Chiếc máy 'khám bệnh' cho cầu đường bộ của người Việt

Gian nan chuyện “khám bệnh” cho cầu

Hiện nay, Việt Nam đã nhập khẩu một số các sản phẩm máy kiểm tra khuyết tật bên dưới cầu đường bộ với kích thước lớn (tương đương với kích thước của một chiếc xe cần cẩu), giá thành cao từ 12–16 tỷ đồng. Khi được sử dụng, máy sẽ hạ cần đưa cabin có công nhân xuống bên dưới lòng cầu để kiểm tra bằng tiếp xúc trực tiếp.

Tuy nhiên, máy ngoại nhập có kết cấu phức tạp, khó vận hành, dễ hỏng hóc do không phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam. Mặt cầu chịu tải trọng động bởi các làm xe di chuyển với vận tốc tương đối cao khiến mặt cầu rung động lớn. Do đó, đối với các máy sử dụng cần đưa cabin xuống kiểm tra khuyết tật bên dưới lòng cầu khi hoạt động mặt cầu bị rung lắc, tiềm ẩn nhiều nguy hiểm, trên thế giới đã có nhiều trường hợp những chiếc máy này bị lật, đổ hoặc hỏng bất chợt trong khi tốc độ kiểm tra bằng xúc giác rất chậm, chủ yếu được sử dụng kết hợp với việc sữa chữa ngay lúc đó.

Mặt khác, cầu đường bộ ở Việt Nam chủ yếu là cầu nhỏ, do đó, với kích thước lớn, những máy trên khi được đưa ra sử dụng thường chiếm gần hết diện tích lưu thông của các phương tiện, gây ách tắc, dồn ứ giao thông.

Ngoài ra, hiện cũng có một sản phẩm để kiểm tra các khuyết tật bên dưới lòng cầu có xuất xứ từ Hàn Quốc, Trung Quốc tuy có kích thước nhỏ gọn và không yêu cầu công nhân phải trèo xuống bên dưới cầu theo trục cần để kiểm tra bằng xúc giác mà sử dụng camera để theo dõi.

Dù vậy, loại máy này có một số nhược điểm, không phù hợp với việc sử dụng ở Việt Nam: Thứ nhất, với khối lượng lên tới 1,5 ÷ 1.6 tấn, nó không tự di chuyển được mà công nhân phải đẩy tay thủ công, gây hao tổn nhân công. Hơn thế, ở điều kiện thời tiết nắng nóng của nước ta, các mặt cầu đa phần không bằng phẳng mà có nhiều gờ - rãnh, do đó, việc di chuyển chiếc máy bằng phương pháp đẩy tay là hết sức khó khăn.

Thứ hai, máy sử dụng hệ thống thủy lực để nâng, hạ cần và đẩy cần vào sâu bên trong lòng cầu với những xi lanh và ống tuy ô thủy lực chuyên dụng, đường kính rất nhỏ mà ở nước ta không có sẵn. Vì vậy, việc thay thế phụ tùng của các máy kiểm tra khuyết tật bên dưới lòng cầu có nguồn gốc từ các nước trên trên là vô cùng khó khăn, từ đó, đẩy giá thành sửa chữa máy lên rất cao và thời gian dài.

Thứ ba, mặt cầu chịu tải trọng động khiến camera bị rung lắc làm hình ảnh thu về bị mờ, nhòe, không sử dụng được.

Thêm vào đó, các cầu ở Việt Nam chủ yếu là cầu ghép từ các phiến dầm Super T hoặc dầm chữ I. Giữa các thanh dầm có một hốc dọc dầm tương đối lớn - đây là vị trí rất sâu, khó có thể quan sát. Không chỉ bụng dầm mà các cạnh dầm và phần tiếp xúc giữa dầm và mặt cầu là các vị trí thường xảy ra tình trạng xuất hiện vết nứt. Nhưng các loại máy kiểm tra khuyết tật bên dưới lòng cầu nhập khẩu hiện nay chỉ kiểm tra được bề mặt dưới của dầm, không thể kiếm tra được vào trong các hốc này.

Giải pháp của người Việt cho người Việt

Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu đến từ Trường Đại học Giao thông Vận tải đã để thiết kế ra máy kiểm tra các khuyết tật bên dưới lòng cầu phù hợp với đặc điểm của cầu đường bộ và điều kiện thời tiết ở nước ta với tên gọi máy kiểm tra cầu BIM 6.6 (bridge inspection machine 6*6m).

“Qua khảo sát tại các công ty quản lý, duy tu, bảo dưỡng đường bộ, chúng tôi thấy rằng nhu cầu sử dụng các loại máy kiểm tra bên dưới cầu rất bức thiết. Dựa trên những nhu cầu của doanh nghiệp, yêu cầu của thực tế khách quan cũng như tận dụng, tìm kiếm những vật tư, vật liệu sẵn có, dễ dùng, dễ thay thế và sữa chữa trên thị trường của Việt Nam, BIM 6.6 đã ra đời”, TS. Nguyễn Quang Minh, giảng viên Bộ môn Máy xây dựng - xếp dỡ, Khoa Cơ khí, Đại học Giao thông Vận tải, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết.

Máy được thiết kế theo dạng modun, gồm máy cơ sở và bộ công tác. Cụ thể, bao gồm các bộ phận: thân máy; cần thứ nhất đặt trên thân máy, tỳ lên khớp trượt có thể đưa bộ công tác ra phía ngoài i; cần thứ hai được lắp khớp quay, điều khiển bằng xi lanh thuỷ lực, đặt phía trên đầu cần thứ nhất, có khả năng quay lên phương thẳng đứng; cần thứ ba trượt phía trên cần thứ hai, trên cần này có giá trượt để nâng hạ cần lồng xuống độ sâu 6m bằng tời cáp. Cần thứ tư có dạng cần lồng, trạng thái làm việc khi nằm ngang, được chế tạo ở dạng ống lồng ba đốt, dẫn động bằng hệ thanh răng với cáp dẫn liên động đảm bảo việc co duỗi vào sâu đến 6m.

Về những ưu điểm của BIM 6.6, máy có kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm được không gian với bộ di chuyển gồm 4 bánh xe, trong đó, 2 bánh xe chủ động được đặt chéo nhau, giúp máy tự di chuyển và có khả năng quay vòng tại chỗ, đi dọc, đi ngang hoặc đi chéo nhờ năng lượng điện. Do đó, máy có thể giữ nguyên các cần trong trạng thái hạ xuống bên dưới lòng cầu đồng thời di chuyển để quét dọc hết nhịp cầu. Nếu cần giải phóng mặt bằng, máy hoàn toàn có thể nhanh chóng thu gọn lại, tự trèo lên ô tô tải chuyên chở.

Máy được sử dụng những phụ tùng, linh kiện có sẵn trên thị trường Việt Nam, cho nên nếu máy có bất kì một cụm nào đó bị hỏng hóc, chúng ta hoàn toàn có thể sửa chữa, thay thế một cách dễ dàng với giá thành rẻ. Giá thành của máy thấp, chỉ khoảng 450 triệu đồng, bằng 1/33 giá thành của các máy cùng công dụng nhập khẩu từ Châu Âu hoặc chưa tới 1/3 giá thành các máy đến từ Trung Quốc – Hàn Quốc.

Nhờ được thiết kế theo dạng modun, BIM 6.6 không chỉ được sử dụng để kiểm tra cầu mà nó còn làm được nhiều công việc, công tác khác nhau. Chỉ cần thay bộ công tác, máy có thể đáp ứng được nhiều nhiệm vụ mà người sử dụng cần, chẳng hạn như cắt, phá bê tông; cứu hộ cứu nạn; vệ sinh đường hầm, ống cống, chiếu sáng công trình, đóng cọc hộ lan…

BIM 6.6 cũng sử dụng camera để giúp kiểm tra khuyết tật dưới lòng cầu. Tuy nhiên, điểm khác biệt ở BIM 6.6 là hệ thống camera không những cho phép công nhân tại hiện trường quan sát các hình ảnh bên dưới lòng cầu mà những hình ảnh này còn được lưu trữ và cho phép người lãnh đạo, quản lý ở những địa điểm khác xem trực tuyến hình ảnh bên dưới lòng cầu để có những chỉ đạo kịp thời.

Đặc biệt, máy được trang bị một cần để nâng, hạ và có hệ thống chiếu sáng dành riêng cho camera, camera quay, quét được 360 độ. Khả năng thu thập hình ảnh có thể lên đến 50m với điều kiện đủ ánh sáng. Do đó, chúng ta có thể quan sát được những hốc giữa các dầm và bề mặt ngang của các phiến dầm. Với bộ di chuyển linh hoạt, khi đặt camera vào giữa các phiến dầm và cho máy chạy dọc theo cầu, chúng ta có thể quét hết các mặt của phiến dầm.

“Về vấn đề mặt cầu chịu tải trọng động gây rung rắc máy, nhóm nghiên cứu chúng tôi đã đưa một số giải pháp để giảm yếu tố rung động trong động lực học của BIM 6.6 nhằm đảm bảo camera ổn định, thu được nguồn hình ảnh rõ nét ngay cả trong điều kiện mặt cầu rung động và sức gió đạt 80km/h”, TS. Nguyễn Quang Minh cho biết thêm.

Ở những nơi có nguồn điện 220V hoặc 380V, máy sẽ sử dụng mạng lưới điện đó để hoạt động, lúc này máy hoạt động êm, không ồn, tiết kiệm chi phí vận hành. Tại những vị trí nguồn điện mạng lưới không tiếp cận được thì máy có máy phát điện riêng sở hữu nguồn cấp là 5.5kW và cấp cho toàn bộ các cơ cấu máy.

Trong đó, nguồn điện được sử dụng để cung cấp cho 5 bộ phận chính là bộ tời (dùng để nâng, hạ các cần); hệ thống bơm thủy lực (dùng để quay nghiêng các cần); motor đẩy cần ngang; bộ di chuyển (các bánh xe chủ động); camera và đầu ghi trực tuyến (dùng cho việc lưu trữ, truyền và cho phép xem dữ liệu trực tuyến thu được từ camera). Bên cạnh đó, máy cũng được trang bị mái che để che nắng nóng cho công nhân và phần thân máy.

Tay điều khiển của máy có các nút để bật/tắt bộ nguồn, bắt/tắt máy chính, điều khiển bộ tời, nhiều mô-tơ để dẫn động các bánh xe và nút điều khiển van thủy lực để nâng hạ cần và điều khiển mô-tơ bên trên để đưa cần vào sâu hơn bên trong lòng cầu. Màn hình quan sát, hệ thống ghi dữ liệu và camera của máy có thể tháo rời - di chuyển được để dễ dàng bảo quản.

32 ngày thức đêm để sáng chế

Việc thiết kế và hình thành nên bản vẽ 3D diễn ra trong vòng 1 tuần, và sau 9 lần thử nghiệm, sản phẩm hoàn chỉnh, đạt hiệu quả đã ra đời. Theo đó, chỉ trong 32 ngày, nhóm nghiên cứu đã sáng chế ra 2 máy, trong đó, chiếc máy đầu tiên được hoàn thành trong 28 ngày. “Thời gian ban ngày, những thành viên trong nhóm nghiên cứu đều dành cho công việc giảng dạy, do đó, chúng tôi đã cùng nhau thức đêm vừa làm, vừa giải quyết, khắc phục các lỗi để hoàn thiện cho cả 2 máy”.

Điều thuận lợi mà nhóm nghiên cứu nhận được là sự động viên, tạo điều kiện của đơn vị quản lý, cụ thể là Tổng Cục Đường bộ, Cục Quản lý đường bộ 2 và Trường Đại học Giao thông Vận tải, cho nhóm nghiên cứu sử dụng những công nghệ mới và thể hiện, thiết kế, chế tạo nên máy kiểm tra cầu BIM 6.6. Bên cạnh đó, trên thị trường Việt Nam hiện nay, đã có những nhà sản xuất, cung cấp các cụm linh kiện như bộ tời, cụm van thủy lực, xi lanh thủy lực… do đó, nhóm nghiên cứu không phải mất thời gian để nghiên cứu, chế tạo lại những cụm linh kiện này.

Tính đến thời điểm hiện tại, nhóm nghiên cứu đã phát triển được 2 sản phẩm và cung cấp ra thị trường ở Hà Tĩnh và Bình Dương. Những người công nhân khi lần đầu được tiếp xúc với BIM 6.6 rất ngạc nhiên bởi kích thước nhỏ gọn của chiếc máy. Điều mà họ thích thú nhất là việc điều khiển và bảo dưỡng máy vô cùng dễ dàng, đơn giản. Để điều khiển máy hiệu quả và bảo trì được máy, chỉ cần có một người công nhân có kiến thức về cơ khí và điện.

“Rất nhiều doanh nghiệp và công nhân hỏi đi hỏi lại chúng tôi rằng chiếc máy này có phải là của Việt Nam chế tạo không? Chúng tôi cũng khẳng định, BIM 6.6 là do người Việt Nam chế tạo và chủ động hoàn toàn”, TS. Nguyễn Quang Minh chia sẻ.

BIM 6.6 không chỉ có thể được sử dụng để kiểm tra cầu mà nó còn sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. “Do đó, thế hệ kế tiếp của máy, chúng tôi dự kiến, sẽ có 2 dòng: dòng máy nâng cấp tính năng kiểm tra cầu và phát triển thêm tính năng duy tu, bảo trì cầu đường bộ cỡ lớn; dòng máy (robot) có thể tự động bò, kiểm tra, chụp ảnh và quét lại thanh dầm trên cầu thép để mang lại cái nhìn tổng quan về hiện trạng của cây cầu”, TS. Nguyễn Quang Minh cho biết thêm.

Đồng thời, tùy thuộc vào yêu cầu của doanh nghiệp, nhóm nghiên cứu sẽ có những cải tiến để phù hợp và đáp ứng nhu cầu đó. Không chỉ lắp được camera, trong tương lai, máy có thể được lắp các đầu thu phát như đầu siêu âm để phát sóng siêu âm ở bên dưới lòng cầu và thu sóng về ở bên trên để kiểm tra xem cầu có các vết nứt bên trong cầu, trên mặt cầu và tuổi thọ của cầu.

Video: Chiếc máy “khám bệnh” cho cầu đường bộ của người Việt