Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước - Nguyễn Ngọc Trung
Luận án phân tích động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. Ứng dụng trong thi công công trình xây dựng Việt Nam với cải tiến hiệu suất.
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
139
Thời gian đọc
21 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tổng quan nghiên cứu máy ép cọc thủy lực tại Việt Nam
- Số trang:
- 139 trang
- Trường:
- Trường Đại học Giao thông Vận tải
- Chuyên ngành:
- Kỹ thuật Cơ khí động lực
- Tác giả:
- Nguyễn Ngọc Trung
- Năm:
- 2018
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tổng quan nghiên cứu máy ép cọc thủy lực tại Việt Nam
Ngành xây dựng Việt Nam phát triển nhanh chóng. Các công trình cao tầng và nhà xưởng công nghiệp đòi hỏi nền móng vững chắc. Thiết bị thi công móng cọc đóng vai trò then chốt. Trong đó, máy ép cọc thủy lực di chuyển bước được sử dụng rộng rãi. Thiết bị này mang lại năng suất cao. Quá trình thi công hạn chế tối đa tiếng ồn và độ rung chấn. Công nghệ ép tĩnh phù hợp với các đô thị đông đúc. Tuy nhiên, việc tính toán thiết kế máy tại Việt Nam còn nhiều hạn chế. Việc nhập khẩu thiết bị tốn kém chi phí lớn. Do đó, nghiên cứu chuyên sâu về thiết bị ép cọc là yêu cầu cấp thiết. Đề tài tập trung phân tích động lực học toàn diện của máy. Kết quả nghiên cứu hỗ trợ làm chủ công nghệ chế tạo trong nước.
1.1. Nhu cầu ứng dụng robot ép cọc bê tông trong xây dựng
Công nghệ thi công cọc đúc sẵn đòi hỏi độ chính xác cao. Thiết bị robot ép cọc bê tông tự hành thay thế phương pháp ép tải truyền thống. Máy có khả năng tự di chuyển linh hoạt trên công trường. Tốc độ ép cọc nhanh và độ ổn định cao. Thiết bị đáp ứng tốt các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe. Các dự án quy mô lớn tại Hải Phòng, Hà Nội và TP.HCM đều ưu tiên sử dụng dòng máy này. Nhu cầu nội địa hóa và cải tiến thiết bị tăng cao. Việc hiểu rõ nguyên lý vận hành giúp tối ưu hóa chu trình thi công. Thiết bị giúp giảm thời gian thi công và tiết kiệm chi phí nhân công.
1.2. Đặc điểm địa chất công trình và tương tác cọc và đất nền
Địa chất tại các vùng ven biển và đồng bằng Việt Nam có lớp đất yếu dày. Quá trình hạ cọc phụ thuộc lớn vào tương tác cọc và đất nền. Đất nền tạo ra lực cản ma sát thành bên và lực kháng mũi cọc. Trị số lực cản thay đổi liên tục theo chiều sâu đóng cọc. Sự biến đổi địa tầng gây rung động lên thiết bị thi công. Đất dính và cát bão hòa nước gây hiệu ứng nén ép tức thời. Khi ép cọc, cấu trúc đất bị phá hủy cục bộ. Nghiên cứu tương tác cơ lý giúp xác định chính xác lực ép yêu cầu. Đây là cơ sở then chốt để tính toán công suất nguồn động lực máy.
II. Xây dựng mô hình động lực học máy ép cọc chi tiết nhất
Mô hình hóa toán học là bước quan trọng trong nghiên cứu cơ học máy. Bài toán nghiên cứu thiết lập mô hình động lực học máy ép cọc nhiều vật thể. Hệ thống bao gồm kết cấu khung giàn, cần trục nâng cọc và cụm ép cọc. Các phương trình vi phân chuyển động được xây dựng dựa trên nguyên lý D'Alembert và phương trình Lagrange loại 2. Mô hình xem xét đầy đủ các yếu tố phi tuyến của đất và tải trọng quán tính. Việc giải hệ phương trình vi phân cho phép đánh giá tải trọng động tức thời. Kết quả mô phỏng thể hiện rõ các trạng thái chuyển tiếp nguy hiểm. Các số liệu tính toán định lượng độ an toàn kết cấu trong suốt chu trình ép.
2.1. Phân tích động lực học hệ nâng cọc và quay cần trục
Cần trục gắn trên máy thực hiện nhiệm vụ nâng và tiếp cọc vào vị trí ép. Quá trình nâng cọc phát sinh tải trọng động lớn do độ chùng của cáp nâng. Mô hình động học phân tích chuyển động đồng thời của cáp, cần và cọc bê tông. Hiện tượng cẩu cọc lệch tâm gây mô men xoắn lên trụ quay. Lực căng cáp biến thiên đột ngột khi cọc vừa rời mặt đất. Phương trình vi phân mô tả chính xác dao động lắc ngang của cọc treo. Hệ thống chân chống chịu tải phân bố không đều trong giai đoạn quay cần. Nghiên cứu giúp kiểm soát góc nâng an toàn và tránh nguy cơ lật máy.
2.2. Khảo sát dao động kết cấu khung máy ép khi làm việc
Khung máy chịu phản lực ép từ đất nền qua hệ thống đối trọng tải tĩnh. Dao động kết cấu khung máy ép xuất hiện mạnh tại các thời điểm đổi chiều hành trình. Biên độ dao động phụ thuộc vào độ cứng vững của dầm chính và dầm phụ. Khi cọc gặp địa tầng cứng, khung máy có xu hướng bị kích nhấc cục bộ. Ứng suất cục bộ tập trung cao tại các khớp liên kết chân bước. Hiện tượng cộng hưởng dao động có thể gây nứt gãy kim loại sau thời gian dài. Phân tích phổ dao động giúp tối ưu hóa chiều dày thép và bổ sung gân tăng cứng. Kết cấu máy được gia cường hợp lý sẽ kéo dài tuổi thọ vận hành.
III. Nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực máy ép cọc
Hệ thống thủy lực là trái tim điều khiển toàn bộ chuyển động của thiết bị. Nghiên cứu mô hình hóa hệ thống truyền động thủy lực với độ chính xác cao. Hệ thống gồm trạm nguồn, khối van phân phối, van tỉ lệ và cụm chấp hành. Quá trình truyền năng lượng chất lỏng chịu ảnh hưởng của tính nén và nhiệt độ dầu. Các phương trình cân bằng lưu lượng và áp suất được giải tích phân trên phần mềm chuyên dụng. Mô phỏng chỉ ra mối liên hệ chặt chẽ giữa tốc độ dòng chảy và lực ép đầu cần. Kết quả giúp phát hiện các điểm xung áp nguy hiểm trong đường ống dẫn thủy lực.
3.1. Động lực học cụm xi lanh ép cọc thủy lực và kẹp cọc
Cơ cấu ép cọc sử dụng cặp xi lanh ép cọc thủy lực bố trí đối xứng. Hộp kẹp cọc dùng ngàm ma sát để giữ chặt thân cọc bê tông. Áp lực kẹp phải đủ lớn để chống trượt nhưng không làm vỡ vỏ cọc. Quá trình ép diễn ra theo từng chu kỳ nạp và xả dầu của xi lanh. Khi xi lanh hạ hết hành trình, ngàm nhả cọc để rút xi lanh về vị trí trên. Lực ma sát trong gioăng phớt và độ đàn hồi dầu tạo nên độ trễ chuyển động. Mô hình động lực học xác định vận tốc và gia tốc piston trong từng pha làm việc. Phân tích này hỗ trợ chọn kích thước buồng xi lanh phù hợp.
3.2. Áp suất làm việc trạm bơm thủy lực khi ép và di chuyển
Áp suất làm việc trạm bơm thủy lực thay đổi liên tục theo độ sâu hạ cọc. Bơm biến thông lượng tự động điều chỉnh lưu lượng theo tải trọng thực tế. Khi cọc xuyên qua tầng đất sét cứng, áp suất hệ thống đạt đỉnh cực đại. Van an toàn mở xả để bảo vệ các linh kiện cơ khí và đường ống. Trong chế độ di chuyển bước, các xi lanh chân nâng và trượt phối hợp nhịp nhàng. Bơm thủy lực cần cung cấp lưu lượng ổn định để máy bước đi êm thuận. Tối ưu hóa điều khiển bơm giúp giảm tiêu hao công suất động cơ diesel. Hiệu suất năng lượng toàn máy được cải thiện rõ rệt.
IV. Đo đạc thực nghiệm kiểm chứng lực kháng ép cọc tĩnh
Kiểm chứng thực nghiệm là điều kiện bắt buộc để hoàn thiện mô hình lý thuyết. Các đợt đo đạc được triển khai trực tiếp tại các công trường thi công thực tế. Dữ liệu thực tế gồm áp suất thủy lực, chuyển vị cọc và dao động khung vỏ. Các đầu đo áp suất kỹ thuật số và cảm biến gia tốc được bố trí tại các vị trí xung yếu. Hệ thống thu thập dữ liệu tự động ghi lại tín hiệu với tần số lấy mẫu cao. Quá trình xử lý số liệu lọc bỏ nhiễu rung từ môi trường xung quanh. So sánh kết quả mô phỏng và đo đạc cho thấy mức độ tương đồng rất cao.
4.1. Bố trí thiết bị đo thực tế tại công trình Hải Phòng
Thực nghiệm được thực hiện tại dự án nhà máy LG Display thuộc khu công nghiệp Tràng Duệ, Hải Phòng. Đối tượng đo là máy ép cọc thủy lực cỡ lớn do FECON vận hành. Cảm biến áp suất gắn trực tiếp tại đường dầu vào xi lanh ép chính. Đầu đo biến dạng gắn trên thân khung kim loại để đo ứng suất động. Máy đo quang học ghi nhận chính xác tốc độ xuyên cọc vào nền đất. Toàn bộ thiết bị đo đều được hiệu chuẩn nghiêm ngặt trước khi lắp đặt. Các ca đo diễn ra liên tục theo các chu kỳ ép cọc thực tế. Số liệu thu thập phản ánh trung thực điều kiện làm việc khắc nghiệt của máy.
4.2. Đánh giá sức chịu tải cọc ép tĩnh và kiểm chứng mô hình
Dữ liệu thực nghiệm xác định chính xác lực kháng ép cọc qua từng mét chiều sâu. Sức chịu tải cọc ép tĩnh tăng dần theo mức độ nén chặt của tầng địa chất. Kết quả tính toán từ mô hình lý thuyết chỉ sai lệch dưới 10% so với thực nghiệm. Sự phù hợp này khẳng định độ tin cậy của thuật toán mô phỏng Matlab-Simulink đã xây dựng. Mô hình phản ánh đúng các pha xung lực khi cọc xuyên qua thấu kính cát. Nghiên cứu cung cấp công cụ tính toán tin cậy cho kỹ sư thiết kế chế tạo máy. Kết quả mở ra khả năng tối ưu hóa kết cấu máy ép cọc tại Việt Nam.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (139 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- PGS. NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM 2- PGS. LÊ QUANG HANH Hà Nội - 2018 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS- NGND. Nguyễn Đăng Điệm và PGS-TS Lê Quang Hanh – Trường Đại học Giao thông Vận tải, hai người Thầy 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 Công nghệ GTVT,. đã giúp đỡ và góp ý cho tôi trong quá trình nghiên cứu và viết 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 CP Kỹ thuật Nền móng và Công trình ngầm FECON, Công ty TNHH LG Display Việt Nam Hải Phòng 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 vợ và 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 Ngọc Trung Luận án tiến sĩ Kĩ thuật ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “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” 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 Ngọc Trung Luận án tiến sĩ Kĩ thuật iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. i LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii MỞ ĐẦU.
Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu của đề tài. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Điểm mới của luận án. Bố cục của luận án .4 CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Tổng quan về công tác thi công nền móng công trình.
Tổng quan về tính chất cơ lý của nền đất yếu của Việt Nam. Tổng quan về công tác thi công nền móng công trình nói chung và thi công nền móng công trình trên nền đất yếu nói riêng. Tổng quan về công nghệ thi công cọc và máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. Nhu cầu sử dụng máy ép cọc thủy lực di chuyển bước hiện nay ở Việt Nam.
Tổng quan các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến luận án. Tổng quan các công trình nghiên cứu về kết cấu máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. Tổng quan các công trình nghiên cứu về động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. Các nghiên cứu về thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước .35 Kết luận chương 1 .37 CHƯƠNG 2- NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC .39 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật iv 2.
Nghiên cứu động lực học máy khi nâng cọc. Mô hình động lực học của máy ép cọc khi hệ thống cần trục nâng cọc có xét đến độ chùng của cáp. Thiết lập phương trình chuyển động của hệ. Giải hệ phương trình chuyển động.
Nghiên cứu động lực học máy khi nâng cọc và quay. Xây dựng mô hình động lực học của máy ép cọc khi hệ thống cần trục nâng cọc và quay. Thiết lập phương trình chuyển động của hệ. Giải hệ phương trình chuyển động.
Xác định lực tác dụng lên các chân chống của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực của máy ép cọc di chuyển bước. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi kẹp cọc. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi ép cọc.
Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực di chuyển máy. Xây dựng các chuơng trình mô phỏng bằng Matlab- Simulink và tiến hành mô phỏng các quá trình làm việc của hệ thống TĐTL.74 CHƯƠNG 3- NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC. Mục đích thực nghiệm. Các thông số thực nghiệm.
Các thiết bị và đối tượng thực nghiệm. Các đầu đo trực tiếp. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm. Bố trí đầu đo và các thiết bị đo.
Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu. Xử lý kết quả đo thực nghiệm. Các trường hợp thực nghiệm.
Phân tích và so sánh kết quả thực nghiệm .91 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật v 3. Phân tích kết quả thực nghiệm, ta có nhận xét như sau:. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả lý thuyết .91 CHƯƠNG 4- KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong quá trình cung cấp cọc.
Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình động lực học máy. Khảo sát độ ổn định của máy khi thay đổi tải trọng nâng và tầm với. Khảo sát động lực học máy khi thay đổi vận tốc nâng cọc (vn). Khảo sát động lực học máy khi thay đổi vận tốc quay mâm quay (nq).
Khảo sát động lực học máy khi thay đổi đường kính cáp (dc). Khảo sát các trường hợp làm việc ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong trường hợp ép cọc. Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình động lực học máy.
Khảo sát động lực học máy khi thay đổi đường kính xi lanh ép cọc (De) 103 4. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố địa chất, nền móng v. đến các thông số động lực học (áp suất, lưu lượng, lực động,v.) thuộc hệ thống TĐTL. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong trường hợp di chuyển máy.
Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình động lực học máy. Khảo sát động lực học máy khi thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy (Ddc). Xác định một số thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước (theo quan điểm ĐLH) .110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ .116 TÀI LIỆU THAM KHẢO .117 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Diễn giải Đơn vị Mô men quán tính quy dẫn của động cơ thủy lực và các chi 1 kg.m2 tiết quay trong cơ cấu về trục động cơ thủy lực m2 Khối lượng quy dẫn cần 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 Mômen quán tính quy dẫn của động cơ thủy lực và các chi 5 kg.m2 tiết quay trong cơ cấu về trục động cơ 6 Mômen quán tính quy dẫn của mâm quay kg.m2 a Bội suất cáp Đặc tính cơ của động cơ thủy lực dẫn động tời thủy lực của M(q1 ) N.m cơ cấu nâng hàng thuộc cần trục cấp cọc M(q 5 ) Đặc tính cơ của cơ cấu quay thuộc cần trục N.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nguyễn Ngọc Trung (2018). Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam [Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Giao thông Vận tải]. LuanAn.net. https://luanan.net/ky-thuat-xay-dung-kien-truc/ky-thuat-xay-dung-dan-dung-cong-nghiep/nghien-cuu-dong-luc-hoc-may-ep-coc-thuy-luc-viet-nam
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án phân tích động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. Ứng dụng trong thi công công trình xây dựng Việt Nam với cải tiến hiệu suất.
Luận án "Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Giao thông Vận tải. Năm bảo vệ: 2018.
Luận án "Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực. Danh mục: Kỹ Thuật Xây Dựng Dân Dụng & Công Nghiệp.
Luận án "Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam" có 139 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực Việt Nam" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.