Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của bộ công tác máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay do Việt nam chế tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-------o0o-------

NGUYỄN THÙY CHI

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BỘ CÔNG TÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI KIỂU GẦU XOAY 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

-------o0o-------

NGUYỄN THÙY CHI

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BỘ CÔNG TÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI KIỂU GẦU XOAY DO VIỆT NAM CHẾ TẠO

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS. TS. NGND. NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM

2: TS. NGUYỄN ĐÌNH TỨ

HÀ NỘI - 2021

Trước tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. NGND. Nguyễn Đăng Điệm và TS. Nguyễn Đình Tứ – Bộ môn Máy xây dựng-Xếp dỡ, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã hướng dẫn, động viên giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này.‌

Tôi 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, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT,... đã giúp đỡ và góp ý cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Giao thông Vận tải, phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Cơ khí, Phòng Khoa học công nghệ, Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải cùng các phòng ban chức năng trong Nhà trường đã tạo điều kiện vật chất giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để đạt được kết quả mong muốn.

Xin trân trọng cảm ơn tới Lãnh đạo Công ty Cổ phần Thương mại và Xây lắp Hợp Thành và Công ty TNHH Cơ khí Việt Sinh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện đo đạc thực nghiệm thiết bị tại hiện trường để hoàn thành luận án này.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình tôi đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều về mặt thời gian, ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần để giúp tôi hoàn thành luận án này.

NGUYỄN THÙY CHI

Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “ Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của bộ công tác máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay do Việt nam chế tạo” là công 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 kỳ công 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 THÙY CHI

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN xi

DANH MỤC CÁC BẢNG xii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ẢNH xiv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1. Giới thiệu về công nghệ thi công cọc khoan nhồi và máy khoan cọc nhồi 7

1.1.1. Giới thiệu về địa chất ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ 7

1.1.2. Giới thiệu về công nghệ thi công cọc khoan nhồi 9

1.1.3. Giới thiệu về thiết bị thi công cọc khoan nhồi 11

1.2. Tổng quan các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến luận án 22

1.2.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu về động lực học của máy khoan cọc nhồi

........................................................................................................................... 22

1.2.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về phân tích, tối ưu hoá kết cấu của máy khoan cọc nhồi 25

1.2.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu về thiết kế, chế tạo máy khoan cọc nhồi tại Việt Nam 35

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CỦA BỘ CÔNG TÁC MÁY KHOAN CỌC NHỒI KIỂU GẦU XOAY DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 40

2.1. Đặt vấn đề 40

2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực dẫn động bộ công tác của máy khoan cọc nhồi 40

2.2.1. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thuỷ lực dẫn động động cơ thuỷ lực quay mâm khoan 42

2.2.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thuỷ lực ép mâm khoan

........................................................................................................................... 54

2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học hệ thống truyền động thủy lực của máy khoan cọc nhồi 63

2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của các tầng địa chất đến các thông số động lực học của hệ thống truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan 63

2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến các thông số động lực học của hệ thống truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan 66

2.3.3. Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến các thông số động lực học của xi lanh thủy lực ép mâm khoan 70

Kết luận Chương 2 73

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ THÔNG SỐ LÀM VIỆC HỢP LÝ CỦA GẦU KHOAN 75

3.1. Tổng quan về bài toán tối ưu trong kỹ thuật 75

3.1.1. Khái niệm về bài toán thiết kế tối ưu kết cấu 75

3.1.2. Phương pháp giải bài toán phi tuyến hiện nay theo thuật toán tiến hóa vi phân (DE) 76

3.2. Thiết lập và giải bài toán xác định các thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý của gầu khoan theo hàm chi phí năng lượng riêng 77

3.2.1. Phân tích mối quan hệ giữa các thông số kết cấu và thông số làm việc đến chi phí năng lượng riêng và năng suất 77

3.2.2. Giải bài toán xác định thông số kết cấu và làm việc hợp lý của gầu khoan theo hàm chi phí năng lượng riêng E 92

3.2.3. Khảo sát các thông số kết cấu và thông số làm việc của gầu 106

Kết luận Chương 3 110

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY KHOAN CỌC NHỒI HITACHI CX500 111

4.1. Mục đích đo đạc thực nghiệm 111

4.2. Các thông số cần đo đạc, thực nghiệm 111

4.3. Trình tự đo đạc thực nghiệm 112

4.4. Lựa chọn đầu đo và thiết bị đo 113

4.4.1. Đầu đo áp suất (cảm biến áp suất) 113

4.4.2. Đầu đo lưu lượng 114

4.4.3. Đầu đo hành trình đi xuống của gầu khoan 115

4.4.4. Thiết bị ghi và xử lý tín hiệu 115

4.5. Đối tượng thực nghiệm 116

4.6. Các bước tiến hành đo đạc 116

4.7. Kết quả đo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu 119

4.7.1. Xử lý kết quả đo thực nghiệm 119

4.7.2. Các trường hợp thực nghiệm 120

4.8. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả lý thuyết 125

4.8.1. Các thông số động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan

......................................................................................................................... 125

4.8.2. Các thông số động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh ép mâm khoan

......................................................................................................................... 127

Kết luận Chương 4 129

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 132

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Ký

hiệu

Diễn giải	Đơn vị
nb1	Số vòng quay của trục bơm thủy lực 1	vòng/s
nb2	Số vòng quay của trục bơm thủy lực 2	vòng/s
nd1	Số vòng quay của trục động cơ thủy lực 1	vòng/s
nd2	Số vòng quay của trục động cơ thủy lực 2	vòng/s
Vb1	Lưu lượng riêng của bơm thủy lực 1	m3/vòng
Vb2	Lưu lượng riêng của bơm thủy lực 2	m3/vòng
Vd1	Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực 1	m3/vòng
Vd2	Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực 2	m3/vòng
[nb1]	Tốc độ quay danh nghĩa của bơm thủy lực 1	vòng/s
[nb2]	Tốc độ quay danh nghĩa của bơm thủy lực 2	vòng/s
[nd1]	Tốc độ quay danh nghĩa của động cơ thủy lực 1	vòng/s
[nd2]	Tốc độ quay danh nghĩa của động cơ thủy lực 2	vòng/s
[pb1]	Áp suất danh nghĩa của bơm thủy lực 1	Pa
[pb2]	Áp suất danh nghĩa của bơm thủy lực 2	Pa
[pd1]	Áp suất danh nghĩa của động cơ thủy lực 1	Pa
[pd2]	Áp suất danh nghĩa của động cơ thủy lực 2	Pa
pa	Áp suất của dầu công tác trong nhánh cao áp	Pa
pt	Áp suất của dầu công tác trong nhánh thấp áp	Pa
ηb1	Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực 1
ηb2	Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực 2
ηd1	Hiệu suất thể tích của động cơ thủy lực 1
ηd2	Hiệu suất thể tích của động cơ thủy lực 2
c1	Hiệu suất cơ khí của động cơ thủy lực 1
ηh1	Hiệu suất cơ khí của bộ truyền động
rb1	Hệ số tổn thất lưu lượng ở bơm thủy lực 1	(m3/s)/Pa