如何實現(xiàn)Menck液壓打樁錘錘擊率的電氣控制

李文成 李瑩瑩 趙福臣

摘 要：通過對Menck系列打樁錘錘擊率的研究，文章主要從理論上分析了如何實現(xiàn)對液壓打樁錘錘擊率的電氣控制，將分析的結(jié)果應(yīng)用到施工過程中，及時解決設(shè)備出現(xiàn)的問題，提高作業(yè)效率，并推動大型裝備的國產(chǎn)化。

關(guān)鍵詞：錘擊率；控制系統(tǒng)；傳感器；計數(shù)器

所謂的錘擊率就是單位時間內(nèi)打樁的次數(shù)，就概念的本身而言影響錘擊率的因素就兩個，分別是錘心的行程和行程內(nèi)所需時間，但是對于打樁錘這個集電氣、液壓、機械于一體的復(fù)雜系統(tǒng)而言，對錘心的行程和行程內(nèi)所需時間兩個參數(shù)的測量，是通過外圍檢測附件來實現(xiàn)的，因而增加了許多不確定因素。

錘擊率也稱為作業(yè)效率，對于海洋工程這個“三高”（高風(fēng)險、高投入、高回報）行業(yè)來講，其重要性不言而喻，在尊重打樁錘合理使用的客觀條件下，如何在有效的時間內(nèi)盡快完成作業(yè)任務(wù)，成為每一位施工作業(yè)者關(guān)注的焦點。

Menck系列打樁錘以高、精、準的控制系統(tǒng)備受用戶的青睞，任何事物都具有兩面性，在使用的過程中電氣控制系統(tǒng)也是故障出現(xiàn)率最高的，如何準確判斷故障出現(xiàn)的原因，成為擺在作業(yè)人員面前的重要課題，這也是本論文的意義所在。

1 打樁錘控制系統(tǒng)的組成及原理

圖1

如圖1所示，整個打樁錘系統(tǒng)包括錘體、動力站、液壓絞車和電纜絞車幾個部分組成，動力站完成能量轉(zhuǎn)變，為錘體提供能量；錘體是最終能量釋放的執(zhí)行機構(gòu)；控制室負責(zé)監(jiān)控動力站和錘體的工作狀況，并可以自動或手動的發(fā)出控制指令；液壓管線絞車將動力站和錘體相連為能量的傳遞提供物理通路；電纜絞車則將錘體與控制室相連，以便控制室向錘體發(fā)出控制指令和接收反饋信號。

控制系統(tǒng)的工作流程大致如下：（1）接受用戶根據(jù)實際的工況需要設(shè)置所需打樁的能量的指令；（2）根據(jù)用戶所設(shè)定的能量來計算出錘芯所需要提升的高度；（3）通過控制方向閥的換向來使得錘芯向上下移動；（4）監(jiān)測錘芯的運動情況和動力站內(nèi)參數(shù)（如液壓油溫度，室內(nèi)溫度等），以上所述只有第一項是手動行為，其余三項均為控制系統(tǒng)自動行為。

由于Menck系列液壓打樁錘控制系統(tǒng)的高度集成化，控制系統(tǒng)的每一個部分出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，也就是說控制系統(tǒng)的各個部分之間是相輔相成，缺一不可的。

2 電氣實現(xiàn)對錘擊率的控制

由控制系統(tǒng)的組成及原理我們可以清楚的認識到，在整個打樁的過程中，控制系統(tǒng)的每一個元件的每一個動作都對錘擊率產(chǎn)生影響，在這里我們只分析控制系統(tǒng)是如何實現(xiàn)對打樁錘錘擊率控制的。

2.1 控制系統(tǒng)的啟動

控制系統(tǒng)打開通電，檢查急停回路是否被激活，在急停回路沒有被激活的情況下，系統(tǒng)檢測各個傳感器信號MH11、MH12、MH21、MH22、CH1、CS1、CS2信號是否滿足工作要求，Menck系列打樁錘要求，行程傳感器必須有兩個相鄰的傳感器激活才能工作，同時，要求CH1與CS信號為高電平時，可以進行打樁工作。

以上是打樁錘正常工作的前提，同時也是控制系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，在控制系統(tǒng)打開通電的瞬間就進行自檢。

現(xiàn)將啟動前各個傳感器的工作原理和物理地址匯總?cè)绫?，在設(shè)備出現(xiàn)問題時能及時排除故障。

表1

2.2控制系統(tǒng)對錘心行程和行程所需時間的控制

通過對行程傳感器圖2的仿真實驗，我們可以得到如下的仿真圖3。

圖2 圖3

如圖3所示，我們可以清晰的認識到行程傳感的工作過程，高電平代表傳感器得電工作，低電平代表傳感器不工作，檢測裝置和計數(shù)器通過對高低電平檢測的次數(shù)，可以得到錘心的行程和所用的時間。

在打樁過程中，系統(tǒng)根據(jù)用戶所需要的能量要求，以及所激活的MH傳感器換算出所需要的MH傳感器信號變換的次數(shù)，并將其存在計數(shù)器C1中，在錘芯上升的過程中，當(dāng)MH傳感器信號變換次數(shù)達到計數(shù)器C1所存的數(shù)值時，電磁換向閥變向，錘芯向下運動，在下行過程中，計數(shù)器T2隨時記錄相鄰MH傳感器信號變換的時間，通過這個時間計算出錘芯的運動速度，從而計算出此次打樁的實際能量。在錘芯上升過程中，計時器T1作為一個保護起到較為重要的作用，它的作用是保證錘芯在一個規(guī)定的時間范圍內(nèi)都在處于上升的運動狀態(tài)，如果超出這個時間范圍，證明錘芯是被機械卡住，或者液壓油流量選擇不合適，系統(tǒng)泄壓，保護整個系統(tǒng)。

研究的結(jié)果如表2，表3。

通過對電氣系統(tǒng)控制打樁錘錘擊率的研究與分析，得到電氣對錘擊率的控制是通過檢測元件所檢測到的信號，通過CAN總線技術(shù)傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)，PLC將搜集到的信號輸送到RTC進行整合處理，然后下達指令進行下一步工作，如此循環(huán)進行，直到CPU接到停錘指令。

3 結(jié)束語

通過對錘擊率電氣控制的研究與分析，可以清晰的認識到電氣控制系統(tǒng)的作用，以及電氣系統(tǒng)的工作原理，為以后在海上施工時及時排查設(shè)備出現(xiàn)的故障，提高作業(yè)效率，提供了有力的理論支持和技術(shù)保障，并推進大型裝備的國產(chǎn)化。

參考文獻

[1]Operation and Maintenance manual of MENCK Hydraulic Power Pack，2009.

[2]劉金琨.智能控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3]張鳳珊.電氣控制及可程序控制器[M].北京：中國輕工出版社，2003.

[4]孟凡武，賀鳴.電液錘液壓系統(tǒng)的壓力控制方式[J].裝備，2005.