CN113790193B - 一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统，系统包括工作液压回路；在液压泵处安装驱动电机；在振动锤马达的进油口管路上安装压力传感器和进油流量传感器，多功能数据采集系统将压力传感器与进油流量传感器采集到的信号处理后传送至计算机，计算机过放大器控制电磁开关阀与驱动电机。压力传感器与进油流量传感器实时获取振动锤马达的进油口管路中的压力信号和流量信号，对压力信号与流量信号分别处理得到振动锤的频率参数，将上述两个振动锤的频率参数处理后得到振动锤的最终频率参数。无需在液压振动锤体上加装额外传感器或改变锤体结构，仅油口管路上安装流量传感器与压力传感器，实现了实时检测，可以准确地获取振动频率。

Description

一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统及方法

技术领域

本发明涉及桩工机械技术领域，特别是指一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统及方法。

背景技术

液压振动锤由液压马达驱动，锤体内对称安装的偏心块的旋转产生振动激励，具有清洁、高效、噪音低、动力强等优点，广泛应用于建筑、海岸工程等领域的打桩施工。根据施工地不同要求和土质特点，可打钢板桩、混凝土桩等预制桩。液压振动锤工作过程中，通过预制桩向下传递振动，振动将周围土壤液化，进而在预制桩上施加下压力，实现向下打桩。而桩体周围土壤的液化效果与打桩过程中的振动频率密切相关，因此，振动锤的振动频率在打桩过程中发挥着关键的作用。然而，由于施工中土质、打桩深度等条件不断变化，并且预制桩的材料各有不同，施工过程中必须不断调节液压振动锤的振动频率才能达到最快打桩速度。因此液压振动锤振动频率的精确检测成为液压振动锤试验测试和打桩控制过程中的首要问题。

液压振动锤的振动来源于锤体内偏心块旋转产生的激励，属于受迫振动，其振动频率与驱动马达的转速直接相关。因此，一方面可以通过检测液压马达转速实现液压振动锤的频率检测，另一方面可以通过锤体的振动频率来直接获取液压振动锤的振动频率。通过检测液压马达转速实现频率检测的方法，需要在液压马达选型或安装时增加转速传感器，在液压马达处内置或在外部安装旋转编码器，进而通过液压马达转速、锤体偏心块之间的动力学特性与锤体振动频率的关系，获取振动锤的振动频率。该方法需要在设计过程中提前考虑，无法后期加装，并且由于振动锤的恶劣工况，在液压马达上增加的传感器易出现故障，可靠性不高。通过检测锤体振动直接获取振动频率的方法，需要在锤体上安装振动加速度传感器，获取锤体在垂向方向的振动加速度信号，然后通过滤波、频谱分析等数据处理手段，获取锤体的振动频率。该方法在试验测试阶段可获取准确的结果，但是由于需要在锤体上安装振动加速度传感器，其安装与长时间工作的可靠性均无法保障，因此不适用于打桩工作过程中。

发明内容

本发明提供了一种基于进油压力信号的振动锤频率检测方法，现有的检测系统和方法具有以下问题，检测液压马达转速实现液压振动锤的频率检测在设计过程中提前考虑，无法后期加装，传感器易出现故障，可靠性不高；锤体的振动频率检测方法，安装与长时间工作的可靠性均无法保障，不适用于打桩工作过程中。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

本发明实施例提供一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统，包括由液压油箱、液压泵、电磁开关阀和振动锤马达依次连接形成的工作液压回路；在所述液压泵处安装驱动电机；

在所述振动锤马达的进油口管路上安装压力传感器和进油流量传感器，所述压力传感器与所述进油流量传感器连接多功能数据采集系统，所述多功能数据采集系统与计算机连接，所述多功能数据采集系统将所述压力传感器与所述进油流量传感器采集到的信号处理后传送至所述计算机，所述计算机将控制策略通过放大器控制所述电磁开关阀与所述驱动电机。

优选地，在所述振动锤马达的回油口管路上安装有回油流量传感器。

优选地，所述控制策略包括控制所述驱动电机转速调节所述液压泵的转速，进而调节振动锤马达的转速。

优选地，所述振动锤频率检测系统还包括溢流阀，在所述液压泵的出口处安装溢流阀，形成安全溢流回路。

优选地，所述液压泵的压力油出口与所述振动锤马达的进油口的油管距离小于25m。

优选地，所述进油流量传感器、所述压力传感器至振动锤马达的进油口的安装距离小于5m。

一种基于进油压力信号的振动锤频率检测方法，所述振动锤频率检测方法包括：

安装振动锤频率检测系统；

所述压力传感器与所述进油流量传感器实时获取所述振动锤马达的进油口管路中的压力信号和流量信号，对所述压力信号处理得到振动锤的频率参数，对所述流量信号得到振动锤的频率参数，将上述两个振动锤的频率参数处理后得到振动锤的最终频率参数。

优选地，所述压力传感器与所述进油流量传感器实时获取所述振动锤马达的进油口管路中的压力信号和流量信号，所述回油流量传感器实时获取所述振动锤马达的回油口管路中的流量信号，将所述振动锤马达的进油口管路中的压力信号与流量信号、所述振动锤马达的回油口管路中的流量信号和驱动液压马达排量处理后得到振动锤的最终频率参数。

优选地，所述计算机控制所述驱动电机转速调节液压马达的转速，获得不同工作状态下的所述振动锤的最终频率参数。

优选地，将所述振动锤马达的进油口管路中的压力信号与流量信号、所述振动锤马达的回油口管路中的流量信号和驱动液压马达排量处理后得到液压马达转速，根据所述液压马达转速得到所述振动锤的最终频率参数。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

上述方案中，振动锤频率检测系统及方法实现了液压振动锤频率的实时检测；无需在液压振动锤体上加装额外传感器或改变锤体结构，仅油口管路上安装流量传感器与压力传感器，连接数据采集设备以及计算机，结合数据处理算法即可实现振动频率的实时检测；根据需要可在试验测试台上和现场工作中使用，具有结构简单、安装方便、可靠性高、实时性好等优势；可以准确地获取振动频率有利于提高液压振动锤的工作效率，提高打桩速度。

附图说明

图1为本发明的基于进油压力信号的振动锤频率检测系统的示意图；

图2为本发明的基于进油压力信号的振动锤频率检测系统的实施方案示意图；

图3为采用本发明的基于进油压力信号的振动锤频率检测方法现场测试获取的压力信号时域图和频域图。

附图标记：

1、液压油箱；2、溢流阀；3、液压泵；4、驱动电机；5、电磁开关阀；6、进油流量传感器；7、压力传感器；8、振动锤马达；9、振动锤体；10、多功能数据采集系统；11、计算机；12、放大器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1～图3所示的，实施例一，本实施例提供了一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统，包括由液压油箱1、液压泵3、电磁开关阀5和振动锤马达8依次连接形成的工作液压回路；在液压泵3处安装驱动电机4；在振动锤马达8的进油口管路上安装压力传感器7和进油流量传感器6，压力传感器7与进油流量传感器6连接多功能数据采集系统10，多功能数据采集系统10与计算机11连接，多功能数据采集系统10将压力传感器7与进油流量传感器6采集到的信号处理后传送至计算机11，计算机11将控制策略通过放大器12控制电磁开关阀5与驱动电机4。本实施例的振动锤频率检测系统实现了液压振动锤频率的实时检测；无需在液压振动锤体9上加装额外传感器或改变锤体结构，仅油口管路上安装流量传感器与压力传感器7，连接数据采集设备以及计算机11，结合数据处理算法即可实现振动频率的实时检测；根据需要可在试验测试台上和现场工作中使用，具有结构简单、安装方便、可靠性高、实时性好等优势；可以准确地获取振动频率有利于提高液压振动锤的工作效率，提高打桩速度。

在本实施例的振动锤频率检测系统中，控制策略包括控制驱动电机4转速调节液压泵3的转速，进而调节振动锤马达8的转速。具体地，计算机11通过放大器12控制驱动电机4转速，改变液压泵3的出油口流量，进而改变振动锤马达8的进油口流量，对流量信号与压力信号分别进行处理获取振动锤的振动频率，实时显示振动锤的频率参数，再对两个振动锤的频率参数处理得到振动锤的最终频率参数，实时显示振动锤的最终频率参数。

在本实施例的振动锤频率检测系统中，振动锤频率检测系统还包括溢流阀2，在液压泵3的出口处安装溢流阀2，形成安全溢流回路。液压泵3的压力油出口与振动锤马达8的进油口的油管距离小于25m。进油流量传感器6、压力传感器7至振动锤马达8的进油口的安装距离小于5m。溢流阀2设定压力为振动锤马达8的最高工作压力。

具体地，本实施例的振动锤频率检测系统液压油箱1、液压泵3、电磁开关阀5与振动锤马达8，形成工作基本液压回路；液压泵3的出口同时与溢流阀2相连，形成系统安全溢流回路；流量传感器、压力传感器7、多功能数据采集系统10与计算机11形成数据采集回路，可实现液压振动锤工作参数的实时记录和显示；驱动电机4、电磁开关阀5、放大器12与计算机11形成液压振动锤驱动马达调节回路，可实现振动锤振动频率的实时调节。

实施例二，本实施例提供了一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统，在实施例一的基础上增加了回油流量传感器，在振动锤马达8的回油口管路上安装有回油流量传感器。根据振动锤马达8的进油口管路中的压力信号与流量信号、振动锤马达8的回油口管路中的流量信号和驱动液压马达排量处理后得到振动锤的最终频率参数。本实施例的振动锤频率检测系统实现了液压振动锤频率的实时检测；无需在液压振动锤体9上加装额外传感器或改变锤体结构，仅油口管路上安装流量传感器与压力传感器7，连接数据采集设备以及计算机11，结合数据处理算法即可实现振动频率的实时检测；根据需要可在试验测试台上和现场工作中使用，具有结构简单、安装方便、可靠性高、实时性好等优势；可以准确地获取振动频率有利于提高液压振动锤的工作效率，提高打桩速度。

实施例三，本实施例提供了一种基于进油压力信号的振动锤频率检测方法，振动锤频率检测方法包括：安装实施一的振动锤频率检测系统；压力传感器7与进油流量传感器6实时获取振动锤马达8的进油口管路中的压力信号和流量信号，对压力信号处理得到振动锤的频率参数，对流量信号得到振动锤的频率参数，将上述两个振动锤的频率参数处理后得到振动锤的最终频率参数。本实施例的振动锤频率检测方法实现了液压振动锤频率的实时检测。本实施例的振动锤频率检测方法实现了液压振动锤频率的实时检测；无需在液压振动锤体9上加装额外传感器或改变锤体结构，仅油口管路上安装流量传感器与压力传感器7，连接数据采集设备以及计算机11，结合数据处理算法即可实现振动频率的实时检测；根据需要可在试验测试台上和现场工作中使用，具有结构简单、安装方便、可靠性高、实时性好等优势；可以准确地获取振动频率有利于提高液压振动锤的工作效率，提高打桩速度。

本实施例的振动锤频率检测方法，计算机11控制驱动电机4转速调节液压马达的转速，获得不同工作状态下的振动锤的最终频率参数。计算机11通过放大器12控制驱动电机4转速，改变液压泵3的出油口流量，计算机11控制电磁开关阀5，进而改变振动锤马达8的进油口流量，对流量信号与压力信号分别进行频率特性分析，获得振动锤的频率参数，实时显示振动锤的频率参数，再对两个振动锤的频率参数处理得到振动锤的最终频率参数，实时显示振动锤的最终频率参数。通过控制驱动电机4的转速，调节振动锤马达8的转速，实现对振动锤的性能调节或控制。具体地，可以将流量信号与压力信号进行短时傅里叶变换，分析进油压力的频率特性，再根据振动锤体9的动力学特性，获取振动锤体9的最终振动频率。

本实施例的基于进油压力信号的振动锤频率检测方法的工作过程如下：

驱动电机4带动液压泵3，从液压泵3出油口向系统提供压力油，并通过电磁开关阀5控制振动锤马达8进油口的压力油通断，根据使用要求，计算机11向放大器12发送控制信号，由放大器12控制驱动电机4，调节电机转速，进而控制驱动马达的转速，调节液压振动锤的工作状态，在工作过程中通过流量传感器和压力传感器7采集振动锤马达8的流量信息和压力信息，通过多功能数据采集系统10采集流量和压力信号，并输入至计算机11进行数据分析，通过流量数据和压力数据的短时傅里叶变换，分析获取振动锤的频率参数，即进油压力的频率特性，根据振动锤体9的动力学特性，获取振动锤的最终频率参数，即振动锤体9的振动频率。

实施例四，本实施例提供了一种基于进油压力信号的振动锤频率检测方法，振动锤频率检测方法包括：安装实施二的振动锤频率检测系统；压力传感器7与进油流量传感器6实时获取振动锤马达8的进油口管路中的压力信号和流量信号，回油流量传感器实时获取振动锤马达8的回油口管路中的流量信号，将振动锤马达8的进油口管路中的压力信号与流量信号、振动锤马达8的回油口管路中的流量信号和驱动液压马达排量处理后得到振动锤的最终频率参数。具体地，将振动锤马达8的进油口管路中的压力信号与流量信号、振动锤马达8的回油口管路中的流量信号和驱动液压马达排量处理后得到液压马达转速，根据液压马达转速得到振动锤的最终频率参数。驱动液压马达排量为已知条件，无需测量。本实施例的振动锤频率检测方法实现了液压振动锤频率的实时检测；无需在液压振动锤体9上加装额外传感器或改变锤体结构，仅油口管路上安装流量传感器与压力传感器7，连接数据采集设备以及计算机11，结合数据处理算法即可实现振动频率的实时检测；根据需要可在试验测试台上和现场工作中使用，具有结构简单、安装方便、可靠性高、实时性好等优势；可以准确地获取振动频率有利于提高液压振动锤的工作效率，提高打桩速度。

本实施例的基于进油压力信号的振动锤频率检测方法的工作过程在实施例三的工作过程基础上，多功能数据采集系统10采集振动锤马达8的进油口管路中的压力信号与流量信号、振动锤马达8的回油口管路中的流量信号，并输入至计算机11内，计算机11再加上驱动液压马达排量，对四种数据进行分析，获取振动锤的最终频率参数。

图3中(a)为进油压力信号时域图，(b)为进油流量信号时域图，(c)为进油压力信号频谱图。如图3压力信号时域及频域图所示，未发生强烈自激振荡时，时域压力波动幅值及频域频率值均较小。由此可知，本发明的基于进油压力信号的振动锤频率检测方法检测精度高，可以准确地获取振动频率有利于提高液压振动锤的工作效率，提高打桩速度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于进油压力信号的振动锤频率检测系统，其特征在于，包括由液压油箱、液压泵、电磁开关阀和振动锤马达依次连接形成的工作液压回路；在所述液压泵处安装驱动电机；

在所述振动锤马达的进油口管路上安装压力传感器和进油流量传感器，所 述压力传感器与所述进油流量传感器连接多功能数据采集系统，所述多功能数据采集系统与计算机连接，压力传感器与进油流量传感器实时获取振动锤马达的进油口管路中的压力信号和流量信号，对压力信号处理得到振动锤的频率参数，对流量信号得到振动锤的频率参数，将上述两个振动锤的频率参数处理后得到振动锤的最终频率参数；所述多功能数据采集系统将所述压力传感器与所 述进油流量传感器采集到的信号处理后传送至所述计算机，所述计算机将控制策略通过放大器控制所述电磁开关阀与所述驱动电机；所述控制策略包括控制所述驱动电机转速调节所述液压泵的转速，进而调节振动锤马达的转速；

在所述振动锤马达的回油口管路上安装有回油流量传感器；所述振动锤频率检测系统还包括溢流阀，在所述液压泵的出口处安装溢流 阀，形成安全溢流回路；所述液压泵的压力油出口与所述振动锤马达的进油口的油管距离小于25m；所述进油流量传感器、所述压力传感器至振动锤马达的进油口的安装距离小于 5m。

2.一种基于进油压力信号的振动锤频率检测方法，其特征在于，所述振动锤频率检测方法包括：安装如权利要求 1所述的振动锤频率检测系统；所述压力传感器与所述进油流量传感器实时获取所述振动锤马达的进油口管路中的压力信号和流量信号，对所述压力信号处理得到振动锤的频率参 数，对所述流量信号得到振动锤的频率参数，将上述两个振动锤的频率参数处理后得到振动锤的最终频率参数；

所述计算机控制所述驱动电机转速调节振动锤马达的转速，获得不同工作状态下的所述振动锤的最终频率参数。

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