专利名称：一种桩基用液压挤扩装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种桩基用挤扩装置，特别是一种桩基用液压挤扩装置。
背景技术：
目前，在基础工程施工中，通常是通过挤扩设备来形成带有承力盘、承力岔的桩； 现有的挤扩装置的结构是由机头、液压站控制系统及车载系统等组成，具体由机身壳体、 液压缸、挤扩臂、螺栓、轴销、垫圈等组成。挤扩臂由上挤扩臂、下挤扩臂组成，一般上、下挤扩臂由单根工臂组成。目前的挤扩设备主要是双缸双向挤扩设备和单缸单向挤扩设备。双缸双向挤扩的情况是上臂AB及下臂BC，A\B\C运动轨迹如下，如附图Ia所示。A 点，χ = 0，y = I ；B点，x= —，y = 0;C 点，χ = 0，y =个；双缸双向挤扩时，上挤扩臂在液压缸外活塞杆作用下，上挤扩臂与外活塞杆相连的一端做竖向运动，下挤扩臂在液压缸内活塞杆作用下，下挤扩臂与内活塞杆相连的一端做竖向运动，两者做相向运动，上挤扩臂与下挤扩臂的连接点，做水平运动，随着挤扩臂与垂直方向的角度θ的增大，靠近桩身的挤土上下臂与土体相脱开，不能起到充分挤压土体的作用；双向挤土设备挤压成盘后，盘上下部轮廓线基本对称，即靠近桩身为星形曲线远离桩身为直线段。盘上下土体的压缩情况也大体相同，其中远离桩身的土体被压缩的程度大， 承载性能好；而靠近桩身的土体，被压缩的程度相对较小，承载性能相对较差，并且由于此处压实程度低，上盘腔容易掉土。对于承受竖向荷载来说，盘下土体的性质是决定单桩承载力的重要因素。双向挤压时，随着角度的增大，靠近桩身的挤土上下臂与土体相脱开，不能起到充分挤压土体的作用，对桩基承载力的提高不利。当单缸单向运动时，上挤扩臂在液压缸活塞杆作用下，上挤扩臂与活塞杆相连的一端做竖向运动，上挤扩臂与下挤扩臂的连接点，以下挤扩臂与壳体的铰接点为圆心做圆周运动，单缸单向挤扩上盘腔土体的挤压不充分，容易落土。单缸单向挤扩时，上臂ΑΒ、及下臂BC，A\B\C运动轨迹如下，参见附图11中的虚线及附图Ib所示A 点，χ = 0，y = I ；B 点，χ =一，y = I ；C 点，x = 0，y = 0;支、盘腔顶面产生临空区，该处土体容易塌落，增加沉渣，如附图11虚线部分所示，目前的单向挤土时，挤土下臂下端不动，挤土上臂上端受作用力往下运动，使两挤土肢向外扩张挤压土体。显然，挤土下臂只有转动，而挤土上臂除了转动外还有平动。承力盘上部轮廓线为曲线，下部为直线。挤土上臂对桩周土体的挤压和双向挤土类似，即随着挤土臂肢与垂直方向的角度θ的增大，靠近桩身的挤土臂部分与土脱离，和土接触的臂长χ逐渐减小。而挤土下臂工作时只发生转动，在整个挤土过程中都和土体保持接触(x = L，L为挤土下臂的长度)，从而使盘底土被压缩的程度比盘上土大，这对于桩的竖向承载非常有利。 在臂长范围内，离桩身的距离越大，土体被压缩的程度越高。因此，现有技术中的挤扩装置均存在在挤扩过程中挤扩臂与土体脱离导致靠近桩身段土体挤压不充分，容易使上盘腔土体塌落、同时影响桩的承载能力的问题。
实用新型内容为了解决上述现有技术的挤扩设备的挤扩臂脱离土体使得靠近桩身段土体挤压不充分的问题，本实用新型提供了一种桩基用液压挤扩装置。本实用新型的技术方案是一种桩基用液压挤扩装置，包括承接装置和与承接装置连接的挤扩臂；所述挤扩臂由上挤扩臂和与上挤扩臂铰接的下挤扩臂组成；其特殊之处在于所述上挤扩臂和/或下挤扩臂包括第一臂、第二臂和支撑臂；所述第一臂与第二臂铰接；所述支撑臂的一端与所述第一臂和/或第二臂铰接，所述支撑臂另一端与承接装置铰接。上述承接装置包括液压缸以及设置于液压缸外部的支撑套管或壳体；当所述承接装置设置有支撑套管时，所述支撑臂的另一端与所述支撑套管铰接；当所述承接装置设置有壳体时，所述支撑臂另一端与壳体铰接。上述支撑套管通过限位杆与所述液压缸的缸筒固连，所述限位杆是多个。上述承接装置包括外活塞杆相连套管；所述外活塞杆相连套管嵌套设置于支撑套管的内部并可沿支撑套管滑动；所述外活塞杆相连套管的一端与液压缸的外活塞杆连接。上述支撑臂通过支撑销与壳体铰接；所述支撑销与壳体连接。上述上挤扩臂是两个或者两个以上；所述下挤扩臂是与上挤扩臂相对应的两个或者两个以上。 上述第二臂的长度大于第一臂和支撑臂的长度。本实用新型提供桩基用的液压挤扩装置，具有以下特点1、本实用新型双缸双向挤扩设备工作时，沿圆周均勻布置上支撑臂或下支撑臂在水平方向受到的作用力如果不能平衡掉，则水平力传给支撑套管，支撑套管将水平力传递给外活塞杆相连套管，外活塞杆相连套管将力传至外活塞杆，由于外活塞杆相连套管截面惯性矩较大，受弯能力强，这样可以避免支撑套管将水平力传递给将内活塞杆造成其弯曲。2、本实用新型双向挤土设备挤压成盘后，盘腔上下部轮廓线基本对称，即靠近桩身为圆弧曲线，远离桩身为直线段，靠近桩身段土体挤压作用相对较好。3、本实用新型的单向挤土设备挤扩成盘后，上盘腔靠近桩身轮廓线为圆弧曲线， 形成“土拱状”，远离桩身轮廓线为直线段，靠近桩身段上盘腔土体挤压作用好。
图Ia为现有技术的双缸双向的挤扩臂的运动轨迹；图Ib为现有技术的单缸单向的挤扩臂的运动轨迹；图2为本实用新型的挤扩装置结构示意图；图3为本实用新型的挤扩装置工作时的结构示意图；图4、5为本实用新型的挤扩臂结构示意图；[0031]图6为本实用新型的挤扩臂运动轨迹示意图；图7为本实用新型的第二种实施例结构示意图；图8为本实用新型的第三种实施例结构示意图；图9为本实用新型的第四种实施例结构示意图；图10为本实用新型的第五种实施例结构示意图；图11为本实用新型挤扩臂与现有技术的相同长度的单缸单向挤扩臂运动轨迹对比图；图12本实用新型的挤扩臂与现有技术的相同长度双缸双向挤扩臂的运动轨迹对比图。图中1-承接装置，2-上挤扩臂，3-下挤扩臂，4-第一臂，5-第二臂，6-支撑臂， 7-支撑销，8-支撑套管，9-外活塞杆，10-内活塞杆，11-外活塞杆相连套管，12-竖向液压缸，13-壳体，14-上承接盘，15-下承接盘，16-限位杆。
具体实施方式
参见图2和3，本实用新型的桩基用液压挤扩装置，其较佳的实施方式是第一种实施方式该挤扩装置包括承接装置1和与承接装置1铰接的挤扩臂；本实用新型的承接装置1可以采用现有技术中的结构来实施；本实用新型的挤扩臂包括上挤扩臂2和与上挤扩臂2铰接的下挤扩臂3，通过销轴实现上下挤扩臂的铰接设置；参见图4和图5，上挤扩臂2 或下挤扩臂3均可为由第一臂4、第二臂5以及与第一臂4或第二臂5铰接的支撑臂6组成，其中第一臂4和第二臂5铰接，支撑臂6与第一臂4铰接，或者支撑臂6与第二臂5铰接，或者也可以将支撑臂6与第一臂4、第二臂5同时铰接设置。上挤扩臂2的第一臂4与承接装置1的上承接盘14铰接；下挤扩臂3的第一臂4与承接装置1的下承接盘15铰接； 上挤扩臂2的第二臂5 —端与其第一臂4铰接，另一端与下挤扩臂3的第二臂5铰接；承接装置1还包括双缸双向内外活塞杆式的液压缸以及设置在液压缸外部的支撑套管8 ；支撑套管8通过限位杆16与缸筒相连，限位杆截面为圆弧形状，限制支撑套管8其竖向移动。限位杆16的数目至少设置两个，避开上挤扩臂2设置及外活塞杆9设置。限位杆16与缸筒可以铰接设置，限位杆16与支撑套管8也是可以铰接设置。支撑臂6分为上支撑臂和下支撑臂；上支撑臂和下支撑臂的另一端分别固连在支撑套管8的两端上，并铰接设置；本实用新型的承接装置还包括外活塞杆相连套管11 ；其中外活塞杆相连套管11与支撑套管8是嵌入设置，外活塞杆相连套管11 一端与外活塞杆9相连，另一端为自由端，外活塞杆相连套管嵌入支撑套管8内部，并可沿支撑套管8内滑动。使用时支撑臂6与承接装置1的支撑套管8的铰接点相对主机与接长杆连接点固定不动，而第一臂4与承接装置1的连接点做竖向运动。本实用新型的挤扩设备工作时，沿圆周均勻布置上支撑臂或下支撑臂在水平方向受到的作用力如果不能平衡掉，则水平力传给支撑套管8，支撑套管8将水平力传递给外活塞杆相连套管11，外活塞杆相连套管11将力传至外活塞杆9，由于外活塞杆相连套管11截面惯性矩较大，受弯能力强，这样可以避免支撑套管8将水平力传递给将内活塞杆10造成其弯曲。对于支撑套管8受到的上支撑臂6和下支撑臂6的竖向力如果不能平衡掉，支撑套管8将力传递给限位杆16，限位杆16将力传给缸筒或其它固定部分，限位杆16使支撑套管8在竖直方向限位，这样可以使上挤扩臂2和下挤扩臂3按照预设的挤扩轨迹工作。参见图6，本实用新型的上挤扩臂2与承接装置1的连接点由液压缸驱动以及下挤扩臂3与承接装置1的连接点由液压缸驱动，两连接点以相同的速率做相向运动的情况，其运动轨迹如附图6所示。上挤扩臂2AB、包括第一臂4AD\第二臂5DB，及支撑臂6DE。下挤扩臂3BC，包括第一臂4CF\第二臂5FB，及支撑臂6TO，其中A、B、C、D、E、F、G的运动轨迹如下上挤扩臂2，A 点，χ = 0，y = I ；B点，x= —，y = 0;D 点，χ = —，y = I ；(圆弧运动)；E点，x = 0，y = 0;下挤扩臂3，C点，χ = 0，y =个；F点，χ = —，y =个；(圆弧运动)；GA，x = 0，y = 0。本实用新型双向挤土设备挤压成承力盘后，盘上下部轮廓线基本对称，即靠近桩身为圆弧曲线，远离桩身为直线段。靠近桩身段土体挤压作用较好。第二种实施方式参见图7，本实用新型的上挤扩臂2和下挤扩臂3的第一臂4均可以直接固连在外活塞杆的端部，即承接装置1包括上下对称设置的竖向液压缸12，承接装置1的上承接盘 14与下承接盘15分别与上下竖向液压缸12的外活塞杆9的端部固连；上下竖向液压缸12 靠内活塞杆10实现连接。其支撑套管8设置在内活塞杆10的中段外部同轴设置，且与内活塞杆10相对固定，其运动轨迹可参见图6。第三种实施方式参见图8，与上述不同的是本实施方式的上下竖向液压缸12靠壳体13连接；上下液压缸在挤扩设备壳体13两端，上液压缸的伸缩运动驱使上挤扩臂2与其连接点向下运动，下液压缸的伸缩运动驱使下挤扩臂3与其连接点向上运动。上挤扩臂2中第一臂4与上液压缸的活塞杆相连，下挤扩臂3第一臂4与下液压缸的活塞杆相连，上下液压缸在上下挤扩臂3的两端。上、下支撑臂6通过支撑销7铰接在壳体13上，上、下支撑臂6可与壳体13 通过支撑销7铰接设置，即上支撑臂6与支撑销7铰接设置，即下支撑臂6与支撑销7铰接设置。支撑销7长度方向与上、下挤扩臂平面方向垂直，其两端与壳体13的内壁相连。当上、下挤扩臂各为2个时。2个上支撑臂6可共用一个支撑销7，2个下支撑臂可共用一个支撑销7，或者上、下支撑臂共用一个支撑销7。支撑销7将上或下支撑臂6受到的作用力传至壳体13。该壳体13在挤扩臂的地方，设置孔洞，便于挤扩臂的伸出。挤扩臂运动轨迹如图6。第四种实施方式参见图9，该实施方式中挤扩臂的上挤扩臂2由第一臂4、第二臂5以及支撑臂6 按照上述的方法铰接，而下挤扩臂3可以采用现有的挤扩臂，其上支撑臂6的固定端可以通过支撑销7铰接在挤扩设备的壳体13上，上挤扩臂2中第一臂4与承接装置1中液压缸连接，下挤扩臂3与承接装置1中壳体13底端相连。上挤扩臂2由第一臂4、第二臂5和支撑臂6所组成的扩臂的，上支撑臂6通过支撑销7与壳体13铰接设置，即上支撑臂6与壳体13连接，本实用新型的单向挤土，上盘腔靠近桩身为圆弧曲线，形成“土拱状”，远离桩身为直线段，靠近桩身段上盘腔土体挤压作用效果较好。参见附图11，表示本实用新型挤扩运动轨迹、与目前单缸单向运动轨迹的差别，使第一臂4与第二臂5之和的长度等于目前单缸单向上挤扩臂2的长度。虚线部分为目前单缸单向挤扩轨迹，实线部分为本实用新型中上下挤扩臂的运动轨迹，其区别仅在于上挤扩臂2由第一臂4、第二臂5和支撑臂6所组成的扩臂的，上支撑臂6与上支撑臂6支承装置相连，通过支撑销7铰接设置。同理也可以将下挤扩臂3设置为由第一臂4、第二臂5以及支撑臂6组成的新型结构，而上挤扩臂2采用现有技术的挤扩臂形式，根据实际应用情况而定。第五种实施方式参见图10，本实施方式与图2、3、7、8的不同之处仅在于本实施例的液压缸是单缸单向挤扩，上挤扩臂2中第一臂4与承接装置1中液压缸连接，下挤扩臂3中第一臂4与承接装置1中壳体13底端相连。上、下支撑臂6通过支撑销7与壳体13铰接设置，支撑销7 两端与壳体13的内壁相连，下支撑臂6类似。两个上支撑臂6可与2个支撑销7体分别铰接设置，也可与1个支撑销7体共同铰接设置，或者上下支撑臂6共用一个支撑销7。支撑销7将上或下支撑臂6受到的作用力传至壳体13。本实用新型挤扩设备与目前现有的挤扩设备相比，其特点就在于盘腔轮廓线靠近桩身段呈“圆弧形”，为确保其在挤扩过程中的挤扩效果，本实用新型的挤扩臂，在挤扩过程中，上挤扩臂2的第一臂4与第二臂5的铰接连接点，在以第一臂4另一端点与第二臂5另一端点为端点的连接线的上方，而不是在其下方；下挤扩臂3的第一臂4与第二臂5的连接点，在以第一臂4另一端点与第二臂5另一端点为端点的连接线的下方，而不是在其上方， 这样形成的盘腔与现在的相比才有意义；这对于第一臂4、第二臂5及支撑臂6的长度都有一定的要求。如下述的四种情况时1)如果上挤扩臂2与下挤扩臂3均由第一臂4、第二臂5和支撑臂6组成，对于上、 下挤扩臂2、3，如果第一臂4与承接装置1的铰接点与支撑臂6与支撑套管8或支撑销7的铰接点位于同一竖直线上，支撑臂6与第一臂4、第二臂5同时铰接，那么当第二臂5的长度大于第一臂4及支撑臂6的长度，支撑臂6的长度不小于第一臂4的长度时，且以相差不多为佳，就能形成上挤扩臂2第一臂4与第二臂5的连接点，在以第一臂4另一端点与第二臂 5另一端点为端点的连接线的上方，下挤扩臂3情况类似。第一臂的长度以小于支撑臂的长度且以相差不多为宜，如果第一臂小于支撑臂过多，受三角形两边之和大于第三边的影响， 第一臂4与承接装置1铰接连接点竖向运动的位移就会受到比较大的限制。2)如果上挤扩臂2与下挤扩臂3均由第一臂4、第二臂5和支撑臂6组成，当第一臂4与支撑臂6铰接，第一臂4与第二臂5铰接设置，第二臂5的长度大于第一臂4及支撑臂6的长度，第一臂4的长度大于上支撑臂6的长度，如果第一臂4与承接装置1的铰接点与支撑臂6与支撑套管8或支撑销7的铰接点位于同一竖直线上，当第一臂4与支撑臂6 的铰接点距离第一臂4与承接装置1的铰接点的长度不大于第一臂4与支撑臂6的铰接点距离支撑臂6与支承装置1的铰接点的长度时，且以相差不多为佳，就能形成上挤扩臂2的第一臂4与第二臂2的连接点，在以第一臂1另一端点与第二臂2另一端点为端点的连接线的上方，下挤扩臂3情况类似。[0063]3)如果上挤扩臂2与下挤扩臂3均由第一臂4、第二臂5和支撑臂6组成，当第二臂5与支撑臂6铰接，第一臂4与第二臂5铰接设置，第二臂5的长度大于第一臂4及支撑臂6的长度，第一臂4的长度小于支撑臂6的，第一臂4与承接装置1的铰接点与支撑臂6 与支撑套管8或支撑销7的铰接点位于同一竖直线上，当如果第二臂5与第一臂4的铰接点距离第二臂5与支撑臂6的铰接点的长度加上第一臂4长度不大于支撑臂6的长度时， 且以相差不多为佳，就能形成上挤扩臂2的第一臂4与第二臂5的连接点，在以第一臂4另一端点与第二臂5另一端点为端点的连接线的上方，下挤扩臂3的情况类似。4)对于只有上挤扩臂2是第一臂4、第二臂5及支撑臂6组成的情况，或者只有下挤扩臂3是第一臂4、第二臂5及支撑臂6组成的情况，第二臂5的长度大于第一臂4的长度，第一臂4与承接装置1的铰接点与支撑臂6与支撑套管8或者支撑销7的铰接点位于同一竖直线上，第一臂4的长度不大于支撑臂6的长度相等时，也都能形成上挤扩臂2第一臂4与第二臂5的连接点，在以第一臂4另一端点与第二臂5另一端点为端点的连接线的上方；下挤扩臂同理。本实用新型的挤扩装置与现有技术的挤扩装置相比，在挤扩过程中，靠近桩身部分的盘腔土体得到了加强，其挤扩效果更好。参见图12，使第一臂4与第二臂5长度之和等于目前双缸双向挤扩臂的长度，表示本实用新型挤扩运动轨迹、与目前双缸双向运动轨迹的差别，从阴影部分面积可以看出两者的差别。针对对于第一臂4与第二臂5铰接设置，支撑臂6与第一臂4、第二臂5铰接设置的情况，上、下挤扩臂中与承接装置1中的连接点，具体为上下挤扩臂中与液压缸活塞杆相连的点做竖向运动，两者之间做相向运动，两者之间的距离缩短，具体为上挤扩臂2中第一臂4与承接装置1相连的点在液压缸活塞杆作用下沿竖直方向向下运动，而上支撑臂的固定端其铰接点竖直方向不运动，在水平方向也不运动，只做转动，这样就使第一臂4与上支撑臂6铰接点以支撑臂6的固定端铰接点为圆心做圆周运动，这样使得第二臂5在运动中，第二臂5的上端点不仅有竖向运动，还有水平向运动，而上挤扩臂2中第二臂5与下挤扩臂3中第二臂5铰接设置，其由于限位杆16的作用或者壳体13的约束，支撑臂6固定端在竖直方向不动，故上挤扩臂2中第二臂5与下挤扩臂3中第二臂5铰接点只能沿水平方向运动。下挤扩臂3的工作原理类似，这样在挤扩过程中，靠近桩身部分的土体也得到了加强，使得挤扩效果更好。
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权利要求1.一种桩基用液压挤扩装置，包括承接装置和与承接装置连接的挤扩臂；所述挤扩臂由上挤扩臂和与上挤扩臂铰接的下挤扩臂组成；其特征在于所述上挤扩臂和/或下挤扩臂包括第一臂、第二臂和支撑臂；所述第一臂与第二臂铰接；所述支撑臂的一端与所述第一臂和/或第二臂铰接，所述支撑臂另一端与承接装置铰接。
2.根据权利要求1所述的桩基用液压挤扩装置，其特征在于所述承接装置包括液压缸以及设置于液压缸外部的支撑套管或壳体；当所述承接装置设置有支撑套管时，所述支撑臂的另一端与所述支撑套管铰接；当所述承接装置设置有壳体时，所述支撑臂另一端与壳体铰接。
3.根据权利要求2所述的桩基用液压挤扩装置，其特征在于所述支撑套管通过限位杆与所述液压缸的缸筒固连，所述限位杆是多个。
4.根据权利要求3所述的桩基用液压挤扩装置，其特征在于所述承接装置包括外活塞杆相连套管；所述外活塞杆相连套管嵌套设置于支撑套管的内部并可沿支撑套管滑动； 所述外活塞杆相连套管的一端与液压缸的外活塞杆连接。
5.根据权利要求2所述的桩基用液压挤扩装置，其特征在于所述支撑臂通过支撑销与壳体铰接；所述支撑销与壳体连接。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的桩基用液压挤扩装置，其特征在于所述上挤扩臂是两个或者两个以上；所述下挤扩臂是与上挤扩臂相对应的两个或者两个以上。
7.根据权利要求6所述的桩基用液压挤扩装置，其特征在于所述第二臂的长度大于第一臂和支撑臂的长度。
专利摘要本实用新型涉及一种桩基用液压挤扩装置，该装置包括承接装置和与承接装置连接的挤扩臂；所述挤扩臂由上挤扩臂和与上挤扩臂铰接的下挤扩臂组成；其特殊之处在于所述上挤扩臂和/或下挤扩臂包括第一臂、第二臂和支撑臂；所述第一臂与第二臂铰接；所述支撑臂的一端与所述第一臂和/或第二臂铰接，所述支撑臂另一端与承接装置铰接设置；本实用新型双缸双向挤扩设备沿圆周均匀布置上支撑臂或下支撑臂在水平方向受到的作用力如果不能平衡掉，则水平力传给支撑套管，支撑套管将水平力传递给外活塞杆相连套管，外活塞杆相连套管将力传至外活塞杆，这样可以避免支撑套管将水平力传递给将内活塞杆造成其弯曲。
文档编号E02D5/44GK201962669SQ20112003119
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者周建, 李征, 龚晓南 申请人:李征