CN103422505B - 一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，包括液压控制系统和电路控制系统，液压全自动打桩机设置有吊桩卷扬机、自由下放重锤卷扬机和自动夹桩机构，所述的吊桩卷扬机和自由下放重锤卷扬机分别与吊桩控制油路和重锤控制油路连接，所述的吊桩控制油路和重锤控制油路并联设置在液压控制系统油路中，所述的自由下放重锤卷扬机上设置有自动控制机架绞链机构，所述的自动控制机架绞链机构与电路控制系统中的PLC控制器连接，所述的自动夹桩机构设置在打桩机主臂上，所述的自动夹桩机构的夹桩控制系统与PLC控制器连接。该自动打桩机无需柴油锤，桩柱自动定位，开始打桩后，打桩过程全自动，操作简单省力，效率高，成本低，经济效益高。

Description

一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机。

背景技术

现有打桩机有用柴油锤作为动力的，也有用油缸作为动力的，所有打桩设备都需要一台吊桩的卷扬机和一台吊锤的卷扬机。

因为桩是由吊桩机中的吊桩卷扬机从放在建筑工地上的远处拖拉过来后再提升上去的，因为桩必须立放在重锤的下面，重锤有一定的宽度和厚度，现有的吊桩卷扬机无法自动将桩柱立在重锤下面，因为一根钢丝绳它只能从重锤的一侧把桩柱斜的吊起来，这时钢丝绳绑在桩柱的上端，为了让它立正，必须由几个人用人工把它扶正并放到指定点上，这一方面要增加操作工人，同时也存在安全隐患。

中国专利文献（公开日：2012年11月21日，公开号：CN202543924U）公开了一种立柱液压打桩机，包括底盘、桩锤、打桩架、液压油箱和柴油机，所述打桩架包括动臂和垂直柱，所述桩锤的两侧设有滚轮，所述垂直柱内侧设有与桩锤的滚轮适配的凹槽，所述桩锤链接动臂的一端，所述动臂的另一端链接有连接杆，所述连接杆链接在底盘上，所述动臂的中间位置还链接第一液压缸的顶端，所述第一液压缸的底端固定在底盘上，所述垂直柱的水平两侧各链接第二液压缸的顶端，所述第二液压缸的底端链接有竖臂，所述竖臂固定在底盘上。

上述技术方案解决的是打桩机冲击力强度低，定位不准确、精度不高以及液压油散热不好的问题。

中国专利文献（公开日：2012年5月2日，公开号：CN102433885A）公开了一种新型锤抓挖打桩机，包括运输车底盘、液压站、操作柜、液压卷扬机、升降油缸，全都设置在运输车底盘上，支撑油缸设置在运输车底盘下面前后，升降机架设置在运输车底盘最后端，升降机架内侧设置有一锤抓挖机体，锤抓挖机体内设置有重锤、重锤内孔中设置有锤抓挖推拉杠杆、在锤抓挖推拉杠杆上端设置有档盘，下端设置一推拉盘，在推拉盘上端弹簧外圆设置有多个自动挡盘机构、在锤抓挖机体最下端设置有可拆装岩石掘进盘，在锤抓挖机体内设置有锤击面、消音垫和锤抓挖传动杆等。

上述技术方案解决的是现有的打桩机不能适应复杂地质打桩的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中打桩机用柴油锤噪音大、污染环境，吊锤卷扬机体积庞大，桩柱定位需要人工操作，存在安全隐患、操作费力，效率低的问题而提供一种无需柴油锤，桩柱能自动定位，操作简单省力，打桩过程全自动，效率高，成本低，经济效益高的用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，包括液压控制系统和电路控制系统，液压全自动打桩机设置有吊桩卷扬机、自由下放重锤卷扬机、自动打桩控制结构和自动夹桩机构，所述的吊桩卷扬机和自由下放重锤卷扬机分别与吊桩控制油路和重锤控制油路连接，所述的吊桩控制油路和重锤控制油路并联设置在液压控制系统油路中，所述的自由下放重锤卷扬机上设置有自动控制机架绞链机构，所述的自动控制机架绞链机构与电路控制系统中的PLC控制器连接，所述的自动夹桩机构设置在打桩机主臂上，所述的自动夹桩机构的夹桩控制系统与PLC控制器连接。同时该自动打桩机的吊桩卷扬机和自由下放重锤卷扬机分别与两个并联设置的吊桩控制油路和重锤控制油路连接，这样的结构可以实现吊桩和打桩分别控制，使得吊桩和打桩呈连锁状态。而自由下放重锤卷扬机上设置有自动控制机架绞链机构，具有自动控制作用的机架绞链机构是通过绞链机构的动作并通过PLC控制器自动控制的。该自动打桩机直接利用一台具有自由下放功能的自由下放重锤卷扬机作为动力，利用该自由下放重锤卷扬机把重锤提升到一定高度，利用重锤的势能进行打桩，当自由下放重锤卷扬机处于自由下放工况时卷筒处于完全自由状态，重锤把势能变为动能，利用冲击力打击桩头，使桩进入地基。每次重锤打桩时，自由下放重锤卷扬机的卷筒要处于自由状态，在重锤重力的作用下打击桩柱，并联油路的设置，使打桩卷扬机每次打桩时，吊桩卷扬机卷筒就处于浮动状态，使吊桩钢丝绳能顺利地随着桩柱下降；为了解决现有打桩机桩柱定位需要人工操作，存在安全隐患的问题，该自动打桩机在主臂上设置有自动夹桩机构，当吊桩卷扬机从远处将桩柱吊拉过来后，通过控制自动夹桩机构，可以正确地把桩柱竖立在重锤下，实现自动定位，放松吊桩卷扬机的钢丝绳，桩柱就会在重力作用下落在指定的打桩点上，然后开始打桩。该自动打桩机体积小，结构简单，噪音小、污染少，桩柱自动定位，操作安全省力，效率高，成本低。

作为优选，所述的打桩机主臂的上端设置有两个导向滑轮，所述的吊桩卷扬机的钢丝绳和自由下放重锤卷扬机的钢丝绳分别绕过导向滑轮，所述的自由下放重锤卷扬机上的钢丝绳的下端连接有重锤，所述的重锤与主臂之间设置有导向装置，所述的重锤的下方通过钢丝绳吊有桩帽。两个导向滑轮使从吊桩卷扬机和自由下放重锤卷扬机出来的两根钢丝绳分别绕过导向滑轮再下来吊桩和吊锤，在桩柱到位后，桩柱处于重锤的正前方并被悬吊离开地面，操作夹桩机构，使上下两个夹爪把桩夹住并立直，进一步操作伸缩油缸，可以把桩柱从重锤前面拉进来到达重锤的下面，然后操纵吊桩卷扬机把桩放下，使桩下面的尖端进入地面。该自动打桩机直接利用一台具有自由下放功能的自由下放重锤卷扬机作为动力，当自由下放重锤卷扬机把重锤提升到一定高度后，利用重锤的势能进行打桩，当卷扬机处于自由下放工况时卷筒处于完全自由状态，重锤把势能变为动能，利用冲击力打击桩头，使桩进入地基。重锤与主臂之间设置导向装置，是为了保证重锤打桩的准确性，重锤的下方设置桩帽，是为了避免重锤直接打在柱头上，在打桩过程中，重锤先打在桩帽上再通过桩帽传递力到桩头上。

作为优选，所述的导向滑轮包括吊桩导向滑轮和吊锤导向滑轮，吊桩导向滑轮设置在吊锤导向滑轮的前端，并且吊桩导向滑轮的轴线与吊锤导向滑轮的轴线在同一平面上，吊桩导向滑轮和吊锤导向滑轮的中心距大于重锤纵向宽度一半加吊锤导向滑轮半径减吊桩导向滑轮半径。

作为优选，所述的自由下放重锤卷扬机包括重锤卷扬机机架、机架底座、传动装置、钳盘制动器、重锤卷扬机卷筒、离合器和压绳装置，所述的传动装置设置在重锤卷扬机机架上并与设置在重锤卷扬机卷筒内部的离合器连接，所述的钳盘制动器安装在重锤卷扬机机机架上，钳盘在卷筒侧板上，所述的自动控制机架绞链机构设置在重锤卷扬机机架与机架底座一侧的两端，所述的重锤卷扬机机架与机架底座的另一侧两端的连接处设置有限位装置，所述的自动控制机架绞链机构与限位装置设置在机架两侧。该自动打桩机的自由下放重锤卷扬机具有自由下放功能，具有自动控制作用的自动控制机架绞链机构是通过绞链机构的动作并通过PLC控制器自动控制的，重锤卷扬机机架的一侧与机架底座由绞链连接可转动，这样的结构使得重锤卷扬机机架成为一个可以绕支点转动的装置，启动传动装置后，传动装置将动力传递到重锤卷扬机卷筒内部的离合器上，通过离合器带动重锤卷扬机卷筒工作，重锤卷扬机卷筒带动钢丝绳进而带动重锤工作，实现自动循环，传动装置启动后就无需操作打击和提升，自由下放重锤卷扬机机架可通过自动控制机架绞链机构转动，提升和自由下放重锤时，因为钢丝绳上均作用有重锤所产生的力，该力的作用使重锤卷扬机机架绕支点处于被提升状态，也就是绕支点转动的重锤卷扬机机架的另一侧处于向上提升的位置，通过设置限位装置，使重锤卷扬机机架的位置进行限定，当重锤打击到桩头时，钢丝绳上不再承受重锤所产生的重力，因而重锤卷扬机机架在自身重力作用下，将绕支点与原来回转方向相反方向转动，此时重锤卷扬机机架回复到机架底座上，通过自动控制机架绞链机构来实现液压系统自动控制的功能，使重锤打击桩头后通过PLC延时发出指令，重锤卷扬机会自动提升重锤，重锤提升到一定高度后PLC又会发出指令使重锤卷扬机的卷筒处于自由下放状态，此时重锤就会自由下落实现打击桩头的目的。在重锤卷扬机机架上设置钳盘制动器，钳盘在卷筒侧板上，钳盘式制动器的功能是为了防止自由下放过程中卷扬机卷筒因惯性而出现钢丝绳过放，当重锤卷扬机提升重锤时钳盘制动器是打开的，当自由下放后在PLC控制下它将延时自动闭合，当重锤打击桩头后它立即对快速旋转的重锤卷扬机卷筒施加一个制动力，使重锤卷扬机卷筒在重锤打击后很快被制动，也就是当重锤卷扬机卷筒中的离合器再次闭合时，重锤卷扬机卷筒应处于自由静止状态，并且，不能受到重锤力的作用，这样重锤卷扬机卷筒中离合器从打开位置到闭合过程重锤卷扬机卷筒是处于自由不受力且静止不动的状态，使离合器的摩擦片不受损伤，保证离合器能够正常工作，同时延长离合器的寿命。

作为优选，所述的自动控制机架绞链机构包括机架绞链轴和电器行程开关，所述的电器行程开关和PLC控制器与二位三通电磁阀相连接，所述的二位三通电磁阀的油口分别与控制压力油口、离合器控制口和油箱连接，所述的重锤卷扬机机架的左侧下部刚性连接有控制板，电器行程开关的行程控制滑轮与控制板接触。电器行程开关的行程控制滑轮当卷筒钢丝绳不受力时是被装在机架上的控制板压住的。具有自动控制作用的机架绞链机构是通过绞链机构的动作和设置在绞链机构处的电器行程开关和PLC控制器自动控制的。当重锤卷扬机提升重锤时，重锤卷扬机机架受垂直向上分力，致使重锤卷扬机机架绕支点铰接轴回转，并在限位装置的作用下上移一定距离后定位不动，而此移动距离将使电器行程开关在自身弹簧作用下复位，发出电信号通过PLC延时发出信号，在发出信号前，二位三通电磁阀将离合器控制口继续保持与油箱连通，离合器处于闭合连接状态，也就是重锤卷扬机继续把重锤向上提升，在经过预先设定的时间后，PLC控制器发出指令，二位三通电磁阀得电，使控制电磁阀处于离合器控制口与控制压力油接通状态，此时离合器在控制油缸压力作用下使重锤卷扬机卷筒处于自由浮动状态，在重锤重力作用下发生快速自由下放并打击桩柱，在重锤打击桩柱的瞬间，吊重锤的钢丝绳处于松懈状态，这样重锤卷扬机机架上向上的牵引分力消失，重锤卷扬机机架将绕着支点铰链轴向下移动，电器行程开关滚轮受压使二位三通电磁阀立即断电，二位三通电磁阀的阀芯又回到原始状态，也就是离合器控制口与油箱接通，离合器又会合上并驱动卷扬机卷筒提升打桩重锤，往复循环，实现自动打桩。

作为优选，所述的传动装置包括液压马达、液压制动器、行星减速器和花键轴，所述的离合器由与花键轴相连的主动摩擦片和与重锤卷扬机卷筒相连的从动摩擦片组成。液压马达经液压制动器、行星减速器、花键轴驱动末级传动的离合器，构成主传动链，离合器由与花键轴相连的主动摩擦片和与卷筒相连的从动摩擦片组成，当两种摩擦片相互作用产生压紧力时，离合器合上传递扭矩，使重锤卷扬机卷筒可以提升或下放工作，当两种摩擦片之间没有压紧力作用时，重锤卷扬机卷筒与主传动链完全脱开，此时重锤卷扬机卷筒处于自由轮状态，因而在钢丝绳重锤的重力作用下，实现自由转动，利用吊在钢丝绳末端的重锤的重力作用自由下滑使势能变为动能实现打桩功能。

作为优选，限位装置包括限位螺钉、螺旋弹簧和限位套，所述的限位螺钉分别与卷扬机底座和重锤卷扬机机架连接，所述的重锤卷扬机机架上设置有与限位螺钉相配合的限位孔，所述的螺旋弹簧套设在限位螺钉上，所述的限位套设在螺旋弹簧的外面。限位套的作用是限制重锤卷扬机机架的移动距离，当重锤卷扬机提升重锤时，重锤卷扬机机架受垂直向上分力，致使重锤卷扬机机架绕支点铰链轴回转，并在限位套的作用下，上移一定距离后定位不动，而此移动距离将使电器行程开关在自身弹簧作用下复位。

作为优选，自动夹桩机构沿打桩机主臂高度方向上下设置有两个，每个自动夹桩机构包括两个夹桩油缸，左右两根夹爪，两根夹爪分别与一个伸缩臂和两个绞链相连接，所述的伸缩臂与一只伸缩油缸的活塞杆刚性连接，所述的伸缩油缸缸体刚性安装在主臂上。为了把桩柱扶正到打桩指定的位置，实现自动定位，它是通过设置在主臂中部和下部的两个自动夹桩机构来实现的。吊桩卷扬机将放在工地上的桩柱从远处吊拉到打桩机前面并将它吊起直到桩尖离地，此时操作夹桩油缸使它处于活塞杆伸出工况，即夹爪处于打开状态，在夹桩油缸全部伸出后，再操作夹桩油缸的控制阀使夹桩油缸活塞杆缩回，此时上下两个夹爪就把桩柱抓牢，然后操作伸缩油缸使活塞杆伸出把桩向里拉到重锤底下自动定位，这时操作吊桩卷扬机使桩柱放下来一直到桩尖着地，定位到预定的打桩位置上，此时即可操作吊锤卷扬机使控制阀处于打桩位置，使桩帽对准桩柱的上端部，在桩帽正确就位后，快速下放重锤，在预设的PLC程序控制下实现自动打桩，并在桩进入地面1m左右后，自动夹桩机构会自动打开夹爪，使它不会影响整个自动打桩过程。自动夹桩机构的设置不但可以节约人工，提高安全性，还可以提高打桩机的工作效率和桩柱定位的正确性。

作为优选，替代机械式自控装置的还有用声音控制装置或受力变化通过应变传感装置，所述的声音控制装置或应变传感装置与PLC控制器连接，所述的声音控制装置包括声音传感器和放大器，所述的应变传感装置包括应变式压力传感器和放大器，所述的放大器与PLC控制器相连接。该自动打桩机的PLC控制信号除了采用上述机械行程信号外，还可以利用上述重锤打击所产生的声响经过声音传感器、放大器或机架受力变形通过应变片产生的压电信号来替代机械行程信号经放大传给PLC控制器实现打桩过程的全自动控制。采用特定频率的声音传感器采集重锤敲击桩的声音，当重锤打到桩时，声音传感器采集到重锤敲击桩的声音后，将信号经放大器放大传递给PLC控制器实现打桩过程的全自动控制。或者通过应变式压力传感器将打桩机机架受力变形的信号经放大传递给PLC控制器实现打桩过程的全自动控制。

作为优选，该全液压自动打桩机设置有发动机、液压泵站、液压操纵阀组、运输车和打桩机机架，打桩机机架包括主臂和与主臂连接的两根撑杆，打桩机主臂绞连在运输车平台的前端，导向装置为导向滑轨设置在主臂上，液压泵站分别与发动机和液压控制系统、电路控制系统连接，电路控制系统中设有PLC控制器。该全液压自动打桩机设置有发动机、液压泵站和运输车，打桩机主臂绞连在运输车平台的前端，打桩机机架包括主臂和与主臂连接的两根撑杆，液压泵站分别与发动机、液压控制系统和电路控制系统连接。

本发明的有益效果是：该自动打桩机在原理上和结构上均区别于现有打桩机，直接利用具有自由下放功能的重锤卷扬机作为动力源，利用重锤的势能在自由下放过程中转化为动能产生打击力，省略了具有动力源的锤头，免除了柴油锤所产生废气和噪音的污染，有利于环保、节能；自由下放重锤卷扬机上设置有自动控制机架绞链机构，具有自动控制作用的机架绞链机构是通过绞链机构的动作行程信号经过传感元件并通过PLC控制器实现自动打桩功能。

该自动打桩机设置有自动夹桩机构，成本低，与现有打桩机相比，效率可以提高2～4倍，成本可以降低30％以上，而且每台打桩机可以省去人工3人以上，大大节约运行成本，具有显著的经济效益，提高了安全性，还可以提高打桩机的工作效率和桩柱定位的正确性。

该自动打桩机除采用自由下放重锤卷扬机进行机械式自动控制外，还可采用声音控制装置或应变传感装置替代机械式信号进行信号控制，由该两种信号可以可靠地控制液压系统实现该打桩机工况的自动循环；这两种自动控制装置能有效地保证打桩机自动控制的实现。

该自动打桩机还在重锤卷扬机机架上设置钳盘制动器，钳盘在卷筒侧板上，钳盘式制动器可有效地防止自由下放过程中重锤卷扬机卷筒因惯性而出现钢丝绳过放的问题从而提高打桩效率，同时又能使离合器的摩擦片不受损伤，保证离合器能够正常工作，延长离合器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机的一种结构示意图；

图2是本发明中自由下放重锤卷扬机机械式自动控制机构的一种结构示意图；

图3是图2中的自由下放重锤卷扬机的局部剖视图；

图4是图1中A-A剖视图；

图5是本发明液压控制系统的一种结构示意图；

图中：1、液压泵站，2、发动机，3、运输车，4、撑杆，5、主臂，6、吊桩卷扬机，7、自由下放重锤卷扬机，71、重锤卷扬机机架，711、控制板，72、机架底座，73、传动装置，731、液压马达，732、液压制动器，733、行星减速器，734、花键轴，74、钳盘制动器，75、重锤卷扬机卷筒，76、离合器，761、主动摩擦片，762、从动摩擦片，78、限位装置，781、限位螺钉，782、螺旋弹簧，783、限位套，79、压绳装置，8、自动控制机架绞链机构，81、绞链轴，82、电器行程开关，84、二位三通电磁阀Ⅰ，85、二位三通电磁阀Ⅱ，9、自动夹桩机构，91、伸缩油缸，92、伸缩臂，93、绞链，94、夹桩油缸，95、夹爪，10、导向滑轮，101、吊桩导向滑轮，102、吊锤导向滑轮，11、重锤，12、桩帽，13、液压操纵阀组，14、桩柱。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1：

在图1所示的实施例中，一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，包括液压泵站1、发动机2、液压控制系统、电路控制系统、运输车3、液压操纵阀组13、绞连在运输车3前端的打桩机主臂5和与主臂5呈三角形结构连接的两根撑杆4组成，导向装置为导向滑轨设置在主臂5上，液压泵站1分别与发动机2和液压控制系统、电路控制系统连接，电路控制系统中设有PLC控制器，操作液压操纵阀组13即可实现对该打桩机的控制。运输车3的平台上设置有吊桩卷扬机6、自由下放重锤卷扬机7和自动夹桩机构9，吊桩卷扬机6和自由下放重锤卷扬机7分别与吊桩控制油路和重锤控制油路连接，吊桩控制油路和重锤控制油路并联设置在液压控制系统油路中（见图5），自由下放重锤卷扬机7上设置有自动控制机架绞链机构8，自动控制机架绞链机构8与通过电器行程开关82和电路控制系统中的PLC控制器连接，自动夹桩机构9设置在打桩机主臂5上，自动夹桩机构9的夹桩控制系统通过电磁阀的控制电路与PLC控制器连接。自动控制机架绞链机构8（见图3）包括机架绞链轴81和电器行程开关82，电器行程开关82和PLC控制器与二位三通电磁阀相连接。由电器行程开关82控制的二位三通电磁阀Ⅰ84的油口分别与控制压力油口、离合器控制口和油箱连接，而电器行程开关82控制的另外一个二位三通电磁阀II85的油口分别与控制压力油口、钳盘制动器控制口和油箱连接，重锤卷扬机机架71的左侧下部刚性连接有控制板711，电器行程开关82的行程控制滑轮与控制板接触。电器行程开关82的行程控制滑轮当卷筒钢丝绳不受力时是被装在机架上的控制板711压住的。

打桩机主臂5的上端设置有两个导向滑轮10，吊装卷扬机6的钢绳和自由下放重锤卷扬机7的钢绳分别绕过导向滑轮10，自由下放重锤卷扬机7上的钢绳的下端连接有重锤11，重锤11与主臂5之间设置有导向装置，重锤11的下方通过钢丝绳吊有桩帽12。导向滑轮10包括吊桩导向滑轮101和吊锤导向滑轮102，吊桩导向滑轮101设置在吊锤导向滑轮102的前端，并且吊桩导向滑轮101的轴线与吊锤导向滑轮102的轴线在同一平面上，吊桩导向滑轮101和吊锤导向滑轮102的中心距大于重锤11纵向宽度一半加吊锤导向滑轮半径减吊桩导向滑轮半径。

自由下放重锤卷扬机7（见图2）包括重锤卷扬机机架71、机架底座72、传动装置73、重锤卷扬机卷筒75、离合器76和压绳装置79，传动装置73设置在重锤卷扬机机架71上并与设置在重锤卷扬机卷筒75内部的离合器76连接，钳盘制动器74安装在重锤卷扬机机架71上，其常开制动器摩擦片设置在重锤卷扬机卷筒75的侧板上，重锤卷扬机机架71与机架底座72一侧的两端通过绞链轴81可转动连接，重锤卷扬机机架71与机架底座72的另一侧两端的连接处设置有限位装置78，自动控制机架绞链机构8与限位装置78设置在机架两侧。

传动装置73包括液压马达731、液压制动器732、行星减速器733和花键轴734，离合器76由与花键轴734相连的主动摩擦片761和与重锤卷扬机卷筒75相连的从动摩擦片762组成。

限位装置78包括限位螺钉781、螺旋弹簧782和限位套783，限位螺钉781分别与卷扬机底座72和重锤卷扬机机架71连接，重锤卷扬机机架71上设置有与限位螺钉781相配合的限位孔，螺旋弹簧782套设在限位螺钉781上，限位套783设在螺旋弹簧782的外面，在重锤卷扬机机架71的左侧下部刚性连接有控制板711，控制板711下面设置有安装在机架底座72上的电器行程开关82，它的上端滑轮与控制板711相接触（当机架不受向上分力时）。

自动夹桩机构9（见图4）沿打桩机主臂5高度方向上下设置有两个，每个自动夹桩机构9包括两个夹桩油缸94，左右两根夹爪95，两根夹爪95分别与一个伸缩臂92和两个绞链93相连接，伸缩臂92与一只伸缩油缸91的活塞杆刚性连接，伸缩油缸91缸体刚性安装在主臂5上。

该自动打桩机还可用声音控制装置或受力变化通过应变传感装置来替代机械式自控装置，声音控制装置或应变传感装置与PLC控制器连接，声音控制装置包括声音传感器和放大器，应变传感装置包括应变式压力传感器和放大器，放大器与PLC控制器相连接。

由PLC控制的二位三通电磁阀Ⅰ84失电时重锤提升，PLC的CPU开始计时，延时至延时调节器调定的时间（即重锤调定至上升高度所需时间），二位三通电磁阀Ⅰ84得电离合器打开，重锤自由下落，等重锤打击桩后，在PLC控制下，控制钳盘制动器的二位三通电磁阀II85得电，钳盘制动器夹紧卷筒，使卷筒停止转动后，PLC控制器发出指令使得二位三通电磁阀II85失电，钳盘制动器打开，同时传感器因应力消失或减少发出信号经放大器和PLC控制器使二位三通电磁阀Ⅰ84失电，离合器关闭，重锤又被提升，如此往复循环自动打桩。

该自动打桩机的工作原理：

在自由下放重锤卷扬机的机架底座72一侧两端装有可转动的绞链轴81，自由下放重锤卷扬机7在受拉力后可以绕此支点绞链轴81转动，在机架底座72的另一侧两端装有4只限位螺钉781，与限位螺钉781相配的4只重锤卷扬机机架71上的限位孔可以沿限位螺钉781上下运动，在限位螺钉781外分别装有螺旋弹簧782，螺旋弹簧782外有一个限位套783，限位套783的作用是限制重锤卷扬机机架71的移动距离，当重锤卷扬机提升重锤11时，重锤卷扬机机架71受垂直向上分力，致使重锤卷扬机机架71绕支点绞链轴81回转，并在限位套783的作用下，上移一定距离后定位不动，而此移动距离将使电器行程开关82在自身弹簧作用下复位，该电器行程开关82与PLC控制器连接，通过PLC控制器预先设定延时时间，这时电器行程开关82虽已复位，但二位三通电磁阀Ⅰ84并不动作，二位三通电磁阀Ⅰ84将离合器76控口继续保持与油箱相通，离合器76为常闭式离合器，离合器76在碟形弹簧力作用下是处于闭合连接状态，也就是重锤卷扬机继续把重锤11向上提升，由PLC经过预先设定的时间t后PLC发出指令使控制电磁阀使其处于离合器76控制口与控制压力油接通状态，此时常闭离合器76在控制油缸压力作用下把碟形弹簧力平衡，并使两种摩擦片之间压紧力消除，此时，重锤卷扬机卷筒75将处于自由浮动状态，在重锤11重力作用下发生快速自由下放打击桩柱14，随着重锤卷扬机卷筒75处于自由下放状态，此时作用在重锤卷扬机机架71向上的牵引分力消失，为此重锤卷扬机机架71将绕着支点绞链轴81向下移动，并由设置在重锤卷扬机机架71与机架底座72之间的弹性垫加以防振，重锤打桩后，在PLC控制下，二位三通电磁阀II85得电，钳盘制动器夹紧卷筒，使卷筒停止转动后，PLC控制器发出指令使得二位三通电磁阀II85失电，钳盘制动器打开后，PLC指令使二位三通电磁阀Ⅰ84处于失电状态，由于电气行程开关处于束压状态，这时离合器76控制口与油箱接通，离合器76又会合上并驱动重锤卷扬机卷筒75提升打桩重锤11，如此往复循环实现自动打桩功能。

而吊桩过程则通过吊桩卷扬机6来完成，该吊桩卷扬机6与自由下放重锤卷扬机7之间是液压连锁的，每次重锤11打桩时，打桩机的重锤卷扬机卷筒75要处于自由状态，吊桩卷扬机的卷筒处于浮动状态，也就是吊桩液压马达的制动器被打开，同时马达进出油口被短路，这可以从图5的液压系统中看到，也就是控制吊锤卷扬机离合器的控制压力油路与控制吊桩卷扬机制动器的控制油路和控制吊桩卷扬机驱动液压马达进出口短路阀的控制口三者是并联的，只要离合器脱开，制动器也脱开同时液压马达进出口就被短路。因此，每次打桩时，在打桩力的作用下吊桩钢丝绳会自动跟随桩柱下降。

如图1所示，每次打桩前，先用吊桩卷扬机6把桩柱从远处吊拉到桩机前面，并把桩柱吊起，使桩尖刚好离开地面。由于设计已保证吊桩钢丝绳在重锤的正前方，这样操作自动夹桩机构，利用两个张开的夹爪，在夹桩油缸缩回时，上下两副夹爪就把桩柱抱住，然后再操作伸缩油缸把桩柱从重锤前方拉到重锤下面，使它与预定的打桩位置对中，此时操作吊桩卷扬机使桩尖进入地面，此时即可操作重锤卷扬机，通过重锤与主臂之间的导向装置，可以保证重锤打桩的准确性，开始时先轻打，放松吊桩卷扬机6的钢丝绳，桩柱14就会在重力作用下落在指定的打桩点上，然后开始打桩，在桩柱14进入地基一段长度后PLC控制器会自动打开两副夹爪使它不会影响锤自动打桩，上述全过程均无需人力扶正桩柱，只要一个人轻松地操作油缸和卷扬机就可以了，在开始打桩后，整个过程全由PLC自动控制，不但可节约人工，提高安全性，并可提高打桩机的工作效率和桩柱定位的正确性。

液压全自动打桩机自由下放重锤卷扬装置的原理：

液压马达731经液压制动器732、行星减速器733、花键轴734驱动末级传动的离合器76，离合器76由与花键轴734相连的主动摩擦片761和与重锤卷扬机卷筒75相连的从动摩擦片762组成。当两种摩擦片相互作用压紧时，离合器76合上能传递扭矩，使重锤卷扬机卷筒75可以提升或下放工作。当两种摩擦片之间没有压紧力作用时重锤卷扬机卷筒75与主传动链完全脱开，此时重锤卷扬机卷筒75只支承在左右两端的轴承上，处于自由轮状态，在钢丝绳连接的重锤的重力作用下，实现自由转动，利用吊在钢绳末端上重锤的重力的作用自由下滑使势能变为动能实现打桩功能。打桩的打击力取决于重块的质量和高度，打击频率取决于卷扬机的功率。

钳盘式制动器的功能是为了防止自由下放过程中，重锤卷扬机卷筒因惯性而出现钢丝绳过放，常开式钳盘制动器在自由下放打到桩的瞬间与控制油接通实现制动重锤卷扬机卷筒功能，使卷筒迅速被制动，并使钢丝绳因惯性引起的过放尽可能少，这可以提高打桩机工作效率。

该自动打桩机直接利用一台具有自由下放重锤卷扬机作为动力，通过自由下放重锤卷扬机吊一块重锤，该重锤不像现有的打桩机有的用柴油作为动力，有的用油缸作为动力，而该重锤无需动力，它本身就是一个重块，它的动力来自于具有自由下放功能的重锤卷扬机，自由下放重锤卷扬机把重锤提升一定高度利用它的势能，当自由下放重锤卷扬机处于自由下放工况卷筒处于完全自由状态下，重锤把势能变为动能，该冲击功打击桩头，使桩柱进入地基。该技术方案在原理上和结构上均区别于现有打桩机，其省略了具有动力源的锤头，只要一块成本低的重锤来替代，免除了柴油锤所产生废气和噪音的污染，有利于环保、节能。

该自动打桩机利用具有自由下放功能的自由下放重锤卷扬机7其各个动作的控制是通过两种方法来实现自动循环的，启动后就无需操作打击和提升，把自由下放重锤卷扬机7的吊锤中的重锤卷扬机机架71做成可绕一个支点铰链轴转动的结构，提升和自由下放重锤时，因为钢丝绳上均作用有重锤所产生的力，该力作用重锤卷扬机机架绕支点处于被提升状态，也就是绕支点转动的重锤卷扬机机架另一侧处于向上提升的位置，该位置设计可以限定，当重锤打击到桩头时，钢丝绳上不再承受重锤所产生的重力，因而重锤卷扬机机架在自身重力作用下，将绕支点与原来回转方向相反方向转动，此时重锤卷扬机机架下放到设计设定的机架底座上，利用重锤卷扬机机架上、下移动的距离作为信号可以控制电气行程控制开关来实现液压系统自动控制的功能，使重锤打击桩头后通过PLC发出指令，重锤卷扬机会自动提升重锤，而重锤的提升高度是通过PLC设定值来控制，因为提升高度与提升时间有一个函数关系，也就是只要控制时间t值就等于控制了提升高度值，因而在PLC设定值的控制下重锤提升到一定高度它就会自动控制重锤卷扬机使卷扬机的卷筒处于自由下放状态，此时重锤就会自由下落实现打击桩头的目的，其打击频率可以通过PLC调节，而打击功将取决于重锤的重量和提升高度，它与打桩机的驱动功率相关。除了上述用机械方式实现自动控制外，还有一种方法是用打击桩头发出的声音和应变片式压力开关的应力变化作为信号，由该两种信号可以可靠地控制液压系统实现该打桩机工况的自动循环。

该自动打桩机的自由下放卷扬机在重锤卷扬机机架71上安装有常开式钳盘制动器，其常开制动器摩擦片设置在重锤卷扬机卷筒75的侧板上，当重锤卷扬机提升重锤时钳盘制动器是打开的，当自由下放打桩后它将由PLC控制自动闭合一定时间，也就是当重锤打击桩头后它立即对快速旋转的重锤卷扬机卷筒施加一个制动力，该力的大小可以通过系统中的减压阀来调节，使重锤卷扬机卷筒在重锤打击后很快被制动，但也不能立即制动，需要让钢丝绳少许多放出一点，也就是当重锤卷扬机卷筒中的离合器再次闭合时，重锤卷扬机卷筒应处于自由静止状态，不能受到重锤力的作用，这样重锤卷扬机卷筒中离合器从打开位置到闭合过程重锤卷扬机卷筒是处于自由不受力的静止状态，这样就不会损伤离合器的摩擦片，使离合器能可靠长寿命地工作。

具有自动控制作用的机架绞链机构是通过绞链机构的动作和设置在绞链机构处的电器行程开关和二位三通电磁阀及PLC控制器自动控制，以适应不同工况的要求。

该自动打桩机在原理上和结构上均区别于现有打桩机，将吊桩卷扬机和自由下放重锤卷扬机，实现连锁控制，直接利用具有自由下放功能的自由下放重锤卷扬机作为动力源，省略了具有动力源的锤头，免除了柴油锤所产生废气和噪音的污染，有利于环保、节能；自由下放重锤卷扬机上设置有自动控制机架绞链机构，具有自动控制作用的机架绞链机构是通过绞链机构的动作行程信号经过PLC控制器实现自动打桩功能。该自动打桩机设置有自动夹桩机构，成本低，与现有打桩机相比，效率可以提高2～4倍，成本可以降低30％以上，而且每台打桩机可以省去人工3人以上，大大节约运行成本，具有显著的经济效益，提高了安全性，还可以提高打桩机的工作效率和桩柱定位的正确性。该自动打桩机除采用自由下放重锤卷扬机进行机械式自动控制外，还可采用声音控制装置或应变片传感装置替代机械式信号进行信号控制，由该两种信号可以可靠地控制液压系统实现该打桩机工况的自动循环；这两种自动控制装置能有效地保证打桩机自动控制的实现；该自动打桩机还设置有自动控制机架绞链机构，具有自动控制作用的机架绞链机构是通过绞链机构的动作并通过PLC控制器自动控制的，使打桩机机架满足打桩和吊桩不同工况的需要；该自动打桩机还在重锤卷扬机机架上设置钳盘制动器，钳盘在卷筒侧板上，钳盘式制动器可有效地防止自由下放过程中重锤卷扬机卷筒因惯性而出现钢丝绳过放的问题从而提高打桩效率，同时又能使离合器的摩擦片不受损伤，保证离合器能够正常工作，延长离合器的使用寿命。

Claims (10)

1.一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，包括液压控制系统和电路控制系统，其特征在于：液压全自动打桩机设置有吊桩卷扬机、自由下放重锤卷扬机和自动夹桩机构，所述的吊桩卷扬机和自由下放重锤卷扬机分别与吊桩控制油路和重锤控制油路连接，所述的吊桩控制油路和重锤控制油路并联设置在液压控制系统油路中，所述的自由下放重锤卷扬机上设置有自动控制机架绞链机构，所述的自动控制机架绞链机构与电路控制系统中的PLC控制器连接，具有自动控制作用的机架绞链机构是通过绞链机构的动作并通过PLC控制器自动控制的，所述的自动夹桩机构设置在打桩机主臂上，所述的自动夹桩机构的夹桩控制系统与PLC控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：所述的打桩机主臂的上端设置有两个导向滑轮，所述的吊桩卷扬机的钢丝绳和自由下放重锤卷扬机的钢丝绳分别绕过导向滑轮，所述的自由下放重锤卷扬机上的钢丝绳的下端连接有重锤，所述的重锤与主臂之间设置有导向装置，所述的重锤的下方通过钢丝绳吊有桩帽。

3.根据权利要求2所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：所述的导向滑轮包括吊桩导向滑轮和吊锤导向滑轮，吊桩导向滑轮设置在吊锤导向滑轮的前端，并且吊桩导向滑轮的轴线与吊锤导向滑轮的轴线在同一平面上，吊桩导向滑轮和吊锤导向滑轮的中心距大于重锤纵向宽度一半加吊锤导向滑轮半径减吊桩导向滑轮半径。

4.根据权利要求1所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：所述的自由下放重锤卷扬机包括重锤卷扬机机架、机架底座、传动装置、钳盘制动器、重锤卷扬机卷筒、离合器和压绳装置，所述的传动装置设置在重锤卷扬机机架上并与设置在重锤卷扬机卷筒内部的离合器连接，所述的钳盘制动器安装在重锤卷扬机机架上，钳盘在重锤卷扬机卷筒侧板上，所述的自动控制机架绞链机构设置在重锤卷扬机机架与机架底座一侧的两端，所述的重锤卷扬机机架与机架底座的另一侧两端的连接处设置有限位装置，所述的自动控制机架绞链机构与限位装置设置在机架两侧。

5.根据权利要求4所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：所述的自动控制机架绞链机构包括机架绞链轴和电器行程开关，所述的电器行程开关和PLC控制器与二位三通电磁阀相连接，所述的二位三通电磁阀的油口分别与控制压力油口、离合器控制口和油箱连接，所述的重锤卷扬机机架的左侧下部刚性连接有控制板，电器行程开关的行程控制滑轮与控制板接触。

6.根据权利要求4所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：所述的传动装置包括液压马达、液压制动器、行星减速器和花键轴，所述的离合器由与花键轴相连的主动摩擦片和与重锤卷扬机卷筒相连的从动摩擦片组成。

7.根据权利要求4或5所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：限位装置包括限位螺钉、螺旋弹簧和限位套，所述的限位螺钉分别与卷扬机底座和重锤卷扬机机架连接，所述的重锤卷扬机机架上设置有与限位螺钉相配合的限位孔，所述的螺旋弹簧套设在限位螺钉上，所述的限位套设在螺旋弹簧的外面。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：自动夹桩机构沿打桩机主臂高度方向上下设置有两个，每个自动夹桩机构包括两个夹桩油缸，左右两根夹爪，两根夹爪分别与一个伸缩臂和两个绞链相连接，所述的伸缩臂与一只伸缩油缸的活塞杆刚性连接，所述的伸缩油缸缸体刚性安装在主臂上。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：替代机械式自控装置的还有用声音控制装置或受力变化通过应变传感装置，所述的声音控制装置或应变传感装置与PLC控制器连接，所述的声音控制装置包括声音传感器和放大器，所述的应变传感装置包括应变式压力传感器和放大器，所述的放大器与PLC控制器相连接。

10.根据权利要求2所述的一种用自由下放卷扬机驱动重锤的液压全自动打桩机，其特征在于：液压全自动打桩机还设置有发动机、液压泵站、液压操纵阀组、运输车和打桩机机架，打桩机机架包括主臂和与主臂连接的两根撑杆，打桩机主臂绞连在运输车平台的前端，导向装置为导向滑轨设置在主臂上，液压泵站分别与发动机和液压控制系统、电路控制系统连接，电路控制系统中设有PLC控制器。