CN108677951A - 一种可调偏心矩的液压振动打桩锤 - Google Patents

Abstract

本发明是可调偏心矩的液压振动打桩锤，关键结构是偏心调整机构，该机构设置在激振器箱体内左侧，偏心调整机构前后侧分别通过平键与前端偏心调整齿和后端偏心调整齿相连，偏心回转机构设置在激振器箱体偏心调整机构右侧，偏心回转机构与前端偏心调整齿和后端偏心调整齿啮合，动力驱动部分为设置在激振器箱体表面的上、下端液压马达，上、下端液压马达都与偏心回转机构连接。优点：1)偏心调整机构实现了无极调矩，采用普通液压缸与轴承组配合，调矩方式稳定可靠。2)实现了偏心矩的实时调整，保证启停阶段免共振，减少了噪声和对设备及周围环境的共振危害，延长了寿命。3)刚性同步轮交错排布，设计结构紧凑。采用大导程花键，负载能力强。

Description

一种可调偏心矩的液压振动打桩锤

技术领域

本发明涉及的是一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，具体涉及一种用于建筑物及其地基的改良加固，利用各类钢板桩、钢管桩及混凝土桩进行沉拔作业的可调偏心矩液压振动打桩锤，属于桩工机械技术领域。

背景技术

液压振动打桩锤是一种广泛用于城市建设、桥梁、港口等多种基础施工工程的沉拔桩施工机械。一般与起重机、桩架配套使用，适于各类钢板桩和各类钢管桩的沉拔作业，亦可用于混凝土灌注桩，石灰桩，砂桩等多种类型的地基作业。打桩锤的工作原理是：打桩锤夹持桩体进行强制振动，该高频振动传给和桩接触的土层，以引起土壤物理性能的改变，从而减小摩擦力。而后控制周期往复的激振力进行沉拔桩作业。

随着液压技术的迅速发展和不断完善，液压马达驱动的打桩锤应运而生，因液压马达与电动机相比，具有更好的耐振性能和抗冲击载荷能力，并且其外形尺寸更小、重量相对较轻，有利于降低振动体质量，提高振幅，提高沉桩效果。液压振动打桩锤还拥有强大的作业能力、优越的控制性和户外施工的安全性。

现有技术的液压振动打桩锤在施工操作时，不可避免会产生共振。当打桩锤振动频率与周围环境的固有频率一致时会产生共振现象。当共振发生时，不仅会损坏施工机械内的关键构件，还会对周围环境产生影响。尤其是对振动敏感的施工区域，例如古建筑物、居民区等周围。打桩锤启停操作时还存在噪声危害，城市交通施工中所产生的噪声扰民问题也是亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明提出的是一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，利用大导程螺旋花键对双排列偏心块相位进行调整，以达到上下两组偏心块所产生的振动力矩相互抵消的效果，其目的旨在克服现有技术存在的上述不足，解决液压振动打桩锤沉拔桩启停操作时打桩锤与施工环境产生共振的问题，进而降低施工过程中的噪声以及延长施工机械的使用寿命。

本发明的技术解决方案：一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其结构包括动力驱动部分、激振器箱体、偏心回转机构和偏心调整机构，其中偏心调整机构设置在激振器箱体内左侧，偏心调整机构前后侧分别通过平键与前端偏心调整齿和后端偏心调整齿相连，偏心回转机构设置在激振器箱体偏心调整机构右侧，偏心回转机构与前端偏心调整齿和后端偏心调整齿啮合，动力驱动部分包括设置在激振器箱体表面的上端液压马达和下端液压马达，上端液压马达和下端液压马达都与偏心回转机构连接。

优选的，所述的偏心回转机构包括上下两组偏心组，具体包括分别设置在激振器箱体内上层左右两侧的第一上端偏心组和第二上端偏心组，以及分别设置在激振器箱体内下层左右两侧的第一下端偏心组和第二下端偏心组，第一上端偏心组和第一下端偏心组对应设置，第二上端偏心组和第二下端偏心组对应设置，第一上端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第一上端同步齿轮，第二上端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第二上端同步齿轮，第一上端轴通过平键连接第一上端同步齿轮和第一上端偏心组，第二上端轴通过平键连接第二上端同步齿轮和第二上端偏心组，第一上端同步齿轮和第二上端同步齿轮啮合，前后侧的第一上端同步齿轮分别啮合前端偏心调整齿和后端偏心调整齿，第一下端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第一下端同步齿轮，第二下端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第二下端同步齿轮，第一下端轴通过平键连接第一下端同步齿轮和第一下端偏心组，第二下端轴通过平键连接第二下端同步齿轮和第二下端偏心组，第一下端同步齿轮和第二下端同步齿轮啮合，前后侧的第一下端同步齿轮分别啮合前端偏心调整齿和后端偏心调整齿，上端液压马达通过花键连接第二上端轴并传递扭矩，下端液压马达通过花键连接第二下端轴并传递扭矩。

优选的，所述的偏心调整机构包括前端调整轴、后端调整轴、两对外轴承组、内腔轴承组、直推液压缸和大导程螺旋花键，直推液压缸设置在激振器箱体前外侧面上，两对外轴承组分别利用轴肩定位安装在前端调整轴和后端调整轴的前后两端，直推液压缸的活塞杆通过内腔轴承组连接大导程螺旋花键内腔，内腔轴承组为推力调心滚子轴承，活塞杆不随前端调整轴和后端调整轴旋转，大导程螺旋花键外侧设固定轴套，固定轴套前后侧分别设前端调整轴和后端调整轴，前端调整轴连接前端偏心调整齿，后端调整轴连接后端偏心调整齿，前端调整轴和后端调整轴的内孔都设与大导程螺旋花键配合的预制型面，大导程螺旋花键两端与前端调整轴和后端调整轴的内孔滑动连接，当直推液压缸推动大导程螺旋花键滑动时，前端偏心调整齿与后端偏心调整齿的变化产生转角。

优选的，所述的大导程螺旋花键由大导程螺旋状花键和普通花键两部分通过焊接固结或者螺钉连接组成，大导程螺旋花键的导程角小于该材料的当量

优选的，一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，不包括直推液压缸，所述的前端调整轴内部为液压缸结构，前端调整轴外接液压回转接头。

本发明的优点：1)偏心调整机构实现了无极调矩，采用普通液压缸与轴承组配合，调矩方式稳定可靠。2)实现了偏心矩的实时调整，保证启停阶段免共振，减少了噪声和对设备及周围环境的共振危害，延长了使用寿命。3)刚性同步轮交错排布，设计结构紧凑。采用大导程花键，负载能力强。

附图说明

图1是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤的俯视结构示意图。

图2是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤的主视结构示意图。

图3是图1中偏心调整机构的结构示意图。

图4是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤的工作原理图。

图5是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤不同相位角所对应的激振力变化图。

图6是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤零力矩时的激振力变化图。

图7是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤偏心相位差90°时的激振力变化图。

图8是图3中大导程螺旋花键的剖视图。

图中的1是直推液压缸、1-1是活塞杆、2是前端偏心调整齿、3是偏心调整机构、3-1是内腔轴承组、3-2是大导程螺旋花键、3-3是固定轴套、4是后端偏心调整齿、5-1是前端调整轴、5-2是后端调整轴、5-3是外轴承组、6是第一上端轴,7是第二上端轴、9-1是第一上端偏心组、9-2是第二上端偏心组、10-1是第一下端偏心组、10-2是第二下端偏心组、11-1是第一上端同步齿轮、11-2是第二上端同步齿轮、12-1是第一下端同步齿轮、12-2是第二下端同步齿轮、13是上端液压马达、14是下端液压马达。

具体实施方式

下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

下文所述的前后对应图中的下上，左右对应图示的左右关系。

如图1、图2所示，一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其结构包括动力驱动部分、激振器箱体A、偏心回转机构和偏心调整机构3，其中偏心调整机构3设置在激振器箱体A内左侧，偏心调整机构3前后侧分别通过平键与前端偏心调整齿2和后端偏心调整齿4相连，偏心回转机构设置在激振器箱体A偏心调整机构3右侧，偏心回转机构与前端偏心调整齿2和后端偏心调整齿4啮合，动力驱动部分包括设置在激振器箱体A表面的上端液压马达13和下端液压马达14，，上端液压马达13和下端液压马达14都与偏心回转机构连接。

所述的偏心回转机构包括上下两组偏心组，具体包括分别设置在激振器箱体A内上层左右两侧的第一上端偏心组9-1和第二上端偏心组9-2，以及分别设置在激振器箱体A内下层左右两侧的第一下端偏心组10-1和第二下端偏心组10-2，第一上端偏心组9-1和第一下端偏心组10-1对应设置，第二上端偏心组9-2和第二下端偏心组10-2对应设置，第一上端偏心组9-1前后侧分别通过长螺栓固结一个第一上端同步齿轮11-1，第二上端偏心组9-2前后侧分别通过长螺栓固结一个第二上端同步齿轮11-2，第一上端轴6通过平键连接第一上端同步齿轮11-1和第一上端偏心组9-1，第二上端轴7通过平键连接第二上端同步齿轮11-2和第二上端偏心组9-2，第一上端同步齿轮11-1和第二上端同步齿轮11-2啮合，前后侧的第一上端同步齿轮11-1分别啮合前端偏心调整齿2和后端偏心调整齿4，第一下端偏心组10-1前后侧分别通过长螺栓固结一个第一下端同步齿轮12-1，第二下端偏心组10-2前后侧分别通过长螺栓固结一个第二下端同步齿轮12-2，第一下端轴通过平键连接第一下端同步齿轮12-1和第一下端偏心组10-1，第二下端轴通过平键连接第二下端同步齿轮12-2和第二下端偏心组10-2，第一下端同步齿轮12-1和第二下端同步齿轮12-2啮合，前后侧的第一下端同步齿轮12-1分别啮合前端偏心调整齿2和后端偏心调整齿4，上端液压马达13通过花键连接第二上端轴7并传递扭矩，下端液压马达14通过花键连接第二下端轴并传递扭矩。

如图3所示，所述的偏心调整机构3包括前端调整轴5-1、后端调整轴5-2、两对外轴承组5-3、内腔轴承组3-1、直推液压缸1和大导程螺旋花键3-2，直推液压缸1设置在激振器箱体A前外侧面上，两对外轴承组5-3分别利用轴肩定位安装在前端调整轴5-1和后端调整轴5-2的前后两端，直推液压缸1的活塞杆1-1通过内腔轴承组3-1连接大导程螺旋花键3-2内腔，内腔轴承组3-1为推力调心滚子轴承，偏心调整机构3内部的旋转运动不影响直推液压缸1的正常工作，即活塞杆1-1不随前端调整轴5-1和后端调整轴5-2旋转，大导程螺旋花键3-2外侧设固定轴套3-3，固定轴套3-3前后侧分别设前端调整轴5-1和后端调整轴5-2，前端调整轴5-1连接前端偏心调整齿2，后端调整轴5-2连接后端偏心调整齿4，前端调整轴5-1和后端调整轴5-2的内孔都设与大导程螺旋花键3-2配合的预制型面，大导程螺旋花键3-2两端与前端调整轴5-1和后端调整轴5-2的内孔滑动连接，当直推液压缸1推动大导程螺旋花键3-2滑动时，前端偏心调整齿2与后端偏心调整齿4的变化产生转角。

所述的大导程螺旋花键3-2由大导程螺旋状花键和普通花键两部分通过焊接固结或者螺钉连接组成，大导程螺旋花键3-2的导程角小于该材料的当量摩擦角、导程长度满足偏心调整机构3动作时偏心块相位差最大至180°。

以上所述同步齿轮皆为刚性同步齿轮。

偏心调整机构3处于初始位置时，上下两组偏心组相位角为零，振动锤处于自由状态，偏心组产生的激振力在竖直方向上叠加重合(见附图4)；当偏心调整机构3工作时，活塞杆1-1逐渐伸出，偏心矩随着上下两组偏心组之间相位角增大而减小，相位角增大至180°时，偏心矩为零，处于免共振状态；需将偏心矩调小时，则直推液压缸1前腔进油，活塞杆1-1回退，上下两组偏心组相位角减小，偏心矩增加，振动锤产生有效激振力。

上端液压马达13带动第二上端同步齿轮11-2和第二上端偏心组9-2顺时针转动，与第二上端同步齿轮11-2啮合的第一上端同步齿轮11-1带动第一上端偏心组9-1逆时针转动，与第一上端同步齿轮11-1啮合的后端偏心调整齿4顺时针转动，后端偏心调整齿4通过键联接将转动传递给偏心调整机构3；下端液压马达14带动第一下端同步齿轮12-1和第二下端偏心组10-2顺时针转动，与第二下端同步齿轮12-2啮合的第一下端同步齿轮12-1则带动第一下端偏心组10-1逆时针转动，与第一下端同步齿轮12-1啮合的前端偏心调整齿2通过键联接传递给偏心调整机构3；上下层偏心回转在偏心调整机构3内实现刚性同步；此时液压振动打桩锤的偏心矩为最大，附图6为偏心组相位角为0°时的图像。

调整偏心矩时，活塞杆1-1推动大导程螺旋花键3-2向前运动，此时大导程螺旋花键3-2前端与后端的前端调整轴5-1和后端调整轴5-2内孔因螺旋角的存在，后端偏心调整齿4与前端偏心调整齿2之间产生转角，此转角通过齿轮啮合传递给上下两组偏心组；当偏心组产生相位差时，振动锤的偏心矩产生变化；相位差与激振力变化见附图5；上下两组偏心组相位相差180°时，振动锤的偏心矩为零；此时振动锤工作不产生振动，处于免共振状态。

由于采用双液压马达及上下排布的刚性同步轮结构，即使在高速运转过程中，液压缸也只需克服偏心轮因重力产生的扭矩，对液压缸的推力要求不大，易于实现。本发明所提及的上下排布的刚性同步结构可以做一定变形，比如将上下排布改为左右排布、或者将驱动的液压马达排布于异侧或者同侧、驱动的液压马达置于振动主体的外侧或者内侧。

即，所述的上端液压马达13和下端液压马达14设置在激振器箱体A的同一侧面上。

或，所述的上端液压马达13和下端液压马达14分别设置在激振器箱体A的前后两侧面上。

所述的上端液压马达13和下端液压马达14设置在激振器箱体A的外侧面上。

或，所述的上端液压马达13和下端液压马达14设置在激振器箱体A的内侧面上。

本发明所描述的直推式液压缸通过内腔轴承组带动主体的偏心调整机构的主动调节方式，也可将液压缸内置——即将前端调整轴内部做成液压缸结构，外接液压回转接头即可达到驱动偏心调整机构的目的。

即，一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其结构不包括直推液压缸1，所述的前端调整轴5-1内部为液压缸结构，前端调整轴5-1外接液压回转接头。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其特征包括动力驱动部分、激振器箱体、偏心回转机构和偏心调整机构，其中偏心调整机构设置在激振器箱体内左侧，偏心调整机构前后侧分别通过平键与前端偏心调整齿和后端偏心调整齿相连，偏心回转机构设置在激振器箱体偏心调整机构右侧，偏心回转机构与前端偏心调整齿和后端偏心调整齿啮合，动力驱动部分包括设置在激振器箱体表面的上端液压马达和下端液压马达，上端液压马达和下端液压马达都与偏心回转机构连接。

2.如权利要求1所述的一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其特征是所述的偏心回转机构包括上下两组偏心组，具体包括分别设置在激振器箱体内上层左右两侧的第一上端偏心组和第二上端偏心组，以及分别设置在激振器箱体内下层左右两侧的第一下端偏心组和第二下端偏心组，第一上端偏心组和第一下端偏心组对应设置，第二上端偏心组和第二下端偏心组对应设置，第一上端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第一上端同步齿轮，第二上端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第二上端同步齿轮，第一上端轴通过平键连接第一上端同步齿轮和第一上端偏心组，第二上端轴通过平键连接第二上端同步齿轮和第二上端偏心组，第一上端同步齿轮和第二上端同步齿轮啮合，前后侧的第一上端同步齿轮分别啮合前端偏心调整齿和后端偏心调整齿，第一下端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第一下端同步齿轮，第二下端偏心组前后侧分别通过长螺栓固结一个第二下端同步齿轮，第一下端轴通过平键连接第一下端同步齿轮和第一下端偏心组，第二下端轴通过平键连接第二下端同步齿轮和第二下端偏心组，第一下端同步齿轮和第二下端同步齿轮啮合，前后侧的第一下端同步齿轮分别啮合前端偏心调整齿和后端偏心调整齿，上端液压马达通过花键连接第二上端轴并传递扭矩，下端液压马达通过花键连接第二下端轴并传递扭矩。

3.如权利要求1所述的一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其特征是所述的偏心调整机构包括前端调整轴、后端调整轴、两对外轴承组、内腔轴承组、直推液压缸和大导程螺旋花键，直推液压缸设置在激振器箱体前外侧面上，两对外轴承组分别利用轴肩定位安装在前端调整轴和后端调整轴的前后两端，直推液压缸的活塞杆通过内腔轴承组连接大导程螺旋花键内腔，内腔轴承组为推力调心滚子轴承，活塞杆不随前端调整轴和后端调整轴旋转，大导程螺旋花键外侧设固定轴套，固定轴套前后侧分别设前端调整轴和后端调整轴，前端调整轴连接前端偏心调整齿，后端调整轴连接后端偏心调整齿，前端调整轴和后端调整轴的内孔都设与大导程螺旋花键配合的预制型面，大导程螺旋花键两端与前端调整轴和后端调整轴的内孔滑动连接，当直推液压缸推动大导程螺旋花键滑动时，前端偏心调整齿与后端偏心调整齿的变化产生转角。

4.如权利要求3所述的一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其特征是所述的大导程螺旋花键由大导程螺旋状花键和普通花键两部分通过焊接固结或者螺钉连接组成，大导程螺旋花键的导程角小于该材料的当量。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种可调偏心矩的液压振动打桩锤，其特征是不包括直推液压缸，所述的前端调整轴内部为液压缸结构，前端调整轴外接液压回转接头。