Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố về máy đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xác định được các giá trị hợp lý của một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và năng suất khi sử dụng đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố về máy đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------- VŨ VĂN YÊN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ VỀ MÁY ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------- VŨ VĂN YÊN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ VỀ MÁY ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp MS: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TẤN QUỲNH HÀ NỘI, 2011
i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi đã nhận đƣợc nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Thầy giáo hƣớng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, ThS Phạm Văn Lý đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị. Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài. Trƣờng Cao đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp. Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận văn này đƣợc tính toán chính xác, trung thực và chƣa có tác giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đƣợc chỉ dẫn nguồn gốc. Hà Nội, tháng 6 năm 2011 Tác giả Vũ Văn Yên
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chƣơng 1 ........................................................................................................... 3 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 3 1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới ................ 3 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc ............. 13 Chƣơng 2 ......................................................................................................... 18 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 18 2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 18 2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 18 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 18 2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 21 2.4.1. Thí nghiệm thăm dò....................................................................... 21 2.4.2. Thực nghiệm đơn yếu tố ................................................................ 23 2.4.3. Thực nghiệm đa yếu tố .................................................................. 27 Chƣơng 3 ......................................................................................................... 35 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 35 3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đầm rung .............................. 35 3.2. Năng suất của máy đầm rung khi làm việc .......................................... 37 3.3. Chi phí năng lƣợng của máy đầm rung khi làm việc ........................... 37 Chƣơng 4 ......................................................................................................... 43 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................... 43 4.1. Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển ....................... 43 4.2. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 43
iii 4.2.1. Xác định thành phần hạt của đất .................................................. 43 4.2.2. Xác định độ ẩm của đất sử dụng làm thí nghiệm.......................... 45 4.2.3. Xác định độ chặt của đất............................................................... 46 4.2.4. Tiến hành thí nghiệm..................................................................... 48 4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 48 4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 51 4.4.1. Chi phí năng lượng riêng .............................................................. 52 4.4.2. Năng suất ...................................................................................... 57 4.5. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ............................................................... 62 4.5.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số đầu vào .................................................................................................... 62 4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ....................................................... 62 4.5.3. Xác định các thông số hợp lý ........................................................ 63 4.5.4. Vận hành máy với các thông số tối ưu .......................................... 67 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 69 Kết luận ....................................................................................................... 69 Khuyến nghị ................................................................................................ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 71 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy đầm bánh hơi PS200B 3 1.2 Máy đầm rung CS-433E 4 1.3 Máy đầm rung BW65H 4 1.4 Máy đầm bánh hơi Sakai TS30H 5 1.5 Máy đầm chân cừu của hãng Liugong 6 1.6 Máy đầm LG160 của hãng Dynapac 15 1.7 Máy đầm của hãng Sakai 16 1.8 Máy đầm hãng Tacom 16 2.1 Mô tả quá trình nghiên cứu thực nghiệm 22 3.1 Sơ đồ cấu tạo của máy đầm cóc 39 4.1 Thành phần hạt của đất theo tam giác Phêrê 49 4.2 Máy đo công suất Fluke 41B và biến tần VF-S9 52 4.3 Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi phí 58 năng lƣợng riêng 4.4 Đồ thị ảnh hƣởng của tần số đập tới chi phí năng lƣợng 60 riêng 4.5 Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi 63 năng suất 4.6 Đồ thị ảnh hƣởng của tần số đập tới năng suất 65
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Bảng mã hóa với ba thông số đầu vào 29 2.2 Ma trận thí nghiệm theo kế hoạch Hartley trƣờng 30 hợp có 3 thông số đầu vào 4.1 Thành phần hạt của đất làm thí nghiệm 48 4.2 Kết quả xác định độ ẩm 50 4.3 Kết quả xác định khối lƣợng thể tích của mẫu đất 51 ẩm  w (g/cm3) 4.4 Kết quả thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn của 51 đất 4.5 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 53 4.6 Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 53 4.7 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 54 4.8 Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 55 4.9 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 56 4.10 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 57 lƣợng riêng khi chiều dày lớp đất đầm 4.11 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 50 4.12 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 60 lƣợng riêng khi tần số đập thay đổi 4.13 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 61 4.14 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi năng suất 62 khi chiều dày lớp đất đầm 4.15 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 64 4.16 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất 65 khi tần số đập thay đổi 4.17 Mã hoá các thông số đầu vào 66 4.18 Kế hoạch thực nghiệm theo ma trận Hartley 66 4.19 Tổng hợp kết quả tính toán hàm chi phí năng lƣợng 67 theo ma trận Hartley 4.20 Tổng hợp giá trị tính toán hàm năng suất theo ma 68 trận Hartley
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Sau hơn hai mƣơi lăm năm đổi mới, kinh tế nƣớc ta đã có những bƣớc phát triển to lớn. Tổng sản phẩm trong nƣớc (GDP) năm 2010 theo giá thực tế gấp 3, 4 lần so với năm 2000; thu ngân sách, kim ngạch xuất khẩu gấp 5 lần so với năm 2000; GDP bình quân đầu ngƣời năm 2010 đạt 1.168 USD. Đất nƣớc ta thực hiện thành công bƣớc đầu công cuộc đổi mới, ra khỏi tình trạng kém phát triển; đời sống nhân dân đƣợc cải thiện rõ rệt. Chúng ta đã thu đƣợc những thành công lớn trong các chƣơng trình xoá đói giảm nghèo; nhất là các chƣơng trình 135, 132 của Chính phủ đã giải quyết đƣợc tình trạng nghèo tuyệt đối ở các địa bàn nông thôn. Theo đó, tỷ lệ hộ nghèo đã giảm ấn tƣợng trong 15 năm qua: từ 58,1% (năm 1993) xuống còn khoảng 11% (năm 2009). Khi đời sống kinh tế của đại bộ phận nhân dân không ngừng tăng lên, cái ăn, cái mặc không còn là mối lo của nhiều ngƣời, nhiều gia đình thì kiến thiết nhà cửa và xây dựng cơ sở hạ tầng đƣợc quan tâm phát triển. Ở nhiều nơi trên lãnh thổ Việt Nam, từ thành thị đến nông thôn, các công trình xây dựng nhà cửa, công trình thuỷ lợi công tình giao thông đƣợc triển khai từ nhiều nguồn đầu tƣ khác nhau. Những công trình xây dựng này đã làm cho bộ mặt đất nƣớc thay đổi không ngừng tạo công ăn việc làm cho hàng triệu lao động, góp phần rất lớn trong việc ổn định xã hội. Bất cứ công trình xây dựng nào thì nên móng là phần kết cấu quan trọng, quyết định lớn đến độ bền công trình. Trong công trình xây dựng nhà sự mất định, sự biến dạng của nền móng là nguyên nhân gây nứt các kết cấu bên trên nhƣ tƣờng, trần và nhiều khi còn gây nghiêng, đổ toà nhà. Trong xây dựng đƣờng, một vài năm gần đây yếu tố về độ bền và độ bằng phẳng của mặt đƣờng ngày càng cao thì vấn đề ổn định nền đƣờng càng đƣợc quan tâm vì
2 trong quá trình sử dụng đƣờng, sự biến dạng của nền đƣờng là nguyên nhân gây biến dạng và nứt áo đƣờng, đó là nguyên nhân chính làm cho mặt đƣờng không còn giữ đƣợc trạng thái bằng phẳng ban đầu. Để tạo khả năng chịu tải trọng của nền đất ngƣời ta sử dụng các thiết bị đầm nén khác nhau. Do ngành cơ khí xây dựng ở nƣớc ta chƣa đƣợc quan tâm và phát triển. hàng năm nƣớc ta phải chi 3-4 tỷ USD để nhập khẩu các loại máy xây dựng trong đó có các loại máy đầm khác nhau. Do các loại máy và thiết bị nhập khẩu đƣợc sản xuất ở nƣớc ngoài phù hợp với điều kiện làm việc ở các nƣớc sở tại, cho nên việc nghiên cứu nhằm xác định các thông số kỹ thuật hợp lý cho các thiết bị nhập khẩu khi làm việc ở điều kiện tự nhiên ở Việt Nam nhằm tăng năng suất lao động giảm chi phí là rất cần thiết. Chính vì vậy, đƣợc sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa sau đại học trƣờng Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố về máy đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng”.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới Trong công tác làm đất, đầm nén là một khâu then chốt quyết định chất lƣợng công trình và nguyên công cuối cùng của dây chuyền công nghệ thi công đất. Ở các nƣớc công nghiệp, đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại máy đầm khác nhau để phục vụ cho các công trình xây dựng, có nhiều hãng nổi tiếng nhƣ: Caterpillar (Mỹ) sản xuất các loại máy đầm bánh hơi PS150B, PS200B, PS300B…(hình 1.1) có công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung nhƣ CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.2) có công suất 70-153HP; Hãng Komatsu (Nhật) chế tạo các loại máy đầm rung mang nhãn hiệu JV06H, PV08H, JV16- 1, JV25-3, JV32-W,… các loại máy đầm rung này có lực rung lớn nhất từ 10- 25kN công suất từ 5-14,5HP; Hình 1.1. Máy đầm bánh hơi PS200B
4 Hình 1.2. Máy đầm rung CS-323c Hãng Nippon bomag (Nhật Bản) chế tạo các loại đầm rung nhƣ BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.3) có lực rung lớn nhất từ 20- 63kN, công suất từ 5-69,4HP; Hình 1.3. Máy đầm rung BW65H Hãng SAKAI HEAVY IND chế tạo các loại máy đầm bánh thép VM7706, VM7708, SW800, SH1508,WN140, K7606, KD200, R2,… có áp
5 lực từ 27-58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP. Các loại máy đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360…(hình 1.4), các loại máy đầm rung nhƣ SV6, SV 10, TV40, SV100… có lực rung lớn nhất 12-31KN, công suất từ 50-103HP… Hình 1.4. Máy đầm bánh hơi Sakai TS30H Hãng Ligong (Trung Quốc) sản xuất các loại xe lu rung CLG614, CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu bánh lốp CLG626R, xe lu chân cừu CLG614 (hình 1.5) có công suất 120- 175HP, lực rung 135-360kN. Việc lựa chọn loại máy đầm để sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ loại đất và tính chất cơ học của đất làm nền công trình, điều kiện làm việc khi thi công mặt bằng nằm dài trên tuyến hay tập trung tại một nơi, hiện trƣờng rộng rãi hay chật hẹp và tính năng kỹ thuật của thiết bị. Kinh nghiệm sử dụng máy đầm lèn đất ở các nƣớc công nghiệp tiên tiến cho thấy rằng [18]: Máy đầm tĩnh là loại máy đƣợc sử dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn giản, năng suất cao, giá thành tính trên 1m3 đất đƣợc đầm thấp hơn so với loại đầm khác với 80-85% khối lƣợng đầm lèn tại các công trình là do máy đầm
6 tĩnh thực hiện và 20-25% khối lƣợng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung, đầm lực động thực hiện. Hình 1.5. Máy đầm chân cừu của hãng Liugong Trong máy đầm tĩnh thì máy lu bánh thép đƣợc dùng phổ biến và có hiệu quả để đầm lèn mặt đƣờng đá dăm, đƣờng nhựa, cán mặt bằng các công trình nhà cửa, đầm các loại đất ít dính, đất lẫn đá… Máy lu trơn còn có nhƣợc điểm khi đầm, phía trƣớc bánh bị chèn bờ lƣợn sóng do đó tiêu hao nhiều công suất. Ứng suất tiếp xúc nhỏ 0,1-0,46MPa và giảm theo chiều sâu đầm, nên độ chặt của lớp đất phía dƣới không đạt đƣợc mức cần thiết. Chiều sâu đầm nhỏ h≤20cm đối với các máy có trọng lƣợng G=3-4 tấn. Hiện nay, để tăng hiệu quả đầm lèn, khắc phục nhƣợc điểm trên và tăng năng suất ngƣời ta lắp thêm một bánh phụ rung động vào giữa máy, phƣơng pháp này góp phần làm cho máy đầm nhẹ bớt mà vẫn đảm bảo chất lƣợng đầm [4]
7 Lu bánh hơi đƣợc sử dụng để đầm mọi loại đất có thể là đất khô cứng, đất có độ ẩm tƣơng đối lớn, đất dính, đất lẫn đá dăm… Lu bánh hơi làm việc hiệu quả khi chiều dài mặt bằng làm việc lớn hơn 100-150m. So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ƣu điểm sau: - Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đƣờng kính và chịu tải nhƣ nhau thì diện tích tiếp xúc của bánh lốp nhỏ hơn và ứng suất phân bố đều hơn lên mặt đất, ứng suất lớn nhất có thể đạt 0,197-1,05 MPa. - Đầm bánh lốp có thể thay ứng suất tiếp xúc lớn nhất bằng cách thay đổi tải trọng và áp suất không khí trong lốp nên có thể đầm các loại đất khác nhau. - Chiều sâu đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc, khi có cùng trọng lƣợng nếu diện tích tiếp xúc càng lớn thì chiều sâu đầm càng nhỏ. Do đó, chiều sâu đầm của lu bánh hơi lớn hơn nhiều chiều sâu đầm của lu bánh cứng có thể đạt tới 35-45cm. - Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao. Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để kéo thiết bị đầm có các vấu đầm hình chân cừu. Lu chân cừu thƣờng áp dụng ở những nơi mặt bằng thi công rộng, thƣờng dùng ở các công trình thuỷ lợi nhƣ đầm lèn ở đoạn kè, đê, đập đảm bảo độ chặt và độ ổn định của nền đắp tƣơng đối cao. Lu chân cừu có những ƣu điểm chính nhƣ: - Chiều sâu ảnh hƣởng đầm lớn do các vấu đầm tạo đƣợc ứng suất tập trung; - Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và năng suất đầm tƣơng đối cao; - Nền đắp gồm nhiều lớp đầm riêng biệt chồng lên nhau, vẫn đảm bảo đƣợc tính thống nhất. Tuy nhiên lu chân cừu còn bộc lộ một số nhƣợc điểm chính:
8 - Vận chuyển khó khăn; - Thích ứng với đất dính, dẻo. Độ ẩm đầm nén đƣợc qui định chặt chẽ; - Trong cùng một lớp đất đƣợc đầm thì phía dƣới chắc, phía trên mặt lỏng. Ở một số nƣớc còn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền công trình xây dựng. Đây là loại máy đầm dùng tải trọng xung kích để làm chặt đất. Máy đầm xung kích có hai kiểu chính là máy đầm xung kích kiểu búa và máy đầm xung kích kiểu quả lăn. Máy đầm rơi đƣợc dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá hay ƣớt quá theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m. Tuy nhiên máy đầm này có nhƣợc điểm cấu tạo phức tạp, giá thành một đơn vị cao, khoảng gấp 2 lần giá thành đầm 1m3 đất bằng các loại máy đầm tĩnh. Do đó nó đƣợc dùng ở những công trình có yêu cầu chất lƣợng cao nhƣ nhà máy thuỷ điện, khu công nghiệp hoặc các công trình quân sự và những nơi có địa điểm thi công chật hẹp. Máy đầm rung dùng để đầm đất hạt rời có kích thƣớc khác nhau, lực liên kết không lớn lắm nhƣng phải có độ ẩm cao nhƣ đất cát, đá lẫn cát, sỏi, đá vụn. Theo đặc tính làm việc của bộ phận công tác máy đầm rung có các kiểu nhƣ đầm bàn rung, lu rung, đầm cóc. Đầm bàn rung là một trong những loại đầm đƣợc dùng nhiều nhất, loại này cũng có 2 kiểu loại đầm bàn dùng tay kéo và loại tự hành. Loại dung tay kéo có kích thƣớc và khối lƣợng nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa bàn đầm với đất không quá 0,5m2, độ sâu đầm chỉ đạt 20cm. Máy đầm bàn rung tự hành có khối lƣợng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ƣu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh hƣởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh để phù hợp với độ ẩm,
9 đầm đƣợc nhiều loại đất. Nhƣng có nhƣợc điểm là khối lƣợng lớn, đòi hỏi công suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất lớn. Máy lu rung (còn gọi là đầm chấn động quả lăn), loại này có ƣu điểm là hiệu quả đầm cao, do trọng lƣợng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao công suất ít. Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau đƣợc sử dụng trong các công trình xây dựng ở các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣng nghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, công nghệ đầm luôn luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu. Trong 10-15 năm gần đây xu hƣớng nghiên cứu chế tạo ra các loại máy đầm nén có năng suất cao và có khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện thi công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén đƣợc nâng cao nhờ tăng vận tốc và tăng khối lƣợng bộ phận công tác. Theo hƣớng này, chi nhánh của Viện nghiên cứu giao thông St. Peterburg (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có khối lƣợng 36,6 tấn cho phép đầm nén các loại nền đất dính với chiều dày lớp đất 40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lƣợng 28 tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều sâu 50cm và năng suất 1200-1400m3/ca. Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi bằng cách lắp các bánh lu đặc biệt có áp suất cao đến 0,8Mpa, điều này cho phép tăng chiều dày đất đầm lên 1,3-1,5 lần so với bình thƣờng, tăng năng suất ca tới 20-30%. Trong công trình [13] các tác giả Jens Borg và Anders Engström khi nghiên cứu động lực học của máy đầm cóc LT70 của hãng Svedala Thuỵ Điển đã xây dựng đƣợc mô hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập đƣợc phƣơng trình chuyển động hệ ba bậc tự do. Nhờ phần mềm Matlab đã giải đƣợc phƣơng trình chuyển động đã xây dựng, xác định đƣợc giá trị của các phần tử trong phƣơng trình nhƣ độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc, gia tốc làm cơ sở xác định đƣợc các thông số hợp lý của máy đầm rung làm
10 việc hiệu quả nhất với tần số đập nằm trong giới hạn từ 10-15Hz cho biên độ dao động lớn nhất A=73mm. Trong công trình [17] tác giả Balasov. V.P và Petrovich. P.P (Nga) đã xác định chế độ làm việc hiệu quả của máy đầm rung khi đầm lèn nền công trình với hỗn hợp xi măng và các loại đất nền khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng thông số kỹ thuật của máy đầm rung khi đầm lèn nền đất cát với chiều dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc tự hành, thời gian đầm 7s độ chặt đạt đƣợc bằng 0,95.γct (γct - Độ chặt tiêu chuẩn) Nếu giảm vận tốc di chuyển của máy 2,5-1,5 (m/phút) thì độ chặt tăng lên 0,98-0,99.γct. Nếu giảm độ lớn của lực kích động xuống 1,5 lần thì giảm độ chặt của nền khoảng 1%. Khi đầm lèn đất nền là đất cát thành phần hạt là cát hoặc hỗn hợp cát và xi măng với hàm lƣợng nhỏ hơn 15% và chiều dày 0,25m; đất pha sét với chiều dày nhỏ hơn 0,12m có thể thực hiện bằng một lƣợng đầm. Độ chặt đất nền đạt đƣợc không thấp hơn 0,98.γct có thể thực hiện đƣợc ở điều kiện áp suất tĩnh không nhỏ hơn 1,0.104Pa, thời gian đầm 25-40s. Tỷ lệ giữa lực kích động và trọng lƣợng máy đầm rung nằm trong khoảng 4-6. Tần số đập hợp lý 40-60Hz. Trong công trình [20] các tác giả I.N.Glukhovxev và V.G.Xvetkov đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các loại lực đầm nén đến tính chất của vật liệu. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới tác dụng của rung động với tần số f=23Hz, biên độ A=2,5mm và gia tốc a=5,3.g (g- Gia tốc trọng trƣờng) cho phép làm chặt nền đất xi măng ở độ ẩm tối ƣu đến độ chặt 1,75g/cm3 (0,98.δmax) sau 90s; việc tăng thời gian rung không ảnh hƣởng đến độ chặt. Khi làm chặt nền xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lƣợt đầm 6, 8, 18, 24. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tăng số lƣợt đầm làm tăng độ chặt của nền, sau 24 lƣợt độ chặt đạt 0,99.δmax.
11 Trong công trình [18] tác giả U.M.Vaxiliev cho rằng yêu cầu về độ chặt của nền đƣờng trong những năm gần đây có xu hƣớng ngày càng nâng cao vì đòi hỏi chất lƣợng đƣờng ngày càng cao. Nền đƣờng đƣợc đầm nén đến hệ số Ky=1,05-1,10 và modun tính toán của đất nền nâng lên 1,5-2 lần so với tiêu chuẩn hiện tại. Tƣơng ứng với yêu cầu này thì chiều dày áo đƣờng có thể giảm đi 30-40% mà chi phí để làm áo đƣờng chiếm khoảng 50-70% giá thành của con đƣờng, còn chi phí cho việc đầm nén nền đƣờng chỉ chiếm 1,5-2,5% giá thành đƣờng. Từ đó, cho thấy rằng đầm nén với Ky cao tức là tăng độ chặt của nền đƣờng về mặt kinh tế là có lợi. Để thực hiện đƣợc yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm hạng nặng có khối lƣợng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa. Trong công trình [32] các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các phƣơng pháp đầm nén đến độ bền của nền đất dính. Để xác định đƣợc sự ảnh hƣởng của phƣơng pháp đầm nén đến độ chặt của nền đất ở trong phòng thí nghiệm các tác giả làm các mẫu thí nghiệm từ đất có thành phần á sét với các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới hạn dẻo Wp=13,23%. Độ ẩm tối ƣu Wop=12,88%, khối lƣợng thể tích lớn nhất γ=1,94g/cm3. Mẫu thí nghiệm đƣợc đầm chặt bằng 2 phƣơng pháp đầm tĩnh và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới tác dụng của lực động, ứng suất ở trong nền đất cao hơn khi đầm bằng lực tĩnh, dẫn đến liên kết giữa các hạt đất bền vững hơn. Ngoài những nghiên cứu về sử dụng máy đầm để làm chặt đất nền công trình còn có những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo đƣờng. Trong công trình [31] giáo sƣ I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một loại vật liệu bất kì bào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất đƣợc sinh ra
12 dƣới tác dụng của bộ phận công tác của máy đầm gắn với ứng suất giới hạn bền của vật liệu. Trong quá trình đầm lèn bê tông asphan, khi dung trọng (độ chặt) tăng lên và đạt (0,85÷0,96)γmax, đồng thời modul biến dạng của vật liệu sẽ tăng 5 lần, còn giới hạn bền sẽ tăng lên 3 lần. Khi giảm nhiệt độ từ 1100C xuống 600C, modun biến dạng tăng lên 8,5 lần và giới hạn bền tăng 2,5 lần. Khuyến cáo sử dụng máy đầm rung để đầm lèn áo đƣờng bê tông atphan nhƣ sau: Giai đoạn đầu cho máy chạy với chế độ tắt rung, giai đoạn trung gian cho máy chạy ở chế độ rung, giai đoạn cuối hoàn thiện phải dùng máy lu trơn. Những khuyến cáo này có ý nghĩa thực tiễn rất lớn trong thi công công trình giao thông ở Nga. Trong công trình [22] các tác giả M.P.Koctelov và L.M.Poxatski cho rằng đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan nóng là khâu công việc phức tạp nhất trong công tác thi công đƣờng. Sự phức tạp của khâu công việc này thể hiện ở chỗ chất lƣợng đầm lèn bê tông át phan nóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: kinh nghiệm và trình độ của công nhân, loại bê tông át phan, thiết bị sử dụng, tình trạng kỹ thuật của nền đƣờng… ngoài ra yêu cầu kỹ thuật đối với áo đƣờng vừa phải đảm bảo độ bền, độ chặt cao mà còn phải đạt độ nhẵn, phẳng của mặt đƣờng. Chất lƣợng của quá trình đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan chỉ đạt đƣợc yêu cầu khi tuân thủ khoảng nhiệt độ áo đƣờng thích hợp cho từng loại đầm: Máy đầm loại nhẹ bắt đầu làm việc hiệu quả ở 125-1100C, máy đầm loại trung làm việc hiệu quả ở nhiệt độ 85-1050C, máy đầm loại nặng làm việc ở nhiệt độ 70-850C. Sau khi khảo sát cho thấy, các loại máy đầm đƣợc chế tạo ở các nhà máy thuộc Bộ giao thông Nga chủ yếu là máy đầm 3 trục lăn, trong khi đó ở nƣớc ngoài chủ yếu sản xuất loại máy đầm 2 trục lăn. Máy đầm 2 trục lăn có nhƣợc điểm là vết lăn của trục lăn trƣớc và trục lăn sau không trùng nhau làm
13 cho số lần đầm lèn cần thiết phải tăng lên gấp 2 lần. Ngoài ra, do đƣờng kính trục lăn trƣớc nhỏ, chiều rộng bánh lăn sau nhiều khi không đáp ứng đƣợc yêu cầu của đầm nén áo đƣờng (độ chặt, bằng phẳng…) Tác giả khuyến cáo rằng đƣờng kính của trục lăn là một thông số kỹ thuật quan trọng của máy đầm và cần phải quan tâm trong quá trình tính toán cụ thể khi thiết kế máy đầm. Trong các công trình [23] [24] nghiên cứu sự ảnh hƣởng của bộ phận công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lƣợng đầm lèn áo đƣờng cho thấy, nếu chọn các kích thƣớc của trục lăn hợp lý thì khi đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan cho phép giảm chiều cao lƣợn sóng của mặt đƣờng phía trƣớc trục lăn và tạo ra đƣợc độ phẳng mặt đƣờng cao nhất. 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc Hiện nay, theo tổng công ty cơ khí xây dựng, ở nƣớc ta có tới 150.000 nhà thầu xây dựng, trong đó có khoảng 2.000 nhà thầu lớn và vừa đang hoạt động với hàng nghìn công trình lớn trên mọi miền đất nƣớc đƣợc thi công do đó nhu cầu về máy xây dựng là rất lớn. Tuy nhiên, do ngành cơ khí xây dựng là nhóm ngành sản xuất ra các loại máy móc hạng nặng, có cấu tạo phức tạp, kích thƣớc lớn, khối lƣợng thép lớn, chi phí vận chuyển và giá thành máy cao, bên cạnh đó chƣa đƣợc quan tâm của nhiều bộ ngành cho nên đến nay hầu hết các loại máy xây dựng chúng ta phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài. Có thể dễ dàng nhận thấy ở một số tỉnh, thành phố có hoạt động công nghiệp phát triển nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đồng Nai, Bình Dƣơng… hàng trăm các bãi bán máy xây dựng sôi động nhiều năm nay. Đối với các loại máy đầm nén đất, do đặc điểm tự nhiên và đất đá ở từng vùng khác nhau, qui mô xây dựng ở các công trình khác nhau cho nên có nhiều loại máy đầm đƣợc sử dụng, nhƣng phổ biến nhất là các loại máy đầm rung do tính ƣu việt và hiệu quả nổi bật của chúng [8].