一種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘及其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘及其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法。該振動(dòng)錘包括四個(gè)液壓馬達(dá)、上旋轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁、傳動(dòng)軸、夾樁器、上板、下板、上機(jī)箱及下機(jī)箱；該方法包括：建立四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的同向回轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型；獲取四偏心轉(zhuǎn)子的無(wú)量綱耦合方程；獲取四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步的條件；獲取四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性條件，進(jìn)而確定四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)。本發(fā)明的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘及結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，其考慮了系統(tǒng)振動(dòng)耦合特性對(duì)提高同步性的作用，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、自同步傳動(dòng)的方式，對(duì)振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)振動(dòng)錘結(jié)構(gòu)參數(shù)的控制，達(dá)到了四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步的目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘及其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于振動(dòng)機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘及其 結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 振動(dòng)錘是建筑行業(yè)中基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵機(jī)械裝備，廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)、橋梁、港口 等大型基礎(chǔ)工程的沉拔樁作業(yè)中。振動(dòng)錘按原動(dòng)機(jī)分類(lèi)可分為電動(dòng)式和液壓式，相比電動(dòng) 式振動(dòng)錘，液壓式振動(dòng)錘具有調(diào)頻方便、沉樁效果好、噪聲低、耐沖擊、適用地質(zhì)范圍廣等特 點(diǎn)。按照傳動(dòng)類(lèi)型分類(lèi)可分為剛性同步式和自同步式，齒輪剛性傳動(dòng)的同步方式，受沖擊后 傳動(dòng)齒輪頻繁損壞，造成振動(dòng)錘可靠性低、壽命短等問(wèn)題。目前振動(dòng)錘的設(shè)計(jì)大都是采用電 機(jī)直接驅(qū)動(dòng)、齒輪剛性同步傳動(dòng)的方式，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造成諸多實(shí)際問(wèn)題。且設(shè)計(jì)振 動(dòng)錘時(shí)沒(méi)考慮振動(dòng)錘本身動(dòng)力耦合特性對(duì)同步性的影響，若要避免剛性同步傳動(dòng)齒輪帶來(lái) 的問(wèn)題，提高振動(dòng)錘的穩(wěn)定性和使用壽命，必須對(duì)振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘及其結(jié) 構(gòu)參數(shù)確定方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘，包括四個(gè)液壓馬達(dá)、上旋轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁、傳 動(dòng)軸、夾樁器、上板、下板、上機(jī)箱及下機(jī)箱；
[0006] 在上旋轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁、上板、下板的中部均設(shè)置有通孔；
[0007] 傳動(dòng)軸垂直設(shè)置，上旋轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁、上板、下板均套于傳動(dòng)軸外，上板與傳動(dòng)軸 固定連接，上旋轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁均位于上板與下板之間，上旋轉(zhuǎn)梁位于下旋轉(zhuǎn)梁上方，上旋 轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁平行方向相互垂直；
[0008] 下板與下旋轉(zhuǎn)梁之間設(shè)置有第一推力軸承；上旋轉(zhuǎn)梁與下旋轉(zhuǎn)梁之間設(shè)置有第二 推力軸承；上板與上旋轉(zhuǎn)梁之間設(shè)置有第三推力軸承；
[0009] 上旋轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁的兩端以傳動(dòng)軸為中心的對(duì)稱(chēng)位置上分別固定安裝一個(gè)液壓 馬達(dá)，上旋轉(zhuǎn)梁的液壓馬達(dá)固定面與下旋轉(zhuǎn)梁的液壓馬達(dá)固定面位于同一平面；
[0010] 每個(gè)液壓馬達(dá)的輸出軸均固定有偏心轉(zhuǎn)子；偏心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面與振動(dòng)錘沉樁方 向的垂面之間所成角度為振動(dòng)激勵(lì)角，各偏心轉(zhuǎn)子的振動(dòng)激勵(lì)角均相同，在同一旋轉(zhuǎn)梁上 的偏心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面設(shè)置在同一平面內(nèi)；
[0011] 上機(jī)箱與下機(jī)箱扣合形成內(nèi)腔，上機(jī)箱與下機(jī)箱均與上旋轉(zhuǎn)梁、下旋轉(zhuǎn)梁留有間 隙；
[0012] 傳動(dòng)軸底部、上旋轉(zhuǎn)梁的兩端、下旋轉(zhuǎn)梁的兩端均位于內(nèi)腔外，上板、下板位于內(nèi) 腔內(nèi)；
[0013] 上板與上機(jī)箱內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第一復(fù)位彈簧固定，且多個(gè)第一復(fù)位彈簧均勻分 布；
[0014] 下板與下機(jī)箱內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第二復(fù)位彈簧固定，且多個(gè)第二復(fù)位彈簧均勻分 布；
[0015] 上旋轉(zhuǎn)梁與上機(jī)箱內(nèi)壁或下機(jī)箱內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第三復(fù)位彈簧固定，且多個(gè)第 三復(fù)位彈簧均勻分布；
[0016] 下旋轉(zhuǎn)梁與上機(jī)箱內(nèi)壁或下機(jī)箱內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第四復(fù)位彈簧固定，且多個(gè)第 四復(fù)位彈簧均勻分布；
[0017] 傳動(dòng)軸底部穿過(guò)夾樁器的通孔進(jìn)入夾樁器內(nèi)，傳動(dòng)軸與夾樁器、傳動(dòng)軸與下機(jī)箱 之間均留有間隙。
[0018] 所述傳動(dòng)軸頂部設(shè)有螺紋，傳動(dòng)軸頂部安裝緊固螺母，傳動(dòng)軸與緊固螺母通過(guò)螺 紋配合。
[0019] 所述上板與第三推力軸承之間設(shè)置有軸套。
[0020] 所述第一推力軸承與下板之間設(shè)置調(diào)整套。
[0021] 所述傳動(dòng)軸具有軸肩，傳動(dòng)軸軸肩至頂部位于內(nèi)腔，傳動(dòng)軸的軸肩與下機(jī)箱留有 間隙。
[0022] 所述四個(gè)液壓馬達(dá)通過(guò)各自的液壓馬達(dá)固定架分別固定在上旋轉(zhuǎn)梁的兩端、下旋 轉(zhuǎn)梁的兩端。
[0023] 所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，包括以下步驟：
[0024] 步驟1 :建立四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的同向回轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型；
[0025] 步驟2 :獲取四偏心轉(zhuǎn)子的無(wú)量綱耦合方程；
[0026] 步驟3 :獲取四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步的條件；
[0027] 步驟4:獲取四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性條件，進(jìn)而確定四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng) 自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0028] 所述步驟1按以下步驟進(jìn)行：
[0029] 步驟1-1 :建立四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各坐標(biāo)系；
[0030] 步驟1-2 :獲取偏心轉(zhuǎn)子在兩旋轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)動(dòng)后形成的坐標(biāo)系中的位移；
[0031] 步驟1-3 :獲取偏心轉(zhuǎn)子在慣性空間中固聯(lián)于傳動(dòng)軸的坐標(biāo)系中的位移；
[0032] 步驟1-4 :獲取振動(dòng)錘的動(dòng)能函數(shù)；
[0033] 步驟1-5 :獲取各復(fù)位彈簧的伸長(zhǎng)量；
[0034] 步驟1-6 :獲取振動(dòng)錘的勢(shì)能函數(shù)；
[0035] 步驟1-7 :獲取振動(dòng)錘的能量逸散函數(shù)；
[0036] 步驟1-8 :將振動(dòng)錘的動(dòng)能函數(shù)、振動(dòng)錘的勢(shì)能函數(shù)、振動(dòng)錘的能量逸散函數(shù)代入 拉格朗日方程獲得振動(dòng)錘的數(shù)學(xué)模型。
[0037] 所述四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步的條件是：每?jī)蓚€(gè)偏心轉(zhuǎn)子之間的廣義動(dòng)態(tài)對(duì)稱(chēng)力矩大 于或等于無(wú)量綱剩余轉(zhuǎn)矩差的絕對(duì)值。
[0038] 所述四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的條件是：振動(dòng)錘四偏心轉(zhuǎn)子同步運(yùn) 行時(shí)，所得相位差擾動(dòng)參數(shù)滿(mǎn)足Routh-Hurwitz判據(jù)。
[0039] 四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括偏心轉(zhuǎn)子質(zhì)量、偏心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn) 半徑、上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量、下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量、上旋轉(zhuǎn)梁上的液壓馬達(dá)安裝距離、下旋轉(zhuǎn)梁上的液壓 馬達(dá)安裝距離、上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量對(duì)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量對(duì)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、振動(dòng)激 勵(lì)角、傳動(dòng)軸質(zhì)量、夾樁器與樁質(zhì)量、隔振橫梁質(zhì)量、振動(dòng)錘內(nèi)各復(fù)位彈簧剛度和各方向模 態(tài)阻尼比。
[0040] 上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量包括上旋轉(zhuǎn)梁及其上的液壓馬達(dá)的質(zhì)量；
[0041] 下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量包括下旋轉(zhuǎn)梁及其上的液壓馬達(dá)的質(zhì)量。
[0042] 有益效果：
[0043] 本發(fā)明的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘及其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，其考慮了系統(tǒng)振 動(dòng)耦合特性對(duì)提高同步性的作用，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、自同步傳動(dòng)的方式，對(duì)振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)振動(dòng)錘結(jié)構(gòu)參數(shù)的控制，達(dá)到了四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步的目的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的外觀圖；
[0045] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的剖視圖；
[0046] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0047] 其中，1-液壓馬達(dá)，2-液壓馬達(dá)固定架，3-偏心轉(zhuǎn)子，4-上旋轉(zhuǎn)梁，5-下旋轉(zhuǎn)梁， 6-上機(jī)箱，7-下機(jī)箱，8-夾樁器，9-第一推力軸承，10-第二推力軸承，11-第三推力軸承， 12-第一復(fù)位彈簧，13-緊固螺母，14-軸套，15-調(diào)整套，16-上板，17-下板，18-傳動(dòng)軸， 19-第三復(fù)位彈簧，20-第四復(fù)位彈簧，21-第二復(fù)位彈簧；
[0048] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的自同步振動(dòng)錘系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型：(a)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 模型；(b)坐標(biāo)系；（c)振動(dòng)錘動(dòng)力學(xué)模型；
[0049] 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)錘系統(tǒng)電機(jī)相同時(shí)計(jì)算機(jī) 仿真結(jié)果：(a)?（c)為偏心轉(zhuǎn)子之間相位差；(d)為四偏心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；（e)?（j)為 X，y, z, zr, V1, V2 方向位移；
[0050] 圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)錘系統(tǒng)電機(jī)不同時(shí)計(jì)算機(jī) 仿真結(jié)果：(a)?（c)為偏心轉(zhuǎn)子之間相位差；(d)為四偏心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；（e)?（j)為 X, y, z, zr, V1, V2 方向位移；

【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0052] 如圖1和圖2所示,一種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘,包括四個(gè)液壓馬達(dá)1、上旋 轉(zhuǎn)梁4、下旋轉(zhuǎn)梁5、傳動(dòng)軸18、夾樁器8、上板16、下板17、上機(jī)箱6及下機(jī)箱7 ;
[0053] 在上旋轉(zhuǎn)梁4、下旋轉(zhuǎn)梁5、上板16、下板17的中部均設(shè)置有通孔；
[0054] 傳動(dòng)軸18垂直設(shè)置，上旋轉(zhuǎn)梁4、下旋轉(zhuǎn)梁5、上板16、下板17均套于傳動(dòng)軸18 夕卜，上板16與傳動(dòng)軸18固定連接，上旋轉(zhuǎn)梁4、下旋轉(zhuǎn)梁5均位于上板16與下板17之間， 上旋轉(zhuǎn)梁4位于下旋轉(zhuǎn)梁5上方，上旋轉(zhuǎn)梁4、下旋轉(zhuǎn)梁5平行方向相互垂直；
[0055] 下板17與下旋轉(zhuǎn)梁5之間設(shè)置有第一推力軸承9 ;上旋轉(zhuǎn)梁4與下旋轉(zhuǎn)梁5之間 設(shè)置有第二推力軸承10 ;上板16與上旋轉(zhuǎn)梁4之間設(shè)置有第三推力軸承11 ;
[0056] 上旋轉(zhuǎn)梁4、下旋轉(zhuǎn)梁5的兩端以傳動(dòng)軸18為中心的對(duì)稱(chēng)位置上分別固定安裝一 個(gè)液壓馬達(dá)1，上旋轉(zhuǎn)梁4的液壓馬達(dá)固定面與下旋轉(zhuǎn)梁5的液壓馬達(dá)固定面位于同一平 面；
[0057] 每個(gè)液壓馬達(dá)1的輸出軸均固定有偏心轉(zhuǎn)子3 ;偏心轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)平面與振動(dòng)錘 沉樁方向的垂面之間所成角度為振動(dòng)激勵(lì)角，各偏心轉(zhuǎn)子3的振動(dòng)激勵(lì)角均相同，在同一 旋轉(zhuǎn)梁上的偏心轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)平面設(shè)置在同一平面內(nèi)；
[0058] 上機(jī)箱6與下機(jī)箱7扣合形成內(nèi)腔，上機(jī)箱6與下機(jī)箱7均與上旋轉(zhuǎn)梁4、下旋轉(zhuǎn) 梁5留有間隙；
[0059] 傳動(dòng)軸18底部、上旋轉(zhuǎn)梁4的兩端、下旋轉(zhuǎn)梁5的兩端均位于內(nèi)腔外，上板16、下 板17位于內(nèi)腔內(nèi)；
[0060] 上板16與上機(jī)箱6內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第一復(fù)位彈簧12固定，且多個(gè)第一復(fù)位彈 簧12均勻分布；
[0061] 下板17與下機(jī)箱7內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第二復(fù)位彈簧21固定，且多個(gè)第二復(fù)位彈 簧21均勻分布；
[0062] 上旋轉(zhuǎn)梁4與上機(jī)箱6內(nèi)壁或下機(jī)箱7內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第三復(fù)位彈簧19固定， 且多個(gè)第三復(fù)位彈簧19均勻分布；
[0063] 下旋轉(zhuǎn)梁5與上機(jī)箱6內(nèi)壁或下機(jī)箱7內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第四復(fù)位彈簧20固定， 且多個(gè)第四復(fù)位彈簧20均勻分布；
[0064] 傳動(dòng)軸18底部穿過(guò)夾樁器8的通孔進(jìn)入夾樁器8內(nèi)，傳動(dòng)軸18與夾樁器8、傳動(dòng) 軸18與下機(jī)箱7之間均留有間隙。
[0065] 如圖3所示，傳動(dòng)軸18頂部設(shè)有螺紋，傳動(dòng)軸18頂部安裝緊固螺母13,傳動(dòng)軸18 與緊固螺母13通過(guò)螺紋配合。
[0066] 上板16與第三推力軸承11之間設(shè)置有軸套14。
[0067] 第一推力軸承9與下板17之間設(shè)置調(diào)整套15。
[0068] 傳動(dòng)軸18具有軸肩，傳動(dòng)軸18軸肩至頂部位于內(nèi)腔，傳動(dòng)軸18的軸肩與下機(jī)箱 7均留有間隙。
[0069] 四個(gè)液壓馬達(dá)1通過(guò)各自的液壓馬達(dá)固定架2分別固定在上旋轉(zhuǎn)梁4的兩端、下 旋轉(zhuǎn)梁5的兩端。
[0070] 四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括偏心轉(zhuǎn)子質(zhì)量、偏心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn) 半徑、上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量、下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量、上旋轉(zhuǎn)梁上的液壓馬達(dá)安裝距離、下旋轉(zhuǎn)梁上的液壓 馬達(dá)安裝距離、上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量對(duì)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量對(duì)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、振動(dòng)激 勵(lì)角、傳動(dòng)軸質(zhì)量、夾樁器與樁質(zhì)量、隔振橫梁質(zhì)量、振動(dòng)錘內(nèi)各復(fù)位彈簧剛度和各方向模 態(tài)阻尼比。
[0071] 所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，包括以下步驟：
[0072] 步驟1 :建立四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的同向回轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型；
[0073] 四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘工作時(shí)，起重機(jī)械通過(guò)鋼繩吊起隔振橫梁，從而振 動(dòng)錘被吊起并實(shí)施作業(yè)。隔振橫梁與激振器之間有彈簧連接，所以建立同向回轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模 型時(shí)，不應(yīng)將隔振橫梁和激振器看成一個(gè)整體建模，應(yīng)將隔振橫梁作為一個(gè)獨(dú)立質(zhì)量塊，將 振動(dòng)錘和樁體作為一個(gè)整體進(jìn)行建模，即在振動(dòng)錘沉樁方向上應(yīng)該具有兩個(gè)自由度，四液 壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)樁機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如圖4(a)所示。四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng) 錘主要由五個(gè)質(zhì)體構(gòu)成：（1)上機(jī)箱、下機(jī)箱、夾樁器和樁體組成的質(zhì)體,簡(jiǎn)稱(chēng)CPS，質(zhì)量用 m2表示；（2)第一旋轉(zhuǎn)梁（包括其上所安裝的液壓馬達(dá)），質(zhì)量用!Iitll表示，（3)第二旋轉(zhuǎn)梁 (包括其上所安裝的液壓馬達(dá)），質(zhì)量用Hltl2表示；(4)質(zhì)心為〇'的傳動(dòng)軸，質(zhì)量用Hl1表示； (5)隔振橫梁，質(zhì)量用m r表示。
[0074] 地基土壤對(duì)CPS的作用簡(jiǎn)化為剛度kzl和阻尼fzl。傳動(dòng)軸在水平兩個(gè)方向上通過(guò) 兩組復(fù)位彈簧分別與上機(jī)箱、下機(jī)箱相連，其剛度表示為k x，ky。兩旋轉(zhuǎn)梁與上機(jī)箱或下機(jī) 箱通過(guò)復(fù)位彈簧相連，其剛度用V，1?表示，旋轉(zhuǎn)梁可繞傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。隔振橫梁與上機(jī)箱之 間裝有隔振彈簧，起重機(jī)械通過(guò)提升鋼繩吊起振動(dòng)樁錘，鋼繩剛度用k z3表示。在振動(dòng)系統(tǒng) 的動(dòng)力學(xué)模型中，CPS只產(chǎn)生z向振動(dòng)，傳動(dòng)軸可產(chǎn)生3個(gè)方向振動(dòng)，分別是x、y、z方向；
[0075] 圖4(c)表示激振器動(dòng)力學(xué)模型，從中可以看出旋轉(zhuǎn)梁可繞傳動(dòng)軸產(chǎn)生擺動(dòng)Vl、 V2;四偏心轉(zhuǎn)子分別繞各自液壓馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)，用四個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)仍、朽、朽、％來(lái)確定其位 置，旋轉(zhuǎn)中心分別為O 11、O12、O21、O22 ;隔振橫梁位置由坐標(biāo)％確定。
[0076] 為了推導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，建立以下六個(gè)空間坐標(biāo)系，如圖4(b)所示，步驟 如下：
[0077] 步驟1-1 :建立四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各坐標(biāo)系；
[0078] a :在慣性空間中建立固聯(lián)于傳動(dòng)軸的坐標(biāo)系oxyz，此時(shí)傳動(dòng)軸處于平衡狀態(tài)；
[0079] b :四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘工作過(guò)程中，坐標(biāo)系oxyz隨著傳動(dòng)軸的振動(dòng)而 移動(dòng)，形成固聯(lián)于旋轉(zhuǎn)梁的坐標(biāo)系〇' X' y' z';
[0080] C:坐標(biāo)系0' X' y' Z'在兩旋轉(zhuǎn)梁旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，繞Z'轉(zhuǎn)動(dòng)后形成坐標(biāo)系 0，Xi" y，Zi"，i = 1，2;
[0081] d :在慣性空間中建立固聯(lián)于減震橫梁的坐標(biāo)系 OrXrYrZr ；
[0082] e :固定坐標(biāo)系在減震橫梁平行運(yùn)動(dòng)時(shí)，平行移動(dòng)形成坐標(biāo)系 or' xr' yr' zr' ；
[0083] 步驟1-2:獲取偏心轉(zhuǎn)子在坐標(biāo)系o' Xi" y/ Zi "中的位移Xj";

【權(quán)利要求】
1. 一種四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘，其特征在于：包括四個(gè)液壓馬達(dá)（1)、上旋轉(zhuǎn) 梁（4)、下旋轉(zhuǎn)梁（5)、傳動(dòng)軸（18)、夾樁器（8)、上板（16)、下板（17)、上機(jī)箱（6)及下機(jī)箱 (7)； 在上旋轉(zhuǎn)梁（4)、下旋轉(zhuǎn)梁（5)、上板（16)、下板（17)的中部均設(shè)置有通孔； 傳動(dòng)軸（18)垂直設(shè)置，上旋轉(zhuǎn)梁（4)、下旋轉(zhuǎn)梁（5)、上板（16)、下板（17)均套于傳動(dòng)軸 (18 )外，上板（16 )與傳動(dòng)軸（18 )固定連接，上旋轉(zhuǎn)梁（4 )、下旋轉(zhuǎn)梁（5 )均位于上板（16 )與 下板（17 )之間，上旋轉(zhuǎn)梁（4 )位于下旋轉(zhuǎn)梁（5 )上方，上旋轉(zhuǎn)梁（4 )、下旋轉(zhuǎn)梁（5 )平行方向 相互垂直； 下板（17)與下旋轉(zhuǎn)梁（5)之間設(shè)置有第一推力軸承（9);上旋轉(zhuǎn)梁（4)與下旋轉(zhuǎn)梁（5) 之間設(shè)置有第二推力軸承（10);上板（16)與上旋轉(zhuǎn)梁（4)之間設(shè)置有第三推力軸承（11); 上旋轉(zhuǎn)梁（4)、下旋轉(zhuǎn)梁（5)的兩端以傳動(dòng)軸（18)為中心的對(duì)稱(chēng)位置上分別固定安裝 一個(gè)液壓馬達(dá)（1 )，上旋轉(zhuǎn)梁（4)的液壓馬達(dá)固定面與下旋轉(zhuǎn)梁（5)的液壓馬達(dá)固定面位于 同一平面； 每個(gè)液壓馬達(dá)（1)的輸出軸均固定有偏心轉(zhuǎn)子（3);偏心轉(zhuǎn)子（3)的旋轉(zhuǎn)平面與振動(dòng)錘 沉樁方向的垂面之間所成角度為振動(dòng)激勵(lì)角，各偏心轉(zhuǎn)子（3)的振動(dòng)激勵(lì)角均相同，在同一 旋轉(zhuǎn)梁上的偏心轉(zhuǎn)子（3)的旋轉(zhuǎn)平面設(shè)置在同一平面內(nèi)； 上機(jī)箱（6)與下機(jī)箱（7)扣合形成內(nèi)腔，上機(jī)箱（6)與下機(jī)箱（7)均與上旋轉(zhuǎn)梁（4)、下 旋轉(zhuǎn)梁（5)留有間隙； 傳動(dòng)軸（18)底部、上旋轉(zhuǎn)梁（4)的兩端、下旋轉(zhuǎn)梁（5)的兩端均位于內(nèi)腔外，上板（16)、 下板（17)位于內(nèi)腔內(nèi)； 上板（16)與上機(jī)箱（6)內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第一復(fù)位彈簧（12)固定，且多個(gè)第一復(fù)位彈 簧（12)均勻分布； 下板（17)與下機(jī)箱（7)內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第二復(fù)位彈簧（21)固定，且多個(gè)第二復(fù)位彈 簧（21)均勻分布； 上旋轉(zhuǎn)梁（4)與上機(jī)箱（6)內(nèi)壁或下機(jī)箱（7)內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第三復(fù)位彈簧（19)固 定，且多個(gè)第三復(fù)位彈簧（19)均勻分布； 下旋轉(zhuǎn)梁（5)與上機(jī)箱（6)內(nèi)壁或下機(jī)箱（7)內(nèi)壁之間通過(guò)多個(gè)第四復(fù)位彈簧（20)固 定，且多個(gè)第四復(fù)位彈簧（20)均勻分布； 傳動(dòng)軸（18 )底部穿過(guò)夾樁器（8 )的通孔進(jìn)入夾樁器（8 )內(nèi)，傳動(dòng)軸（18 )與夾樁器（8 )、 傳動(dòng)軸（18 )與下機(jī)箱（7 )之間均留有間隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘，其特征在于：所述傳動(dòng)軸 (18)頂部設(shè)有螺紋，傳動(dòng)軸（18)頂部安裝緊固螺母（13)，傳動(dòng)軸（18)與緊固螺母（13)通 過(guò)螺紋配合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘，其特征在于：所述上板（16) 與第三推力軸承（11)之間設(shè)置有軸套（14)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘，其特征在于：所述第一推力 軸承（9)與下板（17)之間設(shè)置調(diào)整套。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘，其特征在于：所述傳動(dòng)軸 (18)具有軸肩，傳動(dòng)軸（18)軸肩至頂部位于內(nèi)腔，傳動(dòng)軸（18)的軸肩與下機(jī)箱（7)留有間 隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘，其特征在于：所述四個(gè)液壓 馬達(dá)（1)通過(guò)各自的液壓馬達(dá)固定架（2)分別固定在上旋轉(zhuǎn)梁（4)的兩端、下旋轉(zhuǎn)梁（5)的 兩端。
7. 權(quán)利要求1所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，其特征在 于：包括以下步驟： 步驟1 :建立四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的同向回轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型； 步驟2 :獲取四偏心轉(zhuǎn)子的無(wú)量綱耦合方程； 步驟3 :獲取四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步的條件； 步驟4 獲取四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性條件，進(jìn)而確定四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同 步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，其特征 在于：所述步驟1按以下步驟進(jìn)行： 步驟1-1 :建立四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各坐標(biāo)系； 步驟1-2 :獲取偏心轉(zhuǎn)子在兩旋轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)動(dòng)后形成的坐標(biāo)系中的位移； 步驟1-3 :獲取偏心轉(zhuǎn)子在慣性空間中固聯(lián)于傳動(dòng)軸的坐標(biāo)系中的位移； 步驟1-4 :獲取振動(dòng)錘的動(dòng)能函數(shù)； 步驟1-5 :獲取各復(fù)位彈簧的伸長(zhǎng)量； 步驟1-6 :獲取振動(dòng)錘的勢(shì)能函數(shù)； 步驟1-7 :獲取振動(dòng)錘的能量逸散函數(shù)； 步驟1-8 :將振動(dòng)錘的動(dòng)能函數(shù)、振動(dòng)錘的勢(shì)能函數(shù)、振動(dòng)錘的能量逸散函數(shù)代入拉格 朗日方程獲得振動(dòng)錘的數(shù)學(xué)模型。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，其特征 在于：所述四偏心轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同步的條件是：每?jī)蓚€(gè)偏心轉(zhuǎn)子之間的廣義動(dòng)態(tài)對(duì)稱(chēng)力矩大于 或等于無(wú)量綱剩余轉(zhuǎn)矩差的絕對(duì)值； 所述四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的條件是：振動(dòng)錘四偏心轉(zhuǎn)子同步運(yùn)行時(shí) 所得相位差擾動(dòng)參數(shù)滿(mǎn)足Routh-Hurwize判據(jù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的四液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自同步振動(dòng)錘的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，其特 征在于：所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括偏心轉(zhuǎn)子質(zhì)量，偏心距、上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量、下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量、上旋轉(zhuǎn)梁 上的液壓馬達(dá)安裝距離、下旋轉(zhuǎn)梁上的液壓馬達(dá)安裝距離、上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量對(duì)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量、下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量對(duì)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、振動(dòng)激勵(lì)角、傳動(dòng)軸質(zhì)量、夾樁器與樁質(zhì)量、隔振橫梁 質(zhì)量各方向模態(tài)阻尼比； 上旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量包括上旋轉(zhuǎn)梁及其上的液壓馬達(dá)的質(zhì)量； 下旋轉(zhuǎn)梁質(zhì)量包括下旋轉(zhuǎn)梁及其上的液壓馬達(dá)的質(zhì)量。
【文檔編號(hào)】E02D7/18GK104278675SQ201410513846
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】趙春雨, 趙乾斌, 劉軍江, 王海洋, 張義民, 聞邦椿 申請(qǐng)人:東北大學(xué)