专利名称：液压气动复合打桩锤的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械工程和土木工程的工程机械桩工机械以及机械零件与传动 装置领域，具体涉及一种液压气动复合打桩锤的机械结构与装备。
背景技术：
桩的发源可追索到7000多年前原始人类在河姆渡利用木桩作为基础建造房屋的 河姆渡人时期。近代以来，人们实用新型了打桩的各种桩工机械。建筑基础施工中常用的桩 工机械打桩锤有柴油打桩锤和液压打桩锤等多种形式。传统的落锤式柴油打桩锤由于高能 耗、噪声大、有污染等不足之处在许多国家和地区已经开始被限制使用。液压打桩锤技术起 源于二十世纪六十年代。液压打桩锤利用液压缸产生的液压力将锤体提升到一定的高度， 锤体在自重作用或者自重和液压力等的叠加作用下加速下落，锤打击基础桩的桩体，利用 锤体的动能将桩体贯入土层。液压打桩锤和传统的柴油打桩锤相比，具有效率高、噪声低、 无废气排放等明显的优点，还可调节打击能量，适应范围广，也可以用于水下打桩以及打斜 桩。我国上海工程机械厂等单位自1990年代开始陆续引进日本等国外技术并研制液压打 桩锤，已有样机问世。因为施工工法有限，元器件精度要求高，价格昂贵，工作效率较低等原 因，目前投入批量生产的数量还极为有限。随着世界各国建筑基础施工的建设规模不断扩大，打桩锤的需求迅速增加，对桩 工机械的性能和效率的要求也越来越高，制造厂商都在竞相研制高精度和高响应的桩工机 械产品。但是现有的柴油打桩锤和一般液压打桩锤都无法满足现代基础施工的要求。现代 基础施工要求桩工机械打桩效率高、噪声低、振动小、无油烟污染，环境友好。如何开发一 种可靠、准确、环境友好的液压气动复合打桩锤，特别是提出一种新型、环保、低能耗、机电 液气一体化的液压气动复合打桩锤建筑基础桩工机械装备，具有十分重要的理论和现实意 义。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提供一种液压气动复合打桩锤的机械结构，通过新型 结构解决打桩锤的液压技术和气动技术组合问题，实现大型打桩锤液压控制系统的高压大 流量控制，进而达到液压气动打桩锤较大的打击能量和打击频率，完成具有高打桩效率、低 噪声、小振动、无油烟污染等特点的现代施工作业。为达到以上目的、本实用新型所采用的解决方案是一种液压气动复合打桩锤，包括液压缸(一体式液压气动复合控制缸)、气缸、活塞 杆、活塞、集成组合阀块、高压蓄能器组件、低压蓄能器组件、供油阀门组合、回油阀门组合、 筒体、活塞杆端盖组件、吊环顶盖、气缸端盖、锁紧螺母、密封件。所述的液压缸、活塞杆、活 塞、气缸在结构上形成一体式液压气动复合控制缸，通过液压缸产生的液压力、气缸产生的 气动力、活塞杆和锤体的重力势能形成打桩锤的锤击力，并实现打桩锤活塞杆和锤体的往 复运动，即液压缸连接具有一定压力的液压油将液压力作用在活塞的一端，气缸连接具有一定压力的气体将气动力作用在活塞的另一端，液压力和气动力作用在同一条直线上，但 是作用力的方向相反，通过液压力、气动力、锤体自重势能的复合作用实现打桩锤活塞杆的 往复运动和打桩作用。所述的集成组合阀块采用插装阀组的结构方式将供油阀门组合、回油阀门组合集 成于集成组合阀块，将高压蓄能器组件、低压蓄能器组件集成安装在集成组合阀块上，采用 无管路和集成式连接方式，在打桩锤锤体的快速抬起和快速打击桩体时，实现液压能源和 一体式液压气动复合控制缸之间液压大流量的快速供给和快速排放。集成组合阀块避免了 复杂的管路连接、布局和安装，提高液压系统的可靠性，解决打桩机内部安装空间有限和径 向安装尺寸小的突出问题。高压蓄能器组件由两个及两个以上的高压蓄能器并联组成，低 压蓄能器组件由两个及两个以上的低压蓄能器并联组成。所述的插装阀组，包括供油阀门组合和回油阀门组合。供油阀门组合由并联的两 个及两个以上的进油路插装式电磁换向阀及其受控的进油路插装阀组成；回油阀门组合由 并联的两个及两个以上的回油路插装式电磁换向阀及其受控的回油路插装阀，以及回油路 单向插装阀组成，回油路插装式电磁换向阀及其受控的回油路插装阀组与回油路单向插装 阀并联。插装阀安装在集成组合阀块的阀体上与主油路接通，通过电磁换向阀对插装阀进 行控制。插装阀采用过滤精度为25 μ m以下的滤网，防止阀芯的阻塞。插装阀主阀芯质量 小，行程短，动作灵敏，结构紧凑，实现无管路和集成式连接，进行打桩锤锤体的快速抬起和 快速打击桩体时大流量控制。所述的液压能源，包括两台及两台以上的液压泵并联连接的并联液压泵组、进油 路单向插装阀、电磁卸荷阀和压力控制阀组组成液压源。为了满足液压缸快速运动的要求， 采用高压蓄能器组和液压泵组联合供油的形式，向一体式液压气动复合控制缸快速供油。 回油路上采用两个以上并联的低压蓄能器组，在回油管路较长且回油压力损失较大时，低 压蓄能器组迅速吸收一体式液压气动复合控制缸排出的液压油，实现打桩锤的快速下落和 打击；在打桩锤抬起过程中低压蓄能器组向油箱排出液压油。在一体式液压气动复合控制 缸活塞上升阶段且进油路插装式电磁换向阀及其受控的进油路插装阀组关闭时，低压蓄能 器组经过回油路单向插装阀向液压缸补油，防止吸空并吸振缓冲。所述的气缸，采用一定预充气压力如1. 5MPa以上的压缩氮气作为工作介质，在打 桩锤的一个工作周期内，气缸内的高压气体压缩、膨胀各一次，完成气体能量的储存和释 放，利用气体的压缩能量在打桩锤下降阶段使锤体加速，提高打桩锤的打击能量，实现气体 能量和锤体自重的双作用打桩功能。一体式液压气动复合控制缸将锤体抬起过程中，气缸 内气体压缩储存能量，该能量的大小和气缸容腔大小、锤体抬起高度有关；一体式液压气 动复合控制缸打击桩体过程中，气缸内气体释放所储存的能量，气体的力直接作用于一体 式液压气动复合控制缸的活塞，和锤体的重力一起使锤体加速下降，最大加速度达到Ig以 上，打桩锤快速打击桩体，该打击加速度的大小和气缸储存能量的大小、低压蓄能器组吸收 液压缸排出液压油的能力大小有关。进一步，所述的一体式液压气动复合控制缸，采用全封闭式结构和活塞杆导向机 构，可打倾斜桩和水下作业。本实用新型在具体结构上，具体而言，所述的一体式液压气动复合控制缸的活塞 杆和打桩锤的锤体相连接，通过液压力、气动力、锤体自重势能的复合作用实现打桩锤的往复运动和打桩作用。由于采用了上述方法，本实用新型具有以下特点通过提供一种液压气动复合打 桩锤的机械结构，解决打桩锤的液压和气动组合问题，实现液压控制系统的高压大流量控 制，进而达到液压气动打桩锤较大的打击能量和打击频率，和现有的柴油打桩锤和一般液 压打桩锤比较，液压气动复合打桩锤可以实现具有高打桩效率、低噪声、小振动、无油烟污 染等特点的现代施工作业，为基础施工行业提供一种新型、环保、机电液气一体化的液压气 动复合打桩锤基础桩工机械装备。
图1是本实用新型的一种实施例的主要部分的结构示意图。图2是本实用新型的一种实施例的液压控制系统的示意图。图3是本实用新型的一种实施例的组合集成阀块阀体结构的示意图。图4是本实用新型的一种实施例的筒体结构的示意图。图5是本实用新型的一种实施例的液压气动复合打桩锤外形的示意图。图示符号1为活塞杆端盖组件，2为供油阀门组合，3为集成组合阀块，4为内六角 螺栓A，5为高压蓄能器组件，6为筒体，7为密封件，8为内六角螺栓B，9为吊环顶盖，10为 内六角螺栓C，11为气缸端盖，12为气缸，13为锁紧螺母，14为活塞，15为液压缸(一体式液 压气动复合控制缸)，16为低压蓄能器组件，17为活塞杆密封组件，18为回油阀门组合，19 为活塞杆，20为油箱，21为过滤器，22为并联液压泵组，23为进油路单向插装阀，M为进油 路插装阀，25为进油路插裝式二位四通电磁换向阀，26为充气阀和截止阀组，27为氮气瓶， 28为三位四通电磁换向阀，四为位置传感器(记录打桩锤的位置)，30为溢流阀A，31为溢流 阀B，32为回油路插裝式二位四通电磁换向阀，33为回油路插装阀，34为压力表，35为回油 路背压单向插装阀，36为回油路单向插装阀，37为脉冲计数器(记录打桩锤下落的次数)，38 为溢流阀C，39为压力控制插装阀，40为节流阀，41为二位四通电磁换向阀，42为卸荷插装 阀，43为凹法兰，44为筒体，45为凸法兰，46为上支撑座，47为中缸体，48为下支撑座，49为 下缸体，50为螺母(M48 X 36)，51为六角头螺栓(M48 X 36)，52为螺母(M45 X 36)，53为六角 头螺栓(M45 X 36 )，M为支座。
具体实施方式
以下结合附图所述实施例对本实用新型作进一步的说明。图1是本实用新型的一种实施例的主要部分的结构示意图。如图所示，本实用新 型的液压气动复合打桩锤，结构上包括活塞杆端盖组件1，供油阀门组合2，集成组合阀块 3，内六角螺栓A4，高压蓄能器组件5，筒体6，密封件7，内六角螺栓B8，吊环顶盖9，内六角 螺栓C10，气缸端盖11，气缸12，锁紧螺母13，活塞14，液压缸(一体式液压气动复合控制缸) 15，低压蓄能器组件16，活塞杆密封组件17，回油阀门组合18，活塞杆19。其中，液压缸15、 活塞杆19、活塞14、气缸12在结构上形成一体式液压气动复合控制缸。活塞杆19和打桩 锤的锤体相连接。具体的，一体式液压气动复合控制缸是液压气动复合打桩锤的关键部分。液压缸 15连接具有一定压力的液压油将液压力作用在活塞的一端，气缸12连接具有一定压力的气体将气动力作用在活塞的另一端，液压力和气动力作用在同一条直线上，但是作用力的 方向相反，通过液压力、气动力和锤体自重的复合作用实现活塞杆19的往复运动，即通过 液压缸15产生的液压力、气缸12产生的气动力、活塞杆19和锤体的重力势能形成打桩锤 的锤击力，通过液压力、气动力、锤体自重势能的复合作用实现打桩锤活塞杆的往复运动和 打桩作用。所述的集成组合阀块3采用插装阀组的结构方式将供油阀门组合2、回油阀门组 合18集成于集成组合阀块，将高压蓄能器组件5、低压蓄能器组件16集成安装在集成组合 阀块上，采用无管路和集成式连接方式，在打桩锤锤体的快速抬起和快速打击桩体时，实现 液压能源和一体式液压气动复合控制缸之间液压大流量的快速供给和快速排放。集成组合 阀块3避免了复杂的管路连接、布局和安装，提高液压系统的可靠性，解决打桩机内部安装 空间有限和径向安装尺寸小的突出问题。高压蓄能器组件5由两个及两个以上的高压蓄能 器并联组成，低压蓄能器组件16由两个及两个以上的低压蓄能器并联组成。所述的插装阀组包括供油阀门组合2和回油阀门组合18。供油阀门组合2由并联 的两个及两个以上的进油路插装式电磁换向阀及其受控的进油路插装阀组成；回油阀门组 合18由并联的两个及两个以上的回油路插装式电磁换向阀及其受控的回油路插装阀，以 及回油路单向插装阀组成，回油路插装式电磁换向阀及其受控的回油路插装阀组与回油路 单向插装阀并联。插装阀安装在集成组合阀块的阀体上与液压能源接通，通过电磁换向阀 对插装阀进行控制。插装阀采用过滤精度为25μπι以下的滤网，防止阀芯的阻塞。插装阀 主阀芯质量小，行程短，动作灵敏，结构紧凑，实现无管路和集成式连接，进行打桩锤锤体的 快速抬起和快速打击桩体时大流量控制。图2是本实用新型的一种实施例的液压控制系统的示意图。该实施例的液压控制 系统包括液压能源、供油阀门组合、一体式液压气动复合控制缸、回油阀门组合、高压蓄能 器组、低压蓄能器组、检测装置部分组成。具体的，液压能源由油箱20，过滤器21，并联液压泵组22，进油路单向插装阀23， 充气阀和截止阀组沈，氮气瓶27，三位四通电磁换向阀观，溢流阀Α30，溢流阀Β31，压力表 34，回油路背压单向插装阀35，脉冲计数器(记录打桩锤下落的次数Χ37，溢流阀C38，压力控 制插装阀39，节流阀40，二位四通电磁换向阀41，卸荷插装阀42组成。并联液压泵组22通 过3台300KW的柴油机或电机分别驱动3台流量580L/min的液压泵，产生液压能源；二位 四通电磁换向阀41，卸荷插装阀42组成电磁卸荷阀，在液压能源紧急情况下进行卸荷。三 位四通电磁换向阀观，溢流阀A30，溢流阀B31，溢流阀C38，压力控制插装阀39，节流阀40 组成压力控制阀组，控制液压能源系统的工作压力。回油路背压单向插装阀35设定系统的 回油压力，从而调节低压蓄能器组16向液压缸15补油的工作压力，避免液压缸15吸空。氮 气瓶27、充气阀和截止阀组沈向一体式液压气动复合控制缸15的气缸12进行预充气。供油阀门组合2由进油路插装阀24，进油路插裝式二位四通电磁换向阀25组成， 具体的，采用1个二位四通电磁换向阀25控制3个并联的插装阀组成的进油路插装阀24， 通过进油路插装阀组的同步控制，实现大流量供油阀门组合2的开启和关闭。回油阀门组合18由回油路插裝式二位四通电磁换向阀32，回油路插装阀33，回油 路单向插装阀36组成，具体的，采用1个二位四通电磁换向阀32控制4个并联的插装阀组 成的回油路插装阀33，通过回油路插装阀组的同步控制，实现大流量回油阀门组合18的开启和关闭。在一体式液压气动复合控制缸15活塞杆19上升阶段且进油路阀门组合1关闭 时，低压蓄能器组16经过回油路单向插装阀36向液压缸15补油，防止液压缸15吸空并吸 振缓冲。高压蓄能器组5由3台容积32升以上的高压蓄能器并联组成；高压蓄能器组5和 并联液压泵组22联合向一体式液压气动复合控制缸15的液压缸提供大流量，实现一体式 液压气动复合控制缸15的快速上升。低压蓄能器组16由4台容积16升以上的低压蓄能 器并联组成；当一体式液压气动复合控制缸15的活塞杆19处于打击桩体阶段时，低压蓄能 器组16吸收液压缸15排出的大流量，从而实现快速打击桩体；当一体式液压气动复合控制 缸15的活塞杆19处于上升阶段时，低压蓄能器组16将液压油通过管路向油箱排油。检测装置由脉冲计数器(记录打桩锤下落的次数)37，位置传感器(记录打桩锤的 位置) 组成。供油管路直径为80mm，回油管路直径为150mm。油箱的容积为5000L。图3是本实用新型的一种实施例的集成组合阀块阀体结构的示意图。集成组合阀 块3的阀体的一端安装供油阀门组合2和回油阀门组合18，另一端安装高压蓄能器组件5 和低压蓄能器组件16，解决了在有限的径向空间内安装较多液压元件的问题，减少管路连 接提高了液压系统的可靠性。图4是本实用新型的一种实施例的筒体结构的示意图。液压气动复合打桩锤的筒 体6由凹法兰43，筒体44，凸法兰45和支座M组成，其两端采用法兰连接方式和吊环顶盖 9、集成组合阀块3连接，筒体6起到保护集成组合阀块3、高压蓄能器组件5和低压蓄能器 组件16、一体式液压气动复合控制缸15的气缸12及其气源部分的作用，同时在结构上为液 压气动复合打桩锤的安装提供结构支撑。图5是本实用新型的一种实施例的液压气动复合打桩锤外形的示意图。外形看 由吊环顶盖9，内六角螺栓C10，筒体6，集成组合阀块3，上支撑座46，中缸体47，下支撑座 48，下缸体49，螺母(M48 X 36) 50,六角头螺栓(M48 X 36) 51，螺母(M45 X 36) 52,六角头螺 栓(M45X36)53，内六角螺栓A4等组成。该实施例的液压气动复合打桩锤的内部安装有一 体式液压气动复合控制缸15、位置传感器四、脉冲计数器37、充气阀和截止阀组沈、锤体、 锤体导向机构。通过附设的氮气充气装置及压力传感器和电磁式开关阀，通过充气阀和截 止阀组沈可以对气缸12的气腔进行充气；位置传感器四用于记录打桩锤的位置；脉冲计 数器37用于记录打桩锤下落的次数。顶部设有吊环，用于施工操作。锤体导向机构连接桩 锤和桩帽，设有缓冲用的橡胶类衬垫和适用各种桩类型和大小的夹具接头以及打击能量、 打击频率等传感器。进一步，本实用新型的打桩锤由于采用全封闭式结构和活塞杆导向机构，可以实 现垂直方向的打桩作业，还可以实现打倾斜桩。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实 用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说 明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这 里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对于本实用新型做出的改进和修改 都应该在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种液压气动复合打桩锤，其特征在于打桩锤具有锤体、气压源、液压能源，还包括集成组合阀块，轴向设有中心孔和连接孔；高压蓄能器组件、供油阀门组合、低压蓄能器组件和回油阀门组合，它们通过所述连接 孔安装在集成组合阀块两侧；缸体，连接该集成组合阀块的一端的并使它们的中心孔相连通活塞，安装缸体中心孔中；活塞杆，其一端连接活塞，另一端与打桩锤的锤体相连接；以及，在缸体的中心孔中在活塞的一端形成液压缸，在活塞的另一端形成气缸。
2.根据权利要求1所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述液压缸、集成组合阀 块、活塞杆、活塞、气缸在结构上形成一体式液压气动复合控制缸，它们是通过集成组合阀 块和缸体的自由端分别设置含有密封件的杆端盖和含有密封件的气缸端盖形成全封闭式 密封结构。
3.根据权利要求1所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述集成组合阀块采用 插装阀组的结构方式将供油阀门组合、回油阀门组合集成安装于组合阀块上，将高压蓄能 器组件、低压蓄能器组件集成安装在组合阀块上，并各自通过所述连接孔以无管路的集成 方式连接。
4.根据权利要求1所述的的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述的高压蓄能器组 件由两个及两个以上的高压蓄能器并联组成；所述的低压蓄能器组件由两个及两个以上的 低压蓄能器并联组成。
5.根据权利要求2所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于还包括活塞杆导向机构， 它包括安装在集成组合阀块前部内表面与和活塞杆密封连接的第一密封件以及安装在活 塞上与液压缸密封连接的第二密封件，以构成活塞杆导向的封闭式结构。
6.根据权利要求3所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述的供油阀门组合由 并联的两个及两个以上的进油电磁换向阀及其受控的进油路插装阀组成，并通过进油电磁 换向阀控制并联的插装阀组成的进油路插装阀；所述的回油阀门组合由并联的两个及两个 以上的电磁换向阀及其受控的回油路插装阀和回油路单向插装阀组成，所述回油路插装式 电磁换向阀及其受控的回油路插装阀与回油路单向插装阀并联，并通过回油电磁换向阀控 制并联的插装阀组成的回油路插装阀。
7.根据权利要求1所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述液压能源包括由油 箱、过滤器、液压泵组、进油路单向插装阀、高压蓄能器组件组成的供油油路；由二位四通电 磁换向阀和卸荷插装阀组成的大流量电磁卸荷，以在紧急情况下实现液压能源的卸荷；由 三位四通电磁换向阀、低压蓄能器组件、若干溢流阀、压力表、回油路背压单向插装阀、脉冲 计数器、压力控制插装阀、节流阀组成大流量压力控制阀，调节液压能源的工作压力，所述 液压泵组为两台及两台以上并联的液压泵组，所述高压蓄能器组件为两个及两台以上通过 并联的高压蓄能器，所述液压泵组和高压蓄能器组件通过供油阀门组合联合向一体式液压 气动复合控制缸的液压缸快速供油。
8.根据权利要求7所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述在集成组合阀块上 的供油阀门组合和回油阀门组合是与液压能源接通，并通过一个电磁换向阀同时控制并联构成的两个及两个以上的插装阀。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述低压蓄 能器在活塞杆上升阶段且供油阀门组合关闭时，经过回油路单向插装阀向液压缸补油以防 止吸空并吸振缓冲；在活塞杆下降阶段时，吸收液压缸排油以实现活塞杆快速下降。
10.根据权利要求1中任一项所述的液压气动复合打桩锤，其特征在于所述气压源 包括充气阀、截止阀组、与充气阀和截止阀组连接的氮气瓶，该氮气瓶的出口连接气缸的入 口，在作为一体式液压气动复合控制缸的液压缸在非工作阶段对气缸的气腔进行预充气。
专利摘要一种液压气动复合打桩锤，由液压缸、活塞杆、活塞、气缸形成一体式液压气动复合控制缸，通过液压力、气动力、活塞杆重力实现打桩锤的往复运动和锤击。将集成组合阀、高压蓄能器、低压蓄能器采用无管路和集成式连接方式，集成于集成组合阀块，实现大流量的快速供给和快速排放。气缸采用压缩气体作为工作介质，一个工作周期内气缸内的气体压缩、膨胀各一次，利用气体的能量使锤体加速下降。通过电磁换向阀对插装阀组同时进行大流量控制。低压蓄能器通过插装阀组，向液压缸补油并吸振缓冲。采用全封闭式结构和活塞杆导向机构，实现打倾斜桩和水下作业。
文档编号E02D7/14GK201915406SQ20102067610
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者俞凌霏, 张国强, 张慧颖, 訚耀保, 陶雷 申请人:上海工程机械厂有限公司