CN203270571U - 增力型密闭筒式液压打桩锤 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增力型密闭筒式液压打桩锤，包括液压动力站、液压打桩锤体和电控***，所述液压打桩锤体由上部锤体、中部锤体、下部锤体和底部锤体连接组成，上述四个部分均在一条轴线上，其中，上部锤体、中部锤体和下部锤体分别形成各自的密闭结构；上部锤体由高压氮气室和安装在高压氮气室内部的高压蓄能器、单作用提升油缸、两个单作用气缸以及低压蓄能器组成，单作用提升油缸的无杆腔与高压氮气室连通，单作用气缸的无杆腔内预充有3～4MPa的中压空气，单作用气缸的有杆腔为真空腔。本实用新型在同等锤芯重量，同等上升高度条件下，能够较大程度的提高锤芯下落加速度，且降低了大直径锤筒与运动锤芯对高密封性的设计及加工要求。

Description

增力型密闭筒式液压打桩锤

技术领域

本实用新型属于液压打桩锤技术领域，尤其涉及海洋石油工程中使用的一种增力型密闭筒式液压打桩锤。 

背景技术

液压打桩锤是海洋石油平台海上安装阶段的重要施工设备，在石油平台桩基工程中不可或缺，液压打桩锤主要由锤体、动力站和控制***等几个部分组成，其中，控制***负责的部分包括控制打桩锤锤芯的起落，从而完成打桩过程。通过与动力站内的控制***相互通讯，完成对控制***内必要参数的监控以及调整，保证整个打桩锤***工作的协调性。目前，国内外的液压打桩锤主要分为几种形式： 

第一种型式是在锤芯下落过程中利用锤芯自身重力和用于提升锤芯的提升油缸的高压油推力的双作用冲击锤，这类锤可实现的下落加速度一般在1.6-2个重力加速度；

第二种形式是双缸双作用液压打桩锤，国内外普遍使用的双缸双作用液压打桩锤均是采用双液压油缸左右对称布置，用于共同提升锤芯，所述液压油缸上装有二通插装阀、外控顺序阀、两位三通电磁阀等多个控制阀元件，这些控制阀的开启与关闭均需要时间，由于两个油缸上彼此各配设有一套控制阀元件，因此会有阀体在工作一段时间后彼此的阀芯磨损不一样，进而会造成两油缸活塞杆换向时间不同步，此时油液通过上述不同步的阀分别进入两个油缸将会分流不匀造成双缸不同步现象，该现象将延长双缸同步上升下降时间，换向时间的长短会直接影响油缸活塞杆上下运动速度，在连续工作状态下的一段时间内锤芯打击次数会受到影响，使得打桩锤的工作效率严重降低；

另外，中国专利“多作用密闭筒式液压打桩锤”（公告号为CN101748730B），其作用原理为：除在锤芯下落过程中利用自身重力和提升油缸顶部附加一个作用力外还分别在密闭的锤缸筒内上锤芯的上部设置一气室用于增加一个压缩空气推力和上锤芯下部设置一真空室用于增加一个真空吸力，共计有四个与锤芯运动方向相同的作用力作用于锤芯，使得锤芯在下落的过程中获得更大的下落加速度。

但是，在制造和使用过程中该“多作用密闭筒式液压打桩锤”存在以下缺陷：（1）上锤芯下部设置的真空实际上无法实现，因为，要实现真空必须要保证锤缸筒与上、下锤芯之间的密封性，现阶段，对于较大直径800～1800mm和长距离长度达7～8m的筒体国内外无法加工出0.4-0.2的光洁度及要求很高的同轴度；（2）上、下锤芯之间易形成气垫效应，进而导致上、下锤芯接触不上和锤缸筒涨裂现象的发生，因为，如果上、下锤芯与锤缸筒之间的密封性没有得到保证或者在使用过程中由于上锤芯与锤缸筒之间摩擦而使得真空环境不存在，上锤芯上部带压力的气体随上锤芯运动逐渐进入上、下锤芯之间，无法排出，较短时间内会积聚大量气体形成气垫，气垫会形成气阻影响锤芯下落速度，严重时重量较大的锤芯下落会通过气垫将锤缸筒逐渐涨裂；（3）上锤芯上、下运动摩擦阻力大，影响锤芯运动速度及加速度，因此，若要实现上锤芯下部的真空室要求，往往需要增加密封件数量，对大直径锤缸筒来说，密封件使用数量越多，即意味着与缸筒的接触面积越大，使得摩擦阻力非常大，不可忽视，在打桩锤锤芯常用次数为每分钟42次的高速运动中，摩擦还产生大量的热量影响筒体强度，筒体加工精度将发生变化，造成筒体变形，密封失效，真空失效。 

发明内容

为了克服背景技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种增力型密闭筒式液压打桩锤，在同等锤芯重量，同等上升高度条件下，能够较大程度的提高锤芯下落加速度，且降低了大直径锤筒与运动锤芯对高密封性的设计及加工要求。 

为了实现上述发明目的，本实用新型采用如下所述的技术方案： 

一种增力型密闭筒式液压打桩锤，包括液压动力站、液压打桩锤体和电控***，所述的液压打桩锤体由上部锤体、中部锤体、下部锤体和底部锤体连接组成，上述四个部分均在一条轴线上，其中，上部锤体、中部锤体和下部锤体分别形成各自的密闭结构；

上部锤体由高压氮气室和安装在高压氮气室内部的高压蓄能器、单作用提升油缸、两个单作用气缸以及低压蓄能器组成，所述单作用提升油缸的无杆腔与高压氮气室连通，所述单作用气缸的无杆腔内预充有3～4MPa的中压空气，单作用气缸的有杆腔为真空腔；

中部锤体由液压集成块总成、进油控制阀和回油控制阀组成，进油控制阀和回油控制阀均安装在液压集成块总成上；

下部锤体由锤筒体、传感器和安装在锤筒体内部的上锤芯、上锤芯密封装置、下锤芯和下锤芯密封装置组成，上锤芯的上、下两端部均设置有上锤芯密封装置，上锤芯呈圆柱体结构，且在圆柱体的外表面上延伸有环状凸台，环状凸台沿其圆周方向均布设有轴向通孔，所述的下锤芯位于上锤芯的下部，下锤芯密封装置设置在下锤芯的下端部，传感器设置在锤筒体的外壁上与所述的电控***电连接；

所述的底部锤体由替打块和桩套筒组成，替打块直接与下锤芯接触，替打块安设在桩套筒内。

进一步地，所述单作用气缸的无杆腔通过连接胶管总成外接中压空气缓冲罐，中压空气缓冲罐预加3MPa--4MPa的空气。 

该增力型密闭筒式液压打桩机的工作原理描述如下： 

液压动力站提供的液压油经管路进入液压打桩锤锤体，当进油控制阀与回油控制阀同时开启时，液压动力站进油经过打桩锤液压***回到液压动力站，液压***进行空载循环工作，对***进行预热。

打桩作业时，在液压***预热工作完成后，要首先为高压蓄能器充油，当高压蓄能器充油到***压力时，进油控制阀开启，回油控制阀关闭，高压油进入单作用提升油缸的有杆腔，液压油提供的能量克服单作用提升油缸无杆腔的氮气压力、两个单作用气缸无杆腔的空气压力和有杆腔内的真空吸力以及摩擦力和其他机械阻力，提升上锤芯上行，由电控***及传感器控制上锤芯的上升高度。当上锤芯上升到设定高度时，关闭进油控制阀；此时，进油控制阀、回油控制阀均处在关闭状态，上锤芯悬停在设定位置。 

当上锤芯悬停在设定位置时，打开回油控制阀，上锤芯在自身重力、单作用提升油缸的无杆腔内高压氮气的压力、两个单作用气缸无杆腔内的中压空气（压力为3MPa-4MPa）的压力和两个单作用气缸有杆腔内的真空吸力，共计6个力的作用下，克服单作用提升油缸有杆腔内排油阻力、密封摩擦力和其他机械阻力的影响，加速向下运动；同时，由于上锤芯上设置有通孔，使得上锤芯在向下运动时，上锤芯下部的空气沿通孔到达上锤芯的上部，大大减小了空气阻力，有效的增大了上锤芯下落的加速度；上锤芯向下运动过程中低压蓄能器吸收从单作用提升油缸有杆腔内排出的液压油，从而减小由于长管路对排油速度的影响，减小排油阻力；当上锤芯运动到下锤芯时，发生碰撞，下锤芯向下运动，带动与之接触的替打块和桩套筒向下运动。 

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优越性： 

1、本实用新型通过在上部锤体上设置两个单作用气缸，且将单作用气缸的有杆腔设为真空腔以及将其无杆腔充有中压空气，增加了与上锤芯向下运动方向相同的作用力，能够有效提高上锤芯下落的加速度；

2、本实用新型中的上锤芯设为其上设有通孔的结构，使得上锤芯上部和下部的空气相互流通，不需要保证上锤芯上部和下部各自的高密封性要求，减少了密封件数量，较大范围的降低了上锤芯下降过程中的摩擦阻力及空气阻力，能够有效提高上锤芯下落时的加速度。

3、本实用新型的结构设计降低了加工制造难度，同时生产成本大大降低。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为图1中液压集成块总成的结构示意图；

图3为图1中上锤芯的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图中：1-高压氮气室；2-单作用气缸；3-单作用提升油缸；4-液压集成块总成；5-锤筒体；6-传感器；7-上锤芯密封装置；8-上锤芯；9-下锤芯；10-下锤芯密封装置；11-替打块；12-桩套筒；13-进油控制阀；14-高压蓄能器；15-低压蓄能器；16-回油控制阀；17-中压空气缓冲罐；18-连接胶管总成；19-通孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。 

结合图1和图2，所述的增力型密闭筒式液压打桩锤，由液压动力站、液压打桩锤体和电控***组成；所述的液压打桩锤体由上部锤体、中部锤体、下部锤体和底部锤体连接组成，上述四个部分均在一条轴线上，其中，上部锤体、中部锤体和下部锤体分别形成各自的密闭结构；上部锤体由高压氮气室1和安装在高压氮气室1内部的高压蓄能器14、单作用提升油缸3、两个单作用气缸2以及低压蓄能器15组成，所述单作用提升油缸3的无杆腔与高压氮气室1连通，所述单作用气缸2的无杆腔内预充有3～4MPa的中压空气，单作用气缸2的有杆腔为真空腔； 

如图2所示，中部锤体由液压集成块总成4、进油控制阀13和回油控制阀16组成，进油控制阀13和回油控制阀16均安装在液压集成块总成4上，所述的液压集成块总成4根据电控***发出的信号控制进、回油控制阀的开启和关闭，进而控制单作用提升油缸3活塞杆的上下运动。

下部锤体由锤筒体5、传感器6和安装在锤筒体5内部的上锤芯8、上锤芯密封装置7、下锤芯9和下锤芯密封装置10组成，上锤芯8的上、下两端部均设置有上锤芯密封装置7，上锤芯8呈圆柱体结构，且在圆柱体的外表面上延伸有环状凸台，环状凸台沿其圆周方向均布设有轴向通孔19，所述的下锤芯9位于上锤芯8的下部，下锤芯密封装置10设置在下锤芯9的下端部，传感器6设置在锤筒体5的外壁上，传感器6和电控***电连接用于控制上锤芯8上升的高度；所述上部锤体的单作用提升油缸3和两个单作用气缸2的活塞杆分别穿过液压集成块总成4与上锤芯8连接。 

所述的底部锤体由替打块11和桩套筒12组成，替打块11直接与下锤芯9接触，替打块11安设在桩套筒12内。 

所述单作用气缸2的无杆腔通过连接胶管总成18外接中压空气缓冲罐，中压空气缓冲罐17预加3MPa～4MPa的空气；当上锤芯8往复运动时，由于中压空气缓冲罐17和单作用气缸2的无杆腔相连通，因此，单作用气缸2无杆腔内的压力不会由于上锤芯8的往复运动产生较大的变化，使得单作用气缸2无杆腔内的中压空气作用在上锤芯8上的作用力始终保持恒定；另外，也可以根据实际打桩需要的打击能量，增加单作用气缸2的数量以获得更大的锤芯下落加速度，单作用气缸2数量的增加相应的就需要增加相同数量的中压空气缓冲罐。 

如图3、4所示，所述的上锤芯8呈圆柱体结构，且在圆柱体的外表面上延伸有环状凸台，环状凸台沿其圆周方向均布设有轴向通孔19，上锤芯8这种结构的设计，使得上锤芯8的上、下端与锤筒体5之间形成的两个空气室之间的空气能够相互流通，一方面，能够使上锤芯8在下落时，上锤芯8下部的空气沿着通孔进入到其上部，减小了空气阻力；另一方面，不用保证上锤芯8与锤筒体5之间的较高密封性，密封件的使用数量较少，只需密封件起到上锤芯8的导向作用即可，摩擦阻力也相应减小，进一步提高了上锤芯8下落加速度。 

本实用新型的液压打桩锤使锤芯在下落过程中利用其自身重力、单作用提升油缸无杆腔内的高压氮气压力、两个单作用气缸无杆腔内的中压空气的压力、两个单作用气缸有杆腔内的真空吸力，共计6个作用力与锤芯下落方向相同，相比于现有的“多作用密闭筒式液压打桩锤”多了两个作用力，从而使得在同等锤芯重量同等下落高度的前提下获得的加速度比现有的“多作用密闭筒式液压打桩锤”多1～2个G的重力加速度 ，按照目前的技术条件能够较容易地实现锤芯下落加速度4～5个G的重力加速度。 

本实用新型与现有的“双缸双作用液压打桩锤”相比，本实用新型中的两个单作用气缸直接外接中压空气缓冲罐，气缸活塞杆的换向无需换向阀等控制阀元件，因此无换向时间的影响，能够实现同步作用，工作效率大大提高了；另外，锤芯在下落过程中，本实用新型有6个与锤芯下落方向相同的作用力，比现有的“双缸双作用液压打桩锤”多出4个作用力，从而使得在同等锤芯重量、同等下落高度的前提下本实用新型获得的加速度比“双缸双作用液压打桩锤”多2～3个G的重力加速度。 

实施例二 

本实用新型的结构参照实施例一，不同之处是将实施例一中的单作用气缸2的有杆腔不设为真空结构，并且将单作用气缸2的有杆腔和上锤芯8上部与锤筒体5形成的气室相连通。

本方案的液压打桩锤使锤芯在下落过程中利用其自身重力、单作用提升油缸无杆腔内的高压氮气压力、两个单作用气缸无杆腔内的中压空气的压力，共计4个作用力与锤芯下落方向相同，是锤心下落过程中获得更大的加速度。 

Claims (2)

1.一种增力型密闭筒式液压打桩锤，包括液压动力站、液压打桩锤体和电控***，所述的液压打桩锤体由上部锤体、中部锤体、下部锤体和底部锤体连接组成，上述四个部分均在一条轴线上，其中，上部锤体、中部锤体和下部锤体分别形成各自的密闭结构，其特征是：

上部锤体由高压氮气室（1）和安装在高压氮气室（1）内部的高压蓄能器（14）、单作用提升油缸（3）、两个单作用气缸（2）以及低压蓄能器（15）组成，所述单作用提升油缸（3）的无杆腔与高压氮气室（1）连通，所述单作用气缸（2）的无杆腔内预充有3～4MPa的中压空气，单作用气缸（2）的有杆腔为真空腔；

中部锤体由液压集成块总成（4）、进油控制阀（13）和回油控制阀（16）组成，进油控制阀和回油控制阀均安装在液压集成块总成（4）上；

下部锤体由锤筒体（5）、传感器（6）和安装在锤筒体（5）内部的上锤芯（8）、上锤芯密封装置（7）、下锤芯（9）和下锤芯密封装置（10）组成，上锤芯的上、下两端部均设置有上锤芯密封装置（7），上锤芯（8）呈圆柱体结构，且在圆柱体的外表面上设有环状凸台，环状凸台沿其圆周方向均布设有轴向通孔（19），所述的下锤芯位于上锤芯的下部，下锤芯密封装置（10）设置在下锤芯的下端部，传感器（6）设置在锤筒体（5）的外壁上与所述的电控***电连接；

底部锤体由替打块（11）和桩套筒（12）组成，替打块（11）直接与下锤芯接触，替打块安设在桩套筒内。

2.根据权利要求1所述的增力型密闭筒式液压打桩锤，其特征是：所述单作用气缸（2）的无杆腔通过连接胶管总成（18）外接中压空气缓冲罐（17），中压空气缓冲罐预加3MPa--4MPa的空气。

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