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桩锤提升机构的结构和效率要求1.1桩锤提升机构桩锤提升机构由1个液压缸和2个3列滑轮组组成。液压缸位于两滑轮组的中间,一根钢丝绳绕过6个滑轮,钢丝绳的一端固定在车架上,另一端与桩锤连接。当液压缸活塞杆外伸时,两个滑轮组之间的距离增大,使缠绕在滑轮组之间的钢丝绳长度增大,从而牵引桩锤上升达到提升桩锤的目的。当液压缸换向,活塞杆回缩时两个滑轮组之间的距离减小,缠绕在滑轮组之间的钢丝绳长度减小,桩锤在重力作用下沿桩架轨道下落,直至打击在桩头上。如图1所示,提升液压缸上、下各有一个3列滑轮组,当钢丝绳缠绕在两个滑轮组之间时,液压缸两侧共有6段钢丝绳,液压缸伸缩一个距离时,这6段钢丝绳同时被拉长或缩短相应的距离,所以,反映到桩锤端时,其上升或下降的距离是液压缸伸缩距离的6倍,即该机构的传动倍率为1:6。1.2落锤式打桩的效率要求对于落锤式打桩机,作业效率由3个方面***:⑴快速准确地移动机器并找准桩位,即护栏桩中心所在位置,调整并保持作业姿态,这些是由桩架调整机构实现的。⑵快速提升和释放桩锤,由于桩锤提升机构具有1:6的传动倍率,使得较小的液压缸伸缩量获得较大的桩锤升降量,使较小的液压缸伸缩速度获得较大的桩锤提升和释放速度,实现了桩锤的快速提升和释放,***其具有较高的作业效率。⑶***桩锤全程自由落体,即***桩锤被提升到位置所获得的势能尽可能全部转换为动能后传递给桩体。2液压落锤式打桩机的液压系统设计2.1打桩液压系统设计双作用液压缸的伸、缩动作都是主动的,液压缸杆的主动回缩至少可以为桩锤在下落的开始阶段***一定的自由空间,如果液压缸回缩速度足够快即可***桩锤全程自由落体运动,则可充分利用桩锤势能,获得的冲击速度和动能,如果液压缸回缩速度不够快,则会在下落后期消耗桩锤势能。对于标准双作用液压缸,如果其大小腔面积比1.桩锤2.1.液压缸2.液控单向阀3.溢流阀4.精滤器5.液温计6.空滤器7.粗滤器8.液压泵9.电磁阀图2打桩液压系统图不能***活塞杆快速回缩,则可设计非标准液压缸,改变大小腔面积比,使液压缸在给定液压流量的情况下能够***桩锤下落过程中全程自由落体。根据以上分析,简化的落锤式打桩液压系统如图2所示。2.2落锤泄油通道的改进与设计根据计算,桩锤在3m落程中的平均排油流量近200L/min,是系统流量的3倍。如果采用常规回上滑轮组3.桩架4.钢丝绳5.液压缸6.下滑轮组图1桩锤提升机构的结构原理图图3有液控单向阀系统图4无液控单向阀系统油通道,必然引起回油背压的大幅度增大,阻碍回油,影响落锤速度。为了确保回油阻力和背压尽可能小,在提升液压缸的下落回油管路中设置通向油箱的液控单向阀,液控单向阀在上腔压力油控制下打开或者关闭,构成从液压缸下腔到油箱的直接泄油通道。除此之外,还加大了液压缸泄油口尺寸及相应的管道通径。3打桩液压系统的检测实验实验在液压系统管路改造后状态下进行,即液压缸大小腔面积比理论上***桩锤自由落体运动要求。液控单向阀的启闭由通往上腔的压力油控制。实验条件为提升高度1m,每分钟打击次数约20次。下面是液控单向阀工作与不工作两种情况下,提升液压缸在上升过程的下腔压力和下降过程的下腔排油流量、下腔背压、桩锤下落速度的检测结果(见表1)。结果分析:由液控单向阀工作时的检测结果可见,上升过程的下腔压力在开始时刻的冲击很大,稳定压力大约为4.2MPa左右。从下腔流量曲线可以看出上升过程转入下降过程的流量变化,上升过程的流量大约为63L/min左右,符合系统稳定流量值,转入下降过程后的流量大约为200L/min。另从下腔背压曲线可以看出上升过程的压力和转入下降过程后的下腔背压变化,上升过程的压力大约为4.8MPa左右,进入下降过程后的背压大约为0.9MPa左右。另外还可以从落锤速度曲线看出,桩锤速度与时间的关系为正比关系,前期接近于线性,后期稍有平缓趋势,在1m距离内的速度约为4.1m/s。由检测结果可见,液控单向阀工作和不工作两种情况下的上升过程的下腔压力基本相同。但是,转入下降过程后,液控单向阀不工作时的回油流量减小,大约为180L/min,回油背压大约为1.8MPa左右,比前者增大了一倍。落锤速度曲线的后期比前者平缓趋势更为明显,在1m距离内的速度约为3.6m/s。以上结果说明在双作用液压缸桩锤提升系统的回油路上设置液控单向阀不仅可以大幅度降低回油背压,减小系统发热量,还使落锤速度有所提高,从而提高同类打桩机的综合效率。4打桩液压系统仿真研究4.1仿真系统方案根据双作用液压缸系统分别装和不装液控单向阀的情况,形成两种系统方案进行了仿真计算。系统原理见图3和图4。4.2仿真结果及分析(1)下降过程液压缸位移与桩锤自由落体位移的比较见图5结果分析:曲线1、2、3、4分别表示不同的液压缸活塞杆直径所对应的液压缸回缩位移,曲线5表示桩锤自由落体运动的位移,二者之间的速比等于滑轮组的速比1:6。桩锤下落的起点和终点分别对应于活塞杆外升的点0.5m和0m处。由于自由落体运动是匀加速运动,其位移为曲线。活塞杆在给定流量的作用下,在很短时间内加速到一定速度并以此速度匀速下降,其位移曲线为直线。图5中,曲线1表示活塞杆直径为标准杆径表1提升液压缸性能参数检测结果液控单向阀工作时的检测结果液控单向阀不工作时的检测结果压力检测结果上升过程下腔压力流量检测结果下降过程下腔排油流量背压检测结果下降过程下腔背压落锤速度检测结果下降落锤速度(液压缸大小腔作用面积比为1:2)时的位移曲线,在下降到0.3m处与曲线5相交。在此之前液压缸的回落位移大于自由落体的位移,在此之后液压缸的回落位移小于自由落体的位移。曲线2表示活塞杆直径为65mm时的位移曲线,在***点之前与曲线5相交,表示液压缸回落位移不能满足桩锤全程自由落体的要求。图5(a)、(b)中的曲线3分别表示活塞杆直径为65.5mm和66mm时的位移曲线,正好在***点处与曲线5相交,表示液压缸回落位移正好满足桩锤全程自由落体的要求。曲线4表示活塞杆直径为70mm时的位移曲线,液压缸位移曲线在***点之前与自由落体位移曲线不相交,表示液压缸回落位移大于桩锤全程自由落体的要求。(2)下降过程液压缸速度变化见图6结果分析:曲线1表示速比的标准液压缸,图6(a)、(b)中液压缸下降速度均为0.42m/s,全程下降时间为1.2s。曲线2表示杆径为65mm时,液压缸的下降速度,图6(a)中为0.62m/s,全程时间约为0.82s,图6(b)中为0.61m/s,全程时间约为0.83s。图6(a)中的曲线3为杆径65.5mm时,液压缸的下降速度约为0.63m/s,全程时间约为0.78s。图6(b)中的曲线3为杆径66mm时,液压缸的下降速度约为0.64m/s,全程时间约为0.78s。曲线4表示杆径为70mm时,液压缸的下降速度,图6(a)达到0.87m/s,全程时间约为0.58s,图6(b)下降速度为0.66m/s,全程时间约为0.83s。(3)下降过程液压缸回油腔压力变化见图7结果分析:曲线1表示标准液压缸在两种情况下下降过程中的回油腔压力分别为0.4MPa和0.95MPa,回油时间相同约为1.2s。曲线2表示杆径为65mm的非标准液压缸的回油腔压力,图7(a)中为0.85MPa,回油时间为0.82s,而图7(b)为1.9MPa,回油时间为0.84s。图7(a)曲线3表示杆径为65.5mm非标准液压缸的回油腔压力,可达约0.91MPa,回油时间为0.78s。图7(b)的曲线3表示杆径为66mm非标准液压缸的回油腔压力,可达约2.15MPa,回油时间为0.78s。曲线4所表示杆径为70mm非标准液压缸的回油腔压力,图7(a)为1.85MPa,回油时间为0.58s,图7(b)为3.5MPa,回油时间为0.62s。这是由于当液压缸大小腔作用面积比越大时,小腔进油导致液压缸杆回缩的速度就越快,迫使大腔回油的速度越快,对于一定的回油通道,所产生的回油压力必然越大。(4)下降过程液压缸回油腔流量变化见图8结果分析:曲线1表示标准液压缸在下降过程中回油流量,两种情况下的回油流量均为130L/min,回油时间约为1.2s。曲线2表示65mm非标准液压缸的回油流量,***种情况为185L/min,回油时间缩短为约0.82s,***种情况为184L/min,回油时间也缩短为约为0.83s。***种情况的曲线3表示杆径为5结论(1)桩锤提升系统采用双作用液压缸时,只要选择适当的大小腔作用面积比即合适的活塞杆直径(对于本文实例杆径等于或大于66mm时),即可使液压缸的主动下降满足桩锤的自由落体需要,从而***桩锤充分利用其获得的势能。(2)双作用液压缸的下落回油油路装置液控单向阀时,对回油背压影响***,有、无液控单向阀的回油背压比例为1:2.26(值比例0.84MPa:1.9MPa)。回油压力及其流量将转变为无用的热量,既消耗了功率,又增大了液压系统的热负荷和对散热面积的更大要求。(3)双作用液压缸桩锤提升系统的回油路设置液控单向阀可以在回油流量相同且满足桩锤自由落体的情况下,大大减小回油背压,提高系统效率。仿真结果表明,设置液控单向阀后最终落锤速度平均增大了30.6%,下落时间平均缩短了13.2%,回油压力平均下降了27%。65.5mm非标准液压缸的回油流量为192L/min,回油时间为0.78s;***种情况的曲线3表示杆径为66mm非标准液压缸的回油流量为195L/min,回油时间为0.78s。曲线4所表示的杆径为70mm非标准液压缸的回油流量,***种情况为270L/min,回油时间进一步缩短为0.58s,***种情况为252L/min,回油时间进一步缩短为0.62s。可见,在液压缸下腔面积和下降行程一定的情况下,如果下降的速度即时间一样,无论有、无液控单向阀,回油流量都是一样的,所不同的是回油压力的差别。落锤式打桩机液压系统的效率研究$长安大学工程机械学院@宋永刚 $贵州交通职业技术学院@黄山井对落锤式打桩机的打桩液压系统进行了理论分析和实验研究,并利用计算机仿真技术对系统及其工作过程进行了仿真研究来确定打桩液压系统的效率因素。通过理论分析确定了采用修正速比的双作用液压缸和落锤回油管路加装液控单向阀的打桩机液压系统方案,样机的实验检测和工业性考核结果证明了系统方案的正确性。对双作用液压缸提升系统的计算机仿真***采取合理的措施可以大大提高落锤式打桩机液压系统的总体效率。

1.1液压泵

液压泵是一种将机械能转换为液压能的能量转换装置。它为液压系统提供具有一定压力和流量的液体,是液压系统的个重要组成部分。液压泵的性能好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性。在选择液压泵时,应着重考虑液压泵的工作压力流量排量及功率与实际工况相匹配

1.2液压油缸

液压缸是用油液的压力能来实现直线往复运动的执行元件。设计液压缸时,要在对液压系统工作情况分析的基础上,根据液压缸在机构中所要完成的任务来选择液压缸的结构形式。然后按负载运动要求行程等确定主要尺寸,进行强度稳定性和缓冲验算

1.3液压系统

液压系统是混凝土砌块和屋面瓦成型机的关键部位。它对***设备的正常运转和成型压力起至关重要的作用。而液压系统是用油液作为介质来传递和转换能量的,由于能量转换的低效率使得液压系统的功率损失几乎全部变成热量,造成液压油温升高。特别是在工作环境温度较高的情况下,往往系统的油温超过60℃,因而常常被迫停机,等油温降下来后再开机进行生产。这样不仅严重影响了产量,而且油温高使粘度降低,液压系统磨损较大,导致液压系统性能下降,动作放慢,成型压力降低而且常常因橡胶密封件老化变形而产生液压油泄漏,造成停机维修,为此我公司科研人员针对混凝土砌块和屋面瓦生产线的工作环境差液压系统散热不足,导致设备不能正常运行的问题研制开发了一种适合建材企业使用的液压系统。该系统造价低工作稳定性好,即使工作环境差和温度高也能***连续生产,使得液压系统的故障几乎为零。不仅使产品的产量和质量得到了提高,而且液压系统的使用寿命也得到了延长。

2液压系统的日常管理

2.1对使用人员的要求

液压系统在很大程度上实现了机、电、液一体化。自动化程度高,其维护管理就比其它的建材设备有更高的要求,更重要的是对人的管理要求。如对设备管理人员要求具备较丰富的机械、电器液压气动与控制等方面的知识,对设备维修人员应具备一定的钳工、电工液压知识

2.2严格执行操作规程

对设备管理人员和操作人员来说,应熟练掌握操作规程的每一个重点环节,并严格遵守,尤其强调以下几点

①泵启动前检查。启动泵前必须检查油箱的油位和油温若需要补充油,必须使用与原牌号相同的油,并用专用加油器向油箱加油。若油温低于15℃时,应使系统在负载状况下运行20mn以上。检查各液压组件和外部执行件是否处于复位状2泵启动和启动后的检查。启动泵时空载运行5min,观察系统的压力噪声振动指示信号是否正常,若发现有异常现象,须立即停止泵的运行,待查明原因并相应解决后重新启动油泵。

③系统工作过程中的检查。在液压系统稳定工作下,除随时注意油量油温压力、噪声的问题外还要检查各液压件的工作情况,注意整个系统的漏油振动、压力、节流速度等,发现问题及时排除故障

2.3定期检查维修和***维修质量

系统运行时,设备管理员要进行现场跟踪,观察运行状态,提出预防性检修计划。如密封件滤芯的定期清洗更换,液压组件的定期检查清洗。针对故障现象应首先检查电器信号,再检查手动液压控制组件。然后,分析可能引起的故障原因。在液压系统检修工作中,应有严格的质量意识,实行全面的质量管理。

3液压系统的常见故障分析

液压系统在运转使用过程中,常常会出现故障,通常可以分以下几类:系统压力异常;系统油温过高;系统流量异常;噪声和振动；液压组件魔损等。