强夯机现状

1 强夯机现状

目前我国强夯施工市场比较混乱，竞争激烈、缺少安全准入制度，个人购置二手起重机从事强夯作业的比例占据很大一部分市场，个人企业一般没有地基处理资质，主要是通过挂靠国有企业来承接工程。

强夯机主要用户分为私人用户和国有岩土工程公司，私人用户绝大部分是二手改造的强夯机，以低能级为主；高能量级的强夯机多集中在岩土工程公司。目前使用的强夯机主要包括：施工企业自行改造的“代用强夯机”、杭州重型生产的W200A机械式强夯机、宇通重工生产的YTQH400液压履带式强夯机、德国利勃海尔生产的HS系列多功能液压履带式起重机。

1.1 代用强夯机

代用强夯机是在老式起重机或者机械式挖掘机基础上进行改造并加装辅助门架形成的，以W1001、QU25起重机等为代表，所有“代用强夯机”都存在着起重能力小（15～50t）、自重大、接地比压高、工作级别低、稳定性差的缺陷。W1001、QU25等产品都产生于20世纪70—80年代，传动与控制简单（属机械传动、液压、气动或机械控制）、传动效率低、可靠性差、外形尺寸大，远距离运输不便。更大的隐患来自作业安全，国内大多数代用强夯机机龄普遍在10～20年，最长的超过30年，原生产厂现都已不生产这些产品，缺乏技术支持，淘汰是必然的。从施工实践来看，由于这些机型在设计中未考虑强夯机的使用特性，工作级别偏低，结构件损坏频繁，强夯作业的可靠性无法保证，强夯作业中的维修时间大大增加，导致施工成本增加、生产效率降低。

1.2 杭重W200A机械式强夯机W200A机械式强夯机是从W2001挖掘机的基础上升级，在臂架中后部加装防后倾装置而成的，能满足夯锤重不大于18t，能级低于300t.m的强夯施工。虽然W200A到目前还在生产，但该机型属于过渡产品，存在自重大（达76t，包括夯锤的工作重量达94t）、拆解困难、运输不便等缺点。

1.3 宇通YTQH400液压履带式强夯机YTQH400液压履带式强夯机是宇通重工2009年推出的400t.m能级新产品，该机在履带起重机的基础上，针对强夯作业工况的要求进行了

以下改进：

（1 ）提高发动机的功率，增加独立散热系统；（2）提高主卷扬钢丝绳的直径，增大卷筒底径和长度；（3）增加主臂顶节的鹅头，加大顶部滑轮直径，增加臂架主弦管的厚度；（4）取消副卷扬，改进液压系统；（5）转台、履带架加长并加强，整机重量加大。

1.4 Liebherr HS系列多功能液压履带式起重机Liebherr HS系列多功能液压履带式起重机是目前国际上先进的多功能组合工程施工设备，其功能包括起重、抓斗、拉铲、搓管、地下连续墙和强夯等。其产品系列有HS825HD、HS835HD、HS845HD、HS855HD、HS875HD、

HS885HD、HS895HD等7种型号，强夯能级400～1200t.m。该产品的主要特点是：

（1）多功能组合，可一机多用；（2）发动机功率大，能够满足不同功能的作业需求；（3）采用自由落体卷扬，具有带载高速下落功能；（4）具有连续强夯功能，作业效率高；（5）先进的控制系统，对自由落体卷扬的可控性好；（6）具有击沉量自动测量功能。

1.5近两年三一、抚挖、宇通、杭重正在研究生产500t.m的履带式强夯机，三一从卓仑购买一代减速机生产出采用自由落体卷扬，具有带载高速下落功能；具有连续强夯功能的强夯机，但受限于减速机价格成本，产品价格太高，与Liebherr HS所用的二代减速机产品还有很大的差距。

2 液压履带式强夯机的市场基础

液压履带式强夯机目前正处于一个从无到有的发展过程，具有良好的市场基础，具体表现

如下：

（1）强夯技术的发展。

作为一种适应性广、经济有效的地基处理方法，强夯技术在我国应用具有良好的前景。十一

五期间，强夯法在工程建设与环境保护方面已发展应用于垃圾填埋场、沙摸地基等处理，由于合理有效地应用了强夯技术，大大缩短了施工周期，节省了工程投资，取得了良好的经济和社会效益。最初强夯法只用于处理碎石土、砂类土、非饱和粘性土等，但随着经验的积累以及施工方法的科学化、现代化，尤其是排水条件的改善，用强夯法所处理的土类不断增加，甚至对海底、水下的软弱土层也可通过特殊工艺进行强夯处理。到目前为止，强夯工程范围已涉及工业与民用建筑、重型构筑物、机场、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、码头、核电站、油库、油罐、人工岛等领域，从而给强夯机的开发带来了新的挑战和机遇。

（2）国家政策的影响。

近几年随着我国经济的发展，土地资源日趋紧张，加之国家对耕地的保护，新批建设用地时大块平整土地已很难得到，填方地基大量出现，填方地基的处理给强夯机开拓了更加宽阔的市场。随着国家《特种设备安全监察条例》的公布、节能减排目标的实施、人力资源成本的增加和安全意思的增强，目前市场上服役的1000多台套代用强夯机将逐渐被新型液压履带式强夯机取代。

3 液压履带式强夯机的关键技术

（1）整机的疲劳寿命估算。

强夯机在作业过程中反复将夯锤起吊到一定高度后，利用自动脱钩装置释放夯锤或带绳下落。强夯过程中起落锤的周期性作用以及夯锤落地产生的强大冲击波，影响整机的疲劳寿命，并直接影响强夯机的使用年限、安全性以及生产成本，因此疲劳寿命估算在强夯机的设计中起着至关重要的作用。疲劳破坏是强夯机结构失效的主要原因之一，引起疲劳破坏的循环载荷的峰值往往远远小于根据静力分析估算的“安全”载荷。从整体上看，强夯机疲劳问题的研究尚属探索实验阶段，还没有一种满意的理论解释其破坏机理，只能从宏观上得出一些规律。在传统设计中，设计人员在方案或详细设计阶段通常使用简单而不真实的计算来估计产品的寿命，而对这些估计寿命的验证通常是通过一定量物理样机的耐久试验得到，不但试验周期长、耗资巨大，而且许多相关参数与失效的定量关系也不可能在试验中得出，试验结论还可能受到许多偶然因素的影响。虚拟疲劳设计是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，应用计算机技术，在虚拟的环境中直观形象地对虚拟产品原型进行仿真和疲劳寿命分析。在设计的初期对虚拟样机进行疲劳寿命分析，然后根据结果进行优化，可以避免设计的盲目性，提高实物样机通过试验的可能性，从而大大缩短产品的开发周期。因此，如何利用计算机技术，通过虚拟样机来实现强夯机的疲劳寿命估算，是一项重要而又长期的任务。（2）减小冲击载荷对整机结构的影响。

强夯机在作业过程中，主要受到两种冲击载荷：一是夯锤脱钩的瞬间由于臂架反弹产生的冲击载荷；二是夯锤落地的瞬间由于地面振动产生的冲击载荷。研究减小冲击载荷对强夯机结构的影响，对提高强夯机的作业效率、延长使用寿命是非常必要的。研究强夯机作业时的动态响应特性是解决振动和冲击对整机影响的一种有效方法，而获取系统动态性能参数的方法不外乎实验模拟分析方法和计算机模态分析方法，后者在时间和成本等方面都具有明显的优势。尤其是产品设计初期，进行相应的计算仿真分析是获取系统动态性能参数的必要手

段。在动力学分析中，强夯机部件的柔性变形对系统动态性能的影响不可忽略。常规的简化解析计算方法或应用传统的刚体动力学分析软件仿真，难以获得较为理想的系统动态参数。因此，利用刚柔混合的多体动力学仿真技术来获取系统动态性能参数，是设计者急需解决的一项技术。为了有效地减小振动和冲击对强夯机结构产生的影响，目前通常采取的方法有以下两种：

①通过增加臂架截面来提高其刚度，如中化岩土公司拥有的高能级强夯机一个显著的特点就是臂架截面大。

②增加相应的反弹阻尼，如增加臂架防后倾装置、辅助门架装置和转台尾部支承油缸，都是