液压直线冲击振动桩锤机的制作方法

本发明涉及建筑工程、工程装备的基桩施工机械技术，具体涉及液压直线冲击振动桩锤机。

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。桩基的施工依赖于桩锤机等设备。

目前的桩锤机，存在打桩速度慢、能耗高的问题。例如，公开号为cn108252304a、名称为“电动冲击打桩锤”的发明专利，包括操作台、控制柜、电源和锤体，该发明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。该装置采用电力作为动力，但结构仍是传统的冲击锤，依靠冲击力进行打桩，能量损失比较大，速度慢、机械效率比较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明期望提供液压直线冲击振动桩锤机，速度快、机械效率高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了液压直线冲击振动桩锤机，所述桩锤机包括冲击振动座、对所述冲击振动座施加冲击及振动的液压缸、驱动所述液压缸的液压站和按预设频率改变进入所述液压缸的液压油的方向的换向机构；

所述液压缸包括缸体和活塞杆，所述缸体直接或间接的固定于所述冲击振动座，所述活塞杆固定有冲击锤；所述冲击锤在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加冲击，所述缸体在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加振动。

上述方案中，所述活塞杆设置在所述液压缸的上方，且运动方向为竖直方向；所述缸体的底端固定于所述冲击振动座的顶端；所述冲击锤包括固定部和冲击部，所述固定部与所述活塞杆固定，所述冲击部从所述缸体上方沿所述缸体外围向所述冲击振动座延伸；所述活塞杆运动时，带动所述冲击锤运动，并对所述冲击振动座施加冲击。

上述方案中，所述桩锤机还设置有冲击加强机构，所述冲击加强机构包括设置于所述冲击振动座的弹性部件；所述冲击锤在所述活塞杆的带动下向上运动时，所述弹性部件被压缩蓄能；所述冲击锤在所述活塞杆的带动下向下运动时，所述弹性部件的弹力推动所述冲击锤向下运动。

上述方案中，所述换向机构包括内腔密封的阀体和一端设置于所述阀体内腔、且能转动的阀芯；所述阀体设有连接所述液压缸的第一工作油口和第二工作油口，所述阀芯设置有连接所述液压站的进油管路和回油管路；所述进油管路包括至少一个能连通所述第一工作油口或所述第二工作油口的出油口，所述回油管路包括至少一个能连通所述第二工作油口或所述第一工作油口的进油口；

所述阀芯在一个转动的圆周内预设有至少两个在圆周均布的工作位置；所述阀芯转动至第一工作位置时，所述出油口连通所述第二工作油口、所述进油口连通所述第一工作油口；所述阀芯转动至第二工作位置时，所述出油口连通所述第一工作油口、所述进油口连通所述第二工作油口；其中，所述第一工作位置和所述第二工作位置为在所述阀芯圆周方向相邻的工作位置。

上述方案中，所述第一工作油口和所述第二工作油口均开设于所述阀体外圆周上、且轴向对齐；所述阀芯的外圆周上设置有两个环绕整个阀芯圆周、径向位置分别对应所述第一工作油口和所述第二工作油口的连接区域，每个所述连接区域均开设有由所述出油口和所述进油口交替布置的一圈油口，两个所述连接区域中的油口在轴向均对齐，且轴向对齐的两个油口类型不相同。

上述方案中，所述阀芯在两个连接区域之间的外圆面开设有环绕整个阀芯外圆面的环形槽，所述出油口为所述连接区域开设的与所述环形槽轴向连通的u形槽；所述阀芯还开设有轴向延伸、轴线与阀芯轴线一致的中心孔，所述进油口为所述连接区域开设的与所述中心孔径向连通的第一通孔；所述u形槽与所述中心孔在径向不连通，所述第一通孔与所述环形槽在轴向不连通；

所述进油管路为从所述环形槽始，经过所述u形槽后流入所述第一工作油口或所述第二工作油口经过的管路；所述回油管路为从所述第一工作油口或所述第二工作油口始，经过所述第一通孔、所述中心孔后流向所述液压站回油的管路；所述阀体还设有连通所述液压站和所述环形槽的第一连接油口及连通所述液压站和所述中心孔的第二连接油口，所述阀芯开设有与所述第二连接油口配合并与所述中心孔连通的第二通孔。

上述方案中，所述阀芯在所述阀体内腔的两端还设有两个环形槽，两个所述环形槽中的其中一个开设有所述第二通孔，另一个开设有与所述中心孔连通的第三通孔。

上述方案中，所述换向机构还包括驱动所述阀芯转动的电机，所述阀芯的一端位于所述阀体内腔中，所述阀芯的另一端穿出所述阀体与所述电机的输出轴连接；所述电机为变频电机。

上述方案中，所述阀体还设置有阀芯套，所述阀芯套设置有两端开口的容置空间；所述阀芯在所述阀体内腔的一端穿设于所述容置空间，所述阀芯和阀芯套在两端的连接处设置有密封结构；所述阀芯套的外壁固定于所述阀体内腔。

上述方案中，所述密封结构为迷宫型密封结构。

本发明的液压直线冲击振动桩锤机，冲击振动座、对所述冲击振动座施加冲击及振动的液压缸、驱动所述液压缸的液压站和按预设频率改变进入所述液压缸的液压油的方向的换向机构；所述缸体直接或间接的固定于所述冲击振动座，所述活塞杆固定有冲击锤；所述冲击锤在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加冲击，所述缸体在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加振动；可见，本发明的液压直线冲击振动桩锤机，通过冲击锤和缸体同时对冲击振动座施加冲击和振动，振动冲击耦合，产生更大的沉桩力，打桩速度快、机械效率高。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机的示意图；

图2为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机中的冲击振动座和液压缸组装后的示意图；

图3为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机中的液压缸的示意图；

图4为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机中的阀体和阀芯组装后的示意图；

图5为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机中的阀体的示意图；

图6为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机中的阀芯的示意图；

图7为图6中c-c向的剖面示意图；

图8为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机中的阀芯套的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要说明的是，本发明实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例提供了液压直线冲击振动桩锤机，所述桩锤机可以包括冲击振动座、对所述冲击振动座施加冲击及振动的液压缸、驱动所述液压缸的液压站和按预设频率改变进入所述液压缸的液压油的方向的换向机构；所述液压缸包括缸体和活塞杆，所述缸体直接或间接的固定于所述冲击振动座，所述活塞杆固定有冲击锤；所述冲击锤在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加冲击，所述缸体在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加振动。所述冲击锤在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加冲击，是指冲击锤在液压动力的冲击下直接撞击所述冲击振动座；所述缸体在所述活塞杆运动时对所述冲击振动座施加振动，是指缸体在不断变换方向的液压油的作用下会产生振动；这里，变换速度越快，振动频率越高，产生的沉桩力越大；而缸体直接或间接的固定于所述冲击振动座，所以缸体产生的振动会作用到所述冲击振动座。

本发明实施例的原理：通过冲击锤和缸体同时对冲击振动座施加冲击和振动，振动冲击耦合，产生更大的沉桩力，打桩速度快、机械效率高。并且对所述冲击振动座施加冲击的动力为液压系统，液压系统启停速度快，所以可能不会与其它零部件产生共振或产生共振的时间短，避免了对桩锤机中的其它零件部件的冲击破坏。

在一种实施方式中，所述活塞杆可以设置在所述液压缸的上方，且运动方向为竖直方向；所述缸体的底端固定于所述冲击振动座的顶端；所述冲击锤包括固定部和冲击部，所述固定部与所述活塞杆固定，所述冲击部从所述缸体上方沿所述缸体外围向所述冲击振动座延伸，即所述冲击部就是一个套设于所述缸体的环；所述活塞杆运动时，带动所述冲击锤运动，并对所述冲击振动座施加冲击。由于液压缸的腔室分为有杆腔和无杆腔，有杆腔、无杆腔活塞面积不等，本实施例中，活塞杆在上方，上方的有杆腔活塞面积小，下方的无杆腔活塞面积大；当所述换向机构按设定时间变换方向时，所述活塞杆上行或下行的时间相等，且无论上行或下行，所述缸体的进油量也相等、管路油压也相等，这样，根据液压原理可知：因为上方的有杆腔活塞面积小，下行的速度更大，即下行的行程长度大于上行的行程长度，每次下行，冲击锤都会撞击到冲击振动座，对所述冲击振动座施加冲击。

在一种实施方式中，所述桩锤机还可以设置有冲击加强机构，所述冲击加强机构包括设置于所述冲击振动座的弹性部件；所述冲击锤在所述活塞杆的带动下向上运动时，所述弹性部件被压缩蓄能；所述冲击锤在所述活塞杆的带动下向下运动时，所述弹性部件的弹力推动所述冲击锤向下运动。具体地，所述弹性部件可以是压缩弹簧，这样，能够在所述冲击锤向下运动时，增加所述冲击锤的初速度，因为压缩弹簧反弹的反应速度大于活塞杆换向的反应速度，获得更大的冲击力。

在一种实施方式中，所述换向机构可以包括内腔密封的阀体和一端设置于所述阀体内腔、且能转动的阀芯；所述阀体设有连接所述液压缸的第一工作油口和第二工作油口，所述阀芯设置有连接所述液压站的进油管路和回油管路；所述进油管路包括至少一个能连通所述第一工作油口或所述第二工作油口的出油口，所述回油管路包括至少一个能连通所述第二工作油口或所述第一工作油口的进油口；所述阀芯在一个转动的圆周内预设有至少两个在圆周均布的工作位置；所述阀芯转动至第一工作位置时，所述出油口连通所述第二工作油口、所述进油口连通所述第一工作油口；所述阀芯转动至第二工作位置时，所述出油口连通所述第一工作油口、所述进油口连通所述第二工作油口；其中，所述第一工作位置和所述第二工作位置为在所述阀芯圆周方向相邻的工作位置。这样，通过阀体和阀芯的配合，并且在电机等动力装置的驱动下，可以让进入液压缸的液压油快速换向，保证桩锤机的工作效率。能够理解，换向机构也可以是电磁换向阀，但是电磁换向阀的换向频率相对比较低。

在一种实施方式中，所述第一工作油口和所述第二工作油口均可以开设于所述阀体外圆周上、且轴向对齐；所述阀芯的外圆周上设置有两个环绕整个阀芯圆周、径向位置分别对应所述第一工作油口和所述第二工作油口的连接区域，每个所述连接区域均开设有由所述出油口和所述进油口交替布置的一圈油口，两个所述连接区域中的油口在轴向均对齐，且轴向对齐的两个油口类型不相同。这样，阀芯转动一周，进入液压缸的液压油可以变换好几次方向，保证桩锤机有更高的工作效率。能够理解，设置更少的出油口和进油口也是可行的，例如将所述第一工作油口和所述第二工作油口对称的开设在所述阀体外圆周，所述出油口和进油口也对应设置，这样，阀芯转动一周，进入液压缸的液压油只变换一次方向。

在一种实施方式中，所述阀芯可以在两个连接区域之间的外圆面开设有环绕整个阀芯外圆面的环形槽，所述出油口为所述连接区域开设的与所述环形槽轴向连通的u形槽；所述阀芯还开设有轴向延伸、轴线与阀芯轴线一致的中心孔，所述进油口为所述连接区域开设的与所述中心孔径向连通的第一通孔；所述u形槽与所述中心孔在径向不连通，所述第一通孔与所述环形槽在轴向不连通；所述进油管路为从所述环形槽始，经过所述u形槽后流入所述第一工作油口或所述第二工作油口经过的管路；所述回油管路为从所述第一工作油口或所述第二工作油口始，经过所述第一通孔、所述中心孔后流向所述液压站回油的管路；所述阀体还设有连通所述液压站和所述环形槽的第一连接油口及连通所述液压站和所述中心孔的第二连接油口，所述阀芯开设有与所述第二连接油口配合并与所述中心孔连通的第二通孔。这样，整个进油管路和回油管路的结构比较简单，能够理解，也可以设置其它结构，例如每个进油口或回油口都通过软管连接到所述液压站，这样阀芯和阀体结构更复杂。需要说明的是，这里的中心孔并非通常机械加工中“用于确定工件中心所加工的工艺孔”，而是与阀芯轴线一致的孔，用于容纳液压油的。

在一种实施方式中，所述阀芯可以在所述阀体内腔的两端还设有两个环形槽，两个所述环形槽中的其中一个开设有所述第二通孔，另一个开设有与所述中心孔连通的第三通孔。通过所述第二通孔和所述第三通孔，所述液压站的液压油可以充盈整个阀体与阀芯构成的空腔中，保证所述出油口或所述进油口的油不会向两边泄露。

在一种实施方式中，所述换向机构还可以包括驱动所述阀芯转动的电机，所述阀芯的一端位于所述阀体内腔中，所述阀芯的另一端穿出所述阀体与所述电机的输出轴连接。通过电机来驱动所述阀芯转动，转速高、结构简单、控制方便。能够理解，其它动力部件也是可以的，例如可以是液压马达等。

在一种实施方式中，所述电机可以是变频电机。这样，能方便的调节电机转速，使桩锤机产生不同的冲击力和振动，适应不同的土质。能够理解，不调速也不影响正常工作。

在一种实施方式中，所述阀体还可以设置有阀芯套，所述阀芯套设置有两端开口的容置空间；所述阀芯在所述阀体内腔的一端穿设于所述容置空间，所述阀芯和阀芯套在两端的连接处设置有密封结构；所述阀芯套的外壁固定于所述阀体内腔。这种将阀体和阀芯套分离的设计，能保证阀芯套的加工精度，更好的保证液压油不会泄露。

在一种实施方式中，所述密封结构可以是迷宫型密封结构。由于阀芯在工作中是高速转动的，因此密封结构也需要相适应。当然，还有很多其他密封结构也是可以适应轴的高速转动的，不作详述。

以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例液压直线冲击振动桩锤机的示意图，如图1所示，所述桩锤机包括冲击振动座11、对所述冲击振动座11施加冲击及振动的液压缸12、驱动所述液压缸12的液压站13和按预设频率改变进入所述液压缸12的液压油的方向的换向机构；所述液压缸12包括缸体121和活塞杆122，所述缸体121固定于所述冲击振动座11，所述活塞杆122固定有冲击锤15；所述冲击锤15在所述活塞杆122运动时对所述冲击振动座11施加冲击，所述缸体121在所述活塞杆122运动时对所述冲击振动座11施加振动。

本实施例中，所述冲击振动座11下方为桩体19，所述冲击振动座11和所述桩体19通过液压夹持器20固定。所述换向机构与所述液压站和所述液压缸均通过胶管21连接。

本实施例中，如图2、3所示，所述缸体121的底端通过螺钉固定于所述冲击振动座11的顶端，这样所述缸体121的振动能直接传递到所述冲击振动座11。

本实施例中，所述活塞杆122设置在所述液压缸12的上方，且运动方向为竖直方向；所述冲击锤15包括固定部151和冲击部152，所述固定部151与所述活塞杆122固定，所述冲击部152从所述缸体121上方沿所述缸体121外围向所述冲击振动座11延伸。由于所述活塞杆122设置在所述液压缸12的上方，根据液压原理可知：因为上方的有杆腔活塞面积小，下行的速度更大，即下行的行程大于上行的行程，每次下行，冲击锤15都会撞击到冲击振动座11，因此，所述活塞杆122向下运动时，带动所述冲击锤15对所述冲击振动座11施加冲击。

本实施例中，所述固定部151通过螺钉与所述活塞杆122固定；所述固定部151和所述冲击部152也通过螺钉固定，能够理解，所述固定部151和所述冲击部152可以是一体的。

本实施例中，为了进一步增加所述桩锤机的冲击力和振动，所述桩锤机还设置有冲击加强机构，所述冲击加强机构包括设置于所述冲击振动座的弹性部件；本实施例中，所述弹性部件是压缩弹簧111，并且所述压缩弹簧111在整个冲击锤的四周均匀设置有六个，所述冲击加强机构还包括弹簧固定柱112、弹簧压缩圈113和弹簧固定帽114，所述弹簧固定柱112固定在所述冲击振动座11上，所述弹簧压缩圈113内端套设固定于所述冲击锤15，外端套设于所述弹簧固定柱112，并能在所述冲击锤15的带动下沿所述弹簧固定柱112上下滑动；所述压缩弹簧111套设于所述弹簧固定柱112，且所述压缩弹簧111的底部抵靠所述弹簧压缩圈113；所述弹簧固定帽114套设于所述弹簧固定柱112的顶端，用于防止所述压缩弹簧111从所述弹簧固定柱12脱出。这样，所述冲击锤15在所述活塞杆122的带动下向上运动时，所述弹性部件被压缩蓄能；所述冲击锤15在所述活塞杆122的带动下向下运动时，所述弹性部件的弹力推动所述冲击锤15向下运动。具体地，所述压缩弹簧111可以是蝶形弹簧。

本实施例中，如图1、4所示，所述换向机构包括阀体16、阀芯17和电机18；所述阀芯17的一端位于所述阀体16内腔中，另一端穿出所述阀体16与所述电机18的输出轴连接。所述阀芯17为变换液压油方向的主体，所述阀体16用于容置所述阀芯，为了阀芯17中进出的油不会因为泄露而损失能量，所述阀体16容置所述阀芯的腔体与为外界密封。所述电机18用于驱动所述阀芯17转动，通过电机18驱动，具有转速高、结构简单、控制方便的特点。本实施例中，所述阀芯17的另一端与所述电机18的输出轴通过联轴器连接。

本实施例中，如图4所示，为了阀体16的密封更容易保证，所述阀体16还设置有阀芯套161，所述阀芯套161设置有两端开口的容置空间；所述阀芯17在所述阀体16内腔的一端穿设于所述容置空间，所述阀芯17和阀芯套161在两端的连接处设置有迷宫型密封结构171，即在所述阀芯外圆面加工出多个环形槽，呈锯齿形；这样的密封结构能适应阀芯17在工作中的高速转动；所述阀芯套161的外壁固定于所述阀体16内腔，具体是通过螺钉162固定。

本实施例中，为了使所述阀芯17在所述阀芯套161中高速转动，所述阀芯套161的两端设有滚动轴承168，所述阀芯的两端设置与所述滚动轴承168配合的轴颈。

本实施例中，如图4、5所示，所述阀体16设有连接所述液压缸12的第一工作油口163和第二工作油口164，本实施例中，所述第一工作油口163和所述第二工作油口164均开设于所述阀体16外圆周上、且轴向对齐；

如图4、6所示，所述阀芯17的外圆周上设置有两个环绕整个阀芯17圆周、径向位置分别对应所述第一工作油口163和所述第二工作油口164的连接区域，每个所述连接区域均包括出油口和进油口在内的油口，数量均为四个，且所述出油口和所述进油口在圆周交替布置、在轴向均对齐，即油口在圆周向有八行、轴向有两列；

在工作时，所述阀芯的初始工作位置，相当于上述的第一工作位置，所述第一工作油口163和第二工作油口164分别和两个连接区域的油口对齐，且所述第一工作油口163和第二工作油口164对齐的油口类型是不同的，即其中一个工作油口对齐出油口，那另一工作油口只能对齐进油口，这样，才能构成循环的回路。当阀芯转动八分之一圆周后，相当于上述的第二工作位置，所述第一工作油口163和第二工作油口164对齐的油口交换，进入所述液压缸的液压油的方向被改变，即液压缸的活塞杆的运动方向被改变。

本实施例中，如图6、7所示，所述阀芯17在两个连接区域之间的外圆面开设有环绕整个阀芯17外圆面的环形槽173，所述出油口为所述连接区域开设的与所述环形槽173轴向连通的u形槽174；所述阀芯17还开设有轴向延伸、轴线与阀芯17轴线一致的中心孔175，所述进油口为所述连接区域开设的与所述中心孔175径向连通的第一通孔176；所述u形槽174与所述中心孔175在径向不连通，所述第一通孔176与所述环形槽173在轴向不连通；这样，从所述环形槽173始，经过所述u形槽174后进入所述第一工作油口163或所述第二工作油口164经过的管路构成进油管路；从所述第一工作油口163或所述第二工作油口164始，经过所述第一通孔176、中心孔175，最后流向所述液压站13回油的管路构成回油管路；所述阀体16还设有连通所述液压站13和所述环形槽173的第一连接油口165及连通所述液压站13和所述中心孔175的第二连接油口166，所述阀芯17开设有与所述第二连接油口166配合并与所述中心孔175连通的第二通孔177。

本实施例中，所述阀芯17在所述阀体16内腔的两端还设有两个环形槽，两个所述环形槽中的其中一个开设有所述第二通孔177，另一个开设有与所述中心孔175连通的第三通孔178。通过所述第二通孔177和所述第三通孔178，所述液压站13的液压油可以充盈整个阀体16与阀芯17构成的空腔中，保证所述出油口或所述进油口的油不会向两边泄露。

本实施例中，为了便于加工所述中心孔，所述中心孔的一端贯穿所述阀芯的一端，如图4、6所示，所述中心孔的左端是贯穿的，为了避免漏油，所述左端安装有堵头179。为了便于加工所述u形槽174和第一通孔176及便于液压油的进出，如图7所示，所述u形槽174的横截面形状是一个梯形，所述第一通孔176朝外也有一段横截面形状是梯形的喇叭孔。

本实施例中，如图8所示，所述阀芯套161设有与所述第一工作油口163、第二工作油口164、第一连接油口165和第二连接油口166配合的通孔，这样无论是液压站13提供的液压油，还是液压缸12返回的液压油，都能顺利经过所述阀芯。

本实施例中，所述电机18为变频电机。这样，能方便的调节电机18的转速，使桩锤机产生不同的冲击力和振动，适应不同的土质。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。