專利名稱：雙柱塞液壓錘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于樁工機(jī)械和鍛(沖)壓設(shè)備類技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙柱塞液壓錘。
國外，如荷蘭、芬蘭、德國、日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國家已有液壓樁錘產(chǎn)品，液壓錘均采用差動(dòng)活塞原理。其工作部分是一個(gè)密閉的沖擊缸體。在缸體內(nèi)的上部充滿液壓油，中間充滿惰性氣體(氮?dú)?；油與氮?dú)庵g有一浮動(dòng)活塞將油與氮?dú)飧糸_。缸體下部裝有一活塞，其活塞桿端固結(jié)一沖擊頭。這種結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，油、氣間密封要求很高，制造技術(shù)要求高、價(jià)格昂貴。現(xiàn)代液壓沖擊技術(shù)朝高壓，小流量發(fā)展；當(dāng)錘的總質(zhì)量一定的工況下，沖擊行程大小決定沖擊能量大小。沖擊缸體內(nèi)徑小而沖擊行程長，對(duì)其缸體內(nèi)徑進(jìn)行超級(jí)精加工的制造技術(shù)難度就越大，油、氣間的密封問題就更大，這是我國目前尚無液壓樁錘產(chǎn)品的主要原因。
傳統(tǒng)的鍛壓設(shè)備有蒸汔錘和空壓錘均屬被淘汰產(chǎn)品。20世紀(jì)八十年代末巳被小噸位級(jí)的液壓鍛錘所取代，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造技術(shù)要求高，價(jià)格昂貴，發(fā)展與推廣應(yīng)用緩慢。九十年代中期。我國第一臺(tái)8MN(800噸)快速鍛造機(jī)聞世，但其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造技術(shù)難度大，價(jià)格昂貴(700～800萬元/臺(tái)套)。本專利”雙柱塞液壓鍛錘”結(jié)構(gòu)簡單緊奏，制造技術(shù)易于解決，鍛錘的噸位可大可小，造價(jià)低，應(yīng)用廣泛，易于推廣。
解決本實(shí)用新型技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該雙柱塞液壓錘包括機(jī)架座、上升雙柱塞缸、下沖雙柱塞缸，液壓油路控制裝置的油路分別與上升雙柱塞缸、下沖雙柱塞缸連接，液壓油壓對(duì)下沖雙柱塞缸的柱塞作用面積大于上升雙柱塞缸的柱塞作用面積，上升雙柱塞缸、下沖雙柱塞缸的下部通過連接體連接錘頭。
本實(shí)用新型雙柱塞液壓錘屬于雙作用式?jīng)_擊液錘；錘通過液壓裝置提升到給定高度后，在壓力油的差動(dòng)作用下，錘以大于一個(gè)g(g＝9.8米/秒2)的加速度向下沖擊，沖擊的動(dòng)能很大。國外現(xiàn)代液錘采用的是差動(dòng)活塞(油缸)原理，而本實(shí)用新型采用的是差動(dòng)雙柱塞(油缸)原理。由于液壓錘在工作沖擊過程中是在大于一個(gè)g的的加速度運(yùn)動(dòng)的，活塞或柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)線速度高達(dá)4～8米/秒，比一般液壓設(shè)備高得多。這樣高的工作線速度對(duì)液壓缸的制造技術(shù)及密封要求特別高。國外液錘采用活塞與浮動(dòng)活塞，須對(duì)缸筒內(nèi)壁(深長孔)進(jìn)行超級(jí)精度加工，即使采用現(xiàn)代高精、尖深孔加工設(shè)備，也難確保其內(nèi)孔的精度與表面粗糙度的要求；對(duì)采用浮動(dòng)活塞技術(shù)而言，制造時(shí)還須采用浮動(dòng)活塞與缸筒內(nèi)壁配對(duì)研磨工藝，方能確保油與氮?dú)鈬?yán)格隔離的密封要求；活塞與缸筒內(nèi)壁高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦磨損，使密封性能加劇降低。因此制造成本與維修成本高。本實(shí)用新型取消了活塞而采用雙柱塞油缸；對(duì)雙柱塞的缸筒內(nèi)壁不加工，只須對(duì)雙柱塞的外圓進(jìn)行超級(jí)精度加工，其加工設(shè)備采用高精度外圓磨床對(duì)外圓進(jìn)行拋光就能達(dá)到技術(shù)要求。由于無活塞只需采用軸用密封元件，我國已有工作壓力45MPa，往復(fù)線速度達(dá)10～15米/秒系列軸用密封件，完全能滿足本實(shí)用新型的密封要求、因此，本實(shí)用新型的制造成本和維修成本與國外同類產(chǎn)品相比可降低70％左右。
一、雙柱塞液壓樁錘該雙柱塞液壓樁錘包括移動(dòng)部分、固定部分、液壓油路控制裝置部分、電路控制裝置部分。
移動(dòng)部分是安裝在機(jī)架座12上(在本實(shí)施例中，由于機(jī)架座12是懸掛于固定部分的定滑輪下，故又稱為懸座12)、除有上升雙柱塞缸11(2只)、下沖雙柱塞缸10(2只)，液壓油路控制裝置(一)控制箱25、連接體13、錘頭14外，還有液壓油路的高壓蓄能器8A和低壓蓄能器9A、跟蹤信號(hào)(JN2)裝置24、錘擊下限信號(hào)(JN1)裝置26、隨動(dòng)電纜(含動(dòng)力線、控制線)/滑架27、懸座導(dǎo)向輪32(2只)。錘是由連接體13與上面的二根下沖雙柱塞缸10和二根上升雙柱塞缸11連接再與下面的錘頭14連接，三者固結(jié)為一整體的總稱。三者質(zhì)量之和即為錘的總質(zhì)量。移動(dòng)部分還包括戴在樁22上的樁帽23、樁帽導(dǎo)向輪34(4只)。
固定部分是安裝在機(jī)座38上，主要部件有卷揚(yáng)液壓馬達(dá)17、樁定位油缸21(2只)、牽引懸座(12)的定滑輪組28(卷揚(yáng)、配重各2組)、多段組合機(jī)架頂置段29、多段組合機(jī)架中間段30、懸座升降鋼絲繩31、配重鋼絲繩33、調(diào)斜度撐35(用于打斜樁調(diào)斜度角)、配重36、多段組合機(jī)架下置段37、液壓油路控制裝置(二)控制箱39、電控箱41、組合機(jī)架支承鉸座42(2件)、導(dǎo)軌43。還有支撐機(jī)座38的行走機(jī)構(gòu)40。
液壓油路控制裝置部分由控制雙柱塞油缸上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)的液壓油路控制裝置(一)和控制定距離跟蹤與樁定位油缸(21)的液壓油路控制裝置(二)兩個(gè)獨(dú)立液壓系統(tǒng)組成。液壓油路控制裝置(一)控制箱25置于隨動(dòng)的懸座12上；液壓油路控制裝置(二)控制箱39置于固定機(jī)座38上。兩系統(tǒng)均有獨(dú)立的液壓泵站，液壓執(zhí)行元件，液壓控制元件及輔助裝置。電氣控置則采用兩系統(tǒng)共用，實(shí)現(xiàn)集中控制，電控箱41置于固定的機(jī)座38上。兩個(gè)獨(dú)立液壓系統(tǒng)均設(shè)獨(dú)立的液壓泵站。各泵站分別由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒功率變量泵為各自系統(tǒng)提供液壓源。隨動(dòng)的懸座12內(nèi)腔為液壓油路控制裝置(一)的油箱；固定的機(jī)座38內(nèi)腔為液壓油路控制裝置(二)的油箱。
雙柱塞液壓錘的核心部件是由下沖雙柱塞油缸10與上升雙柱塞油缸11共四只雙柱塞油缸構(gòu)成的液壓執(zhí)行元件；其四只柱塞缸的中心均與錘頭14的中心一一對(duì)稱(見圖2、圖4俯視)。其中下沖雙柱塞油缸10共二只，上端柱塞外徑為d1，下端柱塞外徑為d0，其作用面積為A10＝π(d02-d21)/4，上升雙柱塞油缸11(回程)共二只，上端柱塞外徑為d0，下端柱塞外徑為d，其作用面積為A11＝π(d02-d2)/4；設(shè)d0＞d＞d1，且d與d1相差值很??；故A10＞A11。當(dāng)下沖雙柱塞油缸10與上升雙柱塞油缸11構(gòu)成差動(dòng)回路時(shí)(見圖5)，其差動(dòng)面積為ΔA＝A10-A11＝π(d2-d12)/4；顯然，ΔA值很小。在下沖雙柱塞油缸10壓力油作用下，錘將以稍大于一個(gè)g(g＝9.8米/秒2)的加速度向下沖擊，又由于ΔA的差動(dòng)面積很小，此時(shí)泵供給的流量雖然不大，但錘的沖擊末速度卻很大，若錘的總質(zhì)量較大，則沖擊的動(dòng)能非常大。
液壓樁定位油缸21共兩只用于樁定位油缸，其中一只缸活塞稍大作為樁的定位基準(zhǔn)。卷揚(yáng)液壓馬達(dá)17二種用途第一.用于懸座12與樁帽23保持定距離跟蹤。在打樁工作循環(huán)中，當(dāng)錘沖擊樁帽23時(shí)，樁即沉入土層h深，懸座12與樁帽23之間原定距離即相差h值；如果不自動(dòng)消除這一差值，將給下一輪工作循環(huán)給定的沖擊行程減小h值，錘頭14就無法錘擊到樁帽23。本實(shí)用新型采用的跟蹤技術(shù)，能解決樁沉入土層h深時(shí)，實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)順轉(zhuǎn)，機(jī)架座即自動(dòng)快速下移h值，從而自動(dòng)消除這一差值，確保機(jī)架座與樁帽在自動(dòng)工作循環(huán)中保持定距離。第二，用于快速提升機(jī)架座及樁帽到預(yù)定高度，為打樁前準(zhǔn)備。
液壓控制元件液壓油路控制裝置(一)，參見圖5電磁溢流閥2A1DT斷電，溢流閥開啟，來自泵的液壓油經(jīng)該閥直接流回箱；1DT通電時(shí)，溢流閥起作用，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)回路的壓力調(diào)節(jié)與元件保護(hù)。單向閥3A防止液壓油從單向閥右端流向其左端。電磁閥4A為卸荷閥2DT斷電，該閥開啟，油路接通油箱，釋放系統(tǒng)回路中液壓油；系統(tǒng)加載2DT通電，該閥關(guān)閉，系統(tǒng)處于加載狀態(tài)。液控單向閥D0、D1，二閥并聯(lián)，分流通過短路閥6的流量。單向閥D2用于所有電磁閥的電磁鐵均斷電狀態(tài)下，上升雙柱塞缸11內(nèi)腔處于密閉狀態(tài)，鎖往錘因自重下滑，實(shí)現(xiàn)錘可靠停止在任一位置。電磁換向閥5為先導(dǎo)控制閥，用來控制短路閥6實(shí)現(xiàn)快速換向。3DT斷電，短路閥6的閥芯移至上位，其上端與高壓回路接通，下端與低壓回路接通；當(dāng)短路閥6處于平衡狀態(tài)時(shí)，高壓油一路經(jīng)短路閥6直接進(jìn)入下沖缸10，另一路經(jīng)單向閥D2進(jìn)入上升缸11，下沖缸10與上沖缸11構(gòu)成差動(dòng)回路；在壓力油作用下，由于A10＞A11，上升缸11的油通過液控單向閥D1快速匯流于下沖缸10，使錘以稍大于一個(gè)g的加速度向下沖擊。當(dāng)3DT通電時(shí)，短路閥6換向，閥芯移至下位，泵與高壓蓄能器8A的壓力油經(jīng)單向閥D2給上升缸11提供壓力油；下沖缸10則由短路閥6和液控單向閥D0的兩條通道與低壓回油路相連，回油路中低壓蓄能器9A吸收部分回油壓力油。液壓油路控制裝置(二)，參見圖6電磁換向閥19為先導(dǎo)控制電液換向閥；主要用于實(shí)現(xiàn)懸座12與樁帽23保持定距離的跟蹤。當(dāng)4DT通電時(shí)，卷揚(yáng)液壓馬達(dá)17快速順轉(zhuǎn)，懸座即快速下移跟蹤樁帽，直至懸座與樁帽達(dá)到給定距離時(shí)即4DT斷電，制動(dòng)器16剎車，懸座即停在給定位置。當(dāng)5DT通電時(shí)，卷揚(yáng)液壓馬達(dá)17中速逆轉(zhuǎn)，懸座及樁帽被中速提升到預(yù)定高度時(shí)使5DT斷電，制動(dòng)器16剎車，懸座及樁帽即停留在預(yù)定高度，為打樁做準(zhǔn)備電磁換向閥20，用于控制油缸21對(duì)樁的定位(定中心)。6DT斷電，定位器原位(退回松開狀態(tài))；6DT通電時(shí)，兩個(gè)定位器相向快速接近實(shí)現(xiàn)對(duì)樁夾持定位(定心)狀態(tài)。
主要輔助裝置高壓蓄能器8A和低壓蓄能器9A。在雙柱塞液壓錘的工作循環(huán)中，所需的流量變化較大，系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊也較大；因此，須采用蓄能器進(jìn)行調(diào)節(jié)。錘向下沖擊是以稍大于一個(gè)g的加速度運(yùn)動(dòng)的，需供的流量由小到大，高壓蓄能器8A儲(chǔ)存來自液壓泵多余的壓力油，即存多余能量。在錘上升(回程)的過程中，需要大量的壓力油；此時(shí)，不僅來自液壓泵的液壓油供給上升雙柱塞油缸11，高壓蓄能器8A也同時(shí)釋放儲(chǔ)存的壓力油給上升雙柱塞油缸11，提高了錘的上升(回程)速度，節(jié)省了能量。當(dāng)短路閥6快速換向后，錘開始上升的同時(shí)，大量的液壓油從下沖雙柱塞油缸10流回油箱，系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊壓力，利用低壓蓄能器9A吸收回路中壓力波動(dòng)，降低壓力峰值。低壓蓄能器9A在錘上升過程中吸收來自下沖雙柱塞油缸10的部分壓力油；當(dāng)錘向下沖擊過程中則釋放其儲(chǔ)存的能量。
液壓工作原理(參見圖5和圖6)泵啟動(dòng)—當(dāng)溢流閥的電磁鐵1DT、11DT均斷電狀態(tài)下，分別啟動(dòng)兩個(gè)液壓系統(tǒng)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使泵在溢流壓力為零的狀態(tài)下啟動(dòng)運(yùn)行；系統(tǒng)最高工作壓力調(diào)定及安全保護(hù)—在1DT，、1DT通電狀態(tài)下，分別調(diào)定兩液壓系統(tǒng)的電磁溢流閥2A與2B的最高工作壓力；樁定位(定心)—指樁貫入土層后，工況要求樁中心線與地水平面垂直或與地水平面傾斜某一角度值的定位。當(dāng)樁打入土層一定深度后，所要求的角度值已趨穩(wěn)定，其樁定位器即可松開退回原位；因此，樁定位只設(shè)置手動(dòng)，不列入打樁自動(dòng)工作循環(huán)周期。
雙柱塞液壓錘的工作循環(huán)周期分為錘上升(回程)，錘下降(下沖)和保壓/跟蹤三個(gè)階段。
(1)錘上升(回程)1DT、2DT通電，同時(shí)JN1有信號(hào)，換向閥5的3DT通電，使短路閥6換向，泵和高壓蓄能器8A的壓力油經(jīng)單向閥D2同時(shí)為上升缸11提供壓力油；下沖缸10則由短路閥6和液控單向閥D0的兩條通道與低壓回路相連，回油路中的低壓蓄能器9A吸收部分回油壓力油。
(2)打樁運(yùn)動(dòng)(錘下沖)當(dāng)錘上升到設(shè)定高度時(shí)，換向閥5的3DT斷電，短路閥6換向，高壓油一路經(jīng)短路閥6直接進(jìn)入下沖雙柱塞油缸10，另一路經(jīng)單向閥D2進(jìn)入上升雙柱塞油缸11；下沖雙柱塞油缸10與上升雙柱塞油缸11構(gòu)成差動(dòng)回路，在壓力油的作用下，上升雙柱塞油缸11的油經(jīng)過液控單向閥D1快速匯流于下沖雙柱塞油缸10，使錘以稍大于一個(gè)g的加速度向下沖擊，進(jìn)行打樁運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，液壓泵除給下沖雙柱塞油缸10供給差動(dòng)所需部分壓力油外，還給高壓蓄能器8A儲(chǔ)存多余的壓力油；在下沖過程，四只缸與回油油路都是斷開的，低壓蓄能器9A則逐漸釋放錘上升過程中吸收(下沖雙柱塞油缸10)的能量。
(3)保壓/跟蹤階段錘沖擊樁帽23時(shí)，使樁22沉入土層一定深度，錘繼續(xù)下沖停在樁帽上。為防止樁的回挑，錘頭在樁帽上須停留一段時(shí)間進(jìn)行保壓。此時(shí)，樁帽離開跟蹤信號(hào)JN2即懸座12與樁帽23間給定距離發(fā)生了變化；因而跟蹤信號(hào)JN2產(chǎn)生誤差信號(hào)(JN2)。根據(jù)保壓時(shí)間結(jié)束指令，換向閥5的3DT通電，一路使短路閥6換向，錘開始上升；另一路使電液換向閥19的4DT斷電，卷揚(yáng)液壓馬達(dá)17順轉(zhuǎn)，懸座12快速下移跟蹤樁帽23，使誤差信號(hào)(JN2)消失即4DT斷電，制動(dòng)器17剎車，懸座12與樁帽23即完成一次定距離的跟蹤運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)又開始新一輪自動(dòng)工作循環(huán)。
電氣控制工作原理電氣控制采用當(dāng)代微處理器技術(shù)的新型工業(yè)電子控制裝置—PC可編程序控制器。它主要由編程器，CPU中央處理器，輸入/輸出模塊等組成；具有計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)(延時(shí))、移位、算術(shù)/邏輯運(yùn)算、監(jiān)視、故障自動(dòng)診斷、停電記憶等功能；它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)、編程簡便并可根據(jù)工況要求任意更改程序、可靠性高、響應(yīng)快、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)用于本實(shí)用新型雙柱塞液壓樁錘方面，兩個(gè)獨(dú)立的液壓系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用集中控制。設(shè)置三種工作狀態(tài)a)手動(dòng)，b)點(diǎn)動(dòng)，c)自動(dòng)。
電控原理PC梯形圖[參見圖7、圖8]電控原理PC梯形圖是根據(jù)美國GE公司系列III-PC可編程序控制器手冊(cè)按工藝流程設(shè)計(jì)的。梯形圖的數(shù)字定義號(hào)與相對(duì)應(yīng)的名稱對(duì)照如下I、操作基本鍵(面板鍵)數(shù)字定義號(hào) 代號(hào) 標(biāo)字 數(shù)字定義號(hào) 代號(hào) 標(biāo)字(1)4041 1TA(不能自復(fù)位) 卸載鍵 (2)4111 1QA(不能自復(fù)位) 手動(dòng)加載鍵(3)4121 ZK(不能自復(fù)位) 自動(dòng)循環(huán) (4)9021 2QA(自復(fù)位) 點(diǎn)動(dòng)錘升(5)4112 3QA(不能自復(fù)位) 手動(dòng)定位 (6)4042 2TA(不能自復(fù)位) 定位松開(7)9022 4QA(自復(fù)位) 點(diǎn)動(dòng)懸座跟蹤 (8)9023 5QA(自復(fù)位) 點(diǎn)動(dòng)懸座升II沖擊能量選擇鍵(面板鍵)(1)4011 CM1(不能自復(fù)位) 觸摸鍵1 (2)4012 CM2(不能自復(fù)位) 觸摸鍵2(3)4013 CM3(不能自復(fù)位) 觸摸鍵3 (4)4014 CM4(不能自復(fù)位) 觸摸鍵4(5)4015 CM5(不能自復(fù)位) 觸摸鍵5 (6)4016 CM6(不能自復(fù)位) 觸摸鍵6(7)4017 CM7(不能自復(fù)位) 觸摸鍵7 (8)4018 CM8(不能自復(fù)位) 觸摸鍵8III檢測(cè)點(diǎn)(見


圖1)(1)9001—錘下限信號(hào)JN1為接近開關(guān)。JN1感應(yīng)頭置于懸座12上，JN1的檢測(cè)體(安裝)在錘上的適當(dāng)位置(上下垂直方向可調(diào))；(2)9002—機(jī)架座跟蹤信號(hào)JN2為二只接近開關(guān)并聯(lián)，分別置于兩根下伸的空心鋼管內(nèi)的下端；其兩根空心鋼管上端分別與懸座12固結(jié)，JN2的感應(yīng)頭裝在鋼管內(nèi)下端且距鋼管下端面3～5毫米；JN2的檢測(cè)體即是樁帽23(金屬)的頂面。機(jī)架座12底面至空心鋼管下端面的定長稱為機(jī)架座至樁帽頂面的定距離。
IV計(jì)時(shí)器(1)0001—錘擊下限信號(hào)(JN1)9001觸點(diǎn)閉合，計(jì)時(shí)器T1通電保壓延時(shí)達(dá)t01(秒)即動(dòng)作閉合；(2)0011—按下觸摸鍵(CM1)4011觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T11通電延時(shí)達(dá)t11即動(dòng)合；(3)0012—按下觸摸鍵(CM2)4012觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T12通電延時(shí)達(dá)t12即動(dòng)合；(4)0013—按下觸摸鍵(CM3)4013觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T13通電延時(shí)達(dá)t13即動(dòng)合；(5)0014—按下觸摸鍵(CM4)4014觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T14通電延時(shí)達(dá)t14即動(dòng)合；(6)0015—按下觸摸鍵(CM5)4015觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T15通電延時(shí)達(dá)t15即動(dòng)合；(7)0016—按下觸摸鍵(CM6)4016觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T16通電延時(shí)達(dá)t16即動(dòng)合；(8)0017—按下觸摸鍵(CM7)4017觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T17通電延時(shí)達(dá)t17即動(dòng)合；(9)0018—按下觸摸鍵(CM8)4011觸點(diǎn)閉合(4121與T1均閉合時(shí))，計(jì)時(shí)器T18通電延時(shí)達(dá)t18即動(dòng)合；V PC內(nèi)部中間繼電器(1)7011—當(dāng)T11常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7011線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；(2)7012—當(dāng)T12常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7012線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；(3)7013—當(dāng)T13常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7013線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；(4)7014—當(dāng)T14常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7014線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；(5)7015—當(dāng)T15常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7015線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；(6)7016—當(dāng)T16常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7016線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；(7)7017—當(dāng)T17常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7017線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；(8)7018—當(dāng)T18常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，7018線圈通電使其常閉觸點(diǎn)斷開，使3DT斷電；VI輸出(1)0101—液壓系統(tǒng)A，溢流閥電磁鐵1DT(通電加載，斷電卸載)；(2)0102—液壓系統(tǒng)A，卸荷閥電磁鐵2DT(通電加載，斷電卸載)；(3)0111—液壓系統(tǒng)B，溢流閥電磁鐵11DT(通電加載，斷電卸載)；(4)0112—液壓系統(tǒng)B，卸荷閥電磁鐵12DT(通電加載，斷電卸載)；(5)0203—液壓系統(tǒng)A，先導(dǎo)換向閥電磁鐵3DT(通電錘升，斷電錘向下沖擊)；(6)0204—液壓系統(tǒng)B，換向閥電磁鐵4DT(通電液馬達(dá)順轉(zhuǎn)懸座跟蹤樁帽，斷電制動(dòng)剎車)；(7)0205—液壓系統(tǒng)B，換向閥電磁鐵5DT(通電液馬達(dá)逆轉(zhuǎn)懸座提升，斷電制動(dòng)剎車)；(8)0206—液壓系統(tǒng)B，換向閥電磁鐵6DT(通電夾樁定位，斷電松開)。
電控原理停止?fàn)顟B(tài)手動(dòng)加載鍵(1QA)4111觸點(diǎn)或自動(dòng)循環(huán)鍵(ZK)4121觸點(diǎn)處于常開狀態(tài)或點(diǎn)擊卸載鍵(1TA)4041觸點(diǎn)由常閉狀態(tài)即瞬間斷開，101(1DT)、102(2DT)、111(11DT)、112(12DT)線圈均斷電；溢流閥、卸載閥均開啟，來自液壓泵的液壓力為零直接流回油箱。上升雙柱塞缸腔內(nèi)油液均處于密閉狀態(tài)，錘即停在任一位置。
工作狀態(tài)(1)液壓系統(tǒng)加載按下手動(dòng)加載鍵(1QA)使4111常開觸點(diǎn)閉合或按下自動(dòng)循環(huán)鍵(ZK)使4121常開觸點(diǎn)閉合，線圈101(1DT)、102(2DT)通電，液壓油路控制裝置(一)即建立液壓力處于加載工作狀態(tài)。當(dāng)線圈204(4DT)、205(5DT)、206(6DT)中只須其中一個(gè)線圈通電就使其常開觸點(diǎn)閉合或手動(dòng)(2TA)鍵使4042常開觸點(diǎn)閉合，線圈111(11DT)、112(12DT)通電，液壓系統(tǒng)B即建立液壓力處于加載工作狀態(tài)。(2)錘擊能量/頻率的設(shè)置選擇錘擊能量/頻率應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況及樁材料強(qiáng)度分級(jí)設(shè)置。設(shè)置原則是根據(jù)樁錘或鍛錘產(chǎn)品系列中錘的總質(zhì)量、錘擊行程及電、液控制元件響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，劃分n級(jí)。以n個(gè)觸摸鍵CM1、CM2、CM3……CMn為代碼實(shí)施并聯(lián)作為輸入信號(hào)點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上，其n個(gè)并聯(lián)輸入點(diǎn)，即是由PC控制錘提升到n個(gè)位置高度，即可確定錘相應(yīng)的打擊能量(KJ)/頻率(HZ)。置于自動(dòng)狀態(tài)用戶只需選擇適當(dāng)?shù)挠|摸鍵CMn，相對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)器Tn預(yù)置延時(shí)tn秒，即控制錘上升(回程)時(shí)間為tn(秒)，錘提升相應(yīng)高度為Hn＝V11tn米；錘向下沖擊樁帽的即時(shí)速度為V10＞(2gHn)1/2(米/秒)；設(shè)錘的總質(zhì)量為m1(Kg)，則錘擊的動(dòng)能為Ek＝m1v210/2.。(3)手動(dòng)調(diào)整懸座提升或下移懸座12提升打樁前，須先把懸座12連樁帽23用中速提升超過樁上端頂面。按住(5QA)鍵，使9023常開觸點(diǎn)閉合(手動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)觸點(diǎn)4121為常閉狀態(tài))，線圈205(5DT)通電卷揚(yáng)液壓馬達(dá)17逆轉(zhuǎn)中速提升機(jī)架座及樁帽。懸座12下移點(diǎn)動(dòng)(4QA)鍵，使9022常開觸點(diǎn)閉合(點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)觸點(diǎn)4121為常閉狀態(tài))，線圈204(4DT)瞬時(shí)通電，卷揚(yáng)液壓馬達(dá)17順轉(zhuǎn)，使懸座及樁帽下移，使樁帽按要求套在樁上端面；再繼續(xù)點(diǎn)動(dòng)，跟蹤信號(hào)JN2接近樁帽頂面，對(duì)應(yīng)的常閉觸點(diǎn)9002(JN2)即斷開，線圈204(4DT)斷電，卷揚(yáng)液壓馬達(dá)停轉(zhuǎn)，制動(dòng)器剎車；懸座與樁帽已達(dá)到跟蹤給定距離。即自動(dòng)循環(huán)前的調(diào)整完成。(4)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)樁定位或松開在自動(dòng)工作循環(huán)狀態(tài)下，對(duì)樁的定位或松開采用手動(dòng)。定位按(3QA)鍵，使4112常開觸點(diǎn)閉合，線圈206(6DT)通電，二個(gè)定位器夾樁實(shí)現(xiàn)對(duì)樁的定位。松開按(2TA)鍵，使4042常閉觸點(diǎn)斷開，線圈206(6DT)斷電，二個(gè)定位器松開退回原位。(5)自動(dòng)工作循環(huán)按下自動(dòng)(ZK)鍵，對(duì)應(yīng)的4121常開觸點(diǎn)閉合(同時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開)，系統(tǒng)處于自動(dòng)工作循環(huán)狀態(tài)。若按下觸摸鍵(CM2)鍵，相對(duì)應(yīng)的4012常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)錘向下沖擊接近下限信號(hào)(JN1)，相對(duì)應(yīng)的9001常開觸點(diǎn)閉合，接通T1計(jì)時(shí)器開始保壓延時(shí)達(dá)t01秒，T1的常開觸點(diǎn)閉合，線圈203(3DT)通電，錘開始上升；當(dāng)T1常開觸點(diǎn)閉合的同時(shí)，還按通T12計(jì)時(shí)器并開始延時(shí)達(dá)t12秒后，T12的常開觸點(diǎn)閉合，使中間繼電器7012通電，常閉觸點(diǎn)7012斷開，迫使線圈203(3DT)斷電，錘停止上升；錘上升高度為H12＝V11t12(米)。線圈203(3DT)斷電，使先導(dǎo)電磁換向閥改變短路閥的位置，上升雙柱塞缸內(nèi)腔與下沖雙柱塞缸內(nèi)腔相互溝通形成差動(dòng)回路；錘以大于一個(gè)g的加速度向下沖擊樁帽，迫使樁沉入土層一定深度；樁帽遠(yuǎn)離跟蹤信號(hào)JN2，相對(duì)應(yīng)的9002觸點(diǎn)回到常閉狀態(tài)；由于T1完成保壓延時(shí)達(dá)t01秒后，T1的常開觸點(diǎn)又閉合，線圈203(3DT)又通電，錘又開始上升；同時(shí)還使線圈204(4DT)通電，液馬達(dá)順轉(zhuǎn)，懸座12快速下移跟蹤樁帽23，當(dāng)跟蹤信號(hào)JN2接近樁帽，對(duì)應(yīng)的9002常閉觸點(diǎn)斷開，線圈204(4DT)斷電，液馬達(dá)停轉(zhuǎn)，制動(dòng)剎車跟蹤停止。錘上升時(shí)間達(dá)t12秒時(shí)，203(3DT)斷電，錘提升高度又達(dá)到H12＝V11t12(米)，又開始新一輪自動(dòng)工作循環(huán)。(6)樁的承載力既可用數(shù)字顯示又可打印來錘擊的動(dòng)能Ek10＝m1V210/2(KJ)計(jì)算機(jī)能自動(dòng)寫入，由位移傳感器測(cè)得的樁貫入土層深度h值也自動(dòng)寫入通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，樁受到的阻力即樁的平均承載力F＝m1v210/2h(KN)，既可用數(shù)字顯示又可通過配置打印機(jī)打印出來。
電控采用二種操作方式為用戶操作更方便，設(shè)置電氣控制面板上的鍵鈕和手握式遙控器二種功能操作方式。電氣控制室內(nèi)的控制面板鍵名稱與現(xiàn)場手控式遙控器的鍵名稱相同，即它們具有相同的功能和使用方法。這二種操作方式任選一種即可。
二、雙柱塞液壓鍛錘雙柱塞液壓鍛錘包括機(jī)架座12、上升雙柱塞缸11、下沖雙柱塞缸10，液壓油路控制裝置(一)的油路分別與上升雙柱塞缸11、下沖雙柱塞缸10連接，液壓油壓對(duì)下沖雙柱塞缸10的柱塞作用面積大于上升雙柱塞缸11的柱塞作用面積，上升雙柱塞缸11、下沖雙柱塞缸10的下部通過連接體13連接錘頭14，機(jī)架座底上有砧44。錘是由連接體13與上面的二根下沖雙柱塞缸10和二根上升雙柱塞缸11連接再與下面的錘頭14連接，三者固結(jié)為一整體的總稱。三者質(zhì)量之和即為錘的總質(zhì)量。液壓油路控制裝置(一)的結(jié)構(gòu)與雙柱塞液壓樁錘的液壓油路控制裝置(一)相同，如圖5所示，該部分的液壓原理和液壓工作過程與雙柱塞液壓樁錘的相同，在此不再復(fù)述。
本實(shí)用新型雙柱塞液壓錘和國外現(xiàn)代液壓錘均屬?zèng)_擊式液壓錘。工作特征基本相似輸入?yún)?shù)是液流的工作壓力和工作流量；輸出參數(shù)是末速度、沖擊幅、沖擊頻率和沖擊能量。主要區(qū)別是第一，國外現(xiàn)代液錘采用的是差動(dòng)活塞(油缸)原理，而本專利液錘采用的是差動(dòng)雙柱塞(油缸)原理。由于液壓錘在工作沖擊過程中是在大于一個(gè)g的的加速度運(yùn)動(dòng)的，活塞或柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)線速度高達(dá)4～8米/秒，比一般液壓設(shè)備高得多。這樣高的工作線速度對(duì)液壓缸的制造技術(shù)及密封要求特別高。國外液錘采用活塞與浮動(dòng)活塞，須對(duì)缸筒內(nèi)壁(深長孔)進(jìn)行超級(jí)精度加工，即使采用現(xiàn)代高精、尖深孔加工設(shè)備，也難確保其內(nèi)孔的精度與表面粗糙度的要求；對(duì)采用浮動(dòng)活塞技術(shù)而言，制造時(shí)還須采用浮動(dòng)活塞與缸筒內(nèi)壁配對(duì)研磨工藝，方能確保油與氮?dú)鈬?yán)格隔離的密封要求；活塞與缸筒內(nèi)壁高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦磨損，使密封性能加劇降低。因此制造成本與維修成本高。本實(shí)用新型雙柱塞液壓錘取消了活塞而采用雙柱塞油缸；對(duì)雙柱塞的缸筒內(nèi)壁不加工，只須對(duì)雙柱塞的外圓進(jìn)行超級(jí)精度加工，其加工設(shè)備采用高精度外圓磨床然后對(duì)外圓進(jìn)行拋光就能達(dá)到技術(shù)要求。由于無活塞只需采用軸用密封元件。我國已有工作壓力45MPa，往復(fù)線速度達(dá)10～15米/秒系列軸用密封件，完全能滿足本專利產(chǎn)品的密封要求、因此，本專利系列產(chǎn)品的制造成本和維修成本與國外同類產(chǎn)品相比可降低70％左右。
第二本專利應(yīng)用于液壓樁錘系列產(chǎn)品，采用定距離跟蹤技術(shù)，在國內(nèi)外尚無先例。液壓樁錘在打樁過程，每一工作循環(huán)對(duì)樁帽沖擊一次動(dòng)能，同時(shí)就傳遞樁一相應(yīng)動(dòng)能這動(dòng)能使樁克服土層阻力貫入土層一定深。實(shí)質(zhì)上，錘對(duì)樁帽及樁的沖擊過程就是兩個(gè)物體的相互碰撞過程。在碰撞過程中，錘與樁帽(及樁)兩個(gè)相互碰撞的物體均視為彈性體；理論上可以認(rèn)為兩個(gè)物體碰撞前后物體系的總動(dòng)能不變。根據(jù)對(duì)心彈性碰撞理論有如下關(guān)系設(shè)錘對(duì)樁帽及樁碰撞后錘的速度由v10變?yōu)関1(米/秒)v1＝[(m1-m2)v10+2m2v20]/(m1+m2)……….(1)設(shè)樁帽及樁受到碰撞后獲得速度為v2(米/秒)；v2＝[(m1-m2)v20+2m1v10]/(m1+m2)……….(2)上式中m1--錘的總質(zhì)量(Kg)；m1＝4只雙柱塞質(zhì)量之和+連接體質(zhì)量+錘頭質(zhì)量；m2--被沖擊物體質(zhì)量(Kg)；m2＝樁帽質(zhì)量+樁的質(zhì)量+(附加質(zhì)量)；v10--錘對(duì)樁帽尚未發(fā)生相互碰撞前的即時(shí)(末)速度(米/秒)；v10＞(2gH)1/2；g--重力加速度(g＝9.8米/秒2)；Hn--錘的沖擊工作行程(米)；V20--樁帽及樁未受到錘碰撞前的速度(米/秒)；由于錘向下沖擊時(shí)尚未碰撞到樁帽前，樁帽及樁均為靜止，故V20＝0因而上式(1)、(2)應(yīng)為V1＝(m1-m2)v10/(m1+m2)…………(3)V2＝2m1v10/(m1+m2)…………… (4)由式(3)可以看出當(dāng)m1＝m2時(shí)，錘對(duì)樁帽發(fā)生相互碰撞后，錘的即時(shí)速度v1＝0；當(dāng)m1＞m2時(shí)，v1＞0，即錘對(duì)樁帽發(fā)生相互碰撞后，錘的即時(shí)速度與尚未發(fā)生相互碰撞前的即時(shí)速度v10方向同向，其大小v1遠(yuǎn)小于v10，錘即減速繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)m1＜m2時(shí)，v1＜0，即錘對(duì)樁帽發(fā)生相互碰撞后，錘的即時(shí)速度v1與尚未發(fā)生相互碰撞前的即時(shí)速度v10的方向相反，其大小v1小于v10；錘出現(xiàn)向上反彈運(yùn)動(dòng)。因此，設(shè)計(jì)液錘時(shí)盡量使m1＞m2。
由式(4)可知當(dāng)錘對(duì)樁帽發(fā)生相互碰撞后，樁帽及樁即獲得了速度v2，其動(dòng)能為EK2＝m2v22/2。當(dāng)錘的總質(zhì)量m1、碰撞時(shí)刻的即時(shí)速度v10時(shí)其沖擊動(dòng)能為EK1＝m1v102/2；若發(fā)生相互碰撞時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)換保持Ek2＝Ek1為定值當(dāng)m2總質(zhì)量大，v2值就?。划?dāng)m2總質(zhì)量小，v2值就大。
國外現(xiàn)代液壓樁錘是把類似懸座的總重量經(jīng)配重減重后擱置在樁帽上的。這就給樁帽及樁附加了一定質(zhì)量，即把m2的總質(zhì)量加大了，使v2值變小了，樁及樁帽獲得的動(dòng)能減少了；因而沉樁力減小，沉樁效率降低。
本實(shí)用新型采用了跟蹤技術(shù)，把懸座的總重量經(jīng)配重減重后，用卷揚(yáng)液壓馬達(dá)通過鋼絲繩把懸座懸吊(實(shí)際拉力是減去配重后的重量)起來，樁帽及樁上無附加重量(即m2中不含附加質(zhì)量)。顯然增大了v2值，增大了沉樁力，提高了沉樁效率。
第三、每只雙柱塞缸中，其雙柱塞為兩根外徑不相等組合而成一根階梯長軸，在柱塞外徑較小的導(dǎo)向套內(nèi)端與柱塞外徑較大的端部設(shè)置液壓緩沖，預(yù)防雙柱塞處于缸端上下限位置時(shí)對(duì)缸端發(fā)生機(jī)械碰撞。
第四，液壓樁錘的兩個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，一個(gè)液壓系統(tǒng)置于隨動(dòng)的懸座上，其液壓元件均采用集成塊，元件之間省去管道連接，與雙柱塞油缸相連的油管盡量短；因此，系統(tǒng)壓力損失小、可靠性高。其液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力線以及電控的輸入/輸出電纜跟隨懸座上下滑移。
第五，電氣控制采用現(xiàn)代微電子PC可編程工業(yè)控制器，根據(jù)工況要求可任意更改程序，能自動(dòng)診斷故障，可監(jiān)視全工作過程運(yùn)行情況。
第六，操作簡便，自動(dòng)化程度高。
用戶首先啟動(dòng)液壓泵，再按點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)鍵進(jìn)行自動(dòng)工作循環(huán)前的調(diào)整；然后把選擇鍵置于自動(dòng)工作狀態(tài)根據(jù)土質(zhì)情況及樁材料的強(qiáng)度，按有關(guān)規(guī)苊選擇相應(yīng)的”錘擊能量/頻率”數(shù)碼代號(hào)觸摸鍵，打樁即進(jìn)入自動(dòng)工作循環(huán)。
權(quán)利要求1.一種雙柱塞液壓錘，包括機(jī)架座(12)、上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)，其特征在于有液壓油路控制裝置(一)的油路分別與上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)連接，液壓油壓對(duì)下沖雙柱塞缸(10)的柱塞作用面積大于上升雙柱塞缸(11)的柱塞作用面積，上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)的下部通過連接體(13)連接錘頭(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙柱塞液壓錘，其特征在于該雙柱塞液壓錘為雙柱塞液壓樁錘，包括移動(dòng)部分、固定部分、液壓油路控制裝置部分、電路控制裝置部分，移動(dòng)部分是安裝在作為機(jī)架座的懸座(12)上、除有上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)、連接體(13)、錘頭(14)外，跟蹤信號(hào)(JN2)裝置(24)、錘擊下限信號(hào)(JN1)裝置(26)、隨動(dòng)電纜/滑架(27)、懸座導(dǎo)向輪(32)，固定部分是安裝在機(jī)座(38)上，有卷揚(yáng)液壓馬達(dá)(17)、樁定位油缸(21)、牽引懸座(12)的定滑輪組(28)、多段組合機(jī)架(29、30、37)、懸座升降鋼絲繩(31)、配重鋼絲繩(33)、調(diào)斜度撐(35)、配重(36)、電控箱(41)、組合機(jī)架支承鉸座(42)、導(dǎo)軌(43)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙柱塞液壓錘，其特征在于液壓油路控制裝置部分由控制雙柱塞油缸上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)的液壓油路控制裝置(一)和控制樁定位油缸(21)的液壓油路控制裝置(二)兩個(gè)獨(dú)立液壓系統(tǒng)組成，液壓油路控制裝置(一)控制箱(25)置于隨動(dòng)的懸座(12)上，液壓油路控制裝置(二)控制箱(39)置于固定機(jī)座(38)上，兩系統(tǒng)均有獨(dú)立的流壓泵站，液壓執(zhí)行元件，液壓控制元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙柱塞液壓錘，其特征在于液壓油路控制裝置部分有輔助裝置高壓蓄能器(8A、8B)和低壓蓄能器(9A、9B)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙柱塞液壓錘，其特征在于電路控制裝置部分采用電子控制裝置—PC可編程序控制器，它主要由編程器，CPU中央處理器，輸入/輸出模塊組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙柱塞液壓錘，其特征在于該雙柱塞液壓錘為雙柱塞液壓鍛錘，除包括機(jī)架座(12)、上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)，液壓油路控制裝置(一)的油路分別與上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)連接，液壓油壓對(duì)下沖雙柱塞缸(10)的柱塞作用面積大于上升雙柱塞缸(11)的柱塞作用面積，上升雙柱塞缸(11)、下沖雙柱塞缸(10)的下部通過連接體(13)連接錘頭(14)外，機(jī)架座底上還有砧(44)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于樁工機(jī)械和鍛(沖)壓設(shè)備類技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙柱塞液壓錘。該雙柱塞液壓錘包括機(jī)架座、上升雙柱塞缸、下沖雙柱塞缸，液壓油路控制裝置的油路分別與上升雙柱塞缸、下沖雙柱塞缸連接，液壓油壓對(duì)下沖雙柱塞缸的柱塞作用面積大于上升雙柱塞缸的柱塞作用面積，上升雙柱塞缸、下沖雙柱塞缸的下部通過連接體連接錘頭。本實(shí)用新型可用作為雙柱塞液壓樁錘和雙柱塞液壓鍛錘，用于樁工機(jī)械和鍛(沖)壓設(shè)備，應(yīng)用于工程機(jī)械的道路、堤壩等壓實(shí)技術(shù)及設(shè)備。本實(shí)用新型操作簡單、自動(dòng)化程度高、工作效率高，結(jié)構(gòu)簡單、其制造成本和維修成本與國外同類產(chǎn)品相比可降低70％左右。
文檔編號(hào)F15B15/08GK2537848SQ0222394
公開日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者張作武, 張宇馳 申請(qǐng)人:張作武, 張宇馳