Luận án 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

 Từ kết cấu thực của máy, với các giả thiết như trên, NCS xây dựng mô hình ĐLH 
hệ khung sàn của máy đóng cọc hộ lan tương ứng với thao tác đóng cọc bằng búa thủy 
lực như sau: 
2
Hình 2.1. Mô hình động lực học hệ khung sàn của máy khi đóng cọc 
D1, F1, C1, E1- Vị trí cân bằng tĩnh của hệ (máy); D3, F2, C3, E3, G2 - Vị trí đang xét của 
hệ; ZOX- Hệ tọa độ tuyệt đối; Z1O1X1- Hệ tọa độ tương đối đi qua trọng tâm của 
khung sàn máy; - Góc nghiêng của nền máy đứng so với phương ngang, rad; 
 42 
1m - Khối lượng quy dẫn của sàn máy và các cụm chi tiết khác lắp trên sàn máy (trừ 
cần treo búa và búa) về trọng tâm của sàn máy, kg; 
y1 - Mô men quán tính quy dẫn 
của sàn máy và các chi tiết khác khi sàn máy quay quanh trục O1Y1, 
2kg.m ; 2m - Khối 
lượng của cần treo búa và búa quy dẫn về trọng tâm của cần, kg ; 2E - Mô men quán 
tính quy dẫn của cần treo búa khi cần quay quanh khớp E, 2kg.m ; 3m - Khối lượng dao 
động của búa, kg ; - Chuyển vị tĩnh của khung sàn máy do trọng lượng bản thân 
máy, m ; R - Khoảng cách từ chốt liên kết giữa cần treo búa và XLTL nâng hạ cần đến 
khớp nối của cần treo búa với thanh chống xiên, 3R HE m,= ; 2R - Khoảng cách từ 
trọng tâm của sàn máy đến khớp nối của cần treo búa với thanh chống xiên, 
2 2 3R F E= , m ; l - Khoảng cách từ trọng tâm của khối lượng 2m đến khớp nối của cần 
treo búa với thanh chống xiên, 3 3l G E= , m ; 0b - Khoảng cách từ hình chiếu trọng tâm 
của khung sàn máy đến hai điểm tiếp xúc của lốp bánh xe bên trái và bên phải xuống 
nền đường, m ; 2 - Góc nghiêng của 2R so với mặt sàn máy, rad; 1 2S ,S - Tương ứng 
là độ cứng của hai cụm bánh xe bên trái và bên phải (độ cứng của lốp), N / m ; 
1 2K ,K - Tương ứng là hệ số giảm chấn của hai cụm bánh xe bên trái và bên phải, 
Ns / m ; 3S - Độ cứng của XLTL nâng hạ cần treo búa, N / m ; 4S - Độ cứng của buồng 
ắc quy thủy lực, N / m ; 1 2 3 4q ,q ,q ,q - Các tọa độ suy rộng, trong đó: 1q - Chuyển vị 
thẳng của khung sàn máy theo trục vuông góc với nền, m ; 2q - Chuyển vị góc của 
khung sàn máy quanh trục O1Y1, rad ; 3q - Chuyển vị góc của cần treo búa quanh khớp 
nối của cần treo búa với thanh chống xiên, rad ; 4q - Chuyển vị thẳng của piston búa 
theo phương thẳng đứng, m ; xlF - Lực của XLTL tác dụng vào cần treo búa khi đóng 
cọc, N ; ( )cP t - Lực cản ở đầu cán pít tông của XLTL nâng hạ cần treo búa khi đóng 
cọc, N ; msF - Lực ma sát của nền đất vào thành cọc, N ; cR - Lực cản đầu cọc, N ; 
( )P t - Lực xung kích của búa thủy lực khi đóng cọc, N . 
 Như vậy, đây là mô hình ĐLH của máy đóng cọc hộ lan khi đóng cọc, với lực 
kích động (ngoại lực) là lực tác dụng của XLTL, lực xung kích của BTL và lực của 
động cơ diezel khi hoạt động. Mô hình ĐLH là mô hình phẳng có bốn bậc tự do. 
2.1.1.2. Thiết lập hệ phương trình chuyển động (mô hình toán) 
 Để thiết lập hệ phương trình chuyển động, NCS sử dụng phương trình Lagrange 
loại II có dạng như sau: 
i
i i i i
d T T Φ U
Q 
dt q q q q
    
− + + = 
    
 (Với i 1,2,3,4= ) (2.1) 
 43 
Với: T - Hàm động năng của hệ; U - Hàm thế năng của hệ;  - Hàm hao tán của hệ; 
iQ - Các lực suy rộng; iq - Các tọa độ suy rộng. 
a. Hàm động năng của hệ 
 2 2 2 2 21 1 1 2 2 2 2E 3 3 3
1 1 1 1 1
T m v y q m v .q m v
2 2 2 2 2
= +  + +  + (2.2) 
 Trong đó: 2 2 2
i i iv X Z= + (2.3) 
 Để xác định được vận tốc của các khối lượng im , trước tiên cần xác định tọa độ 
các khối lượng trong hệ trục tọa độ tuyệt đối ZOX như sau: 
- Với khối lượng 1m : 
 1 o 1X X q sin= + ; 1 o 1Z Z q cos= − (2.4) 
+ Tiến hành đạo hàm theo thời gian ta có: 
 1 1X q sin= ; 1 1Z q cos= − (2.5) 
+ Bình phương 2 vế ta có: 
 2 2 21 1X q .sin= ; 
2 2 2
1 1Z q . cos= (2.6) 
+ Thay kết quả (2.6) vào biểu thức (2.3) ta có: 
 ( )2 2 2 2 2 2 21 1 1 1 1v X Z cos sin q q= + = + = 
Vậy: 2 21 1v q = (2.7) 
- Với khối lượng 2m : 
 ( )2 o 1 2 2 2 3X X q sin R cos q l.cosq= + + − + − 
 ( )2 o 1 2 2 2 3Z Z q cos R sin q l.sin q= − + − + + 
(2.8) 
+ Tiến hành đạo hàm theo thời gian ta có: 
 ( )2 1 2 2 2 2 3 3X q .sin R sin q q l.sin q .q= + − + + 
 ( )2 1 2 2 2 2 3 3Z q .cos R cos q q l.cosq .q= − − − + + 
(2.9) 
+ Bình phương 2 vế ta có: 
( )2 2 2 2 2 2 2 2 22 1 2 2 2 2 3 3X q .sin R .sin q q l sin q .q= + − + + 
( )2 2 2 1 2 3 1 32R sin .sin q q q 2lsin .sinq .q .q+ − + + 
( )2 2 2 3 2 32R lsin q sin q .q .q+ − + 
( )2 2 2 2 2 2 2 2 22 1 2 2 2 2 3 3Z q .cos R cos q q l cos q .q= + − + + 
( )2 2 2 1 2 3 1 32R cos .cos q q .q 2lcos .cosq .q .q+ − + − 
( )2 2 2 3 2 32R lcos q cosq .q .q− − + 
 (2.10) 
+ Thay (2.10) vào biểu thức (2.3) ta có: 
2 2 2
2 2 2v X Z= + ( )
2 2 2 2 2
1 2 2 3 2 2 2 1 2 q R q l q 2R cos q q .q= + + + − (2.11) 
 44 
( ) ( )3 1 3 2 2 2 3 2 32lcos q q .q 2R l.cos q q q .q− + − + − + 
- Với khối lượng 3m : 
 3 30X X const= = ; 3 30 4Z Z q= − (2.12) 
+ Tiến hành đạo hàm theo thời gian ta có: 
 3X 0= ; 3 4Z q= − (2.13) 
+ Bình phương 2 vế ta có: 
 23X 0= ; 
2 2
3 4Z q = (2.14) 
+ Thay (2.14) vào biểu thức (2.3) ta có: 
 2 2 2 23 3 3 4v X Z q= + = 
Vậy: 2 23 4v q = (2.15) 
- Thay các kết quả (2.7), (2.11) và (2.15) vào công thức (2.2) ta xác định được động 
năng của hệ như sau: 
( ) ( ) ( )2 2 2 2 21 2 1 y1 2 2 2 2E 2 3
1 1 1
 T m m q m R q m l q
2 2 2
= + +  + +  +
( ) ( )2 2 2 2 1 2 2 3 1 3 m R cos q q q m lcos q q q+ − − + 
( ) 22 2 2 2 3 2 3 3 4
1
m R l.cos q q q q m q
2
− + − + + 
 (2.16) 
- Tiến hành đạo hàm theo phương trình Lagrange loại II: 
Nếu ta đặt: i
i i
d T T
D =
dt q q
  
− 
  
 (Với i 1,2,3,4= ) (2.17) 
+ Với 1D : 
Đạo hàm T theo 1q ta có: 
 ( ) ( ) ( )1 2 1 2 2 2 2 2 2 3 3
1
T
m m q m R cos q q m l.cos q q
q

= + + − − −

 (2.18) 
Đạo hàm T theo thời gian ta có: 
( ) ( ) ( ) 21 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
1
d T
m m q m R cos q - q - m R sin q - q
dt q
 
= + + 
 
( ) ( )2 3 3 2 3 3m l.cos - q q m l.sin - q q+ + 
(2.19) 
Đạo hàm T theo 1q ta có: 
1
T
 0
q

=

(2.20) 
Thay (2.18), (2.19), (2.20) vào công thức (2.17) ta có: 
( ) ( ) ( ) 21 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2D m m q m R cos q - q - m R sin q - q= + + 
( ) ( )2 3 3 2 3 3-m l.cos q q m l.sin q q + + + 
 (2.21) 
 45 
+ Với 2D : 
Đạo hàm T theo 2q ta có: 
( ) ( )2y1 2 2 2 2 2 2 2 1
2
T
m R q m R cos q q
q

=  + + − 

( )2 2 2 2 3 3m R l.cos q q q− + − + 
 (2.22) 
Đạo hàm T theo thời gian ta có: 
( ) ( ) ( )2y1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 1 2
2
d T
q m R q m R cos q - q m R sin q - q q
dt q
 
= + + 
 
( ) ( )2 2 2 2 3 3 2 2 2 2 3 2 3 m R l.cos q q q m R l.sin q q q q− + − + − + − + 
( ) 22 2 2 2 3 3 m R l.sin q q q+ + − + 
 (2.23) 
Đạo hàm T theo 2q ta có: 
 ( ) ( )2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 3 2 3
2
T
m R sin q q q m R l.sin q q q q
q

= − − − + − +

 (2.24) 
Thay (2.22), (2.23), (2.24) vào công thức (2.17) ta có: 
 ( ) ( )22 y1 2 2 2 2 2 2 2 1 D m R q m R .cos q q=  + + − 
 ( ) ( ) 22 2 2 2 3 3 2 2 2 2 3 3m R l.cos q q q m R l.sin q q q+ + − − + + − − 
 (2.25) 
 + Với 3D : 
Đạo hàm T theo 3q ta có: 
( ) ( ) ( )22 3 1 2 2 2 2 3 2 2E 2 3
3
T
m l.cos q q m R l.cos q q q m l q
q

= − + + − − +  +

 (2.26) 
Đạo hàm T theo thời gian ta có: 
 ( ) ( ) ( )22E 2 3 2 3 1 2 3 1 3
3
d T
q m l q m l.cos a - q q m l.sin a - q q q
dt q
 
= + + + 
 
 ( ) ( )2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 3 2 3m R l.cos q q q m R l.sin q q q q+ + − − + + − − 
 ( ) 22 2 2 2 3 2 m R l.sin q q q+ + − − 
 (2.27) 
Đạo hàm T theo 3q ta có: 
 ( ) ( )2 3 1 3 2 2 2 2 3 2 3
3
T
m l.sin q q q m R l.sin q q q q
q

= − + + − −

 (2.28) 
Thay (2.26), (2.27), (2.28) vào công thức (2.17) ta có: 
 ( ) ( )23 2E 2 3 2 3 1 D m l q m l.cos q q=  + + − 
 ( ) ( ) 22 2 2 2 3 2 2 2 2 2 3 2m R l.cos q q q m R l.sin q q q+ + − − + + − − 
 (2.29) 
+ Với 4D : 
 46 
Đạo hàm T theo 4q ta có: 3 4
4
T
 m q
q

=

 (2.30) 
Đạo hàm T theo thời gian ta có: 3 4
4
d T
qm
dt q
 
= 
 
 (2.31) 
Đạo hàm T theo 4q ta có: 
4
T
 0
q

=

 (2.32) 
Thay (2.30), (2.31), (2.32) vào công thức (2.17) ta có: 4 3 4D m q= (2.33) 
b. Hàm hao tán của hệ 
Hàm hao tán của hệ được tính theo công thức: 
 ( ) ( )2 21 A 2 B
1 1
2K 2K
2 2
 = + 
 (2.34) 
Từ mô hình ĐLH của máy ta có: 
- Chuyển vị tĩnh của lốp bánh xe bên trái và bên phải là: 
 A 1 0 2q b .q = + − 
 B 1 0 2q b .q = + + 
(2.35) 
Trong đó: 
( )
( )
1 2
1 2
m m g
2 S S
+
 =
+
 (2.36) 
Với: 0b - Khoảng cách từ hình chiếu trọng tâm của khung sàn máy đến hai điểm tiếp 
xúc của lốp bánh xe bên trái và bên phải xuống nền đường, m ; g - Gia tốc trọng 
trường, 2m / s ; - Chuyển vị tĩnh của khung sàn do trọng lượng bản thân máy, m . 
- Đạo hàm theo thời gian ta có: 
 A 1 0 2q b .q= − 
 B 1 0 2q b .q= + 
(2.37) 
- Thay kết quả (2.37) vào công thức (2.34) ta có công thức xác định hàm hao tán của 
hệ như sau: 
( ) ( )
2 2
1 1 0 2 2 1 0 2K q b q K q b q = − + + (2.38) 
- Tiến hành đạo hàm theo phương trình Lagrange loại II: 
Nếu ta đặt: i
i
P 
q

=

 (Với i 1,2,3,4= ) 
+ Với 1P : ( ) ( )1 1 1 0 2 2 1 0 2
1
P 2K q b q 2K q b q
q

= = − + +

 (2.39) 
+ Với 2P : ( ) ( )2 1 0 1 2 2 0 1 2
2
P 2K b q bq 2K b q bq
q

= = − − + +

( ) ( )22 0 2 1 1 0 1 2 2 P 2b K K q 2b K K q = − + + 
(2.40) 
c. Hàm thế năng của hệ 
 47 
( )
22 2 2
1 A 2 B 3 30 3 4 4
1 1 1 1
U (2S )D (2S )D S R q q S q
2 2 2 2
 = + + + + 
1 1 2 2 3 3m gZ m gZ m gZ+ + + 
(2.41) 
- Tọa độ Z của các khối lượng 1 2 3m ,m ,m là: 
1 0 1Z Z q .cos= − ; ( )2 o 1 2 2 2 3Z Z q .cos R .sin q lsin q= − + − + − ; 
3 30 4Z Z q= − 
 (2.42) 
Thay các kết quả (2.42) vào công thức (2.41) ta có công thức xác định thế năng của hệ 
như sau: 
( ) ( )
2 2 2 2
1 1 0 2 2 1 0 2 3 4 4
1 1
U S q b .q S q b .q S R S q
2 2
= + − + + + + +
( ) ( )1 o 1 2 o 1 2 2 2 3 m g Z q .cos m g Z q .cos R .sin q lsinq+ − + − + − + − 
( )3 30 4m g Z q+ − 
(2.43) 
- Tiến hành đạo hàm theo phương trình Lagrange loại II: 
Nếu ta đặt: i
i
U
N 
q

=

 (Với i 1,2,3,4= ) 
+ Với 4N : 4 4 4 3
4
U
 N S q m g
q

= = −

4 4 4 3N S .q m g= − (2.47) 
d. Các lực suy rộng 
 Lực suy rộng bao gồm: Lực xung kích của búa thủy lực, lực của XLTL và các lực 
của động cơ diezel tác dụng lên khung sàn máy. 
 Các lực suy rộng bao gồm: 1Q , 2Q , 3Q , 4Q 
 + Với 1N : 
( ) ( )1 1 1 0 2 2 1 0 2 1 2
1
U
N 2S q b .q 2S q b .q m g.cos m g.cos
q

= = + − + + + − − 

( ) ( ) ( ) ( )1 1 2 1 2 1 0 2 1 2 1 2N 2 S S 2 S S q 2b S S q m m g.cos = + + + + − − + (2.44) 
 + Với 2N : 
( ) ( ) ( )2 0 1 1 0 2 0 2 1 0 2 2 2 2 2
2
U
N 2b S q b q 2b S q b q m gR .cos q
q

= = − + − + + + − − + 

 ( ) ( ) ( ) ( )22 0 2 1 0 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2N 2b S S 2b S S q 2b S S q m gR .cos q= − + − + + − − + (2.45) 
 + Với 3N : ( )
2
3 3 3o 3 2 3
3
U
N S R q q m gl.cosq
q

= = + −

2 2
3 3 30 3 3 2 3N S R .q S R .q m gl.cosq= + − (2.46) 
 48 
- Xác định lực 1Q : t1 2 1 21 P sin qQ N cos q= − + (2.48) 
Với: 
t1P , 1N - Lực của động cơ diezel, có điểm đặt tại tâm cổ trục, tác dụng lên ổ đỡ và 
bệ động cơ, N . 
Cách xác định 
t1P , 1N đã được trình bày trong P2.3.7 (Phụ lục) 
- Xác định lực 2Q : q t1 12 M eP NQ h+ −= (2.49) 
Với: 
qM - Mô men quay truyền cho trục khuỷu, N.m ; e, h - Khoảng cách từ khối tâm 
của khung sàn máy đến tâm cổ trục của động cơ theo phương song song và vuông góc 
với khung sàn máy, m . 
Cách xác định 
qM ,e, h đã được trình bày trong P2.3.7 (Phụ lục) 
- Xác định lực 3Q : ( )3 3 c 3Q . q P t .R. q =  
Suy ra: ( )3 c Q P t .R= (2.50) 
 Lực ở đầu cán pít tông ( )cP t được xác định bằng cách xét cân bằng của cần treo 
búa khi quay xung quanh khớp E: EM 0= 
- Xác định lực 4Q : 4 c msQ P(t) - R - F= (2.51) 
 Cách xác định ( )P t , msF , cR và các kích thước a,b,c đã được trình bày chi tiết 
trong P2.3.1 (Phụ lục). 
 Vậy, phương trình chuyển động của hệ viết theo phương trình Lagrange loại II 
thu được bằng cách thay các biểu thức tính cụ thể như sau: 
 i i i iD P N Q + + = (Với i 1,2,3,4= ) 
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
2
t1
2
1 2 1 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 2 2
2
2 3 3 1 2 1 0 2 1 2 1 2 1
0 2 1 2 1 2 1 2
2
2 2 2 2 1 y1 2 2 2 2
2 1 2
2
*
o
P sin q
m m q m R .cos q - q m l.cos - q
N
q m R .sin q q
m l.sin q q 2 K K q 2b K K q 2 S S q
2b S S q m m g.cos 2 S S
* m R .cos q -
c
q m R q m
q
c
os
R l.
+ + − − 
+ − + + + − + +
+ − = + − +
+
+
− +
  +
+
+ ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
( )
2 2 3 3
2 2
2 2 2 2 3 3 0 2 1 1 0 1 2 2
2
0 2 1 1 0 1 2 2 2 2 2 2
0 2 1
2
2 3 1 2 2 2
3
q
2
t1
2 3 2 2 E 3
1
2 2 2 2
s - q - q q
m R l.sin q q q 2b K K q 2b K K q
2b S S q 2b S S q m gR .cos q
2 b S S
* m l.cos - q q m R l.
h
cos - q - q
e
q m l q
 m R l.sin q q
M P N
 + 
+ + 
++ − +
− − + − + +
+ − + + = − 
− −
 + + + + 
+ + − − ( )
( )
2 2 2
2 3 3 c 3 3o 2 3
3 4 4 4 3 c ms
q S R q P t R S R q m gl.cos q
* m q S R m g P t R - F
 + = − +
 = + − +
(2.52) 
2.2.1.3. Xây dựng chương trình giải bài toán động lực học 
 Để giải hệ phương trình vi phân (2.52), sử dụng phương pháp Runge - Kutta được 
lập trình bởi công cụ phần mềm Matlab (trình bày trong phần 3.2.1 Phụ lục) 
 49 
 Sau khi tiến hành khảo sát và tính toán (trình bày trong Phụ lục 2), ta có bảng số 
liệu để chạy chương trình như trong bảng 2.1: 
Bảng 2.1. Giá trị các thông số chạy chương trình khi đóng cọc 
TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 
1 
Khối lượng quy dẫn của sàn máy và các 
cụm chi tiết khác lắp trên sàn máy (trừ 
cần treo búa và búa) về trọng tâm của 
sàn máy 
1m kg 1660 
2 
Khối lượng của cần treo búa và búa quy 
dẫn về trọng tâm của cần 
2m kg 405 
3 
Hệ số giảm chấn của cụm bánh xe bên 
trái và phải 
1 2K ,K Ns / m 
44.10 
4 
Độ cứng của cụm bánh xe bên trái và 
phải 
1 2S ,S N / m 
60,92.10 
5 
Độ cứng quy dẫn của XLTL nâng hạ cần 
treo búa 
3S N / m 
6109.10 
6 
Độ cứng quy dẫn của buồng ắc quy thủy 
lực 
4S N / m 
64,92.10 
7 
Khoảng cách từ chốt liên kết của cần 
treo búa với xi lanh nâng hạ cần đến 
điểm E 
R m 0,7 
8 
Khoảng cách từ trọng tâm của sàn máy 
đến điểm E 
2R m 1,8 
9 
Khoảng cách từ trọng tâm của khối 
lượng m2 đến điểm E 
l m 1,13 
10 
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 
b m 0,78 
11 Gia tốc trọng trường g 2m / s 9,81 
12 
Góc nghiêng ban đầu của cần treo búa 
so với phương ngang 
30q rad 0,5236 
13 
Chuyển vị tĩnh của khung sàn máy do 
trọng lượng bản thân máy 
∆ m 0,005 
14 
Góc nghiêng của 2R so với mặt sàn 
máy 
2 rad 1,0472 
 50 
TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 
15 
Góc nghiêng của nền máy đứng so với 
phương ngang 
 rad 0,0524 
16 
Mô men quán tính quy dẫn của sàn máy 
và các chi tiết khác khi sàn máy quay 
quanh trục O1Y1 
y1 
2kg.m 236,69 
17 
Mô men quán tính quy dẫn của cần treo 
búa khi cần quay quanh khớp E 
2E 
2kg.m 44,73 
18 Chiều dài tay biên của động cơ diezel bl m 0,25 
19 Bán kính trục khuỷu của động cơ diezel r m 0,14 
20 Tốc độ quay của động cơ diezel dc vòng / phút 1800 2200 
21 
Khoảng cách từ khối tâm của khung sàn 
máy đến tâm cổ trục của động cơ theo 
phương song song với khung sàn máy 
e m 0,15 
22 
Khoảng cách từ khối tâm của khung sàn 
máy đến tâm cổ trục của động cơ theo 
phương vuông góc với khung sàn máy 
h m 0,2 
2.1.1.4. Quy luật thay đổi các thông số động lực học hệ khung sàn máy 
Sau khi chạy chương trình Matlab, thu được các đồ thị dưới đây: 
a. Chuyển vị thẳng đứng, vận tốc, gia tốc của hệ khung sàn máy khi đóng cọc 
Hình 2.2. Chuyển vị thẳng đứng 1q của khung sàn máy khi đóng cọc 
 51 
Hình 2.3. Vận tốc 1q của khung sàn máy khi đóng cọc 
Hình 2.4. Gia tốc 1q của khung sàn máy khi đóng cọc 
 Nhận xét: Trong 20 giây của quá trình đóng cọc, từ các đồ thị trên có thể rút ra 
một số nhận xét như sau: 
 - Từ đồ thị hình 2.2 ta thấy, chuyển vị 1q của khung sàn máy khi đóng cọc dao 
động liên tục xung quanh giá trị trung bình 3,891 mm− , do các nguồn gây dao động là 
lực xung kích của BTL và lực của XLTL nâng hạ cần treo búa gây ra. 
 - Vận tốc và gia tốc của khung sàn máy trên đồ thị hình 2.3 và 2.4 cho thấy các 
thông số ĐLH này cũng thay đổi liên tục theo dạng xung của BTL khi đóng cọc với các 
biên độ và tần số khác nhau, tuy nhiên chúng đều dao động quanh giá trị bình ổn. 
 52 
b. Chuyển vị góc, vận tốc góc, gia tốc góc của khung sàn máy khi đóng cọc 
Hình 2.5. Chuyển vị góc 2q của khung sàn máy khi đóng cọc 
Hình 2.6. Vận tốc góc 2q của khung sàn máy khi đóng cọc 
Hình 2.7. Gia tốc góc 2q của khung sàn máy khi đóng cọc 
 53 
 Nhận xét: Từ các đồ thị trên có thể rút ra một số nhận xét như sau: 
 - Từ đồ thị hình 2.5 ta thấy, chuyển vị góc 2q trong 7 giây đầu tiên dao động với 
biên độ lớn, sau đó giảm dần quanh giá trị trung bình 00,326− do các nguồn gây dao 
động là lực xung kích của BTL và lực của XLTL nâng hạ cần treo búa gây ra. 
 - Vận tốc góc và gia tốc góc của khung sàn máy trên đồ thị hình 2.6 và 2.7 cho 
thấy các thông số ĐLH này thay đổi liên tục theo dạng xung của búa thủy lực khi đóng 
cọc với các biên độ và tần số khác nhau, tuy nhiên chúng đều dao động quanh giá trị 
bình ổn. 
c. Lực tác dụng lên nền tại bánh xe khi đóng cọc (phản lực tại các bánh xe) 
 Lực tác dụng lên nền tại bánh xe A (phía gần cọc) và bánh xe B (phía xa cọc) lần 
lượt là A BR , R , cũng chính là phản lực từ nền lên các bánh xe và từ đó tác dụng lên 
khung sàn máy. Đây là những lực động (thay đổi theo thời gian) cần được quan tâm 
khi tính toán, thiết kế kết cấu thép của máy ĐCHL nói chung và tính toán hệ khung 
sàn máy nói riêng. 
 Lực phát sinh ở các bánh xe của máy được xác định như sau: 
t d t
A A A A 1 A 1 AR R R R K S= + = + + 
t d t
B B B B 2 B 2 BR R R R K S= + = + + 
(2.53) 
Với: t tA BR , R - Thành phần lực tĩnh tại bánh xe A và B, kN ; 
d d
A BR , R - Thành phần lực 
động tại bánh xe A và B, thay đổi theo thời gian khi hệ dao động, kN . 
 Ở công thức (2.35) và (2.37) ta đã có: 
A 1 0 2q b .q = + − ; B 1 0 2q b .q = + + 
 A 1 0 2
q b .q= − ;
 B 1 0 2
q b .q= + 
 Từ đó, tiến hành khảo sát sự thay đổi của lực tác dụng lên nền tại bánh xe A và 
bánh xe B như các đồ thị dưới đây: 
Hình 2.8. Lực tác dụng lên nền tại bánh xe A khi đóng cọc 
 54 
Hình 2.9. Lực tác dụng lên nền tại bánh xe B khi đóng cọc 
 Nhận xét: 
 Lực tác dụng lên nền tại bánh xe khi đóng cọc được thể hiện trên đồ thị hình 2.8 
và 2.9. Ta thấy lực tác dụng lên nền ở 2 bánh xe AR (phía gần cọc), RB (phía xa cọc) 
thay đổi liên tục một cách điều hòa trong quá trình đóng cọc và trị số RA (đạt cực đại là 
19,301 kN ) lớn hơn so với BR (đạt cực đại là 12,733 kN ) vì bánh xe A nằm ở phía 
gần cọc hơn, chịu tác động lớn hơn từ xung lực của BTL. 
2.1.2. Nghiên cứu động lực học hệ khung sàn máy khi nhổ cọc 
2.1.2.1. Xây dựng mô hình động lực học 
a. Các giả thiết 
 Ngoài các giả thiết nêu ở mục 2.1.1.1, ở trường hợp nhổ cọc, NCS bổ sung thêm 
một số giả thiết như sau: 
1. Do kết cấu của cột dẫn hướng, trong quá trình nhổ cọc, búa thủy lực và cọc chỉ dịch 
chuyển theo phương thẳng đứng; 
2. Chỉ xét lực ma sát giữa thân cọc và nền đất, bỏ qua ma sát giữa búa và cột dẫn 
hướng; 
3. Khối lượng của búa, khối lượng của cọc và khối lượng của cần được quy kết về 
trọng tâm cần, ký hiệu là 2m ; 
4. Chuyển dịch của búa và cọc như nhau theo phương thẳng đứng và chính bằng 
chuyển dịch của điểm chốt nối giữa cần và búa (điểm I1). 
b. Mô hình vật lý 
 Từ kết cấu của máy, với các giả thiết như trên, NCS xây dựng mô hình ĐLH hệ 
khung sàn của máy đóng cọc hộ lan ứng với thao tác nhổ cọc bằng XLTL nâng hạ cần 
như hình 2.10: 
 55 
2
Hình 2.10. Mô hình động lực học hệ khung sàn máy khi nhổ cọc 
 Như vậy, đây là mô hình ĐLH của máy đóng cọc hộ lan khi nhổ cọc, với lực kích 
động là lực tác dụng của XLTL. Mô hình ĐLH là mô hình phẳng có ba bậc tự do. 
2.1.2.2. Thiết lập hệ phương trình chuyển động của hệ (mô hình toán) 
 Tương tự như trường h