专利名称：自由下落冲击式液压锤的制作方法
技术领域：
液压锤是液压打桩机的核心部件，同时也可以做为液压吊、挖掘机等的配套工作装置。液压锤通常包括锤体、液压动力装置和操作控制装置。做为配套工作装置使用时则只包括锤体和操作控制装置，液压动力由主机提供。其中，锤体又是由驱动装置，锤头和冲击力传递装置所组成。
目前已有液压锤产品都是用活塞式液压缸驱动的。锤头与液压缸的活塞杆相连接。其冲击力传递装置包括锤缓冲垫、砧座、桩帽和桩缓冲垫等四部分。其功能是将冲击能传递给桩体使之贯入土壤，同时起到保护桩头，降低噪声，防止反弹，提高冲击能利用率等作用。目前缓冲垫以使用木材较多，也有采用木材与橡胶迭层结构的，也有在砧座内密闭液体或高压气体的结构形式。液压锤的打击频率和冲击能取决于油源的压力、流量和冲击行程。冲击行程应随时调节以便根据土壤条件和作业过程选择合适的打击力。冲击行程的调节方式有两种，一种是用时间继电器控制提升过程的供油时间，另一种是使用位移传感仪表。
液压锤的工作原理有自由下落和加速下落两种方式，它取决于油路系统。双作用活塞缸驱动的液压锤的技术关键之一在于实现锤头下落过程中有杆腔向元杆腔快速排油问题。经长期努力人们研制出一种特殊的放油阀。该阀装在活塞上，虽然下腔压力始终高于上腔压力，但它能实现活塞上行时关闭，活塞下行时打开。从而降低锤头下落过程两腔压差以减少锤头运动阻力。
冲击式液压锤的性能表现为冲程的未速度和能量利用率。已有技术存在的主要问题仍然是油路系统的液阻问题。假定活塞杆直径为85mm，活塞直径为125mm。锤头自由下落行程1.2m的末速度为4.85m／s，元杆腔要求的瞬时流量为3571l／min，有杆腔排油流量为1920l／min。两者之差1651l／min需从外油路补充。这样大的流量，通流面积不足管路稍长都会产生明显的压力损失，阻碍锤头下落。目前的解决措施是除应用快速放油阀之外，在自由下落式油路中设置补油箱，在加速下落式油路中设置补油蓄能器并加大油泵排量。但从国外产品的实测数据看未能彻底解决问题。表现为功率利用率较低。
此外，目前液压锤结构形式不合理。液压缸缸体至锤壳体之间的空间实际上是未被利用的空间，锤体尺寸大、重量大、制造成本较高。
以日产HNC－65型液压锤为例。最大行程1.2m时，实测未速度为4.69m／s，输出冲击能71487Nm，打击频率18次／分，有效功率21.45KW。所配原动机为39KW，功率利用率为24.1％，锤头重6.5t，锤体重13.3t，锤体尺寸φ390×7000mm。尚有较大的改造潜力。
本实用新型的目的在于克服已有技术存在的上述缺点，提供一种结构紧凑，油路系统简化，提高其使用性能和工作可靠性，并可扩大其应用范围的自由下落冲击式液压锤方案。
实现上述目的的具体技术方案是自由下落冲击式液压锤是在已有的液压锤基础上加以改进而成的，它是由锤体、液压动力装置和操作控制装置组成，锤体是由驱动装置、锤头和力传递装置组成，油缸采用柱塞缸，缸体与锤头做成一体，柱塞与砧座固定连接。在锤壳内装有为锤头导向的导向杆，其端部固定在锤壳顶盖和砧座上，锤头装在导向杆上，柱塞下面的砧座上开有油孔，该油孔与油路相通。
油路是由液控换向阀、先导换向阀、液压源、中转油箱、主油箱和管路组成，液压换向阀与砧座连为一体，中转油箱与锤壳做成一体，液控换向阀通过管路分别与砧座的油孔、中转油箱、先导换向阀相通，先导换向阀除与液压换向阀相通外，还与液压源和主油箱相通。
以下结合附图
进一步说明本方案的具体内容。附图为自由下落冲击式液压锤的结构示意图。图中1为锤壳，2为导向杆，它固定在锤壳1的顶盖和砧座5上，3为柱塞，固定在砧座上，4为锤头，5为砧座，6为锤缓冲垫，7为桩缓冲垫，8为桩帽，9为桩。本实用新型中的力传递装置与已有技术没什么区别，即它是由锤缓冲垫6、砧座5、桩帽8和桩缓冲垫7组成。砧座置于锤壳1内的下部并在锤头4的底部，桩帽8套在桩9的顶部，工作时与砧座固定，锤缓冲垫6和桩缓冲垫7分别装在砧座顶部和桩帽内。锤缓冲垫，桩缓冲垫统称为缓冲扩垫，其功能是缓冲，实现理想的打击过程，降低噪声，防止反弹，保护桩头免受损伤。本方案中的突出特点在于对锤体的驱动装置和锤头的结构进行了改进。已有液压锤均采用锤头与油缸分离结构，油缸的驱动力是通过活塞杆或其它机械方式传递给锤头的。本方案是将油缸装在锤头的体内，即用柱塞缸取代传统油缸，其结构是在锤头体内中心设有空腔，即为柱塞缸的缸筒，柱塞装在其内，柱塞下部固定在砧座上，并在砧座上设有与柱塞内孔相通的油孔，该油孔与油路系统中的液控换向阀11相通。锤头上下运动通过装在锤头上的导向杆实现导向。导向杆固定在锤壳顶盖和砧座上。附图的右半部为油路系统。它是由液控换向阀11、先导换向阀12、液压源13、中转油箱10、主油箱及管路组成。液压换向阀与砧座连为一体，中转油箱与锤壳做成一体，这样可使管路尽量短，以减少液阻损失，降低对油源流量和压力的要求。
上述技术方案的工作原理是当先导换向阀12左位工作时(阀芯右移)，油泵输出的压力油经管路送至液控换向阀11，液控换向阀11的左端控制腔压力升高，克服弹簧力将阀芯向右推，因而该阀左位工作，压力油送至锤本体沿柱塞内孔到达油缸工作腔，推动锤头升起获取位置势能。当先导换向阀12右位工作时，进油管接通油箱，液控换向阀左端控制腔卸压，在右端弹簧及中转油箱液压力作用下阀芯左移，将油缸工作腔与中转油箱接通，油液在锤重作用下排入中转油箱。中转油箱为密闭式压力油箱，有较大容积，锤头下落时，油缸一次排油总量不大不会引起箱内压力明显变化。从中转油箱至主油箱为常开的管路，在整个工作过程中油连续不断地流向主油箱，因而管内流速不高，管路压力损失不大，中转油箱中压力也就不会很高。
液控换向阀与砧座连为一体，中转油箱与锤壳做成一体，因而从油缸至中转油箱路径很短，只要液控换向阀通径充分大，这段管路的压力损失也能做到充分小。此外，单作用柱塞缸只有一组直径不大的密封件，因而锤头落下时，摩擦损失较小。由于液阻损失和摩擦损失都不大，可以保证锤头以接近自由落体的速度落下，从而具有较高的冲击能利用率。
本方案具有以下效果(1)将锤头与柱塞缸缸体做成一体，大大缩短了锤体轴向尺寸，使总体结构紧凑，重量轻、降低制造成本、降低对桩架高度和承载能力的要求，降低对锤体提升装置承载能力的要求。(2)简化了油路系统，减少了液阻损失，降低对油源流量和压力的要求。系统刚度大，响应快，效率高，可靠性高。降低了制造成本和使用成本。(3)在锤体中设置了锤头导向杆，可倾斜工作，适用于打斜桩。
本实用新型的实施例为锤头质量6500kg，最大冲程1600mm，锤体尺寸φ1200×4500mm，重12200kg，液压源16.5Mpa，232l／min，工作压力14.4Mpa，打击频率20～90次／分，输油软管φ32mm×25m，输出冲击能＞97486Nm，功率利用率49.6％。比日产HNC－65型液压锤的冲击能提高36％而总重量减少1.1吨，轴向尺寸减少2500mm。
权利要求1.自由下落冲击式液压锤是由锤体、锤壳、锤头、油缸、砧座、锤缓冲垫、桩缓冲垫、桩帽、油路及其控制机构组成，其特征是油缸采用柱塞缸，柱塞缸设在锤头内，在锤壳内装有为锤头导向的导向杆，其端部固定在锤壳顶盖和砧座上，锤头装在导向杆上，柱塞下面的砧座上开有油孔，该油孔与油路相通。
2.根据权利要求1所述的冲击式液压锤，其特征是柱塞缸的缸筒与锤头作成一体，柱塞与砧座固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的冲击式液压锤，其特征是所说的油路由液控换向阀、先导换向阀、液压源、中转油箱、主油箱及管路组成，液控换向阀与砧座连为一体，中转油箱与锤壳做成一体，液控换向阀通过管路分别与砧座上的油孔、中转油箱、先导换向阀相连，先导换向阀除与液控换向阀相连外，还与液压源和主油箱相通。中转油箱与主油箱之间为常开管路连接。
专利摘要本实用新型提供的自由下落式液压锤属于打桩机的核心部件。同时也可以做为液压吊、挖掘机等的配套工作装置。其特点是将现有驱动装置中的双作用活塞缸改为单作用柱塞缸，柱塞与砧座相连，缸筒与锤头做成一体。锤体上设置有液控换向阀和低压大容量中转油箱使回油管连续回油。锤体内设置有锤头导向杆。该方案具有结构紧凑、总体尺寸小，重量轻，制造使用成本低、工作可靠性高，系统刚度大、响应快、工效高，可倾斜工作，适用于打斜桩。
文档编号F15B15/00GK2215516SQ94210959
公开日1995年12月20日 申请日期1994年5月21日 优先权日1994年5月21日
发明者张兰义, 吕景忠, 李永山, 杨永海, 李国忠 申请人:吉林工业大学