加力压桩液压系统的动力学建模与仿真

　　全液压静力压桩机是利用高压油产生的强大静压力，平稳、安静地将预制桩快速压入地基的一种新型桩基机械，已广泛用于我国许多城市，特别是沿海城市建设和旧城改造的桩基施工[1] 。

　　全液压静力压桩机的压桩工作机理[2] ：静压预制主要用于软土地基，当预制桩在垂直静压力作用下压入土中时，桩周围土体发生急速而激烈的挤压，土中孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，这时桩身很容易往下压，压桩的阻力主要来自桩尖向下穿透土体时直接冲剪桩端土体的阻力，压桩阻力并不一定随桩的入土深度的增加而累计增大，而是随着桩尖处土体的软硬程度等因素，即随着桩尖处土体的抗冲剪阻力的变化而变化，这说明此时桩侧摩擦阻力非常小，但这是一种暂时的现象。一旦压桩终止，随着时间的推移，桩周土体中孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土的抗剪强度也可随桩侧摩擦力逐渐恢复和提高，从而使静压预制桩获得较大的承载力，在某些土体固结系数较高的软弱地基，静压预制桩获得单桩极限承载力可比最终压桩力高出2~3 倍。

　　准恒功率液压压桩系统在液压静力压桩机中得到了较广泛的应用；准恒功率液压加力压桩时压桩机机身由4 个升降液压油缸支撑，且4 个升降液压油缸的进油管道已关闭；由于压桩速度小，压桩力较大，压桩力与4 个升降液压油缸高度产生相互影响，压桩机机身位移、速度、加速度会随压桩油缸和4 个升降液压油缸活塞直径和升降油缸活塞的初始高度、直径产生变化。人们对液压静力压桩机液压系统的设计原理、控制和应用研究较多[3-8]，而对液压静力压桩机液压系统的仿真研究较少[9-10]，特别是对加力压桩的升降油缸进行仿真研究更少。AMESim 仿真软件能实现多学科的机械、液压、气动、热、电和磁等领域的建模和仿真，仿真范围广，不同领域的模块之间可直接进行物理连接[11] 。为了便于对液压静力压桩机进行改进和加快压桩进程，本文作者采用AMESim 仿真软件对液压静力加力压桩系统进行分析、建模和仿真研究。

　　1 液压加力压桩简介

　　全液压静力压桩机静压预制桩的施工，采用分段压入、逐段接长的方法。压桩过程为[12]：测量定位、压桩机就位、吊桩、喂桩、桩身对中调直、压桩、接桩、再压桩、送桩、终止压桩、截(接)桩头。

　　全液压静力压桩机的结构如图1 所示，包括边桩器、主驾驶室、压桩台、夹桩箱、起重机、升降机械等。

应用准恒功率设计理论的压桩液压系统，根据实际压桩过程低阻力阶段时间较长，且要求有较高的压桩速度；高阻力阶段速度较低，且要求有较高的压桩力(对应为高压桩油压)的特点和要求，利用变量泵或恒功率泵低压大流量、高压小流量的变量特性，使压桩过程两个阶段的功率消耗基本一致，从而达到压桩过程的准恒功率匹配[13] 。