Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Cơ khí, Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, P.702-A6 MÁY XÂY DỰNG CHƯƠNG 3: MÁY LÀM ĐẤT 1.1 Công dụng Máy làm đất là những thiết bị được sử dụng để thực
Trang 1Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Cơ khí, Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, P.702-A6
MÁY XÂY DỰNG CHƯƠNG 3: MÁY LÀM ĐẤT
1.1 Công dụng
Máy làm đất là những thiết bị được sử dụng để thực hiện công tác đất bao gồm: đào, vận chuyển, san và đầm đất Đào và vận chuyển đất là những công việc chính của công tác đất trong các công trình xây dựng, chiếm một khối lượng lớn Ở nhiều công trình, công việc này chiếm đến 60% khối lượng công việc như: xây dựng thủy lợi, thủy điện, cầu cống, sân bay, hải cảng,…
1.2 Phân loại
- Theo công dụng, máy làm đất được phân thành:
+ Máy đào: để đào, xúc đất đổ vào các phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống (máy đào một gầu, máy xúc, máy đào nhiều gầu)
+ Máy đào và vận chuyển: bao gồm những máy đào đất gom lại thành đống hay vận chuyển đi hoặc san ra thành từng lớp (máy ủi, máy cạp, máy san)
+ Máy đào một gầu: máy đào gầu ngửa, máy đào gầu sấp
+ Máy đào nhiều gầu: máy đào roto và máy đào kiểu guồng
n k
g.100%
Trang 2- Độ dẻo: là tính chất thay đổi hình dáng của đất khi có ngoại lực tác dụng, lúc thôi tác dụng hình dáng đất thay đổi vẫn tồn tại
- Độ tơi xốp: là độ tăng thể tích cho đất sau khi bị đào xới, được xác định bằng hệ số tơi xốp Ktx:
1 tx 0
VKV
=trong đó:
V1 - thể tích đất sau khi bị đào xới
V2 - thể tích đất trước khi bị đào xới
2.2 Quá trình đào cắt đất
Đất là một môi trường phức tạp nên đào đất cũng phải là một quá trình rất phức tạp, được phân thành 2 loại cơ bản:
- Đào đất thuần túy: là tách đất bằng bộ công tác dùng lưỡi xới, cuốc,…
- Đào và tích đất: là dùng bộ công tác của máy làm đất để tách đất, phá vỡ đất rồi tích lại như gầu máy đáo, thùng máy cạp, lưới ủi của máy ủi
- Đào và đắp nền cao tới 2 m
- Ủi hoặc san rải vật liệu như đá dăm, cát, đá, sỏi,
- Ngoài ra máy còn có thể làm các công việc chuẩn bị mặt nền như : Bào cỏ, bóc lớp tầng phủ, hạ cây, nhổ gốc cây, thu dọn mặt bằng thi công v.v Ngoài ra máy còn được dùng làm nhiệm vụ kéo hoặc đẩy các phương tiện khác
b) Phân loại:
- Theo công dụng chia thành:
+ Máy ủi có công dụng chung: làm được nhiều công việc
+ Máy ủi có công dụng riêng: chỉ làm được một số công việc nhất định
- Theo công suất động cơ và lực kéo danh nghĩa:
+ Loại rất nặng: công suất trên 300 ml; lực kéo >30T
Trang 3Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Cơ khí, Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, P.702-A6
+ Loại nặng: công suất 150÷300 ml; lực kéo 20÷30T
+ Loại trung bình: công suất 75÷150 ml; lực kéo 13,5÷20T
+ Loại nhẹ: công suất 35÷75 ml; lực kéo 2,5÷13,5T
+ Loại rất nhẹ: công suất tới 35 ml; lực kéo tới 2,5 T
- Theo bộ di chuyển:
+ Máy ủi di chuyển bánh xích
+ Máy ủi di chuyển bánh lốp
- Theo hệ thống điều khiển:
+ Máy ủi điều khiển thủy lực
+ Máy ủi điều khiển cáp
hệ thống thủy lực Loại máy này so với máy ủi điều khiển bằng hệ thống cáp có những ưu điểm cơ bản sau:
- Trọng lượng bộ công tác nhỏ hơn khi các điều kiện khác như nhau (do lưỡi ủi được ăn xuống nền nhờ lực đẩy xylanh chứ không nhờ trọng lượng bản thân như ở truyền động cáp)
- Điều khiển chính xác, nhẹ nhàng
- Tuổi thọ cao, kết cấu gọn
- Chăm sóc, bảo quản đơn giản
Khi thi công các công trình có bề mặt phức tạp, đa dạng nên chọn loại máy có trang bị lưỡi ủi vạn năng Các máy ủi có bộ di chuyển xích được khai thác rất có hiệu quả trên vùng đồi núi có khả năng bám và độ ổn định cao Ngược lại, đối với vùng đồng bằng, có thể ưu tiên chọn các máy có bộ di chuyển bánh lốp áp suất thấp Các máy này cho tính cơ động cao và năng lượng tiêu phí trong quá trình làm việc nhỏ hơn hẳn so với máy có bộ di chuyển bánh xích trong các điều kiện khác là như nhau
Bộ răng xới được sử dụng có hiệu quả trong việc làm tơi các loại đất cứng, đất lẫn đá trước khi các loại máy ủi, máy san, máy bốc xúc hoạt động
Với những công việc trên, dùng máy xới có thể rẻ tiền hơn từ 5-6 lần so với dùng chất nổ
Trang 4c) Sơ đồ cấu tạo
Hỡnh 3-1 Mỏy ủi điều khiển thủy lực
1- Lưỡi ủi; 2- Thanh chống; 3- Xylanh nõng hạ lưỡi ủi; 4- Động cơ; 5- Cabin điều khiển; 6- Con lăn đỡ; 7- Bỏnh sao chủ động; 8- Con lăn chịu tải; 9- Xớch; 10- Khớp cầu; 11- Khung ủi;12- Bỏnh sao
bị động
c) Nguyờn lý làm việc:
- Hạ lưỡi ủi sao cho bập xuống nền đào, cho mỏy tiến, đất dần được tớch tụ trước lưỡi ủi Khi đó tớch đầy đất, tiến hành vận chuyển đất bằng cỏch nõng lưỡi ủi lờn một chỳt (chưa thoỏt khỏi nền đào) với mục đớch đào thờm một chỳt ớt bự lượng hao phớ khi vận chuyển Khi đến nơi đổ điều khiển cặp xi lanh thủy lực cho lưỡi ủi thoỏt khỏi nền đào, quay mỏy (lựi mỏy nếu cự ly ngắn) về vị trớ ban đầu để thực hiện chu kỳ làm việc tiếp theo
- Nếu ta muốn san rải đều khối đất đó vận chuyển, cần phải nõng lưỡi ủi theo chiều dầy muốn rải và tiếp tục cho mỏy tiến
d) Năng suất của mỏy ủi
Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến năng suất :
- Năng suất của mỏy ủi phụ thuộc vào trỡnh độ người lỏi
- Phương phỏp thi cụng
- Đặc điểm địa hỡnh thi cụng
Mỏy ủi khi xuống dốc thỡ năng suất sẽ cao hơn vỡ trở lực di chuyển khối đất lăn giảm, sức đẩy tăng, thể tớch khối đất tăng Mỏy ủi lờn dốc thỡ năng suất lại giảm, độ dốc 10% thỡ năng suất cú thể giảm 40 ữ 50 % so với trờn địa hỡnh bằng phẳng
Biện phỏp đào tớch đất với chiều dày vỏ bào khụng đổi cú năng suất kộm hơn so với kiểu đào bậc thang và nhất là kiểu đào hỡnh thang lệch
10 11
12
- Sơ đồ cấu tạo máy ủi
1 - Luỡi ủi 7 - Bánh sao chủ động
Trang 5Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Cơ khí, Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, P.702-A6
Hình 3.6 : Sơ đồ đào đất của máy ủi Quá trình đào tích đất thường dùng số 1 hoặc số 2, di chuyển khối lăn đi số cao hơn và trở về nơi đào, nếu cự ly ngắn đi số lùi, nếu cự ly dài và cho phép nên quay đầu để tranh thủ đi số cao nhất
Năng suất của máy ủi cũng tăng nếu dùng biện pháp “ song hành ”, tức hai máy cùng làm việc bên nhau, lưỡi ủi cách nhau 0,25 ÷ 0,3 m Như vậy, thể tích khối lăn sẽ lớn hơn, đất ít bị rơi vãi trong quá trình di chuyển, năng suất tăng khoảng 10 ÷ 15%
Biện pháp đào và di chuyển tiếp sức, tức chia nhỏ cự ly công tác ra làm một vài đoạn, khối lượng đất làm trong mỗi đoạn độ 200÷300 m3 thì lại chuyển tiếp sang đoạn khác, năng suất có thể tăng từ 5 ÷ 10 %
Kết luận: Các biện pháp nâng cao năng suất máy ủi:
+ Tận dụng độ dốc
+ Thi công theo sơ đồ hình thang hoặc hình thang lệch
+ Tiến hành ủi song hành
Trang 6l1, l2, l3, v1, v2, v3 - quãng đường và vận tốc: cắt, vận chuyển và quay về
to - thời gian hạ lưỡi ủi, to = 1,5÷2,5 [s]
ts - thời gian thay đổi số, ts = 4÷5 [s]
tq - thời gian quay máy, tq = 8÷15 [s]
- Trường hợp san đất:
t q
l - chiều dài quãng đường cần san [m]
L - chiều dài lưỡi ủi [m]
v - tốc độ san [m/s]
n - số lần san tại 1 chỗ
b - chiều rộng trùng lặp khi san (b ≈ 0,5 [m])
ϕ - góc giữa lưỡi ủi và hướng chuyển động của máy khi ủi đất về một bên
Kt - hệ số sử dụng thời gian
tq - thời gian máy quay [s]
Trang 7Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Cơ khí, Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, P.702-A6
3.2 Máy cạp (máy xúc chuyển)
- Cự ly làm việc thích hợp là 300 m với máy cạp kéo theo, 5000÷8000 m với máy cạp tự hành Máy
có thể cắt đất với chiều sâu cắt 0,12÷0,53 m, rải đất với chiều dầy 0,15÷0,45 m
Ưu điểm:
- Sử dụng rộng rãi, có tính cơ động cao
- Bảo dưỡng dễ
- Vận chuyển xa mà không bị hao hụt
- Năng suất cao, giá thành rẻ
Nhược điểm:
- Không làm việc được ở những nơi có lẫn đất đá, có rễ cây, gốc cứng
- Làm việc ở đất dính, ẩm ướt năng suất giảm
- Mặt bằng làm việc phải phẳng và rộng, có đường di chuyển riêng
b) Phân loại:
- Theo khả năng di chuyển chia làm 3 loại:
+ Máy cạp kéo theo
+ Máy cạp nửa kéo theo
+ Máy cạp tự hành
- Theo phương pháp điều khiển:
+ Máy cạp điều khiển thủy lực
+ Máy cạp điều khiển cáp
- Theo phương pháp dỡ tải:
+ Máy cạp đổ đất tự do
+ Máy cạp đổ đất cưỡng bức
+ Máy cạp đổ đất nửa cưỡng bức
+ Máy cạp đổ đất qua khe hở đáy thùng
Trang 8c) Sơ đồ cấu tạo:
Hỡnh 3-2 Sơ đồ cấu tạo mỏy cạp đổ đất cưỡng bức
1- Động cơ; 2- Cabin; 3- Ổ liờn kết; 4- Xylanh lỏi; 5- Khung đỡ; 6- Xylanh nõng hạ thựng cạp; 7- Nắp thựng; 8- Xylanh điều khiển nắp thựng; 9- Thựng cạp; 10- Tấm gạt; 11- Xylanh điều khiển tấm gạt; 12- Đầu đấm;
13- Bỏnh bị động; 14- Lưỡi cạp; 15- Khung cạp; 16- Bộ truyền động; 17- Bỏnh chủ động
d) Nguyờn lý làm việc:
Chu kỳ làm việc của mỏy cạp gồm 3 cụng đoạn:
- Cắt và tớch đất vào thựng: mỏy cạp đến vị trớ cắt đất, thựng cạp được hạ xuống nhờ cặp xylanh (6), nắp thựng được nõng lờn nhờ xylanh (8), lưỡi cắt được ấn sõu xuống đất nhờ trọng lượng thựng cạp
và lực ấn của xylanh thủy lực kết hợp với lực kộo của đầu kộo thực hiện việc cắt đất
- Vận chuyển đất tới nơi cần xả đất (lỳc này mỏy cạp như ụtụ vận chuyển đất)
- Xả đất: đất được xả khi mỏy di chuyển, cửa phớa trước được nõng lờn và đất được xả theo 4 cỏch:
l1, l2, l3, l4 - tương ứng là quóng đường: cắt, vận chuyển, dỡ tải, quay về [m]
v1, v2, v3, v4 - tương ứng là vận tốc cắt, vận chuyển, xả, quay về [m/s]
tq - thời gian quay vũng [s]
ts - thời gian sang số [s]
12 13 14
15 16
4 - Xi lanh lái 10 - Tấm gạt 16 - Bộ truyền động
5 - Khung kéo 11 - Xi lanh đ/k tấm gạt 17 - Bánh chủ động
6 - Xi lanh nâng hạ thùng cạp 12 - Đầu đấm
Trang 9Trường Đại học Giao thụng vận tải, Khoa Cơ khớ, Bộ mụn Mỏy xõy dựng-Xếp dỡ, P.702-A6
3.3 Mỏy san
a) Cụng dụng:
- Mỏy san là loại mỏy làm đất tự hành, di chuyển bằng bỏnh lốp, điều khiển bằng thủy lực, là một trong những mỏy làm đất chủ đạo được dựng rộng rói và rất cú hiệu quả trong cỏc cụng tỏc làm đất sau:
+ Làm cụng tỏc chuẩn bị như bào cỏ, xới đất cứng
+ San rải, trộn cấp phối đỏ, dăm, sỏi,
+ San lấp hố rónh, bạt ta-luy, đào rónh thoỏt nước
+ San nền đường, sõn bay,…
- Đối tượng nền mà mỏy cú thể thi cụng là đất thuộc loại IữIII, nhưng chủ yếu là loại I, II Cự ly san đất cú hiệu quả lớn hơn 500 m, cũn khi ủi đất thỡ cự ly ≤ 30m
b) Phõn loại:
- Theo trọng lượng và cụng suất động cơ người ta chia thành:
- Theo phương phỏp điều khiển:
+ Mỏy san điều khiển cơ học
+ Mỏy san điều khiển thủy lực
+ Mỏy san điều khiển phối hợp
- Theo sơ đồ bỏnh xe:
+ Mỏy san loại hai trục
+ Mỏy san loại ba trục
c) Sơ đồ cấu tạo:
15
1 - Động cơ 7 - Cơ cấu lái 13 - Cơ cấu đ/k luỡi san
2 - Cabin 8 - Bánh lái 14 - Bánh chủ động
3 - Cần lái 9 - Khớp cầu 15 - Cơ cấu truyền động
4 - Xi lanh nghiêng luỡi san 10 - Khung kéo
5 - Xi lanh nâng hạ luỡi san 11 - Mâm xoay
6 - Khung đỡ 12 - Luỡi san
- Sơ đồ cấu tạo máy san
Hỡnh 3-3 Sơ đồ cấu tạo mỏy san
Trang 101- Động cơ; 2- Cabin; 3- Cần lái; 4- Xylanh nghiêng lưỡi san; 5- Xylanh nâng hạ lưỡi san; 6- Khung chính; 7- Cơ cấu lái; 8- Bánh lái; 9- Khớp cầu; 10- Khung kéo; 11- Mâm quay; 12- Lưỡi san; 13- Cơ cấu điều khiển lưỡi san; 14- Bánh chủ động; 15- Cơ cấu truyền động
d) Nguyên lý làm việc:
- Máy và cabin đặt ở phía sau, có trang bị bộ di chuyển bánh hơi, 2 trục bánh sau nhân động lực từ động cơ thông qua bộ truyền cơ khí hoặc truyền động thủy lực trung gian Đầu máy phía sau và hệ thống bánh phía trước được liên kết với nhau bằng khung chính (6) Trên đó
gá lắp bộ công tác của nó
- Bộ phận chính của bộ công tác là lưỡi san Lưỡi san (12) được bắt với khung kéo (10) qua mâm quay (11) và khung kéo (10) tại 3 điểm vì thế lưỡi san linh hoạt hơn lưỡi ủi Từ buồng điều khiển, qua hệ thống truyền động người lái có thể điều khiển được các động tác sau: + Nâng hạ lưỡi san cưỡng bức trong mặt phẳng thẳng đứng
+ Đưa lệch lưỡi san sang hai phía (phải, trái)
+ Quay lưỡi san một góc ϕ (theo chiều dọc lưỡi so với trục dọc của máy)
Tất cả các động tác trên cho phép đồng thời điều khiển phối hợp
- Khung kéo (10) liên kết với khung chính (6) ở phía trước bằng khớp cầu (9) và treo vào khung chính ở phía sau nhờ các xylanh thủy lực (4) và (5) Hai xylanh thủy lực (5) làm việc độc lập, có thể nâng khung kéo và làm nghiêng trong mặt phẳng đứng Xylanh thủy lực (4)
để đưa khung kéo lệch sang 1 bên so với đường dọc trục máy Lưỡi san có thể quay tròn trong mặt phẳng nhờ mâm quay (11)
- Cơ cấu điều khiển (13) để điều chỉnh góc cắt của lưỡi san
- Chính nhờ sự di chuyển linh hoạt lưỡi san mà lưỡi san có thể san lấp hố, tạo dáng mặt nền, bạt ta-luy hay đào rãnh thoát nước
- Máy san cũng có thể lắp thêm các thiết bị phụ như lưỡi ủi, lưỡi xới để tăng tính đa năng khi làm việc
- Khi đào đất: điều khiển lưỡi san quay đi 1 góc ϕ xác định trước và hạ lưỡi bập vào nền với chiều dày vỏ bào thích hợp, sau đó cho máy tiến về phía trước, đất được cắt chạy dọc lưỡi san đổ ra phía ngoài máy
- Khi san rải vật liệu: chỉ cần nâng lưỡi san lên theo chiều dày muốn rải và tiếp tục cho máy tiến về phía trước
- Các công việc khác: tạo dáng mặt nền hay bạt ta luy, đào rãnh nước vv đều có thể tiến hành được nhờ phối hợp các thao tác điều khiển lưỡi san
e) Năng suất máy san:
- Trường hợp cắt và vận chuyển đất:
d t
ck tx
3600.V KQ
T K
= [m3/h]
Trong đó:
Trang 11Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Cơ khí, Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, P.702-A6
Vd - thể tích khối đất trước lưỡi san tính cho 1 chu kỳ làm việc [m3]
Kt - hệ số sử dụng thời gian (Kt = 0,8÷0,95)
Ktx - hệ số tơi xốp của đất
Tck - thời gian 1 chu kỳ làm việc [s]
Tck = t1+t2+t3+t4+t5+t6
Với t1: thời gian cắt và vận chuyển đất [s]
t2: thời gian lùi máy [s]
t3, t4: thời gian nâng hạ lưỡi san [s]
t5, t6: thời gian quay máy ở cuối hành trình công tác và ở cuối hành trình trở về [s]
- Trường hợp san phẳng:
t q
l - chiều dài quãng đường cần san [m]
L - chiều dài lưỡi san [m]
v - tốc độ san [m/s]
n - số lần san tại 1 chỗ
b - chiều rộng trùng lặp khi san (b ≈ 0,5 [m])
ϕ - góc giữa lưỡi san và hướng chuyển động của máy khi san đất về một bên
b) Phân Loại:
- Theo thời gian đào đất và nguyên lý làm việc, người ta chia máy đào làm 2 nhóm chính: + Nhóm máy đào hoạt động liên tục (máy đào nhiều gầu)
+ Nhóm máy đào hoạt động chu kỳ (máy đào một gầu)
- Theo cơ cấu di chuyển:
+ Máy đào bánh lốp
+ Máy đào bánh xích
- Theo dạng gầu:
+ Máy đào gầu sấp (gầu nghịch)
+ Máy đào gầu ngửa (gầu thuận)
+ Máy đào gầu ngoạm
+ Máy đào gầu dây (gầu quăng)
Trang 12+ Máy đào gầu bào
+ Máy đào nhiều gầu
3.4.1 Máy đào một gầu
a) Công dụng:
− Máy đào một gầu là một trong những loại máy chủ đạo trong công tác làm đất nói riêng
và trong công tác xây dựng nói chung Máy đào thường làm nhiệm vụ khai thác đất và đổ vào phương tiện vận chuyển, hoặc chúng tự đào và vận chuyển đất trong phạm vi cự ly ngắn như đào đắp kênh nương
− Máy đào đảm nhiệm 50 ÷ 70 % khối lượng công tác đào xúc đất Trong các công trình xây dựng máy đào là một trong những loại quan trọng nhất Máy đào một gầu là loại máy làm việc theo chu kỳ gồm các nguyên công đào tích đất vào gầu nâng lên và đổ vào phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống
− Máy đào một gầu được sử dụng có hiệu quả trong các trường hợp sau :
+ Đào và xúc các loại đất , đá, khoáng sản, ở vị trí cao hơn nền máy đứng (khi lắp gầu ngửa )
+ Đào và xúc các loại đất , đá, khoáng sản, ở vị trí thấp hơn nền máy đứng (khi lắp gầu sấp)
+ Khai thác đất, bùn, cát, sỏi ở vị trí xa hoặc thấp so với nền máy đứng ( khi lắp gầu dây )
+ Đào các loại kênh mương, rãnh, hố lớn
+ Nạo vét kênh mương, luồng lạch
+ Bạt ta-luy, bào nền, hớt đất đá và bóc mặt đường cũ
+ Bóc dỡ vật liệu rời
+ Đóng cọc khi lắp giá búa
b) Phân loại:
+ Theo công dụng: Có máy đào vạn năng và máy đào chuyên dụng
+ Theo hệ thống treo bộ công tác: Có hệ treo mềm (cáp), và hệ treo cứng ( dùng xylanh thủy lực )
+ Theo hệ thống di chuyển: Có máy di chuyển bánh xích và máy di chuyển bánh lốp + Theo đặc điểm truyền động: Có máy đào truyền động cơ khí và máy đào truyền động thủy lực
+ Theo dung tích gầu :
Trang 13Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Cơ khí, Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, P.702-A6
Hình 3-4 Các thiết bị công tác của máy đào
a- Máy đào sử dụng dây cáp; b- Máy đào sử dụng thủy lực
Trong những năm gần đây, máy đào một gầu truyền động thủy lực đã được phát triển mạnh mẽ
và có xu hướng thay thế dần các máy đào có bộ truyền động cơ khí So với máy đào truyền động cơ học (tiêu biểu là truyền động cáp) chúng có những ưu điểm căn bản sau :
- Điều chỉnh vô cấp được tốc độ làm việc do thích hợp với sự biến đổi phức tạp của lực cản đào trong quá trình công tác
- Máy làm việc êm, đảm bảo an toàn khi quá tải, tuổi thọ cao, độ tin cậy lớn