CN2537848Y - 双柱塞液压锤 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于桩工机械和锻(冲)压设备类技术领域，涉及一种双柱塞液压锤。该双柱塞液压锤包括机架座、上升双柱塞缸、下冲双柱塞缸，液压油路控制装置的油路分别与上升双柱塞缸、下冲双柱塞缸连接，液压油压对下冲双柱塞缸的柱塞作用面积大于上升双柱塞缸的柱塞作用面积，上升双柱塞缸、下冲双柱塞缸的下部通过连接体连接锤头。本实用新型可用作为双柱塞液压桩锤和双柱塞液压锻锤，用于桩工机械和锻(冲)压设备，应用于工程机械的道路、堤坝等压实技术及设备。本实用新型操作简单、自动化程度高、工作效率高，结构简单、其制造成本和维修成本与国外同类产品相比可降低70％左右。

Description

双柱塞液压锤

技术领域

本实用新型属于桩工机械和锻(冲)压设备类技术领域，涉及一种双柱塞液压锤。

背景技术

建造高层楼房、公路和铁路桥梁、港口码头、水库大坝、重型厂房、地下建筑以及石油开发等工程中，都需要有坚实的基础。基础、支撑和围宴等工程施工都需要桩工机械。应用液压冲击技术的液压锤，适用于各类土层和桩型，能对各种钢筋混凝土桩、钢板桩、型钢桩等进行作业，具有打直桩与斜桩的能力；工作无废气污染危害，噪音与振动均较小。由于液压锤的重量比柴油锤重，因而使桩面获得较大的贯入度，打桩效率高(一般比汽锤和柴油锤工效高40～50％)，根据土质情况及桩材料的强度随意调节(控制)桩锤的锤击能量与频率，打桩的精度高；还能在打桩过程中获得桩锤冲击力以适应地层的变化和取得贯入阻力指标。既能保证冲击能量的发挥又不损害桩体，还可按贯入阻力确定桩是否打到预定的土层。

国外，如荷兰、芬兰、德国、日本等少数发达国家已有液压桩锤产品，液压锤均采用差动活塞原理。其工作部分是一个密闭的冲击缸体。在缸体内的上部充满液压油，中间充满惰性气体(氮气)；油与氮气之间有一浮动活塞将油与氮气隔开。缸体下部装有一活塞，其活塞杆端固结一冲击头。这种结构十分复杂，油、气间密封要求很高，制造技术要求高、价格昂贵。现代液压冲击技术朝高压，小流量发展；当锤的总质量一定的工况下，冲击行程大小决定冲击能量大小。冲击缸体内径小而冲击行程长，对其缸体内径进行超级精加工的制造技术难度就越大，油、气间的密封问题就更大，这是我国目前尚无液压桩锤产品的主要原因。

传统的锻压设备有蒸汔锤和空压锤均属被淘汰产品。20世纪八十年代末巳被小吨位级的液压锻锤所取代，其产品结构复杂，制造技术要求高，价格昂贵，发展与推广应用缓慢。九十年代中期。我国第一台8MN(800吨)快速锻造机闻世，但其设备结构复杂制造技术难度大，价格昂贵(700～800万元/台套)。本专利”双柱塞液压锻锤”结构简单紧奏，制造技术易于解决，锻锤的吨位可大可小，造价低，应用广泛，易于推广。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是要采用双柱塞面积差的差动原理，提供一种结构简单紧奏，缸筒内壁不加工，只对柱塞外径进行超精加工，从而解决制造技术难度大的问题的双柱塞液压锤。由于无活塞，只须轴向(往复线速度5～8米/秒)密封。我国轴用密封件已成系列产品，往复线速度达5～15米/秒，完全能满足密封要求。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该双柱塞液压锤包括机架座、上升双柱塞缸、下冲双柱塞缸，液压油路控制装置的油路分别与上升双柱塞缸、下冲双柱塞缸连接，液压油压对下冲双柱塞缸的柱塞作用面积大于上升双柱塞缸的柱塞作用面积，上升双柱塞缸、下冲双柱塞缸的下部通过连接体连接锤头。

本实用新型双柱塞液压锤属于双作用式冲击液锤；锤通过液压装置提升到给定高度后，在压力油的差动作用下，锤以大于一个g(g＝9.8米/秒²)的加速度向下冲击，冲击的动能很大。国外现代液锤采用的是差动活塞(油缸)原理，而本实用新型采用的是差动双柱塞(油缸)原理。由于液压锤在工作冲击过程中是在大于一个g的的加速度运动的，活塞或柱塞往复运动线速度高达4～8米/秒，比一般液压设备高得多。这样高的工作线速度对液压缸的制造技术及密封要求特别高。国外液锤采用活塞与浮动活塞，须对缸筒内壁(深长孔)进行超级精度加工，即使采用现代高精、尖深孔加工设备，也难确保其内孔的精度与表面粗糙度的要求；对采用浮动活塞技术而言，制造时还须采用浮动活塞与缸筒内壁配对研磨工艺，方能确保油与氮气严格隔离的密封要求；活塞与缸筒内壁高速相对运动产生的摩擦磨损，使密封性能加剧降低。因此制造成本与维修成本高。本实用新型取消了活塞而采用双柱塞油缸；对双柱塞的缸筒内壁不加工，只须对双柱塞的外圆进行超级精度加工，其加工设备采用高精度外圆磨床对外圆进行抛光就能达到技术要求。由于无活塞只需采用轴用密封元件，我国已有工作压力45MPa，往复线速度达10～15米/秒系列轴用密封件，完全能满足本实用新型的密封要求、因此，本实用新型的制造成本和维修成本与国外同类产品相比可降低70％左右。

附图说明

以下结合实施例附图对本实用新型作进一步的详细描述

图1  为本实用新型作为液压桩锤结构示意图

图2  为图1中的局部俯视图

图3  为本实用新型作为液压锻造锤结构示意图

图4  为图3的俯视图

图5  为液压油路控制装置(一)结构图

图6  为液压油路控制装置(二)结构图

图7、图8  为液压桩锤的电控原理图

图中：1A、1B—液压泵装置  2A、2B—电磁溢流阀  3A、3B—单向阀  4A、45—电磁卸荷阀  5—先导控制阀  6—短路阀  8A、8B—高压蓄能器  9A、9B—低压蓄能器10—下冲双柱塞油缸  11—上升双柱塞油缸  12—机架座(悬座)  13—连接体  14—锤头  15A、15B—油箱  16—制动器  17—卷扬液压马达  18-1—平衡阀  18-2—单向节流阀  19—三位四通电磁阀  20—二位四通电磁阀  21—桩定位油缸  22—桩  23—桩帽  24—跟踪信号(JN₂)  25—液压油路控制装置(一)控制箱  26—锤击下限信号(JN₁)  27—随动电缆、滑轮、滑架  28—定滑轮组  29—多段组合机架顶置段  30—多段组合机架中间段(多段)  31—悬座升降钢丝绳  32—悬座导向轮  33—配重钢丝绳  34—桩帽导向轮  35—调斜度撑  36—配重  37—多段组合机架下置段  38—机座39—液压油路控制装置(二)控制箱  40—行走机构  41—电控箱  42—组合机架支承铰座  43—导轨  44—砧  45—电控箱  D₀、D₁—液控单向阀  D₂—单向阀  M—电动机DT—d、d₀、d₁—柱塞外径

具体实施方式

这里介绍的本实用新型实施例为两个，一是双柱塞液压桩锤，二是双柱塞液压锻锤，两者的液压控制装置都采用了液压油路控制装置(一)如图5所示，而液压桩锤还有液压油路控制装置(二)如图6所示。下面对该两个实施例分别予以介绍。

一、双柱塞液压桩锤

该双柱塞液压桩锤包括移动部分、固定部分、液压油路控制装置部分、电路控制装置部分。

移动部分是安装在机架座12上(在本实施例中，由于机架座12是悬挂于固定部分的定滑轮下，故又称为悬座12)、除有上升双柱塞缸11(2只)、下冲双柱塞缸10(2只)，液压油路控制装置(一)控制箱25、连接体13、锤头14外，还有液压油路的高压蓄能器8A和低压蓄能器9A、跟踪信号(JN₂)装置24、锤击下限信号(JN₁)装置26、随动电缆(含动力线、控制线)/滑架27、悬座导向轮32(2只)。锤是由连接体13与上面的二根下冲双柱塞缸10和二根上升双柱塞缸11连接再与下面的锤头14连接，三者固结为一整体的总称。三者质量之和即为锤的总质量。移动部分还包括戴在桩22上的桩帽23、桩帽导向轮34(4只)。

固定部分是安装在机座38上，主要部件有：卷扬液压马达17、桩定位油缸21(2只)、牵引悬座(12)的定滑轮组28(卷扬、配重各2组)、多段组合机架顶置段29、多段组合机架中间段30、悬座升降钢丝绳31、配重钢丝绳33、调斜度撑35(用于打斜桩调斜度角)、配重36、多段组合机架下置段37、液压油路控制装置(二)控制箱39、电控箱41、组合机架支承铰座42(2件)、导轨43。还有支撑机座38的行走机构40。

液压油路控制装置部分由控制双柱塞油缸上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)的液压油路控制装置(一)和控制定距离跟踪与桩定位油缸(21)的液压油路控制装置(二)两个独立液压系统组成。液压油路控制装置(一)控制箱25置于随动的悬座12上；液压油路控制装置(二)控制箱39置于固定机座38上。两系统均有独立的液压泵站，液压执行元件，液压控制元件及辅助装置。电气控置则采用两系统共用，实现集中控制，电控箱41置于固定的机座38上。两个独立液压系统均设独立的液压泵站。各泵站分别由电动机驱动恒功率变量泵为各自系统提供液压源。随动的悬座12内腔为液压油路控制装置(一)的油箱；固定的机座38内腔为液压油路控制装置(二)的油箱。

双柱塞液压锤的核心部件是由下冲双柱塞油缸10与上升双柱塞油缸11共四只双柱塞油缸构成的液压执行元件；其四只柱塞缸的中心均与锤头14的中心一一对称(见图2、图4俯视)。其中：下冲双柱塞油缸10共二只，上端柱塞外径为d₁，下端柱塞外径为d₀，其作用面积为：A₁₀＝π(d₀ ²-d² ₁)/4，上升双柱塞油缸11(回程)共二只，上端柱塞外径为d₀，下端柱塞外径为d，其作用面积为A₁₁＝π(d₀ ²-d²)/4；设d₀＞d＞d₁，且d与d₁相差值很小；故A₁₀＞A₁₁。当下冲双柱塞油缸10与上升双柱塞油缸11构成差动回路时(见图5)，其差动面积为ΔA＝A₁₀-A₁₁＝π(d²-d₁ ²)/4；显然，ΔA值很小。在下冲双柱塞油缸10压力油作用下，锤将以稍大于一个g(g＝9.8米/秒²)的加速度向下冲击，又由于ΔA的差动面积很小，此时泵供给的流量虽然不大，但锤的冲击末速度却很大，若锤的总质量较大，则冲击的动能非常大。

液压桩定位油缸21共两只用于桩定位油缸，其中一只缸活塞稍大作为桩的定位基准。卷扬液压马达17二种用途：第一.用于悬座12与桩帽23保持定距离跟踪。在打桩工作循环中，当锤冲击桩帽23时，桩即沉入土层h深，悬座12与桩帽23之间原定距离即相差h值；如果不自动消除这一差值，将给下一轮工作循环给定的冲击行程减小h值，锤头14就无法锤击到桩帽23。本实用新型采用的跟踪技术，能解决桩沉入土层h深时，实现液压马达顺转，机架座即自动快速下移h值，从而自动消除这一差值，确保机架座与桩帽在自动工作循环中保持定距离。第二，用于快速提升机架座及桩帽到预定高度，为打桩前准备。

液压控制元件：液压油路控制装置(一)，参见图5：电磁溢流阀2A：1DT断电，溢流阀开启，来自泵的液压油经该阀直接流回箱；1DT通电时，溢流阀起作用，可实现系统回路的压力调节与元件保护。单向阀3A：防止液压油从单向阀右端流向其左端。电磁阀4A为卸荷阀：2DT断电，该阀开启，油路接通油箱，释放系统回路中液压油；系统加载：2DT通电，该阀关闭，系统处于加载状态。液控单向阀D₀、D₁，：二阀并联，分流通过短路阀6的流量。单向阀D₂：用于所有电磁阀的电磁铁均断电状态下，上升双柱塞缸11内腔处于密闭状态，锁往锤因自重下滑，实现锤可靠停止在任一位置。电磁换向阀5为先导控制阀，用来控制短路阀6实现快速换向。3DT断电，短路阀6的阀芯移至上位，其上端与高压回路接通，下端与低压回路接通；当短路阀6处于平衡状态时，高压油一路经短路阀6直接进入下冲缸10，另一路经单向阀D₂进入上升缸11，下冲缸10与上冲缸11构成差动回路；在压力油作用下，由于A₁₀＞A₁₁，上升缸11的油通过液控单向阀D₁快速汇流于下冲缸10，使锤以稍大于一个g的加速度向下冲击。当3DT通电时，短路阀6换向，阀芯移至下位，泵与高压蓄能器8A的压力油经单向阀D₂给上升缸11提供压力油；下冲缸10则由短路阀6和液控单向阀D₀的两条通道与低压回油路相连，回油路中低压蓄能器9A吸收部分回油压力油。液压油路控制装置(二)，参见图6：电磁换向阀19为先导控制电液换向阀；主要用于实现悬座12与桩帽23保持定距离的跟踪。当4DT通电时，卷扬液压马达17快速顺转，悬座即快速下移跟踪桩帽，直至悬座与桩帽达到给定距离时即4DT断电，制动器16刹车，悬座即停在给定位置。当5DT通电时，卷扬液压马达17中速逆转，悬座及桩帽被中速提升到预定高度时使5DT断电，制动器16刹车，悬座及桩帽即停留在预定高度，为打桩做准备电磁换向阀20，用于控制油缸21对桩的定位(定中心)。6DT断电，定位器原位(退回松开状态)；6DT通电时，两个定位器相向快速接近实现对桩夹持定位(定心)状态。

主要辅助装置：高压蓄能器8A和低压蓄能器9A。在双柱塞液压锤的工作循环中，所需的流量变化较大，系统产生的冲击也较大；因此，须采用蓄能器进行调节。锤向下冲击是以稍大于一个g的加速度运动的，需供的流量由小到大，高压蓄能器8A储存来自液压泵多余的压力油，即存多余能量。在锤上升(回程)的过程中，需要大量的压力油；此时，不仅来自液压泵的液压油供给上升双柱塞油缸11，高压蓄能器8A也同时释放储存的压力油给上升双柱塞油缸11，提高了锤的上升(回程)速度，节省了能量。当短路阀6快速换向后，锤开始上升的同时，大量的液压油从下冲双柱塞油缸10流回油箱，系统产生冲击压力，利用低压蓄能器9A吸收回路中压力波动，降低压力峰值。低压蓄能器9A在锤上升过程中吸收来自下冲双柱塞油缸10的部分压力油；当锤向下冲击过程中则释放其储存的能量。

液压工作原理(参见图5和图6)：

泵启动—当溢流阀的电磁铁1DT、11DT均断电状态下，分别启动两个液压系统液压泵的驱动电机，使泵在溢流压力为零的状态下启动运行；系统最高工作压力调定及安全保护—在1DT，、1DT通电状态下，分别调定两液压系统的电磁溢流阀2A与2B的最高工作压力；桩定位(定心)—指桩贯入土层后，工况要求桩中心线与地水平面垂直或与地水平面倾斜某一角度值的定位。当桩打入土层一定深度后，所要求的角度值已趋稳定，其桩定位器即可松开退回原位；因此，桩定位只设置手动，不列入打桩自动工作循环周期。

双柱塞液压锤的工作循环周期分为：锤上升(回程)，锤下降(下冲)和保压/跟踪三个阶段。

(1)锤上升(回程)

1DT、2DT通电，同时JN₁有信号，换向阀5的3DT通电，使短路阀6换向，泵和高压蓄能器8A的压力油经单向阀D₂同时为上升缸11提供压力油；下冲缸10则由短路阀6和液控单向阀D₀的两条通道与低压回路相连，回油路中的低压蓄能器9A吸收部分回油压力油。

(2)打桩运动(锤下冲)

当锤上升到设定高度时，换向阀5的3DT断电，短路阀6换向，高压油一路经短路阀6直接进入下冲双柱塞油缸10，另一路经单向阀D₂进入上升双柱塞油缸11；下冲双柱塞油缸10与上升双柱塞油缸11构成差动回路，在压力油的作用下，上升双柱塞油缸11的油经过液控单向阀D₁快速汇流于下冲双柱塞油缸10，使锤以稍大于一个g的加速度向下冲击，进行打桩运动。此时，液压泵除给下冲双柱塞油缸10供给差动所需部分压力油外，还给高压蓄能器8A储存多余的压力油；在下冲过程，四只缸与回油油路都是断开的，低压蓄能器9A则逐渐释放锤上升过程中吸收(下冲双柱塞油缸10)的能量。

(3)保压/跟踪阶段

锤冲击桩帽23时，使桩22沉入土层一定深度，锤继续下冲停在桩帽上。为防止桩的回挑，锤头在桩帽上须停留一段时间进行保压。此时，桩帽离开跟踪信号JN₂即悬座12与桩帽23间给定距离发生了变化；因而跟踪信号JN₂产生误差信号(JN₂)。根据保压时间结束指令，换向阀5的3DT通电，一路使短路阀6换向，锤开始上升；另一路使电液换向阀19的4DT断电，卷扬液压马达17顺转，悬座12快速下移跟踪桩帽23，使误差信号(JN₂)消失即4DT断电，制动器17刹车，悬座12与桩帽23即完成一次定距离的跟踪运动。系统又开始新一轮自动工作循环。

电气控制工作原理：

电气控制采用当代微处理器技术的新型工业电子控制装置—PC可编程序控制器。它主要由编程器，CPU中央处理器，输入/输出模块等组成；具有计数、计时(延时)、移位、算术/逻辑运算、监视、故障自动诊断、停电记忆等功能；它能适应恶劣的工作环境，抗干扰能力强、编程简便并可根据工况要求任意更改程序、可靠性高、响应快、易于维护等优点。

应用于本实用新型双柱塞液压桩锤方面，两个独立的液压系统的电气控制系统采用集中控制。设置三种工作状态：a)手动，b)点动，c)自动。

电控原理PC梯形图[参见图7、图8]

电控原理PC梯形图是根据美国GE公司系列III-PC可编程序控制器手册按工艺流程设计的。梯形图的数字定义号与相对应的名称对照如下：

I、操作基本键(面板键)数字定义号   代号          标字     数字定义号   代号           标字(1)4041   1TA(不能自复位) 卸载键     (2)4111   1QA(不能自复位) 手动加载键(3)4121   ZK(不能自复位)  自动循环   (4)9021   2QA(自复位)     点动锤升(5)4112   3QA(不能自复位) 手动定位   (6)4042   2TA(不能自复位) 定位松开(7)9022   4QA(自复位)   点动悬座跟踪 (8)9023   5QA(自复位)     点动悬座升

II冲击能量选择键(面板键)(1)4011  CM₁(不能自复位) 触摸键1  (2)4012  CM₂(不能自复位) 触摸键2(3)4013  CM₃(不能自复位) 触摸键3  (4)4014  CM₄(不能自复位) 触摸键4(5)4015  CM₅(不能自复位) 触摸键5  (6)4016  CM₆(不能自复位) 触摸键6(7)4017  CM₇(不能自复位) 触摸键7  (8)4018  CM₈(不能自复位) 触摸键8

III检测点(见图1)(1)9001—锤下限信号JN₁为接近开关。JN₁感应头置于悬座12上，JN₁的检测体(安装)在锤上的适当位置(上下垂直方向可调)；(2)9002—机架座跟踪信号JN₂为二只接近开关并联，分别置于两根下伸的空心钢管内的下端；其两根空心钢管上端分别与悬座12固结，JN₂的感应头装在钢管内下端且距钢管下端面3～5毫米；JN₂的检测体即是桩帽23(金属)的顶面。机架座12底面至空心钢管下端面的定长称为机架座至桩帽顶面的定距离。

IV计时器(1)0001—锤击下限信号(JN₁)9001触点闭合，计时器T₁通电保压延时达t₀₁(秒)即动作闭合；(2)0011—按下触摸键(CM₁)4011触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₁通电延时达t₁₁即动合；(3)0012—按下触摸键(CM₂)4012触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₂通电延时达t₁₂即动合；(4)0013—按下触摸键(CM₃)4013触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₃通电延时达t₁₃即动合；(5)0014—按下触摸键(CM₄)4014触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₄通电延时达t₁₄即动合；(6)0015—按下触摸键(CM₅)4015触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₅通电延时达t₁₅即动合；(7)0016—按下触摸键(CM₆)4016触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₆通电延时达t₁₆即动合；(8)0017—按下触摸键(CM₇)4017触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₇通电延时达t₁₇即动合；(9)0018—按下触摸键(CM₈)4011触点闭合(4121与T₁均闭合时)，计时器T₁₈通电延时达t₁₈即动合；

V PC内部中间继电器(1)7011—当T₁₁常开触点动作闭合，7011线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；(2)7012—当T₁₂常开触点动作闭合，7012线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；(3)7013—当T₁₃常开触点动作闭合，7013线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；(4)7014—当T₁₄常开触点动作闭合，7014线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；(5)7015—当T₁₅常开触点动作闭合，7015线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；(6)7016—当T₁₆常开触点动作闭合，7016线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；(7)7017—当T₁₇常开触点动作闭合，7017线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；(8)7018—当T₁₈常开触点动作闭合，7018线圈通电使其常闭触点断开，使3DT断电；

VI输出(1)0101—液压系统A，溢流阀电磁铁1DT(通电加载，断电卸载)；(2)0102—液压系统A，卸荷阀电磁铁2DT(通电加载，断电卸载)；(3)0111—液压系统B，溢流阀电磁铁11DT(通电加载，断电卸载)；(4)0112—液压系统B，卸荷阀电磁铁12DT(通电加载，断电卸载)；(5)0203—液压系统A，先导换向阀电磁铁3DT(通电锤升，断电锤向下冲击)；(6)0204—液压系统B，换向阀电磁铁4DT(通电液马达顺转悬座跟踪桩帽，断电制动刹车)；(7)0205—液压系统B，换向阀电磁铁5DT(通电液马达逆转悬座提升，断电制动刹车)；(8)0206—液压系统B，换向阀电磁铁6DT(通电夹桩定位，断电松开)。

电控原理

停止状态：手动加载键(1QA)4111触点或自动循环键(ZK)4121触点处于常开状态或点击卸载键(1TA)4041触点由常闭状态即瞬间断开，101(1DT)、102(2DT)、111(11DT)、112(12DT)线圈均断电；溢流阀、卸载阀均开启，来自液压泵的液压力为零直接流回油箱。上升双柱塞缸腔内油液均处于密闭状态，锤即停在任一位置。

工作状态：(1)液压系统加载：按下手动加载键(1QA)使4111常开触点闭合或按下自动循环键(ZK)使4121常开触点闭合，线圈101(1DT)、102(2DT)通电，液压油路控制装置(一)即建立液压力处于加载工作状态。当线圈204(4DT)、205(5DT)、206(6DT)中只须其中一个线圈通电就使其常开触点闭合或手动(2TA)键使4042常开触点闭合，线圈111(11DT)、112(12DT)通电，液压系统B即建立液压力处于加载工作状态。(2)锤击能量/频率的设置选择：锤击能量/频率应根据土质情况及桩材料强度分级设置。设置原则是：根据桩锤或锻锤产品系列中锤的总质量、锤击行程及电、液控制元件响应时间等参数，划分n级。以n个触摸键CM₁、CM₂、CM₃……CM_n为代码实施并联作为输入信号点。实质上，其n个并联输入点，即是由PC控制锤提升到n个位置高度，即可确定锤相应的打击能量(KJ)/频率(HZ)。置于自动状态：用户只需选择适当的触摸键CM_n，相对应的计时器Tn预置延时t_n秒，即控制锤上升(回程)时间为t_n(秒)，锤提升相应高度为：H_n＝V₁₁t_n米；锤向下冲击桩帽的即时速度为：V₁₀＞(2gH_n)^1/2(米/秒)；设锤的总质量为m₁(Kg)，则锤击的动能为：E_k＝m₁v² ₁₀/2.。(3)手动调整悬座提升或下移：悬座12提升：打桩前，须先把悬座12连桩帽23用中速提升超过桩上端顶面。按住(5QA)键，使9023常开触点闭合(手动状态：自动触点4121为常闭状态)，线圈205(5DT)通电卷扬液压马达17逆转中速提升机架座及桩帽。悬座12下移：点动(4QA)键，使9022常开触点闭合(点动状态：自动触点4121为常闭状态)，线圈204(4DT)瞬时通电，卷扬液压马达17顺转，使悬座及桩帽下移，使桩帽按要求套在桩上端面；再继续点动，跟踪信号JN₂接近桩帽顶面，对应的常闭触点9002(JN₂)即断开，线圈204(4DT)断电，卷扬液压马达停转，制动器刹车；悬座与桩帽已达到跟踪给定距离。即自动循环前的调整完成。(4)手动实现对桩定位或松开：在自动工作循环状态下，对桩的定位或松开采用手动。定位：按(3QA)键，使4112常开触点闭合，线圈206(6DT)通电，二个定位器夹桩实现对桩的定位。松开：按(2TA)键，使4042常闭触点断开，线圈206(6DT)断电，二个定位器松开退回原位。(5)自动工作循环：按下自动(ZK)键，对应的4121常开触点闭合(同时常闭触点断开)，系统处于自动工作循环状态。若按下触摸键(CM₂)键，相对应的4012常开触点闭合，当锤向下冲击接近下限信号(JN₁)，相对应的9001常开触点闭合，接通T₁计时器开始保压延时达t₀₁秒，T₁的常开触点闭合，线圈203(3DT)通电，锤开始上升；当T₁常开触点闭合的同时，还按通T₁₂计时器并开始延时达t₁₂秒后，T₁₂的常开触点闭合，使中间继电器7012通电，常闭触点7012断开，迫使线圈203(3DT)断电，锤停止上升；锤上升高度为：H₁₂＝V₁₁t₁₂(米)。线圈203(3DT)断电，使先导电磁换向阀改变短路阀的位置，上升双柱塞缸内腔与下冲双柱塞缸内腔相互沟通形成差动回路；锤以大于一个g的加速度向下冲击桩帽，迫使桩沉入土层一定深度；桩帽远离跟踪信号JN₂，相对应的9002触点回到常闭状态；由于T₁完成保压延时达t₀₁秒后，T₁的常开触点又闭合，线圈203(3DT)又通电，锤又开始上升；同时还使线圈204(4DT)通电，液马达顺转，悬座12快速下移跟踪桩帽23，当跟踪信号JN₂接近桩帽，对应的9002常闭触点断开，线圈204(4DT)断电，液马达停转，制动刹车跟踪停止。锤上升时间达t₁₂秒时，203(3DT)断电，锤提升高度又达到H₁₂＝V₁₁t₁₂(米)，又开始新一轮自动工作循环。(6)桩的承载力既可用数字显示又可打印来：锤击的动能E_k10＝m₁V² ₁₀/2(KJ)计算机能自动写入，由位移传感器测得的桩贯入土层深度h值也自动写入通过计算机运算，桩受到的阻力即桩的平均承载力：F＝m₁v² ₁₀/2h(KN)，既可用数字显示又可通过配置打印机打印出来。

电控采用二种操作方式：为用户操作更方便，设置电气控制面板上的键钮和手握式遥控器二种功能操作方式。电气控制室内的控制面板键名称与现场手控式遥控器的键名称相同，即它们具有相同的功能和使用方法。这二种操作方式任选一种即可。

二、双柱塞液压锻锤

双柱塞液压锻锤包括机架座12、上升双柱塞缸11、下冲双柱塞缸10，液压油路控制装置(一)的油路分别与上升双柱塞缸11、下冲双柱塞缸10连接，液压油压对下冲双柱塞缸10的柱塞作用面积大于上升双柱塞缸11的柱塞作用面积，上升双柱塞缸11、下冲双柱塞缸10的下部通过连接体13连接锤头14，机架座底上有砧44。锤是由连接体13与上面的二根下冲双柱塞缸10和二根上升双柱塞缸11连接再与下面的锤头14连接，三者固结为一整体的总称。三者质量之和即为锤的总质量。液压油路控制装置(一)的结构与双柱塞液压桩锤的液压油路控制装置(一)相同，如图5所示，该部分的液压原理和液压工作过程与双柱塞液压桩锤的相同，在此不再复述。

本实用新型双柱塞液压锤和国外现代液压锤均属冲击式液压锤。工作特征基本相似：输入参数是液流的工作压力和工作流量；输出参数是末速度、冲击幅、冲击频率和冲击能量。主要区别是：

第一，国外现代液锤采用的是差动活塞(油缸)原理，而本专利液锤采用的是差动双柱塞(油缸)原理。由于液压锤在工作冲击过程中是在大于一个g的的加速度运动的，活塞或柱塞往复运动线速度高达4～8米/秒，比一般液压设备高得多。这样高的工作线速度对液压缸的制造技术及密封要求特别高。国外液锤采用活塞与浮动活塞，须对缸筒内壁(深长孔)进行超级精度加工，即使采用现代高精、尖深孔加工设备，也难确保其内孔的精度与表面粗糙度的要求；对采用浮动活塞技术而言，制造时还须采用浮动活塞与缸筒内壁配对研磨工艺，方能确保油与氮气严格隔离的密封要求；活塞与缸筒内壁高速相对运动产生的摩擦磨损，使密封性能加剧降低。因此制造成本与维修成本高。本实用新型双柱塞液压锤取消了活塞而采用双柱塞油缸；对双柱塞的缸筒内壁不加工，只须对双柱塞的外圆进行超级精度加工，其加工设备采用高精度外圆磨床然后对外圆进行抛光就能达到技术要求。由于无活塞只需采用轴用密封元件。我国已有工作压力45MPa，往复线速度达10～15米/秒系列轴用密封件，完全能满足本专利产品的密封要求、因此，本专利系列产品的制造成本和维修成本与国外同类产品相比可降低70％左右。

第二本专利应用于液压桩锤系列产品，采用定距离跟踪技术，在国内外尚无先例。液压桩锤在打桩过程，每一工作循环对桩帽冲击一次动能，同时就传递桩一相应动能这动能使桩克服土层阻力贯入土层一定深。实质上，锤对桩帽及桩的冲击过程就是两个物体的相互碰撞过程。在碰撞过程中，锤与桩帽(及桩)两个相互碰撞的物体均视为弹性体；理论上可以认为两个物体碰撞前后物体系的总动能不变。根据对心弹性碰撞理论有如下关系：

设锤对桩帽及桩碰撞后锤的速度由v₁₀变为v₁(米/秒)：

v₁＝[(m₁-m₂)v₁₀+2m₂v₂₀]/(m₁+m₂)……….(1)

设桩帽及桩受到碰撞后获得速度为v₂(米/秒)；

v₂＝[(m₁-m₂)v₂₀+2m₁v₁₀]/(m₁+m₂)……….(2)

上式中：m₁--锤的总质量(Kg)；m₁＝4只双柱塞质量之和+连接体质量+锤头质量；m₂--被冲击物体质量(Kg)；m₂＝桩帽质量+桩的质量+(附加质量)；v₁₀--锤对桩帽尚未发生相互碰撞前的即时(末)速度(米/秒)；v₁₀＞(2gH)^1/2；g--重力加速度(g＝9.8米/秒²)；H_n--锤的冲击工作行程(米)；V₂₀--桩帽及桩未受到锤碰撞前的速度(米/秒)；由于锤向下冲击时尚未碰撞到桩帽前，桩帽及桩均为静止，故V₂₀＝0因而上式(1)、(2)应为：

V₁＝(m₁-m₂)v₁₀/(m₁+m₂)…………(3)

V₂＝2m₁v₁₀/(m₁+m₂)……………  (4)

由式(3)可以看出：当m₁＝m₂时，锤对桩帽发生相互碰撞后，锤的即时速度v₁＝0；当m₁＞m₂时，v₁＞0，即锤对桩帽发生相互碰撞后，锤的即时速度与尚未发生相互碰撞前的即时速度v₁₀方向同向，其大小v₁远小于v₁₀，锤即减速继续向下运动；当m₁＜m₂时，v₁＜0，即锤对桩帽发生相互碰撞后，锤的即时速度v₁与尚未发生相互碰撞前的即时速度v₁₀的方向相反，其大小v₁小于v₁₀；锤出现向上反弹运动。因此，设计液锤时尽量使m₁＞m₂。

由式(4)可知：当锤对桩帽发生相互碰撞后，桩帽及桩即获得了速度v₂，其动能为：E_K2＝m₂v₂ ²/2。当锤的总质量m₁、碰撞时刻的即时速度v₁₀时其冲击动能为：E_K1＝m₁v₁₀ ²/2；若发生相互碰撞时动能转换保持E_k2＝E_k1为定值：当m₂总质量大，v₂值就小；当m₂总质量小，v₂值就大。

国外现代液压桩锤是把类似悬座的总重量经配重减重后搁置在桩帽上的。这就给桩帽及桩附加了一定质量，即把m₂的总质量加大了，使v₂值变小了，桩及桩帽获得的动能减少了；因而沉桩力减小，沉桩效率降低。

本实用新型采用了跟踪技术，把悬座的总重量经配重减重后，用卷扬液压马达通过钢丝绳把悬座悬吊(实际拉力是减去配重后的重量)起来，桩帽及桩上无附加重量(即m₂中不含附加质量)。显然增大了v₂值，增大了沉桩力，提高了沉桩效率。

第三、每只双柱塞缸中，其双柱塞为两根外径不相等组合而成一根阶梯长轴，在柱塞外径较小的导向套内端与柱塞外径较大的端部设置液压缓冲，预防双柱塞处于缸端上下限位置时对缸端发生机械碰撞。

第四，液压桩锤的两个液压系统设计为两个独立系统，一个液压系统置于随动的悬座上，其液压元件均采用集成块，元件之间省去管道连接，与双柱塞油缸相连的油管尽量短；因此，系统压力损失小、可靠性高。其液压系统的驱动电机的动力线以及电控的输入/输出电缆跟随悬座上下滑移。

第五，电气控制采用现代微电子PC可编程工业控制器，根据工况要求可任意更改程序，能自动诊断故障，可监视全工作过程运行情况。

第六，操作简便，自动化程度高。

用户首先启动液压泵，再按点动、手动键进行自动工作循环前的调整；然后把选择键置于自动工作状态：根据土质情况及桩材料的强度，按有关规苊选择相应的”锤击能量/频率”数码代号触摸键，打桩即进入自动工作循环。

Claims (6)

1、一种双柱塞液压锤，包括机架座(12)、上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)，其特征在于有液压油路控制装置(一)的油路分别与上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)连接，液压油压对下冲双柱塞缸(10)的柱塞作用面积大于上升双柱塞缸(11)的柱塞作用面积，上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)的下部通过连接体(13)连接锤头(14)。

2、根据权利要求1所述的双柱塞液压锤，其特征在于该双柱塞液压锤为双柱塞液压桩锤，包括移动部分、固定部分、液压油路控制装置部分、电路控制装置部分，移动部分是安装在作为机架座的悬座(12)上、除有上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)、连接体(13)、锤头(14)外，跟踪信号(JN₂)装置(24)、锤击下限信号(JN₁)装置(26)、随动电缆/滑架(27)、悬座导向轮(32)，固定部分是安装在机座(38)上，有卷扬液压马达(17)、桩定位油缸(21)、牵引悬座(12)的定滑轮组(28)、多段组合机架(29、30、37)、悬座升降钢丝绳(31)、配重钢丝绳(33)、调斜度撑(35)、配重(36)、电控箱(41)、组合机架支承铰座(42)、导轨(43)。

3、根据权利要求2所述的双柱塞液压锤，其特征在于液压油路控制装置部分由控制双柱塞油缸上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)的液压油路控制装置(一)和控制桩定位油缸(21)的液压油路控制装置(二)两个独立液压系统组成，液压油路控制装置(一)控制箱(25)置于随动的悬座(12)上，液压油路控制装置(二)控制箱(39)置于固定机座(38)上，两系统均有独立的流压泵站，液压执行元件，液压控制元件。

4、根据权利要求3所述的双柱塞液压锤，其特征在于液压油路控制装置部分有辅助装置高压蓄能器(8A、8B)和低压蓄能器(9A、9B)。

5、根据权利要求2所述的双柱塞液压锤，其特征在于电路控制装置部分采用电子控制装置—PC可编程序控制器，它主要由编程器，CPU中央处理器，输入/输出模块组成。

6、根据权利要求1所述的双柱塞液压锤，其特征在于该双柱塞液压锤为双柱塞液压锻锤，除包括机架座(12)、上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)，液压油路控制装置(一)的油路分别与上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)连接，液压油压对下冲双柱塞缸(10)的柱塞作用面积大于上升双柱塞缸(11)的柱塞作用面积，上升双柱塞缸(11)、下冲双柱塞缸(10)的下部通过连接体(13)连接锤头(14)外，机架座底上还有砧(44)。

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