全液压静力压桩机及其液压系统的设计

1、第 25卷 第 6期 水利电力机械Vol. 25 No. 6 2003年 12月 W ATER C ONSERVANCY &E LECTRIC POWER M ACHI NERYDec. 2003全液压静力压桩机及其液压系统的设计Design of the hydraulic static pneumatic pilling machine and its hydraulic system夏卿坤 1, 刘磊 2, 谢立辉 1, 刘煜 1(1. 长沙大学 机械工程系 , 湖南 长沙 410003; 2. 武汉 430034摘 要 :、 实施途径 。 关键词 :全液压静力压桩机 ; 中图分

2、类号 :TU67:B 文章编号 :1006-6446(2003 06-0028-03收稿日期 :2002-08-24作者简介 :夏卿坤 (1963- , 男 , 福建福清人 , 长沙大学机械工程系教授级高级工程师 , 从事材料成型与控制方面的教学和研究工作。0 引言全液压静力压桩机是利用高压油产生的强大静 压力 , 平稳 、 安静地将预制桩快速沉入地基的一种新型桩基机械 , 具有操作简便 、 工作效率高 、 无噪声和 气体污染 、 压桩时对桩周的土体扰动范围和程度小 、 便于操作时控制 、 施工质量好等特点 , 已广泛用于我 国许多城市 , 特别是沿海城市建设和旧城改造的桩 基础施工 。全液压

3、静力压桩机的压桩工作机理是静压预制 桩主要用于软土地基 , 当预制桩在垂直静压力作用下 沉入土中时 , 桩周围土体发生急速而激烈的挤压 , 土 中孔隙水压力急剧上升 , 土的抗剪强度大大降低 , 这 时桩身很容易往下沉 , 压桩的阻力主要来自桩尖向下 穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力 , 压桩阻力并不 一定随桩的入土深度的增加而累计增大 , 而是随着桩 尖处土体的软硬程度等因素 , 即桩尖土体的抗冲剪阻 力大小而波动 , 这说明此时桩侧摩擦阻力非常小 , 但 这是一种暂时的现象。 一旦压桩终止 , 随着时间的推 移 , 桩周土体中孔隙水压力逐渐消散 , 土体发生固结 , 土的抗剪强度也可随桩侧

4、摩擦力逐渐恢复和提高 , 从 而使静压预制桩获得较大的承载力 , 在某些土体固结 系数较高的软弱地基 , 静压预制桩获得单桩极限承载 力可比最终压桩力高出二、 三倍。全液压静力压桩机静压预制桩的施工 , 一般情况下采用分段压入 、 逐段接长的方法 。 其程序为 :测 量定位 压桩机就位 吊桩喂桩 桩身对中调直 压桩 接桩 再压桩 送桩 终止压桩 截 (接 桩 头 。全液压静力压桩机具有如下显著特点 。 (1 在施工中具有无振动 、 无噪音 、 无污染等特 点 , 是实施城市环境保护法的一种理想的文明施工 机械 。在城市居民区 、 学校教育区 、 医院疗养区 、 宾 馆 、 科研楼 、 精密车间

5、等区域施工均具有独特的适应 性和优越性 。(2 供压压桩机的桩身混凝士强度 , 一般能达到 起模 、 吊运要求即可 , 故比锤击桩节省钢材和降低混 凝士标号 , 且可消除因锤击而造成的桩头破损和桩 身断裂 , 从而降低了工程成本 。 经统计 , 压桩与打桩 相比可节约钢材 47%, 节约水泥 12%。(3 压桩可避免锤击灌注桩调换桩管长度等不 利因素 , 还可避免灌注桩施工时一般容易发生的混 凝士缩颈蜂窝又断桩的 。 压桩所引起的桩周土体隆 起和水平位移比打桩要小 , 也就表明压桩对土体结 构的破坏程度和破坏范围比打桩小得多 。(4 由于压桩机的工作高度不高 , 重心低 , 所以 桩机的施工操

6、作和保养较为方便 , 并可避免高空作 业中的不安全因素 。 桩机作业人员少 , 劳动强度低 , 施工文明 , 整机的拆 、 运 、 装十分方便 。(5 适宜于覆土层不厚的岩溶地区 。 此类地区采 第 25卷第 6期 夏卿坤 , 等 :全液压静力压桩机及其液压系统的设计 29用钻孔桩很难钻进 ; 采用冲孔桩 , 容易卡锤 ; 采用打 入式桩容易打碎 , 只有静压桩是慢慢地压入并且显示压桩阻力 , 可收到较好的技术经济效果 。(6 压桩施工速度快 。1 QY Z 600型静力压桩机机构和工作原理1. 1 压桩机的组成部分压桩机的主要组成部分如图 1所示。 图 1 全液压静力压桩机示意图1. 2 主

7、要部件机构和工作原理 1. 2. 1 长船行走机构长船行走机构主要由船体 、 行走台车 、 油缸等组成 。 油缸的活塞杆球头与船体联接 , 缸体通过铰耳 与主动行走台车联接 , 行走台车与底盘支腿上的顶 升油缸铰接 。 其动作过程是顶升油缸使长船落地 , 短船离地 , 然后长船油缸伸缩推动行走台车 , 使桩机 沿长船轨道前后移动 , 顶升油缸回程使长船离地 , 短 船落地 , 短船油缸动作时 , 长船船体悬挂在桩机上移 动 , 上述动作作往复交替 , 即实现了桩机的横向行 走 。 1. 2. 2 短船行走机构及回转机构短船行走机构及回转机构由船体 、 行走梁 、 回转 梁 、 挂轮机构 、 油

8、缸 、 回转轴 、 滑块等组成 。 桩机回转动作是 :长船接触地面 , 短船离地 , 两 个短船油缸各伸出 1/2行程 , 然后短船接触地面 , 长 船离地 , 此时使两个短船油缸的活塞一个作伸出动 作 , 一个作缩回动作 , 桩机此时通过回转轴使回转梁 上的滑块在行走梁上作回转滑动 , 油缸行程走满 , 桩 机可回转 15°, 重复上述动作 , 桩机可回转 360°。1. 2. 3 平台平台是桩机的主体结构 , 通过 4只顶升油缸与长船联接 , 由 4条主腿与两短船联接 , 中部装有导向 立柱和压桩门架 , 主 、 辅油缸各两对成组对称分置于 门架中心并以螺栓连接 , 压

9、桩油缸与夹持机构铰接 , 通过压桩油缸活塞杆的往复位移 , 实现压桩和拔桩 。 1. 2. 4 夹持机构与导向压桩架 该部分由夹持横梁 、 夹持油缸 、 导向压桩架和压 桩油缸等组成 , 压桩 , , , 使夹持机构在导向压 , 带动桩段挤入土中 , 压桩油缸行程 走满 , 夹持油缸回程 , 然后压桩油缸也作回程动作 。 上述运动往复交替 , 即可实现桩机的压桩工作 。 1. 2. 5 液压系统液压系统分主机液压系统和吊机液压系统 。 主 机液压系统由双联齿轮泵 、 单向阀 、 溢流阀 、 多路换 向阀 、 手动换向阀 、 液控单向阀等控制元件和执行机 构组成 , 主机采用 2台双联齿轮泵 C

10、 BZ2055/080作 为液压的能源泵 , 分别由 2台 55kW 电动机作动力 , 其额定工作压力为 p =25MPa 。由于压桩机的吨位较大 , 压桩系统的主要执行元件压桩油缸由单缸改为双缸 , 由一个双作用主液压缸和一个柱塞缸辅助 缸组成 。 其液压系统原理见图 2。吊机采用 1台单联齿轮泵 C BZ2050作为液压的 能源泵 , 由 1台 30kW 电动机作动力 , 其额定工作压 力为 p =21MPa 。 1. 3 专用配套工作吊机为了满足不同截面 (313m 的预制桩起吊及桩机 的装拆、 检修、 预制桩的转场等作业。 吊机起重臂分为 基本臂、 伸缩臂 , 伸缩臂的伸缩通过基本臂上

11、的伸缩油 缸活塞的运动完成。 伸缩完成后 , 用插销将伸缩臂固 定在基本臂上 , 配有专门的吊钩吊具及幅度指示器。 基本臂、 变幅油缸与转台相联接 , 转台与回转支承装置 承台相联接 , 而承台则与底盘相联接。2 液压系统的设计全液压静力压桩机是以液压为动力进行静压桩 施工的一种桩基础施工设备 , 其中液压控制系统 (包 括液压动力源 尤其是压桩液压系统是该设备的核心 和关键 , 其设计是否合理将直接影响着设备的性能。 2. 1 恒流量设计原理所谓液压系统恒流量设计就是使液压动力源的 30 水利电力机械 2003年 12月 图 2 QY Z 600型全液压静力压桩机主机液压系统图输出流量保持恒

12、定的一种设计方法。 在实际的液压静 力压桩机液压系统中 , 在保持系统输出流量不变的条 件下 , 以设计的最大压桩速度所需的流量 Q 和最大压 桩力时所产生的系统的装机功率可由下式确定 :N =Q 1×P 1 Q max ×P max , (1 式中 : Q 1 液压泵的额定输出流量 (m 3/s ;p 1 系统额定油压 (Pa 。 目前本方法的实施是将动力源液压泵采用定量泵 , 而压桩机构采用一对或多对有效面积和为 A 的 液压缸同时参与压桩的工作方式 。因此 , 在忽略系 统泄漏时 , 存在下列关系式 :N =Q max ×P max =Q max ×

13、;A ×v max ,Q max =v max ×A , F max =(2式中 : v max (m/s ; A (m 2 ; F max 压桩机的最大压桩力 (N 。由式 (2 就可以求得压桩液压缸的总有效作用面积 :A =N/(p max ×v max 。(3 2. 2 恒流量设计压桩系统液压控制原理图 2为其中的 QY Z600型液压静力压桩机主机 液压系统图 。 该种机型就是采用恒流量设计方法研 制的全液压桩机 。该系统动力源采用 2台定量泵供油 , 控制元件 为弹簧对中电磁换向阀 , 执行元件为两对同时压桩 的液压缸 , 参见 1. 2. 5。很显然

14、, 该压桩系统相对较 简单 。 结合 (2 式可知 , 采用这种设计方法 , 根据不 同的吨位 , A 的液压缸 。 , , 。结论(1 全液压静力压桩机具有操作简便 、 工作效率高 、 无噪声和气体污染 、 压桩时对桩周的土体扰动范围和程度小 、 施工质量好等特点 , 已广泛用于我国许 多城市 , 特别是沿海城市建设和旧城改造的桩基础 施工 。(2 采用恒流量设计方法 , 其压桩液压系统比较 简单 。参考文献 :1丁树模 . 液压传动 M.北京 :机械工业出 版社 ,1998.2彭志明 , 陆栋 . Y ZY 系列全液压桩机及其 在软土地区的施工 J.建筑机械 ,1999, (4 : 2230.3俞启荣 . 机床液压传动 M.北京 :机械工 业出版社 ,1984.4章宏甲 , 黄宜 . 液压传动 M.北京 :机械工 业出版社 ,1993.(编辑 :王书平 (上接第 27页