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振动
打桩
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摘要
振动桩锤是惯性振动机械的一种，属于振动利用机械中的平面双轴式激振器。振动桩锤是利用机械振动减少桩与土壤间的摩擦力，并依靠其自重或外加压力作用下达到沉桩的目的。振动桩锤分机械式和液压式两类，液压振动锤应用较少。振动桩锤采用机械式定向激振器。它由两根装有相同的偏心块并相向转动的轴组成，两根轴上的偏心块所产生的离心力在水平方向上的分力相互抵消，而垂直方向上的分力叠加。振动桩锤主要由电动机、导杆、压缩弹簧、减振粱、振动箱、皮带轮等组成。具有贯入力强、沉桩质量好、坚固耐用 、故障少、结构紧凑、低噪音、高效率、无污染等优点。
关键词：振动机械、振动桩锤、惯性振动、减振弹簧
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毕业设计（论文）任务书 姓名： 任务下达日期： 年 月 日 设计（论文）开始日期： 年月日 设计（论文）完成日期： 年月日 一、设计（论文）题目： 动打桩锤的设计 二 、设计的目的和意义 ： 列振动桩 锤是吸取了国内外先进经验后设计的，主要用于有动力电源的各种建筑工地和港口、地下铁道、桥梁、 高层建筑等桩基础施工工程。与 桩架配套后，可沉混凝土灌注桩、混凝土扩底桩、石灰桩、砂桩、碎石桩；配上夹桩器后，可沉拔混凝土预制桩和各类钢桩。它是公路、桥梁 、建筑等基础施工的理想设备。 三 、设计（论文）主要内容： （ 1） 根据给定的参考数据设计计算振动桩锤原动机、激振器和减震器中主要零件的参数和性能， （ 2） 振动打桩锤的总装图和主要零件（激振器箱体、传动轴和齿轮等）的零件工作图。 （ 3） 设计说明书附加专题论文和英文翻译及其英语原文。 四 、设计目标： 设计 动打桩锤，设计计算 振动桩锤的主要技术参数并 对主要 零件进行强度校核，同时考虑材料的抗振性能。绘制装配图和主要零件图。 五 、进度计划： 2007 年 3 月 13 日至 3 月 31 日进行为期 3 周的生产实习； 4 月 1 日至 4 月 10 日完成对设计题目的资料收集与查询； 4 月 11 日至 6月 10 日完成对设计图纸的绘制； 5 月 11 日至 6 月10 日完成毕业设计说明书的编写； 6 月 11 日至 6月 25 日最后的审稿及说明书和图纸的打印。 七、参考文献资料： 机械设计手册 卷 版 2004； 机械设计手册 卷 版 2004； 机械设计手册 卷 化学工业出版社， 2002； 机械设计手册 卷 化学工业出版社， 2002； 弹簧手册 1997。 指 导 教 师： 院（系）主管领导： 年 月 日 I 摘要 振动桩锤是惯性振动机械的一种 ， 属于振动利用机械中 的平面双轴式激振器。 振动桩锤是利用机械振动减少桩与土壤间的摩擦力，并依靠其自重或外加压力作用下达到沉桩的目的。振动桩锤分机械式和液压式两类，液压振动锤应用较少。振动桩锤采用机械式定向激振器。它由两根装有相同的偏心块并相向转动的轴组成，两根轴上的偏心块所 产生的离心力在水平方向上的分力相互抵消，而垂直方向上的分力叠加。振动桩锤 主要由 电动机、 导杆、压缩弹簧、 减振粱 、振动箱、皮带轮等组成。 具有贯入力强、沉桩质量好、坚固耐用 、故障少 、 结构紧凑、低噪音、高效率、 无污染 等优点。 关键词： 振动机械、振动桩锤、惯性振动、减振弹簧 he is of to in to it to be or of It is of by is on of or in in by a of so on is of is is so on 录 摘要 . I . 1 章绪论 . 1 第 2 章 振动机械的用途、分类、工作原理及构造 . 2 . 2 振动机械的组成 . 2 . 3 动机械的分类 . 4 . 5 惯性激振器的形式 . 5 . 12 . 13 . 14 . 14 . 15 . 15 . 15 . 15 . 17 . 18 第 3 章电机的选择和计算 . 20 . 20 . 20 第 4 章振动桩锤的主参数计算 . 22 . 22 . 23 . 23 的确定 . 23 . 24 . 25 第 5 章减振弹簧的设计与计算 . 27 . 27 . 27 . 27 . 27 . 27 . 28 . 28 . 28 . 29 . 30 . 30 . 31 . 31 . 32 . 32 . 33 第 6 章 . 35 . 35 V . 35 第 7 章经济分析与资源分析 . 39 结论 . 40 参考文献 . 41 专题论文 . 42 致谢 . 49 附录 1 中文译文 . 50 附录 2 英文原文 . 64 1 第 1 章 绪论 在一般情况下，振动是一种不需要的、有害的现象，应该加以消除或隔离；但在某些场合，振动式需要的和有益的，应该加以利用。 振动有益的场合很多，例如，各种乐器的振动，可 形成美妙的乐音，感动人们；人类及高等动物的耳膜振动、声带振动。心脏搏动及呼吸运动，则是与生命现象紧密联系的振动；在工程技术中，各种振动机械利用振动完成许多特殊的工艺过程；在日常生活中，许多 振动机具帮助人们扩展自己的工作能力。 随着现代建筑业的飞速发展，桩基础已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩或钢桩。校基础的施工方法和施工机械也有了巨大的发展。桩的类型大体上可分为两大类：预制桩和就地灌注桩。预制桩主要采用锤击的方法将其打入土壤中。其施工机械也从刚开始坠锤、蒸汽锤和柴油锤，发展到振动锤。振动锤是结合我国具体特点计算 的新型产品，是公路、桥梁、机场、建筑等基础施工的理想设备。具有贯入力强、沉桩质量好、坚固耐用 、故障少 、 结构紧凑、低噪音、高效率、无污染 等优点。 动锤主要用于有动力电源的各建筑工地和港口、地下铁道、桥梁、高层建筑等桩基施工工程。它是广泛适用于丘陵、平原、干填土和湖泊地区、池塘淤泥层以及各种松土基础用袋装沙井、塑料纸板等工法加固软基的设备。 2 第 2 章 振动机械的用途、分类、工作原理及构造 动机械的用途和分类 振动机械在工程技术中的用途很广泛，如振动加工，振动拉丝，振动压印，物料的筛分、破碎、输送等。 最近 30多年来，应用振动原理而工作的机械（简称振动机械）得到了迅速的发展，它们在矿山和冶金工厂、选煤厂、化工厂、发电厂、铸造厂、建筑工地、水泥厂，以及粮食和食品加工厂中得到了广泛的应用。据不完全统计，目前已用于手工业生产中的振动机械有几十种之多，例如，振动给料机、振动输送机、振动筛、概率筛、振动离心脱水机、振动冷却机 、振动球磨机、振动光饰机、振动落砂机、振动成型机、振动夯土机、振捣器、振动压路机、振动沉拔桩机、振动试验台、动平衡试验机和各种形式的激振器等。这些振动机在工业的各个 部门中已发挥了重要的作用。 振动机械的组成 振动机械通常是由激振器、工作机体及弹性元件三个部分组成 （ 2 用以产生周期变化的激振力，使工作机体产生持续的振动。常用的激振器 有惯性激振器、弹性连杆式激振器、电磁式激振器、液压式或气动式激振器，以及凸轮式激振器等。 如输送槽、筛箱、台面和平衡架体等。但在 一些振动机中无平衡架体。为了完成各种工艺过程，它们通常作周期性的运动。 簧） 包括隔振弹簧 （其作用是支承振动机体，使机体实 现所要求的 振动，并减小传给基础或结构架的动载荷）、主振弹簧（即共振弹簧或称蓄能弹簧）和连杆弹簧（传递激振力等）。在一些振动机械中无弹性元件。 振动机械与其它类型的机械相比，优点是结构简单、制造容易、重量较轻、金属消耗量少、成本低、能耗小、安装方便、维修容易等。某些振动机械也存在着振幅不够稳定、调整复杂、传给地基的振动较大、零部件工作寿命较短及噪声较大等缺点。 3 动机械的用途 利用振动的 槽体（或管体），可使物料沿指定方向作滑行运动或抛掷运动，从而达到输送物料的目的。用管体封闭的振 动输送机，能输送含有矽尘的矿物及其它有害或有毒的物料 ，有利于环境保护和人体健康 。这两个优点是其它输送设备所不能比拟的。 别、脱水、冷却和干燥 因为振动可使物料松散地和均匀地分布于工作面上，同时在振动面 上物料 受重力（在离心力场中则为离心力）、冲击力、摩擦力和惯性力的频繁作用，所以在输送 物料的过程中，可有效地完成诸如筛分、脱水、冷却和干燥等各种工艺过程；在溜槽、滑道中安置适当的挡铁或缺口，还可完成工件的排序或选别。 碎、粉磨， 物件的清理和工件的光饰 利用振动可使物料（或物件）内部的 裂纹易于形成，并迅速展开；利用振动可加剧物料（或物件 ） 与研磨介质之间的相互摩擦和撞击，从而可有效地实现破碎或粉磨物料，完成 物件清理、铸件落砂和工件（或刀具）光饰等各种工艺过程。 实 利用振动可以显著减小物料的内摩擦系数，增加其“流动性”，因而是物料易于成型与紧实。 捣及沉拔桩等 利用振动可减小土壤、砂石和其它混合物的内摩擦力，可降低土壤对贯入物体（桩或管）的阻力，因而可有效地完成夯土、压路、振捣和沉拔桩等工作，并可大大减轻工人对体力劳动。 器及其零件 的测试 利用激振器对机体进行振动试验；利用振动试验台或振动测量仪测定仪器、机器及其零部件的参数；利用振动原理对回转零部件进行动平衡试验等。 利用振动可以加快铸件或 焊接结构内部形成晶粒重新排列的过程，缩短消除内应力对时间等。 可以预料，振动机械的用途将会不断扩大，其规格和品种将会日益增多。它们在我国实现四个现代化的过程中将会发挥更大对作用。 4 动机械的分类 利用合适的激振器、驱动工作台面、工作管体或槽体以实现要求的振动，达到处理特定的物料或物件，完成一定工艺过程的机械，称为振动机械，它是振动利用中重要而应用广泛的一部分。 对振动机械进行分类的目的是：按照振动机械对类型，分别地对它们进行分析研究，找出它们的共性与特性，便于了解与掌握各种振动机械的特点，以使他们得到更合理的使用。振动机械可以按照它们的用途、结构特点以及动力学特性进行分类。 表 2列举了各种常见振动机械的名称。 振器）的形式分类 （ 1）惯性式振动机（图 2 它是由惯性激振器驱动。惯性激振器通常是由偏心块、主轴、轴承和轴承座等所组成（图 2工作机体的 振动是由偏心块回转运动时产生的周期变化的离心力引起的。目前惯性式振动机在工业部门中得到了广泛的应用。例如，惯性振动筛、振动球磨机、振动落砂机、振动成型机和振动振捣器等。 图 2 惯性式振动机 a）惯性振动机简图 b）惯性激振器 1 激振器 2 工作机体 3 弹性元件 4 偏心块 5 主轴 6 轴承和 轴承座 5 （ 2）弹性连杆式振动机 它是由弹性连杆式激振器驱动的， 弹性连杆式激振器是由偏心轴、连杆及链杆端部的弹簧所组成。工作机体借弹性连杆激起振动。目前用于工业中的该类振动机有弹性连杆式振动 输送机、振动冷却机和重介质振动溜槽机等。弹性连杆式振动机构通常用于长度较大的振动机中。 （ 3）电磁式振动机 它是由电磁激振器驱动的。电磁激振器是由铁心、线圈及衔铁所组成。交流电流或脉动电流通过线圈，使电磁铁产生周期变化的电磁吸力，从而使工作机体产生振动。目前用于手工业中的该类振动机有电磁振动给料机、电磁振动输送机、电磁振动筛和电磁振动试验台等。 （ 4）其它振动机 他们由风动式激振器、液压式振动器和凸轮式振动器驱动。该类振动机与前述三类振动机的工作原理及计算方法有所不同。 表 2力学特性对振动机械进行分类。分为线性非共振类振动机、线性近共振类振动机、非线性振动机、冲击式振动机。 除了按照前述特性进行分类外。还常常按照振动质体对数目及自由度的数目对振动机进行分类。 性振动机械的工作原理与构造 惯性激振器的形式 惯性振动机是由带偏心块的惯性激振器驱动的。惯性激振器可分为以下几种 。 单轴式惯性激振器有两种结构，一种如图 2种如图 2它通常产生沿圆周方向变化的激振力。当轴两端的偏心块具有不同的安装相位时，还会产生沿圆周方向变 化的激振力偶 。 6 图 2种惯性激振器 a）单轴式惯性激振器 b）、 c）双轴式惯性激振器 d）多轴式惯性激振器 图 2轴式圆盘偏心块 激振力幅值 P=m 2 r（ N）， r=e 7 表 2动机械按用途分类 类 别 用 途 机 器 名 称 输送物料类 物料输送、给料、预防 料仓起拱、作闸门用 振动给料机；水平振动输送机；振动料斗；垂直振动输送机；仓壁振动器 选分冷却 类 筛分、选别、脱水、冷 却、干燥 振动筛；共振筛；弹簧摇床；惯性四轴摇床；重介质振动溜槽；振动离心摇床；振动离心脱水机；槽式振动冷却机；塔式振动冷却机；振动干燥机 研磨清理类 粉磨、光饰、落砂、清 理、除灰 振动球磨机；振动光饰机；振动落砂机；振动除灰机；矿车清底用振动器 成型紧实类 成型、紧实 石墨电极振动成型机； 耐火砖振动成型机； 混凝土预制件振动成型机； 振动造型机 振捣打桩类 夯土、振捣、压路、沉拔桩、挖掘、装载、凿岩 振动夯土机；插入式振捣器；附着式振捣 器；振动压路机；振动沉拔桩机；电铲振动斗齿；振动装载机；风动或液压冲击器 试验测试类 测示、试验 试验用激振器；振动试验台；动平衡试验机；振动测试仪器 其 他 振动时效等 振动时效用振动台 8 图 2常作反方向等速回转，所以当两轴上的偏心块质量及偏心距相等时，在 此，该激振器将产生一个直线的、大小变化的激振力。当轴两端的偏心块具有不同的安装相位时 （图 2还会产生定向周期 变化的激振力偶。 平面双轴式激振器激振力的产生如图 2 图 2面双轴式惯性激振器 激振力幅值 P/N 20m 2r， 最常见的为图 2常产生两种频率的激振力。 目前单轴式和双轴式惯性激振器得到了相当广泛的应用，多轴式惯性激振器仅在少数机器中应用。 线性或近似线性的非共振类惯性振动机械 该类振动机具有以下特点： 1）振动机的弹簧刚度为常数或近似于常数。 2）机器在远离共振的状态下工作，工作频率 与固有频率0之比0z，通常在 2 10范围内选取。 9 3）由于固有频率远小于工作频率，所以弹簧的刚度很小，因而，传给地基的动载荷小，振动机有良好的隔振性能。 4）振动机通常采用单质体振动系统，构造比较简单。 由于该类振动机具有结构简单、隔振良好等优点，目前在工业中应用相当广泛。 （ 1）单轴惯性振动筛 单轴惯性振动筛的筛箱通常作圆周振动或近似于圆形的椭圆运动。它通常用于选矿厂、选煤厂、水泥厂和化工厂，对各类物料进行筛分。 （ 2）振动球磨 机 振动球磨机用于物料的细磨与超细磨，其粉碎细度可达几微米。目前它在粉末冶金工厂、化工厂及其他工厂中，得到了比较广泛的应用。 （ 3）振动光饰机 振动光饰机常用来去除机械加工件、冲压件和锻铸件的毛刺和氧化皮，也可用作工件的尖边倒圆、除锈和抛光等加工。此外，这种加工方法还可以磨去刃具的虚刃，进而延长它的使用寿命。 10 表 2动机械按动力学特性分类表 振动机类型 动力学状态的 特点 常用激振器对 形式 振 动 机 名 称 线性非共振类振动机 线性或近似于线性非共振（0） 惯性激振器、风动式激振器、液压式激振器等 单轴或双轴惯性振动筛 ；自同步概率筛；自同步振动给料机；双轴振动输送机；双轴振动落砂机；单轴振动球磨机； 惯性式振动光饰机；惯性振动成型机；插入式振捣器；振动压路机；惯性式振动试验台；惯性振动冷却机 线性近共振类振动机 线性或近似于线性近共振（0） 惯性 激振器、弹性连杆式激振器、电磁激振器等 电磁振荡给料机；惯性式近共振给料机；弹性连杆式、惯性式及电磁式近共振输送 机；线性共振筛；槽式近共振冷却机； 振动炉排； 现行振动离心脱水机； 电磁式螺旋振动上料机 非线性振动机 非线性、非共振（0），或近共振（0） 惯性式激振器、弹性连杆式激振器、电磁式激振器 非线性振动给料机； 非线性振动输送机； 非线性共振筛； 弹簧摇床； 振动离心摇床； 附着式振捣器； 非线性振动离心脱水机； 振动沉拔桩机 冲击式振动机 非线性、非共振（0），或近共振（0） 惯性激振器、电磁式激振器、风动式或液压式激振器等 蛙式振动夯土机； 振动钻探机； 振动锤锻机； 冲击式电磁振动落砂机； 冲击式振动造型机； 振动夯土机（抛离式）； 风动式冲击器； 液压式冲击器 11 （ 4）插入式振捣器 单个插入式振捣器通常用于振捣小型的混凝土制件。在大型工程中，可应用多个振捣器联合工作。 （ 5）振动料斗 振动料斗将各种松散物料向受料装置给料，广泛用于各工业部门。 （ 6）单轴式惯性圆锥 破碎机 惯性圆锥破碎机应用范围广泛，除在粉末冶金工业中用于破碎金属碎屑、硬质金属切割片和粒状金属外，尤其成功的用于耐火材料及不同的建筑材料的破碎 。例如，在 金属和钢铁碎片的连续 再处理厂，每小时可破碎 200m 的粉末 50惯性破碎机粉碎造纸用的纤维半制品，比用传统的盘式墨迹效果好得多。惯性破碎机在冶金、建材、陶瓷、造纸、食品、废弃物的加工处理，以及其它许多工业部门中的道理广泛的应用。这对于 破碎作业工艺的改革、降低能耗、提高生产率都具有实际意义。 （ 7）振动压路机 振动压路机与早期使用的依靠静压的压路机相比，用于宰割做工成长引入了振动，大大地提高了工作效率。振动压路机是修建高速公路、一般道路、机场、大坝等工程中不可缺少的机械设备。 （ 1） 振动成型机 (振动台 ) 这种振动机是钢筋混凝土构件厂的主要成型机械，用于大批生产空心板、排版以及厚度不大顶梁柱构件等。 （ 2）振动筛 振动筛用于筛分一些松散得易分离的材料的部分。 （ 3）振动桩机 用于振动沉拔桩的振动桩机如图 2类机械用于将桩沉入土壤和将已 沉入土壤中的桩拔出。 （ 4）双激振器振动圆锥破碎机 这种破碎机较之单轴式振动圆锥破碎机 ，能获得粒度特性好的破碎产品。在对硬度较低的鹅卵石和硬度较高的岩石破碎试验中，给料粒度小于 40料粒度小于 30以上，小于 50以上，破碎产品为晶粒体，片状体和粉状体极少，完全达到君主制砂的要求。 （ 5）振动烘干机 振动烘干机可用于粮食、药材、食品等的烘干作业中。 （ 6）垂直振动输送机 振动输送机常用于物料的冷却与输送，每台机器的最大输送高度一般为 6输送量一般不大于 20t h。 12 性或近似线性的近共振类惯性机械 目前应用于工业中的线性近共振式惯性振动机械有振动炉排、惯性共振式给料机、惯性共振式振动输送机、惯性式共振筛等。这类振动机械具有以下特点： 1）弹性元件（弹簧）的刚度为常数或近似于常数，所以可按线性振动系统或近似于线性系统进行分析研究。 2）振动机械主振系统的频率比为0 0z ，一般为 即机器在近共振情况下工作。单隔振系统的频率比0 0z 通常仍按远超共振的状态进行选择，通常取0z 2 10。 3）由于在近共振状态下工作，所需的集镇力较小，通常为非共振类振动机所需激振力的 1/2 1/8，因而其传动部机构紧凑，尺寸小而且耐用。 4）当采用单质体振动系统时。由于缺少隔振弹簧，所以会将较大的动载荷传给地基。当采用双质体系统时，虽然可以采用隔振措施，但结构较复杂，机器重量也会相应增大。 5）近共振振动机械工作点（频率比）的调整，要比非共振类振动机械复杂一些。 13 图 2动桩机 1 底座 2 立柱 3 斜撑 4 双轴激振器 5）顶部滑轮组 线性惯性振动机械 工业用非线性惯性振动机械，可分为硬 特性非线性振动机械和软特性非线性振动机械两类。硬特性非线性振动机械的主振固有频率随振幅的增加而增大，软特性非线性振动机械地主真固有频率随振幅的增加而减小。 14 非线性振动机械具有以下特点： 1）弹性元件具有非线性的性质，即弹性力与位移的关系，并非是直线关系，弹簧刚度不是常数。 2）非线性振动机械与线性振动机械相比，具有较大的振动加速度（在频率与振幅相同的条件下），这有利于提高 机器的工艺指标。 3）硬特性非线性振动机械工作机体的振幅，比线性振动吉祥物定得多，使该种振动机械有较良好的工作性能。 4）某些软 特性非线性振动机械可以获得不对称的速度曲线，这对完成某些工艺过程（如摇床选矿）是必不可少的。 5）对非线性振动机械，可以很方便地利用增减弹簧预压量的方法（对弹性力为曲线变化的压缩弹簧），或利用调整弹簧间隙的方法（对带有间隙的非线性弹簧），来改变机器的工作点（频率比）。 非线性惯性振动机械包括：非线性惯性共振筛、非线性卧式振动离心脱水机、弹簧摇床和振动离心摇床等。前两种为硬特性非线性 共振机械，后两种为软特性非线性振动机械。 击式惯性振动机械 利用冲击振动的机械有蛙式夯土机、振动锤锻机、振动钻探机、冲击式振动落砂机、冲击式振动造型机等。冲击式振动机械是 非线性振动机械的一个特例。根据理论计算与试验都可以证明，冲击情况下物体产生的加速度，比一般线性振动机械工作的最大加速度大几倍、几十倍，甚至几百倍。因而利用冲击可以产生很大的冲击力，这对压实土壤，使物体产生塑性变形，岩石发生破坏或碎裂，促使铸件上的型砂剥落都是十分重要的 。 工机械的分类和工程应用 本次设计的 动桩锤是振 动桩机的主要组成部分，如前所述，振动桩机属于双轴式惯性振动机械，是桩工机械的一种。 建筑物的全部载荷都要通过基础传递给地基。基础大体可分直接基础、桩基础和沉箱基础。其中桩基础具有承载力大，沉积量小和施工方便等特点，被广泛应用于手工业与民用建筑、桥梁、港口、海上井台以及软地基加固等基础工程中。桩工机械是直接完成各种桩基础的施工机械，由桩锤或钻具与桩架组成。 15 工机械的分类 桩工机械按预制桩和灌注桩施工方式的分类及特点见表 2 工机械在工程技术中 的 应用 桩工振动机械主要用于 基础的夯实 、振捣与沉拔桩。利用振动可减小土壤、砂石和其他混合物的内摩擦力，可降低土壤对贯入物体（桩或管）的阻力，因而可有效地完成夯实、压路、振捣、沉拔桩等。 动锤主要用于有动力电源的各建筑工地和港口、地下铁道、桥梁、高层建筑等桩基施工工程。它是广泛适用于丘陵、平原、干填土和湖泊地区、池塘淤泥层以及各种松土基础用袋装沙井、塑料纸板等工法加固软基的设备。 动桩锤的工作原理和构成 振动桩锤是利用机械振动减少桩与土壤间的摩擦力，并依靠其自重或外加压力作用下达到沉桩的目的。振动桩锤分机械式和液压式两类，液压振动锤应用较少。 动桩锤的工作原理 振动桩锤采用机械式定向激振器。它由两根装有相同的偏心块并相向转动的轴组成，如图 2根轴上的偏心块所产生的离心力在水平方向上的分力相互抵消，而垂直方向上的分力叠加，其合力成为激振力，其方向是激振器两轴连线的垂直方向，大小周期性变化，桩在这一激振的力作用下沿其纵向轴线产生强迫振动，克服阻力而沉入土中。 16 表 2工机械的分类及特点 类型 施工方式 类 别 主 要 特 点 预制桩施工机械 打入法 柴油打桩机 施工性能好，使用方便，在预制桩施工中 使用最广泛，但有振动、噪声及油烟污染。筒式柴油桩锤的软土起动性能差 汽动打桩机 以蒸气或空气为动力，配套设备庞大，但可作为低公害、超大型的施工机械 液压打桩机 以液压为动力，冲击力可以调节，而且低公害，可以在水下打桩 振动法 振动沉拔 桩机 结构简单，使用方便，效率较高，但在紧密粘土、粉沙及卵石中效果较差 压入法 压桩机 以静压力压桩，工作时噪声低，无振动，但设备笨重 灌注桩施工机械 取土成孔法 长螺旋钻孔机 可连续切土和排土，成孔速度快，适于地下水位较低的地区施工 反循环钻孔机 将切下来的土制成泥浆后排出，适于地下水位较高地区及大直径的深基础施工 回转斗钻孔机 以伸缩钻杆连接的钻斗断续取土，在地下水位较低的地区可免去泥浆护壁 全套管钻孔机 在冲抓斗取土的同时将钢管压入土中，设备较复杂，成孔速度慢，但对地质条件的适应能力较强 挤土成孔法 与预制桩施 工机械相同 将钢管打入土中，然后边拔管边灌注混凝土。通常采用振动桩锤，一般适用于直径在 500其他施工机械 软地基处理 振冲器 以水平振动力挤压周围土体及填料，以提高地基承载力 深层搅拌桩机 就地将 软土与输入的水泥浆强制搅和，使之硬结为水泥土 粉喷搅拌桩机 就地将软土与喷入的水泥等填料强制搅和使之硬结 地下连续墙 地下连续墙钻机 以多轴钻切土，制成泥浆后排出，施工时无振动，低噪声，效率较高 地下连续墙抓斗 采用抓斗取土，泥浆护壁，在地质条件适宜时可干式取土 17 图 21 原动机 2 减振器 3 激振器 动桩锤的构成 振动桩锤主要由原动机、激振器和减震器等组成。 振动桩锤一般采用异步电动机，但要求电动机能在强烈的振动状态 下可靠的运转，其次是要有较高的起动力矩和过载能力，故应选用耐振电动机。此外，振动桩锤也有采用液压马达驱动的，可以实现无级调频。 一般激振器都采用定向机械激振器，为了适应不同类型的桩以及沉拔桩的要求，可以用改变偏心块中固定块与活动块之间的相互位置来达到调整偏心力矩的目的，调整频率可以采用改变传动比的方法来实现。 为了避免将振动桩锤产生的振动传至桩架，在吊钩与激振器之间必须减振。减振器一般由压缩弹簧组成，但也可采用减振橡胶。 18 桩原理 沉桩原理有强迫振动与土壤 共振、强迫振动与土桩系统共振、强迫振动与桩体共振以及振动冲击几种理论，它们分别是中频振动锤、高频振动锤、超高频振动锤以及振动冲击锤的设计原理。 如强迫振动与土桩系统共振理论可将 振动锤、桩和土壤的系统简化为图2示的单自由度的振动系统。以振动体静止时自然平衡位置为零点。列出振动体微分方程式后进行推导 ，并令2 ， ，可得出振动体的振幅 22 2 2 24 ( 1 )Z 式中 激振器的角频率（ 1s ） r 偏心块的偏心距（ m） n 激振体的自振圆频率（ 1s ） M 激振体的质量（ m 偏心块的总质量（ 阻尼系数 19 图 2振动体系 由此可得出： （ 1）当 Z 较大时（ 3Z ），振幅 趋近于一定值，这是设计振动锤所要求的。 （ 2）当 1Z 时（n），振幅最大，即是共振工况，这时偏心力矩不变也可使振幅增大，但不稳定。 20 第 3 章电机的选择和计算 择电动机应综合考虑的问题 1、 根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。 2、 根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁 度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定通风冷却方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般去 3、 根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。 4、 根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压级数和类型。 5、 根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速。 除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运 行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素。 根据参考文献 7中表 16161616知：振动桩锤的电动机属于带周期性变动负载的机械或启动条件沉重的无调速要求的机械，故而 采用绕线型电动机。电机外壳防护为 择电 动 机 根据振动频率和所需电机功率，并参照文献 7中表 16择 列高转差率三相异步 电动机 。该系列电动机是 Y（ 生系列， 转差率高，启动转矩大，启动电流小，机械特性软，能承受冲击载荷。电动机转子采用高电阻铝合金制造。冷却方式为 B 级绝缘。所选电动机的型号及主要参数如表 3示。 21 表 3选电动机的主要性能参数 型 号 同步转速 1500 定 功 率 75 在额定功率时 转速 1395 电 流 A 144 负载持续率 15 转差率 7 效率 86 功率因数 转 电 流 额 定 电 流 转 转 矩 额 定 转 矩 大 转 矩 额 定 转 矩 动惯量 2量 62 根据公式计算工作时电机的实际转速： 55019550 电动机转矩 （ 额定功率 5n 额定转速 480r/P 实际功率 0P=60n 实际转速 （ r/ 将数据代入公式得 1n=1116r/T= 22 第 4 章 振动桩锤的主参数计算 振动桩锤采用机械式定向激振器。它由两根装有相同的偏心块并相向转动的轴组成，两根轴上的偏心块所产生的离心力在水平方向上的分力互相抵消，而垂直方向上的分力叠加，其合力即激振力 F=2 20 式中 0m 偏心块的质量（ r 偏心块的偏心距（ m） 激振器的角频 率（ 1s ） =30 1s 离心力与垂线的交角（ ） 振力的计算 激振力 在土中沉入时，激振器的激振力 据给定的参考参数， 当 =90时，激振力幅值76数据代入公式 F=2 20 可得到 0m。 又 20M ( =A= 0 m ) 可 得 激振体质量 M =3250 23 算 实际振幅 据提供的频率选择工作土壤的类型 按照表 4给的参考振动频率值： =s ， 不难看出该振动桩锤所配套的振动打桩机的工作土壤类型是：塑性粘土及含砂粘土。 幅 A 的确定 激振器振幅是影响 桩在土中沉入的主要因素。当振幅很小时，沉入并不发生，只有当振幅超过某一定植时，才可能实现沉桩。 表 4动频率参考表 地层类型 最佳频率 1 s 含饱和水的砂石土 100 200 塑性粘土及含砂粘土 90 100 坚实粘土 70 75 含砾石的粘土 60 70 含砂的砾石土 50 60 任务书中给的振幅值是 A 际振幅的计算公式如下， 202 2 2 224 ( 1 )Z m （ 4 （2 ， ） 式中 同上 n 激振体的自振圆频率（ 1s ） M 激振体的质量（ 0m 同上 r 同上 24 阻尼系数（ 对于减振弹簧应满足减振条件： Z 3，取 Z =4，可得 n=1s 。 一个质量、 n（ n=8）个弹簧并联组成的弹簧 质量系统的固有频率 n= 8K = 0 。 又 弹簧的内阻力系数， 31 . 5 1 0 s 将数据带入此式中可得 阻尼系数 =因此 2 =以上计算所得数据代入公式 （ 4得实际计算振幅 39 . 7 1 0。 算 实际偏心力矩 激振器偏心力矩的大小对振动桩锤的性能又至关重要的影响，偏心力矩愈大，克服硬质土层的能力愈强。 计算公式 002M m 0m， m s 代入上式得 25 0 m。 率的计算 功率包括维持振动所需的功率1动桩锤的总功率 12P P P（ 4 在非共振工况时振 动所耗的功率 2 2 3
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