1.2. Phân loại máy thi công công trình ngầm

§ 1.2 Phân loại máy thi cơng cơng trình ngầm Máy thi cơng cơng trình ngầm máy xây dựng thiết bị có tính chun dụng cao phục vụ cho cơng tác xây dựng cơng trình ngầm, tuyến tunnel ngầm giao thông đường sắt, đường bộ, tuyến đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị, thuỷ điện…Do máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm có nhiều chủng loại đa dạng Người ta phân loại máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm theo nhóm máy chủ đạo cơng nghệ thi công theo công dụng chúng sau: Tổ hợp máy phát lực: Tổ máy phát lực có nhiệm vụ cung cấp động cho cấu công tác máy thi công ngầm làm việc Tổ máy phát lực máy thi công cơng trình ngầm tổ hợp động điêzel - bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp đông điện – bơm dầu thuỷ lực, tổ hợp động điêzel – máy nén khí đơng hoạt động độc lập v.v… Máy bốc xúc vận chuyển đất đá hầm lị: • Máy bốc xúc: có nhiệm vụ bốc xúc đất đá làm mặt phía trước gương đào để đổ trực tiếp gián tiếp vào máy vận chuyển đất đá Các máy có hai loại loại làm việc theo chu kỳ loại bốc xúc liên tục • Máy vận chuyển hầm lị gồm có: - Các máy vận chuyển liên tục như: băng tải, gầu tải, vít tải v.v…có nhiệm vụ vận chuyển đất đá khỏi gương đào vận chuyển vật liệu xây dựng máy móc từ mặt đất tới nơi thi công Hướng vận tải phương ngang phương nghiêng - Các máy vận chuyển khơng liên tục như: ơtơ tải hầm lị, vận tải đường sắt xe goòng hầm lò…Hướng vận chuyển phương ngang phương nghiêng * Máy nâng chuyển: máy có hướng vận chuyển gần vng góc với tuyến tunnel Chúng bố trí giếng đứng có nhiệm vụ đưa đất đá lên mặt đất đưa vật liệu, cấu kiện xây dựng với công nhân xuống tuyến ngầm Ta phải phân biệt máy với máy nâng chuyển phục vụ thi cơng cơng trình ngầm tầng hầm nhà cao tầng, bãi đỗ xe ngầm tuyến ngầm công nghệ đào hở Máy thiết bị thi cơng tuyến ngầm cơng trình ngầm cơng nghệ đào hở gồm có: - Các máy thi cơng tường đất; - Các máy bốc xúc đất công nghệ đào hở; - Các máy nâng chuyển công nghệ đào hở - cổng trục Máy thiết bị thi công tuyến ngầm phương pháp khoan nổ mìn: - Các dụng cụ khoan: Mũi khoan, ty khoan (cần khoan) - Các máy khoan cầm tay; - Máy khoan cột; - Cỗ máy khoan hầm lò Máy thiết bị thi công tuyến ngầm phương pháp khiên tổ hợp khiên: - Khiên thủ công; - Khiên bán thủ công; - Tổ hợp khiên giới hố hồn tồn loại thường dùng cho đất mềm – “Soft Ground Non Pressurized”; - Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực đất – “EARTH PRESSURE BALANCE”; - Tổ hợp khiên đào lò với khoang cân áp lực dung dịch betonite cao áp – “SLURRY PRESSURE BALANCE SPB”; - Tổ hợp khiên đào lị với khiên đơn khiên đơi - “SINGLE AND DOUBLE SHIELD TBMS”; - Tổ hợp máy đào tuyến ngầm dùng đá cứng – “MAIN BEAM TBM” Máy thiết bị phục vụ cho công tác bê tông, bê tông cốt thép công trình ngầm gồm: - Máy thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời công nghệ phun khô; - Máy thiết bị gia cố vách tunnel tạm thời công nghệ phun khô; - Máy trộn bê tông; - Các loại ván khuôn di động; - Máy vận chuyển bê tông; - Máy bơm bê tông; - Máy làm chặt bê tơng; - Máy lắp ráp vỏ lị; - Máy ép vữa Máy thiết bị phụ trợ thi công tuyến ngầm khác như: - Máy sử lý đất cho tuyến ngầm – máy thiết bị sử lý đất yếu công nghệ khoan vữa cao áp - Máy thiết bị thơng gió tuyến ngầm; - Máy thiết bị định vị hướng đào; - Các máy tách đất, máy bơm bùn v.v… - Thiết bị an toàn, chiếu sáng Máy thiết bị thi cơng cơng trình ngầm máy đơn lẻ, cỗ máy phục vụ cho công đoạn công nghệ thi công nhiều chúng coi dây chuyền (một cơng xưởng) thực trọn vẹn tồn cơng đoạn công nghệ thi công từ đào đất tới thi công vỏ hầm tunnel vĩnh cửu Cấu tạo chung máy cơng trình ngầm gồm phận sau: a Thiết bị động lực: Động đốt trong, điện, bơm dầu máy nén khí b Hệ thống truyền động: Cơ khí, thuỷ lực, điện, khí nén hỗn hợp c Cơ cấu cơng tác d Cơ cấu di chuyển e Hệ thống điều khiển f Các thiết bị phụ khác: thiết bị an tồn, chiếu sáng, tổ hợp khiên đào lị trang bị máy tính đại cho phép tự động hoá nhiều khâu từ đào đất, điều khiển tới thi cơng hồn chỉnh tuyến ngầm Tuỳ theo yêu cầu chức năng, số máy có đầy đủ phận có vài phận mà Trong chương sâu vào nghiên cứu cụm thiết bị có cơng dụng chung là: Thiết bị động lực hệ thống truyền động cụm lại ta nghiên cứu với máy chương sau § 1.3 Thiết bị động lực máy cơng trình ngầm Thiết bị động lực (cịn gọi hệ thống phát lực) bao gồm nhiều động Động cấu máy dùng để biến đổi dạng lượng (như điện năng, nhiệt năng…) thành cung cấp cho cấu cơng tác Trong máy xây dựng nói chung máy thi cơng cơng trình ngầm nói riêng có bốn loại động thường sử dụng là: - Đơng đốt trong; - Động điện; - Máy bơm thuỷ lực, đông thuỷ lực: Mô-tor, xi lanh thuỷ lực - Các loại máy nén khí I Động đốt Nguyên lý làm việc động đốt Hỗn hợp nhiên liệu (xăng dầu điêzen với khơng khí) đốt cháy buồng kín sinh khí nhiệt độ cao làm giãn nở khí đốt dẫn tới tăng áp suất, áp suất tác động lên bề mặt piston, làm piston di chuyển tịnh tiến lòng xi lanh, thông qua truyền làm quay trục khuỷu sinh cơng Phân loại: Động đốt có hai loại: - Động xăng (2 kỳ kỳ): có chế hồ khí (carburator) phận đánh lửa (bugi) - Động diesel (2 kỳ kỳ): Khơng có chế hồ khí phận đánh lửa, nhiên liệu phun trực tiếp qua kim phun (dưới áp suất p = 12,5÷100 MPa) vào buồng đốt, dầu tự bốc cháy bị nén lại áp suất cao nhiệt độ cao buồng đốt Ngồi ra, cịn phân loại động theo số lượng xi lanh & cách đặt xi lanh: Đặt đứng, đặt nghiêng nằm ngang, hàng, hai hàng kiểu chữ V Các máy thi công công trình ngầm thường sử dụng động điêzel loại bốn kỳ có nhiều xi lanh xếp hai dãy kiểu theo chữ V Cấu tạo chung động đốt Động đốt bao gồm số cấu hệ thống sau: - Cơ cấu biên - tay quay: Cơ cấu biên - tay quay hay cấu trục khuỷu - truyền có tác dụng biến chuyển động tịnh tiến pittông thành chuyển động quay trục khuỷu - Cơ cấu phối khí: Cơ cấu phối khí có tác dụng nạp đầy hịa khí (động xăng) khơng khí động điêzen) vào xi lanh xả khí cháy làm việc khỏi xi lanh - Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Hệ thống cung cấp nhiên liệu có tác dụng cung cấp nhiên liệu, tùy theo phụ tải động cơ, để hỗn hợp với khơng khí tạo thành hịa khí hỗn hợp cháy xả khí cháy khỏi xi lanh - Hệ thống bơi trơn: Hệ thống bơi trơn dùng động có tác dụng cung cấp dầu nhờn đến bề mặt làm việc chi tiết để giảm ma sát hạn chế tác động mài mòn - Hệ thống làm mát: Hệ thống làm mát có tác dụng giữ cho động làm việc nhiệt độ định để kéo dài tuổi thọ động Ngoài ra, động cịn có cấu hệ thống khác: hệ thống điều tốc, khởi động đánh lửa (dùng động xăng) Những thông số cấu tạo động đốt a) Hành trình: Hành trình (hay khoảng chạy pittơng) S (hình 1.1) khoảng cách từ vị trí cao - điểm chết (ĐCT) đến vị trí thấp - điểm chết (ĐCD) pittông, pittông dịch chuyển tịnh tiến xi lanh: S = 2r [1.1] r - bán kính tay quay trục khuỷu b) Dung tích làm việc xi lanh: Dung tích làm việc xi lanh (Vs) dung tích xi lanh giới hạn khoảng hành trình pittông: πD Vs = S [1.2] D- đường kính xilanh; S- hành trình pittơng c) Dung tích làm việc động cơ: Dung tích làm việc động (Vh) tổng dung tích làm việc xi lanh Vh = V s I hay πD S i Vh = [1.3] [1.4] Vs - dung tích làm việc xi lanh; isố lượng xilanh động cơ; D- đường kính xilanh; S- hành trình pittơng Hình 1.1 Thơng số cấu tạo động đốt d) Dung tích buồng cháy: Dung tích buồng cháy hay buồng nén (V c) dung tích phần khơng gian đỉnh pittơng nắp xilanh pittơng điểm chết (ĐTC) e) Dung tích lớn xilanh tỷ số nén động cơ: Dung tích lớn hay dung tích tồn (Vmax) tổng dung tích làm việc xilanh (Vs) dung tích buồng cháy (Vc): Vmax = Vs + Vc [1.5] Tỉ số nén động biểu thị hịa khí (động xăng) khơng khí (động điêzen) bị nén nhỏ pittông dịch chuyển xilanh, từ điểm chết lên điểm chết Tỉ số nén có ảnh hưởng lớn đến cơng suất hiệu suất động Tỷ số nén động tính theo cơng thức: ε= Vs + Vc Vmax = Vc Vc [1.6] Tỷ số nén 6÷9 cho động xăng 15÷20 cho động diesel Ưu-nhược điểm phạm vi sử dụng động đốt Ưu điểm: - Tương đối gọn nhẹ (3÷5 kg/kW); - Khởi động nhanh, dễ dàng thay đổi vận tốc quay; - Công suất lớn (đến 2000 kW); - Hiệu suất cao; 10 - Tuổi thọ cao (6000÷8000 h) Nhược điểm: - Sử dụng nhiên liệu đắt tiền: xăng, dầu điêzen; - Gây nhiễm mơi trường tuyến ngầm khí thải, sử dụng động đốt phải có biện pháp thơng gió tuyến ngầm cách phù hợp; - Hệ số vượt tải thấp, dễ bị chết máy Phạm vi sử dụng: Rất rộng rãi, thường sử dụng ô tô vận tải hầm lò, cỗ máy khoan cung cấp cho máy phát điện, máy nén khí bơm dầu thuỷ lực v.v II Động điện Nguyên lý làm việc động điện Dòng điện qua stator gây cảm ứng điện tử làm cho rotor gắn với trục động làm cho trục quay cung cấp cho cấu khác Phân loại động điện - Động điện xoay chiều pha - Động điện xoay chiều pha - Động điện chiều Ưu-nhược điểm phạm vi sử dụng động điện Ưu điểm: - Gọn nhẹ (3 ÷ 11kg/kW); - Khởi động nhanh, dễ tự động hóa; - Dễ đảo chiều quay; - Hiệu suất cao (tới 90%); - Chịu vượt tải tương đối tốt; - Sạch sẽ, gây ồn nhiễm mơi trường Nhược điểm: - Mơmen khởi động nhỏ; 11 - Khó thay đổi vận tốc quay; - Phụ thuộc vào nguồn điện Phạm vi sử dụng: Thường dùng máy tĩnh máy hoạt động cự ly ngắn III CÁC LOẠI MÁY BƠM DẦU THỦY LỰC Nguyên lý làm việc Khác với hoạt động kể trên, bơm dầu thuỷ lực thuộc loại động thứ cấp, tức tự thân không sinh mà tiếp nhận động điện động đốt trong, biến thành dạng dầu có vận tốc áp suất cao Các bơm dầu làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích: Khi thể tích buồng hút tăng, bơm hút dầu, thực chu kỳ hút; thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra, thực chu kỳ nén Phụ thuộc vào tốc độ thay đổi thể tích ta dầu đầu có tốc độ khác Nếu đường dầu bị đẩy ta đặt vật cản (van tiết lưu), dầu bị chặn, tạo áp suất định Áp lực dầu sau van tiết lưu phụ thuộc vào độ lớn sức cản tức thụ thuộc vào mức độ mở van tiết lưu Phân loại bơm thuỷ lực: Trong công nghiệp nói chung nghành xây dựng cơng trình ngầm nói riêng người ta thường dùng loại bơm dầu sau: a) Nhóm bơm dầu với lưu lượng cố định gồm: Bơm bánh ăn khớp ngồi b) Nhóm bơm dầu với lưu lượng thay đổi gồm: Bơm pittông hướng trục Bơm pittơng hướng tâm Bơm trục vít Bơm pittông hướng trục truyền đĩa nghiêng 12 Bơm pittông hướng trục truyền khớp cầu Bơm bánh ăn khớp Bơm pittông dãy Bơm cánh gạt lệch tâm Bơm rôto Bơm cánh gạt kẹp Ký hiệu Ký hiệu Hình 1.2 Các loại bơm dầu thuỷ lực Các thông số kỹ thuật tiêu kinh tế - kỹ thuật chọn bơm dầu thuỷ lực * Các thông số kỹ thuật a) Lưu lượng, ký hiệu Q (lít/phút); b) Tốc độ quay, ký hiệu n (vg/ph); c) Áp suất (bar); d) Hiệu suât (%) * Các tiêu kinh tế - kỹ thuật - Giá cả; - Tuổi thọ; - Lưu lượng cố định hay thay đổi - thay đổi khả thay đổi max - min; - Tiếng ồn; - Hiệu suất Ưu-nhược điểm phạm vi sử dụng 13 Ưu điểm: - Kết cấu gọn nhẹ tương đối đơn giản; - Công suất lớn; - Cho phép điều chỉnh vô cấp vận tốc công tác phạm vi rộng; - Dễ dàng biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ngược lại - Có thể bố trí nơi máy; - Hiệu suất cao (0,8 ÷ 0,9) Nhược điểm: - Địi hỏi chế tạo lắp ráp có độ xác cao; - Đặc tính kỹ thuật động phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ môi trường xung quanh; - Giá thành cao Phạm vi sử dụng: Rất rộng rãi máy khoan tạo lỗ nổ mìn Từ máy khoan cầm tay nhỏ tới máy khoan cột trung máy cỗ máy khoan với đầu khoan nặng nặng Trong ô tô tải tự lật hầm lò máy bốc xúc hoạt đông theo chu kỳ Lý công suất bơm dầu thuỷ lực cao cho phép tự động hoá khâu điều khiển dẫn động cấu cơng tác IV MÁY NÉN KHÍ Ngun lý hoạt động Máy nén khí máy biến đổi dẫn động đông điện, đông đốt thành động khí nén Trong máy nén khí sảy q trình tăng áp khơng khí đưa khơng khí từ trạng thái áp suất thấp sang trạng thái áp suất cao bình tích áp Cũng bơm dầu thuỷ lực, máy nén khí thuộc loại động thứ cấp, tức tự thân không sinh mà tiếp nhận động điện động đốt trong, biến thành dạng khơng khí có áp suất cao bình tích áp để cung cấp cho máy thiết bị qua hệ thống đường ống dẫn khí nén cơng trình ngầm Trong xây dựng cơng trình ngầm máy nén khí cung cấp khơng khí có áp suất cao, lượng khí cao áp dẫn động thiết bị cấu cơng tác dùng khí nén 14 Phân loại máy nén khí: Theo phương pháp nén khí người ta phân loại máy nén khí thành nhóm sau: - Các máy nén thể tích (máy nén ép khơng khí), theo áp suất khơng khí tăng nhờ giảm thể tích buồng cơng tác, máy pittơng, kiểu vít, kiểu rơto - Các máy nén động (các máy nén kiểu cánh), theo đó, khơng khí bị nén lại trình chuyển động cưỡng khơng khí nhờ lực tác dụng cánh quạt - kiểu quạt ly tâm, kiểu quạt trục Theo nguyên lý hoạt động, máy nén khí chia thành: - Máy nén khí kiểu pittơng tác dụng chiều hai chiều; - Máy nén khí kiểu rotor; - Máy nén khí kiểu vít Khơng khí hút từ ngồi trời, lọc hệ thống lọc, sau nén lại tới áp suất P = 0,8 MPa buồng nén máy nén khí (chạy nhờ động đốt hay động điện) cuối dẫn tới bình chứa khí nén (bình tích áp) Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo máy nén khí kiểu pittơng: а — Máy nén khí kiểu pittơng tác dụng chiều ; b — Máy nén khí kiểu pittơng tác dụng hai chiều ; — xi lanh; — pittông; 3,4- xupáp hút đẩy; 5; - trục khuỷu; — tay biên; – trượt; – truyền Hình 1.4 Sơ đồ cấutạo máy nén khí kiểu vít: 1, – vịng bi đỡ quay, 2- vịng găng bịt kín, - vỏ máy, – bánh răng, – vít chủ động; – vít bị đơng Ưu điểm: 15 - Khởi động nhanh, làm việc an tồn; - Khơng cần chất lỏng công tác đắt tiền động thủy lực; - Có thể dẫn khí nén xa, đến nơi chật hẹp Nhược điểm: - Cồng kềnh; - Gây nhiễm khơng khí nhiễm tiếng ồn - Hiệu suất thấp (0,07 ÷ 0,11) ma sát; - Công suất nhỏ (≤ 30 Kw) áp suất khí nén thấp dầu Phạm vi sử dụng: Cung cấp khí nén cho thiết bị dùng khí nén máy khoan khí nén, máy phun bê tơng, cung cấp khí nén để khống chế giếng ngầm cơng nghệ giếng chìm đặc biệt cung cấp khí nén cho tổ hợp khiên đào tunnel có khoang giữ gương đào khí nén dung dịch bê tơ nít Khi cần sử chữa mâm dao tổ hợp khiên cần có khí nén để giữ gương đào người thợ tiếp cận mâm dao Tóm lại máy nén khí thiết bị khơng thể thiếu công nghệ thi công tunnel V CÁC CHỈ TIÊU HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ Ngoài tiêu cơng suất danh nghĩa N e (kW, CV), vận tốc quay mức công suất danh nghĩa n o (v/ph), mômen xoắn trục động vận tốc quay danh nghĩa M o (N.m), động đánh giá theo tiêu sau: Hệ số vượt tải: Hệ số vượt tải ϕvt = Mômen xoắn lớn động Mmax [1.7] Mômen làm việc định mức Mo Những máy dễ bị vượt tải làm việc máy đào, máy ủi… cần có hệ số vượt tải cao để không bị chết máy Trong máy xây dựng thường yêu cầu ϕvt = 2,3 ÷ Động điện có ϕvt ≥ 2,5; động đốt có ϕvt = 1,08 ÷ 1,15 Để khơng bị chết máy, kèm động đốt phải có ly hợp ma sát, q tải có trượt đĩa chủ động bị động ly hợp Hệ số thay đổi vận tốc quay 16 λv = n o 5 − DCDT = n 1,3 − DCD [1.8] no - vận tốc quay trục động mức công suất danh nghĩa (v/ph); nmin - vận tốc quay thấp trục động (v/ph) Những máy di động cần có hệ số thay đổi vận tốc λv lớn Hệ số λv lớn dễ điều chỉnh vận tốc quay động Cường độ làm việc (chỉ áp dụng cho động điện): biểu thị hệ số thời gian làm việc liên tục PV%, tính sau: PV% = ∑t 60 ∑t 60 60 x 100% [1.9] - tổng số phút làm việc liên tục máy mà đảm bảo động khơng nóng q 60oC Ví dụ: động điện MT-31-6 (của Nga) phải có số PV 25%, 60%, 100% (15, 36 60 phút giờ) tương ứng với lúc hoạt động mà công suất động đạt 11, 7, Kw Căn vào số PV mà người ta trì chế độ làm việc liên tục động cho thích hợp § 1.4 Hệ thống truyền động máy thi cơng cơng trình ngầm I Khái niệm, phân loại thông số kỹ thuật truyền Khái niệm chung Hệ thống dẫn động bao gồm thiết bị động lực để tạo hệ thống truyền động, truyền tới phận công tác Hệ thống truyền động có nhiệm vụ truyền từ trục động tới trục chấp hành cấu công tác Truyền động phương pháp dùng truyền (cơ khí, thuỷ lực, điện khí nén), để truyền lượng học từ trục sang trục khác, có thay đổi tốc độ đơi thay đổi quy luật chuyển động Trục truyền lượng gọi trục chủ động, trục nhận lượng gọi trục bị động (trục chấp hành) 17 Phân loại dạng truyền động Trong máy móc nói chung máy thi cơng cơng trình ngầm nói riêng thường sử dụng kiểu truyền động sau: - Truyền động khí; - Truyền động thuỷ lực; - Truyền động điện; - Truyền động hỗn hợp: thuỷ lực – khí; điện – khí; khí - điện thuỷ lực Truyền động khí thành phần thiếu tất truyền nói chung Các thơng số chủ yếu truyền a) Tỷ số truyền: i= n ω1 = n ω2 [1.10] n1 n2 - vận tốc quay trục chủ động trục bị động, v/ph; ω1 , ω2 - vận tốc góc trục chủ động trục bị động, rad/s Trục chủ động trục bị động gọi trục dẫn trục bị dẫn b) Hiệu suất truyền động: η= Ν2 Ν1 [1.11] N1 N2- công suất trục chủ động trục bị động, kW (CV) c) Tương quan mômen xoắn: Gọi N cơng suất tính kW, M mơmen xoắn tính N.m n vận tốc quay trục, vg/ph, ta có cơng thức gắn kết đại lượng với nhau: M =9500 N n [1.12] Công thức phản ánh mối tương quan mô-men xoắn hai trục: M2 = i η M1 [1.13] II Truyền động khí Định nghĩa 18 Truyền động khí phương pháp dùng truyền cấu tạo từ chi tiết máy để truyền từ trục sang trục khác, thơng thường có thay đổi vận tốc quay mômen, thay đổi quy luật luật chuyển động Trục truyền lượng gọi trục chủ động, trục nhận lượng gọi trục bị động Phân loại Theo nguyên lý làm việc, truyền động khí phân làm hai loại: - Truyền động ma sát: trực tiếp bánh ma sát gián tiếp nhờ đai truyền - Truyền động ăn khớp: trực tiếp (bánh răng, bánh vít) gián tiếp (xích) Truyền động ma sát Khái niệm: Là phương pháp truyền lượng học trực tiếp bánh ma sát từ trục sang trục nhờ lực ma sát trượt điểm tiếp xúc hai bánh ma sát bánh ma sát đai trung gian Phân loại: Truyền động ma sát có hai loại: Truyền động ma sát trực tiếp truyền động đai Truyền động bánh Truyền động bánh phương pháp truyền lượng học trực tiếp từ trục sang trục khác nhờ ăn khớp bánh (hoặc răng) a) Các thơng số hình học bản: Dạng chủ yếu dùng truyền động bánh dạng thân khai (hình 1.5) Sở dĩ thân khai dùng nhiều dễ chế tạo hơn, sức bền tuổi thọ cao, hiệu suất lớn Nếu gọi z1 z2 số bánh chủ động bánh bị động; n n2 vận tốc quay tương ứng (v/ph); pt bước vịng trịn chia (mm); m1 m2 mơđun tương ứng (mm); α góc ơm; d1 d2 đường kính vịng trịn lăn (mm); d c1 dc2 đường kính vịng trịn chia tương ứng cặp (mm); h Hình 1.5 Truyền động bánh chiều cao (mm) ta có: - Tỉ số truyền: i = n1: n2 = z2 : z1 - Góc ăn khớp α thường 20o; 19 - Để bánh ăn khớp với chúng phải mơđun, có nghĩa là: m1 = m2 = m = pt / π, pt bước vòng tròn chia Trị số m từ 0,05 đến 100 mm; - Chiều cao h = 2,25m; - Đối với cặp bánh không dịch chỉnh (cặp bánh tiêu chuẩn) dịch chỉnh đều, đường kính vịng trịn lăn vịng trịn chia trùng nhau: d1 = dct = mz1; d2 = dc2 = m.z2 Ngồi dạng thân khai cịn có dạng cung trịn Nơvicơv phát minh năm 1954 Khả tải bánh Nôvicôv cao bánh thân khai, để gia cơng phức tạp b) Phân loại truyền động bánh * Theo vị trí tương đối trục: có loại truyền động bánh sau: - Trường hợp hai trục song song: dùng chuyển động bánh trụ thẳng, nghiêng, V cong (hình 1.6): - Trường hợp hai trục cắt nhau: dùng chuyển động bánh nón (thường có thẳng cong); - Trường hợp hai trục chéo nhau: dùng truyền động bánh trụ chéo; - Truyền động bánh - răng: dùng để biến đổi truyền động quay tịnh tiến ngược lại; Hình 1.6 Các dạng truyền động bánh * Theo kiểu ăn khớp: có hai loại truyền động ăn khớp truyền động ăn khớp c) Ưu-nhược điểm phạm vi sử dụng: * Ưu điểm: - Kích thước nhỏ gọn, khả chịu tải lớn; - Hiệu suất truyền động cao, tỷ số truyền ổn định (η = 0,95 ÷ 0,99; i = const); - Tuổi thọ cao làm việc tin cậy 20 - Truyền động tốt phạm vi công suất, tốc độ tỷ số truyền rộng * Nhược điểm: - Địi hỏi chế tạo lắp ráp với độ xác cao; - Có nhiều tiếng ồn tốc độ quay lớn, phải bôi trơn thường xuyên; - Chỉ truyền động khoảng cách tương đối nhỏ; - Chịu va đập kém, dễ hỏng tải; * Phạm vi sử dụng: rộng, từ bánh bé (trong đồng hồ đeo tay) đến cặp bánh có đường kính tới vài mét, nặng vài truyền công suất vài vạn kW Truyền động bánh sử dụng hầu hết loại máy móc, thiết bị dụng cụ đo lường khí Truyền động trục vít – bánh vít Là phương pháp truyền lượng học từ trục sang trục khác nhờ ăn khớp trực tiếp bánh (bánh vít) với ren trục vít Các trục cắt chéo không gian (thường 90 o) a) Nguyên lý truyền động: Bộ truyền bao gồm có trục vít bánh vít (hình 1.7) Thơng thường trục vít trục chủ động, cịn bánh vít bánh bị động Khi trục vít quay vịng bánh vít quay z (z1 = ÷ 4), z1 số mối ren trục vít) Ngồi trục vít có tiết diện khác cịn có trục vít lõm Trục vít lõm có khả chịu tải lớn có số ăn khớp đồng thời lớn hơn, nên bề mặt tiếp xúc hai bánh nhiều Tuy nhiên chế tạo, lắp ráp điều chỉnh khó khăn hơn, đặc biệt bánh vít bị mịn Hình 1.7 Truyền động trục vít 21 b) Ưu-nhược điểm phạm vi sử dụng: * Ưu điểm: - Tỷ số truyền lớn (tới 500 nữa); - Làm việc êm không ồn; - Có khả tự hãm * Nhược điểm: - Hiệu suất truyền động thấp; - Cần dùng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để làm bánh vít; - Sinh nhiệt lớn làm việc * Phạm vi sử dụng: dùng loại kích nâng (nhờ khả tự hãm) truyền có tỷ số truyền lớn công suất không lớn (dưới 50kW - loại máy cắt gọt kim loại v.v…) Truyền động xích Là phương pháp truyền động ăn khớp gián tiếp xích hai trục song song cách xa cần đảm bảo tỷ số truyền ổn định a) Nguyên lý thông số truyền động: Bộ truyền xích gồm có đĩa chủ động, đĩa bị động xích (trên hình 1.8 loại xích ống) Ngồi ra, tùy trường hợp cụ thể có thêm cấu phụ căng xích, bơi trơn bao che Có dùng xích để truyền động từ đĩa dẫn sang nhiều đĩa dẫn khác Ống lắp lỏng với chốt 4, chúng xoay tự (tạo thành lề) Phía ngồi ống lồng lăn Con lăn xoay tự Lắp xích vào đĩa xích, lăn trực tiếp ăn khớp vào đĩa Nhờ có lăn mà phần ma sát trượt đĩa thay ma sát lăn ống tỳ vào nhau, tải trọng phân bố suốt chiều dài ống.Các thông số hình học chủ yếu bánh xích bước xích t; đường kính vịng trịn chia đĩa xích d1 d2 Sau ta xét đến thơng số truyền động xích - Bước xích t thơng số truyền động xích Bước xích lớn khả tải lớn, tải trọng va đập tiếng ồn tăng, vận tốc xích lớn cần chọn bước xích t nhỏ (nếu yêu cầu khả chịu tải lớn tăng chiều rộng xích dùng nhiều hàng xích; - Đường kính vịng trịn chia di = t/ sin(π; zj); - Tỷ số truyền i = η1: n2 = z2 : z1; 22 - Khoảng cách A tối ưu A = (30 ÷ 50)t Trong Amin xác định theo điều kiện góc ơm α ≤ 120o - Lực vòng cho phép P = [P0] b0 d/ke, (N), [Po] áp lực cho phép lề (14 ÷ 35MPa); b0 d(mm) dẫn hình 1.8; ke = 1,2 ÷ hệ số kể đến điều kiện bôi trơn, điều chỉnh, tính chất tải trọng điều kiện khác; - Cơng suất truyền xích N = 3,6 P.v (Kw); P lực vịng xích v (m/s) tốc độ xích Hình 1.8 Truyền động xích b) Ưu-nhược điểm phạm vi sử dụng: * Ưu điểm: - Khoảng cách truyền động lớn (A max = 8m), khn khổ kích thước nhỏ so với truyền động đai; - Lực tác dụng lên trục nhỏ so với truyền động đai; - Tỷ số truyền ổn định; - Hiệu suất truyền động cao (η = 0,96 ÷ 0,98); - Có thể đồng thời truyền động cho nhiều trục * Nhược điểm: - Yêu cầu chế tạo, lắp ráp chăm sóc phức tạp so với truyền động đai; - Xích đĩa xích chóng mịn, gây ồn làm việc; - Vận tốc tức thời xích đĩa bị dẫn khơng ổn định dây xích khơng thể căng tuyệt đối * Phạm vi sử dụng: truyền động xích thường dùng trường hợp khoảng cách trục lớn, yêu cầu kích thước truyền phải tương đối nhỏ gọn làm việc không trượt III Truyền động thuỷ lực Khái niệm chung phân loại Truyền động thuỷ lực phương pháp truyền từ động điện động đốt tới trục chấp hành cấu công tác nhờ dầu 23 thuỷ lực có áp suất cao (truyền động thuỷ tĩnh) dầu có vận tốc lớn (truyền động thuỷ động), qua phần tử truyền động như, ống dẫn, van tiết lưu, van phân phối vv… tới motơ thuỷ lực xi lanh thuỷ lực để chuyển dầu có áp suất cao thành cung cấp cho cấu công tác Truyền động thuỷ lực phân loại theo dấu hiệu sau: * Theo nguyên lý làm việc truyền động thuỷ lực chia làm hai nhóm: - Truyền động thể tích (truyền động thuỷ tĩnh) - dầu thuỷ lực có áp suất cao vận tốc thấp - Truyền động thủy động - dầu thuỷ lực có áp suất thấp vận tốc cao * Theo quy luật chuyển động cấu chấp hành chúng chia làm nhóm: - Truyền động thuỷ lực thể tích có cấu chấp hành chuyển động tịnh tiến – xi lanh thuỷ lực - Truyền động thuỷ lực thể tích có cấu chấp hành chuyển động quay – môtơ thuỷ lực - Truyền động thuỷ lực thể tích có cấu chấp hành chuyển động xoay với góc xoay nhỏ 3600 * Theo khả điều chỉnh tốc độ cấu công tác chúng chia làm nhóm: Nhóm có cấu điều chỉnh; Nhóm khơng điều chỉnh * Theo sơ đồ tuần hồn dầu thuỷ lực có nhóm: Nhóm có sơ đồ đóng kín; nhóm có sơ đồ tuần hồn hở Cấu tạo chung hệ thống truyền động thuỷ lực - Cơ cấu tạo dầu thuỷ lực có áp suất vận tốc cao: bơm dầu thuỷ lực, thùng dầu, lọc dầu; - Phần tử xử lý dẫn dầu: van tiết lưu, van áp suất; - Các phần tử điều khiển: van đảo chiều, van an toàn, van chiều - Các cấu chấp hành: xi lanh, mơtơ, khớp nối thuỷ lực… Hình 1.9 Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống dẫn động thuỷ lực Sơ đồ mô tả cấu tạo tổng quát hệ thống dẫn động thuỷ lực mô tả 24 qua sơ đồ hình 1.9 Sơ đồ hai dạng truyền động thuỷ lực tiêu biểu thường gặp máy thi cơng cơng trình ngầm a) Truyền động thuỷ lực thể tích có cấu chấp hành chuyển động tịnh tiến – xi lanh thuỷ lực: Biến áp suất dầu thuỷ lực thành đẩy piston chuyển đơng tịnh tiến lịng xi lanh Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thuỷ lực mạch hở với cấu công tác chuyển động tịnh tiến – xi lanh thuỷ lực: 1- bơm dầu thuỷ lực; – xi lanh thuỷ lực; - ống dẫn dầu; 4b – van tràn; - van phân phố 4/3i; – van tiết lưu (điều chỉnh lưu lượng); – van chiều; 8a – phin lọc dầu; – thùng dầu thuỷ lực; 10 - làm mát dầu; 11- đồng hồ áp lực b) Truyền động thuỷ lực thể tích có cấu chấp hành chuyển động quay – môtơ thuỷ lực: Biến áp suất dầu thuỷ lực thành quay rô-tor mô-tơ Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thuỷ lực mạch kín với cấu cơng tác chuyển động quay – môtơ thuỷ lực: 1- bơm dầu thuỷ lực; 1a – bơm bổ xung dầu – môtor thuỷ lực; - ống dẫn dầu; 4a – van giới hạn áp suất; 4b – van tràn; - van phân phố 4/2; – van tiết lưu (điều chỉnh lưu lượng); – van chiều; 8a – phin lọc dầu; – thùng dầu thuỷ lực; 10 - làm mát dầu; 11- đồng hồ áp lực Bảng ký hiệu cụm cấu hệ thống dẫn động thuỷ lực dẫn động khí nén Ký hiệu Tên gọi Bơm thuỷ lực khơng điều chỉnh Bơm thuỷ lực đảo chiều Bơm thuỷ lực có điều chỉnh Mơ-tơ thuỷ lực khơng điều chỉnh Mơ-tơ thuỷ lực đảo chiều 25 Mơ-tơ thuỷ lực có điều chỉnh Xi lanh thuỷ lực tác dụng hai chiều với cán pittông Xi lanh thuỷ lực tác dụng hai chiều với hai cán pittông Xi lanh thuỷ lực tác dụngmộtchiều Xi lanh thuỷ lực kiểu ống lồng Xi lanh thuỷ lực có cấu phanh giảm chấn cuối hành trình Van tiết lưu khơng điều chỉnh Van tiết lưu có điều chỉnh Van giới hạn áp suất tự điều chỉnh Van giới hạn áp suất không tự điều chỉnh Van chiều khơng có dịng phản hồi Khố thuỷ lực Bình tích áp thuỷ lực Bình tích áp kiểu lị xo Bình tích áp kiểu khí nén Phin lọc dầu Bộ tản nhiệt (làm mát dầu) Bộ biến tốc thuỷ lực Thùng dầu hở 26 Thùng dầu kín có áp suất cao áp suất khơng khí Van phân phối 4/2 điều khiển cần gạt Van phân phối 4/3 điều khiển tay, vị chí “O” vị ngắt truyền động Van phân phối 4/3 điều khiển điện từ, vị chí “O” vị dịng dầu thuỷ lực bơm vòng tròn Bảng 1.1 Ký hiệu cụm cấu hệ thống dẫn động thuỷ lực dẫn động khí nén Ưu, nhược điểm phạm vi sử dụng truyền động thuỷ lực a) Ưu điểm: - Truyền công suất cao lực lớn nhờ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, địi hỏi chăm sóc bảo dưỡng - Điều chỉnh vơ cấp vận tốc phạm vi rộng dễ dàng thực chuyển động khác chuyển động quay chuyển động tịnh tiến cấu chấp hành - Dễ thực tự động hố theo cơng nghệ lập trình sẵn, kể hệ phức tạp hạ giá thành nhờ sử dụng sản phẩm tiêu chuẩn hoá sản xuất hàng loạt; - Kết cấu gọn nhẹ, vị trí cấu chủ động cấu bị dẫn không lệ thuộc với nhau, đường ống dẫn dầu thuỷ lực dễ nối đổi chỗ; - Truyền động êm khơng có tiếng ồn; - Dễ đề phịng tải nhờ van an toàn; - Dễ theo dõi kiểm tra nhờ hệ thống áp kế đồng hồ đo kể hệ phức tạp nhiều mạch b) Nhược điểm: - Tổn thất công suất qua đường ống dẫn ma sát, tổn thất bị dò dầu đường ống dẫn khớp nối; - Vận tốc cấu công tác khó giữ ổn định tính chất nén dầu thuỷ lực độ đàn hồi ống dẫn - Khi nhiệt độ dầu thuỷ lực thay đổi (đặc biệt khởi động) độ nhớt dầu thay đổi dẫn tới thay đổi vận tốc cấu công tác; - Yêu cầu độ xác chế tạo, sửa chữa thay thế; c) Phạm vi sử dụng: 27 Hệ thống truyền động thuỷ lực sử dụng rộng rãi máy thi cơng cơng trình ngầm ưu điểm khả truyền công suất cao, dễ dàng tự động hố Trong máy khoan hầm lị ngày nay, hệ thống truyền động không sử dụng để dẫn động đầu khoan mà cịn dẫn động nhiều cấu cơng tác địi hỏi độ xác cao hệ thống định vị mũi khoan hướng khoan Với việc ngày phần tử (chi tiết cụm chi tiết máy) hệ thống truyền động thuỷ lực tiêu chuẩn hoá để sản xuất hàng loạt nên giá thành máy thuỷ lực giảm đáng kể Mặt khác với tiến cơng nghệ chế tạo máy với độ xác cao cho phép mạnh dạn sử dụng loại máy ngầm dẫn động thuỷ lực vào ứng dụng chúng ngày khẳng định vị trí hiệu mặt kinh tế kỹ thuật IV Truyền động điện Truyền động điện tập hợp thiết bị như: Thiết bị điện, thiết bị điện tử, phục vụ cho công tác biến đổi điện – gia cơng truyền tín hiệu thơng tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng Hệ truyền động điện phân loại sau: + Truyền động điện không điều chỉnh: thường có động nối trực tiếp với lưới điện, quay máy công tác với tốc độ định + Truyền động điện có điều chỉnh: Trong loại tuỳ thuộc vào công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo truyền động điều chỉnh vị trí Trong truyền động điện có điều chỉnh có nhiều động V So sánh dạng truyền động Bảng trình bày cách tổng quan dạng truyền động máy móc nói chung máy cơng trình ngầm nói riêng: Truyền động Truyền động thuỷ lực Truyền động khí nén Truyền động điện Truyền động khí Mang lượng Truyền lượng Thiết bị động lực Dầu thuỷ lực Khí nén Electron Các chi tiết máy Ống dẫn thuỷ lực, đầu nối Bơm dầu thuỷ lực - Áp suất P - Lưu lượng Q Ống dẫn khí nén Cáp điện Các chi tiết máy Máy nén khí Máy phát điện - Áp suất P, Pa - Lưu lượng Q - Hiệu điện U; - Cường độ dòng điện I Công suất truyền lớn Không lớn với áp lực khí Cơng suất truyền lớn Động đốt - Lực F; - Mô men xoắn M; - Vận tốc tiếp tuyến; - Vận tốc quay Công suất truyền lớn Các đại lượng Công suất truyền 28 khoảng cách truyền xa Độ xác cấu chấp hành Hiệu suất Độ linh hoạt điều khiển Ứng dụng Rất tốt nén khoảng bar khoảng cách truyền xa Không tốt khoảng cách truyền xa Tốt, độ trễ nhỏ Cao Rất tốt Thấp Độ trễ lớn cao Rất tốt Rộng rãi Một số máy khoan khí nén, dây chuyền lắp ráp Rộng rãi khoảng cách truyền không lớn Rất tốt dùng truyền động ăn khớp Tổn thất lớn Kém Không thể thiếu máy thi công xây dựng Bảng 1.2 so sánh dạng truyền động máy ngầm 29 ... - Máy ép vữa Máy thi? ??t bị phụ trợ thi công tuyến ngầm khác như: - Máy sử lý đất cho tuyến ngầm – máy thi? ??t bị sử lý đất yếu công nghệ khoan vữa cao áp - Máy thi? ??t bị thơng gió tuyến ngầm; - Máy. .. Máy thi? ??t bị định vị hướng đào; - Các máy tách đất, máy bơm bùn v.v… - Thi? ??t bị an tồn, chiếu sáng Máy thi? ??t bị thi cơng cơng trình ngầm máy đơn lẻ, cỗ máy phục vụ cho công đoạn công nghệ thi công. .. - Tổ hợp máy đào tuyến ngầm dùng đá cứng – “MAIN BEAM TBM” Máy thi? ??t bị phục vụ cho công tác bê tông, bê tơng cốt thép cơng trình ngầm gồm: - Máy thi? ??t bị gia cố vách tunnel tạm thời công nghệ