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液压桩锤冲击机构的瞬态动力特性及冲击性能研究
| 论文题名： | 液压桩锤冲击机构的瞬态动力特性及冲击性能研究 |
| 关键词： | 液压打桩锤;冲击机构;冲击力;牛顿碰撞;有限元 |
| 摘要： | 液压打桩锤是一种噪声相对较低、无污染、振动较小、打击能量较高的桩工机械。目前,国外的液压打桩锤基本形成了系列;国内的液压打桩锤技术相对比较落后,目前还没有进行大规模生产和设计的厂家,我国使用的液压打桩锤基本上从国外进口。液压打桩锤有很多性能评价指标,其中最大冲击力、冲击效率和冲击噪声是非常重要的性能指标,而国内生产的液压打桩锤样机存在冲击力不足、冲击效率较低和冲击噪声过大等问题。本文就着眼于由锤体、锤垫、桩帽、桩垫和桩组成的冲击机构,分析影响以上三种评价指标的各种因素,并对它们进行优化,从而得到最佳参数。 首先,本文以古典牛顿碰撞理论为基础,针对冲击机构提出了一种新的解析模型,根据此模型建立运动微分方程并求解,得到贯入度与各参数之间的关系。利用系统的传递函数对其进行优化,得到在特定土层下的锤垫和桩垫的最优参数值。 然后,本文以高应变波动理论为基础对冲击机构进行研究。分析了锤体与桩的波阻关系对冲击力的影响,从而总结出锤体形状的设计原则。利用SMITH原理建立桩的波动模型,求解出桩体任意位置的位移时间关系式。根据不同的土层边界条件,计算总结出位移波和应力波在桩底的反射规律,从而为基桩检测提供理论依据。 利用ANSYS/LS-DYNA对冲击机构的单次碰撞进行波动特性仿真研究。分析出桩底应力时间变化和位移时间变化,进而通过计算求出整个冲击机构的冲击效率,画出垫层参数与冲击效率、贯入度、最大冲击力和冲击力作用时间的关系曲线。通过改变土层的参数,分析不同边界条件的桩体应力波和位移波的传递情况。通过改变锤体半径来改变锤体的波阻,从而分析不同半径的锤体对冲击力的影响。 随后,利用碰撞振动理论和声固耦合理论对冲击机构进行分析,得到冲击噪声与垫层参数的关系。利用仪器测出不同垫层的噪声频率特性以及距离锤体不同距离的噪声值,总结垫层对冲击噪声的影响。 最后,利用测试装置对ZCYB7/130型液压打桩锤的冲击力进行测试。通过实验得到橡胶板和胶木板作为垫层的冲击效率,得到其大小与理论仿真分析结果一致。 |
| 作者： | 王涛 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 胡均平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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