便攜式打樁機激振器的設計

32頁 7400字數(shù)+論文說明書+任務書+6張CAD圖紙【詳情如下】

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便攜式打樁機激振器的設計

目錄

第一章 緒論

1.1其他團體對打樁機的研究

1.1.1震動打樁機的原理

1.1.2對偏心塊和電動機的研究的

1.2結論

第二章 總體設計

2.1課程設計的要求

2.2打樁機傳動系統(tǒng)

2.3設計參數(shù)

第三章 偏心輪設計

3.1設計步驟

3.1.1材料選擇

3.1.1用pro/engineer對偏心塊進行機構設計

3.2設計結果

第四章 齒輪設計

4.1齒輪結構設計

4.2齒輪強度校核

第五章 帶輪傳動設計

5.1傳送帶的設計

5.2帶輪設計

第六章 軸的設計

6.1軸的結構設計

第七章 箱體設計

7.1箱體的結構設計

第八章 參考文獻

第九章 致謝

第一章 緒論

1.1其他團體對打樁機的研究

振動沉拔樁機是隨著振動機械的發(fā)展而發(fā)展起來的，兩位日本科技工作者曾進行了

動機械的模型試驗，他們在一載荷板上安裝了激振器，載荷板在一定激振頻率激振力

作用下在土壤中下沉，發(fā)現(xiàn)了振動作用下土壤的“液化”現(xiàn)象，即通過振動可在相當

度上減小土顆粒間的摩擦。1934 年俄國的巴爾喀教授首先將這一原理應用到建筑工

中，他將一個激振器安裝在管樁或板樁上使其振動，結果只用靜拔樁力的 1/l0~1/5

能將樁拔出，依據(jù)這一原理研制出了振動沉拔樁機。但是在蘇聯(lián)的建設工程中普遍使

振動沉拔樁機還是在二次世界大戰(zhàn)以后川。 如將蘇聯(lián)的振動沉拔樁機按照打入樁種類

以區(qū)分，其主要類型為，以沉入 H 型鋼樁、板樁為主的 BT 型、V 型、Vp 型和 VP 型。

型振動沉拔樁機是1950年由列寧格勒鐵路技術研究所泰塔爾尼可夫博士發(fā)展改進的

型，它分為 1 型~250 型數(shù)種，它對通常的土層，在深度 20m 以內，僅以振動即可沉

入;對深度 20m 以上至 25m 以內，需定時清除管內積土才能沉入，對 25m 以

上則要并用送氣法或射水法進行沉入。vP型振動沉樁機1957年曾用于我國武漢長江大橋的管樁沉

入工程， 由于在這一工程中僅以12個月的工期， 就完成了深達30-76m的管樁沉入工作，

因而受到了國際上的關注。 

同時在武漢長江大橋建設時期，我國試制了蘇制 BII1 型振動樁錘，成為當時激振

力最大的振動樁錘。20 世紀 60 年代，為南京長江大橋中 3.6 預制力混凝土管樁下沉，

又研制了大型振動樁錘中一250型。激振力可達250kN。此后多年，國內振動樁錘的研

制工作基本停步不前。近十多年來，由于石油工程及橋梁工程的需要，大型振動樁錘的

研制有了新的進展，最引人注目的是北京建筑機械綜合研究所與浙江振中機械廠聯(lián)合研

制的 DZJ 系列振動樁錘，這類振動樁錘的最大激振力已達 1800kN，電機功率為 240kW。

他們由于采用了偏心力矩液壓調整裝置，使起動力矩為零，采用星一三角起動，對電網(wǎng)

的沖擊很小，深受用戶的歡迎。

  由于振動沉樁機具有優(yōu)良的技術性能，尤其拔樁更顯其獨特的優(yōu)越性，戰(zhàn)后蘇聯(lián)發(fā)

展起來的振動沉拔樁施工技術給世界各國產(chǎn)生了重要影響，推動了法國、德國、波蘭、

美國以及日本等國開始生產(chǎn)各種類型的振動沉拔樁機， 如西德的西恩克及明尤拉公司制

造了以沉入和拔出鋼管樁為主要目的的振動沉拔樁機;法國的曾爾.諾爾曼迪公司制造

了可以使樁同時產(chǎn)生垂直振動和圓周運動的振動沉拔樁機，并制造了沖擊式打樁機，可

以沉入直徑500~600m，長度20m的鋼管樁。 

  美國吉爾多困恩斯特拉克蕭恩公司制作的振動打樁機，系以發(fā)明者波大依那的名字

命名的稱為“波大依那”打樁機，這種振動打樁機可0.78~3.26分鐘的時間內，將前端

封閉、 直徑325mm、 長21.6m的鋼管樁， 或以2.7 分鐘的時間將前端封閉、 直徑為914mm、

長17.4m的鋼管樁沉入地下，因而引起世界各國的關注。這種振動打樁機采用了接近于

鋼管固有頻率，以每分鐘 6000 轉的高頻率振動而引發(fā)樁共振的原理，它以 500HP 的汽

油發(fā)動機作為動力，因此消耗功率相當大。 

  日本振動沉拔樁機的發(fā)展，是1906年以東洋棉花公司進口的蘇聯(lián)VP-1型振動打樁

機為起點，第一次進口 30 臺很快銷售一空.在這種效果的刺激作用下，大發(fā)工業(yè)公司

率先著手制作，接著日平產(chǎn)業(yè)、浦和重工、三菱重工、久保田鐵工、豐田機械等多達十

多家制造公司也相繼投入生產(chǎn)，由此揭開了日本發(fā)展振動打樁機的序幕。其中日平產(chǎn)業(yè)

是以制造功率在巧15~30HP左右小型機械為主的制造廠， 所生產(chǎn)的打樁機僅適用于沉入

7~8mm左右較短的板樁， 這種打樁機采用400一800rPm 的激振頻率.由于其振動耗能低， 

因而得到了較廣泛的應用.然而，因這種機械的功率小，所以不僅不能打入 H 型鋼和鋼

管等支承樁，就連拔出大型建筑工程使用的長鋼樁也難以勝任。為了適應這種需要，日

平產(chǎn)業(yè)又設法由對樁施加強制振動到施加振動沖擊， 終于使得原來只靠強制振動不能拔

出的鋼樁得以成功拔出.豐田機械也以日平產(chǎn)業(yè)相同的設計原理，制成了振動沖擊式打

樁機。兩者不同之處只是日平產(chǎn)業(yè)是利用空氣墊蓄積向下運動能而增大向上運動能，以

加大沖擊時的沖量，而豐田機械則是利用橡膠墊。 

  對于振動沖擊打樁機的看法，日本建調神戶株式會社的研究人員認為，如果能夠給

樁體以與其固有頻率相等的沖擊頻率，就會引發(fā)樁體的共振而提高拔樁效果。然而，像

這樣高的沖擊頻率，在實際上可不必一定要求它與固有頻率相等，也可以是它的倍數(shù)，

有了這樣的倍振動頻率，就可以通過振動打樁機的振動控制裝置將其變換成沖擊。而振

動打樁的效果問題，歸根結底是如何將樁體的強制振動傳給和樁接觸的土層，以引起土

壤物理性能的改變，從而減小摩擦力。如果通過振動不足以使土壤發(fā)生變化，而樁和土

的接觸仍是固體摩擦，或者是固體粘接時，采用沖擊法是必要的。但這樣的土質情況不

會經(jīng)常遇到，通常僅以振動即可使土壤改變物理特性的情形占多數(shù)，問題的關鍵使如何

選定足以使土壤產(chǎn)生變化的振動參數(shù)。 他們認為振動沖擊式打樁機在工作范圍上局限性

很大，但具有較好的拔樁效果。 

  日本振動打樁機的發(fā)展在1906~1946年主要以仿制為主，之后對提高振動打樁機的

貫入能力作了一些嘗試，并取得了一定的成效。像三菱重工業(yè)公司生產(chǎn)的V一 5振動打

樁機，曾在日本琵琶湖大橋工程中沉入了154 根直徑1.2m及1.5m，長33m的大口徑鋼

管樁作橋墩基礎。 利用這種振動打樁機將所用樁在松軟淤泥質粘土層和淤泥質砂土層內，

沉入到23m的深度。而建調神戶株式會社生產(chǎn)的KM2一12000型振動打樁機，曾以5~7

分鐘的時間，將直徑 480 啞，長 29m 的前端封閉鋼管樁貫入至 N 值(標準貫入值)50 以

上的地層2m深。 

  對振動沉拔樁機的研究，早期關注的重點是振動沉拔樁機自身的參數(shù)對沉拔樁效果

的影響，建立了一系列樁一土振動系統(tǒng)模型，并根據(jù)振動系統(tǒng)模型來確定振動沉拔樁機

振動參數(shù)。像日本建調神戶株式會社 1966 年以后生產(chǎn)的振動沉拔樁機，是把樁體視為

均質彈性體的同時，把樁前端接觸的地基視為彈性系數(shù)較小的彈性體，然后選參數(shù);同

時，在拔樁時，又把樁的周邊視為被彈性系數(shù)較小的土所包裹，并假設這樣的土和土之

間有著彈性連接。因此，根據(jù)這種模型可以設想，由樁和土組成的振動系統(tǒng)，有著某固

有的振動頻率，如給它以適當頻率的強制振動，即可引發(fā)樁的共振，這時就會因土的彈 

性系數(shù)較小，使它的彈性在極短的時間內遭到破壞，從而帶來土的塑性變形。這一振動

體系的缺陷是，按照這種模型制作的振動沉拔樁機，在遇含水量低的土層或粘性較大的

土層時，所需的拔樁時間較長。而美國“波大依那”打樁機的原理依據(jù)是，把土視為純

塑性變形，把樁視為均質彈性體，通過給樁體施加以和樁固有頻率一致的強制振動，引

發(fā)樁體產(chǎn)生共振，使樁產(chǎn)生最大限度的伸縮，然后對樁端施加以必要的壓力，使樁迅速

沉入地基土中tls].由于樁的固有頻率很高，所以根據(jù)這種模型制作的振動沉拔樁機偏

心軸轉速也很高，功率消耗也很大。 

  振動沉拔樁機由樁架和振動樁錘兩大部分組成，而振動樁錘對振動沉拔樁機的性能

起著至關重要的作用。早期的振動樁錘為電機驅動，振動頻率及偏心塊偏心力矩不能調

整。由于在不同的土層施工需要振動樁錘有不同的振動頻率和振幅，隨后又出現(xiàn)了偏心

塊偏心力矩和偏心軸轉速可有級調整的振動樁錘， 即通過手動改變固定偏心塊與活動偏

心塊間的夾角來調節(jié)偏心力矩:通過更換皮帶輪或傳動齒輪來改變偏心軸轉速。電機驅

動的振動樁錘存在著調速不便，體積大等缺點.隨著液壓技術的迅速發(fā)展和不斷完善，

液壓馬達驅動的振動樁錘應運而生，因液壓馬達與電動機相比具有調速方便，體積小，

重量輕等優(yōu)點，使得液壓振動錘擁有強大的作業(yè)能力、優(yōu)越的控制性和電動錘無法比擬

的優(yōu)越性。在發(fā)達國家，電動錘大部分已被液壓振動錘所取代。但是在國內，液壓振動

錘才剛剛起步。

1.1.1 震動打樁機的原理

1.2 振動樁錘的結構和工作原理 

振動打樁機的振動錘主要由原動機、激振器和減振裝置組成。（如圖1-1所示） 

1.原動機  原動機是振動打樁機的動力元件，一般采用異步電機，要求在強烈的振

動狀態(tài)下能可靠的運轉，并且要有較高的啟動力矩和過載能力。此外，振動樁錘也有采

用液壓馬達的，可以實現(xiàn)無極調頻。 

2.激振器  激振器包括軸、偏心塊、齒輪等，為了適應不同類型的樁錘以及土壤環(huán)

境，可以采用改變偏心塊中固定塊與活動塊之間的相位差來達到調矩的目的。（如圖1-2

所示） 

3.減振器 為了避免將振動樁錘產(chǎn)生的振動傳至樁架在吊鉤與減震器之間必須減振，

減振器一般是由壓縮彈簧組成，由于彈簧的減振作用，使振動器所產(chǎn)生的較大振幅傳速

到吸振器時將大為減弱。因此，在沉、拔樁時可獲得良好的減振效果。 

4. 夾樁器 振動樁錘工作時必須與樁剛性連接，這樣才能把振動樁錘所產(chǎn)生不斷變

化大小和方向的激振力傳給樁體。因此，振動樁錘都有夾樁器，一般為于激振器的下面。

夾樁器將樁夾緊，使樁與振動樁錘成為一體，一起振動。夾樁器有液壓式、氣動式和直

接式。目前最常用的是液壓式。 

如下圖1-1就是一個簡單的激振器結構圖 

第八章 參考文獻

[1]  濮良貴主編．機械設計[M]．第八版．北京：高等教育出版社，2006 

[2]  殷玉楓主編，機械設計課程設計[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2006.6

[3]  鄧星鐘等編著，機電傳動控制[M] ，武漢：科中科技大學出版社，2007.7

[4]  郭紀林主編，機械制圖[M]，大連：大連理工大學 出版社