CN2844438Y - 螺旋挤孔桩机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种螺旋挤孔桩机的控制装置，该装置是一种用于建筑用螺旋挤孔桩机的控制装置，其包括控制系统，动力系统及进给系统，动力系统及进给系统分别连接于控制系统，动力系统控制钻杆的下钻扭距，使钻杆下钻时保持一定的转速；进给系统提供下钻的动力，保持下钻的进给速度，二者配合使钻杆的钻速与钻杆向下运动的速度保持同步。本实用新型可保持钻杆在下钻、提拉灌注混凝土时钻杆旋转和进给速度的同步，提高下钻及灌注混凝土的工作效率，保证施工的迅速快捷。

Description

螺旋挤孔桩机的控制装置

技术领域

本实用新型涉及建筑机械的部件，准确地说是一种用于建筑用螺旋挤孔桩机的控制装置。

背景技术

现代多层或者高层建筑，要求严格的地基处理、适当的承重桩基，以承载建筑物，且防止地震等带来的对建筑物的伤害。对于承重的桩基，按桩对环境的分类为挤土桩(含部分挤土桩)、非挤土桩，挤土桩在施工过程中，桩周土体受到桩体的挤压作用，土体中超孔隙水压力增大，土体发生隆起现象，造成周边环境的损害已日益受到关注，在大中城市，该法已严格控制性使用。非挤土桩指干、湿作业工法桩，其取土和泥浆污染十分严重，目前，几乎没有更好的技术措施加以解决；较为普遍的是根据施工方法分为预制桩和灌注桩。

国内外无论是预制或现浇砼端承摩擦桩，其桩体本身是圆柱式结构，桩端基本放在具有较好持力土层，在极根承载力状态下，桩的主荷载仍由桩侧摩阻力承受。尽管砼抗压强度储备极大，却很难发挥，往往以土体摩擦破坏作为桩的承载力极限指标，这一类型桩代表了国内外端承摩擦桩的几乎全部受力特征，尤其是国内普遍采用的预制桩，是将混凝土桩基预先制作好，再钻孔打桩，其缺点是不能制作出一次性桩体，只能预制长度适当的桩基，根据实际的需要对接，对接的桩对于桩身横向的承载力很小，往往容易错位，只能有上下纵向的承载力，且打桩过程费时费力，成本很高。

灌注桩有“二次成桩”和“一次成桩”两种施工方法，二次成桩是长螺旋钻机钻成桩孔后，拔出钻机留下空孔，再向该空孔灌注混凝土，一次成桩是在长螺旋钻机钻到设计深度后停机，用泵输送混凝土，通过中空的螺旋钻杆到钻头的出料口，进行压力灌注混凝土，并同步起拔螺旋钻杆成桩。例如专利申请02103855.4即清楚完整地描述了这样的特征，虽然该专利申请增加了桩端预压浆处理过程，解决桩端虚土存在的问题，但是仍然采用的是圆柱式的桩身、又是取土后灌压砼，其本身仍具有上述的只能承载上下压力的问题。

日本研制出钢纤维预制全螺纹桩，改变了这一受力特征，该钢纤维预制全螺纹桩，是利用特殊的设备预先制作出钢纤维的全螺纹桩，其桩身整体是螺纹结构，便于与土层结合，扩大了桩身的承载面，大大地提高了桩身的承载力，但是其施工时也需利用特殊的设备将桩身压入到土层中，由于高昂的造价且需要专门的配套设备、施工不方便而得不到广泛应用的推广；而且对于全螺纹结构的桩来说，不能适用于混凝土特别是纯混凝土结构的桩身。因为实际上桩身的承载力是呈倒金字塔型分布的，最上部承受的压力最大，最底部承受的压力最小。如果采用混凝土制作全螺纹桩，上部的螺纹处桩体实际横截面积非常小、实际承载力仅为其公称桩径1/3，恰恰违反桩身的承载力是呈倒金字塔型分布的原理。所以采用混凝土制作全螺纹桩不可行。

半螺丝桩及加工装置(ZL 2003 2 20130095.6)综合地解决上述各种缺点，但仍存在一些缺点：动力系统扭矩在低转数特别是零转数时输出扭矩小、以致无法攻破强风化等特硬土层，亦不适用于大口径桩体(￠500mm)。同步系统采用模拟技术、不精确，影响桩体承载力。

对于上述的螺旋桩也好，半螺旋桩也好，所打的桩都具有摩擦桩的特点，而打桩过程则基本上是采用现有的桩机进行打桩下钻，其一般是采用控制电机的动力，实现对打桩的控制，用钢丝绳或者铰链控制钻杆的提拉，并不考虑其打桩的深度及阻力的影响，不考虑下钻的进给深度及螺旋转速同步的问题，尤其对于螺旋形钻杆，其下钻的进给控制也仅仅是控制其下钻的速度，电机提供向下的压力及下钻动力，并不考虑具体土层的阻力影响以及是否同步，下钻土层、深度的影响，这往往具有下列缺点：

一、下钻的过程遇到不平衡的阻力土层，钻杆的转速及进给速度就会造成不协调、不同步，增加钻杆螺纹齿的受力，损害钻杆的使用寿命；

二、打桩完成后向上提拉钻杆的过程，难以保证转速及提拉速度的同步，破坏形成的桩体的结构，使摩擦桩面受损；

三、下压的进给动力及钻杆的转速不统一，使钻杆下钻的速度受到影响，使得打桩的周期长，影响施工进度。

发明内容

为此，本实用新型的目的是提供一种能够保证钻杆下钻的进给速度与转速协调统一的螺旋挤孔桩机的控制装置，该控制装置通过保证进给速度与转速的同步使得钻杆可以快速、协调的打桩，并能够形成结构良好稳定的桩体。

本实用新型的另一个目的在于提供一种施工效率高、具有同步性的螺旋挤孔桩机的控制装置，该控制装置可保证钻杆以最快的速度下钻，使钻杆可克服任何土层的阻力，使用效率高，且延长钻杆的使用寿命。

本实用新型的再一个目的是提供一种螺旋挤孔桩机的控制装置，该装置能够按照其钻杆的转速与深度给进之间保持同步，可避免对原土层的结构扰动。

基于此，本实用新型是这样实现的：

一种螺旋挤孔桩机的控制装置，其包括控制模块(控制系统)，动力系统及进给系统，动力系统及进给系统分别连接于控制模块(控制系统)，动力系统控制钻杆的下钻扭距，使钻杆下钻时保持一定的转速；进给系统提供下钻的动力(压力)，保持下钻的进给速度，二者配合使钻杆的钻速与钻杆向下运动的速度保持同步。

所述的动力系统，其还连接有监视钻杆转速的感应器，实时检测钻杆的转速，并将钻杆转速的变化信号传输到控制系统，以在钻杆受到阻力，转速发生变化时，保持转速与下钻速度的同步，保证钻杆顺利下钻，有利于保证钻杆的使用寿命。

上述的动力系统，其感应器是旋转编码器，动力系统通过动力马达实现对钻杆转速的控制，且由直流控制器为其提供直流动力。

所述的进给系统，其还连接有提供下钻动力的直流控制器，进给系统通过动力马达实现对钻杆下钻的进给速度的控制。

上述的直流控制器，为进给系统提供直流电力。

上述的进给系统，其还设置有行程编码器，该行程编码器实时检测钻杆的进给速度，并将钻杆进给速度的变化信号传输到控制系统。

所述的打桩用钻杆的控制装置，其设置有变频器，变频器连接到控制系统上，以控制钻杆扭距的输出，以及钻杆的转速，保持其转速与给进深度之间同步。

所述的控制系统，可采用单片机实现。如PLC、CPU等。

所述的控制系统，其是由逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统及CPU构成，其中，CPU是主要的运算处理单位，处理从逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统传输来的信号及数据，逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统都连接于CPU上，同步反馈系统、加压提升测量系统将打桩过程中的实时动态反馈到CPU，CPU对反馈结果进行运算，判断是否同步，如果不同步则控制逻辑/同步控制器向动力系统或进给系统发出信号，修正转速或进给速度，保持同步。

上述的逻辑/同步控制器和CPU在实际上的使用过程中可集成于一起；同步反馈系统提供的反馈信息包括旋转速度反馈信息、进给速度反馈信息。控制系统分别连结到进给系统、动力系统之间，动力马达控制钻杆的转速，并将信号反馈到数码自控系统，控制系统通过直流控制器输出控制指令，使直流控制器控制进给系统的行动；如果钻杆遇阻的影响下，其转速发生变化，反馈信号传输到控制系统后，控制系统可以自动调整进给系统的速度，以保证转速与进给深度之间的同步。

控制系统可自动跟踪钻杆钻头工作状况而调整进给量及其转速；及该桩机之动力系统及进给系统皆由直流控制器配合，使动力系统在低转速时仍能产生最大的输出扭矩，不卡钻。同步控制器保障钻杆钻头在土层中形成螺丝桩的同时，尽量避免对原土层结构扰动，以利于形成结构良好的螺丝桩或半螺丝桩，并使其具有良好的承载能力。

上述的控制系统，其还连接有显示器，显示器可以是LCD显示器、液晶显示器，或者其它形式的显示器。可通过显示器输入控制信息，或者调整转速及进给速度，保持同步。

本实用新型采用的实现方式可保持钻杆在下钻、提拉灌注混凝土时钻杆旋转和进给速度的同步，提高下钻及灌注混凝土的工作效率，保证施工的迅速快捷，采用该装置实现的打桩，实际测量，成桩量每天可达750延米(即φ500mm桩径每天累计进度为750米)以上；在施工效率提高的同时，同步性还可保证提高钻杆的使用寿命，使得以前不同步时钻杆的使用寿命提高2-3倍。

而且还保证了灌注混凝土之后形成桩体的可靠性，同步提拉的钻杆不会破坏桩体的结构，使得桩体最大程度地保持了摩擦桩的特点。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图，

图2为本实用新型实现的结构示意图，

图3为本实用新型CPU及同步控制部分的电路图，

图4为本实用新型同步反馈系统的电路图，

图5为本实用新型进给系统的电路图，

图6为本实用新型动力系统的电路图，

图7为本实用新型下钻控制的软件流程图。

具体实施方式

结合附图，下面对本实用新型的实施做详细地说明：

图1所示，本实用新型的主要构成是：控制系统、动力系统及进给系统，动力系统及进给系统分别连接到控制系统上，其中，动力系统还连接有旋转编码器，进给系统则连接有行程编码器；直流控制器分别向动力系统、控制系统和进给系统提供直流动力；动力系通过动力1马达向钻杆提供旋转动力，并控制其转速；进给系统则通过行程编码器监控进给的行程，并通过动力2马达向钻杆提供下钻深度的进给动力。

直流控制器通过直流电机产生作用，直流电机有着工作转数精密、可调及低转速(特别是启动时)能产生大扭矩等不可比似之优势，在动力系统及进给系统使用直流电机并配合编码器使用，大大改善成桩质量及机器的工作状态。

一般情况下，动力系统的动力1马达包括两个旋转电机，一个是主要的作用电机，一个则为辅助的电机。

图2所示，控制系统，其是由逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统及CPU(运算系统)构成，其中，CPU是主要的运算处理单位，处理从逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统传输来的信号及数据，逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统都连接于CPU上，同步反馈系统、加压提升测量系统将打桩过程中的实时动态反馈到CPU，CPU对反馈结果进行运算，判断是否同步，如果不同步则控制逻辑/同步控制器向动力系统或进给系统发出信号，或者通过调整动力系统(动力驱动系统)控制动力1马达变化动力达到修正转速的目的，或者通过调整进给系统(进给驱动系统)控制动力2马达变化进给力，修正进给速度，保持转速与进给速度的同步。

上述的动力马达为液压马达，液压马达具有大扭矩低消耗及维护使用简便之优点，更适用于户外环境施工。采用液压马达驱动动力系统、通过编码器与控制系统控制直流电机驱动的进给系统。更能适合打桩的工作需要。

控制系统连接有显示器，即图中所描述的参数设定/读取操作台，显示器一般采用液晶显示器，可通过该参数设定/读取操作台输入控制信息，或者调整转速及进给速度，保持同步。

在实际的使用过程中，逻辑/同步控制器和CPU常常集成于一起，如图3所示，在该实施方式中，逻辑/同步控制器和CPU集成于一起，为FX2N-32MR芯片，该芯片是控制系统的核心，控制钻杆的旋转启动、停止、调整，进给的启动、停止、调整，以及现场遥控、钻杆水平调整、报警、油泵启动、停止，甚至整个系统的急停。

对于同步反馈系统，如图4所示，其采用FX2N-4AD芯片，旋转电机1的旋转速度1和旋转电机2(辅助旋转电机)的旋转速度2的反馈及进给速度的反馈分别输入该芯片中，由其向CPU即上述的FX2N-32MR芯片后，确定联动速度的给定。

进给系统的结构则如图5所示，其主要的控制部件是进取-590P/70A芯片，该芯片控制行程编码器及电机3(即图2所示的动力2马达)，实现对钻杆进给速度及提拉速度的控制。

动力系统的结构则如图6所示，其主要的控制部件是旋转1-590/110A芯片，该芯片控制旋转编码器及电机1(即图2所示的动力1马达)，实现对钻杆旋转速度的控制。

打桩下钻时，控制系统的控制流程为：

启动系统后，控制系统会自动检测各个部件，如动力系统、进给系统的状态，确认它们是否处于待机状态，是否可以允许，如果存在故障，则进行报警或者通过显示器的显示界面进行提示；

状态都正常，则可以通过显示界面进行控制选择，包括钻杆的转速、进给速度，一般情况下，出于同步的需要，转速和进给速度都是根据钻杆的螺旋部分的叶片间距计算确定的，即对于特定的钻杆，其转速和进给速度都具有对应的关系，可只选择一个转速或者进给速度，控制系统会自动配给另一个进给速度或转速，这样可控制钻杆下钻打桩；

在下钻的过程中，钻头往往会遇到很多阻力，有些时候会因为阻力的变化(一般是阻力变大)而导致进给速度发生变化(或者是转速)，此时如果还保持原有的转速，就会产生不同步的现象，从而会破坏已经形成的土层的螺旋结构，因此，必须对转速进行调整，接受到逻辑/同步控制器发来的进给速度变化的信号后，控制系统会通过旋转编码器向动力系统发出指令，重新调整钻杆的转速，保持转速和进给速度的一致；

同样，对应转速发生变化的情况，控制系统接受到逻辑/同步控制器发来的转速变化的信号后，控制系统会通过直流控制器、行程编码器向进给系统发出指令，重新调整钻杆的进给速度，保持转速和进给速度的一致；

这样就可保证下钻的正常进行，并在整个的下钻过程中保持转速和进给速度的同步性。

以上所述，是本实用新型的具体实施方式，并不代表本实用新型所有的实现方式，凡是在结构上与本实用新型类似，有相同或者类似解决方案的具体应用，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于包括控制系统，动力系统及进给系统，动力系统及进给系统分别连接于控制系统。

2、如权利要求1所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于动力系统，其还连接有监视钻杆转速的感应器。

3、如权利要求2所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于上述的动力系统，其感应器是旋转编码器。

4、如权利要求1所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于所述的进给系统和动力系统，都连接有提供下钻和旋转动力的直流控制器。

5、如权利要求1所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于上述的进给系统，其还设置有行程编码器，该行程编码器实时检测钻杆的进给速度，并将钻杆进给速度的变化信号传输到控制系统。

6、如权利要求1所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于该装置设置有变频器，变频器连接到控制系统上。

7、如权利要求1所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于所述的控制系统，可采用单片机实现。

8、如权利要求1所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于所述的控制系统，其是由逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统及CPU构成，其中，CPU是主要的运算处理单位，处理从逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统传输来的信号及数据，逻辑/同步控制器、同步反馈系统、加压提升测量系统都连接于CPU上。

9、如权利要求8所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于上述的逻辑/同步控制器和CPU在实际上的使用过程中可集成于一起。

10、如权利要求1所述的螺旋挤孔桩机的控制装置，其特征在于上述的控制系统，其还连接有显示器，显示器可以是LCD显示器、液晶显示器。

Images