机电一体化技术在液压静力压桩机上的应用
朱建新
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2008-11-18 00:00
一、技术背景
1、静压桩技术由于其绿色环保已在我国乃至亚、欧国家得到普遍认同和广泛推广，液压静力压桩机也由于其环保、节能、高效而迅速成为了静压桩技术的关键施工设备。
山河智能液压静力压桩机产品外观
特别是作为我国研发、生产、销售液压静力压桩机规模最大的上市公司——湖南山河智能机械股份有限公司研究生产的ＺＹＪ系列液压静力压桩机产品，它包含1项发明专利和8项实用新型专利，并构成其核心技术，曾获得2003年度国家科技进步二等奖等十余项奖励，其技术处于国际领先水平，极大地推动行业的技术进步。该系列产品已批量出口到俄罗斯、乌克兰、菲律宾、越南、缅甸、马来西亚、新加坡、泰国、柬埔寨、香港等国家和地区。
2、目前的液压静力压桩机技术存在以下不足：1）以手动控制为主，操作手劳动强度大；2）压桩垂直度缺乏有效监控手段，导致施工质量不稳定；3）容易出现浮机，甚至坐机，发生设备安全事故；4）施工记录不翔实，以人工记录为主，缺乏过程监控。
鉴于此，山河智能为进一步提升液压静力压桩机的技术性能和自动化水平，对上述问题进行了深入研究，并开发了实现自动压桩、自动调平、浮机报警并自动切断压桩液压回路和施工数据自动记录等功能的自动控制系统。
二、总体方案
液压静力压桩机电控系统控制框图
三、自动压桩功能
压桩时，主压缸将夹桩箱提到最高位置，再由夹桩缸将桩夹紧，然后主压缸伸长产生强大的压力将桩压入地基，直到主压缸的行程走完，夹桩缸松桩缩回。接着重复上述过程，就这样依次循环完成“夹桩®压桩®松桩®返回®夹桩…”的动作，最终将桩压入持力层。其自动压桩液压控制原理及程序设计流程图如图所示。
自动压桩液压原理图
自动压桩程序流程图
四、自动调平功能
机身平面倾斜示意图中，1、2、3、4为四个升降油缸的位置。两个角位移传感器安装在升降缸1附近，将油缸1作为基准点在自动调平过程中保持不动。机身调平采用“逐次逼近”法，每次移动50%的倾斜距离后再进行一次A/D转换，求出倾斜角α，β，再移动50%的倾斜距离，直到│α│≤α0、│β│≤β0（α0、β0为根据施工要求所确定机身的允许倾斜角度），调平过程结束。
机身倾斜示意图
调平系统升降缸液压原理图
自动调平程序流程图
五、浮机报警功能
经过试验，静力压桩机浮机时绘制长船升降缸上下腔的压力变化曲线如上图。可见，升降缸上腔压力减小到接近于零时，已经浮机。控制器检测到该压力信号，通过比较，在浮机开始时适时切断压桩液压回路，达保护机器的目的。
压桩机升降缸上下腔压力变化曲线
浮机报警程序流程图
六、施工数据自动记录功能
施工过程中，通过记录单桩施工的压桩油压，计算承载力；通过安装在夹桩箱上的角度传感器显示记录压桩的垂直度，利用安装在压桩台上的深度传感装置记录压桩深度，并将上述数据自动储存至控制器形成报表，可下载给监理方，为施工质量监控提供依据。
七、结束语
1、该自动控制系统的开发与应用大大提高了工作效率,降低了劳动强度,提高了施工质量。
2、随着机电一体化技术的进一步发展及可靠性的进一步提高，液压静力压桩机技术将逐步实现压桩过程自动化和施工质量参数实时监控。
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