拔樁時夾樁機構的靜力分析

周 旭，陳育榮，孫傳瓊

（湖北汽車工業(yè)學院 機械工程系，湖北 十堰442002）

液壓靜力壓樁機是利用高壓油產生的強大靜壓力，平穩(wěn)、安靜地將預制樁快速壓入地基的一種新型樁工機械；以往文獻對液壓靜力壓樁機夾樁機構的使用、設計和改進討論較多［1，6］。 在壓樁過程中，由于地基土質多變、地面受力不均或壓樁機未能完全調平等原因，預制樁的垂直度沒有滿足設計要求，此時就要進行拔樁；有必要進行拔樁時夾樁機構和預制樁的靜態(tài)受力分析和研究。

1 拔樁時夾樁機構的靜力學研究

圖1為多點均壓式夾樁機構的結構［7］，圖1a表示有2套相同的夾樁機構沿靜壓預制樁的軸線分上下兩層對稱布置，圖1b表示這種夾樁機構的夾樁液壓缸和多瓣鉗口繞預制樁周圍的分布情況。

圖1 多點均壓式夾樁機構原理圖

圖2 夾樁機構受力圖

分析圖2a可得：

式中，f為錐形楔塊與鉗口、錐形楔塊與夾樁箱體內圓柱面、鉗口與中間支承座之間的靜摩擦系數；fj為鉗口與預制樁之間的靜摩擦系數。

解式（1）～（8）可得：

分析圖2b同理可得：

一般情況下，為了設計和制造方便，降低成本，便于使用和維修，上、下夾樁機構結構相同。上、下夾樁油缸的夾樁力相同。

為了研究式（9）、式（10）中的參數對夾樁結構單個上、下鉗口與預制樁之間的法向作用力的影響，各參數預設值見表1。

表1 參數的預設值

當各參數如表1的預設值時，利用式（9）；α為變量，取值13°～15°；拔樁時上鉗口與預制樁之間的法向作用力隨錐形楔塊升角α的變化如圖3a所示。

當各參數如表1的預設值時，利用式（9）；f為變量，取值0.1～0.15；拔樁時上鉗口與預制樁之間的法向作用力隨靜摩擦系數f的變化如圖3b所示。

當各參數如表1的預設值時，利用式（10）；α為變量，取值13°～15°；拔樁時下鉗口與預制樁之間的法向作用力隨錐形楔塊升角α的變化如圖3c所示。

當各參數如表1的預設值時，利用式（10）；f為變量，取值0.1～0.15；拔樁時上鉗口與預制樁之間的法向作用力隨靜摩擦系數f的變化如圖3d所示。

圖3 、與α、f的變化關系曲線

由圖3可知，拔樁時上鉗口與預制樁之間的法向作用力小于下鉗口與預制樁之間的法向作用力。

由圖3a、圖3c可知，拔樁時鉗口與預制樁之間的法向作用力隨錐形楔塊升角的增大而減小。

由圖3b、圖3d可知，拔樁時鉗口與預制樁之間的法向作用力隨靜摩擦系數的增大而減小。

由式（9）、式（10）可知，拔樁時鉗口與預制樁之間的法向作用力隨夾樁力的增大而增大。

2 結 論

拔樁時上鉗口與預制樁之間的法向作用力小于下鉗口與預制樁之間的法向作用力。

為了增大液壓靜力壓樁機夾樁機構拔樁時鉗口與預制樁之間的法向作用力，可采取如下措施：1）增加夾樁力；2）減小錐形楔塊升角；3）減小夾樁機構內部鋼與鋼的的靜摩擦系數。

［1］ 鄧洪超，林 琳，王實武.靜力壓樁機夾樁機構改進設計［J］.建筑機械化，2008(2)： 41－45.

［2］ 賀淑云.ZYB液壓靜力壓樁機夾樁鉗口研究 ［D］.長沙：中南大學，2002.

［3］ 朱桂華.液壓靜力沉樁機夾樁機構研究設計 ［J］.建筑機械，2003（2）：37－38.

［4］ 王實武.靜壓樁機特性分析與改進研究 ［D］.吉林：吉林大學，2007.

［5］ 鄧洪超，林 琳，王實武.靜力壓樁機夾樁機構改進設計［J］.建筑機械化，2008，29（2）：51－53

［6］ 姜 渭.抱壓式液壓靜力沉樁機夾樁機構的改進設［J］.紅河水，2005，24（4）：24－27.

［7］朱建新，何清華，林宏武，等.液壓靜力壓樁機多點均壓式夾樁機構的設計與研究［J］.建筑機械，2006（5）：66－69.