液压直线振动冲击锤试验系统的设计及研究

【摘要】：随着经济发展,人工岛、跨海大桥等桩基工程在我国广泛开展,桩锤设备是桩基工程中的关键设备,它的工作性能不仅关系着整个工程的工作效率,而且对于能量的节约也有着重要的作用。我国振动桩锤的发展较欧美发达国家还有较大的差距,著名的港珠澳大桥桩基工程使用的为美国APE600振动锤,因此研究一种新型的,能量利用率高的桩锤是非常有必要的。本文对现有的马达偏心块式振动锤进行分析,它是通过一对反向旋转的偏心块产生激振力,这种振动方式水平方向力相互抵消,只有竖直方向力用于沉桩,能量利用率低,启停经过共振区破坏桩锤机械结构,在工作过程中不能实时调频,工作效率低。针对上述问题,本文提出一种基于液压波动的新型的桩锤直线振动冲击耦合的沉桩新设备,用油缸代替马达偏心块产生振动,振动油缸直线运动,不会有水平分量能量的浪费,提高能量利用率,纯液压振动,设备启停非常快,不会引起共振破坏机械结构,其中振动发生机构是桩锤产生振动的核心,因此设计一种新型振动发生机构,通过它可以实现振动冲击锤在工作过程中的实时调频,同时产生液压冲击现象,对能量加以利用。建立考虑管路特性振动冲击试验液压系统的的力源和流源模式的功率键合图,建立不考虑管路特性流源模式,推导出状态方程,使用MATLAB进行仿真分析,得到系统压力、流量、管路对系统振幅的影响。为对提出的新型振动冲击锤的机理进行验证,设计一种试验用振动冲击锤,并选型搭建试验平台,利用LMS Test.Lab中振动测试系统进行了一定参数下的锤头振动试验。根据测量的时间振幅曲线分析可得,在振动过程中是确实存在冲击现象,在工作过程中可以通过新型振动发生机构进行实时调频。更换不同通径的胶管,分析不同通流量对锤头振幅的影响。更换不同刚度的弹簧,分析振动曲线,发现随着弹簧刚度增加,锤头振幅减少,但振动平衡位置下移,有利于冲击。使用加速度传感器测量振动频率在15Hz、29Hz、38Hz时的锤头加速度,随着频率的增加,加速度在增加,锤头是动能的载体,可以产生更大的冲击力,因此在确保满足振幅要求下,频率越高越好。在模拟桩体上粘贴加速度传感器,在振动频率15Hz、38Hz下,测量桩体的振幅,为后续研究最佳系统参数、最佳冲击点位置等提供了依据。