CN220550551U - 精准电控喷油的柴油打桩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种精准电控喷油的柴油打桩机，其活塞上设置有电控燃油系统和电控单元，该活塞的外侧设置有位置传感器一和位置传感器二；电控燃油系统包括燃油泵组件、喷油嘴组件和两位三通电磁阀，燃油泵组件的出油口通向两位三通电磁阀的压力油口P，两位三通电磁阀的工作油口A经开关电磁阀通向喷油嘴组件的进油口，在两位三通电磁阀的工作油口A还连通有压力传感器；所述两位三通电磁阀的回油口T则连向油箱；电控单元分别与两位三通电磁阀、开关电磁阀、共轨管回油电磁阀及压力传感器相电连接。该柴油打桩机，不仅能实现柴油锤打桩机的电控化，而且能实现燃油喷射压力、喷射正时和喷油量的精准可控，有效改善打桩机燃烧，提高打桩效率。

Description

精准电控喷油的柴油打桩机

技术领域

本实用新型涉及的是一种建筑工程基础施工的桩工机械，尤其涉及一种能够精准控制燃油喷射压力、喷射正时和喷射量的导杆式柴油锤打桩机。

背景技术

导杆式柴油打桩机作为一种结构简单、维修方便的桩工机械，广泛应用于木桩、金属桩、混凝土预制桩、灰土桩、灌注桩、夯扩桩等桩型施工，并且相比于液压锤打桩机，柴油打桩机成本低、不易损坏桩，这使得柴油锤打桩机具有较高的市场占有率。

然而现有柴油锤打桩机的燃油系统喷射压力低、喷射正时不能灵活调整，导致燃油雾化差、缸内燃烧不完全，使其工作过程中会产生大量黑烟，并且在喷嘴处极易出现滴油、漏油的现象，容易产生积碳堵塞喷孔。随着非道路机械排放法规的日益严苛，柴油锤打桩机的使用被大大限制，并且现有的柴油锤打桩机需要工人根据经验手动拉动调整杠杆调节供油，适应不同工况，这不仅增加了人力成本，而且供油过程的调整非常依靠工人的工程经验，不利于柴油锤打桩机的推广。本实用新型在此背景下，针对现有的柴油锤打桩机设计了一种精准电控喷油的柴油打桩机，为柴油锤打桩机的电控化提供了一条可实施路径。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种精准电控喷油的柴油打桩机，不仅能实现柴油锤打桩机的电控化，而且能实现燃油喷射压力、喷射正时和喷油量的精准可控，以改善打桩机燃烧，降低碳烟等污染物的排放。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型的一种精准电控喷油的柴油打桩机，包括两根相互平行设置的导杆，在导杆的上端固定安装有顶横梁，导杆的下端固定连接有活塞，缸锤滑动支承于导杆上，所述活塞上设置有电控燃油系统和电控单元，该活塞的外侧设置有位置传感器一和位置传感器二；所述电控燃油系统包括燃油泵组件、喷油嘴组件和两位三通电磁阀，燃油泵组件的出油口通向两位三通电磁阀的压力油口P，两位三通电磁阀的工作油口A经开关电磁阀通向喷油嘴组件的进油口，两位三通电磁阀的工作油口A还经共轨管回油电磁阀通向油箱；在两位三通电磁阀的工作油口A还连通有压力传感器；所述两位三通电磁阀的回油口T则连向油箱；所述电控单元分别与两位三通电磁阀、开关电磁阀、共轨管回油电磁阀及压力传感器相电连接。

优选地，所述两位三通电磁阀的工作油口A经泄压阀通向油箱，该泄压阀为溢流阀。

优选地，所述两位三通电磁阀的工作油口A依次经开关电磁阀和单向阀通向喷油嘴组件的进油口。

优选地，所述开关电磁阀和共轨管回油电磁阀为二位二通电磁阀，所述压力传感器为压阻式压力传感器或压电式压力传感器。

优选地，所述位置传感器一和位置传感器二固定安装于传感器支架上，该传感器支架与顶横梁和/或活塞固定连接。

优选地，所述燃油泵组件的出油口经两位三通电磁阀进油管连向两位三通电磁阀的压力油口P，两位三通电磁阀的工作油口A经两位三通电磁阀出油管连向共轨管进油口，两位三通电磁阀的回油口经两位三通电磁阀回油管通向油箱。

优选地，所述活塞包括连为一体的活塞座和活塞体，所述油箱固定于活塞座上，所述活塞体的柱面上套装有活塞环。

优选地，所述位置传感器一与活塞活塞体最上一道活塞环处于同一平面上。

优选地，所述燃油泵组件包括活动支承于油泵体上的柱塞和挺杆，铰支于活塞上的曲柄一端与所述挺杆相接触，曲柄的另一端与撞击销相对应，该撞击销固定安装于缸锤上。

优选地，所述位置传感器二与撞击销和曲柄的接触点处于同一平面上。

与现有的导杆式柴油打桩机相比，本实用新型的优势在于：

1、本实用新型采用两个位置传感器检测缸锤的运动特征，并传输信号给电控单元(电子控制单元ECU)，从而判断缸锤处于上升状态或者下降状态以及打桩机所处的运行工况，从而选择相应的喷射策略。

2、单向阀具有一定的开启压力，可以有效防止滴油漏油。

3、共轨管和两位三通电磁阀以及开关电磁阀的配合可以获得更高和更稳定的喷油压力以及恰当的喷射正时，能够有效提升缸内油气混合水平，强化燃烧，降低NOx、碳烟等污染物的排放水平，并提高打桩机最高爆发压力，提高打桩效率。

4、电控单元(ECU)可以通过调整开关电磁阀的脉宽来控制喷射正时和喷射持续期，调整两位三通电磁阀的状态来控制喷射压力，能够实施不同的喷射策略来使打桩机适应不同的工况，而且使相比于人工调整供油更加准确、灵活、经济。

5、本实用新型的电控燃油系统可以实现喷油过程与供油过程的解耦控制。

附图说明

图1所示为本实用新型精准电控喷油的柴油打桩机一种具体实施方式的正面结构示意图；

图2为图1所示实施方式的背面结构示意图；

图3为图1所示实施方式中电控燃油系统结构示意图；

图4是图3所示为电控燃油系统的控制油路图；

图5是图3中燃油泵组件的剖面结构图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作进一步详细描述：

如图1、图2所示的精准电控喷油的柴油打桩机，该柴油打桩机包括传感器支架1、位置传感器一2、位置传感器二3、导杆4、起落架5、顶横梁6、滑轮7、缸锤8、活塞9、曲柄10、撞击销11、电控燃油系统12、桩帽13、油箱14、电控单元15。其中顶横梁6固定在导杆4顶部，滑轮7和起落架5通过起落架轴16连接在一起，可以沿导杆4上下平移滑动，起落架5上设有锤钩17和脱钩杆18。缸锤8在起落架5的下方，也可以沿导杆4上下平移滑动。曲柄10通过偏心轴19安装在油箱14上。缸锤8的下方设有活塞9，活塞9包括连为一体的活塞座和活塞体，油箱14固定于活塞座上，活塞体的柱面上套装有活塞环。活塞9、电控单元15、油箱14以及桩帽13固定在一起。传感器支架1的上下两端分别固定在顶横梁6和油箱14上，位置传感器一2、位置传感器二3从上到下依次布置在传感器支架1上。且位置传感器一2水平对准活塞9的第一道活塞环，也即位置传感器一2与活塞9活塞体最上一道活塞环处于同一平面上。位置传感器二3水平对准撞击销11下落过程中与曲柄10刚好接触的位置，即位置传感器二3与撞击销11和曲柄10的接触点处于同一平面上。撞击销11通过螺纹固定在缸锤8上，在缸锤8下移的过程中撞击销11能够撞击曲柄10。电控燃油系统12布置在活塞9和油箱14内部。

如图3、图4所示，电控燃油系统12包括喷油嘴20、喷油嘴组件21、管接头22、连接螺母23、喷油嘴进油管24、单向阀25、开关电磁阀26、共轨管27、两位三通电磁阀28、两位三通电磁阀出油管29、两位三通电磁阀回油管30、两位三通电磁阀进油管31、燃油泵组件32自上而下安装。喷油嘴组件21采用现有导杆式柴油打桩锤上的传统结构；其喷油嘴20顶部开有喷孔33，喷油嘴组件21与管接头22通过螺纹连接，连接螺母23与喷油嘴组件21通过螺纹紧固。开关电磁阀26可以控制共轨管出油口34和喷油嘴进油管24的连通与断开，开关电磁阀26为二位二通电磁阀。单向阀25具有一定的开启压力，可以有效防止喷射结束后油管内较低压力的燃油从喷孔33流出。燃油泵组件32也采用现有导杆式柴油打桩锤上的传统结构；燃油泵组件32的出油口经两位三通电磁阀进油管31通向两位三通电磁阀28的压力油口P，两位三通电磁阀28的工作油口A依次经两位三通电磁阀出油管29、共轨管进油口35通向共轨管27，共轨管27上的共轨管出油口34依次经开关电磁阀26和单向阀25通向喷油嘴组件21的喷油嘴进油管24。两位三通电磁阀28的工作油口A还经共轨管回油管39和共轨管回油电磁阀38通向油箱14，共轨管回油电磁阀38为二位二通电磁阀；两位三通电磁阀28的工作油口A经共轨管27连通有压力传感器36，压力传感器36采用压阻式压力传感器，当然也可以是压电式压力传感器等相应的压力传感器；两位三通电磁阀28的工作油口A连通的共轨管27上还安装有泄压阀37，该泄压阀37为常用的溢流阀。两位三通电磁阀28的回油口T则经两位三通电磁阀回油管30连向油箱14。电控单元15分别与两位三通电磁阀28、开关电磁阀26、共轨管回油电磁阀38及压力传感器36相电连接，电控单元15为常用的电了控制单元。

共轨管27上的压力传感器36可以传递压力信号给电控单元15，共轨管27上的泄压阀37是机械式溢流阀，当共轨管27内压力高于一定值时会自动开启，可以防止共轨管27内的油压过高引发危险，共轨管回油电磁阀38可以在轨压高于设定压力时连通共轨管回油管39与油箱，降低轨压。

图5所示的燃油泵组件32包括挺杆40、柱塞复位弹簧座41、柱塞42、柱塞复位弹簧43、出油阀44、出油阀复位弹簧45、出油阀复位弹簧座46、出油阀螺栓47自上而下安装，柱塞42和出油阀44之间形成柱塞腔48，柱塞腔两侧设有油泵进油口49和滤芯50，出油阀44可以和油泵体55之间形成锥面密封，出油阀复位弹簧座46内部开有出油阀出油路51，并与出油阀腔52常连通，出油阀螺栓47内部设有油泵出油路53，通过扁接头54与两位三通电磁阀进油管常连通。

本实用新型一种精准电控喷油的柴油打桩机具体工作过程如下：

打桩机起动前，将起落架5沿导杆4降下，用起落架5下方的锤钩17钩住缸锤8，然后使用卷扬机通过滑轮7将起落架5及缸锤8吊起。打桩机起动时，外力触发起落架5上的脱钩杆18，使起落架5的锤钩17与缸锤8分离，缸锤8沿导杆4自由下落，随即缸锤8罩入活塞9，形成密闭的燃烧室，燃烧室内的空气温度和压力随着缸锤8下落压缩而升高。缸锤8继续下落，撞击销11与曲柄10发生碰撞，曲柄10绕偏心轴19旋转一定角度的同时压缩挺杆40进而压缩柱塞42供油。当两位三通电磁阀进油管31与两位三通电磁阀出油管29连通时，来自燃油泵组件32的高压柴油会流入共轨管27，当两位三通电磁阀进油管31与两位三通电磁阀回油管30连通时，来自燃油泵组件32的高压柴油会流入油箱14，燃油泵组件32的供油过程并不直接影响喷油过程，只有当开关电磁阀26接收到来自电控单元15的电信号开启，高压柴油通过喷孔33喷入燃烧室，这时才会进行喷油过程，当燃烧室内温度高于柴油燃点时，喷入燃烧室内的柴油被引燃，燃烧放出大量的热量，使燃烧室内压力和温度急剧升高，巨大的冲击力使缸锤8弹起，同时推动活塞9带动桩帽13向下运动，进行打桩，在缸锤8弹起的过程中由于缸锤8的自身重力以及摩擦力的作用，会使缸锤8停止在一个最高点，之后重新下落，开始下一个工作循环。打桩机需要停止工作时，只需关闭开关电磁阀26，停止喷油，这样就不会有燃料参与燃烧做功，缸锤8被弹起的高度将会大大降低，而且随着燃烧室内空气从活塞环泄漏及摩擦等能量损耗，缸锤8被弹起的高度将越来越低，最终停止运动。

本实用新型精准电控喷油的柴油打桩机可以通过位置传感器一2和位置传感器二3检测到缸锤8的运动特征，并传输信号给电控单元15，从而判断出缸锤8处于上升过程或者下降过程以及打桩机所处的工况。电控单元15可以通过控制两位三通电磁阀28、共轨管回油电磁阀38和开关电磁阀26的通断，实现对循环喷油量、喷射压力以及喷油正时的精准灵活控制。

电控燃油系统12具体工作原理如下：打桩机起动前，柱塞复位弹簧座41在柱塞复位弹簧43的作用下带动柱塞42上行压紧在挺杆40的下端，此时柱塞42处于上止点的位置，油箱14中的柴油经过滤芯50过滤后通过油泵进油口49流入柱塞腔48，此时柱塞腔48内油压较小，出油阀44在出油阀复位弹簧45的作用下克服油压上行，与油泵体55之间形成锥面密封，此时没有柴油从燃油泵组件中流出。打桩机起动后，缸锤8自由下落，先与活塞9密封形成燃烧室，位置传感器一2检测到缸锤8此时的位移信号；后缸锤继续下落，安装于缸锤8上的撞击销11与曲柄10发生碰撞，位置传感器二3检测到缸锤8此时的位移信号。撞击销11推动曲柄10绕偏心轴19旋转，克服柱塞复位弹簧43向上的弹簧力，将挺杆40、柱塞42及柱塞复位弹簧座41下压。柱塞42下行过程中，先会断开油箱14内的柴油通过油泵进油口49进入柱塞腔48，将柱塞腔48密封。之后柱塞42继续下行压缩柱塞腔48内的柴油，柱塞腔48内柴油开始建压，直至出油阀44上表面所受液压力大于出油阀复位弹簧45向上的弹簧力，出油阀44开启，油泵32开始供油，柱塞腔48中的高压柴油经过出油阀44，流入出油阀腔52，并通过出油阀出油路51和油泵出油路53进入两位三通阀进油管31。当柱塞腔48内的柴油流出后，柱塞腔48内的压力会迅速降低，直至直至出油阀44上表面所受液压力小于出油阀复位弹簧45向上的弹簧力，出油阀44上行，和油泵体55再次形成锥面密封，供油结束。撞击销11也会随着缸锤8的上移而上移，不再压迫曲柄10，这时柱塞复位弹簧43复位，将柱塞复位弹簧座41、柱塞42和挺杆40顶起，柱塞40再次处于上止点的位置，等待下一次供油。

电控单元15会根据接收到两个位置传感器一2和位置传感器二3的先后顺序以及时间间隔来判断缸锤8是处于上行状态或者是下行状态，以及缸锤8被弹起时的速度，从而判断打桩机所处的工况。若先接收到位置传感器一2的信号，则缸锤8处于下行状态，则电控单元15以接受该信号的时刻作为压缩始点，以接收到位置传感器二3信号的时刻作为供油始点。若先接收到位置传感器二3的信号，则缸锤8处于上行状态，电控单元15以再接收到位置传感器一2信号的时间间隔来判断打桩机处于的运行工况，电控单元15可根据不同的运行工况执行不同的喷油策略，包括喷射压力、喷射正时、喷射持续期。

喷射压力的调整是电控单元15根据共轨管27的压力传感器36检测到的实际轨压和当前的运行工况所需要的理论轨压进行比较，通过控制两位三通电磁阀28阀口的状态和共轨管回油电磁阀38的启闭进行调整的，当实际轨压高于理论轨压时，共轨管回油电磁阀38打开，两位三通电磁阀进油管31和两位三通电磁阀回油管30连通，共轨管27内柴油流回油箱14，直至实际轨压等于理论轨压，共轨管回油电磁阀38关闭。当实际轨压低于理论轨压时，共轨管回油电磁阀关闭38，两位三通电磁阀28切换到两位三通电磁阀进油管31和两位三通电磁阀出油管29连通，来自燃油泵组件32的高压油流入共轨管27，直至实际轨压等于理论轨压，两位三通电磁阀28切换到两位三通电磁阀进油管31和两位三通电磁阀回油管30连通，高压柴油停止进入共轨管27。

在打桩机处于下行状态时，电控单元15从接收到非接触位移传感器2的信号开始计时，以电控单元15发出信号开启开关电磁阀26的时刻即为喷射正时，随后燃油从喷孔33中喷入燃烧室，打桩机进行工作。以电控单元15发出信号关闭开关电磁阀26的时刻为喷射结束时刻，喷射正时和喷射结束时刻的时间间隔即为喷射持续期，也就是说电控单元15可以以压缩始点为基准，控制开关电磁阀的26开启和关闭时刻来控制喷射正时和喷射持续期。

通过标定，可以得到不同喷射压力、喷射正时和喷射持续期下对应的循环喷油量，并绘制出喷射压力-喷射正时-喷射持续期-循环喷油量MAP图，电控单元15可根据标定的MAP图对循环喷油量进行精准控制。

曲柄10安装于偏心轴19上，传统导杆式柴油锤打桩机在调节喷油量时，需工人手动调整撞击销11与曲柄10接触时的位置关系，进而调整撞击过程中挺杆40、柱塞42下落的位移的大小，从而调整供油正时、供油量和供油压力，达到实现喷油量的调节。由上述工作原理可知，传统柴油锤打桩机的供油过程会直接影响到喷油过程，并且需要人工调节供油过程，而本实用新型的柴油打桩机不仅可以通过两位三通电磁阀28、共轨管27和开关电磁阀26实现喷油过程的独立控制，解耦喷射过程与供油过程，还可以使用电控单元15代替人工来进行调控。这样不仅可以提高喷射压力还可以灵活的改变喷射正时和循环喷油量，改善燃烧，减少碳烟、NOx等污染物的排放，并能够提高缸内最高爆压，提高打桩效率。同时还可以根据标定得到MAP图，使打桩机适应不同的运行工况，使打桩机更加智能。

上述实施方式举出了本实用新型的一个优选实施方式，但本实用新型并不局限于此，在不违背本实用新型基本原理的情况下，还可以做出一些变换，如：将电控燃油系统内的喷油嘴20、喷油嘴组件21和喷孔部分33更换成电控喷油器，这也落入本实用新型的保护范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种精准电控喷油的柴油打桩机，包括两根相互平行设置的导杆(4)，在导杆(4)的上端固定安装有顶横梁(6)，导杆(4)的下端固定连接有活塞(9)，缸锤(8)滑动支承于导杆(4)上，其特征在于：所述活塞(9)上设置有电控燃油系统(12)和电控单元(15)，该活塞(9)的外侧设置有位置传感器一(2)和位置传感器二(3)；所述电控燃油系统(12)包括燃油泵组件(32)、喷油嘴组件(21)和两位三通电磁阀(28)，燃油泵组件(32)的出油口通向两位三通电磁阀(28)的压力油口P，两位三通电磁阀(28)的工作油口A经开关电磁阀(26)通向喷油嘴组件(21)的进油口，两位三通电磁阀(28)的工作油口A还经共轨管回油电磁阀(38)通向油箱(14)；在两位三通电磁阀(28)的工作油口A还连通有压力传感器(36)；所述两位三通电磁阀(28)的回油口T则连向油箱(14)；所述电控单元(15)分别与两位三通电磁阀(28)、开关电磁阀(26)、共轨管回油电磁阀(38)及压力传感器(36)相电连接。

2.根据权利要求1所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述两位三通电磁阀(28)的工作油口A经泄压阀(37)通向油箱(14)，该泄压阀(37)为溢流阀。

3.根据权利要求1所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述两位三通电磁阀(28)的工作油口A依次经开关电磁阀(26)和单向阀(25)通向喷油嘴组件(21)的进油口。

4.根据权利要求1、2或3所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述开关电磁阀(26)和共轨管回油电磁阀(38)为二位二通电磁阀，所述压力传感器(36)为压阻式压力传感器或压电式压力传感器。

5.根据权利要求1所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述位置传感器一(2)和位置传感器二(3)固定安装于传感器支架(1)上，该传感器支架(1)与顶横梁(6)和/或活塞(9)固定连接。

6.根据权利要求1所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述燃油泵组件(32)的出油口经两位三通电磁阀进油管(31)连向两位三通电磁阀(28)的压力油口P，两位三通电磁阀(28)的工作油口A经两位三通电磁阀出油管(29)连向共轨管进油口(35)，两位三通电磁阀(28)的回油口经两位三通电磁阀回油管(30)通向油箱(14)。

7.根据权利要求1所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述活塞(9)包括连为一体的活塞座和活塞体，所述油箱(14)固定于活塞座上，所述活塞体的柱面上套装有活塞环。

8.根据权利要求7所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述位置传感器一(2)与活塞(9)活塞体最上一道活塞环处于同一平面上。

9.根据权利要求1所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述燃油泵组件(32)包括活动支承于油泵体(55)上的柱塞(42)和挺杆(40)，铰支于活塞(9)上的曲柄(10)一端与所述挺杆(40)相接触，曲柄(10)的另一端与撞击销(11)相对应，该撞击销(11)固定安装于缸锤(8)上。

10.根据权利要求9所述的精准电控喷油的柴油打桩机，其特征在于：所述位置传感器二(3)与撞击销(11)和曲柄(10)的接触点处于同一平面上。