3746 液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造

3746 液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造,液壓,靜力,壓樁機(jī),系統(tǒng),改造 液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造１ 緒論1.1 靜力壓樁機(jī)的發(fā)展樁工機(jī)械是各種樁基礎(chǔ)工程的主要施工機(jī)械，按其工作原理可分為沖擊式、振動(dòng)式、靜壓式和成孔灌注式幾類。常用的有柴油錘、蒸汽錘及液壓錘、振動(dòng)錘、靜力壓樁機(jī)、各種鉆孔機(jī)以及與樁錘配套的各種打樁架等。錘擊打樁是人類最早采用的樁基礎(chǔ)施工方法之一。墜錘是沖擊錘的原始形式，此后是蒸汽錘，目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的是柴油錘，液壓錘也在國(guó)內(nèi)外有所應(yīng)用。振動(dòng)沉樁是利用高頻振動(dòng)，以高加速度振動(dòng)樁身，使樁身周圍的土體產(chǎn)生液化，減小樁側(cè)與土體間的摩擦力，然后靠振動(dòng)錘與樁體的自重將樁沉入土層中。自20 世紀(jì)70 年代中期，美國(guó) MKT 公司首次在世界上研制成功第一臺(tái)液壓式振動(dòng)樁錘以來，便受到建筑界的重視并得以迅速發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍推廣使用液壓式振動(dòng)樁錘。液壓靜力壓樁是20世紀(jì)80年代興起的一種樁基礎(chǔ)施工新工藝?？v觀液壓靜力壓樁機(jī)的發(fā)展過程，大致可將其分為兩個(gè)階段：第一階段，從20世紀(jì)70年代后期到90年代中期，國(guó)內(nèi)先后研制了幾種壓樁機(jī)，并逐步形成系列產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。其中具有代表性的兩個(gè)系列產(chǎn)品是武漢市建筑工程機(jī)械廠生產(chǎn)的YZY 系列液壓靜力壓樁機(jī)和利用中南大學(xué)智能機(jī)械研究所的專利技術(shù)生產(chǎn)的ZYJ 系列液壓靜力壓樁機(jī)。在這個(gè)階段主要解決了這種樁機(jī)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)、動(dòng)力配置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，滿足了靜壓樁的基本功能。但就整體來說，其主要特征是樁機(jī)壓樁力不大，實(shí)際使用的最大壓樁力不足4000kN，絕大部分的壓樁力為 1 600~2400kN；功能單一，主要應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制的截面尺寸為(300 mm×300 mm)~(400mm× 400mm)的鋼筋混凝土方樁(實(shí)心件) 的正常中位壓樁，單樁設(shè)計(jì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值在1400kN 以 下 。而預(yù)應(yīng)力管樁和高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁主要是通過錘擊設(shè)備如柴油錘等進(jìn)行打入。進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期以后，液壓靜力機(jī)進(jìn)入第二發(fā)展壓樁階段。由于1994第 1 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)年底在珠海利用液壓靜力壓樁機(jī)將直徑500 mm的預(yù)應(yīng)力管樁壓入強(qiáng)風(fēng)化巖獲得成功，實(shí)現(xiàn)了靜壓樁施工技術(shù)的歷史性突破，從此拓寬了靜壓樁的應(yīng)用范圍，一方面，實(shí)現(xiàn)了靜壓樁的單樁承載力向大噸位方向的快速發(fā)展，與此同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)大噸位樁機(jī)的需求不斷增大，而且要求越來越強(qiáng)烈；另一方面，由于施工范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)樁機(jī)功能的要求也日益增多，出現(xiàn)了工程施工中許多必須解決的實(shí)際問題。這個(gè)階段的樁機(jī)品種顯著增加，系列化不斷完善，生產(chǎn)廠家也急劇增多，至今在全國(guó)約有30個(gè)制造廠。其中湖南山河智能機(jī)械股份有限公司的生產(chǎn)能力最大，2003年共生產(chǎn)125臺(tái)，占全國(guó)年總產(chǎn)量的30%~40%。目前的生產(chǎn)能力達(dá)到每月15臺(tái)，年生產(chǎn)能力在180臺(tái)左右，已形成壓樁力為800~10000kN的完整的產(chǎn)品系列。1.主駕駛室4.吊機(jī)7.縱移機(jī)構(gòu)2.壓樁臺(tái)5.機(jī)身8.配重3.預(yù)制樁6.橫移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9.升降機(jī)構(gòu)圖 1-1 靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成1.2靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理1.2.1 靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成壓樁機(jī)主要由升降機(jī)構(gòu)、縱移機(jī)構(gòu)、橫移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、壓樁臺(tái)、電控系統(tǒng)等部分組成,其外形及結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。1.2.2 靜力壓樁機(jī)的工作原理由電控箱按鈕進(jìn)行起動(dòng)和關(guān)閉,起動(dòng)后高壓泵產(chǎn)生的高壓油,通過管路和控制閥件流入全機(jī)各個(gè)油缸內(nèi),使油缸按要求進(jìn)行工作。管路內(nèi)總壓力可由溢流閥進(jìn)行調(diào)整和控制,油缸的動(dòng)作可由操縱室內(nèi)手操多路閥控制。第 2 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)1. 升降機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)主要由四個(gè)升降液壓缸與四條懸臂組成。四個(gè)升降液壓缸缸筒分別通過四條懸臂與車身連接，其活塞桿分別與長(zhǎng)船上的四組行走小車鉸接。液壓缸活塞桿伸長(zhǎng)則機(jī)身和短船升高，反之降低。短船落地后，升降液壓缸活塞桿繼續(xù)縮回，則長(zhǎng)船升起離開地面。2. 縱移機(jī)構(gòu)縱移機(jī)構(gòu)主要由兩個(gè)長(zhǎng)船及長(zhǎng)船上的兩條縱移液壓缸和四個(gè)行走小車組成。當(dāng)兩個(gè)縱移液壓缸同時(shí)伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，機(jī)身與長(zhǎng)船之間便產(chǎn)生縱向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3. 橫移及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)橫移及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由兩個(gè)短船、兩條橫移液壓缸、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、回轉(zhuǎn)中心軸及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)兩條橫移液壓缸同時(shí)伸出或回縮時(shí)，就使機(jī)身與短船產(chǎn)生相對(duì)橫向移動(dòng)。若兩條液壓缸一條伸，另一條縮，就會(huì)使二者產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)后，當(dāng)短船離地時(shí)，安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上的復(fù)位彈簧即可使回轉(zhuǎn)臺(tái)連同短船復(fù)位。4. 壓樁臺(tái)壓樁臺(tái)是樁機(jī)的主體結(jié)構(gòu),由它實(shí)現(xiàn)夾樁、壓樁作業(yè)。它主要由主副壓樁缸、夾樁箱等組成。夾樁箱由夾樁箱體、夾樁液壓缸、鉗口等組成。壓樁時(shí)，主壓樁缸活塞桿縮回將夾樁箱提到最高位置。預(yù)制樁吊入夾樁箱中間孔后，夾樁缸伸長(zhǎng)，將樁夾緊。再操縱壓樁閥手柄，主壓樁活塞伸長(zhǎng)，產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力將樁壓入地基，直到缸的行程走完，夾樁缸縮回松樁。接著主壓樁缸活塞桿縮回提起壓樁箱，就這樣依次循環(huán)完成“夾樁→壓樁→松樁→返回→夾樁…”的動(dòng)作，將預(yù)制樁逐次壓入基礎(chǔ)之中。如果需要的壓樁力不是很大，則只需要主壓樁缸工作即可。如果需要的壓樁力過大，則需要副壓樁缸同時(shí)工作。5. 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)分主機(jī)液壓系統(tǒng)和吊機(jī)液壓系統(tǒng)。主機(jī)液壓系統(tǒng)由齒輪泵，單向閥，第 3 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)溢流閥，多路換向閥，手動(dòng)換向閥，液控單向閥等控制元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。壓樁系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件壓樁油缸可是是單缸也可以是由一個(gè)主液壓缸和一個(gè)柱塞缸輔助缸組成的雙缸。6. 靜力壓樁機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)在國(guó)內(nèi), 湖南山河智能機(jī)械股份有限公司的ZYJ系列靜力壓樁機(jī)有多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，很有特點(diǎn)。其產(chǎn)品采用高效節(jié)能的液壓控制系統(tǒng),均壓管樁夾樁機(jī)構(gòu)、邊角樁裝置, 既可壓“ 中樁” ，又可壓 “邊樁”、“角樁” 的“ 邊樁、角樁”裝置和新型液壓步履式行走，既實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能，又解決了實(shí)際問題、提高了施工質(zhì)量。1.3 選題的意義和作業(yè)內(nèi)容全液壓靜力壓樁機(jī)是以液壓為動(dòng)力進(jìn)行靜壓樁施工的一種樁基礎(chǔ)施工設(shè)備 ,具有效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、低噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在持力層較深的沿海地區(qū)和內(nèi)陸沖擊平原地區(qū)具有明顯的施工優(yōu)勢(shì)，其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理將直接影響著設(shè)備的性能。設(shè)計(jì)出更符合壓樁實(shí)際工況的液壓系統(tǒng)對(duì)提高液壓靜力壓樁機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，可靠性和實(shí)用性具有重大意義。本論文的工作內(nèi)容如下：1．?dāng)M訂出液壓系統(tǒng)的方案，繪制出液壓原理圖。2．液壓缸、液壓馬達(dá)主要參數(shù)的計(jì)算，主要液壓元件的選型。3. 液壓缸、油箱泵組等的設(shè)計(jì)及校核。第 4 頁(yè) 共 56 頁(yè)產(chǎn)品型號(hào) ZYJ800額定壓樁力(KN) 8000壓樁速度(m/min) 高速 4.0低速 0.7壓樁行程(m) 1.8轉(zhuǎn)角(o) 8升降(m) 1.1方樁(mm) 最小 400最大 300最大圓樁(mm) 600邊樁距離(mm) 0.68角樁距離(mm) 1.2額定起吊(Kg) 16變幅力矩(tfm) 80功率(kW) 壓樁 135起重 30尺寸(mm) 工作長(zhǎng) 14000工作寬 8560運(yùn)輸高 31903總質(zhì)量（含配重）(10 Kg) ≥802液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)２ 液壓系統(tǒng)工作原理圖的擬定2.1 液壓系統(tǒng)方案的選擇2.1.1 ZYJ 800 液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)及性能要求1. ZYJ800 液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)表 2-1 ZYJ 800 液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)2. ZYJ 800 液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)的性能要求整個(gè)液壓系統(tǒng)的要求是簡(jiǎn)單緊湊，高效節(jié)能，能在惡劣的環(huán)境下工作。起升機(jī)構(gòu)應(yīng)該升降平穩(wěn)，速度適當(dāng)，能在某位置停止，因此要設(shè)計(jì)有限速回路和相應(yīng)的鎖緊裝置。縱移、橫移機(jī)構(gòu)只要求管路暢通就行，沒有特別的性能要求。第 5 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)壓樁、夾樁機(jī)構(gòu)也是升降動(dòng)作，要求升降平穩(wěn)，速度適當(dāng)，因此兩機(jī)構(gòu)都要有限速回路和瑣緊裝置。壓樁機(jī)構(gòu)還要求能滿足一個(gè)調(diào)速范圍，形成一個(gè)高速和一個(gè)常速兩個(gè)個(gè)檔位，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)二級(jí)調(diào)速回路。壓樁機(jī)構(gòu)難免會(huì)遇到突然停機(jī)，系統(tǒng)壓力急劇增大的情況，此時(shí)應(yīng)有專門的卸荷回路。各個(gè)機(jī)構(gòu)的液壓回路，都應(yīng)該設(shè)計(jì)有各自過載閥（有各自的調(diào)定壓力），保證過載狀態(tài)下卸荷。整個(gè)液壓系統(tǒng)還應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)專供泄露油流回油箱的回路，保持整個(gè)系統(tǒng)的清潔。2.1.2(1)液壓系統(tǒng)型式的確定及多路閥的連接液壓系統(tǒng)型式的確定按油液循環(huán)方式的不同，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。由于靜力壓樁機(jī)執(zhí)行液壓缸的兩腔面積不等，且兩腔交替頻繁，所以液壓系統(tǒng)選用開式系統(tǒng)，即各元件回油直接回油箱。按系統(tǒng)壓力的高低，液壓系統(tǒng)可分為低壓系統(tǒng)(使用壓力＜16Mpa)，中高壓系統(tǒng) (16Mpa＜使用壓力＜ 25Mpa)，高壓系統(tǒng) (使用壓力＞25Mpa)。由于本課題要求的工作壓力為 25Mpa 左右，所以系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)。按所使用的液壓泵形式的不同，液壓系統(tǒng)可分為定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)。按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)量，液壓系統(tǒng)可分為單泵系統(tǒng)、雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。通過前述分析，本液壓系統(tǒng)選用的是壓力補(bǔ)償變量泵,工作壓力又屬于中高壓，課題要求的執(zhí)行元件的工作速度可達(dá) 5m/min，只使用一個(gè)泵難以提供足夠的動(dòng)力，所以選擇雙泵或多泵；因此整個(gè)系統(tǒng)的型式確定為多泵變量開式系統(tǒng)。多路閥的連接(2) 多路閥的油路連通方式有并聯(lián)式，串連式，串并聯(lián)式。本液壓系統(tǒng)采用 3 個(gè)多路閥塊，橫移、縱移機(jī)構(gòu)共用一個(gè)并聯(lián)多路閥塊，以實(shí)現(xiàn)橫移或縱移兩個(gè)伸縮液壓缸的同時(shí)移動(dòng)。升降機(jī)構(gòu)的四個(gè)液壓缸用一個(gè)并聯(lián)多路閥塊，以實(shí)現(xiàn)四個(gè)升降液壓缸同時(shí)移動(dòng)，保證機(jī)身的平衡。壓樁和夾樁機(jī)構(gòu)共用一個(gè)多路閥塊，因?yàn)閴簶稒C(jī)構(gòu)是主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到它的泄露油第 6 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)回路和卸荷回路，且主副壓樁缸并不是總是同時(shí)作用，所以該多路閥塊不是簡(jiǎn)單的并聯(lián)，比較復(fù)雜。2.1.3 各組成機(jī)構(gòu)基本回路的選擇(1) 升降機(jī)構(gòu)的回路選擇機(jī)身在做下降運(yùn)動(dòng)時(shí)受重力作用的影響 ,如果無控制,必然在重力的作用下加快運(yùn)動(dòng)速度，產(chǎn)生超速下降，造成事故。因此必須設(shè)置限速回路。目前主要有兩種方法，一種是用平衡閥限速，一種是用液控單向閥和單向節(jié)流閥限速。升降液壓缸D15.1D9.4D15.2D9.3D15.3D9.2D15.4D9.1卸荷回路D6.4 D6.3 D6.2 D6.1進(jìn)油口回油口圖 2-1 升降機(jī)構(gòu)液壓原理圖（用液控單向閥和單向節(jié)流閥限速）若選擇液控單向閥和單向節(jié)流閥進(jìn)行限速，其液壓原理圖如圖 2-1 所示。當(dāng)手動(dòng)換向閥置為上位時(shí)，液壓泵來油經(jīng)過換向閥上位，進(jìn)入液壓缸有桿腔，并通過控制油路將液控單向閥打開，從液壓缸無桿腔出來的液壓油，經(jīng)過打開的液控單向閥，再經(jīng)過單向節(jié)流閥和換向閥下位，回到油箱。如果產(chǎn)生機(jī)身超速下降的現(xiàn)象，則液壓缸有桿腔進(jìn)油路液壓不足，壓力降低，甚至產(chǎn)生負(fù)壓，液控單向閥將關(guān)閉，直到該油路壓力升高，再打開液控單向閥，才能繼續(xù)下降。單向節(jié)流閥起限速作用。如果升降機(jī)構(gòu)要在某位置停留，可將換向閥置為中位，切斷液壓油。這種限速方法所用元件簡(jiǎn)單，體積小，安全可靠，打開液控單向閥的控制壓第 7 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)力較低，能量損失少。但液控單向閥對(duì)壓力十分敏感，開關(guān)動(dòng)作迅速，工作平穩(wěn)性較差。若用平衡閥限速,則液壓原理圖如圖 2-2 所示。升降液壓缸D 15 .1D 9 .4D 15 .2D 9 .3D 15 .3D 9 .2D 15 .4D 9 .1卸荷回路D 6 .4 D 6 .3 D 6 .2 D 6 .1進(jìn)油口回油口圖 2-2 升降機(jī)構(gòu)液壓原理圖（用平衡閥限速）當(dāng)手動(dòng)換向閥置為上位時(shí)，機(jī)身下降，壓力油直接端進(jìn)入液壓缸無桿腔，順序閥的外控口 K 接進(jìn)油路，閥芯的開啟或關(guān)閉由此進(jìn)油路的壓力控制。機(jī)身下降正常時(shí)此進(jìn)油路有一定壓力，打開順序閥使液壓缸無桿腔的油通過流回油箱。如果機(jī)身下降過快，超過了相應(yīng)的速度時(shí)，進(jìn)油路壓力降低而使外控順序閥的閥口關(guān)小，液壓缸的回油阻力增大，從而阻止機(jī)身下降速度的進(jìn)一步提高。平衡閥控制油路中的節(jié)流閥能減緩平衡閥的啟閉速度，使其工作穩(wěn)定可靠。比較以上兩個(gè)方案，使用平衡閥調(diào)速既能達(dá)到液控單向閥和單向節(jié)流閥限速的效果，而且能使整個(gè)起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)更加平穩(wěn)可靠，這對(duì)體積、質(zhì)量大的工程機(jī)械是相當(dāng)重要的，因此選擇平衡閥調(diào)速。(2)縱移機(jī)構(gòu)和橫移及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回路選擇第 8 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)橫移液壓缸 縱移液壓缸D10.1 D10.2 D11.1 D11.2D6.8 D6.7 D6.6 D6.5 卸荷回路回油口進(jìn)油口圖 2-3 縱移機(jī)構(gòu)和橫移及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓原理圖縱移機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)是通過全液壓實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，它不同于挖掘機(jī)，起重機(jī)的行走機(jī)構(gòu)，它液壓回路的設(shè)計(jì)和升降機(jī)構(gòu)的液壓回路的設(shè)計(jì)很相似，不同之處就在于縱移機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)的液壓缸動(dòng)作時(shí)不需要考慮重力的影響。因此，縱移機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)的液壓回路中不需要用到液控單向閥。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作是通過兩個(gè)縱移液壓缸相反伸縮來完成，回轉(zhuǎn)的回復(fù)動(dòng)作是靠專門的彈簧機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，不需要液壓控制。故縱移機(jī)構(gòu)和橫移及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓回路原理圖如圖 2-3 所示。當(dāng)手動(dòng)換向閥置為下位時(shí)，是液壓缸活塞桿收縮的情況，液壓泵來油經(jīng)過換向閥下位，進(jìn)入液壓缸有桿腔，從液壓缸無桿腔出來的液壓油，經(jīng)過換向閥上位，回到油箱。當(dāng)手動(dòng)換向閥置為上位時(shí)，是液壓缸活塞桿伸長(zhǎng)的情況，液壓泵來油經(jīng)過換向閥上位，進(jìn)入液壓缸無桿腔，從液壓缸有桿腔出來的液壓油，經(jīng)過換向閥下位，再回到油箱。每個(gè)液壓缸都設(shè)有一個(gè)換向閥，橫、縱移液壓缸的兩個(gè)缸既可單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，又可同時(shí)運(yùn)動(dòng)。(3) 壓樁臺(tái)液壓回路的選擇第 9 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)D5.4主壓樁缸D12.1 D12.2D9副壓樁缸D13.1 D13.2D5.1夾樁液壓缸D14.1 D14.2D14.3 D14.4D8.4D8.5D8.2D7.3 D8.6 D7.2 D6.4 D8.3D7.1卸荷回路回油口進(jìn)油口圖 2-4 壓樁臺(tái)的液壓原理圖壓樁、夾樁機(jī)構(gòu)因?yàn)橐彩巧祫?dòng)作，也要設(shè)計(jì)與起升機(jī)構(gòu)的一樣的限速回路和瑣緊裝置。因?yàn)橹挥兄本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以壓樁機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件選用雙作用液壓缸，液壓缸一邊是有桿腔，一邊是無桿腔，兩腔的作用面積有差別，這樣就可以通過差動(dòng)連接來實(shí)現(xiàn)速度的轉(zhuǎn)換，完成二級(jí)調(diào)速回路的設(shè)計(jì)。壓樁機(jī)構(gòu)的卸荷回路用換向閥的中位機(jī)能實(shí)現(xiàn)。選用主、副壓樁缸組來完成壓樁動(dòng)作，在主壓樁缸的壓樁力不能滿足要求時(shí)，主、副壓樁缸同時(shí)作用。壓樁臺(tái)的液壓原理圖如圖 2-4 所示。夾樁手動(dòng)換向閥 D7.1 置為下位，其余換向閥置為中位。液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入，過手動(dòng)換向閥 D7.1 下位，經(jīng)過液控單向閥 D5.1 到夾樁液壓缸無桿腔，夾樁液壓缸夾緊預(yù)制樁；從夾樁液壓缸有桿腔出來的油，再經(jīng)過手動(dòng)換向閥 D7.1 下位，回到第 10 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)油箱。溢流閥 D8.3 作為夾樁回路的安全閥，在夾樁過程中一旦夾樁回路中油壓超過溢流閥 D8.3 的調(diào)定壓力，溢流閥 D8.3 立即溢流卸荷。松樁手動(dòng)換向閥 D7.1 置為上位，其余換向閥置為中位。液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入，過手動(dòng)換向閥 D7.1 上位，到夾樁液壓缸有桿腔，夾樁液壓缸松開預(yù)制樁，同時(shí)液控單向閥打開；從夾樁液壓缸無桿腔出來的油經(jīng)過手動(dòng)換向閥 D7.1 上位，過液控單向閥回到油箱。溢流閥 D8.1 作為松樁回路的安全閥，在松樁過程中一旦松樁回路中油壓超過溢流閥 D8.1 的調(diào)定壓力，溢流閥 D8.1 立即溢流卸荷。壓樁又可以有以下幾種工況：快壓手動(dòng)換向閥 D7.1 置為下位，D7.2 置為上位，D7.3 置為下位，其余換向閥置為中位。液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入，過手動(dòng)換向閥 D7.2 上位，過平衡閥 D9 的單向閥 ，到主壓樁缸的無桿腔，主壓樁缸壓樁；從主壓樁缸有桿腔出來的油經(jīng)過手動(dòng)換向閥 D7.3 下位與進(jìn)油連通，形成差動(dòng)聯(lián)接，加速壓樁。選取壓力補(bǔ)償變量泵進(jìn)行供油，則壓力補(bǔ)償變量泵與快壓回路形成容積式調(diào)速回路，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。溢流閥 D8.5 作為快壓回路的安全閥，在快壓過程中一旦快壓回路中油壓超過溢流閥D8.5 的調(diào)定壓力，溢流閥 D8.5 立即溢流卸荷。常壓主壓樁缸單獨(dú)壓樁手動(dòng)換向閥 D7.2、D7.3 置為上位， D7.1 置為下位，其余換向閥置為中位。液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入，過手動(dòng)換向閥 D7.2 上位，過平衡閥 D9 的單向閥，到主壓樁缸的無桿腔，主壓樁缸壓樁；從主壓樁缸有桿腔出來的油經(jīng)過手動(dòng)換向閥 D7.3上位回到油箱。主、副壓樁缸同時(shí)壓樁手動(dòng)換向閥 D7.2 、D7.3、 D6.1 置為上位，D7.1 置為下位，其余換向閥置為第 11 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)中位。液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入，分為兩個(gè)支流。一個(gè)支流過手動(dòng)換向閥 D7.2 上 位 ，過平衡閥 D9 的單向閥，到主壓樁缸的無桿腔，主壓樁缸壓樁；從主壓樁缸有桿腔出來的油經(jīng)過手動(dòng)換向閥 D7.3 上位回到油箱。另一個(gè)支流過手動(dòng)換向閥 D6.1上位，到副壓樁缸的無桿腔，副壓樁缸壓樁；從副壓樁缸有桿腔出來的油經(jīng)過手動(dòng)換向閥 D6.1 上位回到油箱。溢流閥 D8.2 作為副壓樁回路的安全閥，在壓樁過程中一旦副壓樁回路中油壓超過溢流閥 D8.2 的調(diào)定壓力，溢流閥 D8.2 立即溢流卸荷。由于液壓泵提供的油液分為兩路，壓樁速度必然降低，但是仍能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。提樁手動(dòng)換向閥 D7.2 置為下位，其余換向閥置為中位。液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入，過手動(dòng)換向閥 D7.2 下位，到主壓樁缸的無桿腔，主壓樁缸提樁，同時(shí)液控單向閥D5.2 打開；從主壓樁缸有桿腔出來的油經(jīng)過時(shí)液控單向閥 D5.2 回到油箱。溢流閥 D8.4 作為提樁回路的安全閥，在提樁過程中一旦提樁回路中油壓超過溢流閥D8.4 的調(diào)定壓力，溢流閥 D8.4 立即溢流卸荷。手動(dòng)換向閥 D7.2 中位與油箱連通，這樣可以為主壓樁缸補(bǔ)油。2.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定綜上所述，液壓系統(tǒng)工作原理圖如圖 2-5 所示。第 12 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 13 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)３ 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及液壓元件的選型3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的選擇及實(shí)施途徑一般來說，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的選擇對(duì)于其設(shè)計(jì)合理性是至關(guān)重要的。根據(jù)負(fù)載變化情況和對(duì)執(zhí)行元件的工作要求不同 , 液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法可分為恒功率設(shè)計(jì)、恒流量設(shè)計(jì)和恒壓力設(shè)計(jì)法。由于液壓靜力壓樁機(jī)的工作特殊性 ,目前，實(shí)際應(yīng)用于這種靜力壓樁機(jī)壓樁液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法主要有兩種，一種是最近幾年提出并采用的準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)法，其表機(jī)型有國(guó)產(chǎn) ZYJ 系列液壓靜力壓樁機(jī)；另一種是恒流量設(shè)計(jì)法，其代表機(jī)型主要有國(guó)產(chǎn) YZY 系列液壓靜力壓樁機(jī)和日本樁機(jī)。兩種設(shè)計(jì)方法比較分析：設(shè)兩種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的額定油壓 (主要由高阻力區(qū)負(fù)載即最大壓樁力決定) 、額定流量 (由最高壓樁速度決定)為 p h =25MPa、 Q h =122L/min。另外，假設(shè)兩種設(shè)計(jì)方法在低阻力階段的壓力為 pl=5MPa；在高阻力階段壓樁速度降低后所需的流量都為 Q 2 =25 L/min（下標(biāo) l 和 g 分別為恒流量和準(zhǔn)恒功率壓樁系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)）。下面分別按不同的設(shè)計(jì)方案從最大壓樁力、最大壓樁速度、能量利用率等方面對(duì)兩種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行理論計(jì)算。1) 等壓樁力方案假設(shè) A=A1+A2=0.4m2。（ A 表示恒流量設(shè)計(jì)方法的壓樁缸面積； A1、A 2 表示準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)方法的主、副壓樁缸面積，且 A1=A2=0.2m2）則有：恒流量設(shè)計(jì)的最大壓樁力為:Flmax=phA=25MPa×0.4 m2=10000KN恒流量設(shè)計(jì)的最大壓樁速度為Vlmax=Qh/A=122L/min /0.4 m2=0.305m/min第 14 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁力為:Fgmax =ph( A1+A2)= 25MPa×（0.2 m2+0.2 m2）=10000KN準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁速度為:Vgmax= Qh/A1= 122L/min /0.2 m2=0.61m/min兩種設(shè)計(jì)方法的最大壓樁速度比為:Vgmax/ Vlmax=A/A1=0.4 m2/0.2m2=22) 等壓樁速度方案假設(shè) A=A1=A2= 0.2 m2 (各符號(hào)意義同前)。則有：恒流量設(shè)計(jì)的最大壓樁速度為:Vlmax=Qh/A== 122L/min /0.2 m2=0.61m/min恒流量設(shè)計(jì)的最大壓樁力為:Flmax=phA=25MPa×0.2 m2=5000KN準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁速度為:Vgmax= Qh/A1= 122L/min /0.2 m2=0.61m/min準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁力為:Fgmax =ph( A1+A2)= 25MPa×（0.2m2+0.2 m2）=10000KN兩種設(shè)計(jì)方法的最大壓樁力比為:Fgmax/ Flmax=( A1+A2)/A=（0.2m2+0.2 m2）/0.2 m2=23) 任何工況有如下關(guān)系：恒流量設(shè)計(jì)的裝機(jī)功率為:Nl=phQh=25MPa×122L/min=50.8KW恒流量設(shè)計(jì)低阻力階段的有用功率為:Nl1=pl Qh=5MPa×122L/min=10.1KW第 15 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)恒流量設(shè)計(jì)低阻力階段的功率利用率為:ηl1= Nl1/ Nl= pl/ph =5MPa/25 MPa =20%恒流量設(shè)計(jì)高阻力階段的有用功率為:N l2= phQ2=25MPa×25L/min=8.3KW恒流量設(shè)計(jì)低阻力階段的功率利用率為:ηl2= Nl2/ Nl= Q2 /Qh =25L/min /122L/min =20.5%準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的裝機(jī)功率為：Ng=plQh=phQ2=25MPa×25L/min=10.4KW準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)低阻力階段的有用功率為：Ng1=pl Qh=5MPa×122L/min=10.1KW準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)阻力階段的功率利用率為：ηg1= Ng1/ Ng=10.1KW /10.4KW=97.1%準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)高阻力階段的有用功率為：Ng2= phQ2=25 MPa×25L/min=10.4KW準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)高阻力階段的功率利用率為：ηg2= Ng2/ N g=10.4KW /10.4KW=1通過上述計(jì)算分析可以得出以下結(jié)果:(1) 由等壓樁力方案可以看出，對(duì)于同一動(dòng)力源相同噸位的壓樁機(jī)，采用準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)法可獲得更高的壓樁速度，從而提高了設(shè)備的壓樁效率。(2) 由等壓樁速度方案可以看出，對(duì)于同一動(dòng)力源及相同最大壓樁速度條下，準(zhǔn)恒功率壓樁系統(tǒng)可獲得更大的壓樁力 (恒流量設(shè)計(jì)方法達(dá)不到需要的壓樁力 )。同時(shí)也表明 , 在一定裝機(jī)功率條件下，準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)法更易于實(shí)現(xiàn)大噸位樁機(jī)的設(shè)計(jì)。反過來也就是說，相同噸位的壓樁機(jī)采用準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)方法，可以匹配更小裝機(jī)功率的動(dòng)力源，從而大大地節(jié)約能源。(3)恒流量設(shè)計(jì)方法在高、低阻力階段的能量利用率都很低；準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)方第 16 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)法則保證壓樁機(jī)在整個(gè)壓樁過程中都有很高的能量利用率，若不計(jì)其它損失，能量利用率接近 1，即系統(tǒng)分階段接近于恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。顯然，采用準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)方法可獲得較高的能量利用率。比較總結(jié)如下：由以上分析可看出采用準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)法研制的液壓靜力壓樁機(jī)在能量利用率和壓樁效率方面與采用恒流量設(shè)計(jì)法開發(fā)的同級(jí)別的壓樁機(jī)相比有著較大的優(yōu)勢(shì)。準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)方法更適宜于液壓靜力壓樁機(jī)壓樁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究 ,其能量利用率高,且易于實(shí)現(xiàn)大噸位樁機(jī)的設(shè)計(jì)。本課題決定選用準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)法。3.2 液壓泵及電機(jī)的選擇在選擇液壓泵的之前，首先要確定液壓系統(tǒng)的工作壓力。液壓系統(tǒng)的工作壓力是指液壓系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)所能克服外載荷的最高限定壓力。在實(shí)際工作過程中，系統(tǒng)壓力是隨載荷大小的不同而變化的。液壓系統(tǒng)工作壓力是根據(jù)工程機(jī)械技術(shù)要求，經(jīng)濟(jì)效果和目前液壓技術(shù)所能達(dá)到的水平來確定的。外負(fù)載 F 和系統(tǒng)壓力的關(guān)系如下：P=F/S （S 為液壓執(zhí)行元件有效工作面積） (3-1)由（3-1 ）式可知，在外負(fù)載已定的情況下，系統(tǒng)壓力選的越高，各液壓元件的幾何尺寸就越小，使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。對(duì)于大型工程機(jī)械來說，需要選擇較高的工作壓力。然而壓力的選擇還要考慮制造，密封等因素，壓力太高，密封要求也高，制造維修困難。同時(shí)，隨著壓力的升高，尺寸和重量的減少率將愈來愈小，甚至使液壓元件的尺寸和重量增大。根據(jù)前人設(shè)計(jì)壓樁機(jī)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇液壓系統(tǒng)的額定工作壓力為 25MPa。液壓系統(tǒng)的壓力損失包括沿程壓力損失和局部阻力壓力損失，該系統(tǒng)為高壓大流量系統(tǒng)，所以取壓力損失為 4MPa,液壓泵還要有一個(gè)壓力系數(shù)為 1.3，所以要求液壓泵的工作壓力為：第 17 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)p n ( p0 Δpω ) (3-2)p0 ——液壓系統(tǒng)的額定工作壓力，前面已經(jīng)初選為 p0 =25MPa；ζ——壓力系數(shù)，ζ=1.3；Δpω——壓力損失； Δpω = 4MPa由(3-2)式可得：pn =37.7(MPa)在確定液壓泵的流量之前，首先要確定液壓系統(tǒng)的流量。流量的確定比較復(fù)雜，要根據(jù)工況來確定，由于液壓系統(tǒng)只對(duì)壓樁速度作了嚴(yán)格的要求，所以系統(tǒng)的流量要根據(jù)壓樁機(jī)構(gòu)所需最大流量來確定。當(dāng)壓樁液壓樁缸工作時(shí)，壓樁機(jī)處于壓樁狀態(tài)。其他機(jī)構(gòu)都不工作，處于鎖緊狀態(tài)，夾樁機(jī)構(gòu)處于夾緊狀態(tài)，沒有液壓油流入。此時(shí)，液壓系統(tǒng)的流量為：在快壓模式下：Q 2Vmaxπd12 / 4 (3-3)式中:Q——快壓模式下液壓系統(tǒng)的最大流量；Vmax ——最大壓樁速度，當(dāng)壓樁液壓缸差動(dòng)連接時(shí)為快壓模式，速度最大為4m/min；d1 ——壓樁液壓樁缸活塞桿直徑，初選 d1=210mm；由(3-3)式可得：Q=277(L/min)在常壓模式下：由功率相等的關(guān)系式：N=FVmin=PQ第 18 頁(yè) 共 56 頁(yè)(3-4)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)式中:N ——液壓系統(tǒng)輸出功率；Q——常壓模式下液壓系統(tǒng)的最大流量；Vmin ——最小壓樁速度，V min=0.7m/min ；P——快壓模式到常壓模式的轉(zhuǎn)換壓力，取 P=12MPa；F——最大負(fù)載， F=8000KN；η——液壓缸效率, η=0.95 ；由(3-4)式可得：在加壓模式下：Q= FVminP =231(L/min)Q 2Vminπ（D12 D22）/ 4 (3-5)式中：Q——加壓模式下液壓系統(tǒng)的最大流量；Vmin ——最小壓樁速度， Vmin =0.7m/min；D1——主壓樁液壓缸內(nèi)徑，D1 初選為 210mm；D2——副壓樁液壓缸內(nèi)徑, D2 初選為 210mm；由(3-5)式可得：Q=97(L/min)所以液壓系統(tǒng)的最大流量為 231L/min。液壓系統(tǒng)選擇的是分功率變量雙泵系統(tǒng)，兩泵輸出流量基本相等。由于液壓泵有一定的漏油損失，所以液壓泵的額定流量大于液壓系統(tǒng)的額定流量，取 1.2 倍，即等于 277L/min。在前面確定用準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的時(shí)候就擬訂用準(zhǔn)恒功率壓力補(bǔ)嘗變量泵，根據(jù)液壓泵要求的輸出流量、輸出壓力及輸出功率，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可第 19 頁(yè) 共 56 頁(yè)型號(hào) 排量 額定壓力 額定轉(zhuǎn)速 驅(qū)動(dòng)功率 容積效率 重量250YCY14-1B 250mL/r 31.5Mpa 1000r/min 148kw 95% 240kg型號(hào) 額定功率 額定轉(zhuǎn)速YZR355M-10 110KW 590r/min液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)選出液壓泵的型號(hào)為 250SCY14-1B。表 3-1 液壓泵的性能參數(shù)與該液壓泵配套的電動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速應(yīng)該與該液壓泵相近，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可選出配套電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 YZR355M-10。表 3-2 電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)液壓泵的輸出流量有如下關(guān)系式：Q qB nB ηBV (3-6)式中：Q——液壓泵輸出流量；q B ——液壓泵的排量， q B =250ml/r；nB——額定轉(zhuǎn)速，nB=1000r/min；ηBV——容積效率，ηBV=0.95；由(3-6)式可得：Q=237.5 (L/min)將液壓泵的額定壓力 38Mpa 代入(3-2) 式可得：p0=pn/ ζ-Δpω=38/1.3-4=25.2Mpa則液壓系統(tǒng)的額定工作壓力是 p0=25.2Mpa3.3 液壓閥的選擇液壓閥的選擇是根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖提供的情況，審查圖上各閥在各種工況下達(dá)到的最高工作壓力和最大流量，以此選擇閥的額定壓力和額定流量。一般情況下，閥的實(shí)際壓力和流量應(yīng)與額定值相近，但必要時(shí)允許實(shí)際流量超過額定流第 20 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)量的 20%。有的電液換向閥有時(shí)會(huì)出現(xiàn)高壓下?lián)Q向停留時(shí)間稍長(zhǎng)不能復(fù)位的現(xiàn)象 ，因此，用于有可靠要求的系統(tǒng)時(shí)，其壓力以降額使用為宜，或選用液壓強(qiáng)制對(duì)中的電液換向閥。單出桿活塞缸的兩個(gè)腔有效作用面積不相等，當(dāng)泵供油使活塞內(nèi)縮時(shí)，活塞腔的排油流量比泵的供油流量大得多，通過閥的最大流量往往是在這種情況下出現(xiàn)，復(fù)合增速缸和其他等效組合方案也有相同情況，所以在檢查各閥的最大通過流量時(shí)，這一點(diǎn)特別注意。此外在選擇流量控制閥時(shí)，其最小穩(wěn)定流量應(yīng)能滿足執(zhí)行元件最低工作速度的要求。3.3.1 溢流閥的選擇在主機(jī)的整個(gè)液壓系統(tǒng)當(dāng)中，主機(jī)液壓泵、升降液壓缸和橫移、縱移液壓缸共用一個(gè)溢流閥作為安全閥，設(shè)定為安全閥 1；夾樁液壓缸在夾樁狀態(tài)和松樁狀態(tài)各用一個(gè)溢流閥作為安全閥，設(shè)定夾樁溢流閥為安全閥 2，松樁溢流閥為安全閥 3；副壓樁液壓缸單獨(dú)用一個(gè)溢流閥作為安全閥，設(shè)定為安全閥 4；主壓樁液壓缸的常壓模式和快壓模式各有一個(gè)溢流閥作為安全閥，設(shè)定常壓溢流閥為安全閥5，快壓溢流閥為安全閥 6。當(dāng)主壓樁液壓缸在常壓模式下低阻力階段工作時(shí)，液壓泵的輸出流量最大，此時(shí)為通過安全閥 1 的最大流量，為 237.5L/min，主壓樁液壓缸壓樁壓力最大可達(dá) 25MPa，所以安全閥 1 的調(diào)定壓力略大于主壓樁液壓缸壓樁最大壓力，定為27MPa。安全閥 1 的型號(hào)選為 S-BG-06-V-L-40。當(dāng)夾樁液壓缸以最大速度夾樁時(shí)，通過安全閥 2 的最大流量可達(dá) 237.5L/min，最大壓力可達(dá) 14MPa，夾樁油壓安全閥 2 的調(diào)定應(yīng)該小于安全閥 1 的調(diào)定壓力，定為 16MPa。安全閥 2 的型號(hào)選為 S-BG-06-V-L-40。當(dāng)夾樁液壓缸以最大速度松樁時(shí)，通過安全閥 3 的最大流量在 237.5L/min，最大壓力可達(dá) 16MPa，但是松樁壓力要求一般不高，在 5～10 MPa 之間。安全閥3 的型號(hào)選為 S-BG-06-V-L-40。第 21 頁(yè) 共 56 頁(yè)序號(hào) 型號(hào) 調(diào)壓范圍 調(diào)定壓力 最大流量 連接型式 重量安全閥 1 S-BG-06-V-L-40 0.4～25MPa 27MPa 200L/min 板式 5kg安全閥 2 S-BG-06-V-L-40 0.4～25MPa 16MPa 200L/min 板式 5kg安全閥 3 S-BG-06-V-L-40 0.4～25MPa 10MPa 200L/min 板式 5kg安全閥 4 S-BG-06-V-L-40 0.4～25MPa 20MPa 200L/min 板式 5kg安全閥 5 S-BG-06-V-L-40 0.4～25MPa 20MPa 200L/min 板式 5kg安全閥 6 S-BG-06-V-L-40 0.4～25MPa 16MPa 200L/min 板式 5kg液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)當(dāng)副壓樁液壓缸以最大速度壓樁時(shí)，通過安全閥 2 的最大流量可達(dá) 95L/min，最大壓力可達(dá) 20MPa，所以安全閥 4 的調(diào)定壓力為 20MPa 左右。安全閥 4 的型號(hào)選為 S-BG-06-V-L-40。當(dāng)主壓樁液壓缸在常壓模式下工作時(shí)，通過安全閥 5 的最大流量可達(dá)228L/min，最大壓力可達(dá) 20MPa，但是安全閥 5 的調(diào)定壓力應(yīng)該小于安全閥 1 的調(diào)定壓力，定為 20MPa。安全閥 5 的型號(hào)選為 S-BG-06-V-L-40。當(dāng)主壓樁液壓缸在快壓模式下工作時(shí)，通過安全閥 6 的最大流量有如下關(guān)系式：Q1 2Vmaxπd12 / 4 (3-7)式中：Vmax ——最大壓樁速度， Vmax =4m/min；Q1 ——通過溢流閥 6 的最大流量；d1——主壓樁液壓缸活塞桿直徑；初選為 210mm；n ——主壓樁液壓缸個(gè)數(shù)， n =2；由(3-7)式可得：Q1= 277(L/min)通過安全閥 6 的最大壓力為轉(zhuǎn)換壓力，即 12MPa，所以安全閥 6 的調(diào)定壓力為12MPa。安全閥 6 的型號(hào)選為 S-BG-06-V-L-40。表 3-3 各安全閥的性能參數(shù)第 22 頁(yè) 共 56 頁(yè)序號(hào) 型號(hào) 最大工作壓力 最大流量 開啟壓力 連接型式單向閥 1 S20P320 31.5MPa 120L/min 0.3MPa 板式單向閥 2 S20P320 31.5MPa 120L/min 0.3MPa 板式單向閥 3 SV30PB130 31.5MPa 240L/min 0.3MPa 板式單向閥 4 SV30PB130 31.5MPa 240L/min 0.3MPa 板式型號(hào) 工作壓力 流量 先導(dǎo)壓力 開啟壓力 連接型式FD16PA12/B30 31.5MPa/42MPa 200L/min 2～31.5MPa 0.2MPa 板式液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)3.3.2 平衡閥的選擇升降液壓缸的四個(gè)液壓缸各用一個(gè)平衡閥，起限速和鎖緊的作用。這四個(gè)平衡閥的先導(dǎo)壓力為 8MPa 左右，單向閥口的工作壓力可達(dá) 25MPa，最大流量可達(dá)237.5L/min。所以四個(gè)平衡閥的選型為 FD16PA12/B30。表 3-4 平衡閥的性能參數(shù)3.3.3 單向閥的選擇液壓系統(tǒng)由兩個(gè)液壓泵提供油液，每個(gè)泵的出口處都安裝一個(gè)單向閥，作為背壓閥使用，并防止油液回流。設(shè)為單向閥 1 和單向閥 2。通過每個(gè)單向閥的最大流量為系統(tǒng)最大輸出流量的二分之一，即 118.75L/min；每個(gè)單向閥的最大壓力可達(dá) 25MPa 左右，根據(jù)最大流量和最大壓力查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可確定這兩個(gè)單向閥的型號(hào)為 S20P320。夾樁液壓缸有四個(gè)，這四個(gè)液壓缸共用一個(gè)液控單向閥，起正向通油，反向鎖緊的作用。設(shè)為單向閥 3。通過該單向閥的流量最大可達(dá) 228 L/min，壓力最大可到 14MPa，根據(jù)最大流量和最大壓力查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可確定該單向閥的型號(hào)為SV30PB130。主壓樁液壓缸上的液控單向閥起正向通油，反向鎖緊的作用。設(shè)為單向閥 4。通過該單向閥的流量最大可達(dá) 228L/min，壓力最大可到 12MPa，根據(jù)最大流量和最大壓力查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可確定該單向閥的型號(hào)為 SV30PB130。表 3-5 各單向閥性能參數(shù)第 23 頁(yè) 共 56 頁(yè)型號(hào) 工作壓力 最大流量 中位機(jī)能 連接型式ZFS-L32H-YT-O 31.5MPa 200L/min 中間封閉 螺紋連接ZFS-L32C-YT-O 16MPa 200L/min 中間封閉 螺紋連接液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)3.3.4 換向閥的選擇橫移、縱移機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)的換向閥組，共八個(gè)換向閥，都是三位六通閥，滑閥機(jī)能都是 E，通過的流量最大可達(dá) 237.5L/min，壓力最大可達(dá) 25MPa，所以該八個(gè)換向閥的型號(hào)確定為 ZFS-L32H-YT-O。夾樁機(jī)構(gòu)有一個(gè)換向閥，是三位六通閥，滑閥機(jī)能是 E，通過的流量最大可達(dá) 237.5 L/min，壓力最大可達(dá) 14MPa，所以該換向閥的型號(hào)確定為 ZFS-L32C-YT-O。壓樁機(jī)構(gòu)有三個(gè)換向閥，都是三位六通閥，通過的流量最大可達(dá) 228L/min，快壓換向閥的壓力最大可達(dá) 12MPa，另外兩個(gè)換向閥的壓力最大可達(dá) 25MPa， 控制壓樁速度模式的換向閥的型號(hào)確定為 ZFS-L32C-YT-O，另外兩個(gè)換向閥的型號(hào)確定為 ZFS-L32H-YT-O。表 3-6 各換向閥性能參數(shù)3.4 液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算3.4.1 壓樁液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算壓樁液壓缸由一對(duì)主液壓缸和一對(duì)副液壓缸組成。根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)：液壓缸內(nèi)徑：D1 3.57 10 2 FP （3-8）D1---缸筒內(nèi)徑（m）F-----載荷力（KN）P------選定的工作壓力(Mpa)則： D1 =286mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：第 24 頁(yè) 共 56 頁(yè)4 18 45 110 2805 20 50 125 3206 22 56 140 3608 25 63 16010 28 70 18012 32 80 20014 36 90 22016 40 100 2508 40 123 (280)10 50 (140) 32012 63 160 (360)16 80 (180) 40020 (90) 200 (450)25 100 (220) 50032 (110) 250液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)D1 =280mm根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選取副壓樁缸內(nèi)徑為 D2=1.183D1D 2 =1.183 D1 =331mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：表 3-7 液壓缸的缸筒內(nèi)徑尺寸系列(mm)D2 =320mm由上式可得： d1 ≥185 mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定： d1 =220 mm表 3-8 液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列(mm)副壓樁液壓缸和主壓樁液壓缸既然缸內(nèi)徑選擇的比例為 1.183：1，二者又沒有其他特別的要求，為了方便采購(gòu)和安裝，選擇副壓樁液壓缸的活塞桿直徑第 25 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)d2=1.183d1=236.6mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：d2=220mm副壓樁液壓缸和主壓樁液壓缸的工作行程兩者應(yīng)該相同，行程的具體確定應(yīng)該由整個(gè)液壓靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)輸要求決定。在保證液壓缸活塞桿強(qiáng)度和剛度的條件下，壓樁液壓缸的行程越長(zhǎng)，則壓樁和松樁的次數(shù)就越少，工作效率就越高，但是壓樁液壓缸的行程過長(zhǎng)，必然導(dǎo)致整個(gè)液壓靜力壓樁機(jī)的運(yùn)輸高度過高，不便于運(yùn)輸。根據(jù)《中國(guó)交通道路安全法》的相關(guān)規(guī)定，運(yùn)輸集裝箱的貨車，從地面算起高度不可超過 4.2 米，一般的大型貨運(yùn)汽車的高度更是不可超過 4 米，考慮到貨運(yùn)汽車本身機(jī)身高度有 1 米左右，所以運(yùn)輸時(shí)（長(zhǎng)船、短船已拆下）液壓靜力壓樁機(jī)的機(jī)身到壓樁缸頂?shù)母叨葢?yīng)該在 3 米左右，所以壓樁液壓缸的行程（缸筒的長(zhǎng)度）也就只能在 1.5 米左右，選擇壓樁液壓缸的行程為 1.5 米。3.4.2 縱移、橫移液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算1 橫移液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算橫移液壓缸是裝在短船上，起升液壓缸伸縮，長(zhǎng)船離地，短船落地，然后橫移液壓缸伸縮，橫移液壓缸推動(dòng)行走小車移動(dòng)，行走小車帶動(dòng)整個(gè)機(jī)身和長(zhǎng)船作相對(duì)與短船的橫向移動(dòng)，此時(shí)橫移液壓缸的負(fù)載壓力最大，有如下關(guān)系式：F =Q.f.g (3-9)式中：g——重力加速度；Q——整機(jī)除短船以外的總質(zhì)量，參考ZYJ680B 壓樁機(jī)說明書，可知 ZYJ680B壓樁機(jī)的橫移機(jī)構(gòu)的重量為 32 噸，則有相似原理可知 ZYJ800 壓樁機(jī)的橫 ZYJ800為 11.3 噸;查表 1 又知整機(jī)的總質(zhì)量為 850 噸左右 ,則可確定 Q=802 噸；f——行走小車車輪與短船之間的摩擦系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，兩金屬之間的摩擦系數(shù)一般為 0.03～0.06 之間，取 f=0.04；第 26 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)F——縱移液壓缸的負(fù)載壓力；F 2PηπD42 / 4 (3-10）式中：η——液壓缸效率, η=0.95 ；P——橫移液壓缸最大工作壓力，P=27MPa；D 4 ——橫移液壓缸的內(nèi)徑，短船前后各有一個(gè)，對(duì)應(yīng)的橫移液壓缸左右也各有一個(gè)，共兩個(gè)；由上式可得：F=320.8 KN； D4 = 277mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：D 4 = 320mm一般的,在中高壓強(qiáng)下，液壓缸有桿腔和無桿腔的面積比為 1:2，即有:πD42 / 4 2(πD42 d 42 ) / 4 (3-11)式中:D 4 ——橫移液壓缸的內(nèi)徑；d 4 ——橫移液壓缸活塞桿直徑；由上式可得：d 4 =0.707 D4 =224.4mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：d 4 =220mm第 27 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)2 縱移液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算縱移液壓缸是裝在長(zhǎng)船上，起升液壓缸伸長(zhǎng)，短船離地，長(zhǎng)船落地，然后縱移液壓缸伸縮，縱移液壓缸推動(dòng)行走小車移動(dòng)，行走小車帶動(dòng)整個(gè)機(jī)身和短船作相對(duì)與長(zhǎng)船的縱向移動(dòng)，此時(shí)縱移液壓缸的負(fù)載壓力最大，有如下關(guān)系式：F.η=Q.f.g (3-12)式中：g——重力加速度；Q——整機(jī)除長(zhǎng)船以外的總質(zhì)量，參考ZYJ680B 壓樁機(jī)說明書，可知 ZYJ680B壓樁機(jī)的縱移機(jī)構(gòu)的重量為 40.6 噸，則有相似原理可知 ZYJ800 壓樁機(jī)的縱ZYJ800 為 14.3 噸;查表 1 又知整機(jī)的總質(zhì)量為 850 噸左右,則可確定 Q=802 噸；f——行走小車車輪與長(zhǎng)船之間的摩擦系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，兩金屬之間的摩擦系數(shù)一般為 0.03～0.06 之間，取 f=0.04；F 為縱移液壓缸的負(fù)載壓力；F 2P πD52 / 4 (3-13)式中：η——液壓缸效率, η=0.95 ；P——系統(tǒng)最大工作壓力；D5——縱移液壓缸的內(nèi)徑，長(zhǎng)船一邊有一個(gè)，對(duì)應(yīng)的縱移液壓缸一邊也一個(gè) ，共兩個(gè)；由上式可得：F=337.7KN； D5 =284.4mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：D5 = 320mm第 28 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)一般的，在中高壓強(qiáng)下，液壓缸有桿腔和無桿腔的面積比為 1:2，即有:πD52 / 4 2π( D52 - d 52 ) / 4 (3-14)式中:D5——縱移液壓缸的內(nèi)徑；d5——縱移液壓缸活塞桿直徑；由上式可得：d5 =0.707 D 5 =224.4mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：d5 =220mm通過以上計(jì)算可以看到，縱移液壓缸的活塞桿直徑很小，但是縱移液壓缸要求的行程又很長(zhǎng)，所以要對(duì)縱移液壓缸的活塞桿作簡(jiǎn)單的強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)強(qiáng)度關(guān)系式：π s d52 / 4 F / 2式中：d 5 ——縱移液壓缸活塞桿直徑；(3-15)s ——縱移液壓缸的活塞桿極限應(yīng)力值，因?yàn)榭v移液壓缸的活塞桿的材料為45 鋼，為塑性材料，所以 s 為它的屈服強(qiáng)度值為 360MPa；由(3-15)可得：d5 =77 mmF=337.7 KN，符合穩(wěn)定性要求 。經(jīng)計(jì)算上述取值滿足穩(wěn)定性要求，所以縱移液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑這樣選取。需要說明的是，縱移和橫移機(jī)構(gòu)的受力還要考慮運(yùn)動(dòng)中的慣性力，這個(gè)屬于動(dòng)力學(xué)范疇，由于縱移和橫移機(jī)構(gòu)的工作速度不快，本文不予考慮，可以在靜力值的基礎(chǔ)上適當(dāng)放大，再進(jìn)行實(shí)際的液壓缸選型?？v移液壓缸由靜到動(dòng)的過程會(huì)受到一個(gè)很大的沖擊載荷，如果讓縱移液壓缸直接這樣與行走小車連接，則縱移液壓缸的壽命會(huì)降低，所以有必要在其與行走小車之間添加一個(gè)聯(lián)動(dòng)液壓缸起緩沖的作用，聯(lián)動(dòng)液壓缸的內(nèi)徑取為縱移液壓缸內(nèi)徑的一半。3 接地面積的計(jì)算及縱、橫移液壓缸行程的確定整個(gè)液壓靜力壓樁機(jī)的接地面積是由自身的重量和泥土層承壓力的大小決定的。它們?nèi)咧g有如下關(guān)系式：S=Q .g /R (3-17)式中：S——壓樁機(jī)的接地面積，壓樁機(jī)行走時(shí)要么是長(zhǎng)船接地，要么是短船接地，第 30 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)為了方便和穩(wěn)定，長(zhǎng)船和短船的接地面積設(shè)計(jì)的一樣大，所以 S 既是指長(zhǎng)船的接地面積也是指短船的接地面積；Q——整個(gè)壓樁機(jī)的總質(zhì)量；g——重力加速度；R——接地壓力，考慮到整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和造型美觀，取 R=0.2MPa；由(3-17)式可得：S= 43.6m 2液壓靜力壓樁機(jī)的短船寬度是由機(jī)身自身的結(jié)構(gòu)所決定的，通過山河智能公司實(shí)地考查可知，短船長(zhǎng)度在 6 米左右，取為 L 2 =6 米；兩個(gè)橫移行走小車之間的距離大概在 2 米左右，那么橫移液壓缸缸筒的長(zhǎng)度在 0.6～1 米之間，所以橫移液壓缸的位移行程定為 0.6 米。又有：S=2L1.L2 (3-18)式中:S——長(zhǎng)船的接地面積或短船的接地面積；L1 ——短船的寬度；L 2 ——短船的長(zhǎng)度；短船有兩個(gè)；由上式可得：L1 =3.6(m)一個(gè)短船的寬度為 3.6 米，兩個(gè)短船的寬度就為 7.2 米，夾樁臺(tái)所夾的最大圓樁的直徑為 0.5 米，則兩短船之間的距離一般為最大圓樁的直徑的 7 倍，即為 3.5米，一般長(zhǎng)船的前、后兩端比短船的前、后兩端長(zhǎng)短船寬度的大一半，則整個(gè)長(zhǎng)船比短船前后兩端要長(zhǎng)一個(gè)短船的寬度，即 3.5 米，所以長(zhǎng)船的長(zhǎng)度在 14.2 米左右，取長(zhǎng)船的長(zhǎng)度為 14 米。又有：S=2L3.L 4第 31 頁(yè) 共 56 頁(yè)(3-19)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)式中:S——長(zhǎng)船的接地面積或短船的接地面積；L 3 ——長(zhǎng)船的寬度；L 4 ——長(zhǎng)船的長(zhǎng)度，長(zhǎng)船有兩個(gè)；由(3-19)式可得：L 3 =1.56(m)長(zhǎng)船兩行走小車之間的距離與長(zhǎng)船的長(zhǎng)度相差兩個(gè)短船的寬度，所以長(zhǎng)船兩行走小車之間的距離為 7.2 米，則縱移液壓缸缸筒的長(zhǎng)度為長(zhǎng)船兩行走小車之間的距離的一半左右，即為 3.6 米左右，所以縱移液壓缸的行程也為 3.6 米左右，取縱移液壓缸的行程為 4 米。3.4.3 升降液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算升降液壓缸在機(jī)身上升時(shí)要承受除長(zhǎng)船之外的整個(gè)壓樁機(jī)的重量，此時(shí)液壓力達(dá)到系統(tǒng)額定工作壓力，且有如下關(guān)系式：Q.g 4P πD62 / 4 (3-20)式中：η——液壓缸效率，η=0.95 ；g——重力加速度；Q——整機(jī)除長(zhǎng)船以外的總質(zhì)量，參考ZYJ680B 壓樁機(jī)說明書，可知 ZYJ680B壓樁機(jī)的縱移機(jī)構(gòu)的重量為 40.6 噸，則由相似原理可知 ZYJ800 壓樁機(jī)的縱ZYJ800 為 14.3 噸；查表 1 又知整機(jī)的總質(zhì)量為 850 噸左右,則可確定 Q=802 噸 ；P——升降液壓缸最大工作壓力，取 P=27MPa；D6 ——升降液壓缸的內(nèi)徑，升降液壓缸有四個(gè)；由(3-20)式可得：D 6 =405mm第 32 頁(yè) 共 56 頁(yè)液壓缸類型 液壓缸直徑 液壓缸行程主壓樁液壓缸 280mm 1.5m副壓樁液壓缸 320mm 1.5m橫移液壓缸 320mm 0.6m縱移液壓缸 320mm 4m升降液壓缸 450mm 0.9m液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：D 6 =450mm一般的,在中高壓強(qiáng)下，液壓缸有桿腔和無桿腔的面積比為 1:2，即有:πD62 / 4 2π( D62 - d 62 ) / 4 (3-21)式中:D6 ——升降液壓缸的內(nèi)徑；d 6 ——縱移液壓缸活塞桿直徑；由(3-21)式可得：d 6 =0.707 D 6 =318mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（GB/T2348 ——1993）可確定：d 6 =320mm升降液壓缸的行程在結(jié)構(gòu)上沒有過多的限制，高度不應(yīng)該超過壓樁臺(tái)的長(zhǎng)度，為了節(jié)省材料應(yīng)竟可能設(shè)計(jì)的短些，但是如果太短的話，機(jī)構(gòu)行走時(shí)短船不能抬的太高，如果地面凹凸不平的話，短船會(huì)和地面發(fā)生摩擦和撞擊，