3747 液压静力压桩机液压系统改造-总体部分设计

3747 液压静力压桩机液压系统改造-总体部分设计,液压,静力,压桩机,系统,改造,总体,整体,部分,部份,设计 毕业设计（论文）任务书题 目 液压静力压桩机液压系统改造-总体部分设计任 务起止 日期：学 生 姓 名指 导 教 师学 号教研 室主任 年 月 日审查院 长 年 月 日批准一、毕业设计（论文）任务课题内容液压静力压桩机是近年来发展起来的一种高效、节能、无公害的新型桩基工程施工设备，被广泛地应用于软土地基中。本次课题设计的任务是：对 ZYJ800 型静压桩机液压系统进行改造设计。通过毕业设计掌握 ZYJ800 型静压桩机的液压系统进行总体设计的基本方法，进一步提高分析问题和解决问题的能力；学会阅读参考文献，收集、运用原始资料的方法以及如何使用规范、手册、产品目录，选用标准图的技能，从而提高设计计算及绘图的能力。课题任务要求主要设计参数：1.额定压桩力：8000 KN2.压桩速度： 0.74.0 m/min 压桩行程： 1.8 m3.纵向位移： 3.6 m 横向位移： 0.7 m具体要求完成以下工作：1.液压原理图设计；2.主要液压元件的计算、选型；3.主压桩缸及油箱的设计计算、绘图；课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1.提供毕业设计论文，格式和内容符合长沙理工大学的统一格式和规范要求。2.图纸数量折合标准图纸不少于 4 张 A1 图纸，计算机绘图的图纸总数不少于 4 张；主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1成大先主编. 机械设计手册(第三版)M. 北京：化学工业出版社，1994.42章宏甲等主编. 液压传动M.北京： 机械工业出版社，1998.103王金诺，于兰峰主编.起重运输机金属结构M. 北京：中国铁道出版社，2002.54相关资料及产品说明书同组设计者注：1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2. 此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3. 此任务书可从城南学院教学部网页表格下载区下载序号毕 业 设 计（论 文）工 作 任 务工 作 进 度 日 程 安 排周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 201 查阅、收集相关文献资料 - -2 系统总体方案确定与设计 - - -3 系统设计计算 - - -4 图纸绘制 - - -5 整理、编写设计计算说明书(论文) - -6 图纸与论文格式检查，答辩 -78910二、毕业设计（论文）工作进度计划表注：1. 此表由指导教师填写；2. 此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3. 进度安排请用“一” 在相应位置画出。时间 第 一 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段内容 组织纪律 完成任务情况 组织纪律 完成任务情况 组织纪律 完成任务情况检查记录教师签字 签字 日期 签字 日期 签字 日期三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表注：1. 此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各系自行决定。2. “组织纪律”一档应按长沙理工大学城南学院学生学籍管理实施办法精神，根据学生具体执行情况，如实填写。3. “完成任务情况” 一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议4. 对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。四、学生毕业设计（论文）装袋要求：1. 毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。(1) 封面(3) 毕业设计（论文）任务书(5) 英文摘要(7) 正文(9) 致谢(11) 附件 1：开题报告（文献综述）(2) 扉 页(4) 中文摘要(6) 目录(8) 参考文献(10) 附录（公式的推演、图表、程序等）(12) 附件 2：译文及原文影印件2. 需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3. 修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4.毕业设计(论文) 成绩评定册一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期学生（签名）指导教师验收（签名）毕业设计(论文) 开题报告题目： 液压静力压桩机液压系统改造-总体部分设计课 题 类 别： 设计 学 生 姓 名：论文 学班号：级：专业（全称）：指 导 教 师：200 年 月一、本课题设计（研究）的目的：1、通过自己本次对液压静力压桩机的学习、研究及设计工作，对我国的工程机械发展现状有一个深刻的了解;2、基于我的课题,在不断的查阅资料和思考过程中，逐渐把自己的理论知识转换成为实际有用的工作经验，并对今后的工作学习有全新的认识;3、锻炼自己的设计意识，通过独立思考和独立设计，了解设计方面的难点。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：在土木工程施工过程中，首先要进行的是基础施工。桩的基础是建筑施工特别是搞成建筑施工中最为常见的基础形式。桩的种类及其施工方法因上部建筑物或载荷情况不同而多种多样。其中，将预制桩完全依靠静载平稳、安静地压入软弱地基，是一种新型的桩基础施工方法1-3-静压桩工法。与锤击式打桩相比，静压桩工法由于具有非常明显的环保性，十几年来从广东珠江三角洲开始由南向北得到了迅速推广。液压静力压桩机就是实施静压桩法的关键施工设备。与锤击式打桩机相比，这种设备施工时具有无震动、无噪声、无油污飞溅等环境污染的特点，施工质量好、使用费用低，同时，静力压桩机也是具有中国特色的环保型桩工机械。液压静力压桩机分为“ 抱式液压静力压桩机 ”和“顶式液压静力压桩机”（对桩顶部施压进行压桩）两种。抱式液压静力压桩机压桩过程是通过夹持机构“抱” 住桩身侧面 ，由此产生摩擦传力来实现的；而顶压式液压静力压桩机则是从预制桩的顶端施压，将其压入地基的。这种新型压桩机发展至今，虽然尽显光芒，但是它毕竟是近几年发展起来的，难免有它的不足：一方面是，液压系统功率匹配难以符合压桩机实际的工况，底盘结构复杂，基本处于“大马拉小车 ”的工作状况，而且在高阻力阶段时，由于阻力大，导致整个工作机械的能量耗散大，工作效率较低；另外一个方面就是产品的适应能力较差，而且很长一段时间都没有改善，这给工程管理带来极大的不便，同时，夹桩可靠性问题始终没有从根本上得到解决，工程适应能力差，严重制约了静压桩技术的推广。通过对静力压桩机现状的研究及自身能力的考查，湖南山河智能机械股份有限公司是目前最为知名的该机种的发起人，它以中南大学为技术依托，针对上述问题，开发了高性能液压净力压桩机，并获得了 2003 年国家科技进步二等奖10。该该机主要包括 42项关键技术，其中准恒功率设计理论及其实施方案、边桩、角桩处理技术和多点均压式管桩夹桩技术 3 项为核心技术，它是目前国内既能实现高效节能，又可以解决实际问题 、提高施工质量的最实用的技术5-9。本次我的课题是基于液压静力压桩机液压系统提出的对其液压系统总体设计,液压技术相对于机械传动来说是一门新兴技术,应用于工程机械上,能进一步改善其传动效率.通过对这些资料的查阅，我对它发展至今的历程及研究现状有了一个综合的了解，在功率问题和适应性问题方面是非常值得考虑的，但是，我看好它的发展前景，因为它很适应中国乃至全球的状况，那就是高效、环保、节能11。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：设计难点:静力压桩机的主要静滞问题是功率适应问题跟产品适应性方面的问题；由于目前压桩机越来越大，最重可达 12000KN，对于较硬土质，管桩有可能仍然压不到设计标高，在反复复压情况下,管桩桩身横向产生强烈应力，如果桩还是按常规配箍筋，桩顶混泥土抗拉不足开裂，产生垂直裂缝，为处理带来很大困难。另一种情况就是管桩由软弱土层突然进入硬持力层，没有经过渡层,桩机油压迅速升高,桩身受到瞬间冲击力也容易引起桩顶开裂,如果硬持力层面不平整,桩靴卡不进土引起桩头折断破碎,桩机油压又下降,再压时压力不稳定,吊线测量桩长发现比入土部分短4。处理上事前改进桩尖形式(圆锥形桩尖易滑),事后用压力灌浆把桩底破碎混凝土粘结住,适当折减承载力设计值。设计重点:主要是设计选型和参数选择方面需要重视，设计部分可能遇到很多问题，比如油箱有效容积的计算跟液压缸厚度的验算等。3四、设计（研究）进度计划：目前，我的计划是先收集一些产品相关资料，并尽最大可能去实地的参观一下生产该项产品的领头羊-山河智能，因为它是现在静力压桩机核心技术的持有者，通过在适时的了解以及问答，尽力搜集一些液压系统设计方面的参数等资料，以弥补自身知识和阅历的缺陷，对自己设计将有很大的推动作用；其次，在设计方面应该有一些自己独到的见解和创新，虽然这意味着将有的难度是很大的，但是，作为一名即将毕业的大学生，对于他的本行，应该还是要有一定的努力 ，才能在今后的工作中有个立足之地；再次，在液压系统结构设计选型方面，力求配套，使它的工况更有利于机械的施工，本次，我查阅的资料主要的对象是 YZJ900，它是目前主流跟代表机型，满足很多种技术要求。对于不同的地质情况，预制桩压入地基时所受的阻力应该也是变化的，总的趋势是桩所受到的阻力随着桩被压入深度的增加而增大，对压桩的工况进行分析后，初次选用先导式控制阀，ZYJ900 型压桩机的额定压桩力为 2250KN，即处于额定工况时，其压桩液压缸单缸的负载为 2250KN。为此，对于我国目前对压桩机功率的要求，应该不低于它的压桩力，我的课题中额定压桩力为 8000KN,可以借鉴一下该产品的设计思路,接下来是主压桩回路的设计、夹桩回路设计、支腿升降回路的设计，一步一步地使系统完善，从而更好的完成本此也是大学期间的最后最有挑战性的学习任务。4五、参考文献：1、成大先主编.机械设计手册(第三版)M.北京:化学工业出版社,1994.42、章宏甲等主编.液压传动M.北京:机械工业出版社,1998.103、杨培元,朱福元主编.液压系统设计简明手册M.北京:机械工业出版社,1994.74、王金诺,于兰峰主编.起重运输机金属结构M.北京:中国铁道出版社,2005.55、朱建新,何清华等,准恒功率设计方法在液压静力压桩机中的应用J,中南工业大学学报,1999.46、朱桂华 ,胡均平等 ,静力压桩机优化多档压桩速度的液压系统设计 J, 建筑机械,2003.57、彭志明,陆栋,YZY 系列全液压桩机及在软土地区的施工J, 建筑机械,1999.48、周本祥,新型 6000KN 液压净力压桩机J,建筑机械 ,1997.19、陈九林，全液压静力压桩机J，建筑机械 1996.710、山河智能相关产品的参考资料11、 Dr.1.T.Hong,P.E. 、 Dr,E.C.Fitch,P.E. and so on,Hydraulic system modeling andsimulation-compend iums and prospects指导教师意见签名：教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）（签章）：5月月日日6液压静力压桩机液压系统总体部分设计液压静力压桩机液压系统总体部分设计摘要在土木工程施工过程中,首先要进行的是基础施工.桩基础是建筑施工特别是高层建筑施工中最为常见的基础形式.近年来兴起的静力压桩机由于具有非常明显的环保性,十几年来从广东珠江三角洲开始由南向北得到了迅速的推广.液压静力压桩机具有操作简便、工作效率高、无噪声和无气体污染等优点，在预制桩的施工过程中得到广泛的运用。目前在很多城市特别是沿海地区，静力压桩机已经很普及。对比选择各基本回路，拟订了静力压桩机的液压系统原理图 。比较恒流量和准恒功率两种液压系统设计方法，选用准恒功率设计法设计了ZYJ800 型液压静力压桩机的液压系统。对液压系统各元件选型，并对压桩液压缸、油箱进行了设计计算。本次设计中，我主要对液压静力压桩机的液压系统进行设计计算跟校核方面的工作，由于传统液压系统采用恒流量设计，系统功率按满足最大流量和额定压力的要求进行配置，与实际工况不相适应，在压桩的大部分低阻力阶段，都处于“大马拉小车 ”的工作状况，而进入高阻力阶段时，由于阻力大，必然导致压桩速度下降，多余的高压油的压力只能以热能的形式从溢流阀泄走，而导致整个压桩过程能耗高，工作效率低。现有的液压技术比较好地解决的这个问题，采用“边桩”和“角桩”，特别是高承载力管桩、薄壁管桩的广泛使用和 H 型钢的出现，使大家对其发展有了更新的认识。关键词：液压静力压桩机；液压系统； 恒流量设计液压静力压桩机液压系统总体部分设计THE GENERAL PARTS DESIGNING OF HYDRAULICSTATIC PILING MACHINEABSTRACTIn the course of civil engineer ing construction, first of all is the foundation tocarry out the construction. Pile foundation construction, especia lly construction ofhigh-rise build ing construction forms the basis of the most common. In recent yearsthe rise of the static pile driver is very obvious because of the environmentalprotection, and over the past decade from the beginning of the Guangdong Pearl Riverdelta from south to north have been rapid ly promoted.Hydraulic static pile driver is simple, efficient, no noise and no gas pollution, etc.,in the construction of precast pile is widely used. At present, in ma ny cities, especia llyin coastal areas, Static pile driver is very universa l. pile driver describes the staticstructure of the composition and working principle. Comparative selection of the basiccircuit, the development of a static pile driver schematic of the hydraulic system.Comparison of consta nt flow and quasi-consta nt power of two hydraulic systemsdesign methods, selection of the design of quasi-consta nt power law designedhydraulic ZYJ800 static pile driver of the hydraulic system.I pressed on the hydraulic system of design hydraulic static pile driver andcalculation work with the check, the actual working conditions are incompatible, inthe piling stage most of the low resista nce, are in a big car Mara working conditions,and access to high-resista nce stage, as a result of resista nce, and will inevitably lead topressure drop in the rate of pile , extra pressure of the oil can only be the form ofheating away from the relief valve to vent, low efficiency. Existing hydraulictechnology is better to solve this problem, the pile side and pile angle, especia llyhigh-capacity pipe, the extensive use of thin-wa ll pipe pile and the emer gence of H-typed steel, so that we have an further understa nding of the development.Key words: hydraulic static piling machine; hydraulic system; consta nt flowdesign液压静力压桩机液压系统改造 -总体部分设计 绪论1.1 静力压桩机的发展桩工机械是各种桩基础工程的主要施工机械，按其工作原理可分为冲击式、振动式、静压式和成孔灌注式几类。常用的有柴油锤、蒸汽锤及液压锤、振动锤、静力压桩机、各种钻孔机以及与桩锤配套的各种打桩架等。锤击打桩是人类最早采用的桩基础施工方法之一。坠锤是冲击锤的原始形式，此后是蒸汽锤，目前国内广泛应用的是柴油锤，液压锤也在国内外有所应用。振动沉桩是利用高频振动，以高加速度振动桩身，使桩身周围的土体产生液化，减小桩侧与土体间的摩擦力，然后靠振动锤与桩体的自重将桩沉入土层中。自20 世纪70 年代中期，美国 MKT 公司首次在世界上研制成功第一台液压式振动桩锤以来，便受到建筑界的重视并得以迅速发展，发达国家已普遍推广使用液压式振动桩锤。液压静力压桩是20世纪80年代兴起的一种桩基础施工新工艺。纵观液压静力压桩机的发展过程，大致可将其分为两个阶段：第一阶段，从20世纪70年代后期到90年代中期，国内先后研制了几种压桩机，并逐步形成系列产品进入市场。其中具有代表性的两个系列产品是武汉市建筑工程机械厂生产的YZY 系列液压静力压桩机和利用中南大学智能机械研究所的专利技术生产的ZYJ 系列液压静力压桩机。在这个阶段主要解决了这种桩机的设计理论基础、动力配置和系统设计问题，满足了静压桩的基本功能。但就整体来说，其主要特征是桩机压桩力不大，实际使用的最大压桩力不足4000kN，绝大部分的压桩力为 1 6002400kN；功能单一，主要应用于施工现场预制的截面尺寸为(300 mm300 mm)(400mm 400mm)的钢筋混凝土方桩(实心件) 的正常中位压桩，单桩设计承载力标准值在1400kN 以 下 。而预应力管桩和高强度预应力管桩主要是通过锤击设备如柴油锤等进行打入。进入20世纪90年代中期以后，液压静力机进入第二发展压桩阶段。由于1994第 1 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计年底在珠海利用液压静力压桩机将直径500 mm的预应力管桩压入强风化岩获得成功，实现了静压桩施工技术的历史性突破，从此拓宽了静压桩的应用范围，一方面，实现了静压桩的单桩承载力向大吨位方向的快速发展，与此同时，市场对大吨位桩机的需求不断增大，而且要求越来越强烈；另一方面，由于施工范围的不断扩大，对桩机功能的要求也日益增多，出现了工程施工中许多必须解决的实际问题。这个阶段的桩机品种显著增加，系列化不断完善，生产厂家也急剧增多，至今在全国约有30个制造厂。其中湖南山河智能机械股份有限公司的生产能力最大，2003年共生产125台，占全国年总产量的30%40%。目前的生产能力达到每月15台，年生产能力在180台左右，已形成压桩力为80010000kN的完整的产品系列。1.主驾驶室4.吊机7.纵移机构2.压桩台5.机身8.配重3.预制桩6.横移回转机构9.升降机构图 1-1 静力压桩机的结构组成1.2静力压桩机的结构组成和工作原理1.2.1 静力压桩机的结构组成压桩机主要由升降机构、纵移机构、横移回转机构、压桩台、电控系统等部分组成,其外形及结构如图1-1所示。1.2.2 静力压桩机的工作原理由电控箱按钮进行起动和关闭,起动后高压泵产生的高压油,通过管路和控制阀件流入全机各个油缸内,使油缸按要求进行工作。管路内总压力可由溢流阀进行调整和控制,油缸的动作可由操纵室内手操多路阀控制。第 2 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计1. 升降机构升降机构主要由四个升降液压缸与四条悬臂组成。四个升降液压缸缸筒分别通过四条悬臂与车身连接，其活塞杆分别与长船上的四组行走小车铰接。液压缸活塞杆伸长则机身和短船升高，反之降低。短船落地后，升降液压缸活塞杆继续缩回，则长船升起离开地面。2. 纵移机构纵移机构主要由两个长船及长船上的两条纵移液压缸和四个行走小车组成。当两个纵移液压缸同时伸长或缩短时，机身与长船之间便产生纵向的相对运动。3. 横移及回转机构横移及回转机构主要由两个短船、两条横移液压缸、回转平台、回转中心轴及弹簧复位机构组成。当两条横移液压缸同时伸出或回缩时，就使机身与短船产生相对横向移动。若两条液压缸一条伸，另一条缩，就会使二者产生相对转动。产生相对转动后，当短船离地时，安装在回转台上的复位弹簧即可使回转台连同短船复位。4. 压桩台压桩台是桩机的主体结构,由它实现夹桩、压桩作业。它主要由主副压桩缸、夹桩箱等组成。夹桩箱由夹桩箱体、夹桩液压缸、钳口等组成。压桩时，主压桩缸活塞杆缩回将夹桩箱提到最高位置。预制桩吊入夹桩箱中间孔后，夹桩缸伸长，将桩夹紧。再操纵压桩阀手柄，主压桩活塞伸长，产生强大的压力将桩压入地基，直到缸的行程走完，夹桩缸缩回松桩。接着主压桩缸活塞杆缩回提起压桩箱，就这样依次循环完成“夹桩压桩松桩返回夹桩”的动作，将预制桩逐次压入基础之中。如果需要的压桩力不是很大，则只需要主压桩缸工作即可。如果需要的压桩力过大，则需要副压桩缸同时工作。5. 液压系统液压系统分主机液压系统和吊机液压系统。主机液压系统由齿轮泵，单向阀，第 3 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计溢流阀，多路换向阀，手动换向阀，液控单向阀等控制元件和执行机构组成。压桩系统的主要执行元件压桩油缸可是是单缸也可以是由一个主液压缸和一个柱塞缸辅助缸组成的双缸。6. 静力压桩机的技术特点在国内, 湖南山河智能机械股份有限公司的ZYJ系列静力压桩机有多项技术创新，很有特点。其产品采用高效节能的液压控制系统,均压管桩夹桩机构、边角桩装置, 既可压“ 中桩” ，又可压 “边桩”、“角桩” 的“ 边桩、角桩”装置和新型液压步履式行走，既实现了高效节能，又解决了实际问题、提高了施工质量。1.3 选题的意义和作业内容全液压静力压桩机是以液压为动力进行静压桩施工的一种桩基础施工设备 ,具有效率高、工人劳动强度低、低噪音、无污染等优点，在持力层较深的沿海地区和内陆冲击平原地区具有明显的施工优势，其液压系统设计是否合理将直接影响着设备的性能。设计出更符合压桩实际工况的液压系统对提高液压静力压桩机的经济性，可靠性和实用性具有重大意义。本论文的工作内容如下：1拟订出液压系统的方案，绘制出液压原理图。2液压缸、液压马达主要参数的计算，主要液压元件的选型。3. 液压缸、油箱泵组等的设计及校核。第 4 页 共 56 页产品型号 ZYJ800额定压桩力(KN) 8000压桩速度(m/min) 高速 4.0低速 0.7压桩行程(m) 1.8转角(o) 8升降(m) 1.1方桩(mm) 最小 400最大 300最大圆桩(mm) 600边桩距离(mm) 0.68角桩距离(mm) 1.2额定起吊(Kg) 16变幅力矩(tfm) 80功率(kW) 压桩 135起重 30尺寸(mm) 工作长 14000工作宽 8560运输高 31903总质量（含配重）(10 Kg) 802液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计 液压系统工作原理图的拟定2.1 液压系统方案的选择2.1.1 ZYJ 800 液压静力压桩机液压系统的基本参数及性能要求1. ZYJ800 液压静力压桩机液压系统的基本参数表 2-1 ZYJ 800 液压静力压桩机液压系统的基本参数2. ZYJ 800 液压静力压桩机液压系统的性能要求整个液压系统的要求是简单紧凑，高效节能，能在恶劣的环境下工作。起升机构应该升降平稳，速度适当，能在某位置停止，因此要设计有限速回路和相应的锁紧装置。纵移、横移机构只要求管路畅通就行，没有特别的性能要求。第 5 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计压桩、夹桩机构也是升降动作，要求升降平稳，速度适当，因此两机构都要有限速回路和琐紧装置。压桩机构还要求能满足一个调速范围，形成一个高速和一个常速两个个档位，所以要设计一个二级调速回路。压桩机构难免会遇到突然停机，系统压力急剧增大的情况，此时应有专门的卸荷回路。各个机构的液压回路，都应该设计有各自过载阀（有各自的调定压力），保证过载状态下卸荷。整个液压系统还应该设计一个专供泄露油流回油箱的回路，保持整个系统的清洁。2.1.2(1)液压系统型式的确定及多路阀的连接液压系统型式的确定按油液循环方式的不同，液压系统可分为开式系统和闭式系统。由于静力压桩机执行液压缸的两腔面积不等，且两腔交替频繁，所以液压系统选用开式系统，即各元件回油直接回油箱。按系统压力的高低，液压系统可分为低压系统(使用压力16Mpa)，中高压系统 (16Mpa使用压力 25Mpa)，高压系统 (使用压力25Mpa)。由于本课题要求的工作压力为 25Mpa 左右，所以系统为高压系统。按所使用的液压泵形式的不同，液压系统可分为定量系统和变量系统。按系统中液压泵的数量，液压系统可分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。通过前述分析，本液压系统选用的是压力补偿变量泵,工作压力又属于中高压，课题要求的执行元件的工作速度可达 5m/min，只使用一个泵难以提供足够的动力，所以选择双泵或多泵；因此整个系统的型式确定为多泵变量开式系统。多路阀的连接(2) 多路阀的油路连通方式有并联式，串连式，串并联式。本液压系统采用 3 个多路阀块，横移、纵移机构共用一个并联多路阀块，以实现横移或纵移两个伸缩液压缸的同时移动。升降机构的四个液压缸用一个并联多路阀块，以实现四个升降液压缸同时移动，保证机身的平衡。压桩和夹桩机构共用一个多路阀块，因为压桩机构是主要执行机构，设计时要考虑到它的泄露油第 6 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计回路和卸荷回路，且主副压桩缸并不是总是同时作用，所以该多路阀块不是简单的并联，比较复杂。2.1.3 各组成机构基本回路的选择(1) 升降机构的回路选择机身在做下降运动时受重力作用的影响 ,如果无控制,必然在重力的作用下加快运动速度，产生超速下降，造成事故。因此必须设置限速回路。目前主要有两种方法，一种是用平衡阀限速，一种是用液控单向阀和单向节流阀限速。升降液压缸D15.1D9.4D15.2D9.3D15.3D9.2D15.4D9.1卸荷回路D6.4 D6.3 D6.2 D6.1进油口回油口图 2-1 升降机构液压原理图（用液控单向阀和单向节流阀限速）若选择液控单向阀和单向节流阀进行限速，其液压原理图如图 2-1 所示。当手动换向阀置为上位时，液压泵来油经过换向阀上位，进入液压缸有杆腔，并通过控制油路将液控单向阀打开，从液压缸无杆腔出来的液压油，经过打开的液控单向阀，再经过单向节流阀和换向阀下位，回到油箱。如果产生机身超速下降的现象，则液压缸有杆腔进油路液压不足，压力降低，甚至产生负压，液控单向阀将关闭，直到该油路压力升高，再打开液控单向阀，才能继续下降。单向节流阀起限速作用。如果升降机构要在某位置停留，可将换向阀置为中位，切断液压油。这种限速方法所用元件简单，体积小，安全可靠，打开液控单向阀的控制压第 7 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计力较低，能量损失少。但液控单向阀对压力十分敏感，开关动作迅速，工作平稳性较差。若用平衡阀限速,则液压原理图如图 2-2 所示。升降液压缸D 15 .1D 9 .4D 15 .2D 9 .3D 15 .3D 9 .2D 15 .4D 9 .1卸荷回路D 6 .4 D 6 .3 D 6 .2 D 6 .1进油口回油口图 2-2 升降机构液压原理图（用平衡阀限速）当手动换向阀置为上位时，机身下降，压力油直接端进入液压缸无杆腔，顺序阀的外控口 K 接进油路，阀芯的开启或关闭由此进油路的压力控制。机身下降正常时此进油路有一定压力，打开顺序阀使液压缸无杆腔的油通过流回油箱。如果机身下降过快，超过了相应的速度时，进油路压力降低而使外控顺序阀的阀口关小，液压缸的回油阻力增大，从而阻止机身下降速度的进一步提高。平衡阀控制油路中的节流阀能减缓平衡阀的启闭速度，使其工作稳定可靠。比较以上两个方案，使用平衡阀调速既能达到液控单向阀和单向节流阀限速的效果，而且能使整个起升机构工作时更加平稳可靠，这对体积、质量大的工程机械是相当重要的，因此选择平衡阀调速。(2)纵移机构和横移及回转机构的回路选择第 8 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计横移液压缸 纵移液压缸D10.1 D10.2 D11.1 D11.2D6.8 D6.7 D6.6 D6.5 卸荷回路回油口进油口图 2-3 纵移机构和横移及回转机构的液压原理图纵移机构和横移机构是通过全液压实现动作，它不同于挖掘机，起重机的行走机构，它液压回路的设计和升降机构的液压回路的设计很相似，不同之处就在于纵移机构和横移机构的液压缸动作时不需要考虑重力的影响。因此，纵移机构和横移机构的液压回路中不需要用到液控单向阀。回转机构的回转动作是通过两个纵移液压缸相反伸缩来完成，回转的回复动作是靠专门的弹簧机构实现，不需要液压控制。故纵移机构和横移及回转机构的液压回路原理图如图 2-3 所示。当手动换向阀置为下位时，是液压缸活塞杆收缩的情况，液压泵来油经过换向阀下位，进入液压缸有杆腔，从液压缸无杆腔出来的液压油，经过换向阀上位，回到油箱。当手动换向阀置为上位时，是液压缸活塞杆伸长的情况，液压泵来油经过换向阀上位，进入液压缸无杆腔，从液压缸有杆腔出来的液压油，经过换向阀下位，再回到油箱。每个液压缸都设有一个换向阀，横、纵移液压缸的两个缸既可单独运动，又可同时运动。(3) 压桩台液压回路的选择第 9 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计D5.4主压桩缸D12.1 D12.2D9副压桩缸D13.1 D13.2D5.1夹桩液压缸D14.1 D14.2D14.3 D14.4D8.4D8.5D8.2D7.3 D8.6 D7.2 D6.4 D8.3D7.1卸荷回路回油口进油口图 2-4 压桩台的液压原理图压桩、夹桩机构因为也是升降动作，也要设计与起升机构的一样的限速回路和琐紧装置。因为只有直线往复运动，所以压桩机构的执行元件选用双作用液压缸，液压缸一边是有杆腔，一边是无杆腔，两腔的作用面积有差别，这样就可以通过差动连接来实现速度的转换，完成二级调速回路的设计。压桩机构的卸荷回路用换向阀的中位机能实现。选用主、副压桩缸组来完成压桩动作，在主压桩缸的压桩力不能满足要求时，主、副压桩缸同时作用。压桩台的液压原理图如图 2-4 所示。夹桩手动换向阀 D7.1 置为下位，其余换向阀置为中位。液压油从进油口进入，过手动换向阀 D7.1 下位，经过液控单向阀 D5.1 到夹桩液压缸无杆腔，夹桩液压缸夹紧预制桩；从夹桩液压缸有杆腔出来的油，再经过手动换向阀 D7.1 下位，回到第 10 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计油箱。溢流阀 D8.3 作为夹桩回路的安全阀，在夹桩过程中一旦夹桩回路中油压超过溢流阀 D8.3 的调定压力，溢流阀 D8.3 立即溢流卸荷。松桩手动换向阀 D7.1 置为上位，其余换向阀置为中位。液压油从进油口进入，过手动换向阀 D7.1 上位，到夹桩液压缸有杆腔，夹桩液压缸松开预制桩，同时液控单向阀打开；从夹桩液压缸无杆腔出来的油经过手动换向阀 D7.1 上位，过液控单向阀回到油箱。溢流阀 D8.1 作为松桩回路的安全阀，在松桩过程中一旦松桩回路中油压超过溢流阀 D8.1 的调定压力，溢流阀 D8.1 立即溢流卸荷。压桩又可以有以下几种工况：快压手动换向阀 D7.1 置为下位，D7.2 置为上位，D7.3 置为下位，其余换向阀置为中位。液压油从进油口进入，过手动换向阀 D7.2 上位，过平衡阀 D9 的单向阀 ，到主压桩缸的无杆腔，主压桩缸压桩；从主压桩缸有杆腔出来的油经过手动换向阀 D7.3 下位与进油连通，形成差动联接，加速压桩。选取压力补偿变量泵进行供油，则压力补偿变量泵与快压回路形成容积式调速回路，可实现无级调速。溢流阀 D8.5 作为快压回路的安全阀，在快压过程中一旦快压回路中油压超过溢流阀D8.5 的调定压力，溢流阀 D8.5 立即溢流卸荷。常压主压桩缸单独压桩手动换向阀 D7.2、D7.3 置为上位， D7.1 置为下位，其余换向阀置为中位。液压油从进油口进入，过手动换向阀 D7.2 上位，过平衡阀 D9 的单向阀，到主压桩缸的无杆腔，主压桩缸压桩；从主压桩缸有杆腔出来的油经过手动换向阀 D7.3上位回到油箱。主、副压桩缸同时压桩手动换向阀 D7.2 、D7.3、 D6.1 置为上位，D7.1 置为下位，其余换向阀置为第 11 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计中位。液压油从进油口进入，分为两个支流。一个支流过手动换向阀 D7.2 上 位 ，过平衡阀 D9 的单向阀，到主压桩缸的无杆腔，主压桩缸压桩；从主压桩缸有杆腔出来的油经过手动换向阀 D7.3 上位回到油箱。另一个支流过手动换向阀 D6.1上位，到副压桩缸的无杆腔，副压桩缸压桩；从副压桩缸有杆腔出来的油经过手动换向阀 D6.1 上位回到油箱。溢流阀 D8.2 作为副压桩回路的安全阀，在压桩过程中一旦副压桩回路中油压超过溢流阀 D8.2 的调定压力，溢流阀 D8.2 立即溢流卸荷。由于液压泵提供的油液分为两路，压桩速度必然降低，但是仍能实现无级调速。提桩手动换向阀 D7.2 置为下位，其余换向阀置为中位。液压油从进油口进入，过手动换向阀 D7.2 下位，到主压桩缸的无杆腔，主压桩缸提桩，同时液控单向阀D5.2 打开；从主压桩缸有杆腔出来的油经过时液控单向阀 D5.2 回到油箱。溢流阀 D8.4 作为提桩回路的安全阀，在提桩过程中一旦提桩回路中油压超过溢流阀D8.4 的调定压力，溢流阀 D8.4 立即溢流卸荷。手动换向阀 D7.2 中位与油箱连通，这样可以为主压桩缸补油。2.2 液压系统原理图的拟定综上所述，液压系统工作原理图如图 2-5 所示。第 12 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计第 13 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计 液压系统的设计计算及液压元件的选型3.1 液压系统设计方法的选择及实施途径一般来说，液压系统设计方法的选择对于其设计合理性是至关重要的。根据负载变化情况和对执行元件的工作要求不同 , 液压控制系统的设计方法可分为恒功率设计、恒流量设计和恒压力设计法。由于液压静力压桩机的工作特殊性 ,目前，实际应用于这种静力压桩机压桩液压系统设计的方法主要有两种，一种是最近几年提出并采用的准恒功率设计法，其表机型有国产 ZYJ 系列液压静力压桩机；另一种是恒流量设计法，其代表机型主要有国产 YZY 系列液压静力压桩机和日本桩机。两种设计方法比较分析：设两种设计方法设计的液压系统的额定油压 (主要由高阻力区负载即最大压桩力决定) 、额定流量 (由最高压桩速度决定)为 p h =25MPa、 Q h =122L/min。另外，假设两种设计方法在低阻力阶段的压力为 pl=5MPa；在高阻力阶段压桩速度降低后所需的流量都为 Q 2 =25 L/min（下标 l 和 g 分别为恒流量和准恒功率压桩系统的相应参数）。下面分别按不同的设计方案从最大压桩力、最大压桩速度、能量利用率等方面对两种设计方法进行理论计算。1) 等压桩力方案假设 A=A1+A2=0.4m2。（ A 表示恒流量设计方法的压桩缸面积； A1、A 2 表示准恒功率设计方法的主、副压桩缸面积，且 A1=A2=0.2m2）则有：恒流量设计的最大压桩力为:Flmax=phA=25MPa0.4 m2=10000KN恒流量设计的最大压桩速度为Vlmax=Qh/A=122L/min /0.4 m2=0.305m/min第 14 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计准恒功率设计的最大压桩力为:Fgmax =ph( A1+A2)= 25MPa（0.2 m2+0.2 m2）=10000KN准恒功率设计的最大压桩速度为:Vgmax= Qh/A1= 122L/min /0.2 m2=0.61m/min两种设计方法的最大压桩速度比为:Vgmax/ Vlmax=A/A1=0.4 m2/0.2m2=22) 等压桩速度方案假设 A=A1=A2= 0.2 m2 (各符号意义同前)。则有：恒流量设计的最大压桩速度为:Vlmax=Qh/A= 122L/min /0.2 m2=0.61m/min恒流量设计的最大压桩力为:Flmax=phA=25MPa0.2 m2=5000KN准恒功率设计的最大压桩速度为:Vgmax= Qh/A1= 122L/min /0.2 m2=0.61m/min准恒功率设计的最大压桩力为:Fgmax =ph( A1+A2)= 25MPa（0.2m2+0.2 m2）=10000KN两种设计方法的最大压桩力比为:Fgmax/ Flmax=( A1+A2)/A=（0.2m2+0.2 m2）/0.2 m2=23) 任何工况有如下关系：恒流量设计的装机功率为:Nl=phQh=25MPa122L/min=50.8KW恒流量设计低阻力阶段的有用功率为:Nl1=pl Qh=5MPa122L/min=10.1KW第 15 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计恒流量设计低阻力阶段的功率利用率为:l1= Nl1/ Nl= pl/ph =5MPa/25 MPa =20%恒流量设计高阻力阶段的有用功率为:N l2= phQ2=25MPa25L/min=8.3KW恒流量设计低阻力阶段的功率利用率为:l2= Nl2/ Nl= Q2 /Qh =25L/min /122L/min =20.5%准恒功率设计的装机功率为：Ng=plQh=phQ2=25MPa25L/min=10.4KW准恒功率设计低阻力阶段的有用功率为：Ng1=pl Qh=5MPa122L/min=10.1KW准恒功率设计阻力阶段的功率利用率为：g1= Ng1/ Ng=10.1KW /10.4KW=97.1%准恒功率设计高阻力阶段的有用功率为：Ng2= phQ2=25 MPa25L/min=10.4KW准恒功率设计高阻力阶段的功率利用率为：g2= Ng2/ N g=10.4KW /10.4KW=1通过上述计算分析可以得出以下结果:(1) 由等压桩力方案可以看出，对于同一动力源相同吨位的压桩机，采用准恒功率设计法可获得更高的压桩速度，从而提高了设备的压桩效率。(2) 由等压桩速度方案可以看出，对于同一动力源及相同最大压桩速度条下，准恒功率压桩系统可获得更大的压桩力 (恒流量设计方法达不到需要的压桩力 )。同时也表明 , 在一定装机功率条件下，准恒功率设计法更易于实现大吨位桩机的设计。反过来也就是说，相同吨位的压桩机采用准恒功率设计方法，可以匹配更小装机功率的动力源，从而大大地节约能源。(3)恒流量设计方法在高、低阻力阶段的能量利用率都很低；准恒功率设计方第 16 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计法则保证压桩机在整个压桩过程中都有很高的能量利用率，若不计其它损失，能量利用率接近 1，即系统分阶段接近于恒功率运转。显然，采用准恒功率设计方法可获得较高的能量利用率。比较总结如下：由以上分析可看出采用准恒功率设计法研制的液压静力压桩机在能量利用率和压桩效率方面与采用恒流量设计法开发的同级别的压桩机相比有着较大的优势。准恒功率设计方法更适宜于液压静力压桩机压桩系统的设计研究 ,其能量利用率高,且易于实现大吨位桩机的设计。本课题决定选用准恒功率设计法。3.2 液压泵及电机的选择在选择液压泵的之前，首先要确定液压系统的工作压力。液压系统的工作压力是指液压系统在正常运行时所能克服外载荷的最高限定压力。在实际工作过程中，系统压力是随载荷大小的不同而变化的。液压系统工作压力是根据工程机械技术要求，经济效果和目前液压技术所能达到的水平来确定的。外负载 F 和系统压力的关系如下：P=F/S （S 为液压执行元件有效工作面积） (3-1)由（3-1 ）式可知，在外负载已定的情况下，系统压力选的越高，各液压元件的几何尺寸就越小，使结构紧凑，重量轻。对于大型工程机械来说，需要选择较高的工作压力。然而压力的选择还要考虑制造，密封等因素，压力太高，密封要求也高，制造维修困难。同时，随着压力的升高，尺寸和重量的减少率将愈来愈小，甚至使液压元件的尺寸和重量增大。根据前人设计压桩机的相关经验，初步选择液压系统的额定工作压力为 25MPa。液压系统的压力损失包括沿程压力损失和局部阻力压力损失，该系统为高压大流量系统，所以取压力损失为 4MPa,液压泵还要有一个压力系数为 1.3，所以要求液压泵的工作压力为：第 17 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计p n ( p0 p ) (3-2)p0 液压系统的额定工作压力，前面已经初选为 p0 =25MPa；压力系数，=1.3；p压力损失； p = 4MPa由(3-2)式可得：pn =37.7(MPa)在确定液压泵的流量之前，首先要确定液压系统的流量。流量的确定比较复杂，要根据工况来确定，由于液压系统只对压桩速度作了严格的要求，所以系统的流量要根据压桩机构所需最大流量来确定。当压桩液压桩缸工作时，压桩机处于压桩状态。其他机构都不工作，处于锁紧状态，夹桩机构处于夹紧状态，没有液压油流入。此时，液压系统的流量为：在快压模式下：Q 2Vmaxd12 / 4 (3-3)式中:Q快压模式下液压系统的最大流量；Vmax 最大压桩速度，当压桩液压缸差动连接时为快压模式，速度最大为4m/min；d1 压桩液压桩缸活塞杆直径，初选 d1=210mm；由(3-3)式可得：Q=277(L/min)在常压模式下：由功率相等的关系式：N=FVmin=PQ第 18 页 共 56 页(3-4)液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计式中:N 液压系统输出功率；Q常压模式下液压系统的最大流量；Vmin 最小压桩速度，V min=0.7m/min ；P快压模式到常压模式的转换压力，取 P=12MPa；F最大负载， F=8000KN；液压缸效率, =0.95 ；由(3-4)式可得：在加压模式下：Q= FVminP =231(L/min)Q 2Vmin（D12 D22）/ 4 (3-5)式中：Q加压模式下液压系统的最大流量；Vmin 最小压桩速度， Vmin =0.7m/min；D1主压桩液压缸内径，D1 初选为 210mm；D2副压桩液压缸内径, D2 初选为 210mm；由(3-5)式可得：Q=97(L/min)所以液压系统的最大流量为 231L/min。液压系统选择的是分功率变量双泵系统，两泵输出流量基本相等。由于液压泵有一定的漏油损失，所以液压泵的额定流量大于液压系统的额定流量，取 1.2 倍，即等于 277L/min。在前面确定用准恒功率设计方法设计液压系统的时候就拟订用准恒功率压力补尝变量泵，根据液压泵要求的输出流量、输出压力及输出功率，查机械设计手册可第 19 页 共 56 页型号 排量 额定压力 额定转速 驱动功率 容积效率 重量250YCY14-1B 250mL/r 31.5Mpa 1000r/min 148kw 95% 240kg型号 额定功率 额定转速YZR355M-10 110KW 590r/min液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计选出液压泵的型号为 250SCY14-1B。表 3-1 液压泵的性能参数与该液压泵配套的电动机的输出功率和转速应该与该液压泵相近，查机械设计手册可选出配套电动机的型号为 YZR355M-10。表 3-2 电动机的性能参数液压泵的输出流量有如下关系式：Q qB nB BV (3-6)式中：Q液压泵输出流量；q B 液压泵的排量， q B =250ml/r；nB额定转速，nB=1000r/min；BV容积效率，BV=0.95；由(3-6)式可得：Q=237.5 (L/min)将液压泵的额定压力 38Mpa 代入(3-2) 式可得：p0=pn/ -p=38/1.3-4=25.2Mpa则液压系统的额定工作压力是 p0=25.2Mpa3.3 液压阀的选择液压阀的选择是根据液压系统原理图提供的情况，审查图上各阀在各种工况下达到的最高工作压力和最大流量，以此选择阀的额定压力和额定流量。一般情况下，阀的实际压力和流量应与额定值相近，但必要时允许实际流量超过额定流第 20 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计量的 20%。有的电液换向阀有时会出现高压下换向停留时间稍长不能复位的现象 ，因此，用于有可靠要求的系统时，其压力以降额使用为宜，或选用液压强制对中的电液换向阀。单出杆活塞缸的两个腔有效作用面积不相等，当泵供油使活塞内缩时，活塞腔的排油流量比泵的供油流量大得多，通过阀的最大流量往往是在这种情况下出现，复合增速缸和其他等效组合方案也有相同情况，所以在检查各阀的最大通过流量时，这一点特别注意。此外在选择流量控制阀时，其最小稳定流量应能满足执行元件最低工作速度的要求。3.3.1 溢流阀的选择在主机的整个液压系统当中，主机液压泵、升降液压缸和横移、纵移液压缸共用一个溢流阀作为安全阀，设定为安全阀 1；夹桩液压缸在夹桩状态和松桩状态各用一个溢流阀作为安全阀，设定夹桩溢流阀为安全阀 2，松桩溢流阀为安全阀 3；副压桩液压缸单独用一个溢流阀作为安全阀，设定为安全阀 4；主压桩液压缸的常压模式和快压模式各有一个溢流阀作为安全阀，设定常压溢流阀为安全阀5，快压溢流阀为安全阀 6。当主压桩液压缸在常压模式下低阻力阶段工作时，液压泵的输出流量最大，此时为通过安全阀 1 的最大流量，为 237.5L/min，主压桩液压缸压桩压力最大可达 25MPa，所以安全阀 1 的调定压力略大于主压桩液压缸压桩最大压力，定为27MPa。安全阀 1 的型号选为 S-BG-06-V-L-40。当夹桩液压缸以最大速度夹桩时，通过安全阀 2 的最大流量可达 237.5L/min，最大压力可达 14MPa，夹桩油压安全阀 2 的调定应该小于安全阀 1 的调定压力，定为 16MPa。安全阀 2 的型号选为 S-BG-06-V-L-40。当夹桩液压缸以最大速度松桩时，通过安全阀 3 的最大流量在 237.5L/min，最大压力可达 16MPa，但是松桩压力要求一般不高，在 510 MPa 之间。安全阀3 的型号选为 S-BG-06-V-L-40。第 21 页 共 56 页序号 型号 调压范围 调定压力 最大流量 连接型式 重量安全阀 1 S-BG-06-V-L-40 0.425MPa 27MPa 200L/min 板式 5kg安全阀 2 S-BG-06-V-L-40 0.425MPa 16MPa 200L/min 板式 5kg安全阀 3 S-BG-06-V-L-40 0.425MPa 10MPa 200L/min 板式 5kg安全阀 4 S-BG-06-V-L-40 0.425MPa 20MPa 200L/min 板式 5kg安全阀 5 S-BG-06-V-L-40 0.425MPa 20MPa 200L/min 板式 5kg安全阀 6 S-BG-06-V-L-40 0.425MPa 16MPa 200L/min 板式 5kg液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计当副压桩液压缸以最大速度压桩时，通过安全阀 2 的最大流量可达 95L/min，最大压力可达 20MPa，所以安全阀 4 的调定压力为 20MPa 左右。安全阀 4 的型号选为 S-BG-06-V-L-40。当主压桩液压缸在常压模式下工作时，通过安全阀 5 的最大流量可达228L/min，最大压力可达 20MPa，但是安全阀 5 的调定压力应该小于安全阀 1 的调定压力，定为 20MPa。安全阀 5 的型号选为 S-BG-06-V-L-40。当主压桩液压缸在快压模式下工作时，通过安全阀 6 的最大流量有如下关系式：Q1 2Vmaxd12 / 4 (3-7)式中：Vmax 最大压桩速度， Vmax =4m/min；Q1 通过溢流阀 6 的最大流量；d1主压桩液压缸活塞杆直径；初选为 210mm；n 主压桩液压缸个数， n =2；由(3-7)式可得：Q1= 277(L/min)通过安全阀 6 的最大压力为转换压力，即 12MPa，所以安全阀 6 的调定压力为12MPa。安全阀 6 的型号选为 S-BG-06-V-L-40。表 3-3 各安全阀的性能参数第 22 页 共 56 页序号 型号 最大工作压力 最大流量 开启压力 连接型式单向阀 1 S20P320 31.5MPa 120L/min 0.3MPa 板式单向阀 2 S20P320 31.5MPa 120L/min 0.3MPa 板式单向阀 3 SV30PB130 31.5MPa 240L/min 0.3MPa 板式单向阀 4 SV30PB130 31.5MPa 240L/min 0.3MPa 板式型号 工作压力 流量 先导压力 开启压力 连接型式FD16PA12/B30 31.5MPa/42MPa 200L/min 231.5MPa 0.2MPa 板式液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计3.3.2 平衡阀的选择升降液压缸的四个液压缸各用一个平衡阀，起限速和锁紧的作用。这四个平衡阀的先导压力为 8MPa 左右，单向阀口的工作压力可达 25MPa，最大流量可达237.5L/min。所以四个平衡阀的选型为 FD16PA12/B30。表 3-4 平衡阀的性能参数3.3.3 单向阀的选择液压系统由两个液压泵提供油液，每个泵的出口处都安装一个单向阀，作为背压阀使用，并防止油液回流。设为单向阀 1 和单向阀 2。通过每个单向阀的最大流量为系统最大输出流量的二分之一，即 118.75L/min；每个单向阀的最大压力可达 25MPa 左右，根据最大流量和最大压力查机械设计手册可确定这两个单向阀的型号为 S20P320。夹桩液压缸有四个，这四个液压缸共用一个液控单向阀，起正向通油，反向锁紧的作用。设为单向阀 3。通过该单向阀的流量最大可达 228 L/min，压力最大可到 14MPa，根据最大流量和最大压力查机械设计手册可确定该单向阀的型号为SV30PB130。主压桩液压缸上的液控单向阀起正向通油，反向锁紧的作用。设为单向阀 4。通过该单向阀的流量最大可达 228L/min，压力最大可到 12MPa，根据最大流量和最大压力查机械设计手册可确定该单向阀的型号为 SV30PB130。表 3-5 各单向阀性能参数第 23 页 共 56 页型号 工作压力 最大流量 中位机能 连接型式ZFS-L32H-YT-O 31.5MPa 200L/min 中间封闭 螺纹连接ZFS-L32C-YT-O 16MPa 200L/min 中间封闭 螺纹连接液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计3.3.4 换向阀的选择横移、纵移机构和升降机构的换向阀组，共八个换向阀，都是三位六通阀，滑阀机能都是 E，通过的流量最大可达 237.5L/min，压力最大可达 25MPa，所以该八个换向阀的型号确定为 ZFS-L32H-YT-O。夹桩机构有一个换向阀，是三位六通阀，滑阀机能是 E，通过的流量最大可达 237.5 L/min，压力最大可达 14MPa，所以该换向阀的型号确定为 ZFS-L32C-YT-O。压桩机构有三个换向阀，都是三位六通阀，通过的流量最大可达 228L/min，快压换向阀的压力最大可达 12MPa，另外两个换向阀的压力最大可达 25MPa， 控制压桩速度模式的换向阀的型号确定为 ZFS-L32C-YT-O，另外两个换向阀的型号确定为 ZFS-L32H-YT-O。表 3-6 各换向阀性能参数3.4 液压缸主要参数的计算3.4.1 压桩液压缸主要参数的计算压桩液压缸由一对主液压缸和一对副液压缸组成。根据液压设计手册：液压缸内径：D1 3.57 10 2 FP （3-8）D1-缸筒内径（m）F-载荷力（KN）P-选定的工作压力(Mpa)则： D1 =286mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：第 24 页 共 56 页4 18 45 110 2805 20 50 125 3206 22 56 140 3608 25 63 16010 28 70 18012 32 80 20014 36 90 22016 40 100 2508 40 123 (280)10 50 (140) 32012 63 160 (360)16 80 (180) 40020 (90) 200 (450)25 100 (220) 50032 (110) 250液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计D1 =280mm根据经验，一般选取副压桩缸内径为 D2=1.183D1D 2 =1.183 D1 =331mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：表 3-7 液压缸的缸筒内径尺寸系列(mm)D2 =320mm由上式可得： d1 185 mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定： d1 =220 mm表 3-8 液压缸的活塞杆外径尺寸系列(mm)副压桩液压缸和主压桩液压缸既然缸内径选择的比例为 1.183：1，二者又没有其他特别的要求，为了方便采购和安装，选择副压桩液压缸的活塞杆直径第 25 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计d2=1.183d1=236.6mm查机械设计手册 液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：d2=220mm副压桩液压缸和主压桩液压缸的工作行程两者应该相同，行程的具体确定应该由整个液压静力压桩机的结构设计和运输要求决定。在保证液压缸活塞杆强度和刚度的条件下，压桩液压缸的行程越长，则压桩和松桩的次数就越少，工作效率就越高，但是压桩液压缸的行程过长，必然导致整个液压静力压桩机的运输高度过高，不便于运输。根据中国交通道路安全法的相关规定，运输集装箱的货车，从地面算起高度不可超过 4.2 米，一般的大型货运汽车的高度更是不可超过 4 米，考虑到货运汽车本身机身高度有 1 米左右，所以运输时（长船、短船已拆下）液压静力压桩机的机身到压桩缸顶的高度应该在 3 米左右，所以压桩液压缸的行程（缸筒的长度）也就只能在 1.5 米左右，选择压桩液压缸的行程为 1.5 米。3.4.2 纵移、横移液压缸主要参数的计算1 横移液压缸主要参数的计算横移液压缸是装在短船上，起升液压缸伸缩，长船离地，短船落地，然后横移液压缸伸缩，横移液压缸推动行走小车移动，行走小车带动整个机身和长船作相对与短船的横向移动，此时横移液压缸的负载压力最大，有如下关系式：F =Q.f.g (3-9)式中：g重力加速度；Q整机除短船以外的总质量，参考ZYJ680B 压桩机说明书，可知 ZYJ680B压桩机的横移机构的重量为 32 吨，则有相似原理可知 ZYJ800 压桩机的横 ZYJ800为 11.3 吨;查表 1 又知整机的总质量为 850 吨左右 ,则可确定 Q=802 吨；f行走小车车轮与短船之间的摩擦系数，查机械设计手册可知，两金属之间的摩擦系数一般为 0.030.06 之间，取 f=0.04；第 26 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计F纵移液压缸的负载压力；F 2PD42 / 4 (3-10）式中：液压缸效率, =0.95 ；P横移液压缸最大工作压力，P=27MPa；D 4 横移液压缸的内径，短船前后各有一个，对应的横移液压缸左右也各有一个，共两个；由上式可得：F=320.8 KN； D4 = 277mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：D 4 = 320mm一般的,在中高压强下，液压缸有杆腔和无杆腔的面积比为 1:2，即有:D42 / 4 2(D42 d 42 ) / 4 (3-11)式中:D 4 横移液压缸的内径；d 4 横移液压缸活塞杆直径；由上式可得：d 4 =0.707 D4 =224.4mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：d 4 =220mm第 27 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计2 纵移液压缸主要参数的计算纵移液压缸是装在长船上，起升液压缸伸长，短船离地，长船落地，然后纵移液压缸伸缩，纵移液压缸推动行走小车移动，行走小车带动整个机身和短船作相对与长船的纵向移动，此时纵移液压缸的负载压力最大，有如下关系式：F.=Q.f.g (3-12)式中：g重力加速度；Q整机除长船以外的总质量，参考ZYJ680B 压桩机说明书，可知 ZYJ680B压桩机的纵移机构的重量为 40.6 吨，则有相似原理可知 ZYJ800 压桩机的纵ZYJ800 为 14.3 吨;查表 1 又知整机的总质量为 850 吨左右,则可确定 Q=802 吨；f行走小车车轮与长船之间的摩擦系数，查机械设计手册可知，两金属之间的摩擦系数一般为 0.030.06 之间，取 f=0.04；F 为纵移液压缸的负载压力；F 2P D52 / 4 (3-13)式中：液压缸效率, =0.95 ；P系统最大工作压力；D5纵移液压缸的内径，长船一边有一个，对应的纵移液压缸一边也一个 ，共两个；由上式可得：F=337.7KN； D5 =284.4mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：D5 = 320mm第 28 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计一般的，在中高压强下，液压缸有杆腔和无杆腔的面积比为 1:2，即有:D52 / 4 2( D52 - d 52 ) / 4 (3-14)式中:D5纵移液压缸的内径；d5纵移液压缸活塞杆直径；由上式可得：d5 =0.707 D 5 =224.4mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：d5 =220mm通过以上计算可以看到，纵移液压缸的活塞杆直径很小，但是纵移液压缸要求的行程又很长，所以要对纵移液压缸的活塞杆作简单的强度验算。根据强度关系式： s d52 / 4 F / 2式中：d 5 纵移液压缸活塞杆直径；(3-15)s 纵移液压缸的活塞杆极限应力值，因为纵移液压缸的活塞杆的材料为45 钢，为塑性材料，所以 s 为它的屈服强度值为 360MPa；由(3-15)可得：d5 =77 mmF=337.7 KN，符合稳定性要求 。经计算上述取值满足稳定性要求，所以纵移液压缸的内径和活塞杆直径这样选取。需要说明的是，纵移和横移机构的受力还要考虑运动中的惯性力，这个属于动力学范畴，由于纵移和横移机构的工作速度不快，本文不予考虑，可以在静力值的基础上适当放大，再进行实际的液压缸选型。纵移液压缸由静到动的过程会受到一个很大的冲击载荷，如果让纵移液压缸直接这样与行走小车连接，则纵移液压缸的寿命会降低，所以有必要在其与行走小车之间添加一个联动液压缸起缓冲的作用，联动液压缸的内径取为纵移液压缸内径的一半。3 接地面积的计算及纵、横移液压缸行程的确定整个液压静力压桩机的接地面积是由自身的重量和泥土层承压力的大小决定的。它们三者之间有如下关系式：S=Q .g /R (3-17)式中：S压桩机的接地面积，压桩机行走时要么是长船接地，要么是短船接地，第 30 页 共 56 页液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计为了方便和稳定，长船和短船的接地面积设计的一样大，所以 S 既是指长船的接地面积也是指短船的接地面积；Q整个压桩机的总质量；g重力加速度；R接地压力，考虑到整个结构尺寸和造型美观，取 R=0.2MPa；由(3-17)式可得：S= 43.6m 2液压静力压桩机的短船宽度是由机身自身的结构所决定的，通过山河智能公司实地考查可知，短船长度在 6 米左右，取为 L 2 =6 米；两个横移行走小车之间的距离大概在 2 米左右，那么横移液压缸缸筒的长度在 0.61 米之间，所以横移液压缸的位移行程定为 0.6 米。又有：S=2L1.L2 (3-18)式中:S长船的接地面积或短船的接地面积；L1 短船的宽度；L 2 短船的长度；短船有两个；由上式可得：L1 =3.6(m)一个短船的宽度为 3.6 米，两个短船的宽度就为 7.2 米，夹桩台所夹的最大圆桩的直径为 0.5 米，则两短船之间的距离一般为最大圆桩的直径的 7 倍，即为 3.5米，一般长船的前、后两端比短船的前、后两端长短船宽度的大一半，则整个长船比短船前后两端要长一个短船的宽度，即 3.5 米，所以长船的长度在 14.2 米左右，取长船的长度为 14 米。又有：S=2L3.L 4第 31 页 共 56 页(3-19)液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计式中:S长船的接地面积或短船的接地面积；L 3 长船的宽度；L 4 长船的长度，长船有两个；由(3-19)式可得：L 3 =1.56(m)长船两行走小车之间的距离与长船的长度相差两个短船的宽度，所以长船两行走小车之间的距离为 7.2 米，则纵移液压缸缸筒的长度为长船两行走小车之间的距离的一半左右，即为 3.6 米左右，所以纵移液压缸的行程也为 3.6 米左右，取纵移液压缸的行程为 4 米。3.4.3 升降液压缸主要参数的计算升降液压缸在机身上升时要承受除长船之外的整个压桩机的重量，此时液压力达到系统额定工作压力，且有如下关系式：Q.g 4P D62 / 4 (3-20)式中：液压缸效率，=0.95 ；g重力加速度；Q整机除长船以外的总质量，参考ZYJ680B 压桩机说明书，可知 ZYJ680B压桩机的纵移机构的重量为 40.6 吨，则由相似原理可知 ZYJ800 压桩机的纵ZYJ800 为 14.3 吨；查表 1 又知整机的总质量为 850 吨左右,则可确定 Q=802 吨 ；P升降液压缸最大工作压力，取 P=27MPa；D6 升降液压缸的内径，升降液压缸有四个；由(3-20)式可得：D 6 =405mm第 32 页 共 56 页液压缸类型 液压缸直径 液压缸行程主压桩液压缸 280mm 1.5m副压桩液压缸 320mm 1.5m横移液压缸 320mm 0.6m纵移液压缸 320mm 4m升降液压缸 450mm 0.9m液压静力压桩机液压系统改造总体部分设计查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：D 6 =450mm一般的,在中高压强下，液压缸有杆腔和无杆腔的面积比为 1:2，即有:D62 / 4 2( D62 - d 62 ) / 4 (3-21)式中:D6 升降液压缸的内径；d 6 纵移液压缸活塞杆直径；由(3-21)式可得：d 6 =0.707 D 6 =318mm查机械设计手册液压缸、气缸内径及活塞杆外径系列（GB/T2348 1993）可确定：d 6 =320mm升降液压缸的行程在结构上没有过多的限制，高度不应该超过压桩台的长度，为了节省材料应竟可能设计的短些，但是如果太短的话，机构行走时短船不能抬的太高，如果地面凹凸不平的话，短船会和地面