Giáo trình môn Máy xây dựng - Trường trung cấp Cầu đường và dạy nghề
GIÁO TRÌNH MÔN
MÁY XÂY DỰNG
Ngày nay trong cơ chế mở cửa, ngành xây dựng ở nước ta đã và đang được các nước trên thế giới Liên doanh xây dựng các công trình, với qui mô, chất lượng ngày càng cao. Hiện nay ở nước ta đã và đang áp dụng nhiều công nghệ mới và sử dụng thiết bị thi công tiên tiến của nhiều nước trên thế giới với nhiều chủng loại hết sức đa dạng và phong phú.
Để đáp ứng nhu cầu học tập cho học viên đạt hiệu quả cao hơn. Chúng tôi có dịp nâng cấp cuốn giáo trình này trên cơ sở có sửa chữa và bổ sung nhiều vấn đề mới .
Giáo trình "Máy xây dựng" được biên soạn theo nội dung, chương trình đã được duyệt. Nhằm giới thiệu các khái niệm cơ bản về chi tiết máy, về cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại máy xây dựng thường được sử dụng trong thi công cầu đường.
Sách còn giới thiệu về phạm vi sử dụng, ưu, khuyết điểm chính của các chi tiết và một số cơ cấu chính của các máy thông thường, các phép tính cơ bản trong việc tính toán năng suất máy...đồng thời cũng trình bày một số vấn đề chung về bảo dưỡng, sửa chữa máy và qui tắc an toàn trong sử dụng máy.
1 - Lịch sử phát triển
Từ đầu thế kỷ XIX khi động cơ hơi nước ra đời đồng thời cũng xuất hiện máy móc xây dựng .
- Năm 1812 đã xuất hiện máy nạo vét lòng sông
- Năm 1836 máy xúc có dung tích gầu q = 1.14m3 và năng suất (30 - 40) m3/h ra đời .
Tiếp theo là máy trộn bêtông, thang máy...chạy bằng động cơ hơi nước được sản xuất.
Khi động cơ đốt trong, động cơ điện, khí nén...được chế tạo thì máy móc xây dựng cũng được hoàn thiện theo và đạt tới trình độ hoàn hảo.
Ở nước ta, từ chỗ chỉ có vài chục máy lu hơi nước và máy trộn bêtông do Pháp để lại từ 1954, đến nay lực lượng máy xây dựng trong toàn quốc đã có khoảng 100 nghìn máy và thiết bị các loại. Các máy xây dựng này chủ yếu được trang bị cho các nghành thuộc Bộ xây dựng, Bộ giao thông vận tải và Bộ thuỷ lợi, số còn lại nằm rải rác trong các nghành kinh tế khác.
2 - Nội dung chương trình
Đối với học viên ngành xây dựng Cầu - Đường nói riêng và học viên các ngành không chuyên nói chung. Môn học máy xây dựng cung cấp những kiến thức cơ bản về nguyên lý, cấu tạo, các đặc tính kỹ thuật chủ yếu, các tính năng tác dụng, phạm vi ứng dụng của các loại máy xây dựng. Đồng thời biết tính toán một số thông số cơ bản như năng suất, công suất, biết quản lý, chăm sóc sơ bộ một số loại máy xây dựng.
Vì vậy trong giáo trình này trình bày 7 chương cơ bản.
Chương 1: Trong chương này ta chỉ nghiên cứu các khái niệm chung về máy xây dựng, đồng thời nêu lên các cách phân loại máy xây dựng.
Chương 2, 3, 4, 5, 6, 7: ở các chương này ta tìm hiểu các loại máy xây dựng mà chúng ta thường gặp khi thi công Cầu - Đường. Tìm hiểu về nguyên lý, cấu tạo, khả năng sử dụng, phạm vi ứng dụng của chúng vào các công việc khác nhau trong xây dựng Cầu - Đường. Hiểu biết sơ bộ về kỹ thuật bảo dưỡng, an toàn trong sử dụng máy xây dựng.
CHƯƠNG 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1.1. Ý nghĩa vấn đề cơ giới hoá và tình hình trang bị máy xây dựng ở Việt Nam
Trong thi công xây dựng các công trình công nghiệp, đường sá, cầu cống, sân bay, hải cảng hoặc đê đập…việc nâng cao năng lực và hiệu quả sử dụng các trang thiết bị và phương tiện cơ giới đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao chất lượng công trình, đẩy nhanh tiến độ thi công, nâng cao năng suất, đem lại hiệu quả kinh tế và cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động.
Trong những năm vừa qua, nước ta đã nhập và chế tạo thêm nhiều thiết bị máy móc với chủng loại khác nhau, tỷ lệ trang bị phương tiện cơ giới và khối lượng khai thác tương đương với nhiều nước trong khu vực. Tính cho đến nay cả nước có khoảng 50.000 máy móc xây dựng, tập trung chủ yếu ở 3 Bộ lớn: Bộ xây dựng, Bộ giao thông, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn ngoài ra còn có ở Bộ Quốc phòng và các đơn vị thi công chuyên ngành đường sắt và các cảng.
Các máy xây dựng chủ yếu là nhập ngoại từ các nước XHCN cũ, TBCN thông qua các nguồn viện trợ cho nhiều hạng mục công trình nên rất đa dạng về chủng loại.
Từ năm 1997 đến nay do nhu cầu xây dựng ngày càng lớn mà có nhiều công nghệ thi công mới đã được thâm nhập vào nước ta; vì vậy ngoài các máy truyền thống như máy ủi, máy đào, máy san, máy gia công đá…chúng ta còn có nhiều các loại máy thi công chuyên dùng thế hệ mới như các trạm trộn bê tông nhựa nóng (BTNN), máy rải thảm mặt đường, máy khoan cọc nhồi, các thiết bị lao lắp và đúc dầm phục vụ công tác thi công cầu….
Trong lực lượng các máy xây dựng và xếp dỡ hiện đang khai thác ở nước ta có những máy hiện đại, có công suất lớn được sử dụng để khai thác các công trình tập trung cỡ lớn như công trình xây dựng các nhà máy thuỷ điện, thuỷ lợi, các khu công nghiệp, các cầu, cảng….ví dụ, chúng ta đã có máy ủi vạn năng công suất 410, 620 mã lực như máy D355A và D455A của hãng KIMATSU Nhật Bản, máy đào 1 gầu dung tích lớn hơn 1m3 của hãng CATERPILLER, Đức, Hàn Quốc…Trong lĩnh vực xây dựng cầu ngày nay chúng ta cũng đã được trang bị các thiết bị để thi công theo công nghệ mới hiện đại: dàn xe đúc hẫng Mỹ, Italia, xe lao dầm 33m, các loại cần trục nổi, cần trục bánh xích có tải nâng từ 50 – 80 tấn… trạm trộn bêtông xi măng năng suất 30 – 200m3/h, máy bơm bêtông năng suất 50 – 60m3/h….
1.2. Công dụng, phân loại tổng thể máy xây dựng
Máy xây dựng là danh từ chung chỉ các máy và thiết bị phục vụ cho công tác xây dựng cơ bản: dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải, cảng, thuỷ lợi.... Do vậy Máy xây dựng có rất nhiều chủng loại và cũng rất đa dạng. Để thuận tiện cho việc nghiên cưú, lựa chọn và ứng dụng trong thi công các công trình, người ta phân loại Máy xây dựng theo tính chất công việc hay công dụng mà phân chia thành các nhóm sau :
a, Tổ máy phát lực: Để cung cấp động lực cho các máy khác làm việc, thường là những tổ máy Diezel, Điện, Nén khív..v.. Các tổ máy này lại do động cơ đốt trong hoặc động cơ điện cung cấp năng lượng .
b, Máy vận chuyển: Để vận chuyển vật liệu và hàng hoá người ta phân ra:
- Máy vận chuyển ngang: hướng vận chuyển song song với mặt đất, di chuyển trên đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, đường không .
- Máy vận chuyển theo phương đứng hay lên cao còn gọi là máy nâng chuyển: kích, tời, palăng, thang tải, cần trục, cổng trục....
- Máy vận chuyển liên tục: hướng vận chuyển có thể ngang, nghiêng, thẳng đứng nhưng đặc điểm là được vận chuyển thành một dòng liên tục: băng tải, gầu tải, vít tải....
c, Máy làm đất: gồm các loại máy phục vụ cho công việc thi công khai thác đất, đá, than, quặng như: máy đào đất, máy đào - chuyển, máy đầm đất ...
d, Máy gia công đá: phục vụ cho việc nghiền, sàng phân loại và rửa đá, sỏi, quặng, cát .
e, Máy phục vụ cho công tác bêtông và bêtông cốt thép: phục vụ việc trộn, vận chuyển bêtông và đầm bêtông
g, Máy gia công sắt thép: phcụ vụ cho việc cắt, uốn, kéo, hàn cốt thép.
h, Máy gia cố nền móng: gồm các loại máy đóng cọc, ép cọc, khoan cọc nhồi, cắm bấc thấm ...
i, Các máy và thiết bị chuyên dùng cho công tác thi công đường bộ, đường sắt và công trình cầu: như máy đặt ray, máy rải thảm, máy thi công lao lắp cầu….
j, Máy và thiết bị chuyên dùng cho từng ngành: như máy hoàn thiện, máy cắt mối bêtông, máy sản suất gạch, ngói, xi măng....
Ngoài các cách phân loại như trên, người ta còn phân loại Máy xây dựng theo nguồn động lực (máy dẫn động bằng động cơ đốt trong, điện, thuỷ lực...); theo hình thức bộ di chuyển (bánh lốp, bánh xích, bánh sắt...); theo phương pháp điều khiển bộ công tác (cơ khí, thuỷ lực, khí nén, điện từ …) ….
Dù dưới hình thức nào, yêu cầu chung đối với MXD cũng cần phải đáp ứng được một số yêu cầu chính sau:
+ Về năng lượng: động cơ cần có công suất hợp lý, tuổi thọ cao.
+ Về kết cấu và công nghệ: máy phải có kích thước nhỏ, gọn, dễ di chuyển và thi công trong mọi địa hình, có công nghệ chế tạo tiên tiến.
+ Về khai thác: đảm bảo được năng suất và chất lượng trong các điều kiện nhất định, có khả năng làm việc cùng máy khác; việc bảo dưỡng, sửa chữa không quá phức tạp.
+ Phải có tính cơ động cao, năng lực thông qua lớn, dễ điều khiển, tháo lắp và vận chuyển; sử dụng an toàn, dễ tự động hoá quá trình điều khiển.
+ Không gây ô nhiễm môi trường và vùng dân cư lân cận.
+ Về kinh tế: có giá thành đơn vị sản phẩm thấp, năng suất cao, chất lượng tốt.
1.3. Các hệ thống cơ bản của máy xây dựng.
Mỗi máy xây dựng được coi là một hệ thống mà nó bao gồm các bộ phận chính sau:
1- Thiết bị động lực
2- Hệ thống truyền động
3- Cơ cấu công tác
4- Hệ thống di chuyển
5- Cơ cấu quay
6- Hệ thống điều khiển
7- Khung và vỏ máy
8- Các thiết bị phụ: như thiết bị an toàn, chiếu sáng, tín hiệu …
Ngày nay trên các máy xây dựng hiện đại còn lắp cả thiết bị vi tính để xử lý số liệu và điều khiển tự động quá trình làm việc của máy.
Tuỳ theo chức năng và yêu cầu công tác mà một máy có thể có đầy đủ các bộ các bộ phận nói trên hoặc chỉ có một vài bộ phận, trong đó các bộ phận của máy thường được thể hiện trên ''Sơ đồ cấu tạo'' nhằm giới thiệu về kết cấu của máy và trên các “ Sơ đồ động học” thẻ hiện mối liên hệ giữa các phần tử của hệ dẫn động máy mà chúng ta sẽ đề cập ở các phần cụ thể.
1.3.1. Thiết bị động lực
- Thiết bị động lực ta hiểu là động cơ ban đầu trong máy, từ đó rút ra nguồn năng lượng cho máy hoạt động. Động lực dùng cho máy xây dựng có thể ở dạng:
+ Máy nổ (động cơ đốt trong).
+ Máy điện (động cơ điện).
+ Động lực phối hợp, thường là điezel-máy điện hoặc điezel-máy thuỷ lực….
1 - Động cơ đốt trong
a, Khái niệm chung: Là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình cháy của nhiên liệu, quá trình toả nhiệt và quá trình biến đổi một phần nhiệt năng này thành cơ năng được tiến hành ngay trong xi lanh động cơ.
b, Phân loại: Động cơ đốt trong có nhiều loại song căn cứ vào một số đặc điểm người ta phân loại để dễ nhận biết trong quá trình sử dụng:
- Căn cứ vào nhiên liệu sử dụng: xăng, điêzel
- Căn cứ vào chu trình công tác: 2 kỳ, 4 kỳ.
c , Cấu tạo chung của động cơ đốt trong: Gồm: Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền, cơ cấu phối khí, hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa (chỉ có ở động cơ xăng ), hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động.
d, Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ:
- Kỳ ( thì ): Một phần chu trình công tác sảy ra khi Piston chuyển động từ điểm chết này tới điểm chết khác gọi là một kỳ.
- Động cơ 4 kỳ: Là loại động cơ mà chu trình công tác của nó được hoàn thành sau 4 hành trình của Piston ứng với 2 vòng quay của trục khuỷu.
e , Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ :
- Kỳ nạp: Piston đi từ điểm chết trên đến điểm chết dưới xupáp nạp mở ra xupáp thải đóng lại; do Piston đi xuống nên áp suất trong xi lanh giảm (có độ chân không nhất định) do đó hỗn hợp cháy (không khí và nhiên liệu) từ bộ chế hoà khí đi vào xi lanh động cơ. Kết thúc quá trình nạp áp suất trong xi lanh vẫn nhỏ hơn áp suất khí trời. Do sự cản trở của bầu lọc không khí và đường ống nạp.
