無級調(diào)頻調(diào)能氣液驅(qū)動液壓打樁錘設(shè)計方法及其性能研究.pdf

1、液壓打樁錘以其低污染、高能量利用率、工作過程可控等優(yōu)點，已在樁基礎(chǔ)施工中獲得越來越多的應(yīng)用。國內(nèi)液壓打樁錘的設(shè)計方法落后，沒有自己的成熟產(chǎn)品;國外液壓打樁錘的產(chǎn)品相對成熟，但打擊能和打擊頻率的調(diào)節(jié)范圍有限，嚴重制約著液壓打樁錘的應(yīng)用和推廣。
　　 針對國內(nèi)外現(xiàn)有液壓打樁錘設(shè)計和應(yīng)用中存在的理論和技術(shù)上的缺陷，本文結(jié)合湖南省科技計劃項目“可無級調(diào)節(jié)打擊能和頻率的液壓打樁氣液控制方案研究”（項目編號:2008JT1014），以無級調(diào)

2、頻調(diào)能氣液驅(qū)動液壓打樁錘設(shè)計及其性能研究為目的，立足現(xiàn)狀，設(shè)計了能無級調(diào)頻調(diào)能的氣液驅(qū)動液壓打樁錘系統(tǒng);分析了氣液驅(qū)動打樁錘的運動特性，提出了氣液驅(qū)動打樁錘四段運動分析的新設(shè)計方法;對實現(xiàn)氣液驅(qū)動打樁錘柔性配流技術(shù)的核心部件主控閥，以及采用降低和吸收打擊能脫樁保護技術(shù)的全液壓脫樁保護系統(tǒng)進行了研究設(shè)計。主要內(nèi)容如下:
　　 首先在分析國內(nèi)外液壓打樁錘及其設(shè)計方法和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展狀況的基礎(chǔ)上，突破打擊能和頻率調(diào)節(jié)范圍的限制，確定了氣

3、液驅(qū)動打樁錘的設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計了采用壓力反饋原理實現(xiàn)無級調(diào)頻調(diào)能、利用主控閥控制打樁錘工作狀態(tài)柔性轉(zhuǎn)換、具有脫樁保護功能的氣液驅(qū)動控制系統(tǒng);
　　 然后，對無級調(diào)頻調(diào)能氣液驅(qū)動液壓打樁錘的四段運動設(shè)計方法進行了研究。分析了氣液驅(qū)動打樁錘的運動特性，將氣液驅(qū)動打樁錘的運動分為上升加速，上升勻速，上升減速和下降加速四個過程，引入運動周期與下落加速時間比γt和最大上升下落速度比αv兩個無量綱變量，構(gòu)建了一套完整的氣液驅(qū)動打樁錘

4、四段運動設(shè)計方法;
　　 接著，對實現(xiàn)氣液驅(qū)動打樁錘柔性配流技術(shù)的核心部件主控閥，以及全液壓脫樁保護系統(tǒng)進行了設(shè)計和研究。首先設(shè)計了具有記憶功能的液壓柔性沖擊主控閥，建立了主控閥換向的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和仿真模型，仿真研究了主控閥相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對其換向性能的影響規(guī)律，并對主控閥進行了穩(wěn)健優(yōu)化;接著設(shè)計了全液壓脫樁保護控制系統(tǒng)，建立了緩沖機構(gòu)的靜態(tài)設(shè)計方法，并結(jié)合熱力學(xué)和流體動力學(xué)建立了脫樁保護緩沖機構(gòu)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和仿真模型，分析研究了

5、相關(guān)參數(shù)對其性能的影響規(guī)律;
　　 再接著，對設(shè)計的氣液驅(qū)動打樁錘性能進行了仿真研究。采用機理建模法建立了沖擊油缸、主控閥、插裝閥和打樁錘錘擊系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合Simulink和AMEsim建立了打樁錘液壓控制系統(tǒng)和錘擊系統(tǒng)的仿真模型。仿真研究了氮氣室初始壓力、打樁錘下落控制壓力和系統(tǒng)供油量對打樁錘調(diào)頻調(diào)能性能的影響規(guī)律，以及填充金屬顆粒等效參數(shù)和墊層參數(shù)對錘擊系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。
　　 最后，在實驗樣機上對打樁靜阻力