Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của bộ công tác máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay do Việt nam chế tạo

Chia sẻ: Tần Mộc Phong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được thực hiện với mục tiêu nhằm nghiên cứu xác định được các thông số kỹ thuật hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) của bộ công tác máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay do Việt Nam chế tạo lắp trên cần trục bánh xích. Dựa trên các kết quả nghiên cứu thu được, luận án khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy trong điều kiện khai thác tại vùng đồng bằng Bắc Bộ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của bộ công tác máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay do Việt nam chế tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- NGUYỄN THÙY CHI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BỘ CÔNG TÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI KIỂU GẦU XOAY DO VIỆT NAM CHẾ TẠO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- NGUYỄN THÙY CHI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BỘ CÔNG TÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI KIỂU GẦU XOAY DO VIỆT NAM CHẾ TẠO Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS. TS. NGND. NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM 2: TS. NGUYỄN ĐÌNH TỨ HÀ NỘI - 2021
i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. NGND. Nguyễn Đăng Điệm và TS. Nguyễn Đình Tứ – Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã hướng dẫn, động viên giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo tại Bộ môn Máy xây dựng- Xếp dỡ, các nhà khoa học của Trường Đại học Giao thông Vận tải, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Trường Đại học Xây dựng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT,... đã giúp đỡ và góp ý cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình. Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Giao thông Vận tải, phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Cơ khí, Phòng Khoa học công nghệ, Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải cùng các phòng ban chức năng trong Nhà trường đã tạo điều kiện vật chất giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để đạt được kết quả mong muốn. Xin trân trọng cảm ơn tới Lãnh đạo Công ty Cổ phần Thương mại và Xây lắp Hợp Thành và Công ty TNHH Cơ khí Việt Sinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện đo đạc thực nghiệm thiết bị tại hiện trường để hoàn thành luận án này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình tôi đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều về mặt thời gian, ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần để giúp tôi hoàn thành luận án này. NGUYỄN THÙY CHI
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “ Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của bộ công tác máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay do Việt nam chế tạo” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tất cả những nội dung tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Tác giả luận án NGUYỄN THÙY CHI
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN .................................. xi DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... xii DANH MỤC HÌNH VẼ, ẢNH .............................................................................. xiv MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 7 1.1. Giới thiệu về công nghệ thi công cọc khoan nhồi và máy khoan cọc nhồi 7 1.1.1. Giới thiệu về địa chất ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ .................................... 7 1.1.2. Giới thiệu về công nghệ thi công cọc khoan nhồi..................................... 9 1.1.3. Giới thiệu về thiết bị thi công cọc khoan nhồi ........................................ 11 1.2. Tổng quan các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến luận án .......................................................................................................... 22 1.2.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu về động lực học của máy khoan cọc nhồi ........................................................................................................................... 22 1.2.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về phân tích, tối ưu hoá kết cấu của máy khoan cọc nhồi .......................................................................................... 25 1.2.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu về thiết kế, chế tạo máy khoan cọc nhồi tại Việt Nam ....................................................................................................... 35 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CỦA BỘ CÔNG TÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI KIỂU GẦU XOAY DO VIỆT NAM CHẾ TẠO ....................................................................... 40 2.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................... 40 2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực dẫn động bộ công tác của máy khoan cọc nhồi ............................................................................... 40 2.2.1. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thuỷ lực dẫn động động cơ thuỷ lực quay mâm khoan ............................................................................ 42 2.2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thuỷ lực ép mâm khoan ........................................................................................................................... 54
iv 2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học hệ thống truyền động thủy lực của máy khoan cọc nhồi ................................................ 63 2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của các tầng địa chất đến các thông số động lực học của hệ thống truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan ................................ 63 2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến các thông số động lực học của hệ thống truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan ......................... 66 2.3.3. Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến các thông số động lực học của xi lanh thủy lực ép mâm khoan ............................................................................. 70 Kết luận Chương 2 ................................................................................................. 73 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ THÔNG SỐ LÀM VIỆC HỢP LÝ CỦA GẦU KHOAN................................... 75 3.1. Tổng quan về bài toán tối ưu trong kỹ thuật ............................................ 75 3.1.1. Khái niệm về bài toán thiết kế tối ưu kết cấu.......................................... 75 3.1.2. Phương pháp giải bài toán phi tuyến hiện nay theo thuật toán tiến hóa vi phân (DE) .......................................................................................................... 76 3.2. Thiết lập và giải bài toán xác định các thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý của gầu khoan theo hàm chi phí năng lượng riêng ...................... 77 3.2.1. Phân tích mối quan hệ giữa các thông số kết cấu và thông số làm việc đến chi phí năng lượng riêng và năng suất .............................................................. 77 3.2.2. Giải bài toán xác định thông số kết cấu và làm việc hợp lý của gầu khoan theo hàm chi phí năng lượng riêng E ................................................................ 92 3.2.3. Khảo sát các thông số kết cấu và thông số làm việc của gầu................ 106 Kết luận Chương 3 ............................................................................................... 110 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY KHOAN CỌC NHỒI HITACHI CX500 ....... 111 4.1. Mục đích đo đạc thực nghiệm ................................................................... 111 4.2. Các thông số cần đo đạc, thực nghiệm ..................................................... 111 4.3. Trình tự đo đạc thực nghiệm .................................................................... 112 4.4. Lựa chọn đầu đo và thiết bị đo ................................................................. 113 4.4.1. Đầu đo áp suất (cảm biến áp suất) ........................................................ 113 4.4.2. Đầu đo lưu lượng .................................................................................. 114
v 4.4.3. Đầu đo hành trình đi xuống của gầu khoan .......................................... 115 4.4.4. Thiết bị ghi và xử lý tín hiệu ................................................................. 115 4.5. Đối tượng thực nghiệm .............................................................................. 116 4.6. Các bước tiến hành đo đạc ........................................................................ 116 4.7. Kết quả đo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu ........................................... 119 4.7.1. Xử lý kết quả đo thực nghiệm ............................................................... 119 4.7.2. Các trường hợp thực nghiệm................................................................. 120 4.8. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả lý thuyết ................................ 125 4.8.1. Các thông số động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan ......................................................................................................................... 125 4.8.2. Các thông số động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh ép mâm khoan ......................................................................................................................... 127 Kết luận Chương 4 ............................................................................................... 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ............... 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 133
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký Diễn giải Đơn vị hiệu nb1 Số vòng quay của trục bơm thủy lực 1 vòng/s nb2 Số vòng quay của trục bơm thủy lực 2 vòng/s nd1 Số vòng quay của trục động cơ thủy lực 1 vòng/s nd2 Số vòng quay của trục động cơ thủy lực 2 vòng/s Vb1 Lưu lượng riêng của bơm thủy lực 1 m3/vòng Vb2 Lưu lượng riêng của bơm thủy lực 2 m3/vòng Vd1 Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực 1 m3/vòng Vd2 Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực 2 m3/vòng [nb1 ] Tốc độ quay danh nghĩa của bơm thủy lực 1 vòng/s [nb2 ] Tốc độ quay danh nghĩa của bơm thủy lực 2 vòng/s [nd1 ] Tốc độ quay danh nghĩa của động cơ thủy lực 1 vòng/s [nd2 ] Tốc độ quay danh nghĩa của động cơ thủy lực 2 vòng/s [pb1 ] Áp suất danh nghĩa của bơm thủy lực 1 Pa [pb2 ] Áp suất danh nghĩa của bơm thủy lực 2 Pa [pd1 ] Áp suất danh nghĩa của động cơ thủy lực 1 Pa [pd2 ] Áp suất danh nghĩa của động cơ thủy lực 2 Pa pa Áp suất của dầu công tác trong nhánh cao áp Pa pt Áp suất của dầu công tác trong nhánh thấp áp Pa ηb1 Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực 1 ηb2 Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực 2 ηd1 Hiệu suất thể tích của động cơ thủy lực 1 ηd2 Hiệu suất thể tích của động cơ thủy lực 2 c1 Hiệu suất cơ khí của động cơ thủy lực 1 ηh1 Hiệu suất cơ khí của bộ truyền động rb1 Hệ số tổn thất lưu lượng ở bơm thủy lực 1 (m3/s)/Pa
vii rb2 Hệ số tổn thất lưu lượng ở bơm thủy lực 2 (m3/s)/Pa rd1 Hệ số tổn thất lưu lượng ở động cơ thủy lực 1 (m3/s)/Pa rd2 Hệ số tổn thất lưu lượng ở động cơ thủy lực 2 (m3/s)/Pa Qat Lưu lượng dầu qua van an toàn m3/s Qb Lưu lượng tổng của 2 bơm thủy lực m3/s Qb1 Lưu lượng của bơm số 1 m3/s Qb2 Lưu lượng của bơm số 2 m3/s Qd Lưu lượng tổng cần thiết qua 2 động cơ m3/s Qd1 Lưu lượng của động cơ số 1 m3/s Qd2 Lưu lượng của động cơ số 2 m3/s Qrb Lưu lượng rò rỉ của bơm thủy lực m3/s pat Áp suất cài đặt của van an toàn Pa kat Hệ số lưu lượng qua van an toàn m3/s Ea Biến dạng đàn hồi trong đường ống cao áp m3/Pa Vc Thể tích dầu công tác trong đường ống dẫn bằng cao su m3 Vkl Thể tích dầu công tác trong đường ống dẫn bằng kim loại m3 Ec Mô đun biến dạng đàn hồi của đường ống dẫn bằng cao su Pa Ekl Mô đun biến dạng đàn hồi của đường ống dẫn bằng kim loại Pa dc Đường kính trong của ống dẫn dầu bằng cao su m lc Chiều dài đường ống dẫn dầu bằng cao su m dkl Đường kính trong của ống dẫn dầu bằng kim loại m lkl Chiều dài đường ống dẫn dầu bằng kim loại m δc Chiều dày của đường ống cao su m δkl Chiều dày của đường ống kim loại m Elq Mô đun đàn hồi của dầu công tác MPa Qrd Lưu lượng rò rỉ của động cơ thủy lực m3/s Mqt1 Mô men quán tính của động cơ thủy lực 1 N.m Mqt2 Mô men quán tính của động cơ thủy lực 2 N.m Mc Mô men cản chuyển động quay trên gầu khoan N.m Mc1 Mô men cản chuyển động quay trên trục của động cơ thủy lực 1 N.m
viii Mc2 Mô men cản chuyển động quay trên trục của động cơ thủy lực 2 N.m Jm1 Mô men quán tính quy dẫn của hệ lên trục của động cơ thủy lực 1 kg.m2 Md1 Mô men dẫn động trên trục động cơ thủy lực 1 N.m Mms1 Mô men ma sát nhớt trong hệ thống thủy lực N.m fn Hệ số ma sát nhớt Vb Lưu lượng riêng của bơm số 3 m3/vòng Qxl Lưu lượng tiêu thụ của xi lanh m3/s A1 Diện tích tiết diện khoang cao áp của xi lanh ép m2 vxl Vận tốc dịch chuyển của xi lanh ép cọc m/s Qc Lưu lượng chất lỏng làm biến dạng hệ thống m3/s mqd Khối lượng quy dẫn về đỉnh piston kg mmâmquay Khối lượng của mâm quay kg mkelly Khối lượng của thanh kelly kg mgầu Khối lượng của gầu kg mđất Khối lượng của đất kg mben Khối lượng của Bentonite kg D Đường kính trong của xi lanh thuỷ lực ép mâm khoan mm d Đường kính cán piston ép mâm khoan mm H Hành trình xi lanh thuỷ lực ép mâm khoan mm Fc Tổng lực cản quy dẫn về cán xi lanh trong quá trình làm việc N E Năng lượng riêng trong một chu kỳ làm việc của máy kWh/m3 Q Năng suất của máy khoan cọc nhồi m3/h Q0 Năng suất yêu cầu đặt ra cho MKCN m3/h N Tổng công suất chi phí cho một chu kỳ làm việc của máy kW Vđ Thể tích khối đất đào được sau 1 chu kỳ làm việc m3 Tck Thời gian 1 chu kỳ làm việc s T1 Thời gian cắt và tích đất đầy gầu s T2 Thời gian kéo gầu lên khỏi hố khoan s T3 Thời gian quay gầu đến nơi cần đổ s T4 Thời gian xả đất khỏi gầu s
ix Thời gian quay gầu về hố khoan và hạ gầu xuống đáy hố T5 s khoan R Bán kính của gầu m Dg Đường kính của gầu m C Chiều dày phoi đất m ω Vận tốc góc của gầu khoan rad/s Hg Chiều cao gầu m N1 Công suất cắt và tích đất đầy gầu kW N2 Công suất kéo gầu lên khỏi hố khoan kW N3 Công suất quay gầu chứa đất từ hố khoan đến nơi đổ kW N4 Công suất quay gầu không trở về kW N5 Công suất của cặp xi lanh ép mâm khoan kW M1 Mô men cản cắt thuần túy do hệ lưỡi cắt ở đáy gầu sinh ra Nm M2 Mô men cản do quá trình tích đất vào gầu Nm Mô men cản khuấy do gầu và thanh Kelly quay trong dung M3 Nm dịch Bentonit gây ra Mô men cản do các lưỡi cắt thành bên gây ra (lưỡi cắt mở M4 Nm rộng hố khoan) Mô men cản sinh ra do ma sát giữa đáy gầu và lớp đất ở đáy M5 Nm hố khoan M6 Mô men cản do ma sát trong cụm ổ đỡ mâm khoan Nm K Hệ số cản đào thuần túy phụ thuộc vào cấp đất N/m2 φ Góc ma sát giữa răng gầu với nền đất Độ γ Góc trước của lưỡi cắt Độ β Góc sắc của lưỡi cắt Độ  Góc sau của lưỡi cắt Độ δ Góc cắt của lưỡi cắt Độ σ Giới hạn bền nén của đất N/m2 ρ Tỷ trọng đất N/m3 ρb Tỷ trọng của bùn bentonit N/m3
x g Gia tốc trọng trường m/s2 C1 Chiều rộng quy kết bản khuấy m R1 Cánh tay đòn của mỗi lưỡi cắt m P01 Lực cắt tiếp tuyến của 2 lưỡi cắt mở rộng hố khoan N Fao Lực dọc trục cần khoan N vxl Vận tốc dẫn tiến xi lanh m/s Hệ số ma sát giữa gầu với đất (thép – đất) trong dung dịch f khoan bentonit Gg Trọng lượng của gầu khoan N Gd Trọng lượng của đất N Gk Trọng lượng của toàn bộ cần khoan N Hn Lực ngang tác dụng lên ổ bi N V Lực dọc trục tác dụng lên ổ bi (lực theo phương đứng) N vK Vận tốc kéo gầu lên khỏi hố khoan (do cáp nâng thực hiện) m/s PK Lực kéo bộ công tác lên khỏi hố khoan N Mq Tổng mômen cản quay của máy N.m ωq Vận tốc góc khi quay máy rad/s Mb Mô men kháng ở mặt bên của gầu N.m Mt Mô men kháng ở mặt trên của gầu N.m Md Mô men kháng ở mặt dưới của gầu N.m i Số cá thể trong một thế hệ j Số biến độc lập Uj Giá trị biên lớn nhất và nhỏ nhất của biến j Lj Giá trị biên lớn nhất và nhỏ nhất của biến j
xi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN Ký hiệu Diễn giải NCS Nghiên cứu sinh ĐLH Động lực học TĐTL Truyền động thủy lực PTCĐ Phương trình chuyển động MKCN Máy khoan cọc nhồi
xii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hệ số cản đào thuần túy theo chiều sâu cọc ứng với tầng địa chất tại công trình thi công dự án đường Vành đai 2 đoạn Vĩnh Tuy-Minh Khai .......... 9 Bảng 1.2. Một số công trình tiêu biểu ở Việt Nam đã ứng dụng cọc khoan nhồi để gia cố nền móng trong vòng 30 năm trở lại đây ............................................ 11 Bảng 1.3. Một số loại thiết bị dùng để thi công cọc khoan nhồi đã có ở Việt Nam [47], [52], [53].......................................................................................... 12 Bảng 1.4. Thông số kỹ thuật của MKCN kiểu gầu xoay lắp trên cần trục bánh xích Hitachi CX500 [51] ................................................................................. 16 Bảng 1.5. Các thông số kỹ thuật của máy cơ sở CX500 .......................................... 17 Bảng 1.6. Bảng thông số một số loại gầu xoay tiêu chuẩn [55] .............................. 19 Bảng 1.7. Các thông số cơ bản của thanh kelly đã tính toán thiết kế ....................... 37 Bảng 2.1. Bảng các thông số chạy chương trình mô phỏng của động cơ thủy lực 1 quay mâm khoan ...................................................................................... 50 Bảng 2.2. Bảng các thông số chạy chương trình mô phỏng của xi lanh thủy lực ép mâm khoan ............................................................................................... 59 Bảng 2.3. Giá trị thay đổi của đường kính xi lanh ép mâm khoan D ....................... 70 Bảng 2.4. Khảo sát lực cản tác dụng vào xi lanh ép ................................................. 70 Bảng 3.1. Các thông số của nền đất thi công ........................................................... 94 Bảng 3.2. Các thông số kết cấu của gầu khoan ........................................................ 94 Bảng 3.3. Các thông số làm việc của gầu khoan ...................................................... 95 Bảng 3.4. Các thông số tính toán khác ..................................................................... 95 Bảng 3.5. Bảng tổng hợp kết quả tính toán các thông số kết cấu và làm việc của gầu khoan trên máy khoan cọc nhồi theo chi phí năng lượng riêng E nhỏ nhất với đường kính lỗ Dl= 1500 (mm) và K= 60000 (N/m2) của thế hệ thứ nhất. ............. 102 Bảng 3.6. Bảng tổng hợp kết quả tính toán các thông số kết cấu và làm việc của gầu khoan trên máy khoan cọc nhồi theo chi phí năng lượng riêng E nhỏ nhất với đường kính lỗ Dl= 1500 (mm) và K= 60000 (N/m2) của 50 thế hệ ...... 104 Bảng 3.7. Các thông số của lỗ và gầu khoan tiêu chuẩn [55] ................................ 106 Bảng 3.8. Bảng các thông số hợp lý của gầu phụ thuộc vào đường kính lỗ Dl xét cho cấp đất III (K=60000 N/m2) ................................................................... 107
xiii Bảng 3.9. Bảng tổng hợp các thông số của nền đất [24] ........................................ 107 Bảng 3.10. Bảng tổng hợp các thông số hợp lý của gầu theo cấp đất K, xét cho đường kính lỗ khoan Dl= 1500 mm .................................................................. 108 Bảng 3.11. Bảng tổng hợp giá trị vận tốc góc ω của gầu theo tính chất cơ lý của nền108 Bảng 4.1. Thông số đầu đo lưu lượng R5S7HK75 ................................................ 114 Bảng 4.2. Thông số đầu đo dịch chuyển HengStler ............................................... 115 Bảng 4.3. Bảng giá trị các thông số đo ứng với các tầng địa chất khác nhau. ....... 122 Bảng 4.4. Hệ số áp suất động dầu thủy lực cung cấp cho động cơ dẫn động mâm khoan trong quá trình khoan cọc............................................................ 126 Bảng 4.5. Hệ số áp suất động của xi lanh ép mâm khoan ...................................... 127
xiv DANH MỤC HÌNH VẼ, ẢNH Hình 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi ................................ 10 Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay lắp trên cần trục bánh xích Hitachi CX500 ................................................................................. 15 Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo của máy cơ sở CX500 ........................................................ 17 Hình 1.4. Cấu tạo gầu xoay của máy khoan cọc nhồi .............................................. 20 Hình 1.5. Sơ đồ truyền động cho mâm khoan của máy ........................................... 21 Hình 1.6. Mô hình động lực học của hệ vành dẫn hướng - đất ................................ 22 Hình 1.7. Hệ thống giá dẫn hướng của MKCN kiểu gầu xoay ................................ 23 Hình 1.8. Sơ đồ phân tích chuyển động giá dẫn hướng bộ công tác của MKCN kiểu gầu xoay ................................................................................................... 23 Hình 1.9. Sơ đồ mạch thuỷ lực của xi lanh điều chỉnh độ nghiêng giá dẫn hướng.. 24 Hình 1.10 Sơ đồ khối của chương trình Matlab Simulink ....................................... 24 Hình 1.11. Quá trình thay đổi lực trên cán piston của xi lanh thuỷ lực điều chỉnh độ nghiêng giá dẫn hướng theo thời gian tại các vị trí lắp đặt khác nhau ........ 24 Hình 1.12. Quá trình thay đổi lực ép của khớp bản lề tại điểm F ............................ 24 Hình 1.13. Sơ đồ mạch thuỷ lực của 1 loại máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay (RDR) .... 25 Hình 1.14. Sơ đồ trạng thái điển hình của máy khoan cọc nhồi............................... 26 Hình 1.15. Hệ TĐTL của hệ thống khoan kiểu gầu lai (hybrid) HDR .................... 26 Hình 1.16. Phân bố ứng suất trên giá dẫn hướng tại trạng thái lực nâng lớn nhất ........ 28 Hình 1.17.Chuyển vị của giá dẫn hướng tại trạng thái lực nâng lớn nhất ................ 28 Hình 1.18. Phân bố ứng suất của giá dẫn hướng ở trạng thái mô men xoắn cực đại 28 Hình 1.19. Chuyển vị của giá dẫn hướng ở trạng thái mô men xoắn cực đại............... 28 Hình 1.20. Sơ đồ cấu tạo của máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay ........................... 29 Hình 1.21. Lực tác dụng lên cần khoan trong trường hợp bộ tời chính đặt trên sàn máy ........................................................................................................... 29 Hình 1.22. Lực tác dụng lên cần khoan trong trường hợp bộ tời chính gắn với phần dưới của cần ............................................................................................. 29 Hình 1.23. Biểu đồ lực dọc trục và mô men xuất hiện trên cần khoan của máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay trong trường hợp bộ tời chính được đặt trên sàn máy ........................................................................................................... 30
xv Hình 1.24. Biểu đồ lực dọc trục và mô men xoắn xuất hiện trên cần khoan của máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay trong trường hợp bộ tời chính được gắn lên trên phần dưới của cần. ............................................................................ 30 Hình 1.25. Mô hình khảo sát động học gầu mở rộng đáy ........................................ 31 Hình 1.26. Mô hình xác định mô men cản do lực cản cắt đất gây ra ....................... 31 Hình 1.27. Giao diện xuất kết quả ............................................................................ 33 Hình 1.28. Sơ đồ phá vỡ đất đá bằng lưỡi cắt khi khoan xoay ................................ 35 Hình 2.1. Sơ đồ mạch thủy lực của máy khoan cọc nhồi lắp trên ............................ 41 cần trục Hitachi CX500 ............................................................................................ 41 Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống thủy lực dẫn động động cơ quay mâm khoan ................. 43 Hình 2.3. Mô hình động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động động cơ thủy lực quay mâm khoan ...................................................................................... 44 Hình 2.4. Sơ đồ mô men cản thay đổi theo thời gian ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm ............................................................ 51 Hình 2.5. Sơ đồ khối của chương trình mô phỏng động cơ thủy lực quay mâm khoan ..... 51 Hình 2.6. Áp suất dầu trong khoang cao áp của động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan .. 52 Hình 2.7. Vận tốc góc của động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan ........................ 52 Hình 2.8. Tổng công suất của động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan ................... 52 Hình 2.9. Tổng lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan ...... 53 Hình 2.10. Số vòng quay của mâm khoan ................................................................ 53 Hình 2.11. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực của xi lanh ép mâm khoan .......... 54 Hình 2.12. Mô hình nghiên cứu động lực học xi lanh thuỷ lực ép mâm khoan ....... 56 Hình 2.13. Sơ đồ khối chương trình mô phỏng xi lanh thủy lực ép mâm khoan .... 61 Hình 2.14. Áp suất dầu thủy lực trong xi lanh ép mâm khoan ................................. 61 Hình 2.15. Lực ép của xi lanh ép mâm khoan .......................................................... 62 Hình 2.16. Vận tốc của xi lanh ép mâm khoan ........................................................ 62 Hình 2.17. Sơ đồ mô men cản thay đổi theo thời gian ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm ............................................................ 63 Hình 2.18. Sơ đồ mô men cản thay đổi theo thời gian ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo cứng ............................................................ 63 Hình 2.19. Sơ đồ mô men cản thay đổi theo thời gian ứng với tầng địa chất sạn sỏi lẫn cát kết cấu rất chặt .............................................................................. 64
xvi Hình 2.20. Sơ đồ mô men cản thay đổi theo thời gian ứng với tầng địa chất cuội sỏi lẫn cát sạn đa màu, đa khoáng, kết cấu rất chặt ....................................... 64 Hình 2.21. Áp suất dầu trong động cơ dẫn động mâm khoan ứng với các tầng địa chất khác nhau ................................................................................................. 64 Hình 2.22. Số vòng quay của mâm khoan ứng với các tầng địa chất khác nhau ..... 64 Hình 2.23. Tổng lưu lượng cung cấp cho động cơ thủy lực tương ứng với các tầng địa chất khác nhau .................................................................................... 65 Hình 2.24. Tổng công suất động cơ dẫn động mâm khoan ứng với các tầng địa chất khác nhau ................................................................................................. 65 Hình 2.25. Mô men xoắn trên trục động cơ thủy lực ứng với các tầng địa chất khác nhau .......................................................................................................... 65 Hình 2.26. Áp suất dầu trong động cơ dẫn động mâm khoan ứng với các giá trị biến dạng đàn hồi khác nhau ........................................................................... 66 Hình 2.27. Số vòng quay của mâm khoan ứng với các giá trị biến dạng đàn hồi khác nhau .......................................................................................................... 67 Hình 2.28. Tổng lưu lượng cung cấp cho động cơ thủy lực tương ứng với các giá trị biến dạng đàn hồi khác nhau.................................................................... 67 Hình 2.29. Mô men xoắn trên trục động cơ thủy lực ứng với các giá trị biến dạng đàn hồi khác nhau ........................................................................................... 67 Hình 2.30. Tổng công suất động cơ dẫn động mâm khoan ứng với các giá trị biến dạng đàn hồi khác nhau ........................................................................... 68 Hình 2.31. Áp suất dầu trong động cơ mâm khoan ứng với các hiệu suất bơm khác nhau .......................................................................................................... 68 Hình 2.32. Số vòng quay của mâm khoan ứng với các hiệu suất bơm khác nhau ... 69 Hình 2.34. Mô men xoắn trên trục động cơ thủy lực ứng với các hiệu suất bơm khác nhau .......................................................................................................... 69 Hình 2.35. Tổng công suất động cơ dẫn động mâm khoan ứng với các hiệu suất bơm khác nhau ................................................................................................. 70 Hình 2.36. Áp suất dầu trong xi lanh ép mâm khoan khi đường kính xi lanh thay đổi...... 71 Hình 2.37. Lực ép mâm khoan khi đường kính xi lanh thay đổi.............................. 71 Hình 2.38. Vận tốc ép mâm khoan khi đường kính xi lanh thay đổi ....................... 71
xvii Hình 2.39. Áp suất dầu trong xi lanh ép mâm khoan khi thay đổi lực cản tác dụng vào xi lanh....................................................................................................... 72 Hình 2.40. Lực ép mâm khoan khi thay đổi lực cản tác dụng vào xi lanh ............... 72 Hình 3.1. Mô tả kích thước của gầu: Dg và Hg ......................................................... 80 Hình 3.2. Các thành phần lực và mô men tác dụng lên gầu khoan .......................... 81 Hình 3.3. Sơ đồ biểu diễn các góc của lưỡi cắt ........................................................ 82 Hình 3.4. Sơ đồ khi dùng lưỡi cắt mở rộng lỗ khoan ............................................... 84 Hình 3.5. Sơ đồ phoi đất với chiều dày C ................................................................ 88 Hình 3.6. Sơ đồ các thành phần mô men Mgh........................................................... 91 Hình 3.7. Thuật toán giải bài toán chi phí năng lượng riêng E theo phương pháp tiến hoá vi phân (DE) ...................................................................................... 93 Hình 3.8. Đồ thị quan hệ giữa vận tốc góc của gầu vào tính chất cơ lý của nền ... 109 Hình 4.1. Hình ảnh và thông số kỹ thuật của đầu đo áp suất 520.954S ................. 113 Hình 4.2. Đầu đo lưu lượng R5S7HK75 ................................................................ 114 Hình 4.3. Đầu đo dịch chuyển kiểu quay của hãng Coretech và HengStler .......... 115 Hình 4.4. Thiết bị thu thập tín hiệu NI-6009 .......................................................... 116 Hình 4.6. Chuẩn bị máy khoan cọc nhồi để thực nghiệm tại địa điểm khoan........ 117 Hình 4.7. Chuẩn bị thiết bị đo lưu lượng, áp suất, hành trình ................................ 117 Hình 4.8. Kết nối thiết bị đo với bộ công tác ......................................................... 118 Hình 4.9. Chạy thử không tải bộ công tác khoan và thiết bị đo ............................. 118 Hình 4.10. Thử nghiệm bộ công tác khoan tại Hà Nội .......................................... 119 Hình 4.11. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với trường hợp đo không tải tốc độ chậm ............................................................................ 120 Hình 4.12. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với trường hợp đo không tải tốc độ nhanh ........................................................................... 120 Hình 4.13. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm ................................................... 121 Hình 4.14. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu, xám vàng, xám trắng, trạng thái dẻo cứng .............. 121 Hình 4.15. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất sạn sỏi lẫn cát kết cấu rất chặt ...................................................................... 121
xviii Hình 4.16. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất cát hạt nhỏ lẫn sạn sỏi, kết cấu rất chặt ....................................................... 122 Hình 4.17. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất cuội sỏi lẫn cát sạn đa màu, đa khoáng, kết cấu rất chặt ............................... 122 Hình 4.18. Tổng công suất của 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm 123 Hình 4.19. Tổng công suất của 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu, xám vàng, xám trắng, trạng thái dẻo cứng................................................................................. 124 Hình 4.20. Tổng công suất của 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất cát hạt nhỏ lẫn sạn sỏi, kết cấu rất chặt .... 124 Hình 4.21. Tổng công suất 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất cuội sỏi lẫn cát sạn đa màu, đa khoáng, kết cấu rất chặt ...... 124 Hình 4.22. Áp suất dầu thủy lực trong xi lanh ép mâm khoan ............................... 125 Hình 4.23. Dịch chuyển của mâm khoan ............................................................... 125 Hình 4.24. Biểu đồ so sánh áp suất dầu trong nhánh cao áp cung cấp cho động cơ thủy lực (tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm, độ sâu từ 26m – 32,5m) .................................................................................................... 126 Hình 4.25. Biểu đồ so sánh tổng lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực (tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm, độ sâu từ 26m – 32,5 m) ........................................................................................................... 126 Hình 4.26. Biểu đồ so sánh áp suất dầu trong xi lanh ép mâm khoan ................... 127 Hình 4.27. Biểu đồ so sánh dịch chuyển của mâm khoan ...................................... 127