液压桩锤的动态冲击过程分析.doc

第28卷第2期 机 电 工 程 V01．28 No．2 2011年2月 Joumal of MechanjcalElec硒cal En西neering Feb．20ll 液压桩锤的动态冲击过程分析 朱振东，田国富· (沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870) 摘要：为研究液压桩锤的工作特性，提高桩锤系统的抗冲击性能，分析了桩锤冲击过程中各组成部件的运动和受力状况。以振动学 理论为基础，建立了系统的力学模型以及动力学微分方程；利用模态分析的方法求解该微分方程，得到了桩锤系统的振动规律。通 过求导进一步获得了速度、加速度以及各部件之间的相互作用力随时间变化的规律；并应用相关软件对冲击过程进行了仿真分析， 研究结果表明冲击过程中砧铁的加速度变化剧烈，应采取一定控制策略将波动控制在合理范围之内。 关键词：液压桩锤；砧铁；冲击；微分方程；模态分析；仿真 中图分类号：THll3 文献标志码：A 文章编号：100l一455l(2011)02— 0176一04 Analysis of dynamic impact process of hydraulic pile hammer ZHU Zhen— dong，TIAN Guo— fu (School of MecharIical En舀neering，Shenyang University of Technolog)，，Shenyang 110870，China) AkItI佻t：In o谢er to s￡udy the opemtionad ch撇ct蒯stjcs of hydraulic piJe k衄mer船d impmve tlle jmpaet l℃sistaflce of tIle system，the movement states锄d force— be商ng states of v撕。璐component8 during impact process we陀analyzed．Then the mech蚰ical model蚰d山e dy- namical di矗．e他rnjal equation of the system based on“bmti叩tIleory we舱e8tablished．With modal analysis method，t}Ie di珏．erential equati帆 w鹳solved．曲er tlIe vibrati鲫l洲of the system w鹪obtained，the derivative method w硇applied for obtainiTlg the v耐ation law 0f velocity，舵- cele嘶on鲫d inte瑚Icti蚰fbrce betw儇m componen协，tIlen山e i呷们t pmce鼹w舶simIllated锄d删yzed with the rdated sonware．The r惜ults 8h州thm the ch蚰ge 0f acceleration 0f锄“lis intense d血rIg impact process，锄d some contml fne鹄ures are needed to瑚train tlIe nuctuati佣． 1畸words：hy出aulic pile k吼mer；amril；impact；d诹brential equation；modal analysis；simulation 劳破坏，以致于不能正常工作。因此，研究桩锤冲击过 O 引 言 程已成为保证机器正常运行的重要课题。很多文献从 不同方面，运用不同理论对该问题加以阐述，文献[3] 液压桩锤是以液压油为工作介质，利用液压能将 对桩锤系统的力学模型进行了尝试性的研究；文献 预制桩打人地基的桩工机械。它具有不排污、振动小、 [4]运用波动学理论计算分析了冲击过程中产生的冲 噪声低、能量利用率高、工作过程可控、机动灵活、可适 击应力。 用于潜水打桩和打斜桩等优势，因此在桩基工程中得 本研究基于振动学理论，采用模态分析的方法对 到了广泛的应用¨引。液压桩锤以间歇冲击方式作业， 某型号的液压打桩锤进行冲击过程计算与分析，得出 在冲击过程中，锤头、锤垫、砧座、桩垫和桩受到的是交 冲击过程中锤头、砧铁和桩的位移、速度、加速度以及 变冲击力作用，各个零部件之间的相互作用力大而且 它们之间相互作用力的变化规律，为桩锤系统的合理 复杂，尤其当桩的贯入量为零时，各个零件之间的相互 设计和二次开发提供参考依据。 作用力达到最大，在频繁冲击作用下零部件很容易疲 收稿日期：2010一10— 22 作者简介：朱振东(1984一)，男，天津人，主要从事现代设计方法及工程机械动态分析理论与方法方面