CN109252520A - 一种可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体 - Google Patents

Abstract

本发明是可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体，其结构是上、下端液压马达分别通过上、下端驱动轴驱动连接上、下端马达驱动轮；上端马达驱动轮一侧依次啮合有A上端同步齿和B上端同步齿并组成上啮合部；下端马达驱动轮一侧依次啮合有A下端同步齿和B下端同步齿并组成下啮合部；A、B上端同步齿、A、B下端同步齿分别轴键连接A、B上端偏心块、A、B下端偏心块；上、下啮合部通过偏心调整机构连接。本发明的优点：偏心调整机构实现无极调矩，采用螺旋摆动缸与回转接头配合，调矩方式更简便；前后端调整轴采用分体内置设计，利用轴向耐磨片和滚针轴承改善了该结构轴/径向受力；刚性同步轮交错排布，设计结构紧凑，偏心调整机构单侧排布，易维护。

Description

一种可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体

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箱体，具体涉及一种主要适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的液压振动打桩锤箱体，属于桩工机械技术领域。

背景技术

液压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，适用于各类钢板桩和钢管桩的沉拔作业，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。其工作原理是：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。在液压打桩锤中，箱体及其结构的设计是主要难点。

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。在液压打桩锤箱体设计中，基于免共振结构的设计非常困难，国内一直没有突破该技术难点。

液压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。尤其是有的施工区域对振动敏感，例如古建筑物、居民区等周围。如何实现打桩锤启停阶段避开共振区域是近年来研究的重要课题。

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箱体，其目的旨在填补现有技术存在的上述空白，解决液压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箱体，其结构包括箱体，箱体内一侧的上下部分别设上端马达工作腔和下端马达工作腔，上端马达工作腔和下端马达工作腔内分别设上端液压马达、上端马达驱动轮和下端液压马达、下端马达驱动轮，上端液压马达和下端液压马达分别通过上端驱动轴和下端驱动轴驱动连接上端马达驱动轮和下端马达驱动轮；箱体内上端马达驱动轮一侧依次啮合有A上端同步齿和B上端同步齿组成上啮合部；箱体内下端马达驱动轮一侧依次啮合有A下端同步齿和B下端同步齿并组成下啮合部；A上端同步齿、B上端同步齿、A下端同步齿和B下端同步齿中心分别通过A上端同步轴、B上端同步轴、A下端同步轴和B下端同步轴同轴键连接A上端偏心块、B上端偏心块、A下端偏心块和B下端偏心块；上啮合部和下啮合部通过偏心调整机构连接，偏心调整机构设置在箱体内与上端马达工作腔和下端马达工作腔相对的另一侧。

优选的，所述的上啮合部和下啮合部分别位于同一个平面和高度上且分别靠近箱体的前壁和后壁，上啮合部和下啮合部上下错位排布。

优选的，所述的偏心调整机构包括螺旋摆动缸、前端调整轴、后端调整轴、摆动缸活塞轴、前端调整齿和后端调整齿，前端调整齿和后端调整齿分别与B上端同步齿和B下端同步齿啮合，前端调整轴通过螺钉与前端调整齿固结，后端调整轴后部与后端调整齿键连接，后端调整轴前部与前端调整齿通过后端轴向耐磨片和外端滚针轴承连接，前端调整轴悬伸于后端调整轴内部并通过前后部的A内部滚针轴承和B内部滚针轴承与前端轴向耐磨片相接触，前端调整轴内腔中设螺旋摆动缸，螺旋摆动缸的前端法兰通过螺栓与前端调整轴固结，螺旋摆动缸设整体式花键的摆动缸活塞轴，前端调整轴和后端调整轴端部通过通过前端轴承和后端轴承与箱体前壁和后壁连接，前端轴承和后端轴承外侧的箱体前壁和后壁上分别设前端轴承盖和后端轴承盖。

优选的，所述的螺旋摆动缸内腔连接回转接头，回转接头连接连接管，连接管连接外端控制接口，外端控制接口外接驱动液压油装置。

优选的，还包括刚性支撑，刚性支撑焊接连接箱体，刚性支撑内部设轴承，刚性支撑通过内部轴承套设在后端调整轴中部。

本发明的优点：偏心调整机构实现了无极调矩，采用螺旋摆动缸与回转接头配合，调矩方式更加简便；前后端调整轴采用分体及内置设计，利用轴向耐磨片和滚针轴承改善了该结构的轴向及径向受力；刚性同步轮交错排布，设计结构紧凑，偏心调整机构单侧排布，便于维护。具体的，通过调节偏心块间的转角相位达到了改变偏心力矩的目的，实现在打桩锤箱体启停时避开工作区域建筑物共振频率。当打桩锤箱体启动时，偏心调整结构将偏心块推向零力矩位置。当打桩锤达到指定的转速时，偏心块在设定范围内旋转180°，产生最大偏心力矩，打桩锤开始正常工作。本发明工作噪声小、对打桩锤箱体及施工区域影响小，避免了打桩锤箱体通过共振区出现液压马达负载过大、工作耗时长、运转平稳性差等情况。在针对各类钢板桩、钢管桩及混凝土桩的沉拔作业中有较好的实用价值和应用前景。

附图说明

图1是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体一种实施例的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2中偏心调整机构的局部放大结构示意图。

图4是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体的工作原理图。

图5是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体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箱体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箱体偏心相位差90°时的激振力变化图。

图8是本发明可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体另一种实施例的结构示意图。

图中的1-1是上端液压马达、1-2是下端液压马达、2-1是上端驱动轴、2-2是下端驱动轴、3-1是上端马达驱动轮、3-2是下端马达驱动轮、4-1是上端马达工作腔、4-2是下端马达工作腔、5是箱体、6-1是A下端同步齿、6-2是B下端同步齿、7-1是A上端偏心块、7-2是B上端偏心块、8-1是A上端同步轴、8-2是B上端同步轴、9是后端调整轴、9-1是后端轴向耐磨片、9-2是前端轴向耐磨片、10-1是前端轴承、10-2是后端轴承、11-1是前端调整齿、11-2是后端调整齿、12是摆动缸活塞轴、13是后端轴承盖、14是前端轴承盖、15是前端调整轴、16是螺旋(液压)摆动缸、17-1是外端滚针轴承、17-2是A内部滚针轴承、17-3是B内部滚针轴承、18是回转接头、19是控制接口、19-1是外端控制接口、19-2是连接管、20-1是A上端同步齿、20-2是B上端同步齿、21-1是A下端同步轴、21-2是B下端同步轴、22-1是A下端偏心块、22-2是B下端偏心块、23是刚性支撑。

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。

如图1-3所示，一种可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体，其结构包括箱体5，箱体5内一侧的上下部分别设上端马达工作腔4-1和下端马达工作腔4-2，上端马达工作腔4-1和下端马达工作腔4-2内分别设上端液压马达1-1、上端马达驱动轮3-1和下端液压马达1-2、下端马达驱动轮3-2，上端液压马达1-1和下端液压马达1-2分别通过上端驱动轴2-1和下端驱动轴2-2驱动连接上端马达驱动轮3-1和下端马达驱动轮3-2；箱体5内上端马达驱动轮3-1一侧依次啮合有A上端同步齿20-1和B上端同步齿20-2并组成上啮合部；箱体5内下端马达驱动轮3-2一侧依次啮合有A下端同步齿6-1和B下端同步齿6-2并组成下啮合部；A上端同步齿20-1、B上端同步齿20-2、A下端同步齿6-1和B下端同步齿6-2中心分别通过A上端同步轴8-1、B上端同步轴8-2、A下端同步轴21-1和B下端同步轴21-2同轴键连接A上端偏心块7-1、B上端偏心块7-2、A下端偏心块22-1和B下端偏心块22-2；上啮合部和下啮合部通过偏心调整机构连接，偏心调整机构设置在箱体5内与上端马达工作腔4-1和下端马达工作腔4-2相对的另一侧。

所述的上啮合部和下啮合部分别位于同一个平面和高度上且分别靠近箱体5的前壁和后壁，上啮合部和下啮合部上下错位排布。

所述的偏心调整机构包括螺旋摆动缸16、前端调整轴15、后端调整轴9、摆动缸活塞轴12、前端调整齿11-1和后端调整齿11-2，前端调整齿11-1和后端调整齿11-2分别与B上端同步齿20-2和B下端同步齿6-2啮合，前端调整轴15通过螺钉与前端调整齿11-1固结，后端调整轴9后部与后端调整齿11-2键连接，后端调整轴9前部与前端调整齿11-1通过后端轴向耐磨片9-1和外端滚针轴承17-1连接，前端调整轴15悬伸于后端调整轴9内部并通过前后部的A内部滚针轴承17-2和B内部滚针轴承17-3与前端轴向耐磨片9-2相接触，前端调整轴15内腔中设螺旋摆动缸16，螺旋摆动缸16的前端法兰通过螺栓与前端调整轴15固结，螺旋摆动缸16设整体式花键的摆动缸活塞轴12，前端调整轴15和后端调整轴9端部通过通过前端轴承10-1和后端轴承10-2与箱体5前壁和后壁连接，前端轴承10-1和后端轴承10-2外侧的箱体5前壁和后壁上分别设前端轴承盖14和后端轴承盖13。

所述的螺旋摆动缸16内腔连接回转接头18，回转接头18连接连接管19-2，连接管19-2连接外端控制接口19-1，外端控制接口19-1外接驱动液压油装置。

如图8所示，另一种可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体，其结构是还包括刚性支撑23，刚性支撑23焊接连接箱体5，刚性支撑23内部设轴承，刚性支撑23通过内部轴承套设在后端调整轴9中部。刚性支撑23使分体式的调整轴运转更加平稳，减少轴向耐磨片以及滚针轴承的损耗，增长使用寿命。

如图4所示，根据以上结构，打桩锤箱体正常工作时，螺旋摆动缸16处于初始状态，其输入输出口封闭，各偏心块位置如图1、2所示，液压马达输出扭矩带动驱动轴，两驱动轴分别啮合传递转动上、下啮合部；偏心调整机构中，后端调整轴9虽横跨两调整齿，但与前端调整齿11-1并不产生直接接触，前端调整轴15悬伸至后端调整轴9内部，并通过A内部滚针轴承17-2和B内部滚针轴承17-3和前端轴向耐磨片9-2相接触，如此分体排布受力更加均衡，并能允许前端调整轴15与后端调整轴9产生相对转动。

当偏心调整机构不工作时，上下两组偏心块的扭力传输通过前端调整齿11-1到与其固结的螺旋摆动缸16，再至整体式花键摆动缸活塞轴12，摆动缸活塞轴12输出扭矩到后端调整齿12-2进而实现整体刚性同步。

当偏心调整机构工作时，外部驱动液压油通过外端控制接口19-1经由连接管19-2输入至回转接头18，回转接头将驱动液压油输入螺旋摆动缸16前腔，此时摆动缸活塞轴12顺时针转动，由于摆动缸活塞轴12是是整体式花键，输出的转动使后端调整轴9与前端调整轴15产生相对转角。

因此上部的偏心块与下部偏心块在刚性同步齿的作用下产生转角上的相位差。当上下两组偏心块转角相位差达到180度时，偏心力矩为0，打桩锤箱体不产生激振力(图6)。当偏心块转速超出环境的共振频率时，外部驱动液压油经由同等过程输入螺旋摆动缸16后腔，摆动缸活塞轴12逆时针回转，带动偏心块回转到初始位置，此时偏心块相位差回到0°，偏心力矩达到最大值。(相同转速下的偏心块不同相位角所产生的激振力差异见图5。)

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箱体，其特征包括箱体(5)，箱体(5)内一侧的上下部分别设上端马达工作腔(4-1)和下端马达工作腔(4-2)，上端马达工作腔(4-1)和下端马达工作腔(4-2)内分别设上端液压马达(1-1)、上端马达驱动轮(3-1)和下端液压马达(1-2)、下端马达驱动轮(3-2)，上端液压马达(1-1)和下端液压马达(1-2)分别通过上端驱动轴(2-1)和下端驱动轴(2-2)驱动连接上端马达驱动轮(3-1)和下端马达驱动轮(3-2)；箱体(5)内上端马达驱动轮(3-1)一侧依次啮合有A上端同步齿(20-1)和B上端同步齿(20-2)并组成上啮合部；箱体(5)内下端马达驱动轮(3-2)一侧依次啮合有A下端同步齿(6-1)和B下端同步齿(6-2)并组成下啮合部；A上端同步齿(20-1)、B上端同步齿(20-2)、A下端同步齿(6-1)和B下端同步齿(6-2)中心分别通过A上端同步轴(8-1)、B上端同步轴(8-2)、A下端同步轴(21-1)和B下端同步轴(21-2)同轴键连接A上端偏心块(7-1)、B上端偏心块(7-2)、A下端偏心块(22-1)和B下端偏心块(22-2)；上啮合部和下啮合部通过偏心调整机构连接，偏心调整机构设置在箱体(5)内与上端马达工作腔(4-1)和下端马达工作腔(4-2)相对的另一侧。

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箱体，其特征是所述的上啮合部和下啮合部分别位于同一个平面和高度上且分别靠近箱体(5)的前壁和后壁，上啮合部和下啮合部上下错位排布。

3.如权利要求2所述的一种可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体，其特征是所述的偏心调整机构包括螺旋摆动缸(16)、前端调整轴(15)、后端调整轴(9)、摆动缸活塞轴(12)、前端调整齿(11-1)和后端调整齿(11-2)，前端调整齿(11-1)和后端调整齿(11-2)分别与B上端同步齿(20-2)和B下端同步齿(6-2)啮合，前端调整轴(15)通过螺钉与前端调整齿(11-1)固结，后端调整轴(9)后部与后端调整齿(11-2)键连接，后端调整轴(9)前部与前端调整齿(11-1)通过后端轴向耐磨片(9-1)和外端滚针轴承(17-1)连接，前端调整轴(15)悬伸于后端调整轴(9)内部并通过前后部的A内部滚针轴承(17-2)和B内部滚针轴承(17-3)与前端轴向耐磨片(9-2)相接触，前端调整轴(15)内腔中设螺旋摆动缸(16)，螺旋摆动缸(16)的前端法兰通过螺栓与前端调整轴(15)固结，螺旋摆动缸(16)设整体式花键的摆动缸活塞轴(12)，前端调整轴(15)和后端调整轴(9)端部通过通过前端轴承(10-1)和后端轴承(10-2)与箱体(5)前壁和后壁连接，前端轴承(10-1)和后端轴承(10-2)外侧的箱体(5)前壁和后壁上分别设前端轴承盖(14)和后端轴承盖(13)。

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箱体，其特征是所述的螺旋摆动缸(16)内腔连接回转接头(18)，回转接头(18)连接连接管(19-2)，连接管(19-2)连接外端控制接口(19-1)，外端控制接口(19-1)外接驱动液压油装置。

5.如权利要求3或4所述的一种可调偏心矩的液压振动打桩锤箱体，其特征是还包括刚性支撑(23)，刚性支撑(23)焊接连接箱体(5)，刚性支撑(23)内部设轴承，刚性支撑(23)通过内部轴承套设在后端调整轴(9)中部。