新型液壓樁錘控制系統的研制與開發

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，推動了建筑業的發展。液壓樁錘以其高性能、低污染等優點被廣泛應用于建筑工程當中，并成為建筑基礎施工中不可或缺的重要機械設備之一，這在一定程度上推動了液壓樁錘的發展。基于此點，本文就新型液壓樁錘控制系統的研制與開發進行淺談。

液壓樁錘作為一種建筑機械被廣泛應用于各種建筑工程當中，以往我國采用的液壓樁錘多數都是國外進口，為了推動我國建筑業的發展，開發研制國產的液壓樁錘顯得尤為重要。想要研制新型的液壓樁錘，首要解決的問題是控制系統。借此，本文就新型液壓樁錘控制系統的研制與開發展開研究。

新型液壓樁錘結構特征

1. 新型液壓樁錘的構成

新型液壓樁錘在設計方面需要重點體現以下技術特征：雙桿單作用液壓缸、中轉油箱以及活塞桿兼作錘頭導桿。在這三項技術特征中，中轉油箱的應用不僅能夠使機械排油缸的壓力損失降低，而且還能顯著減少錘頭下落的阻力，這也是新型液壓樁錘與傳統樁錘最大的不同之處。新型液壓樁錘主要是由以下幾大部分組成：

（1） 樁錘主體.這是液壓樁錘最為重要的組成部分之一，其中包括錘體、錘頭、錘蓋、砧座、油缸、液壓控制閥組等總成，還包括以下附屬裝置，如樁帽、閥組防護罩、液壓管路、懸吊軸、導向滑輪組等等。圖1為新型液壓樁錘的平面結構示意圖。

（2） 液壓油源。新型液壓樁錘中的液壓油源具體是由以下部分組成：液壓泵、交流三相異步電動機以及各種液壓附件。

（3） 測控裝置。新型液壓樁錘上配置了PLC和PC工業控制微機，這使設備具有了工程施工質量綜合分析的能力，同時沖程與打擊頻率也均為獨立可調，實現了先關后開的控制方式，有效避免了中位泄漏的情況發生。為了進一步滿足建筑工程施工現場的作業需要，新型液壓樁錘可提供兩種打樁操作方式，一種是駕駛艙內儀表板手操，另一種是有線遙控操作。

2. 新型液壓樁錘的基本工作原理

液壓錘在進行打樁時的基本原理實質上就是錘頭上升與下降的過程。具體而言，油缸上蓋借助緩沖墊、壓蓋以及壓蓋螺栓將錘頭向上推起，當錘頭升至預定高度以后，便會使提升和下降先導閥上的電磁鐵失電，此時，提升閥會使油缸的進油通道關閉，而下降閥則會將油缸的排油通道打開，油缸上腔排油錘頭下落，在這一過程中，錘頭將機械能經由錘墊、砧座、樁墊傳送至預制樁使其貫入地層當中。

新型液壓樁錘控制系統的研制開發

1. 新型液壓樁錘微機測控系統的總體設計方案

在新型液壓樁錘中，微機測控系統屬于核心裝置之一，它的重要性與液壓系統和主油缸相同，對于樁錘的工作性能具有決定性的影響。測控系統的主要作用是根據打樁的具體需要，并按照人為設定的參數對樁錘的打樁作業進行控制，同時監視進程與施工質量。如果單純從實現打樁操作的角度出發，那么只需要控制液壓閥的動作即可，這樣便可以使錘頭升到指定高度后自由或是加速落下。但是，在實際工程中，這種設計并不能滿足施工需要，所以應當研制較為完善的智能控制系統。

2. 新型液壓樁錘對測控系統的技術要求分析

由于國內尚且沒有與液壓樁錘測控系統相關的技術指標和設計標準，所以測控系統的設計只能按照目前最新液壓樁錘產品開發時所需的工作要求進行確定，這是一個非常系統且復雜的過程，并且還需要逐步完善和反復改進，只有這樣才能使樁錘達到理想的效果，進而提高施工效率。鑒于此，本文以新型液壓樁錘的工作原理為主要依據，并參考借鑒國外最新的液壓樁錘監控系統功能，提出適用于新型液壓樁錘微機測控系統的相關技術要求。

（1） 測試信號。主要包括以下內容：油泵出口壓力，當設備超壓時會自動報警并卸除掉多余的荷載；夾樁器工作壓力，用于監視夾樁器的實際工作狀態，當夾持力過低時，樁錘會自行停止工作并發出報警信號；主油箱油溫，當油溫超限時會自行停機并報警；錘頭行程，具體負責監視錘頭的實際工作狀態，并計算成樁的承載力。

（2） 控制信號。提升先導閥，主要負責控制沖程2位4通電磁換向閥；下降先導閥具體負責控制調節打擊頻率的2位4通電磁換向閥。

（3） 控制方式。①當提升與下降閥的操作指令顯示為手動時，由控制按鈕進行控制；在自動狀態時，為微機控制。②卸荷閥。液壓樁錘在正常工作狀態下為手動操作。③夾樁器電磁換向閥為手動操作。

3. 主控單元設計

由于液壓樁錘經常需要在較為惡劣的作業環境中工作，加之樁錘本身屬于重型機械設備，若是出現失誤很可能造成人員傷亡和設備損壞。因此，在進行控制系統設計時，必須將安全性、可靠性和穩定性放在首位。正常情況下，樁與錘在打樁時的狀態能夠充分反映出單樁的實際施工質量，建筑工程中所有單樁的施工質量信息可以反映出該工程的整體質量。對于大型建筑工程而言，一般都會有數千根單樁，在這些樁中有的會達到幾十米的貫入深入，這對控制系統的記錄容量和運算能力提出了較高的要求。鑒于此，本文提出一種PLC+工控機的設計方案，并由此構成系統的主控單元。PLC可以采用西門子公司的產品，其數據能力較強，工控機作為輔助設備，應采用內存容量較大、運算能力較強的，二者之間可以通過串口進行通訊，進而實現數據實時交換。經過實踐表明，采用PLC+工控機的設計方案，不但可以滿足安全性、可靠性、穩定性的要求，而且還進一步確保新型液壓樁錘的技術先進性。

（作者單位：中鐵十七局建筑工程有限公司）