Question

柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成，气缸与活塞间有柴油与空气的混合物，在重锤与桩碰撞的过程中，通过压缩使混合物燃烧，产生高温高压气体，从而使桩向下运动，锤向上运动，现把柴油打桩机和打桩过程简化如下：

柴油打桩机重锤的质量为m，锤在桩帽以上高度为h处（如图16-3-12a）从静止开始沿竖直轨道自由落下，打在质量为M（包括桩帽）的钢筋混凝土桩子上.同时，柴油燃烧，产生猛烈推力，锤和桩分离，这一过程的时间极短.随后，桩在泥土中向下移动一距离l.已知锤反跳后到达最高点时，锤与已停下的桩帽之间的距离也为h（如图16-3-12b）.已知m=1.0×10³ kg，M=2.0×10³ kg，h=2.0 m,l=0.20 m,重力加速度g取10 m/s²,混合物的质量不计.设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F是恒力，求此力的大小.

图16-3-12

Answer 1

2.1×10⁵ N

解析:

锤自由下落，碰桩前速度v₁向下，

①

碰后，已知锤上升高度为（h-l),故刚碰后向上的速度为

.②

设碰后桩的速度为v，方向向下，由动量守恒定律，

mv₁=Mv-mv₂.③

桩下降的过程中，根据功能关系，

.④

由①②③④式得

.

代入数值，得F=2.1×10⁵ N.