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护栏打桩机动力学理论研究

  堤防加固以及公路建设与维护的打桩作业,由机械设备代替人力进行打桩作业是技术上的一次长足进步。针对打桩设备作业效率低、自重大及劳动强度大等缺陷,研发护栏打桩机用于防汛抢险、高速公路及铁路护栏建设等领域的打桩作业将促进行业发展。在简化条件下,通过建立护栏打桩机打桩过程的动力学模型,分析了动力学模型系统的加速度以及打桩过程中桩身周面摩擦力与桩端土壤阻力对沉桩的影响。得到基频与加速度的关系,土壤阻力对打桩机的影响,为研发护栏打桩机产品样机奠定良好的理论基础。

护栏打桩机动力学理论研究


  1引言

  在防洪抢险过程中,运用传统的抢护方法,需要大量的木桩”,在公路建设工程中,两边护栏的建设与维护,也需要大量的钢管桩等,可见打桩是各种抢护方法中所不可缺少的一道工序。目前国内设计的打桩机主要用于桩基工程和桥梁工程,打桩机的激振力很大,整机重量大、运输不方便、适用场地受限。国内所用的便携式打桩机主要有落锤式打桩机、机械式打桩机与气动式打桩机。落锤式打桩机用于一般土层、粘土还有砾石土层,该机构造简单,使用便捷,冲击力大,但是锤击速度慢,效率较低。机械式打桩机主要用于防汛抗洪抢险等场合的打桩作业,使用便携,缺点是相对于液压式打桩机冲击能量小,打桩效率低。而气动式打桩机动力装置零件种类繁杂,维修成本高而且维修时间长,费时费力,能源效率随着工作时间的延长而逐日下降。国外所用的护栏打桩机较为先进,该机且具有功效高,噪音小,可靠性高等优点,但是价格相当昂贵。

  结合液压式打桩机相对气动式打桩机,具有动力大、效率高、打桩迅猛、省工省时等特点,研发一种新型护栏打桩机,新型护栏打桩机不仅可以用于汛期的堤防加固以及维护江、河、湖、塘堤岸等打桩作业,也可用于公路建设维护的打桩作业;不仅适用于中小型木桩,还适用于钢管桩等各种中小型桩的作业。新型护栏打桩机不仅在功效上有所突破,应用领域也更加广泛。


护栏打桩机动力学理论研究


  2液压打桩机动力学模型

  护栏打桩机主机系统简化原理:液压打桩机工作时,把桩视为一个均质刚体,将地层视为弹性支撑与阻尼器,忽略桩体与机座之间的摩擦阻尼,则桩与地层可以tg作-+--fl由度的振动体系。为建立液压打桩机打桩的简化计算力学模型,如图1所示。作以下分析总结:


护栏打桩机动力学理论研究


  (1)土壤视为弹塑性体。(2)桩为绝对刚体。(3)打桩过程中,木桩顶端与土层不分离。(4)打桩过程中,跟随木桩一起振动的木桩干体周围的土壤惯性力不计入1'21。

   



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