打桩锤气液联合驱动系统关键部件结构设计及动态过程研究

论文摘要

液压打桩锤是用于建筑、码头等桩基础施工的预制桩施工机械。与传统打桩锤相比具有噪声低、无污染、振动小、打击能量高等优点,符合环保要求,并具有良好的动力学特性。目前国内外使用的液压打桩锤皆为行程反馈式,即提锤油缸活塞上移到油缸顶部后,接近开关将电信号传送给电液换向阀使其换向,油缸下腔与回油管路接通,锤头转为冲程。这种行程反馈工作原理决定了它的技术特性,不能实现打击能的无级调节。所以,研究一种新型的可无级调能的液压打桩锤具有重要意义。首先,本文在分析了国内外现有液压打桩锤设计理论和设计方法的基础上,突破了液压打桩锤传统的行程反馈控制原理,提出了一种采用压力反馈原理的新型气液联合作用液压打桩锤,分析了这种液压打桩锤的结构特点和工作机理,对其压力反馈液压油路进行了研究。其次,本文在对“脱桩”问题发生的原因进行分析后,对解决这一问题的方案进行了研究,选择了合理的液压缸缓冲方案,并对液压缸缓冲装置进行了优化设计和仿真研究。通过计算机仿真研究论证了这一缓冲装置结构的可行性。再次,为适应压力反馈原理,在对新型控制阀结构和原理进行分析后又对其结构进行了优化,并建立了新型液压打桩锤的仿真模型,系统、深入地研究了系统中各参数对液压打桩锤工作性能的影响。通过对正常工作过程和脱桩保护过程的仿真研究可知,该系统能够达到利用压力反馈实现对打击能无级调节的目的。最后,在湖南长河机械有限公司生产的ZCY70型液压打桩锤上进行了实验研究,通过实验测试表明,实验结果与仿真结果基本吻合,实验达到了预期的效果,证明了理论研究的正确性。新型气液联合驱动打桩锤在工作原理、机械结构、控制方法等方面的一系列创新使其具有了更高的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液压打桩锤的结构特点和工作机理
• 1.1.1 液压打桩锤的结构特点
• 1.1.2 液压打桩锤的基本油路和工作机理
• 1.2 液压打桩锤的技术现状与发展趋势
• 1.2.1 国内外液压打桩锤的研究现状
• 1.2.2 液压打桩锤的发展趋势
• 1.2.3 液压打桩锤的优点
• 1.3 选题的背景和意义
• 1.3.1 选题的背景
• 1.3.2 选题的意义
• 1.4 论文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 打桩锤气液联合驱动系统关键结构的研究
• 2.1 气液联合驱动打桩锤液压油路分析
• 2.1.1 气液联合驱动打桩锤油路及其原理分析
• 2.1.2 新型液压锤的特点分析
• 2.2 液压缸缓冲装置的研究
• 2.2.1 脱桩问题发生的原因及后果
• 2.2.2 液压缸缓冲方案的研究
• 2.3 液压打桩锤液压油路主要元件的分析及优化
• 2.3.1 新型主控阀的结构及优化
• 2.3.2 液压缸缓冲装置的优化设计
• 2.3.3 蓄能器参数的计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 液压打桩锤模型研究及动态分析
• 3.1 液压油路主要元件模型的建立
• 3.1.1 AMESIM软件介绍
• 3.1.2 插装阀模型的建立及理论依据
• 3.1.3 主控阀模型的研究
• 3.1.4 液压缸模型的建立
• 3.2 液压打桩锤油路主要元件动态特性研究
• 3.2.1 液压缸缓冲过程动态特性的研究
• 3.2.2 插装阀特性的分析及仿真研究
• 3.3 桩锤模型的研究
• 3.3.1 碰撞力模型的分析
• 3.3.2 桩锤数学模型的研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 液压打桩锤工作过程的综合仿真研究
• 4.1 基于AMESim液压打桩锤整体建模
• 4.2 正常工作过程的仿真研究
• 4.2.1 系统参数的确定
• 4.2.2 液压打桩锤正常工作时的仿真研究
• 4.3 脱桩保护过程的仿真分析
• 4.3.1 脱桩保护过程的介绍
• 4.3.2 液压脱桩保护过程的仿真分析
• 4.4 桩锤冲击过程的仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 液压打桩锤实验研究
• 5.1 液压打桩锤测试实验方案
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验研究内容
• 5.1.3 实验设备及原理
• 5.2 实验结果及其分析
• 5.2.1 不同控制压力时主控阀换向压力的实验测试
• 5.2.2 不同氮气初始压力时的打桩实验测试
• 5.2.3 不同氮气最终压力时的打桩实验测试
• 5.2.4 气压间接测试法的打桩实验测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要研究成果