液压桩锤的动态冲击过程分析

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1、万方数据第28卷第2期机电工程V01．28No．22011年2月JoumalofMechanjcal&Elec硒calEn西neeringFeb．20ll液压桩锤的动态冲击过程分析朱振东，田国富·(沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：为研究液压桩锤的工作特性，提高桩锤系统的抗冲击性能，分析了桩锤冲击过程中各组成部件的运动和受力状况。以振动学理论为基础，建立了系统的力学模型以及动力学微分方程；利用模态分析的方法求解该微分方程，得到了桩锤系统的振动规律。通过求导进一步获得了速度、加速度以及各部件之间的相互作用力

2、随时间变化的规律；并应用相关软件对冲击过程进行了仿真分析，研究结果表明冲击过程中砧铁的加速度变化剧烈，应采取一定控制策略将波动控制在合理范围之内。关键词：液压桩锤；砧铁；冲击；微分方程；模态分析；仿真中图分类号：THll3文献标志码：A文章编号：100l一455l(2011)02—0176一04AnalysisofdynamicimpactprocessofhydraulicpilehammerZHUZhen—dong，TIANGuo—fu(SchoolofMecharIicalEn舀neering，ShenyangUniv

3、ersityofTechnolog)，，Shenyang110870，China)AkItI佻t：Ino谢ertos￡udytheopemtionadch撇ct蒯stjcsofhydraulicpiJek衄mer船dimpmvetllejmpaetl℃sistaflceoftIlesystem，themovementstates锄dforce—be商ngstatesofv撕。璐component8duringimpactprocesswe陀analyzed．Thenthemech蚰icalmodel蚰d山edy-namica

4、ldi矗．e他rnjalequationofthesystembasedon“bmti叩tIleorywe舱e8tablished．Withmodalanalysismethod，t}Iedi珏．erentialequati帆w鹳solved．曲ertlIevibrati鲫l洲ofthesystemw鹪obtained，thederivativemethodw硇appliedforobtainiTlgthev耐ationlaw0fvelocity，舵-cele嘶on鲫dinte瑚Icti蚰fbrcebetw儇mcompone

5、n协，tIlen山ei呷们tpmce鼹w舶simIllated锄d删yzedwiththerdatedsonware．Ther惜ults8h州thmthech蚰ge0facceleration0f锄“lisintensed血rIgimpactprocess，锄dsomecontmlfne鹄uresareneededto瑚traintlIenuctuati佣．1畸words：hy出aulicpilek吼mer；amril；impact；d诹brentialequation；modalanalysis；simulationO引言

6、液压桩锤是以液压油为工作介质，利用液压能将预制桩打人地基的桩工机械。它具有不排污、振动小、噪声低、能量利用率高、工作过程可控、机动灵活、可适用于潜水打桩和打斜桩等优势，因此在桩基工程中得到了广泛的应用¨引。液压桩锤以间歇冲击方式作业，在冲击过程中，锤头、锤垫、砧座、桩垫和桩受到的是交变冲击力作用，各个零部件之间的相互作用力大而且复杂，尤其当桩的贯入量为零时，各个零件之间的相互作用力达到最大，在频繁冲击作用下零部件很容易疲劳破坏，以致于不能正常工作。因此，研究桩锤冲击过程已成为保证机器正常运行的重要课题。很多文献从不同方面，运

7、用不同理论对该问题加以阐述，文献[3]对桩锤系统的力学模型进行了尝试性的研究；文献[4]运用波动学理论计算分析了冲击过程中产生的冲击应力。本研究基于振动学理论，采用模态分析的方法对某型号的液压打桩锤进行冲击过程计算与分析，得出冲击过程中锤头、砧铁和桩的位移、速度、加速度以及它们之间相互作用力的变化规律，为桩锤系统的合理设计和二次开发提供参考依据。收稿日期：2010一10—22作者简介：朱振东(1984一)，男，天津人，主要从事现代设计方法及工程机械动态分析理论与方法方面的研究．E．nIail：zIIuzIlendolIgl2

8、@126．嗍通信联系人：田国富，男，副教授，硕士生导师．E．IIIail：ti柚guo如@126．c锄万方数据第2期朱振东。等：液压桩锤的动态冲击过程分析·177·1冲击过程模型的建立1．1液压桩锤的结构简化及工作原理桩锤结构如图1所示。考虑到本研究的重点是冲击过程，所以只选取了冲击结构中