專利名稱：液壓錘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在建筑物地基施工中把鋼筋混凝土樁、鋼板樁、鋼管以及其它任何類型的樁打入地下的一種沖擊運動的機械裝置。
保護樁免于破壞，特別是對鋼筋混凝土樁的保護問題是在打樁技術(shù)中最尖銳的問題之一。而利用緩沖部件是解決這個問題的方法之一。該緩沖部件被分別安置在液壓錘的沖擊物(樁錘)和樁的端面之間。通常緩沖部件由與鋼相比較軟的材料制成，例如，可由硬木、石棉、氈子、膠木等制成。(ЛубчийВ.В.，3аикичаВ.3。用于沉樁的機械和設(shè)備。1988年.)。但是緩沖部件是不耐用的，很快地會被損壞掉。這種快速損壞是由于緩沖部件的低導(dǎo)熱材料在運作過程中的過度增熱而導(dǎo)致的。除此之外，過度增熱會降低材料的彈性，因而不能夠保持持久的緩沖性能。緩沖部件的不耐用性降低了打樁工程的總產(chǎn)率。
另一種技術(shù)上較為先進的緩沖方法是使用液壓錘(見日本專利N61-47932)，該液壓錘包括有外殼，能相對于外殼和裝有彈性介質(zhì)的腔室做往復(fù)運動的樁錘，被安置在上述腔室中并能從樁錘向外向樁方向運動的活塞，以及帶有活塞桿一活塞的移動樁錘的液壓油缸，帶有壓力管、溢流管和液力分配器的泵。
由于上述裝置，沖擊的硬度大大降低了，即沖擊能量的傳遞在較長時間間隔內(nèi)完成，這是由于樁錘的動能首先轉(zhuǎn)化為樁錘腔室中被壓縮的彈性介質(zhì)的勢能，隨后再轉(zhuǎn)化為移動樁所做的功。
上述裝置的主要缺點是在“反沖”時活塞上存在強大的沖擊負載，就是說，在將樁打入地下作功時(此功來源于樁錘腔室中彈性介質(zhì)的壓縮能)，被壓縮的彈性介質(zhì)作用于活塞，驅(qū)動它(以及樁)，并沖擊腔室底端。
這個液壓錘的第二個缺點是存在彈性介質(zhì)經(jīng)活塞密封裝置的滲漏。除此之外，由于摩擦，活塞密封圈的磨損和受熱升溫也造成一定的問題。
本發(fā)明的任務(wù)是以降低產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力，降低摩擦力和補充可壓縮介質(zhì)的漏失來提高液壓錘的可靠性和耐用性。
為解決所提出的任務(wù)，打入結(jié)構(gòu)部件如樁的液壓錘應(yīng)包括外殼和相對于外殼能做往復(fù)運動的樁錘，以及固定在外殼中的液壓油缸，其帶有連桿的活塞與樁錘連接，通過液力分配器與液壓油缸的腔室相連的帶有壓力管、溢流管的液壓錘的液壓傳動泵；同時，樁錘具有充滿彈性介質(zhì)的腔室。根據(jù)本發(fā)明，在樁錘的腔室中安裝兩個或更多個伸出樁錘外指向樁的柱塞，它們由同軸的中心桿狀柱塞和包箍它以及相互包箍的環(huán)狀柱塞組成，同時每一個柱塞均伸出到相鄰的包箍的柱塞之外。
柱塞的側(cè)面和柱錘包箍外柱塞部分的表面做成圓柱形是合理的。這時，所有柱塞在靠腔室一面都具有外側(cè)環(huán)狀凸出部，而所有的環(huán)狀柱塞和包箍外環(huán)柱塞的樁錘，在朝樁的一面都具有內(nèi)側(cè)凸出部。在各柱塞的每一個相接處以及在外柱塞與樁錘的相接處，在外側(cè)環(huán)狀凸出部和內(nèi)側(cè)環(huán)狀凸出部之間，都置有金屬管狀襯套。
充滿有彈性介質(zhì)的樁錘的腔室能夠持久地與液壓錘的液壓傳動裝置的壓力管接合。在這個接合的管道中可以接通節(jié)流閥，或者接通引導(dǎo)液體流往樁錘的腔室方向的單向閥，或者是同時接通節(jié)流閥和上述的單向閥。
柱塞的彼此之間的相接處，外側(cè)的環(huán)狀柱塞與包箍它的樁錘部分之間的相接處都具有密封圈。另一可能的方案為不用上述的密封圈，而用彈性密封隔板把柱塞和樁錘的腔室隔開。
在液壓錘的這種結(jié)構(gòu)處理下，當(dāng)反沖時，即當(dāng)柱塞在樁錘腔室彈性介質(zhì)壓力下運動出樁錘時，每一個柱塞對相鄰的包箍的柱塞的沖擊力，以及外部的柱塞對樁錘的內(nèi)側(cè)環(huán)狀凸出部的沖擊力，與傳統(tǒng)的裝置相比降低幾倍。這是由于，首先，與傳統(tǒng)裝置的單獨一個活塞的質(zhì)量相比較每個柱塞的質(zhì)量都減少了，其二，由于與傳統(tǒng)裝置的活塞的運行長度相比每一個柱塞的運行長度都有減少，結(jié)果互相撞擊的速度就降低了。除此之外，在被包箍部件的外側(cè)環(huán)狀凸出部分與包箍部件的內(nèi)側(cè)環(huán)狀凸出部之間安置的金屬管狀襯套抑制了沖擊，減少了產(chǎn)生的應(yīng)力。
樁錘腔室與壓力管之間的聯(lián)通，與公知結(jié)構(gòu)相比，具有非常重要的優(yōu)點，因為有了這個聯(lián)通，腔室中的彈性介質(zhì)在沖擊的一開始就已經(jīng)處于工作壓力之下，從而使彈性介質(zhì)的能的容量增大，就是說，在介質(zhì)具有相同體積和壓縮性以及接受相同的能量的情況下，柱塞的行程將變小。除此之外，也正是由于這種聯(lián)通，樁錘腔室介質(zhì)的漏失也可得到補償。
由于采用若干個柱塞，也改善了柱塞之間以及外柱塞與樁錘之間密封圈的發(fā)熱和散熱情況，因為沖擊時產(chǎn)生的熱量分布在兩個或更多個密封圈之間。同理，密封圈的損耗也將減小。
在液壓錘的方案中，也可利用彈性密封隔板代替柱塞之間連接面的密封圈，和外部的環(huán)狀柱塞與包箍它的樁錘之間的密封圈。該彈性密封隔板把柱塞和樁錘的腔室隔開，并從根本上減少摩擦和發(fā)熱。
通過下述實施方案和圖，本發(fā)明的目的和優(yōu)點將更加明確。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的液壓錘的縱向剖面圖。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的液壓錘的樁錘的縱向剖面圖。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案中，在初始位置下的液壓錘的樁錘的縱向剖面圖。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的如圖3所示實施方案中，在沖擊過程中的液壓錘的樁錘的縱向剖面圖。
圖5所示為液壓錘的打入力F與柱塞相對初始位置的位移S之間的關(guān)系曲線。實線對應(yīng)本發(fā)明的液壓錘，虛線對應(yīng)公知液壓錘。
在圖1中所示為根據(jù)本發(fā)明的用來打入結(jié)構(gòu)部件，例如樁1的液壓錘，它包括有外殼2，樁錘3，移動樁錘3用的液壓油缸4，帶有液力分配器6的泵5，樁1的樁帽7，樁錘3的充滿彈性介質(zhì)的腔室8，彈性介質(zhì)可用液體或氣體，或者液體、氣體的混合物充當(dāng)，中心桿狀柱塞9，環(huán)狀柱塞10。中心柱塞9相對于包箍它的環(huán)狀柱塞10向樁的方向凸出長度A，而環(huán)狀柱塞10相對于樁錘3向樁的方向凸出長度B。在外殼2和樁帽7之間具有緩沖器11，而液壓錘的液壓傳動裝置包括有壓力管12和溢流管13。
在圖2中所示的是帶有2個柱塞—中心柱塞9和環(huán)狀柱塞10的液壓錘的樁錘3的實施方案。柱塞9和10相應(yīng)具有外側(cè)環(huán)形凸出部14和15，而環(huán)狀柱塞10和包箍它的樁錘3相應(yīng)具有靠樁1方向的內(nèi)側(cè)環(huán)形凸出部16和17。在中心柱塞9的外側(cè)環(huán)形凸出部14和環(huán)狀柱塞10的內(nèi)側(cè)環(huán)形凸出部16之間安置了金屬的管狀襯套18，而在環(huán)狀柱塞10的外側(cè)環(huán)形凸出部15和樁錘3的內(nèi)側(cè)環(huán)形凸出部17之間也安置了金屬管狀襯套19。
樁錘3的腔室8(圖1)可以通過管道20與液壓錘的液壓傳動裝置的壓力管12相連。在管道20中可以接通節(jié)流閥21或者是單向閥22，或者是平行接通節(jié)流閥21和單向閥22，如圖中所示。柱塞9，10相應(yīng)地用密封圈23和24密封。
圖3所示為在原始位置下，沒有沖擊作用時，根據(jù)本發(fā)明的液壓錘的樁錘3的實施方案。在此實施方案中，利用彈性密封隔板25代替了密封圈23、24。
圖4所示的是和圖3中一樣的液壓錘的樁錘的實施方案，但對應(yīng)于沖擊的瞬間。此時，樁錘3的動能，由于沖擊的結(jié)果，轉(zhuǎn)化成了在樁錘3的腔室8中受壓的彈性介質(zhì)的勢能。同時柱塞10相對于樁錘3的位移正好是B，柱塞9相對于柱塞10的位移正好是A，而相對于樁錘3的位移是A+B。
在圖5中用實線描繪出的關(guān)系曲線是針對本發(fā)明的液壓錘的，是腔室8中的彈性介質(zhì)對柱塞9、10的壓力F(它傳到樁帽7以及樁1)依賴于柱塞進入腔室8的距離S的關(guān)系由線，位移S從柱塞未受沖擊作用的初始位置起算。這里S1對應(yīng)于中心柱塞9的行程A(參見圖1)。在這時腔室8中的彈性介質(zhì)對中心柱塞9的壓力從數(shù)值F0相應(yīng)地變?yōu)閿?shù)值F1。長度S2＝A+B(參看圖1，3，4)對應(yīng)于柱塞9，10完全被推入到腔室8中時的位置，即可與樁錘3齊平，這時腔室8中的彈性介質(zhì)對柱塞的壓力從F2增加到F3。
為了對比，圖5上的虛線表示在同樣比例下公知結(jié)構(gòu)液壓錘的關(guān)系曲線F＝f(s)。相對比的兩個實施方案的初始數(shù)據(jù)是相同的本發(fā)明液壓錘柱塞9、10端面總面積與公知液壓錘活塞的工作面積相同，腔室8中的彈性介質(zhì)的體積和性質(zhì)相同，腔室8中由于沖擊而產(chǎn)生的彈性介質(zhì)的能量相同。這個能量在比例上等于圖5上軸線S與相應(yīng)F＝f(s)曲線所包面積，在此情況下S*2是公知液壓錘中活塞向腔室內(nèi)部運動的距離。
液壓錘是以下列方式進行工作的。
在工作行程的末端，在沖擊的開始時刻中心柱塞9打擊樁帽7，在這時柱塞9和樁1上的力F0(圖5)等于腔室8中初始壓強(即在壓力管12中的壓強)與柱塞9上端的工作面積之乘積。當(dāng)往環(huán)狀柱塞10中壓入長度為A時，中心柱塞9插入到腔室8中(圖1)，同時，隨著腔室8中壓力的增長，對柱塞的壓力增長到數(shù)值F1。隨后，兩個柱塞9、10作為一個整體運動，并進入到腔室8，一直到樁帽7頂在樁錘3的底部，進入距離為S2-S1＝B。此時柱塞9和10的壓力從F2增加到F3，并等于腔室8中介質(zhì)壓強與柱塞9和10的上端總面積之乘積，力F的增長沿C線進行。C線的上升角度與沖擊的前一階段相比有所增大。
下一個周期段是“反沖”，即當(dāng)樁1的速度超過樁錘3的速度時，緩沖器的去載過程。起初，柱塞9和10從腔室8中如同一個整體向外運動(沿C線的返回位移為B＝S2-S1)，一直到柱塞10的外側(cè)環(huán)形凸出部15被襯套19頂住，而襯套本身則被樁錘3的內(nèi)側(cè)凸出部頂住。隨后，柱塞9從柱塞10向外運動，一直到柱塞9的外側(cè)環(huán)形凸出部14被襯套18頂住為止。與此同時，樁離開柱塞并依慣性繼續(xù)運動，其動能轉(zhuǎn)化為克服地壤阻力所做的功。
在用傳統(tǒng)裝置的情況下，過程進行是相似的；在這種情況下很顯然，線C*應(yīng)該是平行于線C的。
在圖5中可看出，如果是根據(jù)本發(fā)明的液壓錘的結(jié)構(gòu)，在腔室8中的彈性介質(zhì)的能量容量就大，因為兩個柱塞的總位移S2小于單獨活塞(傳統(tǒng)的)的位移S*2。除此之外，柱塞9和10的密封圈23和24(圖1)的每一個的磨損和增熱也同時小于公知結(jié)構(gòu)的液壓錘的活塞的密封圈的磨損和增熱，因為這些參數(shù)值與沖擊過程中密封圈的位移成正比，而如果A＝B，舉例來說，S1＝S2-S1＝0.4S*2，而S2＝0.8S*2。
如果利用彈性密封隔板25代替柱塞9和10的密封圈23，24(在圖3，4中樁錘3的實施方案)，則柱塞9，10移動時的磨擦力的減小帶有根本性。
利用隔板25之所以可能，是由于柱塞9和10相互之間的移動，和外側(cè)環(huán)狀柱塞10與包箍它的樁錘3的部分之間的移動，實際上是很小的。例如，對于在POЛAT加工制成的帶有6噸沖擊物和3個柱塞的液壓錘來說，每一個柱塞相對于相鄰的包箍部件的位移為3mm，這將保證12mm厚的膠布隔板有足夠的耐用性。
本發(fā)明充分保障了在“反沖”時，柱塞上的沖擊負載減少的這一非常重要的特征。大家都知道，動能是用mV2/2來表示。這里m是運動物體的質(zhì)量，而V是運動物體的速度。在這種情況下，即使只使用2個柱塞，則每個柱塞的質(zhì)量與原始的相比減少了1倍。除此之外，每個柱塞的V2值與它們的位移成正比，因此，中心柱塞的V2值只相當(dāng)于公知結(jié)構(gòu)液壓錘相應(yīng)的V2值的0.8，而對于環(huán)狀柱塞，此值為0.4。這樣，在反沖時柱塞的能量對于中心柱塞減少了1.5倍，對于環(huán)狀柱塞減少了4倍。利用襯套18和19(圖2，3，4)，使我們能夠通過轉(zhuǎn)化柱塞的動能為襯套的彈性壓縮能的途徑，均勻地減弱柱塞的上述反沖力，這將根本地降低沖擊時在柱塞上產(chǎn)生的應(yīng)力。在實際應(yīng)用中，柱塞強度，裝置的耐久性和耐磨性以及熱條件等質(zhì)量特性，可以在以下兩種實施方案中達到一種方案中采用兩個或兩個以上柱塞，同時在柱塞連接面加密封圈；另一種方案采用彈性密封隔板，而柱塞的數(shù)量為三個或三個以上。
這樣，所遞交的發(fā)明保證了下列特征·由于減少了柱塞的反沖能量和對沖擊的緩沖，根本降低了“反沖”時柱塞上的沖擊應(yīng)力。
·減少了由于活塞密封圈的摩擦而產(chǎn)生的損耗和增熱。
·自動補償樁錘緩沖腔室的漏失。
權(quán)利要求
1.一個用來打入結(jié)構(gòu)部件，例如樁的液壓錘，該液壓錘包括有外殼(2)，能相對于外殼(2)做往復(fù)運動的樁錘(3)，固定在外殼(2)中的液壓油缸(4)，其帶有連桿的活塞和樁錘(3)相連接，通過液力分配器(6)與液壓油缸(4)的腔室相連的帶有壓力管、溢流管(12以及13)的液壓錘的液壓傳動泵(5)，同時樁錘(3)具有充滿彈性介質(zhì)的腔室(8)，液壓錘的特征在于，在樁錘(3)的腔室中安裝有2個或更多個能從樁錘(3)中向外向樁(1)方向運動的柱塞(9，10)，其中柱塞(9，10)由同軸中心桿狀柱塞(9)和包箍它并互相包箍的環(huán)狀柱塞(10)組成，同時每個柱塞(9，10)相對于相鄰的包箍的柱塞都能向樁(1)的方向運動。
2.如權(quán)利要求1的液壓錘，其特征在于，所有的柱塞(9，10)都具有圓柱形的側(cè)面，該圓柱形側(cè)面樁錘(3)的腔室(8)一面具有外側(cè)環(huán)形凸出部(14和15)，除此之外，所有的環(huán)形柱塞10和包箍于它們的樁錘的部分在朝向樁(1)的一面都具有環(huán)形內(nèi)側(cè)凸出部(16，17)。
3.如權(quán)利要求1和2的液壓錘，其特征在于，在柱塞(9，10)的彼此之間的每一個連接處，在外側(cè)的環(huán)狀柱塞10和包箍它的樁錘(3)的每一個連接處，在被包括柱塞(9)的外側(cè)環(huán)形凸出部(14)和包箍柱塞(10)的環(huán)形內(nèi)側(cè)凸出部(16)之間，以及在外側(cè)環(huán)狀柱塞10的外側(cè)環(huán)形凸出部15和包箍它的樁錘(3)的環(huán)形內(nèi)側(cè)凸出部17之間，都安置了金屬管狀襯套(18，19)。
4.如權(quán)利要求1-3的液壓錘，其特征在于，樁錘(3)的腔室(8)與液壓錘的液壓傳動泵(5)的壓力管(12)相聯(lián)通。
5.如權(quán)利要求4的液壓錘，其特征在于，在帶有壓力管(12)的樁錘(3)的腔室(8)的管道(20)中接通節(jié)流閥(21)或者是接通引導(dǎo)液體流往樁錘(3)的腔室(8)方向的單向閥(22)，或者是平行接通節(jié)流閥(20)和上述的單向閥(22)。
6.如權(quán)利要求1-5的液壓錘，其特征在于，柱塞(9，10)彼此之間的連接處和外側(cè)的環(huán)狀柱塞10與包箍它的樁錘(3)之間的連接處都具有密封圈。
7.如權(quán)利要求1-5的液壓錘，其特征在于，柱塞(9，10)和樁錘(3)的腔室(8)被彈性密封隔板(25)隔開。
全文摘要
提供一個用來打入結(jié)構(gòu)部件,例如樁的液壓錘,該液壓錘包括外殼(2),能相對于外殼(2)做往復(fù)運動的樁錘(3),固定在外殼(2)中的液壓油缸(4),其帶有聯(lián)結(jié)桿的活塞和樁錘(3)相連,通過液力分配器(6)與液壓油缸(4)的腔室相連的,帶有壓力管、溢流管(12以及13)的液壓錘的液壓傳動泵(5),樁錘(3)具有充滿彈性介質(zhì)的腔室(8)。在樁錘(3)的腔室中裝配有2個或更多個能從樁錘(3)向外運動到樁(1)方向的柱塞(9,10)。柱塞(9,10)由同軸的中心柱狀塞(9)和包箍它并互相包箍的環(huán)狀柱塞(10)組成。每個柱塞(9,10)相對于相鄰的包箍的柱塞,都能向樁(1)的方向運動。
文檔編號E02D7/10GK1182154SQ9712058
公開日1998年5月20日 申請日期1997年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月14日
發(fā)明者維克托·亞歷山德羅維奇·庫夫申諾夫 申請人:俄羅斯專利技術(shù)內(nèi)部股份公司