专利名称：液压锤的制作方法
技术领域：
本发明涉及向土壤中打入桩子、板桩、管子及其它建筑部件的建筑机械。
专利中ΦPΓN2900221，EO2D7/10中公开了一种打桩用的液压装置。它包括壳体；连到壳体上的冲击质量；带动力活塞的液压缸，活塞的连杆与冲击质量相连；配置于液压缸内并具有滑块的液压分配器，它包括柱塞油阀，此阀可与动力活塞的端面相互作用。柱塞油阀形成与储液器相连的封闭容器(控制缸)，所述储液器中配置活塞，活塞的行程受制动器的限制。控制缸经安全阀与排水设备相连。
该装置工作能力强，而且已在实践中实施，但有两个缺点，即液压分配器型的柱塞油阀的精密加工成本高，和由于被称作分流阀“短路”的缘故，以致反向动作时的液压损耗达到全部能量的20％。
专利ΦPΓN2708512，E02D7/10公开的最新技术是打桩液压锤，它包括壳体，装有能相对于壳体往复运动的冲击质量；连到壳体上的复式液压缸，缸内有构成连杆空腔的连杆活塞，连杆空腔向着桩的一侧，活塞的另一侧构成活塞腔，并且连杆与冲击质量相连；泵；溢流管；与连杆腔始终相通的增压管；两个分布在阀的壳体中的双工位阀，它们交替地使活塞腔与加压管或溢流管相通。其中所述阀门是根据申请ΦPΓN 2654219，F15B 13/042做成的，使每个阀门有两个控制活塞，其直径小于阀座的工作直径。阀门换向时所打开的阀门在控制活塞的作用下先行关闭；只在活塞腔中通过加压管或溢流管的压力平衡后，才使被关闭的阀门打开。
该装置的主要缺点在于空转，即活塞与冲击质量向上运动结束时，被关闭的阀门的动作不可靠。空转时打开的阀门使活塞腔与溢流管相通，而关闭的阀门使活塞腔与加压管分开，于是，在工作压力为关掉的的情况下，中断加压管中压力相等的状态。当打开的阀门被关闭后，活塞腔闭合，仅靠冲击质量的动能使其压力升高。由于冲击质量的重量阻止作用，摩擦力以及活塞腔中的压力作用于活塞上的液压力，使冲击质量暂时停不下来。为使关闭的阀门打开，应使活塞腔内的压力达到工作的量值，也即等于加压管中的压力。但这个条件并非总能保持不变，有时活塞和冲击质量处于被悬置在上面的状态，而未走完工作行程。其原因在于，为在活塞腔内造成所需值的压力，活塞及冲击质量的动能常常不够。例如，当落锤工作不彻底，而处于部分能量情况下，它的行程不大，因此，速度慢。现代的液压锤，冲击质量全程空转最后的速度大约达到1.8米/秒，而当冲击能量最小时，则仅达到0.3米/秒，于是，在这两种情况下，冲击质量的动能与速度平方成正比，即相差36倍。此外，空转过程结束时，由于冲击质量的阻止作用，也即因活塞腔中没有预定的漏耗，以及工作液体中有空气存在，而使活塞腔中压力的增长减低。
不仅工作过程的相关计算证实了该装置的上述缺点，我们自己的试验也证实了上述缺点我们加工锤时，先是使用所述的类似阀门，因为不能有效地消除活塞与向上状态时冲击质量的经常悬停，我们不得不放弃这样做。
该装置尚有其它缺点，比如工作过程结尾时，先关闭活塞腔与加压管相通的阀门。在阀门行程结束时，随着阀门与阀座之间缝隙逐渐变小，其流体阻力相应变大，工作压力几乎影响阀门截面的整个范围(除控制活塞的面积外)，而由于缝隙的节流作用，使活塞腔一侧阀门的反向压力变得可以忽略。结果，1公斤量级质量的阀门在几吨力的作用下速度猛增当与阀座接触时将要撞碎。因为使阀门加速的压力在大面积范围内有影响，为了有效地抑制它，必须有直径能与阀座直径相当的带工作室的液力制动装置，从而使结构更加复杂化。
本发明的目的在于，在冲击能量的全部工作范围内提高液压锤的工作可靠性。
上述目的是以如下方式实现的。液压锤包括壳体；能相对于壳体往复移动而安装的冲击质量；固定到壳体上的复式液压缸，缸内有构成连杆空腔的连杆活塞，连杆空腔向着桩的一侧，活塞的另一侧构成活塞腔，所述连杆与冲击质量相连；带溢流管和加压管的泵，恒与液压缸的连杆空杆相连；两个双工位阀，用于使液压缸的活塞腔与加压管或溢流管相连，同时，每个阀关闭时，阀座上都有窄涨圈样的接触面位于向着阀座方向的阀件前端，还有两个控制活塞，其中每一个的直径都小于阀件接触面的直径，同时，活塞的控制腔可通过控制通路与加压管或溢流管相通。按照本发明，将每个阀作成依外部直径接近阀件接触面直径的尺寸，用以安置并密封于阀门壳体中的油缸形式，并且，阀件的前端方向腔室与相对于阀座的阀件后端方向腔室相通。
由于各阀件的两侧腔室相通，致使这些腔室内的液体压力是相等的。换向时，两个阀件同时开始仅在控制活塞的作用下运行，在液压锤的任何工作状态下，都完全保证阀件可靠的反向，并保证与阀件接触表面相比的小直径控制活塞的应用能力。可借助阀件中的通道实现腔室与阀件前端方向及后端方向的相通。
在位于阀件端部连通腔室的通道内适当设置彼此同向的节流阀和反向阀，后者使液体自阀门前端流向后端。这一特点可以调整换向时各阀件的输运速度，从而实际上消除“短路”的影响。关闭阀件时，工作液体依从前端到后端的方向流经开口、节流阀和阀件。结果在端面产生的阻止阀件运动的压力降变小，相应地，阀件的输送速度就高一些。阀件打开时，液体自后端向前端方向流经节流阀的开口，从而提高节流效果，阀件端面压力的流体压差也相应提高，阻滞其运动，阀件的速度设置得比关闭时慢。
各阀件的控制活塞可能位于阀件的末端，这时具有不同的直径。在这种情况下，阀门也能相互位于前端的位置，而阀件前端方向的腔室可与液压缸的活塞腔相互连通，使阀件的紧凑性及结构工艺得到改进。
因此，本发明的第一个主要优点在于，每个阀门消除液压压力轴向力对阀件端面的作用，这是因为其端面面积值相近，作用于其端面的压力值也相近，阀件两侧的腔室彼此相通。在仅靠控制活塞作用的液压锤的任何工作情况下，这可以使阀门完全可靠地反向移动。
本发明的第二个重要优点在于，当反向切换时，阀门移动速度可以调整，方法是在阀内设置通道，它把每个阀的端面连通，节流阀和止回阀同时工作。在这样的情况下，打开阀门时，从后端向前端方向流动的液体只流过节流阀开口，阀件被慢慢地打开。关闭阀门时，从前端向后端方向流动的液体流过阀件的节流阀和止回阀，即顺着开口的总断面通过；结果，使节流的比率降低，阀门的调整速度比打开时快一些。这样，转换阀门时，关闭一个阀门的时间总是少于另一个阀门的打开时间，所以可以忽略阀门“短路”中的泄漏(小于能量总和约1％)。
从以下的实施例和附图可使本发明的目的和优点更被理解。其中
图1表示本发明液压锤初始状态的纵断面；图2表示本发明液压锤控制液压缸工作的两个双工位阀结构形式的纵断面。
图1表示用本发明液压锤把桩1打入土壤中。它包括壳体2；可沿壳体2之导向杆4往复运动的冲击质量3；位于冲击质量3与桩1之间的桩帽5；使冲击质量3移动的复式作用液压缸6，它固定在壳体2中，有一个带连杆8的活塞7，活塞7在液压缸6内向着桩1的方向形成连杆空腔9，活塞7的另一侧布置有活塞腔10，而且，连杆8与冲击质量3相连；泵11；恒与连杆空腔9相接的加压管12，溢流管13；两个双工位阀14和15。阀门14包括壳体16、阀件17、壳体16中阀件17的密封垫18、阀件17中的通道19与阀件17前端17a方向的腔室20及阀件17后端17b方向的腔室21相通、阀门14的阀座22、控制活塞23和24。阀门15包括壳体25、阀件26、密封垫27、阀件26中的通道28与阀件26前端26a方向的腔室29及阀件26b方向的腔室30相通、阀件15的阀座31、控制活塞32和33。双工位分流阀34由冲击质量3的状态传感器35、36发出换向信号，并由控制通路37、38控制阀门14和15。
图2表示双工位阀实施例的纵断面。在共同壳体39中布置着两个阀件17和26，并由密封垫18、27密封。具有后端17b的阀件17带有控制活塞40和41，控制着腔室42和43。阀件17前端17a方向的腔室20与阀件17后端17b方向的腔室21以通道19相通，所述通道中有节流阀44，它装在带开口46的止回阀45中。阀件26带有控制活塞47和48，它们形成腔室49、50；还有节流阀51及带有孔53的止回阀52。如图所示，在共同壳体39方案中，两个阀件的前端方向的腔室20、29是经开口54与液压缸6的活塞腔10相通的唯一腔室。开口55与溢流管13相通，而开口56与加压管12相通。
本液压锤的工作方式如下。起始时(图1)，在传感器36信号的作用下，控制分流阀34处于图示的工位，在加压管12的压力作用下，液体经过分压阀34沿通道37进入控制腔，如图1所示，与控制活塞23和33作用之后使阀件17开启，使阀件26关闭。与此同时，由于经过控制通道38的腔室与溢流管13相连，所以使对置的控制活塞24及32卸压。对阀件17的端面17a及17b作用力大小相等方向相反，因为阀门端面的两端流体的静压力彼此平衡，并且腔室20及21中的压力相等。同样，也减轻了对阀件26和轴向液压力的影响。所以，仅控制活塞23及33的压力对各阀门有相应的影响，即可在控制活塞作用下，开启阀件7，而关闭阀件26。
冲击质量上工位传感器35的信号控制分流阀34换至第二工位。这时，控制通路37与溢流管13相连，而控制通路38与加压管12相连。在这种情况下，工作压力(加压管12中的压力)作用在控制活塞24和32上，而由于活塞的腔室与控制通路37的溢流管13相连，因此减轻了活塞23和33来自工作压力的作用。最初换向时，每个阀端面的压力相等，所以，各阀以a＝F/m加速度而起动，其中力F等于阀件17，26相对应的控制活塞24和32的面积与其压强的乘积而m是阀的质量。随着阀门速度的提高，通道19和28中的流体阻力将增大，结果阀门停止加速，进行匀速运动，这时通道19，28的流动阻力的值等于流阻压降与其面积的乘积，该值与控制活塞24，32的作用力相平衡。
在图2所示方案的初态时，在与控制通路37相连的控制腔室42中压力作用下，使阀件17被打开。而且，这个打开阀件的力等于腔室42环状面积上产生的力，所述腔室环状面积等于控制活塞40与41的断面面积差。阀件17两边的腔室20和21中的压力相等，并与溢流管13中的压力相等，这是因为所述腔室内通道19和节流阀44连通。由于控制腔室50经控制通路37与加压管12相连，以致在作用于活塞48面积上的工作压力下使阀件26关闭。由于控制腔室49经控制通路38与溢流管13相连，所以控制腔室49中的反压力为零。腔室29与30中的压力相等，并等于溢流管13中的压力，因为所述腔室以通道28及节流阀51相通。在冲击质量3的上端位置处(图1)，当控制通路37与溢流管13相连，而通路38与加压管12相连时，在传感器35的作用下，控制阀换向。结果，使腔室43中作用于活塞41上的工作压力，以及关闭阀件17形成的力得到调整。在这种情况下，腔室42经控制通路37与溢流管13相连。在阀件17开始移动时，腔室20与21中的压力相等，等于溢流管13中的压力，而且恰如上述，以由活塞41上的力及阀门质量确定的加速度，使阀门开始加速。随着阀门速度加快，使从腔室20经通道19到腔室21的液流速度加快。如图2所示，在止回阀45上产生的流体压差使该止回阀偏向左边位置，液流通过节流阀44和开口46的总断面。于是，在活塞41面积(超过腔室42的环状面积)上的工作压力作用下，阀件关阀，而通过通道19的液流平行地通过节流阀44和开口46，保证了阀件17被快速关闭。以此类推，在同一时刻，随着阀件17的关闭，使阀件26开始打开，只是其速度要低于阀件17的移动速度。这决定于在作用于活塞48的环状面积腔室49中的工作压力作用下打开阀件26，也即打开阀件26的力小于关闭阀件17的力。此外，当打开阀件26时，液流从腔室30经通道28的孔流出到腔室29，压紧处于左方的止回阀52，该止回阀52中的开口53闭锁，液流只能经节流阀51通过，而且，由于它的截面小，所以腔室30与29间的流体压差要高。由于上述两种作用，当阀件26的流体阻力移动力等于腔室49中活塞48上的作用力时，阀件26匀速移动的速度明显低于关闭阀件17的速度。
因此，在上述切换后，阀件17关闭，而阀件26打开，并且腔室21、20、29及30中的压力相同，都等于加压管12中的工作压力。这时，在工作行程中(冲击质量3向下的行程)，各阀门保持于指定的位置阀件17保持于活塞41与40面积差值上工作压力的作用力关闭状态，而阀件26保持于活塞48面积上工作压力的作用力打开状态(腔室49的环状面积与活塞47的面积之和，工作压力从腔室29一侧作用于此面积上)。
如上所述，在冲击质量3的低位处，腔室50和42处于工作压力下，而腔室49及43与溢流管13相通。这时，除作用在活塞47范围内的腔室29中的工作压力外，阀件26在与活塞48面积相等的腔室50中的工作压力作用下开始运转的时候关闭。在阀件26的移动范围内，由于阀件26与阀座31之间的空隙区使分流作用降低，并且由于活塞7的向下移动而使液压缸6的活塞腔10的体积增大，腔室29内的压力下降，在阀件26行程的末尾，关闭阀件26所产生的力大约等于活塞48的面积与工作压力的乘积。在这种情况下，液流经阀件26的通道28从腔室29流向腔室30，压紧在右位边缘的止回阀52，在这个位置处，开口53打开。结果，经节流阀51及开口53面积总和的液流的液压阻力比阀件26打开时小，相应地，关闭要快些。阀件17打开得要慢些，因为从腔室21到腔室20的液流只流过节流阀44。这时，止回阀45被液流压在右位边缘，并盖住开口46。
于是，所给的液压锤具有实用的优点。第一，在所给的装置中，自动调整各阀门两端的压力，减轻液压力对阀门端面的作用。这就可以保证除对作用在阀门端面压力值的依赖之外，仅在控制活塞作用下阀门即可换向的可能性，而这些活塞的面积比阀门端面小几倍。在这种情况下，两个阀门同时开始反向。第二，使所述阀门两侧腔室相通的阀门开口处，使用同样安装的分流阀和止回阀，这可在反向时调整阀门的最大移动速度，其中开着的阀门的关闭速度总是快于关着的阀门的打开速度。阀门的这种换向运行与液压锤的运行(全部冲击能量或部分冲击能量)无关，与冲击质量的移动速度无关，与作用于阀上的压力值无关，与其它条件也无关。由此，表面看似阀门在同一时刻开始换向有“短路”的地方，实际上，在保证阀门最大移动速度的同时，这种作用可被忽略。例如，在我们加工的打桩用MΓ型液压锤中，阀门的整个行程达8毫米，阀门的匀速移动速度打开的阀门为4米/秒，关闭的阀门为2米/秒；起动路程的量值为约0.5毫米；换向时间打开的阀门为2.5毫秒，关闭的阀门为5毫秒。同时，由于“短路”而泄漏的能量小于能量总和的1％。
当需指出的是，控制活塞23、24、32、33(图1)的直径并非要相同，控制活塞41、48及40、47(图2)的直径也可以不同。
权利要求
1.一种用于向土壤中打桩的液压锤，包括壳体(2)；装有导向杆(4)往复移动的冲击质量(3)；用于使冲击质量(3)移动的复式液压缸(6)，它固定在壳体(2)中，有一个带连杆(8)的活塞(7)，此活塞在液压缸(6)内向着桩(1)的方向形成连杆空腔(9)，活塞(7)的另一侧构成活塞腔(10)，而且，连杆(8)与冲击质量(3)相连；带溢流管(13)和加压管(12)的泵(11)，所述加压管恒与液压缸(6)的连杆空腔(9)相连；两个双工位阀(14和15)，用于通过加压管(12)或溢流管(13)与液压缸(6)的活塞腔(10)相连；在固定于阀座(22及对应的31)上的情况下，每个阀件(17及26)有一个作为垫圈的接触面，它们位于阀件(17及相应的26)前端(17a及相应的26a)向着阀座(22及对应的31)一侧，并装有两个控制活塞(23、24及对应的32、33)，它们每一个的直径都小于阀件(17及对应的26)的接触面直径；控制活塞(23，24)的腔室经控制通路与加压管(12)或溢流管(13)相通，其特征在于，各阀件(17及对应的26)被做成油缸形式，安置并被密封在阀门(14及相应15)的壳体(16及相应25)内，其外径与阀门(17及相应26)的接触面直径相近，阀件(17及对应的26)前端(17a及对应的26a)的腔室(20及对应的29)与对着阀座(22及对应的31)的阀件(17及对应的26)后端(17b及对应的26b)的腔室(21及对应的30)相通。
2.一种如权利要求1所述的液压锤，其特征在于，借助阀件(17及对应的26)中的通道(19及对应的28)使阀件(17及对应的26)前端及后端(17a、17b；26a、26b)腔室(20、21；29、30)彼此相通。
3.一种如权利要求1或2所述的液压锤，其特征在于，在连通阀件(17及对应的26)端面(17a、17b；26a、26b)腔室(20、21；29、30)的通道内(19及对应的28)彼此一样地安置一个节流阀(44及对应的51)和一个止回阀(45及对应的52)，使液流从阀件(17及对应的26)前端(17a及相应的26a)流向后端(17b及对应的26b)。
4.一种如权利要求1所述的液压锤，其特征在于，每个阀件(17及对应的26)的控制活塞(40、41及对应的47、48)位于阀件(17及对应的26)后端(17b及对应的26b)，并有不同的直径尺寸，而阀件(17、26)前端(17a及对应的26a)的腔室(20及对应的29)与液压缸(6)的活塞腔(10)相通。
全文摘要
一种液压锤,包括壳体(2);装有导向杆(4)往复移动的冲击质量(3);用于使冲击质量(3)移动的液压缸(6),它固定在壳体(2)中,带连杆(8)的活塞(7)在液压缸(6)内向着桩(1)的方向形成连杆空腔(9),另一侧构成活塞腔(10)。连杆(8)与冲击质量(3)相连,带溢流管(13)和加压管(12)的泵(11),所述加压管与液压缸(6)的连杆空腔(9)相连,还包括两个双工位阀(14,15),用于通过加压管(12)或溢流管(13)与液压锤(6)的活塞腔(10)相连;每个阀件(17,26)做成油缸形式,安置并被密封在阀门的壳体内,其外径与阀的接触面直径相近。其中阀件前端的腔室与对着阀座的阀件后端的腔室相通。
文档编号E02D7/00GK1183498SQ9712258
公开日1998年6月3日 申请日期1997年8月13日 优先权日1996年8月14日
发明者维克托·亚历山德罗维奇·库夫申诺夫 申请人:俄罗斯专利技术内部股份公司