CN1057363C - 一种液压挤扩装置 - Google Patents

Abstract

一种液压挤扩装置包括液压挤扩机，自动控制液压中心部分，测量孔深部分。挤扩机依次由液压定位部分、自动液压旋转部分、双向油缸拉式油缸部分、挤扩臂部分刚性连接。由于整个装置采用钢丝绳连接，用自动旋转部分完成传递扭矩，在同一圆截面内多臂挤扩和安装了位移传感器，电脑及设有测深装置。因而能解决沉渣问题。提高了建筑、桥梁或各种基础的钢筋混凝土桩的效率，并及时了解测深及压力角度等值。从而保证了工程质量。

Description

一种液压挤扩装置

本发明涉及一种建筑、桥梁或各种基础的钢筋混凝土桩的装置，尤其涉及一种液压挤扩装置以用于桥梁桩、楼房桩、护坡桩、高压锚杆等。

现在的挤扩机如CN2218768Y液压式多分支承力盘载桩孔成型机，是一种多支盘桩机，是为了提高桩的承载力及抗拨力而设计的新型灌注桩。它是通过钻孔、挤扩、浇注几方面来完成的。而挤扩支盘机是完成灌注桩侧面型腔的专用设备，此设备不但适用于灌注桩，而且适用于锚杆。实践证明此桩能大大提高了承载力，减少了混凝土的数量。但是这种挤扩机是采用刚性连接的，接长管也是一节一节的钢管连接起来的。要用吊车吊起接长管连接挤扩机往孔里放入一定深度进行挤扩。完成一次挤扩后收回弓压臂进行旋转，旋转时用钢管臂上的孔穿过细钢管进行转动，转动后再进行挤扩，这样挤扩一个盘需要转动8-9次。为什么要刚性连接呢？因为刚性连接可以完成三方面工作。即：传递扭矩、传递拉力和测量机械进孔深度。试想要完成一个40m-50m深的桩底部挤扩时，就得将臂厚14mm、Φ280长40m-50m的钢管连接机头一起进入孔里，这几十米长的钢管重量达十几吨，往孔进放入或向上提升时，要一节一节的接上，费工费时，当一根钢管进入几十米深孔，在垂直方向上就会出现误差，这个误差会使钢管放不下或提不出来，尤其在挤扩时，几百吨的压力向两侧压出时，若压力角稍有偏差，就会使钢管向一方向倾斜，几十米的杠杆使侧向力几十倍的增加，导致连接螺栓、轴销折断，机头掉入孔中常有发生。为此，造成极大的经济损失。由此可看出刚性连接是有很大缺点的。

另外，上述装置没有专门深度测量装置，仅仅是依管的下降长度多少来大致测量其深度，这样因深度位置不准确，无法摸清地下断层的位置，会造成承载力的误差，因而会影响桩的质量。

还有上述装置弓压臂外面有外管，不仅增加了设备的重量，还使得弓压臂复位时将土带入外管内，尤其在沙土层或卵石层时，因带回沙土或卵石到内管中使弓压臂回不去，因臂在外没回到原位而在外支撑着，使设备无法提取，从而使设备容易掉入孔中，造成事故和经济上的重大损失。

还有上述装置无法及时了解土层的挤扩情况和完成了挤扩无法进行检验，因此，一旦造成塌孔现象就完不成浇铸，因而影响施工质量，也就限制了此技术的推广。

本发明目的在于：克服上述装置刚性连接的缺点，采用柔性钢丝绳进行连接，完成传递、拉力的作用，另外用液压自动旋转装置来完成传递扭矩。设计安装测量深度的装置，和安装油缸孔底清渣装置以解决沉渣问题以及在采用同一圆截面内多臂挤扩装置以提高施工稳定性和中心定位。

本发明目的还在于：采用电脑全自动控制以便及时测定挤扩过程中的压力值和识别土层。同时还安装位移传感器以便及时了解每个臂上的压力值，压出角度值，机头旋转角度值。这样就很好的解决施工中的检验问题。

本发明是这样实现的：液压挤扩装置包括液压挤扩机部分，自动控制液压中心部分，测量孔深部分，其中挤扩机部分是由液压定部分，液压旋转部分，双向油缸单向拉式油缸部分，挤扩臂部分组成，上述四个部分均是依次刚性连接的。液压定位部分为轴销与连接体连接，钢丝绳连接轴销，连接体与外定位管壁连接。旋转定位部分由定位外管壁液压定位块与中心定位块固定在旋转定位的底面下，三个液压油缸分别固定在三个定位块上，马蹄块与油缸活塞杆连接，当油缸收回时马蹄块紧贴在外管壁上，外管壁有向外的三个孔，供三个活塞杆来回运动，三个油缸共6根进出油管并联在两根主油管上。

自动液压旋转部分有两种方式：其中之一为，转向外管与定位外管底面连接，中心定位块连接汽弹簧，通过螺母定位，汽弹簧通过轴销与旋转部分的油缸外壁连接，油缸通过转动销与压力挡块进行联接，油缸活塞杆与顶出转动块通过销子连接，油缸上固定有位移传感器和进出油管，油管通过外壁的两个孔引出。连接轴通过螺母锁紧压力挡块及压力轴承，通过油缸的伸缩来完成转动。

液压旋转部分也可以用如下方式：转向外管与定位部分刚性连接，油缸定块连接在外管壁上，油缸也连接在外管及油缸定位块上，油缸活塞杆连接齿条与直齿轮互相啮合，直齿轮与伞齿轮通过一根轴固定在外管壁与轴支承块上，与中心轴连接的伞齿轮进行啮合，通过压力挡块，压力轴承完成转动。

双向油缸单向拉式油缸部分为双向油缸上盖与中心轴进行连接，双向油缸是由缸壁，活塞拉杆，活塞顶出套与油管组成，双向油缸上盖与中心轴连接，油缸拉杆沿缸孔内壁进行上下移动，活塞顶出套沿缸孔内壁及拉杆外壁上下移动。通过进出油管控制挤出与收回，活塞顶出套与多臂连接块通过转动销进行连接，多臂连接块通过轴销连接3-4个弓压臂，弓压臂与底找通过轴销连接底托与活塞拉杆进行刚性连接。各压力传感器分别固定在各个上弓压臂上，位移传感器分别固定在多臂连接块与活塞拉杆上，压力传感器与位移传感器和单片机相连，单片机也固定在多臂连接块上。

挤扩机通过钢丝绳连接吊车，挤扩机通过多路油管和控制线路与自动控制液压中心部分相连，液压中心部分包括液压柱塞泵分别与控制键盘，打印部分，仪表显示器，中心处理显示部分，笔记本电脑等相连。控制液压中心安装在卡车上，卡车上装有柴油机柱塞泵，电动柱塞泵与柴油机柱塞泵可以互相切换。

深度测量部分由支撑板连接两个轴，而两个轴固定在两个轮子上，两个轮子与吊车的钢丝绳连接，深度测量部分的支架固定在地面上。上述两泵轮子中的一个是可滑动的。此轮沿支撑板的槽滑动，由弹簧控制轴横向运动，弹簧与支撑板与轴连接，在另一个轮子装有一个挡光块，光断续器固定在挡板上，当连接钢丝绳时，将其中一个轮子往后拉，可将吊车钢丝绳夹在两轮之间，使钢丝绳上下运动转换为轮子的转动，当轮子转一圈时，光断续器被挡光块遮挡一次，光断续器计数一次，从而能测出挤扩机的深度，上述的吊车挤扩机和卡车可以组成一体即可将吊车挤扩深度测量部分及自动控制液压中心部分等部分装置在一个卡车上。这样便于行动。

本发明的积极效果在于：

1、由于采用了柔性钢丝绳进行连接完成传递，拉力的作用，这样解除了刚性连接的杠杆力度作用，减少了接长用的钢管大大减少了重量，从而使挤扩机进入孔内的深度不受限制或少受限制，使该装置的适用范围更广泛。

2、由于用了液压自动旋转部分来完成传递扭矩工作，用三缸液压装置完成转向的自身定位，因三个液压缸分别安置在同一个水平面上，且等分圆周每两缸的角度为120°，当液压缸挤出时，马蹄块被挤入土中，因三缸同时工作使自身定位得以完成的同时也起到了机体定中心的作用。

3、由于采用了双向油缸挤扩部分使在完成挤扩定位时使设备不上浮也不下沉从而大大减少了孔底沉渣，因为原来的挤扩机弓压臂三个连接轴三点是这样工作的：(见图1)(下面X、Y分别表示力的水平和垂直方向。X、Y后面表示运动的方向)

因这样的运动造成了很多的孔底沉渣，当B点在刚接触土体时，由于设备挤入土体很少，孔臂不能承载多大力，B点Y方位移使设备的重量全部集中在B点上，土体下滑造成沉渣，当挤扩设备进入土体较深时，由于B点有向下的位移，所以设备主体向上浮，如φ600mm设备每挤出一次，上浮30-40公分。如果当左右两点在挤扩过程当中，发生不平衡时，设备在上浮过程中有偏移，接触孔壁造成事故。现设计的装置三个连接轴轨迹为：YA|＝|YC|即大小相等，方向相反。因B轴只有X方向即挤扩方向的位移，这样的设备以B点为定位完成挤扩，使设备即不上浮也不下沉，从而大大减少了孔底沉渣。活塞套与活塞杆由于在同一个油压下同时挤出，且活塞杆、活塞套的面积相同故挤出的力是相等的，收回时，上下油缸连通，压强相等，但面积不等。回来时速度略有差异。但回收时，并不作功，即问题不大。所以能完成挤扩。这种装置改变了以前油缸长杆压(即活塞杆在作功时是受压状态)变为长杆拉(即活塞杆在作功时是受拉状态)大大改善了活塞杆受侧向力的影响。确保了运动轨迹即B点只有X方向位移，从而保证在挤扩过程中少掉土或不掉土。

4、由于设计为单向拉式油缸挤扩机，能清除沉渣，所以大大提高打桩的效率。因清除底沉渣问题是钻孔灌注桩最难解决的问题之一。解决不好会大大减少端面承载力，为解决这一问题专门设计拉式油缸挤扩机使连接弓压臂的三个轴的运动轨迹为

由于B点在Y方向有位移，使挤扩机整体有Y↓的位移，若用400的油缸挤扩得到了200-300吨的挤扩力，挤扩机在完成两侧挤扩的同时向下进行挤扩，机体向下的土内位移30-40公分，从而使孔底的沉渣被压密压实，实践证明：压密的土体比原来土地承载力增大30％左右。因而在完成支盘挤扩过程中，解决了沉渣问题。

5、由于去掉现有技术的挤扩装置的外管。这就使得在同一圆截面内多臂挤扩机免受外管的限制，改外定位导向为内定位导向。大大节约了空间，减少了机械重量，使得在同一圆截面内一次可多臂挤压，即在同一平面内三个臂、四个臂、六个臂、八个臂、十二个臂都可一次完成，大大提高了施工效率，且提高了施工稳定性及中心定位法。

6、由于本发明为电脑全自动控制，在挤扩机的每个弓压臂上的0.618部位，安装了压力传感器。这样就能在挤扩过程中得到每一时刻的压力值，压力随着时间变化值通过单片机AD转换器放大成数字信号，由积分仪把三条曲线打印出来并显示出∑F的值，这样每个臂的压力情况都能很好地掌握、不但能反映分力而且也能反映合力，以充分认识土层，对施工中很好地进行质量监测。

7、由于在弓压臂上安装了位移传感器和单片机，所以就能在施工过程中在微机里建立主体模型，能随时了解每个臂上的压力值，压出角度值，旋转角度值及设备在孔中的深度值，这样就可以在进行浇注前就知道此桩的承载力，也就是对勘察的一个检验，同时也解决了支盘桩检验难的问题，例如已完成挤扩，但不知完成的质量，可在同一位置再进一次挤扩，若压力表无变化，说明挤扩完成较好，若在哪个角度出现变化了，那么哪里就出现塌孔现象等，这样就使挤扩设备有了神经脑子，由于在电源不足时使用笔记本电脑进行数据处理，这样就能很好地控制施工质量并建立每根桩的数据档案，为将来设计取得更好的依据。

8、由于本机采用柴油车上安装自动控制液压中心，并安装柴油液压站。当在野外施工，电力不足时可使用柴油液压站，电力足时可使用电力液压站，使挤扩机适应各种条件下的施工，行动方便，尤其在修路修桥时更为重要。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

图1挤扩机剖示示意图

图2挤扩装置工作连接图

图3挤扩机的旋转定位部分剖面示意图

图4-1挤扩机齿轮自动旋转部分剖面示意图

图4-2挤扩机齿轮自动旋转部分俯视示意图

图5挤扩机油缸顶出旋转部分剖示示意图

图6-1挤扩机三支挤扩弓压臂部分剖示示意图

图6-2挤扩机四支挤扩弓压臂部分剖示示意图

图7挤扩机自动控制液压中心部分示意图

图8-1挤扩装置电子孔深测试部分示意图

图8-2挤扩装置电子孔深测试部分俯视示意图

如图1、图3所示，是液压扩扩装置的挤扩机部分，从上到下由四部分组成，液压定位部分它包括轴销3、连接体力劳动、定位外管理、马蹄块5、液压油管家、液压油缸7、定位块8、中心定位块9组成。钢丝绳吊勾通过吊车吊韦轴销路，使整个挤扩机动性机头能提起或放下，在工作时液压油缸7挤出马蹄块5使马蹄块5进入土体完成定位，油缸7收回时，马蹄块紧贴定位外管壁4完成(参见图书馆中的C-C部分即图3)，旋转定位部分如图5所示(即图1中的B-B部分)，由转向外管24、螺母25、转动销、汽弹簧27、连接轴28、项出转动块29、销子30、油管31、液压油缸32、压力挡块33、螺母34、位移传达室感器械9组成。当油缸32顶出时转动块29使转向外管壁24发生旋转，当油缸32收回时，汽弹簧27向外压油缸32使转动块29沿转向外管壁24向后移动，当移动到转向外管壁24下一个槽时，转动块29₈进入槽内，这时油缸32再次顶出，周而复始，每转一个格为30度，从而完成角度转向，传感器49，当油缸每完成一次运动时，向上发射一个信号即完成转向30度，使自动控制得以实现。

自动液压旋转部分还可用另一种方式即如图4-1、4-2所示：它是由外管壁10、压力轴承11、连接压力挡块12、轴承支块13、轴承14、齿条15、油缸定位块16，液压油缸17、油管18、齿轮轴19、直齿轮20、伞齿轮21、22连接轴23组成。液压油缸17往下挤出运动时带动齿条15上下移动，齿条15带动直齿轮20，伞齿轮21转动，在通过伞齿轮22带动轴23转动，使液压油缸17的直线运动变为垂直的转动完成的。挤扩机的单向拉式油缸和双向油缸部分由油管35、36活塞杆37、缸壁38、活塞套39组成。当油管35向油缸里注油时，活塞37活塞套39分别向外挤出做功，固活塞杆37与活塞套39在缸内的面积相等。所以，上下运动时活塞杆37和活塞套39位移是相等的，方向相反，大小相等。油缸活塞杆、活塞套收回时，油管35注油，且缸的上顶端与下端连通，使活塞套、活塞杆依次回收完成一个工作循环，即双向油缸工作完成。

单向油缸是由油管35、36与活塞杆37、缸壁38去掉活塞套39组成的。油缸壁与活塞杆配合，当油管36向缸内注油时活塞杆37向上移动，当油管35向缸内注油时活塞杆37向下移动。

挤扩机的挤扩臂部分由多臂连接块40、弓压臂41、轴销42、底托43、压力传感器46、位移传感器47、单板机48组成，当活塞套39带动连接块40向下移动，活塞杆37带动底托43向上移动时，带动弓压臂41向外挤出，反之收回。当连接头40向下移动时，位移传感器47通过活塞杆37的位移大小来测定弓压臂41的挤出角，同时把信号给单板机48进行放大向上传输，传感器46，连接在弓压臂41之上，当弓压臂41进行工作时，随时可测出土体对弓压臂的压力值通过单板机向上放大传输。

如图6-1所示，为三臂挤扩部分活塞杆37的外面的多臂连接块40和三臂弓压臂44相连又与底托43连接。

如图6-2所示，为四臂挤扩部分，活塞杆37的外面的多臂连接块40和四臂弓压臂45相连又与底托43连接。

如图8-1和8-2所示，为测量孔深部分，它是由电子光断续器50，挡光块51，传动轮52、支撑板53、弹簧54、轮子55和轴56组成。当工作时把轮子55向后拉起卡住钢丝绳66、当钢丝绳66向上下移动时，带动轮子52、55转动，当挡块51转到光断续器50，此时光断续器被挡住，即轮子转动一周，光断续器50发出一个脉冲信号即钢丝绳66走了一个周长的距离，用这种方法测量孔的深度。

如图7所示，为自动控制液压中心部分，由油管35、36液压柱塞泵58、控制键盘59、打印机60、仪表显示器61、中央处理及显示部分62笔记本电脑63等组成，该部分把单片机及压力传感器，角度位移传感器及柱塞泵的压力值和深度传感器数据等通过中心处理单元62进行数据处理，对挤扩机进行操作，并把每项工作过程的数据进行记录，即在中央处理器62上显示出挤扩机的三维主体空间图。

如图2所示，是本挤扩装置工作时与各部分连接图，当钻孔机钻完孔后，吊车65吊起挤扩机1的机头向孔中放下，此时测量孔深的部分加固在钢丝绳上并把油管卡子67卡在钢丝绳66上徐徐放下，当放到一定深度时，对中心控制部分64进行操作，使挤扩机机头进行挤扩工作即弓压臂挤出→收回→旋转→挤出，经几次后一个盘状洞穴完成，再把挤扩机机头下放一个深度。按同上程序工作。工作完毕后将弓压臂收回，吊车吊起挤扩机1的机头即完成挤扩任务。下面的工作可进行钢筋及混凝土的浇注。从而完成了一根多支盘的混凝土灌注桩。当电源不足时，可启动柴油柱塞泵68，进行工作使挤扩机的工作条件大大放宽。

Claims (4)

1.一种液压挤扩装置，包括液压挤扩机部分，其特征在于：还包括自动控制液压中心部分和测量孔深部分；液压挤扩机依次由液压定位部分，自动液压旋转部分，双向油缸单向拉式油缸部分，挤扩臂部分刚性连接；所述的液压定位部分由轴销与连接体连接，钢丝绳连接轴销，连接体与定位外管壁连接，旋转定位部分由定位外管壁液压定位块，与中心定位块固定在旋转定位的底面上，三个液压油缸分别固定在三个定位块上，马蹄块与油缸活塞杆连接，油缸收回时马蹄块紧巾在外壁上，外壁管有向外的三个孔，有三个活塞杆运动在三孔中，三个油缸共6根进出油管并联在两根主油管上；所述的自动液压旋转部分由转向外管与定位外管底面连接，中心定位块连接汽弹簧，通过螺母定位，汽弹簧通过轴销与旋转部分的油缸外壁连接，油缸通过转动销与压力挡块连接，油缸活塞与顶出转动块通过销子连接，油缸上固定有位移传感器和进出油管，油管通过外壁的两个孔引出，连接轴通过螺母锁紧压力挡块及压力轴承；所述的双向油缸单向拉式油缸部分由双向油缸上盖与中心轴连接，油缸拉杆沿缸孔内壁上下移动，活塞套沿缸孔内壁及拉杆外壁上下移动，通过进出油管控制挤出与收回，活塞套与多臂连接块通过转动销连接，多臂连接块连接3-4个弓压臂，弓压臂与底托通过轴销相边，底托与活塞杆刚性连接，各压力传感器分别固定在各个上弓压臂上，各位移传感器分别固定在多臂连接块与活塞杆上，压力传感器与位移传感器又和固定在多臂连接块上的单片机相连；所述自动控制液压中心部分的液压柱塞泵分别与控制键盘打印部分、仪表显示器、中心处理显示器、笔记本电脑相连接，控制液压中心安装在卡车上，卡车上装有柴油柱塞泵、电动柱塞泵，柴油柱塞泵与电动柱塞泵右随时互相切换。

2.根据权利要求1所述的装置其牲在于：所述测量孔深部分由支撑板连接两个轴，而两个轴固定在两个轮子上，两轮子与吊车钢丝绳连接，深度测量部分支架固定在地面上，上述两轮中一个轮子是可滑动的，其沿支撑板的槽滑动，由弹簧控制轴横向运动，弹簧与支撑板与轴相连，在另一个轮子上装有一个挡光块，而光断续器固定在挡板上，当连接钢丝绳时，将其中一轮往后拉可将钢丝夹在两轮之间，使钢丝绳运动转换为轮子运动，当轮子转一圈时，光断续器被挡块遮挡一次，光断续器计数一次即可测出挤扩机深度。

3.一种液压挤扩装置，包括液压挤扩机部分，其特征在于：还包括自动控制液压中心部分和测量孔深部分；液压挤扩机依次由液压定位部分，自动液压旋转部分，双向油缸单向拉式油缸部分，挤扩臂部分刚性连接；所述的液压部分由轴销与连接体连接，钢丝绳连接轴销，连接体与定位外管壁连接，旋转定位部分由定位外管壁液压定位块，与中心定位块固定在放置定位的底面上，三个液压油缸分别固定在三个定位块上，马蹄块与油缸活塞杆连接，油缸收回时马蹄块紧贴在外壁上，外壁管有向外的三个孔，有三个活塞杆运动在三孔中，三个油缸共6根进出油管并联在两根主油管上；所述的自动液压旋转部分由转向外管与定位部分刚性连接，油缸定位块连接在外管壁上，油缸也连接在外管及油缸定位块上，油缸活塞杆连接齿条与直齿轮互相啮合，直齿轮与伞齿轮通过一轴固定在外管壁与轴支承块上，与中心轴连接的伞齿轮啮合通过压力挡块，压力轴承完成转动；所述的双向抽缸单向拉式油缸部分由双向油缸上盖与中心轴连接，油缸拉轩湍缸孔内壁上下移动，活塞套沿缸孔内壁及拉杆外壁上下移动，通过进出油管控制挤出与收回，活塞套与多臂连接块通过转动销连接，多臂连接块连接3-4年弓压臂，弓压臂与底托通过轴销相连，底托与活塞杆刚性连接，各压力传感器分别固定在各个上弓压臂上，各位移传感器分别固定在多臂连接块与活塞杆上，压力传感器与位移传感器又和固定在多臂连接块上的单片机相连；所述自动控制液压中心部分的液压柱塞泵分别与控制键盘打印部分、仪表显示器、中心处理显示器、笔记本电脑相连接，控制液压中心安装在卡车上，卡车上装有柴油柱塞泵、电动柱塞泵，电动柱塞泵、柴油柱塞泵可随时互相切换。

4.根据权利3所述的装置其特征在于：所述测量孔深部分由支撑板连接两个轴，而两个轴固定在两个轮子上，两轮子与吊车钢丝绳连接，深度测量部分支架固定在地面上，上述两轮中一个轮子是可滑动的，其沿支撑板的槽滑动，由弹簧控制轴横向运动，弹簧与支撑板与轴相连，在另一个轮子上装有一个挡光块，而光断续器固定在挡板上，当连接钢丝绳时，将其中一轮往后拉可将钢丝夹在两轮之间，使钢丝绳运动转换为轮子运动，当轮子转一圈时，光断续器被挡块遮挡一次，光断续器计数一次即可测出挤扩机深度。

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