Đang tải... (xem toàn văn)
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
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 CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 9520116 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2018 Luận án hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG 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 bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước thiết bị phục vụ việc ép loại cọc bêtông cốt thép đúc sẵn hay loại cọc thép vào móng với nhiều ưu điểm Hiện nay, hầu hết chủng loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước sử dụng nhập từ nước với chi phí cao Các đơn vị sản xuất nước chưa có nhiều sở khoa học để tính toán, thiết kế chế tạo loại thiết bị Một vấn đề cần quan tâm việc nghiên cứu động lực học máy ứng với trạng thái làm việc điển trình cẩu cung cấp cọc, trình ép cọc trình di chuyển máy làm sở khoa học cho việc tính tốn, thiết kế tối ưu thiết bị dựa sở tính tốn động, tính tốn mỏi, tuổi thọ ổn định thiết bị, đồng thời cho phép khuyến nghị thông số kỹ thuật hợp lý (thông số kết cấu thống số làm việc), tăng hiệu thiết kế, chế tạo sử dụng thiết bị nước Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam” đặt yêu cầu cấp thiết Mục tiêu đề tài Đề tài nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước điều kiện thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam để tìm quy luật thay đổi thơng số động lực học trường hợp làm việc điển hình máy Dựa kết nghiên cứu thu được, luận án khuyến nghị số thông số kỹ thuật hợp lý máy theo quan điểm động lực học Kết nghiên cứu đề tài luận án sử dụng làm tài liệu tham khảo có ích cho việc tính tốn, thiết kế, chế tạo khai thác sử dụng máy ép cọc di chuyển bước Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước sử dụng thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam b) Phạm vi nghiên cứu: Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước có lực ép 400 – 1000 Tấn sử dụng thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan vấn đề liên quan đến luận án - Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trình cung cấp cọc, trình ép cọc trình di chuyển máy - Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước - Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án a Ý nghĩa khoa học: - Tác giả nghiên cứu xây dựng toán động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước hệ thống cần trục cung cấp cọc làm việc nghiên cứu xây dựng toán động lực học phần tử thủy lực thuộc máy ép trình ép cọc di chuyển máy Nghiên cứu giúp cho việc xác định thông số động lực học mơ hình q trình cung cấp cọc chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực căng cáp động, lực động tác dụng vào chân chống máy trình ép cọc, di chuyển máy áp suất động, vận tốc, lưu lượng, độ dịch chuyển cọc máy Từ đó, đưa giá trị hệ số động tương ứng với trình làm việc máy Các kết nghiên cứu thu đóng góp phần có ích cho việc tính tốn, thiết kế tối ưu thiết bị dựa sở tính tốn động, tính tốn mỏi, tuổi thọ ổn định thiết bị - Quá trình thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước làm việc công trường với thiết bị đo đạc đại qui trình thực nghiệm hợp lý khẳng định độ tin cậy mơ hình lý thuyết sở để xây dựng phương pháp thực nghiệm loại máy ép cọc thủy lực khác - Tác giả xây dựng chương trình mơ máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trường hợp làm việc tổng quát trường hợp điển hình Bằng chương trình mơ đó, luận án khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học máy từ khuyến nghị thơng số kỹ thuật hợp lý (thông số kết cấu thông số làm việc) máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo quan điểm động lực học b Ý nghĩa thực tiễn: - Các kết nghiên cứu luận án giúp cho đơn vị chế tạo hay khai thác máy ép cọc thủy lực di chuyển bước tham khảo việc cải tiến thiết kế, chế tạo máy ép cọc thủy lực có tiêu kính tế - kỹ thuật cao - Kết nghiên cứu luận án sử dụng làm tài liệu tham khảo có ích phục vụ cho công tác đào tạo thuộc lĩnh vực máy ép cọc thủy lực Điểm luận án - Luận án xây dựng mơ hình ĐLH máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trường hợp làm việc điển hình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp vừa nâng cọc vừa quay mơ hình ĐLH khơng gian Đồng thời, luận án xây dựng mơ hình ĐLH hệ thống TĐTL cấu kẹp cọc, ép cọc di chuyển dọc máy Ứng dụng thành công phần mềm MatlabSimulink đề giải phương trình chuyển động phi tuyến nhiều bậc tự - Luận án xác định đặc trưng dao động, lực căng cáp động, lực động tác dụng vào chân máy theo góc quay mâm quay, áp suất động xi lanh thủy lực, hệ số động ứng với trường hợp làm việc bất lợi 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 trường hợp làm việc điển hình máy nâng cọc có kể đến độ chùng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc di chuyển dọc máy - Luận án xây dựng qui trình bước xác định thơng số kỹ thuật hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam theo quan điểm động lực học xác định thông số hợp lý (thông số kết cầu thông số làm việc) máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ86B (Bảng 4.12) Quy trình áp dụng cho loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước khác CHƯƠNG 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 cơng với cơng trình xây dựng dân dụng, xây dựng cơng trình cầu vượt Máy thường sử dụng để ép loại cọc có đường kính vừa lớn, trình ép - hạ cọc xuống đất yếu lực ép tĩnh xi lanh thủy lực tạo (thường sử dụng ép cọc bê tơng cốt thép) Ngồi ra, máy cịn có khả tự cung cấp cọc nhờ cần trục trang bị máy, cần trục sử dụng để tự tháo lắp vận chuyển thiết bị máy ép (trừ số phận) Cọc ép xuống tạo thành đài cọc, áp lực từ cơng trình truyền xuống đài cọc, thơng qua truyền tới 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 máy ép, 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 cần trục dạng ống lồng (8) cẩu lên đưa vào hộp kẹp cọc Cọc sau kẹp chặt xi lanh thuỷ lực, xi lanh ép cọc (7) đẩy hộp kẹp cọc cọc xuống, nhờ cọc sâu vào lịng đất Sau hết hành trình xi lanh ép, xi lanh kẹp cọc co lại để nhả má kẹp, đồng thời điều khiển cho xi lanh ép co lại, kéo hộp kẹp cọc lên Tiếp tục, điều khiển xi lanh kẹp kẹp chặt cọc ép cọc xuống Khi kết thúc trình ép cọc vị trí, máy ép cọc di chuyển đến vị trí ép cọc mới, q trình di chuyển thực nhờ xi lanh thủy lực với xi lanh bố trí dọc máy, xi lanh bố trí ngang máy xi lanh bố trí theo phương thẳng đứng (4) Bằng việc kết hợp xi lanh thủy lực mà máy di chuyển tiến, lùi, sang trái, sang phải quay 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu nước liên quan đến luận án 1.2.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu kết cấu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Đã có nhiều cơng trình nhà khoa học Trung Quốc, Hungary, Việt Nam nước khác nghiên cứu kết cấu thép trình bày tài liệu [33], [49], [52], [58], [61], [62], Từ cơng trình nghiên cứu NCS nhận thấy: cơng trình nghiên cứu kết cấu thép mà tác giả đề cập chủ yếu tính tốn, thiết kế quan điểm tĩnh học Hiện chưa có cơng trình nghiên cứu lực động phát sinh q trình làm việc máy, từ làm sở cho việc tính tốn kết cấu thép theo quan điểm động lực học 1.2.2 Tổng quan công trình nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước a) Nghiên cứu động lực học cần trục Trên giới nước có nhiều cơng trình nghiên cứu động lực học cần trục, nhà khoa học Bonia, Ba Lan, Korea ngước khác nghiên cứu lĩnh vực thể tài liệu [38], [40], [44], Qua nghiên cứu này, tác giả nhận thấy kết nghiên cứu tập trung phân tích quỹ đạo chuyển động hàng, lực phát sinh khâu, khớp phân tích tần số dao động Tuy nhiên, việc nghiên cứu động lực học cần trục lắp máy ép cọc thủy lực di chuyển bước tổ hợp máy hồn chỉnh chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu, việc xác định lực động phát sinh trình làm việc máy lực động cáp, lực động tác dụng lên chân máy chưa 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 nước khác nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực thể tài liệu [50], [51], [52], [60], [65], Từ cơng trình nghiên cứu này, tác giả nhận thấy: cơng tình nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực kẹp cọc ép cọc có kể đến ảnh hưởng yếu tố địa chất, móng,… đến thơng số động lực học (áp suất, lưu lượng, lực động,v.v.) chưa đề cập nhiều 1.2.3 Các nghiên cứu thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Có nhiều cơng trình nhà khoa học Trung Quốc nước khác nghiên cứu thực nghiệm để xác định ứng suất động thiết bị thể tài liệu [58], [69], Qua nghiên cứu này, tác giả nhận thấy việc đo đạc thực nghiệm máy thực để xác định lực căng cáp động cáp thép nâng hàng, lực động tác dụng vào chân đỡ máy, áp suất động xi lanh ép cọc, xi lanh di chuyển máy, vận tốc ép cọc chưa đề cập nhiều KẾT LUẬN CHƯƠNG I VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Qua phân tích tình hình nghiên cứu tác giả nước giới vấn đề liên quan đến nội dung đề tài đề cập, tác giả nhận thấy số điểm tồn mà đè tài cần quan tâm giải sau: Có nhiều cơng trình nghiên cứu động lực học cần trục (cần trục tháp, cần trục cột quay, cần trục ô tô, ) động lực học hệ thống thủy lực máy Tuy nhiên, việc nghiên cứu động lực học cần trục lắp máy ép cọc thủy lực di chuyển bước tổ hợp máy hồn chỉnh chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu, việc xác định lực động phát sinh trình làm việc máy lực động cáp, lực động tác dụng lên chân chống máy hệ số động lực làm sở cho việc tính tốn động, tính tốn mỏi, tuổi thọ ổn định thiết bị cịn chưa đề cập đến Đồng thời, việc nghiên cứu động lực học xi lanh ép cọc chưa đề cập đến ảnh hưởng yếu tố địa chất, móng,… đến thơng số động lực học áp suất, lưu lượng, lực động, máy thi cơng cơng trình Việt Nam Do vậy, luận án đặt mục tiêu nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước điều kiện thi công công trình xây dựng Việt Nam nhằm xác định tải động tác dụng vào máy làm sở cho việc tính tốn, thiết kế tối ưu thiết bị dựa sở tính tốn động, tính tốn mỏi, tuổi thọ ổn định thiết bị Đồng thời, từ khuyến nghị số thơng số kỹ thuật hợp lý máy theo quan điểm động lực học CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC 2.1 Nghiên cứu động lực học máy nâng cọc 2.1.1 Nghiên cứu động lực học máy hệ thống cần trục nâng cọc có xét đến độ chùng cáp Mơ hình động lực học thể hình 2.1 Z Z1 a q 30 fo m2 H K1 q3 S1 q2 m4 H3 H2 m3 O Xo M(q1) X q1 1 Y i1 K1 D Y1 S1 m4 f osin m2 X1 q3 O m3 O1 L X Hình 2.1 Mơ hình động lực học máy nâng cọc có xét đến độ chùng cáp Trong đó: 1- Mơ men qn tính quy dẫn mô tơ thủy lực nâng cọc khớp nối, kg.m2; m2- Khối lượng quy dẫn cần trục điểm nằm cần, kg; m3- Khối lượng đối trọng cần trục, kg; m4- Khối lượng cọc, kg; a- Bội suất cáp; S1- Độ cứng quy dẫn cáp, N/m; K1- Hệ số dập tắt dao động quy dẫn cáp, Ns/m; Dt- Đường kính tang cáp, m; i1- Tỷ số truyền từ động thủy lực, qua hộp giảm tốc đến tời nâng; q30- Góc lệch ban đầu cáp thép với cọc đỉnh cần mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (mặt phẳng X1O1Z1 ), rad; - Góc lệch ban đầu xét mặt phẳng nằm ngang đường tâm cần cần trục so với trục OX, rad; - Góc nghiêng cần so với mặt phẳng nằm ngang; OXYZ- Hệ trục tọa độ tuyệt đối; q1- Chuyển vị góc trục động thủy lực, rad; q2- Chuyển vị cọc theo đường trục cáp thép, m; q3- Góc lắc cáp thép với cọc xung quanh đỉnh cần mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (mặt phẳng X1O1Z1 ), rad; M(q ) - Đặc tính mô tơ thủy lực dẫn động cụm puly móc câu cấu nâng thuộc cần trục cấp cọc Sau tác giả tiến hành viết công thức cho hàm năng, động năng, hao tán sử dụng phương trình Lagrange II để viết hệ PTCĐ Phương trình Lagrange II có dạng: d T T U Qi , (i = ÷ 3) dt q i q i q i q i Tiến hành bước tính tốn biến đổi cần thiết, tác giả có hệ phương trình chuyển động viết sạng thu gọn sau: Giai đoạn 1: 1q1 M(q1 ) (2.1) q1 a R.K1 (R q q ) a R.S1 (R q1 q ) M(q ) 1 Giai đoạn 2: (2.7) 1 q1 a R.K1 (Rq q ) a R.S1 (R q1 q ) M(q ) Giai đoạn 3: m 4q a K1 (R q q ) a S1 (R q1 q ) m g.cos(q 30 q ) q m4 (f Q q )q 32 m g(f Q q )sin(q30 q3 ) m (f Q q ) (2.21) q a K1 (R q q ) a S1 (R q1 q ) m g.cosq 30 m 4 Một số đồ thị kết việc giải hệ phương trình (2.1), (2.7) (2.21) thể sau: Hình 2.6 Vận tốc dài cọc q2 Triệt tiêu độ chùng cáp Hình 2.8 Vận tốc góc cọc q3 Một đầu cọc nâng lên, đầu cọc chạm đất Cọc thoát khỏi Hình 2.9 Lực căng cáp thép trường hợp nâng hàng có độ chùng cáp 11 2.1.3 Xác định lực tác dụng lên chân chống máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Mơ hình xác định lực tác dụng lên chân chống máy sau: Z Z1 m2 K1 Fc(t) G2 S1 m4 m3 GQ Gm q6 G3 O O1 Xo X Y2 Y X1 Llt m4 (1) (4) q6 b m2 O1 b m3 (3) a c mm O2 O a L3 L2 X=X2 L (2) Hình 2.26 Mơ hình xác định lực tác dụng lên chân chống máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trường hợp máy nâng cọc quay Trong đó: Gm- Trọng lượng sàn máy (kể đối trọng máy), N; G2Trọng lượng cần cần trục, N; G3- Trọng lượng đối trọng cần trục, N; GQ- Trọng lượng cọc, N; Fc(t)- Lực căng cáp (thay đổi theo thời gian), N; - Góc lệch ban đầu đường tâm cần trục xét mặt phẳng nằm ngang ( = q60); Ri- Các lực tác dụng lên chân chống máy, N; Llt- Khoảng cách tâm máy tâm quay cần trục, N; G- Tổng trọng lượng tác dụng lên chân máy (coi G chia cho chân chống máy), N Lực tác dụng lên chân chống xác định sau: R1 My My My G Mx My G M G M G M ;R x ;R x ;R x (2.49) 2.b 2.c 2.b 2.c 2.b 2.c 2.b 2.c Sau chạy chương trình thu kết sau: 12 Luc tac dung len cac chan may, N x 10 R1 R2 R3 R4 R1 1.9 R2 1.8 1.7 1.6 R4 1.5 R3 1.4 1.3 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Chuyen vi goc cua toa quay q6, Hình 2.28 Sự thay đổi lực tác dụng lên xi lanh chân chống Ri (i = 1÷4) theo góc quay mâm quay q6 2.2 Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực máy ép cọc di chuyển bước 2.2.1 Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực kẹp cọc a) Trường hợp xi lanh kẹp cọc b) Trường hợp xi lanh kẹp nhả cọc Hình 2.30 Mơ 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; V ob- Lưu lượng riêng bơm thủy lực, m3/vịng; b- Hiệu suất thể tích bơm thủy lực; v k- Vận tốc dịch chuyển xi lanh kẹp cọc, m/s; p at - Áp suất cài đặt van an toàn tổng, Pa; k at - Hệ số lưu lượng qua van an toàn tổng, (m3/s)/Pa; m qd Khối lượng quy dẫn xi lanh má kẹp cọc đỉnh xi lanh kẹp, kg; p a – Áp lực dầu công tác nhánh cao áp, Pa; p t – Áp lực dầu công tác nhánh thất áp, Pa; A – Diện tích tiết diện khoang cao áp xi lanh kẹp, m ; A2 – Diện tích tiết diện khoang thấp áp xi lanh kẹp, m2 ; c – Hệ số tổn thất xi lanh kẹp; FR : Phản lực cọc tác dụng vào xi lanh kẹp, N 13 Thơng qua việc thiết lập phương trình cần lưu lượng cân lực, tác giả thu hệ phương trình vi phân sau: dpa i V [n ](1 b ) b Vob n b X(t) ob b pa A1 v k (pa pat )k at E a dt i xlk [pb ] dvk mqd dt (pa A1 pt A2 ).c FR (2.66) 2.2.2 Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực ép cọc Qxl D Ea Pa A1 Qb Pc Qc A B P T A2 Pt Qt d Pa Qat M Pat Vob rob Pt Fqt nb mqd qe Wc Hình 2.31 Mơ hình nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh ép cọc Các ký hiệu trường hợp ép cọc hình 2.31 tương tự trường hợp kẹp cọc Ngoài bổ sung thêm số ký hiệu như: ixle – Số xi lanh thực ép cọc; m qd - Khối lượng quy dẫn pít tơng ép cọc đỉnh pít tơng, kg; W C Lực cản tác dụng vào cọc bao gồm lực cản đầu cọc WR tổng trở lực bó thân cọc Wms, N Thơng qua việc thiết lập phương trình cần lưu lượng cân lực, tác giả thu hệ phương trình vi phân sau: dpa i b Vob [n b ](1 b ) pa A1.ve (pa pat )k at E a Vob n b X(t) dt i [pb ] xle (2.77) dv W WR m e ms qd dt (pa A1 pt A2 ).c mqd g i xle 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 hình 2.32 tương tự trường hợp kẹp cọc Ngồi bổ sung thêm số ký hiệu như: ixldc: Số xi lanh di chuyển máy; m qd - Khối lượng quy dẫn máy đỉnh xi lanh di chuyển dọc 14 máy, kg; W ms – Tổng trở lực cản ma sát, N; f – Hệ số ma sát bánh xe đường ray, G m – Trọng lượng toàn máy (gồm trọng lượng máy đối trọng), N; Wgio – Lực cản gió tác dụng vào máy, N mqd qk P , A2 P1,A1 d D Wgio Qt Wms Qxl Pc Fqt Pa Pt Ea Qb B A P T Pa Qat M Pt Vob rob nb Pat Hình 2.32 Mơ hình nghiên cứu động lực học hệ TĐTL xi lanh di chuyển máy Thơng qua việc thiết lập phương trình cần lưu lượng cân lực, tác giả thu hệ phương trình vi phân sau: dpa i V [n ](1 b ) b Vob n b X(t) ob b pa A1.vdc (pa pat )k at E a dt i xldc [pb ] (2.87) dvdc m (p A p A ) f.m g F p a t c qd g g qd dt Sau giải hệ phương trình vi phân (2.66), (2.77) (2.87), ta thu kết sau: X: 0.715 Y: 167.3 150 100 0 X: 1.408 Y: 15.48 X: 0.085 Y: 2.533 0.2 0.4 Co xi lanh tạo khe hở Quá trình kẹp cọc 200 50 Triệt tiêu khe hở Co xi lanh tạo khe hở Quá trình kẹp cọc X: 0.301 Y: 212 Van toc kep, m/s Ap suat kep coc, kG/cm2 Triệt tiêu khe hở 250 0.6 0.8 Thoi gian, s 1.2 1.4 1.6 -2 -4 0.2 0.4 0.6 0.8 Thoi gian, s 1.2 1.4 Hình 2.37 Áp suất dầu khoang xi lanh kẹp cọc Hình 2.39 Vận tốc xi lanh kẹp cọc trình kẹp nhả cọc Hình 2.42 Áp suất dầu khoang cao áp xi lanh ép cọc Hình 2.43 Vận tốc ép cọc 1.6 X: 3.496 Y: 52.15 60 0.1 X: 30.4 Y: 47.03 50 Van toc di chuyen, m/s Ap suat xi lanh di chuyen, kG/cm2 15 X: 17.17 Y: 34.9 40 30 20 10 0 10 15 20 Khởi động Di chuyển dọc máy 25 Thoi gian, s 30 35 40 45 Phanh hãm máy Hình 2.45 Áp suất dầu khoang cao áp xi lanh di chuyển dọc máy 50 X: 3.59 Y: 0.08244 0.08 X: 16.43 Y: 0.07991 0.06 0.04 0.02 0 10 15 20 Khởi động Di chuyển dọc máy 25 30 Thoi gian, s 35 40 45 50 Phanh hãm máy Hình 2.47 Vận tốc di chuyển dọc máy KẾT LUẬN CHƯƠNG Sau giải thành công phương trình vi phân chuyển động thu kết tính tốn theo lý thuyết Từ kết nghiên cứu chương 2, rút số kết luận sau: Luận án xây dựng mơ hình ĐLH máy trường hợp làm việc điển hình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp vừa nâng cọc vừa quay mô hình ĐLH khơng gian, thiết lập hệ phương trình chuyển động, giải hệ phương trình phi tuyến nhiều bậc tự cách lập trình sở ứng dụng mềm Matlab Simulink Kết xác định hệ số lực động lớn trường hợp nâng cọc có kể đến độ chùng cáp kđ = 1,28; trường hợp vừa nâng cọc vừa quay kđ = 1,19 Điều xảy cọc nâng lên khỏi mặt đất trường hợp đầu gây kđ lớn so với trường hợp sau Xác định lực động tác dụng vào chân chống máy theo góc quay mâm quay với thay đổi R1 = 1,74 ÷ 1,92.106 N, R2 = 1,64 ÷ 1,89.106 N, R3 = 1,33 ÷ 1,51.106 N R4 = 1,35 ÷ 1,55.106 N (Bảng 2.1) Các giá trị sử dụng làm sở để tính tốn ổn định động, tính bền, thiết kế tối ưu tính tốn mỏi cho kết cấu thép thiết bị theo quan điểm động lực học Tác giả thành công việc sử dụng phần mềm Matlab-Simulink giải mô thông số ĐLH tương ứng với trường hợp kẹp cọc, ép cọc di chuyển dọc máy Kết tính toán biểu thị đồ thị cho thấy, biến đổi giá trị thông số ĐLH với hệ số động trường hợp kẹp cọc kđ = 1,27; trường hợp ép cọc kđ = 1,66; trường hợp di chuyển dọc máy kđ =1,49 So sánh trường hợp cho thấy, trường hợp ép cọc kđ có giá trị lớn 1,66 bắt đầu ép cọc tác động lực qn tính, cịn có lực cản mà tác dụng lên cọc Kết tính tốn biểu diễn 34 đồ thị Phân tích hình dạng giá trị biên độ đồ thị nhận chuyển vị khối lượng, lực động cáp nâng hạ cọc, lực động tác dụng vào chân chống máy, áp suất 16 lưu lượng dầu thủy lực cho thấy phù hợp mơ hình tính tốn, đồng thời phù hợp với đặc điểm làm việc máy ép cọc thủy lực di chuyển bước, có giá trị hệ số động nhận phù hợp thực tế Từ giúp ích cho việc nghiên cứu thực nghiệm Chương 3, khảo sát xác định thông số hợp lý của máy Chương CHƯƠNG 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 chân máy, áp suất động xi lanh kẹp cọc, ép cọc, di chuyển máy, lưu lượng dầu cung cấp cho xi lanh ép cọc, chuyển vị cọc chuyển vị dọc máy làm sở để so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết chương - Khẳng định độ tin cậy tính đắn kết nghiên cứu lý thuyết 3.2 Các thông số thực nghiệm Thực nghiệm xác định lực động phát sinh cáp nâng cọc hai trình: cần trục nâng cọc có độ chùng cáp q trình vừa nâng cọc vừa quay; Xác định áp suất động xi lanh chân chống máy trình cần trục vừa nâng cọc vừa quay; Xác định áp suất động xi lanh kẹp cọc, xi lanh ép cọc xi lanh di chuyển máy; Xác định lưu lượng cung cấp cho xi lanh ép cọc; Xác định độ dịch chuyển cọc độ dịch chuyển dọc máy 3.3 Các thiết bị 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 hãng HengStler Hình 3.5 Đầu đo lực kéo loại DSCK 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 trường 3.4 Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm Quá trình đo đạc, thực nghiệm tiến hành theo sơ đồ khối sau: Hình 3.14 Sơ đồ trình thực nghiệm 3.5 Phân tích so sánh kết thực nghiệm Sau đo dạc xử lý số liệu đo, tác giả nhận kết đo biểu đồ biến thiên giá trị lực căng cáp động, lực động tác dụng vào chân máy, áp suất động xi lanh kẹp cọc, ép cọc, di chuyển máy, lưu lượng dầu cung cấp cho xi lanh ép cọc, chuyển vị cọc chuyển vị dọc máy Các giá trị thể mục 3.6 phần thuyết minh luận án Sau tác giả xin trình bày số kết đo đạc sau: 18 Bảng 3.1 Hệ số động lực căng cáp áp suất dầu xi lanh thủy lực TT Trường hợp làm việc Hệ số động kđ Lý thuyết Thực nghiệm Một đầu cọc nâng 1,22 1,13 lên, đầu chạm đất Cọc hồn tồn khỏi 1,03 1,02 Nâng cọc đồng thời quay mâm quay 1,19 1,17 Phanh hãm dừng quay toa 1,03 1,03 Kẹp cọc 1,27 1,14 Trường hợp ép cọc 1,66 1,60 1,49 1,45 Di chuyển dọc Khởi động máy Phanh hãm 1,31 1,17 Bảng 3.2 Sai số tương đối của thông số đo đạc lý thuyết thực nghiệm ứng với trường hợp làm việc máy Nâng cọc có độ chùng cáp TT Trường hợp làm việc Nâng cọc có độ chùng cáp Nâng cọc kết hợp quay mâm quay, sau phanh hãm mâm quay Kẹp cọc Trường hợp ép cọc (chiều sâu ép từ 3,38m đến 5,1m) Di chuyển dọc máy Thông số so sánh Lực căng cáp nâng cọc khỏi mặt đất Lực căng cáp nâng cọc quay Lực căng cáp phanh hãm mâm quay Áp suất động xi lanh thủy lực kẹp cọc (kG/cm2) Áp suất động xi lanh thủy lực ép cọc (kG/cm2) Lưu lượng dầu cung cấp cho xi lanh ép cọc (l/phút) Dịch chuyển cọc (m) Áp suất động xi lanh thủy lực di chuyển dọc máy (kG/cm2) Dịch chuyển dọc máy (m) Sai số (%) 14,5% 8,84% 9,38% 8,37% 7,79% 6,48% 19,5% 6,23% 8,14% KẾT LUẬN CHƯƠNG - Từ kết tính tốn lý thuyết Trong trường hợp làm việc trường hợp nâng cọc có kể đến độ chùng cáp (hệ số động kđ = 1,21) trường hợp nâng cọc cáp căng (hệ số động kđ = 1,13) làm cho máy ép cọc dao động lớn Trường hợp ép cọc (hệ số động kđ = 1,66) trường hợp di chuyển (hệ số động kđ = 1,45) làm cho hệ thủy lực dao động lớn dễ gây phá hoại phần tử thủy lực 19 - Phương pháp quy trình thực nghiệm xây dựng phù hợp với máy ép cọc Sai số tương đối thông số đo đạc lý thuyết thực nghiệm ứng với trường hợp làm việc máy từ 6,23% đến 19,5 % Những giá trị sai số chấp nhận điều kiện trường có nhiều yếu tố khách quan Kết nghiên cứu thực nghiệm khẳng định độ tin cậy mơ hình ĐLH, phương pháp tính cơng cụ thực CHƯƠNG 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 yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy q trình cung cấp cọc Có trưởng hợp cần khảo sát: Thay đổi tầm với 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 trường hợp làm việc điển hình máy Các kết biểu hịnh hình bảng đây: Luc cang nhanh cap hang, N 9500 Vn = [m/ph] Vn = [m/ph] Vn = [m/ph] Vn = 10 [m/ph] 9000 8500 8000 7500 7000 6500 0.5 1.5 2.5 Thoi gian, s 3.5 4.5 Hình 4.2 Lực căng cáp thép trường hợp thay đổi vận tốc nâng cọc Hình 4.3 Lực căng cáp thép khởi động nâng quay đồng thời ứng với vận tốc quay khác Hình 4.5 Sự thay đổi lực động cáp nâng cọc Fc cần trục vừa nâng cọc vừa quay 20 Bảng 4.6 Sự thay đổi lực tác dụng vào chân chống máy theo tải trọng tầm với máy Tải nâng (T) 0,89 3,77 5,09 6,56 8,48 11,44 17,13 Tầm với (m) 19,3 18,2 16,7 14,8 12,4 9,67 6,62 R1min (N) 2.009.000 2.207.200 2.261.400 2.298.000 2.320.800 2.344.000 2.388.700 R2min (N) 1.911.600 2.059.400 2.112.200 2.153.500 2.200.900 2.259.400 2.370.900 R3min (N) 1.625.400 1.681.300 1.688.300 1.677.100 1.648.600 1.597.700 1.513.100 R4min (N) 1.735.200 1.866.100 1.890.300 1.891.100 1.871.700 1.820.900 1.735.400 4.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy trường hợp ép cọc Có trưởng hợp cần khảo sát: Thay đổi đường kính xi lanh ép cọc (De); Khảo sát ảnh hưởng yếu tố địa chất Một số đồ thị tiến hành khảo sát thể hình đây: 10 2.5 1.5 De = 260 [mm] De = 280 [mm] De = 300 [mm] De = 320 [mm] 0.5 -0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Thoi gian, s Hình 4.15 Áp suất động xi lanh ép cọc Hình 4.16 Lực động xi lanh ép cọc tạo Hình 4.20 Sự thay đổi lưu lượng, áp suất xi lanh vận tốc ép cọc cọc chuyển từ tầng địa chất sét mềm sang sét cứng độ sâu 12,83 m 21 4.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy 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 tiến hành khảo sát thể hình đây: Hình 4.28 Áp suất xi lanh di chuyển dọc máy Hình 4.29 Vận tốc di chuyển dọc máy 4.4 Xác định số thông số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước (theo quan điểm ĐLH) Để máy làm việc có hiệu quả, đảm bảo suất vận tốc làm việc cấu máy phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: Vận tốc làm việc đủ lớn để đảm bảo suất; Đảm bảo lực động phát sinh cụm máy kết cấu thép nằm giới hạn cho phép thông qua điều kiện kđ ≤ [kđ] Giá trị [kđ] xác định theo TCVN 4244-2005 thiết bị nâng Hình 4.31 Quy trình xác định thơng số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo quan điểm động lực học 22 Bảng 4.12 Giá trị thông số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B Tên thông số Tốc độ nâng cọc Tốc độ mâm quay Tốc độ mâm quay phanh hãm Đường kính cáp nâng hạ cọc m/phút vịng/phút Miền giá trị thơng số khảo sát 6÷10 0,8÷1,5 Giá trị thơng số hợp lý 10 1,5 nqph vịng/phút 0,8÷1,5 0,8 dc mm 14÷22 18 Ký hiệu Đơn vị nq KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 4, luận án sử dụng chương trình mơ chương để tiến hành khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thơng số ĐLH máy, từ có số kết luận sau đây: Đã xác định quy luật thay đổi lực động tác dụng vào chân chống máy theo góc quay mâm quay thay đổi khối lượng cọc thay đổi tầm với Đây sở cho việc tính tốn kết cấu thép máy theo quan điểm ĐLH Lực động cáp nâng cọc tăng lên vận tốc nâng cọc tăng lên Hệ số động lớn kđ = 1,19 nâng với = 10 m/ph Điều giải thích thời điểm khởi động, quán tính cọc lớn, vận tốc nâng lớn gây dao động nhiều Khi tốc độ quay cọc nq thay đổi, lực động cáp giai đoạn khởi động thay đổi không nhiều giai đoạn phanh hãm mâm quay có thay đổi lớn Hệ số động lớn kđ = 1,14 quay mâm quay với nq = 1,5 v/ph phanh hãm Việc khảo sát ảnh hưởng yếu tố địa chất móng cho thấy rằng, áp suất xi lanh ép cọc tăng lên phụ thuộc vào kết cấu mặt cắt chiều sâu tầng địa chất mà cọc qua Luận án xây dựng quy trình xác định thơng số hợp lý sở phân tích kết khảo sát, luận án khuyến nghị 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 áp dụng cho loại máy ép cọc thủy lực kiểu khác 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Luận án giải nhiệm vụ nghiên cứu mục tiêu đề Các kết thu có ý nghĩa khoa học thực tiễn với đóng góp đề xuất cụ thể sau: Luận án nghiên cứu đặc điểm làm việc yếu tố ảnh hưởng đến trình khai thác sử dụng loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam để xây dựng mơ hình ĐLH máy mơ hình khơng gian, mơ hình ĐLH hệ thống truyền động thủy lực máy Tác giả thiết lập phương trình chuyển động phi tuyến, hệ phương trình vi phân cân lưu lượng lực ứng với trường hợp làm việc điển hình máy (Nâng cọc có kể đến độ chùng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc di chuyển máy) Luận án ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink để xây dựng 05 chương trình giải hệ phương trình chuyển động phi tuyến, hệ phương trình vi phân cân lưu lương lực với trường hợp làm việc điển hình máy, chương trình khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số ĐLH máy Đã xác định lực căng cáp động cáp thép, dao động cọc, lực động tác dụng vào chân chống máy thay đổi theo góc quay mâm quay cần trục, áp suất động thay đổi lưu lượng xi lanh công tác máy Xác định giá trị hệ số động kđ tương ứng với trường hợp làm việc điển hình nêu với loại máy ZYJ860B nâng cọc có khối lượng m4 = 4800 kg, cụ thể là: - Nâng cọc có kể đến độ chùng cáp: kđ = 1,22; - Vừa nâng cọc vừa quay: kđ = 1,19; - Máy thực thao tác kẹp cọc: kđ = 1,27; - Máy thực ép cọc: kđ = 1,66; - Máy thực di chuyển dọc máy: kđ =1,49 Luận án xây dựng qui trình thực nghiệm tiến hành đo đạc thông số máy ép cọc thủy lực di chuyển bước (ZYJ860B) máy nâng cọc có kể đến độ chúng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc qua lớp tầng địa chất khác nhau, di chuyển dọc máy với thiết bị đo đạc đại đội ngũ chuyên gia nhiều kinh nghiệm So sánh kết tính tốn lý thuyết với kết đo đạc thực nghiệm có sai số từ 6,23 – 19,5%; đồng thời hình dạng 24 đồ thị chúng tương đối phù hợp với nhau, kết luận tính đắn độ tin cậy mơ hình ĐLH ứng với 05 trường hợp làm việc điển hình máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Thông qua việc khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số ĐLH máy chương 4, luận án thu 58 đồ thị mô tả thay đổi thông số ĐLH này, luận án phân tích đánh giá kết theo quan điểm ĐLH, xây dựng qui trình xác định thơng số hợp lý (Hình 4.31), từ xác định thơng số hợp lý (thông số kết cấu thông số làm việc) cho máy ép cọc ZYJ860B (Bảng 4.12) Kết nghiên cứu hồn tồn áp dụng cho loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước kiểu khác II KIẾN NGHỊ Phối hợp với đơn vị chế tạo sử dụng máy ép cọc thủy lực di chuyển bước để ứng dụng thông số kỹ thuật hợp lý mà luận án đề xuất nhằm đảm bảo độ an toàn nâng cao hiệu tính tốn, thiết kế chế tạo loại thiết bị Trên sở kết nghiên cứu luận án kiến nghị với cấp có thẩm quyền xem xét tham khảo kết nghiên cứu việc xây dựng, ban hành qui định quy trình thiết kế, chế tạo sử dụng loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam III HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Tiếp tục mở rộng mơ hình nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước có kể đến ảnh hưởng độ cứng chân máy độ cứng mặt máy đứng Nghiên cứu động lực học mơ hình hệ thống truyền động thủy lực kẹp cọc, ép cọc di chuyển dọc máy có kể đến phần tử giảm dao động van tiết lưu Nghiên cứu cải tiến hệ thống truyền động thủy lực có máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo hướng điều khiển tự động linh hoạt theo tải Bằng việc dùng phương pháp tương tự, tiếp tục nghiên cứu loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước khác để xây dựng liệu lựa chọn máy phù hợp với khả chịu tải cọc DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 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 máy ép cọc thủy lực di chuyển bước” Tạp chí Cơ khí Việt Nam (tháng 8), tr 45-51 Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Ngọc Trung (2016), “Nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động hệ thống ép cọc máy ép cọc thủy lực di chuyển bước” Kỷ yếu Hội nghị khoa học công nghệ tồn quốc Cơ khí – Động lực (tháng 10), tr 268-274 Nguyễn Ngọc Trung (chủ trì) cộng (2016), “Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực máy ép cọc thuỷ lực di chuyển bước thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam” Đề tài NCKH cấp trường, Mã số: T2016-CK-41 Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Đăng Điệm, Nguyễn Văn Vịnh (2017), “Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số động lực học hệ thống truyền động thủy lực máy ép cọc thủy lực di chuyển bước” Tạp chí Cơ khí Việt Nam (số 1+2), tr 179-185 Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Thùy Chi (2017), “Nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động cấu di chuyển máy ép cọc thủy lực di chuyển bước” Tạp chí Giao thơng Vận tải (tháng 5), tr 101105 Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Đăng Điệm, Nguyễn Văn Vịnh (2018), “Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp” Tạp chí Giao thơng Vận tải (tháng 5), tr 97-101 ... đến luận án - Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trình cung cấp cọc, trình ép cọc trình di chuyển máy - Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số động lực học máy ép cọc thủy. .. cứu xây dựng toán động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước hệ thống cần trục cung cấp cọc làm việc nghiên cứu xây dựng toán động lực học phần tử thủy lực thuộc máy ép trình ép cọc di chuyển. .. số kỹ thuật hợp lý máy theo quan điểm động lực học 7 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC 2.1 Nghiên cứu động lực học máy nâng cọc 2.1.1 Nghiên cứu động lực học