Bài giảng Máy xây dựng: Chương 3 - Nguyễn Hữu Chí

Bài giảng Máy xây dựng: Chương 3 Máy làm đất cung cấp cho người học những kiến thức như: Công tác làm đất và phân loại máy làm đất, Máy đào một gầu, Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy đào một gầu truyền động thủy lực, Lu tĩnh bánh thép,...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 3 MÁY LÀM ĐẤT

3.1 CÔNG TÁC LÀM ĐẤT VÀ PHÂN LOẠI MÁY LÀM ĐẤT

3.1.1 Công tác làm đất

Trong thi công các công trình cầu đường, sân bay, bến cảng, thủy lợi, thủy điện v.v, hạng mục thi công có khối lượng lớn nhất là công tác làm đất Trong các công trình đó, đất là đối tượng được xử

lý với những phương pháp và mục đích khác nhau, nhưng tóm lại bao gồm mấy khâu sau: Đào, vận chuyển, đắp, san bằng và đầm lèn Khối lượng đất trong các công trình là khá lớn.

Ví dụ: 1 km đường sắt cần phải làm 10.000 ÷ 50.000 m3 đất, tùy theo nó đi qua vùng đồng bằng, đồi núi hay nơi hiểm trở;

1 km đường ôtô cần phải làm 10.000 ÷ 20.000 m3 đất Trong công trình giao thông, khối lượng công tác đất so với tổng khối lượng công trình có thể chiếm tới 50%.

Cơ giới hóa công tác đất thường thực hiện bằng các hình thức sau:

- Máy và thiết bị làm đất (máy ủi, máy đào, máy cạp, máy san).

- Máy thủy lực (súng bắn nước vào đất, máy bơm hút).

- Chất nổ.

- Dòng điện cao tần.

Trên thế giới, cơ giới hóa công tác đất chiếm khoảng từ 80 ÷ 85

% bằng máy làm đất, hình thức thủy lực chiếm 7÷ 8%, và dùng chất nổ chỉ 1÷ 3%.

Máy làm đất

3

Máy san Máy san

4Máy đào

Máy cạp

Máy đào

Máy đào

Máy đầm (máy lu bánh cứng)

6

Máy đầm bánh lốp

Máy đầm

chân cừu

Máy đầm cóc

Máy đầm bàn

Máy đầm chân cừu

Máy ủi, máy san có lắp

bộ công tác xới đất

3.1.2 Phân loại máy làm đất

Máy làm đất bao gồm nhiều kiểu, nhiều chủng loại khác nhau Trong trường hợp tổng quát, máy làm đất thường được phân loại theo từng chủng loại trên cơ sở công dụng chung của chúng Theo đó, ta

có các chủng loại máy tiêu biểu như: Máy làm công tác chuẩn bị, máy đào - vận chuyển đất, máy đào, máy và thiết bị đầm lèn v.v.

Chi tiết hơn, các máy làm đất thường được phân loại theo các nhóm máy có cùng đặc điểm cấu tạo của bộ công tác hoặc công dụng cụ thể:

Ví dụ: Từ chủng loại máy đào - vận chuyển đất ta có các máy cụ thể như máy ủi, máy san, máy cạp;

Từ chủng loại máy làm công tác chuẩn bị ta có các loại máy như máy xới, máy dọn cây v.v.

Toàn bộ cách phân loại các chủng loại và các nhóm máy làm đất được

mô tả bởi hình dưới đây:

10Phân loại máy

làm đất

BÀI 1 - MÁY ỦI

1 Công dụng:

Máy ủi là máy chủ đạo trong nhóm máy đào và vận chuyển đất, được sử dụng có hiệu quả để làm các công việc sau:

+ Đào và vận chuyển đất trong cự li 100 m, tốt nhất ở

cự li 1070m với các nhóm đất cấp I, II, III.

+ Lấp hào, hố và san bằng nền móng công trình;

+ Đào và đắp nền cao tới 2m;

+ ủi hoặc san rải vật liệu như đá dăm, cát, sỏi;

+ Khi có bộ công tác xới thì trở thành máy xới.

Ngoài ra, máy ủi còn có thể làm các công việc như làm công tác chuẩn bị, bào cỏ, hạ cây có đường kính nhỏ, kéo máy khác trên công trường…

11

2 Phân loại:

- Theo công suất và lực kéo danh nghĩa máy ủi được chia thành:

+ rất nặng (công suất trên 300 mã lực, lực kéo trên 30T), + nặng (công suất 150300 mã lực, lực kéo 2030T),

+ trung bình (công suất 75 150 mã lực, lực kéo 13,520T), + nhẹ (công suất 3575 mã lực, lực kéo 2,513,5T)

+ rất nhẹ (công suất tới 35 mã lực; lực kéo tới 2,5T)

- Theo kiểu điều khiển nâng hạ lưỡi ủi có: máy ủi điều khiển bằng cơ học - cáp; máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực.

- Theo thiết bị di chuyển máy ủi được chia thành: máy ủi di chuyển bánh xích và máy ủi di chuyển bánh lốp.

- Theo cấu tạo của bộ công tác ủi: máy ủi được chia thành máy ủi thường và máy ủi vạn năng.

Hiện nay máy ủi điều khiển bằng thuỷ lực được sử dụng phổ biến vì có những ưu điểm sau:

+ Trọng lượng bộ công tác nhỏ hơn do lưỡi ủi được ấn xuống nền nhờ lực đẩy của xi lanh

+ Điều khiển chính xác, nhẹ nhàng.

+ Tuổi thọ cao, kết cấu nhỏ gọn, đẹp, + Chăm sóc kỹ thuật đơn giản. 12

Hình 3.2 Sơ đồ cấutạo của máy ủi vạnnăng thủy lực

Hình 3.2 Máy ủi vạn năng điều khiển bằng thủy lực

1- Lưỡi cắt mép; 2- Thanh chống xiên; 3- Bàn ủi; 4- Lưỡi cắt chính; 5- Xylanhquay bàn ủi; 6- Khung thiết bị ủi; 7- Tai đỡ trên khung; 8- Đĩa căng trước; 9-Thanh đẩy; 10- Lò xo đẩy; 11- Bánh đỡ trên; 12- Bánh đỡ dưới; 13- Đĩa chủđộng; 14- Tai đỡ khung xới; 15- Dầm thiết bị xới; 16- Lưỡi xới; 17- Tai đỡ trênbàn ủi; 18- Dây dẫn thủy lực; 19- Xích di chuyển; 20- Xy lanh nâng; 21- Đầumáy; 22- Hộp đấu thủy lực; 23- Buồng lái; 24- Bình dầu; 25- Khung treo thiết bịxới; 26- Vít của thiết bị xới; 27- Bu lông; 28- Xylanh thiết bị xới; 29- Đèn; 30-Hộp đấu sau; 31- Tuy-ô (ống dẫn dầu thủy lực)

Hình 3.3.Kết cấu bộ công tác ủi vạn năng

1- Lưỡi cắt mép; 2-Thanh chống xiên; Khung ủi; 4- Khớp cầu; 5- Lưỡi cắt chính

Sơ đồ cấu tạo của

máy ủi thủy lực

16

4 Nguyên lý hoạt động: Máy ủi được sử dụng trong 2 trường hợp ủi và san rải.

- Sơ đồ làm việc của lưỡi ủi

- Hạ lưỡi ủi bập vào nền đào, cho máy tiến về phía trước, đất dần tích tụ trước lưỡi ủi Khi đất đã đầy, vận chuyển khối đất bằng cách nâng lưỡi ủi lên một mức (chưa thoát khỏi nền đào) với mục đích đào thêm chút ít để bù vào phần đất bị hao hụt trong lúc vận chuyển Khi đến nơi đổ điều khiển cặp xi lanh thuỷ lực cho lưỡi ủi thoát khỏi nền đào, quay máy (lùi máy nếu cự ly ngắn) về vị trí ban đầu để thực hiện chu kỳ làm việc tiếp theo.

- Nếu muốn san rải đều khối đất đã vận chuyển, điều khiển cặp xi lanh thuỷ lực nâng lưỡi ủi lên chiều dày muốn san rải và cho máy tiến về phía trước.

17

+ Sơ đồ đào theo 1 lớp mỏng (hình 1): áp dụng khi thi công đất rắn, với sơ đồnày không tận dụng được sức kéo của động cơ, chiều dài cắt đất lớn.

+ Sơ đồ hình răng cưa (Hình 2): áp dụng đối với đất cát khô, đất sét được sớitrước, công suất tận dụng được tới 90%, năng suất tăng

+ Sơ đồ hình nêm (Hình 3): Quãng đường đào đất là ngắn nhất, tận dụng100% sức kéo của động cơ, thích hợp với đất nhẹ, xốp

18Máy ủi đào đất theo 3 hình thức sau:

5 Năng suất và biện pháp nâng cao năng suất

a Năng suất khi ủi

;(m3 /h)

Trong đó: V - Thể tích khối lăn (m3)

K1 - Hệ số sử dụng thời gian

K2 - Hệ số phụ thuộc vào địa hình

T - Thời gian 1 chu kỳ công tác, s

l1, l2, l0 - Quãng đường đào, vận chuyển, đi trở về chỗ đào, m.

v1, v2, v0 - Vận tốc tương ứng với các quãng đường trên, m/s.

tc - Thời gian gài số, s

t0 - Thời gian hạ lưỡi ủi, s.

t - Thời gian quay máy, s.

t t

t v

l v

l v

l

c 0 20

0 2

2 1

1     

19

b Năng suất của máy ủi khi san rải vật liệu

;(m2/h)

Trong đó: l - Chiều dài đoạn đường cần san rải, m

L - Chiều dài lưỡi ủi, m

 - Góc lệch của lưỡi ủi so với phương dọc trục của máy, độ

K1 - Hệ số sử dụng thời gian

n - Số lần máy ủi khi san đi lại qua 1 vị trí

v - Vận tốc của máy khi san, m/s

t - Thời gian quay máy, s

20

c Biện pháp nâng cao năng suất máy ủi

- Tổ chức thi công theo chiều dốc vì khi đó trở lực di chuyển khối lăn giảm, sức đẩy tăng, thể tích khối lăn tăng, tăng năng suất của máy ủi

- Dùng biện pháp song hành, dùng hai hoặc nhiều máy cùng làm việc bên nhau, luỡi ủi cách nhau 0,250,3 m; khi đó đất sẽ ít rơi vãi trong lúc vận chuyển, năng suất tăng khoảng 1015%

- Dùng biện pháp di chuyển đất theo rãnh, thể tích khối đất tăng lên do đất bị rơi vãi trong khi vận chuyển không đáng kể

- Dùng biện pháp đào và di chuyển tiếp sức, chia nhỏ cự li công tác một cách hợp lý, biện pháp này có thể tăng năng suất từ 510%

Đẩy đất trong rãnh

BÀI 2- MÁY SAN

1 Công dụng :

Máy san được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả trong việc san bằng

và tạo phẳng nền móng công trình như nền đường, sân bay,…Ngoài ra nó còn được sử dụng để làm các công việc sau:

- Đào và đắp nền đường thấp ít dốc.

- Làm công tác chuẩn bị như bào cỏ, xới đất cứng hoặc ủi đất.

- San rải, trộn cấp phối, đá dăm, sỏi.

- Đào rãnh thoát nước, bạt ta luy,…

Đối tượng là các loại đất cấp I, II, III thích hợp là các loại đất cấp

I và II còn đất loại III và IV trước khi san phải xới Cự ly san có hiệu quả cần lớn hơn 500m, khi ủi đất cự ly làm việc không nên vượt quá 30m

23

b Phân loại

+ Theo trọng lượng và công suất động cơ:

- Loại nhẹ: trọng lượng 7 ÷ 9 tấn, công suất 45 ÷ 55 kW

- Loại trung bình: trọng lượng 10 ÷ 12 tấn, công suất 65 ÷ 75 kW

- Loại nặng: trọng lượng 13 ÷ 15 tấn, công suất 120 ÷ 130 kW

- Loại rất nặng: trọng lượng 17 ÷ 23 tấn, công suất 270 ÷ 320 kW

+ Theo hệ thống điều khiển:

Hình 3.7 Cấu tạo máy san

1- Động cơ; 2- Cabin; 3- Cần lái; 4- Xylanh nghiêng lưỡi san; 5- Cặp xylanhnâng hạ lưỡi san; 6- Khung đỡ; 7- Cơ cấu lái; 8- Bánh dẫn hướng; 9- Khớpcầu; 10- Khung kéo; 11- Mâm xoay trên lưỡi san; 12- Lưỡi san; 13- Cơ cấuđiều khiển lưỡi san; 14- Bánh chủ động; 15- Cơ cấu truyền động

26

C¸c kh¶ n¨ng lµm viÖc cña m¸y san

27

C¸c kh¶ n¨ng lµm viÖc cña m¸y san

C¸c kh¶ n¨ng lµm viÖc cña m¸y san

4 Nguyên lý hoạt động:

- Khi đào đất: điều khiển quay lưỡi san (12) đi một góc  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

- Để 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 tạo dáng mặt nền hay bạt ta luy, đào rãnh thoát nước,… đều có thể tiến hành được nhờ phối hợp các thao tác điều khiển lưỡi san như ở trên

5 Năng suất và biện pháp nâng cao năng suất :

a Năng suất khi cắt và vận chuyển đất.

(m3/h)

V- Thể tích khối đất vận chuyển qua mỗi chu kỳ công tác, m3;

k1- Hệ số sử dụng máy theo thời gian; k1 < 1

T

l1, l2, l0- Quãng đường đào, vận chuyển, trở về chỗ đào, m;

v1, v2, v0- Vận tốc đào, vận chuyển, trở về chỗ đào, m/s;

tC, t0, t- Thời gian gài số, hạ lưỡi san, thời gian quay máy,

b Năng suất khi san rải:

31

;(m2/h)

Trong đó: l - Chiều dài đoạn đường cần san rải, m

L - Chiều dài lưỡi san, m

 - Góc lệch của lưỡi san so với phương dọc trục của máy, độ

K1 - Hệ số sử dụng thời gian

n - Số lần máy san đi lại qua 1 vị trí

v - Vận tốc của máy khi san, m/s

t - Thời gian quay máy, s

3.3 MÁY ĐÀO MỘT GẦU

3.3.1 Công dụng và phân loại

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.

- 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.

-Dùng làm máy cơ sở để lắp thiết bị ép cọc bấc thấm, giá búa đóng cọc,…

- Đào gốc cây, dọn mặt bằng…

- Có thể dùng để cẩu một số máy móc vật tư trên công trường.

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 khả năng quay của cơ cấu quay: chia thành máy đào quay được toàn vòng và không quay được toàn vòng.

- Theo kết cấu của bộ công tác: chia thành máy đào gầu thuận, gầu nghịch, gầu bào, gầu ngoạm.

- Theo dung tích gầu : được chia thành 7 nhóm

34

3.3.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy đào một gầu truyền động thủy lực

Trong những năm gần đây, máy đào một gầu truyền động thủy lực đã được pháttriển mạnh mẽ và có xu hướng thay thế dần các máy đào có bộ truyền động cơkhí So với máy đào truyền động cơ học 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 củalực 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

- Chăm sóc kỹ thuật đơn giản

Máy đào truyền động thủy lực có các cơ cấu nâng hạ cần, tay gầu, quay gầu,đều là hệ thống xylanh thủy lực

Máy có toa quay, có khả năng quay toàn vòng, dẫn động cho các cơ cấu quay làđộng cơ thủy lực thông qua các truyền động bánh răng

Hình 3.10 Máy đào một gầu di chuyển bánh xích

1- Xylanh gầu; 2- Tay gầu; 3- Gầu; 4- Bánh dẫn hướng; 5- Bánh sao chủ động; 6- Động cơ; 7- Ca bin; 8- Cần; 9- Xylanh tay gầu; 10- Xylanh nâng hạ cần

2 CÊu t¹o

38

Hình 3.11 Máy đào một gầu di chuyển bánh lốp

1- Máy cơ sở; 2- Cần; 3- Xylanh nâng hạ cần; 4- Xylanh tay gầu; 5- Tay gầu;6- Xylanh gầu; 7- Gầu; 8- Chân chống; 9- Lưỡi gạt

Máy đào bánh lốp

41

Máy đào gầu thuận

43

Tính đa năng của máy đào

44

Gầu đào

45

Tớnh đa năng của mỏy đào

Tính đa năng

của máy đào

4 Hoạt động:

Để đào đất: nâng cần lên bằng xylanh (10), duỗi tay gầu ra bằng cách co xylanh (9), kết hợp thao tác điều khiển xylanh gầu (1) để gầu bập vào nền đất Tiếp tục duỗi xylanh (1) để gầu (3) đào đất, phối hợp với xylanh duỗi (9) để gầu gập lại và tích đầy đất, tùy theo quỹ đạo đào mà nâng cần (8) lên để gầu ở độ cao thích hợp, sau đó quay máy đến vị trí cần đổ đất thích hợp và di chuyển máy đến vị trí đào tiếp theo thông qua bộ di chuyển bánh xích.

5 Năng suất máy đào

Trong đó : Q- Năng suất máy đào , m 3/h;

3.4 MÁY VÀ THIẾT BỊ ĐẦM LÈN ĐẤT

3.4.1 Lý thuyết chung về đầm lèn đất

Đất sau khi được đào đắp dùng làm nền cho các công trình thường không đảm bảo độ bền chắc cần thiết, do đó cần đầm lèn hoặc tự nhiên hoặc nhân tạo.

Đầm lèn nhân tạo có ba phương pháp hay dùng:

Nếu đầm lèn bằng phương pháp rung động thì do rung động ở máy truyền độngxuống, mỗi hạt đất đều bị rung, do đó lực liên kết giữa chúng giảm đi, các cạnhsắc của chúng bị gãy và mài mòn, hình dáng gần tròn trĩnh và được sắp xếp đềuđặn, các lỗ hổng giữa chúng chứa khí hoặc chất lỏng bị thu hẹp lại do đó đất có

độ chắc cao hơn

Khi tiến hành đầm lèn, quá trình biến dạng phát triển trong một khoảng thờigian cần thiết Khi tác dụng lực đột ngột, thời gian để đất ở trạng thái căng rấtnhỏ so với thời gian cần thiết để đất biến dạng hoàn toàn.Vì vậy, để đạt được kếtquả mong muốn, cần tác dụng lực nhiều lần hoặc tăng thời gian duy trì lực tácdụng Lực tác dụng và thời gian tác dụng lực có thể khắc phục bằng cách tănggiảm trọng lượng của máy đầm, tăng giảm số lần lu lèn hoặc cho máy chạy vớitốc độ nhanh chậm theo yêu cầu

Ngoài ra, độ ẩm là một chỉ tiêu quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chấtlượng đầm lèn và hiệu quả kinh tế

Độ chắc của đất nền sau khi đầm lèn:

0= k1.max trong đó:

k1- Hệ số độ chắc phụ thuộc vào kết cấu bề mặt công trình;

δmax- Độ chặt lớn nhất đạt được trong phòng thí nghiệm;

Áp suất tác dụng khi đầm :

0 = k2.[ ] trong đó:

k2- Hệ số áp suất;

[σ]- Độ bền giới hạn của đất

3.4.2 Công dụng và phân loại máy đầm lèn

Các máy đầm lèn được sử dụng trong công việc gia cố nền móng và bề mặt công trình Dưới tác dụng của đầm lèn, các phần

tử trong hỗn hợp đất hoặc vật liệu xây dựng sẽ được sắp xếp lại sát nhau hơn, do đó tạo nên độ chắc theo yêu cầu.

Có rất nhiều kiểu, chủng loại máy đầm lèn đất Tuy vậy, trong trường hợp chung, chúng được phân loại theo 3 phương pháp đầm lèn thông dụng sau:

- Đầm lèn do lực tĩnh.

- Đầm lèn do lực rung động.

- Đầm lèn do lực động.

Trên cơ sở của 3 phương pháp đầm lèn nêu trên, ta có các loại thiết

bị đầm lèn chủ yếu như trong sơ đồ sau:

53

3.4.3 Lu tĩnh bánh thép

3.4.3.1 Công dụng, phân loại

a Công dụng:

Lu tĩnh bánh thép dùng để đầm đất, đầm các hỗn hợp móng đường

và đầm mặt đường bê tông nhựa nóng

Lu thép bánh trơn không nên dùng trong thi công nền đất vì do chiềusâu ảnh hưởng nhỏ (thường dưới 20 cm), tức lớp đất đắp được còn mỏng

đã phải đầm lèn do đó năng suất thấp Mặt khác, bề mặt từng lớp đất đắpsau khi đầm lèn bằng máy dễ trở thành nhẵn mịn làm cho lớp đất đắp tiếptheo lên trên nó khó dính kết với lớp dưới để tạo cho nền công trình thànhmột thể thống nhất liên kết chặt chẽ, sức bám của máy kém do đó chỉ dùng

+ Theo trọng lượng máy:

- Loại nhẹ : trọng lượng máy ≤ 4 tấn

- Loại trung bình : trọng lượng máy từ 6 tấn ÷ 8 tấn

- Loại nặng : trọng lượng máy ≥ 10 tấn