Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: 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

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 CÔNG
TRÌNH XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 9520116

TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018


Luận án hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.NGND. Nguyễn Đăng Điệm
PGS.TS. Lê Quang Hanh

Phản biện 1:....................................................

Phản biện 2:....................................................

Phản biện 3:....................................................

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại

................................................................................................................
vào hồi ........ giờ ........ ngày ........ tháng ........ năm ........

Có thể tìm hiểu luận án tại:.........................................................


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước là thiết bị phục vụ việc ép các loại cọc
bêtông cốt thép đúc sẵn hay các loại cọc thép vào trong nền móng với nhiều ưu
điểm. Hiện nay, hầu hết các chủng loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước
đang được sử dụng đều được nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí khá cao. Các
đơn vị sản xuất trong nước chưa có nhiều cơ sở khoa học để tính toán, thiết kế
và chế tạo loại thiết bị này. Một trong những vấn đề cần quan tâm là việc
nghiên cứu động lực học của máy ứng với các trạng thái làm việc điển hình như
quá trình cẩu cung cấp cọc, quá trình ép cọc và quá trình di chuyển máy sẽ làm
cơ sở khoa học 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 cũng cho
phép khuyến nghị được các thông số kỹ thuật hợp lý (thông số kết cấu và thống
số làm việc), tăng hiệu quả trong thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị trong
nước. Vì vậy, đề tài “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” được đặt ra là
một yêu cầu cấp thiết.
2. Mục tiêu của đề tài
Đề tài 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 để tìm ra quy luật
thay đổi của các thông số động lực học trong các trường hợp làm việc điển hình
của máy. Dựa trên các kết quả nghiên cứu đã thu được, luận án khuyến nghị
một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy theo quan điểm động lực học.

Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo
có ích cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo cũng như khai thác sử dụng máy ép
cọc di chuyển bước ở Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu:
Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước sử dụng trong thi công các công trình
xây dựng ở Việt Nam.
b) Phạm vi nghiên cứu:
Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước có lực ép 400 – 1000 Tấn sử dụng
trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam.
4. Nội dung nghiên cứu


2
- Nghiên cứu tổng quan về các vấn đề liên quan đến luận án.
- Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong các
quá trình cung cấp cọc, quá trình ép cọc và quá trình di chuyển máy.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học của máy ép
cọc thủy lực di chuyển bước.
- Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học của
máy ép cọc thủy lực di chuyển bước.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a. Ý nghĩa khoa học:
- Tác giả đã nghiên cứu xây dựng bài toán động lực học của máy ép cọc
thủy lực di chuyển bước khi hệ thống cần trục cung cấp cọc làm việc và nghiên
cứu xây dựng bài toán động lực học của các phần tử thủy lực thuộc máy ép
trong quá trình ép cọc và di chuyển máy. Nghiên cứu này giúp cho việc xác
định các thông số động lực học của mô hình trong quá trình cung cấp cọc như
chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực căng cáp động, lực động tác dụng vào các chân
chống máy và trong quá trình ép cọc, di chuyển máy như áp suất động, vận tốc,

lưu lượng, độ dịch chuyển của cọc và máy. Từ đó, đã đưa ra các giá trị hệ số
động tương ứng với các quá trình làm việc của máy. Các kết quả nghiên cứu thu
được đóng góp một phần có ích 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.
- Quá trình thực nghiệm trên một máy ép cọc thủy lực di chuyển bước đang
làm việc tại công trường với các thiết bị đo đạc hiện đại và qui trình thực
nghiệm hợp lý đã khẳng định được độ tin cậy của mô hình lý thuyết và là cơ sở
để xây dựng phương pháp thực nghiệm trên các loại máy ép cọc thủy lực khác.
- Tác giả đã xây dựng được chương trình mô phỏng của máy ép cọc thủy lực
di chuyển bước trong trường hợp làm việc tổng quát và các trường hợp điển
hình. Bằng các chương trình mô phỏng đó, luận án đã khảo sát được các yếu tố
ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học của máy và từ đó khuyến nghị các thông
số kỹ thuật hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) của máy ép cọc thủy
lực di chuyển bước theo quan điểm động lực học.
b. Ý nghĩa thực tiễn:
- Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể giúp cho các đơn vị chế tạo hay
khai thác máy ép cọc thủy lực di chuyển bước tham khảo trong việc cải tiến
thiết kế, chế tạo ra các máy ép cọc thủy lực có chỉ tiêu kính tế - kỹ thuật cao.


3
- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có
ích phục vụ cho công tác đào tạo thuộc lĩnh vực máy ép cọc thủy lực.
6. Điểm mới của luận án
- Luận án đã xây dựng được mô hình ĐLH máy ép cọc thủy lực di chuyển
bước ở 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. Đồng thời, luận
án cũng đã xây dựng được mô hình ĐLH hệ thống TĐTL của cơ cấu kẹp cọc,
ép cọc và di chuyển dọc máy. Ứng dụng thành công phần mềm MatlabSimulink đề giải phương trình chuyển động phi tuyến nhiều bậc tự do.
- Luận án đã xác định được các đặc trưng dao động, lực căng cáp động, lực

động tác dụng vào các chân máy theo góc quay của mâm quay, áp suất động
trong các xi lanh thủy lực, hệ số động ứng với các trường hợp làm việc bất lợi
của loại máy ép cọc nghiên cứu.
- Tiến hành thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước làm việc theo
điều kiện thực tế với các trường hợp làm việc điển hình của máy như nâng cọc
có kể đến độ chùng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc và di chuyển
dọc của máy.
- Luận án đã xây dựng qui trình các bước xác định thông số kỹ thuật hợp lý
của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng
ở Việt Nam theo quan điểm động lực học và xác định được bộ thông số hợp lý
(thông số kết cầu và thông số làm việc) của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước
ZYJ86B (Bảng 4.12). Quy trình này cũng có thể áp dụng cho loại máy ép cọc
thủy lực di chuyển bước khác.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước
Máy ép cọc thuỷ lực di chuyển kiểu bước thích hợp thi công với các công
trình xây dựng dân dụng, xây dựng các công trình cầu vượt. Máy thường sử
dụng để ép các loại cọc có đường kính vừa và lớn, quá trình ép - hạ cọc xuống
nền đất yếu bằng lực ép tĩnh do các xi lanh thủy lực tạo ra (thường sử dụng ép
cọc bê tông cốt thép). Ngoài ra, máy còn có khả năng tự cung cấp cọc nhờ một
cần trục được trang bị trên máy, cần trục này cũng được sử dụng để tự tháo lắp
và vận chuyển các thiết bị của máy ép (trừ một số bộ phận). Cọc được ép xuống


4
nền tạo thành các đài cọc, áp lực từ công trình truyền xuống các đài cọc, thông
qua đó truyền tới nền đất cứng.

Hình 1.3. Hình ảnh máy ép cọc thủy lực di chuyển kiểu bước

Hình 1.5. Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước
1- Chân thuyền; 2- Sàn công tác; 3- Cabin điều khiển bộ máy ép, bộ máy di
chuyển; 4- Xi lanh chân máy; 5- Dầm gia tải; 6- Khung ép; 7- Xi lanh ép;
8- Cần trục cung cấp cọc; 9- Dầm liên kết chân máy; 10- Cụm bánh sắt.
Nguyên lý làm việc: Cọc từ bãi cọc được cần trục dạng ống lồng (8) cẩu lên
đưa vào trong hộp kẹp cọc. Cọc sau khi được kẹp chặt bằng các xi lanh thuỷ
lực, các xi lanh ép cọc (7) sẽ đẩy hộp kẹp cọc cùng cọc đi xuống, nhờ đó cọc
được đi sâu vào trong lòng đất. Sau khi hết hành trình của xi lanh ép, xi lanh
kẹp cọc sẽ co lại để nhả má kẹp, đồng thời điều khiển cho các xi lanh ép co lại,
kéo cả hộp kẹp cọc đi lên. Tiếp tục, điều khiển xi lanh kẹp kẹp chặt cọc và ép
cọc đi xuống. Khi kết thúc quá trình ép cọc tại một vị trí, máy ép cọc sẽ di


5
chuyển đến vị trí ép cọc mới, quá trình di chuyển này được thực hiện nhờ các xi
lanh thủy lực với 2 xi lanh bố trí dọc máy, 2 xi lanh bố trí ngang máy và 4 xi
lanh bố trí theo phương thẳng đứng (4). Bằng việc kết hợp các xi lanh thủy lực
này mà máy có thể di chuyển tiến, lùi, sang trái, sang phải hoặc quay.
1.2. Tổng quan các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan
đến luận án
1.2.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu về kết cấu máy ép cọc thủy lực
di chuyển bước
Đã có nhiều công trình của các nhà khoa học Trung Quốc, Hungary, Việt
Nam và các nước khác nghiên cứu về kết cấu thép đã được trình bày trong các
tài liệu [33], [49], [52], [58], [61], [62],... Từ các công trình nghiên cứu này
NCS đã nhận thấy: các công trình nghiên cứu về kết cấu thép mà các tác 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.
Z
Z1
a

q 30

fo

m2

H

K1
q3

S1
q2

m4

H3

H2



m3

O
Xo

M(q1)

X

q1
1

Y
i1

K1
D

Y1

S1

m4

f osin

m2

X1
q3



O

m3

O1

L

X

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


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; M(q 1 ) - 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: d  T   T    U  Qi , (i = 1 ÷ 3)
dt  q i  q i q i q i
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q1  M(q1 )
(2.1)
q1  a 2 .R.K1 (R q 1  q 2 )  a 2 .R.S1 (R q1  q 2 )  M(q 1 )
 1
Giai đoạn 2: 


(2.7)

1
q1  a 2 .R.K1 (Rq 1  q 2 )  a 2 .R.S1 (R q1  q 2 )  M(q 1 )

Giai đoạn 3: m 4q 2  a 2 .K1 (R q 1  q 2 )  a 2 .S1 (R q1  q 2 )  m 4 g.cos(q 30  q 3 )

2
q 3  m4 (f Q  q 2 )q 32   m 4 g(f Q  q 2 )sin(q30  q3 )
m 4 (f Q  q 2 ) 

(2.21)

q 2  a 2 .K1 (R q 1  q 2 )  a 2 .S1 (R q1  q 2 )  m 4 g.cosq 30

m 4

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 q2

Triệt tiêu
độ chùng
cáp

Hình 2.8. Vận tốc góc của cọc q3

Một đầu cọc nâng lên, một đầu cọc chạm đất

Cọc thoát
khỏi nền

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.
Z
B

Z1

B

a
f0
m2

q4

q4

K1

q3

H

q3
m4

S1
q2

H3

H2

m3

q6
O

O1

Xo

X

f osinq3cosq4
Y
f osinq4

Y1

X1
q6

m2


O1
O

L2

m3
M(q5)

q5
5

X

L3

L

a)

M(q1)

q1
1

6

i2
S2
q6
b)

i1

K1
S1

D

c)

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; M(q 5 ) - Đặc
tính cơ của cơ cấu quay thuộc cần trục.


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:
θ1
q1 -a 2 RK1 .(Rq 1 -q 2 )+a 2 RS1 .(Rq1 -q 2 )=M(q 1 )-m 4 gR

6 +f o cos 2 q 4 .q 32 +f o q 42 +[sinq 3 cosq 4 (L+f o sinq 3 cosq 4 )+f o sin 2 q 4 ].q 62
q 2 -Lsinq 4 .q


2
 -2f o cosq 3sinq 4 cosq 4 .q 3 q 6 +2f o sinq 3 .q 4 q 6  a [K1 .(Rq 1 -q 2 )+S1 .(Rq1 -q 2 )]-g(1-cosq 3 cosq 4 )=0

m4

2
6 -cosq 3 cosq 4 (L+fo sinq 3 cosq 4 ).q 62 -2cos 2 q 4 .q 2 q 3
q 3 -f o cosq 3sinq 4 cosq 4 .q
f o cos q 4 


+2cosq 3sinq 4 cosq 4 .q 2 q 6 -2f o sinq 4 cosq 4 .q 3 q 4 -2f o cosq 3 cos 2 q 4 .q 4 q 6 +g.sinq 3 cosq 4  0

f 
6 +f o sinq 4 cosq 4 .q 32 -[f o cos 2 q 3 sinq 4 cosq 4 -L.sinq3 sinq 4 ].q 26
q +(Lcosq 4 +f o sinq 3 ).q
 o 4
-2q 2 q 4 -2sinq3 .q 2 q 6 +2f o cosq 3 cos 2 q 4 .q 3 q 6 +g.cosq 3sinq 4  0
(2.44)

θ 
q 5 +S2 .(q 5 -i 2 q 6 )=M(q 5 )
5

[θ 6 /m 4 +(L+fo sinq 3 cosq 4 ) 2 +f o 2 sin 2 q 4 ]q
6 -Lsinq 4 .q
2 -f o 2 cosq 3sinq 4 cosq 4 .q
3

2
4 +f o sinq 3sinq 4 cosq 4 .q 32 -f o Lsinq 4 .q 24 +2f o cosq 3 sinq 4 cosq 4 .q 2 q 3
+f o (Lcosq 4 +fo sinq 3 ).q


-2(Lcosq 4 +f o sinq 3 ).q 2 q 4 -2[sinq 3 cosq 4 (L+f o sinq 3 cosq 4 )+f o sin 2 q 4 ].q 2 q 6


+2f o 2 cosq 3sin 2 q 4 .q 3 q 4 +2f o cosq 3 cosq 4 (L+f o sinq 3 cosq 4 ).q 3 q 6



M cq
i
2
 -2f o sinq 4 (Lsinq 3 -f o cos q 3 cosq 4 ).q 4 q 6  2 S2 (q 5 -i 2 q 6 )=
m4
m4


Một số đồ thị là kết quả của việc giải hệ PTCĐ (2.44) được thể hiện như:
0.3

0.06
0.04
q3 [rad]

q`2 [m/s]

0.2
0.1
0
-0.1

0

5

10

15

20
25
Thoi gian, s

30

35

40

-0.04

45

Luc cang nhanh cap hang, N

0

10

15

20
25
Thoi gian, s

10

15

20

25

30

35

40

45

X: 0.2
Y: 9353

9000
8500

30

35

40

45

Hình 2.19. Chuyển vị góc của cọc q4
trong mặt phẳng mặt phẳng vuông góc
với mặt phẳng chứa cần (Y1O1Z1)

X: 30.9
Y: 8105

X: 14.92
Y: 7842

8000
7500
7000
6500

5

5

Hình 2.17. Chuyển vị góc của cọc q3 trong
mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (X1O1Z1)
9500

0

0

Thoi gian, s

0.05

q4 [rad]

0

-0.02

Hình 2.16. Vận tốc của cọc theo
phương thẳng đứng q2

-0.05

0.02

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Thoi gian, s

Vừa nâng cọc vừa quay

Chỉ quay cọc

Phanh hãm quay cọc

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:
Z
Z1

m2
K1

Fc(t)
G2
S1

m4

m3

GQ

Gm
q6

G3
O

O1

Xo

X

Y2

Y

X1

Llt

m4

(1)

(4)

q6
b

m2

O1

b

m3
(3)

a

c



mm O2
O

a

L3

L2

X=X2
L

(2)

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; G2Trọng 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:
R1 

My
My
My
G Mx My
G M
G M
G M


;R 2   x 
;R 3   x 
;R 4   x 
(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:


12

6

Luc tac dung len cac chan may, N

2

x 10

R1
R2
R3
R4

R1

1.9

R2

1.8
1.7
1.6

R4

1.5

R3

1.4

1.3
0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Chuyen vi goc cua toa quay q6, do

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; V ob- Lưu lượng riêng của
bơm thủy lực, m3/vòng; b- Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực; v k- Vận
tốc dịch chuyển của xi lanh kẹp cọc, m/s; p at - Áp suất cài đặt của van an
toàn tổng, Pa; k at - Hệ số lưu lượng qua van an toàn tổng, (m3/s)/Pa; m qd Khối lượng quy dẫn của xi lanh và má kẹp cọc về đỉnh xi lanh kẹp, kg; p a – Áp
lực dầu công tác trong nhánh cao áp, Pa; p t – Áp lực dầu công tác trong
nhánh thất áp, Pa; A 1 – Diện tích tiết diện khoang cao áp của xi lanh kẹp,
m 2 ; 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.


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:
 dpa
i 
V [n ](1  b ) 
 b . Vob n b X(t)  ob b
pa   A1 .v k  (pa  pat )k at
E a
 dt i xlk 
[pb ]


dvk


mqd dt  (pa .A1  pt .A2 ).c  FR

(2.66)

2.2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi ép cọc
Qxl

D

Ea Pa
A1

Qb

Pc
Qc

A

B

P

T

A2

Pt
Qt
d

Pa
Qat
M

Pat

Vob
rob

Pt
Fqt

nb
mqd

qe

Wc

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; m qd - Khối lượng quy dẫn của pít tông ép và cọc về đỉnh pít tông, kg; W C 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:
 dpa i b 
Vob [n b ](1  b ) 


pa   A1.ve  (pa  pat )k at
E a
 Vob n b X(t) 
dt
i
[pb ]


xle 
(2.77)

dv
W

WR
m
e
ms
 qd dt  (pa .A1  pt .A2 ).c  mqd .g 
i xle

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; m qd - Khối lượng quy dẫn của máy về đỉnh xi lanh di chuyển dọc


14
máy, kg; W ms – Tổng trở lực cản do ma sát, N; f – Hệ số ma sát giữa bánh
xe và đường ray, G m – Trọng lượng toàn bộ máy (gồm trọng lượng máy và

đối trọng), N; Wgio – Lực cản gió tác dụng vào máy, N.
mqd
qk
P 2 , A2

P1,A1

d

D

Wgio
Qt

Wms

Qxl

Pc

Fqt

Pa

Pt

Ea

Qb
B

A

P

T

Pa
Qat
M

Pt

Vob
rob

nb

Pat

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:
 dpa
i 
V [n ](1  b ) 
 b . Vob n b X(t)  ob b
pa   A1.vdc  (pa  pat )k at
E a
 dt i xldc 

[pb ]

(2.87)

dvdc

m

(p
.A

p
.A
).


f.m
.g

F
.p
a
1
t
2
c
qd
g g
 qd dt
Sau khi giải các hệ phương trình vi phân (2.66), (2.77) và (2.87), ta thu được

các kết quả sau:

X: 0.715
Y: 167.3

150
100

0
0

X: 1.408
Y: 15.48

X: 0.085
Y: 2.533

0.2

0.4

Co xi lanh tạo khe hở

Quá trình kẹp cọc

4

200

50

Triệt tiêu
khe hở

Co xi lanh tạo khe hở

Quá trình kẹp cọc
X: 0.301
Y: 212

Van toc kep, m/s

Ap suat kep coc, kG/cm2

Triệt tiêu
khe hở
250

0.6

0.8
Thoi gian, s

1

1.2

1.4

1.6

2
0
-2
-4
0

0.2

0.4

0.6

0.8
Thoi gian, s

1

1.2

1.4

Hình 2.37. Áp suất dầu trong khoang xi
lanh kẹp cọc

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

1.6


X: 3.496
Y: 52.15

60

0.1

X: 30.4
Y: 47.03

50

Van toc di chuyen, m/s

Ap suat xi lanh di chuyen, kG/cm2

15

X: 17.17
Y: 34.9

40
30
20

10
0

0

5

10

15

20

Khởi
động

Di chuyển dọc máy

25
Thoi gian, s

30

35

40

45

Phanh hãm máy

Hình 2.45. Áp suất dầu trong khoang
cao áp của xi lanh di chuyển dọc máy

50

X: 3.59
Y: 0.08244

0.08
X: 16.43
Y: 0.07991

0.06
0.04
0.02
0
0

5

10

15

20

Khởi
động

Di chuyển dọc máy

25
30
Thoi gian, s

35

40

45

50

Phanh hãm máy

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

Một đầu cọc được nâng
1,22
1,13
lên, một đầu chạm đất
1
Cọc thoát hoàn toàn khỏi
1,03
1,02

nền
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
1,49
1,45
Di chuyển dọc Khởi động
6
máy
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
Nâng cọc có
độ chùng cáp

TT
1

2

Trường hợp làm việc
Nâng cọc có độ chùng
cáp
Nâng cọc kết hợp quay
mâm quay, sau đó
phanh hãm mâm quay

3

Kẹp cọc

4

Trường hợp ép cọc
(chiều sâu ép từ 3,38m
đến 5,1m)

5

Di chuyển dọc máy

Thông số so sánh
Lực căng cáp khi nâng cọc khỏi
mặt đất
Lực căng cáp khi nâng cọc và

quay
Lực căng cáp khi phanh hãm
mâm quay
Áp suất động trong xi lanh thủy
lực kẹp cọc (kG/cm2)
Áp suất động trong xi lanh thủy
lực ép cọc (kG/cm2)
Lưu lượng dầu cung cấp cho một
xi lanh chính ép cọc (l/phút)
Dịch chuyển của cọc (m)
Áp suất động trong xi lanh thủy
lực di chuyển dọc máy (kG/cm2)
Dịch chuyển dọc của máy (m)

Sai số  (%)
14,5%
8,84%
9,38%
8,37%
7,79%
6,48%
19,5%
6,23%
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:
Luc cang nhanh cap hang, N

9500
Vn = 6 [m/ph]
Vn = 7 [m/ph]
Vn = 8 [m/ph]
Vn = 10 [m/ph]

9000
8500

8000
7500
7000
6500

0

0.5

1

1.5

2

2.5
Thoi gian, s

3

3.5

4

4.5

5

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)
0,89
3,77
5,09
6,56
8,48
11,44
17,13

Tầm với (m)
19,3
18,2
16,7
14,8
12,4
9,67
6,62

R1min (N)
2.009.000

2.207.200
2.261.400
2.298.000
2.320.800
2.344.000
2.388.700

R2min (N)
1.911.600
2.059.400
2.112.200
2.153.500
2.200.900
2.259.400
2.370.900

R3min (N)
1.625.400
1.681.300
1.688.300
1.677.100
1.648.600
1.597.700
1.513.100

R4min (N)
1.735.200
1.866.100
1.890.300
1.891.100

1.871.700
1.820.900
1.735.400

4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy
trong trường hợp ép cọc
Có 2 trưởng hợp cần khảo sát: Thay đổi đường kính xi lanh ép cọc (De);
Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố địa chất. Một số đồ thị khi tiến hành khảo
sát thể hiện ở các hình dưới đây:
10 6

3
2.5
2
1.5
1

De = 260 [mm]
De = 280 [mm]
De = 300 [mm]
De = 320 [mm]

0.5
0
-0.5
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Thoi gian, s

Hình 4.15. Áp suất động trong xi lanh
ép cọc

Hình 4.16. Lực động do xi lanh ép
cọc tạo ra

Hình 4.20. Sự thay đổi lưu lượng, áp suất của một xi lanh chính và vận tốc ép
cọc khi cọc chuyển từ tầng địa chất sét mềm sang sét cứng ở độ sâu 12,83 m

1


21

4.3. Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy
trong trường hợp di chuyển máy
Trong trường hợp này, tác giả thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy
(Ddc). Một số đồ thị khi tiến hành khảo sát thể hiện ở các hình dưới đây:

Hình 4.28. Áp suất trong xi lanh di
chuyển dọc máy

Hình 4.29. Vận tốc di chuyển dọc của
máy

4.4. Xác định một số thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển
bước (theo quan điểm ĐLH)
Để máy làm việc có hiệu quả, đảm bảo năng suất thì các vận tốc làm việc
của các cơ cấu trên máy phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: Vận tốc làm
việc đủ lớn để đảm bảo năng suất; Đảm bảo lực động phát sinh trong các cụm
máy và kết cấu thép nằm trong giới hạn cho phép thông qua điều kiện kđ ≤ [kđ].
Giá trị [kđ] xác định theo TCVN 4244-2005 về thiết bị nâng.

Hình 4.31. Quy trình xác định các thông số hợp lý
của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo quan
điểm động lực học


22
Bảng 4.12. Giá trị các thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước
ZYJ860B
Tên thông số
1
2

3
4

Tốc độ nâng cọc
Tốc độ mâm quay
Tốc độ mâm quay khi phanh
hãm
Đường kính cáp nâng hạ cọc

m/phút
vòng/phút

Miền giá
trị thông
số khảo sát
6÷10
0,8÷1,5

Giá trị
thông số
hợp lý
10
1,5

nqph

vòng/phút

0,8÷1,5

0,8

dc

mm

14÷22

18

Ký
hiệu

Đơn vị

vn
nq

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Trong chương 4, luận án đã sử dụng các chương trình mô phỏng ở
chương 2 để tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH của
máy, từ đó có được một số kết luận sau đây:
1. Đã xác định được quy luật thay đổi lực động tác dụng vào các chân
chống máy theo góc quay của mâm quay khi thay đổi khối lượng cọc và thay
đổi tầm với. Đây là cơ sở cho việc tính toán kết cấu thép máy theo quan điểm
ĐLH.
2. Lực động trong cáp nâng cọc tăng lên khi vận tốc nâng cọc vn tăng lên.
Hệ số động lớn nhất kđ = 1,19 khi nâng với vn = 10 m/ph. Điều này có thể giải
thích được là do trong thời điểm khởi động, quán tính cọc lớn, vận tốc nâng lớn
sẽ gây dao động nhiều.

3. Khi tốc độ quay cọc nq thay đổi, lực động trong cáp ở giai đoạn khởi
động thay đổi không nhiều nhưng trong giai đoạn phanh hãm mâm quay có sự
thay đổi lớn. Hệ số động lớn nhất kđ = 1,14 khi quay mâm quay với nq = 1,5
v/ph và phanh hãm.
4. Việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố địa chất nền móng cho chúng ta
thấy rằng, áp suất trong xi lanh ép cọc sẽ tăng lên phụ thuộc vào kết cấu mặt cắt
và chiều sâu của các tầng địa chất mà cọc đi qua..
Luận án đã xây dựng được quy trình xác định thông số hợp lý và trên cơ sở
phân tích kết quả khảo sát, luận án đã khuyến nghị một 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 này cũng có thể áp dụng cho các loại máy ép cọc
thủy lực kiểu khác.


23
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
và đề xuất cụ thể như sau:
1. Luận án đã nghiên cứu đặc điểm làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình khai thác sử dụng của loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong
thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam để xây dựng mô hình ĐLH máy
bằng mô hình không gian, mô hình ĐLH hệ thống truyền động thủy lực của
máy. Tác giả đã thiết lập được các phương trình chuyển động phi tuyến, các hệ
phương trình vi phân cân bằng lưu lượng và lực ứng với các trường hợp làm
việc điển hình của máy (Nâng cọc có kể đến độ chùng cáp, vừa nâng cọc vừa
quay, kẹp cọc, ép cọc và di chuyển máy).
2. Luận án đã ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink để xây dựng 05 chương
trình giải các hệ phương trình chuyển động phi tuyến, hệ phương trình vi phân

cân bằng lưu lương và lực với các trường hợp làm việc điển hình của máy, các
chương trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH của máy. Đã
xác định được lực căng cáp động trong cáp thép, dao động của cọc, lực động tác
dụng vào các chân chống máy thay đổi theo góc quay của mâm quay cần trục,
áp suất động và sự thay đổi lưu lượng trong các xi lanh công tác của máy. Xác
định được giá trị các hệ số động kđ tương ứng với các trường hợp làm việc điển
hình nêu trên với loại máy ZYJ860B khi 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 hiện thao tác kẹp cọc:
kđ = 1,27;
- Máy thực hiện ép cọc:
kđ = 1,66;
- Máy thực hiện di chuyển dọc máy: kđ =1,49.
3. Luận án đã xây dựng được qui trình thực nghiệm và đã tiến hành đo đạc
các thông số máy ép cọc thủy lực di chuyển bước (ZYJ860B) khi máy nâng cọc
có kể đến độ chúng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc qua các lớp
tầng địa chất khác nhau, di chuyển dọc của máy với các thiết bị đo đạc hiện đại
bởi đội ngũ chuyên gia nhiều kinh nghiệm. So sánh kết quả tính toán lý thuyết
với kết quả đo đạc thực nghiệm có sai số từ 6,23 – 19,5%; đồng thời hình dạng