液压动力沉桩冲击机械体系动力学建模与研究

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1、液压动力沉桩冲击机械体系动力学建模与研究第一章绪论1.1研究意义在我国，建筑行业作为国民经济的支柱行业，具有重要的意义；而桩工机械作为建筑行业的基础，发挥着巨大的作用。随着科技的进步，改进传统的建筑机械和创造新的建筑机械，能有效的提高建筑行业的工作效率及其自动化水平，这对我国建筑业的发展具有重要的战略意义。从建筑工程的施工过程来讲，基础工程占了整个施工过程的1/3~1/2。在基础工程的各种类型中，桩基工程又占了主要的地位。在桩基工程中，预制桩因其比灌注桩具有更好的环境适用性和可靠性，被越来越广泛的采用。在预制桩的作业过程中，按预

2、制桩的打入方法来分，可以分为三大类：打入法，振动法和压入法。打入法又名冲击法，它是通过桩锤打击桩头，冲击瞬间使桩头受到很大的力，从而把桩逐步打入土层。按锤头的动力形式分，打入法又可以分为落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤（即液压动力沉桩机）。落锤和蒸汽锤作为较古老的沉桩方式，已基本淘汰；柴油锤由于噪声大和油烟污染严重，在许多城市已开始禁止使用。振动法是使桩身产生高频振动，从而降低桩身附近土壤的阻力，在自重或稍施压力的情况下使桩贯入土壤中。振动法适用于砂土，松软性粘土和塑形粘土，但在紧密粘土、卵石夹砂中效果较差。压入法是给桩头施加巨大的

3、静压力，把桩压入土壤中。这种方法噪声小，桩头不受冲击的影响，但是压入法使用的静力锤十分笨重，移动、搬运和组装都非常麻烦，并且它只适用于较软的地质施工。液压动力沉桩机与其他桩锤相比具有不排污、振动低、噪声小、效率高，机动灵活性强、可适用各种地质并且适于潜水打桩和打斜桩等优势。因此，液压动力沉桩机已受到许多国家的重视，目前，液压动力沉桩机在发达国家已被广泛使用，并已经形成系列化，有许多公司开发了各种形式的液压动力沉桩机。我国从80年代初期开始研究液压动力沉桩机，但进展缓慢，我国建筑单位使用的液压动力沉桩机基本都是从国外进口。由于国外

4、液压动力沉桩机的研究周期长，技术复杂，制造成本高，价格昂贵，因此，研发具有自主知识产权的高效率，低成本，自动化程度高的液压动力沉桩机对于提高我国建筑业及机械制造业水平具有十分重要的意义。本文在综合大量国内外关于冲击机械系统动力学研究文献的基础上，拟建立某新型液压动力沉桩机冲击机械系统动力学模型，得到该冲击机械系统的冲击沉桩力并研究其关键零部件的设计参数对冲击沉桩力的影响。同时，本论文还对此新型液压动力沉桩机冲击机械系统进行动力学仿真，得到沉桩过程中各个关键零部件的应力应变等。本论文对液压动力沉桩机的动力学特性研究具有一定的学术意

5、义，对今后我国新型液压动力沉桩机的设计和制造具有一定的理论指导意义。1.2国内外研究现状在国外，从20世纪60年代就开始了液压动力沉桩机的研究，并且发展速度很快。研制最早的是荷兰的HBM公司，该公司于1964年开始研究液压动力沉桩机，1969年首台样机研制成功，1972年将其产品推向建筑市场，其生产的HBM-18型液压动力沉桩机成为当时世界上最先进的液压动力沉桩机。其他发达国家的研制工作也进展迅速，1976年英国BSP公司成功研制10吨液压动力沉桩机，日本日立建机公司于1976年购买英国BSP公司的专利技术，于1979年研制成6

6、.5吨液压动力沉桩机，并于80年代末研制出能打斜桩的液压动力沉桩机[1,2]。芬兰、美国、法国、苏联等国家也相继研发出了高性能的液压动力沉桩机。随着液压动力沉桩机的发展，其作用方式也由单作用下落式发展到双作用下落式等类型，单作用下落式即桩锤在自重的作用下以自由落体方式下落，双作用下落式即桩锤在自重和外力的共同作用下以大于重力加速度的方式下落，双作用式沉桩机在行程相同、锤重相同情况下产生的冲击沉桩力远远大于单作用式沉桩机。单作用式液压动力沉桩机主要有英国BSP公司的HH357一9型锤、日立公司生产的HNC型锤、美国HPSI公司的M

7、odel650一3505型锤等，双作用式液压动力沉桩机主要有日本车辆公司的NH型锤、荷兰IHC公司的SC型锤、芬兰Junttall公司的HHKA系列液压动力沉桩机、新加坡生产的TechandFoundations[A].ASCE,1986:35-61.[6]唐念慈,梁守信.应力波理论与桩基工程[R].甘肃省建筑科学研究所.1984:41-45.[7]Holloicstudiesonthebearingcapacityofpiles[R].DivisionofSolidMechanics,StructureandMechanica

8、lDesignCaseechanics.StrusturesandMechanicalDesign,Casees1through4,FHarch1981:33-40.(责任编辑：gufeng)