Thiết kế máy ép ọc bấc thấm

Bài thiết kế tốt nghiệp Thiết kế máy ép ọc bấc thấm

Lời nói đầu

B ài thiết kết tốt nghiệp là một bài tập lớn nhằm kiểm tra kiến thức đã học và còn là một nhiệm vụ bắt buộc của mỗi sinh viên năm cuối của trờng ĐHGTVT -

HN, trớc khi ra trờng Đề tài thiết kế & chế tạo máy ép cọc bấc thấm của nhóm

em là một đề tài mới mẻ và mục tiêu là phục vụ cho sản suất và thi công trên thực

tế ở nớc ta hiện nay

Công tác xây dựng cơ sở hạ tầng đang phát triển với tốc độ khá nhanh.Nhiều công trình trọng điểm của Nhà nớc về các lĩnh vực xây dựng cơ bản nh xâydựng giao thông, xây dựng kiến trúc dân dụng, xây dựng công nghiệp, xây dựngthuỷ lợi… đang đ đang đợc đầu t một cách đáng kể Điều đó dẫn tới các phơng tiện giaothông cơ giới thi công và trang thiết bị xếp dỡ tăng lên rất nhiều Các thiết bịkhông những tăng nhanh về số lợng mà tăng cả về chủng loại Chính điều này làmột trở ngại lớn cho việc tổ chức sửa chữa xe máy theo hình thức công nghiệp vàhiện đại hoá nh sửa chữa chuyên môn hoá sử dụng các thiết bị dùng cho công tácsửa chữa, nhập vật t phụ tùng thay thế… đang đ

Một ngời sinh viên chuyên nghành MXD khi ra trờng đòi hỏi phải nắm bắt

đ-ợc những kỹ năng cơ bản về sửa chữa các chi tiết chính, cũng nh các bộ phận cơbản của các máy hiện nay đang đợc sử dụng rộng rãi Đồng thời, ngời sinh viêncũng phải hiểu rõ cơ cấu điều hành của một nhà máy sữa chữa cơ khí và các phânxởng thờng có trong nhà máy Thông qua bài thiết kế này sẽ giúp cho sinh viênnắm bắt đợc sâu hơn và chắc hơn những điều đã học

 Đề Tài:

Thiết kế máy ép Cọc Bấc Thấm:

* Thông số:

Chiều sâu ép : 25mLực ép max : 15TTốc độ ép : 45m/phTruyền động thuỷ lực

Năng suất lắp đặt : 45000m/ca

- Mục đích:

*/ Tìm hiểu về máy ép cọc bấc thấm ( trong & ngoài nớc)

*/ Thiết kế bộ công tác lắp trên máy xúc 1 gầu thuỷ lực:

+ Thiết kế kết cấu thép của bộ công tác;

(đảm bảo kết cấu ổn định khi tăng tải đến giá trị max)+ Lập quy trình lắp dựng;

*/ Ngoài ra cả hai tìm hiểu về kết cấu đất.(địa tầng địa chất)

Tính toán ổn định.(xem lí thuyết tính toán)

Chơng I: giới thiệu chung

Phần I: Giới thiệu đặc điểm của khí hậu & địa chất ở

nớc ta A- Khí hậu :

I- ả nh h ởng của khí hậu:

Khí hậu ở việt nam có thể nói là khá fức tạp, không thuần nhất Khíhậu miền bắc vừa mang tính chất nhiệt đới lại vừ mang tính chất ôn đới.Ranh giới giữa các vùng khí hậu không rõ rệt Đặc trng của khí hậu miềnbắc là nóng ẩm và gió mùa Nhiệt độ trung bình năm từ 20-25oC, có khoảng

500 giờ nắng trong 1 tháng của mùa hè & 70h nắng trong 1 tháng của mùa

đông Năng lợng bức xạ tổng cộng lên tới 110-130 Kcal/năm Độ ẩm tơng

đối thờng rất cao & dao động từ 50-100%, Lợng ma trung bình hàng nămkhoảng 2000mm Khí hậu miền nam là khí hậu nóng ẩm điển hình, có sự

phân hoá giữa 2 mùa, mùa ma và mùa khô rõ rệt Nhiệt độ trong năm ít thay

đổi với trị số trung bình khoảng 25-27oC, bức xạ mặt trời lớn, trung bìnhkhoảng 130-135 Kcal/năm

Một trong những đặc điểm về khí hậu nứoc ta cũng hết sức lu ý đó là

ảnh hởng của khí hậu ven biển Đặc điểm địa lí & địa hình nớc ta có bềngang hẹp, bờ biển trải dài từ bắc vào nam Vậy nên với hàm lợng muối (đ-

ợc tính bằng mlg CP/m3 ngày - đêm) trong khí quyển tăng lên rõ rệt vớicác vùng đất thi công cách bờ biển 30km trở lại(Hình vẽ1) tạo nên khả năng

ăn mòn rất lớn với các vật liệu là kim loại cụ thể là máy móc thiết bị, nhà ởng

x-Do điểu kiện khí hậu ở nớc ta nh vậy: ma mang axit ăn mòn, nắng vàhàm lợng muối trong khi quyển cao sẽ có ảnh hởng rất lớn đến tuổi thọ và

độ bền của máy móc thiết bị thi công nói chung và máy ép cọc bấc thấm nóiriêng Cụ thể là do khí hậu nhiệt đới gần biển nên nóng ẩm, hơi nớc nhiềulàm cho:

+ Ăn mòn kim loại gây gỉ các chi tiết, bộ phận máy và cụm máy + Lão hoá biến chất của vật liệu xảy ra làm mát các tính chất cơ lí củavật liệu

Nói tóm lại là khí hậu có ảnh hởng xấu đến máy móc và thiết bị & cụthể ở đây là máy ép cọc bấc thấm

đồ thị phân bố hàm lợng muối theo khoảng cách từ biển vào đất liền

(MgC/mm 3 )

ngày đêm

3 2

1

0 30 60 90 120 150 (km)

Hình-1

B - đất& địa chất:

Đất là một môi trờng phức tạp không thuần nhất, mặt khác đất là đốitợng có tác dụng trực tiếp tới sự làm việc của thiết bị công tác trong xấydựng cầu đờng nói chung và đặc biệt là thiết bị gia cố đất bằng ép cọc bấcthấm

Tuỳ theo dạng địa hình và vùng lãnh thổ, hay tính chất khác nhau củanền, độ sâu cần gia cố mà dẫn đến ảnh hởng đến sự tác động giữa đất (nền)với bộ công tác của máy là khác nhau Vì vậy việc nghiên cứu các tính chấtcơ lí của đất và ảnh hởng của nó tới quá trình đào đất và gia cố nền là côngviệc rất quan trọng và phức tạp các tính chất cơ lí chủ yếu của đất bao gồm:

-Thành phần cấp phối độ ẩm tự nhiên, tỉ trọng riêng của đất, chỉ sốdẻo, độ sét, góc ma sát trong & lực dính kết

Với máy ép cọc bấc thấm thì công việc chủ yếu là gia cố nền đờng vìvậy cho nên phần lớn là nghiên cứu đất để phục vụ làm đờng Đờng ôtô quamọi miền đất nớc với địa hình, địa chất, thuỷ văn, khí hậu ma nắng khácnhau Vùng đồng bằng thờng có các dạng đất là các lớp bùn sét, bùn cát ởdới Vùng ven biển chịu ảnh hởng của thuỷ triều tới mức nớc ngầm, đấtngập mặn Vùng Tây nghuyên lại có đất đỏ Bazan có độ trơng nở lớn khi

gặp nớc Trong xây dựng cầu đờng từ trớc cho đến nay có không ít các trờnghợp sự cố sụt lở đất nền, thậm chí là nghiêm trọng, chủ yếu là do nền đấtyếu: Đầu năm 1999 nền đắp cầu HàmRồng(Thanh Hoá) thiết kế cao 8m cógia cố dới nền thiên nhiên và trên có ta luy; nhng mới đắp cao 6m đã sụt 2m

và làm chồi cả ruộng lúa Những sự cố trên có thể do thiết kế hay do thicông, nhng vấn đề quan trọng trớc hết cho ta thấy là tính chất phức tạp củanền đất yếu

Các vùng đất yếu ở Việt nam là:

- Vùng đồng bằng Bắc bộ

- Vùng đồng bằng Thanh –Nghệ – Tĩnh

- Vùng đồng bằng ven biển miền Trung

- Vùng đồng bằng Nam bộ

Các loại đất yếu thờng có những đặc điểm sau:

- Bùn sét có lẫn hữu cơ nhiều hay ít

trong đất tạo nên tính dẻo Nhng do khả năng thoát nớc rất chậm (nên ta coi đất

là loại không thấm nớc) chúng có tính từ biến khi chịu tải lâu dài

Wp%

Giới hạn chảy Wt%

Độ nhão Góc nội ma

sát

Lực dính KG/cm 2

1.38 1.8 0.7 0.91

34.00 34.0 16.00 19.4

51.00 51.00 25.5 32.7

0.9 1.00 0.82 0.83

8.32 3.0 14.02 18.16

0.15 0.2 0.1 0.22

Hải Phòng

-28.63

2.16 1.95

0.45 0.77

15.42 15.39

26.4 27.16

0.6 1.12

17.25 13.00

0.64 0.36

-Nghệ Tĩnh 30.83

39.53

1.90 1.82

0.86 1.08

19.5 23.72

32.5 44.47

0.87 0.76

8.45

0.38

b) Bùn:

- Là các lớp đất tạo thành trong môi trờng nớc ngọt hay nớc mặn, gồmcác hạt rất nhỏ (>0.02mm), các chất hữu cơ dới 10% Theo thành phần hạtbùn có thể là hạt á cát, á sét và cát mịn Bùn đợc tạo thành chủ yếu do sự bồilắng ở các đáy biển, vũng, hồ, vịnh, hay các bãi bồi cửa sông Bùn luôn nonớc và rất yếu về mặt chịu lực

Bảng1-2: Thể hiện tính chất cơ lí của bùn ở các địa phơng :

Giới hạn chảy Wt%

Giới hạn dẻo Wp%

Độ nhão Góc nội

ma sát

Lực dính KG/cm 2

Chỉ số dẻo.Ip

là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất

Phân loại than bùn theo địa chất công trình:

Loại 1: Độ sét ổn định, cờng độ chịu tải, R= 1.0 kG/m2

Loại 2: Độ sét không ổn định, R=0.5- 0.8 kG/m2

Loại 3: Lỏng, có và không có lớp vỏ cứng trên mặt R< 0.3 kG/m2

Bảng 1-3: Phân loại than bùn theo tính chất cơ lí:

Độ sét

Tg ()

Lực dính (C) kG/cm 2

d) Các loại đất khác:

- Cát chảy: là cát mịn, rời rạc, có chứa nhiều chất hữu cơ hay hạt sét,hàm lợng hạt bụi (0.05 –0.002) chiếm 60 –70% hay còn lớn hơn nữa Khibão hào nớc có thể bị pha loãng hay nén chặt Khi chịu chấn động hay ứngsuất thuỷ động thì chuyển sang trạng thái lỏng nhớt gọi là cát chảy

- Đất Bazan: có đặc điểm là độ rỗng rất lớn, tỷ trọng khô rất nhỏ.Thành fần hạt gần giống đất á sét, khả năng thấm nớc khá cao Có một sốtính chất tơng tự loại đất bùn sập, vì vậy cần chú ý xây dựng công trình trênnền đất này

2 - Các ph ơng pháp xử lý nền đất yếu :

Có nhiều phơng pháp xử lí nền đất yếu, nhất là trong xây dựng cầu

đờng Nhng nghuyên tắc cơ bản là: giải quyết thoát nớc, giảm độ ẩm để tăng

độ cố kết (là độ chặt của đất)

Từ nhiều năm trớc, trên thế giới và Việt nam đã áp dụng nhiều phơngpháp cải tạo nền đất yếu nh:

- Đệm cát: dùng khi nền đất yếu có chiều dày < 3m

- Đệm đất: dùng khi nền đất đắp ẩm ít, mức nớc ngầm ở dới sâu

- Đệm đá, sỏi: dùng khi chiều dày lớp đất yếu dới đáy móng < 3m,bão hoà nớc, dới đó là lớp đất chịu lực tốt, đồng thời xuất hiện nớc có áp lựccao.

- Bệ phản áp: thờng dùng khi xây dựng nền đờng, đê đập trên vùng

đất yếu, vừa chống chồi đất 2 bên, vừa tăng áp lực thoát nớc cố kết lâu dài

- Cọc cát: xem nội dung ở dới

- Cọc đất: dùng để nén chặt nền đất có độ rỗng lớn và có tính lúnsập (nh đất Bazan)

- Cọc vôi: dùng để nén chặt lớp đất sét bão hoà nớc và đất than bùn

- Giếng cát: đất yếu nh bùn, than bùn , đất dính bão hoà nớc thờnggặp ở vùng đồng bằng ViệtNam

Với một số ph ơng pháp xử lí nền đất yếu bằng hoá-lý:

- Phụt vữa xi măng: dùng phổ biến trong các công trình thuỷ lợi, đặcbiệt là có hiệu quả làm giảm khả năng thấm trong đá vôi

- Silicat hoá điện: nguyên lí cơ bản là phụt chất clorua canxi(CaCl2 ) vào trong đất rồi cho dòng điện một chiều chạy qua để tăng cờng độchặt của đấ

- Điện thấm: cắm 2 điện cực vào trong đất rồi cho dòng điện 1 chiềuchạy qua và khi đó nớc sẽ chạy về cực âm và đợc rút ra

Nói chung là xử lí nền đất yếu bằng các phơng pháp lý- hoá là rấtphức tạp và tốn kém, không những thế nó còn phát sinh nhiều vấn đề phụ.Còn để tạo khả năng gia cố nền đất yếu ( đặc biệt là loại nền á sét hay sét)thì dùng phơng pháp nén tĩnh là thích hợp mà nghuyên lý của công nghệ làhút thoát nớc tạo dòng thấm ngang và hút lên mặt theo phơng thẳng đứngvới diện tích hút nhỏ.Hiên nay trên thế giới và cả ở trong nớc ngời ta hay sửdụng 2 phơng pháp gia cố nền đất yếu theo kiểu nén tĩnh là:

- Gia cố bằng cọc cát

- Gia cố bằng bấc thấm

Mục đích của các fơng pháp này là tạo ra khả năng hút thoát nớctrong nền theo phơng thẳng đứng, làm cho nền khô, các túi chứa nớc bị rỗng

và sau đó dùng fơng fáp chất tải để phá vỡ các túi rỗng này, từ đó làm chonền đợc ổn định

*/ Ph ơng pháp gia cố bằng cọc cát : Sau khi đã thi công xong lớp đệmcát thì dùng thiết bị đóng cọc cát để hạ các ống thép rỗng có đuờng kính từ

300  800 (tuỳ theo yêu cầu thiết kế) Việc hạ ống thép này xuống nềnbằng phơng pháp rung hay nén tĩnh Sau khi hạ ống xuống chiều sâu cầnthiết thì đổ cát(thờng là cát vàng đã qua sàng lọc), đồng thời cho nớc vào tạo

độ ẩm thích hợp Sau khi cát đầy thì rút ống thép lên, cát ở lại trong nền sẽtạo thành cột và có tác dụng thấm nớc làm khô nền

*/ Phơng pháp gia cố nền bằng cọc bấc thấm : dùng thiết bị để hạ

(ph-ơng pháp rung hay nén tĩnh) một thanh lõi thép xuống nền, trong lõi có đặtbấc thấm ( hay còn gọi là cọc bản nhựa) Sau khi hạ đến độ sâu thiết kế thìkéo lõi thép lên, khi đó bấc thấm ở lại trong nền Qua hệ thoóng bấc thấmthì nớc sẽ đợc thoát khỏi nền theo phơng pháp thẳng đứng (Hình vẽ 2)

Qua so sánh hai phơng pháp này thì ta thấy phơng pháp ép cọc bấcthấm có u điểm nổi bật hơn hẳn:

*- Ưu điểm:

+ Bấc thấm có tác dụng đối với tất cả nền đất thoát nớc

+ Do bấc thấm sản xuất hàng loạt trong nhà máy nên đợc kiểm tra vềchất lợng, còn cọc cát chịu ảnh hởng của chất lợng cát, mà chất lwongj cát lítởng thờng không có trên công trờng

+ Về tính kinh tế: Ví dụ một chuyến xe tải trọng 12T có thể chở đợc12.000m bấc thấm; nhng cũng với công suất thoát nớc nh vậy thì khối lợngcát cần vận chuyển là 1500 chuyến xe tải trọng 12T cho phơng pháp dùngcọc cát

+ Kết cấu của đất sẽ bị sáo chộn ít vì lõi thép cũng nh là cọc bấcthấm có tiết diện nhỏ, tính chất thấm của đất bị giảm ở mức thấp nhất và áplực tăng ở mức nhỏ nhất Còn phơng pháp gia cố bằng cọc cát do phải hạống thép có tiết diện lớn sẽ làm cho đất xung quanh cột bị dồn nén biếndạng kết cấu dẫn đến tính chất thấm của nền bị giảm và áp lực trong các hốcnớc tăng lên

+ Quá trình sử dụng của công nhân là nhẹ nhàng, cần ít ngời, quátrình lắp dựng để đa vào sử dụng nhanh (1 ca 8h một máy lắp đặt đợc từ

2000 5000m dài) vì vậy mà hiệu quả kinh tế cao

+ Do số lợng và chiều sâu lắp đặt dễ kiểm tra nên quá trình giám sát

ít và đơn giản hơn

+ Do bấc thấm có tính dẻo cao nên đảm bảo chức năng thoát nớcngay cả với những dịch chuyển ngang kèm theo độ lún lớn và áp lực phơngngang cao Cọc bấc thấm trong nền còn có tác dụng chống trợt cho nền rấttốt

+ Do lắp đặt không cần có nớc nh cọc cát nên công trờng và rãnhthoát nớc không bị bẩn

+ Khả năng lắp đặt tới chiều sâu 40m mà ở độ sâu này thìcọc cát rấtkhó thi công

Phơng pháp để gia cố nền đất yếu bằng cọc bấc thấm đợc dùng nhiều

Từ những năm 70 trở lại đây, phơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc bấcthấm so với các phơng pháp khác thì có u điểm vợt chội hơn về mọi phơngdiện kinh tế – kĩ thuật Ngay sau khi bằng phát minh công nghệ này của

Hà Lan đợc công nhận thì các nớc tiên tiến đã mua công nghệ và bắt đầuchế tạo

Ban đầu ngời ta chế tạo các hệ thống thiết bị công tác rồi lắp lên cácmáy xúc hay cần trục chuyền động cơ khí Nhng sau đó ngời ta nhanh chóngphát hiện ra nhợc điểm của truyền động này và thay nó bằng kieẻu truyền

động tiên tiến hơn đó là truyền động thuỷ lực So với truyền động cơ khí thìchuyền động thuỷ lực có nhiều u điểm:

+ Có khả năng truyền lực đợc lớn và đi xa

+ Trong lợng và kích thớc của bộ truyền nhỏ hơn truyền động cơ khí.+ Có khả năng tạo ra những tỷ số chuyền lớn (tới 2000 hay cao hơnnữa)

+ Quán tính của truyền động nhỏ

+ Truyền động êm dịu không gây tiếng ồn

+ Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng và tiện lợi không phụ thuộc vào côngsuất truyền động

+ Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ bộ công tác

+ Có khả năng tự bôi trơn bộ truyền, nâng cao đợc tuổi thọ của máy

+ Có khả năng tự bảo vệ máy khi quá tải.

+ có khả năng bố trí bộ truyền theo ý muốn, tạo hình dáng tổng thể

Hiện nay công nghệ này đã và đang đợc áp dụng rộng rãi và ngàycàngphát triển Không những nó dùng để gia cố nền đờng yếu mà còn dùng

để gia cố nền đờng sân bay, kênh thoát nớc, các đập thuỷ lợi, đê điều

Việt nam hiện nay, công nghệ gia cố nền yếu bằng cọc bấc thấm tuymới chính thức đợc áp dụng từ năm 1994 dùng để gia cố quốc lộ 5 & nhàmáy Nhiệt điện Hiệp phớc Do những u điểm vợt chội so với các phơng phápkhác và phù hợp với tình hình địa chất ở Việt Nam nên đã đợc áp dụng rộngrãi trong thi công các công trình GTVT, Thuỷ Lợi và các công trình xâydựng quan trọng khác của vùng Nam bộ & Bắc bộ

Tuy vậy yếu tố quyết định hiệu quả kinh thế –kỹ thuật của côngnghệ là thiết bị thi công Từ bài toán thực tế đặt ra là giá thành thiết bị nhậpngoại(Hà Lan, Mỹ, Đức, Nhật ) rất cao, để mà so với tình hình tài chính của

đất nớc cũng nh là của các đơn vị công ty nhà nớc thì đó là một vấn đề cha

phù hợp Do vậy việc nghiên cứu và chế tạo các thiết bị này ở trong nớc đợc

đặt ra là vấn đề hợp lí và phù hợp Hiện nay Trờng ĐHGTVT-HN cụ thể làcác thầy giáo của bộ môn MXD-XD đã thiết kế & chế tạo thành công cộcông tác của máy ép cọc bấc thấm với độ bền , độ tin cậy về mọi mặt phùhợp vói điều kiện thực tế Việt nam

Phần II : lựa chọn phơng án

A- Ph ơng án 1 : Dùng cần trục bánh xích có lắp giá: ( Hình vẽ).

Trờng hợp này thì bộ công tác ép (cột ép) cũng có kết cấu giống nh bộcông tác đặt trên máy xúc 1gầu thuỷ lực.

Cấu tạo chung máy ép cọc bấc thấm dùng cần trục

bánh xích lắp bộ công tác ép:

b Nguyên lý làm việc :

Khi có yêu cầu về công việc: chủ yếu là thi công nền đất yếu của mặt

đờng, khi đó máy đợc vận chuyển tới công trờng Nếu công trờng có sẵn cầntrục bánh xích thì chỉ việc chuyên chở bộ công tác đến( thờng thì chở bằng

xe tải), còn nếu cha có cần trục thì phải chuyên chở cả hai

Khi máy đã đợc đa đến công trờng thì bắt đầu quá trình lắp dựng để

đa vào sử dụng: Ngời ta dùng cần trục để cẩu bộ công tác và lắp liên kếtgiữa bộ công tác và cần trục

Sau khi lắp dựng xong thì phải kiểm tra và cho máy chạy thử xem cóhỏng hóc hay sai sót gì không, nếu có phải dừng máy và khắc phục sự cốngay Sau khi đã kiểm tra xong thì máy đợc đa vào thi công

Để phù hợp với yêu cầu thi công đa ra về: chiều sâu ép cọc, độ xiên

âm, xiên dơng, loại bấc thấm, điểm cắm bấc Ngời thợ lái máy cũng nh kỹ

s máy, kỹ s thi công phải chỉnh máy cho phù hợp với yêu cầu

Khi làm việc: máy cơ sở đợc đặt ở chế độ không di chuyển, khi đócần cũng đợc cố định chỉ có bộ tời nâng hoạt động để thực hiện quá trình épcọc Khi trục ép cắm xuống nền cho đến khi rút lên thì phải có ngời côngnhân làm nhiệm vụ ghim đầu bấc để thực hiện quá trình cắm bấc tiếp theo

Ưu điểm:

- Tận dụng đợc bộ tời nâng của máy cơ sở;

- Nếu có sẵn máy cơ sở tại công trờng thì sẽ tiết kiệm đợc kinh phívận chuyển máy;

- Cần trục có bộ di chuyển bánh xích sẽ ổn định hơn so với bánh lốpkhi thực hiện quá trình ép cọc, mặt khác thì bánh xích có thể di chuyển trêncả địa hình lầy lội & nền cát

Nh

ợc điểm :

- Quá trình lắp dựng phức tạp hơn là máy xúc thuỷ lực;

- Tuy có tận dụng đợc bộ tời kéo của máy cơ sở nhng mắc cáp phứctạp hơn sơ đồ mắc cáp của máy xúc

- Thờng thì trong thời gian gia cố nền móng đờng thì không có cầntrục bánh xích mà chỉ có máy đào 1 gầu thuỷ lực & các loại máy thi côngkhác; Vì vậy mà chi phí cho vận chuyển máy là có.

- Nếu phải điều chỉnh độ xiên âm hay xiên dơng thì khó hơn là máyxúc 1 gầu

Hiện nay thì việc sử dụng phơng án cần trục lắp giá càng ngày càng ítvì không tiện lợi cho lắm

b- Ph ơng án 2 : Dùng máy xúc 1 gầu thuỷ lực: ( Hình vẽ).

a Cấu tạo :

Phơng án sử dụng máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực có lắp bộ côngtác ép cọc bấc thấm thay cho việc dùng cần trục bánh xích nh ở trên (Hìnhvẽ), là một phơng án mới và hiện nay và tơng lai đang đợc dùng phổ biến vàrộng rãi, ngày càng phát triển

Phơng pháp này thực chất là dùng một máy xúc 1 gầu truyền độngthuỷ lực đã tháo tay gầu chỉ để lại tay cần liên kết với bộ công tác bằng liênkết chốt Các máy cơ sở này thông thờng có công suất khoảng từ 100- 300mã lực, phổ biến nhất là từ 120 – 250 mã lực Xi lanh thuỷ lực của máy xúc

có tác dụng tạo độ xiên âm hay xiên dơng cho quá trình ép bấc thấm xuốngnền

Bộ công tác thờng đợc cấu tạo từ cốt thép dẫn hớng mà chủ yếu là cộtthép dạng kín hay hở Trong khung thép có đặt hệ thống bao gồm: bộ tời ép(puly, cáp thép, tang quấn cáp và động cơ thuỷ lực ); cọc thép có đút bấcthấm ở trong (xem hình vẽ cấu tạo)

Bộ công tác khi làm việc dùng ngay bơm dầu của máy cơ sở tríchcông suất ra để phục vụ cho bộ tời thuỷ lực hoạt động (Xem hình vẽ cấutạo& chú thích)

đặc biệt là nền sét hay á sét thì việc dùng phơng pháp gia cố nền bằng cáchdùng máy ép cọc bấc thấm là rất thích hợp

Sau khi dải nèn cát chống thấm xong thì sử dụng máy xúc 1 gầutruyền động thuỷ lực Máy khi đó đợc tháo tay gầu ra, bên cạnh đó thì bộcông tác đợc vận chuyển đến, thờng thì với máy của nớc ngoài: bộ công tácthờng ở dạng đóng hộp(máy chuyên dùng), còn ở Việt nam thì bộ công tác

đợc thiết kế thành từng đoạn sau đó sẽ đợc lắp lại hoàn chỉnh mà quá trìnhlắp ráp này đợc thực hiện tại công trờng Khi bộ công tác đợc lắp xong thìngời ta liên kết bộ công tác với máy cơ sở qua liên kết chốt Sau khi liên kết

bộ công tác với máy cơ sở xong thì nối đờng dầu dẫn dầu cho tời thuỷ lực vàchỉnh lại cáp xem lại liên kết bulông các chỗ nối xem đã hợp lí cha Khi đãhoàn chỉnh lắp ráp và cho chạy thử (nâng hạ, quay, mang bộ công tác dichuyển tiến lùi, chỉnh góc xiên âm xiên dơng trong phạm vi góc cho phép,

ấn thử cọc từ 2 đến 3 lỗ với cả neo bấc và bấc với độ sâu 4-5m rồi rút lên )thì máy mới đợc đa ra sử dụng để thi công

- Khi làm việc: ngòi lái máy cơ sở điều chỉnh cho máy đến vị trí đã

đánh dấu cần ép bấc rồi sau đó cho máy dừng lại Khi đó chỉnh tay gầu cho

bộ công tác đứng đúng tâm hay xiên âm xiên dơng theo điều kiện công trìnhrồi cố định tay gầu ở vị trí đó để ép 1 Ngời ra tín hiệu cắm bấc hay rút bấclên; 2 ngời giữu bấc và cắt bấc

- Lắp bấc thấm vào neo (luồn bấc thấm qua quai neo rồi gập lên với

độ d của bấc khoảng 150 – 200mm, sau đó bấm gim cho chắc), đút phần

đã gập và quai neo vào rãnh của mũi lõi

- Khi động cơ thuỷ lực hoạt động, Nếu tiến hành quá trình cắm bấcthì: động cơ quay tang cuốn cáp và khi đó cáp kéo kiếm thép xuống thôngqua hệ thống puly dẫn hớng để thực hiện quá trình cắm bấc; Còn khi thựchiện quá trình rút bấc lên thì hành trình của động cơ và cáp léo lại ngợc lạivới lúc cắm

- Thời gian ấn lõi xuóng và lại rút lõi lên không vợt quá thời gian quy

định Chiều sâu ấn lõi đợc xác định nhờ vị trí neo đứng ngang với vị trí vạch

đánh dấu có ghi con số trên cột

- Khi nhấc lõi thép lên cách mặt đất khoảng 150 – 200mm thì phảidừng lại ngay Khi đó ngời cắt bấc sẽ lôi bấc ra khoảng 150 – 300mm (tính

từ phần nhô ra khỏi mặt đất rồi cắt) Chiều dài tự do của bấc đợc cắt này tuỳthuộc vào công trình quy định

- Khi cắm bấc ở điểm đánh dấu này xong thì phải dịch máy sang điểm

đánh dấu khác; mà các vị trí đánh dấu này đã đợc đánh sẵn trên mặt bằng thicông ( xem hình vẽ minh hoạ)

Hình vẽ:

Ưu điểm:

- Do có sẵn máy cơ sở tại công trờng vì phần lớn là thời gian đầu làmnền móng thì máy xúc phải đảm nhiệm công việc Khi đó chỉ phải vậnchuyển bộ công tác đến &dẫn đến sẽ tiết kiệm đợc kinh phí vận chuyển máycơ sở

- Tận dụng đợc hệ thống dầu thuỷ lực của máy cơ sở mà có thể dùngống dẫn dầu để truyền chuyển động cho bộ tời thuỷ lực lắp trên bộ công tác

- Cần trục có bộ di chuyển bánh xích sẽ ổn định hơn so với bánh lốpkhi thực hiện quá trình ép cọc, mặt khác thì bánh xích có thể di chuyển trêncả địa hình lầy lội & nền cát

- Hệ thống thuỷ lực có khả năng truyền lực đợc lớn và đi xa

- Trọng lợng và kích thớc của bộ truyền nhỏ hơn truyền động cơ khí

- Có khả năng tạo ra những tỷ số chuyền lớn (tới 2000 hay cao hơnnữa)

- Truyền động êm dịu không gây tiếng ồn

- Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng và tiện lợi

- Sử dụng máy cơ sở là máy xúc thì sẽ tận dụng đợc diện tích mặtbằng của máy khi thi công hình dáng tổng thể đẹp và có độ thẩm mỹ cao

- Tời thuỷ lực đợc tính toán sau đó mua sẵn vì đã đợc tiêu chuẩn hoávì vậy tiện lợi cho việc sủa chữa và thay thế dẫn đến giảm thời gian và giáthành sủa chữa

Ngoài 2 phơng án dùng máy cơ sở để mang bộ công tác ép trên thìcòn có phơng án dùng máy cày nhng mà do không đáp ứng đợc yêu cầucông việc nên không nêu ra

Thực chất qua 2 ph ơng án trên :

xét về mặt khi tính toán thiết kế cũng nh điều kiện thi công thực tếcủa 2 phơng án trên các công trờng trong nớc, hay là theo dõi quá trình sảnxuất và chế tạo loại máy này ở các hãng máy trên thế giới thì thấy rằng: Ph -

ơng án dùng máy cơ sở là máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực có nhiều u

điểm & khả năng tiện lợi khi thi công trên thực tế hơn hẳn phơng án dùngmáy cơ sở là cần trục bánh xích đã nêu ở trên

Vậy phơng án khả thi để lựa chọn cho tính toán thiết kế máy ép cọcbấc thấm chính là phơng án 2:

Chơng Ii: thiết kế bộ công tác.

I - giới thiệu mô hình tổng thể của máy:

 Mô hình tổng thể của máy nh đã trình bày ở trên bao gồm: (Hình vẽ)

to lớn cho nhân loại Từ phát minh đó mà dần dần các thế hệ máy ép cọc ra đời vớimẫu mã không ngừng cải tiến và công nghệ ngày càng hiện đại hơn, chính xác hơn, tiện lợi hơn & ổn định hơn Cho dù thế nào đi chăng nữa thì loại máy ép cọc bấcthấm với phơng án sử dụng máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực có lắp bộ công tác

ép cọc bấc thấm là một phơng án mà hiện nay và tơng lai đang đợc dùng phổ biến

và rộng rãi, ngày càng phát triển

Chính vì lẽ đó mà qua tìm hiểu trên sách vở, thông tin trên mạng cũng

nh của các bậc tiền bối (những ngời có kinh nghiệm ), mà chúng ta phảicông nhận rằng phơng án này là một phơng án khả thi

Phơng pháp này thực chất là dùng một máy xúc 1 gầu truyền độngthuỷ lực đã tháo tay gầu chỉ để lại tay cần liên kết với bộ công tác bằng liênkết chốt Các máy cơ sở này thông thờng có công suất khoảng từ 100- 300mã lực, phổ biến nhất là từ 120 – 250 mã lực Xi lanh thuỷ lực của máy xúc

có tác dụng tạo độ xiên âm hay xiên dơng cho quá trình ép bấc thấm xuốngnền

Bộ công tác thờng đợc cấu tạo từ cốt thép dẫn hớng mà chủ yếu là cộtthép dạng kín hay hở Trong khung thép có đặt hệ thống bao gồm: bộ tời ép(puly, cáp thép, tang quấn cáp và động cơ thuỷ lực ); cọc thép có đút bấcthấm ở trong (xem hình vẽ cấu tạo)

Từ mô hình tổng thể ta tiến hành tìm hiểu & chọn loại máy cơ sở thích hợp

II - chọn máy cơ sở:

A - Giới Thiệu Chung:

Do có u điểm quan trọng mà phần trên đã trình bày cũng nh là trong

điều kiện thực tế thi công, ngày nay trên thế giới & cả trong nớc: toàn bộcác thiết bị gia cố nền móng nói chung & máy ép cọc bấc thấm nói riêng

đều chọn máy cơ sở là loại máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực

Máy xúc 1gầu là danh từ quen gọi nhng cha hợp lý lắm vì do côngviệc của nó là đào chứ không phải xúc, nhng trên thực tế quen gọi nh vậynên ta cứ dùng Trong các công trình xây dựng đờng xá cầu cống, đê đập,kênh mơng máy xúc 1 gầu thờng đợc liệt vào hàng quan trọng nhất trongcông việc làm móng đào đắp xếp dỡ,

B- Phân Loại:

Có nhiều cách phân loại máy xúc 1 gầu, ở đây chỉ nêu một số cáchphân loại chính:

- Theo cơ cấu di chuyển thì máy xúc 1gầu chia ra thành loại:

+ Di chuyển bánh hơi: dùng cho lọai máy có dung tích gầu thờng từ0,35m3 trở xuống

+ Di chuyển bánh xích: dùng cho lọai máy có dung tích gầu thờng từ0,35m3 trở lên

- Theo dung tích gầu mà máy xúc 1 gầu đợc chia ra: thông thờng thìtrên các công trình xây dựng vừa và nhỏ ngời ta thờng dùng loại máy códung tích gầu 1m3 trở lại, còn ở những công trờng lớn nh mỏ than, mỏ đá,thì ngời ta dùng những loại có dung tích gầu lớn hơn & thậm chí rất lớn

- Theo loại gầu mà máy xúc 1 gầu lại đ ợc chia ra thành những loại :

- Phân loại theo loại truyền động của bộ công tác ta lại có:

+ Máy xúc 1 gầu truyền động cơ học

+ Máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực

2 loại này thờng đợc lắp gầu ngửa và gầu sấp & động cơ dẫn động hầuhết đợc trang bị động cơ điezen

Qua cách phân loại trên về máy xúc và dựa vào yêu cầu thiết kế của để

Trong khoảng 20 năm trở lại đây, các kiểu máy xúc 1 gầu truyền

động thuỷ lực đã phát triển mạnh mẽ và càng có xu hớng thay thế truyền

động cơ khí Sở dĩ máy xúc thuỷ lực đợc u tiên phát triển nh vậy vì chúng cónhiều u điểm hơn so với chuyền động cơ khí

Cụ thể là vài u điểm chính sau:

+ Điều chỉnh vô cấp đợc tốc độ làm việc, thích hợp với sự biến đổi phứctạp của lực cản đào trong quá trình công tác

+ Máy làm việc êm, bảo đảm an toàn khi quá tải, tuổi thọ cao, độ tin cậylớn

Các hãng máy hiện nay thờng sử dụng là: KOMATSU; CAT;LIEBHERR của các nớc sản xuất nh Đức, Nhật, Mỹ, HànQuốc đều đảmbảo làm việc tốt.

Qua tham khảo thông tin qua mạng của nhiều hãng máy trên thế giới,

cụ thể là hãng “KOMATSU - JAPAN”, mà ta có đợc các thông tin về loạimáy xúc 1 gầu thuỷ lực Hãng KOMATSU là một hãng MXD nổi tiếng củaNhật Bản, Đặc biệt là thể loại máy xúc 1Gầu truyền động thuỷ lực hiện nay

đợc các nớc trên thế giới & cả Việt Nam mua & sử dụng nhiều

Bảng: sery máy xúc 1Gầu truyền động thuỷ lực của hãng KOMATSU:

Mác máy Công Suất ĐC Trọng lợng Dung Tích Gầu Chiều sâu đào Tầm với max

Model Flywheel HP Operating

Weight

Bucket Capacity Digging Depth

Maximum Reach

(cu yd) 21'9" 32'5"

0.48-1.0 (cu yd) 18'1" 26'10"

“ Là loại máy xúc 1 gầu(gầu sấp) truyền động thuỷ lực, cơ cấu di chuyển

Các thông tin & thông số cụ thể của loại máy PC300HD6 nh sau:

Mô hình thực máy PC300-HD6:

CÊu t¹o

chung: 1- m¸y c¬ së; 2- Cabin; 3 – Bé truyÒn xÝch; 4- xilanh thuû lùc; Tay cÇn; 6- Tay gÇu; 7- GÇu xóc; 8- Gi¸ ch÷ A

5 kÝch th íc & th«ng sè c¬ b¶n cña m¸y Pc300-hd6:

- Chiều cao đổ đất max = 7010mm;

+ Ld- Là chiều cao của cột dàn (m)

+ Lc- là chiều dài của cọc ấn (m)

+đoạn 3: 5 m

+đoạn 4: 5 m

+đoạn 5: 5,5 m

giữa các đoạn đợc liên kết bằng bu lông , để tăng cờng độ chính xác khi

ghép nối tại các mối ghép ta làm thêm các chốt định vị

2

Tính toán các lực tác dụng lên trục ép

a Lựa chọn hình dáng kích th ớc của cọc ấn

Hình dáng - kích thớc của cọc đợc chọn sao cho máy làm việc trong điều kiện nặng nhọcnhất ,lực tác dụng lên cọc là lớn nhất mà hệ (máy - cột dàn ) vẫn có khả năng làm việc ổn

định do vậy chọn cọc có cấu tạo hình thoi (đó là kết cấu hình lỡi kiếm) ,đó

là thép 45 có tiết diện là : 36 cm2

Cấu tạo của cọc :

S

Pe Pr

b Các lực tác dụng lên trục ép

* Lực ép cọc Pe

+Trớc hết ta xác định tầng địa chất của đất :Nh ta đã biết thiết bị đóng cọcthi công tại các công trờng khác nhau , tại các khu vực khác nhau thì cấu trúc cáctầng địa chất ở khu vực đó là khác nhau ,do đó lực cản tác dụng lên bộ công táccũng khác nhau Muốn xác định đợc lực cản tác dụng lên trục ép ta phải lấy mặtcắt địa chất ở từng khu vực tiêu biểu Tại đây ta xét kết cấu tầng địa chất bao gồmtất cả 3 tầng

Lớp sét

á cát

Lớp bùn

0 4,5

P

1 Trong đó : Pc - lực cản đầu cọc do phản lực của nền tác dụng lên đầu cọc Pb - Tổng các lực bó thân cọc

.P01 - Lực cản riêng của nền tác dụng lên trục ép

P0 phụ thuộc vào tiết diện ngang đầu cọc

Nếu cọc có diện tích Ft<150 cm2 : thì P0 = 1530 tấn / m2

Nếu cọc có diện tích Ft < 800 cm 2 : thì P0 = 40  50 tấn / m2

Vậy với cọc có Ft = 36cm2< 150 cm2 ta chọn P0 = 30 tấn / m2 = 0,03 KN/cm2

Với các loại cọc có chiều dài >10m ta lấy tăng lên 1,5 lần

h là chiều dài của trục ép xuống nền

b

P = 0,162+7,68 = 7,842 tấn Vậy ta có thể chọn : Pe= 8 tấn

z là số tời quấn cáp z = 2

là hiệu suất của các puly

ta có : = p với p là hiệu suất của puly

lấy p = 0.96

  = 0.967 = 0.75

Pr = 12 tấn = 120 KN

 Pmax = 2.0120,75.2 = 40 KNVì cơ cấu làm việc với vận tốc cao để đảm bảo các tầng địa chất ít bị sáo trộn hơn nữa cáp bị uốn nhiều qua các ròng rọc Do đó ta chọn loại cáp lụa có độ cứng nhỏ và có khả năng mềm theo các phơng tốt Loại cáp lụa có kết cấu kiểu K  P theo



OC 3070 -55 có tiếp xúc đờng giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau làm việc lâu hỏng và có khả năng mềm theo cac phơng tốt và đợc sử dụng rộng rãI ,vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền là

 b= 12002100 N/mm2 Vậy ta chọn loại cáp K  P (6*19) =114 theo OC

2688 - 55 giới hạn bền của thép trong khoảng  b= 15001600 N/mm2 để dễ dàng trong việc thay cáp sau này khi cáp bị mòn đứt

Kích thớc dây cáp chọn dựa theo công thức

(Pđ đợc xác định bằng mẫu thử với sợi cáp tiêu chuẩn)

Pmax là lực kéo lớn nhất trên dây cáp

ứng với mỗi phạm vi sử dụng khác nhau ngời ta đa ra các trị số C khác nhau với máy

ép cọc bấc thấm do cáp làm việc nặng nhọc và thờng bị uốn nhiều qua các ròng

rọc thờng chỉ từ 20000  25000 m phảI thay cáp mới do đó thờng lấy trị số C cao

thờng lấy C = 6

Từ công thức:

Pđ  Pmax.C = 6.40 = 240 KN

Xuất phát từ công thức trên ứng với loại dây đả chọn trên với giới hạn bền của sợi 

b=1600 N/mm2 ta chọn loại dây cáp có các thông số sau đây :

e là hệ số thực nghiệm phụ thuộc từng loại máy và chế độ làmviệc

với máy ép cọc bấc thấm ta lấy e = (16 30)

 Dt  dc (20-1)  19 dc

 Dt  19 21 = 399 mmchọn Dt = 400 mm

Dr  (e-1)dc với bộ phận ròng rọc chọn e=16

Ta có Dr  (16-1).21 = 15.21 = 315 mmChọn Dr = 315 mm

ở đây đờng kính ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc

nên có thể chọn nhỏ hơn 20  so với đờng kính ròng rọc làm việc Vậy Drc = 0,8.Dr = 0,8.315 = 252 mm

Chọn Drc = 250 mm

- chiều dài toàn bộ tang

ta có công thức :