MỤC LỤC

MỤC LỤC

I. LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LỌAI MÁY KHOAN CỌC NHỒI

1.1. Tổng quan về các lọai máy khoan cọc nhồi hiện nay           

1.1.1.Máy khoan cọc nhồi kiểu xoắn ruột gà

1.1.2.Máy khoan cọc nhồi ống vách liểu dao động

1.1.3.Máy khoan cọc nhồi kiểu quay tròn

1.1.4.Máy khoan tường vách

1.2. Máy khoan cọc nhồi BS.680 của hãng Bauer-CHLB Đức   

 Một số đặc điểm chung

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG CHO MÁY KHOAN CỌC NHỒI BS.680   

2.1. Sơ đồ động và các số liệu ban đầu         

 2.1.1. Các thông số cơ bản.

 2.1.2. Sơ Đồ Động

 2.1.3. Chọn móc treo hàng

 2.1.4. Chọn lọai dây

 2.1.5. Chọn sơ đồ pa lăng

 2.1.6. Tính chọn cáp

2.2. Tính toán kích thước cơ bản của tang                          

13 2.2.1.Đường kính tang

2.2.2 Chiều dài của tang

2.2.3 Tính chiều dày tang và kiểm tra bền

2.2.4 Tính kẹp cáp trên tang

2.3. Tính toán trục tang                                             

2.3.1.Sơ đồ tính trục tang

2.3.2 Xác định các phản lực

2.3.3 Xác định sơ bộ đường kính trục

2.3.4. Kiểm nghiệm an toàn của trục

2.4. Tính chọn ổ lăn                                         

2.5. Tính chọn động cơ điện và hộp giảm tốc                 

2.5.1. Công suất tĩnh của động cơ

2.5.2. Chọn động cơ

2.5.3. Chọn hộp giảm tốc

2.6. Kiểm tra động cơ      

2.6.1.Các thông số cần thiết

2.6.2 Kiểm tra động cơ

2.7. Tính toán và chọn phanh26                       

2.7.1.Tính momen cản

2.7.2. Chọn phanh

2.8. Tính chọn khớp                                          

2.8.1. Khớp nối động cơ với hộp giảm tốc

2.8.2 Tính chọn khớp nối trục ra của hộp giảm tốc và tang

2.9. Kiểm tra khớp                                 

II. TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI MỞ ĐẦU

   Đồ án môn học Thiết kế máy xây dựng là bước kết thúc môn Máy sản xuất vật liệu , là phần kiến thức quan trọng đối với sinh viên khoa cơ khí nói chung và sinh viên khoa cơ giới hoá xí nghiệp nói riêng .

   Đó là tổng hợp các kiến thức các môn học: Cơ sở thiết kế máy, Vẽ kỹ thuật, Cơ học máy, Sức bền vật liệu, Máy thi công… Đề tài của Đồ án là “Thiết kế máy khoan cọc nhồi BS.680” để tạo nên những lỗ cọc trong nền đất sau đó rót trực tiếp vật liệu vào những lỗ đó để tạo thành cọc.

   Qua đồ án giúp sinh viên nắm vững những vấn đề cơ bản trong thiết kế tính toán theo chỉ tiêu đáp ứng các khả năng làm việc, thiết kế chi tiết máy vỏ khung, chọn động cơ, khớp nối, lắp ghép…. và phương pháp trình bày bản vẽ về dung sai lắp ghép và số liệu tra cứu.

   Do kiến thức về thiết kế máy còn hạn chế và kinh nghiệm thực tế về máy còn quá ít nên nội dung trình bày còn hạn chế không tránh khỏi những thiếu xót .

   Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ các thầy cô trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đặt biệt là sự huớng dẫn tận tình của thầy: TS…………………….

   Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.

                                          TPHCM, Ngày … tháng … năm 20….

                                  Sinh viên thực hiện

                                  …………………

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LỌAI MÁY KHOAN CỌC NHỒI

1.1. Tổng quan về các lọai máy khoan cọc nhồi hiện nay

Những năm gần đây ở nuớc ta do nhu cầu xây dựng các công trình nhà cao tầng việc sử dụng cọc nhồi trở nên phổ biến .Nguyên lý làm cọc nhồi là tạo nên những lỗ cọc trong nền đất sau đó rót trực tiếp vào vật liệu |(bê tông , bê tông cốt thép , cát….. )vào những lỗ đó để tạo thành cọc .

Các phuơng pháp và thiết bị tạo lỗ cho cọc hiện nay cũng rất đa dạng :

- Lọai sử dụng ống bằng kim lọai có đường kính tới 50 cm và dài tới 22 m đóng vào nền đất tạo thành cọc , sau đó rót vật liệu tạo cọc . Ống kim lọai có thể để lại hoặc rút khỏi nền đất . Trình tự thi công được thể hiện trên hình.

- Lọai làm lỗ cọc bằng các thiết bị khoan khác nhau :khoan xoắn ruột gà, khoan xoay, khoan va đập , khoan rung , khoan xoay ấn hút , khoan bằng tia nuớc có áp lực cao… 

1.1.1. Máy khoan cọc nhồi kiểu xoắn ruột gà

Cấu tạo gồm máy bánh xích cơ sở 1, đỡ trụ khoan 4. Trên đầu trụ có thanh ngang đầu trụ 5 , cụm dẫn động gồm động cơ thủy lực qua rôto – hôp giảm tốc làm quay cần khoan 6 và ruột gà7 theo hướng bệ dẫn . Cơ cấu công tác có thể thay đổi (ruột gà , gầu ngọam , đầu khoan kiểu rôto…) tạo ra các lọai máy khoan khác nhau.

1.1.2. Máy khoan cọc nhồi ống vách liểu dao động

Nguyên lý họat động của loai này như sau :ống vách với chân cắt phía dưới được kẹp chặt và xoay dao động bới các xy lanh thủy lực với momen xoắn từ 1660 đến 8350 kNm , lực ép từ 1530 đến 7250 kN (lọai VRM) của Đức. Nhờ đó các ống vách nối liên tiếp với nhau bới các khớp nối đặc biệt sẽ khoan dần tới độ khoan sâu cần thiết (tới 75 m).Lực ép thẳng đứng và momen dao động có hể điều chỉnh hoặc giữ không đổi trong quá trình khoan. 

Lọai máy này rất phù hợp khi thi công tên nền địa chất phức tạp , có thể thi công ngay mà không cần chờ kết quả khảo sát địa chất , không cần xử lý khoan bằng bentonite tốn kém. Theo nguyên lý khoan bằng ống vách , lực khoan cắt đá đều theo theo phương tiếp tuyến nên răng ít bị hỏng hơn so với mũi khoan ruột gà (lực cắt thay đổi từ tâm mũi khoan ra ngòai theo phương hướng kính nên mũi khoan ruột gà dễ bị gãy khi gặp đá cứng ).

1.1.3. Máy khoan cọc nhồi kiểu quay tròn

- Khác với máy khoan vách ống dao động ở chỗ ống vách xoay tròn 360 ¨theo một chiều nhất định với momen xoay từ 1850 đến 4200 kNm và lực ép từ 1890 đến 3750 kN (lọai RDM của Đức). Lọai này do xoay tròn liên tục nên có độ khoan nhanh hơn , đặc biệt khi khoan qua tầng đá độ ma sát trên ống vách nhỏ hơn đáng kể. Ngòai ra do xoay theo 1 chiều nên răng cắt ít bị mài mòn hơn.

1.1.4. Máy khoan tường vách 

Dùng để khoan tường vách dạng rãnh được khoan đào bằng gầu ngọam với lực kẹp rất lớn . Bề dày tường vách có thể khoan từ 400 đến 1500 mm . Lọai này thường sử dụng trong các trường hợp không sử dụng cọc làm nền móng để tránh chóang chỗ.

1.2. Máy khoan cọc nhồi BS.680 của hãng BAUER- CHLB ĐỨC

Một số đặc điểm chung:

- Các máy khoan cọc nhồi thủy lực lọai BG có cần khoan cọc buồm kiểu KELLY-BAR là lọai thiết bị có năng suất cao nhất trong tất cả các lọai khoan, và đây cũng là lọai  khoan phù hợp với các tầng địa chất từ mềm đến cứng như Granite,….trên cạn cũng như dưới nước , tính cơ động cao ,có thể khoan lỗ þ:0,6-3 m, sâu max 85.Momen xoắn từ 140-500 kNm.

- Các lọai khoan cọc nhồi thủy lực gá trên can cẩu lọai B, là lọai đầu khoan gá trên cần của cần cẩu bánh xích, cần khoan theo kiểu KELLY-ROD dùng truyền động ma sát nên chủ yếu dùng để thi công trên nền đất yếu và trung bình.Nếu kết hợp với mũi khoan thích hợp thì có thể dùng cho địa chất đá có cường độ kháng nén 200-400MPa, tạo lỗ khoan đường kính từ 0,8-2 m với độ sâu max 60 m,chủ yếu là để khoan đất do momen xoắn nhỏ,cần khoan theo kiểu ma sát, không lực nép ép lên mũi khoan.

- Thiết bị xoay ép ống vách BV đừong kính từ 1,0-2,5 m kết hợp với động lực riêng hay trích dòng cao áp thủy lực từ cần cẩu cơ sở . Các máy dùng thiết bị này phải sử dụng hệ thống gầu ngọam thủy lực hoặc gầu cơ khí . Gầu cơ khí có lực cắt lớn hơn nên có khả năng làm việc với địc chất cứng tốt hơn nhiều.Nhược điểm của phương pháp này là năng suất thấp,không thích hợp với các địa chất đá cứng , khả năng cơ động kém. 

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG CHO MÁY KHOAN CỌC NHỒI BS.680

2.1. Sơ đồ động và các số liệu ban đầu

2.1.1. Các thông số cơ bản.

- Sức nâng                                :Q = 3,2T = 32000 N

- Tổng chiều sâu và chiều cao : H = 80 m

- Chiều cao nâng                      :17,4 m

- Vận tốc nâng:                :V_n = 7 m/p

- Chế độ làm việc của động cơ là trung bình.

Cơ cấu nâng của cần trục bánh xích thuộc loại cơ cấu dẫn động bằng điện.

2.1.2. Sơ đồ động.

Sơ đồ động thể hiện như hình 1.

2.1.3. Chọn móc treo hàng

Trong máy trục thường sử dụng lọai móc chế tạo bằng thép 20 .Hình dáng kích thước được tiêu chuẩn hóa theo tải trọng.Do vậy ,ta chọn mã theo tiêu chuẩn sức nâng của cần trục.

Theo sức nâng của cơ cấu thiết kế: Q = 3,2 T

Dựa vào bảng tra ta chọn móc kí hiệu KO mang tên KIROP, theo GOCT 6627-62.

Trọng lượng móc : G = 138 kg

2.1.4. Chọn lọai dây

Trong ngành máy trục hiện nay người ta sử dụng nhiều loại dây như: cáp dây, dây xích, xích hàn… 

2.1.5. Chọn sơ đồ pa lăng

Dây cáp được quấn trực tiếp vào tang ta chọn pa lăng cáp có một nhánh dây chạy lên tang.

Ta có:

Q = 32000 N: sức nâng

a = 2        : là bội suất pa lăng.

m = 1        : số nhánh cáp quân lên tang.

l = 0.98     : hiệu suất từng ròng rọc.

t = 0        : số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội suất a

h = h_ph_th_o = 0,93.0,92.0,96 = 0.82 là hiệu suất của cơ cấu.

2.1.6. Tính chọn cáp

Ta có:

Chọn cáp căn cứ vào trị số S_đ. Ta chọn cáp pK-O kết cấu 6x19(1 + 6 + 6)6 + 1 lõi theo GOCT 7665 – 69 (tính tóan máy nâng chuyển 183)

Thông số:

- Đường kính cáp  d_c =14,5 mm

- Lực đứt tính toán P = 9165 KG

- Khối lượng 1000m cáp đã bôi trơn m = 759 kG; s_b = 140 KG/mm²

 2.2. Tính toán kích thước cơ bản của tang

 2.2.1. Đường kính tang

Suy ra D_t ³ 14,5.(18 -1) = 246,5 mm.

Ta chọn đường kính tang D_t=300 mm.

Đường kính tang tính đến tâm lớp cáp thứ nhất:

D₁ = D_t + d_c = 300 + 14,5 = 314,5 mm

Đường kính tang tính đến tâm lớp cáp thứ hai:

D₂ = D_t + 2d_c = 300 + 2.14,5 = 329mm

Đối với sức nâng 3,2 T và chế độ làm việc nhẹ theo bảng III 18(198)

Chọn bộ phận treo móc lọai I, có đường kính puly 320 mm và khỏang cách giữa những puly b = 200 mm.

2.2.2. Chiều dài của tang

Để giảm kích thước chiều dài tang, ta sử dụng dây cáp cuốn lên tang hai lớp

H = 80 m:chiều cao nâng hàng

i_p = 2:Bội suất của palăng

D = 329mm:Đuờng kính của tang tính đến tâm lớp cáp thứ 2.

z₁ = 2:số vòng dự trữ trên tang.

z₂ =3 số vòng kẹp cáp.

Vậy chiều dài cần thiết của tang là: L = L₀+2l =1076+2.30 = 1136 mm

Đường kính bao thành tang :

Thành tang phải đủ cao hơn lớp ngòai cùng ít nhất 4 lần đường kính cáp:

D_max ≥ D +4d

D_max ≥300 +4.14,5=358 mm

Lấy D_max = 360 mm

Chiều dy tang :

Do ỵêu cầu công nghệ chế tạo tang đúc nên được xác định theo công thức:

L₀= 0,02. D_t +6 = 0,02.300 +6 = 12 mm

2.2.3. Tính chiều dày tang và kiểm tra bền

Tang được chế tạo từ gang xám nhãn hiệu Cr15 – 32, là loại vật liệu thông thường và phổ biến nhất có giới hạn bền nén s_bn = 565 N/mm² ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k=5

Do khi làm việc thành tang chịu nén, uốn, xoắn nhưng vì chiều dài tang không lớn hơn 3 lần đường kính của nó, nên ứng suất uốn xoắn không vượt quá 10 – 15% ứng suất nén vì vậy ta kiểm tra bền tang theo ứng suất nén.

- K:  là hệ số phụ thuộc vào số lớp cáp, khi có hai lớp cáp thì K = 1,4

- j :Là hệ số giảm ứng suất, đối với tang làm bằng gang thì j = 0,8

2.2.4. Tính kẹp cáp trên tang

Ta có:

- f = 0,14 là hệ số masát giữa cáp và hàng

- a = 4p góc bao tang của cáp bởi vít dự trữ

- e = 2,71 cơ số logarit tự nhiên

Với bu lông làm bằng thép CT3 có [s] = 75 – 85 Mpa

Giải ra ta được : d₁ ≥10,5 mm

Đường kính danh nghĩa của bulông ta chọn là d = 12 mm

Ký hiệu M12

2.3. Tính toán trục tang

2.3.1. Sơ đồ tính trục tang

Trục tang nối với trục ra của hộp số bằng khớp răng, đầu còn lại cũng được đặt trên ổ đỡ nên ta coi sơ đồ tính trục tang như là dầm đặt trên hai gối đỡ. Hợp lực của lực căng R = 2.Smax = 2.16161,6 = 32323,2 N

2.3.2. Xác định các phản lực

Vật liệu trục tang làm bằng thép 45 có giới hạn mỏi s_‘-1 = 250Mpa.Ứng suất uốn cho phép với chu kỳ đối xứng trong tính toán sơ bộ.

Trong đo: [n] =1,4 và k’ = 2 lấy theo bảng.

2.3.4. Kiểm nghiệm an toàn của trục

Ta có:

Hệ số tập trung ứng suất thực tế ở chỗ có rãnh then: ks = 1,63

Hệ số kích thước lấy: ä_s = 0,72

Hệ số chất lượng bề mặt: b = 0,85 bề mặt gia công tinh.

Giới hạn bền của vật liệu: s_b = 610 MPa .

Ứng suất trung bình: s_m = 0

Tổng số giờ làm việc của cầu trục: T = Số năm x 365 x 24 x K_n x K_ng = 15.365.24.0,5.0,67 = 44019h

Kn, Kng : Hệ số sử dụng trong năm và trong ngày tra theo bảng.

Tổng số chu kỳ làm việc này phân bố ra số chu kỳ làm việc Z₁; Z₂; Z₃ tương ứng với các tải trọng:

Q1= Q; Q2 =0,5 Q; Q3 = 0,3Q

Số chu kỳ tương ứng với Qi

Khi Qi = Q Þ Z₁ =3/5.Zo = 4030961 N

Khi Qi = 0,5.Q Þ Z₂ = 1/5.Zo = 1343654 N

Khi Qi = 0,3.Q Þ Z₃ = 1/5.Zo = 1343654 N

Vậy số chu kỳ làm việc tương đương là: Z_td =4030961+ 1343654.0,5⁸ 1343654.0,2⁸ = 4036213

Tra bảng ta có hệ số an toàn cho phép [n]= 1,6

Vậy ns = 1,7 > [n] = 1,6 vậy trục đủ bền.

2.4. Tính chọn ổ lăn

Tính toán tại ổ đỡ A

Tải trọng tính lớn nhất lên ổ khi cơ cấu làm việc với Q₁ = Q là:

Rt₁= K_v.K_n.K_t.R_A= 1,1.1,1.1,2. = 25031,09 N (CT 8-2 CTM)

Tương tự cho các trường hợp

Qi = Q =>  Rt₁= 25031,09 N

Qi = 0,5.Q => Rt₂= 11995,6 N

Qi = 0,3.Q => Rt₃= 7236,25 N

Khi đó tổng số giờ làm việc của ổ

T = A.365.24.K_n.K_ng = 3.365.24.0,5.0,67 = 8803,8 h

Thời gian làm việc thực tế của ổ: h = T.(CD%) = 8803,8.0,25 = 2200 h     

Căn cứ vào C và đường kính trục d = 70mm, tra bảng ta chọn được ổ bi đỡ lồng cầu hai dãy cỡ trung có số hiệu 1314 theo GOST5720-75(tính tóan thiết kế hệ dẫn động cơ khí 258).

2.5. Tính chọn động cơ điện và hộp giảm tốc

2.5.1. Công suất tĩnh của động cơ

Ta có:

Vn = 7m/ph là vân tốc nâng

h = h^o. ht. ho Là hiệu suất của cơ cấu

h_p = 0,93 đã tính ở phần đầu

ht là hiệu xuất của tang  ht = 0,96

ho = 0,92 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối với giả thiết bộ truyền được thiết kế thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ.

2.5.2. Chọn động cơ

Căn cứ vào công suất tĩnh và chế độ làm việc ta chọn động cơ nhãn hiệu: A02 – 52 – 8 (trang 200)

Ta có các thông số sau:

Nđc (KW) :  5,5

n (v/p) : 720

2.5.3. Chọn hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc được tính chọn theo công suất, chế độ làm việc và tỉ số truyền. Căn cứ vào yêu cầu công suất phải truyền với CD 25%,số vòng quay trục vào,tỷ số truyền và yêu cầu lắp ráp theo bảng III 22.2 [2] ta chọn hộp số ký hiệu U.2 – 350  có hai đầu cùng quay về một phía.Trục ra làm liền với khớp răng có các thông số kỹ thuật ở bảng dưới.

2.6. Kiểm tra động cơ

2.6.1. Các thông số cần thiết

- Trọng lượng hàng và thiết bị nâng hàng: Q₀ = Q + Q_m = 32000 + 1380 = 33380N

- Lực căng của cáp trên tang khi nâng : S_n = S_max = 16161,6 N

2.6.2. Kiểm tra động cơ

Việc kiểm tra động cơ theo quá tải nhiệt phụ thuộc vào chế độ làm việc của cơ cấu tức là phụ thuộc vào biểu đồ sức nâng. Ơ chế độ làm việc trung bình ta có biểu đồ sức nâng.

Ta có:

- åt_m: tổng thời gian mở máy

- åt_m = 0,3+0,34 + 5.0,49 + 0,56 + 3.0,55 = 5,3s

- t_v: Thời gian chuyển động với tốc độ ổn định

- với Htb: là chiều cao nâng trung bình của cần trục

- åt: Là tổng thời gian làm việc

- åt = 20.t_v + åt_m =20.400 + 5,3= 8005s

Vậy:   N_tb = 4,98KW

Kết luận:  N_tb < N_đc= 5,5KW do vậy động cơ đã chọn là phù hợp.

2.7. Tính toán và chọn phanh

2.7.1. Tính momen cản

K = 1,7 là hệ số an toàn phanh được lấy trong bảng (3-2) [1]

2.7.2. Chọn phanh

Căn cứ vào M_ph và đường kính phanh ta chọn phanh má điện từ hành trình ngắn TKT– 200 

Thông số kỹ thuật như sau

- Đường kính phanh:      D =200 (mm)

- Chiều rộng má phanh: B= 90 (mm)

- Hành trình má phanh: E = 0,5 (mm)

- Momen phanh:        M_ph =16 (kGm)

- Khối lượng phanh:   m_ph=37 (kg)

2.8. Tính chọn khớp

2.8.1. Khớp nối động cơ với hộp giảm tốc

Ở đây sử dụng khớp nối răng M3 có gắn bnh phanh, là loại khớp nối di động có thể lắp và làm việc khi 2 trục không đồng trục tuyệt đối.

Ngoài ra khớp này còn giãm được chấn động và va đập khi mở máy và khi phanh đột ngột. Phía nữa khớp bên HGT kết hợp làm bánh phanh căn cứ vào đường kính phanh D = 200mm.

2.8.2. Tính chọn khớp nối trục ra của hộp giảm tốc và tang

Tính momen truyền qua khớp Mk:

M_k = M_n.K₁.K₂  (1.65)[3]

Trong đó:

- K₁ = 1,6 Hệ số phụ thuộc vào mức độ quan trọng

- K₂ = 1,2 Hệ số phụ thuộc vào chế độ làm việc tra bảng (9-2)[1]

- M_nlà mômen trên trục động cơ khi nâng theo (2.79)[1]

Dựa vào sách tính tóan máy nâng trang 240 ta chọn.

Chọn khớp nối mặ bích theo OCT 20761-75 có các thông số như sau:

- Vật liệu chế tạo : thép

- Đường kính khớp nối: D = 200 mm

- Chiều dài khớp nối : L = 260 mm

- Đường kính trục không lớn hơn :100 mm.

- Momen cho phép:120 kGm

- Momen đà:2,98 kGm

2.9. Kiểm tra khớp

Kiểm tra sự làm việc của khớp nối động cơ với hộp giảm tốc. Mô men lớn nhất mà khớp phải truyền xuất hiện trong hai trường hợp: Khởi động nâng và phanh khi đang nâng.

Điều kiện kiểm tra:

M.K₁.K₂< Mk^max

Với :K₁ = 1,3 và K₂ = 1,2 Lấy theo bảng (9.2)[1]

Ta có 1135.1,3.1,2 = 1770,6Nm < M_kmax = 1910 Nm.

Như vậy khớp đã chọn làm việc an toàn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Máy thi công chuyên dùng     

     PGS.TS Nguyễn Bính

2. Tính toán máy nâng chuyển  

     Trường Đại học Hàng Hải

3. Tính tóan máy trục                 

     Hùynh Văn Hòang- Đào Trọng Trường

4. Tính tóan thiết kế Hệ dẫn đông cơ khí    

     PGS.TS Trịnh Chất-TS Lê Văn Uyển

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"