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 (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt NamNghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -o0o - NGUYỄN NGỌC TRUNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC TRONG THI CÔNG CÁC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- PGS.TS.NGND NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM 2- PGS.TS LÊ QUANG HANH Hà Nội - 2018 i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin bày tỏ kính trọng lịng biết ơn sâu sắc tới PGS-TSNGND Nguyễn Đăng Điệm PGS-TS Lê Quang Hanh – Trường Đại học Giao thông Vận tải, hai người Thầy hướng dẫn, động viên giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho q trình nghiên cứu hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo, Cô giáo môn Máy xây dựng Xếp dỡ, nhà khoa học Trường Đại học Giao thông Vận tải, Viện Cơ điện nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Trường Đại học Xây dựng, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học Công nghệ GTVT, giúp đỡ góp ý cho tơi q trình nghiên cứu viết luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Giao thông Vận tải, phịng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Cơ khí, Phịng Khoa học Công nghệ, Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thơng Vận tải phịng ban chức Nhà trường tạo điều kiện vật chất giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu để đạt kết mong muốn Xin trân trọng cảm ơn tới Lãnh đạo Cơng ty CP Kỹ thuật Nền móng Cơng trình ngầm FECON, Cơng ty TNHH LG Display Việt Nam Hải Phòng tạo điều kiện thuận lợi giúp thực đo đạc thực nghiệm thiết bị trường để hoàn thành luận án Cuối cùng, tơi xin cảm ơn vợ gia đình tơi động viên, hỗ trợ nhiều mặt thời gian, ủng hộ vật chất lẫn tinh thần để giúp tơi hồn thành luận án Nguyễn Ngọc Trung ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước thi công cơng trình xây dựng Việt Nam” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu tài liệu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tất nội dung tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Trung iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu đề tài .2 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Điểm luận án Bố cục luận án .4 CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan cơng tác thi cơng móng cơng trình .6 1.1.1 Tổng quan tính chất lý đất yếu Việt Nam 1.1.2 Tổng quan công tác thi cơng móng cơng trình nói chung thi cơng móng cơng trình đất yếu nói riêng 1.1.3 Tổng quan công nghệ thi công cọc máy ép cọc thủy lực di chuyển bước .11 1.1.4 Nhu cầu sử dụng máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Việt Nam 16 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến luận án 17 1.2.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu kết cấu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước 17 1.2.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước 24 1.2.3 Các nghiên cứu thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước .35 Kết luận chương 37 CHƯƠNG 2- NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC .39 2.1 Đặt vấn đề 39 iv 2.2 Nghiên cứu động lực học máy nâng cọc 39 2.2.1 Mơ hình động lực học máy ép cọc hệ thống cần trục nâng cọc có xét đến độ chùng cáp .39 2.2.2 Thiết lập phương trình chuyển động hệ 42 2.2.3 Giải hệ phương trình chuyển động 45 2.3 Nghiên cứu động lực học máy nâng cọc quay 47 2.3.1 Xây dựng mơ hình động lực học máy ép cọc hệ thống cần trục nâng cọc quay .47 2.3.2 Thiết lập phương trình chuyển động hệ 49 2.3.3 Giải hệ phương trình chuyển động 57 2.3.4 Xác định lực tác dụng lên chân chống máy ép cọc thủy lực di chuyển bước 61 2.4 Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực máy ép cọc di chuyển bước .65 2.4.1 Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực kẹp cọc 66 2.4.2 Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực ép cọc 70 2.4.3 Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực di chuyển máy 72 2.4.4 Xây dựng chuơng trình mô Matlab- Simulink tiến hành mô trình làm việc hệ thống TĐTL 74 CHƯƠNG 3- NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC .82 3.1 Mục đích thực nghiệm .82 3.2 Các thông số thực nghiệm 82 3.3 Các thiết bị đối tượng thực nghiệm .83 3.3.1 Các đầu đo trực tiếp .83 3.3.2 Lựa chọn đối tượng thực nghiệm 84 3.3.3 Bố trí đầu đo thiết bị đo 84 3.4 Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm 86 3.5 Kết thực nghiệm xử lý số liệu 87 3.5.1 Xử lý kết đo thực nghiệm .87 3.5.2 Các trường hợp thực nghiệm .88 3.6 Phân tích so sánh kết thực nghiệm .91 v 3.6.1 Phân tích kết thực nghiệm, ta có nhận xét sau: .91 3.6.2 So sánh kết thực nghiệm với kết lý thuyết .91 CHƯƠNG 4- KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC 97 4.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy trình cung cấp cọc 97 4.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến mơ hình động lực học máy .97 4.1.2 Khảo sát độ ổn định máy thay đổi tải trọng nâng tầm với 98 4.1.3 Khảo sát động lực học máy thay đổi vận tốc nâng cọc (vn) 98 4.1.4 Khảo sát động lực học máy thay đổi vận tốc quay mâm quay (nq) .99 4.1.5 Khảo sát động lực học máy thay đổi đường kính cáp (dc) 100 4.1.6 Khảo sát trường hợp làm việc ảnh hưởng đến thông số động lực học máy 101 4.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy trường hợp ép cọc .103 4.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến mơ hình động lực học máy .103 4.2.2 Khảo sát động lực học máy thay đổi đường kính xi lanh ép cọc (De) 103 4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố địa chất, móng v.v đến thông số động lực học (áp suất, lưu lượng, lực động,v.v.) thuộc hệ thống TĐTL .104 4.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy trường hợp di chuyển máy 109 4.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình động lực học máy .109 4.3.2 Khảo sát động lực học máy thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy (Ddc) 109 4.4 Xác định số thông số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước (theo quan điểm ĐLH) .110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .114 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Diễn giải Ký hiệu Đơn vị 1 Mơ men qn tính quy dẫn động thủy lực chi tiết quay cấu trục động thủy lực kg.m2 m2 Khối lượng quy dẫn cần cần trục điểm nằm cần kg m3 Khối lượng đối trọng cần trục kg m4 Khối lượng cọc kg 5 Mơmen qn tính quy dẫn động thủy lực chi tiết quay cấu trục động kg.m2 6 Mômen quán tính quy dẫn mâm quay kg.m2 a Bội suất cáp M(q1 ) Đặc tính động thủy lực dẫn động tời thủy lực cấu nâng hàng thuộc cần trục cấp cọc N.m M(q ) Đặc tính cấu quay thuộc cần trục N.m K1 Hệ số dập tắt dao động quy dẫn cáp thép nâng hạ cọc Ns/m S1 Độ cứng quy dẫn cáp thép nâng hạ cọc N/m S2 Độ cứng quy dẫn cấu quay Dt Đường kính tang cáp i1 Tỷ số truyền từ động thủy lực, qua hộp giảm tốc đến tời nâng n1 Tốc độ quay mâm quay rad/s 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 q; q ; q Nm/rad m Các véc tơ chuyển vị, véc tơ vận tốc véc tơ gia tốc fQ Chiều dài cáp thép nâng hạ cọc m Fc Lực căng cáp N vii l Biến dạng cáp nâng hạ cọc T Hàm động  Hàm hao tán U Hàm M Ma trận khối lượng K* Ma trận lực ly tâm K2i; K3i; K6i Ma trận lực Côriôlit K Ma trận phần tử dập tắt dao động S Ma trận phần tử độ cứng m f(t) Véc tơ lực kích động Gm Trọng lượng sàn máy (kể đối trọng máy) N G2 Trọng lượng cần cần trục N G3 Trọng lượng đối trọng cần trục N GQ Trọng lượng cọc N Ri Các lực tác dụng lên chân chống máy N Qb Lưu lượng lý thuyết bơm m3/s Qrrb Lưu lượng chất lỏng rò rỉ bơm thủy lực m3/s Qxl Lưu lượng tiêu thụ xi lanh m3/s QE Lưu lượng chất lỏng làm biến dạng hệ thống m3/s Q at Lưu lượng qua van an toàn tổng m3/s Vob Lưu lượng riêng bơm m3/vòng nb Tốc độ quay trục bơm vòng/s X(t) Hệ số điều chỉnh lưu lượng bơm pa Áp suất dầu công tác nhánh cao áp rb Hệ số tổn thất lưu lượng bơm thủy lực Pa (m3/s)/Pa viii m3/Pa Ea Biến dạng đàn hồi ống dẫn cao áp A1 Diện tích tiết diện khoang cao áp xi lanh m2 A2 Diện tích tiết diện khoang thấp áp xi lanh m2 Fqt Lực quán tính N FR Phản lực tác dụng vào xi lanh N WC Lực cản tác dụng vào cọc N WR Lực cản đầu cọc N Wms Tổng trở lực bó thân cọc N c Hệ số tổn thất xi lanh b Hiệu suất thể tích bơm thủy lực pl Hiệu suất puly tời nâng hạ cọc DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN Diễn giải Ký hiệu ĐLH Động lực học TĐTL Truyền động thủy lực PTCĐ Phương trình chuyển động ix DANH MỤC CÁC BẢNG DÙNG TRONG LUẬN ÁN TT Bảng Diễn giải Trang Bảng 1.1 Các tiêu lý lớp đất đồng Bắc Bộ Bảng 1.2 Sự thay đổi chuyển vị ứng suất cấu kẹp cọc thay đổi môđun đàn hồi vật liệu, hệ số poisson lực kẹp cọc trình kẹp cọc 18 Bảng 1.3 Sự thay đổi chuyển vị ứng suất cấu kẹp cọc thay đổi môđun đàn hồi vật liệu, hệ số poisson lực ép cọc trình ép cọc 18 Bảng 1.4 Sự thay đổi ứng suất chuyển vị với trường hợp xi lanh ép 20 Bảng 1.5 Sự thay đổi ứng suất chuyển vị với trường hợp xi lanh ép 21 Bảng 1.6 Sự thay đổi ứng suất chuyển vị với trường nhổ cọc 21 Bảng 1.7 Đánh giá hiệu hai phương pháp thiết kế hệ thống ép cọc 36 Bảng 2.1 Giá trị lực tác dụng vào xi lanh chân chống theo góc quay mâm quay 64 Bảng 3.1 Hệ số động lực căng cáp áp suất dầu xi lanh thủy lực 94 Bảng 3.2 Sai số tương đối lực căng cáp nâng hạ cọc lý thuyết thực nghiệm ứng với trường hợp làm việc máy 94 Bảng 4.1 Giá trị thay đổi tầm với cần trục R 97 Bảng 4.2 Giá trị thay đổi tốc độ nâng cọc 97 Bảng 4.3 Giá trị thay đổi tốc độ mâm quay nq 97 Bảng 4.4 Giá trị thay đổi đường kính cáp nâng hạ cọc dc 97 Bảng 4.5 Các trường hợp làm việc điển hình máy 97 Bảng 4.6 Sự thay đổi lực tác dụng vào chân chống máy theo tải trọng tầm với máy 98 Bảng 4.7 Sự thay đổi hệ số động lực căng cáp trường hợp nâng cọc quay đồng thời với vận tốc nâng cọc khác 99 Bảng 4.8 Sự thay đổi hệ số động lực căng cáp trường hợp phanh hãm mâm quay ứng với vận tốc quay mâm quay khác 100 Bảng 4.9 Giá trị thay đổi đường kính xi lanh ép cọc De 103 Bảng 4.10 Khảo sát yếu tố địa chất 103 Bảng 4.11 Giá trị thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy Ddc 109 Bảng 4.12 Giá trị thông số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B 112 108 Hình 4.25 Sự thay đổi lưu lượng, áp suất xi lanh vận tốc ép cọc cọc chuyển từ tầng địa chất cát hạt mịn sang sét xám độ sâu 25,74 m Hình 4.26 Sự thay đổi lưu lượng, áp suất xi lanh vận tốc ép cọc cọc chuyển từ tầng địa chất sét xám sang sỏi, sạn lẫn cuội độ sâu 27,24 m 109 Nhận xét: Từ hình thấy rằng: - Áp suất xi lanh ép tăng lên phụ thuộc vào kết cấu mặt cắt chiều sâu lớp tầng địa chất mà cọc qua Nếu cọc xuyên từ tầng địa chất mềm sang tầng địa chất cứng áp suất dầu tăng lên sau giảm dao động quanh giá trị áp suất trung bình (Hình 4.20, Hình 4.22 Hình 4.23), cọc xuyên từ tầng địa chất cứng sang tầng địa chất mềm trình diễn ngược lại (Hình 4.25) - Lưu lượng cung cấp cho xi lanh ép vận tốc ép thay đổi cọc dịch chuyển tấng đất khác nhau, cọc dịch chuyển từ tầng địa chất mềm sang tầng địa chất cứng lưu lượng vận tốc giảm sau tăng lên dao động quanh giá trị trung bình (Hình 4.20, Hình 4.22 Hình 4.23), cịn cọc ép từ tầng địa chất cứng sang tầng địa chất mềm trình diễn ngược lại (Hình 4.25) 4.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy trường hợp di chuyển máy 4.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học máy Từ nội dung nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực máy ép cọc thủy lực di chuyển bước mục 2.4.3 chương 2, nhận thấy thơng số ảnh hưởng đến trình di chuyển máy ép cọc thủy lực di chuyển bước đường kính xi lanh di chuyển máy (Ddc) Dưới giá trị thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy: Bảng 4.11 Giá trị thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy Ddc Ký hiệu Đơn vị Ddc mm Các giá trị thay đổi (1) (2) (3) (4) 180 200 220 240 4.3.2 Khảo sát động lực học máy thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy (Ddc) Với chương trình Matlab-Simulink xây dựng chương 2, luận án tiến hành khảo sát với trường hợp thay đổi đường kính xi lanh di chuyển dọc máy, kết thể từ Hình 4.27 đến Hình 4.30 Hình 4.27 Lực đẩy xi lanh di chuyển dọc máy Hình 4.28 Áp suất xi lanh di chuyển dọc máy 110 Hình 4.29 Vận tốc di chuyển dọc máy Hình 4.30 Dịch chuyển dọc máy Nhận xét: Khi tăng Ddc áp suất dầu xi lanh giảm, dẫn đến hệ số động kđ giảm, kích thước xi lanh tăng lên, tốc độ di chuyển giảm xuống tốn chi phí chế tạo Với kết thu sau khảo sát, đường kính xi lanh di chuyển máy nên chọn Ddc = 180 mm, áp suất động lớn xi lanh pmax = 60 kG/cm2 nhỏ áp suất cho phép [p] = 250 kG/cm2 tốc độ dịch chuyển đạt lớn vmax = 0,1 m/s kết cấu xi lanh gọn 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 tiêu chuẩn thiết kế ban hành, [37] Mơ hình tính tốn thông số động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước xây dựng theo trường hợp làm việc điển hình máy: Nâng cọc có kể đến độ chùng cáp, nâng cọc cáp căng, quay cọc, vừa nâng vừa quay cọc đồng thời *) Thơng số kết cấu máy: Đường kính cáp nâng hạ cọc dc (mm) *) Thông số làm việc máy: Vận tốc nâng hạ cọc (m/s); Vận tốc quay mâm quay: nq (vòng/phút) Để xác định thông số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước, tiến hành khảo sát tham số ảnh hưởng thay đổi, gồm có: - Vận tốc nâng hạ cọc: (m/s) - Vận tốc quay mâm: nq (vịng/phút) - Đường kính cáp thép nâng hạ cọc: dc (mm) 111 Qua phần khảo sát trình bày trên, tác giả đề xuất quy trình xác định thông số kỹ thuật hợp lý sau: Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện làm việc máy (khối lượng cọc, điều kiện địa chất, ) Giá trị thông số ban đầu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Miền giá trị thông số ảnh hưởng Mơ hình ĐLH máy ép cọc thủy lực di chuyển bước Thay đổi giá trị tham số mô hình tính tốn Xác định thơng số ĐLH máy sơ đồ thuật toán Matlab-Simulink Đánh giá thông số làm việc máy theo hệ số động kđ ≤[ kđ] Sai Đúng Xác định thông số hợp lý máy theo quan điểm ĐLH 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 Giá trị thông số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo quan điểm động lực học lựa chọn theo TCVN 4244-2005 thiết bị nâng [37], với hệ số động lực kđ ≤ [kđ] = 1,6 trường hợp thiết bị nâng [kđ] = 1,3 với cần trục kiểu cần Ở đây, với cần trục trang bị máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ta lấy [kđ] = 1,3 112 Từ kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng thông số kết cấu máy, thông số làm việc máy trường hợp làm việc, luận án đề xuất chế độ làm việc nhằm nâng cao hiệu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B sau: Bảng 4.12 Giá trị thông số hợp lý máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B Miền giá trị Giá trị Ký TT Tên thông số Đơn vị thông số khảo thông số hiệu sát hợp lý Tốc độ nâng cọc m/phút 6÷10 10 Tốc độ mâm quay nq vịng/phút 0,8÷1,5 1,5 Tốc độ mâm quay phanh hãm nqph vịng/phút 0,8÷1,5 0,8 Đường kính cáp nâng hạ cọc dc mm 14÷22 18 Những giá trị thơng số hợp lý luận án đề xuất sử dụng để tính tốn lực động (lực động cáp nâng hạ cọc, lực động tác dụng vào chân chống máy), hệ số động phát sinh q trình làm việc, từ áp dụng để tính tốn, thiết kế tối ưu kết cấu thép cần trục, tính mỏi, tuổi thọ máy phần tử thủy lực máy theo quan điểm động lực học Việc xác định vận tốc ép cọc theo tầng địa chất giúp cho việc tăng suất vận hành máy, cách xác định thời điểm co thể sử dụng 2, hay xi lanh ép đồng thời Dựa chương trình mơ quy trình xác định thơng số hợp lý mà luận án nêu trên, hồn tồn ứng dụng để xác định thông số hợp lý cho máy ép cọc thủy lực di chuyển bước kiểu khác trình thiết kế, chế tạo máy khai thác, sử dụng chúng Kết luận chương Trong chương 4, luận án sử dụng chương trình mơ chương để tiến hành khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến thông số ĐLH máy khối lượng cọc m4, vận tốc nâng cọc vn, tầm với cần trục R, vận tốc quay mâm quay nq trường hợp làm việc máy (nâng cọc có kể đến độ chùng cáp, nâng cọc với cáp căng, quay cọc, nâng cọc quay cọc đồng thời) yếu tộ địa chất, móng ảnh hưởng đến thơng số ĐLH máy hệ thống TĐTL, 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 Các giá trị khảo sát cho thấy máy làm việc ổn định phạm vi làm việc theo biểu đồ sức 113 câu tầm với Đồng thời, phương pháp xác định giá trị lực động tác dụng vào chân chống làm sở cho việc tính tốn kết cấu thép chân máy theo quan điểm ĐLH Lực động cáp nâng cọc thay đổi vận tốc nâng cọc thay đổi (6÷10 m/phút) Khi vận tốc nâng cọc tăng lên biên độ dao động thời gian dập tắt dao động lực căng cáp 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 Khi tốc độ quay cọc nq tăng lên biên độ dao động thời gian dập tắt dao động lực căng cáp tăng lên 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 Khi cọc ép dịch chuyển từ kết cấu tầng đất sang tầng đất khác áp suất dầu xi lanh thủy lực ép cọc dao động, cụ thể tăng lên cọc dịch chuyển từ tầng địa chất mềm sang tầng địa chất cứng ngược lại Lưu lượng dầu cung cấp cho xi lanh ép vận tốc ép dao động, cọc dịch chuyển từ tầng địa chất mềm sang tầng địa chất cứng lưu lượng vận tốc giảm sau dao động quanh giá trị trung bình ngược lại 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 114 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 115 có sai số từ 6,23 – 19,5%; đồng thời hình dạng 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 49 đồ thị mô tả thay đổi thơng 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 thông 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 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ThS Nguyễn Ngọc Trung, PGS.TS Nguyễn Đăng Điệm, PGS.TS 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 cơng nghệ tồn quốc Cơ khí – Động lực (tháng 10), tr 268-274 ThS 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 ThS Nguyễn Ngọc Trung, PGS.TS Nguyễn Đăng Điệm, PGS.TS 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 ThS Nguyễn Ngọc Trung, ThS 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 101-105 ThS Nguyễn Ngọc Trung, PGS.TS Nguyễn Đăng Điệm, PGS.TS Nguyễn Văn Vịnh (2018), “Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước q trình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp” Tạp chí Giao thơng Vận tải (tháng 5), tr 97-101 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Châu Ngọc Ẩn (2002), Nền móng, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Thành phố Hồ Chí Minh [2] PGS-TS Nguyễn Bính (2005), Máy thi cơng chun dùng, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2003), Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Nhà xuât Giáo dục, Hà Nội [4] Trần Văn Chiến (2005), Động lực học máy trục, Nhà XB Hải Phòng, Hải Phòng [5] Vũ Liêm Chính, Phạm Quang Dũng, Trương Quốc Thành (2002), Cơ sở thiết kế máy xây dựng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [6] Nguyễn Hữu Chí (2012), Nghiên cứu sở khoa học tính tốn lắp ghép cần trục hệ thống phao làm việc sơng ngịi, kênh rạch vùng đồng Sông Cửu Long, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học GTVT, Hà Nội [7] TS Nguyễn Hữu Đẩu (2011), Công nghệ đánh giá chất lượng cọc, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [8] PGS-TS Nguyễn Đăng Điệm, PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh (2014), Truyền động Máy xây dựng Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [9] Đỗ Xuân Đinh (2003), Hệ thống truyền động thủy lực dùng thiết bị xây dựng, Đại học Xây dựng, Hà Nội [10] Trần Doãn Đình, Nguyễn Ngọc Lễ (2002), Truyền dẫn thủy lực chế tạo máy, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, [11] Bùi Anh Định, Nguyễn Sỹ Ngọc (2000), Nền móng cơng trình cầu đường, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [12] Nguyễn Trọng Hiệp (1994), Chi tiết máy tập 1, tập 2, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [13] Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa, Lê Thiện Thành (2000), Máy trục - Vận chuyển”, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [14] Nguyễn Văn Khang (2009), Động lực học hệ nhiều vật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 118 [15] TS Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, Nhà xuất Nông Nghiệp, Hà Nội [16] Vũ Thế Lộc, Vũ Thanh Bình (1997), Máy làm đất, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [17] Vũ Công Ngữ, Trần Nhất Đăng (2002), Các điều kiện kỹ thuật cọc ép dùng xử lý móng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [18] Lê Phước Ninh (2000), Động lực học máy đại cương, Trường Đại học GTVT, Hà Nội [19] Shamsher Prakash, Hari D.Sharma (1999), Móng cọc thực tế xây dựng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [20] Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [21] Đỗ Sanh (2008), Cơ học giải tích, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội [22] Đỗ Sanh (2008), Ổn định hệ động lực áp dụng kỹ thuật, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội [23] Võ Bá Tầm (2012), Kết cấu bê tông cốt thép, Nhà xuất Đại học Quốc Gia, TP Hồ Chí Minh [24] Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng (1999), Máy thiết bị nâng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [25] Lê Đức Thắng (1998), Tính tốn móng cọc, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [26] Lưu Bá Thuận (2005), Tính tốn máy thi cơng đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [27] Vũ Quang Thập (2014), Ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink giải toán động lực học ô tô, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [28] Đào Trọng Thường, Nguyễn Đăng Hiếu (1986), Máy nâng chuyển tập 1, 2&3, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [29] Nguyễn Uyên (2005), Xử lý đất yếu xây dựng, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội [30] PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh (2013), Bài giảng động lực học máy xây dựng, Trường đại học GTVT, Hà Nội 119 [31] PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh cộng (2011), Nghiên cứu tính tốn, thiết kế, chế tạo cơng tác máy khoan cọc nhồi lắp cần trục bánh xích, Đề tài NCKH-CN cấp Bộ GD-ĐT, mã số B2011-04-01 [32] TS Nguyễn Thiệu Xuân (2014), Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm máy xây dựng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [33] TS Nguyễn Thiệu Xuân, ThS Lưu Đức Thạch (2005), Nghiên cứu thiết kế loại máy ép cọc thủy lực với lực ép cao 250 - 800 có khả tự di chuyển, Đề tài NCKH-CN cấp Bộ GD-ĐT, mã số B2005-34-47 [34] Nguyễn Doãn Ý (2009), Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [35] Cơng ty thi cơng móng cơng trình ngầm FECON (2016), Hồ sơ tầng địa chất vi trí ép cọc khu công nghiệp Tràng Duệ, An Dương, Hải Phòng [36] Tiêu chuẩn Việt Nam (1998), Chỉ dẫn thiết kế móng cọc: TCVN 205 – 1998; TCVN 9393:2012; TCVN10304-581 [37] Tiêu chuẩn Việt Nam (2006), TCVN 4244:2005 Thiết bị nâng: Thiết kế, chế tạo kiểm tra kỹ thuật TIẾNG ANH [38] Andrzej U., Grzegorz S., Jacek K., Andrzej H (2016), Dynamics analysis of a truck-mounted crane with the LuGre friction model in the joints, Vibrations in Physical Systems (ISSN: 0860-6897), Vol 27, pp 391 – 398 [39] Bengt H Fellenius (2006), Basics of Foundation design, Canada [40] Boris Jerman, Ivica Marinović, Denijal Sprečić (2012), A slewing crane payload dynamics, Technical News 19 (ISSN 1330-3651), Bosnia, pp 907-916 [41] David White, Haramrita Sidhu, Tim Finlay, Malcolm Bolton, Teruo Nagayama (2000), Press-in piling: the influence of plugging on driverability, The 8th International Conference of the Deep Foundations Institute, New York [42] David White, Tim Finlay, Malcolm Bolton, Grant Bearss (2002), Press-in piling: Ground vibration and noise during pile installation, International Deep Foundations Congress, Virginia, USA, pp 363-371 120 [43] David White (2002), The use of pressed-in H-piles for large foundation structures, the 7th BGA Young Geotechnical Engineers Symposium, Dundee, UK, 1, pp [44] F Ju, Y.S Choo, F.S Cui (2006), Dynamic response of tower crane induced by the pendulum motion of the payload, International Journal of Solids and Structures, 43, pp 376-389 [45] Gan Han Yu (2007), Hydraulic system design of the ZYJ900 hydraulic static pile driver, Master thesis, Oriental Science and Technology College of Hunan Agricultural University, China [46] Jun Ping Hu, Hua Dong Zhu, Ke Jun Li (2014), Stress Research and Finite Element Analysis of Pile Clamping Mechanism of Hydraulic Static Pile Driver, Journal of Advanced Materials Research, Switzeland [47] HU Jun-ping, CHEN Wei, GUO Yong, SONG Guang-wei, XU Yuan (2011), A self-leveling control system of hydraulic static pile driver based on inverse dynamic model, China National knowledge Infrastructure (CNKI), China [48] Huang Kaiqi (2000), Design and study of travelling Mechanism of Hydraulic Static Press Piling Machine, Journal of Construction Machinery, China [49] Li Shou, Hu Jun Ping (2007), Static Strength Analysis to Cantilever of ZYB Hydraulic Static Pile Drivers, Journal of Hunan Metallurgical Professional Technology College, (ISBN 1672-7412-02-024-03), China [50] Li Shuo (2012), The Simulation Research on Hydraulic Static Pile Press Machine Body Leveling Movement, International Conference on Intelligent System Design and Engineering Application (ISDEA), (ISBN 978-1-4577-21205), China [51] Li Shuo (2013), The simulation research and modeling on leveling of hydraulic static pile driver fuselage, International Conference on Digital Manufacturing and Automation (ISBN 978-0-7695-5016-9), China [52] Nguyen Ngoc Trung (2012), Frame design of an 800 tons hydrualic static pile pressing machine with hydraulic footstep type walking mechanism, Master’s thesis, Budapest University of Technology and Economics, Hungary [53] N.N.Som, S.C DAS (2006), Theory and Practice of Foundation Design, India 121 [54] Rockhill, D.J., Bolton, M.D., White, D.J (2003), Ground-borne vibrations due to press-in piling operations, BGA International Conference on Foundations (ISSN 7277 3244 7), London, UK, 1, pp 743-756 [55] Qing Xia Kun, Liu Lei, Xie Lihui, Liu Yu (2003), Design of the hydraulic static pneumatic pilling machine and its hydraulic system, China academic journal electronic publishing, China [56] Sunward Equipment Group “ZYJ860B Operator’s Manual” [57] Wang Shi Wu (2007), Characteristics Analysis and Improvement Research on Static Pressure Pile Machine, Master’s thesis, Jilin University, China [58] Xu Zhou (2009), Research on System of Pile Driving of Hydraulic Static Pile Driver, PhD’s thesis, Central South University, China [59] Xu Zhou, Yurong Chen, Zhen Wang (2011), Research of the maximun transmission pile driving force of pile clamping mechanism under pile driving, International Conference on Mechatronic Science, Electric Engineering and Computer (MEC) (ISBN 978-1-61284-719-1), Jilin, China [60] Xu Zhou, Qinghua He, Jianxin Zhu, Xiangyu He (2007), Research on the capacity of hydraulic pile driving uder adding force, International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA) (ISBN 978-1-4244-0828-3), Harbin, China [61] Xu Zhou, Yu Rong Chen, Zhen Wang (2011), Contact between Prefabricated Pile and Pile Clamping Jaws under Pile Driving, Journal of Advanced Materials Research, Switzeland [62] Xu Zhou, HE Qing-hua, ZHU Jian-xin (2009), Pile clamping mechanism of hydrualic static pile driver based on ANSYS, Journal of Central South University, Vol 40, China [63] Xu Zhou, HE Qing-hua, ZHU Jian-xin, HE Xiang-yu (2008), Dynamics modeling and simulation of hydraulic system of pile driving under adding force, Journal of Central South University, China [64] Xu Zhou, HE Qing-hua, ZHU Jian-xin (2007), Static analysis of multipoint and iso-pressing pile holder mechanism of hydraulic static pile driver, Journal of Engineering Design, China 122 [65] Yan Fei (2010), Automatic hydraulic pile-pressing system of cramp type static hydraulic pile-pressing machine, Journal of Central South University, China [66] Yetinger A.G., White D.J., Bolton M.D (2003), Press-in Piling: Field Testing of Cell Foundations, BGA International Conference on Foundations (ISSN 7277 3244 7), London, UK, 1, pp 963-974 [67] ZHANG Jian, RUI Yan-nian (2006), The Research of the Reliability of Hydraulic Pressure Static Force Pile Driver Based on Fuzzy and Grey Systems Theory, Journal of Mechanical & Electrical Engineering Technology, China [68] ZHU Gui-hua (2003), Study and design of pile-clamping device for hydraulic static pile pressing machine, Construction Machinery, China [69] Zhu Jian Xin, He Qing Hua, Guo Yong (1999), Application of quasi-constantpower design method in hydrostatic pile driver, Journal of Central South University of Technology (Natural science), China TIẾNG NGA [70] МайоровЮ.П., КовальскийВ.Ф., ДубровинВ.А., ГрунинЕ.И (2005), Расчет параметров переходных процессов гидравлических приводов с объёмным регулированием скорости, М.: МИИТ, Mockba [71] Nguyễn Đình Tứ (2010), Обоснование рациональных параметров гидроприводамашин типа ВПР с учетом условий эксплуатации во Вьетнаме, Luận án tiến sĩ, Mockba PHỤ LỤC Các tài liệu kèm theo luận án đóng thành 02 tập tài liệu: Danh mục cơng trình công bố kết nghiên cứu luận án Phụ lục luận án, gồm phần: - Phụ lục 1: Xác định thông số kỹ thuật máy ép cọc thủy lực di chuyển bước - Phụ lục 2: Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước - Phụ lục 3: Nghiên cứu thực nghiệm máy ép cọc thủy lực ZYJ860B ... 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. .. sử dụng máy ép cọc di chuyển bước Việt Nam Đối tượng nghiên cứu 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)... luận án tiến sĩ ? ?Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước thi cơng cơng trình xây dựng Việt Nam? ?? cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu tài liệu luận án trung thực chưa công