HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LÁT GẠCH LỚP MẶT PHỤC VỤ XÂY DỰNG CÁC CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Bùi Văn Trầm, Nguyễn Xn Hòa, Đỗ Hữu Tuấn Trường Đại học Cơng nghệ GTVT TÓM TẮT: Ở nước ta nay, mặt đường lát gạch bê tông ứng dụng chưa nhiều Bên cạnh nước phát triển Anh, Mỹ, Đức, Hà Lan nước khu vực Singapor, Malaysia,… lại sử dụng loại mặt đường lát gạch phổ biến có nhiều ưu điểm bật khả chịu lực, chống nứt, độ nhám, khả nước tính thẩm mỹ Khi khối lượng thi công lớn, việc áp dụng phương pháp thủ cơng khơng phù hợp Từ u cầu phải nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phục vụ công việc lát gạch mặt đường, nhằm nâng cao chất lượng, tiến độ hiệu kinh tế Bài báo trình bày nội dung nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy lát gạch lớp mặt, chế tạo hoàn toàn nước, tận dụng lực người tiềm khí nước, đáp ứng nhu cầu thi công công nghệ mặt đường Từ khóa: thiết bị lát gạch, máy lát gạch mặt đường, đường lát gạch, thiết kế máy lát gạch, chế tạo máy lát gạch,… ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, loại mặt đường lát nghiên cứu áp dụng có hiệu nhiều nước Mỹ, Anh Hà Lan Loại mặt đường có chi phí xây dựng ban đầu cạnh tranh, đồng thời so với mặt đường cứng bê tông xi măng mặt đường mềm bê tông nhựa truyền thống, mặt đường lát gạch lại đạt ưu điểm bật khả chịu lực, chống nứt, độ nhám khả thoát nước Đặc biệt, mặt đường lát dễ dàng tu, bảo dưỡng tận dụng gần hoàn toàn đại tu nâng cao đường cũ Ở nước ta, việc thi công mặt đường gạch lát chủ yếu phương pháp thủ công Cho nên để nâng cao chất lượng đẩy nhanh tiến độ thi cơng cần phải giới hóa q trình lát gạch Tuy nhiên nước chưa có sở chế tạo máy rải gạch lát này, mà phải nhập thiết bị với giá thành cao Vì vậy, nhu cầu thiết kế chế tạo máy rải gạch lát nguồn lực nước cần thiết THIẾT KẾ TỔNG THỂ MÁY Trên giới, nhiều hãng chế tạo thiết bị lát gạch cho đời nhiều chủng loại với tính kỹ thuật mức độ đại khác Có thể kể tới sản phẩm TIGER STONE Hà Lan, TÉGLAKÓ Hungary, hãng GAIFENG Trung Quốc, hãng ONRUST Australia,… Cụ thể sản phẩm DY-6 Tiger Stone Hà Lan điều chỉnh kích thước vệt rải từ ÷ m, suất đạt từ 500 ÷ 1000 m2/ca Tác giả lựa chọn phương án thiết kế chế tạo máy rải gạch mặt trượt Hình Máy lát gạch kiểu máng trượt, kiểu cánh tay rô bốt đoạn mặt đường gạch lát Trang 375 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bỏch Khoa HQG TP HCM Động đốt Cánh tay rô bốt Động điện Bộ công tác Nguồn động lực Mặt tr-ợt Động thủy lực Thay đổi đ-ợc Vệt rải Bánh lốp Không thay đổi Bánh xích Bộ di chuyển Gầm chuyên dùng Má Y Rả I Gạ CH BLOCK Điều khiển khí Điều khiển điện Thay đổi đ-ợc Góc nghiêng rải Không thay đổi Hệ thống đ.khiển Lắp ghép Thân máy Đ.khiển thủy lực Liền khối Tr.động khí Có Truyền động điện Hệ thống tr.động Hệ thống san gạt Không Tr.động thủy lực Hình Các phương án thiết kế máy Sau phân tích đánh giá ưu nhược điểm máy lát gạch kiểu mặt trượt, nguồn dẫn động tùy theo điều kiện thực tế Việt Nam, nhóm tác động đốt trong, cấu di chuyển bánh xích, giả lựa chọn phương án thiết kế chế tạo công tác mặt trượt với vệt rải thay đổi - Bộ máy di chuyển; - Lưỡi san gạt đất cát; - Cụm điều khiển; - Mặt nghiêng trượt gạch; - Phễu chứa gạch; - Dãy lăn kẹp khít dẫn gạch Hình Mơ hình máy lát gạch bê tơng dùng để thiết kế chế tạo Bảng Thông số kỹ thuật máy rải gạch mặt trượt cần tính tốn thiết kế chế tạo TT TÊN GỌI THÔNG SỐ KỸ THUẬT Công suất động cơ: 15 HP Trọng lượng máy: 1,8 Kích thước bao máy làm việc: DxRxC = 2,4m x 3,0m x 1,65m Bề rộng vệt rải tối đa: 2,75 m Tốc độ lúc máy lát:  m/phút Tốc độ di chuyển:  km/h Góc nghiêng rải: 500 Năng suất rải lớn nhất: 330 m2/h Tổng trọng lượng gạch máy: 1,7 Hình vng; chữ nhật; zíc zắc; lục giác; 10 Loại gạch rải: bát giác;… Chiều dầy gạch từ (48 - 60) mm 11 Hệ thống điều khiển Điều khiển khí 12 Hệ thống truyền động Truyền động khí Trang 376 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hướng thi cơng Hình Dây chuyền thiết bị thi công lớp gạch lát - Máy san gạt - Máy bốc xúc cấp gạch - Máy lu lèn - Máy rải san cát đặc biệt chèn khe - Máy rải gạch block - Máy đầm tạo độ phẳng mặt lát THIẾT KẾ CHI TIẾT VÀ CỤM MÁY 3.1 Tính tốn thiết kế cấu di chuyển xích Theo điều kiện kéo – bám – cản theo [3]: W ≤ Pk < Pb (1) Trong đó: W - tổng lực cản tác dụng lên cấu di chuyển bánh xích, (kN); Pk - lực kéo tiếp tuyến máy rải gạch lát nền; xác định theo điều kiện: Pk ≥ W (kN); tính chọn Pk = 16 kN; Pb - lực bám cấu di chuyển với mặt rải gạch, Pb = 16,8 (kN) Tổng lực cản W xác định theo công thức: W = Wn + W v + Wf ± W i + Wq + Wk + + W g + W u + W bdn (kN) (2) Trong đó: W n - nội lực cản cấu di chuyển bánh xích (kN); W v - lực cản quay vòng cấu di chuyển bánh xích (kN); W f - lực cản lăn (kN); W i - lực cản độ dốc mặt rải gạch tạo (kN); W q - lực cản quán tính máy rải gạch di chuyển có gia tốc (kN); W k - lực cản gió máy rải gạch di chuyển gặp gió lớn (kN); W g lực cản ma sát gạch trượt mặt trượt (kN); W u - lực cản lưỡi ủi làm việc đồng thời (kN); W bdn - lực cản biến dạng (kN) W = Wn + W v + Wf ± W i + Wq + + W k + W g + W u + W bdn = 1,78 + 1,68 + 3,36 + 0,049 + 0,08 + + 1,76 + 1,77 + 1,56 + 2,8 = 14,77 kN Kiểm tra lại điều kiện kéo bám cản, ta có: 16 > 14,5 16 < 16,8 hay Pk > W Pk < Pb => thỏa mãn điều kiện 3.2 Tính tốn thiết kế kết cấu thép máy rải Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm SAP2000 khai báo đầy đủ thông số điều kiện ban đầu cho kết cấu thép tất phận máy rải, cuối ta lựa chọn mặt cắt tiết diện chủng loại vật liệu hợp lý cho kết cấu Kiểm tra bền thỏa mãn Hình Kết cấu thép hồn thiện máy phần mềm SAP2000 Hình Biểu đồ mômen gán mặt cắt kết cấu thép CT3 mặt cắt 80x80x5 tầng Trang 377 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hình Biểu đồ mômen gán mặt cắt kết cấu thép CT3 mặt cắt 40x40x3 tầng Hình Biểu đồ mômen gán mặt cắt kết cấu thép CT3 40x40x3 khung đỡ khoang gạch Hình Biểu đồ mômen gán mặt cắt kết cấu thép CT3 ø 16x1 khung đỡ khoang gạch 3.3 Tính tốn lựa chọn nguồn động Cơng suất động máy rải gạch Pk vlv , kW 1000.ηtl (1.3) Trong đó: Pk - lực kéo tiếp tuyến, Pk = 16000 (N); vlv vận tốc di chuyển làm việc máy rải gạch, (m/s); thực tế, máy rải gạch làm việc với tốc độ chậm khoảng ÷ 10 m/p Ta tính cho vlv = 10 m/p = 0,167 m/s ηtl – hiệu suất hệ thống truyền lực máy, thường ηtl = 0,7 ÷ 0,9 P v 16000.0,167 N ct  k lv   2,67 (kW) 1000.ηtl 1000.0,7 Trang 378 ứng đủ công suất cho việc cải tiến mở rộng vệt rải, tăng khối lượng toàn máy làm việc, lai xác định theo tài liệu [1]: N Để thuận lợi theo thực tế, đồng thời đáp dẫn hoạt động khác ta lựa chọn động có cơng suất lớn Ta chọn động diesel D15 có hệ thống làm mát nước, hệ thống khởi động phun dầu trực tiếp, công suất động 15 kW Chọn mức cơng suất 6,6 kW để tính tốn thiết kế hệ thống truyền lực 3.4 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền lực Tính tốn thiết kế cấu hệ thống truyền lực theo tài liệu [1] Gồm truyền đai thang thứ nhất, hộp giảm tốc trục vít, truyền đai thang thứ hai, hộp số liền truyền lực cuối (Hình 10) HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM 1- Động cơ; 2- Bộ truyền đai thứ nhất; 3- Bộ truyền trục vít; 4- Bộ truyền đai thứ hai; 5- Hộp số có giảm tốc; 6- Bán trục; 7- Đĩa xích chủ động Hình 10 Sơ đồ hệ thống truyền lực máy rải gạch Bảng Thơng số truyền Hình 11 Tổng thể kết cấu khung gầm Đường truyền mômen tay số Số 1: 4:10 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15; Số 2: 2:6 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15; Số 3: 3:9 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15; Lùi: 1:5 - 6:7 - 7:11 - 12:13- 14:15 - 14:15; Hình 12 Sơ đồ động học hộp số liền truyền lực cuối 3.5 Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển khác - Cơ cấu quay vòng máy rải gạch dùng ly hợp lò xo kết hợp để ngắt truyền mômen đến hai bánh chủ động, tạo độ chênh lệch tốc độ di chuyển hai bên dải xích cao su, từ thực quay vòng máy - Cơ cấu điều khiển tiến lùi, điều khiển mức ga động cấu điều khiển khác máy rải gạch tính tốn thiết kế đảm bảo hoạt động tốt, tuổi thọ cao, độ tin cậy cao, độ nhạy cao Trang 379 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hình 13 Sơ đồ hệ thống điều khiển máy - Động Diesel; - Sàn máy; - Hộp số ly hợp; - Cần số; - Cần lái trái - phải; - Cần điều chỉnh ga; - Cần ly hợp; - Cần tăng giảm áp động cơ; - Chìa khóa Hình 3.10 Sơ đồ bố trí tay điều khiển hệ thống điều khiển CHẾ TẠO, VẬN HÀNH VÀ THỬ NGHIỆM MÁY RẢI GẠCH 4.1 Chế tạo cấu di chuyển, máy sở kết cấu thép máy rải gạch Hình 14 Chế tạo cấu di chuyển, máy sở kết cấu thép 4.2 Chế tạo hệ thống truyền lực hệ thống điều khiển máy Hình 15 Chế tạo hệ thống truyền lực điều khiển máy 4.3 Lắp tổng thể vận hành thử nghiệm máy rải gạch mặt trượt Hình 16 Lắp tổng thể vận hành thử nghiệm máy rải gạch mặt trượt Trang 380 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - Kết nghiên cứu kết hợp có hiệu việc giải mã công nghệ với việc nghiên cứu tính tốn có sở khoa học để tạo sản phẩm nội địa mang sắc riêng, sản phẩm làm tăng khả ứng dụng công nghệ vào thi công mặt đường giao thông - Các hồ sơ thiết kế nghiên cứu, biên soạn phù hợp với trình độ cơng nghệ nước, phù hợp với trang thiết bị có trình độ gia cơng đội ngũ thợ Điều đảm bảo tính ổn định thơng số thiết bị chủ yếu chất lượng sản phẩm 5.2 Kiến nghị Do có nhiều ưu điểm thi cơng khai thác mặt đường lát, đề nghị quan chủ quản sớm xây dựng ban hành quy trình thiết kế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2010), Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Nhà xuất Giáo dục; [2] Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa (1996), Kết cấu thép máy xây dựng, Nhà xuất GTVT; [3] Lưu Bá Thuận (2010), Tính tốn máy thi công đất, NXB Xây dựng; [4] UBND TP Hà Nội, Thiết kế mẫu hè đường đô thị địa bàn thành phố Hà Nội, tháng 8/2014; thi công nghiệm thu mặt đường lát áp dụng cho đường cao cấp Việt Nam để sản phẩm sớm ứng dụng vào thực tế Đề nghị với Bộ GTVT Trường Đại học Công nghệ GTVT ủng hộ việc sử dụng máy thiết bị nhóm nghiên cứu chế tạo để triển khai dự án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ, để sản phẩm đề tài trở thành thương phẩm góp phần vào việc nâng cao chất lượng hiệu xây dựng mặt đường lát Việt Nam Mặc dù thiết bị giới hóa phần cơng tác lát gạch, nhiên để thiết bị thực hoàn thiện mang hiệu thi công cao cần phải nghiên cứu phương án xếp gạch tự động lên mặt trượt đại hóa tính cơng nghệ máy [5] Phạm Minh Phúc (2010), Nghiên cứu tính tốn kết cấu mặt đường bê tông gạch lát khả ứng dụng cho điều kiện Việt Nam Luận văn thạc sĩ khoa học kĩ thuật, Trường đại học Giao thông vận tải; [6] Đào Văn Đông (2011), Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán mềm xây dựng mặt đường cấp cao Việt Nam, Tạp chí GTVT, tháng 5/2011; [7] Paving machine: Tiger stone; [8] RD/GN/044 - 2014: Design and construction of pavements with paving units, Hong Kong 10/2014; Trang 381 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM DESIGN AND MANUFACTURE OF PAVER LAYING BRICK MACHINE FOR THE CONSTRUCTION OF TRAFFIC WORKS ABSTRACT: Now a day, in Viet Nam, concrete brick has been used for road surface layer; however the road is not common In addition, the developed countries such as England, American, Germany, Netherlands and Asian countries such as Singapore, Malaysia use commonly road surface paved concrete brick because the road surface has many outstanding features, for example bearing strength, crack resistance, roughness, drainage capacity and aesthetics When the volume of construction is large, the application of manual methods is no longer appropriate From that reason, it is necessary to research, design and manufacture machines for paving the road surface, in order to improve the quality, progress and economic efficiency This paper presents the contents of research, design and manufacture of brick paving machine, made entirely in Viet Nam, making full use of human capacity and mechanical potentiality in Viet Nam, meeting to the construction demands of new road surface technology Keywords: brick paving equipment, brick paving machine, brick paver laying road, design of brick paving machine, manufacture of brick paving machine Trang 382 ... công Hình Dây chuyền thiết bị thi cơng lớp gạch lát - Máy san gạt - Máy bốc xúc cấp gạch - Máy lu lèn - Máy rải san cát đặc biệt chèn khe - Máy rải gạch block - Máy đầm tạo độ phẳng mặt lát THIẾT... thống điều khiển CHẾ TẠO, VẬN HÀNH VÀ THỬ NGHIỆM MÁY RẢI GẠCH 4.1 Chế tạo cấu di chuyển, máy sở kết cấu thép máy rải gạch Hình 14 Chế tạo cấu di chuyển, máy sở kết cấu thép 4.2 Chế tạo hệ thống truyền... Bộ máy di chuyển; - Lưỡi san gạt đất cát; - Cụm điều khiển; - Mặt nghiêng trượt gạch; - Phễu chứa gạch; - Dãy lăn kẹp khít dẫn gạch Hình Mơ hình máy lát gạch bê tơng dùng để thiết kế chế tạo