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1、打桩锤一前言打桩锤是用于完成预制桩的打入、沉入、压入、拔出作业的预制桩施工机械。 打桩锤有落锤、柴油锤、蒸汽锤、液压锤、振动锤、静力锤等几种形式。伴随着 我国经济的发展，打桩锤技术取得了长足的进步。在土地使用日趋紧张的情况下，一些工厂、房屋或其他设施，不得不建造在 海边、河滩等软弱的地基上。此外，修建海上平台、大型港口、深水码头、尤其 是深海作业也都对工程作业的发展提出了新的课题。桩工机械，尤其是打桩锤， 在我国的经济建设中的作用越来越大。本文将介绍打桩锤的发展历史及趋势，打桩锤的结构、工作原理以及控制方 式。二打桩锤的发展历史及趋势2.1 发展历史解放前我国几乎没有桩工机械制造业。20 世纪
2、 50 年代初期，我国基础施 工全部使用旧中国从国外进口遗留下来的老式蒸汽打桩机和笨重的落锤。一五期 间，国家开始仿制国外 310t 单作用和双作用蒸汽式打桩机，50 年代是我国桩 工机械行业的萌芽时期。60 年代初期，开始组建桩工机械制造行业和专业研究 室，从此开始我国自行研制桩工机械的发展时期。至70 年代，我国先后自行研 制成功并批量生产了筒式柴油打桩锤、轨道式三支点打桩架、沉拔桩锤等产品。 80 年代以来，桩工行业在引进、吸收、转化国外先进技术的基础上，进入了成 套开发研制的新阶段。2.2 发展趋势我国打桩锤技术和生产能力与国外先进水平相比，还有较大差距。主要表现 在产品的品种规格较少
3、，成套开发能力较低，还有一些空白的领域有待尽快开发， 产品的可靠性、耐久性有待继续提高，科研条件、测试手段有待加强和完善；电 子液压技术等机电液一体化应用于桩工机械还才开始。预计今后一段时间，打桩 锤（预制桩沉桩机械）的发展将以液压锤为主，作为柴油锤的替换产品；加大锤 重和打击力；不仅能在陆上和近海作业，也能在水下，尤其是深海下作业。三打桩锤的分类及对比从预制桩打入的方式来看，打桩锤主要有三种作业方式：打入法、振动法和 压入法。3.1 打入法（又称冲击法）它是用桩锤冲击桩头，在冲击瞬间，桩头受到一个很大的力，从而使桩逐步 贯入土中。采用打入法的打桩锤主要有以下四种：（1）落锤 主要特点：使锤自
4、由下落，冲击桩头。这是一种古老的桩工机械，构造简单， 使用方便。但贯入能力小，生产力低，对撞的损害较大。适用范围：轻型以打木桩为主；重型及特重型可打钢筋混凝土桩；除轻型落 锤（0.5-0.75t）用人力外，一般均用卷扬机牵引锤施打。（ 2 ）柴油锤 主要特点：其工作原理类似二冲程发动机，是目前使用最广泛的打桩锤，但 公害较严重，在我国一些城市的中心地区已禁止使用这类打桩锤。适用范围：轻型宜用于打木桩、钢板桩；重型宜用于打钢筋混凝土桩、钢管 桩；不适用于在过硬或过软土层中打桩。（ 3 ）蒸汽锤主要特点：它是以蒸汽或压缩空气为动力的一种最早使用的打桩锤，他曾经 在柴油锤发展使用后被逐渐淘汰，后因柴
5、油锤公害严重使用受到限制，使蒸汽锤 又获得重新使用。适用范围：适用于打各种桩，且便于打斜桩；如改用压缩空气时，可在水下 打桩；可用于拔桩。（ 4 ）液压锤 主要特点：它是以液压为动力，具有冲击频率高、冲技能量大、公害少等优 点的打桩锤。但构造复杂，造价高，使用、维修要求高。适用范围：适用于各类土层和桩形；具有良好的打斜桩的能力；适用于精度 要求高的大型桩基础工程。3.2 振动法它是使桩身产生高频振动，从而使桩尖和桩身周围的阻力大大减小，装在自 重或稍加压力的作用下贯入土中。振动法采用的设备是振动锤。主要特点：需要和打桩架配套组成打桩机，利用桩锤的机械振动能使桩沉入 或拔出。适用范围：适用于沉拔
6、钢板桩、钢管桩、钢筋混凝土桩；适用于沙土、塑性 粘土及松软砂粘土；在卵石夹砂及紧密粘土中效果较差。3.3 压入法它是给桩头施加强大的静压力，把桩压入土中。这种施工方法噪声极小，桩 头不致受冲击力而损坏。但压入法使用的静力锤本身非常笨重，组装迁移都比较 困难，况且它只适用于软弱地质的施工。主要特点：采用机械或液压方式产生静压力，使桩在持续静压力作用下压至 所需深度。适用范围：适用于压拔板桩、钢板桩、型钢桩以及各种钢筋混凝土方桩；宜 用于软土基础及地下铁道明挖施工中。四典型打桩锤的介绍4.1 D220筒式柴油打桩锤上海工程机械厂有限公司研制的D220筒式柴油打桩锤具有打击能量大、操 作维护方便等特
7、点，是海上工程比较理想的桩基施工设备。该锤的最大打击能量 达733000Nm，填补了我国特大型筒式柴油打桩锤的空白。以下简要介绍该柴油 打桩锤的关键部件。如图1所示，D220柴油锤主要由上气缸、下气缸、上活塞、下活塞、燃油 供给系统、润滑系统和专用桩帽等组成。1上活塞（冲击体）上活塞是柴油锤的主要部件，其球头与下活塞的球碗一起构成燃烧室。当燃 烧室内的柴油爆炸时，上活塞承受爆发压力而跳起，上活塞的落下冲击下活塞完 成对桩的一次冲击。2下活塞下活塞也是柴油锤的主要部件，位于顶部的球碗是燃烧室的一部分，主要承 受上活塞的冲击和柴油爆发的压力，并将作用力传递给桩。5L 排 口THfaT169导曲擬一
8、S内豪冲碍图1筒式柴油打桩锤结构图3上气缸上气缸是上活塞上下运动的导 向部分，在上气缸上端面与接长缸 结合处设计斜台阶环槽，与上活塞 上的阻挡环一起防止因剧烈爆炸时 上活塞跳起过高飞出上气缸。4下气缸柴油锤燃烧室吸排气口位置采 用非对称的布置方式，使上活塞在 起跳过程中产生一定的自旋转，确 保上活塞均匀磨损，提高柴油锤的 安全性。为提高D220柴油锤的打击效 率，在下气缸燃烧室设计了加长型 气缸套。5活塞环活塞环除了和一般发动机一样 具有密封、导向功能外，还必须具 有承受频繁而巨大冲击力的能力。6燃油供给系统为满足D220柴油锤打击能量的需要，采用2组相对独立的燃油泵系统，燃油泵为径向可调式柱
9、塞泵，能提供四 档供油量，以适应不同地质条件和桩型。当柴油锤上活塞被提起自由落下时，撞 击安装于下气缸外壁相同高度位置的每组燃油泵内的压油杠杆，推动柱塞同步打 开出油阀，通过油管将高压燃油输送到喷油嘴向燃烧室喷油。7润滑油供给系统润滑油供给装置按以下方式设计，由进油管、润滑油泵、高压油管和润滑油 嘴构成的润滑油供给装置共有3组。且相互独立。每一润滑油泵沿下气缸轴向方 向彼此相距一定距离或绕下气缸径向方向以相间900或1800的位置布置，而且能 以轴向和径向相结合的方式布置。当上活塞被提起自由落下时，撞击位于压油杠 杆并推动柱塞同步打开出油阀，将高压润滑油输送到润滑油嘴中，向柴油锤的上 气缸内壁
10、、上活塞外圆和下气缸内壁喷射高压润滑油，从而对柴油锤进行润滑。4.2氮爆式液压锤1.BEII 畫Klft F6E握桂砧厘&箱轮模向阀N2维轮強向fcap Q榷张罡向衬板和征架1D.锤惦品向竝區U. 灌施阔单向制冇一回沖管扁 atm吊錢机构比艸击肛氮爆式液压打桩锤由机身、 桩架和液压锤3部分组成。机身 主要包括行走机构、悬臂支撑机 构和机身回转机构。桩架主要由 立柱、斜撑和鹅头组成。液压锤 包括锤主体、液压源及测试控制 装置。液压源和测试装置安装在 机身上，并通过进、回油管路以 及控制集成阀组与锤体相连。氮 爆式液压打桩锤的主体结构如 图2所示：主要由机架、冲击缸、 锤头、锤盖、砧座、控制集成阀
11、 组等6个部分组成，所有零部件 都放在机架内，为了便于分析， 将液压锤分上机架、中间架和下 机架进行分别说明。上机架：主要放置冲击缸、 高压蓄能器、低压蓄能器以及控 制集成阀块。为了减少系统压力 损失，控制集成阀组直接与冲击 缸下腔相连。中间架：由锤头、锤头导向 衬板和封闭板组成。封闭板主要 起减振和降低噪音的作用。下机架：由砧座、液压缓冲 垫、打击套和桩帽、桩垫组成， 是冲锤与桩之间的传力部分。桩 帽将桩罩住，起导向和传力作 用，不同尺寸的预制桩对应不同图2氮爆式液压打桩锤结构图 的桩帽。下机架支撑液压锤重量，并作为打击部件的导向体。下机架中的各零部 件是液压锤体设计的关键，它们不仅承受强大
12、的打击力，而且应尽可能提高桩锤 的打击传递效率。另外，在锤体背面安装锤体导向装置。该产品的主要技术特点体现于a、b、 c、d共4个工作腔室。a腔为氮气工作腔，b腔为氮气储藏腔（即冲击缸活塞最大 行程时，氮气腔最小体积），C腔为液压油工作腔，d腔为缓冲腔。在图1中，d 腔的背面安装有溢流阀，它主要起安全保护作用，防止系统压力过大；d腔的进 油口设计为单向阀结构，在锤头上升的同时，d腔通过该单向阀也注入一部分液 压油，在锤头冲击打桩时，起一定的缓冲作用，同时对冲击缸下端盖起保护作用。五液压锤的控制目前。液压锤的系统控制方式主要有三种：继电器控制、PLC控制和单片机 控制。下面分别介绍一下这三种控制
13、方式。5.1 继电气控制目前市场所见的打桩锤大多采用继电器控制，即为硬接线，利用继电器触点 和时间继电器组合形成控制系统。但是继电器控制功能比较简单，不能满足现代 系统复杂化的需求。5.2 PLC 控制PLC（可编程序逻辑控制器）源于上个世纪70年代，是将控制逻辑以程序方式 存储到存储器中，若要改变控制逻辑，只需改变程序，具有控制方便，触点数不 受限制，可扩展性好，控制精度高等优点。PLC控制成本较高。5.2.1 控制系统的组成其主要由传感器、控制元件，执行元件以及连接器件组成。执行元件包括各种电磁换向阀、报警器，输出打印设备。电磁换向阀用于控 制本系统中的液压阀（插装阀等）换向、开关，用于实
14、现油路改变以达到桩锤上升 和加速下打，停止，单独或连续工作，显示打桩过程中的数据，在系统出现异常 情况时紧急停车，同时报警器报警。522选择PLC时注意的问题1、PLC容量选择PLC 的容量选择包括两个方面： lJO 点数和存储器的容量。（1）IO 点数根据被控对象的输入输出信号的总点数再加上 15左右的扩展备用量即可。(2)存储器容量存储器容量可按下式估计kgQDD + 50M=对于既有开关量又有模拟量的控制系统，可用下式计算+ 5B 4- 5AM=上两式中：比一为数字开关量输入信号通道数D.： 为数字开关量输出信号通道数址一为模拟输入信号通道数也,一为每个接 点所占存储器字节 数M 一为存
15、储器 的容量在实际选用中， 还应考虑20 %的余 量。2、PLC输入输 出方式选择输入输出模块 是PLC与外界连接 的接口，输入接口用 来接收和米集两种 类型的输入信号：一 类是由按钮、选择 刀：关、行程开关、 继电器触点、接近开 关、光电开笑关、数 字拔码开关等的开 关量的输入信号； 另类是电位器、测 速发电机和各种变换器等传来的模拟量输入信号。输出信号用来连接被控对象中 的各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯，调节阀，调整装置等常用的开关量输入单元有直流输入单元和交流输入单元。直流输入电路外接 电源的极性可任意，单元中含有R1及C构成的滤波电路。交流输入单元含有隔 直流电容c,直流及交流输入电路中均采用光耦合实现输入信号与机内电路的耦 合。常用的开关量输出单元可分为晶体管输出单元、晶闸管输出单元和继电器输 出单元。三种电路的区别是采用的输出器件不同，控制器件分别为晶体管、晶闸 管和继电器。继电器输出模块价格便宜，选用电压范围广，承受过压和过电流能 力强，且有隔离作用。便其响应速度慢，寿命短，适用于动作不频繁场合。3、被控对象对 PLC 响应时间要求 响应时间是指给定的外部输入信号转换为相应的输出的延迟时间，它包括滤波器的延迟时间， IO 服务延迟时间，逻辑运算和输出滤波器的延迟时间。对 于以开关量为主的系统，PLC响应时间影响不大。一般机
