機(jī)電一體化技術(shù)在液壓靜力壓樁機(jī)上的應(yīng)用
一、技術(shù)背景
1、靜壓樁技術(shù)由于其綠色環(huán)保已在我國乃至亞、歐國家得到普遍認(rèn)同和廣泛推廣，液壓靜力壓樁機(jī)也由于其環(huán)保、節(jié)能、高效而迅速成為了靜壓樁技術(shù)的關(guān)鍵施工設(shè)備。
山河智能液壓靜力壓樁機(jī)產(chǎn)品外觀
特別是作為我國研發(fā)、生產(chǎn)、銷售液壓靜力壓樁機(jī)規(guī)模最大的上市公司——湖南山河智能機(jī)械股份有限公司研究生產(chǎn)的ＺＹＪ系列液壓靜力壓樁機(jī)產(chǎn)品，它包含1項發(fā)明專利和8項實用新型專利，并構(gòu)成其核心技術(shù)，曾獲得2003年度國家科技進(jìn)步二等獎等十余項獎勵，其技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，極大地推動行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。該系列產(chǎn)品已批量出口到俄羅斯、烏克蘭、菲律賓、越南、緬甸、馬來西亞、新加坡、泰國、柬埔寨、香港等國家和地區(qū)。
2、目前的液壓靜力壓樁機(jī)技術(shù)存在以下不足：1）以手動控制為主，操作手勞動強(qiáng)度大；2）壓樁垂直度缺乏有效監(jiān)控手段，導(dǎo)致施工質(zhì)量不穩(wěn)定；3）容易出現(xiàn)浮機(jī)，甚至坐機(jī)，發(fā)生設(shè)備安全事故；4）施工記錄不翔實，以人工記錄為主，缺乏過程監(jiān)控。
鑒于此，山河智能為進(jìn)一步提升液壓靜力壓樁機(jī)的技術(shù)性能和自動化水平，對上述問題進(jìn)行了深入研究，并開發(fā)了實現(xiàn)自動壓樁、自動調(diào)平、浮機(jī)報警并自動切斷壓樁液壓回路和施工數(shù)據(jù)自動記錄等功能的自動控制系統(tǒng)。
二、總體方案
液壓靜力壓樁機(jī)電控系統(tǒng)控制框圖
三、自動壓樁功能
壓樁時，主壓缸將夾樁箱提到最高位置，再由夾樁缸將樁夾緊，然后主壓缸伸長產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力將樁壓入地基，直到主壓缸的行程走完，夾樁缸松樁縮回。接著重復(fù)上述過程，就這樣依次循環(huán)完成“夾樁®壓樁®松樁®返回®夾樁…”的動作，最終將樁壓入持力層。其自動壓樁液壓控制原理及程序設(shè)計流程圖如圖所示。
自動壓樁液壓原理圖
自動壓樁程序流程圖
四、自動調(diào)平功能
機(jī)身平面傾斜示意圖中，1、2、3、4為四個升降油缸的位置。兩個角位移傳感器安裝在升降缸1附近，將油缸1作為基準(zhǔn)點在自動調(diào)平過程中保持不動。機(jī)身調(diào)平采用“逐次逼近”法，每次移動50%的傾斜距離后再進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換，求出傾斜角α，β，再移動50%的傾斜距離，直到│α│≤α0、│β│≤β0（α0、β0為根據(jù)施工要求所確定機(jī)身的允許傾斜角度），調(diào)平過程結(jié)束。
機(jī)身傾斜示意圖
調(diào)平系統(tǒng)升降缸液壓原理圖
自動調(diào)平程序流程圖
五、浮機(jī)報警功能
經(jīng)過試驗，靜力壓樁機(jī)浮機(jī)時繪制長船升降缸上下腔的壓力變化曲線如上圖。可見，升降缸上腔壓力減小到接近于零時，已經(jīng)浮機(jī)?？刂破鳈z測到該壓力信號，通過比較，在浮機(jī)開始時適時切斷壓樁液壓回路，達(dá)保護(hù)機(jī)器的目的。
壓樁機(jī)升降缸上下腔壓力變化曲線
浮機(jī)報警程序流程圖
六、施工數(shù)據(jù)自動記錄功能
施工過程中，通過記錄單樁施工的壓樁油壓，計算承載力；通過安裝在夾樁箱上的角度傳感器顯示記錄壓樁的垂直度，利用安裝在壓樁臺上的深度傳感裝置記錄壓樁深度，并將上述數(shù)據(jù)自動儲存至控制器形成報表，可下載給監(jiān)理方，為施工質(zhì)量監(jiān)控提供依據(jù)。
七、結(jié)束語
1、該自動控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用大大提高了工作效率,降低了勞動強(qiáng)度,提高了施工質(zhì)量。
2、隨著機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及可靠性的進(jìn)一步提高，液壓靜力壓樁機(jī)技術(shù)將逐步實現(xiàn)壓樁過程自動化和施工質(zhì)量參數(shù)實時監(jiān)控。
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