樁工機(jī)械的設(shè)計(jì)說明書【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 目錄 第一章 前言 3 樁工機(jī)械的分類和發(fā)展歷程 3 國樁工機(jī)械的發(fā)展歷程 3 外樁工機(jī)械的發(fā)展歷程 4 內(nèi)外振動打樁機(jī)的發(fā)展歷程 4 振動打樁機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和工作原理 6 振動沉 拔樁錘調(diào)頻調(diào)矩技術(shù)研究現(xiàn)狀 7 極或兩級調(diào)矩存在的問題 7 極調(diào)頻調(diào)矩的意義 7 頻調(diào)矩機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 7 本課題的提出與主要的研究內(nèi)容 10 第二章 無極調(diào)頻調(diào)矩振動樁錘結(jié)構(gòu)分析 11 振動樁錘的原理分析 11 振動樁錘穩(wěn)態(tài)特性調(diào)節(jié)分析 11 振動錘的主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 振器振幅 13 振頻率 14 振力 15 心力矩的確定 15 動功率 16 第三章 振動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 偏心塊的設(shè)計(jì) 19 心塊材料的選擇 19 心塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 電動機(jī)選擇 20 激振器齒輪設(shè)計(jì) 20 輪的結(jié)構(gòu)形式 21 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 輪的受力分析 21 輪強(qiáng)度校核 22 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - 主動軸的設(shè)計(jì) 24 定主動軸的最小軸徑 24 動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 動軸的強(qiáng)度校核 26 從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 定從動軸的最小軸徑 27 動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 28 動動軸的強(qiáng)度校核 . 28 軸承的選擇 30 鍵連接的校核計(jì)算 32 聯(lián)接螺栓的校核計(jì)算 33 減振彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 33 振彈簧的結(jié)構(gòu)選擇 . 34 取螺旋彈簧的類型代號 . 34 取彈簧的材料 . 34 柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 34 箱體的設(shè)計(jì) 36 第四章 總結(jié)與展望 39 論文總 結(jié) 39 展望 39 第五章 心得體會 40 參考文獻(xiàn) 41 致謝 42 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 第一章 前言 工機(jī)械的分類和發(fā)展歷程 樁工機(jī)械主要用于各種樁基礎(chǔ)、地基改良加固、地下連續(xù)墻及其它特殊地 基基礎(chǔ)等工程的施工。按施工設(shè)施的不同，樁工機(jī)械又可以分為夯錘打樁機(jī)、靜力沉樁機(jī)和振動樁錘。 夯錘打樁有柴油打樁機(jī)和蒸汽打樁機(jī)。由于使用不便，蒸汽錘早己基本被淘汰。柴油錘利用柴油燃燒產(chǎn)生的爆破力及錘的自由落體沖擊力對樁進(jìn)行打擊，產(chǎn)生沖擊機(jī)械能，克服土體對樁的阻力，破壞靜力平衡狀態(tài)，從而達(dá)到沉樁的目的。但柴油錘在施工過程中存在噪聲大、振動大和油煙污染等缺陷，在城市建筑基礎(chǔ)施工中，柴油錘的使用受到越來越多的限制。 靜力沉樁機(jī)適應(yīng)于軟土地區(qū)樁基礎(chǔ)施工。該方法以樁機(jī)自身的質(zhì)量作為反作用力，利用液壓油壓力將樁強(qiáng)制性壓入 土中，工作過程無噪聲、無振動、無空氣污染，也可以實(shí)現(xiàn)拔樁，效率較高。 振動樁錘是通過偏心回轉(zhuǎn)激振器產(chǎn)生縱向振動，利用樁土振動降低樁土摩擦力和樁端阻力，從而輕松地使樁下沉，它的突出優(yōu)點(diǎn)是噪聲小，此外，效率高、機(jī)器重量輕、造價低。該方法主要應(yīng)用于各類鋼板樁和鋼管樁的沉拔作業(yè)，也可以用于混凝土樁施工。振動打樁機(jī)按動力可分為電動振動打樁機(jī)和液壓振動打樁機(jī)。 國樁工機(jī)械發(fā)展歷程 解放前，我國幾乎沒有樁工機(jī)械、打樁機(jī)制造業(yè)。 20 世紀(jì) 50 年代初期，我國基礎(chǔ)施工全部使用舊中國從國外進(jìn)口遺留下來的蒸氣式打樁機(jī) 和笨重的落錘。一五期間，由于國家重點(diǎn)建設(shè)工程的需要，我國開始仿制國外 31t 單作用和雙作用蒸氣式打樁機(jī)以及原蘇聯(lián)的 B系列振動樁錘，開始有了以仿制為主的樁工制造業(yè)。廠家都是施工部門的修配廠，當(dāng)時還沒有專業(yè)的樁工機(jī)械、打樁機(jī)生產(chǎn)廠，所以 50 年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)的萌芽時期。 60 年代初，一機(jī)部成立第五局 工程機(jī)械局，將上海電工機(jī)械廠改為上海工程機(jī)械廠，定點(diǎn)生產(chǎn)樁工機(jī)械、打樁機(jī)，成為我國最早生產(chǎn)樁工機(jī)械、打樁機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)廠。并將一機(jī)部建筑機(jī)械研究所第二研究室定為樁工機(jī)械、打樁機(jī)研究室，開始了我國自行研制 樁工機(jī)械、打樁機(jī)的成長時期。 70 年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)發(fā)展時期，這個時期成立了樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)組，有樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)制造企業(yè) 10 余家，能生產(chǎn) 4 大類、 30 多個品種，年產(chǎn)量 400 余臺。 80 年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)壯大時期。 1984 年成立了中國建筑機(jī)械化協(xié)會樁工機(jī)械、打樁機(jī)分會，有樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)制造企業(yè) 20 余家，上海同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)、南京建工學(xué)院、東北大學(xué)等高等院校也開始從事樁工機(jī)械、打樁機(jī)新產(chǎn)品、新技術(shù)、新買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 原理的研究，能生產(chǎn) 10 大類、 50 多個品種、 200 多種規(guī)格、型 號的樁工機(jī)械、打樁機(jī)產(chǎn)品。 90 年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)高速發(fā)展時期。行業(yè)制造廠家已發(fā)展到 30 余家，并形成了部屬研究所、企業(yè)研究所、院校研究所 (室 )3 個層次的科研設(shè)計(jì)力量，能生產(chǎn) 400 多種規(guī)格、型號的樁工機(jī)械、打樁機(jī)產(chǎn)品，銷售收入達(dá) 元。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，隨著我國各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和住房建設(shè)的快速發(fā)展，樁工機(jī)械、打樁機(jī)制造業(yè)及其市場得到了前所未有的高速發(fā)展，形成了幾十家專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)及上百個產(chǎn)品型號的規(guī)模。 外樁工機(jī)械的發(fā)展歷程 世界上樁工機(jī)械比較發(fā)達(dá)的國家主要是德國、意大利、和日本， 最先進(jìn)的設(shè)備和工法一般也是這三個國家首先開發(fā)的。其次美國、英國、法國、荷蘭等國的樁工機(jī)械也比較發(fā)達(dá)。在整個樁工機(jī)械市場上，寶峨、土力、卡薩格蘭地的銷售也是居世界前三。 內(nèi)外振動打樁機(jī)的發(fā)展歷程 振動打樁機(jī)是隨著振動機(jī)械的發(fā)展而發(fā)展起來的，兩位日本科技工作者曾進(jìn)行了振動機(jī)械的模型試驗(yàn)，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的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(dāng)程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(yīng)用到建筑工程中 ，他將一個激振器安裝在管樁或板樁上使其振動，結(jié)果只用靜拔樁力的 1/，依據(jù)這一原理研制出了振動沉拔樁機(jī)。但是在蘇聯(lián)的建設(shè)工程中普遍使用振動沉拔樁機(jī)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(jī)按照打入樁種類加以區(qū)分，其主要類型為，以沉入 H 型鋼樁、板樁為主的 、 V 型、 和 。950年由列寧格勒鐵路技術(shù)研究所泰塔爾尼可夫博士發(fā)展改進(jìn)的機(jī)型，它分為 1 型 250 型數(shù)種，它對通常的土層，在深度 20m 以內(nèi)，僅以振動即可沉入 ;對深度 20m 以上至 25m 以內(nèi)，需定時清除管內(nèi)積土才能沉入，對 25m 以上則要并用送氣法或射水法進(jìn)行沉入。 振動沉樁機(jī) 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(dá) 30管樁沉入工作，因而受到了國際上的關(guān)注。同時在武漢長江大橋建設(shè)時期，我國試制了蘇制 振動樁錘，成為當(dāng)時激振力最大的振動樁錘。 20 世紀(jì) 60 年代，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(dá) 250后多年，國內(nèi)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(jìn)展，最引人注目的是北京建筑機(jī)械綜合研究所與浙江振中機(jī)械廠聯(lián)合研制的 列振動樁錘，這類振動樁錘的最大激振力已達(dá) 1800機(jī)功率為 240們由于采用了偏心力矩液壓調(diào)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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 由于振動沉樁機(jī)具有優(yōu)良的技術(shù)性能，尤其拔樁更顯其獨(dú)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(shù)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(jī)，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(jī) ;法國的曾爾 制造了沖擊式打樁機(jī)，可以沉入直徑 500600m，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(jī)，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(jī)，這種振動打樁機(jī)可 鐘的時間內(nèi)，將前端封閉、直徑 325 以 鐘的時間將前端封閉、直徑為 914 鋼 管樁沉入地下，因而引起世界各國的關(guān)注。這種振動打樁機(jī)采用了接近于鋼管固有頻率，以每分鐘 6000 轉(zhuǎn)的高頻率振動而引發(fā)樁共振的原理，它以 500汽油發(fā)動機(jī)作為動力，因此消耗功率相當(dāng)大。 日本振動沉拔樁機(jī)的發(fā)展，是 1906 年以東洋棉花公司進(jìn)口的蘇聯(lián) 振動打樁機(jī)為起點(diǎn)，第一次進(jìn)口 30 臺很快銷售一空 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(jī)械等多達(dá)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(jī)的序幕。其中日平產(chǎn)業(yè)是以制造功率在 巧 1530右小型機(jī)械為主的制造廠，所生產(chǎn)的打樁機(jī)僅適用于沉入78右較短的板樁，這種打樁機(jī)采用 400 一 800激振頻率 而得到了較廣泛的應(yīng)用 這種機(jī)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(yīng)這種需要，日平產(chǎn)業(yè)又設(shè)法由對樁施加強(qiáng)制振動到施加振動沖擊，終于使得原來只靠強(qiáng)制振動不能拔出的鋼樁得以成功拔出 成了振動沖擊式打樁機(jī)。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(yùn)動能而增大向上運(yùn)動能，以 加大沖擊時的沖量，而豐田機(jī)械則是利用橡膠墊。對于振動沖擊打樁機(jī)的看法，日本建調(diào)神戶株式會社的研究人員認(rèn)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(shí)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(jī)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(jié)底是如何將樁體的強(qiáng)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(zhì)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(guān)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(rèn)為振動沖擊式打樁機(jī)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(jī)的發(fā)展在 19061946 年主要以仿制為主，之后對提高振動打樁機(jī)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(jī)，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 曾在日本琵琶湖大橋工程中沉入了 154 根直徑 33m 的大口 徑鋼管樁作橋墩基礎(chǔ)。利用這種振動打樁機(jī)將所用樁在松軟淤泥質(zhì)粘土層和淤泥質(zhì)砂土層內(nèi)，沉入到 23m 的深度。而建調(diào)神戶株式會社生產(chǎn)的 12000 型振動打樁機(jī)，曾以 57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(biāo)準(zhǔn)貫入值 )50 以上的地層 2m 深。 對振動沉拔樁機(jī)的研究，早期關(guān)注的重點(diǎn)是振動沉拔樁機(jī)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(jī)振動參數(shù)。像日本建調(diào)神戶株式會社 1966 年以后生產(chǎn)的振動沉拔樁機(jī)，是把樁體視為均質(zhì)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(shè)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(shè)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(dāng)頻率的強(qiáng)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(nèi)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(jī)，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(jī)的原理依據(jù)是 ，把土視為純塑性變形，把樁視為均質(zhì)彈性體，通過給樁體施加以和樁固有頻率一致的強(qiáng)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 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(jī)偏心軸轉(zhuǎn)速也很高，功率消耗也很大。 振動沉拔樁機(jī)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(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用。早期的振動樁錘為電機(jī)驅(qū)動，振動頻率及偏心塊偏心力矩不能調(diào)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(zhuǎn)速可有級調(diào)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(diào)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(zhuǎn)速。電機(jī)驅(qū)動的振動樁錘存在著調(diào)速不便，體積大等缺點(diǎn) 壓馬達(dá)驅(qū)動的振動樁錘應(yīng)運(yùn)而生，因液壓馬達(dá)與電動機(jī)相比具有調(diào)速方便，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，使得液壓振動錘擁有強(qiáng)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(dá)國家，電動錘大部分已被液壓振動錘所取代。但是在國內(nèi)，液壓振動錘才剛剛起步。 動打樁機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和工作原理 振動打樁機(jī) 的振動錘主要由原動機(jī)、 振動器和減振裝置組成。 原動機(jī)是振動打樁機(jī)的動力元件，一般采用異步電機(jī)或液壓電機(jī)，要求在強(qiáng)烈的振動狀態(tài)下能可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且要有較高的啟動力矩和過載能力。此外，振買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 動樁錘也有采用液壓馬達(dá)的，可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)頻。本文主要采用電動機(jī)，以便適用于廣范圍的樁基工程。 振器包括軸、偏心塊、齒輪等，為了適應(yīng)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(dá)到調(diào)矩的目的。（如圖 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。 振動打樁機(jī)采用的是偏心塊式激振器，利用偏心塊回轉(zhuǎn)產(chǎn)生所需的激勵力，由震動樁錘利 用夾頭將震動傳給樁體，用樁的振動使其周邊的土壤液化，減小土壤與樁的摩擦阻力使樁沉入或拔出土壤，利用這一原理，打樁時由于樁的地盤反力急劇降低，靠震動樁錘與樁的重量使樁下沉，拔樁時靠起重機(jī)等的引拔力將樁拔起。其激振結(jié)構(gòu)是在軸上裝有幾組固定的或可調(diào)的具有相同質(zhì)量的偏心塊左右對稱分布，由于反向回轉(zhuǎn)時偏心塊水平分力互相抵消，垂直分力互相疊加，使得回轉(zhuǎn)軸的振動本體發(fā)生上下振動，當(dāng)振動樁錘和樁連接在一起進(jìn)行沉樁時，激振力使振動樁錘產(chǎn)生和激振頻率一致的振動，振動使樁周圍的土壤處于液化狀態(tài)，大大降低了樁側(cè)和樁端的阻力，樁便依 靠重力下沉。如下圖 是振動器工作原理示意圖 圖 動器工作原理示意圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - 動沉拔樁錘調(diào)頻調(diào)矩技術(shù)研究現(xiàn)狀 極或兩級調(diào)矩存在的問題 由于振動樁錘具有貫入力強(qiáng)、使用方便、施工速度快、成本低等特點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛，但是目前使用的電力驅(qū)動振動樁錘（單極調(diào)矩或兩級調(diào)矩）存在如下問題 : （ 1）根據(jù)不同的土壤固有頻率和阻力大小，應(yīng)對振動樁錘作相應(yīng)的頻率和力矩調(diào)整，以接近土壤頻率，使沉樁阻力最小，功率利用系數(shù)最高。但普通型振動樁錘在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不能變頻變幅，給施工帶來許多不便 ; （ 2）起動 和關(guān)閉振動樁錘的過渡過程，通過共振區(qū)出現(xiàn)啟動電流大、耗時長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差、噪聲高、容易燒壞電機(jī)和損壞軸承等 ; （ 3）過渡過程工作頻率較低，引起樁架共振，對設(shè)備和臨近施工現(xiàn)場的建筑物結(jié)構(gòu)有一定損害。尤其是施工噪聲較大，嚴(yán)重影響施工現(xiàn)場周圍居民的生活。 極調(diào)頻調(diào)矩的意義 無極調(diào)頻調(diào)矩振動樁錘有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢： （ 1）根據(jù)不同的土壤固有平率和阻力大小，應(yīng)對振動樁錘作出相應(yīng)的頻率和力矩調(diào)整；在城市施工時，只要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整振動樁錘的偏心力矩，操作人員便可以將振幅降至沉樁所需的最低水平，以限制傳至周圍環(huán)境區(qū)域 的最大土粒振動速度，消除對鄰近施工現(xiàn)場建筑物結(jié)構(gòu)的損害。 （ 2）通過硬固地層時，沒有強(qiáng)烈振動。普通振動錘通過加壓方式進(jìn)行沉樁，遇到硬土地時，沉樁阻力突然增大，偏心塊的轉(zhuǎn)速和樁錘振動頻率降低，造成較強(qiáng)的振動。而可調(diào)頻頻率力矩樁錘在穿過硬土地時，可調(diào)整偏心力矩以保持頻率的穩(wěn)定。因此，無極調(diào)頻調(diào)矩打樁機(jī)的出現(xiàn)解決了打樁機(jī)不能廣泛的適應(yīng)土壤特性的難題，在建筑和樁基工程中得到了廣泛的運(yùn)用。 頻調(diào)矩機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)目前大部分都是電動錘，由于電工系統(tǒng)本身的局限性，難以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，隨著交流電機(jī)調(diào)頻技術(shù)的高速發(fā)展 ，有少數(shù)電動振動錘也采用了電機(jī)調(diào)頻的技術(shù)，在國外，樁工機(jī)械較發(fā)達(dá)的國家，目前大部分都采用液壓振動錘，液壓技術(shù)本身的優(yōu)勢就是便于控制，它們大部分都實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)頻。 針對振動打樁機(jī)的工作特性，國內(nèi)外都在其無樁機(jī)共振施工的實(shí)現(xiàn)問題上進(jìn)行了不斷的研究。目前，所采取的普遍方法是調(diào)節(jié)激振器的偏心力矩，而激振器偏心力矩的調(diào)節(jié)是通過改變偏心塊的相互位置來實(shí)現(xiàn)的。圖 示即為國內(nèi)一些產(chǎn)品所采用的變矩原理圖?；顒悠膲K 3 用銷軸 2 與固定偏心塊 1 相連，固定偏心塊上有幾個不同位置上的銷孔，使兩個偏心塊產(chǎn)生不同的相對位置偏差，從而 使振動樁錘的偏心力矩發(fā)生變化。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 圖 心塊力矩分析示意圖 當(dāng)可調(diào)偏心塊和固定偏心塊的夾角為 時，合成的偏心力矩可按以下公式計(jì)算： 2111211212 o (因此偏心塊的結(jié)構(gòu)和相位差就決定了振動樁錘的工作頻率和工作力矩的范圍，按照振動打樁機(jī)工作頻率和工作力矩的范圍劃分，振動打樁機(jī)可以分為有極調(diào)頻調(diào)矩和無極調(diào)頻調(diào)矩。 有級調(diào)矩 :手動拆箱多級調(diào)矩式：此方案采用手動調(diào)節(jié)偏心塊結(jié)構(gòu)，以達(dá)到調(diào)節(jié)偏心塊偏心矩的目的。 這種調(diào)矩方案由于需要停機(jī)拆箱手工調(diào)整，很不方便且拆箱調(diào)矩勞動強(qiáng)度極大。 無極調(diào)矩節(jié)機(jī)構(gòu)主要有以下幾種形式可供選擇： （ 1）碰塊兩級式 靠馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，使活動偏心塊與固定偏心塊因接觸碰塊側(cè)面不同，從而改變它們的夾角，以達(dá)到改變偏心力矩的目的 ;該方法與國內(nèi)手動調(diào)整原理相似，結(jié)構(gòu)簡單，但變矩級別有限 ; (2) 滑移齒輪式 利用大螺旋角人字齒輪的軸向移動，使與其嚙合的兩組同步齒輪相對旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到無級調(diào)整偏心力矩的目的 ;該機(jī)構(gòu)雖然能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)頻，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且對齒輪同步精度要求很高，可靠性較差 ; (3) 四軸調(diào)整軸式 調(diào)整軸上制造了兩段旋向相反的大導(dǎo)程螺旋花鍵，兩端鍵上各裝一齒輪，其中一個齒輪與下面的同步齒輪相嚙合，另一個齒輪則通過中間齒輪與上面的同步的齒輪相嚙合，軸向滑動調(diào)整軸，下組偏心塊相對上組偏心塊轉(zhuǎn)動，亦可以達(dá)到無級調(diào)頻的目的。但是該級機(jī)構(gòu)龐大，對精度要求非常高，控制性差，成本很高。 綜上所述，國內(nèi)外現(xiàn)存振動樁錘各種調(diào)矩的方案中，或者調(diào)節(jié)能力差，或者機(jī)構(gòu)復(fù)雜，個別盡管提出了調(diào)矩控制方案，但控制方案并不理想，實(shí)用價值并不高 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 課題的提出與主要的研 究內(nèi)容 由于在道路與橋梁的建筑中，一般采用激振力較小的振動打樁機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)較小，移動方便，適應(yīng)能力強(qiáng)。下面我就在給定的激振力為 200打樁機(jī)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 綜合以上三種偏心距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，本文主要研究內(nèi)容如下： 樁形式為激振力打樁，激振力為 200偏心塊、軸和齒輪等各部件的設(shè)計(jì)； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 第二章 調(diào)頻調(diào)矩振動樁錘結(jié)構(gòu)分析 第三章振動器的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 心塊的設(shè)計(jì) 心塊材料的選擇 偏心塊材料采用 密度 = 10 Kg/m 。整個激振器由 8 個偏心塊組成， 4 根軸上各分布 2 個?？紤]到安裝及維修方便，其結(jié)構(gòu)采用上下分離式。 心塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 半圓偏心塊面積和偏心距的設(shè)計(jì)計(jì)算。由一般半圓偏心塊的外形如圖 示，其面積和偏心距的計(jì)算公式如下： 圖 心塊的結(jié)構(gòu)示意圖 面積： 221222121 2180 （ 偏心距： 3231121 （ 2211 2 （ 2222 2 （ 11 c b （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 22 c b（ 式（ ： 1C 偏心塊大圓弧弦長； 2C 偏心塊小圓弧弦長； 1 大圓弧半中心角； 2 小圓弧半中心角； 其中：偏心塊產(chǎn)生的激振力 2 （ （ 動機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)的是激振力較小的振動打樁機(jī)， F=200 最大轉(zhuǎn)矩 大轉(zhuǎn)速為 1800r/ 由公式 P=9550 得， P= 由常用機(jī)械傳動和軸承效率的概略值可知， 圓柱齒輪傳動效率 1=V 帶傳動效率 2=動軸承 3= 可得電動機(jī)的功率 公式得， 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得，電動機(jī)型號為 步轉(zhuǎn)速 750r/ 查表得電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 750r/表知電動機(jī)的機(jī)座中心高為 160伸軸徑為 42伸軸長度為 110 電動機(jī)的主軸和工作軸的傳動比： 1m i n/7 5 0m i n/7 5 0 振器齒輪設(shè)計(jì) 輪的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)總體布置設(shè)計(jì)，激振器上、下兩層均采用對稱布置，有偏心塊的主、從動軸由買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - 一對齒輪嚙合傳動，由于只起到傳遞扭矩的作用，其傳動比 i=1,以使主、從動軸等速反向旋轉(zhuǎn)。通過激振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩軸中心距取為 130 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪采用材料為 40質(zhì)），硬度為 280 7 級精度。結(jié)構(gòu)型式采用標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪，兩齒的幾何參數(shù)完全相同選取模數(shù) m=壓力角為 = 20。 齒輪參數(shù)如下： 分度圓直徑： =130 齒數(shù)： Z=52； 齒頂高：ah=m =2.5 齒根高：m = 齒全高： h = 齒頂圓直徑：aa =135 齒根圓直徑：ff = 齒厚： S= m2= 齒 寬： b= = 130 50 輪的受力分析 齒輪的受力分析中，直于齒面，作用于齒輪的徑向力。 其 中： 主動軸的轉(zhuǎn)矩： T = m m 齒面的圓周力：12=130 N = 齒輪的徑向力： F = 齒面的正壓力：F 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - = 輪強(qiáng)度校核 （ 1）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算公式： m Y 232（ 式 (： d為齒寬系數(shù)； K 為載荷系數(shù)。 其中， A（ （ 上式（ ， 使用系數(shù)； 根據(jù)上訴數(shù)據(jù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，得： K =1， K = Y 。 所以， A= =32 =33 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - =于， F = F = 350齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 （ 2） 齒面接觸疲勞強(qiáng) 度校核 計(jì)算公式： 1（ 式（ ： 區(qū)域系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)直齒輪時， = 20 ， 彈性影響系數(shù)， 21 u 為齒數(shù)比。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，可得： P 。 又由，上述中可知， K= u= 將數(shù)據(jù) 代入式（ ，得： M P a 故齒輪的齒面接觸勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 綜上所述，齒輪強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 由于兩個齒輪的傳動比為 1，性質(zhì)相同。故，在此不再檢驗(yàn)另一齒輪。 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于齒輪直徑 d = 120 200采用整體式齒輪設(shè)計(jì) 齒輪結(jié)構(gòu)如下圖 示： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 圖 輪結(jié)構(gòu)圖 動軸的設(shè)計(jì) 定軸的最小軸徑 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 據(jù)計(jì)算公式： 30 （ 式（ ： P 為軸傳遞的功率， n 為軸的轉(zhuǎn)速 ,r/ 30 （ 式（ ： T 為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， 由于改軸只做單向旋轉(zhuǎn)，無軸向載荷，所以 T 取較大值， 較大值。 根據(jù)表 得： T =3510。 式（ ， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - ， n=1500r/ 將數(shù)據(jù)代入式（ 得： d 以，軸的最小直徑 d = 常見幾種材料的 T 及0軸的材料 T /A 20 1525 149126 (12035 135112 45 2545 12603 40353555 11297 動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的各段軸頸尺寸如下表 示： 表 主動軸的各段尺寸 位置 直徑 /度 /明 5 28 軸承配合處，軸承長 18 套筒長 100 11 軸頸過渡段軸肩高 115 5 偏心塊左端定位軸段，軸肩高 50 45 偏心塊安裝處，偏心塊尺寸 405 105 此處為避讓從動軸偏心塊， L=45+45+15(0 45 偏心塊安裝處，偏心塊尺寸 40 5 5 偏心塊左端定位軸段，軸肩高 50 11 軸頸過渡段軸肩高 115 18 軸承配合處 4 74 齒輪安裝處，尺寸 34套筒長 24動軸的尺寸簡圖如下圖 示： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - 圖 動軸的結(jié)構(gòu)簡圖 動軸的強(qiáng)度 校核 （ 1）主動軸受力分析 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，畫出軸的載荷分析。在確定軸的支撐點(diǎn)時，從手冊中查得值，作出軸的彎矩圖和扭矩圖，圖如下 示： 圖 矩和扭矩圖 （ 2）主動軸上載荷分布 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)簡圖及彎矩和扭矩圖可以看出左端偏心塊中心截面出處為危險截面，計(jì)算出軸的彎矩。 反作用力在水平面內(nèi)， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 20 - 152N， 2275N。 在豎直面內(nèi)， 1484N，2792N。 彎矩在水平面內(nèi)， 13052N 豎直面內(nèi)， 137652N 20552N 3052N 軸的扭矩及總彎矩為： 15000T N 1M =237666N （ 3）主動軸的強(qiáng)度校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即右邊偏心塊中心線截面的強(qiáng)度。根據(jù)上 述的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力，取軸的計(jì)算應(yīng)力： ( （ 式（ ， 1M 為軸所受的彎矩， N T 為軸所受的扭矩， N W 為軸的抗彎截面系數(shù)， N 將上述的數(shù)據(jù)代入式（ ，得： 由已選軸的材料為 40質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得， 1 = 70此 1 ，故滿足強(qiáng)度要求，因此軸的設(shè)計(jì)合理。 動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 定從動軸的最小軸徑 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 40 質(zhì)處理。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 21 - 據(jù)式（ 式中 : 0A= 100 P =602 n = 1500r/以，從動軸的最小直徑 ，d = 從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 從動軸的各段軸頸如下表 示： 表 從動軸的各段尺寸 位置 直徑 /度 /明 5 21 軸承配合處，留 3端蓋配合位置 0 64 軸頸過渡段軸肩高 645 5 偏心塊左端定位軸段，軸肩高 50 90 兩塊偏心塊安裝處，偏心塊尺寸 405 5 偏心塊右端定位軸段，軸肩高 50 64 軸頸過渡段軸肩高 645 18 軸承配合處 0 74 此處為齒輪安裝處 從動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 示， 圖 動軸的結(jié)構(gòu)簡圖 動軸的強(qiáng)度校核 （ 1）從動軸受力分析 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，畫出軸的載荷分析。在確定軸的支撐點(diǎn)時，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 22 - 得值，作出從動軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖 示： 圖 動軸軸的彎矩圖和扭矩圖 （ 2）從動軸上載荷分布 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖可以看出左端偏心塊中心截面出處為危險截面，現(xiàn) 計(jì)算出軸的彎矩。 反作用力在水平面內(nèi)， 在豎直面內(nèi)， 562N， 彎矩在水平面內(nèi)， 在豎直面內(nèi) ， 65769N 83174N 所以，從動軸的扭矩及總彎矩為： T=15000N 65769N （ 3）從動軸的強(qiáng)度校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即右邊偏心塊中心線截面的強(qiáng)度。根據(jù)上述的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力，取軸的計(jì)算應(yīng)力 據(jù)公式（ 將上述的數(shù)據(jù)代入式（ 可得： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 23 - 65769 由已選軸的材料為 40質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得 1 = 70 因?yàn)?1 以軸的設(shè)計(jì)合理。 承的選擇 振動樁錘在沉樁工作過程中，軸承系統(tǒng)將因受到很大的激振力而引起彈性振 動。一般振動樁錘齒輪與軸承常采用飛濺潤滑，潤滑效果一般，如果軸承配合面 因產(chǎn)生較大的摩擦而使軸承的溫升過高，熱膨脹偏大，將使軸承的徑向游隙減小， 又進(jìn)一步加劇摩擦，溫度將進(jìn)一步升高。為解解決這一問題，常采用大游隙的軸 承。但是因?yàn)閺较蛴蜗都哟螅瑢⒔档洼S承支承系統(tǒng)的剛度，從而降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的 固有頻率，所以必須認(rèn)真考慮滾動軸承的支承剛度對固有特性的影響。在分析確 定支承剛度對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有特性的影響后，就可以用于對振動打樁機(jī)滾動 軸承的選擇和設(shè)計(jì)，結(jié)合系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使齒輪一軸承系統(tǒng)的固 有特性符合系統(tǒng)的工作要求，防止出現(xiàn)共振而引起破壞。 常 用 的 幾 種 滾 動 軸 承 的 徑 向 剛 度 對 比 。 由 圖 可 知 ， 徑 向 剛 度 最 大的是滾針軸承，最小的是球軸承。而深溝球軸承對零件裝配和 幾何精度的反應(yīng) 敏感性比較小，而滾針軸承和滾子軸承剛好相反。所以采用深溝球軸承有利于減 小系統(tǒng)的振動。如果支承的剛度要求比較高，可采用圓錐滾子軸承。而對載荷大、 沖擊比較嚴(yán)重的振動樁錘，一般常選用調(diào)心滾子軸承。這里，我們設(shè)計(jì)的是小激振力的振動打樁機(jī)，所以在這里選擇調(diào)心球軸承。這里選擇型號為 1207K 的調(diào)心球軸承。 滾動軸承的剛度是指為了使?jié)L動軸承的內(nèi)外套圈之間產(chǎn)生單位的相對彈性位移，所需要實(shí)施的外部載荷，單個滾動軸承的徑向剛度可以定義為： )( 321 （ 式（ ： F 為軸承的徑向載荷， N； 1 為軸承徑向彈性位移， 2 為箱體孔與軸承外圈之間的接觸變形， 3為軸承軸頸與軸承外圈之間的接觸變形， 當(dāng)滾動軸承有預(yù)緊或游離時，軸承的徑向彈性位移 1 的值分別為： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 24 - 2有游隙時：有預(yù)緊力時： （ 式（ ： 為軸承彈性位移系數(shù)； 0為軸承沒有徑向游隙時的彈性位移， g 為軸承的預(yù)緊量或游隙量，預(yù)緊取負(fù)號，游隙取正號， 對于振動打樁機(jī)常選的調(diào)心球軸承，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，得： d F （ 當(dāng)箱體座孔與軸承的外圈或者當(dāng)軸頸與軸承的內(nèi)圈為間隙配合時，在其徑向載荷 個相互配合的表面之間產(chǎn)生的接觸彈性位移為： 132 H （ 式（ ， 為直徑上的配合間隙或過盈值， 1H 為系數(shù)，其值 n 可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得， （ 式（ ， b 為軸承套寬度，