張步恩 余俊鋒 彭 博

（華北水利水電大學機械學院，河南 鄭州 450000）

在防洪搶險過程中，運用傳統(tǒng)的搶護方法，需要大量的木樁［1］，在公路建設工程中，兩邊護欄的建設與維護，同樣需要大量的鋼管樁等，由此可見，打樁是各種搶護方法中不可缺少的一道工序。目前設計的打樁機主要是用于樁基工程與橋梁工程，打樁機的激振力大，整機重量大，運輸不方便，適用的場地受限制。國內(nèi)所用的便攜式打樁機主要有落錘式打樁機、機械式打樁機、氣動式打樁機。落錘式打樁機主要用于一般土層、黏土或者礫石土層，該機結構簡單，使用方便，沖擊力大，但是錘擊速度太慢，效率較低。機械式打樁機主要用于防汛抗洪搶險等場合的打樁作業(yè)，使用方便，缺點是相對于液壓式打樁機沖擊能量小，打樁效率低。而氣動式打樁機動力裝置零件種類繁雜，維修成本高而且維修時間長，費時費力，能源效率隨著工作時間的延長而逐漸下降。國外所用的便攜式液壓打樁機較為先進，該機具有功效高，噪音小，可靠性高等優(yōu)點，但是價格相當昂貴［2-3］。

1 落錘式打樁機

小型打樁機中常見的是落錘式打樁機。落錘式打樁機，一般采用柴油機提供動力或者用電機帶動卷揚機使樁錘運動，然后讓樁錘自由下落，憑借樁錘重量打擊木樁頂部使得樁進入土中。這種方法一般適用于打擊木樁或者細長的混凝土樁等。另外在一般土層、黏土或礫石土層均可采用。落錘式打樁機的結構簡單，使用方便，沖擊力較大，并且還可以隨意調(diào)整落距，缺點是錘擊速度過慢，效率較低［4］。

2 機械式打樁機

機械式打樁機是由華北水利水電大學和三門峽水工機械廠根據(jù)水利工程的需要，聯(lián)合研發(fā)了DZF-120型便攜式防汛搶險打樁機。該機主要是由主機和動力裝置組成，并且兩者相互分離，通過借助傳動軟軸來連接。其中主機主要是由激振器、振動彈簧、機座、主副夾樁器與手扶架等組成。動力裝置主要是由小型二沖程汽油、離心式蝶形離合器、減速器、油箱與機架等組成。動力裝置是通過軟軸驅動主機激振器主動軸，然后使激振器主、從動軸上對稱布置的4個偏心塊以相同角速度反向旋轉，使其離心力的水平分力大小相等，而方向相反，從而抵消剩下的垂直分力，使激振器做垂直上下的振動［5］。激振器借助振動彈簧的耦合作用，帶動機座、夾樁器與樁體一起上下振動，從而實現(xiàn)打樁目的。該機主要用于防汛抗洪搶險等場合的打樁作業(yè)，使用方便，缺點是相對于液壓式打樁機沖擊能量小，打樁效率低。

3 氣動打樁機

目前，國內(nèi)使用較為先進的便攜式打樁機由河北五星電力設備有限公司生產(chǎn)的WX-KY2012型氣動打樁機。該氣動打樁機主要是由機體與動力裝置組合而成，其中機體是由三多個精密部件組成，附加把手和固樁卡盤等外用組合部件。動力裝置選用配套設備，即國產(chǎn)氣壓泵和進口雙螺桿空壓兩種，進口的空壓機最大的優(yōu)點是氣量較足、故障率較低、工作效率較高、運行穩(wěn)定。設有通電啟動裝置與快裝氣動接頭，省工省時省人力，拆裝便捷，并可迅速開展防汛搶險工作。其中高壓膠管在500m范圍內(nèi)可自由延伸，從而實現(xiàn)了遠距離作業(yè)。自制移動小車，配置了靜音膠輪，可以摞放堆置，輕松實現(xiàn)了搬倒移動與立體化倉儲等功能。活塞式空壓機的分類與型號表示方法、結構特點及工作原理的介紹如下：瑞安市艾特機電生產(chǎn)的靜音無油空壓機是微型往復式活塞式壓縮機的一種，活塞式空壓機的工作原理如下：當活塞式空壓機的電機單軸驅動空壓機壓縮機的曲軸旋轉時，由于連桿轉動，使帶有自潤滑但是沒有添加潤滑劑的活塞做往復運動，并且使由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋與活塞頂面構成的工作空間體積發(fā)生周期循環(huán)性的變化。當活塞式空氣壓縮機的活塞從氣缸蓋處開始運動時，空氣壓縮機的氣缸內(nèi)工作空間體積變大，此時，氣體便會沿著進氣管推動進氣閥運動，打開進氣閥，從而進入氣缸，直到工作空間體積達到最大時為止，此時，進氣閥關閉［6-7］。當活塞式壓縮機活塞第二次反向運動時，上述工作過程便會重復出現(xiàn)。即活塞式壓縮機的曲軸旋轉了一周，活塞往復運動一次，氣缸內(nèi)則相應實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的一系列過程，即完成了一個工作循環(huán)。此外單軸雙缸的結構設計會使壓縮機的氣體流量在轉速一定時是單缸的兩倍多，并且能很好地控制振動噪音。

氣動打樁機的優(yōu)點為：①進排氣壓力的涵蓋范圍非常大，甚至能滿足4000PSIG（280kg/cm2G）以上的要求；②風量的包涵范圍也是相當大的，在大風量場所的應用上雖已逐漸退出市場，但是在小風量的使用范圍仍具有相當大的優(yōu)勢。③在風量小、壓力高的領域應用，來回往復式的空氣壓縮機可以視空氣壓縮機為增壓機來運用。④空氣壓縮機的氣密性相當好，所以比較適用于壓縮除空氣和氮氣以外的特殊氣體。⑤當運用高強度的設計計算時，低轉速，耐用，堅固，持續(xù)使用時的故障率比較低。⑥如果設計每一段多缸式雙動式的空氣壓縮機，能采用多階容積控制的形式，對于壓縮空氣消耗量極不穩(wěn)定的壓縮空氣系統(tǒng)可以使用0-50-100%的三階控制式或0-25-50-75-100%的五階控制，對節(jié)流控制的效益相當顯著［8］。

氣動打樁機的缺點為：①在壓力和風量上和其他類型的空氣壓縮機有重合的適用范圍，若利用過高強度設計的往返式空氣壓縮機，則壓縮機單位風量的造價特別高。②運轉的過程中會產(chǎn)生不一定程度的振動，在空氣壓縮機基座的設計上，除要思考壓縮機機座靜荷之外，還需要考慮機座動荷重才可以避免不必要的危險。③類似于引擎設計，空氣壓縮機零件種類繁雜，其中需要更換的消耗性零件的數(shù)量和項目相當多，這就造成維修成本高且維修時間過長，這也是往復式空壓機在應用范圍逐漸淡出市場競爭的主要因素。④往復式空氣壓縮機有吸入氣體和排出氣體的過程，所以，排氣是一個非連續(xù)性的動作，因此可能會造成比較明顯的脈動現(xiàn)象。⑤閥片活塞環(huán)與密合墊等消耗性零件是否正常工作，會直接影響空氣壓縮機的效率，所以在缺乏其他檢測氣密性設備時，空氣壓縮機的效率會因為內(nèi)部的空氣泄漏而逐漸降低。

該機以不斷壓縮空氣作為動力源泉，采用快接頭與高壓氣管和小型動力氣壓泵相連接，利用氣體壓縮膨脹的原理，使活塞沖擊樁錘，在整個運動過程中產(chǎn)生強大的沖擊力來沖擊木樁，從而達到木樁進入土層的目的。該機優(yōu)點是氣密性較好，工作可靠，相對于機械式打樁機效率有所提高，缺點是動力裝置零件種類繁雜，維修成本高而且維修時間長，費時費力，能源效率隨著工作時間的延長而逐漸下降。

4 國外液壓打樁機

國外便攜式打樁機的水平較為先進，主要代表是以美國STANLEY公司研發(fā)的，并由河北五星電力設備有限公司在中國代銷的WX-QY2002-1【美國進口型】便攜式液壓打樁機。WX-QY2002-1【美國進口型】便攜式液壓打樁機操作簡單（一人便能快速作業(yè)），攜帶方便，組裝迅速，適用性強，打樁作業(yè)效率較高等特點。主要適用在中等硬度的黏性土、沙壤土質［9］。

WX-QY2002-1【美國進口型】便攜式液壓打樁機的動力源采用美國進口型液壓動力站，具備如下特點:采用堅固的可折疊不銹鋼鋼管框架結構，WX-QY2002-1【美國進口型】便攜式液壓打樁機的動力站具備工作效率高、噪聲小、可靠性較高。并且采用美國B&S發(fā)動機等成熟產(chǎn)品，可以連續(xù)穩(wěn)定工作。WX-QY2002-1【美國進口型】便攜式液壓打樁機具備兩個導向手柄，一個吊耳和遠程或整體式開關閥。安裝有快速接頭。該機動力源采用美國進口液壓動力站，以液壓為動力源，利用巨大的沖擊力來沖擊木樁上部，達到打樁目的，實現(xiàn)了打樁的機械化。可在不同作業(yè)環(huán)境下植入鋼樁木樁。該機具有功效高、噪音小、可靠性高等優(yōu)點，缺點是價格昂貴［10］。

5 山東黃河梁山機械廠的便攜式液壓打樁機

該便攜式液壓防汛打樁機主要由動力裝置、液壓系統(tǒng)、主機錘體和機架部分組成，錘體重量42kg，整機可以萬向轉動，行走方便，能適應復雜的作業(yè)環(huán)境。動力裝置的結構主要包括小型四沖程汽油發(fā)動機、聯(lián)軸器、液壓齒輪泵、換向閥、液壓油箱等部分，整個動力裝置安裝在一個機架上，機架由角鋼、鋼管和鋼板材料焊接而成，機架下面安裝4個萬向輪。主機錘體由缸體、活塞、釬體、控制閥、托架等零部件組成，錘體是將液壓能轉換成機械沖擊能的打擊式液壓機械裝置，是打樁機的關鍵部分。錘體的工作原理：錘體將控制閥、執(zhí)行器等元件集于一身，控制閥與執(zhí)行器相互反饋控制，自動完成活塞的往復運動，將液體、氣體壓力轉化為活塞的沖擊能打擊釬體，將能量傳遞給釬體，釬體再把能量傳遞給木樁達到木樁下沉的目的。

6 結語

為改變搶險工程與公路建設工程中靠人工打樁這種勞動強度大、生產(chǎn)效率低的落后局面，實現(xiàn)打樁過程機械化，研發(fā)一種新型式的便攜式液壓打樁機是非常有必要的，本文針對目前國內(nèi)外存在的便攜式打樁機，深入研究了各類打樁機的結構組成、工作原理，并總結了各類打樁機的優(yōu)缺點，為研發(fā)更優(yōu)的便攜式液壓打樁機產(chǎn)品樣機奠定良好的理論基礎。

［1］劉興燕.便攜式液壓防汛打樁機研制試驗研究［J］.科技視界，2014（28）：62-66.

［2］劉偉.液壓振動沉樁機沉樁機理及其振幅和頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究［C］.湖南：中南大學，2004.

［3］王偉.振動沉樁動力學分析和試驗研究［C］.河北：河北科技大學，2012.

［4］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（3）:45-48.

［5］韓林山，臧海燕，嚴大考.輕型液壓打樁機主機結構的優(yōu)化設計［J］.水利電力機械，2005（2）：7-12.

［6］高山.國內(nèi)外樁工機械生產(chǎn)發(fā)展概況［J］.工程機械與維修，1997（4）：57-60.

［7］鄧明權.振動沉樁機簡捷設計計算方法［J］.工程機械，1983（6）：52-56.

［8］鄒經(jīng)湘.結構動力學［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1999.

［9］賈武學.振動打樁機沉樁的理論計算［J］.機械研究與應用，1999（S1）：88-91.

［10］周林森.沖擊式振動錘沉樁的土力學特性研究［J］.試驗與研究，1996（10）：122-125.