CN1042758C - 液力打桩装置 - Google Patents

Abstract

液力打桩装置含有壳体(1)和液力分配阀(12)；在壳体(1)内安装冲头(2)和砧座(3)，动力液压缸(4)的活塞杆(5)与冲头(2)相连接。控制部件(14)与液力分配阀(12)分开，并且固定在动力液压缸(4)的壳体(17)上，同时和冲头(2)沿同一轴线。液力分配阀(12)制作成两个活门(21，22)，其中的每一个活门都有两个控制空腔，它们成对地相互连通。第一活门(21)将动力液压缸(4)的活塞室(8)与其活塞杆室(7)连通，而第二活塞门(22)将活塞室(8)与溢流主管(13)连通。

Description

液力打桩装置

本项发明属于建筑机械，更具体地说，属于液力打桩装置。

已知一种液力打桩装置，该装置含有壳体，在壳体内安装能够进行往复运动的冲头，此冲头和壳体内与其呈同轴线安装的砧座相作用(DE.A,2,900,221)。在壳体上部与冲头沿同一轴线安装有动力液压缸，液压缸活塞杆的一端与冲头相连接，而另一端与活塞相连接，活塞将动力液压缸的空腔分成活塞杆室和活塞室。活塞杆室总是与压力主管连通。活塞室通过滑阀式液力分配阀轮流与压力主管和溢流主管连通。液力分配阀的控制部件包含控制缸和柱塞，控制缸由滑阀内的空腔表表面组成，该空腔通过安全阀与溢流管连通，柱塞装在上述空腔内，并且能够进行往复直移运动，其一端与动力液压缸的活塞杆相作用。

已知的这种液力打桩装置具有足够高的可靠性和寿命。但是，在这种构造中，在下部位置进行换向时，反向时刻相对冲头与钻座的撞击时刻不能精确地规定出来，而且还不能加以调节，这种情况导致换向时刻相对于冲击是变动的，而这意味着冲头动能的利用率，也就是打桩工作的效率将降低。

此外，调节冲击功能可以使用附加装置：改变存储液压缸活塞的行程，也就是存储液压缸容积的电磁装置。这种控制方法的实现要根据操作人员的指令，也就是手动的，这种情况不能保证液力打桩装置在具有最有利冲击动能的情况下运行，从而将降低打桩装置的工作效率。

众所周知，滑阀系统要求相邻零件的相当多的表面进行精密加工，而且由于不允许增加漏泄，所以不能用于低粘度液体，首先是水作为工作介质的情况。除此以外，应用滑阀系统作为分配阀会造成动力通路的“短路”，即滑阀在一定的位置时，增加通路和溢流通路成为连通的，这将导致工作液体的损失，并且会降低液压管路的效率达20-25％。

本项发明的基本任务是要研制一种液力打桩装置，该装置中的液力分配阀在结构上要这样制作，使得它可以显著提高打桩工作的效率，并且还要保证能够利用低粘度液体作为工作介质，最好是用水，以及提高打桩装置的效率。

所提出的任务是这样解决的，在液力打桩装置中包含有壳体和在壳体上部与冲头沿一轴线安装的劝力液压缸，安装在壳体内的冲头能够进行往复直移运动，并且与沿同一轴线安装在壳体内的砧座作用，动力液压缸的活塞杆一端与冲头相连接，而另一端与活塞相连接，该活塞将动力液压缸的空腔分成活塞杆室和活塞室，活塞杆室总是与压力主管连通，活塞室通过液力分配阀轮流与活塞杆室和溢流主管连通，液力分配阀的控制部件包含控制缸和安装在控制缸空腔内能够进行往复直移运动的柱塞，控制缸的空腔通过安全阀与溢流主管连通，柱塞的一端与动力液压缸的活塞杆相作用，依照本发明，控制部件与液力分配阀分开，并且被固定在动力液压缸的壳体上，同时与冲头沿同一轴线，而液力分配阀制作成两个活门的型式，其中的第一活门将动力液压缸的活塞室与活塞杆室连通，而第二活门与溢流主管连通，这两个活门的每一个都有两个控制空腔，它们成对地相互连通，同时，关闭第一活门和开启第二活门的第一对空腔与溢流主管连通，并且通过在工作行程终端与动力液压缸的活塞相作用的第一控制阀与压力主管连通，而开启第一活门和关闭第二活门的第二对空腔与控制缸的空腔连通。

将带有柱塞的控制缸与液力分配阀分开制作可以用活门式的液力分配阀替换滑阀式的液力分配阀，这样可以利用低粘度的液体，也就是水作为工作介质，如同在已知技术水平中所知道的那样，使用活门较比使伯滑阀能够提高压力，这是由于没有漏泄，因为压力越大，活门在任何边际位置都被压得越紧。为了使活门换向，只需要一个信号脉冲。在所推荐的结构内，可以借助于动力液压缸的活塞杆作用于柱塞时发生在控制缸内的压力进行活门的换向。

为了保证使各活门顺次动作起来以消除这些活门的“短路”，必须使得第一对空腔内，第一活门空腔的横截面面积大于第二活门空腔的横截面面积，而在第二对空腔内，第二活门空腔的横截面面积大于第一活门空腔的横截面面积。

通过与安全阀并联安装的第一节流阀使控制缸的空腔与溢流主管连通，而通过与砧座相作用的第二控制阀与压力主管连通。

在结构上这样制作，可以保证随着冲头的每个后续循环加大冲头的工作行程，同时可以限制砧座最大的行程，也就是说，在增加桩的掘进量超过允许值的情况下，可以降低动力液压缸活塞的工作行程，同时可以减少冲击动能，在相反的情况下，则有相反的结果，而在增大桩阻力的情况下，动力液压缸可将冲击动能增加至最大值，也就是说，冲击动能的大小决定于因冲击所产生的桩的掘进量。

为了防止液力打桩装置断裂，必须与第二控制阀按并联方式安装一个与砧座相作用的紧急阀。

为了降低第二活门的换向速度，从而为了防止冲击载荷对接触面的破坏，在第二对空腔内，第二活门的空腔通过第二节流阀与控制缸的空腔连通是适当的。

必须在进入孔一侧的控制缸的内端面上安装弹簧，同时，必须通过反向阀将控制缸的空腔与溢流主管连通。

在结构上这样制作，可以消除活塞杆与动力液压缸头部的动力冲击，因为弹簧可以使控制缸的柱塞返回到一定的位置，并且可以通过反向阀从溢流主管吸入工作液体，从而能够不增大活塞的工作行程。

在动力液压缸转换到工作行程时，为了减小控制缸空腔内的压力，因而也就是为了降低控制部件的各零件的金属用量和减轻可动密封的工作状况，通过第三控制阀将活门的第一对控制空腔与溢流主管连通是适宜的，上述第三控制阀的控制空腔与控制缸的空腔是连通的。

最好是使液力打桩装置装有按串联方式安置的第三节流阀和第四控制阀，活门的第一对控制空腔通过以上两个阀与动力液压缸的活塞室连通，同时，第四控制阀的控制空腔通过第一控制控制阀与压力主管连通。

这种情况可以保证液力打桩装置在坚硬土壤工作时可靠地转换到“抬起状态”(空行程)，此时由于冲头弹跳开，第一控制阀的开启状态是受限制的。

为了有效的干预液力打桩装置的自动工作，必须通过与第一节流阀按串联方式安装的附加液力分配阀，将控制缸的空腔与溢流主管和压力主管连通。

依照本发明制作的液力打桩装置所具有的效率较比类似的，然而是使用滑阀式液力分配阀的打桩装置高出20-25％，这样在相同的驱动功率的情况下，可以相应地提高打桩工作的效率。所推荐的这种打桩装置从生态学来看是很干净的，因为用水，包括海水，而不是象已知的技术那样，用矿物油作为工作液体，考虑到这种打桩装置可尽先用于靠近海岸的海事建设和海洋的陆架上，因为在这些地方非常不希望或者不允许有污染周围环境的可能性，所以上述情况是非常重要的，除此以外，所推荐的结构上制作液力打桩装置的方法，可以保证冲击动能调整过程的自动化，这也可提高打桩工作的效率和生产率，而在手动控制的情况下，实际上不可能实现最佳冲击值下的打桩工作。所推荐的这种液力打桩装置的结构在运行中具有高度的可靠性，这种可靠性是由防止事故状况的自动作用系统来保障的，该自动作用系统在由冲击产生的桩掘进量超过最佳值时，可以保证立即甩掉部分冲动能以达到最佳值，上述的高可靠性还由于这种装置对工作液体的污染不敏感。与已知的技术水平相比，这种装置制造起来比较适宜，因为它具有较好的工艺性，不需要进行高精度的精密加工。

下面用具体实施例的详细说明和对附图的引证来解释这项发明，在附图中：

图1表示依照本发明制作的处于初始位置的液力打桩装置；

图2表示依照本发明制作的液力分配阀；

图3表示依照本发明制作的处于换向时刻的液力打桩装置；

图4表示与图3相同的情况，只是打桩装置处于相反的反向时刻；

图5表示依照本发明制作的工作在手动控制工况下，并且处于初始位置的液力打桩装置。

依照本发明制作的液力打桩装置含有壳体1(图1)，在壳体1内装有能够进行进行直移往复运动的冲头2，该冲头和壳体1内与其沿同一轴线安置的砧座3相作用。在壳体1的上部，与冲头2沿同一轴线安装有动力液压缸4。动力液压缸4的活塞杆5一端与冲头2相连接，而另一端与活塞6相连接，活塞6将动力液压缸4的空腔分成活塞杆室7和活塞室8。活塞杆室7总是用压力主管9与泵10连通。活塞室8用导管11与液力分配阀12连通，该液力分配阀将使活塞室或者与活塞杆室7连通，或者与溢流主管13连通。

液力打桩装置装有用液力分配阀12控制的部件14，该部件14由控制缸15和安装在缸内的能够进行往复直移运动的柱塞组成。控制部件14与液力分配阀12分开，是一个易卸的组合体，该组合体与冲头2沿同一轴线，并且固定在动力液压缸4的壳体17上，此外，控制缸15插入内搪孔18，该内搪孔制作在动力副(活塞杆5一活塞6)内，控制缸15还与搪孔组成密封的滑动副。内搪孔18利用排流孔19与周围介质连通。柱塞16的一端与动力液压缸4活塞杆5相作用。为了消除活塞杆5与动力液压缸4的头部的动力冲击，在控制缸15的进入孔一侧的内端面上安装弹簧20。

液力分配阀12制作成两个活门21和22的型式，其中第一活门21将动力液压缸4的活塞室8与活塞杆室7连通，而第二活门22将活塞室8与溢流主管13连通。活门21和22分别具有活塞杆23,24(图2)和活塞25,26以及液力弹簧27,28。活塞杆23,24所具有的直径分别小于杆座29和30，因此，两个活门21,22在关闭位置被这样的力控制住，其大小等于工作压力P乘以杆座29(30)和活塞杆23(24)的横截面的面积差。活塞25和26将包围它们的缸腔分成控制空腔31,32和33,34；这些控制空腔成对地彼此连通。此外，关闭第一活门21和开启第二活门22的第一对空腔31和34与溢流主管13(图1)连通，交且通过工作行程(终端)与动力液压缸4的活塞6相作用的第一控制阀35和压力主管9连通。开启第一活门21和关闭第二活门22的第二对空腔32,33(图2)与控制缸15的空腔36(图1)连通。

为了保证在第一对空腔31,34(图2)内顺次起动活门21和22，第一活门21的空腔31的横载面面积要制作成大于第二活门22空腔34的横截面面积。在第二对空腔32,33内，第二活门22空腔33的横截面面积要制作成大于第一活门21空腔32的横截面面积。

自动改变冲击功能可以这样来实现的，控制缸15的空腔36(图1)通过第二控制阀37与压力主管9连通，该控制阀安装在壳体1的砧座区段，而且要能与砧座3或者打桩装置的其它可动零件作用，此外，控制缸15的空腔36通过与安全阀39按并联方式安装的第一节流阀38与溢流主管13连通。

为了防止事故状况的发生，第二控制阀37要和砧座3相作用的紧急阀40相并联。

保护活门21,22的接触面不被冲击载荷损坏，可以通过降低第二活门22的换向速度来实现，这是由于在第二对空32,33(图2)内，第二活门22的空腔33通过第二节流阀41与控制缸15的空腔36(图1)连通。而第一对空腔31,34(图2)通过节流阀44与压力主管9(图1)和活塞室8连通。

动力液压缸4的活塞6的最大行程工况，可以这样来保证，使控制缸15的空腔36通过反向阀42与溢流主管13连通。

为了减少在动力液压缸4转换为“工作行程”时控制缸15空腔16内的压力，并且进而保证减少控制部件14各零件的金属用量，以及减轻动密封的工作条件，活门21,22的第一对控制空腔31,34(图2)通过第三控制阀43与溢流主管13(图1)连通。而该第三控制阀的控制空腔与控制缸15的空腔36连通。

为了控制液力分配阀12的活门21,22的起动速度和起动可靠性，活门21,22的第一对控制空腔31,34(图2)通过串联方式安装的第三节流阀44和第四控制阀45与活塞室8连通，并且该对控制空腔还与液力蓄能器46连通。第四控制阀45的空腔通过与第一控制阀35与压力主管9连通。

依照本发明制作的液力打桩装置按下列方式工作。

在初始位置，活塞6与活塞杆5(液力打桩装置在垂直状态或者似近垂直状态下进行工作)处于下部位置。活门21和22在液力弹簧27,28(图2)作用下分别处于初始位置(活门21关闭，而活门22开启)，这样一来，动力液压缸4的活塞室8通过液力分配阀12的活门22与溢流主管13连通。第三控制阀43和第四控制阀45关闭，而第一控制阀35开启，液力蓄能器46不充液体。

当油泵10通过压力主管9供给压力时，该压力传送到动力液压缸4的活塞杆室7和液力分配阀12的活门21和22的液力弹簧27,28(图2)，并且将弹簧按住在初始位置，除此以外，工作液体通过第一控制阀35(图1)输送到活门21,22的第一对控制空腔31,34(图2)，并且强迫上述活门处于初始位置(如果它们因某种原因未处于初始位置)。第一活门21被闭锁于关闭状态。

在活塞杆室7(图1)内的压力作用下，活塞6和活塞杆5开始上升，将液体从动力液压缸4的活塞室8通过第二活门22挤入储液槽，直至控制缸15的柱塞16顶到活塞杆5的内搪孔18的底部为止。然后，活塞杆5，活塞6和控制缸15的柱塞16一起上升。控制缸15的柱塞16向上运动的同时，将位于控制缸15空腔36内的液体挤入活门21,22的第二对控制空腔32,33(图2)和第三控制阀43的控制空腔。

随着以上列举的这些零件内压力升高，它们顺次起动。第三控制阀43首先起动，并且将活门21,22的第一对控制空腔31,34(图2)与溢流主管13连通(图1)。每当达到足够的压力，第二活门22便起动，将动力液压缸4活塞室8与溢流主管13隔开。活塞6继续运动，同时压缩封闭在活塞室8内的液体，该液体将液力分配阀12的第二活门22锁闭在关闭状态，并且作用在第一活门21的端面上，由这个压力所产生的合力和第一活门21的空腔32(图2)内的压力一达到足够的值，第一活门21就起动(就开启)，并且将活塞室8(图3)与压力主管9(与活塞杆室7)连通。液体在压力作用下进入动力液压缸4的活塞室8，并且将液力分配阀12的第一活门21锁闭在开启状态。由于活塞杆和活塞的面积差，活塞6和活塞杆5被制动，然后停止。接着开始工作行程。

当着动力液压缸4的活塞6超越距离时，液体从控制缸15通过安全阀39被挤出，并且被排至溢流主管13。

在工作行程期间，活塞6下降，并且脱离开柱塞16，该柱塞将留在活塞6上升时所达到的位置。控制缸15的空腔36内的压力将下降，并且第三控制阀43在弹簧的作用下返回到初始位置。

在第一控制阀35动作时，液力分配阀12进行相反的换向(图4)。活塞6向下运动，并且在冲头2与砧座3冲击之前和第一控制阀35相作用，因此，该控制阀将压力主管9与第四控制阀45的控制空腔连通，开启该第四控制阀，并且通过第三节流阀44与活门21,22的第一对控制空腔31,34连通，而液力蓄能器46连接于这对控制空腔(图4)。

这样一来，液力分配阀12(图4)的上述空腔31,34(图2)通过第一控制阀35同时与压力主管9连通，第一控制阀内在该瞬时的工作压力将第四控制阀45锁闭在开启位置。如果在活塞6具有边坡的情况下，第一控制阀35关闭，活门21,22的第一对控制空腔31,34(图2)在压力作用下将停止，这样，就可保证活门21,22的转换与动力液压缸4活塞6的位置(图4)无关。在液力蓄能器46充至一定压力以后，由于活门21,22的第一对控制空腔31(图2)，34的横截面面积差和活门21,22具有不同的锁闭力。活门21,22将顺次起动。按照回路：第三节流阀44-第四控制阀45-第二活门22起动各阀以后，液力蓄能器46(图4)进行卸压，而第三控制阀43起动后，直接从该阀卸压。

利用选择第三节流阀44的截面和液力蓄能器46的容量来调节在活塞室8(图1)与溢流主管13处于连通位置的情况下第一和第二活门21和22的转换时刻，而第二活门22的转换速度由第二节流阀41的截面来决定。

利用与第一节流阀38并联的安全阀39来实现调节冲击动能的自动工况，在这种情况下，部分液体在上面反向时从控制缸15的空腔36通过第一节流阀38排出。结果，控制缸15的柱塞16随每一循环将占据比前一循环较高的位置，也就是说，活塞6和活塞杆5随每一循环都上升得高一些，从而增大冲击动能。这种情况一直进行到液力打桩装置达到最大冲击动能工况或者桩47的掘进量达到最大值时为止。

当工作在最大冲击动能的情况下，控制缸15的柱塞16压缩弹簧20，将液体从控制缸15的空腔36内挤出。当着活塞杆5与活塞6向下运动时，柱塞16在压缩弹簧20的作用下向下离去，直到弹簧20的力不再作用到柱塞16为止，同时通过反向阀42从溢流主管13取得液体。于是柱塞16稳定在一定的位置。在每一循环之后，柱塞16增返回到这个位置。

如果由冲击产生的桩47的掘进量到最佳值，第二控制阀37发生动作，向控制缸15的空腔36供给部分液体，并且使控制缸15的柱塞16向下移动。结果，活塞6的行程，即冲击动能减小。其次，液体再一次从控制缸15的空腔36排出，一直达到排出的液体容积和供给的液体容积处于平衡时的状况为止，也就是该桩47的最佳冲击动能达到稳定状态。

在桩47的掘进量超过允许值的情况下，紧急阀40与第二控制阀37一起动作，并且控制缸15的空腔36完全为工作液体所充满，因而可使液力打桩装置过渡到最小冲击动能的工作状况。

液力打桩装置装有附加的液力分配阀48(图5)，该阀串联方式装在第一节流阀38的后面，并且将控制缸15的空腔36分别与溢流主管13和压力主管9连通。

在冲击动能的自动控制系统和手动控制系统联合使用的情况下，操作人员在任一时刻都可干预液力打桩装置的工作状况，向减小或增加的方面改变冲击动能。

本项发明使用在靠近海岸的海事建设和海洋的陆架上是最有效的，因为在这些地方非常不希望或者不允许有污染周围环境的可能性。

Claims (9)

1．一种液力打桩装置，其包括壳体(1)和在壳体(1)上部与冲头(2)沿同一轴线安装的动力液压缸(4)，在壳体(1)内装有能够进行往复直移运动的冲头(2)，该冲头与沿同一轴线安装在壳体(1)内的砧座(3)相作用，动力液压缸(4)的活塞杆(5)一端与冲头(2)相连接，而另一端与活塞(6)相连接，该活塞将动力液压缸(4)的空腔分成活塞杆室(7)和活塞室(8)，活塞杆室总是与压力主管(9)连通，活塞室(8)通过液力分配阀(12)轮流与活塞杆室(7)和溢流主管(13)连通，液力分配阀(12)的控制部件(14)包含控制缸(15)和安装在控制缸(15)空腔(36)内的能够进行往复直移运动的柱塞(16)，控制缸(15)的空腔(36)通过安全阀(39)与溢流主管(13)连通，柱塞(16)的一端与动力液压缸(4)的活塞杆(5)相作用，其特征在于，控制部件(14)与液力分配阀(12)分开，并且被固定在动力液压缸(4)的壳体(17)上，同时与冲头(2)沿同一轴线，而液力分配阀(12)制作成两个活门的型式(21,22)，其中的第一活门(21)将动力液压缸(4)的活塞室(8)与活塞杆室(7)连通，而第二活门(22)与溢流主管(13)连通，并且这两个活门的每一个都有两个控制空腔(31,32和33,34)，它们成对地相互连通，同时，关闭第一活塞(21)和开启第二活门(22)的第一对空腔(31,34)与溢流主管(13)连通，并且通过在工作行程终端与动力液压缸(4)的活塞(6)相作用的第一控制阀(35)和压力主管(9)连通，而开启第一活门(21)和关闭第二活门(22)的第二对空腔(32,33)与控制缸(15)的空腔(36)连通。

2．根据权利要求1所述的液力打桩装置，其特征在于，在第一对空腔(31,34)内，第一活门(21)空腔(31)的横截面面积大于第二活门(22)空腔(34)的横截面面积，而在第二对空腔(32,33)内，第二活门(22)空腔(33)的横截面面积大于第一活门(21)空腔(32)的横截面面积。

3．根据权利要求1所述的液力打桩装置，其特征在于，通过与安全阀(39)并联安装的第一节流阀(38)，控制缸(15)的空腔(36)与溢流主管(13)连通，而通过与砧座(3)相作用的第二控制阀(37)与压力主管(9)连通。

4．根据权利要求3所述的液力打桩装置，其特征在于，与第二控制阀(37)按并联方式安装一个与砧座(3)相作用的紧急阀(40)。

5．根据权利要求1所述的液力打桩装置，其特征在于，在第二对空腔(32,33)内，第二活门(22)的空腔(33)通过第二节流阀(41)与控制缸(15)的空腔(36)连通。

6．根据权利要求1所述的液力打桩装置，其特征在于，在进入孔一侧的控制缸(15)的内端面上安装弹簧(20)，同时，控制缸(15)的空腔(36)通过反向阀(42)与溢流主管(13)连通。

7．根据权利要求1所述的液力打桩装置，其特征在于，活门(21,22)的第一对控制空腔(31,34)，通过第三控制阀(43)与溢流主管(13)连通，而第三控制阀(43)的控制空腔与控制缸(15)的空腔(36)连通。

8．根据权利要求1所述的液力打桩装置，其特征在于，液力打桩装置装有按串联方式安置的第三节流阀(44)的第四控制阀(45)，活门(21,22)的第一对控制空腔(31,34)通过以上两个阀与动力液压缸(4)的活塞室(8)连通，同时，第四控制阀(45)的控制空腔通过第一控制阀(35)与压力主管(9)连通。

9．根据权利要求1所述的液力打桩装置，其特征在于，控制缸(15)的空腔(36)通过与第一节流阀(38)按串联方式安装的附加液力分配阀(48)和溢流主管(13)的压力主管(9)连通。

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