CN115595971A - 打桩机的打桩控制方法及打桩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打桩机的打桩控制方法及打桩机，涉及打桩机技术领域。打桩机包括振动踏板和动臂手柄，振动踏板用于控制振动锤头的振动频率，动臂手柄用于控制动臂上升或下降，打桩控制方法包括自动控制打桩模式，自动控制打桩模式的控制方法包括以下步骤：获取振动踏板的踩踏位移和动臂手柄的动作位移；判断踩踏位移是否达到最大踩踏位移和动作位移是否达到最大动作位移；若踩踏位移达到最大踩踏位移，且动作位移达到最大动作位移，则获取当前桩体移动速率；判断当前桩体移动速率是否大于等于桩体移动速率最高限值；若是，则降低发动机转速。通过自动控制打桩模式，在不影响作业的情况下，实现节能。

Description

打桩机的打桩控制方法及打桩机

技术领域

本发明涉及打桩机技术领域，尤其涉及一种打桩机的打桩控制方法及打桩机。

背景技术

液压挖掘打桩机是一种基于液压挖掘机的差异化产品，基于液压挖掘机基础平台，包括上架、动臂、斗杆、连杆、振动锤头和夹持部件，通过夹持部件夹住各种桩体，利用振动锤头中的偏心机构的高速旋转产生激振力，操控上架、动臂、斗杆和连杆下压振动锤头及夹持部件，使桩体打入地面，广泛用于深挖、河道清淤、管道走廊等施工。

打桩机作业时，各种工况地面的松散程度不同，且随着桩体打入深度的增加，打桩所受到的阻力也逐步升高。现有的打桩控制方法为：采用固定的油门挡位作业，且为保证可以顺利完成打桩，驾驶员一般会一直选用高油门挡位进行作业。发动机一直在高挡位工作，油耗会明显增加，造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种打桩机的打桩控制方法及打桩机，能降低油耗，实现节能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

打桩机的打桩控制方法，所述打桩机包括振动踏板和动臂手柄，所述振动踏板用于控制振动锤头的振动频率，所述动臂手柄用于控制动臂上升或下降，所述打桩控制方法包括自动控制打桩模式，所述自动控制打桩模式的控制方法包括以下步骤：

获取振动踏板的踩踏位移和所述动臂手柄的动作位移；

判断所述踩踏位移是否达到最大踩踏位移和所述动作位移是否达到最大动作位移；

若所述踩踏位移达到所述最大踩踏位移，且所述动作位移达到所述最大动作位移，则获取当前桩体移动速率；

判断所述当前桩体移动速率是否大于等于桩体移动速率最高限值；若是，则降低发动机转速。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，获取所述当前桩体移动速率的方法包括：

获取动臂的长度、斗杆的长度和连杆的长度，以及在设定时间内，所述动臂与作业面的夹角变化量、所述斗杆与作业面的夹角变化量和所述连杆与作业面的夹角变化量，并计算桩体在垂直于作业面方向的位移变化量；

所述桩体移动速率等于所述桩体在垂直于作业面方向的位移变化量除以所述设定时间。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，若所述当前桩体移动速率小于所述桩体移动速率最高限值，则判断所述当前桩体移动速率是否小于等于桩体移动速率最低限值；若是，则提高发动机转速。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，若所述当前桩体移动速率大于所述桩体移动速率最低限值，则维持当前发动机转速。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，获取油门挡位状态，通过降低油门挡位降低发动机转速，通过提高油门挡位提高发动机转速。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，所述打桩控制方法还包括手动控制打桩模式，若所述踩踏位移未达到所述最大踩踏位移，和/或，所述动作位移未达到所述最大动作位移，则进入所述手动控制打桩模式。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，在所述自动控制打桩模式中，若驾驶员手动操作油门挡位旋钮，则立即退出所述自动控制打桩模式，并将油门挡位调整至驾驶员调整的油门挡位，显示屏显示模式选择界面以提示驾驶员选择模式。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，在所述自动控制打桩模式下，若驾驶员放下安全锁定杆，则驾驶员再抬起所述安全锁定杆时，仍为所述自动控制打桩模式。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，在所述自动控制打桩模式下，若驾驶员将打桩机熄火断电，则所述打桩机再次启动后，需通过模式选择界面进行模式选择才能进入所述自动控制打桩模式。

打桩机，采用如以上任一方案所述的打桩机的打桩控制方法。

本发明的有益效果：

本发明提供的打桩机的打桩控制方法，包括自动控制打桩模式，在自动控制打桩模式下，振动踏板用于控制振动锤头的振动频率，动臂手柄用于控制动臂上升或下降，通过获取振动踏板的踩踏位移和动臂手柄的动作位移，判断踏板位移是否达到最大踩踏位移和动作位移是否达到最大动作位移，即判断此时的振动踏板是否踩到底，动臂手柄是否推到底。若振动踏板已经踩到底，动臂手柄也已经推到底，则获取当前桩体移动速率。判断当前桩体移动速率是否大于等于桩体移动速率最高限值，若是，说明当前桩体移动速率过快，不利于桩体的校直，而且油耗过大，浪费能源。此时降低发动机转速以减小桩体移动速率，同时降低油耗，实现节能。本发明提供的打桩机的打桩控制方法，通过自动控制打桩模式，以桩体移动速率作为判定条件，能够根据实际工况和需求对发动机的转速进行自动调整，在不影响作业的情况下，实现节能。

本发明提供的打桩机，应用上述的打桩机的打桩控制方法，驾驶员可根据工况选择进入自动控制打桩模式，自动控制打桩模式能够在振动踏板已经踩到底，动臂手柄也已经推到底的情况下，根据当前桩体移动速率自动调整发动机转速，提高打桩机的燃油经济性，更节能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的打桩机的打桩控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种打桩机，打桩机包括动臂手柄、斗杆手柄、铲斗手柄、振动踏板、油门挡位旋钮和总线按键，动臂手柄、斗杆手柄、铲斗手柄、振动踏板、油门挡位旋钮和总线按键均为驾驶员操作组件，动臂手柄、斗杆手柄和铲斗手柄集成为动作手柄，驾驶员通过操作动臂手柄控制动臂上升或下降，通过操作斗杆手柄完成斗杆相关动作，通过操作铲斗手柄完成铲斗相关动作。振动踏板用于控制振动锤头的振动频率。油门挡位旋钮用于驾驶员手动选择发动机挡位。总线按键用于驾驶员完成界面操作。

打桩机包括姿态传感器组件，通过姿态传感器组件能够获得动臂、斗杆、连杆和上架相对水平方向的夹角。关于通过姿态传感器组件获取动臂、斗杆、连杆和上架相对水平方向的夹角的工作原理和方法已是现有技术，在此不再赘述。

打桩机的控制单元包括CAN总线、动作控制器、发动机控制器和显示控制器，动作控制器、发动机控制器和显示控制器均与CAN总线电连接。动作控制器用于接收驾驶员操作组件和传感器组件的数据，通过控制对应电磁阀动作实现动作控制，同时通过CAN总线发送指令至发动机控制器控制发动机的输出。显示控制器接收动作控制器的系统故障、报警等信息并通过显示屏进行显示，同时将驾驶员的模式选择发送至动作控制器。

本实施例提供的打桩机的打桩控制方法包括自动控制打桩模式和手动控制打桩模式，自动控制打桩模式为根据动作控制器接收驾驶员操作动臂手柄的动作、振动踏板的动作和传感器组件的数据，根据自动控制打桩模式的控制方法自动控制发动机的转速，以实现自动打桩。手动控制打桩模式为驾驶员根据实际工况自主操作动臂手柄、振动踏板和油门挡位旋钮，以实现手动控制打桩。

在进行打桩作业时，驾驶员可通过总线按键进行显示屏的界面操作，根据显示屏的模式选择界面进行模式选择，自主选择手动控制打桩模式和自动控制打桩模式。

如图1所示，本实施例提供的自动控制打桩模式的控制方法包括以下步骤：

S10、获取振动踏板的踩踏位移和动臂手柄的动作位移。

在驾驶员操作制动踏板和动臂手柄后，动作控制器会接收到相关数据，即动作控制器获取振动踏板的踩踏位移和动臂手柄的动作位移。

S20、判断踩踏位移是否达到最大踩踏位移和动作位移是否达到最大动作位移，若二者都满足，则执行S30；若二者中有任意一个不满足，则进入手动控制打桩模式。即，若踩踏位移未达到最大踩踏位移，和/或，动作位移未达到最大动作位移，则进入手动控制打桩模式。

当振动踏板的踩踏位移达到最大踩踏位移时，则说明振动踏板已踩到底，在发动机当前转速下，振动锤头的振动频率达到最大。动臂手柄的最大动作位移包括动臂手柄控制动臂上升至最高位置时的动臂手柄位置和动臂手柄控制动臂下降至最低位置时的动臂手柄位置，即，此时动臂对桩体的向上的拉力或向下的压力已达到最大。

在振动锤头的振动频率达到最大，动臂对桩体的向上的拉力或向下的压力已达到最大的情况下，说明驾驶员需求较高的桩体移动速率，这种情况下存在驾驶员一直选用较高的油门挡位进行作业的可能性，会造成打桩机的油耗高，燃油经济性差的问题。

S30、获取当前桩体移动速率。

通过获取当前桩体移动速率，即在目前工况下，在单位时间内桩体沉入或拔出地面的高度。

获取当前桩体移动速率的获取方法包括：

获取动臂的长度、斗杆的长度和连杆的长度，以及在设定时间内，动臂与作业面的夹角变化量、斗杆与作业面的夹角变化量和连杆与作业面的夹角变化量，并计算桩体在垂直于作业面方向的位移变化量；桩体移动速率等于桩体在垂直于作业面方向的位移变化量除以设定时间。

上架与水平面的夹角为打桩机当前的倾斜角度，动臂与作业面的夹角等于动臂与水平面的夹角减去或加上上架与水平面的夹角，斗杆与作业面的夹角等于斗杆与水平面的夹角减去或加上上架与水平面的夹角，连杆与作业面的夹角等于连杆与水平面的夹角减去或加上上架与水平面的夹角。动臂与水平面的夹角、斗杆与水平面的夹角、连杆与水平面的夹角和上架与水平面的夹角由姿态传感器组件测量获得，若打桩机前高后低，动臂、斗杆和连杆与作业面的夹角需要其各自与水平面的夹角减去上架与水平面的夹角。若打桩机前低后高，动臂、斗杆和连杆与作业面的夹角需要其各自与水平面的夹角加上上架与水平面的夹角。若打桩机为水平状态，则动臂、斗杆和连杆与作业面的夹角等于其各自与水平面的夹角。姿态传感器组件测量的数据发送给动作控制器，动作控制器内存储有桩体移动速率V的计算公式，动作控制器接收到姿态传感器组件测量的数据后根据桩体移动速率V的计算公式进行计算。

假设△Z为打桩或拔桩过程中桩体在垂直于作业面方向的位移变化量，△T为设定时间，动臂的长度为L₁，斗杆的长度为L₂，连杆的长度为L₃，动臂与作业面的夹角为α₁，在设定时间△T内动臂与作业面的夹角变化量为△α₁；斗杆与作业面的夹角为α₂，在设定时间△T内斗杆与作业面的夹角变化量为△α₂；连杆与作业面的夹角为α₃，在设定时间△T内连杆与作业面的夹角变化量为△α₃；则△Z=L₁sin△α₁+ L₂sin△α₂+ L₃sin△α₃,桩体移动速率V=△Z/△T=（L₁sin△α₁+ L₂sin△α₂+ L₃sin△α₃）/△T。

需要说明的是，计算周期△T应取振动锤头振动周期的整数倍，以消除振动位移的影响。

S40、判断当前桩体移动速率是否大于等于桩体移动速率最高限值，若是，则降低发动机转速；若否，则执行S50。

桩体移动速率最高限值存储在动作控制器中，将计算出的当前桩体移动速率与桩体移动速率最高限值作对比，如果当前桩体移动速率大于等于桩体移动速率最高限值，说明打桩速度过快，不利于桩体的校直，而且发动机的油耗高，浪费能源。此时动作控制器发送控制指令至发动机控制器，发动机控制器控制发动机降低发动机转速。

降低发动机转速可以通过调节油门挡位降低，也可以直接控制发动机进行转速调节。

在本实施例中，获取油门挡位状态，通过降低油门挡位降低发动机转速。油门挡位旋钮不同的旋转角度对应不同的电压信号输出，发动机控制器内存储有预设输出电压与工作挡位的映射关系表格，通过发动机控制器获取发动机的输出电压，然后查询表格获得输出电压对应的工作挡位，进而确定对应的发动机转速，工作挡位越高，对应的发动机转速越高。

预设输出电压与工作挡位的映射关系表格如下：

输出电压(V)	0-0.5	0.5-1	1-1.5	1.5-2	2-2.5	2.5-3	3-3.5	3.5-4	4-4.5
										工作挡位(挡)	1	2	3	4	5	6	7	8	9

通过降低油门挡位，可以降低发动机转速。若此时发动机控制器获得的油门挡位为7挡，则降低至6挡。

S50、判断当前桩体移动速率是否小于等于桩体移动速率最低限值；若是，则提高发动机转速；若否，则维持当前发动机转速。

若当前桩体移动速率小于等于桩体移动速率最低限值，说明打桩速度过慢，甚至会出现打不进桩的情况，此时说明动力不足，需要提升发动机转速以提高桩体移动速率。本实施例提供的自动控制打桩模式，能够根据当前桩体移动速率自动调节发动机转速，优先保证打桩功能，在合理范围内进行适度优化，降低油耗，实现节能。

桩体移动速率最低限值也存储在动作控制器中，当动作控制器判断出当前桩体移动速率小于等于桩体移动速率最低限值，则动作控制器发送控制指令至发动机控制器，发动机控制器控制发动机提高发动机转速。

在本实施例中，通过提高油门挡位提高发动机转速，发动机控制器根据获取的发动机输出电压，查询上述预设输出电压与工作挡位的映射关系表格获得当前工作挡位，若此时油门挡位为7挡，则提高至8挡。

若当前桩体移动速率大于桩体移动速率最低限值小于桩体移动速率最高限值，则维持当前发动机转速，即维持发动机当前油门挡位不变。

关于桩体移动速率最高限值和桩体移动速率最低限值根据经验设定，该桩体移动速率最高限值和桩体移动速率最低限值可以在显示控制器的显示屏界面进行调整。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，在自动控制打桩模式中，若驾驶员手动操作了油门挡位旋钮，则立即退出自动控制打桩模式，并将油门挡位调整至驾驶员调整的油门挡位，显示模式选择界面。

如果在自动控制打桩模式中，驾驶员手动操作了油门挡位旋钮，说明驾驶员认为当前的油门挡位需要调节，则立即退出自动控制打桩模式，把控制权交给驾驶员，通过显示屏显示模式选择界面，将油门挡位调整至驾驶员调整的油门挡位后，让驾驶员选择是否继续自动控制打桩模式。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，若在自动控制打桩模式下，驾驶员放下安全锁定杆，则在驾驶员抬起安全锁定杆时，仍为自动控制打桩模式。

放下安全锁定杆，即将动作手柄锁定，无法进行操作，说明驾驶员想要暂时中止作业，等到驾驶员抬起安全锁定杆时，则继续自动控制打桩模式。

作为打桩机的打桩控制方法的一个可选方案，若在自动控制打桩模式下，驾驶员将打桩机熄火断电，则打桩机再次启动后，需通过模式选择界面进行模式选择才能进入自动控制打桩模式。

驾驶员将打桩机熄火断电，说明此次的打桩作业结束。那么，在下次开始打桩作业时，是否开启自动控制打桩模式需要驾驶员重新选择。

本实施例提供的打桩机的打桩控制方法，驾驶员可以根据工况，通过显示控制器控制的显示屏上的模式选择界面自主选择是否进入自动控制打桩模式，进入自动控制打桩模式后，能够以桩体移动速率作为判定条件，根据实际工况和需求对发动机的转速进行自动调整，在不影响作业的情况下，实现节能。

本实施例提供的打桩机，应用上述的打桩机的打桩控制方法，驾驶员可根据工况选择进入自动控制打桩模式，自动控制打桩模式能够在振动踏板已经踩到底，动臂手柄也已经推到底的情况下，根据当前桩体移动速率自动调整发动机转速，提高打桩机的燃油经济性，更节能。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.打桩机的打桩控制方法，所述打桩机包括振动踏板和动臂手柄，所述振动踏板用于控制振动锤头的振动频率，所述动臂手柄用于控制动臂上升或下降，其特征在于，所述打桩控制方法包括自动控制打桩模式，所述自动控制打桩模式的控制方法包括以下步骤：

获取振动踏板的踩踏位移和所述动臂手柄的动作位移；

判断所述踩踏位移是否达到最大踩踏位移和所述动作位移是否达到最大动作位移；

若所述踩踏位移达到所述最大踩踏位移，且所述动作位移达到所述最大动作位移，则获取当前桩体移动速率；

判断所述当前桩体移动速率是否大于等于桩体移动速率最高限值；若是，则降低发动机转速。

2.根据权利要求1所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，获取所述当前桩体移动速率的方法包括：

获取动臂的长度、斗杆的长度和连杆的长度，以及在设定时间内，所述动臂与作业面的夹角变化量、所述斗杆与作业面的夹角变化量和所述连杆与作业面的夹角变化量，并计算桩体在垂直于作业面方向的位移变化量；

所述桩体移动速率等于所述桩体在垂直于作业面方向的位移变化量除以所述设定时间。

3.根据权利要求1所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，若所述当前桩体移动速率小于所述桩体移动速率最高限值，则判断所述当前桩体移动速率是否小于等于桩体移动速率最低限值；若是，则提高发动机转速。

4.根据权利要求3所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，若所述当前桩体移动速率大于所述桩体移动速率最低限值，则维持当前发动机转速。

5.根据权利要求3所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，获取油门挡位状态，通过降低油门挡位降低发动机转速，通过提高油门挡位提高发动机转速。

6.根据权利要求1所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，所述打桩控制方法还包括手动控制打桩模式，若所述踩踏位移未达到所述最大踩踏位移，和/或，所述动作位移未达到所述最大动作位移，则进入所述手动控制打桩模式。

7.根据权利要求6所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，在所述自动控制打桩模式中，若驾驶员手动操作油门挡位旋钮，则立即退出所述自动控制打桩模式，并将油门挡位调整至驾驶员调整的油门挡位，显示屏显示模式选择界面以提示驾驶员选择模式。

8.根据权利要求6所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，在所述自动控制打桩模式下，若驾驶员放下安全锁定杆，则驾驶员再抬起所述安全锁定杆时，仍为所述自动控制打桩模式。

9.根据权利要求8所述的打桩机的打桩控制方法，其特征在于，在所述自动控制打桩模式下，若驾驶员将打桩机熄火断电，则所述打桩机再次启动后，需通过模式选择界面进行模式选择才能进入所述自动控制打桩模式。

10.打桩机，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的打桩机的打桩控制方法。

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