液压打桩锤的制作方法

本实用新型涉及一种用于建筑工程基础施工的桩工机械，尤其涉及一种具有差动液压系统的导杆式液压打桩锤。

背景技术：

锤击式打桩机主要有柴油锤和液压锤。柴油打桩锤由于其自身结构无法解决的噪声、振动和油烟污染等问题而逐步被禁止使用；也由于柴油打桩锤热容积和效率的限制，理论上讲最大的柴油锤的冲击锤芯质量也只能达到15吨，不能满足大型预制桩的施工要求。液压打桩锤则具有打桩效率高、噪声低振动小、无油烟污染的特点，其先进性已经被广泛认可，用液压打桩锤替代柴油打桩锤势在必然，在西方发达国家和亚洲的日本、韩国、香港和新加坡等国家和地区，液压打桩锤已经完全取代了柴油打桩锤，成为打桩市场的绝对主力。但现有的液压打桩锤由于液压控制回路的通流量小，压力损失大，抗油污能力弱，动作灵敏度不高，存在冲击速度低、响应速度慢、单次锤击作用时间长以及结构刚性差等不足，这些结构的液压打桩锤随着打击速度和打击能量的提高，不可避免地会在液压缸油腔中形成背压，打击能量和速度均受到限制，同样难以满足大型基桩数百千焦甚至成千千焦的打击能量要求。

为了提高液压打击锤的打击能量和液压控制回路的通流量及响应速度，本申请人于2017年10月24日提出“具有液压插装阀的导杆式打桩锤”的实用新型专利申请，其专利申请号：201711003379.1。该实用新型申请中的桩锤滑动支承于桩锤导杆上，液压缸则是用于提升桩锤的动力源，通过桩锤的自由落体运动实施对基桩的沉桩打击。该液压打桩锤液压控制回路则包括有先导控制阀和两个插装阀，其工作结构和工作原理构成了单作用液压冲击打桩锤，桩锤锤芯以自由落体方式打击桩体；提锤时液压泵的压力油在先导控制阀的控制下油液经第一插装阀和第二插装阀以一定的压力值充入到液压缸的下腔而实现提锤。由于在提锤时先要关闭第二插装阀再打开第一插装阀，两个插装阀的依序联动会形成较多的阀芯动作时间，尤其是第二插装阀关闭时其工作腔和控制腔两侧的油压几乎相等，插装阀阀芯的移动仅依靠阀内的复位弹簧来实现，系统的液压阻力和有限的弹簧力，使得该插装阀阀芯的动作迟缓，启闭时间较长。加之提锤时液压泵向整个控制回路要进行充压以建立起提锤油压又会延迟插装阀的实际启闭时间，在这一提锤过程均会消耗较多的工作时。落锤时则要先关闭第一插装阀，再打开第二插装阀。每一提锤、落锤的打击中均会形成较长的插装阀启闭动作时间，使得整个液压系统的响应速度慢打击频率低。因此这种单作用导杆式打桩锤虽然具有导向性好，能够通过增加桩锤重量来提高打击能量，但其液压控制回路是由先导阀和多个主阀构成的控制阀组，进行换向时需要多个主阀的联动切换，不仅增加了油路的复杂性，降低了传动系统的可靠性，而且多级切换增加了换向动作的时间，使得响应速度变慢，每一打击周期的工作时长，难以实现高频率打桩，影响桩基施工效率的提高。

基于上述不足，本申请人又于2018年3月30日提出“高频大能量液压打桩锤”的实用新型专利申请，其专利申请号：201810291946.6。该实用新型申请中的液压缸采用差动式套缸结构，从而构成了双作用液压打桩锤，但其液压控制回路同样是主要包括有两个插装阀。提锤时第二插装阀关闭，第一插装阀打开，液压泵的压力油直接充入液压缸的直杆腔；打击时第二插装阀打开，第一插装阀关闭，此时液压缸构成了差动连接回路，这种结构有利于提高打击频率和打击速度，但液压控制回路仍存在多个插装阀依序联动启闭，每一动作周期的时长仍然较长，仍然难以实现打击频率的大幅提速，限制了液压打桩锤向更高打击频率和更高打击能量方向的发展。

技术实现要素：

针对上述技术方案所存在的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有结构简单，响应速度快，能实现快速提锤和落锤换向的液压打桩锤。

为了解决上述技术问题，本实用新型的液压打桩锤，包括上横梁、导杆和下横梁，上横梁和下横梁分别固定连接于导杆的两端，在上横梁和下横梁之间的导杆上还固定安装有中横梁，导杆上滑动支承有桩锤；在所述上横梁和中横梁之间支承有液压缸，液压缸的活塞杆伸出端与桩锤相连接，液压泵的出油口并向连通至所述液压缸的下缸腔和二位三通换向阀的P油口，二位三通换向阀的回油口T口连向油箱，二位三通换向阀的A油口通向所述液压缸的上缸腔；控制阀的P油口与液压泵的出油口连通，控制阀的T油口与油箱相连通，控制阀的A油口与二位三通换向阀一端控制腔相连通，控制阀的B油口与二位三通换向阀的另一端控制腔相连通。

在上述结构中，由于在液压方向控制回路中采用单只二位三通换向阀来控制液压缸的换向，缩短了液压油的通阀路径，简化了控制回路结构，增加了回路可靠性，节省了液压系统中每一动作过程的耗时，减少了液压系统的换向响应时间，有利于实现打桩锤的快速提锤和快速落锤打击，避免了因多只插装阀依序动作而延迟液压系统的响应时间，使换向动作反应变快，有效地提高了桩锤液压系统的响应速度；同时采用二位三通换向阀能够通过系统的液压油来直接驱动二位三通换向阀阀芯的换向移位，阀芯移位推力强大，阀芯移位迅速可靠，响应速度快；采用二位三通换向阀还避免了因多只插装阀依序动作而带来的误动作，实现了换向阀操控动作的准确，因此采用二位三通换向阀不仅大大提高了液压系统元件的响应速度和桩锤的打击频率，而且大大简化了液压系统的结构，减少了液压系统中的阀数，降低了运行故障。又由于采用二位三通换向阀便于构成差动液压系统，在桩锤提锤时，液压泵所产生的高压油直接进入到液压缸的下腔，液压缸上腔回油又直接回流到油箱中，进油和回油流道顺畅，动作时间变短，响应速度快；在桩锤落锤打桩时，液压缸的下缸腔和上缸腔通过二位三通换向阀而相互连通以形成差动连接，上缸腔的流量除液压泵的供油外，还有下缸腔补入的回油，液压泵的供油和下缸腔的油液汇合在一起流向上缸腔，流量增大，使得活塞带动活塞杆快速下降而落锤。同时差动连接所形成的液压缸上缸腔向下液压推力和桩锤重力形成合力，使桩锤锤芯的打击力更大，不仅打击能量变大，往复运动速度快，也提高了桩锤的打击频率。还由于采用导杆作为桩锤上下往复运动的导向件，不仅导向效果更加稳定，桩锤运动灵活，而且便于制作加工和维护使用；导杆和上、下横梁构成的桩锤支承结构也具有更高的刚度和强度，有利于承受更大的打击能量和更高的打击频率。

本实用新型的优选实施方式，所述二位三通换向阀为液动换向阀，所述控制阀为二位四通电磁换向阀；所述液压缸为双作用双活塞杆液压缸或双作用单活塞杆液压缸。该结构不仅换向可靠迅速，而且具有更大的打击能量，且可以根据实际工况选择不同的液压系统流量。

本实用新型的优选实施方式，所述液压缸上端连接有集成阀块，该集成阀块的A油口通向液压缸的下缸腔，集成阀块的B油口通向液压缸的上缸腔。采用集成阀块结构既有利于减少液压泄漏点和故障率，也使得液压油路系统变得更简洁。

本实用新型的优选实施方式，所述液压泵的出油口与插装阀的A油口连通，插装阀的B油口并向连通至液压泵的出油口和二位三通换向阀的P油口，插装阀的P油口与液压缸的上缸腔连通。所述插装阀的插装阀控制腔与插装阀工作腔相连通；插装阀的P油口经集成阀块与液压缸的上缸腔连通。该结构能够有效减缓桩锤打击瞬间巨大的打击作用对液压系统的冲击，有效地保护了液压系统及液压元器件。

本实用新型的优选实施方式，所述液压泵的出油口连通有高压蓄能器，所述二位三通换向阀的回油口T口连通有回油蓄能器。不仅能平稳液压系统油压，吸收高压脉动，而且在落锤打击时给液压缸增加打击能量。

本实用新型的优选实施方式，所述液压泵的出油口还连通有旁路蓄能器和溢流阀，旁路蓄能器位于液压泵和溢流阀之间。有利于平稳液压系统油压，保证液压系统的正常工作。

本实用新型的优选实施方式，所述导杆至少有两根，各导杆的杆中心线相互平行。导向可靠，结构稳定。

本实用新型的优选实施方式，所述下横梁上连接有活塞套筒，该活塞套筒内活动设置有替打活塞。避免了桩锤对基桩头部的直接锤击，也能有效分散平衡桩锤的冲击作用，使桩锤冲击力变得均匀，基桩更能承受巨大的锤击作用和强烈振动。

本实用新型的优选实施方式，所述活塞杆的伸出端与桩锤相铰连。有效避免剧烈震动下桩锤中心线与液压缸中心线的不一致，而产生对液压缸所产生的偏磨和扭弯，提高了液压缸抗弯承载能力和抗剪强度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型液压打桩锤作进一步说明。

图1是本实用新型液压打桩锤一种具体实施方式的结构示意图；

图中，1—液压泵、2—止回阀、3—旁路蓄能器、4—溢流阀、5—插装阀工作腔、6—插装阀控制腔、7—插装阀、8—二位三通换向阀、9—高压蓄能器、10—回油蓄能器、11—控制阀、12—油箱、13—上横梁、14—集成阀块、15—液压缸上端盖、16—液压缸缸体、17—导杆、18—液压缸下端盖、19—中横梁、20—活塞杆、21—桩锤连接座、22—桩锤、23—下横梁、24—替打垫、25—活塞套筒、26—替打活塞。

具体实施方式

如图1所示的液压打桩锤，包括桩锤部分以及与之相连通的液压控制回路。

液压打桩锤的桩锤部分包括有两根相互平行的导杆17，两根导杆17均采用外径相同的圆柱空心钢管，管式导杆具有较高的刚度和机械强度。在两根导杆的上端固定连接有上横梁13，在两根导杆的下端固定连接有下横梁23；两根导杆17及上横梁13和下横梁23构成稳定的框式架体结构。在两根导杆上还固定安装有中横梁19，该中横梁19位于上横梁13和下横梁23之间。在两根导杆17上滑动支承有桩锤22，桩锤22位于中横梁19与下横梁23之间，桩锤22为重达数拾吨的打击重物；该桩锤22的锤体上设有两个滑动导向孔，在两个滑动导向孔内嵌装有滑动轴瓦，桩锤22通过滑动轴瓦滑动支承于导杆17上。在中横梁19及上横梁13之间固定支承有液压缸，该液压缸采用双作用双活塞杆结构的液压缸，位于活塞两侧的活塞杆分别穿过对应端的缸盖而向外伸出。液压缸的缸体采用套缸结构，缸体的内缸套与外缸套之间形成进油通道。液压缸的上端通过液压缸的上端盖固定支承于上横梁13上，在液压缸的上端盖上还固定连接有集成阀块14，集成阀块14上的A油口通向液压缸的下缸腔，集成阀块14的B油口则通向液压缸的上缸腔。液压缸的下端通过液压缸下端盖固定支承于中横梁19上。位于液压缸活塞下侧的活塞杆20的伸出端与桩锤22相铰连，该活塞杆20伸出端通过其球头端连接于桩锤连接座21上，桩锤连接座21则固定安装于桩锤22上。在下横梁23下侧固定连接有活塞筒25，在活塞套筒25内活动设置有替打活塞26，在替打活塞26与桩锤22之间垫有替打垫24。

液压打桩锤的液压控制回路部分包括有液压泵1，液压泵采用变量柱塞泵，以便于调整系统流量与压力。液压泵1的吸油口连向油箱12，液压泵1的出油口经止回阀2并向连通至液压缸的下缸腔和二位三通换向阀18的P油口。液压泵1出油口是经止回阀2连通于集成阀块14的A油口，集成阀块14上的A油口再经液压缸内、外缸套之间的进油通道连向液压缸下缸腔的。二位三通换向阀8的回油口T口连向油箱12，该二位三通换向阀8的A油口经集成阀块14及其上的B油口通向液压缸的上缸腔。控制阀11的P油口与液压泵1的出油口连通，控制阀11的T油口与油箱12相连通，控制阀11的A油口与二位三通换向阀8的一端控制腔相连通，控制阀11的B油口与二位三通阀8的另一端控制腔相连通，以通过液压系统的液压油来驱动和控制二位三通换向阀的阀芯在其二个位置间滑动。

在液压泵1的出油口还连通有旁路蓄能器3和溢流阀4，旁路蓄能器3位于液压泵1和溢流阀4之间。在液压泵1的出油口还连通有插装阀7，液压泵1的出油口与该插装阀7的A油口相连通，插装阀7的B油口并向连通至液压泵1的出油口和二位三通换向阀8的P油口，插装阀7的P油口与液压缸的上缸腔相连通，插装阀7插装阀控制腔6与插装阀工作腔5相连通，插装阀7的P油口经集成阀块14与液压缸的上缸腔相连通。打桩时当桩锤与基桩剧烈冲击时，液压缸2的上缸腔油压瞬间升高而推开插装阀7的阀芯，使上缸腔与液压缸的下缸腔相连通而起到缓冲保护作用。在液压泵1的出油口还并向连通有高压蓄能器9，该稿压蓄能器9既能平稳高压油路脉动，又能提高桩锤的打击能量，在二位三通换向阀8的回油口T口也连通有回油蓄能器10。上述蓄能器10均采用皮囊式蓄能器。

工作开始时，桩锤处于起始状态，首先启动液压泵1并逐步将液压系统中油压升到一定值后，将控制阀11阀芯移至提锤位置，此时从液压泵1出油口泵出的压力油经集成阀块14的A油口进入到集成阀块14的油道后，再通过内、外缸套构成的进油通道充入到液压缸的下缸腔，液压缸上缸腔的油液则经过集成阀块14及其上的B油口连向二位三通换向阀8的A油口，再经过与A油口连通的T油口回流至油箱，此时桩锤22在液压缸的作用下被向提起，在桩锤到达最高设定位置时，控制阀11阀芯移至落锤位置（图1所示位置），此时液压缸的上缸腔和下缸腔经二位三通换向阀8而连通构成了差动液压系统，桩锤22在液压缸的向下推力和自身重力的双重作用下实现落锤打击。桩锤22的打击冲击力经替打垫24和替打活塞26传递给基桩而实现沉桩。桩锤22对桩实施打击后，控制阀11再移至提锤位置，液压泵1泵出的压力油又被泵入至液压缸下缸腔，以推动液压缸活塞及活塞杆带动桩锤22向上滑动，为下一次落锤打击作准备。如此重复，控制阀11的滑动阀芯在两个工作位置不断往复移动，而实现桩锤的提锤或落锤打桩。

控制阀11为二位四通电磁换向阀，二位三通换向阀8则为液动二位三通换向阀。

上述举出了本实用新型的一些优选实施方式，但本实用新型并不局限于上述实施例，在不违背本实用新型基本原理的情况下还有许多的改进和变换。如液压缸既可是双作用双活塞杆液压缸，也可以是双作用单活塞杆液压缸。导杆既可以采用整体结构，也可以是由两段或两段以上杆段连接而成的分体式结构。插装阀7构成的缓冲结构，还可以采用其他常用的液压系统缓冲结构；液压泵既可以是变量泵，也可以是定量泵。等等。这些变换和改进均落入本实用新型的保护范围内。