低空间落锤式液压自动打桩机的研究

2015-08-03 176 0

   1概述
 
  无论一栋建筑物是多么复杂还是多么简单,其地基的处理都是必不可少的。随着时代的发展,时间的推移和其它一些因素的影响,出现了有些建筑物需要加高、有些建筑物需要加固地基、有些建筑物因倾斜需要纠偏扶正等问题。在进行上述几项工作的过程中,都会遇到地基处理时难于打桩的难题。其原因就在于有些桩基的处理需要在原有建筑物内部完成,而原有建筑物的高度限制了现有各种打桩机的工作空间,使这些设备难以发挥其应有的作用。要解决这一问题就必须使用一种在低空间条件下能完成打桩工作的低空间打桩机,并且这种打桩机应具备拆装方便、移动迅速、轻便、工作完全可靠等特点。
 
  2低空间落锤式液压自动打桩机的组成与工作原理
 
  (1)低空间落锤式液压自动打桩机的组成
 
  为了能够实现在建筑物内低空间打桩的工作要求,该打桩机必须具备下列特点:①整机便于拆装组合,且拆开后的小组件能在一般的建筑物门内通过。②整机在建筑物的有效空间内能正常工作,且工作时的操作安全、可靠、简便。③整机在交换桩位的过程中应移动轻便、安全、快速、准确以减少打桩的辅助时间。
 
  根据以上三点要求,低空间落锤式液压自动打桩机的组成与工作原理图如图1所示。该打桩机主要由以下部分组成:枕木1、导轨2、自动夹紧装置3、机架4、提锤液压缸5、桩锤6、自动挂钩机构7、滑轮8、电动葫芦9、接近开关10、13、自动打桩滑架11、滑架升降液压缸12、桩帽14、分段式预制水泥桩15、液压控制系统16等组成。
 
  (2)低空间落锤式液压自动打桩机的工作原理
 
  根据图1所示的结构,该打桩机的工作原理如下:
 
  ①打桩机的整体移动和夹紧。在打桩的现场根据桩位的布局,预先用枕木和槽钢铺设一段简易导轨,并将打桩机组装在导轨上,使自动夹紧装置处松开状态,然后用人力将整机移至需要打桩的位置(由于整机的重量较轻,<2kN,采用人力就能较轻松地移动)。在移动过程中松开的夹紧装置仍能起保护作用,防止整机移动过程中可能出现的倾翻现象;当将打桩机准确地移动到需要打桩的新桩位时,通过液压控制系统使夹紧装置将打桩机紧紧地固定在导轨上,以保证打桩机能正常工作。
 
  ②桩机的调整与自动打桩过程。当桩机在新的桩位被固定好后,用液压系统操纵液压缸5,经自动挂钩机构7,将桩锤6提升到某一高度;然后用液压系统操纵液压缸12,使自动打桩滑架11上升到一合适位置,并调整滑架11上的接近开关10和13以确定桩锤6的提锤高度和打桩行程;通过电动葫芦9将一预制水泥桩15调入桩位,并放下滑架11使桩帽14完全落在桩15上。在完成了上述调整工作后,就能开始自动打桩的工作,自动打桩的过程如下:当提锤缸5通过7等将桩锤提升至要求的高度时,装在自动挂钩7上的位置测量秆逼近装在滑架11上的接近开关10,10发出电信号,使安装在自动挂钩7上的电磁铁YT7通电以克服弹簧力的作用实现自动挂钩7与桩锤6自动脱钩、这样桩锤就沿着滑道以接近于自由落体运动的速度进行打桩,与此同时缸5也开始反向运动,使自动挂钩7也向下运动,由于自动挂钩7向下运动的速度低于6的准自由落体运动,所以当7接近6时,6已完成了打桩运动,并停留在桩帽14上;此刻7继续向下运动,当7与6将要接触时,7上的测量杆也与装在滑架11上的接近开关13接近,13发出电信号使自动挂钩7上的电磁铁YT7断电,在弹力的作用下实现7与6自动挂接、并使缸5再次向上运动,实现再次的提锤运动。另外,由于滑架与桩帽是固联的,所以当桩帽随着桩锤的锤击与桩一起下移时,滑架也跟随桩帽一起下移,以保证桩锤的有效行程和打桩的自动进行。当一根预制桩打完后,采用接桩的方法再重复上面的过程,直至达到预定的打桩要求。
 
  在将桩机移到新桩位前,应把桩锤和滑架放到最低位置,以降低整机的重心,然后再移动桩机,当全部的打桩结束后,可将整机拆成三件搬运出施工场地。
 
  3液压控制系统的设计
 
  该打桩机的液压控制系统工作时应满足如下要求:(1)能实现整机在导轨上的自动夹紧与松开。(2)能实现对桩锤和滑架的任意调整,并确保桩锤在提锤的过程中能在任意位置处可靠停住(点动功能)。(3)能实现打桩机的自动打桩。(4)液压控制系统的操纵应可靠、准确、简单、轻便。根据以上几点要求,设计的液压系统工作原理图如图2所示,液压系统的动作循环如表1所示。
 
  图2液压系统原理图

1 液压系统动作循环表

 

动作\状态

1YT

2YT

3YT

4YT

5YT

6YT

7YT

YJ

整机夹紧

点动调整

+-

-+

滑架提升

滑架下落

滑架浮动

-+

+-

-+

提  锤

落  锤

挂钩下落

挂钩挂锤

整机松开停止

注:“+”表示通电状态,“-”表示断电状态;7YT表示自动挂钩上的控制电磁铁。

 


    液压系统的主要工作过程如下:当打桩机移到一个新的桩位时,按下夹紧按钮,两位四通电磁换向阀8上的电磁铁5YT通电,换向阀8右位工作,两只夹紧液压缸10带动两套夹紧装置将打桩机牢牢的夹在导轨上,夹紧装置夹紧力的大小由溢流阀4调节,压力继电器9起安全保护作用,保证只有在打桩机被夹紧的情况下,打桩机才能正常工作。单向阀5起短时间保压的作用,防止因液压系统的压力突然降低而使夹紧装置失去作用。自动滑架的升降由液压缸14和三位四通电磁阀1的配合来完成,当阀15的电磁铁3YT和4YT均不通电时,利用其Y型中位机能使缸14处于浮动状态,以满足打桩时滑架随桩帽一起下落的工作要求。桩锤的调整运动和自动打桩运动是由三位四通电磁换向阀13和提锤液压缸11的配合来完成的,当需要调整桩锤的工作位置时,采用点动方式使阀13中的电磁铁1YT通电,实现缸11的点动提锤;当需要自动打桩时,由装在自动滑架上的两个接近开关11和13(见图1)发出的电信号来控制电磁铁1YT或2YT动作,以实现缸11的自动往复运动,自动往复运动的行程由接近开关11和13两者之间的距离来确定。单向顺序阀12起平衡作用,确保在提锤的过程中桩锤能在任意位置停住。电磁溢流阀16可使液压系统在工作的间歇阶段处于卸荷状态,以减少液压系统的功率损失。为了提高液压控制系统的使用性能和整机效率,液压系统采用双泵供油方式。液压泵2和3为一双联齿轮泵,其中泵2为小排量泵,主要为夹紧缸10提供压力油;泵3为大排量泵,主要为提锤缸11和滑架升降缸14提供压力油,这样既保证了液压系统工作时的供油要求,又能保证液压系统工作时功率的均衡使用。液压系统设计中有关参数的确定要根据打桩机的桩锤重量、提锤速度(打桩频率)等方面的要求不同而具体确定。为了减少液压系统的泄漏提高防尘能力,液压泵的安装应采用倒灌方式;液压元件采用集成块连接方式,以使其结构尽量紧凑;液压系统与主机之间采用高压软管连接,便于安装与拆卸;当主机在导轨上移动时,液压系统也在导轨上跟随其一起移动,此时,两者之间的连接管道不用拆开。

  4工程应用实例

  按照上述的工作原理、组成结构、设计方法,设计制造了一台低空间落锤式液压自动打桩机,该机的主要参数如下:

 

桩锤重量13kN
提锤高度1~1.5m
预制桩尺寸
 0.3×0.3×1.5m3
提锤速度≤0.5m/s
打桩频率6~10次/min

整机重量16kN
整机外形尺寸
 1.5×0.5×3m3
液压系统功率4kW
液压系统压力10MPa
液压系统量重4kN

 


   将上述打桩机用于广东省湛江市遂溪市百货公司二层楼房加高至六层楼房的地基加固打桩施工中,使施工单位按时、按质完成了施工任务,并获得了施工单位对该打桩工作性能的一致好评。

  5结论

  (1)低空间落锤式液压自动打桩机的工作原理及设计方法是完全正确的,它为低空间条件下的桩基处理问题提供了一种有效解决问题的方法。

  (2)低空间落锤式液压自动打桩机在旧房加高、建筑物地基加固、纠偏、名胜古迹等地基处理的应用场合,具有突出的优点。

  该机使打桩的过程变得安全、可靠、快捷并自动进行,因而,极大地减轻了工人的劳动强度,改善了工作环境,提高了工作效率。

  (3)低空间落锤式液压自动打桩机的设计相对较简单,制造精度要求较低,并且液压元件为可直接选取的标准件,因而该打桩机的设计制造周期短、成本低、易于实现标准化、系列化批量生产,故可在建筑部门广泛推广。

 

  (4)低空间落锤式液压自动打桩机的工作原理及设计方法也可应用于现有各种大型落锤式打桩机上,使这些打桩机能实现自动打桩的工作要求。

  作者单位:湛江海洋大学工程学院(广东省湛江市:524025)

  参考文献

  [1]黄士基.建筑工程机械.武汉大学出版社,1993

  [2]雷天觉.液压工程手册.机械工业出版社,1990.4

  [3]陆元章.现代机械设计手册第二册(机电设计与控制).机械工业出版社,1996.7

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