【文章內(nèi)容簡介】 的結(jié)構(gòu)簡圖其中振動樁錘由原動機、減振器、激振器以及夾樁器組成。 振動打樁機的動力元件，一般使用異步電機或液壓馬達，要求在強烈的振動狀態(tài)下能可靠的運轉(zhuǎn)，并且要有較高的啟動力矩和過載能力。 減振器包括吊環(huán)、橫梁、豎軸、減振架等機件。減振器固定在振動器上部，在它兩邊各裝有兩根豎軸，每根豎軸上套入壓縮彈簧，上部固定在橫梁上，形成減振裝置。在打樁機沉、拔樁作業(yè)時，由于彈簧的減振效果，振動器發(fā)出的激振力大大減弱，因此很大程度上降低了對樁架的損害、以及對周圍環(huán)境的噪音影響。 激振器主要由電機、箱體、偏心塊、軸、齒輪等件組成。它是整個振動打樁機最主要的構(gòu)件，是動力產(chǎn)生的部分。通常以電機（或液壓馬達）為動力驅(qū)動，使里面的齒輪傳動，帶動齒輪上的的偏心塊旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生上下方向運動的激振力。 夾樁器采用剛性連接，裝在激振器的下部。工作時，夾樁器可以將激振器產(chǎn)生的大小和方向變化的激振力，傳遞給它下部夾緊的樁體上，完成沉拔樁作業(yè)。在激振器中的兩組軸上，裝有幾組質(zhì)量大小相同的固定或活動偏心塊，利用齒輪帶動兩軸上的偏心塊做轉(zhuǎn)速相同，方向相反的回轉(zhuǎn)運動，使它們產(chǎn)生水平方向的離心力相互抵消，垂直方向離心力疊加，從而發(fā)生垂直方向的上下振動（如圖22所示）。通過夾樁器，將產(chǎn)生的振動傳到樁上，使樁發(fā)生共振，從而樁端的土強度減弱，并將端出的土擠開，于是樁周圍的摩擦阻力和端部阻力急劇降低。利用這一原理，打樁時由于樁的地盤反力降低，靠振動樁錘與樁的重量使樁下沉。拔樁時靠起重機等的引拔力將樁拔起。圖22 激振器工作原理簡圖振動打樁機工作時，達到一定的振幅，振動力大于樁周圍土壤的彈性壓力，使樁本身產(chǎn)生大于土壤的破壞力，隨后樁上下沖擊土壤使之下沉。振動打樁機的最小振幅A0由激振器的偏心力矩與機體的質(zhì)量所決定。 A0=MQAQB式中:M—偏心力矩； QA—機重；QB—為樁重。在我國路面施工規(guī)范中規(guī)定：對于輕土地基，A0≥7mm；對于其他地基，A0≥ mm。一般情況下，A0采用土壤的貫入標準值N(表21)來估算，其估算公式如下： A0=+1+3 A0=N12+3A0取上面兩式的平均值，實際振幅應(yīng)取A=a A0,a=～。打樁機在作業(yè)時，隨著振幅的增大，打樁的速度不斷加快()，最后趨向于一個極限值A(chǔ)。表2—1 土壤的貫入標準值土壤類型N/mm比較疏松沙土0～4疏松沙土4～10密實沙土10～30中等密實沙土30～50比較密實沙土≥50軟粘土2～4中等硬度粘土4～8硬度粘土8～15較硬粘土15～30非常硬粘土≥30圖23 沉樁速度與振幅之間的關(guān)系振動打樁機的激振頻率等于偏心塊的旋轉(zhuǎn)角頻率，打樁機沉拔樁依靠激振頻率，破壞樁與土層的摩擦力，一般來說，頻率越高，所產(chǎn)生的激振力越大，土層對樁的阻力就越小。實際中，振動頻率不會隨激振力的增大而變大，它與振幅一樣，具有一個臨界值。在沉樁工作中，它的起始頻率逐漸增大時，樁在土壤中漸漸下沉，再次增加振動頻率，樁的沉入速度增大，直到頻率臨界值，這時樁與土壤的振幅差值達到最大值，這一臨界的頻率稱為破壞頻率，當再增大激振力時，頻率趨于平穩(wěn)，不會有所增長。因此，沉樁過程中激振頻率應(yīng)選擇在破壞頻率左右，如表22所示，部分土層的最佳頻率參考表。表2—2 激振頻率參考表地層類型最佳激振頻率/含飽和水的砂石土含沙粘土堅實粘土含礫石粘土含沙的礫石土100～20090～10070～7560～7050～60第三章 激振器的設(shè)計偏心塊的材料采用q235鋼，密度為ρ=103kg/m3,整個激振器總共4個質(zhì)量大小相同的偏心塊，兩軸上各2個。設(shè)計的偏心塊形狀如圖21，其面積和偏心距的計算公式如下。 圖31 偏心塊形狀圖面積A=π2R2+r2πr02A=π2R2+r2πr02 偏心距 e=112A(C13C23) C1=2R C2=2r式中： R—大圓弧半徑； r—小圓弧半徑； r0—小圓半徑； C1—大圓弧弦長； C1—小圓弧弦長。設(shè)計的激振器激振力F=0～20KN,轉(zhuǎn)速為ω=1500r/min=50πrad/s。取R=100mm,r=60mm,r0=30mm。激振力的公式： Fmax=emω2=eρABω2 所以偏心塊的厚度：B=50mm；質(zhì)量m=；偏心距e=。根據(jù)偏心塊的結(jié)構(gòu)，其尺寸如下圖32所示：圖 32偏心塊尺寸圖使用SolidWorks軟件對上述數(shù)據(jù)驗算，檢測設(shè)計是否符和要求。圖33 偏心塊立體圖密度 = 千克 / 立方米質(zhì)量 = 千克體積 = 立方毫米表面積 = 平方毫米重心 : ( 毫米 ) X = Y = Z = 慣性主軸和慣性主力矩: ( 千克 * 平方毫米 )由重心決定。 Ix = (, , ) Px = Iy = (, , ) Py = Iz = (, , ) Pz = 慣性張量: ( 千克 * 平方毫米 )由重心決定，并且對齊輸出的坐標系。 Lxx = Lxy = Lxz = Lyx = Lyy = Lyz = Lzx = Lzy = Lzz = 慣性張量: ( 千克 * 平方毫米 )由輸出座標系決定。 Ixx = Ixy = Ixz = Iyx = Iyy = Iyz = Izx = Izy = Izz = 由以上數(shù)據(jù)可分析，所設(shè)計的參數(shù)合理，,質(zhì)量m=。偏心塊的最大轉(zhuǎn)Tmax=，最大轉(zhuǎn)速為1500r/min,功率P=Tn/9550=，查機械設(shè)計手冊，可知圓柱直齒輪的傳遞效率η1=，普通V帶傳動效率η2=，滾動軸承η3=，電機功率P1=P/η1η2η3=，由［3］查得，電機的型號為Y160M18,同步轉(zhuǎn)速為n1=720r/min,機座高度為160mm，軸伸直徑為42mm，長度為110mm。電機的主軸和齒輪軸的傳動比i=n1/n2=750/1500=1：2 激振器中，偏心塊的主動輪和從動輪由一對齒輪咬合傳動，由于只起到傳遞扭矩的作用，并使主動軸、從動軸以大小相同速，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)，所以兩個齒輪的傳動比=從動輪齒數(shù)/主動輪齒數(shù)=主動輪轉(zhuǎn)速/從動輪轉(zhuǎn)速=1:1。齒輪結(jié)構(gòu)采用標準圓柱直齒輪，材料選擇45鋼調(diào)質(zhì)230HBS,8級精度，其參數(shù)如下：兩齒輪的模數(shù)：m=4；壓力角：α=200；齒數(shù)：Z=45；分度圓直徑：d=mZ=180mm；齒頂高：ha=m=4mm；齒根高：hf==5mm；齒頂圓直徑：da=m（Z+2）=188mm；齒根圓直徑：df=m（）=170mm；齒距：p=πm=；齒厚：πm/2=；齒寬：b=φdd=128≈40；中心距：a=m（Z1+Z2）/2=180mm。由于齒輪傳動機構(gòu)一般會加入潤滑，嚙合齒輪之間摩擦力很小，在受力分析時可以忽略不計。沿嚙合線作用在節(jié)點P的法向荷載Fn垂直于齒面，并將其分解為兩個互相垂直的分力：圓周力Ft與徑向力Fr，如圖34所示。圖34齒輪受力分析圖以上可得：圓周力：Ft=2T1d1=2=；徑向力：Fr=Fttanα=；法向力：Fn=Ftcosα=。 式中： T1—齒輪的轉(zhuǎn)矩，N?m； d1—齒輪的分度圓直徑，mm； α—壓力角，α=200。由上述可知，主動輪與從動輪上的各力大小相等，方向相反，其中主動輪圓周力與轉(zhuǎn)向相反；徑向力分別指向各自輪心。（1）齒根彎曲疲勞強度計算 計算公式： σF=2KTYFaYSaΦdm3Z2≤[σF] 式中：K—為齒輪載荷系數(shù)，K=KAKVKαKβ,其中KA為齒輪使用系數(shù)；KV為動載系數(shù)；Kα為齒間載荷分配系數(shù)；Kβ為齒向荷載分布系數(shù)。T—齒輪轉(zhuǎn)矩，；YFa—齒形系數(shù)，與齒廓形狀有關(guān)；YSa—應(yīng)力校正系數(shù)；φd—齒寬系數(shù)；m—齒輪模數(shù)；Z—齒數(shù)；[σF]—齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力。根據(jù)所設(shè)計的齒輪數(shù)據(jù)，由表［4］可查，取KA=；KV=；Kα=1；Kβ=；YFa=；YSa=；φd=。所以： σF=≤330MPa。齒輪的彎曲疲勞強度符合要求，故校核合理。（2）齒面接觸疲勞強度計算 計算公式： σH=?u+1u≤σH 式中： ZE—彈性影響系數(shù)，單位MPa12； Ft—齒輪圓周力，單位N； b—齒寬，單位mm； d—分度圓直徑，單位mm； u—嚙合時，兩輪齒廓曲率半徑比與兩輪的直徑或齒數(shù)成正比。 可得： ZE= ；Ft=197N；b=40mm；d=108；u=1。 所以： σH=≤470MPa。