冲击式液压桩锤的工作过程研究与结构分析

论文摘要

液压桩锤是以液压油为工作介质,利用液压能将预制桩打入地基的桩工机械。在工作过程中它具有不排污、振动小、噪音低,可以实现清洁安静的建筑施工等优点,在基础工程中得到了广泛的应用。由于冲击过程中桩锤,砧铁,桩受到交变冲击力的作用,各个零部件之间的受力关系复杂,要想分析桩锤系统的运动学、动力学特性,有必要对工作过程进行研究。此外,由于桩锤不断地冲击砧铁,使得砧铁在应力集中部位首先出现了疲劳裂纹,随着裂纹的扩张,最终导致其疲劳失效,不能正常工作。为此论文在研究800S液压桩锤机械本体部分的结构组成、工作原理以及结构特点的基础上,对冲击过程进行分析,通过建立冲击过程力学模型,求解系统微分方程组,得到了冲击时砧铁所受到的冲击力大小以及各部件的运动规律；以冲击时桩锤与砧铁、砧铁与桩之间的冲击力为指标,分别以桩锤刚度、桩锤质量和工作行程为变量,建立起它们与冲击力之间的关系,并运用相关仿真软件绘制出仿真曲线；以有限元理论为基础,利用专业有限元软件,建立砧铁的有限元模型,将分析得到的冲击力载荷施加给砧铁,通过求解模拟了冲击过程中砧铁的应力变化情况,获得了砧铁关键点应力随时间变化规律,研究发现在砧铁通孔外侧面处存在着应力集中并且该处的应力值超出了砧铁的屈服极限,通过对砧铁形状进行修改,明显降低了此处的应力值,课题的研究对于液压桩锤产品的升级和二次开发提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 液压桩锤结构组成及沉桩过程分析
• 2.1 液压桩锤结构组成及工作原理
• 2.2 液压桩锤沉桩过程分析
• 2.3 沉桩阻力确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 液压桩锤的冲击过程研究
• 3.1 桩端为固定端时分析与计算
• 3.1.1 冲击过程模型的建立
• 3.1.2 建立系统的微分方程
• 3.1.3 利用模态分析的方法求解微分方程组
• 3.1.4 仿真与分析
• 3.1.5 第二次冲击过程分析
• 3.2 任意工况时冲击过程分析
• 3.2.1 工况描述及模型建立
• 3.2.2 MATLAB解微分方程的一般步骤和常用命令
• 3.2.3 求微分方程的数值解
• 3.3 本章小结
• 第四章 不同参数对冲击力的影响
• 4.1 桩锤刚度对冲击力影响
• 4.2 桩锤质量对冲击力影响
• 4.3 工作行程对冲击力影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 砧铁结构有限元分析
• 5.1 有限单元法简介
• 5.1.1 有限单元法基本概念
• 5.1.2 有限单元法基本思想
• 5.1.3 有限单元软件方法
• 5.2 接触问题有限单元法
• 5.2.1 接触问题有限单元法的基本概念
• 5.2.2 接触问题求解的一般过程
• 5.3 砧铁有限元模型的建立
• 5.3.1 单元类型选择以及材料特性
• 5.3.2 几何模型简化与建立
• 5.3.3 网格划分及有限元模型建立
• 5.4 冲击过程中砧铁应力分析
• 5.5 结构修改
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A MATLAB仿真程序
• 在学研究成果
• 致谢