李文成 李瑩瑩 趙福臣

摘 要：通過(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)程中，及時(shí)解決設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，提高作業(yè)效率，并推動(dòng)大型裝備的國(guó)產(chǎn)化。

關(guān)鍵詞：錘擊率；控制系統(tǒng)；傳感器；計(jì)數(shù)器

所謂的錘擊率就是單位時(shí)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(gè)，分別是錘心的行程和行程內(nèi)所需時(shí)間，但是對(duì)于打樁錘這個(gè)集電氣、液壓、機(jī)械于一體的復(fù)雜系統(tǒng)而言，對(duì)錘心的行程和行程內(nèi)所需時(shí)間兩個(gè)參數(shù)的測(cè)量，是通過(guò)外圍檢測(cè)附件來(lái)實(shí)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(duì)于海洋工程這個(gè)“三高”（高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高回報(bào)）行業(yè)來(lái)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(shí)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(diǎn)。

Menck系列打樁錘以高、精、準(zhǔn)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(guò)程中電氣控制系統(tǒng)也是故障出現(xiàn)率最高的，如何準(zhǔn)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(gè)打樁錘系統(tǒng)包括錘體、動(dòng)力站、液壓絞車和電纜絞車幾個(gè)部分組成，動(dòng)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(jī)構(gòu)；控制室負(fù)責(zé)監(jiān)控動(dòng)力站和錘體的工作狀況，并可以自動(dòng)或手動(dòng)的發(fā)出控制指令；液壓管線絞車將動(dòng)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(hào)。

控制系統(tǒng)的工作流程大致如下：（1）接受用戶根據(jù)實(shí)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(lái)計(jì)算出錘芯所需要提升的高度；（3）通過(guò)控制方向閥的換向來(lái)使得錘芯向上下移動(dòng)；（4）監(jiān)測(cè)錘芯的運(yùn)動(dòng)情況和動(dòng)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(xiàng)是手動(dòng)行為，其余三項(xiàng)均為控制系統(tǒng)自動(dòng)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(gè)部分出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，也就是說(shuō)控制系統(tǒng)的各個(gè)部分之間是相輔相成，缺一不可的。

2 電氣實(shí)現(xiàn)對(duì)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(rèn)識(shí)到，在整個(gè)打樁的過(guò)程中，控制系統(tǒng)的每一個(gè)元件的每一個(gè)動(dòng)作都對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)打樁錘錘擊率控制的。

2.1 控制系統(tǒng)的啟動(dòng)

控制系統(tǒng)打開(kāi)通電，檢查急停回路是否被激活，在急停回路沒(méi)有被激活的情況下，系統(tǒng)檢測(cè)各個(gè)傳感器信號(hào)MH11、MH12、MH21、MH22、CH1、CS1、CS2信號(hào)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(gè)相鄰的傳感器激活才能工作，同時(shí)，要求CH1與CS信號(hào)為高電平時(shí)，可以進(jìn)行打樁工作。

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

現(xiàn)將啟動(dòng)前各個(gè)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(wèn)題時(shí)能及時(shí)排除故障。

表1

2.2控制系統(tǒng)對(duì)錘心行程和行程所需時(shí)間的控制

通過(guò)對(duì)行程傳感器圖2的仿真實(shí)驗(yàn)，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(rèn)識(shí)到行程傳感的工作過(guò)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(cè)裝置和計(jì)數(shù)器通過(guò)對(duì)高低電平檢測(cè)的次數(shù)，可以得到錘心的行程和所用的時(shí)間。

在打樁過(guò)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(hào)變換的次數(shù)，并將其存在計(jì)數(shù)器C1中，在錘芯上升的過(guò)程中，當(dāng)MH傳感器信號(hào)變換次數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器C1所存的數(shù)值時(shí)，電磁換向閥變向，錘芯向下運(yùn)動(dòng)，在下行過(guò)程中，計(jì)數(shù)器T2隨時(shí)記錄相鄰MH傳感器信號(hào)變換的時(shí)間，通過(guò)這個(gè)時(shí)間計(jì)算出錘芯的運(yùn)動(dòng)速度，從而計(jì)算出此次打樁的實(shí)際能量。在錘芯上升過(guò)程中，計(jì)時(shí)器T1作為一個(gè)保護(hù)起到較為重要的作用，它的作用是保證錘芯在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)都在處于上升的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果超出這個(gè)時(shí)間范圍，證明錘芯是被機(jī)械卡住，或者液壓油流量選擇不合適，系統(tǒng)泄壓，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。

研究的結(jié)果如表2，表3。

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

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)錘擊率電氣控制的研究與分析，可以清晰的認(rèn)識(shí)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(shí)及時(shí)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(jìn)大型裝備的國(guó)產(chǎn)化。

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