CN1006477B - 打桩用振动打桩机的控制设备 - Google Patents

打桩用振动打桩机的控制设备

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Abstract

本设备包括不平衡转子的质量静力矩传感器及其额定值调整器、不平衡转子转动频率传感器及其额定值调整器，振动打桩机消耗功率传感器及其额定值调整器。电子控制器的信息输入端与调整器的输出端相联，其输出端与改变不平衡转子的质量静力矩驱力装置及改变不平衡转子转动频率驱动装置相联。该驱动装置与振动打桩机机械连接。驱动装置包括电压调节器和异步电机，电机与温度防护部件相联，部件与电子控制器的相应信息输入端相联。

Description

本发明涉及用于振动打桩、打管或其它壳体结构的设备，特别是涉及打桩用振动打桩机的控制设备。
本发明可用于振动打桩机，在建造桥梁、房屋、港口和水利工程设施、沿海大陆架水区的施工平台时，用以把钢桩板、管子、桩子、桩壳以及大直径的壳体结构打入土层。
已有的打桩用振动打桩机的控制设备（“运输工程中振动打桩机和振动锤的使用和维修规程”1976，第8页;DR-ING Ludwig Müller & S
Figure 87104307_IMG1
hne，DE，Müller-Vibratoren Zum Rammen und Ziehen，C7，1984），带有改变不平衡转子转动频率的驱动装置，这个装置由输出可变的液压泵和轴流式活塞液压发动机组成，或者由电动机和齿轮变速箱组成，这里的变速箱有沿模板孔滑动的轴，轴上有中间齿轮，以便分级改变不平衡转子的转动频率。中间齿轮与其它几个具有不同齿数的齿轮中的一个相啮合。
已有的这些设备不能保证均匀调整不平衡转子的质量静力矩和它们的转动频率。不平衡转子起动时，其功率消耗超过振动打桩机额定功率的2～3倍，而在打桩的最后阶段，却不能充分利用功率，这就降低了振动打桩机的最大打桩能力。
已有的振动打桩机控制设备（US，A，3396805;Kensetsu    Kikai    Chosa    Co    ltd，Japan，”高频和低频振动打桩机”，大阪，1981，C    5;Soil-Mec，Italy，“Vibratori    idraulici    ed    elettrici”，Cesena，C    11，1985，Tünkers    Maschinenbau    Gmbn，BRD “Vibrations b
Figure 87104307_IMG2
ren”，Ratingen，C 16，26，1985），带有改变不平衡转子转动频率的驱动装置和一对相向旋转的不平衡转子的定位机构，这个定位机构能分级改变不平衡转子的质量静力矩。
这些设备不能在运转过程中改变不平衡转子的静力矩。为改变不平衡转子的静力矩，必须使振动打桩机停下来，改变不平衡转子彼此间的位置，然后重新起动振动打桩机。在“Tünkers”公司生产的振动打桩机中，改变不平衡转子质量静力矩的方法是，当它们停下以后，通过遥控以拨动杆夹紧自由不平衡转子改变固定不平衡转子的转动方向和频率。
在这些条件下，不可能以最小静力矩起动不平衡转子，参数调整的极数有限，为此必须有较高功率的动力装置，加之，在打桩的最后阶段，设备不允许最大限度地使用振动打桩机的功率。因此，就不可能使振动打桩机的打桩能力达到很高。
已有的打桩用振动打桩机控制设备（US，A，4113034;FR，B，2470199）带有改变不平衡转子转动频率的驱动装置和改变不平衡转子质量静力矩的驱动装置，它由带一个齿环及几个行星齿轮的差动减速装置和使齿环转动的低功率电动机组成，或者由不同结构的移相机构组成。有些设备还配备指示器以指示不平衡转子的有效的质量静力矩。
在使用这些设备时，电动机的额定功率或者不能被充分利用，或者是电动机超负荷工作，这都会降低振动打桩机的使用寿命。振动打桩机配备的远距离控制和操纵设备，在打桩时土壤阻力不断变化的条件下，不能保证振动参数准确地调整到最佳条件并在最佳条件下操作。 在这种设备中，控制的质量完全决定于操作者的水平和身体状况。这就使沉埋的东西过早地滞塞在土层中，并且用已有的振动打桩机不能使沉埋的东西接着打到给定的深度。
已有的振动打桩机的控制设备（SU，A，177350，303397，336399）含有结构振动特性传感器和/或振动打桩机的参数传感器（不平衡转子的质量静力矩传感器、不平衡转子转动频率传感器、功率传感器），还有改变不平衡转子的转动频率及其质量静力矩的驱动装置，以及转换器，这些转换器能保证以各种不同的方法调整振动打桩机的参数。
由于负载是带有随机性的，这些设备就不能保证不平衡转子的平稳起动，振动打桩机参数的控制精度不高，快速动作差，而且不能保证定性调整打桩条件。由于这些控制设备的可靠性不高，加上上述缺点，它们未能实际应用于已生产的振动打桩机中。
还有一种打桩用振动打桩机控制设备（SU，A，1157165;DE，A，3231543），带有改变不平衡转子转动频率的驱动装置，它由带调速器的电动机组成，还带有改变不平衡转子的质量静力矩的驱动装置、电动机温升传感器、加法器、基准电压部件、两个继电元件和放大器。电动机的温升传感器和基准电压部件接到放大器相应的输入端，而放大器的两个输出端经过相应继电元件接到加法器的两个输入端，加法器的输出端与调速器相联。
这种设备在运行中根据电动机的温升温度，调整振动打桩机的参数，该温度随负载及所需功率而变化。
然而，这种设备不能保证自动控制不平衡转子的质量静力矩大小及转动频率，也不能保证必要的快速动作，以及在土层的正面阻力和 侧面阻力变化的条件下及时微调打桩机的参数，这是因为受控参数-温度因素的惯性所致。冷却条件在很大程度上决定于外部环境的状况。这导致电动机功率的相当大的超载或欠载。在沉桩的最后阶段，电动机温升增高，它的功率不能充分利用。所有这些，降低了控制的质量及振动打桩机的打桩能力。
最新近的技术方案是带有旋转不平衡转子的振动激励器的打桩用振动打桩机控制设备（SU，A，199230），它包含有不平衡转子的质量静力矩传感器、改变不平衡转子质量静力矩的驱动装置、不平衡转子的转动频率传感器、改变不平衡转子转动频率的驱动装置。此外，该设备还含有振动打桩机所消耗功率的传感器和指示器，传感器和指示器与比较部件相联。该装置还含有沉桩开始的传感器以及由两个彼此相联的转换器组成的逻辑部件，不平衡转子的质量静力矩传感器、不平衡转子的转动频率传感器和驱动装置与其中一个转换器相联接，而另一个转换器与打桩开始的传感器相联接。
不平衡转子的质量静力矩大小及它们的转动频率的控制，可借助于选择其中一个参数（频率或质量静力矩）来实现，根据比较电路对功率失调作出的判断，该参数最影响打桩效率。这当中，当桩从土壤中脱出以后，根据第二个转换器的指令，第一个转换器保证改变不平衡转子转动频率，旨在减小功率失调。不平衡转子的质量静力矩及它们的转动频率的传感器只确定相应参数的最终值，并与第一转换器共同参与振动打桩机参数程序的编制。
这样一来，该设备并不能同时改变被调参数-不平衡转子的质量静力矩和它们的转动频率。
这就使设备的快速动作能力降低，并且由于控制质量不高，降低 它在沉桩最后阶段的效率。由于在设备中使用了转换器，其可靠性也是低的。
此外，该设备不能保证在振动打桩机起动时，不平衡转子以其最小的质量静力矩来平稳加速，这要求提供附加的功率，于是造成打桩机的超载。该设备不能做到打桩机的电动机具备过热保护功能，这就造成它过早地损坏。
本发明的任务是建立打桩用振动打桩机的控制设备，它的电路结构由于是在运行中按给定的方式自动调整打桩机的参数，保证了不平衡转子以有限的功率消耗来平稳的加速，提高打桩机的控制质量，从而增强它的打桩能力。
所提出的任务是这样解决的，振动打桩机是带有旋转不平衡转子的振动激励器，它的控制设备含有不平衡转子的质量静力矩传感器;改变不平衡转子的质量静力矩的驱动装置，该驱动装置与打桩机机械地相连;不平衡转子转动频率传感器;带电压调节器的改变不平衡转子转动频率的驱动装置，这个驱动装置还带有异步电机并与打桩机机械地相连;沉桩机所消耗功率的传感器和与这个传感器相联的打桩机所耗功率的额定值调整器;按照本发明，它还有不平衡转子的质量静力矩额定值调整器，该调整器与不平衡转子的质量静力矩传感器的输出端相联接;还有不平衡转子转动频率额定值调整器，它与不平衡转子转动频率传感器的输出端相联接;还有改变不平衡转子的转动频率驱动装置中的异步电机的温度防护部件，它与异步电机相联;还有电子控制器，它的信息输入端分别联接到不平衡转子的质量静力矩额定值调整器、不平衡转子转动频率额定值调整器及打桩机所耗功率额定值调整器上，还联接到改变不平衡转子转动频率的驱动装置中的异步 电机温度防护部件上，而电子控制器的输出端相应地联接到改变不平衡转子的质量静力矩的驱动装置及改变不平衡转子转动频率的驱动装置上。
电子控制器最好含有逻辑信号形成器，它的输入端就是电子控制器的输入端;含有平行地联接到逻辑信号形成器输出端的第一和第二控制部件，而且，第一控制部件的输出端就是电子控制器的输出端，它们将联接到改变不平衡转子的质量静力矩的驱动装置上;包含寄存器部件，其控制输入端应与第二控制部件的输出端相联;包含触发脉冲发生器，它联接到寄存器部件的触发输入端;并包含串联的数模转换器，其输入端与寄存器部件的输出端相联;还包含放大器，其输出端是电子控制器的输出端并与改变不平衡转子的转动频率驱动装置相联接。
所提出的发明保证了不平衡转子以它们质量的最小静力矩平稳的加速，使之得以提高控制打桩机的质量，从而增大它的打桩能力。
下面参照附图，用具体的实施例来解释所提出的发明，这些附图是：
图1表示按照本发明所述的打桩用振动打桩机的控制装置方框图;
图2表示按照本发明的电子控制器的方框图;
图3表示按照本发明不平衡转子的质量静力矩传感器和额定值调整器的电联接图;
图4表示按照本发明不平衡转子转动频率传感器和额定值调整器的电联接图;
图5表示按照本发明振动打桩机消耗功率的传感器和额定值调整器的电联接图;
图6表示按照本发明改变不平衡转子转动频率驱动装置的电联接图;
图7表示按照本发明改变不平衡转子的质量静力矩驱动装置的电联接图;
图8表示按照本发明振动打桩机的运动图;
图9表示按照本发明多通道逻辑信号形成器的电原理图;
图10表示本发明所述电子控制器的第一控制部件的电原理图;
图11表示本发明所述电子控制器的第二控制部件的电原理图;
图12表示本发明所述电子控制器的寄存器部件的电原理图。
振动打桩机的控制装置（图1），包括不平衡转子质量的静力矩传感器（1）以及与之相连的不平衡转子质量的静力矩额定值调整器（2）;不平衡转子的旋转频率传感器（3）以及与之相连的不平衡转子的旋转频率额定值调整器（4），还有振动打桩机所需功率传感器（5）以及与之相连的振动打桩机所需功率的额定值调整器（6）。
此振动打桩机控制装置，同时还包括不平衡质量的静力矩变化的传动机构（7）及不平衡转子的转动频率变化的传动机构（8），而后者是由电压调节器（9）和异步电机（10）串联组成的。传动机构（7及8）与振动打桩机（11）的机械连接，在图1中是示意性地表示的。
按照本发明，上述控制装置还包括与电机（10）相联的温度保护部件（12）以及电子控制器（13），而电子控制器（13）的信息输入端分别与额定值调整器（2、4、6）和温度保护部件（12）的输出端相联。电子控制器（13）和输出（14、15）与传动机构（7）相联，而输出端（16）则与传动机构（8）的电 压调节器（9）相联。
电子控制器13（图2），包括多路逻辑信号形成器（17），第一及第二个控制部件（25及26），触发脉冲发生器（34），以及串联在一起的寄存器（35）、数-模转换器（36）和放大器（37）;逻辑信号形成器（17）的信息输入端18、19、20、21、22、23、24就是电子控制器（13）的输入，而它的输出端27、28、29、30、31、32、33，则与寄存器（35）的控制输入端与输入部件（26）的输出端相连，而其触发输入端（38）则与触发脉冲发生器（34）的输出端相连。控制部件（25）的输出端（14及15）以及放大器（37）的输出端（16），就是电子控制器（13）的输出。部件25、26、34和35，可以微处理机的形式组装入电子控制器（13）中，并根据这些部件所要完成的功能编制程序。
不平衡转子质量的静力矩传感器1（图3），可以做成例如自同步发送机这样的形式。额定值调整器（2），譬如可以由自同步接收机（39）及装在该调整器（2）基座上的可动微型开关（40和41）组成。自同步接收机（39）与传感器1之间是通过传递传感器（1）轴的旋转角的定位线路相连接的，而微型开关（40和41）的按键是跟固定在自同步接收机（39）轴上的开关钮机械相连的（图中未表示）。微型开关（40和41）的一个输出端接地，而其另一个输出端是作为额定值调整器2的输出接在逻辑信号形成器17（图2）的信息输入端（18和19）上的。图3所示的额定值调整器（2），还有一个手动整定不平衡体质量的静力矩的变化范围的机构42，与可动的微型开关（40和41）机械连接。
不平衡体的旋转频率传感器3（图4），可以做成例如测速发电机这样的形式。额定值调整器4就是一台可发送信号的电压表，其中有一个接在传感器3上的测量机构43（上面装有反射器44）和一个与电源连接（图中未表示）的光源45。此额定值调整器4中还有可移动的光敏电阻46和47，它们与反射器44在光学上相耦合。并且一端分别与电源相联（图中未表示），另一端分别与光电流放大器48及49相连。放大器48中有两个串联在一起的电阻50和51，其公共出线端与晶体管52的基极相联。晶体管52的发射极与电阻50的另一端一起接地。电阻53的一端与晶体管52的集电极相接，而其另一端就是与逻辑信号形成器（17）的信息输入端（20）相连的（图2）额定值调整器4的输出之一。放大器49（图4）也是按照类似的电路制作的，在这种情况下，其输出端也就是与逻辑信号形成器17（图2）的信息输入端（21）相连的额定值调整器4的另一个输出。额定值调整器4（图4）中还有一个手动整定不平衡转子的旋转频率变化范围的机构54，与可移动的光敏电阻（46和47）机械连接。
振动打桩机所需功率传感器5（图5），可以作成例如电流互感器55和56这样的形式，其初级线圈分别接在三项交流电网的A、C相上，其后串接有传动机构6。传感器5的输出就是电流互感器（55和56）的次级线圈输出以及A、B、C相的输出。
额定值调整器6是一台可以发送信号的功率表，其中有一个测量机构57（上面装有反射器58）和一个与电源（图中未表示）联接的光源59。测量机构57的电流线图与传感器5的互感器（55、56）次级线圈相联，而电压线圈则与A、B、C相输出相联。
除此而外，此额定值调整器6还有两个在光学上与反射器58相耦合的可移动光敏电阻60和61，其一端分别与电源相联（图中未表示），而另一端则分别与光电流放大器62和63相联。光电流放大器（62和63）是按照类似放大器48（图4）的电路制作的。放大器62和63（图5）的输出也就是额定值调整器6的输出，分别与逻辑信号形成器17（图1）的信息输入端22和23相联。额定值调整器6（图5）还有一个可手动整定振动打桩机需功率范围的机构64，与可移动的光敏电阻（60和61）机械连接。
传动机构8的具有直流控制输入的电压调节器9（图6），是按照公知电路制作的（参见莫斯科出版《可控硅三相电压调整器-PHTT-330-250/600型》1972年，出版社出版07，28，15-72）NHформэлектро
异步电机10的轴65，是与振动打桩机11（图1）的不平衡转子在机械上互相联动的。
使不平衡体的质量静力矩改变的传动机构7（图7）中包括两个继电器66及67，而其接点68及69分别与电机70的三相供电网相联接。继电器66和67的一端接零，而另一端则分别与电子控制器13（图1）的输出端15及14相联。电机70的轴72（图7）与振动打桩机11（图1）的不平衡转子在机械上是互相联动的。
异步电机10的轴65（图8）上装有齿轮73，经过惰轮74与齿轮75啮合。齿轮75固定在轴76上，此轴上装有不平衡体77，而齿轮75是同带有不平衡转子80的轴79上固定的齿轮78啮合的，在轴76上还装有不平衡转子旋转频率传感器3。固定 在轴79上的齿轮81与拔动轮82啮合，而拨动轮82通过转轴83，84与行星齿轮85，86相连，而后者又与固定在轴88上的齿轮87及轮缘89相啮合。
在轴88上固定有齿轮90，经过齿轮91与齿轮92啮合，而齿轮91及92分别固定在装有不平衡转子95及96的轴93及94上。
在电机70的轴72上装有蜗杆97，与装在轴99上的蜗轮98啮合。轴99上还装有蜗杆100和101，分别与轮缘89和固定在传感器1的轴103上的蜗轮102啮合。
异步电机10的温度保护部件12，是按照公知的电路制作的（参见莫斯科出版的《异步电机-4A系列，功率0.06……400瓩》1981年，Информэлектро出版社出版，0140，22-81，47-48页），在这种情况下，温度保护部件12继电器的常开接点的一端是接地的，而另一端则接在逻辑信号形成器17（图2）的输入端24上。
多路逻辑信号形成器17（图9）包括有七个通道，即104，105，106，107，108，109，110。通道104中有一个电子积分比较器111及串联电阻112和113，电子积分比较器111的反向输入端是接在上述电阻的公共端上的。电阻112的另一端与电源相接（图中未表示），而电阻113的另一端则接地。电子积分比较器111的非反向输入端上接有电阻114一端以及串联在一起的电阻115和电容116的公共端，在这种情况下，电阻115的另一端与电源相接（图中未表示），而电容116 的另一端则接地。在积分比较器111的输出端上接有电阻114的另一端以及电阻117的一端，而电阻117的另一端则与电源相接（图中未表示）。电子积分比较器111的反向输入就是逻辑信号形成器17的信息输入18，而其输出则是逻辑信号形成器17的信息输出27。
通道105，106，107，108，109，110是按照类似的电路制作的，在这种情况下，通道105，106，107，108，109，110的输入，分别就是逻辑信号形成器（17）的信息输入19，20，21，22，23，24，而它们的输出则是逻辑信号形成器17的信息输出28，29，30，31，32，33。
控制部件25，可以按照图10列举的电路制作。它包括譬如2输入端或非门118，和反向器119，120，121，前者的输入端与逻辑信号形成器17的输出27，30相联（图9），而后者的输入端则分别接在逻辑信号形成器17的输出31，29，32上（图9）。反向器120，121（图10）的输出端接在2输入端与非门122的输入端上，而2输入端与非门122的输出端则与2输入端与非门123的一个输入端相联，其另一个输入端与逻辑信号形成器17的输出33相联（图9）。2输入端与非门123的输出端（图10）接在2输入端与非门124的一个输入端上，而另一个输入端则与逻辑信号形成器17的输出27（图9）相联。与非门124（图10）的输出接在反向器125的输入端以及4输入端与非门126相应的输入端上。4输入端与非门126的其它三个输入端则分别接在逻辑元件118和反向的119的输出端以及逻辑信号 形成器17的输出28（图9）上。逻辑元件126（图10）的输出与反向器127的输入端相联。
控制部件25还包括两个光电晶闸管128和129，其负端都接地。光电晶闸管128的正端接在反向器125的集电极输出端和电阻130的一端上，而电阻的另一端与电源相联（图中未表示）。光电晶闸管129的正端接在反向器127的集电极输出端和电阻131的一端上，而电阻的另一端则与电源相联（图中未表示）。光电晶闸管128，129的阳极输出端接在桥式二极管整流器132的正端上，整流器132的负端则接零线71。桥式整流器132的输入端接在交流电源上（图中未表示）。光电晶闸管128，129的阴极输出，分别就是电子控制器13的输出15和14（图2）。
控制部件26可以按照譬如图11列举的电路制作。它包括“启动”按键133及“停止”按键134，均位于控制台上（图中未表示），其一端接地，而另一端则经过相应的电阻135及136与电源（图中未表示）相接。与按键133及134分别并联有电容137及138。按键133、电阻135及电容137的公共端，和2-2-2-3输入端与门-4输入端或非门电路139的输入端相接。按键134、电阻136及电容138的公共端，与2输入端与门电路140的输入端之一相联，而与门140的另一个输入端接在逻辑信号形成器17（图2）的输出端33上，逻辑元件140（图11）的输出端则与逻辑元件139相应的输入端相联接。此控制部件26还包括反向器141，142，143，144，4输入端与非门电路145，146（图11）以及2输入端与非门147（图11），反向器141，142，143，144的输入端分别 与逻辑信号形成器17的输出端27，28，31，32相接（图2）;逻辑元件145的输入端之一分别与逻辑信号形成器17（图2）的输出端30，32相接;逻辑元件146的输入端之一与逻辑信号形成器17（图2）的输出端30相接;逻辑元件147的输入端之一与逻辑信号形成器17（图2）的输出端29相接，而其另一个输入端则与反向器144（图11）的输出端相接。
反向器141的输出端，与逻辑元件139以及145的输入端之一相接。逻辑元件139的输出端与反向器148的输入端相连，且反向器148的输出端与逻辑元件139相应的输入端相联而构成RS触发器，逻辑元件139的输出端在与逻辑元件145的输入端相联的同时，还与并联接地的电容149和电阻150相联。
逻辑元件139的其余输入端与电阻151的输出端之一相联，电阻151的另一个输出端则与电源（图中未表示）相联。
逻辑元件146的输入端与反向器142，143以及逻辑元件147的输出端相接，而其输出端则与反向器152的输入端相接。此外，逻辑元件147的输出端接在反向器153的输入端上。逻辑元件145的输出端与反向器154相联，反向器154的输出端与或门155的输入端之一相联，而或门155的另一个输入端则与反向器152的输出端相联。逻辑元件148、155、153的输出，就是控制部件26相应的控制输出。
寄存的部件35（图12）包括寄存器156，157以及反向器158，寄存器156，157的R输入端连在一起作为寄存器部件35的输入端之一，接在反向器148（图11）的输出端上;而反向器158的输入端则是寄存器部件35的输入端之一，与反向器 153（图11）的输出端相联。反向器158（图12）的输出端跟2输入端与非门电路159的输出端之一相接，而逻辑元件159的另一个输入端则是寄存器部件35的输入端之一，与逻辑元件155（图11）的输出端相接。逻辑元件159（图12）的输出端经过反向器160与寄存器156、157的输入端V2相联。
寄存器部件35还包括由电容161构成的微分RC网络，电容161的一个输出端与寄存器部件35的触发输入端38（图2）相联，另一个输出端与电阻一起分别通向两个2输入端与非门电路163、164的一个输入端相联，而逻辑元件163、164的另一个输入端则是寄存器部件35的输入端，分别接在逻辑元件155（图11）及反向器153的输出端上。逻辑元件163、164（图12）的输出端跟2输入端与非门电路165的输入端相联，2输入端与非门电路165的输出端则经过反向器166与寄存器156、157的触发输入C端相连。寄存器156、157的输入端D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D-以及寄存器156的输入端V1接地，而寄存器157的输入端V1乃是寄存器部件35的输入端之一，与反向器153（图11）的输出端相联。寄存器156的输入端D+经过电阻167与电源（图中未表示）相联，而寄存器157的输入端D+则与寄存器156高位输出端相联。寄存器部件35的输出端是由寄存器156、157的16个信息位组成的。按照类似寄存器157连接电路的方式增接附加寄存器，还可以使信息位数增加。
作为触发脉冲发生器34和放大器37（图27）可以利用公知的振荡器电路和放大器电路（参见《哥罗如可夫著，无线电电子设备》 1984，P.253，P.91）。
本发明所推荐的振动打桩机控制装置的工作，是按照以下方式实现的;
在开始将所需打入的构件（极桩、桩或套管用打桩机打入之前，操作人员需借助机构42（图3）、54（图4）及64（图5）将不平衡转子所要求的质量静力矩变化范围、旋转频率变化范围以及所要求的功率变化范围置入额定值调整器2、4、6、（图1）。这些变化范围不应超出振动打桩机的结构参数，其选择应考虑到被打入构件的质量、土壤条件、要求打入的深度以及振动打桩机所利用的最大功率。一般说来，额定值调整器2（图3）中所设置的不平衡转子77、80、95、96、（图8）质量静力矩变化范围的下限，要和最低静力矩一样。
传感器1（图1）将载有不平衡转子77、80、95、96、（图8）质量静力矩随机信息的信号送入额定值调整器2，当不平衡转子77、80、95、96、（图8）的质量静力矩达到操作人员所设置的该参数变化范围的上限或下限值时，额定值调整器2的输出端将送出电信号。
传感器3（图1）将载有不平衡转子70、80、95、96、（图8）旋转频率信息的信号，送给额定值调整器4（图1）的输入端。当不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率达到操作人员所设置的频率变化范围的上限或下限时，额定值调整器4的输出端将送出电信号。
有关传动机构8（图1）所要求的功率的信息，是以电信号的形式从传感器5的输出端送给额定值调整器6输入端的。当所要求的功 率值达到操作人员所设置的功率变化范围的上限或下限时，额定值调整器6的输出端将送出电信号。
载有电机10线圈加热温度信息的信号送给温度保护部件12的输入端，而在其输出端则送出电机10过热信息的电信号。
额定值调整器2、4、6以及温度保护部件12的输出信号，送给电子控制器13的输入端。由逻辑信号形成器17（图2）将送给电子控制器信息输入端18、19、20、21、22、23、24的电信号变换为与控制部件25、26的积分逻辑元件的输入电平相当的电平信号。由控制部件25对输入信号的组合进行分析，并按该逻辑功能提供控制器13输出端14、15的控制信号，以便引起传动机构7中继电器66、67（图7）的吸合以及不平衡体95、96（图8）相对不平衡体77、80旋转位相的改变。
由控制部件26（图2）对输入信号的组合进行分析，并按该逻辑功能提供寄存器部件35输入端的控制信号。在寄存器部件35中，由于触发脉冲发生器34以其脉冲前沿通过输入端38将逻辑1或0写入寄存器156、157（图12）的输入位中，就相应地使不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率增加或减小。寄存器部件35（图2）输出端的数字码由数-模变换器36变换为模拟信号，此模拟信号经放大后从控制器13的输出端16进入电压调节器9（图1），并由电压调节器9控制旋转的电机10轴65（图6）的旋转频率，并以此驱动不平衡转子77、80、95、96（图8）。
鉴于不同的打桩深度和土壤条件就要求打桩机11（图1）不同的功率，故通过平稳地改变不平衡转子77、80、95、96（图 8）的旋转频率及其质量静力矩（这些从功能上都和加在电机（10）转轴（65）上的负荷力矩有关），此控制装置就能将打桩机11（图1）所要求的功率有效地保持在给定范围内。
本发明的控制装置的实施方案之一见图3～图12，其工作方式如下：
为使振动打桩机11（图1）的不平衡转子77、80、95、96（图8）加速，需在额定值调整器2（图3）的输出端出现低电平信号。这个信号是当开关钮将同步接收机39接通微开关40时形成的，随后送进逻辑信号形成器17的输入端18（图9）。逻辑信号形成器17的104通道形成的是逻辑信号“0”，它经过控制部件26的反向器14（图11）进入逻辑元件139、145的输入端。不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率同时为零，显然小于额定值调整器4的光敏电阻46、47（图4）所整定的旋转频率变化范围的下限及上限。因此，由测量机构43的反射器44反射的光源45的光，将使光敏电阻46照亮而光敏电阻47则无光。被照明的光敏电阻46的光电流大小足以使放大器48的晶体管52导通，而且在放大器48的输出端将出现低电平的电信号。因为光敏电阻47是无光的，故在放大器49的输入端仅有非常小的电源，而在放大器49的输出端将出现高电平的电信号。
由额定值调整器4的放大器48输出的电信号进入逻辑信号形成器17的输入端20（图2），而放大器49的输出信号则进入输入端21。这样，在逻辑信号形成器17输出端29就产生逻辑信号“0”，这个信号就标志着不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率小于其给定的变化范围下限的信息。而在逻辑信号形 成器17的输出端30（图2）所产生的逻辑信号“1”则标志了不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率尚未超出其变化范围上限的信息。
当不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率值处在额定值调整器4所整定的范围之内时，光敏电阻46、47（图4）均无光，在这种情况下额定值调整器4的两个输出端均形成高电平信号，而在逻辑信号形成器17的输出端29、30（图2）将出现逻辑信号“1”。
当不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率值达到或超过由光敏电阻47（图4）的位置所给定的上限时，后者将被照亮，放大器49的输出端将出现低电平信号，而且在逻辑信号形成器17的输出端30（图2）相应地将出现逻辑信号“0”。
与此相似，在开始打桩之前电机10（图1）所要求的功率等于零，显然小于额定值调整器6的光敏电阻60、61（图5）所确定的功率变化范围的下限及上限。
额定值调整器6的工作与额定值调整器4（图4）相似，也就是说，当所要求的功率值小于给定功率的下限时，光敏电阻60（图5）曝光，放大器62的输出端将形成低电平电信号，而在逻辑信号形成器17的输出端31（图2）将形成逻辑信号“0”。在这种情况下，光敏电阻61（图5）无光，且在额定值调整器6的放大器63输出端将产生高电平的电信号，而在逻辑信号形成器17的输出端32（图2）相应地将产生逻辑信号“1”。
当所要求的电机（10）功率值（图1）处在给定范围之内时，光敏电阻60、61（图5）均无光，额定值调整器6的放大器62、 63的输出端将形成高电平信号，而在逻辑信号形成器17的输出端31，32（图2）将形成逻辑信号“1”。
如果所要求的功率值达到或超过由光敏电阻61（图5）的位置所给定的上限时，后者将被曝光，放大器63的输出端将出现低电平信号，而在逻辑信号形成器17的输出端33（图2）将出现逻辑信号“0”。
在开始打桩之前，当电机10（图1）的温度低于极限温度时，温度保护部件12的继电器接点是断开的，进入逻辑信号形成器17输入端24（图2）的是高电平信号，而在输出端33的则是逻辑信号“1”。
从逻辑信号形成器17输出端30进入控制部件25中逻辑元件118（图10）的输入端并经过逻辑元件126，127的逻辑信号“1”，能保证在逻辑元件127的输出端出现逻辑信号“0”，并使光电晶闸管129关闭。
在逻辑信号形成器17的输出端32，33（图9）形成的逻辑信号“1”，同时通过反向器121（图10）和控制部件中逻辑元件122，123，124，并保证在反向器125的输出端出现逻辑信号“0”及使光电晶闸管128关闭。控制传动机构7（图1）的信号将不致于送达输出端14，15，（图10）。
同时，从逻辑信号形成器17的输出端27（图2）输出的逻辑信号“0”，在进入反向器141的输入端（图11）之后，倒向并进入逻辑元件139的一个输入端。来自逻辑信号形成器17输出端33（图9）的逻辑信号“1”，送给逻辑元件140（图11）的输入端并经过它再送给逻辑元件139的输入端。在这种情况下，揿 一下“启动”按键133就可将逻辑元件139及反向器148构成的RS触发器转变为1状态。与此同时，在控制部件26输出端之一的低电平禁止信号将变为逻辑1信号，随后送给寄存器部件35中的寄存器156、157（图12）的R-输入端上，而在控制部件26（图11）的另一个输出端将出现逻辑信号“1”，经过逻辑元件159及反向器160（图12）进入寄存器156、157的V2输入端，并从低位数开始分辨出其中寄存的逻辑1。寄存器的每一信息位均由短触发脉冲的前沿为逻辑1所充满，而此短触发脉冲是在RS电路中形成并由触发脉冲发生器34送给寄存器部件35的输入端38（图2）。由逻辑元件163、164、165及反向器166（图12）构成的电路，只有在存在着增加或减少不平衡转子77、80、95、96（图8）旋转频率信号的情况下，才能将这些触发脉冲送给寄存器156、157的C-输入端。增加和/或减小不平衡转子77、80、95、96旋转频率的强度，是由触发脉冲发生器34（图2）的触发脉冲频率给出的。寄存器部件35输出端上数字码的变化，将引起数模转换器36输出端电压的、以致放大器37输出端电疏的相应改变。这样，传动机构（8）中电压调节器（9）控制输入端的电流有了改变，使不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率发生变化。于是就能通过电机10自动实现不平衡体77、80、95、96的均匀加速。
增加不平衡转子77、80、95、96，的旋转频率，必然引起发送器3（图4）输出端电压的升高，因而会使测量机构43发生偏转。所以不平衡转子77、80、95、96（图8）的加速，将如上所述，持续到测量机构43的转动而使光敏电阻47（图4）曝 光。这样将会引起额定值调整器4中放大器49的输出端出现低电平信号。载有不平衡转子77、80、95、96、（图8）的旋转频率已经达到给定范围上限信息的逻辑信号“0”，从逻辑信号发生器17的输出端30（图9）进入逻辑元件145（图11）的输入端，并在控制部件26相应的输出端上出现逻辑信号“0”。该信号将使寄存器部件35中记入寄存器156、157信息位的逻辑1中断，而且不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率不再增加。
与此同时，由逻辑信号形成器17输出端30（图9）输出的逻辑信号“0”进入控制部件25中逻辑元件118（图10）的输入端，并且通过逻辑元件126及反向器127而在反向器127的输出端出现逻辑信号“1”。从而导致光电晶闸管129的导通，亦即控制部件25输出端14上高电平信号的出现以及继电器67中接点69的吸合。电机70的转轴72开始带动蜗杆97（图8）旋转，随后经过蜗轮98，转轴99以及蜗杆100驱动轮缘89旋转，改变行星齿轮85、86以及齿轮87的旋转方向，从而也使不平衡体95、96相对不平衡体77、80的旋转方向发生改变。
增加不平衡转子77、80、95、96总的质量静力矩，必然使振动打桩机系统，振幅以及电机10所要求的功率的增加。在某一瞬间，振动可导致桩对土壤侧向摩擦力的下降并发生故障，伴随着以非常大的振幅迅速打入土壤，假如这时打桩机的参数不作相应变化的话，必将引起振动打桩机所需功率的急骤上升。接下去的打桩过程，既伴随有来自桩对土壤的侧向摩擦力一方的打桩阻力的单调增加，又伴随由于土壤特性随深度发生随机变化以及不同土壤层沉积特性随机 变化而使负载发生随机变化。这将相应地引起所需功率无法予测的随机变化特性。
如果传感器5（图5）记录到的所需功率值不超过给定范围的下限，那么如上所述，在工作进程中不平衡转子77、80、95、96（图8）的质量静力矩将继续增加。
如果所需功率值超过由光敏电阻60（图5）的位置给定的下限，那么在逻辑信号形成器17的输出端31（图9）将出现逻辑信号“1”。它被送进控制部件25中反向器119（图10）的输入端，并且引起逻辑元件126及反向器127的倒向，以使进入光电晶闸管129输入端的是逻辑信号“0”，在桥式全波整流电路132中的电压瞬时值依次下降到零之后，从而驱使光电晶闸管关闭。这时继电器67的接点69（图7）断开，电动机70断电。不平衡转子77、80、95、96（图8）的质量静力矩将不再增加。
在所需功率值超过给定范围上限的情况下，逻辑信号形成器17的输出端32（图9）将出现逻辑信号“0”。此信号被送进反向器144（图11）的输入端，并引起逻辑元件147及反向器153的倒向，以使反向器153的输出端出现逻辑信号“1”，其条件是从逻辑信号形成器17的输出端29（图9）提供逻辑信号“1”，即不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率要不小于额定值调整器4（图4）给定的变化范围下限。
由控制部件26中反向器153（图11）输出的逻辑信号“1”被送进寄存器157（图12）的V1输入端，并且从记入最后一个逻辑“1”的最高位开始，将逻辑“0”连续记入寄存器输出信息位。这就能保证不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率 降低，因而降低所需功率。正是这个来自反向器153（图11）输出端的信号被送进逻辑元件164（图12），在容许来自触发脉冲发生器（34）的触发脉冲通过寄存器（157）C-输入端的同时，进入反向器158（图12），以便消除电路的伪动作。
这样就能将振动打桩机11（图1）的参数随外界条件的变化而加以调整。从而将所需功率水平维持在给定范围内。在随后的打桩过程中，由于桩对土壤的侧向摩擦力比土壤对沉桩的正面阻力大很多，于是就使振动的幅度、打桩速度大大减小，并使打桩机11所需功率下降到某个数值。这将被传感器5（图5）记录下来，并使测量机构57转向零位。光敏电阻60被曝光。因而在放大器62的输出端将产生低电平信号，经过逻辑信号形成器17之后，以逻辑信号“0”的形式进入控制部件25中反向器119（图10）的输入端。进入逻辑元件126所有输入端的是逻辑信号“1”，而在其输出端形成的是逻辑信号“0”。由反向器127输出端进入光电晶闸管129的是使其接通的逻辑信号“1”，籍以保证不平衡转子77、80、95、96（图8）总的质量静力矩的增加以及蜗杆101，蜗轮102和传感器1转轴103转角的改变。如果由发送器1记录的不平衡转子77、80、95、96质量静力矩大小达到了可动的微型开关41（图3）位置给定的数值，即固定在自同步接收机39轴上的开关钮能够使微开关41接通，则在额定值调整器2的输出端之一将出现低电平信号。此信号被送进逻辑信号形成器17的输入端19（图9），在其输出端28将形成逻辑信号“0”，送给控制部件25的逻辑元件126（图10）。这将引起光电晶闸管129的关闭，并使不平衡转子77、80、95、96（图8）的质量静力矩 不再增加。
与此同时，来自逻辑信号形成器17输出端28（图9）的逻辑信号“0”，被送进控制部件26中反向器142（图11）的输入端并让逻辑元件146、反向器152和逻辑元件155倒向，以使控制部件26中逻辑元件155的输出端出现逻辑信号“1”。此信号能够保证不平衡转子77、80、95、96（图8）旋转频率的增加，直至所要求的功率值未达到额定调整器6（图1）中给定范围的上限为止。
根据上述原理，在打桩过程中由于不平衡转子77、80、95、96（图8）的质量静力矩大小能够达到由额定值调整器2（图1）给定的最大值，就能以最高的效率将打入很深的深度。假如桩是打入具有很大的正面阻力系数的土壤层中，那么所需功率就会增加，譬如，增加到给定的上限。这样，如上所述，在控制部件26中反向器153（图11）的输出端将出现逻辑信号“1”，而且不平衡转子77、80、95、96（图8）的旋转频率将减小到光敏电阻46（图4）位置给定的下限，而光敏电阻46处于曝光状态。来自额定值调整器4中放大器48输出端的低电平信号，经过逻辑信号形成器17（图9）进入反向器120的输入端并使逻辑元件122、123、124及反向器125倒向，引起光电晶闸管128的导通。在这种情况下，由电子控制器13输出端15（图1）输出的信号，能够保证传动机构7中继电器66的吸合，亦即接点68的闭合以及将电机70接在反向工作状态，也就是说，不平衡转子77、80、95、96（图8）的质量静力矩，将一直减小到电机（10）轴（65）上（图6）的负荷开始降低，而且其所要求的功率值进入到 给定区间范围内为止。
在打桩工作的最后阶段，由于侧向摩擦力的提高而使振动幅度大大减小的缘故，所需功率值将会下降，而且为了消除这种作用及实现让全部功率用来支持将桩打入土壤，此控制装置可保证使不平衡体77、80、95、96（图8）的旋转频率及质量静力矩增加到变化范围的上限，从而有可能实现将桩打入很深的深度。
当电机10（图6）的绕阻被加热到超出许可温度时，温度保护部件12（图1）将产生出低电平信号，送给逻辑信号形成器17的输入端24（图2），随后经过控制部件25的逻辑元件123（图10）送给逻辑元件124和反向器125，以保证控制不平衡转子77、80、95、96（图8）质量静力矩减小的光电晶闸管128断开。与此同时，由逻辑信号形成器17输出端33（图9）输出的逻辑信号“0”被送进控制部件26中逻辑元件140（图11）的输入端，随后再送进逻辑元件139的输入端，引起由逻辑元件139及反向器148所组成的RS触发器的释放。由控制部件26相应输出端输出的逻辑信号“0”被送进寄存器部件35中寄存器156、157（图12）的R-输入端，同时引起该寄存器的输出信息位清零，控制器13输出端16（图1）的控制电流减小到零以及传动机构8的电机10停止转动，而这意味着不平衡转子77、80、95、96（图8）停止旋转。
在必要的时候，振动打桩机的工作可以按照类似的方式由操作人揿动“停止”按键134（图11）而终止。
本发明的控制装置，可以用给定的功率水平实现不平衡转子77、80、95、96（图8）的平稳加速。
本控制装置中利用的传感器1、3、5（图1）、额定值调整器2、4、6以及电子控制器13，能够保证整定出很高精度的振动打桩参数。信息的数字化处理，控制装置的高速动作，都能提供高精度控制振动打桩机11的参数，提高其打桩能力，以及最充分地利用其功率。
在打桩的最后阶段，将功率维持在给定值的很窄的范围内是特别重要的。因为这时正需要最大限度地利用振动打桩机的调节参数-即不平衡转子77、80、95、96（图8）的质量静力矩及其转动频率-，以便在土壤的最深处克服阻力;只有这样才能在功率利用不充分时不会由于振幅的减小而将桩过早地卡住。

Claims (2)

1、振动打桩机的控制设备，包括不平衡转子的质量静力矩传感器(1)，改变不平衡转子的质量静力矩的驱动装置(7)和与振动打桩机(11)机械地相联的不平衡转子转动频率传感器(3)，改变不平衡转子转动频率的驱动装置(8)，该驱动装置包含电压调节器(9)和异步电机(10)，并与振动打桩机(11)成机械连接，振动打桩机所耗功率的传感器(5)和与该传感器相连的打桩所耗功率的额定值调整器(6)，其特征是，它带有不平衡转子的质量静力矩额定值调整器(2)，它与不平衡转子质量静力矩的传感器(1)的输出端相联，该控制设备还带有不平衡转子转动频率额定值调整器(4)，它与不平衡转子转动频率传感器(3)的输出端相联，还带有改变不平衡转子转动频率驱动装置(8)中的异步电机(10)的温度防护部件(12)，它与电机(10)相联，还带有电子控制器(13)，其信息输入端分别与不平衡转子的质量静力矩额定值调整器(2)、转动频率额定值调整器(4)和打桩所耗功率额定值调整器(6)、以及改变不平衡转子转动频率的驱动装置(8)中的异步电机(10)的温度防护部件(12)相联接，而电子控制器(13)的输出端(14)(15)(16)分别与改变不平衡转子的质量静力矩的驱动装置(7)和改变不平衡转子转动频率的驱动装置(8)相联。
2、按照权利要求1的振动打桩机控制设备，其特征在于，电子控制器（13）包括有逻辑信号形成器，其信息输入端（18）（19）（20）（21）（22）（23）（24）就是电子控制器（13）的信息输入端;包括第一和第二控制部件（25）（26），它们平行地联接到逻辑信号形成器（17）的信息输出端（27）（28）（29）（30）（31）（32）（33），同时，第一控制部件（25）的输出端就是电子控制器（13）的输出端（14）（15），它们联接到改变不平衡转子的质量静力矩的驱动装置（7），包括寄存器部件（35），其控制输入端与第二控制部件（26）的输出端相联;包括触发脉冲发生器（34），它与寄存器部件（35）的触发输入端（38）相联，包括串联的数字-模拟转换器（36），其输入端联至寄存器模块（35）的输出端;还包括有放大器（37），其输出端就是电子控制器（13）的输出端（16）并与改变不平衡转子转动频率的驱动装置（8）相联。
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