第8章桩工机械.

第八章桩工机械编者:王进2002.8第六章桩工机械在各种建设工程中，桩基础以承载力大、施工周期短、成本低等优点而广泛使用。桩工机械:在桩基础施工中采用的各种机械。广泛用于建筑、港口、深水码头、公路和铁路桥梁以及海底石油开采工程。长安大学桩工机械类型按工作原理分：①冲击式②振动式③静压式④成孔灌注式主要机型柴油打桩机液压打桩机振动打桩机静力压桩机成孔机连续墙挖槽机长安大学①冲击式柴油锤长安大学冲击式液压锤长安大学②振动式长安大学③.静压式长安大学④钻孔式长安大学⑤.连续墙挖槽机§8－1桩架用来悬挂桩锤，吊桩并将桩就位，打桩时为桩锤及桩帽导向。用来安装各种成孔装置，并提供动力和导向，完成成孔作业。一.桩架的类型履带式桩架使用最方便，应用最广。步履式和滚管式桩架结构简单、造价较低，用于中小桩基的施工。履带式步履式滚管式类型悬挂式三支点多功能二.悬挂式履带桩架采用通用履带起重机与桩架连接，桩架立柱底部有支撑杆与回转平台连接。为增加作业时整体的稳定性，需附加配重。侧向稳定性较差，用于小桩的施工。履带起重机桩架立柱支撑杆三.三支点履带桩架专用桩架，稳定性好。桩架立柱上部由两个斜撑杆与机体连接，斜撑杆支撑在横梁的球座上，横梁下有液压支腿。立柱下部与机体托架连接。四.多功能履带桩架采用履带底盘，一机多用。可以安装各种桩锤。立柱通过支撑臂与回转平台连接，三个油缸可调节立柱的工作半径和倾斜角度。运输时，立柱可折叠。四.多功能履带桩架运输状态运输时，立柱可自行折叠四.步履式桩架组成：平台、下转盘、步履靴、前支腿、后支腿、卷扬机构、操作室、电缆卷筒、电气系统和液压系统。结构简单、造价较低，用于中小桩基的施工。五.桩架表示方法DJ□打桩架打桩架履带式柴油打桩架无—简易式G—轨道式U—履带式B—步履式长安大学§8－2柴油打桩机组成：柴油锤+桩架利用柴油锤的冲击力将桩打入地下；柴油锤实质上是一个单缸二冲程发动机。柴油锤§8－2柴油打桩机打击力可根据外阻力的大小自动调整；产生振动、噪音和污染空气；城市施工中受到限制。柴油锤一.柴油锤类型长安大学柴油锤筒式柴油锤导杆式柴油锤二.柴油锤表示方法打桩锤D—导杆式无—筒式D□25打桩锤冲击部分重量：2500Kg长安大学三.筒式柴油打桩锤：筒式柴油锤是50年代发展起来的桩工机械。冲击能量大、体积小、使用方便。成为桥梁、高层建筑、发电厂、码头等大型基础施工的主要机具。长安大学轨道式筒式柴油打桩机履带式长安大学1.桩锤总体构造桩架履带起重机柴油锤桩长安大学①.锤体构造上气缸下气缸上活塞下活塞缓冲装置导向装置组成：长安大学上气缸为活塞的上下运动导向。上下气缸用高强螺栓连接。上气缸外部装有燃油箱和润滑油箱。长安大学下气缸柴油锤爆炸冲击工作的场所。承受高温、高压及冲击荷载，下气缸的壁厚大，要求材料耐高温、强度高。下气缸的外部有冷却水套，用来降低爆炸产生的温升。长安大学上活塞工作时上活塞在气缸内跳动，活塞环使下气缸密封。活塞头部凸球形与下活塞的凹球型表面相匹配，便于柴油冲击雾化，形成燃烧室。上活塞上部有一较深的台阶，用于提升活塞。长安大学下活塞下活塞上有多道活塞环，与上活塞形成密封的燃烧室；下活塞将冲击能及爆炸能通过桩垫传到桩头上。工作条件差，需要润滑。冲击桩时，下活塞可自由滑动350mm左右。350橡胶垫圈在下气缸底部与下活塞之间还有一个橡胶垫圈。缓冲打桩时下活塞对下气缸的冲击。橡胶圈—强度高、耐油性强。橡胶垫圈长安大学安全卡板下气缸的底部安装两块安全卡板，防止下活塞在运输或安装时窜动。长安大学安全卡板②.燃油系统组成:油箱、输油管与燃油泵。燃油箱位于上气缸外部，工作时，给柴油锤提高燃油。油箱燃油管燃油泵燃油阀长安大学燃油箱燃油管油箱燃油管燃油泵燃油管燃油阀柱塞曲臂弹簧喷油口进油口燃油泵工作原理曲臂当上活塞跳起，在弹簧的作用下柱塞上移，推曲臂向右移动，吸人燃油。上活塞下落时，曲臂压下柱塞，把燃油喷到下活塞表面。柱塞曲臂弹簧喷油口进油口曲臂停止工作若要锤体停止工作，只要用拉绳将曲臂向外拉即可.燃油泵柱塞被压到底，停止吸油与喷油。停止供油（停止工作）向外拉长安大学组成：润滑油箱、输油管润滑油泵。润滑油箱润滑油管润滑油管③.润滑系统润滑油泵曲柄推杆出油进油由下气缸外侧水箱内的冷却水完成。降低工作气缸的工作温度，防止气缸过热导致破裂。工作时冷却水会沸腾，注意及时补充冷却水。冷却水为纯净软水，以防止水垢。④.冷却系统长安大学润滑油箱润滑油管润滑油管组成：桩架上的卷扬机拉动起落架沿滑道上下移动。作用:提升活塞，启动柴油锤；提升桩锤，沿桩架移动。⑤.起落架结构与作用长安大学滑轮组导向爪钩锤机构2.工作原理利用活塞往复运动做锤头打击桩；起动时需借助外力使其开始工作。工作过程:①提升活塞④燃烧与排气②喷油和压缩⑤吸气与扫气③冲击与雾化⑥降落(重复上述过程)长安大学工作原理提升活塞喷油、压缩冲击、雾化燃烧、排气吸气、扫气长安大学工作原理1.提升活塞利用起落架的吊钩提起活塞向上运动；提升到指定位置自动释放，锤体下降。。长安大学工作原理2.喷油和压缩锤体下降，碰到喷油泵的曲臂后，向下活塞凹坑喷油；活塞通过排气口后，开始压缩气缸内的气体，被压缩的气体温度升高。活塞下落时，约40~50％能量消耗在压缩混合气体。长安大学工作原理3.冲击与雾化当上、下活塞相撞时，燃烧室内的气压迅速增大，燃油产生雾化。上活塞撞击到下活塞时大约有50％左右的冲击机械能传递给下活塞。“第一次打击”。长安大学工作原理4.燃烧与排气雾化后的混合气体，由于高温高压的作用，立刻燃烧爆炸，产生巨大的能量。爆发力通过下活塞对桩再次冲击，同时使锤体上升。上升的活塞通过排气口后，燃烧过的废气排出。长安大学工作原理5.吸气与扫气活塞继续上升，新鲜的空气从排气口被吸入；当上活塞从最高点开始下落，一部分的新鲜空气与残余废气由排气口排出；重复喷油过程，柴油锤便周而复始地工作。长安大学提升活塞喷油、压缩冲击、雾化燃烧、排气吸气、扫气长安大学工作原理六.柴油锤的技术参数冲击部分重量：W行程：H一次冲击最大能量E：E=12WH冲击次数n：r／min;长安大学H部分重量§8－3液压锤80年代初，各国先后开发了液压锤。液压锤是以液压能作为动力。适合打各种桩，沉桩快，噪音小，无污染。广泛用于工业、民用建筑、道路、桥梁以及水中桩基施工中。长安大学液压锤长安大学长安大学液压锤液压锤长安大学一.液压锤的构造构造：锤体部分液压系统电气控制系统长安大学构造：锤体部分液压系统电气控制系统长安大学1.锤体部分液压缸导向装置起吊装置缓冲垫锤体蓄能器油管保护罩（上壳体）桩帽壳体下壳体长安大学组成：滑轮架滑轮组钢丝绳通过桩架顶部的滑轮组与卷扬机相连。利用卷扬机的动力，提升液压锤在桩架的导轨上滑动。(1)起吊装置长安大学导向装置使液压锤沿导轨上下滑动。受力复杂，冲击荷载大，磨损严重。导向爪磨损到一定程度后应及时修补或更换，确保安全。(2)导向装置长安大学给锤体提供动力。液压缸上部与液压保护罩相连，下端与锤体相连。工况恶劣，冲击载荷大。要求液压缸工作可靠，寿命长。(3)液压油缸长安大学储存能量，减少能耗。配合液压缸工作，提升锤体时给蓄能器蓄能，当锤体下降时，给液压缸释放动力，加快油缸伸长，提高下降速度。(4)蓄能器长安大学锤体与活塞杆连接；锤体的上下运动打击桩帽，将能量传给桩，使桩下沉。冲击荷载大，连接要求可靠。锤体下表面为球面形状，提高打击的接触面积和打击质量。(5)锤体长安大学下锤体上部有两层缓冲垫，防上过大的冲击力打坏桩头。下锤体受力恶劣，冲击载荷大，选用锻件。帽套固定桩头。(6)下锤体缓冲垫下锤体桩帽长安大学保护液压锤上部的液压元件、油管和电气装置。受力大、环境恶劣，足够的刚度与强度。作配重使用，缓解和减少抖动或反弹，从而提高整体工作的稳定性能。(7)液压装置保护罩长安大学组成：液压系统的泵、控制阀、液压油箱等。给液压锤提供动力。2.液压系统长安大学图8－15NH系列液压锤液压系统原理图1－液压泵；2－安全阀；3－液压锤油缸；4、9、13－插装阀5、8、10－电磁阀；6－单向阀；7－高压蓄能器；11－开关12－单向节流阀；14－低压蓄能器；15－背压阀2.液压系统图8－15NH系列液压锤液压系统原理图1－液压泵；2－安全阀；3－液压锤油缸；4、9、13－插装阀5、8、10－电磁阀；6－单向阀；7－高压蓄能器；11－开关12－单向节流阀；14－低压蓄能器；15－背压阀①中立位置使电磁阀5、10、8断电，三个电磁阀右位工作，插装阀4开启；插装阀13和插装阀9关闭。泵1输出的压力油进入液压缸3的下腔，并通过阀4进入液压缸的上腔，形成差动油路。锤体下落至行程终点。高压油进入高压蓄能器7蓄能，当超过溢流阀2压力调定值后，阀溢流，油流回油箱。长安大学2.液压系统长安大学图8－15NH系列液压锤液压系统原理图1－液压泵；2－安全阀；3－液压锤油缸；4、9、13－插装阀5、8、10－电磁阀；6－单向阀；7－高压蓄能器；11－开关12－单向节流阀；14－低压蓄能器；15－背压阀②锤体上升电磁先导阀5和电磁阀10通电，电磁阀8断电时，插装阀4和插装阀9关闭，插装阀13开启。泵输出的压力油进入液压缸下腔，锤体上升，液压缸上腔的油通过阀13回油箱。同时，给高压蓄能器7蓄能。单向节流阀12控制主阀开启的速度，避免液压冲击。低压蓄能器8能缓和冲击，吸收压力脉动。2.液压系统长安大学图8－15NH系列液压锤液压系统原理图1－液压泵；2－安全阀；3－液压锤油缸；4、9、13－插装阀5、8、10－电磁阀；6－单向阀；7－高压蓄能器；11－开关12－单向节流阀；14－低压蓄能器；15－背压阀③锤体加速下降当锤体提升到所需的高度时，使电磁阀5和电磁阀10断电，电磁阀8通电，插装阀4和插装阀9开启，阀13关闭，液压缸上下腔油路连通，下腔油液送到上腔。在液压力和锤体重力作用之下，推动锤体加速下打。同时，蓄能器7快速释放压力油，通过插装阀9进入液压缸上腔，给锤体施加更大的作用力用以打桩。振动桩锤是基础施工中应用广泛设备。振动锤可以沉预制桩和灌注桩。用于拔桩。§8－4振动锤利用的机械强迫振动，使土壤颗粒发生位移，减少阻力，使桩下沉。随着液压技术的发展，大型液压振动桩锤相继问世和应用。§8－4振动锤长安大学一.振动锤的分类：电动式、液压式按工作原理分：振动式、振动冲击式按结构型式分：刚性式、柔性式低频（15—20Hz）按振动频率分：中频（20—60Hz）高频（100—150Hz）超高频（1500Hz以上）长安大学按原动机分：1.按原动机分：电动式液压式长安大学2.按构造分类:振动冲击式刚性式柔性式长安大学刚性式电动机直接固定在激振器上，工作时与激振器一起振动。对电动机要求高，耐振电机。电动机的质量也作为振子质量的一部分，振幅较小，降低了锤的效率。2.按构造分类:长安大学柔性式电动机与激振器之间有一组减振弹簧，电动机受到的振动冲击减少，加大了冲击的力量。结构合理，但构造复杂，到目前为止未能推广使用。2.按构造分类:长安大学振动冲击式激振器产生的振动通过弹簧耦合系统对冲击砧头进行撞击，这种既振动又冲击的振动桩锤用于坚实土壤上沉桩，但电动机损坏严重。3.按构造分类:长安大学振动锤——产品长安大学振动锤——产品振动锤——产品液压振动锤长安大学长安大学长安大学二.振动锤的表示方法：振动打桩锤Y—液压振动锤无—机械振动锤DZ□90振动锤振动锤功率:90kw长安大学原动机组成:振动器夹桩器减振器三.构造：长安大学三.构造：电动机振动器夹桩器减振器长安大学中小型振动桩锤采用笼型耐振电动机，起动无困难。大功率振动桩锤起动困难，应采用无负荷起动方式，用高性能的耐振电动机。1.电动机长安大学2.减振器组成：4组组合弹簧起吊横梁