打桩机动力结构设计.docx

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打桩机动力结构设计

摘要

本设计涉及了长螺旋打桩机钻杆，其主要特征为，包括带有通孔的杆体。

在所述杆体的外壁面带有螺旋线。

当钻入地下时，工作人员根据杆体外壁面的螺旋线直接测量到钻头的转动情况和竖直行进情况。

随时调整竖直行进速度和转动速度，以达到转动和竖直行进速度的同步。

确保所打桩体呈螺旋状;打桩机钻头当需要更换或维修钻尖和钻镐时，不需要使用电气焊将钻尖或钻镐从钻头基体上切割下，只需要松开固定钻尖和钻镐的连接螺栓，可以方便的将钻尖和钻镐从钻头基体上拆卸下来，进行更换或维修，更换和维修钻尖、钻镐的时间很短，大大提高了作业率;打桩机立柱，其特征是，立柱为上段立柱和下段立柱分体结构，上段立柱和下段立柱通过连接装置连接为一体。

在转场运输时，只需将上段立柱以销轴为支点弯拆下来，即达到公路运输不超高的要求，不需要将立柱整体拆卸省时省力。

提高了工作效率;改进的滑轮组，通过增加导向轮，采用摆动式滑轮，降低了钢丝绳和滑轮的磨损。

延长了使用寿命，提高了经济效益。

关键词：

打桩机、钻头、滑轮组

Abstract

Thedesigninvolvesalongspiraldrillhammersanditsmainfeaturesare:

includingtherodwithaholeinthewallabovetheouterrodwithaspiralline.Whentheburrowintotheground,thestaffinvitrounderthebardirectmeasurementofthewallofthespiralrotationofthedrillbitandverticalroadconditionsatanytimetoadjusttheverticalspeedandrotationalspeedoftheroad,theroadtoreachthespeedofrotationandverticalsynchronization,toensureThelanesarehelicalpiling，hammerdrillbitsneedtobereplacedorrepairedwhenthedrilltipandthedrill-ho,youdonotuseDianqiHan-ho,thedrilltipordrillbitfromcuttingthesubstrate,justloosenthedrilltipandthedrill-hooftheconnectingbolts,caneasilythedrilltipandthedrillbitmatrix-hofromdisassembled,replaceorrepair,replacementandmaintenanceofdrillpoint,drill-hoforashorttime,greatlyimprovingtheoperatingratepile-column,anditsfeaturesare:

thecolumnfortheuppercolumnandlowercolumnsub-structure,theuppercolumnandlowercolumnbyconnectingthedeviceisconnectedasone.Transportinthetransition,onlytheuppercolumntoremovethepinasafulcrumtobend,thatroadtransportdoesnotmeettherequirementsofultra-high,noneedtoremovethewholecolumnsavestimeandeffort,improveworkefficiency，pulleyimprovedbyincreasingtheguidewheel,withswingpulleys,wireropeandpulleysreducewearandprolongtheservicelifeandimproveeconomicefficiency.

Keywords：

Pile、drill

目录

1绪论........................................................2

1.1概述...................................................2

1.2课题的研究背景.........................................2

1.3打桩机工作原理.........................................2

1.4打桩机的种类和发展情况.................................3

2钻头的设计..................................................4

2.1钻头的工作原理.........................................4

2.2钻头长出现的问题.......................................4

2.3钻头的设计方案.........................................4

3钻杆的设计..................................................7

3.1钻杆的作用及其结构.....................................7

3.2打桩过程中钻杆常见问题.................................7

3.3解决方法...............................................8

3.4钻杆设计的具体实施方法.................................8

4立柱的设计...................................................10

4.1立柱的工作原理.........................................10

4.2立柱存在的问题.........................................10

4.3解决的方案.............................................10

4.4具体设计方法...........................................10

5顶部滑轮组的设计............................................15

5.1滑轮的作用和类型........................................15

5.2滑轮组..................................................17

5.3国内外滑轮组的背景资料..................................21

5.4滑轮组的改进案..........................................21

结论...........................................................23

参考文献.....................................................24

致谢..........................................................25

绪论

1.1概述

本设计主要的设计重点是打桩机顶部滑轮组、钻头、钻杆和立柱的设计。

阐述了打桩机顶部滑轮组、立柱、钻头和钻杆的工作原理，给出了打桩机顶部滑轮组、立柱、钻头和钻杆的装配图及主要部分零件图，并且对其进行了些许改进，使其更加的完善。

本说明书也将围绕对打桩机部滑轮组、钻头、钻杆和立柱的设计改进进行主要的讲解。

1.2课题的研究背景

研究背景近年来,随着我国国民经济的逐步增强,国内各大城市的高层建筑、立交桥、海港码头、铁路公路桥梁等基本建设项目急剧猛增,大口径基础桩工程得到广泛应用。

由于现代化的高层建筑、大型桥梁和港口码头等结构复杂,负荷十分巨大,对基础的承载能力和防止沉陷方面的要求较高。

根据建设部门的资料,对高层建筑基础的处理,通常是采用箱式、地下连续墙、桩等形式作为基础。

由于打桩机结构简单，坚固可靠，外型美观，使用灵活，操作简便等优点，尤其是打桩经济效益好，不需降水，换土等。

振动锤减震效果优良，噪音低，桩架振动小，劳动条件较好，使用，维修，保养方便，收效快,在建筑业中将发挥其独特作用。

1.3打桩机工作原理

利用冲击力将桩贯入地层的桩工机械。

由桩锤、桩架及附属设备组成。

桩锤依附在桩架前部两根平行的竖直导杆之间，用提升吊钩吊升。

桩架为一钢结构塔架,在其后部设有卷扬机,用以起吊桩和桩锤。

桩架前面有两根导杆组成的导向架，用以控制打桩方向，使桩按照设计方位准确地贯入地层。

塔架和导向架可以一起偏斜，用以打斜桩。

导向架还能沿塔架向下引伸，用以沿堤岸或码头打水下桩。

桩架能转动，也能移行。

打桩机的基本技术参数是冲击部分重量、冲击动能和冲击频率。

桩锤按运动的动力来源可分为落锤、汽锤、柴油锤、液压锤等。

顶部滑轮组是用法兰螺栓安装在立柱顶部亦称鹅头，滑轮组中有7个滑轮，分别为沉桩，拔桩，吊钢筋笼和吊加料多斗用。

顶部滑轮采用绳索滑轮，一般用来导向和支撑。

以改变绳索及其传递拉力的方向或平衡绳索分支的拉力。

滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成，可以达到既省力又改变力作用方向的目的。

动滑轮被两根绳子承担，即每根绳承担物体和动滑轮。

使用中，省力多少和绳子的绕法，决定于滑轮组的使用效果。

立柱是桩架主体，由五节卷管和导轨，爬梯，撑杆上铰链，立体支撑等组成。

下端用轴固定在底盘立柱支承座上，导轮采用国内统一标准，适用于柴油锤和其他形式的振动锤的标准滑块，滚轮。

立柱各节的法兰，螺栓孔均能互换，因而立柱高度可以根据沉桩的实际长度进行安装。

立柱主要用于配挂柴油桩锤，振动桩锤和钻孔机等进行工业与民用建筑，道路，桥梁，港口和码头的基础施工。

1.4打桩机的种类和发展情况

1，振动锤打桩机。

利用桩锤的机械振动力，使桩沉入地下，适用于承载较小的预制混凝土桩、钢板桩等。

2，柴油锤打桩机。

利用燃油爆炸，推动活塞，靠爆炸力冲击桩头，使桩沉入地下，适宜打各类预制桩。

3，蒸汽锤打桩机。

利用高压蒸汽将锤头上举，然后靠锤头自重向下冲击桩头，使桩沉入地下。

4，静力压桩机。

利用机械卷扬机或液压系统产生的压力，使桩在持续静压力的作用下压入土中，使用于一般承载力的各类预制桩。

打桩机还有旋挖式桩机，是用螺旋向地下挖，然后灌桩。

按桩锤运动的动力来源可分为落锤、汽锤、柴油锤、液压锤打桩机等。

5，落锤打桩机桩锤是一钢质重块，由卷扬机用吊钩提升，脱钩后沿导向架自由下落而打桩动力，有单动汽锤和双动汽锤两种。

汽锤的进排汽旋阀的换向可由人工控制，也可由装在锤头一侧并随锤头。

升降的凸缘操纵杆自动控制，两种方式都可以调节汽锤的冲击行程。

6，柴油锤打桩机主体也是由汽缸和柱塞组成，其工作原理和单缸二冲程柴油机相似，利用喷入汽缸燃烧室内的雾化柴油受高压高温后燃爆所产生的强大压力驱动锤头工作。

柱塞和缸筒之间的活动间隙用弹性柱塞环密封。

7，液压锤打桩机以油液压力为动力，可按地层土质不同调整液压，以达到适当的冲击力进行打桩，是一种新型打桩机。

日本是从1959年开始发展振动打桩机的，但是振动打桩机由于打桩性能受土质条件的限制，在较软地层打桩或拔桩速度较快，而在坚硬地层和粘土层时，由于桩端阻力较大，打桩速度较慢或者几乎不能打入，因此发展了振动冲击式打桩机和振动喷水联合作用的施工法。

由于柴油打桩机在坚硬的地层中打桩具有很大的打击力，显示了它的优越性，因此在日本的打桩工程中占据了主导地位。

振动打桩机用在打入或拔出钢板桩，以及小直径砂桩等。

可是到了六十年代后半期由于“公害”引起人们的注意，柴油打桩机被禁止在市区使用，这样又促进了振动打桩机的发展，随着振动打桩机承担的打桩任务日益广泛，打桩的地址条件更加复杂，促使了振动打桩机向大型高效能的机种方向发展。

苏联从1934年开始研究振动参数的变化对土壤阻力的影响，并试用了用打板桩和钢管桩的“巴金堪”型“罗斯金”型振动打桩机。

1949年高尔基水电站的格型围堰中使用了BT-5型振动打桩机，打桩条件是在饱和水的砂土中将钢板桩打入9-12米的深度花费时间2-3分。

这种新的施工法在现场中的使用的结果说明用振动方法打桩效果好、费用少、与气动打桩机相比在8小时的作业时间内气动打桩机可打入18根桩而振动打桩机可打入31根桩施工费节约46%同时振动打桩机不需要辅助设备，如空气压缩机或蒸汽锅炉、管道等，并且振动打桩机不会损坏桩头，拔桩容易板桩可以反复使用，还可不用变换零件就能作为拔桩设备使用。

由于振动打桩机具有上述优点因此在苏联得到了广泛应用。

总之，打桩机是基础施工常用的设备之一可将钢板柱钢板桩，预制混凝土桩打入地基内。

由于这种机械能进行打拔桩作业具有施工效率高，经济性好等优点，已被广泛应用于打地基、围堰工程和人工岛等基础施工。

第二章钻头的设计

2.1钻头的工作原理

从动力头输出的转矩通过钻杆传递到钻头，进行切削土层钻头的直径与设计的孔径是一致的，考虑到钻孔的效率一般都设计双头螺根据土体的不同在切削刃部分采用不同的结构和热工艺处理。

在本设计中，将对传统的钻头进行改进这是由于传统的钻头由于其自身的结构特点在维修和更换时会有很多的不便，将会降低工程效率通过一些结构上的改进之后会解决这些问题便于维修和更换，提高效率、节约资金。

目前，建筑打桩机的钻头组成主要包括钻头基本体，钻尖、钻镐、螺旋叶片等。

螺旋叶片固定在钻头基本体上钻尖和钻镐焊接在钻头基本体的头部与钻尖基本体形成不可分割的，一个整体，其中钻头基本体为空心结构在钻头基本体的头部设有出料口，出料口外设有出料门隐蔽出料口，搅拌好的混凝土由出料口流出。

2.2钻头长出现的问题

对于以前这种结构的打桩机钻头会存在以下问题：

<1>在打桩过程中，钻尖和钻镐磨损严重，很容易损坏。

需要及时的修复或者更换，但是由于钻尖和钻镐是焊接在钻头基本体的头部与钻头基本体形成了不可分离的整体，所以需要使用电气焊将钻尖或者钻镐从钻头基本体上切割下来，然后才能进行修复或者更换。

这样的话效率低，浪费时间，将会严重影响建筑施工的进度。

<2>出料门暴露在钻头的表面，很容易磨损或者刮掉，容易卡死，影响打桩机的正常工作。

<3>使用的寿命短，成本高，不利于维修，作业率低。

介于以上情况,此次设计的打桩机的钻头，其主要的的特点是提供了一种新型的建筑打桩机钻头方便修复和更换钻尖和钻镐本证出料门的正常工作，提高使用寿命，便于维护，提高作业率，解决以上情况。

2.3钻头的设计方案

方案<1>：

头组成中包括钻头基本体、钻尖、钻镐、螺旋叶片、出料口。

螺旋叶片固定在钻头基本体上，钻尖和钻头基本体是可以分离的，钻尖是通过钻尖螺栓固定在钻头基本体的头部，钻镐与螺旋叶片是可以分离的，钻镐通过钻镐螺栓固定在螺旋叶片的头部，钻头基本体为空心结构，在钻头基本体的头部设有出料口，出料口外设有出料门隐蔽出料口，出料口位于钻尖的下方。

钻尖与钻头基本体之间可以通过钻尖座固定连接，钻尖座固定在钻头基本体上，钻尖固定在钻尖座上。

出料口外设置的出料门与钻头基本体之间通过销轴连接，便于打开出料门和更换出料门，沿销轴转动出料门可以打开出料门，露出出料口。

出料口可以设置钻钻头基本体头部的侧面，出料门低于钻尖的外面;出料口也可以设置在钻头基本体的顶部，出料门与钻尖座成为一体，钻尖通过螺栓固定在钻尖座上。

打开出料门，钻尖也随之其翻转。

为提高工效，钻尖上设有切削刀刃，出料口为有斜度的喇叭形。

采用这种方案，当需要更换或者维修钻尖和钻镐时，不需要使用电气焊将钻尖或者钻镐从钻头基本体上切割下来，只需要松开固定钻尖和钻镐的链接螺栓便可以方便的将钻头和钻镐从钻头基本体上拆卸下来，进行更换或者维修，且更换和维修钻头钻镐的时间很短，大大提高了作业率，出料门更换方便，开合自如，不存在料门不开现象。

解决了钻头到底，料门打不开堵管的问题。

本设计具有结构合理提高了使用寿命，便于维修、提高作业率、成本低等特点、方便更换修复钻尖和钻镐，保证出料门的正常工作。

如图2.1，图2.2所示，其中1钻头基本体、2钻尖、3钻镐、4螺旋叶片、5出料口、6钻尖螺栓、7钻镐螺栓、8出料门、9销轴、10连接法兰、11钻尖座

图2.1钻头

图2.2拆分后的钻头

根据图2.1和图2.2，在实际中，打桩机钻头的组成包括钻头基本体1、钻尖2、钻镐3、螺旋叶片4、出料口5、螺旋叶片固定在钻头基本体上，钻尖和钻头基本体是可以分离的。

钻尖与钻头，基本体之间通过钻尖座固定连接，钻尖座11固定在钻头基本体1上，钻尖通过钻尖螺栓6固定在钻尖座11上，钻镐与螺旋叶片是可分离的，钻镐通过钻镐螺栓7固定在螺旋叶片的头部，钻头基本体为空心结构，在钻头基本体的头部设有出料口5，出料口外设有出料门8隐蔽出料口，出料口位于钻尖的下方，出料口设置在钻头基本体的侧面，出料门低于钻尖外表面，出料门口外设置的出料门8与钻头基本体之间通过销轴9连接。

便于打开出料门和更换出料门，沿销轴转动出料门可以打开出料门露出出料口。

在钻头基本体1的尾部设有连接法兰10，通过该法兰将钻头与钻杆，固定连接，外力驱动钻杆旋转，钻头开始工作，钻头钻至预订的位置，提起钻杆、钻头、打桩料将出料门打开，通过出料口注料打桩。

由于出料门8采用销轴，9与钻头基本体1连接，并且出料口设置在钻头基本体头部的侧面，出料门低于钻尖外表面，使得出料门1不会被卡住,不易损坏。

钻头使用一段时间后，易损件磨损，主要更换钻尖2、钻镐3、出料门8、当钻尖需要更换是松开固定钻尖的钻尖螺栓6，在钻头基本体上卸下钻尖，进行更换当钻镐需要更换时，松开固定钻镐的钻镐螺栓7在螺旋叶片4上卸下钻镐进行更换，打开出料门上的销轴9就可以更换出料门8.钻尖2上设有切削刀刃提高钻头工效，出料口5为有斜度的喇叭形，外面开口大里面开口小，增大出料口的排料量不易堵料。

所有易损件都是可以拆卸的，在钻头上更换，不需要使用电气焊，缩短更换时间，方便实用。

方案<2>:

此方案只做假单的介绍，此方案的不同之处是出料门的位置，其余部分与方案<1>相同，只是此方案的出料口设置在钻头基本体1的顶部，出料门8与钻尖座11成为一体，钻尖2通过螺栓6固定在钻尖座11上，打开出料门钻尖也随之以其翻转，扣上出料门8，钻尖2、钻尖座11与钻头基本体1成为一个固定整体。

第三章钻杆的设计

3.1钻杆的作用及其结构钻杆的设计

钻杆的作用是在作业中传递动力转矩时，钻头切削土层同时将切下来的泥土通过钻杆轴送到孔外形成孔柱状。

钻杆的结构一般是中心为一定直径的无缝钢管，外面焊接一定螺距的旋片，由于钻杆本身不承担切削土层的任务为减少螺旋叶片与孔壁的的摩擦力，因此钻杆的直径往往比钻头直径小20-30mm，螺旋叶片的厚度及螺距则根据螺杆强度、土层状况、机械寿命等因素，确定钻杆的分节长度一般为2.5-5m不等。

如图3.1所示，其中1螺旋叶片、2六角链接头、3六角连接套筒

图3.1钻杆内部结构

钻杆与钻杆的链接可采用阶梯法链接，也可用六角套筒并通过锥销链接。

如图3.2所示，其中1销、2六角套筒链接。

图3.2六角套筒

3.2打桩过程中钻杆常见问题

在建造楼房、桥梁建筑时，往往需要打桩，目前使用的长螺旋打桩机采用钻头、钻杆和动力机构构成。

由于不同地方的地层构造不同，当钻头进入地下时，工作人员不能看到钻头，不能根据钻头所处地层的构造达到钻头转动与行进速度的同步，造成所打桩不呈螺旋状。

3.3解决方法

介于这种情况，此设计的目的就是提供一种能在不同地层构造情况下使桩体呈螺旋状的长螺旋打桩机钻杆。

为实现上述目的设计的钻杆为包括带有通孔的杆体，且在杆体的外壁面带有螺旋线。

且所述的螺旋线为螺旋突起，且所述的螺旋线为螺旋凹槽，所述的螺旋线为与杆体外壁不同颜色的螺旋颜色层，所述的螺旋线的螺距100mm-1600mm所述的杆体直径为120mm-800mm。

此设计的打桩机钻杆与以前的技术相比，具有以下特点1、由于杆体的外壁面带有螺旋线，该螺旋线的螺距与钻头的螺距相等，当钻入地下时，工作人员根据杆体外壁面的螺旋线直接测量到钻头的转动情况和竖直行进情况，可以随时的调整竖直行进速度和转动速度，以达到转动和竖直行进速度的同步，确保所打桩体呈螺旋。

2、由于螺旋线的螺距为100mm-1600mm，所述杆体的直径120mm-800mm，针对不同螺距的钻头，可以选用不同螺距的钻杆。

3.4钻杆设计的具体实施方法

结合图形对此长螺旋打桩机钻杆的结构和使用原理做进一步的说明。

如图所示，此打桩机的长螺旋钻杆包括带有通孔1的杆体2，在杆体的外壁面上带有螺旋线3。

根据杆体加工的需要，螺旋线3可以为螺旋突起，可以是螺旋凹槽，也可以是与杆体外壁不同颜色的螺旋颜色层。

螺旋线3的螺距与钻头的螺距相等，为了适合于不同螺距和不同直径的钻头，螺旋线3的螺距为100mm-1600mm杆体的直径为120mm-800mm。

当使用时，将钻杆连接于钻头和动力装置之间，当转入地下时，工作人员根据杆体外壁面的螺旋线直接测量到钻头的转动情况和竖直行进情况，随时调整竖直行进速度和转动速度，以达到转动和竖直行进速度的同步确保所打桩体呈螺旋状。

如图3.3所示，其中1通孔、2杆体、3螺旋线

图3.3钻杆

第四章立柱的设计

4.1立柱的工作原理

目前，在人们使用的液压打桩机的一侧固定安装有立柱，立柱为整体结构，立柱的下部与液压打桩机的机体连接，中上部通过立柱斜支杆连接在液压打桩机上，立柱斜支杆通过销轴与立柱上的销轴孔铰接，立柱为两根平行的槽形钢轨道，在平行的槽形钢轨道上连接有液压锤滑板，液压锤滑板可以在槽形钢轨道上运行。

4.2立柱存在的问题

该液压打桩机由于立柱较高，并固定在液压打桩机的一侧，转场运输在公路上行驶时，超高的立柱与跨越公路的线缆相冲突，同时超高的立柱也无法通过桥涵，必须将立柱整体拆卸下来进行运输，拆卸及安装时非常繁杂、劳动强度大。

费事费力。

4.3解决的方案

这回设计的目的主要是提供一种转场运输时不需要整体拆卸的液压打桩机立柱。

其实现方法是通过将立柱分为上段立柱和下段立柱结构，上段立柱和下段立柱通过连接装置连接成一体。

连接装置有一上固定板、下固定板、和动板，上固定板连接在上段立柱上，下