柔性顶拉式液压动力沉桩的制造方法
【专利摘要】一种柔性顶拉式液压动力沉桩机，该桩机删除了导向架，并对桩帽结构和放置点进行了改进，在同样的受力条件下，用多根柔性好的钢丝绳取代原有的圆钢拉杆，并由主夹桩油缸将受击拉压箱、钢丝绳、桩帽、预制桩抱在一起，使之更好传递冲击动力，同时提出了钢丝绳弹性变形的弥补措施，于动力室内装设串激直流电动机驱动的卷扬机，在拉紧钢丝绳的基础上，不断地补偿钢丝绳的弹性变形。
【专利说明】柔性顶拉式液压动力沉粧机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种桩机机械中的液压动力沉桩机，具体涉及一种柔性顶拉式液压动力沉桩机。
【背景技术】
[0002]液压锤在世界各国中早已广泛应用，但沉桩工艺仍然是历史悠久的顶击式工艺，即用重锤打击在桩顶之上，桩微裂纹是普遍存在的头痛问题。锤体是长棒式的又和升降油缸同中心线叠放着，致使锤体长度大，与桩顶的接触面积小、应力大、噪音源总是在桩顶之上，高空远播。因此，本 申请人:研发了用顶拉代换顶击式，提出了“顶拉式液压动力沉桩机”(专利号为201010108698.0)和“兼具锤贯试桩的液压动力沉桩机”(专利号为201010108697.6)的发明专利，主要点为:1.用通用的双作用提升油缸，几个并联使用，皆从冲击体中间穿过，其中心线都是平行的，总体长度大为减小；2.冲击体改为方饼式，受击面大大增大、应力变小、噪音强度下降，冲击面放置在动力室之中，位置贴近地面而且动力室四周都贴有卡普隆塑料板，既隔音又透光也防雨；3.采用顶拉式工艺，冲击体、受击拉压箱、拉杆、桩帽四者成为一个总体，保护桩头的质量。但长处也伴随着新问题的出现:桩帽常放置在桩顶的上空，势必有一个导向架为桩帽、两根长拉杆提供运动导轨，这使吊机的吊臂必须加长，操作者的视距、视角都加大，很不方便。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:针对上述现有技术的不足，提供一种柔性顶拉式液压动力沉桩机，该桩机采用新的桩帽结构和放置点，使删除导向架成为可能，并在同样的受力条件下，用多根柔性好的钢丝绳取代原有的圆钢长杆，同时提出了钢丝绳弹性变形的弥补措施，使之更好地传递冲击动力。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种柔性顶拉式液压动力沉桩机，其包括动力室、受击拉压箱及设有桩孔和二片可横向移动的插舌的桩帽，其特点是，所述动力室底部的安装板两侧分别设有一组静态的卷扬机系统，该卷扬机系统具有驱动电动机、转向滑轮与卷扬机，该驱动电动机与卷扬机的绳筒相连；该桩帽包括帽座、二组可装置钢丝绳的多槽滑轮及二推动油缸，该二组多槽滑轮对称分布，每组二个，该四个多槽滑轮通过滑轮支架固定于帽座四角处，该二个推动油缸对称固定于二组多槽滑轮间，该二推动油缸的活塞杆端分别通过连杆与所述二片插舌相连，以带动插舌移动以打开或关闭桩孔；该受击拉压箱的箱体两侧设有便于卡紧固定钢丝绳的液压钢丝绳卡和螺杆钢丝绳卡，并于箱体上设有数个绳孔；该钢丝绳的一端穿过受击拉压箱的绳孔、螺杆钢丝绳卡后固定于受击拉压箱的底板，另一端穿过受击拉压箱的绳孔及液压钢丝绳卡后经转向滑轮与绳筒相连。
[0005]本发明的压桩机删除了导向架，于桩帽上设置由推动油缸带动的插舌以打开或关闭桩孔，使桩帽可开可合，并落放在动力室之中；在同样的受力条件下，用多根柔性好的钢丝绳取代原有的圆钢拉杆，起到传递动力的作用，并由主夹桩油缸将受击拉压箱、钢丝绳、桩帽、预制桩抱在一起，使之更好传递冲击动力；本发明还提出了钢丝绳弹性变形的弥补措施，于动力室内装设串激直流电动机驱动的卷扬机，在拉紧钢丝绳的基础上，不断地补偿钢丝绳的弹性变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是本发明柔性顶拉式液压动力沉桩机的总机图。
[0007]图2是本发明的动力室结构示意图。
[0008]图3是图2中沿A-A线的剖示图。
[0009]图4是本发明的桩帽结构示意图。
[0010]图5是本发明桩帽的俯视图。
[0011]图6是本发明桩帽的侧视图。
[0012]图7是本发明的受击拉压箱的结构示意图。
[0013]图8是图7的侧视图。
[0014]图9是本发明的液压钢丝绳卡的结构示意图。
[0015]图10是图9的侧视图。
[0016]图11-图12是本发明的电控系统原理图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，本发明为柔性顶拉式液压动力沉桩机，其包括主机架1、动力室2、预制桩3、桩帽4、吊机5、主控室6、吊机操作室7及行走及回转机构8等，该动力室2分为上节21和下节22，上节设有动力室门23，该动力室2内设有冲击体9、受击拉压箱10、提升油缸11及冲程调节器12等，该提升油缸11和冲程调节器12的梯形螺杆穿过冲击体9和受击拉压箱10。由于本发明是在本申请前面【背景技术】中提及的两专利的基础上进行的改进，因此本发明中仍然保留了原来的几个项目:动载测试技术、冲程调节器、贯入度检测装置、桩土系统弹性变形值检测装置及计算装置，使施打过程中承载力是可视的，而且在视屏上显示Pu-e (单桩竖向极限承载力Pu-桩身贯入度e)曲线，及时可靠的提“收锤”指令。下面仅就本发明关于动力室、受击拉压箱和桩帽的改进之处进行阐述。
[0018]参见图2-图3，该动力室2顶部对称设有二支辅助夹桩油缸13，该动力室2底部的安装板24两侧分别设有一组卷扬机系统，该卷扬机系统由串激直流电动机25、蜗轮减速机26、卷扬机及转向滑轮28组成，总体为静态，该串激直流电动机25通过轴与蜗轮减速机26相连，该蜗轮减速机26通过轴与卷扬机的绳筒27相连。
[0019]参见图4-图6，该桩帽4包括帽座41、二组多槽滑轮42及二推动油缸43。桩孔44设于该帽座41正中央，帽座41中层设有二片插舌45，底部设有桩帽套46。该二组多槽滑轮42对称分布，每组二个，该四个多槽滑轮42通过滑轮支架47固定于帽座41四角处，在本实施例中，采用两槽滑轮，且每个槽中通过一根钢丝绳14。该二个推动油缸43对称固定于二组多槽滑轮42间，该二推动油缸43的缸筒固定，其活塞杆端分别通过连杆48与二片插舌45相连，以在推动油缸43的作用下，带动插舌45移动以打开或关闭桩孔44。该推动油缸43上设有摄像头49，可远程监控以方便操作者及时方便地将二插舌相向推开或推入，使桩帽桩孔准时安全打开和闭合。
[0020]参见图7-图8，该受击拉压箱10的箱体101顶部设有数个强力压簧102，箱体101内部设有二主夹桩油缸103，箱体101上设有提升油缸孔104和冲程螺杆孔105，受击拉压箱上表面设置弹性按钮AK1，箱体底面设置弹性按钮AK2和AK2’，本发明对受击拉压箱10的改进之处在于，该受击拉压箱101的两侧设有液压钢丝绳卡106和螺杆钢丝绳卡107，并于箱体101上设有数个绳孔108，在本实施例中，绳孔为8个。
[0021]参见图9-图10，该液压钢丝绳卡106包括静卡座1061、动卡座1062及绳卡油缸1063，该静卡座1061顶部固定有设有通孔的盖板1064以形成一容置空间1065，该动卡座1062活动地设于该容置空间1065内，该静卡座1061内设有二静绳槽1066，该动卡座1062设有二个与该静绳槽1066相应的动绳槽1067，该绳卡油缸1063固定在盖板1064上，如此，在绳卡油缸1063的作用下，其活塞杆端穿过该盖板1064的通孔可推动该动卡座1062，以使动绳槽1067与该静绳槽1066相结合将穿过该动绳槽1067与静绳槽1066间的钢丝绳14卡住固定。该静卡座1061两侧可设有起加强作用的筋板1068。
[0022]该螺杆钢丝绳卡107的结构与该液压钢丝绳卡106的结构类似，不同的是，该螺杆钢丝绳卡107以螺杆替代绳卡油缸1063，在螺杆的旋动下将钢丝绳14卡紧固定。
[0023]再参见图2，可知，通过二组多槽滑轮42的钢丝绳14，其一端穿过受击拉压箱10的绳孔108、螺杆钢丝绳卡107后固定于受击拉压箱10的底板109，另一端穿过受击拉压箱10箱体101上部的绳孔108、液压钢丝绳卡106及箱体101下部的绳孔108后，经转向滑轮28与绳筒27相连。该液压钢丝绳卡106和螺杆钢丝绳卡107可为钢丝绳两头提供牢固地连接并进行有效地传力。该卷扬机系统不随受击拉压箱10上下运动，只是采用串激直流电动机单向拉动钢丝绳14，使钢丝绳保持正常的工作状态把钢丝绳拉出来，使之拉紧，同时利用串激直流电动机25的特性，补偿钢丝绳14弹性拉长的弹性变形(不是依靠串激直流电动机而是依靠桩帽在吊机的吊升下拉长的，串激直流电动机只起拉入、拉紧的作用)，转向滑轮28用来适应绳筒27上的钢丝绳左右移动导致角度的变化。
[0024]本发明对驱动电动机的要求:本发明中的钢丝绳组的一端是固定的，另一端是运动的，由电动机驱动的卷扬机系统带动。这个运动有正转反转两种方式，反转是不做功的，只将绳筒中的钢丝绳放松，当用吊机升桩帽时，钢丝绳会反向拉长，配合吊机的工作。当需要将钢丝绳拉紧时，电动机正转、拉紧过程中速度很低，力矩要很大，因此我们选择串激直流电动机，它的机械特性是一条双曲线，当主回路串有电阻R时双曲线，陡度很大，当负荷力矩为M1时，不串电阻时其转速为Ii1而串了电阻的速度为0，可见串激直流电动机正转串入电阻使其力矩大，速度可以很低甚至为O很适合钢丝绳的弹性延长的工况。
[0025]本发明对钢丝绳的要求以拉力和柔性二者去选择，要想柔性好，每根钢丝的直径不要大，小些为好；如果柔性好，但拉力不够，可多用几根钢丝绳并联使用。本发明不使用导向架，以钢丝绳代替现有技术中的拉杆，起到传递动力的作用，使桩帽可落放在动力室之中。桩帽可开可合，要接新桩时桩帽的插舌推开，桩帽落放在动力室之中，新桩吊入后，再用吊机将桩帽吊至新桩的顶部，将桩帽的插舌关合。
[0026]本发明接桩的实施方式:当桩帽降到动力室的最低处时，应当接一节新桩时，其程序为:
1.将桩帽中的封顶插舌推出来，露出桩孔。[0027]2.用吊机将新桩吊入，插入桩帽的桩孔内，一直落在老桩的顶部。
[0028]3.用吊机将桩帽吊至动力室的最上部(未出动力室的顶部)。
[0029]4.用辅助夹桩油缸将新桩身定位，但不要夹紧。
[0030]5.在动力室中将新老桩头焊接好，再松开辅助夹桩油缸。
[0031]6.用吊机将桩帽吊至新桩的顶上，推入插舌，封好桩帽上的中心桩孔。
[0032]本发明采用受击拉压箱、钢丝绳、桩帽和预制桩组成一体，成为动力传递的主体。受击拉压箱一侧可承受冲击体施加的冲击动力，并通过柔性钢丝绳组和桩帽传递到预制桩桩身上；二则可对提升油缸的双向动作发出指令。上升时，受击拉压箱上表面的弹性按钮AK1闭合，但闭合只有一瞬间，因此需加一个时间继电器，使向无杆腔充油的时间达到要求；下击时，由装在受击拉压箱底面的弹性按钮AK2、AK2’在被冲程调节器梯形螺杆下端固定的承力板15碰压后发出指令，AK/使提升油缸的有I杆腔充油，使冲击体高速下击。
[0033]本发明的全程和分程的工作过程简述如下:
1.打开动力室顶上的辅助夹桩油缸，将预制桩吊入动力室之中穿过桩帽，插入主夹桩油缸之中并随之夹紧预制桩桩身。用吊机将桩帽吊升至动力室的最高处，此时必须反转卷扬机使钢丝绳能跟上桩帽吊升的进程，动力室内有人在焊接新老桩的接头(在接新桩时才有此工作)，桩帽吊至桩顶时，推动油缸推入插舌，戴好桩帽。
[0034]2.使卷扬机正向转动，拉紧钢丝绳，主夹桩油缸夹紧桩身，液压钢丝绳卡夹紧，准备工作完成。
[0035]3.全程整定:全程就是动力室有效的总长行程，这是个定值，在全程升起时，首先是冲击体单独升起，还差一个分程时(预先已调好)，提升油缸将受击拉压箱和冲击体一起提升，靠近“接近开关” LK1后，提升油缸停止提升，全程准备完成。
[0036]4.分程过程=LK1闭合后给提升油缸有杆腔充油冲击体高速下击，击到受击拉压箱时其上表面上的弹性按钮AK1闭合，经过短暂延时，给提升油缸的无杆腔充油，冲击体被提升一个分程时，受击拉压箱底面上的弹性按钮AK2’、AK2闭合，即转为向有杆腔充油，使冲击体高速下击，如此反复几次，当几次分程贯入之和接近全程时，又转为调至全程。在几个分程中，桩帽至受击拉压箱之间的长度不会变。因此这时卷扬机不要正转。这时串激直流电动机还在不断地调整因弹性变形的钢丝绳的长度微量变化，分程的长度是一个随机数，由地质情况来定，最小可为0.2米,最大为1.2米。
[0037]本发明的电控系统实施方式，参见图11及图12，具体过程如下:
1.合上钮子开关K1拉开钮子开关K2，接触器Z得电，同时冲程调节器的电机Dm正转，冲程调节器的梯形螺杆上升，其下端的承力板一起上升，同时主夹桩油缸松夹，液压钢丝绳卡松开。
[0038]2.承力板碰上受击拉压箱底面上的弹性按钮AK2、AK2’，接点AK2 (107-109)断开，使Z失电Dm正转停止，但接点AK2(101-111)合上使接触器F得电，Dm反转。红外线二极管RL2得电，冲程调节器中计数器开始计数，当它与编码器输出数字相同时，微型继电器Fo吸合，接点Fo(101-125)接通中间继电器Jo，使F失电，Dm停止反转，接点Jo (101-113)接通1YA，给提升油缸无杆腔充油，冲击体上提，AK2’ (135-131)虽然闭合，但钮子开关K2拉开，此支路无法接通。
[0039]3.冲击体在上升，其承力板虽然碰合AK2 AK2'但因钮子开关K2拉开，因此两个按钮闭合也无作为，使冲击体带动受击拉压箱一起上升。
[0040]4.冲击体靠近接近LK1时就瞬时闭合。但时间继电器SJ1会瞬时闭合，延时释放，故使中间继电器J1能可靠的吸合，接点J1 (101-115)接通后2YA给升降油缸有杆腔充油，接点J1 (101-117)接通主夹桩油缸和液压钢丝绳卡，使之抱紧桩身和钢丝绳，形成受击拉压箱、钢丝绳、桩帽、桩身为一体，共同下沉，此时应快速合上纽子开关K2(此时信号灯RL3亮了)。
[0041]5.冲击体打击在受击拉压箱之上，首先由刚度大的强力压簧减振，再使弹性按钮AKl压合AK1(IOl-US)接通时间继电器SJ2的电源，在它的短暂延时间内，冲击体停放在受击拉压箱之上，使动力反射波的能量被冲击体重力压抑，使之失去破坏作用。
[0042]6.接点SJ2 (101-129)接通中间继电器J1, J2(101_113)接通IYA的电源，给提升油缸无杆腔充油，冲击体上升，此时中间继电器Jl不工作了，因为接点J1 (125-139)常闭了，使中间继电器Jo恢复吸合，接点Jo (101-113)继续向IYA供电，提升油缸将冲击体提升到一个分程高度时，承力板上的AK2’闭合。AK2’(135-131)使时间继电器SJ3得电，它的接点瞬时闭合，延时断开接点SJ3 (101-133)使中间继电器J3得电，接点J3 (101-115)向2YA送电，提升油缸有杆腔得到充油，冲击体下击。
[0043]7.反复几个分程后，全程就要走完了，应该重新建立一个新的全程，方法是:人工拉开钮子开关K2，接着时间继电器SJ3，中间继电器J3都失电，接点J3 (101-119)接通中间继电器J2，接点J2 (101-113)接通1YA，向提升油缸的无杆腔充油，冲击体带着受击拉压箱一起提升，当冲击体靠近接近开关LK1时，SJ1闭合，信号灯RL3发亮，人工将钮子开关K2合上，接点J1 (101-117)使主夹桩油缸夹紧桩身，液压钢丝绳卡夹紧钢丝绳1(201-205)接通接触器Bz，串激直流电动机正向旋转，拉紧钢丝绳，新的全程准备完毕。
【权利要求】
1.一种柔性顶拉式液压动力沉桩机，其包括动力室(2)、受击拉压箱(10)及设有桩孔(44)和二片可横向移动的插舌(45)的桩帽(4)，其特征在于，所述动力室(2)底部的安装板(24)两侧分别设有一组静态的卷扬机系统，该卷扬机系统具有驱动电动机、转向滑轮(28)与卷扬机，该驱动电动机与卷扬机的绳筒(27 )相连；该桩帽(4)包括帽座(41)、二组可装置钢丝绳(14)的多槽滑轮(42)及二推动油缸(43)，该二组多槽滑轮(42)对称分布，每组二个，该四个多槽滑轮(42)固定于帽座(41)四角处，该二个推动油缸(43)对称固定于二组多槽滑轮(42)间，该二推动油缸(43)的活塞杆端分别通过连杆(48)与所述二片插舌(45)相连，以带动插舌(45)移动以打开或关闭桩孔(44);该受击拉压箱的箱体(101)两侧设有便于卡紧固定钢丝绳(14)的液压钢丝绳卡(106)和螺杆钢丝绳卡(107)，并于箱体(101)上设有数个绳孔(108);该钢丝绳(14)的一端穿过受击拉压箱(10)的绳孔(108)、螺杆钢丝绳卡(107)后固定于受击拉压箱(10)的底板(109)，另一端穿过受击拉压箱的绳孔(108)及液压钢丝绳卡(106)后经转向滑轮(28)与绳筒(27)相连。
2.如权利要求1所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述驱动电动机为串激直流电动机(25 )，该串激直流电动机(25 )与蜗轮减速机(26 )相连，该蜗轮减速机(26 )与绳筒(27)相连。
3.如权利要求1所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述液压钢丝绳卡(106)包括静卡座(1061)、动卡座(1062)及绳卡油缸(1063)，该静卡座(1061)顶部固定有带通孔的盖板(1064)以形成一容置空间(1065)，该动卡座(1062)活动地设于该容置空间(1065)内，该静卡座(1061)内设有静绳槽(1066)，该动卡座(1062)设有与该静绳槽(1066)相应的动绳槽(1067)，该绳卡油缸(1063)固定在盖板(1064)上，在绳卡油缸(1063)的作用下，该绳卡油缸(1063)的活塞杆端穿过该盖板(1064)的通孔推动该动卡座(1062),使动绳槽(1067)与该静绳槽(1066)相结合将穿过该动绳槽(1067)与静绳槽(1066)间的钢丝绳(14)卡住固定。
4.如权利要求3所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述静卡座(1061)两侧设有起加强作用的筋板(1068)。
5.如权利要求1所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述螺杆钢丝绳卡(107)包括静卡座、动卡座及螺杆，该静卡座顶部固定有带通孔的盖板以形成一容置空间，该动卡座活动地设于该容置空间内，该静卡座内设有静绳槽，该动卡座设有与该静绳槽相应的动绳槽，该螺杆装置在盖板上，在螺杆的旋动下将钢丝绳(14)卡紧固定。
6.如权利要求5所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述静卡座两侧设有起加强作用的筋板。
7.如权利要求1所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述动力室(2)顶部对称设有二支辅助夹桩油缸(13)。
8.如权利要求1所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述推动油缸(43)上设有摄像头(49)。
9.如权利要求1所述的柔性顶拉式液压动力沉桩机，其特征在于，所述帽座(41)底部设有桩帽套(46)。
【文档编号】E02D7/14GK103541361SQ201310526247
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】段国忠, 杨锁祥, 施林, 段率 申请人:湖南新天和工程设备有限公司