thiết kế máy ép cọc tự di chuyển 500t

Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
Lời nói đầu
Trong bối cảnh nớc ta hiện nay là một nớc đang phát triển, cơ sở hạ tầng
ngày càng đợc xây dựng và hoàn thiện. Trong thực tế 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 thờng 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 nớc, ống
khói, v.v ngời 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 phơng 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 đợc sử dụng rộng rãi nhất vì
có nhiều u điểm hơn các loại cọc khác. Đó là điều kiện áp dụng không phụ thuộc
vào tình hình mực nớc ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở những nơi nớc mặn thì phải
chú ý tới hiện tợng 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 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.
Xuất phát từ yêu cầu đó trong lần làm đồ án tốt nghiệp này em đã đợc giao
nhiệm vụ tìm hiểu về loại máy mới trong việc thi công cọc làm nền móng. Ngoài ra
là việc tính toán thiết kế một số cơ cấu của máy trong quá trình làm việc. Dới sự h-
ớng dẫn và chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong khoa, đặc biệt là thầy giáo :
-Th.s. Lu Đức Thạch
Cùng với sự cố gắng của bản thân trong quá trình tính toán thiết kế, và các
yêu cầu về thực tế em đã cố gắng để có thể đa máy vào chế tạo đợc.

Nguyễn Văn Dũng 1 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
Do trình độ và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế còn quá ít, việc tìm tài
liệu thiết bị còn hạn chế nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi
thiếu sót. Vì thế em rất mong đợc sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo để sau này
trong thực tế khỏi bỡ ngỡ, và có thể vận dụng tốt những kiến thức đã học vào trong

thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy.
Hà Nội, ngày tháng năm 2004
Sinh viên
Nguyễn Văn Dũng

Nguyễn Văn Dũng 2 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
Phần A
Công nghệ và thiết bị sản xuất
Chơng I
Lựa chọn phơng án
I.1 Các ph ơng pháp hạ cọc.
Theo các phơng pháp hạ cọc thì có nhiều cách để hạ cọc xuống nền đất nh:
Hạ cọc bằng búa (va đập tạo lực xung kích ).
Hạ cọc bằng xối nớc.
Hạ cọc bằng phơng pháp xoắn.
Hạ cọc bằng máy chấn động (gây rung).
Cọc tạo bởi khoan nhồi.
Hạ cọc bằng lực tĩnh (ép thủy lực ).
Ngoài ra còn có cách kết hợp các phơng pháp : va-rung, rung-ép
Trong hệ thống máy đóng cọc đó thì những máy hạ cọc đầu tiên là búa đóng
cọc. Phơng pháp này là dùng đầu búa tạo ra lực xung kích để đóng cọc xuống đất.
Loại máy này đang đợc sử dụng rất rộng rãi ở nớc ta hiện nay. Có rất nhiều các
loại búa máy dùng để đóng cọc xuống đất: búa Điezel, búa rung, búa thủy lực. Các
máy đóng cọc cũng có tính cơ động trên công trờng cao bởi chúng có thể di
chuyển đợc bằng nhiều cách. Có thể kể đến đó là : máy di chuyển trên ray; máy di
chuyển trên xích; máy di chuyển bằng phao Tuy nhiên chúng có nhợc điểm lớn
là rất ồn ào, gây ô nhiễm môi trờng, gây chấn động tới các vùng và công trình lân
cận. Ngoài ra với những máy đóng cọc nh vậy thì rất khó có thể kiểm tra đợc chất

lợng cọc cũng nh việc kiểm tra sức chịu tải của cọc trong quá trình hạ cọc. Việc
đóng cọc nh vậy thì luôn gây ra tình trạng hỏng cọc do lực đóng mạnh.

Nguyễn Văn Dũng 3 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
Trong các công nghệ thi công cọc hiện nay thì không thể không nói đến
công nghệ thi công cọc khoan nhồi. Cọc nhồi đợc đổ bê tông tại chỗ trong các lỗ
tạo sẵn bằng phơng pháp khoan. Phơng pháp này tạo ra đợc các cọc lớn có đờng
kính cọc có thể lên đến hơn 200cm. Chiều sâu của cọc đạt tới hơn 60m. Các loại
cọc này rất thích ứng cho các toà nhà cao tầng lớn bởi sức chịu tải của cọc lớn, có
thể chịu đợc hàng chục nghìn KN. Tuy nhiên cọc cũng có nhợc điểm về vấn đề
khuyết tật của cọc trong quá trình thi công, ngoài ra chất lợng bê tông không cao
do không đợc đầm chặt trong khi đổ. Thời gian để thi công cọc không phải là ít,
bao gồm thời gian khoan tạo lỗ, làm sạch hố khoan, thả cốt thép, đổ bê tông Để
có đợc một cọc khoan nhồi thì còn phải kèm theo nhiều thiết bị phụ trợ khác: máy
nén khí, máy phát điện, máy bơm, thùng chứa dung dịch Bentonite Hơn nữa vấn
đề về kinh tế cũng là rất lớn cho quá trình thi công một cọc. Giá thành của cọc
khoan nhồi là rất lớn. Trong quá trình thi công vấn đề về công tác môi trờng và an
toàn lao động cũng cần đợc quan tâm rất nhiều. Chính vì vậy cọc khoan nhồi hiện
đang đợc thi công nhiều ở những nơi có nền đất yếu và các công trình lớn.
I.2 Hạ cọc bằng ph ơng pháp ép thủy lực.
Nội dung của đồ án này nghiên cứu một phơng pháp hạ cọc mà hiện nay
đang đợc dùng khá phổ biến tại các khu đô thị mới tại Hà Nội. Đó là phơng pháp
hạ cọc bằng lực tĩnh (ép thủy lực). Nguyên lý làm việc của máy ép thủy lực dựa
trên cơ sở định luật Pascal. Đó là áp suất trong chất lỏng đợc truyền theo mọi h-
ớng, tác động các lực bằng nhau lên các diện tích bằng nhau và thẳng góc với vách
thùng chứa.
Trên thực tế những năm gần đây thì vấn đề về truyền động thủy lực đang đ-
ợc ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực máy xây dựng bởi những u điểm cơ bản của
hệ thống :

Nguyễn Văn Dũng 4 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
Dễ điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của
bộ công tác ngay cả khi máy đang làm việc.
Cho phép đảo chiều chuyển động các bộ phận làm việc của máy một
cách dễ dàng.
Đảm bảo cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi
của tải trọng ngoài.
Kết cấu gọn nhẹ, lực quán tính nhỏ, có thể đề phòng sự cố khi máy
quá tải.
Có khả năng tự bôi trơn, truyền động êm, không có tiếng ồn.
Độ tin cậy và độ bền cao.
Điều khiển nhẹ nhàng, dễ tạo dáng đẹp về kết cấu cho máy và dễ tiêu
chuẩn hoá, định hình các nhóm chi tiết do đó có thể sản suất hàng
loạt.
Tuy nhiên hệ thống thủy lực không phải là không có những nhợc điểm của
các cơ cấu và bộ phận :
Các chi tiết đòi hỏi phải gia công có độ chính xác và độ kín khít cao
nên giá thành đắt.
Nhiệt độ môi trờng bên ngoài có ảnh hởng đến các thông số của
truyền dẫn thủy lực.
Yêu cầu về chất lợng làm việc của chất lỏng công tác rất cao.
Khó làm kín khít các bộ phận làm việc, chất lỏng công tác dễ bị rò rỉ
hoặc do không khí bên ngoài lọt vào làm giảm hiệu suất và tính chất
làm việc ổn định của bộ truyền động; do đó cần phải kiểm tra thờng
xuyên.
Về vấn đề truyền động thủy lực thì có hai dạng cơ bản đó là truyền động
thủy tĩnh và truyền động thủy động. Hay nói cách khác đó là : Thủy động học và

Nguyễn Văn Dũng 5 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
thủy tĩnh học. Thủy động học có thể gọi là khoa học của chất lỏng chuyển động,
thủy tĩnh học là khoa học của chất lỏng dới tác dụng của áp suất.
Trong thủy động thì năng lợng đợc truyền đi nhờ tác dụng va đập của chất
lỏng chuyển động vào các bộ phận nh : cánh quạt, hoặc các cánh quay. Nói cách
khác, chúng ta sử dụng động năng, hay năng lợng chuyển động của chất lỏng để
chuyển đổi thành năng lợng cơ học.
Trong thiết bị thủy tĩnh, năng lợng đợc truyền đi bằng cách tác dụng lực lên
chất lỏng giới hạn. Chất lỏng phải dịch chuyển và lu động để tạo ra sự chuyển
động, nhng sự chuyển động chỉ là thứ yếu đối với lực ở đầu ra. Sự chuyển đổi năng
lợng đợc thực hiện do khối lợng chất lỏng chịu tác dụng của áp suất.
I.2.1 Các loại máy ép thủy lực.
Dựa trên cơ sở đó ngời ta đã phát minh ra loại máy mới trong công nghiệp
xây dựng đó là các máy ép thủy lực. Các máy ép thủy lực là một phát minh mới
trong công nghiệp xây dựng. Đặc điểm chung của chúng là làm việc an toàn, dùng
lực ép tĩnh tạo bởi dòng chất lỏng áp suất cao để ép cọc sâu vào trong lòng đất. Ưu
điểm đặc biệt là không gây ồn, không gây ô nhiễm, chất lợng cọc sau thi công cao
hơn so với phơng pháp dùng búa đóng cọc, giá thành thi công rẻ. Các máy đang đ-
ợc dùng phổ biến hiện nay đều dùng phơng pháp hạ cọc bằng cách tạo ra lực ép từ
đỉnh cọc xuống đất. Hiện nay có hai loại máy ép cọc đang đợc sử dụng rộng rãi
loại nhỏ dùng hai xilanh ép và loại lớn hơn là dùng hai hoặc bốn xilanh ép.
Loại thứ nhất có công suất nhỏ dùng hai xilanh ép. Máy thờng đợc sử dụng
để ép những cọc gia cố nền móng cho các nhà dân c biệt lập. Chúng có cấu tạo đơn
giản gồm hai xilanh gắn với hai dầm nằm ngang. Đầu còn lại gắn với một dầm
ngắn khác để tì lên đầu cọc.
Lực ép của loại máy này nhỏ, cấu tạo của chúng nh hình vẽ. Máy hoạt động
nh sau :

Nguyễn Văn Dũng 6 Lớp 44M Khoa cơ khí XD

Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn

1
2 3
4
5
6
7
Hình 1.1 - Máy ép thủy lực loại nhỏ
1-Máy nổ ; 2-Bơm thủy lực ; 3-Dầm ngang ép cọc ; 4-Xilanh ép (2 xilanh) ;
5-Dầm dọc giữ xilanh ; 6-Dầm ngang gia tải ; 7-Mũi neo gia tải.
- Đầu tiên các xilanh đẩy ra cho đến lúc hết hành trình, khi đó dầm ngang ép
sẽ đợc đẩy lên vị trí cao nhất. Sau đó ngời ta sẽ đa cọc vào giữa của máy, từ từ cho
xilanh chạy co lại đến vị trí mà có thể điều chỉnh đợc vị trí ép của cọc. Sau khi đã
định vị đợc cọc vào đúng vị trí nh thiết kế thì cho xilanh co lại đến hết hành trình.
Xilanh đã hết hành trình thì lại cho chạy ngợc lại vị trí cao nhất ban đầu. Sau đó
ngời ta đa tiếp đoạn cọc khác vào vị trí giữa của máy. Dùng phơng pháp hàn để hàn

Nguyễn Văn Dũng 7 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
nối các đoạn cọc dó lại và tiếp tục lặp lại quá trình ép nh trên. Để ép đoạn cọc cuối
cùng xuống sát mặt đất thì ngời ta dùng một đoạn cọc khác đặt vào vị trí ép đó và
ép sát đất. Loại máy này chỉ có thể ép đợc những đoạn cọc có chiều dài lớn nhất là
3m và toàn bộ chiều dài của cọc sau khi hàn là < 10m.
Gia tải cho máy trong quá trình ép là sử dụng những mũi neo để neo trong
đất. Để ép đợc một cọc thì phải dùng đến 8 mũi neo, mỗi mũi neo có chiều dài là
5m. Máy loại nhỏ này thì không có thiết bị dùng để dẫn hớng cho cọc trong quá
trình ép. Chúng thờng dùng máy nổ để hoạt động bơm thủy lực trong khi làm việc.
Kích thớc tiết diện của cọc khi ép bằng máy ép này là 20*20cm.
Loại máy ép thủy lực thứ hai dùng để ép hiện nay là loại máy có công suất

lớn. Chúng đang đợc sử dụng nhiều ở các khu xây dựng khu đô thị mới. Đặc điểm
của chúng là có thể ép đợc các cọc có kích thớc lớn: dài tới 10m, tiết diện của cọc
lên tới 40*40cm. Lực ép của máy đạt đợc là 120 tấn. áp suất làm việc khi ép của
hệ thống là 250 at. Lu lợng thủy lực của hệ thống: Q = 310 (l/ph). Công suất của
động cơ điện: N = 30 KW. Tổng chiều dài cọc ép là 40m (nhiều đoạn cọc ). Hành
trình của xilanh là 1,65 1,8 m. Các loại máy này sử dụng hai hoặc bốn xilanh để
ép cọc. Cấu tạo máy nh hình vẽ.
Hoạt động của máy nh sau : Trớc tiên các xilanh sẽ co lại hết hành trình, khi
đó toàn bộ phần khung định vị dẫn hớng cọc sẽ đợc đẩy lên vị trí cao nhất nhờ việc
khung định vị đợc liên kết với bốn xilanh ép. Cọc sẽ đợc cẩu đa vào trong khung
dẫn hớng bằng một cần cẩu phục vụ khác. Việc điều chỉnh cọc vào đúng vị trí thiết
kế sẽ do con ngời đảm nhiệm, ngời ta sẽ điều chỉnh cọc vào vị trí cần thiết. Sau đó
có một ngời khác ở trên sẽ đút chốt giữ cọc vào khung định vị. Chốt đó có tác dụng
để tạo ra điểm tì vào đầu cọc trong quá trình ép. Các xilanh ép đợc điều chỉnh để từ
từ đẩy ra và đẩy khung ép đi xuống dới cho đến khi hết hành trình của xilanh. Các
xilanh hết hành trình sẽ co lại vị trí ban đầu và cũng đa khung ép về vị trí cũ.

Nguyễn Văn Dũng 8 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
7000
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9

Hình 1.2-Máy ép thủy lực loại lớn 4 xilanh ép.
1-Dầm dọc ; 2-Gia tải ( bêtông ) ; 3-Cọc ; 4-Khung thép định vị,dẫn hớng cho cọc;
5-Khung máy ; 6-Chốt giữ cọc khi ép ; 7-Dầm ngang ;
8-Các xilanh ép ( 4 xilanh ) ; 9-Chốt định vị ; 10-Chốt liên kết ;
Đoạn cọc tiếp theo sẽ đợc cần cẩu cẩu vào trong khung và đợc hàn với đoạn
cọc trớc đó. Xilanh lại tiếp tục đi xuống và bắt đầu lặp lại chu trình đó. Máy này có
thể thực hiện đợc việc ép đoạn cọc cuối cùng sát đất mà không cần đoạn cọc khác

Nguyễn Văn Dũng 9 Lớp 44M Khoa cơ khí XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
nhờ vào khung ép của máy. Nh vậy bốn xilanh ép sẽ đồng thời hoạt động trong quá
trình làm việc.
Trong toàn bộ quá trình ép thì việc dẫn hớng cho cọc là nhờ vào khung ép.
Tuy nhiên kích thớc của khung ép này là không thay đổi đợc đối với một máy. Nh
vậy khi cần ép những cọc mà có kích thớc nhỏ hơn thì việc dẫn hớng cho cọc là
không còn chính xác và cọc không thể xuống đợc đúng vị trí mong muốn. Các loại
máy này đợc gia tải bằng các khối bê tông đặt trên hai dầm nằm dọc. Các khối bê
tông này đợc chất lên hai dầm đó tạo thành phần chân đế của máy. Sức ép của máy
là 120 tấn , nh vậy ngời ta sẽ phải dùng đến 50 khối bê tông. Nh vậy với mỗi cọc
ép khác nhau thì phải di chuyển máy một lần và đồng nghĩa với việc phải chuyển
50 khối bê tông đó một lần. Máy đợc di chuyển bằng một cần cẩu. Cần cẩu đó
cũng sử dụng luôn trong việc cẩu cọc vào vị tri ép. Nh vậy với loại máy ép này thì
luôn phải có một cần cẩu thờng trực để có thể giúp máy hoạt động đuợc. Thời gian
để ép đợc một cọc là không nhỏ bởi việc di chuyển và lắp đặt máy trớc khi thực
hiện quá trình ép. Do đó tính năng của loại máy này là không cao trong quá trình
sử dụng máy.
Ngoài ra trong lúc bắt đầu quá trình ép cọc thì cần phải có ngời điều chỉnh
cọc vào đúng vị trí cần ép cọc. Nh vậy sẽ không đảm bảo vấn đề an toàn lao động
trong khi thi công.
Một loại máy khác cũng có hoạt động nh loại máy trên và cũng có cấu tạo t-

ơng tự đó là loại máy ép sử dụng 2 xilanh ép. Cấu tạo của máy nh hình vẽ trên,
máy chỉ khác là trong quá trình ép sử dụng 2 xilanh ép. Vấn đề gia tải cho máy
cũng sử dụng các khối bêtông để gia tải cho quá trình ép. Nh vậy các máy hiện nay
đang đợc sử dụng để ép cọc đều khó đáp ứng đợc yêu cầu cần thiết trong công
cuộc hiện đại hoá hiện nay.

Nguyễn Văn Dũng 10 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
1
2
3
4
5 6
7
8
10
9
Hình 1.3-Máy ép thủy lực loại lớn 2 xilanh ép.
1-Dầm dọc ; 2-Gia tải ( bêtông ) ; 3-Cọc ; 4-Khung thép định vị,dẫn hớng cho cọc;
5-Khung máy ; 6-Chốt giữ cọc khi ép ; 7-Dầm ngang ;
8-Các xilanh ép ( 4 xilanh ) ; 9-Chốt liên kết ; 10-Chốt côn ;
I.2.2 Nội dung đồ án.
Tính toán và thiết kế một máy ép thuỷ lực có lực ép lớn, có thể ép đợc các
loại cọc có thiết diện khác nhau, chiều dài cọc lớn, nâng cao năng suất lao động và
máy có khả năng tự di chuyển trong phạm vi cần ép cọc.

Nguyễn Văn Dũng 11 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn

CH NG II ƠƯ
Giới thiệu máy thiết kế

II.1 Sơ l ợc về máy ép cọc thủy lực 500 tấn.
Trên cơ sở đó nội dung chính của đồ án này là nghiên cứu một loại máy ép
mới hiện nay cũng dựa trên phơng pháp dùng lực ép tĩnh. Đó là loại máy hạ cọc
mới trong nghành công nghiệp xây dựng hiện nay. Loại máy này rất phù hợp với
các công trình xây dựng ở những khu thành thị đông đúc nhờ vào tính linh hoạt và
nhanh nhạy của máy. Hiện nay loại máy này đang đợc sử dụng rất phổ biến ở
Trung Quốc. Máy sử dụng lực tĩnh mạnh đợc sinh ra bởi dầu áp lực cao để đa cọc
vào trong đất một cách dễ dàng mà không gây chấn động mạnh. Mọi thao tác của
máy nh : nâng cọc, chuyển, giữ bàn kẹp, di chuyển máy đều đợc thực hiện bằng
thủy lực. Máy có thể nén đợc nhiều loại cọc có hình dáng và kích thớc khác nhau :
cọc vuông, cọc tròn, cọc thép chữ H tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật. Kích thớc
của cọc : vuông : 0.3*0.3m-0.5*0.5m, tròn : 0.3m-0.5m
Chất lợng của cọc ép luôn đợc đảm bảo vì trong quá trình ép sẽ kiểm tra cọc.
Tỷ lệ thành công của cọc là gần nh 100%. Cọc sẽ đạt đợc chất lợng cao và giảm đ-
ợc nhiều chi phí sản xuất. So với các phơng pháp ép trên hoặc trong quá trình đóng
cọc thì cọc đạt đợc chất lợng cao hơn rất nhiều. Các phơng pháp trên đều dùng lực
tác dụng vào cọc từ phần đỉnh cọc nh vậy ứng suất cục bộ phát sinh trong cọc là rất
lớn. Còn trong phơng pháp này thì dùng lực ép bên để tạo lực ép bởi vậy không
xuất hiện ứng suất cục bộ tại phần đỉnh cọc. Máy này là thiết bị hữu ích nhất cho
các dự án lớn và cấp bách. Hoạt động của máy êm và phạm vi làm việc của máy
rộng vì nó hoàn toàn đợc điều khiển bằng thủy lực và có thể tự di chuyển đợc trên
công trờng. Lực ép cọc đợc tạo ra là rất lớn. Và một đặc điểm rất quan trọng của

Nguyễn Văn Dũng 12 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
máy mà có nhiều ngời quan tâm đó là máy có thể ép đợc cọc nghiêng từ 0

o
đến 5
o
.
Điều này rất quan trọng vì trong thực tế hiện nay việc ép cọc nghiêng là rất
khó khăn.
Những đặc điểm của máy :
1. Không bị rung lắc, không có khí thải và độ ồn thấp trong quá trình
làm việc. ít ảnh hỏng tới môi trờng xung quanh và đến các công trình
phụ cận xung quanh. Độ ồn của máy < 90 dB.
2. Làm việc an toàn và ổn định : Trong quá trình làm việc cọc có thể
đợc đặt chính xác đúng vị trí bởi một cần trục (cần cẩu). Sau đó đợc
kẹp thẳng đứng bằng xilanh kẹp và đợc ép xuống đất một cách êm
nhẹ cho đến khi đạt đợc sức chịu tải thiết kế.
3. Chất lợng tin cậy : Hai cặp má kẹp (ở hai vị trí trên và dới) kẹp cọc và
định vị cọc ở vị trí ép mong muốn. Thêm nữa lực ép cọc đợc thể hiện
thông qua áp suất dầu của hệ thống thủy lực, do đó có thể nâng cao tỷ
lệ thành công khi ép.
4. Năng suất của máy cao : Máy có thể tự di chuyển trên công trờng và
ép đợc 180m-300m cọc trong 1 ca làm việc ( 8 giờ ).
5. Kết cấu máy linh động : Máy đợc thiết kế để quá trình lắp dựng, vận
chuyển và tháo lắp dễ dàng. Bộ phận má kẹp có thể thay đổi đợc để
phù hợp với các loại cọc có hình dáng khác nhau.

Nguyễn Văn Dũng 13 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
II.2 kết cấu và qúa trình hoạt động của máy
II.2.1 - KếT cấu máy ép
Các kết cấu chính của máy đợc thể hiện nh trên hình vẽ 3

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12100
8000
10000
4000
2800
6000
4000
3200
7000
4000
12
Hình 2.1 - Kết cấu chính của máy ép thủy lực 500 tấn

Nguyễn Văn Dũng 14 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
1-Xilanh nâng hạ máy; 2-Dầm chính; 3-Cabin điều khiển chính; 4-Giá ép;
5-Xilanh ép; 6-Cọc ép; 7-Cần trục; 8-Gia trọng;
9-Cặp chân đế di chuyển ngang; 10-Cặp chân đế di chuyển dọc; 11-Thân máy; 12 Cầu thang.

Ngời điều khiển ngồi trong cabin điều khiển chính 3. Toàn bộ bộ phận chính
của hệ thống thủy lực đợc đặt dới cabin 3. Thân máy 11 đợc đặt ở giữa máy liên
kết với dầm chính 2 bằng liên kết khớp, điều đó cho phép máy có thể ép đợc cọc
nghiêng và nó là đặc điểm mà nhiều ngời sử dụng quan tâm. Giá ép 4 lắp trên thân
máy 11 và nó cũng đợc đặt chính giữa máy và là bộ phận quan trọng nhất của máy.
Cần trục 7 có một cabin cho ngời ngồi điều khiển thứ 2. Cần trục này có nhiệm vụ
cẩu cọc để đa vào khoang trống trong giá ép 4 (khe hở giữa các má kẹp). Máy gồm
có hai dầm chính 2 liên kết với nhau. Mỗi đầu dầm có liên kết với các xilanh nâng
hạ máy 1 (gồm 4 xilanh). Có hai cặp chân đế di chuyển máy nằm ở cạnh máy. Cặp
chân đế di chuyển ngang có tác dụng di chuyển máy theo phơng ngang và cặp chân
đế di chuyển dọc sẽ di chuyển máy theo phơng dọc. Các cặp chân đế này đều đợc
bố trí các xilanh và hệ thống các cụm bánh xe để tạo ra sự di chuyển của máy. Các
xilanh nâng hạ máy có tác dụng để nâng, hạ máy trong khi di chuyển và tạo sự cân
bằng cho máy trong quá trình làm việc. Chúng đợc đặt trên hai chân đế nằm ngang
của máy.
Giá ép 4 có cấu tạo khá phức tạp bao gồm các xilanh ép và các xilanh kẹp
cọc. Có hai bàn kẹp cọc gồm các xilanh kẹp và các bánh xe dẫn hớng. Mỗi bàn kẹp
gồm có bốn xilanh kẹp cọc đợc định vị ngang (nằm ngang). Các xilanh kẹp đều có
các má kẹp để cố định cọc và tạo lực ma sát khi ép. Sự bố trí hai bàn kẹp nhằm gúp
cho việc định vị cọc chính xác và rút ngắn thời gian hạ cọc. Các xilanh kẹp và
xilanh ép đợc bố trí ở các vị trí khác nhau. Các cặp xilanh ép chính và xilanh ép
phụ có thể làm việc đồng thời hoặc không đồng thời với nhau.
Gia trọng 8 là các khối thép đợc đặt trên hai cạnh của hai dầm chính để tăng
trọng lợng máy giúp cho máy ổn định và tăng lực ép khi ép cọc. Trên máy còn có

Nguyễn Văn Dũng 15 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
các thiết bị đo áp suất và đo chiều sâu cọc ép. Nhờ đó, không chỉ tăng tỷ lệ ép cọc
thành công so với các kỹ thuật hạ cọc khác mà còn cho biết khả năng chịu tải thực

tế và vị trí chính xác của cọc. Trọng lợng bản thân máy là 520 tấn. Có thể tăng
khối lợng máy tối đa là 550 tấn nhờ tăng thêm các khối gia trọng, với mục đích đạt
tới tải trọng kiểm tra. Nhờ mối liên hệ trực tiếp giữa kết cấu và đồng hồ đo áp lực
dầu, cho phép sự kiểm tra trực tiếp và đo đợc sức chịu tải của cọc vào bất cứ thời
điểm nào mà không cần sử dụng thêm bất cứ một đồng hồ đo áp lực nào khác. Nếu
cọc đợc ép xuống đất với áp lực nằm trong khoảng mong muốn và thời gian mong
muốn thì việc kiểm tra ép cọc coi nh hoàn thành. Máy sẽ kiểm tra khả năng tải của
cọc bằng tải trọng tĩnh. Khi không có giới hạn về độ cao máy có thể ép đợc những
cọc có chiều dài khác nhau: 12m, 24m, 36m, hoặc dài hơn.
II.2.2 QUá trình làm việc của máy ép.
II.2.2.1 - Quá trình làm việc của giá ép.

Nguyễn Văn Dũng 16 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
2500
600
750
1
2
3
4
5
6
7
2300
1800
1300
3800
4600

Hình 2.2 Kết cấu của giá ép
1-Xilanh ép cọc; 2-Xilanh kẹp cọc; 3-Gối cầu; 4-Bàn kẹp cọc chính;
5-Bánh xe dẫn hớng; 6-Bàn kẹp cọc phụ; 7-Má kẹp.
Giá ép bao gồm các xilanh ép chính, các xilanh ép phụ và các bàn kẹp cọc.
Hệ xilanh ép đợc liên kết mềm (tự lựa) với các 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. Do đó với sự làm việc đồng thời và không đồng thời
của hai hệ xilanh ép chính và phụ thì các bàn kẹp này cũng có sự làm việc đồng
thời và không đồng thời
II.2.2.1.a - Phơng pháp ép đồng thời.
Máy di chuyển tới vị trí cần ép cọc và hạ các chân đế xuống để ổn định máy.
Các xilanh ép cọc lúc này bắt đầu co lại nâng hai bàn kẹp lên vị trí cao nhất (hết

Nguyễn Văn Dũng 17 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
hành trình co của xilanh ép). Sau đó cọc đợc cẩu vào khoảng giữa của các bàn kẹp
nhờ chính cần cẩu đợc bố trí trên máy. Khi cọc đã đợc đa vào trong đó và đến lúc
đầu dới của cọc chạm đất thì cả hai hệ thống bàn kẹp cùng làm việc, chúng cùng
kẹp cọc lại. Nh vậy cọc luôn đợc đảm bảo ép đúng vị trí cần thiết bởi các bàn kẹp
cọc sẽ giữ cọc. Nhờ vậy cọc luôn đợc đảm bảo độ thẳng đứng trong suốt quá trình
ép.
Hình 2.3-Quá trình làm việc đồng thời của các xilanh ép.
Khi bắt đầu ép thì cả hai hệ xilanh ép chính và xilanh ép phụ sẽ đồng thời
đẩy ra và ép hai bàn kẹp cùng đi xuống. Khi hết hành trình của xilanh thì cả hai cơ
cấu bàn kẹp sẽ cùng nhả cọc ra và co lại. Các xialnh ép sẽ đa các bàn kẹp trở về vị
trí ban đầu và tiếp tục lặp lại quá trình kẹp cọc và ép cọc xuống. Các quá trình đó
cứ lặp đi lặp lại nh trên và đó chính là sự làm việc đồng thời của hai hệ xilanh ép.
Trên thực tế thì không phải lúc nào cả hai hệ xilanh trên cũng làm việc đồng
thời nh vậy. Do một số yêu cầu khác nhau và đảm bảo cho chất lợng cọc thì hai hệ

xilanh mới hoạt động đồng thời với nhau. Lực ép có thể đạt 500tấn hoặc cao hơn
nữa. Thông thờng chúng chỉ hoạt động cùng nhau tại thời điểm ban đầu để ép cọc
xuống xác định vị trí và sau khi quá trình ép không đồng thời kết thúc.

Nguyễn Văn Dũng 18 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
II.2.2.1.b - Phơng pháp ép không đồng thời.
Với phơng pháp ép không đồng thời thì quá trình ban đầu để ép cũng nh
trong phơng pháp ép đồng thời. Đó là khi bắt đầu ép thì cả hai hệ xilanh ép chính
và xilanh ép phụ sẽ đồng thời đẩy ra và ép hai bàn kẹp cùng đi xuống. Cho tới khi
cọc đã đợc ép xuống một độ sâu xác định thì hai cơ cấu kẹp sẽ nhả cọc ra và di
chuyển tới khoảng giữa của phần cọc ở trong giá ép. Sau đó cơ cấu bàn kẹp dới sẽ
tiếp tục kẹp cọc lại và ép xuống, trong lúc đó cơ cấu bàn kẹp trên đi lên phía trên.
Nh vậy cùng lúc cả cơ cấu dới và cơ cấu trên sẽ hết hành trình (cơ cấu dới hết hành
trình đẩy, cơ cấu trên hết hành trình co). Khi cơ cấu dới hết hành trình của xilanh
ép thì các xilanh kẹp cọc sẽ nhả cọc ra và di chuyển lên trên. Cùng lúc đó cơ cấu
kẹp cọc trên sẽ kẹp cọc lại và ép xuống dới. Khi cơ cấu trên hết hành trình thì cũng
là lúc cơ cấu dới di chuyển tới khoảng giữa của cọc. Quá trình đó lại đợc lặp đi lặp
lại nh vậy cho tới khi cọc đạt độ sâu yêu cầu, và cũng chính là sự làm việc không
đồng thời của hai hệ xilanh ép.
Nh vậy với hoạt động không đồng thời của hai hệ xilanh ép nh trên thì các
quá trình ép sẽ luân phiên nhau và giảm đợc rất nhiều thời gian ép. Hơn nữa năng
suất trong quá trình ép không đồng thời cao hơn rất nhiều so với hoạt động của một
cơ cấu đơn.

Nguyễn Văn Dũng 19 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
Hình 2.4-Quá trình làm việc không đồng thời của các xilanh ép.

Có thể hiểu rằng phơng pháp ép không đồng thời có thể đợc cải tiến
để tăng năng suất bằng cách tăng số lợng cơ cấu kẹp lên (lớn hơn hai).
II.2.2.1.c - Quá trình ép cọc nghiêng.
Một đặc điểm khác của máy mà khiến nhiều ngời quan tâm đó là máy có thể
ép đợc cọc nghiêng đến 5
o
. Quá trình ép cọc nghiêng này nhờ vào sự thay đổi vị trí
của thân máy. Thân máy có liên kết khớp với dầm chính của máy nhờ vào các dầm
ngang gắn trên thân.
Thực chất thân máy gắn đợc trên các dầm chính là nhờ vào các dầm ngang
(trên thân) và các chốt hãm (gắn trên dầm chính ). Trên dầm chính có các rãnh để
cho thân máy có thể lắp vào và nhờ các chốt hãm mà thân máy ổn định đợc khi
máy làm việc ở lực ép 500 tấn. Toàn bộ giá ép đợc lắp cố định trên thân máy bởi
vậy khi ép cọc nghiêng thì toàn bộ thân máy sẽ đảm nhiệm việc làm cho giá ép
nghiêng đi 1 góc trong khoảng từ 0
o
đến 5
o
. Thân máy nghiêng đợc nhờ vào việc

Nguyễn Văn Dũng 20 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
thay đổi vị trí của các dầm ngang khi lắp trên dầm. Nhờ hệ thống kích thủy lực
(không nằm trên máy) mà ngời ta có thể nâng hoặc hạ thân máy để thay đổi độ
nghiêng góc của thân máy. Để giữ đợc vị trí nghiêng đó thì sử dụng các chốt hãm
tỳ lên dầm ngang của máy. Khi thân máy nghiêng đi thì toàn bộ giá ép cũng
nghiêng theo và tiến trình ép cọc nghiêng đợc thực hiện.
750
600

1500
40004000
4000
1000 400
1
2
3
4
4000
1800
2400
1000
1200
3300
1200
Hình 2.5-Kết cấu của thân máy để ép cọc nghiêng.
1-Dầm chính; 2-Các chốt hãm; 3-Dầm ngang trên thân; 4-Thân máy.
Trọng lợng máy là 520 tấn trong khi chỉ cần ép lực ép lớn nhất là 500 tấn để
có thể đảm bảo sự ổn định máy khi ép cọc nghiêng. Trong quá trình ép cọc
nghiêng thì các cặp xilanh ép chính và ép phụ cũng có sự làm việc đồng thời và
không đồng thời nh trong quá trình ép cọc thẳng.
II.2.2.2 Quá trình di chuyển của máy.

Nguyễn Văn Dũng 21 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
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 xilanh nâng hạ máy 1 và các dầm
của máy. Các dầm của máy gồm có hai dầm chính và hai dầm phụ liên kết với
nhau. Hai đầu của hai dầm chính gắn với bốn xilanh, đầu của pittông nâng hạ 1

liên kết với bốn bánh xe di chuyển. Đó chính là hệ thống bánh xe để di chuyển
máy. Khi pittông 1 đẩy ra hoặc co vào thì thân máy sẽ đợc nâng lên hay hạ xuống.
Hệ thống bánh xe đó đợc chạy trên các tấm chân đế. Trong mỗi tấm chân đế có
một xilanh 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 xilanh nằm dọc trong chân đế đợc 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.
II.2.2.2.a - Quá trình di chuyển theo chiều dọc.
Máy di chuyển theo chiều dọc nhờ hai cặp chân đế nằm dọc theo hai bên
máy. Các chân đế này bị hạn chế hành trình bởi hai chân đế nằm ngang. Hành
trình di chuyển theo chiều dọc máy là 0.8m. Đó cũng chính là hành trình của hai
xilanh nằm trong hai chân đế này. Khi bắt đầu di chuyển, đầu tiên các xilanh nâng
hạ máy co lại hết hành trình. Nh vậy hai chân đế nằm ngang sẽ đợc co lên theo các
xilanh nâng hạ.
Lúc này các xilanh nằm trong các chân đế dọc sẽ hoạt động, chúng đẩy ra
hết hành trình của xilanh. Nh vậy toàn bộ máy đợc đẩy tới trớc cùng với hai chân
đế ngang máy nhờ các cụm bánh xe di chuyển chạy trên các ray nằm trong chân
đế. Khi các xilanh dọc hết hành trình thì các xilanh nâng hạ bắt đầu đẩy ra và từ từ
hạ hai chân đế ngang xuống. Hai chân đế ngang chạm đất nhng các xilanh nâng hạ
vẫn cha dừng lại, chúng tiếp tục đẩy ra và hai chân đế dọc máy đợc nâng lên khỏi
mặt đất. Lúc này các xilanh nâng hạ dừng lại, tiếp theo các xilanh dọc trong chân

Nguyễn Văn Dũng 22 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
đế sẽ co lại. Quá trình co lại này sẽ kéo theo các cụm bánh xe di chuyển theo. Nh
vậy lúc này các chân đế dọc sẽ trợt trên các cụm bánh xe di chuyển và tiến về phía
trớc. Sau đó các xilanh nâng hạ lại co lại và bắt đầu một bớc di chuyển mới. Quá

trình này cứ lặp đi lặp lại và làm cho máy di chuyển đợc tới vị trí mong muốn theo
chiều dọc (phía trớc hoặc phía sau).
1
3
5
6
1500
8000
4000
4
2
7
Hình 2.6-Kết cấu của cơ cấu di chuyển dọc.
1-Xilanh di chuyển; 2-Chân đế; 3-Chốt liên kết xilanh;
4-Cụm bánh xe di chuyển; 5-Phần liên kết với khung chính;
6-Thanh liên kết hai cụm bánh xe; 7-Ray.
II.2.2.2.b - Quá trình di chuyển theo chiều ngang.
Quá trình di chuyển theo chiều ngang nhờ các xilanh nằm trong các chân đế
ngang. Các xilanh này có hành trình lớn hơn các xilanh dọc (3.6m). Quá trình di
chuyển theo chiều ngang này cũng tơng tự nh trong quá trình di chuyển theo chiều
dọc máy. Khi bắt đầu chuyển dịch thì các xilanh nâng hạ thay vì co lại thì ở đây sẽ
đẩy ra hết hành trình để nâng hai chân đế nằm dọc lên.

Nguyễn Văn Dũng 23 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
8000
1500
2800
200

Hình 2.7-Kết cấu của cơ cấu di chuyển ngang.
Kết cấu của cơ cấu này cũng tơng tự nh của cơ cấu di chuyển dọc. Chỉ khác
là các cụm bánh xe di chuyển ở đây đợc liên kết khớp với các xilanh nâng hạ máy
và hệ xilanh có chiều dài lớn hơn. Hoạt động của cơ cấu này cũng nh của cơ cấu di
chuyển dọc máy. Máy có thể di chuyển ngang (bên phải hoặc bên trái) nh ý muốn.

Nguyễn Văn Dũng 24 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD
Đồ án tốt nghiệp Máy ép cọc thủy lực500 tấn
Phần B
Tính toán, thiết kế máy ép thủy lực 500 tấn
Chơng I
tính toán cơ cấu ép cọc.
I.1 - Tính xilanh kẹp cọc.
Quá trình ép cọc đợc thực hiện trớc tiên bởi sự làm việc của các bàn kẹp cọc.
Bàn kẹp cọc gồm có bốn xilanh kẹp đặt bố trí vuông góc với nhau. Do lực ép cọc
lớn nên yêu cầu các xilanh kẹp phải có lực kẹp tơng đơng để có thể giữ đợc cọc
trong suốt quá trình ép xuống đất.

1

2

4

5

3200

2300

2400
1600
6

7

3

Hình 1.1 Cơ cấu kẹp cọc.
1-Xilanh kẹp cọc; 2-Bánh xe dẫn hớng;
3-Bàn kẹp; 4-Khớp cầu; 5-Cọc; 6-Má kẹp; 7-Ray.

Nguyễn Văn Dũng 25 Lớp 44M Khoa cơ khí
XD