一种振动打桩机的设计说明

振动打桩机的设计

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摘要随着建筑、桥梁以及街道基础设施等对桩要求不断提高，桩工设备进一步的发展有着非常重要的意义。振动打桩机凭借其独特的性能和应用优势，成为了各国的研发重点。振动打桩器是利用机械振动使桩与土壤之间松动，相互的摩擦力减少，达到沉拔桩的作用。本文设计的振动打桩机由液压油通过液压马达驱动，在机械定向式激振器中，两个根轴上相同的两个偏心块，在水平方向力相抵，垂直方向力叠加，产生振动。振动打桩机的结构由减振器、激振器以及夹桩器组成，其具有结构简单、贯入力强、沉桩效率、无污染、低噪音等特点。

关键字振动桩锤，偏心块，减振弹簧，液压夹桩器

ABSTRACT Along with the construction, the bridge and the street foundation facilities and so on the pile request unceasingly enhances, the pile equipment further development has the very vital significance. Vibratory pile driver has become the focus of the world by virtue of its unique characteristics and application advantages. Vibration pile driver is the use of mechanical vibration between the pile and soil loosening, mutual friction reduction, to achieve the role of the pile. In this paper, the design of vibration pile driver and is driven by the hydraulic oil through a hydraulic motor, in the directional and mechanical vibrator, two axis on the same two eccentric blocks, in the horizontal direction force balance, vertical superposition of force vibration. Vibratory piling machine structure by shock absorber, vibration exciter and clip pile composition, which has characteristics of simple structure, strong penetration force, pile sinking efficiency, no pollution, low noise.

KEY WORD Vibratory pile hammer;Eccentric block; Damping spring; Hydraulic pile clamping device

目录

第一章前言 (4)

1.1桩工机械的定义 (4)

1.2 桩工机械的分类 (5)

1.2.1落锤式打桩机 (5)

1.2.2静力沉桩机 (6)

1.2.3振动打桩机 (6)

1.3我国桩工机械发展历程 (7)

1.4我国桩工技术进步的表现方面 (7)

1.5国外桩工机械的发展状况 (8)

1.1.3国外振动打桩机的发展历程 (9)

第二章振动打桩机的结构和原理 (12)

2.1振动打桩机的结构 (12)

2.2振动打桩机的工作原理 (14)

2.3振动打桩机的振幅 (14)

第三章激振器的设计 (17)

3.1偏心块的设计 (17)

3.2电机的选择 (20)

3.3激振器齿轮设计 (21)

3.3.1齿轮的参数设计 (21)

3.3.3齿轮的受力分析 (21)

3.3.4齿轮的校核 (22)

3.3.5齿轮结构设计 (24)

3.4V带的设计 (24)

3.5激振器轴的设计 (26)

3.5.1轴的结构设计 (27)

3.5.2主动轴的受力分析及校核 (29)

3.5.3从动轴的受力分析及其校核 (32)

3．6轴承的选择 (34)

3.6.1计算其额定寿命 (35)

3.7键连接的校核计算 (36)

3.7.1键的选择 (36)

3.7.2键的强度校核 (36)

3.8箱体的设计 (37)

第四章减振器的设计 (38)

4.1减振弹簧的结构选择 (39)

4.2减振弹簧的选型 (39)

4.3减振弹簧的材料及许用应力 (39)

4.4减振弹簧的刚度计算 (39)

4.5减振弹簧的设计参数 (40)

4.6减振弹簧的设计计算 (40)

4-7悬挂横梁的设计 (43)

第五章夹桩器的设计 (44)

5.1夹桩器的设计原理 (44)

5.2液压缸的设计 (44)

5.3夹头钳设计 (45)

结论 (46)

致 ................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 (47)

第一章前言

1.1桩工机械的定义

桩工机械是运用在建筑、桥梁、街道等各种工程施工中，桩基、地基改良加固；地下连续墙挡土；地下连续墙防渗等施工的重要机械设备，它的作用是把各类桩打入土中，来提高基础的承载能力。

桩工机械一般由打桩锤与桩架两部分组成。除了专用桩架外，还可以在挖掘机中悬挂设置上布置桩架。

1.2 桩工机械的分类

根据施工设备的不同，把桩机分为落锤式桩机、静压桩机和振动桩机。

1.2.1落锤式打桩机

落锤式打桩机由打桩锤、桩架以及附属设备构成，工作时，桩架旁边的卷扬机，起吊桩架上的桩锤，提升一定的高度，利用重力或者冲击力，沿着两根导杆组成的导向架落下，打击在桩上，实现打桩任务。按照桩锤的运动动力来源，又可分为重力锤、汽锤、柴油锤、液压锤等。

1）重力锤打桩机

桩锤是钢铁质重块，通过卷扬机用吊钩提起，脱落后，利用自身重力，在导向架上，做自由落体运动，打击在桩上。其优点是结构简单，造价便宜；缺点是由重力产生的打击力度小。

2）汽锤打桩机

桩锤由一个锤头和一个锤底座构成，用蒸汽或压缩空气作为驱动力，分为单动汽锤和双动汽锤两种。单动汽锤的锤头部由柱塞或者气缸组成，燃烧蒸汽，驱动柱塞或气缸，使锤头上升，接着停止驱动桩锤，令它沿着桩架上的导杆，自由下落进行打桩。

区别于单动汽锤的不同，双动汽锤则以增重的柱塞作为锤头，同时还以汽缸作为锤座，工作时，蒸汽驱动有柱塞的锤头提升，一定高度后，接着驱动气缸锤座快速向下打击桩。由于双动汽锤，利用了蒸汽动力以及自身重力，所以它上下升降的速度快,频率高,同时在桩贯入地层时，发生振动，减少与土壤的摩擦阻力，打桩效果好。汽锤的缺点是使用不便，基本遭遇淘汰。

3）柴油锤打桩机

桩锤由汽缸和柱塞组成，其工作原理，在气缸，燃烧雾化柴油，达到一定的高温高压后，气缸发生燃爆产生强大的压力，以及自身的重力作用下，产生强大的冲击力进行打桩，由柴油转化为机械能，在剧烈的冲击下，使土壤对桩的摩擦力减弱，两者之间的静态平衡破坏，完成沉桩入土的作业。

柴油锤在打桩中具有高效的优点，但由于其工作过程中，冲击力产生的噪声过大、以及柴油燃爆给环境带来的污染，诸多因素，使柴油锤在现代桩工机械中的使

用程度大大降低，逐渐被其他类型的桩机所取代。

4）液压锤打桩机

液压锤打桩机通过柴油真作为启动，以油液压为动力，打桩时，液压锤可以通过液压流量的大小，产生合适的冲击力，对不同土质层进行打桩，是一种热门新型的打桩机。

液压锤打桩机传递能量的效率一般可以达到75%～95%，是柴油锤打桩机传递传递效率的3、4倍，同时液压锤打桩机在打桩时能够比较准确控制冲击力，适合不同环境的打桩作业；另外使用液压油作为驱动，在打桩机运作时，液压锤打桩机产生的污染、振动、噪声降低，很适合城市的施工需求。

1.2.2静力沉桩机

其工作原理是利用压桩机自身重力以及其他配重，即静压力，把桩逐段沉压进土壤。这种沉桩的方法，可以很大程度减少钢筋和混凝土的使用，降低造价，一般来说使用的混泥土的强度，可以降低1～2等级，采用的刚筋与锤击桩锤相比，可以节省40%左右；同时在施工时，没有噪音、振动以及污染，对环境没有干扰，适用于软土地区、城市等桩基础工程。但是它的沉桩效率很低，并且对土质要求有很大的限制。

1.2.3振动打桩机

一般由偏心块或偏心轮组成的激振体，通过回旋转动，纵向上下振动，产生强大的激振力，使突然与桩锤达到共振频率，从而降低两者之间的阻力，将桩沉入地下。振动打桩机的它的优点是产生的噪声小，对环境污染小，同时，振动频率高，工作效率也体高，另外它的机构简单、重量轻，工程造价低。该方法主要应用于各类钢板桩和钢管桩的沉拔作业，也可以用于混凝土桩施工。振动打桩机按动力可分为电动振动打桩机和液压振动打桩机。