zcy07型液壓打樁錘液壓控制系統設計畢業論文(存儲版)

　　

【正文】 在自重的作用下以接近自由落體的方式下落，如英國BSP公司的HH357—9型錘、日立公司生產的NHC型錘、美國HPSI公司的Mode1650～3505型錘等；雙作用下落方式即樁錘在自重和外力的共同作用下以大于自由落體的加速度下落，因此，在相同行程、相同錘重時產生的打擊力比單作用下落方式大得多，如日本車輛公司的NH型錘、荷蘭IHC公司的SC型錘、芬蘭Junttan公司的HHKA系列液壓錘等。 液壓錘的基本結構驅動裝置液壓錘的驅動裝置包括液壓油缸和錘頭。如無觸點開關、光電開關等。兩個系列最主要的區別是HHKA型系列采用了液壓輔助落體的措施來消除阻力的影響，真正實現自由落體。進入90年代以后，我國一些有遠見的單位開始液壓錘產品的研究開發工作，主要是通過對國外液壓錘產品的測繪進行仿造。計算機輔助設計、計算機仿真與優化設計等技術在該領域的利用效率較低。由于液壓錘是典型的高壓力、大流量、換向頻繁、沖擊大的產品，對液壓元件的制造精度和配合精度要求很高，附屬部件多且價格比較昂貴，制造成本很高。同時可以方便地輸出打樁過程中各種重要的數據資料。在當今所有打樁錘中，包括機械設備的靈活性，對環境的適應性，噪聲和大氣污染的控制有待加強，打樁力度和打擊頻率也需要進一步提高，且實現打樁能的無級調速等。 打擊頻率不高，無法實現快速打樁。第2章 國內外幾種典型液壓打樁錘液壓控制系統方案的比較 電磁閥控制換向回路設計[15] 電磁閥控制換向回路方案1—液壓缸 2—錘頭 3—電磁行程開關 4—二位四通電磁換向閥 5—單向閥 6—溢流閥 7—二位二通電磁換向閥 8—液壓泵 12—蓄能器 10—防空打開關 11—油箱，其主要工作過程如下：樁錘工作時，油泵8從油箱11中吸取并提供給系統壓力油。本方案的優點：構造簡單，制造方便，成本較低；電磁閥控制方向，換向迅速方便；可以實現防空打功能；蓄能器和液壓泵給液壓缸提供較高壓力油，可以抬起較重的錘體，提高打擊效率。當重錘上升到一定的高度時，形成接近開關給換向閥5一個信號，閥5的左位工作，此時單向閥10的液控壓力為零，反向關閉，但液壓泵8可以繼續向蓄能器4泵油，存儲液體壓力能量。本方案的缺點：含有電氣設備，工作的可靠性和穩定性較差，在惡劣環境中的工作適應能力降低；形成接近開關控制樁錘沖擊行程，不能實現無級調速和調能；樁錘的下落主要靠彈簧和自身重力，調節不方便；打樁的頻率仍然很低。這時電液閥9通電，壓力油通過電液閥9進入液壓缸下腔。液壓油由泵進入液壓缸3的上腔，樁錘4快速下落，與此同時，高壓蓄能器2的液壓油也注入液壓缸3的上腔，由此加快了樁錘4的下落速度。本方案的優點： 全液壓設備，安全性能高，可以適應惡劣的環境； 低噪音污染，符合環保的要求； 具有無級調節沖擊能量和調節沖擊頻率的功能； 通過設計可具有防空打功能和失壓保護功能； 氣體爆炸力和錘重雙重作用，沖擊頻率高，打樁的貫入度大； 制造成本低，適應中國市場的需求。在油缸的上腔沖入壓縮氣體，則活塞在行程過程中氣體壓力會不斷的變化，可以用氣體壓力的變化來實現主控換向閥的換向。當有樁存在時，行程閥XHF2的下位工作，則Pky接油箱，QHF為上位工作狀態。錘體繼續上升，壓縮油缸上腔氣體的體積，使其壓力不斷增大。因為手動換向閥PKH2處于左位工作，所以主控換向閥的AK1腔連通低壓油箱，主控換向閥閥芯無任何動作。錘體的工作狀態：主泵泵油，通過CF1閥，進入液壓缸下腔，抬起活塞和錘體上升。在氣體壓力和錘體重力的雙重作用下，錘體下降，下腔油液經過CF2，回到蓄能器和主控閥的O腔，返回油箱。 控制壓力調節表溢流閥的工作壓力：YFYF3；YFYF2；YFYF1；手動換向閥SHF1手動換向閥SHF2控制系統的壓力右位工作無論何種狀態YF的最大工作壓力左位工作無論何種狀態YF3的最大工作壓力中位工作右位工作YF1的最大工作壓力中位工作左位工作YF2的最大工作壓力中位工作中位工作零通過分析可以知道，如果控制壓力越大，則樁錘的沖擊行程就越大，氣體的爆炸力也越大，打樁時的沖擊能量也越大。當錘頭沖擊樁時，閥的右位工作，使主控閥AK1腔接高壓，推動閥芯右移，實現插裝閥CF1的導通，從而實現樁錘的換向。主控換向閥10：通過控制實現換向功能，控制插裝閥CFCF2相互交替打開，實現樁錘的工作功能。 插裝閥的規格公稱通徑（mm）公稱流量(L/min)公稱壓力(MPa)開啟壓力(MPa)上、下腔面積比804000：1標準閥件主要根據系統所需的流量和系統工作的壓力來確定。所以本處選用兩個溢流閥YFYF5并聯使用來滿足系統安全回路要求。選用膠管，流速一般小于6m/s[17]，取為3m/s。根據以上條件可以選取高壓進油管路膠管規格，[19]。 接進油高壓蓄能器鋼管選用規格接進油高壓蓄能器鋼管選用規格公稱通徑（）鋼管外徑（）壁厚10（）推薦流量（）公稱壓力（）8090251250蓄能器是液壓系統中的一種能量儲存裝置。在一段時間內維持系統壓力，如果電源中斷或原動機及液壓泵發生故障，依靠蓄能器供出的液壓油可使執行元件復位，以免造成機件損壞等事故，使系統處于安全狀態。氣囊式蓄能器屬于氣體加載式蓄能器。但裝拆不方便。當泵停止工作時，防止蓄能器中的壓力油倒流。液壓元件短時間快速運動，泵無法完成泵油供給工作，故需要由蓄能器補充供油。壓力損失是指系統從泵口到工作部件之間的壓力差。單向閥額定流量為200，[17]。要考慮閥的開口量和閥芯最大直徑的大小，必須要考慮開口腔所連通的插裝閥的控制容積及開啟速度的大小。但d越小，其換向移動越迅速，但從制造和加工以及強度和剛度的角度考慮，d取值不可過小，此處取閥芯的長度可根據具體的結構需要設定，應大于5倍閥體凹槽寬度和閥體凹槽間隔的和，既要大于165mm,考慮閥芯另外的特殊結構等，可以在具體的設計中決定閥芯的長度。通常為了減小閥的泄漏量，應該盡量使閥芯與閥孔同心，還要提高加工精度，但閥的泄漏是不可避免的，本文下面將對所設計的閥的零行程時的最大泄漏量做進一步的計算。這樣可以保證系統的閥的工作的次序性，并且可以緩沖閥門突然關閉所帶來的液壓沖擊，有利于提高系統的穩定性。本設計取，則有下面的公式來檢驗閥芯的換向位移及速度。系統的工作壓力在20MPa左右，油溫小于40℃，工作介質為液壓油（其中有一腔為氣體），主要工作參數如下：有一定的流通能力，約60L/min（可由插裝閥的參數算出）[23]，閥門的啟閉次數大約為25～60次/min,主控換向閥要能夠實現氣體和液體的聯合驅動。局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失和通過控制閥件的局部壓力損失。其元件的選用也是相當復雜的，由于時間等原因，本處作者僅僅選擇了主要的幾處元件作為分析和選取對象。拆卸蓄能器時，要確保清潔，污物和磨損物不得進入任何開口中。當傾斜或臥式安裝時，皮囊會受浮力而與殼體單邊接觸，妨礙正常工作，加快磨損。當殼體壓力上升到爆破壓力時，殼體開口先脹大，是O形密封圈被擠掉，油壓安全地接觸。氣體加載式蓄能器應用較多，它是利用壓縮氣體（通常為氮氣）儲存能量，主要有活塞式、氣囊式和隔膜式等結構形式。這樣，就可通過選擇較小的油泵使執行部件獲得較高的速度。另根據校核公式 （48） 其中： 為壁厚，P為壓強，d為內徑，為許用應力。根據以上條件可以選取回油管路膠管規格，[19]。[18]。 單向閥的規格件號名稱型號規格最大使用流量(L/min)壓力（MPa）流量（L/min）DF1直通單向閥DIFL32H1200160DF2直通單向閥DIFL32H1200160DF3直通單向閥DIFL32H1200160DF4直通單向閥DIFL20H110030對于溢流閥YF、YFYFYF3，均為控制油路上的溢流裝置，由李三強同學所做的工作得到本油路泵的最大流量為48L/min，輸出最大壓力為10，系統要求這四個溢流閥的調壓范圍為1～10左右，[18]。已知參數：液壓缸直徑：D=200mm活塞桿的直徑d=160mm打擊頻率f=30次/min左右 液壓缸的面積： 活塞桿的面積： 液壓缸和活塞桿的面積差：由負責液壓沖擊缸設計的費巍巍同學的設計可知， 液壓缸活塞回程運動的最大速度 則由得到液壓缸活塞沖程運動的最大速度 則 所以所以，可選用公稱通徑為40mm，面積為1:[17]。YHF液控單向閥8：提供液壓換向控制功能，為手動換向提供控制基礎。當系統處于無樁狀態時，使閥QHF處于下位工作狀態，使主控閥AK1腔連接低壓，系統無法工作。我們可以通過對溢流閥的最大工作壓力的無級而實現對樁機的沖擊能和打擊頻率的無級調節。CF2工作狀態:主控閥的A腔與O腔連接，上腔為低壓，下腔受液壓缸排出油液的壓力影響，CF2被打開。則主控閥的O腔與K2腔連通，閥CF1的上腔為低壓，下腔為高壓，故CF1的閥芯被頂起，閥CF1打開工作。假設初始狀態是PKH2和PKH1都處于左位工作狀態。垂體上升后，行程閥XHF1受復位力的影響，馬上復位，使主控閥的AK1腔變為低壓。當無樁存在時，閥XHF2處于上位工作狀態，則Pky為高壓油控制狀態，因此QHF為下位工作狀態，斷開通往主控閥的高壓油路，AK2的油壓永遠為零，故不可能推動主控換向閥做任何移動，所以錘體也一直處于最下端而不會有任何動作，處于防空打狀態。本樁錘要求用全液壓設備代替電磁開關等電氣設備，故其行程開關要用液壓行程開關，因此其主控換向閥件也不能使用電磁換向閥，而必須設計出一種非標準件來實現這種換向功能。當錘頭9上升到一定高度時，氣壓推動主控換向閥換向，閥3打開，閥4關閉，錘體9受上腔壓縮氣體的爆炸力和自身重力的作用快速下降，沖擊錘頭，完成打樁任務。液壓油通過液壓泵進入液壓缸3的下腔，提起樁錘4。錘頭15下降到接近行程開關16時，二位四通閥10斷電換向，液壓泵3泵出的壓力油進入蓄能器7，而液壓缸13中的液壓油快速降壓并通過電液閥10的左位返回油箱。本方案的優點:構造簡單，制造方便，成本較低；電磁閥控制換向，換向迅速方便；可以實現防空打功能；樁錘受彈簧和自身重力的雙重作用下落，沖擊能量大，打樁貫入度大；蓄能器較好的發揮了作用，能提高樁錘的打擊頻率，可以減小液壓泵的負荷。當有樁存在時，初始狀態樁錘位于最低端，電磁接近行程開關給換向閥5一個信號，閥5的右位工作，則液控單向閥10受高壓控制，反程打開，蓄能器4和液壓泵8中的高壓油通過閥5的右位進入液壓缸2的下腔，壓縮上腔的彈簧，抬起重錘1上升。而下腔的低壓油則經過電磁閥4的右端排入蓄能器和油箱。其基本參數及要求如下：設計參數： 打擊能 100 液壓系統壓力 20氣腔壓力變化 ～ 錘頭重 7 打擊頻率 25～60次/min 電動機 3臺45 液壓泵 3臺160泵設計要求：（1）、運動要求：設計滿足要求的液壓系統回路，選擇液壓泵、蓄能器與液壓閥件之間的合理匹配；（2）、要求設計的系統具有無級調節沖擊能量和調節頻率的功能；（3）、工作性能要求：低噪音，沖擊性能優良，樁錘運動平穩；施工性、經濟性、密封性好；（4）、要求設計的系統具有防空打的功能和漏氣保護功能； （5）、要求設計的系統具有自動打樁功能；（6）、要求設計的系統具有單打操縱功能。而目前的液壓打樁機技術主要存在的問題是： 沖擊能量小，打擊力度提高不上。開發適用于不同土質、不同樁形式和尺寸、不同的施工要求的多功能型液壓錘。采用先進控制技術。若需要大的打擊能量則需要增加打擊行程，增加樁錘結構尺寸。國內對引進液壓錘的工作機理、結構形式、設計思路、設計計算理論等消化吸收不夠充分，還沒有真正意義上開發出液壓錘產品。在下沖過程中，活塞上方的壓縮氣體的附加能量作用在錘頭上，這樣以較短的行程可以獲得較大的能量，但因要求具有良好的密封性使其制造成本相應地提高了很多。芬蘭的永騰公司是最早生產打樁設備的專業廠家之一。位置給定方式是通過設置在樁錘外殼上的位置檢測裝置的信號來進行控制的，錘頭的下落高度是有級調節的。（2）液壓打樁錘體的構造[9]目前使用的液壓打樁錘形式多種多樣，其基本機構大致相同，主要包括：液壓打樁錘本體機械部分、液壓動力裝置、液壓控制裝置等部分；錘體部分包括驅動裝置、打擊力傳遞裝置、行程控制裝置、液壓控制裝置等；液壓動力裝置一般由發動機、液壓泵、油箱等組成，相當于一個液壓泵站；操縱控制裝置包括電控柜、數據顯示及打印裝置等。（6）一般不需要特別的夾樁裝置，因此可不受限地對各種形式的鋼板樁、混凝土預制樁、木樁等進行沉樁作業。此類設樁設備包括以下幾種：