專利名稱：螺旋擠孔樁機的控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及建筑機械的部件，準確地說是一種用于建筑用螺旋擠孔樁機的控制裝置。
背景技術：
現(xiàn)代多層或者高層建筑，要求嚴格的地基處理、適當?shù)某兄貥痘?，以承載建筑物，且防止地震等帶來的對建筑物的傷害。對于承重的樁基，按樁對環(huán)境的分類為擠土樁(含部分擠土樁)、非擠土樁，擠土樁在施工過程中，樁周土體受到樁體的擠壓作用，土體中超孔隙水壓力增大，土體發(fā)生隆起現(xiàn)象，造成周邊環(huán)境的損害已日益受到關注，在大中城市，該法已嚴格控制性使用。非擠土樁指干、濕作業(yè)工法樁，其取土和泥漿污染十分嚴重，目前，幾乎沒有更好的技術措施加以解決；較為普遍的是根據(jù)施工方法分為預制樁和灌注樁。
國內(nèi)外無論是預制或現(xiàn)澆砼端承摩擦樁，其樁體本身是圓柱式結(jié)構(gòu)，樁端基本放在具有較好持力土層，在極根承載力狀態(tài)下，樁的主荷載仍由樁側(cè)摩阻力承受。盡管砼抗壓強度儲備極大，卻很難發(fā)揮，往往以土體摩擦破壞作為樁的承載力極限指標，這一類型樁代表了國內(nèi)外端承摩擦樁的幾乎全部受力特征，尤其是國內(nèi)普遍采用的預制樁，是將混凝土樁基預先制作好，再鉆孔打樁，其缺點是不能制作出一次性樁體，只能預制長度適當?shù)臉痘鶕?jù)實際的需要對接，對接的樁對于樁身橫向的承載力很小，往往容易錯位，只能有上下縱向的承載力，且打樁過程費時費力，成本很高。
灌注樁有“二次成樁”和“一次成樁”兩種施工方法，二次成樁是長螺旋鉆機鉆成樁孔后，拔出鉆機留下空孔，再向該空孔灌注混凝土，一次成樁是在長螺旋鉆機鉆到設計深度后停機，用泵輸送混凝土，通過中空的螺旋鉆桿到鉆頭的出料口，進行壓力灌注混凝土，并同步起拔螺旋鉆桿成樁。例如專利申請02103855.4即清楚完整地描述了這樣的特征，雖然該專利申請增加了樁端預壓漿處理過程，解決樁端虛土存在的問題，但是仍然采用的是圓柱式的樁身、又是取土后灌壓砼，其本身仍具有上述的只能承載上下壓力的問題。
日本研制出鋼纖維預制全螺紋樁，改變了這一受力特征，該鋼纖維預制全螺紋樁，是利用特殊的設備預先制作出鋼纖維的全螺紋樁，其樁身整體是螺紋結(jié)構(gòu)，便于與土層結(jié)合，擴大了樁身的承載面，大大地提高了樁身的承載力，但是其施工時也需利用特殊的設備將樁身壓入到土層中，由于高昂的造價且需要專門的配套設備、施工不方便而得不到廣泛應用的推廣；而且對于全螺紋結(jié)構(gòu)的樁來說，不能適用于混凝土特別是純混凝土結(jié)構(gòu)的樁身。因為實際上樁身的承載力是呈倒金字塔型分布的，最上部承受的壓力最大，最底部承受的壓力最小。如果采用混凝土制作全螺紋樁，上部的螺紋處樁體實際橫截面積非常小、實際承載力僅為其公稱樁徑1/3，恰恰違反樁身的承載力是呈倒金字塔型分布的原理。所以采用混凝土制作全螺紋樁不可行。
半螺絲樁及加工裝置(ZL 2003 2 20130095.6)綜合地解決上述各種缺點，但仍存在一些缺點動力系統(tǒng)扭矩在低轉(zhuǎn)數(shù)特別是零轉(zhuǎn)數(shù)時輸出扭矩小、以致無法攻破強風化等特硬土層，亦不適用于大口徑樁體(￠500mm)。同步系統(tǒng)采用模擬技術、不精確，影響樁體承載力。
對于上述的螺旋樁也好，半螺旋樁也好，所打的樁都具有摩擦樁的特點，而打樁過程則基本上是采用現(xiàn)有的樁機進行打樁下鉆，其一般是采用控制電機的動力，實現(xiàn)對打樁的控制，用鋼絲繩或者鉸鏈控制鉆桿的提拉，并不考慮其打樁的深度及阻力的影響，不考慮下鉆的進給深度及螺旋轉(zhuǎn)速同步的問題，尤其對于螺旋形鉆桿，其下鉆的進給控制也僅僅是控制其下鉆的速度，電機提供向下的壓力及下鉆動力，并不考慮具體土層的阻力影響以及是否同步，下鉆土層、深度的影響，這往往具有下列缺點一、下鉆的過程遇到不平衡的阻力土層，鉆桿的轉(zhuǎn)速及進給速度就會造成不協(xié)調(diào)、不同步，增加鉆桿螺紋齒的受力，損害鉆桿的使用壽命；二、打樁完成后向上提拉鉆桿的過程，難以保證轉(zhuǎn)速及提拉速度的同步，破壞形成的樁體的結(jié)構(gòu)，使摩擦樁面受損；三、下壓的進給動力及鉆桿的轉(zhuǎn)速不統(tǒng)一，使鉆桿下鉆的速度受到影響，使得打樁的周期長，影響施工進度。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本實用新型的目的是提供一種能夠保證鉆桿下鉆的進給速度與轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)統(tǒng)一的螺旋擠孔樁機的控制裝置，該控制裝置通過保證進給速度與轉(zhuǎn)速的同步使得鉆桿可以快速、協(xié)調(diào)的打樁，并能夠形成結(jié)構(gòu)良好穩(wěn)定的樁體。
本實用新型的另一個目的在于提供一種施工效率高、具有同步性的螺旋擠孔樁機的控制裝置，該控制裝置可保證鉆桿以最快的速度下鉆，使鉆桿可克服任何土層的阻力，使用效率高，且延長鉆桿的使用壽命。
本實用新型的再一個目的是提供一種螺旋擠孔樁機的控制裝置，該裝置能夠按照其鉆桿的轉(zhuǎn)速與深度給進之間保持同步，可避免對原土層的結(jié)構(gòu)擾動。
基于此，本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種螺旋擠孔樁機的控制裝置，其包括控制模塊(控制系統(tǒng))，動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)，動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)分別連接于控制模塊(控制系統(tǒng))，動力系統(tǒng)控制鉆桿的下鉆扭距，使鉆桿下鉆時保持一定的轉(zhuǎn)速；進給系統(tǒng)提供下鉆的動力(壓力)，保持下鉆的進給速度，二者配合使鉆桿的鉆速與鉆桿向下運動的速度保持同步。
所述的動力系統(tǒng)，其還連接有監(jiān)視鉆桿轉(zhuǎn)速的感應器，實時檢測鉆桿的轉(zhuǎn)速，并將鉆桿轉(zhuǎn)速的變化信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，以在鉆桿受到阻力，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，保持轉(zhuǎn)速與下鉆速度的同步，保證鉆桿順利下鉆，有利于保證鉆桿的使用壽命。
上述的動力系統(tǒng)，其感應器是旋轉(zhuǎn)編碼器，動力系統(tǒng)通過動力馬達實現(xiàn)對鉆桿轉(zhuǎn)速的控制，且由直流控制器為其提供直流動力。
所述的進給系統(tǒng)，其還連接有提供下鉆動力的直流控制器，進給系統(tǒng)通過動力馬達實現(xiàn)對鉆桿下鉆的進給速度的控制。
上述的直流控制器，為進給系統(tǒng)提供直流電力。
上述的進給系統(tǒng)，其還設置有行程編碼器，該行程編碼器實時檢測鉆桿的進給速度，并將鉆桿進給速度的變化信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
所述的打樁用鉆桿的控制裝置，其設置有變頻器，變頻器連接到控制系統(tǒng)上，以控制鉆桿扭距的輸出，以及鉆桿的轉(zhuǎn)速，保持其轉(zhuǎn)速與給進深度之間同步。
所述的控制系統(tǒng)，可采用單片機實現(xiàn)。如PLC、CPU等。
所述的控制系統(tǒng)，其是由邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)及CPU構(gòu)成，其中，CPU是主要的運算處理單位，處理從邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)傳輸來的信號及數(shù)據(jù)，邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)都連接于CPU上，同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)將打樁過程中的實時動態(tài)反饋到CPU，CPU對反饋結(jié)果進行運算，判斷是否同步，如果不同步則控制邏輯/同步控制器向動力系統(tǒng)或進給系統(tǒng)發(fā)出信號，修正轉(zhuǎn)速或進給速度，保持同步。
上述的邏輯/同步控制器和CPU在實際上的使用過程中可集成于一起；同步反饋系統(tǒng)提供的反饋信息包括旋轉(zhuǎn)速度反饋信息、進給速度反饋信息?？刂葡到y(tǒng)分別連結(jié)到進給系統(tǒng)、動力系統(tǒng)之間，動力馬達控制鉆桿的轉(zhuǎn)速，并將信號反饋到數(shù)碼自控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過直流控制器輸出控制指令，使直流控制器控制進給系統(tǒng)的行動；如果鉆桿遇阻的影響下，其轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，反饋信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后，控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整進給系統(tǒng)的速度，以保證轉(zhuǎn)速與進給深度之間的同步。
控制系統(tǒng)可自動跟蹤鉆桿鉆頭工作狀況而調(diào)整進給量及其轉(zhuǎn)速；及該樁機之動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)皆由直流控制器配合，使動力系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速時仍能產(chǎn)生最大的輸出扭矩，不卡鉆。同步控制器保障鉆桿鉆頭在土層中形成螺絲樁的同時，盡量避免對原土層結(jié)構(gòu)擾動，以利于形成結(jié)構(gòu)良好的螺絲樁或半螺絲樁，并使其具有良好的承載能力。
上述的控制系統(tǒng)，其還連接有顯示器，顯示器可以是LCD顯示器、液晶顯示器，或者其它形式的顯示器。可通過顯示器輸入控制信息，或者調(diào)整轉(zhuǎn)速及進給速度，保持同步。
本實用新型采用的實現(xiàn)方式可保持鉆桿在下鉆、提拉灌注混凝土時鉆桿旋轉(zhuǎn)和進給速度的同步，提高下鉆及灌注混凝土的工作效率，保證施工的迅速快捷，采用該裝置實現(xiàn)的打樁，實際測量，成樁量每天可達750延米(即φ500mm樁徑每天累計進度為750米)以上；在施工效率提高的同時，同步性還可保證提高鉆桿的使用壽命，使得以前不同步時鉆桿的使用壽命提高2-3倍。
而且還保證了灌注混凝土之后形成樁體的可靠性，同步提拉的鉆桿不會破壞樁體的結(jié)構(gòu)，使得樁體最大程度地保持了摩擦樁的特點。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖，圖2為本實用新型實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本實用新型CPU及同步控制部分的電路圖，圖4為本實用新型同步反饋系統(tǒng)的電路圖，圖5為本實用新型進給系統(tǒng)的電路圖，圖6為本實用新型動力系統(tǒng)的電路圖，圖7為本實用新型下鉆控制的軟件流程圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖，下面對本實用新型的實施做詳細地說明圖1所示，本實用新型的主要構(gòu)成是控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)，動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)分別連接到控制系統(tǒng)上，其中，動力系統(tǒng)還連接有旋轉(zhuǎn)編碼器，進給系統(tǒng)則連接有行程編碼器；直流控制器分別向動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和進給系統(tǒng)提供直流動力；動力系通過動力1馬達向鉆桿提供旋轉(zhuǎn)動力，并控制其轉(zhuǎn)速；進給系統(tǒng)則通過行程編碼器監(jiān)控進給的行程，并通過動力2馬達向鉆桿提供下鉆深度的進給動力。
直流控制器通過直流電機產(chǎn)生作用，直流電機有著工作轉(zhuǎn)數(shù)精密、可調(diào)及低轉(zhuǎn)速(特別是啟動時)能產(chǎn)生大扭矩等不可比似之優(yōu)勢，在動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)使用直流電機并配合編碼器使用，大大改善成樁質(zhì)量及機器的工作狀態(tài)。
一般情況下，動力系統(tǒng)的動力1馬達包括兩個旋轉(zhuǎn)電機，一個是主要的作用電機，一個則為輔助的電機。
圖2所示，控制系統(tǒng)，其是由邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)及CPU(運算系統(tǒng))構(gòu)成，其中，CPU是主要的運算處理單位，處理從邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)傳輸來的信號及數(shù)據(jù)，邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)都連接于CPU上，同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)將打樁過程中的實時動態(tài)反饋到CPU，CPU對反饋結(jié)果進行運算，判斷是否同步，如果不同步則控制邏輯/同步控制器向動力系統(tǒng)或進給系統(tǒng)發(fā)出信號，或者通過調(diào)整動力系統(tǒng)(動力驅(qū)動系統(tǒng))控制動力1馬達變化動力達到修正轉(zhuǎn)速的目的，或者通過調(diào)整進給系統(tǒng)(進給驅(qū)動系統(tǒng))控制動力2馬達變化進給力，修正進給速度，保持轉(zhuǎn)速與進給速度的同步。
上述的動力馬達為液壓馬達，液壓馬達具有大扭矩低消耗及維護使用簡便之優(yōu)點，更適用于戶外環(huán)境施工。采用液壓馬達驅(qū)動動力系統(tǒng)、通過編碼器與控制系統(tǒng)控制直流電機驅(qū)動的進給系統(tǒng)。更能適合打樁的工作需要。
控制系統(tǒng)連接有顯示器，即圖中所描述的參數(shù)設定/讀取操作臺，顯示器一般采用液晶顯示器，可通過該參數(shù)設定/讀取操作臺輸入控制信息，或者調(diào)整轉(zhuǎn)速及進給速度，保持同步。
在實際的使用過程中，邏輯/同步控制器和CPU常常集成于一起，如圖3所示，在該實施方式中，邏輯/同步控制器和CPU集成于一起，為FX2N-32MR芯片，該芯片是控制系統(tǒng)的核心，控制鉆桿的旋轉(zhuǎn)啟動、停止、調(diào)整，進給的啟動、停止、調(diào)整，以及現(xiàn)場遙控、鉆桿水平調(diào)整、報警、油泵啟動、停止，甚至整個系統(tǒng)的急停。
對于同步反饋系統(tǒng)，如圖4所示，其采用FX2N-4AD芯片，旋轉(zhuǎn)電機1的旋轉(zhuǎn)速度1和旋轉(zhuǎn)電機2(輔助旋轉(zhuǎn)電機)的旋轉(zhuǎn)速度2的反饋及進給速度的反饋分別輸入該芯片中，由其向CPU即上述的FX2N-32MR芯片后，確定聯(lián)動速度的給定。
進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)則如圖5所示，其主要的控制部件是進取-590P/70A芯片，該芯片控制行程編碼器及電機3(即圖2所示的動力2馬達)，實現(xiàn)對鉆桿進給速度及提拉速度的控制。
動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)則如圖6所示，其主要的控制部件是旋轉(zhuǎn)1-590/110A芯片，該芯片控制旋轉(zhuǎn)編碼器及電機1(即圖2所示的動力1馬達)，實現(xiàn)對鉆桿旋轉(zhuǎn)速度的控制。
打樁下鉆時，控制系統(tǒng)的控制流程為啟動系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)會自動檢測各個部件，如動力系統(tǒng)、進給系統(tǒng)的狀態(tài)，確認它們是否處于待機狀態(tài)，是否可以允許，如果存在故障，則進行報警或者通過顯示器的顯示界面進行提示；狀態(tài)都正常，則可以通過顯示界面進行控制選擇，包括鉆桿的轉(zhuǎn)速、進給速度，一般情況下，出于同步的需要，轉(zhuǎn)速和進給速度都是根據(jù)鉆桿的螺旋部分的葉片間距計算確定的，即對于特定的鉆桿，其轉(zhuǎn)速和進給速度都具有對應的關系，可只選擇一個轉(zhuǎn)速或者進給速度，控制系統(tǒng)會自動配給另一個進給速度或轉(zhuǎn)速，這樣可控制鉆桿下鉆打樁；在下鉆的過程中，鉆頭往往會遇到很多阻力，有些時候會因為阻力的變化(一般是阻力變大)而導致進給速度發(fā)生變化(或者是轉(zhuǎn)速)，此時如果還保持原有的轉(zhuǎn)速，就會產(chǎn)生不同步的現(xiàn)象，從而會破壞已經(jīng)形成的土層的螺旋結(jié)構(gòu)，因此，必須對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，接受到邏輯/同步控制器發(fā)來的進給速度變化的信號后，控制系統(tǒng)會通過旋轉(zhuǎn)編碼器向動力系統(tǒng)發(fā)出指令，重新調(diào)整鉆桿的轉(zhuǎn)速，保持轉(zhuǎn)速和進給速度的一致；同樣，對應轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的情況，控制系統(tǒng)接受到邏輯/同步控制器發(fā)來的轉(zhuǎn)速變化的信號后，控制系統(tǒng)會通過直流控制器、行程編碼器向進給系統(tǒng)發(fā)出指令，重新調(diào)整鉆桿的進給速度，保持轉(zhuǎn)速和進給速度的一致；這樣就可保證下鉆的正常進行，并在整個的下鉆過程中保持轉(zhuǎn)速和進給速度的同步性。
以上所述，是本實用新型的具體實施方式
，并不代表本實用新型所有的實現(xiàn)方式，凡是在結(jié)構(gòu)上與本實用新型類似，有相同或者類似解決方案的具體應用，都在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于包括控制系統(tǒng)，動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)，動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)分別連接于控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于動力系統(tǒng)，其還連接有監(jiān)視鉆桿轉(zhuǎn)速的感應器。
3.如權(quán)利要求2所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于上述的動力系統(tǒng)，其感應器是旋轉(zhuǎn)編碼器。
4.如權(quán)利要求1所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于所述的進給系統(tǒng)和動力系統(tǒng)，都連接有提供下鉆和旋轉(zhuǎn)動力的直流控制器。
5.如權(quán)利要求1所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于上述的進給系統(tǒng)，其還設置有行程編碼器，該行程編碼器實時檢測鉆桿的進給速度，并將鉆桿進給速度的變化信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于該裝置設置有變頻器，變頻器連接到控制系統(tǒng)上。
7.如權(quán)利要求1所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于所述的控制系統(tǒng)，可采用單片機實現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于所述的控制系統(tǒng)，其是由邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)及CPU構(gòu)成，其中，CPU是主要的運算處理單位，處理從邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)傳輸來的信號及數(shù)據(jù)，邏輯/同步控制器、同步反饋系統(tǒng)、加壓提升測量系統(tǒng)都連接于CPU上。
9.如權(quán)利要求8所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于上述的邏輯/同步控制器和CPU在實際上的使用過程中可集成于一起。
10.如權(quán)利要求1所述的螺旋擠孔樁機的控制裝置，其特征在于上述的控制系統(tǒng)，其還連接有顯示器，顯示器可以是LCD顯示器、液晶顯示器。
專利摘要本實用新型是一種螺旋擠孔樁機的控制裝置，該裝置是一種用于建筑用螺旋擠孔樁機的控制裝置，其包括控制系統(tǒng)，動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)，動力系統(tǒng)及進給系統(tǒng)分別連接于控制系統(tǒng)，動力系統(tǒng)控制鉆桿的下鉆扭距，使鉆桿下鉆時保持一定的轉(zhuǎn)速；進給系統(tǒng)提供下鉆的動力，保持下鉆的進給速度，二者配合使鉆桿的鉆速與鉆桿向下運動的速度保持同步。本實用新型可保持鉆桿在下鉆、提拉灌注混凝土時鉆桿旋轉(zhuǎn)和進給速度的同步，提高下鉆及灌注混凝土的工作效率，保證施工的迅速快捷。
文檔編號E21B3/00GK2844438SQ20052006260
公開日2006年12月6日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者張超, 張寧 申請人:張超, 張寧