振動打樁機液壓鉗的設(shè)計制造

陳 荷

（中鐵九局集團有限公司 廣州分公司，廣東 廣州510000）

振動打樁機作為橋梁施工中常用機械設(shè)備，在樁基施工中具有重要的作用?，F(xiàn)有武漢橋梁機械廠生產(chǎn)的中-250振動打樁機2臺，由于購買時未配套液壓鉗，振動打樁機在打樁前首先得將法蘭盤上部與樁機下部通過100—M27螺栓緊固連接，法蘭盤下部與樁基礎(chǔ)護筒焊接，護筒四周焊接均勻牢固后，方可進行振動打樁。

中-250型打樁技術(shù)性能參數(shù)：振動力：2940kN，偏心力矩達539000N.cm，特別適合大直徑樁基的鋼護筒沉樁施工。沉樁時鋼護筒直徑可達到2.5~3米左右。但由于振動打樁機為法蘭與鋼護筒采用焊縫連接，焊接量大，每焊接一次需4小時左右，效率極低；且振動力大，當焊接護筒一方未焊接牢固，常出現(xiàn)振裂癥狀，就會使整個打樁機的受力偏移，同時也導(dǎo)致電動機機座出現(xiàn)斷裂，嚴重影響施工進度。

為從根本上解決打樁機與鋼護筒的連接方式，我們通過以下幾個方面設(shè)計，達到滿足大口徑樁基鋼護筒沉樁的要求：

1 振動打樁機扁擔梁的設(shè)計

我們通過對溫福線白馬河特大橋現(xiàn)場使用的日本180T振動打樁機研究，結(jié)合現(xiàn)狀，利用閑置的雙聯(lián)I56a型工字鋼作液壓鉗與樁錘的扁擔梁。兩工字鋼中心距515mm，上翼緣板焊接一塊厚30mm長寬1900×1500的鋼板，該鋼板與樁機下部通過100—M27螺栓連接。

選用工字鋼的可行性分析：

樁錘自重13T，振動力最大2940kN，最大護筒直徑不超過3.3m。

純彎曲時工字鋼梁橫截面上的應(yīng)力：

I56a型工鋼符合設(shè)計抗應(yīng)力要求，為增強其抗疲勞強度，增強2條工字鋼整體穩(wěn)定性，工字鋼腹板兩側(cè)均有δ12mm的鋼板連接。

樁機扁擔示意圖如圖1。

圖1

根據(jù)工地樁護筒直徑不同的現(xiàn)狀，液壓鉗2個夾頭總成采用T型槽螺栓與扁擔梁固定。T型螺栓在T型槽（T型槽焊在扁擔梁工字鋼下翼緣中心上）內(nèi)來回移動，可實現(xiàn)液壓夾頭與大小不同樁護筒連接。

2 T型螺栓的選用

振動打樁機自重13噸，工字鋼扁擔梁自重為7噸。擬選用每個液壓鉗夾頭由10個螺栓固定，設(shè)每個螺栓受力F1，F(xiàn)為振動時振動力2940kN.

綜上選用螺栓直徑必須大于3.5cm。固選用M36的T型螺栓。

根據(jù)《機械零件設(shè)計手冊》M36的T型螺栓選用GB158—59相應(yīng)的T型槽,加工4條T型槽焊接在兩條工字鋼下翼緣中心上，T型槽的加工費用為600元/條，加工工期3天。

3 液壓鉗夾頭的設(shè)計

液壓鉗夾頭是將振動打樁機與鋼護筒牢靠的聯(lián)系在一起的關(guān)鍵裝置，是傳遞振動與激振力的環(huán)節(jié)。

夾頭內(nèi)部裝有油缸，杠桿與滑塊。在夾頭下部形成鉗口，從而夾緊鋼護筒。油缸尾端與夾頭體鉸接，另一端與杠桿鉸接。油缸的伸出與回縮靠兩根液壓軟管由液壓箱分別供給高壓油，當油缸伸出時推出中間與夾頭體的杠桿，杠桿的另一端則內(nèi)推嵌有夾振的滑塊。在夾頭體下部形成的鉗口處夾住樁護筒。

3.1 液壓鉗鉗齒的選擇

設(shè)計過程中按鋼護筒所夾持的護筒直徑范圍為2~3.3米來選擇鉗齒，目前國內(nèi)生產(chǎn)振動樁機的廠家是上海金麟機械廠和蘭州建筑通用機械廠。一幅鉗齒價格分別為3000和6000元，在滿足夾持力要求的條件下，我們選擇了上海生產(chǎn)的鉗齒。

圖2 液壓夾頭示意圖

1.T型槽連接板；2.加強筋板；3.杠桿搖臂；4.活動齒座；5.鉗齒；6.油缸

3.2 夾持力的計算

根據(jù)現(xiàn)場施工需要，鋼護筒厚度一般小于25mm，我們設(shè)計鉗齒開度50mm。擬選用公司內(nèi)部現(xiàn)有閑置舊油缸，油缸內(nèi)徑?=180，活塞桿?=90，工作壓力預(yù)設(shè)為20MPa，油缸預(yù)推力：

為增加鋼護筒的夾持力，鉗齒夾緊力通過杠桿傳遞。杠桿傳動比2：1，單個液壓夾持受力相應(yīng)為101.6t。則活塞行程相應(yīng)定為100mm，液壓夾頭示意圖如圖2。

4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

參照蘭州建筑機械總廠的振動液壓系統(tǒng)原理圖，結(jié)合中-250樁機技術(shù)參數(shù)，我們將系統(tǒng)壓力調(diào)定為20MPa，系統(tǒng)由油缸、高壓軟管、手動換向閥、安全溢流閥、液壓操縱箱、電動機、油箱、單向閥、壓力表開關(guān)、壓力表、油泵、濾油器等部件組成。液壓系統(tǒng)如圖3。

圖3

投入工地使用時，當油管接頭密封有泄露時，夾持力難以維系，則易造成電機機座廢損。經(jīng)過對蘭州產(chǎn)振動打樁機研究，該廠電動機均設(shè)有上、下八根彈簧組成的減振裝置，而我公司的中-250振動打樁機電機雖屬耐振電機。當油管工作時爆裂夾緊力自動解除，此時振動打樁機仍在工作。電機受力失衡，造成電機的損壞，為防止油管爆裂時油缸自動回縮，我們在油缸上加裝液控單向閥。選用北京華德液壓公司生產(chǎn)的SV10PA1—30B型液控單向閥，耐壓值30MPa，選用高壓油管，油管耐壓值48Mpa，液壓系統(tǒng)改造后的原理圖如圖4：

圖4

5 結(jié)束語

通過以上對振動打樁機的設(shè)計改造后，兩臺設(shè)備共花費設(shè)計制造的總費用6萬元左右，但在長大公司九江項目、佛山平勝橋項目的樁基沉樁施工中使用方便快捷（只需幾分鐘就可將樁機和護筒對接），性能可靠，為公司創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟效益，同時，根據(jù)施工生產(chǎn)的具體要求，改變設(shè)備的結(jié)構(gòu)或增加新部件、新裝置，以提高機械設(shè)備技術(shù)性能，更好地滿足施工生產(chǎn)的需要。

［1］王雪飛.液壓樁錘打樁機理與控制的研究[J].東北石油大學.

［2］李淑杰.樁機工程中沖孔樁機的應(yīng)用及展望[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，12.

［3］陳岱杰，陳龍珠，鄭建國.高頻振動打樁機理的試驗研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2006（03）.