CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
3.2. Thiết lập và giải bài tốn xác định các thơng số kết cấu và thông số làm
3.2.3. Khảo sát các thông số kết cấu và thông số làm việc của gầu
3.2.3.1. Xác định bộ thông số hợp lý của gầu khi xét đến ảnh hưởng của đường kính lỗ khoan, ứng với đất cấp III (K= 60000 N/m2).
Các thông số của lỗ cọc và thông số của gầu khoan được lấy theo [55] cho như
Bảng 3.7 dưới đây:
Bảng 3.7. Các thông số của lỗ và gầu khoan tiêu chuẩn [55]
Dl (m) 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,7 2,0
Dg (m) 0,88 0,98 1,08 1,18 1,28 1,38 1,58 1,88
Hg (m) 0,9 0,9 0,9 0,75 0,7 0,65 0,45 0,35
Vg (m3) 0,54 0,67 0,82 0,82 0,90 0,97 0,88 0,97 Tiến hành chạy chương trình tính tốn với các giá trị đường kính lỗ và đường
kính gầu tiêu chuẩn cho như trong Bảng 3.7, xét cho đất cấp III (K = 60000 N/m2)
Bảng 3.8. Bảng các thông số hợp lý của gầu phụ thuộc vào đường kính lỗ Dl xét cho cấp đất III (K=60000 N/m2) δ (độ) ω (rad/s) vxl (m/s) Emin (kWh/m3) Dl= 1(m) 37 0,73 0,014 19,6 Dl= 1,1 (m) 36 0,7 0,011 16,3 Dl= 1,2 (m) 36 0,82 0,012 14,1 Dl= 1,3 (m) 36 0,82 0,015 14,2 Dl= 1,4 (m) 35 0,72 0,011 13 Dl= 1,5 (m) 35,5 0,72 0,019 12,3 Dl= 1,7 (m) 35 0,75 0,011 13,6 Dl= 2 (m) 35 0,73 0,012 12,8
Nhận xét: Từ Bảng 3.8 có thể thấy rằng, để đảm bảo tiêu chí chí phí năng lượng
riêng nhỏ nhất, với đường kính lỗ (Dl) từ 1000 mm ÷ 1300 mm góc cắt hợp lý nên
dao động từ 360÷ 370, cịn đường kính lỗ (Dl) từ 1400 mm ÷ 2000 mm thì góc cắt hợp lý nên lấy là 350. Các giá trị của vận tốc quay gầu khoan và vận tốc dẫn tiến xi
lanh thay đổi không đáng kể.
3.2.3.2. Xác định bộ thông số hợp lý của gầu khi xét đến ảnh hưởng của cấp đất K
ứng với đường kính lỗ Dl= 1500 mm
Để xác định được bộ số liệu về các thông số kết cấu và thông số làm việc của
gầu phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất, xét cho trường hợp đường kính lỗ Dl = 1500 mm, lựa chọn các thông số về nền như trong Bảng 3.9 dưới đây, hệ số cản
đào thuần túy K theo [24], lấy giá trịtrung bình đối với cấp đất I, II, III và IV.
Bảng 3.9. Bảng tổng hợp các thông số của nền đất [24] Đất cấp I Đất cấp II Đất cấp III Đất cấp IV Hệ số cản đào thuần túy K (N/m2) 32000 44000 60000 190000 Tỷ trọng đất ρ (N/m3) 18000 32000 26500 30000 Giới hạn bền nén của đất σ (N/m2) 100000 200000 300000 400000
Sau khi chạy chương trình với các thông số của nền đất cho như trong Bảng 3.9,
xét cho đường kính lỗ khoan Dl= 1500 mm, thu được các thông số kết cấu và thông
số làm việc hợp lý của gầu như trong Bảng 3.10.
Bảng 3.10. Bảng tổng hợp các thông số hợp lý của gầu theo cấp đất K, xét cho
đường kính lỗ khoan Dl= 1500 mm δ (độ) ω (rad/s) vxl (m/s) Emin (kWh/m3) K= 32000 (N/m2) 35 0,73 0,011 11,7 K= 44000 (N/m2) 35 0,70 0,012 12,2 K= 60000 (N/m2) 35,5 0,72 0,019 12,3 K=190000 (N/m2) 35 0,71 0,010 12,7
Nhận xét: Từ Bảng 3.10 có thể thấy rằng, đất càng cứng thì chi phí năng lượng
E càng tăng, đồng thời tương ứng với các lớp đất để đảm bảo tiêu chí chí phí năng lượng riêng nhỏ nhất thì các thơng số hợp lý nên chọn như sau: góc cắt δ=350, vận tốc góc gầu khoan ω = 0,70 0,73 rad/s, vận tốc dẫn tiến xi lanh vxl= 0,010 0,019 m/s.
3.2.3.3. Khảo sát sự phụ thuộc của vận tốc góc ω của gầu khoan vào tính chất cơ lý của nền xét cho trường hợp đường kính lỗ Dl= 1500 mm
Khơng xét đến tiêu chí chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất, thuần túy chỉ khảo sát
sự phụ thuộc của vận tốc góc của gầu ω vào tính chất cơ lý của đất, xét cho trường hợp đường kính lỗ Dl= 1500 mm, cơng suất cắt và tích đất đầy gầu N1 và các thông số của nền đất lấy theo Bảng 3.9. Kết quả ω thu được sau khi thay đổi các tính chất
cơ lý của nền tương ứng với từng trường hợp cơng suất cắt và tích đất đầy gầu N1 thể
hiện trong Bảng 3.11 như sau:
Bảng 3.11. Bảng tổng hợp giá trị vận tốc góc ω của gầu theo tính chất cơ lý của nền
K (N/m2) Đất cấp I 32000 Đất cấp II 44000 Đất cấp III 60000 Đất cấp IV 190000 N1= 39,3 kW ω (rad/s) 0,99929253 0,954969 0,91356925 0,603614 N1= 41,2 kW ω (rad/s) 1,04743385 1,00099568 0,95761749 0,632774 N1= 43 kW ω (rad/s) 1,09301932 1,04458145 0,99933192 0,660396 N1= 65,1 kW ω (rad/s) 1,65060918 1,57796314 1,51001951 0,999248
Từ Bảng 3.11 lập được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc góc ω và tính chất cơ lý của nền khi cơng suất N1 thay đổi như sau:
Hình 3.8. Đồ thị quan hệ giữa vận tốc góc của gầu vào tính chất cơ lý của nền
Nhận xét:
- Ứng với từng lớp đất xác định, công suất máy càng cao thì vận tốc góc của
gầu càng lớn.
- Ứng với một công suất xác định, khi K tăng, đất càng cứng thì vận tốc góc của
gầu giảm đi.
- Giá trị của các thông sốđược tổng hợp trong Bảng 3.11.
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 - 50,000 100,000 150,000 200,000 39.3 kW 41.2 kW 43 kW 65.1 kW K(N/m2)
Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của ω vào tính chất cơ lý của nền K ω (rad/s)
Kết luận Chương 3
1. Xây dựng được bài toán tối ưu với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng riêng E nhỏ nhất với các tham biến là góc cắt δ, vận tốc góc ω của gầu khoan và vận tốc dẫn tiến xi lanh vxl đặc trưng cho các thông số kết cấu và thông số làm việc của gầu khoan.
2. Đã giải thành cơng bài tốn tối ưu trên bằng thuật toán tiến hóa vi phân (DE) và
ngơn ngữ lập trình Python. Xét cho loại đất cấp III, với gầu khoan Dg= 1,380 (m), chiều cao gầu Hg = 0,65 (m), đường kính lỗ Dl = 1,5 m, các thơng số kết cấu và thông số làm việc hợp lý nhận được như sau: góc cắt δ = 35,50 của dao cắt, vận tốc góc của gầu ω = 0,72 (rad/s) và vận tốc dẫn tiến xi lanh vxl = 0,019 (m/s). Kết quả này có thể là cơ sở cho tính tốn thiết kế, chế tạo và khai thác bộ công tác MKCN tại Việt Nam phù hợp với điều kiện thực tế nước ta khi cho trước các
thơng số của cọc đã thiết kế, tính chất cơ lý của đất và công suất máy cơ sở.
3. Trên cơ sở bài toán tối ưu theo chi phí năng lượng riêng E nhỏ nhất, khảo sát sự
phụ thuộc của các thông số kết cấu và thơng số làm việc của gầu vào đường kính lỗ (Dl) cho trước và hệ số cản đào thuần túy (K) cũng như khảo sát sự thay đổi vận tốc góc của gầu ω theo tính chất cơ lý của nền của đất và công suất tiêu thụ cần thiết. Từ kết quả khảo sát thu được, xác định được bộ thơng số hợp lý về góc cắt và vận tốc góc của gầu cũng như vận tốc dẫn tiến xi lanh, đây là cơ sởđể giúp các đơn vị thi công tham khảo lựa chọn máy và vận hành thiết bị với các
thông số làm việc hợp lý mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật.
4. Kết quả nhận được ở Chương 3 là cơ sởđểso sánh, đánh giá về quy luật và sai số
với kết quả đo đạc thực nghiệm của Chương 4, từ đó khẳng định tính đúng đắn của mơ hình tính tốn.
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY KHOAN CỌC NHỒI HITACHI CX500