【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 率與振幅相同的條件下），這有利于提高機(jī)器的工藝指標(biāo)。 3）硬特性非線性振動(dòng)機(jī)械工作機(jī)體的振幅，比線性振動(dòng)吉祥物定得多，使該種振動(dòng)機(jī)械有較良好的工作性能。 4）某些軟特性非線性振動(dòng)機(jī)械可以獲得不對(duì)稱(chēng)的速度曲 線，這對(duì)完成某些工藝過(guò)程（如搖床選礦）是必不可少的。 5）對(duì)非線性振動(dòng)機(jī)械，可以很方便地利用增減彈簧預(yù)壓量的方法（對(duì)彈性力為曲線變化的壓縮彈簧），或利用調(diào)整彈簧間隙的方法（對(duì)帶有間隙的非線性彈簧），來(lái)改變機(jī)器的工作點(diǎn)（頻率比）。 非線性慣性振動(dòng)機(jī)械包括：非線性慣性共振篩、非線性臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)、彈簧搖床和振動(dòng)離心搖床等。前兩種為硬特性非線性共振機(jī)械，后兩種為軟特性非線性振動(dòng)機(jī)械。 沖擊式慣性振動(dòng)機(jī)械 利用沖擊振動(dòng)的機(jī)械有蛙式夯土機(jī)、振動(dòng)錘鍛機(jī)、振動(dòng)鉆探機(jī)、沖擊式振動(dòng)落砂機(jī)、沖擊式振動(dòng)造型機(jī)等。沖 擊式振動(dòng)機(jī)械是非線性振動(dòng)機(jī)械的一個(gè)特例。根據(jù)理論計(jì)算與試驗(yàn)都可以證明，沖擊情況下物體產(chǎn)生的加速度，比一般線性振動(dòng)機(jī)械工作的最大加速度大幾倍、幾十倍，甚至幾百倍。因而利用沖擊可以產(chǎn)生很大的沖擊力，這對(duì)壓實(shí)土壤，使物體產(chǎn)生塑性變形，巖石發(fā)生破壞或碎裂，促使鑄件上的型砂剝落都是十分重要的。 樁工機(jī)械的分類(lèi)和工程應(yīng)用 本次設(shè)計(jì)的 DZ 振動(dòng)樁錘是振動(dòng)樁機(jī)的主要組成部分，如前所述，振動(dòng)樁機(jī)屬于雙軸式慣性振動(dòng)機(jī)械，是樁工機(jī)械的一種。 建筑物的全部載荷都要通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地基?；A(chǔ)大體可分直接基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉箱基礎(chǔ)。其中 樁基礎(chǔ)具有承載力大，沉積量小和施工方便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手工業(yè)與民用建筑、橋梁、港口、海上井臺(tái)以及軟地基加固等基礎(chǔ)工程中。樁工機(jī)械是直接完成各種樁基礎(chǔ)的施工機(jī)械，由樁錘或鉆具與樁架組成。 16 樁工機(jī)械的分類(lèi) 樁工機(jī)械按預(yù)制樁和灌注樁施工方式的分類(lèi)及特點(diǎn)見(jiàn)表 23。 樁工機(jī)械在工程技術(shù)中的應(yīng)用 樁工振動(dòng)機(jī)械主要用于基礎(chǔ)的夯實(shí)、振搗與沉拔樁。利用振動(dòng)可減小土壤、砂石和其他混合物的內(nèi)摩擦力，可降低土壤對(duì)貫入物體（樁或管）的阻力，因而可有效地完成夯實(shí)、壓路、振搗、沉拔樁等。 DZ 振動(dòng)錘主要用于有動(dòng) 力電源的各建筑工地和港口、地下鐵道、橋梁、高層建筑等樁基施工工程。它是廣泛適用于丘陵、平原、干填土和湖泊地區(qū)、池塘淤泥層以及各種松土基礎(chǔ)用袋裝沙井、塑料紙板等工法加固軟基的設(shè)備。 振動(dòng)樁錘的工作原理和構(gòu)成 振動(dòng)樁錘是利用機(jī)械振動(dòng)減少樁與土壤間的摩擦力，并依靠其自重或外加壓力作用下達(dá)到沉樁的目的。振動(dòng)樁錘分機(jī)械式和液壓式兩類(lèi)，液壓振動(dòng)錘應(yīng)用較少。 振動(dòng)樁錘的工作原理 振動(dòng)樁錘采用機(jī)械式定向激振器。它由兩根裝有相同的偏心塊并相向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸組成，如圖 26所示。兩根軸上的偏心塊所產(chǎn)生的離心力在水平方 向上的分力相互抵消，而垂直方向上的分力疊加，其合力成為激振力，其方向是激振器兩軸連線的垂直方向，大小周期性變化，樁在這一激振的力作用下沿其縱向軸線產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，克服阻力而沉入土中。 17 表 23 樁工機(jī)械的分類(lèi)及特點(diǎn) 類(lèi)型 施工方式 類(lèi) 別 主 要 特 點(diǎn) 預(yù)制樁施工機(jī)械 打入法 柴油打樁機(jī) 施工性能好，使用方便，在預(yù)制樁施工中使用最廣泛，但有振動(dòng)、噪聲及油煙污染。筒式柴油樁錘的軟土起動(dòng)性能差 汽動(dòng)打樁機(jī) 以蒸氣或空氣為動(dòng)力，配套設(shè)備龐大，但可作為低公害、超大型的施工機(jī)械 液壓打樁機(jī) 以液壓為動(dòng)力，沖擊力可以調(diào)節(jié)，而且低公害，可以在水下打樁 振動(dòng)法 振動(dòng)沉拔 樁機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效率較高，但在緊密粘土、粉沙及卵石中效果較差 壓入法 壓樁機(jī) 以靜壓力壓樁，工作時(shí)噪聲低，無(wú)振動(dòng)，但設(shè)備笨重 灌注樁施工機(jī)械 取土成孔法 長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī) 可連續(xù)切土和排土，成孔速度快，適于地下水位較低的地區(qū)施工 反循環(huán)鉆孔機(jī) 將切下來(lái)的土制成泥漿后排出，適于地下水位較高地區(qū)及大直徑的深基礎(chǔ)施工 回轉(zhuǎn)斗鉆孔機(jī) 以伸縮鉆桿連接的鉆斗斷續(xù)取土，在地下水位較低的地區(qū)可免去泥漿護(hù)壁 全套管 鉆孔機(jī) 在沖抓斗取土的同時(shí)將鋼管壓入土中，設(shè)備較復(fù)雜，成孔速度慢，但對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)能力較強(qiáng) 擠土成孔法 與預(yù)制樁施 工機(jī)械相同 將鋼管打入土中，然后邊拔管邊灌注混凝土。通常采用振動(dòng)樁錘，一般適用于直徑在 500mm以下的樁 其他施工機(jī)械 軟地基處理 振沖器 以水平振動(dòng)力擠壓周?chē)馏w及填料，以提高地基承載力 深層攪拌樁機(jī) 就地將軟土與輸入的水泥漿強(qiáng)制攪和，使之硬結(jié)為水泥土 粉噴攪拌樁機(jī) 就地將軟土與噴入的水泥等填料強(qiáng)制攪和使之硬結(jié) 地下連續(xù)墻 地下連續(xù)墻鉆機(jī) 以多軸鉆切土，制成泥漿 后排出，施工時(shí)無(wú)振動(dòng)，低噪聲，效率較高 地下連續(xù)墻抓斗 采用抓斗取土，泥漿護(hù)壁，在地質(zhì)條件適宜時(shí)可干式取土 18 圖 26振動(dòng)樁錘 1— 原動(dòng)機(jī) 2— 減振器 3— 激振器 振動(dòng)樁錘的構(gòu)成 振動(dòng)樁錘主要由原動(dòng)機(jī)、激振器和減震器等組成。 振動(dòng)樁錘一般采用異步電動(dòng)機(jī)，但要求電動(dòng)機(jī)能在強(qiáng)烈的振動(dòng)狀態(tài)下可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，其次是要有較高的起動(dòng)力矩和過(guò)載能力，故應(yīng)選用耐振電動(dòng)機(jī)。此外，振動(dòng)樁錘也有采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)頻。 一般激振器都采用定向機(jī) 械激振器，為了適應(yīng)不同類(lèi)型的樁以及沉拔樁的要求，可以用改變偏心塊中固定塊與活動(dòng)塊之間的相互位置來(lái)達(dá)到調(diào)整偏心力矩的目的，調(diào)整頻率可以采用改變傳動(dòng)比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 為了避免將振動(dòng)樁錘產(chǎn)生的振動(dòng)傳至樁架，在吊鉤與激振器之間必須減振。減振器一般由壓縮彈簧組成，但也可采用減振橡膠。 19 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)與樁體共振以及振動(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)錘以及振動(dòng)沖擊錘的設(shè)計(jì)原理。 如強(qiáng)迫振動(dòng)與土樁系統(tǒng)共振 理論可將振動(dòng)錘、樁和土壤的系統(tǒng)簡(jiǎn)化為圖27 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)體微分方程式后進(jìn)行推導(dǎo)，并令2 nM?? ??，nZ ??? ，可得出振動(dòng)體的振幅 22 2 2 24 (1 )Z mrA MZZ?? ?? 式中 ? — 激振器的角頻率（ 1s? ） r— 偏心塊的偏心距（ m） n? — 激振體的自振圓頻率（ 1s? ） M — 激振體的質(zhì)量（ kg） m— 偏心塊的總質(zhì)量（ kg） ? — 阻尼系數(shù) 20 圖 27 振動(dòng)體系 由此可得出： （ 1）當(dāng) Z 較大時(shí)（ 3Z? ），振幅趨近于一定值，這是設(shè)計(jì)振動(dòng)錘所要求的。 （ 2）當(dāng) 1Z? 時(shí)（ n??? ），振幅最大，即是共振工況，這時(shí)偏心力矩不變也可使振幅增大，但不穩(wěn)定。 21 第 3章 電機(jī)的選擇和計(jì)算 第 4 章振動(dòng)樁錘的主參數(shù)計(jì)算 振動(dòng)樁錘采用機(jī)械式定向激振器。它由兩根裝有相同的偏心塊并相向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸組成，兩根軸上的偏心塊所產(chǎn)生的離心力在水平方向上的分力互相抵消，而垂直方向上的分力疊加，其合力即激振力 F=2 20 sinmr?? 式中 0m — 偏心塊的質(zhì)量（ kg） r — 偏心塊的偏心距（ m） ? — 激振器的角頻率（ 1s? ） ? =30? 1s? ? — 離心力與垂線的交角（ ? ） 激振力的計(jì)算 激振 力 F是反映振動(dòng)樁錘綜合能力的參數(shù)，樁在土中沉入時(shí)，激振器的激振力 F 必須大于樁與土之間的摩擦阻力。根據(jù)給定的參考參數(shù)，當(dāng) ? =90?時(shí)，激振力幅值 mF =276kN，將數(shù)據(jù)代入公式 F=2 20 sinmr?? 可得到 0mr= m。 又 2 0m r= M? (? =A= 10 m?? ) 可得激振體質(zhì)量 M =3250kg。 22 計(jì)算實(shí)際振幅 根據(jù)提供的頻率選擇工作土壤的類(lèi)型 按照表 41和給的參考振動(dòng)頻率值： ? = 1s? ， 不難看出該振動(dòng)樁錘所配套的振動(dòng)打樁機(jī)的工作土壤類(lèi)型是：塑性粘土及含砂粘土。 振幅 A 的確定 激振器振幅是影響樁在土中沉入的主要因素。當(dāng)振幅很小時(shí)，沉入并不發(fā)生，只有當(dāng)振幅超過(guò)某一定植時(shí)，才可能實(shí)現(xiàn)沉樁。 表 41 振動(dòng)頻率參考表 地層類(lèi)型 最佳頻率 1／ s? ? 含飽和水的砂石土 100～ 200 塑性粘土及含砂粘土 90～ 100 堅(jiān)實(shí)粘土 70～ 75 含礫石的粘土 60～ 70 含砂的礫石土 50～ 60 任務(wù)書(shū)中給的振幅值是 A＝ ，實(shí)際 振幅的計(jì)算公式如下， 2 02 2 2 224 ( 1 )Z m rA MZZ?? ?? （ 41） （2 nM?? ??，nZ ??? ） 式中 ? — 同上 n? — 激振體的自振圓頻率（ 1s? ） M — 激振體 的質(zhì)量（ kg） 0m — 同上 r — 同上 23 ? — 阻尼系數(shù)（ kgs ） 對(duì)于減振彈簧應(yīng)滿足減振條件： Z ＞ 3，取 Z =4，可得 n? =? 1s? 。 一個(gè)質(zhì)量、 n（ n=8）個(gè)彈簧并聯(lián)組成的彈簧 — 質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率 n? = 8KM 由此式可得彈簧剛度 K = 10 Nm? 。 又 ??? ? ? ? — 彈簧的內(nèi)阻力系數(shù)， 10 s???? 將數(shù)據(jù)帶入此式中可得阻尼系數(shù) ? = 因此 2 nM?? ??= 將以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)代入公式（ 41）得實(shí)際計(jì)算振幅 10Am???。 計(jì)算實(shí)際偏心力矩 激振器偏心力矩的大小 對(duì)振動(dòng)樁錘的性能又至關(guān)重要的影響，偏心力矩愈大，克服硬質(zhì)土層的能力愈強(qiáng)。 計(jì)算公式 002M m gr? 將 0mr= m， m s? 代入上式得 24 0 N m? 。 功率的計(jì)算 功率包括維持振動(dòng)所需的功率 1P 和機(jī)械損耗的功率 2P ，振 動(dòng)樁錘的總功率 12P P P?? （ 42） 在非共振工況時(shí)振動(dòng)所耗的功率 2 2 3 41 5 s i n 1 0mrP M ? ? ??? （ 43） arcsin( )AF? ??? （ 44） 式中 m— 振動(dòng)樁錘偏心塊的總質(zhì)量（ kg）， 02mm? ? — 相位角（ ? ），即振幅滯后于激振力的角度 其他同前 將各參數(shù)數(shù)值代入公式（ 44）計(jì)算得出 相位角 ? =? 。 因此，將計(jì)算所得數(shù)值代入公式（ 43）可得 振動(dòng)所消耗的功率 1P =。 機(jī)械損耗功率大部分消耗在軸承的摩擦發(fā)熱上，其消耗的功率 342 5 10P km r d?? ??? 式中 k — 考慮其他機(jī)械損耗的系數(shù)， k = ? — 滾動(dòng)軸承的當(dāng)量摩擦系數(shù)， ? = 25 d — 滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑， d = 其他參數(shù)同前 將數(shù)據(jù)代入公式可得 機(jī)械損耗的功率 2P =。 然后把 1P 和 2P 的數(shù)值代入公式（ 42）可得 振動(dòng)樁錘的總功率 P =。 26 第 5 章減振彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 減振彈簧的結(jié)構(gòu)選擇 彈簧剛度在前面已經(jīng)算出： K = 10 Nm? 。 減振彈簧一般是壓縮彈簧，選取圓形截面的螺旋壓縮 彈簧，其主要性能與應(yīng)用：特性線呈線性，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用較廣，在機(jī)械設(shè)備中多用作緩沖，減振，以及儲(chǔ)能和控制運(yùn)動(dòng)等。 選取螺旋彈簧的類(lèi)型代號(hào) 根據(jù)參考文獻(xiàn)［ 4］中表 1121 選取彈簧類(lèi)型：冷卷壓縮彈簧 YⅠ，兩端圈并緊并磨平，支承圈數(shù) 2 1 ? 。 選取彈簧的材料并確定其主要性能參數(shù) 根據(jù)彈簧所受載荷特性及要求，選取 B類(lèi)油淬火回火硅錳合金彈簧鋼絲，許用應(yīng)力［τ］參照文獻(xiàn)［ 5］中表 810 按受Ⅰ類(lèi)載荷的彈簧考慮，其［τ］＝（ ～ ） b? 。材料的抗拉強(qiáng)度 b? 與鋼絲直徑有關(guān)。這里使用的減振彈簧的鋼絲直徑比較大，所以 b? ＝ 1600 aMP ，再由文獻(xiàn)［ 5］中表 2103 得切變模量 G＝ 10 aMP? 。取試驗(yàn)切應(yīng)力 [ ] 0. 35 56 0s b aMP? ? ?? ? ?。 圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 確定單根彈簧的最大工作載荷 最大工作載荷 maxF ：對(duì)上彈簧取最大加壓力 max 上 120 304kNF k N??； 對(duì)下彈簧取最大拔樁力max 下 150＝ k N?。 27 選擇旋繞比 根據(jù)文獻(xiàn)［ 5］中初選旋繞比 C＝ 5，則 曲度系數(shù)1 4 1 0 . 6 1 5 CC?? ? ??。