一种便携式液压防汛打桩的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种便携式液压防汛打桩机，包括动力装置、通过动力装置连接控制的液压油箱、与液压油箱连接的锤体，所述锤体包括缸体、设置在缸体内部的活塞、设置在活塞前端的钎体，在锤体与液压油箱之间的液压管路上设置有换向阀，该换向阀通过控制液压油的流动方向控制实现活塞的往复运动，使活塞完成提升、击打动作并形成冲击力击打在钎体上。该一种便携式液压防汛打桩机和现有技术相比，体积小、重量轻、操作方便、机动强、安全可靠,适用范围广泛，可广泛应用于堤防加固、堤防堵口、抢护堤岸坍塌等防汛抢险打桩作业中，易于推广。
【专利说明】一种便携式液压防汛打粧机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种打桩机，具体的说是一种结构简单、使用方便、安全性高的便携式液压防汛打桩机。
【背景技术】
[0002]我国幅员辽阔，江河纵横，地形复杂，年降水量集中，大部分地区受到洪水灾害的威胁，特别是我国各大江河中下游100多万平方公里的国土面积，集中了全国半数以上的人口和70%的工农业产值，这些地区地面高程有不少处于江河洪水水位以下，靠20余万公里长的堤防保护安全，防洪问题极为尖锐。依靠新中国成立以来兴建的防洪工程体系和改革开放以来形成的物质基础，抵御了一次又一次洪水袭击，保护了人民的生命财产安全，最大限度减轻洪水造成的损失。自古以来，黄河是我国洪水灾害最严重的一条河流，自公元前602年至1938年花园口扒口的2540年间，黄河下游决口泛滥的年份有543年，决口达1593次，重要改道26次，有6次是大迁徙，给人们的生命财产造成了不可估量的损失，同时也加大了海河、淮河两大流域的洪水灾害。
[0003]在防洪抢险过程中，传统的捆抛柳石枕、桩柴护岸、柳石楼厢等抢险技术作为应急抢护发挥着巨大作用，在这些抢护方法中，需大量的木桩(铁桩)固定柳枕和厢埽，可见打桩是各种抢护方法中所不可缺少的一道工序。由于防汛抢险环境、地质情况各不相同，木桩的用途也不一样，决定了木桩的直径和打入深度，影响着打桩的难度及劳动强度。长期以来，打桩方式以油锤、手砸人工打桩为主，劳动强度大，工作效率低，目前国内外设计制造的打桩机主要用于建筑桩基工程和桥梁工程，由于桩基工程用桩大多为一二十米长的钢板桩、钢管桩、钢筋混凝土桩，所以打桩机的激振力吨位大至数十吨，小至数吨，且设备整机重量大、价格昂贵、运输不方便，使用受场地限制。防汛抢险除堵口用长木桩和钢管桩外，一般用中小木桩，要求打桩机轻巧、便携，机动性好，操作简单。显然，大型的打桩机不适用于抢险打桩作业的要求。现有的其他一些防汛用内燃机式打桩机和车载打桩机也存在机动性差、操作不便、安全性、稳定性差等缺点，不能满足防汛抢险打桩作业的要求。
[0004]为改变抢险靠人工打桩这种劳动强度大、生产效率低的落后局面，实现在抗洪抢险过程中机械化打桩作业，需要研究开发出一种体积小、重量轻、操作方便、机动强、安全可靠的便携式打桩机，设备的研制成功，也必将在堤防加固、堤防堵口、抢护堤岸坍塌等防汛抢险打桩作业中发挥重大作用。
实用新型内容
[0005]本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种方便维护、便携式液压防汛打桩机。
[0006]本实用新型的技术方案是按以下方式实现的，该一种便携式液压防汛打桩机，包括动力装置、通过动力装置连接控制的液压油箱、与液压油箱连接的锤体，所述锤体包括缸体、设置在缸体内部的活塞、设置在活塞前端的钎体，在锤体与液压油箱之间的液压管路上设置有换向阀，该换向阀通过控制液压油的流动方向控制实现活塞的往复运动，使活塞完成提升、击打动作并形成冲击力击打在钎体上。
[0007]在上述技术方案中，活塞是整个打桩机的核心部分，动力装置通过为液压油箱提供动力，将液压油箱中的液压油提升到活塞内，来提供活塞运动的动力来源，活塞在液压油的作用下完成提升、击打动作，活塞的冲击能打击在钎体上，将能量传递给钎体，钎体再把能量传递给木桩达到木桩下沉的目的，进而完成打桩工作，该技术方案中通过机动实现打桩过程，进而减轻防汛工作的劳动强度，打桩过程安全可靠。
[0008]作为优选，所述动力装置、液压油箱、锤体均放置在机架上，该机架包括底板、由底板边缘向上凸起的边框、设置在底板下侧角端的脚轮。该技术方案中的各部分均安装在机架上，方便携带，同时脚轮即为万向轮，整机设置完成后可实现万向转动，行走方便，进一步适应复杂的作业环境。
[0009]作为优选，所述动力装置为锤体与液压油箱之间的液压油流动提供动力，该动力装置包括发动机、通过联轴器与发动机连接的液压泵，所述发动机是指汽油发动机、柴油发动机，液压泵控制连接有液压油箱。该技术方案中的发动机较为常用的是汽油发动机，可为液压油箱提供足够动力。
[0010]作为优选，所述活塞包括活塞杆一、过渡杆、活塞杆二、密封环，其中活塞杆一设置在缸体内端部，活塞杆二穿接设置在缸体外端部，即活塞杆二部分设置在缸体外侧，该活塞杆一的直径小于活塞杆二的直径，过渡杆连接上述活塞杆一的下端部与活塞杆二的上端部且其连接处均设置有密封环，所述活塞杆一、过渡杆上侧的密封环、缸体相互配合形成密闭的腔室一，过渡杆、设置在其两侧的密封环、缸体配合形成密闭的腔室二，活塞杆二、过渡杆下侧的密封环、缸体配合形成密闭的腔室三，在腔室一、腔室二、腔室三上均设置有可通过换向阀控制流向的液压管路。
[0011]在上述技术方案中，由于活塞杆一的直径小于活塞杆二的直径，则与活塞杆一连接的密封环的作用面积大于与活塞杆二连接的密封环的作用面积，这样液压油在三个腔室内流动时，就会使得上侧密封环受到的液压与下侧密封环受到的液压不同，当活塞提升时，腔室三内进入液压油，腔室一内的压力由低到高开始提升，当提高到一定程度后，换向阀完成换向，活塞在腔室一内压力作用下向下运动，完成冲击运动，这样就完成一个打击过程。
[0012]作为优选，所述液压管路包括连接换向阀与腔室一的管路一、连接腔室二与液压油箱的管路二、连接换向阀与管路二的管路三、连接换向阀与腔室三的管路四、设置在腔室二与腔室三之间且可连接换向阀的管路五、连接换向阀与液压泵的管路六，当活塞处于提升状态时，管路一与管路三相连通且液压油由腔室一流出，管路五连接腔室二与换向阀；当活塞处于击打状态时，管路一连接管路四且液压油向腔室一内流入，管路五连接腔室三与换向阀。该技术方案是对上述结构的进一步细化，通过该结构可更好的完成整个活塞打击过程液压油的流动。
[0013]作为优选，所述液压管路为橡胶软管或金属软管。在该技术方案中，软管设计成8米，工作时动力装置放置于地上，可以在直径16米的区域范围实现打桩，减轻了作业劳动强度，提高了作业效率。由于液压油在软管内部会有阻力，从而影响汽油发动机的工作，软管的内径为10_，长度也不宜太长，每根软管的端部设计阴螺纹的快换接头。
[0014]作为优选,所述腔室一内填充有可减少压力波动的氮气。该技术方案中的氮气填充是为了提高打击效率，减少压力波动。
[0015]本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是:
[0016]本实用新型的一种便携式液压防汛打桩机利用液压技术传递动力，降低能耗损失，保证了传递较大功率，又能缩小设备体积，适用范围广泛广泛，可适用于各种江河湖堤较大范围的防汛打桩需求；重量轻，整个锤体重量42公斤，方便人们操作使用；效率高，适用于直径≤150mm的木桩，沉桩速度≥0.5m/min,沉桩深度≥1000mm ;低噪音，降低对操作工人的伤害；操作简单，可靠性强，安全性高，结构紧凑，外形美观；，实用性强，易于推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]附图1是本实用新型的结构示意图。
[0018]附图2是本实用新型的锤体部分示意图。
[0019]附图3是本实用新型的活塞提升状态示意图。
[0020]附图4是本实用新型的活塞击打状态示意图。
[0021 ] 附图中的标记分别表示:
[0022]1、动力装置，1.1、发动机，L 2、联轴器，1.3、液压泵，2、液压油箱，3、锤体，3.1、缸体，3.2、活塞，3.2.1、活塞杆一，3.2.2、腔室一，3.2.3、密封环，3.2.4、过渡杆，3.2.5、腔室二，3.2.6、活塞杆二，3.2.7、腔室三，4、机架，4.1、底板，4.2、边框，4.3、脚轮，5、换向阀，6、钎体，7、手持把，8、管路一，9、管路二，10、管路三，11、管路四，12、管路五，13、管路六。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型的一种便携式液压防汛打桩机作以下详细说明。[0024]如附图1、图2所示，现提供一种便携式液压防汛打桩机，包括动力装置1、通过动力装置I连接控制的液压油箱2、与液压油箱2连接的锤体3，所述锤体3包括缸体3.1、设置在缸体3.1内部的活塞3.2、设置在活塞3.2前端的钎体6，在锤体3与液压油箱2之间的液压管路上设置有换向阀5，该换向阀5通过控制液压油的流动方向控制实现活塞3.2的往复运动，使活塞3.2完成提升、击打动作并形成冲击力击打在钎体6上。
[0025]这里的钎体6可作用于防汛木桩上，防汛木桩分为长桩与短桩。长度在3m以上的为长桩，3m以下的为短桩或橛，短桩一般用柳木，但受力较大的以用榆木为佳，长桩以杨木、榆木、松木为好,若料源缺乏,也可用其他木材如椿木、枣木、槐木等代替。
[0026]所述动力装置1、液压油箱2、锤体3均放置在机架4上，该机架4包括底板4.1、由底板4.1边缘向上凸起的边框4.2、设置在底板4.1下侧角端的边框4.3，一般的，边框4.3设置有四个，机架4的外形尺寸为850mmX550mmX910mm，采用该尺寸可保证整机的灵活移动，另在锤体3外侧还设置有手持把7，方便工作人员握持使用。
[0027]所述动力装置I为锤体3与液压油箱2之间的液压油流动提供动力，该动力装置I包括发动机1.1、通过联轴器1.2与发动机1.1连接的液压泵1.3，所述发动机1.1是指汽油发动机，液压泵1.3控制连接有液压油箱2。
[0028]从防讯抢险实践作业中总结,使用最多最普遍的木桩直径为80mm~150mm、长度为1.5m~2.0m,沉桩深度为1.0m~1.5m。传统的夯打木桩工具有油锤和铁硪，铁硪分手硪和云硪两种。手硪为铸铁圆柱体,重40Kg左右,周围有8根立柱，用16根小横木沿铁柱周围嵌入，叫硪爪，将立柱与横木用麻绳缠牢，再用1.5m的猪尾形麻辫子8条，拴于硪爪上。云硪形状、制作基本同手硪，但比手硪重，按重量划分共有3种:大的120Kg，用16人拉打，中号的80Kg，用12人拉打，小号的60Kg，用8人或6人拉打。手硪夯打木桩速度较快，大约5-10分钟打I根桩。
[0029]通过以上数据，可以计算出打桩所需要的冲击能量，选用公式=Etl=Hiah
[0030]式中Eci—硪的冲击能量，单位N.m;
[0031 ] m一手餓重量，取40Kg;
[0032]a一硪下落的加速度,取5g(g为重力加速度)；
[0033]h—硪落下的高度，根据实践取0.4m。
[0034]可得出:Etl= mah
[0035]= 40KgX 5gX 0.6m
[0036]= 200NX0.6m
[0037]= 120N.m
[0038]即:防汛打桩(木桩)所需最小冲击能量为120N.m。
[0039]由于齿轮泵结构简单、噪声小，具有良好的自吸性能，对油液敏感程度低，并且重量相对较轻，故选用齿轮泵作为液压泵1.3。
[0040]确定油泵的最大工作压 力:
[0041]由公式Pp ≤ P1+Σ Λ P1
[0042]式中P1—执行元件的最大工作压力，单位Mpa，
[0043]ΣΔΡι -液压泵出口到执行元件入口之间总的压力损失，包括沿程压力损失和局部压力损失，单位Mpa,
[0044]P1=IO ~13Mpa
[0045]查液压手册得:采用节流阀调速及管路简单的系统总压力损失为:
[0046]Σ Δ P1= 0.2 ~0.5Mpa
[0047]pp ^ P1+ Σ Λ P1 =13+0.5=13.5Mpa
[0048]结合齿轮泵的生产标准取油泵的最大工作压力14Mpa,选择齿轮泵型号为GBWmd-FlO，额定流量 10mL/r。
[0049]如附图3、图4所示，所述活塞3.2包括活塞杆一 3.2.1、过渡杆3.2.4、活塞杆二
3.2.6、密封环3.2.3，其中活塞杆一 3.2.1设置在缸体3.1内端部，活塞杆二 3.2.6穿接设置在缸体3.1外端部，即活塞杆二 3.2.6部分设置在缸体3.1外侧,该活塞杆一 3.2.1的直径小于活塞杆二 3.2.6的直径，过渡杆3.2.4连接上述活塞杆一 3.2.1的下端部与活塞杆二 3.2.6的上端部且其连接处均设置有密封环3.2.3，所述活塞杆一 3.2.1、过渡杆3.2.4上侧的密封环3.2.3、缸体3.1相互配合形成密闭的腔室一 3.2.2，过渡杆3.2.4、设置在其两侧的密封环3.2.3、缸体3.1配合形成密闭的腔室二 3.2.5，活塞杆二 3.2.6、过渡杆
3.2.4下侧的密封环3.2.3、缸体3.1配合形成密闭的腔室三3.2.7，在腔室一 3.2.2、腔室二 3.2.5、腔室三3.2.7上均设置有可通过换向阀5控制流向的液压管路。
[0050]所述液压管路包括连接换向阀5与腔室一 3.2.2的管路一 8、连接腔室二 3.2.5与液压油箱2的管路二 9、连接换向阀5与管路二 9的管路三10、连接换向阀5与腔室三3.2.7的管路四11、设置在腔室二 3.2.5与腔室三3.2.7之间且可连接换向阀5的管路五12、连接换向阀5与液压泵1.3的管路六13，当活塞3.2处于提升状态时，管路一 8与管路三10相连通且液压油由腔室一 3.2.2流出，管路五12连接腔室二 3.2.5与换向阀5 ;当活塞3.2处于击打状态时，管路一 8连接管路四11且液压油向腔室一 3.2.2内流入，管路五12连接腔室三3.2.7与换向阀5。
[0051]所述腔室一 3.2.2内填充有可减少压力波动的氮气。
[0052]该打桩机锤体3的驱动方式为液压、气压并用方式，冲击动作是通过活塞下部的腔室三3.2.7作用高压油，活塞上部的腔室一 3.2.2进行高低压油切换，当活塞上部作用高压油时获得打击力，作用低压油时，活塞向上运动。
[0053]其中腔室一 3.2.2内的密封环3.2.3与活塞一之间形成的作用面积为S1，腔室三
3.2.7内的密封环3.2.3与活塞二之间形成的作用面积为S2, S1称为上部承压面，S2称为下部承压面，且S1 > S2。
[0054]当下部承压面S2承受了来自于液压系统的高压油，换向阀5处于图3所示位置时，活塞向上运动，此时腔室一 3.2.2为低压。
[0055]当活塞向上运动后，切换了换向阀5右端的液压先导油(从原先的低压状态切换成高压状态)，换向阀5阀芯两端的作用面积与活塞相同的作用面积不同，即控制右端的作用面积大于左端的作用面积，由于阀芯两端控制面积的差异，使得换向阀5切换到图4所示位置。
[0056]切换后的换向阀5，使腔室一 3.2.2内从低压状态转换到高压状态，面积上因此受到高压，此时上下承压面S1、S2上同时受到高压油的作用，因S1 > S2，使得活塞向下方向打击。
[0057]当活塞打击钎体6之后，此时活塞重新回复到下端工作位置，并切换了换向阀5的先导油(从高压状态切换到低压状态)，再次回到图3状态，液压锤以此循环打击。
[0058]打击循环中，当活塞受下部的高压油作用向上运动时，压缩上部腔室一 3.2.2内的氮气，氮气腔吸收了回程能量，在活塞向下打击时，释放氮气能量，从而提高打击力。
[0059]冲击能量是液压锤体的重要性能指标之一，由前部分计算已经得出打桩需要的最小冲击能量Eq=120N.m,由公式E=10pq/n计算液压锤的冲击能量式中
[0060]E—液压锤体的冲击能量，N.m,
[0061]P—锤体打击时的使用压力，13Mpa，
[0062]q—锤体打击时的使用流量，10mL/rX6000r/min=60L/min(发动机的工作转速为1500r/min_7500r/min)
[0063]η一锤体单位时间内的打击次数，η=60次/min,
[0064]液压锤体的冲击能量为:E=10pq/n=10 X 13 X 60/60=130N.m，E > E0。
[0065]防汛抢险现场一般没有外接电源，不能选择电动机作为液压油泵的驱动动力，考虑到汽油发动机噪声小、转速高、易起火，选择单缸四冲程的小型汽油机作为动力，且汽油机的还具有结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便等特点。
[0066]汽油发动机的额定功率由公式P=Pp.qp/ Πρ确定:
[0067]式中pp—液压泵1.3的最大供油压力，单位Pa ;qp —液压泵1.3的实际输出流量，单位m3/s ； np—液压泵1.3的总效率，查产品样本去0.96。
[0068]P=pp.qp/ η p=14 X IO6X 60 X 10 — 3/60 X 0.98=14286w=14Kw。[0069]国产功率为14Kw的汽油发动机体积相对较大，最终选用美国公司生产的小型汽油发动机，体积小、动力大、低油耗、寿命长，燃料消耗量为4.68L/h，邮箱容积为8.08L。汽油发动机的速度是手控的，当打桩作业时，汽油机的速度调节在最大速度位置，当不使用锤体3或关闭汽油机时，调节在怠速位置。
[0070]此外该实用新型的结构还包括滤油器、冷却器，由于这些属于现有技术中常用技术，在此不再赘述。
[0071]由于已知油管为内径10mm、共8米、两根，油管的容积为:
[0072]
【权利要求】
1.一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:包括动力装置、通过动力装置连接控制的液压油箱、与液压油箱连接的锤体，所述锤体包括缸体、设置在缸体内部的活塞、设置在活塞前端的钎体，在锤体与液压油箱之间的液压管路上设置有换向阀，该换向阀通过控制液压油的流动方向控制实现活塞的往复运动，使活塞完成提升、击打动作并形成冲击力击打在钎体上。
2.根据权利要求1所述的一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:所述动力装置、液压油箱、锤体均放置在机架上，该机架包括底板、由底板边缘向上凸起的边框、设置在底板下侧角端的脚轮。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:所述动力装置为锤体与液压油箱之间的液压油流动提供动力，该动力装置包括发动机、通过联轴器与发动机连接的液压泵，所述发动机是指汽油发动机、柴油发动机，液压泵控制连接有液压油箱。
4.根据权利要求3所述的一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:所述活塞包括活塞杆一、过渡杆、活塞杆二、密封环，其中活塞杆一设置在缸体内端部，活塞杆二穿接设置在缸体外端部，即活塞杆二部分设置在缸体外侧，该活塞杆一的直径小于活塞杆二的直径，过渡杆连接上述活塞杆一的下端部与活塞杆二的上端部且其连接处均设置有密封环，所述活塞杆一、过渡杆上侧的密封环、缸体相互配合形成密闭的腔室一，过渡杆、设置在其两侧的密封环、缸体配合形成密闭的腔室二，活塞杆二、过渡杆下侧的密封环、缸体配合形成密闭的腔室三，在腔室一、腔室二、腔室三上均设置有可通过换向阀控制流向的液压管路。
5.根据权利要求4所述的一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:所述腔室一内填充有可减少压力波动的氮气。
6.根据权利要求4所述的一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:所述液压管路包括连接换向阀与腔室一的管路一、连接腔室二与液压油箱的管路二、连接换向阀与管路二的管路三、连接换向阀与腔室三的管路四、设置在腔室二与腔室三之间且可连接换向阀的管路五、连接换向阀与液压泵的管路六，当活塞处于提升状态时，管路一与管路三相连通且液压油由腔室一流出，管路五连接腔室二与换向阀；当活塞处于击打状态时，管路一连接管路四且液压油向腔室一内流入，管路五连接腔室三与换向阀。
7.根据权利要求6所述的一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:所述液压管路为橡胶软管或金属软管。
8.根据权利要求6所述的一种便携式液压防汛打桩机，其特征在于:所述腔室一内填充有可减少压力波动的氮气。
【文档编号】E02D7/06GK203393712SQ201320484342
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】刘兴燕, 王继堂, 格艳 申请人:山东黄河梁山机械厂