主要经营: 杭州拉森钢板桩,杭州打桩机,液压打桩机,挖机
客户热线:13735802588
>> 杭州富阳昊扬建筑设备租赁有限公司 >> 新闻中心 >> 技术指导 >> 正文
 
 
请输入您想要搜索的产品:
 
地址:浙江省富阳市
电话:13735802588
联系人:何先生
邮箱:359605965@qq.com
Q Q:

冲孔打桩机高效运行控制设备的研制

 本成果主要用于高速路、桥梁等建筑的桩基建设项目中,是对传统手动式冲孔打桩机从机械结构改进、添加气动装置和相关的传感器、硬软件设计以及算法研究等方面进行设计与研究,最终研制成产品,并广泛应用在武罐高速、十天高速等施工路段,有效解决了传统手动打桩机工作效率低、工人劳动强度大以及施工成本高等诸多问题,得到了用户的一致好评。
成果内容提要:
      主要观点
      1、总体方案设计
      本成果在保证实现原有功能的基础上,进行机械结构的改进,增加必要的传感器和气动执行机构,设计安全可靠的气动系统,设计冲孔打桩机自动控制装置,后期将要设计无线通信的远程实时监控装置。
      2、机械部分改进
      传统的冲孔打桩机如图1所示,配电柜给卷扬机供电,人工手动操作刹车与离合来控制桩锤恒速上升至一定高度,实现冲孔打桩操作。


图1  传统冲孔打桩机示意图
      对传统手动式冲孔打桩机进行机械结构改进,如下图2所示,它由配电柜、控制柜、卷扬机、桩架、桩锤及附属设备等组成,通过对系统硬件、软件进行优化与升级,并在控制算法方面进行了更加深入的研究,使冲孔打桩机在工作过程中达到高效运行的目的,从而提高打桩机在遇到斜岩、沙石岩等复杂地形时的适应性及打桩效率。此外,后期还会增加设计无线电台传输模块,用于实现通过手机远程实时监控多台打桩机同时工作。


图2改进后的机械结构图
      3、气动系统设计
      对手动式冲孔打桩机进行自动化改进,关键是对离合和刹车系统进行改进。传统手动式打桩机是通过人工手动拉动离合操纵杆和刹车操纵杆来控制桩锤的提升与降落,本成果通过添加气动装置来实现对离合和刹车的控制。气动系统连接图如下图3所示。


图3 气动系统连接示意图
      4、硬件系统总体设计
      硬件系统总体设计包括信号检测、控制策略和算法、控制量输出、人机接口、无线通信、电磁兼容设计、电源设计及故障保护设计等。其结构如图4所示。


图4 硬件系统总体设计原理框图
      本系统硬件总体设计主要包括电源模块、主控模块、信息采集模块、控制量输出模块及通信模块。图中,左边部分是信息量采集模块,主要包括电流互感器采集起锤电流信息(即起锤信号),两个霍尔传感器一个用来检测卡锤故障;另一个用来检测桩锤提升高度,进而可以检测桩锤在升降过程中的速度和加速度的大小。右边部分是控制量输出模块,主控芯片通过分析采集回来的各种信息,根据不同的环境,做出适应性的调整,主要是对离合、刹车、桩锤提升高度及余绳长度来进行相应的控制。通信模块是后期添加设计无线电台模块,用来与其他打桩机进行通信,以便实现多台打桩机间相互协调配合工作。电源模块为整个系统供电。
      4.1 最小系统设计
      本成果采用飞思卡尔半导体公司的16位处理器MC9S12XS128为核心控制芯片,它有112管脚,LQFP封装。单片机内的锁相环电路可使能耗和性能适应具体操作的需要,外部输入时钟经过内部锁相环后,频率可达80MHz。最小系统如下图5所示。


图5 最小系统图
      4.2 电源电路设计
      在本成果中,电源电压分为直流+5V、24V和交流220V几种。其中5V为微控制器以及复位芯片7705和存储器AT24C512等大部分芯片供电;+24V为外围接口电路提供电压,例如为电机继电器、电磁阀、霍尔传感器等供电;交流220V为AC-DC(220V转24V)供电。本系统电源电路采用分模块供电,每部分模块都是独立电源供电,这样可以避免电源及不同的地对系统产生干扰。同时,为了避免每一个模块电源之间的相互干扰,在每一路的电源进出口都加了滤波电容和差模电感,以此来消除高频干扰、共模干扰和差模干扰。下图6所示为典型24V转5V电源电路设计。


图6 24V转5V电源电路
      5、软件总体设计
      5.1 软件构建思路
      系统是由小系统组成的,是更大的系统的子系统,是环境中的系统。不管大系统还是小系统,都是由元素及元素间的关系组成。计算机控制系统的软件必然由结构和元素组成,其结构和元素具有静态和动态两种方式,计算机控制系统软件总体结构模型如下图7所示。


图7 软件总体结构模型

      任务有内部触发任务和外部触发任务两种方式。外部触发任务一般为键盘鼠标触发,或者是通信触发。内部触发任务一般由定时中断服务程序触发。系统分为主层和子层,子层又分为逻辑子层和物理子层。图1中3号模块的运行是调用物理子层6、7号等模块实现其功能的,其运行过程必须是1、2号等模块运行完后才能运行,运行的结果可以触发4、5号等模块。
      在程序运行过程中同时有多个任务在运行,都是采用解释方式进行。软件体系结构图如下图8所示


图8 计算机控制系统软件体系结
      其中初始化负责各模块硬件和软件变量的初始化;管理程序根据任务负责调度各个模块,即对消息和事件的管理;维护更新程序负责知识库中的参数更新和初值。
      本成果根据冲孔打桩机的实际工作过程,为了达到高效运行的目的,对软件系统进行设计,软件总体流程图如下9所示:


图9 软件设计总体流程图
    设计中主要包括以下几点:
    1)信号检测:包括起锤信号检测、余绳长度检测、桩锤高度检测及故障信号检测等。
    2)运行监控:实时显示打桩机的运行状态信息,后期将实现远程监控多台桩机的运行。
    3)故障检测:如卷扬机电机故障检测、气动执行装置故障检测及故障自诊断等功能。
    4)安全保护:如卡锤故障保护、天锤故障保护等功能。
    5)控制算法研究:如最优余绳控制算法、起锤信号检测及其FFT处理、模糊自适应控制算法等。
    6)构建专家系统:为实现打桩机在不同地质条件下(粘岩、斜岩、沙石岩等)的适应性,并且保证较高的工作效率。
创新点
    1)相对于传统的手动操作打桩机而言,实现了自动运行的功能,施工人员操作简单,很容易上手;
    2)硬件电路设计中进行了电磁兼容设计、隔离设计等,保证了硬件系统的稳定性;
    3)采用基于元模型的软件编程方法对软件进行模块化设计与编写,各模块独立性强,便于调试及修改;
    4)通过对FFT算法、小波算法、专家系统等算法的研究,并将其应用在软件设计中,增强了冲孔打桩机运行的稳定性与可靠性,并且能够根据不同的地质环境做出适应性调整,从而提高工作效率。
实践意义
      本成果的研究彻底改变了目前国内传统手动冲孔打桩的现状,将施工人员从传统的机械式体力劳动中解脱出来,降低了施工人员的劳动强度,在很大程度上节约了施工成本。冲孔打桩及高效运行控制新设备有效提高了工作效率,增强了打桩机对不同地质环境(斜岩、砂岩、黏土层等)的适应性。 此外,该成果具有非常可观的市场价值,尤其对于高速路建设、铁路建设、桥梁建设及市政建设等大型建设项目中都普遍用到冲孔打桩机对桩基进行建造,该成果开发成本低,目前市场应用量大,具有潜在的利润空间和推广价值。

转载请说明出处:http://www.hzlsz.com
| 网站首页 | 公司简介 | 设备展示 | 新闻动态 | 工程展示 | 客户留言 | 电子地图 | 联系我们 |

Copyright(C) by 杭州富阳昊扬建筑设备租赁有限公司 All Rights Reserved 电话:13735802588
地址:浙江杭州市富阳市 浙ICP备12039698号-1
杭州打桩机,杭州拉森钢板桩

浙公网安备 33018302000317号