專利名稱：增力型密閉筒式液壓打樁錘的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于液壓打樁錘技術領域，尤其涉及海洋石油工程中使用的一種增力型密閉筒式液壓打樁錘。
背景技術：
液壓打樁錘是海洋石油平臺海上安裝階段的重要施工設備，在石油平臺樁基工程中不可或缺，液壓打樁錘主要由錘體、動力站和控制系統等幾個部分組成，其中，控制系統負責的部分包括控制打樁錘錘芯的起落，從而完成打樁過程。通過與動力站內的控制系統相互通訊，完成對控制系統內必要參數的監(jiān)控以及調整，保證整個打樁錘系統工作的協調性。目前，國內外的液壓打樁錘主要分為幾種形式:
第一種型式是在錘芯下落過程中利用錘芯自身重力和用于提升錘芯的提升油缸的高壓油推力的雙作用沖擊錘，這類錘可實現的下落加速度一般在1.6-2個重力加速度；
第二種形式是雙缸雙作用液壓打樁錘，國內外普遍使用的雙缸雙作用液壓打樁錘均是采用雙液壓油缸左右對稱布置，用于共同提升錘芯，所述液壓油缸上裝有二通插裝閥、外控順序閥、兩位三通電磁閥等多個控制閥元件，這些控制閥的開啟與關閉均需要時間，由于兩個油缸上彼此各配設有一套控制閥元件，因此會有閥體在工作一段時間后彼此的閥芯磨損不一樣，進而會造成兩油缸活塞桿換向時間不同步，此時油液通過上述不同步的閥分別進入兩個油缸將會分流不勻造成雙缸不同步現象，該現象將延長雙缸同步上升下降時間，換向時間的長短會直接影響油缸活塞桿上下運動速度，在連續(xù)工作狀態(tài)下的一段時間內錘芯打擊次數會受到影響，使得打樁錘的工作效率嚴重降低；
另外，中國專利“多作用密閉筒式液壓打樁錘”(公告號為CN101748730B)，其作用原理為:除在錘芯下落過程中利用自身重力和提升油缸頂部附加一個作用力外還分別在密閉的錘缸筒內上錘芯的上部設置一氣室用于增加一個壓縮空氣推力和上錘芯下部設置一真空室用于增加一個真空吸力，共計有四個與錘芯運動方向相同的作用力作用于錘芯，使得錘芯在下落的過程中獲得更大的下落加速度。但是，在制造和使用過程中該“多作用密閉筒式液壓打樁錘”存在以下缺陷:(I)上錘芯下部設置的真空實際上無法實現，因為，要實現真空必須要保證錘缸筒與上、下錘芯之間的密封性，現階段，對于較大直徑800 1800mm和長距離長度達7 Sm的筒體國內外無法加工出0.4-0.2的光潔度及要求很高的同軸度；(2)上、下錘芯之間易形成氣墊效應，進而導致上、下錘芯接觸不上和錘缸筒漲裂現象的發(fā)生，因為，如果上、下錘芯與錘缸筒之間的密封性沒有得到保證或者在使用過程中由于上錘芯與錘缸筒之間摩擦而使得真空環(huán)境不存在，上錘芯上部帶壓力的氣體隨上錘芯運動逐漸進入上、下錘芯之間，無法排出，較短時間內會積聚大量氣體形成氣墊，氣墊會形成氣阻影響錘芯下落速度，嚴重時重量較大的錘芯下落會通過氣墊將錘缸筒逐漸漲裂；(3)上錘芯上、下運動摩擦阻力大，影響錘芯運動速度及加速度，因此，若要實現上錘芯下部的真空室要求,往往需要增加密封件數量,對大直徑錘缸筒來說，密封件使用數量越多，即意味著與缸筒的接觸面積越大，使得摩擦阻力非常大，不可忽視，在打樁錘錘芯常用次數為每分鐘42次的高速運動中，摩擦還產生大量的熱量影響筒體強度，筒體加工精度將發(fā)生變化，造成筒體變形，密封失效，真空失效。

發(fā)明內容
為了克服背景技術中的問題，本發(fā)明的目的是提供一種增力型密閉筒式液壓打樁錘，在同等錘芯重量，同等上升高度條件下，能夠較大程度的提高錘芯下落加速度，且降低了大直徑錘筒與運動錘芯對高密封性的設計及加工要求。為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術方案:
一種增力型密閉筒式液壓打樁錘，包括液壓動力站、液壓打樁錘體和電控系統，所述的液壓打樁錘體由上部錘體、中部錘體、下部錘體和底部錘體連接組成，上述四個部分均在一條軸線上，其中，上部錘體、中間錘體和下部錘體分別形成各自的密閉結構；
上部錘體由高壓氮氣室和安裝在高壓氮氣室內部的高壓蓄能器、單作用提升油缸、兩個單作用氣缸以及低壓蓄能器組成，所述單作用提升油缸的無桿腔與高壓氮氣室連通，所述單作用氣缸的無桿腔內預充有3 4MPA的中壓空氣，單作用氣缸的有桿腔為真空腔；中間錘體由液壓集成塊總成、進油控制閥和回油控制閥組成，進油控制閥和回油控制閥均安裝在液壓集成塊總成上；
下部錘體由錘筒體、傳感器和安裝在錘筒體內部的上錘芯、上錘芯密封裝置、下錘芯和下錘芯密封裝置組成，上錘芯的上、下兩端部均設置有上錘芯密封裝置，上錘芯呈圓柱體結構，且在圓柱體的外表面上延伸有環(huán)狀凸臺，環(huán)狀凸臺沿其圓周方向均布設有軸向通孔，所述的下錘芯位于上錘芯的下部，下錘芯密封裝置設置在下錘芯的下端部，傳感器設置在錘筒體的外壁上與所述的電控系統電連接；
所述的底部垂體由替打塊和樁套筒組成，替打塊直接與下錘芯接觸，替打塊安設在樁套筒內。進一步地，所述單作用氣缸的無桿腔通過連接膠管總成外接中壓空氣緩沖罐，中壓空氣緩沖罐預加3MP—4MP的空氣。該增力型密閉筒式液壓打樁機的工作原理描述如下:
液壓動力站提供的液壓油經管路進入液壓打樁錘錘體，當進油控制閥與回油控制閥同時開啟時，液壓動力站進油經過打樁錘液壓系統回到液壓動力站，液壓系統進行空載循環(huán)工作，對系統進行預熱。打樁作業(yè)時，在液壓系統預熱工作完成后，要首先為高壓蓄能器充油，當高壓蓄能器充油到系統壓力時，進油控制閥開啟，回油控制閥關閉，高壓油進入單作用提升油缸的有桿腔，液壓油提供的能量克服單作用提升油缸無桿腔的氮氣壓力、兩個單作用氣缸無桿腔的空氣壓力和有桿腔內的真空吸力以及摩擦力和其他機械阻力，提升上錘芯上行，由電控系統及傳感器控制上錘芯的上升高度。當上錘芯上升到設定高度時，關閉進油控制閥；此時，進油控制閥、回油控制閥均處在關閉狀態(tài)，上錘芯懸停在設定位置。當上錘芯懸停在設定位置時，打開回油控制閥，上錘芯在自身重力、單作用提升油缸的無桿腔內高壓氮氣的壓力、兩個單作用氣缸無桿腔內的中壓空氣(壓力為3MP-4MP)的壓力和兩個單作用氣缸有桿腔內的真空吸力，共計6個力的作用下，克服單作用提升油缸有桿腔內排油阻力、密封摩擦力和其他機械阻力的影響，加速向下運動；同時，由于上錘芯上設置有通孔，使得上錘芯在向下運動時，上錘芯下部的空氣沿通孔到達上錘芯的上部，大大減小了空氣阻力，有效的增大了上錘芯下落的加速度；上錘芯向下運動過程中低壓蓄能器吸收從單作用提升油缸有桿腔內排出的液壓油，從而減小由于長管路對排油速度的影響，減小排油阻力；當上錘芯運動到下錘芯時，發(fā)生碰撞，下錘芯向下運動，帶動與之接觸的替打塊和樁套筒向下運動。由于采用上述技術方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)越性:
1、本發(fā)明通過在上部錘體上設置兩個單作用氣缸，且將單作用氣缸的有桿腔設為真空腔以及將其無桿腔充有中壓空氣，增加了與上錘芯向下運動方向相同的作用力，能夠有效提高上錘芯下落的加速度；
2、本發(fā)明中的上錘芯設為其上設有通孔的結構，使得上錘芯上部和下部的空氣相互流通，不需要保證上錘芯上部和下部各自的高密封性要求，減少了密封件數量，較大范圍的降低了上錘芯下降過程中的摩擦阻力及空氣阻力，能夠有效提高上錘芯下落時的加速度。3、本發(fā)明的結構設計降低了加工制造難度，同時生產成本大大降低。


圖1為本發(fā)明的結構示意 圖2為圖1中液壓集成塊總成的結構示意 圖3為圖1中上銀芯的結構不意 圖4為圖3的俯視 圖中:1_高壓氮氣室；2_單作用氣缸；3_單作用提升油缸；4_液壓集成塊總成；5-錘筒體；6_傳感器；7_上錘芯密封裝置；8_上錘芯；9_下錘芯；10_下錘芯密封裝置；11_替打塊；12-樁套筒；13-進油控制閥；14-高壓蓄能器；15-低壓蓄能器；16-回油控制閥；17_中壓空氣緩沖罐；18_連接膠管總成；19-通孔。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細的說明。實施例一
結合圖1和圖2，所述的增力型密閉筒式液壓打樁錘，由液壓動力站、液壓打樁錘體和電控系統組成；所述的液壓打樁錘體由上部錘體、中部錘體、下部錘體和底部錘體連接組成，上述四個部分均在一條軸線上，其中，上部錘體、中間錘體和下部錘體分別形成各自的密閉結構；上部錘體由高壓氮氣室I和安裝在高壓氮氣室I內部的高壓蓄能器14、單作用提升油缸3、兩個單作用氣缸2以及低壓蓄能器15組成，所述單作用提升油缸3的無桿腔與高壓氮氣室I連通，所述單作用氣缸2的無桿腔內預充有3 4MPA的中壓空氣，單作用氣缸2的有桿腔為真空腔；
如圖2所示，中間錘體由液壓集成塊總成4、進油控制閥13和回油控制閥16組成，進油控制閥13和回油控制閥16均安裝在液壓集成塊總成4上，所述的液壓集成塊總成4根據電控系統發(fā)出的信號控制進、回油控制閥的開啟和關閉，進而控制單作用提升油缸3活塞桿的上下運動。下部錘體由錘筒體5、傳感器6和安裝在錘筒體5內部的上錘芯8、上錘芯密封裝置7、下錘芯9和下錘芯密封裝置10組成，上錘芯8的上、下兩端部均設置有上錘芯密封裝置7，上錘芯8呈圓柱體結構，且在圓柱體的外表面上延伸有環(huán)狀凸臺，環(huán)狀凸臺沿其圓周方向均布設有軸向通孔19，所述的下錘芯9位于上錘芯8的下部，下錘芯密封裝置10設置在下錘芯9的下端部，傳感器6設置在錘筒體5的外壁上，傳感器6和電控系統電連接用于控制上錘芯8上升的高度；所述上部錘體的單作用提升油缸3和兩個單作用氣缸2的活塞桿分別穿過液壓集成塊總成4與上錘芯8連接。所述的底部垂體由替打塊11和樁套筒12組成，替打塊11直接與下錘芯9接觸，替打塊11安設在樁套筒12內。所述單作用氣缸2的無桿腔通過連接膠管總成18外接中壓空氣緩沖罐，中壓空氣緩沖罐17預加3MP 4MP的空氣；當上錘芯8往復運動時，由于中壓空氣緩沖罐17和單作用氣缸2的無桿腔相連通，因此，單作用氣缸2無桿腔內的壓力不會由于上錘芯8的往復運動產生較大的變化，使得單作用氣缸2無桿腔內的中壓空氣作用在上錘芯8上的作用力始終保持恒定；另外，也可以根據實際打樁需要的打擊能量，增加單作用氣缸2的數量以獲得更大的錘芯下落加速度，單作用氣缸2數量的增加相應的就需要增加相同數量的中壓空氣緩沖罐。如圖3、4所示,所述的上錘芯呈圓柱體結構，且在圓柱體的外表面上延伸有環(huán)狀凸臺，環(huán)狀凸臺沿其圓周方向均布設有軸向通孔，上錘芯8這種結構的設計，使得上錘芯8的上、下端與錘筒體5之間形成的兩個空氣室之間的空氣能夠相互流通，一方面，能夠使上錘芯8在下落時，上錘芯8下部的空氣沿著通孔進入到其上部，減小了空氣阻力；另一方面，不用保證上錘芯8與錘筒體5之間的較高密封性，密封件的使用數量較少，只需密封件起到上錘芯8的導向作用即可，摩擦阻力也相應減小，進一步提高了上錘芯8下落加速度。本發(fā)明的液壓打樁錘使錘芯在下落過程中利用其自身重力、單作用提升油缸無桿腔內的高壓氮氣壓力、兩個單作用氣缸無桿腔內的中壓空氣的壓力、兩個單作用氣缸有桿腔內的真空吸力，共計6個作用力與錘芯下落方向相同，相比于現有的“多作用密閉筒式液壓打樁錘”多了兩個作用力，從而使得在同等錘芯重量同等下落高度的前提下獲得的加速度比現有的“多作用密閉筒式液壓打樁錘”多I 2個G的重力加速度，按照目前的技術條件能夠較容易地實現錘芯下落加速度4 5個G的重力加速度。本發(fā)明與現有的“雙缸雙作用液壓打樁錘”相比，本發(fā)明中的兩個單作用氣缸直接外接中壓空氣緩沖罐，氣缸活塞桿的換向無需換向閥等控制閥元件，因此無換向時間的影響，能夠實現同步作用，工作效率大大提高了 ；另外，錘芯在下落過程中，本發(fā)明有6個與錘芯下落方向相同的作用力，比現有的“雙缸雙作用液壓打樁錘”多出4個作用力，從而使得在同等錘芯重量、同等下落高度的前提下本發(fā)明獲得的加速度比“雙缸雙作用液壓打樁錘”多2 3個G的重力加速度。實施例二
本發(fā)明的結構參照實施例一，不同之處是將實施例一中的單作用氣缸2的有桿腔不設為真空結構，并且將單作用氣缸2的有桿腔和上錘芯8上部與錘筒體5形成的氣室相連通。本方案的液壓打樁錘使錘芯在下落過程中利用其自身重力、單作用提升油缸無桿腔內的高壓氮氣壓力、兩個單作用氣缸無桿腔內的中壓空氣的壓力，共計4個作用力與錘芯下落方向相同，是錘心下落過程中獲得更大的加速度。
權利要求
1.一種增力型密閉筒式液壓打樁錘，包括液壓動力站、液壓打樁錘體和電控系統，所述的液壓打樁錘體由上部錘體、中部錘體、下部錘體和底部錘體連接組成，上述四個部分均在一條軸線上，其中，上部錘體、中間錘體和下部錘體分別形成各自的密閉結構，其特征是: 上部錘體由高壓氮氣室(I)和安裝在高壓氮氣室(I)內部的高壓蓄能器(14)、單作用提升油缸(3)、兩個單作用氣缸(2)以及低壓蓄能器(15)組成，所述單作用提升油缸(3)的無桿腔與高壓氮氣室(I)連通，所述單作用氣缸(2)的無桿腔內預充有3 4MPA的中壓空氣，單作用氣缸(2)的有桿腔為真空腔； 中間錘體由液壓集成塊總成(4)、進油控制閥(13)和回油控制閥(16)組成，進油控制閥和回油控制閥均安裝在液壓集成塊總成(4)上； 下部錘體由錘筒體(5)、傳感器(6)和安裝在錘筒體(5)內部的上錘芯(8)、上錘芯密封裝置(7)、下錘芯(9)和下錘芯密封裝置(10)組成，上錘芯的上、下兩端部均設置有上錘芯密封裝置(7)，上錘芯(8)呈圓柱體結構，且在圓柱體的外表面上設有環(huán)狀凸臺，環(huán)狀凸臺沿其圓周方向均布設有軸向通孔(19)，所述的下錘芯位于上錘芯的下部，下錘芯密封裝置(10)設置在下錘芯的下端部，傳感器(6)設置在錘筒體(5)的外壁上與所述的電控系統電連接； 底部垂體由替打塊(11)和樁套筒(12 )組成，替打塊(11)直接與下錘芯接觸，替打塊安設在樁套筒內。
2.根據權利要求1所述的增力型密閉筒式液壓打樁錘，其特征是:所述單作用氣缸(2)的無桿腔通過連接膠管總成(18)外接中壓空氣緩沖罐(17)，中壓空氣緩沖罐預加3MP—4MP的空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增力型密閉筒式液壓打樁錘，包括液壓動力站、液壓打樁錘體和電控系統，所述的液壓打樁錘體由上部錘體、中部錘體、下部錘體和底部錘體連接組成，上述四個部分均在一條軸線上，其中，上部錘體、中間錘體和下部錘體分別形成各自的密閉結構；上部錘體由高壓氮氣室和安裝在高壓氮氣室內部的高壓蓄能器、單作用提升油缸、兩個單作用氣缸以及低壓蓄能器組成，單作用提升油缸的無桿腔與高壓氮氣室連通，單作用氣缸的無桿腔內預充有3～4MPA的中壓空氣，單作用氣缸的有桿腔為真空腔。本發(fā)明在同等錘芯重量，同等上升高度條件下，能夠較大程度的提高錘芯下落加速度，且降低了大直徑錘筒與運動錘芯對高密封性的設計及加工要求。
文檔編號E02D7/10GK103215954SQ201310107358
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權日2013年3月29日
發(fā)明者郭強 申請人:郭強