打桩锤配用的桩架设备

打桩锤配用的桩架设备打桩锤除了利用起重设备进行吊打的状况外(吊打具体见第四章第七节吊打内容),绝大部分都是接受桩架设备进行打桩作业。桩架设备亦称打桩架，它的作用是用来完成打桩锤上下运动的导向与起落、吊桩并将桩身稳固于打桩锤同一轴线位置以及起动打桩锤击桩,使桩始终沿着打桩架的轴线方向下沉等各项功能。因此,桩架设备的性能状况对打桩效率有很大的影响作用。桩架设备的主要技术性能打桩锤配用桩架设备进行打桩，为顺当进行施工,并保证打桩的质量,对桩架设备提出以下的基本要求：平安牢靠,满足沉桩的各项要求；移动机敏,动作精确，制动牢靠;便于打桩操作和维护保养;拆装便利，便于运输与安装。在施工中，针对工程设计要求并依据经济合理的原则，一般要选择适合的打桩锤，同时也要选择相适应的桩架设备。为此,桩架设备的主要技术性能应包括以下几项参数:桩架高度，即可反映所打桩的最大长度,单位:m;最大配锤力量,即最大吊锤重量,;最大吊桩力量,即可反映所打桩的最大重量,所打桩的最大截面尺寸,包括园径或方型尺寸,桩架前后倾动力量,即所打桩的最大斜角，±°。依据施工场地的不同，桩架设备可分为陆用和船用(水上作业)两大类，这两大类桩架设备又具有各自不同的技术性能参数。陆用桩架陆域打桩施工格外普遍，随着打桩锤的不断进展和施工手段日趋现代化，桩架设备也得到了很快的进展，其品种不少于桩锤的种类。这是由于施工方案的多元化桩架设备不仅可以用于打桩作业,而且还可以用于钻探、打眼、振动灌注以及起重、挖掘等项目的施工。所以,桩架设备的形式也很多,进展也很快。过去有木质桩架和钢结构桩架两种类型，现代几乎全是钢结构形式的桩架设备。如按运移方式分类，可以分为固定式桩架和移动式桩架两类。在移动式桩架中,又可以分为拖行式和自行式两种;当然，假如再按移动机构的不同形式,又可以分成很多种。目前习惯将陆用桩架分为以下几种:简易打桩架；多功能打桩架;自行式履带打桩机。下面对这几种打桩设备的结构特点和工作原理分别加以叙述。简易打桩架简易打桩架,如图６-1所示，它主要由桩架１、顶部滑轮组２、平台7和卷扬机等所组成。桩锤沿桩架(龙口导架)的导轨上下移动。双筒卷扬机通过滑轮组吊锤和吊桩。桩架的平台是用槽钢制成的,在下面装有滚轮，滚轮在槽形钢轨中滚动，需要移动时,一般多用撬杠撬动。还有的简易桩架做成圆筒形,外侧再镶上导轨,它和多能打桩机相像。一般桩架是不能倾斜的,但有的可以借斜撑杆的伸缩使桩架倾斜。打桩架中的卷扬机是一个重要机构，由它来完成提升桩锤和吊桩工作。打桩工作对卷扬机的特殊要求是，在打桩过程中能随着桩打入的速度随动,并且能随时停止。下面介绍一种常用的结构。图6-2所示的卷扬机,主要由电动机2、离合手柄3、棘爪6、制动器８和传动轴9等组成。这种卷扬机，一旦没有电源时,可以用手摇动。在卷筒上装有制动器,用脚踏操纵，在打桩过程中,可以自由下落，也可以把握快慢;而且遇到紧急状况时,可马上停止。在卷筒两侧有棘轮,并装有棘爪6,可以用它卡住棘轮而不使卷筒反转。这样在工作过程中如遇电源突然中断,就可以防止落锤和倒桩的事故。在打桩时,则把棘爪脱开,使卷筒随桩的下沉自由转动。在打桩过程中，一般只用一个卷筒来提升,所以这种卷扬机的结构是合理的。这种桩架虽然能完成打桩工作，但是劳动强度大,效率低、移动不便利，尤其是桩架不能倾斜,无法施打斜桩,所以目前用得较少。国内常德浦沅建设机械有限责任公司目前生产两种型号简易打桩架,如图６-所示，其技术参数如表6-所列。这种桩架设计成支腿支撑,便利在斜坡上打桩,对植桩的场地适应性较好。可用于抗洪抢险护堤桩、低水桥的桥脚桩、高速大路护栏桩、建筑物的基础桩等各种木桩、小型钢桩、水泥桩的打植。多功能打桩架多功能打桩架，也称万能打桩架,是柴油锤一种专用的打桩架，因此,这里较为具体地予以介绍。多功能打桩架的结构型式，如图6-3所示。这种桩架称为多功能,是由于它能借助于本身的动力,可以进行吊桩、吊锤、回转、桩架前后倾斜、自身起架、落架等动作。这种桩架在大面积多桩位桩基施工中,可以发挥其较高的效率。所以近来得到了比较普遍的应用。下面分别介绍几个主要的机构。行走机构(图6－4）行走机构的作用是承受全机的重量和使整个机器移动。它主要由行走平台2、主动行走台车1和行走驱动机构等组成。行走平台是打桩架的底盘,由两个半个拼成四方型框架,平台上焊有回转轨道１1和大齿圈１５。框架四角有立轴孔14,通过立轴分别装有主动和从动台车1和5。从动台车配有可摇摆的支腿６,以便在曲线轨道上行走。主动台车,由行走驱动机构带动，驱动机构由电动机7，通过减速箱８驱动链轮13，通过万向节９,带动主动轮,使主动轮转动而行走。平台、桩架和斜撑杆在行走平台上面,有平台、桩架和斜撑杆三大部分,又有伸缩小车、司机室、配重和全部的驱动机构(图６－５)。回转平台11由前后两部分拼成，可沿回转轨道旋转。它的前端通过伸缩小车6用销轴与桩架2连接在一起;斜撑杆4一端与平台上的球铰８相连,另一端与桩架上的铰相连。后平台上有司机室9和配重10。桩架2可以依据打桩要求，加减节数。在其顶部有供吊锤和吊桩用的滑轮组1。桩架前面装有桩锤导轨１2，两侧有扶梯１4或装有升降梯5。斜撑杆４有两根,用以支撑桩架和使桩架倾斜,其上端通过铰3与桩架相接,下端通过调整丝杠15与球铰相连接。斜撑杆的长度,靠调整丝杠或液压缸来转变,以满足桩架前后倾斜的需要。滑轮7起导向作用,安装在平台上面。在回转平台的前端，有一个嵌在平台内部可以伸缩的小车6,小车的伸缩带动桩架移动,为对准桩位供应了有利条件，同时与斜撑杆的伸缩协作，使桩架倾斜。全部多功能打桩架上的机构,都是用电动机或内燃机来驱动的,有的接受集中驱动，有的则接受分别驱动。目前，多功能打桩架,都是在钢轨上行走，有的可以在曲线轨道上(带摇摆支腿的）,有的则只能在直线轨道上行走,对于后一种,若要转移行走方向,需要千斤顶以横梁和桩架下端为支点,将整个机器顶起,开动回转机构使行走轮落在所要走的方向轨道上(图6-6)。这种桩架除能满足柴油打桩锤用之外，还可以用于钻孔机、振动锤等，也可以经过改装或增加附件，作为起重机用。多功能打桩架,可以满足打桩工作的需要,动作精确平安牢靠,但是结构比较简单、自重大、运输不太便利和需要铺设轨道等缺点。所以有待进一步改进。国内常德市浦沅建机公司目前生产两种型号的多功能打桩架，如图6-所示,其技术参数如表6-所列。ＪZ62桩架是目前国内悬挂柴油锤吨位最大的走管式桩架。主要与D62以下柴油锤组成一套完整的桩机。完成各种打桩作业。可以用来打钢桩、混凝土预制桩,也可以在负荷力量小于30０KN的范围内与振动锤或钻机等配套进行其它桩基础施工作业。JZ50桩架是一种两用桩架,它即可以协作D５０以下柴油锤进行钢管桩、混凝土预制桩等各类桩的打桩作业，又可以协作振动锤进行各类桩的沉拔桩作业及进行混凝土现场灌注桩的施工。ＪZ５0/JZ62桩架结构简洁、性能牢靠、售价低廉，对工地土质与地形要求低,实为基础施工机械之首选。同时还可在此基础上进行各种改装，满足各种作业之需要。自行式履带打桩机自行式履带打桩机通常是在挖掘机或起重机上加上帮助设备而构成。这里着重介绍由履带式起重机改装的打桩架，如图6-7所示。这种桩架是在履带式起重机的基础上,进行改装而成的,对于基础车辆的结构与使用，这里不予介绍,只介绍其打桩部分。桩架的所以工作,都是由基础车辆的动力来完成的,其动力有电动和内燃机两种。电动虽然结构简洁,但要拖一根电缆，假如工地电源不足或无电源就无法工作。所以工地上用内燃机为动力的居多。柴油打桩锤3以导杆2为轨道,可以上下运动,卷扬机9上的钢丝绳,经过顶部滑轮组1来完成吊锤、吊桩和启动柴油打桩锤的工作。桩架15是由多节组成的,各节之间用连接法兰6连接,这样可以依据需要调整其高度。其桩架的主要形式有圆筒型,也有桁架式。桩架的倾斜,是通过转变斜撑杆4的长度来调整的。下支架11一端与机体相固结,另一端和桩架上的铰点相连接，并且可以伸缩,以便桩架倾斜。斜撑杆４一端与桩架铰接,另一端与横梁12相铰接,横梁1２是安装在回转平台上。依据工作的需要,在横梁上设有支腿14，打桩时将支腿支起。这种桩架的最大特点是移动机敏、使用便利。由于履带运行机构,对路面要求比较低,一般只要稍许平整或压实即可;有的履带甚至可以在低洼湿地上进行工作。因此，这种打桩架对于打散桩或无肯定规律的特殊基础工程,更加合适。此外，这种桩架转移便利,拆下桩架就可用平板车拖走,安装也便利，因自己本身有动力,不需其他起重机挂念,所以这种桩架深受施工部门的欢迎。国外生产的履带式打桩机很多,其中芬兰永滕公司制造的永滕PM系列液压履带式桩架溶合了现代液压桩工机械新技术和新工艺,有效地实现了一台桩机的多功能性,使得桩机具有更为广泛的应用范围。应用PＭ系列多功能桩架单机可以实现:直接打桩预钻打桩打入沉管灌注桩长螺旋灌注桩大口径旋挖桩永滕ＰM系列多功能专用底盘可快速升降后倒式桩架有效地缩短了转场时间;可自动伸缩的履带间距，即提高了操作的稳定性又供应了运输的便利；桩架的水平移动设计为快速精确定位制造了条件。低中心，低运输高度使得永滕ＰM系列产品具有无可比拟的优势。图6-为芬兰永滕公司制造的ＰＭ25履带式打桩机,表6－为PＭ系列履带打桩机技术参数。一般状况,PM25履带式打桩机可配备HHＫ-５Ａ液压锤;PM２６配HＨＫ-7A锤;PＭ30配HHK-9A锤。这几种液压锤的主要技术参数见表6－所示。(插表6-HＨK-A系列液压锤技术参数)日本车辆工业株式会社制造DH508-105M履带打桩机的主要性能如下：设备名称履带打桩机型号DH５08-１05M生产厂日本车辆最大起重力量(吊重×跨距）55t×3.８m作为打桩机用时最大允许工作重量108t工作速度主副卷筒及第三卷筒起升／下降钢丝绳速度低速最大值高速最大值3３ｍ/ｍｉｎ6６m/mｉn桩架起升／下放时卷筒钢丝绳最大速度回转速度最大值行驶速度(最大速度)４７.6ｍ/min2.4ｒｐm1.0ｋm/h带基本桩架及其本扒杆时爬坡度4０％主机重量作吊机用时作打桩机用时37９０0kｇｆ3８00０kgｆ配重作吊机用时１00００kgf（6０00+４０0０)ｋgf作打桩机用时13０00kgf(６０0０+４000＋3００0)ｋgｆ履带触地面积7510８cm2发动机制造厂及型号日野/EM１0０型式水冷直接喷射式额定功率１５5pｓ/2000rpｍ最大扭距排量9.419升燃油消耗量1６5g/ps.h燃油箱容积25０升履带宽度800mｍ最小离地间隙３74mm履带中心距(伸开时）35８0mm履带中心距（缩回时)25０0ｍm机体尾部回转半径4800ｍｍ行走装置长度5５20mm驾驶室顶高3０８7mm上部回转部分宽度3０８0mmＤＨ50８-105ＭM６0D工作性能表锤钻孔器桩架桩打直桩时带桩稳性打斜桩时工作总重（吨)平均接地比压(ｋg/cm2型式重量(吨)桩帽重量(吨)驱动装置钻杆长度（米)重量(吨）长度(米)重量(吨)外径(毫米）斜桩角度无桩稳性型式重量(吨)长度(米)重量（吨)KB6０153．0----3312.8２51０.012006．0°5°7.8°８９.21．13MH45111．5－-－-３312．８2６10８5０8．0°6°８．9°83.71.06-－-D－6０Ｈ６.０294.3３312．8２71０100０9.0°--82．４１.05KB６０D-60Ｈ6.0２03.0２４１0.5１6101０0０６.0°-－95．６１.２１MH４5D－６0H６.02６３.930１2.１2310850６.7°--93．３１.18MＨ35Ｄ－６0H６.029４.333１2.８2710750７．0°--91.６1.16注:1、桩架最大独立高度为３0米,立更长的桩架时需用吊机。2、吊桩钢丝绳直径为20mm，单股吊3吨,双股吊1０吨。留意钢丝绳肯定要在其允许吊重载荷范围内使用。３、在打后倾斜时,应使用液压支腿。4、机械的工作重量不包括桩重。5、桩的外径指桩架正对打桩机时,在３60°全回转范围内允许的最大桩径。6、钻杆的最大扭距为4吨.米。７、当仅用钻杆时，钻机的容许拉应力为45吨（桩架长度为24米,钻杆中心和桩架中心间距为６5５mm)。日本车辆工业株式会社制造ＤH608-12０Ｍ履带打桩机的主要性能如下:作吊机时技术数据:基本臂长度1３米(6.5＋６．５)主臂最大长度55米力矩限制器电动式工作总重60０００ｋgf(带１２.5Ｔ配重)平均接地压力0.72kgｆ/cm2吊钩６5吨、３0吨、6.6吨履带宽度８00ｍm工作时机体宽度４５00mm运输时机体宽度3300mm运输时机体高度3２５7mmDH608－12０MＭ9０Ｃ桩架工作条件配重１6．5t+补充配重9.0t混凝土桩25m×１8ｔ打斜桩后倾１2°桩架长度3３m桩帽1t稳定性无桩时总重ＭH72B锤116.29ｔ桩垂直时稳定性前倾9.５°后倾１5.2°桩后倾1２°时稳定性前倾１8.９9°后倾5.７2°配备设备柴油打桩锤ＭＨ－72Ｂ电动振动锤ＶS－300钻孔器Ｄ-120Ｈ回转时桩垂直时稳定性前倾5.２８°后倾17.58°桩后倾１２°时稳定性前倾15.07°后倾8.1６°稳定性无桩时总重MH60B锤１１2.89ｔ桩垂直时稳定性前倾１１.2９°后倾１５.２4°桩后倾1２°时稳定性前倾20.５2°后倾5．9２°回转时桩垂直时稳定性前倾6．５１°后倾1７.６8°桩后倾12°时稳定性前倾１6．１5°后倾８.38°日本三和钻孔器配DH６08－120M型号D-1２０Ｈ工作环境温度+4５℃～-２0℃存放环境温度＋45℃~－20℃发电机最小290KVA驱动装置D-１2０H型回转速度13.５rpm输出扭距6４90kg．m电动机三相全封闭式电动机４5ＫＷ电压380V,5０ＨＺ极数6绝缘等级F驱动装置重量及尺寸7800kｇ,配重１00０kg×22363×1814×10８0ｍｍ取土允许载荷最大60ｔ移动钻套用于最大直径100０毫米的钻杆重量９50kg,尺寸93７×１３0０×1305mm固定钻套固定在桩架导杆上用于最大直径10００毫米的钻杆重量９0０kg，尺寸937×１30０×1３０5mｍ钻杆用于钻１０00毫米直径孔５m×5,3m×1日本车辆VＳ-3０0振动锤(配DH6０８－12０Ｍ）打桩种类板桩U型、Z型、平型Ⅰ型钢宽度大于25０mmＨ型钢宽度大于2５0mｍ轻型板桩打桩力量最大N值沙土35粘土１8最大桩长H型、Ⅰ型钢１8m板桩、3型１8m拔桩最大桩长Ｈ型、Ⅰ型钢22ｍ板桩、4型２２m说明适用的吊机:在全部工作半径下的起重力量打桩大于１０t拔桩大于１０t电源日本柴油发电机组电源容量标准电压电缆断面EDG１25大于150KVＡ380V，50ＨＺ大于8０mｍ2(长１00m）振动装置型号驱动系统润滑方式润滑油偏心距频率离心力空转时振幅空转时加速度１Ｖ-２60A电动、双轴、带传动飞溅润滑11.０升、涡轮油#18０2６00kg.cm１1０0次/分钟3５.２t7.5mm10．2g三角皮带Ｃ８8×7根/50HzＣ9２×７根/60Ｈｚ电动机型号型式负荷率功率电压极数绝缘等级启动方式NI-５0Kb防震式1小时（工地温度不大于40°)50kW38０V,50Hz６ＦY-△换接启动夹头型号型式油压夹持力夹持行程VC－３０0A液压缸系统80ｋg/cm244．0ｔ－１0~48ｍｍ减振器型号型式弹簧常数最大允许载荷最大允许变形Ｄ－3０0B螺旋弹簧式１０20kg/ｃm２0.０t2０6mm油泵型号油压最大油压适用液压油油箱OＰU-06A－8080ｋｇ/ｃｍ214０kg/cm２涡轮油#9０～＃１20８0升国内上海工程机械厂有限公司（原“金泰公司”)生产ＤＨ558－１10M全液压履带式三支点打桩架是引进日本车辆制造株式会社技术,其工作力量见表6－所示。其中,M85D立柱可回转１35°,立柱可同时挂上打桩锤和螺旋钻孔机作业。该设备重量与外型尺寸如图６-所示;它具有施工稳定性好、精度高、效率快、修理便利等优点。船用桩架船用桩架即水上打桩设备,一般称浮游式打桩架或打桩船(以下皆称打桩船)。随着港口建设、跨海大桥和海洋开发事业的迅猛进展,水上施工也从遮挡   水域向外海延长。打桩船不仅船舶主尺度以及总吨位大有增加,而且桩架增长、设备形式也在变化，其技术含量也越来越高。水上打桩,早先是接受陆用打桩设备搬移至驳船上，固定后即可进行水上的打桩作业。但是,水工事业的进展，要求桩基强度越来越大,不仅加大了桩径尺寸、增加了桩长,而且斜桩的倾斜角也在增大。陆用打桩架远远满足不了水上桩基施工的要求。因此,打桩船也随之进展。依据海上工程的不同需要,建筑的打桩船形式也多种多样。尽管打桩船的种类很多,但打桩船的主要结构都必需由三部分组成：其一是船体,浮游于水面上，且有肯定的排水量和抗风浪的稳性。因长期在施工区域内作业，不需配备航行设备，即称为非自航式打桩船。其二是打桩专用设备,包括：桩架、打桩锤、起重绞车以及其它打桩附属装置；这些设备的技术参数直接反映该船的打桩力量。其三是船舶动力系统,包括机舱内的各台设备以及甲板锚机等机械。图6-为一般打桩船的基本结构状况。我国建设部最新颁发的行业标准JGＪ33－２001《建筑机械使用平安技术规程》中明确规定:“水上打桩时,应选择排水量比桩机重量大四倍以上的作业船或坚固排架，打桩机与船体或排架应牢靠固定,并实行有效的锚固措施。当打桩船或排架的偏斜角超过３°时，应停止作业。”这是我们设计制造打桩船的基本原则规定。打桩船的分类打桩船的种类很多。依据不同的要求,可以有不同的分类方法。例如:若按船舶动力装置的不同进行分类，一般可分为蒸汽机型和内燃机型两大类;而内燃机型中又可分为电传动和液压传动两种不同类型。若按船舶施工性能的不同进行分类,还可以分为以下六种类型打桩船,如表６－所列的分类状况。表６－打桩船分类表类型特性适应工程变幅式打桩船桩架可绕其前支点,做俯仰动作,俯仰角一般为18．５°~35°施打斜桩旋转式打桩船桩架除有俯仰性能外，还可做水平旋转,通常在方驳船首安装起重机和龙口等组成施打群集的堆桩摇摆式打桩船桩架上的龙口具有左右摇摆的性能施打受水位限制或左右倾的斜桩吊龙口式打桩船以起重船或方驳船首安装起重机,吊立龙口,并转变上、下支撑长度,形成不同俯仰角度施打浅滩、陆沿的斜桩及桩群补桩吊打式打桩船以起重船或打桩船直接悬吊打桩龙口式桩锤的打桩方式施打群桩的补桩和井架附属桩平台式打桩船在自升式平台上，配有打桩台车架和桩锤等，具有俯仰、摇摆、吊打多种性能施打外海大型桩变幅式打桩船变幅式打桩船系指传统型打桩船，其打桩架可在船舶纵向垂直平面范围内进行前俯后仰的变幅作业。如图6－所示,一般变幅角度为±3０°，可适合施打直桩与各种斜桩。桩架变幅装置主要为丝杠或液压缸驱动。此类较先进的船舶在航行被拖带时,桩架可变幅至－65°，降低了重心,有利于平安拖运。全旋转式打桩船全旋转式打桩船系指打桩架可在船首水平面的360°范围内旋转,适合施打桩距较小的群桩。例如：桥墩基础群桩、水上围堰钢板桩等工程。一般常在方驳上安置一辆履带式打桩机(如:日本DH608型）即可。如图６-所示。该船打桩效率很高,不需要频繁移船、吊桩,优于传统型的变幅式打桩船,所以近些年来进展较快，船型也渐渐加大,在较恶劣的气象、水文条件下也可以顺当施工,因此具有较明显的优势。图6-为700吨全旋转起重兼打桩船。摇摆式打桩船摇摆式打桩船系指打桩架可在船首平面内进行左右摇摆,适合施打左、右倾斜的各种支撑桩，如图6－所示。吊龙口式打桩船所谓“龙口”,即打桩锤上下运动的滑道支架。吊龙口式打桩船就是将该支架吊出船首以外处固定的一种形式;如图6-所示，它适合海岸浅滩或补桩施工。吊龙口,一般利用打桩船（如上海东海船厂造的１５0吨压桩船)或起重船进行改装作业。吊打式打桩船吊打式打桩船是利用吊打笼子并直接悬吊进行施打的形式,如图所示。吊打笼子即用围杆圈住的一段龙口,内设打桩架，打桩锤可在笼子内上下锤击运动。平台式打桩船平台式打桩船系指平台船上设置打桩机的结构形式,如图所示。这类打桩船具备以上各种施工性能,属万能式打桩船;同时,打桩施工不受风浪影响,适合气候恶劣的开阔海疆施工作业,尤其是海洋石油平台的桩基工程。打桩船的主要技术性能打桩船的种类很多,但其主要技术性能都应包括以下五个项目参数：船体主尺度及性能。包括船舶总长、型髋、型深、各种状态下的吃水、排水量、吨位以及作业、就地抗风锚地避风拖航条件下的各种力量等参数。打桩性能。包括桩架高度（即可打最长桩的力量）、桩架变幅角度、最大桩径尺寸、最大桩重以及最大匹配打桩锤型号等状况。起重性能。包括主钩的最大吊重、舷外跨距、吊高以及副钩的起重力量。甲板机械性能。包括桩架变幅形式与力量。各台锚机的拉力、绳速以及锚的种类与吨位等。机舱设备性能。包括主机功率、发电机能量、液压系统参数以及船舶调平设备等力量。通常状况下，打桩船主要依据桩架高度来确定作业力量的大小。我国交通部试行标准规定打桩船分为三个等级，如表６-所示。（插表6-非自航工程船舶等级见手册 P8５５表13-1－1)为了更具体地了解打桩船的特性，我们重点介绍以下两种形式的打桩船：变幅式打桩船和全回转式打桩船。变幅式打桩船变幅式打桩船属于传统结构形式的打桩船。图6-为桩架高度80米的变幅式打桩船简图。一般简图中标有船舶主尺度;该变幅式打桩船的船体总长为56．０米,型宽为26.0米，型深为4．5米。图中还标有桩架高度尺寸;一般桩架高度都是桩架直立时的最高点至水平面之间的垂直距离为准。它是打桩船的最主要施工参数。同时,变幅式打桩船在拖运至异地时,为降低重心,确保平安,必需将桩架变幅放倒；其放倒后的桩架高度尺寸也很重要,它关系到拖运途中穿过大桥和跨河高压电缆的平安,其高度尺寸也是以放倒后的状态下桩架最高点至水平面之间的垂直距离为准。从以上图中可以看出变幅式打桩船的五部分结构浮游部分——船体船首部分——桩架船舯部分——起重绞车（共８台）船侧部分——锚机(共８台）船艉部分——舱室,包括操作室、住舱、机舱等。变幅式打桩船以上五部分结构也可以显示出打桩船的五项主要技术性能。船体打桩船为了能适应水上打桩作业，首先应保证船体在水中的平稳性,为此，将船体设计成为方驳形式——箱形平底船。船体主尺度变幅式打桩船的船体为箱形,属于纵向钢结构平底船,其断面为矩形结构，而甲板平面为长方形，船首与船艉是长方形的短边,而船的两侧为长方形的长边。打桩船的船体型深较小,为保证能在浅水域内打桩，其船体的吃水应尽量小;但吃水太小又会影响船体的耐波性。同时,考虑船舶的稳性,其船体的排水量也应大于桩机设备4倍以上的重量。一般规定船体的总长、型宽、型深和吃水分别为L、Ｂ、D和ｄ，它们之间具有肯定的比例:L/B取２．0~3.5B/Ｄ取4.0～6．2L/Ｄ取10.0～14．５Ｂ/d取8.0~2０.2作为长方形船体,其船型特征中的方形系数Cb有以下计算公式:Cb＝；(△=▽•r)式中：▽——排水容积,m3；△——排水量,t;ｒ——海水比重,t/ｍ3;通常高速货船的方形系数Cb=0.55左右;低速船的方形系数Cb=0.8左右；作为非自航式船舶,其船体比较肥大,因此，打桩船的方形系数Cｂ在0.8～0.９5之间。另外，以打桩船拖运时为减小航行阻力，船体型宽也不易过大;同时,也应将船体艏艉底部设计成“雪橇式”结构。作为打桩船,其桩架高度与船体型宽也有肯定的比值,一般为保证水上打桩作业的稳定性，其桩架高度与船体型宽的比例不应大于３.３倍。依据以上各项要求,我们可以依据常规工程的条件,如：桩长的等级、桩与桩之间的距离以及施工水域的水深、气象、水文条件等统筹考虑,以确定打桩船的船体主尺度。造船要求：在设计制造打桩船时，首先应按我国船级社(CCS）的有关规定要求进行设计；其中：包括《钢质海船入级与建筑规范》《船舶与海上设施法定检验规章》以及《船舶与海上设施起重设备规范》等。另外,还应提出海疆锚泊作业、就地抗风力量、锚地防台力量以及航区调遣的各项条件。一般状况下,打桩船可在遮挡   航区内作业;特殊条件下,可提出沿海航区作业的要求。锚泊作业的条件为蒲氏6级风及其以下(风速小于16米/秒),波高为0.5米（1／3表征波)，作业时流速为3海里及其以下。就地抗风8级风及其以下（桩架后倾状态)；锚地防台应将桩架放倒至最低点。打桩船调遣应考虑作业范围,尽量提高些。如近海航区或远海航区。相应航区的提高，其作业或拖运时的稳性要求也提高,造船价格也会相应增多；所以需综合平衡考虑。一般打桩船皆为纵骨架结构形式，并且具有足够的总纵强度。船体为单甲板、单底以及全焊接钢质船。态势船体应设多个水密舱(包括:左右前后多个压载水舱、日用淡水舱、燃油舱以及料舱等)，相互之间由纵舱壁和横舱壁隔离,强框架的间距不大于四档肋距;船底隔挡设置实肋板。船体上层建筑可接受横骨架结构形式,部分简单区域可实行局部加强的方法。我国自行设计制造了多种形式打桩船，其中,大部分为变幅式打桩船，如表6-所示。因水上工程的需要,我国还进口了一些日本制造的变幅式打桩船，如表６-所示。船体调平装置：水上打桩与陆域施工最大的区分就是桩架晃动与倾斜问题。晃动的问题属于船体的稳性;而桩架倾斜问题除了依靠桩架变幅装置调整外，船体本身也应当能适当调整平衡,尽量保持甲板面的水平状态。打桩船在施工中，对于桩的正位率要求很高，除了测量定位打算了桩的正位尺寸,更多的状况是打桩船的水上浮动因素。我们知道：保持船舶平衡的条件是：船舶的重力与浮力大小相等且方向相反;船舶的重力与浮力必需在同一垂直线上。打桩船在水中作业,经常由于船体自身的倾斜会造成船舶不平衡，导致桩的垂直度误差;另外,也会由于桩与锤在船首滑道上的高度变化，使得船体前后吃水转变,从而也造成桩的正位误差。为了确保施工中桩的正位率,针对以上因素，在打桩船上必需设置船体调平装置，这也是区分于陆地打桩机械的特性。打桩船的船体调平装置主要功能是在尽量短的时间内通过调整达到船体的纵向和横向平衡，以保证施工中打桩的正位率。由此可见，打桩船的船体调平装置是打桩船的特有设备,它对保证打桩质量起着极其重要的作用。打桩船的调平装置主要有以下两种形式。移动平衡车式移动平衡车式是在船体甲板上或在船舱内沿其纵向和横向分别设置轨道和压载车，并通过绞车的拉力，使压载车在纵、横向轨道上移动，以实现船体的调平,如图2－２-68所示。这种船体调平装置由于施工中船体载荷的变化,如：水舱用水(尤其是锅炉用水)、下桩、压桩后船首减载而抬起以及风流等因素的影响，平衡压载车总要移动找平,不但操作不便,还会严峻影响施工效率。所以，它多用在老式打桩船上,目前新造打桩船很少接受。平衡压载水式平衡压载水式是通过大口径大流量的离心式水泵，调整船舶艏艉及左右侧水舱的压载水,以实现船体的调平,如图2-2－69所示。因平衡压载水式是接受压载舱注、排水来调平船体,操作简洁、速度快效率高,所以目前在打桩船上普遍接受。例如：七四年日本警固屋株式会社为我国造的打桩船，均接受这种船体调平装置。它是利用碟阀油缸把握的平衡水舱系统,见图2-２-６9。此系统共有三种工况:向艏舱充水——开启碟阀2、3,关闭碟阀1、4,离心水泵从艉舱向艏舱泵水；向艉舱充水——开启碟阀1、４,关闭碟阀2、3,离心水泵从艏舱向艉舱泵水;停止充水——全部碟阀关闭,保持船体原平衡状态。上述工况是在操纵室内把握,是以电控和液压传动的方式来转变碟阀的启闭位置;同时，阀到达全开或全闭的位置以后,将以信号灯向操纵室指示,达到准时反馈的作用。碟阀的结构如图2－２－70所示。其动作原理为碟阀油缸两端进、排油实现开启或关闭阀门，把握水的流淌。具体过程如下:当A口进油、Ｂ口排油时,活塞被推向左侧,由活塞杆顶端的销子带动拨叉向左摆至极端位置;此时，转轴旋转,使阀盘水孔错开进水管，达到截断水流的目的,即关闭碟阀。反之，当碟阀油缸的A口排油、B口进油时,活塞带动拨叉向右摆至另一个极端位置;此时，转轴带动阀回旋转,使其水孔对准进水管，水流畅通,达到开启碟阀的目的。当阀回旋转到达全开或全闭的位置时，转轴又通过行程开关,以信号灯的方式向操纵室反馈。碟阀液压系统是由一个油源、液压阀件的组合装置、以及四个分散布置的油缸所组成。这个系统接受了叶片泵供油和蓄压器保压的供油回路，如图2-2-71所示。当船舶进行调平运行时，供油回路的动作是由压力继电器来自动把握。当系统的压力低于5.0ＭPａ的时候,压力继电器接通电磁阀的励磁线圈。于是,平安阀不再卸荷,油泵则进入供油状态,压力油就流入负载回路去推动碟阀油缸。多余的流量则经单向阀充入蓄压器,直到系统压力升到上限值６．0MＰａ,压力继电器才断开电磁阀的线圈。此后,平安阀和油泵皆进入卸荷状态,有负载的油缸则由蓄压器保压,可以连续工作。回路中由于设置了压力继电器，所以平安阀的调定开启压力比系统工作压力的上限值还高,一般调定在6．50MＰａ开启,以便在压力继电器失灵时起到爱护卸压的作用。负载回路是由四个并联的油缸组成,每个油缸的动作均由各自的电磁阀来把握。例如:电磁阀不通电的时候，油缸是A口进油、B口排油,碟阀被推向关闭位置。若是通电,则A口排油、B口进油,碟阀被推向开启位置。碟阀油缸的运动速度可以借助于节流阀来调整,应当尽量使各油缸的速度相同。每个油缸的两端均设有测压接头,也可以用来排放空气。蓄压器为皮囊结构,如图2-2－72所示,其底部与单向阀相连,以避开皮囊过分膨胀；顶部有充气嘴及把握阀。蓄压器技术参数如下：充氮气3.7MPa,可控压力范围6.０~5.0ＭPａ工作容积1２升。在使用中,油泵停车以后必需把蓄压器的截止阀4关闭。由于系统内的泄漏有可能使皮囊长时间处在极度膨胀状态,甚至间或挤入蓄压器内的单向阀内。因此,在每次运转之前，亦应先把截止阀4开启。蓄压器的正常充氮压力规定为3.5MPa,应当每2～３个月检查一次,假如低于正常压力０.２～0.3MPa,则应补充氮气。充氮的操作要领如下:油泵停止运转，开启截止阀４和5,泄放压力油;拆下顶部的充气护罩以及阀芯护套,以阀芯护套作工具去检查阀芯是否已旋紧；连接氮气瓶与蓄压器,并关闭放空气阀6,将压紧螺钉旋至最上端,阀芯在关闭位置；开启氮气瓶出口的角阀，向右旋动压紧螺钉以开启阀芯。通过已调整到2．0MPa左右的二次压力,先充氮气到1．5ＭＰａ。在此过程中,要亲密留意压力表读数的上升;调整减压阀的二次压力升到３.5MPa,并充氮;充氮至规定压力之后,向左旋转压紧螺丝以关闭阀芯，拆去连接管;检查阀芯是否漏气，装上护罩及护套,关闭截止阀５;将压力继电器的主阀转到正常的“自动”运转位置。充氮工作结束。不同的打桩船有不同的船体调平形式,其调平装置也不尽相同。所以在施工操作前必需熟知调平机构,认真按调平设备使用说明书的规定操作。这样，不仅可以避开因操作失误而发生的断桩事故，同时还可以加快船体的调平速度,提高打桩效率。桩架桩架是打桩船的关键施工设备,其技术性能状况直接关系到担当工程植桩力量大小的问题,也是打桩船存在价值的最主要标志。(１）桩架结构形式变幅式打桩船的桩架一般都设在船首的中部，如图6-所示并且桩架基座平台需升出艏部船舷之外约4米处;这样的设计即便于打桩作业，又不影响桩架前倾变幅施打斜桩；同时,施打群桩时,船首也不会碰撞已植入泥水之中的桩身。图6-所示的桩架底轴距离艏部船舷3．4米。桩架的结构多为三角形搭式桁架形式,即桩架的横截面为三角形，三个角点为三根直立的主桁柱;一般状况下,船首部分两根主桁柱连接的横桁梁为桩架导轨（即“龙口”）的支撑面,而桩架变幅机构的支点常固定在后单角直立的主桁柱上,习惯称为后三角桁架结构,如图6－中的(a)。也有的打桩船桩架为前三角桁架结构形式，如图6-中的(b)所示。两种三角形桁架结构各有优缺点:后三角形的打桩受力面有三个直立的桁柱组成（两根主桁柱和一根龙口），其强度很高;而前三角形的打桩受力面仅有一根直立的主桁柱、兼为龙口;另两根主桁架与桩架变幅机构相连,其桩架总重量可减轻。三角形截面的桩架全长又设有若干层小平台，各平台间有桁架结构的斜支撑,同时设有手扶梯和栏杆。桩架顶部为起重平台：上面设有多项用途的吊重滑轮组。包括两个主吊钩(简称主钩)、一个副钩、吊锤、启动锤以及电梯升降用的滑轮组等。因此,桩架顶部的强度也要求很高。有的打桩船为了减轻桩架总重量,并且降低桩架重心，特将桩架顶部设计为二层结构；换句话说:即在主桩架的顶部再增加一段副桩架;其副桩架仅为打桩锤起升使用,强度与重量皆可大大减小；而主桩架的顶部设计为开口型起重平台,开口处打桩锤可穿越提升至主桩架上部的副桩架龙口处,而开口的两侧设计为多付吊钩滑轮组的平台。与此同时,还将顶部的副桩架配置后仰的变幅机构，即可将打桩锤提升至顶部再后仰,让出龙口的空间;这样，可以让超长的桩直立于开口处;待定位后下桩,腾出龙口的空间，即可再将副桩架变幅至垂直处,打桩锤也可重新沿着龙口下滑至桩顶端，进而完成打桩任务。这种桩架形式,不仅可以减小桩架重量,降低船舶重心，有利于船舶稳性，而且还可以施打超长桩。提高船舶的打桩力量。图６－为日本造的《第１三丰丸》变幅式打桩船,其桩架顶部为开口式吊重平台结构形式。桩架主要尺寸桩架的主要尺寸打算了打桩船的主要施工力量。尤其桩架高度尺寸更是标志了打桩船的力量等级。我国交通部颁布的行业标准JTＪ２54－98《港口工程桩基规范》中对于沉桩船的选择就规定了架高尺寸的要求；其中７.2节提出：沉桩船的桩架应满足吊重要求,并应具有足够的架高。架高可按下式确定:H≥L+H１+H2+H3-H４式中：H——水面以上桩架有效高度（m）;L——桩长（m);Ｈ１——桩锤及替打高度(m);H2——吊锤滑轮组高度(m)；Ｈ3——富有高度，可取1m~2m；H4——施工水深(m)。图６-与表６-为多艘变幅式打桩船的桩架各部主要尺寸状况。(缺插图６-８打桩船的主要施工力量)其中表6－的前六项数据为打桩船主要技术性能参数;后几项数据为桩架及龙口的一些主要尺寸。桩架“龙口”是为了打桩锤能沿着桩架上下运动而设的滑道,它是接受两根平行的Ｉ型钢材焊接在直立的桁柱上,其间距尺寸及Ｉ型钢材横截面各方位尺寸都很重要。由于打桩锤与龙口的活动连接是通过打桩锤上配置的L型钢即导钳(俗称“佛手”扶手的异音)扣紧于龙口的I型钢外侧,如图6-和图6-所示。而各种打桩船的“龙口”各部尺寸又略有不同,如表6－数据,所以在每艘打桩船在配备打桩锤时就得选择更换其相适应尺寸的佛手。这样才能保证打桩锤的佛手与龙口处的间隙适宜。此间隙尺寸假如太小，打桩锤的佛手与龙口就简洁发生咬死现象,打桩锤沿着龙口上下滑动就很困难,这将直接影响打桩作业。假如此间隙尺寸太大，那么在锤击振动与水上船体摇动等诸多因素影响的状况下,打桩锤的佛手就抓不住龙口,进而有可能脱开龙口，打桩锤倒向发生偏击桩头现象;甚至还会发生打桩锤脱落、坠入海底事故。因此，各艘打桩船的龙口诸尺寸都格外重要。另外，为保证打桩质量，其桩身的轴线必需与打桩锤的轴线在同一条直线上,即使在打斜桩时，桩与锤两者的轴线也必需吻合。否则,也会发生偏击现象进而造成桩顶损坏以及桩体断裂事故。由于各艘打桩船的打桩力量都是规定在肯定的范围内,其桩径尺寸也不是固定一个数额。因此，不同桩径尺寸的桩身轴线至该船龙口外侧平面间的距离也不相同。为了解决桩与锤同轴线问题,就必需以龙口外侧平面(简称“龙口面”)为基准，使桩的轴线或锤的轴线在桩架上变为可调整尺寸大小得到结构形式才行。一般实行两个方案解决：其一,将桩架顶部起重平台上的吊桩和吊锤滑轮组固定点变为可前后调整位置得到结构形式;也就是使桩和锤的轴线至龙口面的间距变为可调整得到尺寸,这样就可以通过调整吊点位置解决桩与锤的同轴线问题。其次个措施就是转变打桩锤的佛手尺寸,使打桩锤的轴线可向龙口面外侧变化，以适应不同桩径的轴线位置。表6-中的K值即打桩锤轴线至龙口面的间距尺寸。打桩锤的佛手共有四个,制造比较费时、费料，造价也比较高。由于长时间在龙口上滑动,除了需要经常加油润滑外,佛手的磨损也是格外严峻的。因此，必需准时检查佛手的磨损状况，准时更换或修理佛手。当然，新造的佛手也不易选择高强度钢材制作；由于，佛手强度太高,势必会磨损桩架的龙口;修理或更换龙口得到代价就更大了。所以打桩锤的佛手理应为易损件。实践中，还可以改造佛手,将佛手磨损面改为可随时更换的钢板焊接形式；如给马蹄钉马掌一样,简洁地更换了马掌,马蹄就能跑;更换一块钢板,佛手就能连续使用。这样,即削减修理及更换时间，提高打桩效率,又可以节省资金,降低施工成本。桩架变幅装置打桩船在水上进行各种角度的斜桩施工,其桩架必需能够前俯后仰的变幅;而且,在某一个角度位置上还要保持长时间的稳定状况,以便完成各种斜桩的锤打过程。图2-２-5８为各种倾斜角度得到标称，如:１：３为18．4º斜角桩的标称。担当桩架变幅的机构是打桩船的关键设备,其工作状况的牢靠性是保证平安打桩的额必要条件。打桩船随着水上建筑物的进展而变化,其桩架高度渐渐加长,尺寸也在加大,6０~８０米高的桩架已很普遍;而且,桩架顶部结构增多、桩架重量加大。所以,驱动桩架变幅机构的功能也在增加。尽管桩架倾动速度不快，但是由于桩架的长度、重量可观,使得其摇摆惯量很大。目前，打桩船的桩架变幅机构主要有以下两种形式：丝杠变幅机构打桩船的桩架依靠一根或双根丝杠的旋转,其螺母的位移变化而发生前俯和后仰,并可任凭停留在某种角度内进行沉桩作业得到设备，即称丝杠变幅机构。国内常用的桩架主要有两种结构:一种是方形塔式桩架,另一种是三角形桩架。方形桩架一般用型钢焊接而成；也有接受型钢与管材混合组成。其仰俯机构都是在桩架后面得到两条支杆上个安装变幅丝杠一根;因此，桩架就有两个副动支点，称为双根丝杠变幅机构,如图2－2－59。三角形桩架主要是用钢板卷成直径较大的管材焊接制成。在其后面的一条支杆上安装独根丝杠，桩架只有一个副动支脚,即称为单根丝杠变幅机构。图2－２-6０为一航局从日本购买的两手打桩船,桩架6５米高,单根丝杠变幅机构。方形塔式桩架不如三角形桩架结构好,其刚性也不如三角形桩架;而且,双根丝杠变幅机构在制造安装时稍有偏差，或者在使用中船体受风浪的影响桩架若有变形时，两个丝杠就会产生受力变化,即:一根受压、另一根受拉的现象。并且,两根丝杠很简洁发生不同步状况，导致螺母与丝杠加剧磨损、缩短使用寿命;桩架变幅时抖动等特别现象。因此,在设计时应尽量不接受双根丝杠变幅机构。单根丝杠变幅机构比较简洁,它不存在同步旋转问题。犹如千斤顶一样,通过旋转力矩使得桩架与丝杠连结的螺母支点发生位移,即可达到桩架倾动——前俯后仰的目的。单根丝杠变幅机构要求其尺寸、材质强度更高，所以制造加工的难度也大。如图2－2－６0打桩船的单根丝杠变幅机构中,丝杠全长１３.56米、外径约3８０毫米、螺纹为30º梯形丝扣、重量约11吨、材质为5５号碳钢锻件;变幅螺母为铸铜件(日本原资料标称为PBC2A),其重量约1吨,长度为960毫米、外径为４９０毫米;丝杠与螺母安装时，轴向协作间隙为1毫米，齿顶处空隙为０.７5毫米。由此可见，单根丝杠变幅机构在大型打桩船上使用,其加工与安装的要求都很高。一般变幅丝杠的螺旋形式为矩形或梯形螺纹,如表２－2－50介绍了传力或传动螺旋的几种螺纹种类。螺旋中螺杆与螺母尺寸的标准如图２-２-61所示。在造船设计中，应计算丝杠变幅机构的螺纹强度。其中:丝杠为外螺纹件、螺母为内螺纹件；强度校核计算公式如表２-2-51所列。螺纹强度计算时，其许用应力因受力荷载形式不同而有区分,可查表2-2-52选用。一般丝杠接受的材料为4５号钢或40Cｒ；螺母选用的材料为ZQSn６－6－３或ＺＨMn５８－2。丝杠变幅机构的传动形式一般接受蜗杆传动,即由蜗杆蜗轮组成，其主动轴与被动轴相错90º。如图2-２－６2所示。蜗杆传动的主要优点是能得到很大的传动比,它的结构紧凑、传动平稳、噪声较小和具有自锁特性(即:不行逆向传动）。但是，它得到最大缺点是传动效率低，发热大,故不适用功率过大或长期连续工作的场所。蜗杆传动中,蜗杆是主动轮,蜗轮为被动轮。其主要参数如以下三方面内容：蜗杆的齿数和类型蜗杆传动中的额蜗杆相当于一般螺旋,它有右旋和左旋两种形式,一般多接受右旋。蜗杆的额头数就是它的齿数,常用蜗杆为1~４个头。蜗杆有阿基米德蜗杆（轴向截面齿形为直线)、法向直廓蜗杆和渐开线蜗杆三种类型，但以阿基米德蜗杆用得最多。阿基米德蜗杆的轴向模数和轴向压力角分别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等,蜗杆的升角与蜗轮的螺旋角相等，而且两者的螺旋方向相同。蜗杆的特性系数蜗轮的齿形主要打算于蜗杆齿形,而蜗杆齿形是由其特性系数打算得到。蜗杆特性系数ｑ=我国统一规定的标准模数和蜗杆特性系数见表2－2－53所示。螺旋线升角螺旋线升角为蜗杆的开放螺旋线与分度园圆周线之间的夹角λ。如图2-2－6３所示。螺旋线升角计算如下：tｇλ=式中:Ｚ1——蜗杆头数。蜗杆传动得到几何尺寸与计算公式如表2－２－55。大型丝杠变幅机构的传动形式也有接受圆锥齿轮(伞齿轮)结构，如图２-2-64所示。圆锥齿轮多用于两轴线相交的齿轮传动。其运动可以看成是两个圆锥形摩擦轮在一起作纯滚动。圆锥齿轮可分为节圆锥、齿顶圆锥和齿根圆锥;它和圆柱齿轮不同的是齿的厚度沿锥顶方向渐渐减小，齿厚大的那一端称为大端，齿厚小的那一端称为小端并且,以大端齿形为依据,取大端模数为标准值。圆锥齿轮的几何尺寸与计算公式如表2-2－56。在圆锥齿轮传动中,两轴线的夹角θ一般可为任意值,但通常多取9０º;其传动比如下：і==＝液压缸变幅机构打桩船动力接受液压传动系统，其桩架变幅机构可利用大型液压缸(即“油缸”)驱动，如图所示。一艘桩架高度4０～８０米。驱动变幅油缸安置于船头甲板上,其活塞杆的一端与桩架活动铰接，缸体下部与甲板底座活动铰接。例如,警固屋型打桩船的油缸全长1１７0毫米，外径103０毫米，内径920毫米,壁厚５5毫米,活塞杆直径3７0毫米,行程825０毫米；活塞杆上镀5丝硬铬，以防止锈蚀或磨损。从油泵来的高压油输入液压缸，使活塞受力带动活塞杆伸出或者缩入油缸，从而使桩架前俯和后仰（此船前俯３5º需１6.８分钟±１0%,后仰35º需19．2分钟±10%；驱动油泵的三相电动机为380Ｖ，50Hｚ。90ＫＷ，最高压力14.０MPａ)。警固屋型打桩船的桩架变幅机构液压缸油路系统土如图所示；在油缸上装有液控单向阀(3１）和(32）以及角度限位器。当桩架变幅至最大角度时，限位器微动开关接通操纵盘上得到警报器并同时驱动机舱里的电磁阀工作，使液压系统卸荷，从而达到平安止动的的作用。液压缸是将液压能转换为(差《工程机械》教材所以未打下册P21２~2１８)液压缸应用于打桩船的桩架变幅机构时，应重点进行以下几个参数的校核计算。液压缸的作用力对于桩架仰俯变幅用的的液压缸属双作用单活塞杆型液压缸,其作用力有推力和拉力之分,如图２-2-6７所示中推力为压力油向无杆腔内输入,活塞杆向外伸出时的作用力,即推动桩架前倾的力；而拉力为压力油向前有杆腔内输入,活塞杆向内收进时的作用力,即拉动桩架后倾的力。推力计算公式如下:Ｆ＝F１η＝ρη式中：F——实际推力，单位：Nρ——工作压力,单位:Pａη——液压缸的机械效率，取η＝0．９5Ｄ——液压缸内径,单位：m拉力计算公式如下:F=F2η＝ρη式中:F——实际拉力,单位:Nｄ——活塞杆直径，单位：m其余符号的意义同前。由以上两个计算公式可见,双作用液压缸的额推力大于其拉力;即:由于压力油作用的面积大小不一样,从而产生的作用力也不一样。液压缸的壁厚液压缸一般分薄壁筒和厚壁筒两种类型。当壁厚与缸体之比，即ｔ／D＞１/10时，应按厚壁筒液压缸计算，其公式如下：t≥式中:t——厚壁筒液压缸的壁厚，单位：mD——液压缸内径，单位：ｍδp——缸体材料的许用拉应力，单位:Pａδｐ=其中:δｂ为材料的抗拉强度，S为平安系数,取Ｓ≥３。一些常用缸体材料的δp值如下：锻钢δp＝（110~12０)ＭPa铸钢δp=(100~110）MＰa铸铁δｐ=60MPa无缝钢管δp=（１00~1１0)MPaPp——试验压力,约为液压缸额定压力Pｎ的120~1３0%,单位：Ｐａ液压缸的活塞杆当液压缸的活塞杆长度不大于1０倍的杆径，即l≤1０d时，应按以下三项条件计算:(若l＞１0d时,还需作压杆稳定性验算)①按强度条件验算活塞杆直径ｄ≥式中:d——活塞杆直径,单位：ｍＦ１——活塞杆推力,单位：Nl——活塞杆长度，单位:mδｐ——活塞杆材料得到许用应力,单位:Paδｐ=其中：δb为材料的屈服极限，Ｓ为平安系数，取S≥1．4。②纵向弯曲极限力液压缸受纵向力以后,会产生轴线弯曲；当纵向力达到极限力Fｋ以后，缸产生纵向弯曲消灭不稳定现象。该极限力与液压缸的安装方式、活塞杆直径以及行程等因素有关。瘦长比>ｍ时:FＫ=瘦长比≤m时:ＦK＝式中:ｌ——活塞杆计算长度，单位:mK——活塞杆横截面积，单位：ｍ2Ｊ——活塞杆横截面转动惯量,单位:m4A——活塞杆横截面积，单位：ｍ２m——柔性系数，钢材取ｍ≈85ｎ——端点安装形式系数，见表２-２-5７E——材料弹性模数,对钢材取Ｅ＝206ＧPaｆ——材料强度试验值，对钢材取f≈４９0MＰａa——系数，对钢材取a＝③纵向弯曲强度验算FK≥ＳKF1式中:ＦＫ——纵向弯曲强度，单位:ＰａＳK——平安系数,一般取SK＝2~4;F１——活塞杆的推力,单位：N；验算结果若FK＜SKF1,应修改设计。变幅式打桩船依据施工作业要求，桩架应(见《工程机械》下册P２２0~222中部）日本吉永型打桩船的桩架变幅机构与其桩架设置的抱桩机械手共同组成一个液压系统。如图６－所示（参见《工程机械》下册P297图1-１4４,５4米打桩液压原理图）该桩架液压系统中，桩架变幅是由一个巨型活塞式(见《工程机械》下册P297~301中部）。变幅液压缸在使用中应经常检查,定期在其两端连接处的油嘴内注射润滑脂,保持轴套处的润滑。变幅机构的日常检查主要内容如下:检查液压系统的压力状况;检查液压缸活塞杆面状况,有无刮痕，有无漏油或渗油状况;液压元件的内、外泄漏状况；换向阀、溢流阀动作灵敏状况;管道状况：硬质管道是否有凹坑、裂纹或碰伤状况;软管有无严峻的外胶皮脱落、龟裂、死弯或外伤现象;接口处有无特别状况等;检查液压油过滤器内杂质含量,金属粉末化验鉴定;橡胶粉末则是油缸内油封损坏得到原因；液压油箱内液面变化及油液颜色变化状况等等。变幅液压缸由于运作频繁、负载较大,加之海上作业,腐蚀严峻；岸边砂土飞扬,工况不良，导致活塞杆镀铬层剥落、拉伤，油封损坏,发生漏油现象。尤其是液压缸活塞橡胶环损伤后引起内泄,往往桩架就会发生意外的溜动状况。这种“溜架子”现象格外危急；桩架无法固定在一个角度上进行作业，必需拆修变幅液压缸。修理变幅液压缸难度较大,须特殊谨慎。尤其拆卸缸体端部的缸盖与压卷,其重量大、旋转半径长、连接螺纹为细扣，经常简洁损伤丝扣、发生粘连现象。另外，拆修后的液压缸，其液压油应保证清洁度。一般新装或拆修后的液压缸试验项目与试验方法如表２-2-58要求。(插表2－2－58)起重性能打桩船常可兼作起重船,进行吊重、安装作业。它比一般起重船的额吊高尺寸大,特殊适合海上钻井平台与桥梁安装或装卸干舷较高的大型运输船舶的货物。起重性能参数变幅式打桩船由于桩架可以变幅前倾,所以更具有吊重的特性。一般起重性能参数主要有四项:吊重力量（ｔ）,舷外跨距(ｍ）,吊高(m),以及吊钩绳速(ｍ／ｍｉn）。但打桩船由于桩架可以前倾变幅不同的角度；因此,它又有相对应的吊重曲线。在吊重曲线得到坐标系里，横坐标上方代表桩架变幅的不同角度，其下方又代表吊重时的舷外跨距(m);纵坐标代表起重量(t)。图6-与表6-为日本吉永型打桩船的起重性能状况。(插图和表）图6-与表6-为日本警固屋型打桩船的起重性能状况。(插图和表）我国从日本函馆建筑进口的桩架高度80米变幅式打桩船,它的起重性能更强：图6-为该船吊重与桩架北方角度之间对应关系得到起重曲线；(其中剖面线以内系指该船最大吊重时桩架变幅角度范围，即最多吊重1６0ｔ时,桩架前倾角度可处在≤1２.5°范围内任一点。同样，图6－为该船起重时的吊重跨距(m)与桩架变幅之间对应关系的吊距曲线。图６－为该船起重时的吊高(m）与桩架变幅角度对应关系的吊高曲线。图６-为该船打桩力量曲线图即桩架带着打桩锤时前后变幅不同角度与桩重(t)之间对应关系得到打桩性能曲线图。从该图中反映:80m打桩船可施打120t的桩,其斜桩的倾斜角最大为11.3°，即１:５斜桩;假如施打80ｔ的桩，其斜桩的倾斜角最大为１8．5°,即1：3斜桩；假如施打60t的桩,其斜桩的倾斜角最大为30°,即1:1.８斜桩。起重吊钩变幅式打桩船犹如起重船一样，也是利用吊钩来进行起重作业的；即吊钩是起重工作必不行少的主要属具。打桩船的吊钩一般设置4~５个。其中,应有2～3个主吊钩（简称主钩）,另2个为副吊钩(简称副钩)。主钩的额定起重量是打桩船性能的的关键参数。一般两个主钩可以同时共吊一个重物;两主钩共吊物品的最大起重量为该打桩船的额定起重量。例如:吉永型打桩船额定起重量为80t(4０t×２)；函馆型打桩船的额定起重量为１60t（80t×2)等。在打桩施工中,一般都要利用2个主钩共吊桩体,尤其是混凝土桩更需要实行多点吊桩的方法，以防桩体吊重时弯曲断裂。打桩船副钩的最大起重量一般以主钩的最大起重量的1/２为准;副钩的吊速一般比主钩吊速快,主要为了节省帮助打桩工作的时间，提高打桩效率。①吊钩种类吊钩得到种类很多,若按起重滑轮数量可分为单滑轮吊钩和多组滑轮吊钩两种；按吊钩型式可分为单面吊钩和双面吊钩两种;按材质可分为锻造与钢板两类,如图2-3-３所示。一般起重量80t以上者,均接受多组滑轮双面吊钩,如图2-3-４所示。②结构与材质吊钩的主要结构可参见图2－3-4所示。其部件由钩头、钩头螺母、钩头轴承(大型吊钩为推力轴承）、固定钩头的夹板和横梁、滑轮或滑轮组等组成。起重船因工作环境要求,其吊钩轴承都接受双面密封式轴承。依据我国船舶检验局１９93年颁布的《内河钢质工程船建筑规范》(以下简称《工程船建筑规范》）以及1９９９年颁发的《起重设备法定检验技术规章》(以下简称《起重设备检验规章》)中有关“起重机的金属结构件、零部件”的要求:“‘Ｃ’型吊钩的设计应使用钩尖有遮挡；以防止在起吊时钩住船上构件或其他物件。”吊钩材料的要求：“吊钩、吊环、转环和卸扣等活动零部件均不得使用铸铁或铸钢件。”“钢索滑轮应为钢制,接受铸铁材料须经本局特殊同意。”另外还规定:“铸钢件或锻钢件应进行正火处理,正火加回火处理或与材料性能相适应的热处理。”吊钩材料按力学性能分为５个等级,见表2-３－6。有关吊钩滑轮的规范要求有两条;其一:“滑轮直径(量自索槽底部)与绳索直径之比，不得小于表5.３.４规定：”其二:滑轮槽底部半径应满足下列要求：ｒ=(0.5４~0.55)d式中：ｒ——滑轮槽底部半径，毫米d——钢索直径,毫米③吊钩保养、修理与检验吊钩是起重作业的重要属具,其工况好坏直接关系到吊重平安问题。所以,吊钩的保养与修理工作格外重要。吊钩的性能好坏可分为两部分:其一:固定件的磨耗蚀或变形;其二:运动件的磨损或损坏。吊钩运动件,如图2-3-5所示,主要有吊钩纵轴承和吊钩横轴部位。其中：吊钩纵轴承为滚珠（柱)轴承,吊重超过5０ｔ的皆接受锥型止推轴承。吊钩横轴部位主要为了吊钩能在垂直方向绕它的垂直轴旋转以外,还能在水平方向绕它的水平轴旋转,其中心口径须比吊钩杆径大些，用锻钢制成；两端铣有轴头，用来安装吊钩滑轮。两者之间一般安装青铜衬套,衬套里面有油道孔槽,外端装有黄油嘴。每日施工作业前应检查其转动状况,并定期注入润滑脂,保持运转自如。要保证吊钩各部分紧固螺栓的松紧度，还应留意滑轮与钩头的磨损程度。依据《工程船建筑规范》要求:起重活动零部件应进行“年度全面检验”。检验中“不允许存在的缺陷”有以下规定:“活动零部件的耳环、链环、环栓、拉板和吊钩等的最大耗蚀超过原尺寸10%，销轴的最大耗蚀超过原直径的6%、或有裂纹、显著变形者,不许连续使用。”又可参考《起重机械平安规程》（ＧB6067—8５)规定,吊钩消灭下述状况之一时，应报废:裂纹；危急断面磨损达原尺寸的1０％;开口度比原尺寸增加1５％;扭转变形超过10%;危急断面或吊钩颈部产生塑性变形;板钩衬套磨损达原尺寸的50%时,应报废衬套；板钩心轴磨损达原尺寸的５％时,应报废心轴。滚动轴承的检查与报废依据如下:滚珠（柱)和内外座圈(包括锥型轴承及座圈)滚道上有剥落、伤痕、裂开、严峻黑斑点或烧坏变色时,应更换；保持架有缺口、裂纹、铆钉松动或滚珠(柱)脱出时,应更换;检查轴承的轴向和径向间隙，用手推动试验时,无明显间隙感觉;转动时，机敏无尖锐杂音而旋转均匀良好,否则应更换。吊钩在首次使用前以及在使用中进行更换或修理影响强度的部件,应按以下规定进行验证试验和全面检查。及其附注的要求。验证负荷可用试验机或悬重进行,误差应在2％以内;保证验证负荷的时间应不少于5分钟。活动零部件验证试验后，应进行全面检查,是否有变形、裂纹或其他缺陷;对能转动的额部件,应检查其是否能自由转动。山字型吊钩的验证试验可按图6．2.4（1）或(２)所示方法进行，但对后者尚应按图6.２．4(３）所示方法附加试验，试验负荷为验证负荷的一半。起重绞车装置起重绞车装置是打桩船施工作业的关键设备,在船舶甲板的中部设置有多台起重绞车，包括:两台主钩用的起重绞车,两台副钩用的起重绞车，还有打桩锤起吊和启动绞车,上下背板绞车以及电梯升降绞车等十余台起重绞车，每台起重绞车的技术性能参数不尽相同;但起重绞车都有统一的规范要求。在《工程船建筑规范》与《起重设备检验规章》中对此设备皆有具体要求，归纳起来,有以下内容:①基座起重机的底座,应具有足够的强度和刚性。假如陆用起重机械装于船上时,应予以牢靠的固定。绞车装置应有坚固的基座固定,并应防止积水。②卷筒卷筒是绞车装置中的主要运动件，其尺寸要求如下:卷筒直径钢丝绳绕过卷筒时，钢丝绳中的钢丝将产生附加弯曲应力,并引起其他多种应力变化。卷筒直径Ｄ与钢丝绳直径之比D／d越小,弯曲应力也就越大，其寿命也就越短。由此规定:绞车卷筒的直径应不小于钢丝直径的16倍。卷筒几何尺寸卷筒几何尺寸要求如表2－3-16所列。卷筒钢索绞车卷筒上钢索应能整齐排列,必要时应设置排绳器。建议卷筒的长度能单层绕完所需收进的钢索;如单层卷绕不现实时,则卷筒上的钢索一般不应多于3层。绞车卷筒上钢索长度应适合于设计范围内的任何位置使用，并在卷筒上的留存钢索在任何状况下应不少于3圈。当所需收进的钢索全部绕上卷筒后,绞车卷筒凸缘应高出最上层钢索不少于2.5钢索直径。卷筒材料通常接受灰铸铁或球墨铸铁;工作繁重的接受铸钢;大直径（D≥１.2m)或单件生产的可用Q235-B或16Mn等钢板卷焊而成。卷筒表面一般有钢索螺旋槽。绳槽有标准槽和深槽两种，通常用标准槽。卷筒的壁厚和几何尺寸按表2－3-16计算；大尺寸的焊接卷筒(D>１．2m）还要验算在钢丝绳压力下的筒壁稳定性。③起重机动力设备打桩船的主、副钩用电(原）动机的输出功率,可按下式计算：PM=式中:ＰM——主、副钩用电(原）动机的输出功率,千瓦;W——设计起重量,吨;Wg——吊钩、滑轮等重量,吨;ν——起升速度,米／分;η——总效率;η=ηｗηsηw——绞车效率；ηs——滑轮效率；ηt——传动效率电动机直接驱动时,ηt≈１;联接变矩器时,ηt≈0．8；联接偶合器时,ηt≈0.9５。由以上计算公式可看出:吊钩电(原）动机所需输出功率,是由起吊载荷和起升速度打算的。对于加速载荷所需的加速输出功率，若柴油机联接变矩器或偶合器时,可不必特殊考虑。若加速时间为4~6秒，加速度为0.3米/秒2以下,则起升加速度与重力加速度之比a/g是很小的,起重机用的绕线式沟通电动机，有较大得到启动转矩,约为225%得到额定转矩。而液力变矩器、偶合器具有打滑使热散失性能,可耐重载启动。起升速度与下降速度取决于起重量的大小,特殊在快速下降时，应当用下降速度验算一下输出功率。此时的总效率即变成起相反的作用。这种状况下的电动机即变成了发电机，其能量部分由电动机和发电机机械部分所吸取,其他经电阻器变成热量而放出。机械部分的效率及其计算如下:η=ηｗηｓ其中:ηw——n级吊钩的中间齿轮（滚动轴承)的效率，如表2-３-17所示为0．９7n；滚筒齿轮的滑动轴承效率,如表2-3-17所示为0.9６;滚筒效率,如表2-3-１7所示为０.9５。ηｓ——起重船的钢索滑轮轴承效率,绕法如图2-３-１2所示,n代表滑轮数。ηs=计算中,滑轮用滑动轴承时:ηs=0．９5,ε＝１.05；用滚动轴承时：ηs=０．9７,ε=1.03;④平安装置起重绞车的平安装置是保证起重作业的主要机构，也是《工程船建筑规范》与《起重设备检验规章》中重点要求的部分。绞车装置应是机动的。若接受人力绞车，则每个手柄的受力应不超过200Ｎ；并且人力绞车应装有防止手柄伤人的棘轮装置。该棘轮应能承受千斤索上传递的最大载荷。动力绞车应设置制动器,在运转动力故障时,应能使载荷保持在位。绞车制动器的有效制动力矩应不少于绞车额定值的1．5倍。绞车的制动器一般应为常闭式。升降机械的电动绞车的制动器须为自动常闭式；当电源中断时能自动制止重物降落,且应设有手动释放装置。绞车轴系中若设有离合器，则它与制动器之间一般应设有联锁装置。非自动复位的操纵杆,应设有防止其自行