thuyết minh + BẢN VẼ Khai thác kết cấu, hoạt động và tính chọn sơ bộ hệ thống thủy lực dẫn động của máy ép cọc thủy tĩnh tải 80 tấn

Khai thác kết cấu, hoạt động và tính chọn sơ bộ hệ thống thủy lực dẫn động của máy ép cọc thủy tĩnh tải 80 tấnKhai thác kết cấu, hoạt động và tính chọn sơ bộ hệ thống thủy lực dẫn động của máy ép cọc thủy tĩnh tải 80 tấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh nước ta hiện nay là một nước đang phát triển, cơ sở hạ tầng ngày càng được xây dựng và hoàn thiện Trong thực tế các công trình xây dựng lớn hiện nay thì việc gia cố nền móng là rất quan trọng Cấu tạo của nền sau khi đào, đắp, đầm thường không đồng nhất và khả năng chịu áp lực nhỏ; Vì vậy trong công tác xây dựng nhà cao tầng (mang tính vĩnh cửu) và xây dựng cầu, đập nước, ống khói, v.v người ta phải xử

lý móng Một trong các cách xử lý nền móng vừa kinh tế lại vừa đảm bảo độ bền vững của công trình là dùng phương pháp đóng cọc Cọc dùng để đóng có thể là cọc tre, gỗ, hoặc cọc thép, cọc bê tông- cốt thép, cọc cát Trong điều kiện hiện nay thì cọc bê tông - cốt thép được sử dụng rộng rãi nhất vì có nhiều ưu điểm hơn các loại cọc khác Đó là điều kiện áp dụng không phụ thuộc vào tình hình mực nước ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở những nơi nước mặn thì phải chú ý tới hiện tượng ăn mòn cốt thép trong cọc) giá thành của cọc nhỏ hơn nhiều so với cọc thép, sức chịu tải của cọc cao Hầu hết các công trình hiện nay đều dùng cách gia cố nền móng bằng cọc

Xuất phát từ yêu cầu đó trong lần làm đồ án tốt nghiệp này em đã được giao nhiệm vụ: “Khai thác kết cấu, hoạt động và tính chọn sơ bộ hệ thống thủy lực dẫn động của máy ép cọc thủy tĩnh " Trong quá trình làm đồ án em xin cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của Thầy:Nguyễn Xuân Hòa đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này Do trình độ và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế còn quá ít, việc tìm tài liệu thiết bị còn hạn chế nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi thiếu sót Vì thế em rất mong được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo để sau này trong thực tế khỏi bỡ ngỡ, và có thể vận dụng tốt những kiến thức đã học vào trong thực tế Em xin chân thành cảm ơn các thầy

Hà Nội , ngày tháng năm 2021 Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP CỌC TĨNH

1.1 Giới thiệu chung

Trong xây dựng,đóng cọc là một trong những công đoạn hầu như không thể thiếu để gia

cố nền móng trước khi thi công công trình.Các công trình càng lớn bao nhiêu thì yêu cầu nền móng của nó càng phải vững chắc bấy nhiêu.Tuỳ theo điều kiện địa chất và qui mô công trình mà người ta tính toán thiết kế ,lựa chọn loại cọc cho phù hợp.Cọc có nhiều cỡ,nhiều loại khác nhau:Cọc nhỏ có thể làm bằng tre gỗ,cọc lớn làm bằng thép,bê tông cốt thép.ở nước ta hiện nay,trong xây dựng công trình ,nhất là công trình cảng,nhà cao tầng đã sử dụng những cọc ống thép,bê tông cốt thép lớn,chiều dài lên đến 40m

Trừ các loại cọc nhỏ có thể đóng bằng phương pháp thủ công,còn tất cả các loại cọc có chiều dài và khối lượng lớn đều phải dùng đến thiết bị chuyên dùng mà ở đây ta gọi là máy đóng cọc để thi công.Hiện nay ở nước ta có rất nhiều loại máy để thi công nền móng như:Máy khoan cọc nhồi, máy búa Diezel, máy búa Hơi,máy búa rung động,máy ép cọc Tĩnh Mỗi loại máy có những ưu nhược điểm khác nhau.Tuỳ theo điều kiện địa lý,điều kiện xã hội,và yêu cầu thi công để lựa chọn loại máy thi công cho phù hợp

Do yêu cầu hay mục đích mà có những công trình được xây dựng bên cạnh các công trình khác hoặc gần nơi sinh hoạt của người dân.Với điều kiện như vậy,thì trong quá trình thi công nền móng cho các công trình này,việc đảm bảo an toàn cho các công trình bên cạnh cũng như việc đảm bảo môi trường sống,sức khoẻ cho người dân ở xung quanh

là một yêu cầu quan trọng

Để đáp ứng được yêu cầu trên thì có hai loại máy được sử dụng để thi công nền móng các công trình này,đó là:Máy ép cọc tĩnh và máy khoan cọc nhồi

Tuy nhiên đối với khoan cọc nhồi,do chi phí giá thành quá đắt cùng với việc khó kiểm tra chất lượng cọc nên loại này chỉ sử dụng với những loại cọc có đường kính lớn (>400 mm).Còn với những loại cọc có đường kính (200-400 mm) thì người ta sẽ sử dụng máy

ép cọc tĩnh (máy ép cọc thuỷ lực)

a Búa hơi nước:

Sử dụng năng lượng hơi nước hoặc không khí nén

Quả búa hơi được chia làm hai loại:Quả búa tác động đơn và quả búa tác động kép

ở quả búa tác động đơn ,cọc được ấn vào nền do năng lượng rơi tự do của đầu búa tác dụng trực tiếp lên cọc,năng lượng của đầu búa hoặc không khí nén chỉ dùng để nâng đầu búa lên cao

Trong quả búa tác động kép năng lượng của hơi nước hoặc không khí nén không những dùng để nâng đầu búa lên cao mà còn có tác dụng đẩy nhanh chúng rơi xuống đầu cọc

b Búa máy Diezel:

Búa máy Diezel làm việc theo nguyên lý động cơ đốt trong hai thì.Theo cấu tạo chúng được chia làm hai loại:Loại ống dẫn và loại thanh dẫn

Búa máy loại ống dẫn dùng để đóng cọc thép hoặc cọc bê tông cốt thép,do cấu tạo đặc biệt:Tỷ số nén thấp(=15),hành trình của piston lớn nên khả năng tạo ra lực xung kích khi đóng cọc lớn,ngoài ra quá trình cháy hỗn hợp nhiên liệu xảy ra ngay sau khi đầu piston đập vào đầu búa do đó quá trình cháy sẽ tạo thêm xung lực ấn cọc vào nền Búa máy loại thanh dẫn có tỷ số nén cao (=30) sử dụng bơm nhiên liệu có áp lực cao,dùng để đóng cọc gỗ và cọc bê tông cốt thép loại nhỏ

c Búa máy thuỷ lực:

Búa máy thuỷ lực làm việc dưới áp lực của chất lỏng công tác(thường là dầu thuỷ lực)

có áp suất lớn từ(10-30 Mpa)

Búa máy thuỷ lực được chia làm hai loại:Loại đơn động và loại song động

ở búa máy đơn động ,chất lỏng công tác làm nhiệm vụ nâng đầu búa lên cao,sau đó để rơi tự do

Trong quả búa song động,ngoài nhiệm vụ nâng đầu búa lên cao chất lỏng công tác còn tác dụng làm đầu búa rơi nhanh xuống đầu cọc

1.2.2 Phương pháp gây rung:

Nguyên lý của phương pháp này là dùng lực rung động làm giảm lực bám của đất với cọc,cọc được đóng xuống nhờ trọng lượng bản thân búa và cọc.Máy dùng thi công theo phương pháp này là búa máy rung động

Máy búa rung được sử dụng rộng rãi trong đóng cọc,đặc biệt chúng làm việc rất hiệu quả trên nền cát tơi xốp,ở những địa hình chật hẹp,chen cấy,nhất là khi đóng cọc cát gia

cố nền

Mọi quả búa rung đều được cấu tạo từ hai bộ phận cơ bản:Bộ gây rung và thiết bị liên kết giữa quả búa và đầu cọc

Bộ gây rung là bộ phận tạo ra rung dộng,dao động được tạo ra do lực li tâm khi động

cơ điện hoặc động cơ đốt trong qua các bộ truyền cơ khí (bánh răng,dây đai hoặc xích) quay các khối lệch tâm.Đặc tính của các dao động này phụ thuộc vào mô men lệch tâm,tốc độ quay các khối lệch tâm,tổng khối lượng toàn hệ thống tham gia dao động và

cả đặc tính cơ lý của nền đất

Những thông số cơ bản của quả búa là:Lực rung,tần số và biên độ dao động

Lực rung là thông số cơ bản nhất của quả búa,trị số của nó phụ thuộc vào mômen lệch tâm và tốc độ quay của các khối lệch tâm

Biên độ dao động giữ vai trò quyết định.Khi quả búa làm việc,toàn hệ thống dao

động,nếu biên độ dao động thẳng đứng tại vị trí tiếp xúc giữa cọc và nền không lớn hơn biến dạng đàn hồi của nền,cọc không thể nhấn vào nền

Tần số dao động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả quá trình đóng cọc,khi tần số dao động thấp(<200 lần/phút) bắt đầu xuất hiện dao động yếu giữa cọc và nền,khi này cọc và lớp bề mặt nền tại điểm tiếp xúc chuyển vị đồng thời,quá trình đóng cọc không xảy ra.Chỉ khi tăng tần số dao động làm xuất hiện chuyển vị tương đối giữa cọc và nền,cọc bắt đầu được đóng xuống nền

Mũ cọc liên kết quả búa với cọc.Khác với quả búa làm việc theo nguyên lý va đập,ở đây để truyền dao động từ quả búa xuống cọc,mũ cọc cần được liên kết chặt chẽ với cọc

và quả búa vì vậy còn được gọi là kẹp cọc.Để thực hiện chức năng kẹp cọc thường được

sử dụng hai loại truyền động cơ bản là truyền động cơ khí và truyền động thuỷ lực

1.2.3 Phương pháp ép tĩnh:

Nguyên lý của phương pháp này là dùng lực tĩnh để ép cọc xuống nền đất Máy thi công chủ yếu là máy ép cọc thuỷ lực Vì sử dụng lực ép nên không gây rung động không

có lực xung kích, không có tiếng động như phương pháp va đập Chính vì đặc điểm này

mà phương pháp ép tĩnh hay máy ép cọc thuỷ lực được dùng nhiều trong thi công xây dựng ở các đô thị,nơi gần vùng dân cư, gần các công trình

Hiện nay máy ép cọc thuỷ lực đã được sử dụng rất nhiều,đặc biệt là trong thi công nền

móng xây dựng nhà cao tầng ở các đô thị Nước ta đã tự thiết kế chế tạo được máy ép tĩnh có loại ép đến 280tấn

1.3 Một số phương pháp xử lý nền đất khác:

1.3.1 Phương pháp khoan cọc nhồi:

Là phương pháp rót trực tiếp vật liệu (bê tông,bê tông cốt thép,cát) vào những lỗ cọc làm sẵn trong lòng đất ngay tại mặt bằng thi công công trình.So với phương pháp đóng cọc thông thường,cọc nhồi có nhiều ưu điểm hơn,cụ thể:

-Cọc được chế tạo tại chỗ,có kích thước và chiều dài tuỳ ý (có thể tạo những cọc có kích thước và chiều dài rất lớn,nếu thi công bằng phương pháp đóng cọc thông thường sẽ gặp nhiều khó khăn và chi phí tốn kém trong khâu vận chuyển và nối cọc),không mất công vận chuyển hay làm thao tác phụ khác như nối cọc (đối với cọc dài),cưa cắt sau khi đóng cọc

-Thi công cọc nhồi trên các máy khoan tạo lỗ tránh được thao tác đóng cọc bằng lực xung kích gây ảnh hưởng xấu đến công trình xung quanh cũng như môi trường nơi thi công

-Có thể thi công cọc ở những điều kiện mà không thể thi công bằng phương pháp đóng cọc (thi công trên nền đá)

Tuy nhiên thi công bằng phương pháp khoan cọc nhồi cũng có những nhược điểm là: -Chi phí đầu tư máy móc thiết bị ban đầu lớn

-Khó kiểm tra chính xác chất lượng cọc sau thi công

1.3.2 Phương pháp xử lý nền yếu bằng bấc thấm:

Là một phương pháp nhân tạo cải tạo nền đất yếu bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng để

xử lý đất yếu.Được xử dụng để thay thế cọc cát (giếng cát),làm phương tiện dẫn nước cố kết từ dưới nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát nước ra ngoài.Nhờ đó tăng nhanh tốc độ lún của nền trên đất yếu,tăng độ cố kết của bản thân đất

Nói tóm lại mỗi phương pháp thi công nền móng đều có những ưu,nhược điểm của mỗi loại.Tuỳ theo điều kiện thực tế của công trình mà người kỹ sư cần lựa chọn phương pháp thi công hợp lý,nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho công trình cũng như tiến độ thi công công trình

Đối với máy ép tĩnh ,do có ưu điểm thi công không ảnh hưởng tới công trình xung quanh cũng như môi trường tại nơi thi công nên hiện nay máy ép tĩnh được sử dụng rộng rãi khi cần thi công tại các đô thị hoặc các khu dân cư

1.4 Đặc điểm của máy ép cọc thuỷ lực:

1.4.1 Ưu nhược điểm của máy ép cọc thuỷ lực:

Máy ép cọc thuỷ lực áp dụng hệ thống truyền động thuỷ lực Đây là hệ thống truyền động được sử dụng ngày một nhiều, nó là một thành tựu khoa học kỹ thuật trong truyền động Nó có ưu điểm:

-Có khả năng truyền lực lớn và đi xa

-Quán tính truyền động nhỏ

-Truyền động êm dịu không gây ồn

-Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng, tiện lợi, không phụ thuộc vào công suất truyền động -Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ của bộ công tác

-Có khả năng tự bôi trơn bộ truyền, nâng cao được tuổi thọ máy

Nhờ những ưu điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực máy ép cọc thuỷ lực có ưu điểm:

-Cọc ép êm chất lượng cọc được đảm bảo

-Không có tiếng ồn tiếng động lớn nên có thể thi công ở các đô thị, gần dân cư

-Không có lực xung kích, rung động nên có thể thi công được ở gần các công trình Tuy nhiên máy ép cọc có nhược điểm:

-Do lực ép tĩnh nên công để ép cọc lớn

-Năng suất ép cọc thấp

1.4.2 Các loại máy ép cọc thuỷ lực thường dùng hiện nay:

Máy ép cọc thuỷ lực là thiết bị dùng trong thi công nền móng nó có nhiều loại khác nhau Dựa theo phương pháp leo giữ người ta phân ra các loại sau:

-Máy ép cọc thuỷ lực sử dụng chất tải

-Máy ép cọc thuỷ lực sử dụng vít xoắn ruột gà

-Máy ép cọc thuỷ lực sử dụng cơ cấu bám vào chân công trình

Máy ép cọc sử dụng chất tải, và máy sử dụng vít xoắn ruột gà dùng trong thi công ép cọc trước sau đó mới tạo móng cho công trình

Còn máy ép cọc sử dụng cơ cấu bám vào chân công trình được dùng ép cọc sau khi đã tạo móng cho công trình

1.5 Kết cấu và quá trình hoạt động của máy

1.5.1 Kết cấu máy ép

Các kết cấu chính của máy được thể hiện như hình vẽ:

Kết cấu chính của máy ép thủy lực 80 tấn

1 Sàn máy 9 Cụm cơ cấu di chuyển ngang

2 Dầm đặt đối trọng gia tải 10 Xi lanh nâng hạ máy

3 Gối đỡ dầm gia tải 11 Xi lanh di chuyển dọc

4 Chân đế di chuyển ngang 12 Cabin điều khiển cơ cấu ép cọc

5 Cơ cấu ép chính 13 Khung lắp cơ cấu ép cọc

6 Gân tăng cường cho gối đỡ dầm gia tải 14 Cơ cấu ép cọc

7 Chân đế di chuyển dọc 15 Xi lanh ép cọc

1 2 3 4 5

6 7 8

8 Xi lanh di chuyển ngang 16 Cẩu cấp cọc

1.5.2 Quá trình làm việc của máy ép

❖ Quá trình làm việc của giá ép

Giá ép bao gồm các xilanh ép chính, các xilanh ép phụ và các bàn kẹp cọc Hệ

xilanh ép được liên kết mềm (tự lựa) với các chân bàn kẹp cọc nhờ các gối tựa hình cầu (khớp cầu) Nhờ vậy mà cho phép giữa chúng có góc lắc nhỏ đảm bảo cho toàn bộ máy ở

trạng thái cân bằng Do đó quá trình làm việc của giá ép như sau: Máy di chuyển tới vị

trí cần ép cọc và hạ các chân đế xuống để ổn định máy Các xilanh ép cọc lúc này bắt đầu

co lại nâng hai bàn kẹp lên vị trí cao nhất (hết hành trình co của xilanh kẹp) Sau đó cọc được cẩu vào khoảng giữa của các bàn kẹp nhờ chính cần cẩu được bố trí trên máy Khi cọc đã được đưa vào trong đó và đến lúc đầu dưới của cọc chạm đất thì cả hai hệ thống bàn kẹp cùng làm việc, chúng cùng kẹp cọc lại Như vậy cọc luôn được đảm bảo ép đúng

vị trí cần thiết Nhờ vậy cọc luôn được đảm bảo độ thẳng đứng trong suốt quá trình ép

Quá trình làm việc của các xilanh ép

Khi bắt đầu ép thì cả hai hệ xilanh ép chính và xilanh ép phụ sẽ đồng thời đẩy ra và ép hai bàn kẹp cùng đi xuống Khi hết hành trình của xilanh thì cả hai cơ cấu bàn kẹp sẽ cùng nhả cọc ra và co lại Các xialnh ép sẽ đưa các bàn kẹp trở về vị trí ban đầu và tiếp tục lặp lại quá trình kẹp cọc và ép cọc xuống

❖ Quá trình di chuyển của máy

Sự di chuyển của máy đầu tiên phải kể đến quá trình làm việc của cơ cấu nâng hạ máy

Cơ cấu nâng của máy bao gồm các xilanh nâng hạ máy và các dầm của máy Các dầm của máy gồm có hai dầm chính và hai dầm phụ Hai đầu của hai dầm chính gắn với bốn xilanh, đầu của pittông nâng hạ liên kết với bốn bánh xe di chuyển Đó chính là hệ thống bánh xe để di chuyển máy

Chân đế di chuyển (chân đế dài)

Cụm bánh xe và xi lanh trong chân đế

Khi pittông đẩy ra hoặc co vào thì thân máy sẽ được nâng lên hay hạ xuống Hệ thống bánh xe đó được chạy trên các tấm chân đế Trong mỗi tấm chân đế có hai xilanh di chuyển (nằm theo chiều dọc) và dẫn động các bánh xe Các bánh xe di chuyển mang theo toàn bộ thân máy di chuyển theo Các bánh xe chạy trên các ray nằm trong các chân đế

và có thể chạy trong chân đế để kéo chân đế theo trong quá trình chuyển động

Các xilanh nằm dọc trong chân đế được gắn khớp với các bánh xe Đầu của pittông có liên kết khớp với chân đế để di chuyển máy và cũng để di chuyển chính chân đế

a Quá trình di chuyển theo chiều dọc

Máy di chuyển theo chiều dọc nhờ hai cặp chân đế nằm dọc theo hai bên máy Hành trình di chuyển theo chiều dọc máy là 3,0 m Đó cũng chính là hành trình của hai xilanh nằm trong hai chân đế này Khi bắt đầu di chuyển, đầu tiên các xilanh nâng hạ máy co lại hết hành trình Như vậy hai chân đế nằm ngang sẽ được co lên theo các xilanh nâng hạ

Kết cấu của cơ cấu di chuyển dọc

Lúc này các xilanh nằm trong các chân đế dọc sẽ hoạt động, chúng đẩy ra hết hành trình của xilanh Như vậy toàn bộ máy được đẩy tới trước cùng với hai chân đế ngang máy nhờ các cụm bánh xe di chuyển chạy trên các ray nằm trong chân đế Khi các xilanh dọc hết hành trình thì các xilanh nâng hạ bắt đầu đẩy ra và từ từ hạ hai chân đế ngang xuống Khi 2 hai chân đế ngang chạm đất ,các xylanh nâng hạ nâng hai chân đế dọc máy được nâng lên khỏi mặt đất Lúc này các xilanh nâng hạ dừng lại, tiếp theo các xilanh dọc trong chân đế sẽ co lại Quá trình co lại này sẽ kéo theo các cụm bánh xe di chuyển theo Như vậy lúc này các chân đế dọc sẽ trượt trên các cụm bánh xe di chuyển

và tiến về phía trước Sau đó các xilanh nâng hạ lại co lại và bắt đầu một bước di chuyển mới Quá trình này cứ lặp đi lặp lại và làm cho máy di chuyển được tới vị trí mong muốn theo chiều dọc (phía trước hoặc phía sau)

b Quá trình di chuyển theo chiều ngang

Quá trình di chuyển theo chiều ngang giống như quá trình di chuyển theo chiều dọc ,nhưng khác là hành trình của các xylanh là 0,8m và các chân đế này bị hạn chế hành

trình bởi hai chân đế nằm dọc

Kết cấu của cơ cấu di chuyển ngang

1.6 Sơ đồ và nguyên lý truyền động thuỷ lực

644 8060

604

Sơ đồ mạch thủy lực của hệ máy ép

1.Thùng dầu 6 Xilanh di chuyển ngang

2.Bơm thủy lực 7 Bộ làm mát

3.Van an toàn 8 Bộ lọc dầu

4.Van phân phối

5.Xilanh di chuyển dọc

1.6.2 Nguyên lý hoạt động của mạch thuỷ lực

Mạch điều khiển thủy lực gồm có 2 bơm thủy lực (5) Mỗi bơm này được dẫn động bằng một động cơ điện ba pha (7) Dầu áp lực từ bơm sẽ được phân bố đến các van phân phối cho các hệ xilanh trong từng quá trình công tác Các van phân phối này được điều khiển bởi người điều khiển Dầu sau hành trình công tác được đưa trở về thùng dầu (3) qua một bộ làm mát và bộ lọc

Van an toàn (1) sẽ luôn giữ cho áp lực của dầu trong hệ thống lớn nhất là 20 MPa Van khoá đảm bảo cho các xylanh không bị tụt áp trong quá trình làm việc Cụm van an toàn có tác dụng giảm tải trọng động cho đông cơ thuỷ lực

Các xylanh di chuyển ngang dọc, nâng hạ, ép, kẹp, và các động cơ làm việc độc lập theo yêu cầu cụ thể khi vận hành

Các phần tử thuỷ lực:

Bơm piston hướng trục

Van an toàn

Van phân phối

Đồng hồ đo áp

Bầu lọc dầu

CHƯƠNG 2 KHAI THÁC CÔNG NGHỆ THI CÔNG

MÁY ÉP CỌC THUỶ TĨNH

2.1 Cơ cấu ép cọc

2.1.1 Cấu tạo cơ cấu ép cọc

Hệ xilanh ép cọc làm nhiệm vụ đẩy bàn kẹp hướng xuống dưới Quá trình đó các bàn kẹp đã kẹp chặt cọc và đưa cọc vào sâu trong lòng đất Lực ép yêu cầu của xilanh là đủ

để đưa cọc vào trong đất nhẹ nhàng và đảm bảo yêu cầu thiết kế

Hệ xilanh ép cọc gồm bốn xilanh, trong đó hai xilanh chéo nhau làm việc đồng thời và gắn chặt với bàn ép, chúng vừa làm nhiệm vụ kéo bàn cọc chuyển động lên xuống vừa ép cọc, hai xilanh còn lại dùng để tăng lực dìm cọc khi cọc xuống sâu trong lòng đất

Xi lanh ép cọc gồm có hai cặp làm việc đồng thời, trong đó có một cặp vừa làm nhiệm

vụ ép cọc và vừa làm nhiệm vụ kéo bàn kẹp đi lên Do đó tính chọn một xilanh thực hiện

cả hai nhiệm vụ trên, còn các xilanh còn lại tính chọn tương tự

Khung ép

Quy trình ép cọc

Bước 1: Xilanh ép co hết hành trình để đưa bàn ép lên trên và đồng thời xilanh kẹp co

hết để chờ cọc được thả vào vị trí lỗ ép

Bước 2: Cọc được cẩu vào vị trí lỗ ép của bàn ép

Bước 3: Sau khi được cẩu cọc vào vị trí lỗ ép, các xilanh kẹp duỗi để kẹp chặt cọc trong

suốt quá trình ép

Bước 4: Các xilanh ép duỗi để ép bàn ép xuống đưa cọc vào sâu trong lòng đất

Bước 5: Các xilanh kẹp co lại nhả má kẹp

Bước 6: Xilanh ép co lại hết hành trình để đưa bàn ép đi lên kết thúc một chu trình ép

Các bước tiếp theo lặp lại tương tự như bước 2 đến bước 6

- Tốc độ làm việc của xilanh khi ép ta có: v = 0,7 (m/ph)

❖ Sơ đồ thủy lực của bộ phận ép cọc:

Q1

Q1 Q1 Q1

Q1 Q1 Q1

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực cơ cấu ép cọc

1 Thùng dầu 7 Van khóa

2 Bơm thuỷ lực 8 Cụm van tiết lưu-van 1 chiều

3.Van phân phối 9 Bộ làm mát

4 Ống nối mềm 10 Van an toàn

5 Cụm xi lanh ép chính 11 Bộ lọc dầu

6 Cụm xilanh ép phụ

❖ Nguyên lý làm việc:

- Chế độ không tải (Treo bàn kẹp cọc)

Ở chế độ này các van phân phối 4 cửa 3 vị trí đóng (không cho dầu qua) Bơm vẫn hoạt động nhưng dầu được bơm qua van phân phối 4 cửa 2 vị trí rồi lại trở về thùng Van 1 chiều có điều khiển đóng để giữ cho dầu trong khoang dưới của xilanh không về thùng (Van chống tụt), kể cả khi tắt động cơ thì vẫn treo được bàn ép

- Chế độ ép nhanh (Tốc độ nhanh 4,5 m/ph)

Dầu được bơm lên hệ thống bằng 2 bơm lưu lượng và bơm áp suất qua van phân phối 4 cửa 3 vị trí qua van 1 chiều có điều khiển đi tới các khoang của xilanh Dầu hồi về qua van

1 chiều có điều khiển (trích dòng thủy lực của đường dầu đi điều khiển van một chiều mở) qua cửa của van phân phối về thùng Khi van 1 chiều do nguyên nhân nào đó mà không điều khiển mở được thì dầu qua van an toàn để về thùng dầu tránh phá vỡ đường ống và các thiết bị thủy lực khác Chế độ lên thì ngược lại (Chỉ ép được nhanh khi tải nhỏ vì lực tạo ra nhỏ)

- Chế độ ép chậm (Tốc độ chậm 0,7 m/ph)

Dầu được bơm lên hệ thống bằng 2 bơm lưu lượng và bơm áp suất Khi gặp cữ hành trình bắt đầu chế độ ép chậm thì bơm áp suất ép và đóng van 1 chiều, dầu từ bơm lưu lượng qua van tràn trở về thùng Dầu được bơm lên hệ thống bằng bơm áp suất qua van phân phối 4 cửa 3 vị trí qua van 1 chiều có điều khiển đi tới các khoang của xilanh Dầu hồi về qua van 1 chiều có điều khiển (trích dòng thủy lực của đường dầu đi điều khiển van một chiều mở) qua cửa của van phân phối về thùng

❖ Tính chọn xilanh:

Mô hình của xilanh ép cọc

Mô hình của xylanh ép cọc

- Từ phương trình cân bằng lực của xilanh: P1.A1 - P2.A2 = 1

T1: Lực đẩy hoặc ấn cán piston (N)

c: Hiệu suất cơ khí của xilanh thuỷ lực, c = 0,96

A1, A2: diện tích bề mặt chịu áp lực dầu của bề mặt piston

- Chọn hệ số cấu tạo  1

2

A A

- Diện tích cần thiết của xilanh được xác định như sau:

100 200

p (Pa)

p = 250.1051

4

A1 = 1

2 1

c

T P P





−

- Do tổn áp trên van phân phối và tổn áp trên các đường ống, ta chọn áp suất P1 và P2

như sau: P1 = 200.105 (Pa); P2 = 6.105 (Pa)

- Vậy diện tích cần thiết của xilanh được xác định như sau:

A1 = 1

2 1

c

T P P

Vậy chọn xilanh D-250-MF3-360/180-1800 có thống số sau:

Đường kính trong xilanh : 360 mm

Đường kính ngoài xilanh : 433 mm

Cơ cấu kẹp cọc

1- Tai lắp xi lanh ép 4- Bề mặt hộp kẹp 2- Khớp cầu 5- Má kẹp bên trong 3- Bánh xe dẫn hướng 6- Má kẹp bên ngoài

2.2.1 Các thông số yêu cầu

1- Vỏ xilanh 2- Xilanh kẹp 3- Má kẹp bên trong 4- Má kẹp bên ngoài 5- Tấm bắt vít

6- Chốt định vị 7- Bu lông

Sơ đồ cơ cấu kẹp cọc

- Hành trình xilanh:

Kích thước của khoang trống giữa để hạ cọc vào là 85x85 cm Cọc có kích thước nhỏ

nhất là 30x30 cm Theo kết cấu máy và kích thước của lỗ trống ta có hành trình xilanh là:

1 2

3

4 5 6

Khi ép cọc với lực ép là 800 kN thì sử dụng bàn kẹp để kẹp cọc và hai cặp xilanh ép chính và ép phụ làm việc đồng thời Để ép được cọc thì phải có đủ lực ma sát giữa cọc và các má kẹp Ở đây ta tính cho lực ép là 800 kN trong trường hợp sử dụng cọc bê tông cốt thép

- Hệ số ma sát giữa thép và bê tông: fms = 0,63

2.2.2 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực

Sơ đồ hệ thống thuỷ lực cơ cấu kẹp

1 Thùng dầu 6 Ống nối mềm

2 Bơm thuỷ lực 7 Van khóa

3 Van an toàn 8 Cụm van tiết lưu-van 1 chiều

4 Van phân phối 9 Bộ làm mát

5 Cụm xi lanh kẹp 10 Bộ lọc dầu

Trong đó: P1, P2 : áp suất dầu công tác (Pa)

T1: Lực đẩy hoặc ấn cán piston (N)

c: Hiệu suất cơ khí của xilanh thuỷ lực, c = 0,96

A1, A2: diện tích bề mặt chịu áp lực dầu của bề mặt piston

- Chọn hệ số cấu tạo  1

2

A A

Cäc

P1 P2

P2 A1 A2

Q1 Q2

P1 P2

P2 A1 A2

Q1 Q2

P1

P2

P2 A1 A2

Q1 Q2

A1 = 1

2 1

c

T P P

c

T P P

5

162,5.10

0,0867( )6.10

Vậy chọn xilanh D-250-M00-320/160-1600 có thống số sau:

Đường kính trong xilanh : 320 mm

Đường kính ngoài xilanh : 368 mm

Đường kính cán piston : 160 mm

Áp suất dầu định mức : 25 MPa

Hành trình piston : 1600 mm

2.2.4 Kiểm tra khả năng chịu lực kẹp của cọc bêtông cốt thép khi chịu lực ép 80 tấn

Vậy ta có lực kẹp của một xilanh: 𝐹1 =𝐹

8 = 162(𝑘𝑁) Như vậy mỗi xilanh sẽ tạo ra một lực là 125 (kN) để ép vào thân cọc

Đường kính má kẹp ở trạng thái Max là 60 cm như vậy ta có áp lực tác dụng lên cọc:

282 = 0,575(𝑘𝑁/𝑐𝑚2)

Với bêtông mác 300 thì cường độ chịu nén của bêtông là 300 (kG/cm2), như vậy ta thấy cần ép cọc bêtông cốt thép với lực ép là 600 tấn thì cọc vẫn chịu được sức ép của các xilanh ép

Khi cần ép cọc nhỏ hơn (30x30cm) thì đường kính của má kẹp là 30 cm Khi đó thì áp lực của xilanh kẹp tác dụng vào cọc là: p =1,79 (kN/cm2), như vậy với bêtông mác 300 thì vẫn ép được cọc vào trong đất

2.3 Tính chọn bơm thuỷ lực

2.3.1 Lưu lượng của bơm cần cung cấp cho xylanh ép cọc

D v

Trong đó:

Vận tốc piston v=0,7 (m/ph) (chế độ ép chậm)

Hiệu suất thể tích của bơm Q =0,98

Đường kính trong xilanh D= 0,36 (m)

+ Khi kéo bàn kẹp lên:

Tính lưu lượng dầu cần cung cấp cho cho một xilanh:

Hiệu suất thể tích của bơm Q =0.98

Đường kính trong xilanh D= 0,36 (m)

b

Q

l ph

b = 0,95, hiệu suất trung bình của hầu hết các bơm

Tổng lưu lượng cần thiết của bơm là Q1 =4.Q b = 306 (l/ph)

Công suất yêu cầu của xilanh: .

600

xl

Q p

N = (kW)

Trong đó: Q là lưu lượng của xilanh, l/ph

p là áp lực dầu làm việc trong hệ thống, bar

Vậy ta có: Q = 306 (l/ph)

p = 250 (bar)

306.250

127,5( ) 600

xl

b = 0,95, hiệu suất trung bình của hầu hết các bơm

Công suất trên trục rôto của bơm cần để cung cấp cho hệ xilanh ép:

127,5

134, 2( ) 0,95

xl b b

N



2.3.2 Lưu lượng của bơm cần cung cấp cho xylanh kẹp cọc

Để xác định được bơm dẫn động cho các xilanh, ta cần xác định được lưu lượng cung cấp cho các xilanh

Tính lưu lượng dầu cần cung cấp cho cho một xilanh kẹp:

Trong đó: Vận tốc piston v=0.4 (m/ph)

Hiệu suất thể tích của bơm Q =0.98

Đường kính trong xilanh D= 0,32 (m)

Như vậy ta có lưu lượng của bơm cần cung cấp cho xilanh kẹp cọc là:

Qb = 32,83

34,5( / ) 0,95

b

Q

l ph

b = 0,95, hiệu suất trung bình của hầu hết các bơm

Tổng lưu lượng cần thiết của bơm là Q2 =8.Q b = 276 (l/ph)

Công suất yêu cầu của xilanh:

600

xl

Q p

N = (kW)

Trong đó: Q - Lưu lượng của xilanh, l/ph

p - áp lực dầu làm việc trong hệ thống, bar

Vậy ta có: Q = 276 (l/ph), p = 250 (bar)

276.250

115( ) 600

xl

b = 0,95, hiệu suất trung bình của hầu hết các bơm

Công suất trên trục rôto của bơm cần để cung cấp cho hệ xilanh kẹp cọc:

115

121( ) 0,95

xl b b

Vậy ta chọn 3 bơm piston kiểu A4F0-125 theo tiêu chuẩn Rexroth, mỗi bơm có các

thông số cơ bản sau:

- Lưu lượng riêng: 225 l/ph

p vpp =0,8(MPa): tổn áp van phân phối

p od =0,8(MPa): tổn áp trên đường ống dẫn

p vk =0.8(MPa): Tốn áp qua van khóa

  =  + p p tl p vpp+ p od + p vk= 3,2 MPa

25 3, 2 28, 2( )

Vậy van an toàn phải điều chỉnh áp suất p at 28, 2(MPa)

2.4.2 Tính chọn các thiết bị trong hệ thống thuỷ lực ép cọc

❖ Van phân phối

+ Tính chọn van phân phối:

Van phân phối làm nhiệm vụ phân chia dòng dầu cao áp vào các đường ống khác nhau để điều khiển hệ xi lanh thủy lực theo các tín hiệu điều khiển

Van phân phối có nhiều loại theo đặc điểm điều khiển: loại điều khiển bằng cần gạt, loại điều khiển bằng nam châm điện, hay áp lực dầu Để thuận tiện với máy ép cọc thủy lực ta lựa chọn van phân phối điều khiển bằng cần gạt

Lưu lượng lớn nhất qua van phân phối là lưu lượng cung cấp cho 2 xylanh ép

Qmax=72,67.2=145,34 (l/ph) Căn cứ vào catalogue của hãng Rexroth,chọn van phân phối có các thông số sau:

- Áp lực dầu vào van: 35 Mpa

- Lưu lượng dầu lớn nhất:160 l/ph

❖ Tính toán thùng dầu

Trong hệ thống thuỷ lực thùng dầu có những công dụng sau:

- Dự trữ toàn bộ lượng dầu cần thiết phục vụ cho hệ thống

Thùng dầu được chế tạo từ thép tấm được hàn lại Áp dụng công thức Bài giảng

Đối với chế độ làm việc gián đoạn: Z = 0,33  0,25

Đối với chế độ làm việc liên tục: Z = 0,17

Máy ép cọc làm việc ở chế độ gián đoạn nên ta chọn Z = 0,28

dầu giữ cho dầu sạch là biện pháp hiệu quả nhất nhằm duy trì tuổi thọ và chất lượng công tác của hệ thống TĐTL ở đây ta lựa chọn bầu lọc dầu cưỡng

bức bố trí bầu lọc dầu trên đường dầu về như sơ đồ sau:

Sơ đồ bố trí bộ lọc dầu

1.Thùng dầu 4 Bộ lọc tinh

2 ống hút dầu 5 Nút từ tính

3 Đường dầu hồi 6 Bộ lọc thô

2.4.3 Tính chọn các thiết bị trong hệ thống thuỷ lực kẹp cọc

❖ Van phân phối:

+ Tính chọn van phân phối:

Van phân phối làm nhiệm vụ phân chia dòng dầu cao áp vào các đường ống khác nhau để điều khiển hệ xi lanh thủy lực theo các tín hiệu điều khiển

Chọn van phân phối điều khiển tay

Lưu lượng lớn nhất qua van phân phối là lưu lượng cung cấp cho các xylanh kẹp Qmax=

276 (l/ph)

Căn cứ vào catalogue của hãng Rexroth, chọn van phân phối có các thông số sau:

- Áp lực dầu vào van: 35 (MPa)

- Lưu lượng dầu lớn nhất: 300 (l/ph)

- Dự trữ toàn bộ lượng dầu cần thiết phục vụ cho hệ thống

Đối với chế độ làm việc gián đoạn: Z = 0,33  0,25

Đối với chế độ làm việc liên tục: Z = 0,17

Máy ép cọc làm việc ở chế độ gián đoạn nên ta chọn Z = 0,28

Ta có: Q B = 276 (l/ph) = 276(dm3/ph)

Vậy Vt = 276

985,70,28= (dm3)

❖ Lựa chọn đồng hồ đo áp

Chọn đồng hồ đo áp chỉ đến vạch 25MPa Đo chính xác trong quá trình máy làm việc đồng hồ đo áp có nhiệm vụ chỉ cho người công nhân biết được áp lực dầu khi nen ép cọc

Chọn đồng hồ đo áp lực: LBD-602P-250

2.5 Cơ cấu di chuyển

Máy được di chuyển bằng hệ thống thủy lực, nhờ các xilanh và các bánh xe nằm trong các chân đế dưới máy Toàn bộ máy sẽ di chuyển một cách nhẹ nhàng bởi sức đẩy của các xilanh Như vậy lực đẩy của xilanh phải thắng được lực cản trong quá trình di

chuyển Cơ cấu gồm có 8 xilanh thủy lực và 4 cụm bánh xe di chuyển

- Chọn sơ bộ đường kính bánh xe và đường kính ngõng trục:

• W3: Lực cản gió, kG

W3=k0.q.Fg

ko: Hệ số cản khí động học, ko=1,2

q: áp lực gió tính toán, tra sách kết cấu thép q=0,150 kN/m2

Fg: Diện tích chịu gió của máy tra theo trọng lượng máy với Q=800T

+ Khi di chuyển dọc Fg=50 m2

+ Khi di chuyển ngang Fg=25 m2

+ Diện tích chịu gió của cọc Fc =0,06.15=0,9 m2

Tuỳ từng trường hợp di chuyển mà lực cản di chuyển máy sẽ khác nhau, ta có kết quả tính ở bảng sau:

Lực (kN) Q i(kN) W (1 kN ) W (2 kN ) W (t kN )

Di chuyển dọc 330 96,72 14,88 120,6

Di chuyển ngang 246 228,24 15,21 247,96

2.5.2 Tính chọn xilanh di chuyển ngang

a Các thông số yêu cầu

Máy di chuyển nhờ hai xilanh đẩy Vậy ta có thể xác định được lực đẩy của mỗi

xilanh với giả thiết coi như máy luôn cân bằng trong suốt quá trình di chuyển Để máy di chuyển được dễ dàng thì ta cần lực đẩy của xilanh lớn hơn lực cản di chuyển

 Lực đẩy của mỗi xilanh: Fxl > 247,96

123,98( )2

Khi di chuyển dọc hành trình là hn = 3 m, và khi di chuyển ngang thì hd = 0,8 m

Đó cũng chính là hành trình mà mỗi xilanh di chuyển thực hiện

Vận tốc của máy khi di chuyển là: v = 4 m/ph, và cũng là tốc độ làm việc của

xilanh

b Sơ đồ hệ thống thuỷ lực

Sơ đồ hệ thống thuỷ lực cơ cấu di chuyển máy

1 Thùng dầu 5 Cụm xilanh di chuyển dọc

2 Bơm thuỷ lực 6 Cụm xi lanh di chuyển ngang

Mô hình của xylanh di chuyển máy

Khi máy di chuyển ngang thì hai xi lanh di chuyển ngược chiều nhau (một xi lanh co

T4 = F xl: Lực tác dụng lên cán piston (N)

c: Hiệu suất cơ khí của xilanh thuỷ lực, c = 0,96

A1, A2: diện tích bề mặt chịu áp lực dầu của bề mặt Piston

- Chọn hệ số cấu tạo  1

2

A A

= = 1,6

- Diện tích cần thiết của xilanh được xác định như sau:

A1 =

)( 2 1

4

P P T





- Do tổn áp trên van phân phối và tổn áp trên các đường ống, ta chọn áp suất P1 và P2

như sau: P2 = 200.105 (Pa); P1 = 6.105 (Pa)

- Vậy diện tích cần thiết của xilanh được xác định như sau:

T

d D

A1 = 4

2 1

c

T P P

Vậy chọn xilanh di chuyển ngang là D-250-M00-125/70-800 có thông số sau:

Đường kính trong xilanh : 125 mm

di chuyển dọc hành trình là hn = 3 m, và khi di chuyển ngang thì hd = 0,8 m Đó cũng chính là hành trình mà mỗi xilanh di chuyển thực hiện

Vận tốc của máy khi di chuyển là: v = 4 m/ph, và cũng là tốc độ làm việc của

xilanh

❖ Tính xilanh