Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô do việt nam chế tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------------------------**------------------------

NGUYỄN ANH NGỌC

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ
KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA MÁY ĐĨNG CỌC HỘ LAN ĐƯỜNG
Ô TÔ DO VIỆT NAM CHẾ TẠO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------------------------**------------------------

NGUYỄN ANH NGỌC

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ
KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA MÁY ĐĨNG CỌC HỘ LAN ĐƯỜNG
Ô TÔ DO VIỆT NAM CHẾ TẠO

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ
XÂY DỰNG NÂNG CHUYỂN
Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2021


i

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tơi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS.
NGƯT Nguyễn Văn Vịnh và PGS. TS. NGƯT Nguyễn Bính, những người Thầy đã
luôn định hướng, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi trong q
trình nghiên cứu và hồn thành luận án.
Tơi xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo tại Bộ môn Máy xây dựng Xếp dỡ, các nhà khoa học của Trường Đại học Giao thông Vận tải, Viện Cơ điện nông
nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Học viện Kỹ thuật quân sự, Trường Đại học Xây
dựng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trường Đại học Công nghệ Giao thông, Viện
Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải… đã giúp đỡ và góp ý cho tơi trong q trình
nghiên cứu và viết luận án của mình.
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 thông Vận tải, Trung tâm đào tạo thực hành và chuyển giao cơng
nghệ Giao thơng Vận tải cùng các phịng ban chức năng trong Nhà trường đã tạo điều
kiện giúp đỡ tơi trong q trình nghiên cứu để đạt được kết quả mong muốn.
Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Công ty TNHH Thương mại và Xây dựng Linh
Hà cùng Công ty Cổ phần Xây dựng và quản lý bảo trì đường bộ Sông Hồng đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện đo đạc thực nghiệm thiết bị tại hiện trường
để hồn thành luận án.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã ln động viên, hỗ
trợ tôi rất nhiều về mặt thời gian, cũng như ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần để giúp tơi
hồn thành luận án này.
Tác giả luận án

Nguyễn Anh Ngọc


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định các
thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ do Việt Nam chế
tạo” là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án là
trung thực và chưa được công bố trong bất kì cơng trình nghiên cứu nào. Tất cả những
nội dung tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ.

Tác giả luận án

Nguyễn Anh Ngọc


iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................................vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ...........................................ix
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH ........................................................................... xii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
2. Mục tiêu của luận án................................................................................................ 1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 1
4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .............................................................. 2
6. Điểm mới của luận án .............................................................................................. 3
7. Bố cục và nội dung nghiên cứu của luận án ............................................................ 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................... 6
1.1. Tổng quan về hệ thống hộ lan đường ô tô ............................................................ 6
1.1.1. Vai trò của hệ thống hộ lan............................................................................ 6
1.1.2. Tổng quan về cấu tạo của hệ thống hộ lan .................................................... 6
1.1.3. Nhu cầu về hệ thống hộ lan đường ô tô ở Việt Nam ..................................... 8
1.2. Tổng quan về đặc điểm địa chất và các thông số địa kỹ thuật thuộc vùng
đồng bằng Bắc Bộ........................................................................................................ 8
1.2.1. Đặc điểm địa chất thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ ........................................ 8
1.2.2. Các thông số kỹ thuật của đất ........................................................................ 9
1.3. Tổng quan về cơng tác cơ giới hóa thi cơng cọc hộ lan ..................................... 11
1.4. Tổng quan về máy đóng cọc hộ lan MHP-01 được chế tạo tại Việt Nam ......... 14
1.4.1. Sơ đồ cấu tạo tổng thể của máy ................................................................... 14
1.4.2. Đặc tính kỹ thuật của máy ........................................................................... 15
1.4.3. Nguyên lý làm việc của máy MHP-01 ........................................................ 15
1.5. Tổng quan các công trình đã nghiên cứu trong và ngồi nước liên quan
đến luận án ................................................................................................................. 19
1.5.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu về động lực học hệ thống
truyền động thủy lực .............................................................................................. 19
1.5.2. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu về động lực học máy ....................... 25
1.5.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu về máy đóng cọc hộ lan .................. 33


iv

1.5.4. Phân tích và nhận xét về các cơng trình nghiên cứu đã công bố liên

quan đến luận án .................................................................................................... 37
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .............................................................................................. 39
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ĐĨNG CỌC
HỘ LAN ĐƯỜNG Ơ TƠ DO VIỆT NAM CHẾ TẠO...................................... 40
2.1. Nghiên cứu động lực học hệ khung sàn máy trong quá trình làm việc .............. 40
2.1.1. Nghiên cứu động lực học hệ khung sàn máy khi đóng cọc ......................... 40
2.1.2. Nghiên cứu động lực học hệ khung sàn máy khi nhổ cọc ........................... 54
2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực của máy đóng cọc
hộ lan trong q trình làm việc .................................................................................. 62
2.2.1. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực của máy MHP-01 ............................. 62
2.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động thủy lực của máy
MHP-01 ................................................................................................................. 63
2.2.3. Nghiên cứu động lực học xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa trong
các quá trình làm việc ............................................................................................ 64
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .............................................................................................. 80
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ĐĨNG CỌC HỘ LAN ĐƯỜNG Ơ TƠ DO
VIỆT NAM CHẾ TẠO ...................................................................................... 82
3.1. Mục đích thực nghiệm ........................................................................................ 82
3.2. Các thông số thực nghiệm .................................................................................. 82
3.3. Địa điểm tiến hành thực nghiệm ........................................................................ 82
3.4. Đối tượng thực nghiệm và các thiết bị đo .......................................................... 82
3.4.1. Đối tượng thực nghiệm ................................................................................ 82
3.4.2. Lựa chọn đầu đo và thiết bị đo .................................................................... 83
3.5. Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm ...................................................................... 85
3.6. Bố trí đầu đo và thiết bị đo ................................................................................. 85
3.7. Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu ................................................................. 88
3.7.1. Xử lý kết quả đo thực nghiệm ..................................................................... 88
3.7.2. Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 88
3.8. Phân tích và so sánh kết quả thực nghiệm với kết quả lý thuyết ........................ 93

3.8.1. Áp suất dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa ............................ 94
3.8.2. Chuyển vị và chuyển vị góc của khung sàn máy ........................................ 96
3.8.3. Lực tác dụng lên nền tại hai bánh xe ........................................................... 99
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................................103


v

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THÔNG SỐ
ĐỘNG LỰC HỌC VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA

MÁY

ĐĨNG CỌC HỘ LAN ĐƯỜNG Ơ TƠ DO VIỆT NAM CHẾ TẠO ..............104
4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thông số làm việc của máy đến các thông số động
lực học của xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc .............................104
4.1.1. Ảnh hưởng của đường kính xi lanh đến các thơng số động lực học
của xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc .....................................104
4.1.2. Ảnh hưởng của mơ đun đàn hồi của dầu thủy lực đến các thông số
động lực học của xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi đóng cọc ................106
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thơng số làm việc của máy và thông số của nền
đất đến các thông số động lực học của hệ khung sàn máy khi đóng cọc ................108
4.2.1. Ảnh hưởng của độ cứng lốp bánh xe đến các thông số động lực học
của hệ khung sàn máy khi đóng cọc ....................................................................108
4.2.2. Ảnh hưởng của yếu tố địa chất, nền móng đến các thông số động lực
học của hệ khung sàn máy khi đóng cọc .............................................................110
4.3. Xác định một số thơng số hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ theo
quan điểm ĐLH .......................................................................................................113
4.3.1. Xác định thông số hợp lý của đường kính xi lanh thủy lực nâng hạ cần
treo búa.................................................................................................................115

4.3.2. Xác định thông số hợp lý của mô đun đàn hồi của dầu thủy lực ..............116
4.3.3. Xác định thông số hợp lý của lưu lượng riêng của bơm thủy lực .............117
4.3.4. Xác định thông số hợp lý của tốc độ quay của bơm thủy lực ...................119
4.3.5. Xác định thông số hợp lý của độ cứng lốp bánh xe ..................................120
4.3.6. Xác định thông số hợp lý của tần số đập của búa thủy lực .......................121
4.3.7. Xác định thông số hợp lý của khối lượng khung sàn máy ........................122
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 ......................................................................................123
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ............................................................................................125
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................127
I. Kết luận ................................................................................................................127
II. Kiến nghị .............................................................................................................128
III. Hướng nghiên cứu tiếp theo ..............................................................................128
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ...................................................129
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................130


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Diễn giải

Qb

Lưu lượng của bơm thủy lực

Vb

Lưu lượng riêng của bơm thủy lực

n b 
 Pb 

Tốc độ quay danh nghĩa của bơm thủy lực

m3 / s

m3 / vòng
vòng / s

Áp suất danh nghĩa của bơm thủy lực

b

Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực

Q rb

Lưu lượng rò rỉ của bơm thủy lực

rb

Đơn vị

Hệ số tổn thất lưu lượng ở bơm thủy lực

Pa
-

m3 / s

( m / s ) / Pa
3

Q xl

Lưu lượng dầu cấp cho XLTL

m3 / s

D
d

Đường kính trong của XLTL

m

Đường kính cán pít tơng của XLTL

m

P1

Áp suất dầu ở khoang bụng của XLTL

Pa

P2

Áp suất của dầu ở khoang cán của XLTL

Pa

A1

Diện tích tiết diện khoang bụng của XLTL

m2

A2

Diện tích tiết diện khoang cán của XLTL

m2

c

Hiệu suất truyền động cơ khí của XLTL

Q at

Lưu lượng qua van an toàn tổng

Pat

Áp suất van an toàn tổng

k at

Hệ số lưu lượng qua van an toàn tổng

( m / s ) / Pa

QE

Lưu lượng dầu làm biến dạng hệ thống

m3 / s

Vc

Thể tích dầu trong đường ống cao su

m3

Vk

Thể tích dầu trong đường ống kim loại

m3

lc

Chiều dài đường ống cao su

m

lk

Chiều dài đường ống kim loại

m

dc

Đường kính trong của đường ống cao su

m

dk

Đường kính trong của đường ống kim loại

m

Ec

Mô đun biến dạng đàn hồi của đường ống cao su

Pa

Ek

Mô đun biến dạng đàn hồi của đường ống kim loại

Pa

c

Chiều dày của đường ống cao su

m

-

m3 / s
Pa
3


vii

Ký hiệu

Diễn giải

k

Chiều dày của đường ống kim loại

Ed

Mô đun đàn hồi của dầu thủy lực

Fqt

Lực quán tính của XLTL

m
m*
mc

Khối lượng quy dẫn về đầu cán pít tơng của XLTL khi đóng
cọc
Khối lượng quy dẫn về đầu cán pít tơng của XLTL khi nhổ cọc
Khối lượng quy dẫn của cần treo búa về đỉnh cán pít tơng của
XLTL

Đơn vị

m
MPa
N

kg
kg
kg

mb

Khối lượng quy dẫn của BTL về đỉnh cán pít tơng của XLTL

kg

mp

Khối lượng của pít tơng và cán pít tơng

kg

m coc

Khối lượng của cọc

kg

m*coc

Khối lượng của cọc có đất bên trong

kg

P(t)

Lực xung kích của BTL tác dụng vào cọc

N

Pc (t)

Lực tác dụng của cần lên đỉnh XLTL

N

Rc

Lực cản của nền đất vào đầu cọc

N

Fms

Lực ma sát của nền lên thành cọc

N

Fmsb

Lực ma sát của búa với cột dẫn hướng

N

Fxl

Lực tác dụng của XLTL

N

Lưu lượng dầu cấp cho BTL

m3 / s

Z

Chuyển vị của XLTL

Z

Vận tốc của XLTL

m
m/s

Z
kd

Gia tốc của XLTL

m / s2

Hệ số động lực

-

k dPa

Hệ số áp suất động

-

k dFxl

Hệ số lực động của XLTL

-

m1

Khối lượng quy dẫn của sàn máy và các cụm chi tiết khác lắp
trên sàn máy (trừ cần và búa) về trọng tâm của sàn máy

kg

m2

Khối lượng của cần treo búa và búa quy dẫn về trọng tâm cần

kg

Q bua

K1 , K 2

Hệ số giảm chấn của cụm bánh xe bên trái và bên phải

Ns / m

S1 ,S2

Độ cứng của cụm bánh xe bên trái và bên phải

N/m

Độ cứng quy dẫn của XLTL nâng hạ cần treo búa

N/m

S3

viii

Ký hiệu

Diễn giải

Đơn vị

S4

Độ cứng quy dẫn của buồng ắc quy thủy lực

R

Khoảng cách từ chốt liên kết của cần treo búa với xi lanh nâng
hạ cần đến điểm E

m

R2

Khoảng cách từ trọng tâm của sàn máy đến điểm E

m

l

Khoảng cách từ trọng tâm của khối lượng m2 đến điểm E

m

b

Khoảng cách từ hình chiếu trọng tâm của khung sàn máy đến
hai điểm tiếp xúc của bánh xe bên trái và bên phải xuống nền

m

q 30

Góc nghiêng ban đầu của cần treo búa so với phương ngang

rad


2

Độ lún tĩnh của khung sàn máy do trọng lượng bản thân máy

m

Góc nghiêng của R2 so với mặt sàn máy

rad



Góc nghiêng của nền máy đứng so với phương ngang

rad

y1

Mơ men qn tính quy dẫn của sàn máy và các chi tiết khác

2E

Mô men quán tính quy dẫn của cần treo búa khi cần quay

G cb

Trọng lượng của cần treo búa và búa quy dẫn về trọng tâm cần

N

Chiều dài tay biên của động cơ diezel

m

lb

r
dc

khi sàn máy quay quanh trục O1Y1
quanh khớp E

Bán kính trục khuỷu của động cơ diezel

Tốc độ quay của động cơ diezel

N/m

kg.m2
kg.m2

m
vòng / phút

e

Khoảng cách từ khối tâm của khung sàn máy đến tâm cổ trục
của động cơ theo phương song song với khung sàn máy

m

h

Khoảng cách từ khối tâm của khung sàn máy đến tâm cổ trục
của động cơ theo phương vng góc với khung sàn máy

m

Pkt

Lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston của động cơ diezel

N

RA

Lực tác dụng lên nền tại bánh xe A (phía gần cọc)

N

RB

Lực tác dụng lên nền tại bánh xe B (phía xa cọc)

N

k dR A

Hệ số lực động R A

k dR B

Hệ số lực động R B


ix

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu

Diễn giải

BTL

Búa thủy lực

ĐLH

Động lực học

ĐCD

Điểm chết dưới

ĐCĐT

Động cơ đốt trong

ĐCHL

Đóng cọc hộ lan

ĐCT

Điểm chết trên

ĐCTL

Động cơ thủy lực

NCS

Nghiên cứu sinh

TĐTL

Truyền động thủy lực

XLTL

Xi lanh thủy lực


x

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các tải trọng tính tốn thiết kế cơ học đối với hệ thống hộ lan ...................... 6
Bảng 1.2. Giá trị kích thước chế tạo và kích thước thi cơng của cọc hộ lan ................... 7
Bảng 1.3. Mạng lưới hệ thống giao thông đường ô tô của Việt Nam đến năm 2025 ..... 8
Bảng 1.4. Độ chặt của đất cát q c được xác định dựa theo sức kháng mũi xuyên Loại
đất cát ............................................................................................................ 10
Bảng 1.5. Chỉ số ma sát R f đối với đất nền vùng Hà Nội và lân cận ........................... 10
Bảng 1.6. Góc ma sát trong của đất cát được xác định phụ thuộc vào q c .................... 10
Bảng 1.7. Mô đun biến dạng Ε 0 của đất nền ................................................................ 11
Bảng 1.8. Thông số kỹ thuật của máy đóng cọc hộ lan MHP-01 .................................. 15
Bảng 1.9. Thông số kỹ thuật của máy ZGY60 .............................................................. 35
Bảng 2.1. Giá trị các thông số chạy chương trình khi đóng cọc ................................... 49
Bảng 2.2. Các giá trị thơng số chạy chương trình cho xi lanh thủy lực nâng hạ cần
khi đóng cọc .................................................................................................. 70
Bảng 3.1. Các thơng số kỹ thuật của đầu đo áp suất 520.954S ..................................... 83
Bảng 3.2. Các thông số kỹ thuật của đầu đo lưu lượng R5S7HK75 ............................. 84
Bảng 3.3. Các thông số kỹ thuật đầu đo chuyển vị CDP-50 ......................................... 84
Bảng 3.4. Các thông số kỹ thuật đầu đo lực nén LFT ................................................... 84
Bảng 3.4. Bảng đánh giá sai số lý thuyết - thực nghiệm của áp suất dầu trong xi

lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc ........................................................ 94
Bảng 3.5. Bảng đánh giá sai số lý thuyết - thực nghiệm của áp suất dầu trong xi
lanh thủy lực nâng hạ cần khi nhổ cọc .......................................................... 95
Bảng 3.6. Bảng đánh giá sai số lý thuyết - thực nghiệm của chuyển vị thẳng
đứng q1 và chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi đóng cọc .................. 97
Bảng 3.7. Bảng đánh giá sai số lý thuyết - thực nghiệm của chuyển vị thẳng
đứng q1 và chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi nhổ cọc .................... 98
Bảng 3.8. Hệ số lực động tại bánh xe A và B khi đóng cọc .......................................... 99
Bảng 3.9. Bảng đánh giá sai số lý thuyết - thực nghiệm của lực tác dụng lên nền
tại bánh xe A và B khi đóng cọc .................................................................100
Bảng 3.10. Hệ số lực động tại bánh xe A và B khi nhổ cọc ........................................101
Bảng 3.11. Bảng đánh giá sai số lý thuyết - thực nghiệm của lực tác dụng lên nền
tại bánh xe A và B khi nhổ cọc ...................................................................102
Bảng 4.1. Hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực nâng hạ cần
treo búa khi D xl thay đổi ............................................................................115


xi

Bảng 4.2. Hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực nâng hạ cần
treo búa khi E d thay đổi .............................................................................116
Bảng 4.3. Hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực nâng hạ cần
treo búa khi Vb thay đổi .............................................................................118
Bảng 4.4. Hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực nâng hạ cần
treo búa khi n b thay đổi ..............................................................................119
Bảng 4.5. Hệ số lực động tại bánh xe A, B khi S1 , S2 thay đổi ..................................120
Bảng 4.6. Hệ số lực động tại bánh xe A, B khi f búa thay đổi ......................................121
Bảng 4.7. Hệ số lực động tại bánh xe A, B khi m1 thay đổi .......................................122
Bảng 4.8. Giá trị một số thơng số hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ô tô .........123

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH
Hình 1.1. Cấu tạo và kích thước của thanh hộ lan........................................................... 7
Hình 1.2. Cấu tạo các loại cọc hộ lan .............................................................................. 7
Hình 1.3. Kích thước thi cơng cọc hộ lan ........................................................................ 7
Hình 1.4. Sự phân bố địa chất ở vùng đồng bằng Bắc Bộ .............................................. 9
Hình 1.5. Mặt cắt địa chất ở vùng đồng bằng ven biển và đồng bằng Bắc Bộ ............... 9
Hình 1.6. Liên kết giữa cột dẫn hướng búa với khung máy .......................................... 12
Hình 1.7. Các dạng khung máy cơ sở - bộ di chuyển và bố trí bộ cơng tác đóng
cọc trên khung máy ......................................................................................... 13
Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo của máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ MHP-01 ....................... 14
Hình 1.9. Sơ đồ mơ tả chu trình đóng cọc của máy MHP-01 ....................................... 16
Hình 1.10. Trạng thái khi máy bắt đầu nâng búa .......................................................... 17
Hình 1.11. Trạng thái khi máy nâng búa đến vị trí cao nhất ......................................... 17
Hình 1.12. Trạng thái khi máy tiến hành đóng cọc ....................................................... 18
Hình 1.13. Trạng thái khi máy nhổ cọc ......................................................................... 18
Hình 1.14. Sơ đồ tính tốn các hệ dẫn động thủy lực với dòng chảy hở của dầu
thủy lực ........................................................................................................... 19
Hình 1.15. Đường đặc tính của van an tồn .................................................................. 21
Hình 1.16. Mơ hình tính tốn động lực học búa va đập thủy lực .................................. 23
Hình 1.17. Mơ hình nghiên cứu động lực học hệ xi lanh thủy lực điều khiển cần
khoan của máy khoan đá kiểu tuần hoàn ngược ............................................. 24
Hình 1.18. Mơ hình vật lý của máy bánh lốp ................................................................ 26
Hình 1.19. Mơ hình thiết lập phương trình sóng dao động khi đóng cọc ..................... 28
Hình 1.20. Mối quan hệ giữa lực cản tác dụng lên cọc và chiều sâu đóng cọc............. 29
Hình 1.21. Mối quan hệ giữa ứng suất cắt và tỉ trọng D r ............................................. 29
Hình 1.22. Mơ hình động lực học khi máy nâng cọc và quay đồng thời ...................... 31
Hình 1.23. Sơ đồ cấu tạo của máy đóng cọc hộ lan (cơ cấu cơng tác đóng cọc

được lắp ở đầu phía trước của máy cơ sở) ..................................................... 33
Hình 1.24. Sơ đồ mạch thủy lực dẫn động nâng búa thông qua hệ truyền động cáp .... 34
Hình 1.25. Sơ đồ cấu tạo của máy đóng cọc hộ lan ZGY60 ......................................... 35
Hình 1.26. Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu dịch chuyển ngang giá búa ................................. 35
Hình 1.27. Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực của máy ZGY60 ............................... 36
Hình 2.1. Mơ hình động lực học hệ khung sàn của máy khi đóng cọc ......................... 41
Hình 2.2. Chuyển vị thẳng đứng q1 của khung sàn máy khi đóng cọc ......................... 50
Hình 2.3. Vận tốc q1 của khung sàn máy khi đóng cọc ................................................ 51


xiii

Hình 2.4. Gia tốc q1 của khung sàn máy khi đóng cọc ................................................. 51
Hình 2.5. Chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi đóng cọc ..................................... 52
Hình 2.6. Vận tốc góc q 2 của khung sàn máy khi đóng cọc ......................................... 52
Hình 2.7. Gia tốc góc q 2 của khung sàn máy khi đóng cọc .......................................... 52
Hình 2.8. Lực tác dụng lên nền tại bánh xe A khi đóng cọc ......................................... 53
Hình 2.9. Lực tác dụng lên nền tại bánh xe B khi đóng cọc ......................................... 54
Hình 2.10. Mơ hình động lực học hệ khung sàn máy khi nhổ cọc ................................ 55
Hình 2.11. Chuyển vị thẳng đứng q1 của khung sàn máy khi nhổ cọc ......................... 58
Hình 2.12. Vận tốc q1 của khung sàn máy khi nhổ cọc ................................................ 59
Hình 2.13. Gia tốc q1 của khung sàn máy khi nhổ cọc ................................................. 59
Hình 2.14. Chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi nhổ cọc ..................................... 60
Hình 2.15. Vận tốc góc q 2 của khung sàn máy khi nhổ cọc ......................................... 60
Hình 2.16. Gia tốc góc q 2 của khung sàn máy khi nhổ cọc .......................................... 60
Hình 2.17. Lực tác dụng lên nền tại bánh xe A khi nhổ cọc ......................................... 61
Hình 2.18. Lực tác dụng lên nền tại bánh xe B khi nhổ cọc ......................................... 61
Hình 2.19. Sơ đồ hệ truyền động thủy lực máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ
MHP-01 .......................................................................................................... 62
Hình 2.20. Q trình làm việc của máy khi đóng cọc bằng búa thủy lực kết hợp với

lực ép của xi lanh nâng hạ cần ........................................................................ 64
Hình 2.21. Mơ hình động lực học của xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi
đóng cọc .......................................................................................................... 66
Hình 2.22. Sơ đồ khối chương trình mơ phỏng xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi
đóng cọc .......................................................................................................... 70
Hình 2.23. Áp suất dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc .................... 72
Hình 2.24. Chuyển vị của xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc .......................... 72
Hình 2.25. Vận tốc của xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc .............................. 72
Hình 2.26. Gia tốc của xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc ............................... 73
Hình 2.27. Q trình làm việc của máy đóng cọc hộ lan khi nhổ cọc bằng xi lanh
thủy lực nâng hạ cần treo búa ......................................................................... 74
Hình 2.28. Mơ hình động lực học của xi lanh thủy lực nâng hạ cần treo búa khi tiến
hành nhổ cọc ................................................................................................... 75
Hình 2.29. Sơ đồ khối chương trình mơ phỏng xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi
nhổ cọc ............................................................................................................ 77
Hình 2.30. Áp suất dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi nhổ cọc ...................... 77


xiv

Hình 2.31. Chuyển vị của xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi nhổ cọc ............................ 78
Hình 2.32. Vận tốc của xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi nhổ cọc ................................ 78
Hình 2.33. Gia tốc của xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi nhổ cọc ................................. 78
Hình 3.1. Hình ảnh máy MHP-01 tại hiện trường làm thực nghiệm ............................. 83
Hình 3.2. Sơ đồ đo đạc thực nghiệm máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ ........................ 85
Hình 3.3. Sơ đồ bố trí thiết bị đo các thơng số động lực học máy khi đóng cọc .......... 86
Hình 3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị đo các thơng số động lực học máy khi nhổ cọc ............ 87
Hình 3.5. Nối các đầu đo vào các vị trí cần đo và thiết bị thu thập tín hiệu ................. 87
Hình 3.6. Áp suất của dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc
(thực nghiệm) .................................................................................................. 89

Hình 3.7. Áp suất của dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi nhổ cọc
(thực nghiệm) .................................................................................................. 89
Hình 3.8. Chuyển vị thẳng đứng q1 và chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi
đóng cọc (thực nghiệm) .................................................................................. 90
Hình 3.9. Lực tác dụng lên nền tại hai bánh xe khi đóng cọc (thực nghiệm) ............... 91
Hình 3.10. Chuyển vị thẳng đứng q1 và chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi
nhổ cọc (thực nghiệm) .................................................................................... 92
Hình 3.11. Lực tác dụng lên nền tại hai bánh xe khi nhổ cọc (thực nghiệm) ............... 93
Hình 3.12. So sánh áp suất của dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc . 94
Hình 3.13. So sánh áp suất của dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi nhổ cọc ... 95
Hình 3.14. So sánh chuyển vị thẳng đứng q1 của khung sàn máy khi đóng cọc .......... 96
Hình 3.15. So sánh chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi đóng cọc ...................... 96
Hình 3.16. So sánh chuyển vị thẳng đứng q1 của khung sàn máy khi nhổ cọc............. 97
Hình 3.17. So sánh chuyển vị góc q 2 của khung sàn máy khi nhổ cọc ......................... 98
Hình 3.18. So sánh lực tác dụng lên nền tại bánh xe A khi đóng cọc ........................... 99
Hình 3.19. So sánh lực tác dụng lên nền tại bánh xe B khi đóng cọc ........................... 99
Hình 3.20. So sánh lực tác dụng lên nền tại bánh xe A khi nhổ cọc ...........................101
Hình 3.21. So sánh lực tác dụng lên nền tại bánh xe B khi nhổ cọc ...........................101
Hình 4.1. Biên độ dao động của áp suất dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần
khi đóng cọc với giá trị D xl thay đổi ............................................................105
Hình 4.2. Biên độ dao động của lực ép xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc
với giá trị D xl thay đổi .................................................................................105
Hình 4.3. Biên độ dao động của áp suất dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi
đóng cọc với giá trị E d thay đổi ...................................................................106


xv

Hình 4.4. Biên độ dao động của lực ép xi lanh thủy lực nâng hạ cần khi đóng cọc
với giá trị E d thay đổi ...................................................................................107

Hình 4.5. Biên độ dao động của chuyển vị thẳng của khung sàn máy khi đóng
cọc với giá trị độ cứng lốp S1 , S2 thay đổi ...................................................108
Hình 4.6. Biên độ dao động của chuyển vị góc của khung sàn máy khi đóng cọc
với giá trị độ cứng lốp S1 , S2 thay đổi .........................................................108
Hình 4.7. Biên độ dao động của lực tác dụng lên nền tại bánh xe A khi đóng cọc
với giá trị độ cứng lốp S1 , S2 thay đổi ..........................................................109
Hình 4.8. Biên độ dao động của lực tác dụng lên nền tại bánh xe B khi đóng cọc
với giá trị độ cứng lốp S1 , S2 thay đổi ..........................................................109
Hình 4.9. Biên độ dao động của chuyển vị thẳng của khung sàn máy khi đóng cọc
với tính chất của nền thay đổi ......................................................................111
Hình 4.10. Biên độ dao động của chuyển vị góc của khung sàn máy khi đóng cọc
với tính chất của nền thay đổi .......................................................................111
Hình 4.11. Biên độ dao động của lực tác dụng lên nền tại bánh xe A khi đóng cọc
với với tính chất của nền thay đổi .................................................................111
Hình 4.12. Biên độ dao động của lực tác dụng lên nền tại bánh xe B khi đóng cọc
với với tính chất của nền thay đổi .................................................................112
Hình 4.13. Quy trình xác định các thơng số hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường
ô tô theo quan điểm động lực học .................................................................114
Hình 4.14. Quan hệ giữa hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực
nâng hạ cần treo búa khi D xl thay đổi ..........................................................116
Hình 4.15. Quan hệ giữa hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực
nâng hạ cần treo búa khi E d thay đổi ...........................................................117
Hình 4.16. Quan hệ giữa hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực
nâng hạ cần treo búa khi Vb thay đổi ...........................................................118
Hình 4.17. Quan hệ giữa hệ số áp suất động và hệ số lực động của xi lanh thủy lực
nâng hạ cần treo búa khi n b thay đổi ...........................................................119
Hình 4.18. Quan hệ giữa hệ số lực động tại bánh xe A, B khi S1 , S2 thay đổi ...........120
Hình 4.19. Quan hệ giữa hệ số lực động tại bánh xe A, B khi f búa thay đổi...............121
Hình 4.20. Quan hệ giữa hệ số lực động tại bánh xe A, B khi m1 thay đổi................122

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam trong những năm gần đây, cơ sở hạ tầng giao thơng đường ơ tơ đã
phát triển rất nhanh chóng, địi hỏi việc bảo đảm an toàn chạy xe là một vấn đề đặc
biệt phải quan tâm; trong đó có cơng tác xây dựng hệ thống lan can phòng hộ (hay còn
gọi là hệ thống hộ lan) hai bên lề đường. Qua tính tốn sơ bộ đối với các tuyến quốc lộ
chính trong cả nước thì nhu cầu khối lượng hệ thống hộ lan là rất lớn. Nếu kể cả thi
công hệ thống mới và thay thế hệ thống cũ thì tổng chiều dài của hệ thống cọc hộ lan ở
nước ta hiện nay đã lên tới hàng ngàn km.
Trước đây, cọc hộ lan được thi cơng bằng cách đổ móng bê tông cho từng cọc.
Nhưng hiện nay các nhà thầu đã áp dụng công nghệ mới, sử dụng các thiết bị cơ giới
để đóng cọc trực tiếp xuống nền lề đường. Công nghệ này đã làm tăng năng suất thi
công cọc, giảm giá thành (vì khơng cần chi phí vật liệu cho bê tông chân cọc) và đặc
biệt là không làm cản trở giao thơng trong q trình thi cơng. Tuy vậy, các thiết bị thi
công cọc hộ lan ở Việt Nam hiện nay đang phải nhập từ nước ngoài với giá thành đắt
và không chủ động được trong thi công.
Xuất phát từ vấn đề nêu trên, hiện nay một số cơ sở sản xuất ở Việt Nam đã
nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đóng cọc hộ lan (ĐCHL) cho đường ô tô. Tuy
nhiên, việc thiết kế chế tạo máy hiện tại chỉ dựa trên kinh nghiệm chép hình theo mẫu
máy nước ngồi, chưa có cơ sở khoa học để xác định được những giá trị hợp lý của
các thơng số kỹ thuật máy. Chính vì vậy, việc nghiên cứu động lực học (ĐLH) của
máy ĐCHL làm cơ sở cho việc xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy là một
vấn đề rất đáng được quan tâm. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định
các thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ do Việt Nam
chế tạo” có tính cấp thiết, tính thời sự và có ý nghĩa thực tiễn.
2. Mục tiêu của luận án
Xây dựng được cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật hợp lý theo quan
điểm ĐLH của máy ĐCHL đường ô tô do Việt Nam chế tạo. Khuyến nghị một số

thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL, nhằm hoàn thiện kết cấu, nâng cao hiệu quả
của quá trình khai thác và sử dụng máy.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Máy ĐCHL đường ô tô do Việt Nam chế tạo, cọc hộ lan, nền đất để thi công cọc
hộ lan.


2
b. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ĐLH của máy ĐCHL đường ô tô MHP-01 do Việt Nam chế tạo
hiện đang được sử dụng trong thi công cọc hộ lan và có các thơng số kỹ thuật như
trong bảng 1.8.
- Cọc ống thép hở tiết diện nhỏ, có kích thước cho trước.
- Nền đất mà máy đóng cọc ở trên đó, cụ thể là nền đất cấp phối (nền đắp) ở lề
đường Quốc lộ thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ, có độ chặt tiêu chuẩn K = 0,95  0,98 .
4. Phương pháp nghiên cứu
Luận án đã sử dụng các phương pháp: nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên
cứu thực nghiệm và khảo sát.
a. Nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu ĐLH hệ thống TĐTL của máy: Xây dựng sơ đồ các mạch thủy lực
và mơ hình ĐLH hệ thống TĐTL của máy tương ứng với các trạng thái làm việc; thiết
lập các hệ phương trình vi phân dựa trên phương trình cân bằng lưu lượng và phương
trình cân bằng lực, giải các hệ phương trình vi phân bằng Matlab Simulink để xác định
các thông số ĐLH của hệ TĐTL.
- Nghiên cứu ĐLH hệ khung sàn của máy: Xây dựng mơ hình ĐLH hệ khung sàn
của máy; thiết lập các phương trình chuyển động của hệ khung sàn của máy dựa trên
phương trình Lagrange loại II và tiến hành giải hệ phương trình chuyển động bằng
Matlab để xác định các thông số ĐLH của hệ khung sàn máy.
b. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm bằng cách tiến hành đo đạc trên máy ĐCHL đang làm
việc tại hiện trường để kiểm chứng độ tin cậy, độ chính xác của mơ hình lý thuyết và
các kết quả tính tốn lý thuyết, đồng thời xác định một số thông số đầu vào cho việc
giải mơ hình ĐLH.
c. Phương pháp khảo sát
Sử dụng phần mềm Matlab và các mơ hình tốn học đã xây dựng từ nghiên cứu lý
thuyết để khảo sát sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến các thông số ĐLH, làm cơ sở
để xác định các thông số hợp lý của máy ĐCHL theo quan điểm ĐLH (hệ số động lực
là nhỏ nhất và thỏa mãn điều kiện là nhỏ hơn hệ số động lực cho phép).
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a. Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu ĐLH của các phần tử thủy lực của máy ĐCHL như xi lanh thủy lực
(XLTL) nâng hạ cần treo búa ứng với các trường hợp làm việc điển hình của máy là
đóng và nhổ cọc; thiết lập hệ phương trình vi phân và giải hệ phương trình vi phân để
xác định các thơng số ĐLH của XLTL.


3
- Nghiên cứu ĐLH của hệ khung sàn máy trong các trường hợp làm việc điển hình là
đóng và nhổ cọc; thiết lập hệ phương trình chuyển động dưới dạng tổng quát và giải các
hệ phương trình chuyển động để xác định các thông số ĐLH của hệ khung sàn máy.
- Nghiên cứu thực nghiệm trên một máy ĐCHL cụ thể đang làm việc tại công
trường thi công cọc hộ lan để kiểm chứng độ tin cậy của mơ hình và các kết quả tính
tốn lý thuyết.
- Luận án đã xây dựng được chương trình mơ phỏng của máy ĐCHL trong các
trường hợp làm việc điển hình. Bằng các chương trình mơ phỏng đó, luận án đã khảo
sát, xây dựng được cơ sở khoa học để đề xuất các thông số kỹ thuật hợp lý của máy
ĐCHL theo quan điểm ĐLH bằng tính tốn lý thuyết.
- Các kết quả nghiên cứu thu được là tài liệu tham khảo có ích cho việc tính tốn,
thiết kế, chế tạo máy ĐCHL ở trong nước.

b. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu của luận án về việc đề xuất các thông số kỹ thuật hợp lý có
thể giúp cho các đơn vị chế tạo hay khai thác máy ĐCHL tham khảo trong việc cải tiến
thiết kế, chế tạo ra các máy ĐCHL có chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cao.
- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo có
ích phục vụ cho công tác đào tạo thuộc lĩnh vực máy thi công hộ lan đường ô tô.
6. Điểm mới của luận án
- Máy ĐCHL do Việt Nam chế tạo là một loại máy mới, các thông số kỹ thuật
đưa ra đều xuất phát từ tính tốn tĩnh theo kinh nghiệm của người thiết kế đối với
những máy loại khác. Trong thực tế hoạt động của máy, lực động gây ra bởi lực xung
kích của búa là rất lớn, ảnh hưởng đến độ bền, tuổi thọ của kết cấu máy và các phần tử
thủy lực trong hệ thống truyền động, do đó vấn đề này cần được quan tâm nghiên cứu.
- Luận án đã tiến hành nghiên cứu ĐLH của máy, bao gồm ĐLH của hệ khung
sàn và ĐLH của hệ thống TĐTL để xác định các thông số ĐLH đặc trưng của hệ như
áp suất dầu thủy lực; chuyển vị, vận tốc và gia tốc của XLTL nâng hạ cần treo búa;
chuyển vị, vận tốc, gia tốc của hệ khung sàn máy; lực tác dụng lên nền tại các bánh xe
của máy…
- Luận án đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH đặc
trưng của hệ, xác định các hệ số động của lực và áp suất dầu trong hệ thống. Từ đó xây
dựng quy trình các bước xác định thông số kỹ thuật hợp lý của máy ĐCHL trong điều
kiện chế tạo và sử dụng tại Việt Nam. Quy trình này cũng có thể áp dụng cho các loại
máy ĐCHL khác.
7. Bố cục và nội dung nghiên cứu của luận án
Bố cục và nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm các phần chính sau:


4
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Tổng quan về hệ thống hộ lan đường ô tô, đặc điểm địa chất và các thông số địa

kỹ thuật của vùng đồng bằng Bắc Bộ; tổng quan về công tác cơ giới hóa thi cơng cọc
hộ lan đường ơ tơ; tổng quan về cấu tạo và hoạt động của máy ĐCHL chế tạo tại Việt
Nam. Đánh giá tổng quan các kết quả nghiên cứu ở trong và ngoài nước về những vấn
đề có liên quan đến luận án như nghiên cứu ĐLH máy, ĐLH hệ thống TĐTL, nghiên
cứu thiết kế, chế tạo máy ĐCHL. Thơng qua việc phân tích các kết quả đã đạt được và
xu hướng nghiên cứu để nêu lên tính cấp thiết và hình thành các nhiệm vụ nghiên cứu
của luận án.
Chương 2: Nghiên cứu động lực học của máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ do
Việt Nam chế tạo
Xây dựng sơ đồ các mạch thủy lực và mơ hình ĐLH hệ TĐTL của máy tương
ứng với các trạng thái làm việc của máy ĐCHL là đóng và nhổ cọc; thiết lập các hệ
phương trình vi phân và giải hệ phương trình vi phân bằng phần mềm Matlab Simulink
để xác định các thông số ĐLH của hệ TĐTL.
Xây dựng mơ hình ĐLH của hệ khung sàn máy trong các trường hợp làm việc;
thiết lập các phương trình chuyển động của hệ khung sàn máy và tiến hành giải hệ
phương trình chuyển động bằng phần mềm Matlab để xác định các đặc trưng dao động
của hệ khung sàn máy.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thơng số động lực học của
máy đóng cọc hộ lan đường ô tô do Việt Nam chế tạo
Nghiên cứu thực nghiệm trên máy ĐCHL đã được chế tạo tại Việt Nam trong
điều kiện máy đang làm việc tại hiện trường để kiểm chứng phương pháp tính tốn
cũng như kết quả tính tốn các thơng số kỹ thuật theo lý thuyết.
Trình bày mục đích thực nghiệm, giới thiệu các thiết bị đo, đối tượng thực
nghiệm và cách bố trí thiết bị đo cũng như thiết bị thu thập tín hiệu.
Trình tự đo và ghi số liệu đo đạc thực nghiệm; xử lý kết quả đo và so sánh kết quả
thực nghiệm với kết quả lý thuyết.
Chương 4: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thông số động lực học và xác
định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy đóng cọc hộ lan đường ơ tơ do Việt
Nam chế tạo
Trình bày các nghiên cứu về ảnh hưởng của đường kính XLTL nâng hạ cần treo

búa, mơ đun đàn hồi của dầu thủy lực, độ cứng của lốp bánh xe, tính chất của nền như
cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc…đến các thông số ĐLH của máy ĐCHL (áp
suất của dầu thủy lực, vận tốc và lực của XLTL nâng hạ cần treo búa, chuyển vị và
chuyển vị góc của khung sàn máy, lực tác dụng lên nền tại các bánh xe…)


5
Xây dựng cơ sở khoa học để đề xuất các thông số kỹ thuật hợp lý của máy theo
quan điểm ĐLH (hệ số động lực là nhỏ nhất).
Kết luận và kiến nghị
Trình bày các kết luận chính, các đóng góp mới của luận án và đề xuất hướng
nghiên cứu tiếp theo.
Tài liệu tham khảo và các cơng trình đã cơng bố
Danh mục các tài liệu tham khảo và các công trình khoa học đã cơng bố liên quan
đến luận án.
Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Máy xây dựng - Xếp dỡ, Khoa Cơ khí, Trường
Đại học Giao thơng Vận tải.


6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về hệ thống hộ lan đường ơ tơ
1.1.1. Vai trị của hệ thống hộ lan
Trong mấy năm trở lại đây, hệ thống giao thông đường ô tô của Việt Nam phát
triển rất nhanh. Nhiều tuyến đường cao tốc và quốc lộ lớn đã được xây dựng mới, cải
tạo và nâng cấp. Hiện nay, tốc độ chạy xe trên các tuyến đường đã tăng cao hơn, cho
nên để bảo đảm an tồn cho phương tiện và người tham gia giao thơng thì cần phải đầu
tư các trang thiết bị an tồn như: đèn chiếu sáng, hệ thống vạch tín hiệu, cọc tiêu
phòng hộ, hệ thống lan can phòng hộ (hệ thống hộ lan)… Trong đó, hệ thống hộ lan

giữ vai trị rất quan trọng, được sử dụng giống như dải phân cách cứng giữa hai chiều
của đường cao tốc và làm lan can cảnh báo giới hạn phần đường lưu thông trên đường
đèo núi hiểm trở.
1.1.2. Tổng quan về cấu tạo của hệ thống hộ lan
Theo [47], cấu tạo chung của hệ thống hộ lan gồm có: thanh hộ lan hai sóng hoặc
ba sóng, cọc hộ lan, tai nối, bu lơng liên kết. Thanh hộ lan và cọc hộ lan được thiết kế
và kiểm tra theo các yêu cầu chịu lực như trong bảng 1.1
Bảng 1.1. Các tải trọng tính tốn thiết kế cơ học đối với hệ thống hộ lan
Yếu tố chịu lực

Tải trọng tính tốn, kN

Tơn lượn sóng làm thanh hộ lan chịu uốn giữa hai cọc:
- Theo chiều từ tim đường ra phía ngồi
- Theo chiều từ phía ngoài vào tim đường

9
4,5

Thép làm cọc hộ lan chịu lực đẩy ngang ở đầu cọc:
- Theo chiều xe chạy

25

- Theo chiều vng góc với chiều xe chạy

35

Bu lơng chịu lực theo mọi chiều

25

Lực đẩy ở mỗi đoạn lan can

400

Dưới đây là phần giới thiệu tổng quan đối với hai chi tiết chính trong hệ thống hộ
lan là thanh hộ lan và cọc hộ lan.
1.1.2.1. Giới thiệu về thanh hộ lan
Thanh hộ lan là một chi tiết được làm bằng các dải tơn dạng sóng và được liên kết
với cọc hộ lan theo dọc chiều dài đường để tạo nên dải lan can chắn phịng hộ. Tơn có
chiều dày ít nhất là 0, 4 cm , dải tơn có bề rộng ít nhất là từ 30  35 cm và được uốn
lượn sóng để tăng độ cứng vững (hình 1.1).


7
Hình 1.1 giới thiệu
hình dáng và các kích
thước của dải tơn lượn
sóng được dùng làm
thanh hộ lan. Chiều dài
của thanh hộ lan phụ
thuộc vào khoảng cách
giữa hai cọc hộ lan kề

Hình 1.1. Cấu tạo và kích thước của thanh hộ lan

nhau.
Khi lắp đặt hai bên đường, các thanh hộ lan được lắp nối tiếp nhau.
1.1.2.2. Giới thiệu về cọc hộ lan

Cọc hộ lan là loại cọc hở có tiết diện mặt cắt ngang khác nhau với chiều dài từ
2,1  2,4 m , được làm từ vật liệu thép mạ kẽm. Đầu phía dưới của cọc được đóng
xuống nền đường, cịn đầu phía trên được liên kết với thanh hộ lan.
Cọc hộ lan gồm có ba loại: tiết diện chữ U , tiết diện trịn và tiết diện vng. Các
loại tiết diện và ký hiệu kích thước của chúng được giới thiệu trên hình 1.2. Ký hiệu
kích thước thi cơng cọc hộ lan được biểu thị trên hình 1.3.

Hình 1.3. Kích thước thi cơng
cọc hộ lan
Giá trị các kích thước chế tạo và kích thước thi cơng của cọc hộ lan được giới
Hình 1.2. Cấu tạo các loại cọc hộ lan

thiệu trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Giá trị kích thước chế tạo và kích thước thi cơng của cọc hộ lan
Kích thước chế tạo, mm
a

d

b

c

140

Kích thước thi cơng, mm



h1

h2

h

160
80
1.200
900
2.100
5
141
* Trong thực tế có những cọc hộ lan được đưa vào thi cơng với kích thước lớn hơn:

h max = 2.400 mm và h1max = 1.500 mm .


8
Cọc hộ lan đường giao thông ở Việt Nam đã được đưa vào thi công theo hai
phương pháp: phương pháp thứ nhất là đào các hố có kích thước ( 0, 6  0, 6  0,5 ) m
dọc theo lề đường, sau đó cho cọc vào hố rồi đổ bê tơng làm móng giữ chân cọc.
Phương pháp thứ hai là đóng cọc trực tiếp vào nền đất lề đường, phương pháp này đã
được áp dụng cách đây khoảng gần 10 năm và có nhiều ưu điểm nổi trội, nhưng để có
điều kiện áp dụng thì cần phải có máy đóng cọc phù hợp và biện pháp thi cơng là theo
xu hướng cơ giới hóa.
1.1.3. Nhu cầu về hệ thống hộ lan đường ô tô ở Việt Nam
Theo quy hoạch phát triển giao thông đường ô tô Việt Nam đến năm 2025 [43],
thì nhu cầu mạng lưới hệ thống đường ô tô của cả nước cần có như trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Mạng lưới hệ thống giao thông đường ô tô của Việt Nam đến năm 2025
TT

Các tuyến đường giao thông

Chiều dài các tuyến (km)

A

Hệ thống đường cao tốc

B

Hệ thống quốc lộ của cả nước:

1

Trục xuyên quốc gia

4.302

2

Khu vực phía Bắc

5.658

3

Khu vực miền Trung

4.442

4

Khu vực phía Nam

2.981

Cần có cọc hộ lan trên chiều dài 2.131 km

Cộng B: 17.383 km
Cần có cọc hộ lan từ 30 40% trên tổng chiều dài B, tương đương 6.084 km
Như vậy, nếu kể cả (A) và (B) thì tổng chiều dài đường giao thơng ơ tơ của cả
nước cần phải có hệ thống hộ lan là 8.215 km . Nếu lắp cho cả hai bên lề đường, thì
nhu cầu về thi cơng cọc hộ lan phải tăng gấp đơi, lên tới 16.430 km . Ngồi ra, hàng
năm trên các cung đường có hệ thống hộ lan, cịn phải tiến hành cơng tác duy tu, sửa
chữa, nâng cấp hoặc thay thế cọc cũ đã bị hư hỏng. Điều này càng làm tăng thêm nhu
cầu của công tác cơ giới hóa thi cơng cọc hộ lan ở nước ta.
1.2. Tổng quan về đặc điểm địa chất và các thông số địa kỹ thuật thuộc vùng đồng
bằng Bắc Bộ
1.2.1. Đặc điểm địa chất thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ
Đất là môi trường tương tác với cọc hộ lan, là một trong các đối tượng nghiên cứu
liên quan đến nội dung luận án, do vậy ở đây NCS xin được giới thiệu sự phân bố và
đặc điểm địa chất thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ của Việt Nam.
Theo [30], địa chất của vùng đồng bằng Bắc Bộ chủ yếu là loại trầm tích tam giác
châu cũ và tam giác châu mới của hai con sông lớn là sông Hồng, sơng Thái Bình và
các chỉ lưu của chúng. Vùng này có diện tích rộng (khoảng 15.000 km2 ) với ít địa
hình đồi núi.