Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG ĐẤT HẤP THỤ TRONG QUÁ TRÌNH ĐẦM BẰNG MÁY LU RUNG EXPERIMENTAL STUDY TO IDENTIFY THE ENERGY THAT SOIL ABSORBED DURING THE COMPACTION BY A VIBRATORY ROLLER Trần Hữu Lý Học viện Kỹ thuật Quân huulytran69@gmail.com TÓM TẮT Đầm lèn nguyên công quan trọng định đến chất lượng tuổi thọ công trình đường, sân bay, bến bãi Việc mô hình hóa theo lý thuyết để xác định thông số đặc trưng trình đầm góp phần không nhỏ đến việc hoàn thiện thiết kế đưa chế độ làm việc hợp lý cho máy Bài báo đưa mô hình nghiên cứu động lực học máy lu rung, cụ thể trình tương tác đất-trống lăn đầm lèn Trên sở lý thuyết xây dựng được, báo xây dựng phương án, mô hình tiến hành thực nghiệm để đánh giá thông số đặc trưng trình đầm Kết nghiên cứu đặc trưng động lực học trình đầm lèn góp phần lựa chọn chế độ đầm lèn hiệu khảo sát ảnh hưởng đặc tính môi trường đến chất lượng đầm lèn Từ khóa: lượng, đất đầm, máy lu rung, thực nghiệm, hấp thụ ABSTRACT Compaction is one of the important step that effective to the quality and longevity of the works such as roads, airports, harbors… The theoretical model to determine the specific parameters of the compacted process contributes to find the perfect design as well as offering reasonable working mode for the roller This paper presents the dynamical model of a roller, specifically to research on interactive process of soil-drum Thank to the theoretical model, the experimental equipment and diagram conducted to assess the parameters characteristic of the process of compaction Finding the dynamical characteristics of process for selection of compaction mode as well as surveying of the impact of environmental features to quality compaction Keywords: energy, soil, vibratory roller, experimental study, absorbed ĐẶC VẤN ĐỀ Phương pháp rung thường dùng để lèn chặt đường, kho tàng bến bãi, sân bay, công trình xây dựng (nền nhà, đất đắp đập, đê…), đầm chặt lớp kết cấu áo đường bê tông átphan, bê tông xi măng, cấp phối đá dăm…Khi máy rung làm việc, trọng lượng thân có lực ly tâm lệch tâm gây Lực rung trọng lượng tĩnh tác dụng lên vật liệu, gây hiệu ứng di chuyển rung làm vật liệu bị lèn chặt lại Rung động làm cho lực ma sát lực dính hạt vật liệu giảm đi, hạt vật liệu dao động theo phương thẳng đứng tới vị trí ổn định, xắp xếp lại lấp đầy lỗ rỗng làm cho dung trọng đất độ chặt tăng lên, độ thấm nước giảm, khả chống biến dạng tăng Hiệu đầm rung phụ thuộc vào biên độ, tần số dao động, số lượt đầm, vận tốc đầm, cách thức tiếp xúc bánh đầm đất…Thêm vào phụ thuộc vào đặc tính môi trường đầm lèn Tương tác bánh đầm - đất trình đầm định đến chế độ làm việc máy đầm, ảnh hưởng đến thông số động lực học máy tất nhiên ảnh 869 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV hưởng đến chất lượng đầm lèn tức có ảnh hưởng định đến tuổi thọ tiến độ thi công công trình, vấn đề cấp bách cần giải CƠ SỞ XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG TIÊU HAO TRONG QUÁ TRÌNH ĐẦM mf zf kf cf md me FD zd F= s ks zd +cs zd Hình Máy lu rung bánh thép tự hành Bánh lốp; Trống lăn; Khung máy Hình Mô hình động học máy lu rung Mô hình máy lu rung mô tả tổng quát hệ bậc tự hình 2, [5,6], chuyển động trống lăn đặc trưng zd phần khung máy zf Các đặc trưng mô hình tương tác trống lăn đất gồm: khối lượng phần khung máy mf, khối lượng phần trống lăn khối lệch tâm md me Phần kích động tạo lu rung đặc trưng hai đại lượng tần số f mô men tĩnh lệch tâm (Me= mere) Hệ thống treo máy lu rung mô tả độ cứng kf hệ số giảm chấn cf, môi trường đất đưa vào mô hình với đặc trưng độ cứng ks hệ số giảm chấn cs Một số giả thiết mô hình nghiên cứu: xét toán phẳng; khối lượng khung máy tác động lên bánh rung tập trung mf; khối lượng tập trung xét dao động theo phương thẳng đứng; trống lăn tiếp xúc với đất trình làm việc; đất không bị phá hủy trình đầm Lực kích động cấu gây rung tính: FD  me re 2 sin(t);   2f (1) Lực liên kết đất trống lăn tính tổng cộng lực đàn hồi lực cản nhớt phần đất phía trống lăn: Fs  Fks  Fcs  ks zd  cs zd (2) Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động trống lăn phần khung máy thiết lập sa: (md  me )z d  cf (z d  z f )  k f (z d  z f )  FD  Fs  mf zf  cf (z d  z f )  k f (z d  z f )  (3) Bằng cách biến đổi toán học, tìm nghiệm zd hệ phương trình (4) sau: z d (t)  me re 2 sin(t)      k s 1     2D  n   n   870 (4) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Trong đó: n  k s /  md  me  mf  D  cs / 2(me  md  mf )n  , biên độ dịch chuyển trống lăn xác định là: me re 2 z 0d  ks  2    1     2D  n   n   (5) Theo đặc trưng chuyển động trống lăn biểu diễn dạng: z d (t)  z 0d sin(t  )  z d (t)  z d cos(t  )  z d (t)  z d  sin(t  ) (6) Khi đó, lượng mà đất hấp thụ chu kỳ đầm T  2 /  tính: T T 0 WT =  Fs zd dt    k s z d  cs z d  z d dt (7) Thế biểu thức (6) vào để tính tích phân công thức (7) nhận được: WT = me re 2 cs c me re 2 zd0 = s me re 2 ks ks      1     2D  n   n   ks  (8) Năng lượng để kích thích cấu gây rung tính: T W =  Pdt  T Qpdt 600 0 (9) Trong đó, P(W) công suất dẫn động mô tơ gây rung; Q(lít/phút), p(bar) lưu lượng áp suất dầu qua mô tơ Dựa vào công thức tính lưu lượng dầu vào mô tơ, xác định tốc độ vòng quay mô tơ rây rung: Q qvn 100Q  1000 3q v (10) Với qv lưu lượng riêng mô tơ, cm3/vòng; n tốc độ quay mô tơ, vòng/phút Thế công thức (10) vào công thức (8) (9) nhận lượng mà đất hấp thụ khoảng thời gian chu kỳ WT lượng kích thích tổng cộng W sau:  c  WT = s  me e  ks  ks   q p  W  v 10   n  1     4D  2 ;  100Q 3q v n (11) Hiệu hấp thụ lượng đất đầm đánh giá thông qua số hấp thụ:  WT W 871 (12) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM Đầu đo để đo thông số p Q mô tơ gây rung: sử dụng đầu đo áp suất OCM-511 Hãng Huba Control chế tạo (hình 3.a) sử dụng đầu đo lưu lượng R4S-7HD25 hãng AW-LAKE Company chế tạo (hình 3.b) Phương án bố trí đầu đo thể hình 3.c (1-đầu đo lưu lượng; 2-đầu đo áp suất) b) c) a) Hình Đầu đo phục vụ thí nghiệm Sử dụng tham số máy lu Sakai SV512E: mf=1950(kg); md=3500(kg); kf=5,46.106(N/m); cf=10480(Ns/m); ks= 87.106(N/m); cs=3440(Ns/m); qv=28,5(cm3/vòng); mô men tĩnh lệch tâm Me1=3,55(kgm2) (chế độ nhẹ) Me2=4,67(kgm2) (chế độ nặng); lưu lượng làm việc tối đa mô tơ gây rung Qmax=72,07(lít/phút) Tiến hành thí nghiệm cho chế độ nặng nhẹ mức độ mở cửa van phân phối để lưu lượng dầu qua mô tơ đạt: 0,25Qmax/0,5Qmax /0,625Qmax/0,75Qmax /0,875Qmax /Qmax(lít/phút) Lưu lượng mức xấp xỉ tức dao động quanh mức việc trì độ mở van phân phối thực thủ công KẾT QUẢ NHẬN ĐƯỢC Kết đo áp suất lượt thí nghiệm thể hình hình cho hai chế độ làm việc máy: Hình Kết đo áp suất qua mô tơ gây rung (chế độ nhẹ) 872 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Kết đo áp suất qua mô tơ gây rung (chế độ nặng) Bằng việc lấy giá trị trung bình kết lần thí nghiệm nhận giá trị áp suất trung bình (bảng 1) Bảng Bảng tổng hợp kết tính toán giá trị áp suất trung bình p1 p2 p3 p4 p5 p6 (bar) (bar) (bar) (bar) (bar) (bar) Nhẹ 185,63 202,22 199,60 181,10 209,03 196,06 Nặng 189,41 207,97 195,95 180,93 207,90 208,54 Chế độ Hình Kết đo lưu lượng qua mô tơ gây rung (chế độ nhẹ) Hình Kết đo lưu lượng qua mô tơ gây rung (chế độ nặng) 873 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Tương tự nhận giá trị lưu lượng trung bình 12 lần thí nghiệm Bảng Bảng tổng hợp kết tính toán giá trị lưu lượng trung bình Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 (lít/phút) (lít/phút) (lít/phút) (lít/phút) (lít/phút) (lít/phút) Nhẹ 18,73 36,03 43,28 55,96 67,85 71,66 Nặng 17,65 37,25 45,35 54,05 67,41 72,07 Chế độ Hình Hiệu hấp thụ lượng đất đầm Theo kết tính toán hình nhận thấy rằng, với hai chế độ nhẹ nặng có thí nghiệm cho kết hiệu truyền lượng  đạt cực trị, cụ thể chế độ nhẹ: Qnh2  36,03 (lít/phút) Qnh5  67,85 (lít/phút); chế độ nặng: Qng2  37,25 (lít/phút) Qng5  67,41 (lít/phút) Điều chứng tỏ tồn tần số rung: tần số vùng tần số thấp vùng tần số cao đạt hiệu đầm lèn cao Với đối tượng cụ thể máy lu Saikai SV512E, thấy tần số rung hiệu máy làm việc ở: chế độ nhẹ 21,07(Hz) 39,68(Hz); chế độ nặng 21,78(Hz) 39,42(Hz) KẾT LUẬN Bài báo xây dựng mô hình tương tác máy lu-đất sát với thực tế, phát triển mô hình động lực học máy lu rung hai khối lượng để xác định hiệu truyền lượng rung cấu lệch tâm xuống đất đầm thông số đặc trưng mô tơ thủy lực gây rung (áp suất lưu lượng công tác) Xem xét chế độ làm việc nhẹ hay nặng dựa vào độ lớn mô men tĩnh lệch tâm tiến hành với thay đổi lưu lượng công tác mô tơ thủy lực gây rung cho thấy: hai chế độ làm việc xuất tần số rung thấp tần số rung cao mà đất đầm hấp thụ nhiều lượng tần số khác Thêm vào đó, giá trị nh ... số rung thấp tần số rung cao mà đất đầm hấp thụ nhiều lượng tần số khác Thêm vào đó, giá trị nh