自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法，控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。本发明专利技术可满足不同的工程施工需求；自动连续夯冲作业时，能有效防止钢丝绳过放和过载，保证工作装置自由下放落地后再制动，防止钢丝绳崩断；有效提高了机械的安全性能与施工效率和质量，降低工人劳动强度。

Automatic control system and method for automatic continuous tamping of freely decentralized winding machine

The invention discloses a free release hoist control system and automatic continuous tamping punching method, control mode including manual control, automatic punching, tamping times height fixed penetration height of automatic ramming, Chong times height difference, automatic punching compaction penetration height of five; the controller according to the input signal machine the interface, then the input signal of the pressure switch device and tension sensor, depth detection based on control of hoisting drum brake cylinder control solenoid valve, solenoid valve and clutch control hoist winch control solenoid valve, according to the control mode control hoist operation selection. The invention can meet the different needs of the engineering construction; automatic continuous punching compaction operation, can effectively prevent the wire rope off and overload, ensure working device free lowering ground after the brake, prevent the wire rope broken; improve the mechanical safety performance and construction efficiency and quality, reduce the labor intensity of workers.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机电液一体化控制领域，更具体地，涉及一种基础工程装备自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法。
技术介绍
在基础施工领域，基础工程装备通过卷扬吊载工装装置进行连续夯击加固地基或连续冲抓成孔作业，主要有两种实现方式：1.卷扬提升工作装置至一定高度后，通过脱钩装置将工作装置与钢丝绳分离，工作装置自由落体夯击或冲抓；2.利用带自由下放功能的卷扬提升工作装置至一定高度，卷扬离合、刹车打开，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放，进行夯击或冲抓作业。上述方式1需要人工复位脱钩器、挂工作装置，导致施工不连续、效率较低，工人操作强度大，施工安全性差。该种方式趋于淘汰。方式2利用装配带自由下放功能卷扬的桩架或起重机等作为主机，利用卷扬的自由下放功能实现工作装置与钢丝绳不分离夯冲作业。如图1所示，操作手操作带自由下放功能的卷扬1动作，通过钢丝绳4经过渡滑轮2和鹅头3(即顶部滑轮组部件)吊载工作装置5至一定高度，再操作带自由下放功能的卷扬1处于自由下放状态，在重力作用下工作装置5拖拽钢丝绳4一同快速下放，进行工作装置或冲抓作业。工作装置落地后，操作手控制带自由下放功能的卷扬1刹车制动，防止钢丝绳乱绳。再控制卷扬1处于正常状态上提，依次往复循环作业。相对方式1大大提高施工效率和灵活性，降低施工成本，目前已广泛应用。但是存在两个显著问题：1、上述操作指令全部由操作手给出，工作装置落地瞬间，如果操作手刹车制动不及时，惯性作用导致钢丝绳过放乱绳。如果刹车制动过早，工作装置还没有完全落地则会导致钢丝绳崩断或机身倾覆；2、夯冲作业中特别是夯击加固地基工程，对夯锤重量、夯击高度和夯击能均有明确要求，仅仅依靠操作手的主观判断难以保证施工质量要求；2.连续夯冲作业时，操作手手动循环操作，工作强度大。经检索发现，申请号201320630437.4授权公告号CN203475410U的中国技术专利公开了一种全自动重夯机，采用卷扬机提升夯锤，在离合器控制电路中并联有时间继电器，通过时间控制提锤高度，在一定程度上提高了施工效率，然而采用时间控制夯锤动作，难以精确化控制，会出现钢丝绳过放乱绳等问题，并且其模式单一，难以适应不同的施工要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法，具有手动控制，以及定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种控制模式，可满足不同的工程施工需求；自动连续夯冲作业时，能有效防止钢丝绳过放和过载，保证工作装置自由下放落地后再制动，防止钢丝绳崩断；有效提高了机械的安全性能与施工效率和质量，降低工人劳动强度。本专利技术的技术方案如下：一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统，包括深度检测装置、拉力传感器、压力开关、人机交互界面、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀、卷扬控制电磁阀和控制器；所述拉力传感器、深度检测装置、压力开关、人机交互模块的输出端均与控制器的信号输入端相连；所述控制器的信号输出端与卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀的控制端相连；人机交互界面用于选择控制器的控制模式及输入相应的控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种，可满足不同的工程施工需求；控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。控制器基于深度检测装置，实现相对地面恒定高度提升工作装置和离桩恒定高度提升工作装置；同时基于深度检测装置，检测单次夯冲贯入度，实现定贯入度夯冲，防止无效施工，降低施工成本；控制器基于拉力传感器，在工作装置上提时，防止钢丝绳过载和空载；在工作装置下放时，防止提早制动导致钢丝绳过载断裂，同时防止工作装置释放完毕时钢丝绳过放乱绳；控制器基于压力开关监测卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀至卷扬滚筒制动油缸控制口之间的压力，使得卷扬滚筒制动油缸制动时，控制卷扬离合器控制阀的控制信号方起作用，防止误操作。如图2所示，控制器的输入为拉力传感器信号、深度检测装置信号、压力开关信号、模式选择信号、夯冲次数M、夯冲总贯入度h参、工作装置提升距地面高度H、工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH、工作装置实际重量G实际，贯入度参考值X，输出为卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀Y4信号，卷扬离合器控制电磁阀Y3信号，卷扬控制电磁阀Y1、Y2信号，警报信号。一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，包括以下步骤：步骤1、通过人机交互界面选择控制器的控制模式，并输入控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；步骤2、控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。所述手动控制模式的控制方法为：控制信号由操作者给出，操作卷扬进行上提下放、夯冲等作业，相关控制方法为现有技术，在此不做描述。所述定次数定高度自动夯冲模式的控制方法为：步骤1、通过人机交互界面选择定次数定高度自动夯冲模式，输入夯冲次数M、工作装置提升距地面高度H，贯入度参考值X，工作装置实际重量G实际、钢丝绳最大承受拉力Gmax；设置当前夯击次数i＝0；步骤2、控制器检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；步骤3、判断当前夯击次数i是否超过设定的夯冲次数M，超过则结束，没有超过则令i＝i+1，并继续进行下一步；步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下提升工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，据此判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力Gmax且大于工作装置实际重量G实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的离地高度，当工作装置提升至离地高度为H时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位、卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G实际的b倍(0.2)，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；步骤7、通过深度检测装置检测并保存当前工作装置离地高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则继续往本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统，其特征在于，包括深度检测装置、拉力传感器、压力开关、人机交互界面、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀、卷扬控制电磁阀和控制器；所述拉力传感器、深度检测装置、压力开关、人机交互模块的输出端均与控制器的信号输入端相连；所述控制器的信号输出端与卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀的控制端相连；人机交互界面用于选择控制器的控制模式及输入相应的控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。

【技术特征摘要】
1.一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统，其特征在于，包括深度检测装置、拉力传感器、压力开关、人机交互界面、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀、卷扬控制电磁阀和控制器；所述拉力传感器、深度检测装置、压力开关、人机交互模块的输出端均与控制器的信号输入端相连；所述控制器的信号输出端与卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀的控制端相连；人机交互界面用于选择控制器的控制模式及输入相应的控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。2.一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的系统，包括以下步骤：步骤1、通过人机交互界面选择控制器的控制模式，并输入控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；步骤2、控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。3.根据权利要求1所述的自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，所述定次数定高度自动夯冲模式的控制方法为：步骤1、通过人机交互界面选择定次数定高度自动夯冲模式，输入夯冲次数M、工作装置提升距地面高度H，贯入度参考值X，工作装置实际重量G实际、钢丝绳最大承受拉力Gmax；设置当前夯击次数i＝0；步骤2、控制器检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；步骤3、判断当前夯击次数i是否超过设定的夯冲次数M，超过则结束，没有超过则令i＝i+1，并继续进行下一步；步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下提升工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，据此判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力Gmax且大于工作装置实际重量G实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的离地高度，当工作装置提升至离地高度为H时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位、卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；步骤7、通过深度检测装置检测并保存当前工作装置离地高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则继续往下运行，循环至步骤3。4.根据权利要求1所述的自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，所述定贯入度定高度自动夯冲模式的控制方法为：步骤1、通过人机交互界面选择定贯入度定高度自动夯冲模式，输入总贯入度h参、贯入度参考值X，工作装置提升距地面高度H，工作装置实际重量G实际、钢丝绳最大承受拉力Gmax；步骤2、检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；步骤3、判断当前贯入度h总是否超过设定的总贯入度h参，超过则结束，没有超过则继续进行下一步；步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下上提工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于工作装置实际重量G实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的离地高度，当工作装置提升至离地高度为H时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位、卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振新，朱建新，王鹏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43