Tính toán và thiết kế máy lu bánh lốp đầm nền đất có tải trọng 12 tấn với 6 bánh sau

Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Chơng 1 : tình hình trang bị và sử dụng lu bánh lốp đầm nén nền đất tại nớc ta hiện nay 1.1 Công dụng của lu bánh lốp. Thế giới đang ở chặng đầu của thế kỷ 21 thời kỳ nhảy vọt về chất và l- ợng nh vũ bão của khoa học kỹ thuật. Đất nớc ta cũng đang trong thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc và cũng đã thu đợc những thành thành công b- ớc đầu. Trong sự nghiệp đó, việc xây dựng cơ sở hạ tầng là thực sự cần thiết và giao thông vận tải đóng một vai trò vô cùng quan trọng đối với sự phát triển kinh tế, xã hội của mọi miền tổ quốc. Để xây dựng các công trình xây dựng, thủy lợi, giao thông vân tải nh : hệ thống đê điều, trạm thuỷ điện, nhà ga, sân bay, bến cảng và đặc biệt là các tuyến đờng bộ thì một trong những thiết bị không thể thiếu đó là các máy và thiết bị đầm lèn đất. Trong thi công các tuyến đờng bộ thì việc lu lèn là công việc thiết yếu từ công đoạn tạo nền để vào các công trờng đến khi hoàn thành công trình . Hiện nay ở hầu hết các đơn vị thi công, duy tu, bảo dỡng đờng thì máy cần trang bị đầu tiên phải nói đến đó là các máy và thiết bị đầm lèn. Máy lu là thiết bị chuyên dùng cho công tác đầm nén các nền móng công trình, nhằm cải thiện kết cấu của vật liệu nền móng, đảm bảo cho nền móng công trình đạt đợc độ chặt cần thiết, ổn định dới tác dụng của tải trọng bản thân, tải trọng xe chạy, các tác nhân thời tiết và các yếu tố bên ngoài khác. Ngoài ra công tác lu lèn còn có tác dụng : Nâng cao cờng độ nền móng làm cho các lớp trên của nền móng có mô đun biến dạng cao nhất, giảm bớt đợc chiều dày mặt công trình mà không ảnh h- ởng tới cờng độ của nó. Tăng cờng khả năng chịu cắt của đất, nâng cao độ ổn định của mái đắp, nền đắp khó bị sụt lở. Trịnh Trung Kiên 1 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Giảm tính thấm nớc của đất, nâng cao tính ổn định của đất đối với nớc, giảm chiều cao mao dẫn giảm nhẹ độ co rút của đất khi bị khô hanh. Kết luận: Đầm lèn là quá trình làm thu nhỏ dần thể tích của các hạt đất( hay vật liệu), làm cho khe hở không khí giữa chúng mất đi, tổ chức của các hạt đất( vật liệu) đợc sắp xếp và nén lại, độ bền chặt của mặt nền tăng, đủ chịu tác dụng của tải trọng thay đổi trên nó. Mặt khác, đầm lèn còn có tác dụng chống lún, chống nứt, chống thấm cho các công trình, nhất là các công trình xây dựng nền đờng, đờng sân bay, cầu cảng, công nghiệp. Vì vậy chất lợng nền móng công trình ngoài việc phụ thuộc vào thành phần hạt trong đất, trạng thái của vật liệu còn phụ thuộc nhiều đến tính năng, tác dụng của phơng tiện lu lèn và phơng pháp lu lèn. Chất lợng đầm lèn đợc xác định bởi 2 thông số quan trọng là tỷ trọng đất và mô đun biến dạng. 1.2 Phân loại máy lu bánh lốp . Hiện nay trên thị trờng có rất nhiều loại máy lu bánh lốp của nhiều hãng thuộc nhiều quốc gia khác nhau nh : Liên Xô, Watanabe(Nhật Bản), Sa kai(Nhật Bản), Caterpillar(Mỹ), và trong một số nhà máy cơ khí của Việt Nam cũng đã chế tạo thành công loại lu bánh lốp Các loại máy lu bánh lốp đ ợc phân loại nh sau: a. Căn cứ vào phơng pháp di chuyển: Máy đầm tự hành. Máy đầm không tự hành : có 2 loại là loại kéo theo loại nửa kéo theo. b. Căn cứ vào khối lợng : Máy đầm loại nhỏ : 5 ữ 15 tấn. Máy đầm loại vừa : 15 ữ 50 tấn. Máy đầm loại nặng : 50 ữ 100 tấn, có thể lên tới 200 tấn. Trịnh Trung Kiên 2 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn c. Căn cứ vào số lợng trục bánh : Loại 1 trục. Loại dùng trục riêng (có nhiều đoạn trục). Đầm bánh lốp : do đặc điểm cấu tạo của đầm bánh lốp nên việc sử dụng có những u điểm sau: Tốc độ lu lèn lớn, năng suất cao. Vận chuyển máy dễ dàng, thuận tiện. Cấu tạo đơn giản. Thích ứng với mọi loại đất do tăng giảm đợc trọng lợng và áp suất hơi trong bánh, chất lợng đầm lèn tốt. Vì vậy có thể sử dụng đầm bánh hơi ở nhiều công đoạn khác nhau. 1.3 Những yêu cầu cơ bản của phơng tiện đầm lèn nền đất. 1.3.1 Những yêu cầu cơ bản. Công tác đầm nén nền, móng, mặt đờng cần đạt đợc những yêu cầu: Lớp móng đờng, mặt đờng phải đạt độ chặt cần thiết sau khi kết thúc quá trình đầm lèn. Trong quá trình đầm nén, tải trọng đầm nén không phá hỏng cấu trúc bên trong của nền đờng, và lớp bề mặt phải đạt đợc độ bằng phẳng nhất định, không có hiện tợng sóng lợn, không để lại vệt bánh đầm. Để đạt đợc các yêu cầu trên, công tác đầm nén cần phải giải quyết tốt các yêu cầu sau: Phải chọn đợc phơng tiện đầm lèn phù hợp đối với từng loại đất. Bề dày đầm lèn phải đợc đảm bảo tốt nhất. Số lần đầm lèn, thời gian đầm lèn, tốc độ đầm lèn của các máy đầm. Trịnh Trung Kiên 3 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Kỹ thuật thi công và phơng pháp tổ chức thi công, sơ đồ làm việc. 1.3.2 Chọn máy đầm lèn để phục vụ thi công Hiện nay có các phơng pháp thi công đầm lèn sau: Đầm lèn do lực tĩnh ( máy đầm chân cừu, máy đầm bánh hơi, bánh thép ). Đầm lèn do rung động ( dùng máy đầm rung động). Đầm lèn do lực động ( dùng các máy đầm rơi, nổ ). Trong quá trình thi công tuỳ thuộc từng loại đất mà việc lựa chọn máy đầm lèn là khác nhau để đạt đợc yêu cầu đối với từng công trình. Đối với đầm bánh hơi và đầm bánh thép đợc sử dụng cho hầu hết các loại đờng, tuy nhiên đầm bánh hơi hay đợc dùng đầm lèn các lớp mặt đờng bằng vật liệu có sức cản đầm lèn không cao lắm nhng độ ẩm tơng đối lớn, ví dụ: nền đất gia cố, mặt đờng bê tông atphan Còn đầm bánh cứng thích hợp với những nền có sức cản lớn nh ng tính nhớt không cao lắm ví dụ nh móng đờng bằng đá hoặc đầm giai đoạn đầu của các lớp vật liệu. Trong những trờng hợp không có đầm bánh hơi để đầm lèn các loại vật liệu có tính nhớt mà phải dùng đầm bánh thép thì có thể tăng thời gian tác dụng bằng cách giảm tốc độ đầm lèn và tăng số lợt đầm lèn lên. Ngoài ra để đảm bảo các yêu cầu trên tốt nhất nên dùng nhiều loại máy đầm, giai đoạn đầu đầm nhẹ, sau đó chuyển sang đầm có tải trọng vừa và cuối cùng là đầm nặng.Việc lựa chọn các loại đầm phải tuân thủ đúng quy trình nếu không sẽ ảnh hởng đến chất lợng nền móng công trình. Để thay đổi áp lực của máy đầm lèn xuống nền đờng có thể tăng giảm tải trọng hoặc thay đổi áp suất hơi trong bánh. Tuỳ theo kết cấu trọng lợng máy có thể phân bố đều cho mỗi bánh hoặc phân bố không đều. Để đảm bảo chất lợng đầm lèn đều đặn kết cấu máy theo kiểu phân bố đều là rất tốt. Kiểu phân bố trọng lợng máy không đều cho các máy thực ra chỉ có lợi khi máy làm việc gặp nền lồi lõm.Vì vậy nên phân bố kết cấu máy theo kiểu phân bố đều là tốt nhất. Trịnh Trung Kiên 4 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn 1.4 Tổ chức thi công. Lựa chọn phơng án đờng đi cần căn cứ vào tuyến làm việc, số lợng đầm lèn toàn bộ và chiều rộng của từng dải đầm. Nếu chiều rộng mặt đờng hoặc đập, lớn hơn 20m thì sơ đồ di chuyển sẽ theo hình vòng, cách này đợc dùng cho lu chân cừu và lu bánh lốp. Đối với các loại khác thi công theo sơ đồ tiến lùi, sơ đồ hình vòng. Sơ đồ lu đi theo đờng vòng 5 3 1 7 9 10 8 2 4 6 6 9 8 4 2 10 7 1 3 5 5 3 1 7 9 10 8 2 4 6 Hình 1.1 : Sơ đồ lu đi theo đờng vòng Trịnh Trung Kiên 5 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Kết luận : Ngày nay đầm bánh hơi tự hành ngày càng đợc dùng rộng rãi và phổ biến ở nớc ta, với u điểm vợt trội so với đầm bánh thép khi có cùng trị số áp suất đè lên đất nh nhau( vì bánh hơi diện tích đợc đầm lèn lớn hơn, thời gian tác dụng lực lâu hơn, do đó chiều sâu ảnh hởng cũng lớn hơn) hiện nay đầm bánh hơi không thể thiếu trong việc thi công đờng bộ. Trịnh Trung Kiên 6 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Chơng 2 : Tính toán thiết kế tổng thể máy lu bánh lốp 2.1 Lựa chọn các thông số quan trọng của đầm bánh hơi. 2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đầm bánh hơi đầm nền đất. Máy đầm bánh hơi đầm nền đất gồm có các bộ phận chính nh sau : 1. Đầu kéo. 2. Bánh chủ động. 3. Hệ thống xilanh lái. 4. Khung kéo thùng gia tải. 5. Khung chính. 6. Thùng gia tải. 7. Hệ thống bánh hơi đầm lèn. 8. Cửa xả đất gia tải. Hình vẽ : 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 2.1 : Cấu tạo lu bánh lốp đầm nền đất Trịnh Trung Kiên 7 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Nguyên lý hoạt động : Trớc khi đa máy vào hoạt động thì thùng gia tải của máy đợc chất tải bằng các vật liệu nh đất, đá, phiến gang, hoặc bê tông đúc sẵn. Khi máy làm việc, đầu kéo (1) sẽ kéo thông qua khung kéo (2) và khung chính (3) để kéo thùng gia tải di chuyển theo, dới tác dụng của tải trọng đợc chất trên thùng gia tải và tải trọng bản thân của máy thì áp lực sẽ đợc truyền qua các bánh hơi đầm lèn và truyền xuống đất làm cho đất chặt lại. Hệ thống xi lanh lái (6) sẽ giúp cho máy di chuyển quay vòng. 2.1.2 áp suất hơi trong bánh. Ta biết rằng áp suất hơi trong bánh nếu quá lớn thì bánh hơi sẽ gần nh bánh thép. Mặt khác, nếu áp suất bánh hơi quá nhỏ thì áp suất đè xuống nền đất sẽ nhỏ, không đủ để đất biến dạng. Qua nghiên cứu sự liên hệ giữa áp suất hơi trong bánh và chiều sâu ảnh hởng H đối với mỗi loại đất ta thấy áp suất p nên có những trị số sau đối với mỗi loại đất để có đợc chiều sâu ảnh hởng H lớn nhất. - Với đất dời : p = 2 (KG/cm 2 ). - Với đất nửa dời, nửa dẻo : p = 3 ữ 4 (KG/cm 2 ). - Với đất dẻo p = 5 ữ 6 (KG/cm 2 ) 2.1.3 Độ hở giữa 2 bánh hơi sát nhau Số bánh hơi 6 chiếc. Vệt bánh không cần chú ý tới vì vệt gai khi làm việc cũng sẽ trở thành vệt trơn do bị đất bám dính. Các bánh hơi sắp đặt cách nhau 1 kẽ hở e. Trị số e max đợc xác định trên cơ sở bảo đảm chất lợng đầm lèn đều đặn tối thiểu cho phép. Theo kinh nghiệm thì: e max = ( 0,3 ữ 0,4).b Trong đó : b là bề rộng của lốp. Chọn loại lốp có ký hiệu 12,00 - 20 Trịnh Trung Kiên 8 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn Bề rộng của lốp đợc chọn : b = 12 . 25,4 = 304,8 305 (mm) Khi đó : khe hở giữa hai bánh hơi sát nhau sẽ là: e max = 0,4 . 305 = 122 (mm). 2.1.4 Trọng lợng máy đầm. Trọng lợng máy đầm bánh hơi tối đa phụ thuộc vào khả năng chịu tải của từng bánh và đợc tính theo : G max = E . . Z (KG). Trong đó : G max = Trọng lợng tối đa của máy (KG). : Biến dạng của lốp = (0,13ữ0,15).b Z : số bánh xe. E : Mô đuyn cứng của lốp Trọng lợng trên một lốp là : Q = G bl = Z G max = 8 12000 = 1500 (KG). - Trị số biến dạng của bánh lốp trên nền cứng đợc xác định theo công thức : = 0,13 . b Với b là chiều rộng bánh. b = 305 (mm) - Trọng lợng lớn nhất tác dụng lên lốp là : G max = E . . Z Khe hở : e = (0,3 ữ 0,4). b Nếu e lớn quá giới hạn cho phép thì đất sẽ bị dồn sâu vào khoảng cách giữa các bánh làm cho bánh lốp ngập sâu vào trong đất, do đó lực cản di chuyển tăng lên làm hiệu quả đầm giảm xuống. Trịnh Trung Kiên 9 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 12tấn 2.1.5 Số lần lu lèn và chiều sâu ảnh hởng H 0 Thực nghiệm cho thấy : số lần lu lèn đối với mỗi loại đất là khác nhau. Đất nửa rời : n = 2 ữ 3 (lần). Đất nửa rời, nửa dẻo : n = 3 ữ 4 (lần). Đất dẻo : n = 5 ữ 6 (lần). Chiều dày tối u của lớp đất đợc đầm H 0 = 0,18. 1 . . 1 pQ W W opt Trong đó : W : Độ ẩm thực tế của đất nền. Q : Tải trọng của bánh (kG). p : áp suất hơi trong bánh (kG/cm 2 ) ( Tra bảng 8- 10,[1] ) W opt 1 : Độ ẩm tối u . 2.1.6 Các kích thớc cơ bản của máy. Trên cơ sở quan sát máy mẫu ngoài thực tế sơ bộ định các kích thớc cơ bản của máy nh sau: Chiều dài : L = 7200 [mm] Chiều rộng : B = 2700 [mm] Chiều cao : H = 3300 [ mm] Chiều rộng vệt đầm B 1 = 2380 [mm] Số bánh lốp : trục trớc : 2 bánh trục sau : 6 bánh Bề rộng của lốp : b = 305 [mm] Trịnh Trung Kiên 10 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 [...]... nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn Chơng 3 : Tính toán thiết kế một số cụm chi tiết chính Của máy lu bánh lốp 3.1 Tính toán khung chính của máy lu bánh lốp đầm nền đất 3.1.1 Tải trọng Để có thể tính toán thiết kế kết cấu khung của máy lu bánh lốp đầm nền đất ta cần phải xác định hệ thống lực tác dụng lên nó Việc xác định hệ thống lực tác dụng lên khung của máy lu bánh lốp. .. nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn áp suất hơi trong bánh p = 5 ữ 6 [kG/cm2] Phạm vi tốc độ : 2,88 ữ 13,32( km/h) 2.2 Tính toán ổn định của máy lu bánh lốp đầm nền đất 2.2.1 Tính toán ổn định của máy lu bánh lốp đầm nền đất a Xác định vị trí trọng tâm của máy Việc xác định chính xác trọng tâm của máy là tơng đối phức tạp vì vậy để thuận tiện cho tính toán ta giả thiết cho tải. .. y : hệ số bám ngang của đờng và bánh xe y = 0,4 v = 9,81.0,508.0,4 = 1,41 (m/s) 2.2.2 Tính lực cản di chuyển của máy lu bánh lốp đầm nền đất Lực cản di chuyển của máy lu bánh lốp đợc tính theo công thức sau : W = W 1 + W2 + W3 (kG) ( 8.11,[1] ) Trong đó : Trịnh Trung Kiên 16 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn W1 : Lực cản di chuyển thuần... tốc độ cao có thể bỏ qua - Trờng hợp lu bánh lốp chuyển động lên dốc với vận tốc nhỏ và ổn định, ta có sơ đồ tính nh sau: L a hg b G.sin Pj B Z1 G.cos G.cos G A Z2 Hình 2.3: Sơ đồ tính toán ổn định của máy lu trên nền nghiêng dọc Lấy mô men với các điểm A và B ta đợc : Trịnh Trung Kiên 12 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Z1 = Z2 = Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn G cos... đó : : là hệ số bám phụ thuộc vào tính chất của nền và kết cấu của bộ di chuyển Tra bảng ( 1.7, [1] ) ta có đợc giá trị của GT : phần trọng lợng máy tích cực, với bánh xích đó là trọng lợng của toàn bộ máy, với bánh hơi đó là trọng lợng máy phân bố trên cầu chủ động Đối với máy lu đầm nền đất đợc tính toán thì cầu chủ động là cầu trớc, theo tính toán ở trên trọng lợng máy phân bố ở cầu Trịnh Trung... tác dụng lên máy một cách toàn diện Ta xét sơ đồ lực tác dụng lên máy lu bánh lốp tự hành với đầu kéo nh hình vẽ Trong quá trình làm việc các ngoại lực tác dụng lên máy lu bánh lốp gồm có : Gm A T1 Gc Pf 1 B R1 Pf 2 R2 d c e Hình 3.1 : Sơ đồ hệ thống ngoại lực tác dụng Trịnh Trung Kiên 22 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn - Trọng lợng của... Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn b 7 + 3 229 1000 7 ,68 7 (mm) Chọn chiều dày bản bụng là b = 10 (mm) Đối với dầm tổ hợp dạng hình hộp có hai bản bụng cho nên ta cần tính khoảng cách a giữa hai bản bụng, thờng đợc tính theo công thức kinh nghiệm sau đối với dầm liên kết hàn a a 1 l 60 3 260 60 Chọn a = 80 = 54 (mm) (mm) * Xác định mặt... K41 Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn Ta đa về mô hình không gian sau: RDz RDx RE RDz RDx Roz RK RCz FK Rox RCx RCz Roy RCx RBy RBz RBx Hình 3.3 :Mô hình không gian hệ thống khung kéo và khung chính Chiếu RE , RK, FK lên phơng của thanh CB ta có : RE = RE cos RE = - 566 1,5 cos 80 =- 560 6,4 (kG) RK = RK cos RK = 10 161 ,5 cos 80 = 10 062 ,6 (kG) FK = FK sin... dốc nền W2 : W2 = i G ( kG ) ( 8.13 ,[1] ) Trong đó : G : Trọng lợng lớn nhất của đầm i : Độ dốc mặt nền, lấy imax= 0,1 Khi đó : W2 = i G W2 = 0,1 120 00 = 120 0 ( kG ) - Tính lực cản quán tính W3 xuất hiện khi máy khởi động : Trịnh Trung Kiên 17 Lớp Cơ Giới Hoá XDGT K41 Đồ án tốt nghiệp W3 = Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn G.v g t ( kG) ( 8.14 ,[1] ) Trong đó : G : Trọng. .. nghiệp Tính toán thiết kế Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn Mô men quán tính nguyên của dầm : h 2 Jd = WN M h Jd = [ ] 2 u Jd = 1 4981 76, 9 22,9 160 0 2 Jd = 3 565 (cm4) h :là chiều cao của dầm, h = 229 (mm) Đối với dầm liên kết hàn thì Jd = Jc + Jb Trong đó : Jc = 2 FC Jb = Fb hb 12 Jb = 2 h0 : mô men quán tính của mặt cắt 2 cánh dầm 2 b hb 3 : mô men quán tính của mặt cắt bản bụng dầm 12 1.22 . Lu bánh lốp tự hành đầm nền đất 1 2tấn Chơng 2 : Tính toán thiết kế tổng thể máy lu bánh. bánh lốp 2.1 Lựa chọn các thông số quan trọng của đầm bánh hơi. 2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy đầm bánh hơi đầm nền đất. Máy đầm bánh