máy khoan kích ngầm

Khi thi công các cống ngầm khoan ngầm trong lòng đất, nguyên lý hoạt động của công nghệ kích đẩy sẽ giúp hỗ trợ thực hiện thiết lập cửa hầm đầu và cửa hầm cuối của đoạn đường cống ngầm c

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ bảo và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt các năm học vừa qua Nhờ sự chỉ bảo nhiệt tình của quý thầy cô đã giúp chúng

em có được một nền tảng kiến thức cũng như hành trang để vững bước trên con đường tương lai Đặc biệt là thầy Phạm Huy Hoàng đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, dạy dỗ và truyền đạt nhiều kiến thức quý báu trong suốt quá trình chuẩn bị, thực hiện và hoàn thành

đề tài này Ngoài ra em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Vũ Như Phan Thiện đã giúp

đỡ em rất nhiều trong giai đoạn đầu nhận đề tài

Không những vậy, trong quá trình học tập và suốt khoảng thời gian thực hiện đề tài này không thể nào thiếu được sự hỗ trợ cũng như là những lời động viên của các bạn đồng học, mình xin chân thành cảm ơn các bạn Trí, Quang, Hải, Tuấn, Vinh và các bạn đồng học khoa

Cơ khí khoá 2014 đã tiếp thêm động lực cho mình duy trì đến cuối cùng

Với kiến thức còn hạn hẹp, khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn chưa được tốt nên trong thực hiện luận văn không tránh khỏi những sai sót và những hạn chế Em rất mong nhận được những đóng góp của quý thầy cô để em hoàn chỉnh kiến thức của mình

Cuối cùng, em xin kính chúc thầy Phạm Huy Hoàng cùng toàn thể giảng viên khoa Cơ khí cũng như Bộ môn Thiết Kế Máy lời chúc sức khỏe, và đạt được nhiều thành công trong cuộc sống

Em xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Vũ Hữu Minh

+ Luận văn gồm có 6 chương:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

CHƯƠNG 6: PHỤ LỤC

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

TÓM TẮT LUẬN VĂN 2

DANH SÁCH HÌNH ẢNH 6

DANH SÁCH BẢNG 8

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 9

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 10

1.1 Nền tảng 10

1.2 Giới thiệu về khoan kích ngầm 12

1.2.1 Mô tả 12

1.2.2 Ứng dụng 12

1.2.3 Ưu điểm 13

1.3 Một số phương pháp khoan kích ngầm phổ biến hiện nay 13

1.3.1 Phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM) 14

1.3.2 Phương pháp kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ (Pipe jacking and microtunnelling) 15

1.3.2 Một số máy khoan kích ngầm hiện nay 19

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 23

2.1 Yêu cầu thiết kế 23

2.2 Nhiệm vụ thiết kế 23

2.3 Lựa chọn và phân tích chức năng thiết kế 24

2.3.1 Chọn phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM) để thiết kế 24

2.3.2 Lựa chọn bộ truyền làm việc cho phần cơ 28

2.4 Nguyên lý hoạt động 30

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý 30

2.4.2 Sơ đồ động 30

2.5 Mô hình sơ bộ 32

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 33

3.1 Cơ sở lý thuyết 33

3.1.1 Lực cắt 33

3.1.2 Lực ma sát 35

3.2 Tính toán 38

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN 40

4.1 Thiết kế hệ thống thủy lực và mạch điều khiển 40

4.1.1 Sơ đồ mạch 40

4.1.2 Nguyên lý hoạt động 41

4.1.3 Chọn xilanh 42

4.1.4 Chọn nguồn thủy lực 43

4.1.5 Tính toán chọn đường ống 44

4.1.6 Tính toán chọn thùng chứa dầu: 45

4.2 Thiết kế phần điện 45

4.2.1 Sơ đồ mạch điện 45

4.2.2 Nguyên lý hoạt động 47

4.3 Chọn mua lazer 48

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 50

5.1 Chọ n mua động cơ và hộp giảm tốc 50

5.1.1 Phân phối tỷ số truyền 50

5.1.2 Chọn mua hộp giảm tốc 50

5.2 Thiết kế bộ truyền ngoài : Bộ truyền xích 54

5.2.1 Chọn vật liệu 54

5.2.2 Tính toán 54

5.3 Tính toán thiết kế trục quay (trục công tác) 56

5.3.1 Các thông số cơ bản: 56

5.3.2 Thiết kế sơ bộ 56

5.3.3 Kiểm tra bền nén: 57

5.3.4 Kiểm tra bền xoắn: 57

5.3.5 Kiểm tra lực gây phá hủy vành bên 59

5.4 Thiết kế nối trục động cơ 59

5.4.1 Thông số cơ bản 59

5.4.2 thiết kế sơ bộ 59

5.4.3 Kiểm tra bền xoắn: 60

5.5 thiết kế và chọn then 61

5.6 Thiết kế bộ phận công tác 62

5.7 Thiết kế cơ cấu cam 62

5.8 Thiết kế khung máy 63

5.8.1 Thiết kế khung 63

5.8.2 Kiểm tra bền đối với thanh ngang 64

5.8.3 Thiết kế chi tiết còn lại, lắp ráp và hoàn thiện 66

CHƯƠNG 6: PHỤ LỤC 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Mô hình máy khoan kích ngầm [14] 12

Hình 1 2 Một số máy khoan kích ngầm dẫn hướng của công ty Akkerman [2] 14

Hình 1 3 Môi trường làm việc khi gặp đất mềm [2] 17

Hình 1 4 Hệ thống xi lanh thủy lực [3] 17

Hình 1 5 Một số đầu khoan [4] 18

Hình 1 6 Máy Thrust Frame - 4800 Series [2] 19

Hình 1 7 Máy Sanwa Prestone [5] 20

Hình 2 1 Lắp đặt các ống dẫn hướng [2] 24

Hình 2 2 Hệ thống điều chỉnh dẫn hướng cho GBM [2] 25

Hình 2 3 Các loại dao khoan và thiết bị hỗ trợ khác [2] 25

Hình 2 4 Lắp đặt vỏ bọc dọc theo đường ống dẫn hướng [2] 26

Hình 2 5 Vỏ bọc [2] 26

Hình 2 6 Đầu khoét cho GBM [2] 27

Hình 2 7 Lắp đặt đường ống sản phẩm cuối cùng [2] 27

Hình 2 8 Sơ đồ nguyên lý làm việc 30

Hình 2 9 Khoan dẫn hướng 30

Hình 2 10 Khoan và khoét đất 31

Hình 2 11 Hoàn thành công đoạn khoan 31

Hình 2 12 Mô hình sơ bộ 32

Hình 3 1 Hệ số khả năng chịu tải (λ) vs Góc ma sát (ϕ) [15] 34

Hình 3 2 P hân tích lực trên mũi dao dẫn hướng 38

Hình 3 3 Khoan và khoét đất 39

Hình 4 1 Sơ đồ mạch thủy lực và mạch điều khiển 40

Hình 4 2 Xilanh [16] 43

Hình 4 3 Bộ nguồn thủy lực của hãng Brevini [17] 43

Hình 4 4 Mạch điện điều khiển và bảo vệ động cơ 46

Hình 4 5 Khởi động từ S-T21 220V - Mitsubishi [11] 47

Hình 4 6 Lazer [19] 48

Hình 5 1 Một số hộp giảm tốc của hãng SIEMENS [9] 50

Hình 5 2 Kiểu hộp giảm tốc được chọn [9] 51

Hình 5 3 Thông số kích thước của hộp giảm tốc và động cơ [9] 53

Hình 5 4 Trục công tác 57

Hình 5 5 Ứng suất tiếp τmax 58

Hình 5 6 Chiều của lực tác dụng lên trục 59

Hình 5 7 Nối trục 60

Hình 5 8 Bộ phận công tác 62

Hình 5 9 Cơ cấu cam 63

Hình 5 10 Mặt cắt ngang khung máy và xilanh 64

Hình 5 11 Mặt cắt ngang của thanh ngang 65 Hình 5 12 Hoàn thiện sản phẩm 66

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 1 Bảng thông số kỹ thuật máy Sanwa Prestone [5] 21

Bảng 3 1 Bảng Ps dựa trên lo ại đất (Herzog, 1985) [6] 33

Bảng 3 2 Bảng Giá trị điển hình cho sự kết dính c ủa ống và đất [15] 34

Bảng 3 3 Hệ số ma sát đối với ống thép ho ặc gang (Stein, 2005) [9] 36

Bảng 3 4 Tóm t ắt các tính toán cho ứng suất bình thường trên đường ống 36

Bảng 4 1 Mối quan hệ giữa lực và đường kính xilanh theo catalogue [16] 42

Bảng 5 1 P hân phối tỷ số truyền 50

Bảng 5 2 Thống số kỹ thuật của bộ hộp giảm tốc và động cơ [9] 52

Bảng 5 3 Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt 61

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 GBM: Guided Boring Machine

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Nền tảng

Không gian ngầm và phát triển bền vững đô thị

+ Với lợi thế phát triển linh hoạt, ẩn giấu hình khối và cách ly với môi trường mặt đất, không gian ngầm đã bắt đầu được chú ý từ đầu thế kỷ 20 Quá trình “tịnh tiến vào lòng đất” bắt đầu thịnh hành tại các nước châu Âu và Bắc Mỹ từ cuối thế kỷ 19 Tới năm

1983, không gian ngầm đã chính thức được công nhận là một loại tài nguyên Năm 1991, tại một hội thảo do ITA (Hiệp hội quốc tế về sử dụng không gian ngầm và hầm) tổ chức, Tuyên ngôn Tokyo đã ra đời với nội dung “Thế kỷ 21 là thế kỷ sử dụng không gian ngầm” Thực tế đã chứng minh được rằng khai thác chiều sâu lòng đất là xu hướng không thể đảo ngược của phát triển đô thị hiện đại với các lợi ích: Tiết kiệm năng lượng; nâng cao hiệu quả sử dụng mặt đất, giải quyết được vấn đề mật độ tập trung quá cao tại các khu trung tâm; nâng cao năng lực cơ sở hạ tầng, thực hiện phân lớp giao thông dễ dàng; giữ gìn cảnh quan lịch sử văn hóa cho đô thị; tăng diện tích các khu vực xanh, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải thiện sinh thái đô thị…

+ Trong Đại hội lần thứ 30 năm 2004 họp tại Singapore, ITA đã khẳng định

“Khai thác không gian ngầm là phương cách duy nhất để đô thị có thể phát triển bền vững trong sự đi lên của nhân loại”

+ Hiện nay ở nước ta phổ biến tình trạng lắp đặt hệ thống đường ống thoát nước bằng phương pháp đào hở, nhưng trong những năm qua do mật độ xây dựng ở các thành phố ngày càng đông đúc, đã gây ra những khó khăn cho việc đào hở

+ Để giải quyết những khó khăn này, các chuyên gia đã tìm tòi và đưa ra phương pháp khoan kích ngầm để tránh tác động đến giao thông cũng như các công trình trên mặt đất

+ Thực tế cho thấy, tại một số đô thị lớn của Việt Nam như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng…, khi thi công xây dựng những hệ thống hỗ trợ liên quan đến đô thị như đường ống cấp nước, thoát nước, cấp điện và cáp truyền thông tin…, hầu hết các dự án này đều được thi công bằng phương pháp đào mở Hình thức này tuy đơn giản, chi phí thấp

nhưng lại có hạn chế lớn là khó quản lý bởi việc thi công kéo dài, chỉ phù hợp cho việc thi công ở độ sâu ngắn, nằm ngay gần mặt đất Chưa kể, sau khi hoàn thiện công trình, nhiều đơn vị thi công chỉ quan tâm “dọn dẹp” khu vực mình quản lý, để mặc khu vực xung quanh với những con đường lồi lõm, chắp vá, làm mất mỹ quan đô thị Khi thi công các cống ngầm (khoan ngầm trong lòng đất), nguyên lý hoạt động của công nghệ kích đẩy sẽ giúp

hỗ trợ thực hiện thiết lập cửa hầm đầu và cửa hầm cuối của đoạn đường cống ngầm cần lắp đặt Dung kích đẩy máy đào từ cửa hầm đầu hướng về cửa hầm cuối, sau đó đặt các đoạn ống (bê tông) đã được làm sẵn nối tiếp sau máy đào và kích đẩy dần các đoạn ống này nối tiếp theo máy đào cho đến khi đầu mối chạm đến cửa hầm cuối tạo thành một đường cống ngầm dài xuyên suốt, giúp giữ nguyên bề mặt hiện trạng của khu vực thi công

+ Phương pháp này đặc biệt hữu ích với những thành phố có mật độ giao thông lớn, những đường ngầm qua sông, cống ngầm đi qua các khu đô thị…, do thi công ngầm dưới mặt đất nên giao thông vẫn có thể lưu thông bình thường, giảm được ùn tắc giao thông, giảm ô nhiễm bụi, không chiếm dụng mặt đường như phương pháp đào mở, kể cả khu vực có nền đất yếu (nền đất càng yếu bao nhiêu càng dễ dàng kích đẩy ống cống bấy nhiêu mà không làm vị trí ống cống bị di chuyển) Mặt khác, do công nghệ kích đẩy bằng định vị điều khiển tự động nên không cần sử dụng con người vì nếu dùng nhân công sẽ nguy hiểm và tiến độ rất chậm trong khi nhân lực chỉ có thể đào từ 6 – 10 mét sâu Với công nghệ này, thành phố có thể dễ dàng tạo nên những đường ống thoát nước, hào chứa nước lớn, giúp thoát nước nhanh chóng hơn hoặc xây dựng đường ống dẫn nước sinh hoạt hằng ngày, đường điện…

+ Công nghệ kích cống ngầm đã được áp dụng nhiều trên thế giới, tại Tp.HCM cũng đã có nhiều công trình áp dụng công nghệ này vào khoan kích ống ngầm nhiều tuyến cấp, thoát nước như tuyến thoát nước dọc sông Nhiêu Lộc – Thị Nghè, tuyến cấp nước qua sông Sài Gòn, … Tuy nhiên, một số chuyên gia ngành Cấp thoát nước cho rằng, công nghệ khoan kích ống ngầm nói chung có nhiều ưu điểm nổi trội như giảm thiểu mặt bằng thi công, giảm thiểu yêu cầu di dời các công trình kỹ thuật hạ tầng, đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận dọc tuyến cống, giảm thiểu khối lượng tái lập mặt đường, hạn chế ùn tắc

giao thông…, nhưng do là công nghệ mới, chưa ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam nên chưa

có các quy định về tiêu chuẩn, quy chuẩn và định mức dự toán cho công nghệ này

1.2 Giới thiệu về khoan kích ngầm

1.2.1 Mô tả

+ Kích ống là một kỹ thuật lắp đặt tuyến ống dưới lòng đất Kích thủy lực công suất lớn được sử dụng để đẩy các đốt ống đặc biệt xuyên vào trong lòng đất cùng với đầu máy gắn phía trước

+ Không có sự giới hạn nào về kỹ thuật liên quan chiều dài của mỗi tuyến kích, tuy nhiên những vấn đề về kỹ thuật thực hành và tính kinh tế có thể đặt ra vài hạn chế

+ Tuyến kích có thể theo đường thẳng hoặc cong với một hoặc nhiều bán kính cong khác nhau

+ Phương pháp kích ống có khả năng chống đỡ đất và giảm khả năng đất dịch chuyển

1.2.2 Ứng dụng

Hình 1 1 Mô hình máy khoan kích ngầm [14]

+ Ứng dụng chủ yếu của khoan kích ống bao gồm xây dựng hệ thống thoát nước mới, thay cống, đường ống chính dẫn nước, dẫn khí, dẫn dầu, lắp đặt cáp điện, cáp viễn thông

+ Những ứng dụng đặc biệt bao gồm lắp đặt đốt hầm chữ nhật hoặc hình tròn dùng làm đường hầm cho khách bộ hành, đường vượt ngầm

+ Có thể sử dụng để vượt qua các chướng ngại như xa lộ, đường sắt, kênh rạch, các tòa nhà và sân bay chắn ngang trong các dự án lắp đặt ống

1.2.3 Ưu điểm

a Về mặt kỹ thuật

+ Có thể thi công ở những độ sâu khác nhau

+ Thông thường chiều sâu kinh tế để áp dụng phương pháp kích ống khi độ sâu chôn ống ≥ 6m Ở những độ sâu thấp hơn, phương pháp kích ống được xem xét trong mối quan hệ với nhiều yếu tố khác như tài chính, môi trường,…

+ Ngăn sự thâm nhập của nước ngầm bằng các gioăng kín nước

+ Rủi ro sụt lún thấp

+ Xáo động tối thiểu trên mặt đất

+ Giảm thiểu khối lượng công tác đào đắp, công tác tái lập

+ Ít ảnh hưởng đến các công trình hạ tầng kỹ thuật khác

1.3 Một số phương pháp khoan kích ngầm phổ biến hiện nay

1.3.1 Phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM)

1.3.1.1 Lịch sử phát triển

+ Việc ứng dụng GBM bắt đầu hai thập kỷ trước tại Nhật Bản và châu

Âu, chiều dài ống thường từ 100 đến 150 mm

+ Phương pháp này đã được đưa vào Mỹ vào năm 1995 GBM là một phương pháp phổ biến để lắp đặt các đường ống có đường kính nhỏ với độ chính xác cao Đây là một quá trình cài đặt ba giai đoạn bắt đầu với cài đặt ống thí điểm và tiếp theo là vỏ bọc và lắp đặt đường ống Đường kính ngoài cho ống của GBM là 0,10 m (4 in.) đến 1,22

m (48 in.) Đường kính ống có thể được tùy chỉnh theo nhu cầu của dự án

1.3.1.2 Ưu điểm và hạn chế của GBM

▪ Ưu điểm:

+ Các dự án thường ít tốn kém hơn các phương pháp cắt thông thường + Cung cấp các giải pháp cho một số vấn đề kỹ thuật (ví dụ: các trở ngại

về tiện ích, đất nghèo, sâu cài đặt và nước ngầm cao)

Hình 1 2 Một số máy khoan kích ngầm dẫn hướng của công ty Akkerman [2]

+ Loại bỏ sự cần thiết của các trạm thang máy và chi phí bảo trì liên quan được loại bỏ

+ Loại bỏ sự chậm trễ giao thông, đóng đường, sửa chữa đường phố, khiếu nại của công dân và giảm lượng đất bị ô nhiễm

+ Áp dụng cho các loại đất mềm, nơi có thể lắp đặt đường ống thoát nước

+ Có thể lắp đặt đường ống với khoảng cách gần với các tiện ích hiện

1.3.2 Phương pháp kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ (Pipe jacking and microtunnelling)

1.3.2.1 Mô tả Phương pháp kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ + Phương pháp này nguồn gốc từ Vương quốc Anh trong những năm đầu thập niên 60 để cung cấp các giao cắt ngắn (ví dụ: đường sắt, kênh đào) Phương pháp này được phát triển theo thời gian và trở thành thực tế cho việc lắp đặt đường hầm dài

+ Các ứng dụng chính của việc lắp đặt đường ống là xây dựng hệ thống thoát nước và thoát nước mới, thay thế và lót cống, lắp đặt đường ống dẫn

khí và nước, lắp đặt đường ống dẫn điện và viễn thông và lắp đặt tàu điện ngầm

+ Có thể lắp đặt đường kính từ 800 mm đến 5000 mm bằng phương pháp này với độ chính xác ± 1,25 in [1]

+ Kỹ thuật này giúp tránh được quá nhiều áp lực kích vào ống sản phẩm cũng như đường cong Một bức tường để làm điểm tự được chuẩn bị theo hướng ngược lại của hướng khoan để ngăn chặn phản

+ Trong trường hợp đất mềm, người ta sắp xếp đặc biệt như hình 1.3 được thiết kế để làm điểm tựa cho lực đẩy Một xi lanh thủy lực (Hình 1.4) được sử dụng để phân phối lực đẩy bằng nhau từ khung lắp vào ống sản phẩm Một đường ray hướng dẫn được sử dụng tại trục đẩy để duy trì sự liên kết phù hợp của ống ban đầu

+ Mỗi phần ống được hạ xuống trong trục khởi động, được nối với đầu ống trước Các đường ống sản phẩm được tạo ra theo cách như vậy để chịu được lực đẩy

+ Trong trường hợp điều khiển các đường ống dưới mực nước ngầm các thiết kế đặc biệt để đóng kín cụm lực đẩy và tiếp nhận để ngăn chặn sự xâm nhập của nước

Hình 1 4 Môi trường làm việc khi gặp đất mềm [2]

Hình 1 3 Hệ thống xi lanh thủy lực [15]

Ưu điểm và hạn chế của kích đẩy và công nghệ đào hầm nhỏ

Ưu điểm:

+ Không yêu cầu lớp lót thứ cấp

+ Các đường ống được lắp đặt kín nước

+ Không có tác động hoặc tác động tối thiểu trên bề mặt

+ Yêu cầu ít các dịch vụ tiện ích hơn

+ Quá trình cài đặt nhanh hơn cắt mở

+ Cần ít không gian và giờ làm việc

+ Giảm sự gián đoạn

+ Giảm thiệt hại cho các dịch vụ

+ Ít hư hỏng hơn cắt mở

+ Thay thế kinh tế cho việc cắt giảm sâu

▪ Hạn chế:

+ Các hoạt động phục hồi rất khó khăn và tốn kém

+ Hệ thống điều khiển trở nên phức tạp trong một ổ đĩa dài

+ Đề xuất cho các loại đất cụ thể

Hình 1 5 Một số đầu khoan [16]

+ Chi phí hoạt động rất tốn kém

1.3.2 Một số máy khoan kích ngầm hiện nay

1.3.3.1 Máy khoan kích ngầm của công ty Akkerman [2]

Jacking 6.000 psi (41,369 kPa)

Xoay vòng 5.000 psi (34,474 kPa)

+ Lực kéo lùi 100 Tấn (91 mt)

+ Tốc độ động cơ thủy lực (Rotation): 0 - 23/34 / 50 vòng / phút

1.3.3.2 Máy khoan kích ngầm của công ty SANWAKIZAI

• Thông số kỹ thuật

Hình 1 7 Máy Sanwa Prestone [3]

Bảng 1 1 Bảng thông số kỹ thuật máy Sanwa Prestone [3]

Model

Diameter (mm)

Dimension Main Structure (mm)

Thrust Force (ton)

Starting Pit Dimensions (mm)

Soil Conditions

Hume pipe (I.D)

Steel pipe (O.D)

≦1/3 of Pipe dia.)

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu thiết kế

- Chế tạo máy khoan kích ngầm bán tự động phục vụ cho ngành xây dựng ở Việt Nam như: xây dựng hệ thống thoát nước mới, thay cống, đường ống chính dẫn nước, dẫn khí, dẫn dầu, lắp đặt cáp điện, cáp viễn thông, v.v …

- Đường kính khoan 500mm, khoảng cách khoan khảng 100m

- Sản phẩm được bảo hành, thay thế phụ tùng linh kiện dễ dàng

- Sản phẩm phải giúp khep kín toàn bộ các khâu có liên quan trong quá trình khoan, đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế,

- Sản phẩm có thời gian sử dụng lâu dài, dễ dàng nâng cấp, lắp đặt, thay thế

- Giá bán sản phẩm thấp hơn máy được nhập từ nước ngoài

2.2 Nhiệm vụ thiết kế

- Máy hoạt động hiệu quả đối với đất nền ở Việt Nam

- Đường kính khoan 500mm, khoảng cách khoan khoảng 100m

- Máy được thiết kế dễ sử dụng và phu hợp với nhiều loại công việc khác nhau như: xây dựng hệ thống thoát nước mới, thay cống, đường ống chính dẫn nước, dẫn khí, dẫn dầu, lắp đặt cáp điện, cáp viễn thông, v.v

- Máy được thiết kế có kích thước dài x rộng x cao nhỏ hơn máy khác có sẵn ở cùng công suất

- Trọng lượng máy nhỏ hơn 3 tấn

- Thời gian lắp đặp máy phải nhanh để không ảnh hưởng đếm tiến độ công việc

- Máy được thiết kế an toàn trong quá trinh sử dụng cho cả người và máy

- Tiết kiệm năng lượng

- Giá thành hạ so với máy được nhập từ nước ngoài

2.3 Lựa chọn và phân tích chức năng thiết kế

2.3.1 Chọn phương pháp khoan có dẫn hướng (GBM) để thiết kế

• Bước đầu tiên là lắp đặt các ống dẫn hướng như trong Hình 2.1

+ Các ống dẫn hướng hoạt động thông qua hệ thống thủy lực với sự liên kết thích hợp Một khung khung vững chắc để tạo điểm tựa đẩy các ống dẫn hướng vào trong đất Một bộ nguồn cung cấp năng lượng thủy lực để vận hành máy và một đầu dao gắn ở đầu của các ống dẫn hướng Một số đầu dao được thể hiện trong hình 2.2 Một Diode phát sáng (LED) - mục tiêu được chiếu sáng được đặt ở đầu dao, có thể nhìn thấy thông qua một máy digital theodolite, máy ảnh và màn hình như trong Hình 2.3 Một toán tử điều khiển căn chỉnh bằng cách sử dụng một hình chữ thập xuất hiện trên màn hình Vị trí của

Hình 2 1 Lắp đặt các ống dẫn hướng [2]

LED được duy trì bởi máy digital theodolite và được chiếu sáng thông qua các ống dẫn hướng rỗng Đôi khi bôi trơn được sử dụng để giảm ma sát khi chèn ống dẫn hướng

Hình 2 2 Hệ thống điều chỉnh dẫn hướng cho GBM [2]

Hình 2 3 Các loại dao khoan và thiết bị hỗ trợ khác [2]

• Bước thứ hai của GBM là lắp đặt các vỏ khoan theo đường ống dẫn hướng như trong Hình 2.4 Vỏ bọc (Hình 2.5) được nối với đầu khoét (Hình 2.6) Hệ thống thủy lực đẩy các

vỏ bọc và đầu khoét được sử dụng để đạt được đường kính mong muốn của lỗ khoan Kích thước của đầu khoét lớn hơn so với vỏ khoan Kích thước của đầu khoét cao hơn làm giảm

ma sát giữa bề mặt đất và vỏ khoan Đôi khi chất bôi trơn cũng được sử dụng để giảm ma sát Bước này kết thúc khi vỏ khoan được chuyển lên trên

Hình 2 4 Lắp đặt vỏ bọc dọc theo đường ống dẫn hướng [2]

Hình 2 5 Vỏ bọc [2]

• Bước thứ ba là lắp đặt các ống như trong Hình 2.7 Ống được kết nối với phần cuối của vỏ bọc thông qua bộ chuyển đổi ống, sau đó các đường ống được đẩy qua lỗ khoan Ở đầu kia, các vỏ khoan được tháo từng cái một Bước này kết thúc khi quá trình cài đặt đường ống sản phẩm hoàn tất

Hình 2 6 Đầu khoét cho GBM [2]

Hình 2 7 Lắp đặt đường ống sản phẩm cuối cùng [2]

2.3.2 Lựa chọn bộ truyền làm việc cho phần cơ

+ Bộ tryền xích Bộ truyền xích được dung trong các trường hợp:

- Trục có khoảng cách trung binh

- Yêu cầu kích thước tương đối nhỏ gọn hoặc tỉ số truyền không thay đôi

▪ Ưu điểm:

- Truyền động xích có kích thước nhỏ gọn hơn so với truyền động đai

- Khi làm việc không có hiện tượng trượt (trượt đàn hồi hoặc trượt trơn)

- Hiệu suất khá cao và nhiệt độ cao

- Cần thường xuyên bôi trơn và giá thành tương đối cao

- Không cho phep sự không thẳng hàng

- Cần bảo dương thường xuyên : tra dầu mơ,…

- Gây ồn và làm rung thiết bị

+ Bộ truyền bánh răng

Để sử dụng bộ truyền bánh rang cần biết trước:

- Công dụng và chế độ làm việc của bộ truyền

- Công suất cần thiết để làm việc

- Số vòng quay trong 1 phút của trục bị dẫn

- Đôi khi còn dựa vào vật liệu chế tạo , điều kiện chế tạo bánh răng

▪ Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ nhưng khả năng tải trọng lớn

- Tuôi thọ cao, khả năng làm việc ôn định

- Hiệu suất cao : 0,97 – 0,99

- Tỉ số truyền không thay đôi

- Làm việc chắc chắn và bền lâu

▪ Nhược điểm:

- Gây ồn khi vận tốc lớn

- Chế tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao

- Cần thường xuyên bôi trơn và giá thành tương đối cao

+ Bộ truyền đai thang:

Bộ truyền đai thang được dung trong các trường hợp:

- Trục có khoảng cách trung binh

- Yêu cầu kích thước tương đối nhỏ gọn hoặc tỉ số truyền không thay đôi

▪ Ưu điểm:

- Truyền động êm, không gây ồn do độ dẻo của đai nên làm việc với vận tốc lớn

- Kết cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ chế tạo, rẻ tiền

- Khoảng cách giữa các trục xa nhau (< 15m)

- Nhờ có sự trượt đai không có sự quá tải cho động cơ

▪ Nhược điểm:

- Kích thước bộ truyền lớn hơn các bộ truyền xích, bánh răng

- Tải trọng tác dụng lên trục và ô lớn (gấp 2-3 lần so với vộ truyền bánh răng)

do có lực căng ban đầu ( tạo lực pháp tuyến lên đai gây ra ma sát)

➔ Từ các yêu cầu của máy và ưu nhược điểm của các bộ truyền, ta chọn bộ truyền xích để làm bộ truyền làm việc

2.4 Nguyên lý hoạt động

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý

2.4.2 Sơ đồ động

Bước 1: Khoan dẫn hướng

Hình 2 8 Sơ đồ nguyên lý làm việc

Hình 2 9 Khoan dẫn hướng

Bước 2: Khoan, khoét đất

Bước 3: Hoàn thành công đoạn khoan

Hình 2 10 Khoan và khoét đất

Hình 2 11 Hoàn thành công đoạn khoan

để điều chỉnh máy cân bằng Tia lazer sẽ chiếu lên màn chắn, thuận lợi để quan sát và điều chỉnh hướng ống đi cho đúng Xi lanh thủy lực có hành trình là 0.5 m nên sẽ đẩy làm 2 lần rồi kết thúc 1 chu kỳ làm việc, mỗi chu kỳ là 1m

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí chung

Hình 2 12 Mô hình sơ bộ

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.1 Cơ sở lý thuyết

3.1.1 Lực cắt

Công thức Herzog (1985) [4, p 168] đề suất lực cắt 𝑃𝑆 :

𝑃𝑠 = 𝜋 ∗ 𝐷𝑚∗ 𝑡 ∗ 𝑝𝑠Trong đó:

𝐷𝑚 là đường kính cạnh cắt

t là độ dày cạnh cắt

𝑝𝑠 là phản lực mặt đầu

Giá trị hướng dẫn cho PS được thể hiện trong Bảng 2.3

Weber (1981) [5, p 169] đã đề xuất hai công thức để tính toán Khi đầu ống

là vị trí phía sau lưỡi cắt, 𝑃𝑠 được tính như sau:

c là sự kết dính của đất [kN / m2]

Da là đường kính ngoài của ống

h là chiều cao của lớp phủ [m]

φ là ma sát góc của đất [°]

λ là hệ số khả năng chịu tải

Bảng 3 2 Bảng Giá trị điển hình cho sự kết

dính của ống và đất [17]

Hình 3 1 Hệ số khả năng chịu tải (λ) vs Góc ma sát (ϕ) [17]