Embed Size (px)
Citation preview
Chương 1. Tổng quan về máy đóng cọc cừ larsen
1.1. Hệ thống cung cấp điện của công ty
Hinh 1.1a. sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện của công ty.
Hình 1.1b. sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện của công ty
1
01
800A800A
LV_2
1200A
1000A
800A 75A 75A 75A
BU
S B
AR
CEV
4C
400
SQ(1
3 CO
RE)
(CO
NT
AC
T C
ABL
E)
(NEW)
Nguồn điện 22kV được lấy từ trạm 110kV qua 2 lộ 475 và lộ 476 đưa vào
nhà máy. Do tính chất phụ tải lớn lên nhà máy được bố trí 2 trạm biến áp số 1 và
số 2 (hình vẽ 1.1a, 1.1b)
+ Trạm biến áp số 1 được bố trí 02 biến áp 3000kVA
+ Trạm biến áp số 2 được bố trí 02 biến áp 1500kVA
Khi hoạt động cả hai trạm biến áp sẽ được cấp điện qua lộ 475 bằng các
cầu dao 472-7, 471-7 khi có sự cố lộ 475 thì điện lực Hồng Bàng sẽ cắt 2 cầu
dao này và đóng 2 cầu dao 474-7, 473-7 nguồn điện 22kV lúc này được lấy qua
lộ 476 và ngược lại.
1.1.1. Vận hành trạm 22KV.
* Trường hợp trạm làm việc với một lộ đường dây 475-E22
1. Khi đóng điện cho MBA T1 cấp điện lên thanh cái LV4, LV3, của dãy tủ,
trình tự thao tác như sau:
- Kiểm tra lại toàn bộ các MC ACB 5000A, MC438 các TI, TU, các tủ
chống sét van PBC22 trên đường dây xem đã đảm bảo đủ điều kiện vận hành
chưa, vị trí của bộ điều áp dưới tải đã ở vị trí đặt ban đầu chưa.
- Kiểm tra các cầu dao tiếp địa và các MC ACB 5000A và các APTOMAT
600A, 800A, 1200A, 500A các máy cắt ở các phụ tải đến các MBA nhỏ của
các tủ động lực chắc chắn ở vị trí cắt. Trình tự vận hành trạm biến áp như sau:
+ Đóng DCL
+ Kiểm tra MC ACB 3200A
+ Đóng cầu dao cách ly của MC ACB 3200A sang vị trí đóng
+ Đóng DCL của MC438
+ Đóng MC 438
+ Đóng MC 412-1
+ Đóng DCL ACB 5000A
+ Đóng MC ACB 5000A
+ Đóng MC ACB 3200A
+ Đưa MBA T1 vào vận hành
2. Khi thao tác cắt điện MBA T1: trình tự thao tác như sau:
2
- Cắt hết phụ tải của các tủ động lực từ thanh cái LV-4, LV-3 .
- Cắt MC ACB3200A, cắt DCL của MC ACB3200A và treo biển cấm đóng
điện có người đang làm việc.
- Cắt MC ACB5000A, cắt DCL của MC ACB5000A và treo biển cấm
đóng điện.
3. Khi đóng điện cho MBA T2 cấp điện lên thanh cái LV-1A, LV-1B, LV-5.
Trình tự thao tác như sau:
- Kiểm tra lại toàn bộ các MC ACB 5000A, MC432, các TI, TU các tủ
chống sét van PBC22 trên đường dây xem đã đảm bảo đủ điều kiện vận hành
chưa, vị trí của bộ điều áp dưới tải đã ở vị trí đặt ban đầu chưa.
- Kiểm tra các dao tiếp địa (DTĐ) và các MC ACB 5000A và các
APTOMAT 600A, 800A, 1600A, các máy cắt ở các phụ tải đến các MBA nhỏ
của các tủ động lực chắc chắn ở vị trí cắt. Trình tự vận hành trạm biến áp như
sau:
+ Đóng DCL
+ Kiểm tra MC ACB 3200A
+ Đóng Dao cách ly của MC ACB 3200A sang vị trí đóng
+ Đóng DCL của MC432
+ Đóng MC 432
+ Đóng MC 412-1
+ Đóng DCL ACB 5000A
+ Đóng MC ACB 5000A
+ Đóng MC ACB 3200A
+ Đưa MBA T2 vào vận hành
4. Khi thao tác cắt điện MBA T2 trình tự thao tác như sau:
- Cắt hết phụ tải của các tủ trên thanh cái LV-1A, LV-1B, LV-5 ;
- Cắt MC ACB 3200A, cắt DCL và treo biển cấm đóng điện có người đang
làm việc.
- Cắt MC ACB5000A, MC 432, cắt DCL của MC VCB630 treo biển cấm
đóng điện.
3
5. Khi thao tác đóng điện cho một công đoạn (phụ tải) bằng Aptomat. Trình tự
thao tác như sau:
+ Kiểm tra lại MC và tủ cần đóng
+ Đóng Dao cách ly của MC sang vị trí đóng
+ Đóng MC bằng lệnh đóng trên rơle trên mặt tủ. Nếu đóng bằng lệnh này
không được thì phải kiểm tra lại các điều kiện liên động, cấm đóng ngay bằng
nút cơ khí trên MC.
6. Khi thao tác cắt điện một công đoạn phụ tải trình tự thao tác như sau.
- Cắt MC bằng lệnh cắt trên rơle trên tủ.
- Cắt DCL và treo biển cấm đóng điện có người đang làm việc.
- Trong trường hợp không cắt được MC bằng điện phải cắt bằng nút ấn cơ
khí trên mặt tủ.
* Trường hợp trạm làm việc với một lộ đường dây 476-E22
1. Khi đóng điện cho MBA T1 cấp điện lên thanh cái LV2, của dãy tủ, trình tự
thao tác như sau:
- Kiểm tra lại toàn bộ các MC ACB 2500A, MCVCB630, các TI, TU, các
tủ chống sét van PCB22 trên đường dây xem đã đảm bảo đủ điều kiện vận hành
chưa, vị trí của bộ điều áp dưới tải đã ở vị trí đặt ban đầu chưa.
- Kiểm tra các dao tiếp địa (DTĐ) và các MC ACB 2500A và các
APTOMAT 800A, 75A và các máy cắt ở các phụ tải đến các MBA nhỏ của các
tủ động lực chắc chắn ở vị trí cắt. Trình tự vận hành trạm biến áp như sau:
+ Đóng DCL LES 22kV-360
+ Kiểm tra MC liên lạc ACB 2500A
+ Đóng Dao cách ly của MC ACB 2500A sang vị trí đóng
+ Đóng DCL của MCVCB630
+ Đóng MC VCB630
+ Đóng DCL ACB 2500A
+ Đóng MC ACB 2500A
+ Đóng MC liên lạc ACB 2500A
+ Đưa MBA T1 vào vận hành
4
2. Khi thao tác cắt điện MBA T1: trình tự thao tác như sau:
- Cắt hết phụ tải của các tủ động lực từ thanh cái LV-4, LV-3 .
- Cắt MC liên lạc ACB2500A, cắt DCL của MC liên lạc ACB2500A và
treo biển cấm đóng điện có người đang làm việc.
- Cắt MC ACB2500A, cắt DCL của MC ACB5000A và treo biển cấm đóng
điện.
3. Khi đóng điện cho MBA T2 cấp điện lên thanh cái LV-21A. Trình tự thao tác
như sau:
- Kiểm tra lại toàn bộ các MC ACB 2500A, MCVCB630, các TI, TU các tủ
chống sét van PCB22 trên đường dây xem đã đảm bảo đủ điều kiện vận hành
chưa, vị trí của bộ điều áp dưới tải đã ở vị trí đặt ban đầu chưa.
- Kiểm tra các cầu dao tiếp địa và các MC ACB 2500A và các APTOMAT
1000A, các máy cắt ở các phụ tải đến các MBA nhỏ của các tủ động lực chắc
chắn ở vị trí cắt. Trình tự vận hành trạm biến áp như sau:
+ Đóng DCL
+ Kiểm tra liên lạc MC ACB 2500A
+ Đóng Dao cách ly của MC liên lạc ACB 2500A sang vị trí đóng
+ Đóng DCL của MCVCB630
+ Đóng MC VCB630
+ Đóng DCL ACB 2500A
+ Đóng MC ACB 2500A
+ Đóng MC liên lạc ACB 2500A
+ Đưa MBA T2 vào vận hành
4. Khi thao tác cắt điện MBA T2 trình tự thao tác như sau:
- Cắt hết phụ tải của các tủ trên thanh cái LV-21.
- Cắt MC liên lạc ACB 2500A, cắt DCL và treo biển cấm đóng điện có
người đang làm việc.
- Cắt MC ACB2500A, MC VCB630, cắt DCL của MC VCB630 treo biển
cấm đóng điện
5
5. Khi thao tác đóng điện cho một công đoạn (phụ tải) bằng Aptomat. Trình tự
thao tác như sau:
+ Kiểm tra lại MC và tủ cần đóng
+ Đóng Dao cách ly của MC sang vị trí đóng
+ Đóng MC bằng lệnh đóng trên rơle trên mặt tủ. Nếu đóng bằng lệnh này
không được thì phải kiểm tra lại các điều kiện liên động, cấm đóng ngay bằng
nút cơ khí trên MC.
6. Khi thao tác cắt điện một công đoạn phụ tải trình tự thao tác như sau.
+ Cắt MC bằng lệnh cắt trên rơle trên tủ.
+ Cắt DCL và treo biển cấm đóng điện có người đang làm việc.
+ Trong trường hợp không cắt được MC bằng điện phải cắt bằng nút ấn
cơ khí trên mặt tủ.
1.2. khái niệm, cấu tạo máy đóng cọc cừ larsen
1.2.1. Khái niệm
Búa rung là một trong những loại búa đóng cọc được sử dụng rất phổ biến
trong quá trình đóng các loại cọc vừa và lớn trên các nền đất khác nhau. Loại
búa này sử dụng tốt trên các nền đất tơi xốp, đất cát… so với các loại búa Diezel
có cùng công suất,loại búa rung cho tốc độ chìm cọc nhanh gấp từ (3 4) lần và
giá thành giảm (2 2,5) lần.
Trong quá trình đóng cọc, cọc luôn rung động với một tần số nào đó vì thế
giảm được ma sát sinh ra giữa cọc và đất. Mặt khác, trọng lượng bản thân cọc và
búa làm cọc lún sâu vào nền đất.
Cọc cừ larsen được sử dụng trong các ngành xây dựng.
Thi công cừ larsen hiện nay phổ biến nhất là dùng máy rung (ngoài ra còn có
phương pháp thi công bằng máy đóng, hay robot ép cừ larsen…)
Có 2 loại búa rung: loại dùng điện (thi công với xe cẩu) và loại thủy lực gắn
trên máy đào (excavator).Tần số rung thường trong khoảng từ 20 đến 40 Hz.Lực
ly tâm do búa tạo ra có thể lên đến 4000kN (tương đương 400 tấn)
Búa rung tần số cao mang lại sự hoạt động và làm việc mạnh mẽ, hiệu quả
và chính xác.Sự hoạt động linh hoạt của nó giúp cho việc tiến hành các công
6
việc kỹ thuật trong xây dựng như làm nền móng, cọc được tiến hành một cách
thuận lợi, tiết kiệm chi phí làm việc, thúc đẩy phát triển đầu tư. Nó có tác dụng
hữu ích trong việc đóng cọc ngắn hay trung bình của các công trình xây dựng
như cầu đường, đê trong các dự án xây dựng, tiện dụng trong vận hành.
Điều cần lưu ý khi thi công là sự cộng hưởng gây ra bởi tần số rung có thể
gây hại đến các công trình lân cận. Tuy nhiên dùng robot ép cừ larsen giúp
chống sạc lở hố đào,giảm thiểu tối đa rung động,không làm ảnh hưởng đến các
hộ dân sống lân cận.
Bảng 1.1: Đặc điểm sử dụng của các loại búa đóng cọc
Loại búa Phạm vi sử dụng Ưu điểm Nhược điểm
Búa rơi Dùng đóng các loại
cọc hcọc = 6-12m với
khối lượng nhỏ. đặc
điểm thi công rộng
Gbúa= 0,25 – 1,5 tấn
Cấu tạo đơn
giản, dễ bảo
quản sửa
chữa ,dễ thay
đổi độ cao
nâng búa, giá
thành hạ.
Năng suất thấp
N – 1 nhát/ph - tời
tay, 4-15 nhát/ph -
tời máy. Dễ làm
hỏng đầu cọc
Búa thủy lực Đóng các loại cọc
BTCT, cọc ván thép
dài 8-12m
Đóng cọc trên
nhiều loại nền,
kể cả nền yếu,
không gây ô
nhiễm môi
trường
Chi phí đầu tư
máy cao. việc sửa
chữa khó khăn
Búa hơi Dùng đóng cọc bê
tông, BTCT nặng
khối lượng đóng cọc
lớn; địa bàn thi công
chật hẹp.Gbúa= 1,2 – 9
tấn.hbúa= 0,7- 1,9m
Năng suất cao:
n=200-500
nhát/phút. có
thể đóng cọc
không cần giá
búa, dễ điều
khiển áp lực
Trọng lượng hiệu
dụng nhỏ:
β=
cần có thiết bị
trung gian công
kềnh, dễ hỏng,
7
đóng cọc tự
động
ống dẫn hơi, độ an
toàn thấp
Búa nổ diezel Dùng đóng cọc gỗ,
thép, bê tông cốt thép
và ván cừ, thích hợp
với đất thịt
Trọng lượng
tổng các thiết
bị nhỏ, không
cần một số
thiết bị trung
gian (máy nén
khí, nồi hơi,
động cơ điện)
Tốn 50-60% công
suất nén không khí
trong xi lanh.cần
có nhiên liệu thấp
hơn búa hơi.
Búa rung
động
Dùng đóng các loại
cọc ván cừ với khối
lượng lớn, hiệu quả
cao ở đất rời, cát, cát
pha và đất bão hòa
nước.
Nắng xuất cao
hơn các loại
búa khác 3-4
lần
Giá thành hạ 2-
2,5 lần
Không làm vỡ
đầu cọc
Cần phải có nguồn
điện
8
Hình 1.2. Máy rung đang thi công
Hình 1.3. Búa rung điện với cẩu
9
Hình 1.4. Búa rung thủy lực với xe đào
Hình 1.5. Robot ép cừ larsen
1.2.2 Cấu tạo chung búa rung điện
10
Hình 1.6 Các phần tử của một búa rung
Hình 1.7 Cấu tạo búa rung
a) Kẹp cừ:có tác dụng tạo lực kẹp mạnh mẽ, có bệ đỡ bền và chắc chắn,
thúc đẩy sự làm việc ổn định và mạnh mẽ
b) Thiết bị gây rung: tùy thuộc vào chế độ phân tích các hạn chế nếu
thiết bị có độ chính xác cao sẽ tăng hiệu quả,tránh sự biến dạng gây ra
bởi sự dao động của các thiết bị rung, làm hiệu quả rung được tăng lên
11
c) Motor: được thiết kế với tính năng hợp lý giúp nâng cao độ chính xác
và tuổi thọ của motor.
1.3. Phân loại, yêu cầu trang bị điện chung của máy đóng cọc cừ larsen
1.3.1. Phân loại búa rung điện:
- Phân loại theo cấu tạo:
a) Búa rung nối cứng (hình1.7-a)
Loại búa này có cấu tạo đơn giản. Bộ gây rung thường là các đĩa lệch tâm
lắp trên trục quay để tạo ra lực rung động.để điều chỉnh lực gây rung bằng cách
điều chỉnh vị trí của đĩa lệch tâm. Loại búa này có nhược điểm là bộ gây rung
làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ. Mặt khác nếu gia tải vào đầu búa để
tăng áp lực lên đầu cọc thì biên độ rung giảm đi rõ rệt.
b) Búa rung nối mềm (hình 1.7-b)
Sự khác nhau giữa búa rung nối cứng và búa rung nối mềm là ở chỗ loại
nối mềm động cơ được nối với bộ gây rung qua lò xo. Vì thế trong quá trình làm
việc động cơ không bị ảnh hưởng do bộ gây rung gây ra,do đó tuổi thọ của dộng
cơ được nâng cao. Mặt khác, khi cần gia tải lên đầu búa thì biên độ rung của búa
giảm đi không đáng kể.
12
c) Búa va rung (hình 1.7-c)
Loại này bộ phận gây rung được lắp trực tiếp lên hai đầu của trục đông.
Khi động cơ quay cục lệch tâm cung quay và tạo ra lực gây rung; đồng thời tạo
ra va đập giữa hai đầu búa và truyền cho đầu cọc để đóng cọc. Có thể thay đổi
lực đập bằng cách thay đổi khe hở giữa hai đầu búa nhờ đai ốc điều chỉnh
Hình 1.7 Các loại búa rung điện
a) Búa rung nối cứng ; b) Búa rung nối mềm ; c) Búa va rung
1- Bộ gây rung , 2 – động cơ điện , 3 - bộ truyền đa , 4- kẹp đầu cọc
5- lò xo , 6- bệ gia tải trọng , 7- đầu búa , 8- mũi cọc
- Phân loại theo công suất của búa:
+Loại nhỏ: lực rung động < 10 tấn, động cơ điện có công suất nhỏ hơn 30 kW.
+Loại trung bình: lực rung động từ 10 đến 45 tấn,động cơ điện có công suất 45-
110 kW.
+Loại lớn:lực rung động đến vài tấn,công suất động cơ đến 200kW
Ưu điểm: Búa rung có kích thước đầu búa nhỏ gọn, tính cơ động cao, dễ
điều khiển, làm việc tin cậy. Đóng cọc bằng búa rung ít gặp hiện tượng chối giả,
cọc không bị vỡ như khi dùng búa va đập. Có thể dùng búa rung để nhổ cọc.
Khi đóng cọc có thể không dùng giá dẫn hướng đầu búa.
13
Nhược điểm: Lực rung động làm giảm tuổi thọ của động cơ và gây ảnh
hưởng xấu đến các công trình lân cận. Để giảm lực rung động truyền ra các
công trình lân cận, có thể đào đường hào để ngăn cách. Thay vì dùng giá dẫn
hướng thì búa rung phải dùng cần trục tự hành để nâng hạ búa khi đóng cọc;
phải sử dụng các thiết bị phát lực như máy phát điện, máy bơm thuỷ lực. Máy
phát điện cung cấp năng lượng điện cho đầu búa hoạt động, máy bơm thuỷ lực
cung cấp dầu thuỷ lực có áp suất cao cho bộ phận xilanh kẹp cọc dưới đầu búa.
Phạm vi sử dụng:
+ Búa rung thường dùng để đóng cọc có tiết diện nhỏ vào nền đất ít có độ
dẻo dính.
+ Các loại cọc thường được đóng bằng búa rung như: cọc ván thép, cọc
ống thép, cọc thép hình, cọc bêtông cốt thép tiết diện nhỏ (100x100 đến
300x300).
+ Búa rung nhổ cọc rất hiệu quả nên được dùng để đóng và nhổ ống vách
khi thi công cọc khoan nhồi, đóng và nhổ dùi dẫn bấc thấm hay ống dẫn cát để
xử lý nền đất yếu.
1.3.2. Trang bị điện cho búa rung điện từ
a) Những yêu cầu cơ bản về hệ truyền động điện của búa rung điện từ.
Phần lớn các cơ cấu của búa rung điện từ được truyền động bởi các động cơ
điện cung cấp điện cho hệ truyền động có các dạng:
- Cung cấp điện từ lưới qua trạm biến áp, trạm phân phối
- Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện thường dùng cho búa rung
điện - xe cẩu
- Cung cấp điện từ máy phát điêzn thường dùng cho loại búa rung thủy lực
Môi trường làm việc
Phần lớn môi trường làm việc của búa rung điện rất khắc nghiệt, chủ yếu
làm việc ngoài trời bị ảnh hưởng bởi thời tiết. Chế độ làm việc của búa rung
điện là chế độ ngắn hạn lặp lại, khởi động và hãm thường xuyên.
Yêu cầu về điều khiển
14
Tất cả truyền động cho các cơ cấu cần phải điều chỉnh tốc độ,lực và gia tốc.
Hệ truyền động điện của búa rung thường phối hợp với cơ cấu tay nâng như búa
rung điện thường phối hợp với xe cần trục,búa rung thủy lực thường kết hợp với
xe đào nên thường phải phối hợp hai đến ba truyền động cùng lúc.
b) Trang bị điện búa rung điện Ni50kW.
Hệ thống điều khiển sử dụng công tắc tơ – Rơle để điều khiển quá trình khởi
động,hãm và điều chỉnh tốc độ cho động cơ thực hiện
Hệ thống điều khiển việc cấp nguồn cho động cơ thực hiện bằng cách điều
khiển các bộ biến đổi công suất như hệ F-Đ (hệ thống máy phát động cơ)
Hệ thống điều khiển kết hợp giữa công tắc tơ - Rơle cấp nguồn cho động cơ
thực hiện, thay đổi giá trị điện trở phụ trong mạch rotor động cơ không đồng bộ
rotor dây quấn, kết hợp điều khiển phụ tải động để tạo ra các đặc tính mong
muốn.
Mạch cấp nguồn cho hệ thống điều khiển truyền động điện cho các cơ cấu
chính,các hệ thống truyền động phu và hệ thống điều khiển giám sát hoạt động
của búa thực hiện các bảo vệ cần thiết như: bảo vệ ngắn mạch động lực,bảo vệ
không, bảo vệ quá tải các động cơ truyền động…
Đối với búa rung điện yêu cầu phải có cơ cấu nâng hạ sử dụng là cần trục
trên oto hoặc cần trục tải trọng nhỏ
Cẩn trục tải trọng nhỏ là loại cần trục có tải trọng nâng nhỏ, có thể di chuyển
được nhờ sức người. Loại cần trục này thường dùng để vận chuyển vật liệu xây
dựng và các cấu kiện lên cao, phục vụ thi công các toà nhà cao đến 5 tầng, dùng
trong công tác tháo lắp máy, nâng chuyển các thùng đất lên bờ khi đào hố móng
bằng sức người.
Cấu tạo chung:
15
Hình.1.8 Cần trục tải trọng nhỏ
1. Khung di chuyển bằng bánh sắt;
2. Ống đỡ và trục quay;
3. Đối trọng;
4. Tời
5. Bệ quay;
6,7. Thanh giằng;
8. Cần;
9. Công tắc hành trình;
10. Palăng nâng hạ vật
16
Bộ phận cần của cần trục tải trọng nhỏ có dạng ống thép, dài từ 1 đến 4m,
được lắp khớp bản lề trên bệ 5; bệ có trục quay được đặt trong ống đỡ 2; palăng
nâng hạ vật 10 bố trí ở đầu cần; bộ máy tời 4 (hoặc palăng điện) đặt trên bệ để kéo
cáp dẫn động palăng nâng hạ vật.
Như vậy, cần trục chỉ có cơ cấu nâng hạ vật, không thay đổi tầm với được
trong quá trình làm việc, các hoạt động khác như quay, di chuyển thì dùng sức
người.
Cần trục thường được thiết kế với bội suất bằng 1 hoặc 2, tải trọng nâng từ
500 đến 1000kG, tầm với từ 1 đến 4m, độ cao nâng đến 20m.
Với bội suất nhỏ nên vận tốc nâng vật lớn, để bảo đảm an toàn người ta dùng
công tắc hạn chế hành trình 9, khi cụm puli di động chạm vào đòn 9 thì cơ cấu
nâng vật được điều khiển phanh lại.
Khi thay đổi vị trí làm việc có thể tháo rời cần trục làm nhiều phần, chuyển
từng bộ phận đến vị trí làm việc mới rồi lắp lại.
Đối với cần trục oto thì chúng có tính linh hoạt cao,hiệu quả kinh tế sử
dụng.chúng thường có cơ cấu điều khiển tương tự cần cẩu,chuyển động nâng hạ
hàng,chuyển động nâng hạ cần,chuyển động quay.cần cẩu trên oto chủ yếu sử dụng
năng lượng dầu diezel ,hệ thống truyền động có thể bằng động cơ điện hoặc điện –
thủy lực.
Đặc điểm phụ tải của cần trục
Đối với cơ cấu nâng hạ: Mômen không tải khi nâng móc cẩu Mco (15-20%)
Mđm còn khi gầu ngoạm Mco cỡ +50% Mđm. Khi hạ tải do tác động của lực ma sát
nên phụ tải sẽ biến đổi từ -(15-20%) đến +80% Mđm
17
Hình 1.9 Cần trục oto
Đặc điểm phụ tải của cần trục
Đối với cơ cấu nâng hạ: Mômen không tải khi nâng móc cẩu Mco (15-20%)
Mđm còn khi gầu ngoạm Mco cỡ +50% Mđm. Khi hạ tải do tác động của lực ma sát
nên phụ tải sẽ biến đổi từ -(15-20%) đến +80% Mđm
Hình 1.10. Đặc tính phụ tải cơ cấu nâng hạ
18
Đối với cơ cấu dịch chuyển , do mô men cản tĩnh và tự trọng lượng gây nên,
vì vậy mô men cản không tải là:
Mc0 = (30-50%) Mđm đối với xe con
Mc0 = (50-55%) Mđm đối với xe cầu
Hình 1.11. Đặc tính phụ tải cơ cấu di chuyển
Đối với truyền động điện cho các cơ cấu di chuyển của cầu trục, cần trục
phải đảm bảo khởi động động cơ ở chế độ toàn tải. Đặc biệt mùa đông khi môi
trường làm tăng tính mô men ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mô
men cản tĩnh Mc0. Trên hình, biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mô men cản
tĩnh và tốc độ động cơ: Mc = f(ω).
Hình 1.12. Quan hệ Mc = f(ω) khi khởi động động cơ các cơ cấu di chuyển
19
Trên đồ thị ta thấy khi ω = 0 thì Mc lớn hơn 2 ÷ 2,5 lần ứng với tốc độ định
mức.
Đối với các động cơ truyền động cho các cơ cấu nâng hạ hàng mô men thay
đổi theo tải rất rõ rệt. Khi không có tải trọng (khi không tải), mô men động cơ
không vượt quá (15-20%) Mđm, đối với cơ cấu nâng của cần trục gầu ngoạm đạt
tới 50% Mđm, đối với cơ cấu di chuyển xe con bằng (30-50%) Mđm, đối với cơ cấu
di chuyển xe cầu bằng (50-55%) Mđm.
Trong các hệ truyền động của cần trục cầu trục, yêu cầu quá trình tăng tốc
và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với các cầu trục cần trục thiết kế cho
nâng chuyển container và bốc xếp hàng hóa, lắp ráp thiết bị máy móc. Bởi vậy mô
men động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn.
Năng suất của cần trục cầu trục được quyết định bởi hai yếu tố: Tải trọng
của thiết bị và chu kỳ bốc xếp trong một giờ. Thường số lượng hàng hóa bốc xếp
trong một chu kỳ không như nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, cho nên phụ tải
của động cơ chỉ đạt (60-70) % công suất định mức của động cơ.
Hệ thống di chuyển của cần trục ôtô
Hệ thống di chuyển có nhiệm vụ di chuyển máy trong quá trình làm việc, di
chuyển máy từ công trình này sang công trình khác và đỡ toàn bộ trọng lượng máy
rồi truyền xuống nền.
Đối với các loại máy làm đất như máy đầm, máy uỉ, máy cạp, hệ thống di
chuyển còn có tác dụng như hệ thống công tác đầm nén đất.
Theo cấu tạo, hệ thống di chuyển đuợc chia thành các loại sau: hệ thống di
chuyển bằng bánh lốp, hệ thống di chuyển bằng xích, hệ thống di chuyển trên ray,
hệ thống di chuyển trên nước, hệ thống di chuyển bằng cơ cấu tự bước.
*Hệ thống di chuyển bằng xích:
20
Hình 1.13. Cơ cấu di chuyển bằng bánh xích
Ưu điểm:
Áp suất tác dụng lên nền nhỏ (0,04 - 0,1Mpa) và phân bố tương đối đều nên
máy có thể di chuyển trên những địa hình phức tạp như nền đất mềm, nền không
bằng phẳng. Độ bám lớn, khả năng vượt dốc cao.
Nhược điểm:
Cồng kềnh, lực cản di chuyển lớn, vận tốc di chuyển thấp (13km/h), tuổi thọ
thấp (2000 - 2500h). Khi chuyển máy đi xa phải dùng phương tiện vận chuyển.
Máy cỡ lớn như các máy xúc nhiều gàu khai mỏ lộ thiên có đến 8 dãi xích,
16 dãi xích Xích có 2 loại: xích có gờ và xích phẳng
Xích có gờ: các mắc xích có vấu làm tăng độ bám trên nền, tránh trượt
nhưng có nhược điểm là di chuyển khó khăn, khi băng qua đường bêtông nhựa sẽ
làm hư hỏng mặt đường. Để khắc phục có thể lót tôn cho máy di chuyển hoặc sử
dụng guốc gỗ.
Xích phẳng: di chuyển dễ dàng nhưng có độ vbám nhỏ, máy dễ bị trượt trên
nền.
Đối với các loại máy cần độ ổn định cao như cần trục, máy đóng cọc,
ngưòi ta thiết kế có thể thay đổi được khoảng cách giữa hai dải xích.
21
Khi máy vào đưòng vòng, một dãi xích sẽ trượt trên nền sinh ra ma sát lớn
làm cho xích nhanh hư hỏng. Vì vậy cần chọn các sơ đồ làm việc sao cho máy ít
quay vòng nhất có thể.
*Hệ thống di chuyển bằng bánh lốp:
Ưu điểm:
Độ bền và tuổi thọ cao (30000- 40000km, 2500 - 3000h), vận tốc di chuyển
lớn (50 - 60km/h), chuyển động êm, trọng lượng nhỏ.
Nhược điểm:
Áp suất tác dụng lên nền lớn (0,15 - 0,5Mpa), máy dễ bị lún trên nền.
Độ bám nhỏ, máy dễ bị trượt trên nền, khả năng vượt dốc kém.
Đối với những loại máy cần độ ổn định cao như cần trục, máy xúc một gàu,
máy bánh lốp còn có hệ thống chân tựa để tăng độ ổn định khi làm việc.
Hình1.14. Cần trục di chuyển bằng bánh lốp có chân tựa
Hệ thống di chuyển trên ray:
Hình 1.15. Hệ thống di chuyển trên ray
22
Ưu điểm: lực cản di chuyển nhỏ, cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, độ tin cậy
và tuổi thọ cao.
Nhược điểm: tính cơ động thấp, chỉ di chuyển theo tuyến nhất định. Chi phí
xây dựng đường ray và lắp đặt máy lớn, khi chuyển máy đến vị trí làm việc khác
phải tháo dỡ đường ray.
Hệ thống di chuyển trên ray thường được trang bị cho những máy làm việc
theo tuyến nhất định, khối lượng công việc lớn, thời gian làm việc dài. Ví dụ: cần
trục tháp, cầu trục, cổng trục, máy đóng cọc, xe goòng.
Hệ thống di chuyển trên phao và hệ thống di chuyển bước:
Hệ thống di chuyển bước chỉ dùng cho những máy có trọng lượng quá lớn,
cấu tạo quá cồng kềnh, ít di chuyển nhưu các máy dùng trong khai thác mỏ lộ
thiên.
Những loại máy làm việc thường xuyên trên sông biển được lắp trên sà lan
hoặc phao nổi, di chuyển bằng chân vịt hoặc dùng ca nô kéo.
Truyền động điện cho búa rung điện Ni 50kW còn có hệ thống thủy lực để
cung cấp dầu thủy lực có áp xuất cao cho bộ phận kẹp cừ larsen
Truyền động thuỷ lực:
Truyền động thuỷ lực truyền chuyển động nhờ áp suất hoặc động năng của
dòng chất lỏng. Truyền động thuỷ lực được chia làm hai loại, truyền động thuỷ
động và truyền động thuỷ tĩnh.
Đối với truyền động thuỷ động, dòng chất lỏng có áp suất thấp và vận tốc
cao. Dạng truyền động này được dùng trọng ly hợp thuỷ lực và biến tốc thuỷ lực.
Hình 1.16. Truyền động thuỷ động
23
Đối với truyền động thuỷ tĩnh, dòng chất lỏng có áp suất cao, vận tốc nhỏ.
Dạng truyền động này được sử dụng rất phổ biến trong máy xây dựng, như hệ
thống nâng hạ thùng xe tải tự đổ, nâng hạ ben ủi, lưỡi san,...
Các cụm và bộ phận thuỷ lực cơ bản:
Xilanh – píttông thuỷ lực: thuờng gọi là xilanh thuỷ lực, là bộ phận tiếp nhận
áp suất của dòng thuỷ lực để tạo ra chuyển động tịnh tiến của cán pít tông, hoặc
được dẫn động tịnh tiến cán píttông để tạo ra dòng thuỷ lực.
Bơm thuỷ lực: là bộ phận tiếp nhận chuyển động quay từ động cơ đốt trong,
động cơ điện hoặc từ trục trích công suất nào đó để tạo ra dòng thuỷ lực.
Dựa vào cấu tạo, bơm thuỷ lực có các loại: bơm bánh răng, bơm cánh gạt,
bơm pít tông hướng trục và bơm pít tông hướng kính.
Bơm bánh răng là loại bơm đơn giản nhất, có cấu tạo gồm: bánh răng chủ
động, bánh răng bị động, vỏ bơm.
Động cơ thuỷ lực: là bộ phận tiếp nhận áp suất, động năng của dòng thuỷ lực
để tạo ra chuyển động quay, động cơ thuỷ lực có cấu tạo như bơm thuỷ lực.
Van một chiều: chỉ cho phép dòng thuỷ lực chảy theo một chiều nhất định.
Cấu tạo gồm: thân van, bi và lò xo
Van an toàn: còn gọi là van tràn, dùng để giới hạn áp suất làm việc Cấu tạo
gồm: thân van, bi, lò xo và vít điều chỉnh độ ép của lò xo
Khi áp suất dầu tác dụng vào bi lớn hơn lực ép của lò xo thì vạn sẽ mở và
cho phép dầu đi qua van. Trường hợp cần điều chỉnh áp suất làm việc thì điều
chỉnh độ ép của lò xo.
Van phân phối: là bộ phận điều khiển các trạng thái làm việc của hệ thống,
bộ phận này chia dầu đi các ngã theo trang thái làm việc cần thiết.
Có 2 loại van phân phối thông dụng là van trượt và van quay
Bố trí ở đường dầu về thùng chứa: không làm giảm áp suất bơm nhưng nếu
có cặn bẩn tì cặn bẩn đi qua các linh kiện khác rồi mới được giưa lại ở lọc dầu.
24
Bố trí ở đường dầu đi: nếu có cặn bẩn thì lọc dầu giữ lại cặn bẩn ngay nhưng
lọc dầu làm giảm áp suất bơm.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động thuỷ tĩnh
Hình 1.24 sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động thủy tĩnh
Trong đó :
1- Bơm thủy lực
2- Van an toàn
3- Van phân phối
4- Xilanh thủy lực
Ưu nhược điểm của truyền động thuỷ lực
Ưu điểm: Có thể bố trí các linh kiện thuỷ lực hợp lý làm cho hệ thống nhỏ gọn và
thẩm mỹ. Có khả năng tạo được lực lớn, áp suất dầu có thể đến 16Mpa(ống mềm),
2Mpa (ống cứng) an toàn.
Nhược điểm: Đòi hỏi các linh kiện phải được chế tạo chính xác cao, giá thành cao.
Độ nhạy thấp, dễ nhiễm bẩn do rò rỉ dầu.
25
1
2
3
4
Chương 2. Cấu tạo và nguyên lý máy đóng cọc cừ larsen 50KW
2.1. Các thông số kỹ thuật
2.1.1. Cơ sở lý thuyết để chọn búa rung
Khi đóng cọc bằng búa rung ta cần liên kết cứng cọc vào kết cấu thân búa,
vì vậy búa rung và cọc tạo thành một hệ cứng. Khi đóng cọc vào nền, đó là một
cơ hệ dao động phức tạp với nhiều hiện tượng cơ lý phát sinh. Khả năng đóng
cọc vào nền thế nào là tùy thuộc vào các yếu tố: biên độ A và tần số ω của lực
kích động, áp suất tĩnh lên nền đất ở đầu cọc, kích thước cọc và đặc điểm của
nền... Do đó cần phải nghiên cứu các tham số này cũng như quan hệ giữa chúng
với nhau, để có thể tạo ra những dao động đủ để hạ cọc xuống nền hoặc rút cọc
lên, với tốc độ dự kiến nào đó. Tuy nhiên đây là bài toán khá phức tạp, vì
vậy cần đưa ra các giả thuyết cơ bản sau:
Giả thuyết 1: Dao động của cọc là dao động theo phương thẳng đứng.
Vì là dao động có tác dụng hạ cọc vào nền. Các dao động xoắn, dao động lắc
ngang tại đầu tự do của cọc được bỏ qua.
Giả thuyết 2: Chuyển động của cơ hệ búa ω cọc là tổng hợp của 2
chuyển động, gồm dao động và tịnh tiến đều (bậc nhất theo thời gian). Trong
thực tế, cọc không chuyển động đều mà tốc độ của nó thay đổi khi đi qua các
lớp đất khác nhau và thay đổi theo độ ăn sâu vào nền ngay cả khi đi qua một nền
đất đồng nhất.
Giả thuyết 3: Coi cọc là vật rắn tuyệt đối khi ăn sâu vào nền.
Giả thuyết 4: Giả thiết về sức cản của đất lên cọc:
+ Khi đóng cọc: có cả lực cản sườn và lực cản đầu cọc.
+ Khi rút cọc: chỉ có lực cản sườn.
Sức cản của đất tác dụng lên cọc khi hạ cọc vào nền
Nội dung mục này muốn lý giải sâu hơn và minh chứng cho giả thiết 4 nêu ở
trên là hoàn toàn hợp lý. Ta biết rằng: muốn đóng được cọc ăn sâu vào nền đất
26
P(t)
G
F
R
thì phải tác dụng lên cọc những lực đủ để thắng sức cản của nền.
Khi dịch chuyển trong đất, cọc thực hiện 2 chuyển động: là dao động
(quanh vị trí cân bằng tạm thời) và ăn sâu vào nền. Muốn có dịch chuyển ăn
sâu vào nền thì lực tác dụng P(t) phải lớn hơn tổng các lực cản lên cọc của đất,
tức là phải có:
P(t) > Rcản
Khảo sát cọc ở trạng thái đang ăn sâu vào đất ta thấy có các lực tác dụng
lên cọc như sau: (Hình 2.1).
Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên
hệ búa rung đóng cọc.
1. Trọng lượng G của cọc và búa.
2. Lực kích động P(t) = Pocost.
3. Lực cản của nền :
với: R là lực cản trực diện đầu cọc
F=F(S,t) là lực cản sườn, với:
S(m2) – diện tích quanh cọc
t(s) – thời gian khi cọc ăn sâu vào nền.
Thực nghiệm cho thấy:
Phản lực trực diện đầu cọc R phụ thuộc vào hệ số nền của lớp đất
chống lại cọc và tiết diện thân cọc. Nó tỷ lệ với biến dạng của đất: khi độ biến
dạng của đất còn nhỏ thì tuân theo quy luật Vinkle : đất có tính đàn hồi, sau giới
hạn đàn hồi nó có tính chất chảy dẻo. Lực cản quanh cọc (lực cản sườn) phụ
thuộc loại đất, bề mặt tiếp xúc của cọc với đất, tốc độ hạ cọc v = x (t). Nhiều
công trình nghiên cứu đã chứng tỏ lực cản F của nền tỷ lệ bậc nhất với diện tích
bề mặt tiếp xúc S(m2) giữa cọc và đất.
27
Hình 2.2. Mối liên hệ giữa lực đóng cọc và diện tích cọc tiếp xúc
Kết quả nghiên cứu của nhiều công trình cho thấy: giới hạn biến dạng đàn
hồi của các loại đất dao động từ 0,3 - 1,0 cm, còn lực đàn hồi thì nhỏ hơn
nhiều so với trọng lượng bản thân cọc; nếu là nền yếu thì lực này càng nhỏ hơn).
Vì vậy: phần lớn năng lượng của máy rung dùng để thắng lực cản sườn F
Các kết quả nghiên cứu trên là cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng và sử
dụng - khai thác búa rung trong thực tế.
Quá trình dao động của cọc và nền đất khi chịu lực rung động
Với giả thiết cọc là 1 thanh cứng tuyệt đối và chỉ có dao động dọc (có
thể còn có dao động của ống thành mỏng đối với cọc ống thép), coi trọng lượng
cọc và bộ gây rung là nhỏ so với khả năng chịu tải của cọc. Các nghiên cứu của
các tác giả Liên Xô (cũ) cho thấy:
Bộ gây rung sẽ dao động với tần số tăng bắt đầu từ 0. Khi tần số dao động
còn thấp thì bắt đầu phát sinh dao động đàn hồi tương đối yếu của cọc và khối
lượng nền đất xung quanh vị trí cân bằng ổn định. Khi đó lớp đất dính vào bề
mặt cọc sẽ dịch chuyển cùng với cọc và hiện tượng hạ cọc chưa xảy ra.
Khi tần số dao động đạt được 1 giá trị nào đó thì chuyển vị tương đối
giữa cọc và nền đất bắt đầu xuất hiện với tốc độ chậm, chuyển vị này trong
28
khoảng tương đối hẹp ωo nào đó rồi chuyển sang giai đoạn trượt bề mặt bên
của cọc và nền.
Hình 2.3 Đồ thị mô tả quá trình dao động giữa cọc và nền
Vì quá trình đóng cọc bằng búa rung xảy ra rất phức tạp, phụ thuộc vào
mối quan hệ giữa búa, cọc và nền nên các nhà nghiên cứu về búa rung đóng cọc
đã xây dựng một số sơ đồ tính khác nhau dựa trên các giả thiết và phân tích
khác nhau. Dưới đây trình bày một số sơ đồ tính sát thực hơn cả.
Sơ đồ tính búa rung kiểu cứng
Với quan niệm lực cản của đất khi đóng cọc có cả ma sát khô và ma sát
nhớt
Hình 2.4. Sơ đồ tính toán kiểu nối cứng
Lực cản sườn cọc được coi là ma sát khô
29
Lực cản đầu cọc có tính đàn hồi nhớt dẻo.sức cản nhớt tỷ lệ với vận tốc chuyển
động của cọc, ký hiệu là Cx
Phương trình vi phân mô tả theo sơ đồ này như sau:
a. Khi hệ thống ở trạng thái dao động rung tức là: x≤ xho – Δx
b. Khi hệ thống ở trạng thái trượt xuống tức là x > xho + Δx:
Trong đó:
R(x, ) lực cản đầu cọc
P(t)= Posinωt là lực rung do đầu búa tạo ra
F – lực cản sưởn ,đổi chiều theo hướng vận tốc
C- hệ số cản nhớt của nền
Δx – chuyện vị đàn hồi
Sơ đồ tính toán búa rung đóng cọc kiểu mềm
Quá trình đóng cọc của hệ búa rung kiểu mềm có thể mô tả theo 2 giai
đoạn là rung và trượt . Áp dụng nguyên lý Đa- Lăm-Be cho cơ hệ 2 bậc tự do
chịu lực tác dụng tuần hoàn theo chu kỳ 2 giai đoạn, ta có:
a) Giai đoạn hệ búa - cọc đang rung:
30
Hình 2.5 Sơ đồ tính toán búa rung kiểu mềm giai đoạn đang rung
Với các tham số
k1 – độ cứng hệ lò xo liên kết giữa 2 khối lượng dao động m1,m2.
k2 – độ cứng đàn hồi của nền đất
x1 ,x2 là tọa độ tương ứng của m1 và m2
khi hệ cọc chưa bị trượt,lúc này khối lượng đất mđ bám chặt vào cọc và tạo nên m*:
Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ sẽ là :
b)Giai đoạn cơ hệ búa - cọc trượt (ăn sâu vào nền)
Lúc này cọc tách ra khỏi mđ, xuất hiện lực ma sát F quanh cọc và có thể coi như bỏ
qua k2
31
Hình 2.6. sơ đồ tính toán búa rung giai đoạn mềm kiểu trượt
Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ sẽ là :
c)Mô tả dao động của hệ:
Hình 2.7. mô tả dao động (a) và chuyển động (b) của búa rung và cọc
32
Sơ đồ quy dẫn sét một khối lượng có cả lực cản nhớt
Hình 2.8. Sơ đồ tính toán quy dẫn một khối lượng cho búa rung
Sơ đồ này áp dụng cho kiểu búa rung cứng – khi coc liên kết với đầu búa thì cả búa và cọc được coi là một khối kể cả một phần đất bám theo cọc – và ký hiệu là m – gọi là khối lượng quy sẵn.
Cho rằng trong quá trình đóng cọc khi búa – cọc rung và trượt thì có sức cản
sườn – gọi là lực bó thân cọc , và lực cản đầu cọc của nền.
Khối lượng quy sẵn m được liên hết với nền được thể hiện qua hệ số C và α, với :
C – là hệ số quy dẫn đàn hồi của nền có đặc điểm tuyến tính
Α – là hệ số dập tắt dao động quy dẫn của nền có tính phi tuyến thể hiện sức cản nhớt của nền
Ngoại lực tác dụng lên hệ m là Pt = Psinωt do đầu rung truyền lực rung động điều hòa xuống cọc.Viết phương trình chuyển động
33
Hình 2.9. Biểu diễn các chiều lực tác động
Dùng nguyên lý Dalambe ,đặt sơ đồ tính vào hệ tọa độ suy rộng đề các đặc
trưng bởi độ dịch chuyển x vân tốc và gia tốc ; coi quá trình đóng cọc là liên tục xuống phía dưới không tách bạch quá trình rung(dao động quanh vị trí cân bằng) và quá trính dịch trượt cọc vào nền. Khi đó phương trình vi phân mô tả chuyển động của khối lương m như sau:
m + (Fc + Fα ) = Pt + G – ( T+R)
trong đó : Fc = c.x; c là hệ số đàn hồi quy dẫn
Fα = α. , α – hệ số dập tắt đàn hồi(hệ số cản nhớt)
Thay Fc và Fα vào phương trình trên:
m + ( α. + c.x) = Pt + G – ( T+R) (2.1)
chia cả 2 vế cho m ta được:
+ + = [Pt + G – (T + R)] (2.2)
Đặt vế phải là N,với N là một hàm điều hòa và đặt 2n = , n là hệ số cản trở dao động khi đóng cọc.
Λ = , λ là tần số dao động riêng theo phương đứng của cọc
N = Nosinωt
34
Khi đó phương trình (2.2) có dạng
+ 2n + λ2x = Nosinωt (2.3)
Phương trình (2.3) là phương trình vi phân cấp 2 không thuần nhất,giải ra sẽ được nghiệm:
X= Asin(ωt + φ)
Với: A – biên độ dao động thẳng đứng của cọc khi chịu lực kích động của búa
A= k.A∞
Trong đó k là hệ số biên độ xác định theo công thức:
K =
- A∞ là biên độ dao động lớn nhất của hệ do lực kích động gây ra cho hệ
- Φ – góc lệch pha của lực kích động do ảnh hưởng của độ dịch chuyển :
- R = ; S = , với ω – tần số dao động của lực kích động, λ – tần số dao động riêng , n – hệ số cản trở dao động khi đóng cọc.
A∞ =
Trong đó:
Mo - khối lượng của quả lệch tâm;
ɛ - độ lệch tâm;
m – khối lượng quy dẫn.
tgφ =
nhận xét:
1. Hệ số biên độ k và góc lệch pha đều phụ thuộc vào tần số dao động của lực kích động
2. Tần số dao động riêng của cọc phụ thuộc vào hệ số cản trở dao động.
3. Quan hệ ω và λ;
35
*) nếu ω >> λ thì r>> 1 ,nếu bỏ qua giá trị của S thì k = 1 và A = A∞ =
Từ đó thấy rằng: lực quán tính sinh ra trong hệ sẽ quyết định toàn bộ quá trình dịch chuyển của cọc vào nền.
*) nếu ω << λ tức là r << 1 , khi đó k = r2 và A = tức là A∞ = ( P – trị số lực kích động). trường hợp này : dao động trùng hướng của độ dịch chuyển.Trị số lực kích động đóng vai trò chủ yếu tác động đến độ dịch chuyển của cọc.
*) nếu ω = λ thì xảy ra cộng hưởng ,ứng với λ ≤ ω ≤ 1,4λ, lúc đó trị số biên độ dao động đạt cao nhất mà hệ thống búa – cọc không bị phá hủy và hiệu quả đóng cọc sẽ cao nhất, lúc này A = ( 1,5 – 1,6)A∞
Lưu ý :Đối với búa xung kích ,trong một chu kỳ đóng cọc ngoài lực kích động do búa sinh ra còn có thành phần lực xung kích tác dụng lên đầu cọc là cọc chìm xuống với một công năng là:
Qk = (mg).e, với m – khối lượng phần va đập
E – khe hở giữa hai đầu va đập của búa
g- 9.8 m/s2 – gia tốc trọng trường.
bài toán búa xung kích tương tự như với búa rung thông thường có thêm thành phần Qk luôn luôn hướng xuống dưới.
Hiệu quả đóng cọc phụ thuộc vào các thông số cơ bản của búa, như biên độ rung động, lực kích động... và phụ thuộc đặc điểm của nền. Theo Stanikov và Luskin thì: để cọc có thể chìm vào nền một cách có hiệu quả, thì hệ búa - cọc phải thỏa mãn 3 điều kiện khi làm việc, đó là:
1. Tổng lực rung động phải lớn hơn hoặc bằng tổng lực ma sát cản bó thân cọc.
2.Biên độ dao động lớn nhất của búa cần lớn hơn biên độ dao động của cọc và đất bó thân cọc.
3.Tổng trọng lượng (tĩnh) của búa và cọc phải lớn hơn tổng lực cản đứng ở đầu cọc.
Khai triển cụ thể các điều kiện trên như sau:
36
Điều kiện thứ nhất
Lực kích động sinh ra trong quá trình đóng cọc phải lớn hơn hoặc bằng tổng các lực ma sát cản trở quá trình đóng cọc:
Po ≥ Kn .Tc(kG)
Trong đó:
Po là lực rung động do búa tạo ra khi các quả lệch tâm quay:
Po = m.r.ω2 = ω2 = (kG)
với: M = G.r là mô men tĩnh của các quả lệch tâm (N.m)
r - độ lệch tâm của các quả lệch tâm (m)G - trọng lượng của khối lệch tâm (N)
- Tc là tổng trở lực bó thân cọc:
với: τimax - là lực cản riêng lớn nhất trên thân cọc ở tầng đất thứ i, (kG/m2)
Fi - là diện tích phần thân cọc (m2) ứng với tầng đất có chiều dày hi.
hi - chiều dày tầng đất thứ i mà cọc đi qua (m)
c - chu vi thân cọc (m).Kn là hệ số cản của nền, xét đến ảnh hưởng đàn hồi của nền đối với
từng loại cọc. Kn = 0,6 - 0,8 đối với cọc bê tông cốt thép; Kn = 1 đối với cọc gỗ và cọc ván thép.
Người ta xác định trị số của τimax (KG/m2) bằng thực nghiệm với từng loại cọc khi đóng qua các loại nền. Trị số của τimax được trình bày ở bảng sau:
37
Bảng 2.1. Trị số lực cản riêng lớn nhất τimax (kG/m2)
Điều kiện thứ haiBiên độ dao động lớn nhất của búa phải lớn hơn biên độ dao động của cọc và đất bó thân cọc:Ab > Ao(cm)
- Biên độ dao động của búa Ab tính theo: Ab = ξ .Trong đó: ξ là hệ số xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc loại cọc; với
cọc bê tông cốt thép ξ= 0,8; cọc ống và ván thép ξ = 1,0.
Go - tổng trọng lượng búa và cọc
M - mô men tĩnh của đầu búa
Ao là biên độ dao động riêng của cọc và đất bám quanh cọc, Ao phụ thuộc loại cọc, loại đất và tần số rung của búa; ứng với mỗi loại đất và cọc thì Ao có giá trị cho trong bảng 2.2
38
Bảng 2.2.trị số dao động riêng của cọc và đất quanh cọc
Điều kiện thứ ba
Xét cho hai trường hợp
a)Đối với búa rung kiểu cứng và kiểu mềm.
Tổng trọng lượng tĩnh của búa và cọc phải lớn hơn tổng lực cản đứng ở đầu cọc:
∑G ≥ R (2.4)
Trong đó: ∑G - là tổng trọng lượng búa và cọcR - là tổng lực cản ở đầu cọc: R = po . FC
Với po - là áp lực cần thiết của nền tác dụng
lên đầu cọc Fc - là tiết diện ngang của cọc.
39
po và Fc có quan hệ như sau:
+ Với cọc thép ống đường kính nhỏ, có F = 250cm2 và các loại cọc khác có
tiết diện tương đương, thì po = 1,5 - 3 kG/cm2.
+ Với cọc gỗ và ván thép có F < 800 cm2 thì po = 4 - 5 kG/cm2
+ Với cọc khác có 800 < F ≤ 2000 cm2 thì po = 6 - 8 kG/cm2
b)Đối với búa rung tác dụng lực xung kích.
Ngoài thành phần ∑G còn có lực xung kích Gxk, vậy điều kiện cần thiết là:
∑G + Gxk ≥ R
Có thể coi Gxk là trọng lượng phần va đập (phía trên), nó có chiều luôn hướng xuống dưới.
Như vậy:
Đối với búa rung, trong 1 chu kỳ công tác nó có 2 thành phần lực làm cho cọc chìm xuống là:
(1) Lực rung động + (2) Trọng lượng búa và cọc: với búa rung cứng và mềm.
(1) Lực rung động + (2) Trọng lượng búa, cọc và lực xung kích: với búa va rung.
CÔNG SUẤT CỦA BÚA RUNG
Công suất của búa rung được tính theo công thức
N= (kW)
Trong đó:
P – lực gây rung,kG
A – biên độ rung,m
n – tốc độ quay của trục lệch tâm,v/ph
2.1.2. thông số búa rung điện Ni
Bảng 2.3. Thông số búa rung điện Ni
40
ModelĐơn
vịVs80 Vs100 Vs170 Vs200 Vs300 Vs400 Vs500
Trọng lượng
kg 1570 2480 2870 3690 4000 5020 6900
Tốc độ cuộn dây lệch tâm
r/min 1250 1150 1100 1050 1050 680 680
Công suất động
cơkVA 45 75 90 120 150 200 300
Momen lệch tâm
Mm 132 240 360 460 680 800 2960
Lực rung kích thích
kN 231 360 485 570 775 1082 1450
Biên độ rung
không tảiMm 11.2 14 16 18 18 20 22.4
Lực kéo cọc cho
phépkN 160 160 200 240 350 600 700
2.2. cấu tạo búa rung điện NI
2.2.1. cấu tạo quá rung điện
Búa rung điện NI có thể được treo trên đầu cọc (ván thép, cọc gỗ hoặc bê tông cốt thép - hoặc cọc ống) nhờ cần cẩu; hoặc bộ tời qua giá đỡ trên máy kéo bánh xích để đóng cọc cát, cọc ván thép... Dưới đây giới thiệu về quả búa NI
Quả búa rung nối mềm, tần số cao NI (hình 2.3) được thiết kế chuyên đóng
cọc có lực cản nhỏ (cọc ván thép và thép hình chiều dài đến 20 m). Ở đây
41
động cơ điện được lắp trên bệ gia trọng 5, bệ này đặt trên hệ lò xo gắn với bộ
gây rung được cấu tạo là hộp truyền động bánh răng, có 4 trục lệch tâm (trục
gây rung). Độ cứng của hệ lò xo được tính toán sao cho tần số dao động riêng
của bệ 5 (và do đó của động cơ điện) nhỏ hơn nhiều so với tần số quay của trục
gây rung, điều này giúp cho động cơ điện làm việc tốt hơn. Truyền động từ
động cơ điện xuống hộp truyền động thông qua bộ truyền xích 9. Để có thể
điều chỉnh được các đặc tính dao động của quả búa, người ta thay đổi khối
lượng bệ 5 và cấu tạo các khối lệch tâm làm hai phần: tĩnh và động để thay
đổi mômen lệch tâm. Khởi động quả búa từ bảng điều khiển có cấu tạo giống
như các bảng điều khiển động cơ điện thông thường.
42
Hình 2.3 cấu tạo búa rung điện NI
1.Mũ kẹp cọc; 2. Vỏ bộ gây rung; 3. Hệ lò xo; 4. Má lắp vòng treo; 5. Bệ gia trọng;
6. Động cơ điện; 7. Vòng treo quả búa; 8. Chốt lắp má 4; 9. Bộ truyền động xích;
10. Hộp truyền động bánh răng nón.
2.2.2. Cấu tạo control unit
43
Hình 2.4. control unit
Trong đó:
1A – oil pump unit (tủ điều khiển bơm dầu)
2A – motor starter unit(tủ điều khiển motor)
3B – frame(khung)
2.2.3. cấu tạo oil pump unit
44
Hình 2.5a oil punp unit
Hình 2.5b oil pump unit
45
Trong đó:
1 – cover(bộ phận che đậy)
2 – oil pressure switch(công tắc bơm dầu áp lực)
3 – cap(nắp)
4 – solenoid valve assy(van)
5 – magnet coil assy(dầu magnet)
6 – oil pressure gauge(dầu pressure)
7 – magnet switch(nam châm)
8 – elbow(khuỷu)
9 – nipple(núm)
10 – hose coupling(khớp nối ống)
11 – hose coupling
12 – motor(động cơ)
13 – relief valse(van)
14 – oil tank(tăng dầu)
15 – gear pump(bơm)
16 – pilot operate check valve(van)
17 – cock
18 – cock
19 – level gauge(đánh giá mức)
20 – packing (đóng)
21 – cover
22 – coupling assy(khớp nối)
23 – sprocket(bi nhông)
24 – sprocket
25 – chain(chuỗi)
26 – casing(vỏ)
27 – oil seal(dầu)
2.2.4. cấu tạo motor starter unit
46
Hình 2.6. motor starter unit
Trong đó :
1 – box(hộp)
2 – door front(cửa trước)
3 – door rear(cửa sau)
4 – door side(của bên)
5 – cover upper(phía trên)
6 – instrument arrangement(sắp xếp)
7 – earth bar(thanh cái)
8 – card holder(thẻ)
9 – bolt eye(lỗ chốt)
10 – bolt eye
11 – hook(móc)
2.2.5. cấu tạo instrunent arrangement
47
Hình 2.7 instrument arrangement
Trong đó:
1 – earth leakage breaker(phanh chính)
2 - c.t
3 – breaker(phanh)
4 – relay(role)
5 - relay
6 – timer(bộ timer)
7 - timer
8 - taggle switch(công tắc)
9 – condenser(ngưng)
10 – resistor(điện tở)
11 - surge absorber(tăng mức)
12 - terminal board(bảng điện)
13 - terminal board
14 - magnetic contactor(côngtắctơ từ)
15 - contactor tip(fixed)(contactor đầu)
16 - contactor tip(traveling)
17 - magnetic coil
18 - magnetic switch(công tắc từ)
19 - contactor tip(fixed)
20 - contactor tip(traveling)
21 - magnetic coil(dầu)
22 - themal relay(role)
23 - magnetic contactor
24 - contactor tip(fixed)
25 - contactor tip(traveling)
26 - magnetic coil
27 - magnetic contactor
28 - contactor tip(fixed)
29 - contactor tip(traveling)
30 - magnetic coil
31 - instrument board ,front(bảng công cụ trên)
32 - instrument board,rear(bảng công cụ dưới)
33 - meter panel assy(bảng điều khiển)
34 - remote control coupling(điều khiển từ xa)
35 - terminal board
36 - terminal board
37 - silicon rectifier(chỉnh lưu)
38 - radiator fin(bộ tản nhiệt)
39 - radiator board(bộ tản nhiệt)
48
2.2.6. cấu tạo meter panel
Hình 2.8. meter panel
Trong đó:
1 – Ammeter(ampe kế)
Ammeter
2 – Voltmeter(vol kế)
3 - Pilot lamp(đèn pilot)
3A - Pilot lamp
4 – Valve(van)
5 – Glove(glove)
5A - Glove
6 - Push button switch(nút chuyển đổi)
7 - Push button switch
8 - Change – over switch(công tắc chuyển đổi)
9 – Packing(đóng)
10 - Roulette bolt(tia roulette)
49
11 - Meter panel(tủ điều khiển)
11A - Meter panel
12 - Stop ring(dừng chuông)
2.2.7. cấu tạo remote control coupling
Hình 2.9. remote control coupling
Trong đó:
1 – pin insert receptacle(pin)
2 – dust cap(nắp bụi)
3 – taggle switch(công tắc)
4 – stand(vỏ bọc)
2.3. nguyên lý hoạt động của máy đóng cọc cừ Niken
Đầu búa rung treo trên đầu cọc, nó tạo ra lực rung động theo phương thẳng đứng và truyền xuống cọc cùng khối đất bám theo cọc, nhờ đó làm giảm lực ma sát của nền tác dụng lên cọc. Dưới tác dụng của trọng lượng cọc và đầu búa rung, cùng với lực dao động thẳng đứng thắng lực cản quanh
50
cọc và lực cản đầu cọc làm cọc chìm sâu vào nền, nhờ đó mà năng suất đóng cọc cao hơn 4 - 6 lần so với búa diezel.
Với nguyên lý tác động như trên, búa rung có thể đóng được gần như tất cả các loại nền với các loại cọc: ván thép, cọc ống thép, cọc ống bê tông cốt thép và ống rỗng để tạo cọc cát (trên nền yếu) - mà búa diezel không thể làm được. Ngoài việc đóng - dìm cọc, búa rung còn có thể dùng để nhổ cọc ván thép, cọc ống thép. Đó chính là ưu điểm của búa rung.
Trong bộ gây rung ,dao động được tạo ra do lực ly tâm khi động cơ điện qua các bộ truyền cơ khí(bánh răng,dây đai hoặc dây xích) quay các khối lệch tâm.Đặc tính của các dao động này phụ thuộc vào momen lệch tâm(bằng tích số giữa khối lượng lệch tâm và độ lệch tâm),tốc độ quay các khôi lệch tâm, tổng khối lượng toàn hệ thống tham gia dao động(quả búa,cọc,mũi đầu cọc) và cả đặc tính cơ lý của nền đất.Những thông số cơ bản của quả búa là lực rung,tần số và biên độ dao động.Lực rung là thông số cơ bản nhất của quả búa ,trị số của nó phụ thuộc vào moomen lệch tâm và tốc độ quay của các khối lêch tâm.Biên độ dao động giữ vai trò quyết định, khi quả búa làm việc toàn hệ thống(quả búa, mũi cọc,cọc) dao động,nếu buên độ dao động thẳng đứng tại vị trí tiếp xúc giữa cọc và nền không lớn hơn biến dạng đàn hồi của nền, cọc không thể nhấn vào nền.Cọc chỉ có thể được đóng vào nền khi biên độ dao động này lớn hơn chuyển vị đàn hồi và gây chuyển vị dư của nền.Tần số dao động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả quá trình đóng cọc.Khi tần số dao động thấp (<200 lần/phút) bắt đầu xuất hiện dao động yếu của cọc và nền,khi này cọc và lớp bề mặt nền tại điểm tiếp xúc chuyển bị đồng thời,quá trình đóng cọc không xảy ra.Chỉ khi tăng tần số dao động làm xuất hiện chuyển vị tương đối giữa cọc và nền,cọc bắt đầu được đóng xuống nền.
51
Chương 3. Đi sâu phân tích mạch điều khiển của búa rung NI
3.1. Các phần tử cơ bản và ký hiệu trong bản vẽ
+ ELB (emergency load button) nút chuyển nguồn
+ ammetter – ampe kế
+ cam switch – công tắc kiểu cam
+ Ti – phản hồi dòng
+ R1 - điện trở
+ C1 – tụ điện
+ 1PB,2PB,3PB,4PB - nút bấm
+ công tắc đôi
+ cuộn hút của contacter AR5
+ 1cos - công tắc chuyển mạch
52
A
AR5
+ voltmeter – volt kế
+ woatmeter – đồng hồ đo công suất
+ 3cos – công tắc chuyển mạch
+ cuộn hút của role thời gian
+ tiếp điểm thường mở của cuộn hút contacter
+ tiếp điểm thường mở của cuộn hút contacter
+ tiếp điểm thường đóng của role thời gian T2
+ tiếp điểm thường mở của role thời gian T2
+ công tắc xoay
53
V
WL
ON OFF ONOFF
T1
T2
T2
CON
3
5
6
7
AB
C
D
L
EF
KG
H
J
+ động cơ
+ MCB – aptomat đong cắt mạch điều khiển
+ bộ tiếp điểm thường đóng mở của công tắc xoay
3.2. Phân tích hệ thống truyền động
3.2.1. sơ đồ nguyên lý
54
M
Uo V
WL
E 8 7 6 5 4 3 2 1 V3
Hình 3.1. sơ đồ nguyên lý mạch động lực
+ ELB là cầu dao đóng cắt nguồn cấp cho động cơ
+ MS1 ,MS2 tiếp điểm chính của cuộn hút contacter làm nhiệm vụ chuyển đổi nối Y/Δ
+ MF,MB tiếp điểm chính của contacter MF và MB
+ SR1 và SR2 : điot 55
ELB
S TR
A CT
MF
MB
MBMF
MS2
C1
R1
SR1
MS1
W1
ZNR1
Z1
Th
MB
ZNR2
R2C2
SR2W2
X Y ZWVU
Uo V Wo
+C1,R1,C2,R2 là tụ điện và điện trở
+ZNR1 và ZNR2 là cam switch
+Ti: phản hồi dòng điện
3.2.2. truyền động điện động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rơto n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường quay n1, (n <n1).
a. Phân loại
Theo kết cấu vỏ, động cơ điện không đồng bộ (KĐB) có thể chia thành
các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v…
Theo kết cấu của rôto, động cơ điện không đồng bộ chia làm hai loại: loại
rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại : một pha, hai
pha và ba pha.
b. Kết cấu
Giống như các động cơ điện quay khác, động cơ điện KĐB gồm các bộ
phận chính như hình 3.3.
56
Hình 3.2 Động cơ KĐB rôto lồng sóc
Phần tĩnh (stato)
Trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn
Vỏ máy
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch
dẫn từ. Ngoài ra vỏ máy còn dùng để truyền nhiệt làm mát. Thường vỏ máy làm
bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000kW) thường dùng thép
tấm hàn lại thành vỏ. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để
giảm tổn hao, lõi sắt được làm từ những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường
kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm thép tròn ép lại. Khi đường
kính ngoài lớn hơn trị số trị số trên thì dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại
thành khối tròn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm
tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một
khối. Nếu lõi sắt dài quá thì ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 6 cm
đến 8 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lõi thép có xẻ
rãnh để đặt dây quấn.
57
Vỏ Stato
Dây quấn Stato
Hình 3.3 Kết cấu của ĐC KĐB
Rôto
Dây quấn
Dây quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với
lõi sắt. Kiểu dây quấn, hình dạng và cách bố trí dây quấn ở phần dưới.
Dây quấn của động cơ không đồng bộ gồm nhiều phần tử nối với nhau
theo một quy luật nào đó. Phần tử là các bối dây được đặt trong các rãnh phần
ứng. Bối dây chỉ có thể là một vòng dây (dây quấn kiểu thanh dẫn) hoặc cũng có
thể gồm nhiều vòng dây (dây quấn kiểu vòng dây). Số vòng dây của mỗi bối và
số vòng dây của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ,
điều kiện làm việc của máy.
Dây quấn một lớp
Hình 3.5 Dây quấn một lớp
58
Vỏ stato
Rãnh stato
Gông stato
Hình 3.4 Stato
Dây quấn đồng khuôn :
Là loại dây quấn đối xứng vì do những bối dây giống nhau hợp lại. Dây
quấn đồng khuôn có thể chia làm ba loại :
+ Đơn giản
+ Phân tán
+ Móc xích
- Dây quấn móc xích có thể gọi là dây quấn kiểu phân tán, chỉ khác nhau là
cạnh ngắn,cạnh dài của bối dây trong tổ bối dây xen vào nhau. Vì mỗi bối dây
do hai cạnh ngắn và dài hợp lại nên bước dây quấn là số lẻ.
- Dây quấn móc xích có thể là bước đủ hay bước ngắn.
Dây quấn đồng khuôn thuộc loại dây quấn bước đủ.
Ưu điểm: Các phần tử có kích thước như nhau do đó dễ đảm bảo điện trở,
điện kháng của các pha và các nhóm là như nhau nên dây quấn đảm bảo tính
đối xứng.
Nhược điểm: Phần đầu nối chồng chéo lên nhau nên cách điện khó.
Dây quấn đồng tâm :
59
Hình 3.6 Dây quấn đồng khuôn
Các rãnh trong cùng pha vẫn không thay đổi nhưng độ phối hợp các rãnh
bằng tổng phần tử có kích thước khác nhau.
Loại dây quấn này có các phần tử kích thước khác nhau nên khi nối thành
các mạch nhánh song song để đảm bảo các yêu cầu điện trở, điện kháng của các
mạch nhánh song song là bằng nhau thì số phần tử tương ứng và kích thước của
các phần tử trong các mạch nhánh tương ứng phải giống nhau.
Phần đầu nối của các phần tử có chiều dài không giống nhau cho nên khi
bố trí trong máy người ta có thể bẻ các phần đầu nối theo các mặt. Có hai kiểu
dây quấn đồng tâm là dây quấn đồng tâm hai mặt và ba mặt.
Khi mà nối các nhóm phần tử thành các pha thì thường là có các pha
không hoàn toàn đối xứng cũng vì lí do kích thước của các phần tử ở trong các
pha không hoàn toàn giống nhau. Trong trường hợp số rãnh một pha dưới một
cực từ là số chẵn thì một phần tử gồm q phần tử có thể chia làm hai nhánh song
song về hai phía tạo thành dây quấn phân tán có kích thước của phần tử giảm
bớt tiết kiệm được vật liệu dây dẫn nhưng vẫn giữ được tính năng.
60
Hình 3.7 Dây quấn đồng tâm
Hình 3.8
Dây quấn hai lớp
Hình 3.10 Dây quấn hai lớp
Mỗi rãnh chứa hai cạnh của hai phần tử khác nhau, phần tử thực hiện
bước ngắn để có dạng sóng từ trường gần giống hình sin hơn là y=βτ
β : là hệ số bước ngắn thông thường β=0,8÷0 ,86 . Coi dây quấn hai lớp như
hai dây quấn một lớp đặt lệch nhau khoảng τ− y=τ (1−β ) .
Dây quấn xếp
Mỗi phần tử có nhiều vòng dây, tiết diện dây nhỏ. Trong một pha như vậy
có thể cấu tạo được hai q phần tử chia làm hai nhóm. Như vậy ở máy có p đôi
cực mỗi pha có hai nhóm phần tử, mỗi nhóm gồm q phần tử có thể nối tiếp hoặc
song song các nhóm phần tử để được một pha dây quấn với số mạch nhánh
song song với điều kiện 2 pa là số nguyên .
Dây quấn sóng
Mỗi phần tử có một vòng dây (2 thanh dẫn ) cách nối giữa các phần tử có
cùng vị trí tương ứng trong từ trường .61
Hình 3.9 sơ đồ quấn dây
Dây quấn có q là phân số do cấu tạo phức tạp nên chỉ dùng trong những
máy có kích thước nhỏ.
Phần quay (rôto)
Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
Lõi sắt
Nói chung thì người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stato. Lõi sắt
được ép trực tiếp lên trục máy. Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây
quấn.
Rôto và dây quấn rôto
Rô to có hai loại chính: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc.
+ Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato.
Trong động cơ điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai
lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong
động cơ điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha
của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối với ba vành trượt thường
làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với
mạch điện bên ngoài. Đặt điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có
thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính
62
Rôto lồng sóc
Thanh dẫn Rôto
Hình 1.11 Rôto
năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi
máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch.
+ Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với loại
dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto được đặt vào thanh đồng hay
nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch
bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng gọi là lồng sóc.
Hình 3.12 Dây quấn rôto lồng sóc
bằng đồng
Hình 3.13 Rôto lồng sóc có rãnh
làm chéo
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính năng
mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng
rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc gọi là lồng sóc kép. Trong động cơ
điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục.
Khe hở
Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không
đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1mm trong máy điện cỡ vừa và nhỏ) để hạn chế
dong điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất
của máy cao hơn.
63
Ngoài hai bộ phận chính là stato và rôto trong kết cấu động cơ không
đồng bộ rôto lồng sóc còn có quạt, trục động cơ và gối trục.
Quạt gió
Nhiệm vụ của quạt gió là tạo ra một áp suất đủ lớn để đưa dòng khí cần
thiết qua hệ thống thông gió của máy để làm mát máy. Quạt được gắn trên trục
động cơ, tốc độ của quạt là tốc độ của động cơ, kích thước của quạt bị giới hạn
bởi kết cấu của động cơ, trong máy điện thường có ba loại quạt thường dùng:
Quạt ly tâm, quạt hướng trục và quạt hổn hợp ly tâm và hướng trục, nhưng
thông dụng nhất vẫn là quạt ly tâm. Ở quạt ly tâm khi cánh quạt quay không khí
ở giữa khe các cánh quạt bị đẩy ra ngoài dưới tác dụng của lực ly tâm, do đó ở
vùng vòng trong của cánh quạt nơi lỗ gió vào tạo thành vùng không khí loãng
còn vùng ngoài của vòng ngoài cánh quạt nơi thoáng gió ra có áp suất cao, quạt
ly tâm được dùng nhiều trong máy điện vì tạo được áp suất khí cao phù hợp với
đặc tính của hệ thống thông gió trong máy điện nhưng nhược điểm của nó là
hiệu suất thấp.
Trục động cơ
Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của rôto ra, trục còn chịu
mômen xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải, trục còn chịu lực
hướng trục thường là lực kéo như ở các máy kiểu trục đứng. Ngoài những tải
trên, trục còn phải chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đều gây ra.
Trục có các yêu cầu sau:
Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc kể cả
khi có sự cố ngắn mạch.
Phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng lớn làm rôto chạm stato.
Tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều với tốc độ khi máy làm việc
bình thường. Kích thước đầu trục của động cơ được tiêu chuẩn hóa các
64
kích thước lựa chọn ở Chương IX sách thiết kế máy điện (Trần khánh Hà
– Nguyễn Hồng Thanh).
Gối trục
Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trượt. Máy điện nhỏ và vừa
hiện nay dùng ổ bi là chủ yếu, chỉ trong những máy nhỏ yêu cầu không có tiếng
ồn mới dùng bạc. Máy lớn phải dùng ổ bi, ổ bi có các ưu điểm sau là kích thước
nhỏ, kết cấu gọn, độ mài mòn không lớn, bảo dưỡng đơn giản, tổn hao ma sát
nhỏ, điều này rất quan trọng đối với những máy thường xuyên khởi động.
c. Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng dựa vào hai định luật điện từ
cơ bản. Định luật thứ nhất là định luật sức điện động cảm ứng được trong 1
thanh dẫn có chiều dài l chuyển động với tốc độ v trong một từ trường đứng yên
có từ cảm B. Đó là định luật cơ sở của máy phát điện biến đổi cơ năng thành
điện năng. Định luật thứ hai là định luật về lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn
có chiều dài l khi nó có dòng điện I và nằm trong từ trường có từ cảm B.
Vì hai định luật điện từ cơ bản nói trên là thuận nghịch nên bất kỳ một
máy điện quay nào cũng có thể làm việc thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc
như máy phát điện hoặc như động cơ điện.
Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ
trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1 = . Từ trường quay cắt các thanh
dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng ra các sức điện động. Vì dây quấn rôto nối ngắn
mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn rôto. Lực
tác dụng tương hổ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện
rôto, kéo rôto quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n.
Hình vẽ từ trưòng quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm
ứng trong thanh dẫn rôto, chiều các lực điện từ Fđt.65
nn
N
F d t
F d t
S
n1n1
F d t
F d t
Hình 3.14 Hình 3.15
N
S
Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay n1 vì nếu tốc độ
bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rôto không có
sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không.
Độ chênh lệch giữa tốc độ của từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ
trượt n2.
n2 = n1 – n
Hệ số trượt của tốc độ là
Khi rôto đứng yên ( n = 0), hệ số trượt s = 1; khi rôto quay điịnh mức
s = 0,02 0,06. Tốc độ động cơ là:
66
Sau đây sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong 3 phạm vi tốc độ
Trường hợp rôto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn
tốc độ đồng bộ ( 0 < n < n1, hay 1 > s > 0 ). Do n < n1 ( trong đó n1 là tốc độ quay
của từ trường tổng , n là tốc độ quay của rôto ) nên từ trường đó vẫn quét qua
thanh dẫn theo chiều quay của từ trường và chiều sức điện động sinh ra có thể
xác định theo quy tắc bàn tay phải. Dòng điện sinh ra trong dây quấn rôto cùng
chiều với sức điện động và tác dụng với từ trường tổng trong khe hở, sinh ra lực
F và mô men M mà chiều được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Mômen đó kéo rôto quay theo chiều từ trường quay. Điện năng đưa tới
rôto đã biến thành cơ năng trên trục, nghĩa là máy điện làm việc trong chế độ
động cơ điện. Nhưng máy chỉ làm việc ở chế độ đó khi n < n1, vì chỉ khi n < n1
mới có sự chuyển động tương đối giữa từ trường và dây quấn rôto và như vậy
trong dây quấn rôto mới có dòng điện và mômen kéo rôto quayTrường hợp rôto
quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ ( n > n1 hay s < 0).
Dùng một động cơ cấp nào đó quay rôto của máy điện không đồng bộ
vượt tốc độ đồng bộ n > n1. Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ
ngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây dẫn rôto cũng đổi chiều nên
chiều của mômen cũng ngược với chiều quay của n1, nghĩa là ngược với chiều
của rôto, nên đó là mômen hãm. Máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ
điện, do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là
máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện.
Trường hợp rôto quay ngược với chiều từ trường quay (n < 0 hay s > 1).
Vì một nguyên nhân nào đó rôto quay ngược chiều với chiều từ trường quay thì
lúc đó chiều của sức điện động, dòng điện và mômen vẫn giống như lúc ở chế
độ động cơ điện. Vì mômen sinh ra ngược chiều quay của rôto nên có tác dụng
hãm rôto đứng lại. Trong trường hợp này, máy vừa lấy điện năng ở lưới điện
67
vào, vừa lấy cơ năng từ phía rôto. Chế độ làm việc như vậy gọi là chế độ hãm
điện từ.
d. Các đại lượng định mức
Cũng như tất cả các loại động cơ điện khác, động cơ điện không đồng bộ có
các trị số định mức đặc trưng cho đều kiện kỹ thuật của máy. Các trị số này do
nhà máy thiết kế, chế tạo quy định ghi trên nhãn máy. Vì động cơ điện không
đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị
số định mức của động cơ điện khi tải định mức. Các trị số đó thường bao gồm:
Công suất có ích trên trục Pđm
Điện áp dây stato U1đm
Dòng điện dây stato I1đm
Tần số dòng điện stato f
Tốc độ quay rôto nđm
Hệ số công suất
Hiệu suất
e. Phạm vi ứng dụng của động cơ điện không đồng bộ
Động cơ điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử
dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền
kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.
Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất (nhất là
loại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại đông cơ
công suất nhỏ và trung bình. Trong công nghiệp thường dùng động cơ điện
không đồng bộ làm ngồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực
cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong hầm mỏ dùng
làm máy tời hay máy quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay
68
máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, động cơ điện không
đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió máy quay đĩa, động
cơ trong tủ lạnh… Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự
động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của động cơ điện không
đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Tuy vậy, nhược điểm của loại này là dòng điện khởi động lớn. Để bổ
khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo ra động cơ điện không đồng bộ
rôto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện
khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.
Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh được tốc độ
trong một chừng mực nhất định, có thể tạo ra mômen khởi động lớn mà dòng
điện không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn loại rôto lồng sóc, do đó giá
thành cao hơn và bảo quản cũng khó hơn.
Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu
kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm
đặt ở hai đầu của rôto động cơ điện. Trong các rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh
quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ theo cấp bảo vệ
IP44 thường nhờ vào đặc ở ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt kém hơn so với loại
IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng hơn.
3.2.3. Nguyên lý hoạt động mạch động lực
Do động cơ điện sử dụng của quá búa rung là động co xoay chiều không đồng bộ 3 pha,với các cách thay đổi tốc độ động cơ như đã nêu trên ta sử dụng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cấp cho động cơ bằng các thay đổi tố đấy dây Y/Δ
Nguồn điện được cung cấp dưới dạng điện áp 3 pha R S T, qua ELB qua các tiếp điểm động lực của contacter MS1 và MS2 để thay đổi kiểu đấu nối sao và tam giác dẫn đến thay đổi điện áp nguồn cấp cho động cơ. Mạch động lực sử dụng 4 contacter là MS1 và MS2,MF, MB để thực hiện khởi động cho động cơ điện và thực hiện chức năng đảo chiều bằng cách đảo pha nguồn
69
điện chính. Trong đó bộ phận chỉnh lưu được thực hiện bởi các điot SR1 và SR2 thực hiện chỉnh lưu nửa chu kỳ dương,bộ phận chống quá áp và lọc sóng hài bao tụ điện C1,điện trở R1 cho SR1 và cam Switch ZNR1 .Các phần tử C2,R2 và ZNR2 cũng thực hiện nhiệm vụ tương tự cho SR2
3.3. Phân tích hệ thống điều khiển
3.3.1. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
70
Hình 3.3a. sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
71
MCBUo V
U1 V1U1
AR1 AR3 MB
V
WL
U2
AR2
MS1
MB
AR4
2223
2725
MS2 MF AR2
32
31
MBT1
AR2
13
T1 AR1
2COS
1
3
AR1 1PB
2PBTh
U3
2 U4 U4
AR1 AR3 MB
1617
AR2
MS2
AR5
20
15
28
MF
AR5 MS1 T2
33T2
AR3
34
T3
MB T3 AR4
19
MS1MF
AR3
3029
36
ON OFF ONOFF
3COS
AR2 AR3 MS1
35
4PB
2COS
2COS
2COS
3PB
1COS
CON1
2
3
4
5
6
7
8
Y3
AB
C
D
L
EF
KG
H
J
V1
5
6
78
U3
V1
U2
U1
5
61 61
WL
E 8 7 6 5 4 3 2 1 V3
Hình 3.3.b sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Trong đó :
+ 1cos,2cos,3cos lần lượt là các công tắc chuyển mạch chọn chế độ
+ T1,T2,T3 là các role thời gian
+ MS1,MS2,MF,MB cuộn hút contacter MS1,MS2,MF,MB
+ 1PB,2PB,3PB,4PB là các nút ấn khởi động,dừng
+ MCB aptomat bảo vệ quá áp,ngăn mạch quá tải cho mạch điều khiển
+ AR1,AR2,AR3,AR4 là cuộn hút của contactor AR1,AR2,AR3,AR3
3.3.2. nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
Điều kiện hoạt động:
+ hệ thống cấp nguồn hoạt động bình thường
+ không xảy ra thấp áp, ngắn mạch
+không quá tải…
Nguyên lý hoạt động:
72
61
5
V1
U3
U2
U1
50Hz50Hz
Uo V Wo
A B
M
Khi đủ điên áp hoạt động >> đóng ELB ở mạch động lực, đóng MCB ở mạch điều khiển >> cuộn hút contacter AR4 có điện >> đóng tiếp điểm thường mở của AR4 và mở tiếp điểm thường đóng của AR4.
Khi ấn nút 1PB >> cuộn hút AR1 có điện đóng tiếp điểm AR1 ở vị trí U4 >> cuộn hút của AR5 có điện >> đóng tiếp điểm thường mơ của AR5 ở vị trí 15 >> cuộn hút MS1 và cuộn hút của rele thời gian T1 có điện >> đóng tiếp điểm thường mở MS1 và sau một thời gian theo thời gian đặt thì tiếp điểm thường mở của T1 ở vị trí 13 đóng >> cuộn hút AR2 có điện đóng tiếp điểm thường mở của AR2 ở vị trí 17.
Nếu công tắc chuyển mạch 3cos ở vị trí on >> cuộn AR3 có điện >> tiếp điểm AR3 ở vị trị 17 đóng duy trì điện áp cho AR3 và đóng tiếp điểm AR3 ở vị trí 36 >> cuộn hút relay T3 có điện >> sau thời gian đã đặt >>đóng tiếp điểm relay T3 ở vị trí 34 >> làm cho cuộn hút MB có điện
Khi MB có điện >> đóng tiếp điểm mạch động lực của MB mạch có nguồn 3 pha U,V,Z.khi MB có điện đồng nghĩa với việc tiếp điểm MB ở bị trí 31 mở,điều này dẫn đến cuộn hút ở MF bị mất điện dẫn đến mở tiếp điểm MF ở mạch động lực.
Tương tự như vậy,lúc mới ấn 1PB thì MS2 có điện khi thỏa mãn điều kiện AR2 có điên, MS1 mất điện, MB không có điện và AR4 có điện,điều này dẫn đến đóng tiếp điểm MS2 ở mạch động lực và như vậy động cơ được khởi động Y.khi chuyển mạch MS1 có điện và động cơ được khởi động Δ.
Các công tắc xoay chuyển mạch 2cos ,1cos,các nút ấn 3PB,4PB thực hiện điều chỉnh tốc độ được thực hiện bởi người vận hành khi chọn từng chế độ,lúc đó role trung gian CON sẽ thực hiện việc đóng mở các cặp tiếp điểm để thực hiện chế đô chuyển mạch giải quyết bài toán.
Khi muốn dừng >> ấn 2PB >> AR1 mất điện >> T1 mất điện >> AR 2 mất điện >> AR3 mất điện >> MB mất điện >> mở tiếp điểm MB ở mạch động lực và MS2 mất điện >> mở tiếp điểm MS2 ở mạch động lực dẫn đến ngăt động cơ ra khỏi nguồn .
Các role thời gian T1, T2, T3 đảm bảo mạch không hoạt động đột ngột dẫn đến các sự cố ngắn mạch , thấp áp trong quá trình hoạt động của máy.
Các bảo vệ có trong mạch:
+ bảo vệ ngắn mạch điều khiển MCB
73
+ bảo vệ ngắn mạch quá tải mạch động lực ELB
+bảo vệ thấp áp MB,MF,MS2,MS1
+ bảo vệ theo nguyên tắc thời gian bằng T1, T2, T3
+ bảo vệ quá nhiệt mạch điều khiển
3.4. bảo trì bảo dưỡng
Thực hiện bảo trì định kỳ động cơ ,bảo dưỡng hệ thống dầu bôi trơn,bảo dưỡng hệ thống dầu làm mát,bảo dưỡng hệ thống làm mát các thiết bị điện tử
Thực hiện bảo trì định kỳ nguồn phát điện,kiểm tra hệ thống lò xo,các bộ phận rung động của búa.
74
