專利名稱：加速下落沖擊式液壓錘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
液壓錘是液壓打樁機(jī)的核心部件，同時也可以做為液壓吊、挖掘機(jī)等機(jī)械的配套工作裝置。
液壓錘由錘體、液壓動力裝置和操作控制裝置所組成。做為配套工作裝置使用時，則只包括錘體和操作控制裝置，液壓動力由主機(jī)提供。其中錘體又是由驅(qū)動裝置、錘頭和沖擊力傳遞裝置所組成。目前已有液壓錘的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是錘頭與液壓缸內(nèi)的活塞桿相連接，或通過其它方式由液壓缸驅(qū)動錘頭在錘殼內(nèi)上下運(yùn)動。如采用滑輪組或杠桿等方式。液壓錘的打擊頻率和沖擊能取決于油源的壓力、流量和沖擊行程。沖擊行程應(yīng)隨時調(diào)節(jié)以便根據(jù)土壤條件和作業(yè)過程選擇合適的打擊力，沖擊行程的調(diào)節(jié)方式有兩種，一種是用時間繼電器控制提升過程的供油時間，另一種是使用位移傳感儀表。
液壓錘的工作原理有自由下落和加速下落兩種方式，它取決于油路系統(tǒng)，雙作用活塞缸驅(qū)動的液壓錘的技術(shù)關(guān)鍵之一在于實(shí)現(xiàn)錘頭下落過程中有桿腔向無桿腔快速排油問題。經(jīng)長期努力人們研制出一種特殊的放油閥。該閥裝在活塞上，雖然下腔壓力始終高于上腔壓力，但它能實(shí)現(xiàn)活塞上行時關(guān)閉，活塞下行時打開。從而降低錘頭下落過程兩腔壓差以減少錘頭運(yùn)動阻力。
沖擊式液壓錘的性能表現(xiàn)為沖程的末速度和能量利用率。已有的液壓錘存在的主要缺點(diǎn)，仍然是油路系統(tǒng)的液阻問題。假定活塞桿直徑為85mm，活塞直徑為125mm，錘頭自由下落行程為1.2m，末速度為4.85m·s，無桿腔要求的瞬時流量為3571l/min，有桿腔排油流量為1920l/min。兩者之差1651l/min需從外油路補(bǔ)充。這樣大的流量，通流面積不足，管路稍長都會產(chǎn)生明顯的壓力損失，阻礙錘頭下落。目前的解決措施是除應(yīng)用快速放油閥之外，在自由下落式油路中設(shè)置補(bǔ)油箱，在加速下落式油路中設(shè)置補(bǔ)油蓄能器并加大油泵排量。但從國外產(chǎn)品的實(shí)測數(shù)據(jù)看未能徹底解決問題。表現(xiàn)為功率利用率較低。
此外，目前液壓錘結(jié)構(gòu)形式不合理。液壓缸缸體至錘殼體之間的空間實(shí)際上是未被利用的空間，錘體尺寸大、重量大、制造成本較高。以日產(chǎn)HNC-654型液壓錘為例。最大行程1.2m時，實(shí)測末速度為4.69m/s，輸出沖擊能71487Nm，打擊頻率18次/分，有效功率21.45KW，所配原動機(jī)為89KN，功率利用率為24.1％，錘頭重6.5t，錘體重13.3t，錘體尺寸1390×7000mm。尚有較大的改進(jìn)潛力。
本實(shí)用新型的目的在于克服已有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，油路系統(tǒng)簡化，提高其使用性能和工作可靠性，并可擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的加速下落沖擊式液壓錘方案。
實(shí)現(xiàn)上述目的具體技術(shù)方案是加速下落沖擊式液壓錘是在已有的液壓錘基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而成的，它是由錘體、液壓動力裝置和操作控制裝置組成，錘體是由驅(qū)動裝置、錘頭和力傳遞裝置組成，力傳遞裝置包括錘緩沖墊、砧座、樁帽和樁緩沖墊等四個部分。砧座裝在錘殼內(nèi)的底部，其上面裝有錘緩沖墊，下面裝有樁帽，樁緩沖墊裝在樁帽內(nèi)。本方案的改進(jìn)之處是驅(qū)動裝置采用雙活塞桿單作用儲能液壓缸結(jié)構(gòu)，液壓缸設(shè)在錘頭體內(nèi)，缸筒與錘頭為一體，活塞桿穿過錘頭內(nèi)的缸筒，其兩端分別固定在錘殼的上蓋和砧座上，活塞置于活塞桿中部，將活塞桿分成上活塞桿和下活塞桿，并將液壓缸分成上腔和下腔，上下活塞桿為管狀，活塞桿上下內(nèi)孔分別通過其側(cè)壁上的孔與液壓缸上下腔相通，砧座上設(shè)有與下活塞桿內(nèi)孔相通的油孔通道，該通道接蓄能器，上活塞桿內(nèi)孔與油路相接。
本方案中的油路可由液控?fù)Q向閥、先導(dǎo)換向閥、中轉(zhuǎn)油箱、液壓源及管路組成，液控?fù)Q向閥通過管路分別與油缸上腔、中轉(zhuǎn)油箱、先導(dǎo)換向閥相通，先導(dǎo)換向閥除與液控?fù)Q向閥相連外，還與液壓源的主油箱相連，中轉(zhuǎn)油箱與主油箱之間為常開管路，使回油管連續(xù)回油，因而回油阻力很小。
蓄能器、中轉(zhuǎn)油箱和液控?fù)Q向閥可設(shè)置在錘體上。
上述的蓄能器可采用中壓大容量蓄能器，中轉(zhuǎn)油箱可采用低壓大容量密閉式油箱。
以下結(jié)合附圖
進(jìn)一步說明本方案的具體內(nèi)容。附圖為加速下落沖擊式液壓錘的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為錘殼，錘頭4裝在錘殼內(nèi)，液壓缸設(shè)在錘頭4體內(nèi)，缸筒與錘頭4為一體?；钊┻^錘頭，其兩端固定在錘殼上蓋和錘殼底部的砧座6上，活塞將活塞桿2分成上活塞桿和下活塞桿兩部分，并將液壓缸分成上腔和下腔。上下活塞桿均為管狀、并在其側(cè)壁上開孔，使上下活塞桿的內(nèi)孔分別與液壓缸的上下腔相通?；钊麠U的直徑要足夠大可兼做錘頭導(dǎo)桿。錘頭下部的砧座上裝有錘緩沖墊5，樁帽7裝在砧座上，樁帽內(nèi)裝有樁緩沖墊8，9為樁。砧座上開有與下活塞桿內(nèi)孔相通的通道，接蓄能器3。
本實(shí)用新型提供的加速下落沖擊式液壓錘的工作原理是液壓缸上腔為工作腔，下腔與中壓蓄能器直接連通。當(dāng)先導(dǎo)換向閥12、液控?fù)Q向閥11均為左位工作時，來自液壓源13的壓力油經(jīng)先導(dǎo)換向閥12，液壓換向閥11和上活塞桿內(nèi)孔進(jìn)入液壓缸上腔(即工作腔)，使錘頭提升。在錘頭提升過程中，液壓缸下腔容積減小將工作介質(zhì)排入蓄能器。當(dāng)先導(dǎo)換向閥12、液控?fù)Q向閥11右位工作時，液控?fù)Q向閥11接通中轉(zhuǎn)油箱10，液壓缸上腔的壓力油經(jīng)液控?fù)Q向閥11排入中轉(zhuǎn)油箱10內(nèi)(中轉(zhuǎn)油箱為低壓油箱)，中壓蓄能器3將其工作介質(zhì)壓入淮壓缸下腔。因?yàn)橄虑粔毫Ω哂谏锨粔毫?，錘頭在自身重力和下腔壓力作用下加速下落。
為了減小管路液阻，液控?fù)Q向閥、蓄能器和中轉(zhuǎn)油箱均裝在錘體上，蓄能器與錘殼做成一體，它與油缸下腔之間有很大的通流面積因而管路損失很小。中轉(zhuǎn)油箱直通主油箱，回油管連續(xù)回油，流速低，液阻小，因而中轉(zhuǎn)油箱中壓力很低。中轉(zhuǎn)油箱也與錘殼做成一體，使油腔工作腔排油路徑很短，可順利向中轉(zhuǎn)油箱排油。
活塞桿除上述作用外，同時做錘頭導(dǎo)向桿，可提高錘頭工作穩(wěn)定性并使之適合于打斜樁。
本方案具有以下效果(1)由于將液壓缸置于錘頭體內(nèi)，使錘體軸向尺寸明顯縮短，總體結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，降低制造成本，降低對樁架高度、承載能力和對錘體提升裝置負(fù)載能力的要求。(2)簡化了油路系統(tǒng)，減少了液阻損失，降低對油源流量和壓力的要求。系統(tǒng)剛度大，響應(yīng)快，效率高，可靠性高。降低了制造成本和使用成本。(3)由于在錘頭內(nèi)以活塞桿為錘頭導(dǎo)向桿，可傾斜工作，適用于打斜樁，使其應(yīng)用范圍擴(kuò)大。(4)最重要的是，油缸提開時液壓錘不僅獲取錘頭位置勢能，而且蓄能器儲存更大的介質(zhì)彈性勢能，從而大大地提高了打擊能力。
下面舉例說明實(shí)施本實(shí)用新型的技術(shù)方案。錘頭質(zhì)量10000kg，最大沖程1600mm，錘體尺寸1400×5000mm，總重19500kg，液壓源16.0Mpa，400l/min，工作壓力14.65MP，蓄能器壓力7MPa，中轉(zhuǎn)油箱壓力0.4MPa；打擊頻率14～70次/分，輸油軟管40mm×30m，最大沖擊能3054000Nm，功率利用率59.9％。它的最大沖擊能相當(dāng)于25.9t普通液壓錘的最大沖擊能。采用本實(shí)用新型，液壓錘打擊能力可提高1.5倍以上。
權(quán)利要求1.加速下落沖擊式液壓錘是由錘體、液壓動力裝置和操作控制裝置組成，錘體是由驅(qū)動裝置、錘頭和力傳遞裝置組成，其特征是驅(qū)動裝置采用以活塞桿單作用儲能液壓缸結(jié)構(gòu)，液壓缸設(shè)在錘頭體內(nèi)，缸筒與錘頭為一體，活塞桿穿過錘頭內(nèi)的缸筒，其兩端固定在錘殼的上蓋和砧座上，活塞置于活塞桿中部，將活塞桿分成上活塞桿和下活塞桿，并將液壓缸分成上腔和下腔，上下活塞桿為管狀，活塞桿上下內(nèi)孔分別通過其側(cè)壁上的孔與液壓缸上下腔相通，砧座上設(shè)有與下活塞桿內(nèi)孔相通的通道直接與蓄能器相通，上活塞桿內(nèi)孔與油路相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速下落沖擊式液壓錘，其特征是所說的油路是由液控?fù)Q向閥、先導(dǎo)換向閥、液壓源、中轉(zhuǎn)油箱、主油箱及管路組成，液控?fù)Q向閥通過管路分別與油缸上腔、中轉(zhuǎn)油箱、先導(dǎo)換向閥相通，先導(dǎo)換向閥除與液控?fù)Q向閥相連外，還與液壓源和主油箱相連，中轉(zhuǎn)油箱與主油箱之間為常開管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速下落沖擊式液壓錘，其特征是蓄能器，中轉(zhuǎn)油箱和液控?fù)Q向閥均設(shè)置在錘體上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速下落沖擊式液壓錘，其特征是所說的蓄能器為中壓大容量蓄能器，中轉(zhuǎn)油箱為低壓大容量密閉式油箱。
專利摘要加速下落沖擊式液壓錘屬于打樁機(jī)的核心部件，還可做為液壓吊、挖掘機(jī)等機(jī)械的配套工作裝置。其特點(diǎn)是驅(qū)動裝置采用雙活塞桿單作用儲能液壓缸結(jié)構(gòu)。液壓缸設(shè)在錘頭體內(nèi)，活塞桿穿過錘頭，活塞將液壓缸分為上下腔，上、下活塞桿為管狀分別與兩腔相通，上腔接液控?fù)Q向閥，下腔與蓄能器相通，中轉(zhuǎn)油箱、液控?fù)Q向閥、蓄能器均裝在錘體上。該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、油路簡單、單位重量的沖擊能大、成本低、剛度大、響應(yīng)快、效率高、工作可靠，并適用于打斜樁。
文檔編號E02D7/08GK2240547SQ94210958
公開日1996年11月20日 申請日期1994年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月21日
發(fā)明者張?zhí)m義, 呂景忠, 李永山, 楊永海, 郁工瑞 申請人:吉林工業(yè)大學(xué)