CN112987624A - 一种工程机械的自动压桩控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械的自动压桩控制系统及控制方法，该系统包括设置在工程机械主机上的控制单元、执行单元及信号传感单元；该方法包括：数字集成控制器利用第一压力传感器获得夹桩器对桩体的夹紧信号，并利用第一电磁换向阀执行夹桩油缸对桩体的夹紧与放松，再利用第一接近开关、第二接近开关获得夹桩器的行程位置，并利用第二电磁换向阀执行压桩油缸对夹桩器实行上升和下降，从而实现自动化压桩控制。本发明采用数字化和自动化控制，通过数字集成控制器、液压控制装置、信号传感单元的相互配合，实现对桩体的夹紧、放松及送压桩动作，使压桩操作实现智能化，提高压桩工作效率、施工质量，降低施工成本，并为工程机械的智能化打下基础。

Description

一种工程机械的自动压桩控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械控制技术领域，尤其涉及一种工程机械的自动压桩控制系统及控制方法。

背景技术

现有的工程施工设备，如采用静力压桩的工程机械因其低噪声、无振动、无污染和施工效率高的特点日益受到重视。目前，采用静力压桩的工程机械的压桩机构是以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将预制桩压入土中的沉桩工艺。而现有的采用静力压桩的工程机械的压桩方法多采用人工配合控制，依靠操作者主观判断进行控制压桩，必然增加操作者的工作负荷，极易引起疲劳，影响压桩施工的工作效率及工程质量。

现有技术，申请号为CN201810764386.1的一种静压桩施工质量控制系统及方法，该系统包括控制器和压力传感器，压力传感器用于检测静压桩机在工作过程中的系统压力；控制器包括压力获取模块，时间记录模块，时间压力曲线绘制模块，特征提取模块和桩长计算模块。压力获取模块用于获取系统压力；时间记录模块用于记录静压桩机的工作时间；时间压力曲线绘制模块用于根据系统压力和工作时间绘制时间压力曲线；特征提取模块用于根据时间压力曲线确定工作过程的特征阶段并获取特征阶段的特征时间值；桩长计算模块用于根据特征阶段和特征时间值，结合预设算法计算桩长。该发明只是用于对桩长的检测，该方法的压桩还是依靠操作者进行控制，不能实现压桩的数字化、自动化、智能化控制。

因此，亟需开发一种采用数字化和自动化控制、方便工作人员操作，减少工作人员的工作负荷，使压桩更智能化操作，提高压桩工作效率、工程质量的工程机械的自动压桩控制系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足，提供一种工程机械的自动压桩控制系统及方法，通过控制单元、执行单元及信号传感单元的相互配合而完成压桩作业；该自动压桩控制系统的数字集成控制器利用第一压力传感器获得夹桩器对桩体的夹紧信号，并利用第一电磁换向阀执行夹桩油缸对桩体的夹紧与放松，再利用第一接近开关、第二接近开关获得夹桩器的行程位置，并利用第二电磁换向阀执行压桩油缸对夹桩器实行上升和下降，从而实现自动压桩控制，方便工作人员操作，减少工作人员的工作负荷，该系统利用信号传感单元对夹桩器的行程及夹紧压力进行检测，并反馈至数字集成控制器中，再利用数字集成控制器控制液压控制装置，实现对桩体的夹紧、放松及送压桩动作，使压桩更智能化操作，提高压桩工作效率、作业精度，降低操作复杂性及施工成本，以克服现有工程机械操作复杂、控制精度及自动化程度不高的问题。

其技术方案如下：

一种工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，其包括设置在工程机械主机上的控制单元、执行单元及信号传感单元；所述的控制单元包括数字集成控制器；所述的执行单元包括龙门架、液压控制装置；

所述液压控制装置包括油箱、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、夹桩油缸、压桩油缸、柱塞泵、电动机；

所述数字集成控制器、油箱、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、柱塞泵、电动机分别设置在所述主机上；所述电动机与所述柱塞泵驱动连接，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的进油口通过所述柱塞泵与所述油箱连通，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的回油口与所述油箱连通，所述夹桩油缸、压桩油缸分别与所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀连通；

所述龙门架包括龙门架主体、第一转轴、第二转轴、夹桩器；所述龙门架主体通过所述第一转轴、第二转轴与主机旋转连接，所述夹桩器与所述龙门架主体竖向滑动连接，所述压桩油缸设置在所述龙门架主体的顶面，并与所述夹桩器竖向驱动连接，所述夹桩油缸设置在所述夹桩器上；

所述信号传感单元包括：第一接近开关、第二接近开关、第一压力传感器，所述第一接近开关、第二接近开关分别设置在所述龙门架主体上，并且分别位于所述夹桩器竖向上升行程的最高点和竖向下降行程的最低点，所述第一压力传感器设置在所述夹桩油缸上；所述第一接近开关、第二接近开关、第一压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀分别与所述数字集成控制器电性连接。

所述信号传感单元还包括两个红外对射传感器，所述夹桩器具有夹桩孔，所述的两个红外对射传感器均设置在所述夹桩器的顶面，分别位于所述夹桩孔的两相对侧；两个红外对射传感器分别与所述数字集成控制器电性连接。

所述信号传感单元还包括两个第二压力传感器，两个所述第二压力传感器分别设置在第一转轴、第二转轴上；两个第二压力传感器分别与所述数字集成控制器电性连接。

所述信号传感单元还包括距离传感器，所述距离传感器设置在所述夹桩器的顶面上，所述距离传感器所述数字集成控制器电性连接。

所述液压控制装置还包括吸油过滤器、单向阀、压力表，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的进油口分别通过所述单向阀与所述柱塞泵连通，并与所述压力表连通，所述柱塞泵通过所述吸油过滤器与所述油箱连通。

所述工程机械主机上还设有显示器、操控室，所述显示器、数字集成控制器分别设置在所述操控室内，所述显示器与所述数字集成控制器电性连接。

所述的工程机械，为静力压桩机、变幅式搅拌压桩一体机、引孔压桩机、PHC管桩压桩机、钢管压桩机或板桩压桩机中的任一项。

一种采用前述系统的工程机械自动压桩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、将工程机械就位，将设有自动压桩控制系统的工程机械移动至待施工区域，并对该工程机械的水平及压桩位置进行校准；

（2）、自动压桩控制系统上电，系统参数初始化，把待送压桩体放置在夹桩器内的夹桩孔上，输入需要压桩的压桩力数据，按下开启自动压桩控制系统按钮，则自动压桩控制系统开始自动压桩；

（3）、数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第四电磁铁DT4得电、第三电磁铁DT3失电，此时压桩油缸活塞杆收缩，夹桩器上升，当夹桩器上升到最高点时，即第一接近开关检测到第一接近信号，并将所述第一接近信号发送至数字集成控制器，所述数字集成控制器接收到所述第一接近信号后，所述数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第四电磁铁DT4、第三电磁铁DT3失电，此时压桩油缸活塞杆停止，开始计时，1秒后，所述数字集成控制器控制第一电磁换向阀的第二电磁铁DT2得电，第一电磁铁DT1失电，此时夹桩油缸活塞杆伸出，夹紧待送压桩体的桩身，第一压力传感器检测到第一压力信号，并实时将所述第一压力信号发送至数字集成控制器；若第一压力信号的数值在设定范围内，则数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3得电、第四电磁铁DT4失电，此时压桩油缸活塞杆伸出，即开始向下压桩，压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器并记录数据，若第一压力信号的数值不在设定范围内，或者在压桩过程中第一压力信号的数值发生变化不在设定范围内，则数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸停止工作；

（4）、往下压桩当夹桩器下降到最低处时，即第二接近开关检测到第二接近信号，并将所述第二接近信号发送至数字集成控制器，所述数字集成控制器接收到所述第二接近信号后，所述数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸停止工作，然后，所述数字集成控制器控制第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，此时夹桩油缸活塞杆缩回，即松桩；压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器并记录数据，当第一压力信号的数值为零时，所述数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第四电磁铁DT4得电、第三电磁铁DT3失电，压桩油缸活塞杆缩回，夹桩器上升，完成单次压桩作业；

（5）、重复步骤（3）、（4），依次完成多次压桩作业。

所述信号传感单元还包括两个红外对射传感器，两个所述红外对射传感器分别设置在所述夹桩器的顶面，并且分别位于所述夹桩孔的两相对侧，该控制方法还包括以下步骤：

（6）、当所述夹桩器在上升过程中，若所述红外对射传感器获得红外对射信号时，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作；1秒后，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第二电磁铁DT2得电、第一电磁铁DT1失电，所述夹桩油缸的活塞杆伸出，夹紧待送压桩体的桩身，压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器并记录数据，若所述第一压力信号的数值在设定范围内，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3得电、第四电磁铁DT4失电，此时所述压桩油缸的活塞杆伸出，即开始向下压桩；若所述第一压力信号的数值不在设定范围内或者在压桩过程中所述第一压力信号的数值发生变化不在设定范围内，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作；

当所述夹桩器下降到最低处时，即所述第二接近开关检测到第二接近信号，并将所述第二接近信号发送至数字集成控制器，所述数字集成控制器接收到所述第二接近信号后，所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作，然后，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，所述夹桩油缸的活塞杆缩回，即松桩；压桩过程暂时停止；

（7）、当接续待送压桩体放置在所述夹桩器内的夹桩孔上，此时红外对射传感器失去信号时，重复步骤（3）、（4）、（5）、（6）的过程。

所述压力传感器还包括两个第二压力传感器，所述自动压桩控制系统还包括设置在工程机械主机上的龙门架，所述龙门架包括龙门架主体、第一转轴、第二转轴，所述龙门架主体通过所述第一转轴、第二转轴与工程机械的主机旋转连接，两个所述第二压力传感器分别设置在所述第一转轴、第二转轴上，该控制方法还包括以下步骤：

（8）、在步骤（3）、（4）、（5）、（6）、（7）的过程中，所述第二压力传感器检测到第二压力信号，并实时将所述第二压力信号的数据发送至所述数字集成控制器，并记录数据；若所述第二压力信号的数值达到设定的压桩力数值时，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作，然后，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，松桩，当所述第一压力信号的数值为零时，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1、第二电磁铁DT2失电，完成压桩。

（9）、完成压桩作业时，则所述自动压桩控制系统停止工作。

所述信号传感单元还包括距离传感器，所述距离传感器设置在所述夹桩器的顶面上，该控制方法还包括以下步骤：

（10）、在步骤（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）的过程中，距离传感器实时检测桩的贯入度，将贯入度数据传输到数字集成控制器并记录数据；当每次所述第一压力传感器检测到的第一压力信号数值在设定的夹桩力范围之内时，所述距离传感器检测所述夹桩器的下降距离，直至所述第一压力传感器检测到的第一压力信号数值不在设定的夹桩力范围之内时结束，依次重复，直至压桩完成后结束检测，然后，将每次检测到的数据进行累加，累加结果为桩的贯入度，方便记录测量。

需要说明的是：

前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、本发明提供的工程机械的自动压桩控制系统及控制方法，该工程机械包括但不限于静力压桩机、变幅式搅拌压桩一体机、引孔压桩机、PHC管桩压桩机、钢管压桩机或板桩压桩机任一项，设有自动压桩控制系统的设备、采用静力压桩的机械设备，应用广泛；其重点采用数字化、自动化控制，降低了操作难度，提高了控制精度及自动化程度，并为工程机械的智能化打好了基础。

2、本发明提供的控制系统及控制方法，是通过控制单元、执行单元及信号传感单元的相互配合而完成压桩作业，降低操作难度、提高施工效率和作业精度。其先将工程机械就位，将设有自动压桩控制系统的工程机械移动至待施工区域，并对该工程机械的水平及压桩位置进行校准；再给自动压桩控制系统上电，系统将自动进行参数初始化，把待送压桩体放置在夹桩器内的夹桩孔上，输入需要压桩的压桩力数据，其中，所述待送压桩体包括但不限于PHC管桩、钢管桩、水泥桩、板桩，接着按下开启自动压桩控制系统的按钮，则自动压桩控制系统开始自动压桩；该自动压桩控制方法的数字集成控制器利用第一压力传感器获得夹桩器对桩体的夹紧信号，并利用第一电磁换向阀执行夹桩油缸对桩体的夹紧与放松，再利用第一接近开关、第二接近开关获得夹桩器的行程位置，并利用第二电磁换向阀执行压桩油缸对夹桩器实行上升和下降，从而实现自动压桩控制，方便工作人员操作，减少工作人员的工作负荷，使压桩实现数字化、自动化及智能化控制，提高压桩工作效率、工程质量，降低施工成本。

3、本发明提供的提供的控制系统及控制方法，其信号传感单元包括两个红外对射传感器，两个红外对射传感器的作用是检测桩身的顶部是否通过夹桩器的顶面，当夹桩器在上升过程中，若红外对射传感器获得红外对射信号时，则此时两个红外对射传感器的高度已高于待送压桩体顶面的高度，数字集成控制器将控制夹桩器停止上升动作，应先将高出夹桩器最低行程部分桩体压入地基，然后再将接续待送压桩体放置在夹桩器内的夹桩孔上，此时，使红外对射传感器失去信号时，再重新进行接续待送压桩体的压桩动作。

4、本发明提供的控制系统及控制方法，其信号传感单元还包括两个第二压力传感器，两个第二压力传感器的作用是检测工程机械的压桩力大小，若两个第二压力传感器检测至和第二压力信号的数值达到设定的压桩力数值时，则停止压桩，完成压桩动作。

5、本发明提供的控制系统及控制方法，其信号传感单元还包括距离传感器，距离传感器的作用是检测夹桩器的下降和上升时的位置距离，记录桩贯入度的大小。

6、本发明还提供的提供的控制系统及控制方法，其主机、数字集成控制器、龙门架、液压控制装置、信号传感单元结构合理，该自动压桩控制系统利用信号传感单元对夹桩器的行程及夹紧压力进行检测，并反馈至数字集成控制器中，再利用数字集成控制器控制液压控制装置，实现对桩体的夹紧、放松及送压桩动作，使压桩更智能化操作，提高压桩工作效率、作业精度，降低施工成本。

7、本发明提供的控制系统及控制方法，该工程机械还包括显示器，显示器的作用是方便将整个自动压桩的控制过程中的各种数据显示，方便操作人员更为直接的了解整个控制及信号检测过程。

8、本发明提供的控制系统及控制方法，其液压控制装置还包括吸油过滤器、单向阀、压力表，吸油过滤器用于过滤油箱进入夹桩油缸、压桩油缸的液压油的杂质，提高夹桩油缸、压桩油缸的使用寿命，单向阀用于控制进入夹桩油缸、压桩油缸的液压油，避免进入夹桩油缸、压桩油缸的液压油回流，压力表方便操作人员集中观察进入夹桩油缸、压桩油缸的液压油的压力情况。

附图说明

图1是本发明实施例工程机械自动压桩控制方法的流程示意图。

图2是本发明实施例工程机械的自动压桩控制系统的侧视结构示意图。

图3是本发明实施例工程机械的自动压桩控制系统的模块组成结构示意图。

图4是本发明实施例工程机械的自动压桩控制系统的液压控制装置的原理示意图。

附图标记说明：

10、数字集成控制器，20、龙门架，21、龙门架主体，22、第一转轴，23、第二转轴，24、夹桩器，31、油箱，32、第一电磁换向阀，33、第二电磁换向阀，34、夹桩油缸，35、压桩油缸，36、柱塞泵，37、电动机，38、吸油过滤器，39、单向阀，40、压力表，51、第一接近开关，52、第二接近开关，53、第一压力传感器，54、红外对射传感器，55、第二压力传感器，56、距离传感器，60、显示器，70、待送压桩体。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

参见图1至图4，本发明实施例还提供的工程机械的自动压桩控制系统，其包括设置在工程机械主机上的控制单元、执行单元及信号传感单元；所述的控制单元包括数字集成控制器10；所述的执行单元包括龙门架20、液压控制装置；

所述的液压控制装置包括油箱31、第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33、夹桩油缸34、压桩油缸35、柱塞泵36、电动机37，其中，第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33分别为三位四通阀；所述的数字集成控制器10、油箱31、第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33、柱塞泵36、电动机37分别设置在主机上；所述的电动机37与柱塞泵36驱动连接，第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33的进油口通过柱塞泵36与油箱31连通，第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33的回油口与油箱31连通，夹桩油缸34、压桩油缸35分别与第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33连通；

所述的龙门架20包括龙门架主体21、第一转轴22、第二转轴23、夹桩器24，龙门架主体21通过第一转轴22、第二转轴23与主机旋转连接，夹桩器24与龙门架主体21竖向滑动连接，压桩油缸35设置在龙门架主体21的顶面，并与夹桩器24竖向驱动连接，夹桩油缸34设置在夹桩器24上；

所述的信号传感单元，包括第一接近开关51、第二接近开关52、第一压力传感器53，第一接近开关51、第二接近开关52分别设置在龙门架主体21上，并且分别位于夹桩器24竖向上升行程的最高点和竖向下降行程的最低点，第一压力传感器53设置在夹桩油缸34上；第一接近开关51、第二接近开关52、第一压力传感器53、第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33分别与数字集成控制器10电性连接。

本发明实施例采用的机械设备的主机上，还设有用来存储数据及控制的前端小型计算机，其能完成控制运算、存储、并能与PLC控制器（数字集成控制器10）及各控制单元通过CAN总线或其他网络协议通讯。具体型号、配置可根据需要选择。

使用时，先将工程机械就位，将设有自动压桩控制系统的工程机械移动至待施工区域，并对该工程机械的水平及压桩位置进行校准；再给自动压桩控制系统上电，系统将自动进行参数初始化，把待送压桩体70放置在夹桩器24内的夹桩孔上，接着按下开启自动压桩控制系统的按钮，则自动压桩控制系统开始自动压桩；首先数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33，使压桩油缸35活塞杆收缩，夹桩器24上升，当夹桩器24上升到最高点时，即第一接近开关51检测到第一接近信号，并将第一接近信号发送至数字集成控制器10，当数字集成控制器10接收到第一接近信号后，数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33使压桩油缸35活塞杆停止，开始计时，1秒后，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32使夹桩油缸34活塞杆伸出，夹紧待送压桩体70的桩身，第一压力传感器53检测到第一压力信号，并实时将第一压力信号发送至数字集成控制器10；若第一压力信号的数值在设定范围内，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33使压桩油缸35活塞杆伸出，即开始向下压桩；若第一压力信号的数值不在设定范围内，或者在压桩过程中第一压力信号的数值发生变化不在设定范围内，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33使压桩油缸35停止工作；在往下压桩当夹桩器24下降到最低处时，即第二接近开关52检测到第二接近信号，并将第二接近信号发送至数字集成控制器10，数字集成控制器10接收到第二接近信号后，数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33使压桩油缸35停止工作，然后，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32使夹桩油缸34活塞杆缩回，即松桩；当第一压力信号的数值为零时，数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33使压桩油缸35活塞杆缩回，夹桩器24上升，接着重复上述的过程，自动完成压桩工作，该自动压桩控制系统利用信号传感单元对夹桩器24的行程及夹紧压力进行检测，并反馈至数字集成控制器10中，再利用数字集成控制器10控制液压控制装置，实现对桩体的夹紧、放松及送压桩动作，使压桩更智能化操作，提高压桩工作效率，降低施工成本。

其中，信号传感单元还包括两个红外对射传感器54、两个第二压力传感器55以及距离传感器56，夹桩器24具有夹桩孔，两个红外对射传感器54分别设置在夹桩器24的顶面，并且分别位于夹桩孔的两相对侧，两个红外对射传感器54分别与数字集成控制器10电性连接。两个第二压力传感器55分别设置在第一转轴22、第二转轴23上，两个第二压力传感器55分别与数字集成控制器10电性连接。距离传感器56设置在夹桩器24的顶面上，距离传感器56数字集成控制器10电性连接。

本发明的工程机械的主机上还设有显示器60、操控室，所述的显示器60、数字集成控制器10分别设置在该操控室内，显示器60与数字集成控制器10电性连接。显示器60的作用是将整个自动压桩的控制过程中的各种数据集中显示，方便操作人员更为直接、集中的了解整个系统的实时控制、信号反馈及工作状态。

本发明实施例的液压控制装置还包括吸油过滤器38、单向阀39、压力表40，第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33的进油口分别通过单向阀39与柱塞泵36连通，并与压力表40连通，柱塞泵36通过吸油过滤器38与油箱31连通。吸油过滤器38用于过滤油箱31进入夹桩油缸34、压桩油缸35的液压油的杂质，提高夹桩油缸34、压桩油缸35的使用寿命，单向阀39用于控制进入夹桩油缸34、压桩油缸35的液压油，避免进入夹桩油缸34、压桩油缸35的液压油回流，压力表40方便观察进入夹桩油缸34、压桩油缸35的液压油的压力情况。

本实施例所述的工程机械，包括但不限于静力压桩机、变幅式搅拌压桩一体机、引孔压桩机、PHC管桩压桩机、钢管压桩机或板桩压桩机任一项，可以是其中任一项设有自动压桩控制系统、采用静力压桩的机械设备，应用广泛。

本发明实施例提供的采用上述系统的工程机械自动压桩控制方法，其包括以下步骤：

（1）、将工程机械就位，将设有自动压桩控制系统的该工程机械移动至待施工区域，并对该工程机械的水平及压桩位置进行校准；自动压桩控制系统包括数字集成控制器10、液压控制装置、信号传感单元，液压控制装置包括第一电磁换向阀32、第二电磁换向阀33、夹桩油缸34、压桩油缸35，第一电磁换向阀32包括第一电磁铁DT1、第二电磁铁DT2，第二电磁换向阀33包括第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4，信号传感单元包括行程开关、压力传感器，行程开关包括第一接近开关51、第二接近开关52，压力传感器包括第一压力传感器53；

（2）、自动压桩控制系统上电，系统参数初始化，把待送压桩体70放置在夹桩器24内的夹桩孔上，输入需要压桩的压桩力数据，按下开启自动压桩控制系统按钮，则自动压桩控制系统开始自动压桩；（预先由人工设定设备运行参数，设备根据预设的参数运转）；

（3）、数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第四电磁铁DT4得电、第三电磁铁DT3失电，此时压桩油缸35活塞杆收缩，夹桩器24上升，当夹桩器24上升到最高点时，即第一接近开关51检测到第一接近信号，并将第一接近信号发送至数字集成控制器10，数字集成控制器10接收到第一接近信号后，数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第四电磁铁DT4、第三电磁铁DT3失电，此时压桩油缸35活塞杆停止，开始计时，1秒后，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32的第二电磁铁DT2得电，第一电磁铁DT1失电，此时夹桩油缸34活塞杆伸出，夹紧待送压桩体70的桩身，第一压力传感器53检测到第一压力信号，并实时将第一压力信号发送至数字集成控制器10；若第一压力信号的数值在设定范围内，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3得电、第四电磁铁DT4失电，此时压桩油缸35活塞杆伸出，即开始向下压桩，压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器10并记录数据，若第一压力信号的数值不在设定范围内，或者在压桩过程中第一压力信号的数值发生变化不在设定范围内，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸35停止工作；(实时检测数据并对比设定参数)

（4）、往下压桩当夹桩器24下降到最低处时，即第二接近开关52检测到第二接近信号，并将第二接近信号发送至数字集成控制器10，数字集成控制器10接收到第二接近信号后，数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸35停止工作，然后，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，此时夹桩油缸34活塞杆缩回，即松桩；压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器10并记录数据，当第一压力信号的数值为零时，数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第四电磁铁DT4得电、第三电磁铁DT3失电，压桩油缸35活塞杆缩回，夹桩器24上升，完成单次压桩作业；

（5）、重复步骤（3）、（4），依次完成多次压桩作业。

本发明实施例提供的自动压桩控制系统及控制方法，重点是通过控制单元、执行单元及信号传感单元的相互配合而完成压桩作业，实现自动压桩控制，方便工作人员操作，使压桩更智能化操作，提高压桩工作效率、作业精度，以解决现有工程机械操作复杂、控制精度及自动化程度不高的问题。其先将工程机械就位，将设有自动压桩控制系统的工程机械移动至待施工区域，并对该工程机械的水平及压桩位置进行校准；再给自动压桩控制系统上电，系统将自动进行参数初始化，把待送压桩体70放置在夹桩器24内的夹桩孔上，输入需要压桩的压桩力数据，其中，所述待送压桩体70包括但不限于PHC管桩、钢管桩、水泥桩、板桩，接着按下开启自动压桩控制系统的按钮，则自动压桩控制系统开始自动压桩；该自动压桩控制方法的数字集成控制器10利用第一压力传感器53获得夹桩器24对桩体的夹紧信号，并利用第一电磁换向阀32执行夹桩油缸34对桩体的夹紧与放松，再利用第一接近开关51、第二接近开关52获得夹桩器24的行程位置，并利用第二电磁换向阀33执行压桩油缸35对夹桩器24实行上升和下降，从而实现自动压桩控制，方便工作人员操作，减少工作人员的工作负荷，使压桩更智能化操作，提高压桩工作效率，降低施工成本。

实施例2：

本发明实施例提供的自动压桩控制系统及控制方法，与实施例1基本上相同，其不同之处在于：

所述的信号传感单元还包括两个红外对射传感器54，两个红外对射传感器54分别设置在夹桩器24的顶面，并且分别位于夹桩孔的两相对侧，该控制方法还包括以下步骤：

（6）、当夹桩器24在上升过程中，若红外对射传感器54获得红外对射信号时，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸35停止工作；1秒后，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32的第二电磁铁DT2得电、第一电磁铁DT1失电，夹桩油缸34的活塞杆伸出，夹紧待送压桩体70的桩身，压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器10并记录数据，若第一压力信号的数值在设定范围内，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3得电、第四电磁铁DT4失电，此时压桩油缸35的活塞杆伸出，即开始向下压桩；若第一压力信号的数值不在设定范围内或者在压桩过程中第一压力信号的数值发生变化不在设定范围内，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸35停止工作；

当夹桩器24下降到最低处时，即第二接近开关52检测到第二接近信号，并将第二接近信号发送至数字集成控制器10，数字集成控制器10接收到第二接近信号后，数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸35停止工作，然后，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，夹桩油缸34的活塞杆缩回，即松桩；压桩过程暂时停止；

（7）、当接续待送压桩体70放置在夹桩器24内的夹桩孔上，此时红外对射传感器54失去信号时，重复步骤（3）、（4）、（5）、（6）的过程。

两个红外对射传感器54的作用是检测桩身的顶部是否通过夹桩器24的顶面，当夹桩器24在上升过程中，若红外对射传感器54获得红外对射信号时，则此时两个红外对射传感器54的高度已高于待送压桩体70顶面的高度，数字集成控制器10将控制夹桩器24停止上升动作，应先将高出夹桩器24最低行程部分桩体压入地基，然后再将接续待送压桩体70放置在夹桩器24内的夹桩孔上，此时，使红外对射传感器54失去信号时，再重新进行接续待送压桩体70的压桩动作。

实施例3：

本发明实施例提供的自动压桩控制系统及控制方法，其与实施例1、2均基本相同，其不同之处在于：

所述的压力传感器还包括两个第二压力传感器55，自动压桩控制系统还包括设置在工程机械上的主机、龙门架20，龙门架20包括龙门架主体21、第一转轴22、第二转轴23，龙门架主体21通过第一转轴22、第二转轴23与工程机械的主机旋转连接，两个第二压力传感器55分别设置在第一转轴22、第二转轴23上，该控制方法还包括以下步骤：

（8）、在步骤（3）、（4）、（5）、（6）、（7）的过程中，第二压力传感器55检测到第二压力信号，并实时将第二压力信号的数据发送至数字集成控制器10，并记录数据；若第二压力信号的数值达到设定的压桩力数值时，则数字集成控制器10控制第二电磁换向阀33的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸35停止工作，然后，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，松桩，当第一压力信号的数值为零时，数字集成控制器10控制第一电磁换向阀32的第一电磁铁DT1、第二电磁铁DT2失电，完成压桩。

（9）、完成压桩时，则自动压桩控制系统停止工作。

两个第二压力传感器55的作用是检测工程机械的压桩力大小，若两个第二压力传感器55检测至和第二压力信号的数值达到设定的压桩力数值时，则停止压桩，完成压桩动作。

实施例4：

本发明实施例提供的自动压桩控制系统及控制方法，其与实施例1-3均基本相同，其不同之处在于：

所述的信号传感单元还包括距离传感器56，距离传感器56设置在夹桩器24的顶面上，还包括以下步骤：

（10）、在步骤（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）的过程中，距离传感器56实时检测桩的贯入度，将贯入度数据传输到数字集成控制器10并记录数据；当每次第一压力传感器53检测到的第一压力信号数值在设定的夹桩力范围之内时，距离传感器56检测夹桩器24的下降距离，直至第一压力传感器53检测到的第一压力信号数值不在设定的夹桩力范围之内时结束，依次重复，直至压桩完成后结束检测，然后，将每次检测到的数据进行累加，累加结果为桩的贯入度，方便记录测量。

距离传感器56的作用是检测夹桩器24的下降和上升时的位置距离，记录桩贯入度的大小。

本发明上述实施例中所采用的数字集中控制器10，具体是西门子 S7-1200系列PLC控制器。例如模块化控制器SIMATIC S7-1200 CPU 1214C控制器，它可以通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通讯；CPU 1214C 则可连接 8 个信号模块，支持最多 16 个以太网连接以及下列协议：TCP/IPnative、ISO-on-TCP 和 S7 通讯。

本发明提供的控制系统及控制方法，采用数字化和自动化控制，通过信号传感单元、数字集成控制器、液压控制装置的相互配合，实现对桩体的夹紧、放松及送压桩动作，使压桩操作实现智能化，提高压桩工作效率、作业精度及自动化程度，降低施工成本，提升工程施工的质量，并为工程机械的智能化打好基础。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，其包括设置在工程机械主机上的控制单元、执行单元及信号传感单元；所述的控制单元包括数字集成控制器；所述的执行单元包括龙门架、液压控制装置；

所述液压控制装置包括油箱、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、夹桩油缸、压桩油缸、柱塞泵、电动机；

所述数字集成控制器、油箱、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、柱塞泵、电动机分别设置在所述主机上；所述电动机与所述柱塞泵驱动连接，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的进油口通过所述柱塞泵与所述油箱连通，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的回油口与所述油箱连通，所述夹桩油缸、压桩油缸分别与所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀连通；

所述龙门架包括龙门架主体、第一转轴、第二转轴、夹桩器；所述龙门架主体通过所述第一转轴、第二转轴与主机旋转连接，所述夹桩器与所述龙门架主体竖向滑动连接，所述压桩油缸设置在所述龙门架主体的顶面，并与所述夹桩器竖向驱动连接，所述夹桩油缸设置在所述夹桩器上；

所述信号传感单元包括：第一接近开关、第二接近开关、第一压力传感器，所述第一接近开关、第二接近开关分别设置在所述龙门架主体上，并且分别位于所述夹桩器竖向上升行程的最高点和竖向下降行程的最低点，所述第一压力传感器设置在所述夹桩油缸上；所述第一接近开关、第二接近开关、第一压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀分别与所述数字集成控制器电性连接。

2.如权利要求1所述工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，所述信号传感单元还包括两个红外对射传感器，所述夹桩器具有夹桩孔，所述的两个红外对射传感器均设置在所述夹桩器的顶面，分别位于所述夹桩孔的两相对侧；两个红外对射传感器分别与所述数字集成控制器电性连接。

3.如权利要求1所述工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，所述信号传感单元还包括两个第二压力传感器，两个所述第二压力传感器分别设置在第一转轴、第二转轴上；两个第二压力传感器分别与所述数字集成控制器电性连接。

4.如权利要求1所述工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，所述信号传感单元还包括距离传感器，所述距离传感器设置在所述夹桩器的顶面上，所述距离传感器所述数字集成控制器电性连接。

5.如权利要求1所述的工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，所述液压控制装置还包括吸油过滤器、单向阀、压力表，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的进油口分别通过所述单向阀与所述柱塞泵连通，并与所述压力表连通，所述柱塞泵通过所述吸油过滤器与所述油箱连通。

6.如权利要求1至5任一项所述工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，所述工程机械主机上还设有显示器、操控室，所述显示器、数字集成控制器分别设置在所述操控室内，所述显示器与所述数字集成控制器电性连接。

7.如权利要求1至6之一所述工程机械的自动压桩控制系统，其特征在于，所述的工程机械，为静力压桩机、变幅式搅拌压桩一体机、引孔压桩机、PHC管桩压桩机、钢管压桩机或板桩压桩机中的任一项。

8.一种采用权利要求1至7之一所述系统的工程机械自动压桩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、将工程机械就位，将设有自动压桩控制系统的工程机械移动至待施工区域，并对该工程机械的水平及压桩位置进行校准；

（2）、自动压桩控制系统上电，系统参数初始化，把待送压桩体放置在夹桩器内的夹桩孔上，输入需要压桩的压桩力数据，按下开启自动压桩控制系统按钮，则自动压桩控制系统开始自动压桩；

（3）、数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第四电磁铁DT4得电、第三电磁铁DT3失电，此时压桩油缸活塞杆收缩，夹桩器上升，当夹桩器上升到最高点时，即第一接近开关检测到第一接近信号，并将所述第一接近信号发送至数字集成控制器，所述数字集成控制器接收到所述第一接近信号后，所述数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第四电磁铁DT4、第三电磁铁DT3失电，此时压桩油缸活塞杆停止，开始计时，1秒后，所述数字集成控制器控制第一电磁换向阀的第二电磁铁DT2得电，第一电磁铁DT1失电，此时夹桩油缸活塞杆伸出，夹紧待送压桩体的桩身，第一压力传感器检测到第一压力信号，并实时将所述第一压力信号发送至数字集成控制器；若第一压力信号的数值在设定范围内，则数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3得电、第四电磁铁DT4失电，此时压桩油缸活塞杆伸出，即开始向下压桩，压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器并记录数据，若第一压力信号的数值不在设定范围内，或者在压桩过程中第一压力信号的数值发生变化不在设定范围内，则数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸停止工作；

（4）、往下压桩当夹桩器下降到最低处时，即第二接近开关检测到第二接近信号，并将所述第二接近信号发送至数字集成控制器，所述数字集成控制器接收到所述第二接近信号后，所述数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，压桩油缸停止工作，然后，所述数字集成控制器控制第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，此时夹桩油缸活塞杆缩回，即松桩；压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器并记录数据，当第一压力信号的数值为零时，所述数字集成控制器控制第二电磁换向阀的第四电磁铁DT4得电、第三电磁铁DT3失电，压桩油缸活塞杆缩回，夹桩器上升，完成单次压桩作业；

（5）、重复步骤（3）、（4），依次完成多次压桩作业。

9.如权利要求8所述工程机械自动压桩控制方法，其特征在于，所述信号传感单元还包括两个红外对射传感器，两个所述红外对射传感器分别设置在所述夹桩器的顶面，并且分别位于所述夹桩孔的两相对侧，还包括以下步骤：

（6）、当所述夹桩器在上升过程中，若所述红外对射传感器获得红外对射信号时，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作；1秒后，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第二电磁铁DT2得电、第一电磁铁DT1失电，所述夹桩油缸的活塞杆伸出，夹紧待送压桩体的桩身，压力传感器实时检测压桩力数据，将压桩力数据传输到数字集成控制器并记录数据，若所述第一压力信号的数值在设定范围内，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3得电、第四电磁铁DT4失电，此时所述压桩油缸的活塞杆伸出，即开始向下压桩；若所述第一压力信号的数值不在设定范围内或者在压桩过程中所述第一压力信号的数值发生变化不在设定范围内，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作；

当所述夹桩器下降到最低处时，即所述第二接近开关检测到第二接近信号，并将所述第二接近信号发送至数字集成控制器，所述数字集成控制器接收到所述第二接近信号后，所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作，然后，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，所述夹桩油缸的活塞杆缩回，即松桩；压桩过程暂时停止；

（7）、当接续待送压桩体放置在所述夹桩器内的夹桩孔上，此时红外对射传感器失去信号时，重复步骤（3）、（4）、（5）、（6）的过程。

10.如权利要求9所述的工程机械自动压桩控制方法，其特征在于，所述压力传感器还包括两个第二压力传感器，所述自动压桩控制系统还包括设置在工程机械主机上的龙门架，所述龙门架包括龙门架主体、第一转轴、第二转轴，所述龙门架主体通过所述第一转轴、第二转轴与工程机械的主机旋转连接，两个所述第二压力传感器分别设置在所述第一转轴、第二转轴上，还包括以下步骤：

（8）、在步骤（3）、（4）、（5）、（6）、（7）的过程中，所述第二压力传感器检测到第二压力信号，并实时将所述第二压力信号的数据发送至所述数字集成控制器，并记录数据；若所述第二压力信号的数值达到设定的压桩力数值时，则所述数字集成控制器控制所述第二电磁换向阀的第三电磁铁DT3、第四电磁铁DT4失电，所述压桩油缸停止工作，然后，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1得电、第二电磁铁DT2失电，松桩，当所述第一压力信号的数值为零时，所述数字集成控制器控制所述第一电磁换向阀的第一电磁铁DT1、第二电磁铁DT2失电，完成压桩；

（9）、完成压桩作业时，则所述自动压桩控制系统停止工作。

11.如权利要求10所述的工程机械自动压桩控制方法，其特征在于，所述信号传感单元还包括距离传感器，所述距离传感器设置在所述夹桩器的顶面上，还包括以下步骤：

（10）、在步骤（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）的过程中，距离传感器实时检测桩的贯入度，将贯入度数据传输到数字集成控制器并记录数据；当每次所述第一压力传感器检测到的第一压力信号数值在设定的夹桩力范围之内时，所述距离传感器检测所述夹桩器的下降距离，直至所述第一压力传感器检测到的第一压力信号数值不在设定的夹桩力范围之内时结束，依次重复，直至压桩完成后结束检测，然后，将每次检测到的数据进行累加，累加结果为桩的贯入度，方便记录测量。

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