Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-------o0o-------

NGUYỄN NGỌC TRUNG

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY

LỰC DI CHUYỂN BƯỚC TRONG THI CÔNG CÁC CÔNG

TRÌNH XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Mã số: 9520116

TÓM TẮT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018

Luận án hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.NGND. Nguyễn Đăng Điệm

PGS.TS. Lê Quang Hanh

Phản biện 1:....................................................

Phản biện 2:....................................................

Phản biện 3:....................................................

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại

................................................................................................................

vào hồi ........ giờ ........ ngày ........ tháng ........ năm ........

Có thể tìm hiểu luận án tại:.........................................................

1

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài

Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước là thiết bị phục vụ việc ép các loại cọc bêtông cốt thép đúc sẵn hay các loại cọc thép vào trong nền móng với nhiều ưu

điểm. Hiện nay, hầu hết các chủng loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước đang được sử dụng đều được nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí khá cao. Các đơn vị sản xuất trong nước chưa có nhiều cơ sở khoa học để tính toán, thiết kế

và chế tạo loại thiết bị này. Một trong những vấn đề cần quan tâm là việc nghiên cứu động lực học của máy ứng với các trạng thái làm việc điển hình như quá trình cẩu cung cấp cọc, quá trình ép cọc và quá trình di chuyển máy sẽ làm

cơ sở khoa học cho việc tính toán, thiết kế tối ưu thiết bị dựa trên cơ sở tính toán động, tính toán mỏi, tuổi thọ và ổn định của thiết bị, đồng thời cũng cho phép khuyến nghị được các thông số kỹ thuật hợp lý (thông số kết cấu và thống

số làm việc), tăng hiệu quả trong thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị trong nước. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam” được đặt ra là một yêu cầu cấp thiết. 2. Mục tiêu của đề tài Đề tài nghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước

trong điều kiện thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam để tìm ra quy luật thay đổi của các thông số động lực học trong các trường hợp làm việc điển hình của máy. Dựa trên các kết quả nghiên cứu đã thu được, luận án khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy theo quan điểm động lực học.

Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có ích cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo cũng như khai thác sử dụng máy ép cọc di chuyển bước ở Việt Nam. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước sử dụng trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam.

b) Phạm vi nghiên cứu: Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước có lực ép 400 – 1000 Tấn sử dụng trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam. 4. Nội dung nghiên cứu

2

- Nghiên cứu tổng quan về các vấn đề liên quan đến luận án. - Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong các quá trình cung cấp cọc, quá trình ép cọc và quá trình di chuyển máy. - Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. - Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án a. Ý nghĩa khoa học: - Tác giả đã nghiên cứu xây dựng bài toán động lực học của máy ép cọc

thủy lực di chuyển bước khi hệ thống cần trục cung cấp cọc làm việc và nghiên cứu xây dựng bài toán động lực học của các phần tử thủy lực thuộc máy ép trong quá trình ép cọc và di chuyển máy. Nghiên cứu này giúp cho việc xác

định các thông số động lực học của mô hình trong quá trình cung cấp cọc như chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực căng cáp động, lực động tác dụng vào các chân chống máy và trong quá trình ép cọc, di chuyển máy như áp suất động, vận tốc,

lưu lượng, độ dịch chuyển của cọc và máy. Từ đó, đã đưa ra các giá trị hệ số động tương ứng với các quá trình làm việc của máy. Các kết quả nghiên cứu thu được đóng góp một phần có ích cho việc tính toán, thiết kế tối ưu thiết bị dựa trên cơ sở tính toán động, tính toán mỏi, tuổi thọ và ổn định của thiết bị.

- Quá trình thực nghiệm trên một máy ép cọc thủy lực di chuyển bước đang làm việc tại công trường với các thiết bị đo đạc hiện đại và qui trình thực

nghiệm hợp lý đã khẳng định được độ tin cậy của mô hình lý thuyết và là cơ sở để xây dựng phương pháp thực nghiệm trên các loại máy ép cọc thủy lực khác. - Tác giả đã xây dựng được chương trình mô phỏng của máy ép cọc thủy lực

di chuyển bước trong trường hợp làm việc tổng quát và các trường hợp điển hình. Bằng các chương trình mô phỏng đó, luận án đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học của máy và từ đó khuyến nghị các thông

số kỹ thuật hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo quan điểm động lực học. b. Ý nghĩa thực tiễn:

- Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể giúp cho các đơn vị chế tạo hay khai thác máy ép cọc thủy lực di chuyển bước tham khảo trong việc cải tiến thiết kế, chế tạo ra các máy ép cọc thủy lực có chỉ tiêu kính tế - kỹ thuật cao.

3

- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có ích phục vụ cho công tác đào tạo thuộc lĩnh vực máy ép cọc thủy lực. 6. Điểm mới của luận án - Luận án đã xây dựng được mô hình ĐLH máy ép cọc thủy lực di chuyển

bước ở các trường hợp làm việc điển hình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp và vừa nâng cọc vừa quay bằng mô hình ĐLH trong không gian. Đồng thời, luận án cũng đã xây dựng được mô hình ĐLH hệ thống TĐTL của cơ cấu kẹp cọc,

ép cọc và di chuyển dọc máy. Ứng dụng thành công phần mềm Matlab- Simulink đề giải phương trình chuyển động phi tuyến nhiều bậc tự do. - Luận án đã xác định được các đặc trưng dao động, lực căng cáp động, lực

động tác dụng vào các chân máy theo góc quay của mâm quay, áp suất động trong các xi lanh thủy lực, hệ số động ứng với các trường hợp làm việc bất lợi của loại máy ép cọc nghiên cứu.

- Tiến hành thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước làm việc theo điều kiện thực tế với các trường hợp làm việc điển hình của máy như nâng cọc có kể đến độ chùng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc và di chuyển dọc của máy.

- Luận án đã xây dựng qui trình các bước xác định thông số kỹ thuật hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng

ở Việt Nam theo quan điểm động lực học và xác định được bộ thông số hợp lý (thông số kết cầu và thông số làm việc) của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ86B (Bảng 4.12). Quy trình này cũng có thể áp dụng cho loại máy ép cọc

thủy lực di chuyển bước khác. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Máy ép cọc thuỷ lực di chuyển kiểu bước thích hợp thi công với các công

trình xây dựng dân dụng, xây dựng các công trình cầu vượt. Máy thường sử dụng để ép các loại cọc có đường kính vừa và lớn, quá trình ép - hạ cọc xuống

nền đất yếu bằng lực ép tĩnh do các xi lanh thủy lực tạo ra (thường sử dụng ép cọc bê tông cốt thép). Ngoài ra, máy còn có khả năng tự cung cấp cọc nhờ một cần trục được trang bị trên máy, cần trục này cũng được sử dụng để tự tháo lắp và vận chuyển các thiết bị của máy ép (trừ một số bộ phận). Cọc được ép xuống

4

nền tạo thành các đài cọc, áp lực từ công trình truyền xuống các đài cọc, thông qua đó truyền tới nền đất cứng.

Hình 1.3. Hình ảnh máy ép cọc thủy lực di chuyển kiểu bước

Hình 1.5. Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước 1- Chân thuyền; 2- Sàn công tác; 3- Cabin điều khiển bộ máy ép, bộ máy di

chuyển; 4- Xi lanh chân máy; 5- Dầm gia tải; 6- Khung ép; 7- Xi lanh ép; 8- Cần trục cung cấp cọc; 9- Dầm liên kết chân máy; 10- Cụm bánh sắt. Nguyên lý làm việc: Cọc từ bãi cọc được cần trục dạng ống lồng (8) cẩu lên

đưa vào trong hộp kẹp cọc. Cọc sau khi được kẹp chặt bằng các xi lanh thuỷ lực, các xi lanh ép cọc (7) sẽ đẩy hộp kẹp cọc cùng cọc đi xuống, nhờ đó cọc được đi sâu vào trong lòng đất. Sau khi hết hành trình của xi lanh ép, xi lanh

kẹp cọc sẽ co lại để nhả má kẹp, đồng thời điều khiển cho các xi lanh ép co lại, kéo cả hộp kẹp cọc đi lên. Tiếp tục, điều khiển xi lanh kẹp kẹp chặt cọc và ép cọc đi xuống. Khi kết thúc quá trình ép cọc tại một vị trí, máy ép cọc sẽ di

5

chuyển đến vị trí ép cọc mới, quá trình di chuyển này được thực hiện nhờ các xi

lanh thủy lực với 2 xi lanh bố trí dọc máy, 2 xi lanh bố trí ngang máy và 4 xi lanh bố trí theo phương thẳng đứng (4). Bằng việc kết hợp các xi lanh thủy lực này mà máy có thể di chuyển tiến, lùi, sang trái, sang phải hoặc quay.

1.2. Tổng quan các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến luận án 1.2.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu về kết cấu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước

Đã có nhiều công trình của các nhà khoa học Trung Quốc, Hungary, Việt Nam và các nước khác nghiên cứu về kết cấu thép đã được trình bày trong các

tài liệu [33], [49], [52], [58], [61], [62],... Từ các công trình nghiên cứu này NCS đã nhận thấy: các công trình nghiên cứu về kết cấu thép mà các tác giả đã đề cập chủ yếu tính toán, thiết kế trên quan điểm tĩnh học. Hiện vẫn chưa có

công trình nào nghiên cứu các lực động phát sinh trong quá trình làm việc của máy, từ đó làm cơ sở cho việc tính toán kết cấu thép theo quan điểm động lực học.

1.2.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước a) Nghiên cứu động lực học cần trục

Trên thế giới và trong nước đã có nhất nhiều công trình nghiên cứu về động lực học cần trục, các nhà khoa học của Bonia, Ba Lan, Korea và các ngước khác nghiên cứu về lĩnh vực này được thể hiện trong các tài liệu [38], [40], [44],...

Qua các nghiên cứu này, tác giả nhận thấy các kết quả nghiên cứu tập trung phân tích quỹ đạo chuyển động của hàng, lực phát sinh trong các khâu, khớp và phân tích tần số dao động. Tuy nhiên, việc nghiên cứu động lực học cần trục

được lắp trên máy ép cọc thủy lực di chuyển bước như một tổ hợp máy hoàn chỉnh thì chưa có nhiều công trình nghiên cứu, việc xác định các lực động phát sinh trong quá trình làm việc của máy như lực động trong cáp, lực động tác dụng lên các chân máy còn chưa được quan tâm. b) Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực

Đã có nhiều nhà khoa học Trung Quốc, Hungary, Việt Nam và các nước khác nghiên cứu về động lực học hệ thống truyền động thủy lực thể hiện trong các tài liệu [50], [51], [52], [60], [65],... Từ các công trình nghiên cứu này, tác giả nhận thấy: các công tình nghiên cứu động lực học của hệ thống các xi lanh

6

thủy lực kẹp cọc và ép cọc có kể đến ảnh hưởng của các yếu tố địa chất, nền

móng,… đến các thông số động lực học (áp suất, lưu lượng, lực động,v.v.) vẫn chưa được đề cập nhiều. 1.2.3. Các nghiên cứu về thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước

Có nhiều công trình của các nhà khoa học Trung Quốc và các nước khác nghiên cứu về thực nghiệm để xác định ứng suất động trong thiết bị thể hiện trong các tài liệu [58], [69],... Qua các nghiên cứu này, tác giả nhận thấy rằng

việc đo đạc thực nghiệm trên các máy thực để xác định lực căng cáp động trong cáp thép nâng hàng, lực động tác dụng vào các chân đỡ máy, áp suất động trong xi lanh ép cọc, xi lanh di chuyển máy, vận tốc ép cọc vẫn chưa được đề cập

nhiều. KẾT LUẬN CHƯƠNG I VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Qua phân tích tình hình nghiên cứu của các tác giả trong nước và trên thế giới về những vấn đề liên quan đến nội dung của đề tài đã được đề cập, tác giả nhận thấy còn một số điểm tồn tại mà đè tài cần quan tâm giải quyết như sau:

1. Có nhiều công trình nghiên cứu về động lực học cần trục (cần trục tháp, cần trục cột quay, cần trục ô tô,...) và động lực học hệ thống thủy lực của máy. Tuy nhiên, việc nghiên cứu động lực học cần trục được lắp trên máy ép cọc

thủy lực di chuyển bước như một tổ hợp máy hoàn chỉnh thì chưa có nhiều công trình nghiên cứu, việc xác định các lực động phát sinh trong quá trình làm việc của máy như lực động trong cáp, lực động tác dụng lên các chân chống máy và

hệ số động lực làm cơ sở cho việc tính toán động, tính toán mỏi, tuổi thọ và ổn định của thiết bị thì còn chưa được đề cập đến. Đồng thời, việc nghiên cứu động lực học của xi lanh ép cọc cũng chưa đề cập đến ảnh hưởng của các yếu tố địa

chất, nền móng,… đến các thông số động lực học như áp suất, lưu lượng, lực động,... của máy trong thi công các công trình ở Việt Nam. 2. Do vậy, luận án đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu động lực học của máy ép

cọc thủy lực di chuyển bước trong điều kiện thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam nhằm xác định các tải trong động tác dụng vào máy làm cơ sở cho

việc tính toán, thiết kế tối ưu thiết bị dựa trên cơ sở tính toán động, tính toán mỏi, tuổi thọ và ổn định của thiết bị. Đồng thời, từ đó có thể khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy theo quan điểm động lực học.

7

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC 2.1. Nghiên cứu động lực học máy khi nâng cọc

Z

Z1

a

m2

f

o

q30

K

1

H

q3

S1

2

q2

m3

 H

m4

3

H

O

Xo

X

M(q1)

q1

1

Y

i1

K

1

Y1

m4

S

1

D

X1

q 3

i n

s

o

f

m2



O

m3

L

X

O1

2.1.1. Nghiên cứu động lực học máy khi hệ thống cần trục nâng cọc có xét đến độ chùng của cáp. Mô hình động lực học được thể hiện như hình 2.1.

Hình 2.1. Mô hình động lực học khi máy nâng cọc có xét đến độ chùng cáp

Trong đó: 1- Mô men quán tính quy dẫn của mô tơ thủy lực nâng cọc và khớp nối, kg.m2; m2- Khối lượng quy dẫn của cần trục về một điểm nằm trên cần, kg; m3- Khối lượng của đối trọng cần trục, kg; m4- Khối lượng của cọc, kg; a- Bội suất cáp; S1- Độ cứng quy dẫn của cáp, N/m; K1- Hệ số dập tắt dao động quy dẫn của cáp, Ns/m; Dt- Đường kính của tang cuốn cáp, m; i1- Tỷ số truyền từ động cơ thủy lực, qua hộp giảm tốc đến tời nâng; q30- Góc lệch ban đầu của cáp thép cùng với cọc tại đỉnh cần trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (mặt phẳng X1O1Z1 ), rad; - Góc lệch ban đầu xét trong mặt phẳng nằm ngang của

8

1M(q )

đường tâm cần của cần trục so với trục OX, rad; - Góc nghiêng của cần so với mặt phẳng nằm ngang; OXYZ- Hệ trục tọa độ tuyệt đối; q1- Chuyển vị góc của trục động cơ thủy lực, rad; q2- Chuyển vị của cọc theo đường trục của cáp thép, m; q3- Góc lắc của cáp thép cùng với cọc xung quanh đỉnh cần trong mặt phẳng - Đặc tính cơ của mô tơ thẳng đứng chứa cần (mặt phẳng X1O1Z1 ), rad;

thủy lực dẫn động cụm puly móc câu của cơ cấu nâng thuộc cần trục cấp cọc. Sau khi tác giả tiến hành viết công thức cho các hàm thế năng, động năng, hao tán và sử dụng phương trình Lagrange II để viết hệ PTCĐ.

Q







i

  U   q  q 

 T  q

d dt

i

i

i

  

 T    q i Tiến hành các bước tính toán và biến đổi cần thiết, tác giả có được hệ

Phương trình Lagrange II có dạng: , (i = 1 ÷ 3)





 q M(q ) 1

2

2













q ) M(q ) 1

phương trình chuyển động viết dưới sạng thu gọn như sau: (2.1) Giai đoạn 1: 1 1

2

2

 a .R.K (R q 1 







2  

m g.cosq

 q 1 1  m q 4

2

1  a .K (R q 1 1

 q ) 2  q ) 2

a .R.S (R q 1 1 q ) a .S (R q 1 1 2

4

30

   

2













2

1

2

Giai đoạn 2: (2.7)



 a .R.K (Rq 1 





q ) M(q ) 1 m g.cos(q

2  



4

2

2  q ) a .S (R q 1  







q )sin(q

30 

 q 1 1  m q 4 2 m (f 4 Q

1  a .K (R q 2 1 1   q ) q m (f 3

2  q ) a .R.S (R q 1 q ) 2 m g(f 4

1  q )q 2

2 3

Q

2

4

2

30

Q

q ) 3 q ) 3

    

(2.21) Giai đoạn 3:

Một số đồ thị là kết quả của việc giải hệ phương trình (2.1), (2.7) và (2.21) được thể hiện như sau:

3q

2q

Một đầu cọc nâng lên, một đầu cọc chạm đất

Cọc thoát khỏi nền

Triệt tiêu độ chùng cáp

Hình 2.6. Vận tốc dài của cọc Hình 2.8. Vận tốc góc của cọc

Hình 2.9. Lực căng của cáp thép trong trường hợp nâng hàng có độ chùng cáp

9

Z

B

Z1

B

a

f0

m2

q4

q4

K

q3

1

q3

H

m4

S1

2

q2

H

m3

3

H

q6

O

Xo

O1

X

fosinq3cosq4

Y

f osinq4

Y1

X1

q6

m2



O1

O

L 2

X

m3

L 3

L

a)

M(q1)

q1

M(q5)

q5

1

5

i1

6

K

1

i2 S2

S1

D

q6

c)

b)

2.1.2. Nghiên cứu động lực học máy khi hệ thống cần trục vừa nâng cọc và quay Mô hình động lực học được thể hiện như hình 2.10.

a) Mô hình động lực học; b) Sơ đồ cơ cấu quay; c) Sơ đồ cơ cấu nâng hạ cọc

Hình 2.10. Mô hình động lực học trong trường hợp máy nâng cọc và quay đồng thời Trong đó: Ngoài các ký hiệu như phần nâng cọc có xét đến độ chùng cáp, còn

5M(q )

có thêm các ký hiệu sau: 5- Mô men quán tính quy dẫn của mô tơ thủy lực quay mâm quay và khớp nối, kg.m2; 6- Mômen quán tính quy dẫn của mâm quay, kg.m2; S2- Độ cứng quy dẫn của cơ cấu quay, Nm/rad; q3- góc lắc của cọc trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (X1O1Z1); q4- góc lắc của cọc trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa cần (Y1O1Z1); q5- chuyển vị góc của động - Đặc cơ cơ cấu quay, rad; q6- chuyển vị góc của mâm quay cần trục, rad;

tính cơ của cơ cấu quay thuộc cần trục.

10

Sau khi tác giả tiến hành viết công thức cho các hàm thế năng, động năng,

2

2







2

1

4

1

1

1

2

2





1 

o

6

4

2

4

o

4

3

o

4

3

o

4

2 4

2 6

2 3

2



(Rq -q )]-g(1-cosq cosq )=0



4

4

3

o

3

2

1

2

1

6

3

o

4

  3 6

 [K .(Rq -q )+S . 1 1

  -2f cosq sinq cosq .q q +2f sinq .q q 4

a m

4

2

2







3

o

3

4

3

4

4

3

o

4

6

4

4

2 6

2

  f cos q q -f cosq sinq cosq .q -cosq cosq (L+f sinq cosq ).q -2cos q .q q o 3 2 +2cosq sinq cosq .q q -2f sinq cosq .q q -2f cosq cos q .q q +g.sinq cosq



0

4

3

o

4

4

4

o

6

  3

  2

  4

3

4

6

3

4

2

4 

f

   q +(Lcosq +f sinq ).q +f sinq cosq .q -[f cos q sinq cosq -L.sinq sinq ].q

o

4

4

6

2 6

4

4

o

3

3

4

2

o o 4 -2q q -2sinq .q q +2f cosq cos q .q q +g.cosq sinq



4 0 (2.44)

  2

2 3   3 6

3   2

o

3

4

3

4

4

3

6 

+S .(q -i q )=M(q ) 2 5

5

2

6

2

2

2

2





4

o

6

4

2

o

3

4

4

6

4

o

3

2







  +f (Lcosq +f sinq ).q +f sinq sinq cosq .q -f Lsinq .q +2f cosq sinq cosq .q q 2

2 3

2 4

3

o

3

4

o

4

o

4

4

o

4

o

3

2

-2(L

3 4   cosq +f sinq ).q q -2[sinq cosq (L+f sinq cosq )+f sin q ].q q 4 2

4   2

4

3

o

3

4

4

6

4

o

2

2

3   3

4

o

3

4

o

3

4

o

3

4

o   +2f cosq sin q .q q +2f cosq cosq (L+f sinq cosq ).q q 3 6 M

cq

2



  -2f sinq (Lsinq -f cos q cosq ).q q 4 3

S (q -i q )= 2

o

3

4

6

2

5

6

o

4

i 2 m

m

4

4

  θ q -a RK .(Rq -q )+a RS .(Rq -q )=M(q )-m gR 1 1 2    q -Lsinq .q +f cos q .q +f q +[sinq cosq (L+f sinq cosq )+f sin q ].q             5 θ q  5   [θ /m +(L+f sinq cosq ) +f sin q ]q -Lsinq .q -f cosq sinq cosq .q 3 4          Một số đồ thị là kết quả của việc giải hệ PTCĐ (2.44) được thể hiện như:

0.06

0.3

0.04

0.2

0.02

] s / m

0.1

] d a r [ 3 q

0

[ 2 ` q

0

-0.02

-0.04

-0.1

5

10

15

30

35

40

45

5

0

10

15

25

30

35

40

45

0

20 Thoi gian, s

20 25 Thoi gian, s

hao tán và sử dụng phương trình Lagrange II để viết hệ PTCĐ. Tiến hành các bước tính toán và biến đổi cần thiết, NCS có được hệ phương trình chuyển động viết dưới sạng thu gọn như sau:

Hình 2.16. Vận tốc của cọc theo

Hình 2.17. Chuyển vị góc của cọc q3 trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (X1O1Z1)

2q

X: 0.2 Y: 9353

9500

0.05

N

9000

8500

X: 30.9 Y: 8105

X: 14.92 Y: 7842

8000

0

] d a r [ 4 q

7500

7000

, g n a h p a c h n a h n g n a c c u L

6500

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-0.05

5

10

15

30

35

40

45

0

Thoi gian, s

20 25 Thoi gian, s

Vừa nâng cọc vừa quay

Chỉ quay cọc

Phanh hãm quay cọc

phương thẳng đứng

Hình 2.25. Lực căng trong cáp trường hợp nâng cọc và quay đồng thời Hình 2.19. Chuyển vị góc của cọc q4 trong mặt phẳng mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa cần (Y1O1Z1)

11

2.1.3. Xác định lực tác dụng lên các chân chống của máy ép cọc thủy lực di

Z

Z1

m2

K 1

Fc(t)

G2

S1

m4

m3

GQ

Gm

q6

G3

O

Xo

O1

X

Y2

Y

X1

Llt

m4

(1)

(4)

q6

m2

b



O2

O1

mm

O

L 2

X=X2

b

L 3

m3

L

(3)

(2)

c

a

a

chuyển bước Mô hình xác định các lực tác dụng lên các chân chống của máy như sau:

Hình 2.26. Mô hình xác định lực tác dụng lên các chân chống của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong trường hợp máy nâng cọc và quay Trong đó: Gm- Trọng lượng của sàn máy (kể cả đối trọng của máy), N; G2- Trọng lượng cần của cần trục, N; G3- Trọng lượng đối trọng của cần trục, N; GQ- Trọng lượng của cọc, N; Fc(t)- Lực căng cáp (thay đổi theo thời gian), N; - Góc lệch ban đầu của đường tâm cần trục xét trong mặt phẳng nằm ngang (

M

M

M

M





R

;R

;R

;R





















(2.49)

1

2

3

4

G 4

M x 2.b

M x 2.b

y 2.c

y 2.c

y 2.c

G 4

G 4

G 4

M x 2.b

y 2.c

M x 2.b Sau khi chạy chương trình chúng ta thu được các kết quả sau:

= q60); Ri- Các lực tác dụng lên chân chống của máy, N; Llt- Khoảng cách giữa tâm của máy và tâm quay của cần trục, N; G- Tổng trọng lượng tác dụng lên 4 chân của máy (coi như G chia đều cho 4 chân chống của máy), N. Lực tác dụng lên từng chân chống được xác định như sau:

6 x 10

2

N

R1

1.9

R1 R2 R3 R4

1.8

R2

1.7

1.6

R4

1.5

R3

1.4

, y a m n a h c c a c n e l g n u d c a t c u L

1.3

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Chuyen vi goc cua toa quay q6, do

12

Hình 2.28. Sự thay đổi lực tác dụng lên các xi lanh chân chống Ri (i = 1÷4) theo góc quay của mâm quay q6 2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực của máy ép

cọc di chuyển bước 2.2.1. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi kẹp cọc

a) Trường hợp xi lanh kẹp cọc b) Trường hợp xi lanh kẹp nhả cọc

Hình 2.30. Mô hình nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh kẹp cọc Trong đó: ib- Số bơm làm việc; ixlk- Số xi lanh kẹp; Vob- Lưu lượng riêng của bơm thủy lực, m3/vòng; b- Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực; vk- Vận tốc dịch chuyển của xi lanh kẹp cọc, m/s; pat - Áp suất cài đặt của van an toàn tổng, Pa; kat - Hệ số lưu lượng qua van an toàn tổng, (m3/s)/Pa; mqd - Khối lượng quy dẫn của xi lanh và má kẹp cọc về đỉnh xi lanh kẹp, kg; pa – Áp lực dầu công tác trong nhánh cao áp, Pa; pt – Áp lực dầu công tác trong nhánh thất áp, Pa; A1 – Diện tích tiết diện khoang cao áp của xi lanh kẹp, m2; A2 – Diện tích tiết diện khoang thấp áp của xi lanh kẹp, m2; c – Hệ số tổn thất trong xi lanh kẹp; FR: Phản lực của cọc tác dụng vào xi lanh kẹp, N.

13

)

b

ob

  b





E

(p







p

a

ob

p )k at

A .v 1

at

k

a

a

i i

dp a dt

xlk

V [n ](1 b [p ] b

 . V n X(t)  b 

  

(2.66)

 (p .A p .A ).

m



  c

F R

qd

2

1

a

t

dv k dt

Thông qua việc thiết lập phương trình cần bằng lưu lượng và cân bằng lực, tác giả thu được hệ phương trình vi phân sau:

      2.2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi ép cọc

D

Qxl

Ea Pa

A1

Qb

Pc

Qc

A2

Pt

A

B

Qt

P

T

d

Pa

Pt

Qat

Vob rob

Fqt

M nb

Pat

mqd

qe

Wc

)

b

ob

  b





E

(p







p

a

ob

V n X(t) b

p )k at

A .v 1

at

a

a

e

i i

dp a dt

xle

V [n ](1 b [p ] b

  

(2.77)

 (p .A p .A ).

m





m .g qd

  c

qd

1

2

a

t

    W W ms R i

dv e dt

xle

Hình 2.31. Mô hình nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh ép cọc Các ký hiệu trường hợp ép cọc trên hình 2.31 tương tự như trường hợp kẹp cọc. Ngoài ra bổ sung thêm một số ký hiệu như: ixle – Số xi lanh thực hiện ép cọc; mqd - Khối lượng quy dẫn của pít tông ép và cọc về đỉnh pít tông, kg; WC- Lực cản tác dụng vào cọc bao gồm lực cản đầu cọc WR và tổng trở lực bó thân cọc Wms, N. Thông qua việc thiết lập phương trình cần bằng lưu lượng và cân bằng lực, tác giả thu được hệ phương trình vi phân sau:

       2.2.3. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực di chuyển máy

Các ký hiệu trường hợp di chuyển máy trên hình 2.32 tương tự như trường hợp kẹp cọc. Ngoài ra bổ sung thêm một số ký hiệu như: ixldc: Số xi lanh di chuyển máy; mqd - Khối lượng quy dẫn của máy về đỉnh xi lanh di chuyển dọc

14

mqd

qk

P2 ,A2

P1,A1

Wgio

d

D

Wms

Qt

Qxl

Pc

Fqt

Pa

Ea

Pt

Qb

B

A

P

T

Pa

Pt

Qat

M

Vob rob

nb

Pat

máy, kg; Wms – Tổng trở lực cản do ma sát, N; f – Hệ số ma sát giữa bánh xe và đường ray, Gm – Trọng lượng toàn bộ máy (gồm trọng lượng máy và đối trọng), N; Wgio – Lực cản gió tác dụng vào máy, N.

i

)

b

ob

  b

p





E

(p







a

ob

p )k at

A .v 1

dc

at

a

a

i

dp a dt

xldc

V [n ](1 b [p ] b

 . V n X(t)  b 

  

(2.87)

 (p .A p .A ).

f.m .g F .p

m





  c

qd

qd

g

g

1

2

a

t

dv dc dt

      Sau khi giải các hệ phương trình vi phân (2.66), (2.77) và (2.87), ta thu được các kết quả sau:

Co xi lanh tạo khe hở

Co xi lanh tạo khe hở

Quá trình kẹp cọc

Quá trình kẹp cọc

Triệt tiêu khe hở

Triệt tiêu khe hở

250

X: 0.301 Y: 212

4

200

X: 0.715 Y: 167.3

s / m

2

150

0

100

-2

50

, p e k c o t n a V

X: 1.408 Y: 15.48

X: 0.085 Y: 2.533

2 m c / G k , c o c p e k t a u s p A

0

-4

0

0.2

0.4

0.6

1

1.2

1.4

1.6

0

0.2

0.4

0.6

1

1.2

1.4

1.6

0.8 Thoi gian, s

0.8 Thoi gian, s

Hình 2.32. Mô hình nghiên cứu động lực học hệ TĐTL xi lanh di chuyển máy Thông qua việc thiết lập phương trình cần bằng lưu lượng và cân bằng lực, tác giả thu được hệ phương trình vi phân sau:

Hình 2.39. Vận tốc xi lanh kẹp cọc trong cả quá trình kẹp và nhả cọc Hình 2.37. Áp suất dầu trong khoang xi lanh kẹp cọc

Hình 2.43. Vận tốc ép cọc Hình 2.42. Áp suất dầu trong khoang cao áp của một xi lanh chính ép cọc

60

0.1

X: 3.496 Y: 52.15

X: 3.59 Y: 0.08244

X: 30.4 Y: 47.03

50

s / m

0.08

X: 16.43 Y: 0.07991

X: 17.17 Y: 34.9

40

0.06

30

0.04

2 m c / G k , n e y u h c i d h n a

20

l i x t

0.02

, n e y u h c i d c o t n a V

10

0

a u s p A

0

0

5

10

15

20

30

35

40

45

50

0

5

10

15

20

30

35

40

45

50

25 Thoi gian, s

25 Thoi gian, s

Khởi

Khởi

Phanh hãm máy

Phanh hãm máy

Di chuyển dọc máy

Di chuyển dọc máy

động

động

15

Hình 2.45. Áp suất dầu trong khoang cao áp của xi lanh di chuyển dọc máy Hình 2.47. Vận tốc di chuyển dọc của máy

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Sau khi giải thành công các phương trình vi phân chuyển động đã thu được các kết quả tính toán theo lý thuyết. Từ các kết quả nghiên cứu ở chương 2, có thể rút ra một số kết luận sau:

1. Luận án đã xây dựng mô hình ĐLH máy trong các trường hợp làm việc điển hình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp và vừa nâng cọc vừa quay bằng mô hình ĐLH trong không gian, thiết lập được các hệ phương trình chuyển động, giải hệ phương trình phi tuyến nhiều bậc tự do bằng cách lập trình trên cơ sở ứng dụng mềm Matlab Simulink. Kết quả xác định được hệ số lực động lớn nhất ở trường hợp nâng cọc có kể đến độ chùng cáp kđ = 1,28; ở trường hợp vừa nâng cọc vừa quay kđ = 1,19. Điều này xảy ra là do khi cọc nâng lên khỏi mặt đất trong trường hợp đầu sẽ gây ra kđ lớn hơn so với trường hợp sau.

2. Xác định được các lực động tác dụng vào các chân chống của máy theo góc quay của mâm quay với sự thay đổi R1 = 1,74 ÷ 1,92.106 N, R2 = 1,64 ÷ 1,89.106 N, R3 = 1,33 ÷ 1,51.106 N và R4 = 1,35 ÷ 1,55.106 N (Bảng 2.1). Các giá trị này có thể sử dụng làm cơ sở để tính toán ổn định động, tính bền, thiết kế tối ưu và tính toán mỏi cho kết cấu thép của thiết bị theo quan điểm động lực học.

3. Tác giả đã thành công trong việc sử dụng phần mềm Matlab-Simulink giải và mô phỏng các thông số ĐLH tương ứng với trường hợp kẹp cọc, ép cọc và di chuyển dọc máy. Kết quả tính toán được biểu thị trên các đồ thị cho thấy, sự biến đổi giá trị của các thông số ĐLH với hệ số động ở trường hợp kẹp cọc kđ = 1,27; ở trường hợp ép cọc kđ = 1,66; ở trường hợp di chuyển dọc máy kđ =1,49. So sánh 3 trường hợp trên cho thấy, ở trường hợp ép cọc kđ có giá trị lớn nhất là 1,66 do khi bắt đầu ép cọc ngoài tác động của lực quán tính, còn có lực cản mà nền tác dụng lên cọc.

4. Kết quả tính toán được biểu diễn trên 34 đồ thị. Phân tích hình dạng và giá trị biên độ ở các đồ thị nhận được của chuyển vị của các khối lượng, lực động trong cáp nâng hạ cọc, lực động tác dụng vào các chân chống máy, áp suất

16

và lưu lượng dầu thủy lực cho thấy sự phù hợp của mô hình tính toán, đồng thời phù hợp với đặc điểm làm việc của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước, có giá trị hệ số động nhận được phù hợp thực tế. Từ đây sẽ giúp ích cho việc nghiên cứu thực nghiệm ở Chương 3, khảo sát xác định các thông số hợp lý của của máy ở Chương 4.

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC 3.1. Mục đích thực nghiệm

- Đo đạc xác định lực căng cáp động, lực động tác dụng vào các chân máy, áp suất động trong các xi lanh kẹp cọc, ép cọc, di chuyển máy, lưu lượng dầu cung cấp cho xi lanh ép cọc, chuyển vị của cọc và chuyển vị dọc của máy làm cơ sở để so sánh với các kết quả tính toán theo lý thuyết ở chương 2. - Khẳng định độ tin cậy và tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu lý thuyết. 3.2. Các thông số thực nghiệm

Thực nghiệm xác định lực động phát sinh trong cáp nâng cọc trong hai quá trình: cần trục nâng cọc có độ chùng cáp và quá trình vừa nâng cọc vừa quay; Xác định áp suất động trong các xi lanh chân chống của máy trong quá trình cần trục vừa nâng cọc vừa quay; Xác định áp suất động trong xi lanh kẹp cọc, xi lanh ép cọc và xi lanh di chuyển máy; Xác định lưu lượng cung cấp cho xi lanh ép cọc; Xác định độ dịch chuyển của cọc và độ dịch chuyển dọc của máy. 3.3. Các thiết bị và đối tượng thực nghiệm

Hình 3.2. Đầu đo áp suất 520.954S Hình 3.3. Đầu đo lưu lượng R5S7HK75

Hình 3.4. Đầu đo dịch chuyển kiểu quay của hãng HengStler Hình 3.5. Đầu đo lực kéo loại DSCK của hãng BONGSHIN

17

Hình 3.6. Thiết bị thu thập tín hiệu NI-6009

Hình 3.7. Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B tại hiện trường

3.4. Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm Quá trình đo đạc, thực nghiệm được tiến hành theo sơ đồ khối sau:

Hình 3.14. Sơ đồ quá trình thực nghiệm 3.5. Phân tích và so sánh kết quả thực nghiệm Sau khi đo dạc và xử lý số liệu đo, tác giả đã nhận được các kết quả đo về

biểu đồ biến thiên và giá trị của lực căng cáp động, lực động tác dụng vào các chân máy, áp suất động trong các xi lanh kẹp cọc, ép cọc, di chuyển máy, lưu lượng dầu cung cấp cho xi lanh ép cọc, chuyển vị của cọc và chuyển vị dọc của

máy. Các giá trị này được thể hiện trong mục 3.6 phần thuyết minh của luận án. Sau đây tác giả xin trình bày một số kết quả đo đạc như sau:

18

Bảng 3.1. Hệ số động của lực căng cáp và áp suất dầu trong các xi lanh thủy lực

TT Trường hợp làm việc Hệ số động kđ Lý thuyết Thực nghiệm

1,22 1,13 1 Nâng cọc có độ chùng cáp 1,03 1,02 Một đầu cọc được nâng lên, một đầu chạm đất Cọc thoát hoàn toàn khỏi nền

Phanh hãm dừng quay toa

2 Nâng cọc đồng thời quay mâm quay 3 4 Kẹp cọc 5

6 Trường hợp ép cọc Di chuyển dọc máy 1,19 1,03 1,27 1,66 1,49 1,31 Khởi động Phanh hãm

1,17 1,03 1,14 1,60 1,45 1,17 Bảng 3.2. Sai số tương đối của của các thông số đo đạc giữa lý thuyết và thực nghiệm ứng với các trường hợp làm việc của máy

Sai số  (%)

1 14,5% TT Trường hợp làm việc Nâng cọc có độ chùng cáp

8,84% 2 Nâng cọc kết hợp quay mâm quay, sau đó phanh hãm mâm quay 9,38%

3 Kẹp cọc 8,37%

7,79%

4 6,48% Trường hợp ép cọc (chiều sâu ép từ 3,38m đến 5,1m) 19,5%

6,23% 5 Di chuyển dọc máy Thông số so sánh Lực căng cáp khi nâng cọc khỏi mặt đất Lực căng cáp khi nâng cọc và quay Lực căng cáp khi phanh hãm mâm quay Áp suất động trong xi lanh thủy lực kẹp cọc (kG/cm2) Áp suất động trong xi lanh thủy lực ép cọc (kG/cm2) Lưu lượng dầu cung cấp cho một xi lanh chính ép cọc (l/phút) Dịch chuyển của cọc (m) Áp suất động trong xi lanh thủy lực di chuyển dọc máy (kG/cm2) Dịch chuyển dọc của máy (m) 8,14%

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

- Từ các kết quả tính toán bằng lý thuyết Trong các trường hợp làm việc thì trường hợp nâng cọc có kể đến độ chùng cáp (hệ số động kđ = 1,21) và trường hợp nâng cọc khi cáp căng (hệ số động kđ = 1,13) sẽ làm cho máy ép cọc dao động lớn nhất. Trường hợp ép cọc (hệ số động kđ = 1,66) và trường hợp di chuyển (hệ số động kđ = 1,45) sẽ làm cho hệ thủy lực dao động lớn nhất và dễ gây phá hoại các phần tử thủy lực nhất.

19

- Phương pháp và quy trình thực nghiệm đã xây dựng là phù hợp với máy ép cọc. Sai số tương đối của thông số đo đạc giữa lý thuyết và thực nghiệm ứng với các trường hợp làm việc của máy từ 6,23% đến 19,5 %. Những giá trị sai số này có thể chấp nhận được trong điều kiện hiện trường có nhiều yếu tố khách quan. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định được độ tin cậy của mô hình ĐLH, phương pháp tính và công cụ thực hiện.

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC 4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong quá trình cung cấp cọc

9500

N

9000

Vn = 6 [m/ph] Vn = 7 [m/ph] Vn = 8 [m/ph] Vn = 10 [m/ph]

8500

8000

7500

7000

, g n a h p a c h n a h n g n a c c u L

6500

0.5

1

1.5

2

3

3.5

4

4.5

5

0

2.5 Thoi gian, s

Có 5 trưởng hợp cần khảo sát: Thay đổi tầm với của cần trục (R); Thay đổi vận tốc nâng cọc (vn); Thay đổi tốc độ quay cọc (quay mâm quay) (nq); Thay đổi đường kính cáp nâng hạ cọc (dc); Khảo sát các trường hợp làm việc điển hình của máy. Các kết quả được biểu hịnh ở các hình và bảng dưới đây:

Hình 4.2. Lực căng trong cáp thép trong trường hợp thay đổi vận tốc nâng cọc

Hình 4.3 Lực căng trong cáp thép khi khởi động nâng và quay đồng thời ứng với vận tốc quay khác nhau

Hình 4.5. Sự thay đổi lực động trong cáp nâng cọc Fc khi cần trục vừa nâng cọc vừa quay

20

Bảng 4.6. Sự thay đổi lực tác dụng vào các chân chống máy theo tải trọng

Tải nâng (T) Tầm với (m) R1min (N)

R3min (N)

R4min (N)

2.009.000 2.207.200 2.261.400 2.298.000 2.320.800 2.344.000 2.388.700

0,89 3,77 5,09 6,56 8,48 11,44 17,13

19,3 18,2 16,7 14,8 12,4 9,67 6,62

1.625.400 1.681.300 1.688.300 1.677.100 1.648.600 1.597.700 1.513.100

1.735.200 1.866.100 1.890.300 1.891.100 1.871.700 1.820.900 1.735.400

và tầm với của máy R2min (N) 1.911.600 2.059.400 2.112.200 2.153.500 2.200.900 2.259.400 2.370.900

4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong trường hợp ép cọc

106

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

De = 260 [mm] De = 280 [mm] De = 300 [mm] De = 320 [mm]

-0.5

0

0.1

0.2

0.3

0.7

0.8

0.9

1

0.4

0.6

0.5 Thoi gian, s

Có 2 trưởng hợp cần khảo sát: Thay đổi đường kính xi lanh ép cọc (De); Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố địa chất. Một số đồ thị khi tiến hành khảo sát thể hiện ở các hình dưới đây:

Hình 4.15. Áp suất động trong xi lanh ép cọc Hình 4.16. Lực động do xi lanh ép cọc tạo ra

Hình 4.20. Sự thay đổi lưu lượng, áp suất của một xi lanh chính và vận tốc ép cọc khi cọc chuyển từ tầng địa chất sét mềm sang sét cứng ở độ sâu 12,83 m

21

4.3. Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong trường hợp di chuyển máy Trong trường hợp này, tác giả thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy (Ddc). Một số đồ thị khi tiến hành khảo sát thể hiện ở các hình dưới đây:

Hình 4.28. Áp suất trong xi lanh di chuyển dọc máy Hình 4.29. Vận tốc di chuyển dọc của máy

4.4. Xác định một số thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước (theo quan điểm ĐLH)

Để máy làm việc có hiệu quả, đảm bảo năng suất thì các vận tốc làm việc của các cơ cấu trên máy phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: Vận tốc làm việc đủ lớn để đảm bảo năng suất; Đảm bảo lực động phát sinh trong các cụm máy và kết cấu thép nằm trong giới hạn cho phép thông qua điều kiện kđ ≤ [kđ]. Giá trị [kđ] xác định theo TCVN 4244-2005 về thiết bị nâng.

Hình 4.31. Quy trình xác định các thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo quan điểm động lực học

22

Bảng 4.12. Giá trị các thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B

Tên thông số Đơn vị Ký hiệu

1 Tốc độ nâng cọc 2 Tốc độ mâm quay m/phút vòng/phút Miền giá trị thông số khảo sát 6÷10 0,8÷1,5 Giá trị thông số hợp lý 10 1,5 vn nq

3 vòng/phút 0,8÷1,5 0,8 nqph Tốc độ mâm quay khi phanh hãm 4 Đường kính cáp nâng hạ cọc 14÷22 18 mm

dc KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

Trong chương 4, luận án đã sử dụng các chương trình mô phỏng ở chương 2 để tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH của máy, từ đó có được một số kết luận sau đây:

1. Đã xác định được quy luật thay đổi lực động tác dụng vào các chân chống máy theo góc quay của mâm quay khi thay đổi khối lượng cọc và thay

đổi tầm với. Đây là cơ sở cho việc tính toán kết cấu thép máy theo quan điểm ĐLH.

2. Lực động trong cáp nâng cọc tăng lên khi vận tốc nâng cọc vn tăng lên. Hệ số động lớn nhất kđ = 1,19 khi nâng với vn = 10 m/ph. Điều này có thể giải thích được là do trong thời điểm khởi động, quán tính cọc lớn, vận tốc nâng lớn sẽ gây dao động nhiều.

3. Khi tốc độ quay cọc nq thay đổi, lực động trong cáp ở giai đoạn khởi động thay đổi không nhiều nhưng trong giai đoạn phanh hãm mâm quay có sự thay đổi lớn. Hệ số động lớn nhất kđ = 1,14 khi quay mâm quay với nq = 1,5 v/ph và phanh hãm.

4. Việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố địa chất nền móng cho chúng ta thấy rằng, áp suất trong xi lanh ép cọc sẽ tăng lên phụ thuộc vào kết cấu mặt cắt và chiều sâu của các tầng địa chất mà cọc đi qua..

Luận án đã xây dựng được quy trình xác định thông số hợp lý và trên cơ sở phân tích kết quả khảo sát, luận án đã khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp

lý cho máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B theo quan điểm động lực học (Bảng 4.12). Quy trình này cũng có thể áp dụng cho các loại máy ép cọc thủy lực kiểu khác.

23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN

Luận án đã giải quyết được cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra. Các kết quả thu được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn với các đóng góp mới và đề xuất cụ thể như sau:

1. Luận án đã nghiên cứu đặc điểm làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khai thác sử dụng của loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong

thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam để xây dựng mô hình ĐLH máy bằng mô hình không gian, mô hình ĐLH hệ thống truyền động thủy lực của máy. Tác giả đã thiết lập được các phương trình chuyển động phi tuyến, các hệ

phương trình vi phân cân bằng lưu lượng và lực ứng với các trường hợp làm việc điển hình của máy (Nâng cọc có kể đến độ chùng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc và di chuyển máy).

2. Luận án đã ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink để xây dựng 05 chương trình giải các hệ phương trình chuyển động phi tuyến, hệ phương trình vi phân cân bằng lưu lương và lực với các trường hợp làm việc điển hình của máy, các

chương trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH của máy. Đã xác định được lực căng cáp động trong cáp thép, dao động của cọc, lực động tác dụng vào các chân chống máy thay đổi theo góc quay của mâm quay cần trục,

áp suất động và sự thay đổi lưu lượng trong các xi lanh công tác của máy. Xác định được giá trị các hệ số động kđ tương ứng với các trường hợp làm việc điển hình nêu trên với loại máy ZYJ860B khi nâng cọc có khối lượng m4 = 4800 kg, cụ thể là:

- Nâng cọc có kể đến độ chùng cáp: kđ = 1,22; kđ = 1,19; - Vừa nâng cọc vừa quay: kđ = 1,27; - Máy thực hiện thao tác kẹp cọc: kđ = 1,66; - Máy thực hiện ép cọc: - Máy thực hiện di chuyển dọc máy: kđ =1,49.

3. Luận án đã xây dựng được qui trình thực nghiệm và đã tiến hành đo đạc các thông số máy ép cọc thủy lực di chuyển bước (ZYJ860B) khi máy nâng cọc

có kể đến độ chúng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc qua các lớp tầng địa chất khác nhau, di chuyển dọc của máy với các thiết bị đo đạc hiện đại bởi đội ngũ chuyên gia nhiều kinh nghiệm. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả đo đạc thực nghiệm có sai số từ 6,23 – 19,5%; đồng thời hình dạng

24

đồ thị của chúng tương đối phù hợp với nhau, vì vậy có thể kết luận được tính

đúng đắn và độ tin cậy của mô hình ĐLH ứng với 05 trường hợp làm việc điển hình của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. 4. Thông qua việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH của

máy ở chương 4, luận án đã thu được 58 đồ thị mô tả sự thay đổi các thông số ĐLH này, luận án đã phân tích và đánh giá kết quả theo quan điểm ĐLH, đã xây dựng được qui trình xác định các thông số hợp lý (Hình 4.31), từ đó xác

định được bộ thông số hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) cho máy ép cọc ZYJ860B (Bảng 4.12). 5. Kết quả nghiên cứu hoàn toàn có thể áp dụng cho các loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước kiểu khác. II. KIẾN NGHỊ 1. Phối hợp với các đơn vị chế tạo và sử dụng máy ép cọc thủy lực di

chuyển bước để ứng dụng bộ thông số kỹ thuật hợp lý mà luận án đã đề xuất nhằm đảm bảo độ an toàn và nâng cao hiệu quả trong tính toán, thiết kế và chế tạo loại thiết bị này.

2. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của luận án có thể kiến nghị với các cấp có thẩm quyền xem xét tham khảo kết quả nghiên cứu này trong việc xây dựng, ban hành qui định về quy trình thiết kế, chế tạo và sử dụng loại máy ép

cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam. III. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

1. Tiếp tục mở rộng mô hình nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước có kể đến ảnh hưởng của độ cứng các chân máy và độ cứng của mặt nền máy đứng.

2. Nghiên cứu động lực học mô hình hệ thống truyền động thủy lực kẹp cọc, ép cọc và di chuyển dọc máy có kể đến các phần tử giảm dao động như van tiết lưu.

3. Nghiên cứu cải tiến hệ thống truyền động thủy lực hiện có của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo hướng điều khiển tự động và linh hoạt theo tải.

4. Bằng việc dùng phương pháp tương tự, tiếp tục nghiên cứu các loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước khác để xây dựng bộ dữ liệu lựa chọn máy phù hợp với khả năng chịu tải của cọc.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ KẾT QUẢ

NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1. Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Đăng Điệm, Nguyễn Văn Vịnh (2016), “Nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động hệ thống kẹp cọc của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước”. Tạp chí Cơ khí Việt Nam (tháng 8), tr 45-51.

2. Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Ngọc Trung (2016), “Nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động hệ thống ép cọc của máy ép cọc thủy

lực di chuyển bước”. Kỷ yếu Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về Cơ khí – Động lực (tháng 10), tr 268-274.

3. Nguyễn Ngọc Trung (chủ trì) và các cộng sự (2016), “Nghiên cứu động

lực học hệ thống xi lanh thủy lực của máy ép cọc thuỷ lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam”. Đề tài NCKH cấp trường, Mã số: T2016-CK-41.

4. Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Đăng Điệm, Nguyễn Văn Vịnh (2017), “Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học của hệ thống truyền động thủy lực của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước”. Tạp chí Cơ khí Việt Nam (số 1+2), tr 179-185.

5. Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Thùy Chi (2017), “Nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động cơ cấu di chuyển của máy ép cọc

thủy lực di chuyển bước”. Tạp chí Giao thông Vận tải (tháng 5), tr 101- 105.

6. Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Đăng Điệm, Nguyễn Văn Vịnh (2018),

“Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong quá trình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp”. Tạp chí Giao thông Vận tải (tháng 5), tr 97-101.