CN115899028A - 一种液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，该方法包括：S1、设置一液压打桩锤；S2、启动液压打桩锤；S3、集成控制器判断误差值是否在设定的范围内，若在设定的范围内，则继续进行打桩作业；S4、如若误差值超出范围，则校验确定可靠数据，继续进行打桩作业。本发明通过对设备组成、结构及控制算法同步改进，采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式，能依据不同工况随时调整输出的锤击打击能量，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费，实现智能自动化控制；对两组数据进行相互校验，发现和处理数据失真或者失效，保障液压打桩施工稳定、准确、安全的运行。

Description

一种液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤

技术领域

本发明涉及液压打桩锤控制技术领域，尤其涉及一种液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤。

背景技术

液压打桩锤用于打桩施工，液压锤具有打桩效率高的特点，能够实现大能量、高频次的打桩施工作业；随着建筑工程向大型化方向发展，液压锤以其打击能量大的优势越来越成为大型桩基施工的首选设备；液压打桩锤是借助锤芯的锤击能量,使桩沉到预定深度或达到持力层。锤击能量作为打桩锤的重要参数，能衡量打桩锤的打桩能力的高低。在打桩过程中需依据不同工况随时调整输出的锤击能量，为了在短时间内完成高能量的提锤动作，这就要求打桩锤具有高效的能量利用率，减少能量浪费，液压打桩锤传统的打桩方式，需要驾驶员根据工况进行判断，由驾驶员自主性的控制，进而进行打桩工作，依赖人工操作，驾驶员长时间手动控制劳动强度较大，消耗驾驶员大量的精力和体力，对驾驶员的专业化操作水平要求较高；同时由于依赖于人力的控制，无法实现智能自动化控制、自动化数据采集和控制策略的优化分析。

现有技术，申请号为CN202210060682.X的一种基于液压打桩锤的能量控制方法，该方法根据液压打桩锤结构和液压系统建立仿真模型，仿真获得打桩锤芯提升到所需高度的进油阀P阀和回油阀R阀的开关时序，分析液压系统回路能量损耗，优化液压系统回路能耗，调整优化P阀和R阀开关时序，从而获得实际工况下的打击能量。由于液压打桩锤施工时的自然条件较为恶劣，而且打桩工作时会产生较大的冲击和交变负荷，该方法对各种工程实际施工的自然条件的匹配性差，难以同时适应不同地质结构及所需输出功率的较大变化；仅仅通过仿真模型而不是采集设备自身的工况，对锤击能量进行控制，实际上会基于各种地质条件变化、打桩锤设备自身的变化等不可控因素，其控制效果难以满足实际需要，特别是与设备自身运行工况及土壤等自然条件的匹配性差，该方法难以无法根据各种施工工况实现智能自动化控制。此外，在现有的打桩锤设备自动控制技术中，基于设备恶劣的工作环境，安装在打桩锤上的接触式传感器经常会出现失真、误报等情况，使自动控制失效或者失灵。但是现有技术中，尚未出现能够合理解决上述诸多问题的方案。

发明内容

本发明的目的在于针对上述的不足，提供一种液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，设置两组独立工作的传感器，通过对设备组成、结构及控制算法等同步改进，采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式，能依据不同工况随时调整输出的锤击打击能量，实现不同地质条件、不同设备工况打桩时的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费，实现可主动应变的智能自动化控制；通过对两组数据进行相互校验计算，监控和发现任意一组是否存在数据失真或者传感器失效，动态发现偏差则动态剔除错误数据，避免由于数据失真而导致系统误操作，保障打击能量稳定、准确、安全的运行，以及施工设备与人员的安全。

其技术方案如下：

一种液压打桩控制的自动校验方法，包括如下步骤：

S1、设置一液压打桩锤，所述液压打桩锤包括集成控制器、液压控制单元、提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器、锤壳、锤芯、砧座，所述锤壳包括内筒、外筒、多个加强长筋板，所述内筒设在所述外筒内，所述内筒的外侧面与所述外筒的内侧面之间形成夹层气腔，所述内筒的外侧壁通过多个所述加强长筋板与所述外筒的内侧壁连接，多个所述加强长筋板将所述夹层气腔分成多个过气通道，所述内筒的两端侧壁上周向设有多个过气孔，所述过气孔与所述过气通道连通，所述提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器分别安装在所述夹层气腔内，并分别与所述集成控制器电性连接；所述集成控制器内置有式1所示的实时控制程序：

ΔE—允许误差，0.95≤ΔE≤1.05；

E(dBi)—液压打桩锤的锤芯击打砧座时的实时声波音量值；

E(MMi)—液压打桩锤的锤芯击打砧座时的实时锤壳振动频率值；

S2、启动液压打桩锤，所述集成控制器通过液压控制单元，并根据初始提锤高度h1控制液压矿山锤锤芯的提升高度h1进行液压打桩作业，同时，所述提锤高度传感器实时检测锤芯的提升高度，并将提升高度数据传输至集成控制器并记录数据；当所述锤芯落锤后，所述锤壳振动传感器、声波传感器分别采集此时锤芯击打砧座时的锤壳振动频率、声波音量的初始数据，并代入到式1中，得到ΔE的初始值；如若ΔE的初始值不在设定的范围内，则对锤壳振动传感器、声波传感器进行自动校准；

S3、集成控制器根据所需打击能量设定所需提锤高度hi,并通过液压控制单元控制液压矿山锤锤芯的提升高度hi，开始液压打桩作业，当所述锤芯落锤后，所述锤壳振动传感器采集此时锤芯击打砧座时的实时锤壳振动频率值E(MMi)，同时，所述声波传感器采集此时锤芯击打砧座时的实时声波音量值E(dBi)；并分别将得到的数据E(MMi)与E(dBi)代入到式1中，计算其函数的比值得到误差值ΔE，并判断ΔE是否在设定的范围内，如误差值ΔE在设定的范围内，则继续进行液压打桩作业，并根据采集到的锤壳振动频率值E(MMi)或实时声波音量值E(dBi)自动反馈给集成控制器，计算得到锤芯击打砧座实时的打击能量，并根据实时的打击能量自适应调整提锤高度，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费；直至本根桩基打桩完成；

S4、如若误差值ΔE超出设定的范围内，则改变提锤高度至初始提锤高度h1进行液压打桩作业，并对锤壳振动频率值和声波音量值两组传感数据进行交互校验、确定可靠数据，取两个数值中一个偏离较小的数据为可靠数据，继续进行液压打桩作业，直至本根桩基打桩完成；对出现偏离较大数值的对应传感器进行校准或修复，重复步骤S2-S4，进行下一根桩基的打桩作业。

其还包括如下步骤：

所述的步骤S1中，所述集成控制器还内置有两种同步运行、相互的独立工作的数据交互校验程序，并在步骤S3中被执行；

所述的步骤S3的液压打桩作业过程中，在采用锤壳振动频率调整打击能量模式时，校验方法为：

将采集到的实时声波音量值E(dBi)数值代入到式1中，计算得到理论的E(MMi)数值，再与实际传感采集的E(MMi)数值进行比较，如误差在设定的范围内，则锤壳振动传感器和声波传感器两组传感器均为正常工作状态；反之，则其中一组为异常状态，进行校准后再继续进行液压打桩作业；

所述的步骤S3的液压打桩作业过程中，在采用声波音量调整打击能量模式时，校验方法为：

将采集到的实时锤壳振动频率值E(MMi)数值代入到式1中，计算得到理论的E(dBi)数值，再与实际传感采集的E(dBi)数值进行比较，如误差在设定的范围内，则锤壳振动传感器和声波传感器两组传感器均为正常工作状态；反之，则其中一组为异常状态，进行校准后再继续进行液压打桩作业。

所述液压控制单元包括液压动力模块、溢流阀、第一电磁换向阀、第一插装阀、高压蓄能器、第二插装阀、第二电磁换向阀，所述液压打桩锤还包括气液复合缸，所述锤芯包括活塞杆，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、起压，所述集成控制器控制液压动力模块起压，所述液压动力模块输出压力油，并由溢流阀控制液压控制单元至最高压力，所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀为失电状态，此时第一电磁换向阀和第二电磁换向阀为左位，第一插装阀和第二插装阀成开启状态，此时压力油给高压蓄能器充压蓄能，同时压力油经第一插装阀、气液复合缸的有杆腔、第二插装阀回油箱；

S22、提锤，所述集成控制器控制第一电磁换向阀为失电状态，第二电磁换向阀为得电状态，此时第一电磁换向阀为左位，第二电磁换向阀切换到右位，那么第一插装阀成开启状态，第二插装阀成关闭状态，液压动力模块输出的压力油和高压蓄能器共同给气液复合缸的有杆腔供压力油，活塞杆带动锤芯加速上升，气液复合缸的顶腔气体被活塞压缩并蓄能；同时，所述提锤高度传感器实时检测锤芯的提升高度，并将数据传输至集成控制器并记录数据；

S23、提锤结束，当所述锤芯上升到指定的标准提锤高度h1后，所述集成控制器控制第一电磁换向阀和第二电磁换向阀为得电状态，此时第一电磁换向阀切换到右位，第二电磁换向阀为右位，第一插装阀和第二插装阀成关闭状态；

S24、落锤打桩，当所述提锤高度传感器检测到的锤芯实时提升高度为指定的初始提锤高度h1后，即提锤结束，所述集成控制器控制第一电磁换向阀为得电状态，第二电磁换向阀为失电状态，此时第一电磁换向阀为右位，第二电磁换向阀切换到左位，第一插装阀为关闭状态，第二插装阀成开启状态，此时锤芯在重力和气液复合缸的顶腔气体膨胀的双重作用下大于重力加速度加速下落，锤芯加速下落打击砧座，此时，所述锤壳振动传感器、声波传感器分别采集锤芯击打砧座时的锤壳振动频率、声波音量的初始数据，并代入到式1中，得到ΔE的初始值；如若ΔE的初始值不在设定的范围内，则对锤壳振动传感器、声波传感器进行自动校准。

一种实施上述自动校验方法的液压打桩锤，包括集成控制器、液压控制单元、提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器、气液复合缸、锤壳、锤芯、砧座，所述气液复合缸安装在所述锤壳的上方，所述砧座安装在所述锤壳的下方，所述锤芯包括活塞杆、锤体，所述锤芯通过所述锤体安装在所述锤壳内，所述锤芯的活塞杆由下往上伸入所述气液复合缸内，所述锤壳包括内筒、外筒、多个加强长筋板，所述内筒设在所述外筒内，所述内筒的外侧面与所述外筒的内侧面之间形成夹层气腔，所述内筒的外侧壁通过多个所述加强长筋板与所述外筒的内侧壁连接，多个所述加强长筋板将所述夹层气腔分成多个过气通道，所述内筒的两端侧壁上周向设有多个过气孔，所述过气孔与所述过气通道连通，所述提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器分别安装在所述夹层气腔内，所述液压控制单元、提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器分别与所述集成控制器电性连接。

多个所述过气孔包括多个上过气孔、多个下过气孔，所述上过气孔位于所述内筒上端周向侧壁上，所述下过气孔位于所述内筒下端周向侧壁上，所述上过气孔和下过气孔分别与所述过气通道的两端连通。

所述过气孔为圆形或多边形。

所述锤壳还包括二个与桩架配合安装的导向块安装座，二个所述导向块安装座分别安装在所述外筒外侧面的上端和下端。

所述锤壳还包括上法兰、下法兰，所述上法兰底面的周向外侧与所述外筒的上端连接，所述上法兰底面的周向内侧与所述内筒的上端连接，所述下法兰顶面的周向外侧与所述外筒的下端连接，所述下法兰顶面的周向内侧与所述内筒的下端连接。

所述液压控制单元包括液压动力模块、溢流阀、第一电磁换向阀、第一插装阀、高压蓄能器、第二插装阀、第二电磁换向阀，所述液压动力模块包括动力油输出口、油箱，所述第一插装阀的进油口与所述高压蓄能器、溢流阀、动力油输出口连通，所述第一插装阀的控制油口通过第一电磁换向阀与所述动力油输出口连通，所述第一插装阀的出油口与所述气液复合缸的有杆腔连通；所述第二插装阀的进油口与所述气液复合缸的有杆腔连通，所述第二插装阀的控制油口通过第二电磁换向阀与所述动力油输出口连通，所述第二插装阀的出油口与所述油箱连通，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀分别与所述集成控制器电性连接。

所述液压控制单元还包括单向阀、低压蓄能器，所述气液复合缸的有杆腔通过所述单向阀与所述低压蓄能器连通。

需要说明的是：

前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。

前述“内”所指示的方向是指朝本液压打桩锤竖向中轴线的方向。

前述“外”所指示的方向是指远离本液压打桩锤竖向中轴线的方向。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、本发明提供的液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，通过设置两组独立工作的传感器、同步校验，再通过对设备组成、结构及控制算法等同步改进，采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式，能依据不同工况随时调整输出的锤击打击能量，实现不同地质条件、不同设备工况打桩时的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费，实现可主动应变的智能自动化控制；通过对两组数据进行相互校验计算，监控和发现任意一组是否存在数据失真或者传感器失效，动态发现偏差则动态剔除错误数据，避免由于数据失真而导致系统误操作，保障打击能量稳定、准确、安全的运行，以及施工设备与人员的安全。

2、本发明提供的液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，通过对传感数据、控制方法和设备结构的同步改进，提高设备的容错性和设计冗余，使设备能自动适应不同地质结构的桩基施工，提高设备的施工效率与施工质量、节能环保的匹配性，实现不同打击能量的自适应，在打桩过程中能依据不同工况随时调整输出的锤击打击能量，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费；并能实现主动应变的智能自动化控制、自动化数据采集和控制策略的优化分析。

3、本发明提供的液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，在使用前，预先在液压打桩锤上设提锤高度传感器、锤壳振动传感器和声波传感器，并预先根据对不同地质工况打桩时，锤芯击打砧座时产生的声波音量和锤壳振动频率与所使用的打击能量、所使用的打击能量与相应的提锤高度分别进行试验记录，使用函数拟合方法对其数据进行拟合，获得声波音量与打击能量的函数关系E(dBi)，锤壳振动频率与打击能量的函数关系E(MMi)，以及提锤高度与打击能量的函数关系E(h)，并写入集成控制器内置的控制程序中；液压打桩时，利用锤壳振动传感器、声波传感器分别采集锤芯击打砧座时的实时锤壳振动频率值E(MMi)、实时声波音量值E(dBi)，集成控制器根据实时锤壳振动频率值E(MMi)或实时声波音量值E(dBi)计算得到锤芯击打砧座实时的打击能量，并根据实时的打击能量自适应调整提锤高度，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，可以分别利用锤壳振动频率或声波音量两种模式计算打击能量，可以一个模式为主、另外一个模式作为校验；由锤壳振动频率数据与声波音量数据进行交互校验，动态发现偏差，剔除错误数据，避免系统误报，保障打击能量稳定、准确的运行。

4、本发明提供的液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，通过对设备组成、结构及控制算法等同步改进，在锤壳的夹层气腔中设置锤壳振动传感器和声波传感器两组自动控制传感器，一组感知打桩锤锤壳的震动变化的，一组感知夹层气腔中声波强度变化的，对感知的数据进行相互校验，监控和发现任意一组是否存在数据失真或者传感器失效；重点解决了多种因素引发的误差超差问题，以及单一采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式时，出现传感数据偏移误差无法及时发现和动态调整的问题。本发明可实现动态调整、交互验证，支持锤壳振动频率调整打击能量或声波音量调整打击能量两种工作模式。

5、本发明提供的液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，该液压打桩锤的锤壳采用双层结构，在内筒和外筒之间形成夹层气腔，多个加强长筋板将夹层气腔分成多个过气通道，并在内筒的两端侧壁上周向设有多个过气孔，从而将锤芯上方的上空气腔与锤芯下方的下空气腔流通，使用时，当提升液压锤的锤芯时，锤芯上方的上空气腔里的空气将通过多个上过气孔流进过气通道，并从过气通道下方的多个下过气孔流进锤芯下方的下空气腔里，从而将锤芯上方的上空气腔里的空气补充进锤芯下方的下空气腔里，避免锤芯上方的上空气腔空气受压，而阻碍锤芯的提升，同时也避免锤芯下方的下空气腔的空气形成负压；当液压锤的锤芯下落时，锤芯下方的下空气腔里的空气将通过多个下过气孔流进过气通道，并从过气通道上方的多个上过气孔流进锤芯上方的上空气腔里，从而将锤芯下方的下空气腔里的空气补充进锤芯上方的上空气腔里，避免锤芯下方下空气腔的空气受压，降低空气阻力，避免空气阻碍锤芯的下落，提高打击能量转换效率，避免造成锤芯下落时的击打能量受损，同时也避免锤芯上方的上空气腔的空气形成负压，提高锤芯的击打效率。

6、本发明液压打桩锤噪声控制除了噪声源的控制以外,还有传播途径控制和接受点的防范；本发明采用导声的方式，当锤芯打击液压锤的砧座时，将声源发出的噪音，引入到双层液压锤锤壳的夹层气腔中，并且在该气腔中吸收和消解其冲击波、能量，使其大幅衰减，由此降低噪音，进行降噪，减少了对周围环境的噪音污染，提高了锤壳的隔音降噪性能。

7、本发明提供的液压打桩控制的自动校验方法，可以分别通过两种同步运行、相互的独立工作调整模式进行运行，支持采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式，两种模式可以互为主次，互相校验，可通过采集声波音量值以校验锤壳振动传感器是否为正常工作状态，或通过采集锤壳振动频率值以校验声波传感器是否为正常工作状态，用以监控和发现任意一组传感器是否存在数据失真或者失效。

8、本发明通过在液压打桩锤上设气液复合缸，气液复合缸是结合是气缸和油缸优点而改进设计的，液压油与压缩空气严格隔离，利用液压油将锤芯提升的同时，增加了气缸中压缩空气的压力，在锤芯下落时，由于压缩气体释放压力并作用在锤芯上，加速锤芯下落，提高锤芯的打击能量，液压打桩锤由于采用了气液双作用方式，同时在液压控制单元上设高压蓄能器，对油缸充压蓄能,通过调整气液复合缸顶腔的充气压力可以实现不同的打击能量，打击能量更加稳定；满足不同工况的使用，同时也提高了设备的利用率，扩大了产品的适用范围。

9、本发明的液压控制单元还设有单向阀和低压蓄能器，当锤芯上升至指定的高度后，集成控制器控制关闭第一插装阀继续给气液复合缸的有杆腔输送液压油时，由于锤芯在惯性作用下会继续上升一段行程，此时，可利用低压蓄能器结合单向阀给气液复合缸的有杆腔补充压力油，防止有杆腔出现真空超压现象，损坏密封件。

10、本发明的液压打桩锤锤壳还包括二个与桩架配合安装的导向块安装座，使用时，桩架上的锤导向块可以通过螺栓或者销轴与外筒上设置的导向块安装座相连，方便液压打桩锤安装在桩架上。

附图说明

图1是本发明实施例液压打桩控制的自动校验方法的控制流程示意图；

图2是本发明实施例液压打桩锤的剖视结构示意图；

图3是图2中A-A剖面结构示意图；

图4是本发明实施例锤芯上升状态结构示意图。

图5是本发明实施例锤芯下落状态结构示意图。

图6是本发明实施例各单元的工作原理示意图。

附图标记说明：

10、液压控制单元，11、液压动力模块，111、动力油输出口，112、油箱，12、溢流阀，13、第一电磁换向阀，14、第一插装阀，15、高压蓄能器，16、第二插装阀，17、第二电磁换向阀，18、单向阀，19、低压蓄能器，21、提锤高度传感器，22、锤壳振动传感器，23、声波传感器，30、气液复合缸，40、锤壳，41、内筒，42、外筒，43、加强长筋板，44、过气通道，45、过气孔，451、上过气孔，452、下过气孔，46、上法兰，47、下法兰，50、锤芯，51、活塞杆，52、锤体，60、砧座，70、导向块安装座，81、上空气腔，82、下空气腔。

具体实施方式

下面结合附图1-6和下列实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1：

参见图1至图5，本发明提供的液压打桩控制的自动校验方法，包括如下步骤：

S1、设置一液压打桩锤，所述液压打桩锤包括集成控制器、液压控制单元10、提锤高度传感器21、锤壳振动传感器22、声波传感器23、锤壳40、锤芯50、砧座60，锤壳40包括内筒41、外筒42、多个加强长筋板43，内筒41设在外筒42内，内筒41的外侧面与外筒42的内侧面之间形成夹层气腔，内筒41的外侧壁通过多个加强长筋板43与外筒42的内侧壁连接，多个加强长筋板43将夹层气腔分成多个过气通道44，内筒41的两端侧壁上周向设有多个过气孔45，过气孔45与过气通道44连通，提锤高度传感器21、锤壳振动传感器22、声波传感器23分别安装在夹层气腔内，并分别与集成控制器电性连接；集成控制器内置有式1所示的实时控制程序：

ΔE＝EE(₍dMBMii)₎  式1

ΔE—允许误差，0.95≤ΔE≤1.05；

E(dBi)—液压打桩锤的锤芯50击打砧座60时的实时声波音量值；

E(MMi)—液压打桩锤的锤芯50击打砧座60时的实时锤壳振动频率值；

S2、启动液压打桩锤，集成控制器通过液压控制单元10，并根据初始提锤高度h1控制液压矿山锤锤芯50的提升高度h1进行液压打桩作业，同时，提锤高度传感器21实时检测锤芯50的提升高度，并将提升高度数据传输至集成控制器并记录数据；当锤芯50落锤后，锤壳振动传感器22、声波传感器23分别采集此时锤芯50击打砧座60时的锤壳振动频率、声波音量的初始数据，并代入到式1中，得到ΔE的初始值；如若ΔE的初始值不在设定的范围内，则对锤壳振动传感器22、声波传感器23进行自动校准；

S3、集成控制器根据所需打击能量设定所需提锤高度hi,并通过液压控制单元10控制液压矿山锤锤芯50的提升高度hi，开始液压打桩作业，当锤芯50落锤后，锤壳振动传感器22采集此时锤芯50击打砧座60时的实时锤壳振动频率值E(MMi)，同时，声波传感器23采集此时锤芯50击打砧座60时的实时声波音量值E(dBi)；并分别将得到的数据E(MMi)与E(dBi)代入到式1中，计算其函数的比值得到误差值ΔE，并判断ΔE是否在设定的范围内，如误差值ΔE在设定的范围内，则继续进行液压打桩作业，并根据采集到的锤壳振动频率值E(MMi)或实时声波音量值E(dBi)自动反馈给集成控制器，计算得到锤芯50击打砧座60实时的打击能量，并根据实时的打击能量自适应调整提锤高度，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费；直至本根桩基打桩完成；

S4、如若误差值ΔE超出设定的范围内，则改变提锤高度至初始提锤高度h1进行液压打桩作业，并对锤壳振动频率值和声波音量值两组传感数据进行交互校验、确定可靠数据，取两个数值中一个偏离较小的数据为可靠数据，继续进行液压打桩作业，直至本根桩基打桩完成；对出现偏离较大数值的对应传感器进行校准或修复，重复步骤S2-S4，进行下一根桩基的打桩作业。

本发明通过对控制方法和设备结构的同步改进，提高设备的容错性和设计冗余，使设备能自动适应不同地质结构的桩基施工，提高设备的施工效率与施工质量、节能环保的匹配性，实现不同打击能量的自适应，在打桩过程中能依据不同工况随时调整输出的锤击打击能量，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费；并能实现智能自动化控制、自动化数据采集和控制策略的优化分析。

在使用前，预先在液压打桩锤上设提锤高度传感器21、锤壳振动传感器22和声波传感器23，并预先根据对不同地质工况打桩时，锤芯50击打砧座60时产生的声波音量和锤壳振动频率与所使用的打击能量、所使用的打击能量与相应的提锤高度分别进行试验记录，使用函数拟合方法对其数据进行拟合，获得声波音量与打击能量的函数关系E(dBi)，锤壳振动频率与打击能量的函数关系E(MMi)，以及提锤高度与打击能量的函数关系E(h)，并写入集成控制器内置的控制程序中；液压打桩时，利用锤壳振动传感器22、声波传感器23分别采集锤芯50击打砧座60时的实时锤壳振动频率值E(MMi)、实时声波音量值E(dBi)，集成控制器根据实时锤壳振动频率值E(MMi)或实时声波音量值E(dBi)计算得到锤芯50击打砧座60实时的打击能量，并根据实时的打击能量自适应调整提锤高度，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，可以分别利用锤壳振动频率或声波音量两种模式计算打击能量，可以一个模式为主、另外一个模式作为校验；由锤壳振动频率数据与声波音量数据进行交互校验，动态发现偏差，剔除错误数据，避免系统误报，保障打击能量稳定、准确的运行。

本发明提供了液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，通过对设备组成、结构及控制算法等同步改进，在锤壳40的夹层气腔中设置锤壳振动传感器22和声波传感器23两组自动控制传感器，一组感知打桩锤锤壳40的震动变化的，一组感知夹层气腔中声波强度变化的，对感知的数据进行相互校验，监控和发现任意一组是否存在数据失真或者传感器失效；重点解决了多种因素引发的误差超差问题，以及单一采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式时，出现传感数据偏移误差无法及时发现和动态调整的问题。本发明可实现动态调整、交互验证，支持锤壳振动频率调整打击能量或声波音量调整打击能量两种工作模式。

本发明还提供了一种实施上述自动校验方法的液压打桩锤，其包括集成控制器、液压控制单元10、提锤高度传感器21、锤壳振动传感器22、声波传感器23、气液复合缸30、锤壳40、锤芯50、砧座60，气液复合缸30安装在锤壳40的上方，砧座60安装在锤壳40的下方，锤芯50包括活塞杆51、锤体52，锤芯50通过锤体52安装在锤壳40内，锤芯50的活塞杆51由下往上伸入气液复合缸30内，锤壳40包括内筒41、外筒42、多个加强长筋板43，内筒41设在外筒42内，内筒41的外侧面与外筒42的内侧面之间形成夹层气腔，内筒41的外侧壁通过多个加强长筋板43与外筒42的内侧壁连接，多个加强长筋板43将夹层气腔分成多个过气通道44，内筒41的两端侧壁上周向设有多个过气孔45，过气孔45与过气通道44连通，提锤高度传感器21、锤壳振动传感器22、声波传感器23分别安装在夹层气腔内，液压控制单元10、提锤高度传感器21、锤壳振动传感器22、声波传感器23分别与集成控制器电性连接。

其中，多个过气孔45包括多个上过气孔451、多个下过气孔452，上过气孔451位于内筒41上端周向侧壁上，下过气孔452位于内筒41下端周向侧壁上，上过气孔451和下过气孔452分别与过气通道44的两端连通。优选的，过气孔45为圆形或多边形。

锤壳40还包括上法兰46、下法兰47、二个与桩架配合安装的导向块安装座70，上法兰46底面的周向外侧与外筒42的上端连接，上法兰46底面的周向内侧与内筒41的上端连接，下法兰47顶面的周向外侧与外筒42的下端连接，下法兰47顶面的周向内侧与内筒41的下端连接。二个导向块安装座70分别安装在外筒42外侧面的上端和下端。使用时，桩架上的锤导向块可以通过螺栓或者销轴与外筒42上设置的导向块安装座70相连，方便液压打桩锤安装在桩架上。

该液压打桩锤的锤壳40采用双层结构，在内筒41和外筒42之间形成夹层气腔，多个加强长筋板43将夹层气腔分成多个过气通道44，并在内筒41的两端侧壁上周向设有多个过气孔45，从而将锤芯50上方的上空气腔81与锤芯50下方的下空气腔82流通，使用时，当提升液压锤的锤芯50时，锤芯50上方的上空气腔81里的空气将通过多个上过气孔451流进过气通道44，并从过气通道44下方的多个下过气孔452流进锤芯50下方的下空气腔82里，从而将锤芯50上方的上空气腔81里的空气补充进锤芯50下方的下空气腔82里，避免锤芯50上方的上空气腔81空气受压，而阻碍锤芯50的提升，同时也避免锤芯50下方的下空气腔82的空气形成负压；当液压锤的锤芯50下落时，锤芯50下方的下空气腔82里的空气将通过多个下过气孔452流进过气通道44，并从过气通道44上方的多个上过气孔451流进锤芯50上方的上空气腔81里，从而将锤芯50下方的下空气腔82里的空气补充进锤芯50上方的上空气腔81里，避免锤芯50下方下空气腔82的空气受压，降低空气阻力，避免空气阻碍锤芯50的下落，提高打击能量转换效率，避免造成锤芯50下落时的击打能量受损，同时也避免锤芯50上方的上空气腔81的空气形成负压，提高锤芯50的击打效率。

液压打桩锤噪声控制除了噪声源的控制以外,还有传播途径控制和接受点的防范；本发明采用导声的方式，当锤芯50打击液压锤的砧座60时，将声源发出的噪音，引入到双层液压锤锤壳40的夹层气腔中，并且在该气腔中吸收和消解其冲击波、能量，使其大幅衰减，由此降低噪音，进行降噪，减少了对周围环境的噪音污染，提高了锤壳40的隔音降噪性能。

实施例2：

本发明实施例2提供的液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，是在实施例1的基础上，增加了采用锤壳振动频率调整打击能量与采用声波音量调整打击能量模式下相互校验、以主动发现数据错误(或传感器失效)并自动纠正的步骤。

该液压打桩控制的自动校验方法，包括如下步骤：

步骤S1中，集成控制器还内置有两种同步运行、相互的独立工作的数据交互校验程序，并在步骤S3中被执行；

步骤S3的液压打桩作业过程中，在采用锤壳振动频率调整打击能量模式时，校验方法为：

将采集到的实时声波音量值E(dBi)数值代入到式1中，计算得到理论的E(MMi)数值，再与实际传感采集的E(MMi)数值进行比较，如误差在设定的范围内，则锤壳振动传感器22和声波传感器23两组传感器均为正常工作状态；反之，则其中一组为异常状态，进行校准后再继续进行液压打桩作业；

步骤S3的液压打桩作业过程中，在采用声波音量调整打击能量模式时，校验方法为：

将采集到的实时锤壳振动频率值E(MMi)数值代入到式1中，计算得到理论的E(dBi)数值，再与实际传感采集的E(dBi)数值进行比较，如误差在设定的范围内，则锤壳振动传感器22和声波传感器23两组传感器均为正常工作状态；反之，则其中一组为异常状态，进行校准后再继续进行液压打桩作业。

本发明提供了液压打桩控制的自动校验方法，可以分别通过两种同步运行、相互的独立工作调整模式进行运行，支持采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式，两种模式可以互为主次，互相校验，可通过采集声波音量值以校验锤壳振动传感器22是否为正常工作状态，或通过采集锤壳振动频率值以校验声波传感器23是否为正常工作状态，用以监控和发现任意一组传感器是否存在数据失真或者失效。

实施例3：

参见图6所示，本发明实施例3提供的一种液压打桩控制的自动校验方法及液压打桩锤，是在实施例1及2的基础上，增加了液压控制单元10的具体控制方法及结构，液压控制单元10包括液压动力模块11、溢流阀12、第一电磁换向阀13、第一插装阀14、高压蓄能器15、第二插装阀16、第二电磁换向阀17，液压动力模块11包括动力油输出口111、油箱112，第一插装阀14的进油口与高压蓄能器15、溢流阀12、动力油输出口111连通，第一插装阀14的控制油口通过第一电磁换向阀13与动力油输出口111连通，第一插装阀14的出油口与气液复合缸30的有杆腔连通；第二插装阀16的进油口与气液复合缸30的有杆腔连通，第二插装阀16的控制油口通过第二电磁换向阀17与动力油输出口111连通，第二插装阀16的出油口与油箱112连通，第一电磁换向阀13、第二电磁换向阀17分别与集成控制器电性连接。

步骤S2包括以下步骤：

S21、起压，集成控制器控制液压动力模块11起压，液压动力模块11输出压力油，并由溢流阀12控制液压控制单元10至最高压力，第一电磁换向阀13和第二电磁换向阀17为失电状态，此时第一电磁换向阀13和第二电磁换向阀17为左位，第一插装阀14和第二插装阀16成开启状态，此时压力油给高压蓄能器15充压蓄能，同时压力油经第一插装阀14、气液复合缸30的有杆腔、第二插装阀16回油箱112；

S22、提锤，集成控制器控制第一电磁换向阀13为失电状态，第二电磁换向阀17为得电状态，此时第一电磁换向阀13为左位，第二电磁换向阀17切换到右位，那么第一插装阀14成开启状态，第二插装阀16成关闭状态，液压动力模块11输出的压力油和高压蓄能器15共同给气液复合缸30的有杆腔供压力油，活塞杆51带动锤芯50加速上升，气液复合缸30的顶腔气体被活塞压缩并蓄能；同时，提锤高度传感器21实时检测锤芯50的提升高度，并将数据传输至集成控制器并记录数据；

S23、提锤结束，当锤芯50上升到指定的标准提锤高度h1后，集成控制器控制第一电磁换向阀13和第二电磁换向阀17为得电状态，此时第一电磁换向阀13切换到右位，第二电磁换向阀17为右位，第一插装阀14和第二插装阀16成关闭状态；

S24、落锤打桩，当提锤高度传感器21检测到的锤芯50实时提升高度为指定的初始提锤高度h1后，即提锤结束，集成控制器控制第一电磁换向阀13为得电状态，第二电磁换向阀17为失电状态，此时第一电磁换向阀13为右位，第二电磁换向阀17切换到左位，第一插装阀14为关闭状态，第二插装阀16成开启状态，此时锤芯50在重力和气液复合缸30的顶腔气体膨胀的双重作用下大于重力加速度加速下落，锤芯50加速下落打击砧座60，此时，锤壳振动传感器22、声波传感器23分别采集锤芯50击打砧座60时的锤壳振动频率、声波音量的初始数据，并代入到式1中，得到ΔE的初始值；如若ΔE的初始值不在设定的范围内，则对锤壳振动传感器22、声波传感器23进行自动校准。

本发明在液压打桩锤上设气液复合缸30，气液复合缸30是结合是气缸和油缸优点而改进设计的，液压油与压缩空气严格隔离，利用液压油将锤芯50提升的同时，增加了气缸中压缩空气的压力，在锤芯50下落时，由于压缩气体释放压力并作用在锤芯50上，加速锤芯50下落，提高锤芯50的打击能量，液压打桩锤由于采用了气液双作用方式，同时在液压控制单元10上设高压蓄能器15，对油缸充压蓄能,通过调整气液复合缸30顶腔的充气压力可以实现不同的打击能量，打击能量更加稳定；满足不同工况的使用，同时也提高了设备的利用率，扩大了产品的适用范围。

液压控制单元10还包括单向阀18、低压蓄能器19，气液复合缸30的有杆腔通过单向阀18与低压蓄能器19连通。当锤芯50上升至指定的高度后，集成控制器控制关闭第一插装阀14继续给气液复合缸30的有杆腔输送液压油时，由于锤芯50在惯性作用下会继续上升一段行程，此时，可利用低压蓄能器19结合单向阀18给气液复合缸30的有杆腔补充压力油，防止有杆腔出现真空超压现象，损坏密封件。

本发明上述各实施例的重点是通过对设备组成、结构及控制算法等的同步改进，采用锤壳振动频率调整打击能量模式或采用声波音量调整打击能量模式，能依据不同工况随时调整输出的锤击打击能量，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费，实现智能自动化控制；对两组数据进行相互校验，发现和处理数据失真或者失效，保障液压打桩施工稳定、准确、高效、安全、节能的运行。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液压打桩控制的自动校验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、设置一液压打桩锤，所述液压打桩锤包括集成控制器、液压控制单元、提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器、锤壳、锤芯、砧座，所述锤壳包括内筒、外筒、多个加强长筋板，所述内筒设在所述外筒内，所述内筒的外侧面与所述外筒的内侧面之间形成夹层气腔，所述内筒的外侧壁通过多个所述加强长筋板与所述外筒的内侧壁连接，多个所述加强长筋板将所述夹层气腔分成多个过气通道，所述内筒的两端侧壁上周向设有多个过气孔，所述过气孔与所述过气通道连通，所述提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器分别安装在所述夹层气腔内，并分别与所述集成控制器电性连接；所述集成控制器内置有式1所示的实时控制程序：

ΔE—允许误差，0.95≤ΔE≤1.05；

E(dBi)—液压打桩锤的锤芯击打砧座时的实时声波音量值；

E(MMi)—液压打桩锤的锤芯击打砧座时的实时锤壳振动频率值；

S2、启动液压打桩锤，所述集成控制器通过液压控制单元，并根据初始提锤高度h1控制液压矿山锤锤芯的提升高度h1进行液压打桩作业，同时，所述提锤高度传感器实时检测锤芯的提升高度，并将提升高度数据传输至集成控制器并记录数据；当所述锤芯落锤后，所述锤壳振动传感器、声波传感器分别采集此时锤芯击打砧座时的锤壳振动频率、声波音量的初始数据，并代入到式1中，得到ΔE的初始值；如若ΔE的初始值不在设定的范围内，则对锤壳振动传感器、声波传感器进行自动校准；

S3、集成控制器根据所需打击能量设定所需提锤高度hi,并通过液压控制单元控制液压矿山锤锤芯的提升高度hi，开始液压打桩作业，当所述锤芯落锤后，所述锤壳振动传感器采集此时锤芯击打砧座时的实时锤壳振动频率值E(MMi)，同时，所述声波传感器采集此时锤芯击打砧座时的实时声波音量值E(dBi)；并分别将得到的数据E(MMi)与E(dBi)代入到式1中，计算其函数的比值得到误差值ΔE，并判断ΔE是否在设定的范围内，如误差值ΔE在设定的范围内，则继续进行液压打桩作业，并根据采集到的锤壳振动频率值E(MMi)或实时声波音量值E(dBi)自动反馈给集成控制器，计算得到锤芯击打砧座实时的打击能量，并根据实时的打击能量自适应调整提锤高度，实现不同地质条件打桩的自适应匹配，提高打桩工作效率，避免打击能量的浪费；直至本根桩基打桩完成；

S4、如若误差值ΔE超出设定的范围内，则改变提锤高度至初始提锤高度h1进行液压打桩作业，并对锤壳振动频率值和声波音量值两组传感数据进行交互校验、确定可靠数据，取两个数值中一个偏离较小的数据为可靠数据，继续进行液压打桩作业，直至本根桩基打桩完成；对出现偏离较大数值的对应传感器进行校准或修复，重复步骤S2-S4，进行下一根桩基的打桩作业。

2.如权利要求1所述液压打桩控制的自动校验方法，其特征在于，其还包括如下步骤：

所述的步骤S1中，所述集成控制器还内置有两种同步运行、相互的独立工作的数据交互校验程序，并在步骤S3中被执行；

所述的步骤S3的液压打桩作业过程中，在采用锤壳振动频率调整打击能量模式时，校验方法为：

将采集到的实时声波音量值E(dBi)数值代入到式1中，计算得到理论的E(MMi)数值，再与实际传感采集的E(MMi)数值进行比较，如误差在设定的范围内，则锤壳振动传感器和声波传感器两组传感器均为正常工作状态；反之，则其中一组为异常状态，进行校准后再继续进行液压打桩作业；

所述的步骤S3的液压打桩作业过程中，在采用声波音量调整打击能量模式时，校验方法为：

将采集到的实时锤壳振动频率值E(MMi)数值代入到式1中，计算得到理论的E(dBi)数值，再与实际传感采集的E(dBi)数值进行比较，如误差在设定的范围内，则锤壳振动传感器和声波传感器两组传感器均为正常工作状态；反之，则其中一组为异常状态，进行校准后再继续进行液压打桩作业。

3.如权利要求1至2任一项所述液压打桩控制的自动校验方法，其特征在于，所述液压控制单元包括液压动力模块、溢流阀、第一电磁换向阀、第一插装阀、高压蓄能器、第二插装阀、第二电磁换向阀，所述液压打桩锤还包括气液复合缸，所述锤芯包括活塞杆，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、起压，所述集成控制器控制液压动力模块起压，所述液压动力模块输出压力油，并由溢流阀控制液压控制单元至最高压力，所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀为失电状态，此时第一电磁换向阀和第二电磁换向阀为左位，第一插装阀和第二插装阀成开启状态，此时压力油给高压蓄能器充压蓄能，同时压力油经第一插装阀、气液复合缸的有杆腔、第二插装阀回油箱；

S22、提锤，所述集成控制器控制第一电磁换向阀为失电状态，第二电磁换向阀为得电状态，此时第一电磁换向阀为左位，第二电磁换向阀切换到右位，那么第一插装阀成开启状态，第二插装阀成关闭状态，液压动力模块输出的压力油和高压蓄能器共同给气液复合缸的有杆腔供压力油，活塞杆带动锤芯加速上升，气液复合缸的顶腔气体被活塞压缩并蓄能；同时，所述提锤高度传感器实时检测锤芯的提升高度，并将数据传输至集成控制器并记录数据；

S23、提锤结束，当所述锤芯上升到指定的标准提锤高度h1后，所述集成控制器控制第一电磁换向阀和第二电磁换向阀为得电状态，此时第一电磁换向阀切换到右位，第二电磁换向阀为右位，第一插装阀和第二插装阀成关闭状态；

S24、落锤打桩，当所述提锤高度传感器检测到的锤芯实时提升高度为指定的初始提锤高度h1后，即提锤结束，所述集成控制器控制第一电磁换向阀为得电状态，第二电磁换向阀为失电状态，此时第一电磁换向阀为右位，第二电磁换向阀切换到左位，第一插装阀为关闭状态，第二插装阀成开启状态，此时锤芯在重力和气液复合缸的顶腔气体膨胀的双重作用下大于重力加速度加速下落，锤芯加速下落打击砧座，此时，所述锤壳振动传感器、声波传感器分别采集锤芯击打砧座时的锤壳振动频率、声波音量的初始数据，并代入到式1中，得到ΔE的初始值；如若ΔE的初始值不在设定的范围内，则对锤壳振动传感器、声波传感器进行自动校准。

4.一种实施权利要求1至3任一项所述自动校验方法的液压打桩锤，其特征在于，包括集成控制器、液压控制单元、提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器、气液复合缸、锤壳、锤芯、砧座，所述气液复合缸安装在所述锤壳的上方，所述砧座安装在所述锤壳的下方，所述锤芯包括活塞杆、锤体，所述锤芯通过所述锤体安装在所述锤壳内，所述锤芯的活塞杆由下往上伸入所述气液复合缸内，所述锤壳包括内筒、外筒、多个加强长筋板，所述内筒设在所述外筒内，所述内筒的外侧面与所述外筒的内侧面之间形成夹层气腔，所述内筒的外侧壁通过多个所述加强长筋板与所述外筒的内侧壁连接，多个所述加强长筋板将所述夹层气腔分成多个过气通道，所述内筒的两端侧壁上周向设有多个过气孔，所述过气孔与所述过气通道连通，所述提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器分别安装在所述夹层气腔内，所述液压控制单元、提锤高度传感器、锤壳振动传感器、声波传感器分别与所述集成控制器电性连接。

5.如权利要求4所述液压打桩锤，其特征在于，多个所述过气孔包括多个上过气孔、多个下过气孔，所述上过气孔位于所述内筒上端周向侧壁上，所述下过气孔位于所述内筒下端周向侧壁上，所述上过气孔和下过气孔分别与所述过气通道的两端连通。

6.如权利要求5所述液压打桩锤，其特征在于，所述过气孔为圆形或多边形。

7.如权利要求4所述液压打桩锤，其特征在于，还包括二个与桩架配合安装的导向块安装座，二个所述导向块安装座分别安装在所述外筒外侧面的上端和下端。

8.如权利要求4所述液压打桩锤，其特征在于，所述锤壳还包括上法兰、下法兰，所述上法兰底面的周向外侧与所述外筒的上端连接，所述上法兰底面的周向内侧与所述内筒的上端连接，所述下法兰顶面的周向外侧与所述外筒的下端连接，所述下法兰顶面的周向内侧与所述内筒的下端连接。

9.如权利要求4至8任一项所述液压打桩锤，其特征在于，所述液压控制单元包括液压动力模块、溢流阀、第一电磁换向阀、第一插装阀、高压蓄能器、第二插装阀、第二电磁换向阀，所述液压动力模块包括动力油输出口、油箱，所述第一插装阀的进油口与所述高压蓄能器、溢流阀、动力油输出口连通，所述第一插装阀的控制油口通过第一电磁换向阀与所述动力油输出口连通，所述第一插装阀的出油口与所述气液复合缸的有杆腔连通；所述第二插装阀的进油口与所述气液复合缸的有杆腔连通，所述第二插装阀的控制油口通过第二电磁换向阀与所述动力油输出口连通，所述第二插装阀的出油口与所述油箱连通，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀分别与所述集成控制器电性连接。

10.如权利要求9所述液压打桩锤，其特征在于，所述液压控制单元还包括单向阀、低压蓄能器，所述气液复合缸的有杆腔通过所述单向阀与所述低压蓄能器连通。

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