CN1033532A - 以液体火药为动力的打桩机 - Google Patents

Abstract

本发明是关于打桩机的发明，是一种以液体火药 作为打桩的动力源的打桩机。这种打桩机具有能量 大、打桩效率高、适用范围广、使用方便的特点，它打 的桩方向性好，具有对桩的冲量很大而又不破坏桩的 优点，可用于陆上和海上打桩。

Description

本发明是关于打桩机的发明，是一种以液体火药为动力源的打桩机。

现有的各种打桩机所采用的动力源有电力、蒸气或压缩空气，液体压力和柴油，沉桩方法有振动法、锤击法和静压法。从打桩效率来看，它们受到能源的限制和预制钢筋混凝土桩的强度的限制;从使用范围上来看，许多打桩机受到土层条件的限制，当突然打到坚硬土层时，就可能造成把打桩打坏或损坏打桩机的事故，有些打桩机不能打斜桩;从使用方便性来看，许多打桩机都需要桩架、行走轨道等，有些需要外部能源，如蒸汽锅炉等;从打桩质量来看，大部分打桩机都会出现把桩打歪的现象。

本发明的目的是提供一种新型打桩机，以提高打桩效率、提高打桩质量、扩大使用范围和能够更方便地使用。

发明是这样实现的：采用液体火药为打桩的动力源，利用液体火药能量大，装填方便的优点，采用下面所描述的结构，通过电气控制，完成打桩动作。

打桩机的动力部分有一个很长的气缸，有一个与气缸长度差不多的活塞杆，它可在气缸中滑动，当活塞杆处于气缸内最深位置时，活塞杆的上端面和气缸底之间预留的空间为药室，活塞杆的下端始终与桩头接触。动力部分上有一个可控的变药量装药装置，它通过一个能防止药室中的火药气体返回的单向阀门把预定的液体火药量注入药室，由一个耐高温、耐高压、耐腐蚀的电咀点燃药室中的液体火药，或采用向药室中注入第三种成分的液体，引起药室中液体火药的自燃。产生的高压火药气体，向下推动活塞杆，活塞杆推桩，使桩进入土中。为了实现连续打桩，动力部分可以相对支架自动下降，已便与已下沉的桩和活塞杆保持正确的相对位置，然后又可重复上述动作，直到把桩打好。

该打桩机所使用的液体火药有时也称为液体推进剂，它包括单元液体推进剂和双元液体推进剂，也包括由硝酸、发烟红硝酸等氧化剂与煤油之类碳氢化合物、脂、醇、醚等可燃液体按一定比例混合的液体。

本发明的特点是把液体火药用在打桩方面，作为打桩的动力源，利用了液体火药能量大，装填方便的优点，从而产生了一种新型打桩机。这种打桩机具有能量大、效率高，能够连续工作的特点。由于作用在桩体上的力较严格地通过桩的轴线，故桩入土的方向性好;由于桩头受的力基本上为火药气体的静压力，其大小与装药量有关，与桩的入土阻力基本上无关，可以控制在桩的容许受力的范围内，故不会因为突然打到坚硬地层而发生破坏桩的事故。

为了便于说明和认识这种打桩机的可实现性和优点，用几个实施方案图、具体结构图进行对照说明。

图1是根据本发明提出的一种以液体火药为动力的打桩机的视图和剖视图。现结合图1详细说明此种方案的细节及工作情况：

打桩机的底盘〔1〕为不动部分，它具有行走机构和支撑腿，它的作用是保持打桩机的稳定，并可在活动部分向上运动时，通过液压驻退机〔2〕产生向下的力，吸收部分反跳能量;导向滑套〔3〕与底盘〔1〕固定在一起，支架〔4〕可在导向滑套〔3〕中上下运动，它起到桩架的作用和导向作用，桩〔6〕和动力部分〔5〕可沿支架〔4〕的轴线运动;打桩机的动力部分〔5〕与支架〔4〕为单向止动连接，本例中，支架〔4〕有锯齿形齿条，动力部分〔5〕上有单向止动卡块〔14〕，它的作用是当液体火药燃烧做功时，动力部分〔5〕能带着支架〔4〕共同向上运动，下落时，动力部分〔5〕可相对支架〔4〕下降一段距离，跟随已经下沉的桩〔6〕，与之保持正确的相对位置;导向轮〔7〕用于保持桩的稳定性和方向性。

打桩过程如下：

变药量装药装置〔8〕把预定的液体火药量通过一个防回火的单向阀〔9〕注入药室〔10〕中，由电咀〔11〕点燃液体火药〔12〕，产生的高压气体推动活塞杆〔13〕向下压桩〔6〕，向上推动动力部分〔5〕，动力部分〔5〕通过单向止动卡块〔14〕带着支架〔4〕一起向上运动，在活动部分的重量和液压驻退机〔2〕的阻力下，活动部分逐渐仃止向上的运动，并下降到预备位置，液压驻退机〔2〕产生向上的阻力，以减小支架〔4〕下落到位时的冲击。由于桩〔6〕已经下沉，因此，动力部分〔5〕需要相对支架〔4〕下降一段距离，然后又可进行第二次循环。这个过程通过电气控制反复进行，直到把桩打好。充放气阀〔15〕与药室〔10〕相通，可以对药室充气和放气，当需要把药室〔10〕中的液体火药〔12〕放掉时，就可打开充放气阀〔15〕放气，放气的同时，就可带出药室〔10〕中的液体火药。

为了进一步了解这种新型打桩机的性能，下面是一个具体情况下的有关数据：

土层：上层13米为灰色亚粘土层，下层为灰黄色亚粘土层。

桩入土最大阻力：40000公斤

桩的尺寸：300×300×15000

桩的强度所允许的最大承载力：198000公斤

桩的重量：3300公斤

活塞杆重量：500公斤

活动部分重量：17000公斤

不动部分重量：9000公斤

活动部分允许反跳高度：4米

活塞杆长度：5.5米

气缸内径：100

最大火药气体压力：2500公斤/平方厘米

装药量：0.2升

药室容积：1.68立方分米

每次冲击所做的功：66000公斤-米

冲击频率：24次/分

功率：352马力

经过计算，把桩打好所用的时间约半分钟，而它类型的打桩机则要20分钟左右。

从上面打桩机的工作情况可见，液体火药燃烧时产生的能量，一部分用于使桩下沉，一部分用于使打桩机的活动部分向上运动，发生反跳。根据动能分配的规律，锤重与桩重之比越大，桩所获得的能量占总能量的百分比就越大，入土就越深。在此，动力部分〔5〕和支架〔4〕的重量之和，相当于锤重，是桩与活塞杆重量之和的许多倍，因此能量分配较为理想，火药气体的大部分能量用于使桩下沉。

由于本打桩机不需要桩架等附加设备，又具有行走机构，转移，使用是较方便的。

以液体火药为动力的打桩机，不仅能适用于在陆上各种土质条件下打桩，也能用于海上打桩，也能打斜桩。

图2是也可用于海上打桩的打桩机剖视图。现结合图2详细说明此种方案的细节及工作情况。

支架〔4〕为一开口圆筒形状或其它形状，由吊车吊着或由搭起的桩架吊着，它起导向作用和控制打桩方向的作用，它在一定长度范围内可相对于打桩机的反跳部分滑动;在打桩机的反跳部分上端亦有一钢丝绳，可以用来调整反跳部分相对支架〔4〕的最大下降量;上部安放有用来盛装液体火药的药箱〔25〕和变药量装药装置〔8〕及一些控制元件和执行元件;防回火单向阀〔9〕具有二个喷口，一个用于注入非自燃的两种液体火药成分，另一个用于注入第三种能够引起自燃的液体火药成分，以点燃药室〔10〕中的液体火药〔12〕;缸套〔28〕和活塞帽〔24〕由不锈耐酸钢制成，为可更换另件;缸套〔28〕的外部有液体冷却循环，起降温作用;〔22〕为驱动液体流动的泵;〔21〕为盛装液体的箱体，这种液体可以是油，或是水，或是几种成分配制而成，它的作用是冷却和作为驻退机液使用，当驻退工作腔〔2〕扩大时，产生负压箱体〔21〕中的液体经过管〔19〕流入驻退工作腔〔2〕，当反跳部分下落到最后某一段行程时，节制环〔18〕和节制杆段〔27〕之间形成预定的环形漏口面积。产生高速的液流，使驻退机工作腔〔2〕产生压力，这个压力缓冲了反跳部分下落到位时的碰撞。同时又对桩产生一个下压力，若节制环〔18〕和节制杆段〔27〕设计的好，这个力可以接近一个常量，并可保证桩身的安全;金属密封环〔23〕可以密封燃烧的高温高压火药气体;〔20〕为消声器，以减少冲击波和噪音;〔17〕为驻退工作活塞;〔16〕为桩身，用于连接活塞杆〔13〕与桩〔6〕;桩〔6〕可以是钢管桩、水泥桩或型钢式桩;〔26〕为与桩〔6〕配合的导向套。在海上打桩时导向套〔26〕可以做的很长、很重，起到防止桩身失稳及增加反跳部分重量的作用。

图3是图2中c-c剖面的视图，它表现了节制杆段〔27〕的安装情况，有时为了筒便，节制杆段〔27〕不单独作为一个另件，直接在活塞杆〔13〕上车出。

打桩过程如下：

把桩〔6〕与桩帽〔16〕连接好后，吊起支架〔4〕，留出反跳距离，变药量装药装置〔8〕把预定的液体火药量通过防回火单向阀〔9〕注入药室〔10〕中，再由另一个点火药注入装置把点火药注入药室，点燃液体火药〔12〕，产生的高压气体推动活塞杆〔13〕向下压桩〔6〕，向上推动反跳部分（除支架〔4〕及活塞杆等随桩部分外的其余部分）向上运动，这时驻退工作腔〔2〕中产生负压，液体从箱体〔21〕中经管〔19〕流入驻退工作腔〔2〕中，当在重力的作用下反跳部分下落返回到有液体的末段时，节制杆〔27〕与节制环〔18〕开始起作用，驻退工作腔产生压力，缓冲了反跳部分下落到位的碰撞，同时产生了一个液压力向下压桩，当反跳部分下落到位后，产生一个信号，使上面过程连续进行。可以采用徽机控制，人工干预的方式进行控制。当桩打稳之后，支架〔4〕就可放松或取掉，依靠桩本身的稳定性保证打桩的方向性。

为了进一步了解这种新型打桩机的性能，下面是一个具体情况下的有关数据：

海上打钢管桩，水深30米，水上要留10米，打入海底80米，桩长120米，外径78吋（1981毫米），壁厚50毫米，导向套〔26〕为一长20米，重130吨的套筒。

桩的最大入土阻力    1000吨

桩的尺寸    1981×50×120000

桩的允许受力    3000吨

桩的重量    290吨

活塞杆等随桩件重    13吨

反跳部分重    250吨

允许反跳高度    4米

活塞杆长度    5.5米

气缸内径    350毫米

最大火药气体压力    2500公斤/平方厘米

装药量    2.5升

药室容积    20立方分米

每次冲击所做的功    1000吨-米

最高冲击频率    15次/分

最大冲击力    2400吨

打一根桩约需要80次冲击。这种打桩机也可用来打桥墩。

Claims (2)

1、打桩机、其特征在于：

a、能随桩[6]下降的打桩机的动力部分[5]上有一个相当长的气缸、一个防回火单向阀[9]、一个能把预定的液体火药量通过防回火单向阀[9]注入药室[10]中的可控变药量装药装置[8]和一个用于点燃药室中的液体火药的耐高温、耐高压、耐腐蚀的点火电咀[11]，一个相当长的活塞杆[13]可在动力部分[5]的气缸内滑动。

b、采用液体火药为打桩的动力源。

2、根据权利要求1所述的打桩机，其所用的液体火药有时也称为液体推进剂，它包括单元液体推进剂和双元液体推进剂，也包括由工业发烟硝酸与煤油之类可燃液体按一定比例混合的液体。

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