thiết kế máy khoan cọc nhồi GPS 20HA

Đối với nước ta - một nước đang phát triển, chưa thể chế tạo được máy khoan cọc nhồi hiện đại theo kịp các nước phát triển, mà giá thành các loại máy đó lại khá cao, xét về kinh tế sẽ kh

Trang 1

SVTH: Bùi Trúc Huân 1 Lớp: Cơ Giới Hóa – K50

MỤC LỤC Trang Lời nói đầu

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN NHỒI 6

VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI GPS (TQ) Ở VIỆT NAM

1.1 Công nghệ tạo cọc khoan nhồi 6

1.1.1 Công nghệ đúc “khô” 6

1.1.2 Công nghệ dùng ống vách 7

1.1.3 Công nghệ dùng vữa xét hoặc dung dịch khoan 7

1.2 Giới thiệu chung về máy khoan cọc nhồi 8

1.2.1 Máy khoan dùng ống vách 9

1.2.2 Máy khoan vận hành ngược 10

1.2.3 Máy khoan đất 10

1.3 Khả năng khai thác máy khoan GPS(TQ) ở Việt Nam 11

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÁY KHOAN CỌC NHỒI 14

GPS-20HA VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 14

2.1.1 Lựa chọn phương án di chuyển của máy 14

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống dẫn động mâm khoan 17

2.1.3 Lựa chọn phương án 21

2.2 Tổng quan về máy khoan cọc nhồi GPS-20HA 21

2.2.1 Cấu tạo 22

2.2.2 Công dụng và nguyên lý hoạt động 24

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thồng truyền động 25

2.2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực 26

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TỔNG THỂ 27

3.1 Tính chọn động cơ và thiết kế bộ truyền động đai 27

3.1.1.Tính chọn động cơ 27

3.1.1.1 Tính công suất để dẫn động mâm xoay 27

3.1.1.2 Công suất để dẫn động cụm tời chính và phụ 27

3.1.2.Tính toán thiết kế bộ truyền đai 28

3.1.2.1 Chọn loại đai 28

3.1.2.2 Xác định đường kính bánh đai 29

3.1.2.3 Xác định khoản cách trục và chiều dài đai 29

3.1.2.4 Kiểm nghiệm góc ôm 30

3.1.2.5 Xác định số đai cần thiết Z 30

3.1.2.6 Xác định kích thước chủ yếu bánh đai 31

3.2 Tính toán thiết kế hệ truyền động mâm khoan 31

3.2.1 Cấu tạo chung 31

Trang 2

3.2.2 Phân phối tỷ số truyền 32

3.2.3 Tính toán thiết kế hộp số chính 32

3.2.3.1 Xác định tỷ số truyền của các cặp bánh răng 32

3.2.3.2 Xác định chế độ tải trọng 33

3.2.3.3 Xác định sơ bộ khoản cách trục 33

3.2.3.4 Xác định các thông số ăn khớp của các cặp bánh răng 33

3.2.3.5 Tính chính xác khoản cách giữa các trục 34

3.2.3.6 Xác định các thông số hình học cơ bản của các bánh răng 34

3.2.3.7 Tính bền các bánh răng hộp số chính 35

3.2.3.8 Tính toán thiết kế bộ đảo chiều 39

3.2.3.9 Tính toán thiết kế các trục hộp số chính 42

3.2.3.10 Tính chọn ổ lăn 55

3.2.4 Tính toán thiết kế trục các đăng 58

3.2.4.1 Sơ đồ tính và điều kiện chịu lực 58

3.2.4.2 Kiểm nghiệm bền trục các đăng 69

3.2.5 Tính toán thiết kế hộp số phụ 60

3.2.5.1 Phân phối tỷ số truyền cho các bánh răng hộp số phụ 60

3.2.5.2 Xác định chế độ tải trọng 60

3.2.5.3 Xác định sơ bộ khoản cách trục 60

3.2.5.4 Xác định các thông số ăn khớp của các bánh răng 61

3.2.5.5 Tính chính xác khoản cách giữa các trục 61

3.2.5.6 Xác định các tông số hình học cơ bản của các bánh răng 61

3.2.5.7 Tính bền các bánh răng hộp số phụ 62

3.2.5.8 Tính toán thiết kế các trục hộp số phụ 65

3.2.5.9 Tính chọn ổ lăn 74

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÂM KHOAN 77

4.1 Tính toán thiết kế cặp bánh răng côn 77

4.1.1 Cấu tạo 77

4.1.2 Chọn vật liệu 77

4.1.3 Xác định tỷ số truyền 77

4.1.4 Xác định ứng suất cho phép 77

4.1.5 Tính toán thiết kế bánh răng côn răng thẳng 79

4.2 Tính toán thiết kế trục lắp bánh răng côn nhỏ 81

4.2.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 82

4.2.3 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực 82

4.2.4 Xác định trị số và chiều các lực tác dụng lên trục 83

Trang 3

4.2.5 Xác định đường kính các đoạn trục 83

4.3 Xác định đường kính trục mâm xoay 85

4.3.1 Kết cấu trục 85

4.3.2 Kiểm nghiệm trục theo điều kiện chịu xoắn 85

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 87

DẪN ĐỘNG GẦU KHOAN 5.1 Thiết kế cơ cấu nâng hạ gầu khoan 87

5.1.1 Chọn lọai dây cáp 87

5.1.2 Kích thước dây 87

5.1.3 Xác định các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 87

5.1.4 Chọn móc và ổ treo móc 88

5.1.5 Chọn phanh 88

5.2 Tính toán thiết kế các cặp bánh răng dẫn động bộ tời 89

5.2.2 Xác định ứng suất cho phép 89

5.2.3 Xác định tỷ số truyền của các cặp bánh răng dẫn động 90

5.2.4 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 91

5.2.5 Tính bền các bánh răng 92

5.3 Tính toán trục và chọn ổ lăn 93

5.3.1 Tải trọng tác dụng lên các trục 93

5.3.3 Tính toán trục I 94

5.3.4 Tính toán trục II 95

5.3.5 Chọn ổ lăn 96

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 97

6.1 Tính toán thiết kế tháp khoan 97

6.1.1 Tính toán thiết kế dầm trên tháp khoan 97

6.1.2 Tính toán thiết kế chân tháp khoan 101

CHƯƠNG 7 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC + 106

7.1 Giới thệu chi tiết và điều kiện kỹ thuật để chế tạo chi tiết 106

7.2 Vật liệu chế tạo và chọn phôi 106

7.2.1 Vật liệu chế tạo 106

7.2.2 Chọn dạng phôi 106

7.3 Lập thứ tự các nguyên công 107

7.4 Xác định chế độ cắt gọt 110

7.4.1 Chế độ cắt gọt cho nguyên công khoan lỗ dầu 110

7.4.2 Tra chế độ cắt cho nguyên công khác 111

CHƯƠNG 8 QUY TRÌNH LẮP DỰNG VÀ VẬN HÀNH 113

MÁY KHOAN CỌC NHỒI GPS-20HA 8.1 Quy trình lắp dựng máy khoan GPS-20HA 113

8.1.1 Lắp dựng máy ở kho 113

8.1.2 Vận chuyển máy tới công trường thi công 115

8.1.3 Đưa máy vào vị trí thi công 115

Trang 4

8.1.4 Lắp đặt máy phát điện,bơm nước,đấu hệ thống điện,

dựng cột tháp và vi chỉnh máy 115

8.2 Quy trình thi công cọc nhồi bằng máy khoan GPS-20HA 116

8.3 An toàn lao động 119

Trang 5

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tình hình phát triển kinh tế của nước ta hiện nay, sự nghiệp của

cả đất nước là từng bước trở thành một nước công nghiệp hoá - hiện đại hoá

Để trở thành một nước có nền công nghiệp hiện đại thì ngành cơ khí chế tạo

nói chung và ngành cơ khí máy xây dựng nói riêng sẽ đóng vai trò hết sức

quan trọng Đồng thời muốn cho kinh tế phát triển thì cần phải có những

điều kiện thuận lợi để phục vụ cho nó Vì vậy các công trình xây dựng lớn

như cầu, cảng, nhà cao tầng… không thể thiếu được Nhưng để những công

trình lớn có thể bền vững được thì nền móng là yếu tố đầu tiên cần phải quan

tâm, mà ngày nay công nghệ cọc khoan nhồi được sử dụng để để gia cố nền

móng rất phổ biến và có hiệu quả cao cả về kỹ thuật và kinh tế

Đối với nước ta - một nước đang phát triển, chưa thể chế tạo được máy

khoan cọc nhồi hiện đại theo kịp các nước phát triển, mà giá thành các loại

máy đó lại khá cao, xét về kinh tế sẽ không có lợi bằng việc sử dụng các loại

máy khoan cọc nhồi đơn giản như GPS 15, GPS-20HA, …

Xuất phát từ những lý do trên, em nhận thấy đề tài:

”TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY KHOAN CỌC NHỒI MÔ PHỎNG

DẠNG MÁY GPS-20HA CỦA TRUNG QUỐC”

là một đề tài rất hay và có ý nghĩa thiết thực đối với nước ta hiện nay và đối

với bản thân em

Công việc thiết kế tốt nghiệp này mặc dù rất khó khăn nhưng với sự

hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo: Ths.Nguyễn Văn Dũng cùng với sự

quan tâm giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Máy xây dựng và xếp

dỡ - ĐHGTVT em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nhiệp của mình

Nhưng do thời gian có hạn nên khó tránh khỏi những thiếu xót, em rất mong

nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của các thầy cô

Em xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô trong bộ môn MXD-XD,

đặc biệt là thầy giáo Ths.Nguyễn Văn Dũng

TP.HCM, ngày 2 tháng 6 năm 2013

Sinh viên Bùi Trúc Huân

Trang 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN NHỒI VÀ KHẢ

NĂNG KHAI THÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI GPS (TQ) Ở

VIỆT NAM

1.1 Công nghệ tạo cọc khoan nhồi

Khoan cọc nhồi có mục đích tạo cọc (đúc cọc) tại chỗ Công nghệ khoan

cọc nhồi gồm hai bước cơ bản là tạo lỗ khoan bằng máy khoan chuyên dùng

và đúc cọc bêtông sau khi tạo lỗ

Công nghệ khoan cọc nhồi ra đời từ năm 1950 và ngày càng phát triển

mạnh mẽ Nó cho phép tạo ra các móng cọc chịu lực rất lớn để xây dựng cọc

công trình: cầu, cọc toà nhà cao tầng, cọc công trình thuỷ lợi và thuỷ điện

1.1.1 Công nghệ đúc “khô”

Trình tự công nghệ này được mô tả như sau (hình 1.1):

a) Khoan tạo lỗ và mở rộng chân cọc (nếu yêu cầu)

b) Đổ bêtông bịt đáy hoặc bằng ống rút thẳng đứng hoặc bằng “vòi voi”

c) Đặt lồng thép phần trên cọc Chú ý bảo đảm lớp bêtông bảo vệ cốt thép

không vượt quá những trị số quy định

d) Đúc nốt phần cọc còn lại hoàn toàn trên khô sau khi hút nước

Hình 1.1: Công nghệ đúc khô cọc khoan nhồi

a.Khoan lỗ; b.Đỗ bê tông bịt đáy; c.Đặt lồng thép và đỗ bê tông cọc;1.Cần

khoan; 2.Đầu khoan; 3.Ống rót bêtông; 4.Cột thép cọc; A.Vùng đất dính; B

Bê tông bịt đáy; C Bêtông cọc

Trang 7

Công nghệ này thường sử dụng trong trường hợp trên suốt chiều sâu khoan

cọc là đất dính, sát chặt

1.1.2 Công nghệ dùng ống vách

Trình tự công nghệ được mô tả dưới đây (hình1.2), bao gåm các bước:

a) Khoan tạo lỗ trong lớp đất dính

b) Thêm vữa sét vào lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời, thấm nướ c

c) Hạ ống vách khi đã qua hết lớp đất rời

d) Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan

e) Tiếp tục khoan cho tới độ sâu thiết kế trong lớp đất “khô”

f) Mở rộng chân bằng cách xén gá lắp tại đầu khoan

g) Đỗ bêtông và đồng thời kéo ống vách ra khỏi lỗ khoan

a) b) c, d) e) f) g)

Hình 1.2 Công nghệ khoan dùng ống vách

1 Đầu khoan: 2 Vữa sét : 3 Ống vách: 4 Thiết bị mở rộng chân cọc: 5 Cột

thép cọc; A- Đấtt dính; B- Đất rời; C- Cọc đúc hoàn chỉnh

Ống vách thường sử dụng trong trường hợp thi công nơi có nước mặt hoặc lỗ

khoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão cát sỏi cuội có cấu trúc rời rạc

1.1.3 Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan

Trình tự công nghệ gồm có các bước được trình bày trên hình 1.3, bao gồm

- Khoan qua lớp đất dính

- Thêm vữa sét khi gặp lớp đất dễ sạt lở hoặc có nước ngầm

- Đặt lồng thép vào hố khoan vẫn đầy vữa sét

32

Trang 8

- Đỗ bêtông dưới nước bằng ống rút thẳng đứng cho tới khi bê tông thay

chỗ và dồn hết vữa sét ra ngoài bể chứa

Hình 1.3 Công nghệ dùng vữa sét

1 Định tâm lỗ; 2 Ống vách tâm; 3 Khoan trong đất; 4 Phá đá cứng; 5 Đặt

cột thép; 6 Đổ bêtông ; 7 Cọc hoàn chỉnh

Công nghệ này có thể sử dụng để thay thế ống vách trong mọi tình huống

địa chất Trường hợp dùng ống vách nhưng không có khả năng cản được triệt

để nước ngầm chảy vào lỗ khoan, chẳng hạn ở bãi sông, dùng vữa sét thường

đạt hiệu quả tốt

1.2 Giới thiệu chung về máy khoan cọc nhồi

Năm 1950 theo kiến nghị của giáo sư Khlebnikov.E.H (trườngMADI) ở

Liên Xô cũ đã chế tạo thử nghiệm và đưa vào sử dụng tổ hợp máy khoan nhồi

tạo ra cọc có chân mở rộng, để tạo tăng cường sức chịu tải của nền đất

Hình1.4 Sơ đồ thiết bị khoan thuộc hệ Khlebnikov

1 Giá; 2 Rôto; 3 Cần khoan; 4.Trống dẫn hướng; 5.Kích thuỷ lực; 6.Cánh

Trang 9

Một trong những hãng chế tạo máy khoan nhồi nổi tiếng là hãng BAUER

(Đức) với những tổ hợp máy có tính năng hiÖện đại, năng suất cao và có thể

thi công qua nhiều địa tầng phức tạp, với các bộ công tác thích hợp

Hình 1.5 Tổ máy khoan BAURE BS.680

1.Thiết bị mâm xoay ống vách; 2 Ống vách; 3 Gầu đào; 4 Cần trục; 5.Máy

cơ sở

Nói chung, máy khoan cọc nhồi rất đa dạng và phong phú về kết cấu và

chũng loại.Ở Liên Xô có máy khoan cọc nhồi kiểu MBH, máy khoan hệ

Khlebnikov, ở Pháp có tổ hợp khoan Benoto EDF, ở Đức có các loại máy

khoan của hãng Salzigitter: PS-150, S-200, S-300 , ở Nhật có rất nhiều hãng

sản xuất máy khoan nhồi như: Hitachi, Nippon Sharyo, Sumitomo, ở Trung

Quốc có: GPS, QJ

1.2.1 Máy khoan dùng ống vách

Đầu khoan hoạt động theo nguyên tắc gầu ngoạm nhưng có khối lượng

nặng bảo đảm năng suất phá và bốc đất đa cao

Hình1.6 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị khoan dùng ống vách

5 4 3 1 2

Trang 10

1.Cáp treo gầu đào; 2 Xi lanh nâng hạ; 3 Mâm xoay ống vách; 4.Gầu

ngoạm; 5 Ống vách có răng cắt đứt

1.2.2 Máy khoan vận hành ngược

Các đầu khoan trong máy vận hành ngược cũng có nhiều loại khác nhau,

tùy theo đất đá, các hoạt động đào đất, hút nước và bùn khoan bổ sung dung

dịch khoan theo nguyên tắc tuần hoàn xuất phát từ máy khoan kiểu PS của

hãng Salzgitter Mômen quay thường nhỏ hơn nhiều loại vừa khoan được

trong đất vừa khoan trong đá cứng Tuy nhiên việc lựa chọn đầu khoan nên

căn cứ vào cường độ chịu nén của đất đá

Trục khoan là những ống thép ống (có đường kính trong từ 100 đến hơn

300mm) để dung dịch khoan vận hành ngược trở về bể chứa và sau khi sàng

lọc lại cho xuống lỗ khoan để dùng cho chu trình tiếp theo, vì vậy máy mang

tên máy khoan vận hành ngược

Hình1.7 Thiết bị khoan vận hành ngược

1 Cáp treo; 2 Vòi hút phoi; 3.Ống cấp dung dịch; 4 Giá đỡ; 5 Ống vách

6 Ống hút; 7 Vòi hút

Các loại máy khoan nhồi đường kính cực lớn từ 4m trở lên đều dùng các

loại đầu khoan của phương pháp vận hành ngược

1.2.3 Máy khoan đất

Máy khoan đất có gầu khoan làm việc theo nguyên tắc xoắn vít hoặc gầu

xoay dùng rất hiệu quả để cho những cọc đường kính lớn trong nền đất và đá

4

6

7

3 2

5 1

Mùc nø¬c ngÇm

Trang 11

yếu Trường hợp đất dính, dùng đầu khoan kiểu vít xoáy (giống xoắn) đất

phôi khoan sau khi xén sẽ liên tục được chuyển ra ngoài Trường hợp đất quá

dẻo và ngập nước nên dùng loại đầu khoan kiểu gầu, đất khoan cho cánh xén

cắt, được gạt vào gầu, khi đầy đất, cánh xén khép lại và đầu khoan được kéo

lên đổ đất ra ngoài

Hình 1.8 Máy khoan dùng gầu xoay

1 Cáp treo thanh kelly; 2 Thanh kelly; 3 Mâm xoay thanh kelly; 4 Ống

vách tạm; 5 Gầu xoay đào

Do không dùng ống vách và nhiều trường hợp không dùng cả vữa sét nên

rất thông dụng trong các điều kiện địa chất khác nhau, kể cả khi trong đất có

rể cây, đá tảng Chỉ những lớp đất khả năng sạt lở khoan mới chống tạm thời

bằng một đoạn ống vách

1.3 Khả năng khai thác máy khoan GPS (TQ) ở Việt Nam

Theo quan điểm kinh tế máy xây dựng xếp dỡ, việc trang bị tổ hợp máy

khoan cọc nhồi như thế nào để thoả mãn đồng thời các yêu cầu kỹ thuật và

kinh tế Việc đầu tư máy khoan phải thoả mãn các chỉ tiêu sau:

1 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tổng quát bao gồm:

-Chi phí thực hiện cho một tấn tải trên cọc: việc sử dụng máy GPS (TQ) chạy

bằng điện đồng thời trong quá trình sử dụng không cần nhiều thiết bị phụ trợ

do vậy chi phí cho 1 tấn cộc là có thể chấp nhận ở điều kiện Việt Nam

5

2

4 3

1

Trang 12

- Giá thành chế tạo một mét dài cọc thì không cao hơn so với việc thi công

các loại máy khoan cọc nhồi khác

- Chất lượng cọc được đảm bảo theo yêu cầu, tuy nhiên năng suất thi công

còn chậm do máy không có khả năng di chuyển phải dùng cần trục đi cùng,

khâu chuẩn bị khoan phức tạp, đặc biệt trong quá trình nối ống khoan tốn

nhiều thời gian

2 Chỉ tiêu kinh tế

- Chi phí đầu tư để mua sắm máy GPS (TQ) thì rẻ hơn nhiều so với các loại

máy khác của Nhật và Đức

VD Công ty xây dựng Thăng Long

Máy: GPS (Trung Quốc) mua với giá: 1.793.500.000 VNĐ

Máy: BV.200 (Italia) mua với giá: 20.470.000.000 VNĐ

Máy: ED 4000 (Nhật) mua với giá: 2.970.000.000 VNĐ

Máy: BR-1500 (Đức) mua với giá: 10.745.000.000 VNĐ

Như vậy vốn đầu tư máy GPS-20HA là phù hợp với điều kiện Việt Nam

Vì máy rẻ nên khấu hao cho máy là tương đối nhỏ nên rất phù hợp với

những công trình có điều kiện thi công khó khăn

3 Chỉ tiêu kỹ thuật

- Máy khoan GPS là loại máy khoan có thể khoan đường kính lỗ khoan lớn

tới 2m chiều sâu có thể đạt tới 80m Trong quá trình khoan khi muốn tăng

chiều sâu khoan thì lắp thêm đoạn cần khoan vào.Máy khoan GPS (TQ) có

thể khoan được nhiều loại địa tầng khác nhau, đặc biệt máy có thể khoan đá

rất tốt vì vậy máy GPS phù hợp với công trình ở vùng núi, những địa tầng đá

4 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đặc thù:

- Chi phí cho việc vận chuyển máy GPS (TQ) nhỏ do máy có kết cấu gọn

nhẹ, trọng lượng máy không lớn

- Thiết bị phụ trợ của máy là bơm có công suất lớn

- Chi phí về Bentonit và hao mòn của đầu khoan đều không lớn so với các

máy khác

Trang 13

Như vậy, xét về toàn bộ các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật đưa ra thì việc đầu tư

và sử dụng máy khoan cọc nhồi GPS (TQ) ở Việt Nam là phù hợp

Ví dụ về việc sử dụng máy GPS (TQ) ở Việt Nam: Các Công ty xây dựng

đã sử dụng máy GPS (TQ) đạt hiệu quả như: Công ty cầu 3, Công ty cầu 5,

Công ty cầu 9, Công ty cầu 11, Công ty cầu 12 - Thăng Long và nhiều công

ty xây dựng khác trên cả nước

Tại công ty cầu 11-Thăng Long: “Với hướng đầu tư đúng đắn, trong thời

gian ngắn qua, chỉ bằng những thiết bị đơn giản, nhưng Công ty cầu 11-

Thăng Long đã đảm đương thi công nhiều hạng mục công trình phức tạp, đòi

hỏi yêu cầu kỹ thuật cao như khoan cọc nhồi (với đường kính 1,5m; sâu 60m)

đúc dầm hợp và khung T dầm đeo, đúc và lao lắp dầm Super trên mọi địa

hình” (Trích dẫn trong báo cáo của Công ty cầu 11-Thăng Long)

Hình 1.9 Máy khoan GPS-20HA đang làm việc

Trang 14

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÁY KHOAN CỌC NHỒI GPS-20HA

VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế

2.1.1 Lựa chọn phương án di chuyền của máy

Các máy khoan cọc nhồi hiện nay trên thế giới rất đa dạng và phong phú,

có loại tự hành, cá loại kéo theo, lại có loại không tự di chuyển được Mỗi

loại lại có những ưu nhược điểm riêng, việc lựa chọn phương án di chuyển

cho các máy khi thiết kế là một bài toán khó, nó phụ thuộc nhiều vào yêu cầu

công việc cũng như địa hình thi công Tuy nhiên một yếu tố nữa cũng hết sức

quan trọng quyết định đến việc lựa chọn phương án di chuyển cho máy khi

thiết kế là tính kinh tế, đôi khi tính cơ động của máy và tính đa năng của nó

không được quan tâm nhiều bằng chi phí đầu tư mua xắm máy ban đầu

Sau đây là một số phương án thiết kế máy GPS-20HA theo hình thức di

chuyển của máy trong phạm vi công trường :

a) Lắp trên cần trục bánh xích

Hình 2.1 Máy khoan GPS-20HA lắp trên cần trục bánh xí ch

1.Cần trục bánh xích; 2.xy lanh nâng hạ càng công tác; 3 móc câu; 4 Tháp

khoan; 5.động cơ thủy lực; 6 Sàn máy; 7 Xilanh nâng hạ sàn máy;8 Càng

liên kết

Phương án này có những ưu nhược điểm như sau:

Ưu điểm:

- Di chuyển dễ dàng từ vị trí lỗ khoan này sang lỗ khoan khác trong

công trường thi công, rút ngắn được thời gian tháo lắp máy và di chuyển khi

khoan sang lỗ khác cho năng suất khoan cao

Trang 15

- Việc vi chỉnh máy cho đúng tim lỗ đơn giản

- Kết cấu máy nhỏ gọn do thay thế toàn bộ truyền động cơ khí dẫn

động mâm khoan bằng truyền động thuỷ lực, tận dụng được bộ máy nâng hạ

của cần trục để thay thế bộ tời nâng của máy khoan

Nhược điểm:

- Tính ổn định của máy trục cần được quan tâm và tính toán lại khi di

chuyển nhất là khi xuống dốc

- Việc chế tạo các thanh càng liên kết và các xi lanh nâng hạ tốn kém

- Do cần trục bánh xích chỉ có một bộ tời nâng hạ hàng nên sẽ gây khó

khăn cho công tác thay cần khoan

- Do máy khoan làm việc liên tục khi khoan nên chi phí cho dầu thuỷ

lực tốn kém (nhanh phải thay dầu thuỷ lực)

- Với những vị trí thi công mà cần trục không thể tới được (bờ sông,

cạnh vách đá …) thì phương án này gặp rất nhiều khó khăn

- Phương án này không hợp lý khi thi công trên mặt nước

- Với phương án này vẫn đòi hỏi có một cần cẩu đi kèm với máy GPS,

như vậy khi khoan thì cả hai máy này đều hoạt động đồng thời với nhau, cần

trục không thể di chuyển đi chỗ khác để làm các công việc khác như cẩu cần

khoan, lồng cốt thép, búa rung hạ ống vách, ống vách

b) Phương án lắp trên máy đào một gầu truyền động thuỷ lực

Hình 2.2 Máy khoan GPS-20HA lắp trên máy đào một gầu truyền động thuỷ

lực

1.Máy đào một gầu truyền động thủy lực; 2.Xylanh vi chỉnh góc nghiêng của

tháp khoan; 3 chốt lên kết với tay gầu; 4.tháp khoan; 5.động cơ thủy lực; 6

Sàn máy; 7 Càng liên kết

Phương án này có những ưu nhược điểm như sau:

Ưu điểm:

- Di chuyển dễ dàng từ vị trí lỗ khoan này sang lỗ khoan khác trong

công trường thi công, rút ngắn được thời gian tháo lắp máy và di chuyển khi

khoan sang lỗ khác cho năng suất khoan cao

Trang 16

- Việc vi chỉnh máy cho đúng tim lỗ đơn giản

- Kết cấu máy nhỏ gọn do thay thế toàn bộ truyền động cơ khí dẫn

động mâm khoan bằng truyền động thuỷ lực Dùng máy đào để thay thế bộ

tời trong nhiệm vụ nâng hạ

- Có thể tận dụng máy đào có lắp ben để san phẳng công trường

Nhược điểm:

- Tính ổn định của máy đào cần được quan tâm và tính toán lại khi di

chuyển nhất là khi xuống dốc

- Việc chế tạo các thanh càng liên kết và các xi lanh nâng hạ tốn kém

- Do sử dụng máy đào để làm thay nhiệm vụ của một bộ tời nên sẽ gây

khó khăn cho công tác thay cần khoan

- Do máy khoan làm việc liên tục khi khoan nên chi phí cho dầu thuỷ

lực tốn kém (nhanh phải thay dầu)

- Với những vị trí thi công mà máy đào không thể tới được (bờ sông,

cạnh vách đá …) thì phương án này gặp rất nhiều khó khăn

- Phương án này không hợp lý khi thi công trên mặt nước

- Với phương án này đòi hỏi máy đào và máy GPS làm việc đồng thời

khi khoan,như vậy thì cả hai máy này đều hoạt động đồng thời với nhau, máy

đào không thể di chuyển đi chỗ khác để làm các công việc khác như cẩu cần

khoan, lồng cốt thép, búa rung hạ ống vách, ống vách

c) Phương án tự di chuyển bằng con lăn

Hình 2.3 Máy khoan GPS tự di chuyển bằng con lăn

1.con lăn di chuyển; 2 mâm khoan; 3 Giá chữ A; 4 xylanh nâng hạ tháp

khoan; 5 Tháp khoan; 6.bộ tời nâng hạ; 7.sàn máy;

Ưu điểm:

- Với việc tự di chuyển bằng con lăn, khi thi công không cần có thêm

các máy khác làm nhiệm vụ di chuyển do đó đầu tư ban đầu cho tổ hợp máy

khoan là nhỏ hơn

- Máy có thể thi công ở nhiều địa hình khác nhau như ở những bờ

sông, bên vực hay ở trên mặt nước Đây là đặc điểm nổi bật nhất của phương

án này thể hiện khả năng linh hoạt của máy ở các địa hình khác nhau mà các

phương án khác không thực thi được

Trang 17

- Không mất chi phí chế tạo các thanh đỡ và xi lanh nâng hạ máy như

hai phương án trên

- Với bộ truyền cơ khí, máy làm việc liên tục đảm bảo độ tin cậy cao,

không tốn chi phí cho dầu thuỷ lực

- Bộ tời gồm tời chính và tời phụ thuận tiện cho việc thay thế cần

khoan, giảm được cường độ lao động cho người công nhân

- Phương án dùng truyền động cơ khí cho phạm vi điều chỉnh tốc độ và

momen quay lớn, phù hợp với nhiều địa tầng khác nhau khi thi công

- Máy đạt độ ổn định cao khi di chuyển tới lỗ khoan mới

Nhược điểm:

- Kết cấu máy cồng kềnh

- Việc di chuyển sang lỗ khoan mới khó khăn, tốn sức lao động và mất

thời gian nên làm giảm năng suất chung

- Vi chỉnh đúng đường tim cọc khó khăn

d) Phương án di chuyển trên xe móc kéo

Hình 2.4 Máy khoan GPS lắp trên xe kéo

1 xe fooc ; 2.tháp khoan; 3 Xylanh nâng hạ tháp khoan ; 4.giá chữ A;

5.mâm khoan; 6.sàn máy

-Chi phí giá ca máy cao do sử dụng thêm một xe kéo

-Không thuận tiện khi thi công ở những địa hình chật hẹp, trên mặt nước

-Ổn định máy khi làm việc kém

Kết luận: Với việc phân tích ưu nhược điểm của các phương án trên, ta

quyết định lựa chọn phương án thiết kế theo kiểu tự di chuyển bằng con lăn

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế hệ truyền động dẫn động mâm khoan

1 Phương án dẫn động thuỷ lực

Với phương án này ta dùng động cơ thuỷ lực để dẫn động mâm khoan

Phương án này thường đi kèm với phương án di chuyển máy bằng cần trục và

máy đào một gầu ở trên Nguồn động dẫn động mâm khoan được lấy từ dầu

thuỷ lực của cơ cấu di chuyển máy trục hoặc máy đào

Trang 18

Phương án này có những ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm:

- Kết cấu của máy khoan nhỏ gọn, hình thức đẹp dễ bố trí các cơ cấu

- Có khả năng truyền được lực lớn và đi xa

- Tạo ra tỷ số truyền động lớn

- Quán tính của truyền động nhỏ

- Truyền động êm dịu không gây ra tiếng 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 tuổi thọ máy

Nhược điểm:

- Khó làm kín khít các bộ phận làm việc, chất lỏng công tác dễ bị rò rỉ

hoặc không khí bên ngoài lọt vào làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn

định của bộ truyền động

- Áp lực dầu công tác khá cao,đòi hỏi phải chế tạo bộ truyền động từ

các vật liệu đặc biệt và chất lượng công nghệ chế tạo phải rất cao Do vậy giá

thành bộ truyền thuỷ lực đắt

- Thường xuyên phải thay thế các phớt làm kín khít

- Dầu thuỷ lực dễ bị chảy ra làm bẩn máy

- Hiệu suất truyền động không cao

- Thường xuyên phải thay dầu thuỷ lực nên chi phí lớn hơn

- Giá thành đầu tư ban đầu cho máy truyền động thuỷ lực cao hơn

nhiều so với các loại máy truyền động cơ khí

2 Phương án dẫn động cơ khí

Ưu điểm:

- Có khả năng truyền lực lớn

- Độ bền và độ tin cậy làm việc cao

- Hiệu suất truyền động lớn

- Cho phép thay đổi đặc tính làm việc một cách linh hoạt (nhiều chế

độ: Chế độ lực, chế độ vận tốc)

- Chế tạo đơn giản và giá thành hạ

Nhược điểm:

- Cơ cấu làm việc ồn

- Điều khiển nặng và kém nhạy

- Kích thước của một số cơ cấu cồng kềnh (cơ cấu truyền động đai,

truyền động trục các đăng)

- Không có khả năng chống lại quá tải

Kết luận: Với việc phân tích những ưu nhược điểm trên ta thấy rằng: Tuy

truyền động thuỷ lực có nhiều ưu điểm vượt trội hơn các loại truyền động

khác nhưng do việc chế tạo các phần tử thuỷ lực đòi hỏi công nghệ cao và

trình độ chế tạo máy nước ta chưa thể làm được do đó ta không lựa chọn nó

Truyền động cơ khí tuy còn nhiều nhược điểm so với truyền động thủy lực

Trang 19

nhưng đây là mảng mà ngành chế tạo máy nước ta làm được Trong kỹ thuật

hiện nay, truyền động cơ khí vẫn được sử dụng rộng rải hơn cả

Vậy ta lựa chọn phương án dẫn động mâm khoan bằng truyền động cơ khí

Trong phương án hệ dẫn động mâm khoan bằng truyền động cơ khí cũng

còn rất nhiều phương án để ta lựa chọn khác nhau như hình thức kết cấu, số

cấp tốc độ …

3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ cơ khí

a) Phương án thiết kế theo số cấp tốc độ

 Phương án thiết kế theo 3 cấp tốc độ

Sơ đồ truyền động

Hình 2.4 Truyền động 3 cấp tốc độ

1.Động cơ điện; 2.Bộ truyền đai; 3 Ly hợp đai; 4.Bánh răng số; 5 Bộ đảo

chiều; 6.Ly hợp cụm tời; 7.Bộ truyền động bánh răng hành tinh; 8.Tời chính;

9.Tời phụ; 10.Trục các đăng; 11.Hộp giảm tốc; 12.Mâm xoay

Ưu điểm: Hộp số chính bao gồm 3 số, hộp giảm tốc chỉ tăng mô men

truyền động Quá trình thao tác vận hành máy khoan tương đối đơn giản do

người vận hành chỉ cần thao tác điều khiển hộp số chính

Nhược điểm: Khả năng hoạt động của máy bị hạn chế, do khi khoan

trong địa hình phức tạp thì máy khoan không thể thay đổi tốc độ phù hợp,

phạm vi tốc độ nhỏ

 Phương án thiết kế theo 6 cấp tốc độ

Sơ đồ truyền động

Hình 2.5 Truyền động 6 cấp tốc độ

Trang 20

1.Động cơ điện; 2.Bộ truyền đai; 3 Ly hợp đai; 4.Bánh răng số; 5 Bộ đảo

chiều; 6 Ly hợp cụm tời; 7.Bộ truyền động bánh răng hành tinh; 8.Tời chính;

9.Tời phụ; 10.Trục các đăng; 11.Hộp số phụ; 12.Mâm xoay

Ưu điểm: Do máy có 6 cấp tốc độ, nên khoan được ở nhiều địa tầng

khác nhau, đặc biệt là địa tầng đa do máy có mômen xoay lớn

Nhược điểm: Quá trình vận hành phức tạp, bôi trơn, bảo dưỡng máy,

sửa chữa khó khăn

b) Phương án thiết kế hệ truyên động cơ khí theo cấu tạo mâm xoay

 Phương án mâm xoay hình chữ “H”

Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.6 Kết cấu mâm xoay hình chữ H

1 Động cơ điện; 2 Cụm tời chính; 3 Cụm tời phụ; 4 Hộp số chính ; 5 Hộp

 Phương án mâm xoay hình bát giác

Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.7 Sơ đồ mâm xoay hình bát giác

5 4

3 2 1

Trang 21

1 Động cơ điện; 2 Cụm tời chính; 3 Cụm tời phụ; 4 Hộp số chính ; 5 Hộp

số phụ; 6 Mâm xoay hình bát giác

Ưu điểm: Làm việc ổn định do bề mặt tiếp xúc lớn, tải trọng mômen lớn

Nhược điểm: Việc tháo lắp phức tạp, không phù hợp khi khoan những

lỗ khoan có độ sâu lớn

2.1.3 Lựa chọn phương án

Từ những ưu nhược điểm của các phương án thiết kế trên ta chọn phương

án thiết kế theo mẫu máy GPS-20HA như sau:

1 Hệ di chuyển: Tự di chuyển bằng con lăn

2 Hệ truyền động: Truyền động cơ khí với 6 cấp tốc độ, kết cấu mâm

khoan hình chữ H

Vì nó phù hợp với những công trình có đường kính công trình lớn, độ sâu

lỗ khoan lớn, đặc biệt tại vùng có địa tầng đá Thích hợp để thi công ở những

vùng núi ở nước ta

2.2 Tổng quan về máy khoan cọc nhồi GPS-20HA

Hình 2.8 Tổng thể thực tế máy khoan GPS-20HA

Trang 22

2.2.1 Cấu tạo

Hình 2.9 Tổng thể máy khoan cọc nhồi GPS-20HA

1 Hộp số chính; 2.Cụm tời chính; 3.Bộ truyền bánh răng; 4.Cụm tời phụ;

5.Xilanh nâng hạ tháp; 6.Cụm puly đỉnh tháp; 7.Giá thao tác trên cao;

8.Thang leo; 9.Tháp khoan; 10.Giá cữ A; 11.Chân chống vít xoắn; 12.Chân tì

con lăn; 13.Giá đỡ tháp khi hạ

a

Trang 23

Hình 2.10 Hình chiếu bằng của máy GPS-20HA

(Không vẽ tháp khoan) 1.Động cơ điện; 2.Tủ điện; 3.Cụm tời chính; 4.Cụm tời phụ; 5.Hệ thống thủy

lực; 6.Khung trượt; 7.Khung tĩnh; 8.Mâm xoay hình chữ H; 9.Hộp giảm tốc;

10.Bộ truyền đai

*Các cụm máy chính của máy khoan GPS-20HA:

1) Mâm quay: Mâm quay dùng để kéo cần khoan chủ động và bộ dụng cụ

khoan (cần khoan và mũi khoan) quay vòng Mâm quay là cơ cấu truyền

động bánh răng hình côn tròn một cấp thông qua bánh răng lớn, đài quay,

tay quay chữ H kéo cần khoan làm việc

2) Hộp giảm tốc: Hộp giảm tốc để giảm thấp vòng quay, nâng cao mômen

lực, có hai nấc biến tốc độ bánh răng trượt hai chiều (liên kết kép) thực

hiện Hộp giảm tốc nhận truyền động từ hộp số chính thông qua trục các

đăng và dẫn động mâm xoay

3) Hộp số và trích công suất: Hộp số do hộp biến tốc 1 cấp 2 trục tạo thành

có 3 nấc biến tốc độ do di chuyển bánh răng liên kết đơn, liên kết kép thực

hiện Bên trong hộp số có cơ cấu quay thuận, nghịch do bánh răng hai

chiều của bộ ly hợp (côn) thực hiện Bánh răng một chiều của bộ ly hợp

thực hiện sẽ đóng ly hợp tời

4) Tời chính, tời phụ: là cơ cấu cơ khí kiểu hành tinh Dựa vào hãm bánh

hành tinh để thực hiện nâng hạ bộ dụng cụ khoan lên

Trang 24

5) Đáy bệ: Do đài trượt, bệ dưới, xilanh thuỷ lực, tấm miệng lỗ hợp thành

Mâm quay, hệ thống tời được cố định trên đài trượt, còn đầu kia liên kết

với tấm miệng lỗ, xilanh dầu dùng để đóng mở tấm miệng lỗ và di chuyển

đài trượt

6) Tháp khoan: dùng để treo xe trượt di động, đầu thuỷ long và thiết bị

khoan Hình thức kết cấu kiểu chữ môn “” Trong tháp khoan có rãnh

dẫn hướng Rãnh dẫn hướng dùng để dẫn hướng đầu thuỷ long, treo dựng

để khi tháo lắp cần khoan thì cần khoan chủ động không bị rơi xuống đất

Nâng, hạ tháp khoan do xi lanh thuỷ lực đảm nhiệm

7) Bộ công tác khoan: Gồm đầu khoan và các đoạn cần khoan Đầu khoan

nhận chuyển động quay từ mâm quay thông qua cần khoan Đầu khoan có

các quả dứa có răng để phá đá cứng

2.2.2.Công dụng và nguyên lý hoạt động

Máy khoan cọc nhồi GPS-20HA do Trung Quốc chế tạo là loại máy khoan

kiểu đài quay lắp ráp phân tán Thích hợp cho việc thi công nền móng công

trình như cầu cảng, khu đô thị nhà cao tầng Nó cũng thích hợp khi dùng để

khoan các giếng nước có đường kính lớn hoặc thi công móng cọc nền móng

công trình chủ yếu thích hợp cho địa tầng cấp 4 Đường kính lỗ khoan lớn

nhất mà nó có thể đạt tới là 2m, chiều sâu lỗ khoan là 80m

Để khoan lỗ trước hết lấy đoạn cần khoan tròn thứ nhất nối thật chắc với

đầu khoan Sau đó khởi động bơm dầu thuỷ lực cấp cho xilanh thuỷ lực di

chuyển đài trượt và tấm đậy miệng lỗ đưa ra khỏi miệng lỗ Điều khiển tời

phụ dùng bộ nâng dẫn đưa đầu khoan đặt vào trong lỗ, lại di chuyển tấm đậy

miệng lỗ tới trung tâm miệng lỗ dùng đệm chéo đưa mặt bích đầu khoan

ngoặc vào tấm miệng lỗ khiến cho đài trượt hồi vị mâm quay thẳng tâm với

tim lỗ Bỏ mayơ nhỏ dùng bộ nâng dẫn đưa đầu khoan nâng khỏi mặt phẳng

đài mâm quay đặt vào mayơ lớn Tiếp đó liên kết đầu thuỷ long với xe trượt

di động khởi động tời chính để cần khoan chủ động đối chuẩn với mặt bích

Trang 25

đầu khoan Dùng 6 bulông M12 liên kết chặt đầu khoan với cần khoan , lấy

đệm chéo đưa mayơ nhỏ đặt vào trong đài quay khởi động đài quay bắt đầu

cho khoan chạy

Căn cứ vào tình trạng địa tầng, địa chất nền cần thiết phải có tấm tăng

trọng thì sau khi lắp xong đoạn cần khoan chủ động lắp thêm tấm đối trọng

vào vị trí giữa mũi khoan và đoạn cần khoan tròn đầu tiên Khi khoan sâu tới

đoạn cần khoan chủ động tiến hành lắp thêm đoạn cần khoan tròn tiếp theo

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động:

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền động máy GPS-20HA được mô tả

như hình vẽ (hình 2.11)

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động

1.Động cơ điện; 2.Hộp số chính; 3.Ly hợp bộ tời; 4.Tời chính; 5.Tời phụ;

6.Bộ truyền bánh răng hành tinh; 7.Hộp số phụ; 8.Mâm quay; 9.Trục các

đăng; 10.Bộ đảo chiều; 11.Bánh răng số; 12.Ly hợp đai

Nguồn động lực từ động cơ (1) truyền đến hộp số chính (2) qua bộ truyền

đai Công suất từ hộp số được chia thành hai phần:

- Phần thứ nhất: truyền qua trục các đăng (9) đến hộp số phụ (7) rồi đến mâm

quay (8) để dẫn động cần khoan quay

- Phần thứ hai: Truyền động qua các bánh răng trung gian tới tang tời chính,

phụ để nâng hạ bộ công tác và các thiết bị khoan

9 10

11 12

Trang 26

2.2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thuỷ lực

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thuỷ lực máy khoan GPS- 20HA

1.Động cơ điện lai bơm thủy lực; 2.Bơm thủy lực; 3.Van phân phối xilanh

nâng hạ tháp; 4.Xilanh nâng hạ tháp khoan; 5.Xilanh di chuyển đài trượt và

đóng mở tấm miệng lỗ; 6.Van phân phối xilanh (5); 7.Bầu lọc dầu tinh;

8.Van an toàn cho bầu lọc dầu (7); 9.Van an toàn cho bơm (2); 10.bầu lọc

dầu thô; 11.Thùng dầu; 12,Đường dầu hồi

Động cơ điện (1) dẫn động cho bơm thủy lực (2) hoạt động, hút dầu từ

thùng dầu (11) đẩy qua đường ống cao áp đến các van phân phối Tại các van

phân phối ta điều khiển tay quay cho dầu cấp vào xilanh để đẩy pittông ra

hoặc kéo pittông thụt vào để nâng hoặc hạ tháp khoan (đối với xilanh (4)) hay

để di chuyển đài trượt hoặc đóng mở tấm miệng lỗ (đối với xilanh (5))

Đường dầu thấp áp từ xilanh ra sẽ qua bầu lọc dầu để trở về thùng dầu

Trường hợp bầu lọc bị tắc thì dầu sẽ qua van an toàn (8) trở về thùng dầu

Nếu ta điều khiển cho cả hai van phân phối không cung cấp dầu cho các

xilanh hoặc khi áp suất dầu cao quá giá trị cho phép thì dầu cao áp sẽ qua van

an toàn (9) trở về thùng dầu

Trang 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TỔNG THỂ

3.1 Tính chọn động cơ và thiết kế bộ truyền động đai

3.1.1 Tính chọn động cơ

Từ sơ đồ truyền động ta có nguồn động lực từ động cơ truyền đến hộp số

và được chia làm hai phần:

- 1 phần công suất được truyền đến mâm xoay

- 1 phần công suất được truyền đến cụm tang tời

3.1.1.1 Tính công suất để dẫn động mâm xoay

Thông số kỹ thuật cua mâm xoay

Mômen tối đa: 60 KN.m

Tốc độ (thuận; nghịch) gồm 6 số: 8; 14; 18; 26; 32; 56 (vòng/phút)

Vì Mmax ứng với nmin nên công suất cần thiết lớn nhất để dẫn động

9550

8 10 60 9550

max

3 max  

. ol br br

brc

Trong đó: mx - Hiệu suất truyền động đến mâm xoay;

brc- Hiệu suất truyền động bánh răng côn: chọn brc=0,97;

ol- Hiệu suất truyền của 1 cặp ổ lăn: chọn ol=0,99;

br- Hiệu suất truyền bánh răng trụ: chọn br=0,98;

26 , 50

1   

 Nmx mx

3.1.1.2 Công suất dẫn động cụm tời chính và phụ

Theo thông số cho phép của máy, ta có:

- Lực nâng lớn nhất ứng với tốc độ nhỏ nhất của cụm tời là: 30 KN;

- Tốc độ nâng lên bằng 1sợi cáp: 0,65 ; 1,16 ; 2,08 (m/s);

Công suất dẫn động cụm tời chính; phụ được tính theo công thức(2.78, [4]):

Trang 28

Ta có: 19 , 5

1000

65 , 0 10



Hiệu suất của bộ truyền: ct  ol5 br2

Trong đó: ct - Hiệu suất truyền động đến cụm tời;

ol - Hiệu suất truyền động ổ lăn: ol=0,99;

br - Hiệu suất của cặp bánh răng trụ: br=0,98;

Ta có: ct0,995.0,982 0,91

Công suất truyền đến hộp số để dẫn động cụm tời:

35 , 21 91 , 0

5 , 19

Trong quá trình làm việc của máy khi dẫn động cụm tời thì dừng hoạt động

của mâm xoay Do vậy ta chỉ cần tính theo 1 phần công suất vì N1>N2 nên

chỉ cần tính theo công suất dẫn động mâm xoay

Công suất trên trục động cơ được xác định theo công thức:

dc d

N

N  1 Trong đó: d - Hiệu suất của bộ truyền đai; d= 0,96 (bảng 16.1, [3])

44 , 64 96 , 0

825 , 62

.60

1480.250.14,31000.60

1

Dựa vào công suất động cơ Nđc=75 (kw); vận tốc truyền v=19,2 <25 (m/s)

Theo bảng 7.2, [ 2 ] ta chọn đai thang thường loại B

Chọn đai thang vì kết cấu đơn giản, dể chế tạo có thể làm việc với vận tốc

lớn vì đai có độ đàn hồi nên êm không ồn, khoảng cách truyền động xa, đảm

bảo an toàn khi quá tải

Đai thang loại B có kích thước tiết diện như sau:

Trang 29

. 1

2  u d  

d d

Trong đó: ud=1,5 tỷ số truyền của bộ truyền đai (chọn);

Từ đó ta tính được: d2 1,5.250.(10,02)367,5mm;  chọn d2=380 mm

Tỷ số truyền thực: udt =   1 , 55

02 , 0 1 250



5 , 1

5 , 1 55 , 1

3,33% < 4%

Sè vòng quay n2 của bánh đai bị dẫn được xác định theo công thức:

954)02,01.(

380

1480.250)

1.(

2

1 1

d

n d

3.1.2.3 Xác định khoảng cách trục và chiều dài đai

Hình 3.2 Khoảng cách trục bộ truyền ai

Khoảng cách trục a sơ bộ lấy bằng d2 như sau: a =d2= 380 (mm)

Xác định chiều dài đai theo công thức (7.4, [3])

a

d d d

d a

l

4

)(

).(

22

2 1 2 2

2

14 , 3 380 2

Trang 30

Tra bảng (7.2, [3]),chọn chiều dài đai thang loại B có chiều dài l =2000 mm

Tính chính xác khoảng cách trục a theo công thức (7.4, [3])

1 2 2

1

( 5 , 0 [l  d d  d d }  696 mm Khoảng cách a phải thoả mản điều kiện: 0,55.(d1+d2)+ h a 2.(d1+d2)

<=> 0,55.(380+250)+13,5a2.(380+250) =>360a1260

Vậy a thoả mản điều kiện làm việc

Kết luận: chọn đai có chiều dài l=2000(mm); khoảng cách trục a =696(mm)

Để tiện cho việc tháo lắp thì về mặt kết cấu cần bố trí bộ truyền sao cho có

thể di động bánh đai theo 2 phía

- Khi tháo lắp ta giảm khoảng cách trục một khoảng bằng:

10 3 ,

i (m/s) Thoả mãn điều kiện i  imax=10 (m/s)

3.1.2.4 Kiểm nghiệm góc ôm

Góc ôm trên bánh đai nhỏ được xác định theo công thức (7.3, [3]):

3.1.2.5 Xác định số đai cần thiết Z

Số nhánh đai được tính toán theo công thức (7.2, [3]): Z =  N o c c d c l c z

N

u

.K

1



Trong đó:

N1 : Công suất trên trục chủ động của bánh đai ; N1=N®c=75 kw

[N0]: Công suất cho phép(kw); Tra bảng (7.7, [3]) ta được [N0] =9,23(kw)

Kđ : Hệ số tải trọng động tra bảng (4.7, [ 2 ]) chọn Kđ=1;

C : Hệ số phụ thuộc góc ôm 1;

Cu : Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỷ số truyền;

Cz : Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các

dây đai;

Cl : Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đai;

15,1.135,1.92,0.92,0.23,9

1

Ta chọn số nhánh đai: Z =7

(Các hệ số C, Cu, Cz, Cl lấy theo mục (7.4.3, [3]), Kđ tra bảng (7.5, [3]))

Trang 31

3.1.2.6 Xác định kích thước chủ yếu bánh đai

Hình 3.3 Kích thước chủ yếu của bánh đai

Từ số đai Z có thể xác định chiều rộng bánh đai B theo công thức

B =(Z-1).t+2.e Với đai thang loại B, ta có:

Z = 7 ; t =25,5 (mm) ; e =17 (mm) ; h0=5,7 (mm) ; H =21 (mm)

 B = (Z-1).t+2.e =(7-1).25,5+2.17=193,8 (mm) Đường kính ngoài bánh đai:

Bánh nhỏ: da1= d1+2.h0=250+2 5,7= 261,4 (mm) Bánh lớn: da2= d2+2.h0=380+2 5,7= 391,4 (mm)

3.2.Tính toán thiết kế hệ truyền động mâm khoan

3.2.1.Cấu tạo chung

Hình 3.4 Sơ đồ truyền động

1.Động cơ điện; 2.Hộp số chính; 3 Ly hợp đai; 4.Bánh răng số; 5 Bộ đảo

chiều; 6.Ly hợp cụm tời; 7.Bộ truyền động bánh răng hành tinh; 8.Tời chính;

9.Tời phụ; 10.Trục các đăng; 11.Hộp số phụ; 12.Mâm xoay

b1 bt

1 12

Trang 32

3.2.2 Phân phối tỷ số truyền

Theo tính toán thiết kế tỷ số truyền của bộ truyền đai là iđ =1,5;

Tỷ số truyền của mâm xoay ta chọn là ix=5;

Mặt khác máy khoan có 6 cấp tốc độ như sau:

Cấp số hộp số chính Số 1 Số 2 Số 3 Số 1 Số 2 Số 3

Tốc độ của động cơ: 1480 (vòng/phút)

Gọi ic là tỷ số truyền qua hộp số chính ứng với 3 cấp số là

Số 1 ứng với tỷ số truyền i1; Số 2 ứng với tỷ số truyền i2;

Số 3 ứng với tỷ số truyền i3;

Gọi ip là tỷ số truyền qua hộp số phụ ứng với 2 cấp tốc độ là

Số I ứng với tỷ số truyền iI; Số II ứng với tỷ số truyền iII;

Gọi i là tỷ số truyền của hệ truyền động,ta có: i = iđ.ic.ip.ix ic.ip = i/iđ.ix

Ứng với 6 cấp tốc độ ta có:

i1.iI= 24,66

5,1.5.8

5 , 1 5 18

5 , 1 5 32

i1.iII 14 , 10

5 , 1 5 14

5 , 1 5 26

5,1.5.56

Hình 3.5 Sơ đồ truyền động của hộp số chính

1.Bánh đai; 2.Các bánh răng trượt; 3.Trục trung gian; 4.Trục thứ cấp; 5.Bộ

đảo chiều; 6.Ly hợp cho cụm tời; 7.Khớp nối trục các đăng

3.2.3.1 Xác định tỷ số truyền của các cặp bánh răng

Tỷ số truyền của hộp số chính ứng với các số:

- Số 1 có tỷ số truyền i1= 4,94; - Số 2 có tỷ số truyền i2= 2,20;

- Số 3 có tỷ số truyền i3=1,24;

Gọi: Tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp là ia

Trang 33

i’1 ; i’2 ; i’3: là tỷ số truyền của các cặp bánh răng ứng với các số cài

- Mômen trên trục động cơ được xác định theo (trang 49, [5]) như sau:

Nd : Là công suất động cơ, kw;

n : Vận tốc vòng quay của trục động cơ, v/ph;

Thay số vào ta có: Mđ =9,55.106

1480

75

= 483952,7 N.mm

- Mômen xoắn trên trục I : MI =Mđ.iđ

Trong đó: iđ tỷ số bộ truyền đai iđ =1,5

 MI =483952,7.1,5 =725929 (N.mm)

- Mômen xoắn trên trục II:

ứng với số 1: MII =MI.3,34 =2424602,9 N.mm ứng với số 2: MII =MI.1,49 =1081634,2 N.mm ứng với số 3: MII =MI.0,84 =609780,4 N.mm

- Mômen xoắn trên trục III:

ứng với số 1: MIII =2424602,9 1,48=3588412,3 N.mm ứng với số 2: MIII =1081634,2 1,48=1600818,6 N.mm ứng với số 3: MIII =609780,4 1,48 = 902475 N.mm 3.2.3.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục

Khoảng giữa các trục sơ bộ được xác định theo công thức (3, [9]) như sau:

3 max

e

M a

Theo tiêu chuẩn ta chọn m=3 mm

Chọn bánh răng nghieng trong hộp số nhờ khả năng tải lớn nhất và làm

việc ở tốc độ lớn, chọn góc nghiêng =300;

Trang 34

Ta chọn số lượng răng của bánh răng chủ động theo điều kiện không cắt

chân răng z 13

2 Xác định số lượng răng của cặp bánh răng cài số

)34,31.(

3

30cos.144.2)'1(

cos

)49,11(3

30cos.144.2)'1(

cos

A 

)84,01(3

30cos.144.2)'1(

cos

- Trên trục II: Ứng với số 1: z1II =z1I.i’1=20.3,34 =66,8 67

Ứng với số 2: z2II =z2I.i’2=34.1,49 =52,7 53

Ứng với số 3: z3II =z3I.i’3=46.0,84 =40,6 41

- Với cặp bánh răng luôn ăn khớp theo điều kiện không cắt chân răng

Ta chọn zaII =40

- Trên trục III: zaIII =zaII.ia=40.1,48=59,2 60

3.2.3.5 Tính chính xác khoảng cách giữa các trục

Theo bảng công thức (I-1, [9]) :

- Khoảng cách giữa trục I vàµ trục II:

30cos.2

87.3cos

.2

)(

cos.2

)(

cos.2

)(

0 3

3 2

2 1

, mm

- Khoảng cách giữa trục II và trục III:

30 cos 2

) 60 40 (

3 cos

2

) (

, mm 3.2.3.6 Xác định các thông số hình học cơ bản của các bánh răng

Các thông số hình học tính toán bằng những công thức trong (bảng I- 1 [9]):

1

z

z n

.2

).( 1  2

Trang 35

1 Chọn vật liệu chế tạo bánh răg cho hộp số

Do không có yêu cầu gì đặc biệt và quan điểm thống nhất hoá trong thiết

kế, ở đây chọn vật liệu 2 cáp bánh răng là như nhau

Tra bảng 6.1, [5] ta chọn: Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện đạt độ răn:

HB241…285 có b1=850 Mpa ch1=580 Mpa Bánh lớn : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn

HB=192…240 có b2=750 Mpa ch1 =450 Mpa

2 Ứng suất cho phép

Theo bảng (6.2, [5]) với thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB 180-350

Trang 36

Hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ và chế độ tải

trọng của bộ truyền được xác định theo công thức:

Điều kiện tiếp xúc theo công thức (6.3, [5]) : m H

HE

H HL

N

Trong đó:

mH , mF : Bậc của đường cong mỏi, khi thử về tiếp xúc và uốn mH=6 ; mF=6

Số chu kỳ thay đổi tương đương:

Điều kiện tiếp xúc theo công thức (6.7, [5]): i i

i

T

T c

max





Trong đó: Ti ; ni ; ti lần lượt là mômen xoắn ; số vòng quay và tổng số

giờ làm việc bình thường; ti =1200 (h)

Đối với vành răng (bánh lớn):

NHE2=60.1.70.1200.[13.0,3+0,83.0,3+0,53.0,4] =2,53.107 > NH02

( với NH02 =4.106 ứng với tất cả các loại thép), nên KHL2=1

Tương tự với bánh nhỏ ta được: KHL1=1

Ứng suất cho phép tiếp xúc (6.1a, [5]): [H]=0

Số chu kỳ thay đổi tương đương ứng với điều kiện uốn được xác định

i i

i m i

t n T

T c

t n T

T

max max

)( 60

)(

Trang 37

Trong đó: SF :hệ số an toàn khi tính về uốn, tra bảng(6.2, [5]): chọn SF =1,75

KFC =0,8 với bộ truyền quay 2 chiều

Bánh nhỏ :[F]1=441.1.0,8/1,75=201 (Mpa)

Bánh lớn : [F]2=414.1.0,8/1,75=189,2 (Mpa)

Ứng suất quá tải cho phép

Điều kiện uốn :

[F1]max=0,8.ch1=0,8.580=464 Mpa; [F2]max=0,8.ch2=0,8.450=360Mpa

Điều kiện tiếp xúc:

[H2]max=2,8.ch2=2,8.450=1260 Mpa; [H1]max=2,8.ch1=2,8.580=1624 Mpa

3 Tải trọng tác dụng

a) Mômen truyền đến các trục của hộp

- Trục I: MI=725929 N.mm

- Trục II: Ứng với số 1: MII=2424602,9 N.mm

Ứng với số 2: MII=1081634,2N.mm; Ứng với số 3: MIII=609780,4N.mm

- Trục III: Ứng với số 1: MIII=3588412,3 N.mm

Ứng với số 2: MIII=1600818,6 N.mm; Ứng với số 3: MIII=902475 N.mm

M

.2

2 Lực hướng kính

Ri=Pi 



costg

Trong đó: M: Mômen tính toán; : Góc nghiêng của răng =300;

Z: Số răng; ms: Môđun mặt đầu; : Góc ăn khớp =200 Thay số thực hiện quá trình tính toán Ta được kết quả như sau:

Lực dọc trục Q(N)

Số

2 Pa2=11490,8 Ra2=4825,9 Qa2=6630,2

Số

3 Pa3=4620,6 Ra3=1940,6 Qa3=2666,1

Trang 38

4 Kiểm nghiệm bánh răng trong hộp số

a) Kiểm nghiệm răng về độ bền mỏi uốn

Ứng suất uốn được tính theo công thức (38, [9]):

n u

m b y

P

.

Trong đó: P: Là lực vòng tác dụng lên chi tiết đang xét;

b: Là chiều rộng làm việc của vành răng; mn: môđun pháp tuyền

y: hệ số dạng răng tra bảng (6.18, [5]) theo ztđ;

- Cặp bánh răng cài số 1

866,0

- Cặp bánh răng cài số 3

866,0

- Cặp bánh răng luôn ăn khớp

866,0

Sau khi tính toán ta có bảng sau:

Trang 39

b) Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Ứng suất bền tiếp xúc được tính theo công thức (39, [9]):

3

2 1

)11(cos.sin'

cos.418,0

r r b

E P

Thay các thông số vào công thức ta tính được giá trị của tx như sau:

r2 (m)

Ta có kết quả tx đều thoả mãn điều kiện bền tiếpxúc:tx[tx]=1260MN/m2

3.2.3.8 Tính toán thiết kế bộ đảo chiều

Hình 3.6 Sơ đồ truyền động của bộ đảo chiều

1.Trục dẫn động trục các đăng; 2 Bánh răng quay thuận; 3.Bánh răng quay

nghịch; 4 Trục hộp số; 5 Thiết bị ăn khớp

1 Tính toán bộ truyền bánh răng côn răng thẳng

a) Xác định chiều dài côn ngoài của bánh răng theo công thức (6.52a, [5]):

max 2

1 2

].[

1

.1

H be be

H R

e

u K K

K T u

K R

Trang 40

T1 : Là mômen trên trục III lớn nhất ứng với số1; T1= 3588412,3 N.mm ;

KR =0,5.Kd : Hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng

Với bánh răng côn răng thẳng bằng thép Kd=100.Mpa1/3

 KR=0,5.Kd=0,5.100=50.Mpa1/3;

KH : Hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều

rộng vành , bánh răng côn tra bảng (6.21, [5]), ta được KH;

Kbe : Hệ số chiều rộng vành răng Kbe=b/Re=0,25

Theo bảng (6.21, [5]), ta có: Kbe.u/(2- Kbe) =0,25.1/(2- 0,25)=0,14;

KH =1,15; [H’]max=1260 MPa

1260 1 25 , 0 25 , 0 1

15 , 1 3 , 3588412

1 1

170 2 1

R 2

2 2

=5,25 mm

- Môđun vòng ngoài được xác định theo công thức (6.56, [5]):

mte =

) 0,5.K - (1

m be

tm

=

0,5.0,25)-

(1

5,25

=6 Tra theo bảng tiêu chuẩn (6.8, [5]), lấy giá trị tiêu chuần mte=6

c) Kiểm nghiệm răng trong điều kiện tải trọng lớn nhất

Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn

điều kiện sau: H=zM.zH.z 2  max

m1

2

.u0,85.b.d

1

.2

H

H u K

Trong đó:

zM : Hệ số kể đến cơ tính của vật liệu bánh răng ăn khớp, trị số của

zM tra bảng (6.5, [5]), ta được zM=274 Mpa1/3;

zH: Hệ số kể đến hình dạng tiếp xúc; xt=x1+x2=0, tra bảng(6.12, [5]); zH=1,76

z : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	3,18 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1]. D. T Bergado, J. C Chai Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng NXB Giáo Dục -Hà Nội 1966	Khác
[2]. PGS. TS Nguyễn Bính May thi công chuyên dùngNXB Giao Thông Vận Tải 2005	Khác
[3]. TS Trương Tất Đích Chi tiết máy tập 1, tập 2NXB Giao Thông Vận Tải 2002	Khác
[5]. PGS. TS Trịnh Chất -TS Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, tập 2 NXB Giáo Dục - Hà Nội 2002	Khác
[6]. TS. Nguyễn Bính Kinh tế máy xây dựng và xếp dỡ NXB Xây Dựng 2004	Khác
[11]. Nguyễn Văn Hợp – Phạm Thị Nghĩa Kết cấu thép máy xây dựng- xếp dỡ NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội -1996	Khác
[12]. Đoàn Định Kiến – Nguyễn Văn Tấn – Phạm Văn Hội - Phạm Văn Tự - Lưu Văn TườngKết cấu thép	Khác