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对于液压打桩锤减振环损坏机理和改造的小常识

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对于液压打桩锤减振环损坏机理和改造的小常识

发布日期:2021-01-14 作者: 点击:

1. 结构与工作原理


液压打桩锤是海洋石油开发、风电安装中的重要施工机械,由锤体、动力站、液压绞车和电缆绞车等几部分组成,打桩锤的控制系统控制打桩锤锤芯的起落,完成打桩作业。液压换向阀控制压力油进入液压缸有杆腔,活塞杆带动锤芯快速沿着锤壳体向上移动;当锤芯达到一定高度,控制系统获得其位置信息后控制液压换向阀换向,压力油同时进入有杆腔和无杆腔中,活塞杆带动锤芯快速向下移动(最大速度5.6m/s)冲击砧铁,冲击能通过砧铁传递到钢桩,把钢桩贯人地层中,完成一次打击循环。其最大冲击能量时的工作频率为38Hz。打桩作业时,钢桩的反向作用力通过砧铁作用在缓冲活塞上,压缩密闭氮气室的体积。减振环是液压打桩锤中重要的部件,位于锤壳体与砧铁间,环体周边均匀分布18个缓冲活塞,活塞上方是密闭氮气室。减振环吸收钢桩对打桩锤锤体各个零部件的冲击,因此减振环的好坏,直接影响打桩锤的使用寿命和使用成本。


2. 减振环失效分析


该液压打桩锤打桩作业锤击20万次后,出现锤体噪声明显变大、锤体振动变强的现象。通过检测发现减振环18个密闭气室中的压力明显偏低。在无负荷状态下,重新充气4h后,检测气室气体压力明显

下降,表明密闭气室气体泄漏。由于密闭气室气体的泄漏,降低了减振环吸收冲击的能力,因此出现锤体噪声明显变大、锤体振动变强的现象,加剧锤体部分的破坏,最终导致打桩锤无法继续使用。


失效分析


对减振环进行解体,缓冲活塞上安装的4道密封唇口有损伤,气室内孔深处均有不同程度的划痕,与密封圈接触的减振环环体气室内孔壁有磨损,密封运动区域尺寸公差范围为中φ9530~φ49545mm,大于其密封使用公差范围φ95H9"m)。密封采用宝色霞板公司斯特封,密封工作参数为:压力80MPa、温度-45~200℃、运动速度15m/s,密封体硬度邵尔A90。斯特封对密封运动偶件要求:表面硬度不小于45HRC,表面粗糙R0.05~0.20。减振环环体材料为42CrMo,经检测,内孔及环体的硬度为195~220HB,远低于技术要求。


因为材料的硬度值偏低和密封瞬时承受高压的工况,经过一定使用周期后,气室内孔与密封相对运动区域产生磨损,密封与气室内孔壁的间隙加大,甚至为正常值的3倍多,在较大负载冲击下,活塞快速运动,活塞的中心线与气室内孔中心线难以保持在同一直线上,造成缓冲活塞与环体气室内孔壁金属间接触摩擦,使环体气室内孔壁划伤,活塞密封易损坏,最终导致密闭气室中高压气体泄漏。


3. 改造方法


因减振环体尺寸大,结构复杂,提高环体气室内孔硬度非常困难,因此采用套式方案进行改造其技术方案步骤为:


(1)清洗干净减振环环体气室内孔壁。


(2)在大型管床上扩环体气室内孔,由内径φ95mm,长度φ295mm扩大至φ105mm,深度为270mm


(3)制作内径φ95mm,外径φ105mm嵌套,材料选择GCr15,采用氧氨化热处理技术(QPQ技术),硬化层平均深度0.013~0.015mm,热处理后表面平均硬度为730-735HV。


(4)通过液氮冷装的方式,把嵌套人压入环体气室内孔中。


(5)嵌套在液氮中冷却后尺寸缩小,再到自然温度中尺寸恢复,内孔尺寸会有细微的变化需要经过计算,保证嵌套内孔的恢复尺寸应满足设计尺寸公差要求,即φ95H8(考虑高压工况)。冷装方式关键因素是确定冷装时的冷却温度和冷却时间。经计算确定冷却温度-67.2℃,冷却时间为12min。冷装后,测量嵌套内孔尺寸公差(如表1),达到了设计要求。


(6)更换已损坏的密封件。测压下力细数如五材表明共却后


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关键词:预应力管桩施工,PHC管桩施工,预应力混凝土管桩施工

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