振動打樁機液壓鉗的設計制造

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備，在樁基施工中具有重要的作用。現有武漢橋梁機械廠生產的中-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型打樁技術性能參數：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，常出現振裂癥狀，就會使整個打樁機的受力偏移，同時也導致電動機機座出現斷裂，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計

我們通過對溫福線白馬河特大橋現場使用的日本180T振動打樁機研究，結合現狀，利用閑置的雙聯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力：

I56a型工鋼符合設計抗應力要求，為增強其抗疲勞強度，增強2條工字鋼整體穩定性，工字鋼腹板兩側均有δ12mm的鋼板連接。

樁機扁擔示意圖如圖1。

圖1

根據工地樁護筒直徑不同的現狀，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）內來回移動，可實現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，設每個螺栓受力F1，F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《機械零件設計手冊》M36的T型螺栓選用GB158—59相應的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 液壓鉗夾頭的設計

液壓鉗夾頭是將振動打樁機與鋼護筒牢靠的聯系在一起的關鍵裝置，是傳遞振動與激振力的環節。

夾頭內部裝有油缸，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，目前國內生產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

根據現場施工需要，鋼護筒厚度一般小于25mm，我們設計鉗齒開度50mm。擬選用公司內部現有閑置舊油缸，油缸內徑?=180，活塞桿?=90，工作壓力預設為20MPa，油缸預推力：

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為101.6t。則活塞行程相應定為100mm，液壓夾頭示意圖如圖2。

4 液壓系統的設計

參照蘭州建筑機械總廠的振動液壓系統原理圖，結合中-250樁機技術參數，我們將系統壓力調定為20MPa，系統由油缸、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、壓力表、油泵、濾油器等部件組成。液壓系統如圖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。經過對蘭州產振動打樁機研究，該廠電動機均設有上、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，液壓系統改造后的原理圖如圖4：

圖4

5 結束語

通過以上對振動打樁機的設計改造后，兩臺設備共花費設計制造的總費用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，為公司創造了很大的經濟效益，同時，根據施工生產的具體要求，改變設備的結構或增加新部件、新裝置，以提高機械設備技術性能，更好地滿足施工生產的需要。

［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用及展望[J].科技創新與應用，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，2006（03）.