專利名稱：自由下落沖擊式液壓錘的制作方法
技術領域：
液壓錘是液壓打樁機的核心部件，同時也可以做為液壓吊、挖掘機等的配套工作裝置。液壓錘通常包括錘體、液壓動力裝置和操作控制裝置。做為配套工作裝置使用時則只包括錘體和操作控制裝置，液壓動力由主機提供。其中，錘體又是由驅動裝置，錘頭和沖擊力傳遞裝置所組成。
目前已有液壓錘產(chǎn)品都是用活塞式液壓缸驅動的。錘頭與液壓缸的活塞桿相連接。其沖擊力傳遞裝置包括錘緩沖墊、砧座、樁帽和樁緩沖墊等四部分。其功能是將沖擊能傳遞給樁體使之貫入土壤，同時起到保護樁頭，降低噪聲，防止反彈，提高沖擊能利用率等作用。目前緩沖墊以使用木材較多，也有采用木材與橡膠迭層結構的，也有在砧座內(nèi)密閉液體或高壓氣體的結構形式。液壓錘的打擊頻率和沖擊能取決于油源的壓力、流量和沖擊行程。沖擊行程應隨時調(diào)節(jié)以便根據(jù)土壤條件和作業(yè)過程選擇合適的打擊力。沖擊行程的調(diào)節(jié)方式有兩種，一種是用時間繼電器控制提升過程的供油時間，另一種是使用位移傳感儀表。
液壓錘的工作原理有自由下落和加速下落兩種方式，它取決于油路系統(tǒng)。雙作用活塞缸驅動的液壓錘的技術關鍵之一在于實現(xiàn)錘頭下落過程中有桿腔向元桿腔快速排油問題。經(jīng)長期努力人們研制出一種特殊的放油閥。該閥裝在活塞上，雖然下腔壓力始終高于上腔壓力，但它能實現(xiàn)活塞上行時關閉，活塞下行時打開。從而降低錘頭下落過程兩腔壓差以減少錘頭運動阻力。
沖擊式液壓錘的性能表現(xiàn)為沖程的未速度和能量利用率。已有技術存在的主要問題仍然是油路系統(tǒng)的液阻問題。假定活塞桿直徑為85mm，活塞直徑為125mm。錘頭自由下落行程1.2m的末速度為4.85m／s，元桿腔要求的瞬時流量為3571l／min，有桿腔排油流量為1920l／min。兩者之差1651l／min需從外油路補充。這樣大的流量，通流面積不足管路稍長都會產(chǎn)生明顯的壓力損失，阻礙錘頭下落。目前的解決措施是除應用快速放油閥之外，在自由下落式油路中設置補油箱，在加速下落式油路中設置補油蓄能器并加大油泵排量。但從國外產(chǎn)品的實測數(shù)據(jù)看未能徹底解決問題。表現(xiàn)為功率利用率較低。
此外，目前液壓錘結構形式不合理。液壓缸缸體至錘殼體之間的空間實際上是未被利用的空間，錘體尺寸大、重量大、制造成本較高。
以日產(chǎn)HNC－65型液壓錘為例。最大行程1.2m時，實測未速度為4.69m／s，輸出沖擊能71487Nm，打擊頻率18次／分，有效功率21.45KW。所配原動機為39KW，功率利用率為24.1％，錘頭重6.5t，錘體重13.3t，錘體尺寸φ390×7000mm。尚有較大的改造潛力。
本實用新型的目的在于克服已有技術存在的上述缺點，提供一種結構緊湊，油路系統(tǒng)簡化，提高其使用性能和工作可靠性，并可擴大其應用范圍的自由下落沖擊式液壓錘方案。
實現(xiàn)上述目的的具體技術方案是自由下落沖擊式液壓錘是在已有的液壓錘基礎上加以改進而成的，它是由錘體、液壓動力裝置和操作控制裝置組成，錘體是由驅動裝置、錘頭和力傳遞裝置組成，油缸采用柱塞缸，缸體與錘頭做成一體，柱塞與砧座固定連接。在錘殼內(nèi)裝有為錘頭導向的導向桿，其端部固定在錘殼頂蓋和砧座上，錘頭裝在導向桿上，柱塞下面的砧座上開有油孔，該油孔與油路相通。
油路是由液控換向閥、先導換向閥、液壓源、中轉油箱、主油箱和管路組成，液壓換向閥與砧座連為一體，中轉油箱與錘殼做成一體，液控換向閥通過管路分別與砧座的油孔、中轉油箱、先導換向閥相通，先導換向閥除與液壓換向閥相通外，還與液壓源和主油箱相通。
以下結合附圖
進一步說明本方案的具體內(nèi)容。附圖為自由下落沖擊式液壓錘的結構示意圖。圖中1為錘殼，2為導向桿，它固定在錘殼1的頂蓋和砧座5上，3為柱塞，固定在砧座上，4為錘頭，5為砧座，6為錘緩沖墊，7為樁緩沖墊，8為樁帽，9為樁。本實用新型中的力傳遞裝置與已有技術沒什么區(qū)別，即它是由錘緩沖墊6、砧座5、樁帽8和樁緩沖墊7組成。砧座置于錘殼1內(nèi)的下部并在錘頭4的底部，樁帽8套在樁9的頂部，工作時與砧座固定，錘緩沖墊6和樁緩沖墊7分別裝在砧座頂部和樁帽內(nèi)。錘緩沖墊，樁緩沖墊統(tǒng)稱為緩沖擴墊，其功能是緩沖，實現(xiàn)理想的打擊過程，降低噪聲，防止反彈，保護樁頭免受損傷。本方案中的突出特點在于對錘體的驅動裝置和錘頭的結構進行了改進。已有液壓錘均采用錘頭與油缸分離結構，油缸的驅動力是通過活塞桿或其它機械方式傳遞給錘頭的。本方案是將油缸裝在錘頭的體內(nèi)，即用柱塞缸取代傳統(tǒng)油缸，其結構是在錘頭體內(nèi)中心設有空腔，即為柱塞缸的缸筒，柱塞裝在其內(nèi)，柱塞下部固定在砧座上，并在砧座上設有與柱塞內(nèi)孔相通的油孔，該油孔與油路系統(tǒng)中的液控換向閥11相通。錘頭上下運動通過裝在錘頭上的導向桿實現(xiàn)導向。導向桿固定在錘殼頂蓋和砧座上。附圖的右半部為油路系統(tǒng)。它是由液控換向閥11、先導換向閥12、液壓源13、中轉油箱10、主油箱及管路組成。液壓換向閥與砧座連為一體，中轉油箱與錘殼做成一體，這樣可使管路盡量短，以減少液阻損失，降低對油源流量和壓力的要求。
上述技術方案的工作原理是當先導換向閥12左位工作時(閥芯右移)，油泵輸出的壓力油經(jīng)管路送至液控換向閥11，液控換向閥11的左端控制腔壓力升高，克服彈簧力將閥芯向右推，因而該閥左位工作，壓力油送至錘本體沿柱塞內(nèi)孔到達油缸工作腔，推動錘頭升起獲取位置勢能。當先導換向閥12右位工作時，進油管接通油箱，液控換向閥左端控制腔卸壓，在右端彈簧及中轉油箱液壓力作用下閥芯左移，將油缸工作腔與中轉油箱接通，油液在錘重作用下排入中轉油箱。中轉油箱為密閉式壓力油箱，有較大容積，錘頭下落時，油缸一次排油總量不大不會引起箱內(nèi)壓力明顯變化。從中轉油箱至主油箱為常開的管路，在整個工作過程中油連續(xù)不斷地流向主油箱，因而管內(nèi)流速不高，管路壓力損失不大，中轉油箱中壓力也就不會很高。
液控換向閥與砧座連為一體，中轉油箱與錘殼做成一體，因而從油缸至中轉油箱路徑很短，只要液控換向閥通徑充分大，這段管路的壓力損失也能做到充分小。此外，單作用柱塞缸只有一組直徑不大的密封件，因而錘頭落下時，摩擦損失較小。由于液阻損失和摩擦損失都不大，可以保證錘頭以接近自由落體的速度落下，從而具有較高的沖擊能利用率。
本方案具有以下效果(1)將錘頭與柱塞缸缸體做成一體，大大縮短了錘體軸向尺寸，使總體結構緊湊，重量輕、降低制造成本、降低對樁架高度和承載能力的要求，降低對錘體提升裝置承載能力的要求。(2)簡化了油路系統(tǒng)，減少了液阻損失，降低對油源流量和壓力的要求。系統(tǒng)剛度大，響應快，效率高，可靠性高。降低了制造成本和使用成本。(3)在錘體中設置了錘頭導向桿，可傾斜工作，適用于打斜樁。
本實用新型的實施例為錘頭質(zhì)量6500kg，最大沖程1600mm，錘體尺寸φ1200×4500mm，重12200kg，液壓源16.5Mpa，232l／min，工作壓力14.4Mpa，打擊頻率20～90次／分，輸油軟管φ32mm×25m，輸出沖擊能＞97486Nm，功率利用率49.6％。比日產(chǎn)HNC－65型液壓錘的沖擊能提高36％而總重量減少1.1噸，軸向尺寸減少2500mm。
權利要求1.自由下落沖擊式液壓錘是由錘體、錘殼、錘頭、油缸、砧座、錘緩沖墊、樁緩沖墊、樁帽、油路及其控制機構組成，其特征是油缸采用柱塞缸，柱塞缸設在錘頭內(nèi)，在錘殼內(nèi)裝有為錘頭導向的導向桿，其端部固定在錘殼頂蓋和砧座上，錘頭裝在導向桿上，柱塞下面的砧座上開有油孔，該油孔與油路相通。
2.根據(jù)權利要求1所述的沖擊式液壓錘，其特征是柱塞缸的缸筒與錘頭作成一體，柱塞與砧座固定連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的沖擊式液壓錘，其特征是所說的油路由液控換向閥、先導換向閥、液壓源、中轉油箱、主油箱及管路組成，液控換向閥與砧座連為一體，中轉油箱與錘殼做成一體，液控換向閥通過管路分別與砧座上的油孔、中轉油箱、先導換向閥相連，先導換向閥除與液控換向閥相連外，還與液壓源和主油箱相通。中轉油箱與主油箱之間為常開管路連接。
專利摘要本實用新型提供的自由下落式液壓錘屬于打樁機的核心部件。同時也可以做為液壓吊、挖掘機等的配套工作裝置。其特點是將現(xiàn)有驅動裝置中的雙作用活塞缸改為單作用柱塞缸，柱塞與砧座相連，缸筒與錘頭做成一體。錘體上設置有液控換向閥和低壓大容量中轉油箱使回油管連續(xù)回油。錘體內(nèi)設置有錘頭導向桿。該方案具有結構緊湊、總體尺寸小，重量輕，制造使用成本低、工作可靠性高，系統(tǒng)剛度大、響應快、工效高，可傾斜工作，適用于打斜樁。
文檔編號F15B15/00GK2215516SQ94210959
公開日1995年12月20日 申請日期1994年5月21日 優(yōu)先權日1994年5月21日
發(fā)明者張?zhí)m義, 呂景忠, 李永山, 楊永海, 李國忠 申請人:吉林工業(yè)大學