宋光伟--液压打桩机机毕业设计(3)

2019-02-15 13:07

中南大学毕业设计论文(本科)

效贯入能量大;液压打桩锤的公害小,基本上无废气污染,冲击时的噪音要比其它桩锤低20db左右,因而能适应城市桩基础的施工作业,但其不足之处是结构复杂、价格贵。

(2)静力压桩机:静力压桩机是利用静压力将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。它与普通的打桩机相比,可以消除噪声,避免震动的骚扰与危害且节约材料。适用于对防震有要求的部门和城市居住密集区施工。但静力压桩机要配有较多的配重,施工时整机的拼装、移动及工作效率仍比打击式低。

(3)振动桩锤:预制桩除了采用打桩和压桩之外,还有振动沉桩。振动沉桩适用于砂纸粘土、砂土和软土地区的沉桩施工,不宜在砾石和密实的粘土中使用。 1.2.2设置钻孔式就地灌注桩设备

此类设桩设备包括以下几种:动力螺旋钻、震动钻孔机、逆循环钻孔机和三角架式钻孔机。

(1)动力螺旋钻:动力驱动的旋转式螺旋钻机适用于在粘性土中设置钻孔桩。

(2)振动钻孔机:为了打入衬管,并在灌注混凝土时拔出他们,把振动器和螺旋钻机一起使用。

(3)逆循环钻孔机:该钻孔机在多种土壤条件下(包括软质岩石在内),能快速钻进,而钻入颗粒状土中最为有效。

(4)三角架式钻孔机:三角架式钻孔机特别适宜在低空间或通道狭隘的条件下工作。

1.3液压打桩锤

随着液压技术的发展与逐步成熟,加之传统使用的柴油锤噪声大、效率低、污染严重等原因,在基础施工中受到限制,20世纪70年代,各国先后开发了液压打桩锤以适应建筑行业的新需要。经过30多年的改进与发展,目前液压打桩锤已成为建筑施工中一种不可缺少的大型桩工机械,并越来越受到重视。

一、液压打桩锤与其他打桩锤相比具有以下优点

[5]

(1)可根据土质情况及桩材质的强度,合理选择冲击力,以保证冲击能量的充分发挥而不损害桩身,施工时可省去桩垫;

(2)在打桩过程中,同时可获得下打冲击力和贯入度指标,因而可有效地确定桩是否已进入预定的土层中,并能直观地知道桩的允许承载力; (3)液压打桩锤特别适应打斜桩作业及水下桩基施工,液压锤不存在软土起动困难的问题,而且能适应各种气候下的施工作业;

(4)冲击能量可提高很多;

(5)液压打桩锤的公害较小,基本上无废气污染,冲击时的噪音要比其

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他桩锤低20db左右,因而能适应城市桩基础的施工作业。

(6)一般不需要特别的夹桩装置,因此可不受限地对各种形式的钢板桩、混凝土预制桩、木桩等进行沉桩作业。

二、液压打桩锤的分类、构造与工作原理 (1)液压打桩锤的分类

根据液压打桩锤的下落方式可将打桩锤分为单作用下落式和双作用下落式两种类型。单作用方式即桩锤在自重的作用下以接近自由落体的方式下落,如英国BSP公司的HH357—9型锤、日立公司生产的NHC型锤、美国HPSI公司的Mode1650~3505型锤等;双作用下落方式即桩锤在自重和外力的共同作用下以大于自由落体的加速度下落,因此,在相同行程、相同锤重时产生的打击力比单作用下落方式大得多,如日本车辆公司的NH型锤、荷兰IHC公司的SC型锤、芬兰Junttan公司的HHKA系列液压锤等。表1.1、1.2为典型液压锤产品的主要技术参数。

[8]

表1.1 典型双作用液压锤

厂家及规格 主要参数 质量(kg) 行程(m) 相当自由下落高度(m) 最大打击能量(kgm) 最大行程打击频率(bpm) 工作压力(MPa) 液压油流量(Lit/min) 日本车辆 荷兰IHC 荷兰HBG 英国BSP 芬兰Junttan 中国 NH70 7000 0.8 1.28 8960 25 21 218 S-200 10000 1 2.0 20000 45 26 350 HBM-18 9200 1.2 1.6 18000 60 35 225 HH2 2000 0.85 1.05 2100 55 14 140 HHK-9A 9000 1.2 1.44 10800 40 21 450(最大) DY25A 2557 1.0 1.6 3995 28 16 160 表1.2 典型单作用液压锤

厂家及规格 主要参数 桩锤质量(kg) 最大行程(m) 最大打击能量(kgm) 最大行程打击频率(bpm) 工作压力(MPa) 液压油流量(Lit/min) 日本日立 日本日车 日本常盘 英国BSP HNC HNC80 8000 1.2 9600 20 16.5 232 NHS NHS70 7000 1.2 8400 38 21 建筑公司 TK-110 6500 1.2 7800 20 15 232 HH357 HH7 7000 1.2 8400 40 24 190 美国HPSI 公司 Model1000 4540 6900 40 27.6 140 上海远东 建筑公司 HPH7 7000 1.2 8400 35 22 180 根据液压打桩锤的吨位来分,可将打桩锤分为:小型、中型和大型液压打桩锤。桩锤在3吨以下的为小型打桩锤;桩锤重量在3吨到10吨之间的为中型液压打桩锤;桩锤重量超过10吨的为大型液压打桩锤,最大桩锤重量可达40吨。小型液压打桩锤适用于打截面尺寸较小的钢桩、混凝土桩,一般截面尺寸小于200mm×200mm(或直径小于200mm);中型、大型液压打桩锤适用于港口、码头、

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机场、高层建筑、桥梁等工程的桩基施工

(2)液压打桩锤体的构造

[9]

[5]

目前使用的液压打桩锤形式多种多样,其基本机构大致相同,主要包括:液压打桩锤本体机械部分、液压动力装置、液压控制装置等部分;锤体部分包括驱动装置、打击力传递装置、行程控制装置、液压控制装置等;液压动力装置一般由发动机、液压泵、油箱等组成,相当于一个液压泵站;操纵控制装置包括电控柜、数据显示及打印装置等。驱动装置包括液压缸和液压锤,打击力传递装置包括缓冲垫和桩帽,行程控制装置一般由无触点、时间继电器或光电开关等组成,液压控制装置则由各种阀和蓄能器组成。图1.4为液压锤的基本结构。

图1.4 液压锤的基本结构

1、驱动装置

液压锤的驱动装置包括液压油缸和锤头。最常用的形式如图1.5,液压油缸1固定在壳体上,其活塞杆与桩锤2直接相连,这种方式结构简单,容易制造,应用最广。

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图1.5 液压锤的驱动装置 图1.6 打击力传递装置

2、打击力传递装置

液压锤的打击力传递装置一般由锤缓冲垫、砧座、桩帽及桩缓冲垫组成,其主要功能是将锤头的打击能量传递到桩上;同时又要保护桩头不受损伤,避免发生大的噪声。一般形式如图1.6。 3、锤头下落高度控制装置

锤头下落高度控制装置由锤头下落高度给定装置与下落高度检测装置构成。锤头下落给定高度分为时间给定和位置给定方式。时间给定方式是以时间来确定下落高度,采用时间继电器来控制液压动力装置供给压力油的时间,锤的下落高度是无级调整的。位置给定方式是通过设置在桩锤外壳上的位置检测装置的信号来进行控制的,锤头的下落高度是有级调节的。

锤头下落检测装置,可采用各种位置检测传感器,用以控制电液阀的动作。如无触点开关、光电开关等。 4、隔音装置

液压打桩锤的噪声主要发生在打击力传递装置上。因此,主要在这一部分采取降低噪声的措施。 (3)液压打桩锤的工作原理

[6]

液压打桩锤以液压能为动力,举起锤垂体后快速泄油或同时反向供油,使锤

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体加速下降,撞击缓冲垫和桩帽,利用锤体冲击时动量变化所产生的巨大冲击力,克服土壤对桩的阻力,将桩沉入土中。 1.3.1国内外研究现状

[8]

自从荷兰在1965年研制出液压打桩锤以来,80年代以后,液压打桩锤便很快在英国、芬兰、日本、美国等国家得到快速的发展。以下列举国外主要液压打桩锤生产厂家及其液压打桩锤的特点。

芬兰的永腾公司是最早生产打桩设备的专业厂家之一。它主要生产两个系列(HHK,HHKA),20余种不同型号的液压锤,都是采用单作用自由下落式液压系统。两个系列最主要的区别是HHKA型系列采用了液压辅助落体的措施来消除阻力的影响,真正实现自由落体。所以HHKA型与HHK系列相比,以相同的结构参数可产生相对较高的冲击能量。

英国的BSP国际基础有限公司也早在70年代开始系列生产液压锤,他们生产的产品也采用单作用自由下落式工作原理,但其液压系统与永腾公司的HHKA系列一样,采取特别的增压措施消除阻力的影响,真正实现无阻力自由下落,提高了冲击能量。

荷兰IHC公司是世界上最大的挖泥船制造厂商,其强大的机械制造能力使其生产的液压锤享誉世界。其生产的液压锤与众不同,采用了独特的双作用下落式工作原理。锤头在提升的过程中同时压缩活塞上方的气体,上升到行程顶端时,供油阀关闭,回油阀打开。在下冲过程中,活塞上方的压缩气体的附加能量作用在锤头上,和重力一起使锤头产生大于9.8m/s2加速度,这样以较短的行程可以获得较大的能量,但因要求具有良好的密封性使其制造成本相应地提高了很多。 我国80年代开始从国外购买液压锤产品用于基础建设,产品的维护维修也由外国人进行,谈不上开发与研制液压锤。进入90年代以后,我国一些有远见的单位开始液压锤产品的研究开发工作,主要是通过对国外液压锤产品的测绘进行仿造。目前我国液压锤技术领域的研究处于探索阶段,主要精力集中在对国外产品的分析、消化和吸收方面。 1.3.2存在的问题

[10][11][12][13][14]

目前,液压锤的研究存在的问题主要有:

1、缺少液压系统理论分析资料,了解液压系统只能通过观测实物或者在国外产品说明书中油路原理图的基础上进行分析。在我国目前还没有见到关于液压锤理论分析与研究的完整资料。

2、国内外关于液压锤产品的设计理论与设计方法不够成熟,还没有形成一套完整的液压锤产品设计理论与方法。关于液压锤系统工作过程运动特性和过渡过程的动态特性分析,液压锤打桩过程中由油缸——锤头——桩帽——桩——地基等组成系统的动力学特性分析也很少见到。国内对引进液压锤的工作机理、结构形式、设计思路、设计计算理论等消化吸收不够充分,还没有真正意义上开发出液压锤产品。

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