Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô do Việt Nam chế tạo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được thực hiện với mục tiêu nhằm xây dựng được cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý theo quan điểm động lực học của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô do Việt Nam chế tạo. Khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan, nhằm hoàn thiện kết cấu, nâng cao hiệu quả của quá trình khai thác và sử dụng máy. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô do Việt Nam chế tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- NGUYỄN ANH NGỌC NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA MÁY ĐÓNG CỌC HỘ LAN ĐƯỜNG Ô TÔ DO VIỆT NAM CHẾ TẠO Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 9520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021
Luận án hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Nguyễn Văn Vịnh 2. PGS.TS Nguyễn Bính Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại trường Đại học Giao thông Vận tải (số 3 Cầu Giấy, Hà Nội) vào hồi ........ giờ ........ ngày ........ tháng ........ năm ........ Có thể tìm hiểu luận án tại:
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở Việt Nam trong những năm gần đây, cơ sở hạ tầng giao thông đường ô tô đã phát triển rất nhanh chóng, đòi hỏi việc bảo đảm an toàn chạy xe là một vấn đề đặc biệt phải quan tâm; trong đó có công tác xây dựng hệ thống lan can phòng hộ (hay còn gọi là hệ thống hộ lan) hai bên lề đường. Qua tính toán sơ bộ thì nhu cầu thi công hộ lan là rất lớn; nếu kể cả thi công hệ thống mới và thay thế hệ thống cũ thì tổng chiều dài của hệ thống cọc hộ lan ở nước ta hiện nay đã lên tới hàng ngàn km. Trước đây, cọc hộ lan được thi công bằng cách đổ móng bê tông cho từng cọc. Nhưng hiện nay các nhà thầu đã áp dụng công nghệ mới, sử dụng các thiết bị cơ giới để đóng cọc trực tiếp xuống nền lề đường. Công nghệ này đã làm tăng năng suất thi công cọc, giảm giá thành (vì không cần chi phí vật liệu cho bê tông chân cọc) và đặc biệt là không làm cản trở giao thông trong quá trình thi công. Tuy vậy, các thiết bị thi công cọc hộ lan ở Việt Nam chủ yếu vẫn phải nhập từ nước ngoài với giá thành đắt và không chủ động được trong thi công. Xuất phát từ vấn đề trên, hiện nay một số đơn vị đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đóng cọc hộ lan (ĐCHL) đường ô tô. Tuy nhiên, mới chỉ dựa trên kinh nghiệm chép hình theo mẫu máy nước ngoài, chưa có cơ sở khoa học để xác định được những giá trị hợp lý của các thông số kỹ thuật máy. Chính vì vậy, việc nghiên cứu động lực học (ĐLH) của máy ĐCHL làm cơ sở cho việc xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy là một vấn đề rất đáng được quan tâm. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô do Việt Nam chế tạo” có tính cấp thiết, tính thời sự và có ý nghĩa thực tiễn. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng được cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý theo quan điểm ĐLH của máy ĐCHL đường ô tô do Việt Nam chế tạo. Khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL, nhằm hoàn thiện kết cấu, nâng cao hiệu quả của quá trình khai thác và sử dụng máy. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: Máy ĐCHL đường ô tô do Việt Nam chế tạo, cọc hộ lan, nền đất để thi công cọc hộ lan. b) Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu ĐLH của máy ĐCHL đường ô tô MHP-01 do Việt Nam chế tạo hiện đang được sử dụng trong thi công cọc hộ lan và có các thông số kỹ thuật như trong bảng 1.8. Cọc hộ lan là cọc ống thép hở tiết diện nhỏ, có kích thước cho trước. Nền đất mà máy đóng cọc ở trên là nền cấp phối (nền đắp) ở lề đường QL vùng đồng bằng Bắc Bộ, có độ chặt tiêu chuẩn K = 0,95  0,98 . 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về các vấn đề liên quan đến luận án. - Nghiên cứu ĐLH máy ĐCHL đường ô tô do Việt Nam chế tạo - Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số ĐLH của máy ĐCHL - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thông số ĐLH và xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án a. Ý nghĩa khoa học: - Nghiên cứu ĐLH của các phần tử thủy lực của máy ĐCHL như xi lanh thủy lực (XLTL) nâng hạ cần treo búa ứng với các trường hợp làm việc điển hình của máy là đóng và nhổ cọc; thiết lập và giải hệ phương trình vi phân để xác định các thông số ĐLH của XLTL. - Nghiên cứu ĐLH của hệ khung sàn máy khi đóng và nhổ cọc; thiết lập và giải hệ phương trình chuyển động để xác định các thông số ĐLH của hệ khung sàn máy. - Nghiên cứu thực nghiệm trên một máy ĐCHL cụ thể đang làm việc tại công trường thi công cọc hộ lan để kiểm chứng độ tin cậy của mô hình và các kết quả tính toán lý thuyết. - Xây dựng được chương trình mô phỏng của máy ĐCHL trong các trường hợp làm việc điển hình. Khảo sát và xây dựng được cơ sở khoa học để đề xuất các thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL theo quan điểm ĐLH. b. Ý nghĩa thực tiễn: - Kết quả nghiên cứu của luận án về việc đề xuất các thông số kỹ thuật hợp lý có thể giúp các đơn vị chế tạo, khai thác máy ĐCHL tham khảo trong việc cải tiến thiết kế, chế tạo ra các máy ĐCHL có chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cao. Đồng thời, có thể được sử dụng làm tài liệu có ích phục vụ cho công tác đào tạo thuộc lĩnh vực máy thi công hộ lan đường ô tô. 6. Điểm mới của luận án - Máy ĐCHL do Việt Nam chế tạo là một loại máy mới, các thông số kỹ thuật đưa ra đều xuất phát từ tính toán tĩnh theo kinh nghiệm của người thiết kế
đối với những máy loại khác. Trong thực tế hoạt động của máy, lực động gây ra bởi lực xung kích của búa là rất lớn, ảnh hưởng đến độ bền, tuổi thọ của kết cấu máy và các phần tử thủy lực trong hệ thống truyền động, do đó vấn đề này cần được quan tâm nghiên cứu. - Luận án đã tiến hành nghiên cứu ĐLH của máy để xác định các thông số ĐLH đặc trưng của hệ như áp suất dầu thủy lực; chuyển vị, vận tốc và gia tốc của XLTL nâng hạ cần treo búa; chuyển vị, vận tốc, gia tốc của hệ khung sàn máy; lực tác dụng lên nền tại các bánh xe… cũng như các hệ số động lực. - Luận án đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH đặc trưng của hệ. Từ đó xây dựng quy trình các bước xác định thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL trong điều kiện chế tạo và sử dụng tại Việt Nam. Quy trình này cũng có thể áp dụng cho các loại máy ĐCHL khác. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu máy đóng cọc hộ lan đường ô tô MHP-01 Máy đóng cọc hộ lan MHP-01 là máy chuyên dùng, có nhiệm vụ đóng cọc vào nền bằng xung lực của búa thủy lực (BTL) kết hợp với lực của XLTL nâng hạ cần treo búa; hoặc dùng để nhổ cọc lên khỏi nền bằng XLTL khi cần thiết. - Sơ đồ cấu tạo của máy MHP-01 được mô tả như trên hình 1.8. Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô MHP-01
1- Cụm bánh xe bị động (bánh lái); 2- Động cơ diezel; 3- Máy phát điện; 4- Cụm điều chỉnh góc nghiêng; 5- Vô lăng lái; 6- Ghế ngồi điều khiển; 7- Van phân phối tay gạt; 8- Cụm bánh xe chủ động; 9- Thùng dầu thủy lực; 10- Cụm mái che; 11- Khung trung gian; 12- Giá đỡ mô tơ quay bơm; 13- Cụm làm mát dầu; 14- Thanh chống; 15- XLTL nâng hạ cần; 16- XLTL thay đổi góc nghiêng cột; 17- Cần treo búa; 18- Đoạn cột dẫn hướng búa phía trên; 19- Đèn chiếu sáng; 20- Đoạn cột dẫn hướng búa phía dưới; 21- Búa thủy lực; 22- Đầu đóng cọc; 23- Choòng rút cọc; 24- Cụm trụ lái; 25- Khung sát xi máy; 26- Khung ngang di trượt; 27- Cụm trục chủ động; 28- Cọc ống thép - Nguyên lý làm việc: Máy MHP-01 di chuyển dọc tuyến để đóng cọc hộ lan đã được rải đều xuống nền cách nhau 3 m/cọc. Máy dừng ở vị trí đóng cọc, điều khiển XLTL (15) nâng cần treo búa (17) nâng búa lên cao trên 2,2 m; đưa đầu cọc khớp vào đuôi của choòng búa tạo thành một khối. Co pít tông thủy lực để hạ cần xuống, tạo lực ép giữ cọc (điều chỉnh máy cho cọc được thẳng đứng). Điều khiển cho BTL (21) làm việc, tạo xung lực đóng cọc, kết hợp với lực ép giữ của xi lanh (BTL và XLTL làm việc độc lập, theo từng chu trình: nén ép sau đó đóng cọc). Khi cọc chìm vào nền với độ sâu 1,2 m thì dừng quá trình đóng cọc, nâng búa lên bằng XLTL, di chuyển máy đến vị trí tiếp theo. 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 động lực học hệ thống truyền động thủy lực Đã có nhiều công trình của các nhà khoa học Nga, Trung Quốc, Việt Nam và các nước khác nghiên cứu về ĐLH hệ TĐTL đã được trình bày trong các tài liệu [11], [20], [21], [22], [23], [36], [38], [64]... Những công trình này đã giới thiệu mô hình tính toán ĐLH hệ thống TĐTL của các loại máy và thiết bị như: máy làm đất, máy trục và một số loại máy thi công chuyên dùng. Tuy nhiên, đối với ĐLH hệ TĐTL của máy ĐCHL thì chưa có công trình nào đề cập tới. 1.2.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về động lực học máy Đã có nhiều nhà khoa học Trung Quốc, Ba Lan, Việt Nam và các nước khác nghiên cứu về ĐLH máy, thể hiện trong các tài liệu [36], [48], [54]… Các công trình này đã giới thiệu mô hình ĐLH kết cấu máy của máy bốc xúc bánh lốp, búa máy, máy ép cọc thủy lực…tuy nhiên đối với máy đóng cọc sử dụng
BTL di chuyển trên cột dẫn hướng và được liên kết bằng khớp cầu với máy cơ sở như máy MHP-01 thì chưa có công trình nghiên cứu nào được công bố. 1.2.3. Các nghiên cứu về thiết kế, chế tạo máy đóng cọc hộ lan Có nhiều công trình của các nhà khoa học Trung Quốc, Việt Nam và các nước khác nghiên cứu về thiết kế, chế tạo máy ĐCHL, thể hiện trong các tài liệu [6], [50], [51], [52], [58]... Các nội dung được trình bày chủ yếu là phần tính toán tĩnh học để xác định tổ hợp lực tác dụng lên các phần tử kết cấu của máy, từ đó thực hiện phép tính bền để chọn ra mặt cắt hợp lý cho các phần tử kết cấu. Còn tính toán ĐLH đối với những phần tử này thì chưa được công bố. KẾT LUẬN CHƯƠNG I VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Qua phân tích tình hình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về những vấn đề liên quan đến nội dung của luận án, có một số điểm tồn tại cần được quan tâm giải quyết như sau: 1. Máy ĐCHL là loại máy chuyên dùng và mang tính đặc thù, cho nên các công trình nghiên cứu hiện nay chủ yếu đề cập tới việc tính toán, thiết kế, chế tạo máy, mà chưa nghiên cứu về lĩnh vực ĐLH cũng như ổn định máy. - Một số công trình đã giới thiệu nội dung tính toán, tuy nhiên, các thông số kỹ thuật được đưa ra chỉ dựa trên kinh nghiệm thực tế, chưa có cơ sở khoa học để xác định tính hợp lý của các thông số đó trong quá trình vận hành, khai thác máy. Các công thức tính toán là tính toán tĩnh, nhưng trong quá trình làm việc, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau nên tình trạng chịu lực (nhất là lực động) của các thành phần kết cấu máy cũng như hệ TĐTL sẽ thay đổi rất khác nhau và độ ổn định của máy cũng bị ảnh hưởng nhiều. - Để nghiên cứu, tính toán các tải trọng động tác dụng lên máy trong quá trình làm việc cần nghiên cứu ĐLH để xác định các hệ số động; xét theo quan điểm ĐLH, lấy hệ số động nhỏ nhất để đề xuất các thông số kỹ thuật hợp lý. - Về vấn đề ĐLH, các công trình đã công bố mới áp dụng cho một số loại máy chuyên dùng (hoặc bộ phận công tác của máy), còn đối với máy đóng cọc sử dụng BTL di chuyển trên cột dẫn hướng và được liên kết bằng khớp cầu với máy cơ sở như máy MHP-01 thì chưa có. 2. Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về máy ĐCHL, luận án xác định được mục tiêu, nội dung nghiên cứu, đó là: nghiên cứu ĐLH của máy ĐCHL trong quá trình làm việc (đóng cọc và nhổ cọc), từ đó xác định quy luật chịu tải của
các thành phần kết cấu máy cũng như hệ thống TĐTL, làm cơ sở cho việc xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng máy ĐCHL chế tạo tại Việt Nam. CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ĐÓNG CỌC HỘ LAN ĐƯỜNG Ô TÔ DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 2.1. Nghiên cứu động lực học hệ khung sàn máy trong quá trình làm việc 2.1.1. Nghiên cứu động lực học hệ khung sàn máy khi đóng cọc Mô hình động lực học được thể hiện như hình 2.1. 2 Hình 2.1. Mô hình động lực học hệ khung sàn của máy khi đóng cọc Trong đó: D1, F1, C1, E1- Vị trí cân bằng tĩnh của hệ; D3, F2, C3, E3, G2 - Vị trí đang xét của hệ; ZOX- Hệ tọa độ tuyệt đối; Z1O1X1- Hệ tọa độ tương đối đi qua trọng tâm của khung sàn máy;  - Góc nghiêng của nền máy đứng so với phương ngang, rad; m1 - Khối lượng quy dẫn của sàn máy và các cụm chi tiết khác lắp trên sàn máy (trừ cần treo búa và búa) về trọng tâm của sàn máy, kg;
y1 - Mô men quán tính quy dẫn của sàn máy và các chi tiết khác khi sàn máy quay quanh trục O1Y1, kg.m2 ; m 2 - Khối lượng của cần treo búa và búa quy dẫn về trọng tâm của cần, kg ;  2E - Mô men quán tính quy dẫn của cần treo búa khi cần quay quanh khớp E, kg.m2 ; m 3 - Khối lượng dao động của búa, kg ;  - Chuyển vị tĩnh của khung sàn máy do trọng lượng bản thân máy, m ; R - Khoảng cách từ chốt liên kết giữa cần treo búa và XLTL nâng hạ cần đến khớp nối của cần với thanh chống xiên, R = HE 3 , m ; R 2 - Khoảng cách từ trọng tâm của sàn máy đến khớp nối của cần treo búa với thanh chống xiên, R 2 = F2 E3 , m ; l - Khoảng cách từ trọng tâm của khối lượng m 2 đến khớp nối của cần treo búa với thanh chống xiên, l = G 3E 3 , m ; b 0 - Khoảng cách từ hình chiếu trọng tâm của khung sàn máy đến hai điểm tiếp xúc của lốp bánh xe bên trái và bên phải xuống nền đường, m ;  2 - Góc nghiêng của R 2 so với mặt sàn máy, rad; S1 ,S2 - Tương ứng là độ cứng của hai cụm bánh xe bên trái và bên phải (độ cứng của lốp), N / m ; K1 ,K 2 - Tương ứng là hệ số giảm chấn của hai cụm bánh xe bên trái và bên phải, Ns / m ; S3 - Độ cứng của XLTL nâng hạ cần treo búa, N / m ; S4 - Độ cứng của buồng ắc quy thủy lực, N / m ; q1 ,q 2 ,q 3 ,q 4 - Các tọa độ suy rộng, trong đó: q1 - Chuyển vị thẳng của khung sàn máy theo trục vuông góc với nền, m ; q 2 - Chuyển vị góc của khung sàn máy quanh trục O1Y1, rad ; q 3 - Chuyển vị góc của cần treo búa quanh khớp nối của cần treo búa với thanh chống xiên, rad ; q 4 - Chuyển vị thẳng của piston búa theo phương thẳng đứng, m ; Fxl - Lực của XLTL tác dụng vào cần treo búa khi đóng cọc, N ; Pc ( t ) - Lực cản ở đầu cán pít tông của XLTL nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc, N ; Fms - Lực ma sát của nền đất vào thành cọc, N ; R c - Lực cản đầu cọc, N ; P ( t ) - Lực xung kích của búa thủy lực khi đóng cọc, N . Sau khi tiến hành viết công thức cho các hàm thế năng, động năng, hao tán và lực suy rộng, sử dụng phương trình Lagrange II để thiết lập hệ PTCĐ.   Phương trình Lagrange II có dạng: d  T  − T +  + U = Qi , (i = 1 ÷ 4) dt  qi  qi qi qi
Tiến hành các bước tính toán và biến đổi cần thiết, thu được hệ phương trình chuyển động như sau: * ( m1 + m 2 ) q1 + m 2R 2 .cos ( q 2 - 2 ) q 2 + m 2l.cos (  - q 3 ) q 3 − m 2 R 2 .sin ( q 2 − 2 ) q 2 2   + m 2l.sin (  − q 3 ) q 3 + 2 ( K1 + K 2 ) q1 + 2b 0 ( K 2 − K1 ) q 2 + 2 (S1 + S2 ) q1 2   + 2b 0 ( S2 − S1 ) q 2 = − Pt1 sin q 2 + N1 cos q 2 + ( m1 + m 2 ) g.cos  − 2 (S1 + S2 )  * m 2 R 2 .cos ( q 2 - 2 ) q1 + (  y1 + m 2 R 2 ) q 2 + m 2 R 2l. cos ( 2 +  - q 2 - q 3 ) q 3 2   + m 2 R 2l.sin ( 2 +  − q 2 − q 3 ) q 3 + 2b 0 ( K 2 − K1 ) q1 + 2b 0 ( K1 + K 2 ) q 2 2 2   + 2b 0 ( S2 − S1 ) q1 + 2b 0 (S1 + S2 ) q 2 = M q + ePt1 − hN1 + m 2gR 2 .cos ( 2 − q 2 +  ) (2.52) 2   −2b 0 ( S2 − S1 ) * m l.cos  - q q + m R l. cos  +  - q - q q + m l 2 +  q  2 ( 3) 1 2 2 ( 2 2 3) 2 ( 2 2E ) 3  + m R l.sin  +  − q − q q 2 + S R 2q = P t R − S R 2q + m gl.cosq  2 2 ( 2 2 3) 2 3 3 c( ) 3 3o 2 3 * m q + S R = m g + P ( t ) − R - F  3 4 4 4 3 c ms Giải hệ phương trình (2.52) bằng Matlab, thu được quy luật thay đổi các thông số ĐLH của hệ khung sàn máy khi đóng cọc như sau: Hình 2.2. Chuyển vị q1 của khung sàn Hình 2.3. Vận tốc q1 của khung sàn Hình 2.4. Gia tốc q1 của khung sàn Hình 2.5. Chuyển vị góc q2
Hình 2.6. Vận tốc góc q2 Hình 2.7. Gia tốc góc q2 Hình 2.8. Lực lên nền tại bánh xe A Hình 2.9. Lực lên nền tại bánh xe B 2.1.2. Nghiên cứu động lực học hệ khung sàn máy khi nhổ cọc Mô hình động lực học được thể hiện như hình 2.10. 2 Hình 2.10. Mô hình động lực học hệ khung sàn máy khi nhổ cọc
Sau khi tiến hành viết công thức cho các hàm thế năng, động năng, hao tán và lực suy rộng, sử dụng phương trình Lagrange II với i = 1 ÷ 3 để thiết lập hệ phương trình chuyển động. Tiến hành các bước tính toán và biến đổi cần thiết, thu được hệ phương trình như sau: * ( m1 + m 2 ) q1 + m 2 R 2 .cos ( q 2 − 2 ) q 2 − m 2l.cos (  + q 3 ) q 3   − m 2 R 2 .sin ( q 2 − 2 ) q 2 + m 2l.sin (  + q 3 ) q 3 + 2 ( K1 + K 2 ) q1 + 2b 0 ( K 2 − K1 ) q 2 2 2   + 2 ( S1 + S2 ) q1 + 2b 0 ( S2 − S1 ) q 2 = − Pt1 sin q 2 + N1 cosq 2 + ( m1 + m 2 ) g.cos   −2 ( S + S )  1 2 * m R .cos ( q −  ) q + (  + m R 2 ) q − m R l. cos (  +  − q + q ) q  2 2 2 2 1 y1 2 2 2 2 2 2 2 3 3  (2.68)  + m 2 R 2l.sin ( 2 +  − q 2 + q 3 ) q 3 + 2b 0 ( K 2 − K1 ) q1 + 2b 0 ( K1 + K 2 ) q 2 2 2  + 2b S − S q + 2b 2 S + S q = M + eP − hN + m gR .cos  − q +   0( 2 1) 1 0 ( 1 2) 2 q t1 1 2 2 ( 2 2 )  −2b ( S − S )  0 2 1 * − m 2l.cos (  + q 3 ) q1 − m 2 R 2l.cos ( 2 +  − q 2 + q 3 ) q 2 + ( m 2l 2 + 2E ) q 3   − m 2 R 2l.sin ( 2 +  − q 2 + q 3 ) q 2 + S3R 2q 3 = ( A1Pa - A 2 Pt ) c − Pc (t)  R − m 2glcosq 3 2    Kết hợp pt cân bằng lưu lượng của XLTL nâng hạ cần treo búa khi nhổ cọc: dP V [n ](1- b ) (2.69) E a a = Vb n b - b b Pa - (Pa - Pat )K at - A1Z dt [Pb ] Giải hệ phương trình (2.68), (2.69) bằng Matlab, thu được quy luật thay đổi các thông số ĐLH của hệ khung sàn máy khi nhổ cọc như sau: Hình 2.11. Chuyển vị q1 của khung sàn Hình 2.12. Vận tốc q1 của khung sàn Hình 2.13. Gia tốc q1 của khung sàn Hình 2.14. Chuyển vị góc q2
Hình 2.15. Vận tốc góc q2 Hình 2.16. Gia tốc góc q2 Hình 2.17. Lực lên nền tại bánh xe A Hình 2.18. Lực lên nền tại bánh xe B 2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực của máy đóng cọc hộ lan trong quá trình làm việc 2.2.1. Nghiên cứu động lực học xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc bằng búa thủy lực kết hợp với lực ép của xi lanh Hình 2.21. Mô hình động lực học F 8 XL P (t) c m Z của xi lanh thủy lực nâng hạ cần : mZ mg P A treo búa khi đóng cọc 2, 2 7 P E a a 1- Thùng đựng dầu; 2- Bộ lọc P t dầu; 3- Động cơ lai bơm; 4- Bơm P A 1, 1 A B thủy lực; 5- Van an toàn; 6- Van 6 P T P a phân phối; 7- XLTL nâng hạ cần P 4 t Q at 5 V r M treo búa; 8- Khối lượng quy dẫn b b P n 3 b của cần treo búa at 2 1 Thông qua việc thiết lập phương trình cần bằng lưu lượng và cân bằng lực, thu được hệ phương trình vi phân như sau:  dPa V  n (1 − h b ) E a = Vb n b − b b Pa − ( Pa − Pat ) K at − A 2 Z − Q bua  dt  Pb  (2.84)  mZ = ( A 2 Pa − A1Pt ) c + mg − Pc ( t ) 
Giải hệ phương trình (2.84) bằng Matlab, thu được quy luật thay đổi các thông số ĐLH của XLTL nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc như sau: Hình 2.23. Áp suất dầu trong XLTL Hình 2.24. Chuyển vị của XLTL Hình 2.25. Vận tốc của XLTL Hình 2.26. Gia tốc của XLTL 2.2.1. Nghiên cứu động lực học xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi nhổ cọc Hình 2.28. Mô hình động lực học 8 P (t) c Z m* của xi lanh thủy lực nâng hạ cần : m*Z Pt m*g 7 P 2 ,A 2 treo búa khi tiến hành nhổ cọc 1- Thùng đựng dầu; 2- Bộ lọc Ea Pa FXL P1,A1 A B QXL dầu; 3- Búa thủy lực; 4- Động cơ 6 P T lai bơm; 5- Van an toàn; 6- Van Pa Qat 5 4 Vb Pt phân phối; 7- XLTL nâng hạ cần M rb Pat 3 nb treo búa; 8- Khối lượng quy dẫn 2 cần treo búa 1 Thông qua việc thiết lập phương trình cần bằng lưu lượng và cân bằng lực, thu được hệ phương trình vi phân như sau:  dPa V  n (1 − b ) E a = Vb n b − b b Pa − ( Pa − Pat ) K at − A1Z  dt  Pb  (2.91)  m.Z = ( A1Pa − A 2 Pt ) c − m*g − Pc ( t ) 
Giải hệ phương trình (2.91) bằng Matlab, thu được quy luật thay đổi các thông số ĐLH của XLTL nâng hạ cần treo búa khi nhổ cọc như sau: Hình 2.30. Áp suất dầu trong XLTL Hình 2.31. Chuyển vị của XLTL Hình 2.32. Vận tốc của XLTL Hình 2.33. Gia tốc của XLTL KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 1. Xây dựng được mô hình ĐLH hệ khung sàn khi đóng cọc (mô hình phẳng, 4 bậc tự do) và nhổ cọc (mô hình phẳng, 3 bậc tự do). Xây dựng các hệ pt vi phân chuyển động từ pt Lagrange II. Sử dụng phương pháp Runge - Kutta lập trình trong Matlab để giải hệ pt và xác định các giá trị: chuyển vị thẳng, chuyển vị góc, vận tốc, vận tốc góc, gia tốc, gia tốc góc của khung sàn máy và lực động tác dụng lên nền tại các bánh xe trong các quá trình làm việc. 2. Thiết lập được các hệ phương trình vi phân mô phỏng quá trình làm việc của XLTL nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc và nhổ cọc. Xây dựng các chương trình mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink để xác định các giá trị: áp suất làm việc, vận tốc, gia tốc và chuyển vị của XLTL. Xác định hệ số áp suất động (kđ) trong XLTL khi đóng cọc là 1,41; khi nhổ cọc là 1,14. 3. Kết quả tính được biểu diễn trên 24 đồ thị. Phân tích hình dạng và giá trị biên độ ở các đồ thị nhận được quy luật biến thiên của các thông số ĐLH. Các kết quả cho thấy sự phù hợp của mô hình tính toán với đặc điểm làm việc của máy ĐCHL trong thực tế. Giúp ích cho việc nghiên cứu thực nghiệm ở chương 3 và khảo sát, xác định các thông số hợp lý của máy ở chương 4.
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ĐÓNG CỌC HỘ LAN ĐƯỜNG Ô TÔ DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 3.1. Mục đích thực nghiệm - Xác định các thông số cơ bản của hệ thống TĐTL và hệ khung sàn của máy trong quá trình đóng - nhổ cọc; - Xác định một số thông số đầu vào để giải bài toán ĐLH; - So sánh kết quả lý thuyết với kết quả thực nghiệm để khẳng định tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình tính toán 3.2. Các thông số thực nghiệm Thực nghiệm nhằm xác định các thông số ĐLH hệ khung sàn của máy: chuyển vị, vận tốc, gia tốc ( qi ,qi ,qi ) , với i = 1  n ; thông số ĐLH của hệ TĐTL của thiết bị như lưu lượng, áp suất, chuyển vị của BTL và XLTL nâng hạ cần; lực động tác dụng lên các bánh xe khi đóng cọc và nhổ cọc. 3.3. Các thiết bị thực nghiệm a. Đầu đo áp suất 520.954S b. Đầu đo lưu lượng R5S7HK75 c. Đầu đo chuyển vị CDP-50 d. Đầu đo lực nén LFT e. Thiết bị thu thập tín hiệu NI-6009 f. Giao diện khi đo đạc thực nghiệm Hình 3.1. Các thiết bị đo đạc thực nghiệm
3.4. Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm Quá trình đo đạc, thực nghiệm được tiến hành theo sơ đồ khối sau: Hình 3.2. Sơ đồ quá trình thực nghiệm 3.5. Phân tích và so sánh kết quả thực nghiệm Tiến hành thực nghiệm 5 lần để lấy kết quả đo ứng với các trường hợp làm việc điển hình của máy. Sử dụng phương pháp toán thống kê để xử lý số liệu thực nghiệm, loại trừ các số liệu thô. Kết quả thu được là các đồ thị biến thiên và giá trị của các thông số ĐLH như áp suất dầu trong XLTL, chuyển vị cà chuyển vị góc của khung sàn máy, lực tác dụng lên nền tại các bánh xe...Các giá trị này được thể hiện trong mục 3.7 phần thuyết minh của luận án. Sau đây là một số kết quả so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm: Bảng 3.1. 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 Trường hợp Sai số  TT Thông số so sánh làm việc (%) 1 Khi đóng cọc Áp suất dầu trong XLTL nâng hạ cần (N/m) 3,3 2 Khi nhổ cọc Áp suất dầu trong XLTL nâng hạ cần (N/m) 11,7 Chuyển vị thẳng của khung sàn máy (mm) 6,8 3 Khi đóng cọc Chuyển vị góc của khung sàn máy (độ) 10,7 Chuyển vị thẳng của khung sàn máy (mm) 12,8 4 Khi nhổ cọc Chuyển vị góc của khung sàn máy (độ) 4,7
Trường hợp Sai số  TT Thông số so sánh làm việc (%) Lực tác dụng lên nền tại bánh xe A (N) 4,0 5 Khi đóng cọc Lực tác dụng lên nền tại bánh xe B (N) 6,3 Lực tác dụng lên nền tại bánh xe A (N) 1,5 6 Khi nhổ cọc Lực tác dụng lên nền tại bánh xe B (N) 2,9 Bảng 3.2. Hệ số lực động tại các bánh xe Hệ số lực động kđ TT Trường hợp làm việc Lý thuyết Thực nghiệm Lực động tại bánh xe A 1,26 1,27 1 Khi đóng cọc Lực động tại bánh xe B 1,14 1,14 Lực động tại bánh xe A 1,18 1,18 2 Khi nhổ cọc Lực động tại bánh xe B 1,01 1,01 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 1. Phân tích kết quả thực nghiệm, xác định được các hệ số lực động lý thuyết và thực nghiệm trong các trường hợp làm việc của máy. Khi đóng cọc, do tác động của xung lực búa thay đổi theo thời gian, gây ra tải trọng động lớn trên các cụm máy và kết cấu thép cũng như hệ TĐTL. Điều này cần được quan tâm khi tính toán thiết kế, chế tạo cũng như vận hành, sử dụng máy đóng cọc. 2. Xác định được sai số tương đối giữa lý thuyết và thực nghiệm có giá trị từ 1,4% - 12,8%. Nguyên nhân gây ra sai số do mô hình lý thuyết đã được đơn giản hóa (bỏ qua một số yếu tố thực tế ảnh hưởng đến quá trình dao động) và một phần sai số khi đo đạc thực nghiệm trong điều kiện khó khăn ở hiện trường. Tuy nhiên, các sai số này đều là giá trị có thể chấp nhận được, cho thấy mô hình lý thuyết có độ tin cậy với độ chính xác tương đối cao; làm cơ sở cho việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hệ TĐTL và hệ khung sàn máy trong chương 4. 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 ảnh hưởng của thông số làm việc của máy đến các thông số động lực học của xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc
Các thông số khảo sát: Đường kính của XLTL nâng hạ cần treo búa, mô đun đàn hồi của dầu thủy lực. Các kết quả được thể hiện như sau: Hình 4.1. Biên độ dao động của áp Hình 4.2. Biên độ dao động của lực suất dầu trong XLTL khi Dxl thay đổi XLTL khi Dxl thay đổi Đường kính xi lanh Dxl , mm TT Thông số ĐLH Đơn vị 90 96 105 Biên độ dao động áp N / m2 1 12,135.106 8,023.106 4,286.106 suất dầu trong XLTL Biên độ dao động 2 N 2,159.104 4,039.104 6,110.104 lực ép của XLTL Hình 4.3. Biên độ dao động của áp Hình 4.4. Biên độ dao động của lực suất dầu trong XLTL khi Ed thay đổi ép XLTL khi Ed thay đổi Mô đun đàn hồi của dầu E d , MPa TT Thông số ĐLH Đơn vị 1500 1600 1700 Biên độ dao động áp 1 N / m2 4,289.106 7,807.106 8,605.106 suất dầu trong XLTL Biên độ dao động lực 2 N 2,159.104 3,931.104 4,330.104 ép của XLTL
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thông số làm việc của máy và thông số của nền đất đến các thông số động lực học của hệ khung sàn máy khi đóng cọc Các thông số khảo sát: Đường kính của XLTL nâng hạ cần treo búa, mô đun đàn hồi của dầu thủy lực. Các kết quả được thể hiện như sau: Hình 4.5. Biên độ dao động chuyển vị Hình 4.6. Biên độ dao động chuyển vị của khung sàn khi S1 , S2 thay đổi góc của khung sàn khi S1 , S2 thay đổi Hình 4.7. Biên độ dao động lực lên Hình 4.8. Biên độ dao động lực lên nền tại bánh xe A khi S1 , S2 thay đổi nền tại bánh xe B khi S1 , S2 thay đổi Đơn Độ cứng của lốp bánh xe S1 ,S 2 , N / m TT Thông số ĐLH vị 0,915.106 0,92.106 0,925.106 Biên độ dao động chuyển 1 mm 36,370 29,185 12,846 vị của khung sàn máy Biên độ dao động chuyển 2 độ 1,420 1,682 1,920 vị góc của khung sàn Biên độ dao động của 3 N 4,111 3,987 3,958 lực lên nền tại bánh xe A Biên độ dao động của 4 N 3,268 1,892 1,471 lực lên nền tại bánh xe B