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－總體部分設(shè)計(jì)第 1 頁 共 56 頁１ １ １１緒論 緒論 緒論緒論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，目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的是柴油錘，液壓錘也在國內(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 MK T 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。 縱觀液壓靜力壓樁機(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。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 Y ZY 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 ZY J 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 1 600~2 400kN； 功 能 單 一 ，主要應(yīng)用于施工現(xiàn)場預(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液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 2 頁 共 56 頁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 . 2 靜力 壓樁機(jī) 的結(jié)構(gòu) 組成和 工作原 理1.2.11.2.1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。1.主駕駛室 2.壓樁臺(tái) 3.預(yù)制樁4.吊機(jī) 5.機(jī)身 6.橫移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7.縱移機(jī)構(gòu) 8.配重 9.升降機(jī)構(gòu)圖 1-1 靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 3 頁 共 56 頁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，其活塞桿分別與長船上的四組行走小車鉸接。液壓缸活塞桿伸長則機(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)長船及長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)伸長或縮短時(shí)，機(jī)身與長船之間便產(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，將樁夾緊。再操縱壓樁閥手柄，主壓樁活塞伸長，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 ，液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 4 頁 共 56 頁溢流閥，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)在國內(nèi) , 湖南山河智能機(jī)械股份有限公司 的 ZY J 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 ． 擬訂出液壓系統(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。液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 5 頁 共 56 頁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2.1.1ZY J 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. ZY J 800 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. ZY J 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?？v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。產(chǎn)品型號(hào) Z Y J 800額定壓樁力 ( KN ) 8000壓樁速度 ( m / m i n) 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 ( m m ) 最小 400最大 300最大圓樁 ( m m ) 600邊樁距離 ( m m ) 0. 68角樁距離 ( m m ) 1. 2額定起吊 ( Kg) 16變幅力矩 ( t f m ) 80功率 ( kW) 壓樁 135起重 30尺寸 ( m m ) 工作長 14000工作寬 8560運(yùn)輸高 3190總質(zhì)量（含配重） ( 103 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)第 6 頁 共 56 頁壓樁、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 液壓系統(tǒng)型式的確定及多路閥的連接( 1) 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/ mi n ， 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液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 7 頁 共 56 頁回路和卸荷回路，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D 6 . 4 D 6 . 3 D 6 . 2 D 6 . 1D 9 . 4D 1 5 . 1進(jìn) 油 口回 油 口D 9 . 3D 1 5 . 2D 9 . 2D 1 5 . 3D 9 . 1D 1 5 . 4卸 荷 回 路圖 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單，體積小，安全可靠，打開液控單向閥的控制壓液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 8 頁 共 56 頁力較低，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。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)的回路選擇升 降 液 壓 缸D 6 . 4 D 6 . 3 D 6 . 2 D 6 . 1D 9 . 4D 1 5 . 1 D 9 . 3D 1 5 . 2 D 9 . 2D 1 5 . 3 D 9 . 1D 1 5 . 4進(jìn) 油 口回 油 口卸 荷 回 路圖 2-2 升降機(jī)構(gòu)液壓原理圖（用平衡閥限速）液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 9 頁 共 56 頁橫移液壓缸 縱移液壓缸D 6 . 8 D 6 . 7 D 6 . 6 D 6 . 5D 1 1 . 2D 1 0 . 1 D 1 0 . 2 D 1 1 . 1回油口進(jìn)油口卸荷回路圖 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?；剞D(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)液壓回路的選擇液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 10 頁 共 56 頁主壓樁缸 副壓樁缸 夾樁液壓缸D 5 . 1D 5 . 4D 6 . 4 D 7 . 1D 7 . 3 D 8 . 6D 8 . 5D 8 . 4D 8 . 3D 8 . 2D 9D 1 2 . 1 D 1 2 . 2 D 1 3 . 1 D 1 3 . 2 D 1 4 . 1 D 1 4 . 2 D 1 4 . 3 D 1 4 . 4D 7 . 2進(jìn)油口回油口卸荷回路圖 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 D 7.1 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 D 7.1 下位，經(jīng)過液控單向閥 D 5.1 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 D 7.1 下位， 回 到液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 11 頁 共 56 頁油箱。 溢 流閥 D 8.3 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 D 8.3 的調(diào)定壓力，溢流閥 D 8.3 立即溢流卸荷。松樁手動(dòng)換向閥 D 7.1 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 D 7.1 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 D 7.1 上位， 過 液控 單向閥回到油箱。 溢 流閥 D 8.1 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 D 8.1 的調(diào)定壓力，溢流閥 D 8.1 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 D 7.1 置為下位， D 7.2 置為上位， D 7.3 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 D 7.2 上位， 過 平衡閥 D 9 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 D 7.3 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 D 8.5 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D 8.5 的調(diào)定壓力，溢流閥 D 8.5 立即溢流卸荷。常壓主壓樁缸單獨(dú)壓樁手動(dòng)換向 閥 D 7.2、 D 7.3 置為上位， D 7.1 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 D 7.2 上位， 過平衡閥 D 9 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 D 7. 3上位回到油箱。主、副壓樁缸同時(shí)壓樁手動(dòng)換向閥 D 7.2 、 D 7.3、 D 6.1 置為上位， D 7.1 置為下位，其余換向閥置 為液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 12 頁 共 56 頁中位。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 D 7.2 上 位 ，過平衡閥 D 9 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 D 7.3 上位回到油箱。另一個(gè)支流過手動(dòng)換向 閥 D 6.1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 D 6.1 上位回到油箱。溢流閥 D 8.2 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 D 8.2 的調(diào)定壓力，溢流閥 D 8.2 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 D 7.2 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 D 7.2 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D 5.2 打開；從主壓樁缸有桿腔出來的油經(jīng)過時(shí) 液控單向 閥 D 5.2 回到油箱。溢流閥 D 8.4 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D 8.4 的調(diào)定壓力，溢流閥 D 8.4 立即溢流卸荷。手動(dòng)換向閥 D 7.2 中位與油箱連通，這樣可以為主壓樁缸補(bǔ)油。2 . 22 . 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。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 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 14 頁 共 56 頁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)型有國產(chǎn) ZY J 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 產(chǎn) Y ZY 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 = 25MP a 、 = 122L/ mi n 。hp hQ另外， 假 設(shè)兩種設(shè)計(jì)方法在低阻力階段的壓力為 p l = 5MP a ； 在 高阻力階段壓 樁速度降低后所需的流量都為 = 25 L / mi n （下標(biāo) l 和 g 分別為恒流量和準(zhǔn)恒2Q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 、 A2 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 :Fl m a x = p h A = 25MP a × 0.4 m2 = 10000KN恒流量設(shè)計(jì)的最大壓樁速度為Vl ma x = Qh / A = 122L/ mi n / 0.4 m2 = 0.305m/ mi n液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 15 頁 共 56 頁準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁力為 :Fgma x = p h ( A 1+A 2)= 25MP a × （ 0.2 m2 + 0.2 m2 ） = 10000KN準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁速度為 :Vgma x = Qh / A1 = 122L/ mi n / 0.2 m2 = 0.61m/ mi n兩種設(shè)計(jì)方法的最大壓樁速度比為 :Vgma x / Vl m a x = 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 :Vl m a x = Qh / A = = 122L/ mi n / 0.2 m2 = 0.61m/ mi n恒流量設(shè)計(jì)的最大壓樁力為 :Fl m a x = p h A = 25MP a × 0.2 m2 = 5000KN準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁速度為 :Vgma x = Qh / A1 = 122L/ mi n / 0.2 m2 = 0.61m/ mi n準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的最大壓樁力為 :Fgma x = p h ( A 1+A 2)= 25MP a × （ 0.2m2 + 0.2 m2 ） = 10000KN兩種設(shè)計(jì)方法的最大壓樁力比為 :Fgma x / Fl m a x = ( A 1+A 2)/ 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 = p h Qh = 25MP a × 122L/ mi n=50.8KW恒流量設(shè)計(jì)低阻力階段的有用功率為 :Nl 1 = p l Qh = 5MP a × 122L/ mi n=10.1KW液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 16 頁 共 56 頁恒流量設(shè)計(jì)低阻力階段的功率利用率為 :η l 1 = Nl 1 / Nl = p l / p h = 5MP a / 25 MP a = 20%恒流量設(shè)計(jì)高阻力階段的有用功率為 :N l 2 = p h Q2 = 25MP a × 25L/ mi n=8.3KW恒流量設(shè)計(jì)低阻力階段的功率利用率為 :η l 2 = Nl 2 / Nl = Q2 / Qh = 25L/ mi n / 122L/ mi n = 20.5%準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)的裝機(jī)功率為：Ng = p l Qh = p h Q2 = 25MP a × 25L/ mi n=10.4KW準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)低阻力階段的有用功率為：Ng 1 = p l Qh = 5MP a × 122L/ mi n=10.1KW準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)阻力階段的功率利用率為：η g 1 = Ng 1 / 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 = p h Q2 = 25 MP a × 25L/ mi n=10.4KW準(zhǔn)恒功率設(shè)計(jì)高阻力階段的功率利用率為：η g 2 = Ng 2 / 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) 方液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 17 頁 共 56 頁法則保證壓樁機(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 25MP a 。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 4MP a , 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：液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 18 頁 共 56 頁( 3- 2))Δ( ω0 ppp n —— 液壓系統(tǒng)的額定工作壓力，前面已經(jīng)初選為 = 25MP a ；0p 0pζ —— 壓力系數(shù)， ζ = 1.3；Δ p ω —— 壓力損失； Δ p ω = 4MP a由 ( 3- 2)式可得：= 37.7(MP a )np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：( 3- 3)4/2 21m a x dVQ π 式中 :Q—— 快壓模式下液壓系統(tǒng)的最大流量；—— 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m a xV4m/ mi n ；—— 壓樁液壓樁缸活塞桿直徑，初選 d 1 = 210mm；1d由 ( 3- 3)式可得：Q = 277(L / mi n)在常壓模式下：由功率相等的關(guān)系式：N = F Vm i n = P Q ( 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)第 19 頁 共 56 頁式中 :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；—— 最小壓樁速度， V mi n=0.7m/ mi n ；m i nVP —— 快壓模式到常壓模式的轉(zhuǎn)換壓力，取 P = 12MP a ；—— 最大負(fù)載， F = 8000KN；Fη—— 液壓缸效率 , η = 0.95；由 ( 3- 4)式可得：Q = = 231(L / mi n)PF Vmi n在加壓模式下：( 3- 5)4/2 2221mi n ）π（ DDVQ 式中：Q—— 加壓模式下液壓系統(tǒng)的最大流量；—— 最小壓樁速度， = 0.7m/ mi n ；m i nV m i nV—— 主壓樁液壓缸內(nèi)徑， D 1 初選為 210mm；1DD 2 —— 副壓樁液壓缸內(nèi)徑 , D 2 初選為 210mm；由 ( 3- 5)式可得：Q = 97(L / mi n)所以液壓系統(tǒng)的最大流量為 231L/ mi n 。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/ mi n 。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)可液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 20 頁 共 56 頁選出液壓泵的型號(hào)為 250SC Y 14-1B。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 Y ZR 355M- 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：( 3- 6)B VBB nqQ η 式中：Q—— 液壓泵輸出流量；—— 液壓泵的排量， = 250ml / r ；Bq Bqn B —— 額定轉(zhuǎn)速， n B = 1000r/ mi n ；η B V —— 容積效率， η B V = 0.95；由 ( 3- 6)式可得：Q = 237.5( L / mi n)將液壓泵的額定壓力 38Mpa 代入 ( 3- 2)式可得：p 0 = p n / ζ - Δ p ω = 38/1.3-4=25.2Mpa則液壓系統(tǒng)的額定工作壓力是 p 0 = 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250YC Y14-1B 250m L / r 31.5 Mpa 1000r / m i n 148kw 95% 240kg型號(hào) 額定功率 額定轉(zhuǎn)速Y Z R 355M- 10 1 10 KW 590r / m i n液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 21 頁 共 56 頁量的 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/ mi n ，主壓樁液壓缸壓樁壓力最大可達(dá) 25MP a ，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27MP a 。安全閥 1 的型號(hào)選為 S - B G - 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/ mi n ，最大壓力可達(dá) 14MP a ，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 16MP a 。安全閥 2 的型號(hào)選為 S - B G - 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/ mi n ，最大壓力可達(dá) 16MP a ， 但 是松樁壓力要求一般不高，在 5 ～ 10 MP a 之間。 安全 閥3 的型號(hào)選為 S - B G - 06-V- L - 40。液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 22 頁 共 56 頁當(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/ mi n ，最大壓力可達(dá) 20MP a ，所以安全閥 4 的調(diào)定壓力為 20MP a 左右。安全閥 4 的型號(hào)選為 S - B G - 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/ mi n ， 最大壓力可達(dá) 20MP a ， 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 20MP a 。安全閥 5 的型號(hào)選為 S - B G - 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：( 3- 7)4/2 21m a x1 dVQ π 式中：—— 最大壓樁速度， = 4m/ mi n ；m a xV m a xV—— 通過溢流閥 6 的最大流量；1Qd 1 —— 主壓樁液壓缸活塞桿直徑；初選為 210mm；—— 主壓樁液壓缸個(gè)數(shù)， = 2 ；n n由 ( 3- 7)式可得：Q1 = 277(L / mi n)通過安全閥 6 的最大壓力為轉(zhuǎn)換壓 力， 即 12MP a ，所以安全閥 6 的調(diào)定壓力為12MP a 。安全閥 6 的型號(hào)選為 S - B G - 06-V - L - 40。表 3-3 各安全閥的性能參數(shù)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 ～ 25MP a 2 7 MP a 200L/ m i n 板式 5kg安全閥 2 S - BG - 06-V- L - 40 0. 4 ～ 25MP a 16MP a 200L/ m i n 板式 5kg安全閥 3 S - BG - 06-V- L - 40 0. 4 ～ 25MP a 10MP a 200L/ m i n 板式 5kg安全閥 4 S - BG - 06-V- L - 40 0. 4 ～ 25MP a 2 0 MP a 200L/ m i n 板式 5kg安全閥 5 S - BG - 06-V- L - 40 0. 4 ～ 25MP a 2 0 MP a 200L/ m i n 板式 5kg安全閥 6 S - BG - 06-V- L - 40 0. 4 ～ 25MP a 16MP a 200L/ m i n 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)第 23 頁 共 56 頁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 8MP a 左右 ， 單 向 閥 口的 工 作 壓 力 可 達(dá) 25MP a ，最 大 流 量 可 達(dá)237.5L/ mi n 。所以四個(gè)平衡閥的選型為 F D 16PA 12/B 30。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 1 18.75L/ mi n ； 每 個(gè)單向閥的最大壓 力可達(dá) 25MP a 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 S 20P320。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 / mi n ， 壓力最 大可到 14MP a ， 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S V 30PB 130。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/ mi n ， 壓 力最大可到 12MP a ， 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 S V 30PB 130。表 表 表表3-53-5各單向閥性能參數(shù) 各單向閥性能參數(shù) 各單向閥性能參數(shù)各單向閥性能參數(shù)型號(hào) 工作壓力 流量 先導(dǎo)壓力 開啟壓力 連接型式F D 16PA12/B30 31.5MP a / 42MP a 200L/ m i n 2 ～ 31.5MP a 0. 2MP a 板式序號(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 S 20P320 31.5MP a 1 20L / m i n 0. 3MP a 板式單向閥 2 S 20P320 31.5MP a 1 20L / m i n 0. 3MP a 板式單向閥 3 S V 30PB130 31.5MP a 2 40L / m i n 0. 3MP a 板式單向閥 4 S V 30PB130 31.5MP a 2 40L / m i n 0. 3MP a 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)第 24 頁 共 56 頁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/ mi n ，壓力最大可達(dá) 25MP a ，所以該八個(gè)換向閥的型號(hào)確定為 Z F S - L 32H- Y T - 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) 237.5L / mi n ，壓 力最大可達(dá) 14MP a ，所 以該換向閥的型號(hào)確定為 Z F S - L 32C- Y T -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/ mi n ，快壓換向閥的壓力最大可達(dá) 12MP a ，另 外兩個(gè)換向閥的壓力最大可達(dá) 25MP a ， 控制壓樁速度模式的換向閥的型號(hào)確定為 Z F S - L 32C- Y T - O， 另 外兩個(gè)換向閥的型 號(hào)確定為 Z F S - L 32H- Y T - 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：（ 3-8 ）PFD 21 1057.3 D1 - - - 缸筒內(nèi)徑（ m）F - - - - - 載荷力（ K N）P - - - - - - 選定的工作壓力 ( Mpa)則： = 286mm1D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 （ G B / T 2348—— 1993） 可 確定：型號(hào) 工作壓力 最大流量 中位機(jī)能 連接型式ZF S - L 32H- Y T - O 31.5MP a 200L/ m i n 中間封閉 螺紋連接ZF S - L 32C- Y T - O 16MP a 200L/ m i n 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)第 25 頁 共 56 頁= 280mm1D根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選取副壓樁缸內(nèi)徑為 D2 = 1.183D1= 1.183 = 331mm2D 1D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 （ G B / T 2348—— 1993） 可 確定：表 3- 73- 7液壓缸的缸筒內(nèi)徑尺 寸系列 ( m m )( m m )= 320mm2D由上式可得： ≥ 185 mm1d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 （ G B / T 2348—— 1993） 可 確定： = 220 mm1d表 3- 83- 8液壓缸的活塞桿外徑 尺寸系列 ( m m )( m m )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，為了方便采購和安裝，選擇副壓樁液壓缸的活塞桿直徑8 40 123 ( 280)10 50 ( 140) 32012 63 160 ( 360)16 80 ( 180) 40020 ( 90) 200 ( 450)25 100 ( 220) 50032 ( 1 10) 2504 18 45 1 10 2805 20 50 125 3206 22 56 140 3608 25 63 16010 28 70 18012 32 80 20014 36 90 22016 40 100 250液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 26 頁 共 56 頁d 2 = 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（ G B / T 2348—— 1993）可確定：d 2 = 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，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，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 ZY J 680B壓樁機(jī)說明書，可知 ZY J 6 80B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 ZY J 800壓樁機(jī)的橫 ZY J 8 00為 1 1.3 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；液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 27 頁 共 56 頁F —— 縱移液壓缸的負(fù)載壓力；( 3- 10）4/η2 24DPF π 式中：η —— 液壓缸效率 , η = 0.95；P —— 橫移液壓缸最大工作壓力， P = 27MP a ；—— 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4D有一個(gè)，共兩個(gè)；由上式可得：F = 320.8K N； = 277mm4D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 （ G B / T 2348—— 1993） 可 確定：= 320mm4D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 :( 3- 1 1)4/)(24/ 242424 dDD ππ式中 :—— 橫移液壓缸的內(nèi)徑；4D—— 橫移液壓缸活塞桿直徑；4d由上式可得：= 0.707 = 224.4mm4d 4D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 （ G B / T 2348—— 1993） 可 確定：= 220mm4d液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 28 頁 共 56 頁2 縱移液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算縱移液壓缸是裝在長船上，起升液壓缸伸長，短船離地，長船落地，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)除長船以外的總質(zhì)量，參考 ZY J 680B壓樁機(jī)說明書，可知 ZY J 6 80B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 ZY J 800 壓樁 機(jī) 的 縱ZY J 800 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；( 3- 13)4/2 25DPF π 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 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； = 284.4mm5D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 （ G B / T 2348—— 1993） 可 確定：= 320mm5D液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造－總體部分設(shè)計(jì)第 29 頁 共 56 頁一般的，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 :- ( 3- 14)2525 (24/ DD ππ 4/)25d式中 :D5 —— 縱移液壓缸的內(nèi)徑；d 5 —— 縱移液壓缸活塞桿直徑；由上式可得：= 0.707 = 224.4mm5d 5D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 （ G B / T 2348—— 1993） 可 確定：= 220mm5d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，所以要對(duì)縱移液壓缸的