【摘 要】 当塑料排水板手工插板枪超过5米时，由于单根长度太长携带很不方便。此外，在插板过程中，插板枪晃动等问题明显影响使用。本文设计了一种新型的塑料排水板可伸缩式插板枪结构，能在数秒钟内将两段式的插板枪便捷省力地组合成一根满足强度和刚度要求的单根插板枪，并同样方便地拆卸为收缩式结构。所设计的可伸缩式插板枪在指定的载荷作用下，由有限元分析软件计算出的各个零件最大应力均小于相对应材料的屈服极限值，不会产生永久性的变形。
　　【　　【Abstract】 When the manual inserting lance for plastic drainage board is more than 5 meters， because of the length its carrying is not convenient .In addition， In the process of inserting the shaking of the lance affects its using . This paper introduces a new design of extensible inserting lance for plastic drainage board， which combines two section to a single lance met the requirement of strength and rigidity conveniently and easily only in a few seconds and also removes to contractive type structure conveniently. The extensible inserting lance for plastic drainage board designed ，calculated by the finite element analysis software under the specified load， that the maximum stress of each parts are less than the yield limit of corresponding material ， will not produce permanent deformation.
　　【Key words】 Plastic drainage board Inserting lance Structure design
　　1 引言
　　真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。
　　无砂垫层真空预压法对传统真空预压法进行了改进，不需要铺设排水砂垫层，在处理场地上打插塑料排水板后，每隔两排塑料排水板布置一条水平管道，并使用连接器将塑料排水板露出部份紧密连接到水平管道上，无砂垫层真空预压法适用于大面积软土地基加固，如机场跑道、公路、港口、码头以及岸堤填海造陆的水下软土等的地基处理施工，特别是对于吹填土和新近淤泥堆积的超软土有特别好的加固效果，且节省了铺设砂垫层的大量投入，真空度传递效果好，具有施工工期短，经济节约的独特优势。从而使水平向排水板系统和垂直向排水板系统连成一个有机的整体，铺膜后使用抽真空装置进行真空预压施工。本文针对无砂垫层真空预压法塑料排水板的插板枪通用结构进行设计和分析。
　　2 设计要求
　　目前，大深度的插板主要通过插板机进行，而中小深度的插板则主要通过手工用插板枪进行。当插板枪超过5米时，传统的插板枪则由于单根长度太长携带很不方便。此外，在插板过程中，插板枪晃动等问题明显影响使用。因此，两段式的插板枪在淤泥厚度超过5米时成为不可或缺的塑料排水板插板工具。然而，怎样在数秒钟内将两段式的插板枪便捷省力地组合成一根满足强度和刚度要求的单根插板枪是设计中面临的新问题。设计指标如下：
　　（1）强度：杆件材料在800N（成人体重）垂直作用下不发生塑性变形；
　　（2）两段式插板枪的组合/拆卸时间均≤3秒；
　　（3）插板枪组合和拆卸时操作力≤30N；
　　（4）防水和防长时间腐蚀。
　　3 插板枪结构设计
　　本文根据设计要求进行两段可伸缩式插板枪机械结构设计。杆件主体结构采用铝合金6061焊接而成，可以防止在杆子在淤泥中长期使用后带来的腐蚀问题。接头材料采用45钢以满足强度要求，表面经过发黑处理防腐蚀，其结构如图1所示。
　　插板枪的下部靠近枪头部位沿圆周均布小孔，便于泥浆的排除，如图1（b）所示，否则在使用几次过后，两段式的杆子内部会形成打气筒式的压力差，杆子会慢慢变得操作困难。
　　工作过程：可伸缩式插板枪，包括粗圆管1、细圆管2、枪头3、内接头4、外接头5、手轮6、紧钉螺钉7，枪头位于前端，套置于粗圆管内，挂住排水板插入淤泥，粗圆管与细圆管通过内外接头、紧定螺钉、手轮实现配合，其中紧钉螺钉固联内接头与细圆管，外接头与粗圆管螺纹联结，内接头由凸台和梯形螺纹组成，外接头除螺纹外的内径小于凸台内径，防止细圆管拔出，手轮内有与内接头配合的梯形螺纹，后旋手轮细圆管可滑入粗圆管，实现收缩，拉出细圆管锁紧手轮，实现伸长。其中，内接头、外接头和旋转手轮均具有梯形螺纹结构，如图2所示。
　　4 插板枪结构受力分析
　　采用有限元分析进行应力和变形分析：简化分析模型，去掉次要特征，主要受力部位为接头处，故将力学模型简化为在大圆管前端固定，正常人是在1m处施力，划分网格，运行模型。
　　大圆管下端固定，一个80kg重的人可施加最大800N的力，施力方向并不能保证垂直，而是有一定的小角度，假设在与垂直方向10°方向，分解成水平方向有800*sin10°≈138.9，安全起见，取150N。
　　插板枪总长8米，粗杆和细杆各长4米，均采用铝合金6061材料。粗杆直径38毫米，细杆直径26毫米，有限元分析结果如图3所示。由分析结果可知，最大应力值为251MPa，出现在靠近接头的杆子背力处，最大变形量为5.66mm，出现在杆子的最上部。因此，所设计的可伸缩式插板枪在指定的载荷作用下，由有限元分析软件计算出的各个零件最大应力均小于相对应材料的屈服极限值，不会产生永久性的变形。计算仿真出的结果满足安全要求。
　　5 结语
　　本文设计了一种新型的塑料排水板可伸缩式插板枪结构，能在数秒钟内将两段式的插板枪便捷省力地组合成一根满足强度和刚度要求的单根插板枪，并考虑了防水和防腐蚀问题。所设计的可伸缩式插板枪在指定的载荷作用下，由有限元分析软件计算出的各个零件最大应力均小于相对应材料的屈服极限值，不会产生永久性的变形。计算仿真出的结果满足安全要求。
　　 (责任编辑：宝振)