一種針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)，屬于建筑工程領域。本發(fā)明由配電柜(1)、控制柜(2)、空壓機(3)、卷揚機(4)、剎車氣缸(5)、剎車操縱桿(6)、離合氣缸(7)、離合操縱桿(8)、氣管(9)、高度傳感器(10)、卡錘傳感器(11)、樁架(12)、樁錘(13)組成，其特征在于，還包括快速傅里葉FFT變換系統(tǒng)、余繩最優(yōu)控制算法系統(tǒng)和余繩專家控制系統(tǒng)。本發(fā)明不僅能夠靈活應對各種復雜地質情況，而且提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的同時，還提高了起錘信號的采集速率，節(jié)省了微控制器的運算時間。
【專利說明】一種針對復雜地形的自動沖孔打粧機控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑工程領域，特別涉及一種針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)沖孔打樁機由卷揚機、剎車操縱、離合操縱桿、樁架、樁錘及附屬設備等組成， 一般都需手動操作。施工人員在工作過程中通過對離合和剎車操作桿頻繁重復操作，來控 制卷揚機實現(xiàn)對樁錘的提升與降落。利用樁錘自由落體所產(chǎn)生的沖擊動力對目標地基進行 周期性的沖擊破碎，直至形成具有一定深度和直徑的樁孔，在沖孔過程中，及時用抽渣筒對 孔內的碎屑進行清理以便加快沖孔的速度，沖孔完成后，再進行鋼筋籠安裝和混凝土灌注。
[0003] 同時在傳統(tǒng)的氣動沖孔打樁機打樁環(huán)節(jié)中，當樁錘利用自身重力砸向樁底時，由 于樁錘的慣性，會帶動繞線器加速轉動，如果不能及時對繞線器進行點剎，鋼絲繩就會因為 慣性而無休止下落，再加上之后的離合時間，就會造成余繩長度過長。余繩長度過長，不僅 降低了系統(tǒng)打樁的效率，而且由于樁錘長期沉積在樁底，容易造成吸錘、卡錘等故障，存在 很大的安全隱患。然而如果點剎太早，會導致余繩太緊，又會造成樁錘還沒到達樁底或者剛 好到達樁底，不僅會使打樁失效，而且還會因為突然的剎車使得鋼絲繩繃斷，同樣存在安全 隱患。
[0004] 由此可見，傳統(tǒng)沖孔打樁機對施工人員有極高的要求，勞動強度大，安全系數(shù)低， 施工質量難以保證。然而在不同地質環(huán)境下的施工要求和難度也是不同的，如在斜巖等復 雜地形條件下對施工人員的要求將會更高，一般的沖孔樁經(jīng)常出現(xiàn)偏孔，在該地質上的破 巖能力大大降低，從而使得打樁效率大幅度降低。
【發(fā)明內容】
[0005] 為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種針對復雜地形的自動沖孔打 樁機控制系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采取的具體技術方案為：
[0007] -種針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)，由配電柜、控制柜、空壓機、卷揚 機、剎車氣缸、剎車操縱桿、離合氣缸、離合操縱桿、氣管、高度傳感器、卡錘傳感器、樁架、樁 錘組成，還包括：快速傅里葉FFT變換系統(tǒng)、余繩最優(yōu)控制算法系統(tǒng)和余繩專家控制系統(tǒng)。
[0008] 所述配電柜和控制柜、空壓機、卷揚機相連接，所述空壓機、控制柜、剎車氣缸、剎 車操縱桿、離合氣缸、離合操縱桿通過氣管相連，所述控制柜與高度傳感器、卡錘傳感器通 過電路連接。
[0009] 所述控制柜由電路部分和氣路部分組成，電路部分由空氣開關、主控板、急停開 關、接線排、電磁閥與高度傳感器、卡錘傳感器通過電路連接；氣路部分由剎車氣缸、剎車操 縱桿、離合氣缸、離合操縱桿和氣管組成。
[0010] 所述主控板由微控制器、存儲器、JATG、液晶顯示、鍵盤、電機過流保護電路、電流 互感器控制電路和剎車/離合控制電路組成。
[0011] 所述快速傅里葉FFT變換系統(tǒng)是將FFT變換算法通過C語言的方式進行轉換，編 寫到自動沖孔打樁機的軟件程序中。所述FFT變換是一種信號處理方法。首先在采集的起 錘信號波形中取長度為N的時域序列，為起錘信號的頻域序列，取旋轉因子為=，將時域序 列按η的奇偶性分為兩組，即n = 2r及n = 2r+l兩組，可得以下公式，如1所示：
[0012] (1)
[0013] 通過上式可知偶數(shù)點樣本計算,奇數(shù)點樣本計算。由基2時間抽取時間算法將時 域周期進行第一次二分，可以得到，故得公式2 :
[0014] (2)
[0015] 通過以上公式可以發(fā)現(xiàn)，將時域不斷進行分解，按時間抽取算法可知在盡量小的 序列上進行離散傅里葉變換，得到頻域序列。本發(fā)明中起錘信號的檢測是通過電流互感器 實現(xiàn)的，電流互感器安裝在三相異步電機的任意相上，通過一次側和二次側的電流變比來 將大功率的交流電機電流轉化為電壓，從而實現(xiàn)電機電流檢測。在處理檢測起錘信號的過 程中，出現(xiàn)了電流信號波動較大，輸出波形毛刺較明顯，很大程度上影響了起錘信號的檢測 精度，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性受到了影響。通過對信號進行時域分析，發(fā)現(xiàn)并不能直 觀的表現(xiàn)出信號的異變規(guī)律，說明起錘信號是離散信號，需要進行頻域分析。起錘信號經(jīng)過 FFT處理后，降低了毛刺，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
[0016] 所述余繩最優(yōu)控制算法系統(tǒng)是一種時變系統(tǒng)，采用模糊自適應控制算法對余繩進 行控制，可以在不同的沖孔打樁環(huán)境下，隨時調整工作狀態(tài)，來提高系統(tǒng)的工作效率。
[0017] 所述余繩專家控制系統(tǒng)由余繩知識庫、知識獲取、知識推理和知識表達規(guī)則集四 個模塊組成。余繩知識庫里涵蓋了所有地質環(huán)境信息、不同地質環(huán)境下余繩的長度信息和 泥漿濃度信息，系統(tǒng)通過反饋信息獲得當前地質環(huán)境的知識，依據(jù)余繩知識庫中的知識進 行知識推理，然后在余繩控制規(guī)則表中找到相應的余繩長短的控制，最后通過知識表達規(guī) 則集輸出到執(zhí)行機構上，同時又可以向用戶進行解釋推理的依據(jù)，并且將當前事實記錄添 加到余繩控制規(guī)則表中。通過人機接口主要用來完成對余繩知識庫的維護和更新。本發(fā)明 的余繩控制規(guī)則完全參考《沖孔灌注樁施工工藝》的要求進行制定，按照該工藝要求，余繩 控制的標準如表1所示。
[0018] 表1不同地質類別的余繩控制規(guī)則表
[0019]
【權利要求】
1. 一種針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)，由配電柜（1)、控制柜（2)、空壓機 (3)、卷揚機（4)、剎車氣缸（5)、剎車操縱桿（6)、離合氣缸（7)、離合操縱桿（8)、氣管（9)、 高度傳感器（10)、卡錘傳感器（11)、樁架（12)、樁錘（13)組成，其特征在于，所述針對復雜 地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)還包括：快速傅里葉FFT變換系統(tǒng)、余繩最優(yōu)控制算法系 統(tǒng)和余繩專家控制系統(tǒng)； 所述配電柜（1)和控制柜（2)、空壓機（3)、卷揚機（4)相連接，所述空壓機（3)、控制 柜（2)、剎車氣缸（5)、剎車操縱桿（6)、離合氣缸（7)、離合操縱桿（8)通過氣管（9)相連， 所述控制柜（2)與高度傳感器（10)、卡錘傳感器（11)通過電路連接； 所述控制柜（2)由電路部分和氣路部分組成，電路部分由空氣開關（14)、主控板（15)、 急停開關（16)、接線排（17)、電磁閥（18)與高度傳感器（10)、卡錘傳感器（11)通過電路 連接；氣路部分由剎車氣缸（5)、剎車操縱桿（6)、離合氣缸（7)、離合操縱桿（8)和氣管（9) 組成； 所述主控板（15)由微控制器、存儲器、JATG、液晶顯示（22)、鍵盤（23)、電機過流保護 電路、電流互感器控制電路和剎車/離合控制電路組成。
2. 根據(jù)權利要求1所述的針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述快速傅里葉FFT變換系統(tǒng)是將FFT變換算法通過C語言的方式進行轉換，編寫到自動沖 孔打樁機的軟件程序中。
3. 根據(jù)權利要求1所述的針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述余繩最優(yōu)控制算法系統(tǒng)是一種時變系統(tǒng)，采用模糊自適應控制算法對余繩進行控制，可 以在不同的沖孔打樁環(huán)境下，隨時調整工作狀態(tài)，來提高系統(tǒng)的工作效率。
4. 根據(jù)權利要求1所述的針對復雜地形的自動沖孔打樁機控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述余繩專家控制系統(tǒng)由余繩知識庫、知識獲取、知識推理和知識表達規(guī)則集四個模塊組成。
【文檔編號】G05B19/18GK104328783SQ201410586339
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權日:2014年10月20日
【發(fā)明者】陳忠孝, 秦剛, 劉瑋倩, 周振東, 張明 申請人:西安工業(yè)大學