静压桩机的自动调平系统设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 静 压 桩 机 调 平 系 统 摘 要 我的设计课题是静压桩机的自动调平系统，现在的静压桩机基本上都是使用手动调平，费时费力，调平精度不高。本文提出了一种利用 现自动调平的系统，依靠 计算和逻辑判断功能来指挥支腿液压缸的收缩，从而实现自动调平。自动调平系统具有调平时间短，精度高，效率高，抗干扰能力强等优点。将调平系统应用于静压桩机具有很好的经济意义和社会意义。 关键词：可编程控制器 (静压桩机 (，自动调平系统 ( 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 My in is by is a of is on as is in 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 1. 静压桩机的概况 静压桩机的总体介绍 静压桩机由支腿平台结构、行走机构、压桩架、配重、起重机、操作室等部分组成。 船行走机构 长船行走机构由内船体、行走台车与顶升液压缸等组成。液压缸活塞杆球头与船体相联接，缸体通过销铰与行走台车相联，行走台车与底盘支腿上的顶升液压缸铰接。工作时，顶升液压缸顶升使长船落地，短船离地，接着长船液压缸伸缩推动行走台车，使桩机沿着长船轨道前后移动。顶升液压缸回程使长船离地，短船落地。短船液压 缸动作时，长船船体悬挂在桩机上移动，重复上述动作，桩机即可纵向行走。 腿平台机构 该部分由底盘、支腿、顶升液压缸和配重梁组成。底盘的作用是支承导向压桩架、夹持机构、液压系统装置和起重机，底盘里面安装了液压油箱和操作室，组成了压桩机的液压电控系统。配重梁上安置了配重块，支腿由球铰装配在底盘上。支腿前部安装的顶升液压缸与长船行走机构铰接。球铰的球头与短船行走及回转机构相联。整个桩机通过平台结构连成一体，直接承受压桩时的反力。底盘上的支腿在拖运时可以并拢在乎台边，工作时打开并通过连杆与平台形成稳定的 支撑结构。 持机构与导向压桩架 该部分由夹持器横梁、夹持液压缸、导向压桩架和压桩液压缸组成。夹持液压缸装在夹持横粱里面，压桩液压缸与导向压桩架相联。压桩时先将桩吊入夹持器横梁内，夹持液压缸通过夹板将桩夹紧。然后压桩液压缸作伸缩运动，使夹持机构在导向架内上下运动，将桩压人土中。压桩液压缸行程满后松开夹持液压缸，返回后继续上述程序。 短船行走机构与回转机构 它由船体、行走梁、回转梁、挂轮机构、行走轮、横船液压缸、回转轴和滑块组成。回转梁两端与底盘结构铰接，中间由回转轴与行走梁相联。 行走梁上装有行走轮，正好落在船体的轨道上，用焊接在船体上的挂轮机构挂在行走梁上，使整个船体组成 体。液压缸的一端与船体铰接另一端与行走梁铰接。工作时，顶升液压缸动作，使长船落地，短船离地然后短船购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 液压缸工作使船体沿行走梁前后移动。顶升液压缸回程，长船离地，短船落地，短船液压缸伸缩使桩机通过回转梁与行走梁推动行走轮在船体的轨道上左右移动。上述动作反复交替进行，实现桩机的横向行走。桩机的回转动作是：长船接触地面，短船离地、两个短船液压缸各伸长1/2行程，然后短船接触地面，长船离地，此时让两个短船液压缸一个伸出 个收缩，于是桩机通过回转轴使回转梁上的滑块在行走梁上作回转滑动。油缸行程走满，桩机可转动 15度左右，随后顶升液压缸让长船落地，短船离地，两个短船液压缸又恢复到 1/2行程处，并将行走梁恢复到回转梁平行位置。重复上述动作，可使整机回转到任意角度。 在施工时无噪音。适合对噪音有限制的市区作业，尤其是在城市居民区、学校教育区、医院疗养区、重要机关附近施工。 施工时无振动。压桩所引起的桩周围土体隆起和水平挤动，比打入桩要小，适用于危房、精密仪器房及江河岸边、地下管道 较多的地区施工。 静压桩的施工应力比打入桩小，可节约钢材和水泥，降低成本。并可适当提高砼身承载力。 压桩力及桩段入土动态能自动记录和显示，桩的承载力比较有保证，对压桩力可以控制，确保工程质量。 施工速度快、工效高、工期短。单机每台班可完成 12 15根桩的施工，送桩入土深度较深且送桩后桩身质量较可靠。桩的长度不受施工机械的限制。 适宜于较软土层，尤其是持力层起伏变化大的土层施工。也适宜于覆土层不厚的岩溶地区。这些地区用钻孔桩很难钻进，用冲击桩易卡锤，用打 入桩易打碎，只有静力压桩是慢慢地压入并能显示压入阻力，收到了较好的技术经济效果。 由于压桩机的工作高度不高，重心底，所以机器的施工操作和保养较为方便，并可避免高空作业中有不安全的因素。桩机作业人员少，劳动强度低，施工文明。整机拆、运、装十分方便。 静压桩机先进技术和未来发展方向 型步履式行走底盘 新型步履式行走底盘采用两层式结构，简单可靠；短船自动复位机构，具有回转自动复位购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 功能，解决了传统桩机在回转过程中短船需人工进行复位的问题，有效地降低了工人的劳动强度；在回转平台 上巧妙地设计了回转补偿装置，有效地提高了设备的工作可靠性；纵移机构具有均载联动功能，通过联动液压缸将前后两顶升液压缸活塞杆径向浮动连接，使桩机在纵向移动时，前后顶升缸活塞杆联合动作并实现负载均衡，其优越性在大吨位桩机上尤显突出。 边桩、角桩处理技术 沿压桩机纵向移动方向 (即压桩机细长方向 )一端布置处理 边桩 、 角桩 的机构，有效实现了同一套装置同时近距离处理边桩和角桩的目的。对于小型压桩机，将正常压桩、夹桩的一套机构全部移到此处安装；对于大中型压桩机，则另外提供一套较简单的压桩夹桩机构，在需要处理 边桩 、 角桩 时安装。在桩机配重保持正常的情况下，就能做到处理 边桩 和 角桩 时充分利用桩机的自重。 点均压式夹桩技术 在圆周方向均布的若干个夹桩液压缸分上下两层轴向布置，分别通过与之相连的锥形块驱动对应的钳口同时向中心收缩对桩进行夹持。由于锥面的增力作用，多瓣钳口从多个方向可靠地夹紧预制桩。钳口的分布数量可以根据实际需要任意确定，以适应管桩的不规则性。 这种夹桩机构利用 手握鸡蛋 的夹持效果，有效地运用了锲形块的增力原理，将夹桩液压缸轴向布置，钳口在桩周实施多层多瓣多点夹持，并具有一定的浮动功 能，能自动适应桩身的表面状况自动定心，从而达到桩身均压，使其应力分布均匀的目的。在夹桩油压相同 (24所产生的夹桩力更大，而桩身应力峰值仅为采用传统夹桩机构所产生的桩身应力峰值的 30%。 由于锲形块的自锁作用，避免了普通型夹桩机构因夹持液压缸及系统元件的泄漏可能引起的夹桩打滑甚至座机现象的发生，提高了夹桩机构的安全可靠性。尽管其结构较复杂，但具有定心效果好、桩周夹持均匀、安全可靠的特点，有效地解决了夹桩时桩身破损以及大吨位压桩打滑的难题，即使用于壁厚仅为 55000也不会发生桩破损的情况。 静压静力压桩机的发展趋势 随着静压桩施工技术的发展以及人们环保意识的进一步加强，液压静力压桩机的应用将获得更广泛的推广。同时，液压静力压桩机技术及产品将由粗放型向功能精细化、操作智能化方向发展。其发展趋势可归纳如下： (1) 进一步多功能化，产品适应能力进一步加强。在较厚硬隔层地质条件下施工时，设计并配置专用的螺旋钻，提高压桩机的穿透能力和对地质的适应能力；对大吨位桩机开发相应的夯实装置，实现以静压替代强夯压桩管径可从目前的最大 60000 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 (2) 智能化操作与 施工的压桩机开发。开发机身液压自动调平系统，压桩过程计算机自动记录及承载力在线测试，夹持力自动均衡控制，实现产品的智能化操作。 (3) 异型桩夹持装置的开发。特别是与钢板桩、工字钢桩、锥形桩等相适应的夹桩机构的开发。 (4) 压桩力大、质量轻机型产品的开发。特别是对于钢板桩连续墙施工产品的开发将是今后静力压桩机发展的新领域。 (5) 适应于北方寒冷地区气温低、冻土层较厚的桩机产品的开发。 (6) 产品向高档次、高可靠性方向发展。 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 2. 静压桩机自动调平系 统设计 油缸同步控制系统 设计 由于 静压桩机在工作和行走过程中要保持平台的水平，而平台的升降是由油缸驱动执行的，所以要保证平台的水平就需要驱动平台的多个油缸实现同步控制。 多油缸同步控制系统由同步检测子系统、同步控制子系统和电液实现子系统三大子系统组成，确定油缸同步控制方式的步骤如下：根据同步缸数量、行程和同步要求确定同步子系统检测方式（接触式或非接触式）、检测方法 (绝对或相对检测法 )、检测量 (位移量或速度量等 )和检测结构 (传感器的布置和选择等 )；由检测系统确定同步控制子系统中的控制方式 (单片 机控制 ,控制或工控机控制等 )和控制基准量 (检测量的最大值 ,平均值等 )；由同步要求确定电液实现子系统的方式选择 (主动补偿式 ,进油调控式等 )；最后确定同步控制子系统的控制策略的选择 (模糊控制 ,控制 ,模糊 。 根据液压系统的设计结果可知，本系统选用了四缸同步系统，其同步系统示意图如下图所示。四缸同步系统研究的现状如下 : 四缸同步系统示意图 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 (1)采用相对检测法 ,选定检测基准油缸 (下称基准缸 ),测量出其他三个缸的相对位移误差值。 (2)利用光栅传感器作为检测元件 ,光栅定尺在基准缸的结构布置较为复杂。 (3)采用的电液实现系统只能对相对位移滞后的缸进行补偿 ,不具普遍性。 (4)控制策略单一 ,不具备比较性。 基于上述情况，本系统的控制方案初步选定如下：选择四缸中的某一缸作为基准缸，采用倾角传感器测量平台的倾斜程度；将此倾角偏差值送入 过 行运算得出油缸的同步误差大小； 统根据油缸的同步误差大小调用内部的 制后的控制信号由 后驱动电液实现子系统，使四缸保持同步。 根据上述选定方案可知，本油 缸同步系统需要倾角传感器、电液比例液控多路换向阀、 面简要介绍这些元器件的选型。 缸同步跟踪系统的建模 系统的控制策略已经在上一章进行了介绍，简要的说，就是选取四缸中的某一缸为基准缸，其它三只缸跟踪基准缸随动。下图表示了某缸跟踪基准缸随动示意图，假设左边为基准缸，当右边缸与左边缸不同步时，倾角传感器产生电信号经过变送器送如 A/D 处理模块， 倾角误差进行线性化处理、 节后送入 D/A 处理模块， D/A 调理后的信号经过伺服放大板驱动电液比例阀的阀芯运动 ，从而调节油缸运动速度的快慢，保持两个油缸的同步。下面给出两缸同步跟踪的数学模型： P 传 感 器变 送 器 A / D 转 换C P U 控 制 模 块 H M A 转 换某缸跟踪基准缸随动示意图 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 电液比例 阀的线圈回路传递函数为 1电液比例 阀的传递函数 2 1)( 执行元件（油缸）的传递函数 2 1)( 没有弹性负载的四通阀控制油缸简化传递函数为： )12()()1()()(2212 若忽略信号变送器、 A/D 模块 及 D/得系统的传递函数框图为 同步跟踪系统的传递函数框图 为了使整个跟随系统能获得较好的动、静态性能（如良好的阶跃响应特性，斜坡响应特性），系统采用工程调节中广为使用的 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称 称 节。 制器问世至今已有近 60 年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学 模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用 比例积分微分控制包含比例、积分、微分三部分，实际中也有 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，图 给出了一个 制的结构图，控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中可用公式 (示如下 : (将 (进行 换后得： (公式中 和 分别为 和 的拉氏变换， ， 。 、 分别为控制器的比例、积分、微分系数。 （ 1）比例（ P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差讯号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（ （ 2）积分（ I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差讯号的积分成正比关系。 对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（ 为了消除稳态误差，在控 制器中必须引入 “ 积分项 ” 。积分项对误差取关于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。 因此，比例 +积分 (制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 （ 3）微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差讯号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性的组件（环节）和（或）有滞后 (组件，使力图克 服误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使克服误差的作用的变化要有些 “ 超前 ” ，即在误差接近零时，克服误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “ 比例 ” 项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分项 ” ，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例 +微分的控制器，就能够提前使克服误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重地冲过头。 所以对有较大惯性和（或）滞后的被控对象，比例 +微分 (控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 统主要电 气和液压参数 (1) 系统工作电压： 8 302) 液压系统最大流量： 100L/作压力： 25 (3) 调平倾斜度范围 : 3 (4) 双轴传感器调平精度 : (5) 调平系统支腿安全压力 :15 25 (6) 系统适用温度范围： 50。 统硬件设计 据调平原理分析控制要求 (1) 1通过 始终保持水平和同时动作，腿 3通过 始终保持水平和同时动 作，腿 4通过 始终保持水平和同时动作。 (2)统进行自动调平，并在工作的时候始终保持机体水平，监视整个机体的情况，发生倾斜即进入调平程序。 (3)动调平系统停止，整个机体上升，四个换向阀全开， 5入自动调平程序。 (4)动调平程序停止，整个机体下降，四个换向阀全开， 5入自动调平程序 (5)动调平程序和手动程序全部停止，换向阀中位 。液压回路锁定。 (6)动调平按钮失效。手动调平程序执行过程中，自动调平按钮失效。 (7)灯亮，机体倾斜，红灯亮 (8) (9)个换向阀全开，当四个支腿碰到各自的下限位开关停止。 根据控制要求确定用户所需要的输入 /输出设备，确定 ， 入输出扩展模块 1）、 23 24V 6 输入 /16 输出和 4V 6 输入 /16 继电器输出。 拟量输入点的分配如下： 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 1. 下限位开关 2. 上限位开关 3. 下限位开关 4. 上限位开关 5. 下限位开关 6. 上限位开关 7. 下限位开关 8. 上限位开关 9. 腿 1伸 10. 腿 1缩 11. 腿 2伸 12. 腿 2缩 13. 腿 3伸 14. 腿 3缩 15. 腿 4伸 16. 腿 4缩 17. 18. 19. 起动输入 20 停止输入 21. 起动输入 22 停止输入 23. 输入 24. 输入 25. 输入 拟量输出点的分配如下： 输出设备： 1. 2. 3. 控制 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 4. 控制 5. 左继电器 6. 右继电器 7. 左继电器 8. 右继电器 9. 左继电器 10. 右继电器 11. 左继电器 12. 右继电器 通过以上的统计，该系统总共有 23个输入， 16个输出。 统软件设计 据控制要求编写设计流程 见图纸 据设计流程编写程序： 见附录 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 3. 自动调平系统元器件介绍 角传感器 感器分类 倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为三种倾角传感器 （ 1） 固体摆式 （ 2） 液体摆式 （ 3） 气体摆式 、液，气体摆性能比较 就基于固体摆、液体摆及气体摆原理研制的倾角传感器而言，它们各有所长。在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质量是电解液，而气体摆的敏感质量是气体。气体是密封腔体内的唯一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较 强的抗振动或冲击能力。但气体运动控制较为复杂，影响其运动的因素较多，其精度无法达到军用武器系统的要求。固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，其机理基本上与加速度传感器相同。在实用中产品类型较多如电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在武器系统中应用也较为广泛。液体摆倾角传感器介于两者之间，但系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，且国内外产品多为此类。 角传感器产品现状与发展趋势 为获得倾角传感器产品资料，参考了传感器世界、传感器产品