宋光偉--液壓打樁機(jī)機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、中南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（本科）機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 ZCY07型液壓打樁錘 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 宋 光 偉 指導(dǎo)教師 胡均平 教授 學(xué) 院 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí) 機(jī) 械 0412 班 完成時(shí)間 2008 年 6月 8日 摘要打樁錘是用于建筑、碼頭等樁基礎(chǔ)施工的預(yù)制樁施工機(jī)械。液壓打樁錘從20世紀(jì)70年代中期開始研制，是世界各國(guó)對(duì)節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題重視以及機(jī)電液一體化技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，與目前較常使用的落錘、柴油錘相比，它具有能量傳遞效率高、噪音低、打擊能量高且易于控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，液壓打樁錘的研究和開發(fā)，對(duì)于環(huán)保、節(jié)能、促進(jìn)社會(huì)技術(shù)進(jìn)步具有重要的意義。本論

2、文針對(duì)液壓打樁錘的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外典型同類產(chǎn)品液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行深入的研究，并結(jié)合液壓系統(tǒng)方案的選擇與設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)出了一種新型的液壓打樁錘的液壓系統(tǒng)ZCY07型打樁錘液壓系統(tǒng)。然后是液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算與元件選則，最后對(duì)設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。關(guān)鍵詞：液壓打樁錘；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)計(jì)算與仿真ABSTRACTHydraulic pile hammer was a kind of machine, which was widely used in architecture and dock to make base. As the result of the developme

3、nt of technology of integration of mechanics, electron and hydraulic pressure, hydraulic pile hammer has been researched and manufactured since 1970s because it could save energy sources and benefit environment. Compared to such conventional hammer as falling hammer and pile hammer using diesel oil,

4、 it owned some advantage like high transmission efficiency, low noise, high piling energy and easy controlling. So research and development on it were taken in the word, which have an important influence on environment protection, energy saving and technology advancement.Aiming at the peculiarity an

5、d trend of hydraulic hammer, based on thorough research of the domestic and foreign models of similar product of the hydraulic system schematic diagram and combine the hydraulic system plan choice and the design request, designed a new type hydraulic system of the hydraulic piling hammerthe hydrauli

6、c system of ZCY07-piling hammer. Then is calculation of parameters and components choose of the hydraulic system, finally is the simulation of the designed hydraulic system.Key words: Hydraulic Pile Hammer; Hydraulic System; Design Calculations and Simulation目錄第1章 緒論11.1樁基礎(chǔ)簡(jiǎn)介11.2設(shè)樁設(shè)備41.2.1設(shè)置打入式預(yù)制樁設(shè)備

7、41.2.2設(shè)置鉆孔式就地灌注樁設(shè)備51.3液壓打樁機(jī)51.3.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀91.3.2存在的問(wèn)題91.3.3發(fā)展方向101.4選題的背景和意義10第2章 國(guó)內(nèi)外幾種典型液壓打樁錘液壓控制系統(tǒng)方案的比較132.1 電磁閥控制換向回路設(shè)計(jì)132.2電磁閥控制的彈簧和樁錘自重雙重作用方案152.3內(nèi)外差動(dòng)式液壓作用方案172.4日本NH系列液壓錘液壓控制系統(tǒng)原理方案 192.5氣液聯(lián)合控制的打樁方案21第3章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)233.1設(shè)計(jì)要求233.2設(shè)計(jì)分析233.3工作過(guò)程分析243.3.1防空打過(guò)程分析243.3.2漏氣保護(hù)分析243.3.3打樁工作過(guò)程分析243.4工作狀態(tài)中閥的狀態(tài)

8、耦合253.4.1初始狀態(tài)253.4.2上升過(guò)程253.4.3下降過(guò)程263.5打樁頻率和沖擊能的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)273.6液壓系統(tǒng)中閥的作用27第4章 標(biāo)準(zhǔn)件的選用和油路壓力損失計(jì)算294.1液壓油的確定294.2標(biāo)準(zhǔn)閥件的選用294.2.1插裝閥的設(shè)計(jì)和選用294.2.2其他主要標(biāo)準(zhǔn)件的選用314.2.2.1單向閥的選用314.2.2.2溢流閥的選用314.2.2.3手動(dòng)換向閥的選用324.3管路的選用324.3.1吸油管路的選用324.3.2回油管路的選用334.3.3高壓進(jìn)油油路的選用344.3.4接回油低壓蓄能器鋼管的選用344.3.5接進(jìn)油高壓蓄能器鋼管的選用354.4蓄能器及其選擇計(jì)算3

9、54.4.1蓄能器的用途和分類354.4.2蓄能器的安裝與使用374.4.3蓄能器的選擇計(jì)算374.5其他元件的選用404.6壓力損失計(jì)算404.6.1沿程壓力損失計(jì)算414.6.2局部壓力損失計(jì)算424.6.3從油缸到主泵的壓力損失42第5章 主控?fù)Q向閥的設(shè)計(jì)435.1主控?fù)Q向閥的設(shè)計(jì)要求435.2主控?fù)Q向閥材料的確定435.3主控?fù)Q向閥閥件參數(shù)的確定445.3.1閥芯直徑和閥體開口量的確定445.3.2閥芯其它參數(shù)的設(shè)計(jì)確定455.3.3閥體壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算465.3.4閥蓋厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算465.3.5其它考慮475.4主控?fù)Q向閥的性能校核475.4.1主控?fù)Q向閥的泄漏特性475.4.2主控

10、換向閥的功率損失49第6章 打樁錘液壓控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真516.1仿真的基本概念516.2仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用526.3仿真的目的526.4建模仿真軟件AMESim的介紹526.5打樁錘液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真與分析53第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)與展望587.1本論文的總結(jié)587.2今后要做的工作58第8章 結(jié)束語(yǔ)59參考文獻(xiàn)60附錄1 英文譯文附錄2 英文原文附錄3 實(shí)習(xí)報(bào)告第1章 緒論在土木建筑中，樁基礎(chǔ)是應(yīng)用的比較廣泛的一種基礎(chǔ)類型，也是最古老的基礎(chǔ)之一，它是人類在軟弱地基上建造建筑物的一種創(chuàng)舉。起支撐作用的打入式承載樁是土木工程科學(xué)與工藝的最早實(shí)例之一。早在新石器時(shí)代，人類為防范敵人襲擊、猛獸侵

11、犯和不斷占地，就已經(jīng)懂得在湖泊和沼澤地里栽木樁搭平臺(tái)修建定居所1。人類關(guān)于樁基礎(chǔ)的使用早有記載23，我國(guó)水經(jīng)注汾水記載的公元前557531年在今山西省汾水建成三十墩柱木樁橋梁；三輔黃圖記載的秦代所建的渭橋（公元前221260年）；英國(guó)保存的羅馬時(shí)代修建的橋梁工程和河濱住宅的木樁基礎(chǔ)；東安格里亞（East Anglia）沼澤地區(qū)修建的大修道院基礎(chǔ)等。伴隨著人類文明長(zhǎng)河的不斷奔涌，樁基礎(chǔ)通過(guò)其豐富萬(wàn)千的形式和不可替代的作用，書寫著建筑史上璀璨的篇章。1.1樁基礎(chǔ)簡(jiǎn)介樁基礎(chǔ)是由若干個(gè)沉入土中的單樁在其頂部用承臺(tái)聯(lián)結(jié)起來(lái)的一種深基礎(chǔ)。其作用在于穿過(guò)弱的壓縮性土層或水，把來(lái)自上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到更硬或更

12、密實(shí)且壓縮性較小的土壤或巖石上。它具有承載能力大、抗震性好、沉降量小等特點(diǎn)。在一般房屋基礎(chǔ)工程中，樁基還需要承受來(lái)自側(cè)向的風(fēng)力、波浪力、土壓力和地震力等水平荷載4。樁的種類五花八門，如果考慮用于復(fù)合地基的各種柔性樁（如粉噴樁、碎石樁、CFG樁等）和近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的異型樁（如樹根樁、支盤樁、后壓漿樁等）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，竟有三百多種，但總的來(lái)講，如不考慮尺寸的影響，根據(jù)不同目的，我們可以按不同的分類方法對(duì)剛性樁進(jìn)行分類。按不同的施工方法進(jìn)行分類，可分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁三大類。（1）非擠土樁 指采用干作業(yè)法、泥漿護(hù)壁法、套管護(hù)壁法的鉆（沖）孔、挖孔樁。非擠土樁在成樁的過(guò)程中，對(duì)周圍的土體沒有擠

13、壓作用，不會(huì)引起土體中超孔隙水壓的增長(zhǎng)，因而樁的施工不會(huì)危及周圍相鄰建筑物的安全。其主要的類型如圖1.1所示。（2）部分?jǐn)D土樁指沉管灌注樁、預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁、打入式敞口樁；打入敞口管樁時(shí)，土可以進(jìn)入樁管形成土塞，從而減少了擠土作用。打入實(shí)體樁時(shí)，為了減少擠土作用，可以采取預(yù)鉆孔措施，將部分土取走，也屬于部分?jǐn)D土樁。部分?jǐn)D土樁的類型如圖1.2所示。（3）擠土樁 指打入或壓入土中的實(shí)體預(yù)制樁、閉口管樁（鋼管樁或預(yù)應(yīng)力管樁）和沉管灌注樁。這類樁在沉樁過(guò)程中，周圍土體受到樁體的擠壓作用，土中超孔隙水壓增長(zhǎng)，土體發(fā)生隆起，對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的損害，如相鄰的建筑物的變形開裂、市政管線斷裂，造成水、煤氣的

14、泄漏。在大中城市的建成區(qū)已嚴(yán)格限制擠土樁的施工。擠土樁的類型如圖1.3所示5。非擠土樁干作業(yè)法機(jī)動(dòng)洛陽(yáng)鏟成孔灌注樁泥漿護(hù)壁法螺旋鉆孔灌注樁多節(jié)擴(kuò)孔灌注樁鉆孔擴(kuò)底灌注樁人工挖掘灌注樁潛水鉆成孔灌注樁管套護(hù)壁法貝諾特灌注樁鉆孔擴(kuò)底灌注樁鉆頭鉆成孔灌注樁反螺旋鉆成孔灌注樁正螺旋鉆成孔灌注樁圖1.1 非擠土樁的種類部分?jǐn)D土樁沖擊成孔灌注樁螺旋式預(yù)制樁打入式開口灌注樁組合樁埋入式樁沖擊成孔灌注樁樁端壓力注漿樁小樁（IM樁）孔底壓力注漿樁CIP工法樁MIP工法樁PIP工法樁爆破灌注樁中掘施工法樁預(yù)制孔打入式預(yù)制樁圖1.2 部分?jǐn)D土樁的種類擠土樁擠土灌注樁擠土預(yù)制樁沉管灌注樁夯擴(kuò)灌注樁干振灌注樁靜壓樁打入式

15、樁振動(dòng)沉管樁錘擊沉管樁錘擊振動(dòng)沉管樁平底大頭樁沉管灌注同步樁沖擊施工法樁搖動(dòng)施工法樁福蘭克樁夯擊成型樁圖1.3 擠土樁的種類1.2設(shè)樁設(shè)備設(shè)樁機(jī)械設(shè)備是從工業(yè)革命后逐漸發(fā)展起來(lái)的。特別是二十世紀(jì)，人類社會(huì)飛速發(fā)展，高大辦公樓，重型工業(yè)設(shè)備。高爐以及船塢設(shè)備的發(fā)展都對(duì)設(shè)樁設(shè)備提出了更高的要求，與此同時(shí)各行各業(yè)新技術(shù)的發(fā)展又為設(shè)樁設(shè)備提供了無(wú)限發(fā)展的動(dòng)力。特別是從1950年至今，在全世界范圍內(nèi)重型基礎(chǔ)工程大量增加，同時(shí)，近海油田的開采經(jīng)驗(yàn)，要求重型基礎(chǔ)工程全面發(fā)展，這極大地刺激了設(shè)樁設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在無(wú)論樁機(jī)的尺寸、高度，還是錘的重量、效率都在增加；并且，各種類型的較高容量機(jī)械的發(fā)展均伴隨著移動(dòng)靈活

16、性和操作方便性的更多改進(jìn)。設(shè)樁設(shè)備的類型一般可分為：設(shè)置打入式預(yù)制樁設(shè)備、設(shè)置鉆孔式就地灌注樁設(shè)備。1.2.1 設(shè)置打入式預(yù)制樁設(shè)備67此類設(shè)樁設(shè)備的沉樁方式包括錘擊沉樁、靜力壓樁、振動(dòng)沉樁和射水沉樁等數(shù)種方式，其中射水沉樁只適用于砂土層中，水的壓力需要達(dá)到0.550.7MPa,必要時(shí)可用壓縮空氣代替。（1）錘擊沉樁設(shè)備：包括各種落錘式打樁錘、蒸汽打樁錘、柴油打樁錘以及液壓打樁錘等。1）落錘式打樁錘落錘式打樁錘由卷?yè)P(yáng)機(jī)拉升錘體，然后自由落下，利用自重夯擊樁頂。一般錘重130KN，每分鐘錘擊次數(shù)小于12次，僅能在小規(guī)模工程中使用。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉。缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、貫入能量小、對(duì)樁損傷

17、大。2）蒸汽打樁錘蒸汽打樁錘利用蒸汽的壓力將錘體上舉，然后由錘的自重向下沖擊樁頂?？梢源蛩聵?、斜樁，甚至水平樁，對(duì)樁損傷小；工作性能不受土層軟、硬和工作時(shí)間長(zhǎng)短的限制，但需要配備一套鍋爐設(shè)備，效率低、使用不方便。3）柴油打樁錘柴油打樁錘是利用柴油燃燒時(shí)釋放的能量提升錘體的。柴油錘自帶動(dòng)力、使用方便、能耗低、生產(chǎn)效率高、能根據(jù)沉樁阻力的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)沖擊力等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是噪聲大、廢氣污染嚴(yán)重、在軟土及低溫條件下啟動(dòng)困難、不能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作。因受自重、公害及性能的約束，難以向超大型方向發(fā)展。4）液壓打樁錘液壓打樁錘是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種較理想的打樁錘。它利用液壓能驅(qū)動(dòng)錘體升降。其優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)土

18、質(zhì)情況及樁材質(zhì)的強(qiáng)度，合理選擇沖擊力，以保證沖擊能量的充分發(fā)揮而不損害樁身；在打樁過(guò)程中，同時(shí)可獲得沖擊力和貫入度指標(biāo)，因而可有效地確定樁是否已經(jīng)進(jìn)入預(yù)定的土層上，并能直觀地知道樁的允許承載力；液壓打樁錘適合打斜樁作業(yè)及水下樁施工，液壓打樁錘不存在軟土啟動(dòng)困難的問(wèn)題，而且能適應(yīng)各種氣候下的施工作業(yè)；沉樁力作用時(shí)間長(zhǎng)，有效貫入能量大；液壓打樁錘的公害小，基本上無(wú)廢氣污染，沖擊時(shí)的噪音要比其它樁錘低20db左右，因而能適應(yīng)城市樁基礎(chǔ)的施工作業(yè)，但其不足之處是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴。（2）靜力壓樁機(jī)：靜力壓樁機(jī)是利用靜壓力將預(yù)制樁壓入土中的一種沉樁工藝。它與普通的打樁機(jī)相比，可以消除噪聲，避免震動(dòng)的騷擾與

19、危害且節(jié)約材料。適用于對(duì)防震有要求的部門和城市居住密集區(qū)施工。但靜力壓樁機(jī)要配有較多的配重，施工時(shí)整機(jī)的拼裝、移動(dòng)及工作效率仍比打擊式低。(3)振動(dòng)樁錘：預(yù)制樁除了采用打樁和壓樁之外，還有振動(dòng)沉樁。振動(dòng)沉樁適用于砂紙粘土、砂土和軟土地區(qū)的沉樁施工，不宜在礫石和密實(shí)的粘土中使用。1.2.2設(shè)置鉆孔式就地灌注樁設(shè)備此類設(shè)樁設(shè)備包括以下幾種：動(dòng)力螺旋鉆、震動(dòng)鉆孔機(jī)、逆循環(huán)鉆孔機(jī)和三角架式鉆孔機(jī)。（1）動(dòng)力螺旋鉆：動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)式螺旋鉆機(jī)適用于在粘性土中設(shè)置鉆孔樁。（2）振動(dòng)鉆孔機(jī)：為了打入襯管，并在灌注混凝土?xí)r拔出他們，把振動(dòng)器和螺旋鉆機(jī)一起使用。（3）逆循環(huán)鉆孔機(jī)：該鉆孔機(jī)在多種土壤條件下（包括軟

20、質(zhì)巖石在內(nèi)），能快速鉆進(jìn)，而鉆入顆粒狀土中最為有效。（4）三角架式鉆孔機(jī)：三角架式鉆孔機(jī)特別適宜在低空間或通道狹隘的條件下工作。1.3液壓打樁錘隨著液壓技術(shù)的發(fā)展與逐步成熟，加之傳統(tǒng)使用的柴油錘噪聲大、效率低、污染嚴(yán)重等原因，在基礎(chǔ)施工中受到限制，20世紀(jì)70年代，各國(guó)先后開發(fā)了液壓打樁錘以適應(yīng)建筑行業(yè)的新需要。經(jīng)過(guò)30多年的改進(jìn)與發(fā)展，目前液壓打樁錘已成為建筑施工中一種不可缺少的大型樁工機(jī)械，并越來(lái)越受到重視。一、液壓打樁錘與其他打樁錘相比具有以下優(yōu)點(diǎn)5：（1）可根據(jù)土質(zhì)情況及樁材質(zhì)的強(qiáng)度，合理選擇沖擊力，以保證沖擊能量的充分發(fā)揮而不損害樁身，施工時(shí)可省去樁墊；（2）在打樁過(guò)程中，同時(shí)可獲得

21、下打沖擊力和貫入度指標(biāo)，因而可有效地確定樁是否已進(jìn)入預(yù)定的土層中，并能直觀地知道樁的允許承載力；（3）液壓打樁錘特別適應(yīng)打斜樁作業(yè)及水下樁基施工，液壓錘不存在軟土起動(dòng)困難的問(wèn)題，而且能適應(yīng)各種氣候下的施工作業(yè)；（4）沖擊能量可提高很多；（5）液壓打樁錘的公害較小，基本上無(wú)廢氣污染，沖擊時(shí)的噪音要比其他樁錘低20db左右，因而能適應(yīng)城市樁基礎(chǔ)的施工作業(yè)。（6）一般不需要特別的夾樁裝置，因此可不受限地對(duì)各種形式的鋼板樁、混凝土預(yù)制樁、木樁等進(jìn)行沉樁作業(yè)。二、液壓打樁錘的分類、構(gòu)造與工作原理（1）液壓打樁錘的分類根據(jù)液壓打樁錘的下落方式可將打樁錘分為單作用下落式和雙作用下落式兩種類型。單作用方式即樁

22、錘在自重的作用下以接近自由落體的方式下落，如英國(guó)BSP公司的HH3579型錘、日立公司生產(chǎn)的NHC型錘、美國(guó)HPSI公司的Mode16503505型錘等；雙作用下落方式即樁錘在自重和外力的共同作用下以大于自由落體的加速度下落，因此，在相同行程、相同錘重時(shí)產(chǎn)生的打擊力比單作用下落方式大得多，如日本車輛公司的NH型錘、荷蘭IHC公司的SC型錘、芬蘭Junttan公司的HHKA系列液壓錘等。表1.1、1.2為典型液壓錘產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)。8。表1.1 典型雙作用液壓錘 廠家及規(guī)格主要參數(shù)日本車輛荷蘭IHC荷蘭HBG英國(guó)BSP芬蘭Junttan中國(guó)NH70S-200HBM-18HH2HHK-9ADY2

23、5A質(zhì)量（）7000100009200200090002557行程（）0.811.20.851.21.0相當(dāng)自由下落高度（）1.282.01.61.051.441.6最大打擊能量（）896020000180002100108003995最大行程打擊頻率（）254560554028工作壓力（）212635142116液壓油流量（）218350225140450(最大)160表1.2 典型單作用液壓錘 廠家及規(guī)格主要參數(shù)日本日立HNC日本日車NHS日本常盤建筑公司英國(guó)BSPHH357美國(guó)HPSI公司上海遠(yuǎn)東建筑公司HNC80NHS70TK-110HH7Model1000HPH7樁錘質(zhì)量（）8000

24、70006500700045407000最大行程（）1.21.21.21.21.2最大打擊能量（）960084007800840069008400最大行程打擊頻率（）203820404035工作壓力（）16.521152427.622液壓油流量（）232232190140180根據(jù)液壓打樁錘的噸位來(lái)分,可將打樁錘分為：小型、中型和大型液壓打樁錘。樁錘在3噸以下的為小型打樁錘；樁錘重量在3噸到10噸之間的為中型液壓打樁錘；樁錘重量超過(guò)10噸的為大型液壓打樁錘，最大樁錘重量可達(dá)40噸。小型液壓打樁錘適用于打截面尺寸較小的鋼樁、混凝土樁，一般截面尺寸小于200mm200mm(或直徑小于200mm)；

25、中型、大型液壓打樁錘適用于港口、碼頭、機(jī)場(chǎng)、高層建筑、橋梁等工程的樁基施工5。（2）液壓打樁錘體的構(gòu)造9目前使用的液壓打樁錘形式多種多樣，其基本機(jī)構(gòu)大致相同，主要包括：液壓打樁錘本體機(jī)械部分、液壓動(dòng)力裝置、液壓控制裝置等部分；錘體部分包括驅(qū)動(dòng)裝置、打擊力傳遞裝置、行程控制裝置、液壓控制裝置等；液壓動(dòng)力裝置一般由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、油箱等組成，相當(dāng)于一個(gè)液壓泵站；操縱控制裝置包括電控柜、數(shù)據(jù)顯示及打印裝置等。驅(qū)動(dòng)裝置包括液壓缸和液壓錘，打擊力傳遞裝置包括緩沖墊和樁帽，行程控制裝置一般由無(wú)觸點(diǎn)、時(shí)間繼電器或光電開關(guān)等組成，液壓控制裝置則由各種閥和蓄能器組成。圖1.4為液壓錘的基本結(jié)構(gòu)。圖1.4 液壓錘

26、的基本結(jié)構(gòu)1、驅(qū)動(dòng)裝置液壓錘的驅(qū)動(dòng)裝置包括液壓油缸和錘頭。最常用的形式如圖1.5，液壓油缸1固定在殼體上，其活塞桿與樁錘2直接相連，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，應(yīng)用最廣。圖1.5 液壓錘的驅(qū)動(dòng)裝置 圖1.6 打擊力傳遞裝置2、打擊力傳遞裝置液壓錘的打擊力傳遞裝置一般由錘緩沖墊、砧座、樁帽及樁緩沖墊組成，其主要功能是將錘頭的打擊能量傳遞到樁上；同時(shí)又要保護(hù)樁頭不受損傷，避免發(fā)生大的噪聲。一般形式如圖1.6。3、錘頭下落高度控制裝置錘頭下落高度控制裝置由錘頭下落高度給定裝置與下落高度檢測(cè)裝置構(gòu)成。錘頭下落給定高度分為時(shí)間給定和位置給定方式。時(shí)間給定方式是以時(shí)間來(lái)確定下落高度，采用時(shí)間繼電器來(lái)控制液

27、壓動(dòng)力裝置供給壓力油的時(shí)間，錘的下落高度是無(wú)級(jí)調(diào)整的。位置給定方式是通過(guò)設(shè)置在樁錘外殼上的位置檢測(cè)裝置的信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，錘頭的下落高度是有級(jí)調(diào)節(jié)的。錘頭下落檢測(cè)裝置，可采用各種位置檢測(cè)傳感器，用以控制電液閥的動(dòng)作。如無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)、光電開關(guān)等。4、隔音裝置液壓打樁錘的噪聲主要發(fā)生在打擊力傳遞裝置上。因此，主要在這一部分采取降低噪聲的措施。（3）液壓打樁錘的工作原理6液壓打樁錘以液壓能為動(dòng)力，舉起錘垂體后快速泄油或同時(shí)反向供油，使錘體加速下降，撞擊緩沖墊和樁帽，利用錘體沖擊時(shí)動(dòng)量變化所產(chǎn)生的巨大沖擊力，克服土壤對(duì)樁的阻力，將樁沉入土中。1.3.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8自從荷蘭在1965年研制出液壓打樁錘

28、以來(lái)，80年代以后，液壓打樁錘便很快在英國(guó)、芬蘭、日本、美國(guó)等國(guó)家得到快速的發(fā)展。以下列舉國(guó)外主要液壓打樁錘生產(chǎn)廠家及其液壓打樁錘的特點(diǎn)。芬蘭的永騰公司是最早生產(chǎn)打樁設(shè)備的專業(yè)廠家之一。它主要生產(chǎn)兩個(gè)系列（HHK，HHKA），20余種不同型號(hào)的液壓錘，都是采用單作用自由下落式液壓系統(tǒng)。兩個(gè)系列最主要的區(qū)別是HHKA型系列采用了液壓輔助落體的措施來(lái)消除阻力的影響，真正實(shí)現(xiàn)自由落體。所以HHKA型與HHK系列相比，以相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)可產(chǎn)生相對(duì)較高的沖擊能量。英國(guó)的BSP國(guó)際基礎(chǔ)有限公司也早在70年代開始系列生產(chǎn)液壓錘，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品也采用單作用自由下落式工作原理，但其液壓系統(tǒng)與永騰公司的HHKA系列

29、一樣，采取特別的增壓措施消除阻力的影響，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)阻力自由下落，提高了沖擊能量。荷蘭IHC公司是世界上最大的挖泥船制造廠商，其強(qiáng)大的機(jī)械制造能力使其生產(chǎn)的液壓錘享譽(yù)世界。其生產(chǎn)的液壓錘與眾不同，采用了獨(dú)特的雙作用下落式工作原理。錘頭在提升的過(guò)程中同時(shí)壓縮活塞上方的氣體，上升到行程頂端時(shí)，供油閥關(guān)閉，回油閥打開。在下沖過(guò)程中，活塞上方的壓縮氣體的附加能量作用在錘頭上，和重力一起使錘頭產(chǎn)生大于9.8加速度，這樣以較短的行程可以獲得較大的能量，但因要求具有良好的密封性使其制造成本相應(yīng)地提高了很多。我國(guó)80年代開始從國(guó)外購(gòu)買液壓錘產(chǎn)品用于基礎(chǔ)建設(shè)，產(chǎn)品的維護(hù)維修也由外國(guó)人進(jìn)行，談不上開發(fā)與研制液壓錘。

30、進(jìn)入90年代以后，我國(guó)一些有遠(yuǎn)見的單位開始液壓錘產(chǎn)品的研究開發(fā)工作，主要是通過(guò)對(duì)國(guó)外液壓錘產(chǎn)品的測(cè)繪進(jìn)行仿造。目前我國(guó)液壓錘技術(shù)領(lǐng)域的研究處于探索階段，主要精力集中在對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的分析、消化和吸收方面。1.3.2存在的問(wèn)題1011121314目前，液壓錘的研究存在的問(wèn)題主要有：1、缺少液壓系統(tǒng)理論分析資料，了解液壓系統(tǒng)只能通過(guò)觀測(cè)實(shí)物或者在國(guó)外產(chǎn)品說(shuō)明書中油路原理圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。在我國(guó)目前還沒有見到關(guān)于液壓錘理論分析與研究的完整資料。2、國(guó)內(nèi)外關(guān)于液壓錘產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法不夠成熟，還沒有形成一套完整的液壓錘產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論與方法。關(guān)于液壓錘系統(tǒng)工作過(guò)程運(yùn)動(dòng)特性和過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性分析，液壓

31、錘打樁過(guò)程中由油缸錘頭樁帽樁地基等組成系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性分析也很少見到。國(guó)內(nèi)對(duì)引進(jìn)液壓錘的工作機(jī)理、結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)計(jì)算理論等消化吸收不夠充分，還沒有真正意義上開發(fā)出液壓錘產(chǎn)品。3、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)手段的層次較低。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)在該領(lǐng)域的利用效率較低。液壓錘的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)理論處于比較傳統(tǒng)的估算、類比等階段。還沒有利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品的參數(shù)化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)等，不能高效的進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)研制。4、國(guó)內(nèi)外液壓錘產(chǎn)品本身也存在問(wèn)題。雙作用液壓錘打擊頻率很低，例如日本車輛公司生產(chǎn)的NH100型液壓錘每分鐘打擊次數(shù)最大行程時(shí)為20次，回程速度僅為0.5m/s左

32、右。單作用液壓錘的打擊能量仍顯不足，主要利用樁錘的自由下落所產(chǎn)生的能量打擊樁，沖擊力較小。若需要大的打擊能量則需要增加打擊行程，增加樁錘結(jié)構(gòu)尺寸。5、制造成本高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。由于液壓錘是典型的高壓力、大流量、換向頻繁、沖擊大的產(chǎn)品，對(duì)液壓元件的制造精度和配合精度要求很高，附屬部件多且價(jià)格比較昂貴，制造成本很高。同時(shí)，目前液壓錘產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝也存在一些問(wèn)題。昂貴的價(jià)格是制約液壓錘技術(shù)發(fā)展的最重要的因素之一。1.3.3發(fā)展方向由于液壓錘技術(shù)符合綠色環(huán)保施工要求，隨著液壓錘技術(shù)的不斷發(fā)展和功能的不斷完善，液壓錘必將取代傳統(tǒng)的柴油錘和蒸汽錘，液壓錘技術(shù)的發(fā)展方向可包括以下幾個(gè)方面：1、設(shè)計(jì)

33、理論將不斷完善，建立完善的液壓錘產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論與方法，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。2、采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，提高設(shè)計(jì)效率。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的采用將大大提高設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)速度，降低設(shè)計(jì)成本。3、采用先進(jìn)控制技術(shù)。采用微機(jī)控制或PLC控制不但可以使樁錘工作方式更加靈活，同時(shí)也大大提高了控制精度，操作更加方便。同時(shí)可以方便地輸出打樁過(guò)程中各種重要的數(shù)據(jù)資料。4、節(jié)能。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)液壓泵、液壓缸、蓄能器、管路之間的最優(yōu)匹配，減少能耗，提高打樁效率。5、繼續(xù)降低噪聲，減小振動(dòng)。由于液壓錘的液壓系統(tǒng)為大流量、高頻率、大沖擊型系統(tǒng)，目前液壓錘產(chǎn)品中的噪聲和振動(dòng)問(wèn)題仍然

34、是阻礙液壓錘技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。6、開發(fā)能用于海下打樁的大型液壓錘產(chǎn)品以及適用于港口碼頭等可以打斜樁、搬運(yùn)方便的大型液壓錘。7、開發(fā)適用于不同土質(zhì)、不同樁形式和尺寸、不同的施工要求的多功能型液壓錘。通過(guò)多對(duì)泵和閥的電子控制，選擇打樁形式、調(diào)節(jié)樁錘行程、打擊能量和打擊頻率，以滿足實(shí)際施工要求，提高經(jīng)濟(jì)性和施工性。1.4選題的背景和意義在當(dāng)今所有打樁錘中，包括機(jī)械設(shè)備的靈活性，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，噪聲和大氣污染的控制有待加強(qiáng)，打樁力度和打擊頻率也需要進(jìn)一步提高，且實(shí)現(xiàn)打樁能的無(wú)級(jí)調(diào)速等?，F(xiàn)在發(fā)展的靜力壓樁機(jī)，它的無(wú)噪音工作和液壓控制得到了充分的發(fā)揮。但是，它的設(shè)備體積大，造價(jià)高，打樁效率也有待提高

35、。而另一種振動(dòng)樁錘，則因?yàn)槠湓胍舴矫娲嬖谝欢ň窒蓿源M(jìn)一步完善。作為液壓動(dòng)力的樁工機(jī)械，擁有別的動(dòng)力所不能擁有的一些特點(diǎn)，在建筑市場(chǎng)日益得到重視和應(yīng)用。我們深信，液壓樁工機(jī)械必將是未來(lái)樁工機(jī)械的發(fā)展方向。而目前的液壓打樁機(jī)技術(shù)主要存在的問(wèn)題是：1、 沖擊能量小，打擊力度提高不上。2、 調(diào)速不方便，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。3、 打擊頻率不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速打樁。4、 含有電磁閥和電氣設(shè)備，安全可靠系數(shù)不高。5、 在惡劣的環(huán)境下的使用壽命不長(zhǎng)。本課題針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外打樁錘存在的如上問(wèn)題，尤其是打擊能量難以提高和打擊頻率難以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，噪聲大而提出了機(jī)、電、氣、液聯(lián)合控制的打樁錘方案，即ZCY07型液壓打

36、樁錘。它有效地解決了上述問(wèn)題，大大提高了打樁錘的性能。其主要研究工作如下：1、通過(guò)查閱大量的文獻(xiàn)資料，了解國(guó)內(nèi)外典型液壓錘產(chǎn)品的液壓控制系統(tǒng)方案，并通過(guò)對(duì)比、分析，提出一種新型的液壓打樁錘的液壓控制系統(tǒng)方案；2、對(duì)設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)方案進(jìn)行各個(gè)工況的分析，并對(duì)其中的元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算選型；3、建立打樁錘控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的仿真；本人的子課題主要是ZCY07型液壓打樁機(jī)打擊錘的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其基本參數(shù)及要求如下：設(shè)計(jì)參數(shù)： 打擊能 100 液壓系統(tǒng)壓力 20氣腔壓力變化 1.54.5 錘頭重 7 打擊頻率 2560次/min 電動(dòng)機(jī) 3臺(tái)45 液壓泵 3臺(tái)160泵設(shè)計(jì)要求：（1

37、）、運(yùn)動(dòng)要求：設(shè)計(jì)滿足要求的液壓系統(tǒng)回路，選擇液壓泵、蓄能器與液壓閥件之間的合理匹配；（2）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)沖擊能量和調(diào)節(jié)頻率的功能；（3）、工作性能要求：低噪音，沖擊性能優(yōu)良，樁錘運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；施工性、經(jīng)濟(jì)性、密封性好；（4）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有防空打的功能和漏氣保護(hù)功能； （5）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有自動(dòng)打樁功能；（6）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有單打操縱功能。（7）、結(jié)構(gòu)尺寸小，簡(jiǎn)單緊湊，采用細(xì)長(zhǎng)形狀樁錘；（8）、油路系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，操作方便。第2章 國(guó)內(nèi)外幾種典型液壓打樁錘液壓控制系統(tǒng)方案的比較2.1 電磁閥控制換向回路設(shè)計(jì)15 圖2.1 電磁閥控制換向回路方案1液壓缸 2錘頭 3電磁行程

38、開關(guān) 4二位四通電磁換向閥 5單向閥 6溢流閥 7二位二通電磁換向閥 8液壓泵 9、12蓄能器 10防空打開關(guān) 11油箱圖2.1是電磁閥控制換向回路方案的液壓系統(tǒng)原理圖，其主要工作過(guò)程如下：樁錘工作時(shí)，油泵8從油箱11中吸取并提供給系統(tǒng)壓力油。如果此時(shí)樁帽上有樁存在，則防空打開關(guān)10工作，給電磁鐵B一個(gè)信號(hào)，電磁鐵7的右位工作，則溢流閥6處于正常工作狀態(tài)，液壓系統(tǒng)有壓力存在。如果這時(shí)樁帽上無(wú)樁，則閥7的左位工作，則液壓油直接從溢流閥6經(jīng)過(guò)電磁閥7流回油箱。所以，電磁閥7起到了防空打的安全作用。假設(shè)樁錘處于最低位置，則此時(shí)電磁接近開關(guān)給換向閥4的A1端一個(gè)信號(hào)，泵8和蓄能器9的系統(tǒng)高壓油經(jīng)過(guò)換向

39、閥4左端進(jìn)入油缸1的下腔，抬起樁錘2上升，油缸1上腔的油經(jīng)過(guò)電磁閥4左端流回油箱。當(dāng)樁錘上升到一定高度時(shí)，行程接近開關(guān)又給電磁換向閥4的左端A2一個(gè)電信號(hào)，電磁換向閥4實(shí)現(xiàn)換向，右位工作，樁錘2在液壓和重力的雙重作用下快速下降，沖擊樁帽，實(shí)現(xiàn)打樁功能。而下腔的低壓油則經(jīng)過(guò)電磁閥4的右端排入蓄能器和油箱。可以在錘體的沖程中裝有多個(gè)行程接近開關(guān)，通過(guò)對(duì)這些行程接近開關(guān)的控制可以調(diào)節(jié)錘體沖擊的行程以及沖擊能量的大小。本方案的優(yōu)點(diǎn)：1、構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低；2、電磁閥控制方向，換向迅速方便；3、可以實(shí)現(xiàn)防空打功能；4、蓄能器和液壓泵給液壓缸提供較高壓力油，可以抬起較重的錘體，提高打擊效率。5、

40、全部采用液壓設(shè)備，噪音較低；6、打樁主要依靠錘體自身重量和液壓能的雙重作用，故沖擊能量較大，樁的貫入度大。本方案的缺點(diǎn)：1、 本方案的蓄能器的工作作用不大，故所需泵的要求較高；2、 主要靠液壓抬起樁錘上升和依靠錘體的自身重量下落，故打擊頻率不高；3、 依靠形成接近開關(guān)控制沖擊行程，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和調(diào)能；4、 含有電氣設(shè)備，在惡劣的環(huán)境中工作壽命較短，對(duì)環(huán)境的依賴性較強(qiáng)，穩(wěn)定性較差。2.2電磁閥控制的彈簧和樁錘自重雙重作用方案16 圖2.2 電磁閥控制的彈簧和錘體雙作用方案1-樁錘 2-液壓缸 3-溢流閥 4-蓄能器 5-換向閥 6-溢流閥 7-電磁閥8-油泵 9-油箱 10-液控單向閥 11

41、-行程開關(guān)圖2.2是電磁閥控制的彈簧和樁錘自重雙重作用方案液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖，其主要工作過(guò)程如下：當(dāng)樁帽上有樁存在時(shí)，給電磁閥7一個(gè)電信號(hào)，閥7的左位工作，停止系統(tǒng)卸荷，系統(tǒng)可以開始工作。否則系統(tǒng)壓力一直為零。完成防空打功能。當(dāng)有樁存在時(shí)，初始狀態(tài)樁錘位于最低端，電磁接近行程開關(guān)給換向閥5一個(gè)信號(hào)，閥5的右位工作，則液控單向閥10受高壓控制，反程打開，蓄能器4和液壓泵8中的高壓油通過(guò)閥5的右位進(jìn)入液壓缸2的下腔，壓縮上腔的彈簧，抬起重錘1上升。而上腔的液壓油則返回油箱。當(dāng)重錘上升到一定的高度時(shí)，形成接近開關(guān)給換向閥5一個(gè)信號(hào)，閥5的左位工作，此時(shí)單向閥10的液控壓力為零，反向關(guān)閉，但液壓泵8可以

42、繼續(xù)向蓄能器4泵油，存儲(chǔ)液體壓力能量。此時(shí)重錘1在彈簧和自身重力的作用下，快速下落，沖擊樁頭，實(shí)現(xiàn)打樁功能。而液壓缸2的下腔的壓力油受錘體重力和彈簧的壓力的影響，快速?gòu)膿Q向閥5的左位排回油箱。液壓缸2的上腔產(chǎn)生真空，會(huì)吸入油箱里的油自動(dòng)補(bǔ)充。當(dāng)錘1到達(dá)最低端時(shí)，閥5則又會(huì)變?yōu)橛椅还ぷ鳎貜?fù)上述動(dòng)作過(guò)程?？梢栽阱N體的沖程中安裝有多個(gè)形成接近開關(guān)，通過(guò)對(duì)這些形成接近開關(guān)的控制調(diào)節(jié)錘體沖擊的行程以及能量的大小。本方案的優(yōu)點(diǎn):1、構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低；2、電磁閥控制換向，換向迅速方便；3、可以實(shí)現(xiàn)防空打功能；4、樁錘受彈簧和自身重力的雙重作用下落，沖擊能量大，打樁貫入度大；5、蓄能器較好的發(fā)揮

43、了作用，能提高樁錘的打擊頻率，可以減小液壓泵的負(fù)荷。6、基本上全部使用液壓設(shè)備，噪音低。本方案的缺點(diǎn)：1、含有電氣設(shè)備，工作的可靠性和穩(wěn)定性較差，在惡劣環(huán)境中的工作適應(yīng)能力降低；2、形成接近開關(guān)控制樁錘沖擊行程，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和調(diào)能；3、樁錘的下落主要靠彈簧和自身重力，調(diào)節(jié)不方便；4、打樁的頻率仍然很低。2.3內(nèi)外差動(dòng)式液壓作用方案6 圖2.3 內(nèi)外差動(dòng)式液壓也用方案1-油箱 2-濾油器 3-油泵 4、11-單向閥 5-溢流閥 6-二位二通電磁閥7-蓄能器 8-單向節(jié)流閥 9、10二位四通電磁閥 12活塞 13-液壓缸14-活塞桿 15-錘頭 16-行程開關(guān)圖2.3所示是內(nèi)外差動(dòng)式液壓作用控

44、制方案原理簡(jiǎn)圖，其工作過(guò)程如下：工作時(shí)，電磁閥6通電，回油腔關(guān)閉，建立系統(tǒng)壓力。液壓泵3通過(guò)濾油器2將油箱1中的液壓油泵出，經(jīng)過(guò)單向閥4后，一路進(jìn)入蓄能器7，另一路液壓油進(jìn)入已通電的二位四通閥9，進(jìn)入液壓缸13的下腔，將錘頭15提起。液壓缸13上腔的液壓油經(jīng)過(guò)二位四通閥10回油箱?；钊闲械巾敳繒r(shí)，電磁閥10換向，蓄能器7及液壓泵泵出的壓力油進(jìn)入液壓缸13的上腔，實(shí)現(xiàn)外差動(dòng)；同時(shí)單向閥11被打開，液壓缸13的上下腔連聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)內(nèi)差動(dòng)。內(nèi)外差動(dòng)的雙重作用使錘頭15快速下降。錘頭15下降到接近行程開關(guān)16時(shí)，二位四通閥9、10斷電換向，液壓泵3泵出的壓力油進(jìn)入蓄能器7，而液壓缸13中的液壓油快速降

45、壓并通過(guò)電液閥9、10的左位返回油箱。停留一段時(shí)間，當(dāng)單向閥11內(nèi)的彈簧彈力克服液壓缸13中的液壓油的壓力時(shí)，彈簧回位，關(guān)閉內(nèi)差動(dòng)油路，液壓缸13的上下腔的聯(lián)系切斷。這時(shí)電液閥9通電，壓力油通過(guò)電液閥9進(jìn)入液壓缸下腔。另一路進(jìn)入蓄能器7，活塞上升。重復(fù)上述動(dòng)作，液壓垂頭便開始連續(xù)工作。本方案的優(yōu)點(diǎn)：1、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液壓缸的體積??；2、 液體壓力和樁錘重量雙重作用，打擊能量高，打擊力度大，樁的貫入度大；3、 排油迅速，換向準(zhǔn)確；4、 可以實(shí)現(xiàn)防空打，還可通過(guò)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)沖擊能；5、 蓄能器較好的發(fā)揮了作用，能提高打樁的頻率，減小泵的負(fù)荷；6、 本系統(tǒng)基本上采用液壓設(shè)備，因此噪聲較低

46、。本方案的缺點(diǎn)：1、含有電氣設(shè)備，工作可靠性和穩(wěn)定性較差，在惡劣環(huán)境中的工作適應(yīng)能力差；2、必須通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)預(yù)先設(shè)置提升高度，才能控制沖擊力的大小；3、不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和調(diào)節(jié)能量；4、由于單向閥回位需要時(shí)間，影響速度，打擊頻率還是比較低的。2.4日本NH系列液壓錘液壓控制系統(tǒng)原理方案 6 圖2.4 日本NH系列液壓錘控制系統(tǒng)原理方案1-低壓蓄能器 2-高壓蓄能器 3-液壓缸 4-錘體圖2.4是日本NH系列液壓錘液壓控制系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖5，其工作原理是：樁錘上升時(shí)，關(guān)閉V1和V2閥，開啟V3閥。液壓油通過(guò)液壓泵進(jìn)入液壓缸3的下腔，提起樁錘4。與此同時(shí)，液壓油進(jìn)入低壓蓄能器1.樁錘下降時(shí)，開啟V1閥

47、和V2閥，關(guān)閉V3閥。液壓油由泵進(jìn)入液壓缸3的上腔，樁錘4快速下落，與此同時(shí)，高壓蓄能器2的液壓油也注入液壓缸3的上腔，由此加快了樁錘4的下落速度。重復(fù)上述動(dòng)作過(guò)程，樁錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)作業(yè)。本方案的優(yōu)點(diǎn)：1、 由樁錘和液壓雙重作用，打擊能量大，樁的貫入度大；2、 換向迅速，打擊速度高，打擊頻率較高；3、 液壓沖擊樁錘，無(wú)噪聲污染；4、 如果安裝無(wú)觸點(diǎn)接近行程開關(guān)，則可以調(diào)節(jié)沖擊行程和沖擊能量的大小。本方案的缺點(diǎn)：1、 不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和調(diào)節(jié)能量；2、 含有電氣設(shè)備，工作的可靠性和穩(wěn)定性較差，在惡劣環(huán)境中的工作適應(yīng)能力差；3、 必須通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)預(yù)先設(shè)置提升高度，才能控制沖擊力的大?。?、 生產(chǎn)工

48、藝的要求較高，制造的成本較高。2.5氣液聯(lián)合控制的打樁方案圖2.5 氣液聯(lián)合控制打樁方案1-油箱 2-主泵組 3-插裝閥 4-插裝閥 5-低壓蓄能器 6-高壓蓄能器7-上腔氣缸 8-行程開關(guān) 9-錘頭 10-控制泵組 11-下腔油缸圖2.5是氣液聯(lián)合控制的打樁方案的液壓系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)圖，其主要工作過(guò)程是:當(dāng)錘頭上升的時(shí)候，閥4通過(guò)主控?fù)Q向閥控制打開，閥3關(guān)閉；泵2和高壓蓄能器5里的高壓油進(jìn)入液壓缸的下腔11，抬起錘頭9上升。上腔7的氣體被壓縮，壓力逐漸增加。當(dāng)錘頭9上升到一定高度時(shí)，氣壓推動(dòng)主控?fù)Q向閥換向，閥3打開，閥4關(guān)閉，錘體9受上腔壓縮氣體的爆炸力和自身重力的作用快速下降，沖擊錘頭，完成打

49、樁任務(wù)。當(dāng)錘頭沖擊完樁頭時(shí)，行程閥8換向，使主控閥快速換向，回到初始狀態(tài)，重復(fù)上述動(dòng)作。本方案的優(yōu)點(diǎn)：1、 全液壓設(shè)備，安全性能高，可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境；2、 低噪音污染，符合環(huán)保的要求；3、 具有無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)沖擊能量和調(diào)節(jié)沖擊頻率的功能；4、 通過(guò)設(shè)計(jì)可具有防空打功能和失壓保護(hù)功能；5、 氣體爆炸力和錘重雙重作用，沖擊頻率高，打樁的貫入度大；6、 制造成本低，適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的需求。本方案的缺點(diǎn)：1、 換向不及電磁閥換向迅速；2、 噪音仍比靜力壓樁機(jī)大；3、 打樁頻率有待進(jìn)一步的提高。通過(guò)分析比較可知，目前的樁錘研制方面主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:1、 從中國(guó)的實(shí)際市場(chǎng)情況出發(fā)，考慮制造工藝要求和成本條件；

50、2、 從打樁的環(huán)境出發(fā)，盡量提高打樁錘的使用安全穩(wěn)定性能；3、 實(shí)現(xiàn)打樁錘的無(wú)級(jí)調(diào)能和無(wú)級(jí)調(diào)頻是樁錘的一大要求；4、 進(jìn)一步提高打擊能和打擊頻率，從而提高打樁效率。通過(guò)比較可知，方案五選用全液壓設(shè)備，無(wú)價(jià)格較貴的電磁閥等，且本樁錘可以放在柴油錘架上直接使用，無(wú)需另外設(shè)計(jì)專用機(jī)架等，所以造價(jià)較低，較適合中國(guó)市場(chǎng)的要求，且樁錘性能優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的基本要求，故選用方案五。第3章 液壓控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求（1）、運(yùn)動(dòng)要求：設(shè)計(jì)滿足要求的液壓系統(tǒng)回路，選擇液壓泵、蓄能器與液壓閥件之間的合理匹配；（2）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)沖擊能量和調(diào)節(jié)頻率的功能；（3）、工作性能要求：低噪音，沖擊

51、性能優(yōu)良，樁錘運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；施工性、經(jīng)濟(jì)性、密封性好；（4）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有防空打的功能和漏氣保護(hù)功能； （5）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有自動(dòng)打樁功能；（6）、要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有單打操縱功能。（7）、結(jié)構(gòu)尺寸小，簡(jiǎn)單緊湊，采用細(xì)長(zhǎng)形狀樁錘；（8）、油路系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，操作方便。3.2設(shè)計(jì)分析本樁錘要求用全液壓設(shè)備代替電磁開關(guān)等電氣設(shè)備，故其行程開關(guān)要用液壓行程開關(guān)，因此其主控?fù)Q向閥件也不能使用電磁換向閥，而必須設(shè)計(jì)出一種非標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)實(shí)現(xiàn)這種換向功能。我們可以借閱日本車輛公司的NH系列液壓錘液壓系統(tǒng)方案，用插裝閥的開閉來(lái)控制油缸活塞的行程方向，那么我們所設(shè)計(jì)的主控?fù)Q向閥的主要功能就是控制插裝閥的啟閉。在油

52、缸的上腔沖入壓縮氣體，則活塞在行程過(guò)程中氣體壓力會(huì)不斷的變化，可以用氣體壓力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)主控?fù)Q向閥的換向。系統(tǒng)要求能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)打擊能量和調(diào)節(jié)打擊頻率的要求。要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能，必須對(duì)主控?fù)Q向閥有另外的控制壓力，通過(guò)對(duì)這種外加的控制壓力的調(diào)節(jié)來(lái)改變主控?fù)Q向閥換向時(shí)所需的氣體壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)這兩種調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)的防空打功能和漏氣保護(hù)功能通過(guò)對(duì)主控?fù)Q向閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須要讓這時(shí)的主控?fù)Q向閥閥芯無(wú)法移動(dòng)工作，這樣才能使樁錘處于靜止?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)的單打功能也要通過(guò)對(duì)主控?fù)Q向閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們可以設(shè)計(jì)其操作系統(tǒng)，使其可以控制主控?fù)Q向閥，讓主控?fù)Q向閥在打樁過(guò)程完成一次后，其閥芯無(wú)法再移動(dòng)工作

53、，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。具體的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)見圖3.13.3工作過(guò)程分析3.3.1防空打過(guò)程分析當(dāng)無(wú)樁存在時(shí)，閥XHF2處于上位工作狀態(tài)，則Pky為高壓油控制狀態(tài)，因此QHF為下位工作狀態(tài)，斷開通往主控閥的高壓油路，AK2的油壓永遠(yuǎn)為零，故不可能推動(dòng)主控?fù)Q向閥做任何移動(dòng)，所以錘體也一直處于最下端而不會(huì)有任何動(dòng)作，處于防空打狀態(tài)。3.3.2漏氣保護(hù)過(guò)程分析當(dāng)油缸的上腔漏氣時(shí)，則其氣壓始終為低壓，不能給閥QHF提供換向條件，閥QHF始終是下位工作，斷開通往主控閥的高壓油路，AK1的油壓永遠(yuǎn)為零，故不可能推動(dòng)主控?fù)Q向閥做任何移動(dòng)，所以錘體也一直處于最下端而不會(huì)有任何動(dòng)作，處于漏氣保護(hù)狀態(tài)。3.3.3

54、打樁工作過(guò)程分析當(dāng)有樁存在時(shí)，行程閥XHF2的下位工作，則Pky接油箱，QHF為上位工作狀態(tài)。主控?fù)Q向閥和行程閥XHF1接通，可以實(shí)現(xiàn)換向動(dòng)作，處于可以工作狀態(tài)。3.3.3.1自動(dòng)打樁過(guò)程分析假設(shè)樁機(jī)的初始狀態(tài)是：錘頭位于最低端，氣體壓力初始值PAK3為1.5MPa，控制壓力PAK=10MPa,系統(tǒng)工作壓力為20MPa。系統(tǒng)啟動(dòng)后，由于樁錘位于最低位置，擠壓樁墊，使閥XHF1處于右位工作狀態(tài)，高壓油通過(guò)閥QHF的上位和閥YHF的上位進(jìn)入主控?fù)Q向閥的AK1腔，此時(shí)主控閥的左端作用力大于右端，推動(dòng)閥芯迅速右移，完成右移換向動(dòng)作，移動(dòng)的過(guò)程中，主控?fù)Q向閥的O腔將與K2腔連通，使插裝閥CF1的上腔為低

55、壓油，CF1打開。同時(shí)主控?fù)Q向閥的P腔與A腔連通，使插裝閥CF2的上腔為高壓，CF2關(guān)閉。系統(tǒng)高壓油經(jīng)過(guò)插裝閥CF1進(jìn)入油腔的下腔，推動(dòng)錘體上升。垂體上升后，行程閥XHF1受復(fù)位力的影響，馬上復(fù)位，使主控閥的AK1腔變?yōu)榈蛪?。但由于主控?fù)Q向閥的AK2與K2腔連通，在換向過(guò)程中也變成了低壓，所以，行程閥XHF1的復(fù)位并不影響主控?fù)Q向閥閥芯的狀態(tài)。錘體繼續(xù)上升，壓縮油缸上腔氣體的體積，使其壓力不斷增大。當(dāng)油缸上腔氣體的壓力增大到一定程度時(shí)，主控?fù)Q向閥的閥芯右端受氣體壓力和彈簧力的雙重作用，其總值大于左端的控制油提供的壓力，閥芯開始向左緩慢移動(dòng)，在P腔與K2腔未連通之前，錘體不斷上升，壓縮氣體，使其

56、壓力不斷的增大，所以閥芯左移的速度也越來(lái)越快。當(dāng)閥芯左移到一定的程度時(shí)，主控?fù)Q向閥A腔與O腔連通，P腔與K2腔連通，而AK2腔與K2腔一直連接，所以也變成了高壓，此時(shí)會(huì)推動(dòng)閥芯做快速的左移運(yùn)動(dòng)。而插裝閥CF1的上腔與K2腔連通，變?yōu)楦邏?，CF1閥關(guān)閉，插裝閥CF2上腔與A連通，變?yōu)榈蛪海珻F2閥打開，使液壓缸的下腔與低壓油路連通，錘體受上腔氣體壓力和自身重力的雙重作用，迅速下落，使下腔的液壓油排回低壓蓄能器和油箱，樁錘沖擊樁帽，完成打樁動(dòng)作。而行程閥XHF1受樁錘沖擊影響，變成右位工作，回到初始狀態(tài)，重復(fù) 上述打樁過(guò)程。3.3.3.2手動(dòng)單打過(guò)程分析當(dāng)操縱閥PKH1左位工作的時(shí)候，主控?fù)Q向閥的

57、左端壓力PAK1通過(guò)對(duì)PKH2的操縱可以是0或工作控制壓力，從而實(shí)現(xiàn)單打操作。假設(shè)初始狀態(tài)是PKH2和PKH1都處于左位工作狀態(tài)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，使手動(dòng)換向閥PKH1的右位工作，則液控單向閥YHF的Pk端受控制壓力作用，閥YHF處于下位工作狀態(tài)。因?yàn)槭謩?dòng)換向閥PKH2處于左位工作，所以主控?fù)Q向閥的AK1腔連通低壓油箱，主控?fù)Q向閥閥芯無(wú)任何動(dòng)作。若此時(shí)把手動(dòng)換向閥PKH2推向右位工作，則主控?fù)Q向閥AK1腔接通系統(tǒng)控制壓力，推動(dòng)主控?fù)Q向閥閥芯右移，使插裝閥CF1打開，CF2關(guān)閉，錘體實(shí)現(xiàn)上升動(dòng)作。然后把手動(dòng)換向閥PKH2推回左位工作，則錘體在上升到一定的高度后使主控?fù)Q向閥閥芯左移，錘體開始其下降過(guò)程，

58、在沖擊樁帽后，由于主控?fù)Q向閥AK1腔通過(guò)PKH2左位接通油箱低壓，所以主控?fù)Q向閥不能再實(shí)現(xiàn)其閥芯右移動(dòng)作，因此本過(guò)程只能打擊一次樁帽，成為單打過(guò)程。本過(guò)程中閥的狀態(tài)配合見表3.1。表3.1 手控單打操縱閥狀態(tài)一覽表PKH1PKH2YHF主控?fù)Q向閥樁機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)-（左位工作）-（左位工作）-（上位工作）自動(dòng)換向自動(dòng)打樁+（右位工作）-（左位工作）+（下位工作）最左端單打保護(hù)狀態(tài)+（右位工作）+（右位工作）+（下位工作）右移錘體上升+（右位工作）-（左位工作）+（下位工作）到一定程度閥芯換向左移到一定程度錘體下降-（左位工作）+（右位工作）-（上位工作）自動(dòng)自動(dòng)打樁3.4工作過(guò)程中閥的狀態(tài)耦合3.4

59、.1初始狀態(tài)假設(shè)錘頭位于最低端，則此時(shí)的氣體壓力初始值PAK3為1.5MPa,控制壓力PAK=10MPa，系統(tǒng)工作壓力為20MPa。閥XHF1處于右位工作狀態(tài)。3.4.2上升狀態(tài)CF1工作狀態(tài)：控制泵泵油，主泵組泵油，通過(guò)閥QHF的上位和YHF的上位，進(jìn)入主控?fù)Q向閥的AK1端，則此時(shí)主控閥的左端作用力遠(yuǎn)大于右端，推動(dòng)閥芯右移。則主控閥的O腔與K2腔連通，閥CF1的上腔為低壓，下腔為高壓，故CF1的閥芯被頂起，閥CF1打開工作。CF2工作狀態(tài)：主泵泵油，通過(guò)XHF1右位和QHF的上位以及YHF的上位，進(jìn)入主控閥左端，推動(dòng)閥芯右移，主控閥P腔與A腔連通，同為高壓油，則CF2的上腔是高壓而下腔是低壓，所以，CF2關(guān)閉。錘體的工作狀態(tài)：主泵泵油，通過(guò)CF1閥，進(jìn)入液壓缸下腔，抬起活塞和錘體上升。上升后XHF1馬上回到左位工作，PAK1=0。但此時(shí)主控閥的左端作用力仍大于右端，故閥芯仍位于右端工作。3.4.3下降工作過(guò)程：CF1工作狀態(tài)：液壓缸的活塞上升，壓縮上腔的氣體，氣壓逐漸增大，到一定的程度時(shí)，推動(dòng)主控?fù)Q向閥的閥芯左移。這時(shí)，K2腔與P腔連通，同為高壓。閥CF1的上腔也變?yōu)楦邏?，故CF1關(guān)閉。CF2工作狀態(tài):主控閥的A腔與O腔連接，上腔為低壓，下腔受液壓缸排出油液的壓力影響，CF2被打開。錘體工作狀態(tài)：閥CF1關(guān)閉，CF2打開。在氣體壓力和錘體重力的雙重作用下，錘體下降，下腔油液經(jīng)過(guò)