CN113136862B - 打桩锤用减震系统、打桩锤 - Google Patents

Abstract

一种打桩锤用减震系统，包括用于形成减震腔的减震腔体、设置在减震腔内的减震装置，以及散热风道和动密封装置；减震腔体内设有第一重锤活动穿孔，减震装置上设有第二重锤活动穿孔，动密封装置用于动密封连接重锤和第一重锤活动穿孔的内壁，散热风道用于连通锤壳内腔和桩帽内腔。它可以提高减震效果的同时延长其平均维护周期的时长。一种打桩锤，包括锤壳、重锤、桩帽、砧铁、气流通道和打桩锤用减震系统，散热风道构成气流通道的一部分。可以加快减震装置的散热，进而延长其缓冲系统的维护周期。

Description

打桩锤用减震系统、打桩锤

技术领域

本发明涉及打桩锤技术领域，具体涉及一种打桩锤用减震系统，以及一种打桩锤。

背景技术

公开于2016年3月23日的博士论文《水下打桩锤冲击系统动力学分析及砧铁构型优化》(作者为哈尔滨工程大学的陈东华)中详细介绍了使用砧铁缓冲环在小空间内迅速减缓砧铁的反弹速度，吸收砧铁的反弹动能，在砧铁与锤壳之间进行缓冲的缓冲装置。并具体公开了将多个气弹簧和弹簧为核心的缓冲单元绷成缓冲环的结构。

专利文献CN109073035A记载了一种避震装置，包括层叠体，层叠体具有交替层叠的弹性层和刚性层；以及振动衰减体，振动衰减体以具有8MPa以上的应力的方式，填充于沿层叠体的层叠方向延伸而形成于层叠体内的中空部。它可以作为一种缓冲环结构使用于威吓铁与锤壳之间的缓冲减震上，但在具体使用时，缓冲装置变形过程中会产生内热，并影响弹性层的理化性能，其老化速度快。

若缓冲装置性能不能满足工作需要，则会加速缓冲装置的毁损速率。同时，震动经锤壳传导至小部件，极易造成二次伤害。比如传导至螺栓，可能会造成螺栓松动。又比如传导至阀件，可能会造成阀件破损。这些均会影响打桩锤的维护周期。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种打桩锤用减震系统，以提高减震效果的同时延长其平均维护周期的时长。

本发明的第二目的是提供一种打桩锤，以延长其缓冲系统的维护周期。

本发明的技术方案是：

一种打桩锤用减震系统，包括用于形成减震腔的减震腔体、设置在减震腔内的减震装置，以及散热风道和动密封装置；所述减震腔体内设有第一重锤活动穿孔，所述减震装置上设有第二重锤活动穿孔，所述动密封装置用于动密封连接重锤和第一重锤活动穿孔内壁，所述散热风道用于连通锤壳内腔和桩帽内腔。

其中，散热风道最好能够贯穿减震装置的两端。减震装置受压时，其两端距离会缩减，以此确定减震装置的两端。

优选的，所述减震腔体的两端分别设有第一端主流道和第二端主流道，所述减震装置与所述减震腔体之间设有外环散热支流道，所述第一端主流道同时与所述外环散热支流道和所述第二重锤活动穿孔相连通，所述第二端主流道同时与所述外环散热支流道和所述第二重锤活动穿孔相连通。其中，第一端主流道与第二端主流道最好错位设置，设经第二重锤活动穿孔连通第一端主流道和第二端主流道的流道为内环散热支流道，气流流经内环散热支流道与气流流经外环散热支流道的流经时长相等。这样，散热气流经外环散热支流道与经内环散热支流道的流经时长基本一致时，外环散热支流道与经内环散热支流道分配的气流量大致相等。

优选的，所述减震装置包括阻尼型弹性体，所述阻尼型弹性体包括黏弹性阻尼材料。

优选的，所述减震装置包括在所述减震腔的轴向方向上交替层叠设置的刚性层和弹性层，所述弹性层与邻接的刚性层面粘结连接。

进一步的，所述减震腔体为导热体，所述刚性层一体成型有外凸于所述减震装置侧面的热桥，所述热桥与所述减震腔体导热连接。导热连接并不必须接触，使用时，热桥可以与减震腔体接触，此种情况下刚性层和减震腔体之间为固-固热传导，热桥也可以与减震腔体之间设有间隙，此种情况下刚性层与减震腔体之间为固-气-固热传导，这两种情况下均不影响减震装置变形时刚性层的活动。热桥导热连接刚性层和减震腔体，从而可以利用减震腔体的表面、热桥表面加快减震装置的散热。热桥外凸于减震装置，从而使减震装置和减震腔体之间可以形成散热风道。

优选的，所述减震装置包括在所述减震腔的轴向方向上层叠设置的多个减震片，所述减震片包括面粘结连接的上刚性层、中弹性层和下刚性层。

进一步的，所述减震腔体为导热体，在所述上刚性层和所述下刚性层的至少一层一体成型有外凸于所述减震装置侧面的热桥，所述热桥与所述减震腔体导热连接。热桥导热连接刚性层和减震腔体，从而可以利用减震腔体的表面加快减震装置的散热。热桥外凸于减震装置，从而使减震装置和减震腔体之间可以形成散热风道。

优选的，还包括减震座，所述减震座设置在所述减震腔内，并能够在减震腔的轴向方向上活动，所述减震装置的两端分别与所述减震腔体、所述减震座连接。

进一步的，所述减震腔体包括减震壳和端盖，所述减震壳的底端固定连接有减震座限位部，所述端盖、所述减震装置、所述减震座、所述减震座限位部顺次设置在所述减震腔的轴向方向上，且所述端盖与所述减震壳固定连接，在所述端盖上设有端盖重锤活动穿孔，在所述减震座上设有减震座重锤活动穿孔。

优选的，在所述减震腔体上还设有重锤支撑座，所述重锤支撑座内设有连通气道和支撑座重锤穿孔，所述重锤支撑座与所述减震腔体固定连接，所述连通气道与所述散热气道相连通，所述动密封装置设置在所述支撑座重锤穿孔内，用于动密封连接重锤和重锤支撑座。

一种打桩锤，包括锤壳、重锤、桩帽、砧铁和气流通道，所述重锤与所述锤壳滑动连接，所述砧铁设置在所述桩帽内，还安装有前述的打桩锤用减震系统，所述减震腔体的两端分别连接所述锤壳、所述桩帽，所述散热风道构成所述气流通道的一部分。

本发明的有益效果是：

1.重锤下落到最低点时，通过砧铁、替打环传力实现对桩体的击打，在动量作用下，砧铁及重锤反冲向上弹起，砧铁撞击到减震装置期间，减震装置将撞击动能转换为内能，以降低砧铁反冲对锤壳的影响。其中，内能主要以热能的方式表现出来，而热量积聚会导致弹性体升温，而随着温度的升高，弹性体老化速率加快，使用寿命降低。此外，重锤在第一重锤活动穿孔及第二重锤活动穿孔内往复运动时，形成活塞风效应。活塞风流流经散热风道过程中，可以加快减震装置的散热。按照每击打一次桩体，砧铁反冲一次减震装置测算，每击打一次桩体带起两股正反方向上的活塞风，两股活塞风流经散热风道后，对减震装置实现两次降温过程，从而降低内热积聚对减震装置老化速率的影响，故而本发明的打桩锤用减震系统可以提高减震效果的同时延长其平均维护周期的时长。

2.在重锤行经第一重锤活动穿孔时，动密封装置动密封连接重锤和第一重锤活动穿孔的内壁，也即是，散热风道属于连通锤壳内腔和桩帽内腔之间的气流通道的一部分或全部，这样，重锤下落时，将锤壳内腔内的气体压入气流通道，并行经散热风道对减震装置进行散热；重锤上升时，锤壳内腔形成负压，将桩帽内腔的气体吸入气流通道，并行经散热风道对减震装置进行散热。这样可以全部利用重锤工作带起的活塞风流对减震装置进行散热。

3.弹性层与邻接的刚性层面粘结连接构造的减震装置，其性能优于弹性层与邻接的刚性层多点粘结连接构造的减震装置。刚性层除用于均衡传导每层弹性垫之间的受力外，一般的，其导热效果也优于弹性层。一般的，弹性层是橡胶硫化在相邻两层刚性层之间形成的，这样弹性层与邻接的刚性层面就是面粘结连接。为避免弹性层变形过程中隔断散热风道，需要设置弹性层与减震装置边界之间的距离。

4.在刚性层的径向方向上一体成型有外凸于减震装置侧面的热桥，这样，减震装置与减震腔体之间就可以形成至少一条外环散热风道。而且，热桥导热连接刚性层和减震腔体，从而可以利用减震腔体的表面、热桥表面加快减震装置的散热。热桥外凸于减震装置，从而使减震装置和减震腔体之间可以形成散热风道。此外，重锤与重锤活动穿孔之间为间隙配合，故而使用时重锤与减震装置之间也可以形成一条内环散热风道。这样的设置可以提高减震装置的散热面。在与设置在第一重锤活动穿孔内的动密封装置配合后，可以有效保证活塞风行经外环散热风道和内环散热风道。

5.减震装置包括在减震腔的轴向方向上层叠设置的多个减震片，所述减震片包括面粘结连接的上刚性层、中弹性层和下刚性层。这样，相邻两个减震片中，两中弹性层之间隔有一层下刚性层、一层上刚性层。这样便于制作减震片，也可以重复利用可供回收使用的减震片。

6.在上刚性层和下刚性层的至少一层一体成型有外凸于减震装置侧面的热桥，这样，减震装置与减震腔体之间就可以形成至少一条外环散热风道。热桥导热连接刚性层和减震腔体，从而可以利用减震腔体的表面、热桥表面加快减震装置的散热。热桥外凸于减震装置，从而使减震装置和减震腔体之间可以形成散热风道。

7.散热风道构成气流通道的一部分，气流通道可以是连通锤壳内腔与桩帽内腔的气流通道，此时重锤工作时的活塞风就可以带动气体在散热风道内流动，加快减震装置的散热。也可以是其它单独设置的气流通道，此时，气流通道内通行的气体流经散热风道时，也可以加快减震装置的散热。这均有助于减缓减震装置的老化速率，进而延长其减震系统的维护周期。

附图说明

图1为一种本发明的打桩锤用减震系统安装在打桩锤上的结构示意图。

图2为图1的A部放大图。

图3为图2的B-B断面图。

图4为图2中移除重锤后的结构图。

图5为一种本发明的打桩锤用减震系统的端盖的立体图。

图6为图5的仰视透视图。

图7为一种本发明的打桩锤用减震系统的减震座的立体图。

附图标记说明，11-锤壳，14-重锤支撑座，141-连通气道，15-动密封环，21-重锤，22-砧铁，23-替打环，3-打桩锤用减震系统，31-端盖，310-台阶式壁体，311-端盖重锤活动穿孔，312-T形三通导气孔，314-导气槽，315-固定孔，32-减震壳，33-减震装置，330-减震片，3301-上刚性层，3302-中弹性层，3303-下刚性层，34-减震座，340-台阶式壁体，341-减震座重锤活动穿孔，342-导气孔，343-导气槽，4-桩帽，41-排气孔。

具体实施方式

下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。

实施例1：一种打桩锤用减震系统，参见图2、图4，包括用于形成减震腔的减震腔体、设置在减震腔内的减震装置33，打桩锤用减震系统内还设有散热风道、动密封装置15。其中，在打桩锤用减震系统的中心设有重锤活动穿孔，为在打桩锤用减震系统内设置重锤活动穿孔，需要在减震腔体上设置第一重锤活动穿孔，在减震装置上设置第二重锤活动穿孔，第一重锤活动穿孔与第二重锤活动穿孔相连通，构成重锤活动穿孔。完成一次打桩作业过程中，重锤在锤壳内升降，需要穿过重锤活动穿孔击打砧铁。也就是说，重锤与重锤活动穿孔的内壁之间存在活动间隙。一般的，减震腔为管状结构。因此，只要在减震装置33上设置重锤活动穿孔就可以形成重锤活动穿孔了。

一般的，减震腔体可以由两端带端盖的管体构成，端盖上设有端盖重锤活动穿孔。端盖重锤活动穿孔属于第一重锤活动穿孔。

其中，减震装置33用于缓冲砧铁反冲向上弹起的作用力。一般的，减震装置33主要用于缓冲减震腔的轴向方向上的作用力。

其中，减震装置包括阻尼型弹性体。由于阻尼型弹性体随温度升高寿命愈短，散热风道内的气流流动时，有助于加快减震装置的散热，进而降低温升对阻尼型弹性体的不良影响。常见的阻尼型弹性体有黏弹性阻尼材料、阻尼金属。常用的黏弹性阻尼材料是高分子聚合物，如氯丁橡胶，有机硅橡胶，聚氯乙烯，环氧树脂类胶及泡沫塑料构成的复合阻尼。

其中，动密封装置15用于动密封连接重锤和第一重锤活动穿孔的内壁。动密封装置可以安装在第一重锤活动穿孔内。

其中，散热风道用于连通锤壳内腔和桩帽内腔。一般的，散热风道可以设置在减震装置与减震腔体之间，也可以由第二重锤活动穿孔形成，还可以设置在减震装置内。散热风道设置在减震装置32内的方式是在减震装置32内设置贯穿减震装置32两端的穿孔。散热风道最好能够贯穿减震装置的两端。减震装置受压时，其两端距离会缩减，以此确定减震装置的两端。

一种减震装置可以采用专利文献CN109073035A记载的一种避震装置的结构，即减震装置包括在减震腔的轴向方向上交替层叠设置的刚性层和弹性层，弹性层与邻接的刚性层面粘结连接。若刚性层与减震腔体之间存在间隙，则减震腔与减震装置33之间必然能形成散热风道，但为了定位重锤活动穿孔在减震腔轴向法面上的位置，需要使减震装置33的上端与减震腔体固定连接，减震装置33的下端形成自由端，这样，减震装置33下端受向上力时可以变形缓冲。此外，减震腔体为导热体，刚性层一体成型有外凸于减震装置的热桥，热桥与减震腔体导热连接。导热连接并不必须接触，使用时，热桥可以与减震腔体接触，此种情况下刚性层和减震腔体之间为固-固热传导，热桥也可以与减震腔体之间设有间隙，此种情况下刚性层与减震腔体之间为固-气-固热传导，这两种情况下均不影响减震装置变形时刚性层的活动。热桥导热连接刚性层和减震腔体，从而可以利用减震腔体表面、热桥表面加快减震装置的散热。热桥外凸于减震装置，从而使减震装置和减震腔体之间可以形成散热风道。在刚性层与减震腔之间存在间隙，且减震装置33的两端均能够在减震腔的轴向法面上活动，热桥也可以限定减震装置33的两端均能够在减震腔的轴向法面上活动幅度。减震腔的轴向法面指根据减震腔的轴向确定的法面。

此外，减震装置33还可以采用下述的结构。

减震装置33包括在减震腔的轴向方向上层叠设置的多个减震片330，减震片330包括面粘结连接的上刚性层3301、中弹性层3302和下刚性层3303。相邻的减震片330之间可以固定连接，也可以贴合连接。贴合连接可以降低减震装置的制作难度。

同样的，为了定位重锤活动穿孔在减震腔轴向法面上的位置，最好在上刚性层3301和下刚性层3303的至少一层一体成型有外凸于减震装置的热桥，热桥与减震腔体导热连接。

为了降低贴合连接的减震片330之间的摩擦，可以在相邻两层减震片330的邻接面上设有润滑油。润滑油的目的是降低相邻两片减震片的摩擦生热。

图1-7示出一种安装在打桩锤上的打桩锤用减震系统。该打桩锤用减震系统中，减震腔体包括减震壳32、端盖31、减震座34、散热风道、重锤支撑座14。

重锤支撑座14内设有连通气道132。重锤支撑座14用于连接锤壳和减震壳32。重锤支撑座14连接锤壳和减震壳32时，连通气道132连通散热风道和锤壳内腔。

动密封装置15安装在重锤支撑座14内，用于动密封连接重锤和重锤支撑座14。使用时，重锤14下落过程中，重锤21与重锤支撑座14之间的间隙被动密封装置15密封后，重锤21将锤壳内气体经连通气道132压入散热气道内，实现对减震装置33的散热。重锤14上升过程中，重锤21与重锤支撑座14之间的间隙增大，其内负压将散热气道内及其下方的气体吸入锤壳内腔，实现对减震装置33的散热。动密封装置15和重锤支撑座14与重锤的配合，提高了重锤工作过程中的抽拉风对减震装置的散热效果。

本实施例中，动密封装置15设置在重锤支撑座14内，但在其它实施例中，动密封装置15也可以安装在减震腔体内，只要其不影响减震装置工作就可以了。比如动密封装置15用于动密封连接重锤和第一重锤活动穿孔的内壁。散热风道用于连通锤壳内腔和桩帽内腔，或者属于连通锤壳内腔和桩帽内腔的气流通道的一部分。

参见图4-6，端盖31主要由台阶式壁体310制作而成，台阶式壁体310具有上大环部和下小环部，上大环部和下小环部的环孔连通成端盖重锤活动穿孔311。在台阶式壁体310内环形阵列设有12个T形三通导气孔312，T形三通导气孔312分别在下小环部的侧面形成两个气孔，在上大环部的顶面形成一个气孔。在下小环部的底面环形阵列有6个导气槽314。

参见图4及图7，减震座34主要由台阶式壁体340制作而成，台阶式壁体340具有上大环部和下小环部，上大环部和下小环部的环孔连通成减震座重锤活动穿孔341。上大环部的顶面环形阵列设有6个导气槽343，下小环部的径向方向上阵列设有12个导气孔342。

减震壳32的底端固定连接有减震座限位部。图4中使用的减震座限位部为环状，其与减震壳32一体成型制作而成。其中，端盖31、多个减震片330、减震座34、减震座限位部顺次设置在减震腔的轴向方向上。其中，端盖31与减震壳32固定连接。其中，由多个环冲环单元330形成的减震装置33的两端分别与减震腔体、减震座34连接，相邻的减震片330之间最好设有润滑油。其中，减震座34设置在减震腔内，并能够在减震腔的轴向方向上活动，减震座限位部用于阻挡减震座34从减震壳32的下端漏出。其中，减震座34上端面与端盖31下端面之间的距离宜设置为由多个减震片330形成的减震装置33自然层叠下的高度。减震座34的下端最好凸出于减震壳32的下端，也即图4示出的减震座34的下小环部突出于减震壳32的下端。

减震装置33与减震腔体的内壁之间形成外环散热支流道，第二重锤活动穿孔形成内环散热支流道，T形三通导气孔312同时与外环散热支流道和内环散热支流道相连通，导气槽343连通外环散热支流道和内环散热支流道的另一端。在设置动密封装置后，可以保证重锤工作时带动的活塞风全部流经内环散热支流道、外环散热支流道，对减震装置的降温效果好。

实施例2：一种打桩锤，参见图1，包括锤壳、重锤21、桩帽4、砧铁和替打环，并安装有实施例1中的打桩锤用减震系统，其减震装置33由层叠设置的多个减震片330形成。每个减震片中，在下刚性层3303上一体成型有外凸出于该减震片330侧面的热桥。

其中，锤壳由上段锤壳11和减震腔体32固定连接而成。

其中，减震腔体包括减震壳32、端盖31、减震座34、散热风道、重锤支撑座14。重锤支撑座14的上端与下段锤壳13焊接连接，重锤支撑座14的下端与减震壳32的上端螺栓连接，减震壳32的下端与桩帽螺栓连接。重锤支撑座14内设有连通气道141。锤壳内腔通过连通气道141、散热风道与桩帽内腔相连通。在重锤支撑座14内设有支撑座重锤穿孔，在支撑座重锤穿孔内设有动密封装置15，动密封装置15用于在重锤行经支撑座重锤穿孔时滑动密封重锤与重锤支撑座14之间的孔隙。

在其他实施例中，重锤支撑座也可以设置在锤壳下端，或与锤壳一体成型。

其中，重锤21与锤壳滑动连接。

其中，砧铁22、替打环23设置在桩帽4内。砧铁和替打环组成分体式替打。

参见图3，由于每个减震片330侧面均存在热桥，即使减震片330在减震腔的轴向法面上活动，也可以在减震装置33与减震腔之间形成外环散热风道。此外，重锤21与减震装置33之间也可以形成内环散热风道。在端盖31处，外环散热风道通过T形三通导气孔、导气槽314与内环散热风道连通。在减震座34处，外环散热风道通过导气槽343与内环散热风道连通。这样，重锤在锤壳内往复运动时，就可以带动重锤活动穿孔中的气体流经内环散热风道，此时，内环散热风道构成气流通道的一部分。但气流通道并不必然指重锤活动穿孔处的气流通道，也可以是锤壳内形成的其它气流通道。

为增大流经气流通道的气体流量，可以在重锤支撑座上设置连通散热风道和锤壳内腔的连通气道131，这样，重锤往复运动时，重锤可以带动锤帽内的气体流入锤壳内腔，也可以带动锤壳内腔的气体流入锤帽内。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。

Claims (9)

1.一种打桩锤用减震系统，包括用于形成减震腔的减震腔体和设置在减震腔内的减震装置；所述减震腔体内设有第一重锤活动穿孔，所述减震装置上设有第二重锤活动穿孔，其特征在于，还设有散热风道和动密封装置，所述动密封装置用于动密封连接重锤和第一重锤活动穿孔的内壁，所述散热风道用于连通锤壳内腔和桩帽内腔；所述减震腔体的两端分别设有第一端主流道和第二端主流道，所述减震装置与所述减震腔体之间设有外环散热支流道，所述第一端主流道同时与所述外环散热支流道和所述第二重锤活动穿孔相连通，所述第二端主流道同时与所述外环散热支流道和所述第二重锤活动穿孔相连通。

2.如权利要求1所述的打桩锤用减震系统，其特征在于，所述减震装置包括阻尼型弹性体，所述阻尼型弹性体包括黏弹性阻尼材料。

3.如权利要求1所述的打桩锤用减震系统，其特征在于，所述减震装置包括在所述减震腔的轴向方向上交替层叠设置的刚性层和弹性层，所述弹性层与邻接的刚性层面粘结连接。

4.如权利要求3所述的打桩锤用减震系统，其特征在于，所述减震腔体为导热体，所述刚性层一体成型有外凸于所述减震装置侧面的热桥，所述热桥与所述减震腔体导热连接。

5.如权利要求1所述的打桩锤用减震系统，其特征在于，所述减震装置包括在所述减震腔的轴向方向上层叠设置的多个减震片，所述减震片包括面粘结连接的上刚性层、中弹性层和下刚性层。

6.如权利要求5所述的打桩锤用减震系统，其特征在于，所述减震腔体为导热体，在所述上刚性层和所述下刚性层的至少一层一体成型有外凸于所述减震装置侧面的热桥，所述热桥与所述减震腔体导热连接。

7.如权利要求1所述的打桩锤用减震系统，其特征在于，还包括减震座，所述减震座设置在所述减震腔内，并能够在减震腔的轴向方向上活动，所述减震装置的两端分别与所述减震腔体、所述减震座连接。

8.如权利要求7所述的打桩锤用减震系统，其特征在于，所述减震腔体包括减震壳和端盖，所述减震壳的底端固定连接有减震座限位部，所述端盖、所述减震装置、所述减震座、所述减震座限位部顺次设置在所述减震腔的轴向方向上，且所述端盖与所述减震壳固定连接，在所述端盖上设有端盖重锤活动穿孔，在所述减震座上设有减震座重锤活动穿孔。

9.一种打桩锤，包括锤壳、重锤、桩帽、砧铁和气流通道，所述重锤与所述锤壳活动连接，所述砧铁设置在所述桩帽内，其特征在于，还安装有如权利要求1-8中任一项所述的打桩锤用减震系统，所述减震腔体的两端分别连接所述锤壳、所述桩帽，所述散热风道构成所述气流通道的一部分。

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