摘 要 電動(dòng)變頻調(diào)幅振動(dòng)錘是一產(chǎn)生單向激振力的雙軸慣性激振器，通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)幅，它是HKZ-600A夯擴(kuò)樁機(jī)沉拔護(hù)筒的核心動(dòng)力源，為了更好地降低激振力對(duì)樁機(jī)各部件的不利振動(dòng)影響，并在施工過(guò)程中滿足提升和加壓的技術(shù)要求，有必要對(duì)減振器動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 減振器；共振；穩(wěn)態(tài)振幅；加壓；提升

中圖分類號(hào)：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0024-02

夯擴(kuò)樁是在錘擊沉管樁的機(jī)械設(shè)備與施工方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用夯擴(kuò)的方式將樁端現(xiàn)澆混凝土擴(kuò)大成大頭形的一種樁型，通過(guò)增大樁端截面和擠密地基土，使樁的承載力大幅提高。夯擴(kuò)樁是一種節(jié)能減排的基礎(chǔ)樁型，對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、持力層選擇范圍廣，投資小。它具有單樁承載力高，成本低，無(wú)排土等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)變頻調(diào)幅振動(dòng)錘是夯擴(kuò)樁機(jī)HKZ-600A的核心動(dòng)力源，它主要是用于提拔和沉入護(hù)筒用，是夯擴(kuò)樁機(jī)施工效率高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是成樁質(zhì)量的可靠保障。眾所周知，減振器性能好壞，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備使用起著重要的作用，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)和載荷的類型，進(jìn)行減振器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)和振幅滿足設(shè)計(jì)要求。振動(dòng)錘減振器的動(dòng)力參數(shù)直接影響振動(dòng)錘的功能，同時(shí)也嚴(yán)重影響樁機(jī)相關(guān)部分的使用壽命，所以，對(duì)減振器的動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)十分必要。

1 振動(dòng)錘的工作原理及參數(shù)

振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由序號(hào)1（振動(dòng)箱），序號(hào)2（耐震交流變頻電動(dòng)機(jī)），序號(hào)3（減振彈簧組），序號(hào)4（加壓滑輪組），序號(hào)5（帶輪組），序號(hào)6（提升滑輪組），序號(hào)7（彈簧軸）組成。如圖2所示，序號(hào)1（振動(dòng)箱）主要由序號(hào)8（偏心塊組），序號(hào)9（主軸），序號(hào)10（反向同步齒輪組），序號(hào)11（振動(dòng)箱體）組成。

圖1 振動(dòng)頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 振動(dòng)箱結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 工作原理

如圖1所示，兩臺(tái)交流變頻調(diào)速耐振電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪組（傳動(dòng)比i=1）帶動(dòng)振動(dòng)箱體由兩根主軸旋轉(zhuǎn)，兩主軸帶動(dòng)偏心塊組通過(guò)同步反向齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生單向激振力。減振彈簧組與彈簧軸等部件減振器，對(duì)振動(dòng)箱的受迫振動(dòng)具有減振吸振功能。施工過(guò)程中，提升滑輪組通過(guò)減振器實(shí)現(xiàn)邊提邊振，加壓滑輪組通過(guò)減振器實(shí)現(xiàn)邊振邊加壓。4個(gè)彈簧組及軸等件組成的減振器，其中心與振動(dòng)錘重心、加壓提升力中心相重合。

1.2 振動(dòng)錘參數(shù)

最大激振力p=320 kN，偏心塊總質(zhì)量m0=160 kg，振動(dòng)錘質(zhì)量m=2700 kg，最小偏心力矩e1=0.008 m，最大偏心力矩e2=0.128 m，變頻電機(jī)功率P=30 kW，2臺(tái)，工作最低轉(zhuǎn)速n1=900 r/min，最高轉(zhuǎn)速n=1200 r/min；最大提升力T1=160 kN，最大加壓力T2=80 kN，穩(wěn)態(tài)振幅A≥0.0075 m。

2 減振器的動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 減振器的動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)

本振動(dòng)錘是一單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，通過(guò)同步反向齒輪的兩軸上的偏心塊組產(chǎn)生單向激振力。在工作的啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中，受迫振動(dòng)頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)，系統(tǒng)的振幅為正常工作時(shí)振幅的3～7倍，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，為了工作時(shí)遠(yuǎn)離共振，要求受迫振動(dòng)的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值Z在一定范圍內(nèi)取值，一般Z=2～10，最佳選擇范圍Z=3～5，振動(dòng)錘在正常工作時(shí)，需要不斷地提升和加壓，要求減振彈簧能滿足線性特性，保證減振器的使用壽命和減振效果。

2.2 減振器動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算

2.2.1 彈簧總剛度的確定

本振動(dòng)錘采用交流變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，根據(jù)巖土力學(xué)可知，振動(dòng)錘的振動(dòng)頻率不低于900次/分，才能滿足沉管效率要求。將電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n1=900 r/min，作為振動(dòng)錘正常工作的起點(diǎn)，則此時(shí)的受迫振動(dòng)的角頻率ω1===94.2 rad/s。

取頻率比Z1=3.5，則

ωn===26.91rad/s。

根據(jù)ωn=，

式中：K-彈簧剛度N/m；m-振動(dòng)錘質(zhì)量kg；K=ωn2×m =26.912×2700=1.96×106 N/m。

振動(dòng)錘電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為n=1200 r/min，此時(shí)受迫振動(dòng)的角頻率ω2===125.6 rad/s，頻率比Z2===4.67，故Z2在Z=3～5范圍內(nèi)。

2.2.2 各減振彈簧剛度的分配

減振器由四組相同的彈簧均布并聯(lián)組成，則每組彈簧的剛度為K1===4.9×105 N·m

每組彈簧是由上、下彈簧并聯(lián)組成，減振器中的下彈簧除了承擔(dān)減振功能外，還得承受提升力的作用，減振器中的上彈簧除了承擔(dān)減振功能外，還得承受加壓力的作用。在加壓和提升過(guò)程中要求彈簧要在線性特性范圍內(nèi)。根據(jù)這個(gè)要求，對(duì)每組彈簧的上、下彈簧剛度進(jìn)行分配。振動(dòng)錘的最大提升力T1=160 kN，最大加壓力T2=80 kN。

可知：?jiǎn)沃聫椈傻淖畲蠊ぷ髫?fù)載F1==40 kN

單支上彈簧的最大工作負(fù)載F2==20 kN

由此可分配得：下彈簧的剛度K下=×2=3.33×105 N·m

上彈簧的剛度K上==1.57×105 N·m

根據(jù)圓柱螺旋壓縮彈簧計(jì)算公式得，下彈簧各參數(shù)為：

絲徑d=35 mm，中徑D2=160 mm，螺距t=60 mm，有效圈數(shù)n=11，總?cè)?shù)n1=13，自由高度H0=712.5 mm，最小工作載荷F0=16.6 kN，初始?jí)嚎s量x1=49 mm，上彈簧各參數(shù)為：絲徑d=25 mm，中徑D2=129 mm，螺距t=51.6 mm，有效圈數(shù)n=11.5 mm，自由高度H0=631 mm，最小工作載荷F0=16.6 kN，初始?jí)嚎s量x2=106 mm。

2.2.3 彈簧工作時(shí)最大壓縮量的計(jì)算

單支下彈簧提升最大值F1=40 kN時(shí)彈簧的壓縮量x3==120 mm，此時(shí)彈簧從安裝狀態(tài)到最大提升力工作狀態(tài)彈簧壓縮變化量△x1=x3-x1=71 mm，上彈簧的壓縮量△x1′=x2-△x1=35 mm，單支上彈簧在加壓力最大值F2=20 kN時(shí)，彈簧的壓縮變化量△x2=x4-x2=11 mm，下彈簧的壓縮量△x2′=x1-△x2=38 mm，由此時(shí)可知：上、下彈簧在最大工作負(fù)載作用下，減振器彈簧都有足夠預(yù)緊力，完全可以保證減振器的正常工作狀態(tài)。

2.2.4 減振器彈簧共振驗(yàn)算

當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n1=900 r/min時(shí)，所產(chǎn)生的激振力

p1=m0×ω12×e2=160×94.22×0.128=181732 N·m

穩(wěn)態(tài)振幅A1=││=││

=0.00824 m

當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n=1200 r/min時(shí)，所產(chǎn)生的激振力P=m0×ω22×e2=160×125.62×0.128=323079 N·m

穩(wěn)態(tài)振幅A2=││=││

=0.0079 m

3 總結(jié)

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)用，減振器的各項(xiàng)指標(biāo)滿足振動(dòng)錘的要求，現(xiàn)已被廣泛推廣使用，進(jìn)行批量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第三卷[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1994.

[2]李連進(jìn)，王明賢.動(dòng)力減振器參數(shù)優(yōu)化選擇問(wèn)題的研究[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30（5）.

[3]液壓振動(dòng)錘沉樁機(jī)沉樁機(jī)理及其振幅和頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué)，2004.

作者簡(jiǎn)介

薛淑華（1964-），女，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，大學(xué)畢業(yè)，從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造工作。endprint

摘 要 電動(dòng)變頻調(diào)幅振動(dòng)錘是一產(chǎn)生單向激振力的雙軸慣性激振器，通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)幅，它是HKZ-600A夯擴(kuò)樁機(jī)沉拔護(hù)筒的核心動(dòng)力源，為了更好地降低激振力對(duì)樁機(jī)各部件的不利振動(dòng)影響，并在施工過(guò)程中滿足提升和加壓的技術(shù)要求，有必要對(duì)減振器動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 減振器；共振；穩(wěn)態(tài)振幅；加壓；提升

中圖分類號(hào)：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0024-02

夯擴(kuò)樁是在錘擊沉管樁的機(jī)械設(shè)備與施工方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用夯擴(kuò)的方式將樁端現(xiàn)澆混凝土擴(kuò)大成大頭形的一種樁型，通過(guò)增大樁端截面和擠密地基土，使樁的承載力大幅提高。夯擴(kuò)樁是一種節(jié)能減排的基礎(chǔ)樁型，對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、持力層選擇范圍廣，投資小。它具有單樁承載力高，成本低，無(wú)排土等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)變頻調(diào)幅振動(dòng)錘是夯擴(kuò)樁機(jī)HKZ-600A的核心動(dòng)力源，它主要是用于提拔和沉入護(hù)筒用，是夯擴(kuò)樁機(jī)施工效率高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是成樁質(zhì)量的可靠保障。眾所周知，減振器性能好壞，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備使用起著重要的作用，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)和載荷的類型，進(jìn)行減振器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)和振幅滿足設(shè)計(jì)要求。振動(dòng)錘減振器的動(dòng)力參數(shù)直接影響振動(dòng)錘的功能，同時(shí)也嚴(yán)重影響樁機(jī)相關(guān)部分的使用壽命，所以，對(duì)減振器的動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)十分必要。

1 振動(dòng)錘的工作原理及參數(shù)

振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由序號(hào)1（振動(dòng)箱），序號(hào)2（耐震交流變頻電動(dòng)機(jī)），序號(hào)3（減振彈簧組），序號(hào)4（加壓滑輪組），序號(hào)5（帶輪組），序號(hào)6（提升滑輪組），序號(hào)7（彈簧軸）組成。如圖2所示，序號(hào)1（振動(dòng)箱）主要由序號(hào)8（偏心塊組），序號(hào)9（主軸），序號(hào)10（反向同步齒輪組），序號(hào)11（振動(dòng)箱體）組成。

圖1 振動(dòng)頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 振動(dòng)箱結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 工作原理

如圖1所示，兩臺(tái)交流變頻調(diào)速耐振電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪組（傳動(dòng)比i=1）帶動(dòng)振動(dòng)箱體由兩根主軸旋轉(zhuǎn)，兩主軸帶動(dòng)偏心塊組通過(guò)同步反向齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生單向激振力。減振彈簧組與彈簧軸等部件減振器，對(duì)振動(dòng)箱的受迫振動(dòng)具有減振吸振功能。施工過(guò)程中，提升滑輪組通過(guò)減振器實(shí)現(xiàn)邊提邊振，加壓滑輪組通過(guò)減振器實(shí)現(xiàn)邊振邊加壓。4個(gè)彈簧組及軸等件組成的減振器，其中心與振動(dòng)錘重心、加壓提升力中心相重合。

1.2 振動(dòng)錘參數(shù)

最大激振力p=320 kN，偏心塊總質(zhì)量m0=160 kg，振動(dòng)錘質(zhì)量m=2700 kg，最小偏心力矩e1=0.008 m，最大偏心力矩e2=0.128 m，變頻電機(jī)功率P=30 kW，2臺(tái)，工作最低轉(zhuǎn)速n1=900 r/min，最高轉(zhuǎn)速n=1200 r/min；最大提升力T1=160 kN，最大加壓力T2=80 kN，穩(wěn)態(tài)振幅A≥0.0075 m。

2 減振器的動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 減振器的動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)

本振動(dòng)錘是一單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，通過(guò)同步反向齒輪的兩軸上的偏心塊組產(chǎn)生單向激振力。在工作的啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中，受迫振動(dòng)頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)，系統(tǒng)的振幅為正常工作時(shí)振幅的3～7倍，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，為了工作時(shí)遠(yuǎn)離共振，要求受迫振動(dòng)的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值Z在一定范圍內(nèi)取值，一般Z=2～10，最佳選擇范圍Z=3～5，振動(dòng)錘在正常工作時(shí)，需要不斷地提升和加壓，要求減振彈簧能滿足線性特性，保證減振器的使用壽命和減振效果。

2.2 減振器動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算

2.2.1 彈簧總剛度的確定

本振動(dòng)錘采用交流變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，根據(jù)巖土力學(xué)可知，振動(dòng)錘的振動(dòng)頻率不低于900次/分，才能滿足沉管效率要求。將電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n1=900 r/min，作為振動(dòng)錘正常工作的起點(diǎn)，則此時(shí)的受迫振動(dòng)的角頻率ω1===94.2 rad/s。

取頻率比Z1=3.5，則

ωn===26.91rad/s。

根據(jù)ωn=，

式中：K-彈簧剛度N/m；m-振動(dòng)錘質(zhì)量kg；K=ωn2×m =26.912×2700=1.96×106 N/m。

振動(dòng)錘電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為n=1200 r/min，此時(shí)受迫振動(dòng)的角頻率ω2===125.6 rad/s，頻率比Z2===4.67，故Z2在Z=3～5范圍內(nèi)。

2.2.2 各減振彈簧剛度的分配

減振器由四組相同的彈簧均布并聯(lián)組成，則每組彈簧的剛度為K1===4.9×105 N·m

每組彈簧是由上、下彈簧并聯(lián)組成，減振器中的下彈簧除了承擔(dān)減振功能外，還得承受提升力的作用，減振器中的上彈簧除了承擔(dān)減振功能外，還得承受加壓力的作用。在加壓和提升過(guò)程中要求彈簧要在線性特性范圍內(nèi)。根據(jù)這個(gè)要求，對(duì)每組彈簧的上、下彈簧剛度進(jìn)行分配。振動(dòng)錘的最大提升力T1=160 kN，最大加壓力T2=80 kN。

可知：?jiǎn)沃聫椈傻淖畲蠊ぷ髫?fù)載F1==40 kN

單支上彈簧的最大工作負(fù)載F2==20 kN

由此可分配得：下彈簧的剛度K下=×2=3.33×105 N·m

上彈簧的剛度K上==1.57×105 N·m

根據(jù)圓柱螺旋壓縮彈簧計(jì)算公式得，下彈簧各參數(shù)為：

絲徑d=35 mm，中徑D2=160 mm，螺距t=60 mm，有效圈數(shù)n=11，總?cè)?shù)n1=13，自由高度H0=712.5 mm，最小工作載荷F0=16.6 kN，初始?jí)嚎s量x1=49 mm，上彈簧各參數(shù)為：絲徑d=25 mm，中徑D2=129 mm，螺距t=51.6 mm，有效圈數(shù)n=11.5 mm，自由高度H0=631 mm，最小工作載荷F0=16.6 kN，初始?jí)嚎s量x2=106 mm。

2.2.3 彈簧工作時(shí)最大壓縮量的計(jì)算

單支下彈簧提升最大值F1=40 kN時(shí)彈簧的壓縮量x3==120 mm，此時(shí)彈簧從安裝狀態(tài)到最大提升力工作狀態(tài)彈簧壓縮變化量△x1=x3-x1=71 mm，上彈簧的壓縮量△x1′=x2-△x1=35 mm，單支上彈簧在加壓力最大值F2=20 kN時(shí)，彈簧的壓縮變化量△x2=x4-x2=11 mm，下彈簧的壓縮量△x2′=x1-△x2=38 mm，由此時(shí)可知：上、下彈簧在最大工作負(fù)載作用下，減振器彈簧都有足夠預(yù)緊力，完全可以保證減振器的正常工作狀態(tài)。

2.2.4 減振器彈簧共振驗(yàn)算

當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n1=900 r/min時(shí)，所產(chǎn)生的激振力

p1=m0×ω12×e2=160×94.22×0.128=181732 N·m

穩(wěn)態(tài)振幅A1=││=││

=0.00824 m

當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n=1200 r/min時(shí)，所產(chǎn)生的激振力P=m0×ω22×e2=160×125.62×0.128=323079 N·m

穩(wěn)態(tài)振幅A2=││=││

=0.0079 m

3 總結(jié)

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)用，減振器的各項(xiàng)指標(biāo)滿足振動(dòng)錘的要求，現(xiàn)已被廣泛推廣使用，進(jìn)行批量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第三卷[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1994.

[2]李連進(jìn)，王明賢.動(dòng)力減振器參數(shù)優(yōu)化選擇問(wèn)題的研究[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30（5）.

[3]液壓振動(dòng)錘沉樁機(jī)沉樁機(jī)理及其振幅和頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué)，2004.

作者簡(jiǎn)介

薛淑華（1964-），女，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，大學(xué)畢業(yè)，從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造工作。endprint

摘 要 電動(dòng)變頻調(diào)幅振動(dòng)錘是一產(chǎn)生單向激振力的雙軸慣性激振器，通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)幅，它是HKZ-600A夯擴(kuò)樁機(jī)沉拔護(hù)筒的核心動(dòng)力源，為了更好地降低激振力對(duì)樁機(jī)各部件的不利振動(dòng)影響，并在施工過(guò)程中滿足提升和加壓的技術(shù)要求，有必要對(duì)減振器動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 減振器；共振；穩(wěn)態(tài)振幅；加壓；提升

中圖分類號(hào)：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0024-02

夯擴(kuò)樁是在錘擊沉管樁的機(jī)械設(shè)備與施工方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用夯擴(kuò)的方式將樁端現(xiàn)澆混凝土擴(kuò)大成大頭形的一種樁型，通過(guò)增大樁端截面和擠密地基土，使樁的承載力大幅提高。夯擴(kuò)樁是一種節(jié)能減排的基礎(chǔ)樁型，對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、持力層選擇范圍廣，投資小。它具有單樁承載力高，成本低，無(wú)排土等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)變頻調(diào)幅振動(dòng)錘是夯擴(kuò)樁機(jī)HKZ-600A的核心動(dòng)力源，它主要是用于提拔和沉入護(hù)筒用，是夯擴(kuò)樁機(jī)施工效率高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是成樁質(zhì)量的可靠保障。眾所周知，減振器性能好壞，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備使用起著重要的作用，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)和載荷的類型，進(jìn)行減振器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)和振幅滿足設(shè)計(jì)要求。振動(dòng)錘減振器的動(dòng)力參數(shù)直接影響振動(dòng)錘的功能，同時(shí)也嚴(yán)重影響樁機(jī)相關(guān)部分的使用壽命，所以，對(duì)減振器的動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)十分必要。

1 振動(dòng)錘的工作原理及參數(shù)

振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由序號(hào)1（振動(dòng)箱），序號(hào)2（耐震交流變頻電動(dòng)機(jī)），序號(hào)3（減振彈簧組），序號(hào)4（加壓滑輪組），序號(hào)5（帶輪組），序號(hào)6（提升滑輪組），序號(hào)7（彈簧軸）組成。如圖2所示，序號(hào)1（振動(dòng)箱）主要由序號(hào)8（偏心塊組），序號(hào)9（主軸），序號(hào)10（反向同步齒輪組），序號(hào)11（振動(dòng)箱體）組成。

圖1 振動(dòng)頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 振動(dòng)箱結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 工作原理

如圖1所示，兩臺(tái)交流變頻調(diào)速耐振電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪組（傳動(dòng)比i=1）帶動(dòng)振動(dòng)箱體由兩根主軸旋轉(zhuǎn)，兩主軸帶動(dòng)偏心塊組通過(guò)同步反向齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生單向激振力。減振彈簧組與彈簧軸等部件減振器，對(duì)振動(dòng)箱的受迫振動(dòng)具有減振吸振功能。施工過(guò)程中，提升滑輪組通過(guò)減振器實(shí)現(xiàn)邊提邊振，加壓滑輪組通過(guò)減振器實(shí)現(xiàn)邊振邊加壓。4個(gè)彈簧組及軸等件組成的減振器，其中心與振動(dòng)錘重心、加壓提升力中心相重合。

1.2 振動(dòng)錘參數(shù)

最大激振力p=320 kN，偏心塊總質(zhì)量m0=160 kg，振動(dòng)錘質(zhì)量m=2700 kg，最小偏心力矩e1=0.008 m，最大偏心力矩e2=0.128 m，變頻電機(jī)功率P=30 kW，2臺(tái)，工作最低轉(zhuǎn)速n1=900 r/min，最高轉(zhuǎn)速n=1200 r/min；最大提升力T1=160 kN，最大加壓力T2=80 kN，穩(wěn)態(tài)振幅A≥0.0075 m。

2 減振器的動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 減振器的動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)

本振動(dòng)錘是一單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，通過(guò)同步反向齒輪的兩軸上的偏心塊組產(chǎn)生單向激振力。在工作的啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中，受迫振動(dòng)頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)，系統(tǒng)的振幅為正常工作時(shí)振幅的3～7倍，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，為了工作時(shí)遠(yuǎn)離共振，要求受迫振動(dòng)的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值Z在一定范圍內(nèi)取值，一般Z=2～10，最佳選擇范圍Z=3～5，振動(dòng)錘在正常工作時(shí)，需要不斷地提升和加壓，要求減振彈簧能滿足線性特性，保證減振器的使用壽命和減振效果。

2.2 減振器動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算

2.2.1 彈簧總剛度的確定

本振動(dòng)錘采用交流變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，根據(jù)巖土力學(xué)可知，振動(dòng)錘的振動(dòng)頻率不低于900次/分，才能滿足沉管效率要求。將電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n1=900 r/min，作為振動(dòng)錘正常工作的起點(diǎn)，則此時(shí)的受迫振動(dòng)的角頻率ω1===94.2 rad/s。

取頻率比Z1=3.5，則

ωn===26.91rad/s。

根據(jù)ωn=，

式中：K-彈簧剛度N/m；m-振動(dòng)錘質(zhì)量kg；K=ωn2×m =26.912×2700=1.96×106 N/m。

振動(dòng)錘電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為n=1200 r/min，此時(shí)受迫振動(dòng)的角頻率ω2===125.6 rad/s，頻率比Z2===4.67，故Z2在Z=3～5范圍內(nèi)。

2.2.2 各減振彈簧剛度的分配

減振器由四組相同的彈簧均布并聯(lián)組成，則每組彈簧的剛度為K1===4.9×105 N·m

每組彈簧是由上、下彈簧并聯(lián)組成，減振器中的下彈簧除了承擔(dān)減振功能外，還得承受提升力的作用，減振器中的上彈簧除了承擔(dān)減振功能外，還得承受加壓力的作用。在加壓和提升過(guò)程中要求彈簧要在線性特性范圍內(nèi)。根據(jù)這個(gè)要求，對(duì)每組彈簧的上、下彈簧剛度進(jìn)行分配。振動(dòng)錘的最大提升力T1=160 kN，最大加壓力T2=80 kN。

可知：?jiǎn)沃聫椈傻淖畲蠊ぷ髫?fù)載F1==40 kN

單支上彈簧的最大工作負(fù)載F2==20 kN

由此可分配得：下彈簧的剛度K下=×2=3.33×105 N·m

上彈簧的剛度K上==1.57×105 N·m

根據(jù)圓柱螺旋壓縮彈簧計(jì)算公式得，下彈簧各參數(shù)為：

絲徑d=35 mm，中徑D2=160 mm，螺距t=60 mm，有效圈數(shù)n=11，總?cè)?shù)n1=13，自由高度H0=712.5 mm，最小工作載荷F0=16.6 kN，初始?jí)嚎s量x1=49 mm，上彈簧各參數(shù)為：絲徑d=25 mm，中徑D2=129 mm，螺距t=51.6 mm，有效圈數(shù)n=11.5 mm，自由高度H0=631 mm，最小工作載荷F0=16.6 kN，初始?jí)嚎s量x2=106 mm。

2.2.3 彈簧工作時(shí)最大壓縮量的計(jì)算

單支下彈簧提升最大值F1=40 kN時(shí)彈簧的壓縮量x3==120 mm，此時(shí)彈簧從安裝狀態(tài)到最大提升力工作狀態(tài)彈簧壓縮變化量△x1=x3-x1=71 mm，上彈簧的壓縮量△x1′=x2-△x1=35 mm，單支上彈簧在加壓力最大值F2=20 kN時(shí)，彈簧的壓縮變化量△x2=x4-x2=11 mm，下彈簧的壓縮量△x2′=x1-△x2=38 mm，由此時(shí)可知：上、下彈簧在最大工作負(fù)載作用下，減振器彈簧都有足夠預(yù)緊力，完全可以保證減振器的正常工作狀態(tài)。

2.2.4 減振器彈簧共振驗(yàn)算

當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n1=900 r/min時(shí)，所產(chǎn)生的激振力

p1=m0×ω12×e2=160×94.22×0.128=181732 N·m

穩(wěn)態(tài)振幅A1=││=││

=0.00824 m

當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n=1200 r/min時(shí)，所產(chǎn)生的激振力P=m0×ω22×e2=160×125.62×0.128=323079 N·m

穩(wěn)態(tài)振幅A2=││=││

=0.0079 m

3 總結(jié)

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)用，減振器的各項(xiàng)指標(biāo)滿足振動(dòng)錘的要求，現(xiàn)已被廣泛推廣使用，進(jìn)行批量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

薛淑華（1964-），女，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，大學(xué)畢業(yè)，從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造工作。endprint