慣性式振動實驗樁機的結(jié)構(gòu)設(shè)計,有三維圖和二維圖

I目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IABSTRACT 2第1章緒論 21.1課程研究的目的和意義 21.2液壓靜力壓樁機的概況 31.3振動沉拔樁機的概況 71.4我國樁機發(fā)展趨勢 111.5本課題的主要研究內(nèi)容 13第2章慣性式振動實驗樁機的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 132.1慣性式振動樁機的總體結(jié)構(gòu) 132.2新型慣性式振動樁機結(jié)構(gòu)設(shè)計的參數(shù)計算 142.3慣性式振動樁機的平面結(jié)構(gòu)圖 232.4本章小結(jié) 24第3章三維結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模 253.1Solidworks軟件介紹 253.2三維實體模型的建立及功能分析 263.3本章小結(jié) 31第4章結(jié)論 31參考文獻 33附錄1：外文翻譯 34附錄2：外文原文 41致謝 46 -PAGE48-第1章緒論1.1課程研究的目的和意義振動對我們來說既有有利的一面也有有害的一面。對于機械也是如此。振動會引起噪聲，產(chǎn)生噪聲污染，使精密儀器設(shè)施無法正常工作。振動會降低機械加工的精度，使構(gòu)件疲勞、磨損。不僅如此，振動還會消耗能量，導(dǎo)致能源的浪費。強烈的振動更是會使機械結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，嚴(yán)重則會使機械報廢無法使用。另一方面，振動也可以被利用，通過振動可以完成很多工作。振動給料機，振動輸送機，振動脫水機，振動壓路機，振動沉拔樁機等等，它們都是利用振動進行工作，使勞動生產(chǎn)率大大的提高。所以，研究振動，主要研究如何控制振動帶來的危害以及如何利用振動來高效完成一些工作?，F(xiàn)代科技飛速發(fā)展，在消振，減振，隔振等各個方面均有不同程度的研究成果，并被廣泛應(yīng)用。控制振動的研究，對促進工程建設(shè)水平的提高以及工程質(zhì)量的保證起著舉足輕重的作用。而利用振動的研究也取得了累累碩果。利用振動進行工作的機械，比如廣泛采用于工場、礦山、建筑工地的振動輸送機、振動篩、振動脫水機、振動選礦機、振動破碎機、振動成型機、振動落砂機、振動壓路機、振動沉拔樁機、振搗器等等。在這里，振動樁機廣泛被采取使用在土木建筑破土動工當(dāng)中。在土木工程建筑破土動工過程中，必須首先進行的是基礎(chǔ)施工。樁基礎(chǔ)是最為常見的基礎(chǔ)形式。樁體的制作材料已從木制逐漸發(fā)展成鋼筋混凝土制和鋼鐵制。樁基礎(chǔ)的施工方法與所用到的機械也有巨大上升空間，靠液壓產(chǎn)生的靜力將樁完全、平穩(wěn)、安靜地壓入弱化的地基，并利用振動機械系統(tǒng)來減振、隔振，這種施工方法被稱為振動壓樁法，它是一種新型的施工方法。與老式的錘擊式打樁機相比，振動壓樁機有明顯的優(yōu)勢。同時也是具有我國特色的環(huán)保型的樁工機械，常用于各大都市中心地區(qū)的沉樁工程。從這個意義上講，振動壓樁機具有明顯的環(huán)保性和高效性。因此，也具有較好的發(fā)展前景和經(jīng)濟效益。目前，振動樁機已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于基礎(chǔ)工程中各類鋼管、鋼板、水泥柱的沉入和拔出。選擇了這個課題，對自己來說有更重要的意義。1.提高了自己的學(xué)習(xí)能力。懂得了機械設(shè)計開發(fā)過程。逐步了解振動機械的運用與發(fā)展的歷史。通過振動實驗樁機來了解打樁機的結(jié)構(gòu)、原理。2.通過學(xué)習(xí)caxa，solidworks等軟件，對計算機輔助設(shè)計有了更深的體會，進一步提高自己使用軟件繪圖操作的能力。3.通過借閱有關(guān)書籍以及網(wǎng)上搜索，提高自己利用圖書館資源和數(shù)據(jù)檢索的能力。4.通過查找并翻譯外文文獻，提高自己專業(yè)外語的應(yīng)用能力。1.2液壓靜力壓樁機的概況1.2.1靜力壓樁法的介紹靜力壓樁法，通過其自身的壓樁機構(gòu)，將預(yù)制水泥樁分次壓入地基土層中成為樁基礎(chǔ)。一般都采取分段壓入之后再焊接的方法。借助專用樁架質(zhì)量、載荷重以及構(gòu)造自重，經(jīng)過壓梁、壓柱等結(jié)構(gòu)將整個樁架上的上述所有的力以滑輪組或電動油泵加壓方式加力在樁頂和樁身上，當(dāng)樁架給樁的靜壓力與樁的入土阻力達到動態(tài)平衡時，樁就會在各種力的作用下逐漸打入到土里。與錘擊式的方法對比，靜力壓樁法具有卓越的環(huán)保性。靜力壓樁適宜粘質(zhì)土、弱化土、砂層地基土等，尤其是表面土層淺的巖溶地區(qū)和泥土層深的沿岸地區(qū)更有優(yōu)勢。在沉樁過程中，樁頭部使土層產(chǎn)生剪切破壞，土的結(jié)構(gòu)被改變，使土體軟化，從而很容易的將樁體壓入土里。同時，使用靜力壓樁施工無噪聲，適宜在限制噪聲的一些市區(qū)內(nèi)作業(yè)。施工很少共振，危險房、精密儀器周圍地區(qū)及河川、地下鐵等對震動有限制的地區(qū)動工，十幾年來從廣東珠江三角洲開始由南向北得到了迅速推廣。液壓靜力壓樁機是實施靜壓樁工法的重要施工設(shè)施。這種設(shè)備施工時不存在震動、噪聲、油污等環(huán)境問題，保證施工質(zhì)量、控制成本，而且，靜力壓樁機也是具有我國特色的環(huán)保型施工器械。1.2.2液壓靜力壓樁機的種類及特點施工方法按施加力的方式分為：吊載壓力法；結(jié)構(gòu)自重法等。樁機按加力部位分為“抱壓式”和“頂壓式”（樁頂加壓打樁）兩種樁機。抱壓式液壓靜力壓樁機是用夾持機構(gòu)夾住樁身兩側(cè)，由此產(chǎn)生靜摩擦力來固定樁體的；而頂壓式液壓靜力壓樁機是從樁的頂部進行施壓，強制壓進地基之內(nèi)的。由于施壓與力的傳遞有著相異的方式，使得兩類型的樁機結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用范圍有著明顯的不一樣。其重要系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法及其配備，它對機體的的技術(shù)指標(biāo)及節(jié)能環(huán)保起重要作用。而壓樁機構(gòu)是樁機的實際出力裝置，是壓樁機的核心技術(shù)，影響樁機的壓樁性能和樁的品質(zhì)。抱壓式樁機構(gòu)成部位為壓樁系統(tǒng)和夾樁系統(tǒng)，頂壓式樁機主要由壓樁系統(tǒng)和樁帽組成。頂壓式樁機的系列中不存在用來夾樁的部位，而且一般不帶底座，多一套滑輪吊樁系統(tǒng)。常規(guī)的頂壓式壓樁機因為其結(jié)構(gòu)及工作特點，使其工作重心較高、不夠安全，并且有壓樁的力小、不能確定樁的垂直度等一系列劣勢，其應(yīng)用無法普及；而抱壓式壓樁機結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、操作容易、工作重心低、易搬運、轉(zhuǎn)場、可高效施工。所以，抱壓式壓樁機占主要位置，成為大多數(shù)工程的首選。1.2.3液壓靜力壓樁機的歷史我國的靜力壓樁機發(fā)展存在三個階段。其中，第一個階段是在1950年左右，我國沿海的某些地方開始使用靜力壓樁法進行施工。當(dāng)時的技術(shù)還很不成熟。從20世紀(jì)70年代～90年代，我國自行研發(fā)了幾款樁機，并成為系列產(chǎn)品，打進市場。其中，武漢市建筑工程機械廠的YZY系列和用中南（工業(yè)）大學(xué)智能機械研究所的專利來研發(fā)的ZYJ系列靜力壓樁機兩種樁機最為出色。本時期階段了解了這種樁機的理論基礎(chǔ)、以及動力的配備和工作系統(tǒng)問題，靜力壓樁的基礎(chǔ)功能得到了保證。但縱觀全局，其缺點還是樁機壓樁的力太小，實際用時的最大壓樁力還不到3000kN，大部分都為1600～2400kN左右；沒有其他功能，主要應(yīng)用于施工時截面尺寸為(300mm×300mm)～(400mm×400mm)的鋼骨混凝土實心樁的正常中位壓樁，單個樁的承載支撐力標(biāo)準(zhǔn)不到1400kN。而預(yù)應(yīng)力管樁和高強度預(yù)應(yīng)力管樁主要是通過錘擊設(shè)備等進行沉入作業(yè)。1990年以后，靜力壓樁機的進化到了第二階段。第二階段的代表是大噸位靜力樁機。1994年底，珠海。利用靜力壓樁機將直徑500mm的樁壓入高強度風(fēng)化巖的施工成功了，在靜壓樁施工技術(shù)的史書上記下濃密的一筆。從此，靜壓樁的實際應(yīng)用范圍也得到了擴展，也使預(yù)應(yīng)力管樁在一二線城市和住宅區(qū)內(nèi)的應(yīng)用成為可能。另一方面，也實現(xiàn)了靜力壓樁的單個樁載荷向大噸位方向發(fā)展，與此同時，市場對大噸位樁機的迫切需要，使研發(fā)要求變得更強烈；另一方面，因為施工范圍的變大，對樁機功能數(shù)量的要求也在變多，同時出現(xiàn)了工程施工中許多亟待解決的施工難題。本階段的樁機品種系列化而且數(shù)量如春筍般增多，生產(chǎn)工廠也急劇增多，目前在全國大概有30多個制造廠。目前靜力壓樁機在全國各地各個省市已得到廣泛的普遍使用，南從海南三亞，北至黑龍江大慶，東從上海，西到陜西、云南等20多個省市區(qū)。2003年，湖南某機械公司以中南大學(xué)的技術(shù)為理論依據(jù)，研發(fā)出了高性能液壓靜力壓樁機。從此，我國的靜力壓樁機進化到了第三階段，即高性能液壓靜力壓樁機時代。高性能液壓靜力壓樁機主要包括4項主要的新技術(shù)，其中，準(zhǔn)恒功率設(shè)計理論及其實施方案、邊樁、角樁的處理技術(shù)和多點均壓式管樁夾樁技術(shù)3項核心技術(shù)獲得了國家專利，是當(dāng)下靜力壓樁機在工程施工中同時滿足高效節(jié)能的要求，又能解決問題使施工質(zhì)量得到提高的核心技術(shù)。準(zhǔn)恒功率技術(shù)是，根據(jù)實際壓樁過程低阻力階段時間較長且要求有較高的壓樁速度、高阻力階段速度較低且要求有較高的壓樁力的特點和要求，利用可變流量的液壓缸，使壓樁過程低阻和高阻兩個階段的功耗相同，從而達到壓樁過程的功率穩(wěn)定不變。這樣就解決了傳統(tǒng)液壓靜力壓樁機功率利用率低、液壓系統(tǒng)可靠性及使用壽命差的問題。同時也采用了新型履帶式支架底盤，解決了傳統(tǒng)樁機在方向調(diào)轉(zhuǎn)的過程中需進行復(fù)位的問題。邊樁、角樁處理技術(shù)是指在壓樁機細(xì)長方向一端布置處理"邊樁"、"角樁"的機構(gòu)，有效實現(xiàn)了同一套裝置同時近距離處理邊樁和角樁的目的。在圓周方向均布的若干個夾樁液壓缸分上下兩層軸向布置，分別通過與之相連的錐形塊驅(qū)動對應(yīng)的鉗口同時向中心收縮對樁進行夾持，就是多點均壓式夾樁技術(shù)。正是這幾項核心技術(shù)，把我國的靜力壓樁機推上了一個新的發(fā)展高度。通過引進，消化、吸收國外先進技術(shù)，促使了我國樁工機械產(chǎn)品技術(shù)水平的不斷提高。其中我國引進國外先進技術(shù)的歷程可以總結(jié)為表1.1。表1.1全國各地引進樁機歷史時間地區(qū)引進地區(qū)引進機型198319951998年上海德國DEIMAG公司風(fēng)冷筒式柴油機日本車輛制造雙作用液壓樁錘系列和履帶底盤三支點液壓打樁架的設(shè)計制造技術(shù)油樁錘系列1984年撫順日本日立建機履帶底盤三支點液壓打樁機1986年蘭州日本建調(diào)神戶振動沉拔樁錘系列1987年黑龍江日本KEACHO公司切樁機1988年北京意大利土力公司附著式大直徑旋轉(zhuǎn)挖鉆機1994年鄭州英國BSP附著式大直徑回轉(zhuǎn)斗(短螺旋)鉆機19951998年上海日本車輛制造雙作用液壓樁錘和履帶底盤三支點液壓打樁機（新）1998年哈爾濱日本車輛制造履帶式起重機2014年上海日本技研制作所技研靜壓植樁機（通過夾住數(shù)根已經(jīng)壓入地面的樁，將其拔出阻力作為反力來打入新樁）這種從國外引進的產(chǎn)品經(jīng)過我國的研究，很多機型目前已經(jīng)可以進行復(fù)制生產(chǎn)，國產(chǎn)化率可以到90％以上。正是因為引進了國際的技術(shù)以及產(chǎn)品，加快了我國樁工機械產(chǎn)品的改良和技術(shù)水平提高。北京建筑機械化研究院與日本車輛制造公司進行了樁工機械相關(guān)多種產(chǎn)品的電腦輔助設(shè)計(CAD軟件)開發(fā)技術(shù)合作，這樣的技術(shù)合作方式也催生了我國技術(shù)人員對日本的技術(shù)以及產(chǎn)品更加全面以及深入的了解，顯著地提高了我國樁工機械計算機輔助設(shè)計開發(fā)研究能力。據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會樁工機械分會統(tǒng)計，2002年我國樁工機械產(chǎn)品實現(xiàn)銷售金額約5億元，1000余臺被賣到全國各地，到2011年我國樁工機械產(chǎn)品實現(xiàn)銷售金額80多億元，產(chǎn)品銷售量6000余臺，產(chǎn)值10年增長了近16倍，這十年我國樁工機械行業(yè)歷史上發(fā)展最快，可謂黃金時代。為滿足我國基礎(chǔ)工程建設(shè)的需求，不僅原有的樁工機械得到了快速發(fā)展、產(chǎn)量大幅高，而且開發(fā)了許多新的產(chǎn)品，如旋挖鉆機、液壓抓斗、多軸鉆機、大型柴油錘、大型振動錘、超大直徑工程鉆機、沖擊回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機、雙動力頭套管鉆機、大直徑氣動潛孔錘鑿巖鉆機等，產(chǎn)品的性能也得到大幅度提高。如今，國產(chǎn)樁工機械除極少數(shù)品種外已基本能滿足我國基礎(chǔ)施工的需要。近幾年我國樁工機械已開始出口到世界許多國家和地區(qū)。目前，從產(chǎn)值上看，我們還趕不上德國、意大利等國家，但從數(shù)量上已達到世界第一。如今，我國樁工機械行業(yè)主機和配套廠家已發(fā)展到近百家，并已形成了部屬研究院所、企業(yè)研究所、院校研究所（室）3個層次的開發(fā)科研設(shè)計力量。1.2.4傳統(tǒng)液壓靜力壓樁機的優(yōu)缺點靜力壓樁機主要優(yōu)點有：(1)低噪聲，無振動，無污染?？梢匀?4小時連續(xù)施工?？s短工期，提高效率。(2)施工速度快，場地相對整潔干凈。(3)施工中壓樁應(yīng)力較小，且不產(chǎn)生拉應(yīng)力，對樁頭基本不造成損害。雖然靜力壓樁的優(yōu)越性得到了認(rèn)可，但在施工時還是存在一些問題：施工作業(yè)時機身不夠平整導(dǎo)致樁身傾斜，夾樁機構(gòu)被破壞和樁身折斷，大噸位樁機體積過大，高速度和大噸位無法兼顧等自身存在的問題之外，還存在更致命的問題:(1)液壓系統(tǒng)功率配對與壓樁工程的實際情況不符合，支座的結(jié)構(gòu)繁瑣：一方面，由于系統(tǒng)的液壓部分采用了恒流量法，系統(tǒng)功率既要滿足流量的需要又要滿足額定壓力的要求，與實際情況相背，壓樁時，大部分為低阻力階段，所以造成了“殺雞用宰牛刀”的工作情況；而變成高阻力的時候，由于阻力大，使得壓樁的速度變低，液壓油的壓力產(chǎn)生多余并只能變成熱能的形式并發(fā)散，使整個施工過程消耗高、工作效率不高。(2)電磁閥故障率較高，嚴(yán)重影響設(shè)備的可靠性。(3)橫移回轉(zhuǎn)機構(gòu)較為復(fù)雜，且不能自動復(fù)位，人工勞動強度較大。(4)樁機回轉(zhuǎn)時短船掛軸與回轉(zhuǎn)臺之間存在的剛性擠壓，屬剛性回轉(zhuǎn)，無回轉(zhuǎn)補償功能。(5)樁機頂升行走時局部偏載嚴(yán)重，導(dǎo)致相應(yīng)頂升油缸活塞桿所受徑向載荷不均；嚴(yán)重的可導(dǎo)致頂升活塞桿產(chǎn)生彎曲變形。(6)壓樁時樁會產(chǎn)生擠土效應(yīng)，對埋入地內(nèi)的管線等造成壓迫從而導(dǎo)致事故。1.2.5液壓靜力壓樁機的前景其他的樁工機械存在一些無法解決的難題，在液壓靜力壓樁機的實際應(yīng)用中得到了解決；比如在一些市區(qū)﹑學(xué)校﹑醫(yī)院﹑文物保護地區(qū)以及周邊有危房等對振動﹑噪聲﹑污染有嚴(yán)格要求地區(qū)的地基施工，得到了較好的施工效果；靜力壓樁法利用了在壓樁施工時的直觀性，解決了由于土質(zhì)狀況復(fù)雜而產(chǎn)生的不可預(yù)見性，同時又保證了建筑設(shè)計樁基礎(chǔ)施工有足夠的承載能力，有可靠性。液壓靜力壓樁機的技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品將由重工型向功能精簡化、操作智能化方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢如下所述：(1)進一步的功能多樣化，產(chǎn)品多元化，使適應(yīng)能力加強。在厚且硬的隔層地質(zhì)條件下動工時，設(shè)計并配置專用的螺旋鉆，這樣會提高壓樁機的穿透力和對土地的適應(yīng)能力；對大型樁機配備相應(yīng)的夯實裝置，實現(xiàn)以靜壓取代強夯，壓樁最大直徑可從目前的最大600mm增大到800mm以上；(2)人工智能化操控壓樁機的開發(fā)。開發(fā)機身液壓自動調(diào)整系統(tǒng)，壓樁過程通過電腦自動記錄并進行承載力的在線測試，夾樁的力度可以自動均衡控制，實現(xiàn)產(chǎn)品的人工智能化操控；(3)異型樁夾持裝置的開發(fā)。特別是與鋼板樁、工字鋼樁、錐形樁等相適應(yīng)的夾樁機構(gòu)的開發(fā)；(4)壓樁力大、質(zhì)量輕機型產(chǎn)品的開發(fā)。特別是對于鋼板樁連續(xù)墻施工產(chǎn)品的開發(fā)將是今后靜力壓樁機發(fā)展的新領(lǐng)域；(5)適應(yīng)于北方寒冷地區(qū)氣溫低、凍土層較厚的樁機產(chǎn)品的開發(fā)；(6)產(chǎn)品向高檔次、高可靠性方向發(fā)展。1.3振動沉拔樁機的概況1.3.1振動沉拔樁機工作原理振動沉拔樁機，運用電或液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動，使樁錘沉入和拔出。它擁有平穩(wěn)、安靜、無噪聲等特點。使用費用低。適用范圍廣。和錘擊式樁機相比更加經(jīng)濟實惠，更加高效，對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)更小。振動沉拔樁機主要部分為樁錘和樁架。樁錘的核心是振動系統(tǒng)。運用液壓產(chǎn)生振動帶動樁錘沉入和拔出。而振動使周圍的地基產(chǎn)生了液化，使樁端阻力減小，工作效率升高。在樁自重或很小的應(yīng)力下沉入，在很小的應(yīng)力下拔出。振動器產(chǎn)生激振力的方法如下：振動器使用機械式振動來發(fā)生，是由兩個相同的部件組成。部件是在軸上裝偏心塊，旋轉(zhuǎn)時，兩個部件相逆轉(zhuǎn)動。同時兩根軸上的偏心塊產(chǎn)生了可變離心力，這種力在水平方向上的分力可以互相消化，而其垂直方向上的分力則被加強。1.3.2振動沉拔樁機的類型按振動頻率分為低、中、高和超高頻等四種型式；按作用原理分為振動式和振動沖擊式兩種；按動力裝置與振動器連接方式分為剛性式和柔軟性式兩種。按動力源分為電動式和液壓式兩種。(1)電動式振動沉拔樁機電動式振動沉拔樁機是使用電動機振動器產(chǎn)生振動，夾樁器與振動器聯(lián)成一體，振動就這樣傳給了樁體，樁體便產(chǎn)生了振動。因為樁體四圈的地質(zhì)由于受到了振動，摩擦阻力大大減少，樁就在振動沉樁機的應(yīng)力和自重作用下沉入土中。在拔樁時，振動同樣使拔樁的阻力明顯變小，只需要用很小的力就能把樁從土里拔出。電動式振動沉拔樁機的主要組成部分有振動器、夾樁器、電動機等。如果電動機與振動器采用了剛性連接，稱為剛性振動錘。電動機與振動器之間如果配有減震彈簧則稱為柔性振動錘。振動器的偏心塊可以用電動機作為原動力并以皮帶傳動。振動頻率可改變，以適應(yīng)不同土質(zhì)上打不同材質(zhì)的樁對激振力的各種要求。夾樁器用來連結(jié)樁與樁錘，分液壓式、氣壓式、手動（杠桿或液壓）式和直接（銷接或圓錐）式等不同的形式。振動沖擊式振動樁錘的沉樁依靠振動以及沖擊。振動器與沖擊板中間連著彈簧。兩塊偏心塊被電動機帶動，同時逆向旋轉(zhuǎn)，在振動器不斷產(chǎn)生垂直方向振動的同時，給予凸塊高頻率的一連串的沖擊，使得樁體迅速下沉。這種振動沖擊式樁錘，具有很大的振幅和很強的沖擊力，能源消耗也不多，適合被用來在粘性土壤或堅硬的石堆上打樁。其缺點是沖擊時產(chǎn)生噪聲污染，電動機持續(xù)受到?jīng)_擊作用而易損壞。(2)液壓式振動沉拔樁機液壓式振動沉拔樁機的原動力采用液壓馬達驅(qū)動。液壓馬達驅(qū)動能無級調(diào)節(jié)振動頻率，同時還具備了幾乎其他沉拔樁設(shè)備的所有優(yōu)點。如無震感或低震感，無水氣產(chǎn)生，高效，造價低等等。與此同時，液壓式振動樁機還具備其自身的特點，對于不同的地質(zhì)以及樁型可以調(diào)節(jié)自身的頻率和振幅，從而提高了工效。自身的高頻率使樁錘擁有更強的穿透性。同時樁機的振幅可以在工作時隨時調(diào)節(jié)，保證了樁身不受損壞，也對環(huán)境造成的負(fù)荷更小。適用的地質(zhì)廣泛甚至可以進行水下作業(yè)。目前，國外對于液壓式振動樁機的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，而國內(nèi)使用液壓式振動樁機的企業(yè)屈指可數(shù)。振動樁機尤其是液壓式振動樁機相比靜力壓樁機表現(xiàn)出其出色的性能，有逐漸取代的趨勢。故振動樁機的普及與我國機械設(shè)備的發(fā)展是息息相關(guān)的。1.3.3振動沉拔樁機的歷史振動樁機是隨著振動機械的發(fā)展而出現(xiàn)的。兩位日本工作者曾經(jīng)做過機械振動實驗，在載荷板上安裝激振器，載荷板在一定的振動頻率以及振幅下會沉入土壤。這就是振動下土壤的液化現(xiàn)象。即振動使微小顆粒之間的摩擦阻力變小。而最先將這一現(xiàn)象應(yīng)用到建筑工程里的是俄國。根據(jù)這個原理制造出了最早的振動樁機。各國振動沉拔樁機的發(fā)展如下表所示：表1.2各國振動樁機發(fā)展史國家機種背景發(fā)展缺點以及問題日本前蘇聯(lián)進口七十臺BII－1型施工現(xiàn)場急需對日本振動打樁機的生產(chǎn)以及推廣產(chǎn)生了刺激。由于柴油打樁機在堅硬的地層中打樁具有很大的打擊力，顯示了它的優(yōu)越性，因此在日本的打樁工程中占據(jù)了主導(dǎo)地位打樁性能會被土質(zhì)條件影響，軟地基打樁速度稍快，但在較硬或較粘土質(zhì)時，阻尼會偏大，速度遲緩或者不能打入，因此出現(xiàn)了振動沖壓式打樁機和振動噴水共同施工日本建調(diào)，日平產(chǎn)業(yè)，三菱重工，豐田機械等生產(chǎn)因為污染問題，柴油機被禁用隨著振動打樁機承擔(dān)的打樁任務(wù)日益廣泛，打樁的地質(zhì)條件更加復(fù)雜促進了振動打樁機向大型高效能的機種方向發(fā)展日本技研制作所革命性新型的工程機械設(shè)備通過夾住數(shù)根已經(jīng)壓入地面的完成樁，將其拔出阻力作為反力，利用靜載荷將下一根樁壓入地層，在全球范圍內(nèi)首次成功地將這一獨創(chuàng)的樁基施工原理付諸于實際工程應(yīng)用，創(chuàng)造了小型化樁工機械同樣可以發(fā)揮出強大樁基工程作業(yè)能力的奇跡。德國高頻振動（25～50Hz）緊隨前蘇聯(lián)發(fā)展采用與蘇聯(lián)不同的類型，低頻具有較好的貫入效果對周圍建筑物產(chǎn)生不良的影響米勒，申克等廠家生產(chǎn)改良至頻率30～50Hz對建筑物的影響很小，而且產(chǎn)品頻率可以根據(jù)需要自主調(diào)整。美國及歐洲國家蒸汽打樁機、氣動打樁機和鉆孔機械在基礎(chǔ)施工中被廣泛采用振動打樁機基本被用來拔樁工程空氣污染問題嚴(yán)重我國蘇制BII:型當(dāng)時激振力最大20世紀(jì)60年代，為南京長江大橋。3.6m預(yù)應(yīng)力混凝土管樁下沉，又研制了大型振動樁錘中250型，激振力可達2500KN。國內(nèi)振動樁錘的研制工作基本停步不前DZJ系列振動樁錘石油工程及橋梁工程的需要，北京建研與浙江振中機械廠聯(lián)合研制最大激振力己達1800KN，電機功率為240KW。采用了偏心力矩液壓調(diào)整裝置，起動力矩為零，特殊啟動方式對電網(wǎng)沖擊小。各國使用振動打樁機的情況，在很大程度上取決于各自的地質(zhì)條件。由于“公害”的因素使人們對振動打樁機有了新的評價，促進了振動打樁機的發(fā)展，以便適應(yīng)在各種土壤上打樁的需要。隨著各種工業(yè)設(shè)備的大型化，以及最大限度的利用占地面積和改良軟弱地層的趨向，均為振動打樁機向大型化和高效能化的方向發(fā)展，開辟了新的前景。國外振動樁錘主要向液壓振動樁錘的方向發(fā)展。自70年代中期，美國MKT公司首次在世界上研制成功第一臺液壓式振動樁錘以來，便受到建筑界的重視并得以迅速發(fā)展，發(fā)達國家己普遍推廣使用液壓式振動樁錘。目前國際上的生產(chǎn)廠家多為大型專業(yè)公司，如德國的MGF、KRUPP、PVE、MFNCK公司，美國的MKT、ICE公司，日本的日平公司等。KRUPP公司生產(chǎn)的高頻無級調(diào)幅樁錘激振力可達400到4000KN。1.3.4振動沉拔樁機的應(yīng)用振動沉樁機可以利用機械的振動力使土壤顆粒發(fā)生運動，有效的減少了土與樁表面之間的摩擦阻力，使樁在應(yīng)力及自重的作用下被打入下沉。振動沉樁機的構(gòu)成并不復(fù)雜、不多的輔助設(shè)備、更高的工作效率、不重的重量、相對小的體積、對樁頭的作用力均勻從而使樁頭很難損壞等特點使其受到了注目。同時，振動樁機還可以用來拔樁，因此在工程中已得到廣泛的利用。橋梁工程中已廣泛采用振動沉樁法施工來解決板樁、鋼管樁、鋼筋混凝土樁和管樁的施工問題。振動沉樁工作效率決定于振幅，離心力和靜壓力，振幅是決定沉樁速度的主要因素，理想的振幅是10～20mm。過大的振幅不但消耗動力多，而且機械工作不平穩(wěn)。沉樁作業(yè)時，作用在樁身單位斷面積上的靜壓力對樁的下沉也有很大的影響，只有當(dāng)靜壓力（包括樁的自重）超過某值時才發(fā)現(xiàn)沉樁現(xiàn)象，振動沉樁機必須有足夠的重量，必要時還應(yīng)附加配重。1.3.5施工工藝流程測量定位→樁機就位→吊樁插樁→樁身對中調(diào)直→靜壓沉樁→接樁→再靜壓沉樁→送樁→終止壓樁→切割樁頭1.3.6振動沉拔樁機的發(fā)展趨勢與國內(nèi)生產(chǎn)的振動沉拔樁機相比，國外發(fā)達國家振動沉拔樁機有以下幾個方面的特點，也代表了當(dāng)今振動沉拔樁機發(fā)展的方向：(1)液壓驅(qū)動高頻振動錘的日益普及由于電機驅(qū)動的振動錘存在著激振頻率調(diào)整不便以及電機使用壽命短，體積大等缺點，限制了電動振動錘的發(fā)展，同時隨著人們環(huán)保意識的增強及城市對噪音、振動的限制，使振動樁錘向高頻化方向發(fā)展。目前國外振動樁錘廣泛使用的激振頻率在40Hz左右。(2)無級遙控調(diào)頻，調(diào)幅技術(shù)的應(yīng)用由于地質(zhì)條件復(fù)雜多變，為了提高施工效率，要求振動錘能夠方便地調(diào)整激振頻率和振幅，以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，達到最佳施工效率。國外液壓振動樁錘大多可通過遙控對振動頻率進行無級調(diào)節(jié)，有時還可對振幅進行遙控調(diào)節(jié)。同時為了盡量避免噪聲，研究開發(fā)并實現(xiàn)無振動啟動停止。(3)履帶式樁架的普遍應(yīng)用履帶式樁架具有移動、轉(zhuǎn)向方便，樁位調(diào)整快，施工效率高等優(yōu)點，在各種樁架中已成為使用最普遍的樁架；有些樁架還采用了一些新結(jié)構(gòu)，如立柱可以伸縮以便于樁架高度的調(diào)整和運輸；立柱可在水平面內(nèi)180度旋轉(zhuǎn)，在豎直面內(nèi)可前后、左右傾斜一定角度以便調(diào)整樁的垂直度并可以打斜樁。(4)智能化電子監(jiān)控及記錄裝置可顯示沉拔樁時的油壓、頻率、振幅和實際沉樁深度等數(shù)據(jù)。以便根據(jù)實際情況選擇合理的振動參數(shù)。從而達成更智能化的應(yīng)用。1.4我國樁機發(fā)展趨勢近年來我國將樁工的施工機械與施工工法進行合二為一的同化,開發(fā)并研制了一批新產(chǎn)品并實現(xiàn)了系列化,取得了一定的技術(shù)進步。(1)積極使用并引進液壓傳動、機械振動、變頻、變幅等國內(nèi)外的技術(shù),履帶式底座三個支點的打樁架、液壓振動樁錘、步履式樁架、靜力壓樁機、部分型號的底盤式鉆機等均采用全液壓傳動,產(chǎn)品技術(shù)水平提升了一個等級。(2)使用新原理、新結(jié)構(gòu)研發(fā)了一系列根據(jù)我國自己的土質(zhì)特點而定制的樁工機械,如全液壓靜力壓樁機就是立足于我國的偏軟土質(zhì)、減少公害而研制的有我國自己特點的新產(chǎn)品,目前得到廣泛應(yīng)用。(3)十幾年以來,國內(nèi)的部分企業(yè)分別以申請許可方式和技術(shù)貿(mào)易結(jié)合形式從歐洲以及日本等發(fā)達國家引進新技術(shù),經(jīng)自己的研究與試驗，目前已可以批量的出產(chǎn),國產(chǎn)化率一般達到60%以上,其中振動樁錘、柴油打樁機已達到90%以上,如發(fā)動機、液壓件部分等關(guān)鍵部位一般都是從國外進口，最后在國內(nèi)組裝成機。通過引進國外先進的技術(shù)，洋為中用，促進了樁工機械產(chǎn)品技術(shù)水平的一再攀升,引進產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)化也促進了樁工機械產(chǎn)品的不斷改進和生產(chǎn)水平的提高。雖然大多樁工機械產(chǎn)品已經(jīng)達到了發(fā)達國家80年代末的標(biāo)準(zhǔn),可是全行業(yè)的技術(shù)水平以及生產(chǎn)出的成品與國外仍存在很大差距,如產(chǎn)品種類、型號不多,無法很好地滿足使用者施工的需要;產(chǎn)品技術(shù)的嚴(yán)密性、質(zhì)量的可靠性、加工的精細(xì)度還不夠好。不重視配件的供應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)品使用維修不方便。自行設(shè)計開發(fā)的少、山寨的多,小作坊產(chǎn)量低、產(chǎn)值超過億元的寥寥無幾,大部分企業(yè)產(chǎn)值徘徊在500~4000萬元。由于樁工機械的作用其它機械無法替代,因而越來越受到廠家和用戶的重視,為了更廣泛地推廣使用,建議樁工機械應(yīng)向以下幾個方面發(fā)展：a)發(fā)展多功能樁工機械產(chǎn)品產(chǎn)品的設(shè)計應(yīng)多創(chuàng)新,設(shè)計出多功能的產(chǎn)品,舍棄并停產(chǎn)體積大、消耗大的被淘汰產(chǎn)品。改進方法可以在鉆孔的機械上加多個鉆頭，就是在同一桁架下有一對或多個回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤,可以用來給堤防加固。設(shè)計使用組合式鉆機,可以在樁架上部安裝振動錘、螺旋鉆、沖抓爪、沉拔管等各種夾持設(shè)備,對不同地質(zhì)對癥下藥，分別進行鉆孔、擴孔、沉拔、沖抓等作業(yè)。b)發(fā)展小型大功率的樁工機械西部地區(qū)天氣差、人口少、地形雜,有鹽堿地也有永久的凍土,交通運輸困難、水少氧氣稀薄。所以應(yīng)盡量使用一些小型大功率、方便搬運、節(jié)水節(jié)能的機械來用于基礎(chǔ)工程施工。c)采用先進的機電一體化技術(shù)使用電腦進行監(jiān)控和問題診斷,讓實際操作者在動工時隨時了解地下的情況,可以讓機械正常的工作。較軟的地基改進以及加固使用施工管理系統(tǒng),在地下的噴漿攪拌時,粉和漿的運輸、攪拌葉片的回轉(zhuǎn)和切入使用全自動控制。孔的長度、垂直度測試以及平衡管理也應(yīng)該進行自動調(diào)控。d)發(fā)展低公害施工技術(shù)環(huán)境保護是當(dāng)今重要課題,霧霾問題使人們不得不把環(huán)?？紤]到施工環(huán)節(jié)中。清潔的樁工機械注定會受到使用者的追捧。液壓振動樁錘、液壓靜力壓樁機因其噪聲低、振動小在城區(qū)施工中有了很多固定使用者。通過泥漿護壁法來鉆沖孔來打樁的方法被廣泛地使用在地下水位較高的粘土和軟土層。但是，使用泥漿會使動工現(xiàn)場過于骯臟,淤泥的后處理也讓施工者難堪。而鉆斗鉆成孔法打樁由于取干土來工作并且使用的穩(wěn)定液用專用的罐來保存,施工相對整潔,在日本建筑業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)是泥漿護壁法的主要樁型。而國內(nèi)的使用也越來越多。貝諾特灌注樁，即環(huán)保又沒有噪聲、振動小、不存在泥漿污染以及處理,在國內(nèi)國外已得到廣泛使用。我國香港地區(qū)使用此類樁型的工程約占45%,昆明、溫州及北京地區(qū)等施工也已采用此類樁型,但配合此施工方法的系列機型國內(nèi)還沒有自己生產(chǎn)。為了提升我國樁工機械在21世紀(jì)初的競爭力,必須建立適合我國國情的產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、營銷、服務(wù)全過程的智能體系,大力引進國外先進技術(shù),合資合作生產(chǎn),充分利用計算機輔助設(shè)計,加強基礎(chǔ)配套件的研究開發(fā)體系,使打樁機系列產(chǎn)品水平上取得飛躍的進步用來滿足基礎(chǔ)施工越來越多的需要。1.5本課題的主要研究內(nèi)容(1)掌握慣性式振動樁機的工作原理，進行結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計。以慣性式振動樁機為研究重點對象，充分理解樁機的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上構(gòu)想樁機試驗臺模型。設(shè)計整體結(jié)構(gòu)布局，計算各個零部件的尺寸，進一步確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，并利用caxa軟件繪制基本平面圖，在平面圖中查找結(jié)構(gòu)布局不合理及零件尺寸不準(zhǔn)確的地方，進而逐步修改結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，在滿足基本功能的前提下，實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計空間上的優(yōu)化。(2)對振動壓樁機進行三維實體建模利用三維制圖軟件solidworks繪制慣性式振動實驗樁機的基本零件圖，并進行各個機構(gòu)部件的裝配，最終組成樁機的裝配圖，并進行檢查，使結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，再次修改結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)便于加工制造。第2章慣性式振動實驗樁機的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計2.1慣性式振動樁機的總體結(jié)構(gòu)本課題中進行分析設(shè)計的慣性式振動實驗樁機由四部分構(gòu)成。分別是樁機的底座、夾樁機構(gòu)、壓樁錘、偏心激振系統(tǒng)（隔振系統(tǒng)）。其中夾樁機構(gòu)使用了抱壓式的夾樁方法：在樁的四個側(cè)面通過液壓缸桿的壓力來產(chǎn)生很大的靜摩擦力，使其在壓樁工作時可以將樁壓緊，使運動更加平穩(wěn)。壓樁機構(gòu)是由四個倒置的存在壓力油的液壓缸機構(gòu)組成，液壓缸伸出液壓缸桿，連結(jié)了夾樁機構(gòu)，用來傳遞力以及運動。激振系統(tǒng)則使用雙軸式慣性激振的方式，使兩軸上的偏心塊質(zhì)量以及偏心距一致，使用電動機給力，相向轉(zhuǎn)動。兩軸產(chǎn)生的離心力在水平方向上的分力消失，在垂直方向上的分力互相加強，激振器就會產(chǎn)生一個豎直的上下變化的激振力，使樁機產(chǎn)生豎直方向的振動。激振系統(tǒng)采用兩對一共四個偏心塊，每一對的兩個偏心塊由一組螺栓進行連接，并可以調(diào)節(jié)角度。通過調(diào)整偏心塊的角度大小，從而達到不同的激振效果，適用于不同的壓樁環(huán)境?？傮w的構(gòu)造如圖2.1所示：圖2.1慣性式振動樁機結(jié)構(gòu)圖2.2新型慣性式振動樁機結(jié)構(gòu)設(shè)計的參數(shù)計算2.2.1方案確定靜壓8000N，動壓6000N。壓樁力通過4個液壓缸傳遞給夾樁機構(gòu)，夾樁機構(gòu)通過四個液壓缸實現(xiàn)對樁的夾緊和松開。壓樁機構(gòu)和夾樁機構(gòu)放置在底座上，底座分上下兩層，兩層中間由4根隔振彈簧減小傳給基礎(chǔ)的振動。2.2.2參數(shù)計算(1)隔振系統(tǒng)數(shù)據(jù)計算及電機的選擇①選取振動系統(tǒng)的頻率選振動系統(tǒng)的頻率比：z=4QUOTE取振動機的振動頻率為：f=10HzQUOTE所以：QUOTEω=2πf=62.8Hz(2.1②選擇偏心塊振幅，計算機體質(zhì)量初選偏心塊振幅為：QUOTEr=3.5mm=0.0035m由于激振力大?。篞UOTE

p=mω2r所以機體總質(zhì)量：QUOTEm=③計算隔振彈簧剛度隔振彈簧剛度為:QUOTEk式中m為機體的總質(zhì)量。采用4根彈簧，每個彈簧的剛度為:QUOTE

k=k04=26805.8N/m(2.4)隔振彈簧的阻尼系數(shù)：f=0.1mω=0.1×435×62.8=2731.8kg/s(2.5)QUOTE④偏心塊的外形尺寸隔振系統(tǒng)使用了兩對偏心塊的形式，而每對又由兩個形狀相同，成一定角度的偏心塊組成，通過調(diào)節(jié)兩個偏心塊的角度，可以達到控制偏心質(zhì)量矩及振幅的目的。選擇偏心塊質(zhì)量為總質(zhì)量的1/10，即約為43.5kg。偏心塊的外形設(shè)計如下圖所示：圖2.2偏心塊的形狀示意圖半圓形偏心塊有4個尺寸參數(shù)：半徑QUOTE，半徑QUOTE,軸頸QUOTE,厚度QUOTE。選取R=0.12mQUOTE，R1=0.04mQUOTE，d=0.03mQUOTE可得出偏心塊的面積為：S=π2R2+偏心塊材質(zhì)密度為：QUOTEd0因為共有四個偏心塊，所以每個偏心塊質(zhì)量為QUOTEm=又因為QUOTEm=shd0得到：QUOTEh=⑤所需功率和電機的選擇通過電機啟動時的情況來挑選激振器的電機，就是電機的轉(zhuǎn)速從0達到實際工作時的轉(zhuǎn)速所需要的時間。如果電機啟動時的力矩偏小，就帶不動偏心塊轉(zhuǎn)動二分之一圈；如果啟動力矩夠大但電機額定功率不夠，則電機無法滿足額定轉(zhuǎn)速。在這里可以將電動機及偏心塊質(zhì)量視為一個系統(tǒng)，建立動力學(xué)方程，并對方程進行求解得到數(shù)據(jù)。通過對啟動過程進行分析，來確定激振器電機的參數(shù)，以減少電機與偏心塊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量?？墒箚舆^程變短，啟動變易。取u為效率0.95，則振動阻尼消耗的功率：QUOTEN取QUOTEfz為軸與軸承間的摩擦系數(shù)0.007，d為軸頸直徑；可得軸承摩擦所耗功率:QUOTEN由此可知每個電動機所需功率為：N參照電機產(chǎn)品中選擇Y系列（IP44）三相異步電動機，其型號為Y801-2其主要的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定功率：0.75Kw；轉(zhuǎn)速：2825r/min；電流：1.8A；效率：75%；功率因數(shù)：0.84。(2)液壓缸的設(shè)計和液壓泵的選擇四個液壓缸平均地承載靜壓樁力，靜力壓樁的壓樁力為8000N。所以每個液壓缸活塞承受的壓力為：QUOTEF=設(shè)計液壓缸內(nèi)徑為QUOTEd1=0.03m則活塞面積為：QUOTES油壓為：P壓樁沉壓速度，即液壓油的流速為：v=10mm/s=0.6m/min,故四個液壓缸總的液壓油流量為：q=4×1000×QUOTE選用單作用葉片泵，型號為YB1-2.5,技術(shù)參數(shù)如下：流量：2.5L/min；額定壓力：6.3MPa；轉(zhuǎn)速：1450r/min；容積效率QUOTE:ηv≥0.80；總效率QUOTE:η≥0.80；傳動功率：0.6kW；重量：5.3kg。確定液壓泵的驅(qū)動功率：在工作系統(tǒng)循環(huán)過程中，必要的驅(qū)動功率按照最大的壓力和液壓油的流量來得出。字母：QUOTEpp—液壓泵的最大工作壓力；QUOTEqvp—液壓泵的最大流量；QUOTEηp—液壓泵的總效率，在此取ηp=0.8QUOTE。由公式可得：QUOTEP=參照電機產(chǎn)品，選擇Y系列（IP44）封閉式三相異步電動機，型號為Y802-2。主要的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定功率：1.1kW；電流：2.5A；轉(zhuǎn)速：2825r/min；效率：75%；功率因數(shù)：0.86。(3)隔振彈簧的計算①選擇彈簧材料金屬螺旋彈簧的材料為QUOTE60Si2Mn,其材料的剪切應(yīng)力為QUOTEτ=300N/mm，金屬螺旋彈簧剪切彈性模數(shù)為QUOTEG=80000N/mm。②隔振彈簧的剛度在之前的計算中，已經(jīng)求得了：隔振彈簧的總剛度：QUOTEk0=1z式中m為機體的總質(zhì)量。采用4根彈簧，每個彈簧的剛度為:QUOTEk=k04=26805.8N/m隔振彈簧的阻尼系數(shù)：QUOTEf=0.1mω=0.1×435×62.8=2731.8kg/s初選偏心塊振幅為：QUOTEr=3.5mm=0.0035m振動機的振動頻率為：QUOTEω=2πf=62.8Hz③計算彈簧徑絲d作用于彈簧上的最小載荷為：F作用于彈簧上的工作載荷為：F作用于彈簧上的最大載荷為：F彈簧的直徑按下式計算：d≥1.6式中C為彈簧指數(shù)，取C=9；K為曲度系數(shù)，取QUOTE

K=4C-14C-3=4×9-14×9-3=1.06

查機械設(shè)計手冊，按照優(yōu)先選彈簧直徑：QUOTEd=10mm彈簧中徑：QUOTED=Cd=9×10=90mm彈簧內(nèi)徑：QUOTED1=D-d=90-10=80mm彈簧外徑：QUOTED2=D+d=90+10=100mm④彈簧圈數(shù)的計算壓縮彈簧的工作圈數(shù)為：n=壓縮彈簧總?cè)?shù)為：QUOTEn⑤彈簧節(jié)距的計算彈簧節(jié)距的計算公式:QUOTEt=d+δ;其中δQUOTE為間距。但一般按QUOTEt≈(13~12)D計算。故取彈簧節(jié)距t=⑥彈簧自由高度H的計算彈簧兩頭夾緊并磨平，則自由高度為：H=nδ+⑦彈簧穩(wěn)定性的計算b=所以兩端固定，彈簧穩(wěn)定。⑧彈簧絲的展開長度L的計算彈簧螺旋角：QUOTEα=arctan彈簧單圈展開長度：QUOTEl=彈簧絲的展開長度為：QUOTEL=l×⑨載荷作用下彈簧變形量工作載荷下彈簧變形量為：f極限載荷下彈簧的變形量為：f⑩彈簧的靜變形量安裝4個彈簧時，其靜變形量為：δ2.2.3零部件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計根據(jù)參數(shù)計算中得到的樁機總質(zhì)量，將其適當(dāng)?shù)胤峙涞礁鱾€零部件。下面給出主要零部件的結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計。(1)導(dǎo)軌導(dǎo)軌為長方體實體結(jié)構(gòu)，共4根，參數(shù)如下：導(dǎo)軌外徑：80m;導(dǎo)軌內(nèi)徑：70mm;導(dǎo)軌長度：700mm；質(zhì)量為：QUOTEm=4Vρ=4×(2)底板上底板面積：600mm×600mm；上底板厚度：QUOTE15mm；下底板面積：1000mm×1000mm；下底板厚度：QUOTE15mm；底板中間用于樁體通過的正方形面積：120mm×120mmQUOTE；底板總質(zhì)量：m=155.75kg(2.34)(3)靜力液壓缸靜力液壓缸共4個，參數(shù)如下：液壓缸外徑：50mm；液壓缸內(nèi)徑：30mm；液壓缸長度：500mm；靜力液壓缸總質(zhì)量：m(4)活塞桿外徑：25mm；長度：600mm；活塞桿總質(zhì)量：QUOTEm(5)夾緊裝置包括兩部分：和導(dǎo)軌相連的平板，以及支撐固定夾緊液壓缸的立式夾板。平板設(shè)計：長度：600mm；寬度：600mm；厚度：15mm；平板中間用于樁來通過的正方形面積：120mm×120mmQUOTE；質(zhì)量：m立式夾板（4面）：寬度：150mm；厚度：15mm；高：220mm；質(zhì)量：m(6)偏心塊偏心塊共有4塊，形狀及尺寸大小都已經(jīng)過計算得出：QUOTER=0.12m,QUOTER1=0.04m,QUOTEd=0.03m,厚度QUOTEh=0.0571m;四個偏心塊質(zhì)量：43.5kg(7)激振系統(tǒng)的電機根據(jù)振動阻尼及軸承摩擦消耗的功率，參照電機產(chǎn)品，選擇Y系列（IP44）三相異步電動機，其主要的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：型號：Y801-2；額定功率：0.75kW；轉(zhuǎn)速：2825r/min；電流：1.8A；效率：75%；功率因數(shù)：0.84；質(zhì)量：16kg。2.3慣性式振動樁機的平面結(jié)構(gòu)圖主要利用caxa制圖軟件對樁機裝配圖及零件圖進行繪制，如下圖所示：圖2.3慣性式振動樁機主視圖圖2.5偏心塊零件圖圖2.6軸零件圖2.4本章小結(jié)通過對慣性式振動樁機工作原理與結(jié)構(gòu)的分析、研究，對各個零部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)計算。利用caxa制圖軟件進行了樁機裝配圖、零件圖的繪制，并在繪圖過程中，對樁機的各項數(shù)值以及零件布局從整體上進行了初步優(yōu)化，為以后的三維實體模型的建立打下良好的基礎(chǔ)。第3章三維結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模3.1Solidworks軟件介紹3.1.1Solidworks軟件概述SolidWorks是DassaultSystemsS.A.公司里面的SolidWorks分社出品的，運行環(huán)境為Windows操作系統(tǒng)下的可視化三維機械制圖軟件。SolidWorks是頂尖的三維機械制圖軟件之一：2011年第二季度之前，全世界大概有150多萬的工程師，設(shè)計師和約15萬家公司在使用SolidWorks來制圖。2010年其總收入達到4.17億美元。本軟件已被使用在商品、模型和運動仿真以及設(shè)計中。工作人員使用本軟件的批量零件設(shè)計功能來建立零件標(biāo)準(zhǔn)件庫、系列零件產(chǎn)品庫等。另外，還能使用此軟件繪制三維圖形，同時高效高質(zhì)量地生成2D平面圖，給使用者理解以及應(yīng)用帶來了極大的便利。3.1.2Solidworks軟件的特點Solidworks軟件具有強大的功能，龐大的組件數(shù)量。Solidworks有三個特點，功能強大、簡單易上手和技術(shù)創(chuàng)新這三個特點。SolidWorks就這樣變成了業(yè)界頂尖的、主流的3D工程制圖首選軟件。SolidWorks可以提供幾種設(shè)計草案、并隨時檢查以減少在設(shè)計過程中的疏忽用來提升產(chǎn)品質(zhì)量。雖然SolidWorks具有如此強大的功能，但是對于每個接觸他的工程師和設(shè)計者，甚至學(xué)生來說，都是簡單易上手的。說一句不夸張的話，只要可以使用Windows操作系統(tǒng)的用戶，應(yīng)該就可以使用SolidWorks來進行繪圖設(shè)計了。SolidWorks具有原創(chuàng)的拖拽功能，這樣用戶會在相對短的時間內(nèi)完成大量的裝配設(shè)計。SolidWorks使用的資源管理器和Windows自帶的資源管理器基本一致，用它可以很容易的處理已經(jīng)制作好的CAD文件。使用SolidWorks，用戶在完成相同的工作量的情況下會用更少的時間，能夠更高效的設(shè)計，讓高質(zhì)量高完成度的新品面世。在目前已經(jīng)問世的三維機械制圖軟件之中，SolidWorks是操作方法使用過程比較簡潔而簡單易用的軟件之一。在強大的設(shè)計功能和簡單的操作方法（比如與Windows系統(tǒng)相一致的拖拽、點擊、復(fù)制粘貼等）幫助之下，采用SolidWorks，整個被拿出來的產(chǎn)品是可完全可以編輯更改的，零件從設(shè)計到裝配到機械出圖，是緊密銜接的。3.1.3Solidworks軟件的應(yīng)用(1)在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域Solidworks具有功能多樣等優(yōu)點，使得其在當(dāng)今的機械工業(yè)設(shè)計中引領(lǐng)時尚新潮流，大家普遍都使用本軟件進行工作。平時所謂的工業(yè)設(shè)計，指的就是機械造型設(shè)計和機械工程設(shè)計，完全被分割開來的兩步。當(dāng)今單論造型設(shè)計，普遍都采用Photoshop等造型設(shè)計用的軟件來做，之后用AUTOCAD、ProE等機械專業(yè)的設(shè)計軟件來做機械圖，并出圖。由于兩類不同類型的軟件之間相互存在格式轉(zhuǎn)換麻煩的缺點，設(shè)計思路與過程被硬生生的一分為二。這樣，不論對設(shè)計產(chǎn)品來說還是對體現(xiàn)理念來說都存在一定的不足。而在用了Solidworks軟件以后，藝術(shù)造型設(shè)計和機械工程設(shè)計二者都能在同一個軟件中來做好，高效率高質(zhì)量，設(shè)計思路就很容易合二為一了。(2)在機械設(shè)計領(lǐng)域Solidworks軟件被使用在設(shè)計機動車、大型機械、模具、紡織用機械等實體規(guī)模較大較復(fù)雜的機械。(3)在教育領(lǐng)域使用solidworks進行三維制圖教育現(xiàn)為當(dāng)今主流，Solidworks使用Windows系統(tǒng)、有中文版、簡單易上手、功能更開放等特點成為教育領(lǐng)域中當(dāng)仁不讓的王者。3.2三維實體模型的建立及功能分析在上一章結(jié)構(gòu)設(shè)計及二維繪圖的基礎(chǔ)上，利用Solidworks制圖軟件，對慣性式振動樁機的各個零件進行分別繪制，并通過零部件之間的配合，繪制成裝配圖。下面對部分主要零件及裝配的實體模型作簡要說明。3.2.1零件實體模型的建立及其功能分析(1)法蘭三維視圖：圖3.1法蘭在樁機設(shè)計中有四處采用法蘭盤連接，即壓樁機構(gòu)導(dǎo)軌與上下底板之間，夾樁液壓缸與夾樁架之間，壓樁液壓缸與上底板之間。四處的配合尺寸，壓樁機構(gòu)導(dǎo)軌與上下底板之間為80mm，夾樁液壓缸與夾樁架之間，壓樁液壓缸與上底板之間為50mm。類型：平面、突面板式平焊鋼制管，代號：GB/T9119-2000，規(guī)格：DN40-PN025。在壓樁機構(gòu)導(dǎo)軌與上下底板之間采用法蘭焊接時，一方面使導(dǎo)軌在支撐上下底板時能有更大的接觸面積，受力均勻而不致變形過大，另一方面，由于法蘭采用螺紋固定的方式，故樁機拆卸比較方便，同時，夾樁機構(gòu)也可以沿導(dǎo)軌從上端取下，便于檢查、維修。液壓缸與夾樁架之間采用法蘭連接時，法蘭盤與液壓缸焊接在一起，再通過法蘭上的螺栓與夾樁架（或上底板）固定。由于液壓缸所承受的油壓較高，長期使用，會使結(jié)構(gòu)松動，如果使用法蘭作為接續(xù)方式，就會避開這些個問題。(2)彈簧三維視圖：圖3.2彈簧隔振彈簧的參數(shù)在第二章已經(jīng)計算得出。隔振彈簧主要用來支承振動樁體，使振動樁機只產(chǎn)生想要得到的振動，并且使地基或自身架構(gòu)受到的動載荷變小。提高效率，減少能耗，增長使用壽命。(3)夾樁結(jié)構(gòu)三維視圖：圖3.3夾樁臺夾樁架主要由鋼板與四方框架通過焊接而成的。主要作用是：支撐夾樁液壓缸，特別是在壓樁過程中，由于壓樁主要靠夾樁液壓桿夾緊樁來實現(xiàn)的，夾樁架受力大，容易在較強壓力的作用下變形，所以設(shè)計時需注意強度分析。另外，夾樁架上開有導(dǎo)軌孔，并在上面焊接導(dǎo)套，不僅限制了樁體的橫向移動，并使樁體只能在平滑的沿豎直方向上移動?；钊麠U從夾樁架的四面進入架內(nèi)，并且相對活塞桿豎直位置相同，而相鄰活塞桿存在一定的差值，目的是使樁體更好地保持豎直狀態(tài)，并且有助于樁體的受力均勻。3.2.2裝配實體模型的建立及工作機理(1)夾樁液壓缸虛擬裝配圖：圖3.4夾樁液壓缸本樁機試驗臺采用抱壓式夾樁，主要由夾樁液壓缸來實現(xiàn)。在壓樁過程中，當(dāng)夾樁系統(tǒng)上升到最高處時，壓力油由外側(cè)向內(nèi)通入，迫使活塞桿向樁體方向移動，當(dāng)活塞桿接觸到樁體時，由壓力油產(chǎn)生的壓力使活塞桿夾緊樁體，在壓樁系統(tǒng)的作用下，使樁體緩慢平穩(wěn)地向下移動。當(dāng)壓樁到最低位置時，壓力油從內(nèi)側(cè)向外流出，活塞桿松開樁體，同時整個夾樁系統(tǒng)向上移動，繼續(xù)進行下一個周期。(2)激振系統(tǒng)虛擬裝配圖如圖3.5所示，激振系統(tǒng)屬于雙軸式慣性激振器，它是由兩根主軸上帶有相同的偏心塊構(gòu)成的，當(dāng)軸兩端的偏心塊在各自電機的帶動下做相向旋轉(zhuǎn)運動時，橫向激振力互相抵消，所以只會產(chǎn)生單一方向上的激振力，驅(qū)動樁機作豎直直線振動。需要指出的是，本偏心機構(gòu)采用兩對共四個偏心塊的形式，在兩塊偏心塊的中間，用螺栓來進行部件的接續(xù)，并且它們之間的角度可以按一定的數(shù)值改變（當(dāng)一對偏心塊之間的角度改變時，另一對偏心塊也要做相應(yīng)的調(diào)整），以便適應(yīng)不同施工狀態(tài)。在工作過程開始時，當(dāng)樁體被夾緊進行壓樁或拔樁時，偏心塊才隨電機的啟動開始旋轉(zhuǎn)，樁機也開始在豎直方向上振動；其它時刻，轉(zhuǎn)子并不旋轉(zhuǎn)。圖3.5激振系統(tǒng)(3)慣性式振動樁機虛擬裝配圖：圖3.6慣性式振動樁機裝配圖慣性式振動樁機的工作流程可以表示如下：壓樁過程：樁體插入→夾樁活塞桿壓緊樁體→壓（拔）樁液壓缸通入壓力油→樁體平緩下壓→電機帶動偏心轉(zhuǎn)動→樁機開始振動→到達最低工作點→壓（拔）樁液壓缸停止通壓力油→壓樁停止→夾樁活塞桿松開樁體→壓（拔）樁液壓缸通入反向壓力油→夾樁系統(tǒng)平緩上升→上升到最高工作點，壓（拔）樁液壓缸停止→通壓力油→夾樁活塞桿壓緊樁體，從而進入下一個壓樁周期。拔樁過程：夾樁活塞桿壓緊樁體→拔（壓）樁液壓缸通入壓力油→樁體平緩上升→電機帶動偏心轉(zhuǎn)動→樁機開始振動→到達最高工作點→拔（壓）樁液壓缸停止通壓力油→拔樁停止→夾樁活塞桿松開樁體→拔（壓）樁液壓缸通入反向壓力油→夾樁系統(tǒng)平緩下降→下降到最低工作點→拔（壓）樁液壓缸停止通壓力油→夾樁活塞桿壓緊樁體，從而進入下一個拔樁周期。3.3本章小結(jié)本章利用solidworks軟件對振動樁機進行了三維建模，對部分主要零部件的功能和工作過程作了分析，并從整體上對樁機作了初步檢驗，進一步的對樁機進行結(jié)構(gòu)以及布局的優(yōu)化。第4章結(jié)論本文在參考液壓靜力壓樁機和振動打樁機的基礎(chǔ)上，設(shè)計了慣性式振動實驗樁機。分析了慣性式振動樁機的工作原理，對其進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程圖的繪制、三維實體建模。通過上面的結(jié)果，可以看出：(1)通過對慣性式振動樁機工作原理的分析、研究，對各個零件進行了分析、布局與結(jié)構(gòu)的設(shè)計、參數(shù)的計算。(2)利用caxa制圖軟件繪制了樁機裝配圖、零件圖。(3)利用solidworks軟件對樁機進行了三維建模，對主要零部件的功能和工作過程作了大致分析。然后做整體裝配。通過以上結(jié)論，本論文基本實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。但由于本科階段自己掌握知識的有限，本文對振動實驗樁機的一些問題未能得到解決，需完善的地方有：(1)運用solidworks軟件時，僅對樁機進行了三維實體建模以及初步結(jié)構(gòu)檢查，未進行運動模擬。(2)由于時間有限，本論文并沒有進行強度校核，比如對于激振系統(tǒng)階梯軸、軸承，應(yīng)對其進行強度和壽命的校核。(3)由于樁機在工作過程中有些零件受力很大，并未對夾樁臺，活塞桿等零件做分析。(4)未考慮到環(huán)境保護問題，沒有進行節(jié)能以及工作效率上的優(yōu)化。

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