Tài liệu Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680t

Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Mục lục LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC …………………………………………………………………………5 1.1. Giới thiệu về máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ……………………….5 1.2. Kết cấu và quá trình hoạt động của máy........................................................7 1.2.1. Kết cấu máy .........................................................................................9 1.2.2. Quá trình làm việc của máy … ……………………………………..13 1.3. Sơ đồ và nguyên lý truyền động thuỷ lực.....................................................14 1.3.1. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực......................................................................14 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của mạch thuỷ lực............................................16 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THUỶ LỰC CỦA BỘ PHẬN ÉP CỌC VÀ KẸP CỌC VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CỦA MÁY …………………………………………………………………………..17 2.1. Cơ cấu ép cọc...............................................................................................17 2.1.1. Cấu tạo cơ cấu ép cọc.........................................................................18 2.1.2. Tính chọn xylanh ép cọc.....................................................................23 2.2. Cơ cấu kẹp cọc.............................................................................................24 2.2.1. Các thông số yêu cầu..........................................................................25 2.2.2. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực......................................................................26 2.2.3. Tính chọn xylanh:...............................................................................28 2.2.4. Kiểm tra khả năng chịu lực kẹp của cọc bêtông cốt thép khi chịu lực ép 680 tấn 29 2.3. Tính chọn bơm thuỷ lực...............................................................................30 2.3.1. Lưu lượng của bơm cần cung cấp cho xylanh ép cọc........................31 2.3.2. Lưu lượng của bơm cần cung cấp cho xylanh kẹp cọc......................33 2.4. Tính chọn các chi tiết trong hệ thống thuỷ lực.............................................34 2.4.1. Tính chọn van an toàn........................................................................34 2.4.2. Tính chọn các thiết bị trong hệ thống thuỷ lực ép cọc.......................35 2.4.3. Tính chọn các thiết bị trong hệ thống thuỷ lực kẹp cọc.....................37 2.5. Tính toán kết cấu thép của bộ khung máy ép……………………………...38 2.5.1. Giới thiệu phần mềm Solidworks………………………..………….39 2.5.2. Mô tả phần mềm Solidworks ……………………………………….40 SV: Lê Đức Hùng -1- Lớp: Cơ khí GTCC - K56 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T 2.5.3. Thiết lập mô hình 3D và kiểm tra độ bền……………………………42 SV: Lê Đức Hùng -2- Lớp: Cơ khí GTCC - K56 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦN TRỤC CẤP CỌC................50 Cấu tạo chung....................................................................................................51 Hệ thống thuỷ lực trên cần trục........................................................................52 3.1. Bộ máy nâng hạ hàng................................................................................53 3.1.1. Sơ đồ truyền động bộ máy nâng hạ cọc …………………………….53 3.1.2. Bảng sức nâng - tầm với.....................................................................54 3.1.3. Tính toán các bộ phận.........................................................................54 3.2. Bộ máy thay đổi tầm với...........................................................................59 3.2.1. Tính chọn cơ cấu thay đổi chiều dài cần............................................62 3.2.2. Cơ cấu thay đổi góc nghiêng cần........................................................62 3.3. Bộ máy quay.............................................................................................68 3.3.1. Công dụng..........................................................................................68 3.3.2. Tính chọn vành răng...........................................................................72 3.3.3. Tính chọn động cơ thuỷ lực dẫn động cơ cấu quay............................74 3.4. Tính chọn bơm thuỷ lực............................................................................75 CHƯƠNG 4: THÁO DỠ VÀ LẮP ĐẶT MÁY ÉP CỌC...............................76 4.1. Quá trình chuẩn bị...................................................................................77 4.2. Quy trình lắp dựng.....................................................................................83 4.3. Quy trình thi công ép cọc...........................................................................86 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................87 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Lời nói đầu Nền tảng để Việt Nam hội nhập vào nền kinh tế thế giới là phải xây dựng được cơ sở hạ tầng thiết yếu đảm bảo về cả 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 kỹ thuật cao nhất. Trong thời gian gần đây, đất nước ta đã có nhiều chuyển đổi mới, nền kinh tế nước ta hội nhập ngày càng sâu rộng với với nền kinh tế thế giới. Trong quá trình phát triển sẽ xuất hiện nhiều khu đô thị, 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. Để thi công 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, v.v... 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. Cọc dùng để đóng có thể là cọc tre, gỗ, hoặc cọc thép, cọc bê tông-cốt thép, cọc cát...Trong điều kiện hiện nay thì cọc bê tông-cốt thép được sử dụng rộng rãi nhất vì có nhiều ưu điểm hơn các loại cọc khác. Đó là điều kiện áp dụng không phụ thuộc vào tình hình mực nước ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở những nơi nước mặn thì phải chú ý tới hiện tượng ăn mòn cốt thép trong cọc) giá thành của cọc nhỏ hơn nhiều so với cọc thép, sức chịu tải của cọc cao...Hầu hết các công trình hiện nay Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T đều dùng cách gia cố nền móng bằng cọc. Chính vì vậy, việc xuất hiện những máy mới nhằm thực hiện công tác thi công cọc là rất quan trọng. Được sự phân công nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của bộ môn Máy xây dựng & xếp dỡ, đề tài: “Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước lực ép 680T” được thực hiện bởi hai sinh viên lớp Cơ khí GTCC – K56; Với nhiệm vụ cụ thể như sau: 1. Vũ Văn Mạnh: Tổng quan về máy ép cọc tĩnh di chuyển bước; Tính toán thiết kế tổng thể; Tính toán thiết kế toàn bộ kết cấu thép; Tính toán thiết kế bộ di chuyển bước; Xây dựng quy trình vận hành và sử dụng. 2. Lê Đức Hùng: Tính toán thiết kế bộ máy ép cọc; Tính toán thiết kế cần trục cấp cọc và xây dựng quy trình lắp dựng máy. Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi những sai sót và những hạn chế. Em mong nhận đựơc sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn sinh viên để đồ án được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cám ơn thầy PGS. TS-Nguyễn Văn Vịnh và toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Máy Xây Dựng – Xếp dỡ đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành những nội dung của đồ án. Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2019 Sinh viên Lê Đức Hùng Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC 1.1. Giới thiệu máy thiết kế Nội dung chính của đồ án này là nghiên cứu 1 loại máy ép cọc mới hiện nay cũng dựa trên phương pháp dùng lực ép tĩnh. Đó là loại máy ép cọc mới trong công nghiệp xây dựng hiện nay. Loại máy này rất phù hợp với các công trình xây dựng ở những khu đô thị nhờ vào tính linh hoạt, không gây ồn, không làm hư hỏng các công trình xum quanh. Hiện nay loại máy này đang được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam. Máy sử dụng lực tĩnh mạnh được sinh ra bởi dầu áp lực cao để ép cọc vào trong đất một cách dễ dàng mà không gây chấn động mạnh. Mọi thao tác của máy như: nâng cọc, kẹp cọc, giữ bàn kẹp, di chuyển máy...đều được thực hiện bằng thủy lực. Máy có thể ép được nhiều loại cọc có hình dáng và kích thước khác nhau: cọc vuông, cọc tròn, cọc thép chữ H...tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật. Kích thước của cọc vuông 0,4  0,4  m  , 0,6  0,6  m  ,  0,4  0,6  m  Chất lượng của cọc ép luôn được đảm bảo vì trong quá trình ép sẽ kiểm tra cọc. Tỷ lệ thành công của cọc là rất lớn . Cọc sẽ đạt được chất lượng cao và giảm được nhiều chi phí sản xuất. So với các phương pháp ép khác hoặc trong quá trình đóng cọc thì cọc đạt đựoc chất lượng cao hơn rất nhiều. Hoạt động của máy êm và phạm vi làm việc của máy rộng vì nó hoàn toàn được điều khiển bằng thủy lực và có thể tự di chuyển được trên công trường. Lực ép cọc được tạo ra là rất lớn. Và một đặc điểm rất quan trọng của máy mà có nhiều người quan tâm đó là máy có thể ép được cọc nghiêng từ 0 o đến 5o. Điều này rất quan trọng vì trong thực tế hiện nay việc ép cọc nghiêng là rất khó khăn. Máy ép cọc tĩnh thủy lực di chuyển bước có những ưu điểm nổi trội sau: 1. Khi thi công không gây chấn động, không ô nhiễm, ít tiếng ồn, không làm rạn nứt công trình xung quanh. Khi thi công ở khu vực tập trung nhiều công Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T trình kiến trúc và nội đô của các đô thị cũ nó sẽ phát huy hết những đặc tính Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T ưu việt này, thể hiện nó đúng là loại thiết bị thi công lí tưởng cho phương pháp bảo vệ thành phố. 2. Quá trình ép cọc: Trên máy có lắp đặt đồng hồ đo thể hiện rõ áp suất dầu khi ép cọc, cung cấp số liệu kỹ thuật đáng tin cậy cho công nhân thao tác. 3. Thời gian thi công ngắn, hiệu suất cao, làm việc liên tục, nối cọc dễ dàng, hiệu suất cao hơn hẳn so với các loại máy ép cọc khác, là lựa chọn hiệu quả cho việc thi công các công trình có quy mô diện tích lớn, thời gian thi công nhanh. 4. Chất lượng thi công tốt, tỷ lệ cọc hoàn thành cao, cọc chịu áp lực thấp, số lượng cọc bị hỏng ít. So với kiểu máy đóng cọc kiểu búa hay loại chấn động thì giá thành làm cọc tiền chế thấp hơn 30%. Do đó, máy ép cọc thủy lực tuy mới nhập vào Việt Nam nhưng do ưu thế nổi trội trên nó đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường. Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Đồ án tốt nghiệp 1.2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của máy. 1.2.1.Kết cấu máy ép Các kết cấu chính của máy được thể hiện như hình 1.1 dưới đây: 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Hình 1.1. Kết cấu chính của máy ép thủy lực 680 tấn 1. Sàn máy 9. Cụm cơ cấu di chuyển ngang 2. Dầm đặt đối trọng gia tải 10. Xylanh nâng hạ máy 3. Gối đỡ dầm gia tải 11. Xylanh di chuyển dọc 4. Chân đế di chuyển ngang 12. Cabin điều khiển cơ cấu ép cọc 5. Cơ cấu ép chính 13. Khung lắp cơ cấu ép cọc 6. Gân tăng cường cho gối đỡ dầm gia tải 14. Cơ cấu ép cọc Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T 7. Chân đế di chuyển dọc 15. Xylanh ép cọc 8. Xylanh di chuyển ngang 16. Cẩu cấp cọc Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Hình 1.2. Máy ép cọc thủy lực tự hành không ép được vùng biên. Hình 1.3. Máy ép cọc thủy lực tự hành có ép được vùng biên. Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T 1.2.2.Quá trình làm việc của máy ép  Quá trình làm việc của giá ép - Giá ép bao gồm các xylanh ép chính, các xylanh ép phụ và các bàn kẹp cọc. Hệ xylanh ép được liên kết mềm (tự lựa) với các chân bàn kẹp cọc nhờ các gối tựa hình cầu (khớp cầu). Nhờ vậy mà cho phép giữa chúng có góc lắc nhỏ đảm bảo cho toàn bộ máy ở trạng thái cân bằng. Quá trình làm việc của giá ép như sau: Máy di chuyển tới vị trí cần ép cọc và hạ các chân đế xuống để ổn định máy. Các xylanh ép cọc lúc này bắt đầu co lại nâng hai bàn kẹp lên vị trí cao nhất (hết hành trình co của xylanh ép). Sau đó cọc được cẩu vào khoảng giữa của các bàn kẹp nhờ chính cần cẩu được bố trí trên máy. Khi cọc đã được đưa vào trong đó và đến lúc đầu dưới của cọc chạm đất thì cả hai hệ thống bàn kẹp cùng làm việc, chúng cùng kẹp cọc lại. Như vậy cọc luôn được đảm bảo ép đúng vị trí cần thiết. Nhờ vậy cọc luôn được đảm bảo độ thẳng đứng trong suốt quá trình ép. Hình 1.4. Quá trình làm việc của các xylanh ép Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Đồ án tốt nghiệp - Khi bắt đầu ép với lực ép nhỏ chỉ dùng một xylanh ép chính đẩy ra và ép bàn kẹp cùng đi xuống. Khi hết hành trình của xylanh thì cả hai cơ cấu bàn kẹp sẽ cùng nhả cọc ra và co lại. Xylanh ép sẽ đưa các bàn kẹp trở về vị trí ban đầu và tiếp tục lặp lại quá trình kẹp cọc và ép cọc xuống. - Khi ép với lực ép lớn dùng cả 2 xylanh ép chính và xylanh ép phụ, các bước còn tương tự như khi ép với lực nhỏ.  Quá trình di chuyển của máy - Sự di chuyển của máy đầu tiên phải kể đến quá trình làm việc của cơ cấu nâng hạ máy. Cơ cấu nâng của máy bao gồm các xylanh nâng hạ máy và các dầm của máy. Các dầm của máy gồm có hai dầm chính và hai dầm phụ. Hai đầu của hai dầm chính gắn với bốn xylanh, đầu của piston nâng hạ liên kết với bốn bánh xe di chuyển. Đó chính là hệ thống bánh xe để di chuyển máy. Hình 1.5. Chân đế di chuyển (chân đế dài) Hình 1.6. Cụm bánh xe và xylanh trong chân đế Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Đồ án tốt nghiệp - Khi pittông đẩy ra hoặc co vào thì thân máy sẽ được nâng lên hay hạ xuống. Hệ thống bánh xe đó được chạy trên các tấm chân đế. Trong mỗi tấm chân đế có hai xylanh di chuyển (nằm theo chiều dọc) và dẫn động các bánh xe. Các bánh xe di chuyển mang theo toàn bộ thân máy di chuyển theo. Các bánh xe chạy trên các ray nằm trong các chân đế và có thể chạy trong chân đế để kéo chân đế theo trong quá trình chuyển động. - Các xylanh nằm dọc trong chân đế được gắn khớp với các bánh xe. Đầu của pittông có liên kết khớp với chân đế để di chuyển máy và cũng để di chuyển chính chân đế. a. Quá trình di chuyển theo chiều ngang Máy di chuyển theo chiều ngang nhờ hai cặp chân đế nằm dọc theo hai bên máy. Hành trình di chuyển theo chiều ngang máy là 0,8 m. Đó cũng chính là hành trình của hai xylanh nằm trong hai chân đế này. Khi bắt đầu di chuyển, đầu tiên các xylanh nâng hạ máy co lại hết hành trình. Như vậy hai chân đế nằm ngang sẽ được co lên theo các xylanh nâng hạ. Hình 1.7. Kết cấu của cơ cấu di chuyển ngang Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Lúc này các xylanh nằm trong các chân đế ngang sẽ hoạt động, chúng đẩy ra hết hành trình của xylanh. Như vậy toàn bộ máy được đẩy tới trước cùng với hai chân đế ngang máy nhờ các cụm bánh xe di chuyển chạy trên các ray trong chân đế. Khi các xy lanh ngang hết hành trình thì các xylanh nâng hạ bắt đầu đẩy ra và từ từ hạ hai chân đế ngang xuống. Khi 2 hai chân đế ngang chạm đất ,các xy lanh nâng hạ nâng hai chân đế dọc máy được nâng lên khỏi mặt đất. Lúc này các xylanh nâng hạ dừng lại, tiếp theo các xylanh ngang trong chân đế sẽ co lại. Quá trình co lại này sẽ kéo theo các cụm bánh xe di chuyển theo. Như vậy lúc này các chân đế ngang sẽ trượt trên các cụm bánh xe di chuyển và tiến về phía trước. Sau đó các xylanh nâng hạ lại co lại và bắt đầu một bước di chuyển mới. Quá trình này cứ lặp đi lặp lại và làm cho máy di chuyển được tới vị trí mong muốn theo chiều ngang (bên trái hoặc bên phải). b. Quá trình di chuyển theo chiều dọc Quá trình di chuyển theo chiều dọc thân máy giống như quá trình di chuyển theo chiều ngang ,nhưng khác là hành trình của các xylanh là 3,0m và các chân đế này bị hạn chế hành trình bởi hai chân đế nằm dọc. Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Hình 1.8. Kết cấu của cơ cấu di chuyển dọc Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Đồ án tốt nghiệp 1.3. Sơ đồ và nguyên lý truyền động thuỷ lực 1.3.1. Sơ đồ hệ thống thuỷ lực Hình 1.9. Sơ đồ mạch thủy lực của hệ máy ép 1. Bộ làm mát 10. Ống nối mềm 2. Bầu lọc dầu 11. Các xylanh di chuyển ngang dọc 3. Thùng chứa dầu 12. Các xylanh chính ép cọc 4. Van điều chỉnh bơm 13. Các xylanh phụ ép cọc 5. Bơm thủy lực có van điều chỉnh 14. Các xylanh kẹp cọc 6. Van 1 chiều 15. Các xylanh nâng hạ máy 7. Động cơ 16. Van 1 chiều 8. Van phân phối điều khiển 17. Van phân phối điều khiển xylanh ép cọc và kẹp cọc 9. Van phân phối điều khiển các xy anh di chuyển xylanh nâng hạ máy 18. Đồng hồ đo áp 19. Van an toàn Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Đồ án tốt nghiệp 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của mạch thuỷ lực Mạch điều khiển thủy lực gồm có 2 bơm thủy lực (5). Mỗi bơm này được dẫn động bằng một động cơ điện ba pha (7). Dầu áp lực từ bơm sẽ được phân bố đến các van phân phối cho các hệ xylanh trong từng quá trình công tác. Các van phân phối này được điều khiển bởi người điều khiển. Dầu sau hành trình công tác được đưa trở về thùng dầu (3) qua một bộ làm mát và bộ lọc. Van an toàn (4) sẽ luôn giữ cho áp lực của dầu trong hệ thống lớn nhất là 25 MPa. Van khoá đảm bảo cho các xylanh không bị tụt áp trong quá trình làm việc. Cụm van an toàn có tác dụng giảm tải trọng động cho động cơ thuỷ lực. Các xylanh di chuyển ngang dọc, nâng hạ, ép, kẹp, và các động cơ làm việc độc lập theo yêu cầu cụ thể khi vận hành. Các phần tử thuỷ lực: Hình 1.10. Bơm piston hướng kính Hình 1.11. Van an toàn Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh di chuyển bước 680T Hình 1.12. Van phân phối Hình 1.13. Đồng hồ đo áp Hình 1.14. Bầu lọc dầu