振动打桩机液压钳的设计制造

陈 荷

（中铁九局集团有限公司 广州分公司，广东 广州510000）

振动打桩机作为桥梁施工中常用机械设备，在桩基施工中具有重要的作用。现有武汉桥梁机械厂生产的中-250振动打桩机2台，由于购买时未配套液压钳，振动打桩机在打桩前首先得将法兰盘上部与桩机下部通过100—M27螺栓紧固连接，法兰盘下部与桩基础护筒焊接，护筒四周焊接均匀牢固后，方可进行振动打桩。

中-250型打桩技术性能参数：振动力：2940kN，偏心力矩达539000N.cm，特别适合大直径桩基的钢护筒沉桩施工。沉桩时钢护筒直径可达到2.5~3米左右。但由于振动打桩机为法兰与钢护筒采用焊缝连接，焊接量大，每焊接一次需4小时左右，效率极低；且振动力大，当焊接护筒一方未焊接牢固，常出现振裂症状，就会使整个打桩机的受力偏移，同时也导致电动机机座出现断裂，严重影响施工进度。

为从根本上解决打桩机与钢护筒的连接方式，我们通过以下几个方面设计，达到满足大口径桩基钢护筒沉桩的要求：

1 振动打桩机扁担梁的设计

我们通过对温福线白马河特大桥现场使用的日本180T振动打桩机研究，结合现状，利用闲置的双联I56a型工字钢作液压钳与桩锤的扁担梁。两工字钢中心距515mm，上翼缘板焊接一块厚30mm长宽1900×1500的钢板，该钢板与桩机下部通过100—M27螺栓连接。

选用工字钢的可行性分析：

桩锤自重13T，振动力最大2940kN，最大护筒直径不超过3.3m。

纯弯曲时工字钢梁横截面上的应力：

I56a型工钢符合设计抗应力要求，为增强其抗疲劳强度，增强2条工字钢整体稳定性，工字钢腹板两侧均有δ12mm的钢板连接。

桩机扁担示意图如图1。

图1

根据工地桩护筒直径不同的现状，液压钳2个夹头总成采用T型槽螺栓与扁担梁固定。T型螺栓在T型槽（T型槽焊在扁担梁工字钢下翼缘中心上）内来回移动，可实现液压夹头与大小不同桩护筒连接。

2 T型螺栓的选用

振动打桩机自重13吨，工字钢扁担梁自重为7吨。拟选用每个液压钳夹头由10个螺栓固定，设每个螺栓受力F1，F为振动时振动力2940kN.

综上选用螺栓直径必须大于3.5cm。固选用M36的T型螺栓。

根据《机械零件设计手册》M36的T型螺栓选用GB158—59相应的T型槽,加工4条T型槽焊接在两条工字钢下翼缘中心上，T型槽的加工费用为600元/条，加工工期3天。

3 液压钳夹头的设计

液压钳夹头是将振动打桩机与钢护筒牢靠的联系在一起的关键装置，是传递振动与激振力的环节。

夹头内部装有油缸，杠杆与滑块。在夹头下部形成钳口，从而夹紧钢护筒。油缸尾端与夹头体铰接，另一端与杠杆铰接。油缸的伸出与回缩靠两根液压软管由液压箱分别供给高压油，当油缸伸出时推出中间与夹头体的杠杆，杠杆的另一端则内推嵌有夹振的滑块。在夹头体下部形成的钳口处夹住桩护筒。

3.1 液压钳钳齿的选择

设计过程中按钢护筒所夹持的护筒直径范围为2~3.3米来选择钳齿，目前国内生产振动桩机的厂家是上海金麟机械厂和兰州建筑通用机械厂。一幅钳齿价格分别为3000和6000元，在满足夹持力要求的条件下，我们选择了上海生产的钳齿。

图2 液压夹头示意图

1.T型槽连接板；2.加强筋板；3.杠杆摇臂；4.活动齿座；5.钳齿；6.油缸

3.2 夹持力的计算

根据现场施工需要，钢护筒厚度一般小于25mm，我们设计钳齿开度50mm。拟选用公司内部现有闲置旧油缸，油缸内径Ø=180，活塞杆Ø=90，工作压力预设为20MPa，油缸预推力：

为增加钢护筒的夹持力，钳齿夹紧力通过杠杆传递。杠杆传动比2：1，单个液压夹持受力相应为101.6t。则活塞行程相应定为100mm，液压夹头示意图如图2。

4 液压系统的设计

参照兰州建筑机械总厂的振动液压系统原理图，结合中-250桩机技术参数，我们将系统压力调定为20MPa，系统由油缸、高压软管、手动换向阀、安全溢流阀、液压操纵箱、电动机、油箱、单向阀、压力表开关、压力表、油泵、滤油器等部件组成。液压系统如图3。

图3

投入工地使用时，当油管接头密封有泄露时，夹持力难以维系，则易造成电机机座废损。经过对兰州产振动打桩机研究，该厂电动机均设有上、下八根弹簧组成的减振装置，而我公司的中-250振动打桩机电机虽属耐振电机。当油管工作时爆裂夹紧力自动解除，此时振动打桩机仍在工作。电机受力失衡，造成电机的损坏，为防止油管爆裂时油缸自动回缩，我们在油缸上加装液控单向阀。选用北京华德液压公司生产的SV10PA1—30B型液控单向阀，耐压值30MPa，选用高压油管，油管耐压值48Mpa，液压系统改造后的原理图如图4：

图4

5 结束语

通过以上对振动打桩机的设计改造后，两台设备共花费设计制造的总费用6万元左右，但在长大公司九江项目、佛山平胜桥项目的桩基沉桩施工中使用方便快捷（只需几分钟就可将桩机和护筒对接），性能可靠，为公司创造了很大的经济效益，同时，根据施工生产的具体要求，改变设备的结构或增加新部件、新装置，以提高机械设备技术性能，更好地满足施工生产的需要。

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［2］李淑杰.桩机工程中冲孔桩机的应用及展望[J].科技创新与应用，2012，12.

［3］陈岱杰，陈龙珠，郑建国.高频振动打桩机理的试验研究[J].铁道建筑技术，2006（03）.