CN115369879B - 一种海上打桩机替打装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上打桩机替打装置，属于海上打桩锤替打技术领域，一种海上打桩机替打装置，包括替打工装和锤心接触组件，替打工装的顶部安装有锤心接触组件，替打工装的顶部设有弹簧槽，锤心接触组件包括有内槽和击打柱体，通槽的内部滑动安装有调节框架，调节框架的内壁安装有吸热组件，滑槽的内部安装有调节滑块，调节框架的底部安装有压缩弹簧，调节框架的内壁安装有一号弹簧，在锤心击打替打工装后，利用吸热组件实现击打柱体表面清洁散热，保护替打工装的安全使用，根据拓扑优化分析，能够保证替打不会出现断裂现象，并且对替打工装中间进行挖孔处理，立柱外侧进行镂空处理，可以保留整体的受力方向，减轻整体替打工装的重量。

Description

一种海上打桩机替打装置

技术领域

本发明涉及海上打桩锤替打技术领域，更具体地说，涉及一种海上打桩机替打装置。

背景技术

随着海上造桥、海上风电等事业的不断发展，在建造基础设施时会建立大小不同的桩体，此时会用到打桩机将桩体打进水中或者土里。但是，打桩机直接接触桩体会对管桩造成损坏，并且打桩机的锤心是固定的，因此针对不同直径的桩体，需要在锤心和桩体之间添加替打装置。替打装置能够减小锤心对管桩的作用力，避免管桩被损坏，并且能够使打桩锤在面对不同的工作情况时，能够正常的工作。

现有的替打装置在使用时，由于打桩机的锤心是以较大的冲量极大替打装置的，因此在替打装置与打桩机的锤心接触的瞬间，会产生大量的热量，热量的堆积会对替打装置内部产生不良影响，且在冲击过后，替打装置的表面存在有少量碎屑，使得替打装置的表面与单反灌装机的锤心在下一次击打接触时存在滚动摩擦，会导致击打中心移位，此外替打装置与打桩机的锤心接触面积为恒定值，进而在需要进行大力击打沉桩以及小力敲击调桩时，需要对打桩机的锤心冲量进行调整，操作较为麻烦。

为此我们提出一种海上打桩机替打装置来解决上述问题。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种海上打桩机替打装置，可以在锤心击打替打工装后，利用压缩弹簧将调节框架予以抬升，进而使得吸热组件翻转平铺在击打柱体的表面，进而吸热操作，之后在锤心进行下一轮击打时能够带动调节框架以及吸热组件回缩，在此过程中通过金属薄板将击打柱体表面的碎屑吸附带走，实现击打柱体表面清洁散热，保护替打工装的安全使用，并能够利用调节滑块的伸缩，使得调节框架的顶端与击打柱体的顶端保持水平，进而增加击打柱体在承受锤心击打时的有效面积，调整击打作用。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种海上打桩机替打装置，包括替打工装和锤心接触组件，所述替打工装的顶部安装有锤心接触组件，所述替打工装的顶部设有弹簧槽，且弹簧槽位于锤心接触组件的外侧，所述弹簧槽的内壁安装有等距布置的缓冲弹簧；

所述锤心接触组件包括有内槽和击打柱体，且击打柱体位于内槽的内侧，所述缓冲弹簧的尾端与内槽的外表面连接，所述击打柱体的内部设有通槽，所述通槽的内部滑动安装有调节框架，所述调节框架的内壁通过轴杆安装有吸热组件，且吸热组件的顶部距离调节框架的顶端存在1-3cm的高度差，所述调节框架的内部设有滑槽，所述滑槽的内部安装有调节滑块，所述调节框架的底部安装有压缩弹簧，且压缩弹簧的底部与替打工装的顶部表面连接；

所述调节框架的内部设有贯穿的排尘槽，且排尘槽位于吸热组件的正下方，所述调节框架的内壁安装有一号弹簧。

进一步的，所述调节滑块的内部设有贯穿的矩形槽，所述矩形槽的内部安装有两组对称布置的抵压块，两组所述抵压块相互靠近的表面均安装有电磁铁，两组所述相互靠近的表面安装有二号弹簧，两组所述抵压块相互背离的表面均安装有橡胶垫。

进一步的，所述橡胶垫、抵压块和电磁铁厚度之和小于矩形槽厚度的一半，两组所述电磁铁通电后相互吸引靠近。

进一步的，所述调节框架与压缩弹簧未受压时的长度之和大于通槽的长度1-3cm，所述压缩弹簧位于两组调节滑块的中间，所述一号弹簧位于吸热组件背离击打柱体的一侧。

进一步的，所述吸热组件包括有金属薄板、散热鳍片和通风板，所述金属薄板背离击打柱体的表面安装有波浪状的散热鳍片，所述散热鳍片远离金属薄板的表面安装有通风板，所述通风板的内部设有贯穿的通风孔。

进一步的，所述替打工装的底部圆心位置安装有立柱，所述替打工装的底部安装有环状的装配件，所述装配件的顶部表面安装有挂环。

进一步的，所述替打工装的内部设有一号孔、二号孔、三号孔、四号孔和五号孔，且一号孔、二号孔、三号孔、四号孔和五号孔的深度小于替打工装，所述二号孔、三号孔和五号孔关于上下布置的四号孔和一号孔对称布置。

进一步的，所述所述一号孔的剖面为形状两端为半圆，中间是矩形，所述二号孔的剖面为椭圆形，所述三号孔的剖面为椭圆形的变形，所述四号孔的剖面形状为三角形，所述五号孔的剖面为一端宽、一端窄的瓜子样式。

进一步的，所述所述一号孔、二号孔、三号孔、四号孔和五号孔是根据拓扑优化的结果设计的，拓扑优化数学模型如下：

进一步的，所述替打工装呈圆柱锥台型，所述替打工装的底部设有等距布置的流通槽，且流通槽的尾端与替打工装表面的底端贴合。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明通过安装有锤心接触组件，在冲击时，调节框架受到压缩弹簧的作用向上抬升直至轴杆与击打柱体表面齐平或者超过击打柱体的表面，此时吸热组件在一号弹簧的弹性推动作用下向击打柱体的表面靠近并接触，此时吸热组件听过金属薄板将击打柱体表面的热量予以转移，实现降温，保护替打工装的安全使用，同时金属薄板将击打柱体表面带有热量的碎屑吸附一部分，之后跟随调节框架下移返回至通槽内部时，吸热组件由横卧状态变成立式状态，此时金属薄板表面的碎屑掉落并通过排尘槽掉落至通槽中，降低因碎屑导致的锤心击打中心的位移，保证击打操作的准确性。

(2)本发明通过安装有调节滑块，在需要增加击打柱体与打桩机锤心的有效击打面积时，启动电磁铁，使得两组电磁铁相互靠近，调节滑块在自重作用下下滑，等到矩形槽露出调节框架的底部时，电磁铁断电，使得调节框架与调节滑块的接触部位形成十字结构，此时调节滑块能够将调节框架予以托举，同时调节滑块与调节框架的长度和与通槽相同，进而使得调节框架的表面与击打柱体的表面保持水平状态，实现击打有效接触面积的增加。

(3)本发明通过安装有受力柱，受力柱能够在替打工作的过程中减小替打的变形，保证替打工装不会因为大变形而发生超过屈服强度的断裂发生，能够满足寿命长、可靠性高的要求。

(4)本发明通过安装有一号孔、二号孔、三号孔、四号孔和五号孔，在替打工装的内部中间区域根据拓扑优化结果设置，这些区域不是力传递的主要路径，因此去除这些区域能够减轻装置的重量，又不影响装置的性能。

(5)本发明通过安装有流通槽，能够在打桩机工作过程中，将桩体内部的气体或液体排出桩体内，以便于管桩能够顺利下沉。

(6)本发明通过安装有弹簧槽和缓冲弹簧，能够在打桩工作的过程中，减少反作用力对于打桩机锤心的损坏。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的替打工装底部结构示意图；

图3为本发明的替打工装内部一号孔、二号孔、三号孔、四号孔和五号孔安装结构示意图；

图4为本发明的弹簧槽和锤心接触组件安装结构示意图；

图5为本发明的调节框架底部结构示意图；

图6为本发明的调节框架结构示意图；

图7为本发明的调节框架内部吸热组件工作时运动状态示意图；

图8为本发明的调节滑块构示意图；

图9为本发明的金属薄板、散热鳍片和通风板安装结构示意图；

图10为本发明的拓扑优化应力结果剖面图示意图。

图中标号说明：

1、替打工装；2、弹簧槽；3、锤心接触组件；4、装配件；5、流通槽；6、立柱；7、一号孔；8、二号孔；9、三号孔；10、四号孔；11、五号孔；12、缓冲弹簧；13、内槽；14、压缩弹簧；15、调节框架；16、吸热组件；17、排尘槽；18、一号弹簧；19、调节滑块；20、二号弹簧；21、橡胶垫；22、抵压块；23、电磁铁；24、金属薄板；25、散热鳍片；26、通风板。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1、图3-图7，一种海上打桩机替打装置，包括替打工装1和锤心接触组件3，替打工装1的顶部安装有锤心接触组件3，替打工装1的顶部设有弹簧槽2，且弹簧槽2位于锤心接触组件3的外侧，弹簧槽2的内壁安装有等距布置的缓冲弹簧12；

具体的，弹簧槽2能够减弱替打工装1的应力集中，并且内部的缓冲弹簧12减弱本替打装置运行过程中的反力；

锤心接触组件3包括有内槽13和击打柱体，且击打柱体位于内槽13的内侧，缓冲弹簧12的尾端与内槽13的外表面连接，击打柱体的内部设有通槽，通槽的内部滑动安装有调节框架15，调节框架15的内壁通过轴杆安装有吸热组件16，且吸热组件16的顶部距离调节框架15的顶端存在1-3cm的高度差，调节框架15的内部设有滑槽，滑槽的内部安装有调节滑块19，调节框架15的底部安装有压缩弹簧14，且压缩弹簧14的底部与替打工装1的顶部表面连接；

调节框架15的内部设有贯穿的排尘槽17，且排尘槽17位于吸热组件16的正下方，调节框架15的内壁安装有一号弹簧18。

具体的，在冲击时，调节框架15受到压缩弹簧14的作用向上抬升直至轴杆与击打柱体表面齐平或者超过击打柱体的表面，此时吸热组件16在一号弹簧18的弹性推动作用下向击打柱体的表面靠近并接触，此时吸热组件16听过金属薄板24将击打柱体表面的热量予以转移，实现降温，保护替打工装1的安全使用，同时金属薄板24将击打柱体表面带有热量的碎屑吸附一部分，之后跟随调节框架15下移返回至通槽内部时，吸热组件16由横卧状态变成立式状态，此时金属薄板24表面的碎屑掉落并通过排尘槽17掉落至通槽中，降低因碎屑导致的锤心击打中心的位移，保证击打操作的准确性。

在散热降温过程中，压缩弹簧14的弹跳作用会使得吸热组件16在两轮击打间隙中与击打柱体表面发生多次接触，进而实现多次降温排尘操作。

请参阅图8，调节滑块19的内部设有贯穿的矩形槽，矩形槽的内部安装有两组对称布置的抵压块22，两组抵压块22相互靠近的表面均安装有电磁铁23，两组相互靠近的表面安装有二号弹簧20，两组抵压块22相互背离的表面均安装有橡胶垫21，橡胶垫21、抵压块22和电磁铁23厚度之和小于矩形槽厚度的一半，两组电磁铁23通电后相互吸引靠近。

具体的，在需要增加击打柱体与打桩机锤心的有效击打面积时，启动电磁铁23，使得两组电磁铁23相互靠近，此时两组抵压块22相互靠近并使得橡胶垫21缩进矩形槽的内部，此时调节滑块19在自重作用下下滑，等到矩形槽露出调节框架15的底部时，电磁铁23断电，在二号弹簧20的作用下两组抵压块22露出矩形槽内部一部分，进而使得调节框架15与调节滑块19的接触部位形成十字结构，此时调节滑块19能够将调节框架15予以托举，同时调节滑块19与调节框架15的长度和与通槽相同，进而使得调节框架15的表面与击打柱体的表面保持水平状态，实现击打有效接触面积的增加；

此时有效击打面积增加，因此在同样的冲量作用下，击打作用减小，此时击打柱体表面因击打产生的热量聚集减弱，吸热组件16的使用必要性减弱，因此调节框架15能够在两种状态中切换灵活使用。

在电磁铁23断电时，两组抵压块22在二号弹簧20的作用下突出矩形槽一部分，橡胶垫21与滑槽处于挤压接触状态，进而阻止调节滑块19脱离调节框架15的内部，使得调节框架15能够顺利进行相应的降温操作。

调节框架15与压缩弹簧14未受压时的长度之和大于通槽的长度1-3cm，压缩弹簧14位于两组调节滑块19的中间，一号弹簧18位于吸热组件16背离击打柱体的一侧。

具体的，由于调节框架15在未受压时高于击打柱体的表面，因此在受到打桩机的锤心击打时会对压缩弹簧14产生挤压作用，进而使得压缩弹簧14产生形变压缩，使得压缩弹簧14在后续利用压缩形变的弹性作用使得调节框架15抬升高于通槽大于3cm，从而使得调节框架15内部的吸热组件16在轴杆的作用下能够翻转90度与击打柱体的表面实现最大面积的接触，从而实现吸热降温的高效处理；

在吸热组件16处于通槽内部时，一号弹簧18处于微量压缩状态，故而在吸热组件16脱离通槽时通过一号弹簧18的弹性推动作用使得吸热组件16能够朝着击打柱体的表面倾倒，且由于一号弹簧18的弹性推动作用较小，因此吸热组件16铺放至击打柱体表面后反弹的势能处于较低水平，进而保证吸热组件16与击打柱体有效接触面积和时间。

请参阅图9，吸热组件16包括有金属薄板24、散热鳍片25和通风板26，金属薄板24背离击打柱体的表面安装有波浪状的散热鳍片25，散热鳍片25远离金属薄板24的表面安装有通风板26，通风板26的内部设有贯穿的通风孔。

具体的，在吸热组件16铺放在击打柱体的表面时，击打柱体表面的碎屑少量粘附在金属薄板24的表面，同时金属薄板24将击打柱体表面的热量快速传导至散热鳍片25处，通过波浪褶皱状设计的散热鳍片25和设有通孔孔的通风板26，增加金属薄板24的散热面积，加快散热效率。

请参阅图1和图2，替打工装1的底部圆心位置安装有立柱6，替打工装1的底部安装有环状的装配件4，装配件4的顶部表面安装有挂环。

具体的，通过挂环能够方便替打工装1的吊装以及运输装配，立柱6能够在替打工作的过程中减小替打的变形，保证替打工装1不会因为大变形而发生超过屈服强度的断裂发生，能够满足寿命长、可靠性高的要求。

请参阅图3和图10，替打工装1的内部设有一号孔7、二号孔8、三号孔9、四号孔10和五号孔11，且一号孔7、二号孔8、三号孔9、四号孔10和五号孔11的深度小于替打工装1，二号孔8、三号孔9和五号孔11关于上下布置的四号孔10和一号孔7对称布置，一号孔7的剖面为形状两端为半圆，中间是矩形，二号孔8的剖面为椭圆形，三号孔9的剖面为椭圆形的变形，四号孔10的剖面形状为三角形，五号孔11的剖面为一端宽、一端窄的瓜子样式，一号孔7、二号孔8、三号孔9、四号孔10和五号孔11是根据拓扑优化的结果设计的，拓扑优化数学模型如下：

具体的，一号孔7、二号孔8、三号孔9、四号孔10和五号孔11能够极大减轻装置的重量，实现轻量化需求。

替打工装1呈圆柱锥台型，替打工装1的底部设有等距布置的流通槽5，且流通槽5的尾端与替打工装1表面的底端贴合。

具体的，流通槽5为了使打桩机在工作时，正在下沉状态中的桩体以及桩体下沉时槽道内部的气体方便流出桩外，方便桩体的顺利下沉。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上打桩机替打装置，包括替打工装（1）和锤心接触组件（3），其特征在于：所述替打工装（1）的顶部安装有锤心接触组件（3），所述替打工装（1）的顶部设有弹簧槽（2），且弹簧槽（2）位于锤心接触组件（3）的外侧，所述弹簧槽（2）的内壁安装有等距布置的缓冲弹簧（12）；

所述锤心接触组件（3）包括有内槽（13）和击打柱体，且击打柱体位于内槽（13）的内侧，所述缓冲弹簧（12）的尾端与内槽（13）的外表面连接，所述击打柱体的内部设有通槽，所述通槽的内部滑动安装有调节框架（15），所述调节框架（15）的内壁通过轴杆安装有吸热组件（16），且吸热组件（16）的顶部距离调节框架（15）的顶端存在1-3cm的高度差，所述调节框架（15）的内部设有滑槽，所述滑槽的内部安装有调节滑块（19），所述调节框架（15）的底部安装有压缩弹簧（14），且压缩弹簧（14）的底部与替打工装（1）的顶部表面连接；

所述调节框架（15）的内部设有贯穿的排尘槽（17），且排尘槽（17）位于吸热组件（16）的正下方，所述调节框架（15）的内壁安装有一号弹簧（18）。

2.根据权利要求1所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述调节滑块（19）的内部设有贯穿的矩形槽，所述矩形槽的内部安装有两组对称布置的抵压块（22），两组所述抵压块（22）相互靠近的表面均安装有电磁铁（23），两组所述相互靠近的表面安装有二号弹簧（20），两组所述抵压块（22）相互背离的表面均安装有橡胶垫（21）。

3.根据权利要求2所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述橡胶垫（21）、抵压块（22）和电磁铁（23）厚度之和小于矩形槽厚度的一半，两组所述电磁铁（23）通电后相互吸引靠近。

4.根据权利要求1所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述调节框架（15）与压缩弹簧（14）未受压时的长度之和大于通槽的长度1-3cm，所述压缩弹簧（14）位于两组调节滑块（19）的中间，所述一号弹簧（18）位于吸热组件（16）背离击打柱体的一侧。

5.根据权利要求1所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述吸热组件（16）包括有金属薄板（24）、散热鳍片（25）和通风板（26），所述金属薄板（24）背离击打柱体的表面安装有波浪状的散热鳍片（25），所述散热鳍片（25）远离金属薄板（24）的表面安装有通风板（26），所述通风板（26）的内部设有贯穿的通风孔。

6.根据权利要求1所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述替打工装（1）的底部圆心位置安装有立柱（6），所述替打工装（1）的底部安装有环状的装配件（4），所述装配件（4）的顶部表面安装有挂环。

7.根据权利要求1所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述

替打工装（1）的内部设有一号孔（7）、二号孔（8）、三号孔（9）、四号孔（10）和五号孔（11），且一号孔（7）、二号孔（8）、三号孔（9）、四号孔（10）和五号孔（11）的深度小于替打工装（1），所述二号孔（8）、三号孔（9）和五号孔（11）关于上下布置的四号孔（10）和一号孔（7）对称布置。

8.根据权利要求7所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述一号孔（7）的剖面为形状两端为半圆，中间是矩形，所述二号孔（8）的剖面为椭圆形，所述三号孔（9）的剖面为椭圆形的变形，所述四号孔（10）的剖面形状为三角形，所述五号孔（11）的剖面为一端宽、一端窄的瓜子样式。

9.根据权利要求7所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述一号孔（7）、二号孔（8）、三号孔（9）、四号孔（10）和五号孔（11）是根据拓扑优化的结果设计的，拓扑优化数学模型如下：

。

10.根据权利要求1所述的一种海上打桩机替打装置，其特征在于：所述替打工装（1）呈圆柱锥台型，所述替打工装（1）的底部设有等距布置的流通槽（5），且流通槽（5）的尾端与替打工装（1）表面的底端贴合。