打桩机振动锤头测试装置及试验方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及打桩机振动锤头测试装置及试验方法。

背景技术

基于履带式挖掘机改造的打桩机利用振动锤头偏心机构的高速旋转，产生周期性激振力，从而产生高频振动，并将振动通过振动锤头夹桩部分传递给桩体，随着产生的振动，桩周围土体结构因振动发生变化，桩身周围土质液化，土壤颗粒之间的构造发生紊乱，瞬时强度降低，造成土壤结构的“流动化”现象。从而减少桩与土体的摩擦力，然后以挖掘机下压力、打桩机与桩自重等共同作用力将桩打压入土中。振动打桩机主要用于进行钢板桩以及水泥桩等各类桩的打桩和拔桩作业，广泛应用于钢板桩围堰、铁路、公路、水利、港口、光伏和城建等工程项目的建设，其中振动锤头是其关键工作辅具。

当前振动锤头多数为主机厂外购加装到基于履带式挖掘机改造的打桩机上，多数外购的振动锤头没有进行出厂磨合试验。因此，通常是将振动锤头装配到打桩机上后，通过整机调试过程中进行磨合，因此，其存在以下问题：

1、振动锤头启动磨合激振力大、振动冲击大，需要开阔的调试场地，调试人员技能水平要求高，振动锤头的噪声较大；同时整机调试周期加长、耗油量高，调试成本高。

2、振动锤头磨合过程中产生杂质会存留在振动锤头内部，要及时更换磨合后的齿轮、轴承的润滑油，在整机上对振动锤头的润滑油更换一方面不方便，另一方面对更换下的润滑油不能再次循环利用。同时振动锤头内部齿轮、传动轴、振动箱体等在生产过程中不可避免的存在生产一致性、质量瑕疵、装配清洁度等问题，若通过装配到整机上通过调试进行振动锤头磨合出现问题，整机需要停放到专业场地更换振动锤头或零部件，转运或更换零部件不方便。

3、磨合只能通过在整机上进行空载磨合，若进行负载磨合，需要进行打拔桩作业，多数调试场地不容许，另一方面打拔桩作业增加调试难度、周期成本和安全要求。

4、振动锤头的性能只能通过装机后在工地上进行实际作业来评价，性能不满足需要现场更换振动锤头或振动锤头内部零部件，作业现场更换不方便、成本高、不易保证装配清洁度等。

5、振动锤头的可靠性无法进行评价，特别是新供应商振动锤头可靠性或新开发振动锤头产品，只能通过装机后实际作业情况评估，评估时间长、成本高，开发周期长等。

发明内容

本发明的目的在于：提供打桩机振动锤头测试装置及试验方法，以解决相关技术中振动锤头的磨合及验证可靠性试验只能通过装配到打桩机上，通过整机调试过程中进行磨合的问题。

一方面，本发明提供打桩机振动锤头测试装置，该打桩机振动锤头测试装置包括机架、固定架和工作部，所述固定架设置于所述机架，所述固定架用于固定振动锤头的振动部；所述工作部设置于所述机架且包括电机、液压油箱、散热器和液压泵，所述液压泵的出液口用于与所述振动部的油液入口连通，所述液压泵的进液口与所述液压油箱的出液口连通，所述液压油箱的进液口与所述散热器的出液口连通，所述散热器的进液口与所述振动部的油液出口连通，所述电机用于驱动所述液压泵工作。

作为打桩机振动锤头测试装置的优选技术方案，所述机架包括第一架体和第二架体，所述第一架体和所述第二架体相互独立设置，所述固定架固设于所述第一架体，所述工作部固设于所述第二架体。

作为打桩机振动锤头测试装置的优选技术方案，所述固定架包括支架和减震器，所述减震器设置于所述第一架体和所述支架之间且分别与所述第一架体和所述支架固接。

作为打桩机振动锤头测试装置的优选技术方案，所述支架包括两个支撑板和两个固定盖，两个所述支撑板间隔设置于所述第一架体，两个所述固定盖一一对应的与两个所述支撑板固接，且分别围设出两个限位孔，所述振动锤头被设置于两个所述支撑板之间，且所述振动部的销轴的两端分别插设于两个所述限位孔，所述销轴同时与所述支撑板和所述固定盖抵接；所述支撑板和/或所述固定盖上设置有插槽，所述插槽用于与所述振动部上的限位凸起插接。

作为打桩机振动锤头测试装置的优选技术方案，所述支架还包括两个围板，两个所述围板与两个所述支撑板围设成容纳腔，所述振动锤头部分或全部位于所述容纳腔内。

另一方面，本发明提供打桩机振动锤头测试装置的试验方法，通过上述任一方案中的打桩机振动锤头测试装置实施，所述振动部固接试验部；所述电机驱动所述液压泵工作，以使所述振动部周期性工作。

作为试验方法的优选技术方案，所述试验部为夹桩部，所述打桩机振动锤头测试装置的试验方法包括空载磨合试验，步骤包括所述振动部固接所述夹桩部；所述电机工作，使所述振动部工作n个周期T，每个所述周期T实现所述振动部依次进行启动加速T1、平稳运行T2和停止减速T3，相邻两个所述周期T之间的所述电机的停机时间为T4。

作为打桩机振动锤头测试装置的试验方法的优选技术方案，所述试验部为等效负载配重块，所述打桩机振动锤头测试装置的试验方法包括负载磨合试验，步骤包括设定桩本身的重量为F1，桩在振动土质液化时的动摩擦力为F2，夹桩部的重量为F3；制作所述等效负载配重块，所述等效负载配重块的质量m=F1+F2+F3；将所述等效负载配重块固设于所述振动部；所述电机工作，使所述振动部工作n个周期T，每个所述周期T实现所述振动部依次进行启动加速T1、平稳运行T2和停止减速T3，相邻两个所述周期T之间的所述电机的停机时间为T4。

作为打桩机振动锤头测试装置的试验方法的优选技术方案，所述试验部为夹桩部和试验桩，所述打桩机振动锤头测试装置的试验方法包括振动锤头可靠性试验，步骤包括所述振动部与夹桩部固接；将试验桩打入预设深度土层中，所述夹桩部夹紧所述试验桩；所述电机工作，使所述振动部工作n个周期T，每个所述周期T实现所述振动部依次进行启动加速T1、平稳运行T2和停止减速T3，相邻两个所述周期T之间的所述电机的停机时间为T4，所述振动锤头可靠性试验总用时h；统计打桩作业时一个作业循环周期各相关动作所用时间：捡桩t1、吊桩t2、对桩t3和打桩t4；计算振动锤头的等效可靠性寿命

作为打桩机振动锤头测试装置的试验方法的优选技术方案，在所述周期T内，通过调节所述电机的转速n和液压泵的排量Vp，进而调节所述振动部的振动频率。

本发明的有益效果为：

本发明提供打桩机振动锤头测试装置及打桩机振动锤头测试装置的试验方法，该打桩机振动锤头测试装置包括机架、固定架和工作部，固定架设置于机架，固定架用于固定振动锤头的振动部；工作部设置于机架且包括电机、液压油箱、散热器和液压泵，液压泵的出液口用于与振动部的油液入口连通，液压泵的进液口与液压油箱的出液口连通，液压油箱的进液口与散热器的出液口连通，散热器的进液口用于与振动部的油液出口连通，电机驱动液压泵工作。电机启动，进而带动液压泵工作，液压泵驱动液压油箱内的油液在振动部和液压油箱内循环流动，进而驱动振动部振动，使振动锤头工作。通过电机驱动液压泵工作，以使振动部周期性工作，进而可以实现振动锤头的磨合及验证可靠性试验。进而解决了振动锤头的磨合及验证可靠性试验只能通过装配到打桩机上，通过整机调试过程中进行磨合的问题。

附图说明

图1为现有技术中打桩机的结构示意图；图2为现有技术中振动锤头的结构示意图；图3为现有技术中振动锤头的结构示意图（不包含吊架）；图4为本发明实施例中打桩机振动锤头测试装置的结构示意图一；图5为本发明实施例中打桩机振动锤头测试装置的结构示意图二；图6为本发明实施例中打桩机振动锤头测试装置的结构示意图三；图7为本发明实施例中打桩机振动锤头测试装置的工作部的连接示意图；图8为本发明实施例中振动锤头工作中的时间-频率的坐标图；图9为本发明实施例中振动部和等效负载配重块的连接结构示意图；图10为本发明实施例中打桩机振动锤头测试装置在振动锤头可靠性试验中的连接结构图。

图中：101、打桩机整机本体；102、振动锤头；1021、吊架；1022、振动部；1023、夹桩部；1024、振动马达；1025、销轴；1026、限位凸起；200、试验桩；1、机架；11、第一架体；12、第二架体；2、固定架；21、支架；211、支撑板；212、固定盖；2121、插槽；213、限位孔；214、围板；215、容纳腔；22、减震器；3、工作部；31、电机；32、液压油箱；33、散热器；34、液压泵；4、等效负载配重块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

结合图1~图3所示，打桩机包括打桩机整机本体101和振动锤头102两部分组成，振动锤头102主要包含吊架1021、振动部1022和夹桩部1023；振动锤头102通过其吊架1021与打桩机整机本体101连接；打桩机工作时振动锤头102的夹桩部1023夹持桩，通过打桩机整机本体101向振动部1022中的振动马达1024供给压力油（振动马达1024上设有阀组用于熄振的防吸空和加快熄振），从而带动振动锤头102的偏心机构的高速旋转，产生周期性激振力，进而产生高频振动，并将振动通过振动锤头102的夹桩部1023传递给桩体，随着产生的振动，桩周围土体结构因振动发生变化，桩身周围土质液化，土壤颗粒之间的构造发生紊乱，瞬时强度降低，造成土壤结构的“流动化”现象。从而减少桩与土体的摩擦力，然后以挖掘机下压力、打桩机与桩自重等共同作用力将桩打压入土中。

为解决振动锤头102的磨合及验证可靠性试验只能通过装配到打桩机上，通过整机调试过程中进行磨合的问题。

如图4~图7所示，本实施例提供打桩机振动锤头测试装置，该打桩机振动锤头测试装置包括机架1、固定架2和工作部3，固定架2设置于机架1，固定架2用于固定振动锤头102的振动部1022；工作部3设置于机架1且包括电机31、液压油箱32、散热器33和液压泵34，液压泵34的出液口用于与振动部1022的油液入口连通，液压泵34的进液口与液压油箱32的出液口连通，液压油箱32的进液口与散热器33的出液口连通，散热器33的进液口用于与振动部1022的油液出口连通，电机31驱动液压泵34工作。电机31启动，进而带动液压泵34工作，液压泵34驱动液压油箱32内的油液在振动部1022和液压油箱32内循环流动，进而驱动振动部1022振动，使振动锤头102工作。通过电机31驱动液压泵34工作，以使振动部1022周期性工作，进而可以实现振动锤头102的磨合及验证可靠性试验。进而解决了振动锤头102的磨合及验证可靠性试验只能通过装配到打桩机上，通过整机调试过程中进行磨合的问题。

可选地，机架1包括第一架体11和第二架体12，第一架体11和第二架体12相互独立设置，固定架2固设于第一架体11，工作部3固设于第二架体12。本实施例中，第一架体11和第二架体12均为板状结构，当振动触头工作时，振动部1022带动固定架2振动，固定架2带动第一架体11振动，第一架体11和第二架体12相互独立，所以第一架体11的振动不会影响到第二架体12，进而不会影响到第二架体12上的工作部3的正常工作。

可选地，固定架2包括支架21和减震器22，减震器22设置于第一架体11和支架21之间且分别与第一架体11和支架21固接。本实施例中，减震器22设置有多个，多个减震器22可以减震，进而缓解第一架体11的振动。具体地，减震器22可以为橡胶柱。

可选的，支架21包括两个支撑板211和两个固定盖212，两个支撑板211间隔设置于第一架体11，两个固定盖212分别与两个支撑板211固接，且分别围设出两个限位孔213，振动锤头102被设置于两个支撑板211之间，且振动部1022的销轴1025的两端分别插设于两个限位孔213，销轴1025同时与支撑板211和固定盖212抵接；支撑板211和/或固定盖212上设置有插槽2121，销轴1025的两端位于限位孔213，插槽2121用于与振动部1022上的限位凸起1026插接。本实施例中，支撑板211的一端固设于第一架体11，支撑板211的另一端与固定盖212固接，进而支撑板211的另一端与固定盖212围设成限位孔213。具体地，支撑板211和固定盖212通过螺栓固接。具体地，本实施例中，固定盖212上设置有插槽2121，振动部1022上设置有与插槽2121相对的限位凸起1026，销轴1025的两端位于对应的限位孔213内时，限位凸起1026插设于插槽2121内，该设置可以使振动部1022与支架21相对固定。

可选地，支架21还包括两个围板214，两个围板214与两个支撑板211围设成容纳腔215，振动锤头102部分或全部位于容纳腔215内。本实施例中，振动锤头102部分或全部位于容纳腔215内，进而可以防止振动锤头102对试验人员造成伤害。

本实施例还提供打桩机振动锤头测试装置的试验方法，通过上述方案中的打桩机振动锤头测试装置实施，电机31驱动液压泵34工作，以使振动部1022周期性工作。本实施例中，通过控制电机31的工作状态，可以实现对震动锤头的控制，进而可以使振动锤头102不装配在打桩机整机本体101上，便可实现对振动锤头102的磨合及可靠性测试。

如图8所示，可选地，振动锤头102进行空载磨合试验步骤：振动部1022固接夹桩部1023；电机31工作，使振动部1022工作n个周期T，每个周期T实现振动部1022依次进行启动加速T1、平稳运行T2和停止减速T3，相邻两个周期T之间的电机31的停机时间为T4。本实施例中，周期T内，振动锤头102经历打桩或拔桩的整个过程。进而可以对振动锤头102进行空载磨合。具体地，n的选取根据实际振动锤头102的磨合程度决定。T1、T2、T3和T4的具体取值根据实际打桩或拔桩过程中，振动部1022的振动马达1024的启动加速时间、平稳运行时间、停止减速的时间确定和相邻两次打桩或拔桩的间隔时间确定。

如图9所示，可选地，振动锤头102进行负载磨合试验步骤：选取桩本身的重量为F1，理论计算桩在振动土质液化时的动摩擦力F2，夹桩部1023的重量为F3；制作等效负载配重块4，等效负载配重块4的质量m=F1+F2+F3；将等效负载配重块4固设于振动部1022；电机31工作，使振动部1022工作n个周期T，每个周期T实现振动部1022依次进行启动加速T1、平稳运行T2和停止减速T3，相邻两个周期T之间的电机31的停机时间为T4。本实施例中，等效负载配重块4的质量m等于打桩机实际打桩过程中振动锤头102实际受到的力。具体地，F2的值根据实际作业过程测量得出。

如图10所示，可选地，振动锤头可靠性试验步骤：振动部1022与夹桩部1023固接；将试验桩200打入一定深度土层中，夹桩部1023夹紧试验桩200；电机31工作，使振动部1022工作n个周期T，每个周期T实现振动部1022依次进行启动加速T1、平稳运行T2和停止减速T3，相邻两个周期T之间的电机31的停机时间为T4，振动锤头102可靠性试验总用时h；统计打桩作业时一个作业循环周期各相关动作所用时间：捡桩t1、吊桩t2、对桩t3和打桩t4；计算振动锤头102的等效可靠性寿命

本实施例中，

所以可得：

可选地，在周期T内，通过调节电机31的转速n和液压泵34的排量Vp，进而调节振动部1022的振动频率。本实施例中，为了保证振动马达1024在预设的振动频率下工作。

振动锤头预设的振动频率为F，实际测量的振动频率值为f，根据振动马达1024排量Vm值大小与马达的容积效率

具体地，振动锤头实际的振动频率f的测量方式为：振动部1022中的振动马达1024上设有速度传感器，用于检测振动马达1024转速，进而获取振动部1022的振动频率；或在固定架2上设有振动加速度传感器，振动加速度传感器检测固定架2的振动加速度，并通傅里叶变化等处理，将固定架2振动时域信号转换成频率信号，进而固定架2的振动频率，利用减振器及其传递路径只衰减振动幅度，并不改变振动频率的特性，从而获取到振动部1022的实际振动频率f。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。