液压打桩锤低位换向时间的分析.pdf

第 1 1 期 4 5． 液压打桩锤低位换向时间的分析 崔宗伟 ，前德 门，马新军，田洋 海洋石油工程股份有限公司安装分公司，天津 3 0 0 4 5 2 [ 摘 要]液压打桩锤是海洋工程安装 中的重要装备，本文分析了液压打桩锤低位换向时间设置对设备工作状态的影响， 尤其对打桩锤减震系统有较大影响，这种影响有积极的也有消极的，应根据实际情况选择适合低位换向时间以增加积极影 响，降低设备现场的冲击损坏率，提高装备在现场作业的效率和使用价值。 [ 关键词]液压打桩锤；蓄能器；低位换向时间；L R P ；分析 液压打桩锤系统现 已被广泛应用到 海洋石油工程和海洋风电桩基等工程安 装 中，对于这种 昂贵而复杂 的特种工程 机械 ，科学使用该类设备 的基础条件之 一 ，是深入 了解各参数的改变对设备工 况和系统 的影响。 1 打桩锤的基本结构及原理 打桩锤按其功能划分为锤体包括 电 气控制系统，液压驱动系统 ，能量释放 及 缓冲系统 。锤体 结构和原理如 图l 所 示。驱动油缸上下两腔的面积和压力不 同，压差作用推动锤芯加速下落，撞击 砧铁 ，进而把能量传递给钢桩。 减震蝶簧用于减少撞击对锤头驱动 单元的冲击，减震活塞作 为主要缓冲装 置，承载来 自砧铁 的大部分冲击力。两 者的共 同作用是保证锤体精密液压件 的 稳定性 。因此，减震系统 是大型液压打 l 2 3 4 5 桩锤 的重要组成部分，同时也 是使用 中受冲击 的 易损部件 。 电气系统 的信号采集和计算是低位换 向时间 的理论基础 ，液 压驱动系统是低位换 向时间 的执 行机构，能量释放及缓冲系统则是低位换 向时间 的主要影响对象。 实时控制计算机R T C 通 过四个行程传 感器计 算 出锤芯运动 的当前位置和速度 ，进而推 算出锤 芯打击到砧铁 的时间，然后计算机控制 主阀换 向 改变高压油的流 向，从而改变锤芯的运动状态。 2低位换向时间 L R P 卜主控制阀；2 一 液压驱动单元 含蓄能器 ；3 一 减震蝶簧； 4 一 锤芯；5 一 行程传感器；6 一 减震活塞；7 一 砧铁 图1 打桩锤结构及控制原理简图 低位换向时问 L o we r R e v e r s a l P o i n t ， L R P 是指 驱动单元 中主 阀换 向、锤芯所受合 力方 向变化时 刻与锤 芯打击到砧铁时刻的时间间隔 锤芯所受 合 力方 向的变化不一定代表锤 芯物理运动方 向向 下 ， 由于惯性等原因，锤芯 受合力变为下 降状态 时，锤芯可能仍在上升。 作者简介崔宗伟 1 9 8 4 一，男，河南人，硕士研究生，工程 师。海洋石油工程股份有限公司安装公司设备主管。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 4 6 一 一 技术交流 石 油 和 化工 设 备 2 0 1 3 年第 1 6 卷 _ 一 -4 l 嚣0 m - m 柏 拭 s a 图2 低位换向时间 L R P 考虑 到实际系统 中机械、液压和 电气系统存 在 延时，低位换 向时间和换 向指令存在一个 固定 的时间差At 。若在主阀换 向时锤芯打击砧铁 ，则 称低位换 向时问为零 ；若主 阀换 向时间早于锤芯 打击砧铁 ，则称低位换 向时 间为负，反之为正 ， 时间单位为ms 。以ME N C K公司M1 9 0 0 锤为例，其 锤 芯重约6 0 P r ，对于大型液压打桩锤而 言，其任 一 短时间段 内的运动状态变化 ，都会涉及较大 的 力和能量。因此分析L R P 的设置对设备合理使用有 着重要意义 。 3 低位换向时间的改变对打桩的影响 这里分为两种情 况来分析换 向时间对设备的 影响 ，即换 向时间为负 L RP 0 1 和换 向时间为正 L R P 0 。撞击时刻换向的影响与提前换向类似， 所以将其归于 “ 负”来讨论。 3 ． 1 换 向时 间为负 主 阀在锤 芯打 击到 砧铁 之前 换 向，也就 是 说在锤芯还没有接触到砧铁之前，锤芯合力 由下 降状态转变为上升状态 ；锤芯接触砧铁 的时间减 少 。这种设置将对 系统产生多重影响，最直接的 是锤芯将不 以最 大速度打击砧铁 ，当次打击 能量 会减 小；当地质较硬时，可 以部分削弱砧铁反弹 给锤 芯的冲击 ，但多数情况是强烈的撞击可能会 加速锤芯反弹，造成 “ 跳锤 ”现象 。 图3 蓄能器流量曲线 虽然主 阀提前换 向，但 由于惯性 ，锤芯还在 高速 向下运动 ，液压缸上腔 内的高压将会急剧 降 低 ，出现 很大 的液压冲击 。同时低压蓄能器 中液 压油要快速 回流补偿液压缸上腔 ，其流量产生跃 变 ，如图3 所示 。这时低压蓄能器中的往复活塞会 有一个加速 的动作 ，甚至直接打到机械 限位 ，长 此以往会降低蓄能器的寿命 。 在极端情况时，锤芯 的下降速度很快 ，蓄能 器不足 以满足 回流需求时，锤头连接的低压管线 将会 出现 液压油倒吸，这是非常危险的工况 ，会 对设备造 成极大 的机械损伤 ，因此在实际操作 中 不允许将L R P 设置为负。 3 ． 2换向时间为正 L R P O 相 当于锤芯撞击砧铁后，主 阀保持一 段时间，高压油推动锤芯在砧铁上保持接触 。此时 整个打桩锤体的重量压在钢桩上，在硬的地质状况 下将有效地减轻锤体的跳动 。此时由于活塞行程 已 达到最大，而动力站流量未变化，L P R时间内锤的 工作压力将逐渐增大，锤击频率将不断增高。 这种设置将对锤体缓冲系统带来较大 负面影 响。锤体重量 、砧铁反弹力 以及活塞 的高压压力 将 同时作用于弹性连接的蝶簧 ，蝶簧受到最大限 度 的作用力，长期如此将极易造成机械损伤 ，破 坏缓冲性能。 如果正 向时间设置过长 ，锤芯受压下降距 离 过大 ，也就相当于锤体上升，甚至超 出减震活塞 行程，整个减震环将会失去缓冲减震效果。 4小结 通过 以上 对液 压 打桩锤 工 作原 理 的分析 可 知，L R P 设置无论正负都存在正反两方面的影响， 但 负值对 设备 的不 良影响 较重 ，造成 的损 害更 大 。因此在实 际作业中不 允许将时间设置为负。 在实践中应验证设备说明书的要求，科学设置 ， 减少工程使用 中的损坏和待机时间，提 高装备 的 使用价值。 ◆参考文献 【 1 】 O p e r a t i o n a n d Ma i n t e n a n c e ma n u a l o f ME N C K H y d r a u l i c Po we r P a c k． 2 0 09 ． [ 2 ] 马雅丽，黄志坚． 蓄能器实用技术【 M】 一匕 京化学工业出 版社，2 0 0 7 ． [ 3 】 雷天觉． 液压工程手册【 M】 E 京机械工业出版社，1 9 9 1 ． [ 4 ] 孟凡武 贺鸣． 电液锤液压系统的压力控制方式[ J ] ． 锻压 装备与制造技术装备，2 0 0 5 ． ／ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m