hồi có thể xác định hai trị số mo đun đà hồi
Độ nhớt: Độ nhớt của bê tông atfan không có giá trị cố định, tùy theo tính chất vật liệu và tốc độ biến dạng.
Các chỉ tiêu mođun đàn hồi, độ nhớt và giới hạn chảy ứng với nhiệt độ khai thác bê tông atfan là rất quan trọng khi kiểm tra chất lượng của chúng.
1.3.3. Độ mài mòn
Độ mài mòn của bê tông atfan phụ thuộc vào cường độ và độ cứng vật liệu khoáng vật. Độ mài mòn là đặc tính giảm khối lượng trên 1 cm2 bề mặt vật liệu chịu tác dụng tải trọng va đập và mài mòn trong khi khai thác. Bê tông atfan nóng trong giai đoạn khai thác có thể bị mài mòn 0,2-1,5 mm trong 1 năm.
1.3.4. Độ ổn định nước
Độ ổn định nước của bê tông atfan phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của vật liệu chế tạo. Nước là môi trường lỏng dễ dàng thấm ướt bề mặt hạt đá vôi hơn và làm mất lực dính kết của chất kết dính hữu cơ với hạt, làm giảm độ ổn định nước của bê tông atfan.
1.3.5. Độ rỗng của bê tông atfan (bê tông nhựa)
Độ rỗng trong bê tông atfan khẳng định sự hợp lý của thành phần cấp phối hạt của hỗn hợp. Sự sai lệch về độ rỗng so với độ rỗng chuẩn ở mức độ thấp chứng tỏ rằng việc lựa chọn lượng bitum là chính xác. Nếu độ lệch ở mức độ lớn hơn cho thấy lượng bitum, thành phần hạt khoáng lựa chọn chưa chính xác.
1.3.6. Tính dễ tạo hình của bê tông atfan (bê tông nhựa)
Tính dễ tạo hình của hỗn hợp của bê tông atfan là đảm bảo cho việc vận chuyển, rải, đầm chắc bê tông atfan cũng như chất lượng của bê tông sau thi công đạt các yêu cầu kỹ thuật trên cơ sở thành phần vật liệu đã lựa chọn đúng. Tính dễ tạo hình được đặc trưng bằng độ dẻo hay cứng của hỗn hợp. Căn cứ vào độ dẻo chia hỗn hợp bê tông làm hai loại: dẻo và chảy. Bê tông dẻo được đầm chắc bằng lu hoặc đầm chấn động. Bê tông chảy được đầm nén nhờ trọng lượng bản thân.
Mức độ dễ tạo hình của hỗn hợp bê tông atfan dẻo rải nóng được đánh giá dựa trên cơ sở xác định thời gian và lực kéo mẫu kim loại hình nón chuẩn ra khỏi hỗn hợp (phương pháp I.A. Ruwbiev).
1.4. Vật liệu chế tạo bê tông atfan (bê tông nhựa)
1.4.1. Đá dăm hay sỏi
Chất lượng của đá dăm hay sỏi về cường độ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái bề mặt, thành phần khoáng vật, … có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bê tông atfan.
Các chỉ tiêu chất lượng của đá dăm hay sỏi để chế tạo bê tông atfan cũng được xác định như khi chế tạo bê tông xi măng nặng.
Đá dăm dùng để chế tạo bê tông atfan có thể là đá dăm sản xuất từ đá thiên nhiên, đá dăm chế tạo từ cuội, cũng như đá dăm chế tạo từ xỉ lò cao, nhưng phải phù hợp với các yêu cầu của quy phạm. Không cho phép dùng đá dăm chế tạo từ đá vôi sét, sa thạch sét và phiến thạch sét.
Thành phần hạt của đá dăm hay sỏi được phân ra ba nhóm 20-40, 10-20 và 5-10 mm. Tùy theo cường độ chịu nén của đá gốc mà đá dăm dùng chế tạo bê tông atfan có các loại mác khác nhau. Đá dăm (hay sỏi) dùng để chế tạo bê tông atfan chỉ được phép chứa các hạt dẹt: đối với bê tông loại A: <20%, đối với loại B và Bx: < 25%; loại C và Cx: < 35% theo khối lượng.
Đá dăm cần phải liên kết tốt với bitum. Về mặt này, thì các loại đá vôi, đôlômit, điaba tốt hơn các loại đá axit. Nếu dùng loại đá liên kết kém với bitum phải gia công đá bằng chất phụ gia hoạt tính như vôi, xi măng hoặc cho thêm chất phụ gia hoạt động bề mặt vào bitum.
Đá cần phải sạch, lượng ngậm chất bẩn không được lớn hơn 1% theo khối lượng.
1.4.2. Cát
Vai trò của cát trong hỗn hợp bê tông atfan là chèn kẽ hở giữa các hạt cốt liệu lớn, làm tăng độ đặc của hỗn hợp. Có thể dùng cát thiên nhiên hay nhân tạo, có các chỉ tiêu kĩ thuật phù hợp với quy phạm như khi dùng cho bê tông nặng.
Cát thiên nhiên để chế tạo hỗn hợp bê tông atfan chỉ dùng loại hạt lớn (Mđl >= 2,5) và hạt vừa (Mđl = 2- 2,5). Khi không có cát hạt lớn thì thành phần hỗn hợp bê tông atfan loại A và B sẽ lựa chọn dùng cát hạt nhỏ theo nguyên tắc thành phần hạt không liên tục.
Cát nghiền cần phải chế tạo từ đá có cường độ không nhỏ hơn cường độ của đá dùng làm đá dăm (600-1000 kG/cm2).
Đối với hỗn hợp bê tông atfan loại G sẽ dùng cát nghiền. Cát này được nghiền từ đá macma có mác không nhỏ hơn 1000. Hàm lượng các hạt nhỏ hơn 0,071 mm ở trong cát nghiền không được lớn hơn 14% theo trọng lượng, trong đó lượng hạt sét không được lớn hơn 0,5%, lượng hạt nhỏ hơn 0,14 mm không lớn hơn 20%.
1.4.3. Bột khoáng
Bột khoáng là một thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông atfan. Nó không những nhét đầy lỗ rỗng giữa các loại cốt liệu lớn hơn (cát, đá dăm hay sỏi) làm tăng độ đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bitum trên mặt hạt khoáng càng mỏng và như vậy lực tương tác giữa chúng tăng lên, cường độ của bê tông atfan tăng lên.
Khi trộn với bitum trong hỗn hợp bê tông atfan, bột khoáng cần tạo nên một lớp hoạt tính, ổn định nước. Mối quan hệ vật lí, hóa học giữa bề mặt hạt khoáng và bitum làm tăng cường độ của bê tông atfan, nhưng cũng làm tăng tính giòn của nó. Vì vậy, lượng bột đá trong bê tông chỉ được dùng trong một giới hạn nhất định để tránh làm tăng tốc độ hóa già của bitum trong bê tông. Bột khoáng để chế tạo bê tông atfan thường sử dụng các loại bột mịn từ đá vôi và đá đôlômít. Cường độ chịu nén của đá không nhỏ hơn 200 kG/cm2. Vật liệu chế tạo bột khoáng cần sạch, không chứa các chất bẩn và sét quá 5%.
Bột khoáng cần phải khô, xốp, khi trộn với bitum không được vón cục và phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Độ nhỏ: lượng lọt qua sàng có kích thước lỗ sàng:
1,25 mm 100%
0,315 mm >= 90%
0,071 mm >= 70%
- Độ rỗng khi lèn chặt với tải trọng 400kG/cm2 đối với tro, bụn xi măng, xỉ, không được lớn hơn 45%, còn đối với loại bột đá đặc chắc thì không được lớn hơn 40%.
Với hỗn hợp loại II, và loại III có thể dùng bột khoáng từ tro than đá, bụi xi măng, bột vỏ sò hến, … phù hợp quy định của tiêu chuẩn 9128-84 của Nga. Bột khoáng được tăng cường chất lượng bằng cách hoạt hóa bề mặt khi nghiền. Hỗn hợp hoạt hóa tính bề mặt gồm bitum và chất hoạt động bề mặt với tỉ lệ là 1/1 đến 1/1,1. Lượng hỗn hợp hoạt tính phối hợp với lượng bột khoáng theo tỉ lệ 1,5-2,5%.
1.4.4. Bitum
Hỗn hợp bê tông atfan thường dùng bitum dầu mỏ xây dựng đường làm chất kết dính. Loại bitum này phải có các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với quy phạm.
Theo phương pháp rải, tính chất xe chạy, điều kiện khí hậu mà chọn mác bitum cho hợp lý. Ở những đường xe nặng chạy nhiều thuộc vùng khí hậu nóng thì dùng loại bitum mác cao. Cách chọn loại bitum có thể tham khảo quy phạm 9128-84 của Nga. Để tăng tính ổn định nhiệt có thể dùng hỗn hợp bitum với cao su, polime.
1.5. Công nghệ chế tạo bê tông atfan (bê tông nhựa)
Công nghệ chế tạo bê tông atfan hoàn toàn phù hợp với các nguyên tắc của công nghệ lý thuyết để cố kết vật liệu nhân tạo. Tuy nhiên công nghệ này có một số điểm đặc biệt khác nhau khi chế tạo các dạng bê tông atfan khác nhau.
1.5.1. Công nghệ chung
Trong giai đoạn chuẩn bị, nguyên liệu đá dăm (sỏi), cát cần qua được sấy khô và nung đến nhiệt độ phù hợp với độ nhớt của bitum. Bitum cần phải đun đến nhiệt độ thi công. Nhiệt độ đun nóng bitum từ 140ºC đến 200ºC tùy theo độ quánh của bitum và loại bê tông atfan (nóng, ấm…).
Trộn vật liệu khoáng với bitum có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bê tông. Việc trộn bê tông atfan được tiến hành theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1 (trộn khô). Đá dăm nóng, cát nóng được trộn với bột khoáng (không nung nóng). Các hạt bột khoáng sẽ bọc bề mặt cát, đá để tăng độ hoạt tính bề mặt cho cốt liệu.
Giai đoạn 2. Trộn hỗn hợp khoáng với bitum đến nhiệt độ thi công trong thời gian quy định, với máy trộn tự do – khoảng 450 – 500 gy; máy trộn cưỡng bức – khoảng 50 – 150 gy tùy theo loại bê tông atfan.
Vận chuyển và rải bê tông atfan tại nơi công tác. Yêu cầu nhiệt độ bê tông atfan phải đảm bảo nhiệt độ thi công khi bắt đầu rải và đầm chắc.
Để đảm bảo chất lượng lớp phủ mặt đường cần chế tạo bê tông ở những xưởng bê tông atfan cố định.
1.5.2. Xưởng chế tạo bê tông atfan (bê tông nhựa)
Xưởng chế tạo bê tông atfan bao gồm 4 bộ phận: phân xưởng đá dăm (sỏi) và cát, phân xưởng chế tạo bột đá, phân xưởng bitum và phân xưởng nhào trộn. Trong đó, bộ phận nhào trộn là bộ phận cơ bản nhất. Công việc nhào trộn được tiến hành tại các trạm trộn nóng.
Ở Việt Nam hiện nay thường dùng các trạm trộn của Nga, Nhật và Mĩ. Các trạm trộn thường dùng máy trộn, làm việc theo nguyên tắc trộn cưỡng bức và tự động điều khiển quá trình trộn.
CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ THỬ BÊ TÔNG NHỰA
2.1. Công nghệ thử mẫu bê tông nhựa
Bê tông nhựa - phương pháp thử: Xác định độ ổn định, độ dẻo Marshall
2.1.1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định độ ổn định, độ dẻo Marshall của bê tông nhựa sử dụng nhựa đường đặc (viết tắt là BTN) có cỡ hạt lớn nhất danh định (theo sàng vuông) không vượt quá 19,0 mm.
Tiêu chuẩn này cũng quy định phương pháp xác định độ ổn định, độ dẻo Marshall cải tiến đối với BTN có cỡ hạt lớn nhất danh định lớn hơn 19,0 mm nhưng không vượt quá 37,5 mm.
2.1.2. Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:
1. Độ ổn định Marshall (Marshall Stability)
Giá trị lực nén lớn nhất đạt được khi thử nghiệm mẫu BTN chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 101,6 mm, chiều cao 63,5 mm) trên máy nén Marshall, đơn vị tính là kilôniutơn (kN). Trường hợp mẫu có chiều cao khác 63,5 mm thì hiệu chỉnh để xác định độ ổn định Marshall.
2. Độ dẻo Marshall (Marshall Flow)
Biến dạng của mẫu BTN trên máy nén Marshall tại thời điểm xác định độ ổn định Marshall, đơn vị tính là milimét (mm).
3. Độ ổn định Marshall cải tiến (Modified Marshall Stability)
Giá trị lực nén lớn nhất đạt được khi thử nghiệm mẫu BTN cải tiến chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 152,4 mm, chiều cao 95,2 mm) trên máy nén Marshall, đơn vị tính là kilôniutơn (kN). Trường hợp mẫu có chiều cao khác 95,2 mm thì hiệu chỉnh để xác định độ ổn định Marshall cải tiến.
4. Độ dẻo Marshall cải tiến (Modified Marshall Flow)
Biến dạng của mẫu BTN trên máy nén Marshall tại thời điểm xác định độ ổn định Marshall cải tiến, đơn vị tính là milimét (mm).
2.1.3. Trình tự thí nghiệm
1. Nguyên tắc:
Mẫu BTN hình trụ có kích thước quy định được ngâm trong bể nước ổn nhiệt trong điều kiện xác định về nhiệt độ, thời gian và sau đó được nén đến phá huỷ trên máy nén Marshall. Xác định giá trị lực nén lớn nhất và biến dạng mẫu ở cùng thời điểm để tính độ ổn định, độ dẻo Marshall.
2. Trình tự thí nghiệm:
Gia nhiệt cho bể ổn nhiệt đến nhiệt độ ổn định 60ºC±1ºC, ngâm mẫu trong bể ổn nhiệt trong thời gian 40 min±5 min.
Lau sạch mặt trong hai vành thép nén mẫu. Vớt mẫu bê tông nhựa ra khỏi bồn nước ổn nhiệt và nhanh chóng đặt vào giữa hai vành nén, đưa bộ phận nén mẫu vào vị trí thử nghiệm trên máy nén, gá đồng hồ đo độ dẻo và điều chỉnh kim đồng hồ về 0.
Gia tải cho mẫu và quan sát đồng hồ đo lực, đồng hồ đo biến dạng của mẫu. Khi đồng hồ đo lực đạt giá trị lớn nhất (và bắt đầu có xu hướng giảm) thì ghi lại số đọc trên đồng hồ đo lực đồng thời ghi lại số đọc trên đồng hồ đo biến dạng.
Khuyến khích sử dụng Máy nén Marshall có trang bị các đầu đo lực, đầu đo biến dạng điện tử cho phép thu nhận, lưu trữ và xử lý số liệu bằng phần mềm chuyên dụng.
Thời gian thử nghiệm từ khi lấy mẫu bê tông nhựa ra khỏi bồn nhiệt đến khi xác định được giá trị lực nén lớn nhất không được vượt quá 90s.
- Ghi chú:
- Độ bền và độ dẻo Marshall phải xác định theo kết quả trung bình của 3 lần thí nghiệm đối với các mẫu cùng loại. Độ sai lệch giữa các lần thí nghiệm không được quá 10%.
- Nếu chiều cao của mẫu thí nghiệm khác với chiều cao của mẫu tiêu chuẩn thì độ bền theo Marshall phải nhân với một hệ số hiệu chỉnh.
- Bê tông nhựa được xem là đạt yêu cầu kỹ thuật để xây dựng khi mối tương quan giữa độ bền và độ dẻo theo Marshall của nó phải nằm trong vùng giới hạn.
2.2. Thiết bị thử mẫu bê tông nhựa
2.2.1. Thiết bị thử
Máy nén Marshall bao gồm các bộ phận chính: khung máy, kích gia tải, thiết bị đo lực và đồng hồ đo biến dạng của mẫu.
1. Bộ phận gia tải có tốc độ gia tải không đổi trong quá trình thử nghiệm là 50,8 mm/min.
2. Thiết bị đo lực có độ chính xác đến 10 daN, sử dụng vòng ứng biến hoặc đầu đo lực load cell có dải đo phù hợp.
3. Đồng hồ đo biến dạng có độ chính xác đến 0,01 mm.
Hình 2.1. Đồng hồ đo biến dạng
4. Bộ phận nén mẫu gồm hai vành thép mặt trụ tròn bán kính mặt trong tiếp xúc với mẫu là 50,8mm.
2.2.2. Thiết bị, dụng cụ đi kèm
1. Bộ khuôn đúc mẫu gồm các khuôn kim loại hình trụ rỗng có đường kính trong 101,6 mm ±0,2 mm, đế khuôn và khuôn dẫn (xem Hình 2.2).
Kích thước tính bằng milimét
Hình 2.2. Khuôn đúc mẫu
2. Búa đầm bằng kim loại, có bề mặt đầm hình tròn, phẳng, có trọng lượng 4536 g ±9 g. Chiều cao rơi tự do của búa là 457 mm±2 mm (xem Hình 2.3).
Kích thước tính bằng milimét
Hình 2.3. Búa đầm
3. Bệ đầm hình trụ bằng gỗ kích thước 203 mm x 203 mm x 457 mm được bịt đầu bằng bản thép kích thước 305 mm x 305 mm x 25 mm. Gỗ làm bệ đầm có thể là gỗ thông hoặc loại gỗ khác với khối lượng thể tích khô từ 0,67 g/cm3 đến 0,77 g/cm3. Bệ gỗ được neo thẳng đứng trên sàn bê tông cứng bởi 4 bản thép góc.
4. Bộ gá giữ khuôn đúc được gắn với bệ đầm có tác dụng định vị để tâm của khuôn đúc mẫu trùng với tâm của bệ đầm, giữ bộ khuôn đúc mẫu không dịch chuyển trong quá trình đầm tạo mẫu.
5. Dụng cụ tháo mẫu gồm khung thép, đĩa thép và kích. Đĩa thép hình trụ có chiều dày tối thiểu 13 mm, đường kính 100 mm được dùng để truyền lực từ kích lên bề mặt mẫu, tống mẫu ra khỏi khuôn đầm.
6. Tủ sấy có bộ phận điều khiển nhiệt độ với độ chính xác tối thiểu là 3oC, có thể duy trì nhiệt độ tới 300oC.
7. Thiết bị trộn BTN: có thể trộn bằng máy hoặc bằng tay với chậu trộn có dung tích phù hợp để tạo ra hỗn hợp đồng nhất trong khoảng thời gian yêu cầu.
8. Thiết bị gia nhiệt: sử dụng bếp nung, bồn cát, đèn hồng ngoại hoặc các thiết bị phù hợp để cung cấp nhiệt cho chậu trộn nhằm duy trì nhiệt độ của BTN trong suốt quá trình trộn. Trong trường hợp sử dụng bếp nung, cần tránh sự tiếp xúc trực tiếp giữa bếp nung và chậu trộn để không gây quá nhiệt cục bộ.
Hình 2.4. Dụng cụ tháo mẫu
9. Bể ổn nhiệt: có thể duy trì nhiệt độ của nước trong bể ở 60 oC±1 oC. Bể ổn nhiệt có chiều sâu tối thiểu là 150 mm và 230 mm tương ứng khi thí nghiệm mẫu Marshall thông thường và mẫu Marshall cải tiến, bể có giá đỡ mẫu nằm cách đáy bể 50 mm.
10. Khay dùng để gia nhiệt cho cốt liệu.
11. Dụng cụ chứa nhựa đường nóng: bát sứ, bát thuỷ tinh, cốc mỏ, hộp tôn...
12. Bay trộn, thanh gạt.
13. Nhiệt kế để xác định nhiệt độ cốt liệu, nhựa đường, BTN: nhiệt kế có khoảng đo từ 10 oC đến 200 oC với độ chính xác 1 oC.
14. Cân 5 kg, độ chính xác 0,1 g dùng để cân vật liệu Chuẩn bị mẫu, cân mẫu.
15. Cân 10 kg, độ chính xác 1,0 g dùng để chuẩn bị cốt liệu.
16. Thước kẹp, độ chính xác 0,1 mm.
17. Găng tay chịu nhiệt: dùng để cầm, nắm các thiết bị nóng đến 200 oC.
18. Găng tay cao su chịu nhiệt: dùng để lấy mẫu khỏi bể ổn nhiệt.
19. Bút đánh dấu mẫu.
20. Môi múc, thìa: dùng để xúc cốt liệu, BTN.
Hình 2.5. Sơ đồ thí nghiệm theo máy Marshall
1.Hệ thống thủy lực; 2.Tấm đế; 3.Mẫu bê tông nhựa; 4.Khuôn ép 2 nửa; 5.Đồng hồ đo biến dạng; 6.Khung chịu lực (khung máy); 7.Đồng hồ đo lực nén.
Hình 2.6. Hình dạng và kích thước mẫu bê tông nhựa chuẩn
Hình 2.7. Mẫu bê tông nhựa
CHƯƠNG 3
CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY
Từ yêu cầu kỹ thuật đặt ra là thiết kế một máy nén mẫu bê tông nhựa đáp ứng xác định được các chỉ tiêu của phương pháp thử mẫu bê tông nhựa (bê tông atfan) là xác định độ ổn định, độ dẻo.
Máy nén bao gồm các bộ phận chính: khung máy, kích gia tải, thiết bị đo lực và đồng hồ đo biến dạng của mẫu.
Dựa vào các số liệu ban đầu, các số liệu khác tham khảo thực tế và các yêu cầu trên , ta có thể thiết kế máy theo 2 hướng:
1. Thiết kế máy sử dụng hệ thống thủy lực
2. Thiết kế máy sử dụng kết cấu cơ khí.
3.1. Thiết kế máy sử dụng hệ thống thủy lực
Từ lực ép yêu cầu => ta tính áp suất dầu, tính toán các thông số kỹ thuật của xilanh thủy lực.
Từ tốc độ yêu cầu => ta tính toán lưu lượng dầu cần cung cấp cho xilanh thủy lực.
Dựa vào áp suất và lưu lượng dầu thủy lực ta lần lượt tính chọn động cơ điện dẫn bơm dầu, các phần tử thủy lực như: bơm dầu, van an toàn và van tràn, van cản, van tiết lưu, van phân phối, đường ống dẫn dầu,…
3.2. Thiết kế máy sử dụng kết cấu cơ khí
Từ lực ép yêu cầu => tính toán thông qua bộ truyền => tính công suất động cơ điện (tra bảng, chọn động cơ điện).
Từ tốc độ yêu cầu => tính toán bộ truyền (tính tỉ số truyền), thiết kế bộ truyền, thiết kế các kết cấu cơ khí, chi tiết cơ khí.
PHẦN II. THIẾT KẾ MÁY
CHƯƠNG 4
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
4.1. Các phương án động học
4.1.1. Phương án 1
Máy ép thủy lực
Hình 4.1. Máy ép thủy lực
1.Khung chịu lực (khung máy); 2.Đồng hồ đo lực nén; 3.Vòng lực (cung lực); 4.Đồng hồ đo biến dạng; 5.Mẫu bê tông nhựa; 6.Khuôn ép 2 nửa; 7.Tấm đế; 8.Xilanh thủy lực; 9.Hệ thống thủy lực.
- Ưu điểm:
- Truyền được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản và hoạt động với độ tin cậy cao.
- Điều chỉnh được vô cấp vận tốc của cơ cấu chấp hành.
- Vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn bố trí không lệ thuộc với nhau.
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước các cơ cấu nhờ chọn áp suất cao.
- Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, dầu có tính chịu nén nên có thể làm việc ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như hệ truyền động cơ khí hay truyền động điện.
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.
- Có thể theo dõi tình trạng làm việc của hệ thống, kể các hệ phức tạp, nhiều mạch nhờ áp kế.
- Thuận lợi trong việc thực hiện tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa.
- Nhược điểm:
- Tổn thất trong đường ống dẫn và các phần tử thủy lực nên làm giảm hiệu suất làm việc.
- Do dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi.
4.1.2. Phương án 2
Máy ép cơ khí
Hình 4.2. Máy ép cơ khí
1.Động cơ điện; 2.Khung máy; 3.Trụ vít me điều khiển hành trình tạo lực ép; 4.Bàn máy, tấm đế đặt; 5.Đồng hồ đo lực; 6.Trục có ren trong; 7.Trục vít me; 8.Vô lăng; 9.Tay quay.
- Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản
- Bền, chắc
- Làm việc chính xác
- Dễ bảo quản, sửa chữa.
- Nhược điểm:
- Hiệu suất thấp do dùng bộ truyền trục vít – bánh vít sinh nhiệt khi làm việc, khó chế tạo bộ truyền.
- Khó tự động hóa điều khiển
- Điều khiển tốc độ hạn chế
- Lực ép không lớn, chi tiết máy lớn nếu cần lực ép lớn.
4.2. Lựa chọn phương án thiết kế máy
Dựa vào các sơ đồ máy cùng với các ưu nhược điểm được phân tích của các phương án, ta nhận thấy phương án 1 (Máy ép thủy lực) phù hợp với yêu cầu đặt ra.
- Chọn phương án thiết kế: Máy ép thủy lực.
Hình 4.3. Máy ép thủy lực
CHƯƠNG 5
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA MÁY
5.1. Lập sơ đồ động học của máy thiết kế
Hình 5.1. Sơ đồ động học của máy ép thủy lực
1.Bể chứa dầu; 2.Bộ lọc thô; 3.Động cơ điện; 4.Van cản; 5.Van đảo chiều 4/3; 6.Đồng hồ đo áp suất; 7.Khung chịu lực (khung máy); 8.Đồng hồ đo lực nén; 9.Vòng lực (cung lực); 10.Đồng hồ đo độ biến dạng; 11.Khuôn ép 2 nửa; 12.Mẫu bê tông nhựa; 13.Tấm đế; 14.Xilanh thủy lực; 15.Bơm thủy lực (bơm bánh răng); 16.Van tràn và van an toàn; 17.Bộ lọc tinh; 18.Van tiết lưu.
- Nguyên lý làm việc:
Đầu tiên, đặt mẫu bê tông nhựa đã chuẩn bị sẵn theo tiêu chuẩn (Đúng thành phần, kích thước,…)(12) vào bộ khuôn ép 2 nửa(11) rồi đặt lên tấm đế(13). Sau đó lắp đồng hồ đo độ dẻo (Biến dạng khi phá hủy)(10) lên nửa khuôn ép trên(11), điều chỉnh kim đo lực nén(8) và kim đo độ dẻo về 0.
Đóng điện, đóng động cơ điện(3) làm quay bơm dầu(15) hút dầu qua bộ lọc thô(2). Dầu thủy lực qua các thiết bị khác như bộ lọc tinh(17), van tiết lưu(18), nhờ van này ta điều chỉnh được lưu lượng vào xilanh, do đó làm thay đổi được vận tốc của piston theo yêu cầu(thay đổi được vận tốc ép). Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phân phối để vào buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động ép hoặc chuyển động tháo mẫu thử.
5.2. Tính chọn các thông số kỹ thuật chính
Tính toán hệ thống thủy lực và các phần tử trong hệ thống.
Các đại lượng cần tính toán:
- Áp lực dầu cung cấp (bar), (kG/cm2)
- Lưu lượng dầu vào (lít/phút)
- Lưu lượng dầu ra (lít/phút)
- Công suất của bơm dầu (kW)
- Tính toán và chọn các phần tử điều khiển (thủy lực) như van an toàn và van tràn, van cản, van tiết lưu, van phân phối, đường ống dẫn dầu,…
- Tính và chọn động cơ điện (kW)
- Tính toán các thông số của bể dầu.
5.2.1. Tính toán các thông số của xilanh thủy lực
a. Tính toán áp suất p của xilanh thủy lực
Hình 5.2. Sơ đồ tính toán xilanh thủy lực
Ta viết phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình công tác (hành trình piston đi từ dưới lên trên):
Trường hợp bỏ qua rò rỉ ở xilanh thủy lực, dầu vào xilanh thủy lực có áp suất p1 tạo ra lực phải cân bằng với lực yêu cầu của phụ tải, lực ma sát và lực quán tính. Từ đó, ta có phương trình cần bằng lực của cụm piston xét ở hành trình công tác.
p1.A1 – p2.A2 – Ft – Fmsp – Fmsc – Fmst – G – Fqt = 0 (2.1)
Trong đó:
p1: áp suất dầu ở buồng công tác
p2: áp suất dầu ở buồng ra
A1: diện tích piston ở buồng không có cần, A1 =
A2: diện tích piston ở buồng có cần, A2 =
Ft: tải trọng công tác, Ft = 50 kN = 5.104 N
Fmsp: lực ma sát giữa piston và xilanh
Fmsc: lực ma sát giữa cần piston và vòng chắn khít
Fqt: lực quán tính
D: đường kính trong của xilanh
d: đường kính cần piston
Fqt: lực quán tính
Q1: lưu lượng vào xilanh
Q2: lưu lượng ra xilanh.
Lực quán tính sinh ra ở giai đoạn piston bắt đầu chuyển động, ,
Lực ma sát giữa piston và xilanh Fmsp :
Lực này được xác định theo công thức: Fmsp = m.N
Trong đó:
m: hệ số ma sát. Đối với cặp vật liệu xilanh là thép và vòng găng
bằng gang thì m = (0,09 ¸ 0,15). Chọn m = 0,1
N: lực của các vòng găng tác động lên xilanh và được tính như
sau:
N = p.D.b.(p2 + pk) + p.D.b.(z-1).pk
D: đường kính piston (cm), chọn D = 80 mm = 8 cm
b: bề rộng của mỗi vòng găng, chọn b = 4 mm = 0,4 cm.
Ta chọn p2 = 5 (kG/cm2).
pk: áp suất tiếp xúc ban đầu giữa vòng găng và xilanh, pk nằm
trong khoảng (0,07 ¸0,14). Chọn pk = 0,1 (kG/cm2)
z: số vòng găng. Chọn z = 3
p.D.b.(p2 + pk): lực của vòng găng đầu tiên
p.D.b.(z-1).pk: lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo.
Thay các giá trị trên vào biểu thức ta được:
N = p.8.0,4.[(5+0,1) + (3-1).0,1] = 53,28 kG
Fmsp= m.N = 0,1.53,28= 5,328 kG = 53,28 N
Vậy lực ma sát giữa piston và xilanh (thực chất là lực ma sát giữa các vòng găng và xilanh):
Fmsp = 53,28 N
Lực ma sát giữa piston và vòng chắn khít:
Giá trị ma sát giữa cần piston và vòng chắn được tính:
Fmsc = 0,15.f.p.d.b.p
Trong đó:
f: hệ số ma sát giữa cần và vòng chắn, đối với vật liệu làm bằng
cao su thì f = 0,1
d: đường kính cần piston. Chọn d = 0,5D = 0,5.80 = 40 mm = 4 cm
b: chiều dài tiếp xúc của vòng chắn với cần. Chọn b = d
p: áp suất dầu tác dụng vào vòng chắn. p = p2 = 5 (kG/cm2)
0,15: hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn.
Vậy:
Fmsc = 0,15.0,1. p.4.4.5= 3,77 kG
Lực quán tính: Fqt
Trong mỗi lần thực hiện nén mẫu bê tông nhựa thì vận tốc xilanh lực không đổi, do đó:
=> Fqt = 0
Từ phương trình (2.1) suy ra:
Thay số và tính toán:
Thay các giá trị tính toán trên vào (2.1), ta được:
p1. – p2. – Ft – Fmsp – Fmsc – Fmst – G – Fqt = 0
p1. – p2. – 3,77 – 5,328 – 5000 = 0
p1. – p2. = 5009,1.
Với:
D = 8 cm => = 50,27 cm2
d = 4 cm => = 37,7 cm2
= 103,39 kG/cm2.
b. Tính toán lưu lượng cần cấp cho xilanh thủy lực
Phương trình lưu lượng:
Q = v.A (l/ph)
Xét ở vận tốc ép nhỏ nhất: V= 35 mm/phút
Tính lưu lượng vào:
Q1=V1.A1=
Trong đó:
Q1: lưu lượng cần cung cấp vào
V1: vận tốc chuyển động của piston, V1= 35 mm/phút
D: đường kính của piston, D=80mm.
- Q1===175929,2 (mm3/ph) = 0,18 (l/ph)
Tính lưu lượng ra:
Q2=V1.A2=
Trong đó:
Q2: lưu lượng ra
V1: vận tốc chuyển động của piston, V1= 35 mm/phút
d: đường kính cán piston, d= 40 mm.
- Q2===131946,9 (mm3/ph) = 0,13 (l/ph)
Xét ở vận tốc ép lớn nhất (vận tốc chuyển động lớn nhất của piston):V= 999 mm/phút.
Tính lưu lượng vào:
Q1=V1.A1=
Trong đó:
Q1: lưu lượng cần cung cấp
V1: vận tốc chuyển động của piston, V1= 999 mm/phút
D: đường kính của piston, D=80mm.
- Q1=V1.A1==5021521,7 (mm3/ph) = 5,02 (l/ph)
Tính lưu lượng ra:
Q2=V1.A2=
Trong đó:
Q2: lưu lượng ra
V1: vận tốc chuyển động của piston, V1= 999 mm/phút
d: đường kính cán piston, d= 40mm.
- Q2=V1.A2==3766141,27 (mm3/ph) = 3,77 (l/ph)
Xét ở vận tốc ép theo tiêu chuẩn ép bê tông nhựa: V= 50,8 mm/phút
Tính lưu lượng vào:
Q1=V1.A1=
Trong đó:
Q1: lưu lượng cần cung cấp
V1: vận tốc chuyển động của piston, V1= 50,8 mm/phút
D: đường kính của piston, D=80mm.
- Q1===255348,65 (mm3/ph) = 0,26 (l/ph)
Tính lưu lượng ra:
Q2=V1.A2=
Trong đó:
Q2: lưu lượng ra
V1: vận tốc chuyển động của piston, V1= 50,8 mm/phút
d: đường kính cán piston, d= 40mm.
- Q2===191511,49 (mm3/ph) = 0,19 (l/ph).
5.2.2. Tính toán và chọn các thông số của bơm
a. Tính toán các tổn thất áp suất trong hệ thống
Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành (xilanh thuỷ lực). Tổn thất này phụ thuộc vào các yếu tố sau: chiều dài ống dẫn, độ nhẵn thành ống, độ lớn tiết diện ống, tốc độ chảy, sự thay đổi tiết diện, sự thay đổi hướng chuyển động, trọng lượng riêng và độ nhớt của dầu.
Nếu p0 là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ra, thì tổn thất được biểu thị bằng hiệu suất:
Hiệu áp Dp là trị số tổn thất áp suất.
Xét về mặt kết cấu của hệ thống thuỷ lực thì tổn thất áp suất có thể quy về 2 dạng tổn thất chính sau:
Tổn thất áp suất qua van.
Tổn thất áp suất trên ống dẫn.
- Tổn thất áp suất qua van Dp1
Đối với mỗi kết cấu van ta có những công thức tính toán tổn thất khác nhau. Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được những khoảng giá trị tổn thất áp suất đối với từng loại van.
Ta dựa vào bảng sau đây để tìm các giá trị tổn thất áp suất:
|
Kiểu van |
Tổn thất áp suất Dp1 (kG/cm2) |
|
Van an toàn |
2 ¸ 3 |
|
Van đảo chiều |
1,5 ¸ 3 |
|
Van điều áp |
2,5 ¸ 6 |
|
Van tiết lưu |
2 ¸ 3,5 |
|
Van tiết lưu điều chỉnh |
3 ¸ 6 |
|
Van giảm áp |
3 ¸ 10 |
|
Van một chiều |
1,5 ¸ 2 |
Bảng 5.1. Bảng tra giá trị tổn thất áp suất qua van
Đối với hệ thống thuỷ lực mà ta thiết kế, giá trị tổn thất áp suất được chọn như sau:
- Tổn thất áp suất qua van an toàn: 2 (kG/cm2)
- Tổn thất áp suất qua van tiết lưu: 3 (kG/cm2)
- Tổn thất áp suất qua van đảo chiều: 1,5 (kG/cm2)
- Tổn thất áp suất qua van cản: 1,5 (kG/cm2).
Vậy tổn thất áp suất qua van là:
Dp1 = 2 + 3 + 1,5 + 1,5 = 8 (kG/cm2)
- Tổn thất áp suất trong ống dẫn Dp2
Xét về chiều dài ống dẫn trong hệ thống thuỷ lực của máy thiết kế là khá ngắn, nên ta có thể bỏ qua tổn thất áp suất do chiều dài ống. Ở đây, ta chỉ quan tâm đến tổn thất cục bộ trong hệ thống ống dẫn.
Giá trị tổn thất cục bộ được tính theo công thức sau:
Dp2 = (N/m2)
hay
Dp2 = (bar)
Trong đó:
x: hệ số tổn thất cục bộ
r: khối lượng riêng của dầu. r = 900 (kg/m3)
g: gia tốc trọng trường. g = 9,81 (m/s2)
v: vận tốc trung bình của dầu (m/s)
l: chiều dài ống dẫn
d: đường kính ống.
Tuy nhiên, để đơn giản trong quá trình thiết kế, ta có thể lấy giá trị tổn thất áp suất cục bộ trong ống dẫn theo công thức sau:
Dp2 = 0,05.pct
Trong đó:
pct = p1 = 103,39 (kG/cm2): áp suất của cơ cấu chấp hành.
Vậy:
Dp2 = 0,05.103,39 = 5,17 (kG/cm2).
b. Tính toán tổn thất thể tích trong hệ thống
Tổn thất thể tích do dầu thuỷ lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của hệ thống gây nên. Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể tích càng lớn. Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lượng như bơm dầu, xilanh truyền lực.
Giá trị tổn thất thể tích trong hệ thống có thể tính theo công thức sau:
Sqtt = s.Dp
Trong đó:
Sqtt: tổng tổn thất thể tích (cm3/s).
s: trị số tổn thất thể tích cho một đơn vị áp suất.
Dp: tổn thất áp suất trong hệ thống.
- Trị số tổn thất thể tích cho một đơn vị áp suất
Đối với bơm: (0,5 ¸ 0,7).106. Chọn s = 0,7.10-6
Đối với van: (0,02 ¸ 0,025).106. Chọn s = 0,025.10-6
Đối với xilanh: (0,01 ¸ 0,02).106. Chọn s = 0,02.10-6
......................................................
K: hệ số an toàn. K = (1,3 ¸ 1,5). Chọn k = 1,4.
F: lực tác dụng của tải trọng ngoài.
(kG)
p : áp suất lớn nhất ở buồng dưới xilanh. p = 103,39 (kG/cm2).
D : đường kính của xilanh D = 8 (cm).
F = 5196,95 (kG) = 51969,5 (N).
1,3: là hệ số nhân với lực xiết V để kể đến tác dụng của
momen ren lúc xiết chặt.
Thay các giá trị vào công thức, ta được:
F0 = 83930,74 (N)
Ta chọn số vít n = 8. Như vậy mỗi vít sẽ chịu một lực dọc trục bằng:
(N)
Điều kiện bền của vít có dạng:
(3.4)
Trong đó:
: lực tác dụng tại tâm vít theo phương dọc trục.
d1 : đường kính chân ren của vít (mm).
[sk] : ứng suất kéo cho phép của vật liệu.
Chọn vật liệu vít là thép 15X có sch = 500 (N/mm2). Khi đó:
nch : hệ số an toàn về chảy. Chọn n = 1,4.
Do đó: sk = 357 (N/mm2).
Từ (3.4) ta suy ra được đường kính d1 của vít:
(mm)
d1 ³ 6,12 (mm)
Dựa vào d1, ta tra bảng PL – 2, [11] để có các thông số khác:
Đường kính chân ren : d1 = 10,2 (mm).
Đường kính đỉnh ren : d = 12 (mm).
Đường kính trung bình : d2 = 11,1 (mm).
Bước ren p = 1,25.
...................
CHƯƠNG 7
YÊU CẦU VỀ LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY
7.1. Yêu cầu về lắp đặt máy
1. Ta đã tạo khung máy chính, bộ phận cơ bản để lắp các hệ thống thủy lực, lắp khung phụ gồm 2 trụ và xà ngang.
2. Lắp xilanh vào khung máy chính, vặn vít cố định xilanh vào khung máy đã được khoan và taro ren đúng kích thước.
3. Lắp ráp các thiết bị thủy lực và động cơ điện vào giá khung, cần chú và hiệu chỉnh quá trình lắp ráp động cơ điện với bơm dầu thông qua nối trụ đảm bảo kỹ thuật về độ đồng trục.
4. Các thiết bị thủy lực nối với nhau bằng ống dẫn thủy lực và đầu nối, khi lắp ráp phải chú ý vặn kỹ tránh rò rỉ do vặn không kín, lỏng chỗ nối.
5. Lắp ráp 2 trụ vào 2 lỗ được gia công trên khung máy chính, 2 trụ được cố định bằng mối ghép ren (dạng bulong, đai ốc).
6. Lắp ráp tấm đế để đặt khuôn ép 2 nửa vào đầu cần piston thông qua mối ghép ren.
7. Thực hiện lắp ráp cung lực, đồng hồ đo lực nén vào xà ngang thông qua mối ghép ren (dạng bulong, đai ốc).
8. Lắp toàn bộ các chi tiết đã lắp vào xà ngang vào 2 trụ thông qua mối lắp trung gian của mối ghép ren (dạng bulong, đai ốc). Yêu cầu đặt ra, hiệu chỉnh sao cho xà ngang cân đối giữa 2 trụ khi lắp ráp.
9. Lắp ráp, nối điện các công tắc nguồn, công tắc điều khiển lên, xuống, dừng xilanh thủy lực và các van điều khiển bằng nam châm điện với hệ thống điện.
9. Hiệu chỉnh mối tương quan giữa khoảng cách của xà ngang với xilanh thủy lực khi hệ thống thủy lực đã được lắp ráp hoàn chỉnh, đã hoạt động được.
- Ta thực hiện bấm nút khởi động, bật công tắc điều khiển cho xilanh đi lên hết cỡ, bấm dừng piston.
- Ta ráp 2 nửa khuôn ép mẫu vào nhau thông qua thanh dẫn hướng, đặt 2 nửa khuôn lên tấm đế.
- Ta mở đai ốc trên 2 trụ và hiệu chỉnh sao cho khoảng cách như trên hình bằng không.
- Qúa trình lắp ráp, hiệu chỉnh đã xong.
7.2. Vận hành máy
Có 1 dây điện cắm vào mạng lớp điện 1 pha để có nguồn năng lượng hoạt động.
Công tắc nguồn: Bật, tắt nguồn điện vào hệ thống điều khiển.
Công tắc điều khiển piston gồm có 3 vị trí: lên, xuống, dừng.
1. Trước khi cho máy vào hoạt động thì phải thực hiện kiểm tra toàn bộ hệ thống, siết chặt các mối ghép ren, kiểm tra hệ thống thủy lực, kiểm tra hệ thống điện, đã đảm bảo thì mới cho máy hoạt động.
2. Kiểm tra mức dầu trong thùng phải đảm bảo an toàn, nếu không đủ dễ gây bọt khí phá hủy bơm, đường ống van...
3. Kiểm tra lưới lọc đã đảm bảo cho dầu chảy từ bể qua bơm phải sạch và đủ lưu lượng.
4. Mở van để dầu từ thùng chứa tự chảy vào buồng chứa của bơm, xả khí để dầu điền đầy buồng bơm (chống bọt khí).
5. Đóng điện cho bơm chạy khi bơm đã hoạt động chú ý nghe tiếng kêu của bơm. Nếu nghe tiếng kêu bất thường thì phải xem lại điên áp, dầu cung cấp vào bơm, thiếu do kẹt lọc dầu, đường ống dẫn dầu bị ngắt cà nhiều trường hợp khác. Nếu khi thấy bơm chạy êm tiếng kêu bình thường thì cho bơm chạy không tải trong vòng từ 2 đến 3 phút trước khi chuyển qua vận hành có tải.
6. Đầu tiên bật công tắc nguồn, cung cấp điện cho hệ thống làm việc.
7. Lắp mẫu bê tông nhựa đã chuẩn bị sẵn đảm bảo đủ các điều kiện kỹ thuật (đúng
theo tiêu chuẩn ngành: đúng thành phần, đúng kích thước, đảm bảo nhiệt độ đã gia nhiệt…) vào 2 nửa khuôn ép và đặt toàn bộ lên tấm đế.
8. Lắp đồng hồ đo độ dẻo (đo độ biến dạng của mẫu bê tông nhựa khi nó bị phá hủy) vào nửa khuôn trên và hiệu chỉnh kim đồng hồ về không.
9. Hiệu chỉnh kim đồng hồ đo lực về không.
10. Bật công tắc điều khiển cho piston mang khuôn ép 2 nửa chứa mẫu bê tông nhựa đi lên và ta quan sát mẫu bê tông nhựa bị nén, khi nào mẫu bị phá hủy, kim đồng hồ chỉ lực có xu hướng giảm thì ta bật công tắc điều khiển cho piston dừng lại, ta đọc kết quả kim chỉ trên đồng hồ đo lực nén và đồng hồ đo độ dẻo và ghi vào phiếu kiểm tra.
11. Thực hiện bật công tắc điều khiển cho piston đi xuống, tháo khuôn ép 2 nửa đã bị phá hủy ra, dùng dụng cụ chuyên dùng lau sạch lòng khuôn ép, sau đó tiến hành với các mẫu khác theo số lượng đã quy định.
7.3. Bảo dưỡng máy
Lên kế hoạch bảo dưỡng máy theo định kỳ theo chế độ (cường độ) sử dụng máy sao cho hợp lý.
1. Sau mỗi lần sử dụng máy xong, ta phải vệ sinh máy ngay lập tức, đặt biệt vệ sinh khuôn ép 2 nửa ,vì mẫu bị phá hủy bám lên lòng khuôn, dùng dầu hỏa, chổi sắt, vải lau chùi sạch lòng khuôn ép.
2. Đặt máy, bảo quản nơi khô ráo thoáng mát, tránh để tác động trực tiếp của môi trường như nắng mưa.
3. Thường xuyên kiểm tra hệ thống thủy lực, phần quan trọng và dễ hư hỏng của máy. Luôn luôn châm dầu thủy lực cho đủ mức qui định của thùng chứa.
4. Lưới lọc phải luôn luôn sạch và không được bị kẹt làm thiếu lưu lượng dầu qua bơm dẫn đến bọt khí làm phá hủy bơm, trong không khí có hơi nước làm ôxy hóa các thiết bị thủy lực.
5. Kiểm tra các bulông kẹp xi lanh vào khung máy đứng đề phòng do lực ép liên tục trong quá trình vận hành không ổn định bulông sẽ tự tháo, làm mất sự ổn định của mối ghép dẫn đến phá vỡ định vị ban đầu, gây lệch tâm và độ song song của bộ xi lanh và piston. Nên siết lại toàn bộ các bulông liên kết giữa xi lanh và khung máy.
6. Thường xuyên thăm dầu, thay dầu thủy lực theo quy định, kiểm tra hệ thống cơ khí, siết chặt bulong, đai ốc tránh hiện tượng nới lỏng, vặn chặt các đầu nối với ống dẫn dầu, thiết bị thủy lực tránh hiện tượng rò rỉ dầu ra môi trường. Kiểm tra bảo dưỡng các công tắc điện và hệ thống điện trong hệ thống.
7. Tuân thủ sử dụng các thiết bị theo thời gian sử dụng đã quy định để đảm bảo cho hệ thống làm việc hiệu quả và an toàn nhất.
