用于振动打桩机的多级抑制器
阅读说明：本技术 用于振动打桩机的多级抑制器 (Multi-stage suppressor for vibratory pile driver ) 是由 约翰.L.怀特 于 2021-05-08 设计创作，主要内容包括：一种用于振动打桩机的减振装置(抑制器),包括三个抑制器部分,包括第一部分,该第一部分适于并布置成吸收高达选定量的负载。第二抑制部分适于吸收第一减振部分上方的负载,第三抑制系统随着负载增加提供第一和第二抑制作用之间的过渡。(A vibration damping device (dampener) for a vibratory pile driver includes three dampener sections including a first section adapted and arranged to absorb loads up to a selected amount. The second damping portion is adapted to absorb a load above the first damping portion, and the third damping system provides a transition between the first and second damping actions as the load increases.)
技术领域
本发明总体上涉及一种用于振动打桩机的抑制器组件，更具体地说，涉 及一种多级抑制器组件。
背景技术
在建筑业中，有时需要将桩(各种材料的桩)打入土中，为建筑物、桥梁 或其他结构提供合适的基础。最近的一项发展是利用振动机器将桩打入地 下，使将桩打入地下看起来是连续的运动。这种振动机器的布置包括由马达 驱动的齿轮箱，该齿轮箱提供一对重物，该对重物对中地安装以绕平行轴线 旋转，旋转方向彼此相反，侧向力被抵消，留下机器产生的上下振动力用于 施加到桩上。机器的一部分联接到桩的上端，而机器的第二部分通过称为抑 制器的减振装置连接到承载构件，例如来自大型起重机的缆绳。当以一种操 作模式将桩打入地下时，振动机器在很大程度上基本上独立工作，因为只需 要最小的外部支撑。然而，有时在减振装置上增加重物以提供向下的力，这 导致需要减振。
在另一种操作模式中，其中先前打入的桩从土中拔出，需要在桩上施加 拉力，以便将其向上拔出地面。拉力通过连接缆绳施加到减振装置上，连接 缆绳向上拔动桩。施加在缆绳上的拉力变化很大，在两吨到100吨的范围内。
重要的是有效地吸收拔桩模式中产生的张力。美国专利第5，263，544 号公开了一种减振系统，其包括第一和第二减振元件，第一和第二减振元件 操作为使得：当施加到承载构件上的拉伸负载相对较小时，振动力主要由具 有第一减振元件的系统抵抗，当施加到承载构件上的拉伸负载较大时，振动 力主要由具有第二减振元件的第二系统抵抗。这种组合式或两级减振系统 (抑制器)在将桩从土中拔出时在抑制振动作用的影响方面是一个重大进步。 然而，这种组合式系统的一个重要缺点发生在第一和第二减振元件系统之间 的过渡点处，在该过渡点处，噪声和振动效应有相当大的瞬时增加，这通常 导致与打桩机的连续操作相关的问题。本发明旨在减少或消除第一和第二级 抑制器系统之间的过渡作用。
发明内容
因此，与打桩和/或拔桩振动装置和用于支撑振动装置的承载构件一起使 用的减振装置，减振系统包括：适于连接到振动装置的基部；由承载构件支 撑的外部壳体部分，其中拉伸负载被施加到承载构件；第一减振组件，连接 在壳体和基部之间，用于在外部壳体升起时吸收由振动装置对于选定范围的 拉伸负载产生的振动作用或力；第二减振组件，用于吸收振动装置对于大于 选定拉伸负载范围的负载产生的振动作用或力；可操作以吸收振动装置产生 的振动作用或力的第三减振组件，设置成在第一和第二拉伸负载与第一和第 二减振组件的操作之间产生过渡；以及止动元件，用于在第一、第二和第三 减振组件部分或完全损坏的情况下限制连接元件的相对运动。
附图说明
图1是振动打桩机的示意图。
图2是本抑制器组件的第一实施例在零负载的第一位置的示意性局部剖 视图。
图3是处于第二位置和第一负载的第一实施例的示意性局部剖视图。
图4是以第二负载处于第三位置且的第一实施例示意性局部剖视图。
图5是处于第四位置和第三负载的第一实施例的示意性局部剖视图。
图6是处于第五位置和第四负载的第一实施例的示意性局部剖视图。
图7是第一实施例的抑制器组件壳体的轮廓图，示出了图8-12的剖面 线AA、BB和CC。
图8A是当第一实施例的抑制器组件处于第一位置时沿着图7的线AA 的剖视图。
图8B是当抑制器组件处于第一位置时沿着图7中的线BB的剖视图。
图8C是当抑制器组件处于第一位置时沿着图7中的线CC的剖视图。
图9A是当抑制器组件处于第二位置时沿图7中的线AA的剖视图。
图9B是当抑制器组件处于第二位置时沿图7中的线BB的剖视图。
图9C是当抑制器组件处于第二位置时，沿着图7中的线CC的剖视图。
图10A是当抑制器组件处于第三位置时沿着图7中的线AA的剖视图。
图10B是当抑制器组件处于第三位置时沿着图7中的线BB的剖视图。
图10C是当抑制器组件处于第三位置时沿图7中线CC的剖视图。
图11A是当抑制器组件处于第四位置时沿着图7中的线AA的剖视图。
图11B是当抑制器组件处于第四位置时沿图7中的线BB的剖视图。
图11C是当抑制器组件处于第四位置时，沿着图7中的线CC的剖视图。
图12A是当抑制器组件处于第五位置时沿着图7中的线AA的剖视图。
图12B是当抑制器组件处于第五位置时沿图7中线BB的剖视图。
图12C是当抑制器组件处于第五位置时，沿着图7中的线CC的剖视图。
图13是本发明的第二实施例以零负载处于第一位置的示意性局部剖视 图。
图14是第二实施例以第一负载处于第二位置的示意性局部剖视图。
图15是第二实施例以第二负载处于第三位置的示意性局部剖视图。
图16是第二实施例以第三负载处于第四位置的示意性局部剖视图。
图17是第二实施例以第四负载处于第五位置的示意性局部剖视图。
图18是第二实施例的抑制器系统壳体的剖面图，示出了图8-12的剖面 线AA、BB和CC。
图19A是当第二实施例的抑制器组件处于第一位置时，沿着图18的线 AA的剖视图。
图19B是当抑制器组件处于第一位置时沿着图18中的线BB的剖视图。
图19C是当抑制器组件处于第一位置时沿着图18中的线CC的剖视图。
图20A是当抑制器组件处于第二位置时沿着图18中的线AA的剖视图。
图20B是当抑制器组件处于第二位置时沿着图18中的线BB的剖视图。
图20C是当抑制器组件处于第二位置时沿着图18中的线CC的剖视图。
图21A是当抑制器组件处于第三位置时沿着图18中的线AA的剖视图。
图21B是当抑制器组件处于第三位置时沿着图18中的线BB的剖视图。
图21C是当抑制器组件处于第三位置时，沿着图18中的线CC的剖视 图。
图22A是当抑制器组件处于第四位置时沿着图18中的线AA的剖视图。
图22B是当抑制器组件处于第四位置时沿着图18中的线BB的剖视图。
图22C是当抑制器处于第四位置时，沿着图18中的线CC的剖视图。
图23A是当抑制器组件处于第五位置时，沿图18中线AA的剖视图。
图23B是当抑制器组件处于第五位置时沿着图18中的线BB的剖视图。
图23C是当抑制器组件处于第五位置时，沿图8中线CC的剖视图。
图24是本发明第一实施例的替代方案的示意图。
图25是示出图24的部分结构的示意图。
具体实施方式
图1示出了振动打桩机，本质上是打桩机系统，整体以10表示。该系 统包括传统的建筑起重机12，该建筑起重机12具有延伸的吊臂14和总体上 以16表示的控制缆绳系统，控制缆绳系统的上端18是吊臂14控制缆绳19， 该控制缆绳19向下延伸至总体上以17表示的振动打桩机系统。缆绳包括承 载系统。该组件通常包括作为本发明主题的抑制器20、齿轮箱22和驱动马 达26。驱动马达26通常是液压的，尽管它也可以是电动马达。夹具24将齿 轮箱22夹在桩27上。打桩机在一种操作模式下将桩打入土中，而在另一种 模式下从土中取出现有的桩。
图2示出了处于第一位置的本发明抑制器组件25的第一实施例的剖视 图。它包括壳体26，壳体26在上中点处具有开口28，缆绳(承载构件-未示 出)以传统方式固定到开口28。抑制器组件包括内部组件，该内部组件包括 固定到齿轮箱顶部的底板或基座32(图1)。抑制器组件25还包括内部支撑结 构29，其一个部分30位于外部壳体26的一端，另一部分34位于壳体26 的相对端。位于每个部分30和34中的是：在一个部分中的两个间隔开的大 弹性减振构件38和40，以及在相对部分中的两个间隔开的大弹性减振构件 42和44。
图2显示了抑制器组件壳体处于第一位置，承载构件(缆绳)上没有拉力。 图8A在剖视图中示出了无拉力的两个大弹性体构件38和40。四个大弹性 体构件整体能够吸收高达几吨的拉力(负载)。仅使用大弹性体构件的抑制器 组件通常被称为一级抑制系统。在两级抑制系统中，除了提供增加的拉力吸 收能力之外，还使用多个小的更硬的弹性体构件。
本发明的抑制器组件被称为三级系统。这在图2的第一实施例中示出。 该实施例包括具有开口中心区域56的T形板50。T形板50牢固地附接到外 部壳体26上，并随着拉力(负载)的增加而向上移动。横杆54延伸穿过T形 板50的开口中心56。横杆54通过内部组件固定到抑制器组件的基座32上。 固定到外部壳体组件26上的是上中心安装板58。相对较硬的第一和第二组 小弹性体构件固定在上中心板58和外部壳体组件26的相对侧之间并在它们 之间延伸。弹性体构件62和64(第一组)在T形板的一侧附接到上中心安装 板58的左半部，而弹性体构件66和68(第二组)在T形板50的另一侧附接 到上中心板的另一(右)半部。当打桩机试图从泥土中拔出桩时，随着壳体 组件26在来自缆绳的增加的拉力下向上移动，弹性体构件62、64、66和68 一起操作。这种布置被称为两级抑制器组件。
第三和第四组小的硬弹性体构件包括在下中心板78和外壳体组件26的 相对外侧之间延伸的弹性体构件72(未示出)和74，而弹性体构件80和82在 下中心板84和壳体组件26的相对外侧之间延伸。总之，在第1组中有两个 弹性体构件62、64，在第2组中有两个弹性体构件66、68，在第3组中有 两个弹性体构件74、76，在第4组中有两个弹性体构件80、82。在本发明 的三级抑制器组件的操作中，第1组和第2组的弹性体一起操作，第3组和 第4组的弹性体一起操作。大弹性体构件与第一、第二、第三和第四组小弹 性体构件的组合形成了本发明的三级抑制器组件。
仍然参考图2，弹性体构件组3和4的上中心板78包括销部分88和90， 销部分88和90的上部部分在下中心安装板78的顶部边缘上方延伸，而上 中心安装板58的下边缘包括适于并构造成接收销部分88和90的所述部分 的凹入部分100和102。弹性体构件在截面图8B中示出，同样没有拉力。
在操作中，随着拉力的增加，壳体26升高。这导致横杆54现在位于T 形板50的底部(图3)，即T形板50实际上被横杆54锁定。在所示的实施例 中，一个例子的升高距离大约为7英寸。在该运动过程中，外侧大弹性体构 件38、40、42、44通过拉伸吸收增加的张力。这是第一级抑制作用，图9A-9C 示出了横截面，示出了由于一定程度的负载而导致的大弹性体构件的拉伸， 但是还没有拉伸任何小的硬弹性体构件，因为负载没有超过大弹性体构件的能力。
例如，在壳体向上移动7英寸时，T形板50实际上被横杆54锁定。随 着壳体26在缆绳拉力增加的情况下向上移动，小弹性体构件62、64、66和 68(图2)开始拉伸以吸收增加的拉力。图4示出了总运动的效果，例如9.5英 寸，在此期间，第一和第二组小弹性体构件拉伸，吸收负载的增加。这被称 为第二级抑制作用。在所示实施例的这一点上，销部分88和90与上安装板58的凹入部分100和102配合。小弹性体构件62、64、66和68拉伸相当大， 但是第三和第四弹性体构件72、74、80和82还没有开始拉伸。9.5英寸处 的横截面如图10A-10C所示。如上所述，第一级和第二级抑制器之间的过渡 通常对操作者来说是苛刻和令人不安的。
在本发明中，第一和第二(上部)组小弹性体元件、第二级抑制作用与第 三和第四(下部)组小弹性体元件结合使用提供了三级抑制作用，对于第一级 和第二级抑制作用之间的高负载具有平滑过渡。如图5所示，随着负载的进 一步增加，壳体会进一步移动。在该运动过程中，大弹性体构件继续拉伸， 上部组小弹性体构件继续拉伸，现在下部组弹性体构件也开始拉伸。这种布 置——其中当壳体在增加的负载下移动时，第一和第二(上部)组弹性体构件 首先拉伸，然后是第三和第四(下部)组弹性体构件拉伸——导致大弹性体构件之间更平滑的过渡，其中拉力例如为4.8吨/英寸至例如为8吨/英寸。其 他拉力示例也是可能的，具体取决于系统。图11A-11C显示了在12.0英寸 时的抑制器组件。此时，当抑制器组件向上移动时，除了四个大弹性体构件 之外，所有八个小弹性体构件都在拉伸。外部壳体进一步移动至14.5英寸， 如图6所示，内部组件和基座向上移动，提升打桩机和桩。图12A-12C显示 了第一和第二组小弹性体构件以及第三和第四组小弹性体构件的显著拉伸。
随着外部壳体的提升，内部组件和基座提升打桩机，在大弹性体构件的 拉伸和小的硬弹性体构件的拉伸(三级抑制作用)之间存在平滑的过渡。这 里的图示使用0.7英寸、9英寸、12英寸和14.5英寸的壳体向上运动来增加 负载。其它尺寸可以通过修改结构来使用。再次参考图2-12，安全销110在 所有弹性体构件失效或弯曲的情况下为机器提供安全性。
此外，尼龙垫在112处示出，以进一步吸收过渡噪音和作用。这种垫在 必要时可以很容易地更换。
图13-23针对三级抑制系统的第二实施例，该三级抑制系统使用两个T 形板和两个相关联的横杆，具有大弹性体构件和四组小弹性体构件。三级抑 制器组件120包括外部壳体122和内部壳体，内部壳体包括两个部分124、 125，这两个部分附接到基座140上，基座140固定到打桩机的齿轮箱上(图 1)。类似于第一实施例，两个大弹性体构件126(图13中未示出)和128位 于抑制器组件的一侧，而图13中未示出的四个大弹性体构件130和132位 于抑制器组件的另一侧。开口134接收来自起重机的承载构件缆绳(未示出)。 抑制器组件120包括两个居中定位的T形板140和142。上T形板140安装 在下T形板142的正上方。T形板140安装到上安装板144，而下T形板142 安装到下安装板146。上和下中心板连接到外部壳体组件，外部壳体组件在 拉力/负载下向上移动。
两个横杆148和150被安装成分别延伸穿过T形板的中心开口152和 154。横杆是这样安装的，它们在锁定各自的T形杆之前不会移动。
第一组和第二(上部)组小刚性弹性体构件136和138(每组包括两个背靠 背的小弹性体构件)安装到上安装板144及前支撑板和后支撑板。第一和第 二弹性体构件组的结构和特征类似于图2-12的实施例中的对应组。此外， 第二实施例包括第三和第四(下部)组小而硬的弹性体构件160和162。第三 和第四弹性体构件组160和162类似于第一实施例中相应的弹性体构件组。
在图13中，外部壳体没有移动(没有负载)，因此所有的弹性体构件都没 有拉伸。这显示在截面图19A-19C中。图14示出了例如外部壳体122的7 英寸的移动。在该位置，下横杆150与下T形板142接合，使得T形板142 被横杆150锁定，而上横杆148现在在上T形板140的开口152中向下选定 的距离。在这个位置，随着大约7英寸的壳体运动，大弹性体构件被拉伸。 下部组的硬弹性体构件接合但不拉伸。上部组的小弹性体构件没有接合，也 没有拉伸。这显示在图20A和20C中。图15显示了9.5英寸的升高壳体位 置，其中两个T形板用各自的横杆锁定。在该位置，下弹性体组构件拉伸 2.5英寸，而上部构件尚未拉伸但接合。图21A-21C显示了这个位置。在壳 体120的进一步提升中，例如12英寸，两个小的硬弹性体构件组都拉伸， 下部组拉伸5英寸，上部组拉伸2.5英寸。这显示在图22A-22C中。负载进 一步增加，壳体提升14.5英寸，如图17所示。这导致下部和上部小弹性体 构件组都被拉伸，下部弹性体构件被拉伸7.5英寸，上部弹性体构件组被拉 伸5英寸。这如图23A-23C所示。双杆第二实施例还包括安全销170，该安 全销170在弹性体构件失效或弯曲的情况下防止壳体进一步移动。
因此，本发明涉及一种三级抑制器装置，该装置包括第一组弹性体构件 以及另外的多个小的硬弹性体构件，所述多个小的硬弹性体构件布置成两组 的，安装成使得独立的两组的接合和拉伸以这样的顺序发生，该顺序随着抑 制器组件的拉伸负载在例如使用大弹性体的每英寸4吨到使用大弹性体和多 个小弹性体构件的每英寸8吨的范围内增加而提供平滑的过渡。
图24和25示出了图2-13的第一实施例的替代方案。该实施例还包括 具有开口中心区域182的T形板180。横杆184延伸穿过开口中心区域，横 杆184附接到支撑组件，支撑组件又附接到抑制器的基座174。所有上述都 类似于图2-13的实施例。帮助支撑上部小弹性体构件的是板184和186，而 下部小弹性体构件由板188和190支撑。然而，如图2-13所示，使用诸如 橡胶或弹性材料的缓冲垫来代替圆形销接触和凹入位置。缓冲垫196、198 位于板188和190的上表面，缓冲板200和202位于上板184、186的下表 面。图25显示了抑制器处于无负载位置，类似于图2，而在图24中吸收垫 接合。
尽管出于说明的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是应当理解， 在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神的情况下，可以在实施例中结 合各种变化、修改和替换。
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