CN109162277A

CN109162277A - 基于直线电机的海上电动打桩机

Info

Publication number: CN109162277A
Application number: CN201811159429.XA
Authority: CN
Inventors: 李保来; 张良君; 王肖肖; 王雨星
Original assignee: CSIC Electrical Machinery Science and Technology Co Ltd
Current assignee: CSIC Electrical Machinery Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2019-01-08

Abstract

本发明公开了一种基于直线电机的海上电动打桩机，解决了现有的海上打桩机存在的可控性差和噪声大的技术问题。本发明由直线电机、变频控制器、储能装置和其他结构部件组成，利用直线电机驱动桩锤动子上下运动，通过变频控制器驱动和控制桩锤动子的运动，实现打击能量、打击频率、行程等参数的控制，特别是本发明直线电机定子的结构设计，为上述参数的控制提供了实现的基本硬件条件。本发明系统结构简单，打桩效率高，可控性好，故障率低，噪声小。

Description

基于直线电机的海上电动打桩机

技术领域

本发明涉及一种打桩船上的打桩机，特别涉及一种基于直线电机的海上电动打桩机。

背景技术

打桩机是建筑工程基础建设必备的重型机械设备，其结构由桩锤、桩架、动力系统及附属装置组成，其原理是由动力系统将桩锤提升储存势能，利用桩锤自由落体，释放势能形成的冲击力，将桩贯入地层，打桩机的主要性能参数为打击能量。打桩机应用场合分陆上建筑和海上工程。海上打桩机通常搭载到专用的打桩船上，所需的打击能量较大，适用桩高较高。现有的海上打桩机一般为柴油锤打桩机，柴油锤打桩机主体是由气缸和柱塞组成，其原理是喷入汽缸燃烧室内的雾化柴油受高压高温后燃烧所产生的强大压力驱动锤头加力下冲打桩；但柴油锤打桩机存在工作噪声大，容易发生点火失败，可控性差的特点，另外，其油路系统也容易在打桩中发生泄露油的现象，汽缸燃烧后产生的烟雾还污染海上环境。

发明内容

本发明提供了一种基于直线电机的海上电动打桩机，解决了现有的海上打桩机存在的可控性差和噪声大的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：本发明由直线电机、变频控制器、储能装置和其他结构部件组成，利用直线电机驱动桩锤动子上下运动，通过变频控制器驱动和控制桩锤动子的运动，实现打击能量、打击频率、行程等参数的控制，特别是本发明直线电机定子的结构设计，为上述参数的控制提供了实现的基本硬件条件。

一种基于直线电机的海上电动打桩机，包括打装船、桩管和工业控制机，在打装船上设置有打桩架，在打桩架上设置有垂直的抱桩器支架滑动导轨，在桩管的顶端设置有桩帽，在桩帽上设置有下导向环，在下导向环上设置有直线电机定子，在直线电机定子上设置有上导向环，在上导向环上设置有缓冲弹簧，在缓冲弹簧上设置有缓冲限位环，在直线电机定子中设置有直线电机动子，在伸出到直线电机定子上端外侧的直线电机动子的顶端连接有直线电机动子帽，在伸出到直线电机定子下端外侧的直线电机动子的底端连接有打桩锤，打桩锤设置在桩帽的正上方，在直线电机动子的外侧面与下导向环的外侧面之间设置有下抱桩器，下抱桩器依次通过下抱桩器支架和下抱桩器导轨滑块与抱桩器支架滑动导轨连接在一起，在直线电机动子的外侧面与上导向环的外侧面之间设置有上抱桩器，上抱桩器依次通过上抱桩器支架和上抱桩器导轨滑块与抱桩器支架滑动导轨连接在一起；直线电机定子上的三相电源接线端与三相逆变器的输出端电连接在一起，三相逆变器的输入端与三相整流器的输出端电连接在一起，三相整流器的输入端上连接有三相电源，三相逆变器和三相整流器分别与工业控制机电连接在一起。

直线电机定子是由水平叠压环形硅钢片组、扁平绕线和垂直叠压长方形硅钢片组组成的，在底端的水平叠压环形硅钢片组上设置有A相扁平绕线，在A相扁平绕线上设置有第二个水平叠压环形硅钢片组，在第二个水平叠压环形硅钢片组上设置有B相扁平绕线，在B相扁平绕线上设置有第三个水平叠压环形硅钢片组，在第三个水平叠压环形硅钢片组上设置有C相扁平绕线，在C相扁平绕线上设置有第四个水平叠压环形硅钢片组，依此规律设置直线电机定子的硅钢片和绕组形成有圆筒状定子，在形成的圆筒状定子的外圆侧面上等间隔弧度地设置有垂直叠压长方形硅钢片组，垂直叠压长方形硅钢片组中的每一片长方形硅钢片与直线电机定子的中心轴线是彼此平行设置的，水平叠压环形硅钢片组中的每一片水平叠压环形硅钢片与直线电机定子的中心轴线是彼此垂直设置的。

在形成的圆筒状定子的外圆侧面上等间隔弧度地设置的垂直叠压长方形硅钢片组的外圆上设置有电机水套外壳，在电机水套外壳上设置有螺旋形冷却水路。

本发明系统结构简单，打桩效率高，可控性好，故障率低，噪声小。

附图说明

图1是本发明的测试结构示意图；

图2是本发明的直线电机的结构示意图；

图3是图2中的A-A向剖视图；

图4是本发明的直线电机定子上的磁路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种基于直线电机的海上电动打桩机，包括打装船1、桩管10和工业控制机22，在打装船1上设置有打桩架2，在打桩架2上设置有垂直的抱桩器支架滑动导轨3，在桩管10的顶端设置有桩帽11，桩帽11与桩管10的顶端活动套接在一起，根据不同口径的桩管可更换不同的桩帽来实现打桩；在桩帽11上设置有下导向环12，在下导向环12上设置有直线电机定子13，在直线电机定子13上设置有上导向环14，上、下导向环实现对直线电机动子的导向；在上导向环14上设置有缓冲弹簧15，在缓冲弹簧15上设置有缓冲限位环16，当直线电机动子17向下运动打桩时，直线电机动子17的顶端连接的直线电机动子帽18会被缓冲限位环16承接和限位，使其不会从定子中脱出，同时，缓冲弹簧15起缓冲和去除噪声的作用；在直线电机定子13中设置有直线电机动子17，在伸出到直线电机定子13上端外侧的直线电机动子17的顶端连接有直线电机动子帽18，在伸出到直线电机定子13下端外侧的直线电机动子17的底端连接有打桩锤19，打桩锤19设置在桩帽11的正上方，在直线电机动子17的外侧面与下导向环12的外侧面之间设置有下抱桩器9，下抱桩器9依次通过下抱桩器支架8和下抱桩器导轨滑块7与抱桩器支架滑动导轨3连接在一起，在直线电机动子17的外侧面与上导向环14的外侧面之间设置有上抱桩器6，上抱桩器6依次通过上抱桩器支架5和上抱桩器导轨滑块4与抱桩器支架滑动导轨3连接在一起，两抱桩器将桩管和直线电机定子固定连接在一起，并随着桩管的下降，两抱桩器支架会沿抱桩器支架滑动导轨3一起下降；直线电机定子13上的三相电源接线端与三相逆变器20的输出端电连接在一起，三相逆变器20的输入端与三相整流器21的输出端电连接在一起，三相整流器21的输入端上连接有三相电源，三相逆变器20和三相整流器21分别与工业控制机22电连接在一起；根据打桩的要求，可通过控制调节整流和变频系统，实现打桩频率和力度的调节。

直线电机定子13是由水平叠压环形硅钢片组23、扁平绕线和垂直叠压长方形硅钢片组24组成的，在底端的水平叠压环形硅钢片组23上设置有A相扁平绕线26，在A相扁平绕线26上设置有第二个水平叠压环形硅钢片组23，在第二个水平叠压环形硅钢片组23上设置有B相扁平绕线27，在B相扁平绕线27上设置有第三个水平叠压环形硅钢片组23，在第三个水平叠压环形硅钢片组23上设置有C相扁平绕线28，在C相扁平绕线28上设置有第四个水平叠压环形硅钢片组23，依此规律设置直线电机定子13的硅钢片和绕组形成有圆筒状定子，也就是说定子铁芯硅钢片是由多个叠成圆环饼形的环形硅钢片组与圆环状扁平铜线绕组间隔叠起成圆筒柱状，间隔设置的饼状的环形硅钢片组为磁路提供了水平通路，间隔设置的圆环状扁平铜线绕组顺序为A相、B相和C相绕组，整个定子上相同相的绕组并联在一起后与三相变频器对应的输出相连接在一起；在形成的圆筒状定子的外圆侧面上等间隔弧度地设置有垂直叠压长方形硅钢片组24，各垂直叠压长方形硅钢片组24在圆筒状定子的外侧面上呈放射状布置，该垂直叠压长方形硅钢片组24由常规硅钢片叠压而成，解决了圆环形布置硅钢片需要成楔状，而现有硅钢片没有楔形断面的硅钢片的难题，两相邻的垂直叠压长方形硅钢片组24的扇形间隙能起到散热的效果；垂直叠压长方形硅钢片组24中的每一片长方形硅钢片与直线电机定子13的中心轴线是彼此平行设置的，为磁路提供了垂直通路，水平叠压环形硅钢片组23中的每一片水平叠压环形硅钢片与直线电机定子13的中心轴线是彼此垂直设置的，使定子形成的磁路始终在硅钢片的平面中，避免磁力线穿过硅钢片。

在形成的圆筒状定子的外圆侧面上等间隔弧度地设置的垂直叠压长方形硅钢片组24的外圆上设置有电机水套外壳25，在电机水套外壳25上设置有螺旋形冷却水路29，加强了对电机的冷却。

Claims

1.一种基于直线电机的海上电动打桩机，包括打装船（1）、桩管（10）和工业控制机（22），在打装船（1）上设置有打桩架（2），在打桩架（2）上设置有垂直的抱桩器支架滑动导轨（3），其特征在于，在桩管（10）的顶端设置有桩帽（11），在桩帽（11）上设置有下导向环（12），在下导向环（12）上设置有直线电机定子（13），在直线电机定子（13）上设置有上导向环（14），在上导向环（14）上设置有缓冲弹簧（15），在缓冲弹簧（15）上设置有缓冲限位环（16），在直线电机定子（13）中设置有直线电机动子（17），在伸出到直线电机定子（13）上端外侧的直线电机动子（17）的顶端连接有直线电机动子帽（18），在伸出到直线电机定子（13）下端外侧的直线电机动子（17）的底端连接有打桩锤（19），打桩锤（19）设置在桩帽（11）的正上方，在直线电机动子（17）的外侧面与下导向环（12）的外侧面之间设置有下抱桩器（9），下抱桩器（9）依次通过下抱桩器支架（8）和下抱桩器导轨滑块（7）与抱桩器支架滑动导轨（3）连接在一起，在直线电机动子（17）的外侧面与上导向环（14）的外侧面之间设置有上抱桩器（6），上抱桩器（6）依次通过上抱桩器支架（5）和上抱桩器导轨滑块（4）与抱桩器支架滑动导轨（3）连接在一起；直线电机定子（13）上的三相电源接线端与三相逆变器（20）的输出端电连接在一起，三相逆变器（20）的输入端与三相整流器（21）的输出端电连接在一起，三相整流器（21）的输入端上连接有三相电源，三相逆变器（20）和三相整流器（21）分别与工业控制机（22）电连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种基于直线电机的海上电动打桩机，其特征在于，直线电机定子（13）是由水平叠压环形硅钢片组（23）、扁平绕线和垂直叠压长方形硅钢片组（24）组成的，在底端的水平叠压环形硅钢片组（23）上设置有A相扁平绕线（26），在A相扁平绕线（26）上设置有第二个水平叠压环形硅钢片组（23），在第二个水平叠压环形硅钢片组（23）上设置有B相扁平绕线（27），在B相扁平绕线（27）上设置有第三个水平叠压环形硅钢片组（23），在第三个水平叠压环形硅钢片组（23）上设置有C相扁平绕线（28），在C相扁平绕线（28）上设置有第四个水平叠压环形硅钢片组（23），依此规律设置直线电机定子（13）的硅钢片和绕组形成有圆筒状定子，在形成的圆筒状定子的外圆侧面上等间隔弧度地设置有垂直叠压长方形硅钢片组（24），垂直叠压长方形硅钢片组（24）中的每一片长方形硅钢片与直线电机定子（13）的中心轴线是彼此平行设置的，水平叠压环形硅钢片组（23）中的每一片水平叠压环形硅钢片与直线电机定子（13）的中心轴线是彼此垂直设置的。

3.根据权利要求2所述的一种基于直线电机的海上电动打桩机，其特征在于，在形成的圆筒状定子的外圆侧面上等间隔弧度地设置的垂直叠压长方形硅钢片组（24）的外圆上设置有电机水套外壳（25），在电机水套外壳（25）上设置有螺旋形冷却水路（29）。