振冲器动特性及新型低功率结构研究

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振冲器是振冲法改良地基的主要设备,可以对深层的地基土质进行加固和密实,特别对颗粒性土质和粘性土质有很好的改良作用。我国幅员辽阔,土质类型众多,随着近年来建筑行业的快速发展,复杂的土壤条件和高质量要求的建筑物对地基加固方法提出了更高的要求,例如由细沙和沙砾组成的河床、土质不稳定的沼泽地及粘性土壤等不良土壤和跨海大桥的桥墩基础、滨海城市的扩建等高质量要求的建筑项目,因此,振冲法及振冲器近年来在我国得到了广泛的应用。但这项技术目前在我国仍处于引进应用阶段,要求我们国内学者对振冲法和振冲器进行不断的学习,创新和改进。这样可以促进我国的建筑行业的快速发展,具有重要的现实意义。本文中主要对振冲器的工作原理及动特性进行了深入的研究,分别从理论,计算机辅助设计(CAD)和试验三部分进行了探索研究,得出了一系列有用的结论。理论方面,通过对工作原理和力学的分析,找到了影响振冲器性能的主要因素,并根据分析提出了新型结构。新型结构可以有效地改善振冲器工作过程中的能量分布,增加顶尖的位移和压实力,改善振冲器的工作性能。此外,理论分析发现,质心位置会明显影响振冲器顶尖位移和压实力,设计者可根据不同土质设计不同的质心位置。计算机辅助设计(CAD)方面,充分应用了虚拟样机技术,对振冲器进行计算机三维实体模型设计,利用ANSYS有限元软件进行了模态分析、谐响应分析;此外,目前振冲器工作过程中存在搅油现象,利用Fluent软件进行了搅油过程的流体力学分析,得出了传统与新型结构的搅油特性。通过谐响应分析,发现新型结构的顶尖位移从16.3mm增加到20.5mm,随质心的提升,顶尖的位移会增加,但压实力会减小。模态分析发现随着频率的增加,振冲器的振幅处于下降阶段,可根据需求对工作频率25.2Hz进行适当的调整。流体分析发现传统结构搅油功率为电机功率的23.6%,新型结构为12%。试验研究方面,分别从油液高度、搅油频率对电机功率和振冲器工作温度的影响等方面进行了试验设计,加工出了搅油试验台,并通过试验得出了一系列有用的结论。试验中对传统与新型结构的搅油试验结果进行对比,证明了新型结构的优越性,也验证了计算机辅助设计(CAD)中的结论。此外,试验结论中油液高度对功率及温度的影响曲线可以为油量控制提供依据。
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