打樁機(jī)起重裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、摘要 振動(dòng)樁錘是慣性振動(dòng)機(jī)械的一種，屬于振動(dòng)利用機(jī)械中的平面雙軸式激振器。振動(dòng) 樁錘是利用機(jī)械振動(dòng)減少樁與土壤間的摩擦力，并依靠其自重或外加壓力作用下達(dá)到沉 樁的目的。振動(dòng)樁錘分機(jī)械式和液壓式兩類，液壓振動(dòng)錘應(yīng)用較少。振動(dòng)樁錘采用機(jī)械 式定向激振器。它由兩根裝有相同的偏心塊并相向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸組成，兩根軸上的偏心塊所 產(chǎn)生的離心力在水平方向上的分力相互抵消，而垂直方向上的分力疊加。振動(dòng)樁錘主要 由電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)桿、壓縮彈簧、減振粱、振動(dòng)箱、皮帶輪等組成。具有貫入力強(qiáng)、沉樁質(zhì) 量好、堅(jiān)固耐用 、故障少、結(jié)構(gòu)緊湊、低噪音、高效率、無污染等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：振動(dòng)機(jī)械、振動(dòng)樁錘、慣性振動(dòng)、減振彈簧 i a

2、bstractabstract the vibration hammer is one kind of the inertial oscillation machinery, belongs to in the vibration use machinery the plane double shaft type driver. the vibration hammer uses friction to reduce the force between the mechanical vibrations pile and the soil, and depends upon it to be

3、self- possessed or the sur- pressure function issues the goal of stake sinking. the vibration hammer divides the mechanical type and the hydraulic pressure type two kinds, the hydraulic pressure vibration hammer application are less. the vibration hammeruses the mechanical type direction detection d

4、river. it is loaded with same lack of impartiality the piece and the opposite direction rotation axis by two is composed, on two axes lack of impartiality the piece produces the centrifugal force offsets or counteract one another in the horizontal side upward force component, but in vertical directi

5、on force component superimposition. the vibration hammer mainly by the electric motor, the guide rod, the compression spring, horizontal beam reducing inspires, a vibration box of body, the belt pulley and so on is composed. has the penetrating power strongly, the quality of stake sinking is good, f

6、irm durable, the breakdown few, the structure is compact, the low noise, the high efficiency, does not have merit and so on pollution. keykey wordswords: vibrates the machinery vibratory pile hammer the inertial oscillation the spring reducing inspires ii 目 錄 摘要.i abstract.ii 第 1 章緒論.1 第 2 章 振動(dòng)機(jī)械的用途

7、、分類、工作原理及構(gòu)造.2 2.1 振動(dòng)機(jī)械的用途和分類.2 2.1.1 振動(dòng)機(jī)械的組成 .2 2.1.2 振動(dòng)機(jī)械的用途.3 2.1.3 振動(dòng)機(jī)械的分類 .4 2.2 慣性振動(dòng)機(jī)械的工作原理與構(gòu)造.5 2.2.1 慣性激振器的形式 .5 2.2.3 線性或近似線性的近共振類慣性機(jī)械.12 2.2.4 非線性慣性振動(dòng)機(jī)械.13 2.2.5 沖擊式慣性振動(dòng)機(jī)械.14 iii 2.3 樁工機(jī)械的分類和工程應(yīng)用.14 2.3.1 樁工機(jī)械的分類.15 2.3.2 樁工機(jī)械在工程技術(shù)中的應(yīng)用.15 2.4 振動(dòng)樁錘的工作原理和構(gòu)成.15 2.4.1 振動(dòng)樁錘的工作原理.15 2.4.2 振動(dòng)樁錘的構(gòu)成

8、.17 2.4.3 沉樁原理.18 第 3 章電機(jī)的選擇和計(jì)算.20 3.1 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)綜合考慮的問題.20 3.2 選擇電動(dòng)機(jī).20 第 4 章振動(dòng)樁錘的主參數(shù)計(jì)算.22 4.1 激振力的計(jì)算.22 4.2 計(jì)算實(shí)際振幅.23 4.2.1 根據(jù)提供的頻率選擇工作土壤的類型.23 4.2.2 振幅 a 的確定.23 iv 4.3 計(jì)算實(shí)際偏心力矩.24 4.4 功率的計(jì)算.25 第 5 章減振彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算.27 5.1 減振彈簧的結(jié)構(gòu)選擇.27 5.1.1 選取螺旋彈簧的類型代號(hào).27 5.1.2 選取彈簧的材料并確定其主要性能參數(shù).27 5.2 圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算.27 5.2.1

9、 確定單根彈簧的最大工作載荷.27 5.2.2 選擇旋繞比.28 5.2.3 計(jì)算鋼絲直徑.28 5.2.4 計(jì)算彈簧中徑.28 5.2.5 計(jì)算彈簧圈數(shù).29 5.2.6 計(jì)算試驗(yàn)載荷.30 5.2.7 自由高度.30 5.2.8 彈簧的節(jié)距.31 v 5.2.9 彈簧的螺旋角.31 5.2.10 彈簧的穩(wěn)定性驗(yàn)算.32 5.2.11 彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算.32 5.2.12 共振驗(yàn)算.33 第 6 章 v 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算.35 6.1v 帶的計(jì)算.35 6.2v 帶輪材料和尺寸的確定.35 第 7 章經(jīng)濟(jì)分析與資源分析.39 結(jié)論.40 參考文獻(xiàn).41 專題論文.42 致謝.49 附錄 1 中

10、文譯文.50 附錄 2 英文原文.64 0 第 1 章緒論 在一般情況下，振動(dòng)是一種不需要的、有害的現(xiàn)象，應(yīng)該加以消除或隔離；但在某 些場(chǎng)合，振動(dòng)式需要的和有益的，應(yīng)該加以利用。 振動(dòng)有益的場(chǎng)合很多，例如，各種樂器的振動(dòng)，可形成美妙的樂音，感動(dòng)人們；人 類及高等動(dòng)物的耳膜振動(dòng)、聲帶振動(dòng)。心臟搏動(dòng)及呼吸運(yùn)動(dòng)，則是與生命現(xiàn)象緊密聯(lián)系 的振動(dòng)；在工程技術(shù)中，各種振動(dòng)機(jī)械利用振動(dòng)完成許多特殊的工藝過程；在日常生活 中，許多振動(dòng)機(jī)具幫助人們擴(kuò)展自己的工作能力。 隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的飛速發(fā)展，樁基礎(chǔ)已從木樁逐漸發(fā)展為鋼筋混凝土樁或鋼樁。校 基礎(chǔ)的施工方法和施工機(jī)械也有了巨大的發(fā)展。樁的類型大體上可分為兩大類：

11、預(yù)制樁 和就地灌注樁。預(yù)制樁主要采用錘擊的方法將其打入土壤中。其施工機(jī)械也從剛開始?jí)?錘、蒸汽錘和柴油錘，發(fā)展到振動(dòng)錘。振動(dòng)錘是結(jié)合我國具體特點(diǎn)計(jì)算的新型產(chǎn)品，是 公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)、建筑等基礎(chǔ)施工的理想設(shè)備。具有貫入力強(qiáng)、沉樁質(zhì)量好、堅(jiān)固耐 用 、故障少、結(jié)構(gòu)緊湊、低噪音、高效率、無污染等優(yōu)點(diǎn)。 dz 振動(dòng)錘主要用于有動(dòng)力電源的各建筑工地和港口、地下鐵道、橋梁、高層建筑等 樁基施工工程。它是廣泛適用于丘陵、平原、干填土和湖泊地區(qū)、池塘淤泥層以及各種 松土基礎(chǔ)用袋裝沙井、塑料紙板等工法加固軟基的設(shè)備。 1 第 2 章 振動(dòng)機(jī)械的用途、分類、工作原理及構(gòu)造 2.1 振動(dòng)機(jī)械的用途和分類 振動(dòng)機(jī)械在

12、工程技術(shù)中的用途很廣泛，如振動(dòng)加工，振動(dòng)拉絲，振動(dòng)壓印，物料的 篩分、破碎、輸送等。最近 30 多年來，應(yīng)用振動(dòng)原理而工作的機(jī)械（簡(jiǎn)稱振動(dòng)機(jī)械）得 到了迅速的發(fā)展，它們?cè)诘V山和冶金工廠、選煤廠、化工廠、發(fā)電廠、鑄造廠、建筑工 地、水泥廠，以及糧食和食品加工廠中得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已用于 手工業(yè)生產(chǎn)中的振動(dòng)機(jī)械有幾十種之多，例如，振動(dòng)給料機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)篩、概 率篩、振動(dòng)離心脫水機(jī)、振動(dòng)冷卻機(jī)、振動(dòng)球磨機(jī)、振動(dòng)光飾機(jī)、振動(dòng)落砂機(jī)、振動(dòng)成 型機(jī)、振動(dòng)夯土機(jī)、振搗器、振動(dòng)壓路機(jī)、振動(dòng)沉拔樁機(jī)、振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī) 和各種形式的激振器等。這些振動(dòng)機(jī)在工業(yè)的各個(gè)部門中已發(fā)揮了重要

13、的作用。 2.1.1 振動(dòng)機(jī)械的組成 振動(dòng)機(jī)械通常是由激振器、工作機(jī)體及彈性元件三個(gè)部分組成（2-1a） 。 1.激振器 用以產(chǎn)生周期變化的激振力，使工作機(jī)體產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)。常用的激振器有慣性激 振器、彈性連桿式激振器、電磁式激振器、液壓式或氣動(dòng)式激振器，以及凸輪式激振器 等。 2.工作機(jī)體或平衡機(jī)體 如輸送槽、篩箱、臺(tái)面和平衡架體等。但在 一些振動(dòng)機(jī)中無平衡架體。為了完成各 種工藝過程，它們通常作周期性的運(yùn)動(dòng)。 3.彈性元件（彈簧） 包括隔振彈簧（其作用是支承振動(dòng)機(jī)體，使機(jī)體實(shí)現(xiàn)所要求的 振動(dòng)，并減小傳給基 礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)架的動(dòng)載荷） 、主振彈簧（即共振彈簧或稱蓄能彈簧）和連桿彈簧（傳遞激振力 等

14、） 。在一些振動(dòng)機(jī)械中無彈性元件。 振動(dòng)機(jī)械與其它類型的機(jī)械相比，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、重量較輕、金屬消 耗量少、成本低、能耗小、安裝方便、維修容易等。某些振動(dòng)機(jī)械也存在著振幅不夠穩(wěn) 定、調(diào)整復(fù)雜、傳給地基的振動(dòng)較大、零部件工作壽命較短及噪聲較大等缺點(diǎn)。 2.1.2 振動(dòng)機(jī)械的用途 2 1.物料的輸送 利用振動(dòng)的槽體（或管體） ，可使物料沿指定方向作滑行運(yùn)動(dòng)或拋擲運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 輸送物料的目的。用管體封閉的振動(dòng)輸送機(jī)，能輸送含有矽塵的礦物及其它有害或有毒 的物料，有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其它輸送設(shè)備所不能比擬的。 2.物料的篩分、選別、脫水、冷卻和干燥 因?yàn)檎駝?dòng)可使物料松散地

15、和均勻地分布于工作面上，同時(shí)在振動(dòng)面上物料受重力 （在離心力場(chǎng)中則為離心力） 、沖擊力、摩擦力和慣性力的頻繁作用，所以在輸送物料的 過程中，可有效地完成諸如篩分、脫水、冷卻和干燥等各種工藝過程；在溜槽、滑道中 安置適當(dāng)?shù)膿蹊F或缺口，還可完成工件的排序或選別。 3.物料的破碎、粉磨，物件的清理和工件的光飾 利用振動(dòng)可使物料（或物件）內(nèi)部的裂紋易于形成，并迅速展開；利用振動(dòng)可加劇 物料（或物件）與研磨介質(zhì)之間的相互摩擦和撞擊，從而可有效地實(shí)現(xiàn)破碎或粉磨物料， 完成物件清理、鑄件落砂和工件（或刀具）光飾等各種工藝過程。 4.松散物料的成型與緊實(shí) 利用振動(dòng)可以顯著減小物料的內(nèi)摩擦系數(shù)，增加其“流動(dòng)性”

16、 ，因而是物料易于成型 與緊實(shí)。 5.土壤或砂石對(duì)夯實(shí)、振搗及沉拔樁等 利用振動(dòng)可減小土壤、砂石和其它混合物的內(nèi)摩擦力，可降低土壤對(duì)貫入物體（樁 或管）的阻力，因而可有效地完成夯土、壓路、振搗和沉拔樁等工作，并可大大減輕工 人對(duì)體力勞動(dòng)。 6.儀器、機(jī)器及其零件的測(cè)試 利用激振器對(duì)機(jī)體進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)；利用振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)或振動(dòng)測(cè)量?jī)x測(cè)定儀器、機(jī)器及 其零部件的參數(shù)；利用振動(dòng)原理對(duì)回轉(zhuǎn)零部件進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)等。 7.其它用途 利用振動(dòng)可以加快鑄件或焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成晶粒重新排列的過程，縮短消除內(nèi)應(yīng)力 對(duì)時(shí)間等。 可以預(yù)料，振動(dòng)機(jī)械的用途將會(huì)不斷擴(kuò)大，其規(guī)格和品種將會(huì)日益增多。它們?cè)谖?國實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化的過程

17、中將會(huì)發(fā)揮更大對(duì)作用。 2.1.3 振動(dòng)機(jī)械的分類 利用合適的激振器、驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)面、工作管體或槽體以實(shí)現(xiàn)要求的振動(dòng)，達(dá)到處理 特定的物料或物件，完成一定工藝過程的機(jī)械，稱為振動(dòng)機(jī)械，它是振動(dòng)利用中重要而 應(yīng)用廣泛的一部分。 3 對(duì)振動(dòng)機(jī)械進(jìn)行分類的目的是：按照振動(dòng)機(jī)械對(duì)類型，分別地對(duì)它們進(jìn)行分析研究， 找出它們的共性與特性，便于了解與掌握各種振動(dòng)機(jī)械的特點(diǎn)，以使他們得到更合理的 使用。振動(dòng)機(jī)械可以按照它們的用途、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分類。 1.按用途分類 表 2-1 按用途對(duì)振動(dòng)機(jī)械進(jìn)行了分類，并列舉了各種常見振動(dòng)機(jī)械的名稱。 2.按驅(qū)動(dòng)裝置（激振器）的形式分類 （1）慣性式振動(dòng)機(jī)（圖

18、2-1） 它是由慣性激振器驅(qū)動(dòng)。慣性激振器通常是由偏心塊、主軸、軸承和軸承座等所組 成（圖 2-1b） 。工作機(jī)體的振動(dòng)是由偏心塊回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的周期變化的離心力引起的。 目前慣性式振動(dòng)機(jī)在工業(yè)部門中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，慣性振動(dòng)篩、振動(dòng)球磨機(jī)、 振動(dòng)落砂機(jī)、振動(dòng)成型機(jī)和振動(dòng)振搗器等。 圖 2-1 慣性式振動(dòng)機(jī) a）慣性振動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)圖 b）慣性激振器 1激振器 2工作機(jī)體 3彈性元件 4偏心塊 5主軸 6軸承和軸承座 （2）彈性連桿式振動(dòng)機(jī) 它是由彈性連桿式激振器驅(qū)動(dòng)的，彈性連桿式激振器是由偏心軸、連桿及鏈桿端部 的彈簧所組成。工作機(jī)體借彈性連桿激起振動(dòng)。目前用于工業(yè)中的該類振動(dòng)機(jī)有彈性連 桿式

19、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)冷卻機(jī)和重介質(zhì)振動(dòng)溜槽機(jī)等。彈性連桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)通常用于長 度較大的振動(dòng)機(jī)中。 （3）電磁式振動(dòng)機(jī) 它是由電磁激振器驅(qū)動(dòng)的。電磁激振器是由鐵心、線圈及銜鐵所組成。交流電流或 4 脈動(dòng)電流通過線圈，使電磁鐵產(chǎn)生周期變化的電磁吸力，從而使工作機(jī)體產(chǎn)生振動(dòng)。目 前用于手工業(yè)中的該類振動(dòng)機(jī)有電磁振動(dòng)給料機(jī)、電磁振動(dòng)輸送機(jī)、電磁振動(dòng)篩和電磁 振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等。 （4）其它振動(dòng)機(jī) 他們由風(fēng)動(dòng)式激振器、液壓式振動(dòng)器和凸輪式振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。該類振動(dòng)機(jī)與前述三類 振動(dòng)機(jī)的工作原理及計(jì)算方法有所不同。 3.按動(dòng)力學(xué)特性分類 表 2-2 是按照動(dòng)力學(xué)特性對(duì)振動(dòng)機(jī)械進(jìn)行分類。分為線性非共振類振動(dòng)機(jī)、線性近 共振

20、類振動(dòng)機(jī)、非線性振動(dòng)機(jī)、沖擊式振動(dòng)機(jī)。 除了按照前述特性進(jìn)行分類外。還常常按照振動(dòng)質(zhì)體對(duì)數(shù)目及自由度的數(shù)目對(duì)振動(dòng) 機(jī)進(jìn)行分類。 2.2 慣性振動(dòng)機(jī)械的工作原理與構(gòu)造 2.2.1 慣性激振器的形式 慣性振動(dòng)機(jī)是由帶偏心塊的慣性激振器驅(qū)動(dòng)的。慣性激振器可分為以下幾種。 1.單軸式慣性激振器 單軸式慣性激振器有兩種結(jié)構(gòu)，一種如圖 2-2a 所示，一種如圖 2-3 所示。它通常產(chǎn) 生沿圓周方向變化的激振力。當(dāng)軸兩端的偏心塊具有不同的安裝相位時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生沿圓 周方向變化的激振力偶。 5 圖 2-2 各種慣性激振器 a）單軸式慣性激振器 b） 、c）雙軸式慣性激振器 d）多軸式慣性激振器 圖 2-3 單軸

21、式圓盤偏心塊 激振力幅值 p=mr（n） ，r=e 2 6 表 2-1 振動(dòng)機(jī)械按用途分類 類 別用 途機(jī) 器 名 稱 輸送物料類 物料輸送、給料、預(yù)防料倉 起拱、作閘門用 振動(dòng)給料機(jī)；水平振動(dòng) 輸送機(jī)；振動(dòng)料斗；垂 直振動(dòng)輸送機(jī)；倉壁振動(dòng) 器 選分冷卻類 篩分、選別、脫水、冷卻、 干燥 振動(dòng)篩；共振篩；彈 簧搖床；慣性四軸搖床； 重介質(zhì)振動(dòng)溜槽；振動(dòng) 離心搖床；振動(dòng)離心脫水 機(jī)；槽式振動(dòng)冷卻機(jī)； 塔式振動(dòng)冷卻機(jī)；振動(dòng)干 燥機(jī) 研磨清理類 粉磨、光飾、落砂、清理、 除灰 振動(dòng)球磨機(jī)；振動(dòng)光飾 機(jī)；振動(dòng)落砂機(jī)；振動(dòng) 除灰機(jī)；礦車清底用振動(dòng) 器 成型緊實(shí)類成型、緊實(shí) 石墨電極振動(dòng)成型機(jī)； 耐火磚振

22、動(dòng)成型機(jī)；混凝 土預(yù)制件振動(dòng)成型機(jī)；振 動(dòng)造型機(jī) 振搗打樁類 夯土、振搗、壓路、沉拔樁、 挖掘、裝載、鑿巖 振動(dòng)夯土機(jī)；插入式振 搗器；附著式振搗器； 振動(dòng)壓路機(jī)；振動(dòng)沉拔樁 機(jī)；電鏟振動(dòng)斗齒；振 動(dòng)裝載機(jī)；風(fēng)動(dòng)或液壓沖 擊器 試驗(yàn)測(cè)試類測(cè)示、試驗(yàn) 試驗(yàn)用激振器；振動(dòng)試 驗(yàn)臺(tái)；動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)； 振動(dòng)測(cè)試儀器 其 他振動(dòng)時(shí)效等振動(dòng)時(shí)效用振動(dòng)臺(tái) 7 2.雙軸式慣性激振器 圖 2-2b 所示對(duì)雙軸式慣性激振器對(duì)兩軸，通常作反方向等速回轉(zhuǎn)，所以當(dāng)兩軸上的 偏心塊質(zhì)量及偏心距相等時(shí)，在 y-y 方向上兩軸偏心塊產(chǎn)生的慣性力互相抵消，因此， 該激振器將產(chǎn)生一個(gè)直線的、大小變化的激振力。當(dāng)軸兩端的偏心塊具有不

23、同的安裝相 位時(shí)（圖 2-2c） ，還會(huì)產(chǎn)生定向周期變化的激振力偶。平面雙軸式激振器激振力的產(chǎn)生如 圖 2-4 所示。 圖 2-4 平面雙軸式慣性激振器 激振力幅值 p/n=2r，=0py 0 m 2 x p 3.多軸式慣性激振器 最常見的為圖 2-2d 所示的四軸式慣性激振器，通常產(chǎn)生兩種頻率的激振力。 目前單軸式和雙軸式慣性激振器得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，多軸式慣性激振器僅在少 數(shù)機(jī)器中應(yīng)用。 2.2.2 線性或近似線性的非共振類慣性振動(dòng)機(jī)械 該類振動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)： 1）振動(dòng)機(jī)的彈簧剛度為常數(shù)或近似于常數(shù)。 2）機(jī)器在遠(yuǎn)離共振的狀態(tài)下工作，工作頻率與固有頻率之比，通常在 0 0 z 210

24、范圍內(nèi)選取。 3）由于固有頻率遠(yuǎn)小于工作頻率，所以彈簧的剛度很小，因而，傳給地基的動(dòng)載荷 8 小，振動(dòng)機(jī)有良好的隔振性能。 4）振動(dòng)機(jī)通常采用單質(zhì)體振動(dòng)系統(tǒng)，構(gòu)造比較簡(jiǎn)單。 由于該類振動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隔振良好等優(yōu)點(diǎn)，目前在工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 1.常用單軸式慣性振動(dòng)機(jī)械的用途 （1）單軸慣性振動(dòng)篩 單軸慣性振動(dòng)篩的篩箱通常作圓周振動(dòng)或近似于圓形的橢 圓運(yùn)動(dòng)。它通常用于選礦廠、選煤廠、水泥廠和化工廠，對(duì)各類物料進(jìn)行篩分。 （2）振動(dòng)球磨機(jī) 振動(dòng)球磨機(jī)用于物料的細(xì)磨與超細(xì)磨，其粉碎細(xì)度可達(dá)幾微米。 目前它在粉末冶金工廠、化工廠及其他工廠中，得到了比較廣泛的應(yīng)用。 （3）振動(dòng)光飾機(jī) 振動(dòng)光飾機(jī)常用

25、來去除機(jī)械加工件、沖壓件和鍛鑄件的毛刺和 氧化皮，也可用作工件的尖邊倒圓、除銹和拋光等加工。此外，這種加工方法還可以磨 去刃具的虛刃，進(jìn)而延長它的使用壽命。 9 表 2-2 振動(dòng)機(jī)械按動(dòng)力學(xué)特性分類表 振動(dòng)機(jī)類型 動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的 特點(diǎn) 常用激振器對(duì) 形式 振 動(dòng) 機(jī) 名 稱 線性非共振類 振動(dòng)機(jī) 線性或近似于 線性非共振（ ） 0 慣性激振器、 風(fēng)動(dòng)式激振器、 液壓式激振器 等 單軸或雙軸慣性振動(dòng)篩；自 同步概率篩；自同步振動(dòng)給料 機(jī)；雙軸振動(dòng)輸送機(jī)；雙軸 振動(dòng)落砂機(jī)；單軸振動(dòng)球磨機(jī)； 慣性式振動(dòng)光飾機(jī)；慣性振 動(dòng)成型機(jī)；插入式振搗器； 振動(dòng)壓路機(jī)；慣性式振動(dòng)試驗(yàn) 臺(tái)；慣性振動(dòng)冷卻機(jī) 線性近共振

26、類 振動(dòng)機(jī) 線性或近似于 線性近共振（ ） 0 慣性激振器、 彈性連桿式激 振器、電磁激 振器等 電磁振蕩給料機(jī)；慣性式近 共振給料機(jī)；彈性連桿式、慣 性式及電磁式近共振輸送機(jī)； 線性共振篩；槽式近共振冷卻 機(jī)；振動(dòng)爐排；現(xiàn)行振動(dòng)離 心脫水機(jī)；電磁式螺旋振動(dòng)上 料機(jī) 非線性振動(dòng)機(jī) 非線性、非共 振（） ， 0 或近共振（ ） 0 慣性式激振器、 彈性連桿式激 振器、電磁式 激振器 非線性振動(dòng)給料機(jī)；非線性 振動(dòng)輸送機(jī)；非線性共振篩； 彈簧搖床；振動(dòng)離心搖床； 附著式振搗器；非線性振動(dòng) 離心脫水機(jī)；振動(dòng)沉拔樁機(jī) 沖擊式振動(dòng)機(jī) 非線性、非共 振（） ， 0 或近共振（ ） 0 慣性激振器、 電磁式

27、激振器、 風(fēng)動(dòng)式或液壓 式激振器等 蛙式振動(dòng)夯土機(jī)；振動(dòng)鉆探 機(jī)；振動(dòng)錘鍛機(jī)；沖擊式電 磁振動(dòng)落砂機(jī)；沖擊式振動(dòng)造 型機(jī)；振動(dòng)夯土機(jī)（拋離式） ； 風(fēng)動(dòng)式?jīng)_擊器；液壓式?jīng)_擊 器 10 （4）插入式振搗器 單個(gè)插入式振搗器通常用于振搗小型的混凝土制件。在大型 工程中，可應(yīng)用多個(gè)振搗器聯(lián)合工作。 （5）振動(dòng)料斗 振動(dòng)料斗將各種松散物料向受料裝置給料，廣泛用于各工業(yè)部門。 （6）單軸式慣性圓錐破碎機(jī) 慣性圓錐破碎機(jī)應(yīng)用范圍廣泛，除在粉末冶金工業(yè) 中用于破碎金屬碎屑、硬質(zhì)金屬切割片和粒狀金屬外，尤其成功的用于耐火材料及不同 的建筑材料的破碎。例如，在金屬和鋼鐵碎片的連續(xù)再處理廠，每小時(shí)可破碎的200

28、m 粉末 50-70kg。用慣性破碎機(jī)粉碎造紙用的纖維半制品，比用傳統(tǒng)的盤式墨跡效果好得多。 慣性破碎機(jī)在冶金、建材、陶瓷、造紙、食品、廢棄物的加工處理，以及其它許多工業(yè) 部門中的道理廣泛的應(yīng)用。這對(duì)于破碎作業(yè)工藝的改革、降低能耗、提高生產(chǎn)率都具有 實(shí)際意義。 （7）振動(dòng)壓路機(jī) 振動(dòng)壓路機(jī)與早期使用的依靠靜壓的壓路機(jī)相比，用于宰割做 工成長引入了振動(dòng)，大大地提高了工作效率。振動(dòng)壓路機(jī)是修建高速公路、一般道路、 機(jī)場(chǎng)、大壩等工程中不可缺少的機(jī)械設(shè)備。 2.常用雙軸式慣性振動(dòng)機(jī)械的用途 （1）振動(dòng)成型機(jī)(振動(dòng)臺(tái)) 這種振動(dòng)機(jī)是鋼筋混凝土構(gòu)件廠的主要成型機(jī)械，用 于大批生產(chǎn)空心板、排版以及厚度不大頂

29、梁柱構(gòu)件等。 （2）振動(dòng)篩 振動(dòng)篩用于篩分一些松散得易分離的材料的部分。 （3）振動(dòng)樁機(jī) 用于振動(dòng)沉拔樁的振動(dòng)樁機(jī)如圖 2-5 所示，該類機(jī)械用于將樁沉 入土壤和將已沉入土壤中的樁拔出。 （4）雙激振器振動(dòng)圓錐破碎機(jī) 這種破碎機(jī)較之單軸式振動(dòng)圓錐破碎機(jī)，能獲得 粒度特性好的破碎產(chǎn)品。在對(duì)硬度較低的鵝卵石和硬度較高的巖石破碎試驗(yàn)中，給料粒 度小于 40mm，排料粒度小于 3mm 的 80以上，小于 5mm 的在 90以上，破碎產(chǎn)品為晶粒 體，片狀體和粉狀體極少，完全達(dá)到君主制砂的要求。 （5）振動(dòng)烘干機(jī) 振動(dòng)烘干機(jī)可用于糧食、藥材、食品等的烘干作業(yè)中。 （6）垂直振動(dòng)輸送機(jī) 振動(dòng)輸送機(jī)常用于物料

30、的冷卻與輸送，每臺(tái)機(jī)器的最大輸 送高度一般為 6-8m。其輸送量一般不大于 20th。 2.2.3 線性或近似線性的近共振類慣性機(jī)械 11 目前應(yīng)用于工業(yè)中的線性近共振式慣性振動(dòng)機(jī)械有振動(dòng)爐排、慣性共振式給料機(jī)、 慣性共振式振動(dòng)輸送機(jī)、慣性式共振篩等。這類振動(dòng)機(jī)械具有以下特點(diǎn)： 1）彈性元件（彈簧）的剛度為常數(shù)或近似于常數(shù)，所以可按線性振動(dòng)系統(tǒng)或近似于 線性系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。 2）振動(dòng)機(jī)械主振系統(tǒng)的頻率比為，一般為 0.751.3（常用的為 0 0 z 0.750.95） ，即機(jī)器在近共振情況下工作。單隔振系統(tǒng)的頻率比通常仍按遠(yuǎn)超 0 0 z 共振的狀態(tài)進(jìn)行選擇，通常取210。 0 z 3）由

31、于在近共振狀態(tài)下工作，所需的集鎮(zhèn)力較小，通常為非共振類振動(dòng)機(jī)所需激振 力的 1/21/8，因而其傳動(dòng)部機(jī)構(gòu)緊湊，尺寸小而且耐用。 4）當(dāng)采用單質(zhì)體振動(dòng)系統(tǒng)時(shí)。由于缺少隔振彈簧，所以會(huì)將較大的動(dòng)載荷傳給地基。 當(dāng)采用雙質(zhì)體系統(tǒng)時(shí)，雖然可以采用隔振措施，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，機(jī)器重量也會(huì)相應(yīng)增大。 5）近共振振動(dòng)機(jī)械工作點(diǎn)（頻率比）的調(diào)整，要比非共振類振動(dòng)機(jī)械復(fù)雜一些。 12 圖 2-5 振動(dòng)樁機(jī) 1底座 2立柱 3斜撐 4雙軸激振器 5）頂部滑輪組 2.2.4 非線性慣性振動(dòng)機(jī)械 工業(yè)用非線性慣性振動(dòng)機(jī)械，可分為硬特性非線性振動(dòng)機(jī)械和軟特性非線性振動(dòng)機(jī) 械兩類。硬特性非線性振動(dòng)機(jī)械的主振固有頻率隨振幅的

32、增加而增大，軟特性非線性振 動(dòng)機(jī)械地主真固有頻率隨振幅的增加而減小。 13 非線性振動(dòng)機(jī)械具有以下特點(diǎn)： 1）彈性元件具有非線性的性質(zhì)，即彈性力與位移的關(guān)系，并非是直線關(guān)系，彈簧剛 度不是常數(shù)。 2）非線性振動(dòng)機(jī)械與線性振動(dòng)機(jī)械相比，具有較大的振動(dòng)加速度（在頻率與振幅相 同的條件下） ，這有利于提高機(jī)器的工藝指標(biāo)。 3）硬特性非線性振動(dòng)機(jī)械工作機(jī)體的振幅，比線性振動(dòng)吉祥物定得多，使該種振動(dòng) 機(jī)械有較良好的工作性能。 4）某些軟特性非線性振動(dòng)機(jī)械可以獲得不對(duì)稱的速度曲線，這對(duì)完成某些工藝過程 （如搖床選礦）是必不可少的。 5）對(duì)非線性振動(dòng)機(jī)械，可以很方便地利用增減彈簧預(yù)壓量的方法（對(duì)彈性力為曲線

33、 變化的壓縮彈簧） ，或利用調(diào)整彈簧間隙的方法（對(duì)帶有間隙的非線性彈簧） ，來改變機(jī) 器的工作點(diǎn)（頻率比） 。 非線性慣性振動(dòng)機(jī)械包括：非線性慣性共振篩、非線性臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)、彈簧 搖床和振動(dòng)離心搖床等。前兩種為硬特性非線性共振機(jī)械，后兩種為軟特性非線性振動(dòng) 機(jī)械。 2.2.5 沖擊式慣性振動(dòng)機(jī)械 利用沖擊振動(dòng)的機(jī)械有蛙式夯土機(jī)、振動(dòng)錘鍛機(jī)、振動(dòng)鉆探機(jī)、沖擊式振動(dòng)落砂機(jī)、 沖擊式振動(dòng)造型機(jī)等。沖擊式振動(dòng)機(jī)械是非線性振動(dòng)機(jī)械的一個(gè)特例。根據(jù)理論計(jì)算與 試驗(yàn)都可以證明，沖擊情況下物體產(chǎn)生的加速度，比一般線性振動(dòng)機(jī)械工作的最大加速 度大幾倍、幾十倍，甚至幾百倍。因而利用沖擊可以產(chǎn)生很大的沖擊力，

34、這對(duì)壓實(shí)土壤， 使物體產(chǎn)生塑性變形，巖石發(fā)生破壞或碎裂，促使鑄件上的型砂剝落都是十分重要的。 2.3 樁工機(jī)械的分類和工程應(yīng)用 本次設(shè)計(jì)的 dz 振動(dòng)樁錘是振動(dòng)樁機(jī)的主要組成部分，如前所述，振動(dòng)樁機(jī)屬于雙軸 式慣性振動(dòng)機(jī)械，是樁工機(jī)械的一種。 建筑物的全部載荷都要通過基礎(chǔ)傳遞給地基?；A(chǔ)大體可分直接基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉 箱基礎(chǔ)。其中樁基礎(chǔ)具有承載力大，沉積量小和施工方便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手工業(yè) 與民用建筑、橋梁、港口、海上井臺(tái)以及軟地基加固等基礎(chǔ)工程中。樁工機(jī)械是直接完 成各種樁基礎(chǔ)的施工機(jī)械，由樁錘或鉆具與樁架組成。 2.3.1 樁工機(jī)械的分類 14 樁工機(jī)械按預(yù)制樁和灌注樁施工方式的分類及特

35、點(diǎn)見表 2-3。 2.3.2 樁工機(jī)械在工程技術(shù)中的應(yīng)用 樁工振動(dòng)機(jī)械主要用于基礎(chǔ)的夯實(shí)、振搗與沉拔樁。利用振動(dòng)可減小土壤、砂石和 其他混合物的內(nèi)摩擦力，可降低土壤對(duì)貫入物體（樁或管）的阻力，因而可有效地完成 夯實(shí)、壓路、振搗、沉拔樁等。dz 振動(dòng)錘主要用于有動(dòng)力電源的各建筑工地和港口、地 下鐵道、橋梁、高層建筑等樁基施工工程。它是廣泛適用于丘陵、平原、干填土和湖泊 地區(qū)、池塘淤泥層以及各種松土基礎(chǔ)用袋裝沙井、塑料紙板等工法加固軟基的設(shè)備。 2.4 振動(dòng)樁錘的工作原理和構(gòu)成 振動(dòng)樁錘是利用機(jī)械振動(dòng)減少樁與土壤間的摩擦力，并依靠其自重或外加壓力作用 下達(dá)到沉樁的目的。振動(dòng)樁錘分機(jī)械式和液壓式兩類

36、，液壓振動(dòng)錘應(yīng)用較少。 2.4.1 振動(dòng)樁錘的工作原理 振動(dòng)樁錘采用機(jī)械式定向激振器。它由兩根裝有相同的偏心塊并相向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸組成， 如圖 2-6 所示。兩根軸上的偏心塊所產(chǎn)生的離心力在水平方向上的分力相互抵消，而垂 直方向上的分力疊加，其合力成為激振力，其方向是激振器兩軸連線的垂直方向，大小 周期性變化，樁在這一激振的力作用下沿其縱向軸線產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，克服阻力而沉入土 中。 15 表 2-3 樁工機(jī)械的分類及特點(diǎn) 類 型 施工方 式 類 別主 要 特 點(diǎn) 柴油打樁 機(jī) 施工性能好，使用方便，在預(yù)制樁施工中使用最廣泛，但有 振動(dòng)、噪聲及油煙污染。筒式柴油樁錘的軟土起動(dòng)性能差 汽動(dòng)打樁 機(jī) 以蒸氣

37、或空氣為動(dòng)力，配套設(shè)備龐大，但可作為低公害、超 大型的施工機(jī)械 打入法 液壓打樁 機(jī) 以液壓為動(dòng)力，沖擊力可以調(diào)節(jié)，而且低公害，可以在水下 打樁 振動(dòng)法 振動(dòng)沉拔 樁機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效率較高，但在緊密粘土、粉沙及卵 石中效果較差 預(yù)制樁施工機(jī)械 壓入法壓樁機(jī) 以靜壓力壓樁，工作時(shí)噪聲低，無振動(dòng)，但設(shè)備笨重 長螺旋鉆 孔機(jī) 可連續(xù)切土和排土，成孔速度快，適于地下水位較低的地區(qū) 施工 反循環(huán)鉆 孔機(jī) 將切下來的土制成泥漿后排出，適于地下水位較高地區(qū)及大 直徑的深基礎(chǔ)施工 回轉(zhuǎn)斗鉆 孔機(jī) 以伸縮鉆桿連接的鉆斗斷續(xù)取土，在地下水位較低的地區(qū)可 免去泥漿護(hù)壁 取土成 孔法 全套管鉆 孔機(jī) 在沖抓

38、斗取土的同時(shí)將鋼管壓入土中，設(shè)備較復(fù)雜，成孔速 度慢，但對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)能力較強(qiáng) 灌注樁施工機(jī)械 擠土成 孔法 與預(yù)制樁 施 工機(jī)械相 同 將鋼管打入土中，然后邊拔管邊灌注混凝土。通常采用振動(dòng) 樁錘，一般適用于直徑在 500mm 以下的樁 振沖器以水平振動(dòng)力擠壓周圍土體及填料，以提高地基承載力 深層攪拌 樁機(jī)就地將軟土與輸入的水泥漿強(qiáng)制攪和，使之硬結(jié)為水泥土 軟地基 處理 粉噴攪拌 樁機(jī)就地將軟土與噴入的水泥等填料強(qiáng)制攪和使之硬結(jié) 其他施工機(jī)械 地下連 續(xù)墻 地下連續(xù) 墻鉆機(jī) 以多軸鉆切土，制成泥漿后排出，施工時(shí)無振動(dòng)，低噪聲， 效率較高 16 地下連續(xù) 墻抓斗采用抓斗取土，泥漿護(hù)壁，在地質(zhì)條

39、件適宜時(shí)可干式取土 圖 2-6 振動(dòng)樁錘 1原動(dòng)機(jī) 2減振器 3激振器 2.4.2 振動(dòng)樁錘的構(gòu)成 振動(dòng)樁錘主要由原動(dòng)機(jī)、激振器和減震器等組成。 1.原動(dòng)機(jī) 振動(dòng)樁錘一般采用異步電動(dòng)機(jī)，但要求電動(dòng)機(jī)能在強(qiáng)烈的振動(dòng)狀態(tài)下 可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，其次是要有較高的起動(dòng)力矩和過載能力，故應(yīng)選用耐振電動(dòng)機(jī)。此外，振 動(dòng)樁錘也有采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)頻。 2.激振器 一般激振器都采用定向機(jī)械激振器，為了適應(yīng)不同類型的樁以及沉拔 樁的要求，可以用改變偏心塊中固定塊與活動(dòng)塊之間的相互位置來達(dá)到調(diào)整偏心力矩的 目的，調(diào)整頻率可以采用改變傳動(dòng)比的方法來實(shí)現(xiàn)。 3.減振器 為了避免將振動(dòng)樁錘產(chǎn)生的振動(dòng)傳至樁架，在

40、吊鉤與激振器之間必須 17 減振。減振器一般由壓縮彈簧組成，但也可采用減振橡膠。 2.4.3 沉樁原理 沉樁原理有強(qiáng)迫振動(dòng)與土壤共振、強(qiáng)迫振動(dòng)與土樁系統(tǒng)共振、強(qiáng)迫振動(dòng)與樁體共振 以及振動(dòng)沖擊幾種理論，它們分別是中頻振動(dòng)錘、高頻振動(dòng)錘、超高頻振動(dòng)錘以及振動(dòng) 沖擊錘的設(shè)計(jì)原理。 如強(qiáng)迫振動(dòng)與土樁系統(tǒng)共振理論可將振動(dòng)錘、樁和土壤的系統(tǒng)簡(jiǎn)化為圖 2-7 所示的 單自由度的振動(dòng)系統(tǒng)。以振動(dòng)體靜止時(shí)自然平衡位置為零點(diǎn)。列出振動(dòng)體微分方程式后 進(jìn)行推導(dǎo)，并令，可得出振動(dòng)體的振幅 2 n m n z 2 222 2 4(1) zm r a m zz 式中 激振器的角頻率（） 1 s r偏心塊的偏心距（m） 激

41、振體的自振圓頻率（） n 1 s 激振體的質(zhì)量（kg）m m偏心塊的總質(zhì)量（kg） 阻尼系數(shù) 18 圖 2-7 振動(dòng)體系 由此可得出： （1）當(dāng) z 較大時(shí)（） ，振幅趨近于一定值，這是設(shè)計(jì)振動(dòng)錘所要求的。3z （2）當(dāng)時(shí)（） ，振幅最大，即是共振工況，這時(shí)偏心力矩不變也可使1z n 振幅增大，但不穩(wěn)定。 19 第 3 章電機(jī)的選擇和計(jì)算 3.1 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)綜合考慮的問題 1、根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選 擇電動(dòng)機(jī)類型。 2、根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過 載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定通風(fēng)冷卻方式。

42、所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余 量，負(fù)荷率一般去 0.80.9。 3、根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易 爆氣體等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。 4、根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因數(shù)的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓級(jí)數(shù)和類型。 5、根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程性能的要求，以及機(jī) 械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 除此之外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須符合節(jié)能要求，考慮運(yùn)行可靠性、設(shè)備的供貨情況、 備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價(jià)格、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維修費(fèi)用、生 產(chǎn)過程中前后期電動(dòng)機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素。 根據(jù)參考文獻(xiàn)7中表

43、 16-1-5、16-1-6、16-1-8、16-1-20 可知：振動(dòng)樁錘的電動(dòng)機(jī) 屬于帶周期性變動(dòng)負(fù)載的機(jī)械或啟動(dòng)條件沉重的無調(diào)速要求的機(jī)械，故而采用繞線型電 動(dòng)機(jī)。電機(jī)外殼防護(hù)為 ip44。 3.2 選擇電動(dòng)機(jī) 根據(jù)振動(dòng)頻率和所需電機(jī)功率，并參照文獻(xiàn)7中表 16-1-44，選擇 yh 系列高轉(zhuǎn)差率 三相異步電動(dòng)機(jī)。該系列電動(dòng)機(jī)是 y（ip44）派生系列，轉(zhuǎn)差率高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電 流小，機(jī)械特性軟，能承受沖擊載荷。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用高電阻鋁合金制造。冷卻方式為 ic0141，b 級(jí)絕緣。所選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及主要參數(shù)如表 3-1 所示。 20 表 3-1 所選電動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù) 型 號(hào) yh2

44、80s-4 額 定 功 率 75 轉(zhuǎn)速minr1395minr 電流 a 144 負(fù)載持續(xù)率 15 轉(zhuǎn)差率 7 效率 86 在額定功率時(shí) 功率因數(shù)cos 0.92 堵轉(zhuǎn)電流額定電流5.5 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩2.6 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩2.6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 kg m 1.12 質(zhì)量 kg 同步轉(zhuǎn)速 1500minr 562 根據(jù)公式計(jì)算工作時(shí)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速： = d t 9550 n n p n 1 1 9550p n 式中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩（） d tn m 額定功率 =75kw n p n p 額定轉(zhuǎn)速 =1480r/min n n n n 實(shí)際功率 =60kw 0 p 0 p 實(shí)際轉(zhuǎn)速（r/min） 1

45、 n 21 將數(shù)據(jù)代入公式得 =1116r/min，=513.44。 1 n d tn m 22 第 4 章振動(dòng)樁錘的主參數(shù)計(jì)算 振動(dòng)樁錘采用機(jī)械式定向激振器。它由兩根裝有相同的偏心塊并相向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸組成， 兩根軸上的偏心塊所產(chǎn)生的離心力在水平方向上的分力互相抵消，而垂直方向上的分力 疊加，其合力即激振力 f=2 2 0 sinm r 式中偏心塊的質(zhì)量（kg） 0 m r 偏心塊的偏心距（m） 激振器的角頻率（）=30 1 s 1 s 離心力與垂線的交角（ ） 4.1 激振力的計(jì)算 激振力 f 是反映振動(dòng)樁錘綜合能力的參數(shù)，樁在土中沉入時(shí)，激振器的激振力 f 必 須大于樁與土之間的摩擦阻力。根據(jù)

46、給定的參考參數(shù)，當(dāng)=90 時(shí)，激振力幅值 =276kn，將數(shù)據(jù)代入公式 f=2 m f 2 0 sinm r 可得到 =15.54kgm。 0 m r 又 2r= (=a=) 0 mm 3 9.5 10 m 可得激振體質(zhì)量=3250kg。m 23 4.2 計(jì)算實(shí)際振幅 4.2.1 根據(jù)提供的頻率選擇工作土壤的類型 按照表 4-1 和給的參考振動(dòng)頻率值：=94.25，不難看出該振動(dòng)樁錘所配套的振 1 s 動(dòng)打樁機(jī)的工作土壤類型是：塑性粘土及含砂粘土。 4.2.2 振幅 a 的確定 激振器振幅是影響樁在土中沉入的主要因素。當(dāng)振幅很小時(shí)，沉入并不發(fā)生，只有 當(dāng)振幅超過某一定植時(shí)，才可能實(shí)現(xiàn)沉樁。 表

47、 4-1 振動(dòng)頻率參考表 地層類型 最佳頻率 1 s 含飽和水的砂石土100200 塑性粘土及含砂粘土90100 堅(jiān)實(shí)粘土7075 含礫石的粘土6070 含砂的礫石土5060 任務(wù)書中給的振幅值是 a9.5mm，實(shí)際振幅的計(jì)算公式如下， （4-1） 2 0 222 2 2 4(1) zmr a m zz （，） 2 n m n z 式中同上 激振體的自振圓頻率（） n 1 s 激振體的質(zhì)量（kg）m 同上 0 m 24 同上r 阻尼系數(shù)（）kg s 對(duì)于減振彈簧應(yīng)滿足減振條件：3，取=4，可得zz =7.5。 n 1 s 一個(gè)質(zhì)量、n（n=8）個(gè)彈簧并聯(lián)組成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率 = n 8

48、k m 由此式可得彈簧剛度 =。k 5 2. 2510n m 又0. 28km 彈簧的內(nèi)阻力系數(shù)， 3 1. 510s 將數(shù)據(jù)帶入此式中可得阻尼系數(shù) =86059.5kg s 因此=0.56 2 n m 將以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)代入公式（4-1）得實(shí)際計(jì)算振幅 。 3 9. 710am 4.3 計(jì)算實(shí)際偏心力矩 激振器偏心力矩的大小對(duì)振動(dòng)樁錘的性能又至關(guān)重要的影響，偏心力矩愈大，克服 硬質(zhì)土層的能力愈強(qiáng)。計(jì)算公式 00 2mmgr 25 將=15.54kgm，代入上式得 0 m r 2 9.8gm s 。 0 304. 58mn m 4.4 功率的計(jì)算 功率包括維持振動(dòng)所需的功率和機(jī)械損耗的功率，振

49、動(dòng)樁錘的總功率 1 p 2 p （4-2） 12 ppp 在非共振工況時(shí)振動(dòng)所耗的功率 （4-3） 223 4 1 5 si n10 mr p m （4-4）arcsi n() a f 式中m振動(dòng)樁錘偏心塊的總質(zhì)量（kg） ， 0 2mm 相位角（ ） ，即振幅滯后于激振力的角度 其他同前 將各參數(shù)數(shù)值代入公式（4-4）計(jì)算得出 相位角=16.6 。 因此，將計(jì)算所得數(shù)值代入公式（4-3）可得 振動(dòng)所消耗的功率 =35.49kw。 1 p 機(jī)械損耗功率大部分消耗在軸承的摩擦發(fā)熱上，其消耗的功率 34 2 510pkm rd 式中考慮其他機(jī)械損耗的系數(shù)，=1.15kk 滾動(dòng)軸承的當(dāng)量摩擦系數(shù)，=

50、0.005 26 滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑，=0.06mdd 其他參數(shù)同前 將數(shù)據(jù)代入公式可得 機(jī)械損耗的功率 =4.48kw。 2 p 然后把和的數(shù)值代入公式（4-2）可得 1 p 2 p 振動(dòng)樁錘的總功率 =39.97kw。p 27 第 5 章減振彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1 減振彈簧的結(jié)構(gòu)選擇 彈簧剛度在前面已經(jīng)算出：=。k 5 2. 2510n m 減振彈簧一般是壓縮彈簧，選取圓形截面的螺旋壓縮彈簧，其主要性能與應(yīng)用：特 性線呈線性，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用較廣，在機(jī)械設(shè)備中多用作緩沖， 減振，以及儲(chǔ)能和控制運(yùn)動(dòng)等。 5.1.1 選取螺旋彈簧的類型代號(hào) 根據(jù)參考文獻(xiàn)4中表 11-2-1 選

51、取彈簧類型：冷卷壓縮彈簧 y，兩端圈并緊并磨 平，支承圈數(shù)。 2 12. 5n 5.1.2 選取彈簧的材料并確定其主要性能參數(shù) 根據(jù)彈簧所受載荷特性及要求，選取 b 類油淬火回火硅錳合金彈簧鋼絲，許用應(yīng)力 參照文獻(xiàn)5中表 8-10 按受類載荷的彈簧考慮，其（0.350.4） 。材料的抗拉強(qiáng)度與鋼絲直徑有關(guān)。這里使用的減振彈簧的鋼絲直徑比較大，所以 b b 1600，再由文獻(xiàn)5中表 2-103 得切變模量 g。取試驗(yàn)切應(yīng) b a m p 3 78. 810 a m p 力。0. 35560 sba m p 5.2 圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.2.1 確定單根彈簧的最大工作載荷 最大工作載荷：對(duì)上

52、彈簧取最大加壓力 ； m ax f m ax 上 120 30 4 kn fkn 對(duì)下彈簧取最大拔樁力。 m ax 下 150 37. 5 4 kn fkn 28 5.2.2 選擇旋繞比 根據(jù)文獻(xiàn)5中初選旋繞比 c5，則 曲度系數(shù)。 1 410. 615 1. 31 44 c k cc 5.2.3 計(jì)算鋼絲直徑 計(jì)算鋼絲直徑公式為 1 1. 6 kfc d 將參數(shù)值代入公式中得到 上彈簧鋼絲直徑29.97mm； 上 d 下彈簧鋼絲直徑33.5mm。 下 d 參照表 5-1 選取系列值，30mm，35mm。 上 d 下 d 表 5-1 彈簧材料直徑系列（mm） 0.10.120.140.160.

53、20.250.30.350.40.45 0.50.60.70.80.91.01.21.62.02.5 3.03.54.04.55.06.08.0101216 第一 系列 20253035404550607080 5.2.4 計(jì)算彈簧中徑 計(jì)算公式為 dc d 由此可得 上彈簧中徑450mm； 上 d 29 下彈簧中徑175mm。 下 d 參照表 5-2 選取系列值，150mm，170mm。 上 d 下 d 5.2.5 計(jì)算彈簧圈數(shù) 根據(jù)文獻(xiàn)5中表 8-13 中式，得到彈簧圈數(shù)計(jì)算公式 4 34 88 fg dg d k fd nc n n 4 3 g d 8dk 代入?yún)?shù)值可得 上彈簧圈數(shù)10

54、.5 圈； 上 n 下彈簧圈數(shù)13.4 圈。 下 n 按照表 5-3 選取系列值，10.5 圈。13.5 圈。 上 n 下 n 兩端各取 1 圈支承圈，則彈簧的總?cè)?shù)由公式 1之 +nnn 得 上彈簧總?cè)?shù)12.5 圈； 1上 n 下彈簧總?cè)?shù)15.5 圈。 1下 n 30 表 5-2 圓截面材料彈簧中徑 d 系列（mm） 0.40.50.60.70.80.911.21.41.61.822.22.5 2.833.23.53.844.24.54.855.566.57 7.588.5910121416182022252630 353842454850252555860657075 80859095

55、100105110115120125130135140145 150160170180190200210220230240250260270280 290300320340360380400450500550600650700 表 5-3 壓縮彈簧的有效圈數(shù) n 系列（圈） 22.252.7533.253.53.7544.25 4.54.7555.566.577.58 8.599.51010.511.512.513.514.5 1516182022252830 5. .2. .6 計(jì)算試驗(yàn)載荷 根據(jù)式 , 3 s d f= 8d 得上下彈簧的試驗(yàn)載荷分別為 ，。 s上 f 4 3. 9610

56、n s下 f 4 5. 5410 n 5.2.7 自由高度 因?yàn)椴捎玫氖?y型端部結(jié)構(gòu)，受力均勻性好。其自由高度計(jì)算公式 0 hnt +1. 5d 節(jié)距 t 的估算公式是 1 f t =d+ n 式中0.1d，f工作載荷下彈簧的形變量，。 1 m ax f f = k 31 對(duì)上彈簧，有形變量133mm，節(jié)距45.7mm， 上 f 上 t 自由高度524.9mm。 0上 h 對(duì)下彈簧，有形變量167mm，節(jié)距50.8mm， 下 f 下 t 自由高度738.3mm。 0下 h 參照表 5-4 取系列值，550mm，750mm。 0上 h 0下 h 表 5-4 壓縮彈簧自由高度尺寸系列（mm） 4

57、567891011121314151617 1819202224262830323538404245 48505255583065707580859095100 105110115120130140150160170180190200220240 260280300320340360380400420450480500520550 5806006206506807007207507808008509009501000 5.2.8 彈簧的節(jié)距 節(jié)距計(jì)算公式 0 h1. 5d t = n 代入數(shù)據(jù)，得上下彈簧的節(jié)距分別為 48mm，52mm。 上 t 下 t 5.2.9 彈簧的螺旋角 螺旋角計(jì)算公

58、式如下 t =arct an d 將前面計(jì)算所得數(shù)據(jù)代入上式中，可得上下彈簧的螺旋角分別為 32 5.8，5.5。 上 下 符合一般要求。59 5.2.10 彈簧的穩(wěn)定性驗(yàn)算 上下彈簧均采用兩端固定支承，其高徑比計(jì)算公式 0 h b= d 因此，上下彈簧的高徑比分別為 3.7，4.4 上 b 下 b 按照文獻(xiàn)5中表 7-3 所列可知上下彈簧的高徑比 b 均小于極限高徑比 5.3，滿足 穩(wěn)定性要求。 5.2.11 彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 對(duì)于變載荷作用次數(shù)次彈簧，必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度可靠度計(jì)算，以預(yù)防可能出 3 n 10 現(xiàn)的疲勞斷裂。 由于振動(dòng)樁錘實(shí)在 900r/min 左右的高速下帶動(dòng)偏心塊旋轉(zhuǎn)，形成上

59、下振動(dòng)進(jìn)行沉、 拔樁作業(yè)的振動(dòng)彈簧在動(dòng)載荷作用下工作，所以必須進(jìn)行疲勞可靠性計(jì)算。 計(jì)算公式 安全系數(shù) 0m i n p m ax 0. 75 s=s 式中彈簧在脈動(dòng)循環(huán)載荷下的剪切疲勞強(qiáng)度，參照文獻(xiàn)4中表 0 11-2-16 選取480mpa； 0b 0. 3 最大工作載荷所產(chǎn)生的最大切應(yīng)力， m ax 1m ax m ax3 8k d f d 最小工作載荷所產(chǎn)生的最小切應(yīng)力， m i n 33 1m i n m i n3 8kd f = d 許用安全系數(shù)，取1.31.7。 p s p s 對(duì)于減振彈簧，最小工作載荷等于彈簧的預(yù)緊力，減振彈簧安裝條件為：加壓沉樁 或拔樁工況下，上彈簧并圈時(shí)下

60、彈簧安裝尺寸不能大于其自由長度；下彈簧并圈時(shí)上彈 簧安裝尺寸不能大于其自由長度，可根據(jù)此條件確定上彈簧的預(yù)緊力 25kn，下彈簧預(yù)緊力33kn。 預(yù)上m i n 上 ff 預(yù)上m i n 上預(yù)上 m g fff 4 因此，對(duì)于上彈簧，有555.98mpa，463.32mpa， m ax 上 m i n 上 1.51.3，安全。 上 s 對(duì)下彈簧，有496mpa，436.5mpa， m ax 下 m i n下 1.61.3，安全。 下 s 5.2.12 共振驗(yàn)算 對(duì)于減振彈簧，計(jì)算公式如下： t 1kg f =f 2w 式中f彈簧的自振頻率， k彈簧剛度， g重力加速度，; 2 g=9. 8m