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

c. Đo các thông số động lực học của xi lanh thủy lực ứng với từng lớp đất

Trong quá trình làm việc thực tế, quá trình ép sẽ được người lái thực hiện khi đang khoan thì gầu khoan gặp trở lực lớn cần phải tăng lực ép để bộ công tác có thể vượt qua trong thời gian ngắn.

Kết quả đo được biểu thị trên các Hình 4.22 và Hình 4.23 như sau:

Hình 4.22. Áp suất dầu thủy lực trong xi lanh ép mâm khoan

Hình 4.23. Dịch chuyển của mâm khoan

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 160 trang tài liệu này.

Nhận xét: Trong quá trình ép mâm khoan, khi bắt đầu thực hiện ép (trong khoảng thời gian 1s) thì áp suất dầu trong khoang cao áp của xi lanh ép tăng lên đến giá trị cực đại là 30.105 Pa sau đó sẽ giảm nhanh về giá trị bình ổn là 17,2.105 Pa, còn dịch chuyển của mâm khoan trong thời gian từ 0 s đến 2 s là 80 mm.

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

Với mục đích xác định độ tin cậy của mô hình ĐLH, độ chính xác của các kết quả tính toán bằng lý thuyết thu được, sau khi đo đạc, xử lý số liệu thực nghiệm, thực hiẹn so sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đối với các trường hợp như sau:

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

Tiến hành đo đạc thực nghiệm trong trường hợp máy khoan cọc ngoài hiện trường với 2 thông số đo đạc là áp suất động trong đường ống cao áp của động cơ quay mâm khoan và lưu lượng cung cấp cho động cơ quay mâm khoan của máy. Sau đó, so sánh với các giá trị khi tính toán bằng lý thuyết, thu được các biểu đồ so sánh như các hình dưới đây:

Hình 4.24. Biểu đồ so sánh áp suất dầu trong nhánh cao áp cung cấp cho động cơ thủy lực (tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm, độ sâu từ 26m – 32,5m)

Hình 4.25. Biểu đồ so sánh tổng lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực (tầng địa chất sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm, độ sâu từ 26m – 32,5 m)

Bảng 4.4. Hệ số áp suất động dầu thủy lực cung cấp cho động cơ dẫn động mâm khoan trong quá trình khoan cọc

Lý thuyết			Thực nghiệm
pamax (Pa)	patb (Pa)	kđlt	pamax (Pa)	patb (Pa)	kđtn
Khởi động	51,1.105	31,3.105	1,63	65,3	42,2	1,55
Khi thay đổi mô men cản	80,1.105	51,3.105	1,56	75,3.105	55,6.105	1,35

Nhận xét:

- Từ Hình 4.24 ta thấy áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của động cơ quay mâm khoan của máy giữa lý thuyết và thực nghiệm là tương đối sát nhau, với khoảng thời gian khởi động trong 1s.

- Khi máy khởi động khoan hay mô men cản tác dụng vào gầu và cần khoan thay đổi thì áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của động cơ quay mâm khoan sẽ

dao động. Hệ số áp suất động khi khởi động khoan cọc theo lý thuyết là kđlt = 1,63 và theo thực nghiệm là kđtn = 1,55. Còn hệ số áp suất động khi ngoại lực (mô men cản) thay đổi theo lý thuyết kđlt = 1,56 và theo thực nghiệm là kđtn = 1,35.

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

Khi đo đạc thực nghiệm trong trường hợp máy đang khoan cọc, gầu khoan bị kẹt không chuyển động xuống dưới được, lúc đó xi lanh ép mâm khoan sẽ ép mâm khoan đi xuống. Thực hiện đo đạc áp suất động xi lanh và dịch chuyển của mâm khoan theo phương dọc theo xi lanh của máy. Sau đó, so sánh với các giá trị khi tính toán bằng lý thuyết, thu được các biểu đồ so sánh như các hình dưới đây:

Hình 4.26. Biểu đồ so sánh áp suất dầu trong xi lanh ép mâm khoan

Hình 4.27. Biểu đồ so sánh dịch chuyển của mâm khoan Bảng 4.5. Hệ số áp suất động của xi lanh ép mâm khoan‌

Lý thuyết			Thực nghiệm
pamax (Pa)	patb (Pa)	kđlt	pamax (Pa)	patb (Pa)	kđtn
Khởi động	31,4.105	16,8.105	1,86	29,2.105	16,5.105	1,76

Bảng 4.6. Sai 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

Trường hợp làm việc

Thông số so sánh

Sai số  (%)

Động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan trường hợp khoan cọc	Áp suất động trong động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan (Pa)	8,38%
Động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan trường hợp khoan cọc	Lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan	6,21%
2	Xi lanh ép mâm khoan đi xuống	Áp suất động trong xi lanh thủy lực ép mâm khoan (Pa)	7,73%
2	Xi lanh ép mâm khoan đi xuống	Dịch chuyển mâm khoan (mm)	14,32%

Nhận xét:

- Từ Hình 4.26 trên chúng ta thấy rằng, áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của xi lanh ép mâm khoan giữa lý thuyết và thực nghiệm có dạng dao động tương đồng nhau, với khoảng thời gian khởi động trong 1s. Tuy nhiên, áp suất lý thuyết dao động nhiều hơn do trong mô hình chưa kể đến một số phẩn tử thủy lực như van tiết lưu, van phân phối. Sai số tương đối áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của xi lanh ép mâm khoan giữa lý thuyết và thực nghiệm là 7,73%.

- Khi khởi động xi lanh ép mâm khoan thì áp suất dầu thủy lực trong ống cao áp của xi lanh thủy lực sẽ dao động. Hệ số áp suất động khi khởi động ép mâm khoan theo lý thuyết là kđlt = 1,86 và theo thực nghiệm là kđtn = 1,76.

- Từ các đồ thị trên chúng ta có thể thấy như sau: Dạng đồ thị giữa lý thuyết và thực nghiệm tương đối giống nhau. Điều đó khẳng định tính đúng đắn của mô hình tính và các giá trị đầu vào khi tính toán theo lý thuyết.

Kết luận Chương 4‌

Nội dung Chương 4 đã trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số ĐLH của máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay Hitachi CX500 có bộ công tác khoan được chế tạo tại Việt Nam. Từ kết quả nghiên cứu có thể rút ra các kết luận sau:

1. Trong quá trình làm việc của máy, khi khởi động động cơ thủy lực thì hệ số động kđ = 1,55 và khởi động xi lanh ép mâm khoan thì hệ số động kđ = 1,76. Lúc này các thông số ĐLH của hệ thủy lực dao động lớn nhất và có khả năng phá hoại mạnh nhất tới các phần tử thủy lực.

2. So sánh về giá trị kết quả đo thực nghiệm và lý thuyết cho thấy sai số 8,38% với áp suất dầu trong động cơ dẫn động mâm khoan; 6,21% với lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực dẫn động mâm khoan; 7,73% với áp suất trong xi lanh thủy lực ép mâm khoan; 14,32% với dịch chuyển mâm khoan. Những giá trị sai số này có thể chấp nhận được trong điều kiện hiện trường có nhiều yếu tố khách quan.

3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định được độ tin cậy của mô hình ĐLH, phương pháp tính và công cụ thực hiện. Từ đó tạo cơ sở cho việc sử dụng mô hình ĐLH trong việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số ĐLH (áp suất động trong động cơ thủy lực và xi lanh ép mâm khoan, lưu lượng,v.v..) của máy.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ‌

I. KẾT LUẬN

Luận án đã giải quyết được cơ bản các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra. Các kết quả thu được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn với các đóng góp mới cụ thể như sau:

1. Luận án đã cơ bản giải quyết được các nhiệm vụ nghiên cứu và mục tiêu đề ra như sau:

- Đã xây dựng được mô hình ĐLH hệ thống TĐTL dẫn động động cơ thuỷ lực quay mâm khoan và dẫn động xi lanh thủy lực ép mâm khoan từ đó cho phép khảo sát sự thay đổi của các thông số ĐLH của hệ thống TĐTL phụ thuộc vào tầng cấp đất và các thông số khác.

- Từ việc khảo sát xác định được các thông số làm việc, là điều kiện đầu vào để giải quyết bài toán tối ưu các thông số kết cấu và thông số làm việc của gầu theo chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất ở Chương 3.

- Dựa trên kết quả nghiên cứu thu được khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp lý của máy.

2. Những đóng góp mới của luận án:

- Từ mô hình ĐLH xây dựng ở trên rút ra được một số nhận xét về sự thay đổi của áp suất, lưu lượng dầu cung cấp cho động cơ thủy lực, số vòng quay của mâm khoan cũng như áp suất dầu, lực đẩy của xi lanh, vận tốc của xi lanh ứng với tầng địa chất sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm.

- Đã xác định được các hệ số động cho các trường hợp làm việc của máy: khi khởi động động cơ thủy lực, hệ số động kđ = 1,55; khi khởi động xi lanh ép mâm khoan hệ số động kđ = 1,83. Giá trị hệ số động lớn sẽ gây phá hoại các phần tử thủy lực.

- Đã khảo sát ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật (thông số kết cấu, yếu tố địa chất, cấp đất…) đến các thông số ĐLH của máy. Thông qua việc khảo sát, thu được 21 đồ thị mô tả sự thay đổi các thông số ĐLH này, từ đó giúp NCS có thể đánh giá được các kết quả theo quan điểm ĐLH đồng thời xác định được bộ thông số làm việc, là điều kiện đầu vào để giải quyết bài toán tối ưu ở Chương 3.

- Đã xây dựng và giải bài toán tối ưu gầu khoan theo tiêu chí tiêu hao năng lượng riêng nhỏ nhất. Xác định được bộ số liệu hợp lý về góc cắt, vận tốc góc của

gầu khoan và vận tốc dẫn tiến xi lanh. Với Dl=1,5 m thì δ= 350, ω = 0,7 rad/s, vxl= 0,02 m/s.

- Đã xác định được phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để đo các thông số của hệ thống TĐTL dẫn động mâm khoan và dẫn động xi lanh ép mâm khoan ứng với các cấp đất cụ thể. Kết quả thực nghiệm phù hợp với kết quả lý thuyết với sai số từ (6% đến 14%.) nhằm kiểm chứng sự đúng đắn của mô hình tính toán trong lý thuyết.

3. Những đóng góp của kết quả nghiên cứu cho thực tiễn:

- Giúp cho các đơn vị thi công trong quá trình khai thác, sử dụng để vận hành thiết bị với các thông số làm việc hợp lý mang lại hiệu quả kinh tế- kỹ thuật cao.

- Có thể tham khảo cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo MKCN trong nước cũng như việc giảng dạy và nghiên cứu khoa học về MKCN tại Việt Nam.

Kết quả của luận án hoàn toàn có thể phát triển, áp dụng cho các loại MKCN kiểu khác với điều kiện thi công khác đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam.

II. KIẾN NGHỊ

Đề nghị các cấp có thẩm quyền tạo điều kiện cho nhóm tác giả, phối hợp với các đơn vị chế tạo và sử dụng máy khoan cọc nhồi có thể ứng dụng bộ thông số kỹ thuật hợp lý mà luận án đã đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả trong tính toán, thiết kế chế tạo và khai thác bộ công tác loại thiết bị này. Đồng thời có thể kiến nghị ứng dụng kết quả nghiên cứu này trong việc ban hành quy định về quy trình thiết kế, chế tạo và sử dụng máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam.

III. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

1. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của đề tài, tiếp tục phát triển các mô hình ĐLH khi có kể đến ảnh hưởng của van phân phối, lực cản nội ma sát bên trong xi lanh ảnh hưởng đến hệ thống TĐTL.

2. Ứng dụng thêm các phần mềm khác như AMESim... để mô phỏng hoạt động và khảo sát các thông số của hệ thống TĐTL của máy nhằm đề xuất thêm các giải pháp hợp lý khi tính toán, thiết kế máy.

3. Sử dụng van phân phối kiểu Servo để có thể điều chỉnh hệ TĐTL linh hoạt theo tải, cải tiến mạch thủy lực của thiết bị theo hướng điều khiển tự động.

4. Bằng việc sử dụng phương pháp tương tự, tiếp tục nghiên cứu các loại MKCN khác để xây dựng bộ dữ liệu lựa chọn máy phù hợp với yêu cầu thực tế đề ra.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ‌‌

1. ThS. Nguyễn Thùy Chi, (2018), “Ứng dụng phần mềm Solidworks trong tính toán, thiết kế giá đỡ mâm khoan của máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay lắp trên cần trục bánh xích”. Tạp chí Giao thông Vận tải (Tháng 5).

2. ThS. Nguyễn Thùy Chi, TS. Nguyễn Ngọc Trung (2019), “Nghiên cứu động lực học hệ xi lanh thủy lực nâng hạ mâm khoan của máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay lắp trên cần trục bánh xích IHI-DC800 do việt nam chế tạo”. Tạp chí Cơ khí Việt Nam (Tháng 4).

3. ThS. Nguyễn Thùy Chi, TS. Nguyễn Ngọc Trung, (2019), “Nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động mâm khoan của máy khoan cọc nhồi Hitachi CX500”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam (Tháng 11).

4. ThS. Nguyễn Thùy Chi, TS. Nguyễn Ngọc Trung (2019), “Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học hệ thống truyền động thủy lực trên máy khoan cọc nhồi Hitachi CX500”, Cơ khí Việt Nam (Tháng 12).

5. ThS. Nguyễn Thùy Chi (chủ trì) và các cộng sự (2019), “Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thuỷ lực dẫn động bộ công tác máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay lắp trên cần trục bánh xích do Việt Nam chế tạo”. Đề tài NCKH cấp trường, Mã số: T2016-CK-41.

6. ThS. Nguyễn Thùy Chi, PGS. TS. Nguyễn Đăng Điệm, TS. Nguyễn Đình Tứ, (2021), “Xác định các thông số kết cấu và thông số làm việc hợp lý của gầu khoan trên máy khoan cọc nhồi theo chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng bằng thuật toán tiến hoá vi phân”, Tạp chí Giao thông Vận tải (Tháng 5).

7. ThS. Nguyễn Thùy Chi, PGS. TS. Nguyễn Đăng Điệm, (2021), “Khảo sát sự ảnh hưởng của đường kính lỗ khoan và cơ tính của đất đến các thông số kỹ thuật hợp lý của gầu khoan trên máy khoan cọc nhồi theo chỉ tiêu cực tiểu chi phí năng lượng riêng”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, (Tháng 5).