专利名称：柴油打桩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油打桩机，该柴油打桩机具有a)气缸；b)在气缸内可移动地被引导的活塞；c)在气缸内可移动地被引导的冲击件/撞击件，在柴油打桩机的工作位置该冲击件设置在活塞下方；d)工作腔，该工作腔在轴向上由冲击件的位于气缸内部的端面和活塞端面围成；e)燃料供给装置，通过该燃料供给装置可在每个工作循环内向工作腔输入预定量的燃料，特别是柴油。
背景技术：
这种也被称为柴油打桩锤的柴油打桩机用于特别是在建筑工业的地基施工中将各种类型的桩如混凝土桩、铁梁、板桩墙元件等打入地基内。
为了起动这种柴油打桩机，借助于释放装置将活塞向上拉并在特定高度处释放，接着活塞在重力作用下下落。活塞在下落时操纵一燃料泵，由此向一个或多个喷嘴供给燃料，特别是柴油，所述喷嘴将燃料喷入气缸的工作腔。
在活塞下落时气缸工作腔内的空气受到压缩并由此这样被加热，使得存在于工作腔中的燃料/空气混合物点燃，随之爆炸式地燃烧。
此时释放的爆炸能量一方面将活塞重新向上甩至新的工作循环，另一方面将桩打入地下。
对于这种柴油打桩机，已知两种以不同方式将燃料喷入工作腔的类型。
对于第一种喷射方式——高压喷射，在空气被下落的活塞压缩期间燃料通常以精细雾化的燃料雾的形式在高压下喷入气缸的工作腔。这种雾和空气一起形成可点燃的混合物。在高压喷射时，燃料早在压缩过程期间、一旦被压缩空气达到足以点燃燃料混合物的温度时便已点燃。
通过爆炸式的燃烧在工作腔内产生高的压力，通过该高的压力一方面使活塞制动。另一方面这个燃烧压力作用在冲击件上，冲击件对桩施加力，由此将桩打入地下。
压缩过程最迟在活塞碰到冲击件时终止，其中在撞到冲击件上之前已经由膨胀的燃烧产物制动的活塞没有以全部动能撞击到冲击件上。有时，特别是在地基较硬时，甚至可能出现这样的情况，即活塞根本没有碰到冲击件，并且没有事先与冲击件接触便在燃烧气体的作用下被重新向上抛。在这种条件下仅仅通过燃烧气垫使冲击件作用在桩上。
因此，采用高压喷射的柴油打桩机不太适于对重的桩进行打桩或不适用于具有硬土层的难处理的地壤条件。
此外，这种柴油打桩机在工作时温度非常高，并且在过热时高压喷射系统可能发生误点燃。另外，这种系统需要经常维修且具有比较复杂的结构。这带来这样的缺点，即采用高压喷射的柴油打桩机在建筑工地现场很难或甚至根本不能进行维修。
高压喷射的优点在于良好的比较无残留物的燃烧和柴油打桩机的良好的起动性能，以及在土层软时具有良好的打桩效果。
第二种喷射方式是所谓的冲击雾化，与高压喷射相对它也可以称为低压喷射。
在这种情况下，燃料在压缩过程开始时通常以燃料射束的形式以较低压力喷入工作腔，然后首先作为燃料面(Kraftstofflache)置于冲击件的上端面上。
工作腔内的空气通过下落的活塞被压缩，直至活塞撞到冲击件上为止。在这个瞬时液态燃料通过碰撞的活塞面雾化并在这种状态下点燃高温的压缩空气。然后通过爆炸把活塞向上抛，随之可开始下一个工作循环。
直到撞击在冲击件上为止活塞的下落仅仅通过处于工作腔内并由活塞压缩的空气来制动。这意味着，活塞的动能大部分传递到冲击件上，因此在活塞重量相同的情况下可在桩上施加比在上述高压喷射的情况下高得多的冲击力。活塞对冲击件的撞击在时间上发生在燃料燃烧之前。
采用低压喷射的柴油打桩机不太适用于地壤阻力小的场合。在这种情况下由于地层阻力较小所以压缩减小，这是因为所建立的压缩压力已通过向下运动的冲击件传递到桩上。因此工作腔实际上扩大，而这又会付出压缩压力减小的代价。
因此在地壤软时燃烧仅仅以有所降低的质量进行，这可能导致不希望出现的残留物(炭黑，在燃烧气体中未燃烧的燃料)的产生，这些残留物会加重环境负担。
冲击雾化的优点在于有效利用了活塞的动能，因为活塞硬性撞击在冲击件上。此外采用冲击雾化的柴油打桩机不易于过热，相比高压喷射柴油打桩机不易出故障且更容易操作。
迄今为止对于柴油打桩机而言不得不接受这样的缺陷，即根据两种工作原理之一工作的柴油打桩机始终只能考虑特定的场地条件。如果在现场断定地壤性质与预先计划的不同，则要不必须使用非最佳的设备继续工作，要不必须购置其它的柴油打桩机，这造成时间损失和更高的成本。
发明内容
本发明的目的是发明一种柴油打桩机，该柴油打桩机可在良好的燃烧质量条件下以良好的冲击效果用于不同的地壤条件。
对于开头所述类型的柴油打桩机该目的通过这样的方法来实现，即f)燃料供给装置设计成这样，使得燃料以第一喷射方式作为雾化的燃料雾以及以第二喷射方式作为燃料射束喷入工作腔。
由此使得柴油打桩机在软的地壤条件时可用高压喷射工作，而在硬地层的情况下可用上述冲击雾化方式工作。
从而保证了在燃烧优化——该燃烧优化也部分地与地壤阻力有关——的同时使柴油打桩机的有效性与地壤层的软硬相匹配。
如果第一喷射方式的燃料雾基本上垂直于活塞的运动方向在冲击件的上端面附近流入工作腔，则是有利的。由此实现燃料雾在工作腔内的良好分配，这使得所形成的燃料/空气混合物全部都良好而有效地燃烧。
第二喷射方式的燃料射束这样喷入气缸的工作腔是有利的，即燃料射束倾斜地撞击在冲击件的在活塞一侧的端面上。从而保证液态燃料良好地分布在所述端面上，这使得燃料在活塞撞击冲击件时更好地雾化，从而促成良好而有效的燃烧。
在构造方面可方便地转换的柴油打桩机由这样的实施形式得到，其中燃料供给装置包括至少一个高压喷射装置和至少一个低压喷射装置，它们可分别经由一管道并通过入口与燃料箱连通的至少一个燃料泵在柴油打桩机的每个工作循环内被供给一定量的燃料。
用这种方法可有利地采用已知的高压喷射和低压喷射部件来实现本发明的柴油打桩机。
如果分别通过高压喷射装置和低压喷射装置供给的燃料量尤其是可通过燃料泵本身进行调节，则是有利的。由此根据地壤硬度的不同，可使柴油打桩机的冲击强度与不同的地壤条件相匹配。
作为另一种选择，也可采用可操控的节流阀或在开启时间方面可控制的阀。
如果下落的活塞控制或操纵燃料泵或喷射阀，那么便可实现功能良好并且在时间方面与柴油打桩机的工作循环可靠匹配的燃料喷射。
如果在每个工作循环内高压喷射装置的燃料泵都供给一最低限度的燃料量，那么便可简单地防止高压喷射装置的通常非常精细的喷嘴被堵塞。因此在每个工作循环内都有燃料流过喷嘴，从而清除掉污物或保持不存在污物。
如果通过位于径向外侧的环形台阶部使限定气缸工作腔的活塞端面降低/缩进(abgesetzt)，则可提供一能保证有效燃烧的燃烧腔。如果所述活塞端面贴合在冲击件的内端面上，那么所形成的燃烧腔便是环形的，并具有较小的容积。
按照本发明的另一种改进方案，在第三喷射方式中燃料既作为雾化的燃料雾又作为燃料射束喷入气缸的工作腔。
可以这样实现在第一和第二喷射方式之间的过渡。
下面参照附图更详细地说明本发明的实施例，在附图中图1是柴油打桩机的朝向地基的下段的局部剖视图；图2和3示出带燃料泵的低压喷射装置，其操作顶杆示出为处在不同的起始位置；以及图4示意性地示出供给到工作腔的燃料量的电子控制装置。
具体实施例方式
图1示出带有两侧开口的气缸12的柴油打桩机10，所述气缸实际上可具有5至10m的长度和0.5至1m的直径。
活塞14在气缸12内移动。与活塞同轴的冲击件16可移动地嵌入在气缸12的开口的下端内。气缸12的下端带有借助于螺钉——在图中用附图标记18表示其中之一——固定的环形支承单元20。冲击件16中部的杆状段22密封地且可移动地在所述支承单元内被引导，并且具有比气缸12的内径小的外径。
在杆状段22的下端形成有位于气缸下方的冲击板24，其位于外部的凸出的下边界面26在工作时与待打入的桩如混凝土桩、铁梁、板桩墙元件等的上端共同作用。
在冲击件16的杆状段22的上端形成有带多个轴向间隔开的环形密封圈30的活塞段28，所述密封圈在气缸12的内壳面32上移动。活塞段28的上侧和活塞14的下侧以及气缸12的周壁一起围成工作腔34。冲击件16的朝向气缸12的工作腔34的端面36被磨削成带有平的燃料凹坑(Brennstoffmulde)37的平面。
在冲击件16的冲击板24和气缸12的支承单元20之间设有阻尼环38。在支承单元20附近、在支承单元20的上侧和冲击件16的活塞段28的下侧之间具有起作用的另一阻尼环40。
在冲击件16的上方，活塞14的配有沿轴向间隔开的环形密封圈42的下工作端44在气缸12内移动。
活塞14的下面的磨平的自由端面46通过位于径向外侧的环形台阶部48而降低，使得当活塞14的端面46贴合在冲击件16的端面36上时形成一环形结构的燃烧腔。
活塞14的工作端44形成在活塞的质量段50上，该质量段延伸到气缸12的此处未示出的上段内。
为了第一次提升活塞14以起动柴油打桩机，质量段50具有此处未示出的驱动凸肩，一此处同样未示出的提升装置的可松开的钩子可作用在该凸肩上。
在气缸12的周壁上设有带有示意性示出的燃料泵53和高压喷嘴54的高压喷射装置52。在冲击件16的如图所示的上端位置，即当冲击件16的冲击板24的上环形面56贴合在阻尼环38上时，高压喷射装置52的喷嘴54正好在冲击件16的端面36的上方通向气缸12的工作腔34。
除了高压喷嘴54外还可以在气缸12的周壁上(尤其是在相同高度上)分布设置其它高压喷嘴。
高压喷嘴54通过管道58与设置在气缸12外侧上的燃料泵53的出口连接，所述燃料泵的入口与灌装有柴油的燃料箱55连通。在活塞14下落时，通过操作顶杆57操纵燃料泵53。
高压喷射装置52特别是其喷嘴54设计成这样，使得将供应给它的柴油基本上作为雾化的细雾76在高压下喷入气缸12的工作腔34。其中喷嘴54如此定向，使得柴油基本上垂直于活塞14的运动方向喷入。
在活塞14下落时通过预紧在气缸12内部的操作顶杆61驱动的另一个燃料泵60在输出侧通过管道64与低压喷嘴66连接，并与该低压喷嘴一起构成低压喷射装置68。燃料泵60与灌装有柴油的燃料箱62连通。低压喷射装置68朝气缸12上端的方向与高压喷射装置52沿轴向间隔开地设置在气缸12的周壁之上和之内。其喷嘴66如此设计和定向，使得输出的燃料以基本上连续的射束大致处在中央地喷射在冲击件16的端面36上。
此处也可在气缸12的圆周上、尤其是与低压喷嘴66在同一高度上分布其它的补充低压喷嘴。
亦即在总体上高压喷射装置52、低压喷射装置68以及燃料箱55和62一起构成燃料供给装置。
燃料泵53和60在其输送量方面可相互独立地调节，使得供给到高压喷嘴54和低压喷嘴66的燃料可连续地变化，如下面还要说明的那样。
如图可见，在低压喷射装置68上方，倾斜向上延伸的工作管接头70和72穿过气缸12的周壁。通过这些管接头吸入燃烧空气和排出燃烧过的气体。
最后柴油打桩机10还包括此处未单独示出的润滑剂泵和分布在气缸12的周向上的润滑剂喷嘴，通过这些润滑剂泵和润滑剂喷嘴向活塞14和气缸12的内壳面32之间提供润滑剂。
图2和3示出低压喷射装置68的燃料泵60，其中示出其操作顶杆61处在两个不同的起始位置。
操作顶杆61穿过气缸12的周壁。其在外部终止于泵活塞80内，而在气缸12的内部终止于在气缸12周壁上的一适当凹部81内运动的楔形操作部82。所述泵活塞和操作部通过活塞杆84相互连接。操作部82的指向气缸12内腔的下凹操作面86具有与气缸12的内壳面32的曲率相匹配的曲率，并且向上和沿径向向外倾斜。
根据操作顶杆61起始位置的不同，其操作面86如在图2中可看到的那样完全伸入气缸12的内腔，或如图3所示以下部区域伸入气缸内腔。
在泵活塞80和操作部82之间的大致中间处，一朝上的止挡板88与活塞杆84相连，并与行程调节装置92的固定在壳体上的可沿径向调整的止挡板90协作。止挡板90通过螺纹孔94在沿径向向外伸展的丝杆96上移动，该丝杆可通过在图中仅示意性示出的伺服电机98驱动旋转。
泵活塞80在设置于气缸12的周壁外侧的泵缸100内移动，所述泵缸具有与喷嘴66连通的燃料出口102和与燃料箱62流体连接的燃料入口104。
操作顶杆61由弹簧106始终朝气缸12内腔的方向推压，使得止挡板88在起始位置处始终紧靠在行程调节装置92的止挡板90上。
图2示出止挡板90的使泵活塞80具有其最大行程的位置。这意味着，在止挡板90的该位置，在每个冲程内由燃料泵60输出的燃料量是最大的。
如果现在从图2所示的位置出发，旋转调整装置92的丝杆96，止挡板90便沿径向向外运动。由此使泵活塞80在泵缸100内的行程减小，从而使燃料泵的工作腔108的容积减小，这导致每个冲程内可输送的燃料量减小。图3示出行程调节装置92的这样一个位置。
高压喷射装置52可根据低压喷射装置68的上述实施例进行设计。高压喷射装置52的元件在图2和3中具有相应的附图标记。
因此，通过高压喷射装置52或通过低压喷射装置68输送到气缸12的工作腔34内的燃料量可通过所属的固定在壳体上的止挡板90的相应位置来预先确定。
在图4中示出用于供给至气缸12的工作腔34的燃料量的电子控制装置，其中与图1至3中的元件相对应的元件用相同的附图标记表示。
高压喷嘴54和低压喷嘴66分别与弹簧加载的电磁阀110流体连接。所述电磁阀分别与处于压力作用下的燃料储存器112连通，所述燃料储存器由相应的燃料泵53和60通过单向阀113供油。
要供应给高压喷嘴54和低压喷嘴66的燃料量通过键盘118输入到带有显示监视器的计算机114中。关于现有地壤条件的信息也可作为输入参数获得，然后借助于这些信息用适当的软件计算出适合于高压喷射装置52和低压喷射装置68的数据。
计算机114由输入数据计算电磁阀110开启的持续时间，由此根据其开启持续时间通过高压喷嘴54或低压喷嘴66向气缸12的工作腔34喷入特定量的燃料。
由计算机求出的开启时间输送给控制单元120，该控制单元将开启时间作为控制信号分别传送给高压喷射装置52或低压喷射装置68的可控的单稳元件122。
单稳元件122在输入侧通过接触夹子124与在图4中仅示意性示出的伸入活塞轨迹内的操作顶杆126连接，并在操作顶杆126运动时起动。作为另一种选择可以采用非接触式工作的传感器，当活塞14下落到规定位置时，该传感器便作出反应。
单稳元件122在输出侧分别与放大器128连接，所述放大器将单稳元件122的放大信号传递给相应的电磁阀110，接着电磁阀根据单稳元件122的相应调整的脉冲宽度而占据其开启位置。如果达到两个单稳元件110的开启时间——该开启时间对于高压喷射装置52和低压喷射装置68而言可以选择得不同，则电磁阀110在弹簧力的作用下重新转变到其关闭位置。
因此，电磁阀110、燃料储存器112和单稳元件122一起构成输送量可控的燃料源。
上述柴油打桩机10按以下方式工作在起始状态，活塞14通过已经提过但未示出的保持装置提升到一处在上面的位置。在被释放后，活塞从那里在重力作用下下落，关闭工作管接头70和72，并以其端面46操纵高压喷射装置52或低压喷射装置68的操作顶杆57、61。
如果采用在图2和3中所示的喷射装置52或68的实施形式，那么这意味着，活塞14从上方撞在操作顶杆61的操作部82的操作面86上。在活塞14继续下落时顶杆向图2和3中的左侧移动。由此使泵活塞80向泵缸100的出口102的方向移动，从而将工作腔108中的燃料输送给喷嘴54或66，并喷射到气缸的工作腔34内。
在工作腔34内，也许通过高压喷射或通过冲击雾化由燃料液滴和空气形成可燃烧的混合物。现在喷嘴54和66根据燃料泵53和60的设定的不同，单独地或共同地分别以上面提到的方式向气缸12的工作腔34喷射一定量的柴油。如果喷射装置52、68之一不应向气缸12的工作腔34喷射燃料，则通过伺服电机98的控制使其操作顶杆57或61沿径向向外移动，直到相应的操作部82不再伸入到气缸12的内腔中为止。
在采用如图4所示的电子控制装置时，通过计算机114对期望参数进行编程。其中如果两个喷射装置52、68之一不应向气缸12的工作腔34喷射燃料，那么在这种情况下则将相应的单稳元件122控制成脉冲宽度为零，使得在活塞14下落时相应的电磁阀110不开启。
随着活塞14撞击在冲击件116上和/或通过活塞和冲击件之间的气垫(作用在冲击件上)，一向下的力施加在冲击件上并通过该冲击件作用在桩上，该力将桩进一步推入地面中。
在随后通过柴油的爆炸式燃烧所触发的活塞14的向上运动中，活塞打开工作管接头70、72，由此使燃烧气体膨胀并通过工作管接头70、72流出。现在活塞14在同样通过工作管接头70、72吸入新鲜的燃烧空气的情况下继续向上抛，直至它到达其上端位置并重复所述的工作循环为止。
因此，柴油打桩机可以可选地仅借助于高压喷射装置52以作为雾化燃料雾的第一喷射方式工作，仅借助于低压喷射装置68以作为燃料射束的第二喷射方式工作，或通过这两者的组合以既作为雾化燃料雾又作为燃料射束的第三喷射方式工作。由此它可与不同的地壤条件相匹配。
在打桩初期通常存在软的地壤条件，亦即小的地壤阻力，因此在这个时候柴油打桩机10仅仅或主要借助于高压喷射装置52采用高压喷射来工作是有利的。在某些情况下低压喷射装置68也可供给少量燃料，从而辅助地采用已经说明过的冲击雾化。
如果桩到达更有承载能力的因此通常较硬的土层，则可通过适当改变经由低压喷射装置68供给的燃料量来提高低压喷射的份量，由此使活塞14的力直接传递到冲击件16上并提高在加在桩上的作用力，如已经说明过的那样。
如果在较大深度处地壤条件重新变成较软的层例如砂土层，则可相应地协调通过喷射装置52和68供给的燃料量的比例。因此，柴油打桩机10的工作方式和作用原理可单独地与不同的且变化的地壤条件相匹配，这时可保证柴油良好和完全的燃烧。
当在硬土层内采用冲击雾化原理工作时，高压喷射装置52优选在每个工作循环内以少量燃料继续运行。也就是说在每个工作循环内高压喷射装置52的燃料泵53向高压喷嘴54供给一最低燃料量。由此避免高压喷射装置52的通常做得非常细的喷嘴54由于燃烧残留物或其它杂质如润滑油残渣而堵塞以及不能再工作。
在一种变型方案中，也可只使用单个泵来提供加压的燃料，所述泵同样地用于高压喷射和低压喷射(如果可能可通过减压器或节流阀)。
在另一种变型方案中，如果希望柴油打桩锤的结构特别简单，和/或负荷的变化小，则在连续运行中也可不使用燃料量控制装置。
权利要求
1.柴油打桩机(10)，具有a)气缸(12)；b)在所述气缸(12)内可移动地被引导的活塞(14)；c)在所述气缸(12)内可移动地被引导的冲击件(16)，在所述柴油打桩机(10)的工作位置所述冲击件设置在所述活塞(14)的下方；d)工作腔(34)，该工作腔在轴向上由所述冲击件(16)的位于所述气缸(12)内部的端面(36)和所述活塞(14)的端面(46)围成；e)燃料供给装置(52，55，62，68)，通过该燃料供给装置可在每个工作循环内向所述工作腔(34)输入预定量的燃料，特别是柴油，其特征在于，f)所述燃料供给装置(52，55，62，68)设计成这样，使得燃料以第一喷射方式作为雾化的燃料雾(76)以及以第二喷射方式作为燃料射束(74)喷入所述工作腔(34)。
2.根据权利要求1所述的柴油打桩机，其特征在于，所述燃料供给装置(52，55，62，68)设置成这样，使得所述第一喷射方式的燃料雾(76)基本上垂直于所述活塞(14)的运动方向在所述冲击件(16)的端面(36)附近流入所述工作腔(34)。
3.根据权利要求1或2所述的柴油打桩机，其特征在于，所述燃料供给装置(52，55，62，68)设置成这样，使得所述第二喷射方式的燃料射束(74)倾斜地撞击在所述冲击件(16)的在所述活塞一侧的端面(36)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的柴油打桩机，其特征在于，所述燃料供给装置(52，55，62，68)包括至少一个高压喷嘴(54)和至少一个低压喷嘴(66)，所述高压喷嘴和低压喷嘴可分别经由一管道(58，64)并通过入口与燃料箱(55，62)连通的至少一个燃料泵(53，60；110，112，122)在所述柴油打桩机(10)的每个工作循环内被供给一定的尤其是可调的预定量的燃料。
5.根据权利要求4所述的柴油打桩机，其特征在于，所述燃料供给装置(52，55，62，68)的至少一个燃料泵(53，60；110，112，122)设计成这样，使得分别供给至高压喷射装置(52)和低压喷射装置(68)的燃料量是可调的。
6.根据权利要求4或5所述的柴油打桩机，其特征在于，所述燃料泵(53，60；110，112，122)可通过下落的活塞(14)控制或操纵。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的柴油打桩机，其特征在于，所述燃料供给装置(52，55，62，68)设计成使得其在每个工作循环内向所述高压喷嘴(54)供给最低量的燃料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的柴油打桩机，其特征在于，所述活塞(14)的限定所述工作腔(34)的端面(46)通过位于径向外侧的环形台阶部(48)而降低。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的柴油打桩机，其特征在于，在第三喷射方式中燃料既作为雾化的燃料雾(76)又作为燃料射束(74)喷入所述气缸(12)的工作腔(34)。
全文摘要
本发明涉及柴油打桩机(10)，包括气缸(12)、在气缸(12)内可移动地被引导的活塞(14)和在气缸(12)内可移动地被引导的冲击件(16)，所述冲击件在柴油打桩机(10)的工作位置设置在活塞(14)的下方。在每个工作循环内可通过燃料供给装置(52，55，62，68)向在轴向上由冲击件(16)的位于气缸(12)内部的端面(36)和活塞(14)的端面(46)限定的工作腔(34)供给预定量的燃料，特别是柴油。燃料供给装置(52，55，62，68)设计成这样，使得燃料能可选地以第一喷射方式作为雾化的燃料雾(76)或以第二喷射方式作为燃料射束(74)或以第三喷射方式既作为雾化的燃料雾(76)又作为燃料射束(74)喷入气缸(12)的工作腔(34)。
文档编号E02D7/00GK101087919SQ200580044737
公开日2007年12月12日 申请日期2005年12月1日 优先权日2004年12月23日
发明者M·海歇尔, S·梅韦斯 申请人:德尔玛克有限及两合公司