振动锤的设计计算

1、.wd.wd.wd. 振动锤的设计计算振动锤是20世纪末迅速开展起来的一种桩工机械，具有施工噪音低、可进展沉拔桩作业、施工范围广等特点；可进展钢管桩、全套管灌注桩、钢板桩、PHC桩、异型桩、薄壁筒桩(外径8002000mm，壁厚100250mm，中心充满地基土，现浇灌注而形成的混凝土筒形桩体。)等多种桩型施工。它具有施工速度快、功能多、适应地质广、运输方便和环保等特点，已广泛应用于国内外工程建设的众多领域。一、沉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、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、振动冲击锤的设计原理。强迫振动与土桩系

2、统共振理论可将振动锤、桩和土壤的系统简化为如以以下图所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：F系统的运动微分方程为.(1)M-参振质量c-土壤的弹性系数-阻力系数Fmax-最大激振力 最大激振力1式移项整理得设，上式表达为.(2)(2)的解为.(3)式3的前项为齐次方程的通解，其物理特征是衰减振动，是系统对干扰力的瞬间响应，很快消失。后项为方程的特解，其物理特征是表示系统在简谐干扰力作用下的强迫振动。这样上式可表达为当 -(4) 由以上式子看出，当Z=1时，出现共振。当Z3以上，振幅，这时振动体的振幅不因外界条件变化而变化，也就是说，当振动体因此，设计

3、时应尽可能选择较高的振动频率。考虑到土壤参与振动的影响，实际振幅小于稳定振幅。二、激振器的设计计算激振器的主要参数为：频率、激振频率、偏心力矩、激振力、激振器质量、振幅及功率。设计过程可按以下步骤进展：根据使用目的和地层情况确定振动器的类型、变频、变矩的方式。选择激振器的频率、角频率和振幅。初步估算激振器和钻具的质量。计算偏心矩。计算动力机功率。校核激振力。计算最大拔桩力。进展振动锤的激振器的构造设计，并根据实际设计情况修改估算的参数。进展零件的计算和校核，要注意校核轴的自振频率，偏心轮轴的轴承多项选择用双列球面向心轴承，与轴承配合其外表粗糙度要到达，配合采用过渡H7/n6、N7/h6、H8/

4、n7、N8/h7配合。(一)相关参数的估算：激振力 选择激振力时，一方面要满足钢护筒下沉条件的要求，即激振力F要大于各土层极限动侧摩阻力之和Tv， -(5)单位为m 饱和砂土、软粘土为6KPa，饱和砂土、软粘土有砾石为8KPa，塑硬性粘土为15KPa。 单位为m；另一方面，激振力F与振动锤激振体质量M(振动锤、夹持器、钢护筒三者总重量)的比值要满足协调方程：-(6)。振动锤沉桩抑制桩端动阻力的估算 根据桩的类型、尺寸和土壤种类，利用以下经历公式估算和检验该振动锤能否抑制桩端阻力，下沉至要求的深度，换言之，即振动体系的重量应大于桩端动阻力。端动阻力： 对于粘性土，桩端动阻力： (7) 对于砂性土

5、，桩端动阻力： (8)振动体系重量：(9)Rv-桩端动阻力，N。N-桩沉入深度土层的最大标准贯入击数。S-桩的横截面面积，。e-自然对数的底。振幅 理想振幅由偏心矩除以振动锤激振体质量M(振动锤、夹持器、钢护筒三者总重量)而求得，实际工作振幅A受激振力、频率、土壤弹性影响而改变，为了有效下沉钢护筒，使得振动力大于护筒周围土壤的瞬间全部弹性力，并破坏钢护筒周围土壤，减少阻力。 美国ICE公司认为：各类型的土质对最小振幅要求有所不同。在沙质的土壤里，用ICE振动锤工作，最小振幅为3mm。在粘土里，最小振幅为6mm。在水下的沙质土壤中，最小振幅为2mm就足够了。 法国PTC公司根据30年的经历，用于

6、评估沉桩的最小振幅列入下表要求实际工作振幅AA0 。频率 由表可以看出，各种地层对应的频率为819.1Hz，当Z3以上，振幅假设振动锤的振动频率f 60Hz时，除岩层外，其它各地层都可以沉桩。频率f =n/60 Hz n-偏心块转速r/min振动锤振动频率：低频f 15Hz ，在较软土壤，振幅15-36mm。中频f =15-25Hz ，是强迫振动与土层共振下沉的，振幅7-20mm，适用粘土层。高频f =25-60Hz ，此类振动加速度很大，振幅3-8mm，适宜砂土层。超高频f 60Hz以上，用于硬土层。功率 大型振动锤的功率都在250KW以上，对现场电源稳定性要求很高，通常用柴油机作为动力源。

7、以上相关参数的估算为客户对振动锤的选型提供参考依据，也对设计人员提供设计的最 基本的计算依据。二计算激振力-(10) (三)实例计算：例：有一管桩，外径D=1000mm，管壁厚14mm，全长21m，要沉桩20m，在其地层先沉入16m饱和砂土，然后再沉入4m硬性粘土。计算钢管重量：计算各土层极限动侧摩阻力之和Tv：，饱和砂土、软粘土为6KPa，饱和砂土、软粘土有砾石为8KPa，塑硬性粘土为15KPa。 单位为m 单位为m 计算桩端动阻力：对于粘性土，桩端动阻力：KN选择桩沉入深度土层的最大标准贯入击数，N=40桩的横截面面积S，。估计激振力为1600KN的振动锤的总重量为6000kg。夹具重量为

8、250kg。吊具重量为250kg。振动体系总重量M=7149+6000+250+250=13649kg根据要求：(振动体系重量)( 桩端动阻力)，符合要求。计算偏心力矩选择工作频率为35Hz，=235=219.9 rad/s， N的振动锤激振器根据整理上式代入相应数据得偏心力矩振幅的估算：根据法国PTC公司30年的经历，用于评估沉桩的最小振幅表，可预知选择激振力为 N，工作频率为35Hz的振动锤可以将该桩在该地层激振下沉20米。计算激振力或计算桩下沉20m时的实际振幅对于振动系统应满足减振条件：Z3，故取Z=4，可得隔振弹簧的总刚度系统设计选择n=24个弹簧并联组成的弹簧-质量系统，系统的一个

9、弹簧刚度：下沉20m时的实际振幅最大振幅的计算如果最后设计时，得出激振器的质量为2950kg(不含夹持器)，那么最大振幅-(11)功率的计算功率包括维持激振体振动所需的功率N1和机械损耗的功率N2，振动锤的总功率为 (KW) -(12)在非共振工况时振动阻尼所消耗的功率(KW) -(13) 轴承摩擦所消耗的功率 (KW) -(14)选用3618轴承， d=90mm， D=190mm 振动锤的总功率三、减振器的设计计算减振系统主要有三种：钢质螺旋弹簧减振器、空气组合弹簧减振器(要配有空气压缩机)、橡胶减振器。先试选用橡胶减振器 橡胶减振器工作性能平稳，构造简单和价格低廉等优点，而得到了最广泛应用

10、，为防止工作时，消耗能量转换成热能使温度过高而影响隔振器的性能。橡胶隔振器不宜做得过大。采用易于散热的措施或选用生热较少的橡胶材料。选用丁腈橡胶NBR，它耐油、耐热性好，阻尼大，且与金属的粘合性也好，因为阻尼大，当工作频率通过共振区时，比较安全。橡胶减振器吸收高频振动能力强，其材料的弹性模量E和G比金属小得多，在工作量允许较大变形，常作动力机械和工程机械的隔振器。邵氏硬度范围H=30-70。当H=55-70时，其弹性模量：设计时要控制硬度公差，硬度的变化范围为35时，相应的弹性模量的变化范围为12%20%。具体要求请参看橡胶隔振器的设计。Tv=1165KN F=1600KN M=13649kg=133760N=133.76KN拔桩时，下橡胶减振器要最小要承受1600-1165-133.76=301.24KN激振力F=1600KN，设计选用丁腈橡胶弹簧共24个。单个弹簧刚度 -(15)当最大振幅时，单个橡胶弹簧能够承受的外力为 -(16)振动锤工作时，施加在单个橡胶弹簧上的减振力为因此可知，设计的橡胶减振器符合要求。可根据以上计算选择液压马达，进展振动锤的激振器、减振器的构造设计，并根据实际设计情况修改计算的参数。欢迎您的光临，Word文档下载后可修改编辑.双击可删除页眉页脚.谢谢！希望您提出您珍贵的意见，你的意见是我进步的动力。赠语； 1、如果我们做与不做都会有人笑，如果