CN115434687B - 一种基于打桩的智能调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及打桩技术领域,尤其涉及一种基于打桩的智能调节系统,包括检测模块、重量模块和中控模块,其中,检测模块包括水平位移传感器、激光位移传感器、角度传感器和转速检测传感器,并用以对卷筒钻头的当前打桩状态进行检测,重量模块包括卷扬机构功率检测传感器和卷扬机构绳索速度检测传感器,并用以检测当前将卷筒钻头完全升起后的重量,中控模块连接检测模块和重量模块,并用以根据当前传感器检测到的实时数值与相对应的预设数值的对比结果,对实时数值对应的调节构件进行相对应的调整。本发明通过对下钻时的分析调节及下钻后的分析判定,可以使打桩机构更好的适应当前下钻的土层变化,并及时做出相对应的调整。
Description
技术领域
本发明涉及打桩技术领域,尤其涉及一种基于打桩的智能调节系统。
背景技术
桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史久远的基础型式。桩的应用在中国至今至少已有7000年的历史,而现今随着生产水平的提高和科学技术的发展,桩基的类型、工艺、设计理论、计算方法和应用范围都有了很大的发展,其成桩工艺变得比过去更为多样化和复杂化,被广泛应用于高层建筑、港口、桥梁、油井等工程中,现有打桩作业中,随着打桩动力系统的多种多样,其打桩精度变得越来越重要,所以现在急需一种精确的自动调节打桩系统。
中国专利公开号:CN110726572B,公开了一种打桩智能监控系统及方法、存储介质,其中包括:实时获取桩头对桩位置、桩身垂直度、下钻过程中的电流值、桩深和提钻速率数据,并对所述桩头对桩位置进行实时调整。当下钻过程中的电流值大于10A时,获取桩头的初始高度Ha;通过北斗定位设备测量桩头的实时高度Ht以及桩头下钻到实时高度Ht所花费时间t,所述桩头的实时高度Ht为桩头的实时z坐标;得到桩深Hc=Ht-Ha,提钻速率Vt=(Ht-Ha)/t。本发明还公开了一种打桩智能监控系统和存储介质。本发明通过北斗定位设备测量桩头的实时高度Ht,桩深Hc=Ht-Ha,提钻速率Vt=(Ht-Ha)/t,采用了非接触式方式测桩深和测提钻速率,测桩深和测提钻速率的方式是非接触式的,降低机械磨损,保障长时间使用稳定性;由此可见,所述打桩智能监控系统及方法、存储介质存在以下问题:过于依赖导航定位设备GNSS机,并且其GNSS机需要与桩机的桩头在同一水平面,在环境复杂如山体、海洋中时,或GNSS机出现故障时,系统并不能自动判断故障,如此作业会使成桩无法满足预设要求。
发明内容
为此,本发明提供一种基于打桩的智能调节系统,用以克服现有技术中打桩作业过于依赖高级技术人员且不够精确智能无法自动判别当前工作状态及故障并且无法根据当前土层沙土比例判别合适的打桩钻头的问题。
为实现上述目的,本发明提供一种基于打桩的智能调节系统,包括检测模块、重量模块和中控模块,其中,
检测模块包括水平位移传感器、激光位移传感器、角度传感器和转速检测传感器,其中,
水平位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在水平方向的偏移量,激光位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在垂直方向的位移量,若干角度传感器设置在卷筒钻头上,用以检测当前钻头在多个方向的水平倾斜量,并以此调节倾缸液压杆的伸缩长短及打桩平台的方向,转速检测传感器设置在卷筒钻头动力装置内,用以检测当前卷筒钻头实时转速;
重量模块用以检测当前将卷筒钻头完全升起后的重量,重量模块包括卷扬机构功率检测传感器和卷扬机构绳索速度检测传感器,其中,卷扬机构功率检测传感器设置在卷扬机构内部,用以检测卷扬机构当前功率,卷扬机构绳索速度检测传感器设置在卷扬机构上,用以检测卷扬机构绳索的移动速度;
中控模块连接检测模块和重量模块,用以根据当前传感器检测到的实时数值与相对应的预设数值的对比结果,对实时数值对应的调节构件进行相对应的调整,当中控模块判定卷筒钻头下钻时的姿态、转速发生异常时,调节或开启相应的构件或流程,并输出异常提示,用以提示当前打桩状态,并对每次卷筒钻头提升后所携带的土方重量进行沙土配比推算,判断需要使用的卷筒钻头类型。
中控模块根据水平位移传感器检测到的实时数据HD0与预设水平位移数据HD的对比结果,判断当前卷筒钻头的水平位移是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的水平位移数据HD0与预设水平位移数据HD的差值调整当前卷筒钻头的位置,其中,HD包括HD1和HD2,HD1<HD2,
当HD0<HD1时,中控模块判定当前卷筒钻头位移水平超出预设标准,需控制卷筒钻头微提,并降低转速,并控制打桩平台将卷筒钻头位置调整至预设位置;
当HD0>HD2时,中控模块判定当前卷筒钻头位移水平超出预设标准,需控制卷筒钻头微提,并降低转速,并控制打桩平台将卷筒钻头位置调整至预设位置;
当HD1≤HD0≤HD2时,中控模块判定当前卷筒钻头位置符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
具体而言,在水平方向X轴与Y轴上,任何超出预设方向范围的位移量都将被中控模块判定为异常位移。
中控模块根据垂直位移传感器检测到的实时位移速率VJ0与预设垂直位移速率VJ的对比结果,判断当前卷筒钻头的垂直位移速率是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的垂直位移速率VJ0与预设水平位移速率VJ的差值调整当前卷筒钻头的下钻速率,其中,VJ包括VJ1和VJ2,VJ1<VJ2,
当VJ0<VJ1时,中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平小于预设标准,需控制卷筒钻头提高转速;
当VJ0>VJ2时,中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平大于预设标准,需控制卷筒钻头降低转速;
当VJ1≤VJ0≤VJ2时,中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平符合预设标准,需维持各构件当前工作状态;
中控模块根据垂直位移传感器检测到的当前卷筒钻头的下钻深度DG0与预设下钻深度DG的对比结果,判断当前卷筒钻头是否需要上升。
中控模块根据角度传感器检测到的实时数据AT0与预设角度数据AT的对比结果,判断当前卷筒钻头的角度是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的角度数据AT0与预设角度数据AT的差值调整当前卷筒钻头的位置,其中,AT包括AT1和AT2,AT1<AT2,
当AT0<AT1时,中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准,需控制根据AT0与AT1的差值控制倾缸液压杆的伸长距离;
当AT0>AT2时,中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准,需控制根据AT0与AT2的差值控制倾缸液压杆的缩短距离;
当AT1≤AT0≤AT2时,中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
中控模块根据转速检测传感器检测到的实时数据S0与预设转速S的对比结果,判断当前卷筒钻头的转速是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的转速S0与预设转速S的差值调整当前卷筒钻头的转速,其中,S包括S1和S2,S1<S2,
当S0<S1时,中控模块判定当前卷筒钻头转速低于预设标准,卷筒钻头在下沉时可能遇到岩石层等不同地层,并根据当前下沉速率判断是否需要更换卷筒钻头;
当S0>S2时,中控模块判定当前卷筒钻头转速高于预设标准,卷筒钻头在下沉时可能遇到软土层等不同地层,并根据当前下沉速率判断是否需要更换卷筒钻头;
当S1≤S0≤S2时,中控模块判定当前卷筒钻头转速符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平未符合预设标准时,中控模块控制卷筒钻头动力装置调节卷筒钻头转速S0,并根据S0与S的差值判断当前转速调节的数值,其中,
当S0≤95%S1时,中控模块判定当前转速损失需要补偿,损失补偿值LO=10%S1,补偿后的S0′=S0+LO;
当S0≤90%S1时,中控模块判定当前转速损失无法补偿,继续下钻可能造成钻头异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0≥105%S2时,中控模块判定当前转速异常需要调节,异常调节值AR=-10%S2,补偿后的S0′=S0+AR;
当S0≥110%S2时,中控模块判定当前转速异常无法调节,继续下钻如遇坚硬地层岩层可能造成钻头异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示。
中控模块在单位时间周期内连续三次的判定结果为当前卷筒钻头下沉速率水平未符合预设标准时,中控模块根据当前卷筒钻头转速的补偿情况调节钻头的下沉速率VJ0,并根据VJ0与VJ的对比结果判断是否需要更换卷筒钻头,其中,
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ0<VJ1时,中控模块判定当前下沉速率仍未符合预设标准,继续下钻可能造成卷筒钻头的异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ0>VJ2时,中控模块判定当前下沉速率仍未符合预设标准,继续下钻可能造成卷筒钻头的异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ1≤VJ0≤VJ2时,中控模块判定当前下沉速率符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准时,中控模块分别根据AT0与AT的判定结果和HD0与HD的判定结果,判断当前卷筒钻头的下钻姿态,并根据卷筒钻头的实际姿态P0将卷筒钻头调整至预设姿态P,其中,P包括P1和P2,P1<P2,
当P0<P1时,中控模块判定卷筒钻头的当前姿态未符合预设姿态,需控制相对应的构件进行调节;
当P0>P2时,中控模块判定卷筒钻头的当前姿态未符合预设姿态,需控制相对应的构件进行调节;
当P1≤P0≤P2时,中控模块判定卷筒钻头的当前姿态符合预设姿态,需维持各构件当前工作状态。
具体而言,在水平方向X轴与Y轴上,任何超出预设方向范围的预设角度都将被中控模块判定为姿态异常,中控模块通过分别控制倾缸液压杆和打桩平台对相对应的方向进行调节。
当中控模块判定当前卷筒钻头转率S0异常停止时,中控模块判定当前卷筒钻头下钻发生异常,并输出钻头异常提示,中控模块控制卷筒钻头在预设时间周期内按照反—正—反—正—反的顺序进行转速50%S0的转动,并且按速率为VJ0的速度进行上提操作,当中控模块在预设时间周期内的对此时卷扬机构绳索移动速度的判定结果连续三次为0时,中控模块输出钻头卡死提示,并控制卷筒钻头动力装置将S0调整至0,并切换至手动模式。
中控模块根据卷扬机构当前功率和卷扬机构绳索的移动速度,判断当前卷筒钻头所携带的土方重量计算其中的沙土比例SP0,并根据单位体积沙土比例SP中岩石的含量判定使用的卷筒钻头型号BM进行再次下沉,其中,SP包括SP1、SP2和SP3,SP1<SP2<SP3,BM包括BM1、BM2、BM3和BM4,
当SP0<SP1时,中控模块判定当前土层内土壤含量较高,需使用BM1进行下钻;
当SP0<SP2时,中控模块判定当前土层内岩石含量较少,需使用BM2进行下钻;
当SP0<SP3时,中控模块判定当前土层内岩石含量较多,需使用BM3进行下钻;
当SP0≥SP3时,中控模块判定当前土层内岩石层较硬,需使用BM4进行下钻;
具体而言,通过电机起吊公式:重量KG=功率W÷绳索速度m/s÷9.8N/KG、当前卷扬机空负荷重量和当前打桩设备起吊滑轮的传动比的计算可知当前卷筒钻头内部所携带的土方重量。
具体而言,一立方泥土的重量大约为1.4—1.6T,一立方岩石的重量大约为3—4T,其中,岩石的类型决定了其密度,进而决定了其重量,中控模块根据卷筒钻头内单位体积的沙土重量,通过计算可以得出其中的沙土比例。
具体而言,卷筒钻头类型BM根据其适用的地层硬度范围按从小到大的顺序排列,大致分为斗齿型卷筒钻头BM1、宝峨齿型卷筒钻头BM2、截齿型卷筒钻头BM3和牙轮齿型卷筒钻头BM4。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于,其一,通过设有的水平位移传感器实时检测到的位置坐标数据,可以使中控模块对卷筒钻头旋进的路径坐标进行分析,中控模块根据旋进位置坐标数据构成的多个圆形路径的偏差值,对卷筒钻头的位移量进行修正,可以确保打桩钻头的旋进路线在垂直方向符合预设要求,提高打桩精度,减少返工,
其二,通过设有的激光位移传感器实时检测到的高度坐标数据,可以使中控模块对卷筒钻头的旋进速率进行分析,中控模块根据实时旋进速率与预设旋进速率的差值,判断出现有打桩速度是否符合预设标准,并根据实时旋进速率与预设旋进速率的差量对实时旋进速率进行调整,并分析当前正在旋进的土层是否存在硬度变化较大的存在。
其三,通过设有的角度传感器检测到的当前卷筒钻头在多个方向上的水平度,可以使中控模块对卷筒钻头的当前角度进行分析,中控模块根据当前卷筒钻头的实时角度及预设角度的差值,判断当前打桩角度是否符合预设标准,并根据卷筒钻头的实时角度及预设角度的差量,对卷筒钻头的实时角度进行调整。
其四,通过设有的转速检测传感器检测到的当前卷筒钻头在旋进方向上的转速,可以使中控模块对卷筒钻头的当前转速进行分析,中控模块根据当前卷筒钻头的实时转速及预设转速的差值,判断当前打桩转速是否符合预设标准,并根据卷筒钻头的实时转速及预设转速的差量,对卷筒钻头的实时转速进行调整,并以此分析当前正在旋进的土层是否存在硬度变化较大的存在,同时最大程度的保证打桩作业在最短的时间内完成;
进一步地,通过有益效果二和有益效果四,可以使中控模块根据实时数值与预设数值的变化,判断当前使用的钻头型号是否需要更改,在土层内硬度分布不均匀时及时止损,降低钻头磨损率,增加工作效率的同时,降低经济成本,使多个型号的钻头在最适合的土层环境下工作,增加打桩工作时的灵活判断性和适配性;
进一步地,通过有益效果二和有益效果四,可以使中控模块在卷筒钻头发生异常卡顿、卡钻时,第一时间做出止损操作,提升钻头,并输出异常提示,当中控模块判定钻头无法依靠控制单元自动抬升时,输出抬升异常提示,并切换到手动模式,暂停作业,节约能源的同时,避免了通过进行的不当操作对打桩机构造成的二次损伤,交由人工处分析处理。
其五,通过设有的重量模块,可以使中控模块对每次下钻作业后卷筒钻头提升所携带的土方重量进行检测,并根据单位体积下的砂土单一比重,对当前土方的沙土比例进行预估,并以此推断当前土层的硬度区间,并根据当前土层的硬度区间,自动判断当前土层硬度适合的卷筒钻头类型,并输出提示,有效减少了卷筒钻头的非正常损耗。
其六,通过钻时分析调节及钻后的分析判定,对当前下钻土层需要的钻头型号进行双重判定,避免了因为钻头类型的使用错误而导致的钻头异常磨损而带来的经济损失,同时有效延长了打桩作业的工作时间,增加了打桩作业的工作效率,避免了预设区域的历史土壤数据和预设区域土质检测数据带来的历史性、宽泛性及局限性,及其对局部土层硬度突变的不可预见性,具体而言,通过边打桩、边检测、边调整的理念,可以更好的适应当前打桩的土层变化,并及时做出相对应的调整;
进一步地,通过对打桩系统的自动化判定,可以使打桩机构不再过于依赖打桩行业的相关高级技术人员,减轻人员工作量的同时,实现了使用同样的人数,但同时可以进行更多点位的打桩作业,进一步地增加了工作效率,同时降低了经济成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例基于打桩的智能调节系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白,下面结合实施例对本发明作进一步描述;应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是,在本发明的描述中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系,这仅仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述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,还需要说明的是,在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;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。对于本领域技术人员而言,可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示,其为本发明实施例基于打桩的智能调节系统的结构示意图,本实施例包括检测模块、重量模块和中控模块,其中,
检测模块包括水平位移传感器、激光位移传感器、角度传感器和转速检测传感器,其中,
水平位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在水平方向的偏移量,激光位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在垂直方向的位移量,角度传感器设置在倾缸上,用以检测倾缸液压杆的伸缩长短,转速检测传感器设置在卷筒钻头动力装置内,用以检测当前卷筒钻头实时转速;
水平位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在水平方向的偏移量,激光位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在垂直方向的位移量,若干角度传感器设置在卷筒钻头上,用以检测当前钻头在多个方向的水平倾斜量,并以此调节倾缸液压杆的伸缩长短及打桩平台的方向,转速检测传感器设置在卷筒钻头动力装置内,用以检测当前卷筒钻头实时转速,重量检测传感器;
中控模块连接检测模块和重量模块,用以根据当前传感器检测到的实时数值与相对应的预设数值的对比结果,对实时数值对应的调节构件进行相对应的调整,当中控模块判定卷筒钻头下钻时的姿态、转速发生异常时,调节或开启相应的构件或流程,并输出异常提示,用以提示当前打桩状态,并对每次卷筒钻头提升后所携带的土方重量进行沙土配比推算,判断需要使用的卷筒钻头类型。
中控模块根据水平位移传感器检测到的实时数据HD0与预设水平位移数据HD的对比结果,判断当前卷筒钻头的水平位移是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的水平位移数据HD0与预设水平位移数据HD的差值调整当前卷筒钻头的位置,其中,HD包括HD1和HD2,HD1<HD2,
当HD0<HD1时,中控模块判定当前卷筒钻头位移水平超出预设标准,需控制卷筒钻头微提,并降低转速,并控制打桩平台将卷筒钻头位置调整至预设位置;
当HD0>HD2时,中控模块判定当前卷筒钻头位移水平超出预设标准,需控制卷筒钻头微提,并降低转速,并控制打桩平台将卷筒钻头位置调整至预设位置;
当HD1≤HD0≤HD2时,中控模块判定当前卷筒钻头位置符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
在本实施例中,HD1的取值为-1,单位为厘米,HD2的取值为1,单位为厘米,在水平方向X轴与Y轴上,任何超出预设方向范围的位移量都将被中控模块判定为异常位移。
中控模块根据垂直位移传感器检测到的实时位移速率VJ0与预设垂直位移速率VJ的对比结果,判断当前卷筒钻头的垂直位移速率是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的垂直位移速率VJ0与预设水平位移速率VJ的差值调整当前卷筒钻头的下钻速率,其中,VJ包括VJ1和VJ2,VJ1<VJ2,
当VJ0<VJ1时,中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平小于预设标准,需控制卷筒钻头提高转速;
当VJ0>VJ2时,中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平大于预设标准,需控制卷筒钻头降低转速;
当VJ1≤VJ0≤VJ2时,中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平符合预设标准,需维持各构件当前工作状态;
中控模块根据垂直位移传感器检测到的当前卷筒钻头的下钻深度DG0与预设下钻深度DG的对比结果,判断当前卷筒钻头是否需要上升。
中控模块根据角度传感器检测到的实时数据AT0与预设角度数据AT的对比结果,判断当前卷筒钻头的角度是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的角度数据AT0与预设角度数据AT的差值调整当前卷筒钻头的位置,其中,AT包括AT1和AT2,AT1<AT2,
当AT0<AT1时,中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准,需控制根据AT0与AT1的差值控制倾缸液压杆的伸长距离;
当AT0>AT2时,中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准,需控制根据AT0与AT2的差值控制倾缸液压杆的缩短距离;
当AT1≤AT0≤AT2时,中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
中控模块根据转速检测传感器检测到的实时数据S0与预设转速S的对比结果,判断当前卷筒钻头的转速是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的转速S0与预设转速S的差值调整当前卷筒钻头的转速,其中,S包括S1和S2,S1<S2,
当S0<S1时,中控模块判定当前卷筒钻头转速低于预设标准,卷筒钻头在下沉时可能遇到岩石层等不同地层,并根据当前下沉速率判断是否需要更换卷筒钻头;
当S0>S2时,中控模块判定当前卷筒钻头转速高于预设标准,卷筒钻头在下沉时可能遇到软土层等不同地层,并根据当前下沉速率判断是否需要更换卷筒钻头;
当S1≤S0≤S2时,中控模块判定当前卷筒钻头转速符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平未符合预设标准时,中控模块控制卷筒钻头动力装置调节卷筒钻头转速S0,并根据S0与S的差值判断当前转速调节的数值,其中,
当S0≤95%S1时,中控模块判定当前转速损失需要补偿,损失补偿值LO=10%S1,补偿后的S0′=S0+LO;
当S0≤90%S1时,中控模块判定当前转速损失无法补偿,继续下钻可能造成钻头异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0≥105%S2时,中控模块判定当前转速异常需要调节,异常调节值AR=-10%S2,补偿后的S0′=S0+AR;
当S0≥110%S2时,中控模块判定当前转速异常无法调节,继续下钻如遇坚硬地层岩层可能造成钻头异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示。
中控模块在单位时间周期内连续三次的判定结果为当前卷筒钻头下沉速率水平未符合预设标准时,中控模块根据当前卷筒钻头转速的补偿情况调节钻头的下沉速率VJ0,并根据VJ0与VJ的对比结果判断是否需要更换卷筒钻头,其中,
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ0<VJ1时,中控模块判定当前下沉速率仍未符合预设标准,继续下钻可能造成卷筒钻头的异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ0>VJ2时,中控模块判定当前下沉速率仍未符合预设标准,继续下钻可能造成卷筒钻头的异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ1≤VJ0≤VJ2时,中控模块判定当前下沉速率符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准时,中控模块分别根据AT0与AT的判定结果和HD0与HD的判定结果,判断当前卷筒钻头的下钻姿态,并根据卷筒钻头的实际姿态P0将卷筒钻头调整至预设姿态P,其中,P包括P1和P2,P1<P2,
当P0<P1时,中控模块判定卷筒钻头的当前姿态未符合预设姿态,需控制相对应的构件进行调节;
当P0>P2时,中控模块判定卷筒钻头的当前姿态未符合预设姿态,需控制相对应的构件进行调节;
当P1≤P0≤P2时,中控模块判定卷筒钻头的当前姿态符合预设姿态,需维持各构件当前工作状态。
在本实施例中,P1的取值为-1,单位为度,P2的取值为1,单位为度,在水平方向X轴与Y轴上,任何超出预设方向范围的预设角度都将被中控模块判定为姿态异常,并通过分别控制倾缸液压杆和打桩平台进行相对应的方向调节。
当中控模块判定当前卷筒钻头转率S0异常停止时,中控模块判定当前卷筒钻头下钻发生异常,并输出钻头异常提示,中控模块控制卷筒钻头在预设时间周期内按照反—正—反—正—反的顺序进行转速50%S0的转动,并且按速率为VJ0的速度进行上提操作,当中控模块在预设时间周期内的对此时卷扬机构绳索移动速度的判定结果连续三次为0时,中控模块输出钻头卡死提示,并控制卷筒钻头动力装置将S0调整至0,并切换至手动模式。
中控模块根据卷扬机构当前功率和卷扬机构绳索的移动速度,判断当前卷筒钻头所携带的土方重量计算其中的沙土比例SP0,并根据单位体积沙土比例SP中岩石的含量判定使用的卷筒钻头型号BM进行再次下沉,其中,SP包括SP1、SP2和SP3,SP1<SP2<SP3,BM包括BM1、BM2、BM3和BM4,
当SP0<SP1时,中控模块判定当前土层内土壤含量较高,需使用BM1进行下钻;
当SP0<SP2时,中控模块判定当前土层内岩石含量较少,需使用BM2进行下钻;
当SP0<SP3时,中控模块判定当前土层内岩石含量较多,需使用BM3进行下钻;
当SP0≥SP3时,中控模块判定当前土层内岩石层较硬,需使用BM4进行下钻;
在本实施例中,通过电机起吊公式:重量KG=功率W÷绳索速度m/s÷9.8N/KG、当前卷扬机空负荷重量和当前打桩设备起吊滑轮的传动比,的计算可知当前卷筒钻头内部所携带的土方重量。
在本实施例中,一立方泥土的重量大约为1.4—1.6T,一立方岩石的重量大约为3—4T,具体而言,岩石的类型决定了其密度,进而决定了其重量,中控模块根据卷筒钻头内单位体积的沙土重量,通过计算可以得出其中的沙土比例。
在本实施例中,卷筒钻头类型BM根据其适用的地层硬度范围按从小到大的顺序排列,大致分为斗齿型卷筒钻头BM1、宝峨齿型卷筒钻头BM2、截齿型卷筒钻头BM3和牙轮齿型卷筒钻头BM4。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明;对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于打桩的智能调节系统,其特征在于,包括检测模块、重量模块和中控模块,其中,
所述检测模块包括水平位移传感器、激光位移传感器、角度传感器和转速检测传感器,其中,
所述水平位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在水平方向的偏移量,所述激光位移传感器设置在打桩机构的卷筒钻头上,用以检测打桩时卷筒钻头在垂直方向的位移量,所述角度传感器在卷筒钻头上设置有若干个,用以检测当前卷筒钻头在多个方向的水平倾斜量,所述转速检测传感器设置在卷筒钻头动力装置内,用以检测当前卷筒钻头实时转速;
所述重量模块用以检测当前将卷筒钻头完全升起后的重量,重量模块包括卷扬机构功率检测传感器和卷扬机构绳索速度检测传感器,其中,所述卷扬机构功率检测传感器设置在卷扬机构内部,用以检测卷扬机构当前功率,所述卷扬机构绳索速度检测传感器设置在卷扬机构上,用以检测卷扬机构绳索的移动速度;
所述中控模块连接所述水平位移传感器、所述激光位移传感器、所述角度传感器和所述转速检测传感器,用以根据当前传感器检测到的实时数值与相对应的预设数值的对比结果,对实时数值对应的调节构件进行相对应的调整,当中控模块判定卷筒钻头下钻时的姿态、转速发生异常时,调节或开启相应的构件或流程,并输出异常提示,并对每次卷筒钻头提升后所携带的土方重量进行沙土配比推算,判断需要使用的卷筒钻头类型,中控模块根据卷扬机构当前功率和卷扬机构绳索的移动速度,判断当前卷筒钻头所携带的土方重量计算其中的沙土比例SP0,并根据单位体积沙土比例SP中岩石的含量判定使用的卷筒钻头型号BM进行再次下沉,其中,SP包括SP1、SP2和SP3,SP1<SP2<SP3,BM包括BM1、BM2、BM3和BM4,
当SP0<SP1时,所述中控模块判定当前土层内土壤含量较高,需使用BM1进行下钻;
当SP0<SP2时,所述中控模块判定当前土层内岩石含量较少,需使用BM2进行下钻;
当SP0<SP3时,所述中控模块判定当前土层内岩石含量较多,需使用BM3进行下钻;
当SP0≥SP3时,所述中控模块判定当前土层内岩石层较硬,需使用BM4进行下钻。
2.根据权利要求1所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块根据所述水平位移传感器检测到的实时数据HD0与预设水平位移数据HD的对比结果,判断当前卷筒钻头的水平位移是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的水平位移数据HD0与预设水平位移数据HD的差值调整当前卷筒钻头的位置,其中,HD包括HD1和HD2,HD1<HD2,
当HD0<HD1时,所述中控模块判定当前卷筒钻头位移水平超出预设标准,需控制卷筒钻头微提,并降低转速,并控制打桩平台将卷筒钻头位置调整至预设位置;
当HD0>HD2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头位移水平超出预设标准,需控制卷筒钻头微提,并降低转速,并控制打桩平台将卷筒钻头位置调整至预设位置;
当HD1≤HD0≤HD2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头位置符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
3.根据权利要求2所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块根据所述激光位移传感器检测到的实时垂直位移速率VJ0与预设垂直位移速率VJ的对比结果,判断当前卷筒钻头的垂直位移速率是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的实时垂直位移速率VJ0与预设垂直位移速率VJ的差值调整当前卷筒钻头的下钻速率,其中,VJ包括VJ1和VJ2,VJ1<VJ2,
当VJ0<VJ1时,所述中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平小于预设标准,需控制卷筒钻头提高转速;
当VJ0>VJ2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平大于预设标准,需控制卷筒钻头降低转速;
当VJ1≤VJ0≤VJ2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平符合预设标准,需维持各构件当前工作状态;
所述中控模块根据所述激光位移传感器检测到的当前卷筒钻头的下钻深度DG0与预设下钻深度DG的对比结果,判断当前卷筒钻头是否需要上升。
4.根据权利要求3所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块根据所述角度传感器检测到的实时数据AT0与预设角度数据AT的对比结果,判断当前卷筒钻头的角度是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的角度数据AT0与预设角度数据AT的差值调整当前卷筒钻头的位置,其中,AT包括AT1和AT2,AT1<AT2,
当AT0<AT1时,所述中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准,需控制根据AT0与AT1的差值控制倾缸液压杆的伸长距离;
当AT0>AT2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准,需控制根据AT0与AT2的差值控制倾缸液压杆的缩短距离;
当AT1≤AT0≤AT2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
5.根据权利要求4所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块根据所述转速检测传感器检测到的实时数据S0与预设转速S的对比结果,判断当前卷筒钻头的转速是否满足预设要求,并根据当前卷筒钻头的转速S0与预设转速S的差值调整当前卷筒钻头的转速,其中,S包括S1和S2,S1<S2,
当S0<S1时,所述中控模块判定当前卷筒钻头转速低于预设标准,卷筒钻头在下沉时可能遇到岩石层,并根据当前下沉速率判断是否需要更换卷筒钻头;
当S0>S2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头转速高于预设标准,卷筒钻头在下沉时可能遇到软土层,并根据当前下沉速率判断是否需要更换卷筒钻头;
当S1≤S0≤S2时,所述中控模块判定当前卷筒钻头转速符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
6.根据权利要求5所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块判定当前卷筒钻头下沉速率水平未符合预设标准时,中控模块控制卷筒钻头动力装置调节卷筒钻头转速S0,并根据S0与S的差值判断当前转速调节的数值,其中,
当S0≤95%S1时,所述中控模块判定当前转速损失需要补偿,损失补偿值LO=10%S1,补偿后的转速S0′=S0+LO;
当S0≤90%S1时,所述中控模块判定当前转速损失无法补偿,继续下钻可能造成钻头异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0≥105%S2时,所述中控模块判定当前转速异常需要调节,异常调节值AR=-10%S2,补偿后的转速S0′=S0+AR;
当S0≥110%S2时,所述中控模块判定当前转速异常无法调节,继续下钻如遇坚硬地层岩层可能造成钻头异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示。
7.根据权利要求6所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块在单位时间周期内连续三次的判定结果为当前卷筒钻头下沉速率水平未符合预设标准时,中控模块根据当前卷筒钻头转速的补偿情况调节钻头的实时垂直位移速率VJ0,并根据VJ0与VJ的对比结果判断是否需要更换卷筒钻头,其中,
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ0<VJ1时,所述中控模块判定当前下沉速率仍未符合预设标准,继续下钻可能造成卷筒钻头的异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ0>VJ2时,所述中控模块判定当前下沉速率仍未符合预设标准,继续下钻可能造成卷筒钻头的异常磨损,需控制卷筒钻头降低转速至50%S0,并提升卷筒钻头至出土,中控模块输出土层异常、卷筒钻头异常需要检查并更换的提示;
当S0′=S0+LO,或,S0′=S0+AR,且VJ1≤VJ0≤VJ2时,所述中控模块判定当前下沉速率符合预设标准,需维持各构件当前工作状态。
8.根据权利要求7所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块判定当前卷筒钻头角度倾斜超出预设标准时,中控模块分别根据AT0与AT的判定结果和HD0与HD的判定结果,判断当前卷筒钻头的下钻姿态,并根据卷筒钻头的实际姿态P0将卷筒钻头调整至预设姿态P,其中,P包括P1和P2,P1<P2,
当P0<P1时,所述中控模块判定卷筒钻头的当前姿态未符合预设姿态,需控制相对应的构件进行调节;
当P0>P2时,所述中控模块判定卷筒钻头的当前姿态未符合预设姿态,需控制相对应的构件进行调节;
当P1≤P0≤P2时,所述中控模块判定卷筒钻头的当前姿态符合预设姿态,需维持各构件当前工作状态。
9.根据权利要求8所述的基于打桩的智能调节系统,其特征在于,所述中控模块判定当前卷筒钻头转速S0异常停止时,中控模块判定当前卷筒钻头下钻发生异常,并输出钻头异常提示,中控模块控制卷筒钻头在预设时间周期内按照反—正—反—正—反的顺序进行转速50%S0的转动,并且按速率为VJ0的速度进行上提操作,当中控模块在预设时间周期内的对此时卷扬机构绳索移动速度的判定结果连续三次为0时,中控模块输出钻头卡死提示,并控制卷筒钻头动力装置将S0调整至0,并切换至手动模式。
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