振動(dòng)錘的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、.wd.wd.wd. 振動(dòng)錘的設(shè)計(jì)計(jì)算振動(dòng)錘是20世紀(jì)末迅速開展起來的一種樁工機(jī)械，具有施工噪音低、可進(jìn)展沉拔樁作業(yè)、施工范圍廣等特點(diǎn)；可進(jìn)展鋼管樁、全套管灌注樁、鋼板樁、PHC樁、異型樁、薄壁筒樁(外徑8002000mm，壁厚100250mm，中心充滿地基土，現(xiàn)澆灌注而形成的混凝土筒形樁體。)等多種樁型施工。它具有施工速度快、功能多、適應(yīng)地質(zhì)廣、運(yùn)輸方便和環(huán)保等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外工程建設(shè)的眾多領(lǐng)域。一、沉樁原理沉樁原理有強(qiáng)迫振動(dòng)與土壤共振、強(qiáng)迫振動(dòng)與土樁系統(tǒng)共振、強(qiáng)迫振動(dòng)與樁體共振、振動(dòng)沖擊幾種理論，它們分別是中頻振動(dòng)錘、高頻振動(dòng)錘、超高頻振動(dòng)錘、振動(dòng)沖擊錘的設(shè)計(jì)原理。強(qiáng)迫振動(dòng)與土樁系

2、統(tǒng)共振理論可將振動(dòng)錘、樁和土壤的系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如以以下圖所示的單自由度的振動(dòng)系統(tǒng)。以振動(dòng)體靜止時(shí)自然平衡位置為零點(diǎn)，列出振動(dòng)體微分方程式：F系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為.(1)M-參振質(zhì)量c-土壤的彈性系數(shù)-阻力系數(shù)Fmax-最大激振力 最大激振力1式移項(xiàng)整理得設(shè)，上式表達(dá)為.(2)(2)的解為.(3)式3的前項(xiàng)為齊次方程的通解，其物理特征是衰減振動(dòng)，是系統(tǒng)對(duì)干擾力的瞬間響應(yīng)，很快消失。后項(xiàng)為方程的特解，其物理特征是表示系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧干擾力作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)。這樣上式可表達(dá)為當(dāng) -(4) 由以上式子看出，當(dāng)Z=1時(shí)，出現(xiàn)共振。當(dāng)Z3以上，振幅，這時(shí)振動(dòng)體的振幅不因外界條件變化而變化，也就是說，當(dāng)振動(dòng)體因此，設(shè)計(jì)

3、時(shí)應(yīng)盡可能選擇較高的振動(dòng)頻率。考慮到土壤參與振動(dòng)的影響，實(shí)際振幅小于穩(wěn)定振幅。二、激振器的設(shè)計(jì)計(jì)算激振器的主要參數(shù)為：頻率、激振頻率、偏心力矩、激振力、激振器質(zhì)量、振幅及功率。設(shè)計(jì)過程可按以下步驟進(jìn)展：根據(jù)使用目的和地層情況確定振動(dòng)器的類型、變頻、變矩的方式。選擇激振器的頻率、角頻率和振幅。初步估算激振器和鉆具的質(zhì)量。計(jì)算偏心矩。計(jì)算動(dòng)力機(jī)功率。校核激振力。計(jì)算最大拔樁力。進(jìn)展振動(dòng)錘的激振器的構(gòu)造設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況修改估算的參數(shù)。進(jìn)展零件的計(jì)算和校核，要注意校核軸的自振頻率，偏心輪軸的軸承多項(xiàng)選擇用雙列球面向心軸承，與軸承配合其外表粗糙度要到達(dá)，配合采用過渡H7/n6、N7/h6、H8/

4、n7、N8/h7配合。(一)相關(guān)參數(shù)的估算：激振力 選擇激振力時(shí)，一方面要滿足鋼護(hù)筒下沉條件的要求，即激振力F要大于各土層極限動(dòng)側(cè)摩阻力之和Tv， -(5)單位為m 飽和砂土、軟粘土為6KPa，飽和砂土、軟粘土有礫石為8KPa，塑硬性粘土為15KPa。 單位為m；另一方面，激振力F與振動(dòng)錘激振體質(zhì)量M(振動(dòng)錘、夾持器、鋼護(hù)筒三者總重量)的比值要滿足協(xié)調(diào)方程：-(6)。振動(dòng)錘沉樁抑制樁端動(dòng)阻力的估算 根據(jù)樁的類型、尺寸和土壤種類，利用以下經(jīng)歷公式估算和檢驗(yàn)該振動(dòng)錘能否抑制樁端阻力，下沉至要求的深度，換言之，即振動(dòng)體系的重量應(yīng)大于樁端動(dòng)阻力。端動(dòng)阻力： 對(duì)于粘性土，樁端動(dòng)阻力： (7) 對(duì)于砂性土

5、，樁端動(dòng)阻力： (8)振動(dòng)體系重量：(9)Rv-樁端動(dòng)阻力，N。N-樁沉入深度土層的最大標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。S-樁的橫截面面積，。e-自然對(duì)數(shù)的底。振幅 理想振幅由偏心矩除以振動(dòng)錘激振體質(zhì)量M(振動(dòng)錘、夾持器、鋼護(hù)筒三者總重量)而求得，實(shí)際工作振幅A受激振力、頻率、土壤彈性影響而改變，為了有效下沉鋼護(hù)筒，使得振動(dòng)力大于護(hù)筒周圍土壤的瞬間全部彈性力，并破壞鋼護(hù)筒周圍土壤，減少阻力。 美國(guó)ICE公司認(rèn)為：各類型的土質(zhì)對(duì)最小振幅要求有所不同。在沙質(zhì)的土壤里，用ICE振動(dòng)錘工作，最小振幅為3mm。在粘土里，最小振幅為6mm。在水下的沙質(zhì)土壤中，最小振幅為2mm就足夠了。 法國(guó)PTC公司根據(jù)30年的經(jīng)歷，用于

6、評(píng)估沉樁的最小振幅列入下表要求實(shí)際工作振幅AA0 。頻率 由表可以看出，各種地層對(duì)應(yīng)的頻率為819.1Hz，當(dāng)Z3以上，振幅假設(shè)振動(dòng)錘的振動(dòng)頻率f 60Hz時(shí)，除巖層外，其它各地層都可以沉樁。頻率f =n/60 Hz n-偏心塊轉(zhuǎn)速r/min振動(dòng)錘振動(dòng)頻率：低頻f 15Hz ，在較軟土壤，振幅15-36mm。中頻f =15-25Hz ，是強(qiáng)迫振動(dòng)與土層共振下沉的，振幅7-20mm，適用粘土層。高頻f =25-60Hz ，此類振動(dòng)加速度很大，振幅3-8mm，適宜砂土層。超高頻f 60Hz以上，用于硬土層。功率 大型振動(dòng)錘的功率都在250KW以上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電源穩(wěn)定性要求很高，通常用柴油機(jī)作為動(dòng)力源。

7、以上相關(guān)參數(shù)的估算為客戶對(duì)振動(dòng)錘的選型提供參考依據(jù)，也對(duì)設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)的最 基本的計(jì)算依據(jù)。二計(jì)算激振力-(10) (三)實(shí)例計(jì)算：例：有一管樁，外徑D=1000mm，管壁厚14mm，全長(zhǎng)21m，要沉樁20m，在其地層先沉入16m飽和砂土，然后再沉入4m硬性粘土。計(jì)算鋼管重量：計(jì)算各土層極限動(dòng)側(cè)摩阻力之和Tv：，飽和砂土、軟粘土為6KPa，飽和砂土、軟粘土有礫石為8KPa，塑硬性粘土為15KPa。 單位為m 單位為m 計(jì)算樁端動(dòng)阻力：對(duì)于粘性土，樁端動(dòng)阻力：KN選擇樁沉入深度土層的最大標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，N=40樁的橫截面面積S，。估計(jì)激振力為1600KN的振動(dòng)錘的總重量為6000kg。夾具重量為

8、250kg。吊具重量為250kg。振動(dòng)體系總重量M=7149+6000+250+250=13649kg根據(jù)要求：(振動(dòng)體系重量)( 樁端動(dòng)阻力)，符合要求。計(jì)算偏心力矩選擇工作頻率為35Hz，=235=219.9 rad/s， N的振動(dòng)錘激振器根據(jù)整理上式代入相應(yīng)數(shù)據(jù)得偏心力矩振幅的估算：根據(jù)法國(guó)PTC公司30年的經(jīng)歷，用于評(píng)估沉樁的最小振幅表，可預(yù)知選擇激振力為 N，工作頻率為35Hz的振動(dòng)錘可以將該樁在該地層激振下沉20米。計(jì)算激振力或計(jì)算樁下沉20m時(shí)的實(shí)際振幅對(duì)于振動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足減振條件：Z3，故取Z=4，可得隔振彈簧的總剛度系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇n=24個(gè)彈簧并聯(lián)組成的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)，系統(tǒng)的一個(gè)

9、彈簧剛度：下沉20m時(shí)的實(shí)際振幅最大振幅的計(jì)算如果最后設(shè)計(jì)時(shí)，得出激振器的質(zhì)量為2950kg(不含夾持器)，那么最大振幅-(11)功率的計(jì)算功率包括維持激振體振動(dòng)所需的功率N1和機(jī)械損耗的功率N2，振動(dòng)錘的總功率為 (KW) -(12)在非共振工況時(shí)振動(dòng)阻尼所消耗的功率(KW) -(13) 軸承摩擦所消耗的功率 (KW) -(14)選用3618軸承， d=90mm， D=190mm 振動(dòng)錘的總功率三、減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算減振系統(tǒng)主要有三種：鋼質(zhì)螺旋彈簧減振器、空氣組合彈簧減振器(要配有空氣壓縮機(jī))、橡膠減振器。先試選用橡膠減振器 橡膠減振器工作性能平穩(wěn)，構(gòu)造簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，而得到了最廣泛應(yīng)用

10、，為防止工作時(shí)，消耗能量轉(zhuǎn)換成熱能使溫度過高而影響隔振器的性能。橡膠隔振器不宜做得過大。采用易于散熱的措施或選用生熱較少的橡膠材料。選用丁腈橡膠NBR，它耐油、耐熱性好，阻尼大，且與金屬的粘合性也好，因?yàn)樽枘岽?，?dāng)工作頻率通過共振區(qū)時(shí)，比較安全。橡膠減振器吸收高頻振動(dòng)能力強(qiáng)，其材料的彈性模量E和G比金屬小得多，在工作量允許較大變形，常作動(dòng)力機(jī)械和工程機(jī)械的隔振器。邵氏硬度范圍H=30-70。當(dāng)H=55-70時(shí)，其彈性模量：設(shè)計(jì)時(shí)要控制硬度公差，硬度的變化范圍為35時(shí)，相應(yīng)的彈性模量的變化范圍為12%20%。具體要求請(qǐng)參看橡膠隔振器的設(shè)計(jì)。Tv=1165KN F=1600KN M=13649kg=133760N=133.76KN拔樁時(shí)，下橡膠減振器要最小要承受1600-1165-133.76=301.24KN激振力F=1600KN，設(shè)計(jì)選用丁腈橡膠彈簧共24個(gè)。單個(gè)彈簧剛度 -(15)當(dāng)最大振幅時(shí)，單個(gè)橡膠彈簧能夠承受的外力為 -(16)振動(dòng)錘工作時(shí)，施加在單個(gè)橡膠彈簧上的減振力為因此可知，設(shè)計(jì)的橡膠減振器符合要求。可根據(jù)以上計(jì)算選擇液壓馬達(dá)，進(jìn)展振動(dòng)錘的激振器、減振器的構(gòu)造設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況修改計(jì)算的參數(shù)。歡迎您的光臨，Word文檔下載后可修改編輯.雙擊可刪除頁眉頁腳.謝謝！希望您提出您珍貴的意見，你的意見是我進(jìn)步的動(dòng)力。贈(zèng)語； 1、如果我們做與不做都會(huì)有人笑，如果