打桩系统的制作方法

本发明涉及一种打桩系统，其包括：提升元件，被附接或可附接至起重机的起重缆绳(hoistingcable，升降缆绳)；打桩机，被安装至提升元件并且可相对于提升元件沿打桩方向运动；以及制动器，用于对打桩机相对于提升元件的运动进行制动。

背景技术：

这种打桩系统在wo2018/139931中是已知的，且适于在打桩机自由下落之后减小施加于起重机上的冲击载荷。这通常在安装桩期间发生在桩尖到达提供低阻力的地面层的情况下。由于桩的自身重量和打桩机施加在桩上的重量，桩会开始进入地面。打桩机必须被起重机限制，从而导致巨大的冲击载荷。已知的打桩系统通过复杂的液压阻尼和压缩回路来对打桩机相对于提升元件的运动进行制动。

技术实现要素：

本发明的目的是提供相对简单的打桩系统，其适于使由自由下落的打桩机引起的冲击载荷最小化。

根据本发明的系统实现了这一目的，其特征在于，制动器包括多个配合的位于提升元件和打桩机处的滑动构件，这些滑动构件在横向于其相互滑动方向延伸的方向上压靠彼此。

将滑动构件彼此按压提供了在滑动构件之间产生相对高的静摩擦力的机会，使打桩机得以相对于提升元件保持在固定位置，直到打桩机在滑动构件的相对滑动方向上对提升元件施加特定的力水平(forcelevel)。当起重缆绳在打桩机处于自由下落状态的情况下阻止打桩机时，起重缆绳经由提升元件和滑动构件将力施加到打桩机上，从而引起打桩机的减速。当该力克服滑动构件之间的静摩擦时打桩机将相对于提升构件运动，而当配合滑动构件相互摩擦时发生动摩擦。因此，打桩机相对于提升元件的运动通过动能到热能的转换而逐渐减速，因此以相对简单的方式避免冲击载荷。转化为热能还可导致滑动构件的热膨胀，因此逐渐增加摩擦。

滑动构件的相互滑动方向是指这些滑动构件沿着彼此滑动的路径的方向。实际上，滑动构件的相互滑动方向和打桩方向可以相同。应注意，打桩方向是指打桩机在工作状态下打桩的方向及其相反的方向。

在特定实施例中，滑动构件被构造为并且滑动构件之间的力被选择为，使得制动器通过滑动构件之间的静摩擦将打桩机保持在相对于提升元件的固定位置，直到在滑动构件的相互滑动方向上打桩机向提升元件施加预定的力水平。

预定的力水平可以是打桩机的重量的至少1.1倍，并且优选地是打桩机的重量的至少1.4倍。这意味着在提升元件和打桩机由于起重缆绳中的张力增加而已减速后，将克服静摩擦。

滑动构件中的至少一个可以通过液压缸压靠滑动构件中的另一个。

可选地，滑动构件中的至少一个可以通过弹簧压靠滑动构件中的另一个。

在又一实施例中，滑动构件中的至少一个由弹性材料(例如橡胶)制成。

在特定实施例中，打桩机和提升元件中的一个设置有沿打桩方向延伸并由打桩机和提升元件中的另一个引导的杆，其中，杆形成位于打桩机和提升元件中的一个的滑动构件，该滑动构件与位于打桩机和提升元件中的另一个的滑动构件配合。

位于打桩机和提升元件中的另一个的滑动构件可包括一对摩擦块，该对摩擦块在杆的相对侧与杆接合。

杆可以呈锥形，使得摩擦块之间的距离在打桩机远离提升元件的运动期间增加。这产生了渐进的制动行为。在摩擦块被压靠在杆上的情况下，弹簧力将在运动期间增加。在液压力的情况下，液压力将在运动期间增加；在这种情况下，液压系统可以设置有蓄能器。

在可选实施例中，提升元件包括圆柱形外表面，圆柱形外表面至少部分地被容纳在打桩机的圆柱形内表面内，其中，内表面和外表面中的一个设置有沿打桩方向延伸的至少一个突出肋，并且内表面和外表面中的另一个设置有一对摩擦块，这一对摩擦块对肋施加夹紧力。

附图说明

以下将参照示出本发明的实施例的非常示意性的附图来说明本发明。

图1是根据本发明的打桩系统的实施例的立体图。

图2是与图1类似的视图，但示出了可选实施例。

图3是如图2所示的打桩系统的一部分的剖视侧视图。

图4是与图3类似的视图，但示出了处于不同状态的打桩系统。

图5是沿着图4中的线v-v的剖视图。

图6是图3的一部分的放大视图。

图7是与图1类似的视图，但示出了根据本发明的打桩系统的可选实施例。

图8是与图7类似的视图，但示出了处于不同状态下的打桩系统。

图9是图7的以图7中ix来表示的一部分的放大视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的打桩系统1的实施例。打桩系统1具有提升元件2，其在驳船5上附接到起重机4的起重缆绳3。起重机4设置有绞盘(未示出)，用于对起重缆绳3进行放线和收线。打桩系统1适合于在水下地基构造(例如海床)中安装单桩(未示出)，但是也可以设想在岸上应用系统1。

打桩系统1还包括彼此固定的液压打桩机6和过渡缸7。杆8被安装至打桩机6和过渡缸(transitioncylinder)7。杆的底端设置有板8a，该板可在过渡缸7内运动。在正常打桩期间，在打桩机6连续两次锤击之间，板8a可以安置于过渡缸7内的套环7a上。当打桩机6和单桩一起在锤击期间向下运动时，过渡缸7也向下运动。在正常的打桩状态下，杆8相对于提升元件2具有固定的位置，这意味着在打桩机6的锤击期间，过渡缸7可以相对于提升元件2(包括杆8)向下运动，而提升元件2(包括杆8)可能会稍后跟随运动。应注意，在正常打桩状态下，起重缆绳3中的张力负荷最小或不存在，因此避免了施加在起重机4的重复负荷脉冲。

在某些状态下，在缸9内，杆8也可以相对于提升元件2在竖直打桩方向x上运动，缸9位于提升元件2内部，这将在下文中进行说明。在图1所示的实施例中，杆8具有矩形横截面，但是也可以设想不同的形状，例如圆形。

打桩系统1具有制动器，制动器呈摩擦块10的形式，摩擦块通过液压室11压靠杆8。这意味着杆8构成第一滑动构件，而摩擦块11构成两个配合的滑动构件中的第二滑动构件，第一滑动构件位于打桩机6处，而第二滑动构件位于提升元件2处。这些滑动构件可以在它们相互滑动的方向上相对于彼此运动，在这种情况下，滑动方向与打桩方向x是相同的方向。

可选地，摩擦块10可以借助于弹簧等压靠杆8。还可以设想的是，摩擦块10由弹性材料(例如橡胶块)制成，并且以压缩状态被安装抵靠在杆8上。此外，打桩系统1可以具有多于一个的摩擦块10(例如相对于摩擦块10在图1中所示的位置在杆8的相对侧)。

如图1所示的打桩系统用于将单桩(未示出)打入海床中，过渡缸7和打桩机6安置于单桩上，而提升元件2(包括杆8)悬挂在起重缆绳3上，如图1所示。如果单桩的尖端到达提供低阻力的地面层，则由于单桩自身的重量和位于单桩上的打桩机6的重量，单桩可开始进入地面；打桩机6的锤击可触发该状况。打桩系统1将在自由下落状态下转向。随后，起重缆绳3将阻止系统1。最初，过渡缸7可以相对于提升元件2(包括杆8)几乎自由向下运动，直到板8a接触到过渡缸7的顶部上的盖为止，由于制动器的存在，杆8与过渡缸7之间的摩擦远低于杆8与提升元件2之间的摩擦。随后，打桩机6的惯性导致杆8于摩擦块10上施加向下的力。根据杆8和摩擦块10之间的摩擦特性，杆8(包括打桩机6和过渡缸7)可以在这样的状况下开始相对于提升元件2向下运动。

液压室11始终将摩擦块10压靠杆8，即在打桩机6和杆8相对于提升元件2具有固定位置的情况下以及在打桩机6和杆8相对于提升元件2运动的情况下。在后一种情况下，在摩擦块10和杆8之间发生动摩擦，而在前一种情况下，在摩擦块10和杆8之间发生静摩擦。打桩系统1可被调整，使得杆8施加在摩擦块10上的向下力必须大于打桩机6的重量的1.4倍，以便克服静摩擦并且使打桩机6开始相对于提升元件2运动。在运动过程中，由于热量的产生，导致滑动构件热膨胀，动摩擦会迅速增加。为了在运动期间产生渐进的制动行为，杆8可以略微呈锥形(渐缩)，以便在打桩机6和杆8相对于提升元件2的运动期间，由于对液压室11的容积进行压缩，摩擦块10的压力将增加。或者，可在打桩机6和杆8相对于提升元件2的运动期间产生额外的液压。

图2示出了打桩系统1的可选实施例。在本实施例中，类似于前文所述的实施例，过渡缸7被固定在打桩机6上，但其具有不同的形状。提升元件2可在过渡缸7内沿打桩方向x运动。在本实施例中，过渡缸7的内侧设有成对的摩擦块18，摩擦块18与从提升元件2外侧伸出的多个相互配合的径向肋19接合。肋19沿打桩方向x延伸，并且在提升元件2的圆周上以等角距离分布。成对的摩擦块18对肋19施加夹紧力，以便在正常打桩状态下提供静摩擦，并且在系统1从自由下落状态减速的情况下当打桩机6相对于提升元件2运动时提供动摩擦。

图3和图4示出了打桩机6相对于提升元件2的运动。图3示出了在正常打桩状态下的情况，其中打桩机6相对于提升元件2具有固定位置，图4示出了打桩机6(包括过渡缸7)通过摩擦块18和配合肋19减速的状况。过渡缸7可配备有附加摩擦块，这些附加摩擦块处在过渡缸7中的不同高度处，以便在肋19沿摩擦块18运动期间形成稳定的引导。

图5和图6更详细地示出了摩擦块18和肋19的相对位置。图6示出肋19以小角度α略微呈锥形，以便当打桩机6相对于提升元件2向下运动时提供渐进的制动力。图5和图6还示出了弹簧20，其固定到过渡缸7并使摩擦块18压靠肋19。

图2未示出在正常打桩状态下(即当类似于在图1中所示的实施例中可在过渡缸7内运动的板8a，肋19相对于摩擦块18保持在相同位置时)使提升元件2相对于打桩机6自由地运动的机构。这种机构也可以存在于图2的实施例中。

图7-图9示出了打桩系统1的另一可选实施例。类似于前文所述的实施例，在本实施例中，提升元件2在驳船5上附接到起重机4的起重缆绳3。在这种情况下，液压打桩机6通过固定到打桩机6的锤夹21和被可滑动地安装到锤夹21并位于打桩机6的相对侧的一对滑块22联接到提升元件2。

滑块22具有与在图1所示的实施例中的过渡缸7内的板8a相同的功能。在正常打桩期间，提升元件2可以悬挂在起重缆绳3上并且在两次连续锤击之间安置于打桩机6上，如图7中所示，而在打桩机6的锤击期间，打桩机6可以通过滑块22相对于提升元件2向下运动，在此之后，提升元件2(包括起重缆绳3)可以跟随运动。

打桩系统1设置有制动器，制动器处在提升元件2和相应的滑块22之间，该制动器呈摩擦块23的形式，参见图9。摩擦块23通过各自的液压室25压靠杆24。图7中所示的打桩系统1具有由三个杆24组成的两组杆，一组位于打桩机6的一侧，另一组位于打桩机6的相对侧。两组三个杆24都被固定到下轭26上，下轭26又被可旋转地安装到相应的滑块22上。一组配合的摩擦块23和相应的液压室25被容纳在各自的壳体27中，这些壳体27又通过杆29被固定到上轭28。上轭28被可旋转地安装到提升元件2。

如图7中所示的打桩系统用于将单桩(未示出)打入海床中，提升元件2悬挂在起重缆绳3上并且经由制动器和滑块22安置于打桩机6上。当打桩系统1在自由落体状态下转动并且起重缆绳3阻止系统1时，打桩机6可以最初相对于提升元件2和制动件仅通过滑块22向下运动，因为六个杆24和相应的摩擦块23之间的摩擦力远高于滑块22和锤夹21之间的摩擦力。随后，当打桩机6的惯性引起杆24对摩擦块23的向下力超过杆24与摩擦块23之间的最大静摩擦力时，杆24(包括滑块22)和打桩机6可以相对于提升元件2向下运动。在该运动期间，打桩机6将减速并且最终停止。在图8中示出了运动之后的结果。

综上所述，可以设想不同类型的制动器，但是每种类型一方面在提升元件2停止之后允许打桩机6相对于提升元件2的运动，另一方面以受控方式使最终的运动减速。事实上，通过延长冲击的持续时间，在打桩机6自由下落之后在起重机4上产生冲击载荷的峰值加速度减小。

本发明不限于附图中示出并在上文中描述的实施例，这些实施例可以在权利要求书及其技术等同物的范围内以不同的方式变化。