MỤC LỤC
MỤC LỤC………………………………………………………….……..……….......................…....…1
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………..........................…..…2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG NỀN MÓNG………….....................….....3
1.1. Giới thiệu về công tác thi công nền móng. ……………………………………………....…....…3
1.2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu. ……………………………………..……........…..………4
1.2.1. Phương pháp gia cố nền móng bằng cọc cát. …………………........……….…..…….…..…5
1.2.2. Phương pháp gia cố nền móng bằng cọc bấc thấm. ………………..……….............…..…..5
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THI CÔNG CỌC BẤC THẤM………........................…8
2.1. Phân loại máy ép cọc bấc thấm. ……………………………………………............…….………8
2.2. Lựa chọn máy cơ sở. ………………………………………………………............………..……10
2.2.1. Phương án 1: Dùng cần trục bánh xích có lắp bộ công tác……………..…….............……10
2.2.2. Phương án 2: Dùng máy xúc một gầu đào ngược truyền động diesel - thuỷ lực……….…12
2.3. Phương án lựa chọn. ……………………………………………………….….…...................…16
2.4. Chọn dạng máy cơ sở. …………………………………………………...…...............…………16
2.4.1. Giới thiệu. ……………………………………………..………………….................….….……16
2.4.2. Chọn loại máy. …………………………………………………………................…….………17
2.5. Tính toán thiết kế bộ công tác. ………………………..………………...............………………20
2.5.1. Tổng thể bộ công tác. ………………………………….………………...............…….………20
2.5.2. Tính toán thiết kế bộ công tác. …………………………………………...............………...…21
2.5.2.1. Trục ép. ………………………………………………………………...............…….….….…21
2.5.2.2. Tính toán thiết kế bộ phận dẫn động. ……………………..…………...............….….……27
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….........................……...…49
LỜI NÓI ĐẦU
Nền tảng để Việt Nam hội nhập với nền kinh tế thế giới là phải xây dựng được cơ sở hạn tầng thiết yếu đảm bảo về chất và lượng. Điều này tạo cơ hội cho máy móc thiết bị ở nước ta ngày càng đa dạng. Một yêu cầu đặt ra là đòi hỏi những kĩ sư máy phải biết vận dụng sáng tạo công nghệ hiện đại của các nước tiên tiến vào tình hình cụ thể của Việt Nam sao cho đạt hiệu quả kinh tế kĩ thuật cao nhất.
Trong thời gian gần đây, đất nước ta đã có nhiều chuyển biến tốt đẹp, nền kinh tế nước ta hội nhập với nền kinh tế thế giới. Trong quá trình phát triển sẽ xuất hiện nhiều trung tâm chính trị, kinh tế, xã hội như TP Hồ Chí Minh hoặc thủ đô Hà Nội. Cùng với đó là sự phát triển dân số, tập trung dân cư, do vậy vấn đề giải quyết cơ sở hạ tầng là rất bức thiết. Để thi công một công trình cần kỹ thuật của nhiều ngành khác nhau, trong đó ngành Cơ khí Máy Xây Dựng chiếm tầm quan trọng không nhỏ. Hiện tại, yêu cầu đặt ra rất khắt khe, việc xây dựng không những đòi hỏi tiến độ, mà còn đòi hỏi mức độ an toàn cho bản thân công trình và các công trình xung quanh.
Các công trình xây dựng lớn hiện nay thì việc gia cố nền móng là rất quan trọng. Cấu tạo của nền sau khi đào, đắp, đầm...thường không đồng nhất và khả năng chịu áp lực nhỏ; vì vậy trong công tác xây dựng nhà cao tầng (mang tính vĩnh cửu) và xây dựng cầu, đập nước, ống khói, vv... người ta phải xử lý móng. Một trong các cách xử lý nền móng vừa kinh tế lại vừa đảm bảo độ bền vững của công trình là dùng phương pháp đóng cọc..
Dưới sự phân công nhiệm vụ: “Thiết kế máy ép cọc bấc thấm”. Trong quá trình làm đồ án thì em nhận được sự hướng dẫn, chỉ dẫn tận tình của các thầy giáo bộ môn và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn: TS……………. đã giúp em hoàn thành được đồ án đúng thời điểm.Trong quá trình làm không tránh được sự thiếu sót nên mong nhận được thêm sự hướng dẫn của các thầy .
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………..
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG NỀN MÓNG
1.1. Giới thiệu về công tác thi công nền móng.
Đất nước ta đang trong thời kỳ phát triển hợp tác và hội nhập với các nước trong khu vực, cũng như với các nước trên thế giới. Để có nền kinh tế phát triển nhanh thì cần có nền kinh tế ổn định , bền vững và để phát triển nhanh thì cần phải có cơ sở hạ tầng vững chắc và hiện đại.Do đó hàng loạt các công trình xây dựng dân dụng cũng như các công trình giao thông đã và đang áp dụng công tác này. Trong các công trình lớn cũng như nhỏ thì việc sử lý nền móng là yếu tố hết sức quan trọng vìn nó quyết định đến chất lượng cũng như tuổi thọ của công trình.
Việc sử lý nền móng đã có từ lâu có từ rất lâu, nhất là sử lý nền móng bằng các loại cọc, ban đầu là các loại cọc nguyên thuỷ có sẵn như : Cọc tre, cọc gỗ, và với quy mô công trình ngày càng lớn và xây dựng trên nền đất yếu nên các loại cọc cũng phải hiện đại và đáp ứng được yêu cầu của các công trình.
Ngoài phương pháp gia cố nền bằng cọc thì người ta còn dùng nhiều phương pháp khác như:
- Để gia cố nền có các loại đất to hạt có nhiều lỗ rỗng và vết nứt thì người ta thường dùng biện pháp xi măng hoá. Đây là biện pháp hiệu quả và được sử dụng rộng rãi.
- Để gia cố sử lý nền mà bên dưới có các mạch nước ngầm thì người ta dùng phương pháp ép cọc bấc thấm hoặc dùng cọc cát.
1.2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu.
Các phương pháp xử lý:
Hiện nay ở nước ta có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu nhất là trong xây dựng cầu đường. Nguyên tắc cơ bản của các phương pháp này là: Giải quyết thoát nước, giảm độ ẩm để tăng độ cố kết (Độ chặt của đất).
Từ nhiều năm trước, trên thế giới và Việt Nam đã áp dụng nhiều phương pháp cải tạo nền đất yếu như:
+ Đệm cát: dùng phương pháp này khi nền đất yếu có chiều dày dưới 3m.
+ Đệm đất: dùng khi nền đất đắp ẩm ít, mức nước ngầm ở dưới sâu.
+ Đệm đá, sỏi: dùng khi chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng nhỏ hơn 3m, bão hoà nước, dưới đó là lớp đất chịu lực tốt, đồng thời xuất hiện nước có áp lực cao.
+ Bệ phản áp: thường dùng khi xây dựng nền đường, đê đập trên vùng đất yếu, vừa chống chồi đất hai bên, vừa tăng áp lực thoát nước, cố kết lâu dài.
* Một số phương pháp xử lí nền đất yếu bằng hoá - lý:
+ Phụt vữa ximăng: dùng phổ biến trong các công trình thuỷ lợi, đặc biệt là có hiệu quả làm giảm khả năng thấm trong đá vôi.
+ Silicat hoá điện: nguyên lý cơ bản là phụt chất clorua canxi (CaCl2) vào trong đất rồi cho dòng điện một chiều chạy qua để tăng cườngđộ chặt của đất.
+ Điện thấm: cắm hai điện cực vào trong đất rồi cho dòng điện một chiều chạy qua và khi đó nước sẽ chạy về cực âm và được rút ra…
1.2.1. Phương pháp gia cố nền móng bằng cọc cát.
Sau khi đã thi công xong lớp đệm cát thì dùng thiết bị đóng cọc cát để hạ các ống thép rỗng có đường kính từ f300-f800 (tuỳ theo yêu cầu thiết kế). Việc hạ ống thép này xuống nền bằng phương pháp rung hay hay nén tĩnh. Sau khi hạ ống xuống chiều sâu cần thiết thì đổ cát (thường là cát vàng đã qua sàng lọc), đồng thời cho nước vào tạo độ ẩm thích hợp. Sau khi cát đầy thì rút ống thép lên, cát ở lại trong nền sẽ tạo thành cột và có tác dụng thấm nước làm khô nền.
1.2.2. Phương pháp gia cố nền móng bằng cọc bấc thấm.
Sau khi đã chẩn bị xong mặt bằng, dùng thiết bị để hạ (phương pháp rung hay nén tĩnh) một thanh lõi thép xuống nền, trong lõi có đặt bấc thấm (hay còn gọi là cọc bản nhựa). Sau khi đã hạ đến độ sâu thiết kế thì kéo lõi thép lên, khi đó bấc thấm ở lại trong nền. Qua hệ thống bấc thấm thì nước sẽ được thoát khỏi nền theo phương pháp thẳng đứng.
Qua hai phương pháp này ta nhận thấy phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc bấc thấm là ưu thế hơn so với cọc cát. Với những ưu điểm nổi bật sau:
+ Bấc thấm có tác dụng đối với tất cả nền đất thoát nước.
+ Bấc thấm được sản xuất hàng loạt trong các nhà máy nên được kiểm tra về chất lượng, còn cọc cát chịu ảnh hưởng của chất lượng cát, mà chất lượng cát lí tưởng thường không có trên công trường.
+ Về tính kinh tế: Ví dụ một chuyến xe tải trọng 12T có thể chở được 12.000m bấc thấm nhưng cũng với công suất thoát nước như vậy thì khối lượng cát cần vận chuyển là 1500 chuyến xe tải trọng 12T cho phương pháp dùng cọc cát.
Ban đầu người ta chế tạo các hệ thống thiết bị công tác rồi lắp trên các máy xúc hay cần trục truyền động cơ khí. Nhưng sau này người ta nhanh chóng phát hiện ra nhược điểm của truyền động này và thay nó bằng kiểu truyền động tiên tiến hơn đó là truyền động thuỷ lực. So với truyền động cơ khí thì truyền động thuỷ lực có nhiều ưư điểm:
+ Có khả năng truyền lực được lớn và đi xa.
+ Trọng lượng và kích thước của bộ truyền nhỏ hơn truyền động cơ khí.
+ Có khả năng tạo ra những tỷ số truyền lớn (tới 2000 hay coa hơn nữa).
+ 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 công suất truyền động.
+ Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ bộ công tác.
=> Lựa chọn phương án: Như vậy phương án xử lý nền đất yếu bằng cọc bấc thấm là tối ưu nhất. Ta chọn phương án này.
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THI CÔNG CỌC BẤC THẤM
2.1. Phân loại máy ép cọc bấc thấm.
Có nhiều cách để phân loại máy ép cọc bấc thấm. Ta có những cách phân loại như sau:
- Theo bộ công tác lắp trên máy cơ sở, ta có:
+ Máy ép cọc bấc thấm, có bộ công tác lắp trên máy cơ sở là cần trục bánh xích.
+ Máy ép cọc bấc thấm, có bộ công tác lắp trên máy cơ sở là máy xúc một gầu, đào ngược, truyền động Diesel - Thuỷ lực:
- Theo sơ đồ mắc cáp lắp trên máy ép cọc bấc thấm, ta có:
+ Loại dùng vật nặng để cân bằng độ dài hai nhánh cáp.
+ Loại dùng cụm puly để cân bằng cáp:
- Theo nguyên lý làm việc, ta có hai loại sau:
+ Loại rung ép (bằng cơ học hay thuỷ lực).
+ Loại ép tĩnh (bằng cơ học hay thuỷ lực).
2.2. Lựa chọn máy cơ sở.
2.2.1. Phương án 1: Dùng cần trục bánh xích có lắp bộ công tác.
* Cấu tạo:
Máy cơ sở: Là một cần trục bánh xích trung bình có tải trọng nâng trong khoảng (40-80T); Có lắp bộ công tác ép cọc bấc thấm.
Bộ công tác được liên kết với cần thông qua chốt trên đỉnh cần và giá chữ A ở phía dưới. Mô hình này tương tự như mô hình được lắp trên cần trục bánh xích.
* Ưu điểm:
- Tận dụng được bộ tời nâng của máy cơ sơ.
- Nếu có sẵn máy cơ sở tại công trường thì sẽ tiết kiệm kinh phí vận chuyển máy.
* Nhược điểm:
- Quá trình lắp dựng phức tạp hơn là máy xúc thuỷ lực.
- Tuy có vận dụng được bộ tời kéo của máy cơ sở nhưng mắc cáp phức tạp hơn sơ đồ mắc cáp của máy xúc.
2.2.2. Phương án 2: Dùng máy xúc một gầu đào ngược truyền động diesel - thuỷ lực.
* Cấu tạo:
Phương án sử dụng máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực có lắp bộ công tác ép cọc bấc thấm thay cho việc dùng cần trục bánh xích như ở hình, là một phương án mới và hiện nay và tương lai đang được dùng phổ biến và rộng rãi ngày càng phát triển.
Phương pháp này thực chất là dùng một máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực đã tháo tay gầu chỉ để lại tai cần liên kiết với bộ công tác bằng liên kết chốt. Các máy cơ sở này thông thường là công suất khoảng từ 100 - 300 mã 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 dương cho quá trình ép bấc thấm xuống nền.
* Ưu điểm:
- Do có sẵn máy cơ sở tại công trường vì phần lớn là thời gian đầu làm nền móng thì máy xúc phải đảm nhiệm công việc. Khi đó phải vận chuyển bộ công tác đến và dẫn đến sẽ tiết kiện được kinh phí vận chuyển máy cơ sở.
- Tận dụng được hệ thống dầu thủy lực của máy cơ sở mà có thể dùng ống dẫn dầu để truyền chuyển động cho bộ tời thủy lực lắp trên bộ công tác.
* Nhược điểm:
- Tuy có tận dụng được hệ thống thủy lực của máy cơ sở nhưng phải cần thêm 2 động cơ thủy lực và cơ cấu tời nâng.
- Tùy theo điều kiện thi công của công trình mà chiều sâu ép cọc là khác nhau vì vậy đòi hỏi loại máy cơ sở có dung tích gầu khác nhau và phụ thuộc vào chiều sâu ép.
2.3. Phương án lựa chọn.
Ngoài hai phương án dùng máy cơ sở để mang bộ công tác ép như trên thì còn có phương án dùng máy cày nhưng mà do không đáp ứng được yêu cầu công việc nên không nêu ra.
* Thực chất qua 2 phương án trên:
Xét về mặt khi tính toán thiết kế cũng như điều kiện thi công thực tế của 2 phương án trên các công trường trong nước, hay là theo dõi quá trình sản xuất và chế tạo loại máy này ở các hãng máy trên thế giới thì thấy rằng: phương án dùng máy cơ sở là máy xúc 1 gầu truyền động thủy lực có nhiều ưu điểm và khả năng tiện lợi khi thi công trên thực tế hơn hẳn phương án dùng máy cơ sở là cần trục bánh xích đã nêu ở trên.
Vậy phương án khả thi để lựa chọn cho tính toán thiết kế máy ép cọc bấc thấm là phương án 2 “Phương án dùng máy xúc một gầu, đào ngược truyền động Diesel - thủy lực có lắp bộ công tác ép cọc bấc thấm.”
2.4. Chọn dạng máy cơ sở.
2.4.1. Giới thiệu.
Trong khoảng 20 năm trở lại nay,các kiểu máy xúc 1 gầu truyền động thủy lực đã phát triển mạnh mẽ và còn có xu hướng thay thế truyền động cơ khí.
Cụ thể là vài ưu điểm chính sau:
+ Điều chỉnh vô cấp được tốc độ làm việc, thích hợp với sự biến đổi phức tạp 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 cậy lớn.
+ Hình dáng và mẩu mã đẹp, trọng lượng và kích thước nhỏ gọn.
+ Làm việc chính xác, có thể đảm đương nhiều nhiệm vụ phức tạp khác.
2.4.2. Chọn loại máy.
Các máy xúc thủy lực hiện nay trên các công trường xây dựng thường có dung tích gầu từ 0,25 - 2,5m3, và thậm chí dùng gầu có dung tích 3,2 - 4,5m3. Với trường hợp chọn loại máy xúc cho ép cọc bấc thấm thì qua kinh nghiệm của những người đã tính toán trước thì loại máy xúc 1 gầu phải chọn có dung tích gầu > 1,6m3.
Các hãng máy hiện nay thường sử dụng là: KOMATSU; CAT; HITACI; LIEBHERR;… của các nước sản xuất như Đức, Nhật, Mỹ, Hàn Quốc,… điều đảm bảo làm việc tốt.
Nhận xét: Từ bảng trên và dự vào các phương án phân loại máy xúc ở phần trên, qua các ưu nhược điểm mà ta chọn máy cơ sở: “Là loại máy xúc 1 gầu (gầu sấp – gầu ngược) truyền động Diesel - thủy lực, cơ cấu di chuyển bánh xích, dung tích gầu lớn hơn hoặc bằng 1.6m3, của hãng KOMASTU - JAPAN. Sery máy là: PC300HD-6 (các thông số tra bảng)”.
* Cấu tạo :
Các thông tin và thông số cụ thể của loại máy PC300 HD-6 như hình 2.7.
Kích thước và các thông số cơ bản của máy xúc PC300-HD6:
Tra bảng chọn với loại có tay gầu dài 2550mm, ta có các kích thước sau:
A = 10965mm; F = 1420mm; K = 2870mm; P = 2995mm
B = 6355mm; G = 706mm; L = 3070mm; Q = 3500mm
C = 3400mm; H = 3300mm; M = 700mm;
D = 3570mm; I = 4020mm; N = 37mm;
E = 3365mm; J = 5355mm; O = 2815mm.
- Chiều sâu đào max: 6610mm.
- Chiều cao đổ đất max: 7010mm.
- Dung tích gầu: 1.62m3.
- Vệt đào: 1219mm.
- Tỷ trọng gầu và đất: 1.8/m3.
2.5. Tính toán thiết kế bộ công tác.
2.5.1. Tổng thể bộ công tác.
a. Thông số ban đầu:
- Chiều sâu nén cọc: 20m.
- Vận tốc dìm cọc: 15m/ph.
- Năng suất trung bình: 2500m/ca.
- Tự trọng của máy xúc cơ sở: 36630kg.
- Dung tích gầu: 1.62m3.
b. Tổng thể bộ công tác:
Bộ công tác của máy ép cọc bấc thấm gồm có ba phần chính:
- Kết cấu thép của khung (dẫn hướng trục ép).
- Hệ thống dẫn động: Động cơ thuỷ lực, tang và trục tang, cáp, pu ly và khớp nối thuỷ lực.
- Trục ép (bấc thấm được luồn vào bên trong trục ép).
2.5.2. Tính toán thiết kế bộ công tác.
2.5.2.1. Trục ép.
- Sơ đồ tính và chọn sơ bộ mặt cắt tiết diện:
Dưới tác dụng của lực căng cáp, cọc thép được ép (nén) vào nền, mang lõi bấc bên trong; sau đó lại được rút lên và để lại bấc thấm trong nền đất. Có thể mô tả hai trạng thái chịu lực trong một chu kỳ làm việc của cọc thép theo sơ đồ 2.9.
Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép của trục ép rất đa dạng như là thép cácbon (gồm: thép cácbon thấp, trung bình và cácbon cao) hay thép hợp kim, hợp kim nhôm… Trong chế tạo kết cấu kim loại máy trục người ta sử dụng chủ yếu thép cácbon CT5 có cơ tính như sau:
+ Môđun đàn hồi: E = 2,1.106 kG/cm2.
+ Môđun đàn hồi trượt: G = 0,81.106 kG/cm2.
+ Giới hạn chảy: sch = 2800 kG/cm2.
+ Giới hạn bền: sb = 5500 kG/cm2.
+ Độ giãn dài khi đứt: e = 21%.
+ Khối lượng riêng: g = 7,83 T/m3.
a. Trường hợp ép cọc đến độ sâu h:
Một cách gần đúng, có thể coi lực ma sát f của nền tác dụng lên bề mặt quanh cọc là không đổi trên suốt chiều dài cọc h và lấy f = ftc ; khi ép cọc, còn xuất hiện lực cản đầu cọc R, coi R= Rtc . Dưới tác dụng của cáp kéo trên bộ tời, cọc sẽ chịu một lực nén Nn, lực Nn sẽ tăng dần theo chiều sâu h và sẽ đạt giá trị lớn nhất khi cọc ở độ sâu hc là chiều dài làm việc tối đa của cọc.
Lực Nn có thể tính theo công thức thực nghiệm khi xác định lực nén cọc theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 1979, của Bộ Giao Thông Vận Tải Việt Nam:
Ntt : Sức chịu tính toán của cọc (kN).
k : Hệ số đồng nhất lấy bằng 1,0.
m : Hệ số điều kiện chịu lực, m = 0,8 - 1,0. Ở đây cọc ống thép là cọc đơn. Chọn m = 1,0.
U : Chu vi tiết diện cọc, (m). U = 0,447(m).
n : Số lớp đất mà cọc ép qua, n = 3.
li : Bề dày tầng đất thứ i, (m).
Tầng 1 Đất sét: li = 4,5m.
Tầng 2 Đất á cát: li = 6,5m.
Tầng 3 Đất bùn: li = 9,0m.
fitc : Lực ma sát đơn vị tiêu chuẩn, (kN/m2) xác định theo bảng.
Tầng 1 Đất sét: fitc = 14,72 (kN/m2).
Tầng 2 Đất á cát: fitc = 7,85 (kN/m2).
Tầng 3 Đất bùn: fitc = 6,00 (kN/m2).
Như vậy, lực nén tính toán là:
Ntt = 1.1.[0,447.(1.14,72.4,5 + 1.7,85.6,5 + 1.6.9) + 5.10-3.300] = 78,05(kN).
=> Chọn Nn = 80(kN).
b. Trường hợp rút cọc:
Theo thời gian và cũng như theo chiều sâu ép thì lực ma sát làm bó thân cọc càng tăng lên. Như vậy, lực kéo sẽ lớn hơn lực nén, theo kinh nghiệm ta chọn lực kéo:
=> Thay số được: Nk = 1,5.80 = 120(kN).
Kiểm tra tiết diện làm việc:
Nmax: Lực nén lớn nhất khi làm việc (kG).
Fn: Diện tích mặt cắt ngang của trục ép (cm2).
l : Chiều dài hình học của thanh (cm).
r : Bán kính quán tính của tiết diện (cm).
r : Được xác định như sau:
J = 1002.4.0,5.(50.100-40.90).10-4 = 28.102 (cm4).
=> r = 10 (cm)
=> λ = 200
Tra bảng cuốn ta tìm được hệ số ϕ = 0,19 đối với thép CT3:
Như vậy ta được: ϕmax = 8000/28.0,19 = 1503 (kG/cm2) ≤ 1600(kG/cm2).
Như vậy, mặt cắt đã chọn thoã mãn điều kiện làm việc.
c. Tính bền cọc thép:
Cọc thép sẽ ở trạng thái chịu lực bất lợi nhất khi đầu cọc gặp vật cản trong nền và không ăn sâu vào nền được nữa trong khi vẫn chịu lực ép xuống; khi này, có thể coi cọc là một thanh chịu nén thuần thuý.
l : Chiều dài hình học của cọc (cm).
F : Diện tích mặt cắt cọc (cm2).
Jx : Mô men quán tính nhỏ nhất của mặt cắt cọc (cm4).
Với cọc có mặt cắt dạng hình thoi rỗng: Jmin = Jx = 28.102 (cm4).
Vì trong mặt phẳng này độ mảnh của nó lớn nhất, với a1 và b1 là kích thước bên trong của mặt cắt cọc ống thép.
Độ mảnh giới hạn λ0 chỉ phụ thuộc vật liệu, với thép CT3:
sth = 1600 (kG/cm2).
E = 2,1.106(kG/cm2).
=> λ0 = 120...≤ 200 = λmax
2.5.2.2. Tính toán thiết kế bộ phận dẫn động.
* Sơ đồ bộ truyền động công tác:
Sơ đồ bộ truyền động công tác nhưu hình 2.14.
a. Tính chọn cáp thép:
* Sơ đồ mắc cáp:
Sơ đồ mắc cáp như hình 2.15.
* Giới thiệu:
Vì cơ cấu làm việc với vận tốc cao nên ta chọn cáp để làm dây cho cơ cấu. Cáp là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác như xích hàn, xích tấm, … loại dây này hiện rất thông dụng trong ngành máy xây dựng ở nước ta.
Trong các kiểu kết cấu cáp thì cáp bện kép được sử dụng rộng rãi nhất trong đó loại cáp bện kép với lõi đai với sáu dánh cáp là sử dụng rộng rãi hơn cả. Lõi bằng đai có ưu điểm là cáp có độ uốn cong tốt và khả năng tự bôi trơn tốt hơn.
* Tính toán chọn cáp thép:
Sđ: Lực kéo đứt dây cáp tra trong bảng tiêu chuẩn.
Smax: Lực căng cáp lớn nhất tại chỗ cuốn lên tang trong quá trình kéo trục ép lên.
Nk: Lực kéo trục ép lên khỏi chiều sâu ép bấc. (Nk = 120(kN).
i : Bội suất của cáp. i = 2.
z : Số tời quấn cáp: z = 2.
hp: Hiệu suất của một puli tra bảng Þ hh = 0,98 (chọn loại ổ lăn điều kiện bôi trơn bình thường).
n : Số puly đổi hướng: n = 5.
Vậy: Smax = 34 (kN)
n: Hệ số an toàn cho phép của cáp thép (n phụ thuộc vào loại máy và chế độ làm việc, vì chế độ làm việc nặng tra bảng chọn n =6).
Sd > 34.6 = 204(kN).
Kích thước dây cáp:
C: Hệ số an toàn của cáp.
Sd: Lực kéo đứt cáp (được xác định bằng mẫu thử).
Smax: Lực kéo lớn nhất trên dây cáp.
Ưng với mỗi phạm vi sử dụng khác nhau người ta đưa ra các trị số C khác nhau. Với máy ép cọc bấc thấm do cáp làm việc nặng nhọc thường bị uốn nhiều qua các ròng rọc và khi hết khoảng 20000 - 25000m bấc thì ta phải thay bằng cáp mới do đó trị số C cao, thường lấy C = 6.
- Đường kính cáp: dc = 21mm.
- Đường kính sợi: ds = 1,55mm.
- Diện tích tiết diện mặt cắt tính toán của sợi: s = 174,75 mm2 .
- Trọng lượng 100m cáp đã bôi trơn: P100 = 163,1kg.
- Lực kéo đứt cáp: Pd = 237 kN.
- Độ bền dự trữ của cáp:
=> Thay số được: nt = 6,9 < [6]
Vậy thõa mãn điều kiện độ bền dự trữ của cáp lớn hơn hệ số an toàn cho phép.
Tính chiều dài cáp: căn cứ vào sơ đồ mắc cáp, chiều cao cột, chiều dài cọc thép, khoảng cách giữa các puly, khoảng cách giữa tang với puly dẫn hướng ở chân cột, đường kính tang và số vòng cáp dự trữ.
b. Tính toán tang:
* Đường kính tang Dt:
Đường kính cho phép nhỏ nhất đối với tang xác định theo công thức :
Dt > (e –1 ).dc. [5].
Trong đó:
Dt: Đường kính tang (mm).
dc: Đường kính của cáp (dc = 21mm).
e: Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại máy, truyền động của cơ cấu và chế độ làm việc của cơ cấu. Tra bảng Þ e = 20
Dt > (20 - 1).21 = 399 mm.
=> Chọn Dt = 400mm.
* Đường kính puly:
Từ công thức:
Dr > (e –1 ).dc.
Với ròng rọc, ta chọn e = 16.
Ta có: Dr > (16 - 1).21 = 315 (mm).
Ta chọn: Dr = 315(mm).
Ơ đây, đường kính ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc nên có thể chọn nhỏ hơn 20% so với đường kính ròng rọc làm việc.
Vậy: Drc = 0.8.Dr = 0,8.315 = 252(mm).
Chọn Drc = 250 (mm).
* Kích thước hình học của tang:
Bán kính rãnh cáp:
R = 0,6.dc = 0,6.21 = 12,6mm.
Chiều sâu rãnh cáp:
h = 0,3.dc = 0,3.21= 6,3mm.
Bước cuộn cáp:
t = 1,1.dc = 1,1.21= 23,1mm.
Dựa vào bảng, chọn t = 25 mm, h = 7.5 mm, R = 15 mm.
Do yêu cầu công nghệ chế tạo tang đúc mà chiều dày thành tang d không nhỏ hơn 12mm và thường được tính sơ bộ theo công thức:
d = 0,02Dt +(6 - 10) mm
Trong đó : Dt: đường kính danh nghĩa của tang chọn Dt = 400 mm.
=> d = 0,02.400 + 10 = 18 mm.
* Tính sức bền tang trống:
Đối với tang một lớp cáp, loại có chiều dài tang không lớn hơn 3 lần đường kính của nó (Lt £ 3Dt) thì thành phần ứng suất uốn và xoắn rất nhỏ chỉ bằng 10-15% ứng suất nén.
d: Chiều dày thành tang : d = 18mm.
Smax: Lực căng cáp lớn nhất: Smax = 34kN.
t: Bước cáp : t = 25mm.
[s]n: Ứng suất nén cho phép: do tang được đúc bằng gang CU15-32 là loại vật liệu thông dụng phổ biến nhất có giới hạn bền nén là sbn = 565 N/mm2. Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn n = 5:
thay số được: sbn = 79,11 N/mm2 < [s]n
Thõa điều kiện.
Vậy có thể coi là tang làm việc đủ bền.
* Kẹp cáp trên tang:
Phương pháp cố định đầu cáp trên tang thông dụng nhất là dùng tấm đệm bên ngoài ép cáp lên bề mặt tang bằng bulông. Tấm đệm với rãnh hình thang là tốt nhất và thông dụng nhất. Vì đường kính cáp d = 21mm nên ta chọn một tấm kẹp có hai bulông để cố định đầu cáp.
* Chọn ổ trục:
Tính toán chọn ổ lăn :
- Chọn ổ trục:
Chọn ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy vì loại ổ này chủ yếu chịu tải trọng hướng tâm có thể chịu tải trọng dọc trục nhưng không lớn lắm. Ổ không tháo được. Đảm bảo cố định trục theo hai chiều.
- Tính chọn kích thước:
Ổ đỡ bên phải trục tang ổ lồng cầu 2 dây thanh lăn cho phép độ không đồng tâm giữa 2 ổ và có hệ số khả năng làm việc cao, đường kính ổ lắp trục taị đây d = 150 mm, tải trọng lớn nhất tác dụng lên ổ là tải trọng hướng tâm bằng phản lực taị ổ là RA = 71kN.
Tải trọng tính lớn nhất lên ổ:
Q = R . KV . Kđ . Kt = 71 . 1 .1. 1,2 = 85,2kN.
Trong đó:
KV : Hệ số phụ thuộc vòng trong quay hay vòng ngoài quay. Vì vòng trong quay nên chọn KV = 1.
Kđ : Hệ số tải trọng động. Chọn Kđ = 1,0
Kt : Hệ số tải trọng tĩnh. Chọn Kt = 1,2
Với thời gian phục vụ 5 năm ở chế độ làm việc trung bình thì tổng số giờ:
T = 24 . 365 . A . Kn . Kng = 24. 365 . 5 . 0,5 . 0,67 = 14673 (giờ)
Trong đó:
A = 5 năm: Thời gian ổ có thể làm việc được.
Kn = 0,5
Kng = 0,67
Với chế độ làm việc trung bình (CĐ) = 0,25.
h = T (CĐ) = 14673 . 0,25 = 3668,27 (giờ)
n: Số vòng quay của ổ. n = 8,2 v/ph
Vậy hệ số khả năng làm việc yêu cầu của ổ là:
C = 0,1 . Q (n.h)0,3 = 0,1.8520.(8,2.3668,27)0,3 = 18790.
- Chọn ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy theo dựa vào bảng 15P-trang 341 [],theo GOCT 5720-51 ứng với d =140mm,chọn ổ kí hiệu 1620 có C =160000.
c. Trục tang:
Vì sử dụng tang có hai nhánh cáp quấn vào tang nên hợp lực căng dây trên tang: Ta có hợp lực của lực căng của 1 nhánh cáp vào tang là: S = SmaxK = 120 (kN).
* Sơ đồ tính trục tang:
Từ hình 2.21 có: RC = RD = 60kN.
Lực tác dụng lên Mayơ của tang là: S = 120(kN).
Ta được: RA + RB = 120 (kN).
Tại B:
RB = 70,91(kN).
Tại A:
Từ RA + RB = 120 (kN) => RA = 120 - RB = 49,09(kN).
Mômen uốn tại C:
MuD= 70,91.250 = 17727,5(kN.mm).
Mômen uốn tại D:
MuD = 49,09.450 = 22090,5(kN.mm).
Trục tang không truyền mômen xoắn mà chỉ chịu mômen uốn. Đồng thời trục tang quay cùng với tang trong quá trình làm việc nên trục tang sẽ chịu ứng suất uốn theo chu kỳ đối xứng.
Số chu kỳ làm việc tương ứng với các tải trọng: Qtt1,Qtt2,Qtt3.
Z1 = 1/5.Zo = 4,48.107.1/5 = 8,96.106.
Z2 = 2,5/5.Zo = 22,4.106.
Z3 = 1,5/5.Zo = 13,44.106.
d. Tính chọn động cơ thuỷ lực:
Do cột được lắp trên máy cơ sở di chuyển bánh xích PC300, loại máy cơ sở này có động cơ dẫn động là động cơ điezel có công suất thiết kế là 232Hp, nên trong quá trình tính toán thiết kế cột thép thì việc lựa chọn nguồn động lực cho các cơ cấu ép cọc được sử dụng nguồn động lực của máy cơ sở thông qua bộ trích công suất (hộp giảm tốc và các khớp nối) dẫn động bơm thuỷ lực cung cấp dầu cao áp cho động cơ thủy lực hoạt động.
* Một số đặc điểm khi sử dụng động cơ Diezel:
+ Loại động cơ đốt trong này có nhiệm vụ chuyển năng lượng nhiệt nhờ quá trình đốt cháy nhiên liệu để chuyển sang cơ năng. Nó hoạt động phụ thuộc vào nguồn cung cấp năng lượng từ bên ngoài nên là nguồn động lực chủ yếu cho các loại máy hoạt động nơi xa lưới điện.
+ So với động cơ xăng thì động cơ điezel làm việc bằng nhiên liệu rẻ hơn lượng tiêu hao nhiên liệu ít hơn, thời gian sử dụng lâu hơn,…
+ So với động cơ điện thì động cơ điezel có một số ưu điểm như khối lượng không lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ khá rộng (2 ¸ 2,5 lần), không phụ thuộc vào việc cấp năng lượng từ bên ngoài. Nhược điểm là không thể đảo chiều quay trực tiếp, không có khản năng quá tải nên không thể khởi động cơ khi có tải,...
Dựa vào công suất tĩnh tính toán ở trên, ta chọn độngcơ piston rôto hướng trục có xilanh nghiêng có các thông số cơ bản sau:
Chọn động cơ thuỷ lực AПH-4 loại piston roto hướng trục đĩa nghiêng có các thông số sau:
Kí hiệu: AПH-4
Nước sản xuất: Nga.
Công suất: 38,6 kW
Lưu lượng làm việc: 107 l/ph
Áp suất làm việc định mức: 200 bar
Số vòng quay định mức: 1200 v/ph
Số vòng quay tối đa: 1800 v/ph
Moment xoắn lớn nhất: 325 Nm
Khối lượng: 44 kg.
Kích thước cơ bản của bơm thuỷ lực AПH-4 nhưu bảng 2.2.
Lưu lượng dầu cần thiết để một động cơ thủy lực hoạt động :
Qđ = qđ . nđ
Trong đó :
qđ = 55 (cm3/vòng) : Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực.
nđ = 1200 (vòng/phút) : Số vòng quay của động cơ thủy lực trong 1 đơn vị thời gian.
Þ QĐ = 55 ´ 1200 = 66000(cm3/phút)
QĐ = 66(lít/phút)
- Áp lực của động cơ thủy lực :
- Động cơ piston rôto hướng trục có xilanh nghiêng một góc 25° có áp suất định mức Pđm = 200 bar.
Chọn hộp giảm tốc:
- Trục quay nhanh được nối với trục của động cơ thủy lực,còn trục quay chậm được làm liền với khớp răng dẫn động tang cuốn cáp.
- Căn cứ vào yêu cầu về công suất phải truyền với cường độ CĐ 25%,chọn hộp giảm tốc kí hiệu BKH-450,có các đặc tính sau:
- Kiểu hộp giảm tốc: Bánh răng trụ răng nghiêng 2 cấp.
- Tỉ số truyền : i = 50.
- Kiểu lắp : Trục ra và trục vào ở cùng phía.
e. Khớp nối thuỷ lực:
* Cấu tạo chung:
Sơ đồ nguyên lý của khớp nối thuỷ lực như hình 2.13.
* Nguyên lý làm việc:
Bao gồm bánh dẫn (bánh bơm 1) và bánh bị dẫn (bánh tua bin 2). Trên trục khớp nối bố trí vòng đệm 4 bảo đảm làm kín giữa vỏ khớp nối 3 và trục. Bánh bơm quay làm chất lỏng trong khoang làm việc quay. Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng bị hất văng ra ngoại vi và đập vào cánh của bánh tua bin tạo ra áp lực trên cánh tua bin. Bị mất một phần năng lượng để thắng sức cản quay của cánh tua bin, chất lỏng chảy về trung tâm của khớp nối rồi lại tới bánh bơm, chu kỳ chuyển động được lặp lại. Tốc độ tuyệt đối của chất lỏng từ bánh bơm hướng tới cánh bánh tua bin tạo thành một góc.
Các thông số của khớp nối thuỷ lực như hình 2.26.
Các thông số của khớp nối thuỷ lực CDF51/2. Tra bảng 2.3.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Động Lực Học Máy Xây Dụng.
PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh Nhà xuất bản giao thông vận tải.
2. Máy thi công chuyên dùng.
PGS-TS Nguyễn Bính Nhà xuất bản giao thông vận tải.
3. Truyền động máy xây dựng và xếp dỡ.
Vũ Thanh Bình - Nguyễn Đăng Điệm Nhà xuất bản giao thông vận tải.
4. Tính toán thiết kế hện thống dẫn động cơ khí.
Trịnh Chất - Lê Văn Uyển.
5. Tính toán thiết kế máy nâng vận chuyển.
6. Thiết kế chi tiết máy.
Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm Nhà xuất bản giáo dục.
7. Chi tiết máy 2.
Trương Tất Đích NXB khoa học kỹ thuật.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"