CN1480594A - 液压锤 - Google Patents

Abstract

一种液压锤，其包括：设有上凸缘和下凸缘的管状主体，该主体设有夹具，该夹具用于在拔出桩子的模式下将主体连接到该桩子上；位于主体内部的锤体，该锤体可沿主体往复运动；固定到上凸缘上的传动液压缸；与锤体相连的活塞杆；用于锤的液压传动的泵，该泵设有输送管线和排放管线，这两条管线经由液压分配器与传动液压缸的腔室相连；设在主体的上凸缘的多个缓冲器，其中该液压锤设有两个或多个缓冲器，它们被制作成带有活塞的缓冲液压缸的形式，该缓冲液压缸的腔室充注有弹性介质，所述活塞面向锤体的侧面，这样，在拔出所述桩子的模式中，能使活塞的端面可与锤体在冲击时刻相互作用。

Description

液压锤

技术领域

本申请涉及具有液压传动的锤型设备，用锤体来将不同形状的钢桩(管桩、盒桩以及由各种形状焊接形成的钢桩)敲入到大地中并再能拔出来。

背景技术

在对用液压锤从大地中拔出桩子的改进过程中遇到的最大的问题之一就是：当锤体的动能转变成从大地中拔出桩子的功时，如何降低作用在锤的各部件之上的峰值载荷。

现有的BSP型锤(Specification sheet Hydropile hammer，InternationalFoundations Limited)包括：带有活塞杆的液压缸；可向上撞击两个相向放置的夹具的锤体，夹具借助缆绳悬挂在滚轮上，进而悬挂在打桩机的缆绳上。对一个夹具冲击的能量沿着两对缆绳传到与桩子接合的两个夹具上。在这种情况下，当实质上缺少峰值冲击载荷时，由于长的缆绳是很好的缓冲器，所以实现了主要目的。

然而，现有锤的一个缺点在于，几乎一半的冲击能量要花费在弹性变形上，即冲击能向桩子传送的效率非常低。此外，用于拔出桩子的整个装置设置在锤的外部，该装置的外形尺寸较大从而增加了锤的尺寸。另一个缺点在于，就结构和技术而言，适于在此装置中使用的缆绳的直径是有限的，因此用于将桩子从大地中拔出的最大可能力是有限的，这就使锤不能够用来从大地中拉出例如大直径或长度大的桩子。所有这些提到的缺点都是由于使用了太小刚度的缓冲器，即在拉伸时具有较大功率容量的长钢缆。

现有的IHC型液压锤(IHC HYDROHAMMER，荷兰Kinderij专用液压锤)，包括设有上凸缘和下凸缘的主体，该主体布置有：在拔出桩子状态下，用于将主体连接到桩子上的夹具；位于主体内部的锤体，该锤体可沿主体往复运动；固定到主体上凸缘上的传动液压缸；可与锤体相连的活塞杆；用于锤的液压传动的泵，该泵设有输送管线和排放管线，这两条管线经由一个液压分配器与传动液压缸的腔室相连。拔出桩子的力从锤的主体经由刚性的短连接件传递到桩子上，该连接件钩住锤主体上的支架和桩子上的一个类似支架。锤体的能量经由位于主体上凸缘上的薄壁衬套传递到锤主体上。这样，借助前述衬套、锤主体和连接件的弹性变形就减弱了冲击。

此结构的缺点在于缓冲器的刚性过大，并导致不适当地降低了作用在锤部件上的峰值载荷。

最相关的类似工具是专利RU2059045 C1，E02D7/10中公开的液压锤，该液压锤包括设有上凸缘和下凸缘的主体，该主体设有：在拔出一个桩子状态下，用来将主体连接到桩子上的夹具；位于主体内部的锤体，该锤体可沿主体往复运动；固定到主体上凸缘上的传动液压缸；与锤体相连的活塞杆；用于锤的液压传动的泵，该泵设有一输送管线和一排放管线，这两条管线经由一个液压分配器与传动液压缸的腔室相连。在主体的上凸缘中安装着缓冲器。

该锤的缺点在于：其所需的能获得满意减震质量以及保证缓冲器的可靠性的弹性材料不存在。

发明内容

本发明的目的在于提高拔出桩子操作的效率，并通过使用最适宜的缓冲器而使锤具有可靠性和长寿命。

上述目的可以在用来向大地中敲入及拔出钢桩的液压锤上得以实现。该液压锤包括：设有上凸缘和下凸缘的管状主体，该主体设有夹具，该夹具用于在拔出桩子的模式下将主体连接到该桩子上；位于主体内部的锤体，该锤体可沿主体往复运动；固定到上凸缘上的传动液压缸；与锤体相连的活塞杆；用于锤的液压传动的泵，该泵设有输送管线和排放管线，这两条管线经由液压分配器与传动液压缸的腔室相连；设在主体的上凸缘的多个缓冲器，其特征在于：该液压锤设有两个或多个缓冲器，它们被制作成带有活塞的缓冲液压缸的形式，该缓冲液压缸的腔室充注有弹性介质，所述活塞面向锤体的侧面，这样，在拔出所述桩子的模式中，能使活塞的端面可与锤体在冲击时刻相互作用。

缓冲液压缸的腔室经过一个流动方向朝向缓冲液压缸的单向阀而可与输送管线或者排放管线相连。

每一个缓冲液压缸的活塞都具有两个不同直径的外圆柱表面以及连接它们的环形区，而且前述的两个表面及环形区分别与液压缸的相应的内圆柱表面以及连接它们的环形区的表面相配合。直径较小的活塞表面面向该锤体。

在紧邻环形区处，在每个活塞或缓冲缸的较小直径的表面上形成了环形槽，该环形槽的腔室与排放管线相连，每个活塞和缓冲液压缸的配合处从环形槽的一侧设有密封件，与环形区相对。

利用具有这种结构方案的锤，在取出桩子的时侯，锤体冲击缓冲液压缸的活塞的端面，并使活塞在缓冲液压缸的内部移动。结果，缓冲液压缸腔室中的介质的压力增加，锤体的动能就转变成在缓冲液压缸中受压的弹性介质的能量。在缓冲液压缸中弹性受压的弹性介质的能量转变成使锤主体和与之相连的桩子移动的功。其中，作用在主体上的力等于在缓冲液压缸的腔室中的弹性介质的压强与较大直径一侧的所有活塞的端面的面积和的乘积。该压力值取决于缓冲液压缸的腔室中的弹性介质的体积。因此，为了获得作用在锤和桩子上所需的力，对于每种型式的锤，都可以确定出活塞的端面积、缓冲液压缸的数量以及弹性介质的体积的最优组合。

附图说明

图1示出了本发明的锤的纵截面；

图2示出了本发明一个实施例中的缓冲液压缸在其初始位置时的纵截面；此时锤体没有作用在活塞上；

图3示出了本发明另一个实施例中的缓冲液压缸的局部纵截面；

图4示出了本发明再一个实施例中的缓冲液压缸的局部纵截面。

具体实施方式

用来将钢桩1敲入到地中并拔出的液压锤包括：设有上凸缘3和下凸缘4的管状主体2；将主体2连接到桩子1上的夹具5；锤体6；固定到上凸缘3上的传动液压缸7；传动液压缸的活塞杆8，该活塞杆与锤体6相接合；锤的液压驱动的泵9，该泵设有输送管线10和排放管线11，这两条管线经由一个液压分配器12通过管道13和14与液压缸7的腔室相连。带有活塞16的缓冲液压缸15位于上凸缘3中。

缓冲液压缸15的腔室17经过管道18可与输送管线相连或者可经过管道19与排放管线11相连。

具有流动方向朝向缓冲液压缸15的单向阀20可设置在管道18或19上。

缓冲液压缸15的活塞16具有两个不同直径的外圆柱表面：较大的直径外圆柱表面21和较小直径的外圆柱表面22。活塞16的较小直径的表面的一个端面23在冲击过程中与锤体6相接触。表面21和22通过环形区24相连。前述的活塞表面21和22分别与液压缸15的相应的表面25，26相配合。在活塞16的表面22上制作出与活塞的环形区24相邻的环形槽28，该槽的腔室经由管道29与排放管线11相连。液压缸的表面26和活塞的表面22相配合处设有密封件30。

缓冲液压缸15可配置具有不同结构的盖子31，例如，为带有内腔33的盖子32的形式，或者为带有伸入到缓冲液压缸15内部的突起35的盖子34的形式。

根据本发明的液压锤在驱动桩子的模式中以下述方式工作。

从泵9出来的液体沿着管道14输送到传动液压缸7的腔室中，该腔室位于活塞杆8的下面(也称活塞杆腔)，从而向上移动活塞杆8及与之相连的锤体6。将传动液压缸7的位于活塞杆8之上的腔室(也称活塞腔)中的液体压出，并且使之沿着管道13经分配器12流入到排放管线11中。当锤体6升高到预定高度之后，该液压分配器12换向，管道13与排放管线11断开并将管道13与输送管线10相连。结果，活塞腔中的压力增至工作压力。以等于工作液体压强与活塞和活塞杆腔之间的面积差的乘积的液压力来开始作用在活塞杆8朝向锤体6的方向上。在该液压力和重力的作用下，制动并停止了锤体6的向上运动，并开始向下运动，并在前述力的作用下在向下运动过程中加速。

当锤体6到达其初始位置时就产生了对桩2的冲击(通过中间部件-砧块)，结果，锤体6的动能转变成桩子1克服大地的阻力运动所作的功。在冲击过程中，液压分配器12换向，断开管道13与管线10的连接并将其连接到管线11上。活塞腔中的压力下降并且重复此循环过程。

在拔出模式中，液压锤以下述方式工作。

锤体6向上运动并冲击活塞16的端面23。活塞16在缓冲液压缸15中运动，从而导致活塞缸15腔室中的压力与活塞16的运动成比例的增加。在冲击过程中，液压缸15中在活塞16上的介质的静压力形成的制动力作用在锤体6上。这样，就将锤体6的动能转变成液压缸15中受到压缩的介质的弹性能。当锤体6停止时，其所有的能量都转变成在液压缸15中受到压缩的介质的弹性能。在不考虑冲击过程中能量的损失的情况下，锤体的动能和介质的弹性能之间的等式如下：

mv²/2＝(ΔV)²/2V×E

其中：m是锤体的重量；

      v是锤体在冲击初始运动时的速度；

      V是在缓冲液压缸中介质的体积；

      ΔV是介质的体积的弹性压缩的值；

      E是介质的体积的弹性模量。

此外，介质的弹性能起到了克服大地的阻力而使锤的主体2和与之相连的桩子1的夹具5向上移动作用，作用在锤的主体2上的最大的力等于：

[ΔV/V×E]×[∑f]

其中，∑f是所有活塞16的较大直径的横截面面积之和。

从此公式中显然可知，作用在主体2和桩子1上的力与活塞的横截面的面积和成正比，并与缓冲液压缸中弹性介质的体积成反比。显而易见，在任何情况下，都应将前面这两个参数的组合选择成能确保作用在锤和桩子上的力为最适宜的值。与现有技术中的解决方案相比，此为本发明的主要优点。

此外，本发明缓冲器的刚度，或者换句话说，缓冲液压缸中介质的体积，能在现有的工作锤的基础上容易地进行改变。作为盖子31的替代品，也可以使用可改变的其它形式的盖子，例如带有内腔33的盖子32，其增加了介质的体积并且降低了作用在桩子上的作用力；或者是带有突起35的盖子34，其减少了介质的体积并增加了作用在桩子上的作用力。这样，本发明液压锤的另一个重要的优点在于当拔出桩子时能够快速改变该缓冲器的刚度，进而，改变作用在锤和桩子上的力的值。

还应该注意到：本发明的锤中由液体泄漏而造成动力损失可以忽略且摩擦较小。下面将对此进行说明。当缓冲液压缸位于其初始位置时，如果液压缸15的腔室分别与排放管线11或输送管线10相连时，液压缸15的腔室中的弹性介质则会具有大约1MPa或20-30Mpa的压力。该所示的压力将活塞16的环形区24压在液压缸15的环形区27上，从而实现活塞和液压缸之间相配合处的密封。也就是说，在这种情况下，活塞16起到了一个阀的功能，液压缸15为座，它们之间没有泄漏。在冲击过程中，活塞16在液压缸15内部运动，打破了环形区24和27之间的接触。结果，沿着活塞16的表面21和液压缸15的表面25之间的环形间隙出现了液体泄漏。然而，在冲击过程中，在大约10ms这样非常小的冲击作用时间内所产生的泄漏量是可以忽略的。

通过下面的情况说明低的摩擦损失。由于在表面21和25之间的配合处没有弹性密封件，所以该处的摩擦只是液体摩擦。而且，活塞16的行程是非常少的几毫米。在表面22和26之间的配合处有一个弹性密封件30，但是由于作用在密封件上的介质的压力大约为1Mpa(约等于排放管线11的压力)，所以摩擦小得可以忽略。

因此，本发明提供了具有以下优点的锤：

-以一个具有最优值的力作用在锤和桩子上从而可以减弱拔出桩子时的冲击，并最终增大了拔出桩子过程的效率，增加了锤的可靠性和使用寿命；

-能够快速改变减弱冲击的参数，使在必要的限度内改变作用在锤和桩子上的力的大小成为了可能，并因此扩大了锤的功能。

Claims (4)

1.一种液压锤，其包括：设有上凸缘和下凸缘的管状主体，该主体设有夹具，该夹具用于在拔出桩子的模式下将主体连接到该桩子上；位于主体内部的锤体，该锤体可沿主体往复运动；固定到上凸缘上的传动液压缸；与锤体相连的活塞杆；用于锤的液压传动的泵，该泵设有输送管线和排放管线，这两条管线经由液压分配器与传动液压缸的腔室相连；设在主体的上凸缘的多个缓冲器，其特征在于：该液压锤设有两个或多个缓冲器，它们被制作成带有活塞的缓冲液压缸的形式，该缓冲液压缸的腔室充注有弹性介质，所述活塞面向锤体的侧面，这样，在拔出所述桩子的模式中，能使活塞的端面可与锤体在冲击时刻相互作用。

2.如权利要求1所述的液压锤，其特征在于，该缓冲液压缸的腔室经由流动方向朝向缓冲液压缸的单向阀而连接到输送管线或排放管线上。

3.如权利要求1或2所述的液压锤，其特征在于，该缓冲液压缸的每一个活塞都有两个不同直径的外圆柱表面以及一个连接它们的环形区，这两个圆柱表面都与缓冲液压缸的相应两个内圆柱表面相配合，而且也有一个相似的环形区将这两个内圆柱表面连接起来，并且较小直径的活塞表面面向着锤体。

4.如权利要求3所述的液压锤，其特征在于，在紧邻环形区处，在每个活塞或缓冲缸的较小直径的表面上形成了环形槽，该环形槽的腔室与排放管线相连，每个活塞和缓冲液压缸的配合处从环形槽的一侧设有密封件，与环形区相对。

Images