Tóm tắt Luận án 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

c 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 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  H 2 q2 q3 Z O m3 L Y1 X  m3 O1 m2 m4 X1 f osin q3 X Z1 q30 S1 f o m2 K a m4 O Y D K S i1 1 M(q1) q1 Xo H H 3 1 1 1 8 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 thẳng đứng chứa cần (mặt phẳng X1O1Z1 ), rad; 1M(q ) - Đặc tính cơ của mô tơ 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. Phương trình Lagrange II có dạng: i i i i i d T T U Q dt q q q q                 , (i = 1 ÷ 3) Tiến hành các bước tính toán và biến đổi cần thiết, tác giả có được hệ phương trình chuyển động viết dưới sạng thu gọn như sau: Giai đoạn 1: 1 1 1q M(q )   (2.1) Giai đoạn 2: 2 2 1 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 4 2 1 1 2 1 1 2 4 30 q a .R.K (R q q ) a .R.S (R q q ) M(q ) m q a .K (R q q ) a .S (R q q ) m g.cosq                     (2.7) Giai đoạn 3: 2 2 1 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 4 2 1 1 2 1 1 2 4 30 3 2 2 4 Q 2 3 4 Q 2 3 4 Q 2 30 3 q a .R.K (Rq q ) a .R.S (R q q ) M(q ) m q a .K (R q q ) a .S (R q q ) m g.cos(q q ) m (f q ) q m (f q )q m g(f q )sin(q q )                                (2.21) 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: Hình 2.6. Vận tốc dài của cọc 2q Hình 2.8. Vận tốc góc của cọc 3q Một đầu cọc nâng lên, một đầu cọc chạm đất Cọc thoát khỏi nền Triệt tiêu độ chùng cáp Hình 2.9. Lực căng của cáp thép trong trường hợp nâng hàng có độ chùng cáp 9 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 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 cơ cơ cấu quay, rad; q6- chuyển vị góc của mâm quay cần trục, rad; 5M(q ) - Đặc tính cơ của cơ cấu quay thuộc cần trục. Xo H H 3 H 2 L3 L2 L q2 q3 q4  Y1 X Z O X1 X Z1 m2 K S1 a O Y q6 O1 m3 O1 m2 m4 q6 fosinq4 fosinq3cosq4 D Ki1 1 M(q1) q1 i2 5 M(q5) q5 6 S2 q6 q3 q4 B B m3 f0 a) b) c) S1 1 1 10 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. 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: 2 2 1 1 1 1 2 1 1 2 1 4 2 2 2 2 2 2 4 6 o 4 3 o 4 3 4 o 3 4 o 4 6 2 o 3 4 4 3 6 o 3 4 6 1 1 2 1 4 θ q -a RK .(Rq -q )+a RS .(Rq -q )=M(q )-m gR q -Lsinq .q +f cos q .q +f q +[sinq cosq (L+f sinq cosq )+f sin q ].q a -2f cosq sinq cosq .q q +2f sinq .q q [K .(Rq -q )+S . m                 1 2 3 4 2 2 2 o 4 3 o 3 4 4 6 3 4 o 3 4 6 4 2 3 2 3 4 4 2 6 o 4 4 3 4 o 3 4 4 6 3 4 (Rq -q )]-g(1-cosq cosq )=0 f cos q q -f cosq sinq cosq .q -cosq cosq (L+f sinq cosq ).q -2cos q .q q +2cosq sinq cosq .q q -2f sinq cosq .q q -2f cosq cos q .q q +g.sinq cosq 0 f             2 2 2 o 4 4 o 3 6 o 4 4 3 o 3 4 4 3 4 6 2 2 4 3 2 6 o 3 4 3 6 3 4 5 q +(Lcosq +f sinq ).q +f sinq cosq .q -[f cos q sinq cosq -L.sinq sinq ].q -2q q -2sinq .q q +2f cosq cos q .q q +g.cosq sinq 0 (2.44) θ q             5 2 5 2 6 5 2 2 2 2 6 4 o 3 4 o 4 6 4 2 o 3 4 4 3 2 2 2 o 4 o 3 4 o 3 4 4 3 o 4 4 o 3 4 4 2 3 +S .(q -i q )=M(q ) [θ /m +(L+f sinq cosq ) +f sin q ]q -Lsinq .q -f cosq sinq cosq .q +f (Lcosq +f sinq ).q +f sinq sinq cosq .q -f Lsinq .q +2f cosq sinq cosq .q q -2(L          2 4 o 3 2 4 3 4 o 3 4 o 4 2 6 2 2 o 3 4 3 4 o 3 4 o 3 4 3 6 cq2 2 o 4 3 o 3 4 4 6 2 5 2 6 4 4 cosq +f sinq ).q q -2[sinq cosq (L+f sinq cosq )+f sin q ].q q +2f cosq sin q .q q +2f cosq cosq (L+f sinq cosq ).q q Mi -2f sinq (Lsinq -f cos q cosq ).q q S (q -i q )= m m                                     Một số đồ thị là kết quả của việc giải hệ PTCĐ (2.44) được thể hiện như: 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 Thoi gian, s q `2 [ m /s ] Hình 2.16. Vận tốc của cọc theo phương thẳng đứng 2q 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 Thoi gian, s q 3 [ ra d ] Hình 2.17. Chuyển vị góc của cọc q3 trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (X1O1Z1) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -0.05 0 0.05 Thoi gian, s q 4 [ ra d ] Hình 2.19. Chuyển vị góc của cọc q4 trong mặt phẳng mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa cần (Y1O1Z1) Vừa nâng cọc vừa quay Chỉ quay cọc Phanh hãm quay cọc 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 X: 0.2 Y: 9353 Thoi gian, s L u c ca n g n h a n h c a p h a n g , N X: 14.92 Y: 7842 X: 30.9 Y: 8105 Hình 2.25. Lực căng trong cáp trường hợp nâng cọc và quay đồng thời 11 2.1.3. Xác định lực tác dụng lên các chân chống của máy ép cọc thủy lực di 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 ( = 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: y y y yx x x x 1 2 3 4 M M M MM M M MG G G G R ;R ;R ;R (2.49) 4 2.b 2.c 4 2.b 2.c 4 2.b 2.c 4 2.b 2.c             Sau khi chạy chương trình chúng ta thu được các kết quả sau: Xo L3 L2 L  Y2 X=X2 Z O X1 X Z1 m2 K S1 O Y q6 O1 m3 O1 m2 m4 q6 O2 m3 G3 Gm GQ Fc(t) m4 G2 mm a a b b (1) (2)(3) (4) Llt c 1 12 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 x 10 6 Chuyen vi goc cua toa quay q6, do L u c ta c d u n g le n c a c ch a n m a y, N R1 R2 R3 R4 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. R1 R2 R4 R3 13 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: a b ob b b a ob b a 1 k a at at xlk b k qd a 1 t 2 c R dp i V [n ](1 ) E . V n X(t) p A .v (p p )k dt i [p ] (2.66) dv m (p .A p .A ). F dt                    2.2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi ép cọc Qb Pt Qc Pc Qxl Qt Ea Pa M Pat Qat rob Vob P Pt Pa T A B D d mqd qe Fqt A1 A2 Wc nb 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: a b ob b b a ob b a 1 e a at at xle b e ms R qd a 1 t 2 c qd xle dp i V [n ](1 ) E V n X(t) p A .v (p p )k dt i [p ] (2.77) dv W W m (p .A p .A ). m .g dt i                       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 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. P2 ,A2 P1,A1 d D M Pat Qat rob Vob P Pt Pa Qb Pt Pc QxlQt T B A Ea Pa Fqt mqd qk Wms Wgio nb 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: a b ob b b a ob b a 1 dc a at at xldc b dc qd a 1 t 2 c qd g g dp i V [n ](1 ) E . V n X(t) p A .v (p p )k dt i [p ] (2.87) dv m (p .A p .A ). f .m .g F .p dt                     Sau khi giải các hệ phương trình vi phân (2.66), (2.77) và (2.87), ta thu được các kết quả sau: Triệt tiêu khe hở Quá trình kẹp cọc Co xi lanh tạo khe hở 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 50 100 150 200 250 X: 0.715 Y: 167.3 Thoi gian, s A p s u a t k e p c o c , kG /c m 2 X: 0.301 Y: 212 X: 0.085 Y: 2.533 X: 1.408 Y: 15.48 Hình 2.37. Áp suất dầu trong khoang xi lanh kẹp cọc Triệt tiêu khe hở Quá trình kẹp cọc Co xi lanh tạo khe hở 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 -4 -2 0 2 4 Thoi gian, s V a n to c k e p , m /s Hình 2.39. Vận tốc xi lanh kẹp cọc trong cả quá trình kẹp và nhả cọc Hình 2.42. Áp suất dầu trong khoang cao áp của một xi lanh chính ép cọc Hình 2.43. Vận tốc ép cọc 15 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 40 50 60 X: 3.496 Y: 52.15 A p s u a t x i l a n h d i c h u ye n , kG /c m 2 Thoi gian, s X: 17.17 Y: 34.9 X: 30.4 Y: 47.03 Khởi động Di chuyển dọc máy Phanh hãm máy Hình 2.45. Áp suất dầu trong khoang cao áp của xi lanh di chuyển dọc máy Khởi động Di chuyển dọc máy Phanh hãm máy 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 X: 3.59 Y: 0.08244 Thoi gian, s V a n t o c d i c h u y e n , m /s X: 16.43 Y: 0.07991 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 Nâng cọc có độ chùng cáp Một đầu cọc được nâng lên, một đầu chạm đất 1,22 1,13 Cọc thoát hoàn toàn khỏi nền 1,03 1,02 2 Nâng cọc đồng thời quay mâm quay 1,19 1,17 3 Phanh hãm dừng quay toa 1,03 1,03 4 Kẹp cọc 1,27 1,14 5 Trường hợp ép cọc 1,66 1,60 6 Di chuyển dọc máy Khởi động 1,49 1,45 Phanh hãm 1,31 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 TT Trường hợp làm việc Thông số so sánh Sai số  (%) 1 Nâng cọc có độ chùng cáp Lực căng cáp khi nâng cọc khỏi mặt đất 14,5% 2 Nâng cọc kết hợp quay mâm quay, sau đó phanh hãm mâm quay Lực căng cáp khi nâng cọc và quay 8,84% Lực căng cáp khi phanh hãm mâm quay 9,38% 3 Kẹp cọc Áp suất động trong xi lanh thủy lực kẹp cọc (kG/cm2) 8,37% 4 Trường hợp ép cọc (chiều sâu ép từ 3,38m đến 5,1m) Áp suất động trong xi lanh thủy lực ép cọc (kG/cm2) 7,79% Lưu lượng dầu cung cấp cho một xi lanh chính ép cọc (l/phút) 6,48% Dịch chuyển của cọc (m) 19,5% 5 Di chuyển dọc máy Áp suất động trong xi lanh thủy lực di chuyển dọc máy (kG/cm2) 6,23% 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 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: 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 Thoi gian, s L u c ca n g n h a n h c a p h a n g , N Vn = 6 [m/ph] Vn = 7 [m/ph] Vn = 8 [m/ph] Vn = 10 [m/ph] 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 và tầm với của máy Tải nâng (T) Tầm với (m) R1min (N) R2min (N) R3min (N) R4min (N) 0,89 19,3 2.009.000 1.911.600 1.625.400 1.735.200 3,77 18,2 2.207.200 2.059.400 1.681.300 1.866.100 5,09 16,7 2.261.400 2.112.200 1.688.300 1.890.300 6,56 14,8 2