1.氮爆式液壓打樁錘工作原理
打樁過程的一個周期可以分為回程階段、回程制動階段和衝程階段，圖1所示為某新型氮爆式打樁錘的液壓系統原理簡圖。
系統工作原理：首先系統通過控制泵11的壓力Pk控制主系統溢流閥以建立主泵2的壓力P，主控換向閥12的閥芯在控制壓力Pk和系統壓力P作用下，克服氮氣的初始壓力和彈簧力向右迅速移動，使系統壓力P作用於回油錐閥4的控制腔，回油錐閥4關閉，回油端O與進油錐閥5的控制腔接通，系統壓力P打開進油錐閥5，使液壓缸下腔8進油，推動活塞和錘體9回程，並壓縮氮氣，錘體9上升推動行程換向閥10使主控換向閥12的左端接通回油端O，活塞繼續回程並壓縮氮氣，使氮氣壓力進一步升高。由於主控換向閥12的閥芯左右兩端控制油液和氮氣的作用面積相等，當氮氣的壓力升高至與主控換向閥12的控制壓力Pk相等時，主控換向閥閥芯在氮氣壓力和彈簧力的作用下，克服主控換向閥控制壓力Pk向左迅速移動，使系統壓力P作用於進油錐閥5的控制腔，進油錐閥5關閉，系統向高壓蓄能器6內充油，同時回油端O與回油錐閥4的控制腔接通，回油錐閥4打開，液壓缸下腔8接通油箱快速洩油，活塞在錘體9的重力和氮氣爆炸的雙重作用下，以近2g的加速度向下運動，實現對樁的打擊。錘體9運動到底部時，行程換向閥10換向，壓力P作用於主控換向閥12的左端，同時活塞上腔氮氣（即主控換向閥12右端）也變回初始壓力，保證主控換向閥閥芯向右移動，從而實現下一個打樁周期。
其回程制動階段向衝程階段過渡是通過活塞上腔氮氣推動主控換向閥實現換向。這種典型的壓力反饋式液壓打樁錘很容易通過無級調節主控換向閥換向壓力Pk實現系統打擊能和打擊頻率的無級調節。
2.脫、斷樁與漏氣工況分析
在實際施工過程中，由於地基較軟，樁下沉過程中遇到的阻力較小，使得預製樁下沉的瞬時速度大於錘頭總成在立柱上的瞬時滑動速度，這時就會出現所謂的脫樁工況，即預製樁6和樁帽5脫開，如圖2所示。斷樁工況是指在打擊過程中，由於預製樁本身存在的品質問題或地質情況突然變化等原因，預製樁突然斷裂，同樣，斷樁時預製樁6和樁帽5也會脫開。因此，脫樁和斷樁可以歸結為同一個工況，在脫樁或斷樁時，樁帽5都會在自身重力的作用下向下運動，從而使脫、斷樁保護閥4換向，發出脫、斷樁的控制信號。
由氮爆式液壓打樁錘工作原理以及氮氣腔特性可知，其活塞運動狀態由主控換向閥的運動狀態控制，而主控換向閥是通過氮氣腔壓力升高推動閥芯換向的。一旦氮氣腔氣體因洩漏造成壓力不夠時，將影響主控換向閥閥芯的換向，從而影響整個系統的正常工作。氮爆式液壓打樁錘在工作過程中，由於密封件的磨損老化、閥芯的偏心等原因都可能造成氮氣腔氣體洩漏。當氮氣壓力低於1.2 MPa時，漏氣保護閥2的閥芯將在自身彈簧的作用下向上運動實現換向，而發出氮氣壓力過低的控制信號。
3.脫、斷樁與漏氣保護系統原理分析
氮爆式液壓打樁錘出現脫、斷樁或漏氣情況，要求液壓系統能夠實現自動停機，從而保證設備及操作人員的安全。圖2所示為某新型氮爆式液壓打樁錘具有脫、斷樁與漏氣保護功能的液壓系統原理圖。
發生脫、斷樁或漏氣時，各保護閥都工作在圖2所示位置。圖中粗實線表示在脫、斷樁或漏氣時，進、回油錐閥的控制腔通過高速開關閥都接通液壓缸有杆腔的壓力油而關閉，使液壓缸有杆腔與進油端和回油端斷開，活塞和錘體在液壓缸自身的緩衝作用下，迅速減速，停止運動，並成鎖閉狀態。
氮爆式液壓打樁錘在工作過程中脫、斷樁與漏氣工況發生後，為了防止高速下降的活塞杆和錘頭直接打擊在液壓缸的缸蓋上，在液壓缸有杆腔下面設計了專門的緩衝腔，以保護液壓缸及整個設備的安全。緩衝腔通過一個溢流閥調節緩衝壓力。
低速時的保護功能。圖3(a)表示脫、斷樁和漏氣發生在活塞處於下降的某一過程中，但速度沒有達到最大時的位移與時間的關係圖，此時活塞速度比較低，在液壓保護系統的作用下，活塞很快停止運動。
高速時的保護作用。圖3(b)表示脫、斷樁和漏氣發生在活塞處於下降行程最大時的位移與時間的關係圖。由圖可知，此時活塞速度達到最大，在液壓保護系統和液壓缸緩衝的共同作用下，活塞經過很短時間後停止運動。
在液壓系統保護油路和液壓缸末端緩衝結構雙重作用下，當脫、斷樁或漏氣發生時活塞能夠很快停止運動，可以有效避免活塞和液壓缸缸蓋的直接碰撞，起到保護液壓缸及整個打樁錘的作用。