便携式液压防汛打桩机研制试验研究_刘兴燕

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1、科 技 探 索 争 鸣 科技视界Science & Technology VisionScience & Technology Vision科技视界0 概述在防洪抢险过程中 ，传统的捆抛柳石枕 、桩柴护岸 、柳石楼厢等抢险技术作为应急抢护发挥着巨大作用 ，在这些抢护方法中 ，需大量的木桩 （铁桩 ）固定柳枕和厢埽 ，可见打桩是各种抢护方法中所不可缺少的一道工序 。由于防汛抢险环境 、地质情况各不相同 ，木桩的用途也不一样 ，决定了木桩的直径和打入深度 ，影响着打桩的难度及劳动强度 。长期以来 ，打桩方式以油锤 、手硪人工打桩为主 ，劳动强度大 ，工作效率低 。目前国内外设计制造的打桩机主要用于

2、建筑桩基工程和桥梁工程 ，由于桩基工程用桩大多为一二十米长的钢板桩 、钢管桩 、钢筋混凝土桩 ，所以打桩机的激振力吨位大至数十吨 ，小至数吨 ，且设备整机重量大 、价格昂贵 、运输不方便 ，使用受场地限制 。 防汛抢险除堵口用长木桩和钢管桩外 ，一般用中小木桩 ，要求打桩机轻巧 、便携 ，机动性好 ，操作简单 。显然 ，大型的打桩机不适用于抢险打桩作业的要求 。现有的其他一些防汛用内燃机式打桩机和车载打桩机也存在机动性差 、操作不便 、安全性 、稳定性差等缺点 ，不能满足防汛抢险打桩作业的要求 。为改变抢险靠人工打桩这种劳动强度大 、 生产效率低的落后局面 ， 实现在抗洪抢险过程中机械化打桩作

3、业 ， 我们自 2011 年 8 月至2013 年 7 月研究开发了一种体积小 ，重量轻 ，操作方便 ，机动强 、安全可靠的便携式打桩机 ， 该项目于 2013 年 8 月通过山东省科技厅组织的产品鉴定 ，专家一致认为该设备适用于各种均质土壤 ，能满足江河湖堤较大范围的防汛打桩需要 ，主要应用于堵截堤岸溃口 、防浪护堤 、抢高堤顶 、抢护堤岸崩塌 、加固堤岸等防汛打桩作业 。 设备轻巧灵活 、携带方便 、机动性强 、冲击能量大 、工效高 、噪声低 、操作简单 ，应用后显著降低防汛打桩作业劳动强度 ，其综合性能指标达到国内同类产品的领先水平 。1 结构组成该便携式液压防汛打桩机主要由动力装置 、

4、液压系统 、主机锤体和机架部分组成 ，锤体重量 42Kg,整机可以万向转动 ，行走方便 ，能适应复杂的作业环境 ，其外形结构如图 1 所示 ：图 1 打桩机结构图动力装置的结构主要包括小型四冲程汽油发动机 、联轴器 、液压齿轮泵 、换向阀 、液压油箱等部分 ，整个动力装置安装在一个机架上 ，机架由角钢 、钢管和钢板材料焊接而成 ，机架下面安装四个万向轮 ，整机移动灵活方便 ，整机外形尺寸 850mm550mm910mm。主机锤体由缸体 、活塞 、钎体 、控制阀 、托架等零部件组成 ，锤体是将液压能转换成机械冲击能的打击式液压机械装置 ，是打桩机的关键部分 。2 技术参数及关键设计计算外形尺寸

5、（长 宽 高 ） 850mm550mm910mm设备重量 35kg重量 2kg最大冲击能量 130Nm适用土质 均质土壤适用桩径 150mm沉桩深度 1000mm沉桩速度 0.5m/min发动机功率 14kW额定工作压力 13MPa额定流量 60L/min2.1 （木桩 ）所需冲击能量的计算防汛木桩作为黄河埽工物料之一 ，有长桩与短桩之分 。长度在 3m以上的为长桩 ，3m 以下的为短桩或橛 ，短桩一般用柳木 ，但受力较大的以用榆木为佳 ，长桩以杨木 、榆木 、松木为好 ，若料源缺乏 ，也可用其他木材如椿木 、枣木 、槐木等代替 。从防汛抢险实践作业中总结 ， 使用最多最普遍的木桩直径为80m

6、m150mm、长度为 1.5m2.0m,沉桩深度为 1.0m1.5m。传统的夯打木桩工具有油锤和铁硪 ，铁硪分手硪和云硪两种 。手硪为铸铁圆柱体 ，重 40kg 左右 ，周围有 8 根立柱 ,用 16 根小横木沿铁柱周围嵌入 ，叫硪爪 ，将立柱与横木用麻绳缠牢 ，再用 1.5m 的猪尾形麻辫子 8 条 ，拴于硪爪上 。 云硪形状 、制作基本同手硪 ，但比手硪重 ，按重量划分共有 3种 ：大的 120kg，用 16 人拉打 ，中号的 80kg，用 12 人拉打 ，小号的60kg，用 8 人或 6 人拉打 。 手硪夯打木桩速度较快 ，大约 5-10 分钟打1 根桩 。通过以上数据 ， 可以计算出打

7、桩所需要的冲击能量 ， 选用公式 ：E0=mah式中 ：E0硪的冲击能量 ，单位 Nm;m手硪重量 ,取 40kg;a硪下落的加速度 ，取 5g(g 为重力加速度 )；h硪落下的高度 ，根据实践取 0.4m。可得出 ： E0mah40Kg5g0.6m200N0.6m120Nm即 ：防汛打桩 （木桩 ）所需最小冲击能量为 120Nm。2.2 锤体的设计锤体由缸体 、活塞 、钎体 、控制阀 、托架等零部件组成 ，锤体是将液压能转换成机械冲击能的打击式液压机械装置 ， 是打桩机的关键部分 ，构造如图 2 所示 ：锤体的工作原理 ：锤体将控制阀 、执行器等元件集于一身 ，控制阀与执行器相互反馈控制 ，

8、自动完成活塞的往复运动 ，将液体 、气体压力转化为活塞的冲便携式液压防汛打桩机研制试验研究刘兴燕（山东黄河梁山机械厂 ，山东 梁山 272600）【摘 要 】本文介绍了便携式液压防汛打桩机的结构和功能 ，便携式液压防汛打桩机主要由动力装置 、液压系统 、主机锤体和机架部分组成 ，锤体重量 42kg,整机可以万向转动 ，行走方便 ，能适应复杂的作业环境 ，是一种专门用于汛期抗洪抢险 、汛前 、汛后堤防加固维护 ，江河湖堤岸的打桩机械 。 替代人力打木桩的落后的作业方式 ，减轻了劳动强度 ，提高打桩效率 ，实现了防汛抢险打桩机械化 ，具有良好的应用推广前景 。【关键词 】便携 ；液压 ；防汛 ；打

9、桩机 械 与 电 子58科 技视界Science & Technology VisionScience & Technology Vision 科技视界科 技 探 索 争 鸣击能最后打击钎体 ，将能量传递给钎体 ，钎体再把能量传递给木桩达到木桩下沉的目的 。该打桩机锤体的驱动方式为液压 、气压并用方式 ，冲击动作是下部 （缸体内腔活塞下 ）常时高压上部反转实现的 ，就是在活塞下部作用高压油 ，活塞上部进行高低压油切换 ，当活塞上部作用高压油时获得打击力 ，作用低压油时 ，活塞向上运动 。 为了提高打击效率 ，减少压力波动 ，在活塞顶部的腔室内 ，充有氮气 。图 2 锤体结构图图 3 活塞位于底

10、端起始工况图图 4 活塞上升至顶端工况图有图可见活塞上部的直径 D1 小于下部的直径 D3，分别与活塞的D2 直径形成了上下不同的作用面积 S1 和 S2，S1 称为上部承压面 ，S2称为下部承压面 ，且 S1S2。 作用于 S1 的腔室称为反转腔 ，作用于活塞顶部 S3 的腔室称为氮气室 。当下部承压面 S2 承受了来自于液压系统的高压油 ， 换向阀处于图 3 所示位置时 ，活塞向上运动 ，此时反转腔为低压 。当活塞向上运动后 ，切换了换向阀右端的液压先导油 （从原先的低压状态切换成高压状态 ）， 换向阀阀芯两端的作用面积与活塞相同的作用面积不同 ，即控制右端的作用面积大于左端的作用面积 ，

11、由于阀芯两端控制面积的差异 ，使得换向阀切换到图 4 所示位置 。切换后的换向阀 ， 使活塞反转腔从低压状态转换到高压状态 ，面积上因此受到高压 ， 此时上下承压面 S1、S2 上同时受到高压油的作用 ，因 S1S2，使得活塞向下方向打击 。当活塞打击钎体之后 ，此时活塞重新回复到下端工作位置 ，并切换了换向阀的先导油 （从高压状态切换到低压状态 ），再次回到图 3 状态 ，液压锤以此循环打击 。打击循环中 ，当活塞受下部的高压油作用向上运动时 ，压缩上部氮气腔内的氮气 ，氮气腔吸收了回程能量 ，在活塞向下打击时 ，释放氮气能量 ，从而提高打击力 。2.3 锤体冲击能量的计算冲击能量是液压锤体

12、的重要性能指标之一 ，由前部分计算已经得出打桩需要的最小冲击能量 E0=120Nm，由公式 E=10pq/n 计算液压锤的冲击能量式中 E液压锤体的冲击能量 ，Nm，P锤体打击时的使用压力 ，13MPa，q锤体打击时的使用流量 ，10mL/r6000r/min=60L/min (发动机的工作转速为 1500r/min-7500r/min)n锤体单位时间内的打击次数 ，n=60 次 /min,液压锤体的冲击能量为 ：E=10pq/n =101360/60=130NmEE03 创新点实践表明 ，打桩机的各项性能良好 、动作灵活 ，移动方便 ，操作简单 ，效率高 ，安全性能好 ，安装结构合理 ，达到

13、了设计要求 ，具有以下创新点 ：（1）适应性强 ,适用于各种均质土壤 ，能满足江河湖堤较大范围的防汛打桩需要 ，主要应用于 ：堵截堤岸溃口 、防浪护堤 、抢高堤顶 、抢护堤岸崩塌 、加固堤岸等防汛打 （木 ）桩作业 。（2）采用液压传动技术实现锤体的往复运动产生冲击力实现木桩下沉 ，技术先进 ，自动化程度高 。（3）由小型的汽油发动机提供动力 ，解决了外接电源问题 ，使得打桩作业不受电源环境的限制 。（4）主机锤体与动力装置分离设计 ，工作时 ，动力装置可放置于地面上 ，使作业执行部分轻便灵活 ，两人操作即可完成打桩过程 。（5）液压软管接头采用快换接头方式 ，安装时不用辅助工具 ，一按就可完

14、成与阀体的连接 ，大大提高了工效 。（6）打桩效率高 ，能力强 ，对于直径 150mm 的木桩 ，沉桩速度 0.5m/min，沉桩长度 1.0m，每小时可完成 30 根木桩 ，是人工打桩效率的 50 多倍 。4 推广应用前景随着国家对江河防汛的投资力度加大 ， 防汛从传统的人工抢险 ，向目前的现代机械化抢险发生着根本的转型 ，各种抢险机具设备在防汛中广泛应用 ，在险情抢护中 ，缩短抢险时间 ，节约抢险投资 ，减轻劳动强度 ，使抢险技术得到了质的提高 ，体现着社会生产力的发展 。在传统水利向现代水利 、可持续发展水利转变的今天 ，在洪水到来时我们要借助已有的一切成果与洪水做些抗争 ，将洪水造成的

15、损失降低到最低限度 ，在洪水面前抗得住 、顶得牢 ，就需要不断推出实用的抗洪抢险新技术 、新产品作保障 。 防汛抢险工具与设备是防汛抢险取得胜利的物资条件之一 ，在抢护险情时 、料物充足 、工具设备完善 ，又能及时熟练掌握 ，可事半功倍 ，化险为夷 。 人们在同洪水作斗争的几千年历史中 ，不断发明了许多实用的工具和设备 ，在现代化条件下许多工具和设备更是功能齐全 、技术先进 、操作灵活 ，在抢险中发挥很好的作业 。黄河防汛抢险中打桩 ，多少年来一直沿用人工 （下转第 109 页 ）机 械 与 电 子59科 技视界Science & Technology VisionScience & Tech

16、nology Vision 科技视界科 技 探 索 争 鸣各项指标 ， 按照 AHP 层次分析法的步骤得出相应权值 ，最后得出总分 ，来确定人选 ，这样将呈现更为科学 、更为公平的发展机制 。5 结语运用层次分析法构建高校学生党员发展体系 ，量化大学生党员各阶段考察指标体系 ，体现了在社会知识经济下学生党员素质全方面提升的管理要求 ，从多渠道 、多视角反映被考察对象的综合素质 ，保证了学生党员发展质量 。建立了定性与定量相结合的评估机制 ，做到全面科学地对学生综合素质进行测评 ，真正做到 “成熟一个 ，发展一个 。 ”为党组织输送更多的优秀人才 ，让我们的党建工作更上一个层次 。【参考文献 】1练崇潮 .怎样把好学生党员质量关 J.学校党建与思想教育 ,2010,1:33-342王博超 .基于 AHP 灰色关联法的研究生培养质量评价体系研究 D华北电力大学 ,20093董文波 ,陈家润 .高校学生党员发展量化指标体系的设计与探索