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快速液压夯实机的波动力学分析与应用-

文档名称:快速液压夯实机的波动力学分析与应用-
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上传者:manman4546
添加时间:2017/06/17
内容摘要:
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第10卷第4期
中国工程机械学报
Vol 10 No 4
2012年12月
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
Dec.2012
快速液压夯实机的波动力学分析与应用
司癸卵,张成,张燕飞
(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西西安710064)
摘要:阐述了快速液压夯突机工作原理,建立了快速液压夯实机的动力学模型,并运用波动力学理论对夯实机
冲击过程进行了研究,推导出了夯锤夯击时的位移、速度和系统效率函数,最后结合工程试验对夯实效果进行了
验证.结果表明:快速液压夯实机具有较好的夯实效果
关键词:快速液压夯实机;波动力学;冲击过程;工程试验
中图分类号:TU662
文献标志码:A
文章编号:1672-5581(2012)04-0413-04
Wave mechanical analysis and application for
high-speed hydraulic tampers
SI Gui-ma0, ZHANG Cheng, ZHANG Yan-fei
(Key Laboratory for Highway Construction Technique and Equipment of Ministry of Education
Chang'an University, Xi,an 710064, China)
Abstract: Based on the working principles of high-speed hydraulic tampers, the dynamical model is first
established By applying the wave mechanical theories for attacking process, the tamping displacement
speed and system efficiency function of hammers are then deduced. Finally, good tamping effects are
verified and proven via practical testing
Key words: high-speed hydraulic tamper; wave mechanics; attacking process; practical testing
桥涵台背的回填作为路基施工的一个质量控制难点,一直以来都是每个项目建设的重点关注工序在
工程施工中必须高度重视桥涵台背的回填质量,以减少工后路基的不均匀沉降,避免路面断裂、桥头跳车
现象的发生.然而桥台涵背处往往比较狭窄,大型压实设备运行不便,小型压实设备压实能量较低,无法达
到规定的压实度,因此施工难度较大.快速液压夯实机利用冲击能产生强度极大的力流,与同功率的静压
机械相比,其结构更为紧凑,转场更为方便,在特殊路段的地基处理中有着广泛的用途
本文运用波动力学理论对快速液压夯实机的冲击过程进行了分析,得出了等波阻夯锤作用时位移函
数、速度和系统效率的计算公式.同时在广西六景至饮州高速桥头路基处治施工现场进行了压实度实验,
对路基实际沉降量和压实度进行了测量,并对数据进行了分析
1快速液压夯实机的波动力学分析
加固深层地基常用的方法是强夯法.该方法由法国工程师 MENARD L于1969年首次提出,并在世界
范围内广泛应用-.快速液压夯实机夯锤在油缸的作用下,提升到设定的高度,然后在特殊的液压系统
作用下,以大于自由落体速度下落,夯击底座并与底座一起对地基进行夯实·快速液压夯实机可以实现连
续夯实,夯实能量和作用次数可自行设定.英国建筑研究所研究表明:快速液压夯实机所采用的动态夯实
作者简介:司癸卯(1963~-),男,副教授,工学博士. E-mail: smart(@ chd.ecdu,cn
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414
中国工程机械学报
第10卷
技术填补了传统的表层压实技术和强夯技术之间的空白
油缸
根据文献[4]可得:对于二元冲击系统,无论是弹性、塑性、黏弹
机架
性或黏塑性介质,矩形波是合理的加载波,与矩形波相对应的等波
阻夯锤是合理夯锤.基于以上结论,设计出了夯锤与底座近似为等
波阻的快速液压夯实机,其工作原理图如图1所示.现做如下假设:
锤体
(1)底座可以视为弹性杆,忽略杄截面的横向运动(杆中应力波
波长比杆的横向尺寸大10倍以上时,横向运动是可以忽略的),
以保证夯锤与底座撞击产生的入射波不受反射波的影响,入射波波
形不变地传播到底座与工作介质的交界面上
底座
(2)工作介质为黏弹性介质,设底座与工作介质的作用力全部
地基
集中在底座的工作端.夯锤和底座近似为等波阻,以底座和工作介
质的交界面为研究对象,对于底座一侧,由波动方程:QA
60,6F
1怏速液压夯实机工作原理图
0(°为材料密度,A为底座接地面面积,0为系统运动速度,t为时
Fig 1 Work principle diagram of
high-speed hydraulic tamper
间,ア为底座接地面上的作用力),AB32+=0(B为材料的弹
aa at
性模量),可得单元质点的速度和作用力分别为
0=(PーQ)/Z
F=P+Q
式中:P为沿轴正向传播的顺波;Q为沿c轴负向传播的逆波;2为弹性杆的波阻,Z=PeA,c为纵波波
速.由此可知波动方程的通解是由两个行波叠加而成,这两个波均以不变的波速c沿某坐标轴传播,传播
方向相反?,
快速液压夯实机工作时,设液压系统加力系数为μ,锤体质量为m,高度为H,与底座碰撞瞬间的初
速度为o,碰撞瞬间锤体对底座的作用カア为零?由机械能守恒定律:立m6=(1+)mgH,解得
0o=v2(1+)gH
将初始条件代入方程(1)和方程(2)可得
P(x)=-Q(x)=2uo/2=Z√2(1+)gH/2
(3)
工作介质为黏弹性介质,其动态特性方程为
Fi= Ku+d
dada
式中:R1为土壤受到的作用力;K为土壤的刚度;%为系统位移量;J。为土壤黏性阻尼系数
由式(1)和式(4)可得二元冲击系统动力学方程为
Kw+(J。+Z)
dt
2P
其初始条件为t=0,2
方程(5)为一阶常系数线性微分方程,其通解为au(t)=Ce- f f(t)dt+ e g(t) el f(t)dt dt,其中C
为积分常数,f()=K/(J。+Z),g(t)=2P/(J。+Z)
将式(3)和边界条件代入方程通解得系统位移为
t)=(1-e。)z、2(1+)豆/K
(6
对式(6)求导可得底座夯击时的速度公式为
x(t)=e。2、/2(1+)gH/(J。+Z
由定义可得系统效率为
2
K(J。+Z
2(1+了)ex-
8)
2
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