CN113534734A - 一种能自动调平的工程桩机及其调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能自动调平的工程桩机及其调平方法，属于调平装置技术领域，包括PLC控制器、模拟量模块、IO模块、信号单元和执行单元，PLC控制器连接模拟量模块和IO模块，信号单元包括倾角传感器和触地信号感应装置，倾角传感器连接模拟量模块，触地感应装置连接IO模块，信号单元和执行单元设置在桩机上，通过倾角传感器检测桩机的倾斜角度，同时通过触地感应装置连接执行单元，并通过执行单元进行自动调平，执行单元包括桩机的支脚。本发明还提供了桩机打桩和行走过程的调平方法。本发明通过机械机构和硬件的组合设计，切实解决工程实践中桩机调平精度不够、调平动作不快速、无法实现自动调平的问题。

Description

一种能自动调平的工程桩机及其调平方法

技术领域

本发明属于调平装置的技术领域，更具体地，涉及一种能自动调平的工程桩机及其调平方法。

背景技术

重型工业中，打桩机是非常常见的工程机械，一般情况下，打桩机作用点的地面并不平整，由于作业环境的特殊性和恶劣性，打桩机在行驶的过程中会出现严重的左右摇晃现象，随时都有倾倒的危险，在桩机进行打桩时，经常出现由于地面不平整导致打桩倾斜的现象。

申请号为201610461470.7发明专利申请公开了一种平台四点支撑快速调平系统及其调平方法，包括主控计算机、液压电磁阀组、压力传感器、倾角传感器、车载平台和液压支腿，其中主控计算机主要由主控模块、驱动模块和电源模块构成，主控模块连接驱动模块的输入端，驱动模块的输出端通过液压电磁阀组控制连接四个液压支腿，而四个液压支腿分别安装在车载平台的底部四角，所述液压支腿上对应安装压力传感器，车载平台上安装倾角传感器，压力传感器和倾角传感器电连接主控模块的输入端，电源模块为驱动模块和主控模块供电。其采用双传感器可有效解决前后平台调平角度不一致的问题，实时监测调平角度，并及时反馈两个平台的角度值，达到提高调平精度、快速完成调平动作的效果。但是，以上方法的应用场景完全不同于工程桩机的领域，借鉴过来后，仍然存在诸多问题。

因此，为避免造成重大伤亡事故，需要为打桩机设置一种能自动调平的工程桩机及其调平方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能自动调平的工程桩机及其调平方法，通过机械机构和硬件的组合设计，实现桩机在工程施工和行走过程中，能自动调平，切实解决工程实践中桩机调平精度不够、调平动作不快速、无法实现自动调平的问题。

为实现以上发明目的，按照本发明的一个方面，提供一种能自动调平的工程桩机，其包括PLC控制器、模拟量模块、IO模块、信号单元和执行单元，PLC控制器连接模拟量模块和IO模块，信号单元包括倾角传感器和触地信号感应装置5，倾角传感器连接模拟量模块，触地感应装置连接IO模块，信号单元和执行单元设置在桩机上，通过倾角传感器检测桩机的倾斜角度，同时通过触地感应装置连接执行单元，并通过执行单元进行自动调平，执行单元包括桩机的支脚S1，支脚S1长度能调整，实现调平，支脚S1包括磁性开关、电缸、活动接头和底板，电缸为柱状，磁性开关设置在柱状电缸的顶端处，电缸底部设置有活动接头，

工作时，在电缸移动到限位时磁性开关启动，电缸连接活动接头，能使活动接头上下移动，活动接头连接底板，底板为万向接头，能随意转动，触地感应装置设置于底板的侧壁处，在底板触地时，触地感应装置将信号传递至IO模块。

以上发明构思中，模拟量模块的作用是读取倾角传感器，判断桩机倾斜情况。IO模块的作用是读取触地感应装置，判断桩机的脚是否触地。

进一步的，桩机还包括桩杆和桩机座，其中，桩机座整体呈平板状，其四角通过横梁杆垂直连接多根支脚，以受支脚支撑，桩杆设置于桩机座中央处。

进一步的，倾角传感器设置在桩杆上，桩机座的四角分别通过一个支脚支撑，支脚用于调节桩机的平衡以不让桩机倾倒。

进一步的，桩机座上安装有电比例阀，所述电比例阀连接电缸，以能控制所述电缸上下移动的速度。

进一步的，在桩机行走过程中，桩机在X轴或Y轴的倾角为小于±5°时，桩机为安全状态，桩机在X轴或Y轴倾角介于±5°和±9°之间时，桩机为预警状态，桩机在X轴或Y轴倾角大于±9°时，桩机为危险状态。

进一步的，在桩机进行打桩之前为静置状态，静置状态时，桩机在X轴或Y轴的倾角为小于±0.79°，桩机为安全状态，桩机在X轴或Y轴倾角介于±0.79°和±1°之间时，桩机为预警状态，桩机在X轴或Y轴倾角大于±1°时，桩机为危险状态。

按照本发明的第二个方面，还提供一种工程桩机的自动调平方法，其包括如下步骤：

S1：桩机到达指定桩位，支脚伸出并触地，触地感应装置开始传输信号，同时，倾角传感器实时更新数据并发送倾角数据给PLC控制器，

S2：PLC控制器计算倾角偏差，

桩机在X轴或Y轴的倾角偏差小于±0.79°，判定桩机为安全状态，自动调平完成，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差介于±0.79°和±1°之间时，判定桩机为预警状态，输出报警，启动桩杆倾斜预警

桩机在X轴或Y轴倾角偏差大于±1°时，判定桩机为危险状态，桩杆S3倾角过大，

S3：判断倾斜象限，根据桩杆的状态自动匹配对应的电比例阀参数，其中，预警状态下，电缸移动速度匹配为低速，危险状态下电缸移动速度匹配为高速，

S4：根据电比例阀参数控制电缸移动速度，根据倾斜象限选择需要对应调整的支脚进行缩短或者伸长，

S5：倾角传感器采集调整后桩杆的倾斜角，PLC计算调整后的倾角偏差，将调整后的倾角偏差与安全偏差值进行对比，再次进行判断，

若为安全状态，自动调平完成，桩机准备打桩，

若为预警状态或者为危险状态，再次采集桩杆倾斜角度，并执行步骤S2至步骤S5。

按照本发明的第三个方面，还提供一种工程桩机的自动调平方法，其包括如下步骤：

S1：桩机行走过程中，四个支脚均始终处于伸缩状态，每行走一步并还没有开启下一步行走时，触地感应装置开始传输信号，同时，倾角传感器实时更新倾角数据并发送倾角数据给PLC控制器，

S2：PLC控制器计算倾角偏差，

桩机在X轴或Y轴的倾角偏差小于±5°，判定桩机为安全状态，自动调平完成，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差介于±5°和±9°之间时，判定桩机为预警状态，输出报警，启动桩杆倾斜预警，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差大于±9°时，判定桩机为危险状态，桩杆S3倾角过大，

S3：判断倾斜象限，根据桩杆的状态自动匹配对应的电比例阀参数，其中，预警状态下，电缸移动速度匹配为低速，危险状态下电缸移动速度匹配为高速，

S4：根据电比例阀参数控制电缸移动速度，根据倾斜象限选择需要对应调整的支脚进行缩短或者伸长，

S5：倾角传感器采集调整后桩杆的倾斜角，PLC计算调整后的倾角偏差，将调整后的倾角偏差与安全偏差值进行对比，再次进行判断，

若为安全状态，自动调平完成，桩机继续行走，并边行走边循环调平步骤，直到桩机到达指定桩位，

若为预警状态或者为危险状态，再次采集桩杆倾斜角度，并执行步骤S2至步骤S5。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：通过PLC获取倾角传感器的倾斜角度，并且PLC能实时获知倾斜角度并实时计算倾角偏差，以倾角偏差为依据，控制电比例阀使电缸进行伸缩，自动进行调节。此外，在打桩和行走过程中，分别均设置了预警状态和危险状态，分别考虑了不同状态下情况，并对不同状态的判定进行了冗余设计，其结构、原理简单且自动化程度和调节精度较高，同时可采用PLC远程控制方式，大大提升了安全预警以及施工过程中的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机的结构示意图。

图2为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机的支脚的结构示意图。

图3为本发明实施例提出的一种工程桩机自动调平方法的原理图。

图4为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机在行走中X/Y轴象限倾斜角度安全范围示意图。

图5为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机进行自动调平的具体流程图。

其中，相同的元件或者结构自始至终采用相同的标号表示：

S1—支腿 S2—桩机座 S3—桩杆

1、磁性开关 2-电缸 3-活动接头

4-底板 5-触地感应装置

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机的结构示意图，图2为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机的支脚的结构示意图，图3为本发明实施例提出的一种工程桩机自动调平方法的原理图，结合以上三图可知，本发明的一种能自动调平的工程桩机包括PLC控制器、模拟量模块、IO模块、信号单元和执行单元，PLC控制器连接模拟量模块和IO模块，信号单元包括倾角传感器和触地信号感应装置，倾角传感器连接模拟量模块，触地感应装置5连接IO模块，模拟量模块的作用是读取倾角传感器，判断桩机倾斜情况,IO模块的作用是读取触地感应装置，判断桩机的脚是否触地。信号单元和执行单元设置在桩机上，通过倾角传感器检测桩机的倾斜角度，同时通过触地感应装置5连接执行单元，并通过执行单元进行自动调平，执行单元包括桩机的支脚S1，支脚S1长度能调整，实现调平，支脚S1包括磁性开关1、电缸2、活动接头3和底板4，电缸2为柱状，磁性开关设置在柱状电缸2的顶端处，电缸2底部设置有活动接头3。桩机还包括桩杆S3和桩机座S2，其中，桩机座S2整体呈平板状，其四角通过横梁杆垂直连接多根支脚S1，以受支脚S1支撑，桩杆S3设置于桩机座S2中央处。倾角传感器设置在桩杆S3上，桩机座S2的四角分别通过一个支脚S1支撑，支脚用于调节桩机的平衡以不让桩机倾倒。桩机座S2上安装有电比例阀，所述电比例阀连接电缸，以能控制所述电缸上下移动的速度。

工作时，在电缸2移动到限位时磁性开关1启动，电缸2连接活动接头3，能使活动接头3上下移动，活动接头3连接底板4，底板4为万向接头，能随意转动，触地感应装置5设置于底板4的侧壁处，在底板4触地时，触地感应装置5将信号传递至IO模块。

在实际工程实践中，在桩机行走过程中，桩机在X轴或Y轴的倾角为小于±5°时，桩机为安全状态，桩机在X轴或Y轴倾角介于±5°和±9°之间时，桩机为预警状态，桩机在X轴或Y轴倾角大于±9°时，桩机为危险状态。在桩机进行打桩之前为静置状态，静置状态时，桩机在X轴或Y轴的倾角为小于±0.79°，桩机为安全状态，桩机在X轴或Y轴倾角介于±0.79°和±1°之间时，桩机为预警状态，桩机在X轴或Y轴倾角大于±1°时，桩机为危险状态。

图4为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机在行走中X/Y轴象限倾斜角度安全范围示意图，图5为本发明实施例提出的一种能自动调平的工程桩机进行自动调平的具体流程图，结合两图可知，本发明提供一种工程桩机的自动调平方法，其包括如下步骤：

S1：桩机到达指定桩位，支脚伸出并触地，触地感应装置开始传输信号，同时，倾角传感器实时更新数据并发送倾角数据给PLC控制器，

S2：PLC控制器计算倾角偏差，

桩机在X轴或Y轴的倾角偏差小于±0.79°，判定桩机为安全状态，自动调平完成，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差介于±0.79°和±1°之间时，判定桩机为预警状态，输出报警，启动桩杆倾斜预警

桩机在X轴或Y轴倾角偏差大于±1°时，判定桩机为危险状态，桩杆S3倾角过大，

S3：判断倾斜象限，根据桩杆的状态自动匹配对应的电比例阀参数，其中，预警状态下，电缸移动速度匹配为低速，危险状态下电缸移动速度匹配为高速。其中，根据X轴、Y轴组成的坐标系，将倾斜象限分为第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，根据图4可知，依据X轴、Y轴各自倾斜的角度，可以判断其倾斜的象限。

S4：根据电比例阀参数控制电缸移动速度，根据倾斜象限选择需要对应调整的支脚进行缩短或者伸长，

S5：倾角传感器采集调整后桩杆的倾斜角，PLC计算调整后的倾角偏差，将调整后的倾角偏差与安全偏差值进行对比，再次进行判断，

若为安全状态，自动调平完成，桩机准备打桩，

若为预警状态或者为危险状态，再次采集桩杆倾斜角度，并执行步骤S2至步骤S5。

本发明还提供一种工程桩机的自动调平方法，其包括如下步骤：

S1：桩机行走过程中，四个支脚均始终处于伸缩状态，每行走一步并还没有开启下一步行走时，触地感应装置开始传输信号，同时，倾角传感器实时更新倾角数据并发送倾角数据给PLC控制器，

S2：PLC控制器计算倾角偏差，

桩机在X轴或Y轴的倾角偏差小于±5°，判定桩机为安全状态，自动调平完成，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差介于±5°和±9°之间时，判定桩机为预警状态，输出报警，启动桩杆倾斜预警，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差大于±9°时，判定桩机为危险状态，桩杆S3倾角过大，

S3：判断倾斜象限，根据桩杆的状态自动匹配对应的电比例阀参数，其中，预警状态下，电缸移动速度匹配为低速，危险状态下电缸移动速度匹配为高速，

S4：根据电比例阀参数控制电缸移动速度，根据倾斜象限选择需要对应调整的支脚进行缩短或者伸长，

S5：倾角传感器采集调整后桩杆的倾斜角，PLC计算调整后的倾角偏差，将调整后的倾角偏差与安全偏差值进行对比，再次进行判断，

若为安全状态，自动调平完成，桩机继续行走，并边行走边循环调平步骤，直到桩机到达指定桩位，

若为预警状态或者为危险状态，再次采集桩杆倾斜角度，并执行步骤S2至步骤S5。

本发明方法的具体操作如下：

通过倾角传感器将倾斜角度传输给模拟量模块，模拟量模块传输给PLC控制，PLC将数据进行比较、输出等，传输给IO模块，控制电比例阀，使电缸进行移动，带动活动接头、底板同步进行移动，使触地感应装置将信号传输给IO模块和PLC控制，桩机自动调平完成。

本发明中，包括PLC控制器、模拟量模块、IO模块、信号单元和执行单元，所述PLC控制器连接所述模拟量模块和所述IO模块，所述信号单元包括倾角传感器和触地信号感应装置，所述倾角传感器连接所述模拟量模块，所述触地感应装置连接所述IO模块，所述信号单元和所述执行单元设置在桩机上，通过所述倾角传感器检测所述桩机的倾斜角度，同时通过所述触地感应装置连接所述执行单元，并通过所述执行单元进行自动调平。采用上述技术方案，通过PLC获取倾角传感器的倾斜角度，控制电比例阀使电缸进行伸缩，自动进行调节，其结构、原理简单且自动化程度和调节精度较高，同时可采用PLC远程控制方式，大大提升了安全预警以及施工过程中的安全性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能自动调平的工程桩机，其特征在于，其包括PLC控制器、模拟量模块、IO模块、信号单元和执行单元，

PLC控制器连接模拟量模块和IO模块，信号单元包括倾角传感器和触地信号感应装置5，倾角传感器连接模拟量模块，触地感应装置(5)连接IO模块，信号单元和执行单元设置在桩机上，通过倾角传感器检测桩机的倾斜角度，同时通过触地感应装置(5)连接执行单元，并通过执行单元进行自动调平，

执行单元包括桩机的支脚S1，支脚S1长度能调整，实现调平，支脚S1包括磁性开关(1)、电缸(2)、活动接头(3)和底板(4)，电缸(2)为柱状，磁性开关设置在柱状电缸(2)的顶端处，电缸(2)底部设置有活动接头(3)，

工作时，在电缸(2)移动到限位时磁性开关(1)启动，电缸(2)连接活动接头(3)，能使活动接头(3)上下移动，活动接头(3)连接底板(4)，底板(4)为万向接头，能随意转动，触地感应装置(5)设置于底板(4)的侧壁处，在底板(4)触地时，触地感应装置(5)将信号传递至IO模块。

2.如权利要求1所述的一种能自动调平的工程桩机，其特征在于，桩机还包括桩杆(S3)和桩机座(S2)，其中，桩机座(S2)整体呈平板状，其四角通过横梁杆垂直连接多根支脚(S1)，以受支脚(S1)支撑，桩杆(S3)设置于桩机座(S2)中央处。

3.如权利要求2所述的一种能自动调平的工程桩机，其特征在于，倾角传感器设置在桩杆(S3)上，桩机座(S2)的四角分别通过一个支脚(S1)支撑，支脚用于调节桩机的平衡以不让桩机倾倒。

4.如权利要求3所述的一种能自动调平的工程桩机，其特征在于，桩机座(S2)上安装有电比例阀，所述电比例阀连接电缸，以能控制所述电缸上下移动的速度。

5.如权利要求4所述的一种能自动调平的工程桩机，其特征在于，在桩机行走过程中，桩机在X轴或Y轴的倾角为小于±5°时，桩机为安全状态，桩机在X轴或Y轴倾角介于±5°和±9°之间时，桩机为预警状态，桩机在X轴或Y轴倾角大于±9°时，桩机为危险状态。

6.如权利要求5所述的一种能自动调平的工程桩机，其特征在于，在桩机进行打桩之前为静置状态，静置状态时，桩机在X轴或Y轴的倾角为小于±0.79°，桩机为安全状态，桩机在X轴或Y轴倾角介于±0.79°和±1°之间时，桩机为预警状态，桩机在X轴或Y轴倾角大于±1°时，桩机为危险状态。

7.一种工程桩机的自动调平方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：桩机到达指定桩位，支脚伸出并触地，触地感应装置开始传输信号，同时，倾角传感器实时更新数据并发送倾角数据给PLC控制器，

S2：PLC控制器计算倾角偏差，

桩机在X轴或Y轴的倾角偏差小于±0.79°，判定桩机为安全状态，自动调平完成，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差介于±0.79°和±1°之间时，判定桩机为预警状态，输出报警，启动桩杆倾斜预警

桩机在X轴或Y轴倾角偏差大于±1°时，判定桩机为危险状态，桩杆S3倾角过大，

S3：判断倾斜象限，根据桩杆的状态自动匹配对应的电比例阀参数，其中，预警状态下，电缸移动速度匹配为低速，危险状态下电缸移动速度匹配为高速，

S4：根据电比例阀参数控制电缸移动速度，根据倾斜象限选择需要对应调整的支脚进行缩短或者伸长，

S5：倾角传感器采集调整后桩杆的倾斜角，PLC计算调整后的倾角偏差，将调整后的倾角偏差与安全偏差值进行对比，再次进行判断，

若为安全状态，自动调平完成，桩机准备打桩，

若为预警状态或者为危险状态，再次采集桩杆倾斜角度，并执行步骤S2至步骤S5。

8.一种工程桩机的自动调平方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：桩机行走过程中，四个支脚均始终处于伸缩状态，每行走一步并还没有开启下一步行走时，触地感应装置开始传输信号，同时，倾角传感器实时更新倾角数据并发送倾角数据给PLC控制器，

S2：PLC控制器计算倾角偏差，

桩机在X轴或Y轴的倾角偏差小于±5°，判定桩机为安全状态，自动调平完成，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差介于±5°和±9°之间时，判定桩机为预警状态，输出报警，启动桩杆倾斜预警，

桩机在X轴或Y轴倾角偏差大于±9°时，判定桩机为危险状态，桩杆S3倾角过大，

S3：判断倾斜象限，根据桩杆的状态自动匹配对应的电比例阀参数，其中，预警状态下，电缸移动速度匹配为低速，危险状态下电缸移动速度匹配为高速，

S4：根据电比例阀参数控制电缸移动速度，根据倾斜象限选择需要对应调整的支脚进行缩短或者伸长，

S5：倾角传感器采集调整后桩杆的倾斜角，PLC计算调整后的倾角偏差，将调整后的倾角偏差与安全偏差值进行对比，再次进行判断，

若为安全状态，自动调平完成，桩机继续行走，并边行走边循环调平步骤，直到桩机到达指定桩位，

若为预警状态或者为危险状态，再次采集桩杆倾斜角度，并执行步骤S2至步骤S5。

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