中南大学毕业设计论文（本科）
3.3.3.2手动单打过程分析
当操纵阀PKH1左位工作的时候，主控换向阀的左端压力PAK1通过对PKH2的操纵可以是0或工作控制压力，从而实现单打操作。
假设初始状态是PKH2和PKH1都处于左位工作状态。系统启动后，使手动换向阀PKH1的右位工作，则液控单向阀YHF的Pk端受控制压力作用，阀YHF处于下位工作状态。因为手动换向阀PKH2处于左位工作，所以主控换向阀的AK1腔连通低压油箱，主控换向阀阀芯无任何动作。若此时把手动换向阀PKH2推向右位工作，则主控换向阀AK1腔接通系统控制压力，推动主控换向阀阀芯右移，使插装阀CF1打开，CF2关闭，锤体实现上升动作。然后把手动换向阀PKH2推回左位工作，则锤体在上升到一定的高度后使主控换向阀阀芯左移，锤体开始其下降过程，在冲击桩帽后，由于主控换向阀AK1腔通过PKH2左位接通油箱低压，所以主控换向阀不能再实现其阀芯右移动作，因此本过程只能打击一次桩帽，成为单打过程。本过程中阀的状态配合见表3.1。
表3.1 手控单打操纵阀状态一览表
PKH1 PKH2 YHF 主控换向阀 自动换向 最左端 右移 桩机运动状态 自动打桩 单打保护状态 锤体上升 -（左位工作） -（左位工作） -（上位工作） +（右位工作） -（左位工作） +（下位工作） +（右位工作） +（右位工作） +（下位工作） +（右位工作） -（左位工作） +（下位工作） 到一定程度阀芯换向左移 到一定程度锤体下降 -（左位工作） +（右位工作） -（上位工作） 自动 自动打桩 3.4工作过程中阀的状态耦合
3.4.1初始状态
假设锤头位于最低端，则此时的气体压力初始值PAK3为1.5MPa,控制压力PAK=10MPa，系统工作压力为20MPa。阀XHF1处于右位工作状态。 3.4.2上升状态 CF1工作状态：
控制泵泵油，主泵组泵油，通过阀QHF的上位和YHF的上位，进入主控换向阀的AK1端，则此时主控阀的左端作用力远大于右端，推动阀芯右移。则主控阀的O腔与K2腔连通，阀CF1的上腔为低压，下腔为高压，故CF1的阀芯被顶起，阀CF1打开工作。 CF2工作状态：
主泵泵油，通过XHF1右位和QHF的上位以及YHF的上位，进入主控阀左端，推动阀芯右移，主控阀P腔与A腔连通，同为高压油，则CF2的上腔是高压而下腔是低压，所以，CF2关闭。
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锤体的工作状态：
主泵泵油，通过CF1阀，进入液压缸下腔，抬起活塞和锤体上升。上升后XHF1马上回到左位工作，PAK1=0。但此时主控阀的左端作用力仍大于右端，故阀芯仍位于右端工作。 3.4.3下降工作过程： CF1工作状态：
液压缸的活塞上升，压缩上腔的气体，气压逐渐增大，到一定的程度时，推动主控换向阀的阀芯左移。这时，K2腔与P腔连通，同为高压。阀CF1的上腔也变为高压，故CF1关闭。 CF2工作状态:
主控阀的A腔与O腔连接，上腔为低压，下腔受液压缸排出油液的压力影响，CF2被打开。 锤体工作状态：
阀CF1关闭，CF2打开。在气体压力和锤体重力的双重作用下，锤体下降，下腔油液经过CF2，回到蓄能器和主控阀的O腔，返回油箱。
当锤头冲击桩头时，行程阀XHF1右位工作，重复上述动作过程。 桩机的各工作状态中阀件的具体配合见表3.2
表3.2 主系统阀与桩锤运动状态配合表
蓄能器 1 XHF2 XHF1 QHF YHF CF1 CF2 主控阀 蓄能器2 锤体 状态 -（上位工作） -(右位工作) -（下位工作） -（上位工作） -（关闭） -（关闭） 最左端 移向最右端 处于右端 移向左端 处于左端 最低蓄能 蓄能 处不动 位于排能 排能 最低处 排能 排能 开始上升 位于蓄能 最高点 下降 防止空打 +（下位工作） +（下位工作） +（下位工作） +（下位工作） -(右位工作) +(左位工作) +(左位工作) +(左位工作) +（上位工作） +（上位工作） +（上位工作） +（上位工作） -（上位工作） -（上位工作） -（上位工作） -（上位工作） +（打开） +（打开） -（关闭） -（关闭） -（关闭） -（关闭） +（打开） +（打开） 开始上升 上升 排能完毕 开始下降 蓄能 蓄能 下降
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3.5打桩频率和冲击能的无级调节
调节打桩的频率和冲击能量有两种方法：改变液压缸初始充气气体压力大小或改变控制压力的大小。本处主要讨论通过对控制压力的改变而调节冲击频率和冲击能量的大小。
本系统的操纵部分共有四个溢流阀，通过对它们的不同调节可以得到不同的控制压力。通过对液压系统原理图的研究发现，如果想要让本部分起到理想的作用，溢流阀的最大压力必须存在如下关系：YF>YF3；YF>YF2；YF>YF1；控制系统的控制压力大小将随着这四个不同的溢流阀的选用而改变。我们可以通过对溢流阀的最大工作压力的无级而实现对桩机的冲击能和打击频率的无级调节。这四个溢流阀的选择则是由手动换向阀SHF1和SHF2的工作状态决定的。具体的工作状态和由此对应的控制系统压力见表3.3
表3.3 控制压力调节表
溢流阀的工作压力：YF>YF3；YF>YF2；YF>YF1； 手动换向阀SHF1 右位工作 左位工作 中位工作 中位工作 中位工作 手动换向阀SHF2 无论何种状态 无论何种状态 右位工作 左位工作 中位工作 控制系统的压力 YF的最大工作压力 YF3的最大工作压力 YF1的最大工作压力 YF2的最大工作压力 零 通过分析可以知道，如果控制压力越大，则桩锤的冲击行程就越大，气体的爆炸力也越大，打桩时的冲击能量也越大。但由于桩锤的行程增大，主控换向阀的换向频率会随之降低，打桩的频率会有所降低。如果控制压力越小，则桩锤的冲击行程也就越小，气体的爆炸力也会降低，桩锤的冲击能量将减小，但主控阀的换向速度会增加，换向频率也会提高，打桩的频率也随着得到提高。
3.6系统中阀的作用
单向阀1：装于液压泵口处，防止系统中液压冲击泵的作用。 溢流阀2：安全阀，构成安全回路，对系统起卸荷保护作用。
XHF2行程阀3:防止空打，起空打保护作用。当系统处于无桩状态时，使阀QHF
处于下位工作状态，使主控阀AK1腔连接低压，系统无法工作。 XHF1行程阀4：行程换向阀。当锤头冲击桩时，阀的右位工作，使主控阀AK1
腔接高压，推动阀芯右移，实现插装阀CF1的导通，从而实现桩锤的换向。 控制阀块5：两个两位换向阀实现单打操纵。两个三位换向阀实现控制压力的调
节。 两位两通液控换向阀6：系统保护作用。当控制压力为零时，主系统自动卸荷，
起到了保护作用。
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QHF气控换向阀7：起气体泄漏时保护作用和防空打保护作用，当气体压力小于
某一值时，阀无法回复到上位工作，主控阀AK1腔接低压，系统处于保护状态；当无桩存在时，其为下位工作，主控换向阀AK1腔也接低压，系统也处于保护状态。 YHF液控单向阀8：提供液压换向控制功能，为手动换向提供控制基础。 CF1、CF2插装阀9：通过控制，使CF1、CF2相互交错打开，使液压腔里的液体
冲进和排出，实现锤体的上升和下落，完成打桩过程。 主控换向阀10：通过控制实现换向功能，控制插装阀CF1、CF2相互交替打开，
实现桩锤的工作功能。 单向阀11：在上升过程中，当主控换向阀实现换向后，这时CF1关闭，CF2也关
闭。但由于锤体的惯性作用，继续上升，给液压缸下腔造成了一定的真空度。用单向阀可使A2腔自动吸油补充，而在CF1打开进高压油的时候不影响A2腔的进油。
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第4章 标准件的选用和油路压力损失计算
4.1液压油的确定
系统选用高级抗磨液压油YB-N32，其主要性能指标为：正常运行后，液压油的运动粘度为30cSt,即γ=30×10㎡/s,液压油的密度在实际使用中测定，我们估计其为ρ=918㎏/m
3
-6
,使用温度为-10～40℃
[17]
。
4.2标准阀件的选用
4.2.1插装阀的设计和选用 4.2.1.1插装阀CF1的选用
要选用插装阀，必须要考虑液压缸的最大排量。 已知参数：
液压缸直径：D=200mm
活塞杆的直径d=160mm 打击频率f=30次/min左右
液压缸的面积：A1??D24?0.0314m2
活塞杆的面积：A2??d24?0.0201m2
液压缸和活塞杆的面积差：
?A?A1?A2?0.0314?0.0201?0.0113m2
由负责液压冲击缸设计的费巍巍同学的设计可知， 液压缸活塞回程运动的最大速度Vhmax?1.230m/s 则由q??A?v得到
qhmax?0.0113?1.230m3/s?833.94L/min
液压缸活塞冲程运动的最大速度vcmax?5.345m/s
则q??A?v,其中?A?0.0113m2
所以qcmax?0.0113?5.345?0.06040m3/s?3624L/min
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