氮爆式液压打桩锤

1.氮爆式液压打桩锤工作原理

打桩过程的一个周期可以分为回程阶段、回程制动阶段和冲程阶段，图1所示为某新型氮爆式打桩锤的液压系统原理简图。

系统工作原理：首先系统通过控制泵11的压力Pk控制主系统溢流阀以建立主泵2的压力P，主控换向阀12的阀芯在控制压力Pk和系统压力P作用下，克服氮气的初始压力和弹簧力向右迅速移动，使系统压力P作用于回油锥阀4的控制腔，回油锥阀4关闭，回油端O与进油锥阀5的控制腔接通，系统压力P打开进油锥阀5，使液压缸下腔8进油，推动活塞和锤体9回程，并压缩氮气，锤体9上升推动行程换向阀10使主控换向阀12的左端接通回油端O，活塞继续回程并压缩氮气，使氮气压力进一步升高。由于主控换向阀12的阀芯左右两端控制油液和氮气的作用面积相等，当氮气的压力升高至与主控换向阀12的控制压力Pk相等时，主控换向阀阀芯在氮气压力和弹簧力的作用下，克服主控换向阀控制压力Pk向左迅速移动，使系统压力P作用于进油锥阀5的控制腔，进油锥阀5关闭，系统向高压蓄能器6内充油，同时回油端O与回油锥阀4的控制腔接通，回油锥阀4打开，液压缸下腔8接通油箱快速泄油，活塞在锤体9的重力和氮气爆炸的双重作用下，以近2g的加速度向下运动，实现对桩的打击。锤体9运动到底部时，行程换向阀10换向，压力P作用于主控换向阀12的左端，同时活塞上腔氮气（即主控换向阀12右端）也变回初始压力，保证主控换向阀阀芯向右移动，从而实现下一个打桩周期。

其回程制动阶段向冲程阶段过渡是通过活塞上腔氮气推动主控换向阀实现换向。这种典型的压力反馈式液压打桩锤很容易通过无级调节主控换向阀换向压力Pk实现系统打击能和打击频率的无级调节。

2.脱、断桩与漏气工况分析

在实际施工过程中，由于地基较软，桩下沉过程中遇到的阻力较小，使得预制桩下沉的瞬时速度大于锤头总成在立柱上的瞬时滑动速度，这时就会出现所谓的脱桩工况，即预制桩6和桩帽5脱开，如图2所示。断桩工况是指在打击过程中，由于预制桩本身存在的品质问题或地质情况突然变化等原因，预制桩突然断裂，同样，断桩时预制桩6和桩帽5也会脱开。因此，脱桩和断桩可以归结为同一个工况，在脱桩或断桩时，桩帽5都会在自身重力的作用下向下运动，从而使脱、断桩保护阀4换向，发出脱、断桩的控制信号。

由氮爆式液压打桩锤工作原理以及氮气腔特性可知，其活塞运动状态由主控换向阀的运动状态控制，而主控换向阀是通过氮气腔压力升高推动阀芯换向的。一旦氮气腔气体因泄漏造成压力不够时，将影响主控换向阀阀芯的换向，从而影响整个系统的正常工作。氮爆式液压打桩锤在工作过程中，由于密封件的磨损老化、阀芯的偏心等原因都可能造成氮气腔气体泄漏。当氮气压力低于1.2 MPa时，漏气保护阀2的阀芯将在自身弹簧的作用下向上运动实现换向，而发出氮气压力过低的控制信号。

3.脱、断桩与漏气保护系统原理分析

氮爆式液压打桩锤出现脱、断桩或漏气情况，要求液压系统能够实现自动停机，从而保证设备及操作人员的安全。图2所示为某新型氮爆式液压打桩锤具有脱、断桩与漏气保护功能的液压系统原理图。

发生脱、断桩或漏气时，各保护阀都工作在图2所示位置。图中粗实线表示在脱、断桩或漏气时，进、回油锥阀的控制腔通过高速开关阀都接通液压缸有杆腔的压力油而关闭，使液压缸有杆腔与进油端和回油端断开，活塞和锤体在液压缸自身的缓冲作用下，迅速减速，停止运动，并成锁闭状态。

氮爆式液压打桩锤在工作过程中脱、断桩与漏气工况发生后，为了防止高速下降的活塞杆和锤头直接打击在液压缸的缸盖上，在液压缸有杆腔下面设计了专门的缓冲腔，以保护液压缸及整个设备的安全。缓冲腔通过一个溢流阀调节缓冲压力。

低速时的保护功能。图3(a)表示脱、断桩和漏气发生在活塞处于下降的某一过程中，但速度没有达到最大时的位移与时间的关系图，此时活塞速度比较低，在液压保护系统的作用下，活塞很快停止运动。

高速时的保护作用。图3(b)表示脱、断桩和漏气发生在活塞处于下降行程最大时的位移与时间的关系图。由图可知，此时活塞速度达到最大，在液压保护系统和液压缸缓冲的共同作用下，活塞经过很短时间后停止运动。

在液压系统保护油路和液压缸末端缓冲结构双重作用下，当脱、断桩或漏气发生时活塞能够很快停止运动，可以有效避免活塞和液压缸缸盖的直接碰撞，起到保护液压缸及整个打桩锤的作用。