液壓錘的製作方法

2023-05-17 13:08:06 2

專利名稱：液壓錘的製作方法
技術領域：
本發明涉及在建築物地基施工中把鋼筋混凝土樁、鋼板樁、鋼管以及其它任何類型的樁打入地下的一種衝擊運動的機械裝置。
保護樁免於破壞，特別是對鋼筋混凝土樁的保護問題是在打樁技術中最尖銳的問題之一。而利用緩衝部件是解決這個問題的方法之一。該緩衝部件被分別安置在液壓錘的衝擊物(樁錘)和樁的端面之間。通常緩衝部件由與鋼相比較軟的材料製成，例如，可由硬木、石棉、氈子、膠木等製成。(ЛубчийВ.В.，3аикичаВ.3。用於沉樁的機械和設備。1988年.)。但是緩衝部件是不耐用的，很快地會被損壞掉。這種快速損壞是由於緩衝部件的低導熱材料在運作過程中的過度增熱而導致的。除此之外，過度增熱會降低材料的彈性，因而不能夠保持持久的緩衝性能。緩衝部件的不耐用性降低了打樁工程的總產率。
另一種技術上較為先進的緩衝方法是使用液壓錘(見日本專利N61-47932)，該液壓錘包括有外殼，能相對於外殼和裝有彈性介質的腔室做往復運動的樁錘，被安置在上述腔室中並能從樁錘向外向樁方向運動的活塞，以及帶有活塞杆一活塞的移動樁錘的液壓油缸，帶有壓力管、溢流管和液力分配器的泵。
由於上述裝置，衝擊的硬度大大降低了，即衝擊能量的傳遞在較長時間間隔內完成，這是由於樁錘的動能首先轉化為樁錘腔室中被壓縮的彈性介質的勢能，隨後再轉化為移動樁所做的功。
上述裝置的主要缺點是在「反衝」時活塞上存在強大的衝擊負載，就是說，在將樁打入地下作功時(此功來源於樁錘腔室中彈性介質的壓縮能)，被壓縮的彈性介質作用於活塞，驅動它(以及樁)，並衝擊腔室底端。
這個液壓錘的第二個缺點是存在彈性介質經活塞密封裝置的滲漏。除此之外，由於摩擦，活塞密封圈的磨損和受熱升溫也造成一定的問題。
本發明的任務是以降低產生的衝擊應力，降低摩擦力和補充可壓縮介質的漏失來提高液壓錘的可靠性和耐用性。
為解決所提出的任務，打入結構部件如樁的液壓錘應包括外殼和相對於外殼能做往復運動的樁錘，以及固定在外殼中的液壓油缸，其帶有連杆的活塞與樁錘連接，通過液力分配器與液壓油缸的腔室相連的帶有壓力管、溢流管的液壓錘的液壓傳動泵；同時，樁錘具有充滿彈性介質的腔室。根據本發明，在樁錘的腔室中安裝兩個或更多個伸出樁錘外指向樁的柱塞，它們由同軸的中心杆狀柱塞和包箍它以及相互包箍的環狀柱塞組成，同時每一個柱塞均伸出到相鄰的包箍的柱塞之外。
柱塞的側面和柱錘包箍外柱塞部分的表面做成圓柱形是合理的。這時，所有柱塞在靠腔室一面都具有外側環狀凸出部，而所有的環狀柱塞和包箍外環柱塞的樁錘，在朝樁的一面都具有內側凸出部。在各柱塞的每一個相接處以及在外柱塞與樁錘的相接處，在外側環狀凸出部和內側環狀凸出部之間，都置有金屬管狀襯套。
充滿有彈性介質的樁錘的腔室能夠持久地與液壓錘的液壓傳動裝置的壓力管接合。在這個接合的管道中可以接通節流閥，或者接通引導液體流往樁錘的腔室方向的單向閥，或者是同時接通節流閥和上述的單向閥。
柱塞的彼此之間的相接處，外側的環狀柱塞與包箍它的樁錘部分之間的相接處都具有密封圈。另一可能的方案為不用上述的密封圈，而用彈性密封隔板把柱塞和樁錘的腔室隔開。
在液壓錘的這種結構處理下，當反衝時，即當柱塞在樁錘腔室彈性介質壓力下運動出樁錘時，每一個柱塞對相鄰的包箍的柱塞的衝擊力，以及外部的柱塞對樁錘的內側環狀凸出部的衝擊力，與傳統的裝置相比降低幾倍。這是由於，首先，與傳統裝置的單獨一個活塞的質量相比較每個柱塞的質量都減少了，其二，由於與傳統裝置的活塞的運行長度相比每一個柱塞的運行長度都有減少，結果互相撞擊的速度就降低了。除此之外，在被包箍部件的外側環狀凸出部分與包箍部件的內側環狀凸出部之間安置的金屬管狀襯套抑制了衝擊，減少了產生的應力。
樁錘腔室與壓力管之間的聯通，與公知結構相比，具有非常重要的優點，因為有了這個聯通，腔室中的彈性介質在衝擊的一開始就已經處於工作壓力之下，從而使彈性介質的能的容量增大，就是說，在介質具有相同體積和壓縮性以及接受相同的能量的情況下，柱塞的行程將變小。除此之外，也正是由於這種聯通，樁錘腔室介質的漏失也可得到補償。
由於採用若干個柱塞，也改善了柱塞之間以及外柱塞與樁錘之間密封圈的發熱和散熱情況，因為衝擊時產生的熱量分布在兩個或更多個密封圈之間。同理，密封圈的損耗也將減小。
在液壓錘的方案中，也可利用彈性密封隔板代替柱塞之間連接面的密封圈，和外部的環狀柱塞與包箍它的樁錘之間的密封圈。該彈性密封隔板把柱塞和樁錘的腔室隔開，並從根本上減少摩擦和發熱。
通過下述實施方案和圖，本發明的目的和優點將更加明確。


圖1所示為根據本發明的液壓錘的縱向剖面圖。
圖2所示為根據本發明的一個實施方案的液壓錘的樁錘的縱向剖面圖。
圖3所示為根據本發明的另一個實施方案中，在初始位置下的液壓錘的樁錘的縱向剖面圖。
圖4所示為根據本發明的如圖3所示實施方案中，在衝擊過程中的液壓錘的樁錘的縱向剖面圖。
圖5所示為液壓錘的打入力F與柱塞相對初始位置的位移S之間的關係曲線。實線對應本發明的液壓錘，虛線對應公知液壓錘。
在圖1中所示為根據本發明的用來打入結構部件，例如樁1的液壓錘，它包括有外殼2，樁錘3，移動樁錘3用的液壓油缸4，帶有液力分配器6的泵5，樁1的樁帽7，樁錘3的充滿彈性介質的腔室8，彈性介質可用液體或氣體，或者液體、氣體的混合物充當，中心杆狀柱塞9，環狀柱塞10。中心柱塞9相對於包箍它的環狀柱塞10向樁的方向凸出長度A，而環狀柱塞10相對於樁錘3向樁的方向凸出長度B。在外殼2和樁帽7之間具有緩衝器11，而液壓錘的液壓傳動裝置包括有壓力管12和溢流管13。
在圖2中所示的是帶有2個柱塞—中心柱塞9和環狀柱塞10的液壓錘的樁錘3的實施方案。柱塞9和10相應具有外側環形凸出部14和15，而環狀柱塞10和包箍它的樁錘3相應具有靠樁1方向的內側環形凸出部16和17。在中心柱塞9的外側環形凸出部14和環狀柱塞10的內側環形凸出部16之間安置了金屬的管狀襯套18，而在環狀柱塞10的外側環形凸出部15和樁錘3的內側環形凸出部17之間也安置了金屬管狀襯套19。
樁錘3的腔室8(圖1)可以通過管道20與液壓錘的液壓傳動裝置的壓力管12相連。在管道20中可以接通節流閥21或者是單向閥22，或者是平行接通節流閥21和單向閥22，如圖中所示。柱塞9，10相應地用密封圈23和24密封。
圖3所示為在原始位置下，沒有衝擊作用時，根據本發明的液壓錘的樁錘3的實施方案。在此實施方案中，利用彈性密封隔板25代替了密封圈23、24。
圖4所示的是和圖3中一樣的液壓錘的樁錘的實施方案，但對應於衝擊的瞬間。此時，樁錘3的動能，由於衝擊的結果，轉化成了在樁錘3的腔室8中受壓的彈性介質的勢能。同時柱塞10相對於樁錘3的位移正好是B，柱塞9相對於柱塞10的位移正好是A，而相對於樁錘3的位移是A+B。
在圖5中用實線描繪出的關係曲線是針對本發明的液壓錘的，是腔室8中的彈性介質對柱塞9、10的壓力F(它傳到樁帽7以及樁1)依賴於柱塞進入腔室8的距離S的關係由線，位移S從柱塞未受衝擊作用的初始位置起算。這裡S1對應於中心柱塞9的行程A(參見圖1)。在這時腔室8中的彈性介質對中心柱塞9的壓力從數值F0相應地變為數值F1。長度S2＝A+B(參看圖1，3，4)對應於柱塞9，10完全被推入到腔室8中時的位置，即可與樁錘3齊平，這時腔室8中的彈性介質對柱塞的壓力從F2增加到F3。
為了對比，圖5上的虛線表示在同樣比例下公知結構液壓錘的關係曲線F＝f(s)。相對比的兩個實施方案的初始數據是相同的本發明液壓錘柱塞9、10端面總面積與公知液壓錘活塞的工作面積相同，腔室8中的彈性介質的體積和性質相同，腔室8中由於衝擊而產生的彈性介質的能量相同。這個能量在比例上等於圖5上軸線S與相應F＝f(s)曲線所包面積，在此情況下S*2是公知液壓錘中活塞向腔室內部運動的距離。
液壓錘是以下列方式進行工作的。
在工作行程的末端，在衝擊的開始時刻中心柱塞9打擊樁帽7，在這時柱塞9和樁1上的力F0(圖5)等於腔室8中初始壓強(即在壓力管12中的壓強)與柱塞9上端的工作面積之乘積。當往環狀柱塞10中壓入長度為A時，中心柱塞9插入到腔室8中(圖1)，同時，隨著腔室8中壓力的增長，對柱塞的壓力增長到數值F1。隨後，兩個柱塞9、10作為一個整體運動，並進入到腔室8，一直到樁帽7頂在樁錘3的底部，進入距離為S2-S1＝B。此時柱塞9和10的壓力從F2增加到F3，並等於腔室8中介質壓強與柱塞9和10的上端總面積之乘積，力F的增長沿C線進行。C線的上升角度與衝擊的前一階段相比有所增大。
下一個周期段是「反衝」，即當樁1的速度超過樁錘3的速度時，緩衝器的去載過程。起初，柱塞9和10從腔室8中如同一個整體向外運動(沿C線的返回位移為B＝S2-S1)，一直到柱塞10的外側環形凸出部15被襯套19頂住，而襯套本身則被樁錘3的內側凸出部頂住。隨後，柱塞9從柱塞10向外運動，一直到柱塞9的外側環形凸出部14被襯套18頂住為止。與此同時，樁離開柱塞並依慣性繼續運動，其動能轉化為克服地壤阻力所做的功。
在用傳統裝置的情況下，過程進行是相似的；在這種情況下很顯然，線C*應該是平行於線C的。
在圖5中可看出，如果是根據本發明的液壓錘的結構，在腔室8中的彈性介質的能量容量就大，因為兩個柱塞的總位移S2小於單獨活塞(傳統的)的位移S*2。除此之外，柱塞9和10的密封圈23和24(圖1)的每一個的磨損和增熱也同時小於公知結構的液壓錘的活塞的密封圈的磨損和增熱，因為這些參數值與衝擊過程中密封圈的位移成正比，而如果A＝B，舉例來說，S1＝S2-S1＝0.4S*2，而S2＝0.8S*2。
如果利用彈性密封隔板25代替柱塞9和10的密封圈23，24(在圖3，4中樁錘3的實施方案)，則柱塞9，10移動時的磨擦力的減小帶有根本性。
利用隔板25之所以可能，是由於柱塞9和10相互之間的移動，和外側環狀柱塞10與包箍它的樁錘3的部分之間的移動，實際上是很小的。例如，對於在POЛAT加工製成的帶有6噸衝擊物和3個柱塞的液壓錘來說，每一個柱塞相對於相鄰的包箍部件的位移為3mm，這將保證12mm厚的膠布隔板有足夠的耐用性。
本發明充分保障了在「反衝」時，柱塞上的衝擊負載減少的這一非常重要的特徵。大家都知道，動能是用mV2/2來表示。這裡m是運動物體的質量，而V是運動物體的速度。在這種情況下，即使只使用2個柱塞，則每個柱塞的質量與原始的相比減少了1倍。除此之外，每個柱塞的V2值與它們的位移成正比，因此，中心柱塞的V2值只相當於公知結構液壓錘相應的V2值的0.8，而對於環狀柱塞，此值為0.4。這樣，在反衝時柱塞的能量對於中心柱塞減少了1.5倍，對於環狀柱塞減少了4倍。利用襯套18和19(圖2，3，4)，使我們能夠通過轉化柱塞的動能為襯套的彈性壓縮能的途徑，均勻地減弱柱塞的上述反衝力，這將根本地降低衝擊時在柱塞上產生的應力。在實際應用中，柱塞強度，裝置的耐久性和耐磨性以及熱條件等質量特性，可以在以下兩種實施方案中達到一種方案中採用兩個或兩個以上柱塞，同時在柱塞連接面加密封圈；另一種方案採用彈性密封隔板，而柱塞的數量為三個或三個以上。
這樣，所遞交的發明保證了下列特徵·由於減少了柱塞的反衝能量和對衝擊的緩衝，根本降低了「反衝」時柱塞上的衝擊應力。
·減少了由於活塞密封圈的摩擦而產生的損耗和增熱。
·自動補償樁錘緩衝腔室的漏失。
權利要求
1.一個用來打入結構部件，例如樁的液壓錘，該液壓錘包括有外殼(2)，能相對於外殼(2)做往復運動的樁錘(3)，固定在外殼(2)中的液壓油缸(4)，其帶有連杆的活塞和樁錘(3)相連接，通過液力分配器(6)與液壓油缸(4)的腔室相連的帶有壓力管、溢流管(12以及13)的液壓錘的液壓傳動泵(5)，同時樁錘(3)具有充滿彈性介質的腔室(8)，液壓錘的特徵在於，在樁錘(3)的腔室中安裝有2個或更多個能從樁錘(3)中向外向樁(1)方向運動的柱塞(9，10)，其中柱塞(9，10)由同軸中心杆狀柱塞(9)和包箍它並互相包箍的環狀柱塞(10)組成，同時每個柱塞(9，10)相對於相鄰的包箍的柱塞都能向樁(1)的方向運動。
2.如權利要求1的液壓錘，其特徵在於，所有的柱塞(9，10)都具有圓柱形的側面，該圓柱形側面樁錘(3)的腔室(8)一面具有外側環形凸出部(14和15)，除此之外，所有的環形柱塞10和包箍於它們的樁錘的部分在朝向樁(1)的一面都具有環形內側凸出部(16，17)。
3.如權利要求1和2的液壓錘，其特徵在於，在柱塞(9，10)的彼此之間的每一個連接處，在外側的環狀柱塞10和包箍它的樁錘(3)的每一個連接處，在被包括柱塞(9)的外側環形凸出部(14)和包箍柱塞(10)的環形內側凸出部(16)之間，以及在外側環狀柱塞10的外側環形凸出部15和包箍它的樁錘(3)的環形內側凸出部17之間，都安置了金屬管狀襯套(18，19)。
4.如權利要求1-3的液壓錘，其特徵在於，樁錘(3)的腔室(8)與液壓錘的液壓傳動泵(5)的壓力管(12)相聯通。
5.如權利要求4的液壓錘，其特徵在於，在帶有壓力管(12)的樁錘(3)的腔室(8)的管道(20)中接通節流閥(21)或者是接通引導液體流往樁錘(3)的腔室(8)方向的單向閥(22)，或者是平行接通節流閥(20)和上述的單向閥(22)。
6.如權利要求1-5的液壓錘，其特徵在於，柱塞(9，10)彼此之間的連接處和外側的環狀柱塞10與包箍它的樁錘(3)之間的連接處都具有密封圈。
7.如權利要求1-5的液壓錘，其特徵在於，柱塞(9，10)和樁錘(3)的腔室(8)被彈性密封隔板(25)隔開。
全文摘要
提供一個用來打入結構部件,例如樁的液壓錘,該液壓錘包括外殼(2),能相對於外殼(2)做往復運動的樁錘(3),固定在外殼(2)中的液壓油缸(4),其帶有聯結杆的活塞和樁錘(3)相連,通過液力分配器(6)與液壓油缸(4)的腔室相連的,帶有壓力管、溢流管(12以及13)的液壓錘的液壓傳動泵(5),樁錘(3)具有充滿彈性介質的腔室(8)。在樁錘(3)的腔室中裝配有2個或更多個能從樁錘(3)向外運動到樁(1)方向的柱塞(9,10)。柱塞(9,10)由同軸的中心柱狀塞(9)和包箍它並互相包箍的環狀柱塞(10)組成。每個柱塞(9,10)相對於相鄰的包箍的柱塞,都能向樁(1)的方向運動。
文檔編號E02D7/10GK1182154SQ9712058
公開日1998年5月20日 申請日期1997年8月13日 優先權日1996年8月14日
發明者維克託·亞歷山德羅維奇·庫夫申諾夫 申請人:俄羅斯專利技術內部股份公司