CN115434319B - 海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋打桩设备领域，涉及海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统，包括锤壳、锤体、安装在锤壳下部并与锤体下端抵接的替打、上部嵌套在锤壳内并与与锤壳滑动连接且与替打下端抵接的桩帽；替打上端通过呈圆周分布的氮气弹簧与锤壳顶板固定连接，替打上部设有用来安装氮气弹簧的台阶部；本发明通过设有具有台阶部的替打、安装在替打和锤壳之间且呈圆周等距分布的氮气弹簧，在锤体击打替打后氮气弹簧拉伸不影响替打向下移动锤击桩帽，而在替打回弹后由于氮气弹簧内高压气体内压缩进而对替打进行均匀受力的缓冲，避免替打与锤壳或锤体发生碰撞，延长包括锤壳、替打、锤体等部件的使用寿命和维护周期。
Description
技术领域
本发明涉及海洋打桩设备领域，更具体地说，涉及海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统。
背景技术
随着桩基础工程的规模化发展和海洋工程的深水化发展，沉桩技术和施工机械设备也在不断发展。作为主要的桩基础施工机械设备之一，海洋打桩锤可以根据施工条件合理调节冲击力大小，适用性好，效率高，因此被广泛应用于风电安装等大型海洋桩基工程项目中。但随着海上风力发电需求的增大，桩基直径也逐渐增大，从而对于替打有了更高的要求，需要替打寿命能达到百万级别，而打桩过程中产生的二次冲击对寿命会产生较大影响，所以设置缓冲系统对提高寿命很有必要。
具体的，参阅附图9所示的海洋打桩系统动力学响应的结果图，锤体和替打首次撞击后，替打弹起的位移在0.0485s时刻左右超过锤体，从而与锤体发生二次撞击，结合图10所示的最大应力单元的时刻应力图可知，二次冲击产生的应力甚至大于一次冲击，从而对替打的寿命产生较大的影响。
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海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统，可以实现替打和锤壳之间的弹性连接，在替打回弹时对替打进行受力均匀的缓冲，进而避免替打与锤壳或者锤体发生直接碰撞。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统，包括锤壳、嵌套在锤壳上部并与锤壳竖直滑动连接的锤体、安装在锤壳下部并与锤体下端抵接的替打、上部嵌套在锤壳内并与与锤壳滑动连接且与替打下端抵接的桩帽；替打上端通过呈圆周分布的氮气弹簧与锤壳顶板固定连接，替打上部设有用来安装氮气弹簧的台阶部。
进一步的，替打上贯穿有与锤壳顶板固定连接且呈圆周等距分布的导向杆，替打与导向杆滑动连接，导向杆上部固定连接有限位板，限位板的高度与氮气弹簧的上下伸缩行程的最高点平齐。
进一步的，氮气弹簧配置N个，N满足如下公式N＝ma/F,m是替打的质量，a是替打反弹时的加速度，F是单个氮气弹簧的弹压力，其中F＝pπR2 G，RG是活塞杆半径，p是氮气弹簧的缸内压力；其中，p遵循气体状态方程波意耳定律，pV＝C,V为气体体积，C为常数。
进一步的，锤壳呈圆台筒状，锤体嵌套安装在锤壳上部并与锤壳内壁滑动连接。
进一步的，锤壳下部为设有开口的圆筒状，桩帽嵌套在锤壳内并与锤壳内壁滑动抵接。
进一步的，替打呈下端开口的锥形筒状，替打下部开设有锥形腔，锥形腔中部设有与替打一体成型且下端面与桩帽中心抵接的中心柱。
进一步的，替打设有供导向杆贯穿的贯穿孔，导向杆与贯穿孔内壁滑动抵接。
进一步的，限位板和替打之间设有套设在导向杆上的二级缓冲弹簧。
进一步的，导向杆包括竖直设置且呈圆柱状的杆体、设置在杆体两端的安装座以及设置在杆体上部并与杆体一体成型的限位板。
进一步的，导向杆设置在氮气弹簧内侧并与氮气弹簧一一对应设置。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明通过设有具有台阶部的替打、安装在替打和锤壳之间且呈圆周等距分布的氮气弹簧，在锤体击打替打后氮气弹簧拉伸不影响替打向下移动锤击桩帽，而在替打回弹后由于氮气弹簧内高压气体内压缩进而对替打进行均匀受力的缓冲，避免替打与锤壳或锤体发生碰撞，延长包括锤壳、替打、锤体等部件的使用寿命和维护周期。
(2)本发明通过设有具有锥形腔且锥形腔内部设有中心柱的替打，使得代打在受到锤体撞击后将压力均匀传递到桩帽上，使得替代和桩帽二者受力均衡。
(3)本发明通过设有贯穿替打并与锤壳内顶板连接且呈圆周等距分布的导向杆，使得替打在受力后保持竖直移动，始终使得替代与锤体或桩帽保持竖直撞击，使得受力更加均衡，在回弹时，替打对氮气弹簧始终施加竖直方向的压力，保证缓冲效果。
(4)本发明通过设有设置在导向杆上并与导向杆一体成型的限位板，限制替打向上移动的最大行程，避免替打将氮气弹簧损坏失效，为氮气弹簧提供保护，同时通过套设的二级缓冲弹簧，进一步提高缓冲效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中锤壳的内部结构示意图；
图3为本发明的剖视结构示意图；
图4为本发明的爆炸结构示意图；
图5为本发明中替打的装配结构示意图；
图6为本发明中替打的侧视结构示意图；
图7为本发明中替打的仰视结构示意图；
图8为本发明中导向杆的结构示意图；
图9为实际作业中锤体和替打的位移图；
图10为实际作业中出现最大应力单元的时刻应力图。
图中标号说明：1、锤壳；2、锤体；3、替打；301、台阶部；302、贯穿孔；303、锥形腔；304、中心柱；4、氮气弹簧；5、导向杆；501、杆体；502、安装座；503、限位板；504、二级缓冲弹簧；6、桩帽。
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。
请参阅图1-10，在本发明的一个实施例中，海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统，包括锤壳1、嵌套在锤壳1上部并与锤壳1竖直滑动连接的锤体2、安装在锤壳1下部并与锤体2下端抵接的替打3、上部嵌套在锤壳1内并与与锤壳1滑动连接且与替打3下端抵接的桩帽6；
替打3上端通过呈圆周分布的氮气弹簧4与锤壳1顶板固定连接，替打3上部设有用来安装氮气弹簧4的台阶部301。
具体的，氮气弹簧4有初始弹压力，氮气弹簧4固定在替打3和锤壳1顶板之间，当打桩下沉时氮气弹簧4的活塞向下运动，由于内部氮气是高压气体，氮气弹簧4的活塞向下移动，向下运动对打桩系统几乎不造成影响，而当替打3反弹时，当氮气弹簧4的活塞向上有一定的行程后产生较大的弹压力，氮气弹簧4内的气体被压缩，从而阻挡替打3的向上运动，避免替打3与锤体2产生二次冲击，具有较好的缓冲效果，延长替打3和锤体2的作业寿命。
在本实施例中，氮气弹簧4配置N个，N满足如下公式N＝ma/F,m是替打3的质量，a是替打3反弹时的加速度，F是单个氮气弹簧4的弹压力，其中F＝pπR2 G，RG是活塞杆半径，p是氮气弹簧4的缸内压力；其中，p遵循气体状态方程波意耳定律，pV＝C,V为气体体积，C为常数。
具体的，方便根据实际需要确定氮气弹簧4的配置数量，需要说明的是，其中p是缓冲系统选用的氮气弹簧4的固有容器内压力，属于氮气弹簧4的标注参数，可以直接带入公式计算。
在本实施例中，锤壳1呈圆台筒状，锤体2嵌套安装在锤壳1上部并与锤壳1内壁滑动连接。
在本实施例中，锤壳1下部为设有开口的圆筒状，桩帽6嵌套在锤壳1内并与锤壳1内壁滑动抵接。
请参阅图7和图8，在本实施例中，替打3呈下端开口的锥形筒状，替打3下部开设有锥形腔303，锥形腔303中部设有与替打3一体成型且下端面与桩帽6中心抵接的中心柱304。
具体的，锤体2击中位于氮气弹簧4内侧的替打3的中心位置，呈锥筒状的替打3使得锤体2施加的撞击力均匀的分散在桩帽6的中部和周边边缘位置，使得桩体受力更加均衡，同时，在替打3发生回弹时，替打3受力更加击中在上部，与氮气弹簧4垂直作用，提高缓冲效果。
请参阅图3-5和图8，在本发明的另一个实施例中，替打3上贯穿有与锤壳1顶板固定连接且呈圆周等距分布的导向杆5，替打3与导向杆5滑动连接。
在本实施例中，替打3设有供导向杆5贯穿的贯穿孔302，导向杆5与贯穿孔302内壁滑动抵接。
具体的，在替打3受到锤体2撞击时以及替打3回弹时，替打3延伸导向杆5竖直运动，导向杆5对替打3进行竖直限位，使得替打3保持竖直运动状态，避免替打3发生倾斜，保证锤击效果，和回弹时竖直作用在氮气弹簧4上，避免替打3发生横向位移，保护氮气弹簧4。
在本实施例中，导向杆5上部固定连接有限位板503，限位板503的高度与氮气弹簧4的上下伸缩行程的最高点平齐。
具体的，通过设置在导向杆5上的限位板503，对替打3向上移动的最大行程进行限位，避免替打3对氮气弹簧4进行过度挤压造成氮气弹簧4损坏报销。
在本实施例中，限位板503和替打3之间设有套设在导向杆5上的二级缓冲弹簧504。
具体的，通过在限位板503和替打3之间设有二级缓冲弹簧504，提高替打3反弹的缓冲效果同时，避免替打3直接撞击限位板503，提高缓冲效果同时保护限位板503。
在本实施例中，导向杆5包括竖直设置且呈圆柱状的杆体501、设置在杆体501两端的安装座502以及设置在杆体501上部并与杆体501一体成型的限位板503。
在本实施例中，导向杆5设置在氮气弹簧4内侧并与氮气弹簧4一一对应设置。
具体的，与氮气弹簧4一一对应设置的导向杆5更有效的保护氮气弹簧4并使得替打3的受力更加均衡。
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 (7)
1.海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统，其特征在于：包括锤壳(1)、嵌套在锤壳(1)上部并与锤壳(1)竖直滑动连接的锤体(2)、安装在锤壳(1)下部并与锤体(2)下端抵接的替打(3)、上部嵌套在锤壳(1)内并与锤壳(1)滑动连接且与替打(3)下端抵接的桩帽(6)；所述替打(3)上端通过呈圆周分布的氮气弹簧(4)与锤壳(1)顶板固定连接，替打(3)上部设有用来安装氮气弹簧(4)的台阶部(301)；所述替打(3)上贯穿有与锤壳(1)顶板固定连接且呈圆周等距分布的导向杆(5)，替打(3)与导向杆(5)滑动连接，所述导向杆(5)上部固定连接有限位板(503)，限位板(503)的高度与氮气弹簧(4)的上下伸缩行程的最高点平齐，所述限位板(503)和替打(3)之间设有套设在导向杆(5)上的二级缓冲弹簧(504)；所述替打(3)呈下端开口的锥形筒状，所述替打(3)下部开设有锥形腔(303)，锥形腔(303)中部设有与替打(3)一体成型且下端面与桩帽(6)中心抵接的中心柱(304)。
2.根据权利要求1所述的海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统,其特征在于，所述氮气弹簧(4)配置N个，N满足如下公式N＝ma/F,m是替打(3)的质量，a是替打(3)反弹时的加速度，F是单个氮气弹簧(4)的弹压力，其中F＝pπR2 G，RG是活塞杆半径，p是氮气弹簧(4)的缸内压力；其中，p遵循气体状态方程波意耳定律，pV＝C,V为气体体积，C为常数。
3.根据权利要求1所述的海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统,其特征在于，所述锤壳(1)呈圆台筒状，锤体(2)嵌套安装在锤壳(1)上部并与锤壳(1)内壁滑动连接。
4.根据权利要求3所述的海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统,其特征在于，所述锤壳(1)下部为设有开口的圆筒状，桩帽(6)嵌套在所述锤壳(1)内并与锤壳(1)内壁滑动抵接。
5.根据权利要求1所述的海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统,其特征在于，所述替打(3)设有供导向杆(5)贯穿的贯穿孔(302)，导向杆(5)与贯穿孔(302)内壁滑动抵接。
6.根据权利要求1所述的海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统,其特征在于，所述导向杆(5)包括竖直设置且呈圆柱状的杆体(501)、设置在杆体(501)两端的安装座(502)以及设置在杆体(501)上部并与杆体(501)一体成型的限位板(503)。
7.根据权利要求1所述的海洋打桩系统中替打二次冲击缓冲系统,其特征在于，所述导向杆(5)设置在氮气弹簧(4)内侧并与氮气弹簧(4)一一对应设置。
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