CN114351673B - 用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，确定打桩平台的移动轨迹；将移动轨迹分解为多个直线段和弧线段的组合；在直线段，各个顶推装置根据顶推距离和纠偏距离共同操作；在弧线段，以弧线段的圆心为圆心，圆心至各个顶推装置的距离作为半径做圆，以弧线段至圆心的距离与顶推装置至圆心的距离之比作为移动弧长，确定每个顶推装置的顶推距离和纠偏距离；以步履式顶推的方式沿着移动轨迹行走；通过以上步骤以步履式移动实现打桩平台的转向。实现以步履式移动的方式驱动打桩平台平移和转向，节约了设备，简化了施工工艺。而且能够大幅降低打桩平台失衡风险。

Description

用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法

技术领域

本发明涉及海上桩基施工领域，特别是一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法。

背景技术

桩顶支撑步履式移动打桩平台是一种用于海上桩基施工的平台，平台以已施工的沉桩桩基为基础，利用顶推定位装置进行移动，例如中国专利文献CN105421454A、CN106320332A、CN 107653858 A中所述的打桩平台及施工方法。该平台解决了外海涌浪地区桩基施工难的问题，提高了施工效率，减少了人工的劳动量。但上述的打桩平台只能完成直线移动，在进行如图7~12中的L型布置码头桩基施工中平台移动到转弯位置时，需先将打桩平台拆分至岸上，然后重新在平台前进方向的桩基上进行重新拼装，完成平台的转向。该转向方式繁琐耗时，且平台拆、装时均为海上作业，施工风险极大。CN112281839A记载了一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向系统及施工方法，通过设置转向系统的方案，实现了打桩平台转向，存在的问题是，需要设置额外的转向系统，增加了设备，而且在旋转过程中，整个打桩平台都落在转盘上，存在失衡的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，能够以步履式移动的方式实现打桩平台按预设轨迹移动和转向，能够减少设备，减少打桩平台的失衡风险。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，包括以下步骤：S1、在桩基的顶部设置多个顶推装置，将打桩平台吊装在顶推装置的顶部；

S2、确定打桩平台的移动轨迹；

S3、将移动轨迹分解为多个直线段和弧线段的组合；

S4、在直线段，各个顶推装置根据顶推距离和纠偏距离共同操作；

S5、在弧线段，以弧线段的圆心为圆心，圆心至各个顶推装置的距离作为半径做圆，以弧线段至圆心的距离与顶推装置至圆心的距离之比作为移动弧长，确定每个顶推装置的顶推距离和纠偏距离；

S6、以步履式顶推的方式沿着移动轨迹行走；

通过以上步骤以步履式移动实现打桩平台的转向。

优选的方案中，步骤S2中，以打桩平台的轮廓将移动轨迹扩展，验算移动路径中无干涉、无中心失衡。

优选的方案中，若出现干涉，则在移动轨迹增加背离干涉位置的直线段以避开干涉。

优选的方案中，若出现中心失衡，在打桩平台设置起吊装置，利用起吊装置移动配重确保平衡。

优选的方案中，步骤S4中，将移动轨迹直线段分解为顶推装置的顶推距离和纠偏距离，并对顶推装置的顶推距离和纠偏距离设置独立的行进速度，以确保移动轨迹拟合直线段。

优选的方案中，步骤S5中，将移动轨迹弧线段分解为顶推装置的顶推距离和纠偏距离，并对顶推装置的顶推距离和纠偏距离设置独立的基于微分的行进速度，以确保移动轨迹尽量拟合迹弧线。

优选的方案中，顶推装置的结构为：顶推底座固设在桩基顶部，顶推底座上设有顶升油缸，顶推底座上还设有顶推滑座，顶推油缸一端与顶推底座固定连接，顶推油缸另一端与顶推滑座连接，用于驱动顶推滑座滑动；

在顶推滑座上设有支承滑座，纠偏油缸一端与顶推滑座连接，纠偏油缸另一端与支承滑座连接，用于驱动支承滑座滑动；

顶推滑座与支承滑座的滑动方向垂直；

还设有监测顶推滑座和支承滑座滑动行程的传感器。

优选的方案中，顶推时，以支承滑座的位置作为原点，顶推油缸和纠偏油缸同时按照当前移动轨迹预设的方向和速度运行，推动顶推滑座和支承滑座运行，运动到位后，顶推油缸和纠偏油缸停止动作；

顶升油缸动作，将打桩平台顶升，打桩平台的底部脱离支承滑座；

顶推油缸和纠偏油缸动作使顶推滑座和支承滑座回到原点位置。

优选的方案中，顶推装置的结构为：顶推底座固设在桩基顶部，顶推底座上设有顶升油缸，顶推底座上还设有顶推滑座，顶推螺杆与顶推滑座连接，顶推螺杆还通过传动机构与顶推电机连接，顶推螺杆用于驱动顶推滑座滑动；

在顶推滑座上设有支承滑座，纠偏螺杆与支承滑座连接，纠偏螺杆还通过传动机构与纠偏电机连接，纠偏螺杆用于驱动支承滑座滑动；

顶推滑座与支承滑座的滑动方向垂直；

还设有监测顶推滑座和支承滑座滑动行程的传感器。

优选的方案中，顶推时，以支承滑座的位置作为原点，顶推螺杆和纠偏螺杆同时按照当前移动轨迹预设的方向和速度运行，推动顶推滑座和支承滑座运动，运动到位后，顶推油缸和纠偏油缸停止动作；

顶升油缸动作，将打桩平台顶升，打桩平台的底部脱离支承滑座；

顶推螺杆和纠偏螺杆动作使顶推滑座和支承滑座回到原点位置。

本发明提供了一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，通过采用在桩基上设置多个顶推装置，并配合集群微控制的方案，实现以步履式移动的方式驱动打桩平台平移和转向，节约了设备，简化了施工工艺。而且能够大幅降低打桩平台失衡风险。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构的主视示意图。

图2为本发明的俯视示意图。

图3为本发明中的顶推装置的俯视图。

图4为本发明中的顶推装置另一可选结构的主视图。

图5为本发明的第一施工流程图。

图6为本发明的第二施工流程图。

图7为本发明的第三施工流程图。

图8为本发明的第四施工流程图。

图9为本发明的第五施工流程图。

图10为本发明的第六施工流程图。

图11为本发明的移动轨迹的示意图。

图12为本发明的弧线段的顶推步骤分解示意图。

图中：打桩平台1，顶推装置2，顶推底座21，顶推油缸22，顶推滑座23，纠偏油缸24，支承滑座25，顶升油缸26，顶推电机201，纠偏电机202，顶推螺杆203，纠偏螺杆204，桩基3，导向架4，起吊装置5，配重6，码头7，打桩导轨8，连接杆9。

具体实施方式

实施例1：

如图1~12中，一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，包括以下步骤：S1、在桩基3的顶部设置多个顶推装置2，优选的，顶推装置2在桩基3的顶部成阵列布置，将打桩平台1吊装在顶推装置2的顶部；优选的，在打桩平台1上还设有起吊装置5和配重6，用于调整整个打桩平台1的重心。各个顶推装置2通过网络与工控机连接，通过工控机实现集群控制。

S2、确定打桩平台1的移动轨迹；

优选的方案中，以打桩平台1的轮廓将移动轨迹扩展，验算移动路径中无干涉、无中心失衡。

优选的方案中，若出现干涉，则在移动轨迹增加背离干涉位置的直线段以避开干涉。如图11中所示，在移动轨迹中增加了直线段以避免因旋转产生的干涉位置。

优选的方案中，若出现中心失衡，在打桩平台1设置起吊装置5，利用起吊装置5移动配重6确保平衡。

S3、将移动轨迹分解为多个直线段和弧线段的组合；如图11中所示，由此方案，大幅简化了控制算法，避免出现曲线拟合误差较大的情形。本例中的直线段包括水平线段、垂直线段和斜线段。

S4、在直线段，各个顶推装置2根据顶推距离和纠偏距离共同操作；即在直线段时，各个顶推装置2的顶推距离和纠偏距离相同，而且顶推油缸22或顶推螺杆203的运行速度相同，纠偏油缸24或纠偏电机202的运行速度相同。

优选的方案中，将移动轨迹直线段分解为顶推装置2的顶推距离和纠偏距离，并对顶推装置2的顶推距离和纠偏距离设置独立的行进速度，以确保移动轨迹拟合直线段。本例中的直线段包括水平线段、垂直线段和斜线段。在水平线段中，纠偏油缸24的移动距离为零，支承滑座25相对于顶推滑座23的移动距离为零，在垂直线段中，顶推油缸22的移动距离为零，即顶推滑座23相对于顶推底座21的移动距离为零。在斜线段中，被分解为顶推滑座23的移动距离和支承滑座25的移动距离，且具有匹配的速度以拟合斜线段。具体的，当顶推滑座23的移动距离大于支承滑座25的移动距离，则顶推滑座23的移动速度更快。各个顶推滑座23的移动速度相同，各个支承滑座25的移动速度相同。

S5、如图8中所示，在弧线段，以弧线段的圆心为圆心，圆心至各个顶推装置2的距离作为半径做圆，以弧线段至圆心的距离与顶推装置2至圆心的距离之比作为移动弧长，即越是靠近弧线段的圆心的顶推装置2，弧线段的弧长越短。确定每个顶推装置2的顶推距离和纠偏距离；优选的方案如图12中所示，将移动轨迹弧线段分解为顶推装置2的顶推距离和纠偏距离，并对顶推装置2的顶推距离和纠偏距离设置独立的基于微分的行进速度，以确保移动轨迹尽量拟合迹弧线。在本例中，顶推滑座23和支承滑座25的移动速度并非匀速运动，根据弧线段的具体形状，将弧线段进行微分，并分解为顶推分量和纠偏分量，在宏观上，顶推速度和纠偏为变速运动。

S6、以步履式顶推的方式沿着移动轨迹行走；

通过以上步骤以步履式移动实现打桩平台的转向。

优选的方案如图3中，顶推装置2的结构为：顶推底座21固设在桩基3顶部，顶推底座21上设有顶升油缸26，顶推底座21上还设有顶推滑座23，顶推油缸22一端与顶推底座21固定连接，顶推油缸22另一端与顶推滑座23连接，用于驱动顶推滑座23滑动；

在顶推滑座23上设有支承滑座25，纠偏油缸24一端与顶推滑座23连接，纠偏油缸24另一端与支承滑座25连接，用于驱动支承滑座25滑动；

顶推滑座23与支承滑座25的滑动方向垂直；

本例中，纠偏油缸24相对布置，对向顶推。

还设有监测顶推滑座23和支承滑座25滑动行程的传感器。该方案具有运动部件结构占用空间较小，结构简单的优势。但是基于液压缸的控制难度较高。需要对纠偏油缸24和纠偏油缸24的电磁阀进行精确的脉冲控制。本例中的传感器采用磁致伸缩位移传感器或磁栅位移传感器，通过检测活塞的行程获取顶推滑座23和支承滑座25的滑动行程。

优选的方案中，顶推时，以支承滑座25的位置作为原点，顶推油缸22和纠偏油缸24同时按照当前移动轨迹预设的方向和速度运行，推动顶推滑座23和支承滑座25运行，运动到位后，顶推油缸22和纠偏油缸24停止动作；

顶升油缸26动作，将打桩平台1顶升，打桩平台1的底部脱离支承滑座25；

顶推油缸22和纠偏油缸24动作，即顶推油缸22活塞杆收回使顶推滑座23回到原点位置，一侧的纠偏油缸24活塞杆收回，而对侧的纠偏油缸24活塞杆伸出使支承滑座25回到原点位置。

实施例2：

与实施例1中不同的，优选的方案如图4中，顶推装置2的结构为：顶推底座21固设在桩基3顶部，顶推底座21上设有顶推螺杆203，顶推底座21上还设有顶推滑座23，顶推螺杆203与顶推滑座23连接，顶推螺杆203还通过传动机构与顶推电机201连接，具体的顶推电机201通过齿轮组与螺母连接，螺母与顶推螺杆203螺纹连接，螺母可转动的固定在顶推底座21上，通过顶推电机201驱动螺母转动，从而驱动顶推螺杆203伸缩，顶推螺杆203用于驱动顶推滑座23滑动；

在顶推滑座23上设有支承滑座25，纠偏螺杆204与支承滑座25连接，纠偏螺杆204还通过传动机构与纠偏电机202连接，纠偏电机202通过齿轮组与纠偏螺母连接，纠偏螺母可转动的固定在顶推滑座23上，纠偏电机202驱动纠偏螺母转动，纠偏螺母带动纠偏螺杆204伸缩，纠偏螺杆204用于驱动支承滑座25滑动；优选的，纠偏螺杆204采用对侧相对布置的结构，如图4中所示。

顶推滑座23与支承滑座25的滑动方向互相垂直；

还设有监测顶推滑座23和支承滑座25滑动行程的传感器。本例中的传感器采用霍尔传感器，通过监测纠偏电机202的转角获得纠偏螺杆204的行程。或者传感器采用编码器传感器，通过监测传动机构中某个的轴的转角获得纠偏螺杆204的行程。

优选的方案中，顶推时，以支承滑座25的位置作为原点，顶推螺杆203和纠偏螺杆204同时按照当前移动轨迹预设的方向和速度运行，推动顶推滑座23和支承滑座25运动，运动到位后，顶推油缸22和纠偏油缸24停止动作；

顶升油缸26动作，将打桩平台1顶升，打桩平台1的底部脱离支承滑座25；

顶推螺杆203和纠偏螺杆204的伸缩动作使顶推滑座23和支承滑座25回到原点位置。本例的优势在于更容易获得精确控制，与液压油相比，顶推电机201和纠偏电机202的转角更容易精确控制，尤其是大规模集群控制条件下，采用电机控制的控制难度更低。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，其特征是包括以下步骤：S1、在桩基（3）的顶部设置多个顶推装置（2），将打桩平台（1）吊装在顶推装置（2）的顶部；

顶推装置（2）的结构为：顶推底座（21）固设在桩基（3）顶部，顶推底座（21）上设有顶升油缸（26），顶推底座（21）上还设有顶推滑座（23），顶推油缸（22）一端与顶推底座（21）固定连接，顶推油缸（22）另一端与顶推滑座（23）连接，用于驱动顶推滑座（23）滑动；

在顶推滑座（23）上设有支承滑座（25），纠偏油缸（24）一端与顶推滑座（23）连接，纠偏油缸（24）另一端与支承滑座（25）连接，用于驱动支承滑座（25）滑动；

顶推滑座（23）与支承滑座（25）的滑动方向垂直；

还设有监测顶推滑座（23）和支承滑座（25）滑动行程的传感器；

S2、确定打桩平台（1）的移动轨迹；

S3、将移动轨迹分解为多个直线段和弧线段的组合；

S4、在直线段，各个顶推装置（2）根据顶推距离和纠偏距离共同操作；

步骤S4中，将移动轨迹直线段分解为顶推装置（2）的顶推距离和纠偏距离，并对顶推装置（2）的顶推距离和纠偏距离设置独立的行进速度，以确保移动轨迹拟合直线段；

S5、在弧线段，以弧线段的圆心为圆心，圆心至各个顶推装置（2）的距离作为半径做圆，以弧线段至圆心的距离之比作为移动弧长，确定每个顶推装置（2）的顶推距离和纠偏距离；

步骤S5中，将移动轨迹弧线段分解为顶推装置（2）的顶推距离和纠偏距离，并对顶推装置（2）的顶推距离和纠偏距离设置独立的基于微分的行进速度，以确保移动轨迹尽量拟合迹弧线；

S6、以步履式顶推的方式沿着移动轨迹行走；

顶推时，以支承滑座（25）的位置作为原点，顶推油缸（22）和纠偏油缸（24）同时按照当前移动轨迹预设的方向和速度运行，推动顶推滑座（23）和支承滑座（25）运行，运动到位后，顶推油缸（22）和纠偏油缸（24）停止动作；

顶升油缸（26）动作，将打桩平台（1）顶升，打桩平台（1）的底部脱离支承滑座（25）；

顶推油缸（22）和纠偏油缸（24）动作使顶推滑座（23）和支承滑座（25）回到原点位置；

通过以上步骤以步履式移动实现打桩平台的转向。

2.根据权利要求1所述的一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，其特征是：步骤S2中，以打桩平台（1）的轮廓将移动轨迹扩展，验算移动路径中无干涉、无中心失衡。

3.根据权利要求1所述的一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，其特征是：若出现干涉，则在移动轨迹增加背离干涉位置的直线段以避开干涉。

4.根据权利要求1所述的一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，其特征是：若出现中心失衡，在打桩平台（1）设置起吊装置（5），利用起吊装置（5）移动配重（6）确保平衡。

5.根据权利要求1所述的一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，其特征是：顶推装置（2）的结构为：顶推底座（21）固设在桩基（3）顶部，顶推底座（21）上设有顶推螺杆（203），顶推底座（21）上还设有顶推滑座（23），顶推螺杆（203）与顶推滑座（23）连接，顶推螺杆（203）还通过传动机构与顶推电机（201）连接，顶推螺杆（203）用于驱动顶推滑座（23）滑动；

在顶推滑座（23）上设有支承滑座（25），纠偏螺杆（204）与支承滑座（25）连接，纠偏螺杆（204）还通过传动机构与纠偏电机（202）连接，纠偏螺杆（204）用于驱动支承滑座（25）滑动；

顶推滑座（23）与支承滑座（25）的滑动方向垂直；

还设有监测顶推滑座（23）和支承滑座（25）滑动行程的传感器。

6.根据权利要求5所述的一种用于桩顶支撑步履式移动打桩平台的转向控制方法，其特征是：顶推时，以支承滑座（25）的位置作为原点，顶推螺杆（203）和纠偏螺杆（204）同时按照当前移动轨迹预设的方向和速度运行，推动顶推滑座（23）和支承滑座（25）运动，运动到位后，顶推油缸（22）和纠偏油缸（24）停止动作；

顶升油缸（26）动作，将打桩平台（1）顶升，打桩平台（1）的底部脱离支承滑座（25）；

顶推螺杆（203）和纠偏螺杆（204）动作使顶推滑座（23）和支承滑座（25）回到原点位置。