Trên thế giới, việc sử dụng máy ép cọc thủy lực tự hành kiêu robot đã được áp dụng từ lâu tại các công trường xây dựng trụ cầu, hồ móng lớn kẻ chẳn sụt lở trong các công trình ở nội đô hay kẻ bở sông bở biên, thậm chí các công trình vượt đại dương (Dự án Construction of New Water Intake Pumping Station ở Sri Lanka hay dự án Crossrail Canary Wharf Isle of Dogs Station ở England,...) . Ở Việt Nam, máy ép cọc thủy lực kiều robot tự hành cũng đã được sử dụng rộng rãi trong khoảng mười năm trở lại đây phục vụ thi công các công trình đô thị, chung cư,... và hiện nay, số lượng và chủng loại máy đang ngày càng tăng lên như: Máy ép cọc robot kiêu Latest F101, máy ép cọc robot kiểu PP150A, GRV 0926-SP4, GRV 1026-SP7,... Tuy nhiên, tất cả các loại máy ép này đều được nhập khẩu từ các nước như Nhật Bản hay Đức với giá thành cao. Do đó, việc nghiên cứu loại thiết bị này, đặc biệt là bộ công tác của máy (bàn ép cọc) nhăm làm cơ sở khoa học cho việc chế tạo trong nước thay thế các thiết bị nhập ngoại, làm chủ công nghệ, giảm giá thành máy là một nhu cầu cấp thiết. Trong phạm vi bài bảo này, xin trình bày các kết quả nghiên cứu tối ưu bản ép của máy ép cọc thủy lực robot di chuyên trên cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn với sự trợ giúp của phần mềm Solidworks.

Khái niệm máy ép cọc thủy lực robot di chuyến trên cọc

Máy ép cọc thủy lực tự hành kiêu robot di chuyên trên đài cọc là loại máy ép cọc thủy lực sử dụng để ép các loại cọc thép (ống thép hoặc ván thép) thích hợp với nhiều loại nền khác nhau như nền thông thường, nên yếu, nên cứng.... Máy ép sử dụng dầu thủy lực và hoạt động dựa trên nguyên lý của truyền động thủy lực nên rất êm và không gây ra tiếng ồn cũng như rung động mạnh, thích hợp với việc thi công nhiều dạng công trình, đặc biệt máy phát huy hiệu quả cao khi thi công ở địa hình chật hẹp hoặc mật độ công trình cao.

Phân tích trạng thái chịu lực của bàn ép

Nhóm tác giả tiến hành xây dựng mô hình 3D bàn ép cọc của máy ép cọc thủy lực kiêu robot tự hành di chuyên trên đài cọc đê tiến hành việc phân tích, tỉnh toán và tối ưu chi tiết.

Với loại máy mà tác giả lựa chọn nghiên cứu tính toán (F101) có lực ép cọc lớn nhất là 80 tấn. Do đó, trong trường hợp ép cọc lực tác dụng lớn nhất vào bàn ép cọc do mỗi xi-lanh ép tạo ra là 40 tần, tương đương 400000 N, vị trí lực tác dụng vào bàn kẹp là tại mặt bích liên kết giữa bản kẹp cọc và xi-lanh ép, hướng tác dụng lực xuống phía dưới.

Điều kiện biên của bản ép: Chúng ta có thể thấy trường hợp làm việc bất lợi nhất của máy là khi tiến hành ép cọc với lực ép lớn nhất và cọc không xuống được nữa do lực cản ma sát quá lớn tác dụng vào cọc, hoặc cọc gặp phải vật cản không xuyên qua được. Khi đó, điều kiện biên của bàn ép cọc được xác định bê mặt tiếp xúc giữa bản ép và má kẹp ở vành trong của bàn ép (mặt phía trên đối với trường hợp ép cọc) được coi là liên kết ngàm, hai phân tai của bàn kẹp trượt trên ray dẫn hưởng được coi là liên kết ngàm trượt.

Tối ưu chi tiết dầm bàn ép

Tạo môi trường tối ưu chi tiết bằng cách tạo các kích thước thay đổi (Add Variables): Chọn các kích thước có thê thay đôi của chỉ tiết, chọn Add Variables để ta thiết lập các kích thước cần tối ưu. Ở đây, tác giả lựa chọn ba thông số kích thước có thể thay đổi là bề dày ống trụ bắt xi-lanh ép, gân tăng cứng dọc và ngang của bàn ép.

Kết luận

Phần tính toán, tối ưu kết cấu bàn ép mà nhóm tác giả đã tiến hành đạt được một số kết quả sau đây:

1) Đã phân tích được dạng kết cấu bản ép, từ đó tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng 3D kết cấu bằng phần mềm Solidworks. Đã tiến hành xác định các trường hợp làm việc của bản ép, phân tích phần tử hữu hạn kết cấu mô hình đưa ra đảm bảo được khả năng chịu lực và đáp ứng được nhu cầu công việc của thiết bị.

2) Đã thực hiện tối ưu kết cấu của bản ép cọc, kết quả sau khi thực hiện tối ưu thu được cho thấy một số kích thước trên bản ép cọc đã được thay đôi hợp lý hơn và giảm được khối lượng bản ép mà vẫn đảm bảo điều kiện độ bền của bản ép. Các kết quả nghiên cứu ở trên có thể sử dụng làm tài liệu có ích cho việc thiết kế, chế tạo bản ép của máy ép cọc thủy lực robot di chuyên trên cọc tại Việt Nam.