一种便携式打桩机激振器的设计
一种建筑施工用便携式打桩机[实用新型专利]
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专利名称：一种建筑施工用便携式打桩机专利类型：实用新型专利
发明人：崔顺利,孙晓华,范英杰
申请号：CN201720592949.4
申请日：20170525
公开号：CN207047848U
公开日：
20180227
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种建筑施工用便携式打桩机，包括底板，所述底板顶部的一侧固定连接有高压储气罐，且高压储气罐的顶部设置有气压调控组件，所述底板的顶部且位于高压储气罐的一侧固定连接有收纳箱，所述收纳箱的内部设置有放置板，所述放置板顶部的一侧固定连接有放置盘，且放置盘内壁的底部固定连接有绕轴，所述绕轴的外表面缠绕有连接气管。
本实用新型涉及建筑施工设备技术领域，该建筑施工用便携式打桩机，很好的方便了人们携带运输打桩机，避免了打桩机在携带运输的过程中，使连接气管混乱缠绕和打桩头滚动撞击的情况发生，从而防止连接气管的磨损划伤或打桩头的损坏，保证了打桩机的正常使用。
申请人：崔顺利
地址：459000 河南省济源市沁园办事处滨河南街规划设计院2号楼3单元202号
国籍：CN
代理机构：北京轻创知识产权代理有限公司
代理人：谈杰
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振动打桩机激振器的设计（毕业设计）
振动打桩机激振器的设计（毕业设计）目录第一章绪论 (1)1.1 桩工机械的分类和发展历程 (1)1.1.1我国桩工机械的发展历程 (1)1.1.2振动沉拔桩机研究的概况 (2)1.2 振动桩锤的结构和工作原理 (6)1.3振动沉拔桩锤调频调矩技术研究现状 (8)1.3.1 单极或两级调矩存在的问题 (8)1.3.2 无极调频调矩的意义 (8)1.3.3调频调矩机构研究现状 (9)1.4本课题的提出与主要的研究内容 (12)第二章无极调频调矩振动桩锤结构分析 (13)2.1 无极调频调矩振动桩锤的原理分析 (13)2.2 无极调频调矩振动桩锤稳态特性调节分析 (14) 第三章无极调频调矩振动桩锤结构设计 (16)3.1 偏心块的设计 (16)3.1.1 偏心块材料的选择 (16)3.1.2 偏心块的结构设计 (16)3.2 液压马达型号选择 (20)3.3激振器齿轮设计 (20)3.3.1 齿轮的结构形式 (20)3.3.2 齿轮的结构设计 (21)3.3.3 齿轮的受力分析 (21)3.3.4 齿轮强度校核 (21)3.3.5 齿轮的结构设计 (22)3.4 主动轴的设计 (23)3.4.1 确定轴的最小轴径 (23)3.4.2 轴的结构设计 (24)3.4.3 主动轴的强度校核 (24)3.5 从动轴的结构设计 (26)3.5.1 确定轴的最小轴径 (26)3.5.2 轴的结构设计 (26)3.5.3 主动轴的强度校核 (27)3.6 箱体的设计 (28)第四章总结与展望 (30)4.1论文总结 (30)4.2 展望 (30)参考文献 (32)致谢 (34)第一章绪论1.1 桩工机械的分类和发展历程桩工机械主要用于各种桩基础、地基改良加固、地下连续墙及其它特殊地基基础等工程的施工。
按施工设施的不同，桩工机械又可以分为夯锤打桩机、静力沉桩机和振动桩锤。
夯锤打桩有柴油打桩机和蒸汽打桩机。
由于使用不便，蒸汽锤己基本被淘汰。
基于电磁效应的便携式物探钻机振动器设计
671 物探钻机振动器结构设计振动器是物探钻机的核心部件，其能够产生高频激振力和回转力，从而使钻杆钻进土层或软岩。
以往使用的机械式振动器、液压式振动器、压电式振动器都或多或少存在一定的缺陷和不足，如：机械磨损严重、使用寿命较短等，因此不能较好的满足工程的需求。
根据以上情况和实地考察研究，研制出一种基于电磁效应的便携式物探钻机振动器，下面将该物探钻机振动器进行一个整体设计介绍。
1.1 声频钻机工作原理在实际的钻探工程上，声频钻机是物探钻机中使用比较广泛且有效的一种。
声频钻机应用的是一种叫做声频振动钻进技术的新型钻探技术方法来实现钻进的。
声频振动钻进的核心设备是振动器，其能够产生可以调节的高频振动和低速回转运动[1]。
声频钻机的工作原理就是将钻杆看作均质弹性体，钻杆本身具有自振频率，当振动器的振动频率接近钻杆的自振频率时，两者就会产生共振，共振能最大限度地增加钻杆的弹性变形量，此时钻杆的作用就像飞轮或弹簧一样，把极大的能量直接传递给钻头，从而使钻头能轻易贯入土层中。
而且，钻具的运动速度比土层的反弹快，使土层来不及实现弹性变形，颗粒间的结合就遭到破坏，使其产生“液化”现象[2]，让钻进变得非常容易。
1.2 便携式物探钻机振动器结构钻机振动器的基本工作原理是振动器上下振动产生振动频率，当振动器的振动频率接近钻杆的自振频率（钻杆本身具有自振频率）时，两者就会产生共振，共振的能量直接传递给钻头，从而使钻头钻入土层。
声频钻机开始工作时，振动器产生的高频振动力、回转力和钻具自身的压力三者结合在一起，使钻头切入土层[3-4]，在高频振动作用下，使钻头的切刃以切削、剪切、断裂的方式排开其钻进路径上的物质，而低速回转作用则保证了能量和磨损平均分配到钻头的工作面上，从而进行钻探或其它钻孔工程。
而该该振动机构的核心部件就是由NS极交替放置组成的磁铁组，如图1所示。
图1 便携式物探钻机振动器的振动机构1—磁铁组卡爪；2—磁铁组；3—磁铁组端盖该物探钻机振动器主要由壳体部分、线圈部分和振动部分等组成。
一种新型便携式液压打桩机的动力学计算
一种新型便携式液压打桩机的动力学计算张步恩【摘要】In flood season,for embankment reinforcement and thepilingfor road construction and maintenance, pile driv-ing operation by machinery equipment instead of manual labor is a technological progress. At present, piling equipment has low working efficiency, heavy weight and strong labor intensity and so on, so the research on a portable hydraulic pile driver, which is used in the piling ofareas such as flood control and emergency rescue and the guardrail construction of highway and railway, will be of great significance. Under the simplified conditions, by establishing the dynamic model of portable hydraulic pile driver piling process, the acceleration of the dynamic modelsystem and the influences of the soil resistance onthe pile sinking in the piling are analyzed. And the relationship between the acceleration and the base frequency, and the influences of the soil resistance onthe pile driver are obtained, which will laya good theoretical basis for the research and development of portable hydraulic pile driver product prototype.%对于汛期的堤防加固以及公路建设与维护的打桩作业,由机械设备代替人力进行打桩作业是技术上的一次长足进步.针对目前打桩设备作业效率低、自重大及劳动强度大等缺陷,研发便携式液压打桩机用于防汛抢险、高速公路及铁路护栏建设等领域的打桩作业具有重要的意义.在简化条件下,通过建立便携式液压打桩机打桩过程的动力学模型,分析了动力学模型系统的加速度以及打桩过程中土壤阻力对沉桩的影响,得到基频与加速度的关系,土壤阻力对打桩机的影响,为研发便携式液压打桩机产品样机奠定良好的理论基础.【期刊名称】《河南科技》【年(卷),期】2015(000)019【总页数】3页(P49-51)【关键词】便携式液压打桩机;动力学模型;基频;加速度;土壤阻力【作者】张步恩【作者单位】华北水利水电大学机械学院,河南郑州 450000【正文语种】中文【中图分类】TU67在防洪抢险过程中，运用传统的抢护方法，需要大量的木桩[1]，在公路建设工程中，两边护栏的建设与维护，也需要大量的钢管桩等，可见打桩是各种抢护方法中所不可缺少的一道工序。
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荆楚理工学院课程设计成果学院：机械工程学院班级：08机制1班学生姓名：学号：设计地点（单位）：机械工程学院设计题目：一种便携式打桩机激振器的设计完成日期：2011年12月30日指导教师评语：_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________成绩（五级记分制）：教师签名：荆楚理工学院课程设计任务书设计题目：一种便携式打桩机激振器的设计学生姓名课程名称专业课课程设计专业班级机制专业2008级1班地点起止时间2011.12.5~2011.12.30设计内容及要求1.偏心块的设计。
根据所给的激振力和激振频率设计相应的偏心块，要求尺寸合理，并且能够产生要求的激振力。
2.齿轮的设计。
确定齿轮的几何尺寸，并对齿轮进行受力分析，最后校核齿轮的强度。
3.皮带传动的设计。
确定传动带的型号、根数、长度；确定带轮的结构尺寸。
4.激振器主动轴、从动轴的设计及强度校核。
5.激振器箱体的设计。
6.作图。
把偏心块、齿轮、带轮、主动轴、从动轴各画在一张A4图纸上；把激振器的装配图画在一张A2图纸上。
7.编制设计说明书。
用A4纸抄写，采用标准的统一格式。
进度要求见附件。
参考资料1．濮良贵主编．机械设计．第八版．北京：高等教育出版社，2006 2．吴宗泽主编．机械零件设计手册．第一版．北京：机械工业出版社，2004 3. 数据库中相关文献资料。
其它说明1．本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，教研室审批后交学院院备案，一份由负责教师留用。
2．若填写内容较多可另纸附后。
3．一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
教研室主任：指导教师：2011 年 11 月 10日一、设计题目：一种便携式打桩机激振器的设计本设计旨在设计一种单层偏心块式的激振器，这种激振器是振动打桩机的核心装置，其结构简图如下。
M同步齿轮箱体偏心块轴带轮二、原始数据和技术要求：激振力的选择：16 kN激振频率的选择：1800 r/min三、进度安排：内容时间1天阅读设计任务书，明确设计任务和应上交的资料；查阅相关资料，收集和阅读资料。
偏心块的设计2天齿轮的设计2天皮带传动的设计2天激振器主动轴、从动轴的强度校核。
2天箱体的设计2天作图5天编写设计说明书3天答辩和上交资料1天目录第一节：振动打桩机及其工作原理 (1)1.1振动打桩机的结构 (1)1.2振动打桩机的工作原理 (2)第二节偏心块的设计 (3)2.1偏心块材料的选择 (3)2.2 偏心块的结构设计 (3)第三节电动机的选择和各轴参数 (6)3.1电动机的选择 (6)3.2电动机的主轴和工作轴的传动比 (6)3.3传动装置的运动和参数计算 (6)第四节传动零件的设计计算 (7)4.1 V带传动的设计 (7)4.2激振器齿轮设计 (9)4.2.1激振器齿轮设 (9)4.2.2齿轮的受力分析 (9)4.2.3齿轮强度校核 (9)4.3激振器的传动 (10)4.3.1轴的结构设计 (10)4.3.2从动轴的受力分析与强度校核 (11)第五节箱体的设计 (13)总结 (14)参考文献 (15)附图：偏心块、带轮、齿轮、主动轴、从动轴、激振器装配图第一节：振动打桩机及其工作原理1.1振动打桩机的结构振动打桩机的振动锤主要由原动机、激振器、夹装器、减振装置和电气操作箱组成。
基本机构如图1-1所示。
图1-1电动式振动打桩机振动锤1、原动机：原动机是振动打桩机的动力元件，一般采用异步电机，要求在强烈的振动状态下能可靠的运转，并且要有较高的启动力矩和过载能力。
2、激振器：激振器包括轴、偏心块、齿轮等，为了适应不同类型的桩锤以及土壤环境，可以采用改变偏心块中固定块与活动块之间的相位差来达到调矩的的。
如图1-23、减振器：为了避免将振动桩锤产生的振动传至桩架在吊钩与减震器之间必须减振，减振器一般是由压缩弹簧组成，由于弹簧的减振作用，使振动器所产生的较大振幅传速到吸振器时将大为减弱。
4、夹桩器：振动桩锤工作时必须与桩刚性连接，这样才能把振动桩锤所产生不断变化大小和方向的激振力传给桩体。
因此，振动桩锤都有夹桩器，一般为于激振器的下面夹桩器将桩夹紧，使桩与振动桩锤成为一体，一起振动。
图 1-2 激振器简图1.2振动打桩机的工作原理有等量偏心力矩的二块偏心体左右对称布置，以相同转速左右反向回转，其产生的离心水平方向相抵，垂直方向叠加，机械仅发生垂直振动，如图1-3所示。
振动桩锤利用夹头将振动传递给桩体，使桩周围的土发生共振，从而使桩周围的摩擦阻力和端部阻力急剧降低。
利用这一原理，打桩时由于桩的地盘反力降低，靠振动桩锤与桩的重量使桩下沉。
拔桩时靠起重机等的引拔力将桩拔起。
图1-3 偏心体的回转与振动的发生原理电动式普通型振动桩锤是振动桩锤的基本型，品种多，应用最广。
由于振动桩锤具有贯入力强、使用方便、施工速度快、成本低等特点，因此应用广泛，但是目前使用的电力驱动振动桩锤（单极调矩或两级调矩）存在如下问题：（1）根据不同的土壤固有频率和阻力大小，应对振动桩锤作相应的频率和力矩调整，以接近土壤频率，使沉桩阻力最小，功率利用系数最高。
但普通型振动桩锤在运转过程中不能变频变幅，给施工带来许多不便。
（2）起动和关闭振动桩锤的过渡过程，通过共振区出现启动电流大、耗时长、运转平稳性差、噪声高、容易烧坏电机和损坏轴承等。
（3）过渡过程工作频率较低，引起桩架共振，对设备和临近施工现场的建筑物结构有一定损害。
尤其是施工噪声较大，严重影响施工现场周围居民的生活。
第二节 偏心块的设计2.1偏心块材料的选择偏心块的材料采用Q275,其密度ρ = 7.8×103Kg/m 。
整个激振器由4个偏心块组成，2根轴上各分布2个。
考虑到安装方便，其结构采用整体式。
2.2 偏心块的结构设计（1）、半圆偏心块面积和偏心距的设计计算。
由[1]得一般半圆偏心块的外形如图2-1所示：其面积和偏心距的计算公式如下：图2-1偏心块结构示意图式（1） 222)(21r R r A ππ-+=)(12132310C C Ar -=式（2）C1 = 2R; C2 = 2r;偏心距计算公式：式（3）2223324244.0r r R r R e -+-=质量m 的计算公式：式（4）ρπB r r R m )2(2022-+=激振力F 的计算公式：式（5）w B r R F ρ)(3233+=24m e w F = 由已知参数F=16KN, W=1800r/min=60πrad/s取B=45mm ， r 0=30； 式中e —偏心距； R —大圆弧弦长； r —小圆弦长； r 0—中心孔半径； B —偏心块厚度由式（3）（4）（5）可计算得：R=106mm, r=84mm , B=45mm ，r 0=30mm, e =34.5mm 由【2】查表t1=5.4mm ，b=25mm（2）、采用三维设计软件UG 对数据验算，检查是否符合设计要求：图2-2综上以上数据,以上设计满足结构参数。
偏心块尺寸如下图 2-3 所示： 测量质量属性 显示的质量属性值体积 =1060939.671629503 mm^3 面积 = 87915.102893002 mm^2 质量 = 8.306096689 kg 重量 = 81.455056586 N 回转半径 = 74.658280679 mm质心= 0.000000000, -16.684380152 , 22.500000000 mm详细的质量属性使用精度计算的分析0.990000000信息单位kg - mm密度= 0.000007829体积= 1060939.671629503面积= 87915.102893002质量= 8.306096689第一力矩Mx, My, Mz = 0.000000000, -138.582074743, 186.887175507质心Xcbar, Ycbar, Zcbar = 0.000000000, -16.684380152, 22.500000000惯性距(WCS)Ix, Iy, Iz = 29170.062587087, 29250.680883004, 47207.512939688惯性矩（质心）Ixc, Iyc, Izc = 22652.945120892, 25045.719434103, 44895.356922394惯性矩（球坐标）I = 46297.010738694惯性积(WCS)Iyz, Ixz, Ixy = -3118.096681722, 0.000000000, -0.000000000惯性积（质心）Iyzc, Ixzc, Ixyc = -0.000000000, -0.000000000, -0.000000000回转半径(WCS)Rx, Ry, Rz = 59.261165601, 59.343000149, 75.388841449回转半径（质心）Rxc, Ryc, Rzc = 52.223243937, 54.912126772, 73.519445550回转半径（球坐标）R = 74.658280679主轴（相对于WCS 的方向矢量）Xp(X), Xp(Y), Xp(Z) = 0.000000000, 0.000000000, 1.000000000 Yp(X), Yp(Y), Yp(Z) = 0.000000000, 1.000000000, 0.000000000 Zp(X), Zp(Y), Zp(Z) = -1.000000000, 0.000000000, 0.000000000 主惯性矩I1, I2, I3 =44895.356922394, 25045.719434103, 22652.945120892误差估计体积= 0.000000000面积= 0.000000000质量= 0.000000000惯性矩（球坐标）= 0.000000000质心 = 0.000000000, 0.000000000, 0.000000000 惯性距 (WCS) = 0.000000000, 0.000000000, 0.000000000 惯性积 (WCS) = 0.000000000, 0.000000000, 0.000000000图 2--3 偏心块的尺寸结构简图第三节 电动机的选择和各轴参数3.1电动机的选择由UG 分析软件可得最大转矩Tmax=25N.M,最大转速为1800r/min 。