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D220筒式柴油打桩锤的研发与应用
□齐建明
上海工程机械厂有限公司上海200072
摘要:介绍了D220筒式柴油打桩锤关键部件的研制,并对燃油供给系统和润滑油供给系統作了叙述。经实际应
用,该柴油打桩锤能满足大型海上工程的桩基施工。
关键词:筒式柴油打桩綞研发应用
中图分类号:TH122;TU67
文献标识码:B
文章编号:1000-4998(2009)06-0027-03
近年来,随着石油钻井平台、海上风电场和跨海大处必须圆滑,避免应力集中而产生裂纹造成损坏。根据
桥工程建设的不断增加,基础施工采用多桩承台基础最大打击能量73000Nm、起跳高度3.4m,计算确定
和单桩基础的桩型都很大,钢管桩直径和长度已经分上活塞重量=733000/(9.8x3.4)≈22t,活塞名义直
别超过1500m和80m以上,目前使用的德国D200径=945mm,总长度=4.55m
柴油锤和国内最大的D180筒式柴油打桩锤都因打击
能量偏小而无法完成钢管桩的沉桩作业。
接长缸
本公司研制的D220筒式柴油打桩锤具有打击能
阻挡环槽
量大、操作维护方便等特点,是海上工程比较理想的粧
上气缸
基施工设备。产品的最大打击能量达733000Nm,填补
了我国特大型筒式柴油打桩锤的空白。以下详细介绍
该柴油打桩锤的关键部件。
燃油箱
1D200筒式柴油打桩锤的系统设计
如图1所示,D220柴油锤主要由上气缸、下气缸、
导向块
上活塞、下活寨、燃油供给系统、润滑系统和专用桩帽
上活塞
等组成。主要性能指标:上活塞重量为22000kg;上活
塞直径为945mm;最大打击能量为733000Nm;最大起
起落架
跳高度为3400mm;作用于桩上的爆炸力为6200kN;
起动钩
冲击频率为36~45次/min;总重量约49000kg;柴油
锤总长度为7900mm。通过机、电、液一体化控制技术
有效配置燃油供给系统和采用新型润滑技术,保证了
整机发挥出最佳的工作效率。
润滑油泵
1.1上活塞(冲击体)
上活塞是柴油锤的主要部件,其球头与下活塞的
吸、排气口
球碗一起构成燃烧室。当燃烧室内的柴油爆炸时,上活
燃油泵
塞承受爆发压力而跳起,上活塞的落下冲击下活塞完
一喷油嘴
成对桩的一次冲击。为使上活塞能承受频繁的冲击,采
用铸件直径达1000mm的特殊球墨铸铁铸件,该材质
具有强度高、吸振性好、耐冲击、耐磨损和使用寿命长
s
下气缸
等特点,满足了海上工程大型桩基的沉桩作业。上活塞
活塞环
因受热膨胀,不能与上气缸摩擦,两者之间设计成一定
导向板
下活塞
的间隙,但间隙不能过大,否则会造成漏气并使燃油
半圆挡环
内缓冲垫
润滑油的损耗增大。上活塞冲击球头必须有一定的面
(俩半)
外缀冲垫
积,以防止压力过高而损坏。上活塞的所有变截面过渡
收稿日期:2008年12月
▲图1简式柴油打桩锤结构示意图
机械制造47卷第538期
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2?
2下活寒
在下气缸与打粧架的连接处安装导向板,采用双
下活塞也是柴油锤的主要部件,位于顶部的球碗排列螺栓安装方式(如图2),每排螺栓为3件,这样使安
是燃烧室的一部分,主要承受上活塞的冲击和柴油爆装螺栓具有较大的圆周半径,保证导向板与柴油锤连
发的压力,并将作用力传递给桩。下活塞材料选用了具接时有较大的接触面,大大提高柴油锤抵御外力冲击
有足够强度的合金钢锻件,通过遡质和淬火处理提高的能力,确保柴油锤作业更加安全、可靠
其硬度和强度,并采用超声波探伤检测手段,确保锻件1.5活塞环
达到规定的技术要求,消除因锻造缺陷而造成开裂损
活塞环除了和一般发动机一样具有密封、导向功
坏间题。所有变截面过渡处作了圆滑处理。
能外,还必须具有承受频繁而巨大冲击力的能力,因此
3上气缸
要求其材料有足够的强度和韧性。根据以往柴油锤的
上气缸是上活塞上下运动的导向部分,为满足海使用经验,采用球墨铸铁材质制作活塞环,应用离心浇
上桩基工程打击仰复桩的需要,采用上气缸和接长缸注铸造工艺,调质处理提高了活塞环的硬度和弹性张
组合式结构来増加其导向部分的长度,在上气缸上端力,在活塞环外圆进行镀铬处理,以提高其表面的耐磨
面与接长缸结合处设计斜台阶环槽,与上活塞上的阻性。图3为活塞环的结构示意图,虚线为自由状态外形。
当环一起防止因剧烈爆炸时上活塞跳起过高飞出上气图中径向厚度t、轴向高度ん、工作间隙S、自由开口间
缸。当发生阻挡环卡在斜台阶环槽时,只要拆下接长缸隙A分别由以下经验公式计算得出。
即可方便地进行处理。
1)活塞环的径向厚度t=0.03D=0.03x945≈28
燃油箱和润滑油箱采用同板套接方式焊接固定在mm;D为气缸直径。
上气缸上部,油箱焊后作脉冲振动处理以消除焊后成
2)轴向高度h应考虑磨损情况和传热效果。ん大
カ,油箱内腔用金属喷镍工艺处理,可有效提高油液的对保存油膜和传热有好处,但会引起较大的气缸磨损,
清沽度。
因此,ん要适中,由经验公式计算得出轴向高度h=
1.4下气
0.025D=0.025×945=24mm;
由于D20柴油锤采用风冷方式冷却,下气缸体在
3)活寨环的工作间隙S根据气缸与活塞环受热
材质上选用QT500-7球墨铸铁,具有较好的散热性和膨胀的差异计算求得,如果工作间隙过大,活塞环在工
热熔性,避免了下气缸[采用焊接结构而易造成应力集作中由于其温度高于气缸壁的温度,活塞环受热膨胀
中的缺陷,致使下气缸出现焊缝开裂、早期损坏的质量比气缸大,会卡住。由经验公式计算得出工作间隙S=
问题。柴油锤燃室吸排气口位置采用非对称的布置0.003D=0.003×9452.84mm;
方式,使上活塞在起跳过程中产生一定的自旋转,确保
4)活塞环的自由开口间隙A=mt+S=3.14
上活塞均匀磨损,提高柴油锤的安全性。
28+2.84=90.76mm。
为提高D220柴油锤的打击效率,在下气缸燃烧室1.6专用桩帽
设计了加长型气缸套。当燃烧室的磨损超过极限要求
在海上工二程施工中,由于桩帽结构不合理,桩帽材
时,只需更换气缸套就能解决下气缸磨损间题,有效降质和加工质量存在缺陷,导致桩帽吸收了柴油锤过多
低设备的使用维护成本,使柴油锤的性价比得到较大的打击能量,容易出现柱帽开裂损坏问题,并大大降低
的提高。
了柴油锤的作业效率。因此,必须对专用桩帽进行重点
笼口2.内冲击块3.缓冲垫板
4.打击垫铁5.加强筋板6.外定位套
图4专用桩帽结构示意图
▲图2双排列导向板
▲图3活塞环
图5径向可调式柱塞泵
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机械制造47卷第538期N