液压打桩锤的液压系统优化方案

打桩机是建筑基础施工中广泛使用的一种施工机械。传统使用的柴油打桩锤由于噪声大、振动大和空气污染严重等原因，在国外基础施工中受到限制。自从荷兰在1965年研制出液压打桩锤以来，20世纪80年代以后，液压打桩锤便很快在英国、芬兰、日本、美国等国家得到发展。近年来，国内的一些建筑施工单位开始从国外进口液压打桩锤，而国内制造厂也开始引进液压打桩锤技术进行试制、生产以及技术开发。液压打桩锤实物如图5-89所示。

图5-89 液压打桩锤实物

根据桩锤的下落方式可将液压打桩锤分为单作用下落方式和双作用下落方式两类。单作用方式即桩锤在自重的作用下以接近自由落体方式下落，如日立公司生产的HNC锤、英国BSP公司的HH357-9锤、美国HPSI公司的Model650-3505锤等；双作用下落方式即桩锤在自重和外力共同作用下以大于自由下落加速度下落，因此，在相同行程、相同锤重时产生的打击力比单作用下落方式大，如日本车辆公司的NH锤、荷兰IHC公司的SC锤，芬兰Junttan公司的HHKA系列液压锤也属于双作用下落方式。

目前使用的液压打桩锤形式多样，基本结构大致相似，一般可分为液压打桩锤本体、动力源及液压回路系统、操作控制盘等部分。图5-90所示为日本日立公司NH系列液压打桩锤的基本结构。

1.液压打桩锤本体

锤本体包括锤驱动装置和打击力传递装置。锤驱动装置主要由桩锤、液压缸、液压控制阀、端板等组成；打击力传递装置主要由桩与桩锤之间的上下缓冲垫、铁砧、桩帽等组成，在低噪声要求的环境中还有隔声装置。

2.动力源及油路系统

液压打桩锤的液压回路主要由液压泵（定量泵或变量泵）、溢流阀、卸荷阀、换向阀（逻辑阀）、蓄能器、执行元件桩锤以及管路等组成。

3.操纵盘和电子控制装置

目前一般采用传统的继电器控制。控制方式有手动和自动打桩两种状态。桩锤下落高度控制装置主要有时间设定方式和位置设定方式两种类型。

各种形式的液压打桩锤的工作原理基本相同，桩锤与液压缸活塞杆刚性连接，动力源通过油路系统传递给液压缸上下腔液压油，由操纵盘进行电子控制以提升桩锤至设定高度和使桩锤下落实现桩锤的连续打击。

下面分析几种国外典型液压打桩锤液压系统工作原理。

4.HNC系列液压打桩锤液压系统

日本日立HNC系列液压打桩锤为一种单作用液压锤，其液压系统如图5-91所示。

上升过程中，液压泵输出液压油，电控柜发出电信号使用阀A闭合、阀B断开，液压油经阀A流至液压缸下腔，下腔压力到达桩锤提升压力后桩锤开始上升；同时蓄能器A释放其储存的液压油，以增加桩锤上升速度，液压缸上腔液压油通过止回阀返回油箱；蓄能器B吸收部分液压油以减少回路压力脉冲和储存液压油；当桩锤上升到指定高度时，电控柜发出电信号使阀A断开，桩锤停止上升。下降过程中，电控柜发出电信号使阀B闭合，液压缸上下腔连通形成差动连接，下腔液压油经阀B流入液压缸上腔，桩锤利用其自重快速下落，蓄能器B同时向液压缸上腔提供其在桩锤上升过程中储存的液压油，补偿液压缸有杆腔和无杆腔之间体积差。下降过程中液压泵向蓄能器A提供液压油储存起来。

图5-90 NH系列液压打桩锤的基本结构

1—液压缸 2—液压阀组 3—无触点开关 4—桩锤 5—桩锤缓冲器 6—桩帽缓冲器 7—桩帽 8—桩 9—导向条 10—筒体 11—管道 12—蓄能器(www.xing528.com)

5.NH系列液压打桩锤液压系统

日本车辆公司NH系列液压打桩锤为一种双作用锤，其液压系统如图5-92所示。

在上升过程中电控柜发出电信号，电磁铁动作使阀B、C断开，阀A闭合；液压泵输出的液压油进入液压缸下腔，上腔油经阀A返回到油箱；同时，液压泵提供部分液压油给蓄能器A，当液压缸下腔压力到达桩锤提升压力后桩锤上升，桩锤被提升直到调定高度。下降时，电控柜发出电信号使阀A断开，阀B、阀C闭合，液压缸上腔与回油路断开，上下腔连通形成差动；泵、液压缸下腔以及蓄能器A同时向液压缸上腔提供液压油，推动活塞带动桩锤快速下降打击桩体，其下落加速度可达到1.6g。回路中的阀A、阀B、阀C均为带有先导换向阀的逻辑阀，适用于大流量、高压力系统。

6.SC系列液压打桩锤液压系统

荷兰IHC公司SC系列液压打桩锤是下降加速度最大的双作用液压锤，其液压系统如图5-93所示。

从结构上看，这种液压打桩锤与日本NH系列的明显区别在于其液压缸上面有一个很大的氮气室，相当于使用了三个蓄能器。该打桩锤的桩锤和活塞为一整体，装于一个全封闭的筒体内，控制阀均安装在液压缸的内部。

桩锤上升过程中，供油阀A闭合，回油阀B断开，从液压泵（变量泵）输出的液压油经阀A进入液压缸下腔，推动活塞上升，同时蓄能器A也向下腔供油，液压缸上端的氮气室同时被压缩储存能量；当桩锤达到设定的行程高度时，供油阀A断开，回油阀B闭合，桩锤开始下降，液压缸下腔液压油经阀B回到油箱；氮气室内被压缩的氮气释放其储存的能量，用于加速桩锤的下降，桩锤的下降加速度接近2g；这时液压泵向蓄能器A输出液压油，蓄能器B则吸收来自液压缸下腔的部分液压油以减小回路压力波动。

图5-91 HNC系列液压打桩锤液压系统

图5-92 NH系列液压打桩锤液压系统

图5-93 SC系列液压打桩锤液压系统

7.HHKA系列液压打桩锤液压系统

该类型液压打桩锤为下降加速度小于NH系列和SC系列液压锤的一种双作用液压锤，其液压系统如图5-94所示。

系统工作周期开始于桩锤上升，先导阀动作使主阀动作，使液压缸上腔与回油路连接，液压泵和蓄能器A同时向液压缸下腔供油，推动桩锤上升，回油路中的小蓄能器吸收来自液压缸上腔的部分液压油以减小回油路上的压力波动。

下降过程中，先导阀动作使主阀换向，液压缸上腔与蓄能器B断开，液压缸下腔液压油经主阀流向液压缸上腔，形成差动连接。液压泵向液压缸上腔和蓄能器A提供的液压油，同时小蓄能器释放出桩锤在上升过程中储存的液压油。

该类型液压打桩锤采用上下截面积不同的双活塞杆的结构形式。