TÍNH TOÁN THIẾT kế máy ép cọc dẫn ĐỘNG THUỶ TĨNH, lực ép 150 tấn CHO cọc bê TÔNG cốt THÉP 30x 30 (cm) dài 8 (m)

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Mục lục
Trang
Lời nói đầu. 4
Chơng I. Giới thiệu về công tác thi công nền móng. 5
1.1. Giới thiệu 5
1.2. Các phơng pháp gia cố nền móng . 6
1.2.1. Phơng pháp khoan cọc nhồi 6
1.2.2. Phơng pháp đóng cọc bằng búa điezel 7
1.2.3.Phơng pháp xử lý nền bằng bấc thấm 7
1.2.4. Phơng pháp ép cọc tĩnh . 8
Chơng II. Các phơng án và lựa chọn phơng án thiết kếmáy ép
cọc tĩnh . 9
2.1. Máy ép cọc kiểu vít me . 11
2.2. Máy ép thuỷ lực bắt bulông 12
2.3. Máy ép kiểu quang treo 13
Chơng III. Thiết kế tổng thể 16
3.1. Xác định kích thớc khối bê tông 16
3.2. Xác định kích thớc của máy 17
3.2.1. Tính chiều dài máy 17
3.2.2. Xác địng chiều rộng máy 19
3.2.3. Xác định chiều cao của khung tĩnh và khung động 19
Chơng IV. tính toán thiết kế hệ thống
truyền động thuỷ lực 20
4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu thiết kế 20
4.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thuỷ lực 20
4.1.2. Yêu cầu của hệ thống truyền động thuỷ lực . 20
4.2. Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực 20
4.3. Các thông số của hệ thống truyền động thuỷ lực . 21
4.4. Tính chọn các bộ phận của hệ thống truyền động thuỷ lực 21
4.4.1. Tính chọn xylanh 21

4.4.2. Tính chọn bơm và công suất động cơ 23
4.4.3. Chọn van phân phối 26
4.4.4. Tính toán thùng dầu . 27
4.4.5. Chọn ống dẫn và cút nối 28
4.4.6. Chọn đồng hồ đo áp 29
Chơng V. Tính toán kết cấu thép
của tháp động và tháp tĩnh 30
5.1. Chế độ làm việc và phơng pháp tính toán kết cấu thép 30
32
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Đặc điểm cấu tạo thấp động và lực tác dụng 32
Lựa chọn hình thức kết cấu 33
Lực tác dụng lên tháp động 33
Tính chọn mặt cắt thép góc, bản giằng . 34
Tính chọn thép góc 34
Tính chọn mặt cắt bản giằng bên . 37
Tính toán liên kết bản giằng bên với thanh thép góc 42
Tính toán bản giằng sau 43
ớc . 48
ới 48
. 51
Đặc điểm cấu tạo và lực tác dụng 51
Lực tác dụng lên tháp 51
Tính chọn mặt cắt của thép làm khung và bản giằng 52
Tính chọn mặt cắt thép làm khung tĩnh . 52
Tính chọn bản giằng 53
Tính liên kết bản giằng 57
Tính cụm tai xylanh trên 59

Tính quang treo . 62
Tính chọn mặt cắt quang treo . 62
. 64
Tính đòn gánh 65
tính toán thiết kế dầm . 69
Tính toán thiết kế dầm trung gian 69
Đặc điểm kết cấu và hình thức lực chọn kết cấu 69
69
70
Tính chọn mặt cắt cánh dầm 71
Tính chọn sơ bộ mặt cắt dầm . 71
Kiểm tra mặt cắt đã chọn 74
Tính toán thiết kế quang treo 76
Tính toán thiết kế dầm đáy (dầm ngang) 77
Đặc điểm kết cấu và hình thức lựa chọn kết cấu 77
Lực tác dụng lên dầm 77
78
Tính chọn mặt cắt dầm 79
Quy trình lắp dựng 82
Công tác chuẩn bị để thi công máy ép cọc tĩnh 82
Quy trình lắp dựng 82
Quy trình thi công ép cọc . 87
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Để đảm bảo tính hợp lý trong quá trình thiết kế thì em xin trình bày thêm phần tính
. 90
90
90
Tính toán giá thành của các bản thép chế tạo khung 91

91
93
96
96
. 97
97
99
. 99
100
101
Tính toán giá thành kết cấu thép chế tạo dầm trung gian . 101
. 102
103
103
104
106
Tài liệu tham khảo 107
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
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.
Xuất phát từ yêu cầu đó trong lần làm đồ án tốt nghiệp này em đã đợc giao
nhiệm vụ tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh với lực ép là 150 Tấn. Trong quá trình
làm đồ án em xin cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của PGS.TS: Nguyễn Bính và kỹ s
Phạm Anh Tuấn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. 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.
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh

Chơng I: giới thiệu về công tác thi công
nền móng
1.1. Giới thiệu.
Đất nớc ta đang trong thời kỳ phát triển hợp tác và hội nhập với các nớc trong
khu vực, cũng nh các nớc trên thế giới. Để có nền kinh tế phát triển nhanh thì cần
có nền kinh tế ổn định, vững chắc 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
nh các công trình giao thông đã và đang, sắp đợc xây dựng. Trong các công trình
lớn cũng nh nhỏ thì việc sử lý nền móng là yếu tố hết sức quan trọng vì nó quyết
định đến chất lợng cũng nh tuổi thọ của công trình.
Việc sử lý nền móng đã có từ rất lâu, nhất là sử lý nền móng bằng các loại cọc,
ban đầu là các loại cọc nguyên thuỷ có sẵn nh : 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 đợc yêu cầu của các công trình.
Tuỳ thuộc vào quy mô, thời hạn thời hạn phục vụ của công trình, điều kiện tự
nhiên của đất xây dựng mà ngời ta áp dụng các biện pháp khác nhau để gia cố nền
móng cho phù hợp, với những công trình xây dựng nhà ở thuộc loại nhỏ của các hộ
gia đình thì áp dụng biện pháp làm móng cọc bê tông.
Hiện nay trong thực tế xây dựng nền móng cho các công trình lớn, thời hạn phục
vụ lâu dài thì ngời ta áp dụng các loại máy, đây là loại máy đảm bảo khả năng xây
dựng nhà và công trình trên các loại đất có sức chịu tải nhỏ. Chính việc áp dụng
móng cọc đã thúc đẩy việc ứng dụng các phơng pháp công nghiệp công nghiệp hoá
xây dựng cũng nh việc trang bị cho các cơ quan xây dựng những máy hạ cọc
chuyên dùng gọn nhẹ và có năng suất cao.
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
- Những u điểm cơ bản của việc áp dụng móng cọc là: Rút ngắn thời gian thi công,
giảm bớt công tác nặng nhọc, giảm bớt khối lợng thép bê tông và giảm bớt khối l-
ợng công tác làm đất. Móng cọc ít nhạy cảm với sự thay đổi trạng thái của đất nền,
có thể đào những hố sâu ngay sát cạnh những móng cọc mà không gây nguy cơ phá
huỷ các công trình.
Ngoài phơng pháp gia cố nền bằng cọc thì ngời ta còn dùng nhiều phơng pháp
khác nh:
* Để gia cố nền có các loại đất to hạt có nhiều lỗ rỗng và vết nứt thì ngời ta thờng
dùng biện pháp xi măng hoá. Đây là biện pháp hiệu quả và đợc sử dụng rộng rãi.
* Để gia cố sử lý nền mà bên dới có các mạch nớc ngầm thì ngời ta dùng phơng
pháp ép cọc bấc thấm hoặc dùng cọc cát.
1.2. Các phơng pháp gia cố nền móng.
Gia cố nền móng có nhiều phơng pháp khác khác nhau, mỗi phơng pháp có
những u điểm riêng và phù hợp với các công trình khác nhau. Các phơng pháp hiện
nay thờng đợc sử dụng là:

1.2.1. Phơng pháp khoan cọc nhồi.
Cọc nhồi đợc chế tạo bằng cách rót trực tiếp vật liệu (bê tông , cát ) vào những lỗ
cọc đã đợc khoan sẵn.
- Ưu điểm của phơng pháp này là:
+ Cọc đợc chế tạo tại chỗ có kích thớc và chiều dài tuỳ ý, không mất công
vận chuyển hay phải làm công tác phụ khác nh : Ca, cắt, nối cọc
+ Thi công cọc khoan nhồi tránh đợc các lực xung kích gây ảnh hởng xấu đến các
công trình xung quanh, không gây tiếng ồn
- Nhợc điểm :
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
6
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
+ Chi phí đàu t, thiết bị máy móc ban đầu lớn nên giá thành tơng đối cao, khó kiểm
tra chính xác chất lợng cọc sau khi thi công
+ Gây ô nhiễm môi trờng do chất thải bentonit gây ra
1.2.2. Phơng pháp đóng cọc bằng búa diezel.
Búa đóng cọc Diezel dùng để đóng cọc bê tông cốt thép, ống thép và cọc gỗ và
chỉ đóng cọc trên nền thông thờng (không phải nền yếu hoặc cứng ). Phơng pháp
này có các u nhợc điểm sau :
- Ưu điểm :
Trọng lợng tổng các thiết bị nhỏ, không cần một số thiết bị trung gian nh: Máy
nén khí, nồi hơi, động cơ điện
- Nhợc điểm :
Tốn 50-60% công suất để nén không khí trong xi lanh. Cần có nhiên liệu Diezel,
năng suất thấp gây tiếng ồn lớn, chấn động mạnh, vì gây chấn động lớn nên phù
hợp với các công trình xa nơi dân c , xa các công trình đã có .
1.2.3. Phơng pháp sử lý nền bằng bấc thấm.
Bấc thấm là một phơng pháp nhân tạo, cải tạo nền đất bằng thiết bị tiêu nớc thẳng
đứng. Để sử lý đất yếu, đợc dùng để thay thế cọc cát làm phơng tiện dẫn nớc từ dới
nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát ra ngoài. Phơng pháp này có những -

u nhợc điểm sau :
- Ưu điểm :
+ Tăng nhanh quá trình cô kết của đất yếu, rút ngắn thời gian lún (có thể kết thúc
cô kết ngay trong thời gian thi công mà không phải đợi lâu dài .
+ ít làm xáo động các lớp đất tự nhiên
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
+Thoát nớc một cách đảm bảo và chủ động
+Tốc độc lắp nhanh (dễ cơ giới thi công). Năng xuất có thể đạt 4000
ữ
6000
m/ngày/máy cắm bấc
+ cần ít công nhân sử dụng máy.
+ Chiều sâu sử dụng bấc có thể đạt 40 (m).
+ Hoạt động thoát nớc tốt trong các điều kiện khác nhau.
- Nhợc điểm :
+ Hiện tại cha sản xuất đợc bấc thấm còn phải nhập ngoại.
+ Hiệu quả cha đạt yêu cầu mong muốn cho một số điều kiện nền đắp thấp và một
số điều kiện địa chất khác.
+ Bản thân bấc thấm không tham gia vào thành phần chịu tải trọng.
1.2.4. Phơng pháp ép cọc tĩnh.
Máy ép cọc dùng để ép cọc bê tông cốt thép. Trong việc gia cố nền móng với các
nền móng không quá yếu. Thờng đợc sử dụng trong xây dựng các công trình dân
dụng nh nhà cửa vì lực ép lớn và tiếng ồn nhỏ, quá trình ép cọc êm dịu, cọc ít bị
vỡ đầu cọc do chấn động nh khi sử dụng búa diezel và chiều sâu ép cọc có thể đạt
yêu cầu tốt. Do không gây tiếng ồn và ô nhiễm cho nên máy ép cọc thờng đợc sử
dụng trong các công trình đông khu dân c, và do tạo chấn động nhỏ cho nên nó
cũng thờng đợc sử dụng trong các công trình mà bên cạnh các công trình đó đã có
những công trình khác. Tuy nhiên cũng có một số hạn chế là cần phải có thiết bị

phụ đi kèm theo nh : (Động cơ điện, bơm thuỷ lực, thùng dầu thuỷ lực) do vậy cần
phải có máy phát điện nếu xa nguồn điện để tạo ra nguồn điện dẫn động động cơ
điện và bơm thuỷ lực Và một hạn chế khác nữa là khi thi công bằng máy ép cọc
tĩnh thì cần phải có nhiều công nhân và cần phải có cần cẩu để cẩu cọc và phục vụ
việc di chuyển khi đóng cọc.
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Chơng II : các phơng án và lựa chọn
phơng án thiết kế máy ép cọc tĩnh
Máy ép cọc là loại máy hoạt động dựa trên áp lực của dầu thuỷ lực. áp suất cao
của dầu thuỷ lực sẽ tạo ra lực ép để ép cọc sâu vào lòng đất, vì vậy nó hoạt động rất
êm, không gây ảnh hởng đến những công trình xung quanh, và nó không gây ra
tiếng ồn khi hoạt động. Kết cấu của máy gồm có khung tĩnh, khung động, 2 xi lanh
dùng để ép cọc và dầm chính và phụ. Khung động thì trợt trong khung tĩnh.
*Nguyên lý hoạt động của nó nh sau:
Cọc đợc đa vào khung động (bằng cẩu)

cọc

Hình 2.1
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
sau đó dùng đòn để giữ cọc với khung động

cọc
Hình 2.2
Sau khi đã cố định cọc với khung động thì ta cho xy lanh duỗi ra và ép cọc xuống
đất. Khi hết hành trình của xi lanh thì xi lanh sẽ đợc co lại và ta lại cố định cọc với

khung động ở vị trí khác, sau đó hành trình lại lặp lại nh trớc. Khi đã ép hết cọc đó
thì ngời ta đa cọc khác vào và hàn đầu cọc mới với cọc đã ép rồi, sau đó lại tiếp tục
ép đến khi đạt yêu cầu thiết kế thì thôi. Hiện nay có nhiều loại với kết cấu khác
nhau. Sau đây em xin trình bày một số phơng án nh sau:
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
10
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
2.1. Phơng án 1: Máy ép cọc kiểu vít me.
Máy ép cọc kiểu vít me thì kết cấu của nó gồm có giá trung gian thì đợc liên kết
với dầm bằng quang treo, khung tĩnh liên kết với giá trung gian bằng vít me. Đối
với máy này thì có những u nhợc điểm sau :
* Ưu điểm
-Kết cấu đơn giản gọn nhẹ
-Giá thành chế tạo rẻ
-Khả năng tháo lắp nhanh
-Do trọng lợng nhẹ cho nên quá trình vận chuyển đơn giản
* Nhợc điểm
- Do giá trung gian đợc treo trên dầm nên phải có thiết bị để nêm và giữ cho ổn
định, khi dùng nêm thì không chắc chắn đợc bằng dùng vít hoặc bulông
- Giá trung gian thì kết cấu phải có dãnh để bắt vít, vì vậy kết cấu của giá trung
gian tơng đối phức tạp , và kết cấu không gọn nhẹ
- Khoảng cách để chất tải hẹp hơn so với kiểu quang treo nếu chiều dài dầm đáy
nh nhau
Hình vẽ của máy : (Không vẽ đối trọng )
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh

Hình 2.3
1. Dầm ngang, 2. Giá trung gian, 3 . Vít, 4. Khung tĩnh,

5 . Xi lanh thuỷ lực, 6 . Khung động
2.2. Phơng án 2: Máy ép thuỷ lực bắt bulông.
Máy ép thuỷ lực loại này dùng 2 xi lanh thuỷ lực, và có dầm trung gian thì liên
kết bằng bulông với dầm chính. Trên dầm chính thì có dãnh trợt để có thể bắt đợc
bulông với dầm trung gian
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Khung tĩnh thì đợc liên kết bằng bulông với dầm trung gian.
Máy ép cọc loại này có những u nhợc điểm sau
*Ưu điểm:
Đối với loại máy này thì khả năng dịch chuyển khi đóng cọc là tơng đối nhanh, và
khi tháo lắp cũng nhanh do giá trung gian có thể di chuyển dọc theo dầm chính và
khung tĩnh có thể di chuyển dọc theo giá trung gian
*Nhợc điểm:
Đối với loại máy này thì có các nhợc điểm sau
- Kết cấu của dầm chính và giá trung gian là tơng đối phức tạp, do phải làm dãnh để
bắt bulông
-Kết cấu nh vậy dẫn đến khối lợng của máy lớn
-Khả năng vận chuyển khó vì trọng lợng lớn và kết cấu cồng kềnh
Hình vẽ của máy: (Không vẽ đối trọng)

Hình 2.4
2.3. Phơng án 3: Máy ép thuỷ lực kiểu quang treo.
Đối với máy kiểu này thì kết cấu của nó gồm có:
+ Dầm trung gian thì đợc liên kết với dầm chính (dầm ngang ) nhờ bằng quang treo
+ Khung tĩnh cũng đợc liên kết với dầm trung gian bằng quang treo
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
13
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh

Chính vì vậy mà máy này có những u điểm và nhợc điểm sau:
* Ưu điểm:
+ Kết cấu của dầm chính và dầm trung gian đơn giản hơn hai loại trên
+ Trọng lợng bản thân của máy nhẹ hơn
+ Việc vân chuyển máy đến nơi làm việc là dễ dàng hơn, vì trọng lợng của máy nhẹ
+ Bố trí đờng dầu đơn giản.
+ Việc thực hiện chuyển đóng cọc là tơng đối nhanh.
+ Giá thành chế tạo rẻ.
* Nhợc điểm của máy:
Phải dùng nêm để cố định khung tĩnh và dầm trung gian, do đó có thể khung tĩnh bị
nghiêng do chêm, vì vậy lực tác dụng lên các quang là không đều nhau và khi đóng
cọc phải chỉnh cọc nhiều hơn
Hình vẽ

Hình 2.5
1. Dầm đáy; 2. Quang treo; 3.Khung tĩnh;
4. Khung động; 5. Dầm trung gian; 6. Xylanh (2 xylanh)
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
14
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Trên cơ sở phân tích các u, nhợc điểm của các phơng án đã nêu em lựa chọn phơng
án thiết kế là phơng án 3; Nghĩa là máy ép cọc thuỷ lực kiểu quang treo, dùng 2 xy
lanh thuỷ lực
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
15
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Chơng III: tính toán thiết kế tổng thể
Kích thớc của máy phụ thuộc vào chiều dài của cọc và số lợng cọc ép đợc trong
một đài ép và kích th
Các khối bê tông có trọng l ớc của các khối bê tông

3.1. Xác định kích thớc của các khối bê tông.ợng theo yêu cầu là 5 (T/khối). Khối
bê tông để làm đối trọng thì gồm có các khối bê tông dài và các khối bê tông ngắn.
Khối bê tông có chiều dài lớn thì đợc đặt ở dới cùng, còn các khối bê tông có chiều
dài ngắn thì đợc đặt trên khối bê tông dài. Các khối bê tông có hình dáng nh sau

Hình 3.1
* Chọn kích thớc của khối bê tông dài
Ta có
Khối lợng của khối bê tông
m = a
2
*b*

= 5

: Khối lợng riêng của bê tông


= 2,5 (T/m
3
)


a
2
*b =
2
5,2
5
=

Chọn b = 3,4 (m) = 3400(mm)
767,0
4,3
2
== a
(m) = 767 (mm)
Vậy kích thớc của khối bê tông dài là
b = 3400 (mm) , a = 767 (mm)
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
16
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
* Xác định kích thớc khối bê tông ngắn
Chọn b = 2 (m) = 2000 (mm)
1
2
2
== a
(m) = 1000 (mm)
3.2. Xác định kích thớc của máy.
Kích thớc của máy phụ thuộc vào số lợng cọc ép đợc theo thiết kế và chiều dài của
cọc, kích thớc của các khối bê tông
- Trong phần này ta chọn số lợng cọc đóng đợc trong một đài là 4 cọc, và cọc đợc
bố trí nh sau

Hình 3.2
Theo thiết kế ta chọn a=900
3.2.1. Tính chiều dài của máy.
Sơ đồ bố trí dầm khi đóng cọc nh sau

Hình 3.3
Chiều dài của máy
L = L
1
+L
2
+L
3
(*)
Nhận xét
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Khoảng cách L
1
và L
3
để bố trí xếp tải trọng (L
1
= L
3
)
Kích thớc của L
1
, L
3
đợc xác định theo kích thớc của tải trọng dài, vì khối đối trọng
dài đợc xếp đầu tiên và số lợng khối đối trọng dài đợc xếp ở mỗi bên là 2 khối. Sơ
đồ xếp đối trọng nh sau.

Khối đối trọng dài
Dầm đáy
Hình 3.4 (sơ đồ bố trí đối trọng)
Khi xếp đối trọng thì cần phải có khoảng cách nhất định
L
1
= L
3


2a
a: Chiều rộng đối trọng dài
a= 767 (mm)

L
1
=L
3


2*767=1534 (mm)
Chọn L
1
=L
3
=1600 (mm)
- Xác định chiều dài máy
L
2

=2L
at
+n*d
Trong đó:
L
at
: Khoảng cách an toàn từ giá đóng cọc đến đối trọng
Chọn L
at
=1000 (mm)
d: Khoảng cách giữa các cọc đợc đóng
Theo thiết kế d = 900 (mm)
n: Số khoảng cách
Vì số lợng cọc đợc đóng là 4 cọc nên ta có n = 3
Vậy
L
2
=2L
at
+n*d = 2*1000 + 3*900 = 4700 (mm)
Ta chọn L
2
= 4800 (mm)
Ta thay L
1
, L
2
, L
3
vào công thức (*) ta đợc chiều dài của máy

L = L
1
+L
2
+L
3
= 1600 + 4800 +1600 = 8000 (mm)
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
3.2.2. Xác định chiều rộng của máy.
Chiều rộng của máy đợc xác định trên cơ sở kích thớc của khối đối trọng dài.
Kích thớc chiều dài của khối đối trọng dài là b = 3400 (mm).
Vậy ta chọn chiều rộng của máy là B = 3400 (mm)
Vậy kích thớc của dầm đáy nh sau

Hình 3.5
3.2.3. Xác định chiều cao của khung tĩnh và khung động.
Chiều cao của khung tĩnh và khung động phụ thuộc vào chiều cao của cọc và hành
trình xylanh
+ Hành trình xylanh ta chọn là s = 1600 (mm)
+ Chiều dài của cọc là L
cọc
= 8000 (mm)
Do đó ta chọn chiều dài của khung động là L
kđ
= 7000 (mm), chiều dài của
khung tĩnh là L
t
= 5550 (mm)

Vậy ta có bảng kê các thông số tổng thể của máy
Thông số Chiều dài máy Chiều rộng
máy
Chiều cao
khung động
Chiều cao của
khung tĩnh
Giá trị
(mm)
8000 3400 7000 5550
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
19
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Chơng IV: tính toán thiết kế hệ thống truyền
động thuỷ lực
4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu thiết kế.
4.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thuỷ lực (TĐTL).
Vai trò, nhiệm vụ của hệ thống TĐTL là truyền công suất từ động cơ đến hệ
xylanh để sinh công ép cọc xuống nền đất, ngoài ra hệ thống còn dùng để điều
khiển xylanh trong quá trình ép cọc của máy.
4.1.2. Yêu cầu của hệ thống truyền động thuỷ lực.
Việc thiết kế, tính toán, lựa chọn các thiết bị thuỷ lực của hệ thống yêu cầu cần
đảm bảo:
- Đảm bảo cho máy ép đạt đợc lực ép theo yêu cầu thiết kế .
Q
ép Max
=150 (tấn)
- Thiết bị chọn phải đảm bảo độ tin cậy, độ bền, tuổi thọ cao và thoả mãn đợc yêu
cầu kỹ thuật.
4.2 - Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực.

1
2
3
4
5
6
6
7
1. Thùng dầu; 2. Bầu lọc; 3. Bơm dầu; 4. Đồng hồ đo áp;
5. Van phân phối; 6. Xylanh; 7. Van an toàn
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
20
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Hình 3.1: Sơ đồ mạch thuỷ lực
Nguyên lý hoạt động của hệ thống :
Bơm dầu cung cấp dầu cao áp đến van phân phối sau đó từ van phân phối điều khiển
các xylanh hoạt động ép cọc hoặc nâng khung động lên. Đồng hồ đo áp có nhiệm
vụ đo áp suất của dầu cao áp. Khi áp suất cao quá áp suát cho phép thì dầu sẽ qua
van an toàn để về thùng dầu. Trên đờng dầu về ta bố trí bầu lọc để lọc dầu khi về
thùng.
4.3. Các thông số của hệ thống truyền động thuỷ lực.
- Số lợng xylanh n=2.
- Lực tác dụng lên cả 2 xylanh Q
max
=75 (tấn).
- Hành trình ủa xylanh chọn L=1,6 (m).
- Tốc độ ép V
ép
=1(m/ph) = 1/60 (m/s). Tốc độ ép ứng với lực ép Q

max
=150 (Tấn).
4.4. Tính chọn các bộ phận của hệ thống truyền động thuỷ lực.
4.4.1. Tính chọn xylanh.
Mô hình của xylanh ép cọc

Trong đó:
D : Đờng kính pistong (m).
d : Đờng kính cán pistong (m).
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
21
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
P
1
, P
2
: áp lực dầu công tác (KPa).
Q
1
, Q
2
: Lu lợng dầu.
Khi pistong chuyển động để ép cọc thì lực đẩy T đợc xác định theo biểu thức

T=
( )
[ ]
c
dPDPP

**221
4
22
+

Công thức (3.36,TL[V]).
Trong đó :
T: Lực đẩy pistong (KN)

c

:Hiệu suất cơ khí của xylanh thuỷ lực

c

=0,96 0,98
Chọn
c

= 0,98
Ta có hệ số tỉ lệ giữa đờng kính pistong D và cán pistong d đợc ký hiệu là


=
22
2
dD
D

Công thức (3.49,TL[V]).
Chọn

= 1,6
Thay vào ta có :
T=
( )
2 2 2
1 2
4
c
PD P D d





=
2
2
2
1
4 1,6
c
P D
PD

D =
( )
1 2
6,4*
* 1,6
c
T
P P


Để xylanh ép đợc cọc thì ta phải có lực tác dụng lên mỗi xylanh khi ép cọc là
T

150
2
=75 (tấn)=750 (KN)
áp lực của dầu chọn sơ bộ
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
22
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
P
1
=16 (MPa)=16 (MN/m
2
) = 16000 (KN/m
2
)

P
2
=0,6 (MPa) = 600 (KN/m
2
).
Thay P
1
,P
2
, T,
c

vào ta có :
D

0,25(m).
Chọn D =0,3 (m)
Vậy đờng kính cán pistong là:
d =
6,1
*6,0
2
D
= 0,19 (m).
Vậy xylanh thuỷ lực đã chọn có các thông số sau
Đờng kính pistong D=30 (cm) = 300 (mm)
Đờng kính cán pistong d = 19 (cm) = 190 (mm)
4.4.2. Tính chọn bơm và công suất động cơ.
* Sơ bộ chọn công suất động cơ.
Ta có công suất tiêu thụ của xylanh lực:

N
*
p
=T
p
*V
p
(KW) Theo công thức (3.12,TL[V]).
Trong đó:
T
p
: Lực tác dụng lên cán pistong. (KN)
V
p
: Tốc độ dịch chuyển của cán (m/s).
T
p
=75 (tấn) =750 (KN).
V
p
=1(m/ph) =1/60 (m/s).

N
*
=
60
750
=12,5 (KW).
Vậy công suất tiêu thụ của 2 xylanh
N

p
=2*N
*
p
=2*12,5 =25 (KW)
Công suât động cơ chọn phải thoả mãn
N
dm


lv
N
Trong đó:
N
lv
: Công suât làm việc của hệ thống.
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh


: Hiệu suất truyền

=0,92
ữ
0,95
Ta có N
lv
=N
p

=25 (KW).
Chọn

=0,92
Vậy N
dm



92,0
25
=27,17 (KW)
Tra bảng (2p,TL[VII] )
Chọn động cơ điện A02- 72 - 4 có các thông số sau :
N
đm
= 30 ( KW)
N
đm
= 1460 (v/ph)
* Chọn bơm dầu:
Để chọn bơm dầu cho hệ thống thuỷ lực ta chọn lựa theo 2 yêu cầu
- Lu lợng bơm dầu cung cấp đủ cho hệ xylanh.
- áp lực dầu đạt đợc của bơm để ép.
+ Xác định lu lợng yêu cầu của bơm.
áp dụng công thức (3.42,TL[V])
V
p
=
q

D
Q


*
*
*4
2
1


Q
1
=
q
p
DV


*4
**
2
V
p
: Tốc độ dịch chuyển của cán pistong (m/ph)
V
p
=1 (m/ph)
D : Đờng kính pistong (m)
D=0,3 (m)

q

: Hiệu suất thể tích của xylanh
chọn
q

=1 (đối với xylanh mới)

Q
1
=
1*4
3,0*14,3*1
2
= 0,07 (m
3
/ph)
Q
1
: Lu lợng của 1 xylanh
Vậy lu lợng cần thiết của bơm
Q
ct
=2*Q
1
=0,14 (m
3
/ph)
Lu lợng yêu cầu của bơm
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41

24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Q
B
=(1,1- 1,2) Q
ct


Q
B
=1,1*0,14 =0,154 (m
3
/ph) =154 (lít/phút)
+ Xác định áp lực dầu để đẩy đợc hệ xylanh
áp dụng công thức (3.36,TL[V]) ta có:
Lực đẩy pistong (áp lực dầu)
T=
( )
[ ]
c
dPDPP


**221
4
22
+

P
1
=
2
**
*4
D
T
c

+

2
P
Với

: Hệ số tỷ lệ giữa đờng kính pistong D và cán pistong d
Chọn

=1,6
Thay số T

75*10
4
(N)
D=0,3 (m)


=1,6

c

=0,98
P
2
=0,6 (MPa) =0,6*10
6
(N/m
2
)


P
1



2
4
3,0*14,3*98,0
10*75*4
+
6,1
10*6,0
6


P
1

11,2*10
6
(N/m
2
) = 11,2 (MPa)
Vậy áp lực yêu cầu của bơm:
P
B


11,2 (MPa)
* Chọn bơm
Căn cứ vào áp lực và lu lợng, dựa theo bảng (3.4,TL[V]) ta chọn bơm có các đặc
điểm sau:
Bơm pistong hớng trục có các thông số:
+ Kiểu bơm : 207.25
+ Lu lợng riêng : q = 107 (cm
3
)
+ áp suất danh nghĩa : 16 (MPa )
+ áp suất dầu lớn nhất : 20 (MPa)
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
25