本发明涉及基桩施工机械，尤其涉及一种电动冲击打桩锤。
背景技术：
在工程机械、海洋工程装备、海上风电和跨海大桥等领域经常需要进行桩基施工。桩基的施工依赖于打桩锤等设备。
目前国内外海上风电桩基施工通常使用冲击打桩锤和振动锤。冲击打桩锤有筒式柴油打桩锤和液压冲击打桩锤；振动锤有液压振动锤和电动振动锤，振动锤一般用于吊打式植桩的稳桩阶段和插拔围护钢管桩、钢板桩，使用较少。
目前国内外海上风电桩基绝大多数是小直径群桩，其钢管桩直径一般1.5米左右，重量150吨左右，桩长百米左右，重量百吨左右，筒式柴油打桩锤d200、d260和液压冲击打桩锤s800都能完成打桩施工。国内外先进海上风电桩基础已由小直径(φ1m左右)群桩基础向中等直径(φ3m左右)群桩基础过渡，将来还会向大直径(φ5m-φ8m)单桩基础过度。海上风电桩基向低成本高效益的单桩基础过渡是大势所趋，为了打中等直径钢管桩，国外开发了液压冲击打桩锤s2400，其最大冲击能量达2400kj，可以施打风电桩基φ3m-φ4m钢管桩.正在开发能打更大直径钢管桩(φ5m-φ8m)的液压冲击打桩锤。筒式柴油打桩锤技术成熟，使用成本低廉，国内外基本上处于同一技术水平，生产的企业也较多，但是目前国内外都只能生产冲击部分质量30000kg(相当于有效冲击能量600kj左右)以下的打桩锤，冲击能量小，不能打大桩，开发大锤遇到材料、工艺等技术瓶颈，国内外短期内无法突破。液压冲击打桩锤技术先进，目前液压冲击打桩锤的关键技术主要掌握在国外发达企业，目前能生产最大冲击能量达2400kj大锤。国内液压冲击打桩锤，与国外先进技术有相当大差距，只能开发出600kj以下的小锤，国外以技术垄断获取巨大利益，大锤使用成本极高。因此，提高国内的打桩锤技术水平是技术人员需要解决的。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于提供一种冲击能量大、工作效果好的电动冲击打桩锤，以克服现有技术上的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电动冲击打桩锤，包括操作台、控制柜、电源和锤体，所述锤体包括锤筒，锤筒上端设有动力箱，锤筒中设有可轴向移动的锤芯，所述动力箱包括驱动机构和通过驱动机构驱动的绞车滚筒，所述绞车滚筒上设有缆绳，所述缆绳与锤芯相连接，所述操作台通过控制柜控制电源为动力箱提供电能。
优选地，所述锤筒上部设有安装板，所述动力箱设置在安装板上。
进一步地，还包括可转动设置在安装板上的转轴，所述绞车滚筒套设在转轴上，所述驱动机构包括电机、小齿轮、大齿轮和离合盘，所述小齿轮与电机转轴连接，小齿轮与大齿轮相啮合，所述大齿轮安装在转轴上，所述离合盘套设在绞车滚筒并且仅能通过伸缩机构沿绞车滚筒轴向移动，所述离合盘与大齿轮能够通过磁极吸附在一起。
进一步地，所述伸缩机构包括液压缸、中间轴、拔销和卡盘，所述转轴的端部沿轴线开有盲孔，转轴沿轴向开有与所述盲孔连通的长槽，液压缸安装在所述安装板上，所述中间轴位于盲孔中，所述拔销穿设在长槽中，所述中间轴的一端通过推力轴承与液压缸的活塞杆连接，另一端与拔销相连接，所述拔销通过卡盘压靠在离合盘上。
进一步地，在所述转轴的两端分别设置所述驱动机构和伸缩机构。
进一步地，所述绞车滚筒上还固定套设有靠背盘，所述离合盘移动时能够顶靠在所述靠背盘上。
进一步地，所述绞车滚筒上套有轴承，轴承安装在轴承座上，轴承座安装在所述安装板上。
优选地，所述锤筒外壁沿轴向设有至少两组导向脚，每组导向脚设有两个并且在水平方向并列设置。
优选地，所述电源通过变频器与动力箱电连接。
优选地，所述锤芯下端沿周向向内凹进形成环形台阶，所述锤筒下端设有与环形台阶位置相对应的限位环，所述限位环的顶面设有缓冲垫。
如上所述，本发明一种电动冲击打桩锤，具有以下有益效果：
本发明的工作原理是通过变频电机驱动绞车滚筒进而提升锤芯，当锤芯到预设高度时快速释放，锤芯自由落体冲击打桩，实现电网电能转换成打桩冲击势能。本发明避开了筒式柴油打桩锤短期内无法突破的技术瓶颈，又不采用国外垄断技术，以成熟的电力传动技术制造最大冲击能量4000kj的电动冲击打桩锤，满足国内的海上风电建设和跨海大桥建设需要，市场前景广阔，可创造极大经济效益。
本发明采用电力作为动力，简洁、高效、环保；而且使电动冲击打桩锤能量传递路径简化，效率高，生产成本低，性价比高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中a-a视图。
图3为图1中b-b局部视图。
图4为图2中c-c处视图。
图5为图2中d-d处视图。
图6为本发明中传动和离合原理结构示意图。
图7为本发明使用状态视图。
图中：
1操作台2控制柜
3电源4锤筒
5动力箱6锤芯
7伸缩机构41安装板
42转轴43导向脚
421轴承座45缓冲垫
51驱动机构52绞车滚筒
521轴承座53缆绳
511电机512小齿轮
513大齿轮514离合盘
515靠背盘61环形凹槽
7伸缩机构71液压缸
72中间轴73拔销
74卡盘81替打件
82钢管桩83导向脚
84桩架导轨44限位环
具体实施方式
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-图6所示，本发明为一种电动冲击打桩锤，包括操作台1、控制柜2、电源3和锤体，所述锤体包括锤筒4，锤筒4上端设有动力箱5，锤筒4中设有可轴向移动的锤芯6，所述动力箱5包括驱动机构51和通过驱动机构51驱动的绞车滚筒52，所述绞车滚筒52上设有缆绳53，所述缆绳53与锤芯6相连接。所述操作台1通过控制柜2控制电源3为动力箱5提供电能，电能通过电缆输送，电缆不仅输送动力电能还传送控制信号。锤体把电能转换成锤芯6的冲击势能，实现冲击打桩。操作台1和控制柜2的作用是把操作指令进行传输并转换成相应动作，获取动作信号、安全信号并反馈给操作人员，以及适当自动控制。本发明的基本原理是：电源3驱动绞车滚筒52提升锤芯6，到预设高度时快速释放，锤芯6自由落体冲击打桩，实现电网电能转换成打桩冲击势能。
为了便于动力箱5的安装，参考图5，所述锤筒上部设有安装板41，所述动力箱5设置在安装板41上。本发明还包括可转动的设置在安装板41上的转轴42，转轴42两端设有轴承，轴承安装在轴承座421上，轴承座固定在安装板41上。所述绞车滚筒52套设在转轴42上。结合图3和图6，本实施例中的驱动机构51包括电机511、小齿轮512、大齿轮513和离合盘514，所述小齿轮512与电机转轴连接，小齿轮512与大齿轮513相啮合，所述大齿轮513安装在转轴42上，所述离合盘514套设在绞车滚筒52并且仅能通过伸缩机构7沿绞车滚筒52轴向移动，具体是离合盘514与绞车滚筒52通过花键相配合。所述离合盘514与大齿轮513能够通过磁极吸附在一起，在本实施例中在大齿轮513上设置磁极，其通电后能对离合盘514起到强力吸附作用。也就是说，本发明中的离合盘514有两个工位，一个是与大齿轮513吸附的合并工位，一个是与大齿轮513分开的分离工位，当离合盘514在合并工位时，大齿轮513与离合盘514同步运动，电机511通过小齿轮512将动力经过减速后传递到大齿轮513，离合盘514带着绞车滚筒52与转轴42同步转动，进而实现缆绳53对锤芯6的提升。当离合盘514在分离工位时，绞车滚筒52能够自由的相对转轴42转动，进而反向转动，锤芯6快速落下冲击桩体。
如图3和图6所示，本发明中的伸缩机构7包括液压缸71、中间轴72、拔销73和卡盘74，所述转轴42的端部沿轴线开有盲孔，转轴42沿轴向还开有与所述盲孔连通的长槽，液压缸71安装在所述安装板41上，所述中间轴72位于盲孔中，所述拔销73穿设在长槽中并且可以在长槽中移动沿轴向移动，所述中间轴72的一端通过推力轴承与液压缸71的活塞杆连接，另一端与拔销73相连接，所述拔销73通过卡盘74压靠在离合盘514上。
综合以上，本发明中传动、离合部分传动过程以及原理是：电机511定向转动，小齿轮512与转轴42上的大齿轮513啮合形成齿轮减速传动，大齿轮513带动转轴42、中间轴72、拨销73一起转动。当控制信号使液压缸71的活塞杆回缩时，其拉动中间轴72和拨销73向外侧运动，拨销73拉动卡盘74和离合盘514一起向外运动，使离合盘514压紧在大齿轮513上并随大齿轮513一起转动，离合盘514转动，绞车滚筒52也就转动，收卷缆绳53，使锤芯6向上运动。当达到预设高度时，控制信号使液压缸71活塞杆伸出，推动中间轴72和拨销73向内侧运动，拨销73推动卡盘74和离合盘514一起向内运动，使离合盘514脱开大齿轮513端面，离合盘514、绞车滚筒52在锤芯6重力作用下反转，缆绳53快速释放，锤芯6自由落体冲击打桩，当锤芯6冲击后，控制信号又使液压缸71的活塞杆回缩，进行下一循环。
当控制柜2接收到停锤信号后，首先通过液压油缸71让离合盘514脱开大齿轮513的端面，并且保持这个脱开状态，电机511断电停转，为下次启动作好准备。
当控制柜2检测到溜桩信号后，为了避免传动系统部件受到冲击过载，同样首先通过液压油缸71让离合盘514脱开大齿轮513端面，并且保持这个脱开状态，电机511不停转，等待操作人员恢复继续打桩信号。
如图3和图6所示，为了确保工作的稳定、有序进行，在所述转轴42的两端分别设置所述驱动机构51和伸缩机构7。因为本发明中所使用的电机511为大功率电机，其启动较难，因此所述电机511通过变频器控制，为了配合变频器，本发明中的电机511为变频电机。变频器能在设定范围内能可靠调速，方便调节工作时的击打频率。具体的配置是：两台变频器与一台电机511电连接形成并联，将一台变频器控制信号增大扇出系数，进而控制两台变频器功率管，增大输出电流。因为本实施例中有两台电机，为了让两台电机出力一致，需要一套电流和信号测量处理装置，其与控制柜2电连接，电流和信号测量处理装置实时检出两台电机出力，通过操作台1、控制柜2处理后的信号反馈给变频器，使两台电机出力一致。具体操作是：测取两台电机消耗的电流，电子电路将信号求和后取平均值，将各电机511电流分别与平均值比较，获得信号，分别反馈给各自变频器，调整电机出力。
在本实施例中，如图6所示，所述绞车滚筒52上还固定套设有靠背盘515，所述离合盘514移动时能够顶靠在所述靠背盘515上，避免离合盘514与大齿轮513处于分离工位时出现位置不稳定的问题。
本发明中的绞车滚筒52两端上套有轴承，轴承安装在轴承座521上，轴承座521安装在所述安装板41上。
在实际使用时，如图5和图7所示，所述锤筒4外壁沿轴向设有至少两组导向脚43，每组导向脚43设有两个并且在水平方向并列设置。所述导向脚43与桩架导轨84配合使用起到导向作用。
如图2所示，所述锤芯6下端沿周向向内凹进形成环形台阶61，因为锤芯6为圆柱形，因此可以看作是下端直径较小的阶梯轴形式。所述锤筒4下端设有与环形台阶61位置相对应的限位环44，所述限位环44的顶面设有缓冲垫45，所述限位环44对锤芯6的位置起到限制作用，避免其脱出锤筒4，避免对上部的动力箱5等机构产生振动冲击。所述缓冲垫45的作用是避免锤芯6与限位环刚性接触而造成损坏。缓冲垫45为橡胶材料。
本发明在打桩之前各组成部分的布置为：电源3设置在打桩船或起重船艏部主甲板，其通过动力电缆进线与打桩船或起重船主配电板相连(发电容量≥1200kva)，或者与置于打桩船或起重船艏部专门配套的集装箱式发电机组相连。然后通过动力电缆出线以及控制信号电缆与锤体上的动力箱5电连接，为不影响锤体上下运动，这些电缆一般由辅助吊钩悬吊。控制柜2一般与电源3相邻设置，操作台1布置在艏部指挥、操作人员身边。锤体既可挂在打桩船桩架上沿导轨上下运动，也可由起重船或自升式打动平台采用吊打方式。具体使用时，如图7所示，用桩架吊锤绞车把预先已经提升到一定高度的锤体和替打件81向下放，把替打件81套在已经立好的钢管桩82上，锤体的锤芯6压在替打件81上。锤筒4和替打件81通过各自导向脚与桩架导轨84配合，确保锤体只能沿桩架导轨84上下移动。完成上述操作安装后，操作人员按操作台1上启动按纽，电源3中总电源接通，这时离合盘514和大齿轮513是分离工位；变频器开始工作，使电机511由静止开始空载起动，当起动过程结束后将信号反馈给操作人员。再按操作台1上的开打按纽，离合盘514在分离工位与合并工位进行有序切换，通过绞车滚筒52和缆绳53把锤芯6不停地提起落下，依靠锤芯6重力落体冲击势能打桩。当需要停锤时，再按停止按纽，自动完成停锤过程，并为下次启动作好准备。
综上所述，本发明一种电动冲击打桩锤，通过电能转化成势能，进而能够解决打桩冲击能量小的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。