振动冲击锤的动力学特性研究
非定常气动重锤震源系统的动态特性研究
非定常气动重锤震源系统的动态特性研究蒋发光;刘晓宁;李进付;梁政【摘要】基于气体动力学理论,采用连续过程离散化方法,建立了气动系统动态数值模型,得到了冲击时刻冲击锤的速度,提出了基于动态过程研究的冲击能量计算方法.分别研究了气管管径、冲击锤行程与冲击能量的关系.研究结果表明,冲击能量随管径的增大先增大后减小,随冲击锤行程的增大线性增大.该方法可为计算重锤震源冲击能量、优选气管管径、确定冲击锤行程提供参考.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2016(027)010【总页数】5页(P1303-1307)【关键词】重锤震源;气动系统;非定常;高压气体;冲击能量【作者】蒋发光;刘晓宁;李进付;梁政【作者单位】西南石油大学,成都,610500;石油天然气装备教育部重点实验室,成都,610500;西南石油大学,成都,610500;石油天然气装备教育部重点实验室,成都,610500;中国石油化工集团公司胜利石油管理局钻井工艺研究院,东营,257017;西南石油大学,成都,610500;石油天然气装备教育部重点实验室,成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TH138;P631.1重锤震源的经济、环保、方便移动、不存在震源和仪器不同步问题等特点[1-2]使其成为浅层地质勘探的重要设备[3]。
国内外学者针对重锤震源开展了大量研究，Sallas[4]、Lebedev等[5]研究了基板与地层的失耦问题；王鸿雁等[6]研究了重锤震源控制系统问题；张永刚等[7]研究了气缸压力稳定性问题。
目前，针对气动重锤震源系统的动态特性研究鲜见报道，难以准确计算重锤震源的冲击能量。
然而，重锤震源产生足够大的冲击能量是获得合格地震资料的前提[8]，所以对气动重锤震源系统动态特性的研究成为目前亟待解决和完善的问题之一。
本文首先在分析重锤震源气动系统气体流动过程的基础上，基于气体动力学理论，采用连续过程离散化[9]方法，建立了气动系统非定常高压气体流动过程的动态计算模型。
机械冲击振动系统的特性分析与优化
机械冲击振动系统的特性分析与优化机械冲击振动系统是一种常见的工程系统，广泛应用于各个领域。
它由多个部件组成，包括弹簧、阻尼器、质量块等。
这些部件相互作用，形成一个复杂的振动系统。
研究机械冲击振动系统的特性分析与优化，可以帮助我们了解振动系统的行为，提高系统的性能。
首先，我们来分析机械冲击振动系统的特性。
振动系统的特性主要包括自由振动和受迫振动两个方面。
自由振动是指系统在没有外力作用下自发地振动。
当系统受到外力的扰动后，会出现自由振动现象。
自由振动的特点是振幅不断减小，直至系统停止振动。
这是因为系统中的阻尼器对振动的能量进行耗散。
根据振动系统的特性方程，可以计算出系统的固有频率和振动模态。
受迫振动是指系统在受到外力作用下振动。
外力可以是周期性的，也可以是非周期性的。
受迫振动的特点是振幅随时间变化，且振幅和外力的频率存在关系。
当外力的频率接近系统的固有频率时，振幅最大。
这就是共振现象。
共振会导致机械冲击振动系统的破坏，因此需要采取措施来避免共振。
为了优化机械冲击振动系统的性能，可以采取一系列措施。
首先，可以通过调整系统的质量块、弹簧和阻尼器的参数来改变系统的固有频率。
通过提高系统的固有频率，可以降低共振的风险。
其次，可以安装降噪装置来减少振动系统产生的噪音。
噪音是机械冲击振动系统的一个不可避免的问题，它会对周围环境和人体健康产生负面影响。
降噪装置可以采用吸音材料、隔振装置等方式来减少振动系统传递的噪音。
另外，可以利用控制技术来优化机械冲击振动系统的性能。
控制技术可以实时监测和调整系统的振动状态，使系统处于稳定的工作状态。
常用的控制技术包括PID控制器、模糊控制器等。
通过采用控制技术，可以提高机械冲击振动系统的精度和稳定性。
此外，还可以采用仿真分析方法对机械冲击振动系统进行优化设计。
通过利用仿真软件，可以快速建立振动系统的数学模型，并进行多种模拟试验。
通过仿真分析，可以评估不同参数对系统性能的影响，以及优化方案的优劣。
潜孔锤钻柱振动特性分析
潜孔锤钻柱振动特性分析近年来,随着岩土钻凿工程的快速发展,凿岩冲击问题引起了大量学者的关注。
潜孔锤钻进以其自身的优势在钻探行业的地位越来越高,因此对潜孔锤钻进系统的研究非常必要。
针对潜孔锤钻的研究,由于其受力较为复杂,振动形式多变,有很大的难度。
本文以潜孔锤钻柱为研究对象,针对在工程中较为常见、危害较大的纵向、横向、扭转和耦合振动,基于区域分解法分别建立振动方程,并分析了其振动规律。
具体研究内容如下:一、以潜孔锤钻柱纵向振动为例,通过施加正弦半波、方波、三角波三种形式的冲击力,分析了不同特征的周期脉冲冲击力对潜孔锤凿岩系统振动响应的影响。
结果显示当冲量相等时,不同特征的周期冲击力对钻柱的稳态振动响应的影响可以忽略。
二、采用基于广义变分原理的区域分解法,分别建立了潜孔锤单自纵向振动、横向振动和扭转振动的能量泛函,推导得到钻柱动力学方程,并利用Matlab编程求解。
在此基础上,分析了分区数目、多项式位移截取阶数等区域分解法参数和钻柱长度、局部变截面对钻柱模态频率的影响。
结果显示分区数目和截取阶数提高,可以获得更高阶次的模态频率精确解,但是计算时间会明显增加,因此需选择合适的参数。
钻柱模态频率随钻柱长度的增加降低,而受钻柱局部截面变化的影响较小。
三、采用区域分解法,建立了潜孔锤钻柱耦合振动的能量泛函,进一步得到钻柱动力学方程并进行求解。
研究了长度、壁厚对潜孔锤钻柱模态频率的影响和载荷的形式、求解方法和结构阻尼对钻柱模态分析的影响。
结果显示随着钻柱厚度的增大,钻柱模态频率增加,其对低阶模态影响更为显著。
结构阻尼会明显影响钻柱高阶的模态频率。
通过上述的研究,进一步了解潜孔锤钻进过程中钻柱的振动规律,对潜孔锤和其他形式钻进的工程实际和钻柱系统的设计优化有很大的参考价值。
而区域分解法在潜孔锤钻柱系统振动研究中的成功运用,也为钻柱动力学的研究提供了一种新的思路和方法。
冲击钻进系统的动力学特性分析
冲击钻进系统的动力学特性分析冲击钻进系统的动力学特性分析引言：冲击钻进是一种常用于地下工程中的钻探方法。
在钻进过程中，冲击钻进系统的动力学特性对钻进效率和施工质量具有重要影响。
本文将对冲击钻进系统的动力学特性进行分析，探讨其对钻进过程的影响，并提出相应的优化措施。
一、冲击钻进系统的组成冲击钻进系统主要由冲击锤、钻杆、钻头和钻进液组成。
其中，冲击锤作为动力源提供冲击力，钻杆传递冲击力到钻头，钻进液在钻进过程中起到冷却钻头、清洁孔壁的作用。
二、冲击钻进系统的工作原理在冲击钻进系统中，冲击锤通过压缩空气或液体的作用，产生高速冲击力。
冲击力传递到钻杆后，再传递到钻头。
钻头在冲击力作用下，在岩石中形成冲击孔，完成钻进过程。
三、冲击钻进系统的动力学特性3.1 冲击力特性冲击力是冲击钻进系统的关键参数，直接影响钻进的效率和效果。
冲击力的大小取决于冲击锤的工作状态和参数以及岩石的性质。
过大或过小的冲击力都会导致钻进效率下降和杂质聚积，影响钻进的顺利进行。
3.2 冲击频率特性冲击频率是指冲击钻进系统在单位时间内产生的冲击次数。
冲击频率的选择要根据具体的工程需求和钻进岩石的性质来确定。
过低的冲击频率会导致钻进速度过慢，影响工程进度；而过高的冲击频率则容易引起钻杆振动、磨损等问题。
3.3 钻头的磨损特性在冲击钻进过程中，钻头不可避免地会受到磨损。
钻头的磨损程度会影响到钻进的效率和质量。
过快的钻头磨损会使得钻进效率下降，而过慢的磨损则可能导致钻头卡钻或者断裂。
四、冲击钻进系统动力学特性的影响因素4.1 冲击锤参数冲击力和冲击频率的大小与冲击锤的参数有关。
例如，冲击锤的重量、气压或液压的大小等都会对冲击力和冲击频率产生影响。
合理选择冲击锤参数可以使得冲击钻进系统具有更好的钻进性能。
4.2 钻杆参数钻杆的直径和材质会影响到冲击力的传递和钻头的磨损情况。
较大直径的钻杆能够承受较大的冲击力，而优质的钻杆材质可以延长钻杆的使用寿命。
机械工程中的振动响应与冲击动力学
机械工程中的振动响应与冲击动力学引言：在机械工程领域中，振动响应与冲击动力学是两个重要的研究方向。
振动是物体在受到外界激励或者内部力的作用下产生的周期性运动。
而冲击是指物体在非周期性外力的作用下发生的瞬时动作。
机械系统的振动响应与冲击动力学对于设计高性能、高可靠性机械设备具有重要意义。
一、振动响应的基本概念1.1 振动的分类振动可分为自由振动和受迫振动。
自由振动是指物体在没有外力作用下由初始条件引起的振动；受迫振动是指物体在外界激励下产生的振动。
1.2 振动参数振动的基本参数包括振幅、频率、周期和相位。
振幅是指振动物体的最大位移；频率是指单位时间内振动的周期数；周期是指一个完整振动过程所需的时间；相位是指振动物体的位移与某一参考点的位移之间的相对关系。
二、振动响应的分析方法2.1 模态分析模态分析是一种用于分析机械系统振动特性的方法。
它通过计算模态参数，如固有频率、阻尼比和模态形状，来描述机械系统的振动响应。
2.2 频域分析频域分析是一种基于频率响应函数的分析方法。
它可以将时域信号转化为频域信号，通过频谱分析来研究振动信号的特性。
2.3 时域分析时域分析是指直接对振动信号在时间轴上进行观察和分析的方法。
通过时域分析，可以获得振动信号的时间变化规律。
三、冲击动力学的基本理论3.1 冲击与冲击载荷冲击是由于外界非周期性力的作用导致物体瞬时加速度变化的现象。
冲击载荷是指在冲击作用下施加在物体上的力。
3.2 冲击响应的分析方法冲击响应的分析方法包括冲击响应曲线、冲击响应频谱和冲击响应方程等。
通过这些方法，可以研究冲击作用对物体的影响。
四、振动与冲击的工程应用4.1 振动控制与减少振动控制是通过减小或消除振动源、减小振动物体的固有频率、增加阻尼等方法来降低振动的程度。
减少振动可以提高机械设备的工作效率和使用寿命。
4.2 冲击分析与抗冲击设计冲击分析可以帮助工程师了解系统在受到冲击作用时的响应情况，从而进行抗冲击设计。
振动冲击锤动力学模型研究
２Ａ Ｏ ｔ 。 Ａ ２ ） ∈。 ＋ ０（ 叫 ）
（ ｌ △～ ｆ ＋ ∈ｆ
解 上述代 数方 程得 ：
日＝ （２４） ／ ，ａ ／ 、ａ （ ＋
并解 得 ：
）
式 中： － 开 始碰撞 的时间 ——
△ — — 碰撞持 续 时间
—
２ ｔ 。（ｌ，ａ ）（ｌ －２４ －ａ 。ａａ＋ ２ ／ａ ａａ ｎ
非线性
动 力学 模 型
振动锤在建筑 、桥梁等桩基工程 中应用广泛 振动冲击锤与之相比具有更加 明显的优越性 ， 一方 面能产生与振动锤 同样的作用， 使土壤 颗粒发生位 移， 破坏土层的结构强度 ， 土壤颗 粒呈现假液化特 性而显著 降低摩擦阻力； 与此 同时 ， 桩锤对桩帽产 生快速冲击， 破碎 与挤压土层 ， 从而提 高了克服桩 尖顶端 阻力的能力， 实现快速沉桩 。这种优势在对 粘性土壤或坚硬土层作用时表现得更加明显。 由于振动冲击锤机理复杂， 增加 了开发研制的 难度。本文对振动冲击锤的动力学模型作深入的探
振力 为 ｉ∞ ， 动 弹簧 刚 度 为 ｋ， 壤 的 弹簧 刚 ｎ 振 －土
令 ：ａ＝ ２ （１ ２ｋｍ１ ｍ１ ｒ２ｋ ｔｍｌ ∞ ｍ ＋ ｌ ＋ ２ ）ｏ＋ １ ｒ ｎ
度和 阻尼系数分别为 ｋ． ， － ｍ 碰撞 的冲击力 ｚ ｍ 与 ａ ｃ 为 Ｆ（）， 其运动微 分方 程 为： ￡ 则
１ 振动冲击锤 的结构模型
振动冲击锤的结构模型， 依振动弹簧的布置型 式不同， 一般可分 为如图 １ 所示的两种类型。
一— 一— 一 一
图２
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小型振动冲击式打桩机动力学性能研究
小型振动冲击式打桩机动力学性能研究
杨振中
【期刊名称】《农业机械学报》
【年(卷),期】1999(30)6
【摘要】建立了振动冲击式打桩机的力学模型,根据其运动特征提出了运动过程的三阶段基本假设,并分别对各个阶段进行了动力学分析,最后分析了冲击条件并建立了最佳冲击时各主要参数之间的关系。
【总页数】5页(P36-40)
【关键词】振动;冲击;打桩机;动力学;性能研究
【作者】杨振中
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TU67
【相关文献】
1.小型振动冲击式打桩机数学模型及最佳冲击时主要动力参数之间的关系 [J], 杨振中
2.小型振动冲击式打桩机冲击点优化及计算机仿真 [J], 杨振中
3.液压式振动冲击锤自身振动对液压马达运转性能的影响研究 [J], 周林森;靳玉香;智秀娟;刘桂花
4.DZF-120型便携式防汛抢险打桩机动力学性能优化研究 [J], 周林森;李久政;靳
玉香;王国伟;智秀娟;刘桂花
5.小型振动冲击式打桩机的周期运动和分岔 [J], 罗冠炜;俞建宁;尧辉明;褚衍东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一类冲击钻进机械系统的动力学特性分析
摘要针对工程实际中普遍存在的碰撞振动这种典型的非光滑动力系统，其研究具有重要的理论意义和工程实用价值，碰撞振动系统动力学的分析与研究方法主要有理论分析、数值模拟以及应用与实验研究。
本文从工程角度出发，紧密结合非线性动力学理论和方法，从理论和数值分析两个方面研究了一类振动系统的周期运动和分岔，建立了系统的动力学模型，分析了系统周期冲击运动的类型，给出判定系统发生钻进运动的条件，并采用数值计算的方法分析了系统的动力学行为和系统参数对系统钻进效果的影响。
结果表明：擦边分岔处是系统两种截然不同运动的分界线擦边运动导致p n运动转迁为()1q=周期运动的p-运动或形成复杂的长周期运动或进入混沌；当激振频率ω在11冲击速度峰值附近时，系统具有最大冲击速度和最佳钻进量。
关键词：冲击；振动；分岔；混沌；周期运动AbstractFor non-smooth dynamical systems impact vibration commonly found in engineeringpractice typical, the research of which has important theoretical significance and practical value, the research and analysis method of impact vibration system dynamics include theoretical analysis, numerical simulation application and experimental. This article from the engineering point of view, combining theories and methods of nonlinear dynamics, from the two aspects of theoretical and numerical analysis of a class of vibration system with periodic motions and bifurcations, established the dynamics model of the system,analysis the type of the cycle movement impact system,determining system into movement conditions are presented,and adopt the method of numerical analysis of the dynamics of the system behavior and system parameters on the system into effect.The results indicate that grazing bifurcation point is the dividing line between two all different motions of the system and a grazing contact may lead to instability of p n motion: one impact in the motion period vanishes andthe motion transits into ()1-motion, or falls into long periodic or chaotic motionp nimmediately. The maximum impact velocity and the largest progression of the system are found to occur during period-1 single-impact motion with the peak impact velocity.Key words: impact;vibrate; singularity;chaos;periodic motion目录1. 绪论 (1)1.1 课题研究的意义 (1)1.2 非线性动力学发展概况 (1)1.3 国内非线性动力学发展 (3)2. 基本理论 (5)2.1 分岔 (5)2.1.1 分岔的基本概念 (5)2.1.2分岔的类型 (6)2.1.3单参数平面自治系统的分岔类型 (7)2.1.4几种基本的一维分叉 (10)2.1.5 Poincaré映射 (13)2.1.6 Lyapunov稳定性 (14)2.2 混沌 (16)2.2.1混沌的基本概念 (16)2.2.2混沌运动的基本性质 (17)2.2.3混沌的识别 (20)2.2.4通向混沌的道路 (21)2.2.5混沌的应用前景 (21)2.3 龙格—库塔法 (22)2.3.1龙格—库塔方法的基本思想 (22)2.3.2经典四阶龙格-库塔方法 (22)2.3.3一般的显式的龙格-库塔方法的形式 (23)2.4 干摩擦振动系统的非线性动力学分析 (24)2.4.1摩擦学概念 (24)2.4.2摩擦模型 (25)3. 冲击钻进系统的动力学建模与数值分析 (28)3.1 力学模型及运动微分方程 (28)3.2 周期碰撞运动和Poincaré映射 (29)3.3 数值分析 (30)结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)1. 绪论1.1 课题研究的意义冲击振动系统在机械、车辆和核反应堆工程等应用领域中经常遇到，迫切需要对此类系统的动态行为有更全面的了解，尤其需要注意冲击振动系统由于参数的变化所引起系统响应的本质变化（产生分岔现象，甚至导致混沌运动）。
振动锤设备的性能研究及选择计算
振动锤设备的性能研究及选择计算一、振动锤的总体工作原理通过液压动力源使液压马达作机械旋转运动，从而实现振动箱内每组成对的偏心轮以相同的角速度反向转动；这两个偏心轮旋转产生的离心力，在转轴中心连线方向上的分量在同一时间内将相互抵消，而在转轴中心连线垂直方向的分量则相互叠加，并最终形成沉桩激振力。
二、常用振动锤的类型及具体参数根据振动锤能够达到的最高频率，分为低频（≤15Hz）、中频（15~25Hz）、高频（25~60Hz）、超高频（≥60Hz）。
根据所产生激振力的大小，分为小型、中型、大型、联动型。
目前国内常用的是中频，国外高频较多。
1、小型分DZ-45、DZ-60、DZ-90三种，技术参数分别如下：2、中型分DZJ-120、DZJ-135、DZJ-150三种，技术参数分别如下：3、大型分DZJ-180、DZJ-200、DZJ-240、DZJ-300四种，技术参数分别如下：4、联动型分DZJ-400、DZJ-480、DZJ-600三种，技术参数分别如下：5、夹具（X型、单、双型）三、振动沉（拔）桩的工作原理下沉过程中振动锤与待下沉的桩经过刚性连接形成一个振动体系。
振动锤运行时，总数为偶数的偏心轮高速旋转产生振动力，这个力使桩体产生正弦波的垂直振动，强迫桩体的周围土壤产生液化、位移，由于土层移动，在桩体自身重量和振动锤重量的作用下，使桩体切入地层。
当振动停止，土壤逐渐恢复原状。
同样的作用原理，在施工中，通过起重机吊钩的吊力，也可将桩体拔出。
四、振动锤选型及国内外不同计算方法分析比较1、振动式沉桩适用的土质最适合进行振动法沉桩的土为非粘性土、砾石或砂，特别是饱水的非粘性土、砾石或砂。
对于混合土或粘性土，只有当它们具有很高的含水量时，才可使用振动锤沉桩。
对于干硬性的粘土或经过人工排水的砂中进行振动法沉桩，其沉桩阻力可能很大。
2、选择振动锤型所选的振动锤需要满足以下三个基本条件：2.1振动锤的激振力P0大于被振沉构件与土的动侧摩擦阻力T；2.2振动锤系统的总重量Q0大于振沉构件的动端阻力R；2.3振动锤系统的工作振幅A。
液压振动冲击机器人破碎锤液压系统特性分析
液压振动冲击机器人破碎锤液压系统特性分析摘要：液压破碎锤是液压属具的一种，用于破碎岩石或混凝土等物料，搭载在液压挖掘机上，就称为挖掘机属具。
液压破碎锤品种与型号很多，适用于建筑拆除、隧道开挖和修整、撬毛、矿山开采、二次岩石破碎等各种工况，以利于客户选择使用。
关键词：开挖机器人; 破碎锤液压系统; 冲击机械引言目前，我国生产液压破碎锤的公司越来越多，但大部分受技术水平限制，打击性能、使用寿命和能量利用率与国外相比有一定差距，尤其在大型破碎锤方面，打击力不足、回油背压高和反弹问题比较突出，国产液压破碎锤的市场竞争力欠缺。
因此，研制打击性能好、使用寿命长、能量利用率高的液压破碎锤以提高国产品牌的竞争力是十分必要的。
结合了氮爆锤与全液锤的优点，当下在国内外市场占据着重要地位，随着市场对气液锤使用性能要求的不断提高，以气液锤的压力变化为依据对其进行深入研究显得很有必要。
虚拟样机技术是一种新兴的产品开发手段，通过数字化仿真模拟手段对产品进行虚拟设计优化，极大的缩短了产品的研发周期，降低了研发成本，提高了同行业竞争力，越来越受到设计工程师的追捧。
在破碎锤研究领域，很多人也注意到了虚拟样机技术。
1.破碎锤及驱动液压系统介绍及系统架构根据驱动介质不同，破碎锤可分为全液压作用式、气液联合作用式和氮气爆炸式三种类型。
鉴于全液压式破碎锤结构简单、工作可靠，且适用于冲击能不太大的中小机型，全液压式破碎锤由负载敏感泵经电液比例多路阀来驱动，通过改变多路阀输入电信号，改变阀的开度来调节输入给破碎锤的流量，变量泵由负载敏感阀自动调节，从而按比例多路阀实际流量需求自适应输出。
破碎锤故障自诊断系统主要由信息采集系统和故障分析系统组成，主要完成破碎锤各类机械故障及电气故障的监测和预警，从而优化设备运维和养护，延长设备使用寿命，提高设备运维效率，降低设备使用成本。
其中，信息采集系统由传感器网络组成，主要负责破碎锤状态数据的采集，并将其传输到地面集控平台；故障分析系统基于反向传播（BP）神经网络算法开发，系统根据破碎锤的状态数据，通过BP神经网络模型，构建数据间的相互关系，进而实现破碎锤的故障分析与检测。
机械振动与冲击分析技术研究
机械振动与冲击分析技术研究引言：机械振动与冲击分析技术是工程领域中重要的研究方向之一。
在机械设计和维修中，振动与冲击是设计不合理、工艺不良或操作不当等问题的常见原因之一。
因此，了解和研究该技术对于提高机械设备的可靠性、预测其寿命和进行合理的维护至关重要。
一、振动与冲击的基础知识1. 振动：振动是物体在其平衡位置附近做往复运动的现象。
振动可以分为自由振动和强迫振动。
自由振动是物体在没有外界干扰的情况下做振动，而强迫振动是受到外力影响的振动。
2. 冲击：冲击是指物体在极短时间内受到一个瞬时冲力而产生的反应。
冲击可以带来巨大的应力和变形，对机械系统造成严重的损坏。
二、振动分析技术1. 振动传感器：振动传感器是用来测量物体振动的传感器。
常见的振动传感器有加速度传感器、速度传感器和位移传感器。
通过安装振动传感器，可以收集振动信号，用于后续的分析和研究。
2. 频谱分析：频谱分析是将时域信号转换为频域信号的过程。
在振动分析中，通过将振动信号进行频谱分析，可以得到不同频率的振动成分，从而对机械系统的运行状态进行评估。
3. 振动信号处理：振动信号处理是对采集到的振动信号进行处理和分析的过程。
常用的振动信号处理方法有时域分析、频域分析、小波分析等。
这些方法可以帮助研究人员进一步分析振动信号的特征，如频率、能量等，并识别出振动异常。
4. 振动监测系统：振动监测系统是应用振动分析技术实现对机械设备进行实时监测和故障诊断的系统。
通过安装振动传感器和信号处理装置，可以实时监测机械设备的振动情况，并及时预警并采取相应的维修措施。
三、冲击分析技术1. 冲击响应分析：冲击响应分析是研究物体在受到冲击时的响应规律。
通过对物体在冲击下产生的应力、位移等进行分析，可以评估物体的耐冲击性能，为设计合理的防护措施提供依据。
2. 冲击模拟与仿真：冲击模拟与仿真是通过计算机软件模拟和重现冲击过程的技术。
通过对物体受到冲击后的动力学响应进行仿真，可以预测和评估冲击对机械设备的影响，提前采取相应的预防和改进措施。
振动冲击夯研究的现状及对策分析
振动冲击夯研究的现状及对策分析摘要：振动冲击夯是一种相对比较先进的小型施工机具，普遍的被应用在建筑以及市政工程之中对路基的压实、道路路面的修补压实以及回填土的压实，尤其是用在狭窄场地的夯实的时候，更可以充分的显示出来其自身的优越性，本文主要就是针对振动冲击夯研究的现状及对策来进行和分析。
关键词：振动冲击夯；现状；对策1、概述振动冲击夯是一种性能优良的小型夯实机械，大部分的科技工作者对于其设计理论进行了一个比较深入的探讨，进而也就发表了很多的研究文献，国内相关厂家也设计、试制过多种机型。
但由于一部分的工艺与结构问题未得到很好的解决，很多年来在在国内的市场并没有得到推广使用。
近几年，随着振动冲击夯的不断发展，其使用才逐渐的进入高速成长期，国内生产厂家分别开发生产了HCD80、HCD70、HCR130、HCR110等等的多种机型。
与此同时，国外众多厂商的产品也大量进入我国。
和国外同类产品相比之下，国内夯机的使用寿命、技术性能都有着比较大的差距，改进设计国产夯机及发展新的夯机品种，始终是我国夯机生产厂家的努力方向。
2、我国振动冲击夯的研究状况我国从上世纪60年代初就已经开始着手研制振动冲击夯的工作，1983年建设部长沙建筑机械研究所曾经和湖北振动器厂一起研制的HC70振动冲击夯，1985年建设部北京建筑机械综合的研究室和温州施工设备机械厂共同的研制出来了HC75型可以调节偏心距式冲击夯，同期建筑科学研究院建筑机械化的研究所和山西建筑机械厂共同的研制出来了HC100型振动冲击夯，除此之外，西北建筑工程学院、北京工程机械公司机械厂、上海工程机械厂等等单位均对冲击夯进行过不同程度的研究工作。
1990年的建设部的攻关项目就是冲击夯的研制，1993年我国振动冲击夯全套标准的实施与发布，与此同时，振动冲击夯的研制又被列为建设部的“八五”攻关项目。
就在这一时期，有关杂志之后发表的一部分关于冲击夯的文章，其主要有：《振动冲击夯活塞顶端防松装置的结构分析》，《HCD130型快速振动夯的设计计算》，《振动冲击夯的优化设计》，《振动冲击夯的发展及结构改进》，和《我国振动冲击夯的工作机理分析研究情况综述》等等。
振动冲击对机械装备的影响研究
振动冲击对机械装备的影响研究随着科技的不断发展，机械装备在现代工业中扮演着重要的角色。
然而，机械装备在运行过程中经常会遇到振动冲击的问题，这对其性能和寿命产生了负面影响。
因此，对振动冲击对机械装备的影响进行深入研究是至关重要的。
1. 振动冲击的表现形式和机理振动冲击是机械装备在运行过程中震动的一种表现形式。
它可以分为外力振动和自激振动。
外力振动是由外部冲击或振动力引起的，如工作环境中的震动、交通运输中的颠簸等。
而自激振动是机械装备内部的自身特性引起的，如零件松动、失衡等。
振动冲击可以通过频谱分析、波形分析等手段进行诊断和分析。
2. 振动冲击对机械装备的影响振动冲击对机械装备的影响往往体现在以下几个方面。
首先，振动冲击会导致机械装备的运行不稳定。
当机械装备受到外部冲击或自身振动力时，会出现运行不平稳的现象。
这会影响机械装备的精度和工作效率。
其次，振动冲击会导致机械装备的零件损坏。
机械装备在运行过程中，特别是在高速运动时，受到振动冲击易引起零部件的疲劳破坏、裂纹和断裂。
这对机械装备的寿命造成了威胁。
另外，振动冲击还会导致机械装备的精度下降。
振动冲击会使机械装备的零件相对运动不平衡，导致零件间的配合间隙增大或不平行。
最后，振动冲击还会引起噪音和能源浪费。
当机械装备发生振动冲击时，会产生噪音并消耗额外的能量。
这对工作环境和能源节约都带来了不利影响。
3. 振动冲击对机械装备的控制方法为了降低振动冲击对机械装备的影响，可采取以下控制方法。
首先，通过优化结构设计来降低振动冲击。
合理的结构设计可以降低机械装备的自身振动频率和幅度，减少振动冲击的发生。
其次，加强材料选择和加工工艺。
采用高强度、高刚度的材料可以提高机械装备的抗振能力。
此外，优化加工工艺也能减少零件的表面不平衡，降低振动冲击的可能性。
另外，采用减振措施。
减振措施包括安装减振装置、使用减振材料等。
这些措施可以降低机械装备受到的外力振动和自身振动，从而减少振动冲击。
机械振动特性与动力学分析
机械振动特性与动力学分析振动是物体在固有频率作用下的周期性运动，是机械系统中常见的现象之一。
机械振动的特性及其动力学分析对于了解机械系统的运动规律、设计稳定可靠的机械结构具有重要意义。
本文将探讨机械振动的特性及其动力学分析。
1. 机械振动的特性机械振动的特性包括振幅、频率和相位等。
振幅是指振动物体离开静止位置的最大距离，是描述振动物体运动幅度的重要指标。
频率是指单位时间内振动周期的数量，单位是赫兹(Hz)。
相位则描述了振动物体相对于某一参考位置的位置关系。
在机械系统中，振动特性与物体的属性以及外界作用力密切相关。
现代机械工程中，运用了振动理论来分析和解决机械系统中的振动问题。
振动理论的基础是牛顿第二定律，即物体的加速度正比于其受力并与其质量成反比。
机械振动的分析可以通过建立差分方程或者微分方程来进行，其中包括单自由度振动和多自由度振动。
2. 动力学分析动力学分析是研究物体运动规律的一门学科，机械振动的动力学分析主要集中在振动系统的力学模型和振动特性的数学描述上。
对于单自由度振动系统，可以用简谐振动模型来描述。
简谐振动是指振动物体在恢复力和阻尼力的作用下，按正弦函数规律进行周期性振动。
简谐振动的运动方程可以通过建立微分方程得到，从而可以求解出振动物体的运动规律。
在多自由度振动系统中，由于多个质点之间存在相互作用，振动特性更加复杂。
在动力学分析中，可以采用拉格朗日方程或者牛顿-欧拉方程来描述多自由度振动系统。
拉格朗日方程通过建立动能和势能之差来描述物体的运动规律，而牛顿-欧拉方程则利用质点运动学方程以及力学原理来描述物体的运动。
动力学分析可以帮助我们深入了解振动系统的运动规律和相互作用。
在工程实际中，我们可以通过动力学分析来预测和控制系统的振动特性，从而优化设计和改进结构，提高机械系统的稳定性和可靠性。
总结机械振动的特性与动力学分析对于机械系统的设计和优化具有重要意义。
振动特性包括振幅、频率和相位等，它们受到物体属性和外界作用力的影响。
振动与冲击测试技术与应用研究
振动与冲击测试技术与应用研究引言振动与冲击测试技术是现代工程领域中重要的测试手段之一。
通过对产品或系统在振动与冲击环境下的性能进行评估和验证，可以确保其在实际使用中的安全可靠性。
本文将探讨振动与冲击测试技术的原理、方法和应用研究。
一、振动测试技术1.1 振动测试原理振动测试通过对被测物体施加不同频率和幅度的振动力，测量被测物体在振动作用下的响应，包括位移、速度和加速度等参数。
该参数可用于评估被测物体的结构强度、动力特性和耐久性等性能。
1.2 振动测试方法常见的振动测试方法包括模态分析、频谱分析和振动传递路径分析等。
其中，模态分析可用于确定被测物体的固有频率和振型，频谱分析可用于分析振动信号的频谱特征，振动传递路径分析可用于研究振动传递路径的响应特性和能量传递机制。
1.3 振动测试应用振动测试广泛应用于航空航天、汽车、电子设备等领域。
例如，在航空航天领域，振动测试可用于评估飞行器在飞行中的动力学性能和结构强度，以确保其安全飞行；在汽车领域，振动测试可用于评估汽车在行驶中的悬挂系统、车身结构和底盘部件的可靠性。
二、冲击测试技术2.1 冲击测试原理冲击测试通过施加冲击载荷于被测物体，测量冲击载荷所产生的应力响应，以评估被测物体在冲击环境下的耐久性和可靠性。
冲击测试中常见的载荷形式包括冲击锤、冲击块和冲击波。
2.2 冲击测试方法常见的冲击测试方法包括冲击试验、落锤试验和冲击响应分析等。
其中，冲击试验可用于评估被测物体在外界冲击下的结构强度和失效模式，落锤试验可用于模拟物体在坠落过程中的冲击力，冲击响应分析可用于分析被测物体在冲击载荷下的动态响应。
2.3 冲击测试应用冲击测试在工程领域中的应用非常广泛。
例如，在建筑工程中，冲击测试可用于评估结构材料的抗冲击性能，以确保建筑物在地震等自然灾害中的安全性；在电子设备领域，冲击测试可用于评估电子元器件在运输和使用过程中的耐冲击性能。
结论振动与冲击测试技术是现代工程领域中不可或缺的测试手段。
手持冲击振动锤的作用原理
手持冲击振动锤的作用原理
手持冲击振动锤是一种常见的建筑施工工具，其作用原理如下：
1. 冲击力作用：冲击振动锤通过电机或气动装置产生的冲击力，作用于锤头上，使锤头以高速运动，产生冲击力。
冲击力的大小取决于锤头质量和冲击频率。
2. 振动作用：冲击振动锤的锤头在运动过程中，会不断地与工作面发生碰撞，产生振动力。
振动力通过工作面传递到施工物体中，使其发生微小的振动。
3. 振动传导：振动力在施工物体中传导，通过相互作用，使施工物体内部的颗粒发生相对位移。
这种位移会改变颗粒之间的接触状态，减小颗粒间的摩擦力，使施工物体的密实度增加。
4. 压实作用：振动传导过程中，颗粒之间的接触状态发生改变，使施工物体内部的空隙减小。
同时，振动力还可以排除施工物体内部的气泡，使其更加致密。
这样就能提高施工物体的密实度和强度。
总的来说，手持冲击振动锤通过产生冲击力和振动力，改变施工物体内部颗粒之间的接触状态，从而实现施工物体的压实和加固作用。
振动冲击破碎系统的非线性动力分析
第35卷 2007 年第 10 期破・磨51NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN(上接第 50 页) 机运转时，动锥轴线相对于破碎机中心线作圆锥面运动，其顶点就是动锥的轴线与破碎机中心线的相交固定点。
动锥中心线与破碎机中心线所夹的钝角 θ≈180°，通过对圆锥破碎机进行运动学分析计算得理论转速 n ≈18.612 r /min。
仿真得出的动锥空载时的转速与理论计算转速基本一致。
动锥破碎平行区松边中部下端点 X 、Y 、Z 三个方向的位置随时间变化曲线很相似。
以 X 方向为例：从曲线上可以看到，该点在 t ＝0 时刻的 X 方向最大值 845 mm 处开始 (与坐标的定义有关)，其位置从 X 正方向最大值变化到 X 负方向最大值约 -845 mm，再由 X 负方向最大值变化到 X 正方向最大值，总共用时约为 3.2 s，即破碎机动锥转动一转所需时间约为 3.2 s。
图 5 为动锥破碎平行区松边中部下端点 X 方向的位置随时间变化曲线。
图5 选定点 X 方向位置─时间曲线仿真中速度测量结果与动锥转动一转的用时也是比较吻合的。
因此，仿真得到的动锥破碎平行区松边中部下端点位置随时间变化曲线是可信的。
4 结论(1) 以 Pro /E 三维设计软件为基础，应用三维虚拟建模技术建立了新型圆锥破碎机装配模型。
并在虚拟模型的基础上进行干涉分析和模型质量属性检查。
结果表明该设计方案可行。
该方法具有二维建模方法无法相比的优越性。
(2) 通过圆锥破碎机运动学仿真得出了动锥破碎平行区松边中部下端点的绝对转动速度随时间变化曲线和位置随时间变化曲线。
运动学分析的计算结果与仿真的结果基本符合；仿真中速度测量结果与动锥转动一转的用时比较吻合。
(3) 在将虚拟装配和运动学仿真技术应用于圆锥破碎机的设计方面进行了有益的尝试。
应用结果表明该方法可行。
为新型圆锥破碎机的结构设计提供了先进的设计方法，对实现设备的产业化具有一定的应用价值。
机械工程中的冲击与振动动力学分析研究
机械工程中的冲击与振动动力学分析研究引言：机械工程是一门研究机械设备的设计、制造和运用的学科，而冲击与振动动力学则是机械工程中较为重要的分支之一。
本文就机械工程中涉及到的冲击与振动动力学进行深入探讨，以探究该领域的研究现状和应用前景。
I. 动力学基础机械系统的动力学分析是研究冲击与振动的理论基础。
动力学可以描述物体受到的力、速度和位移之间的关系。
在机械工程中，我们常常需要分析机械设备在工作过程中面临的冲击和振动情况。
通过应用动力学的原理和方程，我们可以更好地理解和解决冲击和振动问题。
II. 冲击动力学分析冲击是指物体在短时间内受到的突然或突发性的力。
在机械系统中，冲击可能会导致部件的破坏或失效。
因此，对冲击动力学进行分析非常重要。
首先，我们需要确定冲击的原因和力的方向。
这可以通过实验或数值模拟来获得。
然后，我们可以使用冲击动力学方程来计算冲击下物体的加速度和位移。
通过计算得出的结果，我们可以评估物体在冲击下的稳定性和安全性。
冲击动力学分析的一个重要应用是设计冲击吸收器。
冲击吸收器可以通过减弱冲击力量和分散动能来保护机械设备。
通过对冲击动力学的深入研究，我们可以设计出更有效的冲击吸收器，提高机械设备的性能和寿命。
III. 振动动力学分析振动是指物体在固定点或固定轴周围做周期性运动。
在机械系统中，振动可能会导致设备磨损、噪音和能量损失。
因此，振动动力学的研究对机械工程非常重要。
振动动力学的分析常常涉及到计算机模拟和实验。
我们可以使用有限元分析等方法模拟机械设备在振动下的行为，并计算出相应的振动频率和振幅。
同时，我们还可以使用加速度计和振动传感器等实验仪器来测量机械设备的振动情况。
在实际应用中，振动动力学分析可以帮助我们优化机械设备的设计和操作。
如果设备经常出现振动问题，我们可以通过改变结构参数或增加振动吸收装置来减少振动。
通过振动动力学的研究，我们可以更好地理解机械设备在振动下的行为，提高其稳定性和可靠性。
振动锤工作原理
振动锤工作原理引言概述：振动锤是一种常用的施工设备，广泛应用于土木工程、建筑工程等领域。
它通过振动力将锤头产生的冲击力传递给地面，以实现地基沉降、土壤加固等目的。
本文将详细介绍振动锤的工作原理及其五个关键部分。
一、振动锤的激振系统1.1 激振系统的组成振动锤的激振系统主要由电机、离合器和偏心轮组成。
电机通过离合器将动力传递给偏心轮，偏心轮的旋转产生离心力，从而使振动锤产生振动。
1.2 电机的作用电机是激振系统的核心部件，它通过转动产生动力，驱动偏心轮旋转。
电机的功率和转速直接影响振动锤的振动频率和振幅。
一般来说，功率越大、转速越高，振动效果越好。
1.3 偏心轮的作用偏心轮是激振系统中的关键部件，它的旋转产生的离心力使振动锤产生振动。
偏心轮的质量和偏心距离决定了振动锤的振动频率和振幅。
一般来说，质量越大、偏心距离越大，振动效果越明显。
二、振动锤的传动系统2.1 传动系统的组成振动锤的传动系统主要由传动轴、传动齿轮和传动链条组成。
传动轴将激振系统产生的振动力传递给锤头，传动齿轮和传动链条保证传动的稳定性和可靠性。
传动轴是传动系统的关键部件，它承受着激振系统产生的振动力，并将其传递给锤头。
传动轴的设计和制造需要考虑到承载能力、刚度和耐久性等因素。
2.3 传动齿轮和传动链条的作用传动齿轮和传动链条是传动系统中的重要组成部分，它们通过齿轮和链条的传动方式，保证振动力的稳定传递。
传动齿轮和传动链条的选材和设计需要考虑到传动效率和使用寿命等因素。
三、振动锤的锤头3.1 锤头的结构振动锤的锤头一般由钢铁材料制成，具有较高的硬度和耐磨性。
锤头的形状和尺寸根据具体施工需求进行设计，常见的形状有圆锥形、球形等。
3.2 锤头的作用锤头是振动锤施工中产生冲击力的部分，它通过振动力的传递将冲击力传递给地面或其他施工目标。
锤头的质量和形状直接影响振动锤的施工效果和使用寿命。
3.3 锤头的维护与更换由于振动锤的工作环境较为恶劣，锤头容易受到磨损和损坏。
液压振动冲击力的特性分析与控制
液压振动冲击力的特性分析与控制引言：液压系统是现代工程中常用的动力传递方式，广泛应用于各个领域。
然而，在使用液压系统时，不可避免地会出现振动冲击力的问题，给系统的稳定性和工作性能带来了风险与隐患。
因此，了解液压振动冲击力的特性，以及控制振动冲击力的方法，对于确保液压系统的正常运行具有重要意义。
第一节：液压振动冲击力特性分析振动冲击力是指由于液体的容量变化引起的压力冲击现象。
液压振动冲击力的特性主要体现在两个方面：幅值和频率。
1. 液压振动冲击力的幅值液压振动冲击力的幅值受液压系统的压力变化、液压元件的刚度及质量等因素制约。
当压力变化越大、质量越大、刚度越小时，振动冲击力的幅值越大。
2. 液压振动冲击力的频率液压振动冲击力的频率主要取决于液压系统的内在特性和外界的激励条件。
在连续系统中，频率取决于系统的固有频率，而在离散系统中，频率则受阻尼特性的影响。
第二节：液压振动冲击力的危害液压振动冲击力带来的危害主要体现在以下几个方面：1. 对液压元件的损坏液压振动冲击力会导致液压元件的疲劳破坏，缩短其使用寿命。
尤其对于高频振动冲击力而言，更易引起元件的损坏。
2. 影响系统的稳定性振动冲击力会使液压系统产生流量的不稳定和压力的波动，进而影响系统的稳定性和工作性能。
3. 噪音和振动液压振动冲击力会导致噪音和振动的产生，对周围环境和工作人员的健康带来威胁。
第三节：液压振动冲击力的控制方法为了减小液压振动冲击力的危害，我们可以采取以下几种控制方法：1. 增加刚度和阻尼通过增加液压系统中液压元件的刚度和阻尼，可以有效地减小振动冲击力的幅值。
常用的方法包括增加弹簧的刚度、选择合适的密封结构以及调整阀芯的阻尼系数等。
2. 使用缓冲器缓冲器是一种常用的减震装置，可以将振动冲击力转化为热能或吸收掉。
通过在液压系统中加入缓冲器，可以有效地减小振动冲击力的幅值和频率。
3. 优化设计和选材合理的系统设计和材料选用也是减小振动冲击力的关键。
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能使桩体抛离地面作跳动的必要条件是：
阻力， 保证桩体在自重作用下实现沉桩。而振动冲击
··
Ｐ０ ｓｉｎ!ｔ＝ｍ１ｘ １＋ｋ１ｘ１＞ ｍ２ｇ
锤由于存在冲击能， 故桩体的振幅与振动加速度可 小许多。故振动冲击锤的偏心力矩可取：
ｇ＝９．８０６ ６５ ｍ／ｓ２ 可见：
Ｍ１ ＜Ｍ＜Ｍ２ 同时， 由式（ ３） 第 ２ 式
围内。在沉桩过程中， 随着桩体贯入土层， ｃ２、ｋ２ 是变 化的。因此振动冲击锤宜采用调频式， 实时调节频率
"＞Ａ２ "＜Ａ２
6
２7
5／２
9
２8
以调整相位差差值， 达到最佳沉桩效率。 振动冲击 锤是两自由度受迫振动， 有两个共振点。频率调节范
!!
;／２
:
!!
图 ３ 相位差特性
#ｔ
围可在两个自然频率之间适当选取。
如图 ４（ａ）所示， 当调节耦合弹簧预紧力， 使位移
而实现有效作功， 故桩体 ｍ２ 的相角也应满足： ’／２≤#ｔ－ !２≤３(／２ 当桩体振幅 Ａ２ 大于两者静平衡位置间距 " ，
碰撞冲击点位于桩锤位移曲线 ｘ１ 的第二象限。若此 时桩体 ｍ２ 位移曲线 ｘ２ 正处于向下运动的极点， 即：
ｘ１＝Ａ１ｓｉｎ（ #ｔ－ !１） ＝Ａ１ｓｉｎ［)－（ #ｔ－ !１） ］ ｘ２＝Ａ２ｓｉｎ（ #ｔ－ !２） ＝Ａ２ｓｉｎ*／２＝Ａ２ 由式（ ５） 碰撞位移条件： ｘ１－ ｘ２＝Ａ１ｓｉｎ［+－（ #ｔ－ !１） ］－ Ａ２＝－ " 经推导整理可得： !１＝#ｔ－ ,＋ｓｉｎ－１（［ Ａ２ － "） Ａ１］
研
只有桩体振动， 桩锤对桩体不锤击， 则如同振动锤，
Ｐ０ ＝Ａ２［－ （ｍ１ ＋ｍ２ ）!２ ｃｏｓ"２＋ｃ２!ｓｉｎ"２＋ｋ２ ｃｏｓ"２］
究
克服桩尖顶端阻力的能力下降， 其优点同样不能发
对于实际的两自由度振动冲击锤， 桩锤 ｍ１ 的振
挥。为兼备振动、冲击两者功能， 必须满足如下条件： 幅比桩体 ｍ２ 的振幅大得多， 且其相位差小。因此， 桩
桩锤振幅。
桩体贯入土层后， 若只考虑桩体振动， 则可由式
（ ３） 描述。将式（ ３） 两式相加得：
··
··
·
Ｐ０ ｓｉｎ!ｔ＝ｍ１ｘ １＋ｍ２ｘ ２＋ｃ２ ｘ ２ ＋ｋ２ｘ２
如图 ２ 所示， 假设桩锤位移 ｘ１ 与桩体位移 ｘ２ 同 相， 即 !"＝"２－ "１＝０， 两者运动方向相同。当 ０≤#≤Ａ１－ Ａ２， 在 #～３$／２ 区间将发生碰撞。实际上土层具有阻 尼， ｘ２ 总是滞后 ｘ１， 即 !"＞ ０。
#ｊ #
%
２&
３(
$"＝’
*
２)
!ｔ
图 ２ 产生冲击的相位差差值!" 和静 平衡位置调整间距# 的极限条件
— ２１ —
Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
工程机械
第 ３８ 卷 ２００７ 年 １０ 月
· !
试 验
假设位移 ｘ１ 与 ｘ２ 反相， 即 !!＝!２－ !１＝!， 两 者 运
考 虑 此 时 桩 体 位 移 ｘ２ 相 角 也 处 于 第 二 象 限 ，
（１５）
同 理 可 证 明 当 桩 体 振 幅 Ａ２ 小 于 调 整 间 距 "
时也应满足式（１５）。同时考虑式（１３）， 则振动冲击锤
"ｊ≤Ａ１＋Ａ２ 否则将不可能发生碰撞。
３ 相位差特性
（ １４）
不产生反击， 使碰撞作有效功的相位差必要条件是：
０＜!!＝!２－ !１≤2／２－ ｓｉｎ－１（［ Ａ２－ "） ／Ａ１］
Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
工程机械
第 ３８ 卷 ２００７ 年 １０ 月
(((((() · !
试 验
研
振动冲击锤的动力学特性研究
究
河南职业技术学院 华北水利水电学院
肖 龙 苗志毅 李太祥 周林森
(((((()
(((((((((((((((((((((((((((((((()
摘 要： 振动冲击锤沉桩， 特别是对于坚硬的土层， 其高效节能的优点十分明显。德国、 法国、日本及俄罗斯等国均有振动冲击锤产品 ， 而国内尚无生产厂家。探 讨 使 振 动 冲 击 锤 所兼备的振动与冲击两者动力学性能充分发挥的性质与条件， 给出了产生振动冲击的充分 必 要 条 件 、冲 击 作 功 有 效 性 的 相 位 差 必 要 条 件 以 及 土 层 获 取 最 大 冲 量 对 应 最 佳 冲 击 点 的 条
当 ｋ１ 足够大， 可视作两 者 刚 性 连 接 ， 则 上 式 可
写作：
··
·
Ｐ０ ｓｉｎ!ｔ＝（ｍ１＋ｍ２）ｘ ２＋ｃ２ ｘ ２ ＋ｋ２ｘ２
这样就变成单自由度振动锤动力学模型［２］ ， 其 解为：
ｘ２＝Ａ２ｓｉｎ（ !ｔ－ "２）
式中： Ａ２＝Ｐ０ ／!［ｋ２ － （ｍ１ ＋ｍ２ ）!２］２＋ｃ２!２
桩锤实际静平衡位置在桩体静平行位置以下。若预
紧调节使过盈预压量＞ "ｍｉｎ ， 则将出现反击现象， 如图 ４（ｂ）所示。可见， 预紧力过度的调节是不允许
— ２２ —
第 ３８ 卷 ２００７ 年 １０ 月
动方向始终相反。当 ０≤"≤Ａ１－ Ａ２， 在 "～３#／２ 区间 即： #ｔ－ !２≥-／２
研 将发生反击现象。故桩锤对桩体产生有效冲击的相
究
位差差值极限条件应满足：
!２≤#ｔ－ .／２ 故桩锤与桩体碰撞不发生反击的相位差差值应
０＜!!＝!２－ !１＜$
（ １３）
２．３ 产生冲击静平衡位置调整间距! 的极限条件
振动冲击锤高效节能特性是振动、冲击两者作 用的结果。若桩体不振动， 只有桩锤对桩体锤击， 如
"２＝ｔａｎ－１ｃ!／［ｋ２ － （ｍ１ ＋ｍ２ ）!２］
试 验
将解代入原微分方程， 并考虑激振力幅值为 Ｐ０
· !
同柴油锤， 土层处于静摩擦状态， 能耗必然增加； 若 时， 相位 !ｔ＝!／２， 经推导可得：
! ··
ｍ ｘ #
## １
１＋ｋ１ｘ１－
ｋ１ｘ２－
Ｆ（
ｔ） ＝Ｐ０ｓｉｎ!ｔ
"
（ １）
# ··
·
ｍ ##
$２
ｘ
２
＋ｃ２
ｘ
２
－
ｋ１
ｘ１
＋
（
ｋ１＋
ｋ２ ） ｘ２＋Ｆ（
ｔ） ＝０
设为完全弹性碰撞， 则非线性区间冲击力可描
述为：
０!
# #
０≤ｔ＜ｔ１
#
#
··
Ｆ（
ｔ）
＝
ｍ ｍ （ #
# "
１
２
ｘ １－ ｘ ２ ） （／
（ １１）
Ｐ０＝Ｍ!２／ｇ＞ ｍ２ｇ
Ｍ＞ ｍ２ ｇ２／!２
（ ８）
式中： Ｍ 为桩体于地面跳动所需最小偏心力矩。
··
··
ｋ１ｘ１＝ｍ２ｘ ２＋ｃ２ｘ ２＋（ ｋ１＋ｋ２） ｘ２
将式（ ４） 代入上式， 取相位 !ｔ＝"／２， 推导可得：
同时：
··
ｍ１ｘ １＋ｋ１ｘ１＞ ｍ２ｇ
Ｋ１＝［Ａ２ ／Ａ１ ｃｏｓ"１－ Ａ２ ｃｏｓ"２） ］·（ － ｍ２ !２ ｃｏｓ"２＋
ｘ１＝Ａ１ ｓｉｎ!ｔ
２
式中： Ａ１＝ｍ１Ｐ０（／ ｋ１ － !２）
在振动锤的常规设计中， 偏心力矩一般根据所 需最小振幅 Ａ０、机重与桩重确定［３］， 即：
Ｍ２ ＝（ｍ１ ＋ｍ２ ）ｇ·Ａ０ 由于振动锤必须具有足够的振幅 （７￣１１ ｍｍ 以 上）与 振 动 加 速 度（６ ｇ 以 上）［３］， 以 尽 量 降 低 土 层 摩 擦
ｍ１ ＋ｍ２ ） !ｔ＝０
（ ２）
#
# # #
ｔ１≤ｔ≤（ ｔ１＋"ｔ）
#
０#
$
（ ｔ１＋#ｔ） ＜ｔ＜Ｔ
式中： ｔ１— ——开始碰撞的时间； $ｔ— ——碰撞持续时间； Ｔ— ——振动周期；
·
ｘ １— ——碰撞前 ｍ１ 的速度；
·
ｘ ２ — ——碰撞前 ｍ２ 的速度。
! #
图 １ 振动冲击锤的动力学模型
第一次碰撞前没有冲击力， 其运动微分方程为：
! ··
ｍ ｘ #
## １
１＋ｋ１ｘ１－
ｋ１ｘ２＝Ｐ０
ｓｉｎ!ｔ
"
# ··
·
#
ｍ #
$２
ｘ
２
＋ｃ２
ｘ
２
－
ｋ１
ｘ１
＋
（
ｋ１＋
ｋ２ ） ｘ２＝０
（ ３）
其解为：
&ｘ１＝Ａ１ｓｉｎ（ !ｔ－ "１）
（ ４）
ｘ２＝Ａ２ｓｉｎ（ !ｔ－ "２）
式中： 振幅 Ａ１、Ａ２ 和相位差 "１、"２ 由文献［１］给出。
最终推导得式（１）的位移解：
&ｘ１＝Ｂ１ｓｉｎ（ !ｔ－ $１）
（ ７）
ｘ２＝Ｂ２ｓｉｎ（ !ｔ－ $２）
式中： 振幅 Ｂ１、Ｂ２ 和相位差 $１、$２ 由文献［１］给出。
２ 振动冲击的充分必要条件
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Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
（ １６）
３．２ 影响相位差的因素及其调节特性
由式（４）， 考虑第一次碰撞前的相位公式， 并应用
振动冲击锤至关重要的问题， 是桩锤对桩体冲 正切反三角函数和差公式可推导得：