CN110080223B - 一种市政施工用筒式柴油打桩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及打桩设备技术领域，且公开了一种市政施工用筒式柴油打桩机，包括上缸体、下缸体、散热片、桩帽、上活塞、下活塞和油泵操纵压块，所述下缸体的外部上下侧分别固定安装有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器将检测的温度与压力数据经处理后由PLC控制器按照设定联合阈值控制喷油泵启闭及设备总闸启停。本发明通过由压力传感器和温度传感器检测的参数提供PLC控制器过程自动化控制，利用下缸体内余热让同体积气体压强变大的特点，将喷油泵的喷油时机控制在下缸体内气压达到预设控制点时，从而有效利用下缸体内余温及压强的协同作用最大化提高筒式柴油机的打桩效率。

Description

一种市政施工用筒式柴油打桩机

技术领域

本发明涉及打桩设备技术领域，具体为一种市政施工用筒式柴油打桩机。

背景技术

市政施工过程中，如高架建设、地下管网布置等，常需对地下空间进行加固，打桩机就是常用设备之一，而筒式柴油打桩机以其冲击力大、工作效率高、可靠性强、操作维修方便等特点而得到广泛应用。

筒式柴油打桩机由直筒缸体、上活塞、下活塞、桩帽、桩座等组成，其工作过程类似于一个单杠两冲程柴油发动机，具体为：直筒缸体分为上下缸，上、下活塞分别位于上下缸内，作业时，上活塞由起落架吊起并释放自由下落，当上活塞下落经过吸排气口时，上活塞即开始对下气缸内的空气进行压缩，同时，上活塞触碰油泵操纵压块，喷油泵在极短时间内向缸内喷射雾化柴油，继续压缩缸内空气，逐渐增大的空气压力将下活塞和桩帽紧密地压在桩头上，当缸内空气压缩产生高温高压达到柴油的着火点时，缸内油雾被点燃爆炸，所产生的爆炸力继续将桩往下打，并使上活塞向上弹起，当活塞上行到越过吸排气口时，废气排于缸外，上活塞因惯性仍继续上行，新鲜空气被吸入，当上活塞重新下行时，缸内新鲜空气被向缸外扫出一部分，直至活塞下行越过吸排气口，即完成一个工作循环。

在上述工作过程中，柴油燃烧爆炸会产生大量的热量，需要通过下气缸外部的密集散热片向外部散热，若下气缸热量不能及时散去，导致缸内温度急剧上升，会使得缸内油雾提前点火，燃油爆炸所提供的能量不能有效的转换为对桩的冲击力，需要实现更多次的击打，降低打桩效率，同时，缸内温度过高，会降低缸内材料强度变低，磨损加剧，加剧腐蚀性损坏，严重时会造成咬缸，需要工人根据实际操作经验定时停机冷却后再进行作业，对工人操作要求高。对此，中国专利号CN102797258B，提出一种能强制冷却的筒式柴油打桩锤，利用在设备外增设冷媒强制流动装置来加速冷却效果，以解决缸内温度过高的问题，本申请则针对缸内余温过高，考虑从自动化控制过程方面改进筒式柴油打桩机，以期获得稳定的打桩效率和简化操作过程。

发明内容

针对背景技术中提出的现有筒式柴油打桩机在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种市政施工用筒式柴油打桩机，具备稳定的打桩效率、自动控制简化操作要求的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种市政施工用筒式柴油打桩机，包括上缸体、下缸体、散热片、桩帽、上活塞、下活塞和油泵操纵压块，所述下缸体的外部上下侧分别固定安装有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器将检测的温度与压力数据经处理后由PLC控制器按照设定联合阈值控制喷油泵启闭及设备总闸启停。

优选的，所述PLC控制器按照设定联合阈值控制喷油泵启闭及设备总闸启停包括高于压力传感器预设值时启动喷油泵、低于压力传感器预设值且高于温度传感器预设值时启动一次喷油泵、高于温度传感器预设值的持续时间达到预定时长时停止设备总闸。

优选的，所述压力传感器的安装位置位于油泵操纵压块的上方，所述温度传感器的安装位置位于下活塞的上方附近，所述温度传感器的端部设有将下缸体内缸壁温度传导至温度传感器处的导热块，所述导热块的材质与下缸体的外缸壁材质相同且均为铸铝。

优选的，所述下活塞由承台、气流上升平台和气旋面组成，所述承台为圆柱座，所述气流上升平台为扇叶形且与承台等高，所述气旋面与气流上升平台俯视形状相似，且气旋面为由一个气流上升平台高端到另一个气流上升平台低端的光滑曲线面。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过由压力传感器和温度传感器检测的参数提供PLC控制器过程自动化控制，利用下缸体内余热让同体积气体压强变大的特点，将喷油泵的喷油时机控制在下缸体内气压达到预设控制点时，即使得每次雾化柴油燃爆时间均是在下缸体内达到预定温度及压强下进行，由此，燃爆的能量可足以提供下活塞的冲击力转化，从而有效利用下缸体内余温及压强的协同作用最大化提高筒式柴油机的打桩效率，同时，利用温度传感器检测的温度高于预设值的持续时间达到预定时长则关闭设备总闸，相比于人工控制而言，可更加准确的对设备进行保护。

2、本发明通过将压力传感器设置在油泵操纵压块上方，使得喷油泵的启闭受压力传感器与油泵操纵压块的综合控制，压力传感器检测的压力参数配合下缸体内存在余温时启动喷油泵，当下缸体内余温较低时，上活塞下行至油泵操纵压块时启动喷油泵，由此可始终保障下缸体内油雾燃爆时已达到温度及压强的要求，且能够最大化提高打桩效率。

3、本发明通过将下活塞的顶端设置为曲面间隔布置，可使得上活塞在下行压缩空气时使得下缸体内气体产生气旋，气旋可有效解决了下缸体内在已达到柴油燃点情况下，喷入的油雾能与下缸体内新鲜空气快速混合并燃爆，保障了将油雾时机选择在下缸体内已经达到燃点情况下进行喷射。

附图说明

图1为本发明半剖结构安装示意图；

图2为本发明下活塞顶端俯视图；

图3为本发明过程控制框图。

图中：1、上缸体；2、下缸体；3、散热片；4、桩帽；5、上活塞；6、下活塞；6a、承台；6b、气流上升平台；6c、气旋面；7、油泵操纵压块；8、压力传感器；9、温度传感器；10、导热块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种市政施工用筒式柴油打桩机，包括上缸体1、下缸体2、散热片3、桩帽4、上活塞5、下活塞6和油泵操纵压块7，上缸体1和下缸体2为直筒式缸体，且下缸体2采用双层缸筒，内缸采用铸铁，外缸采用铸铝，下缸体2下部设置的散热片3用于对下缸体2内燃爆热量进行散发，油泵操纵压块7用于上活塞5下行时触发喷油泵启动喷射雾化柴油，下缸体2的外部上下侧分别固定安装有压力传感器8和温度传感器9，压力传感器8和温度传感器9将检测的温度与压力数据经处理后由PLC控制器按照设定联合阈值控制喷油泵启闭及设备总闸启停，其中，高于压力传感器8预设值时启动喷油泵、低于压力传感器8预设值且高于温度传感器9预设值时启动一次喷油泵、高于温度传感器9预设值的持续时间达到预定时长时停止设备总闸。

其中，压力传感器8和温度传感器9检测的数据需经过A/D转换器将数据信号转化后，再由PLC控制器比对控制，PLC控制器用于将收集的数据与预设值比对，并输出比对结果，并由比对结果控制喷油泵或设备总闸的启停，压力传感器8和温度传感器9均用与缸体相同材质的盖体经由螺栓密封拧固。

压力传感器8的预设值为下缸体2处于环境温度时，缸内气体达到柴油燃点时的压力值，温度传感器9的预设值为柴油燃点的90％，只要设备内气压值达到该预设值即可进行喷射雾化柴油，即使此时下缸体2内温度并未达到燃点，也可进行；当缸内温度在燃爆前已经接近或超过燃点时，说明缸内温度较高，散热系统无法提供足够的散热性能，此时处于最大化工作效率考虑，可进行一次喷油打桩工作，然后再停机冷却；打桩机在出厂时有持续高温工作时间，根据设定，高于设定温度工作一段时间后必须强制停止设备工作并进行冷却。

传统的筒式柴油打桩机，其喷射雾化柴油的时间选择在压缩空气时，此时，压缩空气的温度与压强均未达到雾化柴油燃爆的边界条件，由此，未及时散热的缸内余温即未得到很好的利用，且存在着雾化柴油燃爆时，缸内压力不足的情况，导致该次燃爆能量转化冲击力的转化率低，需进行更多次的打桩。而本申请，则是利用缸内存在余温时，缸内气体压力会在同等压缩体积下更大的原理，将喷射雾化柴油的时机选择在符合燃油燃爆的压力条件下，由此，即可结合每次缸内余温，使得燃油提前燃爆，且燃爆时缸内温度压强均符合标准设定，产生的燃爆能量转化为冲击力的转化率合格，有效提高打桩效率。

其中，压力传感器8的安装位置位于油泵操纵压块7的上方，温度传感器9的安装位置位于下活塞6的上方附近，温度传感器9的端部设有将下缸体2内缸壁温度传导至温度传感器9处的导热块10，导热块10的材质与下缸体2的外缸壁材质相同且均为铸铝。

压力传感器8位于油泵操纵压块7的上方，由压力传感器8和油泵操纵压块7同时控制喷油泵的喷油时机，压力传感器8为下缸体2内存在余温时，相同的空气压缩比下，具备更高的压强，此时，只要下缸体2内压力达到预定值，其内温度可在燃点内或外，均可进行喷油，温度在燃点之上，即提前燃爆，节省时间，温度在燃点之下，也不影响设备正常运行；当下缸体2内余温较低，上活塞5下行越过压力传感器8的位置时，缸内仍然压强不足，此时可由上活塞5下行至油泵操纵压块7时启动喷油泵。温度传感器9的位置接近下活塞6，为最接近燃烧室的温度，使得检测的温度更具代表性，同时，将导热块10贴紧下缸体2的内缸，可更好的传热至温度传感器9处，使得温度传感器9检测的温度更进一步的具备缸内温度代表性。

其中，下活塞6由承台6a、气流上升平台6b和气旋面6c组成，承台6a为圆柱座，气流上升平台6b为扇叶形且与承台6a等高，气旋面6c与气流上升平台6b俯视形状相似，且气旋面6c为由一个气流上升平台6b高端到另一个气流上升平台6b低端的光滑曲线面。

参阅图3，中间的圆形为承台6a，留白的扇叶形部分为气流上升平台6b，阴影扇叶部分表示气旋面6c，气旋面6c按顺时针方向，右侧高左侧低，投影面为光滑曲线面，向下压动气流，由气旋面6c换向，再经由气流上升平台6b的侧立面上升，该曲线面用以将压缩的空气在下活塞6附近产生气旋，使得喷入的雾化柴油能够随气旋快速的与缸内空气混合，从而使得缸内已经达到燃点及压强的情况下，快速的燃爆柴油。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种市政施工用筒式柴油打桩机，包括上缸体(1)、下缸体(2)、散热片(3)、桩帽(4)、上活塞(5)、下活塞(6)和油泵操纵压块(7)，其特征在于：所述下缸体(2)的外部上下侧分别固定安装有压力传感器(8)和温度传感器(9)，所述压力传感器(8)和温度传感器(9)将检测的温度与压力数据经处理后由PLC控制器按照设定联合阈值控制喷油泵启闭及设备总闸启停；

所述PLC控制器按照设定联合阈值控制喷油泵启闭及设备总闸启停包括高于压力传感器(8)预设值时启动喷油泵、低于压力传感器(8)预设值且高于温度传感器(9)预设值时启动一次喷油泵、高于温度传感器(9)预设值的持续时间达到预定时长时停止设备总闸；

所述压力传感器(8)的安装位置位于油泵操纵压块(7)的上方，所述温度传感器(9)的安装位置位于下活塞(6)的上方附近。

2.根据权利要求1所述的一种市政施工用筒式柴油打桩机，其特征在于：所述温度传感器(9)的端部设有将下缸体(2)内缸壁温度传导至温度传感器(9)处的导热块(10)，所述导热块(10)的材质与下缸体(2)的外缸壁材质相同且均为铸铝。

3.根据权利要求1所述的一种市政施工用筒式柴油打桩机，其特征在于：所述下活塞(6)由承台(6a)、气流上升平台(6b)和气旋面(6c)组成，所述承台(6a)为圆柱座，所述气流上升平台(6b)为扇叶形且与承台(6a)等高，所述气旋面(6c)与气流上升平台(6b)俯视形状相似，且气旋面(6c)为由一个气流上升平台(6b)高端到另一个气流上升平台(6b)低端的光滑曲线面。

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