CN107371370A - 振动打桩装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将桩打入地面中的振动打桩装置(1)。本发明的振动打桩装置(1)包括：‑用于产生液压力的至少一个液压装置(2a，2b)，其中，液压装置(2a，2b)具有内燃电动机(3a)和由内燃电动机(3a)驱动的液压泵(4a)，‑至少一个励磁机装置，其与液压装置(2a，2b)在空间上分离并通过至少一个液压管路(5a，5b，5c，5d)与液压装置(2a，2b)连接。在此，所述励磁机装置(6a，6b)具有至少一个液压电动机(16)和至少一个能旋转支承的不均衡质量件(7a)。为了驱动不均衡质量件，在循环中引入液压液体，所述循环包括液压装置、液压管路(5a，5b，5c，5d)和液压电动机(18)。不均衡质量件(7a)可通过液压电动机(18)驱动，以使得励磁机装置(6a，6b)产生振动运动。振动打桩装置(1)具有支撑装置(8)，在支撑装置上至少布置液压装置(2a，2b)和与液压装置(2a，2b)连接的励磁机装置(6a，6b)。本发明还涉及一种用于操作振动打桩装置的方法、组装振动打桩装置的构件组，以及振动打桩装置的用途。

Description

振动打桩装置

技术领域

本发明涉及一种将桩打入地面中的振动打桩装置。本发明还涉及一种用于操作振动打桩装置的方法、按照要求组装振动打桩装置的构件组，以及振动打桩装置的用途。

背景技术

已知用于地下工程的具有液压驱动装置的振动打桩装置，用于将桩打入地面中。例如，这能够涉及一种由励磁机单元构成的结构，通过所谓的减振支柱联接的励磁机单元从紧固位置悬吊下来。在现有技术中已知的大多数设计实施例中，励磁机单元具有至少两个不均衡质量件，为了产生垂直的振荡将两个不均衡质量件以相互相反的旋转方向驱动。减振支柱起到在励磁机单元与振动打桩装置的紧固位置之间的振荡阻尼器的作用。减振支柱一般是通过弹簧与励磁机单元连接的质量件。例如，起重机吊钩能够作为紧固位置。

在许多应用中，除使用振动打桩装置之外，还使用冲击设备，例如，液压锤，用于将桩打到最终深度。一个已知示例是打入海上构造的基础结构的紧固管，例如夹套或三脚架结构以及所谓的单桩。在此使用冲击设备是必要的，因为在增加穿透深度的情况下，需要现有已知的振动打桩装置无法提供的驱动功率。

使用液压锤的一个缺点在于，在液压锤运行期间会产生噪音，并因此会产生其它问题，例如，由此造成的环境压力。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于将振动打桩装置的适用范围尽可能扩大到各种类型的桩，从而增加将桩振动到地面中的可达深度，缩短任何额外使用液压锤的时间，或者甚至免除使用液压锤的必要。

通过具有权利要求1所述特征的振动打桩装置、具有权利要求9所述特征的方法，以及具有权利要求12所述特征的构件组和具有权利要求13所述特征的用途，可实现所述目的。以下说明书对进一步的有利设计实施例和改进进行了说明。权利要求、说明书和附图中的一个或多个特征可与其中的一个或多个其它特征组合，构成本发明的另外的设计实施例。另外，独立权利要求中的一个或多个特征可与一个或多个其它特征组合。然而，应理解的是，本发明的主题仅为构成本发明的设计方案，而并不局限于所述主题。

建议一种将桩打入地面中的振动打桩装置。该振动打桩装置包括：

-至少一个液压装置，用于产生液压力。液压装置具有内燃机和可由内燃机驱动的液压泵；

-至少一个励磁机装置，配置成在空间上与液压装置分离。励磁机装置通过至少一个液压管路与液压装置连接。励磁机装置具有至少一个液压电动机和至少一个能旋转地被支承的不均衡质量件。在循环(Kreislauf)中引入液压流体，该循环包括液压装置、液压管路和液压电动机。不均衡质量件能够通过液压电动机驱动，以使得励磁机装置产生振动运动。

振动打桩装置具有支撑装置，在该支撑装置上至少布置有液压装置和与液压装置连接的励磁机装置。

因此，液压装置和励磁机装置布置在同一个支撑装置上的优点在于，与现有已知的装置(液压装置与振动打桩装置位置分离)相比，可使用长度较短的液压管路将励磁机装置与液压装置联接。

这样，现有技术中已知实施例中的液压管路例如配置为软管组，从与振动打桩装置分离并远离的驱动装置引出，引向励磁机装置。特别地，在需要更高的驱动功率的情况下，需要使用一个或多个总质量较高的液压管路。另外，在许多情况下，特别是在海上设施中，该设计方案导致相对较长的软管长度，因为驱动装置一般固定在护卫船的甲板上并且无法靠近工作现场设置。由于液压管路相对较长的长度进而造成相对较大的压力损失，所以需要提供相对较大的驱动功率，这可通过提供相对较大数量的液压装置和/或提供具有相对较大功率的驱动装置来进行。由于在任何情况下都需要的大驱动功率，在桩质量较大的情况下，这种设计变得特别重要。同样，由于地面特性的类型，相对较高的驱动功率也非常必要。

在现有技术的设计实施例要求增加驱动功率、并因此液压管路要求具有较大质量的情况下(例如，将液压管路配置为质量通常超过10,000kg的多个软管组)，需要液压管路的额外支撑结构，例如可利用辅助起重机进行支撑。

由于液压管路的长度较短，本发明优点尤其在于，与现有技术中已知的振动打桩装置相比，振动打桩装置的成本降低，因为在本发明中不再一定需要如前面所述的对液压管路的支撑。根据本发明的振动打桩装置的构造的另一个优点在于，能时效性较高地定位用于打入桩的振动打桩装置，因为无需对液压管路进行单独支撑，减少了设备托架的数量，在理想情况下，仅需要一个设备托架。因此，采用本振动打桩装置大大提高了经济性。在例如由于劳动法原因、气象原因和/或环境原因限制了操作时间的应用领域中，这种设计变得特别重要。一个示例是经济地采用本发明来建立海上建筑结构。

另一个优点在于，本发明的液压管路所需的总直径较小，因为由于管路长度较短降低了功率降和压力降。鉴于这一方面，如上文所述液压管路的总重量被大大降低。

由于液压管路的长度较短，压力损失减少，因此可以以更节能的方式运行振动打桩装置。因此，为了获得相同的振动效果，液压装置需要提供的功率较低。

根据所需的液压功率和/或液压功率分配的不同，液压装置可具有一个或多个液压泵。

励磁机装置一般具有至少两个不均衡质量件。当励磁机装置具有两个不均衡质量件，并且两个不均衡质量件以互相相对的旋转方向运行时，会产生例如打入桩时所需的定向振动。

但是，例如为了增加静态力矩而具有较大数量的不均衡质量件的设计实施例是非常常见的。此处的较大静态力矩在最简单的情况中与较大的振动振幅基本成正比关系。另外，一个或多个不均衡质量件的旋转相位还可互相抵消，和/或不均衡质量件的旋转相位能以互相为基础进行设置，从而设置振动打桩装置的总静态力矩。

例如，可提供液压软管或一束液压软管，作为液压管路。

但是，还能够设置其它类型的管路。例如，可将液压管路配置为管道，其中，例如将管道配置为由不锈钢构成的防腐管道。

在振动打桩装置的一个设计实施例中，例如设置，支撑装置包括在其上布置有励磁机装置的第一支撑元件，并且支撑装置包括在其上布置有液压装置的第二支撑元件。第二支撑元件通过至少一个弹簧元件与第一支撑元件联接。

同样，除了通过弹簧元件将第一支撑元件与第二支撑元件联接之外，还可通过阻尼元件进行联接。在设置整体装置固有频率下的振荡状态时，会产生不受控以及难以再转换成可控状态的运动，阻尼元件对此特别起保护作用。

弹簧元件例如能够为螺旋弹簧。

但是，根据要求，还可提供弹簧元件的其它设计实施例，例如，由弹性体构成的物体。将由弹性体构成的物体作为弹簧元件的设计实施例的优点在于，弹性体同时起弹簧和阻尼元件的作用，因此可能不需要额外设置单独的阻尼元件。

将布置有励磁机装置的第一支撑元件与布置有液压装置的第二支撑元件联接的优点在于，第一支撑单元产生的振动可传递到桩。通过用一个弹簧元件或多个弹簧元件进行联接，一旦在过渡性振荡过程之后超过了第二支撑元件、弹簧和第二支撑元件上布置的元件(例如，液压装置)构成的整体系统的固有频率，可避免振荡传递到第二支撑元件。

可通过第二支撑元件的重量和在第二支撑元件上布置的构件的重量构成较大重量的针对性设计，以及通过弹簧具有较低的弹性常数的针对性设计，能够使得整体系统具有较低值的固有频率，从而该固有频率会被更快地超过，并因此可缩短暂态振荡过程。励磁机装置的实际工作频率设为与整体系统的固有频率相差较大的值。鉴于此，在第二支撑系统上布置液压装置的振动打桩装置的配置在振荡动力特性上也具有优点。

第二支撑元件如上所述在垂直方向上基本无振荡，鉴于这种情况，可方便地易于操作地定位振动打桩装置。例如，可通过起重机悬吊进行这种定位。例如，可在单个悬吊点进行悬吊，该悬吊点例如可设计为起重机吊钩。

在振动打桩装置的又一个设计实施例中，例如能够将第一支撑元件配置为第一平台，和/或将第二支撑元件配置为第二平台。在此情形下，将第一支撑元件配置为第一平台，和/或将第二支撑元件配置为第二平台产生的优点在于，振动打桩装置的构造特别简单，并具有可扩展性，因为平面化的平台可特别灵活地在支撑元件上配置例如励磁机元件或液压装置等装置。

在第一支撑元件上能够布置用于将第一支撑元件与桩连接的紧固装置。

有利地，这种连接可为作用力接合式连接。

在振动打桩装置的一个有利设计实施例中，例如，可将第一用于容纳管端的至少两个紧固装置布置在第一支撑元件的容纳面上，该容纳面用于容纳桩。

在一个设计实施例中，可提供用于容纳管端的紧固装置，并由此进行相应地布置。例如，可沿圆形外周布置紧固装置，有利地，圆形外周与作为桩的管道的管道截面圆周对应。同样地，一个或多个紧固装置的位置可调节，例如，紧固装置的径向位置可调节，例如可将紧固装置以可位移和可拆除以及可固定的方式布置在导轨中，从而实现所述可调节性。

例如，可将一个或多个紧固装置配置为夹钳。在一个示例中，可提供液压夹钳。另外，使用液压操作的夹钳的优点在于，基于现有的液压装置所使用的基本结构中启动夹钳的重要构件部分是已知的。

因此，例如，可将紧固装置沿圆形外周布置在第一支撑元件的容纳面上，以便容纳具有圆形截面的管道，优选地，可沿特别用于建立海上构造的管道的具有圆形截面的圆形的圆形外周布置紧固装置。

另外，例如还可将紧固装置沿另一种布置设置在第一支撑元件的容纳面上；例如，可沿椭圆形外周布置，以便紧固具有椭圆形截面的管道。

在又一个设计实施例中，支撑装置可具有与第二支撑元件刚性连接的第三支撑元件。通过提供与第二支撑元件刚性连接的第三支撑元件，例如能够形成较大的容纳容量，以用来容纳额外的驱动装置。第二支撑元件与第三支撑元件的刚性连接可设计为可拆除或不可拆除式连接，例如材料接合式连接。第二支撑元件与第三支撑元件的刚性连接使第二支撑元件和第三支撑元件在振荡动力特性表现为一体。因此，可保证布置有励磁机单元的第一支撑平台进行所述振动，同时振动打桩装置的其余部分无振荡。

还可提供与第一支撑元件间接或直接刚性连接的另外的支撑元件。

在振动打桩装置的一个设计实施例中，支撑装置具有用于以可拆除方式紧固液压装置和/或以可拆除方式紧固励磁机装置的紧固装置，其它优点包括，励磁机装置或多个励磁机单元的数量和尺寸、以及液压装置或多个液压装置的数量和尺寸可选，例如与所需驱动功率、桩的质量和/或地面特性对应地进行选择。

根据本发明的又一个主题，提出了一种用于操作振动打桩装置的方法。所述方法包括以下步骤：

提供振动打桩装置，

通过布置在振动打桩装置(1)的容纳面上的至少一个紧固装置将桩紧固在振动打桩装置上，

通过布置在振动打桩装置上的液压装置操作振动打桩装置的励磁机装置的液压电动机，并且

利用单个设备托架定位振动打桩装置。

另外，还可提供方法的改进方案，在该改进方案中，

在振动打桩装置的支撑装置的第一支撑元件上至少布置有励磁机装置，和/或

在支撑装置的第二支撑元件上至少布置有液压装置。

励磁机装置在第一支撑元件上的布置，和/或液压装置在第二支撑元件上的布置，可使振动装置具有预期尺寸，因此振动打桩装置可灵活地适用于各种打夯任务和条件。因此，在计划打入质量较大的桩的情况下，例如可将具有较大驱动功率的液压装置布置在第二支撑元件上。这同样适用于被桩打入的地面具有非常大的密度的情况。

特别地，可在将桩紧固到振动打桩装置上以及运行励磁机装置的液压电动机之前进行，将励磁机装置布置在第一支撑元件上、和/或将液压装置布置在第二支撑元件上的步骤。

在本方法的一个设计实施例中，可在第一支撑元件与第二支撑元件之间布置至少一个弹簧元件，作为一个独立的方法步骤。因此，可利用以下优点：可根据振动打桩装置的固有频率选择具有合适弹簧刚度的弹簧，所述固有频率尤其与液压装置的总重量相关。

另外，例如，可通过布置一个以上的液压装置获得预期的较大驱动功率。

在本方法的又一个配置中，用于容纳另外的液压装置的第三支撑元件可与第二支撑元件刚性连接。因此，可获得进一步驱动功率。

本发明的又一个独立主题涉及用于按照要求组装振动打桩装置的构件组。这种构件组至少包括：

第一支撑元件，用于容纳至少一个励磁机装置，

第二支撑元件，用于容纳至少一个液压装置，第二支撑元件可通过至少一个弹簧元件，优选为至少一个阻尼元件，与第一支撑元件联接，

第三支撑元件，与第二支撑元件刚性连接，用于容纳至少一个另外的液压装置。

液压装置和另外的液压装置可通过紧固元件布置在第二支撑元件上和/或第三支撑元件上，以按比例提供驱动功率，从而驱动液压电动机。因此，可对应于要求选择液压装置的数量以及各个液压装置的输出，并将其布置在第二支撑元件和/或第三支撑元件上。

在有对应的驱动功率需求的情况下，还可提供其它支撑装置，将其与第一支撑装置直接或间接刚性连接。

励磁机装置、液压装置和另外的液压装置的布置优选以可拆除式紧固的方式进行，例如，在第一支撑元件、第二支撑元件和/或第三支撑元件的专用紧固孔中进行螺纹连接。

可使用根据本发明的振动打桩装置，尤其用于打桩(配置为用于海上建筑的基础结构)，优选用于打入单桩、夹具锚管或三脚架锚管。

在海上应用场合使用振动打桩装置的根据本发明的设计实施例的情况下，上文所述的优点特别明显。例如，在许多情况下，利用海上工业中的自然风，足以对一个或多个液压装置的柴油发动机进行空气冷却，因此可以免去复杂的水冷。另外，上述紧凑构造模式中的振动打桩装置的配置的优点在海上应用的情况下特别明显，因为在仅可以使用一个设备托架的情况下，可非常有利地满足例如劳动法或环境保护等方面的特定要求。

特别地，可使用振动打桩装置将单桩打到最终深度。由于与某些其它基础结构相比，单桩在最终深度处仍略微凸出水面，可在振动打桩装置不浸入水中的情况下通过振动打桩装置将单桩打到最终深度。所产生的特定优点在于，可完全免去其它冲击方法，因此，可使用根据本发明的振动打桩装置提供环境保护和经济方面的优势。

附图说明

下文将参考附图对本发明的特定设计实施例进行详细说明。附图和产生的特征的附带说明并不限于各个设计实施例，仅用于对示例性实施例进行说明。另外，特别在附图未显示的其它设计实施例中，各个特征可互相组合使用，或可与上述说明中的特征组合使用，以进一步改进本发明。

在以下附图中：

图1是振动打桩装置的一个设计实施例的了立体原理图；

图2是图1所示的振动打桩装置的设计实施例的侧视原理图；

图3是振动打桩装置的又一个设计实施例的侧视原理图。

具体实施方式

图1显示了振动打桩装置1的一个设计实施例。振动打桩装置1包括支撑装置，该支撑装置具有第一支撑元件9和第二支撑元件10。第一支撑元件9配置为第一平台，其中，第一平台配置为圆形板。第二支撑元件10配置为第二平台，在所示设计实施例中，第二平台同样配置为圆形板。第二平台通过弹簧11和阻尼元件12与第一平台联接，以在第一平台的振荡频率足够高的情况下，保证第二平台振荡去耦。振荡频率必须与整体装置的固有频率相差足够大，以避免产生不可控的振荡状态。在第一平台上布置有两个励磁机装置6a，6b，在所示设计实施例中，励磁机装置配置为励磁机单元，励磁机单元紧固在第一平台用于容纳桩的一侧的相对侧。配置为液压操作的夹钳的紧固装置13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g和13h紧固在第一平台用于容纳桩的一面。紧固装置13a和13b在立体图中未示出。将两个液压装置2a，2b布置在第二平台上，其中，液压装置紧固在第二平台的与励磁机装置6a，6b相对的一面。另外，第二平台上布置有悬吊点，从悬吊点出发的紧固电缆14汇聚到共用紧固点15，共用紧固点用于将振动打桩装置1紧固在设备托架(图1中未显示)的紧固钩上。

除了图1所示的特征之外，图2的侧视图还显示了根据液压装置2a的示例使用的液压装置的设计实施例。液压装置2a具有液压泵4a，液压泵可通过内燃机3a驱动。励磁机装置6a通过液压软管5a与液压装置2a连接，而励磁机装置6b通过液压软管5b与液压装置2b连接。液压电动机通过液压循环中的液压循环液体运行，液压电动机在所示设计实施例和所示立体图中布置在不均衡质量件后面，因此图2中不可见。液压电动机驱动励磁机单元6a的不均衡质量件。为了清晰起见，图2中未显示液压循环中的其它线路。所示设计实施例中的励磁机单元6a具有两个不均衡质量件，其中，图2中仅显示了两个不均衡质量件中的一个，即不均衡质量件7a。第二不均衡质量件位于与不均衡质量件7a相对的一侧，因此它在图2中不可见。为了产生定向地振动，两个不均衡质量件一般以相反方向运行。

图3显示了振动打桩装置的又一个设计实施例的侧视图。除了图1和图2所示的特征之外，图3中还具有第三支撑元件16，将其配置为第三平台，它同样具有圆形表面。两个附加的液压装置2c和2d布置在第三平台16上，其中，液压装置2c通过液压管路5c向立体图中位于第一励磁机单元6a后面的第三励磁机单元进行供应，液压装置2d通过液压管路5d向立体图中位于第二励磁机单元6b后面的第四励磁机单元进行供应。第三平台通过刚性连接元件17与第二平台刚性连接，使第二平台、第三平台和与它们连接的液压装置在振荡机械特性上呈整体、或至少几乎呈整体。

Claims (13)

1.一种将桩打入地面中的振动打桩装置(1)，其中，所述振动打桩装置(1)包括：

-至少一个用于产生液压力的液压装置(2a，2b)，其中，所述液压装置(2a，2b)具有内燃机(3a)和由所述内燃机(3a)驱动的液压泵(4a)，

-至少一个配置为与所述液压装置(2a，2b)在空间上分离的励磁机装置(6a，6b)，所述励磁机装置通过至少一个液压管路(5a，5b，5c，5d)与所述液压装置(2a，2b)连接，其中，所述励磁机装置(6a，6b)具有至少一个液压电动机(18)和至少一个能旋转支承的不均衡质量件(7a)，其中，将液压流体引入循环中，所述循环包括液压装置、液压管路(5a，5b，5c，5d)和液压电动机(18)，其中，能够通过所述液压电动机(18)驱动所述不均衡质量件(7a)，以使得励磁机装置(6a，6b)产生振动运动，

其特征在于，所述振动打桩装置(1)具有支撑装置(8)，在所述支撑装置上至少布置液压装置(2a，2b)和与所述液压装置(2a，2b)连接的励磁机装置(6a，6b)。

2.如权利要求1所述的振动打桩装置(1)，其特征在于，所述支撑装置(8)包括第一支撑元件(9)和第二支撑元件(10)，在所述第一支撑元件上布置励磁机装置(6a，6b)，在所述第二支撑元件(10)上布置液压装置(2a，2b)，其中，所述第二支撑元件通过至少一个弹簧元件(11)与所述第一支撑元件(9)联接。

3.如权利要求2所述的振动打桩装置(1)，其特征在于，所述第一支撑元件(9)配置为第一平台，和/或所述第二支撑元件(10)配置为第二平台。

4.如权利要求2和3中的任一项所述的振动打桩装置(1)，其特征在于，在所述第一支撑元件(9)上布置至少一个紧固装置(13a，13b，13c，13d，13e，13f，13g)，用于将所述第一支撑元件(9)与桩连接。

5.如权利要求4所述的振动打桩装置(1)，其特征在于，在所述第一支撑元件(9)的用于容纳桩的容纳面上布置至少两个紧固装置(13a，13b，13c，13d，13e，13f，13g)，所述紧固装置配置为夹钳，优选为液压夹钳，用于容纳管端，优选为圆形截面管道的管端。

6.如权利要求5所述的振动打桩装置(1)，其特征在于，所述紧固装置沿圆形外周布置在所述第一支撑元件(9)的容纳面上。

7.如权利要求2至6中的任一项所述的振动打桩装置(1)，其特征在于，所述支撑装置(8)具有用于容纳第二液压装置(2c，2d)的第三支撑元件(16)，其中，所述第三支撑元件与所述第二支撑元件(10)刚性连接。

8.如权利要求2至7中的任一项所述的振动打桩装置(1)，其特征在于，所述支撑装置(8)具有紧固器件，所述紧固器件用于可拆除式地紧固液压装置，和/或用于可拆除式地紧固励磁机装置。

9.一种用于操作振动打桩装置(1)、优选为如权利要求1至8中任一项所述的振动打桩装置(1)的方法，其中，进行以下步骤：

·提供振动打桩装置(1)，

·通过布置在所述振动打桩装置(1)的容纳面上的至少一个紧固装置(13a，13b，13c，13d，13e，13f，13g)将桩紧固在所述振动打桩装置上，

·通过布置在所述振动打桩装置(1)上的液压装置(2a，2b)操作所述振动打桩装置(1)的励磁机装置(6a，6b)的液压电动机(18)，并且

·利用一个设备托架定位所述振动打桩装置(1)。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

·在所述振动打桩装置(1)的支撑装置(8)的第一支撑元件(9)上至少布置励磁机装置(6a，6b)，和/或

·在所述支撑装置(8)的第二支撑元件(10)上至少布置液压装置(2a，2b)。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，用于容纳另外的液压装置的至少一个第三支撑元件(16)与所述第二支撑元件(10)刚性连接。

12.一种构件组，用于按照要求组装振动打桩装置(1)，优选组装权利要求1至8中任一项所述的振动打桩装置(1)，其中，所述构件组至少包括：

·第一支撑元件(9)，用于容纳至少一个励磁机装置(6a，6b)，

·第二支撑元件(10)，用于容纳至少一个液压装置(2a，2b)，所述第二支撑元件能够通过至少一个弹簧元件(11)，优选为至少一个阻尼元件(12)与所述第一支撑元件(9)联接，

·第三支撑元件(16)，与所述第二支撑元件(10)刚性连接，用于容纳至少一个另外的液压装置，

其中，所述励磁机装置(6a，6b)、液压装置(2a，2b)和另外的液压装置能够通过紧固元件(13a，13b，13c，13d，13e，13f，13g)布置在所述第二支撑元件(10)上和/或所述第三支撑元件(16)上，用于按比例提供用于驱动一个或多个液压电动机的驱动功率。

13.一种如权利要求1至8中任一项所述的振动打桩(1)的用途，用于打入配置为海上建筑的基础结构的桩，优选用于打入单桩、夹具锚管或三脚架锚管，特别优选地用于将单桩打到最终深度。