CN110748529A - 双泵联控液压打桩锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双泵联控液压打桩锤，包括锤芯和液压缸，液压缸上分别设有与其上下缸腔相连通的下缸腔油口和上缸腔油口；下缸腔油泵的出油口连至下缸腔液动阀的压力油P口，下缸腔液动阀的A油口连向下缸腔油口，上缸腔油泵的出油口连至上缸腔液动阀的压力油口P口，上缸腔液动阀的A油口连向上缸腔油口；所述下缸腔液动阀的压力油口P口与上缸腔液动阀的控制油口X口连通，下缸腔液压阀的A油口经过第一节流器与上缸腔液动阀的控制油口X口连通；所述上缸腔液动阀的压力油口P口与下缸腔液动阀的控制油口X口连通，上缸腔液动阀的A油口经过第二动节流器与下缸腔液动阀的控制油口X口连通。该打桩锤具有结构简单紧凑、工作高效可靠的优势。

Description

双泵联控液压打桩锤

技术领域

本发明涉及一种用于建筑工程基础施工的桩工机械，尤其涉及一种具有双供油泵的液压打桩锤。

背景技术

锤击式打桩机是最为常用的桩工机械，具有冲击能量大、打桩效率高和施工方便的特点，故而大型基桩的沉桩施工往往仅能使用锤击式打桩机进行作业。

锤击式打桩机主要有柴油打桩锤和液打桩压锤。柴油打桩锤由于其自身结构无法解决的噪声、振动和油烟污染等问题而逐步被禁止使用；也由于柴油打桩锤热容积和效率的限制，理论上讲最大的柴油锤的冲击锤芯质量也只能达到15吨，不能满足大型预制桩的施工要求。液压打桩锤则具有打桩效率高、噪声低振动小、无油烟污染的特点，其先进性已经被广泛认可，用液压打桩锤替代柴油打桩锤势在必然，在西方发达国家和亚洲的日本、韩国、香港和新加坡等国家和地区，液压打桩锤已经完全取代了柴油打桩锤，成为打桩市场的绝对主力。

本申请人于2017年10月24日提出“具有液压插装阀的导杆式打桩锤”的发明专利申请，其专利申请号：201711003379.1。该液压打桩锤液压控制回路包括有先导控制阀、插装阀和溢流节流阀等液压阀，其工作结构和工作原理构成了单作用液压冲击打桩锤，桩锤锤芯以自由落体方式打击桩体；提锤时液压泵的压力油在先导控制阀的控制下油液经第一插装阀和第二插装阀以一定的压力值充入到液压缸的下腔而实现提锤。由于落锤时则要先关闭第一插装阀，再打开第二插装阀。每一提锤、落锤的打击中均会形成较长的插装阀启闭动作时间和液压油流量损失，影响打桩锤打击能量和打击频次的提高。其液压控制回路在进行换向时需要多个主阀的联动切换，不仅增加了油路的复杂性，降低了传动系统的可靠性，而且多级切换增加了换向动作的时间，使得响应速度变慢，每一打击周期的工作时长，难以实现高频率打桩，影响桩基施工效率的提高。

本申请人又于2018年3月30日提出“高频大能量液压打桩锤”的发明专利申请，其专利申请号：201810291946.6。该发明申请中的液压缸采用差动式套缸结构，从而构成了双作用液压打桩锤，但其液压控制回路同样包括有插装阀等多个液压控制元件。提锤时第二插装阀关闭，第一插装阀打开，液压泵的压力油直接充入液压缸的直杆腔；打击时第二插装阀打开，第一插装阀关闭，此时液压缸构成了差动连接回路，这种由多个插装阀依序联动启闭而构成的液压控制回路仍存在通流量小，压力损失大，动作灵敏度不高，限制着打桩锤打击能量和打击速度的提高。

因此，现有的液压打桩锤虽然具有柴油打桩无法替代的优势，但其液压控制回路均较为复杂，既包括大功率液压泵和主控换向阀，又包括有先导阀、溢流节流阀等液压元件，在提锤、落锤的工作过程中均会因过多的溢流、节流而产生较多的高压油流量损失，故而在需要提高液压锤的打击能量时，必然要求液压泵和液压控制回路具有更高的系统流量，带来更多的能量损耗，使得液压控制系统和动力元件变得更为复杂和庞大，直接影响着液压能向打击能量的转换效率。而能量损耗的增加和转换效率的降低又带来系统发热量的增多，使得液压系统的温升提高、液压油的粘度降低、泄漏量增大，液压泵的容积效率和整个系统的效率显著降低。尤其是在高频次打桩时，液压油粘度降低，滑阀等移动部件油膜变薄或被切破，摩擦阻力增大，导致磨损加剧，带来更高的温升。液压系统温升的提升还会导致橡胶密封件变形，加速密封件老化；导致液压运动部件之间的间隙变小或卡死，引起动作失灵。复杂的液压系统还会引起液压管路变长，连接接头增多，故障率提高，影响打桩锤连续持久地稳定工作，尤其是在打桩锤强冲击高振动的工况下，复杂的液压系统更容易出现故障而影响打桩锤的高效运行。现有的打桩锤液压控制系统是以单台液压泵为驱动源，若干液压换向阀控制液压缸的换向；这种控制方法使液压锤的打击能量和打击行程往往难以根据施工状况进行即时调节，限制了液压锤的使用灵活性和适用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑、工作高效可靠的双泵联控液压打桩锤。

为了解决上述技术问题，本发明的双泵联控液压打桩锤，包括锤芯和锤芯导向件，该锤芯可往复滑动地支承于锤芯导向件上，在锤芯导向件上固定安装有液压缸，液压缸的活塞杆外伸端与锤芯相连接，所述液压缸上设有与液压缸下缸腔相连通的下缸腔油口，在液压缸上还设有与液压缸上缸腔相连通的上缸腔油口；下缸腔油泵的出油口连通至下缸腔液动阀的压力油口P口，下缸腔液动阀的A油口连向下缸腔油口，上缸腔油泵的出油口连通至上缸腔液动阀的压力油口P口，上缸腔液动阀的A油口连向上缸腔油口；所述下缸腔液动阀的压力油口P口与上缸腔液动阀的控制油口X口连通，下缸腔液压阀的A油口经过第一节流器与上缸腔液动阀的控制油口X口连通；所述上缸腔液动阀的压力油口P口与下缸腔液动阀的控制油口X口连通，上缸腔液动阀的A油口经过第二动节流器与下缸腔液动阀的控制油口X口连通。

在上述结构中，由于采用液压缸作为打桩锤的动力源，工作过程中既不会产生剧烈的燃爆震动和爆炸冲击所引起的高强度噪声，更不会产生有害烟气颗粒等污染物所引起的大气污染，能够实现洁净施工，对周围环境影响小，容易满足日益严格的环保要求；采用液压缸作为动力源还具有高能效的特点，液压泵所产生的液压能大部分被转换为打击锤体的势能；液压缸已形成了系列化、标准化产品，结构合理，便于实施和维修。又由于采用两台液压泵分别驱动液压缸的上下液压腔，形成对液压缸上下腔的独立驱动，能够方便通过调节上下油腔的进油量，而调节打桩锤的提锤速度，以及打桩锤的落锤打击能量，而且这种液压缸上下腔的独立驱动也可以方便地调节打桩锤锤芯的打击动程，通过打桩锤打击能量和打击动程的快速调节，可以很好地满足不同桩基土质条件等施工工况的施工要求，使打桩锤的使用灵活性和施工适应性得到极大提高。更由于本发明的液压控制回路采用一泵控制另一泵对应换向阀的联动控制结构，形成极为紧凑合理的液压控制回路，使打桩锤的动力单元大为简化，大大降低了控制回路中溢流、节流的流量损失，有效地提高了液压能转化为锤击能量的效率，有效地减少了能量损耗，避免系统温升过高所带来的不足，更有利于发挥液压打桩锤打击能量大的优势，使打桩锤更适应各种桩型及多种地质条件的打桩施工；能量转换效率的提高又避免了液压回路中温升过高所带来不利工况，既保证了液压油粘度的稳定，减少液压油的泄漏机率，提高了滑阀等液压移动部件的工作稳定性和可靠性，又有效地提高了密封件及机械部件的动作灵活性和使用寿命。紧凑的液压控制回路还大大减少和缩短的管路长度和管路接头，有效降低了因打桩锤冲击振动所引发的故障，工作更可靠，运行更效率。

本发明的优选实施方式，所述下缸腔液动阀和上缸腔液动阀均为二位三通液动换向阀。实现了液压缸的换向调控。

本发明的优选实施方式，所述下缸腔油泵和上缸腔油泵的驱动电机为伺服电机或变频电机。能方便地实现系统流量的调控，从而灵活地调节打桩锤的打击能量和打击行程。

本发明的优选实施方式，所述第一节流器和第二节流器为直通式固定节流阀。有利于形成可靠的液动换向阀的控制油压。

优选在，所述液压缸为单杆活塞式液压缸。

优选地，所述液压缸为双杆活塞式液压缸。

优选地，所述锤芯导向件采用筒式导向结构，锤芯滑动设置于该导向筒内。

优选地，所述锤芯导向件包括有两根相互平行的导杆，锤芯滑动支承于导杆。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明双泵联控液压打桩锤作进一步说明。

图1是本发明双泵联控液压打桩锤一种具体实施方式机械部份的结构示意图；

图2是图1所示实施方式的液压控制回路及液压缸的油路结构示意图；

图3是本发明另一种实施方式的液压控制回路及液压缸的油路结构示意图。

图中，1—液压缸，2—下缸腔油口，3—缸体座，4—上缸腔油口，5—缸体支撑件，6—缸盖，7—活塞杆，8—连接套筒，9—连轴节，10—锤芯导向件，11—锤芯连杆，12—蝶簧，13—锤芯，14—替打活塞，15—替打活塞套筒，16—内缸套，17—外缸套，18—下缸腔油泵，19—下缸腔油泵单向阀，20—下缸腔液动阀，21—第一节流器，22—第二节流器，23—上缸腔液动阀，24—上缸腔油泵单向阀，25—上缸腔油泵，26—油箱。

具体实施方式

如图1所示的双泵联控液压打桩锤（锤芯处于打桩位置），该液压打桩锤的锤芯13为一呈圆柱状重达五十吨的合金钢铸件，该圆柱锤芯的外径1.5米，高5.1米；锤芯导向件10采用筒式导向结构，即锤芯导向件10呈钢质圆柱筒状结构，锤芯13可以上下往复滑动地置于锤芯导向件10的筒管内。在筒状的锤芯导向件10的下端通过导向件连接法兰固定连接有替打活塞套筒15，该替打活塞套筒15同样采用筒管状结构，在替打活塞套筒15内活动放置有替打活塞14，打击时该替打活塞14的上顶面直接受锤芯13的落锤打击，替打活塞14的下底面则为弧形面，替打活塞14通过弧形面支承于基桩的桩顶上；锤芯13的落锤打击力通过替打活塞14传递给基桩，从而有效保护桩头不被击伤击坏。

打桩锤的液压缸1下端的缸盖6固定连接而支承于下支承法兰上，液压缸1上端通过缸底和缸底座3固定支承于上支承法兰上；上支承法兰和下支承法兰通过缸体支撑件5相互固定连接，从而构成一稳定的框架结构，液压缸1位于该刚性框架的中心位置，在液压缸1外侧面还套装有液压缸护套，该液压缸护套固定设置于上支承法兰和下支承法兰之间。下支承法兰通过连接套筒8和套筒连接法兰固定安装于呈筒状结构的锤芯导向件10的上端，这种结构有利于液压缸的安装和维护。在上支承法兰上固定连接有提锤筒，在提锤筒内设置有集成阀块和液压泵等液压元件，在提锤筒的顶部设置提锤吊耳，以便起吊整个打桩。

如图2所示，液压缸1采用单杆活塞式液压缸，该液压缸1包括相互同心间隔套装的内缸套16和外缸套17，在内缸套16和外缸套17的间隙之间形成了进油通道。内缸套16和外缸套17的上端固定焊接有缸体座3，在缸体座3上固定连接有缸底，缸底上设置有下缸腔油口2和上缸腔油口4。在内缸套16内活动设置有活塞，该活塞的下端固连有活塞杆7，下缸腔油口2经缸体座上的对应流道与内缸套16和外缸套17之间的进油通道相连通，该进油通道经内缸套16下端位置的进油孔连向液压缸内缸套的下腔（有杆腔）；上缸腔油口4与液压缸的上腔（无杆腔）相连通。液压缸1的活塞杆7外伸下端通过连轴节9与锤芯连杆11相连，锤芯连杆11则通过蝶簧12与锤芯13相连接。

打桩锤的液压控制回路部分包括有下缸腔油泵18和上缸腔油泵25。下缸腔油泵18的出油口经下缸腔油泵单向阀19连通至下缸腔液动阀20的压力油口P口，下缸腔液动阀20的A油口连向下缸腔油口2，上缸腔油泵25的出油口经上缸腔油泵单向阀24连通至上缸腔液动阀23的压力油口P口，上缸腔液动阀23的A油口连向上缸腔油口4。下缸腔液动阀20和上缸腔液动阀23均为二位三通液动换向滑阀。下缸腔油泵18和上缸腔油泵25的驱动电机为变频电机，也可以是伺服电机，以便于控制和调速。

下缸腔液动阀20的压力油口P口还与上缸腔液动阀23的控制油口X口连通，下缸腔液动阀20的A油口经过第一节流器21也与上缸腔液动阀23的控制油口X口连通。上缸腔液动阀23的压力油口P口与下缸腔液动阀20的控制油口X口连通，上缸腔液动阀23的A油口经过第二节流器22与下缸腔液动阀20的控制油口X口连通。第一节流器21和第二节流器22均采用通式固定节流阀。

下缸腔油泵18和上缸腔油泵25及液压缸1的下缸腔、上缸腔的溢流保护油路包括有与之对应的单向阀及与单向阀连通的溢流阀，该溢流保护油路采用常见的保护油路，故而未在图1中示出。

打桩锤时，随着下缸腔油泵18和上缸腔油泵25的交替工作，锤芯13及其与之连接的活塞杆作上下往复运动以完成对基桩的打击沉桩。首先启动下缸腔油泵18，下缸腔液动阀20处于图2所示位置，其A口和P口接通，上缸腔油泵25处于关停状态，下缸腔油泵18出油口的压力油经过下缸腔油泵18的P口、A口而流向下缸腔油口2，流经下缸腔油口2的压力油进入到液压缸的下腔而推动活塞杆7和锤芯13上行以完成提锤。同时下缸腔油泵18的也流进上缸腔液动阀23的控制X而推进滑芯移向图2所示的另一位置，使上缸腔液动阀23的A口和T口接通，液压缸1上缸腔的液压油回至油箱26。

当锤芯13到达设定上位时，下缸腔油泵18关闭，上缸腔油泵25启动，此时下缸腔液动阀20的阀芯仍处于图2所示位置，即下缸腔液动阀20的P口和A口仍处于连通状况，其A口与T口则断开；上缸腔液动阀23的P口和A口处于断开状态，其A口与T口连通。上缸腔油泵25的泵出的压力油首先泵入下缸腔液动阀20的控制油口X口和上缸腔液动阀23的A口和T口，由于控制油路中第二节流阀22的设置，第二节流阀22的两端形成压差，该压差推动下缸腔液动阀20滑芯移向另一端位置，而使下缸腔液动阀20的A口和T口接通，使下缸腔的压力油回到油箱26，同时上缸腔液动阀23控制腔的压力油经第一节流阀21和下缸腔液动阀20的A口和T口卸压，上缸腔液动阀23滑芯移向另一端位置，使上缸腔液动阀23的P口和A口接通，锤芯13则在上缸腔油泵25的压力油和重力作用下锤打击。

随后再次启动下缸腔油泵18，此时下缸腔液动阀20的A口仍与P口断开而与T口接通，上缸腔液动阀23的A口仍与P口接通而与T口断开。下缸腔油泵18的压力油先进入到上缸腔液动阀23的控制油口X口和下缸腔液动阀20的A口和T口，同时由于第一节流阀21的设置，第一节流阀21两端形成压差，该压差推动上缸腔液动23滑芯移向另一位置，上缸腔液动阀23的A口与T口接通，使液压缸1的上缸腔压力油回油箱26，同时下缸腔液动阀20控制腔的压力油经第二节流阀22和上缸腔液动阀23的A口和T口卸压，下缸腔液动阀20滑芯移向另一端位置，使下缸腔液动阀20的P口和A口接通，下缸腔油泵18泵出的压力油再次进入到液压缸1的下缸腔，以完成锤芯13的再次提升。如此重复而实现打桩锤的提锤和落锤打桩。

图3所示是本发明的另一种实施方式，该实施方式中除液压缸1和锤芯导向件10的结构与上述实施例不同外，其余均相同。该实施例中液压缸1采用双杆活塞式液压缸，锤芯导向件10采用两根相互平行的导杆，锤芯13滑动支承于两根相互平行的导杆上，当然该导杆也可以是相互平行的三根或四根导杆。

Claims (8)

1.一种双泵联控液压打桩锤，包括锤芯（13）和锤芯导向件（10），该锤芯（13）可往复滑动地支承于锤芯导向件（10）上，在锤芯导向件（10）上固定安装有液压缸(1)，液压缸（1）的活塞杆（7）外伸端与锤芯（13）相连接，其特征在于：所述液压缸（1）上设有与液压缸下缸腔相连通的下缸腔油口（2），在液压缸（1）上还设有与液压缸上缸腔相连通的上缸腔油口（4）；下缸腔油泵（18）的出油口连通至下缸腔液动阀(20)的压力油口P口，下缸腔液动阀（20）的A油口连向下缸腔油口（2），上缸腔油泵（25）的出油口连通至上缸腔液动阀（23）的压力油口P口，上缸腔液动阀（23）的A油口连向上缸腔油口（4）；所述下缸腔液动阀（20）的压力油口P口与上缸腔液动阀（23）的控制油口X口连通，下缸腔液压阀（20）的A油口经过第一节流器（21）与上缸腔液动阀（23）的控制油口X口连通；所述上缸腔液动阀（23）的压力油口P口与下缸腔液动阀（20）的控制油口X口连通，上缸腔液动阀（23）的A油口经过第二动节流器（22）与下缸腔液动阀（20）的控制油口X口连通。

2.根据权利要求1所述的双泵联控液压打桩锤，其特征在于：所述下缸腔液动阀（20）和上缸腔液动阀（23）均为二位三通液动换向阀。

3.根据权利要求1所述的双泵联控液压打桩锤，其特征在于：所述下缸腔油泵（18）和上缸腔油泵（25）的驱动电机为伺服电机或变频电机。

4.根据权利要求1所述的双泵联控液压打桩锤，其特征在于：所述第一节流器（21）和第二节流器（23）为直通式固定节流阀。

5.根据权利要求1所述的双泵联控液压打桩锤，其特征在于：所述液压缸（1）为单杆活塞式液压缸。

6.根据权利要求1所述的双泵联控液压打桩锤，其特征在于：所述液压缸（1）为双杆活塞式液压缸。

7.根据权利要求1所述的双泵联控液压打桩锤，其特征在于：所述锤芯导向件（10）采用筒式导向结构，锤芯（13）滑动设置于该导向筒内。

8.根据权利要求1所述的双泵联控液压打桩锤，其特征在于：所述锤芯导向件（10）包括有两根相互平行的导杆，锤芯（13）滑动支承于导杆。

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