TT Thông số fbúa, lần/phút RA d k RB d k 1 130 1,290 1,271 2 130,404 1,289 1,254 3 130,808 1,289 1,238 4 131,212 1,288 1,223 5 131,616 1,287 1,209 … … … … 96 168,383 1,244 1,266 97 168,787 1,259 1,270 98 169,191 1,275 1,275 99 169,595 1,292 1,279 100 170 1,309 1,284
Nhận xét:
Từ bảng 4.6 và đồ thị hình 4.19 ta thấy, với giá trị tần số đập của búa là 143,8 lần/phút thì hệ số lực động tại bánh xe A, B có giá trị nhỏ nhất là
A B
R R
d d
k =k =1,158. Các giá trị của hệ số động này đều thỏa mãn điều kiện
d d
k k =1, 6, do đó luận án chọn fbúa =144 lần/phút là thông số hợp lý của tần số đập của búa.
4.3.7. Xác định thông số hợp lý của khối lượng khung sàn máy
Khi thay đổi khối lượng của khung sàn máy theo quy luật xác định, tiến hành tăng giảm giá trị theo bước nhỏ và trích xuất kết quả tại một số giá trị điển hình, thu được giá trị hệ số lực động tại bánh xe A, B là RA
d
k và RB
d
k . Các giá trị này được thể hiện trong bảng 4.7 và đồ thị hình 4.20 Bảng 4.7. Hệ số lực động tại bánh xe A, B khi m 1 thay đổi TT Thông số m , kg 1 RA d k RB d k 1 1640 1,343 1,249 2 1640,404 1,326 1,264 3 1640,808 1,311 1,278 4 1641,212 1,297 1,291 5 1641,616 1,284 1,303 … … … … 96 1678,383 1,235 1,510 97 1678,787 1,242 1,579 98 1679,191 1,250 1,650 99 1679,595 1,258 1,724 100 1680 1,266 1,799
Nhận xét:
Từ bảng 4.7 và đồ thị hình 4.20 ta thấy, với giá trị khối lượng của khung sàn máy là m1 =1662, 23 kg thì hệ số lực động tại bánh xe A, B có giá trị nhỏ nhất là
A B
R R
d d
k =k =1,176. Các giá trị của hệ số động này đều thỏa mãn điều kiện
d d
k k =1, 6, do đó luận án chọn m1=1663 kg là thông số hợp lý của khối lượng khung sàn máy.
4.3.8. Đề xuất các thơng số hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô theo quan điểm động lực học điểm động lực học
Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của thông số kết cấu máy và thông số làm việc của máy, luận án đề xuất các thông số hợp lý để nâng cao hiệu quả làm việc của máy ĐCHL đường ô tô như sau:
Bảng 4.8. Giá trị một số thơng số hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô
TT Tên thông số Ký
hiệu Đơn vị
Miền giá trị thông số khảo sát Giá trị thông số hợp lý Giá trị thông số hiện tại 1 Đường kính XLTL nâng hạ cần treo búa xl D mm 90 105 97,5 96 2 Mô đun đàn hồi của dầu thủy lực
d
E MPa 1500 1700 1600 -
3
Lưu lượng riêng của bơm thủy lực b Q 3 cm / vòng 30 50 38 50 4 Tốc độ quay của bơm thủy lực b n vòng / s 25 40 28 40 5 Độ cứng của lốp bánh xe S , S 1 2 N / m 6 6 0,91.10 0,93.10 6 0,92.10 - 6 Tần số đập của BTL fbúa lần/phút 130 170 144 170 7 Khối lượng khung sàn máy 1 m kg 1640 1680 1663 1660
Những giá trị thông số hợp lý được luận án đề xuất ở trên có thể sử dụng để tính tốn các lực động và hệ số động phát sinh trong quá trình làm việc; từ đó có thể áp dụng để tính tốn, thiết kế tối ưu kết cấu thép của máy ĐCHL, cũng như tính mỏi, tính tuổi thọ của máy và các phần tử thủy lực theo quan điểm ĐLH. Việc xác định thông số tần số đập của búa giúp cho việc tăng năng suất vận hành máy. Dựa trên các chương trình mơ phỏng, khảo sát và quy trình xác định các thơng số hợp lý mà luận án đã nêu ở trên, hồn tồn có thể ứng dụng để xác định các thông số hợp lý cho các máy ĐCHL kiểu khác trong quá trình thiết kế, chế tạo máy, cũng như quá trình khai thác và sử dụng chúng.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
1. Luận án đã sử dụng kết quả của các chương trình mơ phỏng ở chương 2 để tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH của hệ thống TĐTL và thông số ĐLH của hệ khung sàn máy. Cụ thể là khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố thuộc về thơng số làm việc của máy như đường kính XLTL nâng hạ cần treo búa D , xl
mô đun đàn hồi của dầu thủy lực Ed, độ cứng của lốp bánh xe S , S1 2 và thông số thuộc về địa chất, nền móng là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc rdv. Từ các kết quả khảo sát có thể rút ra một sốkết luận sau đây:
- Khi tăng đường kính XLTL nâng hạ cần với các giá trị Dxl =90 mm;
xl
D =96 mm; Dxl =105 mm thì biên độ dao động của áp suất dầu trong xi lanh giảm đi nhưng biên độdao động của lực ép xi lanh lại tăng lên. Tuy nhiên, nếu tăng đường kính xi lanh lên thì kết cấu máy sẽ cồng kềnh và tốn chi phí chế tạo, do đó nên chọn xi lanh có đường kính thích hợp và vẫn đảm bảo lực ép cũng như tốc độ ép cọc.
- Khi tăng mô đun đàn hồi của dầu thủy lực với các giá trị Ed =1500 MPa,
d
E =1600 MPa, Ed =1700 MPa thì biên độ dao động của áp suất dầu trong xi lanh và biên độ dao động của lực ép xi lanh đều tăng theo. Do đó, phải lựa chọn loại dầu có mơ đun đàn hồi thích hợp để giảm áp suất động trong hệ thống, tuy nhiên vẫn phải đảm bảo lực ép của XLTL để đạt hiệu suất đóng cọc
- Khi tăng độ cứng của lốp bánh xe với các giá trị 6
1 2 m
S =S =0,915.10 N / ;
6
1 2 m
S =S =0,92.10 N / ; S1=S2 =0,925.106 N / m thì biên độ dao động của chuyển vị của khung sàn máy giảm đi, trong khi đó biên độ dao động của chuyển vị góc tăng lên. Đồng thời, khi tăng độ cứng lốp thì biên độ dao động của lực tác dụng lên nền tại 2 bánh xe đều giảm đi. Như vậy, nhìn chung khi tăng độ cứng của lốp bánh xe thì máy làm việc ổn định hơn, tuy nhiên phải chọn giá trị độ cứng thích hợp để hạn chế dao động của chuyển vị góc của khung sàn máy.
- Khi thay đổi tính chất của nền cấp phối từ hạt nhỏ đến hạt vừa và hạt to thì cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc r gidv ảm đi, dẫn tới biên độ dao động của chuyển vị và chuyển vị góc của khung sàn máy đều giảm đi, đồng thời biên độ dao động của lực tác dụng lên nền tại 2 bánh xe cũng giảm theo. Điều đó có nghĩa là trong q trình đóng cọc, máy làm việc ổn định hơn.
2. Luận án đã xây dựng được quy trình và cơ sở khoa học để xác định các thông số hợp lý của máy ĐCHL theo quan điểm ĐLH. Trên cơ sở phân tích các kết quả khảo sát, luận án đề xuất bộ thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL đường ô tô (bảng 4.8). Cụ thể, các thông số hợp lý được đề xuất là:
- Đường kính của XLTL nâng hạ cần treo búa: dxl =97,5 mm; - Độ cứng của lốp bánh xe: 6
1 2
S =S =0,92.10 N / m; - Khối lượng của khung sàn máy: m1 =1663 kg; - Mô đun đàn hồi của dầu thủy lực: Ed =1600 MPa; - Lưu lượng riêng của bơm thủy lực: 3
b
V =38 cm / vòng - Tần số đóng cọc của búa thủy lực: f =144 lần/phút; - Tốc độ quay của bơm thủy lực: nb =28 vòng / s
Quy trình này cũng có thể áp dụng cho các loại máyĐCHL kiểu khác trong quá trình thiết kế, chế tạo máy, cũng như quá trình khai thác và sử dụng chúng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Kết luận
Luận án đã hoàn thành cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đã đề ra. Các
kết quả thu được có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn với các đóng góp mới cụ thể như sau:
1. Luận án đã nghiên cứu cơ sở khoa học để tính tốn, thiết kế hệ thống TĐTL của máy ĐCHL đường ô tô theo quan điểm ĐLH, với các nội dung: Xây dựng được mơ hình ĐLH hệ thống TĐTL của xi lanh nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc và nhổ cọc, từđó thiết lập được các hệphương trình vi phân mơ phỏng quá trình làm việc của XLTL. Xây dựng các chương trình mơ phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink để xác định các giá trị áp suất làm việc, vận tốc, gia tốc và chuyển vị của XLTL.
2. Luận án đã xây dựng được mơ hình ĐLH hệ khung sàn của máy ĐCHL đường ơ tơ trong q trình đóng cọc (mơ hình phẳng, 4 bậc tự do, 3 khối lượng) và quá trình nhổ cọc (mơ hình phẳng, 3 bậc tự do, 2 khối lượng). Từ đó, thiết lập các hệ phương trình vi phân chuyển động bằng cách sử dụng phương trình Lagrange loại II, có xét đến độ cứng của bánh xe, độ cứng của XLTL nâng hạ cần treo búa, độ cứng của ắc quy thủy lực trong BTL và dao động do động cơ diezel gây ra khi làm việc. Sử dụng phương pháp Runge - Kutta được lập trình bởi phần mềm Matlab để giải hệ phương trình vi phân chuyển động và xác định các quy luật thay đổi của các thông số ĐLH (chuyển vị thẳng, chuyển vị góc, vận tốc, vận tốc góc, gia tốc, gia tốc góc của khung sàn máy và lực động tác dụng lên nền tại các bánh xe) trong các q trình đóng cọc và nhổ cọc.
3. Luận án đã tiến hành đo đạc thực nghiệm máy ngồi hiện trường và xác định được các bộ thơng số ĐLH của máy như chuyển vị thẳng, chuyển vị góc và lực động tác dụng lên nền tại 2 bánh xe trong các trường hợp làm việc khác nhau là đóng cọc và nhổ cọc. Xác định được sai số tương đối giữa kết quả lý thuyết và thực nghiệm ứng với các trường hợp làm việc của máy và các sai số này đều có giá trị từ 1, 4% 12,8%
là giá trị có thể chấp nhận được. Điều đó đã cho thấy mơ hình lý thuyết có độ tin cậy với độ chính xác tương đối cao. Đồng thời, đã xác định được các hệ số lực động lý thuyết và thực nghiệm trong các trường hợp làm việc của máy và thấy rằng hệ số lực động khi đóng cọc lớn hơn khi nhổ cọc, do tác động của xung lực búa thay đổi theo thời gian, gây ra tải trọng động lớn trên các cụm máy và kết cấu thép cũng như hệ thống truyền động thủy lực trên máy. Điều này cần được quan tâm đúng mức khi tính tốn, thiết kế, chế tạo cũng như vận hành sử dụng máy đóng cọc.
4. Luận án đã xây dựng được các gói chương trình mơ phỏng các trường hợp làm việc để phục vụ cho việc khảo sát ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật (thông số kết cấu của máy, yếu tố địa chất, nền móng…) đến các thơng số ĐLH của máy. Thông qua việc khảo sát, luận án thu được các quy luật thay đổi của các thơng số ĐLH này, từ đó
giúp NCS xây dựng được quy trình và cơ sở khoa học để xác định các thông số hợp lý của máy ĐCHL. Trên cơ sở phân tích các kết quả khảo sát, luận án đề xuất bộ thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL đường ô tô theo quan điểm ĐLH như đã thể hiện trong bảng 4.8.
5. Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể dùng để tham khảo cho việc tính tốn, thiết kế, chế tạo và sử dụng máy ĐCHL; đồng thời có thể dùng làm tài liệu tham khảo hữu ích cho việc giảng dạy và nghiên cứu khoa học. Các kết quả này hồn tồn có thể áp dụng và phát triển cho các máy đóng cọc hộ lan kiểu khác hiện đang được sử dụng ở Việt Nam.
II. Kiến nghị
Từ những kết quả nghiên cứu thu được, NCS có những kiến nghị như sau:
Lực tác dụng của XLTL thay đổi theo sự thay đổi của tải ngoài tác dụng lên cọc và theo dạng xung của búa đóng cọc, đồng thời lực của xi lanh là lực động sẽ tác động lên cần treo búa và khung sàn máy, vì vậy để giảm lực động lớn nhất và thời gian tác dụng của nó, cần phải:
+ Lựa chọn XLTL phù hợp với điều kiện làm việc của máy. Đảm bảo trong suốt quá trình làm việc, sự tổn hao dầu là thấp nhất.
+ Khi vận hành máy cần tránh việc chạy theo năng suất mà cho máy làm việc ở những trạng thái mất ổn định vì sẽ gây ra các lực cản lớn lên cọc và lực tác dụng lớn lên kết cấu thép của máy và bộ di chuyển bánh lốp.
+ Cần cải tiến mạch thủy lực của máy theo hướng hiện đại, dùng các phần tử thủy lực điều khiển tự động, van Servo, dùng bơm có thể điều chỉnh được, linh hoạt theo tải… Có thể dùng van tiết lưu làm nhiệm vụ giảm chấn trên cả hai đường dầu đi và đường dầu về của mạch thủy lực để giảm lực do BTL gây ra, ảnh hưởng đến các thiết bị thủy lực của máy.
III. Hướng nghiên cứu tiếp theo
1. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của luận án, tiếp tục phát triển các mơ hình ĐLH khi có kể đến ảnh hưởng của van phân phối, lực cản nội ma sát bên trong XLTL ảnh hưởng đến hệ thống TĐTL, xét đến biến dạng của kết cấu thép khác như cột dẫn hướng, giá đỡ…và xét đến ổn định động của máy khi làm việc.
2. Ứng dụng thêm các phần mềm khác để mô phỏng hoạt động và khảo sát các thông số của hệ thống TĐTL của máy nhằm đề xuất thêm các giải pháp hợp lý khi tính tốn, thiết kế máy.
3. Cần tiến hành nghiên cứu bổ sung hồn thiện phần tính tốn thiết kế kết cấu thép của máy đóng cọc hộ lan có kể đến ảnh hưởng của tải trọng động. Nghiên cứu cải tiến các thông số kỹ thuật của máy sao cho phù hợp với các địa hình và điều kiện thi cơng, ví dụ như khi máy làm việc ở địa hình dốc hiểm trở hoặc xét đến các yếu tố nhiệt đới hóa thiết bị…
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
1. PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh, ThS. Nguyễn Anh Ngọc (2019), Nghiên cứu động lực học xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi ép cọc hộlan đường ô tô, Tạp chí Cơ
khí Việt Nam (ISSN 0866 - 7056), tr. 112-120.
2. PGS. TS. Nguyễn Bính, ThS. Nguyễn Anh Ngọc (2019), Đánh giá chất lượng khai
thác máy đóng cọc hộlan đường ô tô ở Việt Nam và một số vấn đề cần nghiên cứu bổ sung khi thiết kế máy, Tạp chí Giao thơng Vận tải (ISSN 2354-0818), tr. 87-91. 3. ThS. Nguyễn Anh Ngọc, PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh, PGS. TS. Nguyễn Bính
(2019), Nghiên cứu động lực học xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi đóng và
nhổ cọc hộ lan đường ô tô, Tạp chí Cơ khí Việt Nam (ISSN 0866 - 7056), tr. 70-78.
4. ThS. Nguyễn Anh Ngọc, PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh, PGS. TS. Nguyễn Bính (2019), Nghiên cứu động lực học động cơ thủy lực dẫn động cơ cấu di chuyển của
máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ, Tạp chí Cơ khí Việt Nam (ISSN 0866 - 7056), tr. 39-47.
5. ThS. Nguyễn Anh Ngọc, PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh (2021), Nghiên cứu động lực
học kết cấu khung sàn của máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ, Tạp chí Cơ khí Việt