振动桩锤“免共振”技术原理解析

一、什么是机械共振？

机械共振是指机械系统所受激励的频率与该系统的某阶固有频率相接近时，系统振幅显著增大的现象。

振动桩锤的振动频率（所受激励的频率）就是偏心轴转动频率，改变偏心轴转动频率，相应的也就是改变振动桩锤的振动频率。在振动桩锤的振动频率接近或等于振动桩锤、桩等振动系统的固有频率时，会使振动系统以及周围设备出现强烈的振动，这种现象就是“机械共振”。

 

二、机械共振在桩基施工作业有哪些危害？

由于振动桩锤及桩组成的系统，其固有频率往往是很低的，远低于振动桩锤正常的振动频率。一般振动桩锤在启动或停机过程都要经过“共振”频率区域，所以在启动、停机过程都有“共振”现象出现，尤其在停机过程中振动剧烈且持续时间长。发生“共振”时，振动的振幅往往达到正常振幅的15倍以上，巨大的振幅会引起桩体、机械和结构很大的变形和动应力，严重的甚至会引发破坏性事故：

1. 桩体损伤。机械共振会引起桩体的疲劳破坏和断裂，尤其是市场上日趋常见预制桩（PHC桩、U型水泥板桩等）。

2. 机械疲劳损伤。施工设备长期的大幅度、不规则晃动，引起振动锤本身及周围设备机械疲劳，进而导致设备开裂，影响设备使用寿命。如设备焊缝开裂，吊机吊臂变形等。

3. 设备倾倒。过大的振动幅度可能直接导致设备倾倒。如吊机、桩架的倾斜或倾倒。

4. 噪音污染。尤其在距居住区较近区域，危害明显，无法满足城市环保施工要求。

5. 因设备损伤导致的其他次生危害和工期延误。

 

三、如何消除机械共振危害？

机械共振是机械系统所受激励的频率与该系统的某阶固有频率相接近时产生的，因此经过固有频率区域时不产生振动，即可使机械的激励频率避开固有频率，从根本上防止共振现象的发生，其原理如下：

该技术的代表产品是EP系列免共振偏心力矩无级可调振动锤，其实现“免共振”的核心就是通过特殊液压调矩机构实现的“偏心力矩无级可调”技术使设备在“零”偏心力矩状态下启停。在平时非工作状态下，振动桩锤转轴上的偏心块在重力作用下都处于垂直向下的位置上，此状态偏心矩最大；启动时，通过液压调整机构，使转轴上的“活动”偏心块相对“固定”偏心块转动 180°，此状态下偏心矩为零，实现偏心矩“最大→0”无级连续控制；反之，通过液压调整机构也可实现“0→最大”无级连续调控。从而实现振动锤不仅可以按需调节激振力大小，还能从“根本上”解决启动、停机过程“共振”的产生。（图1）

图1：EP系列免共振振动锤偏心力矩调整示意图