调频调矩液压振动桩锤结构分析及新型液压系统研究

摘要

液压振动桩锤齿轮箱的频繁损坏是导致无级调频调矩液压振动桩锤问世近10年仍无法推广应用的关键因素。本文从机械设计和动力学角度分析了现有的大螺旋齿轮传动调矩型振动桩锤设计和力学问题，提出了一种新型结构方案，设计研究了相应的新型液压控制系统。 本文首先从高速回转引起齿轮箱升温和巨大离心力对传动轴造成弯曲等方面出发，根据振动桩锤大螺旋角齿轮传动的运动状态，按照齿轮优化设计理论推导出了齿轮侧隙及其齿厚公差的优化计算公式，提高了齿轮箱的承载能力。 根据以相位差调节手段进行调矩的振动桩锤—土振动特性，从桩—土振动力学的角度，建立激振器运动学和动力学方程，得出相位差调节过程齿轮传动系统的负载力公式。通过对激振力为1600N的激振器建模和仿真，发现在调矩过程齿轮传力系统载荷是额定负载的5～6倍，这使得齿轮结构难以承受。据此，论文提出了一种构造简化的新型结构方案，完全取消了现有的油缸推动和齿轮传动调矩结构，调矩调频完全通过对液压马达转速的控制来实现。 本文根据液压振动桩锤的负载特性，提出了新型液压控制方案。新方案采用电液比例调速控制系统、负载敏感泵控系统，提高了马达转速的控制性能，既解决了负载变化剧烈时速度不受影响的问题，又可达到系统能耗最低的目标。针对振动可能使偏心块产生驱动力这一问题，设计了背压自适应控制系统，既防止了马达吸空，又避免了能量浪费。新型液压系统功能齐全、元件少。论文还对激振力为l600N的振动桩锤关键液压元件进行了选型计算分析。 论文对新型液压控制系统的关键环节—电液比例调速系统进行了建模、仿真和实验研究。研究结果表明，系统具有一定的稳定性和较好的刚度特性，在不需要任何控制算法的条件下，调速系统基本能满足调频调矩沉桩作业的要求。 论文提出的新型结构方案和控制系统大大提高了设备的可靠性，研究成果为液压振动桩锤向机电一体化控制和智能控制发展打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

第二章调频调矩液压振动桩锤结构分析

第三章新型液压控制方案研究设计

第四章电液比例调速系统建模仿真与实验研究

第五章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果