Bước 5: Đo các thông số cơ bản của bộ cơng tác khoan khi máy làm việc có tải.
Cho máy khoan làm việc có tải: Quay gầu khoan theo chiều thuận (chiều cắt
đất), trong quá trình gầu khoan quay thì cho mâm khoan chuyển động đi xuống (ấn
tiêu thụ của động cơ thủy lực quay mâm khoan, hành trình đi xuống của gầu khoan, tốc độ khoan, thời gian khoan.
Hình 4.10. Thử nghiệm bộ cơng tác khoan tại Hà Nội
4.7. Kết quảđo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu
4.7.1. Xử lý kết quảđo thực nghiệm [48]
NCS tiến hành thực nghiệm 5 lần để lấy kết quả đo ứng với các trường hợp đo
đạc của máy đã trình bày ở trên. Do trong quá trình thực nghiệm phát sinh các hiện
tượng nhiễu tín hiệu đo ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh, vì vậy cần xử lý làm trơn số liệu thực nghiệm theo đa thức bậc nhất với 100 điểm, N = 100 theo phương
pháp tính giá trị trung bình. 1 1 2 N 1 x (x x ... x ) N = + + + 2 2 3 N 2 1 x (x x ... x ) N + = + + + i 1 i i 1 N i x (x x ... x ) N + + = + + + (4-1)
Tập hợp số liệu trong cùng khoảng thời gian t(s) = 0 – 60 s tùy trường hợp, tại thời gian tij(s) có giá trị xij, ởđây j=1÷5 là số lần đo. Giá trị trung bình số học của đại
lượng xij được tính:
n i ij j 1 x x n = (4-2)
Phương sai thực nghiệm S2 của dãy số liệu được xác định bởi:
n 2 i ij i j 1 S (x x ) n 1 = − −
Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm: i n ij i j 1 S (x x ) n 1 = − − (4-3) Lập tỷ số ij i i i x x t S − = (4-4) So sánh: Nếu ti (ti/P), với P là độ tin cậy, chọn P=95%, thì giữ lại giá trị xij;
Nếu ti > (ti/P), thì loại bỏ giá trị xij.
Số liệu đo đạc sau khi xử lý làm trơn, loại bỏ nhiễu và các số liệu không tin cậy
được ghi lưu theo file Excel, theo các bài thực nghiệm để dễ dàng xuất sang chương
trình Matlab – Simulink phục vụ việc so sánh đánh giá lý thuyết và thực nghiệm.
4.7.2. Các trường hợp thực nghiệm
4.7.2.1 Trường hợp đo không tải: Các kết quả đo thực hiện cho 2 động cơ thủy lực
và 2 xi lanh thủy lực.
- Đo không tải ở tốc độ chậm
Hình 4.11. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với trường hợp đo không tải tốc độ chậm
- Đo không tải ở tốc độ nhanh
Hình 4.12. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với trường hợp đo
Nhận xét: Trong q trình khơng tải với tốc độ chậm, lưu lượng cung cấp cho
động cơ thủy lực quay mâm khoan thay đổi từ 0 lít/phút tăng lên giá trị khoảng 120
lít/phút và bình ổn ở giá trị này trong suốt q trình khoan, cịn áp suất dầu thủy lực
trong 5s đầu đạt giá trị 27.105 Pa sau đó bình ổn tại giá trị 20.105 Pa. Q trình khoan khơng tải với tốc độ cao lưu lượng cung cấp cho động cơ thủy lực cao hơn hẳn khi chạy với tốc độ thấp, bình ổn ở giá trị 260 lít/phút. Áp suất dầu trong ống cao áp lúc này bình ổn ở giá trị 39.105 Pa.
4.7.2.2 Trường hợp đo có tải
a. Đo các thông sốđộng lực học của động cơ thủy lực ứng với từng lớp đất
Hình 4.13. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm
Hình 4.14. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu, xám vàng, xám trắng, trạng thái dẻo cứng
Hình 4.15. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất sạn sỏi lẫn cát kết cấu rất chặt
Hình 4.16. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất cát hạt nhỏ lẫn sạn sỏi, kết cấu rất chặt
Hình 4.17. Lưu lượng và áp suất dầu của động cơ thủy lực ứng với tầng địa chất cuội sỏi lẫn cát sạn đa màu, đa khoáng, kết cấu rất chặt
Bảng 4.3. Bảng giá trị các thông sốđo ứng với các tầng địa chất khác nhau.
Tầng địa chất Sét pha màu xám nâu, xám vàng, xám trắng, trạng thái dẻo cứng Sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm Sạn sỏi lẫn cát kết cấu rất chặt Cát hạt nhỏ lẫn sạn sỏi, kết cấu rất chặt Cuội sỏi lẫn cát sạn đa màu, đa khoáng, kết cấu rất chặt Áp suất dầu (Pa) 73.105 50.105 81.105 85.105 103.105 Lưulượng dầu cung cấp cho động
cơ mâm khoan (lít/phút)
260 240 240 260 263
Nhận xét: Trong quá trình khoan cọc, lưu lượng cung cấp cho động cơ thủy lực
quay mâm khoan thay đổi từ 0 lít/phút tăng lên giá trị khoảng 250 lít/phút và bình ổn ở giá trị này trong suốt quá trình khoan, cịn áp suất dầu thủy lực thay đổi và dao động
tùy thuộc vào tính chất cơ lý của từng tầng địa chất, ứng với tầng địa chất là sét, áp suất dầu dao động với biên độ thay đổi từ 25.105 (Pa) đến 75.105 (Pa), còn khi khoan
cọc ở các tầng địa chất sạn sỏi, cát pha sạn sỏi hay cuội sỏi thì biên độ áp suất dầu
thay đổi với biên độ lớn hơn từ 25.105 (Pa) đến 125.105 (Pa).
b. Tổng công suất động cơ mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan
Sau khi đo được lưu lượng cung cấp cho động cơ thủy lực, áp suất dầu trong động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan và vận tốc góc của mâm khoan, NCS xác định được cơng suất động cơ dẫn động mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan
như sau [15]:
+) Tổng công suất động cơ dẫn động mâm khoan:
Nd = Nd1 + Nd2 = pd1. Qd1+ pd2. Qd2 = pd. (Qd1+ Qd2) = pdQd , (kW) Với:
Nd: Tổng công suất động cơ mâm khoan, kW;
Qd: Tổng lưu lượng cung cấp cho các đông cơ mâm khoan, m3/s;
Nd1, Nd2: Công suất động cơ mâm khoan 1 và 2, kW;
pd1, pd2: Áp suất dầu đường ống cao áp động cơ mâm khoan 1 và 2, kPa; Qd1, Qd2: Lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ mâm khoan 1 và 2, kPa;
+) Mô men xoắn trên gầu khoan:
Mg = 2π.nNg g = Nd 2π.ng.ηg = pd.Qd 2π.ng.ηg(kN. m) = pd.Qd 2π.ng.ηg.g(T. m) Với:
Mg: Mô men xoắn trên gầu khoan, T.m; Nd: Tổng công suất động cơ mâm khoan, kW; ng: Số vòng quay của gầu khoan, vòng/s;
g: Hệ số hiệu suất truyền động.
Hình 4.18. Tổng cơng suất của 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm
Hình 4.19. Tổng cơng suất của 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu, xám vàng, xám trắng, trạng
thái dẻo cứng
Hình 4.20. Tổng cơng suất của 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất cát hạt nhỏ lẫn sạn sỏi, kết cấu rất chặt
Hình 4.21. Tổng công suất 2 động cơ quay mâm khoan và mô men xoắn trên gầu khoan ứng với tầng địa chất cuội sỏi lẫn cát sạn đa màu, đa khoáng, kết cấu rất chặt
Nhận xét:
- Giá trị tổng công suất tiêu thụ trung bình của động cơ là 15÷72 kW tùy thuộc vào nền đất mềm hay cứng hơn. So với giá trị công suất định mức của máy là 150 kW thì cơng suất thực tế của máy chỉ chiếm khoảng 40%. Điều này cho thấy máy còn
được thiết kế có cơng suất dự trữ cho việc khoan ở những tầng lớp đất cứng hơn và đường kính gầu lớn hơn.
- Giá trị mơ men xoắn theo đo đạc ở các tầng lớp đất đạt giá trị trung bình 2÷3,5 T.m, trong khi mơ men lớn nhất của máy là 12 T.m.
c. Đo các thông sốđộng lực học của xi lanh thủy lực ứng với từng lớp đất
Trong quá trình làm việc thực tế, quá trình ép sẽ được người lái thực hiện khi
đang khoan thì gầu khoan gặp trở lực lớn cần phải tăng lực ép để bộ cơng tác có thể vượt qua trong thời gian ngắn.
Kết quả đo được biểu thị trên các Hình 4.22 và Hình 4.23 như sau:
Hình 4.22. Áp suất dầu thủy lực trong xi lanh ép mâm khoan
Hình 4.23. Dịch chuyển của mâm khoan
Nhận xét: Trong quá trình ép mâm khoan, khi bắt đầu thực hiện ép (trong
khoảng thời gian 1s) thì áp suất dầu trong khoang cao áp của xi lanh ép tăng lên đến giá trị cực đại là 30.105 Pa sau đó sẽ giảm nhanh về giá trị bình ổn là 17,2.105 Pa, cịn dịch chuyển của mâm khoan trong thời gian từ 0 s đến 2 s là 80 mm.
4.8. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả lý thuyết
Với mục đích xác định độ tin cậy của mơ hình ĐLH, độ chính xác của các kết quả tính tốn bằng lý thuyết thu được, sau khi đo đạc, xử lý số liệu thực nghiệm, thực hiẹn so sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đối với các trường hợp như
sau:
4.8.1. Các thông sốđộng lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan
Tiến hành đo đạc thực nghiệm trong trường hợp máy khoan cọc ngoài hiện
trường với 2 thông số đo đạc là áp suất động trong đường ống cao áp của động cơ quay mâm khoan và lưu lượng cung cấp cho động cơ quay mâm khoan của máy. Sau đó, so sánh với các giá trị khi tính tốn bằng lý thuyết, thu được các biểu đồ so sánh như các hình dưới đây:
Hình 4.24. Biểu đồ so sánh áp suất dầu trong nhánh cao áp cung cấp cho động cơ thủy lực (tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm, độ sâu từ 26m – 32,5m)
Hình 4.25. Biểu đồ so sánh tổng lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực (tầng
địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm, độ sâu từ 26m – 32,5 m)
Bảng 4.4. Hệ số áp suất động dầu thủy lực cung cấp cho động cơ dẫn động mâm khoan trong quá trình khoan cọc
Lý thuyết Thực nghiệm
pamax (Pa) patb (Pa) kđlt pamax (Pa) patb (Pa) kđtn
Khởi động 51,1.105 31,3.105 1,63 65,3 42,2 1,55
Khi thay đổi
mô men cản 80,1.10
5 51,3.105 1,56 75,3.105 55,6.105 1,35
Nhận xét:
- Từ Hình 4.24 ta thấy áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của động cơ quay
mâm khoan của máy giữa lý thuyết và thực nghiệm là tương đối sát nhau, với khoảng thời gian khởi động trong 1s.
- Khi máy khởi động khoan hay mô men cản tác dụng vào gầu và cần khoan
dao động. Hệ số áp suất động khi khởi động khoan cọc theo lý thuyết là kđlt = 1,63 và theo thực nghiệm là kđtn = 1,55. Còn hệ số áp suất động khi ngoại lực (mô men cản)
thay đổi theo lý thuyết kđlt = 1,56 và theo thực nghiệm là kđtn = 1,35.
4.8.2. Các thông số động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh ép mâm khoan
Khi đo đạc thực nghiệm trong trường hợp máy đang khoan cọc, gầu khoan bị
kẹt không chuyển động xuống dưới được, lúc đó xi lanh ép mâm khoan sẽ ép mâm
khoan đi xuống. Thực hiện đo đạc áp suất động xi lanh và dịch chuyển của mâm khoan theo phương dọc theo xi lanh của máy. Sau đó, so sánh với các giá trị khi tính
tốn bằng lý thuyết, thu được các biểu đồ so sánh như các hình dưới đây:
Hình 4.26. Biểu đồ so sánh áp suất dầu trong xi lanh ép mâm khoan
Hình 4.27. Biểu đồ so sánh dịch chuyển của mâm khoan Bảng 4.5. Hệ số áp suất động của xi lanh ép mâm khoan
Lý thuyết Thực nghiệm
pamax (Pa) patb (Pa) kđlt pamax (Pa) patb (Pa) kđtn
Khởi động 31,4.105 16,8.105 1,86 29,2.105 16,5.105 1,76
Bảng 4.6. Sai sốtương đối của của các thông sốđo đạc giữa lý thuyết và thực nghiệm ứng với các trường hợp làm việc của máy
1
Động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan trường hợp khoan cọc
Áp suất động trong động cơ thủy lực dẫn
động mâm khoan (Pa) 8,38% Lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy
lực dẫn động mâm khoan 6,21%
2 Xi lanh ép mâm khoan đi xuống
Áp suất động trong xi lanh thủy lực ép
mâm khoan (Pa) 7,73%
Dịch chuyển mâm khoan (mm) 14,32%
Nhận xét:
- Từ Hình 4.26 trên chúng ta thấy rằng, áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của xi lanh ép mâm khoan giữa lý thuyết và thực nghiệm có dạng dao động
tương đồng nhau, với khoảng thời gian khởi động trong 1s. Tuy nhiên, áp suất lý
thuyết dao động nhiều hơn do trong mơ hình chưa kểđến một số phẩn tử thủy lực
như van tiết lưu, van phân phối. Sai số tương đối áp suất dầu thủy lực trong ống
cao áp của xi lanh ép mâm khoan giữa lý thuyết và thực nghiệm là 7,73%.
- Khi khởi động xi lanh ép mâm khoan thì áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của xi lanh thủy lực sẽ dao động. Hệ số áp suất động khi khởi động ép mâm khoan theo lý thuyết là kđlt = 1,86 và theo thực nghiệm là kđtn = 1,76.
- Từ các đồ thị trên chúng ta có thể thấy như sau: Dạng đồ thị giữa lý thuyết và thực nghiệm tương đối giống nhau. Điều đó khẳng định tính đúng đắn của mơ hình tính và các giá trị đầu vào khi tính tốn theo lý thuyết.
Kết luận Chương 4
Nội dung Chương 4 đã trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số ĐLH của máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay Hitachi CX500 có bộ cơng
tác khoan được chế tạo tại Việt Nam. Từ kết quả nghiên cứu có thể rút ra các kết luận
sau:
1. Trong quá trình làm việc của máy, khi khởi động động cơ thủy lực thì hệ sốđộng kđ = 1,55 và khởi động xi lanh ép mâm khoan thì hệ số động kđ = 1,76. Lúc này các thông số ĐLH của hệ thủy lực dao động lớn nhất và có khả năng phá hoại mạnh nhất tới các phần tử thủy lực.
2. So sánh về giá trị kết quả đo thực nghiệm và lý thuyết cho thấy sai số 8,38% với
áp suất dầu trong động cơ dẫn động mâm khoan; 6,21% với lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan; 7,73% với áp suất trong xi lanh thủy lực ép mâm khoan; 14,32% với dịch chuyển mâm khoan. Những giá trị sai số này có thể chấp nhận được trong điều kiện hiện trường có nhiều yếu tố khách quan.
3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định được độ tin cậy của mơ hình ĐLH,
phương pháp tính và cơng cụ thực hiện. Từ đó tạo cơ sở cho việc sử dụng mơ hình ĐLH trong việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH (áp suất động trong động cơ thủy lực và xi lanh ép mâm khoan, lưu lượng,v.v..) của máy.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN
Luận án đã giải quyết được cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra. Các kết quả thu được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn với các đóng góp mới cụ thể
như sau:
1. Luận án đã cơ bản giải quyết được các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra như sau:
- Đã xây dựng được mơ hình ĐLH hệ thống TĐTL dẫn động động cơ thuỷ lực
quay mâm khoan và dẫn động xi lanh thủy lực ép mâm khoan từ đó cho phép khảo sát sự thay đổi của các thông số ĐLH của hệ thống TĐTL phụ thuộc vào tầng cấp đất và các thông số khác.
- Từ việc khảo sát xác định được các thông số làm việc, là điều kiện đầu vào để
giải quyết bài toán tối ưu các thông số kết cấu và thông số làm việc của gầu theo chỉ
tiêu chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất ở Chương 3.
- Dựa trên kết quả nghiên cứu thu được khuyến nghị một số thông số kỹ thuật
hợp lý của máy.
2. Những đóng góp mới của luận án:
- Từ mơ hình ĐLH xây dựng ở trên rút ra được một số nhận xét về sự thay đổi