CN115094888A - 一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统及其控制方法，包括液压电控系统和设置于打桩船主甲板上的主油缸、副油缸和后托架，桩架通过底部外侧设置的转轴转动连接在打桩船上，桩架下部倾斜设置有液压缸滑轨，主油缸的一端通过耳板转动连接在打桩船主甲板靠近桩架的一端，主油缸的另一端滑动连接在液压缸滑轨上，副油缸均设置在主甲板上主油缸的内侧，油缸的伸缩端顶在桩架底部内侧的两端，后托架设置在打桩船主甲板的另一端，本发明采用主油缸主导、副油缸随动的不等压工作方式，以非等压系统设计理念与液压电控系统相配合，降低了单液压缸驱动下的安全风险，能够有效降低作业人员的操作难度，充分保证各液压缸负载分配合理并安全可靠运行。

Description

一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及打桩船领域，尤其涉及一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统及其控制方法。
背景技术
打桩设备广泛应用于建筑、施工行业，主要作用是将钢柱深深地插入土层中，为上部建筑物提供坚实可靠的支撑，钢柱一般被打桩船垂直地敲打插入土层，常规打桩船多采用单根液压缸实现打桩船桩架的顶升和放倒操作，随着打桩船不断向大型化发展，桩架自重及吊重负载也越来越大，单液压缸顶升桩架系统对液压缸的能力要求越来越高，相应的液压缸制造难度和采购成本也大幅度提高，传统的单液压缸模式已不适应当前大型打桩船及其桩架自重发展需要，而且传统驱动系统无预警机制，使用中存在较大的安全风险，数字化程度较低、自动控制程度较低，人员投入较多。
发明内容
本发明为解决上述问题提供了一种大型打桩船桩架多缸联动驱动系统及其控制方法。
本发明所采取的技术方案：
一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统，包括液压电控系统和设置于打桩船主甲板上的主油缸、副油缸和后托架，桩架通过底部外侧设置的转轴转动连接在打桩船上，桩架下部倾斜设置有液压缸滑轨，主油缸的一端通过耳板转动连接在打桩船主甲板靠近桩架的一端，主油缸的另一端滑动连接在液压缸滑轨上，副油缸均设置在主甲板上主油缸的内侧，副油缸的伸缩端顶在桩架底部内侧的两端，后托架设置在打桩船主甲板的另一端，后托架可支撑住桩架的上部，打桩船的主甲板上靠近副油缸处转动设置有支撑架，液压电控系统包括控制模块、液压泵、控制阀、溢流阀、压力传感器、桩架角度传感器、液压缸行程传感器、液压油箱和液压油在线检测保养系统，主油缸和副油缸均通过管路与液压油箱连接，管路上连接有控制阀和液压泵，主油缸底部安装桩架角度传感器，主油缸和副油缸顶部安装液压缸行程传感器，副油缸底部设置压力传感器，主油缸顶部和底部均设置溢流阀，副油缸底部设置溢流阀，液压油箱上连接液压油在线检测保养系统，控制模块与液压泵、控制阀、溢流阀、压力传感器、桩架角度传感器和液压缸行程传感器电连接。
所述的副油缸包括对称分布在打桩船主甲板左右两侧的左副油缸和右副油缸。
所述的控制模块包括阀控放大板和泵控放大板。
所述的副油缸为伸缩式二级油缸。
一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统的控制方法，其步骤为：
第一步：当系统控制模块接到桩架操作运行指令后，控制阀通电并开始工作；
第二步：系统控制模块获取开锁反馈压力后，确认开锁完成；
第三步：开锁操作完成后，阀控放大板和泵控放大板输出电流；
第四步：每个泵控放大板的输出比例等于控制模块的输出比例，阀控放大板为双向输出，用于控制主油缸和副油缸运动方向，输出比例大于对应泵控放大板输出比例20%，控制油缸运动方向和速度；
第五步：泵控放大板和阀控放大板完成输出操作后，液压泵内的泄压电磁阀断电，液压管路起压；
第六步：三缸联动运行阶段。
所述的第六步中三缸联动运行阶段的具体步骤为：
a.三缸联合驱动过程中，主油缸始终主导伸出或收回；
b.左副油缸和右副油缸同向同速随动，副油缸第一级活塞杆伸出或收回，通过副油缸底部的高压溢流阀设定压力190bar限定副油缸负荷；
c.当副油缸第二级活塞杆伸出，桩架角度接近副油缸压杆稳定极限时，根据桩架角度传感器数据，控制模块启动副油缸底部的低压溢流阀工作，设定压力120bar并限定副油缸负荷，保护副油缸第二级活塞杆受力安全，同时利用液压缸行程传感器监控活塞杆伸出的长度提高安全冗余；
d.通过以上控制流程，三缸联动驱动系统可完成桩架起升或放倒作业。
本发明的有益效果：本发明采用1根主油缸和2根副油缸联合驱动，能够大大降低船舶对液压缸能力的要求，降低了单液压缸驱动下的安全风险，采用主油缸主导、副油缸随动的不等压工作方式，以非等压系统设计理念与液压电控系统相配合，能够有效降低作业人员的操作难度，充分保证多缸联动系统中各液压缸负载分配合理并安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的主油缸液压电控系统布置图。
图3为本发明的副油缸液压电控系统布置图。
图4为本发明工作流程框架图。
其中：1-主油缸；2-副油缸；21-左副油缸；22-右副油缸；3-液压缸滑轨；4-支撑架；5-后托架；6-桩架；7-打桩船；8-控制阀；9-溢流阀；10-压力传感器；11-桩架角度传感器；12-液压缸行程传感器；13-液压泵；14-液压油在线检测保养系统；15-液压油箱。
具体实施方式
一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统，包括液压电控系统和设置于打桩船7主甲板上的主油缸1、副油缸2和后托架5，桩架6通过底部外侧设置的转轴转动连接在打桩船7上，桩架6下部倾斜设置有液压缸滑轨3，主油缸1的一端通过耳板转动连接在打桩船7主甲板靠近桩架6的一端，主油缸1的另一端滑动连接在液压缸滑轨3上，副油缸2均设置在主甲板上主油缸1的内侧，副油缸2的伸缩端顶在桩架6底部内侧的两端，后托架5设置在打桩船7主甲板的另一端，后托架5可支撑住桩架6的上部，打桩船7的主甲板上靠近副油缸2处转动设置有支撑架4，液压电控系统包括控制模块、液压泵13、控制阀8、溢流阀9、压力传感器10、桩架角度传感器11、液压缸行程传感器12、液压油箱15和液压油在线检测保养系统14，主油缸1和副油缸2通过管路与液压油箱15连接，管路上连接有控制阀8、溢流阀9、压力传感器10和液压泵13，主油缸1上安装桩架角度传感器11和液压缸行程传感器12，副油缸2上安装液压缸行程传感器12，液压油箱15上连接液压油在线检测保养系统14，控制模块与液压泵13、控制阀8、溢流阀9、压力传感器10、桩架角度传感器11和液压缸行程传感器12电连接。
所述的副油缸2包括对称分布在打桩船7主甲板左右两侧的左副油缸21和右副油缸22。
所述的控制模块包括阀控放大板和泵控放大板。
所述的副油缸2为伸缩式二级油缸。
一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统的控制方法，其步骤为：
第一步：当系统控制模块接到桩架操作运行指令后，控制阀8通电并开始工作；
第二步：系统控制模块获取开锁反馈压力后，确认开锁完成；
第三步：开锁操作完成后，阀控放大板和泵控放大板输出电流；
第四步：每个泵控放大板的输出比例等于控制模块的输出比例，阀控放大板为双向输出，用于控制主油缸1和副油缸2运动方向，输出比例大于对应泵控放大板输出比例20%，控制油缸运动方向和速度；
第五步：泵控放大板和阀控放大板完成输出操作后，液压泵内的泄压电磁阀断电，液压管路起压；
第六步：三缸联动运行阶段。
所述的第六步中三缸联动运行阶段的具体步骤为：
a.三缸联合驱动过程中，主油缸1始终主导伸出或收回；
b.左副油缸21和右副油缸22同向同速随动，副油缸2第一级活塞杆伸出或收回通过副油缸2底部的高压溢流阀9设定压力190bar限定副油缸2负荷；
c.当副油缸2第二级活塞杆伸出，桩架6角度接近副油缸2压杆稳定极限时，根据桩架角度传感器11数据，控制模块启动副油缸2底部的低压溢流阀9工作，设定压力120bar并限定副油缸2负荷，保护副油缸2第二级活塞杆受力安全，同时利用液压缸行程传感器12监控活塞杆伸出的长度提高安全冗余；
d.通过以上控制流程，三缸联动驱动系统可完成桩架起升或放倒作业，采用主油缸1主导、副油缸2随动的不等压工作方式，选用非等压系统与液压电控系统相配合，能够有效降低作业人员的操作难度，同时降低了单液压缸驱动下的安全风险，三缸联合驱动的过程中通过液压油在线检测保养系统14在线监测、保养管理液压油，能够有效提高油液洁净度，延长液压油总体寿命约30%以上，减少液压系统内部磨降低故障率可达15%以上，从而有效保证系统运行的稳定性和实时状态监控。
液压油的品质能够有效反应液压系统的运行状态，全过程监测管理能够及时发现系统问题并防止问题的进一步扩大，能够实时监测油品中水分、杂质的含量以及变化情况，指导作业人员了解系统运行状态并及时发现和解决问题。
该技术方案已在国内最大140m级超大型专用打桩船上投入使用，目前使用情况良好，系统安全预警功能及液压油在线监测保养管理功能应用良好且效果明显，充分表明该技术方案的驱动系统及控制流程能够有效地实现大型打桩架作业过程的自动化控制和全过程监测管理，具有极大的推广应用价值。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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装置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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统，其特征在于，包括液压电控系统和设置于打桩船（7）主甲板上的主油缸（1）、副油缸（2）和后托架（5），桩架（6）通过底部外侧设置的转轴转动连接在打桩船（7）上，桩架（6）下部倾斜设置有液压缸滑轨（3），主油缸（1）的一端通过耳板转动连接在打桩船（7）主甲板靠近桩架（6）的一端，主油缸（1）的另一端滑动连接在液压缸滑轨（3）上，副油缸（2）均设置在主甲板上主油缸（1）的内侧，副油缸（2）的伸缩端顶在桩架（6）底部内侧的两端，后托架（5）设置在打桩船（7）主甲板的另一端，后托架（5）可支撑住桩架（6）的上部，打桩船（7）的主甲板上靠近副油缸（2）处转动设置有支撑架（4），液压电控系统包括控制模块、液压泵（13）、控制阀（8）、溢流阀（9）、压力传感器（10）、桩架角度传感器（11）、液压缸行程传感器（12）、液压油箱（15）和液压油在线检测保养系统（14），主油缸（1）和副油缸（2）均通过管路与液压油箱（15）连接，管路上连接有控制阀（8）和液压泵（13），主油缸（1）底部安装桩架角度传感器（11），主油缸（1）和副油缸（2）顶部安装液压缸行程传感器（12），副油缸（2）底部设置压力传感器（10），主油缸（1）顶部和底部均设置溢流阀（9），副油缸（2）底部设置溢流阀（9），液压油箱（15）上连接液压油在线检测保养系统（14），控制模块与液压泵（13）、控制阀（8）、溢流阀（9）、压力传感器（10）、桩架角度传感器（11）和液压缸行程传感器（12）电连接。
2.根据权利要求1所述的大型打桩船桩架多缸联合驱动系统，其特征在于，所述的副油缸（2）包括对称分布在打桩船（7）主甲板左右两侧的左副油缸（21）和右副油缸（22）。
3.根据权利要求1所述的大型打桩船桩架多缸联合驱动系统，其特征在于，所述的控制模块包括阀控放大板和泵控放大板。
4.根据权利要求1所述的大型打桩船桩架多缸联合驱动系统，其特征在于，所述的副油缸（2）为伸缩式二级油缸。
5.一种大型打桩船桩架多缸联合驱动系统的控制方法，其特征在于，其步骤为：
第一步：当系统控制模块接到桩架操作运行指令后，控制阀（8）通电并开始工作；
第二步：系统控制模块获取开锁反馈压力后，确认开锁完成；
第三步：开锁操作完成后，阀控放大板和泵控放大板输出电流；
第四步：每个泵控放大板的输出比例等于控制模块的输出比例，阀控放大板为双向输出，用于控制主油缸（1）和副油缸（2）运动方向，输出比例大于对应泵控放大板输出比例20%，控制油缸运动方向和速度；
第五步：泵控放大板和阀控放大板完成输出操作后，液压泵（13）内的泄压电磁阀断电，液压管路起压；
第六步：三缸联动运行阶段。
6.根据权利要求5所述的大型打桩船桩架多缸联合驱动系统的控制方法，其特征在于，所述的第六步中三缸联动运行阶段的具体步骤为：
a.三缸联合驱动过程中，主油缸（1）始终主导伸出或收回；
b.左副油缸（21）和右副油缸（22）同向同速随动，副油缸（2）第一级活塞杆伸出或收回，通过副油缸（2）底部的高压溢流阀（9）设定压力190bar，限定副油缸（2）负荷；
c.当副油缸（2）第二级活塞杆伸出，桩架（6）角度接近副油缸（2）压杆稳定极限时，根据桩架角度传感器（11）数据，控制模块启动副油缸（2）底部的低压溢流阀（9）工作，设定压力120bar并限定副油缸（2）负荷，保护副油缸（2）第二级活塞杆受力安全，同时利用液压缸行程传感器（12）监控活塞杆伸出的长度提高安全冗余；
d.通过以上控制流程，三缸联动驱动系统可完成桩架起升或放倒作业。
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