新型液壓樁錘控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，推動了建筑業(yè)的發(fā)展。液壓樁錘以其高性能、低污染等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑工程當(dāng)中，并成為建筑基礎(chǔ)施工中不可或缺的重要機(jī)械設(shè)備之一，這在一定程度上推動了液壓樁錘的發(fā)展。基于此點(diǎn)，本文就新型液壓樁錘控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)進(jìn)行淺談。

液壓樁錘作為一種建筑機(jī)械被廣泛應(yīng)用于各種建筑工程當(dāng)中，以往我國采用的液壓樁錘多數(shù)都是國外進(jìn)口，為了推動我國建筑業(yè)的發(fā)展，開發(fā)研制國產(chǎn)的液壓樁錘顯得尤為重要。想要研制新型的液壓樁錘，首要解決的問題是控制系統(tǒng)。借此，本文就新型液壓樁錘控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)展開研究。

新型液壓樁錘結(jié)構(gòu)特征

1. 新型液壓樁錘的構(gòu)成

新型液壓樁錘在設(shè)計方面需要重點(diǎn)體現(xiàn)以下技術(shù)特征：雙桿單作用液壓缸、中轉(zhuǎn)油箱以及活塞桿兼作錘頭導(dǎo)桿。在這三項技術(shù)特征中，中轉(zhuǎn)油箱的應(yīng)用不僅能夠使機(jī)械排油缸的壓力損失降低，而且還能顯著減少錘頭下落的阻力，這也是新型液壓樁錘與傳統(tǒng)樁錘最大的不同之處。新型液壓樁錘主要是由以下幾大部分組成：

（1） 樁錘主體.這是液壓樁錘最為重要的組成部分之一，其中包括錘體、錘頭、錘蓋、砧座、油缸、液壓控制閥組等總成，還包括以下附屬裝置，如樁帽、閥組防護(hù)罩、液壓管路、懸吊軸、導(dǎo)向滑輪組等等。圖1為新型液壓樁錘的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

（2） 液壓油源。新型液壓樁錘中的液壓油源具體是由以下部分組成：液壓泵、交流三相異步電動機(jī)以及各種液壓附件。

（3） 測控裝置。新型液壓樁錘上配置了PLC和PC工業(yè)控制微機(jī)，這使設(shè)備具有了工程施工質(zhì)量綜合分析的能力，同時沖程與打擊頻率也均為獨(dú)立可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了先關(guān)后開的控制方式，有效避免了中位泄漏的情況發(fā)生。為了進(jìn)一步滿足建筑工程施工現(xiàn)場的作業(yè)需要，新型液壓樁錘可提供兩種打樁操作方式，一種是駕駛艙內(nèi)儀表板手操，另一種是有線遙控操作。

2. 新型液壓樁錘的基本工作原理

液壓錘在進(jìn)行打樁時的基本原理實(shí)質(zhì)上就是錘頭上升與下降的過程。具體而言，油缸上蓋借助緩沖墊、壓蓋以及壓蓋螺栓將錘頭向上推起，當(dāng)錘頭升至預(yù)定高度以后，便會使提升和下降先導(dǎo)閥上的電磁鐵失電，此時，提升閥會使油缸的進(jìn)油通道關(guān)閉，而下降閥則會將油缸的排油通道打開，油缸上腔排油錘頭下落，在這一過程中，錘頭將機(jī)械能經(jīng)由錘墊、砧座、樁墊傳送至預(yù)制樁使其貫入地層當(dāng)中。

新型液壓樁錘控制系統(tǒng)的研制開發(fā)

1. 新型液壓樁錘微機(jī)測控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

在新型液壓樁錘中，微機(jī)測控系統(tǒng)屬于核心裝置之一，它的重要性與液壓系統(tǒng)和主油缸相同，對于樁錘的工作性能具有決定性的影響。測控系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)打樁的具體需要，并按照人為設(shè)定的參數(shù)對樁錘的打樁作業(yè)進(jìn)行控制，同時監(jiān)視進(jìn)程與施工質(zhì)量。如果單純從實(shí)現(xiàn)打樁操作的角度出發(fā)，那么只需要控制液壓閥的動作即可，這樣便可以使錘頭升到指定高度后自由或是加速落下。但是，在實(shí)際工程中，這種設(shè)計并不能滿足施工需要，所以應(yīng)當(dāng)研制較為完善的智能控制系統(tǒng)。

2. 新型液壓樁錘對測控系統(tǒng)的技術(shù)要求分析

由于國內(nèi)尚且沒有與液壓樁錘測控系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，所以測控系統(tǒng)的設(shè)計只能按照目前最新液壓樁錘產(chǎn)品開發(fā)時所需的工作要求進(jìn)行確定，這是一個非常系統(tǒng)且復(fù)雜的過程，并且還需要逐步完善和反復(fù)改進(jìn)，只有這樣才能使樁錘達(dá)到理想的效果，進(jìn)而提高施工效率。鑒于此，本文以新型液壓樁錘的工作原理為主要依據(jù)，并參考借鑒國外最新的液壓樁錘監(jiān)控系統(tǒng)功能，提出適用于新型液壓樁錘微機(jī)測控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)要求。

（1） 測試信號。主要包括以下內(nèi)容：油泵出口壓力，當(dāng)設(shè)備超壓時會自動報警并卸除掉多余的荷載；夾樁器工作壓力，用于監(jiān)視夾樁器的實(shí)際工作狀態(tài)，當(dāng)夾持力過低時，樁錘會自行停止工作并發(fā)出報警信號；主油箱油溫，當(dāng)油溫超限時會自行停機(jī)并報警；錘頭行程，具體負(fù)責(zé)監(jiān)視錘頭的實(shí)際工作狀態(tài)，并計算成樁的承載力。

（2） 控制信號。提升先導(dǎo)閥，主要負(fù)責(zé)控制沖程2位4通電磁換向閥；下降先導(dǎo)閥具體負(fù)責(zé)控制調(diào)節(jié)打擊頻率的2位4通電磁換向閥。

（3） 控制方式。①當(dāng)提升與下降閥的操作指令顯示為手動時，由控制按鈕進(jìn)行控制；在自動狀態(tài)時，為微機(jī)控制。②卸荷閥。液壓樁錘在正常工作狀態(tài)下為手動操作。③夾樁器電磁換向閥為手動操作。

3. 主控單元設(shè)計

由于液壓樁錘經(jīng)常需要在較為惡劣的作業(yè)環(huán)境中工作，加之樁錘本身屬于重型機(jī)械設(shè)備，若是出現(xiàn)失誤很可能造成人員傷亡和設(shè)備損壞。因此，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計時，必須將安全性、可靠性和穩(wěn)定性放在首位。正常情況下，樁與錘在打樁時的狀態(tài)能夠充分反映出單樁的實(shí)際施工質(zhì)量，建筑工程中所有單樁的施工質(zhì)量信息可以反映出該工程的整體質(zhì)量。對于大型建筑工程而言，一般都會有數(shù)千根單樁，在這些樁中有的會達(dá)到幾十米的貫入深入，這對控制系統(tǒng)的記錄容量和運(yùn)算能力提出了較高的要求。鑒于此，本文提出一種PLC+工控機(jī)的設(shè)計方案，并由此構(gòu)成系統(tǒng)的主控單元。PLC可以采用西門子公司的產(chǎn)品，其數(shù)據(jù)能力較強(qiáng)，工控機(jī)作為輔助設(shè)備，應(yīng)采用內(nèi)存容量較大、運(yùn)算能力較強(qiáng)的，二者之間可以通過串口進(jìn)行通訊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時交換。經(jīng)過實(shí)踐表明，采用PLC+工控機(jī)的設(shè)計方案，不但可以滿足安全性、可靠性、穩(wěn)定性的要求，而且還進(jìn)一步確保新型液壓樁錘的技術(shù)先進(jìn)性。

（作者單位：中鐵十七局建筑工程有限公司）