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國(guó)外幾種典型液壓錘液壓系統(tǒng)及性能比較
打樁錘的歷史可追溯到15世紀(jì)，人們利用繩索吊起重物進(jìn)行打樁。如今液壓打樁錘已經(jīng)廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、港口和碼頭等預(yù)制樁的基礎(chǔ)施工作業(yè)，和傳統(tǒng)的柴油打樁錘相比，液壓打樁錘具有打樁效率高、無(wú)廢氣排放、噪聲低、可調(diào)節(jié)打擊能量、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)還可以用于水下打樁以及打斜樁等。
按照錘頭的下落方式，液壓錘可分為單作用液壓錘和雙作用液壓錘。單作用液壓錘即樁錘在自重作用下以自由落體方式下落。雙作用液壓錘即樁錘在自重和液壓氣動(dòng)等外力的共同作用下以大于自由落體加速度下落。按照樁錘的噸位，液壓錘可分為大型、中型和小型3種，樁錘重量3t以下的為小型液壓錘；樁錘重量在3～10t之間的為中型液壓錘；樁錘重量超過(guò)10t的為大型液壓錘。小型液壓錘適用于截面尺寸較小的鋼樁和混凝土樁；中大型液壓錘適用于港口碼頭、高層建筑、橋梁等工程的樁基施工。國(guó)外已經(jīng)形成液壓錘系列化產(chǎn)品，以滿足各種基礎(chǔ)施工的需要。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)樁工機(jī)械行業(yè)陸續(xù)展開(kāi)液壓錘的研究和開(kāi)發(fā)工作，但大噸位、高性能的液壓錘還不多，無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的工程需求。為此，國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)施工中較多地采用了國(guó)外液壓錘。本文主要比較分析國(guó)外幾種典型液壓錘的液壓系統(tǒng)、特點(diǎn)和性能。
1 典型液壓打樁錘液壓系統(tǒng)
1.1 英國(guó)BSP單作用液壓錘
圖1為英國(guó)BSP公司生產(chǎn)的一種單作用液壓錘。樁錘上升階段，電磁卸荷閥9通電，左位工作。電液比例閥10起溢流閥作用，調(diào)定液壓系統(tǒng)工作壓力。電磁換向閥3斷電，上位接通，高壓蓄能器4和變量泵1的出口油流進(jìn)先導(dǎo)控制閥6控制缸的左、右兩腔，先導(dǎo)控制閥6主閥的左位工作。此時(shí)，電磁換向閥7通電，左位工作，高壓油通過(guò)換向閥7的左位流入油缸5的下腔。變量泵1和高壓蓄能器4同時(shí)供油，活塞桿加速上升。液壓缸5上腔的壓力油經(jīng)過(guò)先導(dǎo)控制閥6流入低壓蓄能器8，經(jīng)單向閥回油箱。低壓蓄能器8吸收回油，減小壓力波動(dòng)。樁錘下降階段，電磁換向閥3通電，下位工作，液壓油進(jìn)入先導(dǎo)控制閥6控制缸的右腔，使得先導(dǎo)控制閥6主閥的右位工作。液壓缸5下腔的液壓油則通過(guò)換向閥7的左位、先導(dǎo)控制閥6的大腔以及電磁換向閥3的下位，進(jìn)入液壓缸5的上腔，與液壓泵一起向油缸上腔聯(lián)合供油，錘體在重力作用下自由下落。樁錘沖擊樁頭動(dòng)作完成之后，進(jìn)入保壓階段。保壓結(jié)束后電磁換向閥9通電，開(kāi)始新的工作循環(huán)。
1.2 芬蘭JUNTTAN單作用液壓錘
圖2為芬蘭JUNTTAN公司生產(chǎn)的一種單作用液壓錘。樁錘上升階段，電磁換向閥6上位工作，主換向閥7下位工作。此時(shí)變量泵1和高壓蓄能器5同時(shí)向液壓缸8下腔供油，活塞桿加速上升并帶動(dòng)錘頭上升。液壓缸8上腔液壓油流進(jìn)低壓蓄能器9回油箱。樁錘下降階段即為當(dāng)樁錘到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的高度時(shí)，電磁換向閥6下位工作，此時(shí)控制主換向閥7上位工作，高壓油流入液壓缸8的上腔，形成差動(dòng)回路，樁錘加速下落。樁錘保壓階段，為防止樁的反彈，樁錘在樁上停留很短的一段時(shí)間，即保壓時(shí)間。保壓結(jié)束后，電磁換向閥6動(dòng)作使主換向閥7換向，樁錘開(kāi)始上升，開(kāi)始新的循環(huán)。樁錘停止工作時(shí)，溢流閥2、卸荷閥4均打開(kāi)與油箱連通，來(lái)自變量泵1的壓力油直接流回油箱，液壓缸8的上、下腔相連接，壓力相等，活塞停至液壓缸8最低端位置。
1.3 荷蘭IHC雙作用液壓錘
荷蘭IHC公司推出了一種雙作用液壓錘（圖3)。樁錘上升階段，電磁換向閥7閉合，電磁換向閥5斷開(kāi)，液壓泵9和高壓蓄能器8同時(shí)向油缸下腔供油，錘頭1抬起。此時(shí)氮?dú)馐?的氣體被壓縮而儲(chǔ)存能量。樁錘下降階段，電磁換向閥7斷開(kāi)，電磁換向閥5閉合，樁錘開(kāi)始下降。氮?dú)馐腋邏旱獨(dú)忉尫艃?chǔ)存能量，樁錘在自重和氮?dú)馐?雙重作用下加速下降撞擊樁體，完成打擊作用。樁錘下降同時(shí)，液壓泵9向高壓蓄能器8供給液壓油。由于回油管路較長(zhǎng)，低壓蓄能器4吸收液壓錘排出的液壓油以保證樁錘加速下降。當(dāng)兩個(gè)電磁換向閥都在閉合位置時(shí)，液壓油回油箱，液壓系統(tǒng)卸載。
2 打擊頻率與打擊能量比較
1）打擊頻率 液壓打樁錘的打擊頻率取決于樁錘各階段的工作時(shí)間。工作時(shí)間越短，打擊頻率越高。由于液壓打樁錘下落加速度一般都設(shè)計(jì)在一個(gè)重力加速度或以上，下落時(shí)間很短，打擊頻率主要取決于上升時(shí)間。單作用液壓錘上升過(guò)程中，液壓泵和高壓蓄能器同時(shí)供油，上升速度快，打擊頻率較高；雙作用液壓錘在樁錘上升時(shí)，液壓泵同時(shí)向油缸和高壓蓄能器供油，樁錘上升較慢，打擊頻率較低。荷蘭IHC推出的S型雙作用液壓錘以及芬蘭JUNTTAN生產(chǎn)的HHKA型單作用液壓錘在上升階段，液壓泵和高壓蓄能器同時(shí)向液壓缸下腔供油，具有較高的打擊頻率，達(dá)到60次/min。
2） 打擊能量 打擊能量與錘體自重、上升高度、液壓缸上腔油液（或是氣體）的壓力以及打擊加速度的大小等參數(shù)有關(guān)。單作用液壓錘打樁時(shí)油缸上腔為低壓腔，與回油路相連，主要靠自重以近似自由落體方式打擊樁體，打擊能量較低。雙作用液壓錘依靠液壓力或氣動(dòng)力加上錘體自重，一般打擊能量較大。表1為幾種典型液壓錘主要性能比較
3結(jié)論
通過(guò)比較國(guó)外幾種典型液壓打樁錘，可知英國(guó)BSP的CGL370型和荷蘭IHC的S型系列液壓錘打擊頻率較高，芬蘭JUNTTAN的HHKA型液壓錘打擊頻率較低。
荷蘭IHC的S型和芬蘭JUNTTAN的HHKA型液壓打樁錘都具有較高打擊能量，且可調(diào)節(jié)的范圍很大，英國(guó)BSP的CGL370系列為單作用方式液壓打樁錘，打擊能量較低，可調(diào)范圍有限。
荷蘭IHC的S型液壓錘的液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，其他公司的液壓錘液壓系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。IHC液壓錘油缸設(shè)有氮?dú)馐?，調(diào)節(jié)壓力從而調(diào)節(jié)打擊能量，最大打擊加速度可達(dá)2g，適合于大噸位打樁作業(yè)。